CN102182662A - 温差机械能发生设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温差机械能发生设备，其结构简单、成本低廉，包括恒温箱，其开有进液孔和出液孔，出液管伸入箱体，其接有一个液泵，出液管一端与第一双路三通分路装置连接，其左端通过复层连接装置与双路管连接，双路管的一部分形成螺旋盘绕的热交换器，双路管的一端通过第二双路三通分路装置连接，其右端连接液气混合管，液气混合管接入第一电磁开关阀，液气混合管的一部分连续螺旋盘绕成第二吸热膨胀器，第二吸热膨胀器与第一电磁开关阀之间安装有第二温度传感器，第二压强传感器，吸热膨胀器的一端通过膨胀管与气动马达连接，其另一端通过第二膨胀管与第二双路三通装置的左端连接，液气混合管与出液管连通，第二膨胀管与回液管连通。

Description

温差机械能发生设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种温差机械能发生系统及其方法，特别是涉及一种通过气动马达的温差机械能发生系统及其方法。

背景技术

由于各种原因，在人类活动的不同地区和居住的地区，地表及地下都存在着温度差异，有的温度差异不非常显著，而有的温度差异则非常明显。

在四季变化明显地区以及特殊的地形地貌条件下，上述温度差异将表现的更为显著。

基于物理常识，温度差异意味着有能量蓄积及他们可以被有针对性地利用。

各种温度差异所蕴含的能源往往不能被有效利用，浪费了很多类似太阳能类的环保型能源。

利用已有温差的系统已经出现，但是目前现有的系统对于温差利用率及设备都具有较高的要求，成本较高或者工艺复杂以及转化效率过低。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明要提供一种利用温差产生机械能的设备。其包括恒温箱，恒温箱上开有进液孔和出液孔，出液管通过出液孔伸入箱体内，出液管接有一个液泵，出液管一端与第一双路三通分路装置连接，第一双路三通分路装置的左端通过复层连接装置与双路管连接，双路管的一部分形成螺旋盘绕的热交换器，双路管的一端通过第二双路三通分路装置连接，第二双路三通分路装置的右端连接液气混合管，液气混合管接入第一电磁开关阀，液气混合管的一部分连续螺旋盘绕成第二吸热膨胀器，第二吸热膨胀器与所述的第一电磁开关阀之间安装有第二温度传感器，第二压强传感器，吸热膨胀器的一端通过膨胀管与气动马达连接，气动马达的另一端通过第二膨胀管与第二双路三通装置的左端连接，所述的第二膨胀管与所述的回液管连通。

优选地，所述的第二膨胀器与所述的液气混合管之间还接有第一膨胀器。

优选地，所述的交换器外部包覆有隔热纤维材料，所述的第一膨胀器及所述的液气混合管包覆有隔热纤维材料。

优选地，所述的交换器可以并行设置多组，所述的第一膨胀器和第二膨胀器可以并行设置多组。

优选地，所述的出液管在恒温箱内的部分一体形成内压盘，外压盘套装在出液管上，所述的出液管与恒温箱依次通过内压盘，第一密封垫片，第二密封垫片，外压盘密封，并通过螺栓固定在恒温箱上，所述的回液管在恒温箱内的部分一体形成内压盘，外压盘套装在回液管上，所述的回液管与恒温箱依次通过内压盘，第一密封垫片，第二密封垫片，外压盘密封，并通过螺栓固定在恒温箱上。

优选地，所述的第一双路三通分路装置的下部的内管直接通过双环型复式垫片与双路管连通，所述的双环型复式垫片带有弹性连接肋和工形槽，所述的第一双路三通分路装置上部的外管在其左端口与所述左端内管之间形成中空结构并在靠近所述内管的一侧形成盲腔，所述的气动马达和所述的液泵通过压盘、密封垫及螺栓密封连通。

