CN102472244A - 低阻曳液压气动动力缸和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于将压缩气体的浮力能转换为机械能的液压气动缸。所述缸可包含安置在所述缸的相对端处的一对端板，以及纵向延伸穿过所述缸并通过每一端板的中心的驱动轴。所述缸还可包含耦合到每一端板且在所述缸中安置在中心处的芯支撑件，以及用于促进低阻曳流动的多个翼片。所述多个翼片中的每一者耦合到所述芯支撑件和所述对端板。由所述芯支撑件、所述多个翼片中的两者以及所述对端板界定桶。所述缸进一步包含耦合到所述多个翼片和所述芯支撑件的翼片支撑件。所述翼片支撑件界定形成在其中的多个开口，气体可通过所述开口以使所述桶中的压力均衡。

Description

低阻曳液压气动动力缸和系统

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2009年6月29日申请的第61/269,803号美国临时专利申请案的权益，所述临时专利申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种机械动力装置，且特定来说涉及一种基于浮力的机械动力装置。

背景技术

虽然人类已发现利用若干自然力的方法，但显而易见缺乏的是在浮力环境中利用重力的成功的方法。操纵浮力区域中的物体的先前尝试一直存在不足。这些设计的物理设计缺憾显著减弱了其实现大部分其可用的潜在基于浮力的效应的能力。另外，先前设计未能实现通过气体与液体的物理交换、所引发的液体间运动、液体间摩擦等产生的可用势能和动能。

基于物理设计的液压动力阻曳是任何基于浮力的装置的主要能量减少因素。不能以大多数液压动力(最低阻曳系数)形状设计和制造浮力机致使大量能量流失并损失到液体摩擦，以及由于在液体环境内部工作的机械运动中固有的高阻曳而造成的不必要的移动。常规设计具有高阻曳分量/设计所具有的限制性物理设计方面，其严重阻碍了每一装置产生机械能的能力。

在其它尝试中，由于不能试图在液体到气体移位或气体到液体移位期间收集能量而损失了相当多的能量。当浮力到机械能转换过程期间浮力动力转换装置内部某物物质上改变时，不管设计如何，均不能俘获这些能量转变和材料移动中所固有的能量。

其它常规设计已限制浮力能向旋转动力的转换。这些设计由于限制驱动气体的桶之间的驱动气体的转移借此允许一些桶超量装填且其它桶在相同水平面上装填不足而限制了浮力的平衡。

另一显著的设计关注是相对于总装置大小使用小于最佳比例桶体积的桶体积。一些设计具有过大的桶深度，这将浮力气体置于过于接近装置芯处，其中与浮力操作期间所补偿的能量相比较多能量用于产生气体填料。其它设计并入有相对于总体装置小于最佳桶体积的桶体积，和/或减少的桶数目。两种设计的缺点显著减弱进行浮力工作的能力。

常规设计也不通过使用例如微泡注射、聚合物注射等有效的液压动力阻曳减小构件而减小摩擦液压动力阻曳。此外，这些常规设计不能管理由具有比处于压缩状态中时所具有的所保留热能低得多的相对所保留热能的膨胀气体引起的工作/驱动液体的膨胀气体热耗尽。除其中工作/驱动液体保持在较高温度的高温或蒸汽操作之外，任何非热气体驱动的浮力马达的膨胀气体的连续操作可快速地将每一装置的工作/驱动液体温度减小到低于其冰点的水平。

因此，需要一种机械装置，其可减小摩擦液压动力阻曳、平衡沿着其翼片(vane)的浮力，且俘获气体到液体和液体到气体转移期间可用的动能。

发明内容

在本发明的一示范性实施例中，一种机械动力装置能够经由使用例如微泡注射、聚合物注射等有效的液压动力阻曳减小构件而减小摩擦液压动力阻曳。

在一个示范性实施例中，一种液压气动缸包含在缸中彼此相对安置的第一端板和第二端板。所述第一和第二端板大致平坦且彼此平行。所述缸还包含驱动轴，其纵向延伸穿过缸并通过第一和第二端板。芯支撑件耦合到每一端板且在缸中安置在中心处，且提供多个翼片以用于促进低阻曳流动。所述多个翼片中的每一者耦合到芯支撑件以及所述第一和第二端板。所述缸进一步包含由芯支撑件、所述多个翼片中的两者以及所述第一和第二端板形成的桶。所述缸还包含耦合到所述多个翼片的翼片支撑件。翼片支撑件与第一和第二端板大致平行使得翼片支撑件界定形成在其中的多个开口，流体可通过所述开口以使桶中的压力均衡。

在此实施例的一种形式中，所述缸可包含耦合到所述第一和第二端板的至少一者的微泡器(microbubbler)。所述微泡器经配置以减小动力阻曳且可大致平行于其所耦合到的端板。在其另一形式中，所述桶包括多个桶。举例来说，在此实施例中，桶数目可与翼片数目大致相同。另外，驱动轴可包含穿过其中界定的通路。在另一布置中，翼片支撑件将桶划分为第一部分和第二部分使得第一部分通过翼片支撑件中界定的多个开口而流体耦合到第二部分。

在另一实施例中，提供一种用于将压缩流体的浮力能转换为机械能的系统。所述系统包含含有液体的不漏流体的箱体(tank)。所述箱体具有安置在顶端处的覆盖物，且流体灌充装置耦合到箱体的底端。所述系统还包含用于维持液体的温度的热管理系统和安置在箱体中的液压气动缸。所述缸浸没在液体中。另外，缸包含沿着轴线纵向延伸的驱动轴和其中界定的多个桶。所述多个桶中的至少一者接纳来自流体灌充装置的压缩流体使得所述压缩流体利用浮力提供缸围绕轴线的旋转运动。

在类似的实施例中，缸可包含在缸中彼此相对安置的第一端板和第二端板。所述第一和第二端板大致平坦且彼此平行。芯支撑件耦合到每一端板且安置在缸中。缸可包含用于促进低阻曳流动的多个翼片，使得所述多个翼片中的每一者耦合到芯支撑件以及所述第一和第二端板。所述缸还包含耦合到所述多个翼片的翼片支撑件。翼片支撑件大致平行于所述第一和第二端板使得翼片支撑件界定形成在其中的多个开口，流体可通过所述开口以使桶中的压力均衡。另外，所述缸包含耦合到所述第一和第二端板中的一者的动力阻曳减小设备。所述动力阻曳减小设备大致平行于所述第一和第二端板。

在此实施例的另一形式中，所述翼片支撑件将所述多个桶划分为第一部分和第二部分使得第一部分通过翼片支撑件中界定的所述多个开口而流体耦合到第二部分。所述系统可进一步包含安置在缸的每一侧上的低摩擦轴承。供应线热绝缘以维持进入流体灌充装置的流体的温度。

在此实施例的不同形式中，所述流体灌充装置包括充气室外壳或旋转阀。流体灌充装置可包含流体耦合到所述多个桶中的至少一者的断流部分。在旋转阀的实施例中，旋转阀界定通路和发射孔口。所述通路将供应线流体耦合到所述发射孔口以将压缩流体引导到缸。所述系统还可包含流体分布均衡器腔室，其用于使流体膨胀且维持流体灌充装置中的压力的均衡。

在不同的实施例中，提供一种用于将浮力能转换为动能的液压气动缸。所述缸包含在缸中彼此相对安置的第一端板和第二端板。所述第一和第二端板大致平坦且彼此平行。驱动轴纵向延伸穿过缸并通过第一和第二端板。所述缸还包含耦合到每一端板且安置在缸中的芯支撑件。提供多个翼片以用于促进低阻曳流动。所述多个翼片中的每一者耦合到芯支撑件以及所述第一和第二端板。所述缸进一步包含由芯支撑件、所述多个翼片中的两者以及所述第一和第二端板形成的桶。另外，动力阻曳减小设备耦合到所述端板中的一者且大致平行于所述对端板。

在此实施例中，所述缸可包含耦合到所述多个翼片的翼片支撑件。翼片支撑件大致平行于所述第一和第二端板。并且，翼片支撑件界定形成在其中的多个开口，流体可通过所述开口以使桶中的压力均衡。所述翼片支撑件进一步将所述多个桶的每一者划分为第一部分和第二部分使得第一部分通过翼片支撑件中界定的所述多个开口而流体耦合到第二部分。

根据一个实施例，一种液压气动动力缸(Hydro-Pneumatic Power Cylinder，HPC)包含浸没的轴安装圆柱形主体，其具有耦合到中心缸的每一远端的端帽圆盘，多个翼片轴向耦合到中心缸面和端帽圆盘的内侧表面。每一邻近翼片的表面、暴露的中心缸面和端帽圆盘的暴露的内表面界定空间。所述设备由调整工作流体/工作气体转移的充气室进行气体灌充，或经由一组旋转气体注射阀进行灌充，一个阀内嵌到每一缸端部。阻曳减小微泡气体发射器耦合到高液压动力阻曳特征且/或静止地战略上放置在缸附近。HPC能够俘获并完全利用重力的基于浮力的效应。

HPC可将压力下(经压缩或热膨胀)的任何轻量气体引入到极重的液体中。其还能够通过将气体装填的工作浮力桶移动到距中心点/轴较远处以增加动力缸的有效动力输出而利用矩臂杠杆(moment-arm leverage)原理。这允许使用基于应用的工程设计的“湿区域”桶/空间来降低对于特定HPC动力输出的驱动气体要求。如此，HPC的大小可与应用的动力输入需求匹配。为了使HPC生产尝试便利，可特别设计数种生产标准大小的HPC，且其以与特定终端产品的应用需求匹配的桶深度/宽度来建置。具有设定的直径的标准大小的HPC可延长以增加动力输出从而与特定用户的动力输入要求匹配。

HPC可再循环并再利用来自故意压缩源的驱动气体以确保清洁驱动气体的连续可用供应，从而排除需要外来污染气体过滤尝试或机器/装置。HPC还能够管理伴随驱动气体的压缩、传输和释放/膨胀而发生的热传递过程的效应。如此，HPC可将驱动液体维持在一温度下，其使驱动液体密度最大化且还通过使驱动气体快速膨胀而防止驱动液体冻结。

HPC可有利地位于任何环境中，只要可观的重力可用。此可包含非地面环境。HPC可以各种大小建置以满足1马力(1千瓦)到数百万马力(数百兆瓦)范围内的规定的净动力生产需求。同样，HPC可用作用于驱动工业过程或原电力发电的旋转动力源/原动机。

并且，HPC可与类似的动力产生单元串联或串联组合以增加可用的动力输出。具有数行多个浮力俘获机的发电站能够提供几十亿瓦的电能。

在HPC的至少一个实施例中，通过将驱动气体注射到桶的基底中借此对来自桶的液体施力而实现增加总体动力输出的强大的气体注射功能。驱动气体向桶中的引入表示每次发生气体装填时每一桶的动态状态改变。通过从内向外装填桶在桶内部产生显著背压(back-pressure)，且将此强大的桶装填活动转化为基本液压泵喷射，借此允许在轴中旋转地实现此富含能量的气体转移。

HPC还包含在其外部的静态隔板，其可阻碍接近以气体和射出液体有效装填的较低桶的液体移动。此类隔板提供对从桶射出的液体的静态平衡的液体阻力，借此通过增加到射出液体的背压而增加总体系统动力。HPC设计可包含沿着每一桶的长度的桶内通路，从而允许最大程度转移驱动气体以线性且相等地装填每一桶，借此最大化、均衡且平衡每一桶的浮力动力。

