CN103122835B - 温差引擎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温差引擎，其包括活动气缸，固定活塞，机械能输出装置及其固定底座，以及气缸加热区和冷却区。活动气缸与固定活塞相连，当活动气缸内气体被加热时，因膨胀气体推动活塞，使得气缸离开加热区而进入冷却区；当气缸内气体被冷却时，因气体冷缩作用于固定活塞，使得活动气缸离开冷却区而进入加热区，并由此循环反复，输出运动功率。本发明结构简单，成本低廉，可多组引擎串并联使用，特别适合太阳能利用。

Description

温差引擎

技术领域

本发明涉及能源利用领域，是将热能转换为机械能，并进而可转换为电能的引擎装置。

背景技术

自从瓦特发明蒸汽机后，将热能转换为机械能就成为人类最主要的能源利用方式。

锅炉加涡轮机的结构装置，是目前最常见的热能转换为机械能的装置。它是将水由常温加热到蒸汽状态，利用蒸汽的体积膨胀以推动涡轮机，输出机械能。

另一种小型的装置，是一百多年前发明的斯特林引擎。斯特林引擎是利用气体在冷热端之间的收缩和膨胀產生扰动，推（吹）动处于气体中的活塞，输出动力。

锅炉加涡轮机装置，是一种单向装置，气体膨胀推动涡轮机后，不能直接循环再回到锅炉，这使得热能利用率大打折扣。因为热能的利用，只取用了蒸汽推动涡轮前后的热值差，推动涡轮后的乏汽与锅炉加热之前的常温水之间的热量，则被浪费了，即使有其他热能回收装置，也意味着需要更多成本投入才能回收部分热能。另一方面，锅炉加涡轮机的装置，是目前火力发电厂的普及装备，只有在这种极高的集成度下，才可能获得较为合理的热能利用率，这使得这种热能利用装置不能普及到民用领域。

斯特林引擎，虽然具有较高的热能利用率，但是因为其推动活塞的的动力，来自气体在热端和冷端之间来回扰动的“吹力”（位于气体中的活塞与空气壁之间有较大间隙），使得输出功率较小，难以满足大功率输出的要求，目前很少有实用的例子。

发明内容

有鉴于背景技术中所述，有必要提供一种热能利用率高、功率输出较高、适用范围更广的新型热能转换机械能的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种温差引擎，其特征在于：其包括充满气体的活动气缸、固定活塞、机械能导出装置、用于固定所述固定活塞和机械能导出装置的固定底座，以及用于作用于所述活动气缸的加热区和冷却区；所述机械能输出装置的能量输入端与所述活动气缸连接，所述固定活塞伸入至所述活动气缸内将所述活动气缸密封：当所述活动气缸位于所述加热区时，其内的气体受热膨胀，所述活动气缸与所述固定活塞之间的作用力推动所述活动气缸向远离所述固定活塞的方向移动，使得所述活动气缸离开所述加热区而进入所述冷却区；当所述活动气缸位于所述冷却区时，其内的气体遇冷收缩，所述活动气缸向靠近所述固定活塞的方向移动，从而离开所述冷却区进入所述加热区；由此，所述活动气缸和所述固定活塞相对地往复运动，所述活动气缸的机械运动产生的能量通过所述机械能导出装置连续导出。

所述加热区和冷却区分别为是设置于所述活动气缸外部的加热装置和冷却装置；或者分别是设置于所述活动气缸内部的加热装置和冷却装置。

所述冷却区是环境温度区，所述加热区是高于环境温度的加热区域。

所述加热区是环境温度区，所述冷却区是低于环境温度的区域。

所述能量传输及转换装置是一飞轮，其转动轴通过一刚性连接杆固定安装于所述固定底座上，其边缘通过一飞轮连杆与所述气腔本体连接，所述飞轮连杆与飞轮边缘的连接点为固定连接点，所述飞轮连杆与气缸本体的连接点为活动连接点， 所述飞轮连杆随所述气缸体的移动而转动，带动所述飞轮转动。

所述机械能导出装置可以是滑槽或电磁转换装置。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

根据理想气体的特性，只要升温就会有体积膨胀，只要降温就会体积收缩。因此本发明的温差引擎，对温差反应灵敏迅速，理论上可设计任意温差下的动能输出装置。

活塞与气缸为紧配合，与斯特林引擎的大间隙相比，输出功率更为强劲。

本发明结构简单，成本低廉，可根据需要设计任意温差和功率输出的装置，也可多组引擎串并联使用，特别适合太阳能利用，余热利用或其他可提供持续热源或冷源的场所。

附图说明

图1是本发明实施方式的温差引擎的静止状态示意图；

图2至图4是本发明实施方式的温差引擎的另外三个工作状态示意图。

具体实施方式

本实施例提供一种温差引擎，如图1至图4所示，其分别为本实施例之温差引擎的四个工作状态示意图：

所述温差引擎，包括内部充满气体的活动气缸3（其包括气腔本体32和气缸31两个部分）、固定活塞2、作为能量传输及转换装置的飞轮4、用于固定所述固定活塞2和所述飞轮4的固定底座1，以及置于所述活动气缸3的运动的两端的加热区和冷却区。

