本發(fā)明一般涉及一種動(dòng)力裝置，特別是一種利用自然熱能作功的動(dòng)力裝置。

背景技術(shù)：

自然熱能普通存在，只不過(guò)低溫且分散，中國(guó)發(fā)明專利，名稱為“利用熱泵技術(shù)的動(dòng)力裝置”，申請(qǐng)?zhí)?01510317694.6提供了一種利用這種自然熱能的技術(shù)方案，利用熱泵技術(shù)來(lái)匯聚從空氣、水中獲得的低品位熱量，經(jīng)過(guò)電驅(qū)壓縮機(jī)做功輸出高品位熱量，用來(lái)加熱作功氣體，并利用中國(guó)發(fā)明專利，專利號(hào)201120518791.9所提供的氣動(dòng)機(jī)作功，從而將獲得的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，兩種方案的結(jié)合獲得了很大的成功，已經(jīng)在自然熱能的利用方面邁出了實(shí)在的步伐。

在“利用熱泵技術(shù)的動(dòng)力裝置”的專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)人提出了一個(gè)雙回路的技術(shù)方案，即“具有一個(gè)循環(huán)的氣體作功系統(tǒng)，所述氣體帶有底壓，所述系統(tǒng)內(nèi)有一個(gè)壓氣機(jī)，出氣端通過(guò)管道與一個(gè)熱交換裝置相連，熱交換裝置的出氣端與氣動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端相連，氣動(dòng)機(jī)的出氣端與壓氣機(jī)的進(jìn)氣端相連，組成循環(huán)的氣體作功系統(tǒng)”這是一個(gè)作功回路，而另一回路為“所述的熱交換裝置與一個(gè)熱泵裝置的熱端相接或與一個(gè)工業(yè)余熱利用裝置產(chǎn)生的熱端相接，循環(huán)的氣體作功系統(tǒng)中的氣體隔著管壁吸收熱端裝置的熱量”，上述的氣體作功回路與熱泵回路并行，其構(gòu)思是熱泵回路收集低熱資源成為高端熱源，通過(guò)熱交換裝置加熱作功回路中的氣體，使其具有高溫高壓作功氣體的特點(diǎn)，進(jìn)入氣動(dòng)機(jī)，使高溫高壓氣體通過(guò)噴嘴噴出，使氣動(dòng)機(jī)獲得轉(zhuǎn)矩，用來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它作功裝置。這是一個(gè)成功的方案，在實(shí)踐中已產(chǎn)生很好的效果。

但上述方案是一個(gè)適應(yīng)多種形勢(shì)的萬(wàn)能機(jī)型，如果要考慮大功率，或不計(jì)較體積等場(chǎng)合是適宜的，但在某些場(chǎng)合的利用上是否考慮的，如將本裝置用于汽車設(shè)計(jì)，則要考慮從簡(jiǎn)才有實(shí)用價(jià)值，另外汽車設(shè)計(jì)也無(wú)法考慮使用其它的熱源，如前面提到的使用工業(yè)余熱利用裝置收集的熱源等，所以在一些特殊的利用上，必須考慮一些特殊的技術(shù)方案，以適應(yīng)各種條件的利用本技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一個(gè)能克服公知技術(shù)的不足，節(jié)省元件，更經(jīng)濟(jì)，直接從周圍環(huán)境吸取熱量的一個(gè)利用自然熱能作功的動(dòng)力裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案為：一種利用自然熱能作功的動(dòng)力裝置，有一個(gè)循環(huán)的氣體作功系統(tǒng)，所述氣體帶有底壓，所述系統(tǒng)內(nèi)有壓氣機(jī)，其出氣端與一個(gè)壓力容器壁上的進(jìn)氣口相連，一個(gè)氣動(dòng)機(jī)容納在壓力容器內(nèi)，氣動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣裝置安裝在一個(gè)發(fā)電裝置的軸端上，壓力容器的進(jìn)氣口與進(jìn)氣裝置通過(guò)管道相連，壓力容器的壁上還開有出氣口，通過(guò)接頭與一個(gè)熱交換裝置的進(jìn)氣端相連，熱交換裝置的出氣端與壓氣機(jī)的進(jìn)氣端相連。

