本发明普遍涉及一种热力-容积式发动机，特别涉及由具有较高熔化潜 热的相变物质驱动的一种热力-容积式发动机，但并不仅涉及这种发动机。 一般来说，该相变物质是被外部热源，例如太阳光，加热的水合盐。本发明 还普遍涉及一种产生动力的方法。

动力可通过已知的种种方法产生。如，在水电厂由水来驱动涡轮，每个 涡轮与产生电力的发电机工作连接。在涡轮内水流产生动力。蒸汽机通过水 沸腾产生蒸汽在一汽缸中推动活塞往复运动来产生动力。然后往复运动可用 于产生旋转运动驱动车辆，或者驱动发电机产生电。

水电具有环境上的缺陷。例如，从一湖发出的水流会对湖中和周围的生 态系统产生不利影响，就这点而言，水是有限的资源。

由水产生蒸汽需要热，一般要进行燃烧。燃烧既产生燃烧产物，如二氧 化碳，也产生对环境有害的未烧尽的燃料。这些有害产物的处理是很昂贵的， 并且洗涤排放气体或促使未烧尽燃料的完全燃烧很少是完全有效的。对大多 数内燃机来说这是一固有的问题。

大多数引擎或发动机的另一个缺陷是它们的效率。由于摩擦损失、热和 压力损失、不完全燃烧和其他相似因素等，相对于动力输出的能量输入是比 较大的。特别对于齿轮电动机，摩擦损失相当大地降低电动机的整体效率。 对于内燃机，一般随发动机的老化压力损失增加，这也是一个问题，并常常 需要复杂而昂贵的机械密封。

本发明的目的是提供一种可以有效且不引起环境问题地产生动力的热 力-容积式发动机。

根据本发明的第一方面提供的热力-容积式发动机包括：

一用于输送基本可压缩流体的连续流体通道，所述连续流体通道具有彼 此流体连通的传热装置和流动转换装置，所述流动转换装置用于将流体通道 中的可压缩流体的流动转换成动力，所述传热装置包含具有较高熔化潜热的 第一相变物质并用于从外部热源吸热，在使用中，第一相变物质从外部热源 吸收热因而将所述相变物质的一部分熔化，然后相变物质的所述部分凝固， 放出潜热，被所述可压缩流体吸收，使所述可压缩流体膨胀，从而使所述可 压缩流体在流动转换装置中流动，提供动力。

一般，该连续流体通道还包括冷却装置，该装置与传热装置和流动转换 装置流体连通，使可压缩流体在被该传热装置加热之前可以被该冷却装置冷 却。

最好该连续流体通道还包括一个泵，该泵与流动转换装置工作连接并与 传热装置、流动转换装置和冷却装置流体连通，从而在使用中，流动转换装 置的运动驱动该泵，将可压缩流体压入连续流体通道。

一般，该冷却装置是第一蓄积器，包含具有较高熔化潜热和较低熔点的 第二相变物质，在使用中，可压缩流体的热可被第二相变物质吸收，从而熔 化一部分所述相变物质，将穿过冷却装置的可压缩流体冷却。

一般，该热力-容积式发动机还包括一收集器，该收集器用于从外部热 源吸收热，该收集器与传热装置热传导连通，在使用中，被该收集器吸收的 热可传给包含在传热装置中的第一相变物质，其中，该相变物质一部分熔化。

一般，流动转换装置包括：

一用于容纳可压缩流体的腔，该腔与传热装置流体连通；和一流动结 构，该结构与该腔可移动地连接，其中，在腔中的可压缩流体的流动推动该 流动结构运动，以产生动力。

最好该流动结构包括一对轴向间隔开的与一个轴连接的转子，其中，流 动转换装置包括一个与传热装置流体连通的涡轮。一般，这对间隔开的转子 将它们之间的腔限定成一个基本被密封的部分，在使用中，可压缩流体被喷 射到腔的所述部分，并且所述可压缩流体与两个转子摩擦接触使它们旋转。

另外，流动转换装置包括：一个弹性管，该管用于运送可压缩流体并与 传热装置流体连通；和接触装置，该装置用于与弹性管工作接触，其中，通 过弹性管的可压缩流体的流动使该接触装置运动，以便产生动力。

在一个实例中，该接触装置包括一个旋转结构，该结构具有至少一个与 同心轴连接的滚子，在使用中，所述至少一个滚子可与弹性管接触，可压缩 流体通过弹性管的流动使所述至少一个滚子运动，使旋转结构旋转，从而产 生动力。

最好所述旋转结构具有两个以上与同心轴连接并绕轴周围设置的滚 子，在使用中，在任何一个时间，所述滚子中的至少一个与弹性管接触，其 中，可压缩流体通过弹性管的流动确保旋转结构在任何时候均在旋转。