HPC可进一步使用气体装填的桶，其实质上经装填持续可能的最大持续时间。由于大多数HPC动力是从浮力导出，所以每一上升桶内部的较多液体移位气体(按体积)会增加所述特定桶的基于浮力的提升，借此增加气体装填的桶对装置的总动力的贡献的使用。桶-翼片长度和桶内转移通路这两种形状的桶的此设计使桶保持气体的百分比最大化持续可能的最大持续时间，借此俘获沿着HPC的旋转“定时”可用的最大浮力，从而实现最大效果。

HPC可具有低阻曳物理设计使得每一翼片遵循前一翼片。此特征可大大减小能量流失寄生、液压动力表面摩擦和设计阻曳。HPC还可包含有效气体截留边界控制层(BCL)，其是将微泡注射到HPC周围的静止液体与随HPC移动并与HPC接触的动态液体之间的液体空间中的液压动力阻曳减小技术。BCL和邻近界面中存在的微泡的连续注射允许多个液压动力使微泡中的气体压缩和膨胀，这大大减小了BCL界面中和之间产生的能量流失寄生阻曳。

另外，HPC可包含超低摩擦磁性轴承和超低摩擦空气轴承以支撑驱动轴并减小基于摩擦的能量损失(依据应用和装置大小的轴承选择)。HPC还可包含减小HPC的相对重量的操作上且中性浮力设计。这可减小HPC的支撑轴承上的基于重力的摩擦压力且减小重量对轴承支撑结构的影响。HPC可具有可用于动力工业过程或原动力发电装置的操作上可靠的设计，其具有通过使用超低维护HPC设计而在整个系统上设计的系统性冗余，对多个气体压缩源的选择，以及多达两个驱动轴连接(装置的每一侧一个驱动轴连接)。

附图说明

通过参考结合附图理解的对本发明的实施例的以下描述将更加了解本发明的以上提及的方面及其实现方式，且将更好地理解本发明本身，附图中：

图1是液压气动缸(HPC)的端视图；

图2是图1的HPC的正面侧视图；

图3是HPC的驱动侧正交视图；

图4是如出于说明性目的移除箱体的侧部的情况下所见的HPC箱体及其内部零件的正面侧剪切视图；

图5是如出于说明性目的移除箱体的端部的情况下所见的HPC箱体及其内部零件的左侧端视图；

图6是驱动气体充气室的左侧透视图；

图7是如从箱体的一端所见的HPC的驱动气体系统的透视图；

图8是如从箱体的前面所见的HPC的热管理驱动液体系统的透视图；

图9是如从箱体的前面所见的动力产生系统中使用的HPC的表示；

图10是如船用推进(naval propulsion)/驱动系统中使用的HPC的自上而下的系统视图；

图11是如从箱体的正面侧所见的完整HPC系统的系统视图；

图12是HPC(减去大多数翼片)和一般微泡器设计的驱动侧透视图；

图13是端板微泡器、调整器及其气体供应线的透视图；

图14是端板微泡器及其气体发射器穿孔的透视图；

图15是翼片微泡器、调整器及其气体供应线的局部驱动侧透视图；

图16是一般的HPC的驱动侧透视图，其详细描绘“小HPC”静止端板微泡器设计；

图17是静止端板微泡器发射器的截面的透视图；

图18是利用旋转阀直接气体注射器的HPC的透视图；

图19是旋转阀直接气体注射器的透视图；

图20是使用加压天然气驱动系统操作的HPC的透视图；

图21是使用二元气体驱动系统操作的HPC的透视图；

图22是使蒸汽驱动系统操作的HPC的透视图；

图23是大箱体级联HPC配置的端视图；

图24是HPC基底-负载发电站的透视图；以及

图25是具有深翼片和桶的HPC的端视图。

贯穿于若干图式中，使用对应的参考数字来指示对应零件。

具体实施方式

下文描述的本发明的实施例不希望为详尽的或将本发明限于以下具体实施方式中揭示的精确形式。事实上，选择和描述所述实施例使得所属领域的其他技术人员可了解并理解本发明的原理和实践。

在图1中，提供液压气动动力缸(HPC)102的示范性实施例以用于将基于重力的浮力转变为旋转力。HPC 102包括驱动轴104，其居中地插入穿过一组两个单独的垂直圆形HPC端板114，所述端板的每一者界定HPC 102的相对端。驱动轴104具有穿过其中心端对端延伸的中心气体通路105且具有耦合到每一端的驱动轴凸缘103。两个端板114通过耦合到HPC端板114的刚性中空居中定位的圆柱形HPC芯支撑件108分离。芯支撑件108可具有额外内部结构(未图示)，其将芯支撑件108耦合到驱动轴104以辅助将操作负载转移到中心轴。

以防漏方式耦合到HPC芯支撑件108的外面和HPC端板114的暴露的面向内的表面的是大量曲线HPC翼片110，其等距地耦合在HPC芯支撑件108的周边周围-翼片的确切数目和特定翼片深度取决于大小、所规定的效率和所要的操作HPC动力输出要求。HPC翼片110从其到HPC芯支撑件108的纵向内基底附接朝向翼片的外边缘(其以低阻曳流动方式端接)弯曲。翼片的弯曲边缘耦合到HPC端板114的内面。HPC翼片110的邻近表面、HPC芯支撑件108和HPC端板114的内部暴露表面界定单一HPC桶区域109。每一HPC设计具有指定大量的翼片且因此具有与翼片110相等数目的桶109。

以齐平安装低液压动力阻曳方式耦合到一组微泡器径向切槽115(图13)(其以径向方式切割到HPC端板114中)中的是一组端板微泡器106。端板微泡器106的数目和位置可与特定HPC应用设计匹配且可取决于所述特定HPC的操作需求的指定阻曳减小需求。在此实施例中，展示HPC 102的每端四个端板微泡器106，然而在其它实施例中，可存在其它微泡器、设计和布局。

在图2中，展示翼片110的外面、驱动轴104、驱动轴中心气体通路105、驱动轴凸缘103、HPC端板114(在边缘上观察到)以及翼片中间支撑件112(其垂直于且牢固地耦合到HPC翼片110和HPC芯支撑件108(此图中未单独描绘)的两个内表面)。如图所示，HPC端板114延伸超过HPC翼片110的外边缘以提供对驱动气体充气室124(展示于图4中)的气体泄漏密封。

参看图3，HPC 102翼片110可附接到如翼片中间支撑件112支撑的HPC芯支撑件108的正面。虽然图3中的实施例包含单一中间翼片支撑件108，但较大HPC开发可在其设计和操作中沿着其HPC面使用多个翼片支撑件。需要此类翼片支撑件来辅助翼片110控制在HPC操作期间产生能量的浮力，并辅助翼片含有在HPC操作期间的非常富含能量和动力的液体排泄和气体灌充动作期间所遭遇的多路径负载力。另外，翼片支撑件112辅助翼片110在翼片承载浮力引起的操作负载的同时维持其低阻曳液压动力轮廓。

多个翼片中间支撑件气体通过开口或孔113界定于翼片中间支撑件112中。这些孔113位于HPC 102的每一桶区域109内部(如图1和25中所描绘)，这允许桶压力相等且减小总HPC 102重量。还展示驱动轴104以及驱动轴中心气体通路105和驱动轴凸缘103。整个结构牢固且不可移动地附接在一起以形成HPC 102。齐平安装的端板微泡器106可耦合到HPC端板114。

转向图4，HPC 102安置在较大不漏液体的箱体134内部(注意，箱体134的侧部已仅出于说明性目的而移除)。一组外部驱动轴107耦合到驱动轴凸缘103，驱动轴凸缘103耦合到驱动轴104。横向成圆形应力外皮隔膜型HPC箱体覆盖物118以气密防漏方式耦合到箱体134的顶部以俘获所有膨胀的驱动气体179。常规应力外皮隔膜箱体覆盖物118常常用于工业建筑物、机场机库等中。HPC 102周围是箱体134中的驱动液体111，其由HPC 102的每一侧上的坚固的轴封闭HPC轴承120支撑在其外部驱动轴107上。HPC轴承120是低摩擦轴承且由耦合到左侧和右侧箱体壁128的HPC轴承支撑件130支撑。HPC 102类似地在两侧上被支撑。外部驱动轴107延伸穿过HPC轴承120的远侧且延伸穿过安装到箱体壁128的左侧和右侧中的不漏液体的箱体壁密封件122，且延伸穿过左侧和右侧箱体壁中界定的匹配孔(注意，未与左侧和右侧箱体壁密封件122分离地描绘所界定的孔)。

驱动气体充气室124通过一系列充气室支撑脚(support footer)126耦合到箱体底部129。经由从HPC箱体覆盖物118的背侧进入的热绝缘驱动气体供应线116向驱动气体充气室124馈送驱动气体178，其中热绝缘驱动气体供应线116沿着其长度牢牢地附接到右侧箱体壁128。此驱动气体178退出线116而进入驱动气体供应控制阀176(此图中未单独描绘)，所述驱动气体供应控制阀176控制气体178到耦合到驱动气体充气室124的驱动气体分布均衡器腔室177中的释放。耦合在箱体覆盖物118的背侧的中心的是驱动气体返回线132，其收集利用浮力上升到驱动液体111以上的所有膨胀的驱动气体179。驱动气体充气室124的前方底部边缘上还展示充气室驱动气体溢流切口125，其用于通过将充气室溢流气体(未单独展示)引导到HPC 102的驱动侧而辅助初始HPC旋转操作。

图5在左侧视图中展示浸没在驱动液体111中的同一不漏液体的箱体134内部的HPC 102-注意，箱体的左侧已仅出于说明性目的而移除。以气密方式耦合到驱动气体充气室124的侧部的是驱动气体分布均衡器腔室177，其以气密方式附接到气体供应控制阀176，从热绝缘驱动气体供应线116的终端向所述气体供应控制阀176馈送驱动气体178。轴承120耦合到轴承支撑件130的顶部。另外，箱体覆盖物118可包含热绝缘驱动气体供应线116和从背部延伸的驱动气体返回线132。还展示的附接到HPC箱体覆盖物118的平坦面的是垂直悬垂中性弹簧负载的箱体覆盖物减压门119。

在图6的实施例中，驱动气体充气室124的操作组件位于HPC 102下方，其中热绝缘驱动气体供应线116以气密方式端接到气体供应控制阀176。控制阀176控制进入驱动气体分布均衡器腔室177的驱动气体178的量。驱动气体分布均衡器腔室177允许驱动气体膨胀且使充气室124内的气体压力均衡。驱动气体178在受控压力下经由驱动气体供应端口168进入充气室124，且维持驱动气体充气室124内部的驱动液体的水平面。耦合到驱动气体充气室124的右上端和左上端(如图6所示)的是由多个密封支撑板(backer plate)支撑件175支撑的两个密封支撑板174。耦合到每一密封支撑板174的顶侧的是一系列连续充气室到HPC翼片密封件172(注意，如此实施例中所示三个密封件172-使用其它数目的密封件172的其它设计是可能的，这取决于置于密封件上的操作深度和力)。在驱动气体充气室124内部的是一组有刻度的充气室液面传感器171，其以一角度安置且被保护和封闭在液面传感器组合件170中。充气室124的驱动侧的底部上还展示充气室驱动气体溢流切口125，其将用于在操作启动期间将充气室气体溢流引导到HPC 102的驱动面。展示一系列充气室支撑脚126，其中脚126将充气室124定位在箱体底部129(此图中未图示)上方且处于在HPC 102正下方的战略性有利位置中。

