专利名称：温差能动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用自然界的温差作为动力的能动机。
随着科学技术的进步，人们除了研究水能、太阳能等多种大自然能源问题以外，对利用温差能也进行了许多研究，特别是在利用地下热水田、地下干热岩、地下热蒸汽田等中高温差进行发电、提供生产、生活动力及制冷、供热等方面，技术方案已经成熟。但在利用低温差作为能源的技术，还没有取得理想的效果，这主要是未能很好地解决高温热源和低温冷库之间工质转换的机械结构问题，热效率太低，这样就使得在△T＝10－50℃左右的高低热源之间的温差能还利用不上，例如不少地方，夏天气温与地下水的温差有10－15℃，冬天冰雪与水的温差可达10－20℃。所以，将这部分温差能利用起来，对解决一部分能源问题必将带来深远的意义。
本实用新型的目的是提供一种能利用大自然中的中低温差热，如气温与水温，冰雪与水温、工业废热为能源，转变成动力发电、制冷、驱动机器的温差能动机。
本实用新型以下面方式实现设计高低温两个热库，里面充入易液化工质如氨、氟里昂、氯乙烷、正丁烷、异丁烷、二氧化碳等，高温热库称为“换热器”，低温热库称为“冷凝器”，热库尽可能保温良好，以免热量与外界交热，但如果是利用大气温度与地下水的温差时，则换热器要大量敞开在大气中或置于与气温接近的水池中，以使两个热库有较大的温差。在高温热库(换热器)的气化管出口装有气马达，低温热库(冷凝器)出口装有一个转子泵，能动机中还设有自控阀换热器和冷凝器的安装位置根据所处环境决定，如利用地热、温泉或地下水温与地面冰雪温差能时，换热器安装在冷凝器的下方；而利用低温的地下水与地面高气温的温差时，换热器安装在冷凝器的上方。但转子泵不论在什么环境下均应安装在整个温差能动机的最低位置，使液化后的工质能自动流到转子泵。本实用新型的温差能动机的工作过程如下将换热器抽成真空后往里面注入工质，由于高温热库中温度较高，工质在里面极易气化，并形成高压气体，该气体经转换阀通到气马达，推动气马达的活塞作动，作工后的低压气流流经转换阀到达冷凝器，并在冷凝器的低温下冷凝成液体，液化的工质又经转换阀流到转子泵，转子泵将工质加压后送到高温热库，以维持正常的循环工作。
转换阀的作用是为了适应热环境变化时能及时调整换热器和冷凝器中的工质流向转换，如夏天气温高，地下水温低时，换热器在冷凝器的上方，而冬天冰雪温度比地下水温低，换热器则在冷凝器的下方，为了保持气马达和转子泵的正常运转，就需利用转换阀的作用来调整工质气体和液体流向。
本实用新型主要根据某些易液化物质如上述提及的氨、氟里昂、氯乙烷、正丁烷、异丁烷、二氧化碳等在一定的温度气化时产生的气体压力来推动气马达(透平机)作工而设计的一种装置，这种装置不仅能将较高温差(一般△T＝50°以上)的蒸气田、热水田利用起来，也能将△T＝50°以下，甚至△T＝10°左右的不同热源的温差热能转变为功，推动机器工作。
本实用新型的温差能动机热功关系主要根据以下公式计算W＝Q热－△H蒸发＋△(PV)式中Q热——工质从高温热库中取得的热量△H蒸发——工质从液体变成气体所需热量△(PV)——工质膨胀推动气马达所产生的压力体积变化。
其中Q＝nCp∫T2T1dT式中n——工质的质量Cp——工质的热容T2、T1热库的换热器和冷凝器的温度根据上述公式，测得换热器和冷凝器的温度、工质蒸发后的压力体积，然后根据加入工质的量、热容值，即可计算出所作的功。
