CN105587352A - 热管式真空动力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力装置，特别是一种热管式真空动力转换装置，该装置包括安装在密闭容器内的热管和相变换热介质，其特征在于上述密闭容器内为真空状态，在密闭容器内由隔板将密闭容器分为上、下两个密闭室，在隔板上均布插装有蒸发室，蒸发室的底部插装有热管，在蒸发室底部安装有密闭的加热室，加热室通过进液管和回液管与热交换介质加热装置相连通；在蒸发室的上端安装有喷嘴，在蒸发室的外壁上安装有进液阀，在上密闭室内与喷嘴对应位置安装有动力转换装置。本装置是利用热管技术和相变热交换介质的特点和合理的结构设计，具有运行维护费用和制造成本低，可有效地将各种热能转换成电能或机械能,能源利用率和转换效率高达85%以上。

Description

热管式真空动力转换装置

所属技术领域

本发明涉及一种动力装置，特别是一种热管式真空动力转换装置。

背景技术

目前，将自然界中的化石能源、风能、水能、太阳能、地热、核能等能源转化为电能、机械能等方便使用的能源的主要方式有，汽轮机组、太阳能光电板和内燃机等。其中风能和水能是可以将风能和水能直接转换成机械能用于发电，风能转化为电能的效率在75—98%，水能转化为电能的效率在75—95%，通过化石能、核能进行发电的效率只有40%左右，热电厂的热效率在60%-70%，而内燃机将化石能源转化为机械能的效率一般在30—60%，如现有量产的汽车中，汽油车的能量转化效率在30—40%，柴油车的能量转化效率在40—60%。

随着社会的快速发展，人们能源的需求日益增长，以石油、煤炭为主的化石能源的大量利用，所带来的是利用效率低、环境污染大等问题。

虽然风能和水能的动力转化率非常高,并且对环境的污染小,但由于其对地理位置要求高、一次性投入大，只能固定在某一地方等缺点制约了其发展。

近年来热管技术的发展，由于热管具有“近等温导热”而被广泛使用。如中国知识产权局2011年03月30日授权公告的发明名称为“温差双向热管传热汽流风轮发电装置”就是利用热管内的相变换热介质推动风轮发电机进行发电。但由于其结构所限，因而发电能力受到极大限制。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的缺陷，提供一种热转换效率相对较高、结构简单的热管式真空动力转换装置。

本发明的技术方案是：一种热管式真空动力转换装置，包括安装在密闭容器内的热管和相变换热介质，其特征在于上述密闭容器内为真空状态，在密闭容器内由隔板将密闭容器分为上、下两个密闭室，在隔板上均布插装有蒸发室，蒸发室上端位于上密闭室内，蒸发室的下端位于下密闭室内，蒸发室的外壁与隔板密闭连接，在蒸发室的底部插装有热管，热管的外圆与蒸发室的底部密闭连接，热管的上端位于蒸发室内，热管的下端伸出蒸发室的底部，在蒸发室底部安装有密闭的加热室，加热室通过进液管和回液管与热交换介质加热装置相连通；在蒸发室的上端安装有喷嘴，在蒸发室的外壁上安装有进液阀，进液阀的出液口与蒸发室相连通，进液阀的进液口位于上密闭室内的相变换热介质液面下，在上密闭室内与喷嘴对应位置安装有动力转换装置。

上述动力转换装置为气流发电装置，蒸发室上端的喷嘴与气流发电装置中的叶片对应，叶片通过传动轴与发电机相连；或上述热动力转换装置由气缸、活塞、曲柄连杆机构和气缸上的排气口组成，蒸发室上端安装的喷嘴固定安装在气缸内。

在上述进液阀由阀体、阀芯和阀体上的进液口、出液口组成，阀体上的出液口通过连接管路与蒸发室内腔联通，与阀体相配的阀芯为“H”形，在蒸发室与阀体相连处阀芯一端的壁上开有压力传递孔，在阀体上与阀芯对应处开有进液口，进液口位于上密闭室内装有的相变换热介质液面下，在阀体内阀芯的另一端装有复位弹簧和调整螺栓。

