谁来D这个，新型外燃机

YXZ

这是一种外燃机，

我们知道：

沸点上下一点点温度的变化，就会发生汽液相变，体积增大或缩小约2000倍；

膜盒、波纹管、波登管等，其内压力的变化会产生特定的形变；

用工质的汽液相变循环产生的压力变化，去推动膜盒、波纹管、波登管等，用膜盒等的特定形变推动负载，将热能转换成机械能，会是一种新的低温差发动机。

原理图如下：

YXZ

另一角度，

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-12 13:09 编辑 ]

shijiamoni

功率体积比应该会很小的

YXZ

图2说明：

⑴ 活塞轴，活塞的伸缩推动轴做轴向伸缩，向外输出机械工；
⑵ 压板，作用1，定位轴⑴，减少膜盒轴向倾斜；作用2，压紧、密封膜盒；
⑶ “活塞”，耐热橡胶膜盒，本发动机设计目标是利用低温差热源，有许多耐热橡胶能在200°C长期工作，橡胶的弹性、弹性疲劳要好过金属膜盒，但透气性大，差于金属膜盒。用金属膜盒还是橡胶膜盒，是个可选的技术路径。金属膜盒的图稍后发，金属膜盒能充分防止工质逃逸，估计能做到十年免维护。
⑷ “汽缸”，如果用金属膜盒，就不需要这个了。作用之一就是散热，帮助冷腔内的气态工质冷凝至露点以下。
⑸ 冷腔，气态工质；
⑹ 控制阀——“气门”
⑺ 热管壁；
⑻ 热腔——“汽包”，液态工质汽化后由于热管壁的刚性约束，产生过饱和蒸汽压；
⑼ 多余的液态工质，工质并不限于丙酮，比如酒精、乙醚、氨水等，一元乃至多元工质。根据工况，选择工质沸点介于气温与水温之间；
⑽ 阀芯，能绕轴⒁旋转，阀芯的一端镶有磁铁，步进电机带动磁性连轴器，进而带动阀芯旋转；
⑾ 阀芯上的盲孔，冷腔冷凝成液态的工质，借重力流入盲孔，阀芯旋转，导致盲孔交替地与冷腔和热腔联通，像旋转门一样，当盲孔与热腔联通时，盲孔内的液态工质借重力又流回热腔，完成工质的循环；
⑿ 阀芯上的通孔，当阀芯旋转令通孔联通冷、热腔时，冷腔与热腔成为一个腔体，冷腔内温度、压力上升到与热腔相等。盲孔与通孔在一个平面上成90°排列；
⒀ 阀芯上镶的磁铁；磁性连轴器的一半；
⒁ 阀芯旋转轴；
⒂ 热源，太阳能热水器保温水箱中的热水，当然也可选择其它热容高的储温材料，保温就是保存能量，而不仅仅是蓄电池，古老的保温技术就能替代电池，低成本、环境友好地解决巨大能量的储存问题。

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-12 15:44 编辑 ]

YXZ

欢迎讨论。
这是汽液相变循环，汽化热比气体的比热大的多，传输的热量大功率就大。
斯特林发动机用的是气态工质，几十度的温差，气体体积变化比小，和这个不同，因为传输热多，传输的能量就大。
W=nRTln（V1/V2）
W是功，n是几摩尔工质，R是理想气体状态方程pV=nRT的气体常数，T是绝对温度，V1、V2是初始和终了的体积。如果ln（V1/V2）=x，则V1/V2=e^x，e=2.71828
当然这是说的理想气体，不包括相变热，热不能平白无故地跑了吧？

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-12 15:03 编辑 ]

YXZ

因为，这方面数据少，需要试验，也请懂热力学的网友帮忙计算一下，乙醚、丙酮、氨水等汽化再升温几试度吸收的热量，提供P、V、T图就更好。

YXZ

这个发动机的优点
一是，类似于斯特林发动机，效率高，
二是，制造成本低，如果考虑太阳能变电能的储存成本，以及能源成本，这个发动机的成本就更低了，如果搞成多缸，如星形发动机，输出功并不低。

如果太阳能热水器180升开水，水温降低60°C所释放出的热能，换算成电能，有十几度电的能量，效率20% 也有两度电，一般家用就够了。

YXZ

友好声明：

这个发动机方案，已经申请发明专利，专利号：201110114786.6 ,
作为爱好、兴趣，探索，改进，欢迎网友D这个，只是注意不可用于商业用途，以免侵权。

这个方案，需要探索的问题还很多，欢迎探讨、拍砖，

如果喜欢D这个，告知，乐意无偿提供图纸，并探讨技术问题。
只是D好了传上来，让大家观摩一下，亮骚一下自己的手艺；也许，还能成为史上第一台无气缸、无活塞、不排放废气、噪音低、能利用更广泛存在的、廉价的低温差热源的引擎的制作人。
在能源危机与环境污染日受重视的今天，这种引擎是有他的历史地位的，史上第一台、第一制作人，这样的机会并不是经常会遇到的。手艺好，也请多做几套，我还没原型机供试验测试，只是别要价太高就好。

