CN1193718A - 将热能连续地从低温物体传递到高温物体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种将热能连续地从低温物体传递到高温物体的方法,利用某些在低温时能吸收大量的热,在高温时放出大量热的换热体配合在温差下产生驱动力的驱动机构使换热体不断循环运行,在低温侧吸热,在高温侧放热,所述的驱动力可由形状记忆材料体的变形而产生。另外本发明还涉及将热能连续地从低温物体传递到高温物体的装置。

Description

将热能连续地从低温物体传递到 高温物体的方法及装置

本发明涉及一种能量传递方法及装置，尤其是一种将热能连续地从低温物体传递到高温物体的方法及其装置。

目前将热能从低温物体传递到高温物体的方法大多是利用(消耗)其他能源(主要是电能)作功，而且其装置结构较复杂，例如使用压缩机等。

本发明的目的是提出一种新的将热能从低温物体连续传递到高温物体的方法，该方法无需耗用其他能源，且装置结构较为简单。

为解决上述目的，本发明采用的解决方案是：利用某些在低温时能吸收大量的热，在高温时放出大量热的吸-放热体(换热体)配合在温差下产生驱动力的驱动机构，当吸-放热体在低温物体处吸收热后，驱动机构使吸-放热体到高温物体处放出热，然后又到低温物处吸热，放热于高温物处，如此不断循环，实现将热能从低温物体到高温物体的传递，并且不耗用其他能源。

实现这种方法的装置可以有很多种不同的变型方案，其中一种结构可以是这样：

装置的上、下部分别布置有表面光滑的固定圆柱体和活动圆柱体。两圆柱体外布置(套)有可光滑滑动的滑动带，由形状记忆材料丝线织段和绝热材料段均匀交替组成的光滑滑动带的形状记忆材料丝线织段上均衡布置有换热体，换热体由热的良导体材料作外壳，内部空腔上部填充有某种填充物，抽真空后注入一定量相应液体并密封，该填充物对该液体蒸汽的吸附能力主要随温度高低不同而强弱显著不同，系统未运行前，滑动带上换热体均衡分布处于重力平衡状态，当一侧换热体接触高温物，该侧换热体受热其内发生填充物对液体蒸汽的“脱附”现象，放出热量，温度上升，安装换热体的相应的形状记忆材料丝线织段受温度变化长度发生变化(伸长或缩短)。因而该侧滑动带长度大于或小于另一侧长度，滑动圆柱体将向下或向上平移使两侧滑动带长度恢复相等，这时由于两侧等长滑动带上分布着不同数量的换热体，两侧的重力平衡被打破，滑动带将带着换热体一起滑动一段距离，当两侧均有一半已与高温物发生过作用的换热体和未被  高温物影响的换热体时，滑动带重新取得重力平衡，这时处于高温物侧未被高温物影响过的换热体其内将发生“脱附”现象，放出热量，温度上升，对应的形状记忆材料丝线织段长度发生相应变化，处于低温物侧的已与高温物侧发生过作用的换热体内将发生“吸附”现象，吸收热量，温度下降，对应的长度已变化的形状记忆材料丝线织段长度恢复到变化前长度，因此两侧滑动带长度又不相同，在活动圆柱体作用下两侧长度恢复相同，但两侧重力平衡又被打破，滑动带滑动取得新的重力平衡……如此这般，系统将不断送行，换热体将不断从低温物处吸取热量释放给高温物。

上述换热体中填充物和液体可以分别采用合成沸石13X和水，外壳下部较上部为重，换热体可以枢轴方式安装到滑动带的形状记忆材料丝线织段上，安装机构应具良好导热性能。滑动带和圆柱体接触表面应非常光滑，换热体可以通过导热性良好的导热体与低高温物体进行热交换。换热体和导热体可光滑接触；两导热体可以和绝热体封合成装置外壳，内空腔可以抽成真空。

当然也可采用一段某种转变温度的形状记忆材料丝线织段，一段绝热段，一段另一种转变温度的形状记忆材料丝线织段，一段绝热段……多种不同转变温度段的均匀交替组合以达到适应多种环境温度条件下的不同用途。

本发明装置的另一种结构可以是：在两导热体间的真空空腔中设置有壳体由热的良导体材料制成，且内部上部填充有对某些液体(如水)蒸汽在温度高低不同时吸附能力弱强明显不同的物质(如合成沸石13X)的换热体，其内抽真空下部注入相应液体密封，换热体均匀地悬挂于转动带上，换热体与导热体内表面非常光滑地接触。

