一种压水动力装置

技术领域

本发明涉及船舶动力及火力发电、核电技术领域。

技术背景

现有大型船舶的动力常为蒸汽轮机、柴油机或核动力，其原理都是热力驱动船舶，经常涉及使用蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机。这些动力系统复杂，制造技术难度大，成本高，维护不方便。

为简化技术降低成本，本发明通过热力转化为气压驱动漂浮活塞压水喷射，从而实现船舶动力或水轮机发电。对于船舶，本发明省略了大型船舶内燃机或燃气轮机以及蒸汽轮机、另外，可以省略螺旋桨和尾舵。

发明内容

本发明利用热气压力以及深水压力驱动漂浮活塞在气缸内往复运动，其中，热气压水做功可以完成对船舶的驱动或发电。

本发明提出一种压水动力装置，其特征在于，包括气缸、漂浮活塞、鼓风机、电机、第一接触器、第二接触器，气缸上含有进水阀门、排水阀门以及进气阀门和排气阀门。

所述的气缸上有顶盖；其特征为：可选的，所述的顶盖上有燃料喷口、点火装置以及进气阀门和排气阀门。

所述的漂浮活塞位于所述的气缸内，其特征为：所述的漂浮活塞外周与所述的气缸截面内周边相匹配，使漂浮活塞可以在所述的气缸内往复运动。

优选的，所述的漂浮活塞由轻质材料制成，可以以自身浮力漂浮于水面；所述的漂浮活塞含有隔热材料，防止燃气与所述的漂浮活塞及其下方的水进行热交换；所述的漂浮活塞表面含有耐火材料，防止所述的漂浮活塞被燃气烧蚀。

可选的，所述的漂浮活塞内含磁铁，用以在漂浮活塞往复运动时触发所述的第一接触器和所述的第二接触器。

可选的，所述的气缸在内壁上部设有限位板，以对所述的漂浮活塞的向上运动进行限位。

可选的，所述的进水阀门位于所述的气缸的底部或侧壁，所述的排水阀门位于所述的气缸侧壁。

可选的，对于大型船只，所述的第一接触器为浮球接触器，位于所述的气缸外侧壁浮于水位线上，并在漂浮活塞运动到水位线高度时被触发并控制所述的电机关闭所述的排气阀门，并关闭或延迟关闭所述的进气阀门，并控制所述的燃料喷口向气缸内喷入燃料，以及控制所述的点火装置点火。

可选的，对于大型船只，所述的第二接触器位于气缸外侧壁，水平位于所述的气缸底部，并在所述的漂浮活塞运动到所述的气缸底部时被触发并控制所述的电机打开所述的排气阀门和打开所述的进气阀门以及开启所述的鼓风机。

可选的，所述的进水阀门位于气缸底部或侧壁。

可选的，所述的排水阀门位于所述的气缸侧壁。

本发明是一种新型压气动力装置，主要用于大型船舶的驱动和火力发电、核电站发电；其特有的结构可以起到其特有的效果，如下：

简化推动装置：气缸内的高气压气体直接推动漂浮活塞压水，所压之水将从排水阀门排出，从而驱动船舶前进、转向、倒车或用以发电。对于船舶来说，该装置可以省略轮船发动机、螺旋桨以及方向舵。对于火力发电来说，可以省略蒸汽轮机或燃气轮机而改用水轮机。

热效率高：气缸内气体压力相比蒸汽轮机或柴油机等，工质工作压力最低允许在2bar或更低。相对于内燃机，2bar的压力几乎低于内燃机废气排放的压力。这意味着燃气做功会更充分，即有利于该装置热效率的提高。

推力大：大型船舶吃水深，尾部水线下横截面面积大。气缸排水阀门在水面下，若气缸工作压力为3bar，则水下10米深的排水阀门产生的推力会达到大约每平米10吨。而3bar的压力一般是内燃机排出废气的压力，因此气缸内很容易实现高于3bar的工作压力以产生更大推力。依此工作原理，按照本发明的设计，理论上，现有大型船舶的推进最高速度完全可以再提高2-3倍。

启动快：不需要预热，数分钟内即可启动并达到正常工作状态。

噪音低、震动小、适用于多种燃料：气缸内不需要高压缩比空气而直接混以燃料，于是燃烧噪音低，又由于不需要机械转动及平衡配置，故而震动小，且对燃料品种的要求低。

因结构简单，故而易制造、易维护、成本低、可靠性好。

减少船舶行进阻力：如果进水口开在船首迎向前进方向，则气缸内回水时会减小船舶行进阻力。

转向灵活：如果排水阀门开在船首或船尾两侧，则船舶转向相较于尾舵会更灵活。

船舶空间利用率高：由于省去了内燃机或汽轮机以及螺旋桨和尾舵，使船舶可用空间加大，而气缸布局完全可以与船舶压载水舱共用空间。

防护好：对于大型舰艇，若气缸设在舰船两侧，则可以提高舰船的侧面防护能力。

附图说明(图中虚线表示水位)

