用于热机的流体泵、热机、热系统和方法

专利名称：用于热机的流体泵、热机、热系统和方法
用于热机的流体泵、热机、热系统和方法本专利申请要求于2008年1月23日提交的第61/022，838号美国临时申请和于 2008年8月19日提交的第61/090，033号美国临时申请的优先权。以上所列的临时申请的 全部公开内容通过引用并入本文。还将相关的第4，698，973,4, 938，117,4, 947，731,5, 806，403,6, 505，538 号美国 专利，第 60/506，141,60/618, 749,60/807, 299,60/803, 008,60/868, 209 和 60/960，427 号 美国临时申请，以及第PCT/US05/36180和PCT/US05/36532号国际申请的全部内容通过引 用并入本文。
背景技术：
如果开发出经济高效的发电机，每年将有价值数以亿计美元的热能被转换为电 能。卡诺原理指出，如果可找到利用能量的方法，在给定的温度范围内一定量的能量可用 于热能向电能的转换，但是最有效的热机一斯特林发动机的功率输出通常具有30%的效 率损失。斯特林热机膨胀和压缩来自热交换器和冷交换器内的容积的内部循环的工质，但 不能足够迅速地加热及冷却流体，以在产生部分输出功之前达到工质的全电势，从而产生 30%的效率损失。

发明内容
在一个或多个实施方式中，提供一种流体泵，用于将流体从处于低压状态的所述 流体的第一流体源移到处于高压状态的所述流体的第二流体源，所述流体泵包括室；分 隔构件，在所述室中能够移位，并将所述室划分为具有变化容积的第一分室和第二分室；所 述第一分室具有分别与第二流体源和第一流体源可控地连通的输入端口及排出端口 ；所述 第二分室具有分别与第一和第二流体源可控地连通的输入端口及排出端口 ；以及其中，所 述分隔构件被设置为当所述分隔构件两侧的压力相等时移动到所述第二分室内，从而将处 于所述低压状态的流体从所述第二分室泵送到所述第二流体源。在一个或多个实施方式中，提供一种热系统，包括热交换器，用于供给高压流体； 发动机，连接到所述热交换器，用于运行所述高压流体并排出处于低压状态的流体；以及流 体泵，通过内部压力或内力的平衡使从所述低压状态泵送到所述高压状态的工质的流动阻 力平衡，从而将所述低压流体从发动机排出端返回到所述热交换器。在一个或多个实施方式中，提供一种用于将流体从处于低压状态的所述流体的第 一流体源泵送到处于高压状态的所述流体的第二流体源的方法，所述方法包括将具有能 够移动的分隔构件的室分为具有变化容积的第一和第二分室，从所述第一流体源将一定容 积的处于所述低压状态的流体接收至所述第二分室；将所述第二分室内的处于所述低压状态的流体与所述第一分室内的来自所述第 二流体源的处于所述高压状态的流体进行相等体积的交换，而不是进行热交换。


通过举例说明(但不限制)所描述的实施方式，附图中，除非另作说明，否则由相 同附图标记指示的元件在全文中代表相同元件。图1是根据实施方式的热系统的示意图；图2包括多个视图，示出图1系统的一个循环中的多个步骤；图3是根据实施方式的热系统的简化剖视图；图4是根据进一步实施方式的热系统的简化剖视图；图5A-5H包括与图2类似的多个视图，示出图3系统的一个循环中的多个步骤；图6是根据进一步实施方式的阀/端口机构的简化剖视图；图7是根据进一步实施方式的热系统的简化剖视图；图8A-8B是根据进一步实施方式的流体泵的简化剖视图；图8C是图8B中所示的 泵活塞/偏置元件的结构透视图；图8D包括结合了两个汪克尔发动机的实施方式的侧视图 和俯视图；图9A是根据进一步实施方式的热系统的简化剖视图；图9B包括图9A中的锁扣机 构经过该系统一个循环中的多个步骤的简化视图；图10包括根据实施方式的变工况调节器的简化剖视图；图11-12是根据一个或多个实施方式的变量调节稳定器的简化剖视图；图13A-13B是根据一个或多个实施方式的各种适合的考库姆(Kockums)发动机的 简化剖视图；图14公开了用于一个或多个实施方式的旋转回转阀(rotary shutter value)；图15公开了根据一个或多个实施方式的高效率的热电联产(CHP)发动机的具体应用。
具体实施例方式在下文的详细描述中，出于解释的目的，详尽地阐述了许多具体细节以提供对具 体公开的实施方式的深入了解。然而，显而易见地，在没有这些细节的情况下也可实施一个 或多个实施方式。在其它示例中，为了简化制图，以示意图形式示出公知的结构和装置。图1是热系统1000 (下文中将称为Soony发动机1000)的示意图。在一实施方式中，Soony发动机1000包括热机400、热交换器500、冷交换器600和 流体泵700。在一实施方式中，热交换器500包括锅炉，该锅炉为密闭容器并在其中加热流体。 在一实施方式中，在压力下加热工质。然后，处于高压状态的加热的工质的汽或蒸汽在热交 换器500之外进行循环，以供发动机汽缸400使用。在一实施方式中，用于热交换器500的 热源(图中未示出)可以是任何类型的化石燃料，如木料、煤炭、石油、天然气等。在进一步 的实施方式中，热源也可以是太阳能、电能、核能(例如低等级的核废料)等。热源还可是 其它工艺过程废弃的热量，如汽车尾气或工厂烟 等等。工质可以是用于热机的任何类型的工质。例如，包括但不限于水、空气、氢、氦。在 一实施方式中，将R-134用作工质。在进一步的实施方式中，使用温度约212° F的氦。在一实施方式中，冷交换器600是包括一系列管的管壳式交换器(shell or tubeexchanger)，通过该交换器的已处理的工质必须被冷却运行。该管限定冷却室110。冷却剂 在管上运行从而从已处理的工质中吸收所需的热量。在一实施方式中，使用水作为冷却剂。 然而，也不排除包括空气的其它冷却剂。热机400使加热工质连续运行，以将加热的工质的能量例如通过输出机构101而被 转变为有用功，其中输出机构101可以是曲柄轴或发电机等。加热的工质通过输入端口 121进 入热机400，并通过排出端口 122从热机400被排出到冷交换器600。在热量从热交换器500 传递到冷交换器600的过程中，一些热量通过输出机构101被转变为有用功。热机400包括 动力活塞103，其可在热机400的汽缸(未进行标记)内的TDC (上止点)和BDC (下止点)之 间移动，该移动包括将在下面实施方式中描述的汪克尔发动机的旋转运动。由图1中104指 示的、动力活塞103的冠部和TDC处的汽缸壁之间的汽缸内部容积限定动力活塞103下冲程 中的活塞室以及动力活塞103的上冲程中的压缩室。动力活塞轴141将动力活塞103连接至 输出机构101，用于在下冲程期间将热机400产生的功传递到外部，并用于在上冲程内驱动动 力活塞103排出处理过的工质，在压缩期间内的负功将在下文的实施方式中描述。发动机汽缸400的示例包括、但不限于本说明书中开始部分列出的专利和申请 (特别是第5806403号和第6505538号美国专利)中所公开的多缸单流发动机。流体泵700用于将处于低压状态的处理过的工质回流到处于高压状态的热交换 器500。在部分实施方式中，流体泵700允许膨胀的工质在不存在气液相变的情况下回流 到热交换器500。流体泵700包括泵室701，泵室701由可选的泵活塞113分成两个泵分室 114和112。泵活塞113通过连接器800由热机400的动力活塞103操作地、可控地驱动， 连接器800允许泵活塞113在Soony发动机1000的循环的某一时段内(例如上冲程)与 动力活塞103随动，而在另一时段内(例如下冲程)独立于动力活塞103。泵活塞113进一 步由偏置元件709偏置。在部分实施方式中，偏置元件709包括弹簧，弹簧在一个方向上拉 动泵活塞113以最小化第二泵分室112的容积。在一个或多个实施方式中使用的偏置元件 709的其它构造(如空气汽缸或任何一种执行器)可使流体泵在如下文所述的适当的时间 关闭。第一泵分室114通过连接器123与热机400的活塞室104相连，并限定动力活塞 103下冲程内的膨胀室以及动力活塞103上冲程内的泵排量室。在一实施方式中，排出端口 122设置在第一泵分室114中，用于使冷交换器600和第一泵分室114之间流体联通。然 而，并不排除其它设置。例如，在进一步的实施方式中，在第一泵分室114和/或活塞室104 和/或连接器123中设置一个或多个排出端口 122。相同地，在部分实施方式中，在第一泵 分室114和/或活塞室104和/或连接器123中设置一个或多个输入端口 121。如将在下 文部分实施方式中所描述的，第一泵分室具有膨胀室和泵排量室的双重功能，并在下文中 可被称为“膨胀室”(结合有活塞室)或“泵排量室”。第二泵分室112通过泵排出端口 124可与热交换器500连接，并通过泵输入端口 125可与冷交换器600连接。例如止回阀的一个或多个控制元件设置在一个或多个端口 121、122、124、125中，用于在Soony发动机1000的运转过程中可控地开启与关闭相应端口。 在进一步的实施方式中还设置有阀/端口控制机构(图中未示出)，用于控制一个或多个端 口 121、122、124、125的开启和/或关闭。在下文中第二泵分室可被称为“泵”。在泵送动作 之后，当第二泵分室处于或接近其容积的最小值(在部分实施方式中为0)时“泵是关闭的
