CN107061206A - 一种温度差驱动装置及其驱动泵组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度差驱动装置及其驱动泵组，驱动装置包括相变腔和驱动腔，所述驱动腔与所述相变腔相连通，驱动腔内设有一活塞，相变腔内设有相变工质及用于使相变工质发生相变的流体加热器、流体冷却器；相变工质的液‑气相变温度低于所述流体加热器中流体的温度，其气‑液相变温度高于所述流体冷却器中流体的温度，驱动泵组将各个相变腔通过热流连接管路串联。本发明中的加热流体采用自然界及人类生产生活过程中的中低温热源，将中低温热源高效的转变为动能或势能或机械能或电能，也可以用来作为利用中低温热源驱动其他装置或进行水(或气)的提升和输送或加压工作，充分将工厂废弃的热能利用起来进行能量转换，避免造成能源浪费。

Description

一种温度差驱动装置及其驱动泵组

技术领域

本发明属于能量驱动泵技术领域，特别涉及一种温度差驱动装置及其驱动泵组，利用低温热源高效转变为动能、势能、机械能、电能的有效装置。

背景技术

自然界及人类生产生活过程中有很多中低温热源，比如：地热、表层海水和深层海水之间的温度差、火力发电厂的尾烟排放所形成的低温热源等等。如何更好地利用自然界及生活中所产生的这些低温热源，减少能源的浪费，这是本发明亟需解决的技术问题。现有的中低温热源利用，多采用热泵技术对中低温热源的热量进行集中，使之达到更高的温度后再加以利用(如供热或发电)，利用途径非常有限，利用效率也比较低。

发明内容

本发明为了解决自然界和生活过程中低温热源的利用问题，提供了一种温度差驱动装置及其驱动泵组，利用温度差驱动泵将中低温热源高效的转变为动能或势能或机械能或电能，也可以用来作为利用中低温热源驱动其他装置或进行水(或气)的提升和输送或加压工作。

所采取的技术方案是：

一方面，本发明提供了一种温度差驱动装置，所述装置包括相变腔和驱动腔，所述驱动腔与所述相变腔相连通，所述驱动腔内设有一活塞，所述相变腔内设有相变工质及用于使所述相变工质发生相变的流体加热器、流体冷却器；所述相变工质的液-气相变温度低于所述流体加热器中流体的温度，其气-液相变温度高于所述流体冷却器中流体的温度。

所述的流体加热器和流体冷却器分别包括一流体换热管和设置于所述流体换热管两端的进液控制阀门和出液控制阀门，所述流体加热器中的流体换热管用于输入加热流体，所述流体冷却器中的流体换热管用于输入冷却流体。

所述流体冷却器中的流体换热管位于所述相变腔内，且靠近所述驱动腔设置；所述流体加热器中的流体换热管位于所述相变腔内，且远离所述驱动腔设置。

所述流体换热管为蛇形翅片管或热管。

所述相变腔和所述驱动腔之间通过一连接短管连接。

另一方面，本发明还提供了一种温度差驱动泵组，包括多组上述的温度差驱动装置，各所述流体加热器中的所述流体换热管通过热流连接管路形成串接；各所述相变腔中的相变工质的液-气相变温度沿着加热流体流动方向依次降低，所述热流连接管路上设有与其连通的热流存储箱。

所述热流连接管路中的流体通过加热设备直接加热。

所述热流连接管路中的流体通过热管进行热交换加热。

各所述相变腔中的流体冷却器输出端通过冷流连接管路连通，所述冷流连接管路上设有与其连通的冷流存储箱，所述冷流存储箱与对应的所述相变腔中流体加热器的流体输入端相连通，所述冷流存储箱中的流体温度高于所对应的所述相变腔中相变工质的液-气相变温度。

本发明具有的优点和积极效果是：

A.本发明通过在相变腔中同时设置流体加热器和流体冷却器，当将流体加热器与流体冷却器采用交替工作方式，流体加热器工作时，使相变腔中的温度高于腔内相变工质的气化温度，相变工质由液态变为汽态，相变工质体积发生变化，从而推动驱动腔内的活塞移动；当流体加热器停止工作，流体冷却器开始工作，使相变工质的温度逐渐降温，直至相变工质完全由汽态变成液态，活塞在重力或大气压力或外界其他的作用力的作用下回落，如此实现活塞的往复运动，实现对外做功。本发明中的流体加热器中的加热流体采用自然界及人类生产生活过程中的中低温热源，将中低温热源高效的转变为动能或势能或机械能或电能，也可以用来作为利用中低温热源驱动其他装置或进行水(或气)的提升和输送或加压工作，充分将工厂废弃的热能利用起来进行能量转换，避免造成能源浪费。

