專利名稱：熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以通過(guò)對(duì)一工作流體交替地施加和除去熱量而使工作流體膨脹和壓縮來(lái)提供動(dòng)力。
背景技術(shù)：
通常，能量并不是以能現(xiàn)成利用的形式出現(xiàn)。現(xiàn)在已經(jīng)有很多手段能用來(lái)將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式。例如，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)能將在氣缸內(nèi)燃燒的燃油的爆炸力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并最終帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)而推動(dòng)車輛。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可將燃油在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的能量傳遞給一活塞。若沒(méi)有氣缸和活塞，燃油燃燒所產(chǎn)生的能量將簡(jiǎn)單地向每一個(gè)可能的方向傳播。將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式能量的裝置的另一個(gè)例子是風(fēng)車。若將風(fēng)車連接于一發(fā)電機(jī)，則它可以將空氣運(yùn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換成電能。
雖然內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)通?？梢越柚缙?、柴油、天然氣或酒精之類的礦物燃料燃燒而產(chǎn)生機(jī)械能，但已有其它嘗試，希望借助礦物燃料的燃燒以外的裝置使活塞之類的元件移動(dòng)而產(chǎn)生機(jī)械能。然而，絕大多數(shù)此類裝置還是基于提供一個(gè)力來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞之類可動(dòng)元件的原理來(lái)工作的。各種裝置的差別在于產(chǎn)生力以驅(qū)動(dòng)活塞的方式以及力的控制方式。
某些裝置是利用工作流體的移動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)例如活塞之類的可動(dòng)元件。另一些裝置是利用液體的相變來(lái)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)元件。工作時(shí)，某些裝置是利用閥來(lái)控制通過(guò)使一可動(dòng)元件移動(dòng)而產(chǎn)生機(jī)械能的工作流體的流量。
由于全球范圍的日益增長(zhǎng)的需求，目前研究的重點(diǎn)是能量的產(chǎn)生方式，或者是為我們?nèi)粘Ｉ畹难b置提供動(dòng)力的方式。近年來(lái)，另一種研究領(lǐng)域已經(jīng)涉及可替換的能量源。這種研究還在不斷增加。此類研究增加的原因在于更多地了解到地球上的礦物燃料數(shù)量正變得越來(lái)越少。此類研究還源出于這樣一種需要，即為居住在世界上各個(gè)偏僻的、沒(méi)有供電的地區(qū)的人們提供電力。
可替換能量源的研究重點(diǎn)之一是太陽(yáng)能?？梢杂霉怆婋姵貋?lái)俘獲太陽(yáng)能，直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。太陽(yáng)能研究的重點(diǎn)在于能以各種方式俘獲太陽(yáng)熱量的裝置。
如上所述，以內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)車為例，光電太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能加熱裝置所要解決的問(wèn)題就是一種形式的能量向另一種形式能量的轉(zhuǎn)換。在太陽(yáng)能電池中，利用太陽(yáng)光內(nèi)的能量來(lái)激發(fā)太陽(yáng)能電池內(nèi)的電子，從而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。另一方面，在太陽(yáng)能加熱電池中，太陽(yáng)的能量通常是由一種流體來(lái)俘獲，例如通?？梢钥吹降?、在住宅屋頂上的太陽(yáng)能熱水板。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是針對(duì)以上問(wèn)題而作出的。因此，本發(fā)明涉及一種用于將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的新穎裝置。本發(fā)明還可以利用太陽(yáng)能或其它非傳統(tǒng)形式和/或能量源。
因此，本發(fā)明提供一種可以利用對(duì)一工作流體交替地施加和除去熱量而使流體膨脹和壓縮的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)。所述能量可提供機(jī)械能和/或電能。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以利用各種熱源來(lái)加熱和/或冷卻工作流體。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它基本上是無(wú)污染的。
本發(fā)明的另一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)是，它可以使熱能流出，因而可以用太陽(yáng)能來(lái)提供動(dòng)力。
此外，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于它可以用太陽(yáng)能來(lái)提供動(dòng)力，因而可用于為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電。
本發(fā)明的另一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)是，它可以對(duì)由現(xiàn)有方法產(chǎn)生的熱量和/或熱水加以利用。因此，借助本發(fā)明，還可以對(duì)目前尚不能利用、被當(dāng)作廢物丟棄的熱能加以使用。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以在不使用礦物燃料的情況下工作。
本發(fā)明的還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它在產(chǎn)生能量的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大量因礦物燃料燃燒而生成并排放入大氣的廢氣和顆粒。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以包括一種相對(duì)較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可以無(wú)需一系列復(fù)雜的閥來(lái)控制工作流體通過(guò)系統(tǒng)的流量。
因此，本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以提供一種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，因而可以減少生產(chǎn)和維修的成本。
按照這些和其它一些目的和優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括一框架。該發(fā)動(dòng)機(jī)是利用一種體積隨溫度變化的工作流體。一工作流體容器容納該工作流體。一液壓缸固定于框架，并包括一內(nèi)部空間。該液壓缸還包括一用于將工作流體引入內(nèi)部空間的通道。一活塞容納在液壓缸的內(nèi)部通道內(nèi)。液壓缸的內(nèi)部空間、活塞和工作流體容器限定了一個(gè)由工作流體充填的封閉空間。該發(fā)動(dòng)機(jī)還包括用于對(duì)工作流體傳送和除去熱量的裝置，從而使工作流體在不發(fā)生相變的情況下膨脹和壓縮，該活塞響應(yīng)于該工作流體的膨脹和壓縮而移動(dòng)。
根據(jù)其它較好的方面，本發(fā)明提供了一種熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括一框架。該發(fā)動(dòng)機(jī)是利用一種體積隨溫度變化的工作流體。一工作流體容器容納該工作流體。在工作流體容器的一端設(shè)有一柔性隔膜。該柔性隔膜響應(yīng)于工作流體內(nèi)無(wú)相變情況下的膨脹和壓縮而移動(dòng)。一與該柔性隔膜接觸的連接桿響應(yīng)于柔性隔膜的移動(dòng)而移動(dòng)。該液壓缸還包括用于對(duì)工作流體傳送和除去熱量的裝置，從而使工作流體在不發(fā)生相變的情況下膨脹和壓縮。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員從以下詳細(xì)的描述中可以更清楚地理解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，所述描述僅對(duì)本發(fā)明的若干個(gè)較佳實(shí)施例進(jìn)行，并且只是描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明還可以通過(guò)其它不同的實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以在不偏離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，對(duì)其中的若干個(gè)細(xì)節(jié)加以變化。因此，應(yīng)該將以下的附圖和描述僅僅看成是描述性的，而不是限制性的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1是一包括根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電設(shè)備的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種太陽(yáng)能熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)構(gòu)件的示意圖；圖3是可由本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)構(gòu)件的俯視圖，表示發(fā)動(dòng)機(jī)上“加載”；圖3a示出了可由本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的鏈驅(qū)動(dòng)齒輪和鏈輪的一實(shí)施例；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的、用來(lái)驅(qū)動(dòng)水泵的太陽(yáng)能熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)構(gòu)件的示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)包括三個(gè)液壓缸的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)包括三個(gè)液壓缸的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)工作步驟；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)包括四個(gè)液壓缸的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例和工作情況；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞在工作行程開(kāi)始時(shí)的活塞位置；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的曲軸的旋轉(zhuǎn)位置，它們表示曲軸相對(duì)于工作流體的膨脹和壓縮以及工作流體施加和除去能量的各個(gè)位置；
