專利名稱：蒸汽機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能的蒸汽機(jī)。
背景技術(shù)：
火力發(fā)電廠等工廠使用基于蘭金循環(huán)的蒸汽機(jī)，在蘭金循環(huán)中，產(chǎn)生的過熱蒸汽在蒸汽輪機(jī)中等熵地膨脹以獲取機(jī)械能。然后，在蒸汽輪機(jī)中膨脹的蒸汽冷卻和凝結(jié)。冷凝的液體被等熵的壓縮和加熱汽化以重新生成過熱蒸汽。
在上述的蒸汽機(jī)中，為了防止部分蒸汽液化，在膨脹前增大蒸汽過熱的程度，其中之所以部分蒸汽會(huì)液化是由于當(dāng)蒸汽在蒸汽輪機(jī)中被等熵膨脹時(shí)，蒸汽輪機(jī)中工作流體的干燥度降低了。然而，如圖12所示的T-s圖(溫熵圖)，完全阻止蒸汽輪機(jī)中出現(xiàn)水滴是很難的。
在蒸汽輪機(jī)等的膨脹能量的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程中，出現(xiàn)水滴會(huì)在接受蒸汽壓力的渦輪葉片、活塞等部位引起腐蝕和磨損。因此，在利用蘭金循環(huán)的蒸汽輪機(jī)(動(dòng)力設(shè)備)中，通常蒸汽必須以這樣的方式膨脹干燥度不會(huì)降到90％以下。因此，增加從機(jī)械能中獲得的熱能量是困難的，也就是說，高效的轉(zhuǎn)化能量是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的能夠解決接受蒸汽壓力部位的腐蝕、磨損問題的蒸汽機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)第一方面的本發(fā)明是一種在輸出部分將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的蒸汽機(jī)。所述蒸汽機(jī)包括用來容納易流動(dòng)流體的流體容器11、加熱所述流體容器11中流體的加熱器12和冷卻被加熱器12加熱汽化的蒸汽的冷凝器13。沿重力加速度方向?qū)⑺隼淠?3設(shè)置在所述加熱器12的下方。蒸汽的膨脹壓力移動(dòng)流動(dòng)的流體以輸出機(jī)械能。所述冷凝器13冷卻并液化蒸汽，以通過自激振動(dòng)使得在流體容器11中的流體移動(dòng)。
因此，由于流體的液體部分被用作可以直接接受蒸汽膨脹壓力的液體活塞，所以原則上可以在接受蒸汽壓力的部分防止腐蝕、磨損等的發(fā)生。由于流體的液體部分，即液體活塞，接受蒸汽的膨脹壓力，所以沒有必要去想方設(shè)法預(yù)先增加蒸汽的過熱度，來防止蒸汽膨脹時(shí)過熱度降低而產(chǎn)生水滴的問題。因此，可以使能量的轉(zhuǎn)化率提高得與卡諾循環(huán)的效率一樣高。
本發(fā)明的上述方面可以不需要產(chǎn)生過熱蒸汽，就能夠使能量的轉(zhuǎn)化率提高得與卡諾循環(huán)的效率一樣高，并且沒有與過熱蒸汽的產(chǎn)生相抵觸。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，所述蒸汽機(jī)包括設(shè)置在加熱器12一側(cè)的激勵(lì)裝置15。所述激勵(lì)裝置15將周期性的激振力作用到所述流體容器11中的流體上。這樣，可以在輸出時(shí)利用流體的共振高效地取出機(jī)械能。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，所述激振力是充在氣閉容器中的壓縮氣體的反作用力，并且所述激勵(lì)裝置15將激振力作用到所述流體容器11中的流體上。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，所述激勵(lì)裝置15以一種與所述流體容器11產(chǎn)生的自激振動(dòng)周期異相的周期將激振力作用到所述流體容器11中的流體上。
這樣，由于所述加熱器12或冷凝器13與所述流體之間的熱交換時(shí)間被延長(zhǎng)了，所以所述加熱器12或冷凝器13與所述流體之間的熱交換量增加了。因此，可以提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也就是，蒸汽機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。
