CN2150354Y - 温差式动力机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于动力机应用技术领域。本实用 新型由形状记忆弹簧动力输出结构和冷热水供应结 构所组成，采用在活塞内设有活塞冷热水腔，记忆合 金弹簧位于活塞和托座上端之间，在活塞和压盘之间 设助力弹簧、并用柱塞泵，冷热水加温箱，储能器体和 两位五通阀对活塞内记忆合金弹簧供应冷热水，达到 利用冷热水作为动力机能源的目的。

Description

本实用新型属于动力机应用技术领域，具体说是涉及一种利用相变温差为20℃左右的形状记忆合金弹簧。通以温差为50℃－60℃的冷热水，使记忆合金弹簧迅速伸缩，驱动曲轴带动飞轮旋转的动力机。

目前使用的内燃机，热功转换率低，因为内燃机是利用能源的瞬间爆燃产生的高温高压气体来作功，作功后的高温气体排放到空气中去，造成环境污染和能源的浪费。同时传统内燃机均以石油制品为原料，利用能源范围窄。1972年美国海军实验室发现镍钛合金有形状记忆性能，并做了一个用冷热水使钛镍丝快速伸缩变形而推动轮子转动的机器，打开了利用各种能源和余热作功的大门，但其研制的机器是敞开式的，热水温度很快散发到空气中去，虽然此机能转，但无实用价值。

因此，本实用新型的目的是：设计一种温差式动力机，可广泛利用各种能源、且具能耗低，结构简单、热功转换率高的优点。

本实用新型实现目的的方法是：用形状记忆弹簧动力输出结构和冷热水供应结构组成本发明，形状记忆弹簧动力输出结构包括：导套，助力弹簧、活塞、弹簧27、单向阀、挂梁、记忆合金弹簧、压盘、曲柄、曲轴、离合器和主轴。其中活塞和压盘之间设有助力弹簧29。冷热水供应结构包括：位于主轴上的链轮38，链轮轴、盘形凸轮、柱塞泵、热水加温箱，储能器体、冷水箱、热水箱和两位五通阀。上述结构实现了本实用新型的目的。

本实用用新型为密封式供应热冷能源，做功后的热冷水能源回收重新利用反复作功，对于动力机重新加热的热源较为广泛，包括一切不燃物体，而且这种机器结构简单、设计合理成本低、转换率高、使用寿命长。

下面结合说明书附图和实施例对本实用新型结构和原理作进一步描述。

图1，为本实用新型的示意图

图2，为图1的A－A剖示意图

图3，为两位五通阀和盘形凸轮的机体局部示意图

本实用新型作为动力源的记忆合金弹簧23为TINI合金（中国标准出版社“工程材料实用手册”第四册，第625页所介绍的）或为铜基记忆合金、制成拉簧状，本实用新型采用直径2－5毫米两个活塞内设15－60个记忆合金弹簧，将相变点MS控制在15－20℃之间，逆转变终止点控制在35℃－－40℃之间，这样记忆弹簧相变温差小，热功转换率高。

本实用新型由形状记忆弹簧动力输出结构和冷水供应结构所组成。形状记忆弹簧动力输出结构包括（如图2所示）：导套30，助力弹簧29、活塞28、弹簧27、单向阀26、挂梁25、记忆合金弹簧23、压盘33、曲柄35、曲轴36、离合器和主轴42。机体上设主轴42，并用主轴轴承座59固定在机体上，主轴设有曲拐37，本实用新型选用成对活塞系统、因而曲拐可为2个或四个或六个。曲拐上的连杆轴中心在主轴42中心水平线的下端，两曲拐的连杆轴与曲壁37对主轴颈垂直中心线的夹角为5°－8°。主轴前端装有离合器，离合器上装有三角皮带轮39，其上设有摇把孔79、离合器搬把40通过位于机体上的支点轴61和离合器滑套62与离合器相连，三角皮带轮位于单列球轴承63上，离合器的作用是以使三角皮带轮随时脱离主轴。链轮38位于主轴上，并通过链条连接盘形凸轮轴57上的链轴78，两个链轮的传动比为1：1，主轴上的曲轴通过曲柄35和曲柄销34和活塞热水腔2上端的活塞杆相连。

