一种混合相温差动力装置的制作方法

1.本技术涉及动力装置技术领域，特别涉及一种混合相温差动力装置。


背景技术：

2.传统斯特林发动机由气体工质在冷热气缸循环流动产生体积的变化进而推动活塞对外做功，为了达到高膨胀比来推动活塞做功，这需要非常高的温差，严重限制了热源范围。
3.需要设计一种动力装置，可在低温余热环境下，使工质在冷热缸中循环流动产生体积的变化，推动活塞对外做功，使能量利用效率与斯特林发动机相仿。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种混合相温差动力装置。
5.本实用新型提供了一种混合相温差动力装置，包括第一动力装置，所述第一动力装置包括第一冷源交换器、第一热源交换器、温度梯度回热器、第一机械能传递组件以及若干管道；
6.所述温度梯度回热器包括第一冷端梯度回热器和第一热端梯度回热器；
7.所述第一机械能组件包括第一液压缸、第一气缸、以及第一旋转轮，
8.所述第一液压缸内工作介质的输出端顺次与第一冷源交换器、第一冷端梯度回热器、第一热端梯度回热器、第一热源交换器和所述第一气缸内工作介质的输入端依次通过管道连通；
9.所述第一液压缸与第一气缸的活塞杆均与第一旋转轮活动连接，通过所述第一旋转轮带动所述活塞杆的运动；
10.进一步，还包括第二动力装置，所述第二动力装置包括第二热源交换器、第二冷源交换器、第二冷端梯度回热器、第二热端梯度回热器、第二机械能传递组件、若干管道以及第二冷端梯度回热器和第二热端梯度回热器之间设有的共温区换热器；
11.所述第二机械能组件包括第二液压缸、第二气缸、以及第二旋转轮，
12.所述第二液压缸内工作介质的输出端与第二冷源交换器、第二冷端梯度回热器、共温区换热器、第二热端梯度回热器、第二热源交换器和所述第二气缸内工作介质的输入端依次通过管道连通；
13.所述共温区换热器还通过管道连接所述第一热端梯度回热器和第一冷端梯度回热器；
14.所述第二液压缸与第二气缸的活塞杆均与第二旋转轮活动连接，通过所述第一旋转轮带动所述活塞杆的运动；
15.进一步，所述第一液压缸、第一气缸的缸筒内分别设置有第一液压活塞和第二气体活塞，所述第一液压活塞远离所述工作介质输入端的一侧设置有第一液压活塞杆；所述第二气体活塞远离所述工作介质输入端的一侧设置有第二气体活塞杆；
16.所述第一液压活塞杆的一端与所述第一液压活塞固定连接，所述第一液压活塞杆的另一端贯穿气缸，且与第一连接杆连接；
17.所述第二气体活塞杆的一端与所述第二气体活塞固定连接，所述第二气体活塞杆的另一端贯穿液压缸，且与第二连接杆连接，所述第二连接杆与所述第二气体活塞杆固定连接，第一连接杆、第二连接杆均与第一旋转轮活动连接；
18.第一连接杆和第二连接杆与所述第一旋转轮连接点在同一位置；
19.进一步，所述第一气缸内工作介质的输入端通过第一管与所述第一热源交换器连接，所述第一气缸内工作介质的输入端通过第二管与第一热端梯度回热器连接；
20.第一管上设有第一单向阀，
21.第二管上设有第二单向阀；
22.进一步，所述第二气缸内工作介质的输入端第二热源交换器连接，一端，所述第二气缸内工作介质的输入端通过第四管与所述第二热端梯度回热器连接；
23.第三管上设有第三单向阀，
24.第四管上设有第四单向阀；
25.进一步，所述第一液压缸、第一气缸的缸筒内分别设置有第一液压活塞和第一气体活塞，所述第一气体活塞远离所述工作介质输入端的一侧设置有第一气体活塞杆；所述第一液压活塞远离所述工作介质输入端的一侧设置有第一液压活塞杆；
26.所述第一气体活塞杆的一端与所述第一液压活塞固定连接，所述第一气体活塞杆的另一端贯穿气缸，且与第一连接杆连接；
27.所述第一液压活塞杆的一端与所述第一液压活塞固定连接，所述第一液压活塞杆的另一端贯穿液压缸，且与第二连接杆连接，所述第二连接杆与所述第一液压活塞杆固定连接，第一连接杆、第二连接杆均与第一旋转轮活动连接；
28.第一连接杆和第二连接杆与所述第一旋转轮连接点在同一位置；
29.进一步，所述第一冷端梯度回热器、第一热端梯度回热器、第二冷端梯度回热器和第二热端梯度回热器均包括若干蓄热单元，所述蓄热单元包括隔热壳体，所述隔热壳体内设置有蓄热腔和流体通道，
