CN2591265Y - 温差发动机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种温差发动机组，包括高温热源热交换器、低温热源热交换器、发动机主机、速度控制器和工质传递控制器。将高温热源引入高温热源热交换器，与高压腔内的工质进行热交换，使工质汽化或温度升高产生高压，汽化或温度升高后的高压工质通过速度控制器进入温差发动机的汽缸，推动活塞或转子作功，输出动力，膨胀作功后的工质进入低温热源热交换器的低压腔，与低温热源进行热交换，工质被液化或降低温度，然后通过工质传递控制器送回高压腔。本实用新型利用二氧化碳压缩气体为能库，可将各种余热转化为动力，使余热资源得到充分利用，没有环境的污染，具有十分显著的经济和社会效益，为一种“绿色”的动力装置。

Description

温差发动机组

技术领域

本实用新型涉及一种将余热转化为动力装置，尤其涉及一种由汽轮机或内燃发动机的余热以及空调散发的热量为能源的温差发动机组。

背景技术

目前现有的发电过程都由过热蒸气推动汽轮机再由汽轮机带动发电机发电。汽轮机排出的余汽也在100℃以上，存在较大的余热损失。燃油为能源的发动机属于内燃发动机，带来对空气的污染，同时还面临着能源匮乏的威协，而且热效率大都在百分之二十至三十，有百分之七十至八十的能量，其中主要以热量的形式散发至空气中。余热资源在工业的各个领域都有产生。如何更好地利用余热资源，降低自然能源的消耗，和利用间接能源是人们长期以来热衷于研究的课题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种将余热转化为动力的温差发动机组，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足人们的需求。本实用新型的技术构思是这样的：

将高温热源通过热交换使高压腔内的工作物(也称工作介质，简称工质)气化或升温产生高压；低温热源通过热交换使低压腔的内工作物液化或降温形成低压，高压腔和低压腔与发动机汽缸相连，使汽缸活塞或转子两端产生压力差，由此推动活塞移动或转子旋转，从而输出动力。

本实用新型的技术方案：

本实用新型的温差发动机组包括高温热源热交换器、低温热源热交换器、发动机主机、速度控制器和工质传递控制器。

所说的高温热源热交换器为一种间壁式换热器，其一侧为高压腔，高压腔通过速度控制器与发动机主机的汽缸进口相连通，所说的速度控制器用于控制进入发动机主机的汽缸的工质的流量，以稳定发动机主机的的转速；

所说的低温热源热交换器为一种间壁式换热器，其一侧为低压腔，低压腔通过管线与发动机主机的汽缸出口相连通；

所说的工质传递控制器为一种流体输送机械，其动力轴与发动机主机的主轴相连接，其进口与低压腔相连通，出口与高压腔相连通。

高压腔、低压腔、速度控制器、发动机主机和工质传递控制器形成一个封闭的工质循环回路。

高温热源包括汽轮机余热、内燃发动机的余热、空气、地热等；所述及的工作物包括无机气体，如二氧化碳、氨、水，有机气体如乙醚，甲酸甲脂，酒精等及其混合物等；

低温热源包括水或干冰等。

将高温热源引入高温热源热交换器，与高压腔内的工质进行热交换，使工质汽化或温度升高产生高压，汽化或温度升高后的高压工质通过速度控制器进入温差发动机的汽缸，推动活塞或转子作功，输出动力，膨胀作功后的工质进入低温热源热交换器的低压腔，与低温热源进行热交换，工质被液化或降低温度，然后通过工质传递控制器送回高压腔，再次与高温热源进行热交换，如此，反复循环，输出动力。

由上述公开的技术方案可见，本实用新型可将各种余热转化为可用的动力，使余热资源得到了充分的利用，没有环境的污染，将具有十分显著的经济和社会效益，为一种“绿色”的动力装置。

本实用新型可形成四大系列产品：1.利用发电厂余热的温差发电机，以及利用地热资源的温差发电机。2.利用汽车余热的温差发电机，替代目前的汽车发电机、温差发动机直接带动的汽车空调，以及与汽车内燃发动机并行运行的温差发动机。3.干冰为低温热源的温差发动机。4利用空调散发的热量构成温差发动(电)机提供空调的部分动力，不但可降低能耗，而且能变空调散热为温差发动(电)机的低温热源散热，使散发的热量大幅度减少。

