一种环境热能转机械能装置的制作方法

本发明涉及能源再利用领域，具体涉及一种环境热能转机械能装置。

背景技术：

1、一直以来，人们所利用的各种能源最终都以热的形式散发至环境中，如何将这些低级热能转化为高级动能是目前面临的难题。现有技术下，外界大气或海水所含热量如果需要转化为机械能需要付出更多机械能或电能，无实际应用价值。cn101344021a公开了一种氦气为介质的能量转换系统，其结构具体包括热交换器、高压液氦气化室、气氦和液氦、气动机、气氦液化室、氦气压缩机、高压液氦泵、气氦液氦输送和热交换管路。但外换热管路加热部分液氦，会加大液氦汽化量，使气氦和液氦转换不能平衡；其次，再液化的氦气压缩机排气热量没有有效的低温冷源吸收，热能排到高压液氦气化室会使过量的液氦气化，过多消耗液氦，使系统难以维持正常持续运行。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种环境热能转机械能装置，用低温液态气体吸收环境热能来膨胀做功，做功后的气体通过本装置能有效的将做功后气态的气体温度降低，并使其达到设定节流前温度，通过节流液化，使工质气体在液态和气态循环转化的同时维持设置运行，并对外做功，解决了现有技术的不足，具有充足的理论依据和实际实施的可行性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种环境热能转机械能装置，包括内换热管路、外换热管路和换热器、气动机、气动机尾气换热管路、液化室、高压冷源换热管路、压缩机进气换热管路、压缩机排气换热管路、气体压缩机、发电机、电动机和控制器；

4、所述内换热管路、外换热管路和换热器，被配置为用于将外界热量传递给高压冷源换热管路中的冷源气体，使气体增温后增大压力，换热器用来减小外换热管路冰堵的几率；

5、所述气动机，被配置为用于将液态气体汽化再吸热后增大的压力转化为机械能；

6、所述气动机尾气换热管路，被配置为用于将气动机尾气通过换热管路同冷源气体进行换热，以达到管路末端尾气节流前所需温度；

7、所述液化室，被配置为用于尾气节流膨胀后液化和为高压冷源换热管路补充液态气体；

8、所述压缩机进气换热管路、压缩机排气换热管路和气体压缩机，被配置为用于将未液化的气动机尾气进行加压增温后再放热，达到二次液化所需的温度和压力。

9、进一步地，所述外换热管路与外界大气或海水连通，外换热管路进气口处设有风机或水泵，内换热管路内设有循环风机或循环液泵和换热介质；所述内换热管路包括1段内换热管路和2段内换热管路，1段和2段内换热管路首尾连通，1段内换热管路与换热器换热，2段内换热管路与高压冷源换热管路中的高压冷源气体换热。

10、进一步地，换热介质是氢气、氦气或低熔点、高比热容、高导热的流体物质。

11、冷源气体是经过设置换热管路换热后，能达到设定温度，在设定压力节流后能达到设定液化率的气体。

12、进一步地，所述气动机包括对置气缸，对置气缸一端设有第一进气门和第一排气门，另一端设有第二进气门和第二排气门，第一进气门和第二进气门与高压冷源换热管路连接，对置气缸内设有对置活塞；

13、所述对置活塞尾部连接有直线刚性连杆，对置活塞移动时带动连杆做往复直线运动，连杆上齿条通过齿轮组与发电机转子连接，用于将机械能转换为电能；

14、所述第一进气门和第二进气门连接有气动机进气管路，气动机进气管路上设有温度传感器、流量传感器和压力传感器，所述对置气缸内设有压力传感器，活塞连杆上设有距离传感器。

15、进一步地，所述液化室内设有液气池，液气池内存储有液态气体，液气池内设有液位计，液气池底部设有高压液泵；液气池上方为液化室，气体液化室中为设定压力的工质气体，气体压力由气体压缩机和节流阀调节。

16、进一步地，所述气动机尾气换热管路包括依次连通的1段尾气换热管路、2段尾气换热管路、3段尾气换热管路、4段尾气换热管路；

17、其中，1段尾气换热管路通过管路与气动机的第一排气门和第二排气门连通；所述发电机、电动机和气体压缩机设置在2段尾气换热管路内，2段尾气换热管路内气动机尾气将发电机、气体压缩机和气体压缩机电机产生的热量带走；4段尾气换热管路与液化室连通，4段尾气换热管路末端设有节流膨胀阀；

18、所述高压冷源换热管路包括依次连通的1段冷源换热管路、2段冷源换热管路和3段冷源液气换热管路；1段冷源管路通过管路与气动机的第一进气门和第二进气门连通，3段冷源液态气体换热管路通过高压液泵与液气池连通，高压液泵将液体池中液态气体加压送至3段冷源气体换热管路中；

19、所述压缩机进气换热管路进气口与液化室连通，进气口处设有辅助增压风机，其出气口末端连通气体压缩机的进气口；

20、所述压缩机排气换热管路包括1段排气换热管路和2段排气换热管路，1段排气换热管路连通气体压缩机的排气口，2段排气换热管路与3段尾气换热管路连通；

21、进一步地，所述1段尾气换热管路中的尾气与1段排气换热管路中的压缩机排气换热，2段尾气换热管路中的尾气与发电机、电动机、气体压缩机换热，3段尾气换热管路中的尾气和压缩机排气混合后与2段冷源换热管路中的高压冷源气体换热，4段尾气换热管路中的尾气和压缩机排气混合后与3段冷源液气换热管路中的冷源液态气体换热；1段冷源换热管路中的高压冷源气体与2段内换热管路中的换热介质换热；2段排气换热管路中的压缩机排气与压缩机进气换热管路中的压缩机进气换热。