导套30内设有托座21，托座21内设有和冷水管6相通的冷水腔9，托座一端外设有回水腔8，回水腔通于换向阀体4，换向阀体4设有通向冷水箱1和热水箱10的管道。托座的外径为十字凸轮形十字顶端与导套连接十字间的凹部为通道、以使位于记忆弹簧腔内的冷热水顺这个通道经回水腔和换向阀流回冷热水箱内重新利用。托座另一端外设有活塞28，托座上的压簧板48将记忆合金弹簧23压住，在冷水腔与记忆合金弹簧相通的通道上设有钉阀22，用以单向开启冷水腔9。活塞内设有活塞热水腔2、记忆合金弹簧23位于活塞和托座上端之间，其大部位于活塞内，记忆合金弹簧23的一端连接固定在和活塞连为一体的挂簧板24，其作用在于记忆合金弹簧受冷水喷射回缩后带动活塞下秆。记忆合金弹簧的另一端固定在和插座连为一体的压簧板48上，挂簧板24上端和活塞热水腔2相通，这个通道上设有单向阀26，受弹簧27控制开启关闭阀体。活塞热水腔内的热水通过单向阀26连通活塞内的记忆合金弹簧。为保持活塞热水腔内的常压和排出空气及停机时将活塞热水腔内的水排空，在活塞热水腔内还设有排气孔43和排水孔46、排水孔上设有浮球5其上设有一个记忆合金弹簧45和一个封闭排气孔43的塞，当活塞热水腔充满热水时，多余气体可顺排气孔排出、同时记忆合金弹簧45受热伸长使塞封闭排气孔、浮球封闭排水孔，以保持活塞热水腔内的常压。停机时、水冷却、记忆合金弹簧45恢复原状，浮球5上升、开启排水孔46，将热水腔内的水排空以利于重新启动动力机和不冻坏活塞。活塞与导套之间设有密封圈44、以防止水的外流和空气进入活塞腔内。活塞28和压盘33之间设有助力弹簧29、以克服回缩的记忆合金弹簧23的收缩力的不足。压盘通过紧固螺栓31将导套固定在机体上。活塞热水腔和热水蛇 形管32相通。

冷热水供应结构（如图1，图3所示）包括：位于主轴上的链轮38、链轮轴19和位于其上的两盘形凸轮18，柱塞泵65、热水加温箱77、储能器体50、冷水箱1、热水箱10和两位五通阀20、作用是供应记忆合金弹簧23作功时冷热水。

分别对冷热水管道供压力的两个冷热水储能器50位于两位活通阀20与柱塞泵65之间的管道上，柱塞泵位于两个储能回体50和冷热水箱之间的管路上，柱塞泵内的柱塞66将柱塞泵分为柱塞泵热水腔64和柱塞泵冷水腔41，柱活塞泵的冷水腔41的入口通过位于冷水箱1上的吸水溢流阀3和冷水箱相通，冷水箱上的吸水溢流阀的作用是，将冷水箱的水单向吸入柱塞泵的冷水腔，同时亦能排出柱塞泵过载压力的水，柱塞泵的冷水腔出水口设有一个单向阀80并通过管路和冷水储能器体50连通以储存冷水及使冷水升压。柱塞泵热水腔64的入口通过位于热水箱上的吸水溢流阀3和热水箱10相通，柱塞泵的热水腔出水口也设有另一个单向阀80并通过管路和另一个热储能器体50相通，使柱塞泵热水只能进入储能器，及使热水升压，不同的是在热水腔64出水口和储存热水的储能器体之间还设有一个热水加温箱77用以加热热水。在两个热冷水储能器体50内各设有密封活塞51，作用是水压迫活塞内的空气使压缩空气保持对水的压力。储能器体50的入水口一端还设有排气阀52和水压表53以排出储能器体的空气和指示水压。储存冷水的储能器体50的出水口分别连通两个两位五通阀20的冷水管入口A，其间的管路上设有球阀开关49。储存热水的另一储能器体的出水口亦分别连通两个两位五通阀20的热水管入口B，其间的管路上也设有球阀开关，冷热水储能器体上的球阀开关用推拉杆47相连，以保证同时开启储能器体冷热水管道。两位五通阀20的热水管出口分别连通通往每个活塞热水腔2内的热水蛇形管32以对记忆合金弹簧供应热水。两位五通阀的冷水管出口分别连通通往冷水腔9内的冷水管6以对记忆合金弹簧供应冷水。每个两位五通阀20内设有阀芯73和手动注塞58，两个手动注塞58通过推拉杆60连成一体以使手动注塞能同时开启或关闭两个两位五通阀，推拉杆60通过支杆75与阀体轴接，并受限位板74的控制以保证准确开启和关闭阀管路，每个阀芯73通过拨杆15连接滑座16，和滑座16连接的还有杆杆动力臂拨叉14、其通过杆杠定轴13轴接在机体上，其前端还设有滚轮12，滚轮12前端压在横梁11上，横梁11连通与回水腔相通的换向阀体4内的换向阀76，这个连接是通过换向阀杆71和使换向阀杆滑动收缩伸张的阀杆滑座7和弹簧72而完成的。连接滑座16上设有单列球轴承17、单列球轴承外圈和盘形凸轮18滑道接触，两个盘形凸轮位于链轮轴19上，链轮轴一端设有链轮78和位于主轴上的链轮38连接、两链轮78、38的传动比为1：1两盘形凸轮18的凸点中线与轮心连线与链轮轴19垂直中心线夹角为5°－8°，以保证和曲轴同步。链轮轴19位于机体轴承座57上链轮的另一端设有大皮带轮56，其连接小皮带轮55带动风扇叶54用以给冷水箱降温。显而易见，后个盘形凸轮18的转动可使连接滑座16左右间歇滑动从而开启关闭两位五通阀内的冷热水通道，同时使杆杆动力臂拨叉14围绕杆杆定轴13前后移动，使横梁11在弹簧72的作用下间歇前后移动，通过换向阀杆71带动换向阀76开启或关闭回水腔8内通往冷热水箱内的管路。

