一种辐射加热温差发动机的制作方法

所属技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种热能转换器两端有微小温差就能摆动输出动能的装置。

背景技术：

目前相关的技术为发明专利——微温差热能发电装置的热能转换器，该热能转换器是一种新型热力发动机。经研究发现其存在的问题是：摆筒能量转换器采用管内有隔离物加热端整体加热结构，隔离物可通过气体不能通过液体，冷端液面升高，气体空间被压缩，导致工作介质的蒸气压升高，此时其液气二相的平衡温度高于外部环境温度，蒸气在冷端内表面冷凝成液体介质。当摆筒摆到水平位置附近时冷热两端介质蒸气贯通，热端蒸气进入冷端，而冷端冷凝产生的液体介质无法返回热端，经若干次摆动后导致冷端液体量增多，转换器起始重心点漂移向冷端，摆筒逐渐不能工作。若取消隔离物则热端就不能采用整体加热结构，因为热端整体加热，冷端的介质温度也会逐步升高，导致整个转换器工作介质温度逐步升高，最后也无法工作。

技术实现要素：

为了克服原有技术中的问题，本发明推出一种辐射加热温差发动机。该发动机摆筒热能转换器内辐射蒸发装置通过辐射方式传递给摆筒一端液体液面热量，使摆筒两端产生蒸气压差，推动液体流动；该发动机外加热装置不仅可以利用各种燃气(包括原生沼气等劣质气体)，而且可以利用地热、工业废热和太阳热等热源。

本发明所采用的技术方案是：热能转换器改原来的“管内有隔离物加热端整体加热”为现在的“管内无隔离物加热端液面辐射加热”结构，热能转换器是呈哑铃形的特制密封金属容器，抽真空后内装一定量的低沸点液体，可形成两端头部均存有气体的液体隔断空间；外加热装置安装在大哑铃头一端，将热能通过导热管向下传入热端内，加热导热管下部的辐射板，辐射板将热能以电磁波形式辐射出去；热端内壁为白体材料，反射电磁波；在热端启动液面位置安装黑体格栅层，吸收电磁波并转化成热能，加热液体液面；热端液面温度快速升高，产生大的饱和蒸气压，压迫管内液体流向冷端，热端液面下降冷端液体位置上抬，造成重心移向支撑轴线，继而越过支撑轴线，使热端上摆，冷端下摆，输出动能，可带动不同工业装置工作。见图1。

该发动机包括摆筒热能转换器、内辐射蒸发装置、外加热装置、三角支撑底座等部件。

摆筒热能转换器外壳是采用高导热金属材料的哑铃形特制密封容器，见图2，哑铃头一端大一端小。大哑铃头为热端，其上部安装有外加热装置，见图4。先将热能转换器水平放置，在管径中部找出水平位置的平衡轴线(重心位置)，从平衡轴线向冷端作水平位移，找出合适的支撑轴线。该支撑轴线须满足下面条件：以该轴线为轴心，热端(a端)力矩变大，向下摆动，使a端降低而冷端(b端)升高。启动位置时，形成a和b两端均存有气体的液体隔断空间(两个气室)，见图3。冷热两端液体介质是贯通的，可以避免运行中转换器起始重心点向冷端的漂移。工作介质为低沸点液体，选择工业制冷剂或者是为热能转换器特制的工作介质。

