液環(huán)系統(tǒng)及其應(yīng)用
【專利說(shuō)明】液環(huán)系統(tǒng)及其應(yīng)用
[0001]本申請(qǐng)為國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮?01310567759.3、申請(qǐng)日為2013年11月14日、發(fā)明名稱為“液環(huán)系統(tǒng)及其應(yīng)用”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
_2] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]本申請(qǐng)要求以申請(qǐng)?zhí)枮?1/729，471、申請(qǐng)日為2012年11月23日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)為基礎(chǔ)的優(yōu)先權(quán)。通過(guò)引用，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容合并于本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明大體上涉及用于例如熱機(jī)、熱泵以及變壓吸附(pressure swingadsorpt1n PSA)等應(yīng)用的液環(huán)裝置的系統(tǒng)領(lǐng)域。特別地，涉及這樣一種液環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括容納液體的外殼、安裝在該外殼內(nèi)部且包括至少一個(gè)葉輪的轉(zhuǎn)子、通過(guò)轉(zhuǎn)子或外殼旋轉(zhuǎn)而形成的液環(huán)、在液環(huán)內(nèi)表面與葉輪葉片之間形成的多個(gè)氣室，以及例如在至少一個(gè)壓縮氣室以及至少一個(gè)膨脹氣室之間的與轉(zhuǎn)子集成的流體連通。
【背景技術(shù)】
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中已知有液環(huán)裝置，其原理最早見(jiàn)于Nash的1910年的美國(guó)專利953，222中。該裝置最早的應(yīng)用見(jiàn)于Nash的1914年的美國(guó)專利1，094，919中，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于液環(huán)裝置的渦輪增壓位移式發(fā)動(dòng)機(jī)。迄今為止，基于液環(huán)系統(tǒng)的多種改進(jìn)已經(jīng)被公開(kāi)，其中包括已發(fā)布的超過(guò)400項(xiàng)的美國(guó)專利，這些專利用于多種應(yīng)用，例如熱機(jī)、熱泵以及氣體壓縮機(jī)等。
[0006]一般來(lái)說(shuō)，液環(huán)裝置包括外殼、具有葉片的可旋轉(zhuǎn)的葉輪、用于氣體供應(yīng)的進(jìn)口以及用于氣體排放的出口，其中葉輪偏心地被置于外殼中，進(jìn)口位于外殼的一端，而出口位于外殼的另一端。在運(yùn)行過(guò)程中，液體被輸送至外殼中，并且由于葉輪的旋轉(zhuǎn)，該液體形成緊貼殼體內(nèi)壁的液環(huán)。氣體被包覆在形成在葉輪葉片與液體表面之間的室中，并且由于葉輪的旋轉(zhuǎn)以及葉輪轉(zhuǎn)軸與外殼軸的偏心，室中的氣體體積交替的減少和增加，這就導(dǎo)致了氣體的壓縮和膨脹。
[0007]如今液環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括真空泵和氣體壓縮機(jī)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(StirlingEngines)的優(yōu)勢(shì)在于任意一種液態(tài)燃料均可被用于該種發(fā)動(dòng)機(jī)，然而傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有制造成本高、設(shè)計(jì)復(fù)雜以及服務(wù)期間短(例如，由于密封件更換)的缺點(diǎn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)可以被應(yīng)用于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)以及其它熱機(jī)，例如，蘭金發(fā)動(dòng)機(jī)(Rankin Engines)、布雷頓發(fā)動(dòng)機(jī)(Brayton Engines)、開(kāi)式循環(huán)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，以及變壓吸附(PSA)的應(yīng)用，其中與傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有較少的運(yùn)動(dòng)零部件，并且使用液體作為密封。