專利名稱：能量轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能量轉換裝置，尤其是采用流體溫差作為能量源的能量轉換裝置。
背景技術：
當前有多種產生電能的途徑，例如用風能和水能、化石燃料、生物燃料、燃料電池 和核能?，F(xiàn)今社會，因為消費電子產品新市場的發(fā)展，消費者不斷需求更多的能量。通常國 家能量供應商很難滿足消費者的電力需求?；剂习l(fā)電站的固有問題是化石燃料的供應受限制并且發(fā)電站通常會產生不 希望有的“溫室”氣體例如二氧化碳作為廢產品，也就是被認為有害于環(huán)境的氣體。核能被視作發(fā)電的有效途徑。然而，核能發(fā)電站也具有相關的危險以及廢棄物處 理問題。可再生能量發(fā)電站盡管無污染且相對安全，但由于缺乏適合的新地點而使進一步 利用受到限制。例如，產生水電力通常需要水庫，這種需求通常很難滿足并且花費很高?；?石燃料和核能發(fā)電站的其它問題是它們將會產生大量的廢熱和廢水。如果這些廢熱和廢水 被用于產生更多的電能，這將會有利于消費者和環(huán)境，同時也有利于能量供應商。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的任務是提供一種減輕上述缺點的能量轉換裝置，尤其是提供一種 既高效又環(huán)境友好的能量發(fā)生裝置。根據(jù)本發(fā)明的第一方案提供一種適用于將兩種流體之間的溫差轉換成能量源的 能量轉換裝置，包括壓力容器，其包括適合于接納具有第一溫度的第一流體的至少一個入口艙蓋和適 合于排出所述第一流體的出口艙蓋；用于分配具有比第一流體溫度高的第二溫度的第二流體的流體分配機構；且還包括可相對于至少一個主缸在第一位置和第二位置之間運動的至少一個主 活塞，所述主活塞和主缸與壓力容器如此流體連通，從而所述流體分配機構使得第二流體 引起第一流體的溫度和體積的增加，從而導致主活塞在主缸中運動。在本發(fā)明的一個實施例中，主活塞優(yōu)選設有至少一個復位活塞和缸以實現(xiàn)它們的 運動。復位活塞(也稱作氣動復位活塞)可以位于主活塞中或者與該主活塞鄰接。能量轉換裝置優(yōu)選還包括自動控制機構，以實現(xiàn)入口艙蓋和出口艙蓋的開閉和/ 或啟動流體分配機構。自動控制機構優(yōu)選包括至少一個閥、缸和活塞配置，以控制流體進出壓力容器。該閥、缸和活塞配置優(yōu)選位于壓力容器的入口艙蓋和出口艙蓋處。與根據(jù)本發(fā)明的能量轉換裝置有關的還有，該裝置優(yōu)選還包括第一貯存器，其適 合于供應第一流體到壓力容器。該裝置還包括與主缸和主活塞流體連通的復位缸和復位活塞。
容納流體例如空氣的至少一個貯存器優(yōu)選與該復位缸和/或從動缸流體連通。壓 縮機優(yōu)選連接到該貯存器以壓縮貯存器中的流體。更優(yōu)選的是，設置閥門機構用于控制進 入或來自貯存器的流體流和控制進入或來自復位缸和/或從動缸的流體流。同樣地，優(yōu)選還提供至少一個第二閥門以用于控制流體從第一貯存器流到復位 缸。還設有與主缸和主活塞流體連通的從動活塞和從動缸。此外，還提供與該從動活塞和 從動缸流體連通的閥門，優(yōu)選是止回閥。當?shù)谝涣黧w是空氣時，貯存器優(yōu)選通過壓縮機來充裝。此外，第一貯存器設有用于 檢測其中流體的壓力和/或體積的傳感器，且該傳感器連接到中央處理單元。優(yōu)選壓縮機 設置用于貯存器的初始充裝。優(yōu)選該貯存器通過閥門流體連接到泵或渦輪機以產生電力。 過量的壓縮空氣可以用來操作液壓或氣動馬達。優(yōu)選貯存器包括傳感器以檢測所述貯存器 的容量。優(yōu)選在壓力容器內設置至少一個傳感器，且在壓力容器外設置至少一個傳感器，并 且所述傳感器連接到中央處理單元。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，該裝置能夠實現(xiàn)主活塞通過膨脹的流體僅在一 個方向上運動。在這樣的實施例中，設有噴射機構用于分配第二溫度的流體，優(yōu)選在主活塞 完全伸出使得壓力容器的體積最小時執(zhí)行所述分配。仍根據(jù)本發(fā)明，分別由壓力容器內側上和外側上的傳感器記錄的任何溫度讀數(shù)之 間有至少10°c的溫差。然而，分別由壓力容器內側上和外側上的傳感器記錄的任何溫度讀 數(shù)之間優(yōu)選有至多139°c的溫差。在本發(fā)明的裝置中，優(yōu)選有至少一個入口艙蓋接近開關和至少一個出口艙蓋接近 開關，其中該入口艙蓋接近開關和出口艙蓋接近開關分別位于入口艙蓋和出口艙蓋所在區(qū) 域。優(yōu)選還設有用于供應第二流體到壓力容器的第二貯存器。本發(fā)明的裝置優(yōu)選還包括用于將第二流體從該第二貯存器傳送到壓力容器的機 構。當?shù)诙黧w包括水時，該用于將第二流體從第二貯存器傳送到壓力容器的機構包括水泵。在本發(fā)明的裝置中，壓力容器優(yōu)選包括用于接納第二流體的空心壁。該裝置優(yōu)選 還包括熱交換器，第二流體在環(huán)流通過壓力容器后并在進入第二貯存器之前通過該熱交換
