CN104265501B - 一种液体热机及动力输出装置 - Google Patents

Abstract

一种液体热机,涉及动力机械技术领域，包括膨胀箱和液压缸，膨胀箱内设有热膨胀液体工质，液压缸的液压腔与膨胀箱连通，设有工质加热装置和工质冷却装置。本发明结构简单，直接输出扭矩大、效率高，对热媒要求低、温差要求小，30-50度的温差即可正常工作，适用范围广，噪音小，液压缸的活塞往复工作频率低，充分利用了液体受热膨胀产生的巨大压力。适用汽车排热系统的热能回收、转化为机械能，进一步转化为电能存储利用。

Description

一种液体热机及动力输出装置

技术领域

本发明涉及动力机械技术领域，详细讲是一种结构简单，直接输出扭矩大、效率高，噪音小的液体热机及动力输出装置。

背景技术

我们知道，传统的蒸汽机和蒸汽轮机体积大噪音也大，使用受限。如核潜艇的动力装置一般为蒸汽机，在海中潜航时，噪音大不利于隐蔽，日常生活中也不宜使用大噪音机械。现有的斯特林发动机虽然解决了噪音问题，但其以气体作为工质，由于气体热传导性差、易被压缩，所以斯特林发动机虽然转速快但直接输出的扭矩小，不能直接带动重的负载，且需要较大（500-700℃以上）的温差才能正常工作，热媒要求高，适用范围窄，效率低。斯特林发动机的对外部件需要多次、快速的反复地循环做功，才能对外输出较大功率；发动机的活塞、壳体及传动部件的损伤速度快，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单，直接输出扭矩大、效率高，对热媒要求低、适用范围广，噪音小，使用寿命长的液体热机及动力输出装置。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种液体热机,其特征在于包括膨胀箱和液压缸，膨胀箱内设有热膨胀液体工质，液压缸的液压腔与膨胀箱连通，设有工质加热装置和工质冷却装置。

本发明中所述的工质加热器和工质冷却器的结构是：膨胀箱侧壁上设有换热腔，换热腔上设有换热进口和换热出口，换热进口经三通阀与加热泵和冷却泵相连，加热泵与热源相连，冷却泵与冷源相连，换热出口经三通阀与热源和冷源相连。所述的热源为具有加热器的加热箱，所述冷源为具有冷却器的冷却箱。

本发明中所述的膨胀箱内侧壁上设有散热片。使换热腔内介质与膨胀箱内的工质快速换热，提高液体热机的工作效率。

本发明中所述的工质加热装置是在膨胀箱上设有加热器；所述的工质冷却装置是：设有冷液箱，所述的膨胀箱上设有进液口和排液口，冷液箱经循环泵、进液管与进液口相连，进液口上设有进液阀；排液口经排液管、冷却器与冷液箱相连，排液口上设有排液阀，冷液箱、膨胀箱及其管路内充满液体工质。

本发明中所述的液体工质为膨胀系数高和导热性好的液体，水或酒精。

本发明中所述的膨胀箱由导热性好的高强度金属制作而成。

本发明中所述膨胀箱上设有泄压阀。防止系统出现故障后膨胀箱压力过高而炸裂。

一种动力输出装置，设有轴承座，轴承座上经轴承安装有转轴，其特征在于转轴上设有至少一套动力输入装置，所述的动力输入装置为：转轴上设有单向轴承，单向轴承上安装有传动齿轮，传动齿轮一侧设有上述液体热机，液体热机液压缸的活塞杆上设有与传动齿轮相啮合的传动齿条。

本发明中所转轴上设有三套动力输入装置，所述的液体热机的液压缸活塞杆依次伸缩做功，保证转动轴受到不间断的驱动力。三套动力输入装置的进液阀和排液阀相互交替的开关。

本发明在工作时，工质加热装置工作，对膨胀箱内的液体工质加热，工质受热膨胀推动液压缸的活塞杆向上运动做功；活塞杆向上运动达到预定行程时，工质加热装置停止工作、工质冷却装置工作，工质冷却收缩，液压缸的活塞杆在自身弹簧的作用下回缩，当活塞杆回缩到预定行程时，工质冷却装置停止工作、工质加热装置工作，重复做功。如此反复重复做功。本发明结构简单，直接输出扭矩大、效率高，对热媒要求低、温差要求小，30-50度的温差即可正常工作，适用范围广，噪音小，液压缸的活塞往复工作频率低，充分利用了液体受热膨胀产生的巨大压力。适用汽车排热系统的热能回收、转化为机械能，进一步转化为电能存储利用。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图，也是实施例1的结构示意图。