所以，能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)的服務(wù)期間。進(jìn)一步，本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)有利于液態(tài)鹽作為液環(huán)的使用，而與傳統(tǒng)的液環(huán)系統(tǒng)相比，這種使用可提供增加的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種液環(huán)系統(tǒng)，這種液環(huán)系統(tǒng)能夠用于斯特林類發(fā)動(dòng)機(jī)、布雷頓類發(fā)動(dòng)機(jī)，或者用于變壓吸附(PSA)的應(yīng)用。
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于提供一種液體孔口閥，用于控制液體的流動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第一實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有互相偏心布置的兩個(gè)液環(huán)腔，適用于布雷頓類發(fā)動(dòng)機(jī)或熱泵；圖UA)示出側(cè)視圖，圖1(B)示出沿A-A線的橫截面圖，以及圖1(C)示出沿B-B線的橫截面圖。
[0012]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第二實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有互相共軸布置的兩個(gè)液環(huán)腔，適用于布雷頓類發(fā)動(dòng)機(jī)或熱泵；圖2(A)示出側(cè)視圖，圖2(B)示出沿C-C線的橫截面圖。
[0013]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第三實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有互相共軸布置的兩個(gè)液環(huán)腔以及沿轉(zhuǎn)子軸的軸線并圍繞該軸線延伸的流體連通，適用于布雷頓類發(fā)動(dòng)機(jī)或熱泵；圖3(A)示出側(cè)視圖，圖3(B)示出沿D-D線的橫截面圖。
[0014]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第四實(shí)施方式的俯視橫截面圖，該液環(huán)系統(tǒng)具有單個(gè)液環(huán)腔，適用于閉式循環(huán)斯特林類發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0015]圖5不出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第五實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有互相偏心布置的兩個(gè)液環(huán)腔，適用于斯特林類發(fā)動(dòng)機(jī)；圖5(A)示出側(cè)視圖，圖5(B)示出沿F-F線的橫截面圖，以及圖5(C)示出沿E-E線的橫截面圖。
[0016]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第六實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有互相共軸布置的兩個(gè)液環(huán)腔以及以90°相位差沿轉(zhuǎn)子軸的軸線并螺旋地圍繞該軸線延伸的流體連通，適用于斯特林類發(fā)動(dòng)機(jī)；圖6(A)示出側(cè)視圖，圖6(B)示出沿H-H線的橫截面圖，以及圖6(C)示出沿G-G線的橫截面圖，以及圖6 (D)示出轉(zhuǎn)子軸的側(cè)視圖，并示出了流體連通。
[0017]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第七實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有互相共軸布置的三個(gè)液環(huán)腔以及以90°相位差沿轉(zhuǎn)子軸的軸線并螺旋地圍繞該軸線延伸的流體連通，適用于斯特林類發(fā)動(dòng)機(jī)或維勒米爾(VM)熱泵；圖7(A)示出側(cè)視圖，圖7(B)示出沿J-J線的橫截面圖，以及圖7(C)示出沿1-1線的橫截面圖，以及圖7(D)示出轉(zhuǎn)子軸的側(cè)視圖，并示出了兩個(gè)流體連通。
[0018]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第八實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有互相共軸布置的兩個(gè)液環(huán)腔，適用于開(kāi)式循環(huán)斯特林類發(fā)動(dòng)機(jī)(包括擴(kuò)展的熱源)；圖8(八)示出側(cè)視圖，圖8(B)示出沿K-K線的橫截面圖。
