專利名稱：蒸汽發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有液體容器的蒸汽發(fā)動機(jī)，其中填充了工作液體，并通過加熱和冷卻工作液體對工作液體進(jìn)行汽化和液化的重復(fù)操作，以自激勵振動的方式在液體容器中振動工作液體。通過在液體容器中進(jìn)行液體振動操作，在蒸汽發(fā)動機(jī)的輸出裝置產(chǎn)生機(jī)械能。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)熟知用于蒸汽發(fā)動機(jī)的設(shè)備，例如，日本專利公開申請?zhí)朜oS58-057014中的公開申請，其中工作液體填充在液體容器中，工作液體通過加熱裝置加熱并汽化，而工作液體通過冷卻裝置冷卻并液化，并通過工作液體重復(fù)進(jìn)行汽化和液化獲得能量。
即，在上述蒸汽發(fā)動機(jī)中的輸出裝置獲得機(jī)械能，其通過工作液體在液體容器中的壓力變化進(jìn)行操作，其中壓力變化通過工作液體的狀態(tài)變化(汽化和液化)產(chǎn)生。
本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)在日本專利局申請了涉及蒸汽發(fā)動機(jī)的另一個專利，其以2004-84523的公開號進(jìn)行了公開。
先前專利申請的蒸汽發(fā)動機(jī)500的結(jié)構(gòu)顯示在圖24中。
蒸汽發(fā)動機(jī)500包括填充工作液體的U型液體容器502、用于加熱液體容器502中工作液體的加熱裝置504、用于冷卻和液化通過加熱裝置504加熱產(chǎn)生的蒸汽的冷卻裝置506、以及輸出裝置508。
輸出裝置508包括汽缸510、在汽缸510中往復(fù)移動的活塞512、在其一端與活塞512連接的移動軸514、以及連接到移動軸514的另一端的彈簧516，其中活塞512通過接受液體容器502中的工作液體的液體壓力在汽缸510中往復(fù)移動。
在上述蒸汽發(fā)動機(jī)500中，當(dāng)液體容器502中的工作液體通過加熱裝置504加熱并汽化時，產(chǎn)生了工作液體(蒸汽)的體積膨脹。產(chǎn)生的蒸汽在容器502中向下移動并通過冷卻裝置506冷卻并液化。然后，液體容器502中工作液體的體積收縮?；钊?12和輸出裝置508的移動軸514接受由于工作液體的體積膨脹和收縮造成的液體容器502中的壓力變化，從而往復(fù)移動活塞512。
當(dāng)將永久磁鐵設(shè)置到移動軸514并將電磁線圈設(shè)置為面對磁鐵時，根據(jù)活塞512和移動軸514的往復(fù)運(yùn)動，在線圈中產(chǎn)生電動勢，并產(chǎn)生電力。
然而，上述蒸汽發(fā)動機(jī)具有一些缺點或問題，說明如下(1)首先，當(dāng)液化工作液體蒸汽的液體容器冷卻部分的截面面積設(shè)計的不合適時，蒸汽發(fā)動機(jī)輸出能量將變得很小。
例如，在液體容器冷卻部分的截面面積(設(shè)置冷卻裝置處)制作得過小的情況下，用于在截面方向從冷卻部分的內(nèi)表面將熱量傳遞到液體容器中的工作液體的中心的熱傳遞時間變得很短。結(jié)果，用于冷卻部分工作液體的冷卻效率變得很高，以便氣相的工作液體(蒸汽)在很短的時間內(nèi)液化。
在此蒸汽發(fā)動機(jī)中，加熱裝置處產(chǎn)生的蒸汽移向冷卻裝置，而蒸汽在冷卻部分立刻液化。工作液體的體積膨脹抑制到很小的量，降低了蒸汽發(fā)動機(jī)的輸出能量。上述情況的p-v圖顯示在圖23B中，其中工作液體的壓力和體積之間的關(guān)系通過實線表示。
圖23A顯示了正確進(jìn)行工作液體的汽化和液化情況下的p-v圖，圖23A中的需求值通過圖23B和23C中的虛線表示。如圖23B所示，p-v圖的面積變得小于所需值的面積，且輸出能量相應(yīng)減少。
另一方面，在液體容器中冷卻部分的截面面積制作得過大的情況下，用于從冷卻部分的內(nèi)表面將熱量傳遞到工作液體的中心的熱傳遞時間變得很長。結(jié)果，用于冷卻部分處工作液體的冷卻效率變得很低，以便需要更長的時間液化氣相的工作液體(蒸汽)。
在此情況下，即使通過加熱裝置產(chǎn)生的蒸汽移動到冷卻裝置，則由于長時間周期的液化，氣相的工作液體也保持更長的時間周期且液體容器內(nèi)的液體壓力保持在高值。結(jié)果，如圖23C所示，p-v圖的面積變得較小，同樣也降低了輸出能量。此外，當(dāng)氣相的工作液體保持在加熱裝置處時，液相的工作液體很難汽化。結(jié)果，不能增加通過汽化產(chǎn)生的液體壓力，從而使蒸汽發(fā)動機(jī)的操作不規(guī)律地停機(jī)。
此外，在液體容器的連接通道部分的截面面積(其為加熱裝置和冷卻裝置之間的通道部分)制作為較小的情況下，用于在截面方向從連接通道部分的內(nèi)表面將熱量傳遞到液體容器中工作液體的中心的熱傳遞時間變得很短。結(jié)果，用于冷卻連接通道部分工作液體的冷卻效率變得很高。
在此情況下，當(dāng)蒸汽移向冷卻裝置時，加熱裝置處產(chǎn)生的蒸汽在連接通道部分處液化。如圖23B所示的p-v圖，由于汽化的工作液體體積膨脹抑制到很小量，減少了蒸汽發(fā)動機(jī)的輸出能量。
(2)為了增加蒸汽發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的輸出機(jī)械能，不僅需要將輸入能量增加到蒸汽發(fā)動機(jī)，而且需要增加從加熱和冷卻裝置傳遞到工作液體的熱交換量。例如，通過設(shè)定加熱裝置的溫度在較高值以及通過設(shè)定冷卻裝置的溫度在較低值，可以增加熱交換的量。
然而，在增加加熱裝置溫度和降低冷卻裝置溫度的上述方法中，不可避免的需要將輸入能量增加到加熱和冷卻裝置。因此，如果從熱能到機(jī)械能的能量傳遞效率較低，則一方面增加了通過蒸汽發(fā)動機(jī)獲得的輸出機(jī)械能，而另一方面，能量損失將副面地變大。
蒸汽發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能可以通過增加各個加熱和冷卻裝置的液體容器的加熱和冷卻部分的表面面積增加，而不改變(增加或減少)加熱和冷卻裝置的預(yù)設(shè)溫度。
在簡單地增大裝置的加熱和冷卻部分的截面面積以增加表面面積的情況下，從內(nèi)表面到工作液體的中心的液體容器截面方向的熱傳遞時間變長。由此，降低了在各個加熱和冷卻部分的加熱和冷卻效率，從而不能充分地改進(jìn)能量傳遞效率。結(jié)果，不能充分地在蒸汽發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械能。
(3)在圖24中所示的蒸汽發(fā)動機(jī)500中，如此形成加熱裝置504以環(huán)繞液體容器502的加熱部分，以便其從其外圍加熱液體容器502中的工作液體。然而，其問題在于，在此蒸汽發(fā)動機(jī)中加熱效率不是充分地高。
在如上所述加熱裝置504中，如圖25所示，即工作液體從液體容器502的外圍加熱時，存在溫度梯度。隨著與加熱裝置504的距離變長，工作液體的溫度變低。
