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流体振荡器

阅读:572发布:2020-05-11

专利汇可以提供流体振荡器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 流体 振荡器 ,用于通过消除振荡对惯性的依赖性产生较大振幅振荡。根据 电路 实施例 ,压 力 或者 温度 变化驱动容器中的压力变化,在容器和 载荷 之间造成 工作流体 流,其中消耗有用功。所述流以耗散载荷和容器的容量所确定的第一相 角 与容器中的压力变化异相地变化。由于分支电路所确定的第二相角的缘故维持振荡,分支电路包括耗散过程和电容过程,每一个耗散过程包括下述的任何一个或者其组合:粘滞阻力、热阻或者机械摩擦,且每一个电容过程包括下述的任何一个或者其组合:由于流量导致的静 水 压力改变、流体可压缩率、热电容、或者弹性;以及其中,由于引起增益的至少一个机构的缘故,工作流体中的压力改变大小随着时间增加或者保持恒定。,下面是流体振荡器专利的具体信息内容。

1.一种流体振荡器,包括:
至少一个容器(11、13),所述至少一个容器被布置为容纳工作流体
加压装置(27),所述加压装置用于对所述工作流体加压;
降压装置(28),所述降压装置用于对所述工作流体降压;
其中所述加压和降压导致所述工作流体移入和移出所述至少一个容 器;
至少两个时延机构(16),所述至少两个时延机构与所述工作流体相 关联,以导致所述至少一个容器中的工作流体的质量改变和压改变之间 的相移;和
包括增益机构(17),所述增益机构引起增益;和
其中,当每个所述时延机构包括耗散过程(260,262)和电容过程(261, 263)并且其中所述增益是充分的时,在正常的操作中,所述工作流体的 所述压力改变的大小随着时间增加或者保持恒定以允许独立于所述工作 流体的惯性的稳定的振荡;
所述流体振荡器还包括多个换热器(366),所述换热器用于引起热流 进入所述至少一个容器(11,13)和从所述至少一个容器(11,13)流出, 其特征在于,所述流体振荡器被构造成使得在操作中,通过所述换热器 (366)的热流与所述至少一个容器(11,13)中的所述工作流体的饱和 温度之间的总相移接近这样的值:所述值需要在所述操作期间,对于所述 工作流体内的压力振幅在平均热增加和热排斥温度之间给予最大差异;以 及
其中,每个所述时延机构由所述耗散过程(260,262)以及所述电容 过程(261,263)控制,或者其中,所述流体振荡器还包括通过饱和器(367) 和导管(14)连接的两个所述工作容器(11,13),所述流体振荡器连接 到载荷,所述载荷具有声感抗,所述声感抗的反应阻抗的大小等于在所述 流体振荡器的振荡频率上的、包含在所述饱和器(367)和所述导管(14) 之内的柔量的大小。
2.根据权利要求1所述的流体振荡器,所述流体振荡器构造为热机, 当连接到载荷时,所述热机具有所述载荷中的工作流体的位移和压力之间 的载荷相移,所述载荷相移在正常的操作中与在所述至少一个容器中的工 作流体的质量和压力改变之间的所述相移匹配。
3.根据权利要求2所述的流体振荡器,其中,所述载荷相移大体上是 90度。
4.根据权利要求1所述的流体振荡器,所述流体振荡器构造为热机的, 进一步包括分别用于将工作流体供给到所述至少一个容器和将所述工作 流体从所述至少一个容器移除的高压工作流体储蓄器和低压工作流体储 蓄器。
5.根据权利要求1所述的流体振荡器,所述流体振荡器构造为热机, 进一步包括第二容器,工作流体从所述第二容器耦合到载荷,其中所述工 作流体具有钝态气体成分,所述钝态气体成分主要占据所述第二容器,流 体振荡器还包括扩散柱(467)或者分开室(567),以将所述工作流体的 所述钝态成分与引起所述工作流体中的所述压力改变的所述工作流体的 活性成分分开。
6.根据权利要求1所述的流体振荡器,所述流体振荡器构造为热机, 进一步包括第二容器,工作流体从所述第二容器耦合到载荷,其中所述工 作流体是部分蒸气和部分液体,所述第一和第二容器通过用于所述蒸气的 导管(14)连接并通过用于所述液体的限制件(364),用于控制所述至少 一个容器中的工作流体的质量和压力改变之间的所述相移。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的流体振荡器,其中所述换热器 (366)构造用于使所述工作流体交替蒸发和冷凝;以及其中所述振荡器 具有载荷相移和反馈相移和大体上为0度的热相,载荷相移和反馈相移 每个大体上是90度。
8.一种,所述泵包括上述任一权利要求所述的流体振荡器。
9.一种操作流体振荡器的方法,所述流体振荡器包括:
至少一个容器(11、13),所述至少一个容器被布置为容纳工作流体;
加压装置(27),所述加压装置用于对所述工作流体加压;
降压装置(28),所述降压装置用于对所述工作流体降压;
其中所述加压和降压导致所述工作流体移入和移出所述至少一个容 器;
至少两个时延机构(16),所述至少两个时延机构与所述工作流体相 关联,以导致所述至少一个容器中的工作流体的质量改变和工作流体的压 力改变之间的相移;
增益机构(17),所述增益机构引起增益;以及
多个换热器(366),所述换热器用于引起热流进入所述至少一个容器 (11,13)和从所述至少一个容器(11,13)流出,
所述方法包括配置所述流体振荡器,从而所述时延机构每一个包括耗 散过程(260,262)和电容过程(261,263),以由此允许独立于所述工 作流体的惯性的稳定的振荡;其特征在于,在操作中,通过所述换热器 (366)的热流与所述至少一个容器(11,13)中的所述工作流体的饱和 温度之间的总相移接近这样的值:所述值需要在所述操作期间,对于所述 工作流体内的压力振幅在平均热增加和热排斥温度之间给予最大差异;以 及
其中,每个所述时延机构由所述耗散过程(260,262)以及所述电容 过程(261,263)控制,或者其中,所述流体振荡器还包括通过饱和器(367) 和导管(14)连接的两个所述工作容器(11,13),所述流体振荡器连接 到载荷,所述载荷具有声感抗,所述声感抗的反应阻抗的大小等于在所述 流体振荡器的振荡频率上的、包含在所述饱和器(367)和所述导管(14) 之内的柔量的大小。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述换热器(366)构造用于使 所述工作流体交替蒸发和冷凝;以及其中,在操作中,所述振荡器具有载 荷相移和反馈相移和大体上为0度的热相角,载荷相移和反馈相移每个大 体上是90度。

说明书全文

技术领域

发明涉及流体振荡器。具体而言,但是非排他地,本发明涉及一种 流体振荡器:其中设置了用于引起其中所包含的流体的增压和容量(或者 位移;displacment)之间的相移的装置。更为具体而言,但是非排他地, 本发明涉及一种包括这样的流体振荡器的

背景技术

此处称为流体振荡器的装置的类型典型地指的是其中能量流被耦合 到流体中的振荡中的系统。
