一种能用低温余热驱动的热气机制造技术

一种能用低温余热驱动的热气机，是一种以气体为工质的闭式循环往复活塞热力发动机。其目的在于利用热工转化效率最高的惰性气体为工质，充分将热能转换成机械能，并且能用低温余热驱动。主要构造是在一个活塞装置上连接两个高压气室，通过循环改变两个气室的温度，使活塞装置内部产生压强差推动活塞循环往复运动，活塞在工作过程中驱动飞轮旋转。气室内安装有散热管，表面安装冷却系统，可利用热水或热气改变气室内气体的温度，从而驱动活塞做功。这种机械可利用电厂、化工厂的余热发电，也可以安装在轮船、施工机械、载重汽车等机械上面，将内燃机排出的高温废气转化成可利用的机械能，提高燃油的热能利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种能用低温余热驱动的热气机
本专利技术涉及一种往复活塞式发动机。特别是涉及一种以气体为工质的闭式循环往复活塞热力发动机。
技术介绍
热力发电始终是全球发电量的主力，目前采取的主要生产方式是：燃料在锅炉中燃烧加热水成为蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机旋转，然后汽轮机带动发电机旋转进行发电。目前，这种发电方式的热能利用率最高只能达到35％左右。根据热力学第一定律Q＝U+W，物体吸收的热量等于内能的增加和对外界做功。根据W＝P·dV，在定压下，物质吸收热量后体积膨胀才能对外做功。不同的物质加热后产生的体积膨胀量不同，吸收热量少膨胀量大的物质，对外做功多，转化为内能的能量少，相反，吸收热量多膨胀量小的物质，对外做功少，转化为内能的能量多。不同的物质比热容不同，体积膨胀系数也不同，所以不同的物质，膨胀吸热率不一样。为了反应物质膨胀吸热率的大小，给出如下计算公式：注：ΔE＝CρvΔt，ΔV＝vαΔt，C为比热容，ρ为密度，α为体积膨胀系数，v为系统初始状态下的体积，Δt为温度差。在常压下，得到下表1-1中所列物质的膨胀吸热率H的值：表1-1：不同物质的H值计算从微观结构分析，不同物质的比热容不同，主要是因为原子之间的键能有所差别，其次是分子之间的范德华力有所差别。物质吸收的热量转化成了化学键的键能和分子之间的势能。例如：水分子是包含3个原子的极性分子，水分子吸热后，能量被H-O键吸收，转变为H-O键的键能。同时，水分子之间的距离加大，分子之间的势能增加，表现为体积膨胀。将物质的比热容换算成摩尔热容，既1mol物质温度升高1度所吸收的热量为摩尔热容量。计算公式如下：Cm＝CM注：C为单位质量比热容，M为摩尔质量。如表1-2所示物质的摩尔热容量就可以对比发现：单原子分子的摩尔热容量较小，多原子分子的摩尔热容量较大；惰性气体的摩尔热容量较小；分子中原子之间的键能大的摩尔热容量大；分子与分子之间作用力小的摩尔热容量小。例如：常温下气态物质分子间作用力小，固态物质分子间作用力大，液态物质分子间作用力介于气态和固态之间，金属汞在常温下呈液态，摩尔热容却比其它金属高，证明汞是双原子分子。表1-2：物质的摩尔热容量通过分析表明，水分子吸热后，能量被H-O键吸收，水吸收的热量大部分转化为化学键的键能，这部分能量不能对外做功，并且在循环过程中需要被冷却。所以热力发电厂采用水作为循环介质并不合理。水随着温度升高，膨胀吸热率H的值逐渐减小，对外做功的能力提高。水在液态20～100℃时，加热吸收的能量多，100℃后加热吸收的热量逐渐减少。热力电厂的汽轮机只能利用高温高压的水蒸气，通过汽轮机做功之后的乏汽携带了大量的热能，需要通过冷却后才能继续循环利用，导致能量损失。电厂为了提高热能利用率，可将水加热到更高的温度，但是比较困难。提高热能利用率，一方面可以选用接近理想气体的物质作为介质，如惰性气体氦气、氖气、氩气等，惰性气体是单原子分子，摩尔热容量最小，膨胀吸热率较低，能够很好的将热能转化为机械能，理想状态下，惰性气体的热工转化效率为2R/2.5R＝80％(R为热力学常数，R＝8.314J/molK)，从而提高热能利用率。另一方面，专利技术一种能够利用余热发电的设备，从而避免热能损失。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能用低温余热驱动的热气机，采用惰性气体作为热气机的循环工质，提高热能利用效率，利用低温余热为热源，将余热转化成机械能。