根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，所述激勵(lì)裝置15以一種與所述流體容器11產(chǎn)生的自激振動(dòng)周期相差四分之一周期的異相周期將激振力作用到所述流體容器11中的流體上。
根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)方面，所述激勵(lì)裝置具有容納可直接將激振力作用到所述流體容器11中流體上的氣體的第一氣室15，和通過可產(chǎn)生預(yù)定流阻的節(jié)流裝置15b與第一氣室15相連的第二氣室15a。這樣，由于所述加熱器12或冷凝器13與所述流體之間的熱交換時(shí)間被延長(zhǎng)了，所以在加熱器12或冷凝器13與流體之間的換熱量提高了。因此，可以提高蒸汽機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率(能量轉(zhuǎn)化效率)。
根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)方面，所述加熱器12與冷凝器13之間設(shè)有交流換熱器16。所述交流換熱器16在所述流體容器11中的流體中交換熱量。加熱器12提供給流體的熱能之中，只有蒸汽壓力的能量，即膨脹壓力的能量被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。冷凝器13從流體中吸收的熱能不會(huì)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
與此相反，在本發(fā)明中，由于在流體中用來換熱的交流換熱器16位于加熱器12與冷凝器13之間，所以汽化的流體膨脹并從加熱器12流向冷凝器13，與此同時(shí)向交流換熱器16供應(yīng)熱量。另一方面，被冷凝器13冷卻的流體從冷凝器13膨脹流向加熱器12，與此同時(shí)被交流換熱器16加熱，其中熱源是供至所述交流換熱器16的熱量。
因此，在本發(fā)明中，熱能被重新使用來進(jìn)行加熱，盡管所述熱能已作為廢棄熱能被冷凝器13釋放到大氣中。因?yàn)槌淙胝羝麢C(jī)的熱能減少了，所以可以增加蒸汽機(jī)的運(yùn)行效率(能量轉(zhuǎn)化效率)。
根據(jù)本發(fā)明的第八個(gè)方面，所述流體容器11被制成接近U型，所以所述流體容器的最下部設(shè)置了彎管11a。所述流體在彎管11a中靠自激振動(dòng)來回移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)方面，所述流體容器11是雙圓筒型的，所以在其下部具有相互連接的一個(gè)外圓筒11d和一個(gè)內(nèi)圓筒11e。所述流體利用自激振動(dòng)在用于連接所述外圓筒11d和內(nèi)圓筒11e的連接管11f中來回移動(dòng)。因此，可以最小化流體容器11。
根據(jù)第十個(gè)方面，本發(fā)明是一種將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的蒸汽機(jī)。所述蒸汽機(jī)具有形成環(huán)形流體通道的流體容器11、用來加熱所述流體容器11中流體的加熱器12、設(shè)置在所述加熱器12上方以冷卻所述加熱器12加熱汽化的蒸汽的冷凝器13以及設(shè)在所述流體容器11中的輸出部分14、14a、14b。所述輸出部分14、14a、14b將流體容器11中流體產(chǎn)生的自激振動(dòng)的位移輸出作為機(jī)械能。
由加熱器12過熱化的沸騰汽化蒸汽向上膨脹流動(dòng)，然后被冷凝器13冷卻至凝結(jié)和液化。因此，流體容器11中不斷膨脹和收縮的流體在自激振動(dòng)下進(jìn)行微觀地位移。當(dāng)被冷凝器13冷卻的蒸汽液化時(shí)，所述蒸汽連續(xù)地從加熱器12流向冷凝器13。因此，在全部工作流體中，即宏觀觀察所述工作流體中，所述流體以從加熱器12流向冷凝器13的方式經(jīng)流體容器11循環(huán)。