因此，作為通過加熱裝置504進(jìn)行加熱操作的結(jié)果，液體容器502中的工作液體由“汽化的氣相(蒸汽)工作液體”和“加熱但不汽化的液相工作液體”組成。與蒸汽一起移向冷卻裝置506的液相工作液體通過冷卻裝置506冷卻，而不在液體振動中起作用(工作液體的膨脹和收縮)。因此，此種蒸汽發(fā)動機(jī)具有更大的熱損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題提出的。本發(fā)明的目的之一在于提供一種蒸汽發(fā)動機(jī)，其中液體容器中的工作液體作為工作液體汽化和液化重復(fù)操作的結(jié)果，以適當(dāng)?shù)恼駝臃绞秸駝?，以防止輸出機(jī)械能的減少。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種蒸汽發(fā)動機(jī)，其中改進(jìn)了能量傳遞效率以增加輸出機(jī)械能。
本發(fā)明的還一個目的在于提供一種蒸汽發(fā)動機(jī)，其中增加了加熱和冷卻效率。
根據(jù)本發(fā)明的特征，蒸汽發(fā)動機(jī)具有填充工作液體的管形液體容器，加熱裝置和冷卻裝置分別設(shè)置在液體容器的加熱部分和冷卻部分，而輸出裝置連接到液體容器以便輸出裝置通過液體容器中的液體壓力變化操作以產(chǎn)生能量(電能)，其中工作液體通過加熱和冷卻裝置汽化和液化以通過工作液體的體積變化產(chǎn)生液體振動。在此蒸汽發(fā)動機(jī)中，冷卻部分的內(nèi)半徑“r1”制作為接近等于熱滲透的深度“δ1”(在低壓時)，其通過下列公式(1)計算δ1=2a1ω---(1)]]>其中，“a1”為工作液體在其低壓的熱擴(kuò)散率，以及“ω”為液體容器中工作液體運(yùn)動的角頻率，以及其中熱擴(kuò)散率“a1”從對應(yīng)于工作液體的壓力變化范圍的那些值中選擇，其為從下極限到高于下限25％的液體壓力的液體壓力范圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，液體容器還包括用于將加熱部分與冷卻部分連接的連接部分，其中連接部分的內(nèi)半徑“r2”制作為滿足下列公式(2)和(3)(r2)22·a2=τ---(2)]]>ω·τ≥10 (3)其中，“a2”為工作液體在其高壓時的熱擴(kuò)散率，以及“ω”為液體容器中工作液體運(yùn)動的角頻率，以及根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的特征，在具有管形液體容器的蒸汽發(fā)動機(jī)中，加熱和冷卻裝置分別設(shè)置在液體容器的加熱和冷卻部分，而輸出裝置連接到液體容器，每個加熱部分和冷卻部分都包括多個小管部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，在具有管形液體容器的蒸汽發(fā)動機(jī)中，加熱和冷卻裝置分別設(shè)置在液體容器的加熱和冷卻部分，而輸出裝置連接到液體容器，加熱裝置設(shè)置為垂直方向高于冷卻裝置，氣體填充在液體容器的加熱部分以便加熱部分的內(nèi)空間不會填充有液相工作液體，工作液體供給裝置設(shè)置在加熱部分以將液相的工作液體供給到加熱部分。
工作液體供給裝置包括形成于加熱部分內(nèi)表面的多個窄槽和/或多個微槽。工作液體供給裝置還可以替代地通過形成于加熱部分內(nèi)表面的吸水表面形成。


參照相應(yīng)的附圖對下面優(yōu)選實施方式進(jìn)行具體說明，將使本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點變得更加清晰和容易理解。在圖中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)的簡圖；圖2是顯示蒸汽發(fā)動機(jī)操作原理的簡圖；圖3是顯示第一實施方式中的冷卻裝置的截面簡圖；圖4是顯示第一實施方式中的加熱裝置的截面簡圖；圖5是顯示能量損失和參數(shù)“ωτ”之間關(guān)系的曲線；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)的簡圖；
圖7是顯示第二實施方式中的加熱和冷卻裝置的截面簡圖；圖8是顯示第二實施方式中的加熱裝置的透視圖；圖9是顯示加熱裝置的溫度變化曲線和截面視圖；圖10是顯示第三實施方式中的加熱和冷卻裝置的截面簡圖；圖11到14是分別顯示第三實施方式的改進(jìn)方式的加熱和冷卻裝置的截面簡圖；圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施方式中的蒸汽發(fā)動機(jī)的簡圖；圖16A和16B是顯示圖15中所示第四實施方式的加熱裝置的透視圖；圖17和18是顯示根據(jù)第四實施方式的改進(jìn)方式的加熱裝置的透視圖；圖19A是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)的簡圖；圖19B是顯示圖19A中所示第五實施方式的加熱裝置的透視圖；圖20A和20B是顯示第五實施方式中的加熱裝置一部分的平面視圖；圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施方式中的改進(jìn)方式的加熱裝置的透視圖；圖22是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實施方式中的蒸汽發(fā)動機(jī)一部分的透視圖；圖23A、23B和23C是顯示液體壓力和工作液體體積之間關(guān)系的p-v圖表；圖24是顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的蒸汽發(fā)動機(jī)的簡圖；以及圖25是顯示圖24加熱裝置的放大視圖。
具體實施例方式
(第一實施方式)下面將參照附圖對本發(fā)明的第一實施方式進(jìn)行說明。
在圖1所示的第一實施方式中，蒸汽發(fā)動機(jī)110施用到線性電動機(jī)，其中輸出裝置(發(fā)電機(jī))101的移動件102振動。電力裝置包括蒸汽發(fā)動機(jī)110和發(fā)電機(jī)101。
發(fā)電機(jī)101為線性振動發(fā)生器，其中永久磁鐵(未示出)固定到移動件102，而電動勢通過振動(擺動)移動件102產(chǎn)生。
如圖1所示，蒸汽發(fā)動機(jī)110包括填充有預(yù)定壓力的工作液體120的液體容器111、用于加熱液體容器111中工作液體120的加熱裝置112、以及用于冷卻在加熱裝置112產(chǎn)生的蒸汽的冷卻裝置113。
加熱裝置112和冷卻裝置113設(shè)置為彼此分離，以便加熱和冷卻裝置彼此不直接接觸。
在蒸汽發(fā)動機(jī)110用于水冷型內(nèi)燃機(jī)的情況下，加熱裝置112可以作為加熱裝置設(shè)計，其通過使用從內(nèi)燃機(jī)噴射出的廢氣加熱工作液體120。而冷卻裝置113可以作為冷卻裝置設(shè)計，其通過使用發(fā)動機(jī)的冷卻水冷卻工作液體120。
