專利名稱：熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明普遍涉及一種熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，特別涉及由具有較高熔化潛熱的相變物質(zhì)驅(qū)動(dòng)的一種熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，但并不僅涉及這種發(fā)動(dòng)機(jī)。一般來說，該相變物質(zhì)是被外部熱源，例如太陽光，加熱的水合鹽。本發(fā)明還普遍涉及一種產(chǎn)生動(dòng)力的方法。
動(dòng)力可通過已知的種種方法產(chǎn)生。如，在水電廠由水來驅(qū)動(dòng)渦輪，每個(gè)渦輪與產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)工作連接。在渦輪內(nèi)水流產(chǎn)生動(dòng)力。蒸汽機(jī)通過水沸騰產(chǎn)生蒸汽在一汽缸中推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生動(dòng)力。然后往復(fù)運(yùn)動(dòng)可用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)車輛，或者驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電。
水電具有環(huán)境上的缺陷。例如，從一湖發(fā)出的水流會(huì)對(duì)湖中和周圍的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，就這點(diǎn)而言，水是有限的資源。
由水產(chǎn)生蒸汽需要熱，一般要進(jìn)行燃燒。燃燒既產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物，如二氧化碳，也產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的未燒盡的燃料。這些有害產(chǎn)物的處理是很昂貴的，并且洗滌排放氣體或促使未燒盡燃料的完全燃燒很少是完全有效的。對(duì)大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)來說這是一固有的問題。
大多數(shù)引擎或發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)缺陷是它們的效率。由于摩擦損失、熱和壓力損失、不完全燃燒和其他相似因素等，相對(duì)于動(dòng)力輸出的能量輸入是比較大的。特別對(duì)于齒輪電動(dòng)機(jī)，摩擦損失相當(dāng)大地降低電動(dòng)機(jī)的整體效率。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)，一般隨發(fā)動(dòng)機(jī)的老化壓力損失增加，這也是一個(gè)問題，并常常需要復(fù)雜而昂貴的機(jī)械密封。
本發(fā)明的目的是提供一種可以有效且不引起環(huán)境問題地產(chǎn)生動(dòng)力的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)包括一用于輸送基本可壓縮流體的連續(xù)流體通道，所述連續(xù)流體通道具有彼此流體連通的傳熱裝置和流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，所述流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置用于將流體通道中的可壓縮流體的流動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)力，所述傳熱裝置包含具有較高熔化潛熱的第一相變物質(zhì)并用于從外部熱源吸熱，在使用中，第一相變物質(zhì)從外部熱源吸收熱因而將所述相變物質(zhì)的一部分熔化，然后相變物質(zhì)的所述部分凝固，放出潛熱，被所述可壓縮流體吸收，使所述可壓縮流體膨脹，從而使所述可壓縮流體在流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置中流動(dòng)，提供動(dòng)力。
一般，該連續(xù)流體通道還包括冷卻裝置，該裝置與傳熱裝置和流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置流體連通，使可壓縮流體在被該傳熱裝置加熱之前可以被該冷卻裝置冷卻。
最好該連續(xù)流體通道還包括一個(gè)泵，該泵與流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置工作連接并與傳熱裝置、流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置和冷卻裝置流體連通，從而在使用中，流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)該泵，將可壓縮流體壓入連續(xù)流體通道。