圖10是一曲線圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中所采用的一種工作流體的溫度和壓力的工作范圍；圖11是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、供本發(fā)明之熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用的熱交換器的剖視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、供采用汞作為工作流體的本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用的熱交換器和工作流體容器的剖視圖；圖13示出了供根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)工作流體容器使用的容器壁的實(shí)施例；圖14是可用于本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓缸和活塞的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；圖14a是圖14所示活塞和連接桿之實(shí)施例的剖視圖；圖15是圖14所示液壓缸和活塞之實(shí)施例的局部放大剖視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓缸端部的剖視圖，該端部包括一柔性凸緣，以便將因工作流體膨脹而產(chǎn)生的力傳遞給液壓流體并最終傳給一活塞；圖17是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)視圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括一液壓缸，該液壓缸安裝在一曲軸上，并且可樞轉(zhuǎn)地連接于能在一安裝于框架內(nèi)的引導(dǎo)件內(nèi)滑動(dòng)的浮動(dòng)栓(floating anchor)；圖18示出了圖17所示的實(shí)施例，其中活塞正開(kāi)始其工作行程，而曲軸已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)；圖19示出了圖17和圖18所示的實(shí)施例，其中活塞已經(jīng)開(kāi)始其返回行程，而浮動(dòng)栓正滑回到其引導(dǎo)件內(nèi)；圖20是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)視圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括兩個(gè)彈簧，用以在活塞返回行程的方向上偏壓活塞，以及偏壓如圖17-19所示的浮動(dòng)栓；圖21是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)視圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括一安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的框架；圖22是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖，其中在工作流體容器內(nèi)安裝了一個(gè)熱交換器；圖23A-23H分別是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括沿徑向布置的四個(gè)液壓缸，這些視圖示出了發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)各步驟中的情況；圖24是圖23A-23H所示實(shí)施例的立體圖；圖25是可以包括在本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的一液壓缸的實(shí)施例，該液壓缸包括一用作使工作流體流入和流出液壓缸的通道的單個(gè)出入口；圖26是可以包括在本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的一液壓缸的實(shí)施例，該液壓缸包括用作使液壓流體流入和流出液壓缸的通道的兩個(gè)開(kāi)口，因而活塞的返回行程也為一工作行程；圖27是根據(jù)本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括直接型熱交換器，而不是采用用于將熱量引入熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作流體的熱交換器；圖28是圖26所示實(shí)施例中采用的一個(gè)直接型熱交換器的剖視圖；圖29是圖28所示直接型熱交換器的端部視圖；圖30是圖28和29所示直接型熱交換器的放大的端部視圖；圖31是一可用于直接將工作流體和/或加熱流體和/或冷卻流體引到本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的機(jī)械閥的剖視圖；圖32是可包括在本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的一曲軸和一活塞曲柄臂的一實(shí)施例的剖視圖；圖33是圖32所示曲軸的剖視圖，示出了活塞曲柄臂在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)內(nèi)某些步驟的位置；圖34是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓缸的剖視圖，它包括如圖31-圖33所示的曲軸，該圖示出了活塞曲柄臂在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)內(nèi)某些步驟的位置；圖35是可用于根據(jù)本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸和活塞曲柄臂配置另一實(shí)施例的剖視圖；圖36是一包括若干個(gè)加強(qiáng)肋的曲柄力矩臂的側(cè)視圖；圖37示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)以及包括一太陽(yáng)能集熱器在內(nèi)的相關(guān)構(gòu)件；圖38是圖37所示太陽(yáng)能集熱器的俯視圖；圖39是根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能集熱器的剖視圖，該集熱器包括一季節(jié)性跟蹤鏈驅(qū)動(dòng)器和配重塊，該圖示出了太陽(yáng)能集熱器的各個(gè)不同位置；圖40示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)；圖41示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)；圖42示出了可供根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用的、包括一飛輪的傳動(dòng)裝置；圖43示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括一可在其工作行程和其返回行程提供動(dòng)力的活塞，包括一作為熱源的被動(dòng)型太陽(yáng)能集熱器，并且是為一水泵提供動(dòng)力；以及圖44示出了根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的液壓缸、活塞和曲柄臂。
本發(fā)明的各較佳實(shí)施例的具體描述如上所述，本發(fā)明是這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)，它在將熱量交替地施加于工作流體并從所述工作流體中除去時(shí)，可從所述工作流體的膨脹和收縮中獲得動(dòng)力。流體的膨脹和收縮可借助本發(fā)明而轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。所述機(jī)械能可以直接加以利用?；蛘?，可以將所述機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，諸如電能。
因此，本發(fā)明包括一種其體積隨溫度變化而發(fā)生變化的工作流體。本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以采用任何一種這樣的流體。但是，如果與在相同溫度范圍內(nèi)體積變化較小的流體相比，所述工作流體在一較大溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的體積變化較大，那么，可以從所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作中獲得更大的動(dòng)力。
本發(fā)明至少一部分是按照流體通常是不可壓縮的原理來(lái)進(jìn)行工作的。因此，根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，所述工作流體不會(huì)變成另一種狀態(tài)，諸如變成固體或氣體。但是，隨溫度變化而發(fā)生膨脹或收縮的任何一種流體均可以根據(jù)本發(fā)明而加以使用。
在選擇工作流體的過(guò)程中可以考慮的特性是所述工作流體的膨脹系數(shù)和將熱量傳遞給所述流體的傳遞速度。例如，如果流體迅速改變溫度，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度將更快。但是，在一些情況中，能對(duì)溫度的變化迅速作出響應(yīng)的流體可以具有較低的膨脹系數(shù)。因此，為了能使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得理想的效應(yīng)，必須均衡這些因素。在選擇工作流體時(shí)還可能會(huì)考慮到的其它一些因素包括所述流體可能對(duì)所述工作流體容器、環(huán)境和/或操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工作人員造成的腐蝕性影響。
在確定本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸、設(shè)計(jì)方案、成本、速度和其它特征時(shí)，一個(gè)極為重要的因素是工作流體。不同的流體具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)、膨脹系數(shù)和其它一些特性，它們會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的各特性。例如，工作流體的膨脹系數(shù)可以確定使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的工作流體的數(shù)量。膨脹系數(shù)也可以影響使所述工作流體膨脹所必需的熱量值。
如果使工作流體膨脹所必需的熱量值有所變化，那么，就會(huì)改變一能提供熱量的太陽(yáng)能集熱器的尺寸、一能賦予熱量的熱交換器的尺寸以及其它一些因素。在本發(fā)明的各實(shí)施例中，熱量是由其它能量源來(lái)提供的，產(chǎn)生熱量以使工作流體膨脹所必需的能量其大小可以根據(jù)熱膨脹特性而變化。例如，如果所述工作流體受熱膨脹達(dá)一較高程度，則為所述發(fā)動(dòng)機(jī)提供必要的膨脹所需熱量較少。這樣就可以減小太陽(yáng)能收集器的尺寸、減小使流體膨脹所必需的能量值或者可以減小例如熱交換器的尺寸。
圖27示出了一種熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)例子，它包括一太陽(yáng)能熱源。雖然圖27所示的實(shí)施例包括若干個(gè)太陽(yáng)能集熱器，但是，也可以采用各種熱源，不管是直接的熱傳遞還是熱交換器均可使用。例如，本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用低級(jí)熱量來(lái)進(jìn)行工作。本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)也可以使用中高級(jí)的燃料源?？梢允褂玫娜剂显吹睦影ㄌ烊粴?、氫氣、經(jīng)液化的石油氣、汽油、燃油、煤、原子核或其它燃料。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可以知道，當(dāng)采用上述任一種燃料時(shí)怎樣來(lái)設(shè)計(jì)出一系統(tǒng)，以將熱量賦予本發(fā)明的工作流體。
根據(jù)本發(fā)明，可使用的工作流體的例子是水。可使用的另一種流體是水銀。此外，可用作工作流體的其它物質(zhì)包括氟利昂、人造氟利昂、氟利昂R12、氟利昂R23和液化氣體，諸如液氬、液氮、液氧。將諸如人造氟利昂、氟利昂R12和氟利昂R23之類的氟利昂和有關(guān)物質(zhì)用作工作流體是特別有用的，這是由于當(dāng)將熱量引入到這些物質(zhì)中時(shí)，它們可以發(fā)生較大程度的膨脹，并且一旦除去熱量，較容易回復(fù)到它們的初始體積和溫度。根據(jù)本發(fā)明，可使用的工作流體的另一例子是液態(tài)二氧化碳。其它可以用作工作流體的流體包括乙烷、乙烯、液氮、液氧、液氦、液化天然氣和其它液化氣。還可以使用其它的工作流體，這是由于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員一旦了解了本發(fā)明所揭示的內(nèi)容之后無(wú)需進(jìn)行不適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，就可決定的。
為了獲得所述流體的膨脹能量，需要將所述工作流體容置在一封閉空間內(nèi)。所述封閉空間可以包括很多不同的構(gòu)件。但是，所述封閉空間通常至少包括一工作流體容器。
較佳的是，當(dāng)所述工作流體常用非膨脹或基本上非膨脹的狀態(tài)時(shí)，所述工作流體完全充滿或基本上完全充滿在所述工作流體容器的內(nèi)部。換言之，通常，所述工作流體是以其最稠密的狀態(tài)被置放在所述工作流體容器內(nèi)，在這種狀態(tài)下，它所占據(jù)的體積量為最小。然后將所述工作流體容器密封起來(lái)或者與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的其它構(gòu)件相連。
所述工作流體容器的容積取決于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸、應(yīng)用情況、這種應(yīng)用情況所需的工作流體的具體量、所述工作流體隨溫度變化而膨脹收縮的膨脹量和收縮量以及其它一些因素。所述工作流體的精確內(nèi)容積將結(jié)合幾個(gè)具體實(shí)施例在下文中作描述。但是，這些實(shí)施例僅僅是說(shuō)明性的，而不是限制性的，因此，本文僅僅示出了工作流體容器的幾個(gè)例子。
較佳的是，所述工作流體容器由這樣一種材料制成，它可以在工作流體膨脹時(shí)承受住來(lái)自工作流體的壓力?？捎脕?lái)制成工作流體容器的材料包括諸如銅之類的金屬、塑料、陶瓷、碳鋼、不銹鋼或其它任何一種可承受住所述具體應(yīng)用中的高溫和高壓的適當(dāng)材料。不管所使用的是何種材料，較佳的是，當(dāng)受到流體膨脹而產(chǎn)生的作用力時(shí)，所述材料是不可變形的或者是基本上不可變形的。所述材料可以由于熱效應(yīng)但最好不是由于來(lái)自膨脹流體的作用力而變化。用具有不可變形能力的材料來(lái)制造工作流體容器的材料有助于將工作流體的膨脹力傳遞給任何一個(gè)可動(dòng)件，諸如本發(fā)明的具體實(shí)施例包括的活塞。
