热力液压推进系统技术方案

一种液压推进系统，其将热量或热能转换为液压能，并将该液压能转化为机械功。液压推进系统包括热力单元、其中安装有活塞和弹簧的液压缸、一个或多个液压马达、一个或多个液压蓄能器、一个或多个发动机以及控制各个组件之间液压流体的流动的多个流量控制阀。液压推进系统可以通过包括声波发生器的声波传输单元来改进。

Thermohydraulic Propulsion System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热力液压推进系统
本公开总体涉及一种用于由热量产生机械功的液压推进系统。
技术介绍
相对简单的液压系统已经使用了数千年并且贯穿整个文明历史，例如用于灌溉以及使用例如水轮提供机械动力的液压系统。如今，液压系统已经变得越来越复杂，并且在各种各样的产业中用于各种各样的用途。通常，液压系统使用液体，尤其是加压液体来产生、控制和传递机械动力。通常，液压流体是因其高的不可压缩性和低可压缩性而被选择的液体，因为增加的不可压缩性和降低的可压缩性通常提高了许多液压系统的效率。进一步，不受控制的热量和热量变化通常对液压系统是有害的，因为它们能破坏许多液压系统或加速许多液压系统的劣化。另外，不受控制的“流体锤”、“水锤”以及其他突然的压力波动和液压冲击对于许多液压系统而言通常也是不利的，因为它们能破坏液压系统或加速液压系统的劣化。用于轮式车辆的现有推进系统包括内燃机，其由于功率密度和支持机动性而具有吸引力。现有推进系统还包括液压混合系统，其由于去除了电气混合系统所需的复杂或昂贵的材料(例如电池所需的那些)，因此与电气混合动力系统相比具有吸引力。然而，液压混合动力系统也有缺点。例如，与液压混合动力系统相关联的噪音、尺寸和复杂性。现有推进系统还包括电池驱动电动车辆，其由于没有尾气排放、产生瞬时扭矩和比传统内燃机更平稳的加速以及噪音的降低而具有吸引力。然而，电池驱动电动车辆也具有缺点，包括需要建立充电基础设施、相对较短的行驶里程和较低的最高速度、有限的电池寿命以及温度敏感性。现有推进系统还包括燃料电池车辆，其由于有毒副产物的减少、相对较高的功率密度、没有尾气排放以及相对较低的维护成本而具有吸引力。然而，燃料电池车辆也具有缺点，包括有限的燃料供给基础设施、生产成本以及氢燃料周围的潜在安全担忧。现有推进系统还包括外燃式发动机，例如斯特林发动机和蒸汽发动机，其由于燃料类型的灵活性、降低的噪音以及高效率而具有吸引力。然而，外燃式发动机也具有缺点，包括发动机的尺寸和可扩展性。现有推进系统还包括混合动力电动车辆，其由于与传统内燃机相比减少的排放以及再生制动的能力而具有吸引力。然而，混合动力电动车辆也具有缺点，包括增加的质量和更高的成本。本领域需要持续改进推进系统，以克服传统上与此类现有推进系统相关联的限制。
技术实现思路
用于汽车和其他轮式车辆的传统发动机包括内燃机、液压混合动力系统、电池驱动电气系统、燃料电池系统、外部燃烧系统和混合电力系统。本文描述的热力液压系统比这种传统系统更有效，部分原因是它们省略了许多用于操作这种系统的机械和移动组件，例如发动机和液压泵。本文描述的热力液压系统使用外部燃烧并提供燃料灵活性。该热力液压系统的外部燃烧部分具有大约70％的效率(即，在该系统的该部分中发生大约30％的损失)。本文所述的热力液压系统的燃料灵活性使得热力液压系统能够使用任何热源，包括固体、液体或气体燃料的燃烧，燃料例如为汽油、柴油、天然气、煤、木材、甲烷、煤油、乙醇燃料、压缩生物甲烷、氢气、生物燃料、太阳能、电能、工业过程产生的废物等。另外，本文描述的热力液压系统是低排放的、低成本的并且利用了流体或液压动力，其提供了高功率密度、可控性和架构灵活性。该热力液压系统的流体动力部分具有大约70％的效率(即，在该系统的该部分中发生大约30％的损失)。由于热力液压系统的外部燃烧部分和热力液压系统的流体动力部分是热力液压系统中产生效率损失的仅有的两个部分，因此总效率约为49％(即，70％的外部燃烧效率乘以70％的流体动力效率)。