7或闭合的”，这将在下文的一个或多个实施方式中进行描述。在泵送动作之前，当第二泵分 室处于或接近其容积的最大值(在部分实施方式中为泵室的整个容积)时“泵是满的”，这 将在下文的一个或多个实施方式中描述的。图2包括与图1相似的多个视图，并示出了 Soony发动机1000的运行过程中的多 个步骤，现在将参照图2描述Soony发动机1000的一个运行周期。图2中仅示出对特定步 骤的描述所必需的附图标记。要理解发动机的运行，应注意循环的三个方面膨胀室107(图2的步骤1中示出)内发生的输出正功的性质，其中膨胀室107包 括在动力活塞103的下冲程期间一起膨胀的活塞室104和第一泵分室114 ；以及冷却消耗室100(图2的步骤7中示出)内发生的由再压缩引起的反作用功的性 质，其中冷却消耗室100包括活塞室104(目前起压缩室的作用)、第一泵分室114(目前起 泵排量室的作用)、在动力活塞103下冲程期间同时被冷却和压缩的冷交换器600的冷却室 110与第二泵分室112;以及由于膨胀(1)与压缩(2)之间的压力差引起的输出功的有效平衡。发动机1000的正功(1)是通过高压、加热的工质向低压排出散热器(例如冷交换 器600)的膨胀产生的。冷却消耗室100内的负功⑵是在压缩和冷却过程中施加于工质的功。工质的收 缩是由于流经冷交换器600的冷却室110时的压缩和热量消耗引起的。特别地，功(3)是由动力活塞103在上止点(TDC)和下止点(BDC)之间运行时、在 膨胀室107内产生的膨胀容积与冷却消耗室100内的收缩容积之间的功或压力的差引起 的。步骤1步骤1示出在泵送动作之前的Soony发动机1000。在上止点或其附近，例如在动 力活塞103的上冲程或其末端，来自热交换器500的高压的加热工质通过简单开启(对于 步骤1和2)的输入端口 121被注入到膨胀室107的最小容积内。具体地，热交换器500内 的工质通过输入端口 121接入活塞室104和第一泵分室114。部分实施方式中，膨胀室107 的最小容积应尽可能地接近零。通过下文描述将清楚，第二泵分室112内充满了冷却并压 缩过的工质。步骤1中示出冷却室110和第二泵分室112之间的连接，这表示冷却并压缩 过的工质可以(在部分实施方式中)或可以不(在其它实施方式中)从冷却室110流到第 二泵分室112内。在部分实施方式中，例如通过位于泵输入端口 125的止回阀防止冷却并 压缩过的工质回流到冷却室110内(特别在泵送动作过程中)。偏置元件709 (如拉力弹 簧)处于待击发(cocked)状态。连接器800能够连接动力活塞103和泵活塞113。如下文 即将描述的，从热交换器500注入的工质将实现内力的平衡，以使得流体泵700能够将其负 载(在第二泵分室112中)泵回入到热交换器。步骤2步骤2示出刚刚完成泵送动作之后的Soony发动机1000。禁用连接器800以解除 动力活塞103和泵活塞113之间的连接。在特别描述的实施方式中，在将输入端口 121开 启以使加热的工质从热交换器500进入膨胀室107之后，将连接器800解除连接。然而，在 其它实施方式中，不排除在输入端口 121开启之时或即将开启时禁用连接器800。在释放连接器800之后，泵活塞113仅受偏置元件709的偏置动作支配，如图2中的步骤2所描述 的，偏置元件709驱使泵活塞113接近关闭的泵位置。第二泵分室112内冷却并压缩过的 工质由泵活塞113泵送，穿过开启的泵排出端口 124回流到热交换器500内。由于泵活塞 113两边存在加热的工质而使压力均衡，所以偏置元件709仅需要少量的能量即可使泵的 负载被泵送回流到热交换器500内。如图2中步骤2所示，泵活塞113停止于关闭的泵位 置。处于关闭的泵位置或其附近的泵活塞113，使得泵排出端口 124通过泵活塞113的主体 或通过上述的阀/端口控制机构而关闭。在部分实施方式中，位于关闭的泵位置的第二泵 分室112的容积应尽可能地接近零。在膨胀室107中，加热的工质开始膨胀并向下止点移 动动力活塞103。步骤3步骤3示出处于膨胀(下)冲程的早期的Soony发动机1000。关闭输入端口 121， 以使膨胀仅发生在膨胀室107内。在步骤3中，膨胀室107对于热交换器500和冷交换器 600都是封闭的，其中膨胀室107包括活塞室104和第一泵分室114的。动力活塞103开 始下冲程，该下冲程允许工质绝热膨胀的。泵活塞113的下冲程产生的功通过动力活塞轴 141输出到输出机构101。偏置元件709使泵活塞113保持在关闭的泵位置。步骤4步骤4示出膨胀(下)冲程即将完成的Soony发动机1000。膨胀室107内的工质 继续向下止点膨胀，并与热交换器500和冷交换器600隔离。步骤5步骤5示出处于膨胀(下)冲程的末端，也就是压缩(上)冲程起点的Soony发 动机1000。活塞室104和第一泵分室114从膨胀室转换为压缩室。动力活塞轴141从(a) 将正功由工质的膨胀传递到外部转变为(b)从外部传递负功，以驱动处理过的工质随后的 压缩。动力活塞103完成了其下冲程并到达下止点。排出端口 122对于冷交换器600是开 启的。活塞室104和第一泵分室114目前分别转变为压缩室和泵排量室，从而可将工质驱 使入冷交换器600。动力输出下冲程转变成压缩输入上冲程，从而为步骤6的压缩做准备。步骤6步骤6示出处于压缩(上)冲程早期的Soony发动机1000。连接器800能够再次 连接动力活塞103和泵活塞113。因此，在泵活塞113的上冲程期间，泵活塞113与动力活 塞103从关闭的泵位置移动。应注意，在每一个循环中的下止点处，膨胀室107改变模式， 成为带有当前被同时压缩和冷却的消耗的工质的冷却消耗室100(图2中的步骤7将其最 好地示出)。使来自发动机输出(目前起压缩装置的作用)的反作用功(通过动力活塞轴 141)的压缩输入上冲程，使消耗的工质进入活塞室104 (目前起压缩室的作用)和第一泵分 室114(目前起泵排量室的作用)，并开始压缩冲程。排出端口 122和泵输入端口 125是开 启的，将再压缩的消耗的工质从泵排量室114接入到冷交换器600内。然后，仍然通过动力 活塞103与泵活塞113的上冲程移动，冷却并压缩过的工质流入第二泵分室112。步骤7步骤7示出处于其压缩(上)冲程中途的Soony发动机1000。当动力活塞103侵 占压缩室104的容积时，压缩室104继续关闭。应注意的是，位于泵活塞113两侧的压力是 相等的。施加于热机400的输出正功的反作用功导致压缩输入(图2的步骤6-8示意性地示出)。步骤8步骤8示出压缩(上)冲程即将完成的Soony发动机1000。第二泵分室112接近 完全充满，并准备将其泵负载泵送到热交换器500内。Soony发动机1000准备再次执行步
马聚1 o以上着重描述了当热机400完成其膨胀和压缩循环时热机400的一个动力汽缸的 运行。在部分实施方式中，Soony发动机1000的热机400包括多于一个的汽缸，每个汽缸 带有各自的流体泵700和冷却室110。例如，在一个实施方式中，热机400具有4个相互之 间偏移90度的动力汽缸，所有汽缸作用于共同的驱动轴，该驱动轴连接每个动力汽缸的动 力活塞轴141，从而确保连续旋转功的输出。一个或多个动力汽缸的膨胀正功被部分地用于 实现其它动力汽缸的压缩负功。在一个或多个实施方式中，冷却室110和/或热交换器500的热交换室被构造为 与实际大小相同(与热系统的其它室相比较)。在一个或多个实施方式中，例如，通过在膨胀室107和冷却室110之间的排出端口 122的止回阀来保持冷却室110内的压力。冷却室110内的压力受到控制，在部分实施方式 中，保持在系统的中压附近，例如下文示例中描述的373psi左右。由于止回阀的存在，在压 缩冲程初期消耗的工质并未立即移动到冷却室110内(图2的步骤6)。相反地，在压缩冲程的早期，首先在活塞室104和第一泵分室114内压缩处理过的 工质(图2的步骤7)。仍然隔离的活塞室104和第一泵分室114内的压力从系统的最小压 力(例如下文示例中描述的为255psi左右)往上升。同时，由于第二泵分室112已增的以 及渐增的容积，当泵输入端口 125开启时，与第二泵分室112连接的冷却室110内的压力稍 降，例如下文描述的示例中降到约306psi。在压缩冲程早期，第二泵分室112中的压力高于 第一泵分室114中的压力，并有助于泵的开启，也就是说，利于泵活塞113向其上止点的向 上移动。为此，在部分实施方式中，在压缩冲程初期不必立即使用连接器800，该压缩冲程允 许泵活塞113在第二泵分室112和第一泵分室114之间的压力差下向其上止点“浮动”，直 到两个泵分室之间的压力相等为止。一旦第一泵分室114和第二泵分室112之间的压力相等，通过此刻能够使用的连 接器800，泵活塞113被动力活塞103强制向上止点移动，因此进一步压缩了活塞室104和 第一泵分室104内处理过的工质。当第一泵分室114和活塞室104内处理并压缩过的工质 的压力达到位于排出端口 122中的止回阀的开启压力时，排出端口 122开启，且压缩的工质 被推入冷却室110内，由此使冷却室110和第二泵分室内的压力再上升到期望的水平，例如 下文描述的示例中从306psi上升到373psi。由动力活塞103和泵活塞113推到冷却室110 内的压缩的工质由冷交换器600的冷却剂冷却到较低的熵。经冷却并压缩的工质随后被移 动到第二泵分室内。设置大容积冷却室110并控制大冷却室110内压力的实施方式，都将防止(a)冷 却室110和膨胀室107之间的湍流，以及防止(b)未经除热就压缩第二泵分室112内的工 质。在部分实施方式中，冷却室110和第二泵分室112保持在中压附近，将稳定第二泵分室 112内的压力，这将提高在上冲程内所有压缩室中的工质的压缩阶段中的热吸收能力。注 意，处于上冲程早期的流体泵700中的较低的压力均衡将辅助流体泵700的开启，就像流体泵700中的较高的压力均衡将辅助流体泵700在上止点处迅速关闭。在一个或多个实施方式中，步骤1和2中所描述的泵送动作将第二泵分室112内 冷却并压缩过的一定容积的工质(步骤1)与同容积的第一泵分室114内加热过的工质(步 骤2)进行交换。这些实施方式中，Soony发动机1000以比典型可热交换的斯特林发动机 更快的速率交换容积。对于典型斯特林热机，此热交换过程中不可避免的延迟导致典型斯 特林热机损失约30%热效率。具体地，典型斯特林热机损失输出功是因为在工作冲程中工 质是吸热的，以致在工质完全加热之前发生一些输出功。