[0019]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第九實(shí)施方式，該液環(huán)系統(tǒng)具有單個(gè)液環(huán)腔，適用于變壓吸附(PSA)應(yīng)用；圖9(八)示出側(cè)視圖，圖9(B)示出沿L-L線的橫截面圖。
[0020]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的液環(huán)系統(tǒng)的第十實(shí)施方式，適用于作為液體孔口閥的應(yīng)用；圖10(A)示出處于打開(kāi)位置的第一液體孔口閥的橫截面圖，圖10(B)示出處于關(guān)閉位置的第一液體孔口閥的橫截面圖，以及圖10(C)示出處于打開(kāi)位置的第二液體孔口閥的橫截面圖，以及圖10⑶示出處于關(guān)閉位置的第二液體孔口閥的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，提供有多種液環(huán)系統(tǒng)，這些液環(huán)系統(tǒng)包括:(i)適用于容納液體的固定的或可旋轉(zhuǎn)的外殼；(ii)安裝在外殼內(nèi)部且包括至少一個(gè)葉輪的轉(zhuǎn)子；
(iii)通過(guò)轉(zhuǎn)子或外殼旋轉(zhuǎn)而形成的液環(huán)；(iv)在液環(huán)內(nèi)表面與葉輪葉片之間形成的多個(gè)氣室，其特征在于例如其中至少一個(gè)壓縮氣室與至少一個(gè)與轉(zhuǎn)子集成的膨脹氣室之間具有流體連通。
[0022]進(jìn)一步，本發(fā)明的第二個(gè)目的可以通過(guò)提供液體閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，該液體閥包括具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液體表面的小氣室，以及至少兩個(gè)流體連通，處于所述轉(zhuǎn)子的第一轉(zhuǎn)角時(shí)這些連通之間具有自由通路，處于第二角(等于360°減去第一轉(zhuǎn)角)時(shí)這些連通之間具有封閉通路。
[0023]本發(fā)明將使用優(yōu)選的實(shí)施方式并且結(jié)合下述對(duì)附圖和權(quán)利要求的詳細(xì)的說(shuō)明被描述。
[0024]圖1A至IC示出液環(huán)裝置I的第一實(shí)施方式，液環(huán)裝置I在一個(gè)實(shí)施例中可以作為液環(huán)式熱泵或熱機(jī)操作或起作用。圖1A示出液環(huán)裝置I的橫截面圖。液環(huán)裝置I包括殼體3，殼體3包括限定第一圓柱形腔6以及第二圓柱形腔7的圓柱形部件。第一和第二圓柱形腔6和7被共用壁9分隔開(kāi)。第一圓柱形腔6具有對(duì)稱軸X，且第二圓柱形腔7具有對(duì)稱軸X’，其中對(duì)稱軸X和X’之間具有一定偏移。轉(zhuǎn)子4被設(shè)置為可以在殼體3中繞旋轉(zhuǎn)軸I旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)第一和第二軸承25a和25b被支撐在殼體3中。旋轉(zhuǎn)軸y位于圓柱形腔的對(duì)稱軸X和X’之間的中間。轉(zhuǎn)子4包括在第一和第二圓柱形腔6和7之間并穿過(guò)壁9上的圓形開(kāi)口延伸的細(xì)長(zhǎng)的圓柱形體，從而限定位于第一圓柱形腔6中的轉(zhuǎn)子4的第一部分4a，以及位于第二圓柱形腔7中的轉(zhuǎn)子4的第二部分4b。
[0025]圖1B示出轉(zhuǎn)子4以及垂直于第一對(duì)稱軸X的第一圓柱形腔6的沿A-A線的橫截面圖。轉(zhuǎn)子4包括多個(gè)連接至轉(zhuǎn)子4的第一部分4a的第一葉輪葉片10a。第一葉輪葉片1a由轉(zhuǎn)子4的細(xì)長(zhǎng)的圓柱形體徑向地延伸，并且可以繞其圓周均勻地分布。在示出的實(shí)施方式中，包括十二個(gè)葉輪葉片10a，其間限定第一圓柱形腔6中的十二個(gè)室12，雖然兩個(gè)以上(例如，2、3、4、5、6、7、8等)的任意數(shù)量的葉片均可接受。在多個(gè)第一葉輪葉片10沿旋轉(zhuǎn)軸I的每個(gè)端部上，第一組端部板18被設(shè)置為用于在軸向封閉所述室12a。
[0026]圖1C示出轉(zhuǎn)子4以及垂直于第二對(duì)稱軸X’的第二圓柱形腔7的沿B-B線的橫截面圖。轉(zhuǎn)子4還包括多個(gè)連接至轉(zhuǎn)子4的第二部分4b的第二葉輪葉片10b。第二葉輪葉片1b由轉(zhuǎn)子4的細(xì)長(zhǎng)的圓柱形體徑向地延伸，并且可以繞其圓周均勻地分布。在示出的實(shí)施方式中，包括十二個(gè)葉輪葉片10b，其間限定第二圓柱形腔7中的十二個(gè)室12b，雖然兩個(gè)以上(例如，2、3、4、5、6、7、8等)的任意數(shù)量的葉片均可接受。在多個(gè)第二葉輪葉片1