，当以相同方式测量时，这相当于内燃机车辆的总效率约为25％。内燃机车辆具有更多的内部组件，每个内部组件对总系统效率造成额外的效率损失，从而降低了系统总效率。一种基于热力液压压力波的推进系统可概括为包括：热力单元，包括热联接到热源的热交换器和承载膨胀液压流体的第一导管的热交换器，其中热交换器在热源和膨胀液压流体之间交换热量，第一导管具有第一入口和第一出口；集成液压动力和控制单元，包括液压地联接到机械装置液压马达和承载工作液压流体的第二导管的液压马达，其中液压马达将液压能量从工作液压流体传递到机械装置的机械动力中，第二导管具有第二入口和第二出口；以及声波传输单元，包括：具有第三入口和第三出口的第一中间导管以及具有第四入口和第四出口的第二中间导管；声波发生器，包括第一流量控制阀，该第一流量控制阀具有将第一出口与第三入口以及将第一入口与第四出口液压联接的第一位置，并且第一流量控制阀具有将第一出口与第四出口以及将第一入口与第三入口液压联接的第二位置；以及声波转换器阀，包括第二流量控制阀，该第二流量控制阀具有将第二出口与第四入口以及将第二入口与第三出口液压联接的第一位置，并且第二流量控制阀具有将第二出口与第三出口以及将第二入口与第四入口液压联接的第二位置。第一流量控制阀可以锁定到第二流量控制阀，使得第一流量控制阀和第二流量控制阀都处于它们各自的第一位置或者都处于它们各自的第二位置。机械装置可以是轮，其中推进系统进一步包括液压联接到第二轮和第二导管的第二液压马达，液压联接到第三轮和第二导管的第三液压马达，以及液压联接到第四轮和第二导管的第四液压马达。膨胀液压流体可具有第一热膨胀系数，并且工作液压流体可具有低于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。推进系统可进一步包括液压地联接到第二导管的液压蓄能器。推进系统可进一步包括液压地联接到第二导管的发电机。推进系统可进一步包括液压缸，该液压缸具有联接到第一中间导管的第一端部和与第一端部相反并联接到所述第二中间导管的第二端部。推进系统可进一步包括：分隔壁，将液压缸分成第一腔室和第二腔室；第一活塞，被定位为在第一腔室内移动；第二活塞，被定位为在第二腔室内移动。第一活塞可以将膨胀液压流体与工作液压流体分离，并且第二活塞可以将膨胀液压流体与工作液压流体分离。推进系统可进一步包括：第一弹簧，联接到分隔壁和第一活塞；第二弹簧，联接到分隔壁和第二活塞。操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可以概括为包括：使用热力单元加热联接到声波发生器的第一导管内的膨胀液压流体，该声波发生器包括第一流量控制阀，第一流量控制阀处于关闭位置以增加第一导管中的液压流体的压力；致动包括声波发生器的声波传输单元，声波传输单元的致动包括致动第一流量控制阀以从关闭位置移动到打开位置，以在第二导管内的工作液压流体中产生压力波；以及使用工作液压流体中的压力波来为包括液压马达的集成液压动力和控制单元提供能量。液压马达可以驱动第一轮。该方法可进一步包括使用压力波来驱动第二液压马达和第二轮、第三液压马达和第三轮、以及第四液压马达和第四轮。膨胀液压流体可具有第一热膨胀系数，并且工作液压流体可具有低于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可进一步包括使用压力波来向液压蓄压器提供能量。操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可进一步包括使用压力波来向发电机提供能量。操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可进一步包括使用压力波来在液压缸内移动活塞。在液压缸内移动活塞可包括压缩液压缸内的弹簧。