专利名称：容器式流体系统的制作方法
技术领域：
本发明属于容积式流体系统领域，特别是，关于作为周期性流体脉动发生器的系统。本发明的另一方面是，这种系统也可以用作流体液流整流器。
背景技术：
和本发明有关的容积式流体系统有时称作无源或自泵送泵系统，热水锅炉式泵系统，间歇泉式泵系统等等。然而，迄今为止，在相关领域里，典型的现有技术系统都由机械式或电-机械式零件、例如泵装置、阀等组成，这些零件都需要控制装置和能源，而且在许多情况下仅仅适合于液体，而不适合于处理气体、蒸汽以及气体或蒸汽与液体的组合物。并且，这些机械零件由于磨损需要定期维修和更换。
以下是相关领域现有技术参考资料的简要介绍，从这些现有技术的参考资料，我们能更好地理解本发明。
美国专利No.4,573,525披露了一种热驱动的热交换系统，它包括位于初始加热区的管道，位于第二加热区的锅炉和位于第三加热区的蓄能器，这个蓄能器由另一管道连接到冷凝器、两个单向阀和一个热分离器上，所有这些形成了一个密闭装置，其中还包括一种可凝缩的冷却剂。
这个专利的缺点是，它需要热作为能源，热量必须对这个装置的三个不同的阶段发挥作用。此外，这个系统需要两个单向阀以保证流体只能以需要的方向流动。同时很显然，除非这个系统是密封的，否则不能工作。
美国专利No.4,552,208披露了一种装置，这种装置从热收集器，如太阳能收集面板，把热传导液体循环给热交换器，如热存储装置。然而，这种装置依赖于其水平高度位置，仅仅在热交换器置于热收集器下面位置时才能工作。
美国专利No.4,478,211是一种间歇泉式热交换器，它依赖于液位差的产生以产生足够的不平衡的流体静压，来促进加热流体的流动。
在4,552,208和4,478,211里的流体移动力由于连接管道里加热液体进出口之间的高度差而受到限制。
在美国专利No.3,929,305里披露了一种热交换系统，它包括一个由导管传输的冷却液的蓄液器，这个导管穿过一个加热区和一个阻止导管里有反向流动的单向阀。此外，该系统除了需要一个单向阀之外，并对供给系统的热量敏感外，装置驱动类似于斯特林(sterling)或埃里克斯(Ericson)式发动机的再生循环模式下的循环。
美国专利No.2,738,928披露了一种有内在泵机构的密闭式热交换系统，其泵机构包括一个热分离器，这个热分离器里相关零件的尺寸要求很严格，以保证系统处于平衡状态。而且，这个系统依赖于一个从加热容器和分配器之间延伸出来的连接管道，这个连接管道的口径是一个毛细管，在不考虑其他因素的情况下，能保证液面在管道里上升。这种布置保证了密封在加热容器里的连接管道的开口总是由于管道里液体毛细作用的上升而被密封着，这是由于作用在管道最下边和加热容器里的液体之间的表面张力的作用。由于这个原因，典型的连接管道的开口是喇叭状、如铃形。显然，根据这个专利的系统只有当工作流体是液体时才能工作，气体时不能。
本发明领域里的其他参考文献有美国专利No.3,484,045；4,177,019；4,197,060；4,246,890；4,270,521；4,366,853；4,467,862；4,611,654和4,676,225，其中每一篇文献都存在有以上所述专利的一个或多个缺点，而且这些缺点是很明显的。
本发明的一个目的就是提供一种新型的、经过改进的、自驱动的容积式流体系统，这种系统避免了使用机械或电-机械零件基本上减少或克服了以上所提到的的缺点。
发明内容
本发明提供的一种容积式流体系统，它包括一个压力容器，一个膨胀容器，与这两个容器分别连通的第一和第二管道，包含在系统里的流体，在所述压力容器里产生压力的能源；所述的第一管道具有设在所述压力容器里的第一开口、设在所述的膨胀容器里的第二开口及在所述第一和第二开口间延伸出来的管道部分，第一和第二开口通过第一中间部分彼此连接；所述的第二管道具有设在所述压力容器的底部的第三开口和设在所述膨胀容器内的第四开口；所述第一开口位于第三开口之上；其中在系统的静止阶段，在触发能源之前，容器里的流体水平面至少要超出第一或第二开口中的一个和第三或第四开口中的一个。在本发明的大部分实施例里，流体是液体，能源是一种直接把压力加到压力容器上的压力源或一种通过加热流体引起压力容器里的压力升高的热源。
压力容器里的压力升高，排出液体，直到液面下降到第一管道的最底部之下，由此气体或蒸汽通过第一管道排出，于是在其垂直部分产生气泡，气泡最终从第一管道排出。容器内管道部分的液柱的比重差导致第二管道里的液体自发地以反方向流动，于是通过第一管道的气泡流量增加，系统返回到它的初始状态。
本发明的第一种应用是用作周期性流体脉动发生器，其中，第二中间部分延伸于所述第三和第四开口间，所述第二中间部分位于第一中间部分以下。
当这个系统用作周期性流体脉动发生器时，系统存在这样一个工作阶段，其中，膨胀容器里流体的水平面高于压力容器里流体的水平面；这样的高度差就使得，一旦从第一管道排出的液体达到允许两个容器里的气体连通的程度时，有一个压力头足够克服所述第二管道里的流量损失，以允许那儿通过的流体反向流动，直到液面等于或高于所述第一开口。
本发明的第二种应用是用作液流整流器，其中第一管道的管道部分从第一和第二开口向下延伸，所述第一中间部分是最低的部分，所述第二开口在膨胀容器的底部，所述第四开口位于第二开口之上。根据本发明的一个液流滤波器的具体实施例，第四开口基本上和第一开口在同一水平面上。