液體容器111形成具有底管部分111a和一對(第一和第二)從底管部分111a兩端延伸的垂直延伸的直管部分111b和111c。
第一直管部分111b包括在其處設(shè)置加熱裝置112的加熱部分131、在其處設(shè)置冷卻裝置113的冷卻部分133、以及用于使以上加熱和冷卻部分131和133彼此連接的連接部分135。
液體容器111的加熱和冷卻部分131和133由具有高熱傳導(dǎo)性的金屬制作，而液體容器111的其他部分優(yōu)選由高熱絕緣特性的材料制作。液體容器111還由相對于填充在液體容器111中的工作液體具有高抗腐蝕特性的材料制作。
在此實施方式中，水用作工作液體120，而液體容器111的加熱和冷卻部分131和133由銅或鋁制作，而其他部分由不銹鋼制作。
如上所述，液體容器111由不銹鋼和銅(或鋁)制作并形成U型管，其中底管部分111a設(shè)置在最底下的位置，而兩個直管部分111b和111c為垂直并從底管部分111a向上延伸。
液體容器111的加熱部分131的位置形成于在垂直方向高于冷卻部分133的位置，且第一直管部分的頂端封閉。
加熱裝置112設(shè)置到第一管部分以環(huán)繞加熱部分131，而冷卻裝置113設(shè)置到第一管部分以環(huán)繞冷卻部分133。
活塞114設(shè)置在第二管部分111c的頂端，活塞114可移動地保持在汽缸115中以根據(jù)液體壓力向上和下移動。
活塞114連接到輸出裝置101中的移動件102的移動軸102a。彈簧103設(shè)置輸出裝置101中，在移動件102和與移動件102相對的端部之間，以便其通過其彈簧力向下激勵活塞114。
如圖2所示，當(dāng)蒸汽發(fā)動機(jī)110的加熱和冷卻裝置112和113開始其操作時，液體容器111中液相的工作液體在加熱裝置112處進(jìn)行其第一次加熱并汽化(等溫膨脹)。汽化的工作液體(蒸汽)進(jìn)一步膨脹(絕熱膨脹)，向下推動第一管部分111b中的液相工作液體。液相工作液體120在液體容器111中從第一管部分111b向第二管部分111c移動，以向上推動活塞114。
第一管部分111b中的工作液體的液體表面(液相和氣相工作液體之間)向下推到冷卻裝置113的冷卻部分133。當(dāng)蒸汽進(jìn)入冷卻部分133時，蒸汽通過冷卻裝置113冷卻并液化。用于向下推動第一管部分111b中液相工作液體的壓力消失，從而使液體表面在第一管部分111b中向上移動(從等溫壓縮到絕熱壓縮過程)。發(fā)電機(jī)101的活塞114相應(yīng)地向下移動。
在液體容器111中的工作液體120周期振動(自激勵振動方式)期間，繼續(xù)以上工作液體的膨脹和收縮操作直到加熱和冷卻裝置112和113停止為止。如上所述，在蒸汽發(fā)動機(jī)110中產(chǎn)生工作液體120的壓力變化，而壓力變化轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能以向上和下移動活塞114。
在上述蒸汽發(fā)動機(jī)110中，高溫和高壓的工作液體(蒸汽)不直接與活塞114接觸，因此，蒸汽發(fā)動機(jī)110具有高的耐久性。
液體容器111的冷卻部分133設(shè)計為以便冷卻部分133的內(nèi)半徑“r1”等于熱滲透(在低壓)的深度“δ1”，其通過下列公式(1)計算δ1=2a1ω---(1)]]>圖3是顯示液體容器111的冷卻部分133的放大截面簡圖，其中“Φd”為冷卻部分133的內(nèi)直徑，而“r1”為其內(nèi)半徑。
在上述公式(1)中，“a1”為工作液體120在低壓的熱擴(kuò)散率[m2/sec.]，而“ω”為表示液體容器111中工作液體120特性(即，表示活塞114往復(fù)運(yùn)動特性)的角頻率[rad/sec.]。
液體容器111中工作液體120的液體壓力在其下限的工作液體的熱擴(kuò)散率作為熱擴(kuò)散率“a1”使用。液體容器111的內(nèi)部液體壓力根據(jù)工作液體狀態(tài)(汽化和液化)的變化發(fā)生改變。即，熱擴(kuò)散率“a1”為當(dāng)內(nèi)部液體壓力為壓力變化范圍內(nèi)的最小值(壓力范圍從工作液體120的液體壓力的最大到最小值)時的值。而熱滲透(在低壓)的深度“δ1”定義為由公式(1)計算的值，其中使用上述熱擴(kuò)散率“a1”。
熱滲透的深度“δ1”為用于表示工作液體中熱傳遞條件的參數(shù)之一，其在液體容器中以角頻率“ω”振動。當(dāng)液體容器111的內(nèi)半徑“r1”設(shè)計為等于熱滲透(在低壓)的深度“δ1”時，工作液體120和冷卻裝置113之間的冷卻部分133處的熱交換量可以控制在預(yù)定的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)動機(jī)110，冷卻部分133處的冷卻效率防止變得過高或過低，從而使氣相工作液體(蒸汽)可以在適當(dāng)?shù)臅r間液化。
具體地說，由于液體容器111中工作液體120的液體壓力在其下限的工作液體120的熱擴(kuò)散率用作本實施方式蒸汽發(fā)動機(jī)110中的熱擴(kuò)散率“a1”，所以，冷卻效率在液體容器111的內(nèi)部液體壓力(工作液體120的壓力)變到其下限時變到最大。即，當(dāng)工作液體120的體積變?yōu)槠渥畲笾禃r，氣相工作液體120以最大效率液化，以便可以利用工作液體的膨脹能量而沒有能量損失。
如上所述，根據(jù)本實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)110，氣相工作液體(蒸汽)可以在適當(dāng)?shù)臅r間液化。工作液體120可以適當(dāng)?shù)卣駝?，以防止通過活塞114的往復(fù)運(yùn)動在輸出裝置101產(chǎn)生的輸出能量減少。另外，由于氣相工作液體120的液化不會過分延遲，所以，防止了由于液體容器111中液體振動的停止造成的蒸汽發(fā)動機(jī)110不正常停機(jī)。
根據(jù)上述實施方式，液體容器111連接部分135的內(nèi)半徑“r2”還設(shè)計為以便滿足下列公式(2)和(3)(r2)22·a2=τ---(2)]]>ω·τ≥10 (3)圖4是顯示液體容器111的加熱部分131和連接部分135的放大截面視圖，其中“r2”為連接部分135的內(nèi)半徑。
在上述公式(2)中，“a2”為工作液體在其高壓的熱擴(kuò)散率，其中高壓意味著液體壓力在壓力變化范圍的上限。即，液體容器中的液體壓力在其最大值時，熱擴(kuò)散率“a2”(在高壓處)為工作液體的熱擴(kuò)散率值。
圖5顯示了公式(3)的左部分“ωτ”和通過從工作液體120到連接部分135的熱傳遞產(chǎn)生的熱損失比率之間的關(guān)系。從圖5可以看出，熱損失比率隨著“ωτ”值的增加而減少。
在圖5中，當(dāng)“ωτ”值為10時，熱損失比率大約為16％。因為連接部分135的內(nèi)半徑“r2”設(shè)計為滿足公式(2)和(3)，所以，蒸汽發(fā)動機(jī)110的連接部分135的熱損失可以適當(dāng)?shù)匾种频叫∮?0％的值，其中“ωτ”大于10。
