液环系统及其应用
【专利说明】液环系统及其应用
[0001]本申请为国际申请号为201310567759.3、申请日为2013年11月14日、发明名称为“液环系统及其应用”的发明专利申请的分案申请。
_2] 相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求以申请号为61/729，471、申请日为2012年11月23日的美国临时申请为基础的优先权。通过引用，该申请的全部内容合并于本申请中。
技术领域
[0004]本发明大体上涉及用于例如热机、热泵以及变压吸附(pressure swingadsorpt1n PSA)等应用的液环装置的系统领域。特别地，涉及这样一种液环系统，该系统包括容纳液体的外壳、安装在该外壳内部且包括至少一个叶轮的转子、通过转子或外壳旋转而形成的液环、在液环内表面与叶轮叶片之间形成的多个气室，以及例如在至少一个压缩气室以及至少一个膨胀气室之间的与转子集成的流体连通。
【背景技术】
[0005]现有技术中已知有液环装置，其原理最早见于Nash的1910年的美国专利953，222中。该装置最早的应用见于Nash的1914年的美国专利1，094，919中，该申请公开了一种基于液环装置的涡轮增压位移式发动机。迄今为止，基于液环系统的多种改进已经被公开，其中包括已发布的超过400项的美国专利，这些专利用于多种应用，例如热机、热泵以及气体压缩机等。
[0006]一般来说，液环装置包括外壳、具有叶片的可旋转的叶轮、用于气体供应的进口以及用于气体排放的出口，其中叶轮偏心地被置于外壳中，进口位于外壳的一端，而出口位于外壳的另一端。在运行过程中，液体被输送至外壳中，并且由于叶轮的旋转，该液体形成紧贴壳体内壁的液环。气体被包覆在形成在叶轮叶片与液体表面之间的室中，并且由于叶轮的旋转以及叶轮转轴与外壳轴的偏心，室中的气体体积交替的减少和增加，这就导致了气体的压缩和膨胀。
[0007]如今液环系统的应用主要包括真空泵和气体压缩机。斯特林发动机(StirlingEngines)的优势在于任意一种液态燃料均可被用于该种发动机，然而传统斯特林发动机具有制造成本高、设计复杂以及服务期间短(例如，由于密封件更换)的缺点。
[0008]根据本发明的液环系统可以被应用于斯特林发动机以及其它热机，例如，兰金发动机(Rankin Engines)、布雷顿发动机(Brayton Engines)、开式循环斯特林发动机，以及变压吸附(PSA)的应用，其中与传统斯特林发动机相比具有较少的运动零部件，并且使用液体作为密封。所以，能够实现更长的服务期间。进一步，本发明的液环系统有利于液态盐作为液环的使用，而与传统的液环系统相比，这种使用可提供增加的效率。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种液环系统，这种液环系统能够用于斯特林类发动机、布雷顿类发动机，或者用于变压吸附(PSA)的应用。
[0010]本发明的进一步的目的在于提供一种液体孔口阀，用于控制液体的流动。
【附图说明】
[0011]图1示出根据本发明的液环系统的第一实施方式，该液环系统具有互相偏心布置的两个液环腔，适用于布雷顿类发动机或热泵；图UA)示出侧视图，图1(B)示出沿A-A线的横截面图，以及图1(C)示出沿B-B线的横截面图。
[0012]图2示出根据本发明的液环系统的第二实施方式，该液环系统具有互相共轴布置的两个液环腔，适用于布雷顿类发动机或热泵；图2(A)示出侧视图，图2(B)示出沿C-C线的横截面图。
[0013]图3示出根据本发明的液环系统的第三实施方式，该液环系统具有互相共轴布置的两个液环腔以及沿转子轴的轴线并围绕该轴线延伸的流体连通，适用于布雷顿类发动机或热泵；图3(A)示出侧视图，图3(B)示出沿D-D线的横截面图。
[0014]图4示出根据本发明的液环系统的第四实施方式的俯视横截面图，该液环系统具有单个液环腔，适用于闭式循环斯特林类发动机。
[0015]图5不出根据本发明的液环系统的第五实施方式，该液环系统具有互相偏心布置的两个液环腔，适用于斯特林类发动机；图5(A)示出侧视图，图5(B)示出沿F-F线的横截面图，以及图5(C)示出沿E-E线的横截面图。
