將熱能轉換成電能的裝置的製作方法

2023-05-08 15:09:41 1

專利名稱：將熱能轉換成電能的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是熱能轉換技術領域。
背景技術：
現有內燃機廣泛的應用在各個領域中，其中汽車應用的數量是最多的，
給人類生活帶來了諸多便利，但其熱/機轉換效率一般是在20% 40%之間， 其餘60% 80%的熱能無法利用而需要向外排放，因其溫度比較低，其排 氣溫度在10(TC 40(TC之間，水箱溫度在8(TC 10(TC之間，而導致現有熱 機無法再利用轉換，進而只能向空氣中排放，極大的浪費了地球的有限資 源，同時也給人類居住環境帶來了巨大的熱汙染，具統計這也是造成地球 環境變暖的主要原因之一。給人類將來的生活環境帶來了無法挽回的損失 與破壞。

發明內容
本發明是為了克服現有熱機無法使用內燃機排放出來的低溫熱能，只 能由排氣和水冷卻系統散發到空氣中，而存在產生巨大的環境熱汙染和浪 費了大量有限能源的問題。進而提出了一種將熱能轉換成電能的裝置。
它包括活塞式直線發電機總成a、第一倒氣總成b、第二倒氣總成c、 控制電路d、氣體介質e;
所述活塞式直線發電機總成a由氣缸式定子a-l、活塞式動子a-2組成； 活塞式動子a-2內設置有多個永磁體a-2-l，氣缸式定子a-l上設置有繞組 a-l-l;氣缸式定子a-l的內圓面在填加絕緣非導磁性材料後形成封閉圓形氣 缸腔，活塞式動子a-2設置在氣缸式定子a-l的封閉圓形氣缸腔中，活塞式 動子a-2與氣缸式定子a-l之間為密封滑動配合連接，在活塞式動子a-2相 對氣缸式定子a-l運動時，使氣缸式定子a-l上的繞組a-l-l的磁通量突變、 磁場方向改變而產生電動勢；第一倒氣總成b為氣缸1中設置有上下移動 的活塞4，使氣體介質e在氣缸l的上端部與下端部之間相互倒換，其上端 蓋2為加熱端、下端蓋3為降溫端；第一倒氣總成b的電磁式活塞驅動總 成6的上下運動出力端6-1穿過下端蓋3的中心通孔3-2後與活塞4下端相連接；第二倒氣總成C的組成和連接關係與第一倒氣總成b相同；第一倒
氣總成b的導氣埠 l-2與氣缸式定子a-l的左導氣埠 a-l-2相連通，而 形成封閉空腔，封閉空腔內設置有氣體介質e;第二倒氣總成c的導氣埠 與氣缸式定子a-l的右導氣埠 a-l-3相連通，而形成封閉空腔，封閉空腔 內設置有氣體介質e;控制電路d的多個位置檢測探頭都設置在活塞式直線 發電機總成a中，用於檢測活塞式動子a-2的相對氣缸式定子a-l的位置； 控制電路d的兩個驅動輸出端分別連接第一倒氣總成b中電磁式活塞驅動 總成6的輸入端和第二倒氣總成c中電磁式活塞驅動總成的輸入端。
本發明能將低溫熱源轉換成電能，其高溫端的工作溫度範圍為70°C ~1000°C，其低溫端的工作溫度範圍為-5(TC 5(TC，其熱轉換效率為 8%~80%，高溫端與低溫端溫差越大，其熱轉換效率越高。本裝置屬於外燃 機，其熱源隨處可見，如內燃機費熱、太陽光能、地熱、燃燒熱、化學 熱、環境溫差熱、海水深度差熱。用於汽車中時，能將內燃機的費熱再利 用(費熱溫度在8(TC 10(TC之間)，可提升總輸出功率的10%左右，進而能 節約燃油達20%左右。
在應用燃燒熱時，由於燃料是持續不斷地燃燒，這就有可能把不希望 在外面產生的汙染物降低到最小限度，進而降低了環境汙染。
它還具有功率/重量比大、運轉平穩、噪聲極小、結構簡單、對材料要 求低、使用方便、維護費用低、成本低廉的優點。


圖1是本發明的整體結構示意圖，圖2是具體實施方式
