CN110821705B - 一种基于热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置。本发明包括：由冷端和热端气缸，冷端和热端活塞，冷热源，回热器组成的自由活塞斯特林发动机以及与自由活塞斯特林发动机冷热端分别连接的活塞式液压缸，其中，动力部分采用自由活塞斯特林发动机，热端气体由热源加热，冷端气体经冷却。热端活塞把上方气体的膨胀功通过活塞杆传递给液压缸,推动液压缸活塞运动，排出高压油。回程时通过控制换向阀接通压力油实现活塞回弹，从而连续输出液压油。本发明通过电磁阀输入信号周期和相位的控制可以达到改变两活塞运动相位差的效果。让两输出端输出的液压油只受该边换向阀的控制，实现活塞输出解耦，可提高系统集成度。

Description

一种基于热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置
技术领域
本发明涉及新能源驱动液压传动技术领域，尤其涉及一种基于热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置。
背景技术
斯特林发动机是一种外部供热(或燃烧)的活塞式发动机，它以气体作为工质，按照闭式热循环的方式进行工作。斯特林发动机主要由外部供热(或燃烧)系统、工作循环系统、传动系统、辅助系统以及监控系统组成。
对于传统的斯特林发动机，两活塞输出动力时，一般通过传动机构进行动力输出上的联系，如曲柄连杆机构、菱形机构、斜盘传动机构、飞轮等机构与冷热缸活塞直接机械连接，无法实现两活塞的独立控制。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置。本发明通过对电磁阀输入信号周期和相位的控制可以达到改变两活塞运动相位差的效果。让两输出端输出的液压油只受该边换向阀的控制，实现活塞输出解耦，可提高系统集成度。本发明采用的技术手段如下：
一种基于热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置，包括：热端斯特林活塞气缸、冷端斯特林活塞气缸、热端斯特林活塞、冷端斯特林活塞，所述热端斯特林活塞气缸与冷端斯特林活塞气缸之间通过气路相互连通，所述热端斯特林活塞布置在热端斯特林活塞气缸中，所述冷端斯特林活塞布置在冷端斯特林活塞气缸中，所述热端斯特林活塞和冷端斯特林活塞分别通过活塞杆与双作用热端液压缸中的液压缸活塞和双作用冷端液压缸中的冷端液压缸活塞相连，所述双作用热端液压缸和双作用冷端液压缸分别通过第一电磁阀和第二电磁阀连通，通过对第一电磁阀、第二电磁阀输入信号周期和相位的控制来改变热端斯特林活塞和冷端斯特林活塞运动相位差。
进一步地，还包括回热器以及加热器、冷却器，热端斯特林活塞气缸与冷端斯特林活塞气缸之间的联通通道上设置所述回热器，所述加热器设置于热端斯特林活塞气缸侧，所述冷却器设置于冷端斯特林活塞气缸侧。
进一步地，所述第一电磁阀为二位三通换向阀，所述第二电磁阀为二位四通电磁阀。
进一步地，第一电磁阀的一条通路连接在双作用热端液压缸的无杆腔侧，另外两条通路连接高压油源，双作用热端液压缸的有杆腔连接外部空气，第二电磁阀的其中两条通路连接在双作用冷端液压缸的无杆腔侧和有杆腔侧，还有一条通路连接在油箱上。
本发明通过液压传动装置与斯特林机的直接结合，提出了区别于传统斯特林发动机采用的机械连杆装置、直接由动力活塞进行高压油输出的新方案：由于传统斯特林发动机飞轮与冷热缸活塞直接连接，所以不能够实现两活塞的独立控制，本设计的自由活塞设计可以使两活塞运动解耦，并实现两活塞输出油的分离控制，体积紧凑，也因此效率更高。同时动力部分兼具传统斯特林发动机噪音小、机械平衡性好、可变冲程大和使用寿命长的优点。由于可以联通大气来补充介质使活塞上下移动，就减少了系统设计的复杂程度，能量损耗、避免了该端使用液压油的泄露问题。
基于上述理由本发明可在新能源驱动液压传动领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自由活塞斯特林液压装置简图。
图2为本发明实施例中热端活塞输出的相位独立控制图。
图3为本发明实施例中冷端活塞输出的相位独立控制图。
图中：1.回热器；2.加热器；3.冷却器；4.热端斯特林活塞气缸；5.冷端斯特林活塞气缸；6.热端斯特林活塞；7.冷端斯特林活塞；8.热端液压缸活塞；9.双作用热端液压缸；10.冷端液压缸活塞；11.双作用冷端液压缸；12.二位四通电磁阀；13.油箱；14.二位三通电磁阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实时例公开了一种热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置，包括：具有热端气缸与热端双作用液压缸的液压动力输出部分、冷端气缸与冷端双作用液压缸的配气部分、电磁换向阀和必要开关阀组成的液压油换向装置、连通冷热气缸的联通装置、回热器、液压油和空气过滤装置、高压油源、以及各处密封。
