CN109555639B - 一种液体外燃式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种液体外燃式发动机，主要包括齿轮泵A；连接装置，其一端与所述齿轮泵A的输出轴相连接；齿轮泵B，其输出轴与连接装置另一端相连接；加热器，其两端接口分别与齿轮泵B的出口以及所述齿轮泵A的入口相连接；循环管道，连接与齿轮泵A和齿轮泵B的入口之间；冷凝器及减压装置，设置于所述循环管道上。其中齿轮泵A与齿轮泵B需满足的条件为，P₁W₁≠P₂W₂，其中P_1、P₂分别为齿轮泵A和齿轮泵B的排量，W₁、W₂分别为齿轮泵A和齿轮泵B的转速。还包括补液系统及溢流回路，本申请利用两个齿轮泵内部的压力差，形成内循环，进行动力输出，整体体积更加紧凑，热效率更高。

Description

一种液体外燃式发动机

技术领域

本发明属于发动机领域，具体涉及一种液体外燃式发动机。

背景技术

发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机、外燃机、电动机等。内燃机通常是把化学能转化为机械能，包括汽油机、柴油机以及喷气式发动机等。外燃发动机是燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，如斯特林发动机、蒸汽机等。内燃机相比于外燃机具有热效率高、体积小等优点，但是也存在构造复杂、精度高、造价高、以及操作维护技能要求高等缺点。

在外燃发动机中，蒸汽机在发展过程中，在船舶和机车的应用上，蒸汽机被抛弃了笨重锅炉、重量轻、体积小、热效率高和操作灵活的内燃机所取代；在电站等应用场所，蒸汽机则被具有热效率高、单机功率大、转速高、单位功率重量轻和运行平稳等优点的汽轮机所取代。但是汽轮机体积庞大，不适用于体积较小的载体上。

对于斯特林发动机来讲，其理论热效较高，且其具有噪音小、不受气压影响等优点，但由于斯特林发动机的加热器和膨胀腔需要长时间保持在较高的温度，这对材料提出了较高的要求，同时散失了很多热量，使其热量损失大。又由于其工质为气体，气体密度小，所以换热速度慢，导致在实际使用过程中，热效率远低于内燃机。其体积也较大，也正因如此，目前斯特林发动机只应用在少数潜艇上。且斯特林发动机由于是气体介质，存在需要驱动大功率元件时，由于气体被压缩，而导致驱动不了或者反转的情况。

发明内容

本发明提供一种液体外燃式发动机，目的是对目前外燃式发动机存在的体积大，你适合用于小载体，以及在驱动较大功率元件时，气体介质由于被压缩而存在反转的情况等问题进行改进。

本申请提供了一种液体外燃式发动机，包括齿轮泵A；连接装置，其一端与所述齿轮泵A的输出轴相连接；齿轮泵B，其输出轴与连接装置另一端相连接；加热器，其一端与所述齿轮泵A的入口相连接，另一端与所述齿轮泵B的出口相连接；循环管道，其一端与所述齿轮泵A的出口相连接，另一端与所述齿轮泵B的入口相连接；冷凝器，设置于所述循环管道上；减压装置，设置于所述循环管道上，用于系统压力调节；

其中齿轮泵A与齿轮泵B需满足的条件为，P₁W₁≠P₂W₂，其中P₁为齿轮泵A的排量，W₁为齿轮泵A的转速，P₂为齿轮泵B的排量，W₂为齿轮泵B的转速。

作为优选，所述连接装置可以为相啮合的齿轮传动装置，也可以为链条传动装置。

作为优选，所述减压装置可以为减压气缸，所述减压气缸包括移动活塞，所述移动活塞与气缸形成密闭空间的部分的密封有可压缩部件。

作为优选，可压缩部件可以为一定量的气体，也可以为压缩弹簧。

作为优选，还包括补液系统。

作为优选，所述补液系统包括，储液装置，与所述加热器相连接；单向阀，设置于所述储液装置与加热器连接的管道上；溢流回路，设置于所述储液装置与所述循环管道之间。

作为优选，所述溢流回路上设置有，电磁阀门，其第一接口与所述储液装置相连接，溢流阀，其一端与所述电磁阀门第二接口相连接，另一端与所述循环管道相连接。

本申请提供的技术方案至少具有以下技术效果，

1、本申请实施例由于采用了“通过连接装置传动连接的两个PW值不相等的齿轮泵，且齿轮泵B的出口以及所述齿轮泵A的入口连接有加热器；所述齿轮泵A的出口与所述齿轮泵B的入口通过循环管道相连接；循环管道上设置有冷凝器及减压装置“的技术手段，解决了热效率不够高，装置体积大以致使用受到限制、以及不能有效驱动大功率工件等技术问题，进而实现了热效率高，且装置体积小，适用于多种应用场合。由于工作介质为液体或者气液混合物，被压缩的空间很小，故能够驱动功率较大的工件，而不会发生反转的情况的技术效果。