由此，在Soony发动机1000的一 个或多个实施方式中，更仔细地考虑容积交换，且容积交换比典型斯特林发动机内的热交 换更迅速。一方面，与典型斯特林发动机不同，根据一个或多个实施方式的Soony发动机 1000将其容积的工质(从第二泵分室112)在外部循环，使得工质在被注回到热机400的工 作缸之前可被完全加热。这允许工质实现其完全的输出潜能。相同地，在一个或多个实施 方式中，在循环的压缩阶段工质被完全地冷却。因此，在一个或多个实施方式中的Soony发 动机1000利用典型斯特林发动机损失并被浪费的30%效率中的一些或大部分，提供了整 个卡诺循环。在一个或多个实施方式中，通过(a)流体泵700的迅速关闭动作和/或(b)偏置 元件709的击发仅引起微不足道的损失可补偿典型斯特林发动机损失的30%的效率。因为 泵活塞113相对侧上的压力均等使得用于泵送动作的偏置力以较小的功率损失进行作用， 因此可以实现前者即流体泵700的迅速关闭动作。在一个或多个实施方式中，Soony发动 机1000不强制工质进行循环，但允许工质进行循环。在压力均衡的环境中，实际上偏置元 件709引起流体泵700的关闭(图2，步骤2)。加载并积蓄偏置元件709的力(图2，步骤 1)直到产生均衡时上止点处的时机到来，使泵被迅速地关闭。在一个或多个实施方式中，为 准备上止点处时机的到来，还在压力平衡条件(图2，步骤6-8)下由击发偏置元件709的连 接器800开启流体泵700。在部分实施方式中，后者即由于偏置元件709的击发而引起的损 失与典型斯特林发动机30%的损失效率相比是微不足道的，例如只有4. 5-5%，但是偏置 元件709的力依然很强，足以移动泵活塞113并足以克服在该时间段内泵送机构的重量。另一方面，根据一个或多个实施方式，在流体泵700的泵开启(步骤5-8)和关闭 (步骤1-2)的过程中，Soony发动机1000中的内压力平衡允许工质完全循环，以及在进入 热机400之前被完全加热和/或在压缩过程中被完全冷却。在一个或多个实施方式中，在 循环过程中当发动机内产生内力瞬时平衡时，Soony发动机1000的构造可捉住瞬时的机会 窗口，这使得工质在没有消耗大量能量或未发生在包括典型斯特林发动机的其它发动机内 的典型损失的情况下从低温/低压向高温/高压迅速转移。在这方面，Soony发动机1000 是热机的新品种，Soony发动机既不是布雷顿发动机、兰金发动机和埃里克森发动机，也不 是标准斯特林发动机。实施例现在描述Soony发动机1000的实施方式的具体示例。A.膨胀Soony发动机1000的输出功(W = ApAV)是工质完成其循环时膨胀和压缩之间
的功差。
ff = ff膨胀压缩/冷却=A p A V膨胀_ A p A V压缩丨冷却使用氦气作为工质，其中参数分别为温度范围从212° F到62° F、压力范围从 480psi到255psi，膨胀室107的膨胀容积为AV赚=V下止点赚-V上止点赚=压力为4S0psi时的1容积单位其中是膨胀室107在下止点的总容积(例如，等于3. 1877容积单位)，并由活 塞室104和第一泵分室114的总的最大容积限定(步骤5)，以及V上是膨胀室107在上止点的总容积(例如，等于2. 1877容积单位)，并由第 一泵分室114的最大容积限定(步骤2)，其中假设活塞室104在上止点的容积为零。V下止点赚/V上止点赚为膨胀比率(例如，3. 1877/2. 1877 = 1. 4571倍)因此，被注入来自热交换器500的2. 1877容积单位的高压/高温工质的第一泵分 室114，在动力活塞103从上止点向下止点移动时向外膨胀1个容积单位，允许膨胀的工质 的压力由480psi下降到255psi以及温度由212° F下降到62° F。B.压缩、冷却与泵送如上所述，在从下止点到上止点的上冲程期间，动力活塞103和泵活塞113进入冷 却消耗室100中，将先前向外膨胀的工质压缩到冷交换器600的冷却室110内，然后如上所 述，由排出端口 122中的止回阀使流体泵700的第二泵分室112被控制在373psi。当活塞室104(目前起压缩室的作用)与第一泵分室114(目前起泵排量室的作 用)的总容积在上冲程内被压缩了 1容积单位时，膨胀的工质的压力由255psi上升到 372. 96psi。泵活塞113进入泵排量室114内仅需少量的功损失，这是因为泵活塞113的相 对侧上的压力是相等的。工质先进入冷交换器600的冷却室110接着进入流体泵700的第 二泵分室112，并随着熵从7. 2148下降到7. 0263Btu/lbm-° R，在373psi左右的近似恒压 下保持62° F的温度，并且密度增加到与热交换器500中的加热的工质相等。若止回阀将冷交换器600的冷却室110保持在10容积单位，例如，冷却消耗室 100的初始总容积VT±■缩卩将为13. 1877容积单位(步骤6)而冷却消耗室100的最终 总容积ViiALM卩是12. 1877容积单位。需要活塞室104与第一泵分室114的总容积减 少 2. 1877/3. 1877 = 68. 63% 以抵消 1/1. 4571 的膨胀。从 255psi 压缩到约 372. 96psi 在 62° F温度恒定冷却的熵下降(从7. 2148到7. 0263Btu/lbm_° R)使密度增加，这使得从 第二泵分室112泵送到热交换器500的质量流被精确地从热交换器500注入第一泵分室 114内。因为泵活塞113的相对侧的压力相等，所以工质以最小的功率损失进行循环，这使 在此具体示例中的Soony发动机1000接近其潜在的最佳卡诺效率。C.热效率以下详细分析用来确定发动机效率的热和功损失/增量(h&Q)^ = 彭胀-1压缩,冷却/d2/dlX(Q)其中d2 =泵送前温度为62° F并且压力为373psi的压缩工质的密度；屯=温度为62° F并且压力为255psi或下止点处的膨胀工质的密度；Qi =再压缩之前由发动机膨胀(在480psi和255psi之间)消耗的热量；Q2 =从流体泵700内的62° F到热交换器500内的212° F的热量补充；
W膨胀=h気气 @212。F_h気气@62。F = 4673. 6Btu-4485. 4Btu = 188. 2Btu/lbm确定由压缩引起的负功whe = - |iv2mR TdV/V = - jiv2 mR TdP/P,因为压缩温度保持 62° F 的恒
ilm o假设P髙=480psi (在热交换器500内)；P中=373psi(在第二泵分室112内)；P低=255psi (在冷交换器600的冷却室110内)；V开启=3. 1877单位(V下止点赚)；V关闭=2. 1877单位(V上止点赚)；贝1JdP = 373-255psi = 118psi ；AV=1 单位。使用m = 0. 180811bm/ft3，其为每1ft3氦气的重量
-Whe= |!V2mR TAV/V= -128.56 Btu/lbm0要计算出热量损失和热量增量，让我们看看工质在系统中循环的具体条件。在传 到热交换器500之前且从3. 1877单位压缩到2. 1877单位的不完全压缩(从255到373psi) 介于255psi到480psi的中间。由于该压缩引起的增加的密度，因此实际上工质在部分上 升的压力条件下就回流到热交换器500内。在压缩过程中由冷却剂(例如水)去除的热量确定如下Qi = 4673. 6Btu_4485. 4Btu = 188. 2Btu。从 255psi 到 480psi 提高相同的 1 单 位需要相同的188. 2Btu。Q2 = 4674. 6Btu-4486. 5Btu = 187. lBtu/lbm。须增加至热交换器500内的循环流体的每lbm的热量与再压缩过程中去除的热量 相同。因为膨胀阶段是绝热的，所以在工作的下冲程内实质上没有去除热量。当流体处于 恒定的62° F低温时，在再压缩过程中进行热量排除。当膨胀的工质被再压缩和冷却时， 该热量去除是使该膨胀工质密度改变的因素。由于压缩的流体(保持在62° F)上升到 373psi (介于255psi与480psi之间的中点)，所以Q2(压缩过程中去除的每lbm的热量与 贮存器增加的热量相等)是使压力的改变(在62° F恒温下从255psi到373psi)引起的 密度增加的因素。从流体泵700内的62° F到热交换器500内的212° F的热量补充是( = 4/diX (Q2) = 4/(^X187. lBtu 从 255psi 到 373psi 的压缩过程中的热量去 除带来的损失。这是与将工质温度从62° F提高回到212° F或将压力从373psi提高回到480psi 所必须补充的热量相同的热量。因为增加的热量以Btu/lbm为单位测量，贮存器中要补充 的热量与在62° F恒温下压缩过程中提取的热量相同，这是使发生在膨胀期间的可逆绝热 的热量差的压缩时间内密度增加的因素。
13