作为第一种应用的变型例，这种系统用作为周期性脉动发生器，其中膨胀容器是密封的，它包括一个连接到带有活塞的液压缸上的流体出口，这个活塞可以在缸体里作往复运动，以获得线性运动。此外，活塞连到曲轴上，把活塞的线性往复运动转换为圆周运动。
最好，膨胀容器还包括一个减压系统，如冷凝器，以提高那里蒸汽的凝结率。
作为第一种应用的另一改型的实例，这个系统可用作压缩机或泵，其中活塞把缸体密封地分成第一和第二室，所述第一室和膨胀容器连通，所述第二室包括流体流入的第一单向阀和加压流体流出的第二单向阀。然而，为取代活塞，可以使用一种不能混合的液体。
根据本发明的另一个实施例，这个系统用可作为能量测量仪，测量热源和冷源之间的热交换率，热源穿过压力容器延伸出来组成能源，冷源穿过膨胀容器以促进蒸汽的凝结；该系统容器还包括一个记数装置，由触发器触发，这个触发器可随流体水平面的变化而移动；第一管道的管道部分从第一和第二开口向下延伸，所述第一中间部分是最低部分。在一个特定的实施例里，记数装置置于膨胀容器里。
根据本发明用作能量测量仪的特定实施例，触发器是一个浮动件，浮动件有一个闭合记数装置电路的导电部分。一方面，触发器可以是一个有电感部分的磁性地触发记数装置的浮动件，另一方面，触发器可以是一个适合于通过扳扭开关等机械地触发所述记数装置的浮动件。
本发明的系统也可以用作液体泵，其中，用作周期性流体脉动发生器，它和一个液流整流装置相连，与本发明的第二个实施例相适应，这个液流整流装置是一个液流整流器。
依照根据本发明的一个液体泵的实施例，一个周期性流体脉动发生器的膨胀容器和液流整流器的压力容器连通，以保证仅能传送气体。最好，提供一个类似虹吸管的装置，把周期性流体脉动发生器的膨胀容器和液流整流器的压力容器连接起来，以保证只能传送气体。
根据本发明的液体泵的另一个实施例，周期性流体脉动发生器的第二管道和液流整流器压力容器的底部连通。另外，还可以选择的是，周期性流体脉动发生器的膨胀容器包括通风口，或用作为封闭系统的蓄能器的室。
本发明还有另一个应用，就是作为自吸锅炉，其中，把蒸汽从流体脉动发生器的压力容器提供给一个蒸汽工作系统(如一个蒸汽发动机等)，同时有一个冷液体源通过一个单向阀连接到膨胀容器上，这个单向阀仅允许流体流到膨胀容器。在一个特定应用中，蒸汽从蒸汽工作系统流出，经过冷凝器，进入冷的液体源。
通过使用包含两个单向阀的液流整流装置可得到一个液体泵，这两个单向阀和周期性流体脉动发生器串联。
和本发明相关的一个液体泵可以用来循环液体加热装置和用热器之间的液体，其中，能源来自于泵的进口和出口之间的温度差。
本发明的另一个应用是提供一种带整体式蓄能器的低压循环泵，其中，系统的第二管道并联到致冷装置上，这样布置使得流体借助于液流整流器从压力容器流到致冷装置中，于是，冷的液体流入到膨胀容器，借助于第二液流整流器流回压力容器。
这种液体泵也适合于循环发动机的液体冷却介质，它以发动机里放出的热作为能源。
根据本发明的这种系统也可以用作一个气流整流器，其中容器和管道的作用可以相互转换，于是第一和第二管道中的每一个都包含分别从第一、第二、第三、第四开口向上延伸出来的管道部分，各自的管道部分由最上面的中间部分相连；其中，在系统的静止阶段，容器内流体的水平面至少要超出第二和第三开口，但是不能达到第一和第四开口。
本发明的另一个实施例则提供一种容积式液体系统，它包括一个可用具有低沸点的第一液体工作的周期性流体脉动发生器；一个可用具有高沸点的第二液体工作的液流整流器；流体脉动发生器通过第一管道和液流整流器连通，第一管道把流体脉动发生器的膨胀容器和液流整流器的压力容器连接起来；第二管道，从液流整流器的压力容器的底部延伸出来，经过位于流体脉动发生器的压力容器里的第一热交换器，再经过位于流体脉动发生器的膨胀容器里的第二热交换器，进入加热装置以其顶部返回到液流整流器的压力容器。
附图简介为了便于理解，本发明将选择几个实施例来讨论，不限制具体种类，参考以下附图，其中
图1a-1d是本发明的周期性流体脉动发生器的基本结构原理图，它分别表示了四个不同的工作阶段；图2a-2d是本发明的周期性流体脉动发生器的实施例原理图，它们分别表示了四个不同的工作阶段；图3a是根据本发明的一个容积式流体系统的应用原理图，作为带脉动式活塞的发动机使用，利用这个活塞可获得往复线性运动或旋转运动；图3b是沿图3a的线Ⅲ-Ⅲ的局部视图，原理性地解释了容积式流体系统怎样使用可以获得圆周运动；图4是沿图3a的线Ⅲ-Ⅲ的局部视图，原理性地解释了本发明用作为流体泵的另一种应用；图5是本发明的脉动式液体泵系统的原理图；图6a是根据本发明的一种应用的能量测量仪的原理图；图6b是沿图6a的截面Ⅵ-Ⅵ的剖视图，图7a-7d解释了本发明用作为液流整流器的一种应用，分别表示了四个不同的工作阶段；图8是根据本发明的一种应用的气流整流器的原理图；图9是本发明用作为一个低压、液流整流循环泵的一种应用的原理图；图10是本发明用作为一个自吸锅炉的另一种应用的原理图；图11a是一个无阀式的液体循环泵的第一个实施例的原理图；图11b是根据本发明的无阀式液体循环泵的第二个实施例的原理图；图12是根据本发明用作为一种使用两种不同沸点液体的自循环系统的原理图；和图13是根据本发明用作为一种循环发动机冷却液系统的原理图，这个系统不使用机械零件。
实施例先来看附图中的图1(a)到1(d)，以了解本发明的基本原理，如下所解释，它适合于本发明的所有应用和实施例。
这个系统包括压力容器2和膨胀容器4，这两个容器通过第一管道6和第二管道8彼此连通，管道6和8都基本上是U形。
