本发明涉及一种适用于低温热源的原动力装置，具体涉及一种利用低温热源为能量源将其能源转化为做功从而提供往复运动的动力机。
二、
背景技术：
：
任何原动力机都需要能源作为输入，常见的能源有水力、风力、汽油等等，其中用热源作为输入能源的原动力机是最常用到的机械，如内燃机、蒸汽机等等，都能实现将热能转化为机械能，但是在现实中都要求热源的温度很高，都要求至少能够使工质从液体转化为气态，因此90℃以下的热源在实际使用时应用情况不理想，但是这种热源往往是最常见的热源，如热干岩、地热、煤炭的尾气等，用这些热源发电遇到的主要技术问题就是很难实现相变，无法采用蒸汽机或斯特林机。笔者对此问题进行了深入研究，认定必须放弃相变这个要求，只能在没有相变这个条件下实现对外做功。经过多个方案的研究对比，发现导致无相变条件下做功效率低下的主要原因是热传导过程太慢，以至于效率极低：如果有相变，相变时工质吸收的是潜热，温度恒定不变，与热源可以保持恒定的温差，因此热传导基本上能保持较高的效率，而无相变时工质温度不断上升，与热源的温度差不断地缩小，热传导效率越来越低，以至于根本不具备达到商业必需的高效率。
目前国内外解决这个问题的主要方法是寻找低温能够相变的液体材料，但是这种材料对压强都很敏感，压强变化就会导致沸点发生变化，因此其应用条件非常苛刻，对温度的变化范围约束太多。因此找到不基于相变的新的工作原理对于解决这个问题是必要的。
三、
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适用于低温热源的原动力机，其解决了现有原动力机在低温热源的情形下效率低下的不足之处，利用工质在不同温度下密度变化的特性，在工质不相变条件下能将热能高效转化为机械能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于低温热源的原动力机，其特征在于：包括内有液体工质的容器，容器设有内壁和冷暖换热装置，冷暖换热装置温度变化时会导致内壁温度变化，液体工质内浸有浮子，浮子内套有定位柱3，浮子沿着定位柱限定的方向上下移动。
容器上设置有液面调节装置。
设在工作期间液体工质的密度随温度的变化函数为ρ(t)，ρ(t)＝ρ0(1-α(t-t0))，其中t为液体工质的平均温度，t0为常温，α为体积膨胀系数，ρ0为液体工质常温时的密度。
设浮子的重量为g，浮子的横截面积为s，浸入液体工质中的深度为h(t)，g＝sh(t)ρ(t)g
其中g为重力加速度。
浸入液体工质中的深度
浮子进入液体工质的深度随工质温度的变化而变化，设工质温度最高为tmax，最低为tmin，则浮子的深度在h(tmax)与h(tmin)之间变化，液面调节装置使得在工质温度变化时液面距离地面的距离不变，在工质温度变化的过程中浮子相对地面的高度变化为δh＝h(tmax)-h(tmin)，在一次上升或下降过程对外做功的理论值为w'＝gδh，设输出效率为η，则一个周期中浮子对外做功的实际值为
与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：
本发明需要加热的工质量是理论最少的，只有溢出的部分和夹缝中的部分的工质需要加热，因此其热利用效率是最高的；由于加热针对的是紧挨着容器内壁的夹缝中的工质，夹缝很小，加热很快，工质温度几乎可以和容器内部的温度同步，因此其热交换速率也是最高的；由于上述特征，只要冷/暖换热装置中温度交变周期足够短，本动力机的输出功率可以达到非常高的程度，在同等热量供给的情况下并不弱于高品质热源动力机的功率，但本发明动力机可以采用价格低廉甚至免费的低温热源作为输入，运行成本要低得多，而且绿色环保，符合发电技术的发展方向，使得本发明动力机具备了和高品质热源动力机进行商业竞争的能力。目前投入商业运行的低温热源动力机都是利用低温相变液体作为工质，数十年的实际应用证明效率十分低下，运行成本太高，无法大规模普及，本发明摆脱了传统动力机的工作原理，由于没有相变导致结构大幅度简化，运行成本大幅度下降，使低温热源发电技术在经济上具备了商业竞争力。
四、附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中，1-容器，2-浮子，3-定位柱，4-液体工质，5-液面调节装置，6-冷暖换热装置。
五、具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的说明，但并非对本发明的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