一般，該冷卻裝置是第一蓄積器，包含具有較高熔化潛熱和較低熔點(diǎn)的第二相變物質(zhì)，在使用中，可壓縮流體的熱可被第二相變物質(zhì)吸收，從而熔化一部分所述相變物質(zhì)，將穿過冷卻裝置的可壓縮流體冷卻。
一般，該熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)還包括一收集器，該收集器用于從外部熱源吸收熱，該收集器與傳熱裝置熱傳導(dǎo)連通，在使用中，被該收集器吸收的熱可傳給包含在傳熱裝置中的第一相變物質(zhì)，其中，該相變物質(zhì)一部分熔化。
一般，流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一用于容納可壓縮流體的腔，該腔與傳熱裝置流體連通；和一流動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與該腔可移動(dòng)地連接，其中，在腔中的可壓縮流體的流動(dòng)推動(dòng)該流動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生動(dòng)力。
最好該流動(dòng)結(jié)構(gòu)包括一對(duì)軸向間隔開的與一個(gè)軸連接的轉(zhuǎn)子，其中，流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)與傳熱裝置流體連通的渦輪。一般，這對(duì)間隔開的轉(zhuǎn)子將它們之間的腔限定成一個(gè)基本被密封的部分，在使用中，可壓縮流體被噴射到腔的所述部分，并且所述可壓縮流體與兩個(gè)轉(zhuǎn)子摩擦接觸使它們旋轉(zhuǎn)。
另外，流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)彈性管，該管用于運(yùn)送可壓縮流體并與傳熱裝置流體連通；和接觸裝置，該裝置用于與彈性管工作接觸，其中，通過彈性管的可壓縮流體的流動(dòng)使該接觸裝置運(yùn)動(dòng)，以便產(chǎn)生動(dòng)力。
在一個(gè)實(shí)例中，該接觸裝置包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)與同心軸連接的滾子，在使用中，所述至少一個(gè)滾子可與彈性管接觸，可壓縮流體通過彈性管的流動(dòng)使所述至少一個(gè)滾子運(yùn)動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生動(dòng)力。
最好所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)以上與同心軸連接并繞軸周圍設(shè)置的滾子，在使用中，在任何一個(gè)時(shí)間，所述滾子中的至少一個(gè)與彈性管接觸，其中，可壓縮流體通過彈性管的流動(dòng)確保旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在任何時(shí)候均在旋轉(zhuǎn)。
在另一個(gè)實(shí)例中，該接觸裝置包括一對(duì)由共同的同心軸連接的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)分別具有至少一個(gè)用于與一對(duì)彈性管之一接觸的滾子，其中，在任何時(shí)候至少一個(gè)所述滾子與一個(gè)所述彈性管接觸。
一般，傳熱裝置包括一第一管，該管用于輸送可壓縮流體通過傳熱裝置；和一個(gè)殼，該殼包圍一部分第一管，所述殼包含與第一管接觸的第一相變物質(zhì)，在使用中，潛熱可通過傳熱裝置的第一管從第一相變物質(zhì)傳給可壓縮流體。
一般，傳熱裝置還包括一個(gè)套，該套包圍該殼并用于輸送一傳熱流體，在使用中，傳熱流體的熱可以傳給第一相變物質(zhì)，熔化第一相變物質(zhì)并存儲(chǔ)潛熱。
在一個(gè)例子中，該套與收集器流體連通，其中，由收集器吸收的熱可經(jīng)由傳熱流體傳送到第一相變物質(zhì)。
在另一實(shí)例中，傳熱裝置還包括一第二蓄積器，該蓄積器包含具有較高熔化潛熱的第三相變物質(zhì)，所述第二蓄積器與收集器熱傳導(dǎo)連通并與所述套流體連通，在使用中，傳熱流體可在流到所述套之前被第三相變物質(zhì)的潛熱預(yù)熱。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種產(chǎn)生動(dòng)力的方法，該方法包括以下步驟包含在傳熱裝置中的第一相變物質(zhì)從外部熱源吸收熱，其中，所述第一相變物質(zhì)的一部分熔化，所述第一相變物質(zhì)具有較高熔化潛熱；第一相變物質(zhì)的所述部分凝固時(shí)發(fā)出的潛熱傳給在一連續(xù)流體通道中的可壓縮流體，從而使所述可壓縮流體膨脹，使可壓縮流體在所述流體通道中產(chǎn)生流動(dòng)；和將在所述流體通道中的可壓縮流體的流動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便產(chǎn)生動(dòng)力。