图1为本发明漂浮活塞向下运动压水做功示意图

图2为本发明漂浮活塞运动到气缸底部触发第二接触器图

图3为本发明漂浮活塞向上运动气缸抽水原理图

图4为本发明漂浮活塞运动到最高水位处触发第一接触器图

图5为多气缸时，独立的燃炉与气缸配合图

图6为使用水蒸气的锅炉与气缸配合图

附图标记

气缸1、漂浮活塞2、进水阀们3、排水阀门4、顶盖5、燃料喷口6、点火装置7、鼓风机8、电机9、进气阀门10、排气阀门11、第一接触器12、第二接触器13、磁铁14、限位板15、燃炉16、燃烧器17、喷水嘴18、锅炉19。

具体实施方式

需要指出：这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本发明的一些方面相一致的装置或方法的例子。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

实施方案一：单缸。本发明的主要结构可参照图1、图2，一种压气式动力装置包括：气缸1、漂浮活塞2、进水阀们3、排水阀门4、顶盖5、燃料喷口6、点火装置7、鼓风机8、电机9、进气阀门10、排气阀门11、第一接触器12、第二接触器13、磁铁14、限位板15。

参见图1，气缸1的气缸顶盖5上有燃料喷口6，点火装置7。点火后漂浮活塞2向下运动，将水从排水阀门4压出。

参见图1，气缸1内有漂浮活塞2，漂浮活塞2内有磁铁14。

参见图1，气缸1侧壁上部有进气阀门10和排气阀门11，气缸1侧壁下部有和排水阀门4。气缸1底部(亦可在侧壁)有进水阀门3。

参见图1，气缸侧壁外侧有第一接触器12和第二接触器13。其中，第一接触器12为浮球式，始终漂浮于气缸外液面，指示真实水位线。漂浮活塞2向上运动的上止点在限位板15或附近。第二接触器固定于气缸1底部，指示漂浮活塞2运动的下止点。

参见图2，气缸1外有电机9控制进气阀门10和排气阀门11的开闭。气缸1外有鼓风机8与进气阀门相连通。

工作原理：参见图2，漂浮活塞2位于气缸1底部，漂浮活塞2内有磁铁14，可以触发第二接触器13打开进气阀门10和排气阀门11，并启动鼓风机8。

参见图3，由于排气阀门11与大气相接，故气缸1内气压低于气缸底部水压，漂浮活塞2即可在压力作用下向上运动，相应，由于水压则排水阀门4会自动关闭，而进水阀门3会自动打开，气缸1外的水会自动进入气缸1，并推动漂浮活塞2继续向上运动。

参见图4，漂浮活塞2向上运动到与第一接触器12相平齐的位置，磁铁14可以触发第一接触器12关闭排气阀门11，关闭(或延迟关闭)进气阀门10，关闭(或延迟关闭)鼓风机8，同时，从燃料喷口6向气缸1内喷入燃料，点火装置7点火。

参见图1，点燃的气体将推动漂浮活塞2向下运动压水，同时，由于水压的作用，进水阀门3会自动关闭，排水阀门4会自动打开。气缸1内的水会从排水阀门4向气缸1外排出，从而推动船舶前进。或者，排水阀门4与水轮机相连，即可发电。在船舶上，排水阀门先与水轮发电机相连，发电后排出的水再驱动轮船，则对能量利用效率最高。

排水阀门4若安装在船尾或船首左右两侧，则船舶转向方便，且可以省略船舵。排水阀门4若安装在朝向船舶前进的方向，则排水时即可实现船舶的刹车与倒车。

进水阀门3若安装在船首，则进水时即减小了船舶行进阻力。

本装置用于核能发电或普通火力发电，则可将气缸1安装在深水池中。这样可以省略蒸汽轮机并提高热效率。

实施方案二：为保持船舶动力连续，则需要使用多个气缸1协同，即，多个气缸1的漂浮活塞2工作此起彼伏。这时，参见图5，可以单独配置燃炉16及配套的燃烧器17，省略单个气缸1上的燃料喷口6、点火装置7以及鼓风机8。工作时，由燃炉16对多个气缸1依次提供燃烧后的气体。即，由燃烧器17向燃炉16内喷注混合燃气并燃烧，使燃炉16内始终保持高温、高压。

工作原理：当漂浮活塞2触发第一接触器12时，排气阀门11关闭；同时，进气阀门10打开一段时间，然后自动关闭。在进气阀门10打开的那一段时间内，燃炉16内燃烧过的高温、高压气体随即注入气缸1内，之后，高温、高压气体即可推动漂浮活塞2做功。当漂浮活塞2运动到气缸1的底部触发第二接触器13时，排气阀门11打开，于是漂浮活塞2会上浮并使气缸1内蓄水。

实施方案三：在实施方案二的基础上，由锅炉19提供水蒸气顺次供给多个气缸1以驱动漂浮活塞2。此装置可以省略排气阀门11，且需另增加喷水嘴18。参见图6。

工作原理：当漂浮活塞2触发第一接触器12时，进气阀门10打开一段时间，在这一段时间内，锅炉19内的水蒸汽会进入气缸1中，随后，进气阀门10自动关闭；继而，蒸汽会驱动漂浮活塞2向下压水。当漂浮活塞2触发第二接触器13时会触发喷水嘴18向气缸1内喷入冷水，使水蒸气迅速冷凝，从而使气缸1内为负压或至少低于气缸1外部水压；于是，漂浮活塞2在气缸1外部水的压力驱动下会向上运动并使气缸1内部蓄水。