流体振荡提供了用于从热源、加压流体源或者其他类型的能量源产生 有用功的装置。反过来,它们也可以转换功,从而执行有用的功能,例如 压缩气体、泵吸液体、热泵吸和冷却。流体振荡器与其他相似的装置的区 别在于,没有依赖于机械活塞涡轮机、飞轮弹簧连杆机构和外致动 。流体振荡器的示例包括液体活塞热机、空气和脉冲式喷气发动机热声发动机和浮阀致动泵。
在这些装置中,工作流体进行周期压变化,所述变化引起(例如热 机)载荷的振荡位移或者从载荷的振荡位移产生(例如热泵)。所述载荷 的特性确定了在给定的位置和时间、工作流体的给定部分的位移(或者排 量)和其压力之间的“载荷相”。
也必须提供在通过能量源或者散热器供给或者发散的位移和压力之 间安置“反馈相角”的装置。所述载荷和反馈相角必须在非瞬态条件下近 似相同。所述载荷和反馈相角的理想值典型地在90度附近。
在热流体振荡器中(例如热机或者热泵类的流体振荡器),也存在第 二热反馈相角。该热相角由于在给定的位置和时间、换热时的温度和工作 流体和换热器之间的熵的流速之间的时滞引起。热相角的优选值依赖于工 作流体的性质,但是,典型地靠近0°。
具有多个类型的流体振荡器,例如脉冲式喷气发动机(参看例如GB 2180299)、水脉冲式喷气发动机(例如,参看US3898800和US4057961)和 许多热声发动机以及热声冷却器(例如参看US4489553和US5901556)。所 有前述类型的流体振荡器可以被细分类为LRC(电感-电阻-电容)反馈 振荡器,其中位移和增压之间的相角通过感应过程,’L’、耗散过程、或者 电阻’R’以及电容过程’C’的范围确定。典型地,感应过程由于工作流体的惯 性所引起,耗散过程是导致放射本能(exergy)的耗散的热阻,或者所述 系统之内所包含的可获得的功,所述电容过程由于工作流体的可压缩性所 引起。在一些示例中,耗散过程是摩擦力或者粘滞阻力,电容过程由于流 体(通常是但并非必须是工作流体)流量的缘故与静水压力的增加相关联 (例如参看GB2017227)。LRC热相角通常在0度和90度之间,较高的值意味 着非常大的耗散损耗,以及结果能量效率较差。因此,典型地,实际的LRC 热相角是在30度和60度之间。
另一类型的流体振荡器可以再细分类为’LC(电感-电容)反馈’振荡 器,从而的LC反馈振荡器的典型示例是液体活塞斯特林发动机(例如参看 GB1581748,GB1507678)以及热声斯特林发动机(例如参看US4114380)。 在这些热流振荡器中,反馈相角可以接近90度,热相角可以靠近0度,典 型地具有较小的耗散贡献。
LC反馈振荡器比LRC反馈振荡器的优点是,耗散损耗和热相角以及反 馈相角之间不需要折衷。这样,在实际的系统中可实现接近90度的载荷和 反馈相角以及0度的热相角。
LC反馈振荡器的缺点是,实际上对给定设备和载荷可以只获得一个运 行频率。为了实现稳定状态的振荡,也必须在载荷的区域中增加显著的电 抗,防止运行频率非常高和压力振幅非常低。这具有让LC反馈振荡器较大 并只是对有限的载荷和压力振幅可操作的缺点。
也存在浮动致动泵(例如参看US 3905724,FR2758162),所述浮动致 动泵不能被认为是线性振荡器,因为它们依赖于快速切换。在这些装置中, 浮子(float)安置在室中,所述室通过各抽吸和排放单向阀连接到抽吸 和排放管。当另外的阀被安置以便放置与低压源连通的室时、由于通过抽 吸阀吸入液体的缘故,连接到高压源和低压源的另外的阀(例如,滑阀或 者动压船底阀(pitot valve))导致浮子上升。当所述浮子导致另外的阀 在同时切断低压源和接通高压源时,浮子不受阻碍地上升,直到所述浮子 靠近所述室的顶部。这导致浮子不受阻碍地下降,直到当浮子到达所述室 的底部时,浮子引起低压源的接通和高压源的切断,从而所述循环重复。
与这些装置相关联的缺点包括需要在所述室的两端处安置切换装置。 同样,如果要实现较大的位移而不需要另外的阀具有临界调节致动压力或 者所述室变得不利地较大,所述浮子必须在切换前移动较大的距离。

发明内容

根据本发明提供了一种流体振荡器,包括:被布置为容纳工作流体的 容器;所述振荡器被布置为允许独立于所述工作流体的惯性的稳定的振 荡。
根据本发明的一方面,提供了一种流体振荡器,所述流体振荡器被布 置为允许独立于所述工作流体的惯性的稳定的振荡,还包括:
a.第一和第二容器,所述第一和第二容器被布置为容纳容纳工作流 体;
b.用于结合第一和第二容器以让所述两个容器承受相同的压力的装 置;
c.用于将第一容器中的工作流体连接(或者耦合)到载荷的装置,从 而从而容纳在所述第一和第二容器中的工作流体的体积的改变引起在第 一容器和所述载荷之间传输功;
d.用于将容纳在所述第一容器之内的工作流体的体积连通到第二容 器的装置;
e.用于引起所述工作流体中的压力改变的装置,所述装置大体上安置 在所述第二容器之内;
f.至少一个时延机构,所述时延机构引起容纳在所述第一容器之内的 工作流体的体积以及其中的压力改变之间的相移。所述至少一个时延机构 被布置为独立于工作流体的惯性。
根据本发明的另一方面,所述流体振荡器包括两个或者更多个时延机 构,所述两个或更多个时延机构每一个包括耗散过程和电容过程,所述耗 散过程包括下述的任何一个或者它们的组合:粘滞阻力、热阻或者机械摩 擦,所述电容过程包括下述的任何一个或者它们的组合:由于流量所导致 的静水压力改变、流体可压缩率、热电容、或者弹性;以及其中,由于引 起增益的至少一个机构,工作流体中的压力改变大小随着时间增加或者保 持恒定。
根据本发明的另一方面,提供了一种流体振荡器,包括:
a.被布置为容纳工作流体的容器;
b.液体连接装置,所述液体连接装置被布置为将所述工作流体连接到 载荷,从而容纳从而容纳在所述容器之内的工作流体的体积的改变引起所 述液体的位移以及所述容器和所述载荷之间的功的转移;
c.用于将所述容器连接到高压或者低压储蓄器(reservoir)的装置, 所述用于将所述容器连接到高压或者低压储蓄器的装置引起所述容器之 内的压力的改变;
d.将所述容器之内的工作流体的体积连通到所述用于将所述容器连 接到高压或者低压储蓄器的装置的装置;
e.两个或者更多个时延机构,所述时延机构被布置为引起容纳在所述 容器之内的工作流体的体积和其中的所述压力改变之间的相差,所述时延 机构每一个包括耗散过程(dissipative process)和电容过程(capacitive process),其中所述时延机构之一包括在所述压力储蓄器和所述容器之间 的粘滞阻力以及工作流体的压缩率,一个或者更多个其他的时延机构包括 下述的任何一个或者它们的组合:粘滞阻力、由于流量所导致的静水压力 改变、热阻、流体压缩率、热电容、摩擦或者弹性;
f.连接到所述压力储蓄器的压力源,所述压力源之间具有压差。
在根据本发明的包括流体振荡器的方面中,所述流体振荡器还可以包 括此后将描述的可选特征。流体振荡器可以包括浮子装置,所述浮子装置 的密度低于所述液体的密度。典型地,所述浮子装置的密度大约是所述液 体的密度的一半。所述浮子装置可以被布置为当工作流体的体积在其中大 体上较小时引起高压储蓄器被连接到所述容器或者所述第一容器,以及当 其中的工作流体的体积大体上较大时连接到低压储蓄器。
