专利名称：温差能装置及其汽动机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于温差能动力暨调温装置及其汽动机。
现有的热力动机本身都不能制冷，并且都是通过使用燃料而获得高温高压工质气体才能工作，因此存在消耗资源，排放有害气体等弊端，对于低温差能，包括自然界大量存在的低温差能不易或无法利用。有一专利(91)公开号CN1051609A的温差发动机，虽然构成利用温差能作动力的方案，但在技术上采用了双交换器、分配器，多缸及曲轴传动等方式，因此，它不仅不能用于制冷，而且控制项目多，方式复杂，摩擦量大，辅助设备多，热能损耗大，使用条件苛刻，在很多条件下近乎不能实用。
本实用新型的目的在于提供一种可不用燃料及在各种条件下包括在常温条件下，利用各种温差能包括自然界大量存在的低温差能，如太阳能、地热能、海水温差能及各种余热等就能独立地提供动力或调温的装置，具有节省资源，减少污染、效率高、结构及控制环节简化、适应条件广泛、实用性高的特点。同时提供一种较理想并且最适合与该装置配置的汽动机，其特点活塞回旋取消飞轮、轴柄、摇臂，体积小，重量轻，效率高。
本实用新型的目的是这样实现的设受热器、汽动机、冷疑器、隔压回质机，由流体管道按照上述顺序将它们各自的流体进出口环接，并且汽动机的主动件与隔压回质机的从动件联动衔接。
将该装置注入工质(工质一般为制冷剂，其中工质汽化、液化、压强、体积及密度变化等物理特性应根据环境温度等条件来选用)受热器置于温度离的介质中或光照下，冷凝器置于温度低的介质中，这样，在温度不同的受热器与冷凝器之间便产生了高低不同的工质气压，较高的气压工质在通过汽动机作动后，进入冷凝器中，由于温度变化、回质机隔压、通道狭小及饱和气密度极限的限制，逐渐凝结液化、工质单位质量体积大量缩小，再经联动的隔压回质机送回受热器，因此，就产生了工质在封闭机构里不断循回过程，进行温调及动力输出都表现这一过程，决定用途不同的是在这个过程中存在两种量之间的比的不同，两种量指受热器向汽动机输出工质的容积量与隔压回质机向受热器回送工质的容积量，(由于有密度因素存在，因此在一定范围内，不管这两种容积量怎么不同，质量问题可以达到动态平衡)，当前项大于后项时，由于输出与回送过程中压强基本相等，因此，汽动机作功大于回质机作动，这样就产生了动力功的输出，动力功的输出量等于汽动机作功减去隔压回质机作功及摩擦力作功之差，这样就达到了动力输出的目的。
当回质机回送工质的容积量超过冷凝器输出的液态工质容积量时，便产生液态工质重新汽化并大量吸热的现象，从而达到制冷的目的。
调整受热器向汽动机输出工质的容积量与回送工质容积量之比的主要途径有两个一是调节回质机活塞的相对截面积(相对于汽动机)，二是调整回质机相对转速(相对于汽动机)，汽动机的活塞面积或运速一般受使用条件限制，往往不作调整。
装置中的受热器是负责吸收内能或接收光能使工质体积膨胀的机构。根据能量的形式不同，它的结构也不相同，在用于吸收介质中的内能时，它可以是一个有流体进出口的容器。也可以是同样有流体进出口的多个容器组合体，组合可通过并联、串联、混联的其中之一方式连通。
在用于接收光能时，受热器可以为设有流体进出口的容器，并且外设有透光材料，在金属容器与透光材料之间可以有包括真空在内的空间。并且它同样可以是多个容器用多种方式连通的组合体，该组合体同样有流体进出口。
金属容器的形状及结构具有多样性。
汽动机是利用工质气压作动功的装置。它可以为一个普通的蒸汽机，也可以是一个改变换路装置及传动装置的蒸汽机。