進(jìn)一步的方案為：所述氣體為帶有底壓5Kg/cm²或以上的CO₂氣體。

更具體的方案為：所述氣體為帶有底壓20Kg/cm²的CO₂氣體。

采用上述方案形成與公知技術(shù)有區(qū)別的循環(huán)氣體作功系統(tǒng)，將熱交換裝置接在容納有氣動(dòng)機(jī)的壓力容器出氣端與壓氣機(jī)進(jìn)氣端之間，而不是象公知技術(shù)是將熱交換裝置接在壓氣機(jī)出氣端與氣動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端之間，這是因?yàn)樵谏鲜鲂纬傻南到y(tǒng)中，壓氣機(jī)出氣口出來(lái)的高溫高壓氣體進(jìn)入氣動(dòng)機(jī)，從氣動(dòng)機(jī)動(dòng)力桿端部的噴頭噴射出來(lái)的氣體即成為飽和氣體，此處的飽和氣體的壓力和溫度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，對(duì)于CO₂氣體來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)壓力為20Kg/cm²，溫度對(duì)應(yīng)-20℃，當(dāng)然是僅對(duì)CO₂氣體，對(duì)應(yīng)其他的氣體可能不是這樣，如對(duì)應(yīng)介質(zhì)R₂₂，對(duì)應(yīng)20Kg/cm²的壓力，其飽和氣體溫度在52℃，又如R134a，為68℃。相對(duì)-20℃的溫度，我們?nèi)祟惾粘；顒?dòng)的環(huán)境都比它高，所以氣體能大范圍吸熱。在本系統(tǒng)中，由于飽和氣體溫度為-20℃，先是通過(guò)壓力容器的壁向周圍環(huán)境吸取熱量，使其變?yōu)檫^(guò)熱氣體，由于壓力容器壁的面積不夠，吸收不到足夠的熱，所以在本方案中加一個(gè)換熱裝置，由于從壓力容器出來(lái)的氣體始終低于環(huán)境溫度，又加上換熱裝置的換熱面積足夠，氣體能繼續(xù)吸收到足夠的熱，使其氣體溫度上升到與環(huán)境溫度相同的過(guò)熱氣體，進(jìn)入壓氣機(jī)后，氣體的壓力和溫度都要升高，甚至高于環(huán)境溫度，如果在壓氣機(jī)與氣動(dòng)機(jī)之間設(shè)置有換熱裝置，此時(shí)氣體反而會(huì)通過(guò)換熱裝置向環(huán)境放熱，熱量就白白地?fù)p失掉了。因此由于換熱裝置安裝的位置不同，一個(gè)起吸熱作用，一個(gè)起放熱作用，這是不能混淆的，氣體在換熱獲得熱量的過(guò)程中，其焓值增加，而在作功過(guò)程中消耗焓值，這是因?yàn)樽鞴怏w在噴嘴中膨脹加速時(shí)，壓力、溫度降低導(dǎo)致焓值降低，速度提高，氣體攜帶的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠鞯膭?dòng)能，動(dòng)力桿獲得扭矩，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，由于能量來(lái)自于環(huán)境熱量，事實(shí)上是太陽(yáng)能，而本方案利用太陽(yáng)能的方式，不象需接受太陽(yáng)光照射的半導(dǎo)體材料，受陰天、黑液、雨霧的限制，在任何地方，任何條件都能進(jìn)行，所以本技術(shù)方案耗費(fèi)資源性能量很少，相比公知技術(shù)，用的元件更少，成本更經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

下面結(jié)合圖示及實(shí)施例對(duì)方案作詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為一種利用自然熱能作功的動(dòng)力裝置的原理簡(jiǎn)圖；

圖2為圖1中氣動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示為單回路，以區(qū)別于公知技術(shù)的雙回路。圖示中，有一壓氣機(jī)1或稱為壓縮機(jī)，所述壓氣機(jī)的出氣端與一個(gè)氣動(dòng)機(jī)2的入端相聯(lián)，所述氣動(dòng)機(jī)即公知技術(shù)中利用作功氣體將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，所述氣動(dòng)機(jī)是動(dòng)力桿，噴嘴，進(jìn)氣裝置等元件的總稱，在本實(shí)施例中將上述元件裝入壓力容器4中，將氣動(dòng)機(jī)通過(guò)進(jìn)氣裝置所設(shè)的進(jìn)氣口設(shè)為A點(diǎn)，通過(guò)噴射作功后，通過(guò)壓力容器出氣的出氣口設(shè)為B點(diǎn)，從B點(diǎn)連接一個(gè)換熱裝置3，換熱裝置的出氣端與壓氣機(jī)1的入端相連，組成一個(gè)密閉的作功系統(tǒng)，所述系統(tǒng)是通過(guò)管道連接壓氣機(jī)1，氣動(dòng)機(jī)2，熱交換裝置3，及容納氣動(dòng)機(jī)的壓力容器4，由氣動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)8。