所述浮子装置可以被安置在所述容器之内,从而所述浮子装置通过其 中的液位致动。所述浮子装置可以连接到所述容器或者所述第一容器,从 而所述容器和所述浮子装置之间的机械摩擦被布置为延迟所述浮子装置 相对于所述容器之内的所述液体在所述浮子装置的运动范围的至少一部 分内的运动。
所述浮子装置可以定位在一个或者所述第二容器之内。所述流体振荡 器还可以包括允许所述第一容器和所述第二容器之间的液体流的装置,其 中由于其中的液体,所述液体流可以通过各所述容器的底部处的静水压差 所驱动。所述允许液体流的装置还可以包括用于引起所述第一和第二容器 中的液位之间的相差或相反的粘滞阻力(viscous drag)。
由于在所述浮子装置的轨道的中间范围中的机械摩擦,所述浮子装置 可以任意地移动,基本上没有阻力,从而只有当其基本上较高或者较低以 引起滞后(hysteresis)时,所述浮子装置才引起高压或者低压储蓄器之 间的切换。
所述高压储蓄器可以容纳容纳气体。所述气体可以是压缩气体。
与电容过程组合可以引起时滞的耗散过程中的至少一个可以是由于 所述载荷引起的。引起时滞的耗散过程可以包括热阻。
所述载荷可以位于所述第一或者第二容器中的任一个和被布置为提 供载荷柔量(load compliance)的另一容器之间,所述载荷耦合到所述第 一或者第二容器中的任一个。
所述将所述流体振荡器之内的工作流体的体积与引起压力改变的装 置连通的装置可以包含所述载荷柔量之内的所述工作流体的压力或者体 积。
所述载荷柔量可以包括例如大体上相同类型或者不同类型的流体热 泵的第二流体机械。所述第二流体机械可以包括布置为相对第一流体振荡 器逆相地操作的流体振荡器。
根据本发明的又一方面,提供了一种包括流体振荡器的振荡热流体热 机或者热泵,所述振荡热流体热机或者热泵还包括:
a.第一和第二容器,所述第一和第二容器被布置为容纳容纳工作流 体;
b.用于结合所述两个容器以让所述两个容器承受相同的压力的装置;
c.用于将第一容器中的工作流体耦合到载荷的装置,从而从而容纳在 所述第一和第二容器中的工作流体的体积的改变引起在所述第一容器和 所述载荷之间传输功;
d.用于将容纳在所述第一容器之内的工作流体的体积连通到第二容 器的装置;
e.换热器装置,所述换热器装置大体上位于所述第二容器之内,用于 通过所述换热器装置的部分的加热或者冷却而引起工作流体中的压力改 变;
f.两个或者更多个时延机构,所述时延机构被布置为引起容纳在所 述容器之内的工作流体的体积和其中的所述压力改变之间的相差,每一个 所述时延机构包括耗散过程和电容过程,其中所述时延机构中的至少一个 包括所述换热器的热阻以及工作流体的压缩率,所述时延机构的至少一个 包括下述中的任何一个:粘滞阻力、由于流量所导致的静水压力改变、热 阻、流体压缩率、热电容、摩擦或者弹性;
g.热储蓄器,所述热储蓄器之间具有温差,所述热储蓄器耦合到换热 器装置,从而从而所述换热器之内的温差引起所述工作流体中的所述压力 改变的大小随着时间增加或者保持恒定。
根据本发明的再一方面,提供了一种包括流体振荡器的振荡热流体热 机或者热泵,所述振荡热流体热机或者热泵还包括:
a.第一和第二容器,所述第一和第二容器被布置为容纳容纳工作流 体,所述工作流体在所述容器之内部分是液体、部分是蒸气;
b.用于结合所述两个容器以让所述两个容器承受相同的压力的装 置;
c.用于将第一容器中的工作流体耦合到包括液体的载荷的装置,从 而容纳从而容纳在所述第一和第二容器中的工作流体的体积的改变引起 所述液体的位移以及所述第一容器和所述载荷之间功的传输;
d.允许第一容器和第二容器之间的液体流的装置,所述流体流由其中 的液体导致的、在各容器的下部分处的静水压差驱动;
e.换热器装置,所述换热器装置大体上位于所述第二容器之内,用于 当液位在其中较高时加热并由此膨胀所述工作流体的一部分,当液位在其 中较低时冷却并由此收缩所述工作流体的一部分;
f.时延机构,所述时延机构包括由所述第一、第二容器之间的液体流 以及其中的静水压力改变引起的粘滞阻力,所述时延机构引起所述两个容 器内的液位之间的相差;
g.第二时延机构,所述第二时延机构包括由于所述换热器装置以及工 作流体的压缩率引起的热阻,所述第二时延机构引起所述第二容器中的液 位和所述工作流体的压力之间的相移;
h.热储蓄器,所述热储蓄器之间具有温差,所述热储蓄器连接到换热 器装置,从而从而所述换热器之内的温差引起所述工作流体中的所述压力 改变的大小增加或者保持恒定。
在根据包括热流体热机或者热泵的本发明的方面中,热流体热机或者 热泵可以进一步包括如此后所描述的可选特征。
在其中提供了高压或者低压储蓄器的本发明的方面中,所述高压储蓄 器可以包括被布置为引起其中的工作流体的加热的换热器装置。所述低压 储蓄器包括被布置为引起其中的工作流体的冷却的换热器装置。
在包括换热器装置的本发明的所有方面中,所述换热器装置可以被布 置为引起所述工作流体的交替蒸发和冷凝。所述热和冷换热器装置可以被 安置在单独的容器或者所述相同容器之内的单独的室中。热换热器可以安 置在第一室之内,所述第一室平行于第二室,冷交换器安置在所述第二室 中。所述热流体振荡器可以包括再生器或者回流换热器(recuperator) 装置。引起时滞的所述耗散过程中的一个可以是热阻。
在根据包括流体振荡器的本发明的所有方面中,热流体热机或者热流 体热泵可以进一步包括如此后所描述的可选特征。
所述容器、或者所述第一容器的高度可以大体上大于宽度并朝向其中 心收敛(waist)。除了任何存在的浮子装置之外的浮子可以被设置在包含 耦合到所述载荷的工作流体的所述容器之内。除了任何存在的浮子装置之 外的所述浮子被布置为搁置在所述液体的顶部,从而减小热或者其他损 耗。除了任何存在的液体之外的第二液体可以设置在容纳耦合到载荷的工 作流体的所述容器之内。所述第二液体可以与所述工作流体大体上不能混 合。所述第二液体的密度可以低于其中存在的液体的密度,从而所述第二 液体浮在所述存在的液体的顶部上,从而热或者其他损耗被减小或者理想 地最小化。第一和第二室的垂直轴可以平行。
所述工作流体可以包括两个或更多个成分(component)。所述成分中 的一个或者更多个可以被布置为在引起工作流体的压力改变中是活性的 (起作用的;active)。一个或者更多个所述成分可以被散布在整个所述 流体振荡器中。一个或者更多个所述成分可以是钝态(或者不起化学反应 的;passive)并主要占据所述容器,工作流体从所述容器耦合到载荷以 阻碍所述工作流体的活性成分进入其中。
另外的室可以位于引起压力改变的所述装置和所述工作流体从其耦 合到载荷的第一或者第二容器中的一个之间。所述另外的室可以被布置为 通过扩散、重力或者其他手段将所述工作流体的活性成分与钝态成分分 开、至少基本上完全分开。
柔性袋、隔膜、薄膜或者其它流分开装置可以被安置在引起压力改变 的所述装置以及连接到所述载荷的所述容器或者第一容器之间。
另外的液压或者气动功传递流体可以位于所述工作流体和所述载荷 之间,从而所述工作流体与所述功传递流体基本上不可混合,并安置在所 述工作流体和所述功传递流体之间保持稳定的界面的装置。