工作流體容器所受到的其它應(yīng)力是由于工作流體的升溫和冷卻而產(chǎn)生的。當(dāng)工作流體的溫度升高時(shí)，所述工作流體容器會(huì)受熱膨脹。同樣，當(dāng)工作流體冷卻時(shí)，與流體相接觸的材料將冷卻并收縮。
因此，不管所使用的是何種材料，所述材料都應(yīng)該不僅能承受住具體應(yīng)用中的高溫和高壓，而且還必須能承受住在本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中連續(xù)產(chǎn)生的溫度變化和壓力變化。舉例來(lái)說(shuō)，在那些使用金屬來(lái)制造工作流體容器的實(shí)施例中，金屬疲勞將是一個(gè)難題。但是，金屬疲勞問(wèn)題可由本技術(shù)領(lǐng)域的那些能使用特定金屬來(lái)適應(yīng)特定實(shí)施例中的特定情況的熟練人員來(lái)克服。
因此，較佳的是，與工作流體接觸的材料，諸如工作流體容器，也具有一定的彈性特性。過(guò)于脆性的材料容易爆裂和滲漏，從而使得所述發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法工作。
包含在本發(fā)明一實(shí)施例中的工作流體容器的個(gè)數(shù)主要是取決于液壓缸或者用來(lái)俘獲工作流體膨脹能量的其它裝置的個(gè)數(shù)。較佳的是，工作流體容器的個(gè)數(shù)等于膨脹俘獲裝置的個(gè)數(shù)。但是，可以想到的是，可以有更多更少的工作流體容器。
例如，本發(fā)明的一實(shí)施例包括一藉助工作流體的膨脹作用可在一液壓缸內(nèi)部、朝著兩個(gè)方向作來(lái)回移動(dòng)的活塞。在這一實(shí)施例中，每一液壓缸可以包括兩個(gè)工作流體容器。因此，正如人們可以理解的那樣，本發(fā)明實(shí)施例中的工作流體容器的個(gè)數(shù)是可以變化的。
所述工作流體容器可以與一液壓缸相互連接?；蛘撸龉ぷ髁黧w容器可以被隔離在一流體容置系統(tǒng)中。根據(jù)這一系統(tǒng)，因工作流體膨脹而產(chǎn)生的作用力就不會(huì)被直接傳遞至一活塞或其它可動(dòng)件，而是間接傳遞的。
如果所述工作流體容器和液壓缸是相連的，從而使得工作流體的膨脹力直接傳遞給一活塞或其它可動(dòng)件，所述工作流體容器和液壓缸可以以各種方式而相互連接起來(lái)。例如，可以使用一管子、軟管或其它管道來(lái)將所述工作流體容器與所述液壓缸連接起來(lái)?；蛘撸龉ぷ髁黧w容器可以直接與所述液壓缸相連。較佳的是，如果利用一軟管或其它管道將液壓缸與工作流體容器相連，則所述軟管或管道也可以由一種可防止因工作流體膨脹所施加的力而導(dǎo)致變形的材料制成。這樣一種材料的例子包括鋼芯橡膠軟管。
如上所述，工作流體可以被隔絕在工作流體容器內(nèi)。根據(jù)這些實(shí)施例，膨脹流體的作用力可以傳遞至一液壓流體，隨后再將所述作用力傳遞至所述活塞，而不是直接傳遞給所述活塞。
根據(jù)這些實(shí)施例，所述工作流體容納在工作流體容器內(nèi)。所述工作流體容器與所述熱交換器相接觸。但是，當(dāng)流體膨脹時(shí)，來(lái)自工作流體容器的工作流體不是流入一液壓缸以驅(qū)動(dòng)一活塞，而是未被所述熱交換器所圍置的所述工作流體容器的端部被一柔性蓋板凸緣所封住。
在圖12所示的實(shí)施例中，可以認(rèn)為，所述工作流體容器和所述液壓系統(tǒng)形成了兩個(gè)部分，它們構(gòu)成了一總流體容置系統(tǒng)?？烧J(rèn)為柔性蓋板凸緣180能隔絕所述工作流體。因此，在這些實(shí)施例中，工作流體容器182可稱為流體隔絕部分。所述流體容置系統(tǒng)的另一部分是液壓系統(tǒng)184?？蓪⑺鲆簤合到y(tǒng)看作一將工作流體的作用力傳遞給所述活塞的傳遞部分。
如果所述工作流體是一種腐蝕性或危險(xiǎn)性材料，諸如水銀，那么，流體容納系統(tǒng)就是非常有用的。不僅所述容納和傳遞部分可使危險(xiǎn)性工作流體能與所述發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用，而且，它還可以使得所述發(fā)動(dòng)機(jī)的各部分能單獨(dú)進(jìn)行制造和裝運(yùn)，并且可以單獨(dú)進(jìn)行維修。例如，具有或沒(méi)有熱交換器186的所述工作流體容器可以與所述熱交換器和與之互連的液壓缸分開(kāi)進(jìn)行裝運(yùn)。
所述流體容置系統(tǒng)包括所述柔性蓋板凸緣以及液壓儲(chǔ)箱和其它軟管、接頭、管道和一些用來(lái)允許所述液壓流體使所述活塞工作可能所必需的通道。如上所述，所述柔性蓋板凸緣可以將膨脹的工作流體的作用力傳遞至所述液壓流體。不管用來(lái)構(gòu)造所述流體盛裝系統(tǒng)的是哪些構(gòu)件和材料，較佳的是，保持住所述工作流體的溫度和壓力。
根據(jù)其中一個(gè)實(shí)施例，一安裝凸緣188圍繞工作流體容器182的開(kāi)口延伸。較佳的是，隨后將柔性蓋板凸緣180定位在與工作流體容器182相連的安裝凸緣188上。隨后可以將所述液壓流體儲(chǔ)箱連接在所述柔性蓋板凸緣上。較佳的是，所述液壓流體儲(chǔ)箱最好包括一其形狀與工作流體容器182上的安裝凸緣188的形狀相對(duì)應(yīng)的安裝凸緣190。然后可以將所述液壓流體儲(chǔ)箱和所述工作流體容器緊密地連接在一起，以密封住其間的空間，從而防止所述工作流體從所述工作流體容器中泄漏出來(lái)。
所述液壓流體儲(chǔ)箱可以直接或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管與所述液壓缸連接。如果所述工作流體沒(méi)有被隔絕在所述工作流體容器內(nèi)，所述液壓流體將起工作流體的作用，根據(jù)這一實(shí)施例，當(dāng)所述工作流體膨脹時(shí)，它將壓力施加給所述柔性蓋板凸緣。所述柔性蓋板凸緣隨后將作用力施加給所述工作流體。這樣，就在所述液壓流體上產(chǎn)生了一壓力。施加給所述液壓流體的壓力可使它將壓力置于所述儲(chǔ)箱、液壓缸和活塞的所有表面上。由于所述活塞是所述系統(tǒng)中僅有的一個(gè)可動(dòng)件，因此，它將根據(jù)所述壓力而移動(dòng)。
圖13示出了所述工作流體容器內(nèi)表面和所述熱交換器內(nèi)表面之間的容置壁。
所述工作流體容器的個(gè)數(shù)以及可能的話還有各容置部分的個(gè)數(shù)均可以根據(jù)液壓缸的個(gè)數(shù)并根據(jù)是否使用了一動(dòng)力膨脹回程(將在下文中描述)以及其它一些因素而變化。
如上所述，所述工作流體膨脹，膨脹的流體直接或間接地流入一液壓缸。所述液壓缸是本發(fā)明的核心，這是由于所述液壓缸可容納所述活塞，膨脹的工作流體的作用力傳遞于所述活塞上，從而可使所述液壓缸移動(dòng)并開(kāi)始提供由本發(fā)明所產(chǎn)生的機(jī)械能。
由于具有本發(fā)明的工作流體容器和其它構(gòu)件，因此，所述液壓缸可由各種材料制成。以上對(duì)作用在工作流體容器上的應(yīng)力和制成所述工作流體容器所用的材料的描述也適用于所述液壓缸。因此，可以采用相同的材料來(lái)制造所述液壓缸。
所述液壓缸的尺寸可以根據(jù)與具體應(yīng)用情況有關(guān)的多個(gè)因素而變化。較為重要的因素是確定所述液壓缸的尺寸，它包括液壓缸的個(gè)數(shù)、所述發(fā)動(dòng)機(jī)上的具體負(fù)荷，以及所需產(chǎn)生的動(dòng)力的大小等等。包含在本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的液壓缸的最大內(nèi)部容積的常用值是從大約850立方英寸至大約20,000立方英寸。但是，每一液壓缸的直徑尺寸均可從大約4英寸變化至大約36英寸。
根據(jù)一實(shí)施例，一具有直徑約5英寸的液壓缸和一活塞行程約為18英寸的發(fā)動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生大約10馬力的動(dòng)力。
較佳的是，所述液壓缸具有一圓形或基本圓形的橫截面形狀。
圖5、圖7和圖14示出了可以用在本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的液壓缸的各實(shí)施例的幾個(gè)例子。
所述液壓缸可以安裝在一其上安裝有本發(fā)明的其它構(gòu)件的框架上。所述液壓缸可以固定地或以活節(jié)安裝在所述框架上。圖17、圖18和圖19示出了本發(fā)明的一實(shí)施例，其中，液壓缸200是以活節(jié)或可樞轉(zhuǎn)地安裝在框架202上。根據(jù)該實(shí)施例，液壓缸200包括一諸如叉子或其它適當(dāng)構(gòu)件之類的連接件204，它可以與框架202上的一互補(bǔ)構(gòu)件可樞轉(zhuǎn)地相連。一銷206是一種可用來(lái)將所述液壓缸與所述框架相連的裝置。由于所述活塞作周期性運(yùn)動(dòng)，曲軸旋轉(zhuǎn)，因此，所述液壓缸將圍繞其栓點(diǎn)樞轉(zhuǎn)。
圖17-圖19所示的實(shí)施例還包括一浮動(dòng)栓。根據(jù)該實(shí)施例，所述液壓缸可樞轉(zhuǎn)地安裝在所述浮動(dòng)栓上，所述液壓缸可繞所述浮動(dòng)栓樞轉(zhuǎn)。所述浮動(dòng)栓可動(dòng)地安裝在一導(dǎo)向件208內(nèi)部。導(dǎo)向件208可使所述浮動(dòng)栓從右向左滑動(dòng)，如圖17-圖19所示。導(dǎo)向件208可直接或間接地連接于框架202。
所述浮動(dòng)栓可使所述活塞回縮，而不需要等所述曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而且不需要克服任何其它趨于朝著反向于其回程的方向作用在所述活塞上的作用力。
與本發(fā)明的該實(shí)施例無(wú)關(guān)，它可以包括一浮動(dòng)栓。
圖20示出了本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一實(shí)施例，它包括幾個(gè)可將所述活塞朝著其回程方向偏壓或移動(dòng)的彈簧210。如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括彈簧，它可以包括至少一個(gè)彈簧。彈簧的使用可使所述液壓缸朝著其回程的方向移動(dòng)，它對(duì)于始終保持住工作流體上的壓力來(lái)說(shuō)是很重要的。對(duì)于一些工作流體來(lái)說(shuō)，這是極為重要的，諸如氟利昂，氟利昂替代物和類似化合物。
根據(jù)圖5、圖6和圖7所述的實(shí)施例，所述工作流體可被引入所述液壓缸的一端部?jī)?nèi)。因此，這些實(shí)施例的液壓缸僅在該端部處具有一連接件。但是，根據(jù)其它一些將在下文中作更為具體描述的實(shí)施例，所述回程及動(dòng)力膨脹行程是由一種工作流體來(lái)提供動(dòng)力的。根據(jù)這些實(shí)施例，所述液壓缸可以包括用來(lái)將工作流體引入所述液壓缸兩端的裝置。這些實(shí)施例還包括一圍繞與所述活塞相連的連接桿而設(shè)置的密封件，這將在下文中作更為具體的描述。
本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作缸可以包括一用于使工作流體流入和流出所述液壓缸的通道的孔口。根據(jù)這些實(shí)施例，所述工作流體的膨脹可通過(guò)其動(dòng)力膨脹行程而給所述活塞提供動(dòng)力。圖25以剖視圖的形式示出了這一實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，液壓缸326包括一用來(lái)將工作流體引入所述液壓缸的入口328。工作流體的膨脹可將作用力施加至那些能形成空間330的表面區(qū)域的壁面上，所述工作流體引入所述空間330內(nèi)。當(dāng)所述工作流體膨脹時(shí)，它將作用力施加至位于液壓缸326內(nèi)部的活塞334的表面332上。密封件336可防止流體進(jìn)入所述液壓缸內(nèi)部容積的剩余部分內(nèi)。施加在所述活塞表面上的作用力可使所述活塞移動(dòng)至一如338所示的伸展位置。所述活塞可藉助因所述流體收縮所產(chǎn)生的作用力，以及當(dāng)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的其它液壓缸處于它們的動(dòng)力膨脹行程時(shí)由這些液壓缸施加于曲臂340上的作用力或其它作用力而可在其回程上被動(dòng)力推動(dòng)。
圖26示出了本發(fā)明液壓缸的另一實(shí)施例，它包括兩個(gè)用于工作流體流入和流出所述液壓缸的兩個(gè)孔口344和346。使工作流體流入和流出所述液壓缸的兩個(gè)孔口可使所述活塞朝兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向被動(dòng)力推動(dòng)。換言之，所述活塞始終處于動(dòng)力行程，而與所述活塞的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。
這樣一個(gè)實(shí)施例無(wú)需外力來(lái)使液壓缸返回。雙口液壓缸還可以允許一活塞雙向工作。重要的是，雙口液壓缸可以允許本發(fā)明的熱液力型發(fā)動(dòng)機(jī)只用一個(gè)液壓缸進(jìn)行工作。
本發(fā)明的熱液力型發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)包含一個(gè)雙口液壓缸的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于液壓缸可以在其雙向移動(dòng)的情況下為負(fù)載提供能量，因而可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸。雖然這種發(fā)動(dòng)機(jī)可以使尺寸減小，但由于在活塞的安裝活塞軸那一側(cè)的孔口對(duì)活塞施加的力較小，因而有兩個(gè)孔口的單液壓缸不能替換有一個(gè)孔口的雙液壓缸，這是因?yàn)榇颂幓钊谋砻娣e需減去活塞軸面積的緣故。