参看图7的实施例，HPC驱动气体系统包括包含箱体134和箱体覆盖物118的较复杂的三压缩机设计。所有气体管道/管路耦合均经密封，借此防止任何气体泄漏。还展示的安装到箱体覆盖物118的垂直面的是箱体覆盖物减压门119。气体返回线132a退出箱体覆盖物118的背侧且耦合到气体自旋过滤器136。气体返回线132b退出气体自旋过滤器136且耦合到单向气体止回阀141a的输入侧。

在止回阀141a的相对侧上，气体返回线132b进一步耦合到气体压缩机138的输入端口。经压缩驱动气体178经由驱动气体供应线116a退出压缩机138的输出端口且通过单向气体止回阀141b的输出侧。经压缩驱动气体178接着退出止回阀141b的输出端口并连续通过驱动气体供应线116b的剩余部分。驱动气体供应线116b可耦合到第二驱动气体供应线116c，借此其耦合到另一压缩机的经压缩气体输出。驱动气体178流入箱体134中，从而经由箱体覆盖物118的面进入(如从箱体134的右侧所示)。以电为动力的气体自旋过滤器液体回流泵139的输入侧可耦合到气体自旋过滤器136的类似贮槽的底部部分中界定的小密封开口。液体输出借此耦合到气体自旋过滤器液体回流单向止回阀143，所述单向止回阀143耦合到气体自旋过滤器液体返回线137。气体自旋过滤器液体返回线可在其终端处耦合到在驱动液体111(图4)顶部表面上方的箱体134的顶部中界定的开口。还展示微泡器轴内气体供应线224，其耦合到驱动气体供应线116c从而将一定量的驱动气体(未图示)递送到线224的终端。线224的端部耦合到轴内旋转气体耦合器/接头222，所述耦合器/接头222耦合到经由不漏液体的箱体壁密封件122穿透箱体134的外部驱动轴107(此图未图示)。

在图8的实施例中，不漏液体的HPC热管理驱动液体系统包含单一压缩机设计。驱动液体111经由出口线146a退出箱体134，其入口安装在箱体顶部附近且浸没在液体的上表面以下。出口线146a耦合到双向HPC液体流控制阀144a的两个入口端口中的一者。出口线146b如图所示退出阀144a。

遵循第一液体流控制阀144a的驱动液体路径，驱动液体继续到中间液体出口线146b的入口端，所述中间液体出口线146b将线146b的出口耦合到液体流泵142a的入口端口。此泵142a将驱动液体移动到双向冷却池液体流控制阀144b的进入口，所述双向冷却池液体流控制阀144b将其出口的一者耦合到液体冷却池154，其中驱动液体经抽吸以冷却并损失其潜热。液体流控制阀144b的第二出口经由冷却池液体旁通线152引导驱动液体流，所述冷却池液体旁通线152耦合到控制液体冷却池154的出口的第二双向液体冷却池液体流控制阀144c的第一入口。液体冷却池154直接耦合到第二双向液体冷却池液体流控制阀144c的其两个入口中的第二者(其耦合到液体入口线150a的入口侧)。液体入口线150a与液体流泵142b的入口端口耦合，所述液体流泵142b将其出口端口耦合到压缩机液体入口线150b。入口线150b在气体压缩机138的液体冷却剂进入口端口处端接。压缩机138的液体冷却剂出口端口与压缩机液体出口线148a耦合，所述压缩机液体出口线148a耦合到压缩机出口液体流控制阀144d的入口端口，所述压缩机出口液体流控制阀144d将其出口端口耦合到液体入口线148b，液体入口线148b耦合到HPC旁通液体流控制阀144e的入口端口。HPC旁通液体流控制阀144e具有两个出口端口。第一出口端口耦合到箱体液体入口线148c。入口线148c通过箱体覆盖物118且延伸到箱体134的底部并端接在其附近。HPC旁通液体流控制阀144e的第二出口端口与箱体液体旁通线152耦合。液体旁通线152耦合到双向液体流控制阀144a的第二入口。

在图9中，HPC并入在具有单一压缩机设计的单一输出动力产生系统中。外部驱动轴107如先前描述退出箱体134且耦合到动力/转矩超载可释放HPC驱动轴动力释放耦合器156的动力输入侧。动力释放耦合器156出口侧耦合到动力轴157，动力轴157耦合到递升齿轮箱158。齿轮箱158耦合到驱动交流发电机/发电机160的中间动力轴159。多个动力线180退出交流发电机/发电机160且耦合到电源插座控制系统164。电源插座控制系统164对与压缩机138的压缩机驱动马达140耦合的压缩机供应线166进行馈电，且还经由电输出服务线162馈送HPC系统不需要的过多电力。

在图10中，展示船用动力应用，其中在包含于船体184内部的情况下，具有穿过外部驱动轴107的内部HPC(未图示)的密封HPC箱体系统190驱动耦合到交流发电机/发电机动力输出线180的交流发电机/发电机160和电输出控制系统164(注意，此实施例将HPC直接耦合到交流发电机/发电机。依据终端用途动力要求、HPC的大小等，不同实施例可使用直接驱动设计或带齿轮设计)。电力线193从电输出控制系统164延伸到船驱动马达192。多个压缩机电力供应线166耦合压缩机驱动马达140与船的压缩机138。船驱动马达192驱动推进器轴195和推进器194。

进入口186将一定量的外部水182馈送到压缩机入口泵188，压缩机入口泵188通过液体入口线150耦合到压缩机138。也可存在如图所示的多个压缩机138。HPC液体入口线148从压缩机138耦合到箱体190。连接到箱体190的尾部的是HPC液体出口线146，其耦合到水系统出口阀196。出口阀196与船的船体184端接，其中水182经由水出口端口197退出船体。压缩机138耦合到驱动气体供应线116，驱动气体供应线116接着耦合到密封HPC箱体系统190。气体返回线132退出箱体系统190且耦合到压缩机138的每一者的气体入口侧。

参看图11，完整的HPC系统包含单一输出轴和三压缩机设计。转向图12，提供微泡器系统的组件。延伸穿过HPC 102的中空驱动轴104经由中心气体通路105将加压气体供应到轴104芯。轴内旋转气体接头222安装在驱动轴104的非驱动端上且耦合压缩机以供应加压微泡器气体用于微泡注射。在HPC芯支撑件108内部，轴的气体通路105耦合且经由端板轴到调整器服务线204供应此微泡器气体，所述端板轴到调整器服务线204耦合且将此同一微泡器气体供应到端板深度可变压力调整器202的入口。压力调整器202安装到HPC端板114的内壁。压力调整器202的经调整气体出口使经压力调整的微泡器气体通过端板的微泡器径向切槽115并接着进入端板微泡器106的背部。每一HPC 102具有径向并入到端板114中的多个微泡器106，微泡器106的确切数目取决于针对每一特定操作需求优化的设计。微泡器气体经由微小的气体通路214(图14)发射到驱动液体111(未单独展示)中以减小寄生液压动力阻曳力。

也在HPC芯支撑件108内部，中空驱动轴104的中心气体通路105经耦合且将加压微泡器气体供应到轴到翼片压力调整器服务线208的入口，轴到翼片压力调整器服务线208耦合到且将加压微泡器气体供应到翼片深度可变压力调整器206的入口侧。压力调整器206经耦合且将经压力调整的微泡器气体供应到翼片压力调整器微泡服务线212，其中线212的输出将经调整的微泡器气体供应到翼片微泡器210的背侧。翼片微泡器210具有微小的微泡气体发射器通路214(图15)，其将微泡发射到驱动液体111(未单独展示)中以减小寄生液压动力阻曳力。翼片微泡器以液压动力流动低阻曳方式安装到HPC翼片110。

经由HPC端板接入门200来实现对HPC的内部零件的维修，HPC端板接入门200以多个HPC端板接入门附接螺栓201附接到端板114。端板114具有多个等距压力均衡器孔198，其穿透端板114以便使HPC芯支撑件108和端板114形成的圆柱形穴内部和外部的压力均衡。

图13展示端板微泡器零件，中空驱动轴104经由轴104芯中的中心气体通路105供应驱动气体178。在HPC的结构内部，轴的气体通路105耦合到端板轴到调整器服务线204，端板轴到调整器服务线204耦合到端板深度可变压力调整器202。压力调整器202安装到HPC端板114的内壁。压力调整器202使驱动气体178(此图中未图示)经由HPC端板114和微泡器径向切槽115传递到齐平安装的端板微泡器106的背部中。每一HPC具有径向并入到端板中的多个微泡器，其确切数目取决于针对每一特定操作需求优化的设计。

在图14中，端板微泡器包含具有经由其正面界定的多个微小的微泡器气体发射器通路214的端板微泡器部分106。端板微泡器106的远端(距轴最远)可具有比近端(最接近于轴)多的在其中微钻凿的发射器通路214，其将允许在所述远端处产生较多微泡。

参看图15，翼片微泡器包含耦合到HPC端板114和HPC芯支撑件气缸108的HPC翼片110，其中翼片110具有拥有许多微小的微泡器气体发射器通路214的中空翼片微泡器210。翼片微泡器210以低阻曳方式耦合到翼片的边缘，其中翼片微泡器210甚至与翼片110的面向外部的边缘耦合从而防止低阻曳设计。中空轴104耦合到轴到翼片压力调整器服务线208，轴到翼片压力调整器服务线208耦合到翼片深度可变压力调整器206，使得调整器的出口耦合到翼片压力调整器到翼片微泡器服务线212。翼片微泡器服务线212端接连接到翼片微泡器210，其中均匀地发射经深度调整的微泡以减小操作HPC上的寄生阻曳减小。

转向图16，提供“小HPC”设计，其使用沿着HPC翼片110的纵向延伸翼片微泡器210，以及静止端板微泡器设计(注意，已出于说明性目的省略翼片中间支撑件)。较小HPC设计可利用静止HPC端板微泡器系统代替HPC芯内部的端板微泡器系统。静止微泡系统包括若干中空静止端板微泡器216部分，其接合在一起且战略性地有利地安装在一系列静止端板微泡器支撑脚217上处于邻近于HPC端板114的下部面向外的边缘的固定位置中。微泡气体经由静止端板微泡器服务线218提供到微泡器216。

图17展示静止微泡器的细节，其中中空静止微泡器部分216具有沿着其上表面钻凿的微小的微泡器气体发射器通路214，从而允许微泡气体作为微泡流进入驱动液体111(未图示)。描述变化的量的微泡发射器通路214，其数目基于沿着特定微泡器部分的长度的不同位置处所需的微泡的量。这些通路214的数目和位置可针对不同实施例变化。还展示静止端板微泡器服务线218，其连接到且将气体提供到微泡器部分216。

图18展示利用一组两个旋转阀直接气体注射器的HPC。HPC 102已在其端部的每一者中放置一对HPC旋转阀凹口(未单独展示)但不完全附接到HPC。在每一凹口中，旋转阀主体226配合但不完全连接到HPC 102。每一静止旋转阀226通过单一或一组旋转阀支撑凸缘234而耦合到箱体的HPC轴承支撑件130。旋转阀附接到热绝缘驱动气体供应线116。位于箱体底部附近且战略上有利地定位的是一组外部隔板236，其通过隔板到箱体支撑件238而固持在适当位置，所述隔板到箱体支撑件238将隔板固持成相对于箱体134和运动中的HPC 102为静止的。还展示的耦合到箱体134的底部的是一组可旋转/折叠HPC维修支撑立柱123。