第一管道6具有设在压力容器2里的第一开口10和设在膨胀容器4里的第二开口12，它们之间有一个最低部分14。第二管道8具有设在压力容器2里的第三开口16和设在膨胀容器4里的第四开口18，它们之间有一个最低部分20。图上还能进一步看到，第一开口10稍微低于第二开口12，但显然延伸到比第三和第四开口16和18高的位置，开口16和18分别紧邻着容器2和4的底部延伸出来。
在本例里，这个系统还包括一个加压装置，它是一个连接到动力源28上的加热元件26。另外，或替换性地，可以提供一个气体压力发生器(压缩机)30，通过管道32提高压力容器的压力。
系统里充满了液体36，如图1(a)所示，在开始阶段时，容器2和4中装有压力为P0的液体，因为容器2和4是连通容器，所以它们处于同一液面L0。第一、第三和第四开口10、16、18分别浸没在液体里，而第二开口12伸出液面L0之上一个高度Δh，Δh比高度差Δx小，Δx是第一最低部分14(第一管道6)的最高点40和第二最低部分20(第二管道8)的最高点42之间的距离。
再来看图1(b)，其中，以上所讨论的系统的工作循环通过增加压力容器2里的压力开始，而增加压力容器2里的压力又是通过热元件26升高液体36的温度和或通过压力发生器30加压实现的。当压力容器2里的压力达到压力PⅠ时，液体通过管道6和8分别在箭头44和48的方向流动(小箭头表示小流量，大箭头表示大流量)，把膨胀容器4里的液面提高到液位LⅠ。
显然，由于压力容器2和第一管道6之间的面积差，一旦压力容器2里的液面下降到第一开口10的高度HⅠ以下，通过第二管道8的液体流量必然比通过第一管道6的流量大。
如图1(c)所示的循环的又一个阶段，当压力容器里的压力提高到PⅡ时，压力容器里的流体水平面继续下降，直到它达到临界高度40(第一管道6的第一最低部分14的最高点)，在这个高度，蒸汽进入第一管道6，以箭头52(虚线箭头代表蒸汽流动方向)所示方向流动的气泡50把液体从第一管道6排出。包含在第一管道6里的液体中蒸汽或气泡的出现，把第一管道里的液体-气泡混合物的比重降低到了包含在第二管道8中的纯液体的比重以下。当膨胀容器4里的液面LⅡ高于压力容器2里的液面LⅠ时，液柱上的比重差，等长度D1=D2，(如图1b和1c所示)，导致第二管道8里的流体自发地以相反方向流动，也就是如箭头56所示，于是通过第一管道的气体或气泡流量增加，系统返回到初始状态。讨论中用到的术语“翻转”标志着自发的，由重力导致的第二管道8里的液体流动方向的改变。
当压力容器2里的液面达到LⅢ、即到达第一开口10的高度HⅠ时，如图1(d)所示，循环的最后一个阶段发生，液体再一次充满第一管道6，系统返回到初始状态。当压力容器4里的压力升高，如上所解释的那样，一个新的循环又将开始。
现在来看图2(a)-2(d)，它对周期性流体脉动发生器系统的一个不同的实施例作了原理性的解释。为了清楚和便于理解，和图1(a)-1(d)中讨论的本质上相类似的元件由一个相同的参考序号加上一个100的附加值来表示。
一个压力容器102通过第一管道106和位于第一管道以下的第二管道108连接到一个敞开的膨胀容器104上。第一管道106有一个最低部分114，一个包含在压力容器102里的第一开口110以及在膨胀容器104里的第二开口112。第二管道108有一个位于压力容器里的第三开口116，一个位于膨胀容器里的第四开口118。压力容器102还包括一个加压装置130，在本实施例里是一个压力发生器(压缩机)，但是，正如我们所能理解的那样，这个加压装置也可是一个合适的液体加热装置，如在第一个实施例中解释的那样。
从图2(a)还可以看到，膨胀容器104置于压力容器102之上，根据最小的压头足以克服第二管道108里的流量损失，可以确定压力容器102里的液面Lp0和膨胀容器104里的液面Le0之间的流体水平面差H，于是使得液体流动，直到液位至少与第一开口110的高度相等，如以下所解释的那样。
如图2(b)所示，因为通过压力发生器130把压力PⅠ加到压力容器102上，液体分别如箭头144和146所示的方向在第一和第二管道106和108里流动。当压力容器102里的液面到达临界水平面Lc时(第一管道102的最低部分114的最高点是140)，蒸汽进入第一管道106(如图2(c)所示)，气泡150以虚线箭头152所示的方向流动，把液体从第一管道排出到膨胀容器104，“翻转”发生，也就是液体在不同的静压水头的影响下开始在第二管道108里以反方向流动，如箭头156所示。当压力容器102里的液位达到水平面LpⅢ(第一开口110的高度)时，第一管道106里又充满了液体，阻止了气体或蒸汽再从压力容器流到膨胀容器，这样就结束了一个循环(见图2(d))。系统又为当压力容器102里的压力增加时发生的新的循环作好了准备。
图3到8对根据本发明的不同的实际应用作了原理性的解释。
图3(a)解释了系统怎样使用可以获得机械功，即作为一个发动机。系统中包括了如图1(a)到1(d)解释的实施例里的基本元件，为清楚和便于理解，原理上相似的元件由同样的参考序号加上200的附加值来表示。
可以看到，系统由压力容器202和封闭的膨胀容器204组成，它们分别通过第一和第二管道206和208连通，第一管道在压力容器和膨胀容器里分别有第一和第二开口210和212，相应地，第二管道206在压力容器和膨胀容器里分别有第三和第四开口216和218，管道的构造如以上参照图2(a)和2(d)所讨论的实施例解释的那样。系统也包括一个压力发生器230。
