專利名稱：流體泵的制作方法
本專利申請要求于2004年10月15日提交的臨時申請No.60/618,749的優先權，其全部內容以引用方式明確地包含在本文中。
美國專利No.4,698,973、4,938,117、4,947,731、5,806,403、6,505,538，美國臨時申請No.60/506,141和60/618,749，以及于2005年10月7日提交于USPTO作為接收局的名稱為"MULTI-CYLINDER RECIPROCATINGUNIFLOW ENGINE"的國際申請代理檔案號No.233-016PCT，這些相關申請也全部以引用方式包含在本文中。
背景技術：
所描述的實施方式涉及一種流體泵，更具體地，涉及使用于具有鍋爐和熱力發動機的熱系統中的流體泵。
熱力學中已知，熱力發動機需要工作流體自冷卻散熱器或發動機排放裝置循環到例如鍋爐等的熱源。流體泵用于此目的。
還如本領域公知的，通常用在這種熱系統中的蘭金循環(RankineCycle)需要相變，來將工作流體自散熱器或發動機排放裝置的低壓水平轉變成鍋爐的高壓水平。換句話說，在工作流體的低壓蒸汽被抽回到鍋爐的高壓水平中以進行再循環之前，其必須被冷卻成液體。在蘭金循環期間，然后，必須使用冷凝器旋管來冷卻發動機排放裝置之后的半飽和低壓蒸汽，使得所述蒸汽能夠相變到液態。所冷卻的液體隨后被抽回到高壓鍋爐中，以重新再次加熱到蒸汽態，因此需要從液體回到蒸汽的相變。需要大量的附加熱輸入來將此液體再次加熱和再次汽化成蒸汽，這引起循環熱效率中的大量損失。
發明內容
在一個實施方式中，提供一種流體泵(fluid pump)，其將流體自低壓狀態的所述流體的第一流體源移動到高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述流體泵包括室；分隔構件，其在所述室中可移位(displaceable)，以及將所述室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；所述第一子室具有開口，其可與所述第二流體源或第三流體源可控地連通(communicable)；所述第二子室具有入口開口和出口開口，其可分別與所述第一和第二流體源可控地連通；以及冷卻元件，其用于冷卻所述第一子室中的流體。
在另一個實施方式中，提供一種流體泵，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源移動到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述流體泵包括第一和第二室；第一分隔構件，其在所述第一室中可移位，以及將所述第一室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；第二分隔構件，其在所述第二室中可移位，以及將所述第二室分隔成可變體積的第三和第四子室；所述第一和第四子室中的每一個具有開口，其可與所述第二流體源或第三流體源可控地連通；所述第二和第三子室中的每一個具有入口開口和出口開口，其可分別與所述第一和第二流體源可控地連通；以及冷卻元件，其用于冷卻所述第一和第四子室中的流體，從而降低所述第一和第四子室中的流體壓力，并分別在所述第二和第三子室中產生吸力，以便將低壓流體從所述第一流體源分別吸入所述第二和第三子室；其中，所述第一流體源始終與所述第二和第三子室中的至少一個經由相應的入口開口而流體連通，由此使低壓流體基本不斷地自所述第一流體源吸出。
在另一個實施方式中，提供一種流體泵，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源移動到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述流體泵包括室，其可與所述第一和第二流體源可控地連通；鎖定元件，其用于使所述室一次僅僅與所述第一和第二流體源中的一個連通；以及抽吸元件，其用于在所述室中產生吸力，以及當所述鎖定元件將所述室與所述第一流體源連通且將所述室與所述第二流體源隔離時，將低壓流體從所述第一流體源吸入所述室；所述鎖定元件進一步用于將捕獲(trap)在所述室中的所吸入的低壓流體與所述第一流體源隔離，以及然后將所述室與所述第二流體源連通，從而使所捕獲的低壓流體移動到所述第二流體源。
在另一個實施方式中，提供一種系統，包括鍋爐，其用于供給高壓流體；發動機，其連接到所述鍋爐，依靠所述高壓流體運行，以及排放低壓狀態的所述流體；以及流體泵，其用于將低壓流體從所述發動機的排放裝置返回到所述鍋爐，所述流體泵包括室；分隔構件，其在所述室中可移位，以及將所述室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；所述第一子室具有開口，其可與所述鍋爐或另一個流體源可控地連通；所述第二子室具有入口開口和出口開口，其可分別與所述發動機排放裝置和所述鍋爐可控地連通；以及冷卻元件，其用于冷卻所述第一子室中的流體，從而降低所述第一子室中的流體壓力，并在所述第二子室中產生吸力，以將低壓流體從所述發動機排放裝置吸入所述第二子室，當所述出口開口打開時，低壓流體從所述第二子室進一步移動到所述鍋爐。
在另一個實施方式中，提供一種方法，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源抽送到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述方法包括以下步驟提供具有分隔構件的室，所述分隔構件在其中可移位，以及將所述室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；冷卻所述第一子室中的流體介質以降低所述第一室中的壓力，引起所述分隔構件移動來擴大所述第二子室，從而在所述第二子室中產生吸力；將所述第二子室與所述第一流體源連通，從而通過所產生的吸力將低壓流體吸入所述第二子室；使所述第二子室與所述第一流體源隔離，以及然后將所述第二子室與所述第二流體源連通，從而使所吸入的低壓流體移動到所述第二流體源且不發生相變。
所公開的實施方式的其它方面和優點，部分在下面的說明中陳述，以及部分從所述說明中顯而易見，或可以通過實踐所公開的實施方式來了解。利用所附權利要求中具體指出的手段和組合，也可實現和獲得所公開的實施方式的方面和優點。
在附圖的圖形中，通過示例而非限制性地說明了所描述的實施方式，其中具有相同標號指示的元件始終表示相同的元件，以及其中具有相同標號指示的元件表示相同的元件。
圖1為根據一個實施方式的熱系統的示意圖。
圖2為根據另一個實施方式的流體泵的示意圖。
圖3為根據另一個實施方式的流體泵的示意圖。
圖4A-4G為根據另一個實施方式的流體泵的橫截面圖。
圖5為根據另一個實施方式的流體泵的橫截面圖。
圖6為根據另一個實施方式的流體泵的橫截面圖。
圖7為根據另一個實施方式的流體泵的橫截面示意圖。
圖8為根據另一個實施方式的流體泵的橫截面示意圖。
詳細說明在下面詳細的說明中，出于解釋的目的，陳述了許多具體細節以提供對實施方式的全面理解。然而，很清楚，沒有這些具體細節，也可實施所述實施方式。在其它情況下，示意性地顯示公知的結構和設備以簡化附圖。