二的整體結構 示意圖，圖3是圖1中第一倒氣總成b的結構示意圖，圖4是第一倒氣總 成b中活塞4運動到中間位置時的結構示意圖，圖5是第一倒氣總成b中 活塞4運動到下端位置時的結構示意圖，圖6是第一倒氣總成b中活塞4 的俯視圖，圖7是第一倒氣總成b中上端蓋2的仰視圖，圖8是第一倒氣 總成b中下端蓋3俯視圖，圖9是圖3中氣缸l的A-A向剖視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖l、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖 9說明本實施方式，本實施方式由活塞式直線發電機總成a、第一倒氣總成 b、第二倒氣總成c、控制電路d、氣體介質e組成；所述活塞式直線發電機總成a由氣缸式定子a-l、活塞式動子a-2組成； 活塞式動子a-2內設置有多個永磁體a-2-l，氣缸式定子a-l上設置有繞組 a-l-l;氣缸式定子a-l的內圓面在填加絕緣非導磁性材料後形成封閉圓形氣 缸腔，活塞式動子a-2設置在氣缸式定子a-l的封閉圓形氣缸腔中，活塞式 動子a-2與氣缸式定子a-l之間為密封滑動配合連接，在活塞式動子a-2相 對氣缸式定子a-l運動時，使氣缸式定子a-l上的繞組a-1-1的磁通量突變、 磁場方向改變而產生電動勢，a-l-2為電能輸出端；第一倒氣總成b為氣缸 1中設置有上下移動的活塞4，使氣體介質e在氣缸1的上端部與下端部之 間相互倒換，其上端蓋2為加熱端、下端蓋3為降溫端；第一倒氣總成b 的電磁式活塞驅動總成6的上下運動出力端6-1穿過下端蓋3的中心通孔 3-2後與活塞4下端相連接；第二倒氣總成c的組成和連接關係與第一倒氣 總成b相同；第一倒氣總成b的導氣埠 l-2與氣缸式定子a-l的左導氣端 口a-l-2相連通，而形成封閉空腔，封閉空腔內設置有氣體介質e;第二倒 氣總成c的導氣埠與氣缸式定子a-l的右導氣埠 a-l-3相連通，而形成 封閉空腔，封閉空腔內設置有氣體介質e;控制電路d的多個位置檢測探頭 都設置在活塞式直線發電機總成a中，用於檢測活塞式動子a-2的相對氣缸 式定子a-l的位置；控制電路d的兩個驅動輸出端分別連接第一倒氣總成b 中電磁式活塞驅動總成6的輸入端和第二倒氣總成c中電磁式活塞驅動總 成的輸入端。
所述第一倒氣總成b具體包含氣缸1、上端蓋2、下端蓋3、活塞4、 多個導氣管5、電磁式活塞驅動總成6;
活塞4的上表面與下表面之間開有多個垂直通孔4-1 ，每個垂直通孔4-1 的內表面中部處到活塞4的外圓面之間都開有水平通孔4-2，活塞4與汽缸 1密封滑動連接，汽缸1上端內側圓周面上開有一圈通槽1-1並與導氣埠 1-2連通；每個導氣管5內中部都設置有導氣儲熱體5-3;每個導氣管5上 端都開有一個或多個上噴氣孔5-1，每個導氣管5下端都開有一個或多個下 噴氣孔5-2，每個垂直通孔4-l中都穿有一個導氣管5，每個導氣管5都與 活塞4密封滑動連接，每個導氣管5的兩端分別連接在上端蓋2的下端面 和下端蓋3的上端面上，在每個導氣管5與上端蓋2的下端面的連接處周 圍都開槽並鑲嵌多片導熱翅片2-1，每個導氣管5的上噴氣孔5-1噴出氣體
7的方向都指向其相鄰最近的導熱翅片2-l;在每個導氣管5與下端蓋3的上
端面的連接處周圍都開槽並鑲嵌多片導熱翅片3-1，每個導氣管5的下噴氣 孔5-2噴出氣體的方向都指向其相鄰最近的導熱翅片3-1;上端蓋2的下端 邊緣處與汽缸1的上端密封連接，下端蓋3的上端邊緣處與汽缸1的下端 密封連接；電磁式活塞驅動總成6的上下運動出力端6-1穿過下端蓋3的中 心通孔3-2後與活塞4下端相連接；電磁式活塞驅動總成6的外殼與下端蓋 3的中心通孔3-2的邊緣密封連接；活塞4運動到氣缸1的最上端時，汽缸 1上的一圈通槽1-1、活塞4的多個水平通孔4-2、每個導氣管5上端的上 噴氣孔5-1之間互相導氣連通，並使上噴氣孔5-1的一部分露在活塞4的上 表面外；活塞4運動到氣缸1的最下端時，每個導氣管5的下噴氣孔5-2 的一部分露在活塞4的下表面外。
