本發(fā)明涉及柱塞式蓄壓器，該柱塞式蓄壓器包括：細(xì)長殼體；柱塞，所述柱塞適于在所述殼體的縱向方向上移動進(jìn)入所述殼體的內(nèi)部空間中；所述空間被劃分成至少兩個子空間，其中第一子空間能供應(yīng)有外部系統(tǒng)的液壓流體，并且第二子空間被提供加壓氣體。

蓄壓器通常被用作某種液壓系統(tǒng)中的能量回收系統(tǒng)的一部分，用于提高液壓系統(tǒng)的整體效率。使用液壓系統(tǒng)的液壓流體將液壓能量儲存在蓄壓器中，以壓縮存在于一個子空間中的蓄壓器的氣體。在壓縮階段中，氣體溫度升高?，F(xiàn)今可用的是之前已知的蓄壓器，各種設(shè)計的蓄壓器可以是所提到的膜片式蓄壓器、氣囊式蓄壓器和活塞式蓄壓器。這些蓄壓器就基本設(shè)計和操作而言都是相同的，即，殼體容納兩個子空間，其中第一子空間供應(yīng)液壓流體，用于壓縮存在于第二子空間中的氣體。膜片式蓄壓器和氣囊式蓄壓器的操作是基于空間之間的膜片或氣囊變形，從而在壓縮階段中允許第二子空間的容積減小(壓縮氣體)。通常，采用這些蓄壓器來均衡液壓系統(tǒng)中的壓力波動。

另一方面，活塞式蓄壓器包括活塞，活塞能夠響應(yīng)于液壓流體產(chǎn)生的力而與殼體的內(nèi)表面接觸地滑動，并且還將殼體的內(nèi)部空間劃分成上述的兩個子空間。

在當(dāng)前可用的蓄壓器中，在壓縮階段中產(chǎn)生的熱盡力開始從蓄壓器流向周圍環(huán)境。這構(gòu)成了有損蓄壓器效率的因素。尤其是，在氣囊式蓄壓器和膜片式蓄壓器中，因為膜片或氣囊變形，所以難以消除該缺陷。之前已知在氣囊式蓄壓器的氣體空間中采用泡沫型材料，如在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站上提出的：http://www.hydac.com.au/www.hydac.com.au/news_technews_bladderwithfoam.aspx。在該方案中，在熱已經(jīng)傳遞到氣體和泡沫型材料二者中之后，在壓縮階段中產(chǎn)生的熱開始自由遷移到其周圍環(huán)境，即，遷移到密閉氣囊的液壓流體中。至于活塞式蓄壓器，公報us8201582b2公開了互連葉片元件，這些葉片元件設(shè)置在子空間之一的端部和活塞之間并且在活塞的移動方向上敞開并且用作可壓縮蓄熱器。在該公報的一個實施方式(圖3)中，存在絕緣層，絕緣層設(shè)置在一個子空間的內(nèi)表面上并且每個葉片元件被緊固于絕緣層?；钊€設(shè)置有波紋管，該波紋管作為振動阻尼器進(jìn)行操作并且由于其設(shè)計和位置(與液壓流體直接接觸)，導(dǎo)致將來自氣體的熱不利地直接傳遞到第一子空間的液壓流體，繼而進(jìn)入周圍環(huán)境中。其中復(fù)雜的可壓縮蓄熱器與許多元件(此殼體、活塞和變形絕緣體)接觸并且相對于所述元件運動的此結(jié)構(gòu)容易受損。另外，這對殼體的整個內(nèi)表面和活塞的外表面提出了高質(zhì)量需要，進(jìn)而增加了制造成本。

本發(fā)明的目的是提供一種柱塞式蓄壓器，在該柱塞式蓄壓器中，可消除或至少大幅減輕了上述缺陷。本發(fā)明的目的是提供一種柱塞式蓄壓器，其中，用比之前更具成本效益的結(jié)構(gòu)，可以保持在子空間之一中產(chǎn)生的熱并且在正確的時刻(例如，在排出階段中)釋放熱。

按以下這種方式，根據(jù)本發(fā)明來實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的：在柱塞和殼體之間布置滑動元件，所述柱塞被支撐于所述滑動元件上，以移動成與第一子空間的內(nèi)表面和第二子空間的內(nèi)表面隔開一定距離，并且柱塞式蓄壓器設(shè)置有至少一個蓄熱器，所述蓄熱器相對于所述殼體或所述柱塞靜止。

