專利名稱：液壓系統(tǒng)熱能回收利用方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓系統(tǒng)熱能回收利用方法及裝置，其是利用熱泵技術(shù)以及液體吸熱汽化、膨脹做功原理回收并利用液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能的方法及裝置，可應(yīng)用于液壓傳動領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液壓設(shè)備工作時，有多方面的功率損失，主要包括泵、馬達(dá)和液壓缸內(nèi)部的機(jī)械摩擦和粘性阻力損失；壓力閥、流量閥中的節(jié)流損失；方向閥和管道中的壓力損失以及各種元件的內(nèi)外泄漏損失等。一般液壓系統(tǒng)的傳動效率只有60％～70％，這就意味著原動機(jī)所提供功率的30％～40％將被損失掉，而這些損失最終都轉(zhuǎn)化成熱，這些熱量除一小部分散發(fā)到周圍空間外，絕大部分使液壓油和元件溫度升高。如果液壓油溫度過高(大于80℃)將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)正常工作，所以現(xiàn)有液壓傳動系統(tǒng)通過不同方式(如，風(fēng)冷、水冷)對系統(tǒng)進(jìn)行散熱，以保持液壓油工作在一定溫度范圍內(nèi)。對于這些冷卻系統(tǒng)來說，首先需要外界提供一定能量來驅(qū)動風(fēng)機(jī)或者水泵，使高溫液壓油與低溫的風(fēng)或者水進(jìn)行熱交換，從而將系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能散失掉。
可見，現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)不但沒有利用液壓傳動系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能，還需要消耗一定能量來將這部分熱能散失掉，是極大的能源浪費(fèi)。因此，如何充分利用液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能，節(jié)約能源，降低損失，提高液壓系統(tǒng)傳動效率就成了一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明目的就是研制一種充分利用液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的熱能的方法，即應(yīng)用熱泵技術(shù)將液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能收集于一集熱缸中，再將低沸點(diǎn)工質(zhì)噴入該集熱缸中，低沸點(diǎn)工質(zhì)在該集熱缸中吸熱、汽化，工質(zhì)內(nèi)能增大，通過一能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將工質(zhì)內(nèi)能轉(zhuǎn)化成液壓油的壓力能，回饋到液壓系統(tǒng)中，同時降低液壓油的溫度使其維持在一定范圍內(nèi)。
根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，該裝置的特征在于包括一集熱缸和一能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，該集熱缸由外部的桶形絕熱壁、內(nèi)部的桶形導(dǎo)熱壁、導(dǎo)熱壁與絕熱壁之間的相對高沸點(diǎn)、導(dǎo)熱性能好的液體以及熱泵導(dǎo)熱盤管構(gòu)成，熱泵導(dǎo)熱盤管自上而下纏繞于絕熱壁與導(dǎo)熱壁之間，浸沒在其間的液體中，部分熱泵導(dǎo)熱盤管穿越導(dǎo)熱壁上部進(jìn)入集熱缸內(nèi)部。
熱泵導(dǎo)熱盤管的入口通過熱泵工質(zhì)傳輸管路與壓縮機(jī)出口相連，熱泵導(dǎo)熱盤管出口經(jīng)膨脹閥與蒸發(fā)器入口相連，蒸發(fā)器出口通過熱泵工質(zhì)傳輸管路與壓縮機(jī)入口相連，蒸發(fā)器安裝于液壓系統(tǒng)中。系統(tǒng)運(yùn)行時，熱泵工質(zhì)從熱泵導(dǎo)熱盤管入口進(jìn)入集熱缸，從熱泵導(dǎo)熱盤管出口流出集熱缸，熱泵工質(zhì)輸送來的熱能將被收集于該集熱缸中。
集熱缸頂部安裝噴嘴，噴嘴位于導(dǎo)熱壁頂部與穿越導(dǎo)熱壁的熱泵導(dǎo)熱盤管之間，噴嘴通過導(dǎo)管與低沸點(diǎn)工質(zhì)容器底部連接，容器中裝有低沸點(diǎn)工質(zhì)，容器上部空間經(jīng)冷卻管通過排氣管與由第一活塞以及導(dǎo)熱壁構(gòu)成的空間A連通，排氣管與導(dǎo)管上分別裝有排氣閥與快速開關(guān)閥。