dV = V上止点赚/V下止点赚=2. 1877/3. 1877 = 0. 6863屯/屯=3.1877/2. 1877 (上述的倒数)=0. 236441bm/ft3/0. 180801bm/ft3 = 1. 4571。冷交换器600的冷却室110内包含的被指定为10单位的压力将保持为 373psi 的极限压力。当流体泵700的第二泵分室由2. 1877单位的压力完全开启时，第二泵分室 112和冷却室110内的压力的平衡将下降到10 单位 X 373psi/12. 1877 = 306. 05psi。当处于255psi的3. 1877单位都被驱使进入12. 1877单位的冷却室110和流体泵 700的第二泵分室112时，压力将再次上升到P = 306. 05X 12. 1877 单位+255X3. 1877 单位/12. 1877 单位=372. 75psi,即平 均压力373psi。基于上述数据，Soony发动机的效率确定如下^ =W赚-W压缩,冷却/(VdiX^)= 188. 2Btu-128. 56Btu/l. 4571 X 187. lBtu = 21. 88%。因此，这个具体示例中，Soony的热效率是21. 88%。由于此示例中Soony发动机 1000在62° F(289. 82° K)和212° F(373. 15° K)之间运行，对于此温度范围的卡诺极限 (1-289. 82/373. 15)是22. 33%，并且Soony发动机1000的效率理论上可以达到21. 88%, 是效率为22. 33%的卡诺极限的98%。虽然上述示例中使用氦气作为工质，但不排除其它介质，包括但不限于氢气或空 气。氦气作为理想工质适用于上述示例，因为它是惰性的并且非常近似于理想气体，所以提 供了最优的热到功的转换。沸点越接近绝对零度，其卡诺潜力越好。黏性越大，漏损发生越 少。也可对示例进行改进以优化例如由太阳能和堆积废热加热的工质的膨胀能力，以 在可变的热/压力条件下驱动Soony发动机。这样改良的示例包括一种机构，该机构控制与 自我调节膨胀室107和冷却消耗室100的容积以适应可变的温度/压力条件，例如分别对 应于冬天的较低日晒与夏天的较高日晒，而受到170° F到300° F之间温度变化影响的条 件。结合较高温度及压力，因为输出功将显著大于以击发偏置机构所需的负功，因此Soony 的总效率将显著提高。下边将进一步描述各种实施方式。图3是根据实施方式的使用汪克尔转子发动机的热系统或Soony发动机3000的 横截面简化视图，其中，汪克尔转子发动机允许功率输出的惯性连续离心增长。图4示出 相似的结构4000，该结构是活塞运转的而不是基于汪克尔的。汪克尔结构包括但不限于 拉梅利(Ramelli)、奥托冯格里克(Otto von Guericke)，帕彭海姆(Pappenheim)，瓦特 (Watt)、以利亚加洛韦(Elijah Galloway)、琼斯(Jones)、Alotham/ 弗朗肖(Franchot)、库 利(Cooley)、昂普尔比(Umpleby)、Wallinder/Skoog、Sensaud/拉瓦德(Lavaud)、伯纳德美 拉德(Bernard Maillard)以及最近的 George Yarr。Soony发动机3000包括热交换器500、至少一个汪克尔发动机403、流体泵700R/L 和冷交换器(未进行标记)，其中汪克尔发动机403对应于图1中的热机400，并具有对应 于动力活塞103的汪克尔活塞3103，流体泵700R/L用于汪克尔发动机403的每个工作室，冷交换器包括用于每个流体泵700的冷却室110。每个汪克尔发动机403包括三个依次对 应于图1中活塞室104的工作室3107R/L/M。汪克尔发动机403还包括两个流体泵700R/ L，其中每个都具有冷交换器内的冷却室110R/L。凸轮机构144(图3)包括凸轮144L/R(图 5A-5H)，凸轮通过左/右泵轴141L/R分别将流体泵700R/L的泵活塞113R/L连接至主动力 活塞轴141 (与图1类似)。在部分实施方式中，流体泵700L/R内设置辅助冷却元件(所有 图中均未示出)用于除冷却冷交换器外进一步对冷却及压缩过的工质进行冷却。在一个或 多个实施方式中，辅助冷却元件包括配管组，配管组具有部分从分流自冷交换器分出的冷 却剂。所示出的汪克尔结构显著简化了阀门布局和总体设计，因此显著降低了生产的成 本。具体地，在部分实施方式中，由于转子构造而不再需要活塞冲程阀配置。在部分实施方 式中，在无需内部活塞驱动阀配置的情况下，转子作用还自动地将膨胀室107转变为冷却 消耗室100，和/或反之亦然。部分实施方式中，由于凸轮机构144而不再需要其它任何复 杂的计时机构。在部分实施方式中，止回阀970R/L被置于汪克尔发动机403与冷却室110R/L之 间的排除端口 122R/L内。(部分实施方式中设置类似的止回阀用于图4中的基于活塞的构 造)。止回阀970R/L被用于保持冷却室110R/L和第二泵分室112R/L内的压力水平，例如 上述讨论的示例中的 373psi。部分实施方式中，若设置了变工况调节器1001R/L(将在 下文中描述)，则保持的压力是可变的。在其它的实施方式中省略了变工况调节器1001R/ L。当高压工质被释放到膨胀室107R/L内时，膨胀室107R/L内的高压工质膨胀且压力降到 其较低水平，膨胀室107R/L将自动地转变为冷却消耗室100R/L，其膨胀的工质将开始被再 压缩到例如热交换器500的原始热/最大压力(例如示例中为480psi)与膨胀工质的最小 压力(例如示例中为255psi)的中间左右(例如示例中为373psi)。冷却室110R/L内的止 回阀970R/L保持其中压缩的工质处于其接近恒定的中上升压力，以稳定流入流体泵700R/ L的第二泵分室112R/L的流，并阻止压缩阶段中泵内流体的过度压缩波动。因此，简单的止回阀970R/L与汪克尔转子结构(具有可自动将膨胀室107R/L转 变为冷却消耗室100R/L的能力)的应用的结合和/或简单凸轮机构144(消除了其他计时 机构的复杂性)均显著简化了 Soony发动机3000的构造。将参照与图2方式类似的图5A-5H来描述Soony发动机3000操作过程中的各个 步骤(如图所示八个步骤)。着重描述一个汪克尔旋转活塞3103 (图3)的作用，确认发动 机可具有更多(例如两个)连续旋转式活塞3103，其中在动力活塞轴141的旋转过程中连 续旋转式活塞以相同方式运行但以一定角度(例如90° )分开。应注意的是，与图1相同，膨胀室107R/L(最优示图参阅图5B)包括两个相应的旋 转活塞分隔室3107R/L/M和泵排量分隔室114R/L(开启的)。相同地，冷却消耗室100R/ L (最优示图参阅图5C)包括四个相应的旋转活塞分隔室3107R/L/M(压缩机)、泵排量分隔 室114R/L(关闭的)、冷却室110R/L和第二泵分室112R/L。步骤1-图 5A右滑阀115R是开启的而右第一泵分室114R(目前起膨胀的作用-最优示图参阅 图5B)是空的，但接有来自热交换器500的准备迅速填补的热高压工质。右流体泵700R的 第二泵分室112R被准备被泵送回热交换器500内的冷却并压缩过的工质完全填满。右工作室3107R是增压的。右偏置元件709R被完全击发并准备将来自第二泵分室112R的冷却 的负载泵送到热交换器500内。内力/压力的平衡将允许右流体泵700R泵送其负载回流 到高压/高温热交换器500。右流体泵700R处于与图2中示出的步骤1相似的状态。转子发动机内左工作室3107L完全膨胀，并准备将其膨胀的容积转变为右边的压 缩、冷却右膨胀室。左流体泵700L(即其第二泵分室)是完全空的，但准备在转子发动机左 工作室3107L开始压缩膨胀的工质时开始开启，转子发动机左工作室3107L在膨胀的工质 依次经过冷却室110L与左流体泵700L的第二泵分室112L (最优示图参阅图5C)时压缩膨 胀的该工质。左流体泵700L处于与图2中示出的步骤5相似的状态。步骤2-图 5B如上所述，在膨胀过程中，膨胀室，例如右膨胀室107R，包括右第一泵分室114R与 右工作室3107R。在压缩过程中，冷却消耗室，例如左冷却消耗室100L(最优示图参阅图 5C)，不仅包括左第一泵分室114L和左工作室3107L，还包括左冷却室110L和开启的左流体 泵700L内的左第二泵分室112L。在一个或多个实施方式中，为了获得最佳效率，在压缩过 程中和/或活塞室封闭期间，从相应的活塞分隔室赶出所有膨胀的工质。在右侧，来自热交换器500的热/高压工质通过右滑阀115R(与图1的输入端口 121起类似的作用)被注入到右膨胀室107R的两个分隔室，即，经过对应于图1的连接器 123的右输入端口 121R进入右第一泵分室114R与右工作室3107R中。右流体泵700R内发 生快速泵送动作，以将右流体泵700R的负载泵送穿过右泵排出端口 124R回流到热交换器 500。右流体泵700R是完全空的，并准备开启下次泵冲程。具体地，由于右泵活塞113R的 相对侧上的压力平衡，右偏置元件709R(例如压缩弹簧)能够使右流体泵700R关闭。凸轮 机构144释放右泵轴141R上的锁定，允许右流体泵700R关闭。相同地，汪克尔活塞3103 开始其在右工作室3107R内的膨胀冲程(从右侧注入)。当右流体泵700R完全关闭时，右 滑阀机构975R拉动关闭右滑阀115R。右流体泵700R处于与图2所示步骤2相似的状态。在左侧，左膨胀室107L内的工质完全膨胀。当注入右工作室3107R的工质围绕主 驱动轴141旋转时，左流体泵700L将先后开始开启汪克尔活塞3103，并且当压缩工质加载 入左第二泵分室112L时驱使对左冷却消耗室100L内膨胀的工质进行压缩。当左冷却室 110L容积增压时，左冷却室110L开始提取热量，并降低来自左冷却消耗室100L内膨胀的 工质的熵。右膨胀室107R将开始移动汪克尔活塞3103，通过左泵轴141L(作用于主驱动 轴141上的凸轮144上)引起联动动作，该动作将开始移动左泵活塞113L，因此将膨胀的工 质通过左排出端口 122L抽出左工作室3107L，穿过左冷却室110L进入左第二泵分室112L。 左流体泵700L处于图2中所示的步骤6相似的状态。步骤3-图 5C当右滑阀115R保持关闭时，右膨胀室107R的容积继续开启，并允许右膨胀室 107R(包括右第一泵分室114R和右工作室3107R的容积)内的工质绝热膨胀。右流体泵 700R处于与图2示出的步骤3相似的状态。当工质在右侧继续膨胀时，左冷却消耗室100L内的冷却消耗的工质继续被泵送 穿过左冷却室110L到左流体泵700L内。汪克尔活塞3103在左工作室3107L内的侵占与 左泵活塞113L在左冷却消耗室100L的左第一泵分室114L(目前起泵排量分隔室的作用) 内的侵占导致压缩。冷却发生于左冷却室110L内，降低了增压容积的熵以适应左流体泵