柱塞泵65内的柱塞66通过导杆67和偏心轮68轴接，偏心轮68的通过轴承69连接小皮带轮70，小皮带轮与三角皮带轮39连接。

使用时，将冷热水分别注入冷水箱1和热水箱10中，搬动离合器搬把40使三角皮带轮39与主轴42脱开，将摇把插入摇入摇把孔79中，快速传动三角皮带轮进而带动小皮带轮70和偏心轮旋转使柱塞泵的柱塞66往复运动，将冷热水箱的冷热水分别吸入柱塞泵的冷热水腔内进而通过单向阀分别注入冷热水储能器体50内，储能器体50的冷热水分别压迫冷热水储能器体内的密封活塞51上并压缩空气使储能器体内水压升高、达到定值后停止摇动皮带轮并使其静止后拿下摇把、推上离合器，使三角皮带轮与主轴结合。经热水加热器77加热后的水温应为90℃左右，此时迅速将推拉杆60推到开的位置使每个位于两位五通阀内的手动拉塞58打开冷热水管道。此时通往上一组2个活塞内的两位五通阀的热水管路B开通，冷水管路A关闭。而通往下一组2个活塞内的两位五通阀的冷热水管路正相反，此时打开冷热水储能器体上的球阀开关49，则储能器体内的热水经热水蛇形管注入上一组两个活塞热水腔2内、先接触记忆合金弹簧45用以排气和伸张封闭活塞热水腔以保持常压，同时热水的压力推开单向阀26喷向每个记忆合金弹簧23，使其约在0.2秒内伸直到全行程推动活塞28上升，进而压迫助力弹簧29收缩和推动曲柄35上行，并驱动曲拐到达上止点，当曲拐上行偏移主轴42垂直中心10°以上时，主轴链轮38带动两个盘形凸轮18也旋转了10°，这时，这组热水管道关闭，热水腔2内的单向阀26在弹簧27的作用下封闭热水腔。此时，下一组的两位五通阀的冷水通道仍关闭、当主轴带动这组曲拐冲过下点后，这组两位五通阀的热水管道才打开，使这组活塞内的记忆合金弹簧受热伸直，从而推动这组曲拐上行，使上一组曲拐冲过上止点、盘形凸轮转至凹点，使上一组两位五通阀20冷水管路A开通，经冷水管6流向托座21内冷水腔的冷水冲开单向针阀22使冷水喷向已伸长的记忆合金弹簧23、使其在0.3秒内收缩复原，在弹簧29和收缩复原力的作用下带动注塞下行，同时带动下一组活塞冲过上止点，上述过程反复进行、可使动力机运转。

活塞内的冷热水通过托座与导套内的凹部通道流入回水腔8再通过受盘形凸轮控制的换向阀76的来回间歇摆动，将冷热水分别送回、冷热水箱中供重新利用，为防止热散失，应对热水箱及管路进行保温。

本实用新型是一种低速动力机，每分种最高转速不超过200转，如活塞内设直径2.5毫米的20个记忆合金弹簧计算，其推力可达200公斤力，因此可根据需要选用活塞个数和记忆合金弹簧个数。镍、钛合金的疲劳寿命可达10⁷次，并可反复处理使用。

