CN103742213A - 热机、储能发电装置、抽水装置、水轮发电机、温差发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力装置领域，具体而言，涉及热机、储能发电装置、抽水装置、水轮发电机、温差发电机。该热机包括中空的容器和位于容器内且密封的可膨胀收缩结构；容器内盛装有第一工质且容器上设置有排液口；第一工质的体积在温度变化的情况下变化小；可膨胀收缩结构内盛装有第二工质；第二工质的体积在温度变化的情况下变化大。第二工质受热后使可膨胀收缩结构膨胀，由于可膨胀收缩结构在容器内，则其会挤压容器内的第二工质，使第二工质从容器的排液口排出，从而输出动力。该热机在工作过程中，第二工质密封在可膨胀收缩结构内不会泄露，而且热机灵活性好。另外，该热机可以开发出储能发电装置、抽水装置、水轮发电机、温差发电机，节能环保。

Description

热机、储能发电装置、抽水装置、水轮发电机、温差发电机

技术领域

本发明涉及动力装置领域，具体而言，涉及热机、储能发电装置、抽水装置、水轮发电机、温差发电机。 

背景技术

斯特林发动机是一种通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的外燃发动机。燃料连续地燃烧为气体加热，蒸发的膨胀氢气作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，如此反复循环。 

现有的斯特拉发动机采用活塞将动力气体封闭在缸体内。活塞在缸体内既要灵活滑动，又要时刻将动力气体封闭。由于现有加工技术的缺陷，活塞与缸体的配合无法达到上述两个条件。若活塞与缸体滑动灵活，则动力气体可能会泄露；若活塞与缸体完全将动力气体密封，则活塞与缸体之间摩擦力大，滑动不灵活。 

发明内容

本发明的目的在于提供热机、储能发电装置、抽水装置、水轮发电机、温差发电机，以解决上述的问题。 

在本发明的实施例中提供了一种热机，其包括中空的容器和位于容器内且密封的可膨胀收缩结构；容器内盛装有第一工质且容器上设置有排液口；第一工质的体积在温度变化的情况下变化小；可膨胀收缩结构内盛装有第二工质；第二工质的体积在温度变化的情况下变化大。 

优选地，第一工质为水；第二工质为氢气、氨水或二氧化碳溶液。 

本实施例还提供一种储能发电装置，其包括水池、换热器、抽水机、发电机和上述的热机；水池内的水与热机的可膨胀收缩结构通过换热器热交换；发电机、抽水机分别与热机的排液口连接。 

进一步，该储能发电装置还包括高压储气室；高压储气室与可膨胀收缩结构连通且通过换热器与水池内的水热交换。 

进一步，该储能发电装置还包括热泵和储热器；热泵和储热器分别与水池内的水热交换。 

本实施例还提供一种抽水装置，其包括水箱、上水池、下水池、恢复筒和上述的热机； 

水箱内设置有抽水活塞；抽水活塞的一端通过第一连杆与热机的排液口内设置的压力活塞连接；抽水活塞的另一端通过第二连杆与恢复筒内设置的恢复活塞连接；水箱设置的排水口通过第一单向阀与上水池连通；水箱设置的抽水口通过第二单向阀与下水池连通； 