柔性袋、隔膜、薄膜或者其它流分开装置安置在所述容器和载荷之间, 工作流体从所述容器耦合到所述载荷,从而所述载荷附近中的流体不能与 所述容器的附近中的流体混合,所述工作流体从所述容器耦合到载荷。
所述载荷可以包括一个或更多个另外的流体机械,例如大体上相同类 型或者不同类型的流体热泵。
所述一个或更多个另外的流体机械每一个可以包括大体上与所述第 一流体振荡器相同类型的或者不同类型的流体振荡器,并优选地被布置为 在其间具有相差。
所述一个或更多个另外的流体机械每一个可以包括载荷。所述至少一 个所述载荷还包括(特别是)所述第一流体振荡器。
本发明的所有方面可以包括被布置为将速度给予将被泵取的流体的 泵。
在包括泵的本发明的所有方面中,所述泵可以包括流体振荡器、热流 体热机或者热泵。流体振荡器、热流体热机或者热泵还可以包括其间具有 温差的第一和第二热储蓄器。所述第一热储蓄器可以包括太阳能集热器 (solar collector)。所述第一热储蓄器可以包括从加热设备的输出。所 述加热设备可以包括被布置为围绕加热系统循环加热流体的锅炉
热虹吸或者热管可以将所述第一热储蓄器连接到流体振荡器、热机或 者热泵。第二热储蓄器可以包括所述泵所应用的流体。所述第二热储蓄器 可以包括地下散热器(heat sink)。所述第二热储蓄器可以包括至加热设 备的流体入口或者返回部。
附图说明
现在将参照附图,仅通过示例描述本发明,其中:
图1是根据本发明的一方面的流体振荡器的实施例的示意表示;
图2是与图1的流体振荡器类似的电路的视图,其中耗散过程以电阻器 来表示,电容过程以电容器来表示;
图3显示了并入根据本发明的热流体振荡器的实施例的热机;
图4是热机的示意图,设有根据本发明的一方面的热流体振荡器的实 施例,其中引起热阻的换热器被安置在单独的室中;
图5是热机的示意图,设有根据本发明的一方面的热流体振荡器的实 施例,在工作流体中包括钝态成分,并包括扩散区域;
图6是热机的示意图,设有根据本发明的一方面的热流体振荡器的实 施例,其中薄膜、隔膜或者其他闭塞器装置将工作流体的活性成分与所述 工作流体的钝态成分分开;
图7是泵的示意图,设有根据本发明的一方面的流体振荡器的实施例, 其中加压和减压装置被分为另外的容器,所述容器通过浮子致动阀与中央 室可选连通;
图8显示了图7的泵的可选布置;
图9显示了将滞后现象增加到图7、8中的浮子的装置;
图10是热机的示意图,设有根据本发明的一方面的热流体振荡器的实 施例,其中一个耗散过程是流体和换热器组件的名义热阻,另外一个是载 荷;
图11显示了图10的热机的特定布置;
图12表示了包括根据本发明的一方面的热机的太阳能灌溉泵;和
图13表示热水泵,适于用在家庭加热系统中,包括根据本发明的一方 面的热机。

具体实施方式

现在参照图1,流体振荡器包括第一容器11和第二容器13,所述第一 容器11和第二容器13容纳工作流体;连接导管14;典型地将容器11中的工 作流体的大部分与容器13连通的管或者导管15的装置;载荷12;加压装置 27(例如热换热器或者加压气体源),用于升高所述容器11、13之内的压 力,以及降低其中的压力的降压装置28(例如冷换热器或者压力释放机 构)。
导管14连接第一和第二容器11、13的顶部,以通过连接两个容器11、 13中的工作流体而让它们承受相同的压力。
载荷12连接到第一容器11之内的工作流体以使得两个容器11、13中的 大部分工作流体改变,从而引起第一容器11和载荷12之间的功的传递。
加压装置27被安置,从而为压力在容器11、13之内由于热流动而升高, 或者当容器11之内的工作流体的质量较大时工作流体进一步进入容器13。 压力的升高导致另外的工作流体通过载荷12被强制地离开第一容器11。容 器11中的工作流体的减小的质量通过装置15连通到容器13。当第一容器11 中的工作流体的质量减小时,容器13不再承受加压装置27的作用。当第一 容器11中的工作流体的质量充分减小时,对容器11、13减压的装置28应用 到容器13,由于热流或者来自它的工作流体流的缘故而导致容器11、13之 内的压力的下降。所产生的压力的下降导致工作流体进步通过载荷12抽 吸到容器11中,并且所述过程再次开始。
随着两个容器中的工作流体的质量由于流经所述载荷的工作流以及 横过所述载荷的压差所导致的波动,从所述载荷获得功。
与工作流体相关联的时延机构16被布置为导致容纳在第一容器11之 内的工作流体的质量和其中的压力改变之间的相移。每一个所述时延机构 包括耗散过程(例如粘滞阻力、热阻或者机械摩擦)以及电容过程(例如 由于流量所导致的静水压力的改变、流体压缩率、热电容或者弹性)。
也存在至少一个与引起增益的工作流体相关联的至少一个机构17,从 而在通常的操作下,所述工作流体中的所述压力改变的大小优选地随着时 间增加或则会保持恒定。
现在将详细说明根据本发明的流体振荡器中的一些耗散过程和电容 过程的性质。
声感抗(电感)
考虑在恒径管中流动的无粘性流体。由于在距离1上的压差ΔP(c.f 势差)所导致的平行于所述流动的质量流量的改变率(c.f电流),是:
d m · dt = A ΔP l
这样,如果压力被保持模拟电压,电流被保持模拟质量流,流体电感 L = l A ; 其行为如同电路中的电感。
对于不可压缩流体,质量流量与体积流量成比例,从而在液体的情况 下,所述类比在压力和体积速度之间保持同样的好,但是声感抗 (inertance)需要考虑到密度,从而变成:
L = ρl A
水电容:对于流入横截面A的垂直对齐室的流体流,在基部的压力P 的改变率与所述流成比例,即:
dP dt = ρgU A = m · g A
这样,如果电流被保持类似于质量流,所述静水电容是:
C = A g
或者如果所述类比是在电流和体积速度U之间的:
C = A ρg
柔量(compliance):
考虑流入封闭的体积中的可压缩流体,所述可压缩流体通过从下面/ 后面来的、本身可能是可压缩也可能不是可压缩的加压流体被迫使流入到 该体积中。
压力的改变率在于闭合体积与从后面迫使其进入的流体的质量流量 相关联。如果所述体积是绝热的且所述压缩是等熵的:
PVγ=const
V是闭合体积的体积,γ是恒压和恒体积的比热比。
求导、我们得到:
V γ dP dt + V γ - 1 dV dt = 0
这样,调整并除以Vγ:
dP dt = - γP V dV dt
但是,P和V不是恒定值。考虑到小变化:
( P 0 + dP ) = P 0 V 0 γ ( V 0 + dV ) γ = P 0 ( 1 + dV / V 0 ) γ P 0 ( 1 - γdV V 0 )
这样至第一级近似:
dP dt = - γ P 0 V 0 dV dt = γ P 0 V 0 U = γ P 0 ρ V 0 m ·
其中如果压力保持类似于电压、电流保持类似于质量流,等熵流体电 容变成:
C = V 0 γ P 0
或者如果压力保持类似于电压、电流保持类似于体积速度,“等熵柔 量”变成:
C = ρ V 0 γ P 0 .
