CN102449304B - 利用压力瞬变传输流体的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用压力瞬变传输流体的设备，所述设备包括至少一个部分封闭的空间(201、301、501、601、606、701、1101、1201)；至少一个块体(202、302、502、602、607、702、1102、1202)，所述至少一个块体在所述至少一个部分封闭的空间中，其中所述至少一个块体相对于所述至少一个部分封闭的空间的内部可移动；至少一个开口(204、205、304、404、504、604、605、704、705、1104、1204)，所述至少一个开口在所述至少一个封闭的空间中，所述至少一个开口使得流体能够可选择地以进入和离开所述至少一个部分封闭的空间的方向流动；至少一个第一导管(211、311、411、511、513、611、711、1111、1211)和至少一个第二导管(212、312、412、512、514、612、712、1112、1212)，所述至少一个第一导管和所述至少一个第二导管与所述至少一个开口中的至少一个流体连通；至少一个第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)和至少一个第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)，所述至少一个第一储器和所述至少一个第二储器分别与所述至少一个第一导管和至少一个第二导管连接；至少一个第一机械单元(221、321、421、521、523、621、721、1121、1221)和至少一个第二机械单元(222、322、422、522、524、622、722、1122、1222)，所述至少一个第一机械单元和所述至少一个第二机械单元分别在所述至少一个第一导管和至少一个第二导管中；其中所述至少一个第一机械单元仅允许在所述至少一个第一导管中在从所述至少一个第一储器并朝向所述至少一个部分封闭的空间流动，并且所述至少一个第二机械单元仅允许在所述至少一个第二导管中以从所述至少一个部分封闭的空间并朝向所述至少一个第二储器的方向流动。本发明的特征还在于，通过至少一个带有非零动量的物体与所述至少一个块体碰撞产生至少一个正压力瞬变，其中所述至少一个正压力瞬变的至少一部分产生流体离开所述至少一个部分封闭的空间通过所述至少一个第二机械单元并且进入到所述至少一个第二储器中的流动，并且在所述至少一个部分封闭的空间中产生至少一个负压力瞬变，其中所述至少一个负压力瞬变，与在所述至少一个第一储器的至少一个与所述至少一个部分封闭的空间的至少一个之间所得到的至少一个静压头一起，引起流体离开所述至少一个第一储器通过所述至少一个第一机械单元并进入到所述至少一个部分封闭的空间中的流动。

Description

利用压力瞬变传输流体的设备
发明领域
本发明涉及通过权利要求1的前序部分中所述的设备进行流体传输。更具体地，本发明涉及利用压力瞬变传输流体的设备。此外，本发明描述了产生所述压力瞬变所需的能量捕获自海浪的示例性应用。因此，在这些应用中，所述设备作为用于捕获海浪中能量的设备运行。
背景
存在一类几乎被遗忘，或者出于实践原因而被忽略的用于传输流体的装置，所述装置利用通常为称为“水锤”的物理现象。这种类型的第一个装置由J.Whitehurst建造于1772年用于在啤酒厂中使用，并且被分类为“液压柱塞泵类”或仅为“柱塞泵类”。
“水锤”是一种当在管道中流动的流体由于例如关闭阀而遭遇突然的中断，从而导致流体运动以产生压力瞬变时出现的现象。然而，“柱塞泵”也利用相反的过程，即这里压力瞬变引起流体流动。该相反过程不是“水锤”现象的一部分，并且通常被忽略，导致几乎不存在关于此过程的理论知识。图1示例了现有技术“柱塞泵”，其中将流体的流通过“驱动管”传送，并且采用“溢流阀”以在“阀箱”内产生正压力瞬变。正压力瞬变随后引起流体的流动，所述流体的流动将所供给的流体的至少一部分传送至“储槽”。所传送的流体是与传送之前在“驱动管”中流动的流体相同的流体，并且“柱塞泵”因此为泵送装置，它利用小流体落差将所供给的流体的一部分提升至比流体的初始高度更高的高度。
如果与流体静态接触的块体经历足够突然的移动，则也出现“水锤”现象，因为归因于相对运动的对称性，这与通过阀的关闭引起正在流动的流体突然停止基本上相同。俄国科学家Nikolai Joukowsky列出了将压力瞬变与流体流动速度相关联的方程。该方程表达为：Γ＝ρcu，这里Γ是压力瞬变，ρ是流体的密度，c是流体中的声速并且u是流体流速。N.Joukowsky在对长钢管中的“水锤”现象进行了广泛实验之后，在1898年发表了这个方程，并因此它通常被称为Joukowsky方程。然而，德国科学家Johannesvon Kries基础他对动脉中血液流动的研究于1883年提出了相同的方程。
在工业泵送应用中，通常会观察到三种压力：静压、压力波和压力瞬变。
今天，在几乎所有的流体传输装置中使用静压，仅带有一个例外，即使用“柱塞泵”的应用。流体通过沿管道的静压梯度而传输，其中在该系统中安置了泵送装置。在泵送装置通常的稳态运行过程中，静压是恒定的，但是在泵启动直至达到稳态的过程中压力是随时间变化的。因此，在初始阶段泵送装置会产生压力波。在任何工业泵送应用中获得纯静压都是不可能的，这是因为在稳定状态运行中总有一些干扰。然而，为了保持接近稳定状态，应用了多种方法。
压力波不能产生流体的净传输，这是因为压力波仅在流体中产生振动，但没有净传输。压力波的一个实例是空气中的声波。注意，上面提到的干扰主要是压力波，并因此使用了不同的方法以最小化这些无价值的压力波的产生。
如果泵送装置由于泵的运行的一些故障而突然停止，则可能以与阀的突然关闭的情况相同的方式产生压力瞬变。
在许多工业应用中，″水锤″被认为是一种应该避免的危险现象，这是由于可能出现由压力瞬变产生的破裂性气穴。起初为正的压力瞬变Γ，可能由于与系统中一些固体表面相互作用而变为负的。如果局部压力和压力瞬变之和小于蒸气压，则形成含有蒸气的气穴。一段时间之后，气穴将崩裂(向内破裂)，即，当附近的压力再次升至高于蒸气压时。气穴壁从而朝向彼此快速流动，从而由于液体的低可压缩程度而对系统产生强烈的冲击。从每个崩裂的气穴散布开的冲击是重要的但是通常不合乎需要的特征，在应用如供水系统和液压泵中常常作为令人不安的巨大噪音而被听到。最严重的是，气穴的连续崩裂迅速地导致附近固体表面的损坏和侵蚀。总的来说，可以声称在“水锤”现象的过程中，所有的正压力瞬变都变为负压力瞬变，并且所有的负压力瞬变都产生了破裂性气穴。因此，对于积极地产生“水锤”现象用于工业应用，在本领域的专家中尚未被认为是可行的。