实现本实用新型目的具体部件的作用及机械结构如下1.换热器和冷凝器高温热库和低温热库的换热器和冷凝器的结构都相同，它们可用多种结构，其中一种采用列管式换热器，即换热器上方是蒸发器，下方为列管；也可做成以下结构由两块压型板(波纹板)合并后焊接为一体，焊接后中心的工质通道形成“S”型，每块通道的顶上均设有一个长度与换热器的宽度相同的气化室，用于增加工质的表面积而加速气化，气化室的上下装有工质进出口管，板块状的换热器之间有空隙，以便让水进入空隙与换热器(冷凝器)进行热交换。
2.自控阀冷凝器的下方安装有自控阀，其作用是能及时调整环境发生变化时换热器与冷凝器的互换位置。自控阀的下段是圆柱体，柱体中段圆周上开有10个等分的接管螺孔，阀体的中心孔装有与其密封配合的可往后旋转36°的阀心，阀心顶上的小圆柱做成齿轮，并与阀盖横向气缸中装的活塞齿条相配合，阀盖为方体块，在它的中心孔的侧边开有一个横向气缸，活塞齿条能在其气缸作左右前后移动，中段的齿条啮合阀心齿轮左右旋转36°，活塞齿条两端为活塞，气缸两头各装有一个中孔和外圆开有螺牙的螺塞缸盖，在阀心的中段与阀体中段开的螺牙接孔对称的位置上，几个孔中间各开有联通槽，孔的各段均留有一个阻凸台，用于自动调整工质的流动方向。
3.转子泵转子泵由泵体、轴、轴承，端盖、滑闸板、弹簧、压盖等部件构成，泵体中轴左边的泵腔是偏心的，上面安有滚套，中轴右端装有两个轴承和轴承压盖，中轴的泵腔与轴承套过渡的环槽装有密封圈，当中轴旋转时，偏心轴带动滚套在泵腔的周围滚括运动，与滚套对称的轴向中线上面，开有一条长度和滚套同样的光滑长方槽，在槽中装有滑闸板，能在槽中上下滑动，滑闸板的上端装有压紧弹簧，与滑闸板相隔的轴向两边，左边装有一个压出阀，右边装有吸入阀。
4.气马达气马达是将工质气化后作工的主要机器，它的内部装有两根动力轴，分为主轴和副轴，主轴是对外作动的动力输出轴，副轴是用作换向轴和在其轴头上套装有一条软轴传送动力给转子泵轴头上作为工质回路的动力。在主轴和副轴的轴颈上装有一个相同齿数的齿轮作动力传递，主轴的内端轴头上装有偏心轮，上面装有外圆套装轴承或滚套的偏心轴，与其径向对称的圆周，装有4个以上的两两对称的气缸，每个气缸装有一个能双向往后作功活塞，活塞杆头上，并联装有一个扁型推力环，套在偏心轴上取代连杆，每次均由两个气缸同时工作，其活塞杆一个推，一个拉，使推力环带动偏心轴和偏心轮一同旋转，主轴和副轴共用一个机座，副轴的外圈上开有7条环槽，其中4条单数环槽安装密封圈，3条双数环槽为导气环槽，双数环槽的一条为气缸高低压供气回气，一条为轴向回路气孔道，一条为横向轴套回气孔道。
以下结合附图描述本实用新型的实施结构
图1是本实用新型温差能动机的设备安装位置和管线连接示意图；其中图中左下方的虚线框内表示可以将这部分的部件浸泡在水中，左下方的C－C、P－P、L－L表示气马达内部副轴的外圈的导气环槽(换向阀)的气体工质通道剖面图；图2是换热器和冷凝器的结构图3是图2的T－T剖视图；图4是图3的A－A剖视图；图5是转子泵的结构图；图6是自控阀的结构图；图7是气马达及装在内部的换向阀的结构图。
以下先描述本实用新型温差能动机的工作原理先设定换热器的温度比冷凝器的温度高，所以将冷凝器和自控阀和转子泵安装在换热器的下方，其设备安装及管线的连接原理如下从换热器1上方装有气化工质出口管2，由于换热器1的温度高，工质气化后从出口管2的上方出来通到自控阀5，由于管道4有气压，推动自控阀顶上气缸的活塞齿条6向右移动，齿条啮合阀心齿轮7顺时针旋转36°，即使阀心呈现出8的通槽，这样换热器工质气体出口管2即可通过自控阀的通槽3出来经压力调节阀9进入气马达内的换向阀8的P－P通道10和C－C通道11，推动气马达的左右两个气缸12和13的活塞向右移动，活塞杆同时带动装有偏心轮14和偏心轴17上的推力环15作顺时针转动180°，偏心轴17可装发电机的转子上即可作功，从气缸左端部排出的工质乏气集中后通过管道20从换向阀通道21、22和23经止回阀24和自控阀8的通道从冷凝器的入口管25通到冷凝器26中冷却为液体，液体再从冷凝器26的底部经自控阀8的通道送至转子泵28加压，加压后液体工质再经自控阀8的通道输到换热器1的下部，自始完成一个循环过程。
