CN101302945A - 通过热源产生能量的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种产生能量的设备，更具体地涉及一种通过热源产生能量的设备。本发明旨在解决能量有效利用问题，具体而言，首先通过空气温差产生高压气体，进而通过高压气体产生其它形式的能量。根据本发明的通过热源产生能量的设备主要包括：气体压差产生装置，其通过热源产生气体压力差；高压气体产生装置，其通过来自气体压差产生装置的气体压力差来生成高压气体；蓄压装置，其用于储存高压气体产生装置生成的高压气体；以及能量产生装置，其在储存于蓄压装置中的高压气体的作用下转动。本发明可用作例如公寓楼、工厂以及超市中的固定安装设备，也可用作例如汽车、轮船、卡车中的移动单元。

Description

通过热源产生能量的设备
技术领域
本发明涉及一种产生能量的设备，更具体地涉及一种通过热源产生能量的设备。
背景技术
近年来，能源-特别是热能的有效利用问题受到了越来越多的关注，其中，太阳能作为一种清洁能源更是倍受青睐。现有技术中已经存在各种利用太阳能及其它热能产生能量(例如机械能或电能)的设备。例如，中国专利公报第CN1671573A号公开了一种废热太阳能系统，其用于从低等级废热/太阳能回收电能，该废热太阳能系统包括封闭循环的制冷剂回路，加压后的制冷剂流体在外界环境温度下被泵送通过连接于废热/太阳能的热交换器，制冷剂流体在转换期间吸收热能变成高压气体。加热/加压后的气体被输入膨胀器，在高压气体膨胀成冷却气体期间驱动输出轴。冷却后的其它制冷剂凝缩成处于低压和外界温度下的液体，在压力下重新循环到热交换器。该膨胀器是颠倒改装的气体压缩机。加压后的热制冷剂气体在通常被作为出口之处被输入，正常的入口变成膨胀器的端部。制冷剂气体压力/温度下降驱动膨胀器轴，以便直接输出机械能或联接到同步或感应发电机而进行发电。然而，该废热太阳能系统的缺点是能量输出不稳定，从而影响诸如马达或发电机之类的终端能量产生装置的输出稳定性。
因此，需要提供一种不仅能够有效利用太阳能及其它废热源来产生能量、而且能够使能量输出更为稳定的设备。
发明内容
本发明旨在提供一种通过热源产生能量的新型设备，该设备不仅能够有效利用太阳能及其它废热源来产生能量，而且能够确保稳定地输出诸如机械能或电能之类的能量。
为此目的，本发明提供一种通过热源产生能量的设备，该设备的特征在于包括：气体压差产生装置，其通过热源产生气体压力差；高压气体产生装置，其通过气体管线与所述气体压差产生装置连通，高压气体产生装置用于通过来自所述气体压差产生装置的气体压力差来生成高压气体；蓄压装置，其通过气体管线与所述高压气体产生装置连通，蓄压装置用于储存所述高压气体产生装置生成的高压气体；以及能量产生装置，其通过气体管线与所述蓄压装置连通，所述能量产生装置在储存于所述蓄压装置中的高压气体的作用下产生能量。
优选地，所述热源为热流体源，所述气体压差产生装置包括：高压气体产生组件，其包括至少一个热流体源和至少一个第一热交换器，每个所述热流体源连接到每个相应的所述第一热交换器，所述第一热交换器中填充有加压气体，并且每个所述第一热交换器经由第一阀并通过第一共用气体管线连接到所述高压气体产生装置；低压气体产生组件，其包括至少一个冷流体源和至少一个第二热交换器，每个所述冷流体源连接到每个相应的所述第二热交换器，所述第二热交换器中填充有加压气体，并且每个所述第二热交换器经由第二阀并通过第二共用气体管线连接到所述高压气体产生装置；其中，在工作状态下，每个所述热流体源加热与其相连接的每个所述第一热交换器从而使每个所述第一热交换器中的气体压力升高，每个所述冷流体源冷却与其相连接的每个所述第二热交换器从而使每个所述第二热交换器中的气体压力降低，从而所述高压气体产生组件与所述低压气体产生组件之间形成气体压力差。
更优选地，所述高压气体产生装置是主气缸组件，所述主气缸组件包括：主气缸，其中设置有主活塞，所述主气缸经由第三阀或第四阀连接到所述第一共用气体管线并经由第五阀或第六阀连接到所述第二共用气体管线，所述第三阀和所述第五阀连接到所述主活塞左侧，所述第四阀和所述第六阀连接到所述主活塞右侧；第一压缩机，其设置成一体地连接到所述主气缸左侧并设置有第一活塞，第一压缩机用于在所述第一活塞向左移动时输出高压气体；第二压缩机，其设置成一体地连接到所述主气缸右侧并设置有第二活塞，第二压缩机用于在所述第二活塞向右移动时输出高压气体，并且所述第二压缩机在所述第二活塞右侧经由单向阀连接到所述蓄压装置从而使高压气体只能单向地流入所述蓄压装置；空气滤清器，其经由单向阀连接到所述第一压缩机左侧，使得经所述空气滤清器过滤的外界空气单向地流入所述第一压缩机内，其中，所述主活塞通过第一连杆与所述第一活塞和所述第二活塞设置成一体，并且所述第一连杆设置成以气密方式穿过所述主气缸的侧壁，并且所述第一压缩机在所述第一活塞左侧经由单向阀连通到所述第二压缩机的第二活塞的右侧，使得气体只能从所述第一压缩机左侧单向地流入所述第二压缩机右侧。
更优选地，所述蓄压装置包括至少一个高压储气罐，每个所述高压储气罐的输入口和输出口处分别设置有第九阀和第十阀。
更优选地，所述能量产生装置可以是气动马达，并且所述气动马达经由设置在所述高压储气罐下游的调压装置连接到所述高压储气罐，从而在储存于所述高压储气罐中的高压气体的作用下转动。