在工业应用中压力瞬变被避免，主要是因为，如在“水锤”现象的情况下，在系统中它们通常将导致破裂性气穴。积极地产生压力瞬变的许多原因的一个是如上所述压力瞬变可以是正的和负的两种，并且因此在具有一个或多个开口的部分封闭的空间中的压力瞬变可以引起在离开和进入该部分封闭的空间的方向上的流动。该结果从Joukowsky方程Γ＝ρcu是显而易见的，因此，当Γ为正时u为正(在离开部分封闭的空间的方向上流动)，并且当Γ为负时u为负(在进入部分封闭的空间的方向上流动)。以此方式，正和负压力瞬变两者都产生流动，从而抑制了归因于负压力瞬变的破裂性气穴。注意，仅有一部分的正压力瞬变产生流动，而另一部分由于上面提到的在系统中一些固体表面上的相互作用变为负压力瞬变。因为压力瞬变不会同时为负的和正的，这样的流入和流出原则上可以通过相同的开口发生。与现在使用一个开口用于流入以及一个开口用于流出的所有流体传输装置相比较，仅应用一个开口的可能性是所描述的设备重要的独特性。仅有的例外是具有一个更多的开口用于“溢流阀”的“柱塞泵”，因此“柱塞泵”具有三个开口。
“柱塞泵”如何避免通常在“水锤”现象的过程中出现的破裂性气穴？查看图1可以认识到，″驱动管″和″供给头″确保了将在“阀箱”内形成的任何破裂性气穴由来自“驱动管”的足够的流体流入终止。因此局部压力和压力瞬变之和由于该流入而未能变得小于蒸气压。换言之，根据Joukowsky方程，“阀箱”内的任何负压力瞬变产生负流动(进入“阀箱”的流动)。重要的是注意由“供给头”提供的静压头需要足够大，以使得所述流入变得足以避免任何破裂性气穴。
什么是压力瞬变？存在许多产生静压或压力波的方法，但是仅有几种已知的出现压力瞬变的情形。最知名的出现压力瞬变的情况是在“水锤”现象的过程中。压力瞬变是类似于压力波与时间相关的传播现象，但是与压力波不同的是，根据Joukowsky方程流体可以由压力瞬变传输。
为弄清楚什么是压力瞬变，需要知道更多有关流体中压力的概念。在微观层面，压力是流体中的粒子热运动的结果，并且可以将压力解释为流体中的能量密度。然而，在宏观层面，压力更通常被认为是流体在块体上施加力的能力。液压缸内的压力p可以推动活塞(块体)的力F由F＝Ap给出，其中A是活塞与液压缸中的流体接触的表面的尺寸。因此，在液压缸内产生压力p的一般方法是用力F作用于活塞(块体)上以获得由p＝F/A给出的压力。以此方式，可以通过恒力产生静压，并且通过利用与时间相关的振荡力获得压力波。
据我们所知，压力瞬变仅能通过碰撞过程产生。在突然关闭阀之后，在时间间隔Δt的过程中，管道(横截面为σ)中流体流动的动量消失，并且由于动量的转化，在此时间间隔Δt内必然产生某事物。为了探明发生了什么，可以进行N.Joukowsky的工作。可以将牛顿第二定律写成动量形式FΔt＝Δ(mu)，这里F是力，Δt是时间间隔并且Δ(mu)是质量为m并且速度为u的块体的动量变化。应用压力瞬变可以表达为Γ＝F/σ，可以写出ΓσΔt＝ρuV＝ρuσL＝ρuσcΔt，这里σ是管道的横截面，Δt是动量ρu消失过程的时间间隔，V＝σL是流体(密度ρ)动量消失部分的体积V，并且L是压力瞬变Γ在时间间隔Δt内以声速c传播的长度。因此，获得Joukowsky方程Γ＝ρcu。
可以主张在通常静压p的情况下压力瞬变Γ是由力F产生的，因为采用了关系式Γ＝F/σ。然而，换言之，在碰撞过程中出现力，并且产生这样的力的唯一方式是进行碰撞。如上所述，压力瞬变可以由经历足够突然移动的块体(它与流体静态接触)产生。现在可以更确切地指明为了获得压力瞬变需要什么类型的移动。所述块体的移动必须通过碰撞过程产生。碰撞过程可以用物体(具有非零动量)与所述块体碰撞获得。更确切地，碰撞过程是这样的事件：其中在时间τ所述物体开始运动，并且与所述块体在稍后的时间τ+T碰撞之前获得非零动量(在时间间隔T内)。
在恒定的层流过程中，沿长度L的管道的压力损失p由Hagen-Poiseuille方程p＝32μLu/d2给出，这里μ是粘滞系数，并且u是流体流速。带入管道的横截面σ＝πd2/4，Hagen-Poiseuille方程可以写为p＝8πμLu/σ。因此，普通的泵送装置必须产生等于压力损失p的静压，以便保持管道中的流体流速u。在涡流的情况下，如果引入经验摩擦系数f，可以用Darcy-Weisbach方程p＝2fLρu2/d估算压力损失，并且通常用穆迪图(Moodydiagrams)说明摩擦系数f与雷诺数(Reynolds number)的相关性。重要的是，应注意在Hagen-Poiseuille和Darcy-Weisbach两个方程中流速u与压力p之间的关系都和用Joukowsky方程Γ＝ρcu获得的关系不同，因此在压力p和压力瞬变Γ如何可以产生流体流速u上存在根本上的不同。
图8展示了现有技术的活塞泵，其中活塞与机械连接，但是由该机械带来的活塞的机械运动不能在液压缸内产生压力瞬变。
图9中也显示了现有技术的活塞泵，但是现在活塞由在室内膨胀的流体推动。该室可以是燃烧室，并且膨胀的流体可以是某种化石燃料，并且再一次地，在液压缸中不能产生压力瞬变。图10描述了现有技术的活塞泵，其中在室内膨胀的流体推动膜并从而将流体传输到液压缸之外。这种现有技术的活塞泵也公开在US 3.586.461中。然而，膜的运动在液压缸中不产生压力瞬变。
图8-10中显示的以及US3.586.461中公开的所有现有技术的泵都具有一个共同点。它们不能产生压力瞬变，因为它们的运行不包括任何碰撞过程。因此，所描述的设备为此采用了与活塞碰撞的重物以便在液压缸中获得压力瞬变。
本发明解决的问题
基于已知现有技术的状态，本发明的目的是通过利用压力瞬变提供坚固而高效的用于传输流体的设备，并且其中消除了为产生所述压力瞬变而对“溢流阀”和“驱动管”(图1)的需要。