ο在本發(fā)明的裝置中，優(yōu)選在第二貯存器中的第二流體的溫度在10°C至99°C、更優(yōu) 選在20°C至99°C且最優(yōu)選在40°C至99°C的范圍中。第二流體優(yōu)選包括水。流體分配機構優(yōu)選包括至少一個噴嘴。作為替代，在本發(fā)明的能量轉換裝置中，流 體分配機構包括沿著壓力容器的長度成排布置的多個噴嘴。優(yōu)選還設有適合于控制第二流體從第二貯存器流到一個或多個噴嘴的噴射閥門。 優(yōu)選提供用于致動至少一個噴射閥門的自動控制機構。作為替代，流體分配機構包括至少一個熱交換器，并且一管道將流體從第二貯存 器連通到該至少一個熱交換器。根據(jù)本發(fā)明，第一貯存器連接到適合用于發(fā)電的機構。該適合用于發(fā)電的機構包 括渦輪機和/或一個或多個泵。在本發(fā)明中，該能量轉換裝置優(yōu)選還包括連接到至少一個主活塞的至少一個凸輪桿。該凸輪桿優(yōu)選還連接到曲柄軸。在本發(fā)明的這個實施例中，主活塞優(yōu)選設有至少一個凸輪桿以實現(xiàn)運動的傳遞。 該凸輪桿可以位于主活塞中或可以鄰近于該主活塞布置。該凸輪桿可以將主活塞連接到曲 柄軸。本領域技術人員將可以理解，沿著曲柄軸可以設有一系列的壓力容器、主活塞/ 缸和/或從動活塞/缸和/或致動活塞/缸和/或凸輪桿，以增加該裝置的輸出。因此該裝置優(yōu)選包括一系列主缸和主活塞，它們中每個分別連接到凸輪桿，而凸 輪桿又連接到單個曲柄軸。在本發(fā)明的替代實施例中，能量轉換裝置優(yōu)選還包括至少一個電磁感應桿，所述 電磁感應桿裝在感應線圈中，并且所述電磁感應桿連接到至少一個主活塞。在該配置中，主 活塞的運動弓I起電磁感應桿在感應線圈中運動，從而產生電動勢。在這個替代實施例中，主活塞優(yōu)選設有例如位于電磁線圈中的至少一個磁性桿以 使其運動。磁性桿可以位于主活塞中或者位于主活塞附近。磁性桿還可以用于在電磁線圈 中感生電動勢。在將感生的電動勢傳送到外部電路之前，所述電動勢可通過電子控制電路改變該 感生的電動勢的形式。在使用中，由該裝置的電磁感應桿在感應線圈中的運動所產生的全部或部分電動 勢可以供應給中央處理單元。在本發(fā)明又一實施例中，主活塞/缸優(yōu)選沿豎直軸線設置，在這樣的實施例中，由 于流體的膨脹主活塞向上行進，而由于作用在活塞上的重力其向下行進。將可以理解，沿著曲柄軸可以設置一系列的壓力容器、主活塞/缸和/或從動活塞 /缸和/或致動活塞/缸和/或凸輪桿以增加該裝置的輸出。根據(jù)本發(fā)明第二方案，提供一種用根據(jù)本發(fā)明的第一方法所述描述的裝置將至少 兩種流體之間的溫差轉換成動力的方法，其包括如下步驟使至少一個主活塞在至少一個主缸中運動；將第一溫度的第一流體引入壓力容器中，所述壓力容器與該至少一個主活塞流體 連通；將第二溫度的第二流體引入所述壓力容器中，從而使在壓力容器中的該第一流體 膨脹且從而使該至少一個主活塞在主缸中沿第一方向運動。在本發(fā)明的方法中，第二流體通過一個或多個噴嘴或一個或多個熱交換器被弓I入 壓力容器中。此外，主活塞相對于主缸的運動使從動活塞在從動缸中運動，該從動活塞通過止 回閥將第一流體壓入第一貯存器中。此外，主活塞相對于主缸的運動導致連接到曲柄軸的凸輪桿運動。作為替代，主活塞相對于主缸的運動使得至少一個電磁感應桿在感應線圈中運 動，且該電磁感應桿在感應線圈中的運動感生電動勢。此外，在本發(fā)明的方法中，流體引入和排出壓力容器優(yōu)選通過多個閥門中的一個 進行控制。閥門的操作通過中央處理單元控制。此外，至少一個 感器優(yōu)選設在第一貯存器中，該傳感器測定第一流體在該貯存器中的水位并因此確定開始該能量轉換裝置的循環(huán)。本發(fā)明的方法優(yōu)選還包括使復位活塞在復位缸中移動以使得該至少一個主活塞 在主缸中沿第二方向移動，并且其中主活塞沿第二方向的運動與至少一個入口艙蓋和至少 一個出口艙蓋的打開相一致。該方法優(yōu)選包括當壓力容器中的流體處于預定溫度時閉合該至少一個入口艙蓋 和該至少一個出口艙蓋的步驟。在壓力容器內的流體的所述預定溫度優(yōu)選由連接到中央處理單元的傳感器檢測。該方法還包括當入口艙蓋和出口艙蓋閉合后將第二溫度的第二流體導入壓力容 器的步驟。第二溫度的第二流體通過一個或多個噴嘴引入壓力容器中。作為替代，第二溫 度的第二流體借助于至少一個熱交換器被弓I入壓力容器。此外，在本發(fā)明的方法中，第二溫度的第二流體引入壓力容器導致第一溫度的第 一流體膨脹以作用在主缸中的主活塞上，隨后主活塞作用在從動缸中的從動活塞上，而從 動活塞又壓縮第一溫度的第一流體，該第一流體通過止回閥被壓入第一貯存器中。因此，總而言之，本發(fā)明的思想是將流體的溫差轉換成動力。第一溫度的流體例如 冷空氣被抽入壓力容器中，隨后第二溫度的流體例如暖水被引入壓力容器。暖水的引入被 轉變成帶有大的表面積的細的暖霧。暖霧大的表面積增加了到冷空氣的傳熱速率。當熱能 使冷空氣變暖時，冷空氣膨脹并增加體積，并因而在一方向上直接或間接地驅動主活塞。主 缸的體積小于壓力容器的體積，從而通過流體在壓力容器中的膨脹而使得主活塞的行程范 圍放大。該運動可用于產生能量，例如電力?；钊倪\動例如可用于驅動一系列另外的活 塞以增加能量的轉換、和/或可用于使凸輪運動以使得曲柄軸轉動、和/或使磁性桿在線圈 中運動從而感生電動勢(emf)。