圖1為熱系統1000的示意圖，其中使用了根據所公開的實施方式的流體泵。在一個實施方式中的系統1000包括鍋爐1001、發動機1003和流體泵1007。
鍋爐1001為閉式容器，在一個實施方式中，工作流體在壓力下在其中加熱。受熱的工作流體的蒸汽或汽現在處于高壓狀態，然后循環離開鍋爐以在發動機1003中使用。在一個實施方式中，鍋爐1001的熱源1002可以為例如木材、煤、油、天然氣等任何類型礦物燃料的燃燒。在另一個實施方式中，熱源1002還可以為太陽能的、電的、原子核能的，等等。熱源1002可進一步為自例如汽車排放裝置或工廠煙囪等其它過程所排放的熱。
發動機1003是依靠受熱工作流體運行的類型。因而，發動機1003為熱力發動機，其例如經由輸出機構1006將受熱工作流體的能量轉變成有用功，所述輸出機構1006可以為曲柄軸或發電機等。受熱工作流體經由入口閥1004進入發動機1003，以及經由排放裝置或散熱器1005自發動機1003排出。在熱從鍋爐1001傳輸到散熱器1005的傳輸期間，一些熱通過輸出機構1006轉變成有用功。發動機1003的例子包括，但不局限于，在本說明書的開始部分所列舉的專利和申請中所公開的多汽缸單流式發動機，特別是美國專利No.5,806,403和6,505,538。
使用于所公開的實施方式中的工作流體可以為可用于熱力發動機中的任何類型的工作流體。例子包括，但不局限于，水、空氣、氫、氦。在一個實施例中，使用R-134作為工作流體。在另一個實施方式中，使用約212的氦。
提供流體泵1007，用于迫使處于低壓狀態的工作流體從散熱器1005移動回到處于高壓狀態的鍋爐1001。
如上所述，當使用蘭金循環時，冷凝器1008連接到散熱器1005的下游(圖1的虛線)，以便在將低壓工作流體從散熱器1005轉變到鍋爐1001的高壓水平之前執行相變。換句話說，在散熱器1005中的低壓工作蒸汽在被抽回到高壓鍋爐中以重新再次加熱到蒸汽態之前，在冷凝器1008中冷卻到液態。因此，需要大量的額外熱輸入將冷凝的液體再次加熱成蒸汽，這引起循環熱效率中的大量損失。
本文下面描述的實施方式的流體泵允許使用斯特林循環(StirlingCycle)，斯特林循環不需要相變。而是，允許發動機排放裝置即散熱器1005中的低壓流體半飽和蒸汽不經過相變，就通過流體泵1007轉變回到鍋爐1001的高壓，從而使工作流體的蒸汽能夠再次用于驅動發動機1001。因為這是由于回避上述相變而發生的，所以整個熱系統1000的熱力學效率顯著增加。根據本文下面描述的實施方式的流體泵1007包括斯特林循環裝置，其將在發動機排放裝置即散熱器1005中積聚的低壓流體蒸汽轉變回到鍋爐1001的高壓水平，而不存在低壓蒸汽到液體的相變。然而，應注意，所公開的實施方式的流體泵并不局限于僅僅抽送蒸汽；所公開的實施方式的流體泵可抽送通常存在于發動機排放裝置1005中的液體和/或液體和蒸汽的混合物。
圖2為根據一個實施方式的流體泵1007的示意圖。流體泵1007包括室2101，其由可移位的分隔構件2104分隔成兩個子室2102、2103。第一子室2102和第二子室2103經由可控開口與鍋爐1001連通，在一個實施方式中，所述可控開口通過出口閥2105關閉/打開。第二子室2103進一步經由另一個可控開口與散熱器或發動機排放裝置1005連通，在一個實施方式中，所述另一個可控開口通過入口閥2106關閉/打開。閥2105、2106受閥控制機構2107控制(圖2中的虛線)。流體泵1007還包括冷卻系統2008，其用于冷卻第一子室2102中的流體介質。
如下面更詳細地描述，在發動機排放裝置1005中的工作流體的低壓蒸汽被吸進第二子室2103。第二子室2103的體積隨著分隔構件2104的移位移動而擴大。在分隔構件2104的背部，來自鍋爐1001的高壓蒸汽已注入第一子室2102。所注入的高壓蒸汽然后被冷卻系統2108隔離和冷凝，這產生對分隔構件2104的抽吸，因此引起使低壓蒸汽自冷凝器的散熱器或發動機的排放裝置1005進入第二子室2103的抽吸作用。當第二子室2103充滿所抽吸的低壓蒸汽時，然后第二子室2103被隔離，并且在第二子室2103中的所抽吸的低壓蒸汽和在第一子室2102中的冷凝蒸汽都向鍋爐1001的高壓蒸汽開放。分隔構件2104兩邊的壓力相等，這允許分隔構件2104返回和壓縮第二子室2103。因此，自發動機排放裝置1005吸入第二子室2103的給定體積的低壓蒸汽被自鍋爐1001進入第二子室2103的相同體積的高壓蒸汽代替。因此，在給定體積的低壓蒸汽中的相當部分的工作流體被傳送到鍋爐1001的高壓蒸汽側。
應注意，流體泵1007的效率由下面的公式確定δ＝Q1/(Q1+Q2)其中δ＝效率，Q1＝用于將冷凝器散熱器或發動機排放裝置1005的給定質量的低壓蒸汽自其低壓升高到鍋爐1001的高壓所需要的熱量，以及Q2＝用于冷卻由第一子室2102所消耗的來自鍋爐1001的相等質量的高壓蒸汽所需要的熱量。在使用212的氦和斯特林循環的非限制性示例性實施方式中，效率按如下公式計算Q1＝Δh212°-h120°
Q2＝(d480psi/d150psi)×(Δh212°-h100°)δ＝Q1/(Q1+Q2)＝Δh212°-h120°÷[(d480psi/d150psi)×Δh212°-h100°+Δh212°-h120°]其中δ＝效率，Δh212°-h120°＝將給定質量的氦從150psi升高到480psi所需要的熱，Δh212°-h100°＝將相等質量的氦自480psi冷卻到100psi所消耗的熱，以及d480psi/d150psi＝480psi的氦密度與150psi的氦密度之比。
值得注意的是公知的高壓蒸汽特征，即當此蒸汽冷卻時，其體積減小。值得注意地，當所述蒸汽冷卻以及轉變到液態，那么其體積顯著減少。依賴于正使用的工作流體的類型以及其壓力和溫度，工作流體的液態體積可僅為其蒸汽體積的幾百分之一。
現在參照圖2描述流體泵1007的一個操作循環。假定循環始于出口閥2105的打開(入口閥2106保持關閉)，這允許來自鍋爐1001的高壓蒸汽充滿第一子室2102和第二子室2103。第一子室2102和第二子室2103中的壓力是相等的，因此，分隔構件2104呈現如圖2所示的其初始位置。
接下來，出口閥2105關閉，將適量的高壓蒸汽捕獲在第一子室2102中。冷卻系統2108充當冷凝器，其冷卻所捕獲的工作流體的蒸汽，以減少其體積，并且因而減少其壓力。在一個實施方式中，冷卻系統2108構造成將所捕獲的工作流體的蒸汽冷卻成液態，因此大大減少了其在第一子室2102中的體積，并且因而減少其壓力。因此，分隔構件2104由第一子室2102和第二子室2103之間的壓力差移動，以使第二子室2103的體積擴大，如圖2的箭頭A所示。隨后，第二子室的壓力由于其體積擴大而降低。
進一步地，入口閥2106打開，同時出口閥2105保持關閉。因為第二子室2103中的壓力由于其體積擴大而已被降低，因此在第二子室2103中產生抽吸力(suction force)，以將低壓蒸汽自發動機排放裝置1005吸入第二子室2103。應注意，盡管發動機排放裝置1005處的蒸汽被稱為“低壓蒸汽”，然而其壓力必須仍比膨脹的第二子室2103中的壓力高，以使流體泵1007正確運行。當入口閥2106隨后關閉時，適量低壓蒸汽被捕獲在第二子室2103中。