用這種類型的柱塞式蓄壓器實現(xiàn)的是，比之前更簡單的構(gòu)造使得所述子空間(殼體)之一以及所述柱塞能夠設(shè)置有蓄熱器，例如，所述蓄熱器設(shè)置在可移動的所述柱塞和所述殼體的內(nèi)表面之間，因為所述柱塞與所述殼體是分離的(不接觸)。用根據(jù)本發(fā)明的柱塞式蓄壓器構(gòu)造避免了將內(nèi)殼體表面加工成用于所述柱塞的滑動表面的高成本操作，由此不需要進(jìn)行精加工。

這些公開了能夠改進(jìn)本發(fā)明的柱塞式蓄壓器的功能和效率的額外特征。

現(xiàn)在，將參照附圖來更精確地描述本發(fā)明，其中：

圖1示出設(shè)置有沖柱的根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式的柱塞式蓄壓器的剖視圖；以及

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施方式的柱塞式蓄壓器的剖視圖；

圖3示出設(shè)置有膨脹殼體和柱塞的根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施方式的柱塞式蓄壓器的剖視圖；以及

圖4示出設(shè)置有熱交換器和冷卻裝置的根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施方式的柱塞式蓄壓器的剖視圖。

因此，在圖1中，示出用附圖標(biāo)記1表示的根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式的柱塞式蓄壓器。在該實施方式中，柱塞式蓄壓器1包括細(xì)長殼體2，細(xì)長殼體2具有由其壁限定的內(nèi)部空間。該空間設(shè)置有柱塞，該柱塞其主體用附圖標(biāo)記3來表示。在該實施方式中，柱塞3是具有閉合的第一端的細(xì)長空心套筒型元件。因此，在這種情況下，柱塞的橫截面是環(huán)狀的，但是形狀不一定限于此。橫截面還可以是例如正方形或矩形。同樣地，殼體2可具有對應(yīng)的變型橫截面形狀。

在柱塞3和殼體2之間設(shè)置本發(fā)明的滑動元件2b，柱塞3被支撐于滑動元件2b上，以在空間中移動。因此，圖1中示出的柱塞式蓄壓器1的結(jié)構(gòu)事實上就其活塞而言包括柱塞?；瑒釉捎山舆B在殼體的縱向方向上配置的一個或更多個環(huán)狀滑動軸承元件2b組成。在這種情況下，使滑動元件2b相對于殼體2靜止，但是還可使滑動元件2b相對于柱塞3靜止。圖1呈現(xiàn)兩個滑動軸承元件。

在柱塞3和殼體2之間還設(shè)置有密封元件2c或某個其他元件，該密封元件2c或某個其他元件建立密封效果并且與柱塞3一起將殼體2的縱向方向上的空間劃分成兩個子空間4和5。在這種情況下，使密封元件2c相對于殼體2靜止，由此使密封表面與柱塞3的外表面3’接合。

其中，能通過與殼體2關(guān)聯(lián)設(shè)置的端口2a，用液壓流體來供應(yīng)第一子空間4。液壓流體的源通常是某種外部系統(tǒng)，包括與柱塞式蓄壓器3連通的液壓回路。第二子空間5被提供加壓氣體。另外，在該實施方式中，空心柱塞3的壁內(nèi)部的空間建立了與第二子空間5連通的第三子空間6。因此，第三子空間6還容納壓力等于第二子空間5的壓力的加壓氣體。加壓氣體由可壓縮氣體組成。在第一子空間4被供應(yīng)來自外部系統(tǒng)的不可壓縮或大體不可壓縮液壓流體時，發(fā)生該壓縮。據(jù)此，柱塞3或某個其他對應(yīng)元件移動(移向圖1中的右邊)，由此減小了第二子空間5和第三子空間6的組合容積。其另一個結(jié)果是加熱第二子空間5和第三子空間6中的加壓氣體。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，柱塞3包括用附圖標(biāo)記10a表示的第一絕緣層。第一絕緣層10a優(yōu)選地與柱塞3的壁的內(nèi)表面接合地配置，以便覆蓋柱塞3的整個內(nèi)表面。