30.所述流体通道一端连接有气体保留器，所述气体保留器内设置有疏水过滤器，所述气体保留器一侧设有管道接口，所述疏水过滤器设置在所述管道接口上部；所述管道接口连通有三通阀，所述三通阀通过管道串联连通若干蓄热单元；
31.进一步，所述隔热壳体内设置有两个流体通道，若干所述蓄热单元中的两个流体通道一一对应通过管道连通，形成第一换热通道和第二换热通道；
32.所述第一换热通道和第二换热通道两端均与第一冷源交换器、第一热源交换器连接；
33.所述第一换热通道和第二换热通道两端分别设有第五单向阀和第六单向阀；
34.进一步，所述流体通道为梭形，所述流体通道内设有两个气体分散片，所述气体分散片分别设置在靠近所述流体通道端口处，
35.所述流体通道贯穿所述隔热壳体，所述蓄热腔与所述流体通道通过导热隔绝层密封隔离；所述蓄热腔内填充有蓄热液，所述蓄热腔内安装有若干翅片，所述翅片与所述导热隔绝层固定连接；
36.进一步，所述第一气体活塞直径和第一液压活塞比例大于10，
37.进一步，所述第二气体活塞与第二液压活塞直径比例大于10；
38.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
39.(1)本实用新型采用温度梯度回热器，工质在冷端为液态(气体处于液化状态或者气体溶液溶剂，如氨气溶于水)，流向热端时吸热气化(或气体溶质逸出)，并经热源交换器进一步吸收热能，高温气体膨胀推动活塞带动惯性飞轮转动并对外做功；该方式由于工质吸热气化(或释放气体) 产生巨大的膨胀比，因此每一个循环中可实现更大的功率输出，同时气液相的转换发生在回热器内，使能量利用效率得到提高；
40.(2)本实用新型的动力装置采用多缸动力装置包括第一液压缸、第一气缸和第二液压缸、第二气缸，第一液压缸和第一气缸形成回路一，吸收气体时释放的热量经过回热器传递给另一释放气体的第二液压缸和第二气缸吸收热能形成的回路二，增加单次循环中机械能输出功率；
41.(3)本实用新型设置回热器，该回热器有蓄热单元经连接管道串联形成，蓄热单元内设有气体分散片，便于气体分散，蓄热单元顶部设有气体保留器，气体保留器内由疏水性透气膜分隔开，氨水在流动过程中，气体保留器内总保留一定体积的氨气，便于气体在回热器内的流动；回热器在回热过程中形成温度梯度，并在气体通过气体分散片时，气体分割成多个细小通道，形成小气泡与水的接触面积更大，溶解扩散效果更好；
42.(4)本实用新型的回热器蓄热单元可采用双通道，并同通过单向阀控制流体的方向，省去电动控制阀门电路。
附图说明
43.以下附图仅对本实用新型作示意性的说明和解释，并不用于限定本实用新型的范围，其中：
44.图1：本实用新型实施例中一种混合相温差动力装置结构示意图；
45.图2：本实用新型实施例中一种多缸动力装置结构示意图；
46.图3：本实用新型实施例中串联回热器结构示意图；
47.图4：本实用新型实施例中并联回热器结构示意图；
48.图5：本实用新型实施例中连接单向阀的并联回热器结构示意图；
49.图6：本实用新型实施例中一种混合相温差动力装置气体吸热膨胀做功过程示意图；
50.图7：本实用新型实施例中一种混合相温差动力装置气体冷却压缩过程示意图；
51.图中：1-第一冷源交换器，2-第一热源交换器，3
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温度梯度回热器， 4-第一气缸，5-第一气体活塞，6
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第一液压缸，7-第一液压活塞，8-第一旋转轮，9-第二单向阀，10-第一单向阀，11-第一气体活塞杆，12-第一连接杆，13-第二连接杆，14-第一液压活塞杆，15-第一管，16-第二管， 18-三通阀，19-共温区换热器，20-第四单向阀，21-第三单向阀，22-第二冷源交换器，23-第二热源交换器，24-第二气体活塞，25-第二气缸， 26-第二液压缸，27-第二液压活塞，28-第二旋转轮，31-蓄热单元，32
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流体通道，33-气体分散片，34-翅片，35-蓄热液蓄，36-气体保留器，37