进一步还可以看到，膨胀容器204通过管道274连接到液压缸276上，液压缸276里安装着一个我们已知的适合于作线性往复运动的活塞278。这个系统也包括一个减压装置280，例如，一个热交换器线圈或一个通风孔，其中，如果是热交换器的话，如本领域技术人员公知的那样，冷却的液体穿过线圈。
系统这样布置使得膨胀容器204里的压力脉动(参见以上关于图2(b)的解释)使液压缸276里也产生了压力脉动，于是，活塞278以箭头284所示的方向移动。而且，当系统里“翻转”发生时，膨胀容器204里压力降低(参见以上关于图2(c)的解释)，产生真空，使活塞278以箭头286所示方向移动，如此往复，就获得了一个广泛用于各种机械应用里的带脉动式活塞的马达。
冷却系统280的作用是，增加膨胀容器204里的蒸汽的凝结率，减小蒸汽体积，以保证获得足够的压降，于是促进了活塞以箭头286所示方向的移动。
图3(b)是一个简单的例子，解释了怎样使用如图3(a)所示的实施例把线性往复运动转换成圆周运动输出，是通过把曲柄轴290的一端枢轴地连接到活塞278上，把它的另一端连接到一个飞轮292上，这是已知技术。
图4解释了如图3(a)所示的实施例怎样用作压缩机或泵，此时液压缸276的前室294包括只允许流体以箭头297所示方向流动的第一单向阀296，和只允许流体以箭头299所示的方向流动的第二单向阀298。这样布置，当活塞278在箭头286所示方向移动时，小室294通过单向阀298充满了流体，当活塞在箭头284所示方向移动时，把流体通过单向阀296压出。
图5解释的是一个热驱动脉动式液体泵，泵送液体既作为一种驱动介质，也作为一种冷却介质。根据本发明，系统基本由一个周期性流体脉动发生器组成，例如如上参照图2(a)到2(d)所讨论的那样。这个系统包括一个带加热元件326的压力容器302，和一个通过第一管道305和第二管道306连接到压力容器302上的膨胀容器304。膨胀容器304还包括一个进口管道307和一个出口管道312，进口管道307上配备有第一单向阀308，允许流体仅沿箭头310所示的方向流动，出口管道312上配备有第二单向阀314，允许流体仅沿箭头316所示的方向流动。
系统如参照图2(a)到2(d)所解释的那样工作，当膨胀容器里的压力增加时〔由压力容器302里的压力增加所产生的结果〕，液体通过管道312排出，当“翻转”发生时，膨胀容器304里建立起真空，液体通过管道306从储液箱(图中未示出)吸入。
膨胀容器304里的蒸汽凝结，在其内产生了真空，于是蒸汽体积减小，建立起真空。因为泵送液体构成了系统唯一的冷却介质，因此，在吸入压力时，它的温度必须低于蒸汽的凝结温度。
如图5的布置，通过管道312流出的液体量等于通过管道306流入的液体量。液体的出口压力(从管道312中流出的)主要依靠于压力容器302里的液体温度，而通过管道312的液体输出流量依赖于加热元件326的热量。
现在来看图6(a)到6(b)，解释本发明的容积式流体系统如何用作能量测量仪，测量热消耗量。
测量仪由一个绝缘室400组成，绝缘室由一个绝热压力容器402和一个位于压力容器上方的绝热膨胀容器404组成。这两个容器通过第一管道406和第二管道408彼此连通。第一管道呈U形，在紧邻着压力容器402的顶部设有第一开口410，在紧邻着膨胀容器404(如图6(a)所示)的顶部设有第二开口412。第二管道408基本上是垂直的，在紧邻着压力容器和膨胀容器的底部分别有第三和第四开口416和418。
能量测量仪还包括一个穿过压力容器伸出的热源430，例如可能是一个向使用者供应热水的管道，于是从管道里散出的热量交换给压力容器402。第二管道431穿过膨胀容器404延伸出来输送冷水(例如从使用者返回来的水)，于是可作为冷凝器来使用。
一个磁浮动件450安装在膨胀容器404里，可以在最低点(如图6(a)实线所示)和最高点(如图6(a)虚线所示)之间移动。拾取装置460由一个缠绕在铁心464上的导电线圈462组成，它连接到仪器466上，记录和读取浮动件450到达最高点、在线圈462里产生感应电流的次数。
这样布置，在初始阶段，压力容器402里充满了液体，液位至少高于第一开口410。当热水流过管道430时，热传给液体，直到液体沸腾。蒸汽替代了液体，通过第一和第二管道406和408流到膨胀容器404，结果磁浮动件450到达膨胀容器的顶点(如虚线所示)，使线圈462里产生感应电流，由仪器466记录下来。
当压力容器402里的液位降低到第一管道406的弯头470的顶部以下，蒸汽进入顶部、膨胀容器404，结果“翻转”发生，液体通过第二管道408返回压力容器。
因为分别通过热管道430和冷管道431传递的热正比于通过管道的流体的温度和流量，所以这个装置能测量出进出流体之间的能量差。我们能够认识到，这样一个装置在各种需要测量热消耗量的应用里是有用的，例如测量由不同的使用者(家庭里或工业上)消耗的热水能量的多少等。我们还能进一步了解到，代替以上所讨论的电传感拾取装置，也可以使用其他装置，例如机械式计数器或开关，每次当浮动件到达膨胀容器里的预定位置时这个机械式计数器或开关启动，或一个电路，每次当浮动件闭合位于膨胀容器顶部的两个导电元件之间的回路时这个电路被触发，等等。
现在来看图7(a)到7(d)，它们解释的是液流整流器，而不使用机械元件，也就是单向阀、泵等。
