用于利用廢熱或地?zé)岬姆椒ê蜔崃Πl(fā)動機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000? ]本發(fā)明涉及一種方法和一種改進(jìn)的熱氣熱力發(fā)動機(jī)，所述方法和熱氣熱力發(fā)動機(jī) 用于利用廢熱或地?zé)峄蛘咭话銇碚f利用具有相對低的溫度水平、尤其是在最高約至水的沸 點的溫度范圍中的熱量，所述方法和熱氣熱力發(fā)動機(jī)尤其是用于產(chǎn)生電流。這些種類的熱 量至今不能被用于產(chǎn)生電流或一般來說不能被用于產(chǎn)生功率，因為常規(guī)的發(fā)動機(jī)由此不能 夠運行以驅(qū)動發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 不同于通常的活塞式發(fā)動機(jī)或者氣體或蒸汽渦輪機(jī)，熱氣熱力發(fā)動機(jī)利用在發(fā)動 機(jī)內(nèi)部殘留的并且不被替換的氣體工作。
[0003] 熱氣發(fā)動機(jī)以斯特林發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)已知。在始終需要兩個活塞的斯特林發(fā)動機(jī)中 存在持久被加熱的氣缸區(qū)域和持久被冷卻的氣缸區(qū)域，工作氣體在這兩個氣缸區(qū)域之間往 復(fù)運動。工作氣體在被加熱的氣缸室中膨脹并且做功并且在被冷卻的氣缸室中再次被壓 縮。
[0004] 在已知的斯特林發(fā)動機(jī)中不利的是，為了對熱的氣缸室加熱而供應(yīng)的全部熱量必 須穿過厚的氣缸壁被供應(yīng)，這雖然能夠?qū)崿F(xiàn)利用每種任意類型的可供應(yīng)給氣缸壁的熱量， 但將顯著的遲鈍性（TrSgheit)強加于斯特林發(fā)動機(jī)。在如下情況下也增強該遲鈍性，即 工作氣體在每個周期中都必須通過相對窄的通道在熱的氣缸室和冷的氣缸室之間移動。此 外，熱的區(qū)域和冷的區(qū)域在斯特林發(fā)動機(jī)中不可以被調(diào)換。因此利用斯特林發(fā)動機(jī)不能實 現(xiàn)較大的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種方法和一種改進(jìn)的熱氣熱力發(fā)動機(jī)，利用所述 方法和所述改進(jìn)的熱氣熱力發(fā)動機(jī)可以實現(xiàn)很大的功率，并且利用所述方法和所述改進(jìn)的 熱氣熱力發(fā)動機(jī)尤其是可以實現(xiàn)明顯更強的熱量輸入，以便可以實現(xiàn)尤其是用于發(fā)電的機(jī) 械功。
[0006] 在此，本發(fā)明的目的尤其是，可以有效地利用廢熱或具有相對低的溫度水平的熱 量，所述廢熱或熱量除了加熱目的之外在其它方面幾乎不可再被利用。
[0007] 按照本發(fā)明，該任務(wù)通過在權(quán)利要求1中給出的方法和在權(quán)利要求2中給出的熱力 發(fā)動機(jī)解決。本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案和設(shè)計是從屬權(quán)利要求的主題。
