CN106103994A

CN106103994A - 溶液泵系统

Info

Publication number: CN106103994A
Application number: CN201480076858.4A
Authority: CN
Inventors: P·萨基西恩; U·罗肯费勒
Original assignee: Rocky Research Corp
Current assignee: Rocky Research Corp
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2034-12-30
Also published as: EP3092408A4; EP3092408A1; EP3092408B1; US20150192118A1; US9709050B2; ES2724948T3; WO2015105710A1; WO2015105710A9; CN106103994B

Abstract

描述了一种柱塞驱动式溶液泵，该柱塞驱动式溶液泵被配置成具有隔膜，隔膜在完全朝外挠曲的状态下基本符合泵溶液腔的容积。溶液腔可具有形成在凹形溶液腔壁上的进入口和排出口。台阶或脊状部可沿溶液腔壁的外围形成并且临近进入口和排出口，以阻止隔膜由于朝向溶液腔壁的压力而变形。这种配置可以允许泵高效地自吸。

Description

溶液泵系统

技术领域

实施例涉及用于使液体运动的基于隔膜的溶液泵。更具体地，实施例涉及用于制冷系统的被配置成自吸的溶液泵。

背景技术

许多不同类型的系统依赖溶液泵以使液体从装置的一个部分运动到另一部分。例如，液体/蒸汽吸收系统通常使用吸收器热交换循环或发生器/吸收器热交换(GAX)循环，用于冷却和加热室内盘管和暴露于待被调节的空间或负荷中的其他换热元件。在这些类型的装置中，通常使用溶液泵以将富含氨的吸收流体从吸收器组件泵送至发生器组件。该过程保持吸收系统装置的吸收器侧的低压与发生器侧的高压之间的压差。在美国专利第6,705,111号中公开了使用GAX循环的氨水吸收式热泵的一个实例。

一些溶液泵使用隔膜用于泵送液体并通常依赖于提高和降低施加在隔膜上的压力来改变泵腔内的容积。在液压式隔膜泵的一些实施例中，活塞被配置成使油朝隔膜运动，使得来自于活塞的增大的压力朝一个方向推动隔膜，同时，大气压力或作用在油上的弹性压力使隔膜返回到其起始位置。这导致泵的循环操作并使流体运动到连结至泵腔的止回阀中并从所述止回阀运动出去。尽管这些泵在系统自吸的情况下充分起作用，但是它们不会产生足够大的吸力以进行自吸。因此，如果启动时溶液腔中没有流体，那么目前所使用的此类液压隔膜泵将不能充分起作用。

发明内容

实施例涉及一种具有溶液腔的隔膜泵，溶液腔具有波形的且带台阶的溶液腔壁。溶液腔壁具有进入口和排出口，台阶横穿进入口和排出口或位于它们附近并且可被配置成阻止隔膜在其紧密靠近进入口和排出口时发生变形。在该实施例中，液压流体腔被配置成包含变化体积的液压流体，液压流体腔包括波形流体腔壁。另外，隔膜泵具有柔性隔膜，柔性隔膜联接在溶液腔和液压流体腔之间的交界处的周界周围，其中，变化体积的液压流体使柔性隔膜在朝外挠曲的位置和朝内挠曲的位置之间挠曲，其中，柔性隔膜在朝外挠曲的位置上基本符合波形溶液腔壁，其中，台阶允许进入口和排出口处的间隙足够大。

在一个实施例中，隔膜泵包括溶液腔，溶液腔具有波形溶液腔壁、进入口和排出口，进入口和排出口至少部分地位于溶液腔壁中并且被配置成允许溶液移入和移出溶液腔。腔壁还可具有横穿进入口和排出口或位于进入口和排出口附近的台阶。隔膜泵还可具有液压流体腔，液压流体腔被配置成包含体积变化的液压流体，其中，液压流体腔具有波形流体腔壁。柔性隔膜联接在溶液腔和液压流体腔之间的交界处的周界周围，其中，变化体积的液压流体使柔性隔膜在朝外挠曲的位置和朝内挠曲的位置之间挠曲，并且其中，柔性隔膜在朝外挠曲的位置上基本符合波形溶液腔壁。在一些实施例中，台阶防止隔膜由于被吸入到进入口和排出口中而发生变形。