根據(jù)本發(fā)明的柱塞式蓄壓器3設(shè)置有相對于殼體2或柱塞3靜止的至少一個蓄熱器。圖1示出兩個蓄熱器7a和7b，蓄熱器7a和7b可以互為替代或者可同時應(yīng)用于本發(fā)明的柱塞式蓄壓器3。應(yīng)該注意，這些僅僅是蓄熱器構(gòu)造的示例，本發(fā)明不限于這些構(gòu)造和位置。因此，蓄熱器7a展現(xiàn)了相對于殼體2靜止的類型的蓄熱器的一種方案。細(xì)長蓄熱器7a被附接于殼體2的端面并且適于向第三子空間6中延伸一定距離。因此，設(shè)置在柱塞3上的第一絕緣層10a至少部分地包圍蓄熱器7a。當(dāng)柱塞3正移向圖1中的右邊時，蓄熱器將相應(yīng)地在更長距離內(nèi)被第一絕緣層10a包圍。蓄熱器7a和/或柱塞3就其長度而言也可被設(shè)計成只在壓縮階段中被絕緣層10a包圍，即，被設(shè)計成使活塞3在液壓壓力的作用下移位(向著圖1中的右邊移位)。蓄熱器7a的結(jié)構(gòu)和/或材料使得存在于第三子空間6中的加壓氣體能夠流入蓄熱器7a中，如有需要，通過蓄熱器7a流入第二子空間5中。

作為蓄熱器7a的替代或補充，柱塞式蓄壓器1可包括相對于柱塞3靜止的蓄熱器7b。圖1示出蓄熱器7b，蓄熱器7b具有腔體型結(jié)構(gòu)并且與絕緣層10a接合地配置，以使第一絕緣層10a完全被蓄熱器7b覆蓋。因此，當(dāng)柱塞式蓄壓器1處于壓縮狀況時，相對于殼體2靜止的蓄熱器7a(如果存在)已移動進(jìn)入相對于柱塞3靜止的蓄熱器7b的腔體中。在這個實施方式中，建立第三子空間6的是蓄熱器7b的腔體。另選地，可省去柱塞3的絕緣層10a，并且可選地，可例如用蓄熱器材料的較厚層來取代絕緣層10a，由此蓄熱器7b將具有更大的質(zhì)量和熱容量。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，由第二子空間5限定的殼體2的內(nèi)表面設(shè)置有第二絕緣層10b?？蓪崿F(xiàn)為使得第二絕緣層10b以使其相對于殼體2靜止的方式附接于殼體2。通過以下以特別有利的方式來使其可行：柱塞3在滑動元件2b的輔助下被支撐為移動成與第一子空間4的內(nèi)表面4a和第二子空間5的內(nèi)表面5a隔開一定距離。因此，與現(xiàn)有已知的方案相比，對于第二絕緣層，在柱塞3和內(nèi)表面4a之間留有空間(因此，在這種情況下，是第二子空間5的一部分)，在該空間中，第二絕緣層10b可容易地被容納在殼體2內(nèi)部。

在圖1中可進(jìn)一步看到相對于殼體2靜止的第二蓄熱器的一個其他實施方式。用附圖標(biāo)記8表示第二蓄熱器，并且在這種情況下第二蓄熱器8被構(gòu)造為包圍絕緣層10b的所期望厚度的層。應(yīng)該注意，從本發(fā)明的柱塞式蓄壓器1的操作觀點來看，第二絕緣層10b并不是絕對必要的，這就是為什么第二蓄熱器8可以可選地與殼體2的第二子空間5的內(nèi)表面5a直接接合地配置。通過以下使其可行：根據(jù)本發(fā)明在滑動元件2b的輔助下將柱塞3支撐為移動成與第一子空間4的內(nèi)表面4a和第二子空間5的內(nèi)表面5a隔開一定距離。

根據(jù)本發(fā)明的柱塞式蓄壓器的柱塞型結(jié)構(gòu)使得能夠在蓄熱器中使用不同的材料。所采用的材料可以例如是金屬、陶瓷、復(fù)合物和/或聚合物。還可以基于相變來使用諸如石蠟的材料。另外，蓄熱器的結(jié)構(gòu)可優(yōu)選地是燒結(jié)、網(wǎng)狀、纖維狀、粒狀和/或泡沫狀?？梢詫崿F(xiàn)在結(jié)構(gòu)上其他類型的蓄熱器。這些結(jié)構(gòu)的目的是在所期望位置提供殼體2的內(nèi)部空間，尤其是第二子空間5，其中，蓄熱器就其熱能力而且就其熱傳遞能力而言，是足夠的。特別地，與第二子空間5的氣體以及與第三子空間6的氣體連通的蓄熱器必須具有比第二子空間的內(nèi)表面5a的面積大的面積。目的是盡可能徹底地從氣體中收集在壓縮期間產(chǎn)生的熱，并且在排出階段或膨脹階段期間將熱輸送回到氣體中。同時，通過結(jié)合熱以及通過使用其適于阻礙和阻止熱流入殼體結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)和材料，有效阻擋熱向著殼體流動。用本發(fā)明的柱塞式蓄壓器構(gòu)造特別好地實現(xiàn)了該目的，因為柱塞3沒有妨礙特別地第二子空間5中的蓄熱器定位。取決于一個或多個蓄熱器的材料和結(jié)構(gòu)，對于蓄熱器而言，將實現(xiàn)相比于內(nèi)表面5a是大致10至1000倍的表面積，不過一個或多個蓄熱器的熱容量足以回收氣體中產(chǎn)生的熱。然而，蓄熱器相對于內(nèi)表面5a的表面積可不同于此。