在图19中，较详细展示旋转阀直接气体注射器组合件。旋转阀主体226是实心单件结构。旋转阀主体226已将单一或多个旋转阀到HPC密封件232内建到其弯曲旋转面中，所述旋转阀到HPC密封件232含有HPC的桶109(此图中未图示)内部的气体。还预计其它形式的密封件，例如在HPC与旋转阀主体226之间使用特定设计尺寸的严格容限间隙、唇形密封件，和将驱动气体178(此图中未图示)保持在HPC到旋转阀主体面内部的其它形式。旋转阀主体的外面具有旋转阀气体通路228，其从旋转阀主体的外面延伸到旋转阀气体发射孔口230的近端内面。旋转阀气体通路228将热绝缘驱动气体供应线116耦合到旋转阀气体发射孔口230，从而将驱动气体供应到HPC。旋转阀气体发射孔口经特定定形以具有相对于旋转阀主体226周边成许多弧度的经设计大小的开口，以便允许将特定计量的驱动气体178填料在其通过孔口时注射到HPC桶中。开口的弧越长，则特定HPC设计的填充持续时间越长。

若干因素影响传递到HPC桶中的气体量：孔口的大小；驱动气体压力；气体递送线限制，例如摩擦、线弯曲、线大小等；以及HPC的旋转速度。图19描绘作为参考点的轴104-所描绘的旋转阀主体226不接触驱动轴104，然而，其它未描绘的实施例可使轴104通过严格容限空气轴承型轴颈(如果必需较依赖于应用的HPC到旋转阀界面结构)。将旋转阀固持为静止的其它未描绘的形式是可用的。其它未描绘的旋转阀主体实施例包含使用实质上经设计大小的旋转阀主体226作为空气轴承，其中此设计可排除需要额外HPC轴承。

图20展示使用加压天然气来驱动和操作HPC。固持HPC 102(如图4或图18所示)的箱体134具有通过一系列适当大小的箱体覆盖物螺栓258保持的实质箱体覆盖物256。高压力天然气经由耦合到天然气压力调整器252的天然气高压力入口线250进入箱体134，所述天然气压力调整器252将天然气入口压力减小为针对特定HPC系统/应用的指定工作压力。经调整的天然气入口线254将天然气从调整器252的出口递送到箱体内部的热绝缘HPC驱动气体供应线以用于HPC操作。在天然气已驱动HPC且在箱体134内部的驱动液体111(图4)的上表面以上可用之后，所用的天然气经由天然气HPC出口线260从箱体134排空到单一或多组天然气/驱动液体分离器262，从而经由中间天然气线264在分离器262之间通过。分离器262从天然气移除驱动液体蒸汽，达到天然气满足供天然气终端用途消费者进一步利用的适当规范的程度。未展示单独安装的驱动液体热管理系统，其中可将热能添加到驱动液体111以面对箱体134内部的连续膨胀的驱动气体维持驱动液体温度。

由分离器移除的驱动液体从经由驱动液体冷凝物返回线292的入口连接的分离器262的基底返回到箱体134，继续到驱动液体回流泵310的入口中。泵310出口经由端接在箱体134的顶部边缘处的连续的返回线292发送驱动液体冷凝物294，其中冷凝物294沉积在箱体134内部的驱动液体表面(未图示)以上。天然气经由耦合到天然气分离器后压力调整器268的分离器天然气出口线266而离开，所述天然气分离器后压力调整器268耦合到天然气HPC后出口服务线270。天然气从服务线270流出随后被递送到终端用途消费者。另一未描绘的设计具有天然气助推器抽吸站，其使天然气回流到预HPC压力水平，从而允许经由原始传输模式连续传输天然气。HPC天然气驱动系统由如水处理厂和石化厂中使用的常规控制系统来自动控制。

在图21的实施例中，通过使用利用任何可用热源的二元气体驱动系统来操作HPC。使用驱动气体充气室124(图4)或旋转阀主体226注射系统(图18)的标准HPC 102(如图4或图18所示)浸没在箱体134内部的驱动液体111(此图中未图示)中，加固的箱体覆盖物256通过一系列实质加固箱体覆盖物固定螺栓258耦合到箱体134。箱体加热器电路276将箱体134的驱动液体加热到最佳操作温度且包括经由管道系统抽吸经加热液体，管道系统经由相关联箱体加热器电路276管道和控制阀278c来递送辐射热。

二元系统的核心是其在包括蒸发器286和冷凝器290及相关联耦合管道、阀和泵的闭合回路系统中使用低沸点液体。此二元系统是例如在美国和欧洲的地热电力厂所见的标准且普遍已知的。蒸发器286接收经加热液体，经加热液体经由蒸发器286行进穿过闭合回路。经加热液体经由热源输入线282和控制阀278a进入蒸发器286，行进穿过蒸发器的内部闭合加热电路(未图示)且经由热源返回线284离开蒸发器286。此经加热液体将其热能的操作上显著部分传递到二元液体。二元液体在蒸发器286内部气化且经由耦合的二元驱动气体输入线280、耦合的二元气体控制阀278b和单向止回阀274a离开蒸发器。离开止回阀274a的驱动气体输入线将二元驱动气体递送到耦合且热绝缘的驱动气体供应线116以用于HPC操作。

在二元驱动气体已延伸穿过HPC之后，通过使用二元驱动气体HPC出口线302从箱体134排空所述气体，二元驱动气体HPC出口线302耦合到单一或一系列二元驱动气体/驱动液体分布分离器300。此实施例中展示多组分离器300。组合的二元驱动气体和驱动液体经由定位在分离器的顶部和底部处的一组分离器内气体/液体线308连续行进穿过分离器300。二元驱动气体离开经由二元驱动气体冷凝器输入线298耦合的分离器，二元驱动气体冷凝器输入线298经由控制阀278c耦合，控制阀278c耦合到二元系统冷凝器290。冷凝器290内部是闭合回路冷凝线圈。冷凝器冷却剂从耦合到冷凝器冷却剂输入线314的液体冷却池154流动，耦合到冷凝器冷却剂泵316、另一控制阀278d，且进入冷凝器290中。在移动经过冷凝器的闭合回路的同时从冷凝器290内部吸收热能之后，冷凝器冷却剂接着离开冷凝器线圈且其耦合到冷凝器冷却剂返回线318，冷凝器冷却剂返回线318在冷却剂池154中背部端接。在冷凝器290内部，二元驱动气体冷凝为二元液体冷凝物296且微量驱动液体冷凝物294。二元液体冷凝物296通过耦合到冷凝器290的连接的二元液体线306a而撤离冷凝器290的底部。二元液体线306a的相对端耦合到二元液体泵288a，二元液体泵288a将二元液体296从线306a的另一端抽吸到二元液体储存箱297。二元液体储存箱297的贮槽耦合到另一二元液体线306b，二元液体线306b的另一端耦合到另一二元液体泵288b，二元液体泵288b耦合到另一单向止回阀274b，单向止回阀274b的出口向蒸发器286中进行反馈。连接到加固箱体覆盖物256的顶部的是箱体过压减压阀304，其出口端耦合到二元气体减压线303，二元气体减压线303耦合到二元气体减压箱299。连接到减压箱299的底部的是另一二元液体线306b，其相对端耦合到另一控制阀278e，控制阀278e耦合另一二元液体线306c，二元液体线306c与离开二元液体储存箱297的基底的二元液体线306连接。

线306的组合接着将其二元流体296馈送到止回阀274b的入口并进入蒸发器286以再开始二元系统过程。还展示的耦合到冷凝器290的侧部的是驱动液体冷凝物返回线292a，其将驱动液体294馈送到驱动液体回流泵310的输入侧中。泵310的输出馈送到返回线292a的延续部分中，返回线292a的终端将驱动液体冷凝物294沉积到箱体134的顶部的内侧中。还展示的耦合到前一分离器300的基底的是驱动液体返回线292b，其被引导到另一驱动液体回流泵310的输入侧。此第二泵310的出口侧连接到分离器的驱动液体返回线292b的延续部分，返回线292b的终端将基于分离器的驱动液体冷凝物294沉积到箱体134的顶部的内侧中。此图仅描绘二元系统的一个变型。未描绘的是提供例如冷却塔、蒸发冷却器和冷冻器单元等冷凝器冷却的各种其它手段。HPC二元驱动系统由例如地热二元系统和石化厂中普遍使用的控制过程/系统来自动控制。

图22展示使用蒸汽驱动系统操作的HPC。通常可从例如化石燃料燃烧、核裂变容器、地热过程等许多不同热源获得的一定量的蒸汽320经由耦合到控制阀278a的蒸汽输入线322a进入HPC过程。控制阀278a的出口耦合到经调整蒸汽输入线322。经调整蒸汽输入线322b的远端耦合到单向止回阀274，单向止回阀274的出口耦合到箱体134内部的HPC驱动气体供应线116。当蒸汽从较深箱体深度下的较高压力向较浅箱体深度延伸穿过HPC过程时，蒸汽本身在HPC操作期间经由箱体134中的驱动液体111冷却与膨胀的组合而冷凝。

箱体热累积经由包括热驱动液体排空线330的温度管理系统来控制，热驱动液体排空线330在箱体134内部的驱动液体111上表面下方开始。线330耦合到控制阀278b，控制阀278b的出口耦合到线330的延续部分，所述延续部分接着耦合到液体流泵142，液体流泵142的出口耦合到最终端接于冷却池154处的线330的延续部分。通过驱动液体返回线312从冷却池154汲取冷却器冷却剂，其中另一端耦合到驱动液体回流泵310。泵310的出口耦合到驱动液体返回线312的延续部分，线312的相对端耦合到箱体134的上边缘，其中冷却驱动液体被引入到箱体134的内部。

HPC后蒸汽残余物326通过耦合到加固箱体覆盖物256的蒸汽出口线324而离开箱体134的内侧的表面，其中所述蒸汽出口线324的另一端耦合到残余物蒸汽冷凝系统328。此蒸汽冷凝系统328普遍用于在商业建筑物中使用的较大蒸汽加热系统中。蒸汽冷凝物经由蒸汽冷凝物排泄线332而离开蒸汽冷凝系统328，其中排泄线的另一端耦合到控制阀278c，其中阀的出口端耦合到延续的蒸汽冷凝物线332。蒸汽冷凝物线的另一端端接于冷却池154处。HPC蒸汽驱动系统由例如蒸汽热厂和基于煤的蒸汽操作的发电厂中普遍使用的控制过程/系统来自动控制。

图23展示大级联HPC配置。一组级联HPC 354设定成彼此相距一距离以允许驱动气体178从下部HPC 354分布到上部层叠的HPC。在最低单一或多个HPC行正上方的是驱动气体填料分路器板356，其耦合到指向上的倒V形标志状中间气体填料偏离充气室358的最低点。耦合在每一对并排偏离充气室的结合部之间的是驱动气体充气室124，其将驱动气体馈送到在充气室正上方的级联HC。气体填料178展示在HPC间的各个水平面处。值得注意的是每一气体填料178的相对体积，其表示每一深度下的不同压力水平下气体的气体分子的相同质量/数目。驱动气体随着压力减小而膨胀，从而允许同一气体填料178随着工作压力随深度自然减小而提供HPC中的较多浮力体积位移。本质上，相同大小和位移的较多HPC可放置在逐渐变窄的上部行的每一者上，如此图所示。或者，未描绘的实施例是使用牢固地耦合在HPC的每一水平面之间的较大单一倒置盘形驱动气体收集器。离开较低水平面的驱动气体可收集在气体收集器中，其中随着收集和固持额外气体而可建立气体填充的顶部空间。“顶部空间”的顶部处的气体收集器的内侧上表面可与水平面齐平使得驱动气体可收集到气体收集器上的齐平的深度。连接到此“盘形”气体收集器的上表面的可为充气室124，其中每一充气室124由于倒置盘形气体收集器中的驱动气体顶部空间的缘故而接收相等的气体填料。驱动气体可离开盘，行进穿过气体控制阀，其中每一充气室接收相同量的气体以用于其相应HPC的操作。