类似于参照图1(a)到1(d)所揭示的周期性流体脉动发生器的基本构造，液流整流器由压力容器502组成，它通过第一管道506和第二管道508连接到膨胀容器504上，第一管道506和第二管道508都呈U形，分别有最低部分510和512，作为虹吸管道使用。第一管道506在压力容器502里设有第一开口514，在膨胀容器504里设有第二开口516。第二管道508在压力容器里设有第三开口518，在膨胀容器里设有第四开口520。
这种结构就使得第一开口514和第四开口520紧邻着相关容器的顶部，而第三开口518和第二开口516紧靠各自的容器的底部。
压力容器502还包括一个压力发生器528，如上所解释的那样，它可能是流体加热元件或一个压缩机等等。
如图7(a)所示，在初始阶段，压力容器502充入液体直到液位达到IⅠ，因为有连通容器的液位应该处于同一高度的规则，所以第二管道508(压力容器504里)垂直部分532的液体的高度也达到IⅠ。膨胀容器504里的液位是IⅡ，同样根据连通容器的液位应该处于同一高度的规则，压力容器502里的第一管道506垂直部分534的液位也是IⅡ。我们能够看到，这种布置实际上构成了两个彼此连通的连通容器系统。
在工作的初始阶段(如图7(b)所示)，压力容器502里压力借助压力发生器528升高，于是，液体从压力容器502流向膨胀容器504，通过第一管道506的流量(如箭头536所示)实际上很小，通过第二管道508的流量(如箭头538所示)很大，原因如上解释。
从图7(c)可以看到，液体继续通过管道506和508从压力容器502流向膨胀容器504，直到达到一个平衡状态，此时，高度差ΔH1(第四开口502里的液位IⅢ和紧邻着压力容器502的第二管道508垂直部分542的液位IⅤ之间的差值)等于高度差ΔH2，高度差ΔH2是膨胀容器504里的液位IⅣ和紧邻着压力容器502的第一管道506垂直部分544的液位IⅥ之间的差值。这时，ΔH1=ΔH2，这个关系式导出(IⅢ-IⅤ)≡(IⅣ-IⅥ)。必须注意，要保证液位IⅤ低于液位IⅢ，以确保液体在任何情况下都不会朝反方向流动，也就是从膨胀容器504流到压力容器502，除非压力发生器产生负压(也就是真空)或万一第二压力发生器550连接到膨胀容器504上且被驱动(如图7(d)虚线所示)，这时容器和管道任务交换，液体仅能从膨胀容器504流向压力容器502，第一管道506里是大流量(如箭头554的方向所示)，第二管道508里是小流量(如箭头556的方向所示)，这样就得到了一个液流整流器。
附图8解释了根据本发明的系统如何用作气流整流器，它不使用任何机械零件(如单向阀，泵等)。这个系统包括一个压力容器602和一个膨胀容器604，它们通过第一管道606和第二管道608彼此连通，这两个管道都呈倒U形并作为虹吸管道使用。
第一管道606在压力容器里设有第一开口610，在膨胀容器604里设有第二开口612第二管道608在压力容器里设有第三开口614，在膨胀容器里设有第四开口616，第一和第四开口610和616位于相关容器的顶部，第二和第三开口612和614紧邻着相关容器的底部。
压力容器602还包括一个进气管道620，一个出气管道722，一个压力发生器724，如上所解释。从图8还可以看到，初始阶段，容器里充满液体，液位是Ii，分别比第二和第三开口612和614高，但低于第一和第四开口610和616。
这样布置，当把气体通过管道620导入压力容器602并通过压力发生器624加压(例如通过加热)时，压力容器里的液位将稍微降低，使第二管道608垂直部分630的流体柱升高到液位IⅠ，作为一个整体，气体将通过第一开口610，经过第一管道606流向膨胀容器604(如箭头632所示)，通过第二开口612流出膨胀容器，通过第四开口616流过第二管道608，回到压力容器602(如箭头634所示)，再通过管道622从系统排出。
应该认识到，气体不会以反方向流动，除非增高膨胀容器604里的压力，也就是容器和管道的角色互换。
再来看图9，它描述一个低压液体循环泵，该泵包括一个由总标号700来表示的容积式液体系统，它是由压力容器702、膨胀容器704、连接两个容器的呈U形的第一管道706和一个由总标号708表示的第二管道组成的。第二管道708是由第一和第二管道部分710和714组成的。第一管道部分710从压力容器702的底部延伸出来，通过一个只允许流体以箭头722所示方向流动的第一单向阀720连接到一个冷却装置724，例如一个带风扇726的散热器上，这是现有技术。第二管道部分714从冷却装置724延伸出来，经过连接管道730，进入膨胀容器704的底部，经仅允许流体以箭头742所示方向流动的第二单向阀738回到压力容器702。如结合先前应用例所解释的，在压力容器702里设有热源746。
这样布置，当压力容器702里的压力由于汽化作用而升高，液体如箭头722所示通过第一管道706和管道710流到膨胀容器704。于是，液体流过冷却装置724，通过管道714流入膨胀容器704。进入膨胀容器的冷却液引起聚集在其内的蒸汽凝结，这时发生“翻转”，系统的压力降低，回到初始压力。
以上讨论的结构可确保液体总是以箭头722和742所示的方向流动，于是得到一个液体泵。
泵的压力头由压力容器和膨胀容器里液体的温度以及管道706里液体的最大水头来决定。
然而很明显，一个或两个单向阀720和738也可由液流整流器来代替，例如参照图7(a)-7(d)所讨论的那种类型。
图10对作为一个自吸锅炉的应用作了原理性解释，例如应用于蒸汽操作系统。系统包括一个压力容器750，它通过第一管道754和第二管道756连接到膨胀容器752上。第一管道754大致呈U形，第二管道756从容器的底部延伸出来的。压力容器750里也配有加热元件760，如先前实施例中的解释。