所述循環現在返回到起始步驟，即出口閥2105打開，同時保持入口閥2106關閉。此外，來自鍋爐1001的高壓蒸汽進入并充滿第一子室2102和第二子室2103。在第二子室2103，發生等體積交換，即捕獲體積的低壓蒸汽被來自鍋爐1001的相同體積的高壓蒸汽代替。如上所述，這種等體積交換使相當部分的所捕獲的低壓蒸汽向鍋爐1001移動。在第一子室2102，進入的高壓蒸汽給第一子室2102提供新充滿的高壓蒸汽用于下一個循環。分隔構件2104將由于壓力均化(pressure equalization)而向起始位置移動，如箭頭B所示。
現在應理解，由于工作流體自高壓蒸汽態冷卻到冷卻的液態所引起的第一子室2102的體積減少，是將冷凝器散熱器1005的低壓蒸汽吸入第二子室2103的驅動力，如上所述。
現在應進一步理解，自低壓冷凝器散熱器1005到第二子室2103的所吸入的體積，可通過上述的等體積交換轉換成高壓鍋爐壓力。
應注意，盡管在一些實施方式中，捕獲在第一子室2102的高壓蒸汽可以冷卻到液態，即經歷相變，然而捕獲在第二子室2103中的低壓蒸汽基本保持其蒸汽態，而不經歷相變。因此，工作流體可自發動機排放裝置1005被抽送到鍋爐1001，而不經歷汽到液相變，由此節省再次將冷卻的液體重新加熱成蒸汽所必需的額外的熱。在一些其它實施方式中，捕獲在第一子室2102中的高壓蒸汽(例如氦)也被冷卻而不經歷相變，在此情況下，在第一子室2102中的冷卻蒸汽以類似于捕獲在第二子室2103中的低壓蒸汽的方式傾卸到鍋爐1001。在一些其它實施方式中，使用R-134a作為工作流體，在第一子室2102中存在相變，以最大化第二子室2103中的抽吸。
應進一步注意，在上述循環系統中的閥2105、2106和閥控制機構2107像運河水閘(canal lock)的閉鎖系統那樣地工作。具體地，在低壓鎖緊閥(入口閥2106)打開并將負載(來自發動機排放裝置1005的低壓蒸汽)釋放到鎖緊室(第二子室2103)之前，高壓鎖緊閥(出口閥2105)關閉。然后，在低壓鎖緊閥(入口閥2106)關閉之后，高壓鎖緊閥(出口閥2105)打開，由此將捕獲在鎖緊室(第二子室2103)中的低壓蒸汽釋放到鍋爐1001。類似于運河水閘，低壓側(發動機排放裝置1005)和高壓側(鍋爐1001)總是彼此隔離的。
相比當使用蘭金循循環時的熱力學效率，使用根據上述實施方式的流體泵并且利用斯特林循環的整個熱系統1000的熱力學效率被顯著增加。所述系統的效率為 其中發動機1003的消耗為功輸出W，以及所需要的熱輸入為Q。在很具體的實施例中，氦用作工作流體以驅動發動機1003和流體泵1007，當其通過發動機并自例如480psi冷卻到約100psi時，體積減少量為2.482倍。這意味著，約2.5倍的更多體積必須被抽回到鍋爐1001，以保持由發動機1003所消耗的等效質量循環。這意味著，由分隔構件2104的移動所引起的體積位移，必須是來自鍋爐1001的用于發動機1003所消耗的體積的約2.5倍，以便將等量的蒸汽抽回到鍋爐1001。在一個實施方式中，在流體泵1007中冷凝器2108的冷卻介質為約57的水。所需要的溫度范圍為從212到約70，這意味著，壓力下降為從約480psi到約80psi。此溫度下降每沖程消耗180Btu/lbm。因此，將相等的質量自排放裝置散熱器1005抽送到鍋爐1001必需的總熱損失為180Btu/lbm×2.482或447Btus/lbs加上增加由發動機1003所消耗的熱量，即142Btu。補充所述損失必須增加的熱量為447Btu/lbs加上142Btu或需要的總熱輸入為589Btu/lbs。注意，發動機1003的熱損失為142Btu/lbm，若發動機的效率為85％以及流體泵的效率為85％，那么系統效率 為(142/589)×(0.85)×(0.85)或17.4％。
然而，若使用R-134a，那么當其自200500psi冷卻到80101psi時，體積減少量為7.09倍，這意味著，在壓力下降期間流體泵1007必須抽送超過7倍，以傳送由發動機1003使用的等量的質量。發動機1003的焓損失為約4.78Btu/lbm。驅動流體泵1007的熱損失為7.09×5.97Btu/lbm或42.327。若發動機的效率為85％，以及流體泵的效率為85％，那么對于R134a的系統效率 為(4.78/47.11)×(.85)×(.85)或7.33％。即使，若使用具有再生(即相變)的傳統蘭金循環，那么考慮到傳統的蘭金循環由于狀態自蒸汽改變到液態將受到至少80Btu的損失，因此其難于通過再生和熱輸入實現這種效率。若使用R-134a作為工作流體，傳統蘭金循環的80Btu損失與示例性流體泵的47.11損失相比，證明實現了80/47.11或170％更高效率的系統。
圖3為根據另一個實施方式的流體泵1007’的示意圖。流體泵1007’類似于圖2的流體泵1007，除了設置輔助鍋爐3001，以及現在單獨控制第一子室2102和第二子室2103的可控出口。
具體地，在圖3的流體泵1007’中，圖2的共同的出口閥2105由分別用于第一子室2102和第二子室2103的兩個出口閥21052和21053代替。第一子室2102經由出口閥21052與輔助鍋爐3001連通，以及第二子室210經由出口閥21053與鍋爐1001連通。閥，即進口閥2106和出口閥21052和21053，受閥控制機構2107控制。
盡管在圖3中顯示輔助鍋爐3001位于鍋爐1001內或作為鍋爐1001的一部分，然而輔助鍋爐3001可以為具有相同熱源1002或不同熱源的獨立鍋爐。流體介質通過輔助鍋爐3001的鍋爐旋管，在壓力下被加熱以及汽化。這種流體介質可以與由鍋爐1001加熱以及發動機1003依靠其運行的工作流體相同或不同。
在圖3所示的具體實施方式
中，輔助鍋爐3001為位于鍋爐1001內的鍋爐旋管，以及由相同的熱源1002加熱。因此，內旋管鍋爐3001將為驅動流體泵1007’的次內系統(minor inner system)(冷卻系統1008、第一子室2102)提供工作壓力。將此內旋管鍋爐3001定位于主鍋爐1001內，確保對于鍋爐1001的工作流體和輔助鍋爐3001的流體介質，工作溫度是相同的。在一個實施方式中，驅動次內系統的內旋管鍋爐3001中的壓力等于或大于主鍋爐1001中的工作流體的壓力。然而，不排除其它布置。
將用于第一子室2102和輔助鍋爐3001中的流體介質與用于鍋爐1001、第二子室2103和發動機1003中的工作流體分開的原因，是為了控制靈活性。具體地，(1)可構造/控制驅動發動機1003的主工作流體的參數，以便提供最佳的功率輸出能力，而(2)可獨立構造/控制驅動流體泵1007’的次內系統的流體介質的參數，以便提供具有最小的BTU損失的溫度參數間的最佳膨脹和收縮能力。
更具體地，可以選擇輔助鍋爐3001的流體介質，或者若其與鍋爐1001的工作流體相同，可以構造成具有與工作流體的那些參數不同的參數，如溫度和/或壓力等，以提供第一子室2102的期望的體積減少量，以及因此提供用于將低壓蒸汽自發動機排放裝置1005吸入第二子室2103的期望的抽吸力。在圖2的流體泵1007操作期間，若工作流體的至少一個參數改變，例如溫度和/或壓力，那么第一子室2102中工作流體的相同參數因此而改變，這可能是不希望的，因為導致產生過多或不足的抽吸力。然而，在圖3的流體泵1007’中，第一子室2102和輔助鍋爐3001中的流體介質的參數不需要響應鍋爐1001和發動機1003中的參數改變而改變，或可獨立于鍋爐1001和發動機1003的工作流體來進行控制，以確保在第二子室2103中總是可以獲得期望且足夠的抽吸力。