在另一个实例中，该接触装置包括一对由共同的同心轴连接的旋转结 构，每个旋转结构分别具有至少一个用于与一对弹性管之一接触的滚子，其 中，在任何时候至少一个所述滚子与一个所述弹性管接触。

一般，传热装置包括：

一第一管，该管用于输送可压缩流体通过传热装置；和一个壳，该壳包 围一部分第一管，所述壳包含与第一管接触的第一相变物质，在使用中，潜 热可通过传热装置的第一管从第一相变物质传给可压缩流体。

一般，传热装置还包括一个套，该套包围该壳并用于输送一传热流体， 在使用中，传热流体的热可以传给第一相变物质，熔化第一相变物质并存储 潜热。

在一个例子中，该套与收集器流体连通，其中，由收集器吸收的热可经 由传热流体传送到第一相变物质。

在另一实例中，传热装置还包括一第二蓄积器，该蓄积器包含具有较高 熔化潜热的第三相变物质，所述第二蓄积器与收集器热传导连通并与所述套 流体连通，在使用中，传热流体可在流到所述套之前被第三相变物质的潜热 预热。

根据本发明第二方面，提供一种产生动力的方法，该方法包括以下步 骤：

包含在传热装置中的第一相变物质从外部热源吸收热，其中，所述第一 相变物质的一部分熔化，所述第一相变物质具有较高熔化潜热；

第一相变物质的所述部分凝固时发出的潜热传给在一连续流体通道中 的可压缩流体，从而使所述可压缩流体膨胀，使可压缩流体在所述流体通道 中产生流动；和

将在所述流体通道中的可压缩流体的流动进行转换，以便产生动力。

最好该方法还包括将该可压缩流体冷却并将所述可压缩流体返回到传 热装置的步骤。

一般，冷却可压缩流体的步骤包括通过与具有较高熔化潜热和较低熔点 的第二相变物质进行热交换，从该可压缩流体中吸收热，其中可压缩流体被 冷却。

一般，该方法还包括驱动一个与流动转换装置工作连接的泵，从而利用 该泵将可压缩流体注入到传热装置。    

最好该方法还包括从外部热源吸收热到收集器的步骤，该收集器与传热 装置热传导连通，其中被吸收的热可以从该收集器传到传热装置的第一相变 物质。

在一个例子中，该方法还包括预热步骤，即将在传热装置与包含具有较 高熔化潜热的第三相变物质的蓄积器之间循环的传热流体预热，其中，该被 预热的传热流体可将热传送给传热装置的第一相变物质。

一般，第一、第二和/或第三相变物质分别是具有高熔化潜热的第一、第 二和/或第三水合盐。

最好第一和第三水合盐均具有0-100℃的熔点。

最好第一和第三水合盐均具有大于50千卡/升的熔化潜热。

在一个例子中，第一和第三水合盐由醋酸钠三水合盐或它的衍生物组 成。

最好第二水合盐具有低于0℃的熔点。

在一个例子中，第二水合盐由氯化钠、氯化钙和软化水的理想配比混和 物或其衍生物组成。

一般，该可压缩流体是由致冷剂，如二氟一氯甲烷或其衍生物组成。

一般，该收集器是用于吸收太阳光的太阳能收集器。

最好该致冷剂不含有卤族元素。

下面，参考附图，以举例方式，详细地介绍根据本发明热力-容积式发 动机的一优选实施例，以便对本发明的特征有更好的理解，其中：

图1为热力-容积式发动机一实施例的示意图；

图2是沿流动转换装置一实施例轴线截取的截面图；

图3是流动转换装置另一实施例的详细平面图；

图4A是图3所示流动转换装置组件—罩的详细透视图；以及

图4B是图3所示流动转换装置组件—转子的详细透视图。

如图1所示，热力-容积式发动机10的这一实施例包括：一采用致冷 剂通道12形式的连续流体通道，和一太阳能收集器14。致冷剂通道12用于 输送一致冷流体，在此例中是二氟一氯甲烷或其衍生物。但最好，出于环境 考虑，该致冷剂不是卤代烃。

连续致冷剂通道12包括：传热装置，在此例中是第一热交换器16；用 标号18总体表示的流动转换装置；泵19；以及冷却装置，在此例中是第一 蓄积器或冷凝器20。致冷剂可以沿下游方向通过流动转换装置18、冷凝器 20、泵19和第一热交换器16流动。在流动转换装置18的上游安装一节流 阀21，控制其流量。