一个蒸汽操作控制元件，如发动机或节流阀，总体由764表示，通过管道766连接在膨胀容器750的顶部。一种应用如图10实线所示，膨胀容器752通过管道771和一个单向阀778连接到冷的液体源779上。第二种应用如图10虚线所示，控制元件764通过回流管道770连接到冷凝器772上，把返回的蒸汽转换成液体，液体通过单向阀778返回到膨胀容器752。在发生“翻转”期间，冷的液体通过单向阀778流回到膨胀容器752。
以上讨论的系统提供了一种自吸锅炉，它适合于连接到一个蒸汽消耗装置(发动机，蒸汽加热容器等)，此时，泵系统的热效率最大，因为用作触发“翻转”发生的蒸汽由于用来预热供给的冷的液体而得到了充分的利用。
现在来看图11(a)和11(b)，它们解释了带整体式液流整流器的液体泵的两种变化，其中，液流整流器不包括独立的压力源，但最好由容积式流体系统驱动。
先来看图11(a)，有一个总体由860表示的容积式液体系统，其结构类似于参照图1(a)到1(d)所解释的那样，有一个压力源862，连接到压力容器864上，压力容器864通过第一管道866和第二管道868连接到膨胀容器870。
总体由872表示的液流整流装置，其结构类似于以上结合图7(a)和7(d)讨论的那样，包括一个压力容器874，一个膨胀容器876，分别连接两个容器上的第一和第二管道878和880。最好有一个蓄能器881连接到液流整流装置872上，以减小压力容器和膨胀容器的总体尺寸。
然而，代替一个独立的压力源(例如如图7(a)所示的压力发生器528)，整流装置872的压力容器874通过从容器的顶部伸出的管道882连接到容积式液体系统860的膨胀容器870上，由此，整流装置由从容积式液体系统获得的压力而初始化，得到一个单向液体循环泵。
类似于图11(a)所示的布置，图11(b)所示的布置也包括一个总体由884表示的容积式液体系统，它包括和图11(a)基本相同的零件，包括一个压力源886。
这个系统还包括一个总体由888表示的液流整流器，它也包括和以上图11(a)讨论的基本相同的元件。然而，也是在这种情况下，液流整流器888可省去一个单独的压力源，而是最好通过液流整流器888上的压力容器892的底部延伸出来的管道890连接到容积式液体系统884的第二管道894的最底部。而且，根据这种结构，液流整流器888最好包括一个蓄能器896，以减少系统容器的尺寸。
也是在这种情况下，整流器因从容积式液体系统获得的压力而初始化，得到一个单向液体泵。
图12是根据本发明系统另一种实际应用的原理性解释，它用作循环在一个加热或冷却系统里的液体，这种系统的进出液体之间的温度差很低，例如，一个家用的太阳能加热系统，而不是一个热虹吸系统，这样，热水不需要使用机械泵等也可向下循环(在传统的太阳能加热系统里，太阳能板必须置于热水蓄水池下边，否则就需要泵)。现存的非热虹吸系统的问题是，它们依靠气泡来推进水，气泡是当水到达沸点时在系统里形成的。然而，显然，标准的平板太阳能收集器不能达到高于60-80℃的温度(依赖于地理位置、一年当中的季节、一天中的时刻)。
图12描述的系统包括一个总体由900表示的容积式液体系统和一个总体由901表示的液流整流装置，容积式液体系统以有低沸点温度的第一液体工作，流量整流装置以理论上有高沸点温度的第二液体例如水工作。容积式液体系统900包括一个压力容器902，它通过第一管道、虹吸似的管道908和在容器的底部之间延伸出来的第二管道910连接到膨胀容器904上。液流整流装置901包括一个压力容器920和一个膨胀容器922，它们通过第一管道924彼此连通。液流整流装置的第二管道。如下文解释的那样通过太阳能板和装置的热交换系统延伸出来。
如图11(a)的解释，液流整流装置901的膨胀容器920通过管道930连接到容积式液体系统900的膨胀容器904上，整流装置借助从容积式液体系统得到的压力而初始化，得到一个单向液体循环泵，如上结合图11(a)的解释。
液流整流装置901的第二管道由一个管道部分936组成，管道部分936从连接到太阳能板940上的压力容器920的底部延伸出来。太阳能板依次连接到从容积式液体系统900上的压力容器902里延伸出来的第一热交换部分942、带一个相关蓄能器946的容器944上。管道948从蓄能器延伸到容积式液体系统的膨胀容器904里的第二热交换部分950，一个回流管道连接到液流整流装置901的膨胀容器922上，于是形成整流装置的第二闭合回路。
这样布置，太阳能板加热的液体流到容积式液体系统的压力容器902里的热交换部分942，构成了一个提高压力容器里压力的热源。于是，液体流过容器944和蓄能器946，从而排出那里的冷的液体。排出的冷却液流过膨胀容器904里的第二热交换部分950，使第二液体的蒸汽凝结，如以上先前的实施例解释的那样。然后液体通过管道952返回滤波装置901的膨胀容器922，通过第一管道924流到膨胀容器920里，流过管道936，进入太阳能板940进行再加热，以开始一个新的循环，于是完成了一个闭环过程。
然而，显然，液体通过容积式液体系统900被排到系统里，容积式液体系统900带一个整流装置901，以保证液体仅以需要方向流动，而系统带一个容积式系统，构成了滤波装置的启动源(如图11(a)的解释)。太阳能板940收集来的太阳能传递给压力容器902，来供给整个系统能量。