在另外的实施例中，隔膜泵是柱塞驱动式直接驱动泵。隔膜泵能将液体和蒸汽从吸收器中吸出。台阶的尺寸能够被设计成使得台阶相对于柔性隔膜在朝外挠曲的位置上的形状不会显著增大溶液腔的容积。波形溶液腔壁可符合一预定半径。柔性隔膜能够具有预定半径，该预定半径与溶液腔的内壁的预定半径基本相同。进入口和排出口能够包括单向阀。进入口能够与进入管流体连通，进入管配置成将流体吸入到溶液腔中。进入管可与吸收器流体连通。在不同实施例中，隔膜泵能够自吸溶液，使其通过大于6英寸的液柱高度、大于12英寸的液柱高度、或大于24英寸的液柱高度。

隔膜泵可包括输出轴，输出轴被配置成引起偏心D环的侧向运动，偏心D环相对于隔膜往复地驱动柱塞。偏心D环可包括至少一个平坦部分，所述至少一个平坦部分接触柱塞，以相对于隔膜往复地驱动柱塞。偏心D环在侧向运动期间可保持相对于由所述至少一个平坦部分形成的平面的定向。

在某实施例中，一种隔膜泵自吸的方法包括以下步骤：提供隔膜泵，隔膜泵包括：溶液腔，溶液腔包括波形溶液腔壁、进入口和排出口、以及台阶，进入口和排出口至少部分地位于溶液腔壁中并被配置成允许溶液移入和移出溶液腔，台阶横穿进入口和排出口或位于进入口和排出口附近；液压流体腔，液压流体腔被配置成包含变化体积的液压流体，液压流体腔包括波形流体腔壁；和柔性隔膜，柔性隔膜联接在溶液腔和液压流体腔之间的交界处的周界周围，其中，变化体积的液压流体在朝外挠曲的位置和朝内挠曲的位置之间挠曲，并且其中，柔性隔膜在朝外挠曲的位置上基本符合波形溶液腔壁；并且其中，台阶阻止隔膜由于被吸入到进入口和排出口中而凸起。在一个实施例中，隔膜泵与溶液流体连通，并且在溶液腔中没有溶液时致动泵，使得泵将溶液吸入溶液腔中。

在另外的实施例中，隔膜泵可通过流体进入管与溶液连通，流体进入管中的溶液可以是氨水溶液。在不同实施例中，隔膜泵能够自吸溶液，使其通过大于6英寸的液柱高度、通过大于12英寸的液柱高度、或通过大于24英寸的液柱高度。波形溶液腔壁可符合一预定的半径。柔性隔膜能够具有预定半径，该预定半径与波形溶液腔壁的预定半径基本相同。

附图说明

图1A示出了示例性柱塞驱动式隔膜溶液泵的一部分的剖开透视图；

图1B示出了图1A的示例性柱塞驱动式隔膜溶液泵的另一部分的剖开侧视图；

图2A-2C示出了溶液泵的溶液腔的实施例内的隔膜发生变形的实例；

图3A示出了可使用在图1A的泵中的偏心D环的实施例；

图3B示出了可使用在图1A的泵中的输出轴组件的实施例的分解图；

图4A示出了可实施图1A-1C中所示的溶液泵类型的示例性氨水溶液系统的高级示意图；

图4B示出了可实施图1A-1C中所示的溶液泵类型的另一示例性氨水溶液系统的高级示意图；和

图5A-5C示出了溶液腔的流体端的不同实施例。

具体实施方式

实施例涉及能通过进入管进行自吸的溶液泵。在一些实施例中，溶液泵是具有溶液腔的柱塞驱动式液压隔膜溶液泵。在该实施例中，隔膜基本符合溶液腔的凹形内表面。通过基本符合溶液腔的内表面，溶液泵能在一延长的时间段内泵送蒸汽，直到溶液被吸入溶液腔中为止。此外，溶液腔的凹形内表面可包括沿外周表面形成的台阶或脊状部，并限制临近进入口和排出口的表面的外周。该台阶能够有助于防止隔膜由于形成在溶液腔壁中的进入口和排出口而发生变形。

以这种方式，台阶有助于防止隔膜在操作期间进入到进入口或排出口中并产生变形或凸起。此外，由于隔膜可被配置成基本符合溶液腔壁的内表面，这能够允许溶液泵通过进入管自吸，这样将允许泵以足够的吸力移动气体或蒸汽，以将液体溶液从液体-蒸汽的自由交界表面向上抽吸3英寸、6英寸、12英寸、18英寸、24英寸、36英寸或更大的英寸。替代地，溶液泵能够将该等量的吸力提供到包含气体、液体或两相流体混合物的容器中。

