专利名称：一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种动力装置及能量转换方法，特别涉及一种将自然热能转换为飞轮蓄能的 装置和方法。
背景技术：
能源是当今世界永恒的课题。自然界存在各种自然热源，如太阳能的辐射热、对流空气 中的热量交换、地壳表层的恒温热及地热等，这些热源中具有相当丰富的热能，将这些热能 加以利用，必然对世界能源问题提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，可以把自然热源中的能量 转换为动能加以利用。
本发明的另一个目的是提供一种将自然热能转换为动能加以利用的方法。 本发明的目的通过下述技术方案来实现 一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，包括
集热装置，用以收集自然热能；
内设有固体热敏物的导热腔；
热介质，通过管道在集热装置与导热腔之间循环；
飞轮，通过传动机构与导热腔内的固体热敏物连接。
所述热介质为液态热介质。
所述导热腔外套装有伸縮式冷热交换行腔，与集热装置通过管道连接的有热介质箱，热 介质箱的一端通过入口阀与伸縮式冷热交换行腔连通，其另一端通过出口单向阀与伸縮式冷 热交换行腔的另一端连通。
所述伸縮式冷热交换行腔的外端设置有与飞轮通过传动机构连接的阀门行腔联动机构。
所述装置还包括能够与飞轮耦合的热泵加热器，该热泵加热器与热介质箱通过管道建立 热交换；所述集热装置为太阳能集热装置。
所述装置还包括自动控制机构，该自动控制机构包括检测飞轮转角的检测器、切换飞轮 与阀门行腔联动机构耦合的控制器，自动控制机构根据检测器的信号输出控制信号给入口阀以及所述控制器。
自动控制机构还包括第二检测器和切换热泵加热器与飞轮耦合的第二控制器，第二检测 器与第二控制器中具有信号连接。
一种将自然热能转换为飞轮蓄能的方法包括
a. 将自然热能收集循环加热热介质；
b. 热介质将热量循环带给设置于腔体内的固体热敏物；
c. 固体热敏物热胀冷縮过程中，通过传动机构带动飞轮旋转，将自然热能转换为飞轮的 动能。
所述步骤a中，通过太阳能集热器来加热处于高处的热介质箱内的液态热介质；所述步 骤b中，固体热敏物设置于导热腔内，导热腔外套装伸縮式冷热交换行腔，冷热交换行腔的 两端分别通过阀门和管道与热介质箱连通，以使热介质循环把热量传递给固体热敏物；所述 步骤c中，固体热敏物的一端通过连杆伸出导热腔与飞轮传动连接。
所述步骤c中，飞轮转动至上止点前15。时，关闭冷热交换行腔的入口阀，并压縮冷热交 换行腔，使其中的热介质回流到热介质箱内，将导热腔暴露在空气中，使固体热敏物冷却收縮 带动飞轮继续旋转;在飞轮转动至下止点后15。时，打开冷热交换行腔的入口阀，拉伸冷热交 换行腔，热介质箱的热介质进入冷热交换行腔，使固体热敏物受热膨胀带动飞轮持续旋转。
本发明采用上述方法和/或上述结构的装置，利用作为集热装置的太阳能装置对流循环 不断加热热介质箱内的热介质，使加热的液态热介质快速填充进冷热交换行腔，将热量通过 导热腔传递给热敏物，使之膨胀，推动连杆使飞轮旋转，在飞轮旋转过程中通过传动机构将 冷热交换行腔压縮，使液态热介质回流到集热装置中循环加热，而导热腔因冷热交换行腔压 縮而裸露于外界，热敏物通过导热腔向外界传热而收縮，带动连杆回縮，从而把收縮动能传 递给飞轮蓄能，形成一个有效循环。由于热敏物的热涨和冷却收縮都转换为有用功，因此热 源交换效率很高。在太阳的辐射热被遮蔽的情况下，第二检测器向第二控制器传递信号，使 热泵加热器与飞轮耦合获取少量动能，将空气中的自然热能传递给热介质箱以加热液态热介 质，维持整个装置的持续运行。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图l是本发明装置的热敏物热涨状态下的示意图；图2是本发明装置的热敏物冷却收縮状态下的示意图中标号l是集热装置，2是热介质箱，3是入口阀，4是出口单向阀，5是热泵加热器 ，6是冷热交换行腔，7是导热腔，8是热敏物，9是连杆，IO是曲轴，ll是动能超越离合器， 12是飞轮，13是阀门行腔联动机构。
