[发明专利]由热能同时转变成机械能与流体压力能的方法及其装置

说明书

本发明涉及一种能量状态的转换方法及其装置，具体地说是一种由热能同时直接转变成机械能与流体压力能的方法及其所使用的装置。

传统的流体压力能一般是经过机械能转换而获得，而机械能通常是由热能或电能转换而来。但就热能向流体压力能的转换，除了需经机械能状态的过渡外，还有传递与参数变换多个环节，而且涉及的设备装置也相对复杂。热能向机械能转换的现有装置主要有活塞式内燃机，由燃烧室、缸体、活塞、连杆、曲柄、喷嘴、活塞环、缸盖、缸底等部件构成，其工作过程通常分为二个冲程或四个冲程完成一个能量转换的循环。当燃烧室内的高压可燃气体燃爆后产生推力推动活塞移动，从而带动连杆和曲柄将热能变换成机械能而对外做功。由于现实中同时应用机械能与流体压力能场合很多，所以经常要将机械能(由热能或电能转换而成)分成两路，其中一路由常规流体泵将机械能变换成流体压力能，其常规设备如柱塞泵，主要由缸体、偏心轮、柱塞、弹簧、进出口阀等部件组成，由机械能带动偏心轮从而使柱塞作轴向往复运动，靠密封容积的大小交替变化而形成流体压力能量状态。目前这种由热能向机械能和流体压力能转换的技术方法需要通过四个环节，一是由内燃机实现热能向机械能的转换；二是由机械能分流装置实现机械能的分流；三是由机械变速连接装置实现分流机械能向流体泵的传递及参数变换；四是由流体泵实现机械能向流体压力能的转换。正是因为分流、传递及转换过程的多环节及设备本身的原因，使这种能态变换普遍存在转换效率低，转换设备、装置复杂、笨重，性能差，且转换状态适应范围小，使用不便等突出缺点。

本发明的目的在于克服现有热能向机械能与流体压力能状态转换过程需经过机械能分流、传递等环节而造成能量损失大及装置复杂、笨重的突出缺点，寻求设计一种由燃烧产生的热能直接变换成机械能与流体压力能状态的方法及其装置。由于同时应用机械能与流体压力能的领域越来越广，如各种可移动(车辆)或不可移动动力源、风机、泵源等场合，所以本发明方法及其装置可以提供一种简单、高效、方便的可同时亦可单独输出机械能和流体压力能的能源动力装置。尤其是采用该方法使用的装置简化了设备结构，可以缩小设备体积，节约原材料，减少污染环节。

为了实现上述发明目的，本发明的方法在含有活塞、柱塞、连杆、曲轴的V形能量转换装置中完成，V形能量转换装置分为两列，每列工作缸数目、缸径可相同也可不同，活塞缸列用于热能向机械能的转换，柱塞缸列用于机械能的分流及向流体压力能的转换。用于热能向机械能转换的活塞缸列工作机构即活塞工作缸—活塞—活塞连杆—曲轴，通过一个工作循环即进气、压缩、燃烧与膨胀、排气等过程，活塞运动两个或四个行程，曲轴旋转一周或两周实现一次热能向机械能的转换；用于机械能分流及向流体压力能转换的柱塞缸列工作机构即柱塞工作缸—柱塞—柱塞连杆—曲轴，通过一个工作循环即曲轴旋转一周，柱塞运动两个行程，通过进油、排油等过程完成一次能量分流及向流体压力能的转换工作。对于活塞缸列，其工作原理与传统内燃机类似，这里不再赘述。下面仅就这种双能态转换装置的能量分流及向流体压力能转换的工作原理说明如下。

活塞缸列工作机构将燃料热能转换为曲轴的机械旋转能量，获得能量的曲轴一方面直接对机械负荷作功，一方面通过柱塞连杆将能量分流到柱塞，曲轴旋转半周，柱塞运动一个行程，曲轴旋转一周，柱塞运动两个行程。在分流动力作用下，柱塞自上止点向下止点运动时，流体进口阀开启，流体出口阀关闭，柱塞工作室与流体进入通道连通，与流体排出通道隔离，随着柱塞向下止点运动，柱塞工作室容积逐渐增大，形成真空，通过流体进口阀吸入经过过滤的低压流体；柱塞自下止点向上止点运动时，流体进口阀关闭，流体出口阀开启，柱塞工作室与流体进入通道隔离，与流体排出通道连通，随着柱塞向上止点运动，柱塞工作室容积逐渐减小，室内流体压力加大，通过流体出口阀排出高压流体，实现分流能量向流体压力能的转换。这样就实现了一个完整的热能向机械能和流体压力能的转换循环，如此周而复始。