转动带由转轮带动，转轮两侧缘上固定有形状记忆材料制成的可形变体，可形变体与导热体内表面作用部位接触，当温度较高的导热体使可形变体受热达到其转变温度时，可形变体发生形变与导热体间发生强力作用，从而驱动转轮向前转动，每一个可形变体先后依次与导热体作用部位接触-受热-形变从而驱动转轮不断转动，转轮的转动使得转动带及其上的换热体一起运动。当换热体与温度高的导热体接触时，换热体温度上升，其内部发生填充物对液体蒸气的脱附现象，脱附出来的蒸气压力上升冷凝成液体从而放出大量热量；当换热体与温度低的导热体接触，换热体温度降低，其内部发生填充物对液体蒸气的吸附现象，压力下降液体不断气化从而吸收大量热量。随着转轮的不断转动，换热体将不断地从温度低的导热体吸收热量，将热量释放于温度高的导热体。

以下结合附图和实施例对本发明的方法和装置作进一步的详细说明。

图1是本发明装置第一实施例剖视图；

图2是图1实施例侧视图；

图3是滑动带的局部放大剖视图；

图4是本发明装置另一实施例的局部剖视示意图；

图5a，5b是图4实施例中可形变体与导热体内面在不同作用时刻的简示图。

如图1，2，3所示，该装置包括两个相向而立的导热体1和11，两导热体和绝热体10共同构成装置外壳，其内腔有固定于绝热体10上的固定圆柱体4，其下有活动圆柱体5，另外，滑动带3套于圆柱体4，5上，该滑动带3由绝热段30和形状记忆材料丝线织段均匀交替组成，形状记忆材料丝线织段可以由弹性体31和形状记忆材料丝32组成，换热体2以枢轴方式通过导热性良好的安装机构安装于滑动带3的形状记忆材料丝线织段上并与形状记忆材料丝相接触；换热体2外壳7以导热良好的材料制成，其下部较上部为重，其内空腔上部填充有合成沸石13X，抽真空后注入一定量的水9后密封。

装置使用时，处于高温物处的导热体1或11侧(热侧)的换热体2其内发生合成沸石对水蒸气的“脱附”现象，放出热量，温度上升，相应的滑动带3上的形状记忆材料丝线织物发生形变，该侧滑动带3总长度将大于或小于另一侧的滑动带长度，于是活动圆柱体5向下或向上平移使得两侧滑动带3长度相同，但此时由于两侧分布着不同数量的换热体2，在重力作用下，滑动带3带着换热体2一起运动直至两侧各分布一半已被热侧所作用过的换热体2和一半未被热侧影响的换热体2时达到重力平衡。之后处于热侧未被热所影响的换热体2其内又发生脱附，放出热量，温度上升，对应的形状记忆材料丝线织段长度又发生相应变化而此时处非热侧即被制冷侧的已与有热侧发生过作用的换热体2内将发生“吸附”现象，吸收热量，温度下降，对应的长度已变化的形状记忆材料丝线织段长度将恢复到变化前的长度，因此两侧滑动带3长度又不相同，在活动圆柱体5作用下两侧长度恢复相同，但两侧重力平衡又被打破，滑动带3滑动取得新的平衡……如此这般，系统将不断地运行，换热体2将不断从被制冷物处吸取热量释放给热源或不断从冷源处吸取热量释放给被加热物。

按本发明的另一种实施例可见图4和图5a、5b。附图中标号9′表示换热体，其中装有液体(实施例中为水)可吸收水蒸汽的材料10′(如沸石13X等)，并且内部抽成真空，外部以热良导体包成。这种材料在低温时可大量吸收液体蒸汽，产生所谓的吸附现象并由此而吸收热量；而在温度升高时则产生脱附现象逐渐将蒸汽排出并冷凝形成液滴，从而放出热量，如此循环反复，不断从低温面吸热放热于高温面，起到换热体的作用。

由图4可看出，将换热体9′固定在转动带12′上，而转动带则绕在转轮3′上形成驱动机构。为使其换热体在转动带12′转向时不至于发生倾倒或转动，可使换热体9′通过伸入换热体壳体壁并可自由转动的枢轴而安装于转动带上。这样可确保在整个转动带转动时，换热体中的液体不和其上的沸石相接触。