[0008] 基于將載熱介質(zhì)、優(yōu)選熱水噴射到氣缸室中實現(xiàn)直接從分子至分子且沒有延遲地 將熱量輸入到按本發(fā)明的熱氣熱力發(fā)動機(jī)的氣缸室中。所輸入的熱量與氣缸室表面的大小 無關(guān)，但可以通過被噴射的載熱介質(zhì)的量被控制。由此，這與在通過氣缸壁的單純的熱傳導(dǎo) 通道的情況相比，在相同大的氣缸室中在單位時間內(nèi)可以將明顯更多的熱量輸入到氣缸室 中。
[0009] 液體的載熱介質(zhì)、優(yōu)選水優(yōu)選可以通過吸收廢熱而被升溫。所述廢熱例如可以來 自發(fā)電站設(shè)備的冷卻塔，其中，由冷卻水在其流過冷卻塔時吸收的熱量在熱氣熱力發(fā)動機(jī) 中作為有用熱量被使用。由此之前不可再利用的廢熱被轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏脽崃坎⑶彝瑫r減輕環(huán)境 負(fù)擔(dān)。同樣地，來自工業(yè)過程的其他類型的廢熱也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫哪芰俊?br>[0010]按本發(fā)明的改進(jìn)的熱氣熱力發(fā)動機(jī)與已知的斯特林發(fā)動機(jī)的原理的十分明顯不 同在于，所述熱量輸入不是通過穿過氣缸壁的熱傳導(dǎo)實現(xiàn)，而是通過將液體的載熱介質(zhì)直 接噴射到氣缸室中實現(xiàn)。所述噴射以微滴云的形態(tài)實現(xiàn)，使得液體的載熱介質(zhì)盡可能快速 和強烈地與在氣缸室中的氣體相接觸，并且在載熱介質(zhì)和氣體之間的熱交換快速且強烈地 進(jìn)行?；谥亓ξ⒌稳缓髲纳郎氐臍怏w中分離出，并且由于熱交換冷卻的載熱液體在氣缸 室的底部區(qū)域中聚集并且在那里穿過開口流到液體收集室中。處于氣缸中的、處于壓力下 的氣體由于吸收來自被噴射的液體的載熱介質(zhì)的熱量而進(jìn)一步膨脹并且驅(qū)動活塞(在往復(fù) 運動的活塞的情況下沿著氣缸驅(qū)動活塞，或者在旋轉(zhuǎn)活塞的情況下沿著圓形軌道驅(qū)動所述 活塞）。通過載熱液體的熱量輸入被加熱的氣體通過做功冷卻并且在冷卻的氣缸壁上再次 冷卻并且在重新輸入熱量時可以再次被加熱。
[0011 ]載熱介質(zhì)必須是液態(tài)的，由此該載熱介質(zhì)由于重力與處于氣缸中的、處于壓力下 的氣體分離。但也可能的是，使用在一定溫度范圍內(nèi)的濕蒸汽，該濕蒸汽導(dǎo)致:濕蒸汽由于 放熱而冷凝到處于氣缸室中的氣體上并且作為冷凝水落下。
[0012] 用于已使用的載熱介質(zhì)的收集池當(dāng)然是封閉的并且處于氣缸室的壓力下。所述液 體按照需要可以根據(jù)在收集室中的液位由閥控制地從收集室中排出。所述控制可以例如通 過浮子閥實現(xiàn)，當(dāng)有足夠的冰晶聚集在浮子閥上時，所述浮子閥也通過重力蓋、閥蓋被打 開。
[0013] 在按本發(fā)明的具有往復(fù)運動的活塞的熱力發(fā)動機(jī)的方案中，氣缸水平地設(shè)置，并 且在氣缸中在活塞兩側(cè)分別形成一個氣缸室。熱的載熱介質(zhì)交替地被噴射到其中一個氣缸 室和另一個氣缸室中并且將處于相應(yīng)的氣缸室中的氣體加熱，使得所述活塞相應(yīng)地從正被 加熱的氣缸室朝向另一個氣缸室移動。
