本公开内容总体而言涉及热引擎，更具体地涉及可在低温源和/或在低温差下（例如，在自然环境之间，或在自然环境与废热源之间）运行的热引擎。
背景技术：
1、对全球变暖的关注和解决这些关注的需求已经导致全世界、特别是发达国家的政策发生了重大变化，以减少能源需求中化石燃料的使用。尽管化石燃料是大量可用的，并且仍然解决了全球能源需求的主要部分，但是对利用具有较低环境影响的替代能源的兴趣一直在不断发展。替代能源的一些示例包括核能和使用风能和/或太阳能的已知技术。然而，这些技术具有很大的局限性，阻碍了它们的广泛应用。例如，核电厂具有显著的安装风险和来自放射性废物污染的环境副作用。此外，尽管在诸如太阳能系统或风能发电厂中的可再生能源的使用具有不污染环境和不导致全球变暖的优点，但是与化石燃料相比，它们仍然具有显著的局限性；例如，较高的成本、不规则性以及它们依赖于地理位置的可用性。因此，许多研究旨在解决这些需求，以减少化石燃料的使用，并且探索增大可行性的潜在方法，以及降低与使用自然能源或可再生能源相关的投资成本。此外，期望这些潜在的解决方案同时也有助于解决全球变暖的问题。
2、自然能源的另一个示例可以是存在于环境（即，空气、水和土地）中的大量热能存储。然而，这些热能存储之间的低温差限制了它们在解决能量需求方面的使用。用于来自热能的发电的大多数传统方法需要相当高温度的工作流体来做功，例如，足够突然的气体膨胀以产生用于发电的可用机械运动，这是用于发电的燃气轮机、蒸汽发电厂以及其它燃烧发动机类型的功能原理。替代地，与热交换系统的其它传统方式相比，使用热管作为有效的热传递机构是已知的，并且使用了数十年。通常，已知热管用于废热回收，并且已在一些实际应用中采用热管，然而，通过热管交换的低温废热还不能用于发电。
3、已经开发了一些利用自然资源发电的系统。例如，美国专利2017/0314539描述了一种旋转型致动器，其包括具有扭转结构的纤维，该纤维响应于温度波动而连续旋转，以将已经浪费在周围环境中的热能转换为机械能，该机械能随后用于产生电力。美国专利4,341,075描述了一种用于将低温热能转换成机械能或电能的方法和设备，其中至少一个液体或气体室响应于温度变化而做功。美国专利10,615,720描述了一种包括变形单元和压电单元的发电机。变形单元耦接到压电单元并且包括导电聚合物，该导电聚合物被构造成在接触湿气时形变，从而向压电单元施加机械力，进而发电。美国专利10,072,638描述了一种利用脉冲加热收集热能的设备。此外，美国专利9,488,128描述了一种热扭矩发动机，其采用由热介质加热的热箱和具有多个外围安装的罐的轮，其中沿直径相对的罐通过管道连接。通过交替地将相对的罐暴露于由于加压制冷剂移动到相对的罐而发生的热量，由于制冷剂重心的移动而引起的平衡变化产生了移动轮子的扭矩。美国专利公开2014/0150419描述了一种具有多个可移动质量体（例如，包含在容器中并且可在容器之间移动的流体）的发动机，这些可移动质量体耦接到轴并围绕轴布置。当受到压力差时，质量体移动到较高的容器，从而增大其势能并产生重力力矩，该重力力矩促使多个质量体沿特定方向旋转。
4、仍然需要一种克服本领域中已知缺陷中的至少一个的系统，例如一种可以有效地利用自然热存储中存在的低温热量和/或低温差来产生用于小型应用以及大型应用的电力的系统。
技术实现思路
1、在一个方面，提供一种热引擎。热引擎包括用于支撑一个或更多个热引擎部件的底盘。热引擎还包括功输出构件，该功输出构件支撑在底盘上并且适于产生机械动力且将机械动力输出到用于产生电力的发电系统。热引擎还包括操作机构，该操作机构耦接到功输出构件并且适于操作功输出构件以产生机械动力。操作机构包括第一致动器带阵列，该第一致动器带阵列可操作地连接到功输出构件并且适于响应于热量暴露而使功输出构件沿第一方向移位。操作机构还包括第二致动器带阵列，该第二致动器带阵列可操作地连接到功输出构件并且适于响应于热量暴露而使功输出构件沿第二方向移位。此外，操作机构包括热切换机构，该热切换机构是可操作的，以将第一致动器带阵列和第二致动器带阵列中的每个周期性地暴露于热量，从而引起功输出构件的沿第一方向和第二方向的周期性移位，以产生机械动力。
2、在另一方面，提供一种发电系统。发电系统包括用于产生电力的发电系统和可操作地耦接到发电系统的热引擎。热引擎包括用于支撑一个或更多个热引擎部件的底盘。热引擎还包括功输出构件，该功输出构件支撑在底盘上并且适于产生机械动力且将机械动力输出到用于产生电力的发电系统。热引擎还包括操作机构，该操作机构耦接到功输出构件并且适于操作功输出构件以产生机械动力。操作机构包括第一致动器带阵列，该第一致动器带阵列可操作地连接到功输出构件并且适于响应于热量暴露而使功输出构件沿第一方向移位。操作机构还包括第二致动器带阵列，该第二致动器带阵列可操作地连接到功输出构件并且适于响应于热量暴露而使功输出构件沿第二方向移位。此外，操作机构包括热切换机构，该热切换机构是可操作的，以将第一致动器带阵列和第二致动器带阵列中的每个周期性地暴露于热量，从而引起功输出构件的沿第一方向和第二方向的周期性移位，以产生机械动力。
1.一种热引擎，包括：
2.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的一个或更多个包括一个或更多个致动器带，并且其中，所述一个或更多个致动器带中的每个由具有高热膨胀或收缩系数的材料制成并且适于响应于热量暴露而改变尺寸。