第一热交换器16包括一壳和一管子结构(未示出)，其中，致冷剂穿过三 重螺旋线形状的第一管。该壳容纳第一相变物质，在此例中，第一相变物质 是第一水合盐醋酸钠三水合盐，它具有较高的熔化潜热和约58℃的熔点。第 一热交换器16装在包围所述壳的一密封套22中，套22用于输送一传热流 体，在此例中为水。套22有一接受水的入口24，和一排水的出口26。

第一热交换器16还包括一第二蓄积器28，它容纳第三相变物质。在此 例中，第三相变物质是第三水合盐醋酸钠三水合盐。第三水合盐装在罐30 中，罐30经由第一再循环管32与第一热交换器16的套22连接，第一再循 环管32用于循环传热流体，在本例中为水。相似地罐30经由第二再循环管 34与太阳能收集器14连接，第二再循环管34用于循环水。

在此实施例中，太阳能收集器14具有曝露在太阳光下的上表面(未示 出)，上表面是由具有较低反射率和辐射率的材料制造的。该上表面涂有市场 上销售的商标为IMPERSPRAY的复合沥青乳胶产品涂层。收集器14的底层 由具有较高隔热性能的高密度聚苯乙烯制造。IMPERSPRAY的涂层覆盖底 层的上表面。由基本上对太阳光透明的聚碳酸酯制的一波形板放在 IMPERSPRAY的涂层之上。在该波形板下表面和IMPERSPRAY涂层之间限 定一系列相邻的通道。据认为在相邻的通道中发生温室热效应，以致使收集 器14的效率提高。

通过第二再循环管34的循环水流经一波形管(未示出)，该波形管的每一 端与再循环管34连接。该波形管紧邻着太阳能收集器14的上表面，具有一 螺旋形结构。

由太阳能收集器14从阳光吸收的热，经由流过第二再循环管34的循环 水，被传给第二蓄积器28中容纳的第三水合盐中。然后在所述壳中容纳的第 一水合盐，经由在第二蓄积器28和第一热交换器16的套22之间循环的水被 加热。

冷凝器20可有多种形式。在此实施例中，冷凝器20包括一螺旋形的致 冷剂管(未示出)，该管装在冷凝器20的壳36中。壳36容纳有第二相变物质， 在本实施例中，是第二水合盐，为氯化钠、氯化钙和软化水的理想配比混和 物或其衍生物。第二水合盐具有较高的熔化潜热和较低的熔点，在此例中熔 点大约是-21℃。

泵19经由环形皮带(未示出)与流动转换装置18工作连接。另外，泵19 也可由电驱动，该电力由与流动转换装置18工作连接的发电机产生。流动转 换装置18的转动使泵19旋转，并将致冷剂压到致冷剂通道12。在此例中， 泵19是正排量式的。优选致冷剂只能沿一个方向流过正排量泵19。

用节流阀21控制致冷剂向流动转换装置18的流动。阀21主要根据所 要求的流动转换装置18的旋转或线速度进行手动控制，使上游压力大约为 15Bar，下游压力大约为8Bar。这个压差也取决于所用的可压缩流体、第 一相变物质和其他相关因素。

流动转换装置18可有多种结构。

在如图2所示的一个优选实施例中，该流动转换装置包括一由标号40 总体表示的密封的涡轮。密封涡轮40具有一个经一对轴承46旋转地安装在 轴箱44中的同心的轴42。在轴42一端轴向安装一对转子48A、48B。螺 母50与轴42的端部螺纹连接，将该对转子48A、48B固定到轴42上，垫 圈52位于两转子之间。转子48A、48B安在涡轮箱54中，涡轮箱54与轴 箱44连接。

在涡轮箱54中安装一对相对的密封件56A、56B。这一对密封件沿轴 42周围设置，防止致冷剂侵入到轴箱44中，并防止润滑剂由轴箱44中流出。 一对密封件保持器58A、58B也围绕轴42装在涡轮箱54中，将每一密封件 56A、56B固定。在轴42另一端有一相似的密封结构，防止润滑剂由轴箱 44流出。

涡轮箱盖60与涡轮箱54连接，将该对转子48A、48B密封在箱54之 内。箱端部板62与轴箱44连接，在轴42另一端固定该密封结构。一个喷嘴 (未示出)与涡轮箱54连接，用于向在转子48A、48B之间限定的基本上密封 的腔61喷入致冷剂。

如图3和4所示，流动转换装置18的另一实施例包括一弹性管138和 一接触装置，在此例中，是一旋转结构或一转子140。弹性管138的每一端 均连接在一个罩142上。罩142大致是圆柱形的。管138用于输送致冷剂， 并与第一热交换器16流体连通。