[0014] 在具有旋轉(zhuǎn)活塞的熱力發(fā)動機(jī)的設(shè)計中，例如在汪克爾發(fā)動機(jī)中構(gòu)成的、在橫截 面中大致三角形的活塞在自身和殼體3的內(nèi)壁之間形成伴隨旋轉(zhuǎn)活塞循環(huán)變化的并且因而 在體積中變化的室。在那里，所述熱的載熱介質(zhì)始終在相同的位置中被噴射。在相關(guān)的室伴 隨活塞的旋轉(zhuǎn)進(jìn)一步運動時，通過重力分離從氣體中分離出的冷卻的載熱介質(zhì)到達(dá)通至收 集室中的排出開口，并且殼體壁的沿著周邊方向在后面的區(qū)域被冷卻，由此氣體可以被冷 卻，而相關(guān)的室伴隨活塞的旋轉(zhuǎn)進(jìn)一步運動至如下位置，在該位置中熱的載熱介質(zhì)被重新 噴射。
[0015] 在氣缸室或工作室中的氣體優(yōu)選是空氣，但也可以是其它任何氣體。因為由于液 體的載熱介質(zhì)的持續(xù)通過，氣體可能溶解在該載熱介質(zhì)中并且可以與已使用的載熱介質(zhì)一 起到達(dá)機(jī)器外面，所以氣缸或殼體設(shè)有氣體進(jìn)氣閥，通過該氣體進(jìn)氣閥可以使處于工作壓 力下的氣體從壓縮氣體源補充地流到氣缸室或工作室中，以便維持其中的氣壓。
[0016] 氣缸壁或殼體壁的冷卻可以借助于冷卻介質(zhì)實現(xiàn)，該冷卻介質(zhì)循環(huán)地通過在氣缸 壁或殼體壁中的冷卻通道。在此也可以使用制冷劑作為冷卻介質(zhì)，該制冷劑將氣缸壁或殼 體壁冷卻至環(huán)境溫度以下，以便加速氣體的冷卻并且使得在噴射載熱介質(zhì)時刻在熱的液體 的載熱介質(zhì)和氣體之間的產(chǎn)生盡可能大的溫度降。在該情況下，氣缸壁或殼體壁通過隔離 部相對于外界空氣或環(huán)境被隔離，以便來自環(huán)境的熱量不可以進(jìn)入氣缸壁或殼體壁中。
[0017] 但該再冷卻作用也可以通過由斯特林致冷機(jī)已知的熱力學(xué)作用產(chǎn)生，其中，封閉 的空氣量被周期地等溫壓縮、等容地冷卻、等溫地降低壓力和等容地再次被加熱。這通過在 活塞頂中設(shè)置的用于能量緩存和通流至相反側(cè)的換熱器實現(xiàn)。
[0018] 當(dāng)然，在具有旋轉(zhuǎn)活塞的熱力發(fā)動機(jī)的實施方式中，換向不是必需的，因為旋轉(zhuǎn)活 塞連續(xù)地旋轉(zhuǎn)運動。在具有往復(fù)運動的活塞的實施方式中，周期性的換向是必需的，由此控 制熱的載熱介質(zhì)引入其中一個或另一個氣缸室中。這可以借助于受控的閥、例如以旋轉(zhuǎn)滑 閥形式的閥實現(xiàn)，以便控制所述熱的載熱介質(zhì)供應(yīng)到其中一個或另一個氣缸室中，并且必 要時在其間短暫地中斷。閥控制在此可以根據(jù)活塞位置進(jìn)行，該活塞位置可以通過機(jī)械的 或其他傳感器被檢測到，這些傳感器配置給氣缸室，以便檢測活塞的相應(yīng)設(shè)置的端部位置 的到達(dá)，或者這些傳感器可以設(shè)置在氣缸的中間區(qū)域中，以便響應(yīng)于在活塞周邊上的配合 元件。為了進(jìn)行再冷卻，換熱器連接在排出口和進(jìn)入口之間。
[0019] 活塞優(yōu)選構(gòu)造為柱塞，該柱塞以其活塞裙具有相對大的軸向的延伸長度，但在該 柱塞的中間區(qū)域中分別設(shè)有大的、使氣缸室的體積變大的凹部。在活塞裙的大的軸向長度 的情況下，在活塞裙和氣缸壁之間的間隙可以設(shè)計成，使得活塞在一定程度上在氣膜上滑 動，或者也在聚四氟乙烯軌道上滑動，并且基于窄間隙的長度確保非常