附图说明

图1为本发明的装置框图。

图2为高温热源热交换器示意图。

图3为汽缸结构示意图。图4为图3的截面图。

图5为速度控制器结构示意图。

图6为低温热源热交换器示意图。

具体实施方式

参见附图，本实用新型的温差发动机组包括高温热源热交换器1、速度控制器2、发动机主机3、低温热源热交换器4和工质传递控制器5。

所说的高温热源热交换器1为一种间壁式换热器，其一侧为高压腔101，高压腔101通过速度控制器2与发动机主机3的汽缸进口相连通，另一侧为高温介质腔102；

所说的低温热源热交换器4为一种间壁式换热器，其一侧为低压腔401，另一侧为低温介质腔402，低压腔401通过管线与发动机主机3的汽缸出口相连通；

所说的工质传递控制器5为一种流体输送机械，其动力轴与发动机主机3的主轴相连接，其进口与低压腔401相连通，出口与高压腔101相连通。

由于温差发动机运行时需正确控制低温介质、高温介质、工质三大回路，因此本发明设置了如下的控制装置：

①在低温热源热交换器4的低温介质入口处设置节流阀403，并通过管线与二氧化碳压缩气体储罐6相连接，二氧化碳压缩气体通过节流阀403节流膨胀，进入低压腔401，形成干冰作为低温热源，节流阀403可调节二氧化碳压缩气体的流量，节流阀403设怠速、高速二路通道，相当于现有发动机的“油门”；

②在高温热源热交换器1的高温介质入口处设置控制阀103，用于控制高温介质的流量。

所述及的高温热源热交换器1可采用常规的间壁式换热器。其一侧为高压腔101，高压腔101的容积略大于发动机主机3汽缸的容积，以至于发动机主机3活塞移动或转子旋转时，高压区容积比变化率较小，使气化的速率跟得上气体的流出量，能维持高压腔101的压力，高压腔101的容积也不能过大，过大会不利于发动机主机3的停机。高压腔101的位置最好低于发动机主机3的位置，以防工质流入发动机主机3汽缸，工作物液体的流入会引起润滑状况的恶化，为了防止工作物液体的吸入，在高压腔101与发动机主机3汽缸连接处设置液气隔离板104。

所述及的低温热源热交换器4可采用常规的间壁式换热器。其一侧为低压腔401，低压腔401的容积略大发动机主机3汽缸的容积，以至于发动机主机3活塞移动或转子旋转时，低压区容积变化率较小，使液化的速率跟得上气体的流入量，能维持低压腔的压力，低压腔401的容积也不能过大，过大会不利于发动机3的停机。低压腔401宜设计在较低的位置，以防工作物的液体流入发动机主机3汽缸，工作物液体的流入会引起润滑状况的恶化，为了防止工作物液体的吸入，在低压腔401与发动机主机3汽缸连接处设置液气隔离板404。

所述及的工作物传递控制器5可选用可调型化工泵。

所述及的发动机主机3可采用旋转式汽缸或往复式汽缸等各种形式。按照本实用新型，可优选采用如图4结构的往复式汽缸，包括前后设有两组进气孔301和出气孔302的缸体303、活塞304、旋转缸305。