图2是本发明的另一种结构示意图，也是实施例2的结构示意图。

图3是本发明的动力输出装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的液体热机,包括膨胀箱4和单作用液压缸1，膨胀箱4内设有热膨胀液体工质，液压缸1的液压腔与膨胀箱4内部连通，设有工质加热装置和工质冷却装置，从图中可以看出，工质加热器和工质冷却器的结构是：膨胀箱侧壁上设有换热腔5，换热腔5上设有换热进口和换热出口，换热进口经三通阀10与加热泵9和冷却泵8相连，加热泵9与热源7相连，冷却泵8与冷源6相连，换热出口经三通阀2与热源7和冷源6相连。膨胀箱4内侧壁上设有散热片3，散热片3使换热腔5内介质与膨胀箱4内的工质快速换热，提高液体热机的工作效率。热源为具有加热器的加热箱，冷源为具有冷却器的冷却箱。冷源和热源还可以选用自然界的冷、热物质，如地热、冷空气、太阳能等，也可以选用工业废热、生活废热等。如利用汽车废热作为热源，利用空气作为冷源带动液压缸工作，带动发电机工作发电。

工作时，工质加热装置工作，此时，三通阀10将加热泵与换热腔连通，加热泵9将热源的高温物质送人换热腔、为膨胀箱内的液体工质加热，液体工质受热膨胀，推动液压缸的活塞杆向上运动做功；加热泵工作时，三通阀2将换热腔与热源连通，换热腔内换热降温的物质返回热源加热重复利用或直接排掉。活塞杆向上运动达到预定行程时，工质加热装置停止工作、工质冷却装置工作，此时，三通阀10将冷却泵与换热腔连通，冷却泵9将冷源的低温物质送人换热腔、为膨胀箱内的液体工质降温，液体工质冷却收缩，液压缸的活塞杆在自身弹簧的作用下回缩，冷却泵工作时，三通阀2将换热腔与冷源连通，换热腔内换热升温的物质返回冷源降温后重复利用或直接排掉。当活塞杆回缩到预定行程时，工质冷却装置停止工作、工质加热装置工作，如此反复重复做功。在工质加热装置和工质冷却装置工作状态切换的过程中，三通阀2的切换时间迟滞于三通阀10的切换时间，可以将工作状态切换初期遗留在换热腔内的高温物质或低温物质返回热源或冷源，降低能耗、提高内能的利用率。本发明结构简单，直接输出扭矩大、效率高，对热媒要求低、温差要求小，30-50度的温差即可正常工作，适用范围广，噪音小，液压缸的活塞往复工作频率低，充分利用了液体受热膨胀产生的巨大压力。适用汽车排热系统的热能回收、转化为机械能，进一步驱动发电机，将内能转化为电能存储利用。

实施例2

如图2所示的液体热机,其特征在于包括膨胀箱4和单作用液压缸1，膨胀箱4内设有热膨胀液体工质，液压缸1的液压腔与膨胀箱4连通，设有工质加热装置和工质冷却装置，从图2中可以看出，工质加热装置是在膨胀箱底部设有加热器13，也可以是环绕膨胀箱外部的加热器或者置于膨胀箱内部的加热器，可以快速对液体工质加热。工质冷却装置是：设有冷液箱15，所述的膨胀箱4上设有进液口和排液口，冷液箱15经循环泵16、进液管18与进液口相连，进液口上设有进液阀19；排液口经排液管12、冷却器14与冷液箱15相连，排液口上设有排液阀11，冷液箱、膨胀箱及其管路内充满液体工质，至少膨胀箱内充满液体工质。液体工质为膨胀系数高和导热性好的液体，可以选用水或酒精。膨胀箱由导热性好的高强度金属制作而成。为了防止系统出现故障后膨胀箱压力过高而炸裂，膨胀箱上设有泄压阀17。

工作时，工质加热装置工作，此时，排液阀和进液阀关闭，加热器工作对膨胀箱内的液体工质加热，液体工质受热膨胀，推动液压缸的活塞杆向上运动做功；当活塞杆向上运动达到预定行程时，工质加热装置停止工作、工质冷却装置工作，此时，排液阀和进液阀打开，循环泵工作，将冷液箱内低温的液体工质输入膨胀箱内，将膨胀箱内的高温液体工质排出、经冷却器冷却后进入冷液箱待用,当膨胀箱内充满低温的液体工质时，排液阀和进液阀关闭。当排液阀和进液阀打开后，膨胀箱内的液体工质压力下降，液压缸的活塞杆在自身弹簧的作用下回缩。排液阀和进液阀关闭后，重复上述工作过程，如此反复重复做功。采用此种结构的工质加热装置和工质冷却装置，膨胀箱内液体工质的温度变化速度快，提高了液体热机的对外输出功率。