雙口液壓缸的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使工作流體在液壓缸之間相互連通。根據(jù)這樣一個(gè)實(shí)施例，主孔口，例如圖36所示實(shí)施例中的孔口344，可以讓流體流入液壓缸，以在活塞的工作行程中驅(qū)動(dòng)活塞，該主孔口可以連接于一次孔口，例如圖26所示實(shí)施例中的另一液壓缸的孔口346。
包括互連液壓缸的一個(gè)實(shí)施例可允許一活塞由借助流入主孔口的流體來(lái)提供動(dòng)力的第一液壓缸推動(dòng)，并由從液壓缸的第二孔口排出的流體拉動(dòng)。根據(jù)這樣一個(gè)實(shí)施例，隨著各活塞始終借助同時(shí)流入和流出第一和第二孔口的工作流體移動(dòng)，曲軸始終借助全部液壓缸所施加的力轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的設(shè)計(jì)可減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸。根據(jù)一實(shí)施例，與包括只具有一個(gè)孔口的液壓缸的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，每個(gè)液壓缸包括兩個(gè)孔口的熱液力型發(fā)動(dòng)機(jī)可以減小大約一半尺寸。
如果在活塞的與工作流體相對(duì)的那一側(cè)提供氣體，則利用一單口液壓缸就可以至少部分地實(shí)現(xiàn)雙口液壓缸的效果。當(dāng)活塞處于完全抽出位置時(shí)，可以對(duì)氣體加壓以維持活塞上的壓力平衡。當(dāng)活塞在其工作行程中移動(dòng)時(shí)，隨著工作流體推抵活塞，會(huì)使氣體受到壓縮。工作流體的較大的液壓力一般大大高于氣體提供的氣壓力。因此，氣體通常只會(huì)略微限制活塞的前移。隨著工作流體的壓縮，活塞上的液壓力減小。減小的液壓力的大小通常接近由氣體產(chǎn)生的氣壓力，因而使氣體有助于讓活塞返回起始位置。
利用上述氣體作為彈簧，就可以將腔室設(shè)計(jì)成能避免產(chǎn)生極端壓力。氣體壓力應(yīng)該高于平衡位置上的液壓力。另外，氣體壓力應(yīng)該高到足以克服活塞慣性以及活塞和缸壁之間設(shè)置的O形密封圈的摩擦力。
如上所述，本發(fā)明的熱液力型發(fā)動(dòng)機(jī)可以只包括一個(gè)液壓缸。單個(gè)液壓缸可以由在液壓缸兩端流入和流出的流體來(lái)提供動(dòng)力。本發(fā)明熱液力型發(fā)動(dòng)機(jī)的單個(gè)液壓缸還可以包括至少一個(gè)連接于傳動(dòng)系統(tǒng)的飛輪，以便允許曲軸完全轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖42示出了可以用于本發(fā)明熱液力型發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例。圖42所示的傳動(dòng)系統(tǒng)包括多個(gè)齒輪800，以傳遞由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力。飛輪802位于傳動(dòng)系統(tǒng)的高轉(zhuǎn)速側(cè)。中心軸804是通常低速回轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)的主曲軸，各齒輪安裝在6至0.5英寸的鋼板806上。在圖42所示的實(shí)施例中，齒輪的安裝間距是16英寸。當(dāng)然，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以將不同數(shù)量的齒輪以不同的方式安裝到不同的支承上。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員還可以用不同的方式將齒輪連在一起并連接于發(fā)動(dòng)機(jī)。
準(zhǔn)確地說(shuō)，從理論上講，如果設(shè)置一個(gè)尺寸足以允許曲軸旋轉(zhuǎn)的飛輪，則本發(fā)明的熱液力型發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括一只有一個(gè)工作流體引入口的單個(gè)液壓缸。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員在以上揭示內(nèi)容的基礎(chǔ)上不必作多余的試驗(yàn)即可確定飛輪的尺寸。
一可動(dòng)構(gòu)件可以位于液壓缸內(nèi)。這樣一個(gè)可動(dòng)構(gòu)件的例子是活塞。該可動(dòng)構(gòu)件可以響應(yīng)流體因溫度變化而發(fā)生的體積變化，沿液壓缸的長(zhǎng)度方向來(lái)回滑動(dòng)。
為了將工作流體保持在一封閉空間內(nèi)，最好能防止工作流體流過(guò)液壓缸和活塞之間。這可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)其橫截面積僅略小于液壓缸的活塞來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，若活塞的橫截面形狀與液壓缸內(nèi)部的橫截面形狀基本相同，還有助于確?；钊鸵簤焊字g的密封。
活塞與液壓缸之間的任何間隔可以通過(guò)圍繞活塞設(shè)置一個(gè)密封件來(lái)進(jìn)一步密封?；蛘?，可在活塞面對(duì)液壓缸內(nèi)部的表面上繞活塞周邊設(shè)置一密封件。該密封件有助于活塞與液壓缸間的間隔的密封。使該間隔密封有助于確保因流體膨脹所產(chǎn)生的所有能量傳遞給活塞，而不會(huì)因活塞與液壓缸間的流體泄漏浪費(fèi)掉。如果流體發(fā)生泄漏，就會(huì)大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
圖14、14a和15示出了可用于本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞和液壓缸配置的一備選實(shí)施例。按照本發(fā)明，工作流體從活塞192的兩側(cè)導(dǎo)入液壓缸。因此，活塞與液壓缸壁194接觸的區(qū)域由活塞192兩側(cè)的密封件196和198密封。
為了將力從活塞傳遞到一曲柄軸或其它傳動(dòng)部件，活塞可裝有一連接桿。在沒(méi)有動(dòng)力回程的實(shí)施例中，連接桿可以連接于活塞面對(duì)工作流體側(cè)、或是在具有一工作流體容置系統(tǒng)的實(shí)施例中面對(duì)液壓流體側(cè)的另一側(cè)。在包括一動(dòng)力回程的實(shí)施例中，連接桿仍連接于活塞。但活塞的兩側(cè)與工作流體相接觸。
在包括動(dòng)力回程的實(shí)施例中，液壓缸的突伸出連接桿200的一端必須由密封件202密封，以保持動(dòng)力回程的工作流體的壓力。
如圖14a所示，工作流體作用于活塞與連接桿200相連的一側(cè)上的力僅被傳遞到活塞192圍繞連接桿的部分上。這使輸送給曲柄軸的有效力減小。這種減小在活塞的有效作用區(qū)可以通過(guò)增大熱量傳遞至工作流體的容量和速度而得到補(bǔ)償。
圖16示出熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一備選實(shí)施例，它具有一柔性的管口蓋凸緣。按照該實(shí)施例，圖16中箭頭表示的由膨脹的工作流體所產(chǎn)生的力作用于該柔性管口蓋凸緣204。然后該凸緣作用于部件206上，從而使部件206移動(dòng)。部件206的移動(dòng)可受導(dǎo)向件207的引導(dǎo)。部件206與一曲柄軸或其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖16中未示出)互相連接。凸緣204可固定于兩個(gè)類似于圖12所示實(shí)施例的安裝凸緣208與210之間。
不管發(fā)動(dòng)機(jī)是否包括動(dòng)力回程，連接桿均可固定或可活動(dòng)地連接于活塞。如果連接桿固定地連接于活塞，則液壓缸最好是以活節(jié)安裝在框架上。不管連接桿是活動(dòng)地還是固定地連接于活塞，連接桿均可包括一個(gè)或多個(gè)部分。
連接桿可以連接于一曲柄軸和其它傳動(dòng)件，以驅(qū)動(dòng)一個(gè)裝置或一臺(tái)發(fā)電機(jī)。在某些實(shí)施例中，液壓缸固定地連接于一框架，并且連接桿以活節(jié)連接于活塞和一曲柄軸，因而隨著活塞通過(guò)其沖程前后移動(dòng)以及曲柄軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，連接桿將改變其位置。
如圖23A-23G和24中所示，本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓缸可以徑向設(shè)置。在該熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中采用徑向設(shè)置的液壓缸可使能量從液壓缸更直接地傳遞到曲柄軸，且發(fā)動(dòng)機(jī)上可施加任何負(fù)載。另外，液壓缸的徑向設(shè)置可為工作流體所產(chǎn)生的力提供通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的更直接的路徑。而且，在下面將更詳細(xì)討論的背壓力以及來(lái)自活塞和/或活塞O型圈的其它內(nèi)部載荷可以更直接地由液壓缸徑向設(shè)置的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力沖程來(lái)處理。
本發(fā)明液壓缸徑向設(shè)置的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例可具有任何數(shù)量的液壓缸。在本發(fā)明的液壓缸徑向設(shè)置的一個(gè)實(shí)施例中，液壓缸的數(shù)量可以是偶數(shù)，也可以是奇數(shù)。
本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的圖23A-23H和圖24所示的實(shí)施例具有四個(gè)液壓缸300、302、304和306。這些液壓缸可以連接于框架299。液壓缸內(nèi)的活塞(未圖示出)通過(guò)曲柄臂308、310、312和314連接于一連接件316。為便于曲柄軸和連接件316的轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄臂308、310、312和314之間的連接可以用活節(jié)安裝于液壓缸300、302、304和306內(nèi)的活塞(未圖示出)或安裝于連接件316。連接件316可以通過(guò)連接件318而連接于曲柄軸320。
圖23A-23H表示發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)旋轉(zhuǎn)循環(huán)中，在諸液壓缸同時(shí)經(jīng)歷動(dòng)力和回程時(shí)，活塞、連接臂、連接件和曲柄軸的不同位置。在圖23A中，活塞300處于動(dòng)力沖程中?；钊?02剛開(kāi)始其動(dòng)力沖程。另外，活塞304已完成了其冷卻或回程。另一方面，活塞306處于其冷卻或回程的開(kāi)始階段。
在圖23A-23H中，曲柄軸沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)?；钊?04在其回程中已完成了其冷卻循環(huán)并正開(kāi)始其加熱循環(huán)，但還沒(méi)有達(dá)到其動(dòng)力沖程范圍。所謂活塞沒(méi)有達(dá)到其動(dòng)力沖程，意思是工作流體還未達(dá)到能使活塞移動(dòng)的或是沿其動(dòng)力沖程大于一個(gè)虛設(shè)量的壓力。換句話說(shuō)，壓力不在可使活塞移動(dòng)的范圍內(nèi)，活塞實(shí)際上并不處于其動(dòng)力沖程的范圍內(nèi)。
圖24表示圖23A-23H所示熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的三維立體圖。從圖24中可以看到，諸液壓缸可安裝于框架件322、324?；钊惭b框架件322和324通?？砂惭b于另一或另外多個(gè)用來(lái)固定它們的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的任一實(shí)施例中，尤其是在液壓缸徑向設(shè)置的實(shí)施例中，任一活塞在該活塞回程中的冷卻循環(huán)最好允許工作流體以一個(gè)等于或快于活塞處于其動(dòng)力沖程中的工作流體膨脹速度的速度收縮。如果工作流體的冷卻不如工作流體的溫升快，則工作流體可能產(chǎn)生一個(gè)“背壓力”，它會(huì)約束活塞在其動(dòng)力沖程中的移動(dòng)。該背壓力會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生一個(gè)不必要的載荷，妨礙發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)工作。在本發(fā)明的液壓缸徑向設(shè)置的實(shí)施例中，這種情況尤為明顯，因?yàn)橐簤焊淄ǔＪ窍鄬?duì)成對(duì)設(shè)置的。
如果某一液壓缸因工作流體冷卻和收縮速度慢于另一此時(shí)處于動(dòng)力沖程的液壓缸中工作流體的加熱和膨脹速度而產(chǎn)生背壓力，則該處于其動(dòng)力沖程的液壓缸的移動(dòng)將受該背壓力的阻礙。因此，背壓力起了發(fā)動(dòng)機(jī)上除諸如發(fā)動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的泵或其它裝置之類的載荷之外的附加載荷的作用。