图24展示HPC基底-负载发电厂的描绘。库374可包含一个或一个以上HPC 102，其中特定HPC大小和每库的HPC数目经设计以符合每一设备的特定操作需求。展示多个库的HPC 374，其中所递送的动力要求相当大，例如在基底负载发电厂中。还展示放置在每一HPC上的发电机376的相对放置。未展示HPC的两端上的发电机的放置，从而允许单一HPC运行两个较小的较便宜的发电机(与单一一个较大发电机形成对比)，其中设计考虑因素指示此操作。展示控制室370，其中HPC厂的操作控制机构经管理，且为所述厂计划并进行维修操作。还展示压缩建筑物378，其中进行驱动气体的管理，不论HPC由天然气、二元系统气体、蒸汽还是例如标准空气等其它气体驱动。动力室372展示为相对描绘一组高张力线输出380上电力的多个发电机输入与输出的电组合的放置。未展示或明确地描绘可管理厂范围的操作的自动化控制系统。这些自动化控制系统可为例如在液压电坝发电厂和基于煤的蒸汽操作的发电厂中使用的任何常规控制系统。

图25展示设计有深翼片和桶的HPC。提供一组深翼片110，其界定HPC的桶空间109。此类深翼片提供由每一个别桶翼片组固持的每一气体填料的浮力控制的较长持续时间。“深翼片”HPC实施例在所有其它方面类似于图1的实施例。以所要求动力输出的规范来开发每一特定HPC设计，其中设计者可改变如HPC 102外径、中心芯支撑件108直径界定的“湿区域”。另外，具有特定曲率和长度两者的翼片设计起作用以实现特定动力输出目标。尽管未图示，但可存在如下要求：任何设计必须具有低的相对液压动力阻曳系数以便满足旋转机械动力输出需求。

关于液压气动动力缸如何实现其效果的操作描述：

HPC通过连续移动穿过四个操作阶段而工作：气体灌充/桶填充；浮力转换为旋转机械能；气体填料耗尽/桶倒空；以及背侧转变。

第一示范性实施例：气体驱动的HPC--充气室

在第一示范性实施例中，通过使用充气室腔室在压缩气体和所供应气体上操作HPC。在此实施例中，HPC经设计以驱动基底负载/原动力发电应用。例如船用动力、机械过程驱动器等其它设计将类似地操作。另外，其它驱动气体源可与所考虑的必要设计考虑因素一起使用。

整个气体提供动力的充气室进行馈送的HPC系统在HPC 102适当地位于以驱动液体111填充的箱体134中时准备好进行操作。操作者经由HPC控制系统将临时启动动力施加到一个或一个以上压缩机驱动马达140以用于为压缩机138提供动力。参看图7，压缩机经由驱动气体返回线132a、132b、气体自旋过滤器136和进入口单向止回阀141a而从HPC箱体覆盖物118内部汲取驱动气体178。箱体覆盖物减压门119允许气体进入箱体覆盖物118并通过允许任何气体过压排放到大气并允许在气体负压的情况下将大气气体引入到箱体覆盖物118内部而向箱体覆盖物118提供过压和负压保护。在标准操作期间，减压门119保持关闭以保持系统内部清洁的操作气体，借此排除需要气体过滤子系统。一个或一个以上压缩机138可压缩驱动气体178并在压力下释放驱动气体178。经加压驱动气体178退出压缩机138，其经由热绝缘驱动气体供应线116a、116b、输出单向止回阀141b传送，且在箱体134内部以到达驱动气体供应控制阀176(见图5)。驱动气体178处于比箱体134底部“附近”的驱动液体111的静止压力高的压力下，且因此使驱动液体111移位。充气室的驱动气体供应控制阀176将“设定”量/流速率的此经加压驱动气体178释放到驱动气体分布均衡器腔室177中，驱动气体分布均衡器腔室177允许驱动气体178膨胀且使压力均衡以与驱动气体充气室124内部的驱动液体111的基于深度的压力对应。均衡的驱动气体178流经驱动气体供应端口168且进入驱动气体充气室124中。

驱动气体178进入HPC桶区域109，HPC桶区域109位于驱动气体充气室124的正上方。在此启动序列开始时，HPC 102静止且不在移动。在HPC启动操作期间，控制系统逾越对驱动气体供应控制阀176的充气室液面传感器170控制，且将气体供应控制阀176驱动到完全打开位置，借此允许所有可用的经压缩驱动气体178通过驱动气体分布均衡腔室177、驱动气体供应端口168且进入驱动气体充气室124中。驱动气体178使充气室124内部的驱动液体111液面降低直到驱动气体178完全填充充气室124为止。一旦充气室124被填满，过多驱动气体178就经由充气室124的“驱动”侧的底部上的充气室驱动气体溢流切口125逃逸。此溢流切口125定位在高于充气室124的其它底部边缘处，从而促使驱动气体178首先在此处“泄漏”。此“泄漏的”驱动气体178有浮力且经由箱体134内部的驱动液体111上升并进入位于充气室124的“驱动”侧正上方的HPC桶区域109中。

因为HPC翼片110限制个别HPC桶区域109内部的驱动气体178，所以这些桶区域109以驱动气体178填充。此驱动气体利用浮力替代来自气密HPC桶区域109的驱动液体111，借此使得HPC 102的特定桶区域109充满驱动气体且有浮力。值得特别注意且出于许多原因在多个实施例上有利的是，翼片中间支撑件112及其相关联翼片中间支撑件气体通过开口113。翼片支撑件112提供额外结构以通过以下操作来加强HPC102：提供额外负载路径以在浮力负载下将放置在每一耦合翼片110上的实质负载转移到邻近翼片110、其它翼片支撑件112、芯支撑件108、任何芯支撑件内部支柱(未图示)，且最终转移到驱动轴104。每一支撑件112分离的桶区域109中的开口113可执行以下功能：平衡每一翼片界定的桶区域109上的气体填料；允许多种气体填充/灌充设计；以及减轻作为整体的翼片中间支撑件112和HPC 102的总重量。在持续的启动序列中，当一个桶区域109充满驱动气体178时，过多驱动气体178“溢出”所述特定HPC翼片110的唇缘/边缘。这些过多驱动气体利用浮力向上浮动且进入下一可用桶区域109中并开始用驱动气体178填充HPC上的下一桶区域。一旦足够的桶区域109以驱动气体178填充且基于重力的浮力克服HPC 102的静止惯性，且HPC 102开始旋转，这些驱动气体填充的桶区域109朝箱体134的顶部移动。

旋转的HPC 102开始向驱动气体充气室124内部提供液体填充的桶区域109。新提供的桶区域109界限内的较重驱动液体111通过重力效应利用浮力将较轻驱动气体178移置到如充气室124内部存在的此桶区域的正下方。由于大多数液体的密度是大多数气体的密度的600倍或600倍以上，所以浮力交换本身相当快且富含能量。如此，每一新提供的开放HPC桶区域109利用重力排空其较重驱动液体111且用较轻驱动气体178填充。驱动气体充气室124设计的另一益处是用于气体交换的富含能量的液体。操作HPC桶区域109中的驱动液体111正围绕HPC驱动轴旋转且在离心力下。当暴露于充气室124内部时，驱动液体111富含能量地喷射出桶。驱动液体111通过HPC翼片110的此离心喷射施加进一步旋转能量，其可超过利用浮力从桶区域109排泄驱动液体178。此额外液体流基于离心的旋转机械能是除单单HPC的浮力所施加的旋转能量以外的能量。

旋转的HPC 102随着较多桶以驱动气体178填充而累积动力和速度，且在驱动气体充气室124上通过并离开驱动气体充气室124。气体填充的桶区域109的HPC的驱动侧百分比增加且因此较多浮力能持续存在于HPC翼片110上，从而将较多能量和速度施加到HPC 102。旋转的HPC 102从充气室124移除驱动气体178，充气室124以如先前论述的新递送的经加压驱动气体178更新。一旦HPC 102正旋转，HPC控制系统就开始使用液面传感器组合件170中的充气室液面传感器171的输出来设定待释放到驱动气体分布均衡器腔室177中的气体的体积，所述驱动气体分布均衡器腔室177又设定充气室124驱动液体液面。液面传感器171可确定充气室124内部的驱动液体液面及其在充气室124的侧部上的位置。传感器171的放置确定充气室124的液面且用以设定驱动气体供应控制阀176的所要设置，驱动气体供应控制阀176操作上控制允许进入充气室124的驱动气体178的流动速率/量。此液面感测和流动速率设置活动持续到供应到充气室124的驱动气体178的流动速率/量满足与从充气室124移除的驱动气体178量平衡的点。此类驱动气体178离开HPC桶区域109的每一者内部的充气室124区域，借此设定充气室124内部的驱动液体111液面。HPC控制系统中的常规气体控制子系统可管理充气室124的驱动液体液面，例如工业吹塑模制设施中的气动分布和控制系统。

驱动气体充气室124位于HPC的端板114的内部边缘内部/之间，且充气室到HPC翼片密封件172工作以将驱动气体178保持在充气室124和暴露的HPC桶区域109内部。此设计防止驱动气体178在邻近于暴露的翼片110的HPC翼片110周围泄漏，因为这些翼片转移到和转移离开充气室124的顶部上的开口所界定的充气室的驱动气体供应区域。密封件172由密封件支撑板174支撑在充气室124的每一端上，且支撑板可通过密封件支撑板支撑件175加固。可存在将充气室密封到HPC界面的其它手段。

当HPC 102旋转时，驱动气体178保持在HPC桶区域109内部从而提供浮力以为HPC 102的旋转提供动力。当驱动气体填充的HPC桶109沿着HPC 102的驱动侧上升时，每一桶区域109的驱动气体178填充的区域基于HPC翼片110相对于水平面的方位而成比例地缩减。当HPC翼片的远端(外)边缘的方位接近如整个HPC 102的旋转引起的水平位置时，HPC桶区域109内部的驱动气体178“溢出”桶。本质上，翼片110正相对于水平面旋转，且当翼片110外边缘旋转时驱动气体由驱动液体178替代。当桶接近HPC的旋转引起的最顶部位置时，HPC桶区域109继续使其浸没的膨胀驱动气体178内含物“溢出”。当HPC桶109的远端边缘到达HPC旋转中的“零度”位置时，几乎所有驱动气体178将已从桶溢出，被显著较重的驱动液体111替代(基于重力的浮力效应)。举例来说，例如空气等气体每立方英尺重0.08磅，且例如水等较重液体每立方英尺重62.4磅。存在可在HPC中使用的可用的驱动气体与驱动液体的许多组合。最佳地，驱动液体将尽可能稠密(每体积的质量)且具有低阻曳施加的粘性，且气体将尽可能轻，因为两种物质之间的密度差异界定可用于工作的每体积量度单位的浮力的量。