以上参照图12讨论的系统可省去典型的现有系统里所需要的隔板，这个隔板的作用是隔开第一、即所谓的推进液体和第二、即所谓的被推进液体。而且，也不需要把被推进液体加热到沸点，这就是可以使用大量液体的原因。
精通本领域的技术人员显然知道，以上讨论的系统可以在大量的其他应用领域里使用，如工业上或家用的加热或冷却系统，许多元件可以被替换，如太阳能板可以由蒸汽发生器来代替，容器可以由加热的散热器来代替。还应该注意到，液体流动整流装置也可以由细节上已作必要改动的以产生所需变化的合适的单向阀所代替。
图13原理性地解释了本发明怎样用作如汽车发动机的马达的冷却系统。
这个系统包括四个基本元件，即，一个总体由1000表示的发动机，它实际上是一个需要冷却的热源；一个总体由1002表示的液体冷却装置，例如我们已知的汽车的散热器和风扇；一个总体由1004表示的容积式液体系统，它来循环冷却液体；一个由1006表示的液流整流装置，它作为控制流向的单向阀使用。如下所解释的，为了联合动作，所有的零件是连通的。
容积式液体系统1004包括一个压力容器1012，它安装在发动机体1013上，接收热量；一个膨胀容器1014，它通过第一U形管道1016和第二垂直管道1018连接到压力容器上。一个进口管道1019配备在膨胀容器1014上。
液流整流系统1006理论上类似于结合图7(a)到7(d)所讨论的那样，它有一个压力容器1022和一个膨胀容器1024，它们通过第一管道1026和第二管道彼此连通，第二管道在本实施例里通过管道部分1028伸出膨胀容器，穿过容积式液体系统1004、发动机1000和冷却装置1002，通过管道1030返回到压力容器1022。易于理解，液流整流系统1006的目的是确保冷却的液体仅能以图中出现的箭头所示的方向流动。以上所讨论的液流整流器也可由合适的单向阀代替，如由虚线1040和1041表示的那样。
这个系统还包括一个蓄能器1044，该蓄能器1044安装成和管道1026连通，在这个系统里蓄能器是需要的，来传送必需的大量的冷却液。然而，如果压力容器1022、1012和膨胀容器1024、1014分别都足够大能接受大量液体的话，不构成液流整流装置1006一部分的蓄能器1044可以被忽略。
冷却系统1002由一个散热器1052和一个风扇1054组成，散热器1052有大量的翅片(图中未示出)，风扇1054由一个电动机1056驱动，它促使空气穿过散热器1052，和热的液体交换热量，这是已有技术。作为一种选择，驱动风扇1054的电动机1056可以由一个容积式液体系统代替，这个容积式液体系统有一个机械输出量，例如如图3(a)和3(b)讨论的那样。
工作中，就先前的几个实施例而言，只有当发动机到达最小的预定温度和冷却液到达它的沸点温度时，如上所解释，容积式液体系统1004被触发，于是，液体开始从发动机1000流出，经过其温度会被降低的冷却系统1002，再经过液流整流器1006，经过容积式液体系统1004，完成一个循环。
显然，各种部件可置于不同的位置上，也可由机械零件所代替，这是已知技术。
本领域技术人员应该知道，为了各种应用，在细节上作必要改动，可以作出不同实施例的许多种组合。
权利要求
1．一种容积式流体系统，包括一个压力容器，一个膨胀容器，分别和这两个容器连通的第一和第二管道，包含在系统内部的流体，在所述压力容器里产生压力的能源；所述第一管道具有设置在所述压力容器里的第一开口、设置在所述膨胀容器里的第二开口及在所述第一和第二开口间延伸出来的管道部分，第一和第二开口通过第一中间部分彼此连接；所述第二管道具有设在所述压力容器的底部的第三开口和设在所述膨胀容器内的第四开口；所述第一开口位于第三开口之上；其中，在系统的静止阶段，在启动能源之前，容器里的流体水平面至少要超出第一和第二开口中的一个以及第三和第四开口中的一个。
2．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一管道的管道部分从第一和第二开口向下延伸，所述的第一中间部分是最低部分。
3．根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述第三和第四开口之间延伸出来一个第二中间部分，它位于第一中间部分之下。
4．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，能源是布置好的一个热源，用来加热所述压力容器内的流体。
5．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能源是一个压力源。
6．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流体是液体。
7．根据权利要求3所述的系统，它用作一个周期性流体脉动发生器。
8．根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在系统的一个工作阶段期间，在膨胀容器里的流体水平面高于压力容器里的流体水平面；这样的高度差别使得，一旦从第一管道排出的液体达到允许两个容器里的气体通过第一管道连通的程度，在第二管道里就产生一个足以克服流量损失的压头，使得那里的液体流动，直到液面等于或高于第一开口。
9．根据权利要求2所述的系统，其特征在于，它是一个液流整流器，第二开口在膨胀容器的底部，第四开口置于第二开口之上。
10．根据权利要求9所述的系统，其特征在于，第四开口大体上和第一开口处于同一水平面。
