技术领域
[0001] 本
发明属于能量转换和交换技术领域，特别涉及一种能量差驱动共轭泵系统，该系统可以在物理上起到类似化学反应中的酶的催化作用，从而改变环境的局部边界条件，以更有效的手段从
温度差较小的环境中更加高效的获取能量，或者更加有效的促进环境的改变。
背景技术
[0002] 我们知道，
生物体内有很多种酶，可以在常温常压下催化许多通常在高温高压下才能进行的化学反应，提升了化学反应的效率。而自然界及人类生产生活过程中有很多中低温热源，冷源和热源之间的温度差比较低，由于只有两个热源，一般的热利用只是采用只有两个热源(一个高温热源温度T1和一个低温热源温度T2)的简单的卡诺循环(Carnot cycle)来进行。根据卡诺循环的效率ηc＝1-T2/T1，由此可以看出，卡诺循环的效率只与两个热源的热
力学温度有关，如果高温热源的温度T1愈高，低温热源的温度T2愈低，则卡诺循环的效率愈高。因为不能获得T1→∞的高温热源或T2＝0K(-273℃)的低温热源，所以，卡诺循环的效率必定小于1。特别是对于温度差较小的中低温热源，T2与T1的差值比较小，采用卡诺循环的
传热的能量交换比较慢，能量利用效率比较低。随着温差驱动玄妙共轭泵技术的出现以及对
天然气汽化过程中冷源的利用，对于中低温热源加以有效利用的技术也不断得到新的发展，但仍然缺乏从自然界中直接获得T1→∞的高温热源或T2＝0K(-273℃)的低温热源的相关技术。
发明内容
[0003] 为此，本发明提供了可以提高能量利用效率，解决现有能量交换效率慢的技术问题，为此，本发明提供了一种能量差驱动共轭泵系统。
[0004] 一种能量差驱动共轭泵系统，所述系统包括多能量产出装置、能量存储装置、往复机构、能量差生成装置和能量交换装置，所述多能量产出装置设有高能态介质输出端和低能态介质输入端，所述高能态介质输出端与所述能量存储装置连接，所述低能态介质输入端与一低能态输入装置连接，所述往复机构分别与所述的能量存储装置、能量差生成装置形成驱动连接，所述能量差生成装置包括一缸体，其内设有一
活塞，所述活塞将所述缸体内空间分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室内设有工作介质；所述能量交换装置包括第一能量交换装置和第二能量交换装置，所述第一腔室通过第一管路与所述第一能量交换装置连接，所述第二腔室通过第二管路与所述第二能量交换装置连接，所述的第一能量交换装置和第二能量交换装置分别与所述多能量产出装置连接。
[0005] 所述多能量产出装置包括第一多能量产出装置和第二多能量产出装置；
[0006] 所述第一多能量产出装置包括第一缸体和置于所述第一缸体内并将所述第一缸体内腔分为两部分的第一活塞；
[0007] 所述第二多能量产出装置包括第二缸体和置于所述第二缸体内并将所述第二缸体内腔分为两部分的
第二活塞；
[0008] 所述第一活塞和第二活塞通过贯穿所述第一缸体和第二缸体的共轭联动杆连接为一体，形成同步运动；
[0009] 所述第一能量交换装置与所述第一缸体的外侧一个内腔相连通，所述第二能量交换装置与所述第二缸体中的外侧一个内腔相连通。
[0010] 所述第一能量交换装置和第二能量交换装置分别包括源能量交换室、高位源能量输入输出装置、低位源能量输入输出装置和位于所述源能量交换室内的能量交换介质，所述第一能量交换装置的源能量交换室与所述多能量产出装置的第一缸体中的外侧一个内腔相连通，且与所述能量差生成装置的第一腔室相连通；所述第二能量交换装置的源能量交换室与所述多能量产出装置的第二缸体中的外侧一个内腔相连通，且与所述能量差生成装置的第二腔室相连通。
[0011] 所述能量存储装置包括多能量存储装置和始发能储存装置，所述多能量存储装置与所述第一缸体内侧一内腔及所述第二缸体中的内侧一个内腔相连通；所述始发能储存装置与所述的多能量存储装置、往复机构相连接。
[0012] 所述第一能量交换装置中设有横截面渐变的第一能量交换促进管路，所述第二能量交换装置中设有横截面渐变的第二能量交换促进管路，所述第一能量交换促进管路的具有较大横截面的一端通过第一管路与所述能量差生成装置的第一腔室连通，所述第二能量交换促进管路的具有较大横截面的一端通过第二管路与所述能量差生成装置的第二腔室连通。