由于上述气化工质推动气马达的偏心轮14运动180°时，已使气马达副轴的换向阀转动，即C－C、P－P、L－L的通道转向，而使从调节阀9过来的工质高压气从另一组通道进入气马达的上下两个气缸16和19、并使推力环18带动偏心轮14和偏心轴17又顺时针转动180°，使轴输出对发电机转子继续作功，这样连续不断，即使轴功连续不断。
为使温差能功机内的转子泵工作，需从气马达的副轴轴头上装有一条软轴传道到转子泵的轴头上，以作为工质回路的动力，这样就可以不用另外对转子泵提供电源动力，节省许多能量。
以上是设定换热器1的温度比冷凝器26高的情况，如果当冷凝器26的温度高于换热器1的情况，则冷凝器和换热器的作用就转换了，这时冷凝器上方的管道就输送出气化的工质，从管道25到达自控阀8，使自控阀8气缸的活塞向左移动，啮合阀心齿轮逆时针旋转36°，阀心的通道也旋转36°，气体则也从另一通道经调节阀9到气马达，按上述方法转动和作功，然后乏气再经自控阀8和管道2，输到原来是换热器1(现已变为冷凝器)中冷凝成液体，再从管道29下到转子泵28加压后送到原来的冷凝器(现变为换热器)26中气化，完成其循环作功过程。
这种利用自控阀8的作用来转换冷凝器和换热器是十分方便和必要的，特别是有许多地区，夏天气温很高，达到25－35℃以上，而地下水只有15－20℃左右，这时换热器在冷凝器的上方可利用这部分的温差能，如果冬天，则室外的气温又低于零下温度，达－10至－20℃或更低，而地下水仍保持15－20℃，这时不必将冷凝器、换热器、转子泵拆出重新安装，而只需注意自控阀的转动位置即可。
以下是各部件的机械结构图2、图3、图4为换热器和冷凝器的结构图，将这两个部件做成一样是使其有互相转换的功能，其具体结构为若干片平行安放在一起的两块金属板(32)通过压合的形式使其成为内部具有波纹管通道的换热片，压制后工质的通道33形成“S”形，使工质与金属板32外面的水得到充分交换热量，换热片的上方为气化室31和气体输送管30，下方是液体输送管34。
图5为转子泵的结构，它包括泵体37、底座42和中心轴。它的泵体内部右端装有向心轴承39和一个推力轴承42，中心轴41装在轴套40和向心轴承39上，轴承42有端盖压紧，在泵腔的一端把轴车成偏心轴46，外面套有滚套44，泵腔的轴向外端盖45压拢偏心轴46的端面，泵腔与轴承套过渡的位置上其中心的外圆环槽中装有一条橡胶密封圈38，泵腔顶上轴内的长方槽中装有滑闸板47，滑闸板47的上端装有两条弹簧35，上面有压盖36，滑闸板47下端轴向两边倒成圆角，当中心轴41转动时弹簧35压着滑闸板47使其压着滚套44上下滑动，这样工质就被加压并输出。
图6是自控阀的结构图，它主要由阀体、阀心56、气缸和装在内部的齿条活塞51等零件构成，其阀体的头部50也开有齿轮，与齿条活塞51相啮合，阀心54的下部有5条连通槽55，连通槽55的外面开有10个接管螺孔53，气缸的两头还装有气缸塞48和52，外圆环槽还装有密封圈54，阀盖和阀体通过螺丝固紧。其作用原理是气体从气缸的一头输入后，将活塞齿条51推向一边，带动有齿轮的阀心转动，使5条连通槽55形成流体通道，气体从气缸的另一头通入，活塞齿条又使阀心转动，流体又可走另外的通道，保证正常对气马达作功。
图7是气马达的结构图，气马达主要由四个气缸12、13、16、19、推力环15、18、偏心轮14、输出主轴13、副轴(换向轴)62等部件构成，其四个气缸安装位置如