2、本申请实施例由于采用了“减压装置可以为减压气缸，所述减压气缸包括移动活塞，所述移动活塞与气缸形成密闭空间的部分的密封有可压缩部件“技术手段，解决了系统压力调节的技术问题，进而实现了当系统中的工作介质压力增大时，可以通过减压装置设置一定液体膨胀空间，减少系统压力，维持泵体两端压力差的技术效果。

3、本申请实施例由于采用了“还包括补液系统，补液系统设置有储液装置，储液装置与所述加热器之间设置有单向阀；且储液装置与所述循环管道之间设置有溢流回路，溢流回路上设置有电磁阀门以及溢流阀，并通过电磁阀门来控制溢流回路的通断”等技术手段，解决了系统补液以及系统泄压的技术问题；进而实现了当系统中的工作介质压力突然减少时，可以及时自动补液，保持系统压力的平衡，避免系统中真空的产生，损坏装置，保证装置的使用安全及使用寿命的技术效果；同时便于平时使用中工作介质的消耗后及时补液，为此正常运作，并设置溢流回路，达到保护系统的技术效果。

附图说明

图1为本申请实施例的结构示意图；

图2为本申请另一优选实施例的结构示意图；

图中：齿轮泵A10、齿轮泵B20、加热器30、冷凝器40、减压气缸50、连接装置60、循环管道70、单向阀80、储液装置90、电磁阀门100、溢流阀110。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种液体外燃式发动机，主要解决了目前外燃式发动机热效率不够高，装置体积大以致使用受到限制、以及不能有效驱动大功率工件等问题，通过串联排量不同的泵体，加热器加热其内部工作介质，由于泵体两端存在压力差，又由于两泵体排量不同，故工作介质由压力大的一侧流向压力小的一侧，从而驱动输出轴旋转做功。

为了更好的理解上述技术方案，以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细叙述：

如图1所示，本申请为一种液体外燃式发动机，主要包括齿轮泵A10；

连接装置60，其一端与所述齿轮泵A10的输出轴相连接；齿轮泵B20，其输出轴与所述连接装置60另一端相连接；所述连接装置60可以为相啮合的齿轮传动装置机构，与所述齿轮泵A10输出轴相连接的齿轮和与所述的齿轮泵B20输出轴相连接的齿轮相啮合。所述连接装置60也可以为链条传动装置，通过链条使得齿轮泵A10与齿轮泵B20的输出轴传动连接，本申请的输出轴可设置于齿轮泵A10或者齿轮泵B20的任意一侧。其中齿轮泵A10与齿轮泵B20需满足的条件为，P₁W₁≠P₂W₂，其中P₁为齿轮泵A10每转的排量，W₁为齿轮泵A10的转速；P₂为齿轮泵B20每转的排量，W₂为齿轮泵B20的转速。

加热器30，其一端与齿轮泵A10的入口相连接，另一端与齿轮泵B20的出口相连接；使得齿轮泵A10与齿轮泵B20的腔体相通，所述加热器30为循环系统中的工作介质进行加热，所述工作介质可为水或者少量具有润滑功能的液体混合物，以保证工作介质工作时对泵体具有一定的润滑作用从而延长系统的使用寿命。

循环管道70，其一端与所述齿轮泵A10的出口相连接，另一端与所述齿轮泵B20的入口相连接，用于系统中的工作介质的内循环。

冷凝器40，设置于所述循环管道上，用于冷却系统中的回水，降低循环系统中的压力。

减压装置50，设置于所述循环管道上70，其作用是使得系统中的工作介质有自身膨胀空间，进而调节系统压力。所述减压装置50 可以为减压气缸，所述减压气缸包括缸体以及移动活塞51，所述移动活塞51将缸体分为两部分，所述移动活塞51与缸体封闭的一部分形成密闭空间52，所述密闭空间52内部设置有可压缩部件，所述可压缩部件可以为密封的一定量气体或者为可压缩弹簧，使得移动活塞51在缸体内部具有一定移动空间；移动活塞51的另一侧的容置空间与系统中的工作介质相连，当系统中工作介质的压力增大时，可通过移动活塞51移动压缩密闭空间52内部的封闭气体或者弹簧之类的可压缩部件，从而使得工作介质有一定的膨胀空间，调节系统中的压力。