16700L的容积排量，并通过汪克尔活塞3103关闭左工作室3107L。左泵止回阀655L和656L 在整个泵送过程中保持对泵送的工质的控制。通过在左泵轴141L与对应的凸轮机构144的凸轮144L之间触点582击发左偏置 元件709L。当凸轮机构144逆时针方向旋转时，触点582将径向地向远离动力活塞轴141 移动，引起左泵轴141L向拉伸与击发左偏置元件709L的左上角移动。左流体泵700L处于 与图2所示的步骤7相似的状态。步骤4-图右膨胀室107R内的工质继续膨胀，由于熵损失与将冷却消耗流体泵送到开启的 左流体泵700L内时进行的压缩，左冷却消耗室100L内的冷却消耗流体继续收缩。左流体泵 700L开启时，左偏置元件709L接近完全击发。左泵活塞113L相对侧上的压力是相等的。右流体泵700R处于与图2中所示的步骤4相似的状态。左流体泵700L处于与图 2中所示的步骤8相似的状态。步骤5-图 5E汪克尔活塞3103的右侧完成了其下冲程。右工作室3107R的右输入端口 121R即 将被汪克尔活塞3103关闭，但左排出端口 122L仍未开启，以将右工作室3107R内的膨胀工 质释放到包括左冷却室110L和左流体泵700L的左第二泵分室112L的冷却消耗室100L。 现在右排出端口 122R对于右冷却消耗室100R是开启的(通过右止回阀970R的开启)。右 止回阀970R隔离了冷却消耗室100R内的增压的容积，因此稳定了到右流体泵700R的流。右流体泵700R处于与图2所示的步骤5相似的状态或图5A中的左流体泵700L 的状态。左滑阀115L至左膨胀室107L是开放的。因此，左输入端口 121L至左工作室3107L 是开放的，并且当汪克尔活塞3103开始其用于Soony发动机3000左侧的动力下冲程时，左 工作室3107L的容积开始膨胀。来自热交换器500的被注入左膨胀室107L内的工质还使得 左流体泵700L内允许(下一步骤)左流体泵700L关闭的压力与左偏置元件709L(例如压 缩弹簧)的力相等。同时，随着左泵轴141L与凸轮机构144对应的凸轮之间的接触点582 接近偏执元件709L击发移动的终点583，左偏置元件709L被几乎完全击发。当接触点582 经过终点583时，汪克尔活塞3103的驱动力释放左泵轴141L和左泵活塞113L，使得左偏置 元件709L迅速关闭左流体泵700L。由其负载填充的左流体泵700L的左第二泵分室112L准备将负载泵送回热交换器 500。(在下一个步骤中，通过左滑阀机构975L的相同作用将关闭热交换器500与左膨胀 室107L之间的左滑阀115L，隔离Soony发动机3000左侧的工作下冲程的膨胀)。左输入 端口 121L(对应于图1中的连接器123)在其各自的动力下冲程内将保持开启，使得工质可 使左第一泵分室114L和左工作室3107L的联合容积膨胀，其中左第一泵分室114L和左工 作室3107L共同限定了左膨胀室107L。左流体泵700L处于与图2中所示的步骤1相似的状态或图5A中的右流体泵700R 的状态。步骤6-图 5F触点582经过终点583，从汪克尔活塞3103的驱动力释放左泵轴141L和左泵活 塞113L，并允许左偏置元件709L迅速关闭左流体泵700L。触点582现位于围绕动力活塞轴141的圆形通道上，触点582的旋转运动未径向移动左泵轴141L，因此左泵活塞113L脱 离汪克尔活塞3103的驱动力直到触点582再次接触相应的凸轮144L。在可选的实施方式 中，当对于汪克尔活塞3103而言，驱动左泵活塞113L以开启左流体泵700L的左第二泵分 室112L、以及同时击发左偏置元件709L没有必要时，设置止动器(图中未示出)使得左泵 轴141L不接触汪克尔活塞3103。一旦左流体泵700L将其负载泵送到热交换器500内。左膨胀室107L内的工质继 续膨胀，移动汪克尔活塞3103。右排出端口 122R内的右止回阀970R保持开启，将中间工作 室3107M以及右第一泵分室114R(目前起泵排量分隔室的作用)内的膨胀工质经过右冷却 室110R接入右第二泵分室112R内。室/分室3107M、114R、110R和112R共同限定右冷却 消耗室100R。右流体泵700R处于与图2中所示的步骤6相似的状态或图5B中左流体泵700L的 状态。左流体泵700L处于与图2中所示的步骤2相似的状态或图5B中右流体泵700R的 状态。步骤7-图 5G右冷却消耗室100R的右第二泵分室112R继续开启，并同凸轮144R的推力一同作 用于右流体泵700R的右泵轴141R。当左工作室3107L内的绝热膨胀期间的工质继续运用 输出功时，左输入端口 121L继续开启。右流体泵700R处于与图2中所示的步骤7相似的状态或图5C中左流体泵700L的 状态。左流体泵700L处于与图2中所示的步骤3相似的状态或图5C中右流体泵700R的 状态。步骤8-图 5H汪克尔活塞3103即将完成其在左工作室3107L内的动力下冲程。右流体泵700R 的右第二泵分室112R几乎是满的并且即将准备将其负载泵送到热交换器500内。Soony发 动机3000准备返回到步骤1右流体泵700R处于与图2中所示的步骤8相似的状态或图5D中左流体泵700L的 状态。左流体泵700L处于与图2中所示的步骤4相似的状态或图5D中右流体泵700R的 状态。总的来说，来自热交换器500、并注入到图3中的Soony发动机3000右侧的高压/ 高温工质膨胀进入汪克尔发动机403的上侧，接着被压缩/冷却到左侧内，最终从左侧泵送 回热交换器500内。相同地，来自热交换器500、并注入到图3中的Soony发动机3000左侧 的高压/高温工质膨胀进入汪克尔发动机403的下侧，接着被压缩/冷却到右侧内，最终从 右侧泵送回热交换器500内。图4中示出Soony发动机4000以与Soony发动机3000相似的方式运行。Soony 发动机4000包括四个相对彼此设置成90度的图1中的热机400。所示实施方式中的Soony 发动机4000内的热机400除共同的动力活塞轴141之外彼此独立运行。在进一步的实施 方式中，如图3所示，Soony发动机4000内的热机400依次运行，即在Soony发动机4000的 左/右半，来自热交换器500高温/高压的工质膨胀进入热机的上部，然后被压缩/冷却到 下泵，用于从下泵泵送回到热交换器内，反之亦然。在部分实施方式中，Soony发动机4000的阀/端口机构与图3中的某些方面不同。图6示出根据一个或多个实施方式的Soony发动机4000的阀/端口机构。图6中仅示出一 个图4中的汽缸(四个中的一个)的放大视图，并示出分别对应于(在上部顺序为从左到 右，且在底部顺序为从左到右)图5H、5B、5E与5D中的不同步骤8、2、4与5中的汽缸。特 别地，活塞室104具有两个输入端口 121和排出端口 122。这些端口是位于上止点或其附近 的不同平面内的两个孔环。在运行中，这两个孔环通过配留阀可移动的环阀套筒132被暴 露或覆盖，通过滑动的汽缸套筒与配留阀支架133来操作环阀套筒132。在环形阀套筒132 将两个端口(即输入端口 121、排出端口 122)之一转变为开启或关闭之前，配留阀支架133 允许动力活塞103从上止点向下止点移动。图6中上部的两个示图(步骤8和步骤2)示出输入端口 121的开启以及排出端 口 122的关闭。具体地，在上止点或其附近，动力活塞103从底部接合配留阀支架133，并将 配留阀支架133与环阀套筒132 —同向上移动，并由此开启输入端口 121与关闭排出端口 122。动力活塞103—离开上止点附近，配留阀支架133就返回到其中间位置，允许环阀套 筒132关闭输入端口 121与排出端口 122。因此，输入端口 121仅在上止点或其附近短暂开 启，而两个端口在下冲程或工质的膨胀过程中均关闭。图6中底部的两个视图(步骤4和步骤5)示出输入端口 121的关闭与排出端口 122的开启。具体地，在下止点或其附近，动力活塞103从上部接合配留阀支架133，并将配 留阀支架133与环形阀套筒132 —同向下移动，由此在保持输入端口 121关闭的状态下开 启排出端口 122。当动力活塞103离开下止点并向上移动时，配留阀支架133保持在下行位 置，允许环形阀套筒132继续开启排出端口 122并关闭输入端口 121。因此，在大部分下冲 程及上冲程内输入端口 121是关闭的，而在大部分上冲程内排出端口 122是开启的。根据上文和/或下文中讨论的构造可推导出不同的实施方式。例如，根据一个或 多个实施方式，在每个动力活塞轴141上提供一个或多个凸轮144R/L。不排除连接器800 和/或凸轮机构144的其它形式。每个Soony发动机内的热机或动力缸/室的数量是可变 的，取决于应用程序和/或其它设计考虑。在部分实施方式中，偏置元件709可由除动力活 塞轴141之外的外力击发，而在其它实施方式中，由动力活塞轴141直接或间接驱动泵活塞 113以击发偏置元件709。图7公开的另一种构造进一步简化了图3中公开的构造，该构造另外包括至少一 个杠杆739，用于使偏置元件709的击发和泵送动作反转。然而，不排除其它构造。图7中 公开的构造简化了图3中构造，并显示出汪克尔活塞3103、第一泵分室114R/L和第二泵分 室112R/L之间更紧密的关系。图8A公开了进一步的实施方式，其中图解示出简化的流体泵8700。在该实施方式 中，泵活塞113和偏置元件709结合为单一的元件，并被标记为8113R/L。泵活塞/偏置元 件8113R/L是可在两个位置之间移动的弹性膜或隔膜或分区，其中一个位置是初始位置而 另一个为偏置位置。泵活塞/偏置元件8113R/L由动力活塞轴141直接或间接(例如通过 泵轴141R/L和凸轮144)驱使入偏置位置。图8A中具体地示出在该实施方式中使用的单 独的凸轮144。然而，在另一些与图3中讨论的方式相似的实施方式中使用多个凸轮。部分 实施方式中包括回转稳定器895R/L，其用以防止泵活塞/偏置元件8113R/L如先前公开的 那样在压力条件改变过程中的摆动。在一个或多个实施方式中，来自热交换器500的输入 阀115R/L是由相应触点(例如，位于流体泵700R/L的室壁上的822R/L和823R/L)和泵活