汽动机可以为它包括缸体、回旋活塞、隔挡、换路装置，缸体为内有空旋转体内腔的壳体，在空旋转体轴线相交的壳体上，开有回旋活塞轴孔，回旋活塞为一轴及轴侧的部分旋转体截体，活塞轴活动地固定在轴孔上，隔挡设在活塞轴的一侧，一连紧贴活塞轴，其它与缸体内壁紧密固定；在隔挡两侧或衔接地方的缸体上设通孔，换路装置流体通道与该通孔连通。这样，在换路装置流体进出口接通高、低不同的气压时，隔挡两侧及活塞两面就产生了同样高低不同的压强，由于隔挡的作用，较高压强的气压只能推动活塞向低压强的方向旋转，当旋转到一定位置时，换路装置的控制机构便使用于阀门，使通路状态反变，致使活塞两边的压强发生相反的变化，这样，就产生了活塞反向转动，当转动到一定位置时，又产生了通路状态反变，于是活塞不断地往返回旋，从而达到作功的目的。
换路装置包括阀门及阀门控制机构，它可采用现有技术。也可专设。
阀门的阀体可以与隔挡同为一体。
阀门的控制方式可采用现有技术的定位控制或非定位控制两类。
定位控制可通过汽动机或隔压回质机的某运动部件运动到某定位时直接或通过联动件作用阀门开闭装置。
阀门可以为现有的技术结构，也可以为进口端设有两通路，另一端汇合一通路。
冷凝器为工质降温、液化并缩小体积的机构。它可以采用现有的技术结构。
冷凝器可以为有流体进出口的一个或多个容器组成。多个容器之间，可由并联、串联、混联的其中之一方式连通。
冷凝器也可以为外有容器的容器。
隔压回质机为强制向受热器回送工质并且能隔离进口与出口之间压强的机构。隔压为该机构在任何工作状态时，它的流体进口与出口不直接相通。它可由单机组成。
隔压回质机也可由两个及其以上的分压回质机串连组成。
在两分压回质机之间的通道上可并联连通温调器。
隔压回质机及组成的分压回质机(都可简称回质机)可以为能隔压的压缩机。压缩机可以由缸体、缸体内活塞、换路装置组成。
隔压回质机可以为除换路装置外，其它与汽动机相同的机构体。
汽动机的主动件与隔压回质机的从动件可以同轴联动衔接。
汽动机的主动件与隔压回质机的从动件之间可以设变速器联动衔接。
汽动机的主动件与隔压回质机的从动件之间可以由其它装置(包括附加动力设备)联动衔接。
汽动机的主动件以及隔压回质机的从动件可以为活塞轴，也可以为动轴或联轴或其它传动部件。
流体管道是工质循环的导流机构。它可由单管道组成，也可由多管道并联组成。
管道的空内腔截面的形式及各段面积之比具有多样性。
在冷凝器与隔压回质机之间的管道上可并联连通蒸发器。
在回旋汽动机的活塞轴上可设同旋转换装置，该装置是可以将往复回旋的转动变为定向转动的装置。它包括转轴、转轴上两个轮齿相对的转盘、垂直并啮合两转盘轮齿的齿轮，在转盘与转轴之间设单向引动装置。
单向引动装置是一种轴与盘之间单向旋转可以引动对方，而逆向旋转不可以引动对方的装置，该装置可采用现有技术，其结构可类似自行车飞轮。也可专设。
本实用新型根据压强相等，面积不等则作用力不等及等面积压强不等作用力不等的原理，通过封闭环接、隔压、联动等手段，使工质在不同温度的条件下汽化、液化造成体积变化得到等压面积不等及压差区别，从而独立地获得作功的条件，为在各种条件下，持别是在常温状态下，直接利用自然存在的大量低温差能，包括太阳能、地热能、海水温差能以及各种热机、工业生产、生活应用等余热的内能提供了一个有效的方便的途径，应用范围涉及各行各业，特别是在交通、农用、工用、生活应用等领域具有广阔的开发前景，它不仅具有节能，减少资源消耗、效率高、减少环境污染等特点，而且该装置本身具有调温机构的特性，因此可以直接作调温设备使用。适合该装置配置的新型回旋汽动机具有体积小，取消飞轮、曲轴，结构简单、减少摩擦，效率高等特点，可以作为蒸汽机的换代产品。