本发明的一个目标是提供用于传输流体的设备，所述设备在许多基本方面都是新的。该设备产生与使用普通泵所得到流动不同的脉动流体流动，但是在一定程度上类似于“柱塞泵”的流。“柱塞泵”和所描述的设备都利用压力瞬变传输流体。然而，“柱塞泵”通过打开和关闭“溢流阀”产生这些瞬变，而所描述的本发明的设备利用至少一个块体(活塞)的突然运动来产生这样的压力瞬变。所述运动必须足够突然的，并且在所述设备中，这通过至少一个物体(锤)与所述块体(活塞)碰撞获得。
发明概述
根据本发明，所述目的通过如介绍中所述用于流体传输的设备实现，并且具有独立权利要求1中所述特性。余下的从属权利要求中陈述了本发明的有益实施方案。
更具体地，本发明涉及一种利用压力瞬变传输流体的设备，所述设备包括：至少一个部分封闭的空间；至少一个块体，所述至少一个块体在所述至少一个部分封闭的空间中，其中所述至少一个块体相对于所述至少一个部分封闭的空间的内部可移动；至少一个开口，所述至少一个开口在所述至少一个封闭的空间中，所述至少一个开口允许流体可选择地以进入和离开所述至少一个部分封闭的空间的方向流动；至少一个第一导管和至少一个第二导管，所述至少一个第一导管和至少一个第二导管与所述至少一个开口中的至少一个流体连通；至少一个第一储器和至少一个第二储器，所述至少一个第一储器和至少一个第二储器分别与所述至少一个第一导管和至少一个第二导管连接；至少一个第一机械单元和至少一个第二机械单元，所述至少一个第一机械单元和至少一个第二机械单元分别在所述至少一个第一导管和至少一个第二导管中，其中所述至少一个第一机械单元仅允许所述至少一个第一导管中从所述至少一个第一储器朝向所述至少一个部分封闭的空间的流动，并且所述至少一个第二机械单元仅允许所述至少一个第二导管中从所述至少一个部分封闭的空间朝向所述至少一个第二储器的方向上的流动。
本发明的特种还在于，至少一个正压力瞬变在所述至少一个部分封闭的空间中通过至少一个具有非零动量的物体与所述至少一个块体碰撞产生，其中所述至少一个正压力瞬变的至少一部分引起流体离开所述至少一个部分封闭的空间，通过所述至少一个第二机械单元并进入所述至少一个第二储器的流动；并且至少一个负压力瞬变是在所述至少一个部分封闭的空间中产生的，其中所述至少一个负压力瞬变，和在所述至少一个第一储器的至少一个与所述至少一个部分封闭的空间的至少一个之间得到的至少一个静压头一起，引起流体离开所述至少一个第一储器，通过所述至少一个第一机械单元并进入所述至少一个部分封闭的空间的流动。
本发明一个有益实施方案是通过确保足够的流体流入所述一个或多个部分封闭的空间中以终止在所述部分封闭的空间中出现的任何破裂性气穴。优选地，这是通过以下方法获得的：设置所述一个或多个第一储器中的至少一个带有在所述至少一个部分封闭的空间的至少一个之间和所述至少一个第一储器的至少一个之间的足够静压头，以使得所述足够的流体流从所述一个或多个第一储器中的至少一个出来。
优选地，所述一个或多个部分封闭的空间中的至少一个和一个或多个所述块体中的至少一个分别为液压缸和活塞。
另一个有益实施方案是设置至少一个填充有液体和气体混合物的室，其中一个或多个第三导管与一个或多个所述室的填充液体的部分连接。所述一个或多个第三导管通过所述一个或多个第二机械单元与所述一个或多个部分封闭的空间流体连通。优选地，在一个或多个所述室内设置适用于分离气体和液体的至少一个膜。所述一个或多个室可以是例如任何类型的压力罐和/或液压蓄能器。
所述第一和第二机械单元有益地为特定类型的阀，如：单向阀，止回阀，限流止回阀，节流止回阀，限流单向阀或/和节流单向阀。
此外，所述导管优选由管道组成，例如，由不锈钢和/或塑料制成的管道。
作为上述实施方案的备选方案，本发明的设备可以用于一个或多个热交换系统，如加热或冷却系统。这可以通过以下方法实现：将所述一个或多个第一储器中的至少一个与所述一个或多个第二储器中的至少一个合并，从而获得至少一个共用储器，同时存在进入和离开所述储器的流体。
使用上述实施方案中一个或多个的另一个可能应用是采用所述至少一个第二储器中的至少一个作为水力储器。此外，在一些其他应用中，可以将所述一个或多个储器中的至少一个用压力罐代替，并且所述一个或多个压力罐中的至少一个可以与一个或多个水力涡轮连接。
另一个可能应用是使用该设备作为如上面描述的以及如权利要求1-8所述的设备作为能量转换系统，其中所述一个或多个物体中的至少一个与至少一个波动捕获系统连接。
已经连接所述波动捕获系统，并从而适用于捕获波动中能量的一个设备，具有一个或多个与一个或多个浮子连接的物体，所述浮子可以随波而动。之后，所述运动产生所述一个或多个物体的移动，从而在所述一个或多个物体与所述一个或多个所述块体碰撞之前给所述所述一个或多个物体带来非零动量。
所述一个或多个物体优选通过一个或多个通过滑轮运动的绳与一个或多个浮子连接，其中至少一个滑轮锚定到至少一个沉子，并且其它滑轮中的至少一个与固定结构物连接。
在另一个带有所述波动捕获系统，并从而适用于捕获波动中能量的备选设备中，所述一个或多个物体与至少一个可以随波而动的壁连接，并且所述至少一个壁的运动引起所述一个或多个物体的移动，并且从而在所述一个或多个物体与所述一个或多个块体中的至少一个碰撞之前使所述一个或多个物体获得非零动量。
优选将在后面描述的设备中的一个或多个所述物体用至少一个通过一个或多个滑轮运动的绳与所述壁连接，所述滑轮与固定结构物连接，并且其中所述一个或多个壁锚定到带有一个或多个接头的至少一个沉子。
本发明的设备可以使用已知部件制造，并且本发明既不以任何方式受限于部件如所述一个或多个物体的制造过程中材料的选择，也不以任何方式受限于所述一个或多个物体如何朝向和远离所述一个或多个活塞移动。然而，实现所述一个或多个物体这种移动的一种可能的方法是施加如上所述的海浪。海浪是一种自然界中的周期或者拟周期现象，它可以含有大量的能量。因此当所述至少一个第二储器中的至少一个是水力储器时，所述设备可以构成如上所述的海浪能量转换系统。更具体地，本发明的设备可以用作所述一个或多个海浪能量转换系统，其中所述一个或多个物体构成一个或多个海浪捕获系统的一部分。这样的设备允许海浪动力概念的构建，其中一个或多个所述海浪捕获系统和一个或多个所述海浪能量转换系统是完全分离的。这个海浪动力概念很可能带来与现有技术相比更直接的解决方案。对于海浪捕获系统，可以使用无论是现有技术或是新的创新解决方案以确保一个或多个物体归因于海浪的移动。
附图简述