替代性地，所述能量产生装置可以包括：辅助气缸组件，其连接到所述高压储气罐，用于将所述高压储气罐中的气体压力转化为液压力，所述辅助气缸组件包括：辅助气缸，其中设置有辅助活塞，所述辅助气缸经由第七阀和第八阀连接到所述高压储气罐，所述第七阀连接到所述辅助活塞左侧，所述第八阀连接到所述辅助活塞右侧；第三压缩机，其设置成以气密方式连接在所述辅助气缸左侧并设置有第三活塞，用于在所述第三活塞向左移动时输出加压液体；第四压缩机，其设置成以气密方式连接在所述辅助气缸右侧并设置有第四活塞，用于在所述第四活塞向左移动时输出加压液体，液压马达，其连接到所述辅助气缸组件并在所述辅助气缸组件输出的加压液体的作用下转动，其中，所述辅助活塞通过第二连杆与所述第三活塞和所述第四活塞设置成一体，并且所述第二连杆设置成以气密方式穿过所述辅助气缸的侧壁。另外，所述能量产生装置还包括设置在所述液压马达下游的发电机，所述液压马达带动所述发电机旋转发电。
更优选地，每个所述第一热交换器和与其相连接的每个所述热流体源之间都设置有第一循环泵，所述第一循环泵用于使所述热流体源中的热流体循环流动到所述第一热交换器中；每个所述第二热交换器和与其相连接的每个所述冷流体源之间也设置有第二循环泵，所述第二循环泵用于使所述冷流体源中的冷流体循环流动到所述第二热交换器中。
优选地，所述热流体源中的热流体是来自太阳能集热器的热水或发电站中用于设备冷却的冷却水；所述冷流体源中的冷流体是建筑物中的地下冷却管组中的冷水。
优选地，每个所述第一热交换器以及每个所述第二热交换器都经由单向阀连接到所述高压储气罐，使得能够在初始状态以及发生泄漏的情况下向所述第一热交换器和所述第二热交换器中填充气体。
优选地，所述设备还包括连接在每个所述第一热交换器与每个相应的所述第二热交换器之间的均压阀，用于在所述主气缸的主活塞完成一个行程之后使每个所述第一热交换器与每个相应的所述第二热交换器中的气压相等。
优选地，所述第一压缩机输出的高压气体的压力是60巴；而所述第二压缩机输出的高压气体的压力是200巴。
优选地，所述设备还包括用于控制所述第一至第十阀的电子控制单元，并且所述第一压缩机的左侧和所述第二压缩机的右侧都设置有位置传感器。当所述主活塞与所述第一活塞和所述第二活塞一起移动到左侧时，左侧位置传感器向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：关闭所述第一阀中的一个或多个和所述第二阀中相应的一个或多个；关闭所述第四阀和所述第五阀；打开相应的均压阀；关闭所述相应的均压阀；打开所述第三阀和所述第六阀以及所述第一阀中接下来的一个或多个和所述第二阀中接下来的相应的一个或多个。并且，当所述主活塞与所述第一活塞和所述第二活塞一起移动到右侧时，右侧位置传感器向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：关闭所述第一阀中的一个或多个和所述第二阀中相应的一个或多个；关闭所述第三阀和所述第六阀；打开相应的均压阀；关闭所述相应的均压阀；打开所述第四阀和所述第五阀以及所述第一阀中接下来的一个或多个和所述第二阀中接下来的相应的一个或多个。在一种更优选的实施方式中，所述电子控制单元是可编程逻辑控制器，并且所述位置传感器是限位开关。
优选地，每个所述高压储气罐都设置有压力传感器，当处于工作状态的至少一个所述高压储气罐中的压力达到预定值时，相应的所述压力传感器向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：关闭压力达到预定值的所述高压储气罐的输入口处的第九阀；打开压力达到预定值的所述高压储气罐的输出口处的第十阀；打开除压力达到预定值的所述高压储气罐之外的至少一个其它高压储气罐的输入口处的第九阀。
优选地，每个所述高压储气罐的输入口处都设置有压力开关，并且每个所述第九阀都保持常开状态，当处于工作状态的至少一个所述高压储气罐中的压力达到预定值时，相应的所述压力开关在自动关闭的同时向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：打开压力达到预定值的所述高压储气罐的输出口处的第十阀；打开除压力达到预定值的所述高压储气罐之外的至少一个其它高压储气罐的输入口处的压力开关。
优选地，所述设备还包括用于控制所述第一至第十阀的可编程逻辑控制器，并且所述第三压缩机的左侧和所述第四压缩机的右侧都设置有限位开关。当所述辅助活塞与所述第三活塞和所述第四活塞一起移动到左侧时，所述可编程逻辑控制器响应于左侧限位而打开所述第七阀并关闭所述第八阀；当所述辅助活塞与所述第三活塞和所述第四活塞一起移动到右侧时，所述可编程逻辑控制器响应于右侧限位而打开所述第八阀并关闭所述第七阀。
根据具有上述结构的本发明的设备，即便气体压差产生装置部分的热能输入不稳定，由于气体压差产生装置在下游连接到高压气体产生装置和蓄压器，而不是直接连接到终端能量产生装置，所以能够避免影响终端能量产生装置的输出稳定性，从而能够有效地利用太阳能及其它热源并使得能够稳定地输出诸如机械能或电能之类的能量。另外，根据本发明的设备，在升压过程中，可以从气体压差产生装置下游获取热空气，该热空气可用于建筑物或车辆内的加热系统或者用于通过热交换器来加热水；在降压过程中，可以从蓄压器下游获取冷空气，该冷空气可用于建筑物或车辆内的空调系统。
附图说明
通过参照附图描述本发明的实施方式，本发明的这些以及其它优点、特征将变得显而易见，附图中：
图1是根据本发明的通过热源产生能量的设备的示意图；
图2是图1中的设备在一个行程结束时的局部示意图；
图3是图1中的设备在另一个行程结束时的局部示意图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施方式。应当指出的是，本发明并不限于所述实施方式，在不偏离权利要求限定的保护范围的情况下，本领域的技术人员可以做出本发明的各种改型和变型。