流體泵1007’的操作基本相似于流體泵1007，以及在此不再重復。只要注意到以下不同就足夠了，在圖2的流體泵1007中，當共同的出口閥2105打開時，第一子室2102和第二子室2103同時與鍋爐1001連通。然而，在圖3的流體泵1007’中，出口閥21052和21053可由控制機構2107控制，以便其間具有稍許延遲地打開，這允許調節第二子室2103的抽送作用和/或第一子室2102的冷卻作用。
將圖3的流體泵1007’中的第一子室出口閥21052和第二子室出口閥21053用共同的出口閥代替，例如圖2的流體泵1007的2105，落在本發明的范圍內。這種實施方式簡化了泵的結構，但是輔助鍋爐3001的流體介質和1001的工作流體將會混和，這在一些應用中可能是不期望的。
應注意，在上述的實施方式中，在入口閥2106關閉的操作循環中存在間隔。因此，在這種間隔期間，不從發動機排放裝置1005抽回低壓蒸汽。這可能是不期望的，特別是在例如以上列舉的專利和申請中所公開的多汽缸發動機中，其中總有一個汽缸處在下行沖程，以及將低壓蒸汽釋放到發動機排放裝置1005。因此，期望提供一種流體泵，其基本不斷地將低壓蒸汽自發動機排放裝置1005抽送到高壓水平的鍋爐1001。圖4A-4G顯示這種流體泵。
具體地，圖4A-4G為處于操作中的流體泵400的橫截面圖。流體泵400包括由虛中心軸401分開的兩個相似的一半。每一半相應于以上參照圖2所述的一個流體泵1007。換句話說，流體泵400包括協同工作的兩個相似的流體泵1007。
更具體地，如圖4A所示，流體泵400包括室402，其又包括兩個一半101、102。每一半101、102被可移動的分隔構件103、104分別分隔成第一子室105、第二子室107、第三子室108和第四子室106。由于相應的分隔構件103、104的移位，所述子室具有可變的體積。在此實施方式中，分隔構件103、104為隔板(diaphragm)，其固定在到室402的壁的相對的端4103A、4103B、4004A和4104B。分隔構件103、104相應于流體泵1007的分隔構件2104。容納水、空氣或任何其它合適的冷卻介質的多個管109、110布置在室402的相對兩側，以及與相應于流體泵1007的第一子室2102的第一子室105和第四子室106熱接觸。管109、110起冷卻系統或冷凝器2108的作用。第二子室107和第三子室108等效于流體泵1007的第二子室2103。
第二子室107、第三子室108的上部分具有可控的開口4107、4108，其由共同的入口閥111可選地打開/關閉。入口閥111包括閥體112，其在閥套4111內可滑動，以及具有橫截面減小的部分113。當橫截面減小的部分113與開口4107或4108對齊時，將打開所述開口，并使相應的第二子室107或第三子室108與發動機排放裝置1005連通。如可在圖4A-4G見到，開口4107、4108中的至少一個總是與發動機排放裝置1005流體連通，因此確保基本不斷地從發動機排放裝置1005抽送低壓蒸汽。入口閥111起到流體泵1007的入口閥2106的作用。閥體112進一步包括在其相對端的通孔118、119。本文下面參照其它附圖描述孔118、119。
第二子室107、第三子室108的下部分具有可控的開口4107’、4108’，其分別由出口閥121、122打開/關閉。各出口閥121、122包括閥體123、124，其在閥套4121、4122內可滑動，以及具有橫截面減小的部分125、126。當橫截面減小的部分125、126與相應的開口4107’、4108’對齊時，將打開所述開口，并使相應的第二子室107或第三子室108與鍋爐1001連通。出口閥121、122相應于流體泵1007的出口閥2105。閥體123、124進一步包括在其端部的通孔129、130。出口閥121、122每一個進一步包括回位彈簧131、132，所述回位彈簧131、132用于在其打開之后不久關閉出口閥。本文下面參照其它附圖描述孔129、130和彈簧131、132。
通過將相應分隔構件103、104的端部4103A、4104A定位在室402的壁上，來密封第一子室105、第四子室106的上部分。第一子室105、第四子室106的下部分具有可控的開口4105、4106，其分別由出口閥121、122打開/關閉。當橫截面減小的部分125、126與相應的開口4107’、4108’對齊時，還將與第一子室105、第四子室106的開口4105、4106對齊，以便使第一子室105、第二子室107與鍋爐1001以及使第四子室106、第三子室108與鍋爐1001同時連通。不排除其它的布置。
各分隔構件103、104由彈簧143、144連接到控制閥140，以便啟動控制閥140，本文將在下面對此進行描述。控制閥140包括閥體141，其在閥套4140內可滑動，以及具有橫截面減小的部分142。當橫截面減小的部分142位于穿過閥套4140延伸的第一導管154和第二導管155之一中時，將打開所述導管且關閉另一個。因此，一次僅僅打開第一導管154和第二導管155中的一個。
當控制閥140位于相應的打開位置，以及出口閥121、122位于關閉位置，使第一導管154、第二導管155與相應的孔129、130對齊時，第一導管154和第二導管155中的每一個使高壓水平的鍋爐1001連通到入口閥111的相對兩側114、115之一，這如圖4A所示。當閥體112的相應孔118或119通過入口閥111的移動與第一導管154或第二導管155對齊時，第一導管154、155進一步經由相應孔118、119，使高壓水平的鍋爐1001連通到出口閥121、122之一。在圖4A中，顯示第二導管155經由孔119，使高壓水平的鍋爐1001連通到出口閥122。
現在參照圖4A-4G來描述流體泵400的操作。應注意，最后的步驟，即步驟7(圖4G)，是返回到該循環的第一步驟，即步驟1(圖4A)。
步驟1
如圖4A所示，在室101和102與鍋爐1001之間的出口閥121和122關閉。入口閥111的橫截面減小的部分113使發動機排放裝置1005與第二子室107連通。第三子室108的開口4108由入口閥111關閉，以使發動機排放裝置1005與第三子室108斷開。在左側室101內，顯示隔板103向左伸展。隔板103右側的第二子室107的敞開體積充滿低壓蒸汽120，其自發動機排放裝置散熱器1005吸入。使用在左側流體泵室101的左壁中的水冷冷凝器系統109，將隔板103左側的第一子室105中的流體介質，在此情況下為鍋爐1001的工作流體，冷卻到其最低的期望體積。
應再次注意，在此具體的實施方式中，各閥111、121和122已設計成在其內部具有管道閥(canal valve)或通孔118、119、129和130，僅當相應的閥111、121和122移動到其關閉位置時，所述管道閥或通孔118、119、129和130才打開。對于彼此完全獨立的兩個出口閥121和122，情況如此。對于作為單個裝置一前一后地打開和關閉開口4107、4108的上部入口雙閥111，情況也是如此。當自鍋爐1001流向相應的氣動閥111、121、122時，遵循各第一導管154和第二導管155以及其管部分152、153、154、155、116和117的順序，就會理解，每一個管道閥或通孔118、119、129和130如何自鍋爐1001獲取高壓蒸汽，以打開/關閉相應的閥111、121和122。