作為連接部分135的熱損失比率小于20％的結(jié)果，防止了氣相工作液體(蒸汽)120在連接部分135處的液化。工作液體120的蒸汽可以在冷卻部分133液化，以便在液體容器111中獲得充分量的工作液體的體積膨脹。
液體容器111中工作液體120內(nèi)部液體壓力可以充分增加到高值，以有效地操作活塞，從而防止輸出裝置101處產(chǎn)生的輸出能量的減少。
如圖4所示，加熱部分131的內(nèi)半徑設(shè)計為等于連接部分135的內(nèi)半徑“r2”。即，加熱部分131的內(nèi)表面平滑地連接到連接部分135的內(nèi)表面，而沒有任何階梯部分，以便加熱部分131和連接部分135之間的工作液體120的運(yùn)動可以平滑進(jìn)行。
可以防止在階梯部分形成于其間的情況下，當(dāng)工作液體從加熱部分131移動到連接部分135時產(chǎn)生的工作液體的任何能量損失。相應(yīng)地，也可以防止在輸出裝置101處輸出能量減少的可能。
如圖3或圖1所示，加熱部分131的內(nèi)半徑、以及冷卻部分133的內(nèi)半徑“r1”設(shè)計為等于連接部分135的內(nèi)半徑“r2”。即，加熱和冷卻部分131和133的內(nèi)表面與連接部分135的內(nèi)表面彼此平滑連接，以便工作液體120可以在液體容器111中平滑移動。
然而，加熱和/或冷卻部分131和133的內(nèi)半徑不是必須設(shè)計為精確地等于連接部分135的內(nèi)半徑。只要當(dāng)加熱和/或冷卻部分131和133的內(nèi)半徑接近等于(幾乎等于)連接部分135的內(nèi)半徑時，就可以獲得液體容器111中工作液體120的平滑運(yùn)動。
本發(fā)明不局限于上述實施方式，任何改進(jìn)方式都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
例如，在上述實施方式中，熱擴(kuò)散率“a1”定義為當(dāng)內(nèi)部液體壓力在壓力變化范圍最小值(下限)時的值。當(dāng)從壓力變化范圍的下限到高于整個壓力變化范圍下限的25％的值的壓力范圍定義為下壓力范圍時，熱擴(kuò)散率“a1”可以從下壓力范圍中的熱擴(kuò)散率任意選擇一個，以便氣相的工作液體可以在適當(dāng)?shù)臅r間汽化。
因此，在冷卻部分133的內(nèi)半徑“r1”設(shè)計為等于或接近等于熱滲透的深度“δ1”(在低壓范圍處)，且深度“δ1”由公式(1)用熱擴(kuò)散率“a1”(在低壓范圍)計算的液體容器111中，冷卻部分133處的工作液體120和冷卻裝置113之間的熱交換量可以控制在預(yù)定范圍內(nèi)。
根據(jù)具有以上液體容器111的蒸汽發(fā)動機(jī)110，氣相工作液體(蒸汽)120可以在適當(dāng)?shù)臅r候液化，從而可以防止在輸出裝置101處輸出能量的減少。
在以上實施方式中，連接部分135的內(nèi)半徑設(shè)計為“ωτ”值設(shè)定為大于“10”。在需要進(jìn)一步減少熱損失的情況下，通過獲得更高值處“ωτ”值達(dá)到要求。
例如，如圖5所示，如果要求熱損失比率小于10％，則連接部分135的內(nèi)半徑“r2”如此設(shè)計以便“ωτ”值設(shè)定為大于“20”。如果要求熱損失比率小于5％，則連接部分135的內(nèi)半徑“r2”如此設(shè)計以便“ωτ”值設(shè)定為大于“30”。另外，如果要求熱損失比率小于2％，則連接部分135的內(nèi)半徑“r2”如此設(shè)計以便“ωτ”值設(shè)定為大于“100”。
加熱裝置112不局限于來自發(fā)動機(jī)的廢氣用于熱源的裝置。電加熱裝置或使用氣體燃燒的加熱裝置都可以用作加熱裝置112。
(第二實施方式)下面將參照圖6到9說明本發(fā)明的第二實施方式，其中同樣的標(biāo)號用于標(biāo)明與第一實施方式同樣或相似的部分。
在圖6中，第一直管部分111b的加熱部分131、連接部分135以及冷卻部分133都由多個小管部分215構(gòu)成，而第一直管部分111b的下部分由集中管部分216構(gòu)成。小管部分215的每個下端都與集中管部分216連通，而小管部分215的每個上端都封閉。
加熱裝置112和冷卻裝置113分別形成為環(huán)繞多個小管部分215的加熱部分131和冷卻部分133。
圖7顯示了加熱和冷卻裝置112和113的放大截面簡圖，其中各個小管部分215中的工作液體120液面向下推動。各個小管部分215(圖7中)中的箭頭表示用于向下推動液相工作液體120的氣相工作液體的壓力方向。
如圖7所示，當(dāng)向下推動液相工作液體120的液面時，液相工作液體從第一直管部分111b向第二直管部分111c移動，以向上移動活塞114。
當(dāng)液面向下移動到冷卻部分133時，蒸汽進(jìn)入冷卻部分133環(huán)繞的管部分，蒸汽通過冷卻部分133冷卻并液化。用于向下推動第一直管部分111b中液相工作液體的壓力消失，從而使第一管部分111b的液面向上移動(從等溫壓縮到絕熱壓縮的過程)。發(fā)電機(jī)(輸出裝置)101的活塞114相應(yīng)地向下移動。
由于冷卻和加熱部分112和113由多個小管部分215組成，所以，增加了與工作液體120接觸的那些部分的表面面積；增加了加熱/冷卻裝置112/113和工作液體120之間的熱交換面積。增進(jìn)了熱交換量，從而增加了熱傳遞效率。
因此，可以增加熱交換量，而不改變用于加熱和冷卻裝置112和113的預(yù)設(shè)溫度(即，不增加用于加熱裝置112的溫度，且不降低用于冷卻裝置113的溫度)。
因此，作為改進(jìn)能量傳遞效率的結(jié)果，增加了由輸出裝置101輸出的能量。
當(dāng)將本實施方式與放大用于熱交換的表面面積以便表面面積變?yōu)榈扔诒緦嵤┓绞街斜砻婷娣e的單管部分的情況相比較時，本發(fā)明液體容器111的實體內(nèi)容(具有多個小管部分)可以制作為小于單管部分的實體內(nèi)容。
因此，根據(jù)第二實施方式，可以通過增加熱交換效率增加輸出能量，同時，蒸汽發(fā)動機(jī)可以制作為小尺寸。
在第二實施方式中，從發(fā)動機(jī)排出的高溫廢氣用于加熱裝置112的熱源(加熱液體)，其中廢氣與液體容器111的加熱部分131接觸，以加熱液體容器111中的工作液體120。
圖8顯示了加熱裝置112的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖以及熱源(廢氣)的流動方向。
加熱裝置112包括具有入口和出口(未示出)的箱形殼體(未示出)。加熱裝置112還包括在殼體內(nèi)的多個散熱片218，其中多個通孔形成于散熱片218中，以便小管部分215插入通孔。加熱氣體(廢氣)通過入口流進(jìn)殼體，并在圖8中的箭頭指示方向流過殼體的內(nèi)部。
當(dāng)廢氣在殼體中從上游側(cè)(入口側(cè))流向下游側(cè)(出口測)時，因為廢氣的熱量被小管部分215中的工作液體吸收，所以，廢氣的溫度從上游側(cè)到下游側(cè)逐漸下降。