具体实施例方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示， 一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置包括作为太阳能集热装置l以及与之 通过管道连通的热介质箱2。位于热介质箱2的下方设置有导热腔7，导热腔7的一端开口，其 内设置有热敏物8。导热腔7的外部周壁套有冷热交换行腔6，冷热交换行腔6的上部通过出口 单向阀4与热介质箱2的上部连通，冷热交换行腔6的下部通过入口阀3与热介质箱2的下部连 通。
热介质箱2与冷热交换行腔6之间通过管道和液态热介质进行热交换。
导热腔7内的热敏物8为固体，具有较大的热膨胀系数，在热胀冷縮情况下具有较大的形 变和作用力，其一端通过导热腔7的开口端伸出导热腔7与连杆9连接。连杆9通过曲轴10带动 动能超越离合器传递旋转动能给飞轮12 。
一个实施例中，热敏物8可以是具有两种热膨胀系数的金属或有机物构成，以在其接收 热量或输出热量时如双金属片那样可以带动其自身位移而作功。
另一个实施例中，上述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置还包括能够与飞轮12耦合 的热泵加热器5，该热泵加热器5与热介质箱2通过管道建立热交换。
本发明还包括自动控制机构，该自动控制机构包括检测飞轮12转角的检测器、切换飞轮 12与阀门行腔联动机构13耦合的控制器，自动控制机构根据检测器的信号输出控制信号给入 口阀3以及所述控制器。
自动控制机构还包括第二检测器和切换热泵加热器5与飞轮13耦合的第二控制器，第二 检测器与第二控制器中具有信号连接。
利用上述将自然热能转换为动能的装置的方法如下
太阳辐射通过对流循环不断加热集热装置1和热介质箱2内的液态热介质。打开入口阀3， 因热介质箱2位于冷热交换行腔6的上方，在重力作用下，热介质快速填充进冷热交换行腔6， 导热腔7 (可以有导热金属或其它高强度的导热有机物制成)受热后将热量传递给热敏物8， 热敏物8受热膨胀向前推动连杆9，再通过曲轴10带动动能超越离合器11传递旋转动能给飞轮
612，飞轮向单一方向旋转。当曲轴连杆转动到至上止点前15。左右时，自动控制机构的转角 检测器发生信号，控制器驱动阀门联动机构13关闭入口阀3，同时推动可伸縮的冷热交换行腔 6向后运行縮小容积(在图l、图2中即向右移动)，冷热交换行腔6内已经将热量传递给导热 腔6的液态热介质在挤压作用下通过出口单向阀4流回热介质箱2。
此时，导热腔7因冷热交换行腔6回縮而暴露在自然空气中进行对流冷却，热敏物8中的 热量通过导热腔7被带走，热敏物8冷却收縮，拉动9通过曲轴10、动能超越离合器ll，将收 縮动能传递给飞轮12，使之旋转。当曲轴连杆转动到下止点15。左右时，自动控制机构的转 角检测器发生信号，控制器驱动阀门联动机构13打开入口阀3，同时带动可伸縮的冷热交换 行腔6向前运行扩大容积(在图l、图2中即向左移动)，在重力和阀门行腔联动机构的双重 作用下，热介质进入冷热交换行腔6，进一步使其扩张容积，并加热导热腔7及其内部的热敏 物8，热敏物8带动连杆9、曲轴IO、动能超越离合器ll，将动能传递给飞轮12，使之继续旋转
经过上述过程，曲轴9带动飞轮12旋转360。完成一有效循环。
由于热敏物热涨与冷却收縮过程均转换为有用功，故热源交换效率很高。根据需要，通 过超越离合器l 1的作用，飞轮旋转速度与曲轴旋转速度可以不同步。
当飞轮转速达到一定值时，热泵加热器5的冷媒体压縮机自动耦合飞轮获取少量动能， 可以收集空气中的热量交换给热介质箱2内的液态热介质。另外，在太阳的辐射热被遮蔽时 ，第二检测器向第二控制器发出信号，使热泵加热器5的冷媒体压縮机自动耦合飞轮，收集 空气中的热量交换给热介质箱2内的液态热介质，足以维持本装置的持续运行。
飞轮获得的动能可以通过变速机构传动给发电机、抽水机或其它需要机械动能的装置。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征 和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述， 均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。S卩，除非特别叙述，每个特征只是一 系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原 则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，其特征在于，包括集热装置，用以收集自然热能；内设有固体热敏物的导热腔；热介质，在集热装置与导热腔之间循环传递热量；飞轮，通过传动机构与导热腔内的固体热敏物连接。