图1说明了现有技术的“柱塞泵”，其中流体的流动通过“驱动管”放出，并且采用“溢流阀”在“阀箱”内产生压力瞬变。
图2显示本发明设备一个可能的实施方案，其中除了储器以外，还采用导管和止回阀、液压缸、物体和活塞，以产生足够的压力瞬变以将流体从一个储器传递到另一个储器中。
图3概述本发明设备的另一个实施方案，其中液压缸仅有一个共用开口。
图4说明了本发明设备的另一个实施方案，其中仅有一个储器，并且第一和第二导管都与所述储器连接。
图5显示了本发明设备的另一个实施方案，其中仅用一个液压缸进行两种流体传输应用。
图6描绘了本发明设备的另一个实施方案，其中采用两个液压缸以进行流体传输应用。
图7说明了本发明设备的另一个实施方案，其中在通向第二储器的第二导管上安装有另外的室。
图8显示了现有技术活塞泵的一个实施方案。
图9描绘了现有技术活塞泵的一个实施方案。
图10说明了现有技术排代泵的一个实施方案。
图11显示了本发明的设备为了捕获海浪波动中的能量的应用，其中利用漂浮在海洋中的浮子。
图12描绘了本发明设备为了捕获海浪中的能量的应用，其中利用了部分浸没在海洋中的壁。
发明详述
将参照附图对本发明进行公开，其中：
图2显示了本发明设备的一个可能的实施方案，所述设备包括带有以下部件的系统：液压缸201，所述液压缸201带有第一和第二开口204、205；活塞202；第一和第二管道211、212，所述第一和第二管道211、212分别与所述第一和第二开口204、205连接；第一和第二储器231、232，所述第一和第二储器231、232与所述第一和第二管道211、212连接；第一和第二止回阀221、222，所述第一和第二止回阀221、222分别在第一和第二管道211、212中；以及物体208，所述物体208可以与活塞202碰撞。第一止回阀221仅允许流体以从第一储器231朝向液压缸201的方向流动，而第二止回阀222仅允许流体以从液压缸201朝向第二储器232的方向流动。
第二储器232与液压缸201之间的总压头，即静压头和摩擦压头之和大于第一储器231与液压缸201之间的总压头，即静压头加摩擦压头。注意，即使总压头差异逆转，在第一储器231与液压缸201之间的静压头也可能大于第二储器232与液压缸201之间的静压头。这将是第二储器232与液压缸201之间的摩擦压头最大时的情况。
物体208与活塞202的末端碰撞，并且由碰撞所引起的活塞202的突然移动在液压缸201中产生正压力瞬变，这再次产生流体以从液压缸201通过第二止回阀222并朝向第二储器232的方向流动。第一和第二止回阀221、222由于它们单向的方向特性确保正压力瞬变仅产生在上述方向上的流动。
一部分正压力瞬变可能没有转换为流体流动。反之这部分将与设备内的固体表面相互作用，从而在液压缸201内将该部分正压力瞬变转变为负压力瞬变。负压力瞬变产生从第一储器231通过第一止回阀221并朝向液压缸201方向上的流体流。第一和第二止回阀221、222由于阀221，222的单向方向特性确保负压力瞬变仅产生在上述方向上的流动。注意，在第一储器231和液压缸201之间的静压头也对与上述流体流动的产生做出贡献。
图3描绘了本发明设备的一个可能的实施方案，该设备包括带有以下部件的系统：液压缸301，所述液压缸301带有一个开口304；活塞302；第一和第二管道311、312，所述第一和第二管道311、312都与第三导管310连接，所述第三导管310还连接到开口304；第一和第二储器331、332，所述第一和第二储器331、332分别与第一和第二管道311、312连接；第一和第二止回阀321、322，所述第一和第二止回阀321、322分别设置在第一和第二导管311、312中；以及物体308，所述物体308可以与活塞302碰撞。第一止回阀321仅允许流体以从第一储器331朝向液压缸301的方向流动，而第二止回阀322仅允许流体以从液压缸301朝向第二储器332的方向流动。
在此实施方案中，液压缸仅具有一个开口304，所述开口304与第三导管310连接。第一和第二导管311、312在它们的一端处与第三导管310连接，并且在它们相反的一端分别与第一和第二储器331、332连接。在图3中所示并在此描述的实施方案中，在液压缸301中可以仅使用一个开口304，这是因为正和负压力瞬变不在液压缸301中同时出现，因此允许流体通过同一开口304选择性地流入或流出液压缸301。此外，压力瞬变不具有如图2中所述通过不同开口产生流的可能性，从而相对于前面提及的实施方案提高了效率。
图4示例了本发明的一个备选实施方案，该设备包括带有以下部件的系统：液压缸401，所述液压缸401带有一个开口404；活塞402；第一和第二管道411、412，所述第一和第二管道411、412都与第三导管410连接，所述第三导管410还连接到开口404；第一和第二储器431、432，所述第一和第二储器431、432分别与第一和第二管道411、412连接；第一和第二止回阀421、422，所述第一和第二止回阀421、422分别设置在第一和第二导管411、412中；以及物体408，所述物体408可以与活塞402碰撞。第一止回阀421仅允许流体以从第一储器431朝向液压缸401的方向流动，而第二止回阀422仅允许流体以从液压缸401朝向第二储器432的方向流动。此外，在该实施方案中，将第一储器431和第二储器432合并构成一个共用储器430。
该实施方案仅具有一个共用储器430，其中同时连接了第一和第二导管411、412。这样的实施方案当用作热交换系统如加热或冷却系统时是有利的。后一应用的一个实例是在储器430中储存热或冷流体，使用第一和第二导管411、412作为对于周围环境的气候分配器。
图5显示了本发明设备一个可能的实施方案，该设备包括带有以下部件的系统：液压缸501，所述液压缸501带有一个开口504；活塞502；一个第一和第二管道511、512，所述第一和第二管道511、512与一个第三导管515连接，所述第三导管515还连接到第四导管510，所述第四导管510还连接到开口504；一个第一和第二储器531、532，所述第一和第二储器531、532分别与第一和第二管道511、512连接；第一和第二止回阀521、522，所述第一和第二止回阀521、522分别设置在第一和第二导管511、512中；一个另外的第一和第二管道513、514，所述第一和第二管道513、514与一个另外的第三导管516连接，所述另外的第三导管516还连接到第四导管510；一个另外的第一和第二储器533、534，所述第一和第二储器533、534分别与另外的第一和第二管道513、514连接；一个另外的第一和第二止回阀523、524，所述第一和第二止回阀523、524分别在另外的第一和第二管道513、514中；以及物体508，所述物体508可以与活塞502碰撞。此外，在此实施方案中，将第一储器531和第二储器532合并构成一个共用储器530。