有助于防止產(chǎn)生背壓力的一種方法是確保足夠快地將熱量從工作流體上移走。這可以通過(guò)確保冷卻流體的流動(dòng)足夠快來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使處于回程的液壓缸中的工作流體的熱量的移走速度等于或大于熱量傳遞到處于動(dòng)力沖程的液壓缸中的工作流體的速度。如本文所描述的，如果發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有熱交換器，則回程液壓缸中的工作流體向外傳遞熱量的速度最好等于或大于熱量傳遞到動(dòng)力沖程液壓缸中工作流體的速度。熱量的移走和傳遞可取決于工作流體、冷卻源材料、熱交換器的特性以及其它因素。
而后，傳動(dòng)件連接于一負(fù)載，以實(shí)現(xiàn)所需的功能。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)可驅(qū)動(dòng)一水泵、一發(fā)電機(jī)和/或一氟利昂壓縮機(jī)以及其它器件。
為了將熱量傳入和移出工作流體，工作流體容器最好與將熱量傳入和移出容納于工作流體容器中的工作流體用的裝置相通。該裝置可實(shí)現(xiàn)加熱和冷卻?；蛘?，本發(fā)明可具有用于實(shí)現(xiàn)各功能的分離的裝置。
按照一個(gè)實(shí)施例，將熱量傳入和移出工作流體的裝置是一熱交換器。根據(jù)是否需要加熱或冷卻工作流體，可將相對(duì)較熱或相對(duì)較冷的水或其它物質(zhì)導(dǎo)入熱交換器。本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)最好具有一個(gè)用于每個(gè)工作流體容器的熱交換器，但本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)也可具有任何數(shù)量的熱交換器。
圖11示出了本發(fā)明的熱交換器或工作流體容器的一實(shí)施例。按照該實(shí)施例，工作流體容器176被熱交換器178圍繞。
該熱交換器具有兩個(gè)開(kāi)口，即一個(gè)入口和一個(gè)出口?？蓪⒁幌鄬?duì)較熱或較冷的物質(zhì)導(dǎo)入熱交換器，以加熱或冷卻工作流體。是加熱還是冷卻工作流體至少部分取決于熱交換器中的物質(zhì)是熱于還是冷于工作流體。工作流體容器可具有許多散熱片或其它裝置，用以增大工作流體容器與導(dǎo)入熱交換器的物質(zhì)相接觸的表面積。
在提高工作流體熱傳遞的其它方法中，包括在工作流體容器中加入一循環(huán)泵。循環(huán)泵可產(chǎn)生湍流，用于提高熱傳遞速度。
熱交換器是將熱量傳入或移出工作流體用的裝置的一個(gè)例子。熱交換器可以建在工作流體容器的周圍，不管該容器是否是容置系統(tǒng)的一部分。在一熱交換器中，通常使高溫和低溫流體與工作流體容器相接觸。一般，通過(guò)熱交換器循環(huán)的流體是在相對(duì)較低的壓力下。但是，工作流體會(huì)根據(jù)是需要加熱還是冷卻工作流體而改變溫度。因此，熱交換器最好也由能承受其循環(huán)通過(guò)流體所處壓力和溫度的材料構(gòu)成。熱交換器可采用的材料例如是聚氯乙烯(PVC)管、諸如碳鋼、銅或鋁之類的金屬管、鑄造或注塑塑料、或是任何能承受熱交換器中壓力和溫度的材料的組合。
并不需要在熱交換器中僅使用一種液體來(lái)將熱量傳入或移出工作流體。例如，在熱交換器中還可以使用氣體或氣液混合物來(lái)加熱和/或冷卻工作流體。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，任何高、低溫源物質(zhì)，不管是液體還是氣體，或是由其它裝置傳遞的物質(zhì)，均可用來(lái)加熱和冷卻工作流體。例如，可用來(lái)自工業(yè)過(guò)程的加熱的廢水來(lái)向工作流體傳遞熱量。這種水在被排入環(huán)境之前通常用一些方法來(lái)冷卻。因此，水中的熱量在本發(fā)明中可被用來(lái)產(chǎn)生機(jī)械能和/或電能，而不是被浪費(fèi)掉。如上所述，按照本發(fā)明還可以采用太陽(yáng)能加熱和冷卻。正因?yàn)檫@種用諸如廢水之類的無(wú)用能源或諸如太陽(yáng)能之類的免費(fèi)能源來(lái)加熱和冷卻的能力，使得本發(fā)明如此地符合需要。
如將一流體用于熱交換器，該液體和/或氣體最好應(yīng)在至少一定量壓力之下，以保證該液體和/或氣體流過(guò)該熱交換器。當(dāng)該加熱的液體和/或氣體穿過(guò)該熱交換器時(shí)，它將其較多的熱能傳遞給具有較低熱能的工作流體。然后該工作流體膨脹并將力施加于一活塞、柔性屏障或其它部件，從而產(chǎn)生機(jī)械能。
當(dāng)工作流體從熱交換器吸收了盡可能多的、或是所需要的熱量后，可將一相對(duì)較冷的液體和/或氣體傳遞通過(guò)熱交換器。然后，工作流體中的熱量將按自然法則流到熱交換器中相對(duì)較冷的液體和/或氣體中。
圖22示出了本發(fā)明的熱交換器的一備選實(shí)施例。按照該實(shí)施例，熱交換器212位于工作流體容器214內(nèi)。按照該實(shí)施例，工作流體容器也與活塞連續(xù)。按照其它在工作流體容器內(nèi)具有熱交換器的實(shí)施例中，工作流體容器可以不與液壓缸連續(xù)。在圖22中，距離a表示活塞在動(dòng)力沖程和回程的最大位置間的行程。工作流體容器214的端部216可由一凸緣218密封，該凸緣固定在一位于工作流體容器上的一凸緣220與一通過(guò)螺栓224固定于工作流體容器凸緣220的端凸緣222之間。
圖5是本發(fā)明的三液壓缸發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)圖。圖5中所示的構(gòu)件并不一定要在發(fā)動(dòng)機(jī)中彼此處于相同的物理位置，在此表示為這種配置只是為了便于理解。發(fā)動(dòng)機(jī)還可具有并不一定需要包括在這些實(shí)施例中或示于該圖中的其它構(gòu)件。
圖5所示的發(fā)動(dòng)機(jī)具有三個(gè)液壓缸100、102和104。每個(gè)液壓缸內(nèi)分別設(shè)置有一活塞106、108和110。每個(gè)活塞分別連接于一連接桿112、114和116，它們連接于一曲柄軸118。
本發(fā)明中所含液壓缸和活塞的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)施例和上述因素的不同而變化。采用諸如圖14和15中所示的那種活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)可僅使用兩個(gè)液壓缸和活塞，因?yàn)榛钊潜贿M(jìn)入液壓缸的活塞與連接桿相連的那一側(cè)的工作流體推回到液壓缸中的。這是因?yàn)?，保持發(fā)動(dòng)機(jī)速度以確?；钊匦腥胍簤焊椎谋匾潭纫∮谖词褂脛?dòng)力回程時(shí)的必要程度。因此，在沒(méi)有使用動(dòng)力回程而僅使用向前動(dòng)力沖程的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)最好包括至少三個(gè)液壓缸。
由于本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)中活塞的慢動(dòng)性質(zhì)，可能需要包括三個(gè)活塞，以確保活塞完成它們的回程。對(duì)于三個(gè)活塞，至少一個(gè)活塞始終處于動(dòng)力沖程，以助確保其它活塞幫助完成它們的回程。這是因?yàn)槭冀K處于動(dòng)力沖程的一個(gè)活塞會(huì)促進(jìn)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)，因而也幫助使其它活塞沿它們的回程移動(dòng)。
然而，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)可包括任何數(shù)量的液壓缸。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)可由16、20或更多個(gè)液壓缸構(gòu)成，以用于更大的發(fā)電廠運(yùn)轉(zhuǎn)。
曲柄軸與一負(fù)載互相連接。該負(fù)載可以是一由曲柄軸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置。負(fù)載的另一個(gè)例子可以是一由曲柄軸驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。曲柄軸還連接于一水閥122，它控制高溫和低溫液體和/或氣體流入熱交換器。
液壓缸100、102和104分別通過(guò)一高壓軟管124、126和128而與一工作流體容器130、132和134互相連接。工作流體容器130、132和134分別封閉在熱交換器136、138和140內(nèi)。工作流體可以容納于由熱交換器130、132和134，高壓連接件14、126和128以及液壓缸100、102和104內(nèi)部所限定的空間內(nèi)。當(dāng)然，在具有一流體容置系統(tǒng)的實(shí)施例中，工作流體容納于工作流體容器內(nèi)。顯然，在沒(méi)有工作流體容置系統(tǒng)的實(shí)施例中，容納工作流體的空間會(huì)隨活塞在液壓缸內(nèi)的移動(dòng)而改變?nèi)莘e。
圖6是對(duì)圖5所示三液壓缸發(fā)動(dòng)機(jī)在液壓缸循環(huán)時(shí)的一系列描繪。在圖6所示的實(shí)施例中，141表示一偏心凸角凸輪，它具有搖臂桿和/或推桿，用于推開(kāi)水閥。凸輪軸控制工作流體的加熱流和冷卻流。各液壓缸/熱交換器/T作流體容器分別由1、2和3表示。
加熱和冷卻流由進(jìn)入系統(tǒng)的高溫水流142、進(jìn)入系統(tǒng)的低溫水流144、高溫返回流146和低溫返回流148表示。高溫源到系統(tǒng)的流動(dòng)由150表示，從低溫源到系統(tǒng)的低溫流是152，從系統(tǒng)到高溫源的流動(dòng)由154表示，從系統(tǒng)到低溫源的流動(dòng)由156表示。
隨著液壓缸如圖6中所示那樣循環(huán)，高溫和低溫流體根據(jù)具體的液壓缸正朝一個(gè)方向移動(dòng)還是朝另一個(gè)方向移動(dòng)而流入和流出熱交換器。如圖5中所示，引導(dǎo)高溫和低溫流體進(jìn)入熱交換器的閥的打開(kāi)和關(guān)閉可由一直接或間接連接于一由諸液壓缸所驅(qū)動(dòng)的曲柄軸的凸輪軸控制。
一間接連接的凸輪軸可以以定時(shí)鏈?zhǔn)竭B接方式連接于曲柄軸。當(dāng)然，可采用任何連接方式將凸輪軸連接于曲柄軸。凸輪軸可以是一偏心凸角凸輪，它具有搖臂桿和/或推桿，用于推開(kāi)通向熱交換器的水閥。
圖7示出了本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例，它包括四個(gè)液壓缸158、160、162和164。將熱流體和冷流體傳送入和傳送出熱交換器的閥166和168直接由曲柄軸170控制。在圖7中，活塞158處于開(kāi)始其動(dòng)力沖程的過(guò)程中。熱流體正流入與活塞158相聯(lián)的熱交換器172，而且正被排出熱交換器172。
循環(huán)泵可以由曲柄動(dòng)力直接或間接驅(qū)動(dòng)。間接驅(qū)動(dòng)的循環(huán)泵可以通過(guò)液壓泵和/或電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
用于冷卻工作流體的的冷卻流體(在本例中為水)可以從被發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓出井的水處獲得。如從圖4所示實(shí)施例中可以看到的，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)一個(gè)泵，該泵從一諸如地下井之類的水源中泵吸水。諸如圖2和4所示之類的實(shí)施例可以自足，而不需要任何外部動(dòng)力。當(dāng)然，這種實(shí)施例可以連接于一電源線，以在光線不足的時(shí)間中，或是在陰天或是在晚間驅(qū)動(dòng)泵?；蛘撸藭r(shí)可提供電池組來(lái)驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵。
圖1表示采用本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一發(fā)電設(shè)備的總的示意圖。通常，這種發(fā)電設(shè)備包括一高溫源1；一低溫源3；一熱交換器5；一熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)7，在本例中是指工作流體和液壓缸本身；一某種類型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9，可能是一保持發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)量的飛輪11；以及一發(fā)電機(jī)13。當(dāng)然，該發(fā)電設(shè)備并不一定需要包括飛輪，或是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。發(fā)電設(shè)備還可具有未示于圖1中和/或未包括在圖1所示實(shí)施例中的其它構(gòu)件。
圖2示出熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一實(shí)施例，它利用太陽(yáng)能提供熱量來(lái)加熱工作流體和一用于從工作流體移走熱量的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。圖2表示加熱和冷卻水在系統(tǒng)不同構(gòu)件中的流動(dòng)。當(dāng)然，也可以用除水以外的物質(zhì)來(lái)加熱和冷卻工作流體。
隨著冷卻水進(jìn)入與一液壓缸相聯(lián)的一熱交換器以吸出系統(tǒng)的熱量，隨冷卻水從工作流體吸收熱量而產(chǎn)生的熱水可回流到一熱水貯槽(如果系統(tǒng)含有熱水貯槽的話)。
圖2所示系統(tǒng)具有太陽(yáng)能熱水板2，用以加熱將使工作流體膨脹的水。由熱水板加熱的水將流過(guò)至少一個(gè)水引導(dǎo)閥4，它將加熱的水引導(dǎo)至熱水貯槽6。加熱的水從熱水貯槽6流到一熱水泵8。該熱水泵8將使加熱的水循環(huán)到熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)(未圖示出)，然后回流到太陽(yáng)能熱水板2被再次加熱。