為了更好地理解本發(fā)明并且更清楚地顯示它是如何實施的，現(xiàn)將僅以示例的方式 參考附圖進一步描述本發(fā)明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有主活塞、主缸和閥門的能量轉換裝置；圖2示出了圖1的壓力容器連同主活塞和主缸、從動活塞和缸以及復位活塞和缸 的放大視圖；圖3示出了本發(fā)明的壓力容器連同通過凸輪桿連接到曲柄軸的主活塞和缸；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的配置成用于產生電動勢的能量轉換裝置；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的能量轉換裝置的替代配置；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，其中一系列噴嘴布置成排；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有熱交換器組的另一實施例；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，其中在該裝置中包含有管道。
具體實施例方式首先參考附圖的圖1和2，示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的能量轉換裝置100。能 量轉換裝置包括壓力容器1，其中在壓力容器中的流體與主活塞7流體連通。主活塞7裝在該主缸8中。壓力容器1具有優(yōu)選位于一端、例如在壓力容器的底部的第一入口 2，和優(yōu)選 位于第二端、例如在壓力容器的頂部的第二出口 3。在操作中，該裝置按循環(huán)工作，在循環(huán)中一定量的壓縮流體例如空氣例如通過壓 縮機40被供應到貯存器15。壓力傳感器41被用于監(jiān)測貯存器15中的壓力。所述壓力傳 感器41優(yōu)選連接到計算機控制單元42。當通過計算機控制單元確定貯存器15中的壓力足 以使得循環(huán)開始時，從而第一閥門37打開以允許流體相應地進入缸38a和活塞38b中，他 們倒過來松開壓力容器1的出口艙蓋36，出口艙蓋又打開出口 3。當?shù)谝婚y門打開時，第二 閥門34也在幾乎同時打開從而允許流體相應地進入缸35a和活塞35b，他們倒過來松開壓 力容器1的艙蓋33，該艙蓋又打開入口 2。當壓力容器1的入口艙蓋33和出口艙蓋36兩者都打開時，壓力容器1中的任何 溫度大于壓力容器1外流體的溫度的流體例如空氣由于自然對流將會上升。當流體例如空 氣上升并且通過出口艙蓋36離開壓力容器1后，該流體將會被通過入口艙蓋33吸入壓力 容器中的較低溫度的流體例如空氣取代。一旦入口艙蓋33和出口艙蓋36兩者都打開，另外的閥13被致動從而允許壓縮流 體例如空氣從貯存器15進入復位缸12，從而導致復位活塞11運動。復位活塞11連接到主 活塞7。當壓縮流體例如空氣流入復位缸12中并且作用于復位活塞11時，復位活塞11則 可逆地作用在主活塞7上。當主活塞伸到其止點時，任何流體(例如空氣)都從主缸8排 出并且進入壓力容器1中。一旦到壓力容器1內，空氣可伴隨壓力容器1中的任何其它流 體排出。能量轉換裝置還包括從動活塞9，其連接到主活塞7。當復位活塞11沿著復位缸 12行進并從而作用于主活塞7時，復位活塞11還作用于從動活塞9，使得從動活塞9沿著 從動缸10行進，由此通過止回閥44將流體(例如空氣)吸入從動缸10中。優(yōu)選設有位于壓力容器1內并且連接到計算機控制單元42的至少一個溫度傳感 器18。還優(yōu)選設有位于壓力容器1外并且優(yōu)選同樣連接到計算機控制單元42的至少一個 溫度傳感器43。計算機控制單元42確定何時壓力容器中的流體(例如空氣)的溫度處于 最低的可能溫度并僅在此時計算機控制單元42致動閥34，從而允許流體相應地進入缸35a 和活塞35b中，這倒過來閉合艙蓋33。與此同時，計算機控制單元42致動閥門37，從而允 許流體(例如空氣)相應地進入缸38a和活塞38b中，而這倒過來閉合艙蓋36。計算機控 制單元42使得能量轉換裝置能運行的最小溫差對于Tl和T2來說優(yōu)選在10°C的范圍，其 中Tl和T2分別是壓力容器外部和內部的流體的溫度。