[發(fā)明專利]將熱量轉(zhuǎn)化成其他能量的能量單元和利用能量單元的熱量回收裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580030047.5
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN106662079A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·J·J·多姆;A·P·威伯格;B·E·奧斯倫德
• 申請（專利權(quán)）人: 阿特拉斯·科普柯空氣動力股份有限公司
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 林振波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于將熱量轉(zhuǎn)化成液壓能、機(jī)械能或電能的能量單元。

更具體地，本發(fā)明涉及利用相變材料特性的能量單元，相變材料的體積變化由從固相到液相和從液相到固相的每次相變來限定，體積變化用作產(chǎn)生機(jī)械能、液壓能或其他形式能量的驅(qū)動力。

背景技術(shù)

例如，這樣的能量單元從專利US 2011/0024075已知，其中，能量單元描述成缸和能夠在缸中運(yùn)動的活塞的形式，活塞在缸中封閉出室，室內(nèi)填充有這樣的相變材料：在因受熱而從固態(tài)轉(zhuǎn)變到液態(tài)時，相變材料膨脹，由此使缸中的活塞運(yùn)動，此運(yùn)動能夠用于施加機(jī)械力。

由于缸中相變材料交替地受熱和冷卻，相變材料可以交替地熔化和凝固，因此體積膨脹和收縮，這引起活塞的往復(fù)運(yùn)動，此運(yùn)動能夠轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動馬達(dá)或其它裝置的運(yùn)動。

能量單元的另一示例從國際專利申請WO 2010/074616已知，其中，能量單元描述成圓筒形壓力容器的形式，壓力容器中具有彈性囊，囊內(nèi)填充有液壓流體，并且在由相變材料殼體包圍的空間中囊軸向延伸穿過壓力容器，相變材料填充壓力容器與囊之間的空間。隨著相變材料的體積增加，液壓流體被擠出上述囊，從囊產(chǎn)生的液壓流體的體積排量用于產(chǎn)生液壓能。

由于當(dāng)彈性囊擠在一起時不存在摩擦損失，這樣的能量單元比活塞—缸形式的構(gòu)造更加高效。

如WO 2010/074616中所描述的能量單元的劣勢在于：由于體積變化，囊的直徑承受相對大的變化，這導(dǎo)致囊的材料中相對高的應(yīng)力，最后導(dǎo)致囊的壽命縮短。

另一劣勢在于：當(dāng)囊擠在一起時會發(fā)生摺疊，這使囊局部弱化，或者甚至閉合囊的一些部分而阻止這些部分中的液壓流體排出，使得這些部分中積聚特別高的壓力，這不利于轉(zhuǎn)化成有用的液壓能，并且構(gòu)成囊撕裂的風(fēng)險(xiǎn)。

另一劣勢在于：這樣的能量單元的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，并且部件的組裝和更換相對復(fù)雜且花費(fèi)許多時間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為一個或多個上述的和其它的劣勢提供解決方案。

為此，本發(fā)明涉及用于將熱量轉(zhuǎn)化成液壓能、機(jī)械能或電能的能量單元，此能量單元設(shè)置有壓力容器，壓力容器中具有兩個室，兩個室由不可滲透的彈性膜相互分隔開，分別地，第一室填充有體積隨著從固相到液相和從液相到固相的每次相變而變化的相變材料，第二室在能量單元使用時填充有液壓流體，并且能量單元設(shè)置有能夠交替地加熱和冷卻相變材料的裝置，以使相變材料能夠交替地從固相變?yōu)橐合嗪蛷囊合嘧優(yōu)楣滔啵看蜗嘧儼殡S著第一和第二室的容積變化，并且第二室設(shè)置有至少一條通道，其隨著第二室的每次容積變化而作為液壓流體的輸入部和/或輸出部，其特征在于，能量單元構(gòu)造成當(dāng)相變材料相變從而第一室中相變材料的體積增加時，膜彈性脹大。

根據(jù)本發(fā)明的能量單元的優(yōu)勢在于：膜不會隨著相變材料的膨脹發(fā)生不期望的摺疊。

此外，如在WO 2010/074646中所描述的已知能量單元的情形中，膜的尺寸不受能量單元內(nèi)部相對小可用空間的限制，使得膜的材料中的應(yīng)力可以分布到較大的面積中，對于相變材料的相同體積變化，可以減少應(yīng)力，從而可以提高膜的壽命。

在根據(jù)本發(fā)明的能量單元的實(shí)用實(shí)施例中，壓力容器部分地由第一管形成，并且膜構(gòu)造為同心地附裝在第一管中的第二管，填充有相變材料的第一室由膜環(huán)繞，設(shè)置成填充液壓流體的第二室環(huán)繞膜在殼體與膜之間延伸。

因此，相變材料處于能量單元的芯部中，并且隨著體積增加而將環(huán)繞膜的液壓流體(例如，油)推到外側(cè)。

因?yàn)橐簤毫黧w處于管形膜的外側(cè)，液壓流體的相同體積排量僅需較小的膜直徑擴(kuò)大，這導(dǎo)致膜中的應(yīng)力更小。

在此實(shí)用實(shí)施例中，兩個室優(yōu)選地都由保持在壓力容器中互相間隔一定距離的兩個蓋限定，其中，優(yōu)選地至少一個蓋并且優(yōu)選地兩個蓋是可拆卸的，并且膜的自由邊緣以密封的方式保持在這些蓋中，或者保持在蓋與殼體之間。

這樣，部件的組裝及更換或者維護(hù)特別地容易和快捷。

在此方面中，優(yōu)選地是：將至少一個蓋(優(yōu)選地兩個蓋)構(gòu)造為兩個部分，其中，第一部分保持在壓力容器中，第二部分緊固在第一部分中或者抵靠第一部分緊固，并且膜的前述邊緣夾持在第一和第二部分之間以形成兩個室之間的密封，這使部件的組裝和更換更為容易。

更廉價(jià)的解決方案是將蓋制成單個部分，在組裝的時候，膜的邊緣夾持在蓋與壓力容器的壁之間。

為了防止膜承受不期望的變形，膜可以在其外周上的一些位置處設(shè)置有肋，作為膜與壓力容器內(nèi)壁之間的間隔部，以防止液壓流體隨著相變材料的膨脹而被截留在膜與壓力容器之間的一些區(qū)域中而無法輸出至輸出部的情況發(fā)生。