現在參考圖4A，如上所述，出口閥121、122都關閉，同時其管道閥129、130打開。高壓蒸汽138被允許通過出口閥121的左側管道閥129，然后通過在所述設備中心處的由隔板啟動的控制閥140的左側開口。當左側隔板103向其左邊伸展時，此控制閥140較早地打開。
關于每一相應的室101和102，當上部串聯入口閥111的相應側打開時，每一出口閥121和122必須總是關閉的，這是因為自發動機排放裝置1005送入相應室即第二子室107和第三子室108的低壓蒸汽120必須捕獲在其內部，在該捕獲的體積能夠傾卸到高壓鍋爐1001之前。此外，應注意，在此所述的實施方式中的閥系統類似于運河水閘的閉鎖系統那樣地工作。
在圖4A中，由于上部入口閥111的左側(即開口4107)打開，因此，相應的管道閥118關閉。因此，引導通過入口閥111的第一導管154的部分151，不能接通鍋爐壓力138以打開鍋爐1001和第二子室107之間的下部左側出口閥121。
隔板103完全伸展到左邊，這允許第二子室107右邊的體積完全充滿來自發動機排放裝置散熱器1005的低壓蒸汽120。由于在隔板103左側(即，第一子室105)引起的抽吸，發生左側隔板103的該作用。具體地，來自鍋爐1001(或如下面在此所述的來自內旋管鍋爐237的雙流流體泵)所注入的熱工作流體，由水或空氣冷卻冷凝器109冷卻。注意，在上部串聯入口閥111處，在發動機排放裝置散熱器1005和第二子室107之間打開左側，這允許低壓蒸汽120自排放裝置散熱器1005流向第二子室107。
此外注意，當左側室101中的隔板103完全伸展到左邊時，其(通過彈簧143的連接)拉開在流體泵中心處的由隔板啟動的閥140。由于氣動出口閥121的管道開口129打開，以及第一導管154由控制閥140打開，因此上部入口閥111能夠接收來自鍋爐1001的增壓蒸汽138，其作用于上部入口閥111的左側114，這引起上部入口閥111向右滑動，因此關閉串聯入口閥111的左側(即開口4107)。這導致步驟2。
步驟2圖4B顯示鍋爐壓力138作用于上部入口閥111的左側114，迫使入口閥111向右滑動，所述鍋爐壓力138因此已打開右側(即第三子室108的開口4108)，以使發動機排放裝置1005與第三子室108連通，同時將左側室101的第二子室107與發動機排放裝置1005隔離。同時，下部兩個出口閥121和122保持關閉。在此位置，步驟1中自發動機排放裝置散熱器1005吸入的在第二子室107中的低壓蒸汽已被隔離。另一方面，右側室102的第三子室108現在自發動機排放裝置散熱器1005獲取低壓蒸汽120。早先，在隔板104右邊的第四子室106中的壓力等于或大于在第三子室108中的壓力。這允許隔板104返回到如圖4B所示的其自然、未伸展的位置。在右側室102的隔板104未顯示出可忽視地向右移動。當然，右側隔板104的伸展可以已開始，這是因為來自鍋爐1001或來自內旋管鍋爐237的較早注入的高壓蒸汽已開始冷卻。所述冷卻作用由位于右側室102外壁中的冷凝器器旋管110引起。
當鍋爐壓力138作用于出口閥121的端部分127時，打開下部左側出口閥121，鍋爐壓力是通過位于下部出口閥121處的管道閥129、經由由隔板啟動的閥140所打開的第一導管154、以及通過位于上部入口閥111處的管道閥118以及管部分151接通(access)的。這導致步驟3。
步驟3圖4C顯示下部左側出口閥121剛剛打開。下部出口閥121僅打開幾分鐘，剛好足以允許在隔板103的兩側，即在第一子室105和第二子室107中的壓力相等，使得隔板103可縮回到其自然的位置，并且使收集在第二子室107中的先前捕獲的來自發動機排放裝置1005的低壓蒸汽120與來自鍋爐1001的高壓蒸汽混和，從而迫使幾乎全部工作流體離開第二子室107進入鍋爐1001。當出口閥121打開時，下部左側出口閥121的管道端口或孔129立刻關閉。該作用將切斷使下部左側出口閥121維持在其打開位置的鍋爐壓力138。當在第一導管154中所捕獲的高壓138冷卻時，其體積減小，這允許在下部左側出口閥121中的回位彈簧131來關閉出口閥121。
當隔板103的兩側，即第一子室105和第二子室107中的壓力相等時，允許隔板103返回到其自然未伸展的位置，當在步驟2注入且捕獲在第四子室106中的鍋爐蒸汽由冷凝器110冷卻時，由于抽吸作用，右側室102的第三子室108充滿來自發動機排放裝置散熱器1005的低壓蒸汽120。
步驟4在圖4D中，右側室102中的隔板104拉動由隔板啟動的閥140，以打開第二導管155，這在右側室102中啟動與如上所述在左側室101中所發生的相同的操作。
步驟5在圖4E中，鍋爐高壓139現在通過出口閥122的管道130、由隔板啟動的控制閥140打開的第二導管155，而通到上部入口閥111的右側，將入口閥111向左推動，因此關閉右側(即，開口4108)，并打開發動機排放裝置散熱器1005和第二子室107之間的上部入口閥111的左側(即，開口4107)。
當鍋爐壓力139作用于出口閥122的端部分128時，出口閥122打開，鍋爐壓力139是通過位于下部出口閥122中的管道閥130、經由由隔板啟動的閥140所打開的第二導管155、以及通過位于上部入口閥111中的管道閥119以及管部分150接通的。這導致步驟6。
步驟6在圖4F中，出口閥122剛剛打開，使得第三子室108可將其所捕獲的低壓蒸汽傾卸到鍋爐1001中，所述低壓蒸汽在步驟4中來自發動機排放裝置散熱器1005以及在步驟5中捕獲。當隔板104每一側，即在第四子室106和第三子室108中的壓力相等時，右側隔板104移回到其自然的位置。當隔板104返回到其自然的位置時，在第三子室108中所收集的低壓蒸汽與鍋爐1001的高壓蒸汽混和，并傾卸到鍋爐1001中。出口閥122僅暫時打開，這一點如關于步驟3所述。
步驟7步驟7是返回步驟1。在圖4G中，當捕獲在第二導管155中的鍋爐蒸汽139冷卻并冷凝時，下部右側出口閥122關閉，所述第二導管155由隔板103啟動的控制閥140關閉，這允許彈簧132將出口閥122向左推動，并推到關閉位置。流體泵400現在返回其步驟1的位置，如圖4A示出。
總之，來自單流發動機排放裝置1005的低壓蒸汽120被流體泵400抽送到高壓鍋爐1001，而不經歷相變。此泵400使用通過冷卻流體介質的熱蒸汽以產生較小體積所驅動的抽吸裝置。此流體介質位于兩隔板103、104之后且接近冷卻旋管109、110的外部第一子室105和第四子室106中。隔板103、104之后的第一子室105、第四子室106中的冷卻流體介質的體積位移，引起低壓蒸汽120自發動機1003的排放裝置1005吸入流體泵400的相應第二子室107、第三子室108中。當所述流體介質(例如氦或R134a)冷卻且縮小到較小的體積時，將引起此抽吸，所述流體介質然后必須被傳送回鍋爐1001，在一個實施方式中其為液態體積。在第二子室107或第三子室108充滿低壓蒸汽120之后，所述低壓蒸汽接下來被隔離并傾卸到鍋爐1001中。
應注意，圖4A-4G的流體泵相應于關于圖2所述的單工作流體的實施方式。提供類似于流體泵400并相應于關于圖3所述的雙工作流體發動機的其它流體泵，是落在本發明的范圍內的。圖5示出了這種流體泵的實施例。