所述電磁式活塞驅動總成6的結構與現有動圈式揚聲器的電磁驅動結 構相同。所述導氣儲熱體5-3為開有多個垂直通孔的金屬體。所述氣體介質 (e)選用無水空氣、氦氣或氫氣。所述氣體介質e加壓的壓強為1個大氣壓 強 200個大氣壓強。所述活塞式動子a-2外表面、氣缸式定子a-l的內圓表 面有絕熱層；氣缸l、活塞4、每個導氣管5的材質為絕熱材料。
具體實施方式
二結合圖2說明本實施方式，本實施方式在具體實施 方式一的基礎上增加有第一傳熱裝置f、第二傳熱裝置f-l;所述第一傳熱 裝置f、第二傳熱裝置f-l都由多根導熱管並聯組成；熱源f-2通過第一傳 熱裝置f與上端蓋2導熱連接;下端蓋3通過第二傳熱裝置f-l與散熱器f-3 導熱連接。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。本實施方式能將 熱能方便高效快速的進行傳遞到，使熱量傳遞損失降到最小。
所述導熱管選用金屬粉末燒結在管內壁上形式的相變熱管、軸向槽道 (鉤槽)式相變熱管或緊貼管內壁的單/多層網芯式相變熱管。
工作原理本裝置的部分工作原理與斯特林發動機工作原理相同。
熱源f-2的熱能通過第一傳熱裝置f傳遞到上端蓋2上，控制電路d控 制電磁式活塞驅動總成6驅動活塞4快速運動到下端，將氣體介質e通過 多個導氣管5的下噴氣孔5-2、導氣儲熱體5-3、上噴氣孔5-1擠壓到氣缸1 的上端部，同時因上噴氣孔5-l的導向作用，其從上噴氣孔5-l噴射出的氣 體介質e都噴射在上端蓋2上的導熱翅片2-1上，使氣體介質e迅速被加熱而膨脹，並通過氣缸1的上端通槽1-1、導氣埠 1-2、氣缸式定子a-l的 左空腔推動活塞式動子a-2向右快速運動，當活塞式動子a-2運動到最右端 時，控制電路d控制電磁式活塞驅動總成6驅動活塞4快速運動到上端， 使氣缸1的上端部氣體介質e通過多個導氣管5的上噴氣孔5-1、導氣儲熱 體5-3、下噴氣孔5-2擠壓到氣缸1的下端部，同時因下噴氣孔5-2的導向 作用，其從下噴氣孔5-2噴射出的氣體介質e都噴射在下端蓋3上的導熱翅 片3-l上，其熱能通過下端蓋3、第二傳熱裝置f-l快速高效的傳遞到散熱 器f-3上，使氣體介質e迅速被降溫而收縮，同時氣缸式定子a-l的左空腔 中的氣體介質e將通過導氣埠 1-2、氣缸1的上端通槽1-1、活塞4的多 個水平通孔4-2、每個導氣管5上端的上噴氣孔5-l、導氣儲熱體5-3、下噴 氣孔5-2噴射到下端蓋3上的導熱翅片3-1上，使所有氣體介質e降溫收縮， 同時使所有氣體介質e的部分熱能存儲在導氣儲熱體5-3中，如此反覆運動， 使熱能快速的轉換成活塞式動子a-2的機械運動，活塞式動子a-2相對氣缸 式定子a-l運動時，使氣缸式定子a-l上的繞組a-l-l的磁通量突變、磁場 方向改變而產生電動勢；第二倒氣總成c與第一倒氣總成b工作原理相同， 只是順序相反；本裝置省去了機械傳動部分，而能有效的降低機械傳遞損 耗。
熱管的導熱速度非常快、效率高，它是應用汽化/液化的潛熱傳輸熱能; 其在額定傳熱功率內，熱源到被加熱點之間的溫差不會大於2'C，而能將熱 源的熱能以微小的熱損失快速進行傳遞。
第一倒氣總成b的活塞4、第二倒氣總成c的活塞相位都相對超前活塞 式動子a-2相位5度 90度。
本裝置的氣體介質e是工作在與外界完全隔離的環境中的，其活塞式 動子a-2所承受的只是對外做功時的壓強差值，所以能對氣體介質e進行加 壓，而不必過多擔心其耐壓氣密性的問題，進而能實現大的功率/重量比， 即減小發動機的體積和重量同時，能輸出更大的功率。能對低品質的熱源 進行轉換，如IO(TC以下的熱源轉換。
