CN210239927U - 一种热力反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及能量利用领域，旨在解决现有技术中的低品位热的收集和转化为机械能较为困难的问题，提供一种热力反应器，其包括刚性的反应器壳体，反应器壳体为一端具有开口的中空腔体结构，反应器壳体内插入有缸筒，缸筒内装有活塞，反应器壳体内部充满蜡质反应物；反应器壳体外侧设置热交换壳体，反应器壳体和热交换壳体之间形成换热腔，用于往复地通入热水和冷水以使蜡质反应物受热熔化为液态或冷却凝固成固态，从而沿开口方向向外推动和向内拉回活塞，形成直线往复式机械运动。本实用新型的有益效果是提供了一种收集低品位热和转化为机械能的新方案。

Description

一种热力反应器

技术领域

本实用新型涉及能量利用领域，具体而言，涉及一种热力反应器。

背景技术

现有低品位热源的利用已经实用和普遍了；如太阳能热水器提供给人们生活和生产用热水、地热温泉供人们沐浴、或预热锅炉耗水而节约燃料能源、减轻大气排放污染，农作物的大棚作业既利用地热又接受太阳的辐射热，这些都是低品位热源成功应用的范例。

但是低品位热收集转化为机械能较为困难。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种热力反应器，以解决现有技术中的低品位热的收集转化为机械能较为困难的问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种热力反应器，其包括刚性的反应器壳体，反应器壳体为一端具有开口的中空腔体结构，反应器壳体内插入有缸筒，缸筒内装有活塞，反应器壳体内部充满蜡质反应物；反应器壳体外侧设置热交换壳体，反应器壳体和热交换壳体之间形成换热腔，用于往复地通入热水和冷水以使蜡质反应物受热熔化为液态或冷却凝固成固态。

本方案中的热力反应器使用时，通过往复地通入热水和冷水，使得蜡质反应物在固态和液态之间往复变化。在通入热水使蜡质反应物从固态受热变成液态的过程中蜡质反应物的体积增大，将活塞推出；而在通入冷水使蜡质反应物从液态凝固成固态的过程中蜡质反应物的体积减小，将活塞抽回；如此，可将热能转化为活塞往复运动的机械能，以实现对外做功。

由此，本实施例提供了一种能量转化的装置，其能够将热能转化为机械能。

可选地：换热腔为包围反应器壳体外壁的U型腔室，且热交换壳体上开设有连通换热腔的热水进水口、热水出水口、冷水进水口和冷水出水口；其中，热水进水口通过换热腔后连通热水出水口，以形成热水通道，用于通过热水对反应器壳体及其内的蜡质反应物加热；冷水进水口通过换热腔后连通冷水出水口，以形成冷水通道，用于通过冷水对反应器壳体及其内的蜡质反应物降温。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例热力反应器的活塞处于缩回状态的示意图；

图2为本实用新型实施例热力反应器的活塞处于伸出状态的示意图。

图标：1-反应器壳体；2-缸筒；3-活塞；4-蜡质反应物；5-热交换壳体；6-换热腔；7-热水进水口；8-热水出水口；9-冷水进水口；10-冷水出水口；11-热水进水阀；12-热水出水阀；13-冷水进水阀；14-冷水出水阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，本实用新型的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本实用新型的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

参见图1和图2，本实施例提供一种热力反应器，其包括刚性的反应器壳体1，反应器壳体1为一端具有开口的中空腔体结构。反应器壳体1 例如可以采用金属或合金材质制成，使其在受力时能保持其形状，即具有较高的刚度，例如在内压100MPa的情况下保持结构稳定不被破坏或发生大的变形。

反应器壳体1内插入有缸筒2，缸筒2内装有活塞3。反应器壳体1可以是圆柱状壳体结构，其开口包裹缸筒2的外壁，形成相对封闭的腔。

反应器壳体1内部充满蜡质反应物4，反应器壳体1内的蜡质物直接接触活塞3，通过受热熔化膨胀和冷却凝固收缩实现对活塞3的往复推动。活塞可以通过连接于周面上的橡胶O型密封圈和缸筒之间形成密封的滑动配合，以将蜡质反应物封闭于反应器壳体内。