在上述密闭容器中的上密闭室内安装有吸热装置。

在上述喷嘴上安装有压力控制阀。

上述压力控制阀是由阀体Ⅰ、阀芯Ⅰ组成，在阀芯Ⅰ上开有出液孔，在阀体Ⅰ一侧的端面开有压力传递孔Ⅰ，压力传递管一端与压力传递孔Ⅰ相连，另一端与蒸发室的内腔联通，在阀芯Ⅰ另一端的阀体Ⅰ内安装有复位弹簧Ⅰ和压力调整螺栓；在压力控制阀的阀体Ⅰ上安装有调整阀芯Ⅰ移动的阻尼装置，该阻尼装置是由安装在阀芯Ⅰ与复位弹簧Ⅰ之间与阀芯Ⅰ相配接触的球体和用于将球体压向阀芯Ⅰ表面的压簧组成，阀芯Ⅰ与球体接触部分为球体或圆锥体。

上述各蒸发室底部的加热室相互联通并形成密闭的环形，在下密闭室内填装有保温材料。

本发明是利用热管的热量传导快、热损失小、热效率高等特点，对装置内的相变换热介质进行加热汽化，使其在蒸发腔的体积迅速膨胀，而形成巨大的压力，由蒸发腔上的喷嘴喷出，推动热动力转换装置将其势能转化为电能或机械能。转化后的相变换热介质经冷却，由气态变为液态后，再通过安装在蒸发腔上的进液阀，再次进入蒸发腔内，经热管进行再次加热，使相变换热介质在密闭状态下由液态变为气态再次循环，从而实现连续推动热动力转换装置进行能量转换。

本发明提供的技术方案的特点：1、结构合理、设计、构思巧妙；本装置充分利用了热管的特点，根据相变换热介质由液态变为气态的过程中，体积迅速膨胀这一特性，通过热管对热交换介质进行循环加热，为蒸发腔内的热管提供持续不断的热能，通过热管对进入蒸发腔内的相变换热介质进行加热，使其使在蒸发腔内的体积迅速膨胀，来为热动力转换装置提供动力；2、由于本装置是在真空状态下运行，且利用热交换介质、热管、相变换热介质等热转换效率高的介质和元器件等装置，使本装置的有效能源利用率和转换效率高达85%以上；3、由于本装置在运行过程中，基本无机械运动装置，制造成本低、运行过程中基本无噪声和机械损耗，运行维护费用低；4、单位输出功率的体积是现有各种能量转换装置的一半以下，具有制造成本低等特点。

附图说明

附图1为本发明实施例1的结构示意图；

附图2为本发明实施例2的结构示意图；

附图3为本发明附图1、2的A-A剖视图；

附图4为本发明附图1、2的I的局部放大图；

附图5为本发明压力控制阀的结构示意图。

具体实施方式

在附图1-5中，1-出液管、2-加热装置、3-循环泵、4-出液管Ⅰ、5-吸热装置、6-发电机、7-叶片、8-热功转换装置、9-上密闭室、10-隔板、11-加热室、12-回液管、13-热管、14-蒸发室、15-保温材料、16-回液管Ⅰ、17-循环泵Ⅰ、18-蓄能装置、19-换热器、20-回液管Ⅰ、21-换热器Ⅰ、22-压缩机、23-压力传递管、24-连接管、25-复位弹簧、26-阀芯、27-进液口、28-连接杆、29-阀体、30-压力传递孔、31-复位弹簧Ⅰ、32-球体、33-压簧、34-喷嘴、35-阀芯Ⅰ、36-阀体Ⅰ、37-孔、38-压力调整螺栓、39-压力调整螺栓Ⅰ、41-热管Ⅰ、42-加热室、43-排烟装置。