总体结构
首先参照图1，图1示出了根据本发明的通过热源产生能量的设备的示意图。该设备包括：气体压差产生装置100，其通过热源产生气体压力差；高压气体产生装置500，其通过气体管线与气体压差产生装置100连通，高压气体产生装置500用于通过来自气体压差产生装置100的气体压力差来生成高压气体；蓄压装置600，其通过气体管线与高压气体产生装置500连通，蓄压装置600用于储存高压气体产生装置500生成的高压气体；以及能量产生装置700，其通过气体管线与蓄压装置600连通，能量产生装置700在储存于蓄压装置600中的高压气体的作用下转动。
气体压差产生装置
如图1所示，气体压差产生装置100包括高压气体产生组件10和低压气体产生组件20。应当指出的是，“高压气体产生组件10”中的“高压”意指其中产生的气体压力高于“低压气体产生组件20”中产生的气体压力。
高压气体产生组件10包括至少一个热流体源11-16和至少一个第一热交换器21-26。如图所示，每个热流体源经由第一循环泵CP1连接到每个相应的第一热交换器，具体而言，热流体源11连接到第一热交换器21热流体源12连接到第一热交换器22，依此类推。并且每个第一热交换器经由回流管线R1连接到每个相应的热流体源，从而使热流体得以在进行热交换之后回流到每个热流体源中。第一循环泵CP1的功能是使热流体源中的热流体循环流入第一热交换器，以便加热第一热交换器从而使第一热交换器中的加压气体压力升高。图1所示的热流体源是用于向第一热交换器提供热水的太阳能集热器，但是应当理解的是，该热流体源还可以是诸如发电站冷却水系统等能够提供热流体的其它热源。另外，尽管图中示出了6个热流体源和6个第一热交换器，应该理解的是本发明并不局限于此，根据具体应用场合，该设备中可以设置任意数目的热流体源和第一热交换器。并且，如图所示，每个第一热交换器分别经由第一阀V1、V4、V7、V10、V13、V16并通过第一共用气体管线P1连接到高压气体产生装置500。所述阀是诸如球阀之类用于流体通断的常规型阀门。
低压气体产生组件20包括至少一个冷流体源41-46和至少一个第二热交换器31-36。如图1所示，每个冷流体源经由第二循环泵CP2连接到每个相应的第二热交换器，具体而言，冷流体源41连接到第二热交换器31，冷流体源42连接到第二热交换器32，依此类推。并且每个第二热交换器经由回流管线R2连接到每个相应的冷流体源，从而使冷流体得以在进行热交换之后回流到每个冷流体源中。第二循环泵CP2的功能是使冷流体源中的冷流体循环流入第二热交换器，以便加热第二热交换器从而使第二热交换器中的加压气体压力降低。图1中示出的冷流体源是用于向第二热交换器提供冷水的用于建筑物的地下冷却管组，但是应当理解的是，该冷流体源还可以是能够提供冷流体的其它冷流体源。类似地，尽管图中示出了6个冷流体源和6个第二热交换器，应该理解的是本发明并不局限于此，根据具体应用场合以及热流体源和第一热交换器的数目，该设备中可以设置任意数目的冷流体源和第二热交换器，并且冷流体源和第二热交换器的数目可以不等于热流体源和第一热交换器的数目。例如，第一热交换器的数目可以是第二热交换器的2倍。并且，如图所示，每个第二热交换器分别经由第二阀V3、V6、V9、V12、V15、V18并通过第二共用气体管线P2连接到高压气体产生装置500。所述阀是诸如球阀之类用于流体通断的常规型阀门。
显然，从上文的描述中可以看出，热流体在第一热交换器的一侧循环流过，从而通过热交换来加热填充在第一热交换器另一侧的气体，使得所述气体的压力升高。类似地，冷流体在第二热交换器的一侧循环流过，从而通过热交换来对第二热交换器另一侧的气体进行制冷，使得所述气体的压力降低。因此，在初始压力相等的情况下，第一热交换器中的气体与第二热交换器中的气体之间会形成压力差。
此外，如图所示，每个第一热交换器的填充有气体的一侧分别经由均压阀V2、V5、V8、V11、V14、V17连接到相应的每个第二热交换器的填充有气体的一侧，均压阀V2、V5、V8、V11、V14、V17分别用于使一对相应的第一和第二热交换器中的气体压力变得相等。例如，从图1中可以清楚地看出，当阀V2打开时，第一热交换器21与第二热交换器31中的气体压力会变得相等。从图1中还可以看到，每个第一热交换器21-26以及每个第二热交换器31-36都经由单向阀连接到一根共用管线P3并通过该共用管线连接到蓄压装置600，所述多个单向阀仅允许气体从蓄压装置600单向地流入第一热交换器和第二热交换器，从而在设备运行之前以及发生泄漏的情况下对第一热交换器和第二热交换器进行填充。相应地，可以在该共用管线上靠近蓄压装置600一侧设置调压装置(未图示)，以便根据具体情形将给定压力的气体输入第一热交换器和第二热交换器中。
需要说明的是，上述热源和冷源的功能是形成空气(高压气体)温差，因此太阳能集热器和建筑物地下的冷却管组仅仅是作为示例提出的。对于本领域技术人员来说显而易见的是，任何能够形成一定温差的环境和/或设备都可以作为本发明的热源和冷源。例如，在室外太阳照射到的位置和太阳没有照射到的阴凉位置之间便可形成有用温差，依此类推，建筑物的阳面和阴面、室外和室内、地上和地下、水上和水下甚至于地热、风和雨等都可以形成温差，从而作为本发明的热源和冷源。
高压气体产生装置
高压气体产生装置500可以是气缸组件，图中所示的高压气体产生装置是主气缸组件5。主气缸组件5包括主气缸50、第一压缩机51、第二压缩机52和空气滤清器13。
