CN103541781B - 一种利用环境热能的蒸发式对外做功装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用环境热能的蒸发式对外做功装置以及方法。其中装置包括动力装置和储能装置；动力装置包括容器，容器连接一个做功管道，做功管道的一端内设有活塞，活塞与储能装置连接。其中方法包括提供一个由多个管道组成的容器，管道一端设有活塞，活塞连接有负载，容器内填充有工作介质，以某种方式用水打湿容器表面；水蒸发吸热对容器进行冷却，当容器内部温度降低时，工作介质体积减小，活塞向管道内运动并对负载做功；当水蒸发完后，容器吸收环境热能，容器内部温度上升，工作介质体积增大，推动活塞向外运动并带动负载做功。本发明采用吸收环境的热能对外输出做功，得到近似免费的能源，且结构简单，使用方便。

Description

一种利用环境热能的蒸发式对外做功装置以及方法

技术领域

本发明属于动力机械技术领域，具体地说，涉及一种利用环境热能的蒸发式对外做功装置以及方法。

背景技术

因经济的发展，各国都对能源的需求很大，并且日益增加，而石油煤炭天然气等能源，总会有枯竭的一天，人类社会为了发展必须寻找新的能源，但各种取得能源的技术都有其自身的不足，成本高，有危险，会枯竭，有污染，破坏环境，即使水力风力地热等清洁能源发电，非常受环境限制，而且需要大量的设施等等，不能完美的解决能源问题。另外由于工业的迅速发展，使得环境变得较差，尤其是温室效应，所处环境的温度不断提高。

然而，在我们生活的环境中存在大量的能源，现有的技术只是利用了其中的风能、太阳能，而没有利用环境中的热能，传统利用太阳能、风能的方式受条件制约大，在能量转换时，所需要的设备成本较高，且受地域影响；不适合推广。

发明内容

发明为解决现有技术的不足，提供一种利用环境热能对外做功的蒸发式对外做功装置和方法，该装置可以将环境的热能转化为动能输出，环保且使用方便。该方法操作方便，易于推广。

发明采用的技术方案为：

一种利用环境热能的蒸发式对外做功装置，包括有利用环境热能对外做功的动力装置和可对外做功的储能装置。

其中，动力装置包括一个装有工作介质的容器，容器连接一个做功管道，做功管道的一端内设有活塞。活塞与储能装置连接。

工作时，先将容器表面用冷却水或其他液体打湿，容器表面的冷却水或其他液体蒸发吸热，容器内部的工作介质温度降低，工作介质体积减小，拉动活塞向管道内部运动从而实现做功；冷却水或其他水蒸发完之后，容器开始吸收环境热能，工作介质受热膨胀，推动活塞向外运动实现再次的做功。为了便于热交换，容器采用管道的形式，并且使用型材，以加大热交换面积，根据需要，还可以加装热管散热器等。这类装置的工作介质对温度变化很敏感，即使工作介质的温度只变化1度或者不到一度，活塞也会明显移动，假设容器总容积为0.1立方米，使用横截面积为10平方厘米的活塞，工作介质为丙酮，则每变化一度，活塞大致移动1.4分米，使用1平方厘米的活塞则可以移动1.4米，在使用气体时更敏感且过程快的多，但对外的作用力小的多。

此装置的工作介质有两种，一种工作介质为液体。另一种工作介质为气体；气体可以为单一沸点跟环境温度相近的液体的蒸汽，也可以为混合气体，包括沸点跟环境温度相近的液体的蒸汽和另外一种气体，气体又分两类，一类是不溶于该液体的气体，比如空气（或者其他气体，比如导热能力强的氢气），一类是易溶于该液体的气体，使用这两类气体工作时的原理稍有不同，此处以乙醚、乙醚和甲醚为例进行说明。

当工作介质为乙醚蒸汽或者是乙醚跟其他不溶于乙醚的气体的混合物时，水蒸发吸热，气体除了冷缩体积减小，同时乙醚蒸汽凝结，作为工作介质的乙醚蒸汽的量减少，工作气体体积进一步减小，拉动活塞做功。被环境空气加热时，气体受热膨胀，同时乙醚蒸发，乙醚蒸汽的量增加，推动活塞做功。其优点是简单、成本低。