实施例1：

如图1所示，本装置是由加热装置2和热功转换装置8组成。加热装置是利用现有的太阳能加热装置，通过太阳能加热装置对加热装置内的热交换介质进行加热。

热功转换装置8是由内部为真空状态的密闭容器组成，在密闭容器内部通过隔板10将密闭容器分为上密闭室9和下密闭室两个真空的密闭室，上密闭室内装有相变换热介质。蒸发室14插装在隔板上的孔中，蒸发室的外壁与隔板上的孔之间密闭连接。在蒸发室的底部插装有热管13，热管的外圆与蒸发室的底部密闭连接，热管的上端位于蒸发室内，热管的下端伸出蒸发室的底部；在蒸发室底部安装有与蒸发室底部密封连接的加热室11,加热室通过出液管1和回液管12与加热装置形成循环通路，在出液管上安装有循环泵3，利用循环泵将加热装置加热后的热交换介质输送到加热室内，通过位于加热室内的热管下端将吸收的热量传递给热管上端，加热室内的进行热交换后的热交换介质通过回液管返回太阳能加热装置中被再次加热。

如图1、3、4所示，在蒸发室的上端安装有喷嘴34，在蒸发室的外壁上安装有进液阀，进液阀的出液口与蒸发室相连通，进液阀的进液口位于上密闭室内装相变换热介质的液面以下，在上密闭室内与蒸发室的喷嘴对应位置安装有热动力转换装置。

热动力转换装置为气流发电装置，该气流发电装置是由叶片7和发电机6组成，叶片与发电机之间通过传动轴相连，叶片与喷嘴相对应。

在上述热功转换装置8的密闭容器中的上密闭室9内安装有吸热装置5，吸热装置通过进、出管路与加热装置2相连通，在进、出管路中的一个管路上安装有循环泵Ⅰ17。

如图4所示，在蒸发室的外壁上安装的进液阀由阀体29、阀芯26和阀体上的进液口27、出液口组成，阀体上的出液口通过连接管24与蒸发室14的内腔联通，与阀体相配的阀芯为“H”形，即阀芯是由左右两阀芯组成，两阀芯之间通过连接杆28固定相连，在蒸发室与阀体右侧相连的壁上开有压力传递孔30，在阀体上与阀芯对应处开有进液口27，进液口位于相变换热介质的液面以下。在阀体内阀芯的左端安装有复位弹簧25，复位弹簧的右端顶在阀芯的左端面，复位弹簧的左端顶在安装在阀体上的压力调整螺栓Ⅱ上。

如图4、5所示，在喷嘴34上安装的压力控制阀是由阀体Ⅰ36、阀芯Ⅰ35组成，在阀芯Ⅰ上开有在开启位置使喷嘴打开的孔37，在阀体Ⅰ右端面开有压力传递孔Ⅰ，压力传递管23的上端与压力传递孔Ⅰ相连通，下端与蒸发室14的内腔联通，在阀芯Ⅰ左端的阀体Ⅰ内安装有复位弹簧Ⅰ31，在复位弹簧Ⅰ的左端的阀体Ⅰ上安装有压力调整螺栓38；在上述压力控制阀的阀体Ⅰ上安装有调整阀芯Ⅰ移动的阻尼装置，该阻尼装置是由安装在阀芯Ⅰ与复位弹簧Ⅰ之间与阀芯Ⅰ相配接触的球体32和用于将球体压向阀芯Ⅰ表面的压簧33组成，阀芯Ⅰ与球体接触部分为球体或圆锥体。这样当阀芯向左移动时需要克服压簧33通过球体32对阀芯左端球体或圆锥体的压力和复位弹簧的弹簧推力。

工作时，通过加热装置2将其内的热交换介质利用循环泵输送到加热室内，热管下端吸收热交换介质的热量后传递给热管上端，使蒸发室14内预装的相变换热介质由液态变为气态，使蒸发室内的压力急剧上升，当蒸发室内的压力大于压力控制阀中阻尼装置的设定阻尼和复位弹簧Ⅰ31的压力时，通过压力传递管23将压力传递给压力控制阀中的阀芯Ⅰ右端面，推动阀芯Ⅰ向左移动，当孔37移动到喷嘴34的内孔后，高压气态相变换热介质就由喷嘴喷出，推动气流发电装置中的叶片7旋转，通过叶片与发电机之间的传动轴带动发电机6进行发电；同时蒸发室内的压力通过蒸发室的壁上开的压力传递孔30将压力传递给进液阀中的阀芯26右端，推动阀芯向左移动，当进液口27位于两阀芯之间的连接杆28处时，上密闭室内的相变换热介质进入阀体29内两阀芯之间连接杆与阀体内形成的空腔，此时右侧阀芯将阀体上的出液口挡住。