内辐射蒸发装置的辐射板通过导热管接收外部传入的热量，辐射板将热能以电磁波形式辐射出去；热端内壁为白体材料，反射电磁波；热端气室内为工作介质蒸气为电磁波透射体；在启动液面位置安装黑体格栅层，吸收电磁波并转化成热能，加热液体液面，热端液面温度快速升高由于转换器热端液面被加热后其内焓增加，表现为液面的热量增值少，而气体体积与压强乘积的增量大，故热能转换器两端液面小的温度差，即可产生大的饱和蒸气压差，使热端液面下降，冷端液面升高，液体被压向冷端；冷端的气体空间被压缩，其内部气态介质蒸气压增高，成为过饱和蒸气，其对应的平衡温度高于之前冷端气液二相已平衡的温度(环境温度)，在冷端壳体内表面及液面产生冷凝液体介质，冷凝液体介质汇入转换器内液体介质中，而放出的相变热通过壳体散发到外界空气中。此过程持续到热能转换器摆到水平位置附近两端气体贯通。当摆筒重心移向冷端，过支撑轴线后，摆筒冷端向下热端向上摆动，将热能转换成机械能。正由于热端液面只增加少量热量(若热端液面介质升高1摄氏度，饱和蒸气压就会有显著增加)，并且转换器外壳采用高导热金属材料，且内部设计有散热板，故热端液面增加的少量热量会在液体流动中通过转换器外壳传递到外界空气中，进而保证冷端液面温度稳定。热端的情况是：液面被加热，温度升高，对应的平衡饱和蒸气压升高，在热端壳体内表面也会产生冷凝液体介质，但蒸发速度远大于冷凝速度；另一方面外加热装置安装在热端上部，导热管插入壳体并与之连接，导热管传递的部分热量会传递到热端上部壳体，同时其内表面的白体也会将极少量电磁波转换为热能，使其温度升高，减少了冷凝液体介质的产出量，不影响容器内的液体被压向冷头端。当热能转换器摆到水平位置附近，两端气体贯通，重心又回到处于水平位置的热端，热端力矩又变大，又开始向下摆动，到启动位置，两端恢复成原先两个气室的液体隔断空间，完成一个运动周期。这样在温度差的作用下，热能不断地转变成机械能，周而复始，循环不断。

辐射板采用铜板加石墨烯热辐射贴片结构。导热管采用渠式超导热型导热管。

对热端球内金属表面抛光处理形成白体层，或者内表面电镀铜后抛光形成白体层。

黑体格栅层材质为铝(阳极氧化加发黑处理)或铜(氧化发黑处理)。除黑体格栅层结构外还能采取黑体空心小球悬浮结构，材质为金属或有机物；液面上升，面上浮一层黑体空心小球加热液面，液面下降，加热结束，小球落到其下方的金属隔网上，隔网固定在热端球内壁上。

外加热装置分为燃气加热型、太阳加热型和地热加热型。燃气加热型见实施例。太阳加热型的结构是从热端引出并焊接固定在热端上部的渠式超导热管延伸并弯曲，其外端头部的集热板在转换器启动位时深入到抛物线曲面太阳光反射焦点位置，采集的热量被迅速传递到热端内部，热端上摆时带动集热板离开反射焦点，加热停止；太阳移动时抛物线曲面随之转动，反射焦点不动。地热加热型的结构是从热端引出并焊接固定在热端上部的渠式超导热管延伸并向下弯曲，其外端头部的集热板在转换器启动位时深入到热端下部的地热供给池中，采集的热量被迅速传递到热端内部，热端上摆时带动集热板离开地热供给池，加热停止。

热能转换器内部安装有散热板。转换器中部管内的散热板沿管的长度方向分布，散热板为铝或铝合金，焊接在管的内壁上。两端头部的散热板安装在头内下部，焊成网格分布。

燃气加热型外加热装置包括非接触式电磁监测器、控制器、电子点火器、加热盘燃气软管等部件。

非接触式电磁监测器由磁铁、弹簧、监测开关和信号发生器等组成。当a端到达低位(启动位置)时，安装在a端下腹部的磁屏蔽板插入安装在三角底座支撑架上的非接触式电磁监测器，磁屏蔽板屏蔽磁铁磁场，弹簧张开，监测开关接通，发生器发接通信号给控制器，控制器发指令给电子点火器，使其开通燃气软管并点燃与供气管路相连的加热盘，加热盘燃烧将热能通过超导热管向下传入a端内。而后a端上摆，监测开关断开，发断开信号给控制器，控制器发出指令，加热盘停止加热。

非接触式监测器采用电磁方式工作，或者采用声电和光电方式工作；开关是机械式的，或者是电子式的。

三角底座支撑架中两支撑架与三角形底座为一整体，其上部各有一个螺纹孔，两螺纹孔同心且水平。两金属瓦件夹持住热能转换器的中部，其中一个瓦件带同心轴，同心轴的轴线与支撑轴线重合。将该组装件放置于两支撑架之间，同心轴的两个外端面的锥形中心孔与支撑架上的螺纹孔对正，从两端螺纹孔各旋入一个带螺纹的锥头顶丝，锥头顶丝的锥头顶入锥形中心孔，形成一对滑动轴承，再从两锥头顶丝外端旋入两个顶丝固紧螺帽，将两个锥头顶丝固定在三角底座支撑架中两支撑架上。