B.本发明通过将多个温度差驱动装置中的流体换热管串联起来，充分利用前一个温度差驱动装置的流体热能，利用上一级或上若干级的加热流体剩余热量或受热后的冷却流体中的热量，通过利用流体直接加热或通过利用热管换热加热对下一个温度差驱动装置中的相变工质进行加热，使下一个温度差驱动装置中的相变工质从液态变为汽态进行对外做功，充分利用加热流体与相变工质之间的温差，提高加热流体的热能利用率。

C.本发明则可将多种中低温热源(无论是火力发电厂排放的尾烟，还是蒸汽、热水，等等)加以综合梯级利用，进行诸如驱动、泵送、加压等工作，可以根据实际需要转变为动能、势能、机械能、电能等多种形式，可以根据需要减少能量转换中的中间转换环节，具有较高的转换效率高。

附图说明

图1是本发明所提供的温度差驱动装置原理示意图；

图2是本发明所提供的温度差驱动泵组示意图。

图中：1-相变腔；2-驱动腔；3-活塞；4-相变工质，41-第一相变工质，42-第二相变工质，43-第N相变工质；5-流体加热器；6-流体冷却器；7-流体换热管；8-进液控制阀门；9-出液控制阀门；10-连接短管；20-热流连接管路；30-热流存储箱；40-冷流连接管路；50-冷流存储箱。

具体实施方式:

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例说明如下：

如图1所示，本发明提供了一种温度差驱动装置，包括相变腔1和驱动腔2，驱动腔2与相变腔1相连通，驱动腔2内设有一活塞3，相变腔1内设有相变工质4及用于使相变工质4发生相变的流体加热器5、流体冷却器6；相变工质4的液-气相变温度低于流体加热器5中流体的温度，其气-液相变温度高于流体冷却器6中流体的温度。本发明通过在相变腔1中同时设置流体加热器5和流体冷却器6，当将流体加热器5与流体冷却器6采用交替工作方式，流体加热器5工作时，使相变腔1中的温度高于腔内相变工质4的气化温度，相变工质4由液态变为汽态，相变工质4体积发生变化，从而推动驱动腔2内的活塞3移动；当流体加热器停止工作，流体冷却器开始工作，使相变工质的温度逐渐降温，直至相变工质4完全由汽态变成液态，活塞在重力或大气压力或外界其他作用力的作用下回落，如此实现活塞3的往复运动，实现对外做功。

本发明中的流体加热器5和流体冷却器6分别包括一流体换热管7和设置于流体换热管7两端的进液控制阀门8和出液控制阀门9，流体加热器5中的流体换热管7用于输入加热流体，流体冷却器6中的流体换热管7用于输入冷却流体。进液控制阀门8用于交替控制加热流体和冷却流体的输入，而出液控制阀门9用于交替控制加热流体和冷却流体的输出，使相变工质4交替发生液化和汽化，实现对活塞3的往复驱动。

其中流体冷却器6中的流体换热管7位于相变腔1内，且靠近驱动腔2设置；流体加热器5中的流体换热管7位于相变腔1内，且远离驱动腔2设置。流体换热管7优选为蛇形翅片管、热管或其他热交换装置。

在图1中，相变腔1和驱动腔2之间通过一连接短管10连接，汽化后的相变工质由连接短管10进入驱动腔2中，推动活塞3向上移动。

如图2所示的温度差驱动泵组原理图，包括多个温度差驱动装置，各流体加热器5中的流体换热管7形成串接；各相变腔1中的相变工质4的液-气相变温度沿着加热流体流动方向依次降低，即第一相变工质41、第二相变工质42,......,第N相变工质43的液-气相变温度呈依次降低，热流连接管路20上设有与其连通的热流存储箱30。在对相变工质进行冷却时，需要将打开出液控制阀，将加热流体暂存在热流存储箱30中，经加热后再打入流体换热管中对相变工质的温度进行提升，使相变工质达到汽化后做功。

其中热流连接管路20中的流体通过加热设备直接加热，特别优选采用热交换加热，其效果更好。

为了充分利用前一个温度差驱动装置的流体热能，在各相变腔中的流体冷却器输出端通过冷流连接管路40连通，冷流连接管路40上设有与其连通的冷流存储箱50，冷流存储箱50与对应的相变腔中流体加热器5的流体输入端相连通，冷流存储箱50中的流体温度高于所对应的相变腔中相变工质4的液-气相变温度，这样可以对受热后冷却流体的热量进行利用。