2 如权利要求l所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，其特征 在于，所述热介质为液态热介质。
3 如权利要求2所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，其特征 在于，所述导热腔外套装有伸縮式冷热交换行腔，与集热装置通过管道连接的有热介质箱， 热介质箱的一端通过入口阀与伸縮式冷热交换行腔连通，其另一端通过出口单向阀与伸縮式 冷热交换行腔的另一端连通。
4 如权利要求3所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，其特征 在于，所述伸縮式冷热交换行腔的外端设置有与飞轮通过传动机构连接的阀门行腔联动机构
5 如权利要求3或4所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，其特征在于，所述装置还包括能够与飞轮耦合的热泵加热器，该热泵加热器与热介质箱通过管道建立热交换；所述集热装置为太阳能集热装置。
6 如权利要求5所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，其特征 在于，所述装置还包括自动控制机构，该自动控制机构包括检测飞轮转角的检测器、切换飞 轮与阀门行腔联动机构耦合的控制器，自动控制机构根据检测器的信号输出控制信号给入口 阀以及所述控制器。
7 如权利要求6所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，其特征 在于，自动控制机构还包括第二检测器和切换热泵加热器与飞轮耦合的第二控制器，第二检测器与第二控制器中具有信号连接。
8. 一种将自然热能转换为飞轮蓄能的方法，其特征在于，包括a. 将自然热能收集循环加热热介质；b. 热介质将热量循环带给设置于腔体内的固体热敏物；c. 固体热敏物热胀冷縮过程中，通过传动机构带动飞轮旋转，将自然热能转换为飞轮 的动能。
9.如权利要求8所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的方法，其特征 在于，所述步骤a中，通过太阳能集热器来加热处于高处的热介质箱内的液态热介质；所述 步骤b中，固体热敏物设置于导热腔内，导热腔外套装伸縮式冷热交换行腔，冷热交换行腔 的两端分别通过阀门和管道与热介质箱连通，以使热介质循环把热量传递给固体热敏物；所 述步骤c中，固体热敏物的一端通过连杆伸出导热腔与飞轮传动连接。
10.如权利要求9所述一种将自然热能转换为飞轮蓄能的方法，其特 征在于，所述步骤c中，飞轮转动至上止点前15。时，关闭冷热交换行腔的入口阀，并压縮冷 热交换行腔，使其中的热介质回流到热介质箱内，将导热腔暴露在空气中，使固体热敏物冷却 收縮带动飞轮继续旋转;在飞轮转动至下止点后15。时，打开冷热交换行腔的入口阀，拉伸冷 热交换行腔，热介质箱的热介质进入冷热交换行腔，使固体热敏物受热膨胀带动飞轮持续旋转
全文摘要
本发明公开了一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置及方法，涉及一种动力装置及能量转换方法，目的是提供一种将自然热能转换为飞轮蓄能的装置，可以把自然热源中的能量转换为动能加以利用，及提供一种将自然热能转换为动能加以利用的方法。装置，包括集热装置，用以收集自然热能；内设有固体热敏物的导热腔；热介质，在集热装置与导热腔之间循环传递热量；飞轮，通过传动机构与导热腔内的固体热敏物连接；方法包括a.将自然热能收集循环加热热介质；b.热介质将热量循环带给设置于腔体内的固体热敏物；c.固体热敏物热胀冷缩过程中，通过传动机构带动飞轮旋转，将自然热能转换为飞轮的动能。
文档编号F03G7/00GK101598117SQ200910304199
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者李古月, 李君佑 申请人:李君佑