除采用上述滑动轴承外，或者采用滚动轴承、滑套轴承和磁力轴承。

有益效果

1，本发明是一种新型热机，由于加热后体积与压强的乘积的增量远大于新增热量，故其热能转换率高于其他热机，有高的经济性。

2，本发明可采用地热、太阳热、工业废热和各种燃气为热源，属清洁绿色能源；特别是可以直接利用沼气等劣质燃气，有利于环境保护和治理。

3，本发动机以低温低压低速运行，不产生高温高压高速蒸气，另外液体介质工业制冷剂的燃点高达800摄氏度，设备安全性好；设备运行无噪声、无污染且寿命长。

4，本发动机设备简单，可操作性好，可靠性高，无需经严格考核的专业技术人员操作；且可方便实现智能化远程监控运行，便于城乡普及。

5，本发动机可以带动不同工业装置工作，如带动直线发电机或旋转发电机，可以发电，带动油田抽油装置，可成为磕头式燃气抽油机。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，是本发明中的辐射燃气加热温差发动机整体示意图。

图2，是热能转换器水平位置液体正面透视图。

图3，是热能转换器启动位置液体正面透视图。

图4，是热能转换器热端外加热装置和内辐射蒸发装置解剖示意图。

图5，是辐射燃气加热温差发动机相关部件构造拆分图。

图6，是非接触式电磁监测器接通工作电路图。

图7，是非接触式电磁监测器断开工作电路图。

图中：1、辐射燃气加热温差发动机，2、控制器，3、摆筒热能转换器，4、三角底座支撑架，5、球头圆管颈小口容器，6、球头圆管颈大口容器，7、平衡轴线，8、支撑轴线，9、b端液态制冷剂，10、b端气态制冷剂，11、a端气态制冷剂，12、a端液态制冷剂，13、两管径间焊接处，14、加热盘，15、u型渠式超导热管，16、辐射板，17、黑体格栅层，18、电子点火器，19、燃气软管，20、非接触式电磁监测器，21、磁屏蔽板，22、磁铁，23、弹簧，24、监测开关，25、支撑架螺纹孔，26、带轴半圆金属瓦件，27、半圆金属瓦件，28、金属瓦件同心轴，29、锥形中心孔，30、锥头顶丝，31、顶丝固定螺帽，32、瓦件螺纹孔，33、瓦件通孔，34、瓦件紧固螺栓，35、燃气管卡，36、燃气管道，37、信号发生器，38、内壁抛光白体层，39、散热板，40、黑体格栅层支撑板

具体实施方式

本实施例(1)由摆筒热能转换器(3)、控制器(2)、三角底座支撑架(4)等组成。

热能转换器(3)外壳是一个铝合金哑铃型特制密封容器，热能转换器(3)包含燃气外加热装置、内辐射蒸发装置和控制系统。特制密封容器含两个一端开口的球头圆管颈容器(5)和(6)，(6)的管径大，(5)的管径小；另一端是大于管径的空心球体。两个空心球体的一头为冷头端(b端)，一头为热头端(a端)，冷头端(b端)球径小，热头端(a端)球径大。将两容器(5)、(6)开口相对进行套接。将球头圆管颈大口容器(6)套在球头圆管颈小口容器(5)外，套接到位后在两管径间焊接处(13)进行焊接，将其连接成一特制密封容器。容器抽真空后充入一定量的工业制冷剂r134a。热头端(a端)的上部安装燃气外加热装置、内辐射蒸发装置。找出热能转换器(3)的重心--平衡轴线(7)和支撑轴线(8)，重心在支撑轴线(8)的右侧a端，见图2。a端下摆，b端上摆，在特制密封容器内形成a和b端均有气体的液体隔断的空间，见图3，b端液态制冷剂(9)，b端气态制冷剂(10)，a端气态制冷剂(11)和a端液态制冷剂(12)。

内辐射蒸发装置包括u型渠式超导热管(15)、辐射板(16)、黑体格栅层(17)和内壁抛光白体层。(38)。

外加热装置包括加热盘(14)、u型渠式超导热管(15)、电子点火器(18)、燃气软管(19)和控制系统等。控制系统包括非接触式电磁监测器(20)和控制器(2)、等。加热盘(14)与电子点火器(18)连接，燃气软管(19)与燃气管道(36)连接，并可随a端摆动。加热盘(14)在(15)倒u型部位的下方，(15)插入a端，焊接固定在a端上部。见图4。