所说的旋转缸305前后设有两组对角错位排列的多个通气孔306，与缸体303内壁转动配合，其内壁设有导向体307；

所说的活塞304与旋转缸305活动配合，其外缘设有与导向体307配合的螺旋导向槽308；

当旋转缸305处于如图4位置时，旋转缸305的通气孔306与活塞304左侧汽缸的进气孔301相连通，进气孔301打开，出气孔302关闭，高压腔101内的高压工质进入汽缸左侧；而活塞304右侧汽缸的进气孔301关闭，旋转缸305的通气孔306与出气孔302相连通，出气孔302打开，汽缸右侧中的工质排入低压腔401，使活塞304向右移动；当移至活塞导向槽308套上转缸导向体307时，旋转缸305沿活塞导向槽308转动，旋转缸305的转动使汽缸左侧通高压腔101的进气孔301关闭，通低压腔401排气孔302打开，与此同时右侧通低压腔401排气孔302关闭，通高压腔101的进气孔301打开，使活塞304向左移动，当移至活塞导向槽304套上转缸导向体307时，又开始新的工作循环，周而复始。为确保旋转缸305的转动角度，可在汽缸内壁设置定位弹簧309，旋转缸305的外壁设置定位齿310，当旋转缸305转动一个分度角时，定位弹簧309嵌入旋转缸305的定位齿310中，使旋转缸305恰好转动一个分度角。

所说的速度控制器2包括：调节器壳体201、设置在壳体201中可水平移动且一端伸出调节器壳体201的包括一个中心通道219的哑铃状调速器柱塞202、设有一个弧形端部203的飞块204、轴套205、怠速调节器壳体206、怠速柱塞套207、怠速柱塞208、怠速弹簧209、高速校正弹簧210和离心锤212等部件。

所说的调节器壳体201设有旁通215、设有节流轴216工作物通道217和工作物进口通道214以及怠速通道218；旁通215通过管线与工作物传递控制器5的进口相连接，以便将旁通215中流出的工作物通过工作物传递控制器5送回高压腔101；工作物通道217和怠速通道218与发动机主机3汽缸相连通；

所说的轴套205与发动机主机3的主轴相连接，飞块204通过销钉可转动地固定在轴套205上，离心锤212设置在轴套205内，离心锤212与轴套205的端部之间设有离心锤弹簧213，离心锤212的锤柄与飞块204底部相抵，飞块204的弧形端部203与调速器柱塞202相抵，怠速调节器壳体206与调节器壳体201相连接，怠速柱塞套207设置在怠速调节器壳体206中，怠速柱塞208可左右移动地设置在怠速柱塞套207中，怠速弹簧209设置在怠速柱塞208与怠速柱塞套207的左顶端之间。

当发动机主机3转速变化时，飞块204产生离心力，可以控制调速器柱塞202左右移动。当发动机主机3增速时，飞块204在离心力作用下向外甩开，调速器柱塞202受轴向力作用向右移动，怠速弹簧209的弹力相应增加，瞬间大于经调速器柱塞202中心通道219与怠速柱塞208间隙处工作物的压力，俩柱塞之间隙减小，工作物经旁通215流向高压腔101的泄漏量随之降低，从而使节流作用增大，工作物通道217压力也有所增高，使得循环工作物供给量不因增速而减少；反之，当发动机降速时，在怠速弹簧209的弹力作用下，调速器柱塞202向左移动，调速器柱塞力减小，柱塞间隙变大，工作物的压力下降，工作物供给量减小。起动时，工作物的压力不足以将俩柱塞分开，此刻无旁通泄漏量，节流轴216全开，飞块204的离心力不足以克服怠速弹簧209的弹力，调速器柱塞202位于左侧，此时工作物通过怠速通道218和工作物通道217流向高压腔101，以满足起动要求，保持稳定怠速，怠速时节流轴216关闭，调速器柱塞202在怠速弹簧209的弹力作用下向左移动，怠速通道218打开，工作物通过怠速通道218流向高压腔101，维持发动机怠速运转。当发动机主机3降速时，飞块204的离心力减小，柱塞推力小于怠速弹簧209的弹力，怠速弹簧209便推动柱塞再向左移动，怠速通道218开度增大，工作物流量随之增加，发动机转速又回升。反之，当发动机转速升高时，调速器柱塞202向右移动，怠速通道218开度减小，工作物流量减小，调速器柱塞202转速随之下降，从而实现怠速的稳定。最大转速的限制，随着转速升高，调速器柱塞202向右移动，在接近最高速时，高速校正弹簧210压紧，通往节流轴216的工作物通道217即被调速器柱塞202逐渐关小，工作物流量减小，转速不再增加。当转速大于最大转矩点转速时，离心锤弹簧213处于松弛状态。当转速降低并小于最大转矩点转速时，离心锤柱塞212向左移动，离心锤弹簧213被压缩，因而离心锤柱塞212和调速器柱塞202均受到一个向右的推力，由于推力的增加，工作物压力也相因增加，发动机转矩上升，减缓了温差发动机低速时转矩减小的倾向。