具体的操作过程如下：

步骤一、关闭冷却流体的进液控制阀门，打开加热流体的进液控制阀门，向流体换热管中通入加热流体，第一相变工质41从液相变为气相，推动活塞向上(外)运动；

步骤二、关闭加热流体的进液控制阀门，打开冷却流体的进液控制阀门，第一相变工质从气相变为液相，重力(或大气压力、水压力等)驱动活塞向下(向里)运动；

步骤三、循环步骤一和步骤二，活塞做往复运动，提供驱动力，完成诸如发动机的活塞往复运动功能。

如果在流出的第一级流体(加热流体或受热后的冷却流体)与其他流体仍有可利用的温度差，可选用另外一种在温度更低的情况下可发生从液相变为气相状态的第二相变工质42，作为利用更低温度所造成的温度差的温度差驱动的泵装置；

如果在流出的第二级流体，即加热流体或受热后的冷却流体与其他流体仍有可利用的温度差，可再选用另外一种在温度更低的情况下可发生从液相变为气相状态的第三相变工质，作为利用更低温度所造成的温度差的温度差驱动的泵装置，如此类推，直到第N级，可利用第N相变工质继续实现驱动活塞运动。

本发明通过将多组温度差驱动装置中的流体换热管串联起来，充分利用前一级或前若干级的温度差驱动装置的流体热能(即加热流体的余热或受热后的冷却流体)，对下一个温度差驱动装置中的相变工质进行加热，使下一个温度差驱动装置中的相变工质从液态变为汽态进行对外做功，充分利用加热流体与相变工质之间的温差，提高加热流体的热能利用率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种温度差驱动装置，其特征在于，所述装置包括相变腔(1)和驱动腔(2)，所述驱动腔(2)与所述相变腔(1)相连通，所述驱动腔内(2)设有一活塞(3)，所述相变腔(1)内设有相变工质(4)及用于使所述相变工质(4)发生相变的流体加热器(5)、流体冷却器(6)；所述相变工质(4)的液-气相变温度低于所述流体加热器(5)中流体的温度，其气-液相变温度高于所述流体冷却器(6)中流体的温度。

2.根据权利要求1所述的温度差驱动装置，其特征在于，所述的流体加热器(5)和流体冷却器(6)分别包括一流体换热管(7)和设置于所述流体换热管(7)两端的进液控制阀门(8)和出液控制阀门(9)，所述流体加热器(5)中的流体换热管(7)用于输入加热流体，所述流体冷却器(6)中的流体换热管(7)用于输入冷却流体。

3.根据权利要求2所述的温度差驱动装置，其特征在于，所述流体冷却器(6)中的流体换热管(7)位于所述相变腔(1)内，且靠近所述驱动腔(2)设置；所述流体加热器(5)中的流体换热管(7)位于所述相变腔(1)内，且远离所述驱动腔(2)设置。

4.根据权利要求3所述的温度差驱动装置，其特征在于，所述流体换热管(7)为蛇形翅片管或热管。

5.根据权利要求1-4任一所述的温度差驱动装置，其特征在于，所述相变腔(1)和所述驱动腔(2)之间通过一连接短管(10)连接。

6.一种温度差驱动泵组，其特征在于，包括多组权利要求1-5任一所述的温度差驱动装置，各所述流体加热器(5)中的所述流体换热管(7)通过热流连接管路(20)形成串接；各所述相变腔(1)中的相变工质(4)的液-气相变温度沿着加热流体流动方向依次降低，所述热流连接管路(20)上设有与其连通的热流存储箱(30)。

7.根据权利要求6所述的温度差驱动泵组，其特征在于，所述热流连接管路(20)中的流体通过加热设备直接加热。

8.根据权利要求6所述的温度差驱动泵组，其特征在于，所述热流连接管路(20)中的流体通过热管进行热交换加热。

9.根据权利要求6-8任一所述的温度差驱动泵组，其特征在于，各所述相变腔中的流体冷却器输出端通过冷流连接管路(40)连通，所述冷流连接管路(40)上设有与其连通的冷流存储箱(50)，所述冷流存储箱(50)与对应的所述相变腔中流体加热器(5)的流体输入端相连通，所述冷流存储箱(50)中的流体温度高于所对应的所述相变腔中相变工质(4)的液-气相变温度。