非接触式电磁监测器(20)安装在热能转换器(3)下方的三角底座支撑架(4)上。磁屏蔽板(21)固定在a端的下腹部，随a端一起摆动，启动位置时非接触式插入(20)，屏蔽磁铁(22)的磁力线，弹簧(23)张力大于磁铁(22)吸力，推动监测开关(24)右移，接通非接触式电磁监测器(20)的电路，见图6。信号发生器(37)发出接通信号给控制器(2)，控制器(2)发出指令，电子点火器(18)开通燃气软管(19)并点火。当热能转换器(3)摆入水平位置时，磁屏蔽板(21)脱离非接触式电磁监测器(20)，监测开关(24)左移，关闭电路，控制器(2)接收关闭信号并发出停火指令，(18)关闭(19)，(14)熄火，见图7。控制器(2)内装调控软件，除能测得热能转换器(3)启动位置时间点和水平位置时间点，并根据两点之间的时间间隔技术参数，适时发给电子点火器(18)点火和停火指令，并控制燃气通量大小，还可以接收到控制系统的速度、温度、压力等信号，对加热时间进行精细调控或报警；

非接触式电磁监测器(20)和电子点火器(18)均采用电池作为工作电源，各信号和指令均采用无线发送和接收方式。

三角底座支撑架(4)上的两支撑架与三角形底座为一整体，其上部各有一个支撑架螺纹孔(25)，两螺纹孔同心且水平。带轴半圆金属瓦件(26)和半圆金属瓦件(27)通过(32)、(33)、(34)夹持住热能转换器(3)的中部，(26)两端的轴为金属瓦件同心轴(28)，其轴线与支撑轴线(8)重合。将该组装件放置于两支撑架之间，(28)的两个外端面的锥形中心孔(29)与支撑架螺纹孔(25)对正，从两端螺纹孔(25)各旋入一个带螺纹的锥头顶丝(30)，(30)的锥头顶入锥形中心孔(29)，形成一对滑动轴承，再从两锥头顶丝(30)外端旋入两个顶丝固紧螺帽(31)，将两个锥头顶丝(30)固定在三角底座支撑架(4)中两支撑架上。

摆筒热能转换器(3)工作过程，加热盘(14)点燃，加热u型渠式超导热管(15)倒u形顶部，热量向下传导到a端头部内，内辐射蒸发装置的辐射板(16)通过(15)接收外部传入的热量，辐射板(16)将热能以电磁波形式辐射出去；a端内壁抛光白体层(38)反射电磁波；a端气室内工作介质r134a的蒸气为电磁波透射体，在热端启动液面位置安装若干个黑体格栅层支撑板(40)，(40)焊接固定黑体格栅层(17)，(17)吸收电磁波并转化成热能，加热液体液面；a端液面温度快速升高。热能转换器(3)两端液面小的温度差，即可产生大的饱和蒸气压差，使a端液面下降，b端液面升高，液体被压向b端，b端气态制冷剂(10)气体空间被压缩，(10)的蒸气压增高，成为过饱和蒸气，其对应的平衡温度高于之前b端气液二相原已平衡的温度，在b端壳体内表面及液面产生冷凝液体介质，冷凝液体介质汇入转换器内b端液态制冷剂(9)中，而放出的相变热通过散热板(39)和壳体散发到外界空气中。此过程持续到热能转换器(3)摆到水平位置附近两端气体贯通。当(3)重心移向b端，过支撑轴线(8)后，b端向下a端向上摆动，将热能转换成机械能。a端上摆，磁屏蔽板(21)离开非接触式电磁监测器(20)，控制器(2)收到关闭信号，发出指令给电子点火器(18)，加热盘(14)灭火。在b端下摆的过程中，由于管内的更多液体流向b端头部，向下力矩逐步加大，再加上动压头的作用，摆动加快。摆动到水平位置附近时，a、b两端的气体贯通，两端气体压力差为零，动压头亦为零。此刻，重心又回到处于水平位置的a端，a端力矩又变大，又开始向下摆动，到启动位置，a和b两端恢复成原先两个气室的液体隔断空间，完成一个运动周期。