如上所述，在本發(fā)明此方面中，因?yàn)樗隽黧w的液體部分被用作直接接受蒸汽膨脹壓力的液體活塞，所以原則上可以在接受蒸汽壓力的部分防止腐蝕、磨損等的發(fā)生。由于流體的液體部分，即液體活塞，接受蒸汽的膨脹壓力，所以沒有必要去想方設(shè)法預(yù)先增加蒸汽的過熱度，來防止蒸汽膨脹時(shí)過熱度降低而產(chǎn)生水滴的問題。因此，可以使能量的轉(zhuǎn)化率提高得與卡諾循環(huán)的效率一樣高。
根據(jù)本發(fā)明的第十一個(gè)方面，所述蒸汽機(jī)進(jìn)一步具有流速控制裝置17，用來周期變化經(jīng)流體容器11循環(huán)的流體的流速。
因此，在加熱器12或冷凝器13與流體之間的熱交換時(shí)間延長(zhǎng)了，所以加熱器12或冷凝器13與流體之間的熱交換量提高了。因此，可以提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也就是蒸汽機(jī)能量轉(zhuǎn)化效率。
根據(jù)本發(fā)明的第十二個(gè)方面，所述流體容器11是雙圓筒型的，在其上部和下部具有相互連接的外圓筒11d和內(nèi)圓筒11e。因此，可以最小化流體容器11。
附在上述各個(gè)裝置后的數(shù)字在下文有對(duì)應(yīng)的詳細(xì)的描述。本發(fā)明進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)南挛奶峁┑脑敿?xì)描述中進(jìn)一步表述清楚。應(yīng)該了解，在說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，詳細(xì)的描述和具體的實(shí)例只是為了舉例說明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。


參考附圖，通過詳細(xì)的描述，本發(fā)明將變得更加清楚，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電機(jī)組的局部剖視示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的示意圖；圖3為解釋根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的運(yùn)行方式的說明圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的示意圖；圖6A為根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的發(fā)電機(jī)組的示意圖；
圖6B為沿圖6A中VIB-VIB線的剖視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的發(fā)電機(jī)組的局部剖視示意圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的示意圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的示意圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的示意圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明第九個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)的示意圖；圖12為現(xiàn)有蒸汽機(jī)的溫熵圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述僅僅是從本質(zhì)上的解釋說明，決不是對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用和使用的限制。
