液环系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及一种液环系统，包括壳体，适用于容纳液体；转子，安装在所述壳体内部，所述转子和所述壳体接合所述液体以形成液环，所述液环具有内部气体-液体表面，且所述转子具有多个气室，所述气室部分地由液环中的液体限定，且每个所述室的至少一个壁由所述液环的内部气体-液体表面的一部分构成；其中所述内部气体-液体表面的所述部分相对于所述转子的旋转轴进行径向的往复运动；至少一个所述室与至少一个与所述转子集成的正排量气体空间流体连通；多个气室流体连通，所述多个气室在流体连通的气室的最小气体体积之间具有相位差，所述相位差为0°至±180°之间，包括±180°；以及所述液体包括水、CO2、NH3、CH4、氟利昂、液态空气、熔融盐或熔融金属。

【技术实现步骤摘要】
本申请为国际申请号为201310567759.3、申请日为2013年11月14日、专利技术名称为“液环系统及其应用”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用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。
本专利技术大体上涉及用于例如热机、热泵以及变压吸附(pressure swing adsorption 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。
技术介绍
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。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。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(Stirling Engines)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。根据本专利技术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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。附图说明图1示出根据本专利技术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1(A)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。图2示出根据本专利技术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。图3示出根据本专利技术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。图4示出根据本专利技术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。图5示出根据本专利技术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。图6示出根据本专利技术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。图7示出根据本专利技术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I-I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。图8示出根据本专利技术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(A)示出侧视图，图8(B)示出沿K-K线的横截面图。图9示出根据本专利技术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(A)示出侧视图，图9(B)示出沿L-L线的横截面图。图10示出根据本专利技术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10(D)示出处于关闭位置的第二液体孔口阀的横截面图。具体实施方式为实现本专利技术的第一个目的，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。进一步，本专利技术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。本专利技术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。图1A至1C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液环系统，其包括：壳体；转子，其被安装在所述壳体内部；以及液环，其位于所述壳体内部并通过所述转子接合，所述液环包括液体并具有内部气体‑液体表面，并且所述转子具有由所述液环中的液体部分地限定的多个气室，并且每一个所述室中的至少一个壁包括所述液环的内部气体‑液体表面的一部分；其中所述内部气体‑液体表面的所述部分相对于所述转子的旋转轴进行径向的往复运动；至少一个所述室与至少一个正排量空间流体连通，所述正排量空间与所述转子集成或者至少部分由所述转子形成；并且多个气室与至少一个其他气室一连串地从室到室气体连通，在从室到室气体连通的气室的最小气体体积之间，所述多个气室具有相位差，所述相位差为0°至±180°之间，包括±180°。

【技术特征摘要】
2012.11.23 US 61/729,471;2013.03.15 US 13/844,5931.一种液环系统，其包括：
壳体；
转子，其被安装在所述壳体内部；以及
液环，其位于所述壳体内部并通过所述转子接合，所述液环包括液体
并具有内部气体-液体表面，并且所述转子具有由所述液环中的液体部分地
限定的多个气室，并且每一个所述室中的至少一个壁包括所述液环的内部
气体-液体表面的一部分；其中所述内部气体-液体表面的所述部分相对于
所述转子的旋转轴进行径向的往复运动；
至少一个所述室与至少一个正排量空间流体连通，所述正排量空间与
所述转子集成或者至少部分由所述转子形成；并且
多个气室与至少一个其他气室一连串地从室到室气体连通，在从室到
室气体连通的气室的最小气体体积之间，所述多个气室具有相位差，所述
相位差为0°至±180°之间，包括±180°。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述转子进行行星运动，且所述
转子的旋转轴绕所述液环的旋转轴运动，并且所述转子的泵频率独立于液
环速度而变化。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体容纳至少两个单独的液
环，其中液体密封的气室与至少一个其他液体密封的气室从室到室气体连
通。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述气室和/或相连通的气室之
间的连通件中的至少一个包括蓄热器，其中气体与(i)所述蓄热器和/或
(ii)至少一个换热器换热，且气体进一步与外部热源、内部热源、散热
器和/或分子筛换热。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述换热器包括位于所述壳体上

\t的外部热传递凸缘、位于所述室中的流体喷射喷嘴、用于在所述室中的流
体和气体之间热传递的热传导板，和/或用于在流体和气体之间热传递的金
属、橡胶或塑料膜。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述换热器包括所述金属、橡胶
或塑料膜，且所述金属、橡胶或塑料膜阻隔来自流体的蒸汽防止其污染气
体。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述系统作为斯特林装置运作，
且所述系统包括压缩室、连接至散热器的第一换热器、蓄热器、连接至热
源的第二换热器，以及膨胀室，其中当所述热源的温度高于所述散热器的
温度时所述斯特林装置作为热机运作，而当所述热源的温度低于所述散热
器的温度时所述斯特林装置作为热泵运作。
8.根据权利要求4所述的系统，其中所述从室到室气体连通包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·克鲁格尔，
申请(专利权)人：S·克鲁格尔，
类型：发明
国别省市：泰国;TH