可以对等温空间、多变空间和所有各种边界条件进行相似的类比。
现在参照图2,显示了类似于图1的流体振荡器的电路200。载荷12被 建模为电阻器12’,第一容器11被建模为电容器11’。第二容器13被建模为 通过以13’指示的电路,而时延机构16包括建模为电阻器260、262的耗散过 程以及建模为电容器261、263的电容过程。电压(压力)源类似于图1的 流体振荡器中的压力,并等于电容器261上的电压(即,容器13上的静水 压力)乘以增益。加压和减压装置27、28被建模为可变电压源27’,电压的 值联接到电容器261上的压力。
现在参照图3,流体振荡器是参照图1描述的流体振荡器的热机实施例 或者“热流体”振荡器。相同的部件将给予相同的参考数字。工作流体是 第一和第二容器11、13之内的部分蒸气、部分液体。蒸气在容器11、13之 间通过导管14自由流动。液体经由限制件或者节流阀364通过所述容器之 间,其中液体的流速通过第一和第二容器11、13的各基部处的液体365的 静水压力差所确定。
第二容器13设有当液位较高时引起热流进入容器13、当其中的液位较 低热流从其离开的换热器366,热流允许交替蒸发和冷凝。容器13内的流 体的蒸发和冷凝导致容器11、13之内的压力改变。在其他因素中,容器11 13之内的压力改变速率通过导管14的体积、容器11、13中的任何死空间的 体积、由于换热器366所导致的热阻以及饱和器367的体积所确定。
饱和器367的目的通常不是添加额外的柔量(所述柔量通常必须最小 化),而是如果在特定的运行条件下其振幅非常大时、提供用于填充液体 活塞的储蓄器。使用了术语饱和器,因为所述饱和器导致静水压力在动力 缸中饱和,即,一旦液体开始填充所述储蓄器,由于所述储蓄器的较大的 横截面面积的缘故,静水压力大体上不变。
工作流体的压力中的改变通过载荷12引起容器11中的液体的位移,从 而由于所述载荷之内的耗散,引起所述压力改变和所述位移之间的“载荷 相移”。在通常的操作条件下,所述载荷相移被容器11中的液体的位移和 其中的蒸气压力之间的“反馈相移”所匹配。反馈相移特别是由于限制件 364中的粘滞阻力的缘故,热阻是由于换热器366,静水压力的改变速率是 由于静水电容365,14、367中的工作流体的压缩率是由于其中的柔量。
理想地,载荷相移与反馈相移相关联,从而相移通常具有靠近90度的 相同量值。此外,通过换热器366的热流和容器13中的饱和温度之间的总 的相移理想地接近需要在对给定压力幅度的平均热增加和热排斥温度之 间给予最大差异的值。
第一容器11优选地在中央区域中显著地比在其端部处更窄,所述端部 接合到载荷12和饱和器367。所述饱和器367和导管14之内包含的总的柔量 优选地最小化。所述载荷优选地被布置为包括具有反应阻抗(reactive impedance)的声感抗,所述声感抗的量值等于在振荡频率上的饱和器367、 导管14之内所包含的柔量的量值。
中央部分中的第二容器13的横截面积通常在通过工作流体的表面张 力所设定的限值之内最小化。中央部分中的第一容器11的横截面积与第二 容器13的横截面积的理想比值通过具有热相角和载荷相角以及各种损耗 机制(通常包括到容器11的壁的不利周期的热的来回传递)的换热器覆盖 以及容器11中的粘滞阻力之间的权衡所确定。尽管不必须在1∶2和2∶1之 间,理想的比值典型地在1∶2和2∶1之间。第二容器13典型地设有环形绝 热器368或者其他最大化使得容器13之内的换热可有效获得的换热器的面 积的其他装置。
参照图4,流体振荡器与参照图3所描述的流体振荡器相似,相同的部 件将给予相同的参考数字。第二容器13被并排安置在两个部分中,一个部 分包含热换热器41,另外一个部分包含冷换热器42。理想地,该布置使到 所述液体和蒸气的振荡热传递和来自所述液体和蒸气的振荡热传递最小 化,且没有引起器蒸发或者冷凝,由此最优化换热器的效率。
现在参照图5,钝态(或称为不起化学变化的)气体的量和扩散柱467 被添加到工作流体,从而钝态气体大体上位于所述饱和器367、导管14和 扩散柱467的上部区域之内,而所述蒸气主要占据第二容器13和扩散柱467 的下区域。钝态气体用于限制到/从第一容器11和其中所包含的工作流体 的热循环传递。
可以理解,扩散柱467将另外的柔量添加到饱和器367和导管14的柔 量,力图对必须考虑到设计计算的实施例的性能产生效果。典型的负面效 应包括频率的下降、平均热增加和排斥温度之间的更低差异和更高的放射 本能、或者换热器中可获得的功耗散,额外的柔量的典型正面效应包括稳 定性和流体振荡器的自启动能力的改进。
现在参照图6,流体振荡器与参照图1的流体振荡器相似,相同的部件 将给予相同的参考数字。图4的扩散柱被分离室567替换,所述分离室567 用于防止大体上放置在饱和器367、导管14和分离室567的上部之内的所述 钝态气体与主要占据第二容器13和分离室567的下部的所述蒸气混合。柔 性袋、隔膜、波纹管(bellows)或者其他适当的流体分离器61安置在所 述分离室567之内以限制将热传递到第一容器11和容纳在其中的工作流体 和将热从第一容器11和容纳在其中的工作流体循环传递。
流体分离器比扩散柱的主要优点在于分离室可以被布置为具有比扩 散柱大体上更小的体积,降低了其中的柔量和与其相关联的负面效应。这 是可能的,因为当扩散不再是限制气体和蒸气的混合的过程时,由于扩散 本身、横过所述流体分离器比现有的具有更大的浓度梯度。流体分离器的 主要缺点是,所述流体分离器由于机械应力或者疲劳而可能断裂。
工作流体可以通过高压储蓄器(典型地蒸发器)供给到第二容器13, 并通过低压储蓄器(典型地冷凝器)移除。但是,将理解的是,高压和低 压工作流体储蓄器可以通过除了蒸发器或者冷凝器之外的装置来提供,例 如空气压缩机或者真空泵。
现在参照图7,第二容器13供给有浮子72,所述浮子72用于致动阀73, 从而当浮子72在容器13中较高时,高压储蓄器70与容器13流体连通,当浮 子72在其中较低时低压储蓄器71与容器13流体连通。容器13和压力储蓄器 70、71之间的时变工作流体流引起容器11、13之内的压力改变,其中压力 的改变率特别是通过导管14的体积、容器11、13中的死空间、由于导管369 和饱和器367所导致的粘滞阻力所确定。
工作流体的压力的改变通过载荷12引起容器11中的液体的位移,从而 所述压力改变和所述位移之间的“载荷相移”由于所述载荷之内的耗散而 上升。在通常的操作条件下,载荷相移被容器11中的液体的位移以及其中 的蒸气压力之间的“反馈相移”所匹配。反馈相移特别是由于限制件364 和导管369中的耗散以及静水压力改变365中的电容或者柔量以及饱和器 367中的工作流体的压缩率引起的。
理想地,载荷相移与反馈相移相关联,从而相移通常具有接近90度的 相同量值。
在高压储蓄器70是蒸发器且低压储蓄器71是冷凝器的情况下,理想 地,提供对压力储蓄器70补充液体以及从压力储蓄器71移除液体的装置。 这可以通过在容器11的基部和所述压力储蓄器之间插入供给导管而来实 现。有利地,将单向阀74添加到供给导管,优选地,所述供给导管具有低 开裂压力,从而液体流可以通过其中的静水压差而在容器11的基部和所述 压力储蓄器之间引起。
在所述实施例是其中工作流体没有进行相变的热机的情况下,可以构 想到相似的布置,其中通过将功从所述载荷转移,提供将工作流体补充到 热和冷换热装置。
除了布置图7中的实施例以包括两个分开的工作容器之外,有利地, 可以如图8所示消除所述第二容器13。应该理解,如图8中所示的本发明的 实施例大体上用作如图7所示实施例,除了容器11中的液体的体积和其中 的工作流体的压力之间的相差以不同的方式产生。在图8的实施例中,阀 73具有引起预定致动力(例如阀密封件和主体370之间使得浮子的高度和 容器11之内的液位之间产生相移的摩擦)的装置。