(第一個(gè)實(shí)施例)在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，蒸汽機(jī)被用于直線電動(dòng)機(jī)上，用來使發(fā)生器1中的原動(dòng)機(jī)2隨振動(dòng)而移動(dòng)。圖1是發(fā)電機(jī)組的示意圖，所述發(fā)電機(jī)組包括蒸汽機(jī)10和發(fā)生器1。圖2是所述蒸汽機(jī)10單獨(dú)的示意圖。根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)生器1是一個(gè)線性振動(dòng)激勵(lì)器(linear vibrationactuator)，它能通過利用振動(dòng)移動(dòng)具有嵌入式永磁體的原動(dòng)機(jī)2產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。蒸汽機(jī)10具有流體容器11，能自由流動(dòng)的工作流體容納在所述流體容器11中；用來加熱所述流體容器11中流體的加熱器12；用來冷卻加熱器12加熱和汽化的蒸汽的冷凝器13；等等。
除了對(duì)著加熱器12和冷凝器13的部分以外，優(yōu)選流體容器11用絕熱材料制造。由于在本實(shí)施例中工作流體是水，所以流體容器11是不銹材料制造的。流體容器11對(duì)著加熱器12和冷凝器13的部分是銅或鋁制造的，這些材料的導(dǎo)熱性比不銹材料的導(dǎo)熱性高。
流體容器11是近似U形管壓力容器，它具有彎形底管11a、第一立管11b和第二立管11c。第一立管11b和水平設(shè)置的彎形底管11a的一端相連(圖中的右側(cè))。第一立管11b上設(shè)有加熱器12和冷凝器13，所述加熱器12設(shè)置在冷凝器13的上方。
圓柱形部分14a設(shè)在第二立管11c的上端，第二立管11c和水平設(shè)置的彎形底管11a的另一端相連(圖中的左側(cè))?；钊?4可移動(dòng)地裝在圓柱形部分14a中，所述活塞可以隨著工作流體的壓力相應(yīng)的移動(dòng)。
如圖1所示，活塞14連在原動(dòng)機(jī)2的軸2a的一端，彈簧3是用于產(chǎn)生彈力以朝向活塞14偏壓原動(dòng)機(jī)2的彈性構(gòu)件，它設(shè)置在所述軸2a相對(duì)活塞14的另一端上，并且在原動(dòng)機(jī)2的上面。
氣室15是用來容納不與工作流體反應(yīng)的氮?dú)狻⒑獾榷栊詺怏w的氣閉容器，它設(shè)在流體容器11中，并且在加熱器12上方附近。充入所述氣室15的氣體的壓縮反作用力對(duì)流體容器11中的流體施加周期性的激振力(彈性力)。換句話說，在本實(shí)施例中，氣室15作為對(duì)流體容器11中的流體施加周期性激振力的激勵(lì)裝置。
現(xiàn)在描述根據(jù)本實(shí)施例的蒸汽機(jī)10的原理和特性。
圖3是表示蒸汽機(jī)10的原理的說明圖。被加熱器12加熱汽化的工作流體的蒸汽利用其膨脹壓力壓下第一立管11b的液面。然后，工作流體從第一立管11b流向第二立管11c的流動(dòng)部分向活塞14施加推進(jìn)壓力，也就是，向上推動(dòng)活塞14。因此，由于對(duì)抗所述彈簧3的彈性力和施加在原動(dòng)機(jī)2上的磁力移動(dòng)活塞14，所以機(jī)械能從蒸汽機(jī)10輸出到發(fā)生器1。
此時(shí)，在本實(shí)施例中，由于工作流體的液體部分作為直接接受蒸汽的膨脹壓力的液體活塞，所以原則上可以在接受蒸汽壓力的部分防止腐蝕、磨損等的產(chǎn)生。
如上文所述，直接接受蒸汽膨脹壓力的工作流體的液體部分包括諸如蒸汽壓力施加到通過膜與工作流體的蒸汽部分分隔開的液體活塞上的情況。
由于工作流體的液體部分，即液體活塞，接受蒸汽的膨脹壓力，所以沒有必要去想方設(shè)法預(yù)先增加蒸汽的過熱度，來防止蒸汽膨脹時(shí)過熱度降低而產(chǎn)生水滴的問題。因此，可以使能量的轉(zhuǎn)化率提高得與卡諾循環(huán)的效率一樣高。
本實(shí)施例中，由于工作流體的蒸汽部分沒有通過膜與液體活塞分隔開，所以只要流體容器11中的全部工作流體沒有完全汽化，那么產(chǎn)生的蒸汽就不是過熱蒸汽而是飽和蒸汽。當(dāng)由加熱器12產(chǎn)生的蒸汽通過膨脹到達(dá)冷凝器13時(shí)，被冷凝器13冷卻的蒸汽被凝結(jié)和液化。接著，下壓第一立管11b中液面的力消失了，結(jié)果第一立管11b中的液面升高。
這樣，流體容器11中的工作流體通過在彎管11a中利用自激振動(dòng)往復(fù)移動(dòng)將機(jī)械能輸出至外部，在本實(shí)施例中，就是輸出到發(fā)生器1中。在本第一實(shí)施例中，由氣室15形成的氣體彈簧和液體活塞組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，即液體活塞的自激振動(dòng)數(shù)，被適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，用來操作發(fā)生器1。因此，發(fā)電機(jī)組高效的運(yùn)作。