最好該方法還包括將該可壓縮流體冷卻并將所述可壓縮流體返回到傳熱裝置的步驟。
一般，冷卻可壓縮流體的步驟包括通過與具有較高熔化潛熱和較低熔點(diǎn)的第二相變物質(zhì)進(jìn)行熱交換，從該可壓縮流體中吸收熱，其中可壓縮流體被冷卻。
一般，該方法還包括驅(qū)動(dòng)一個(gè)與流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置工作連接的泵，從而利用該泵將可壓縮流體注入到傳熱裝置。
最好該方法還包括從外部熱源吸收熱到收集器的步驟，該收集器與傳熱裝置熱傳導(dǎo)連通，其中被吸收的熱可以從該收集器傳到傳熱裝置的第一相變物質(zhì)。
在一個(gè)例子中，該方法還包括預(yù)熱步驟，即將在傳熱裝置與包含具有較高熔化潛熱的第三相變物質(zhì)的蓄積器之間循環(huán)的傳熱流體預(yù)熱，其中，該被預(yù)熱的傳熱流體可將熱傳送給傳熱裝置的第一相變物質(zhì)。
一般，第一、第二和/或第三相變物質(zhì)分別是具有高熔化潛熱的第一、第二和/或第三水合鹽。
最好第一和第三水合鹽均具有0-100℃的熔點(diǎn)。
最好第一和第三水合鹽均具有大于50千卡/升的熔化潛熱。
在一個(gè)例子中，第一和第三水合鹽由醋酸鈉三水合鹽或它的衍生物組成。
最好第二水合鹽具有低于0℃的熔點(diǎn)。
在一個(gè)例子中，第二水合鹽由氯化鈉、氯化鈣和軟化水的理想配比混和物或其衍生物組成。
一般，該可壓縮流體是由致冷劑，如二氟一氯甲烷或其衍生物組成。
一般，該收集器是用于吸收太陽光的太陽能收集器。
最好該致冷劑不含有鹵族元素。
下面，參考附圖，以舉例方式，詳細(xì)地介紹根據(jù)本發(fā)明熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)的一優(yōu)選實(shí)施例，以便對(duì)本發(fā)明的特征有更好的理解，其中
圖1為熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)一實(shí)施例的示意圖；圖2是沿流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置一實(shí)施例軸線截取的截面圖；圖3是流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置另一實(shí)施例的詳細(xì)平面圖；圖4A是圖3所示流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置組件—罩的詳細(xì)透視圖；以及圖4B是圖3所示流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置組件—轉(zhuǎn)子的詳細(xì)透視圖。
如圖1所示，熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)10的這一實(shí)施例包括一采用致冷劑通道12形式的連續(xù)流體通道，和一太陽能收集器14。致冷劑通道12用于輸送一致冷流體，在此例中是二氟一氯甲烷或其衍生物。但最好，出于環(huán)境考慮，該致冷劑不是鹵代烴。
連續(xù)致冷劑通道12包括傳熱裝置，在此例中是第一熱交換器16；用標(biāo)號(hào)18總體表示的流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置；泵19；以及冷卻裝置，在此例中是第一蓄積器或冷凝器20。致冷劑可以沿下游方向通過流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18、冷凝器20、泵19和第一熱交換器16流動(dòng)。在流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18的上游安裝一節(jié)流閥21，控制其流量。
第一熱交換器16包括一殼和一管子結(jié)構(gòu)(未示出)，其中，致冷劑穿過三重螺旋線形狀的第一管。該殼容納第一相變物質(zhì)，在此例中，第一相變物質(zhì)是第一水合鹽醋酸鈉三水合鹽，它具有較高的熔化潛熱和約58℃的熔點(diǎn)。第一熱交換器16裝在包圍所述殼的一密封套22中，套22用于輸送一傳熱流體，在此例中為水。套22有一接受水的入口24，和一排水的出口26。
第一熱交換器16還包括一第二蓄積器28，它容納第三相變物質(zhì)。在此例中，第三相變物質(zhì)是第三水合鹽醋酸鈉三水合鹽。第三水合鹽裝在罐30中，罐30經(jīng)由第一再循環(huán)管32與第一熱交換器16的套22連接，第一再循環(huán)管32用于循環(huán)傳熱流體，在本例中為水。相似地罐30經(jīng)由第二再循環(huán)管34與太陽能收集器14連接，第二再循環(huán)管34用于循環(huán)水。