如圖9所示，在其上部分，顯示了廢氣相對流動方向(從上游到下游)的溫度變化曲線。在其下部分，顯示了加熱裝置112的放大截面視圖。在圖9中，顯示了彼此具有同樣表面面積的多個小管部分215。
在圖9所示的加熱裝置112的情況下，在上游側(cè)小管部分215處吸收的熱量不同于在下游側(cè)小管部分215處吸收的熱量。各個小管部分產(chǎn)生的壓力也不同，從而使各個管部分中汽化的時間彼此也不同。換言之，液體壓力在各個管部分215中增加的時間也彼此不同。
當(dāng)汽化時間彼此不同時，與以上圖9的加熱裝置一樣，用于具有較高液體壓力的小管部分215中的工作液體120的液體運(yùn)動的能量消耗用于減少具有低液體壓力的其他小管部分215中的氣相工作液體的體積。由此，使通過工作液體汽化產(chǎn)生的能量消耗在具有不同內(nèi)部液體壓力的小管部分215中。液體運(yùn)動不在底管部分111a和第二直管部分111c中發(fā)生，而加熱裝置112中的液體壓力變化不完全地傳遞到活塞114。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，如圖8所示，廢氣流下游側(cè)的小管部分215的直徑“L2”制作為大于上游側(cè)的小管部分215的直徑“L1”(L1＜L2)，以便下游管部分的表面面積大于上游管部分的表面面積。隨著管部分與廢氣流方向的上游管部分分離時，小管部分的表面面積逐漸增加，以便隨著小管部分與上游管部分分離時，增加從廢氣的熱收集性能。
圖9顯示了加熱裝置112的曲線和截面視圖，其中可以在各個(五個不同的)小管部分215收集的熱量Q1到Q5通過公式表示。
在圖9所示的公式中，“h”為熱傳遞系數(shù)[W/m2×k]，而“TW”為加熱前小管部分215的溫度“K”?！癟1”到“T5”為已經(jīng)從上游側(cè)到下游側(cè)通過各個小管部分215的廢氣溫度。“A1”到“A5”為各個小管部分215的加熱部分的表面面積。
為了使從各個小管部分的廢氣收集的熱量接近彼此相等，要求使“Q1”到“Q5”彼此相等。應(yīng)該清晰，加熱前小管部分215的熱傳遞系數(shù)“h”和溫度“TW”在這五個小管部分中接近彼此相等。也應(yīng)該清晰，廢氣的溫度“T1”到“T5”之間存在關(guān)系T1＞T2＞T3＞T4＞T5。
因此，可以通過使各個小管部分的面積滿足關(guān)系A(chǔ)1＜A2＜A3＜A4＜A5，使“Q1”到“Q5”接近彼此相等。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，液體容器111的小管部分215如此形成以便這些小管部分的表面面積從廢氣流的上游到下游側(cè)的方向逐漸增加。
在以上液體容器111中，各個小管部分215的熱收集性能從上游到下游側(cè)增加。結(jié)果，即使在廢氣的溫度從上游到下游側(cè)降低的情況下，在各個小管部分215收集的熱量的差異可以減少到很小的量，并可以使各個小管部分215中液體內(nèi)壓的不平衡最小化。
如上所述，通過將小管部分中的液體壓力差降低到最小量，具有多個小管部分215的蒸汽發(fā)動機(jī)110的液體容器111防止了能量在其他小管部分215中的不經(jīng)濟(jì)消耗。工作液體120的液體壓力可以適當(dāng)?shù)厥┘拥交钊?14，并可以在輸出裝置101處獲得適當(dāng)?shù)臋C(jī)械能。
(第三實施方式)下面將參照附圖10說明根據(jù)第三實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)110，其中連通部分243設(shè)置成與小管部分215彼此連通。
蒸汽發(fā)動機(jī)110在第一直管部分111b頂端部分的結(jié)構(gòu)上與第二實施方式(圖6到8)不同。
圖10顯示了第一直管部分111b、加熱裝置112以及冷卻裝置113頂端部分的截面視圖，其中通過液體容器111中蒸汽的液體壓力向下推動液相工作液體120。
如圖10所示，連通部分243形成于液體容器111的頂端以彼此連通小管部分215(在加熱部分131的上端)，以便連通部分243的內(nèi)部空間與所有小管部分215的內(nèi)部空間連通。
由于工作液體(氣相)120可以在小管部分215中移動，所以，各個小管部分的內(nèi)部液體壓力可以制作為彼此相等或基本相等。
氣相的工作液體可以移動得比液相工作液體快，而大多數(shù)高壓氣相工作液體在小管部分215的上部分(在液體容器111的加熱部分131)產(chǎn)生。因此，高壓氣相工作液體可以通過連通部分243在小管部分215中移動。
在以上結(jié)構(gòu)中，即使在每個小管部分215中的汽化時間(壓力增加時間)彼此不同，小管部分215中的壓力差也可以通過連通部分243立即消除。
(第二和第三實施方式的改進(jìn)方式)可以對以上實施方式進(jìn)行各種改進(jìn)。
在圖11顯示的蒸汽發(fā)動機(jī)中，隨著小管部分215與加熱裝置112上游側(cè)的距離變長，小管部分215的加熱部分131的長度制作為更長。加熱部分131的表面面積從加熱裝置112的上游到下游側(cè)逐漸增加。
如圖12所示，連通部分243不是必須設(shè)置在小管部分215的頂端，而是可以設(shè)置在加熱部分131的任何其他部分。
此外，如圖13所示，連通部分243不是必須設(shè)置在加熱部分131的同樣高度，而是可以設(shè)置在小管部分215的不同高度。
此外，如圖14所示，連通部分243不是必須設(shè)置為與所有的小管部分215彼此連通，而可以設(shè)置為使一組小管部分與另一組彼此連通，而使另一組小管部分與獨(dú)立于第一組小管部分的其他組的小管部分彼此連通。
在圖14中，第一連通部分245與第二和第四小管部分彼此連通，第二連通部分246與第一、第三和第五小管部分彼此連通。
根據(jù)本發(fā)明者的實驗，可以肯定，以上第一組(245)小管部分中的平均液體壓力接近等于第二組(246)小管部分中的平均液體壓力。
加熱裝置112不局限于上述說明的由外部加熱源(如內(nèi)燃機(jī))提供加熱氣體的加熱裝置，而可以包括電加熱器和氣體燃燒器。在此改進(jìn)的蒸汽發(fā)動機(jī)中，加熱裝置的各個小管部分都可以單獨(dú)加熱以降低供給到各個小管部分的熱量變化。
加熱裝置112和冷卻裝置113可以設(shè)置為彼此靠近，而沒有連接部分。小管部分的數(shù)量不局限于五個。
(第四實施方式)下面將參照附圖15、16A和16B說明本發(fā)明的第四實施方式。
下面將參照附圖15、16A和16B說明加熱裝置112的第一直管部分111b，其中圖16A和16B顯示了加熱部分(112)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在第一直管部分111b的頂端318。
多個窄槽340形成于管部分111b的加熱部分(112)的內(nèi)表面。窄槽340向管部分111b的冷卻部分(113)縱向延伸。窄槽340如此形成以通過管部分111b中的液相工作液體產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象。防水表面342在管部分111b的加熱部分(112)和冷卻部分(113)(在窄槽340的下端)之間的位置形成于管部分111b的內(nèi)表面。