具體地，圖5為流體泵500的橫截面圖，其狀態類似于圖4F所示的流體泵400的步驟6。流體泵500類似于流體泵400，以及相同的標號表示相同的元件。流體泵400和流體泵500之間的主要差異包括內旋管機旋管(coiler coil)237以及出口閥121、122的橫截面減小的部分的結構。
具體地，內旋管機旋管237起著圖3的輔助鍋爐3001的作用。內旋管機旋管237的流體介質可以與鍋爐1001的工作流體相同或者不同。室402的內部結構現在包括伸長壁581和582，其將內旋管機旋管237的流體介質與鍋爐1001的工作流體隔離。開口233、234在伸長壁581、582中形成，以使內旋管機旋管237僅與第一子室105、第四子室106連通而不與第二子室107和第三子室108連通。所述伸長壁還將鍋爐1001與第一子室105和第四子室106隔離，這確保內旋管機旋管237的流體介質和1001的工作流體不會混和，進入“錯誤的”的子室。
此外，流體泵400的出口閥121、122的單個橫截面減小的部分125、126，已改變成每一個包括兩個橫截面減小的部分225a、225b和226a、226b。當橫截面減小的部分225a、226a與第一子室105、第四子室106的相應的下部開口對齊時，它將允許流體介質自內旋管機旋管237進入第一子室105、第四子室106，如圖5的雙頭箭頭Z所示。類似地，橫截面減小的部分225b、226b與第二子室107、第三子室108的相應的下部開口對齊時，它將允許工作流體自鍋爐1001進入第二子室107、第三子室108，如圖5中的單頭箭頭W所示。橫截面減小的部分225a、226a現在起著圖3的閥21052的作用，而橫截面減小的部分225b、226b相應于閥21053。
流體泵500的操作類似于流體泵400，以及這里將不再重復。注意到以下不同就足夠了，在類似于流體泵400的步驟3和6(圖4C和4F)的步驟中，代替關于流體泵400所述的鍋爐1001的工作流體，內旋管機旋管237的流體介質將進入第一子室105、第四子室106以給所述子室提供新充入的高壓蒸汽，并且使相鄰的第一子室105、第二子室107之間以及相鄰的第四子室106、第三子室108之間的壓力相等。
在一個實施方式中，自內旋管機旋管237進入第一子室105、第四子室106中的流體介質的新鮮的高壓蒸汽，可以處于比自鍋爐1001進入第二子室107、第三子室108中的工作流體更高的壓力之下。因此，當第一子室105、第四子室106膨脹且第二子室107、第三子室108收縮時，隔板103、104返回且越過中間位置。第二子室107、第三子室108的此體積收縮，將使更多質量的所捕獲的高壓蒸汽自第二子室107、第三子室108移向鍋爐1001。另外，由內旋管機旋管237所提供的更高壓力的流體介質，在適當冷卻時，將確保提供更大的抽吸力，以將更大量的低壓蒸汽自發動機排放裝置1005吸入到第二子室107、第三子室108中。
然而，提供工作壓力比鍋爐1001的工作流體低的流體介質，也落在本發明的范圍內，這取決于應用。
圖6為顯示根據另一個實施方式的流體泵600的橫截面圖。流體泵600在許多方面類似于流體泵400和500，除了以下方面隔板103、104現在被活塞303、304替代，增加了偏動彈簧601、602，以及冷凝器旋管現在在第一子室105、第四子室106而不是在室402的壁中延伸。提供包括少于所有三個以上所列舉的改變的流體泵，也落在本發明的范圍內。
活塞環661、662被設置，以將第一子室105與第二子室107以及第四子室106與第三子室108密封隔離。活塞303、304可以為自由活塞，這意味著，其移動僅由相鄰子室，即105、107和106、108之間的壓力差控制。在此布置中，活塞功能類似于隔板103、104。
然而，活塞303、304還可由偏動彈簧(biasing spring)601、602驅動或偏置。偏動彈簧601、602向所述設備的中心，即在壓縮第二子室107和第三子室108的方向上，偏置相應的活塞303、304。此布置具有的效果類似于以上對于流體泵500所述的超壓流體介質的效果，即，所偏置的活塞在類似于流體泵400的步驟3和6(圖4C和4F)的步驟中，進一步壓縮相應的第二子室107、第三子室108，以將更多質量的所捕獲的高壓蒸汽自相應的第二子室107、第三子室108移到鍋爐1001。在示例性地在圖6中示出的實施方式中，第三子室108的體積被彈簧602最大限度地壓縮，因此迫使若不是全部也是相當部分的工作流體蒸汽自第三子室108中排出且排入到鍋爐1001。因此，在關閉出口閥122后留在第三子室108中的任何殘余壓力將是最小的，以及在通過入口閥111打開第三子室108的上部開口4108時，殘余蒸汽流回冷凝器散熱器或發動機排放裝置1005的可能性顯著降低。
最后，將冷凝器旋管309、310布置在第一子室105、第四子室106中將增強冷卻效果。偏動彈簧601、602的存在也防止活塞303、304撞擊且隨后損壞冷凝器旋管309、310。
流體泵600的操作類似于流體泵400、500，以及在此不再重復。
應注意，可將流體泵600更改成對于冷卻子室，即第一子室105、第四子室106，以及對于抽送子室，即第二子室107、第三子室108，使用單獨的工作流體。
圖7為根據另一個實施方式的流體泵700的示意性橫截面圖。在流體泵700中，先前描述的氣動驅動的閥，例如111、121、122，被電驅動的閥711、721、722代替。此外，控制閥140和相聯系的第一導管154、第二導管155被省略，以及閥控制機構2107的功能由電子控制器799執行，電子控制器799被編程或硬連線以適當控制閥711、721、722的關閉/打開。
具體地，各閥711、721、722現在包括磁性可吸引的元件，例如781，所述磁性可吸引的元件安裝到其閥體，例如112。各閥進一步具有電磁線圈，例如782，其與磁性可吸引的元件782相互作用。流向線圈782的電流經由適當的布線，由控制器799控制。在回位彈簧例如4122、4121可省略的情況下，線圈782可吸引和排斥磁性可吸引的元件781。然而，若線圈72僅可吸引(或排斥)磁性可吸引的元件781，那么需要回位彈簧來使相應的閥返回其原來的位置。
盡管以上描述流體泵700中的閥711、721、722為磁驅動的，然而不排除所述閥為機械和/或電例如通過電動機驅動的其它布置。
上述控制閥的管道鎖(canal-lock)的原理還可應用于控制器799。具體地，控制器799被編程或硬連線，以從不同時打開第二子室107、第三子室108中每一個的入口閥和出口閥。此外，打開各閥的定時與相應的分隔構件或活塞303、304的位置同步。
例如，活塞303的最左位置用于流體泵700中，以觸發控制器709來相應地移動入口閥711，從而關閉第二子室107的上部開口，活塞303的最左位置相應于控制閥140的啟動以及流體泵400中的第二子室107的上部開口的隨后關閉(圖4A、4B)。為了此目的，電接觸開關792和相應的探針791分別設置于室402的壁和活塞303上。當探針791接觸處于活塞303的最左位置處的相應的電接觸開關792時，電接觸開關792被啟動，并通知控制器799該是關閉第二子室107的上部開口4107的時間。在另一個實施方式中，磁和/或光和/或機械啟動且位于活塞303最左位置附近的位置傳感器，可用作開關/探針裝置的替換。