19塞/偏置元件8113R/L开启与关闭的电磁阀。在图8A中公开的构造的右侧上冲程内(与图2中的步骤5-8相似)，凸轮144通 过右泵轴144R将泵活塞/偏置元件8113R/L从右第二泵分室112R的侧壁上的停止或初始 位置向对侧的壁移动。凸轮144不断增加地旋转驱使泵活塞/偏置元件8113R以与其弹性 相反的方向远离动力活塞轴141。在右第一泵分室114R内的膨胀的工质被压缩以在冷却室 110R(图中未示出)内进行冷却。当泵活塞/偏置元件8113R与触点822R接触时，电磁阀 115R打开(开启)使高温/高压工质进入右第一泵分室114R，使泵活塞/偏置元件8113R 相对侧上的压力平衡。之后或同时，凸轮144的击发作用结束(与图5F相似)，且允许泵 活塞/偏置元件8113R被弹回其初始位置，将冷却及压缩过的工质从右第二泵分室112R卸 载到冷交换器(图中未示出)内。当泵活塞/偏置元件8113R接触到触点832R时，电磁阀 115R关掉(关闭)，膨胀(下冲程)周期开始。左侧的泵活塞/偏置元件8113L以相似方式运转。图8B公开了根据进一步的实施方式的可选的构造8900。与图8A所示出的构造 不同，泵活塞/偏置元件在流体泵8700的泵室内是可移动的，图8B中的泵活塞8113R/L是 静止的，而流体泵的泵室8708R/L可由凸轮144移动。设置偏置元件8709R/L(例如板簧) 以逆着凸轮144或朝向动力活塞轴141方向偏置泵室8708R/L。不排除其它偏置元件，例如 空气汽缸。如在图8A中所示，泵室8708R/L触点822R/L、823R/L接触或分开以关闭或开启 进给进给阀芯115R/L。这个构造是简化的构造，因为仅包括5个主要的活动件，即(1)动 力活塞轴141/凸轮机构144/汪克尔活塞3103 ； (2-3)两个泵分室8708R/L以及(4_5)两 个偏置元件8709R/L。考虑到在部分实施方式中偏置元件8709R/L与泵室8708R/L永久结 合，将仅存3个主要活动件，显著简化了结构。在一个或多个实施方式中，泵活塞8113R/L具有可变的尺寸并包含如下述的变工 况调节器1001。这是可实现的，例如通过嵌于每个泵活塞/偏置元件8113R/L的两个相对 壁8102、8103之间的镊子形状的或倒V形的量调节器。图8C示出其中一个泵活塞/偏置元 件(例如泵活塞/偏置元件8113L)的结构透视图。如图8C所示，量调节器8101包括两个 侧壁8106、8107，每个侧壁分别接合泵活塞/偏置元件8113L的侧壁8102,8103中的一个。 壁8106、8107彼此相互倾斜形成V形“楔板”。杆8104从下面支持该楔板。杆8104自身由 在汽缸8109内移动的调节活塞8108支持。围绕杆8104设置弹簧8110，其位于活塞8108 与用于偏置活塞8108的汽缸8109的内壁之间，因此杆8104朝向中间位置。来自热交换器 500的加热的工质接入汽缸8109并位于活塞8108之下。量调节器8101的运行与下述的变工况调节器1001相似。简而言之，当加热的工 质的压力较高时，活塞8108、杆8104及楔板将向上升，后者引起壁8102和8103彼此分离。 因此，泵室8708内的流体泵的有效容积下降，允许工质的较高的压缩效率。类似地，当加热 的工质的压力较低时，活塞8108、杆8104及楔板将向下降，后者允许壁8102和8103向彼此 移动。因此，泵室8708内的流体泵的有效容积上升，导致工质的较低的压缩效率。在一个 或多个实施方式中，壁8102和8103是可移动的。在进一步的实施方式中，壁8102和8103 中仅有一个是可移动的。图8D包括实施方式的侧视图及俯视图，其中该实施方式中两个汪克尔发动机 8403并排地设置在一起，其汪克尔活塞3103彼此成90度。4个相应的流体泵8900被定位于两个汪克尔发动机8403中每个的外侧壁上。考虑到在部分实施方式中4个流体泵8900 的偏置元件与相应的泵室永久结合，此处将仅有5个主要的活动件(即，(1)动力活塞轴 141/凸轮机构144/汪克尔活塞3103，以及(2-5) 4个泵室)，显著简化了构造。图9A公开了 Soony发动机9000的实施方式，其中动力活塞轴141不旋转，但在其 轴向方向摆动。两个带有其各自流体泵700L/R的热机400L/R被设置在动力活塞轴141的 相对端点处。动力活塞轴141的振荡运动通过输出机构9101传递到外部装置，例如电力发 电机9001。在Soony发动机9000中，锁扣机构9144替代连接器800 (图1)，以下称为“八 达通(octopus)，，机构。图9B包括通过分别对应于图2中步骤1-8的Soony发动机9000的步骤1_8示出 的八达通机构9144的多个简化视图。八达通机构9144包括两个八达通轴闩锁901、拉块 903、两个连接部件905、至少一个开启器楔板907、闩锁弹簧911、以及在拉块903的通道内 可滑动的轴阻挡延伸部913。所列元件通过多个枢轴902枢轴地彼此连接。拉块903和轴阻挡延伸部913其中之一与动力活塞103 (通过图9A中的动力活塞 轴141)和泵活塞113(通过图9A中的泵活塞杆919)其中之一连接。拉块903和轴阻挡延 伸913之中的另一个与动力活塞103和泵活塞113中的另一个连接。在图9A中具体示出 的实施方式中，泵活塞杆919是中空的且动力活塞轴141延伸穿过该中空的泵活塞杆919。 在图9B中具体公开的实施方式中，轴阻挡延伸部913连接到泵活塞113且拉块903连接到 动力活塞103。不排除如上所述的其它设置。拉块903的通道908内的轴阻挡延伸部913的滑动确保机构在运行中不会晃动。 在部分实施方式中，颠倒该设置以使拉块903在轴阻挡延伸部913的通道内(图中未示出)滑动。在流体泵的壁上设置至少一个(图9B中示出两个)开启器楔板907。在图9A中 具体示出的实施方式中，在每个流体泵的端壁上设置开启器楔板907。开启器楔板907可嵌 入八达通轴闩锁901 (图9B的步骤1-8)之间或每个八达通轴闩锁901和拉块903之间，以 从与拉块903 (此后是动力活塞103)的连接中迅速释放轴阻挡延伸部913 (此后是泵活塞 113)，使得轴阻挡延伸部913在泵送动作发生时向上滑动(图9B中的步骤2-4)。设置闩锁弹簧911以将八达通机构9144从步骤4移动到步骤5(图9B)。在一个 或多个实施方式中，闩锁弹簧911是轻拉弹簧。在另一些实施方式中，出于相同目的而使用 在泵室的壁上的外部器件(图中未示出)。在具体示出的实施方式中的轴阻挡延伸部913是T形的。然而不排除其它设置。在图9B中示例性地示出的运行过程中，步骤5-8中泵活塞113被闩锁于动力活塞 103，在步骤1-4中被释放。具体地，当流体泵接近装满时(步骤8)，动力活塞103通过拉 块903向开启器楔板907拉动八达通轴闩锁901，其中开启器楔板907将被嵌入每个八达 通轴闩锁901和拉块903之间以释放闩锁(步骤1)。因此，泵活塞113 (通过轴阻挡延伸 部913)从与动力活塞103 (通过拉块903)的连接中被释放，并由偏置元件709向前推以完 成迅速泵送动作。如步骤2-4所示，轴阻挡延伸部913在对应于泵活塞113的下止点位置 停止。当动力活塞103接近其下止点时，从步骤2到步骤4拉块903向轴阻挡延伸部913 移动从而为下一个闩锁阶段准备八达通机构9144。在步骤4中，闩锁弹簧911或外部器件 (图中未示出)向内朝拉块903移动八达通轴闩锁901以达到步骤5的状态。泵活塞113被锁定于动力活塞103且重复该过程。该实施方式将发动机的尺寸减少了一半，因此显著降低了生产成本。该实施方式 具有一个带两个室汽缸和两个动力活塞103L/R，而不是在部分实施方式中公开的两个带四 个室汽缸的驱动的发动机。摆锤9001导致惯性增强，随着动力活塞103R/L(在一个或多 个实施方式中动力活塞103R/L结合为一个动力活塞103)的移动摆锤9001来回地摆动， 而不是使用转子驱动轴以确保活塞动作的连续移动。该来回动作驱动振荡线性电力发电机 9001。上述和/或下述中公开的两个汽缸、四个室的发动机具有重叠室作用，确保了发动机 是连续的。图9A中带有一个汽缸、两个室的发动机的构造克服了通过保持发动机连续摆动 动作而重叠的缺陷。总而言之，在膨胀室(与图1中的107类似)内的输出功和压缩室(与 图1中的100类似)内的输入功之间的平均压力差足够驱动发动机。然而，膨胀力和压缩 力都作用于单个活塞的两端。当膨胀侧开启时，膨胀冲程的末端开始变弱，而当压缩侧关闭 时，压缩冲程的末端开始变强。图10公开在一个或多个实施方式中使用的变工况调节器，例如图3-7所公开的变 工况调节器。为了在热交换器500的可变条件下，特别是在热交换器500由太阳能供电时 最优化工质的膨胀能力，在部分实施方式中，Soony发动机能够自我调节所施加的不同的压 力/温度条件。例如，当热交换器500内的加热的工质的温度/压力上升时，由于活塞室的容积是 固定的，所以降低第一泵分室114的初始容积尺寸以适应高压的较高膨胀率。由于工质在 高压时具有更大的密度，因此允许即使第一泵分室114具有较小的初始容积也可以具有较 大质量的流。相同地，对于热交换器500内的中等压力/温度，增加第一泵分室114的初始 容积以适应较低的温度/压力条件。例如，在上述的数值示例中，对于温度从212° F降低到170° F容积的扩展是 108.8%。对于温度从212° F上升到300° F的容积的减少是118. 9%。由上述的百分数 除以第一泵分室114的初始容积，即在212° F时的2. 1788单位以确定容积的变化。特别地，当温度和压力从212° F和480psi下降到如170° F和408. 