一种低温差热机制造技术

一种低温差热机，包括：壳体、导流机构、工质腔、动力输出机构、冷源采集器、热源采集器、机电控制系统，壳体内部分为制热腔和制冷腔，热源采集器的前端置于制热腔中，冷源采集器的前端置于制冷腔中，导流机构安装在壳体内部的下端，机电控制系统安装在导流机构的外侧，工质腔安装在壳体内部的上端，动力输出机构安装在工质腔出液口的上端。本实用新型专利技术具有以下优点：1、采用煤油作为膨胀工质，效率高；2、结构简单，使用方便；3、需要的温差小；4、工质温度改变需要的时间很短，保证动力输出机构能立即获取动能，从而确保了动力输出的连贯性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种热机，特别是一种低温差热机。
技术介绍
内能转换为机械能的技术由来已久，以此原理产生出了大量的热机，如内燃机、燃 气轮机、蒸汽机、汽轮机、喷气发动机等；此类热机通常以气体作为工质，利用气体受热膨胀 对外做功。但是传统的热机存在如体积大、噪音大等缺陷，在使用时会受到很多限制；如摩 托车中使用的热机，其启动时产生的噪音较大，给居民带来了严重的噪音污染。而目前的一 些热机如斯特林发动机在解决噪音方面取得了有效的进展，但是这些热机依旧采用气体作 为工质，需要较大的温差（50(T700°C)才能正常运转，对热媒的要求很高且使用范围窄，效 率低下。 近年来，随着技术的发展，通过热栗技术应用来进行低温热能利用（对低温端能量 浓缩富集，在高温端释放出来)，在生活用能领域发挥巨大作用。也有热栗耦合朗肯循环的 热力发电系统，如有机物朗肯循环、水蒸气扩容循环、卡诺循环、氨吸收式动力制冷复合循 环等。这些设备一般体积庞大，工艺复杂，效率低下，实用价值不高。相比卡诺热机，班克斯 热机(记忆金属热机）效率高出很多，但它体积庞大，输出功率低，目前仅限于展览馆展示和 实验室研究。 由于利用气体作为工质会产生如机体体积大、需要温差大等问题，目前，出现了许 多有关利用液体膨胀做功的热机的报道，如CN 104265501 A公开了一种液体热机，通过对 液体工质进行加热，使工质膨胀对外做功，有效地解决了热机噪音大、体积大、需求温差大 的问题，但是这种方法依旧存在以下几方面的问题：1、加热装置对工质进行加热、冷却装置 对工质进行冷却，而加热装置和冷却装置在对工质进行加热和冷却时，工质温度改变需要 的时间较长，使得动力输出装置不能立即获取动能，导致其运动不连贯，使用不方便；2、这 种方式需要的温差依旧较大（3(T50°C) ;3、这种方式效率低下，热能流失量大；4、结构较复 杂，需要多根管道交叉注入膨胀箱。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种低温差驱动、效率高、 工质温度改变快、结构简单的热机。 本技术的技术方案是：一种低温差热机，包括：壳体、导流机构、工质腔、动力 输出机构、冷源采集器、热源采集器、机电控制系统，壳体内部分为制热腔和制冷腔，热源采 集器的前端置于制热腔中，冷源采集器的前端置于制冷腔中，导流机构安装在壳体内部的 下端，机电控制系统安装在导流机构的外侧，工质腔安装在壳体内部的上端，动力输出机构 安装在工质腔出液口的上端。 进一步地，所述导流机构包括转动轮、活塞和弹簧；转动轮与机电控制系统连接， 转动轮的一侧安装有活塞，弹簧的一侧安装在活塞上，另一侧安装在壳体的内部。 进一步地，所述工质腔的材质最好为热膨胀系数小(膨胀系数为负)、机械强度高、 传热速度快的锑合金材料，但不限于锑合金材料，工质腔可具有多个出液口，每个出液口可 以为不同的直径，因而本技术作为单系统可以支持连接多个不同缸径的液压油缸。 进一步地，所述工质腔一端放置在制热腔中，另一端放置在制冷腔中；工质腔的出 液口安装有液压油缸，液压油缸上方安装有动力输出机构；工质腔的结构为细管延长加换 热翅片，能够加大整个工质腔的腔壁面积，从而加速整个热交换过程。 进一步地，所述热源采集器安装在制热腔中，热源采集器的内部安装热源采集模 块；冷源采集器安装在制冷腔中，冷源采集器的内部安装有冷源采集模块。 进一步地，所述机电控制系统通过安装轴与导流机构中的转动轮轴连接。 