专利名称：能利用低温差热源的外燃机的制作方法
技术领域：
本发明是用低温差热源使工质汽液相变而获取体积功的外燃机，能广泛用于太阳能、余热利用、热泵空调、水下动力、空间站动力等领域。
背景技术：
随着全球能源与环保形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境友好特性已越来越受到重视。但斯特林发动机用的是气态工质，需要有比较大的温差才能使气体体积有比较显著的变化，因而，斯特林发动机不能利用低温差热源输出实用的机械功。低温差热源要比上千度的热源丰富、易得、容易储存很多；汽液相变时，很小的温差，其体积就会产生强烈的变化。用工质的汽液相变从低温差热源获取动力，是解决能源危机、环境污染的一条途径。
发明内容
膜盒、波登管、波纹管等，其内压力的变化会使其有特定的形变。本发明用波纹管样结构(但不限于)密封工质，用低温差热源使工质汽液相变并引起波纹管的轴向形变，以此推动负载向外输出机械功。下面以利用太阳能热水器储存的热水——热能转换机械能为例，说明本发明的内容
如说明书附图示意
2为热管结构，插在太阳能热水器的保温水箱里，受热水4加热，作为热端；热管壁围成的空间作为热腔3。10为多个膜盒轴向串联而成的波纹管样结构，暴露在蓄水箱壁8外的大气环境中，由于其表面积大易受环境冷却，作为冷端；波纹管壁围成的空间为冷腔11。热、 冷端之间是旋转阀，阀芯5上有一个通空6和两个盲孔7，阀芯做360度旋转，阀芯上的通孔6就会使冷、热腔连通或断开；盲孔7也会像旋转门一样和冷、热腔轮替接通。它们如图贯序连接、密封，抽真空，并充填适量工质1比如丙酮。丙酮的沸点是摄氏56. 1度，热端热水温度比如60度高于工质的沸点，而冷端环境气温比如35度又小于工质的沸点。并且，冷端10在上热端2朝下，腔内的液态工质受重力会向下流淌聚集。它们共同组成一个热力学上的封闭系统，即系统内与外界只有能量交换而没有物质交换。当阀芯5旋转到通孔6没有接通冷、热腔的角度时，冷、热腔各自独立互不贯通，如图1-1所示，此时
在热腔，热水4透过热管壁2加热管内的液态工质1使其沸腾汽化，增大的体积因热管壁的刚性约束产生饱和蒸气压，压力提高工质沸点升高，直到工质沸点超过水温工质才停止沸腾——热腔3既是“锅炉”也是“储汽包”。在冷腔11，由于波纹管的表面积大且环境温度又低于工质的沸点，冷腔内的气态工质受环境气温的冷却发生冷缩、冷凝形成负压，大气压迫使波纹管轴向缩短，直到各参数与大气压取得平衡，该平衡点即为冷缩冲程的下止点。
——冷、热腔各自独立的结果，使冷、热端之间的温差产生了冷、热腔之间的压力差，并因冷腔工质的冷凝、冷缩形成负压产生冷缩功。当阀芯5旋转令通孔6联通冷、热腔时，冷、热腔之间互相贯通，如图1-2所示，此时
因热腔3的饱和蒸汽压和温度大于冷腔11的压力和温度，热腔的压力经通孔6迅速泄放到冷腔，引起冷腔内压力、温度升高，温度升高又加热波纹管内的残余工质汽体使其膨胀，直到两腔内压力平衡；由于热腔内压力获得释放内压降低，工质沸点降低又再次沸腾， 产生蒸汽补偿丢失的压力。波纹管因内压升高，引起自由端13轴向伸长达到冲程上止点。——通孔6使冷、热腔互相联通的结果，使冷、热腔压力、温度相等，冷腔11内工质压力超过大气压产生膨胀功。由于冷端10在上、热端2朝下，冷腔11冷凝为液态的工质因重力向下流淌。当阀芯5旋转令盲孔7接通冷腔11时，由于盲孔位置最低，冷腔冷凝成液态的工质将流淌积存在盲孔7内，阀芯5继续旋转到该盲孔和热腔3接通时，热腔又比盲孔低，盲孔中的液态工质借重力又重新流回热腔，完成工质的循环。如果阀芯5不断旋转，通孔、盲孔将交替接通、断开冷、热腔，波纹管内工质周期地或被热腔充汽加热、加压膨胀，或受环境温度的冷却、冷凝、冷缩，推动波纹管自由端13周期地轴向伸缩，就像活塞沿气缸轴伸缩，将热转换成动力推动负载向外做功。直到太阳能保温水箱里的热水4温度降低到工质1的沸点以下，或阀芯5不旋转才停止工作。