4psi时(在 可变阳光条件下利用太阳能将会发生)，第一泵分室114内的初始容积(上止点)从2. 1877 单位上升到3. 0913单位或上升 171 %。通过调整上述容积(上述容积是可互换的)，该 变化确保在发动机的下冲程内，膨胀的总容积将一直符合任意给定温度/压力下的工质的 最优膨胀参数，以优化由变化的阳光条件施加的潜在功。这相同适用于堆积余热的利用。在部分实施方式中，第一泵分室114的初始容积可通过图10中公开的变工况调节 器1001进行调节。变工况调节器1001包括调节活塞875、可移动的泵底板882、以及位于 可移动的泵底板882和调节活塞875之间的调节弹簧880，调节活塞875由热交换器500的 加热工质从下向上作用。在部分实施方式中，调节活塞875的表面积大于可移动的泵底板 882。尽管图中未示出，但在部分实施方式中，变工况调节器1001的总重量足以最小化由可 变压力条件引起的振动。该设置将确保仔细考虑了变工况调节器1001的作用，对于可变的 压力是稳定的。然而，不排除用于变工况调节器的其它设置。例如，在部分实施方式中使用 的带有可变触点的螺线管。随着上升的压力，调节活塞875、调节弹簧880和可移动的泵底板882将侵占流体 泵700的第一泵分室114的初始容积。压力越高，压缩率越高，例如，在具体公开的示例中，压力为408. 4psi时压缩率为1. 3175，而压力是480psi时压缩率为1. 4571，压力为653psi 时压缩率为1. 7329。图10分别示出处于加热的工质在低压及高压两种状态的变工况调节器1001，即 开启的泵与关闭的泵。虽然不必要将变工况调节器1001与开关机构包括在同一构造中，但 图10中还是示出用于调整进给滑阀115的关闭/开启时机的开关机构。因此，在示出的构造中，两方面进行改变用以配合调节(1)第一泵分室114的初 始容积由调节活塞875控制，以及(2)由楔板980控制为转换进给进给阀芯115开启和关 闭的弹簧托架987移动的长度。在第一方面的部分实施方式中，由调节活塞875调节的第 一泵分室114的可变的初始容积由负重机构(图中未示出)进一步稳定。而且，不排除其 它如带有可变触点的螺线管的设置。在第二方面的部分实施方式中，可变的开关机构适应于在温度/压力条件变化的 情况下弹簧托架975变化的移动长度，其中通过控制开关机构的触点而使温度/压力条件 进行变化。特别地，通过嵌入楔板980以填补在进给阀芯115的臂上较低触点处的缺口，来 调节开关机构的触点距离开关机构的变化距离进给。当楔板980填补了缺口，弹簧托架987 将与楔板980接触，楔板980依次接触进给进给阀芯115臂上的闭塞/接触点979，并由此 推动关闭进给进给阀芯115。通过改变的作用于开关活塞983上的压力来调节缺口的关闭。 进给进给阀芯115的关闭也可由电力调节。然而，上述机械开关不需要这种额外的复杂性。当热交换器500处于高压并且泵是开启的(左下图)，高压的加热的工质使调节活 塞875向上移动到上部规定的位置。因此，可移动的泵底板882随着第一泵分室114容积 的减少也移动到上部的位置。在触点979上移动时，开关活塞983由高压的加热的工质推 动以将楔板980延伸至填充弹簧托架987接触点的缩短的移动路径中的缺口，以最终关闭 进给阀115。当热交换器500处于高压并且泵是关闭的状态时(右下图)，弹簧托架987移动到 与延伸的楔板980接触，然后楔板980接触触点979以拉动关闭进给进给阀芯115。当热交换器500处于低压并且泵是开启的状态时(左上图)，调节活塞875位于下 部规定的位置。第一泵分室114具有较高容积时，泵的可移动的泵底板882也位于下部对 应的位置。由于加热的工质的较低的压力，与图10B中相比，楔板980被收回以使弹簧托架 987的触点开始移动，其在触点979上的移动最终使进给进给阀芯115关闭。当热交换器500处于高压并且泵是关闭的状态时(右上图)，进给进给阀芯115是 关闭的。弹簧托架987移动到与依次接触阻碍点979以拉动关闭进给进给阀芯115的楔板 980的薄尖端相接触。图8C示出所讨论的变工况调节器1001的可选构造。图11中公开了根据一个或多个实施方式的变量调节稳定器。用陀螺稳定器稳定 变工况调节器的缓动器件。本发明包括用于达到相同或类似稳定效应的其它器件。例如， 上述关于图8C中的楔板也达到稳定的效应。如上所述，变工况调节器1001改变第一泵分 室114的初始容积以适应热交换器500的变化的压力/温度条件，例如，由太阳或余热施加 的可变热量。变工况调节器1001由热交换器500内的加热的工质的压力操作。然而，流体 泵700和第一泵分室114内的压力条件可能有很大的不同。在系统中可以设计用于调节流 体泵700的底部位置，即可移动的泵底板882的平均力。然而，需要稳定对压力波动的影响以使机构和泵容积在变化的条件下保持稳定。因此设置陀螺稳定器(回转稳定器)890。 陀螺稳定器890位于固定的位置，在球轴承892之间，这使得陀螺稳定器890随着调节活塞 875与可移动的泵底板882的推/拉波动自由地顺时针和逆时针旋转，从而穿过轴879。由 于反向运动发生时陀螺稳定器890每次均改变方向，所以移动是稳定的。在部分实施方式中，如图12所示，陀螺稳定器890位于调节弹簧876内以减少装 置的尺寸。包括两个波纹管结构(未进行标记)以防止泄露。图13A-13B示出根据一个或多个实施方式的不同示例性的构造(如上述和/或下 述公开的任何Soony发动机)与例如瑞典考库姆AB公司开发的斯特林发动机(以下称为 考库姆发动机)集成为一体。考库姆运动学斯特林发动机是四缸往复式发动机，其接收来自太阳能接受器的压 缩并加热的氢气以驱动斯特林循环。斯特林发动机的缸体包括沿着冷却器、再生器和加热 瓢部的四汽缸密封组件(活塞、活塞杆以及连杆)。考库姆发动机的“背压”构造指的是现有的考库姆在下冲程内动力活塞之后再压 缩的“背压”。在相同的旋转轴颈中心线上运行的膨胀和压缩同时发生。由于根据一个或多 个实施方式的Soony发动机使用相同的汽缸来容纳膨胀和压缩室，通过使背压压缩室中立 对于考库姆发动机是适合的，并允许该室成为低温/低压冷却槽。以图13A-13B中示出的 为例，通过连接全部四个适合的背压室适应性将保持冷却槽的连续背压条件，以使总容积 相抵以经历零容积变化。具体地，膨胀下冲程内在主驱动活塞后的流体和压力被保持为低的且稳定的下冲 程内的槽压力，其通过一个或多个手段实现(1)使用现有的考库姆冷却系统以保持较低压/低温冷却水槽；(2)封堵上行阀对现有考库姆压缩室的循环系统的其余部分的接入，并将现有考 库姆压缩室转换为背压槽；(3)将转换后的背压槽室互连以保持槽内的恒定容积，从而避免背压压缩；(4)通过位于转换的膨胀/压缩室与转换的冷却槽之间的动力活塞使泌水或泄漏 最小化；(5)设置流体泵使泄漏液回流到循环系统，以及(6)将膨胀室转换为具有双重职能的膨胀与压缩室(膨胀/压缩室)以使活塞在 下冲程内做正功而在上冲程内做负功(或例如像图3中所讨论的泵送到另一个Soony发动 机内)。在部分实施方式中，适合的发动机的膨胀/压缩室壁由不保留或吸收热量的材料 组成。陶瓷可处理发动机活塞的磨损。在膨胀/压缩室和冷却槽之间的泄漏保持为零。(1)使用现有考库姆发动机的冷却系统以创造低温、低压冷却槽根据一个或多个实施方式的Soony发动机的四汽缸构造与如图13A中所示的考库 姆的四汽缸构造匹配。由于四汽缸的四活塞是间隔均勻的，以致一个汽缸室的容积具有其 它汽缸室的相对容积，这意味着四个轴颈以90度相隔并形成交叉形状，在隔离与使用前考 库姆压缩室的冷却旋管时，通过使四个背压容积(前压缩室的)互连，使得槽的平均容积保 持恒定，并处于发生在工作冲程的下止点的低温/低压水平。(2)封堵现有考库姆压缩室与改变的Soony冷却系统之间的上行阀接入
(3)互连再压缩室以保持恒定容积从而避免压缩要保持冷却槽内恒定的低压，根据实施方式，使前考库姆压缩室互连。因为交叉作 用的合并容积的变化等于零，这样确保了在每个动力冲程的下冲程内容积侵占将与上冲程 内的容积膨胀相等。(4)通过位于膨胀室与转换的冷却槽之间的动力活塞使泌水或泄漏最小化若不存在泄漏，工质的质量流进入槽，适合的发动机会提供恒定理想的温度/压 力条件。然而，在实际中，除非为每个工作活塞提供物理屏障(如一个或多个实施方式中讨 论的波纹管)，否则工质将泄漏到低压冷却槽内。(5)设置流体泵使泄漏液回流到循环系统使用旋转式泵或图13B中示出的装置将泄漏液传回循环系统内，其中当下止点处 的压力基本上与水槽的压力相等时，图13B所示的装置使用活塞将泄漏液泵送回下止点处 的循环。如图13B所示，槽泵1307作用于压力循环的低端。在下止点的低压平衡过程中， 槽泵1307将泄漏液泵送回循环，而不是在上止点的高压平衡过程中进行泵送。由于期望使 泄漏最小化，所以设置齿轮系统以使泵送动作仅在发动机的几个循环旋转之后发生。弹簧 1309被击发，如带有循环系统的流体泵700，并在平衡的压力条件下(就像循环系统)被释 放。然而，槽泵1307将在低压点时实现泵送。(6)将膨胀室转换为具有双重职能的膨胀/压缩室，以使活塞在四个下冲程内做 正功而在四个上冲程内做负功(或如图3中所讨论的泵送到另一个Soony发动机内)。这 个小的内部泵构造与上述的流体泵700的原理一致。根据一个或多个实施方式，Soony设备将安装于每个考库姆发动机工作缸的上端 (如图13A-13B所示)，并将起如上所述的作用。在部分实施方式中出现下列变化，以使在一个或多个实施方式中所公开的Soony 发动机集成入考库姆发动机(1)膨胀工作缸和其动力活塞将转换为具有双重职能的联合膨胀和压缩室。首先， 在上冲程内由膨胀室供给阀，且淘汰背压压缩室，以致背压压缩室不再作为压缩反_功室 而运转，而仅作为低压槽。其次，该低压槽将与其它三个(四个之中的)槽互连以确保低压 保持恒定。换言之，考库姆发动机的压缩室将转换为带有四个汽缸的低压槽，其中四个汽缸 互连以确保压力均衡和稳定。在考库姆发动机的压缩机中先前使用的冷却系统将用于保持 低温低压。该低温低压水槽中的流体被尽可能地从循环工质中隔离。(2)适合的构造的联合膨胀/压缩功和反_功室将具有进给口和排出口。(3)随着考库姆发动机产生适应能力，则蓄热器将出现在如上所述的大型高温/ 高压蓄水器。由于工质在发动机机体外部的完全循环，效率得以显著提高。图14公开了用于此处公开的任意Soony发动机的旋转回转阀。如一个或多个实施方式中所公开的，与实现热交换的斯特林发动机相比，Soony发 动机的运转依赖实现容积的迅速交换。有效的容积交换非常依赖于循环的工质的流动速 度。要确保迅速并可靠地在热交换器500和膨胀室107之间流动，以及膨胀室107在作为 压缩/泵侵占室时和冷交换器600之间流动，根据部分实施方式阀门开度要尽可能地宽。