下面对照附图对本发明作详细描述。
图1是温差能装置一实施例原理结构示意图。
图2是
图1中A-A面剖面图。
图3是回旋汽动机实施例结构示意图。
图4是图3中E-E剖面图。
图5是图3中B-B剖面图。
图6是图中D-D剖面图。
图7是图3中C-C剖面图。
图8是温差能装置又一实施例结构示意图。
图9、
图10是回质机内阀门示意图。
图11是温差能装置一种可调用途的实施例系统关系显示图。
图12、
图13是用于接收光能的容器截面示意图。
图14为隔挡与阀体同为一体实施例剖面俯视图。
图15为具有两分压回质机实施例系统关系显示图。
如
图1所示，受热器(1)、冷凝器(3)其结构为容器，属常见的现有技术，只作框图表示，汽动机为往复活塞式，它由缸体(2-2)、活塞(2-1)、活塞轴(2-11)、换路装置及管道(5)的部分组成，主动件为活塞轴(2-11)，其中换路装置采用定位控制方式，它主要由阀体(2-41)、开闭器(2-42)、推臂(2-43)组成，阀体(2-41)为内有矩形空间的壳体，固定在缸体(2-2)上，它的上下方向、左右方向各开有对通孔(2-44)，上面两进口通孔通过管道(5)与受热器(1)的出口相通，下端分别与汽动机缸体(2-2)内腔两端连通，左右方向的一边两孔分别由管道(5)与缸体(2-2)的内腔两端连通，一边两孔为出口，与冷凝器(3)进口连通。同时参见图2，它为
图1A-A剖面图，即缸体(2-2)与阀体(2-41)截面侧视图，开闭器(2-42)为长方体，它的一端上下及水平方向，各开有两个垂直，但不相交的通孔(2-45)、(2-46)，孔距与阀体(2-41)上不同，互相错位，定位时使阀体(2-41)两端对应的通孔及同端通孔的开闭表现为完全相反状态，另一端开有能让推臂(2-43)在内活动的空条槽，使推臂(2-43)在内活动到一定位置时，能带动其移动，当移动到另一定位时，各通道的开闭状态均发生相反的变化。隔压回质机为具有与汽动机主体基本相同的结构，它包括缸体(4-2)、活塞(4-1)、活塞轴(4-11)，从动件为活塞轴(4-11)，区别在于阀门(4-3)的结构不同，它的开闭由流体自动控制，属常见的现有技术，图中只作示意表示，阀门(4-3)设在缸体(4-2)的两端，分两组，一组通过管道(5)与受热器(1)进口连通，另一组由管道(5)与冷凝器(3)出口连通。汽动机的主动件(2-11)与回质的从动件(4-11)以同轴的方式衔接，在该轴一端部设有推臂(2-43)。这样，当该装置注入工质后，将受热器(1)、冷凝器(3)分别置于高低不同温度的介质中，便在它们之间产生了高低不同的工质气压，由于换路装置对通路的控制，汽动机活塞的一面与受热器(1)相通，气压较高，另一面与冷凝器(3)相通，气压较低。这对该装置内部将产生如下的作用力汽动机活塞(2-1)较高压强产生的正作用力、低压强一面的负作用力、回质机活塞(4-1)低压强一面的正作用力、高压强一面的负作用力以及整机的摩擦作用力，总作用力满足如下关系F=(P1-P2)S2-1-(P1-P3)S4-1-f，当P2=P3时则关系为F=(S2-1-S4-1)(P1-P2)-f，式中F为总作用力，P1为受热器压强，P2为冷凝器(3)与汽动机(1)之间的压强，P3为冷凝器(3)与隔压回质机(4)之间的压强，S2-1为汽动机活塞的面积，S4-1为回质机活塞的面积，可以看出，由于P1＞P2即受热器(1)内的压强大于冷凝器(3)内的压强，即P-P＞0，所以只要S2-1＞S4-1，即汽动机活塞面积大于回质机活塞的面积，并且满足(S2-1-S4-1)(P1-P2)＞f时，即可有动力输出。在这种情况下，活塞顺力的方向运动，当活塞运动到一定位置时，联动的推臂(2-43)便作用于开闭器(2-42)一同运动，到运动到另一定位时，整个通路开闭状态反变，这样，迫使活塞及联动部件向相反的方向运动，周而复始，于是产生了反复的往复运动。当需要将该运动转换成同向旋转运动时，可附设同旋转换装置，如