在此實(shí)施例中，太陽能收集器14具有曝露在太陽光下的上表面(未示出)，上表面是由具有較低反射率和輻射率的材料制造的。該上表面涂有市場(chǎng)上銷售的商標(biāo)為IMPERSPRAY的復(fù)合瀝青乳膠產(chǎn)品涂層。收集器14的底層由具有較高隔熱性能的高密度聚苯乙烯制造。IMPERSPRAY的涂層覆蓋底層的上表面。由基本上對(duì)太陽光透明的聚碳酸酯制的一波形板放在IMPERSPRAY的涂層之上。在該波形板下表面和IMPERSPRAY涂層之間限定一系列相鄰的通道。據(jù)認(rèn)為在相鄰的通道中發(fā)生溫室熱效應(yīng)，以致使收集器14的效率提高。
通過第二再循環(huán)管34的循環(huán)水流經(jīng)一波形管(未示出)，該波形管的每一端與再循環(huán)管34連接。該波形管緊鄰著太陽能收集器14的上表面，具有一螺旋形結(jié)構(gòu)。
由太陽能收集器14從陽光吸收的熱，經(jīng)由流過第二再循環(huán)管34的循環(huán)水，被傳給第二蓄積器28中容納的第三水合鹽中。然后在所述殼中容納的第一水合鹽，經(jīng)由在第二蓄積器28和第一熱交換器16的套22之間循環(huán)的水被加熱。
冷凝器20可有多種形式。在此實(shí)施例中，冷凝器20包括一螺旋形的致冷劑管(未示出)，該管裝在冷凝器20的殼36中。殼36容納有第二相變物質(zhì)，在本實(shí)施例中，是第二水合鹽，為氯化鈉、氯化鈣和軟化水的理想配比混和物或其衍生物。第二水合鹽具有較高的熔化潛熱和較低的熔點(diǎn)，在此例中熔點(diǎn)大約是-21℃。
泵19經(jīng)由環(huán)形皮帶(未示出)與流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18工作連接。另外，泵19也可由電驅(qū)動(dòng)，該電力由與流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18工作連接的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18的轉(zhuǎn)動(dòng)使泵19旋轉(zhuǎn)，并將致冷劑壓到致冷劑通道12。在此例中，泵19是正排量式的。優(yōu)選致冷劑只能沿一個(gè)方向流過正排量泵19。
用節(jié)流閥21控制致冷劑向流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18的流動(dòng)。閥21主要根據(jù)所要求的流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18的旋轉(zhuǎn)或線速度進(jìn)行手動(dòng)控制，使上游壓力大約為15Bar，下游壓力大約為8Bar。這個(gè)壓差也取決于所用的可壓縮流體、第一相變物質(zhì)和其他相關(guān)因素。
流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18可有多種結(jié)構(gòu)。
在如圖2所示的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一由標(biāo)號(hào)40總體表示的密封的渦輪。密封渦輪40具有一個(gè)經(jīng)一對(duì)軸承46旋轉(zhuǎn)地安裝在軸箱44中的同心的軸42。在軸42一端軸向安裝一對(duì)轉(zhuǎn)子48A、48B。螺母50與軸42的端部螺紋連接，將該對(duì)轉(zhuǎn)子48A、48B固定到軸42上，墊圈52位于兩轉(zhuǎn)子之間。轉(zhuǎn)子48A、48B安在渦輪箱54中，渦輪箱54與軸箱44連接。
在渦輪箱54中安裝一對(duì)相對(duì)的密封件56A、56B。這一對(duì)密封件沿軸42周圍設(shè)置，防止致冷劑侵入到軸箱44中，并防止?jié)櫥瑒┯奢S箱44中流出。一對(duì)密封件保持器58A、58B也圍繞軸42裝在渦輪箱54中，將每一密封件56A、56B固定。在軸42另一端有一相似的密封結(jié)構(gòu)，防止?jié)櫥瑒┯奢S箱44流出。
渦輪箱蓋60與渦輪箱54連接，將該對(duì)轉(zhuǎn)子48A、48B密封在箱54之內(nèi)。箱端部板62與軸箱44連接，在軸42另一端固定該密封結(jié)構(gòu)。一個(gè)噴嘴(未示出)與渦輪箱54連接，用于向在轉(zhuǎn)子48A、48B之間限定的基本上密封的腔61噴入致冷劑。
如圖3和4所示，流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18的另一實(shí)施例包括一彈性管138和一接觸裝置，在此例中，是一旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)或一轉(zhuǎn)子140。彈性管138的每一端均連接在一個(gè)罩142上。罩142大致是圓柱形的。管138用于輸送致冷劑，并與第一熱交換器16流體連通。
轉(zhuǎn)子140包括與一對(duì)軸向間隔開的三角形板146連接的同心的軸144。滾子148在該對(duì)板146的相對(duì)頂點(diǎn)之間旋轉(zhuǎn)連接。三個(gè)滾子148A、148B、148C繞該對(duì)板146布置，相鄰滾子相隔120°。每一滾子148的旋轉(zhuǎn)軸線與同心的軸144的軸線基本平行。