圖2所示的實(shí)施例還包括一蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)10，用以提供冷于由太陽(yáng)能熱水板2加熱的水的水，以從工作流體移走熱量。由蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)10冷卻的水通過(guò)至少一個(gè)水引導(dǎo)閥4流出蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。水引導(dǎo)閥將冷卻水引導(dǎo)至一冷水貯槽12。冷卻的水將從冷水貯槽12流到冷水泵14。冷水泵14將使冷卻的水循環(huán)到熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)(未圖示出)，然后回流到蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)10被再次冷卻。
圖3示出了由熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)(圖3中未示出)驅(qū)動(dòng)的曲柄軸15與在發(fā)動(dòng)機(jī)上形成負(fù)載的諸部件之間的連接方式的一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，曲柄軸15連接于一鏈驅(qū)動(dòng)齒輪和鏈輪17，它包括兩個(gè)相對(duì)較大的齒輪19和21，它們最終連接于一較小齒輪23?？梢岳斫?，曲柄軸15的轉(zhuǎn)動(dòng)將被圖3所示實(shí)施例中的齒輪放大。圖3a是鏈驅(qū)動(dòng)齒輪和鏈輪17的放大側(cè)視圖，表示齒輪19、21和23以及受齒輪驅(qū)動(dòng)及驅(qū)動(dòng)齒輪的鏈20和22。
鏈驅(qū)動(dòng)齒輪可以連接于一液壓泵25和電動(dòng)機(jī)增速器27，該增速器最終連接于一發(fā)電機(jī)29。一飛輪31可互連于液壓泵與電動(dòng)機(jī)增速器之間，以幫助維持發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)。
圖4是本發(fā)明的太陽(yáng)能熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)和一些相關(guān)部件的另一實(shí)施例的示意圖。熱量通過(guò)相對(duì)較熱和較冷的水輸入和移出工作流體。與任何實(shí)施例一樣，可以使用水以外的物質(zhì)來(lái)將熱量輸入和移出工作流體。圖4還示出了加熱的水在系統(tǒng)中的流動(dòng)。
圖4所示實(shí)施例包括熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)33。太陽(yáng)能板35提供使發(fā)動(dòng)機(jī)中的工作流體加熱的熱量。而后，加熱的水流到一組閥37、39、41和43。閥的數(shù)量可取決于發(fā)動(dòng)機(jī)中液壓缸的數(shù)量、熱交換器的數(shù)量、水如何分配到熱交換器和液壓缸以及其它因素。
閥37、39、41和43將水輸送到熱交換器45。然后，加熱的水使發(fā)動(dòng)機(jī)33中的工作流體加熱。在將熱量輸送給工作流體后，加熱的水被引導(dǎo)通過(guò)閥47、49、51和53，隨后回流到太陽(yáng)能板35。
循環(huán)泵55驅(qū)動(dòng)加熱水的流動(dòng)。循環(huán)泵55可以由光電池(未圖示出)產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)。
熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)33可以連接于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)57。在該實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)33驅(qū)動(dòng)一泵59。泵59可用來(lái)將從一水源61泵出。水源61可包括井、水庫(kù)、水池或其它水源。水可以從水源61泵壓入儲(chǔ)水管道63。
水源61的水可用作冷卻工作流體的冷卻水源以及待加熱后為工作流體提供熱量的水源。用于兩種功能的水均可儲(chǔ)存在一儲(chǔ)水箱63內(nèi)。
本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的各部件可安裝在一框架上。圖21示出了本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一實(shí)施例，它包括四個(gè)液壓缸，其中的發(fā)動(dòng)機(jī)各部件安裝于一框架A上。
為了簡(jiǎn)化對(duì)本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作的說(shuō)明，只描述本發(fā)明一三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。圖5示出了這樣一個(gè)實(shí)施例的例子。工作流體在液壓缸內(nèi)，工作流體容器被熱交換器圍繞。因此，在某種意義上，熱交換器的作用象一容置系統(tǒng)。
在此所描述的實(shí)施例中有三個(gè)液壓缸67、69和71以及三個(gè)活塞73、75和77，每一個(gè)活塞最好能驅(qū)動(dòng)曲軸79轉(zhuǎn)動(dòng)至少120°，使一個(gè)活塞總是處在驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的工作狀態(tài)中。假設(shè)一個(gè)活塞將開(kāi)始其動(dòng)力行程來(lái)描述發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。
為了開(kāi)始動(dòng)力行程，工作流體必須被加熱。圖5所示的實(shí)施例包括三個(gè)熱交換器132、136和138，以將熱量引導(dǎo)到工作流體中及從工作流體中排除。按照實(shí)施例，加熱狀態(tài)和冷卻的工作流體之間的差別可以有所不同。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，工作流體的高溫與低溫差約在40-60°F。但是，工作流體的高溫與低溫差可以更大或更小。
工作流體的高溫在任何地方可以自約80-200°F開(kāi)始。工作流體高溫的范圍也可以自約120-140°F開(kāi)始。但是，工作流體高溫的任何溫度都可采用，只要它大于工作流體的低溫就可以了。事實(shí)上，在212°F之上的過(guò)熱水也可采用。
工作流體的低溫可以從約35°F變化到約85°F。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，低溫可以從約70°F到約85°F。但是，如上有關(guān)高溫所述，工作流體的低溫可以在任何溫度，只要它低于工作流體的高溫就可以了。高溫與低溫之差越大，加熱和冷卻工作流體的可能性就越大。
工作流體的溫度也可通過(guò)限定相對(duì)于工作流體的最低溫度的工作流體最高溫度來(lái)限定。因此，工作流體的溫度差可高達(dá)約60℃?；蛘?，工作流體的溫度差可在約60℃與120℃之間。工作流體溫度差的其它范圍包括約120℃與180℃之間和約180℃與240℃之間。
發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作之前，工作流體被加壓到能有助于在活塞與液壓缸壁之間保持密封。液壓缸內(nèi)維持正壓力有助于迫使活塞與液壓缸之間的區(qū)域密封。例如，工作流體可以預(yù)加壓至約每平方英寸200磅。如果工作流體預(yù)加壓，可加壓到這樣一個(gè)程度，即在從工作流體中排除熱量時(shí)集中工作流體的過(guò)程中，液壓缸內(nèi)的壓力從不下降到0以下。但是，工作流體也完全不必預(yù)加壓。
圖10表示一曲線圖，它示出了采用一種工作流體的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的溫度和壓力工作范圍。
工作流體被加熱并開(kāi)始膨脹時(shí)，流體的力傳遞到活塞，由此使活塞移動(dòng)。根據(jù)包括三缸的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，曲軸直到連桿174已運(yùn)動(dòng)到一通過(guò)如圖8所示的上死點(diǎn)約20°的位置才開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。
如上所述，在一三缸實(shí)施例中，因?yàn)橛腥齻€(gè)活塞且在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一整圈為360°，所以活塞必須驅(qū)動(dòng)曲軸大約至少120°。類似地，在一四缸液壓缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，每一活塞必須驅(qū)動(dòng)曲軸約90°。活塞必須驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)度數(shù)可用360°除以活塞數(shù)量來(lái)簡(jiǎn)單地算出。
給出了這樣一個(gè)事實(shí)，即曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)直到連桿運(yùn)動(dòng)超出上死點(diǎn)約20°才開(kāi)始，活塞動(dòng)力行程的120°的計(jì)算將從這轉(zhuǎn)動(dòng)的20°啟動(dòng)點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算。但是，下一個(gè)活塞的動(dòng)力行程將在連桿到達(dá)超出上死點(diǎn)120°才開(kāi)始。因此，在第一液壓缸與第二液壓缸的動(dòng)力行程之間有一20°的重疊。這將有助于確?；钊g的平穩(wěn)過(guò)渡，使傳遞到曲軸并從曲軸傳出的有效回轉(zhuǎn)力始終保持不變。當(dāng)任何活塞在它的動(dòng)力行程中移動(dòng)時(shí)，它不僅驅(qū)動(dòng)曲軸或其它用活塞的移動(dòng)作動(dòng)力的裝置，而且也可幫助推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)中在回程中的其它活塞。
如圖9所示，根據(jù)該實(shí)施例。當(dāng)連桿到達(dá)超出上死點(diǎn)約120°的位置時(shí)，最好切斷與第一液壓缸相關(guān)聯(lián)的熱源。隨后，當(dāng)連桿到達(dá)超出上死點(diǎn)約140°時(shí)，冷源流體開(kāi)始進(jìn)入熱交換器。由于第一活塞的回程是持續(xù)的，而且連桿和曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)也是持續(xù)的，當(dāng)連桿到達(dá)超出上死點(diǎn)約300°時(shí)，到熱量的冷源流體被關(guān)掉，到熱交換器的高溫流體源重新啟動(dòng)。
高溫和低溫源流體引入熱交換器的位置可以改變，具體取決于本發(fā)明的實(shí)施例?？梢愿淖兏邷睾偷蜏亓黧w流入交換器的一個(gè)因素是工作流體是否如上所述被預(yù)加壓?？赏ㄟ^(guò)增加高溫流體流到熱交換器中的流量來(lái)提高活塞移動(dòng)的速度以及因此曲軸的速度。也可通過(guò)增加導(dǎo)入熱交換器中的高溫和低溫流體(工作流體Ⅰ)的溫度差來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作速度和馬力輸出。
在300°的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)處，當(dāng)高溫源流體被重新導(dǎo)入熱交換器時(shí)，工作流體已回到其基礎(chǔ)溫度壓力和體積。這些體積、溫度和壓力參數(shù)可用來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的大小、到熱交換器的高溫和低溫流體的流量、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、液壓缸的大小、液壓缸的數(shù)量和本發(fā)明的許多其它的運(yùn)行和結(jié)構(gòu)參數(shù)。
可以多種方法控制上述流到熱交換器的高溫和低溫流體的流量。例如，可將一定時(shí)齒輪直接或間接地連接于曲軸。然后定時(shí)齒輪根據(jù)曲軸的位置可機(jī)械操縱控制流到熱交換器的高溫和低溫流體的流量的值?；蛘撸槐磺S所轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪軸可操縱一電氣控制流到熱交換器的高溫和低溫流體的流量的電氣系統(tǒng)。
用來(lái)控制流到熱交換器的高溫和低溫流體的流量的其它方法包括激光、計(jì)算機(jī)程序、光學(xué)裝置、機(jī)械推桿、連桿、杠桿或其它手動(dòng)的和/或自動(dòng)的裝置。應(yīng)知道，一復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制能夠使實(shí)施例的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行最佳化，如電氣控制有助于現(xiàn)代汽車內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行最優(yōu)化。一復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)能同時(shí)監(jiān)控和控制大量的參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行最優(yōu)化。