通过载荷12、工作流体的压力中的改变引起容器11中的液体的位移, 从而所述位移和所述压力改变之间的载荷相移由于所述载荷之内的耗散 而引起。在通常的操作条件下,载荷相移与容器11中的液体的位移和其中 的压力之间的“反馈相移”匹配。反馈相移特别是由于引起预定致动力370 的装置、由于导管369导致的粘滞阻力或者动压损耗、静水压力改变365中 的电容或者柔量以及柔量367中的工作流体的压缩率导致的。
在参照图7、8描述的本发明的实施例中,理想地,在通过将浮子72 从根据如图9中所示的实施例的阀装置分开而在所述阀装置73致动中,通 常需要产生滞后现象。
在参照图10所描述的本发明的另一实施例中,本发明实施为另一热 机。在本发明的如图10中所示的实施例中,有助于反馈相角的一个耗散过 程包括由于所述载荷上的压差以及通过其中的流体流所导致的载荷之内 的功的耗散。对所述载荷的功的损耗表现为粘滞阻力中的功损耗或者通过 热电阻器的可获得的功的耗散。第一容器11通过导管14连接到第二容器 13,从而第一和第二容器11、13包含在相同的压力上的工作流体。
第一容器11连接到所述载荷12,从而容纳在所述第一和第二容器11、 13之内的工作流体质量的改变引起所述容器11、13和所述载荷12之间的流 体的位移。柔性容器101连接到所述载荷12与所述第一容器11相对的侧。 第一容器11和载荷12之间的流体的位移引起所述载荷和所述柔性容器101 之间的额外的流体的位移,从而在包含与所述容器11、13和导管14之内的 工作流体的质量以及包含在所述柔性容器101之内的流体的压力之间存在 相移。提供了将柔性容器101之内所包含的压力与第二容器13连通的装置 15。
第二容器13设有延时机构16,每个所述延时机构16包括耗散过程和电 容过程。构成延时机构的过程可以例如包括放射本能的耗散、或者由于热 阻所导致的可获得的功、或者粘滞阻力以及热电容或者由于流体压缩率的 柔量。理想地,所述载荷12和第一容器11之间的工作流体的位移以及其中 的压力之间的总相移通过所述载荷中的耗散、容器101的柔量、延时机构 16和容器11和导管14的柔量所确定。将理解的是,延时机构16可以被其他 引起RC延时的装置所替换,例如通过放大器的压力传感器和与柔量容器 101连通的压缩机连接的电动RC电路。
将理解的是,提供了引起增益的装置,从而所述容器11、13和导管14 之内的压力振荡的振幅大于所述容器101之内的压力振荡的振幅这样所述 振荡振幅随着时间在通常的操作条件下保持大体上恒定。
如在图10中所描述的实施例的特定布置,在所述布置中,单向阀设置 是为了流体沿着单个方向在如图11中所示的方向上流动。现在参照图11, 柔量子容器11a通过导管14a连接到第二容器13a,所述第二容器13a包括多 于一个室。所述导管14a设有单向阀113a,从而当所述压力在所述第二容 器13a之内大于在所述柔量子容器11a中的压力时,工作流体从第二容器 13a流动到所述柔量子容器11a。
柔量子容器11a设有引起工作流体的加热的换热器装置,所述工作流 体从所述第二容器13a进入,结果所述柔量子容器11a之内的压力上升。柔 量子容器11a中的压力的上升进一步引起工作流体通过载荷12a流入到第 二柔量子容器101a。流体流入到柔量子容器101a导致其中的压力增加。第 二柔量子容器101a设有换热器112a,所述换热器112a冷却从载荷12a进入 第二柔量子容器101a的工作流体。第二柔量子容器101a中的压力增加通过 冷却工作流体流、经由流管15a连通到容器13a。
容器13a包括此处已经描述的相同组的部件,包括:子容器11b、载荷 12b、容器13b、结合子容器11b和容器13b的装置14b、单向阀113b、换热 器装置111b、112b、将第二柔量子容器101b之内的压力连通到容器13b的 装置和回流管15b。容器13a、13b包括延时装置,其中所述延时由于换热 器111a、111b、112a和112b中的热阻、子容器11a、11b和所述导管中的工 作流体的压缩率、载荷12a、12b中的耗散以及所述柔量子容器101a、101b 之内的工作流体的压缩率所导致。
应当理解,此处所公开的实施例可以安置为多种几何配置,例如其中 所述两个容器围绕相同的轴线同心,或者其中所述两个容器被组合。此外, 应当理解,所述工作流体可以由多于一个部件所形成。在此处所描述的热 机实施例中,可以应用再生器或者回流换热器装置以改进热效率。
优选地,在根据本发明的流体振荡器的所有实施例中,容器11、13 和导管14从具有较低比热容量、热导率和密度的产品的材料来构造,目的 是,工作流体和容器11、13以及导管14之间的热传递被最小化。
现在参照图12,太阳能灌溉泵1200包括热机1202、太阳能热收集器 1204(典型地、太阳能面板)、热管或者热虹吸管1206以及放置在将被泵 取的流体(典型地是水)的储蓄器1212中的管1210。
热机1202可以是如此前所描述的任何一个热机,或者根据相似原理操 作的热机。
太阳能收集器1204典型地包括热管或者热虹吸管1206的热端。在热管 或者热虹吸管1206的热端处的蒸发或者对流加热引起热机1202的热换热 器1207的外部上的冷凝或者对流冷却,从而太阳能收集器用于加热所述热 换热器1207。
管1210连接到热机1202的冷换热器1208的外部,从而离开所述储蓄器 1212的流体用作冷换热器1208的冷却剂。热机1202的热换热器和冷换热器 1207、1208之间的温差导致热机的工作流体1214的振荡。在一个实施例中, 工作流体1214与将被泵取的流体不可混合,例如如果水将被泵取,氢化 合物工作流体可以被使用。工作流体和将被泵取的流体之间的界面1218作 为传统的泵中的活塞表面,这可以避免必须在这样的泵中移动部件的必要 性。
工作流体1214的向外冲程迫使流体被泵取以用力打开单向出口阀 1215以输出被泵取的流体。在向外冲程完成且返回冲程开始时所述出口阀 1215关闭。
在泵的返回冲程上,单向入口阀1216打开且由后撤的界面所留下的体 积被从储蓄器1212通过管1210所提取的流体所填充。然后,在所述流体被 接着用于例如灌溉之前,该流体被用于进一步冷却所述冷换热器1208。
在泵1200的另一实施例中,柔性袋、隔膜或者其他流动分开装置将工 作流体和将被泵取的流体分开。所述隔膜被用于在工作流体和将被泵取的 流体之间传递功,以影响将被泵吸的流体的泵取。只要其保证流体没有混 合,将工作流体与将被泵取的流体的该分开允许更宽类型的工作流体被使 用。
参照图13,家庭热水循环系统1300包括热机1302、水加热器(典型地 时气体或者油点火水加热器1304)和散热器1310。水加热器1304通过导管 1306连接到热机。锅炉1304的主换热器和从散热器1310返回的水的温度之 间的差异可以被用于分别加热所述热换热器1307并冷却热机1302的冷换 热器1308,通过热机所产生的功可以被用于泵取围绕所述循环系统的水。 应该理解,其他可获得的热源和散热设备(例如分别是热废气和进入所述 建筑的自来水)可以是优选的。
水加热器1304将热水供给到热机1302的热换热器1307的外部。散热器 1310将冷却水供给到冷换热器1308的外部。热机1302的热换热器和冷换热 器1307、1308之间的温度差导致工作流体在热机的热侧和冷侧之间振荡, 并在热机的载荷中产生功。所述载荷包括用于围绕热换热器1307从水加热 器1304泵吸水的泵1318和到围绕所述系统1300分布的散热器1310。在水通 过所有的散热器1310之后,所述水被充分冷却以对冷换热器1308提供冷却 效果。
在家庭加热系统中使用根据本发明的热机的主要优点在于不需要电 在所述系统周围泵吸水。所述用于围绕家庭加热系统泵吸水的电量典型地 是静家庭消耗的10%,且因此,本发明提供了电量消耗显著的减小。热机 也能够在存在热源的情况下自启动,这提供了消除昂贵和不可靠的控制系 统的可能性。
具有现有的温度差异的任何系统可以被用于通过使用根据本发明的 热机产生功。这样的系统可以包括使用热机来围绕冷藏/空气空调系统、 动力产生系统和热驱动泵所相关联的其他系统、泵吸所述液体。
本发明的另外方面在下述条款中陈述:
1.一种流体振荡器,包括:布置为容纳工作流体的容器;所述振荡 器被布置为允许独立于所述工作流体的惯性而稳定的振荡。