主气缸50中设置有主活塞501，主气缸50经由第三阀V19或第四阀V20连接到第一共用气体管线P1并经由第五阀V21或第六阀V22连接到第二共用气体管线P2，第三阀V19和第五阀V21连接到主活塞501左侧，第四阀V20和第六阀V22连接到主活塞501右侧。第一压缩机51设置成一体地连接到主气缸50左侧并设置有第一活塞511，第一压缩机51用于在第一活塞511向左移动时输出高压气体。第二压缩机52设置成一体地连接到主气缸50右侧并设置有第二活塞521，第二压缩机52用于在第二活塞521向右移动时输出高压气体。并且，第二压缩机52在第二活塞521右侧经由单向阀连接到蓄压装置600从而使高压气体只能单向地流入蓄压装置600。空气滤清器13经由单向阀连接到第一压缩机51左侧，所述单向阀使得经空气滤清器13过滤的外界空气单向地流入第一压缩机51内。其中，主活塞501通过第一连杆L1与第一活塞511和第二活塞521设置成一体，并且第一连杆L1设置成以气密方式穿过主气缸50的侧壁，并且第一压缩机51在第一活塞511左侧经由单向阀连通到第二压缩机52的第二活塞521的右侧，使得气体只能从第一压缩机51单向地流入第二压缩机52。
在优选实施方式中，第一压缩机51输出的气体压力是60巴；第二压缩机52输出的气体压力是200巴。当所述三个活塞一体地向左移动时，第一压缩机51输出60巴的高压气体，该高压气体经由连接在第一压缩机51和第二压缩机52之间的单向阀流入第二压缩机52右侧并最终流入蓄压装置600；当所述活塞一体地向右移动时，第二压缩机52输出200巴的高压气体，同时第一压缩机51经由单向阀吸入经过空气滤清器13过滤的外界空气。
实验表明，在根据本发明的设备的工作过程中，当上文所述的冷源与热源之间的温差达到2.5℃时，主气缸组件5便可产生钟摆运动(活塞左右移动)从而输出高压气体；当所述温差达到10℃时，主气缸组件5便可进行标准的钟摆运动，温差越大则钟摆运动越强劲，输出功率也越大。因此，正如上文所述，任何能够形成一定温差(大约2.5℃即可)的环境和/或设备都可以作为本发明的热源和冷源。
蓄压装置
蓄压装置600包括至少一个(为了清楚起见，图中仅示出了3个)诸如高压储气罐6之类的任何公知类型的高压气体储存装置，其用于储存压缩机51或压缩机52输出的高压气体。如上所述，高压储气罐6还经由多个单向阀连接到第一热交换器和第二热交换器，以便在初始状态以及发生泄漏的情况下向第一热交换器和第二热交换器中填充气体。
此外，如图1所示，每个高压储气罐6的输入口和输出口处分别设置有第九阀25和第十阀26。第九阀25用于控制从主气缸组件5流向高压储气罐6的高压气体的通断，而第十阀26用于控制从高压储气罐6流向能量产生装置的高压气体的通断。在操作过程中，可以同时打开一个或多个高压储气罐6的输入口处的第九阀25，使主气缸组件5中产生的高压气体流向一个或多个高压储气罐6中。例如，先打开左侧高压储气罐6的输入口处的第九阀25；当左侧高压储气罐6中的气体压力达到预定值时，关闭左侧高压储气罐6的输入口处的第九阀25并打开左侧高压储气罐6的输出口处的第十阀26，并且打开中间高压储气罐6的输入口处的第九阀25。此时，左侧高压储气罐6向下游的能量产生装置输送高压气体，而主气缸组件5中产生的高压气体流入中间高压储气罐6中，依此类推，当中间高压储气罐6向下游的能量产生装置输送高压气体时，主气缸组件5中产生的高压气体便流入右侧高压储气罐6中。这样一来，便能够循环地连续使用所述高压储气罐6，从而保证向下游的能量产生装置连续、稳定地输送高压气体。
能量产生装置
在一种实施方式中，能量产生装置700包括辅助气缸组件7和液压马达8。辅助气缸组件7连接到高压储气罐6，用于将高压储气罐6中的气体压力转化为液压力。液压马达8连接到辅助气缸组件7并在辅助气缸组件7输出的加压液体的作用下转动。如图所示，液压马达8连接到发电机9并带动发电机9旋转发电。应当理解的是，液压马达8也可以作为直接动力源而驱动其它终端设备旋转。
辅助气缸组件7包括辅助气缸70、第三压缩机71以及第四压缩机72。辅助气缸70中设置有辅助活塞701，辅助气缸70经由第七阀V23和第八阀V24连接到高压储气罐6。如图所示，第七阀V23连接到辅助活塞701左侧，第八阀V24连接到辅助活塞701右侧。第三压缩机71设置成以气密方式连接在辅助气缸70左侧并设置有第三活塞711，第三压缩机71用于在第三活塞711向左移动时输出加压液体。第四压缩机72设置成以气密方式连接在辅助气缸70右侧并设置有第四活塞721，第四压缩机72用于在第四活塞721向左移动时输出加压液体。其中，辅助活塞701通过第二连杆L2与第三活塞711和第四活塞721设置成一体，并且第二连杆L2设置成以气密方式穿过辅助气缸7的侧壁。此外，应当指出的是，第三压缩机71和第四压缩机72与第一压缩机51和第二压缩机52的结构类似，其区别之处仅在于第三压缩机71和第四压缩机72是液体压缩机，输出的是诸如液压油之类的加压液体。另外，如图所示，第三压缩机71通过两个单向阀分别连接到储液箱()和液压马达8；第四压缩机72也通过两个单向阀分别连接到储液箱()和液压马达8。因此，当所述活塞向左移动时，第三压缩机71输出加压液体而第四压缩机72从储液箱中抽吸液体；当所述活塞向右移动时，第四压缩机72输出加压液体而第三压缩机71从储液箱中抽吸液体。
在另一种实施方式中，能量产生装置700是气动马达，并且该气动马达经由设置在高压储气罐6下游的调压装置(未图示)连接到高压储气罐6，从而该气动马达在储存于高压储气罐6中的高压气体的作用下转动。如上所述，气动马达可以连接到发电机9并带动发电机9旋转发电。同时，气动马达也可以作为直接动力源而驱动其它终端设备旋转。
操作过程