随着HPC 102继续旋转，驱动液体填充的HPC桶区域109前进越过最顶部位置且接着沿着HPC 102的非驱动侧向下旋转。这些驱动液体填充的HPC桶区域109继续通过HPC旋转而传送，且接着进入驱动气体充气室124以从头再次开始驱动气体178填充过程。一旦开始整个HPC操作过程，填充和排空过程就继续且将不会停止，除非驱动气体178供应停止或驱动轴104上的基于机械过程的阻力阻挠且超过HPC的旋转能量。视需要，例如原动力发电操作，多个压缩机设计允许几乎无休止的操作，其中后勤方面任何特定压缩机可被离线取下以用于维修或更换，同时其它压缩机继续递送必需的经加压驱动气体供应。如图7所示的在线气体止回阀141a和141b通过防止来自维修中的压缩设备的驱动气体压力损失而允许进行压缩机维修或更换。

一旦HPC 102达到其最佳操作速度，整个过程就再使用相同驱动气体178，借此排除需要任何气体过滤设备，从而保持驱动液体111、压缩机138、在线单向止回阀141、热绝缘驱动气体供应线116和驱动气体返回线132免受外部碎屑和污染物影响。

HPC设计的其它特征包含低摩擦HPC支撑轴承130和低维护不漏液体的密封件/填料盒122。通过对经加压驱动气体178的温度的控制和加热压缩机冷却剂经由箱体134和液体冷却池154(必要时)的循环(如图8中所描绘)而维持液体温度。压缩的气态热量集中热质量，其中驱动气体178中的热能在压缩期间集中到较小区域中，如在压缩操作期间太热而无法触碰的气体压缩机出口压力线所展示。当允许驱动气体178解压缩时，相反情况成立，其中保持在气体中的热的体积膨胀且借此当经加压气体被释放时此膨胀线触碰起来感觉较凉。驱动气体充气室124内部的膨胀的驱动气体178相对较凉，且可通过在驱动气体分布均衡腔室177和充气室124中的驱动气体膨胀以及从箱体底部的较高基于深度的压力到箱体顶部的较低基于深度的压力的基于HPC旋转的转变期间连续吸收热而使驱动液体111冷却。气体膨胀期间提供的热能来自局部环境，即来自周围的驱动液体111。如果未适当设计，那么驱动液体111可由气体膨胀活动持续冷却到凝固/冻结点。此气体膨胀冷却动作是较大客机空调系统设计的基础。在未经检查的情况下，如果整个HPC操作的热能含量未经管理，那么此冷却效应可减缓或停止HPC能量提取。

如图8所描绘的热管理通过以下操作开始：压缩驱动气体178且维持压缩的热量，使得在膨胀期间相同/相等量的热可用于驱动气体178，使得箱体的驱动液体111不会被连续的HPC操作“冷却”到冻结水平。经加压驱动气体178可进入热绝缘驱动气体供应线，从而维持尽可能多的压缩的热量以用于后续驱动气体膨胀。来自压缩过程的一些热量还可用于补偿在经由热绝缘驱动气体供应线116传输期间从驱动气体178损失的热量。持续操作的压缩机138一般需要液体冷却来维持效率且减少由于压缩机内部的摩擦活动引起的增加的温度而导致的操作磨损。一些气体压缩设计还可俘获来自驱动压缩机138的电动压缩机驱动马达140的热量。以经设计的液体冷却剂护套(未图示)保持马达较凉还可延长其使用寿命且减小运行压缩机所需的电负载。

如图8所描绘的液体冷却剂回路从箱体134开始，其中通过经过HPC液体出口线146a、第一双向液体流动阀144a、液体出口线146b、液体流动泵142a、第二双向液体流动阀144b而进入液体冷却池154中，从箱体顶部汲取较暖的箱体驱动液体111。经由第三双向液体流动阀144c、压缩机液体入口线150a、压缩机液体流动泵142b、压缩机液体入口线150b且经由压缩机138的液体冷却剂系统(未图示)从液体冷却池154拉拽“经冷却的”液体。经加热驱动液体111在通过压缩机的操作辐射状加热之后退出压缩机138的冷却剂系统，且通过HPC液体入口线148a、另一双向液体流动阀144d、HPC液体入口线148b，且回到箱体134中。在位于箱体134外部的双向液体流动阀144a与144e之间的是具有液体旁通线152的旁通回路，其当激活时，引导来自压缩机138的驱动液体绕过箱体134且返回到液体冷却池154。

如果箱体134内部的驱动液体111处于或高于设计温度，那么激活箱体旁通系统。此激活所述组双向液体流动阀144a和144e引导驱动液体178经过液体旁通线152和液体流动泵142b，使得驱动液体178从压缩机138经由液体旁通线152流动且进入液体冷却池154中。如果箱体134中的驱动液体111比设计温度凉，那么液体冷却池旁通回路经激活以使经加热驱动液体178流动进入箱体134。经加热驱动液体178到箱体134中的流动在所述组双向液体流动阀144b/144c与液体流动泵142a和142b经激励时发生，且冷却液体绕过液体冷却池154并直接到达压缩机138以拾取来自压缩过程的热量。自动化HPC温度控制子系统可为例如在石化蒸馏厂和工业食品包装厂中使用的具有热控制电路的任何常规控制子系统。作为HPC控制系统的一部分，温度控制子系统可自发执行温度控制动作。在一个实施例中，如果水用作驱动液体111，那么箱体134的温度可维持在近似华氏38-40度之间，即接近水的最大密度，借此使可用于整个过程的浮力最大化。任何液体或不同液体的组合可用作驱动液体，例如溴、水银或化合物液体(例如，水、氯化物、柠檬酸、二硫化碳、溴化乙烯、乙二醇等)。使用其它特定液体作为驱动液体可具有针对操作的不同最佳温度。并且，任何气体或不同气体的组合可用作驱动气体，例如氢、氦、氮、空气、天然气、二氧化碳等。

对于例如图9中描绘的发电，HPC 102旋转地为外驱动轴107提供动力，外驱动轴107从箱体134侧部突起以提供用于任何所要目的的旋转能量/动力。对于电能原动力应用，轴107可耦合到HPC驱动轴动力释放156，HPC驱动轴动力释放156充当过度驱动/过压离合器以保护HPC 102和运行齿轮的特定应用两者使其在故障停止离合器156的任一侧上的过程的情况下免受损坏。动力轴157将旋转动力递送到递升齿轮箱158，递升齿轮箱158交换HPC产生的转矩的一部分以用于增加旋转速度。递升齿轮箱158的所要齿轮比取决于特定动力输入需求。齿轮箱158输出可与特定交流发电机/发电机160需求匹配。中间动力轴159将旋转动力从递升齿轮箱158递送到交流发电机/或发电机160以用于产生电力。通过耦合到电输出控制系统164的交流发电机/发电机动力输出线180从交流发电机或发电机160汲取电力。电输出控制系统164可拆分必要组件之间的输出电力，例如运行压缩机驱动马达140、HPC泵和子系统，或将剩余电力提供给电输出线162上的外部动力输出分布系统。在自供能设计中，一旦系统正产生充足的电力，电输出控制系统164就关断到压缩机驱动马达140的所有外部动力且从交流发电机/发电机160向压缩机馈送电力。如果使用发电机160，那么发电机160产生的直流电可通过电输出控制系统164转换为交流电。此反向电力可分布到压缩机驱动马达140，剩余电力经传输以用于外部用途。

图24描绘提供基底-负载原动力的HPC的一个示范性实施例，其中库374包含多个HPC 102。描绘耦合到个别HPC 102的发电机376，其将电力提供到HPC厂的动力室372和HPC厂高张力馈电线380。邻近于的HPC库374的HPC厂压缩室378可提供驱动气体178以用于HPC操作。还展示HPC厂控制室370，从所述HPC厂控制室370管理、后勤方面支持且维护整个HPC厂复合体。

此实施例的替代设计展示于图23中。特定设计的“级联”HPC 354允许在一个遍次中经由多个HPC 354再使用驱动气体。将驱动气体178引入到下部HPC充气室124。当驱动气体178操作最低水平面的HPC 354时，其从所述水平面的顶部显现且通过使用驱动气体填料分路器板356而重新收集。分路器板356经定位以在每一侧上收集适当量的驱动气体以便将相等的气体填料提供到中间气体填料偏离充气室358，中间气体填料偏离充气室358累积用掉的驱动气体178以传递到驱动气体充气室124和在HPC 354的底部行上方的下一行(例如，第二行)中的HPC 354中。如果底部行上的HPC 354将用掉/膨胀的驱动气体178馈送到第二行上的三个HPC，那么底部行的HPC驱动气体178的每一者的三分之二可分配到连续行的充气室124的每一者。箱体134中驱动气体178的上升(图23中未描绘)带来驱动气体178上的减小的基于深度的压力且因此允许此类驱动气体178随着其在箱体中上升而膨胀。膨胀的驱动气体178允许相同驱动气体填料操作每一连续行上的额外HPC 354。驱动气体填料分路器板356可经定位以相应地分摊驱动气体。在正对顶部行中的四个连续HPC 354进行馈送的三个HPC 354的第二行中，外部第二行HPC可分摊其分路器板以将其驱动气体的四分之三提供到上部行中的外部HPC 354，且仅将其气体的四分之一提供到所述同一上部行上的内部HPC。第二行中的中间HPC 354可使其分路器板组将其膨胀气体的一半分摊到顶部行上的两个内部HPC。在此实例中，顶部行上的所有HPC 354可接收中间或第二行中的HPC 354的每一者的气体填料的四分之三。如深度减小导致的驱动气体178上的压力减小允许驱动气体178膨胀，且顶部行的HPC 354的每一者将接收体积上与先前HPC行一样多的驱动液体111，从而使驱动气体178移位。或者，未描绘的实施例是使用牢固地附接在HPC的每一水平面之间的较大单一倒置盘形驱动气体收集器。离开较低水平面的驱动气体178可收集在平顶气体收集器中，其中随着累积并固持额外气体将建立气体填充的顶部空间。“顶部空间”的顶部处的上表面内部的气体收集器将与水平面齐平使得驱动气体将收集到气体收集器上的均匀深度。连接到此“盘形”气体收集器的上表面的可为充气室124，其中每一充气室124由于倒置盘形气体收集器中的驱动气体顶部空间的缘故而接收相等的气体填料。驱动气体可经由耦合到充气室气体控制阀的开口而离开盘形，其中给定行上的每一充气室接收相同量的气体以用于其相应的HPC操作。

第二示范性实施例：基于HPC的船用动力应用

在第二实施例(即，船用动力应用)中，整个HPC及其子系统可容纳在船体内部，如图10所示。上文描述的许多HPC操作对于此实施例是相同的且因此将不再重复。可作出若干设计调整以使船用HPC投入操作。船用HPC对驱动液体111的热管理通过经由水进入口泵188经由水进入口端口186抽吸船外部的水182而实现。还经由压缩机液体入口线150和压缩机的液体冷却剂系统抽吸相同的水。驱动液体111经由HPC液体入口线148退出压缩机138且流动到HPC液体旁通系统。此旁通系统由双向液体流动阀144组成，双向液体流动阀144将驱动液体111引导到密封的HPC箱体系统190以升高箱体190内部的驱动液体111的温度，或将驱动液体111引导到箱体旁通吹扫线。此吹扫线将绕过箱体190且将其流直接耦合到海水出口端口197。箱体190相对于船的尾端具有在箱体190的底部的尾部的水系统出口阀196，其打开以允许基于箱体的液体经由水出口端口197倾倒到船下。船用HPC系统的动力产生系统具有直接驱动布置，其中外驱动轴107与交流发电机/发电机160耦合且以另外的方式类似于早先论述的原动力产生设计而操作。在船用应用中，一些电力可施加到船驱动马达192，船驱动马达192旋转推进器轴195和船的推进器194。另外，一些电能可用于激励压缩机驱动马达140，且剩余电能可视需要散布到船的其它系统。船用HPC系统依据指定的设计要求可容纳单一或多个HPC系统，所述单一或多个HPC系统可使用单一或多个压缩机设计以及单一或多个船驱动马达/推进设计。

