[发明专利]能量转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量转换器和一种用于转换能量的方法。本发明具体涉及但不仅仅涉及将热能转换为机械运动或电能。

背景技术

在本说明书中对任何现有技术的引用不能也不应该被视为是承认了或以任何形式建议了所引用的现有技术构成全球任何地方的公知常识的一部分。

人们已经知道如何制造出利用温差来产生机械运动的装置。一些这样的装置曾被称为“热机(heat engine)”或“热引擎(thermal engine)”。热机是将热能转换为机械输出的物理装置。机械输出被称作“功”，并且热能输入被称作“热”。热机通常以特定的热力学循环进行运转，这样，热机就通过利用热的“热源”与冷的“散热器(sink)”之间的温度梯度来进行热能到机械功的转换。

在过去的一百年中，内燃机(“ICE”或“IC机”)曾经是机动交通工具的主要动力源。典型的内燃机包括多个活塞气缸组件。在进气冲程循环内将空气-燃料的混合物压入到气缸中，压缩并随后点燃，产生了高压从而产生动能和余热。最近，在汽车行业中已经做出了安装有可供选择的例如电动机等动力源的尝试，其被称为混合动力汽车。这些类型的汽车将制动或减速过程中的被浪费的机械功转换成供后续驱动用的电力。

随着全世界化石燃料的枯竭，其他能源的利用已变得至关重要。化石燃料一般是指诸如燃油、天然石油和煤炭等燃料。这些材料来源于动植物的化石遗骸。随着岁月的流逝，这些燃料的来源已变得越来越少。化石燃料的问题是它们终将有一天会被用尽。这些能源在地壳内的发展演化需要很长时间。以目前的消耗速度，没有办法能够让这些燃料自然发展演化并且不被用尽。

人们正在提出并且试验对于这些类型的能源的更有效使用。人们正在制造具有更低油耗(better gas mileage)的汽车。使用电力以及汽油的混合动力汽车只是为了维持化石燃料的使用而被研发出的许多产品中的一种。但是这些燃料仍然正在被耗尽。使用化石燃料的另一个问题是：不论如何安全、有效地使用这些燃料，它们仍然会对环境造成影响。这些燃料的燃烧产生了对大气的污染物并且加剧了温室效应。化石燃料被认为是不可再生能源，并且除了需要关注对环境的影响外，还开始需要关注对它们进行回收和转换的成本。

这些在环境方面的担忧已促成了在引擎设计中昂贵、复杂的技术提案。例如，燃料电池技术提供了基于氢的清洁燃烧进行运行的优点。然而，燃料电池引擎的花费和尺寸，以及对于燃料品级的氢的制备、存储和运输的费用不相称地抵消了环境方面的优点。又例如，清洁运行的电动交通工具被限制于很短途的范围，并且必须利用从煤炭、柴油或核燃料发电厂产生的电力定期地进行再充电。而且，虽然燃气轮机是清洁的，但它们是以恒定速度运转的。建造、运行和检修小尺寸的燃气轮机是非常昂贵的。柴油及汽油内燃机的效率高、重量轻并且制造成本相对便宜，但是它们产生了大量的污染物，这些污染物对环境和大众健康是有危害的并且是燃料特有的。

先前已研发出的蒸汽机就受到了已导致蒸汽动力在商业环境中的终结的长期特有问题的影响；这些问题包括过度污染、维护成本、劳动密集型操作、低的功率/重量比、低的总热效率。这对于中、小规模的设施而言尤其如此，在这些中、小规模的设施中，目前已经普遍用内燃机或从国家电网(National Grid)得到的电力取代了蒸汽动力。

显然，如果能设计出有助于至少改善上述缺点中的某个(某些)缺点的发明，将会是非常有利的。尤其令人期望的是能够设计出一种符合成本效益并且降低了化石燃料的消耗的用于转换能量的装置或方法。

发明内容