轉(zhuǎn)子140被旋轉(zhuǎn)支持在罩142中，至少一個(gè)滾子148接觸彈性管138，并使管138彈性變形。通過管138的致冷劑的流動(dòng)推動(dòng)滾子148相對(duì)于罩142運(yùn)動(dòng)，因此將一個(gè)動(dòng)力施加到轉(zhuǎn)子140上。同心軸144可與一滑輪連接(未示出)，該滑輪通過環(huán)形皮帶與泵19工作連接，轉(zhuǎn)子140可用于提供動(dòng)力，例如，驅(qū)動(dòng)一發(fā)電機(jī)(未示出)產(chǎn)生電力。
現(xiàn)在對(duì)上面舉例說明的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)作詳細(xì)介紹。
太陽能收集器14曝露在陽光下，其IMPERSPRAY上表面，從陽光中吸收熱。連接到第二再循環(huán)管34的波形管中的水因此被加熱，所獲得的熱被傳到容納在第二蓄積器28的罐30中的第三水合鹽醋酸鈉三水合鹽中。當(dāng)?shù)谌消}熔化，在第二蓄積器28中便存儲(chǔ)了潛熱。
經(jīng)第一再循環(huán)管32的再循環(huán)水冷卻第三水合鹽，使該水合鹽凝固，并吸收潛熱形式的熱量。該被加熱的水與容納在第一熱交換器16的殼中的第一水合鹽進(jìn)行熱交換。因而第一水合鹽的一部分熔化并存儲(chǔ)了潛熱。
致冷劑通道12已裝有致冷劑流體，在此例中是二氟一氯甲烷。熱交換器16的第一管中的致冷劑使第一水合鹽冷卻并凝固，從而該致冷劑吸收了第一水合鹽的潛熱。從而該致冷劑膨脹，使得致冷劑在致冷劑通道12中發(fā)生流動(dòng)。熱交換器16上游的泵19，如上所述是單向的，因此該致冷劑從熱交換器16流向流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18。
在圖2說明的流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的優(yōu)選形式中，該致冷劑經(jīng)噴嘴(未示出)被噴入在轉(zhuǎn)子48A、48B之間密封的腔61中。致冷劑與轉(zhuǎn)子48A、48B摩擦接觸，因此使轉(zhuǎn)子48A、48B和同心軸42旋轉(zhuǎn)。
在圖3、4A和4B所示的流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的另一種形式中，致冷劑被噴入到彈性管138中。致冷劑在彈性管138中流動(dòng)推動(dòng)滾子148中的一個(gè)相對(duì)于罩142運(yùn)動(dòng)。因此轉(zhuǎn)子140的軸144被轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3清楚所示，滾子148和管138安置得使在任何時(shí)候，至少有一個(gè)滾子148壓在管138上，或與管子138接觸。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子140旋轉(zhuǎn)時(shí)向轉(zhuǎn)子140傳遞的動(dòng)力基本上是連續(xù)的。
泵19與軸42或144工作連接，也旋轉(zhuǎn)，從而將致冷劑泵入致冷劑通道12。
調(diào)節(jié)節(jié)流閥21，使一定的致冷劑流量通過流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18。這根據(jù)上述因素而改變。
然后致冷劑通過一擴(kuò)大直徑的管子膨脹并冷卻，然后流到冷凝器20。在這一階段致冷劑的溫度比第二水合鹽的熔點(diǎn)高。因此致冷劑將熱傳給第二水合鹽，將其熔化，而致冷劑冷卻，最好由氣態(tài)相變到液態(tài)。液體致冷劑然后被泵19壓到第一熱交換器16。液態(tài)致冷劑從第一水合鹽吸收熱，使該水合鹽凝固，從而致冷劑被加熱，變回到氣態(tài)并膨脹。膨脹的致冷劑氣體經(jīng)節(jié)流閥21流到流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置18，提供動(dòng)力。
已對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了介紹，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明了，本熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)比公知的現(xiàn)有技術(shù)有下列優(yōu)點(diǎn)1.該熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)沒有影響環(huán)境的燃燒產(chǎn)物；2.該熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)可以利用在太陽能收集器上吸收的陽光熱；3.該熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)利用相變物質(zhì)，以潛熱形式存儲(chǔ)能量，然后用于提供動(dòng)力；4.該熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)可利用太陽能或一般來說不是有限資源的廢能，如用礦物燃料，之類的能源；5.該熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)是冷運(yùn)行，因此不需要會(huì)降低效率的冷卻過程；6.該熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)無燃燒噪聲。