(第二個(gè)實(shí)施例)如圖4所示，在第二個(gè)實(shí)施例中，用來在工作流體中換熱的交流換熱器16設(shè)在加熱器12和冷凝器13之間。優(yōu)選交流換熱器16具有預(yù)定的熱容量和相對(duì)工作流體的高的熱傳導(dǎo)速度。在交流換熱器16中，優(yōu)選與工作流體振動(dòng)方向正交的方向上的導(dǎo)熱系數(shù)比工作流體振動(dòng)方向上的導(dǎo)熱系數(shù)高。本實(shí)施例中，交流換熱器16是由沿工作流體振動(dòng)方向疊合的有孔金屬、填充在流體容器11中的金屬球或沿工作流體振動(dòng)方向疊合的蜂窩狀金屬構(gòu)件等制成的。
本實(shí)施例的效果將在下文描述。由加熱器12提供給工作流體的熱能中，只有蒸汽壓力的能量(蒸發(fā)壓力)，即膨脹壓力的能量被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。由冷凝器13從工作流體中吸收的熱能不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在第一個(gè)實(shí)施例中，從冷凝器13中的工作流體中吸收的熱能被作為廢熱釋放到大氣中。
在本實(shí)施例中，正相反，由于用來在工作流體中換熱的交流換熱器16設(shè)在加熱器12與冷凝器13之間，所以汽化的工作流體膨脹并從加熱器12流向冷凝器13，同時(shí)向交流換熱器16提供熱量。在另一方面，被冷凝器13冷卻的工作流體從冷凝器13膨脹流向加熱器12，同時(shí)被交流換熱器16加熱，這里的熱源是提供給交流換熱器16的熱量。
由此，本實(shí)施例中的用于加熱的熱能被重新利用，盡管在第一個(gè)實(shí)施例中所述熱能已被冷凝器13作為廢熱釋放到大氣中。與第一個(gè)實(shí)施例相比，充入蒸汽機(jī)10的熱能量減少了，從而可以提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也就是蒸汽機(jī)10的能量轉(zhuǎn)化效率。
(第三個(gè)實(shí)施例)在第三個(gè)實(shí)施例中，由氣室15施加給工作流體的激振力的周期與流體容器11中產(chǎn)生的自激振動(dòng)的周期是異相的。更詳細(xì)地說，如圖5所示，用來直接向流體容器11中的工作流體施加激振力的惰性氣體氣室15(以下稱作“第一氣室15”)和第二氣室15a通過節(jié)流裝置相連，其中所述節(jié)流裝置可以是孔15b，毛細(xì)管等類似的能產(chǎn)生預(yù)定流阻的裝置。
本實(shí)施例中，第二氣室15a的容量高于第一氣室15的容量，所以第二氣室15a在孔15b處的壓力波動(dòng)與平均壓力相比足夠小。第一氣室15施加給工作流體的激振力的周期約與流體容器11中產(chǎn)生的自激振動(dòng)的周期相差四分之一周期的相位。
本實(shí)施例的效果將在下文描述。在本實(shí)施例中，第一氣室15施加給工作流體的激振力的周期與流體容器11中產(chǎn)生的自激振動(dòng)的周期異相。與上述實(shí)施例相比，所述加熱器12或冷凝器13與工作流體換熱的時(shí)間變長(zhǎng)。因此，由于所述加熱器12或冷凝器13與工作流體換熱量增加，所以運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也就是說，蒸汽機(jī)10的能量轉(zhuǎn)化效率提高了。
在圖5中，該實(shí)施例被應(yīng)用到第一個(gè)實(shí)施例中(參考圖2)，然而該實(shí)施例也可以應(yīng)用到第二個(gè)實(shí)施例中(參考第四個(gè)實(shí)施例)。
(第四個(gè)實(shí)施例)在上述的實(shí)施例中，流體容器11的形狀近似“U”形。但是在本實(shí)施例中，如圖6A和6B所示，流體容器11包括雙圓筒，即在其下部具有相互連接的外圓筒11d和內(nèi)圓筒11e。工作流體利用自激振動(dòng)在外圓筒11d與內(nèi)圓筒11e之間的連接管11f中來回流動(dòng)。