上水池还与恢复筒连通。 

本实施例还提供一种水轮发电机，其包括双向水轮机、两个上述的热机、两个高压储气室、两个换热器、两个储热器、一个加热器和一个冷却器； 

两个热机的排液口分别与双向水轮机连通；两个热机的可膨胀收缩结构分别与两个高压储气室连通； 

加热器通过双向自控阀，一路与一个换热器及一个储热器连通，另一路与另一个换热器及另一个储热器连通； 

冷却器通过双向自控阀，一路与一个换热器及一个储热器连通，另一路与另一个换热器及另一个储热器连通。 

优选地，加热器还通过动力装置与冷却器连通。 

本实施例还提供一种温差发电机，其包括双向水轮机、两个上述的热机、两个高压储气室、两个壳体、两个水气毛细换热器、一个加热器和一个冷却器； 

两个壳体的第一开口分别与双向水轮机连通；两个壳体的第二开口分别与两个热机的排液口连通；两个热机的可膨胀收缩结构分别与两个高压储气室连通； 

加热器通过双向自控阀，一路与一个水气毛细换热器的热源侧连通，另一路与另一个水气毛细换热器的热源侧连通； 

冷却器通过双向自控阀，一路与一个水气毛细换热器的冷源侧连通，另一路与另一个水气毛细换热器的冷源侧连通； 

两个水气毛细换热器分别与两个高压储气室热交换。 

进一步，该温差发电机还包括余热回收器；余热回收器与加热器及两个水气毛细换热器的冷源侧连通。 

本发明实施例提供的热机、储能发电装置、抽水装置、水轮发电机、温差发电机，与现有技术中相比，该热机包括容纳第一工质的容器和将第二工质密封在其内部的可膨胀收缩结构。由于第二工质的体积在温度变化的情况下变化大，则为第二工质加热，第二工质受热后会膨胀，使可膨胀收缩结构膨胀，由于可膨胀收缩结构在容器内，则膨胀的可膨胀收缩结构会挤压容器内的第二工质，使第二工质从容器的排液口排出，从而输出动力。其中为第二工质加热可以直接为其加热，也可以加热第一工质，然后通过热传递将热量传递给第二工质，其中第一工质的体积在温度变化时变化小，则第一工质不会由于体积的变化而压缩可膨胀收缩结构，只能由可 膨胀收缩结构的膨胀挤压第二工质。该热机在工作过程中，第二工质密封在可膨胀收缩结构内，不会泄露，而且灵活性好。 

附图说明

图1示出了本发明实施例的储能发电装置的结构示意图； 

图2示出了本发明实施例的抽水装置的结构示意图； 

图3示出了本发明实施例的水轮发电机的结构示意图； 

图4示出了本发明实施例的冷却腔与加热器连接的水轮发电机的结构示意图； 

图5示出了本发明实施例的温差发电机的结构示意图； 

图6示出了本发明实施例的连接有余热回收器的温差发电机的结构示意图。 

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。 

实施例1 

本实施例提供一种热机，其包括中空的容器和位于容器内密封的可膨胀收缩结构；容器内盛装有第一工质且容器上设置有排液口；第一工质的体积在温度变化的情况下变化小；可膨胀收缩结构内盛装有第二工质；第二工质的体积在温度变化的情况下变化大。 

本发明实施例提供的热机，与现有技术中相比，该热机包括容纳第一工质的容器和将第二工质密封在其内部的可膨胀收缩结构。由于第二工质的体积在温度变化的情况下变化大，则为第二工质加热，第二工质受热后会膨胀，使可膨胀收缩结构膨胀，由于可膨胀收缩结构在容器内，则膨胀的可膨胀收缩结构会挤压容器内的第二工质，使第二工质从容器的排液口排出，从而输出动力。 其中为第二工质加热可以直接为其加热，也可以加热第一工质，然后通过热传递将热量传递给第二工质，其中第一工质的体积在温度变化时变化小，则第一工质不会由于体积的变化而压缩可膨胀收缩结构，只能由可膨胀收缩结构的膨胀挤压第二工质。该热机在工作过程中，第二工质密封在可膨胀收缩结构内，不会泄露，而且灵活性好。 

优选地，第一工质为水；第二工质为氢气、氨水或二氧化碳溶液。其中第一工质的体积随温度变化基本不会变化，满足此条件的工质可以选择水。而第二工质的体积在温度变化的情况下变化大，则第二工质可以选用氢气、氨水或二氧化碳溶液。当然，第一工质和第二工质还可以在满足其自身要求的情况下选择任意的工质。 

另外，可膨胀收缩结构可以为气球或者橡胶袋子。当直接为第二工质加热时，可膨胀收缩结构可以具有隔热性能，避免第二工质吸收的热量传递给第一工质，影响第二工质的温度。 

实施例2 

本实施例还提供一种储能发电装置，如图1所示，其包括水池104、换热器107、抽水机、发电机和上述的热机；水池104内的水与热机的可膨胀收缩结构102通过换热器107热交换；发电机、抽水机分别与热机的排液口108连接。 

具体地，该储能发电装置可以安装在山洞、峡谷等位置，在水池104内存储有液态水，在可膨胀收缩结构102内存储有高压的二氧化碳。其中该二氧化碳的压强可以为40-70个大气压，这样在常温下容易液化、气化。白天时可以利用太阳能为水池内的水加热，加热后的水通过换热器将热量传递给可膨胀收缩结构内的二氧化碳。二氧化碳的温度上升到25°以上时，可膨胀收缩结构内的压强 会增大到65个大气压以上，此时可膨胀收缩结构102的膨胀会将容器101内的水从排液口108挤压出去，而在热机的排液口108安装有发电机，则排出的水会带动发电机发电。夜间时温度降低，水池内的水温度降低，通过换热器使可膨胀收缩结构内的温度降低，当温度低于10°时，二氧化碳气体将液化，从而使可膨胀收缩结构收缩。预存同时，抽水机可以利用夜间低价电将水抽入热机的容器内，为第二天的白天发电做准备。该储能发电装置可以利用夜间低价电蓄水，然后在白天用电高峰且电价较高时发电，从而降低用电成本。 