3.如权利要求2所述的热引擎，其中，在所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个中的一个或更多个致动器带是拉伸的弹性体带，所述拉伸的弹性体带适于响应于热量暴露而改变其相应的长度。
4.如权利要求2所述的热引擎，其中，在至少一个第一致动器带阵列和至少一个第二致动器带阵列中的每个中的一个或更多个致动器带由橡胶、硅酮基橡胶、聚氨酯、苯乙烯丁二烯共聚物、天然橡胶以及弹性体中的一个制成。
5.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述底盘包括第一纵向端部和第二纵向端部，并且其中：
6.如权利要求5所述的热引擎，其中，所述热切换机构支撑在所述底盘的第一纵向端部和第二纵向端部中的一个或更多个上。
7.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述操作机构包括：
8.如权利要求7所述的热引擎，其中，所述主动部件是线性齿条齿轮，并且所述从动部件是小齿轮。
9.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述操作机构包括支撑在所述底盘的一个纵向端部上的带安装构件，所述带安装构件包括第一端部和第二端部，所述第一端部用于接收所述第一致动器带阵列的一个端部并将其固定到所述第一端部，所述第二端部用于接收所述第二致动器带阵列的一个端部并将其固定到所述第二端部。
10.如权利要求9所述的热引擎，其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个的另一个端部连接在一起以形成连续的环。
11.如权利要求9所述的热引擎，其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个的另一个端部固定到所述底盘的另一个纵向端部。
12.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述底盘包括箱状结构，所述箱状结构具有限定所述底盘的高度的顶部框架和底部框架，并且其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个包括多个致动器带，所述多个致动器带以分层的方式设置以延伸穿过所述底盘的高度。
13.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述底盘包括箱状结构，所述箱状结构具有限定所述底盘的高度的顶部框架和底部框架，并且其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个包括致动器带，所述致动器带的高度等于所述底盘的高度。
14.如权利要求1所述的热引擎，所述热引擎定位在设施处，所述设施具有带有第一环境温度的第一环境和带有第二环境温度的第二环境，所述第二环境温度低于所述第一环境温度，并且其中，所述热量暴露作为所述第一温度与所述第二温度之间的温度梯度提供给所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列。
15.如权利要求1所述的热引擎，其中，由热源提供所述热量暴露，所述热源包括低温废热源、太阳热能源、地热能源以及自然热源中的一个或更多个，所述自然热源包括来自土地、空气和水中的一个或更多个的热量。
16.如权利要求15所述的热引擎，其中，所述太阳热能源包括用于收集太阳热能的真空玻璃管和镜面收集器中的一个或更多个。
17.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个支撑在安装于所述底盘上的多个带接触组件上，所述多个带接触组件中的每个包括安装在轴装置上并且支撑在一个或更多个轴承上的一个或更多个带轮。
18.如权利要求17所述的热引擎，其中，所述多个带接触组件包括沿第一旋转方向可旋转的第一组带接触组件和沿第二旋转方向可旋转的第二组带接触组件，并且其中，所述第一旋转方向和所述第二旋转方向被构造为协作以产生功输出构件的单向旋转。
19.如权利要求17所述的热引擎，其中，所述一个或更多个轴承包括单侧旋转轴承，并且其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列适于在支撑在所述单侧旋转轴承上时产生所述功输出构件的单向旋转。
20.如权利要求17所述的热引擎，其中，所述一个或更多个轴承包括自由旋转轴承，并且其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列适于在支撑在所述自由旋转轴承上时并且在所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个的至少一个端部固定到所述底盘时产生所述功输出构件的双向旋转。