如圖2為一個(gè)具體的氣動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖，一個(gè)壓力容器4，用厚鋼板焊接成一個(gè)筒形容器，壓力容器分成兩段，長(zhǎng)筒身5，容納主要結(jié)構(gòu)，一段為蓋6，兩段通過(guò)法蘭和螺栓連接，兩個(gè)端頭7均為弧形結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例的壓力容器耐壓能力為20Kg/cm²，在長(zhǎng)筒身5的一段安裝有一發(fā)電機(jī)8，即將發(fā)電機(jī)整體放入壓力容器4內(nèi)，或僅將發(fā)電機(jī)的軸端伸入壓力容器與氣動(dòng)機(jī)結(jié)合，而將發(fā)電機(jī)機(jī)身移出壓力容器，但要保證其轉(zhuǎn)軸與壓力容器上所開孔的密封問(wèn)題，后一方案將減少壓力容器的體積。本實(shí)施例是將發(fā)電機(jī)整體放入壓力容器內(nèi)，固定在與筒壁牢固連接的機(jī)座9上，發(fā)電機(jī)伸出的軸端安裝有一進(jìn)氣裝置，所述的進(jìn)氣裝置由一個(gè)盒體10及盒蓋11組成，盒體上開有軸孔與電機(jī)軸配合，用鍵連接，傳遞扭矩，盒體的圓周壁上開有一組孔，本實(shí)施例開有三個(gè)孔，成圓周120°的間隔分布在同一圓周平面上，通過(guò)孔連接三根動(dòng)力桿12，每根動(dòng)力桿的端部安裝有一個(gè)噴頭13，噴頭的結(jié)構(gòu)，也是公知技術(shù)所描繪的結(jié)構(gòu)。盒蓋11通過(guò)螺釘與盒體10的法蘭蓋連接，盒蓋11的中心開有孔，孔內(nèi)裝有一端面軸承14，端面軸承緊靠一密封圈19，軸承內(nèi)孔配合一根空心管15，空心管外圓有一窄的凸圈20，配合安裝端面軸承，一端的管口伸入盒體10所形成的空腔內(nèi)，向動(dòng)力桿送氣，空心管向外的一端裝有一彎頭16，彎頭的另一端通過(guò)軟管連接一安裝在長(zhǎng)筒身5上的管接頭17，管接頭在長(zhǎng)筒身5外面的接口通過(guò)管道接入系統(tǒng)中，另開有一口18將充滿在壓力容器中的氣體導(dǎo)入系統(tǒng)中，本實(shí)施例的氣動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，從管接頭17向氣動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入從壓氣機(jī)出來(lái)的高溫高壓氣體，從空心管15內(nèi)進(jìn)入盒體10的空腔內(nèi)，再?gòu)娜鶆?dòng)力桿12所連接的噴頭13噴出，如前所述，從噴頭13噴出的氣體由于焓值下降形成飽和氣體，所謂的飽和氣體中壓力和溫度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，由于本實(shí)施例使用的氣體為CO₂，底壓為20Kg/cm²，所以此時(shí)氣體溫度為-20℃，與環(huán)境溫度相比都很低，所以氣體通過(guò)壓力容器的壁吸收環(huán)境熱量，使氣體溫度上升成為過(guò)熱氣體，由于壓力容器的表面積有限，氣體不可能吸收到足夠熱量，又進(jìn)入換熱器大量吸收環(huán)境熱量，使氣體溫度至多能升到環(huán)境溫度，這樣的氣體再進(jìn)入壓氣機(jī)，經(jīng)壓縮成為壓力更大，溫度更高的作功氣體，進(jìn)入氣動(dòng)機(jī)作功。

如前所述，系統(tǒng)內(nèi)加有底壓20Kg/cm²的CO₂氣體，由于從噴嘴出來(lái)的CO₂氣體成為飽和氣體，飽和氣體的特點(diǎn)是壓力和溫度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如20Kg/cm²的壓力，對(duì)應(yīng)氣體溫度為-20℃，加壓10Kg/cm²對(duì)應(yīng)溫度-40℃，本來(lái)-40℃比-20℃溫度更低，吸熱范圍更大，但20Kg/cm²形成的CO₂氣體體積更小，質(zhì)量密度更大，這是根據(jù)物理學(xué)上的氣體公式，氣體的體積與壓力成反比，從噴嘴噴出的氣體質(zhì)量越大，根據(jù)動(dòng)能公式W=mv²，在同樣的氣體速度下氣體質(zhì)量越大，動(dòng)能越大，況且CO₂氣體比重是空氣的兩倍，所以選用CO₂有充分的理由。

本方案的有益效果，如在系統(tǒng)內(nèi)采用3P的壓氣機(jī)，即其容積流是2.4升/秒，質(zhì)量流為0.1263Kg/秒時(shí)，在0℃產(chǎn)生的功率為7.83157千焦耳/秒，10℃時(shí)為11.747千焦耳/秒，20℃時(shí)為15.663千焦耳/秒，其中1瓦=1焦耳，乘上效率就是實(shí)際獲得的功率，此時(shí)一個(gè)3P的壓氣機(jī)需耗費(fèi)兩個(gè)千瓦的功，因此多余下來(lái)的功也是可觀的。