进一步，该储能发电装置还包括高压储气室103；高压储气室103与可膨胀收缩结构102连通且通过换热器107与水池104内的水热交换。具体地，高压储气室内存储有与可膨胀收缩结构内一样的工质，通过换热器可以实现水池与高压储气室之间的热交换，进一步方便热能的传递。 

进一步，该储能发电装置还包括热泵105和储热器106；热泵105和储热器106分别与水池104内的水热交换。其中水池内的水除了通过太阳能加热外，还可以通过热泵加热。另外，在水池内还可以安装储热器，当白天发电结束后，水池内的高温水的热能可以存储在储热器内，以便于第二天为水池加热，更加节能。 

实施例3 

本实施例还提供一种抽水装置，如图2所示，其包括水箱211、上水池203、下水池202、恢复筒201和上述的热机；水箱211内设置有抽水活塞210；抽水活塞210的一端通过第一连杆与热机的排液口内设置的压力活塞209连接；抽水活塞210的另一端通过第二连杆与恢复筒201内设置的恢复活塞212连接；水箱211设置的排水口通过第一单向阀204与上水池203连通；水箱211设置的抽水 口通过第二单向阀205与下水池202连通；上水池203还与恢复筒201连通。 

其中，下水池可以为地下水或者任何位于低位的水池。上水池可以为位于高处的水池。当热机内的可膨胀收缩结构208膨胀时，容器206内的压强增大，由于热机的排液口设置有压力活塞209，则压力活塞209会向外推动抽水活塞210，使水箱211内的水从排水口压入到上水池203内。由于上水池还通过管道与恢复筒连通，则上水池内的水会对恢复筒内的恢复活塞施加向外的力，由于恢复活塞通过第二连杆与抽水活塞连接，则抽水活塞会慢慢恢复原位，然而，上水池与水箱的管道内设置有单向水阀且下水池与水箱的管道内也设置有单向水阀，则抽水活塞恢复原位时不能从上水池抽水，只能从下水池抽水，如此循环往复，从而将下水池内的水抽入水箱，再将水箱内的水压入上水池。其中容器206与可膨胀收缩结构208可通过换热器207实现热交换。 

实施例4 

本实施例还提供一种水轮发电机，如图3和图4所示，其包括双向水轮机308、两个上述的热机、两个高压储气室、两个换热器302、两个储热器301、一个加热器307和一个冷却器306；两个热机的容器305的排液口分别与双向水轮机308连通；两个热机的可膨胀收缩结构304分别与两个高压储气室303连通；加热器307通过双向自控阀，一路与一个换热器302及一个储热器301连通，另一路与另一个换热器及另一个储热器连通；冷却器306通过双向自控阀309，一路与一个换热器及一个储热器连通，另一路与另一个换热器及另一个储热器连通。 

具体地，在该水轮发电机运行之前，加热器的双向自控阀连通一侧的换热器，而冷却器的双向自控阀则连通另一侧的换热器。此时，加热器产生的热能经一路管道进入到换热器后，会与该侧热机的高压储气室进行热交换，从而将可膨胀收缩结构内的工质加热，使可膨胀收缩结构膨胀，与此同时，冷却器将冷量输送给另一侧的换热器，经另一侧的换热器后，将冷量传递给该侧的可膨胀收缩结构，使该可膨胀收缩结构内的工质冷却，从而使可膨胀收缩结构收缩，此时双向水轮机两侧会出现压力差，温度高的一侧的水会从经过双向水轮机进入到温度低的一侧，则双向水轮机会运行发电。当该过程结束后，可以通过控制器控制两个双向自控阀动作，使加热器为温度低的一侧加热，冷却器为温度高的一侧冷却，直至当温度低的一侧的温度升高超过另一侧后，水会反向流动，从而带动双向水轮机反向运转，如此循环往复。 

需要说明的是，相对比采用活塞的方式，该水轮发电机采用双向水轮机，使得每个工作周期时间很长，不用刚加热就冷却，更加节能。另外，每一侧的高压储气室还连接有储热器，从而为该水轮发电机运行过程储热及放热，更加节能，降低成本。 

优选地，加热器还通过动力装置410与冷却器连通。其中动力装置410可以为抽气机或液体泵，当然需要根据具体的工质选用合适的动力装置。将加热器与冷却器连通后，可以使加热冷却过程更便捷，更容易。 

实施例5 

本实施例还提供一种温差发电机，如图5所示，其包括双向水轮机506、两个上述的热机、两个高压储气室、两个壳体502、两个水气毛细换热器501、一个加热器508和一个冷却器505；两个壳体 502的第一开口分别与双向水轮机506连通；两个壳体502的第二开口分别与两个热机的排液口504连通；两个热机的可膨胀收缩结构503分别与两个高压储气室连通；加热器508通过双向自控阀507，一路与一个水气毛细换热器的热源侧连通，另一路与另一个水气毛细换热器的热源侧连通；冷却器通过双向自控阀，一路与一个水气毛细换热器的冷源侧连通，另一路与另一个水气毛细换热器的冷源侧连通；两个水气毛细换热器分别与两个高压储气室热交换。 