21.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述热切换机构包括流动控制阀，所述流动控制阀适于切换阀位置以将热量引向所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的一个，并且其中，周期性地切换所述流动控制阀的阀位置使所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个周期性地暴露于热量。
22.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述操作机构包括流体连接到热源和所述热切换机构的热交换器，所述热交换器包括具有用于从所述热源吸收热量的工作流体的第一热交换器部段，加热的工作流体适于使所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列暴露于热量。
23.如权利要求22所述的热引擎，所述热引擎定位在设施处，所述设施具有带有第一环境温度的第一环境和带有第二环境温度的第二环境，所述第二环境温度低于所述第一环境温度，其中，所述第一热交换器部段定位在带有所述第一环境温度的所述第一环境中。
24.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述操作机构包括流体连接到热源和所述热切换机构的热交换器，所述热交换器包括第二热交换器部段和第三热交换器部段，所述第二热交换器部段适于根据所述热切换机构的位置而使在所述第二热交换器部段中支撑的所述第一致动器带阵列暴露于热量，所述第三热交换器部段适于根据所述热切换机构的位置而使在所述第三热交换器部段中支撑的所述第二致动器带阵列暴露于热量。
25.如权利要求24所述的热引擎，所述热引擎定位在设施处，所述设施具有带有第一环境温度的第一环境和带有第二环境温度的第二环境，所述第二环境温度低于所述第一环境温度，其中，所述第二热交换器部段和所述第三热交换器部段定位在所述第二环境中。
26.如权利要求1所述的热引擎，其中：
27.如权利要求26所述的热引擎，其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个的第一端部在所述第一臂或所述第二臂中的一个处经由相应的主动机构可操作地耦接到所述轴，所述主动机构适于响应于所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列的周期性热量暴露而使所述轴旋转。
28.如权利要求27所述的热引擎，其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个包括至少一个第一致动器带和第二致动器带，并且其中，所述主动机构包括：
29.如权利要求28所述的热引擎，其中，所述第一链条和链轮装置以及所述第二链条和链轮装置中的每个通过包括以下各者的装置连接到所述底盘的相应的第一臂和第二臂中的每个上的固定锥齿轮：
30.如权利要求27所述的热引擎，其中，所述驱动组件包括：
31.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述操作机构包括支撑在所述底盘上的多个热引擎筒体，并且其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列设置在所述多个热引擎筒体中的每个的外表面上。
32.如权利要求31所述的热引擎，其中，所述操作机构包括热切换机构，所述热切换机构耦接到所述多个热引擎筒体中的每个。
33.如权利要求31所述的热引擎，其中，所述底盘是筒形结构，所述筒形结构具有在其中可旋转的所述功输出构件，所述底盘包括：
34.如权利要求31所述的热引擎，其中，所述多个热引擎筒体中的每个包括隔热的内筒形壳和导热的外筒形壳，所述内筒形壳和所述外筒形壳在其间限定流体通道空间，所述外筒形壳与设置在相应的热引擎筒体的外表面上的所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列接触，并且其中，加热的工作流体被接收到所述流体通道空间中，以使设置在所述外表面上的所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列暴露于所述加热的工作流体的热量。
35.如权利要求31所述的热引擎，其中，所述底盘是筒形结构，所述筒形结构具有在其中可旋转的所述功输出构件，并且其中，所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列中的每个包括多个致动器带，所述多个致动器带通过包括以下各者的装置可操作地连接到所述功输出构件：
36.如权利要求35所述的热引擎，其中，所述驱动装置包括：
37.如权利要求36所述的热引擎，其中，所述主动齿轮构件还通过可移动紧固机构可操作地耦接到弹簧导棒，并且其中，所述弹簧导棒固定地连接到所述第二固定凸缘构件。
38.如权利要求35所述的热引擎，其中，所述驱动装置包括：
39.如权利要求1所述的热引擎，其中，所述底盘包括多个部段，并且其中，所述操作机构包括：
40.如权利要求39所述的热引擎，其中，所述操作机构包括驱动组件，所述驱动组件适于将所述功输出构件可操作地连接到所述第一致动器带阵列和所述第二致动器带阵列，所述驱动组件包括：
41.一种发电系统，包括：
