本实用新型涉及盐梯度太阳池热利用领域，尤其涉及一种基于盐梯度太阳池供热的活塞式热气发动机技术领域。
背景技术：
盐梯度太阳池是一种兼具吸收和储存太阳能的太阳能热利用方式。根据盐水浓度的不同，盐梯度太阳池自上而下分为三层：上对流层为淡盐水或淡水组成，该层直接与大气环境接触，具有与环境相近的温度；中间层为盐梯度层，该层盐度自上而下逐渐增加；最下层为下对流层，该层为浓盐水或卤水。照射到太阳池表面的太阳光穿过上对流层和盐梯度层，到达下对流层，将下对流层中的浓盐水加热，但由于盐梯度太阳池中逐渐增加的盐梯度抑制了由于温度梯度所导致的浮升力作用，使得下对流层的热量只能通过热传导的作用向上层传递，而盐水的导热系数较小（一般在0.5～0.6w/m℃），加之盐梯度层较厚（一般在1m左右），故在下对流层中存储的热量损失较小。
由于实际运行的盐梯度太阳池面积一般较大，其下对流层可以提供60-80℃之间稳定大容量热源，目前一般采用内置或外置换热器的方式将热量提取直接供热，用于生活用热、海水养殖、低温干燥等过程，而对于热功转换的研究较少。活塞式热气发动机一般由加热缸、冷却缸、回热器及活塞及连杆机构组成，是一种外部加热的闭式循环发动机，理论上活塞式热气发动机的循环热效率等同与同温限之间工作的卡诺热机循环效率，由于活塞式热气发动机采用外部加热方式，故噪音低，其较高的热效率使之适用于温差较小的冷热源之间的热功转换。
技术实现要素：
综上所述，本实用新型将盐梯度太阳池技术应用于活塞式热气发动机装置，利用盐梯度太阳池上下对流层之间水的温差为活塞式热气发动机提供稳定的外部冷、热源，将热量转换为功输出。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置,包括盐梯度太阳池1和活塞式热气发动机5装置，盐梯度太阳池1由下对流层2，盐梯度层3和上对流层4组成，活塞式热气发动机5装置模块由加热缸6，冷却缸7，排量活塞9，动力活塞10，上联动杆11，下联动杆12，飞轮13，肋片14，回热段15和气缸16组成；活塞式热气发动机5内部设有做功工质8；一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置其结构特征还在于：活塞式热气发动机5的加热缸6放置在盐梯度太阳池1的下对流层2，冷却缸7放置在盐梯度太阳池1上对流层4中，连接加热缸6和冷却缸7的回热段15设置在盐梯度层3中，冷却缸7外壁面设置肋片14，排量活塞9设置在动力活塞10的下方，两者通过下联动杆12、上联动杆11与飞轮13相连接组成活塞式热气循环的必要循环装置；所述的盐梯度太阳池1的活塞式热气发动机5利用盐梯度太阳池1上对流层4与下对流层2之间存在的温差将盐梯度太阳池存储的热量转换为功输出。
所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其工作原理在于，盐梯度太阳池1的下对流层2和上对流层4分别为活塞式热气发动机5提供高温和低温热源，具体为：盐梯度太阳池1下对流层2为活塞式热气发动机5提供高温热源，盐梯度太阳池1的上对流层4为活塞式热气发动机5提供低温冷源；活塞式热气发动机5做功工质8通过加热缸6从盐梯度太阳池1下对流层2中的热盐水中获取热量并产生膨胀，通过下联动杆12、上联动杆11及飞轮13对外输出功，通过冷却缸7将余热释放到盐梯度太阳池1上对流层4的淡水中；盐梯度层3的温度分布促进了气缸16回热段15的回热，即做功工质8在加热缸6向上膨胀过程中经过位于盐梯度层3的回热段15，被盐梯度层3中由下向上逐渐降低的温度梯度逐步冷却，而做功工质8在冷却缸7中被冷却，向下流动过程中经过位于盐梯度层3的回热段15，又被盐梯度层3中由上向下逐渐升高的温度梯度逐步加热。
进一步，所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，活塞式热气发动机5的加热缸6与盐梯度太阳池1下对流层2中的热盐水的换热采用间壁式（即不接触式）换热器方式；活塞式热气发动机5的冷却缸7与盐梯度太阳池1上对流层4中的热盐水的换热采用间壁式换热器方式。
进一步，所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于：所述的肋片14完全设置在盐梯度太阳池1上对流层4的水中，加快了冷却缸7中做功工质8向盐梯度太阳池1的上对流层4释放余热的速率。
进一步，所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于：所述的活塞式热气发动机5的飞轮13放置时高出盐梯度太阳池1上对流层4的液体表面，当加热缸6从盐梯度太阳池1下对流层2吸收热量时做功工质8受热膨胀推动排量活塞9向上运动作用于下联动杆12及上联动杆11，推动飞轮13转动作用于动力活塞10向下运动进而压缩在冷却缸7中冷却的做功工质8；飞轮13设置在空气中转动阻力比放在水中的转动阻力小的多，故能更好的完成活塞式热气循环。