所述第一止回阀中的一个521仅允许流体以从第一储器531朝向液压缸501的方向流动，而所述第二止回阀中的一个522仅允许流体以从液压缸501朝向第二储器532的方向流动。所述另外的第一止回阀的另一个523仅允许流体以从所述另外的第一储器533朝向液压缸501的方向流动，而所述另外的第二止回阀524仅允许流体以从液压缸501朝向所述另外的第二储器534的方向流动。
图5中所示的实施方案能够仅使用一个液压缸501实现图3和4中所示实施方案的全部功能。此外，如果用其他种类的阀如限流止回阀或节流止回阀代替止回阀521、522、523、524，可以更精确地调节从液压缸501到每个流体传输应用的流动能量。
图6描绘了本发明设备一个可能的实施方案，该设备包括带有以下部件的系统：第一液压缸601，所述第一液压缸601带有一个开口604；第二液压缸606，所述第二液压缸606带有一个开口605；第一和第二活塞602、607；第一和第二管道611、612，所述第一和第二管道611、612都与第三导管610连接，所述第三导管610还连接到第四导管613和第五导管614；第一和第二储器631、632，所述第一和第二储器631、632分别与第一和第二管道611、612连接；第一和第二止回阀621、622，所述第一和第二止回阀621、622分别在第一和第二导管611、612中；物体608，所述物体608可以与活塞602、607碰撞，其中第四导管613和第五导管614分别与第一和第二开口604、605连接。第一止回阀611仅允许流体以从第一储器631朝向第一和第二液压缸601、606的方向流动，而第二止回阀632仅允许流体以从第一和第二液压缸601、606朝向第二储器632的方向流动。
该实施方案应用两个液压缸601、606进行一个流体传输应用。因此本发明的设备不限于对于每个流体传输应用仅用一个液压缸。此外，如上面描述过的，一个液压缸不限于仅进行一个流体传输应用。
图7说明了本发明设备的另一个实施方案，该设备包括带有以下部件的系统：液压缸701，所述液压缸701具有第一和第二开口704、705；活塞702；第一和第二管道711、712，所述第一和第二管道711、712分别与第一和第二开口704、705连接；第一和第二储器731、732，所述第一和第二储器731、732分别与第一和第二管道711、711连接；第一和第二止回阀721、722，所述第一和第二止回阀721、722分别在第一和第二管道711、712中；室740，所述室740通过第三导管713与第二止回阀722和第二储器732之间的第二导管712连接；以及物体708，所述物体708可以与活塞702碰撞。第一止回阀721仅允许流体以从第一储器731朝向液压缸701的方向流动，而第二止回阀722仅允许流体以从液压缸701朝向第二储器732和/或室740的方向流动。
室740可以是压力罐或液压蓄能器，并因此部分或全部的通过第二止回阀722流动的流体能够入室740中。室740优选同时填充有液体和气体，并且只有填充液体的部分与第三导管713连接。液体和气体可以通过边界如在液压蓄能器的情况下的膜分隔。这样的实施方案减少了流体在第二导管712中流动的阻力，因为室740中的气体在流体从第三导管713流入的过程中压缩，并且因此流体能够比流入第二储器732中更容易地流入740中。气体当通过第二止回阀722的流体流动停止并且进入室740的流动中断时开始减压。作为气体减压的结果，流体开始通过第三导管713流出室740，其中单向的第二止回阀722确保流体从室740流入第二储器732中。
这样设置的效果导致每一次碰撞有更多的流体传送到第二储器732。这再次实现了两个目的：
1.本发明设备的效率提高
2.流体进入第二储器732的流动变得更连续。
如图7中所示并且如上述的连接室740的方法可以用于图2-6中描绘并且在上面描述的所有实施方案中。
图8描绘了现有技术活塞泵的一个可能的实施方案，该活塞泵包括带有以下部件的系统：液压缸801，所述液压缸801带有一个开口804；活塞802；第一和第二管道811、812，所述第一和第二管道811、812都与第三导管810连接，所述第三导管810还连接到开口804；第一和第二储器831、832，所述第一和第二储器831、832分别与第一和第二管道811、812连接；以及第一和第二止回阀821、822，所述第一和第二止回阀821、822分别设置在第一和第二导管811、812中。活塞802直接与机械装置803连接，该机械装置能够使活塞802移动。
图8中所示的现有技术活塞泵与图3中所示例的本发明设备的可能实施方案有一些相似之处。然而存在一些重要的不同。一个明显的区别是活塞802与机械装置803直接连接，这与图3中的活塞302大不相同。此外，活塞802由机械装置803而引起运动，然而图3中所示活塞302在物体308与活塞302的末端碰撞时经历突然的移动。另外，止回阀821、822必须接近液压缸801，而可以将止回阀321、322设置为远离液压缸301。从而通常将止回阀821、822整合在活塞泵中，并因此所述活塞泵变为带有两个开口的流体传输装置，这与图3中所示的本发明的设备大不相同，这里止回阀321、322可以远离液压缸301放置，并因此构成仅带有一个开口304的流体传输设备。
图9示例了现有技术活塞泵的一个可能的实施方案，该活塞泵包括带有以下部件的系统：液压缸901，所述液压缸901带有一个开口904；活塞902；第一和第二导管911、912，所述第一和第二导管911、912都与第三导管910连接，所述第三导管910还连接到开口904；第一和第二储器931、932，所述第一和第二储器931、932分别与第一和第二管道911、912连接；以及第一和第二止回阀921、922，所述第一和第二止回阀921、922分别设置在第一和第二导管911、912中。活塞902直接与室903连接，其中膨胀的流体能够使活塞902移动。