然而，當使得流體溫度Tl和T2之 間的溫差增加時，裝置的效率也增加。為了最大化能量轉換，壓力容器外部的溫度值Tl優(yōu)選盡可能低，例如_40°C，而壓 力容器(例如水噴霧器)內側上的流體所提供的溫度T2優(yōu)選盡可能高，例如99°C。這樣最 大溫差在139°C的范圍。根據(jù)本發(fā)明的裝置還包括入口艙蓋接近開關63和出口艙蓋接近開關64。當入口 艙蓋接近開關63和出口艙蓋接近開關64檢測到入口艙蓋33和出口艙蓋36閉合時，水泵 21被致動，其將溫度T3的流體(水)從水貯存器泵送到壓力容器1的空心壁5內。一旦進 入壓力容器的空心壁內，溫度T3的水在通過熱交換器23返回貯存器22之前繞著壓力容器 1的空心壁5環(huán)行。在壓力容器1的空心壁5中環(huán)行的流體(例如水)增加了壓力容器1的內壁47的溫度，而該內壁又開始增加壓力容器1內的流體(例如空氣)的溫度。根據(jù)本發(fā)明，將可以想到，貯存器22中的流體例如水的溫度在10°C至99°C的范圍 中，更優(yōu)選是在20°C到99°C的范圍中，且最優(yōu)選是在40°C到99°C的范圍中。本領域技術人員將可以認識到，盡管水是水貯存器22中的優(yōu)選流體，但是也可以 采用其它流體。還將可以認識到盡管主活塞7描述為位于主缸8中，主活塞7同樣可位于 主缸8的附近并且可共操作地連接到主缸。上面強調的相同情況也可以應用到復位缸12 和復位活塞11和從動活塞9和從動缸10上。如上所述，壓力容器1中的至少一個溫度傳感器18連回到計算機控制單元42。傳 感器18使得計算機控制單元42能確定何時致動噴射閥門20。噴射閥門20允許溫度T4的 流體例如水從貯存器22流到位于壓力容器1中的至少一個噴嘴6 (例如細噴霧器)。當具有第二溫度T4的流體(例如水)從至少一個噴射器噴口 6噴出進入壓力容 器1中時，來自于該流體(水)的熱被傳送到第一溫度T3的流體(例如空氣)中。因此第 一溫度T3的流體(空氣)的體積隨著壓力容器1中的溫度上升而膨脹。在壓力容器1中 的流體(空氣)的膨脹由此迫使主活塞7沿著主缸8行進。主活塞7連接到從動活塞9。 因此，主活塞7的運動導致從動活塞9運動。所產生的從動活塞9的運動將壓縮從動缸10 的內流體(空氣)，并且迫使所述流體通過第二止回閥48并且進入貯存器15。優(yōu)選設有多個位于壓力容器1中的噴嘴6。噴嘴的具體數(shù)目取決于壓力容器的尺 寸，后者又取決于可利用的熱量。如上所述，壓力容器1具有位于其中的壓力傳感器18，其連接到計算機控制單元 42。計算機控制單元42用來自壓力傳感器18的信息確定何時主活塞7已行進到其最大限 度。當已達到該最大限度，循環(huán)再次開始。當艙蓋33和36閉合時，壓力容器1的所有部件中的壓力大體恒定，從而僅需一個 壓力傳感器檢測容器中的變化。然而，本領域技術人員將理解也可以采用多于一個的傳感 器以改進獲取的讀數(shù)的精確度，或者在傳感器18失效不能工作的情況下用作“備用”系統(tǒng)。只要能量轉換裝置是運行的，并且在各循環(huán)的末端不會停止，水泵221就會繼續(xù) 泵送。存儲在貯存器15中的被壓縮的流體例如可用于驅動渦輪機或泵(未示出)例如用 來發(fā)電?；蛘?，一旦貯存器已滿，過量的空氣可被傳送到渦輪機或泵例如用來發(fā)電。因此貯 存器還可以包括傳感器以視情況監(jiān)測其容量。附圖3示出了本發(fā)明的替代配置。在圖3中，能量轉換裝置仍是采用流體的溫差 作為能量源以使得主活塞7在主缸8中運動。然而在圖3中，主活塞7連接到凸輪桿49，該 凸輪桿又連接到曲柄軸50。當壓力容器1中的流體膨脹從而迫使主活塞7沿著主缸8的長 度移動時，該連接的凸輪桿49迫使曲柄軸50轉動。本領域技術人員同樣可以理解可以沿著曲柄軸串聯(lián)地設置一系列壓力容器、主活 塞和主缸和凸輪桿以增加該裝置的輸出。在圖4中示出了本發(fā)明另一實施例，在該實施例中，能量轉換裝置同樣采用流體 的溫差作為能量源以使得主活塞7在主缸8中運動。然而在圖4中，主活塞7連接到電磁 感應桿60，所述電磁感應桿被裝在感應線圈51中。當在壓力容器1中的流體膨脹從而迫使 主活塞7沿著主缸8的長度移動時，使得連接到主活塞的電磁感應桿7穿過感應線圈51，從 而感生電動勢。然后電動勢例如可以供應到控制電路52。例如，由電動勢所產生的一部分