下面参照附图说明该设备的示例性操作过程，在该示例性操作过程中，首先打开作为第一组的第一热交换器21和第二热交换器31，然后应用作为第二组的第一热交换器22和第二热交换器32，接下来是第三组，依此类推，最终又回到第一热交换器21和第二热交换器31。参照图1至图3，根据本发明的设备的具体操作过程包括下列步骤：
第一步，打开蓄压装置600上游的调压装置(未图示)，从而通过多个单向阀向第一热交换器和第二热交换器中填充给定压力的气体。在一种优选实施方式中，最初向第一热交换器和第二热交换器中充入的气体压力均为200巴。然而，应该认识到，本发明并不局限于此，所述热交换器中的气体可以具有其它压力，并且第一热交换器中的气体压力可以略微大于第二热交换器中的气体压力。
第二步，打开第一阀V1和第二阀V3以及第三阀V19和第六阀V22，并且关闭第一阀V4、V7、V10、V13、V16、第二阀V6、V9、V12、V15、V18以及均压阀V2、V5、V8、V11、V14、V17。相应的第一循环泵CP1将太阳能集热器11中产生的热水循环输送到第一热交换器21中，从而使第一热交换器21中的气体压力升高(200巴以上)。与此同时，相应的第二循环泵CP2将冷却管组41中的冷水循环输送到第二热交换器31中，从而使第二热交换器31内的气体压力降低(200巴以下)。如图所示，由于第三阀V19和第六阀V22打开而第四阀V20和第五阀V21关闭，所以主气缸50的左侧压力高于右侧压力，从而导致主气缸50中的主活塞501从平衡状态向右移动。如图2所示，由于主活塞501借助连杆与第一活塞511和第二活塞521设置成一体，所以主活塞501的右向移动导致第一活塞511和第二活塞521也向右移动。如上所述，当所述活塞一体地向右移动时，第二压缩机52将高压气体输入蓄压装置600中，同时第一压缩机经由空气滤清器13吸入外界空气。当主活塞501移动到主气缸50右侧时，一个运动行程结束。另外，如图3所示，也可以先打开第四阀V20和第五阀V21，此时主气缸50的右侧压力高于左侧压力，主活塞501及第一活塞511和第二活塞521将移动到左侧。
第三步，如上所述，当主活塞501移动到主气缸50右侧时，关闭第三阀V19和第六阀V22以及第一阀V1和第二阀V3，并打开均压阀V2，使其在打开状态下保持一小会儿，直到第一热交换器21与第二热交换器31中的压力变得相等时，再打开第一阀V4和第二阀V6以及第四阀V20和第五阀V21，并关闭第一阀V1、V7、V10、V13、V16、第二阀V3、V9、V12、V15、V18以及均压阀V2、V5、V8、V11、V14、V17。此时，主活塞501右侧的压力高于左侧，于是主活塞501与第一和第二活塞521一起向左移动。如上所述，当所述活塞一体地向左移动时，第一压缩机51将高压气体输入蓄压装置600中。如图3所示，当主活塞501移动到主气缸50左侧时，又一个运动行程结束，至此完成了一个工作循环。如此循环，直到再次打开第一阀V1和第二阀V3-即再次使用第一热交换器21和第二热交换器31。
应当理解的是，本发明并不限于上述示例性操作过程，在不偏离本发明的原理的情况下，也可以采用其它操作过程。例如，可以同时打开一个以上的第一热交换器和一个以上相应的第二热交换器，或者同时打开所有的第一热交换器和所有的第二热交换器。此时应当进行相应的阀门打开和关闭操作。
在进行上述操作的同时，当主气缸组件5中产生高压气体时，所述高压气体首先输入图中示出的左侧高压储气罐6中，即在开始操作时首先打开左侧高压储气罐6的输入口处的第九阀25。之后，当左侧高压储气罐6中的气体压力达到预定值时，关闭左侧高压储气罐6的输入口处的第九阀25并打开左侧高压储气罐6的输出口处的第十阀26，并且打开中间高压储气罐6的输入口处的第九阀25。此时，左侧高压储气罐6向下游的能量产生装置输送高压气体，而主气缸组件5中产生的高压气体流入中间高压储气罐6中，依此类推，当中间高压储气罐6向下游的能量产生装置输送高压气体时，主气缸组件5中产生的高压气体便流入右侧高压储气罐6中。因此，如同上述热交换器一样，能够循环地连续使用所述高压储气罐6，从而保证向下游的能量产生装置连续、稳定地输送高压气体。应当指出的是，由于蓄压装置600可包括多个高压储气罐6，因此可以在不影响连续循环操作的情况下同时打开一个以上的高压储气罐6。当然，也可以同时打开所有的高压储气罐6。相应地，在同时打开所有高压储气罐6的情况下，当高压储气罐6中的气体压力达到预定值时，便需要暂时停用本发明的设备，等高压储气罐6中的大部分高压气体输送到下游能量产生装置之后，才能再次起动本发明的设备，因而这种操作方式不能保证高压气体的连续输送。
另外，在高压储气罐6的下游，当高压储气罐6的输出口处的第十阀26打开时，辅助气缸组件7在高压气体的作用下以加压液体的方式驱动液压马达旋转，或者气动马达直接在高压储气罐6中的高压气体的作用下旋转，并最终驱动发电机旋转发电。
自动控制
在一种优选实施方式中，本发明的设备还包括用于控制第一至第十阀的电子控制单元(未图示)，该电子控制单元可以是例如用于机动车中的任何公知类型的电子控制总成，并且第一压缩机51的左侧和第二压缩机52的右侧都设置有位置传感器(未图示)，其中，当主活塞501与第一活塞511和第二活塞521一起移动到左侧时，左侧位置传感器向电子控制单元发出控制信号，从而电子控制单元顺次执行下列操作：关闭第一阀中的一个或多个和第二阀中相应的一个或多个、关闭第四阀V20和第五阀V21、打开相应的均压阀、关闭该相应的均压阀、打开第三阀V19和第六阀V22以及第一阀中接下来的一个或多个和第二阀中接下来的相应的一个或多个；当主活塞501与第一活塞511和第二活塞521一起移动到右侧时，右侧位置传感器向电子控制单元发出控制信号，从而电子控制单元顺次执行下列操作：关闭第一阀中的一个或多个和第二阀中相应的一个或多个、关闭第三阀V19和第六阀V22、打开相应的均压阀、关闭该相应的均压阀、打开第四阀V20和第五阀V21以及第一阀中接下来的一个或多个和第二阀中接下来的相应的一个或多个。因此，在一个单向行程结束时，可以实现各个阀门之间的正确开启及关闭，从而使得该设备得以连续运行并使得能量得以稳定输出。