[0013] 所述第一能量交换促进管路和第二能量交换促进管路在各自对应的所述源能量交换室内呈折线分布。
[0014] 所述第一能量交换促进管路中的较细端及所述第二能量交换促进管路中的较细端伸出所述源能量交换室外部后并折回至所述源能量交换室内。
[0015] 所述第一能量交换促进管路和第二能量交换促进管路分别至少设有1个，分布于所述源能量交换室内。
[0016] 优选地，所述每一所述第一能量交换促进管路和第二能量交换促进管路上分别设有一控制
阀门。
[0017] 所述往复机构包括动作缸体、设置于所述动作缸体内的往动活塞和驱动所述往动活塞复位的复原元件，所述往动活塞通过一
连杆与所述活塞间形成一个整体；所述能量存储装置通过能量驱动装置驱动所述往动活塞移动时，所述复原元件压缩，所述连杆带动所述活塞移动，并在所述第一腔室和第二腔室中的其中一个开口处形成高压，并同时在另一开口处形成低压。
[0018] 所述复原元件设置于所述往动活塞与动作缸体底部之间，所述复原元件可以是固体
弹簧、液体、气体或是某种信息载体与能量载体的混合体。
[0019] 本发明技术方案具有如下优点：
[0020] A.本发明在整个系统中设置了多能量产出装置、能量存储装置、往复机构、能量差生成装置和能量交换装置，能量存储装置为往复机构提供驱
动能，通过往复机构分别与能量存储装置和能量差生成装置形成驱动，在驱动能量差生成装置中的活塞运动过程中，会在第一腔室和第二腔室内分别形成交替的可供利用的高压和低压，且往复机构大大提高了能量转换的效率。
[0021] B.本发明通过始发能储存装置接收传递始发能量并储备，形成了可以控制往复机构完成往复运动，并分别在来动和往动过程中分别同时在能量差生成装置的两端形成高能集高压及低能集低压，形成更高的能级差，从而可以提高能量交换的效率；在经本发明技术进行效率提升的能量交换过程中所获得的能量可以大于始发能的状态下，本发明在功能上就类似于可以对化学反应进行催化的酶，可以在物理上有效提高温度差相对较小的两种热源之间的能量交换效率，从而可以广泛应用到中低温热源利用领域，并拓展到其他能量利用领域和生物化学研究领域，将发挥巨大的经济和社会价值，具有极大的意义。
[0022] C.本发明通过采用横截面渐变的第一能量交换促进管路和第二能量交换促进管路，可将能量差生成装置中的工作介质压送至(或抽吸到)第一能量交换促进管路(或第二能量交换促进管路)中，由于工作介质为从截面较大(或较小)的一端逐步压送至(或抽吸到)截面较小(或较大)的一端，此过程中会产生热量的迅速集中或散失从而发生对能量交换促进管路的周边环境的吸热(或放热)，从而促进与能量交换装置中的工作介质进行能量交换，有利于使能量交换装置中的工作介质发生
相变，进一步提高能量转换的效率。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1是本发明所提供的能量差驱动共轭泵系统整体结构示意图。
[0025] 附图标记说明：
[0026] 1-能量存储装置
[0027] 11-多能量存储装置，12-始发能储存装置
[0028] 2-往复机构
[0029] 20-能量驱动装置，21-动作缸体，22-往动活塞，23-复原元件
[0030] 3-能量差生成装置
[0031] 31-缸体，32-活塞
[0032] 4-能量交换装置
[0033] 4a-源能量交换室，4b-高位源能量输入输出装置
[0034] 4c-低位源能量输入输出装置，4d-能量交换介质
[0035] 41-第一能量交换装置，411-第一能量交换促进管路
[0036] 42-第二能量交换装置，421-第二能量交换促进管路
[0037] 5-多能量产出装置
[0038] 5a-第一多能量产出装置
[0039] 5a-1-第一缸体，5a-2-第一活塞
[0040] 5b-第二多能量产出装置
[0041] 5b-1-第二缸体，5b-2-第二活塞
[0042] 5c-共轭联动杆
[0043] 51-高能态介质输出端，52-低能态介质输入端
[0044] 6-第一管路；7-第二管路；8-
控制阀门；9-连杆
[0045] a-第一腔室，b-第二腔室。
具体实施方式
[0046] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的