11能量優(yōu)選存儲在控制電路52中，從而當入口艙蓋33和出口艙蓋36打開時，防止了壓力容 器1中的任何壓力作用在活塞7上并且存儲在控制電路52中的能量可以供應到感應線圈 51。因此，當電流流過感應線圈51時，感應桿60且由此活塞7被迫沿著缸8移動以準備下 個循環(huán)。在附圖5中示出了本發(fā)明的另一實施例。在圖5中的能量轉換裝置同樣采用流體 的溫差作為能量源以使得主活塞7在主缸8中運動。然而在圖5所示的配置中，主活塞7 在豎直軸線上安裝。當在壓力容器1中的流體膨脹從而迫使主活塞7向上移動穿過主缸8 時，從動活塞9壓縮從動缸10中的流體，并且計算機控制單元42 (未示出)打開兩通閥門 62，從而將被壓縮的流體從從動缸10傳送到貯存器15。當主活塞7已到達其沖程的止點時，壓力容器1的入口 2和出口 3打開，并且該兩 通閥門62關閉從從動缸10到貯存器15的連通且打開從動缸10和大氣環(huán)境之間的連通。 主活塞7然后由于重力作用而下落，并且當其下落時，從動活塞9將流體例如空氣從大氣環(huán) 境吸入從動缸10中。在該替代的實施例中，將可以理解無需壓縮機連接到貯存器15。在圖6中示出了壓力容器1，在該壓力容器中從壓力容器的底部到頂部成行地布 置有多個噴嘴6。該裝置的其余部件仍是一樣的。在圖7中示出了壓力容器1，在該壓力容器中如圖6所示的多行噴嘴被熱交換器 65的組替代。該裝置的其余部件仍是一樣的。對于圖7的裝置，不是通過噴嘴將流體例如 水噴入壓力容器中，而是流體通過熱交換器65流經(jīng)裝置。熱交換器提供了非常大的表面 積。用熱交換器組替代一個或多個用于將流體噴入壓力容器的噴嘴的一個主要優(yōu)點 是當作為流體源的可用水短缺或嚴重缺乏時，圖7的裝置提供了一閉合系統(tǒng)，從而不會使 得寶貴的水在壓力容器的入口艙蓋33和出口艙蓋36打開時作為蒸汽損失到環(huán)境中。此外， 圖7所示的帶有熱交換器65組的裝置能夠用裝置中以T3和T4表示的兩種流體形式(例 如空氣和水)之間的較小溫差運行。在運行中，在壓力容器的頂部和底部處的入口艙蓋33和出口艙蓋36打開時圖7 中的裝置的閥門20a閉合并阻止流體流過熱交換器。一旦壓力容器中被加溫的流體(空 氣)通過頂部的艙蓋36逸出并且隨后被通過底部的艙蓋33進入壓力容器的冷空氣替代， 且這些艙蓋閉合后，閥門20a被打開并且允許流體流經(jīng)熱交換器65組。熱交換器的大表面 積確保來自于熱交換器中流體的熱量能被傳遞到熱交換器外的流體(例如空氣)。在運行 中，當熱交換器外的流體(空氣)由于升溫而膨脹時，其迫使活塞7沿著缸8行進并因此以 圖1所示的裝置相同的方式運行。在熱交換器中的流體(水)通過連通到貯存器22中的 連通管道66循環(huán)。在圖8中示出了本發(fā)明另一實施例，其中管道104可以接附到該系統(tǒng)以收集排出 的空氣，以回收任何來自排出的損失熱。圖8還示出了渦輪機怎樣用于由壓力容器中產生 的壓力來發(fā)電。在圖8中示出的實施例中，流體通過噴射器6被注入壓力容器1中。當壓力容器1 中的空氣體積膨脹從而產生壓力時，位于壓力容器1中的一個或多個傳感器(未示出)檢 測壓力的增加并且計算機控制單元(CPU)42發(fā)送信號到閥門105，從而打開閥門105并允許 壓力空氣行進入渦輪機106。這導致渦輪機106轉動從而發(fā)電。
由渦輪機產生的電能的一部分可以用于給壓縮機40供能。渦輪機106通過連接 機構107連接到貯存器41。壓縮空氣通過連接機構或管道109被供應到貯存器41。壓縮 空氣可用于供應動力以操作與該裝置相關的多個閥門和活塞。由系統(tǒng)的渦輪機106發(fā)生的大部分能量被轉而用到外部設備。在圖8中示出了蓋罩110，一旦膨脹空氣被用于驅動渦輪機106，該蓋罩110則用 于收集來自于壓力容器1的排出空氣(或流體)。熱交換器102接附到蓋罩110。熱交換器102可用于從排出空氣中汲取熱量并且 供應到用于另外一套裝置的第二循環(huán)的流體貯存器中。在圖8中，兩套裝置通過蓋罩110 和貯存器22有效地連接。位于圖右側的該另外的第二套裝置與第一套裝置相同，但是第二 套裝置的目的是重復之前的步驟為了進一步汲取能量。另外的渦輪機101也連接到罩蓋?！澳芰考橙　钡倪^程可以重復多次以從廢熱中汲取盡可能多的能量。盡管上述的實施例描述了來自于例如暖的水的熱量的使用，但是也可以采用其它 的暖液體并且也可以用其它氣體來替代空氣。將可以理解，本發(fā)明的范圍覆蓋能量轉換裝 置中不同溫度的流體的使用的范圍。此外，上述能量源的變形和替代也可以用于裝置的各個示出的例子。還可以想到本發(fā)明可以小規(guī)模地給僅需低能量輸入的設施供能，例如該裝置可以 用于給例如但不限于庭院燈等設施供能。對于這類應用，空氣例如可以用手動泵手動壓縮， 并且暖水可以來自于例如已經(jīng)被太陽能機構加熱的水桶。然而將可以理解的是上述的裝置 可以更大規(guī)模地提供能量。例如許多工業(yè)過程產生并因而浪費熱水，水通常已被加熱到相 當高的溫度并且它們不得不被廢棄。因而本發(fā)明提供了用這樣的廢水產生動力的用途。將通過以下的裝置循環(huán)的例子來進一步描述本發(fā)明。例子1該裝置的循環(huán)操作如下所示操作次序1.閥門20打開并且暖水被泵送通過壓力容器的壁。2.閥門34和37打開并且入口艙蓋和出口艙蓋一起打開。3.來自于貯存器15的壓縮空氣通過閥門13被供應到復位活塞，其推動主活塞到 最大行程(當主活塞在其最大行程處，壓力容器中空氣的體積最小)。