2.根据条款1所述的流体振荡器,所述流体振荡器还包括:
a.第一和第二容器,所述第一和第二容器被布置为容纳工作流体;
b.用于结合第一和第二容器以让所述两个容器承受相同的压力的装 置;
c.用于将第一容器中的工作流体耦合到载荷的装置,从而容纳在所述 第一和第二容器中的工作流体的体积的改变引起在第一容器和所述载荷 之间的功的传递;
d.用于将容纳在所述第一容器之内的工作流体的体积连通到第二容 器的装置;
e.用于引起所述工作流体中的压力改变的装置,所述装置大体上安置 在所述第二容器之内;
f.至少一个时延机构,所述时延机构引起容纳在所述第一容器之内的 工作流体的体积以及其中的压力改变之间的相移,所述至少一个时延机构 被布置为独立于工作流体的惯性。
3.根据条款2所述的流体振荡器,其中,所述至少一个时延机构包括 两个或者更多个时延机构,所述两个或更多个时延机构每一个包括:耗散 过程,所述耗散过程包括下述的任何一个或者它们的组合:粘滞阻力、热 阻或者机械摩擦;和电容过程,所述电容过程包括下述的任何一个或者它 们的组合:由于流量所导致的静水压力改变、流体压缩率、热电容、或者 弹性;以及其中,由于引起增益的至少一个机构的缘故,工作流体中的压 力改变大小随着时间增加或者保持恒定。
4.根据条款1所述的流体振荡器,所述流体振荡器还包括:
a.被布置为容纳工作流体的容器;
b.液体连接装置,所述液体连接装置被布置为将所述工作流体连接到 载荷,从而容纳在所述容器之内的工作流体的体积的改变引起所述液体的 位移以及所述容器和所述载荷之间的功的传递;
c.用于将所述容器连接到高压储蓄器或者低压储蓄器的装置,用以引 起所述容器之内的压力的改变;
d.将所述容器之内的工作流体的体积连通到将所述容器连接到高压 储蓄器或者低压储蓄器的装置的装置;
e.两个或者更多个时延机构,所述时延机构被布置为引起容纳在所述 容器之内的工作流体的体积和其中的所述压力改变之间的相差,每一个所 述时延机构包括耗散过程和电容过程,其中所述时延机构之一包括在所述 压力储蓄器和所述容器之间的粘滞阻力以及工作流体的压缩率,一个或者 更多个其他的时延机构包括下述的任何一个或者它们的组合:粘滞阻力、 由于流量的所导致的静水压力改变、热阻、流体压缩率、热电容、摩擦或 者弹性;
f.连接到所述压力储蓄器的压力源,所述压力源之间具有压差。
5.根据前述任一条款所述的流体振荡器,包括浮子装置,所述浮子 装置的密度低于所述液体的密度。
6.根据条款5所述的流体振荡器,其中,所述浮子装置的密度大约是 所述液体的密度的一半。
7.根据条款5或者6所述的流体振荡器,其中,所述浮子装置被布置 为,当工作流体的体积在其中大体上较小时引起高压储蓄器连接到所述容 器或者所述第一容器,以及当其中的工作流体的体积大体上较大时连接到 低压储蓄器。
8.根据条款5-7任一所述的流体振荡器,其中,所述浮子装置被安 置在所述容器或者所述第一容器之内,从而所述浮子装置由其中的液位致 动。
9.根据条款5-8任一所述的流体振荡器,其中,所述浮子装置连接 到所述容器或者所述第一容器,从而所述容器和所述浮子装置之间的机械 摩擦被布置为延迟所述浮子装置相对于所述容器之内的所述液体在所述 浮子装置的运动范围的至少一部分内的运动。
10.根据条款5-9任一所述的流体振荡器,其中,所述浮子装置定位 在一个或者所述第二容器之内。
11.根据条款2、3、10任一所述的流体振荡器,其中,还包括允许所 述第一容器和所述第二容器之间的液体流的装置。
12.根据条款11所述的流体振荡器,其中,由于其中的液体,所述液 体流由各所述容器的底部处的静水压差所驱动。
13.根据条款11或者12所述的流体振荡器,其中,允许液体流的所述 装置还包括用于引起所述第一和第二容器中的液位之间的相差的粘滞阻 力。
14.根据条款5-10任一所述的流体振荡器,其中,由于在所述浮子 装置的轨道的中间范围中的机械摩擦,所述浮子装置能任意地移动,基本 上没有阻力,从而只有当其基本上较高或者较低以引起滞后现象时,所述 浮子装置才引起高压储蓄器或者低压储蓄器之间的切换。
15.根据条款4-14任一所述的流体振荡器,其中,所述高压储蓄器 容纳气体。
16.根据条款15所述的流体振荡器,其中,所述气体是压缩气体。
17.根据前述任一条款所述的流体振荡器,其中,所述至少一个耗散 过程是由于所述载荷导致的。
18.根据条款17所述的流体振荡器,其中,另一个所述耗散过程是热 阻。
19.根据前述任一条款所述的流体振荡器,其中,所述载荷安置在所 述第一或者第二容器中的任一个和被布置为提供载荷柔量的另一容器之 间,所述载荷耦合到所述第一或者第二容器中的任一个。
20.根据条款19所述的流体振荡器,其中,将所述流体振荡器之内的 工作流体的体积与引起压力改变的装置连通的所述装置可以涉及所述载 荷柔量之内的所述工作流体的压力或者体积。
21.根据条款19或20所述的流体振荡器,其中,所述载荷柔量包括例 如大体上相同类型或者不同类型的流体热泵的第二流体机械。
22.根据条款21所述的流体振荡器,其中,所述第二流体机械包括布 置为相对第一流体振荡器逆相地操作的流体振荡器。
23.一种包括根据前述任一条款所述的流体振荡器的振荡热流体热机 或者热泵,并且还包括:
a.第一和第二容器,所述第一和第二容器被布置为容纳工作流体;
b.用于结合所述两个容器的装置,以让所述两个容器承受相同的压 力;
c.用于将第一容器中的工作流体耦合到载荷的装置,从而容纳在所述 第一和第二容器中的工作流体的体积的改变引起在所述第一容器和所述 载荷之间传输功;
d.用于将包含在所述第一容器之内的工作流体的体积连通到第二容 器的装置;
e.换热器装置,所述换热器装置大体上安置在所述第二容器之内,用 于通过所述换热器装置的部分的加热或者冷却而引起工作流体中的压力 改变;
f.两个或者更多个时延机构,所述时延机构被布置为引起包含在所 述容器之内的工作流体的体积和其中的所述压力改变之间的相差,每一个 所述时延机构包括耗散过程和电容过程,其中所述时延机构中的至少一个 包括所述换热器的热阻以及工作流体的压缩率,所述所述时延机构中的至 少一个包括下述中的任何一个:粘滞阻力、由于流量所导致的静水压力改 变、热阻、流体压缩率、热电容、摩擦或者弹性;
g.热储蓄器,所述热储蓄器之间具有温差,所述热储蓄器耦合到换热 器装置,从而所述换热器之内的温差引起所述工作流体中的所述压力改变 的大小随着时间增加或者保持恒定。
24.一种包括根据前述任一条款所述的流体振荡器的振荡热流体热机 或者热泵,并且还包括:
a.第一和第二容器,所述第一和第二容器被布置为容纳工作流体,所 述工作流体在所述容器之内部分是液体、部分是蒸气;
b.用于结合所述两个容器的装置,以让所述两个容器承受相同的压 力;
c.用于将第一容器中的工作流体耦合到包括液体的载荷的装置,从 而容纳在所述第一和第二容器中的工作流体的体积的改变引起所述液体 的位移以及所述第一容器和所述载荷之间功的传输;
d.允许由于其中的液体、在各所述容器的下部分处的静水压差驱动的 第一容器和第二容器之间的液体流的装置;
e.换热器装置,所述换热器装置大体上安置在所述第二容器之内,用 于当液位在其中较高时加热并由此膨胀所述工作流体的一部分,当液位在 其中较低时冷却并由此收缩所述工作流体的一部分;
f.时延机构,所述时延机构包括从所述第一、第二容器之间的液体流 以及其中的静水压力改变引起的粘滞阻力,所述时延机构引起所述两个容 器内的液位之间的相差;
g.第二时延机构,所述第二时延机构包括由于所述换热器装置以及工 作流体的压缩率引起的热阻,所述第二时延机构引起所述第二容器中的液 位和所述工作流体的压力之间的相移;
h.热储蓄器,所述热储蓄器之间具有温差,所述热储蓄器耦合到换热 器装置,从而所述换热器之内的温差引起所述工作流体中的所述压力改变 的大小增加或者保持恒定。
25.根据前述任一条款所述的包括流体振荡器的振荡热流体热机或者 热泵,其中,提供了高压储蓄器,其中所述高压储蓄器包括被布置为引起 其中的工作流体的加热的换热器装置。