活塞902具有一个在液压缸901内部的末端，并且另一个末端在室903内部。活塞902通过可以在室903内部膨胀的流体移动，从而移动活塞902。图9中所示通过室903内部膨胀的流体而进行的活塞902的移动，与图8中所示通过机械装置803进行的活塞802的机械移动具有一个共同点。通过活塞802和902的移动不够突然，从而无法分别在液压缸802和902内部产生压力瞬变。对此原因在于，移动不是通过如介绍部分所述的碰撞过程获得的。
图10显示了现有技术活塞泵的一个可能的实施方案，该活塞泵包括带有以下部件的系统：液压缸1001，所述液压缸1001带有一个开口1004；膜1002；第一和第二导管1011、1012，所述第一和第二导管1011、1012都与第三导管1010连接，所述第三导管1010还连接到开口1004；第一和第二储器1031、1032，所述第一和第二储器1031、1032分别与第一和第二管道1011、1012连接；以及第一和第二止回阀1021、1022，所述第一和第二止回阀1021、1022分别设置在第一和第二导管1011、1012中。膜1002构成液压缸1001与室1003的分隔物，并且膨胀的流体能够使膜1002移动。
膜1002通过能够在室1003内部膨胀并从而移动膜1002的流体移动。通过膜1001的移动不能在液压缸1002内部产生压力瞬变。对此的原因在于移动不是通过如介绍部分所述的碰撞过程获得的。
图11描绘了本发明设备的一个可能的实施方案，该设备包括带有以下部件的系统：液压缸1101，所述液压缸1101带有一个开口1104；活塞1102；第一和第二导管1111、1112，所述第一和第二导管1111、1112都与第三导管1110连接，所述第三导管1110还连接到开口1104；第一和第二储器1131、1132，所述第一和第二储器1131、1132分别与第一和第二管道1111、1112连接；以及第一和第二止回阀1121、1122，所述第一和第二止回阀1121、1122分别设置在第一和第二导管1111、1112中；以及物体1108，所述物体1108可以与活塞1102碰撞。第一止回阀1121仅允许流体以从第一储器1131朝向液压缸1101的方向流动，而第二止回阀1122仅允许流体以从液压缸1101朝向第二储器1132的方向上流动。此外，将物体1108用绳1180与浮子1150连接，所述绳1180通过两个滑轮1170、1171运动，其中一个滑轮1170锚定到沉子1160，并且另一个滑轮1171连接到固定结构物1190。
浮子1150在海洋中漂浮，并且可以由海浪而引起运动，从而产生物体1108的移动。因此，物体1108在与块体1102碰撞之前获得非零动量。
图12说明了本发明设备的一个可能的实施方案，该设备包括带有以下部件的系统：液压缸1201，所述液压缸1201带有一个开口1204；活塞1202；第一和第二导管1211、1212，所述第一和第二导管1211、1212都与第三导管1210连接，所述第三导管1210还连接到开口1204；第一和第二储器1231、1232，所述第一和第二储器1231、1232分别与第一和第二管道1211、1212连接；第一和第二止回阀1221、1222，所述第一和第二止回阀1221、1222分别设置在第一和第二导管1211、1212中；以及物体1208，所述物体1208可以与活塞1202碰撞。第一止回阀1221仅允许流体以从第一储器1231朝向液压缸1201的方向流动，而第二止回阀1222仅允许流体以从液压缸1201朝向第二储器1232的方向流动。此外，将物体1208用绳1280与壁1250连接，所述绳1280通过滑轮1271运动，所述滑轮1271连接到固定结构物1290，并且其中壁1250锚定到具有接头1270的沉子1260。
壁1250部分地浸没在海洋中，并且可以由海浪而引起运动，从而产生物体1208的移动。因此，物体1208在与块体1202碰撞之前获得非零动量。

Claims (18)

1.一种用于从第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)向第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)传输流体的设备，所述设备包括：
-至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)，
-至少一个块体(202、302、402、502、602、607、702、1102、1202)，所述至少一个块体(202、302、402、502、602、607、702、1102、1202)被置于所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)中，其中所述至少一个块体(202、402、302、502、602、607、702、1102、1202)相对于所述至少一个部分封闭的空间(201、401、301、501、601、606、701、1101、1201)的内部可移动，
-至少一个开口(204、205、304、404、504、604、605、704、705、1104、1204)，所述至少一个开口(204、205、304、404、504、604、605、704、705、1104、1204)在所述至少一个封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)中，所述至少一个开口(204、205、304、404、504、604、605、704、705、1104、1204)使得流体能够可选择地以进入和离开所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的方向流动，
-至少一个第一导管(211、311、411、511、513、611、711、1111、1211)和至少一个第二导管(212、312、412、512、514、612、712、1112、1212)，所述至少一个第一导管(211、311、411、511、513、611、711、1111、1211)和所述至少一个第二导管(212、312、412、512、514、612、712、1112、1212)与所述至少一个开口(204、205、304、404、504、604、605、704、705、1104、1204)中的至少一个流体连通，并且分别和第一和第二储器连接，