4.當主活塞移動時，由于其連接到從動活塞，空氣通過止回閥被抽入從動缸中。5.在壓力容器中的暖空氣上升并且通過在壓力容器的頂部的開口離開壓力容器。6.當暖空氣離開壓力容器時產生相對真空，結果導致冷空氣通過在壓力容器底部 的入口被抽入。7.借助于位于壓力容器內和外的連接到中央處理單元的傳感器18，43，可以確定 壓力容器內的空氣溫度何時為最低。8.然后閥門34和37致動以供應空氣到缸35和38以閉合入口艙蓋和出口艙蓋。9.在此時主活塞也到達了最大行程點，這將壓力容器的體積減到最小。10.流過壓力容器壁的暖水加熱壓力容器的壁并且現(xiàn)在開始加熱壓力容器內的空氣。11.然后閥門20打開，其允許水通過噴霧噴嘴被注入壓力容器中。
12.大表面積噴灑的暖水的將壓力容器內的空氣升溫。13.當壓力容器內的空氣升溫時，其膨脹并且推壓主活塞。14.當主活塞沿著主缸移動時，由于其連接到從動活塞，從動活塞也沿著從動缸移 動以壓縮從動缸中的空氣。被壓縮的空氣然后通過止回閥48被送入貯存器中。15.壓力容器中的壓力傳感器和安裝到主活塞上的接近開關用中央處理單元確定 主活塞行進到其最大行程時間。16.此時循環(huán)再次開始。
權利要求
一種適用于將兩種流體之間的溫差轉換成能量源的能量轉換裝置，其包括壓力容器，其包括適用于接收具有第一溫度的第一流體的至少一個入口艙蓋和適合用于排出所述第一流體的至少一個出口艙蓋；和用于分配具有比第一流體的溫度高的第二溫度的第二流體的流體分配機構；并且還包括至少一個主活塞，可相對于至少一個主缸在第一位置和第二位置之間運動，所述主活塞和所述主缸與該壓力容器流體連通，從而該流體分配機構導致該第二流體使該第一流體的溫度和體積增加，從而導致該主活塞在該主缸中運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括用于使得所述入口艙蓋和 所出口艙蓋打開和關閉和/或所述流體分配機構的致動的自動控制機構。
3.根據(jù)權利要求2所述的能量轉換裝置，其特征是，所述自動控制機構包括用于控制 流體進出所述壓力容器的至少一個閥門、缸和活塞配置。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的能量轉換裝置，其特征是，閥門、缸和活塞配置位于該壓 力容器的該入口艙蓋和該出口艙蓋處。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括適合用于供應 該第一流體到該壓力容器的第一貯存器。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括與該主缸和該 主活塞流體連通的復位缸和復位活塞。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括用于控制流體 從該第一貯存器流到該復位缸的至少一個第二閥門。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括與該主缸和該 主活塞流體連通的從動活塞和從動缸。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括與該從動活塞 和該從動缸流體連通的閥門，優(yōu)選是止回閥。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，當該第一流體是空 氣時，該第一貯存器使用壓縮機充裝。
11.根據(jù)權利要求5至10中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該第一貯存器設有 用于檢測在其中的流體的壓力和/或體積的傳感器。
12.根據(jù)權利要求11所述的能量轉換裝置，其特征是，該傳感器連接到中央處理單元。
13.根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，在該壓力容器內設 置有至少一個傳感器，且在該壓力容器外設置有至少一個傳感器，其中所述傳感器連接到 所述中央處理單元。
14.根據(jù)權利要求13所述的能量轉換裝置，其特征是，用所述壓力容器內和外的傳感 器分別記錄的任何溫度讀數(shù)之間存在至少10°C的溫差。
15.根據(jù)權利要求13所述的能量轉換裝置，其特征是，用所述壓力容器內和外的傳感 器分別記錄的任何溫度讀數(shù)之間存在139°C的最大溫差。
16.根據(jù)權利要求1至15中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括至少一個入 口艙蓋接近開關和至少一個出口艙蓋接近開關，其中該入口艙蓋接近開關和該出口艙蓋接 近開關分別位于該入口艙蓋和該出口艙蓋區(qū)域。