在一些情况下，该溶液泵可使用在吸收流体回路中，用于泵送吸收流体。在一个实施例中，从吸收器组件至发生器组件的吸收流体具有按重量计介于约20％和约60％之间的氨浓度。

在一实施例中，泵包括电机和输入轴，输入轴被电机驱动以绕输入轴轴线旋转。输入轴可包括涡轮。泵还可包括输出轴，输出轴的第一端具有齿轮，齿轮与输入轴上的涡轮接合以使输出轴绕输出轴轴线旋转。在一些实施例中，输出轴的第二端可具有偏心凸轮。偏心凸轮可联接到输出轴上，偏心凸轮的中心偏离输出轴轴线。偏心凸轮可联接到偏心D环上，使得偏心D环进行侧向运动，同时偏心D环的方位在输出轴旋转时不改变。偏心D环可具有接合表面，接合表面被配置成接合泵驱动构件的第一端的从动部分。

泵驱动构件的第二端可靠近泵腔。泵驱动构件可以是弹簧承载式的，以抵抗在面向泵腔的方向上沿泵驱动轴线的压缩力。当偏心D环的接合表面接合弹簧承载式泵驱动构件的从动部分时，可通过使输出轴的旋转运动转变为线性运动来实现沿泵驱动轴线的往复驱动。这种溶液泵能在相对高的抽吸温度和压力下操作，以便用于冷却器的冷却操作，也能在热泵系统运行的情况下在低压下操作，以便通常在高排放压力下提供加热。这种溶液泵还能利用高达约500psi的泵送压力操作。此外，在一些实施例中，泵能够自吸通过的液柱高度为6英寸、12英寸、18英寸、24英寸或更多英寸的等量水柱。尽管泵能够自吸通过这些液柱高度，但是进入口可具有竖直距离上升要求，该竖直距离上升要求比泵能够自吸的液柱高度短。泵能够在流体上(比如水、氨水溶液、或其它流体)上操作。

I.示例性泵的概况

图1A示出了示例性柱塞驱动式隔膜溶液泵100的第一部分的剖开透视图。泵100的第一部分包括输入轴5、输出轴14和弹簧承载式柱塞或活塞12。在一些实施例中，输出轴14可具有位于输出轴的凹端上的球轴承。尽管这里基于氨水吸收系统背景进行讨论，但是，柱塞驱动式隔膜泵100可在其他广泛变化的背景下实施。

输入轴5由固定到电机机架18上的电机(未示出)驱动，电机使输入轴5绕其轴线旋转，从而引起齿轮15旋转。输入轴5上的齿轮15与安装在输出件上的齿轮6之间的合适的蜗杆传动装置致使齿轮6和安装在输出轴上的偏心凸轮9旋转。偏心凸轮9可旋转地联接到偏心D环7上(例如在一个实施例中通过滚针轴承组件10)，偏心D环7具有至少一个平坦侧19，用于提供与柱塞12的表面端13的接触。偏心凸轮9的旋转引起偏心D环7相对于柱塞21的侧向运动。当偏心D环7从一边向另一边侧向运动时，柱塞12在套筒11内往复操作。柱塞12可被弹簧16偏压，使得柱塞的端部表面13抵靠输出轴组件的偏心D环7。

如图1A所示，偏心D环7能够具有至少一个平坦的或基本平坦的部分19，用于接合泵驱动构件的从动部分，比如柱塞12的表面端13。当偏心凸轮9由于输出轴14旋转而旋转时，偏心D环7可旋转地联接到偏心凸轮9上，以在相对于柱塞12的表面端13侧向运动期间保持平坦部分19相对于柱塞12的表面端13的平行定向。抵靠表面端13的平坦部分19可起保持偏心D环7的牢固定向的作用。由于偏心凸轮9围绕输出轴轴线14的圆形运动，平坦部分19能相对于表面端13向内和向外运动。偏心D环7可利用保持环8固定。

即使在偏心D环7由于与柱塞12的表面端13的摩擦而经受轻微磨损时，与圆形或弧形接触部分相反，偏心D环7的平坦部分19也有利地允许用于推动柱塞12的更一致的同步性。先前的泵使用轮或其他圆形构件接触泵驱动构件的从动部分。此类圆形接触构件不规则地磨损并且导致推动柱塞的不一致的同步性。偏心D环7的一些实施例可具有两个或更多个平坦接触部分。在一些实施例中，当首先使用的平坦接触部分经受磨损时，偏心D环7可“翻转”或旋转180度，使得D环的另一平坦接触部分面向柱塞12的表面端13。此外，如果结合引起偏心D环的偶然运动或旋转，则平坦部分之一将迅速地重新接合柱塞12的表面13。在一些实施例中，平坦部分19能够为柱塞半径的约10％至约250％。