對(duì)于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，顯然在不偏離本發(fā)明基本發(fā)明概念的情況下，除了已提出的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)和提供動(dòng)力的方法之外，可以對(duì)這些熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)和提供動(dòng)力的方法做出種種改變和修改。例如，流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置可以包括一用于被可壓縮流體驅(qū)動(dòng)的渦輪裝置，提供動(dòng)力。本發(fā)明不限于這里介紹的相變物質(zhì)，而是可以包括可與上述可壓縮流體交換潛熱的任何相變物質(zhì)。而且，第一熱交換器不必包括一所介紹的第二蓄積器。當(dāng)例如不能提供熱去熔化或加熱相變物質(zhì)時(shí)，在所介紹的例子中的第二蓄積器最好提供一個(gè)大型的潛熱儲(chǔ)存器。這里所介紹的傳熱裝置和冷凝器不限于所介紹的特定結(jié)構(gòu)。所有這些變化和修改應(yīng)看作在本發(fā)明范圍之內(nèi)，而其特征由上述介紹確定。
權(quán)利要求
1.一種熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其包括一用于輸送基本可壓縮流體的連續(xù)流體通道，所述連續(xù)流體通道具有彼此流體連通的傳熱裝置和流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，所述流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置用于將流體通道中的可壓縮流體的流動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)力，所述傳熱裝置包含具有較高熔化潛熱的第一相變物質(zhì)并用于從外部熱源吸熱，在使用中，第一相變物質(zhì)從外部熱源吸收熱因而將所述相變物質(zhì)的一部分熔化，然后相變物質(zhì)的所述部分凝固，放出潛熱，被所述可壓縮流體吸收，使所述可壓縮流體膨脹，從而使所述可壓縮流體在流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置中流動(dòng)，提供動(dòng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其還包括與傳熱裝置和流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置流體連通的冷卻裝置，以便所述可壓縮流體在被傳熱裝置加熱之前可被所述冷卻裝置冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其還包括一與流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置工作連接并與傳熱裝置、流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置和冷卻裝置流體連通的泵，在使用中，流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述泵，從而將可壓縮流體泵入所述連續(xù)流體通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述冷卻裝置是容納具有較高熔化潛熱和較低熔點(diǎn)的第二相變物質(zhì)的第一蓄積器，在使用中，所述可壓縮流體的熱可被所述第二相變物質(zhì)吸收，因此將冷卻的所述相變物質(zhì)的一部分熔化。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其還包括一用于從外部熱源吸熱的收集器，所述收集器與傳熱裝置熱傳導(dǎo)連通，在使用中，由收集器吸收的熱可被傳給包含在所述傳熱裝置中的第一相變物質(zhì)，其中，該相變物質(zhì)中的一部分熔化。