实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047] 如图1所示，本发明提供了一种带有级差提升能量交换促进装置的能量差驱动共轭泵系统，具体包括能量存储装置1、往复机构2、能量差生成装置3、能量交换装置4和多能量产出装置5，多能量产出装置5设有高能态介质输出端51和低能态介质输入端52，高能态介质输出端51与能量存储装置1连接，低能态介质输入端52与一低能态输入装置连接，往复机构2分别与能量存储装置1、能量差生成装置3形成驱动连接，能量差生成装置3包括一缸体31，其内设有一活塞32，活塞32将缸体31内空间分隔为第一腔室a和第二腔室b，第一腔室a和第二腔室b内设有工作介质；能量交换装置4包括第一能量交换装置41和第二能量交换装置42，第一腔室a通过第一管路6与第一能量交换装置41连接，第二腔室b通过第二管路7与第二能量交换装置42连接，第一能量交换装置41和第二能量交换装置42分别与多能量产出装置5连接。
[0048] 能量存储装置1与往复机构2间通过能量驱动装置20形成驱动连接，这里的能量驱动装置20可以为
马达、气压或液压
活塞泵等。第一腔室a和第二腔室b中的工作介质为同一相变工质，也可以为不同的相变工质。
[0049] 其中的多能量产出装置5包括第一多能量产出装置5a和第二多能量产出装置5b；第一多能量产出装置5a包括第一缸体5a-1和置于第一缸体5a-1内并将第一缸体5a-1内腔分为两部分的第一活塞5a-2；
[0050] 第二多能量产出装置5b包括第二缸体5b-1和置于第二缸体5b-1内并将第二缸体5b-1内腔分为两部分的第二活塞5b-2；第一活塞5a-2和第二活塞5b-2通过贯穿第一缸体
5a-1和第二缸体5b-1的共轭联动杆5c连接为一体，形成同步运动；
[0051] 第一能量交换装置41与第一缸体5a-1的外侧一个内腔相连通，第二能量交换装置42与第二缸体5b-1中的外侧一个内腔相连通。
[0052] 多能量产出装置5的第一缸体5a-1和第二缸体5b-1的内侧腔室设有工作介质，该工作介质可以从低能态介质输入端52输入，在经能量交换装置4的能量交换过程后，获得传递的交换能量从高能态介质输出端51端输出到能量存储装置1中的多能量存储装置11。
[0053] 第一能量交换装置41和第二能量交换装置42分别包括源能量交换室4a、高位源能量输入输出装置4b、低位源能量输入输出装置4c和位于源能量交换室4a内的能量交换介质4d，第一能量交换装置41的源能量交换室与第一缸体5a-1中的外侧一个内腔相连通，且与能量差生成装置的第一腔室a相连通；第二能量交换装置42的源能量交换室与第二缸体5b-
1中的外侧一个内腔相连通，且与能量差生成装置的第二腔室b相连通。
[0054] 本发明所采用的能量存储装置1优选地包括多能量存储装置11和始发能储存装置12，多能量存储装置11与第一缸体5a-1内侧一内腔及第二缸体5b-1中的内侧一个内腔相连通；始发能储存装置12与多能量存储装置11、往复机构2相连接。
[0055] 为了进一步提高能量交换效率，在第一能量交换装置41中设有横截面渐变的第一能量交换促进管路411，第二能量交换装置42中设有横截面渐变的第二能量交换促进管路421，第一能量交换促进管路411的具有较大横截面的一端通过第一管路6与第一腔室a连通，第二能量交换促进管路421的具有较大横截面的一端通过第二管路7与第二腔室b连通。
这里的第一管路6可以与第一能量交换促进管路411形成一个整体，且在二者之间安装控制阀；第二管路7与第二能量交换促进管路421形成一个整体，且在二者之间安装控制阀。
[0056] 进一步优选地，第一能量交换促进管路411和第二能量交换促进管路421在各自对应的源能量交换室4a内呈折线分布。
[0057] 其中更优选地，第一能量交换促进管路411中的较细端及第二能量交换促进管路421中的较细端伸出源能量交换室4a外部后并折回至源能量交换室4a内。图1中的第一能量交换促进管路411和第二能量交换促进管路421分别设有3个，布置于源能量交换室4a内。这里不对第一能量交换促进管路和第二能量交换促进管路的数量进行具体限定，可以为1条，可以为更多条，具体不再赘述。
[0058] 当然，为了更好的控制能量交换的状态，本发明在每一第一能量交换促进管路411和第二能量交换促进管路421上分别设有一控制阀门8，控制阀门8设置在伸出源能量交换室4a的较细端