在另一种更优选的实施方式中，该电子控制单元是可编程逻辑控制器(PLC)，并且该位置传感器是限位开关。该可编程逻辑控制器可以是任何公知类型的可编程逻辑控制器，并且该限位开关可以是例如簧片触点电磁系统等。
在一种优选实施方式中，每个高压储气罐6都设置有压力传感器(未图示)，当处于工作状态的至少一个高压储气罐6中的压力达到预定值时，压力达到预定值的高压储气罐6的压力传感器向电子控制单元发出控制信号，从而电子控制单元顺次执行下列操作：关闭压力达到预定值的高压储气罐6的输入口处的第九阀25；打开压力达到预定值的高压储气罐6的输出口处的第十阀26；打开除压力达到预定值的高压储气罐6之外的至少一个其它高压储气罐6的输入口处的第九阀25。例如，在最初操作时，仅打开左侧高压储气罐6输入口处的第九阀25从而使主气缸组件5中产生的高压气体仅流入左侧高压储气罐6中；接下来，当左侧高压储气罐6中的气体压力达到预定值时，电子控制单元响应于左侧高压储气罐6的压力传感器而关闭左侧高压储气罐6输入口处的第九阀25、打开左侧高压储气罐6的输出口处的第十阀26从而使其中的高压气体驱动下游的能量产生装置、并打开中间或右侧高压储气罐6的输入口处的第九阀25，依此类推，便可以进行循环式连续操作，从而保证连续、稳定地向下游的能量产生装置供给高压气体。应当理解的是，由于蓄压装置600可包括多个高压储气罐6，因此可以同时打开一个以上的高压储气罐6的第九阀25，此时也可以实现循环连续操作的目的。
在另一种优选实施方式中，每个高压储气罐6的输入口处都设置有压力开关(未图示)，并且每个第九阀25都保持常开状态，当处于工作状态的至少一个高压储气罐6中的压力达到预定值时，压力达到预定值的高压储气罐6输入口处的压力开关在自动关闭的同时向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：打开压力达到预定值的高压储气罐6的输出口处的第十阀26；打开除压力达到预定值的高压储气罐6之外的至少一个其它高压储气罐6的输入口处的压力开关。与上述实施方式相似，可以同时打开一个以上的高压储气罐6的输入口处的压力开关，此时也可以实现高压气体的连续输入和输出。可以看出，由于在本实施方式中每个第九阀25都保持常开状态，因此本实施方式中的第九阀25仅用于在维护或发生紧急情况时进行气流通断。
另外，第三压缩机71的左侧和第四压缩机72的右侧也可以设置有限位开关。当辅助活塞701与第三活塞711和第四活塞721一起移动到左侧时，可编程逻辑控制器响应于左侧限位开关而打开第七阀V23并关闭第八阀V24；当辅助活塞701与第三活塞711和第四活塞721一起移动到右侧时，可编程逻辑控制器响应于右侧限位开关而打开第八阀V24并关闭第七阀V23。这样一来，使得液压马达8能够被连续驱动，从而使得能量输出更加稳定。
工业实用性
本发明可用作例如公寓楼、工厂以及超市中的固定安装设备，也可用作例如汽车、轮船、卡车中的移动单元。例如，一方面，当用于各种建筑物中时，本发明的设备可用作所述建筑物的独立发电系统以便为所述建筑物供电；另一方面，当用于车辆等交通工具上时，本发明的设备可作为所述交通工具的驱动系统的动力源，也可作为所述交通工具的制动系统及转向系统等的动力源。
实验表明，在根据本发明的设备中，当主气缸组件5中产生高压气体时，所述高压气体由于被压缩而产生高温，其温度最高可达280℃；当高压储气罐6中的高压气体输送到下游的能量产生装置中时，所述高压气体由于释放而产生冰冷现象，其温度最低可至零下55℃。因此，当主气缸组件5中产生高压气体时，可以从例如图1所示的点A处获取热空气，可通过气体管线(未图示)将该热空气输送到上游的高压气体产生组件，从而该热空气作为热流体源、通过热交换作用来加热第一热交换器；该热空气也可用于建筑物或车辆内的加热系统，或者用于通过热交换器来加热水等。当高压储气罐6中的高压气体输送到辅助气缸组件7中时，可以从图1所示的点B处获取冷空气，可通过气体管线(未图示)将该冷空气输送到上游的低压气体产生组件，从而该冷空气作为冷流体源、通过热交换作用来冷却第二热交换器；该冷空气也可用于建筑物或车辆内的空调系统等。如此一来，一方面，既能防止主气缸组件的温度过高又能防止辅助气缸组件的温度过低；另一方面，还能对所述热空气和冷空气进行回收从而进一步实现能量的有效利用。

Claims (19)

1.一种通过热源产生能量的设备，其特征在于包括：
气体压差产生装置(100)，其通过所述热源产生气体压力差；
高压气体产生装置(500)，其通过气体管线与所述气体压差产生装置(100)连通，所述高压气体产生装置(500)通过来自所述气体压差产生装置(100)的气体压力差来生成高压气体；
蓄压装置(600)，其通过气体管线与所述高压气体产生装置(500)连通，所述蓄压装置(600)储存所述高压气体产生装置(500)生成的高压气体；以及
能量产生装置(700)，其通过气体管线与所述蓄压装置(600)连通，所述能量产生装置(700)通过储存于所述蓄压装置(600)中的高压气体产生所述能量。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热源为热流体源，所述气体压差产生装置(100)包括：