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-14 18:06 编辑 ]

YXZ

以利用太阳能热水器储存的热水，热能转换机械能为例，说明本方案的内容：

热管插在太阳能热水器的保温水箱里，受热水加热，作为热端；热管壁围成的空间作为热腔。
膜盒轴向串联而成的波纹管样结构，暴露在保温水箱外的大气环境中，由于其表面积大易受环境冷却，作为冷端；波纹管壁围成的空间为冷腔。
热、冷端之间是控制阀，阀芯上有一个通空和两个盲孔，阀芯做360°旋转，阀芯上的通孔就会使冷、热腔连通或断开，盲孔也会和冷、热腔轮换接触。
它们如图贯序连接、密封，抽真空，并充填适量工质比如丙酮。丙酮的沸点是56.1°C，热端热水温度比如60°C高于工质的沸点，而冷端环境气温比如35°C又小于工质的沸点。并且，冷端在上热端朝下，腔内的液态工质受重力会向下流淌聚集。

它们共同组成一个热力学上的封闭系统，即系统内与外界只有能量交换而没有物质交换。
■当气门芯旋转到通孔没有接通冷、热腔的角度时，冷、热腔各自独立互不贯通,此时：
在热腔，热水透过热管壁加热管内的液态工质使其沸腾汽化，增大的体积因热管壁的刚性约束产生饱和蒸气压，压力提高工质沸点提高，直到工质沸点超过水温停止沸腾——它既是“锅炉”也是“储汽包”。
在冷腔，由于波纹管的表面积很大，且环境温度又低于工质的沸点，冷腔内的气态工质受环境气温的冷却发生冷缩、冷凝形成负压，大气压迫使波纹管轴向缩短，直到各参数与大气压取得平衡，该平衡点即为冷缩冲程的下止点。
冷、热腔的各自独立，使冷、热端之间的温差产生了冷、热腔之间的压力差，因冷腔工质的冷凝、冷缩形成负压产生冷缩功。
■当气门芯旋转令通孔联通冷、热腔时，冷、热腔之间互相贯通，此时：
因热腔的饱和蒸汽压大于冷腔的压力，热腔的压力经通孔迅速泄放到冷腔，引起冷腔内压力、温度升高引起膨胀，直到两腔压力平衡；由于热腔内压力获得释放压力降低，工质沸点降低再次沸腾，产生蒸汽补偿丢失的压力。波纹管内因压力升高膨胀，引起自由端轴向伸长达到冲程上止点。
通孔令冷、热腔成为一个腔体，使冷、热腔压力、温度相等，冷腔内压力超过大气压产生膨胀功。
■由于冷端在上、热端朝下，冷腔内冷凝为液态的工质因重力向下流淌，当阀芯旋转令盲孔接通冷腔时，由于盲孔位置最低，冷凝成液态的工质将流入盲孔，阀芯继续旋转到盲孔和热腔接通时，热腔又比盲孔低，盲孔中的液态工质借重力又重新流回热腔，完成工质的循环。
阀芯不断旋转，通孔、盲孔将交替接通、断开冷、热腔，波纹管内工质周期地或被热腔充汽加热、加压膨胀，或受环境温度的冷却、冷凝、冷缩，推动波纹管自由端周期地轴向伸缩，就像活塞沿气缸轴向伸缩，将热转换成动力推动负载向外做功。直到太阳能保温水箱里的热水温度降低到工质的沸点以下，或气门芯不旋转才停止工作。



[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-12 17:18 编辑 ]

YXZ

波纹管自由端的伸缩，可通过曲柄连杆机构转换成轴功带动发电机发电；也可推动直线电机切割磁力线发电。

阀门也不限于旋转阀门而可选择其它的配气形式，比如用波纹管自由端的伸缩带动气门的启闭。用旋转气门，只是方便步进电机带动阀芯旋转，方便实现机电一体化的可选形式之一。

同样，工质也不限于丙酮，视目标、环境、工况，也可选择其它沸点的工质，只要冷热端有温差，且工质沸点介于温差之间，只是温差越大输出功率越大；热源也不限于开水，视需要可以用油、蜡等蓄热，也可利用余热、太阳能等。

为了提高发动机的功率，可在阀芯的不同平面、相隔一定角度多钻几个配气孔，分别控制多个冷腔形成多“缸”发动机，让各缸按一定相序做功，以至组成阵列。为了平衡热涨、冷缩两冲程的速度不等，可令两气缸的冲程相位相反地工作。

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-12 17:19 编辑 ]

YXZ

如果将其发电，根据水的比热和水的重量可以估算出开水降低60°C所释放出的能量，以常见的185升太阳能热水器水箱估算，考虑效率问题也有几度电的功率，供照明、做饭绝大部分家庭足够了，如果想增加功率带动冰箱、空调等，也只需搞个大一点的太阳能热水器也很好解决。
由于方便机电一体化，加用传感器和单片机监控可满足家用环境，应对比如气候、负载变化大的工况，如果功率不能满足需求，单片机程序可部分或全部切换到公用电网，补充其功率不足。
低温差热源的利用，降低了能量储存的难度，古老的保温技术，就能低成本、环境友好地解决巨大能量储存的各种问题。
本方案用波登管、膜盒或微型波纹管等，可做出小温差微型发动机，这在某些领域是有益的。
由于本发明和斯特林发动机一样有类似的工作原理，也具备斯特林发动机所具有的各种优点，所以，它能代替斯特林发动机的应用，特别是制造成本，在低温差热源利用与运行控制方面，以及电能储存方面，更具优点，必将获得更多方面的应用。