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疏水过滤器，38-第五单向阀，39-第六单向阀。
具体实施方式
52.为了使本实用新型的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
53.如图1-图7所示，本实用新型提供了一种混合相温差动力装置，包括第一动力装置，所述第一动力装置包括第一冷源交换器1、第一热源交换器2、温度梯度回热器3、第一机械能传递组件以及若干管道；
54.所述温度梯度回热器3包括第一冷端梯度回热器和第一热端梯度回热器；
55.所述第一机械能组件包括第一液压缸6、第一气缸4、以及第一旋转轮8，
56.所述第一液压缸6内工作介质的输出端顺次与第一冷源交换器1、第一冷端梯度回热器、第一热端梯度回热器、第一热源交换器2和所述第一气缸4内工作介质的输入端依次通过管道连通；
57.所述第一液压缸6与第一气缸4的活塞杆均与第一旋转轮8活动连接，通过所述第一旋转轮8带动所述活塞杆的运动；
58.进一步，还包括第二动力装置，所述第二动力装置包括第二热源交换器23、第二冷源交换器22、第二冷端梯度回热器、第二热端梯度回热器、第二机械能传递组件、若干管道以及第二冷端梯度回热器和第二热端梯度回热器之间设有的共温区换热器19；
59.所述第二机械能组件包括第二液压缸26、第二气缸25、以及第二旋转轮28，
60.所述第二液压缸26内工作介质的输出端与第二冷源交换器22、第二冷端梯度回热器、共温区换热器19、第二热端梯度回热器、第二热源交换器23和所述第二气缸25内工作介质的输入端依次通过管道连通；
61.所述共温区换热器19还通过管道连接所述第一热端梯度回热器和第一冷端梯度回热器；
62.所述第二液压缸26与第二气缸25的活塞杆均与第二旋转轮28活动连接，通过所述第一旋转轮8带动所述活塞杆的运动；
63.需要说明的是，当动力装置为多缸工作动力装置，其中，回路一包括第一液压缸6与第一气缸4，氨水由第一冷源交换器1进入第一热源交换器2，同时回路二包括第二液压缸26与第二气缸25，氨水从热端进入第二热源交换器23，换热后回路一冷源氨水温度升高，释放部分氨气，继续计入第一热源交换器2吸热，继续产生氨气推动活塞做功；同时回路二热源端氨水降温后开始吸收氨气，并在第二冷源交换器22继续降温，进一步吸收氨气，第二气缸25中氨气减少，气缸内能降低，在惯性飞轮及大气压力作用下活塞恢复原位；然后再惯性飞轮带动下开始新一轮循环；进一步增加单次循环中机械能输出功率；
64.为了实现更好的回热效果，如图2所示，在回路一与回路二中同时设置第一热端梯度回热器、第一冷端梯度回热器和第二冷端梯度回热器、第二热端梯度回热器，在升温回路(第一热端梯度回热器、第一冷端梯度回热器)与降温回路(第二冷端梯度回热器、第二热端梯度回热器)共同温度区域设置了共温区交换器；回路一降温时第一热端梯度回热器的末端温度与回路二升温时第二冷端梯度回热器的末端温度相同；
65.进一步，所述第一液压缸6、第一气缸4的缸筒内分别设置有第一气体活塞5和第一液压活塞7，所述第一气体活塞5远离所述工作介质输入端的一侧设置有第一气体活塞杆
11；所述第一液压活塞7远离所述工作介质输入端的一侧设置有第一液压活塞杆14；
66.所述第一气体活塞杆11的一端与所述第一气体活塞5固定连接，所述第一气体活塞杆11的另一端贯穿气缸，且与第一连接杆12连接；
67.所述第一液压活塞杆14的一端与所述第一液压活塞7固定连接，所述第一液压活塞杆14的另一端贯穿液压缸，且与第二连接杆13连接，所述第二连接杆13与所述第一液压活塞杆14固定连接，第一连接杆12、第二连接杆13均与第一旋转轮8活动连接；
68.第一连接杆12和第二连接杆13与所述第一旋转轮8连接点在同一位置；
69.进一步，所述第一气缸4内工作介质的输入端通过第一管15与所述第一热源交换器2连接，所述第一气缸4内工作介质的输入端通过第二管16 与第一热端梯度回热器连接；
70.第一管15上设有第一单向阀10，
71.第二管16上设有第二单向阀9；
72.进一步，所述第二气缸25内工作介质的输入端第二热源交换器23连接，一端，所述第二气缸25内工作介质的输入端通过第四管与所述第二热端梯度回热器连接；