位置。
[0059] 本发明通过采用横截面渐变的第一能量交换促进管路和第二能量交换促进管路，可将能量差生成装置中的工作介质压送至(或抽吸到)第一能量交换促进管路(或第二能量交换促进管路)中，由于工作介质为从截面较大(或较小)的一端逐步压送至(或抽吸到)截面较小(或较大)的一端，此过程中会产生热量的迅速集中或散失从而发生对能量交换促进管路的周边环境的吸热(或放热)，从而促进与能量交换装置中的工作介质进行能量交换，有利于使能量交换装置中的工作介质发生相变，进一步提高能量转换的效率。
[0060] 如图1所示，本发明优选的往复机构2包括动作缸体21、设置于动作缸体21内的往动活塞22和驱动往动活塞22复位的复原元件23，这里的复原元件23进一步优选为设置于往动活塞22与动作缸体21底部之间，该复原元件可以是固体(比如弹簧)、液体(如受到外力发生
能量状态改变的化学溶液)或气体(如可压缩或易于发生相变的气体)，还可以是某种信息载体与能量载体的混合体，比如DNA信息链与某些生物体与受精卵细胞内所蕴含能量的组合。
[0061] 复原元件23优选地采用弹簧结构，弹簧的两端分别与动作缸体21的底部及往动活塞22形成固定连接。
[0062] 往复机构2与活塞32通过一连杆9形成一个整体；往复机构2带动活塞32移动，在第一管路6和第二管路7中形成交替的高压(或高能状态)和低压(或低能状态)。这里的往复机构2与始发能储存装置12配合作用于能量差生成装置3上，从而实现了能量的快速转换，大大提高了能量转换效率。
[0063] 这里的活塞32还可以为隔膜结构，其中的连杆4还可以为传递动作的拉线或筋膜。他们的功能是能传递驱动及与其它部位隔离。
[0064] 如图1所示，始发能储存装置12通过能量驱动装置20驱动往动活塞22向下移动时，弹簧被压缩，连杆9带动活塞32移动，并在第一管路6形成高压，在第二管路7处形成低压；反之，在弹簧恢复力的作用下，使连杆上移，驱动能量快速转换，并在第一管路6形成低压，在第二管路7处形成高压。
[0065] 这里的始发能储存装置12通过电动、
气动或液压驱动\机械传动方式控制往动活塞沿着动作缸体21往复运动。始发能可以是任意形式的使活塞32发生位置变化的能量驱动或变动，如
电动机的驱动，
流体的冲动，温度变化引起的膨胀或收缩，乃至肌肉的收缩与舒张，等等。
[0066] 具体的操作过程如下：
[0067] S1、将第一能量交换装置41的高位源能量输入输出装置4b置于关闭状态，停止第一能量交换装置41的高位源能量的输入；将第一能量交换装置41的低位源能量输入输出装置4c置于开启状态，开启第一能量交换装置41的低位源能量的输入；第一源能量交换室4a内的工作介质将与低位源能量通过进行能量交换释放能量。同时，将第二能量交换装置42的高位源能量输入输出装置4b置于开启状态，开启第二能量交换装置42的高位源能量的输入；将第二能量交换装置42的低位源能量输入输出装置4c置于关闭状态，停止第二能量交换装置42的低位源能量的输入；第二源能量交换室4a内的工作介质将与高位源能量通过进行能量交换获得能量。
[0068] S2、启动始发能储存装置12的始发能输出，通过能量驱动装置20驱动往动活塞22并同时带动活塞32开始“来动”行程，活塞32将对第二腔室b内的工作介质做正功并将其
挤压到第二管路7内，加上内径级变或渐变的第二能量交换促进管路421的放大作用，处于第二能量交换促进管路421内末端的工作介质的内能将急剧增加，处于更高位的能量状态，从而加快第二能量交换室4a内能量交换的进行，优选的，如果第二腔室b内的工作介质与源能量交换室4a内的工作介质相同或共容，打开第二能量交换促进管开口控制阀，处于更高能态第二能量交换促进管路421内的工作介质部分进入第二源能量交换室4a，会调整源能量交换室4a内的工作介质的属性，促进能量交换的进行。同时第二源能量交换室工作介质的更多的能量吸收或能量增加将促使第二活塞5b-2向靠近第一源能量交换室远离第二源能量交换室的运动方向运动，同时更多的能量将通过多能量产出装置的第二活塞5b-2传递给多能量产出装置的内侧腔室内的工作介质，并通过高能态介质输出端将产出能量存储到多能量存储装置11。