图1虚线内Ⅰ部分中的(2-5)，具体结构下例介绍(图中(2-6)为密封外壳)。这样就可以达到动力输出目的。当S2-1-S4-1的差越大时，则作用力输出比越大，但这种比存在极限，即N=V1∶V2，其中N为比值，V1为即时压强下工质单位质量的气态体积，V2为工质单位质量液态体积，当比值小于该比时，便有液态工质重新汽化，并随比值逐渐减少，汽化比量增大，带来吸热现象增大，动力输出减少。这样是说需要制冷时，就要把回质机活塞面积相对增大，活塞面积相对越大，则回送工质容积量相对越多，工质汽化量越多，这样就可以达到制冷的目的，当把这种比选择到一定量时，就可依靠自身作用力达到制冷的最高效果。继续小于该值时，必须依靠附加动力才能进行制冷工作，不过它的制冷功率超过附加动力的功率。进行制冷时，虚线中Ⅰ部分可不设，而在冷凝器(3)与回质机(4)之间的管道(5)上并联蒸发器(5-1)，即虚线中Ⅱ部分，其作用在于把吸热过程控制在这里进行，便于利用。因此，适当选择回质机活塞(4-1)相对面积的比值，就可达到动力输出或制冷的各种目的。
回旋式汽动机的整体结构如图3所示缸体(2-2)为具有圆柱形空内腔的壳体，开有轴孔及隔挡两侧的两个流体通孔(2-21)，回旋活塞(2-1)为一轴及轴侧部分圆柱体截体，活动地置于轴孔上，隔挡(2-3)在活动轴的一侧，一边紧贴活塞轴，其它与缸体(2-2)内壁紧密固定，隔断了流体的流动(参见图4，它为图3E-E剖面图)，它的两侧面分别有与两个流体通孔(2-21)分别沟通的缺口(2-31)，两个通孔(2-11)分别与换路装置的两组阀门的底部通孔连通，两组阀门同一阀体(2-41)，(内部通路结构相同)同一开闭器(2-42)。参见图6，它为阀门位置配置的俯视图，即图3D-D面，阀体(2-41)设在活塞轴(2-53)的一侧。同时参考图7，两个不同压强的管道(5)从密封壳(2-6)通入分别从上下与两组阀门连通，图7为其中一组侧视剖面图，即图3中的C-C面，图中右边的上下通孔分别与高低不同压强的管道(5)相通，另一边汇合成一通道，与缸体(2-2)内腔隔挡(2-3)的其中一侧连通，中间由开闭器(2-42)控制，开闭器(2-42)为带有扳柄的圆柱体，开有互相垂直但不相交的两个通孔，分别与阀体(2-41)两个阀门通孔对应，定位时，两组阀门开通上下管道(5)的状态相反，扳柄旋转90°，开闭状态都发生相反变化。这样，在上下管道(5)存在不同的工质气压时，较高的气压工质只能从阀体上的一组阀门的一端进入缸体(2-2)内隔挡(2-3)的一侧，而隔挡(2-3)另一侧内腔则与另一组阀门的低气压的管道(5)连通，从而使活塞(2-1)两面产生了高低不同的压强，迫使活塞(2-1)作旋转，当旋转到一定位置时，设在活塞轴(2-53)并与该轴一同旋转的推臂(2-43)便作用于开闭器(2-42)的扳柄，使其旋转，当到另一定位时，整个通路发生相反变化，活塞两侧压强也发生相反的变化，迫使它作反向旋转，这样周而复始，从而达到作功的目的。当需要把这种往返式旋转转化成定向旋转时，可在回旋轴端设同旋转换装置。