權利要求
1、將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於它包括活塞式直線發電機總成(a)、第一倒氣總成(b)、第二倒氣總成(c)、控制電路(d)、氣體介質(e)；所述活塞式直線發電機總成(a)由氣缸式定子(a-1)、活塞式動子(a-2)組成；活塞式動子(a-2)內設置有多個永磁體(a-2-1)，氣缸式定子(a-1)上設置有繞組(a-1-1)；氣缸式定子(a-1)的內圓面在填加絕緣非導磁性材料後形成封閉圓形氣缸腔，活塞式動子(a-2)設置在氣缸式定子(a-1)的封閉圓形氣缸腔中，活塞式動子(a-2)與氣缸式定子(a-1)之間為密封滑動配合連接，在活塞式動子(a-2)相對氣缸式定子(a-1)運動時，使氣缸式定子(a-1)上的繞組(a-1-1)的磁通量突變、磁場方向改變而產生電動勢；第一倒氣總成(b)為氣缸(1)中設置有上下移動的活塞(4)，使氣體介質(e)在氣缸(1)的上端部與下端部之間相互倒換，其上端蓋(2)為加熱端、下端蓋(3)為降溫端；第一倒氣總成(b)的電磁式活塞驅動總成(6)的上下運動出力端(6-1)穿過下端蓋(3)的中心通孔(3-2)後與活塞(4)下端相連接；第二倒氣總成(c)的組成和連接關係與第一倒氣總成(b)相同；第一倒氣總成(b)的導氣埠(1-2)與氣缸式定子(a-1)的左導氣埠(a-1-2)相連通，而形成封閉空腔，封閉空腔內設置有氣體介質(e)；第二倒氣總成(c)的導氣埠與氣缸式定子(a-1)的右導氣埠(a-1-3)相連通，而形成封閉空腔，封閉空腔內設置有氣體介質(e)；控制電路(d)的多個位置檢測探頭都設置在活塞式直線發電機總成(a)中，用於檢測活塞式動子(a-2)的相對氣缸式定子(a-1)的位置；控制電路(d)的兩個驅動輸出端分別連接第一倒氣總成(b)中電磁式活塞驅動總成(6)的輸入端和第二倒氣總成(c)中電磁式活塞驅動總成的輸入端。
2、 根據權利要求l所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於所述 第一倒氣總成(b)具體包含氣缸(l)、上端蓋(2)、下端蓋(3)、活塞(4)、多個導 氣管(5)、電磁式活塞驅動總成(6);活塞(4)的上表面與下表面之間開有多個垂直通孔(4-l)，每個垂直通孔 (4-l)的內表面中部處到活塞(4)的外圓面之間都開有水平通孔(4-2)，活塞(4) 與汽缸(l)密封滑動連接，汽缸(l)上端內側圓周面上開有一圈通槽(l-l)並與導氣埠(l-2庫通；每個導氣管(5)內中部都設置有導氣儲熱體(5-3);每個導氣管(5)上端都開有一個或多個上噴氣孔(5-l)，每個導氣管(5)下端都開有 一個或多個下噴氣孔(5-2)，每個垂直通孔(4-l)中都穿有一個導氣管(5)，每 個導氣管(5)都與活塞(4)密封滑動連接，每個導氣管(5)的兩端分別連接在上 端蓋(2)的下端面和下端蓋(3)的上端面上，在每個導氣管(5)與上端蓋(2)的下 端面的連接處周圍都開槽並鑲嵌多片導熱翅片(2-l)，每個導氣管(5)的上噴 氣孔(5-l)噴出氣體的方向都指向其相鄰最近的導熱翅片(2-l);在每個導氣 管(5)與下端蓋(3)的上端面的連接處周圍都開槽並鑲嵌多片導熱翅片(3-l)， 每個導氣管(5)的下噴氣孔(5-2)噴出氣體的方向都指向其相鄰最近的導熱翅 片(3-l);上端蓋(2)的下端邊緣處與汽缸(1)的上端密封連接，下端蓋(3)的上 端邊緣處與汽缸(l)的下端密封連接；電磁式活塞驅動總成(6)的上下運動出 