另外，换热体应尽可能均匀地布置在转动带上，这样可以克服运行时所产生的不平衡力。

驱动力可通过记忆材料体7′在温度变化(升高)时变形与导热体作用而获得，具体如图5a，5b所示。记忆材料具有形状记忆功能。当其上装有多个记忆材料体的转轮3′转到高温侧时，该材料体7′开始变形或伸长，并顶到导热体内壁上的弹性倾斜平面8′端部上，由此产生一个垂直于该倾平面8′端部的反作用力，该力具有一个切向于所述转轮3′的分力，由此推动所述转轮3′向前转动一个步距；接着当前一记忆材料体与倾斜面脱离接触时，又一材料体与该斜面8′进入接合。但也可以同时有几个记忆材料体和斜面接触。为了保持连续的接触，例如可以将一转轮上左右两侧轮上的记忆材料体设计成相互错开的。

至于在导热体1′或2′内壁上的倾斜面8′，可以将其制成一倾斜的簧片或是以一弹簧支承从而可轻微回缩的光滑板片。

另外，为了减少摩擦，记忆材料体头部最好做成球状(点接触)，或也可将其做成滚轮(以滚动摩擦来代替滑动摩擦)。

导热体壁和热换体之间的热交换通过热传导来进行，为此将换热体和该内外壁制成减摩且受力合适的接合是有利的，使得在进行热传导的同时保持较小的摩擦力。

两导热体壁1′，2′之间最好是在例如保持对外界的真空密封条件下通过绝热弹性体相连，以使其间距可在一定范围内进行调整，该调整装置可是例如塑料螺钉、也可以是其它公知的距离调节装置。

本发明不仅限于上述实施例所描述的方案，一切在本发明基础之上的修改或改动，均落入本发明所要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种将热能不断地从低温物体传递到高温物体的方法，其特征在于：在带形状记忆材料段的带上均匀固定有多个在低温时吸热在高温时放热的换热体，将该带记忆材料段的带制成环形，平衡地安装在支承体上，所述换热体在两侧分别设有与其进行热交换的高温物体和低温物体；当一侧温度超过形状记忆材料体的转变温度时，该材料体变形，打破支承体上的受力平衡，使得换热体产生运动，与此同时，换热体在高温、和低温分别进行热交换，即放出热量给导热体和从另一导热体中吸收热量。

2.一种将热能不断地从低温物体传递到高温物体的方法，其特征在于：在由内、外导热体壁所围成的空腔中布置有其上带有换热体的转动带，换热体在两侧和导热体壁减摩接触，使所述转动带和其上固定有形状记忆材料体的转轮配合，并且转轮和内、外导体壁中至少一个相互作用，当一导热体壁温度超过转变温时，记忆材料体伸长，与所述导热体壁一作用面作用，产生一个反作用力，使得转轮得以运动，从而带动换热体运动，此时，换热体在高温侧放热而在低温侧则吸热。

3.一种实施权利要求1方法的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于：它包括由两个导热体(1，11)和绝缘体(10)共同围成的外壳体，外壳体腔内设有一个支承体，在支承体上套有带形状记忆材料丝线织段的滑动带，在滑动带上固定有滑动带未产生变形时均匀分布的换热体(2)，所述换热体(2)在两侧分别和导热体(1，11)减摩接触。

4.一种实施权利要求2所述方法的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于：它包括

内、外导热体壁(1′，2′)，其间空腔中布置有其上带有换热体(9′)的转动带(12′)，以及和所述转动带配合且在其上固定有形状记忆材料制成的可形变体(7′)的转轮(3′)，所述转轮(3′)和所述内、外导热体壁中至少一个相互作用。

5.按权利要求3或4所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述的换热体(2，10′)外壳可由热良导体构成，其上部填充有填充物，抽真空之后下部则注入一定量的液体，并且对外密封。

6.按权利要求5所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述的填充物可为合成沸石13X。

7.按权利要求5所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述的液体可是水。

8.按权利要求4所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述的内、外导热体(1′、2′)壁与所述的可形变体(7′)的作用部位为一略微弹性的倾斜平面(8′)。

9.按权利要求4所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述的换热体(9′)可枢轴转动地固定在转动带(12′)上。

10.按权利要求3所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述支承体可为一固定在绝缘体(10)上的固定支承部分(4)，必要时也可在其下加设一活动支承部分(5)。

11.按权利要求3所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述的滑动带由形状记忆材料丝线织段和绝热段交替组成。

12.按权利要求3所述的将热能不断地从低温物体传递到高温物体的装置，其特征在于，所述的换热体(2)和所述形状记忆材料丝线织段可枢轴转动地导热相连。

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