该温差发电机可以利用深层水与浅层水的温差发电。具体地，加热器可以置于浅层的水中，而冷却器可以置于深层的水中。由于深层水与浅层水的温度差会随着深度差的增大而增大，则两者之间的温度差可以达到20℃。在初始状态，加热器通过双向自控阀与一侧连通，冷却器通过双向自控阀与另一侧连通，则加热器会将热能传递给一侧的水气毛细换热器，进而将热能传递给高压储气室，从而使该侧的可膨胀收缩结构膨胀，而另一侧的可膨胀收缩结构收缩，使双向水轮机两侧产生压力差，水从压力大的一侧流入压力小的一侧，从而带动双向水轮机运转。即该水轮发电机可以利用水温发电，安装在海水中，发电性能尤为突出。 

进一步，该温差发电机还包括余热回收器509；余热回收器509与加热器及两个水气毛细换热器的冷源侧连通。即在温度高的一侧的水将可膨胀收缩结构膨胀后，可以由余热回收器将热能回收，以便下次使用，节能环保。 

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种热机，其特征在于，包括中空的容器和位于所述容器内密封的可膨胀收缩结构；

所述容器内盛装有第一工质且所述容器上设置有排液口；所述第一工质的体积在温度变化的情况下变化小；

所述可膨胀收缩结构内盛装有第二工质；所述第二工质的体积在温度变化的情况下变化大。

2.根据权利要求1所述的热机，其特征在于，所述第一工质为水；所述第二工质为氢气、氨水或二氧化碳溶液。

3.一种储能发电装置，其特征在于，包括水池、换热器、抽水机、发电机和如权利要求1或2所述的热机；

所述水池内的水与所述热机的可膨胀收缩结构通过换热器热交换；

所述发电机、抽水机分别与所述热机的排液口连接。

4.根据权利要求3所述的储能发电装置，其特征在于，还包括高压储气室；

所述高压储气室与所述可膨胀收缩结构连通且通过所述换热器与所述水池内的水热交换。

5.根据权利要求4所述的储能发电装置，其特征在于，还包括热泵和储热器；

所述热泵和所述储热器分别与所述水池内的水热交换。

6.一种抽水装置，其特征在于，包括水箱、上水池、下水池、恢复筒和如权利要求1或2所述的热机；

所述水箱内设置有抽水活塞；所述抽水活塞的一端通过第一连杆与所述热机的排液口内设置的压力活塞连接；所述抽水活塞的另一端通过第二连杆与所述恢复筒内设置的恢复活塞连接；所述水箱设置的排水口通过第一单向阀与所述上水池连通；所述水箱设置的抽水口通过第二单向阀与所述下水池连通；

所述上水池还与所述恢复筒连通。

7.一种水轮发电机，其特征在于，包括双向水轮机、两个如权利要求1或2所述的热机、两个高压储气室、两个换热器、两个储热器、一个加热器和一个冷却器；

两个所述热机的排液口分别与所述双向水轮机连通；两个所述热机的可膨胀收缩结构分别与两个所述高压储气室连通；

所述加热器通过双向自控阀，一路与一个所述换热器及一个所述储热器连通，另一路与另一个所述换热器及另一个所述储热器连通；

所述冷却器通过双向自控阀，一路与一个所述换热器及一个所述储热器连通，另一路与另一个所述换热器及另一个所述储热器连通。

8.根据权利要求7所述的水轮发电机，其特征在于，所述加热器还通过动力装置与所述冷却器连通。

9.一种温差发电机，其特征在于，包括双向水轮机、两个如权利要求1或2所述的热机、两个高压储气室、两个壳体、两个水气毛细换热器、一个加热器和一个冷却器；

两个壳体的第一开口分别与所述双向水轮机连通；两个所述壳体的第二开口分别与两个所述热机的排液口连通；两个所述热机的可膨胀收缩结构分别与两个所述高压储气室连通；

所述加热器通过双向自控阀，一路与一个所述水气毛细换热器的热源侧连通，另一路与另一个所述水气毛细换热器的热源侧连通；

所述冷却器通过双向自控阀，一路与一个所述水气毛细换热器的冷源侧连通，另一路与另一个所述水气毛细换热器的冷源侧连通；

两个所述水气毛细换热器分别与两个所述高压储气室热交换。

10.根据权利要求9所述的温差发电机，其特征在于，还包括余热回收器；

所述余热回收器与所述加热器及两个所述水气毛细换热器的冷源侧连通。

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