22、进一步地，2段内换热管路、高压冷源换热管路、气动机、气动机尾气换热管路、气体压缩机、发电机、电动机、压缩机进气换热管路、压缩机排气换热管路设置在密闭隔热空间内，密闭隔热空间内充有一定压力的纯净工质气体，换热管路外层设有真空绝热，局部设有隔热材料；

23、所述压缩机进气换热管路上设有进气口，进气口处设有单向阀，进气口单向连通密闭隔热空间中的工质气体，空间中气动机与气体压缩机泄露的气体超过设定压力后通过该进气口进入气体压缩机。

24、进一步地，所述控制器与第一和第二进气门、第一和第二排气门、节流膨胀阀、发电机、电动机、高压液泵、水泵、风机、液位计、距离传感器、真空传感器、温度传感器和压力传感器电控连接；

25、发电机输出的一部分电能为电动机、高压液泵、第一和第二进气门、第一和第二排气门、风机或水泵供电，剩余一部分对外输出，电动机用于驱动气体压缩机。

26、本发明所带来的有益技术效果：

27、本发明提供了一种环境热能转机械能装置，使热交换管路吸收的外界环境的低级热能转换为可利用的机械能，实现了热能的循环使用。

28、本发明用换热管路吸收的外界热量加热工质气体膨胀后推动气动机做功，转换为可利用的机械能，再通过换热管路用做功前的低温气体和液态气体做冷源来降低尾气气体节流前温度，通过节流膨胀来液化，在液态气体的汽化与液化循环中完成设置的持续运行，并对外输出功率，实现热能的循环利用。

技术特征：

1.一种环境热能转机械能装置，其特征在于，包括内换热管路、外换热管路和换热器、气动机、气动机尾气换热管路、液化室、高压冷源换热管路、压缩机进气换热管路、压缩机排气换热管路、气体压缩机、发电机、电动机和控制器；

2.根据权利要求1所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，所述外换热管路与外界大气或海水连通，外换热管路进气口处设有风机或水泵，内换热管路内设有循环风机或循环液泵和换热介质；所述内换热管路包括1段内换热管路和2段内换热管路，1段和2段内换热管路首尾连通，1段内换热管路与换热器换热，2段内换热管路与高压冷源换热管路中的高压冷源气体换热。

3.根据权利要求2所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，所述换热介质是氢气、氦气、或低熔点、高比热容、高导热的流体物质；

4.根据权利要求3所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，所述气动机包括对置气缸，对置气缸一端设有第一进气门和第一排气门，另一端设有第二进气门和第二排气门，第一进气门和第二进气门与高压冷源换热管路连接，对置气缸内设有对置活塞；

5.根据权利要求4所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，所述液化室内设有液气池，液气池内存储有液态气体，液气池内设有液位计，液气池底部设有高压液泵；液气池上方为气体液化室，气体液化室中有设定压力的未液化气体，压力的大小根据不同工质气体而设定，并由节流阀和气体压缩机调节。

6.根据权利要求5所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，所述气动机尾气换热管路包括依次连通的1段尾气换热管路、2段尾气换热管路、3段尾气换热管路、4段尾气换热管路；

7.根据权利要求6所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，所述1段尾气换热管路中的尾气与1段排气换热管路中的压缩机排气换热，2段尾气换热管路中的尾气与发电机、电动机、气体压缩机换热，3段尾气换热管路中的尾气和压缩机排气混合后与2段冷源换热管路中的高压冷源气体换热，4段尾气换热管路中的尾气和压缩机排气混合后与3段冷源液气换热管路中的冷源液气换热；1段冷源换热管路中的高压冷源气体与2段内换热管路中的换热介质换热；2段排气换热管路中的压缩机排气与压缩机进气换热管路中的压缩机进气换热。

8.根据权利要求7所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，2段内换热管路、高压冷源换热管路、气动机、气动机尾气换热管路、气体压缩机、发电机、电动机、压缩机进气换热管路、压缩机排气换热管路设置在密闭隔热空间内，密闭隔热空间内充有一定压力的纯净工质气体，换热管路外层设有真空绝热，局部设有隔热材料；

9.根据权利要求8所述的一种环境热能转机械能装置，其特征在于，所述控制器与第一和第二进气门、第一和第二排气门、节流膨胀阀、发电机、电动机、高压液泵、水泵、风机、液位计、距离传感器、真空传感器、温度传感器和压力传感器电控连接；

技术总结本发明公开了一种环境热能转机械能装置，包括内外换热管路和换热器、气动机、气动机尾气换热管路、液化室、高压冷源换热管路、压缩机进气换热管路、压缩机排气换热管路、气体压缩机、发电机、电动机和控制器；内、外换热管路和换热器将外界热量传递给高压冷源换热管路中的冷源气体；气动机将液态气体汽化后再吸热增大的压力转化为机械能；气动机尾气换热管路将气动机尾气通过换热管路同冷源气体进行换热；液化室被配置为用于为冷源换热管路补充液态气体；压缩机进气换热管路、压缩机排气换热管路和气体压缩机将未液化的气动机尾气进行加压增温后再放热。本发明使热交换管路吸收的外界热量转换为可利用的机械能，实现了热能的循环使用。技术研发人员：肖树钦受保护的技术使用者：肖树钦技术研发日：技术公布日：2024/8/1