图1所示，有两个平行安装，有两个垂直安装，气缸的活塞杆头上装有推力环15和18，卡套在偏心轴17上，偏心轴17的外径装有轴承或滚套，偏心轴17是装在输出主轴13轴头台阶上的偏心轮14的侧面，而输出主轴与换向轴(副轴)62装在同一机座的两边轴承座58、59上，上面有轴承60，输出主轴13主要是对外作功，副轴62主要担负着气缸工作气流的换向，副轴的轴头上还安装一根软轴连通到转子泵的轴头41上，作为工质循环的动力(图中未画出)，副轴的外圈上开有7条环槽，给气体通过，并且在上面还开有供高压气通过的通道66和低压回气通道55，主轴和副轴上的轴径各装有一个相同齿数的齿轮58作为动力传递，副轴的外圈装有一个换向轴套63，图7的C－C、P－P、L－L分别是
图1在下方的气体通道64。
本实用新型的换热器在充入工质时一般将换热片内部全部充满直到气化室31也充满50％容积的工质为止，而且要根据工作温度选定工质的种类，如环境温度在0℃－40℃时，可选氨和丁烷，异丁烷、氟里昂作工质，如在－20－0℃时，可选CO2等工质。
权利要求1.一种温差能动机，包括换热器、冷凝器、气马达和控制阀门，其特征在于换热器(1)的气化管(2)出口接到自控阀(8)后经调节阀(9)到达气马达，乏气管从气马达出口接到止回阀(24)再经自控阀(8)到达冷凝器(26)的顶部，冷凝器(26)的下部的出口管(27)接到自控阀(8)后到转子泵(28)的入口，转子泵(28)的出口管再接到换热器(1)的下部，其中转子泵(28)安装在整个温差能动机的最低位置。
2.根据权利要求1所述的温差能动机，其特征在于换热器(1)和冷凝器(26)的结构相同，它们为若干片平行安放在一起的两块金属板压合成为波纹管的换热片，换热片的上方为气化室(31)和气体输送管(30)，下方是液体输送管(34)。
3.根据权利要求1所述的温差能动机，其特征在于气马达有四个气缸(12)、(13)、(16)、(19)，其中的两个气缸平行安装，两个气缸垂直安装，气缸的活塞杆头上装有推力环(15)和(18)，卡套在偏心轴(17)上，偏心轴(17)的外径装有轴承或滚套，偏心轴(17)是装在主轴13轴头台阶的偏心轮(14)上，输出主轴(17)与换向轴(副轴)(62)装在轴承座(58)和(59)上，副轴的轴头还安装一根软轴连通到转子泵的轴头(4)上，副轴的外圈开有7条环槽。
4.根据权利要求1所述的温差能动机，其特征在于自控阀(8)的阀体头部(50)开有齿轮，与齿条活塞(51)啮合，阀心(54)的下部有5条连通槽(55)，连通槽(55)的外面开有10个接管螺孔(53)，气缸的两头装有气缸塞(48)和(52)。
5.根据权利要求1所述的温差能动机，其特征在于转子泵(28)包括泵体(37)，底座(42)和中心轴，泵体内部右端装有向心轴承(39)和推力轴承(42)，中心轴(41)装在轴套(40)和向心轴承(39)上，泵腔顶上有一个轴向长方槽，槽中装有有滑闸板(47)，滑闸板(47)的上端装有两条弹簧(35)，并有压盖(36)。
6.根据权利要求1所述的温差能动机，其特征在于换热器和冷凝器可采用列管式换热器。
专利摘要一种利用大自然的气温、水温或工业废热的温差能加以利用来进行发电、制冷或直接驱动机器的能动机，它由换热器、冷凝器、气马达、转子泵及自控阀等部件构成，利用易气化的物质在换热器气化后推动气马达作功然后在冷凝器冷却成液体再循环即能达到目的。
文档编号F03G7/04GK2177815SQ9324802
公开日1994年9月21日 申请日期1993年12月19日 优先权日1993年12月19日
发明者熊福达, 陈文铁, 刘小洪, 周文土 申请人:熊福达