26.根据前述任一条款所述的包括流体振荡器的振荡热流体热机或者 热泵,其中,提供了低压储蓄器,其中所述低压储蓄器包括被布置为引起 其中的工作流体的冷却的换热器装置。
27.根据条款23-26任一所述的热流体热机或者热泵,其中,所述换 热器装置被布置为引起所述工作流体的交替蒸发和冷凝。
28.根据条款23-27任一所述的热流体热机或者热泵,其中,热和冷 换热器装置被安置在单独的容器或者所述相同容器之内的单独的室中。
29.根据条款23-28任一所述的热流体热机或者热泵,其中,热换热 器安置在第一室之内,所述第一室平行于第二室,冷交换器安置在所述第 二室中。
30.根据条款23-29任一所述的热流体热机或者热泵,其中,包括再 生器或者回流换热器装置。
31.根据条款23-30任一所述的热流体热机或者热泵,其中,引起时 滞的所述耗散过程中的一个是热阻。
32.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,所述容器、或者所述第一容器高度大体上大于宽度并朝向其中心收敛。
33.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,除了设置在包含耦合到所述载荷的工作流体的所述容器之内的任何存 在的浮子装置外,包括一个浮子。
34.根据条款33所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,除 了任何存在的浮子装置之外的所述浮子被布置为歇置在所述液体的顶部, 从而减小热损耗或者其他损耗。
35.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,除了在包含耦合到所述载荷的工作流体的所述容器之内的任何存在的 液体之外,提供了第二液体。
36.根据条款35所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,所 述第二液体大体上不能与所述存在的液体混合。
37.根据条款35或者36所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,所述第二液体的密度低于其中存在的液体的密度,从而所述第二液体 浮在所述存在的液体的顶部上,从而热或者其他损耗被减小或者理想地最 小化。
38.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,第一和第二室的垂直轴平行。
39.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,所述工作流体包括两个或更多个成分。
40.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,所述成分中的一个或者更多个被布置为在引起工作流体中的压力改变 中是活性的。
41.根据条款39或者40所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,一个或者更多个所述成分被散布在整个所述流体振荡器中。
42.根据条款39-41任一所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵, 其中,一个或者更多个所述成分可以是钝态的并主要占据所述容器,工作 流体从所述容器耦合到载荷以阻碍所述工作流体的活性成分进入其中。
43.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,另外的室可以安置在引起压力改变的所述装置和所述工作流体从其耦 合到载荷的第一或者第二容器中的一个之间。
44.根据条款43所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,所 述另外的室被布置为通过扩散、重力或者其他手段将所述工作流体的活性 成分与钝态成分分开、至少基本上完全分开。
45.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,柔性袋、隔膜、薄膜或者其他流分开装置被安置在引起压力改变的所 述装置以及连接到所述载荷的所述容器或者第一容器之间。
46.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,另外的液压或者气动功传递流体安置在所述工作流体和所述载荷之 间,从而所述工作流体与所述功传递流体基本上不可混合,并安置在所述 工作流体和所述功传递流体之间保持稳定的界面的装置。
47.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,柔性袋、隔膜、薄膜或者其他流分开装置安置在所述容器和所述载荷 之间,工作流体从所述容器耦合到载荷,从而所述载荷附近中的流体不能 与所述容器的附近中的流体混合,所述工作流体从所述容器耦合到所述载 荷。
48.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,所述载荷包括一个或更多个另外的流体机械,例如大体上相同类型或 者不同类型的流体热泵。
49.根据条款48所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,所 述一个或更多个另外的流体机械每一个包括大体上与所述第一流体振荡 器相同类型的或者不同类型的流体振荡器,并优选地被布置为在其间具有 相差。
50.根据条款48或49所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中, 所述一个或更多个另外的流体机械每一个包括载荷。
51.根据条款50所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,所 述至少一个所述载荷还包括特别是所述第一流体振荡器。
52.根据前述任一条款所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其 中,所述流体振荡器、热机或者热泵被布置为将速度给予将被泵取的流体。
53.根据条款52所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,还包括其 间具有温差的第一和第二热储蓄器。
54.根据条款53所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,所 述第一热储蓄器是太阳能集热器
55.根据条款54所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,所 述第一热储蓄器是从加热设备的输出。
56.根据条款55所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵,其中,所 述加热设备是被布置为围绕加热系统循环加热流体的锅炉。
57.根据条款54-56任一所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵, 其中,热虹吸或者热管将所述第一热储蓄器连接到流体振荡器、热机或者 热泵。
58.根据条款52-57任一所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵, 其中,第二热储蓄器包括所述泵所应用的流体。
59.根据条款52-58任一所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵, 其中,所述第二热储蓄器是地下散热器。
60.根据条款52-58任一所述的流体振荡器、热流体热机或者热泵, 其中,所述第二热储蓄器包括至加热设备的流体入口或者返回部。
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