进一步，所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于：所述的排量活塞9与活塞式热气发动机5的缸壁之间存在一定的间隙，以便做功工质8在膨胀和压缩时能够在加热缸6和冷却缸7之间往复流动，从而推动动力活塞10完成对外做功。
进一步，所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于：所述的动力活塞10与缸壁之间为往复式动密封，以将做功工质8封闭在发动机气缸16内部。
进一步，所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置中的做功工质8可以是空气、氮气、氦气或氢气等气体。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型提供的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置利用盐梯度太阳池1的下对流层2与上对流层4之间的温差产生动力，将所储存的低品位热能转换为高品位的动力输出。
2、本实用新型提供的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置的加热缸6位于下对流层2并从中提取热量，冷却缸7位于上对流层4并向之放出热量，加热缸6与冷却缸7之间的气缸16位于盐梯度层3中，这种布置方式充分利用盐梯度太阳池1的热量，并有利于减小盐梯度太阳池1温差梯度，有利于盐梯度太阳池1的稳定性。
3、本实用新型提供的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置热源来源于盐梯度太阳池1，该系统将低品位热量转换为高品位的功，整个过程不消耗传统化石能源，对环境不产生污染，是环境友好型的一种装置。
附图说明
图1是盐梯度太阳池与活塞式热气发动机之间的能量传递关系图。
图2是一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置示意图。
图3是基于盐梯度太阳池的外置式活塞式热气发动机的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
如图1、2所示，活塞式热气发动机5的气缸16竖直放置于盐梯度太阳池1内，活塞式热气发动机5的加热缸6位于下对流层2，冷却缸7位于上对流层4，回热段15位于盐梯度层3；在盐梯度太阳池1的三层中，储热层具有均匀的最高温度，上对流层4具有均匀的低温（即环境温度），而盐梯度层3具有由上到下逐渐升温的温度梯度，故本实用新型提出的活塞式热气发动机5在盐梯度太阳池1中的这种布置方式充分合理地利用了盐梯度太阳池1的温度分布，即做功工质8在加热缸6从储热层中吸热，膨胀上行，经过回热段15被盐梯度层3的盐水逐渐冷却降温，直至到达冷却缸7，在冷却缸7中被上对流层4冷却而收缩，向下流动过程经过回热段15被盐梯度层3盐水逐渐加热升温，到达加热缸6继续加热膨胀，做功工质8在如上所述的周而复始的吸热膨胀及放热收缩过程中，通过动力活塞10不断输出容积变化功。
如图2所示，活塞式热气发动机5的加热缸6放置在盐梯度太阳池1的下对流层2，冷却缸7放置在盐梯度太阳池1上对流层4中，连接加热缸6和冷却缸7的回热段15设置在盐梯度层3中，冷却缸7外壁面设置肋片14，用于强化做功工质8与上对流层4之间的换热，排量活塞9设置在动力活塞10的下方，两者通过下联动杆12、上联动杆11与飞轮13相连接组成活塞式热气循环的必要循环装置，所述的盐梯度太阳池1的活塞式热气发动机5利用盐梯度太阳池1上对流层4与下对流层2之间存在的温差将盐梯度太阳池1中存储的热量转换为功输出。
本实用新型的主要内容在于基于盐梯度太阳池供热的活塞式热气发动机装置，主要原理在于盐梯度太阳池1的下对流层2为加热缸6提供热量，盐梯度太阳池1的上对流层4为冷却缸7提供冷源。
基于本实用新型所述的思想，具体实施方式也可以采用其它形式，图3给出本实用新型的另一种实施例。如图3所示，盐梯度太阳池1下对流层2的高温热盐水通过管道19进入加热缸6并加热其中的做功工质8，做功工质8吸热膨胀，推动气缸16中的活塞17对外做功，做功后的做功工质8经气体管道18流经回热段15，将余热储存在回热段15，继续向上流经气体管道18进入冷却缸7，在冷却缸7中，做功工质8与来自上对流层4的冷水换热，将热量释放给上对流层4的冷水，换热后的冷水回到上对流层4，通过盐梯度太阳池1上表面与大气环境之间对流换热将热量释放到大气环境中，做功工质8通过在加热缸6中的吸热膨胀和冷却缸7中的放热收缩，交替的容积变化，从而推动两个气缸16中的活塞17移动，对外输出功。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
技术特征：