具体包括：热端斯特林活塞气缸、冷端斯特林活塞气缸、热端斯特林活塞、冷端斯特林活塞，所述热端斯特林活塞气缸与冷端斯特林活塞气缸之间通过气路相互连通，所述热端斯特林活塞布置在热端斯特林活塞气缸中，所述冷端斯特林活塞布置在冷端斯特林活塞气缸中，所述热端斯特林活塞和冷端斯特林活塞分别通过活塞杆与双作用热端液压缸中的液压缸活塞和双作用冷端液压缸中的冷端液压缸活塞相连，所述双作用热端液压缸和双作用冷端液压缸分别通过第一电磁阀和第二电磁阀连通，通过对第一电磁阀、第二电磁阀输入信号周期和相位的控制来改变热端斯特林活塞和冷端斯特林活塞运动相位差。
还包括回热器以及加热器、冷却器，热端斯特林活塞气缸与冷端斯特林活塞气缸之间的联通通道上设置所述回热器，所述加热器设置于热端斯特林活塞气缸侧，所述冷却器设置于冷端斯特林活塞气缸侧。气体经由回热器，在两气缸间流动。
液压油换向装置包括：电磁开关阀、二位四通电磁阀和二位三通电磁阀。该部分的所有密封装置也包括在内。第一电磁阀的一条通路连接在双作用热端液压缸的无杆腔侧，另外两条通路连接高压油源，双作用热端液压缸的有杆腔连接外部空气，第二电磁阀的其中两条通路连接在双作用冷端液压缸的无杆腔侧和有杆腔侧，还有一条通路连接在油箱上。
双作用热端液压缸无杆腔中的液压油经由二位三通电磁阀控制，可被斯特林活塞加压输出为高压油，无杆腔容积增大时通过二位三通电磁阀从油箱补充液压油。双作用冷端液压缸无杆腔与有杆腔中的液压油经由二位四通电磁阀控制，冷端液压缸活塞下移时可从高压油源得到补充，该高压油源来自于液压缸输入的压力油，可以不需要很高压力，冷端液压缸活塞上移时流向油箱。所述高压油源包括所有用来提供活塞回驱动力的泵油压力装置。
具体地，所述油箱中还设有过滤器，空气管道上还设有用于使活塞做功和回程的两端压力得以补充的气压平衡装置、空气过滤器和必要的干燥器。
本实施例在具体实施时，二位三通换向阀和二位四通电磁阀分别接入如图2、图3所示的独立的控制信号，使换向阀处在不同位置，进而控制液压油的流动方向，具体地，
热端斯特林活塞去程(活塞沿着图1垂直方向向下移动)时，热端斯特林活塞推动热端液压缸液压活塞做功，使其下行，液压缸输出高压油，同时有杆腔补充空气。热端斯特林活塞回程时(活塞沿着图1垂直方向向上移动)高压油源经二位三通换向阀向热端液压缸液压活塞做功，使它返回，液压缸有杆腔向大气排出空气。
冷缸斯特林活塞去程(活塞沿着图1垂直方向向上移动)时，高压油源经换向阀向液压缸活塞做功，使冷端斯特林活塞上移，液压缸无杆部分的腔室从油源补充液压油另一侧腔室排出液压油到油箱。冷端斯特林活塞回程(活塞沿着图1垂直方向下移动)时，高压油源经过换向阀通入有杆部分腔室，对冷端液压缸活塞做功，液压下腔室缸排出高压油。
冷端液压缸活塞输出膨胀功时液压缸无杆腔排出高压油，热端斯特林活塞或冷端斯特林活塞回程时高压油源经换向阀又向热端液压缸活塞或冷端液压缸活塞做功。
本发明实施例是热能直接向液压能转化的动力装置，效率高，同时，由于自由活塞斯特林发动机的优越性，使得两活塞的输出可以被独立控制，通过阀等元件可改变两端活塞运动相位差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置，其特征在于，包括：热端斯特林活塞气缸、冷端斯特林活塞气缸、热端斯特林活塞、冷端斯特林活塞，所述热端斯特林活塞气缸与冷端斯特林活塞气缸之间通过气路相互连通，所述热端斯特林活塞布置在热端斯特林活塞气缸中，所述冷端斯特林活塞布置在冷端斯特林活塞气缸中，所述热端斯特林活塞通过活塞杆与双作用热端液压缸中的热端液压缸活塞相连，冷端斯特林活塞与双作用冷端液压缸中的冷端液压缸活塞相连，所述双作用热端液压缸和第一电磁阀连通，所述双作用冷端液压缸和第二电磁阀连通，通过对第一电磁阀、第二电磁阀输入信号周期和相位的控制来改变热端斯特林活塞和冷端斯特林活塞运动相位差；
所述第一电磁阀为二位三通电磁阀，所述第二电磁阀为二位四通电磁阀，第一电磁阀的一条通路连接在双作用热端液压缸的无杆腔侧，另外两条通路连接高压油源，双作用热端液压缸的有杆腔连接外部空气，第二电磁阀的其中两条通路连接在双作用冷端液压缸的无杆腔侧和有杆腔侧，还有一条通路连接在油箱上。
2.根据权利要求1所述的热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置，其特征在于，还包括回热器以及加热器、冷却器，热端斯特林活塞气缸与冷端斯特林活塞气缸之间的联通通道上设置所述回热器，所述加热器设置于热端斯特林活塞气缸侧，所述冷却器设置于冷端斯特林活塞气缸侧。
3.根据权利要求1所述的热能向液压能直接转换的斯特林液压动力装置，其特征在于，双作用热端液压缸无杆腔中的液压油经由二位三通电磁阀控制，被斯特林活塞加压输出为高压油，无杆腔容积增大时通过二位三通电磁阀从油箱补充液压油，双作用冷端液压缸无杆腔与有杆腔中的液压油经由二位四通电磁阀控制，冷端液压缸活塞下移时从高压油源得到补充，该高压油源来自于液压缸输入的压力油，冷端液压缸活塞上移时流向油箱。
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