图中12是为了缩小残腔；9是隔热材料为了防止热短路，是提高发动机效率的构造。图中波纹管的波数画得较少，只为说明问题。波数少了波纹管的寿命短，实际上， 冲程确定后，波数越多寿命越长。为了凸显并清晰地阐述发明点，波纹管自由端13推动什么负载；阀芯的端面如何密封，以及阀芯的旋转如何实现，现有技术可选方案众多，附图没有具体赘述。比如，波纹管自由端的轴向伸缩，可通过曲柄连杆机构转换成轴功带动发电机发电；也可直接推动直线电机切割磁力线发电。气门也不限于旋转阀门而可选择其它的配气形式，比如用波纹管自由端的伸缩带动气门的启闭。用旋转气门，只是方便步进电机带动阀芯旋转，方便实现机电一体化的可选形式之一。阀芯端面可用非导磁金属薄板焊接密封壳体，用磁性联轴器偶合步进电机的轴和阀芯。同样，工质也不限于丙酮，视目标、环境、工况， 也可选择其它沸点的工质，只要冷、热端有温差，且工质沸点介于温差之间，只是温差越大输出功率越大；热源也不限于开水，视需要可以用油、蜡等蓄热，也可利用余热、太阳能等。
具体实施例方式为了提高发动机的功率，可在阀芯上的不同平面、间隔一定角度多钻几个配气孔， 分别控制多个冷腔形成多“缸”发动机，让各缸按一定相序做功，以至组成阵列——这样可以克服单“缸”功率相对弱小的不足，好在多“缸”的制造成本相对很低，减小热管壁的热阻也好解决。为了平衡热涨、冷缩两冲程的速度不等，可令两气缸的冲程相位相反地工作或用飞轮的惯性平衡之。本发明用波登管、膜盒、微型波纹管等，可做出用低温差热源推动的、高可靠性、微型发动机或制冷机，这在某些领域是有益的。低温差 热源的利用，还有利于降低能量储存的难度，古老的保温技术，就能低成本、环境友好地解决巨大能量的储存问题。上述，用太阳能热水器储蓄的热能转换机械能的实例，如果用其发电，根据水的比热和水的重量可以估算出开水降低40度所释放出的能量，以常见、最小的185升太阳能热水器蓄水箱估算，考虑效率问题也有几度电的功率，供绝大部分家庭照明、做饭足够了，要增大功率带动冰箱、空调等，也只需装个大点的太阳能热水器也很好解决。由于方便机电一体化，加用各种传感器和单片机监控可满足家用环境，以应对比如气候、负载变化大的工况，如果功率不能满足需求，单片机程序可部分或全部切换到公用电网，补充其功率不足。由于本发明和斯特林发动机一样有类似的工作原理，也具备斯特林发动机所具有的各种优点，所以，本发明能代替斯特林发动机的应用，特别是在低温差热源利用与运行控制方面更具优点，必将取得更多方面的应用。
权利要求
1.用膜盒、波纹管、波 登管、热管、配气结构的数种组合密封工质；此组合为“封闭系统”，有冷、热两端和形变端；以温差获取工质的体积功或以机械功压缩工质获取温差为目的。
全文摘要
能利用低温差热源的外燃机，随着全球能源与环保形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境友好特性已越来越受到重视。但斯特林发动机利用的是气态工质，需要较大温差才能获取实用的功率。然而低温差热源要比上千度热源丰富、易得、容易储存很多。提升斯特林发动机性能以利用低温差热源，是解决能源危机、环境污染的一条途径。汽液相变时，很小的温差，体积就会产生强烈的变化；膜盒、波登管、波纹管等其内压力的变化会使其有特定的形变。本发明用波纹管样结构(但不限于)密封工质，用低温差热源使工质产生汽液相变循环，使波纹管内压力周期波动，使其发生轴向伸缩推动负载向外传输机械功。以此能设计出从多“缸”阵列到微型的形式多样的外燃机，能广泛用于太阳能、余热利用、热泵空调、水下动力、空间站动力等领域；同时也带来了能量储存的方便、廉价与环保。
文档编号F03G7/06GK102182663SQ20111011478
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者杨雄志 申请人:杨雄志