本发明包括内有液体工质4的容器1，容器1设有内壁和冷暖换热装置6，冷暖换热装置6温度变化时会导致内壁温度变化，容器1上设置有液面调节装置5，液体工质4内浸有浮子2，浮子2内套有定位柱3，浮子2沿着定位柱3限定的方向上下移动。在冷暖换热装置6中轮流通过热源和冷源，导致工质温度交替变化，密度也交替变化，使浮子2上下往复运动。
实施例：
本发明为一种适用于低温热源产生动力的动力装置，其结构包括有内有液体工质4的容器1，容器1设有内壁和冷/暖换热装置6，冷暖换热装置6温度变化时会导致内壁温度变化，容器1上还设置有液面调节装置5。容器1的冷/暖换热装置6在一个时间段通热流，另一个时间段通冷流，因此使容器1的内壁的温度在高温和低温之间交替变化，设内壁温度最高为
液体工质4内浸有浮子2，设浮子2的横截面积为s，浸入液体工质4中的深度为h(t)，其中t为液体工质4的平均温度，浮子2内套有定位柱3，浮子2只能沿着定位柱3限定的方向上下移动。
本发明的工作过程为：
本发明需要有一个流体热源和一个流体冷源，热源温度为
对工作原理的分析如下：
设浮子2的重量为g，根据浮力公式有
g＝sh(t)ρ(t)g…………………………(1)
其中g为重力加速度。
因此有
由此可见，浮子2进入液体工质4的深度随工质温度的变化而变化，设工质温度最高为tmax，最低为tmin，则浮子2的深度在h(tmax)与h(tmin)之间变化，如果液面调节装置5能够保证在工质温度变化时液面距离地面的距离不变，则在工质温度变化的过程中浮子2相对地面的高度变化为δh＝h(tmax)-h(tmin)，在一次上升或下降过程对外做功的理论值为w'＝gδh，设输出效率为η，则一个周期中浮子2对外做功的实际值为
根据上述公式，得出如下结论：
(1)液体工质4的体积膨胀系数α应尽可能地大，这种液体较多，推荐采用橄榄油，也可以采用食用油；
(2)tmax-tmin在指定的时间段内要尽可能地大，因此热传导速率非常重要，为了解决这个问题，需要浮子2外壁与容器1内壁之间的距离δ(即夹缝)尽可能地短，要求δ≤2cm，甚至可以设置δ只有数毫米，这样无论容器1的内壁温度是多少，几乎没有多少时间差，液体工质4就会与容器1的内壁温度保持一致，这是提高本发明热效率的要点之一；
(3)在对外做功过程中，由于液面位置不变，液体工质4需要有排出或吸入一定量的液体工质才能实现，排出/吸入的工质的质量为δm1＝sρ(tmax)h(tmax)-sρ(tmin)h(tmin)≈sρ0δh，这部分工质都会被加热/制冷，另外还有浮子2外壁与容器1内壁之间有液体工质也会被加热/制冷，设容器1内壁周长为l，这部分液体工质的质量为δm2＝δlρ0h(tmax)，因此有δm＝δm1+δm2＝sρ0δh+δlρ0h(tmax)，相比于容器1满填充时的质量m＝sρ0h(t0)，δm要小得多，δm越小意味着需要就热的工质质量越少，热交换的热量就越少，效率就会越高，这也是提高本发明热效率的要点之一；
(4)对外做功的大小与g2成正比例，因此浮子2的重量越大，本发明的效率就越高，由于有g＝sρ0h(t0)g，可以通过提高浮子2的横截面积s、常温下的浮子2深度h(t0)来提高做功效率；
(5)本发明要求在液体工质4温度变化时，所排出或吸入的质量δm不会导致液面位置的波动，这个要求可以通过液面调节装置5实现，这种装置有很多实现方式，最简单的方式如图1所示，是一个表面积足够大的盘状结构，其底面表面积设为s*，当有质量为δm的液体工质4进入或排出该盘子时，其波动幅度为δh＝δm/s*，当s*足够大时，可以把δh控制在很小的范围内，相当于液面没有波动。除此而外也可以采用两个本动力机并联的方式，当一个升温另一个就降温，当多出的液体工质4流入到另外一个缺少液体工质的动力机中，就保证液面不变；
(6)受定位柱3的限制，浮子2只能上下移动，浮子2对外输出的功可以通过发电装置转化为电能，这个转化过程本质上是将往复运动的做功转为为其他形式的能量，有很多种实现方式，例如在定位柱3上缠绕铜线，浮子2内部置有磁场，浮子2上下移动时，定位柱3上就会感应出电流；
(7)为了缩短加热/制冷时间，冷/暖换热装置中冷源/热源的流速应尽可能快，因此需要针对时间进行优化设计，以达到功率最大。
本发明提供了一个全新的工作原理将热能转化为机械能，摆脱了相变的方法，采用本发明的方法可以尽可能快地加热工质，而且需要加热的工质质量很少，换热也非常快，解决了目前低温热源动力机的技术难点，因此本发明的方法已经具备了将劣质热源的能量提取出来转化为电能的能力，其效率可以达到非常高的程度。