同时，活塞32将对第一腔室内a的工作介质做负功并把第一能量交换促进管路内的工作介质抽吸到第一腔室a内，加上内径级变或渐变的第一能量交换促进管路的放大作用，处于第一能量交换促进管路内末端的工作介质的内能将急剧减少，处于更低位的能量状态，从而加快第一源能量交换室4a内能量交换的进行，优选的，如果第一腔室内a的工作介质与第一源能量交换室4a内的工作介质相同或共容，打开第一能量交换促进管开口控制阀，处于低能位的第一源能量交换室4a内的部分工作介质会部分进入更低能态第一能量交换促进管路内，从而调整第一源能量交换室4a内的工作介质的属性，促进能量交换的进行。同时第一源能量交换室工作介质的更多的能量释放或减少将吸引多能量产出装置的第一活塞5a-2向靠近第一源能量交换室远离第二源能量交换室的运动方向，与第二源能量交换室工作介质的能量增加共轭作用于驱动第一活塞5a-2并通过共轭连杆5c带动第二活塞5b-2向靠近第一源能量交换室远离第二源能量交换室的方向运动，并通过高能态介质输出端51将产出能量存储到多能量存储装置11。
[0069] S3、将第二能量交换装置42的高位源能量输入输出装置4b置于关闭状态，停止第二能量交换装置42的高位源能量的输入；将第二能量交换装置42的低位源能量输入输出装置4c置于开启状态，开启第二能量交换装置42的低位源能量的输入；第二源能量交换室4a内的工作介质将与低位源能量通过进行能量交换释放能量。同时，将第一能量交换装置41的高位源能量输入输出装置4b置于开启状态，开启第一能量交换装置41的高位源能量的输入；将第一能量交换装置41的低位源能量输入输出装置4c置于关闭状态，停止第一能量交换装置41的低位源能量的输入；第一源能量交换室4a内的工作介质将与高位源能量通过进行能量交换获得能量。
[0070] S4、关闭始发能储存装置12的始发能输出，往复机构2将通过复原元件23驱动往动活塞22并同时带动活塞32开始“往动”行程，活塞32将对第一腔室内的工作介质做正功并将其挤压到第一管路内，加上内径级变或渐变的第一能量交换促进管路的放大作用，处于第一能量交换促进管路内末端的工作介质的内能将急剧增加，处于更高位的能量状态，从而加快第一源能量交换室4a内能量交换的进行，优选的，如果第一腔室a内的工作介质与第一源能量交换室4a内的工作介质相同或共容，打开第一能量交换促进管路开口控制阀，处于更高能态第一能量交换促进管路的工作介质部分进入第一源能量交换室4a，会调整第一源能量交换室4a内的工作介质的属性，促进能量交换的进行。同时第一源能量交换室工作介质的更多的能量吸收或能量增加将促使多能量产出装置的第一活塞5a-2向靠近第二源能量交换室远离第一源能量交换室的运动方向运动，同时更多的能量将通过多能量产出装置的第二活塞5a-2传递给多能量产出装置的内侧腔室内的工作介质，并通过高能态介质输出端51将产出能量存储到多能量存储装置11。同时，活塞32将对第二腔室内b的工作介质做负功并把第二能量交换促进管路内的工作介质抽吸到第二腔室b内，加上内径级变或渐变的第二能量交换促进管路的放大作用，处于第二能量交换促进管路内末端的工作介质的内能将急剧减少，处于更低位的能量状态，从而加快第二源能量交换室4a内能量交换的进行，优选的，如果第二腔室b内的工作介质与第二能量交换室4a内的工作介质相同或共容，打开第二能量交换促进管路开口控制阀，处于低能位的第二源能量交换室4a内的部分工作介质会部分进入更低能态第二腔室b内，从而调整第二源能量交换室4a内的工作介质的属性，促进能量交换的进行。同时第二源能量交换室工作介质的更多的能量释放或减少将吸引多能量产出装置的第二活塞5b-2向靠近第二源能量交换室远离第一源能量交换室的运动方向，与第一源能量交换室工作介质的能量增加共轭作用于驱动第二活塞5b-2并通过共轭连杆5c带动第一活塞5a-2向靠近第二源能量交换室远离第一源能量交换室的方向运动，并通过高能态介质输出端将产出能量存储到多能量存储装置11。
[0071] S5、多能量存储装置将一定数量的高能态的产出能量以适当的方式转换或传递到始发能储存装置12，从而使始发能储存装置12所储存的能量可以通过能量驱动装置20驱动往动活塞22。
[0072] S6、重复步骤S1-S5，使装置不断持续运转。
[0073] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