能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)由第一活塞、連桿、彈簧、彈簧擋板、第二活塞以及油缸構(gòu)成，第一活塞安裝于導(dǎo)熱壁內(nèi)部，第二活塞安裝于油缸內(nèi)部，通過連桿同軸連接，油缸頂部跟絕熱壁底部同軸連接，第一活塞底部與絕熱壁底部之間安裝彈簧，彈簧套裝在連桿上并固定于彈簧擋板內(nèi)。
油缸的底部一側(cè)通過進(jìn)油管與油箱相連接，進(jìn)油管中設(shè)有第一單向閥，第一單向閥出口跟油缸相連，油缸的另一側(cè)通過出油管與液壓系統(tǒng)工作回路相連，在出油管上裝有第二單向閥，第二單向閥入口跟油缸相連，第二單向閥出口管路上裝有蓄能器。
油缸與其內(nèi)的第二活塞構(gòu)成工作空間B，該空間中充滿液壓油。裝置工作時，低沸點(diǎn)工質(zhì)噴入工作空間A中，迅速從集熱缸中吸熱、汽化、膨脹，推動第一活塞向下運(yùn)動，經(jīng)連桿帶動油缸中的第二活塞向下運(yùn)動，在第二活塞的作用下，工作空間B中的液壓油從一側(cè)以一定壓力頂開第二單向閥輸入液壓系統(tǒng)中。這就完成了熱能向液壓能轉(zhuǎn)化并回饋于液壓系統(tǒng)的過程，在這一過程中，彈簧被壓縮。
當(dāng)噴入工作空間A中的工質(zhì)完全膨脹以后，活塞停止運(yùn)動，這時打開排氣閥，在彈簧彈力的作用下，第一活塞向上運(yùn)動，膨脹后的氣體將被排入低沸點(diǎn)工質(zhì)容器的上端，在連桿的帶動下，油缸內(nèi)的第二活塞亦向上運(yùn)動，油箱中的液壓油將從油缸的另一側(cè)頂開第一單向閥充滿工作空間B，直至第二活塞運(yùn)行到最大位置，關(guān)閉排氣閥。這就完成了一次做功循環(huán)。
本發(fā)明所述的液壓系統(tǒng)熱能回收利用方法可將液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為液壓能，重新回饋于液壓系統(tǒng)中，而不是直接將其散失掉，這樣就降低了液壓系統(tǒng)的能量損失，提高了液壓系統(tǒng)的傳動效率。


本發(fā)明共有3張附圖，其中圖1為液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置集熱過程示意圖；圖2為液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置噴入工質(zhì)瞬間示意圖；圖3為液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置工質(zhì)汽化、膨脹以及做功過程示意圖；圖4為液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置排氣以及吸油過程示意圖；圖5為液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置整體示意圖。
圖中1、蒸發(fā)器 2、膨脹閥 3、壓縮機(jī) 4、熱泵導(dǎo)熱盤管 5、熱泵工質(zhì)傳輸管路 6、低沸點(diǎn)工質(zhì)容器 7、低沸點(diǎn)工質(zhì) 8、排氣管 9、導(dǎo)管 10、高速開關(guān)閥 11、排氣閥 12、噴嘴 13、絕熱壁 14、導(dǎo)熱壁 15、第一活塞 16、連桿 17、彈簧 18、高沸點(diǎn)液體 19、彈簧擋板 20、第二活塞 21、油缸 22、油箱 23、第一單向閥 24、進(jìn)油管 25、出油管 26、第二單向閥 27、蓄能器 28、冷卻管具體實(shí)施方式
圖1中，熱泵工質(zhì)經(jīng)膨脹閥2通過蒸發(fā)器1從液壓系統(tǒng)中吸收熱量，經(jīng)壓縮機(jī)3壓縮后，通過熱泵工質(zhì)傳輸管路5輸入熱泵導(dǎo)熱盤管4中，與集熱缸進(jìn)行換熱，換熱后的熱泵工質(zhì)經(jīng)熱泵導(dǎo)熱盤管4出口重新流入膨脹閥2。這樣，液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量就將被收集到集熱缸中，維持液壓油工作在一定溫度范圍內(nèi)。
圖2中，高速開關(guān)閥10打開，低沸點(diǎn)工質(zhì)7沿導(dǎo)管9從低沸點(diǎn)工質(zhì)容器6經(jīng)噴嘴12噴入工作空間A中，在工質(zhì)7噴入A中后，高速開關(guān)閥10迅速關(guān)閉，完成工質(zhì)噴入過程。
圖3中，高速開關(guān)閥10關(guān)閉，排氣閥11關(guān)閉，噴入工作空間A中的低沸點(diǎn)工質(zhì)7從集熱缸中吸熱、迅速膨脹，膨脹時推動第一活塞15向下運(yùn)動，第一活塞15通過連桿16帶動第二活塞20一起向下運(yùn)動。當(dāng)?shù)诙钊?0向下運(yùn)動時，工作空間B將減小，則B中的液壓油將頂開第一單向閥26后沿出油管25輸入液壓系統(tǒng)中，完成系統(tǒng)熱能到液壓能的轉(zhuǎn)換與回饋。在第一活塞15向下運(yùn)行過程中，布置于第一活塞15下端與絕熱壁13底部之間的彈簧17被壓縮。