另外，在本發(fā)明的柱塞式蓄壓器1中，蓄熱器7a、7b、8就其結(jié)構(gòu)和材料選擇而言可被構(gòu)造為熱傳遞裝置或類似熱傳遞裝置的某物。因此，蓄熱器7a；7b；8還根據(jù)期望作為輸送儲存在其中的熱的元件來工作。因此，蓄熱器或熱傳遞裝置允許在加壓氣體的壓縮階段中儲存在蓄熱器7a；7b；8中的熱能最晚在柱塞式蓄壓器1終止其排出階段時釋放。在典型情況下，排出階段的持續(xù)時間是1-60秒，但是根據(jù)應(yīng)用和柱塞式蓄壓器的容量，排出階段的持續(xù)時間可偏離上述時間框，是例如0.5-600秒。自然地，蓄熱器或熱傳遞裝置可被構(gòu)造成即使在排出階段已終止之后也輸送熱能。

在圖1中示出細(xì)長柱塞，該柱塞與運動方向平行的長度是相對于其橫向于縱向尺寸(在這種情況下，相對于具有圓形橫截面的柱塞的外徑)的寬度是大約2.7倍。在圖3中示出與圖1的柱塞式蓄壓器在結(jié)構(gòu)上類似的柱塞式蓄壓器，但是其柱塞3的長度與橫向?qū)挾缺嚷蕼p小，是大約1.4。在圖3中可看到，當(dāng)殼體2被確定尺寸成與柱塞的寬度一致時，圖3中示出的第二子空間5和可選第三子空間6的容積相對于子空間5的內(nèi)表面5a(作為熱傳遞區(qū)域)大幅增大。結(jié)果，殼體2在其內(nèi)部空間中具有甚至更有利的設(shè)施，這些設(shè)施為柱塞式蓄壓器1提供必要數(shù)量的蓄熱器7a、7b、8。換句話講，蓄熱器的質(zhì)量將足以實現(xiàn)所期望的熱回收。例如，空心柱塞3內(nèi)部的第三子空間6可安排有數(shù)層的蓄熱器7b。優(yōu)選地，依據(jù)其平行于運動方向的長度，柱塞3相比于其橫向?qū)挾榷允?.01至1000倍。因此，配備有蓄熱器7b的本發(fā)明的柱塞3的寬度可甚至超過其平行于運動方向的長度。一般來講，此柱塞或浮動式活塞方案提供了構(gòu)造真正大功率和結(jié)構(gòu)上耐用的柱塞式蓄壓器的成本有益方式，因為除了柱塞3的外表面之外，其結(jié)構(gòu)不需要完美的精整表面，也不需要在殼體2和柱塞3之間有移動部分。

在圖2中示出本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式，其中，用附圖標(biāo)記2b’表示的滑動元件在結(jié)構(gòu)上不同于圖1和圖3中呈現(xiàn)的環(huán)狀滑動軸承元件2b。圖2主要示出便于理解該特定實施方式的必要特征。在圖2中可看到，滑動元件2b’優(yōu)選地是薄壁管。薄壁管2b’優(yōu)選地大體跨越或完全跨越殼體2的內(nèi)部空間，與柱塞30的運動同向地延伸。在這種情況下，管2b’的內(nèi)表面構(gòu)成滑動表面，柱塞30安置在該滑動表面上，同時在殼體2的內(nèi)部空間中移動。柱塞30這里被描繪為包括在傳統(tǒng)活塞蓄壓器中的活塞，但還可在結(jié)構(gòu)上類似于圖1中示出的柱塞3。為了盡可能有利地確保操作，滑動元件2b’由就其比熱容和壁厚而言盡可能小的材料制成。根據(jù)該材料，在任何情況下，壁厚優(yōu)選地不超過0.5毫米。該壁厚的下限僅由現(xiàn)有材料以及未來將開發(fā)出的材料的特性限定。套筒2b’優(yōu)選地被確定尺寸，使得其外表面與第一子空間4的內(nèi)表面4a和第二子空間5的內(nèi)表面5a隔開一定距離。這樣使得蓄熱器8能夠配置在套筒2b’的外表面與至少內(nèi)表面4a和可選的內(nèi)表面5a之間。套筒2b’在第二子空間5中被確定尺寸，以在殼體2的端面和套筒的邊緣之間留有間隙2b”。因此，在第二子空間5中以及套筒2b’與第二子空間5的內(nèi)表面5a和第一子空間4的內(nèi)表面5a之間，存在相等壓力?？梢詾榛瑒釉?b’提供用于將其支撐于內(nèi)表面5a和4a上的單獨支撐元件(未示出)。還應(yīng)該注意的是以下實施方式：該實施方式未示出，但在其中，套筒2b’可使其外表面被確定尺寸，使得套筒的外表面與內(nèi)表面4a和5a接觸。因此，從活塞30的滑動表面到內(nèi)表面4a和5a的距離至少等于滑動元件2b’的壁厚。