11．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，膨胀容器是密封的，它包括一个连接到液压缸上的流体出口，液压缸内有一个作往复运动的活塞。
12．根据权利要求11所述的系统，其特征在于，活塞连接到一个曲轴上，以把活塞的线性往复运动转换成圆周运动。
13．根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述膨胀容器还包括一个减压系统，以提高其蒸汽的凝结率。
14．根据权利要求13所述的系统，其特征在于，膨胀容器还包括不凝结气体。
15．根据权利要求13所述的系统，其特征在于，冷却系统是一个冷凝器。
16．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，它是一个压缩机或泵，活塞把液压缸密封地分成第一和第二部分，第一部分和膨胀容器连通，第二部分包括使流体进入的第一单向阀和输出压力流体的第二单向阀。
17．根据权利要求2所述的系统，它是一个能量测量仪和一个记数装置，能量测量仪用来测量热源和冷源之间的热交换率，热源是穿过压力容器延伸出来的，构成了能源，冷源是穿过膨胀容器延伸出来的；记数装置，由一个可依据容器里流体水平面的变化而移动的触发器触发。
18．根据权利要求17所述的能量测量仪，其特征在于，记数装置和膨胀容器相联，触发器在膨胀容器里移动。
19．根据权利要求17所述的系统，其特征在于，触发器是一个浮动件，它有一个导电部分来闭合记数装置的电路。
20．根据权利要求17所述的系统，其特征在于，触发器是一个浮动件，有一个电感部分，适合于机械式触发所述记数装置。
21．根据权利要求17所述的系统，其特征在于，触发器是一个浮动件，适合于机械式触发所述记数装置。
22．根据权利要求7所述的系统，其特征在于，它用作一个液体泵，所述系统和一个液流整流装置结合使用。
23．根据权利要求22所述的液体泵，其特征在于，液流整流装置是一个根据权利要求9的液流整流器。
24．根据权利要求23所述的液体泵，其特征在于，周期性流体脉动发生器的膨胀容器和液流整流器的压力容器是连通的，仅允许输送气体。
25．根据权利要求22所述的液体泵，其特征在于，周期性流体脉动发生器的第二管道和液流整流器的压力容器的底部是连通的。
26．根据权利要求25所述的液体泵，其特征在于，液流整流器包括一个用作蓄能器的膨胀室。
27．根据权利要求22所述的液体泵，其特征在于，液流整流装置包括两个彼此串联的单向阀。
28．根据权利要求22所述的液体泵，用作循环液体加热装置和液体容器之间的液体。
29．根据权利要求28所述的液体泵，其特征在于，用作循环加热装置里的液体，能源是加到压力容器上的热。
30．根据权利要求22所述的液体泵，其特征在于，用作循环发动机的冷却液体介质，从发动机放出的热用作能源。
31．根据权利要求7所述的系统，其特征在于，用作一个液体泵，系统的第二管道从压力容器的底部延伸出来，通过第一液流整流装置连接到冷却装置上，冷却装置依次连接到膨胀容器的底部，并通过第二液流整流装置回到压力容器。
32．根据权利要求31所述的液体泵，其特征在于，液流整流装置由一个如权利要求9所述的液流整流器代替。
33．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，容器和管道的作用相互转换，此时第一和第二管道中的每一个都包含分别从第一、第二、第三、第四开口向上延伸出来的管道部分，各自的管道部分被最上面的中间部分相连；其中，在系统的非工作阶段，容器内流体的水平面要超出第二和第三开口。
34．根据权利要求32所述的系统，用作一个气流整流器。
35．根据权利要求7所述的系统，其特征在于，用作一个自吸锅炉，从流体脉动发生器的压力容器向蒸汽操作系统提供蒸汽，把一个冷的液体源通过单向阀连接到膨胀容器上，这个单向阀只允许流体流入膨胀容器。
36．根据权利要求35所述的自吸锅炉，其特征在于，蒸汽从蒸汽操作系统流出，通过冷凝器进入冷的液体源。
37．根据权利要求1所述的容积式液体系统，它包括一个可用具有低沸点的第一液体工作的周期性流体脉动发生器；一个可用具有高沸点的第二液体工作的液流整流器；流体脉动发生器通过第一管道和液流整流器连通，第一管道把流体脉动发生器的膨胀容器和液流整流器的压力容器相连接；第二管道，从液流整流器的压力容器的底部延伸出来进入加热装置，经过一个位于流体脉动发生器的压力容器里的第一热交换器，再经过一个位于流体脉动发生器的膨胀容器里的第二热交换器，返回到液流整流器的膨胀容器的顶部。
38．根据权利要求37所述的容积式液体系统，其特征在于，向第二管道配置一个蓄能器。
全文摘要
一种容积式流体系统,它包括一个压力容器,一个膨胀容器,分别和这两个容器连通的第一和第二管道,包含在系统内部的流体,在压力容器里产生压力的能源。第一管道具有设在压力容器里的第一开口、设在膨胀容器里的第二开口及在第一和第二开口间延伸出来的管道部分,第一和第二开口通过第一中间部分彼此连接。第二管道具有设在压力容器的底部的第三开口和设在膨胀容器内的第四开口,第一开口位于第三开口之上。
文档编号F04B19/24GK1232527SQ97198525
公开日1999年10月20日 申请日期1997年9月3日 优先权日1996年10月2日
发明者伊塔马尔·奥里恩 申请人:T·D·I·热动力以色列有限公司