圖4中，排氣閥11打開，彈簧17膨脹，推動第一活塞15向上運(yùn)動，使工作空間A中的氣體沿排氣管8進(jìn)入容器6的上部空間，在連桿16的帶動下，第二活塞20亦向上運(yùn)動，液壓油頂開第一單向閥23從油箱22沿進(jìn)油管24被吸入工作空間B中，當(dāng)彈簧17膨脹完畢時，關(guān)閉排氣閥11，隨后將重復(fù)工質(zhì)噴入過程，如圖1所示，裝置將循環(huán)工作。
圖5為液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置的整體示意圖。從圖中可見，增加了蓄能器27以及冷卻管28。蓄能器27用來減小油缸21在向系統(tǒng)泵油時的脈動；冷卻管28用以加速低沸點(diǎn)工質(zhì)7的蒸氣液化速度，使低沸點(diǎn)工質(zhì)7噴入工作空間A中的速度與工質(zhì)蒸氣液化速度維持在一個相對平衡狀態(tài)，同時為增大低沸點(diǎn)工質(zhì)7在集熱缸中的汽化速度，在集熱缸頂部將一部分導(dǎo)熱盤管4直接穿越導(dǎo)熱壁14引入工作空間A中。
本發(fā)明具體實(shí)施如下。
按照附圖5所示，根據(jù)液壓系統(tǒng)實(shí)際功率大小選擇相互匹配的蒸發(fā)器1、膨脹閥2、壓縮機(jī)3以及熱泵工質(zhì)傳輸管路5。設(shè)計(jì)絕熱壁13以及導(dǎo)熱壁14，自上而下將熱泵導(dǎo)熱盤管4纏繞于導(dǎo)熱壁14以及絕熱壁13之間，熱泵導(dǎo)熱盤管4的入口通過熱泵工質(zhì)傳輸管路5與壓縮機(jī)3出口相連，熱泵導(dǎo)熱盤管4出口經(jīng)膨脹閥2與蒸發(fā)器1入口相連，蒸發(fā)器1出口通過熱泵工質(zhì)傳輸管路5與壓縮機(jī)3入口相連。
選擇合適低沸點(diǎn)工質(zhì)7、排氣管8、導(dǎo)管9、快速開關(guān)閥10、排氣閥11以及噴嘴12，設(shè)計(jì)容器6以及冷卻管28。噴嘴12安裝于導(dǎo)熱壁14頂部與穿越導(dǎo)熱壁14的熱泵導(dǎo)熱盤管4之間，噴嘴12通過導(dǎo)管9與低沸點(diǎn)工質(zhì)容器6底部連接，將低沸點(diǎn)工質(zhì)7裝入容器6中，容器6上部空間經(jīng)冷卻管28通過排氣管8與工作空間A連通，排氣管8與導(dǎo)管9上分別裝有排氣閥11、高速開關(guān)閥10。
選擇合適連桿16以及彈簧17，設(shè)計(jì)第一活塞15、彈簧擋板19、第二活塞20以及油缸21。第一活塞15安裝于導(dǎo)熱壁14內(nèi)部，第二活塞20安裝于油缸21內(nèi)部，通過連桿16同軸連接，油缸21頂部跟絕熱壁13底部同軸連接，第一活塞15底部與絕熱壁13底部之間安裝彈簧17，彈簧17套裝在連桿16上并固定于彈簧擋板19內(nèi)。
選擇合適第一單向閥23、進(jìn)油管24、出油管25、第二單向閥26以及蓄能器27。油缸21的底部一側(cè)通過進(jìn)油管24與油箱22相連接，進(jìn)油管24中設(shè)有第一單向閥23，第一單向閥23出口跟油缸21相連。油缸21的另一側(cè)通過出油管25與液壓系統(tǒng)工作回路相連(圖中未顯示)，在出油管25上裝有第二單向閥26，第二單向閥26入口跟油缸21相連，第二單向閥26出口管路上裝有蓄能器27。
蒸發(fā)器1安裝于液壓系統(tǒng)中(圖中未顯示)，熱泵工質(zhì)傳輸管路5中充入合適的熱泵工質(zhì)(圖中未顯示)，裝置運(yùn)行時，壓縮機(jī)3由外部電源帶動(圖中未顯示)，快速開關(guān)閥10以及排氣閥11的開啟與關(guān)閉可由單片機(jī)(圖中未顯示)進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1.一種液壓系統(tǒng)熱能回收利用方法，其特征在于應(yīng)用熱泵技術(shù)將液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能收集于一集熱缸中，將低沸點(diǎn)工質(zhì)噴入集熱缸中，低沸點(diǎn)工質(zhì)在該集熱缸中迅速吸熱、汽化，低沸點(diǎn)工質(zhì)內(nèi)能增大，通過一能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將低沸點(diǎn)工質(zhì)內(nèi)能轉(zhuǎn)化成液壓油的壓力能，回饋到液壓系統(tǒng)中。