当蒸发室内的高压气态的相变换热介质由喷嘴喷出，推动气流发电装置中的叶片7旋转时，蒸发室内的压力降低，进液阀中的阀芯在复位弹簧的推动下向右移动，同时压力控制阀中的阀芯Ⅰ在复位弹簧Ⅰ的作用下，向右移动将喷嘴关闭。当右侧阀芯将阀体上的出液口打开时，由于蒸发室内为真空状态，两阀芯之间的相变换热介质通过连接管24被吸入蒸发室14内后，通过热管上端加热蒸发后由液态变为气态，使蒸发室内的压力再次急剧上升，循环往复进行上述压力控制阀将喷嘴打开、关闭和使进液阀中的阀芯左右移动,将相变换热介质间歇送入蒸发室内进行汽液转换，来推动气流发电装置中的叶片7旋转，实现发电机6的连续发电。

由于上密闭室内的温度较低，由喷嘴喷出推动叶片旋转后的高压相变的换热介质在上密闭室内由气态变为液态。为加速相变换热介质由气态变为液态的速度，通过安装在上密闭室9内的吸热装置5快速将上密闭室内的热量吸收，以提高上密闭室9与加热室之间的温差。吸热装置5通过出液管Ⅰ4和回液管Ⅰ16将吸收的热量传递给加热装置2进行加热，可有效的利用上密闭室9内的热量。

吸热装置采用现有的吸热盘管。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，为进一步提高本装置的性能，如图2所示在加热装置2和热功转换装置8之间增加了蓄能装置18，并将循环泵Ⅰ17变为了压缩机22。

蓄能装置是由换热密闭容器和加热装置组成，在换热密闭容器内装有热交换介质，在蓄能装置的换热密闭容器内安装有换热器19和换热器Ⅰ21，换热器通过出液管1和回液管Ⅰ20与加热装置2相连通，换热器Ⅰ通过两管路与吸热装置5相连；在换热器Ⅰ与吸热装置5相连的一个管路上安装有压缩机22，压缩机的吸气口与吸热装置的出液端相连，压缩机的排气口与换热器Ⅰ进液端相连；如图2所示，蓄能装置中的加热装置是采用换热器19和换热器Ⅰ21对换热密闭容器内装有的热交换介质进行加热。在上述加热装置的供热不足的情况下，可采用电加热方式对换热密闭容器内的热交换介质进行加热，或通过蓄能装置下部设置的加热室42,采用燃气或燃油或燃煤等加热方式，对加热室的底部和热管Ⅰ41的下部进行加热，通过加热室的底部和热管Ⅰ上部对换热密闭容器内的热交换介质进行加热，加热室内燃烧后的热气流通过排烟装置43排出。

工作时，通过加热装置2将热交换介质进行加热，加热后热交换介质通过出液管1、循环泵3被打入换热器19内，通过换热器对蓄能装置中的换热密闭容器内的热交换介质进行加热，同时压缩机的吸气口与吸热装置的出液端相连，通过吸热装置5对上密闭室9内进行制冷，迅速将上密闭室内的相变换热介质冷却；压缩机的排气口与换热器Ⅰ21相连，将压缩机内的高温介质通过换热器Ⅰ对换热密闭容器内的热交换介质进行加热。通过引入压缩机，一方面降低了上密闭室内的温度，另一方面对换热密闭容器内的热交换介质进行加热，可有效提高本装置的热利用效率，其它工作过程与实施例1相同。

实施例3：

在上述实施例1或2中，可将热动力转换装置的气流发电装置由气缸、活塞、曲柄连杆机构和气缸上的排气口组成的相当于内燃机的结构替代，蒸发室上端安装的喷嘴34固定安装在气缸内，当喷嘴上的压力控制阀打开时，高压气态的相变换热介质推动活塞移动，带动曲柄连杆机构旋转，同时气缸上的排气口打开将相变换热介质排入上密闭室内。