在圖2中示出的實施方式中，至少第二子空間5和可選的第一子空間4可以設(shè)置蓄熱器8，蓄熱器8可被裝配在套筒2b’的外表面和內(nèi)表面5a(可選地，第一子空間4的內(nèi)表面4a)之間。因此，蓄熱器8參與將滑動元件2b’在橫向于活塞30的運動方向的方向上支撐就位。另外，在這種情況下，因此僅僅以舉例方式提出的蓄熱器7b可被布置成相對于活塞30靜止。除此之外，對于圖2的布置，可應(yīng)用圖1和圖3中示出的并且涉及蓄熱器7a和7b以及絕緣層10a和10b的方案，在該上下文中，不需要描述這些方案。

此外，根據(jù)本發(fā)明的柱塞式蓄壓器1可設(shè)置有其他設(shè)備，該設(shè)備用于改進(jìn)本發(fā)明的柱塞式蓄壓器的功能方面以及提高與柱塞式蓄壓器連通的液壓外部系統(tǒng)或其他外部系統(tǒng)的整體效率。舉例來說，圖4示出用附圖標(biāo)記11表示的熱交換器。熱交換器11配置在柱塞3的外表面和第二子空間5的內(nèi)表面之間的區(qū)域(例如，網(wǎng)狀蓄熱器8(熱傳遞裝置)內(nèi)側(cè))內(nèi)的第二子空間5中。通過本發(fā)明的柱塞式蓄壓器使得這是可能的，其中，柱塞3的運動允許定位蓄熱器和其他靜止的附加特征。熱交換器11具有以下功能：將來自外部系統(tǒng)的熱能帶到第二子空間5中，從而每當(dāng)必要時，置換從氣體和蓄熱器或熱傳遞裝置移位到周圍環(huán)境中的熱能(這尤其在柱塞式蓄壓器的長時間壓縮階段中和靜態(tài)壓縮階段中一定程度地出現(xiàn))。例如，用冷卻流體或內(nèi)燃機的廢氣，將來自基于諸如太陽能的可再生能量的電站和/或一般工業(yè)處理的熱能帶到熱交換器。例如，利用熱交換器11和外部系統(tǒng)22之間的控制元件22a來自動(主動)地進(jìn)行熱交換器11的操作，熱交換器11和外部系統(tǒng)22用于控制例如容納在流體物質(zhì)(氣體、液體)中的熱能供應(yīng)到熱交換器11并由此進(jìn)入第二子空間5中。可基于例如從第二子空間5得到的參數(shù)(諸如，柱塞式蓄壓器1的氣體溫度、壓力和/或工作階段)，例如用控制元件22a來控制熱能的供應(yīng)。每當(dāng)必要時，熱交換器11使得能夠從第二子空間5去除熱。

圖4還示出冷卻裝置12a和12b。冷卻裝置12a由配置在第一子空間4處的殼體2的外表面上的冷卻肋等組成。作為與第一子空間4接合的肋12a的替代或補充，例如，可在其內(nèi)表面4a上配置用于液體冷卻的導(dǎo)管12b。這些的目的是為了防止存在于第一子空間5中的液壓流體的溫度過快增加。換句話講，其目的是按需要冷卻液壓流體?？衫缭跓峤粨Q器11中回收并利用已經(jīng)從液壓流體傳遞到冷卻裝置12a和/或12b的熱能。另一方面，還可以提供從熱交換器11到在必要時可用于冷卻存在于子空間5中的液壓流體的冷卻裝置12a和/或12b的裝置。例如，可采用與熱交換器11有關(guān)的相同方式，利用控制元件22a來控制這些動作。還能預(yù)料到，在諸如零下溫度的極端條件下，可以特別地通過冷卻裝置12b來引入能夠?qū)⒁簤毫黧w加熱的介質(zhì)。

本發(fā)明不僅限于以上實施方式，而是可在所附權(quán)利要求書限定的保護(hù)范圍內(nèi)應(yīng)用。