2.一種液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，其特征在于包括集熱缸和能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述集熱缸由外部的桶形絕熱壁(13)、內(nèi)部的桶形導(dǎo)熱壁(14)、導(dǎo)熱壁(14)與絕熱壁(13)之間的相對高沸點(diǎn)、導(dǎo)熱性能好的液體(18)以及熱泵導(dǎo)熱盤管(4)構(gòu)成，熱泵導(dǎo)熱盤管(4)自上而下纏繞于絕熱壁(13)與導(dǎo)熱壁(14)之間，浸沒在液體(18)中，部分熱泵導(dǎo)熱盤管(4)穿越導(dǎo)熱壁(14)上部進(jìn)入集熱缸內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，其特征在于集熱缸頂部安裝噴嘴(12)，噴嘴(12)位于導(dǎo)熱壁(14)頂部與穿越導(dǎo)熱壁(14)的熱泵導(dǎo)熱盤管(4)之間，噴嘴(12)通過導(dǎo)管(9)與低沸點(diǎn)工質(zhì)容器(6)底部連接，容器(6)中裝有低沸點(diǎn)工質(zhì)(7)，容器(6)上部空間經(jīng)冷卻管(28)通過排氣管(8)與由活塞(15)以及導(dǎo)熱壁(14)構(gòu)成的空間連通，排氣管(8)與導(dǎo)管(9)上分別裝有排氣閥(11)以及快速開關(guān)閥(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，其特征在于熱泵導(dǎo)熱盤管(4)的入口通過熱泵工質(zhì)傳輸管路(5)與壓縮機(jī)(3)出口相連，熱泵導(dǎo)熱盤管(4)出口經(jīng)膨脹閥(2)與蒸發(fā)器(1)入口相連，蒸發(fā)器(1)出口通過工質(zhì)傳輸管路(5)與壓縮機(jī)(3)入口相連，蒸發(fā)器(1)安裝于液壓系統(tǒng)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，其特征在于所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)由第一活塞(15)、連桿(16)、彈簧(17)、彈簧擋板(19)、第二活塞(20)以及油缸(21)構(gòu)成，第一活塞(15)安裝于導(dǎo)熱壁(14)內(nèi)部，第二活塞(20)安裝于油缸(21)內(nèi)部，通過連桿(16)同軸連接，油缸(21)頂部跟絕熱壁(13)底部同軸連接，第一活塞(15)底部與絕熱壁(13)底部之間安裝彈簧(17)，彈簧(17)套裝在連桿(16)上并固定于彈簧擋板(19)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，其特征在于桶形導(dǎo)熱壁(14)的內(nèi)徑大于油缸(21)的內(nèi)徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，其特征在于油缸(21)的底部一側(cè)通過進(jìn)油管(24)與油箱(22)相連接，進(jìn)油管(24)中設(shè)有第一單向閥(23)，第一單向閥(23)出口跟油缸(21)相連，油缸(21)的另一側(cè)通過出油管(25)與液壓系統(tǒng)工作回路相連，在出油管(25)上裝有第二單向閥(26)，第二單向閥(26)入口跟油缸(21)相連，第二單向閥(26)出口管路裝上有蓄能器(27)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一所述的液壓系統(tǒng)熱能回收利用裝置，其特征在于；所述液體(18)為水。
全文摘要
一種用于回收并利用液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生熱能的方法及裝置。該方法是應(yīng)用熱泵技術(shù)將液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能收集于一集熱缸中，再將低沸點(diǎn)工質(zhì)噴入該集熱缸中，低沸點(diǎn)工質(zhì)在該集熱缸中迅速吸熱、汽化，工質(zhì)內(nèi)能增加，通過能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將工質(zhì)內(nèi)能轉(zhuǎn)化成液壓能回饋于液壓系統(tǒng)中。該方法將液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為液壓能，重新回饋于液壓系統(tǒng)中，而不是將其散失掉，降低了液壓系統(tǒng)的能量損失，提高了液壓系統(tǒng)的傳動效率。
文檔編號F15B21/14GK101070866SQ20071012295
公開日2007年11月14日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者紀(jì)玉龍, 孫玉清, 陳海泉 申請人:紀(jì)玉龍