当工作介质为乙醚蒸汽和甲醚气体混合物时，水蒸发吸热，气态甲醚冷缩体积减小，乙醚蒸汽凝结，作为工作介质的乙醚蒸汽的量减少，同时，因为温度降低，甲醚气体在乙醚中的溶解度增大，部分甲醚气体溶于乙醚液体，工作气体体积进一步减小。被环境空气加热时，过程相反。其优点是对温度变化稍微更敏感一点。

使用气体工作介质的时候，不再是单纯的气态物质热胀冷缩，除了气体的热胀冷缩外，它在工作的时候发生了液态跟气态之间的相变，和溶质气体溶解度的变化，温度变化造成的压力变化是明显的剧烈的，在工作过程中，作为工作介质的气态物质的量是不断变化的，这跟工作原理上使用液体有很大的不同，导热能力强。因为使用气体的时候工作气压不大，此时可以采用很薄的铝合金管型材，容器壁浪费的热能少，且热交换过程快。

使用液体作为工作介质时，活塞对外提供的作用力大，工作介质采用热膨胀系数大的液体，如煤油、乙醚、丙酮等。当容器受到外界冷却水蒸发吸热降温后，工作介质冷缩体积减小带动活塞向内运动对外做功，然后，容器从环境中吸收热量，温度逐渐上升，工作介质的受热膨胀，带动活塞向外运动对外做功，如此反复，对外输出做功。因为液体几乎不能被压缩或者拉伸，且使用的活塞面积小，容器壁受到的压强很大，能输出多大功率，除了取决于水蒸发的快慢即蒸发面积，还很大程度上受制于容器能承受的压强，使用液体对材料强度、密封等的要求高。采用细的管道是一个很有效的方案，采用更细的管道型材不仅可以增加面积，而且，在相同壁厚的情况下，管道越细，能承受的压强越大。根据需要，可以加装热管或涂层增加热交换能力。

此外，使用气体时，作为容器的管道内壁有一层金属材料做的吸附层，其作用是利用毛细作用储存液化的气体，如乙醚液体；同时也增加蒸发面积，吸附层需要与管壁接触良好。

因为该装置的一个工作循环时间很长，且做功的力也不够大，直接无法利用，为了能够利用，必须增加一个储能装置，储能装置采用弹簧或者气缸，气弹簧由于压力恒定，更适合用于此处，但成本较普通弹簧稍高；使用弹簧的时候，工作介质吸热膨胀推动活塞压缩弹簧，放热收缩时通过一定的机构再次压缩弹簧，当弹簧压缩到一定程度时释放做功；使用气缸储能结构简单，工作介质膨胀或收缩时都往气缸内打气，气压达到一定程度时对外释放做功，使用气缸可以储存教多能量，采用立方厘米级或者分米级的气缸，只能作为做功的一个中间过程，如果采用立方米级的气缸，只压缩不释放做功，则可用于生产压缩空气作为一种能源。储能装置什么时候释放能量视情况而定，可以在一个或多个循环后释放，也可以在数百个循环后释放，可以几分钟释放一次，也可以数小时或数天后释放一次。如果把储能装置储存的能量释放出来发电，即以发电机为负载，就可以将该装置做的功转为电能储存在蓄电池中。

进一步地，所述动力装置还包括将直线运动转变为圆周运动的传动装置，气弹簧的两端分别与活塞和传动装置的输入端连接。传动装置的输出端与负载连接。

进一步地，所述动力装置还包括齿轮变速箱和发动机，齿轮变速箱分别与传动装置的输出端和发动机连接。

进一步地，所述容器包括多个管道，管道的下端与所述做功管道连接。

进一步地，还包括用于将容器冷却的冷却装置。

上述应用于装置的机构和工作介质均可适用于该方法。

发明取得的有益效果为：此发明可以吸收环境的热能对外输出做功，利用了一般方法不能利用的能源，且结构简单，使用方便，如果储能装置采用较大的气缸，只存储而不释放则可以生产压缩空气，压缩空气可以作为一种环保能源用于一些动力装置，它也可以用于改造车辆特别是压缩空气动力车或者电瓶车，车辆行进时高风速可以让水很快蒸发从而做功产生压缩空气或者发电，却不增加车辆的风阻，此装置特别适合用于存在大的水体的场合比如灌溉，此装置在有风、有阳光、环境温度高、空气干燥时工作过程快，它也是一种同时利用环境热能、风能、太阳能等的综合利用装置。