如果內(nèi)圓筒11e中的工作流體與內(nèi)圓筒11e和外圓筒11d之間的工作流體進(jìn)行換熱，那么由于膨脹量減少，輸出的機(jī)械能會(huì)減少。因此，優(yōu)選采取例如用不銹鋼、鈦等低導(dǎo)熱率的材料制作內(nèi)圓筒11e的方案，或采用將內(nèi)圓筒11e制成內(nèi)部真空的雙管等類似方案。
(第五個(gè)實(shí)施例)上述實(shí)施例中，整個(gè)工作流體自激地振動(dòng)。在第五個(gè)實(shí)施例中，工作流體通過沸騰和冷卻來進(jìn)行微觀地、自激地振動(dòng)，并且工作流體的自激振動(dòng)的位移就是機(jī)械能的輸出。
更詳細(xì)地說，如圖7所示，流體容器11采用環(huán)形以形成環(huán)形流體通道。用來冷卻被加熱器12加熱的汽化蒸汽的冷凝器13被設(shè)置在加熱器12的上方。
在圖7中，活塞14是用來將作為機(jī)械能的自激振動(dòng)的位移輸出的輸出部分，它設(shè)置在所述流體容器11的上方。但是活塞14的位置，即輸出部分，可以變換到除加熱器12與冷凝器13之間以外的任意地方。本實(shí)施例的效果將在下文描述。
被加熱器12過熱化的沸騰汽化的蒸汽向上膨脹流動(dòng)，并且接著被冷凝器13冷卻至凝結(jié)和液化。在流體容器11中，反復(fù)膨脹收縮的工作流體利用自激振動(dòng)微觀地移動(dòng)。
在被冷凝器13冷卻的蒸汽液化時(shí)，蒸汽從加熱器12連續(xù)流到冷凝器13。因此，在整個(gè)工作流體中，即宏觀觀察工作流體，工作流體經(jīng)流體容器11沿一個(gè)方向以從加熱器12流向冷凝器13的方式循環(huán)。
如上所述，由于工作流體的液體部分被用作可以直接接受蒸汽膨脹壓力的液體活塞，所以本實(shí)施例原則上也可以在接受蒸汽壓力的部分防止腐蝕、磨損等的產(chǎn)生。
由于工作流體的液體部分，即液體活塞，接受蒸汽的膨脹壓力，所以沒有必要去想方設(shè)法預(yù)先增加蒸汽的過熱度，來防止蒸汽膨脹時(shí)過熱度降低而產(chǎn)生水滴的問題。因此，可以使能量的轉(zhuǎn)化率提高得與卡諾循環(huán)的效率一樣高。
在本實(shí)施例中，由于工作流體經(jīng)液體容器11循環(huán)，所以只要流體容器11中的全部工作流體沒有被蒸發(fā)掉，產(chǎn)生的蒸汽就不是過熱蒸汽而是飽和蒸汽。
(第六個(gè)實(shí)施例)從宏觀上觀察，在圖7所示的第五個(gè)實(shí)施例的蒸汽機(jī)10中，工作流體經(jīng)流體容器11以恒定的流速沿一個(gè)方向流動(dòng)。在第六個(gè)實(shí)施例中，如圖8所示，閥門17設(shè)置在流體容器11中，它作為流速控制裝置用來周期地變化經(jīng)流體容器11循環(huán)的工作流體的宏觀流速。本實(shí)施例的效果將在下文描述。
當(dāng)工作流體經(jīng)液體容器11以幾乎恒定的速率循環(huán)時(shí)，要延長(zhǎng)加熱器12或冷凝器13與工作流體之間的換熱時(shí)間是困難的。由此，如果經(jīng)流體容器11循環(huán)的工作流體的宏觀流速是周期性變化的(包括零流速)，那么加熱器12或冷凝器13與工作流體之間的熱交換量就會(huì)提高，因此可以提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也就是蒸汽機(jī)10的熱能轉(zhuǎn)化效率。
(第七個(gè)實(shí)施例)在第五個(gè)和第六個(gè)實(shí)施例中，管狀流體容器11成環(huán)形。在第七個(gè)實(shí)施例中，如圖9所示，流體容器11成雙圓筒形，其包括在上端和下端相連的外圓筒11d和內(nèi)圓筒11e，以形成了環(huán)形通道。
如果內(nèi)圓筒11e中的工作流體與內(nèi)圓筒11e和外圓筒11d之間的工作流體交換熱量，那么由于膨脹量減少的原因，輸出的機(jī)械能會(huì)減少。因此，優(yōu)選采取例如用不銹鋼、鈦等低導(dǎo)熱率的材料制作內(nèi)圓筒11e的方案，或采用將內(nèi)圓筒11e制成內(nèi)部真空的雙層管等類似方案。