17.根據(jù)權利要求1至16中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括用于供應該第二流體到該壓力容器的第二貯存器。
18.根據(jù)權利要求1至17中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括用于將該第 二流體從該第二貯存器傳送到該壓力容器的機構。
19.根據(jù)權利要求18所述的能量轉換裝置，其特征是，當該第二流體由水組成時，所述 用于將該第二流體從該第二貯存器傳送到該壓力容器的機構包括水泵。
20.根據(jù)權利要求1至19中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該壓力容器包括用 于接納該第二流體的空心壁。
21.根據(jù)權利要求1至20中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括熱交換器， 該第二流體在環(huán)行通過該壓力容器之后并在進入該第二貯存器之前通過該熱交換器。
22.根據(jù)權利要求17至21中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，在該第二貯存器 中的該第二流體的溫度在10°C至99°C的范圍內。
23.根據(jù)權利要求17至21中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，在該第二貯存器 中的該第二流體的溫度在20°C至99°C的范圍內。
24.根據(jù)權利要求17至21中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，在該第二貯存器 中的該第二流體的溫度在40°C至99°C的范圍內。
25.根據(jù)權利要求1至24中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該第二流體由水組成。
26.根據(jù)權利要求1至25中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該流體分配機構包 括至少一個噴嘴。
27.根據(jù)權利要求1至26中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該流體分配機構包 括沿著該壓力容器的長度方向成排布置的多個噴嘴。
28.根據(jù)權利要求26或27所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括適合于控制該第二 流體從該第二貯存器到該至少一個注射器噴口的流動的噴射閥門。
29.根據(jù)權利要求1至25中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該流體分配機構包 括至少一個熱交換器。
30.根據(jù)權利要求29所述的能量轉換裝置，其特征是，設有管道以連通從該第二貯存 器到該至少一個熱交換器的流體。
31.根據(jù)權利要求5至30中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該第一貯存器連接 到適合用于發(fā)電的機構。
32.根據(jù)權利要求31所述的能量轉換裝置，其特征是，該適合用于發(fā)電的機構包括渦 輪機和/或一個或多個泵。
33.根據(jù)權利要求6至32中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括連接到該至 少一個主活塞的至少一個凸輪桿。
34.根據(jù)權利要求33所述的能量轉換裝置，其特征是，該凸輪桿還連接到曲柄軸。
35.根據(jù)權利要求33或34所述的能量轉換裝置，其特征是，該裝置包括一系列分別連 接到一凸輪桿的主缸和主活塞，而每根凸輪桿又連接到單個曲柄軸。
36.根據(jù)權利要求6至35中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，還包括至少一個電 磁感應桿，所述電磁感應桿裝在感應線圈中，其中所述電磁感應桿連接到該至少一個主活
37.根據(jù)權利要求36所述的能量轉換裝置，其特征是，該主活塞的運動引起該電磁感 應桿在該感應線圈中運動從而產生電動勢。
38.根據(jù)權利要求37所述的能量轉換裝置，其特征是，由于該電磁感應桿在該感應線 圈中的運動而產生的電動勢的全部或者部分被用于給該中央處理單元供能。
39.根據(jù)權利要求1至38中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該壓力容器通過管 道連接到渦輪機用于發(fā)電。
40.根據(jù)權利要求1至39中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該裝置還包括用于 收集來自于該壓力容器的流體的排出空氣的蓋罩。