根据本发明的另一个方面，本发明要提供一种利用本发明的温差设备产生机械能的控制方法，包括：

膨胀器与恒温箱置放在不同地点形成温差；

初始工作介质注入；

液泵持续泵送工作介质；

第一、二电磁开关阀打开并延时；

第一、二电磁开关阀关闭并检测压强；

第二电磁开关阀打开，气动马达工作并检测压强。

优选地，还包括给予初始工作压强20Mpa，所述的初始工作介质为100L液体，所述的延时时间为1-32秒。

优选地，所述工作介质为二氯一氟甲烷。

优选地，所述工作介质为二氯四氟乙烷。

由于本发明的管路及大部分装置的结构简单，使得整体系统的制造成本降低，装设方便，制造材料选取变得更为容易。

此外，由于本发明的控制方法使得控制错误发生率降低，同时提高了温差能量的利用效率，提高了本发明的设备的工作可靠度。

下面结合附图对本发明的温差发电系统及其方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明温差机械能发生设备的整体示意图；

图2为本发明温差机械能发生设备图1中第一双路三通分路装置4的放大图；

图3A-A为本发明图1中的温差机械能发生设备的A-A向剖视放大图。

图3B-B为本发明图1中的温差机械能发生设备的B-B向剖视放大图。

图3C-C为本发明图2中的第一双路三通分路装置4的C-C向剖视放大图。

图4为本发明温差机械能发生设备的气动马达12的左视放大图。

图5为本发明温差机械能发生设备的电磁阀的放大图。

图6为本发明温差机械能发生设备的温度第二压强传感器和第二温度传感器在液气混合管上的安装示意图。

图7为本发明温差机械能发生设备的出液管安装示意图。

图8为本发明温差机械能发生设备的液泵的安装示意图。

图9为本发明温差机械能发生设备的第一双路三通分路装置密封用的环状垫片的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，其中示出了本发明的一个实施例的整体结构。恒温换热箱1为一个由钢制成的密封箱体，所述的箱体厚度选择为可承受+300Mpa至-300Mpa的压力范围。所述恒温箱1上安装有第五温度传感器49和第五压强传感器50。所述恒温换热箱1上开有进液孔21和出液孔22。出液管23通过出液孔22伸入箱体内，出液管23接入一个电动液泵3。出液管23的一端与第一双路三通分路装置4连接。第一双路三通分路装置的左端与钢制的双路管32连接。双路管32的一部分形成螺旋盘绕的热交换器5，以增加其热交换长度，当然，该热交换器5也可以盘制成多个，或者并行或串行设置成多个。热交换器5四周可用一定厚度的隔热填充物33形成隔热层，例如隔热纤维棉或者其他保温材料，以便热交换器5在置放在与恒温箱1温差较大的位置时，起到防止热传导的作用。热交换器5之后的双路管32的一端通过第二双路三通分路装置6连接。第二双路三通分路装置6的右端通过连接件连接钢制的液气混合管8，液气混合管8中间接入第一电磁开关阀7。在所述的第一电磁开关阀7与第二双路三通分路装置6之间安装有第一温度传感器35及第一压强传感器36。液气混合管8的一部分连续螺旋盘绕成第一、二吸热膨胀器9、10，当然，该第一、二吸热膨胀器9、10也可以盘制成多个，或者并行或串行设置成多个。第一吸热膨胀器9与所述的第一电磁开关阀7之间安装有第二温度传感器37，第二压强传感器38。第一吸热膨胀器9四周可用一定厚度的隔热填充物40形成隔热层，例如隔热纤维棉或者其他保温材料，以便第一吸热膨胀器9在置放在与恒温箱1温差较大的位置或者与恒温箱相距较远时，起到防止热传导的作用。同样道理，在所述第一吸热膨胀器9与所述第二双路三通分路装置6右端的各管路四周也都可以填充或者包覆隔热材料。第二吸热膨胀器10的一端通过钢制的第一膨胀管16与气动马达12连接，气动马达12的另一端通过钢制的第一膨胀管16与所述的第二双路三通装置6的左端连接。所述的气动马达12与第二吸热膨胀器10之间的第一膨胀管16上依次装设第三温度传感器44，第三压强传感器45及第二电磁开关阀11。所述的气动马达12与第二双路三通分路装置6之间的第二膨胀管17上依次装设有第四温度传感器46和第四压强传感器47并开有一个工作介质灌注孔66(正常工作时封闭)。