为实现对蜡质反应物4的加热和冷却使其熔化为液态或凝固为固态，本实施例中反应器壳体1外侧设置热交换壳体5，反应器壳体1和热交换壳体5之间形成换热腔6，用于往复地通入热水和冷水以使蜡质反应物4 受热熔化为液态或冷却凝固成固态。优选情况下，热交换壳体5具有较高的隔热能力。而反应器壳体1则采用热传导系数较高的材质制造，例如采用金属或合金(如不锈钢、铝合金等)。

当蜡质反应物受热液化后体积膨胀时，将向外推动活塞运动；当蜡质反应物遇冷凝固收缩时，因处于活塞密封状态下而产生虹吸力，从而拉动活塞向内运动；通过例如连接于活塞的导杆15，如此往复运动可实现动力转化输出。

本实施例中，可选地，换热腔6为包围反应器壳体1外壁的U型腔室，且热交换壳体5上开设有连通换热腔6的热水进水口7、热水出水口8、冷水进水口9和冷水出水口10。其中，热水进水口7通过换热腔6后连通热水出水口8，以形成热水通道，用于通过热水对反应器壳体1及其内的蜡质反应物4加热；冷水进水口9通过换热腔6后连通冷水出水口10，以形成冷水通道，用于通过冷水对反应器壳体1及其内的蜡质反应物4降温。该设置可使通过换热腔6的热水或冷水较大面积地接触反应器壳体1，以使热量更快速地传递。可选地，热水出水口8和冷水出水口10可以共用换热器壳体上的一个开口，而后通过两个并联通道分别通出。对应的热水出水阀12和冷水出水阀14分别设置在该两通道上。

在上述结构的基础上如何实现往复通过热水和冷水，是本领域技术人员能够轻易实现的，可采用现有常用的方法。例如本实施例中，热水进水口7、热水出水口8、冷水进水口9和冷水出水口10处对应设置热水进水阀11、热水出水阀12、冷水进水阀13和冷水出水阀14。热水进水阀11、热水出水阀12、冷水进水阀13和冷水出水阀14可以是例如某公司生产的N2W系列电磁开关阀，也可以是其他电磁阀。在需要通过热水时，热水进水阀11和热水出水阀12打开、冷水进水阀13和冷水出水阀14关闭；在需要通过冷水时，热水进水阀11和热水出水阀12关闭、冷水进水阀 13和冷水出水阀14打开。阀的具体控制方法为现有技术，具体可参见记载于例如宋鸿尧等编、机械工业出版社于1982年10月出版的图书《液压阀设计与计算》中公开的相关内容。

至于各阀的控制电路，可采用常见的PLC系统控制方法。由于阀的通断控制、延时开闭控制等均为极其常规的控制方法，再次不再进行赘述。

如需了解可参见以下图书：

《PLC电气控制技术》作者:张宏伟，王新环主编页数:382出版社: 徐州：中国矿业大学出版社出版日期:2018.09。

各阀开闭的时机可以根据温度来确定。例如加热过程中，当测得蜡质反应物的温度大于蜡质反应物的熔点时，即关闭热水进水阀和热水出水阀，打开冷水进水阀和冷水出水阀。

相似地，在冷却过程中，当测得蜡质反应物的温度小于蜡质反应物的凝固点时，即关闭冷水进水阀和冷水出水阀，打开热水进水阀和热水出水阀。

上述对蜡质反应物的温度的确定方式可以采用现有的温度测量方法，例如可以在蜡质反应物内合适的位置设置一个或多个温度传感器来确定。通过温度控制阀动作的控制方式为本领域基础的简单的控制方法，其实现方式可参见《PLC电气控制技术》中公开的方法或本领域相关技术手册的记载。

对于需要保持一段时间的实现方式，例如可以在PLC系统中采用时间继电器实现，这些实现方式均为本领域常规技术人员最基本的常识，亦记载于诸如前述图书《PLC电气控制技术》中，为节约篇幅，在此不赘述。