如上所述，本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)包括一引導(dǎo)工作流體和其它流體流動(dòng)的機(jī)械閥。圖31示出旋轉(zhuǎn)閥的一個(gè)例子，它用來(lái)引導(dǎo)本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻劑的流動(dòng)和/或工作流體的流動(dòng)。圖31所示的閥包括一連接于閥體562的連接件560。閥體包容一在閥體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的閥轉(zhuǎn)動(dòng)體564。閥轉(zhuǎn)動(dòng)體564包括多個(gè)出口566、568、570和572。閥體562可連接于一栓塊(anchor block)574或其它結(jié)構(gòu)，以便固定到閥上。閥體和閥轉(zhuǎn)動(dòng)體可通過(guò)一帽576而保持在一起。閥體562包括出口578、580、582和584。出口578、580、582和584連接于出口件586、588、590和592。閥體出口578、580、582、584還與轉(zhuǎn)動(dòng)體出口566、568、570、572對(duì)齊，使得當(dāng)閥轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)，出口566、568、570和572與閥體出口578、580、582和584對(duì)齊時(shí)，冷卻劑、工作流體或其它流體將流到所需的位置。
閥轉(zhuǎn)動(dòng)體564可通過(guò)連接于曲軸的主軸的定時(shí)鏈齒輪運(yùn)行而回轉(zhuǎn)。圖31所示的實(shí)施例包括連接于定時(shí)鏈的鏈輪(sprocket)?？捎闷渌愋偷拈y包括凸輪/推桿/搖臂定時(shí)機(jī)構(gòu)而不是旋轉(zhuǎn)閥機(jī)械控制本發(fā)明中的流體流量。還可用電氣螺線管(電磁)閥控制流體的流量。任何其它的閥也可用來(lái)引導(dǎo)本發(fā)明的流體的流量。此外，諸如圖31所示的旋轉(zhuǎn)閥可包括在本發(fā)明的任何發(fā)動(dòng)機(jī)中。
本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)包括一具有若干彼此獨(dú)立運(yùn)行的活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄系統(tǒng)。在一般的串聯(lián)、V型或徑向設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，每一活塞機(jī)械連接于其它活塞的一個(gè)。內(nèi)燃機(jī)使用這種機(jī)械連接將廢氣推出發(fā)動(dòng)機(jī)，將新鮮氣體拉進(jìn)活塞腔，并在燃燒之前使氣體加壓。但是，在本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中不太需要機(jī)械連接。例如，如果液壓缸包括兩個(gè)孔口，所有活塞的機(jī)械互連都不必要了。這種系統(tǒng)中的活塞的返回一般大部分是通過(guò)活塞相對(duì)側(cè)加壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種返回機(jī)構(gòu)也可向曲軸提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。
本發(fā)明可采用一種曲軸，它通過(guò)一能在曲軸周圍沿返回方向自由滑動(dòng)、在朝前或驅(qū)動(dòng)方向鎖定曲軸的自由釋放臂機(jī)構(gòu)(free releasing arm mechanism)而回轉(zhuǎn)。圖32-35示出了這樣一種曲軸的例子。圖32-35中所示的曲軸包括一棘輪式機(jī)構(gòu)。圖32-35所示的軸可與多個(gè)曲柄臂聯(lián)合使用，以提供一持續(xù)回轉(zhuǎn)的軸。
圖32示出一連接于曲軸589的曲柄587。曲軸589包括一容納一部分曲柄587的凹陷部591。從圖32中可以看到，曲柄587將使軸589轉(zhuǎn)動(dòng)到曲柄587滑出凹陷部591為止。最好是，曲柄臂587在某一位置不再與凹陷部591接合，使得該活塞的動(dòng)力基本上和完全地傳到曲軸589，而該位置基本上在連接于曲柄587的一活塞動(dòng)力行程結(jié)束端的附近。然后，當(dāng)活塞在其回程中，曲柄587沿曲軸589的表面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞重新開(kāi)始其動(dòng)力行程時(shí)，曲柄臂587隨后開(kāi)始沿曲軸的表面往回運(yùn)行，直到它與一凹陷部接合。
圖33示出了棘輪式曲軸的一個(gè)實(shí)施例，它示出了在活塞整個(gè)動(dòng)力循環(huán)中的曲柄的位置。圖34表示包括一棘輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的液壓缸、曲柄和曲軸的一個(gè)實(shí)施例。圖34還示出了在活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的曲柄的各個(gè)位置。
圖35示出采用棘輪式機(jī)構(gòu)的曲柄和曲軸的另一實(shí)施例。圖36示出一曲柄力矩臂，它包括諸加強(qiáng)筋599，以加固曲柄力矩臂，以便更進(jìn)一步確保它能承受本發(fā)明所產(chǎn)生的大的壓力。
熱量不是依靠熱交換器，而是可直接給予工作流體。圖27示出了本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一實(shí)施例的一個(gè)例子，它包括將熱量直接傳送到工作流體。圖27所示的實(shí)施例包括四個(gè)徑向排列的液壓缸。發(fā)動(dòng)機(jī)包括一位于中心的旋轉(zhuǎn)閥360，每一液壓缸連接于該旋轉(zhuǎn)閥360。每一液壓缸也連接于一直接給予熱量的工作流體儲(chǔ)箱。
工作流體直接加熱，不采用熱交換器，它不使用將熱量從熱源傳遞到工作流體的被加熱的液體。直接傳遞的方法是用熱源直接加熱工作流體。應(yīng)該知道，使用熱交換器沒(méi)有熱量損失。
圖28提供了用在采用直接熱傳遞的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的工作流體容器一實(shí)施例的一個(gè)例子。圖28所示的工作流體容器或儲(chǔ)箱包括一細(xì)長(zhǎng)管348。雖然工作流體容器可以是任何所需的形狀，但它相對(duì)于容積包括大面積的表面，以便增加向工作流體的傳熱速度。
圖28所示的工作流體容器的實(shí)施例包括一20英尺長(zhǎng)的管子，它的直徑為4英寸，用“Schedule 80”的管子制成。管子可包括一組件350，以將管子連接到管道，從而將工作流體儲(chǔ)箱連接于到液壓缸。圖29示出圖28所示的管子的端視圖，它示出了一凸緣352。凸緣352包括多個(gè)孔354，以便用諸螺栓357將凸緣連接到另一凸緣上，從而連接一管道，再連接到液壓缸。
圖27和28所示的工作流體儲(chǔ)箱的實(shí)施例還包括插入管子348的冷卻裝置358。一冷卻流體可導(dǎo)入管道358以冷卻工作流體。管道358可與旋轉(zhuǎn)閥360互連，以將冷卻流體引導(dǎo)到相應(yīng)的工作流體儲(chǔ)箱中。
為了適用某些工作流體所固有的高壓，冷卻流體管道356最好是由能承受高壓的材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，采用3/4英寸高壓鋼輸送管。雖然工作流體的壓力可以是高的，而冷卻劑的壓力可以是低的，例如在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑的壓力從約32到約80磅/英寸2。
圖30示出了工作流體儲(chǔ)箱、冷卻劑管道359、凸緣352和353、襯墊355和螺栓357之間的連接的放大剖視圖。
在圖27所示的實(shí)施例中，各工作流體儲(chǔ)箱362、364、366、368分別放置在一拋物面太陽(yáng)熱收集器370、372、374和376內(nèi)。太陽(yáng)熱收集器將熱量給予工作流體。當(dāng)工作流體膨脹時(shí)，它就驅(qū)動(dòng)液壓缸。
在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，旋轉(zhuǎn)閥360將冷卻劑引入各工作流體儲(chǔ)箱中。當(dāng)冷卻劑通過(guò)工作流體儲(chǔ)箱循環(huán)時(shí)，它即被加熱。被加熱的冷卻劑導(dǎo)入熱冷分離器378。為了加大由太陽(yáng)熱收集器給予工作流體的熱量，本發(fā)明可使被加熱的冷卻劑引導(dǎo)通過(guò)冷卻劑管道356。熱冷分離器378最好使來(lái)自工作流體儲(chǔ)箱中的經(jīng)膨脹的冷卻劑流與排出工作流體液壓缸的經(jīng)收縮的冷卻劑分離。
熱量可從熱交換器380中的冷卻劑中提取。冷卻劑中的熱量可儲(chǔ)存在熱存儲(chǔ)裝置382中。
冷卻劑的流動(dòng)可由多個(gè)泵控制。圖27所示的實(shí)施例包括一將冷卻劑從熱交換器380導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)閥360的液壓發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑泵(hydraulic motor coolantpump)384。液壓發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑泵384由熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明還包括液壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱再循環(huán)泵386。液壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱再循環(huán)泵386可將冷卻劑從熱存儲(chǔ)裝置382抽到旋轉(zhuǎn)閥360。液壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱再循環(huán)泵386也由熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
圖27所示的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例用來(lái)驅(qū)動(dòng)一液壓泵(未示出)。管道390和392是為了將來(lái)自熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)操作的液壓泵的液壓流體導(dǎo)向各個(gè)需要由熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷。如上所述，在圖27所示的實(shí)施例中，液壓發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑泵384、液壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱再循環(huán)泵386和水泵388都由熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。線路390和392的箭頭指示液壓流體流到負(fù)荷的方向。
可通過(guò)將管道394和396中的水分別抽入由水泵388抽的水中來(lái)增強(qiáng)熱交換器380的運(yùn)行。
本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)可做成任何尺寸。例如，從用在諸如生物力學(xué)應(yīng)用中各場(chǎng)合中的很小的發(fā)動(dòng)機(jī)到大的兆瓦發(fā)電設(shè)備均可采用本發(fā)明的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)。事實(shí)上，熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)可被設(shè)計(jì)成用于需要機(jī)械能動(dòng)力的任何應(yīng)用場(chǎng)合中。
一很小的發(fā)動(dòng)機(jī)包括直徑約在0.5厘米至1厘米的若干活塞。這種發(fā)動(dòng)機(jī)包括尺寸約為一般體溫計(jì)的工作流體儲(chǔ)箱。事實(shí)上，這種發(fā)動(dòng)機(jī)可采用在人體溫度左右的熱量作為熱源。用一外蒸發(fā)系統(tǒng)提供冷卻。這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)可用在人體和其它物體中。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)使用例子是作為一心臟泵。應(yīng)用的另一個(gè)例子是激素注射。例如，這種發(fā)動(dòng)機(jī)可用于淋巴系統(tǒng)衰退的人中。這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)可提供例如從約0.01馬力至約0.1馬力。
在使用范圍的另一端，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)可做成很大的發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，可產(chǎn)生約350兆馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)可提供約500兆瓦的發(fā)電能力。這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)可采用直徑約為48英寸至約96英寸的活塞。發(fā)動(dòng)機(jī)可置入重的加固的混凝土和鋼結(jié)構(gòu)中。
