[發明專利]一種適用于低溫熱源的原動力機

在審

• 申請號: 201810071241.3
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108533345A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 賈東明
• 申請（專利權）人: 賈東明
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 韓翎

本發明涉及一種適用于低溫熱源的原動力機，其解決了現有原動力機在低溫熱源的情形下效率低下的不足之處，提供了一種利用工質在不同溫度下密度變化的特性、在工質不相變條件下能將熱能高效轉化為機械能的新技術。本發明包括內有液體工質的容器，容器設有內壁和冷暖換熱裝置，容器上設置有液面調節裝置，液體工質內浸有浮子，浮子內套有定位柱，浮子沿著定位柱限定的方向上下移動。在冷暖換熱裝置中輪流通過熱源和冷源，導致工質溫度交替變化，密度也交替變化，使浮子上下往復運動。

一、技術領域：

本發明涉及一種適用于低溫熱源的原動力裝置，具體涉及一種利用低溫熱源為能量源將其能源轉化為做功從而提供往復運動的動力機。

二、背景技術：

任何原動力機都需要能源作為輸入，常見的能源有水力、風力、汽油等等，其中用熱源作為輸入能源的原動力機是最常用到的機械，如內燃機、蒸汽機等等，都能實現將熱能轉化為機械能，但是在現實中都要求熱源的溫度很高，都要求至少能夠使工質從液體轉化為氣態，因此90℃以下的熱源在實際使用時應用情況不理想，但是這種熱源往往是最常見的熱源，如熱干巖、地熱、煤炭的尾氣等，用這些熱源發電遇到的主要技術問題就是很難實現相變，無法采用蒸汽機或斯特林機。筆者對此問題進行了深入研究，認定必須放棄相變這個要求，只能在沒有相變這個條件下實現對外做功。經過多個方案的研究對比，發現導致無相變條件下做功效率低下的主要原因是熱傳導過程太慢，以至于效率極低：如果有相變，相變時工質吸收的是潛熱，溫度恒定不變，與熱源可以保持恒定的溫差，因此熱傳導基本上能保持較高的效率，而無相變時工質溫度不斷上升，與熱源的溫度差不斷地縮小，熱傳導效率越來越低，以至于根本不具備達到商業必需的高效率。

目前國內外解決這個問題的主要方法是尋找低溫能夠相變的液體材料，但是這種材料對壓強都很敏感，壓強變化就會導致沸點發生變化，因此其應用條件非常苛刻，對溫度的變化范圍約束太多。因此找到不基于相變的新的工作原理對于解決這個問題是必要的。

三、發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于低溫熱源的原動力機，其解決了現有原動力機在低溫熱源的情形下效率低下的不足之處，利用工質在不同溫度下密度變化的特性，在工質不相變條件下能將熱能高效轉化為機械能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種適用于低溫熱源的原動力機，其特征在于：包括內有液體工質的容器，容器設有內壁和冷暖換熱裝置，冷暖換熱裝置溫度變化時會導致內壁溫度變化，液體工質內浸有浮子，浮子內套有定位柱3，浮子沿著定位柱限定的方向上下移動。

容器上設置有液面調節裝置。

設在工作期間液體工質的密度隨溫度的變化函數為ρ(T)，ρ(T)＝ρ₀(1-α(T-T₀))，其中T為液體工質的平均溫度，T0為常溫，α為體積膨脹系數，ρ₀為液體工質常溫時的密度。

設浮子的重量為G，浮子的橫截面積為S，浸入液體工質中的深度為H(T)，G＝SH(T)ρ(T)g

其中g為重力加速度。

浸入液體工質中的深度

浮子進入液體工質的深度隨工質溫度的變化而變化，設工質溫度最高為T_max，最低為T_min，則浮子的深度在H(T_max)與H(T_min)之間變化，液面調節裝置使得在工質溫度變化時液面距離地面的距離不變，在工質溫度變化的過程中浮子相對地面的高度變化為ΔH＝H(T_max)-H(T_min)，在一次上升或下降過程對外做功的理論值為W'＝GΔH，設輸出效率為η，則一個周期中浮子對外做功的實際值為

與現有技術相比，本發明具有如下優點和效果：