为了解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：制作两个气室和一个活塞装置及传动装置，活塞装置由两个连接在一起的活塞缸组成，两个活塞缸顶面连通，并且在活塞顶面的活塞缸内灌入液压油，液压油的作用是传递两个活塞的压力，使两个活塞同步运动。每个活塞缸各连接一个气室，通过循环改变两个气室内气体的温度，使活塞装置内部产生压强差推动活塞循环往复运动，活塞在往复运动过程中通过传动装置驱动飞轮旋转。气室内部充满高压(压力超过1MP)气体，通过改变气室内气体的温度形成压强差推动活塞做功，气室内的气体不会被消耗，从而可以使用惰性气体。在气室内部布置散热管，可通入高温流体给气室内的气体加热，在气室表面布置冷却系统给气室内的气体降温。通过循环加热或冷却气室内的气体，使两个气室内的气体产生温差，形成压强差推动活塞运动。为了提高热气机的能量转化效率，需要在热气机的两个气室之间连接一个阀门，每次给一个气室加热转变为给另一个气室加热时，都会开启这个阀门使两个气室内的压强恢复平衡。传动装置是在活塞杆上面安装棘爪，通过棘爪带动链条转动，再通过链条驱动飞轮旋转。本专利技术提供的热气机具有以下优点：可以利用低温热源，只要两个气室的温差高于10℃以上就可以用来发电，假设气室内气压为10MP，活塞直径20cm，则温度升高1℃，压力升高36.74KPa，活塞产生推力11.5KN，如果温度变化10℃，活塞产生推力115KN，推力巨大。适应能力强，只要能让两个气室交替产生正负温差，就能让热气机运转。可利用范围广，包括电厂的余热乏汽，化工厂的冷却水，地表温泉、太阳能、炼钢厂、水泥厂的废热等都可以使热气机运转。也可利用汽车、轮船、各种施工机械发动机的余热产生动力。设备在运行过程中噪音小，无振动。并且设备所需的零件数量少，容易加工制造，且维护成本低。可以采用惰性气体为工质，热能转化效率大大提高。附图说明图1是热气机的整体构造示意图，其中(1)是热气机的两个气室；(2)是气室内部的散热管；(3)是活塞；(4)是飞轮；(5)是两个气室之间的阀门；(6)是气室与活塞之间的连接管道，(7)是气室表面的冷却系统。图2-1是活塞装置及传动装置的细部构造示意图，其中(10)是1号活塞缸，(11)是2号活塞缸，(12)是液压油，(13)是活塞杆。图2-2是图2-1中A-A的剖面图，其中(14)是活塞杆上的棘爪，(15)是链条，(16)是链轮，(圆圈内部的图形是箭头所指位置的局部放大图)。具体实施方式如图1所示：热气机有两个气室(1)，两个气室(1)之间采用阀门(5)相连，开启阀门(5)可以使两个气室内的压强回复平衡。两个气室(1)分别采用管道(6)与活塞装置相连。气室内部安装有散热管(2)，散热管(2)可通入高温流体给气室内部的气体加热。气室外面安装冷却系统(7)，可以给气室内部的气体降温。只要给两个气室内的气体(1)制造温差，就会在活塞装置内部形成压强差驱动活塞(3)运动，活塞(3)通过传动装置驱动飞轮(4)旋转。如图2-1及2-2所示：1号活塞缸(10)与2号活塞缸(11)的顶端相通，在活塞(3)顶面的活塞缸内冲入液压油(12)，活塞杆(13)上面安装有棘爪(14)，在活塞向上运动的时候，棘爪(14)带动链条(15)转动，链条(15)带动链轮(16)旋转，飞轮(4)跟着链轮(16)一起旋转。让热气机的两个气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能用低温余热驱动的热气机，包括气室、活塞装置及传动装置，其特征在于：有两个气室(1)与一个活塞装置相连，通过循环改变两个气室(1)内气体的温度，使活塞装置内部产生压强差推动活塞(3)循环往复运动，活塞(3)在往复运动过程中通过传动装置驱动飞轮(4)旋转。/n

【技术特征摘要】
1.一种能用低温余热驱动的热气机，包括气室、活塞装置及传动装置，其特征在于：有两个气室(1)与一个活塞装置相连，通过循环改变两个气室(1)内气体的温度，使活塞装置内部产生压强差推动活塞(3)循环往复运动，活塞(3)在往复运动过程中通过传动装置驱动飞轮(4)旋转。


2.根据权利要求1所述的一种能用低温余热驱动的热气机，其特征在于：气室(1)安装有散热管(2)及冷却系统(7)。

【专利技术属性】
技术研发人员：胡吉庆，
申请(专利权)人：胡吉庆，
类型：发明
国别省市：陕西;61