最后，设置带有两个隔间1421、1422的旋转回转阀1469，分别用于进给口(如输入 端口 121)和一个排气口(如排出端口 122)。在部分实施方式中，进给口 1421开启约总冲 程时间的二十分之一或5%，而排气口 1422开启约总冲程时间的50%，即在从下止点到上 止点的上冲程期间。在部分实施方式中，排气口 1422在进给口 1421开启之前关闭。根据 部分实施方式，排气口 1422的阀门狭缝大于进给口 1421的。在一个或多个实施方式中，旋转回转阀1469持续地以恒定速度旋转，并由动力活 塞轴141直接或间接驱动。相互交换的排气口 1422和进给口 1421的开启率与容积变化率 平行发生。在部分实施方式中，进给口 1421在排气口 1422关闭后立即开启。在一个或多 个实施方式中，阀门开启的长狭缝跨越了动力活塞103和压缩/泵侵占室的上端直径。图15公开根据一个或多个实施方式的高效的热电联产(CHP)发动机1500的特殊 应用。图15中示例性地示出在一个或多个实施方式中的热电联产发动机，其完全集成到多 功能的太阳能总效用程序包(电力、热水、供暖和空调)中，并且不仅加热和冷却建筑物，还 产生24/7年左右的电力。可能的热源包括但不限于(1)用于家庭和商业建筑的被动式太 阳热能和/或(2)用于太阳能发电厂的高温和/或(3)用于工业堆积余热的利用。
2权利要求
一种流体泵(700)，用于将流体从处于低压状态的所述流体的第一流体源(600)移动到处于高压状态的所述流体的第二流体源(500)，所述流体泵包括室；分隔构件(113)，在所述室中能够移位，并将所述室划分为具有变化容积的第一分室和第二分室(114、112)；所述第一分室(114)具有分别与第二流体源和第一流体源(500、600)可控地连通的输入端口及排出端口(121、122)；所述第二分室(112)具有分别与第一和第二流体源(600、500)可控地连通的输入端口及排出端口(125、124)；以及其中，所述分隔构件被设置为当所述分隔构件(113)两侧的压力相等时移动到所述第二分室(112)内，从而将处于所述低压状态的流体从所述第二分室(112)泵送到所述第二流体源(500)。
2.如权利要求1所述的流体泵，其中所述泵是蒸汽泵，并适合将所述流体的低压蒸汽 从所述第一流体源强制地移到所述第二流体源而不发生汽液相变。
3.如权利要求1所述的流体泵，其中通过出现以下情形的至少之一来实现所述分隔构 件两侧的压力相等(i)当所述泵将被关闭时，处于所述高压状态的流体位于所述分隔构件的两侧，以及(ii)当所述泵开启时，处于中压状态的流体位于所述分隔构件的两侧。
4.如权利要求3所述的流体泵，其中当所述第一分室(114)的输入端口(121)和所述 第二分室(112)的输出端口(124)操作地开启时，所述第一和第二分室内的流体压力与所 述第二流体源的流体压力相等，由此达到所述压力均衡。
5.如权利要求1所述的流体泵，其中所述分隔机构偏向于关闭所述第二分室。
6.如权利要求1所述的流体泵，进一步包括变工况调节器(1001)，所述调节器用于根 据所述第二流体源内的流体高压和/或温度等级的范围来调节所述泵的所述室的容积。
7.如权利要求6所述的流体泵，其中所述变工况调节器进一步包括稳定器件，用于防 止所述泵在不同压力条件下波动。
8.如权利要求1所述的流体泵，进一步包括旋转回转阀(1469)，用于在不同的时间操 作地关闭和/或开启所述第一分室(114)的输入端口和输出端口(121、122)。
9.如权利要求1所述的流体泵，进一步包括一种机构，所述机构用于在不同的时间操 作地关闭和/或开启所述第一分室的输入端口和输出端口(121、122)，其中所述机构能够 响应处于所述高压状态的所述流体的压力和温度中的至少之一进行自动调节。
10.如权利要求1所述的流体泵，进一步包括电磁阀，所述电磁阀用于响应于分布在所 述室上的可变触点在不同的时间操作地关闭和/或开启所述第一分室的输入端口和输出 端口(121、122)。
11.一种热系统，包括热交换器(500)，用于供给高压流体；发动机(400)，连接到所述热交换器(500)，用于运行所述高压流体并排出处于低压状 态的流体；以及流体泵(700)，通过内部压力或内力的平衡使从所述低压状态泵送到所述高压状态的工质的流动阻力平衡，从而将所述低压流体从发动机排出端(600)返回到所述热交换器 (500)。
12.如权利要求11所述的热系统，其中所述流体泵包括膨胀室，且所述发动机包括活塞室；在所述发动机的动力活塞(103)的下冲程内，所述流体在所述膨胀室和所述活塞室内 膨胀；在所述发动机的动力活塞的上冲程内，所述膨胀室被转换为泵排量室(114)，其中所述 活塞室和所述泵排量室均进入先前的活塞和泵排量室以压缩膨胀的流体。
13.如权利要求12所述的热系统，进一步包括冷却室(110)和泵室(112)，所述冷却室 和所述泵室与所述泵排量室共同限定冷却膨胀室(100)，所述膨胀的流体在被泵送返回到 所述热交换器之前在所述冷却膨胀室中被冷却并压缩，其中所述冷却室内的流体的压力保 持为在控制中。
14.如权利要求13所述的热系统，所述发动机排气端包括冷交换器(600)，所述冷交换 器用于将所述泵排量室和所述泵室之间的所述冷却室内的所述膨胀的流体冷却。
15.如权利要求12所述的热系统，其中所述泵进一步包括泵活塞(113)，所述泵活塞能 够在所述泵排量室和所述泵室之间移动，并且在所述动力活塞的上冲程内，所述泵活塞至 少间接地由所述动力活塞驱动并与所述动力活塞一起进入所述泵排量室。
16.如权利要求15所述的热系统，进一步包括连接器(800)，用于在所述上冲程内将所 述泵活塞操作地与所述动力活塞的移动相连接，并且在所述下冲程内使所述泵活塞操作地 与动力活塞的移动分开。
17.如权利要求16所述的热系统，其中所述连接器包括凸轮机构。
18.如权利要求16所述的热系统，其中所述连接器包括锁扣机构，基于所述动力活塞 的位置，所述锁扣机构将所述泵活塞和动力活塞能够释放地闩锁在一起。
19.如权利要求11所述的热系统，其中所述发动机是斯特林型发动机，所述斯特林型 发动机进一步包括阀套筒，所述阀套筒能够通过所述热机的动力活塞移动，以关闭和/或 开启所述动力活塞的活塞室的入口或出口中的至少之一。
20.如权利要求11所述的热系统，其中所述流体泵包括泵室和所述泵室内的能够在初始位置和偏置位置之间弹性移动的分 隔构件(8113)，并且当从所述热交换器进入的处于高压状态的流体使所述分隔构件两侧的压力相等时，所 述分隔构件从所述偏置位置到所述初始位置的回弹性足以将处于低压状态的流体泵送到 所述热交换器。
21.如权利要求11所述的热系统，其中所述发动机是汪克尔型发动机。
22.如权利要求21所述的热系统，包括两个汪克尔发动机，所述两个汪克尔发动机并排设置并带有各自的在同一动力活塞轴 上以90度间隔的汪克尔活塞；以及至少两个所述流体泵，设置在所述汪克尔发动机的外壁上。
23.如权利要求21所述的热系统，其中所述流体泵包括泵室(8708)以及所述泵室内的分隔构件，所述泵室能够在初始位置和偏置位置之间弹性移动；当从所述热交换器进入的处于所述高压状态的流体使所述分隔构件两侧的压力相等 时，所述泵室从所述偏置位置到所述初始位置的回弹性足以将处于所述低压状态的流体泵 送到所述热交换器。
24.如权利要求22所述的热系统，其中所述分隔构件包括能够相对彼此移动的两壁、 和能够在所述两个能够移动的壁之间移入与移出的变工况调节器，所述变工况调节器用于 自动地调节所述分隔构件的尺寸，从而响应来自所述热交换器的处于所述高压状态的流体 的压力和/或温度范围来调节所述泵室的容积。
25.如权利要求11所述的热系统，进一步包括连接于所述发动机的发电机(9001)。
26.如权利要求11所述的热系统，其中所述热机(403)包括至少两个膨胀室(3107R/L)，其中每个膨胀室连接所述流体泵 (700R/L)中的一个；并且在一个膨胀室中膨胀的流体被与另一个膨胀室相关联的流体泵压缩并被泵送回所述 热交换器。
27.一种用于将流体从处于低压状态的所述流体的第一流体源泵送到处于高压状态的 所述流体的第二流体源的方法，所述方法包括将具有能够移动的分隔构件(113)的室分为具有变化容积的第一和第二分室(114、 112)，从所述第一流体源(600)将一定容积的处于所述低压状态的流体接收至所述第二分 室(112)；将所述第二分室(112)内的处于所述低压状态的流体与所述第一分室(114)内的来自 所述第二流体源(500)的处于所述高压状态的流体进行相等体积的交换，而不是进行热交换。
全文摘要
在热系统中，通过以内部压力或内力的平衡使工质从低压泵送到高压的流动阻力平衡，从而将低压立体返回到高压流体源。
文档编号F01B29/10GK101978134SQ200980109622
公开日2011年2月16日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月23日
发明者巴里·伍兹·约翰斯顿 申请人:巴里·伍兹·约翰斯顿