高压气体产生组件(10)，其包括至少一个所述热流体源和至少一个第一热交换器，每个所述热流体源连接到每个相应的所述第一热交换器，所述第一热交换器中填充有加压气体，并且每个所述第一热交换器经由第一阀并通过第一共用气体管线(P1)连接到所述高压气体产生装置；
低压气体产生组件(20)，其包括至少一个冷流体源和至少一个第二热交换器，每个所述冷流体源连接到每个相应的所述第二热交换器，所述第二热交换器中填充有加压气体，并且每个所述第二热交换器经由第二阀并通过第二共用气体管线(P2)连接到所述高压气体产生装置；
其中，在工作状态下，每个所述热流体源加热与其相连接的每个所述第一热交换器从而使每个所述第一热交换器中的气体压力升高，每个所述冷流体源冷却与其相连接的每个所述第二热交换器从而使每个所述第二热交换器中的气体压力降低，从而所述高压气体产生组件与所述低压气体产生组件之间形成气体压力差。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述高压气体产生装置(500)是主气缸组件(5)，所述主气缸组件(5)包括：
主气缸(50)，其中设置有主活塞(501)，所述主气缸(50)经由第三阀(V19)或第四阀(V20)连接到所述第一共用气体管线(P1)并经由第五阀(V21)或第六阀(V22)连接到所述第二共用气体管线(P2)，所述第三阀(V19)和所述第五阀(V21)连接到所述主活塞(501)左侧，所述第四阀(V20)和所述第六阀(V22)连接到所述主活塞(501)右侧；
第一压缩机(51)，其设置成一体地连接到所述主气缸(50)左侧并设置有第一活塞(511)，所述第一压缩机(51)用于在所述第一活塞(511)向左移动时输出高压气体；
第二压缩机(52)，其设置成一体地连接到所述主气缸(50)右侧并设置有第二活塞(521)，所述第二压缩机(52)用于在所述第二活塞(521)向右移动时输出高压气体，并且所述第二压缩机(52)在所述第二活塞(521)右侧经由单向阀连接到所述蓄压装置(600)从而使高压气体只能单向地流入所述蓄压装置(600)；
空气滤清器(13)，其经由单向阀连接到所述第一压缩机(51)左侧，使得经所述空气滤清器(13)过滤的外界空气单向地流入所述第一压缩机(51)，
其中，所述主活塞(501)通过第一连杆(L1)与所述第一活塞(511)和所述第二活塞(521)设置成一体，并且所述第一连杆(L1)设置成以气密方式穿过所述主气缸(50)的侧壁，并且所述第一压缩机(51)在所述第一活塞(511)左侧经由单向阀连通到所述第二压缩机(52)的第二活塞(521)的右侧，使得气体只能从所述第一压缩机(51)左侧单向地流入所述第二压缩机(52)右侧。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述蓄压装置(600)包括至少一个高压储气罐(6)，每个所述高压储气罐(6)的输入口和输出口处分别设置有第九阀(25)和第十阀(26)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述能量产生装置(700)是气动马达，并且所述气动马达经由设置在所述高压储气罐(6)下游的调压装置连接到所述高压储气罐(6)，从而在储存于所述高压储气罐(6)中的高压气体的作用下转动。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述能量产生装置(700)包括：
辅助气缸组件(7)，其通过气体管线连接到所述高压储气罐(6)，用于将所述高压储气罐(6)中的气体压力转化为液压力，所述辅助气缸组件(7)包括：
辅助气缸(70)，其中设置有辅助活塞(701)，所述辅助气缸经由第七阀(V23)和第八阀(V24)连接到所述高压储气罐(6)，所述第七阀(V23)连接到所述辅助活塞(701)左侧，并且所述第八阀(V24)连接到所述辅助活塞(701)右侧；
第三压缩机(71)，其设置成以气密方式连接在所述辅助气缸(70)左侧并设置有第三活塞(711)，所述第三压缩机(71)用于在所述第三活塞(711)向左移动时输出加压液体；
第四压缩机(72)，其设置成以气密方式连接在所述辅助气缸(70)右侧并设置有第四活塞(721)，所述第四压缩机(72)用于在所述第四活塞(721)向左移动时输出加压液体，
液压马达(8)，其连接到所述辅助气缸组件(7)并在所述辅助气缸组件(7)输出的加压液体的作用下转动，
其中，所述辅助活塞(701)通过第二连杆(L2)与所述第三活塞(711)和所述第四活塞(721)设置成一体，并且所述第二连杆(L2)设置成以气密方式穿过所述辅助气缸(70)的侧壁。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述能量产生装置(700)还包括设置在所述液压马达(8)下游的发电机(9)，所述液压马达(8)带动所述发电机(9)旋转发电。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，每个所述第一热交换器和与其相连接的每个所述热流体源之间都设置有第一循环泵(CP1)，所述第一循环泵(CP1)用于使所述热流体源中的热流体循环流动到所述第一热交换器中；每个所述第二热交换器和与其相连接的每个所述冷流体源之间也设置有第二循环泵(CP2)，所述第二循环泵(CP2)用于使所述冷流体源中的冷流体循环流动到所述第二热交换器中。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述热流体源中的热流体是来自太阳能集热器的热水或发电站中用于设备冷却的冷却水；所述冷流体源中的冷流体是建筑物中的地下冷却管组中的冷水。