转子140包括与一对轴向间隔开的三角形板146连接的同心的轴144。 滚子148在该对板146的相对顶点之间旋转连接。三个滚子148A、148B、 148C绕该对板146布置，相邻滚子相隔120°。每一滚子148的旋转轴线与 同心的轴144的轴线基本平行。

转子140被旋转支持在罩142中，至少一个滚子148接触弹性管138， 并使管138弹性变形。通过管138的致冷剂的流动推动滚子148相对于罩142 运动，因此将一个动力施加到转子140上。同心轴144可与一滑轮连接(未示 出)，该滑轮通过环形皮带与泵19工作连接，转子140可用于提供动力，例 如，驱动一发电机(未示出)产生电力。

现在对上面举例说明的热力-容积式发动机10的运转作详细介绍。

太阳能收集器14曝露在阳光下，其IMPERSPRAY上表面，从阳光中吸 收热。连接到第二再循环管34的波形管中的水因此被加热，所获得的热被传 到容纳在第二蓄积器28的罐30中的第三水合盐醋酸钠三水合盐中。当第三 水合盐熔化，在第二蓄积器28中便存储了潜热。

经第一再循环管32的再循环水冷却第三水合盐，使该水合盐凝固，并 吸收潜热形式的热量。该被加热的水与容纳在第一热交换器16的壳中的第一 水合盐进行热交换。因而第一水合盐的一部分熔化并存储了潜热。

致冷剂通道12已装有致冷剂流体，在此例中是二氟一氯甲烷。热交换 器16的第一管中的致冷剂使第一水合盐冷却并凝固，从而该致冷剂吸收了第 一水合盐的潜热。从而该致冷剂膨胀，使得致冷剂在致冷剂通道12中发生流 动。热交换器16上游的泵19，如上所述是单向的，因此该致冷剂从热交换 器16流向流动转换装置18。

在图2说明的流动转换装置的优选形式中，该致冷剂经喷嘴(未示出)被 喷入在转子48A、48B之间密封的腔61中。致冷剂与转子48A、48B摩擦 接触，因此使转子48A、48B和同心轴42旋转。

在图3、4A和4B所示的流动转换装置的另一种形式中，致冷剂被喷入 到弹性管138中。致冷剂在弹性管138中流动推动滚子148中的一个相对于 罩142运动。因此转子140的轴144被转动。如图3清楚所示，滚子148和 管138安置得使在任何时候，至少有一个滚子148压在管138上，或与管子 138接触。因此，当转子140旋转时向转子140传递的动力基本上是连续的。

泵19与轴42或144工作连接，也旋转，从而将致冷剂泵入致冷剂通道 12。

调节节流阀21，使一定的致冷剂流量通过流动转换装置18。这根据上 述因素而改变。

然后致冷剂通过一扩大直径的管子膨胀并冷却，然后流到冷凝器20。 在这一阶段致冷剂的温度比第二水合盐的熔点高。因此致冷剂将热传给第二 水合盐，将其熔化，而致冷剂冷却，最好由气态相变到液态。液体致冷剂然 后被泵19压到第一热交换器16。液态致冷剂从第一水合盐吸收热，使该水 合盐凝固，从而致冷剂被加热，变回到气态并膨胀。膨胀的致冷剂气体经节 流阀21流到流动转换装置18，提供动力。

已对本发明的优选实施例作了介绍，相关领域的技术人员会明了，本热 力-容积式发动机比公知的现有技术有下列优点：

1.该热力-容积式发动机没有影响环境的燃烧产物；

2.该热力-容积式发动机可以利用在太阳能收集器上吸收的阳光热；

3.该热力-容积式发动机利用相变物质，以潜热形式存储能量，然后用 于提供动力；

4.该热力-容积式发动机可利用太阳能或一般来说不是有限资源的废 能，如用矿物燃料，之类的能源；

5.该热力-容积式发动机是冷运行，因此不需要会降低效率的冷却过 程；

6.该热力-容积式发动机工作时无燃烧噪声。

对于相关技术领域的人员来说，显然在不偏离本发明基本发明概念的情 况下，除了已提出的热力-容积式发动机和提供动力的方法之外，可以对这 些热力-容积式发动机和提供动力的方法做出种种改变和修改。例如，流动 转换装置可以包括一用于被可压缩流体驱动的涡轮装置，提供动力。本发明 不限于这里介绍的相变物质，而是可以包括可与上述可压缩流体交换潜热的 任何相变物质。而且，第一热交换器不必包括一所介绍的第二蓄积器。当例 如不能提供热去熔化或加热相变物质时，在所介绍的例子中的第二蓄积器最 好提供一个大型的潜热储存器。这里所介绍的传热装置和冷凝器不限于所介 绍的特定结构。所有这些变化和修改应看作在本发明范围之内，而其特征由 上述介绍确定。