所述气腔本体32为加热和冷却感应区，气缸31的内壁与固定活塞2配合相连，所述固定活塞2可以在所述气缸31内运动，并将所述1活动气缸3密封。所述加热区和冷却区分别位于所述气腔本体32的运动区间两端。所述飞轮4的转动轴通过一刚性连接杆5固定安装于所述固定底座1上，其边缘通过一飞轮连杆6与所述气腔本体3的边缘连接，所述飞轮连杆6与飞轮4边缘的连接点为固定连接点，所述飞轮连杆6与活动气缸3的连接点为活动连接点，所述飞轮连杆6可以随着所述活动气缸3的移动而转动，带动所述飞轮4转动。

如图1所示，其为温差引擎的初始状态，此时，气腔本体32在加热区，内部气体被加热，体积膨胀，将对固定活塞2产生推力，由于固定活塞2是固定的，所以气腔本体32带动气缸31被迫向左移动，借助飞轮连杆6推动飞轮4转动，进入图2所示阶段。

如图2所示，此时气腔本体32被推到加热区与冷却区的中间位置，飞轮连杆6推动飞轮4向左旋转，并继续向左旋转，同时活动气缸3也因惯性继续向左运动，直到图3所示状态。

如图3所示，此时气腔本体32到达左侧的冷却区，飞轮连杆6也到达飞轮4的最远位置，气腔本体32内气体遇冷收缩，气腔本体32内产生负压，迫使活动气缸3向右运动，飞轮连杆6带动飞轮4继续旋转，进入图4所示状态。

如图4所示，此时气腔本体32进入冷却区和加热区的中间位置，腔内气体也由膨胀向收缩转换，但是飞轮4的惯性运动将带动活动气缸3继续向右运动，直到回到图1所示的起点位置。由此进入下一轮循环，当热源与冷源的温差持续，则可一直循环运动下去。

所述能量传输及转换装置不限于上述的飞轮，其只需为连续惯性结构即可，固定安装于所述固定底座1上，并与气腔本体连接，随着气腔本体的移动而做惯性运动，从而实现能量传输及转换。

所述冷却区可以是环境温度区，相对的，所述加热区是高于环境温度的区域。

所述加热区可以是环境温度区，相对的，所述冷却区是低于环境温度的区域。

所述固定底座可以是地板本身，也可以是一个放置于地板上的基座。

使用时，可以将上述温差引擎，以串联或者并联的方式组合构建，使得机构共用，降低机构成本，提高热能效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种温差引擎，其特征在于：其包括充满气体的活动气缸、固定活塞、机械能导出装置、用于固定所述固定活塞和机械能导出装置的固定底座，以及用于作用于所述活动气缸的加热区和冷却区；所述机械能输出装置的能量输入端与所述活动气缸连接，所述固定活塞伸入至所述活动气缸内将所述活动气缸密封：当所述活动气缸位于所述加热区时，其内的气体受热膨胀，所述活动气缸与所述固定活塞之间的作用力推动所述活动气缸向远离所述固定活塞的方向移动，使得所述活动气缸离开所述加热区而进入所述冷却区；当所述活动气缸位于所述冷却区时，其内的气体遇冷收缩，所述活动气缸向靠近所述固定活塞的方向移动，从而离开所述冷却区进入所述加热区；由此，所述活动气缸和所述固定活塞相对地往复运动，所述活动气缸的机械运动产生的能量通过所述机械能导出装置连续导出；所述加热区和冷却区分别是设置于所述活动气缸外部的加热装置和冷却装置；或者分别是设置于所述活动气缸内部的加热装置和冷却装置。

2.根据权利要求1所述的温差引擎，其特征在于：所述冷却区是环境温度区，所述加热区是高于环境温度的加热区域。

3.根据权利要求1所述的温差引擎，其特征在于：所述加热区是环境温度区，所述冷却区是低于环境温度的区域。

4.根据权利要求1至3任一所述的温差引擎，其特征在于：所述能量传输及转换装置是一飞轮，其转动轴通过一刚性连接杆固定安装于所述固定底座上，其边缘通过一飞轮连杆与所述气腔本体连接，所述飞轮连杆与飞轮边缘的连接点为固定连接点，所述飞轮连杆与气缸本体的连接点为活动连接点，所述飞轮连杆随所述气缸体的移动而转动，带动所述飞轮转动。

5.根据权利要求1至3任一所述的温差引擎，其特征在于：所述机械能导出装置是滑槽或电磁转换装置。