如图3所示的动力输出装置，设有轴承座25，轴承座25上经轴承20安装有转轴23，转轴23上设有至少一套动力输入装置，所述的动力输入装置为：转轴23上设有单向轴承，单向轴承22上安装有传动齿轮22，传动齿轮22一侧设有上述液体热机，液体热机液压缸1的活塞杆上设有与传动齿轮22相啮合的传动齿条21；液压缸的活塞杆向外推出时单向轴承锁死、带动转轴转动，而液压缸的活塞杆缩收回时，单向轴承解锁而不影响主轴的转动。本实施例中液体热机包括膨胀箱4和单作用液压缸1，膨胀箱4内设有热膨胀液体工质，液压缸的液压腔与膨胀箱连通，设有工质加热装置和工质冷却装置，工质加热装置是在膨胀箱底部设有加热器。工质冷却装置是：设有冷液箱，所述的膨胀箱上设有进液口和排液口，冷液箱经循环泵、进液管与进液口相连，进液口上设有进液阀；排液口经排液管、冷却器与冷液箱相连，排液口上设有排液阀，冷液箱、膨胀箱及其管路内充满液体工质。为了使转轴得到不间断的驱动力，转轴上至少设有两套动力输入装置，从图中可以看出，为了使转轴23得到不间断的驱动力，转轴上设有四套动力输入装置，所述的液体热机的液压缸活塞杆依次伸缩做功，保证转动轴受到不间断的驱动力。四套动力输入装置的进液阀和排液阀相互交替的开关，在时间上有一定的重叠，保证任意时刻至少有一个动力输入装置向外伸出、驱动转轴转动。。

本发明在工作时，工质加热装置工作，对膨胀箱内的液体工质加热，工质受热膨胀推动液压缸的活塞杆向上运动做功；活塞杆向上运动达到预定行程时，工质加热装置停止工作、工质冷却装置工作，工质冷却收缩，液压缸的活塞杆在自身弹簧的作用下回缩，当活塞杆回缩到预定行程时，工质冷却装置停止工作、工质加热装置工作，重复做功。如此反复重复做功。本发明结构简单，直接输出扭矩大、效率高，对热媒要求低、温差要求小，30-50度的温差即可正常工作，适用范围广，噪音小，液压缸的活塞往复工作频率低，充分利用了液体受热膨胀产生的巨大压力。如可将汽车排热系统的热能回收、转化为机械能，进一步转化为电能存储利用。

本发明应用于驱动潜艇，将大大提高隐蔽性。本发明可以直接作为动力使用也可连接发电机发电、应用范围广，如太阳能发电，地热发电，核能发电，太空航天器太阳能发电，还可以安装在汽车上吸收发动机产生的热量发电以驱动混合动力汽车。

Claims (6)

1.一种液体热机,其特征在于包括膨胀箱和液压缸，膨胀箱内设有热膨胀液体工质，液压缸的液压腔与膨胀箱连通，设有工质加热装置和工质冷却装置；所述的工质加热器和工质冷却器的结构是：膨胀箱侧壁上设有换热腔，换热腔上设有换热进口和换热出口，换热进口经三通阀与加热泵和冷却泵相连，加热泵与热源相连，冷却泵与冷源相连，换热出口经三通阀与热源和冷源相连；或者所述的工质加热装置是在膨胀箱上设有加热器，所述的工质冷却装置是：设有冷液箱，所述的膨胀箱上设有进液口和排液口，冷液箱经循环泵、进液管与进液口相连，进液口上设有进液阀；排液口经排液管、冷却器与冷液箱相连，排液口上设有排液阀，冷液箱、膨胀箱及其管路内充满液体工质。

2.根据权利要求1所述的液体热机，其特征在于所述的膨胀箱内侧壁上设有散热片。

3.根据权利要求1或2所述的液体热机，其特征在于所述的液体工质为膨胀系数高和导热性好的液体。

4.根据权利要求3所述的液体热机，其特征在于本发明中所述的膨胀箱由导热性好的高强度金属制作而成。

5.一种动力输出装置，设有轴承座，轴承座上经轴承安装有转轴，其特征在于转轴上设有至少一套动力输入装置，所述的动力输入装置为：转轴上设有单向轴承，单向轴承上安装有传动齿轮，传动齿轮一侧设有上述液体热机，液体热机液压缸的活塞杆上设有与传动齿轮相啮合的传动齿条。

6.根据权利要求5所述的动力输出装置，其特征在于所转轴上设有三套动力输入装置，所述的液体热机的液压缸活塞杆依次伸缩做功，保证转动轴受到不间断的驱动力。