在氣動閥121、122中，所述閥的關閉通過回位彈簧4121、4122來實現，所述回位彈簧4121、4122克服在相應第一導管154、第二導管155中捕獲并開始冷卻的工作流體的高壓。因此，所述閥的關閉定時依賴于工作流體的高壓蒸汽的參數以及所捕獲的工作流體蒸汽多么快地冷卻。這對氣動閥的操作引入了一些不確定性。相反，使用當打開相應的出口閥時開始計數的內部或外部定時器，控制器799能夠安排打開出口閥121、122的精確的時間周期。
如上所述，第一子室105和第二子室107的出口閥，以及第四子室106和第三子室108的出口閥，可被獨立地控制和驅動。這可在類似于流體泵700的流體泵中完成，其中出口閥711、722中的每一個僅關閉第二子室107、第三子室108的出口，以及增加另一個出口閥，其受控制器799的控制，以及僅關閉第一子室105、第四子室106的出口。因此，例如第一子室105和第二子室107的出口可以在不同的定時打開，而不是同時打開。例如，可首先打開第二子室107的出口閥721，以將大部分質量的所捕獲的低壓蒸汽傾卸到鍋爐1001中，然后第一子室105的獨立受控的出口閥(未顯示)被打開，以便通過來自鍋爐1001或內旋管機旋管237的高壓蒸汽的壓力作用加上偏動彈簧601的彈簧作用，來將相應活塞303推動到其最右位置，由此基本將來自第二子室107的全部工作流體排入到鍋爐1001中。第一子室105和第二子室107的出口閥的打開之間的延遲，可由控制器799容易地配置/控制/調整。
落在本發明的范圍內的是，提供一種具有多于兩個的相關聯的泵裝置(例如，以上關于流體泵400所述的101、102)的流體泵，每一個相應于圖2-3所示的結構之一。在多泵裝置的結構中，控制器799可被編程或硬連線以調整所有泵裝置的閥的關閉和打開，作為集中式的閥控制。
圖8為顯示根據另一個實施方式的流體泵800的緊湊結構的示意性橫截面圖。圖8的流體泵800類似于圖6的流體泵600，以及將入口閥111和出口閥121、122顯示為沿其軸向方向可見。如圖8可見，所述閥位于與相應子室的相應開口相鄰的位置，因此獲得緊湊結構。落在本發明的范圍內的是，以圖8所示的方式布置圖7的流體泵700的閥，以提供使用電子控制器的緊湊型流體泵(未顯示)。
盡管前述公開顯示了示例性實施方式，然而應注意，可在此進行多種改變和修改，而不脫離由所附權利要求所限定的所述實施方式的范圍。此外，盡管所述實施方式的元件以單個描述或要求，然而如果沒有明確規定限制為單個，也可考慮多個。
權利要求
1.一種流體泵，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源移動到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述流體泵包括室；分隔構件，其在所述室中可移位，以及將所述室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；所述第一子室具有開口，其可與所述第二流體源或第三流體源可控地連通；所述第二子室具有入口開口和出口開口，其可分別與所述第一和第二流體源可控地連通；以及冷卻元件，其用于冷卻所述第一子室中的流體。
2.如權利要求1所述的流體泵，其中所述泵為蒸汽泵，其利用斯特林循環來迫使所述流體的低壓蒸汽從所述第一流體源移動到所述第二流體源，且不經歷汽液相變。
3.如權利要求1所述的流體泵，其中所述冷卻元件可操作地冷卻所述第一子室中的流體，從而降低所述第一子室中的流體壓力，并引起所述分隔構件向所述第一子室移動以及在所述第二子室中產生吸力，以便當所述第二子室的所述入口開口可操作地打開時，將低壓流體從所述第一流體源吸入所述第二子室；以及當所述第二子室的所述入口開口可操作地關閉時，所述第二子室的所述出口開口可操作地打開，以便將低壓流體從所述第二子室移動到所述第二流體源。
4.如權利要求1所述的流體泵，其中所述分隔構件為隔板，其可通過所述子室之間的壓力差移動。
5.如權利要求1所述的流體泵，其中所述分隔構件是僅僅可通過所述子室之間的壓力差移動的自由活塞，或者是偏向所述第二子室的活塞。
6.如權利要求1所述的流體泵，其中所述第一子室的所述開口可與所述第二流體源連通；以及當所述第一子室的所述開口和所述第二子室的所述出口開口可操作地打開以及所述第二子室的所述入口開口可操作地關閉時，使所述子室中的流體壓力與所述第二流體源的流體壓力相等，從而使所述分隔構件向所述第二子室移動。
7.如權利要求1所述的流體泵，其中所述第一子室的所述開口可與第三流體源連通，所述第三流體源與所述第二流體源隔離；以及當所述第一子室的所述開口和所述第二子室的所述出口開口可操作地打開以及所述第二子室的所述入口開口可操作地關閉時，所述子室中的流體壓力之差使得所述分隔構件向所述第二子室移動。
8.如權利要求1所述的流體泵，進一步包括閥，所述閥可控地關閉和打開所述第二子室的所述入口開口和出口開口以及所述第一子室的所述開口。
9.如權利要求8所述的流體泵，其中所述閥中的至少一個由所述流體源中的至少一個的流體壓力所驅動。
10.如權利要求8所述的流體泵，其中所述閥中的至少一個獨立于所述流體源的流體壓力且以電、磁和機械方式中的至少一個方式驅動。
11.一種流體泵，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源移動到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述流體泵包括第一室和第二室；第一分隔構件，其在所述第一室中可移位，以及將所述第一室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；第二分隔構件，其在所述第二室中可移位，以及將所述第二室分成可變體積的第三子室和第四子室；所述第一子室和第四子室中的每一個具有開口，其可與所述第二流體源或第三流體源可控地連通；所述第二子室和第三子室中的每一個具有入口開口和出口開口，其可分別與所述第一和第二流體源可控地連通；以及冷卻元件，其用于冷卻所述第一和第四子室中的流體，從而降低所述第一和第四子室中的流體壓力，并分別在所述第二和第三子室中產生吸力，以便將低壓流體從所述第一流體源分別吸入所述第二和第三子室；以及其中，所述第一流體源經由相應的所述入口開口始終與所述第二和第三子室中的至少一個流體連通，由此基本不斷地將低壓流體從所述第一流體源吸出。
12.如權利要求11所述的流體泵，進一步包括入口閥，其可選地關閉所述第二和第三子室的所述入口開口；所述入口閥可在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置，所述入口閥打開所述第二子室的所述入口開口，并關閉所述第三子室的所述入口開口，在所述第二位置，所述入口閥關閉所述第二子室的所述入口開口，并打開所述第三子室的所述入口開口。
13.如權利要求12所述的流體泵，其中所述第一和第二分隔構件可操作地連接以控制所述入口閥，從而當所述第二和第三子室已分別擴展到預定體積時，分別關閉所述第二和第三子室的所述入口開口，該預定體積由所述第一和第二分隔構件分別向所述第一和第四子室的移位所界定。