附图说明

图1为本发明的第一种实施方式。

图2为本发明的第二种实施方式。

附图标记为：

1——容器2——做功管道3——活塞

4——活塞杆5——气弹簧6——传动装置

7——齿轮变速箱8——发电机11——管道

12——推式打气筒13——高压气缸14——负载。

具体实施方式

下面介绍下具体的工作方式：

实施例1：一种利用环境热能对外做功的蒸发式对外做功装置，包括：

提供一个装有工作介质的容器1，容器1连接一个做功管道2，做功管道2的一端内设有活塞3和活塞杆4，活塞杆4的一端与活塞3连接，另一端伸出做功管道2，做功管道2另一端与容器1连通；

提供冷却液，先对容器1喷洒冷却液，容器1表面的冷却液蒸发吸热，容器1以及内部的工作介质温度降低，工作介质体积减小，拉动活塞3做功；容器1吸收环境热量，工作介质温度升高的体积增加，推动活塞3做功。

具体实施时，如图1所示，通过喷雾器对容器1进行喷液体，使用时，液体采用水，容器1中间设置有多个细细的管道11，在环境温度相对较高时，如25度以上；使用喷雾器喷水打湿管壁以及容器1其他部位，水蒸发吸热降低管内工作介质温度，温度降低至少2摄氏度以上；工作介质体积缩小，活塞3带动活塞杆4移动并拉伸气弹簧5做功，此处的储能装置为气弹簧5；然后，容器1吸收环境热量慢慢回到环境温度，容器1内工作介质体积增大，推动活塞3压缩气弹簧5并对外做功。

为了对外做功更好的利用，因此在需要的时候，才释放气弹簧5做功，传动装置6采用运动转换机构，如直线运动转圆周运动的运动转换机构；经过运动转换机构和变速机构后，带动发电机8或负载14对外做功。变速机构采用齿轮变速箱7。

实施例2：如图2所示，与实施例1不同之处在于：储能装置包括拉动式打气筒组和高压气缸13；拉动式打气筒组采用两个打气方向的打气筒；喷雾器喷水打湿管壁，水蒸发吸热降低管内工作介质温度，工作介质体积缩小，拉动拉式打气筒往气缸内打气，然后，容器1吸收环境热量慢慢回到环境温度，容器1内工作介质体积增大，推动推式打气筒12往气缸内打气。

在需要的时候，利用气缸内的高压空气带动负载14做功。

以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。

Claims (2)

1.一种利用环境热能对外做功的方法，其特征在于：包括提供一个由管道组成的容器，容器下端连接有做功管道，做功管道内设有活塞，活塞连接有负载，容器内填充有工作介质，用水打湿容器表面，水蒸发吸热对容器进行冷却，当容器内部温度降低时，工作介质体积减小，活塞向做功管道内运动并对负载做功同时向储能装置储存能量；当水蒸发完后，容器吸收环境热能，容器内部温度上升，工作介质体积增大，推动活塞带动负载做功同时向储能装置储存能量，储能装置储存一定能量后再对外做功；当工作介质为气体时，气体为沸点跟环境温度相近的液体的蒸汽；当工作介质为液体时，工作介质采用热膨胀系数大的液体。

2.一种利用权利要求1所述方法的蒸发式做功装置，其特征在于：它包含以水蒸发制造温差部分、伸缩做功部分、储能再做功部分；制造温差部分为一装有工作介质的所述容器，伸缩做功部分包括一个做功管道，做功管道内设有活塞，做功管道一端与容器连接，活塞与储能装置连接。