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一用于容納所述可壓縮流體并與所述傳熱裝置流體連通的腔；一與所述腔可運(yùn)動(dòng)連接的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述腔中可壓縮流體的流動(dòng)推動(dòng)所述流動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以便提供動(dòng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述流動(dòng)結(jié)構(gòu)包括一對(duì)與一個(gè)軸連接的軸向間隔開的轉(zhuǎn)子，其中，所述流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)與所述傳熱裝置流體連通的渦輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述間隔開的一對(duì)轉(zhuǎn)子在它們之間限定一個(gè)所述腔的基本密封的部分，在使用中，所述可壓縮流體被噴入到所述腔的所述部分，并且所述可壓縮流體與轉(zhuǎn)子摩擦接觸，從而使它們轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一用于輸送所述可壓縮流體的彈性管，所述管與所述傳熱裝置流體連通；和一接觸裝置，所述裝置與所述彈性管工作接觸，其中，所述可壓縮流體在所述彈性管中的流動(dòng)推動(dòng)所述接觸裝置運(yùn)動(dòng)，以便提供動(dòng)力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述接觸裝置包括一旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)至少有一個(gè)與共心軸連接的滾子，在使用中，所述至少一個(gè)滾子可以與所述彈性管接觸，并且可壓縮流體在所述彈性管中的流動(dòng)使所述至少一個(gè)滾子運(yùn)動(dòng)，并旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)便可以提供動(dòng)力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)以上的滾子，所述滾子圍繞所述共心軸，并與所述軸旋轉(zhuǎn)連接，在使用中，在任何時(shí)候，至少一個(gè)所述滾子與所述彈性管接觸，其中，在所述彈性管中的可壓縮流體的流動(dòng)確保在所有時(shí)間所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)均旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述接觸裝置包括一對(duì)由一共同的共心軸連接的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，每一旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)用于與一對(duì)彈性管中之一相接觸的滾子，其中，在任何時(shí)候至少所述滾子中的一個(gè)滾子與所述彈性管中的一個(gè)管子接觸。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述傳熱裝置包括一用于在所述傳熱裝置中輸送所述可壓縮流體的第一管；和一包圍所述第一管一部分的殼，所述殼容納有與所述第一管接觸的所述第一相變物質(zhì)，在使用中，潛熱可經(jīng)由所述傳熱裝置的所述第一管，從第一相變物質(zhì)傳給所述可壓縮流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述傳熱裝置還包括一個(gè)套，所述套包圍所述殼，并用于輸送一傳熱流體，在使用中，所述傳熱流體的熱可以被傳給第一相變物質(zhì)，從而使第一相變物質(zhì)熔化并存儲(chǔ)潛熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述套與收集器流體連通，其中，被所述收集器吸收的熱可經(jīng)由所述傳熱流體傳給第一相變物質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述傳熱裝置還包括容納有第三相變物質(zhì)的第二蓄積器，所述第三相變物質(zhì)具有較高熔化潛熱，所述第二蓄積器與所述收集器熱傳導(dǎo)連通，并與所述套流體連通，在使用中，所述傳熱流體在流入到所述套之前可被第三相變物質(zhì)的潛熱預(yù)熱。
17.一種產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，其包括以下步驟包含在傳熱裝置中的第一相變物質(zhì)從外部熱源吸收熱，其中，所述第一相變物質(zhì)的一部分熔化，所述第一相變物質(zhì)具有較高熔化潛熱；第一相變物質(zhì)的所述部分凝固時(shí)發(fā)出的潛熱傳給在一連續(xù)流體通道中的可壓縮流體，從而使所述可壓縮流體膨脹，使可壓縮流體在所述流體通道中產(chǎn)生流動(dòng)；和將在所述流體通道中的可壓縮流體的流動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便產(chǎn)生動(dòng)力。