如图7所示，出液管23与出液孔22通过第一、第二密封垫83、81及内外密封压盘84、85密封，外压盘85为环形套装在出液管23上，内压盘84与出液管23一体成型，通过螺栓82将所述内外密封压盘84、85及所述第一、二密封垫83、81固定成一体，防止工作介质漏出。该密封的简单替换方式也可以直接采用焊接方式。

如前所述，进液管21也用同样方式密封，并固定在所述恒温箱1的上部。所述进液管的溢流口既可以在工作介质的液面下，也可以在工作介质的液面上。

如图8所示，电动液泵3的右端通过第一压盘302、第二压盘303与环形垫片301密封，并通过螺栓304固定。液泵左端也通过同样的方式接入出液管32。

如图2、图3A-A及图3C-C、图9所示，第一双路三通分路装置4的左端依次通过第一双路三通分路左压盘401、钢制双环形复式垫片403以及双路管右压盘321密封，并通过固定螺栓402固定。所述的钢制双环型复式垫片403中间带有四条弹性连接肋412和工形槽414，弹性连接肋412在加工时设置成使得双环型复式垫片403内外环在轴向上错开一定距离，由此在安装使用中，使得密封性得到进一步提高。工形槽414与双路管32的内管415及第一双路三通分路装置4的左端内管416相互密封并通过弹性连接肋412进一步改善密封性能。所述的第一双路三通分路装置的下部的内管直接通过双环型复式垫片409与双路管32连通，第一双路三通分路装置上部的外管在其左端口与所述左端内管416之间形成中空结构并在靠近所述内管的一侧形成盲腔。

如前所述，第二双路三通分路装置6的连接方式类似，使得液气混合管8与钢制的双路管32的外管连通，第二膨胀管17与双路管32的内管连通。

如图5所示，第一电磁开关阀7的一端通过第三压盘701、第四压盘702、第四环形垫片703与液气混合管8密封并连通，并用螺栓704固定。第一电磁开关阀7的另一端采用同样方式与液气混合管8密封并连通。

如前所述，本发明第二电磁阀11也采用同样方式与第一膨胀管16和第二膨胀器10连通。

如图6所示，第一温度传感器35、第一压强传感器36固定在液气混合管上，用于探测温度及压强。

如前所述，第二至五温度传感器、第二至五压强传感器采用同样型号的装置以同样方式进行装设。

如图4所示，气动马达的进气管依次通过第六压盘122、第六环形垫片123、第七压盘121密封，并通过第六螺栓124固定。气动马达的出气管采用同样方式与第二膨胀管17密封并连通。

本发明的第一、第二电磁阀7、11、第一至五温度传感器、第一至五压强传感器分别接入诸如一个单片机或者PC机或者其他已知的自动控制装置上。

本发明的各管路及密封件均可以采用钢制作。本领域技术人员还应当明了，其他已知的替代材料，只要可以实现本发明的各部件的功能，也应当落入本发明的保护范围。

本发明的恒温箱1在初始工作时，可以填充二氯一氟甲烷或者二氯四氟乙烷作为工作介质。该两种工作介质的具体物理参数如下所示：

中文名称二氯一氟甲烷

英文名称dichlorofluoromethane；Freon-21

别名R21；一氟二氯甲烷；氟利昂21

分子式CHCl2F；HCFCl2

外观与性状：略带类似氯仿气味的非易燃气体

分子量：102.92蒸汽压：202.645kPa(28.4℃)

熔点：-135℃

沸点(101.3KPa)：8.9℃

溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂

密度：液态相对密度(水＝1)1.48；气态(27℃，101.3KPa)相对密度(空气＝1)3.82

稳定性：稳定

危险标记：5(不燃气体)

主要用途：用作溶剂、致冷剂、气溶胶喷射剂

中文名称二氯四氟乙烷

英文名称dichlorotetrafluoroethane；Tetrafluorodichloroethane

别名R114；四氟二氯乙烷

分子式C2Cl2F4；ClF2CCF2Cl外观与性状无色气体，带有类似氯仿气味的非易燃物质

分子量171.0蒸汽压182kPa(20℃)