图1B所示的溶液泵100的实施例的第二部分包括柱塞12的另一端，该端使隔膜20在溶液腔17和液压流体腔22内操作。溶液腔17可由具有第一轮廓和台阶的溶液腔壁形成，液压流体腔可由具有第二轮廓的流体腔壁形成。隔膜20可围绕位于溶液腔17和液压流体腔22的共用边缘周围的周界进行固定。液压流体腔22在隔膜的与溶液腔17相对的一侧含有体积变化的液压流体，其中，腔22中的液压流体的体积根据柱塞12的往复运动而变化。

柱塞12的往复运动使液压流体移入和移出液压流体腔22。在所示的实施例中，波形的液压流体腔壁包括用于使液压流体移入和移出液压流体腔22的多个小开口。在另一实施例中，可使用更少和更大的开口。在这些实施例中，可使用与针对溶液腔壁所讨论的台阶类似的台阶来防止隔膜变形。液压流体有助于使隔膜20在朝外挠曲的状态和朝内挠曲的状态之间挠曲，当柱塞12完全伸展时处于所述朝外挠曲的状态，在柱塞12完全缩回时处于所述朝内挠曲的状态。由于柱塞12的运动，液压流体在隔膜20的表面区域上提供基本均匀的压力分布。

隔膜20挠曲到溶液腔17之外和之内改变了由溶液腔壁和隔膜形成的空间的容积。该溶液腔空间的容积的增大和减小抽吸流体通过进入连接部32并迫使流体从排出连接部30出去。当柱塞12延伸且隔膜20挠曲到溶液腔17中时，溶液腔17中的吸收流体被迫穿过止回阀26、通过排出连接部30、并进入吸收流体管道。当柱塞12缩回时，隔膜20缩回，从而经由进入连接部32和止回阀28将吸收流体从吸收器吸入溶液腔17中。在一些实施例中，止回阀26和止回阀28可以是球形止回阀，如图所示。在其它实施例中可使用隔膜止回阀、摆动式止回阀、截止止回阀、升降式止回阀、直通单向阀、鸭嘴阀、其他的合适的单向阀、或它们的组合。

通过在压力垫37处与缩回的隔膜20接触来操作补给阀36。这确保了不让补给的液压流体进入到液压流体腔22中，除非隔膜20例如在基本挠曲到液压流体腔22中时位于接触压力垫37的位置上。补给止回阀24与放气阀/泄压阀组件34相互配合，以保持在液压流体腔22中完全充满液压流体。在柱塞往复的每个周期期间，当液压流体和存在的任何气体通过放气阀/泄压阀组件34排放到曲柄箱中时，可补给液压流体。

对溶液腔17和隔膜20的尺寸和形状、以及为隔膜20所选的材料被设计成使得在隔膜20向外挠曲时隔膜20基本符合溶液腔17的内表面。例如，挠曲的隔膜20在最大挠曲时具有预定的半径。该半径可以与溶液腔的内表面的半径基本相同，使得隔膜20在泵送冲程期间基本接触溶液腔的内表面。此外，如下面针对图5C更详细地解释的那样，溶液腔17的一些实施例可包括横穿进入口和排出口或位于进入口和排出口附近的台阶，以防止隔膜20的永久变形。

在该实施例中，溶液腔17的内表面是波形的，以基本符合隔膜20挠曲后的容积。因此，在完全朝外挠曲或基本完全朝外挠曲时，隔膜20能够将所有的或几乎所有的任意剩余气体或液体推出溶液腔17。然后，柱塞的返回运动引起隔膜20远离溶液腔壁运动，从而使得泵在干燥或基本干燥的状态下运行时产生足够强度的吸力，以将溶液、水或其他流体吸入到溶液腔17中。这种自吸特性有利地允许泵在溶液腔17中填充有空气或蒸汽时开始泵送，并将溶液、水、溶剂或其他合适的流体提升到溶液腔17中。一些实施例能够用足够大的力泵送空气，以将流体提升两英尺以上，在一些实施例中提升四英尺以上，使其通过进入管进入溶液泵中。因此，在一些实施例中，泵在环境温度下能够具有大约为6英寸H₂0、12英寸H₂0、24英寸H₂0、48英寸H₂0或更大的抽吸能力。对于密度稍小于H₂0的氨水溶液来说，抽吸能力能够稍高些。此外，在一些实施例中，泵100可适于在从小于环境压力(比如，约10psia或更小)至高达500psia或更大的压力范围内运行。