在第四實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)110中，氣體填充在第一直管部分111b，以便加熱部分(112)的內(nèi)部空間不會填充有液相的工作液體。
與第一實施方式的方式相同，活塞114可移動地保持在汽缸115中。當(dāng)液體容器111中的液體壓力增加時，活塞114向上移動到其頂端死點，而當(dāng)液體容器111中的液體壓力減少時，活塞114向下移動到其底端死點。
當(dāng)活塞114向下移動時，第一直管部分111b中的液相工作液體的液體表面向上移動。而當(dāng)活塞114到達(dá)其底端死點時，第一直管部分111b的液面到達(dá)其最高位置。
根據(jù)本實施方式，如圖16A所示，當(dāng)液面到達(dá)第一直管部分111b中的最高位置時，液面到達(dá)窄槽340的下端。
然后，由于毛細(xì)管現(xiàn)象，液相工作液體通過窄槽340供給到加熱部分(112)的內(nèi)表面。然后，工作液體通過加熱裝置112加熱并汽化，并在液體容器111中通過汽化使工作液體的體積膨脹。
如圖16B所示，工作液體的液體表面向下推到低于防水表面342的位置。從而向上推動第二直管部分111c的上端320處的液體表面。活塞114和輸出裝置101的移動件102向上移動。
氣相工作液體的下部分通過汽化的體積膨脹進(jìn)一步向下移動，并進(jìn)入冷卻裝置113的冷卻部分的空間。
氣相工作液體在冷卻部分(113)冷卻并液化，而液體容器111中的工作液體體積收縮。
由于工作液體的體積收縮，第一直管部分111b中的液面向上移動，而第二直管部分111c中的液面向下移動?；钊?14以及移動件102通過彈簧103的彈力向下推動。當(dāng)活塞114移動到其底端死點時，第一直管部分111b中的液面向上移動到窄槽340(圖16A)。
以上體積的膨脹和收縮重復(fù)進(jìn)行以往復(fù)移動活塞114和移動件102，以便產(chǎn)生電力。
在以上蒸汽發(fā)動機(jī)110中，第一直管部分111b中液面的最高位置在窄槽340的下位置，而通過加熱裝置112加熱的液相工作液體只是通過窄槽340供給到加熱部分(112)內(nèi)表面的工作液體。從而完全汽化加熱部分(112)的液相工作液體。
如上所述，通過加熱裝置112加熱但不汽化的液相工作液體的量為最小。即，熱損失為最小。
由于防水表面342形成于窄槽340的下部分，所以，可以更正確地進(jìn)行液體容器111中工作液體的運(yùn)動(工作液體的自激勵振動)。
當(dāng)工作液體通過工作液體的汽化在第一直管部分111b中向下推動時，液面通過防水表面342進(jìn)一步移動到低于防水表面342的位置(圖16B)。
當(dāng)工作液體如上所述向下推動時，在窄槽340和液面之間具有防水表面342。因此，防止了液相工作液體通過毛細(xì)管現(xiàn)象穿過窄槽340繼續(xù)向上到達(dá)加熱部分(112)。
即使液面已經(jīng)向下推動后，在保持在加熱部分(112)的窄槽340中的液相工作液體繼續(xù)加熱并汽化的情況下，也不可能進(jìn)行工作液體自激勵振動的穩(wěn)定操作。然而，根據(jù)本實施方式，通過防水表面342防止了液相工作液體的繼續(xù)汽化。
加熱部分(112)內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)不局限于圖16A的多個窄槽340。
圖17顯示了加熱部分內(nèi)表面結(jié)構(gòu)改進(jìn)方式的視圖。在圖17中，多個窄槽340a形成于第一直管部分111b的內(nèi)表面，與圖16A的方式相同，在加熱部分的垂直方向延伸。此外，由窄槽340a分出的大量微槽340b形成于內(nèi)表面。因此增加了窄槽340a和微槽340b的表面面積，以便可以將相對大量的液相工作液體供給到加熱部分(112)。
由于可以增加液相工作液體的量，即通過汽化的氣相工作液體的量，所以，可以相應(yīng)地增加蒸汽發(fā)動機(jī)110的輸出。
規(guī)律地形成于內(nèi)表面的窄槽340(340a)可以通過機(jī)加工或化學(xué)處理如蝕刻加工形成。不規(guī)律地形成于內(nèi)表面的微槽340b同樣也可以通過化學(xué)處理如蝕刻加工形成，以便使內(nèi)表面變粗糙。微槽340b可以替代地通過形成不規(guī)律的微凸表面形成，其中金屬分離通過將管部分111b浸漬進(jìn)電解溶液中形成。
如圖18所示，防水表面343可以形成于加熱部分(112)的內(nèi)表面，而不是形成于窄槽340(340a)和微槽340b。
例如，防水表面343可以通過下列方法形成(1)保護(hù)層由吸水陶瓷材料如CaF2、CaO、MgO、Al2O3、BeO、ZnO、TiO2、SiO2、SnO2、Cu2O、Na2S、B2O2、CaS、CuO等形成。
在保護(hù)層由SiO2(玻璃)的吸水陶瓷材料形成，而第一管部分111b的加熱部分由鋁形成的情況下，保護(hù)層可以以此方式形成以便加熱部分(其上粘附由液體玻璃)加熱。
(2)組合親水基如氫氧基(-OH基)、羧基(-COOH基)。
(3)在管部分111b由金屬如銅制作的情況下，泡沫金屬的燒結(jié)金屬材料或擴(kuò)散粘結(jié)材料粘附到管部分111b加熱部分(112)的內(nèi)表面。粘附材料優(yōu)選與管部分111b同樣的原材料。
(4)在管部分111b由碳的燒結(jié)材料制作的情況下，將(-Si-O-H基)組合到管部分111b的內(nèi)表面。
以上吸水表面343也可以形成在窄槽340(340a)和微槽340b的表面上，以便可以更快地將液相工作液體供給到加熱部分(112)?？梢栽黾诱羝l(fā)動機(jī)110的響應(yīng)，即液體容器中工作液體的自激勵振動的頻率可以分離為更高的頻率范圍。
具有比水更低表面張力的液體如乙醇可以用作工作液體，以便可以快速地將液相工作液體供給到加熱部分(112)。在使用水作為工作液體的情況下，可以將清潔劑混合到水中以降低表面張力。
(第五實施方式)下面將參照附圖19A、19B到21說明本發(fā)明的第五實施方式。
圖19A顯示了第五實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)110的簡圖，圖19B顯示了通過圖19A中的虛線圈出的加熱裝置112A的放大透視圖，而圖20A和20B顯示了加熱裝置112A的加熱部分的頂面視圖。
第五實施方式不同于以上第四實施方式之處在于加熱裝置112A的加熱部分由圓盤型的加熱部分322形成，其設(shè)置在第一直管部分111b的頂端，并具有水平延伸的圓盤型內(nèi)表面324。加熱裝置112A設(shè)置在加熱部分322的外圍。
在第五實施方式中，通過最大限度地減少在加熱裝置112A加熱和汽化的工作液體的量，加熱裝置112A的垂直厚度“T1”制作為較小以增加蒸汽發(fā)動機(jī)110的熱效率。例如，如圖19A所示，厚度“T1”制作為小于第一直管部分111b的直徑“T2”。