在液压缸内移动活塞并在液压缸内压缩弹簧可包括使活塞和弹簧在液压缸内振荡。使活塞和弹簧在液压缸内振荡可以包括使活塞和弹簧在液压缸内共振。活塞可以将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热力液压推进系统，包括：热力单元，包括热联接到热源和承载膨胀液压流体的第一导管的热交换器，其中所述热交换器在所述热源和所述膨胀液压流体之间交换热量，所述第一导管具有第一入口和第一出口；以及集成液压动力和控制单元，包括液压地联接到机械装置和承载与所述膨胀液压流体不同的工作液压流体的第二导管的液压马达，其中所述液压马达将来自所述工作液压流体的液压能量传递到所述机械装置的机械动力中，所述第二导管具有第二入口和第二出口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.28 US 62/496,784;2016.12.21 US 62/498,336;1.一种热力液压推进系统，包括：热力单元，包括热联接到热源和承载膨胀液压流体的第一导管的热交换器，其中所述热交换器在所述热源和所述膨胀液压流体之间交换热量，所述第一导管具有第一入口和第一出口；以及集成液压动力和控制单元，包括液压地联接到机械装置和承载与所述膨胀液压流体不同的工作液压流体的第二导管的液压马达，其中所述液压马达将来自所述工作液压流体的液压能量传递到所述机械装置的机械动力中，所述第二导管具有第二入口和第二出口。2.根据权利要求1所述的推进系统，进一步包括：声波传输单元，包括：第一中间导管，具有第三入口和第三出口；第二中间导管，具有第四入口和第四出口；声波发生器，包括第一流量控制阀，所述第一流量控制阀具有将所述第一出口与所述第三入口以及将所述第一入口与所述第四出口液压地联接的第一位置，并且所述第一流量控制阀具有将所述第一出口与所述第四出口以及将所述第一入口与所述第三入口液压地联接的第二位置；以及声波换流阀，包括第二流量控制阀，所述第二流量控制阀具有将所述第二出口与所述第四入口以及将所述第二入口与所述第三出口液压地联接的第一位置，并且所述第二流量控制阀具有将所述第二出口与所述第三出口以及将所述第二入口与所述第四入口液压地联接的第二位置。3.根据权利要求2所述的推进系统，其中所述第一流量控制阀被锁定到所述第二流量控制阀，使得所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀都处于它们各自的第一位置或者都处于它们各自的第二位置。4.根据权利要求2至权利要求3中的任何一项所述的推进系统，其中所述机械装置是轮，其中所述推进系统进一步包括液压地联接到第二轮和所述第二导管的第二液压马达，液压地联接到第三轮和所述第二导管的第三液压马达，以及液压地联接到第四轮和所述第二导管的第四液压马达。5.根据权利要求2至权利要求4中的任何一项所述的推进系统，其中所述膨胀液压流体具有第一热膨胀系数，并且所述工作液压流体具有第二热膨胀系数，所述第二热膨胀系数低于所述第一热膨胀系数。6.根据权利要求2至权利要求5中的任何一项所述的推进系统，进一步包括液压地联接到所述第二导管的液压蓄压器。7.根据权利要求2至权利要求6中的任何一项所述的推进系统，进一步包括液压地联接到所述第二导管的发电机。8.根据权利要求2至权利要求7中的任何一项所述的推进系统，进一步包括：液压缸，所述液压缸具有联接到所述第一中间导管的第一端部和与所述第一端部相反并联接到所述第二中间导管的第二端部。9.根据权利要求8所述的推进系统，进一步包括：分隔壁，所述分隔壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍利·艾拜塔西，科内尔·米海，斯蒂芬·伊阿纳，
申请(专利权)人：AA国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US