[0016]图6示出根据本发明的液环系统的第六实施方式，该液环系统具有互相共轴布置的两个液环腔以及以90°相位差沿转子轴的轴线并螺旋地围绕该轴线延伸的流体连通，适用于斯特林类发动机；图6(A)示出侧视图，图6(B)示出沿H-H线的横截面图，以及图6(C)示出沿G-G线的横截面图，以及图6 (D)示出转子轴的侧视图，并示出了流体连通。
[0017]图7示出根据本发明的液环系统的第七实施方式，该液环系统具有互相共轴布置的三个液环腔以及以90°相位差沿转子轴的轴线并螺旋地围绕该轴线延伸的流体连通，适用于斯特林类发动机或维勒米尔(VM)热泵；图7(A)示出侧视图，图7(B)示出沿J-J线的横截面图，以及图7(C)示出沿1-1线的横截面图，以及图7(D)示出转子轴的侧视图，并示出了两个流体连通。
[0018]图8示出根据本发明的液环系统的第八实施方式，该液环系统具有互相共轴布置的两个液环腔，适用于开式循环斯特林类发动机(包括扩展的热源)；图8(八)示出侧视图，图8(B)示出沿K-K线的横截面图。
[0019]图9示出根据本发明的液环系统的第九实施方式，该液环系统具有单个液环腔，适用于变压吸附(PSA)应用；图9(八)示出侧视图，图9(B)示出沿L-L线的横截面图。
[0020]图10示出根据本发明的液环系统的第十实施方式，适用于作为液体孔口阀的应用；图10(A)示出处于打开位置的第一液体孔口阀的横截面图，图10(B)示出处于关闭位置的第一液体孔口阀的横截面图，以及图10(C)示出处于打开位置的第二液体孔口阀的横截面图，以及图10⑶示出处于关闭位置的第二液体孔口阀的横截面图。
【具体实施方式】
[0021]为实现本发明的第一个目的，提供有多种液环系统，这些液环系统包括:(i)适用于容纳液体的固定的或可旋转的外壳；(ii)安装在外壳内部且包括至少一个叶轮的转子；
(iii)通过转子或外壳旋转而形成的液环；(iv)在液环内表面与叶轮叶片之间形成的多个气室，其特征在于例如其中至少一个压缩气室与至少一个与转子集成的膨胀气室之间具有流体连通。
[0022]进一步，本发明的第二个目的可以通过提供液体阀来实现，该液体阀包括具有往复运动的液体表面的小气室，以及至少两个流体连通，处于所述转子的第一转角时这些连通之间具有自由通路，处于第二角(等于360°减去第一转角)时这些连通之间具有封闭通路。
[0023]本发明将使用优选的实施方式并且结合下述对附图和权利要求的详细的说明被描述。
[0024]图1A至IC示出液环装置I的第一实施方式，液环装置I在一个实施例中可以作为液环式热泵或热机操作或起作用。图1A示出液环装置I的横截面图。液环装置I包括壳体3，壳体3包括限定第一圆柱形腔6以及第二圆柱形腔7的圆柱形部件。第一和第二圆柱形腔6和7被共用壁9分隔开。第一圆柱形腔6具有对称轴X，且第二圆柱形腔7具有对称轴X’，其中对称轴X和X’之间具有一定偏移。转子4被设置为可以在壳体3中绕旋转轴I旋转，并通过第一和第二轴承25a和25b被支撑在壳体3中。旋转轴y位于圆柱形腔的对称轴X和X’之间的中间。转子4包括在第一和第二圆柱形腔6和7之间并穿过壁9上的圆形开口延伸的细长的圆柱形体，从而限定位于第一圆柱形腔6中的转子4的第一部分4a，以及位于第二圆柱形腔7中的转子4的第二部分4b。
[0025]图1B示出转子4以及垂直于第一对称轴X的第一圆柱形腔6的沿A-A线的横截面图。转子4包括多个连接至转子4的第一部分4a的第一叶轮叶片10a。第一叶轮叶片1a由转子4的细长的圆柱形体径向地延伸，并且可以绕其圆周均匀地分布。在示出的实施方式中，包括十二个叶轮叶片10a，其间限定第一圆柱形腔6中的十二个室12，虽然两个以上(例如，2、3、4、5、6、7、8等)的任意数量的叶片均可接受。在多个第一叶轮叶片10沿旋转轴I的每个端部上，第一组端部板18被设置为用于在轴向封闭所述室12a。
[0026]图1C示出转子4以及垂直于第二对称轴X’的第二圆柱形腔7的沿B-B线的横截面图。转子4还包括多个连接至转子4的第二部分4b的第二叶轮叶片10b。第二叶轮叶片1b由转子4的细长的圆柱形体径向地延伸，并且可以绕其圆周均匀地分布。在示出的实施方式中，包括十二个叶轮叶片10b，其间限定第二圆柱形腔7中的十二个室12b，虽然两个以上(例如，2、3、4、5、6、7、8等)的任意数量的叶片均可接受。在多个第二叶轮叶片1