第三示范性实施例：直接注射气体驱动的HPC

如图18中描绘，HPC 102可借助旋转阀布置进行气体灌充，其中HPC 102旋转且阀主体静止。在此实施例中，HPC 102可具有在HPC驱动轴104上居中的旋转阀主体226，HPC驱动轴104配合在其端板114的每一者中的凹口中。旋转阀主体226在其旋转经过HPC 102的底部位置时将气体的直接注射提供到桶区域中。在操作期间，直接注射气体驱动的HPC 102经由热绝缘驱动气体供应线116将驱动气体178传送到静止的旋转阀主体226。驱动气体178继续穿过旋转阀气体通路228且进入旋转阀气体发射孔口230。当HPC桶区域109从其最低旋转点转移并通过此孔口230时，驱动气体178进入桶区域109的芯支撑件缸端。在此实施例中，芯支撑件缸具有从每一桶的“顶板”切割的芯缸支撑件气体孔口(未图示)，其中每一孔口对应于桶区域109的每一端。每一桶区域109具有两个孔口，一个孔口形成在桶区域的“顶板”的每一远端中。当这些孔口开始与旋转阀气体发射孔口230重叠时，气体被转移到所述特定桶区域109。针对每一桶区域109的气体填料由驱动气体178压力、旋转阀气体发射孔口230的大小、HPC芯支撑件108孔口的大小和HPC的旋转速度确定。HPC的设计与终端用途应匹配，其中将设定孔口的经特定工程设计的设计测量值。外部隔板236可由隔板到箱体支撑件238静止地支撑，其中此单一或此组多个隔板236可经添加以将液体背压提供到正通过直接气体注射从桶区域109推出的驱动液体178，从而向直接注射设计的泵喷射动作给予推力。

或者，HPC芯支撑件108可经设计以不与端帽114相遇，其中旋转阀主体226的内部近端与芯支撑件108的远端对接。在此替代实施例中，旋转阀主体226的近端可摘掉端帽以向较大旋转阀主体226提供实心内部支撑。此替代方案将为驱动轴104通过内部结构(未图示)牢固地耦合到HPC芯支撑件108而作准备。此驱动轴104完全延伸经过旋转阀主体226的中心以便与外驱动轴107和如系统的终端用途规定的其它机器耦合。第二替代方案将是将HPC芯支撑件附接到端板114的内部边缘，其中旋转阀主体226以严格容限方式滑动到芯支撑件108的内侧。驱动轴104将再次通过内部结构牢固地耦合到芯支撑件，且从芯支撑件附接部延伸经过旋转阀主体226。可将一定量的驱动气体178引导到旋转阀主体的外面与暴露的HPC芯支撑件的内表面之间的此窄区域以便充当两个表面之间的衬垫。此设计将允许旋转阀主体226充当较大空气轴承从而排除需要HPC轴承120。在此实施例的替代方案的任一者中，对桶区域109的从内向外的直接填充可向HPC的总动力输出提供类似喷射泵的推力。由于直接注射填充动作在操作使用期间在每一桶区域109中发生，所以此推力是连续的且是除了HPC的基于浮力的动力输出以外的力。

第四示范性实施例：天然气驱动的HPC操作

在另一实施例中，天然气驱动的HPC类似于第一实施例而构造且在图20中描绘。HPC 102使用天然气作为经压缩驱动气体源。在工业化国家，天然气在达1200psi的高压下经由管道从供应源转移到终端用户。天然气驱动的HPC系统可位于终端用户附近，其中气体压力从传送压力减小到经调整压力，以用于例如工业应用和住宅内部供暖及热水供暖等用途。

此实施例通过将高压天然气经由天然气高压入口线250引入到HPC系统而操作，天然气高压入口线250将天然气带到天然气入口压力调整器252。在通过天然气入口压力调整器252之后，天然气经由经调整天然气入口线254流动到箱体134，其中天然气移动到热绝缘驱动气体供应线116。箱体134具有加固箱体覆盖物256，其牢固地耦合到箱体。在图20中，通过使用加固箱体覆盖物固定螺栓258来耦合箱体覆盖物256。加固箱体覆盖物256可借助例如大量大规模重量、箱体覆盖物闭锁系统、干涉构件、坚固的缠带/系带/缆线或其任何组合而牢固地耦合在适当位置。

一旦天然气已离开箱体134内部的驱动液体111的上表面，其就经由天然气HPC出口线260流出箱体/箱体覆盖物。天然气接着行进到单一或多组天然气/驱动液体蒸汽分离器262，其中分离的驱动液体111与天然气分离且从分离器移开，其中驱动液体回流泵310经由驱动液体冷凝物返回线292发送回收的驱动液体并将其沉积回到箱体134。“经刷洗”清洁的天然气经由分离器天然气出口线266离开分离器262且进入天然气后分离器压力调整器268，其中天然气压力下降到过程终结压力，为终端用户经由天然气后HPC出口服务线270使用作准备。

替代实施例可使气体经由分离器天然气出口线266离开分离器262且进入天然气再压缩台(未描绘)。HPC后系统再压缩天然气可接着沿着另一气体分布系统再分布。此可允许沿着高压气体分布线的任何地方的无浪费电能产生。任一实施例可包含常规自动化监督控制和数据获取(SCADA)系统以控制相距显著距离的任何远程天然气驱动的HPC操作。与先前描述的实施例一样，自动化控制系统可在石化气体分布工业中使用。

第五示范性实施例：热二元气体驱动的HPC操作

在不同实施例中，HPC系统可由热源通过使用“二元系统”来驱动。所属领域的技术人员将了解图21所示的许多组件的功能。来自地热/烧煤/液态化石燃料/天然气/核过程的热源在两个位置进入热二元驱动HPC系统。首先，热源经由如控制阀278控制的热源输出线282提供热量，且进入二元系统蒸发器286。热量接着将低沸点二元驱动液体(例如，异丁烷或戊烷)蒸发为二元驱动气体。膨胀的热源材料可经由热源返回线284返回到热源过程。

上文提及的所蒸发的二元驱动气体在来自蒸发过程的显著压力下沿着二元驱动气体输入线280流经控制阀278，流经单向止回阀274a且进入箱体134中以利用浮力驱动HPC。例如止回阀、多个控制阀等安全预防措施的使用在例如供应线、泵和其它阀等主要安全系统出故障的情况下充当冗余措施。

热源的第二个用途是使箱体134内部的驱动液体达到二元驱动气体的沸点以上的温度。来自蒸发过程的二元驱动气体的压力和箱体134内部的HPC的深度均工作以增加二元驱动气体的沸点。在不使驱动液体的温度升高到此压力下二元驱动气体沸点以上的情况下，二元气体将在HPC内部凝结且因此不提供很多浮力用于机械旋转动力转换。热源经由如箱体加热器电路276和相关联控制阀278所描绘的单独的闭合回路系统供应热量。箱体加热可由常规控制电路自动控制，可能与热水加热器上的普遍的热电偶控制电路一样简单。

一旦在箱体134内部，HPC就可如先前在上文的实施例中描述而操作。用掉的二元驱动气体可退出加固箱体覆盖物256以下的箱体内部的驱动液体且进入二元驱动气体HPC出口线302。线302将二元驱动气体带到二元驱动气体/驱动液体蒸馏分离器系统300。分离器系统常用于石化和食品加工工业中。在图21中，展示用于从二元驱动气体移除驱动液体111的过程。驱动液体由驱动液体回流泵310汲取且随后经由驱动液体冷凝物返回线292而返回到箱体134。

二元驱动气体经由如控制阀278调整的二元驱动气体冷凝物输入线298离开分离器过程，且进入二元系统冷凝器290。一旦在冷凝器内部，二元驱动气体就冷凝为二元液体冷凝物296。冷凝动作向对冷凝器进行馈送的二元气体线施加吸力，从而辅助分离器系统300的排空。低压力辅助例如驱动液体等相对于二元液体具有较高沸点的液体的冷凝。进入冷凝器290的二元气体流中剩余的任何微量的驱动液体接着将冷凝且跌落到冷凝器290底部，并在驱动液体冷凝物返回线292中由驱动液体回流泵310汲取并接着返回到箱体134。冷凝器冷却剂回路在例如冷却池154等冷却剂源处开始，其中冷凝器冷却剂输入线314从如冷凝器冷却剂泵316控制的池汲取冷却剂。所述冷却剂通过冷凝器的闭合冷却剂回路，同时其从冷凝气体吸收热量且离开冷凝器290并经由冷凝器冷却剂返回线318返回到冷却池154。或者，此实施例可使用其它手段来分散冷却剂的热能，例如冷却塔和/或蒸发冷却器/冷冻器。

二元液体经由如二元液体泵288抽吸的二元液体线306离开冷凝器290并接着沉积到二元液体储存箱体297中以供在闭合环路二元系统中再使用。储存箱体297接着将二元液体提供到二元液体泵288，二元液体泵288接着将适当受控量的二元液体抽吸到蒸发器中以连续地继续二元系统循环。

此实施例的特征还在于箱体过压减压阀304，其为箱体134和加固箱体覆盖物256提供过压减压。箱体过压减压阀304出口耦合到二元驱动气体减压线303，二元驱动气体减压线303引导任何排出的二元气体以供临时储存到二元气体减压箱体299。减压箱体299内部的二元气体的辐射状冷却以及经激活减压储存箱体299内部的升高的气体压力可致使二元气体冷凝，其中其可由另一二元液体线经由控制阀278汲取出箱体，且可储存在二元液体储存箱体297中或由二元液体泵288汲取到蒸发器286中以供再使用。

或者，此实施例可以冷凝器设计完全排除二元气体/驱动液体分离器系统300，从而允许二元液体冷凝物296和驱动液体冷凝物294的连续冷凝和分离。

第六示范性实施例：蒸汽驱动的HPC操作

在另一示范性实施中，在显著压力下使用蒸汽来驱动箱体134内部的HPC 102。本质上，例如(但不限于)地热/烧煤/液态化石燃料/天然气/核过程等热源将蒸汽加热且将蒸汽提供到HPC以用于操作用途。在图22中，蒸汽320经由如控制阀278管理的蒸汽输入线322进入。蒸汽接着经由蒸汽输入线322的延续部分继续到箱体134。蒸汽进入驱动气体供应线116且为HPC提供动力。然而，在HPC内部，在操作期间，发生若干重要过程。当热蒸汽填充HPC桶109时，一些蒸汽将冷凝成水且与箱体内部的驱动液体接合，从而将其热能施加到周围的箱体液体和HPC结构。随着箱体内部环境温度升高，较高百分比的蒸汽将保持在其富含能量的气态状态中持续较长周期，从而在HPC的翼片上施加浮力。HPC 102将随着较多蒸汽进入HPC的桶并将较多热能施加到箱体环境而开始旋转。在一温度下，依据驱动液体成分和相关联的有效沸点，HPC将实现热静态平衡且蒸汽将如任何其它驱动气体一样有效地操作HPC。在HPC蒸汽静态平衡点处，蒸汽将进入桶且操作HPC，其中初始压力保持蒸汽的潜热在水的沸点以上。然而，随着HPC旋转且桶109从箱体134的深处升高，作为气体的蒸汽将接收较少外部施加的压力且体积开始膨胀。随着蒸汽体积膨胀，蒸汽的潜热类似地膨胀且因此每体积区域的总热量根据所有已知气体压力-体积-温度定律而减小。另外，蒸汽周围的HPC结构正吸收蒸汽中的一些剩余热量。在静态平衡状态下，HPC桶在底部以满的气体填料开始，且当蒸汽桶达到顶部位置时，蒸汽已经由热传导和膨胀借助减小的箱体深度而损失其热能，且蒸汽已冷凝成水。