本技术的原理为：壳体内部分为制热腔与制冷腔两个腔体，制热腔与制冷腔 之间在壳体的上端为连通状态，下端由活塞隔断；制热腔中安装有热源采集器，能够采集 热源，并对制热腔中的液态介质进行加热，制冷腔中安装有冷源采集器，能够采集冷源，并 对制冷腔中的液态介质进行制冷；制热腔中含有的介质温度高而制冷腔中含有的介质温度 低； 机电控制系统带动转动轮转动，转动轮带动活塞左右移动；当活塞向左移动时，带 动制冷腔下端温度较低的介质向左移动，挤压制热腔中温度较高的介质，从而带动制热腔 上端的温度较高的介质向右运动，进而使得工质腔中的膨胀工质吸热，并膨胀；此时，膨胀 工质会给液压油缸施加压力，推动液压油缸向上运动从而带动动力输出机构向上运动。 当活塞向右移动时，带动制热腔底部温度较高的介质向右移动，挤压制冷腔下端 温度较低的介质，从而带动制冷腔上端的温度较低的介质向左运动，进而使得工质腔中的 膨胀工质放热，并收缩；此时，膨胀工质会在工质腔的出液口处回流，使得液压油缸在压力 的作用下向下运动从而带动动力输出机构向下运动。 进一步地，所述工质腔内含有膨胀工质，膨胀工质为煤油； 原因在于：采用10L的煤油作为膨胀工质，煤油比重为《=0. 8kg/l，则10L的煤油 质量m=8Kg，煤油的比热容根据公式Q=，当煤油的温度 升高埘，煤油吸收的热量Q=16800 | ;由于煤油的膨胀系数_，而纖海_，则煤油体积膨胀0液压油缸下侧的截面面积为S=1 _p，煤油 带动液压油缸的移动距离为h=10cm，而液压油缸输出的压强为500Mpa时，根据公式W=PSh 可以计算出，液压油缸在煤油温度升高1°C时做的功W=5000J ;由此可以计算出整个热机的 娜. 效率_ _||^=:5000/16800~29. 76%，从上述计算过程可以看出，整个热机的效率与膨胀工 质的比热容C和比重《成反比，并且与膨胀工质的膨胀系数_成正比； 在同样的条件下，如果膨胀工质选择为非煤油，以水为例，采用10L的水作为膨胀工 质，水的比重为《=lkg/l，则l〇L的水质量m=10Kg，水的比热容C= 4"3 X 103| /(kg、1')，根 据公式0= _縣繼，当水的温度升高顯肘，水吸收的热量(H30001;由于水的膨胀系数 __ ________ _______则水体积膨胀__二:__1，液压油缸下侧的截面面积为S=1 水带动液压油缸的移动距离为h=2cm，而液压油缸输出的压强为500Mpa时， 根据公式W=PSh可以计算出，液压油缸在水温度升高1°C时做的功W=1000J ;由此可以计算 出整个热机的效率 同样地，如果选择水银作为膨胀工质，水银的比重为co=13.58kg/l，则10L的 水银质量m=135. 8Kg，水银的比热容S:，根据公式Q=___ ，当水银的温度升高时，水银吸收的热量Q=19012|;由于水银的膨胀系数则水银体积膨胀__=;墨.觀議i:，液压油缸下侧的 截面面积为S=1 cm7?，水银带动液压油缸的移动距离为h=l. 82cm，而液压油缸输出的压强 为500Mpa时，根据公式W=PSh可以计算出，液压油缸在水银温度升高1°C时做的功W=910J ; 由此可以计算出整个热机的效率__||::二:::910/19012~4. 78% ; 同样地，如果选择酒精作为膨胀工质，酒精的比重为《=0. 8kg/l，则10L的酒精质 量m=8Kg，酒精的比热溶，根据公式Q= ___:，当酒精的温度升 高_^::__时，酒精吸收的热量Q=19300 j ;由于酒精的膨胀系数，而 mmx, msm s=i 动液压油缸的移动距离为h=llcm，而液压油缸输出的压强为500Mpa时，根据公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温差热机，包括：壳体（1）、导流机构（2）、工质腔（3）、动力输出机构（4）、冷源采集器（5）、热源采集器（6）、机电控制系统（7），其特征在于：壳体（1）内部分为制热腔（11）和制冷腔（12），热源采集器（6）的前端置于制热腔（11）中，冷源采集器（5）的前端置于制冷腔（12）中，导流机构（2）安装在壳体（1）内部的下端，机电控制系统（7）安装在导流机构（2）的外侧，工质腔（3）安装在壳体（1）内部的上端，动力输出机构（4）安装在工质腔（3）出液口的上端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹胜军，曹钰，
申请(专利权)人：曹胜军，
类型：新型
国别省市：湖南;43