[发明专利]一种适用于低温热源的原动力机

说明书

本发明涉及一种适用于低温热源的原动力机，其解决了现有原动力机在低温热源的情形下效率低下的不足之处，提供了一种利用工质在不同温度下密度变化的特性、在工质不相变条件下能将热能高效转化为机械能的新技术。本发明包括内有液体工质的容器，容器设有内壁和冷暖换热装置，容器上设置有液面调节装置，液体工质内浸有浮子，浮子内套有定位柱，浮子沿着定位柱限定的方向上下移动。在冷暖换热装置中轮流通过热源和冷源，导致工质温度交替变化，密度也交替变化，使浮子上下往复运动。

一、技术领域：

本发明涉及一种适用于低温热源的原动力装置，具体涉及一种利用低温热源为能量源将其能源转化为做功从而提供往复运动的动力机。

二、背景技术：

任何原动力机都需要能源作为输入，常见的能源有水力、风力、汽油等等，其中用热源作为输入能源的原动力机是最常用到的机械，如内燃机、蒸汽机等等，都能实现将热能转化为机械能，但是在现实中都要求热源的温度很高，都要求至少能够使工质从液体转化为气态，因此90℃以下的热源在实际使用时应用情况不理想，但是这种热源往往是最常见的热源，如热干岩、地热、煤炭的尾气等，用这些热源发电遇到的主要技术问题就是很难实现相变，无法采用蒸汽机或斯特林机。笔者对此问题进行了深入研究，认定必须放弃相变这个要求，只能在没有相变这个条件下实现对外做功。经过多个方案的研究对比，发现导致无相变条件下做功效率低下的主要原因是热传导过程太慢，以至于效率极低：如果有相变，相变时工质吸收的是潜热，温度恒定不变，与热源可以保持恒定的温差，因此热传导基本上能保持较高的效率，而无相变时工质温度不断上升，与热源的温度差不断地缩小，热传导效率越来越低，以至于根本不具备达到商业必需的高效率。

目前国内外解决这个问题的主要方法是寻找低温能够相变的液体材料，但是这种材料对压强都很敏感，压强变化就会导致沸点发生变化，因此其应用条件非常苛刻，对温度的变化范围约束太多。因此找到不基于相变的新的工作原理对于解决这个问题是必要的。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于低温热源的原动力机，其解决了现有原动力机在低温热源的情形下效率低下的不足之处，利用工质在不同温度下密度变化的特性，在工质不相变条件下能将热能高效转化为机械能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于低温热源的原动力机，其特征在于：包括内有液体工质的容器，容器设有内壁和冷暖换热装置，冷暖换热装置温度变化时会导致内壁温度变化，液体工质内浸有浮子，浮子内套有定位柱3，浮子沿着定位柱限定的方向上下移动。

容器上设置有液面调节装置。

设在工作期间液体工质的密度随温度的变化函数为ρ(T)，ρ(T)＝ρ₀(1-α(T-T₀))，其中T为液体工质的平均温度，T0为常温，α为体积膨胀系数，ρ₀为液体工质常温时的密度。

设浮子的重量为G，浮子的横截面积为S，浸入液体工质中的深度为H(T)，G＝SH(T)ρ(T)g

其中g为重力加速度。

浸入液体工质中的深度

浮子进入液体工质的深度随工质温度的变化而变化，设工质温度最高为T_max，最低为T_min，则浮子的深度在H(T_max)与H(T_min)之间变化，液面调节装置使得在工质温度变化时液面距离地面的距离不变，在工质温度变化的过程中浮子相对地面的高度变化为ΔH＝H(T_max)-H(T_min)，在一次上升或下降过程对外做功的理论值为W'＝GΔH，设输出效率为η，则一个周期中浮子对外做功的实际值为

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：