参见图3的上半部分，以及图5，它是下转盘剖面图，即图3中B-B面，转轴(2-53)与活塞(2-11)整体衔接，同为一体，两个轮齿相对的转盘(2-51)设在该轴端部，上转盘(2-51)设有传动轴(2-511)，用于动力输出，啮合齿轮(2-52)设在两转盘之间，其轴固定在密封壳体(2-6)上(可另设固定装置)，转盘与转轴之间设单向引动装置，该装置包括偏向齿轮(2-54)，它与转轴紧固，单向卡(2-55)、它与转盘(2-51)通过销轴衔接，簧片(2-56)、它设在转盘(2-51)与单向卡(2-55)之间，上转盘单向引动装置结构与下转盘相同，不过其轮齿偏向及单向卡的配置方向相反。这样，在转轴顺时针旋转时，上转盘被卡引起，下转盘卡齿之间滑动，并通过啮合齿轮传动逆时针旋转。当转轴逆时针旋转时，下转盘被卡引起，上转盘卡齿之间滑动，并通过啮合齿轮传动仍顺时针方向旋转，从而达到同旋转换的目的。
图8是温差能装置另一实施例结构示意图。图中主要反映各系统之间的联系结构，图中各部件代码均与上述统一，各系统机构之间通过流体管道(5)连通的方式相同，汽动机的主动件即活塞轴(2-11)与回质机的活塞轴(4-11)同样同轴衔接，区别在于隔压回质机的结构不同，它与回旋汽动机的主休结构基本相同，也包括缸体(4-2)、回旋活塞(4-1)、隔挡(4-3)不同是它的阀门开闭方式不同，参见图9、
图10。图9为设在与受热器(1)相通的通孔上的阀门，见图8中的上方框的位置，加压时开通，减压时关闭。
图10为设在与冷凝器相通的通孔上的阀门，见图8中的下方框的位置，加压时关闭，减压时开通。整体装置整个工作过程及用途选择的要求与
图1例相同，不同的是该装置的汽动机及隔压回质机的活塞为回旋转动。
图11为温差能装置一个可调用途实施例系统关系显示图，图中受热器(1)、汽动机(2)、冷凝器(3)、回质机(4)之间通过流体管道(5)环接的方式与前两例相同。不同的是汽动机的主动件与回质机的从动件不是通过整体同轴联动同轴衔接，而是通过变速器(7)联动衔接，即汽动机(2)的传动轴(2-511)上设齿轮(2-57)与变速器(7)的从动齿轮(7-1)啮合衔接，变速器(7)的传动齿轮(7-2)与设在回质机(4)从动件中的齿轮(4-12)啮合衔接，变速器(7)设调速手柄(7-3)，扳向不同的位置时可调转速比。在回质机(4)与冷凝器(3)之间的管道(5)上，并联蒸发器(5-1)及阀门(5-2)，(可设阀门(5-3))，回质机采用旋转式(如螺杆式等)，调整该装置用途时，只须调整手柄(7-3)挡位及开闭阀门(5-2)即可，其中阀门(5-2)、(5-3)工作状态影响工质流通的快慢，当调整手柄(7-3)调到低挡位时，工质容积回送量较小，负功较小，即有动力功输出，从而达到动力输出的目的。当调速手柄(7-3)调至较高挡位时，工质容积回送量增大，便产生了大量的液态工质重新汽化，吸收大量热能，从而达到制冷的目的。当速度调到中间挡位时，该装置既可提供动力，又可进行制冷。因此，该装置可以达到选择用途的目的。
用于接收光能的容器截面如
图12、
图13所示，其中(1-2)为透光材料、(1-1)为金属容器、(1-3)为密封件、(1-4)为容腔，受热器(1)可由它们单件组成，也可由多件用各种方式连通组成。
隔挡(2-3)与阀体同为一体的俯视的剖面如
图14所示隔挡(2-3)两侧开有流体通孔(2-44)，靠缸体(2-2)一侧开有与管道(5)连通的通孔，在各孔交汇处，开有开闭器的轴孔(2-47)。