41.根據(jù)權利要求40所述的能量轉換裝置，其特征是，該蓋罩還包括熱交換器。
42.根據(jù)權利要求1至41中任一項所述的能量轉換裝置，其特征是，該裝置包括兩個或 更多個串聯(lián)的壓力容器。
43.適合用根據(jù)權利要求1至38中任一項所述的裝置將至少兩種流體的溫差轉換成動 力的方法，包括如下步驟使至少一個主活塞在至少一個主缸中運動；將具有第一溫度的第一流體引入壓力容器中，該壓力容器與該至少一個主活塞流體連通；將具有第二溫度的第二流體引入該壓力容器中從而使在該壓力容器中的該第一流體 膨脹并從而導致該至少一個主活塞在該主缸中沿第一方向運動。
44.根據(jù)權利要求43所述的方法，其特征是，該第二流體通過一個或多個噴嘴或一個 或多個熱交換器被引入到該壓力容器中。
45.根據(jù)權利要求43或44所述的方法，其特征是，該主活塞在該主缸內的運動導致從 動活塞在從動缸中運動，該從動活塞通過止回閥將該第一流體壓入第一貯存器中。
46.根據(jù)權利要求43至45中任一項所述的方法，其特征是，該主活塞在該主缸內的運 動導致連接到曲柄軸的凸輪桿運動。
47.根據(jù)權利要求43至46中任一項所述的方法，其特征是，該主活塞在該主缸內的運 動導致至少一個電磁感應桿在感應線圈中運動。
48.根據(jù)權利要求47所述的方法，其特征是，該電磁感應桿在該電磁線圈中的運動產 生電動勢。
49.根據(jù)權利要求43至48中任一項所述的方法，其特征是，流體從該壓力容器的導入 和排出由一個或多個閥門控制。
50.根據(jù)權利要求43至49中任一項所述的方法，其特征是，該閥門的操作由中央處理 單元控制。
51.根據(jù)權利要求43至50中任一項所述的方法，其特征是，在該第一貯存器中設有至 少一個傳感器以確定第一流體在該貯存器中的水位并基于此開始該能量轉換裝置的循環(huán)。
52.根據(jù)權利要求43至49中任一項所述的方法，其特征是，該方法還包括使復位活塞 在復位缸中移動以使該至少一個主活塞在該主缸中沿第二方向運動的步驟，且該至少一個 主活塞沿該第二方向的運動與至少一個入口艙蓋和至少一個出口艙蓋的打開相一致。
53.根據(jù)權利要求43至52中任一項所述的方法，其特征是，該方法還包括當在該壓力 容器中的流體處于預定溫度時閉合該至少一個入口艙蓋和該至少一個出口艙蓋的步驟。
54.根據(jù)權利要求53所述的方法，其特征是，在該壓力容器中的流體的預定溫度用連 接到中央處理單元的傳感器檢測。
55.根據(jù)權利要求43至54中任一項所述的方法，其特征是，該方法還包括當該入口艙 蓋和該出口艙蓋閉合時將具有第二溫度的該第二流體導入該壓力容器的步驟。
56.根據(jù)權利要求55所述的方法，其特征是，具有第二溫度的該第二流體通過一個或 多個噴嘴引入該壓力容器中。
57.根據(jù)權利要求55所述的方法，其特征是，具有第二溫度的該第二流體通過至少一 個熱交換器被引入該壓力容器中。
58.根據(jù)權利要求43至57中任一項所述的方法，其特征是，具有第二溫度的該第二流 體被引入該壓力容器中導致具有所述第一溫度的該第一流體膨脹，從而作用在該主缸中的 該主活塞上，隨后該主活塞作用在從動缸中的從動活塞上，而該從動活塞又壓縮具有該第 一溫度的該第一流體，該第一流體通過止回閥壓入該第一貯存器中。
59.適合用根據(jù)權利要求39至42中任一項所述的裝置將至少兩種流體的溫差轉換成 動力的方法，包括如下步驟將具有第一溫度的第一流體引入壓力容器中，所述壓力容器與該至少一個主活塞流體 連通；將具有第二溫度的第二流體引入所述壓力容器中，從而導致在該壓力容器中的該第一 流體膨脹，并因此使該第一流體沿著連到渦輪機的管道運動，從而引起該渦輪機內的運動。
60.一種基本如前文參考附圖所描述的和附圖所示的能量轉換裝置。
61.一種基本如前文參考附圖所描述的和附圖所示的用于將流體之間的溫差轉換成動 力的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于將兩種流體之間的溫差轉換成能量源的能量轉換裝置，其包括壓力容器，其包括適用于接收具有第一溫度的第一流體的至少一個入口艙蓋和適合用于排出所述第一流體的至少一個出口艙蓋；和用于分配具有比第一流體的溫度高的第二溫度的第二流體的流體分配機構；并且還包括至少一個主活塞，可相對于至少一個主缸在第一位置和第二位置之間運動，所述主活塞和所述主缸與該壓力容器流體連通，從而該流體分配機構該第二流體使該第一流體的溫度和體積增加，從而導致該主活塞在該主缸中運動。
文檔編號F01K25/02GK101970873SQ200880127331
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權日2007年12月24日
發(fā)明者M·加里 申請人:赫普特朗有限公司