熔点-94℃沸点：3.8℃溶解性不溶于水，溶于多数有机溶剂

密度相对密度(水＝1)1.53(0℃)；相对密度(空气＝1)5.9稳定性 稳定

危险标记5(不燃气体)主要用途用作致冷剂、气溶胶喷射剂、发泡剂

本领域技术人员还应当明了，上述制冷剂只是本发明对于物理参数适合于本发明实施例工作而进行的选择，物理参数，特别是压强和沸点接近或者类似于前述两种工作介质的制冷剂或者吸收剂都应当落入本发明的保护范围之内。

本领域技术人员还应当明了，在给本发明各实施例的工作管路及箱体内充填更大或者更小压力的情况下，其他制冷剂或者吸收剂的诸如沸点、临界温度等物理参数将发生相应变化从而适用于本发明。该种手段变换或者选择也应当落入本发明的保护范围之内。

本发明的实施例在使用时，可以将恒温箱1置放于诸如西藏地区的带有-10℃冰层的山边居住区地面30米下的位置，以便对恒温箱1进行换热，并在一定程度上可以将所述恒温箱1视为-10℃恒温箱体。所述液气混合管8、第一、二热膨胀器9、10、气动马达等都装设设在地上，例如房屋附近。热交换器5置放在恒温箱1附近时，可以不包覆隔热材料33，如果只放在地上时，则需要包覆隔热材料33。初始时，根据本发明的实际系统容积灌注液态工作介质100L并加压到20Mpa工作压力，随后封闭工作介质灌注孔66。系统工作时，第一、二电磁阀开放。液泵3处于常开泵送状态，将恒温箱1中的液体工作介质向双路管32泵送，并在其中形成一定的附加压力。工作介质随后依次到达液气混合管8及第一、二吸热膨胀9、10中，计算机根据所述的换热器5中的管路长度控制延时1秒或者5秒或者15秒或者30秒后，关闭第一、二电磁阀7、11。随后，工作介质主要在第二膨胀器10中吸热并膨胀，随后导致电磁阀一、二之间的管路压力迅速增加至200Mpa以上，同时工作介质基本气化。与此同时，计算机检测第二温度传感器37及第二压强传感器38。当第二压强传感器38检测到压强大于200Mpa时，计算机控制打开第二电磁开关阀11，此时第一电磁开关阀7仍然关闭。第二电磁开关阀11打开后，气化的高压气体进入气动马达12开始持续作功，并使得第二膨胀管17和第一膨胀管16之间的压强随后达到平衡并降低。在此之后，作功后的工作介质进入到交换器5后因较低温度将逐渐液化，并推动在交换器5之中的液化工作介质向恒温箱1回流，同时，上述热交换过程由于工作介质气液相转换使得膨胀管17内的压强进一步减小并使得气动马达12进一步做功，在一定的管路长度选择下，上述过程可保证上述的管路中的压强减小至初始工作压强20Mpa甚至以下。计算机实时监测第一压强传感器和第二压强传感器的压力，当上述压强分别到达20Mpa压强及以下时，打开第一电磁阀37。接着计算机控制重复前述系统工作过程，例如，延时根据所述的换热器5中的管路长度控制延时1秒或者5秒或者15秒或者30秒后，关闭第一、二电磁阀7、11。计算机因此可以依次控制该系统循环工作，并使得气动马达可断续工作。

本发明的第二至五温度传感器，第二至五压强传感器基于冗余设计考虑或者精确控制考虑而装设。在不同工作容积、温度、初始压强条件下，有利于改善本发明的精确控制性能。

本发明的实施例在另一种使用条件下，可以将所述的恒温箱1置放在诸如北京地区冬季0℃以下的建筑物背荫环境下，而将前述使用的地上部分，例如液气混合管8和吸热膨胀器9、10以及气动马达12、液气混合管8、膨胀管16、17置放于温度大约在10℃左右的地层中。计算机只需要根据温差情况和换热器5的管路长度，调整延时时间为2秒、7秒、17秒、32秒，其他过程如第一种使用条件下基本相同即可完成本发明系统的工作控制。

本发明的各实施方法示例中，可以在气动马达输出端接入发电机，并将发出电力的一部分经过蓄能等处理后对本发明的各用电装置进行供电，从而节约电力和避免外围电力系统的接入。而且，本发明的各实施方法实例中，还可以在恒温箱附近接入由前述一部分电力供电的进一步制冷装置，以便在一般条件下温度差异较小时进一步改善本发明的设备的效率。而且，也可以将前述的制冷装置的换热部分置放在膨胀器附近，以便进一步利用温差能量。