其特征在于：
-设置至少一个物体(208、308、408、508、608、708、1108、1208)，所述至少一个物体(208、308、408、508、608、708、1108、1208)与所述至少一个块体(202、302、402、502、602、607、702、1102、1202)碰撞，使得在所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的至少一个中产生压力瞬变，以引起流体以从所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)朝向所述第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)的方向流动，并且引起流体以从所述第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)朝向所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的方向流动；
其中所述设备还包括至少一个第一机械单元(221、321、421、521、523、621、721、1121、1221)和至少一个第二机械单元(222、322、422、522、524、622、722、1122、1222)，所述至少一个第一机械单元(221、321、421、521、523、621、721、1121、1221)和所述至少一个第二机械单元(222、322、422、522、524、622、722、1122、1222)分别在所述至少一个第一导管(211、311、411、511、513、611、711、1111、1211)和在所述至少一个第二导管(212、312、412、512、514、612、712、1112、1212)中，其中
所述至少一个第一机械单元(221、321、421、521、523、621、721、1121、1221)仅允许在所述至少一个第一导管(211、311、411、511、513、611、711、1111、1211)中以从所述第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)并朝向所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的方向流动，并且
所述至少一个第二机械单元(222、322、422、522、524、622、722、1122、1222)仅允许在所述至少一个第二导管(212、312、412、512、514、612、712、1112、1212)中以从所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)并朝向所述第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)的方向流动。
2.根据权利要求1所述的用于传输流体的设备，其中所述设备相对于所述第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)放置，以使得带有在所述第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)与所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的至少一个之间的所得到的静压头，以便引起流体以从所述第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)通过所述至少一个第一机械单元(222、322、422、522、524、622、722、1122、1222)并朝向所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的方向的流动。
3.根据权利要求1或2所述的用于传输流体的设备，其特征在于，通过以下方式避免了出现在所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)中的任何破裂性气穴：通过安排所述至少一个第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)的至少一个，在所述至少一个部分封闭的空间(201、401、301、501、601、606、701、1101、1201)的至少一个和所述至少一个第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)的至少一个之间带有足够的静压头，使得足够的流体从所述至少一个第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)的至少一个流出，从而确保足够的流体流动到所述至少一个部分封闭的空间(201、401、301、501、601、606、701、1101、1201)中。
4.根据权利要求1或2所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的至少一个是液压缸，并且所述至少一个块体(202、302、402、502、602、607、702、1102、1202)的至少一个是活塞。
5.根据权利要求1或2所述的用于传输流体的设备，其特征在于，提供至少一个填充液体和气体的室(740)，其中至少一个第三导管(713)连接至所述至少一个室(740)填充液体的部分，并且所述至少一个第三导管(713)与所述至少一个部分封闭的空间(701)通过所述至少一个第二机械单元(722)流体连通，并且所述至少一个第三导管(713)与所述至少一个第二储器(732)流体连通。
6.根据权利要求5所述的用于传输流体的设备，其特征在于，在所述至少一个室(740)的至少一个内存在至少一个膜，所述至少一个膜将所述液体与所述气体分离。