1.一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置,包括盐梯度太阳池（1）和活塞式热气发动机（5）装置，盐梯度太阳池（1）由下对流层（2），盐梯度层（3）和上对流层（4）组成，活塞式热气发动机（5）装置模块由加热缸（6），冷却缸（7），排量活塞（9），动力活塞（10），上联动杆（11），下联动杆（12），飞轮（13），肋片（14），回热段（15）以及气缸（16）组成；活塞式热气发动机（5）内部设有做功工质（8）；一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置其结构特征还在于：活塞式热气发动机（5）的加热缸（6）设置在盐梯度太阳池（1）的下对流层（2），冷却缸（7）设置在盐梯度太阳池（1）上对流层（4）中，连接加热缸（6）和冷却缸（7）的回热段（15）设置在盐梯度层（3）中，冷却缸（7）外壁面设置肋片（14），排量活塞（9）设置在动力活塞（10）的下方，两者通过下联动杆（12）、上联动杆（11）与飞轮（13）相连接组成活塞式热气循环的必要循环装置；所述的盐梯度太阳池（1）的活塞式热气发动机（5）利用盐梯度太阳池（1）上对流层（4）与下对流层（2）之间存在的温差将盐梯度太阳池（1）存储的热量转换为功输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征是盐梯度太阳池（1）的下对流层（2）和上对流层（4）分别为活塞式热气发动机（5）提供高温热源和低温冷源，具体为：盐梯度太阳池（1）下对流层（2）为活塞式热气发动机（5）提供高温热源，盐梯度太阳池（1）的上对流层（4）为活塞式热气发动机（5）提供低温冷源；活塞式热气发动机（5）做功工质（8）通过加热缸（6）从盐梯度太阳池（1）下对流层（2）的热盐水中获取热量并产生膨胀，通过下联动杆（12）、上联动杆（11）及飞轮（13）对外输出功，通过冷却缸（7）将余热释放到盐梯度太阳池（1）上对流层（4）的水中；盐梯度层（3）的温度分布促进了气缸（16）回热段（15）的回热，即做功工质（8）在加热缸（6）向上膨胀过程中经过位于盐梯度层（3）的回热段（15），被盐梯度层（3）中由下向上逐渐降低的温度梯度逐步冷却，而做功工质（8）在冷却缸（7）中被冷却后向下流动过程中，经过位于盐梯度层（3）的回热段（15），又被盐梯度层（3）中由上而下逐渐升高的温度梯度逐步加热。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于活塞式热气发动机（5）的加热缸（6）与盐梯度太阳池（1）的下对流层（2）中的热盐水的换热采用间壁式换热器方式；活塞式热气发动机（5）的冷却缸（7）与盐梯度太阳池（1）上对流层（4）中的热盐水的换热采用间壁式换热器方式。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于：所述的肋片（14）完全设置在盐梯度太阳池（1）上对流层（4）的水中，加快了冷却缸（7）中做功工质（8）向盐梯度太阳池（1）的上对流层（4）释放余热的速率。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于：所述的活塞式热气发动机（5）的飞轮（13）放置时高出盐梯度太阳池（1）上对流层（4）的液体表面，当加热缸（6）从盐梯度太阳池（1）下对流层（2）吸收热量时做功工质（8）受热膨胀推动排量活塞（9）向上运动作用于下联动杆（12）及上联动杆（11），推动飞轮（13）转动作用于动力活塞（10）向下运动进而压缩在冷却缸（7）中冷却的做功工质（8）；飞轮（13）设置在空气中转动阻力比放在水中的转动阻力小的多，故能更好的完成活塞式热气循环。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于：所述的排量活塞（9）与活塞式热气发动机（5）的缸壁之间存在一定的间隙，以便做功工质（8）在膨胀和压缩时能够在加热缸（6）和冷却缸（7）之间往复流动，从而推动动力活塞（10）完成对外做功。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于动力活塞（10）与缸壁之间为往复式动密封，以将做功工质（8）封闭在发动机气缸（16）内部。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置，其特征在于做功工质（8）可以是空气、氮气、氦气或氢气等气体。
技术总结
本实用新型涉及盐梯度太阳池热利用技术领域，尤其涉及一种基于盐梯度太阳池的活塞式热气发动机装置。其特征在于，活塞式热气发动机的做功工质通过加热缸从下对流层中吸热膨胀，推动活塞对外输出功，膨胀的做功工质经过回热段被盐梯度层的盐水逐渐冷却降温，直至到达冷却缸，在冷却缸中被上对流层冷却而收缩，向下流动过程经过回热段被盐梯度层盐水逐渐加热升温，到达加热缸继续加热膨胀，做功工质在如上所述的周而复始的吸热膨胀及放热收缩过程中，通过动力活塞不断输出容积变化功。本实用新型完全利用盐梯度太阳池为活塞式热气发动机提供热源和冷源，减少了能源的消耗，缓解人类对优质能源需求，减少了对环境的污染。
技术研发人员：王华;马晓蒙;张新民;梅艳阳;张安超;孙志君
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：.06.24
技术公布日：.02.18