本发明实验测试结果如下(恒温箱、膨胀器、管路总容积为100L)：

由上述实地实验结果可知，在本系统耗能很小的情况下，本系统对于一定范围内的居住区域温度差进行了有效的利用，并产生了差别显著的输出能量差。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温差机械能发生设备，包括恒温箱(1)，所述恒温箱(1)上开有进液孔(21)和出液孔(22)，出液管(23)通过出液孔(22)伸入箱体内，出液管(23)接有一个液泵(3)，出液管(23)一端与第一双路三通分路装置(4)连接，第一双路三通分路装置(4)的左端通过复层连接装置(31)与双路管(32)连接，双路管(32)的一部分形成螺旋盘绕的热交换器(5)，双路管(32)的一端通过第二双路三通分路装置(6)连接，第二双路三通分路装置(6)的右端连接液气混合管(8)，液气混合管(8)接入第一电磁开关阀(7)，液气混合管(8)的一部分螺旋盘绕成第二吸热膨胀器(10)，第二吸热膨胀器(10)与所述的第一电磁开关阀(7)之间安装有第二温度传感器(37)，第二压强传感器(38)，第二吸热膨胀器(10)的一端通过膨胀管(16)与气动马达(12)连接，气动马达(12)的另一端通过第二膨胀管(17)与第二双路三通装置(6)的左端连接，所述的第二膨胀管(17)与所述的回液管(21)连通。

2.根据权利要求1所述的温差机械能发生设备，其特征在于：所述的第二膨胀器(10)与所述的液气混合管(8)之间还接有第一膨胀器(9)。

3.根据权利要求2所述的温差机械能发生设备，其特征在于：所述的交换器(5)外部包覆有隔热纤维材料，所述的第一膨胀器(9)及所述的液气混合管(8)包覆有隔热纤维材料。

4.根据权利要求3所述的温差机械能发生设备，其特征在于：所述的交换器(5)可以并行设置多组，所述的第一膨胀器(9)和第二膨胀器(10)可以并行设置多组。

5.根据权利要求4所述的温差机械能发生设备，其特征在于：所述的出液管(22)在恒温箱(1)内的部分一体形成内压盘(84)，外压盘(85)套装在出液管(22)上，所述的出液管(22)与恒温箱(1)依次通过内压盘(84)，第一密封垫片(83)，第二密封垫片(81)，外压盘(85)密封，并通过螺栓(82)固定在恒温箱(1)上，所述的回液管(23)在恒温箱(1)内的部分一体形成内压盘，外压盘套装在回液管上，所述的回液管与恒温箱(1)依次通过内压盘，第一密封垫片，第二密封垫片，外压盘密封，并通过螺栓固定在恒温箱上。

6.根据权利要求5所述的温差机械能发生设备，其特征在于：所述的第一双路三通分路装置(4)的下部的内管直接通过双环型复式垫片(409)与双路管(32)连通，所述的双环型复式垫片带有弹性连接肋(412)和工形槽(414)，所述的第一双路三通分路装置上部的外管在其左端口与所述左端内管(416)之间形成中空结构并在靠近所述内管的一侧形成盲腔，所述的气动马达和所述的液泵通过压盘、密封垫及螺栓密封连通。

7.根据权利要求1至6所述之一的温差机械能发生设备的控制方法，包括：

膨胀器(9、10)与恒温箱(1)置放在不同地点形成温差；

初始工作介质注入；

液泵持续泵送工作介质；

第一、二电磁开关阀(7、11)打开并延时；

第一、二电磁开关阀(7、11)关闭并检测压强；

第二电磁开关阀(11)打开，气动马达(12)工作并检测压强。

8.根据权利要求7所述的温差机械能发生设备的控制方法，其特征在于：还包括给予初始工作压强20Mpa，所述的初始工作介质为100L液体，所述的延时时间为1-32秒。

9.根据权利要求8所述的温差机械能发生设备的控制方法，其特征在于：所述工作介质为二氯一氟甲烷。

10.根据权利要求9所述的温差机械能发生设备的控制方法，其特征在于：所述工作介质为二氯四氟乙烷。

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