[发明专利]将热量转化成其他能量的能量单元和利用能量单元的热量回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于将热量转化成液压能、机械能或电能的能量单元。

更具体地，本发明涉及利用相变材料特性的能量单元，相变材料的体积变化由从固相到液相和从液相到固相的每次相变来限定，体积变化用作产生机械能、液压能或其他形式能量的驱动力。

背景技术

例如，这样的能量单元从专利US 2011/0024075已知，其中，能量单元描述成缸和能够在缸中运动的活塞的形式，活塞在缸中封闭出室，室内填充有这样的相变材料：在因受热而从固态转变到液态时，相变材料膨胀，由此使缸中的活塞运动，此运动能够用于施加机械力。

由于缸中相变材料交替地受热和冷却，相变材料可以交替地熔化和凝固，因此体积膨胀和收缩，这引起活塞的往复运动，此运动能够转换成用于驱动马达或其它装置的运动。

能量单元的另一示例从国际专利申请WO 2010/074616已知，其中，能量单元描述成圆筒形压力容器的形式，压力容器中具有弹性囊，囊内填充有液压流体，并且在由相变材料壳体包围的空间中囊轴向延伸穿过压力容器，相变材料填充压力容器与囊之间的空间。随着相变材料的体积增加，液压流体被挤出上述囊，从囊产生的液压流体的体积排量用于产生液压能。

由于当弹性囊挤在一起时不存在摩擦损失，这样的能量单元比活塞—缸形式的构造更加高效。

如WO 2010/074616中所描述的能量单元的劣势在于：由于体积变化，囊的直径承受相对大的变化，这导致囊的材料中相对高的应力，最后导致囊的寿命缩短。

另一劣势在于：当囊挤在一起时会发生摺叠，这使囊局部弱化，或者甚至闭合囊的一些部分而阻止这些部分中的液压流体排出，使得这些部分中积聚特别高的压力，这不利于转化成有用的液压能，并且构成囊撕裂的风险。

另一劣势在于：这样的能量单元的结构相对复杂，并且部件的组装和更换相对复杂且花费许多时间。

发明内容

本发明的目的是为一个或多个上述的和其它的劣势提供解决方案。

为此，本发明涉及用于将热量转化成液压能、机械能或电能的能量单元，此能量单元设置有压力容器，压力容器中具有两个室，两个室由不可渗透的弹性膜相互分隔开，分别地，第一室填充有体积随着从固相到液相和从液相到固相的每次相变而变化的相变材料，第二室在能量单元使用时填充有液压流体，并且能量单元设置有能够交替地加热和冷却相变材料的装置，以使相变材料能够交替地从固相变为液相和从液相变为固相，每次相变伴随着第一和第二室的容积变化，并且第二室设置有至少一条通道，其随着第二室的每次容积变化而作为液压流体的输入部和/或输出部，其特征在于，能量单元构造成当相变材料相变从而第一室中相变材料的体积增加时，膜弹性胀大。

根据本发明的能量单元的优势在于：膜不会随着相变材料的膨胀发生不期望的摺叠。

此外，如在WO 2010/074646中所描述的已知能量单元的情形中，膜的尺寸不受能量单元内部相对小可用空间的限制，使得膜的材料中的应力可以分布到较大的面积中，对于相变材料的相同体积变化，可以减少应力，从而可以提高膜的寿命。

在根据本发明的能量单元的实用实施例中，压力容器部分地由第一管形成，并且膜构造为同心地附装在第一管中的第二管，填充有相变材料的第一室由膜环绕，设置成填充液压流体的第二室环绕膜在壳体与膜之间延伸。

因此，相变材料处于能量单元的芯部中，并且随着体积增加而将环绕膜的液压流体(例如，油)推到外侧。

因为液压流体处于管形膜的外侧，液压流体的相同体积排量仅需较小的膜直径扩大，这导致膜中的应力更小。

在此实用实施例中，两个室优选地都由保持在压力容器中互相间隔一定距离的两个盖限定，其中，优选地至少一个盖并且优选地两个盖是可拆卸的，并且膜的自由边缘以密封的方式保持在这些盖中，或者保持在盖与壳体之间。

这样，部件的组装及更换或者维护特别地容易和快捷。

在此方面中，优选地是：将至少一个盖(优选地两个盖)构造为两个部分，其中，第一部分保持在压力容器中，第二部分紧固在第一部分中或者抵靠第一部分紧固，并且膜的前述边缘夹持在第一和第二部分之间以形成两个室之间的密封，这使部件的组装和更换更为容易。

更廉价的解决方案是将盖制成单个部分，在组装的时候，膜的边缘夹持在盖与压力容器的壁之间。

为了防止膜承受不期望的变形，膜可以在其外周上的一些位置处设置有肋，作为膜与压力容器内壁之间的间隔部，以防止液压流体随着相变材料的膨胀而被截留在膜与压力容器之间的一些区域中而无法输出至输出部的情况发生。