上述结构是在现有的内燃机基础上进行的改进，利用由喷嘴喷出的高压气态的相变换热介质推动活塞移动，将热工转换成旋转的机械能。

在上述实施例1、2、3中加热装置可采用现有的太阳能加热、工业余热、煤炭、酒精、木炭、汽油等能源，为加热装置中的热交换介质进行加热。

热交换介质和相变换热介质采用现有的相应介质，换热器和换热器Ⅰ采用蛇形盘管或其他现有的换热形式。

为更好的保证上密闭室和下密闭室之间的温度差，在下密闭室内填装由保温材料15。

上述实施例中的压力控制阀、进液阀可采用由安装在蒸发室内的压力传感器控制的电磁阀代替。

Claims (8)

1.一种热管式真空动力转换装置，包括安装在密闭容器内的热管和相变换热介质，其特征在于上述密闭容器（4）内为真空状态，在密闭容器内由隔板（6）将密闭容器分为上、下两个密闭室，在隔板上均布插装有蒸发室（8），蒸发室上端位于上密闭室内，蒸发室的下端位于下密闭室内，蒸发室的外壁与隔板密闭连接，在蒸发室的底部插装有热管（7），热管的外圆与蒸发室的底部密闭连接，热管的上端位于蒸发室内，热管的下端伸出蒸发室的底部，在蒸发室底部安装有密闭的加热室（10），加热室通过进液管（12）和回液管（11）与热交换介质加热装置相连通；在蒸发室的上端安装有喷嘴（24），在蒸发室的外壁上安装有进液阀，进液阀的出液口与蒸发室相连通，进液阀的进液口位于上密闭室内的相变换热介质液面下，在上密闭室内与喷嘴对应位置安装有动力转换装置。

2.根据权利要求1所述的热管式真空动力转换装置，其特征在于上述动力转换装置为气流发电装置，蒸发室上端的喷嘴（24）与气流发电装置中的叶片（3）对应，叶片通过传动轴与发电机（2）相连；或上述热动力转换装置由气缸、活塞、曲柄连杆机构和气缸上的排气口组成，蒸发室上端安装的喷嘴固定安装在气缸内。

3.根据权利要求2所述的热管式真空动力转换装置，其特征在于在上述进液阀由阀体（19）、阀芯（16）和阀体上的进液口（17）、出液口组成，阀体上的出液口通过连接管（14）与蒸发室（8）内腔联通，阀体内的阀芯为“H”形，在进液口被关闭时,出液口位于“H”形阀芯的中间,蒸发室与阀体相连处阀芯一端的壁上开有压力传递孔（20），在阀体内阀芯的另一端装有复位弹簧（15）和压力调整螺栓（31）。

4.根据权利要求3所述的热管式真空动力转换装置，其特征在于上述“H”形的阀芯（16）是由连杆（18）和固定安装在连杆两端的左、右阀芯组成，连杆的直径小于左、右阀芯的直径。

5.根据权利要求4所述的热管式真空动力转换装置，其特征在于在上述密闭容器（4）中的上密闭室（5）内安装有吸热装置（1）。

6.根据权利要求5所述的热管式真空动力转换装置，其特征在于在上述喷嘴（34）上安装有压力控制阀。

7.根据权利要求6所述的热管式真空动力转换装置，其特征在于上述压力控制阀是由阀体Ⅰ（26）、阀芯Ⅰ（25）组成，在阀芯Ⅰ上开有排气孔（27），在阀体Ⅰ一侧的端面开有压力传递孔Ⅰ，压力传递管（28）一端与压力传递孔Ⅰ相连，另一端与蒸发室（9）的内腔联通，在阀芯Ⅰ另一端的阀体Ⅰ内安装有复位弹簧Ⅰ（21）和压力调整螺栓（29）；在压力控制阀的阀体Ⅰ上安装有调整阀芯Ⅰ移动的阻尼装置，该阻尼装置是由安装在阀芯Ⅰ与复位弹簧Ⅰ之间与阀芯Ⅰ相配接触的球体（22）和用于将球体压向阀芯Ⅰ表面的压簧（23）组成，阀芯Ⅰ与球体接触部分为球体或圆锥体。

8.根据权利要求7所述的热管式真空动力转换装置，其特征在于上述各蒸发室底部的加热室（10）相互联通并形成密闭的环形，在下密闭室内填装有保温材料（9）。