如圖20A所示，從與第一直管部分111b的頂端連通中心開口326的徑向向外延伸(有規(guī)律地)的多個窄槽327a形成于內(nèi)表面324。多個微槽327b還形成于(不規(guī)律地)內(nèi)表面324。窄槽327a和微槽327b如此形成以便通過管部分111b中的液相工作液體產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象。與以上第四實施方式的方式相同，窄槽327a和微槽327b可以通過機(jī)械加工和化學(xué)蝕刻加工形成。
形成于內(nèi)表面324的槽(327a和327b)的結(jié)構(gòu)不局限于圖20A所示的結(jié)構(gòu)。例如，槽的結(jié)構(gòu)可以制作為圖20B所示的結(jié)構(gòu)，其中窄槽328規(guī)律地形成。窄槽328a從中心開口326的徑向向外延伸，而窄槽328b形成為相對中心開口326具有不同直徑的同心圓。
在第五實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)110中，氣體填充在加熱部分322中，以便加熱部分的內(nèi)部空間不會填充有液相工作液體。
當(dāng)活塞114移動到其底端死點時，第一直管部分111b中的液面移動到其中心孔326填充有工作液體的最高位置。
由于毛細(xì)管現(xiàn)象，液相工作液體通過窄槽327(328)蔓延到整個內(nèi)表面324。通過加熱裝置112A加熱并汽化，使液體容器111中工作液體的體積膨脹。
由于形成于加熱部分322的窄槽327(328)水平延伸，因為液相工作液體的水平運(yùn)動受到重力的影響很小，所以，液相工作液體通過槽327(328)的供給速度高于第四實施方式(圖15到18)的蒸汽發(fā)動機(jī)。相應(yīng)地增加了蒸汽發(fā)動機(jī)110的響應(yīng)。
如圖21所示，吸水表面329可以形成于加熱部分的內(nèi)表面324，而不是窄槽327(328)，以促進(jìn)工作液體供給到加熱部分。吸水表面也可以以第四實施方式同樣的方式形成。
吸水表面329還可以形成于窄槽327和328的表面，以進(jìn)一步增加工作液體的供給速度。
(第六實施方式)下面將參照附圖22說明本發(fā)明的第六實施方式。
圖22為第四實施方式(圖15到18)的改進(jìn)方式并顯示了第一直管部分111b的上部分。第六實施方式與第四實施方式的不同之處在于支管350設(shè)置在第一直管部分111b的上部分，其中支管350的上端連接到加熱部分(112)的部分“A”并在其下端連接到低于加熱裝置112的直管部分的部分“B”。支管350的內(nèi)直徑如此設(shè)計，以便液相工作液體通過毛細(xì)管現(xiàn)象供給到加熱部分(部分A)。
在第六實施方式的蒸汽發(fā)動機(jī)110中，氣體填充在加熱部分(112)中，以便加熱部分的內(nèi)部空間不會填充有液相工作液體。
當(dāng)設(shè)置在第二直管部分的活塞移動到其底端死點時，第一直管部分111b中的液面在稍微高于支管350的部分“B”的位置，以便由于毛細(xì)管現(xiàn)象液相工作液體通過支管350向上供給到加熱部分(112)。
根據(jù)第六實施方式，在加熱裝置112處加熱和汽化的液相工作液體的量限于通過支管350將工作液體供給到加熱部分的量。從而完全汽化液相工作液體。
如上所述，加熱但不汽化并移向冷卻裝置的工作液體量可以為最小，以便熱損失最小。
窄槽(340)和/或吸水表面(343)也可以形成于支管350的內(nèi)表面。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽發(fā)動機(jī)，包括其中填充有工作液體且工作液體可以移動的液體容器(111)；用于加熱液體容器(111)中的工作液體并汽化工作液體以產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置(112)；用于冷卻和液化通過加熱裝置(112)汽化的蒸汽的冷卻裝置(113)；以及輸出裝置(101)，其具有通過液體容器(111)中工作液體的壓力變化往復(fù)移動的移動件(102)，并輸出由移動件(102)的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換的能量，其中液體容器(111)包括管形部分(111a)，所述管形部分具有加熱部分(131)，其中在加熱部分處設(shè)置有加熱裝置(112)，以及冷卻部分(133)，其中在冷卻部分處設(shè)置有冷卻裝置(113)；其中冷卻部分(133)的內(nèi)半徑“r1”制作為接近等于熱滲透(在低壓時)的深度“δ1”，其通過下列公式(1)計算δ1=2a1ω---(1)]]>“a1”為工作液體在其低壓的熱擴(kuò)散率，以及“ω”為液體容器(111)中工作液體運(yùn)動的角頻率，以及其中熱擴(kuò)散率“a1”從對應(yīng)于工作液體的壓力變化范圍的那些值中選擇，其為從下極限到高于下限25％的液體壓力的液體壓力范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于熱擴(kuò)散率“a1”為當(dāng)液體壓力在下限時的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于液體容器(111)還包括用于將加熱部分(131)與冷卻部分(133)連接的連接部分(135)，其中連接部分(135)的內(nèi)半徑“r2”制作為滿足下列公式(2)和(3)(r2)22·a2=τ---(2)]]>ω·τ≥10 (3)其中，“a2”為工作液體在其高壓時的熱擴(kuò)散率，以及“ω”為液體容器(111)中工作液體運(yùn)動的角頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于連接部分(135)的內(nèi)半徑“r2”等于或接近等于冷卻部分(133)的內(nèi)半徑“r1”。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于連接部分(135)的內(nèi)半徑“r2”、冷卻部分(133)的內(nèi)半徑“r1”以及加熱部分(131)的內(nèi)半徑彼此相等或接近相等。