力端(6-l)穿過下端蓋(3)的中心通孔(3-2)後與活塞(4)下端相連接；電磁式活 塞驅動總成(6)的外殼與下端蓋(3)的中心通孔(3-2)的邊緣密封連接；活塞(4) 運動到氣缸(l)的最上端時，汽缸(l)上的一圈通槽(l-l)、活塞(4)的多個水平 通孔(4-2)、每個導氣管(5)上端的上噴氣孔(5-l)之間互相導氣連通，並使上 噴氣孔(5-l)的一部分露在活塞(4)的上表面外；活塞(4)運動到氣缸(1)的最下 端時，每個導氣管(5)的下噴氣孔(5-2)的一部分露在活塞(4)的下表面外。
3、 根據權利要求l所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於它增 加有第一傳熱裝置(f)、第二傳熱裝置(f-l);所述第一傳熱裝置(f)、第二傳熱 裝置(f-l)都由多根導熱管並聯組成；熱源(f-2)通過第一傳熱裝置(f)與上端蓋 (2)導熱連接；下端蓋(3)通過第二傳熱裝置(f-l)與散熱器(f-3)導熱連接。
4、 根據權利要求1所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於所述 電磁式活塞驅動總成(6)的結構與現有動圈式揚聲器的電磁驅動結構相同。
5、 根據權利要求2所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於所述 導氣儲熱體(5-3)為開有多個垂直通孔的金屬體。
6、 根據權利要求1或2所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於 所述氣體介質(e)選用無水空氣、氦氣或氫氣。
7、 根據權利要求3所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於所述導熱管選用金屬粉末燒結在管內壁上形式的相變熱管、軸向槽道(鉤槽) 式相變熱管或緊貼管內壁的單/多層網芯式相變熱管。
8、 根據權利要求l所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於所述氣體介質(e)加壓的壓強為1個大氣壓強 200個大氣壓強。
9、 根據權利要求1或2所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在於 所述活塞式動子(a-2)外表面、氣缸式定子(a-l)的內圓表面有絕熱層；氣缸 (1)、活塞(4)、每個導氣管(5)的材質為絕熱材料。
10、 根據權利要求1或2所述的將熱能轉換成電能的裝置，其特徵在 於所述氣體介質(e)選用氦氣。
全文摘要
將熱能轉換成電能的裝置，它涉及的是熱能轉換技術領域。它是為了克服現有熱機無法使用內燃機排放出來的低溫熱能，只能散發到空氣中，而產生巨大的環境熱汙染和浪費了大量有限能源。它的氣體介質設置在活塞式直線發電機總成與第一倒氣總成、第二倒氣總成連通的空腔內，控制電路的多個位置檢測探頭都設置在活塞式直線發電機總成中；控制電路的兩個驅動輸出端分別連接第一倒氣總成中電磁式活塞驅動總成的輸入端和第二倒氣總成中電磁式活塞驅動總成的輸入端。本發明能將低溫熱源轉換成電能，其高溫端的工作溫度範圍為70℃～1000℃，其低溫端的工作溫度範圍為-50℃～50℃，其熱轉換效率為8％～80％，它還具有功率/重量比大、噪聲小、結構簡單、成本低廉的優點。
文檔編號H02K21/12GK101509475SQ20091007152
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月11日 優先權日2009年3月11日
發明者濤 雷 申請人:濤 雷