10.根据权利要求4-8中任一项所述的设备，其特征在于，每个所述第一热交换器以及每个所述第二热交换器都经由单向阀连接到所述高压储气罐(6)，使得能够在初始状态以及发生泄漏的情况下向所述第一热交换器和所述第二热交换器中填充气体。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，每个所述第一热交换器以及每个所述第二热交换器都经由单向阀连接到所述高压储气罐(6)，使得能够在初始状态以及发生泄漏的情况下向所述第一热交换器和所述第二热交换器中填充气体。
12.根据权利要求2-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括连接在每个所述第一热交换器和每个相应的所述第二热交换器之间的均压阀，所述均压阀用于在所述主气缸(50)的主活塞(501)完成一个行程之后使每个所述第一热交换器与每个相应的所述第二热交换器中的气体压力变得相等。
13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备还包括连接在每个所述第一热交换器和每个相应的所述第二热交换器之间的均压阀，所述均压阀用于在所述主气缸(50)的主活塞(501)完成一个行程之后使每个所述第一热交换器与每个相应的所述第二热交换器中的气体压力变得相等。
14.根据权利要求2-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一压缩机(51)输出的高压气体的压力是60巴；而所述第二压缩机(52)输出的高压气体的压力是200巴。
15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于控制所述第一至第十阀的电子控制单元，并且所述第一压缩机(51)的左侧和所述第二压缩机(52)的右侧都设置有位置传感器，
其中，当所述主活塞(501)与所述第一活塞(511)和所述第二活塞(521)一起移动到左侧时，左侧位置传感器向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：
关闭所述第一阀中的一个或多个和所述第二阀中相应的一个或多个；
关闭所述第四阀V20和所述第五阀V21；
打开相应的均压阀；
关闭所述相应的均压阀；
打开所述第三阀V19和所述第六阀V22以及所述第一阀中接下来的一个或多个和所述第二阀中接下来的相应的一个或多个；
并且，当所述主活塞(501)与所述第一活塞(511)和所述第二活塞(521)一起移动到右侧时，右侧位置传感器向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：
关闭所述第一阀中的一个或多个和所述第二阀中相应的一个或多个；
关闭所述第三阀V19和所述第六阀V22；
打开相应的均压阀；
关闭所述相应的均压阀；
打开所述第四阀V20和所述第五阀V21以及所述第一阀中接下来的一个或多个和所述第二阀中接下来的相应的一个或多个。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述电子控制单元是可编程逻辑控制器，并且所述位置传感器是限位开关。
17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，每个所述高压储气罐(6)都设置有压力传感器，当处于工作状态的至少一个所述高压储气罐(6)中的压力达到预定值时，相应的所述压力传感器向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：
关闭压力达到预定值的所述高压储气罐(6)的输入口处的第九阀(25)；
打开压力达到预定值的所述高压储气罐(6)的输出口处的第十阀(26)；
打开除压力达到预定值的所述高压储气罐(6)之外的至少一个其它高压储气罐(6)的输入口处的第九阀(25)。
18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，每个所述高压储气罐(6)的输入口处都设置有压力开关，并且每个所述第九阀(25)都保持常开状态，当处于工作状态的至少一个所述高压储气罐(6)中的压力达到预定值时，相应的所述压力开关在自动关闭的同时向所述电子控制单元发出控制信号，从而所述电子控制单元顺次执行下列操作：
打开压力达到预定值的所述高压储气罐(6)的输出口处的第十阀(26)；
打开除压力达到预定值的所述高压储气罐(6)之外的至少一个其它高压储气罐(6)的输入口处的压力开关。
19.根据权利要求6-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于控制所述第一至第十阀的可编程逻辑控制器，并且所述第三压缩机(71)的左侧和所述第四压缩机(72)的右侧都设置有限位开关，
其中，当所述辅助活塞(701)与所述第三活塞(711)和所述第四活塞(721)一起移动到左侧时，所述可编程逻辑控制器响应于左侧限位而打开所述第七阀(V23)并关闭所述第八阀(V24)；当所述辅助活塞(701)与所述第三活塞(711)和所述第四活塞(721)一起移动到右侧时，所述可编程逻辑控制器响应于右侧限位而打开所述第八阀(V24)并关闭所述第七阀(V23)。
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