(第八個(gè)實(shí)施例)在上述實(shí)施例中，當(dāng)活塞14利用蒸汽機(jī)10產(chǎn)生的蒸汽的一部分膨脹能量凸起時(shí)，在發(fā)生器1中的彈簧3將活塞14返回至它初始位置。然而，在第八個(gè)實(shí)施例中，如圖10所示，當(dāng)活塞14利用蒸汽機(jī)10產(chǎn)生的蒸汽的一部分膨脹能量凸起時(shí)，飛輪3a將活塞14返回至它初始位置。
在圖10中，該實(shí)施例被應(yīng)用到第一個(gè)實(shí)施例中，但是該實(shí)施例不限于此。該實(shí)施例可以應(yīng)用到其它實(shí)施例中。
(第九個(gè)實(shí)施例)在上述實(shí)施例中，用來輸出作為機(jī)械能的自激振動(dòng)位移的輸出部分包括活塞14、圓柱形部分14a等。在第九個(gè)實(shí)施例中，如圖11所示，輸出部分包括根據(jù)流體容器中的壓力移動(dòng)的膜14b。
在圖11中，膜14b是折疊形波紋管(accordion-shaped bellows)，但是此裝置不限于此。膜14b可以是簡(jiǎn)單的薄膜形隔膜(film-shapeddiaphragm)。在圖11中，該實(shí)施例被應(yīng)用到第八個(gè)實(shí)施例中，但是并不只限于此。該實(shí)施例可以應(yīng)用到其它實(shí)施例中。
(其它實(shí)施例)在上述實(shí)施例中，激振裝置包括氣體彈簧，此氣體彈簧是通過向氣室15中充氣實(shí)現(xiàn)的，但是本發(fā)明不局限于此。激振裝置可包括有彈性的彈性裝置，如盤簧等。
在上述實(shí)施例中，本發(fā)明被應(yīng)用到發(fā)電機(jī)組的驅(qū)動(dòng)裝置中，但是本發(fā)明的應(yīng)用不局限于此。本發(fā)明也可以應(yīng)用到其它的驅(qū)動(dòng)裝置中。
在第一個(gè)至第五個(gè)實(shí)施例中，加熱器12和冷凝器13沿垂直方向?qū)R，但是它們的排布并不局限于此。只要加熱器12、冷凝器13和輸出部分(活塞14)按此順序排列在工作流體振動(dòng)方向上，并且產(chǎn)生的蒸汽不會(huì)到達(dá)輸出部分(活塞14)，則加熱器12、冷凝器13和輸出部分(活塞14)的排布是可以變動(dòng)的。例如，加熱器12和冷凝器13可以沿水平方向或?qū)欠较蚺帕?，并且輸出部?活塞14)可以設(shè)置在所述加熱器12和冷凝器13的下面。
在第一個(gè)至第五個(gè)實(shí)施例中，氣室15是作為激振裝置的，但是上述實(shí)施例并不局限于此。激振裝置可以省去。
本發(fā)明的描述本質(zhì)上僅是在進(jìn)行解釋說明，因此沒有偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的變化均應(yīng)認(rèn)為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。這些變化不應(yīng)認(rèn)為偏離了本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽機(jī)，用于在輸出部分將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，包括流體容器，用來容納可流動(dòng)流體；加熱器，用來加熱所述流體容器中容納的所述流體；和冷凝器，用來冷卻被所述加熱器加熱蒸發(fā)的蒸汽，沿重力加速方向?qū)⑺隼淠髟O(shè)置在所述加熱器下面，其特征在于所述蒸汽的膨脹壓力使流動(dòng)流體移動(dòng)以輸出機(jī)械能，并且所述冷凝器冷卻和液化所述蒸汽，以通過自激振動(dòng)移動(dòng)容納在所述流體容器中的流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽機(jī)，進(jìn)一步包括設(shè)置在加熱器附近的激振裝置，所述激振裝置向所述流體容器中的流體施加周期性的激振力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述激振力是充入氣閉容器中的氣體的壓縮反作用力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述激勵(lì)裝置以與所述流體容器中產(chǎn)生的自激振動(dòng)的周期異相的周期將激振力作用到所述流體容器中的流體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述激勵(lì)裝置以與所述流體容器產(chǎn)生的自激振動(dòng)的周期相差四分之一周期的異相周期將激振力作用到所述流體容器中的流體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述激勵(lì)裝置包括第一氣室，用來容納直接將激振力作用到所述流體容器中流體上的氣體；和第二氣室，其通過用于產(chǎn)生預(yù)定流阻的節(jié)流裝置連接至所述第一氣室。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述加熱器和冷凝器之間設(shè)有交流換熱器，所述交流換熱器在所述流體容器中的流體里交換熱量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述流體容器被制成近似的U型，彎管設(shè)置在所述流體容器的最下部，流體在所述彎管中利用自激振動(dòng)來回移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述流體容器是雙圓筒形的，在其下部具有相互連接的外圓筒和內(nèi)圓筒，并且流體利用自激振動(dòng)在連接管中來回移動(dòng)，其中所述連接管用來連接所述外圓筒和所述內(nèi)圓筒。
10.一種蒸汽機(jī)，用來將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，包括流體容器，其形成流體通道；加熱器，用于加熱所述流體容器中的流體；冷凝器，其設(shè)置在所述加熱器上方，所述冷凝器冷卻被所述加熱器加熱汽化的蒸汽；和輸出部分，其設(shè)置在所述流體容器中，所述輸出部分輸出流體容器中流體產(chǎn)生的自激振動(dòng)的位移，所述自激振動(dòng)的位移作為機(jī)械能。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蒸汽機(jī)，進(jìn)一步包括流速控制裝置，用來周期地改變經(jīng)所述流體容器循環(huán)的流體的流速。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述流體容器是雙圓筒形的，在其上部和下部具有相互連接的外圓筒和內(nèi)圓筒。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽機(jī)，其特征在于沿重力方向分離設(shè)置所述加熱器和冷凝器，并且所述輸出部分設(shè)置在所述冷凝器附近。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽機(jī)，其特征在于所述輸出部分具有隨振動(dòng)移動(dòng)的活塞和波形管中任一個(gè)，從所述活塞或波形管獲取輸出，所述活塞或波形管接受來自流動(dòng)液體的壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蒸汽機(jī)，其特征在于作用力在所述異相周期中被施加到所述流體容器中的流體上，以延長(zhǎng)所述加熱器或冷凝器和所述流體的熱交換時(shí)間。
全文摘要
一種蒸汽機(jī)，它能夠提高效率，防止接受蒸汽壓力部分產(chǎn)生腐蝕、磨損等情況。加熱器和冷凝器設(shè)在U形流體容器的一側(cè)上，用于輸出的活塞設(shè)置在容器另一側(cè)。所述加熱器加熱工作流體以將其蒸發(fā)。工作流體的蒸汽的膨脹壓力將第一立管中液面壓低。所述工作流體的液體部分從第一立管流到第二立管，從而沿向上的方向向活塞施加壓力。接著，所述工作流體的液體部分作為直接接受所述蒸汽的膨脹壓力的液體活塞，因此可以防止接受蒸汽壓力部分的腐蝕、磨損等情況的發(fā)生。
文檔編號(hào)F01K27/00GK1485526SQ03154910
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
發(fā)明者八束真一, 萩原康正, 正 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