7.根据权利要求5所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述至少一个第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)的至少一个、至少一个所述第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1131、1231)的至少一个或至少一个所述室(740)的至少一个是压力罐。
8.根据权利要求1或2所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述至少一个第一机械单元(221、321、421、521、523、621、721、1121、1221)和至少一个第二机械单元(222、322、422、522、524、622、722、1122、1222)对应于下列阀中的至少一个：单向阀和止回阀。
9.根据权利要求8所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述至少一个第一机械单元(221、321、421、521、523、621、721、1121、1221)和至少一个第二机械单元(222、322、422、522、524、622、722、1122、1222)对应于下列阀中的至少一个：限流止回阀、节流止回阀、限流单向阀、节流单向阀，以及与普通阀结合的止回阀。
10.根据权利要求1或2所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述设备构成至少一个能量转换系统，其中所述至少一个第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)的至少一个是水力储器，从而可以通过使用至少一个水力涡轮将所述至少一个第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)的至少一个中的流体的势能转换为电能。
11.根据权利要求1或2所述的用于传输流体的设备，其特征在于将所述至少一个第一储器(431、531)的至少一个和所述至少一个第二储器(432、532)的至少一个合并，以构成至少一个共用储器(430、530)。
12.根据权利要求11所述的用于传输流体的设备，其特征在于所述设备构成至少一个热交换系统。
13.根据权利要求10所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述设备作为能量转换系统运行，其中所述至少一个物体(208、308、408、508、608、708、1108、1208)中的至少一个与至少一个波动捕获系统连接。
14.根据权利要求13所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述设备作为用于捕获波动中的能量的设备运行，其中所述至少一个波动捕获系统包括至少一个浮子(1150)，所述浮子(1150)可以随波而动，并且其中所述至少一个浮子(1150)的运动引起所述至少一个物体(1108)的移动，从而使所述至少一个物体(1108)在与所述至少一个块体(1102)的至少一个碰撞之前获得非零动量。
15.根据权利要求14所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述至少一个浮子(1150)与穿过至少两个滑轮(1170、1171)运动的至少一个绳(1180)连接，并且其中至少一个滑轮(1170)锚定到至少一个沉子(1160)而至少一个滑轮(1171)连接到固定结构物(1190)。
16.根据权利要求13所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述设备作为用于捕获波动中的能量的设备运行，其中所述至少一个波动捕获系统包括至少一个壁(1250)，所述至少一个壁(1250)可以随波而动，并且其中所述至少一个壁(1250)的运动引起所述至少一个物体(1208)的移动，从而使所述至少一个物体(1208)在与所述至少一个块体(1202)的至少一个碰撞之前获得非零动量。
17.根据权利要求16所述的用于传输流体的设备，其特征在于，所述至少一个壁(1250)与穿过至少一个滑轮(1271)运动的至少一个绳(1280)连接，所述至少一个滑轮(1271)连接至固定结构物(1290)，并且其中所述至少一个壁(1250)通过至少一个接头(1270)锚定到至少一个沉子(1260)。
18.一种用于将流体从第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)传输到第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)的方法，所述方法包括将所述储器分别与第一和第二导管连接，所述导管与至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)中的至少一个开口流体连通，所述方法包括使至少一个物体(208、308、408、508、608、708、1108、1208)与至少一个块体(202、302、402、502、602、607、702、1102、1202)碰撞，所述至少一个块体(202、302、402、502、602、607、702、1102、1202)被置于所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)中相对于所述至少一个部分封闭的空间的内部可移动，从而在所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的至少一个中产生压力瞬变，引起流体以从所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)朝向所述第二储器(232、332、432、532、534、632、732、1132、1232)的方向的流动，以及引起流体以从所述第一储器(231、331、431、531、533、631、731、1131、1231)朝向所述至少一个部分封闭的空间(201、301、401、501、601、606、701、1101、1201)的方向流动。
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