能抽水的發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生約10、約50、約200的馬力或在它們之間的任何大小的馬力。
圖37示出驅(qū)動(dòng)一個(gè)馬力水泵的本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一實(shí)施例。膨脹工作流體的熱量由一拋物面太陽(yáng)熱收集器400提供，太陽(yáng)熱收集器最好包括一跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的裝置402。工作流體送到發(fā)動(dòng)機(jī)406。發(fā)動(dòng)機(jī)406產(chǎn)生的動(dòng)力由傳送裝置408傳送到泵409。本發(fā)明可包括控制冷卻劑流動(dòng)的控制裝置410。發(fā)動(dòng)機(jī)還可包括提供動(dòng)力的電池412。
圖38示出太陽(yáng)熱收集器400的俯視圖。圖37和38所示的發(fā)動(dòng)機(jī)包括直接熱量熱交換器管(direct thermal heat exchange tube)414。也可提供一光電板416，為本發(fā)明的某些方面諸如跟蹤控制和冷卻控制提供電能。
圖39示出具有平衡塊的季節(jié)性跟蹤鏈裝置的一個(gè)實(shí)施例，該裝置用來(lái)使太陽(yáng)熱收集器陣列(solar array)在全年中在正確的位置傾斜。圖39所示的實(shí)施例包括鏈裝置600、電動(dòng)機(jī)602和平衡塊604。電動(dòng)機(jī)是一種合適的電動(dòng)機(jī)。例如，電動(dòng)機(jī)可以是一種高轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速、12伏的直流電動(dòng)機(jī)。圖39還示出太陽(yáng)能收集器陣列的正常位置606。陣列可繞樞軸608樞轉(zhuǎn)。樞軸由一鉸鏈或其它可樞轉(zhuǎn)的裝置提供。
圖40示出本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一實(shí)施例，它采用了電熱作為一熱源將熱量給予工作流體。圖40所示的實(shí)施例包括四個(gè)徑向排列的液壓缸。圖40還示出了用來(lái)增加發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)的動(dòng)力的傳動(dòng)裝置。
圖40所示的實(shí)施例包括諸工作流體儲(chǔ)箱720，該儲(chǔ)箱包括直徑為4英寸長(zhǎng)為24英寸的管子。制冷劑通過(guò)工作流體在3/4英寸輸送管700中循環(huán)。熱量由可采用120V交流電的電熱裝置718提供。冷卻劑流體儲(chǔ)箱被一2英寸的焊接頸狀凸緣(welded neck flange)724所封閉。
圖40所示實(shí)施例中的液壓缸710、712、714和716中的活塞702、704、706和708的直徑為2英寸，長(zhǎng)為8英寸?；钊?02、704、706和708的外徑是4英寸。液壓缸徑向排列，如圖27所示的實(shí)施例。
圖40還示出了一起標(biāo)記為722的多個(gè)齒輪和連接帶或鏈，用來(lái)傳遞熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力。
圖41示出了圖40所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的另一視圖。
圖43示出了本發(fā)明熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一實(shí)施例，它包括一無(wú)源太陽(yáng)熱收集器900。軟管902和904將太陽(yáng)熱收集器連接到一雙動(dòng)液壓缸906。發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)抽取井中的水。
圖44示出了本發(fā)明的一液壓缸、活塞和曲柄的又一實(shí)施例。
前述說(shuō)明圖示和描述了本發(fā)明。此外，公開(kāi)的內(nèi)容僅僅示出和描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但如上所述，應(yīng)理解本發(fā)明可以使用各種其它的組合、改變和環(huán)境，在本文所述的本發(fā)明的原理、與上述內(nèi)容同等和/或相應(yīng)領(lǐng)域的技巧或知識(shí)的范圍之內(nèi)還可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改變。上述實(shí)施例還說(shuō)明了實(shí)施本發(fā)明的已知的最好方式，還能夠使本領(lǐng)域的其它熟練人員在這些或其它實(shí)施例中采用本發(fā)明，以及本發(fā)明的特定應(yīng)用或使用所需的多種改變。因此，上述說(shuō)明不是用來(lái)限制本文所公開(kāi)的本發(fā)明。還有，所附的權(quán)利要求書被認(rèn)為包括可供選擇的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1．一種熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一框架；一體積隨溫度變化的工作流體；一用于容納所述工作流體的工作流體容器；一固定于所述框架并包括一內(nèi)部空間的液壓缸，所述液壓缸還包括一用于將工作流體引入內(nèi)部空間的通道；一容納在所述液壓缸的所述內(nèi)部通道內(nèi)的活塞；所述液壓缸的內(nèi)部空間、所述活塞和所述工作流體容器限定了一個(gè)由工作流體充填的封閉空間；以及用于對(duì)工作流體傳送和除去熱量的裝置，從而使工作流體在不發(fā)生相變的情況下膨脹和壓縮，所述活塞響應(yīng)所述工作流體的膨脹和壓縮而移動(dòng)。
2．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括一位于所述工質(zhì)容器和所述液壓缸的所述內(nèi)部空間之間的工作流體傳送部分，所述工作流體容器、所述工作流體連接部、所述活塞的所述內(nèi)部空間以及所述活塞一起限定了一個(gè)由所述工作流體充填的封閉空間。
3．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括多個(gè)液壓缸、活塞、工作流體容器和傳熱裝置。
4．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括用于將所述液壓缸安裝于所述框架的裝置，所述安裝裝置可允許所述液壓缸相對(duì)于所述框架滑動(dòng)和作活節(jié)運(yùn)動(dòng)，所述安裝裝置包括一設(shè)置在所述液壓缸上的連接桿，所述連接桿以活節(jié)固定于一可滑動(dòng)地安裝在所述框架上的構(gòu)件，所述可滑動(dòng)構(gòu)件可在垂直于所述曲軸的方向上滑動(dòng)。
5．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，用于對(duì)所述工作流體傳遞和除去熱量的所述裝置是至少一個(gè)熱交換器。
6．如權(quán)利要求5所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括一圍繞所述工作流體容器的水套，所述水套包括一用于使不同溫度的水進(jìn)出的開(kāi)口，以便對(duì)通過(guò)所述熱交換器的工作流體施加或除去熱量。
7．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，沒(méi)有閥會(huì)限制所述工作流體膨脹時(shí)的移動(dòng)。
8．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括一連接于所述活塞的連接桿；一連接于所述連接桿的曲軸；以及一凸輪軸，所述凸輪軸的移動(dòng)由所述曲軸控制，并且可以控制所述閥的開(kāi)和閉或者是可啟動(dòng)電磁閥的微型開(kāi)關(guān)的開(kāi)和閉。
9．如權(quán)利要求8所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述連接桿以活節(jié)連接于所述活塞。
10．如權(quán)利要求8所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述連接桿固定地連接于所述活塞，而所述液壓缸以活節(jié)安裝在所述框架上。
11．如權(quán)利要求8所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括用于使所述曲軸速度提高或增大的傳送裝置。
12．如權(quán)利要求8所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括至少一個(gè)位于所述活塞外表面和所述液壓缸的所述內(nèi)部空間的內(nèi)表面之間的密封件。
13．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述工作流體具有溫度為大約120°至140°的高溫水，并且所述工作流體具有溫度為大約70°至85°的低溫水。
14．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述工作流體具有大約80°至200°F的高溫，并且所述工作流體具有大約35°至140°F的低溫。
15．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述工作流體高溫和所述工作流體低溫之間的溫度差足以提供所述使活塞移動(dòng)一個(gè)完整循環(huán)所需的最小膨脹。
16．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括兩個(gè)連接于所述活塞相對(duì)兩側(cè)的連接桿；以及兩個(gè)曲軸，分別連接于所述的每個(gè)連接桿。
17．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述活塞和所述液壓缸的內(nèi)部空間限定了兩個(gè)由所述工作流體充填的封閉空間，所述液壓缸還包括一位于所述液壓缸第一端附近的主入口；一位于所述液壓缸第二端附近的次入口；用于密封所述液壓缸和所述連接桿之間的空間的裝置；所述熱液力發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)位于所述活塞外表面和所述液壓缸的所述內(nèi)部空間的內(nèi)表面之間的密封件；其中，所述工作流體的膨脹用來(lái)使所述活塞沿相反的方向交替地移動(dòng)。
18．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述工作流體是受壓的。
19．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括用于將所述液壓缸安裝于所述框架的裝置，所述安裝裝置可允許所述液壓缸相對(duì)于所述框架滑動(dòng)和作活節(jié)運(yùn)動(dòng)，所述安裝裝置包括一設(shè)置在所述液壓缸上的連接桿，所述連接桿活節(jié)固定于一可滑動(dòng)地安裝在所述框架上的構(gòu)件，所述可滑動(dòng)構(gòu)件可在平行于所述液壓缸的方向上滑動(dòng)。
20．如權(quán)利要求1所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它還包括至少一個(gè)彈簧，用于在與所述工作流體膨脹而導(dǎo)致所述活塞移動(dòng)的那一個(gè)方向相反的方向上偏壓所述活塞。
21．如權(quán)利要求3所述的熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述液壓缸是沿徑向布置的。
22．一種熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一框架；一體積隨溫度變化的第一工作流體；一用于容納所述工作流體的工作流體容器；一設(shè)置在工作流體容器一端的柔性隔膜，所述柔性隔膜可響應(yīng)于所述工作流體內(nèi)的膨脹和壓縮而移動(dòng)；一用于容納與所述柔性隔膜接觸的第二工作流體的儲(chǔ)器；用于對(duì)所述第一工作流體傳送和除去熱量的裝置，從而使工作流體交替地膨脹和壓縮，所述第一工作流體的膨脹和壓縮可導(dǎo)致所述柔性隔膜移動(dòng)，所述柔性隔膜的移動(dòng)可導(dǎo)致所述第二工作流體移動(dòng)；一固定于所述框架并包括一內(nèi)部空間的液壓缸，所述液壓缸還包括一用于將所述第二工作流體引入所述內(nèi)部空間的通道；一容納在所述液壓缸的所述內(nèi)部空間中的活塞，所述工作流體儲(chǔ)器、所述液壓缸的所述內(nèi)部空間和所述活塞一起限定了一個(gè)由所述第二工作流體充填的封閉空間。
全文摘要
一種熱力液壓發(fā)動(dòng)機(jī)(7)包括一框架(202)。一種工作流體的體積隨溫度變化。一工作流體容器(130)用于容納該工作流體。固定于框架(202)的液壓缸(100)包括一內(nèi)部空間。液壓缸(100)還包括一用于將工作流體引入內(nèi)部空間的通道(124)。一活塞(106)容納在液壓缸(100)的內(nèi)部空間內(nèi)。液壓缸(100)的內(nèi)表面、活塞(106)和工作流體容器(130)一起限定了一個(gè)由工作流體充填的封閉空間。發(fā)動(dòng)機(jī)(7)還包括用于對(duì)工作流體傳送和除去熱量的裝置(136),從而使工作流體在不發(fā)生相變的情況下交替地膨脹和壓縮?；钊?106)響應(yīng)于工作流體的膨脹和壓縮而移動(dòng)。
文檔編號(hào)F03C99/00GK1234094SQ97199031
公開(kāi)日1999年11月3日 申請(qǐng)日期1997年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月21日
發(fā)明者布賴恩·C·海格曼 申請(qǐng)人:布賴恩·C·海格曼