Claims (10)

1.一种温差发动机组，其特征在于，包括高温热源热交换器(1)、速度控制器(2)、发动机主机(3)、低温热源热交换器(4)和工质传递控制器(5)；

所说的高温热源热交换器(1)为一种间壁式换热器，其一侧为高压腔(101)，高压腔(101)通过速度控制器(2)与发动机主机(3)的汽缸进口相连通，另一侧为高温介质腔(102)；

所说的低温热源热交换器(4)为一种间壁式换热器，其一侧为低压腔(401)，另一侧为低温介质腔(402)，低压腔(401)通过管线与发动机主机(3)的汽缸出口相连通；

所说的工质传递控制器(5)为一种流体输送机械，其动力轴与发动机主机(3)的主轴相连接，其进口与低压腔(401)相连通，出口与高压腔(101)相连通。

2.根据权利要求1所述的温差发动机组，其特征在于，在低温热源热交换器(4)的低温介质入口处设置节流阀(403)，并通过管线与二氧化碳压缩气体储罐(6)相连接。

3.根据权利要求2所述的温差发动机组，其特征在于，节流阀(403)设怠速、高速二路通道。

4.根据权利要求1所述的温差发动机组，其特征在于，高温热源热交换器(1)的高温介质入口处设置控制阀(103)。

5.根据权利要求1所述的温差发动机组，其特征在于高温热源热交换器(1)高压腔(101)的容积略大于发动机主机(3)汽缸的容积，低温热源热交换器(4)低压腔(401)的容积略大于发动机主机(3)汽缸的容积。

6.根据权利要求5所述的温差发动机组，其特征在于，高压腔(101)与发动机主机(3)汽缸连接处设置液气隔离板(104)，低压腔(401)与发动机主机(3)汽缸连接处设置液气隔离板(404)。

7.根据权利要求1所述的温差发动机组，其特征在于发动机主机(3)采用旋转式汽缸或往复式汽缸。

8.根据权利要求7所述的温差发动机组，其特征在于采用往复式汽缸，该往复式汽缸包括前后设有两组进气孔(301)和出气孔(302)的缸体(303)、活塞(304)和旋转缸(305)；

旋转缸(305)前后设有两组对角错位排列的多个通气孔(306)，与缸体(303)内壁转动配合，其内壁设有导向体(307)；

活塞(304)与旋转缸(305)活动配合，其外缘设有与导向体(307)配合的螺旋导向槽(308)。

9.根据权利要求10所述的温差发动机组，其特征在于在汽缸内壁设置定位弹簧(309)，旋转缸(305)的外壁设置定位齿(310)。

10.根据权利要求1所述的温差发动机组，其特征在于，速度控制器(2)包括：调节器壳体(201)、设置在壳体(201)中可水平移动且一端伸出调节器壳体(201)的包括一个中心通道(219)的哑铃状调速器柱塞(202)、设有一个弧形端部(203)的飞块(204)、轴套(205)、怠速调节器壳体(206)、柱塞套(207)、怠速柱塞(208)、怠速弹簧(209)、高速校正弹簧(210)和离心锤(212)；

所说的调节器壳体201设有旁通(215)、设有节流轴(216)的工作物通道(217)和工作物进口通道(214)以及怠速通道(218)；

轴套(205)与发动机主机(3)的主轴相连接，飞块(2040通过销钉可转动地固定在轴套(205)上，离心锤(212)设置在轴套(205)内，离心锤(212)与轴套(205)的端部之间设有离心锤弹簧(213)，离心锤(212)的锤柄与飞块(204)底部相抵，飞块(2040的弧形端部(203)与调速器柱塞(202)相抵，怠速调节器壳体(206)与调节器壳体(201)相连接，柱塞套(207)设置在怠速调节器壳体(206)中，怠速柱塞(208)可左右移动地设置在柱塞套(207)中，怠速弹簧(209)设置在怠速柱塞(208)与柱塞套(207)的左顶端之间。

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