由于齿轮泵A10的每转排量P₁与转速W₁乘积，与齿轮泵B20的每转排量P₂与转速W₂乘积P₂W₂不相等，即P₁W₁≠P₂W₂，本申请以P₁W₁＞P₂W₂为例进行装置的设置。此种情况下，工作介质受热膨胀会从齿轮泵B20的入口进入，从齿轮泵A10的出口流出。同理本领域技术人员可可从申请推知另一种情况，即如果选用的泵体情况为P₁W₁＜P₂W₂，则工质的流动方向以及动力的输出与本申请所示情况相反，同时连接关系也相反。

具体使用时，当加热器30加热时，工作介质受热到一定温度后膨胀，具体加热温度可以依据具体使用时系统中的负荷进行设定及调整。由于齿轮泵A10以及齿轮泵B20与加热器30相连的接口所受液体压强是相等的，且齿轮泵A10和齿轮泵B20的另一端口与减压气缸50是相连的，所以液压泵高压腔的气液混合物的压力会向低压腔释放，又由于P₁W₁≠P₂W₂，且P₁W₁＞P₂W₂，所以齿轮泵A10以及齿轮泵B20所产生的扭力是不相等的，因此压力会向PW较大的齿轮泵释放，气液混合物会从PW较小进入，从PW较大的流出，即由所述齿轮泵B20的入口进入，从齿轮泵A10的出口流出。

运行过程中，虽然加热器不断加热，低压端的液体温度也会升高，压强也会增大，但由于低压腔设有冷凝器40，会对工作介质进行冷却，使得压力下降；同时循环系统中的减压装置50的移动活塞51会上移，释放一部分压力，所以齿轮泵A10和齿轮泵B20的两端始终会存在压力差，进而输出动力。

由于本申请的系统为内循环系统，故本申请技术方案热效率高，且装置体积小，适用于多种应用场合。由于工作介质为液体或者气液混合物，被压缩的空间很小，故能够驱动功率较大的工件，而不会发生反转的情况。

作为优选实施例，本申请技术方案还包括补液系统，所述补液系统包括储液装置90，与所述加热器30相连接；单向阀80，设置于所述储液装置90与加热器30连接的管道上。还设置有溢流回路，设置于所述储液装置90与所述循环管道70之间。所述溢流回路包括电磁阀门100，其第一接口与所述储液装置90相连接，还串联有溢流阀110，其一端与所述电磁阀门100第二接口相连接，另一端与所述循环管道70相连接。

当加热器突然停止加热时，由于惯性齿轮泵会继续旋转，加热器30高压腔压力会立即下降，此时用于补液的单向阀80打开，工作介质会从储液装置90经单向阀80进入系统工作腔。同时电磁阀门100打开，由于溢流阀110所设定的压力是一定的，当系统中压力超过设定压力时，同时系统中的工作介质会经溢流阀110和电磁阀门100进入储液装置，从而保证系统压力平衡。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种液体外燃式发动机，其特征在于，包括

齿轮泵A；

连接装置，其一端与所述齿轮泵A的输出轴相连接；

齿轮泵B，其输出轴与连接装置另一端相连接；

加热器，其一端与所述齿轮泵A的入口相连接，另一端与所述齿轮泵B的出口相连接；

循环管道，其一端与所述齿轮泵A的出口相连接，另一端与所述齿轮泵B的入口相连接；

冷凝器，设置于所述循环管道上；

减压装置，设置于所述循环管道上，用于系统压力调节；

其中齿轮泵A与齿轮泵B需满足的条件为，P₁W₁≠P₂W₂，其中P₁为齿轮泵A的排量，W₁为齿轮泵A的转速，P₂为齿轮泵B的排量，W₂为齿轮泵B的转速。

2.如权利要求1所述的液体外燃式发动机，其特征在于，所述连接装置为相啮合的齿轮传动装置或链条传动装置。

3.如权利要求1或2所述的液体外燃式发动机，其特征在于，所述减压装置为减压气缸，所述减压气缸包括移动活塞，所述移动活塞与气缸形成密闭空间的部分密封有可压缩部件。

4.如权利要求3所述的液体外燃式发动机，其特征在于，可压缩部件为一定量的气体或压缩弹簧。

5.如权利要求1所述的液体外燃式发动机，其特征在于，还包括补液系统。

6.如权利要求5所述的液体外燃式发动机，其特征在于，所述补液系统包括，

储液装置，与所述加热器相连接；

单向阀，设置于所述储液装置与所述加热器连接的管道上；

溢流回路，设置于所述储液装置与所述循环管道之间。

7.如权利要求6所述的液体外燃式发动机，其特征在于，所述溢流回路上设置有，

电磁阀门，其第一接口与所述储液装置相连接，

溢流阀，其一端与所述电磁阀门第二接口相连接，另一端与所述循环管道相连接。

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