6.一種蒸汽發(fā)動機(jī)，包括其中填充有工作液體且工作液體可以移動的液體容器(111)；用于加熱液體容器(111)中的工作液體并汽化工作液體以產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置(112)；用于冷卻和液化通過加熱裝置(112)汽化的蒸汽的冷卻裝置(113)；以及輸出裝置(101)，其具有通過液體容器(111)中工作液體的壓力變化往復(fù)移動的移動件(102)，并輸出由移動件(102)的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換的能量，其中液體容器(111)包括管形部分(111a)，所述管形部分具有加熱部分(131)，其中在加熱部分處設(shè)置有加熱裝置(112)，以及冷卻部分(133)，其中在冷卻部分處設(shè)置有冷卻裝置(113)，以及用于將加熱部分(131)與冷卻部分(133)連接的連接部分(135)，其中連接部分(135)的內(nèi)半徑“r2”制作為滿足下列公式(2)和(3)(r2)22·a2=τ---(2)]]>ω·τ≥10 (3)其中，“a2”為工作液體在其高壓時的熱擴(kuò)散率，以及“ω”為液體容器(111)中工作液體運(yùn)動的角頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于連接部分(135)的內(nèi)半徑“r2”等于或接近等于冷卻部分(133)的內(nèi)半徑“r1”。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于連接部分(135)的內(nèi)半徑“r2”、冷卻部分(133)的內(nèi)半徑“r1”以及加熱部分(131)的內(nèi)半徑彼此相等或接近相等。
9.一種蒸汽發(fā)動機(jī)，包括其中填充有工作液體且工作液體可以移動的液體容器(111)；用于加熱液體容器(111)中的工作液體并汽化工作液體以產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置(112)；用于冷卻和液化通過加熱裝置(112)汽化的蒸汽的冷卻裝置(113)；以及輸出裝置(101)，具有通過液體容器(111)中工作液體的壓力變化往復(fù)移動的移動件(102)，并輸出由移動件(102)的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換的能量，其中液體容器(111)包括管形部分(111a)，所述管形部分具有加熱部分(131)，在加熱部分處設(shè)置有加熱裝置(112)，以及冷卻部分(133)，在冷卻部分處設(shè)置有冷卻裝置(113)，以及其中加熱部分(131)和冷卻部分(133)中的每個都包括多個小管部分(215)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于加熱裝置(112)包括環(huán)繞液體容器(111b)的加熱部分(131)的殼體，以便加熱部分(131)的多個小管部分(215)設(shè)置在殼體中，加熱的液體流動通過殼體的內(nèi)部以加熱液體容器(111b)的加熱部分(131)，以及設(shè)置在加熱液體下游側(cè)的小管部分(215)的表面面積制作為大于設(shè)置在加熱液體上游側(cè)的小管部分(215)的表面面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于液體容器(111b)還包括用于將小管部分(215)之一與在其加熱部分(131)處的另一小管部分(215)連通的連通部分(243)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于液體容器(111b)還包括用于將所有小管部分(215)在其加熱部分(131)處彼此連通的連通部分(243)。
13.一種蒸汽發(fā)動機(jī)，包括其中填充有工作液體且工作液體可以移動的液體容器(111)；用于加熱液體容器(111)中的工作液體并汽化工作液體以產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置(112)；用于冷卻和液化通過加熱裝置(112)汽化的蒸汽的冷卻裝置(113)；以及輸出裝置(101)，其具有通過液體容器(111)中工作液體的壓力變化往復(fù)移動的移動件(102)，并輸出由移動件(102)的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換的能量，其中液體容器(111)包括管形部分(111a)，所述管形部分具有加熱部分(131)，其中在加熱部分處設(shè)置有加熱裝置(112)，以及冷卻部分(133)，其中在冷卻部分設(shè)置有冷卻裝置(113)，其中氣體填充在液體容器(111)中的加熱部分(131)處，以便加熱部分(131)的內(nèi)部空間不會填充有液相工作液體，以及其中工作液體供給裝置(340、340a、343、327、328、350)設(shè)置在加熱部分(131)處以將液相工作液體供給到加熱部分(131)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于工作液體供給裝置(340、340a、343、327、328)形成于加熱部分(131)的內(nèi)表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于工作液體供給裝置(340、340a、343、327、328)包括形成于加熱部分(131)的內(nèi)表面的多個窄槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于工作液體供給裝置(340、340a、343、327、328)包括形成于加熱部分(131)的內(nèi)表面的吸水表面(343)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于防水表面(342)形成于加熱部分(131)和冷卻部分(133)之間的液體容器(111b)的內(nèi)表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于工作液體供給裝置包括支管(350)，其一端在填充液相工作液體的位置(B)連接到液體容器(111b)，而其另一端在填充氣體的加熱部分(131)的位置(A)連接到液體容器(111b)，以及支管(350)的內(nèi)直徑如此制作以產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，以便液相工作液體通過支管(350)供給到加熱部分(131)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于加熱裝置(112A)的加熱部分包括水平延伸的圓盤型加熱部分(322)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)動機(jī)，其特征在于加熱裝置(112)、冷卻裝置(113)以及輸出裝置(101)以此順序設(shè)置在液體容器(111)處，以便加熱裝置(112)設(shè)置為在垂直方向高于冷卻裝置(113)。
全文摘要
一種蒸汽發(fā)動機(jī)，具有管形液體容器，加熱和冷卻裝置分別設(shè)置在液體容器的加熱和冷卻部分，而輸出裝置連接到液體容器，以便輸出裝置通過液體容器中的液體壓力變化操作，以產(chǎn)生電力。在此蒸汽發(fā)動機(jī)中，冷卻部分的內(nèi)半徑“r1”制作為接近等于熱滲透(在低壓)的深度“δ1”，其通過下列公式(1)計算
文檔編號F01K21/02GK1699727SQ200510072758
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
發(fā)明者八束真一, 小田修三, 萩原康正, 森下敏之, 小牧克哉 申請人:株式會社電裝