14.如權利要求13所述的流體泵，其中所述入口閥可操作地連接以控制在所述第二和第三子室的所述出口開口處的出口閥，從而在所述第二和第三子室的相應的所述入口開口關閉之后，打開所述第二和第三子室的相應的所述出口閥。
15.如權利要求14所述的流體泵，進一步包括控制閥，其用于可選地關閉第一和第二導管，所述第一和第二導管將所述第二流體源連通到所述入口閥的相對的端；所述控制閥可操作地連接到所述分隔構件；當所述第二子室已擴展到所述預定體積時，所述控制閥可由所述第一分隔構件移動到第三位置，在所述第三位置，所述控制閥打開所述第一導管并關閉所述第二導管，從而使來自所述第二流體源的流體壓力僅僅通到所述入口閥的所述相對的端中的一端，以及因此使所述入口閥自所述第一位置移動到所述第二位置，以關閉所述第二子室的所述入口開口并打開所述第三子室的所述入口開口；以及當所述第三子室已擴展到所述預定體積時，所述控制閥可由所述第二分隔構件移動到第四位置，在所述第四位置，所述控制閥打開所述第二導管并關閉所述第一導管，從而使來自所述第二流體源的流體壓力僅僅通到所述入口閥的所述相對的端中的另一端，以及因此使所述入口閥自所述第二位置移動到所述第一位置，以關閉所述第三子室的所述入口開口并打開所述第二子室的所述入口開口。
16.如權利要求15所述的流體泵，其中當所述入口閥處于所述第二位置時，所述入口閥將所述第一導管連通到通向所述第二子室的所述出口閥的第三導管，從而經由所述控制閥、所述第一導管和所述第三導管接通所述第二流體源的流體壓力，以打開所述第二子室的所述出口閥，其依次又引起捕獲在所述第二子室中的低壓流體移動到所述第二流體源；以及當所述入口閥處于所述第一位置時，所述入口閥將所述第二導管連通到通向所述第三子室的所述出口閥的第四導管，從而經由所述控制閥、所述第二導管和所述第四導管接通所述第二流體源的流體壓力，以打開所述第三子室的所述出口閥，其依次又引起捕獲在所述第三子室中的低壓流體移動到所述第二流體源。
17.如權利要求16所述的流體泵，其中當所述第二子室的所述出口閥打開時，所述第一子室的所述開口也打開，從而使所述第一子室中的冷卻流體被新充入的處于更高溫度和/或壓力下的流體所代替，并引起所述第一分隔構件向所述第二子室移動；以及當所述第三子室的所述出口閥打開時，所述第四子室的所述開口也打開，從而使所述第四子室中的冷卻流體被新充入的處于更高溫度和/或壓力下的流體所代替，并引起所述第二分隔構件向所述第三子室移動。
18.如權利要求17所述的流體泵，進一步包括返回機構，其用于在預定的時間周期之后，關閉所述第二和第三子室的所述出口開口以及所述第一和第四子室的所述開口。
19.如權利要求18所述的流體泵，其中所述控制閥通過帶子連接到所述分隔構件，所述返回機構包括彈簧，以及所述入口閥和出口閥包括氣動驅動的閥。
20.如權利要求19所述的流體泵，其中所述第一和第二分隔構件為活塞，其被偏置以分別壓縮所述第二和第三子室。
21.如權利要求14所述的流體泵，進一步包括至少一個傳感器，其在檢測到所述第二和第三子室已擴展到所述預定體積時，可選地產生電信號；電子控制器，其連接以控制所述入口閥和所述出口閥，以及可操作地響應于所述信號以可選地關閉所述第二和第三子室的所述入口開口，從而將自所述第一流體源吸出的低壓流體捕獲在所述第二和第三子室中；以及定時器，其引起所述控制器在自關閉所述相應的入口開口時起已經過預定的時間之后，可選地打開所述第二子室或第三子室的所述出口開口，從而將所捕獲的低壓流體移動到所述第二流體源。
22.如權利要求21所述的流體泵，所述控制器進一步可操作以可選地打開所述第二和第四子室的所述開口，以便使在所述第一和第四子室中的冷卻流體被新充入的處于更高溫度和/或壓力下的流體所代替，并引起所述第一和第二分隔構件返回以分別壓縮所述第二和第三子室。
23.一種流體泵，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源移動到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述流體泵包括室，其可與所述第一和第二流體源可控地連通；鎖定裝置，其用于將所述室一次僅僅與所述第一和第二流體源中的一個連通；以及抽吸裝置，其用于當所述鎖定裝置將所述室與所述第一流體源連通且將所述室與所述第二流體源隔離時，在所述室中產生吸力，以及將低壓流體從所述第一流體源吸入所述室；所述鎖定裝置進一步用于將捕獲在所述室中的所吸入的低壓流體與所述第一流體源隔離，以及然后將所述室與所述第二流體源連通，從而使所捕獲的低壓流體移動到所述第二流體源。
24.一種系統，包括鍋爐，其用于提供高壓流體；發動機，其連接到所述鍋爐，依靠所述高壓流體運行，以及排放處于低壓狀態的所述流體；以及流體泵，其用于將低壓流體從所述發動機的排放裝置返回到所述鍋爐，所述流體泵包括室；分隔構件，其在所述室中可移位，以及將所述室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；所述第一子室具有開口，其可與所述鍋爐或其它流體源可控地連通；所述第二子室具有入口開口和出口開口，其可分別與所述發動機排放裝置和所述鍋爐可控地連通；以及冷卻元件，其用于冷卻所述第一子室中的流體，從而降低所述第一子室中的流體壓力，并在所述第二子室中產生吸力以將低壓流體從所述發動機排放裝置吸入所述第二子室，當所述出口開口打開時，所述低壓流體自所述第二子室進一步移動到所述鍋爐。
25.一種方法，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源抽送到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述方法包括下面的步驟提供具有分隔構件的室，所述分隔構件在其中可移位，以及將所述室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；冷卻所述第一子室中的流體介質以降低所述第一室中的壓力，引起所述分隔構件移動來使所述第二子室擴展，從而在所述第二子室中產生吸力；將所述第二子室與所述第一流體源連通，從而通過所產生的所述吸力將低壓流體吸入所述第二子室；將所述第二子室與所述第一流體源隔離，以及然后將所述第二子室與所述第二流體源連通，從而引起所吸入的低壓流體移動到所述第二流體源且沒有經歷相變。
26.如權利要求25所述的方法，進一步包括下面的步驟用新充入的處于更高溫度和/或壓力下的流體介質代替所述第一子室中的冷卻的流體介質，從而引起所述分隔構件移動以壓縮所述第二子室，并且為隨后的抽送循環做準備。
全文摘要
一種流體泵，其將流體自處于低壓狀態的所述流體的第一流體源移動到處于高壓狀態的所述流體的第二流體源，所述流體泵包括室；分隔構件，其在所述室中可移位，以及將所述室分隔成可變體積的第一子室和第二子室；所述第一子室具有開口，其可與所述第二流體源或第三流體源可控地連通；所述第二子室具有入口開口和出口開口，其可分別與所述第一和第二流體源可控地連通；以及冷卻元件，其用于冷卻所述第一子室中的流體。
文檔編號F04B17/05GK101084372SQ200580043100
公開日2007年12月5日 申請日期2005年10月14日 優先權日2004年10月15日
發明者巴里·伍茲·約翰斯頓 申請人:巴里·伍茲·約翰斯頓