73.第三管上设有第三单向阀21，
74.第四管上设有第四单向阀20；
75.进一步，所述第二液压缸26内设有第二液压活塞27，第二液压活塞27 一端连接有液压活塞杆，液压活塞杆与所述第二旋转轮28通过第三连接杆连接，所述第二气缸25内设有第二气体活塞24，第二气体活塞24一端连接有气体活塞杆，气体活塞杆与所述第二旋转轮28通过第四连接杆连接；
76.第三连接杆和第四连接杆与所述第二旋转轮28连接点在同一位置；
77.进一步，所述第一冷端梯度回热器、第一热端梯度回热器、第二冷端梯度回热器和第二热端梯度回热器均包括若干蓄热单元31，所述蓄热单元 31包括隔热壳体，所述隔热壳体内设置有蓄热腔和流体通道32，
78.所述流体通道32一端连接有气体保留器36，所述气体保留器36内设置有疏水过滤器37，所述气体保留器36一侧设有管道接口，所述疏水过滤器37设置在所述管道接口上部；所述管道接口连通有三通阀18，所述三通阀18通过管道串联连通若干蓄热单元；
79.进一步，所述隔热壳体内设置有两个流体通道32，若干所述蓄热单元 31中的两个流体通道32一一对应通过管道连通，形成第一换热通道和第二换热通道；
80.所述第一换热通道和第二换热通道两端均与第一冷源交换器1、第一热源交换器2连接；
81.所述第一换热通道和第二换热通道两端分别设有第五单向阀38和第六单向阀39；
82.需要说明的是，温度梯度回热器的蓄热单元31可采用两个流体通道 32，通过两个流体通道32分别设置第五单向阀38和第六单向阀39控制流体的方向，省去电动控制阀门电路，进一步降低系统的复杂度，图5为蓄热单元连接示意图，不管流体从冷端流向热端还是从热端流向冷端，流体在蓄热单元31内的流动方向总是从下向上，保证了流动过程中上升的气体能够顺利流动，并与水充分接触，提高溶解效率，最终提高回热效果；流体从左向右流动时，由于单向阀作用，蓄热单元右侧通道处于堵塞状态；流体从右向左流动时，由于单向阀作用，蓄热单元左侧通道处于堵塞状态；
83.进一步，所述流体通道32为梭形，所述流体通道内设有两个气体分散片33，所述气
体分散片33分别设置在靠近所述流体通道端口处，
84.所述流体通道32贯穿所述隔热壳体，所述蓄热腔与所述流体通道32 通过导热隔绝层密封隔离；所述蓄热腔内填充有蓄热液35，所述蓄热腔内安装有若干翅片34，所述翅片34与所述导热隔绝层固定连接；
85.需要说明的是，如图4为双通道蓄热单元，通道之间通过导热良好的翅片材料连接，蓄热单元内充满蓄热液；
86.进一步，所述第一气体活塞5和第一液压活塞7直径比例大于10，所述第二气体活塞24与第二液压活塞27直径比例大于10；
87.工作过程：步骤1：液缸中工质(氨水)经冷池热交换后温度降低，为溶液为饱和状态，初始工作时，在外力作用下，工质从冷端第一液缸向热端第一气缸流动，并吸收热源的能量，工质温度升高，溶解度降低，释放出氨气，同时控制三通阀18，使气体工质按如图6所述方向流动，工质经温度梯度回热器3逐级加热，气体膨胀推动活塞带动惯性飞轮转动并对外做功，此过程中气缸活塞、液缸活塞向右运动，第一单向阀10处于正常流通状态，第二单向阀9处于关闭状态；
88.步骤2：如图7所示，第一气缸活塞达到最右端后，在惯性飞轮作用下，第一气缸活塞和第二液缸活塞向左运动，此时第二单向阀9处于正常流通状态，第一单向阀10处于关闭状态，同时控制三通阀18，使气体工质按如图7方向流动；工质进入温度梯度回热器3释放热能，工质温度逐渐减低，温度梯度回热器3温度上升，同时释放出来的氨气逐步进入温度梯度回热器3，氨气逐渐被吸收进一步释放出溶解热，温度梯度回热器3 进一步吸收工质溶解热，工质经冷源交换器后进一步释放热能，同时继续吸收氨气；
89.步骤3：当第一气缸活塞达到最左端后，在惯性飞轮作用下，第一气缸活塞和第一液缸活塞向右运动，工质从冷端第一液缸向热端第一气缸流动，后续同步骤1，工质液体进入温度梯度回热器3吸热温度逐渐上升，释放氨气并推动活塞做功，接步骤2不断循环，持续的实现热能向机械能的转换。
90.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。