图15是具有两分压回质机实施例系统关系显示图，受热器(1)、汽动机(2)、冷凝器(3)通过管道(5)连通的方式与前几例相同，不同的是该装置的隔压回质机由两分压回质机(4A)、(4B)串连组成，该组成的回质机以同样的方式与冷凝器(3)及受热器(1)连通，两分压回质机(4A)、(4B)通过两变速器(7A)、(7B)与汽动机(2)联动，图中带箭头的线为联动关系的联系线，在两分压回质机(4(A)、(4B)之间的管道(5)上设并联连通的温调器(8)。该装置可以通过调整变速器(7A)、(7B)的转速达到在两分压回质机(4A)、(4B)之间的管道(5)及调温器(8)中产生增压、减压、恒压现象，从而达到放热、吸热、相对恒温(动力输出过程的现象)的温调及动力输出的各种目的。
权利要求1.一种温差能装置，它包括受热器、汽动机、冷凝器，其特征是在冷凝器与受热器之间设隔压回质机，隔压回质机由缸体、置于缸体内的活塞、连通缸体具有流体进出口的换路装置组成，由流体管道按照受热器、冷凝器、汽动机、隔压回质机的顺序将它们各自的流体进出口环接，汽动机的主动件与隔压回质机的从动件活塞联动衔接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是受热器为设有流体进出口的金属容器，并且外设有透光材料，在金属容器与透光材料之间有真空空间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是汽动机包括缸体、回旋活塞、隔挡、换路装置，缸体为有空旋转体内腔的壳体，在空旋转体轴线相交的壳体上开有回旋活塞轴孔，回旋活塞为一轴及轴侧的部分旋转体截体，活塞轴活动地固定在轴孔上，隔挡设在活塞轴的一侧，一边紧贴活塞轴，其它与缸体内壁紧密固定，在隔挡两侧或其衔接地方的缸体上设通孔，换路装置的流体通道与该孔连通。
4.根据权利1所述的装置，其特征是汽动机的主动件上设同旋转换装置，它包括转轴、转轴上两上轮齿相对的转盘、垂直并啮合两转盘轮齿之间的齿轮，在转盘与转轴之间，设单向引动装置。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是汽动机的主动件与隔压回质机的从动件同轴联动衔接。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是汽动机的主动件与隔压回质机的从动件之间设变速器联动衔接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征是隔压回质机由两个及其以上的主回质机串联组成。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征是受热器、冷凝器各由设有流体进出口的多组容器组成，各容器之间由串联、并联、混联的其中之一方式连通。
9.根据权利要求1、3所述的汽动机，其特征是隔挡与阀体同为一体。
专利摘要本实用新型属于一种温差能动力暨调温装置及其汽动机。该装置通过采用封闭环接、隔压、联动等手段及各种工质在不同温度下液化、汽化产生体积及压强变化的性质,得到等压面积不等,等面压强不等而导致的作用力不等的作功条件,为广泛利用各种条件下温差能,包括常温状态下的太阳能、地热能、海水温差及各种余热能等提供了有效的途径,应用涉及交通、工用、农用、生活应用等各个领域。汽动机其特点:活塞回旋,取消飞轮,结构简单。
文档编号F03G7/00GK2340931SQ9724157
公开日1999年9月29日 申请日期1997年12月8日 优先权日1997年12月8日
发明者徐志勤 申请人:徐志勤