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，其還包括冷卻所述可壓縮流體并將所述可壓縮流體返回到所述傳熱裝置的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，冷卻所述可壓縮流體的步驟為通過與具有較高熔化潛熱和較低熔點(diǎn)的第二相變物質(zhì)進(jìn)行熱交換，從所述可壓縮流體吸收熱，其中，可壓縮流體被冷卻。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或19中任何一項(xiàng)所述的產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，其還包括驅(qū)動(dòng)一個(gè)與所述流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置工作連接的泵的步驟，其中，利用所述泵將可壓縮流體泵壓到所述傳熱裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任何一項(xiàng)所述的產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，其還包括一收集器從外部熱源吸收熱的步驟，所述收集器與傳熱裝置熱傳導(dǎo)連通，其中，被吸收的熱可以從所述收集器向傳熱裝置的第一相變物質(zhì)傳送。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任何一項(xiàng)所述的產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，其還包括預(yù)熱在傳熱裝置和含有較高熔化潛熱的第三相變物質(zhì)的一個(gè)蓄積器之間進(jìn)行循環(huán)的傳熱流體的步驟，其中，所述被預(yù)熱的傳熱流體可將熱傳給所述傳熱裝置的第一相變物質(zhì)。
23.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，所述第一、第二和/或第三相變物質(zhì)分別是具有高熔化潛熱的第一、第二和/或第三水合鹽。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，所述第一和第三水合鹽熔點(diǎn)均在0-100℃之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，所述第一和第三水合鹽均具有大于50千卡/升的熔化潛熱。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，所述第一和第三水合鹽由醋酸鈉三水合鹽或其衍生物構(gòu)成。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，所述第二水合鹽具有低于0℃的熔點(diǎn)。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，所述第二水合鹽由一氯化鈉、氯化鈣和軟化水或其衍生物的理想配比混和構(gòu)成。
29.根據(jù)上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)所述的熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)或產(chǎn)生動(dòng)力的方法，其特征在于，所述可壓縮流體包括一致冷劑，如二氟一氯甲烷或其衍生物。
全文摘要
一種熱力-容積式發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，包括致冷劑通道(12)形式的連續(xù)流體通道和太陽能收集器(14)。該連續(xù)致冷劑通道(12)包括第一熱交換器(16)、流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置(18)、泵(19)和冷凝器(20)。流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置(18)可包括一渦輪或一彈性管和一轉(zhuǎn)子。第一熱交換器(16)包括一個(gè)殼和管結(jié)構(gòu)，該殼容納有具有較高熔化潛熱的第一相變物質(zhì)。在使用中，太陽能收集器(14)吸收的太陽光的熱使一部分第一相變物質(zhì)熔化。在熱交換器(16)中的致冷劑使第一相變物質(zhì)冷卻，并使它凝固，該致冷劑吸收第一相變物質(zhì)的潛熱。致冷劑膨脹，并經(jīng)由一個(gè)節(jié)流閥(21)由熱交換器(16)流動(dòng)到流動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置(18)，從而提供動(dòng)力。
文檔編號(hào)F03G6/00GK1163654SQ95196210
公開日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月20日
發(fā)明者彼得·L·墨菲, 特里·H·所羅門 申請(qǐng)人:儲(chǔ)熱器產(chǎn)品有限公司