为了维持静态平衡，箱体环境必须维持在静态平衡温度下。新蒸汽的恒定引入将随着时间使箱体的内部温度增加到静态平衡温度以上且小于用于有效蒸汽操作的理想温度，从而迫使需要额外热管理工作。为了维持静态平衡，将通过使用例如冷却池154等冷却源而管理箱体温度。或者，可使用其它冷却系统，例如冷却塔、蒸发冷却器和冷冻器单元。热的驱动液体将经由如控制阀278管理的热驱动液体排空线330而从箱体134顶部汲取并经由液体流动泵142继续。泵的出口接着将向冷却池154释放。较冷的液体将经由驱动液体返回线312、驱动液体回流泵310从冷却池汲取并沉积回到箱体134内部。

或者，如果使用不能或不应释放到开放的冷却池中的驱动液体，那么闭合环路冷却回路可从箱体汲取热的驱动液体且将其经由闭合环路冷却回路抽吸以在较少热能的情况下返回到箱体134。此类设计普遍在用于世界范围内的城市中的大建筑物的热箱体环境控制过程中用于冷却塔和浸入式管道冷却系统中。

对于保持在热的驱动液体的液面以上的那些蒸汽气体，蒸汽出口线324可汲取经使用的HPC后蒸汽残余部分326，且将其带到残余部分蒸汽冷凝系统328，在该处使蒸汽冷凝。后冷凝系统水可由蒸汽冷凝物排泄线332获取到冷却池以进行储存或返回到蒸汽产生源以供再使用。

虽然上文已揭示并入有本发明的原理的示范性实施例，但本发明不限于所揭示的实施例。事实上，本申请案希望涵盖使用本发明的一般原理的本发明的任何变型、用途或修改。此外，本申请案希望涵盖如本发明所涉及的领域中已知或为惯例的落在所附权利要求书的限度内的与本发明的偏离。

这些此类变型中的一者可包含通过使用局部长度充气室来填充HPC桶，其中此充气室放置在充当额外充气室密封件的延伸周边中间翼片支撑件之间，其中气体从充气室转移到充气室正上方的桶空间，且气体沿着桶空间经由中间翼片支撑件气体通过孔而分散。可在单一较长主体HPC上使用一个以上局部长度充气室。另一变型可包含通过使用位于HPC下方的气体引导器、基于轴线的气体注射和HPC侧-通风口/通路气体注射而填充HPC桶。其它实施例可以变化的桶形状和大小建造HPC。

另一实施例可使用各种压缩机类型和位移来供应HPC驱动气体。也有可能使HPC单元在例如柔性海洋箱体/囊、刚性实心密封箱体等各种液体箱体内部运行。或者，有可能使HPC单元在例如河流、湖泊、海洋或大洋等天然水下环境中运行而无实心壁箱体。此类替代方案可使用向海洋/湖泊/大洋开放的结构来固持轴承和其它通常在箱体内部的物件，例如驱动气体供应线、充气室等。此布置将具有将机械能转移到表面的方式，例如通过使用90度齿轮箱和垂直动力传输轴。

在一些实施例中，可使用相同气体填料以循序方式从一个箱体到另一箱体中以循序次序在能够承受压力的箱体内操作HPC。另外，可使用相同气体填料在反向级联堆叠中操作HPC，其中将驱动气体抽吸到底部HPC，由底部HPC使用，接着收集到箱体内部且施加到底部HPC正上方的另一HPC。此实施例可具有在级联的上部阶层上的多个HPC，其中底部HPC为单一或双行HPC，下一阶层或层级可具有由重新组合的较低压力膨胀的驱动气体驱动的多个HPC。通过随着驱动气体从箱体的深处升高驱动气体膨胀而允许每一较高阶层上的较大数目。

另外，HPC可作为单一单元或多个单元在发电站处操作以提供电力。单一HPC可独立地操作以提供用于各种过程的高转矩。

在替代实施例中，有可能使用不同气体和/或气体的混合物作为用于HPC的驱动气体。并且，可使用不同液体和/或液体混合物作为用于HPC的驱动液体。

可以从小动力单元到多兆瓦单元的各种大小来建造HPC。HPC可用于驱动交流发电机和/或发电机。HPC还可使用交替温度控制技术，例如冷却池和制冷，来控制HPC和压缩机两者的液体温度。如果将热的或熔融的物质用作驱动液体，那么这是必需的。

HPC可使用直接驱动而不使用驱动轴速度递升设备来运行发电机或高转矩过程。有可能使用HPC单元来驱动工业设备(与电气交流发电机和/或发电机形成对比)，以提供驱动动力舰船，提供用于舰船和/或船用钻探平台的电力，提供用于大洋/船用钻探平台原动力电力，且/或驱动用于液压电坝泵回或灌溉的水泵。

在另一实施例中，交替轴线气体引入设计可用于引入微泡器气体以用于HPC翼片和端板上的微泡器过程，借此允许使用HPC驱动轴(axle shaft)的两端来驱动动力产生或其它工业用途。

Claims (20)

1.一种液压气动缸，其包括：

第一端板和第二端板，其在所述缸中彼此相对安置，所述第一和第二端板大致平坦且彼此平行；

驱动轴，其纵向延伸穿过所述缸并通过所述第一和第二端板；

芯支撑件，其耦合到每一端板和所述驱动轴，所述芯支撑件在所述缸中安置在中心处；

多个翼片，其用于促进低阻曳流动，所述多个翼片中的每一者耦合到所述芯支撑件以及所述第一和第二端板；

桶区域，其由所述芯支撑件、所述多个翼片中的两者以及所述第一和第二端板界定；以及

翼片支撑件，其耦合到所述多个翼片，所述翼片支撑件与所述第一和第二端板大致平行，其中所述翼片支撑件界定形成在其中的多个开口，流体可通过所述开口以使所述桶区域中的压力均衡。

2.根据权利要求1所述的缸，其进一步包括耦合到所述多个翼片中的至少一者的微泡器。

3.根据权利要求2所述的缸，其中所述微泡器耦合到所述第一和第二端板中的至少一者，所述微泡器大致平行于其所耦合到的所述端板。

4.根据权利要求1所述的缸，其中所述桶区域包括多个桶区域。

5.根据权利要求1所述的缸，其中所述桶区域的一部分移置成距所述缸的中心预定距离以便使矩臂力最大化且借此增加每一桶的浮力的机械优点。

6.根据权利要求1所述的缸，其中所述驱动轴包含穿过其中界定的通路。

7.根据权利要求1所述的缸，其中所述翼片支撑件将所述桶区域划分为第一部分和第二部分，所述第一部分通过所述翼片支撑件中界定的所述多个开口而流体耦合到所述第二部分。

8.一种用于将压缩流体的浮力能转换为机械能的系统，其包括：

含有液体的不漏流体的箱体，所述箱体具有安置在顶端处的覆盖物；

流体灌充装置，其耦合到所述箱体的底端；

热管理系统，其用于维持所述液体的温度；以及

液压气动缸，其安置在所述箱体中且浸没在所述液体中，所述缸包含沿着轴线纵向延伸的驱动轴和其中界定的多个桶区域；

其中，所述多个桶区域中的至少一者接纳来自所述流体灌充装置的压缩流体使得所述压缩流体利用浮力施加所述缸围绕所述轴线的旋转运动。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述缸进一步包括：

第一端板和第二端板，其在所述缸中彼此相对安置，所述第一和第二端板大致平坦且彼此平行；

芯支撑件，其耦合到每一端板和所述驱动轴，所述芯支撑件在所述缸中安置在中心处；

多个翼片，其用于促进低阻曳流动，所述多个翼片中的每一者耦合到所述芯支撑件以及所述第一和第二端板；

翼片支撑件，其耦合到所述多个翼片，所述翼片支撑件大致平行于所述第一和第二端板，其中所述翼片支撑件界定形成在其中的多个开口，流体可通过所述开口以使所述桶区域中的压力均衡；

第一动力阻曳减小设备，其耦合到所述翼片中的至少一者或一者以上，所述第一动力阻曳减小设备大致平行于其所耦合到的所述翼片；以及

第二动力阻曳减小设备，其耦合到所述第一和第二端板中的一者，所述第二动力阻曳减小设备大致平行于所述第一和第二端板。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述翼片支撑件将所述多个桶区域中的每一者划分为第一部分和第二部分，所述第一部分通过所述翼片支撑件中界定的所述多个开口而流体耦合到所述第二部分。

11.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括安置在所述缸的每一侧上的低摩擦轴承。

12.根据权利要求8所述的系统，其中供应线经热绝缘以维持进入所述流体灌充装置的所述流体的温度。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述流体灌充装置包括充气室外壳。

14.根据权利要求8所述的系统，其中所述流体灌充装置包含流体耦合到所述多个桶区域中的至少一者的断流部分。

15.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括流体分布均衡器腔室，用于使所述流体膨胀且维持所述流体灌充装置中的压力的均衡。

16.根据权利要求8所述的系统，其中所述流体灌充装置包括旋转阀。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述旋转阀界定通路和发射孔口，所述通路将所述供应线流体耦合到所述发射孔口以将压缩流体引导到所述缸。

18.一种用于将浮力能转换为动能的液压气动缸，其包括：

第一端板和第二端板，其在所述缸中彼此相对安置；所述第一和第二端板大致平坦且彼此平行；

驱动轴，其纵向延伸穿过所述缸并通过所述第一和第二端板；

芯支撑件，其耦合到每一端板和所述驱动轴，所述芯支撑件在所述缸中安置在中心处；

多个翼片，其用于促进低阻曳流动，所述多个翼片中的每一者耦合到所述芯支撑件以及所述第一和第二端板；

桶区域，其由所述芯支撑件、所述多个翼片中的两者以及所述第一和第二端板界定；

第一动力阻曳减小设备，其耦合到所述翼片中的至少一者或一者以上，所述第一动力阻曳减小设备大致平行于其所耦合到的所述翼片；以及

第二动力阻曳减小设备，其耦合到所述第一和第二端板中的一者，所述第二动力阻曳减小设备大致平行于所述第一和第二端板。

19.根据权利要求18所述的缸，其进一步包括耦合到所述多个翼片的翼片支撑件，所述翼片支撑件大致平行于所述第一和第二端板，其中所述翼片支撑件界定形成在其中的多个开口，流体可通过所述开口以使所述桶区域中的压力均衡。

20.根据权利要求19所述的缸，其中所述翼片支撑件将所述桶区域划分为第一部分和第二部分，所述第一部分通过所述翼片支撑件中界定的所述多个开口而流体耦合到所述第二部分。

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