YXZ

1kg水温度升高1度要吸收热量4.2KJ，一度电相当于3.6KJ，所以1kg水温度升高1度理论上需要0.00116度电，

反过来说，1kg水降低1度释放4200J的热量，相当于0.00116度电，在不考虑效率的理想情况下，如果，热量流向路径必须经过汽液相变——热涨冷缩的过程，而没有短路浪费，没有摩擦等，就会释放出相当于0.00116度电的机械功，

让1kg水降低1度，散热速度不是瓶颈，
0.00116度电 X180升（kg）X Δ50℃=10.44（度电）

目前工业实践，热机的效率能做到35%以上，机械能转换电能效率在90%，况且，斯特林发动机的效率接近理论值，比目前热机能达到的效率还要高，本方案打折到20%，就是2度电，效益也很可观，为此，值得探索，D个机器出来。



[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-12 18:48 编辑 ]

YXZ

斯特林发动机，用的是气态工质，温度、压力、体积这三者遵循理想气体定律，即

PV=nRT

R为常数，如果绝对压力是大气压（atm），体积是立方厘米，R=82.07cm^3 atm/g mol K；如果绝对压力是牛顿/平方米，体积是立方米，R=8.314J/g mol K
T为温度，换算成摄氏温度是℃+273=K
n是摩尔量，可以是零点几，可以是1，可以是2等，1克摩尔等于该物质的分子量的克数。
nR常数可忽略，上式表明：气体的体积、压力与温度成正比，

直观的例子：

一个大气压下，1mol气体温度从35℃加热到60℃，如果体积不变，压力能增大到1.0974Kg/cm^2；如果压力不变，体积能增加到24.58升
——气体温度增加25℃，体积或压力增加的还不足十分之一。这是斯特林发动机不能利用低温差热源作出实用功的原因。

上面计算的前提，是压力增大而气体不被液化的情况，如果压力增加而引起气体液化，就不遵守理想气体定律了。本发动机方案恰恰是充分利用着汽液相变（气、液、固态转变叫相变），因此，斯特林发动机的经验并不适用于此。

举个直观的例子：

丙酮   
沸点(℃)：56.5  分子量：58.08，比重 0.8
58.08克丙酮，液体体积为72.6mml，0.0726升，在1大气压、摄氏0度下，汽化后其体积是22.4升，22400/72.6=308（倍）
就是说，丙酮在56.5度附近温度升降一点点，其体积就会增大308倍，如果体积不变，压力就会升高很多，
这还不包括丙酮气体从0度到56度热涨增大的体积，

总结一下，气体的热涨冷缩，温度变化25度，体积或压力的变化率还不足10%；气液相变，温度升降1度，体积就有308倍的巨大变化。因此，用气液相变做功，在利用低温差热源做功方面，要比纯气体的热涨冷缩优越得多。

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-14 18:39 编辑 ]

liuwenbai

老兄，这个阀门制造有难度。

要是制成了，效率肯定会很高。

YXZ

你可以把它看作热水龙头，芯上在通孔的平面又加了一对盲孔，芯的一端开槽镶嵌了磁铁。

难度在于气密性上，如果加工精度上不去，加大阀芯内径，让密封距离去补偿精度，请哪位搞机加工的朋友告知，以目前的机加工能力，选多大直径能气密一两兆帕的压力保持0.2秒，成本和性能兼得？

另外，阀芯一端大另一端小，通过研磨能和阀壳能做到长期配合好，研磨损失的量经弹簧推挤去补偿，应该有信心。

批量生产就好办了，用专用绞刀绞孔、整形，玻璃注射器都那么低成本地配合的很好，应该有信心。

还有个路径，就是把步进电机装到阀壳里面，把电线引到阀壳外，这样就少了磁连轴器，耐高温磁铁，对壳体材料也没有非磁材料的限制，不过带来了新问题，电线引出通路的密封，换电机要破坏整个机器的真空，漆包线，电机润滑脂等是否在有机工质下的耐久等

相比较，用磁连轴器的优点要多一些，好在，压力交替变化的太快，每秒60次，目标是用开水的热能，温度不高，压力也就不太大。既然家用，能做到5年以上免专业维护就很好了。

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-13 22:55 编辑 ]

馊了的馒头

:em26:

yanhao08

lz可做个简单的实验来验证下

YXZ

金属膜盒示意图，

金属膜盒同耐热橡胶一样，都是值得探索的技术路径。金属膜盒，散热快，气密好，能保持工质长期不减少。

[ 本帖最后由 YXZ 于 2011-11-14 13:57 编辑 ]

YXZ

一些感慨

YXZ

热机的简史