需要说明的是热水加温水箱77的加温材料为可燃原料，例如煤、柴、草、油等，因而来源广泛，使本机可广泛应用在各种环境中，具有广泛的应用前景。

当需要长时间停机，10分钟以上时，把热源关闭或移开。先将皮带轮39和主轴42脱开，当冷热水储能器的压力几乎降至0.2kg时，迅速将推拉杆60推到关的位置，曲轴即可停在下止点。当推拉杆60到关的位置，手动柱塞58将两个两位五通阀的热水通道关闭，而冷水通道同时开启，所有活塞内记忆合金弹簧同时收缩，活塞将曲轴拉下止点。动力机停止转动。如果停机后还要继续启动，时间在10分钟以内，脱开离合器，当储能器压力降到2kg时将球推拉杆60推到关闭位置并把球阀开关49推到关的位置，曲轴停止转动。

由于本动力机是一种低速动力机，如用于增速传动，第二档大皮带轮的飞轮力矩过大时，宜在第二档皮带轮和小皮带轴间设置超越离合器，防止工作母机的突然卸荷或皮带断裂时，二档皮带轮的增速而将记忆合金弹簧拉长，而影响寿命、或损坏动力机，同时也可在启动时使皮带轮39很快静止下来。

Claims (4)

1、一种温差式动力机，由主轴(42)、导套(30)、离合器搬把(40)、水压表(53)、风扇叶(54)所组成，其特征在于：温差式动力机由形状记忆弹簧动力输出结构和冷热水供应结构所组成，形状记忆弹簧动力输出结构包括：导套(30)，助力弹簧(29)、活塞(28)、弹簧(27)、单向阀(26)、挂梁(25)、记忆合金弹簧(23)、压盘(33)、曲柄(35)、曲轴(36)、离合器和主轴(42)；导套(30)内设有托座(21)，托座(21)内设有和冷水管(6)相通的冷水腔(9)、托座一端外设有回水腔(8)、回水腔和换向阀体4相通，托座另一端外设有活塞(28)、托座的冷水腔(9)与记忆合金弹簧(23)相通的通道上设有针阀(22)，活塞(28)内设有活塞热水腔(2)、记忆合金弹簧(23)位于活塞内，活塞热水腔内设有单向阀(26)，单向阀连通活塞内的记忆合金弹簧，活塞热水腔内设排气孔(43)，和排水孔(46)，排水孔上设有浮球(5)其上设有记忆合金弹簧(45)、记忆合金弹簧(23)的一端连接和活塞固定一体的挂簧板(24)，另一端固定在托座上端的压簧板(48)上，活塞热水腔和热水蛇形管(32)相通，活塞和压盘(33)之间设有助力弹簧(29)、活塞热水腔上端和曲轴(36)轴接，曲轴(36)上的曲拐为单向曲拐；冷热水供应结构包括：位于主轴上的链轮(38)、链轮轴(19)和位于其上的盘形凸轮(18)、柱塞泵(65)、热水加温箱(77)、储能器体(50)、冷水箱(1)、热水箱(10)和两位五通阀(20)；盘形凸轮(18)位于链轮轴(19)上，链轮轴(19)和链轮(38)相连，两位五通阀(20)的两进水口分别与两个冷热水储能器体(50)相通，其热水出口通活塞热水腔(2)，其冷水出口与冷水腔(9)相通，回水腔(8)通过换向阀(76)和冷热水箱相通，两位五通阀的阀芯(73)通过拨杆(15)连接滑座(16)，盘形凸轮(18)通过单列球轴承(17)、滑座(16)、杠杆动力臂拨叉(14)、横梁(11)传动换向阀(76)。

2、按权利要求1所述的一种温差式动力机，其特征在于：离合器位于主轴（42）前端，三角皮带轮（39）可和主轴离合，两曲拐的连杆轴中心在主轴中心水平线的下端，两曲拐的连杠轴与曲臂（37）对主轴颈垂直中心线的夹角为5°－8°。

3、按权利要求1所述的一种温差式动力机、其特征在于：链轮（78）和链轮（38）的传动比为1：1，链轮轴（19）上的两个盘形凸轮（18）的凸点中线与轮心连线与链轮轴（19）垂直中心线夹角为5°－8°。

4、按权利要求1所述的一种温差式动力机，其特征在于：储能器体（50）位于两位五通阀（20）与柱塞泵（65）的管道之间，柱塞泵（65）位于储能器体（50）和冷热水箱之间的管路上。

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