本方案中的蜡质反应物4可以是石蜡，也可以混入适量的蜂蜡。其中，石蜡的熔点在45～60℃之间，属低熔点的固态物质，极易受热熔化变为体积较大的液态石蜡，因为在熔化后其体积增大，因而具有较大的推动力。石蜡、蜂蜡等均是常见的材料，本领域人员知道蜡质反应物4从固态熔化为液态时，体积将膨胀，具体膨胀系数根据蜡质反应物4的不同而不同。

例如，如由(匈)弗罗因德(M.Freund)等著、姚国欣等译、出版社为烃加工出版社、出版日期:1988.06的图书《石蜡产品的性质、生产及应用》，或由抚顺石油研究所编的石油化学工业出版社1978年09月出版的图书《石蜡》中公开的数据可知，石蜡的固态到液态的体积膨胀系数大概在11％-15％之间。

作为一种可选地的方式，本实施例中的活塞3的外端可以连接一个往复泵，实现抽水并将水抽到高处储存；往复泵的结构及活塞和往复泵的连接可参见朱俊华和战长松编、机械工业出版社1992.10出版的图书《往复泵》第1页图1-1所示的结构，其通过本实施例的热力反应器的往复运动的活塞3替代该图中的活塞实现往复运动，实现持续抽水(往复泵原理简介：往复泵具的进水口和出水口分别设置有单向阀，在活塞后退抽水时，进水口的单向阀为打开状态，而出水口的单向阀为闭合状态，此时活塞将水抽到往复泵内；在活塞伸出时，进水口的单向阀关闭，出水口的单向阀打开，从而将水排出；如此往复，可持续地实现抽水)，将水抽到高处累积势能。在需要时可将水的势能转化为电能等其他能源。

本方案可用于如火电厂的废热利用，即用来自火电厂所排的高温废水作为本方案中的热水来加热蜡质反应物4。这可以提高能源的利用率，减少浪费。

申请人在基于该方案的项目试验过程中，进行了一系列实物试验，并著有详细的《热力反应器工作原理与设计指南》一书(已完成，待出版)，证明了该方案的可行性。

实验包括：

实验一：填充在反应器壳体1内的质反应物为石蜡，大致呈圆柱型；试验表明其膨胀系数为12％-17％，活塞3的每个来回可通过往复泵将接近膨胀体积的水抽至较高处的水箱中。

实验二：填充在反应器壳体1内的蜡质反应物为85％石蜡和15％蜂蜡的组成物，大致呈圆柱型；试验表明其膨胀系数为15％-18％，活塞3的每个来回可通过往复泵将接近膨胀体积的水抽至较高处的水箱中。

由这些实验，可以认为，本实施例中的热力反应器具有较好的热利用能力，尤其适用于低品热(如工业废水的热、太阳能热、地热等)的收集和转化。

其他实施方式中，也可通过将活塞和导杆的输出用于推动磨盘等进行做功。

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

Claims (2)

1.一种热力反应器，其特征在于：

包括刚性的反应器壳体(1)，所述反应器壳体(1)为一端具有开口的中空腔体结构，所述反应器壳体(1)内插入有缸筒(2)，所述缸筒(2)内装有活塞(3)，所述反应器壳体(1)内部充满蜡质反应物(4)；

所述反应器壳体外侧设置热交换壳体(5)，所述反应器壳体(1)和所述热交换壳体(5)之间形成换热腔(6)，用于往复地通入热水和冷水以使蜡质反应物(4)受热熔化为液态或冷却凝固成固态。

2.根据权利要求1所述的一种热力反应器，其特征在于：

所述换热腔(6)为包围所述反应器壳体(1)外壁的U型腔室，且所述热交换壳体(5)上开设有连通换热腔(6)的热水进水口(7)、热水出水口(8)、冷水进水口(9)和冷水出水口(10)；

其中，热水进水口(7)通过换热腔(6)后连通热水出水口(8)，以形成热水通道，用于通过热水对反应器壳体(1)及其内的蜡质反应物(4)加热；

冷水进水口(9)通过换热腔(6)后连通冷水出水口(10)，以形成冷水通道，用于通过冷水对反应器壳体(1)及其内的蜡质反应物(4)降温。

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