泵100的一些实施例还能够包括阻尼器构件，以抑制由泵100的操作所产生的噪音。例如，可选择一定体积的降低噪音的溶液。在一些实施例中，可使用大进入管来保持液体，使得确保在每个冲程泵送液体，从而提供比使用较小管时的泵送更安静的泵送并且每个冲程泵送更少的液体，其中剩余部分为蒸汽。

II.示例性隔膜的挠曲的概述

图2A-2C示出了隔膜200相对于溶液腔壁220和液压流体腔壁210的各种位置。在中性位置上，如图2A所示，隔膜200可基本平坦或不挠曲。在完全朝外挠曲的位置上，隔膜200基本符合溶液腔壁220，如图2B所示。如图2C所示，在完全缩回的位置上，隔膜200在一些实施例中基本符合液压流体腔壁210。隔膜200在使用时可占据位于完全挠曲和完全缩回位置之间的一系列位置，包括但不局限于中性位置。

如上所述，通过使隔膜200在完全朝外挠曲时的形状基本符合溶液腔壁220的形状，使用这样的隔膜和腔的泵能够提供增大的压力，从而导致自吸的能力以及泵送蒸汽和液体的能力。例如，在一些实施例中，为了允许泵自吸，压力比和容积比可限定如下：

\frac{V_{\min}}{V_{\max}} < \frac{P_{L}}{P_{H}}

其中，P_H表示系统的高操作压力，P_L表示系统的低操作压力，V_max表示在隔膜挠曲到腔之外时溶液腔的最大容积，V_min表示在隔膜挠曲到腔内时溶液腔的最小容积。

本文描述的自吸式泵可在氨水系统或其他加热和冷却系统中实施，并且像上文描述的那样大致实施溶液腔与挠曲隔膜的容积比能够降低吸收器内的压力，因为泵能吸入气体或液体。在氨水系统中，氨水溶液将氨蒸汽吸收到液体中，因此一些蒸汽能存在于泵的溶液腔中。因此，文中所描述的泵的实施例可以具有改善的连续性，原因在于，泵能有效地泵送蒸汽和液体两者，尤其是能在氨水系统中将蒸汽和液体抽吸到吸收器之外。有利地，文中所述的这种直接驱动式泵具有优于其他溶液泵(如，带驱动式泵设计)的优势，例如，直接驱动式泵结构紧凑且维护成本相对较低。

III.示例性输出轴组件的概述

图3A示出了偏心D环340的实施例，其可使用在图1A的泵中、或使用在任何其他合适的系统中。偏心D环340可由强度和耐磨性良好的材料组成，例如在一些实施例中由金属合金(比如，碳钢)组成。偏心D环340可包括一个或多个平坦部分，用于接合另一系统部件(比如，柱塞或活塞的从动部分)。如图所示，偏心D环340具有第一平坦部分342和第二平坦部分344，但是偏心D环在其他实施例中能够具有一个、两个、三个、四个或更多个平坦部分。在一些实施方式中，所述一个或多个平坦部分可设置有降低磨损和/或减小平坦部分和接触表面之间的摩擦的材料或机构，如，聚四氟乙烯、二硫化钼、密实的氧化层釉、液态或固态润滑剂、滚柱轴承、或类似物。在一些实施方式中，接触表面(例如上文描述的图1A中的柱塞12的表面端13)可以类似方式处理以降低摩擦。

图3B示出了驱动和偏心组件300的实施例的分解图，该组件300可使用在图1A的泵中。驱动和偏心组件300包括齿轮310、偏心件320、滚柱轴承的内部件330和外部件335、偏心D环340和保持环350。所示的驱动和偏心组件300示出了一种可能的构件，用于将偏心D环340可旋转地联接到驱动轴构件上，使得偏心D环340在驱动和偏心组件300处于使用中时能让柱塞或活塞周期地线性运动，同时保持柱塞或活塞相对于由平坦部分342形成的平面的定向。

在一些实施例中，齿轮310可以是螺旋齿轮。齿轮310具有内径315并且与输出轴轴线360同轴。偏心凸轮320可以是包括两个或更多个部分的圆形偏心凸轮，其中，至少一个部分绕输出轴轴线360偏心旋转，而另外的部分装配在螺旋齿轮的内径315内。例如，偏心凸轮320的第一或同轴凸轮部分324的尺寸能够被设计成具有合适的直径和深度，以定位在齿轮310的内径315内。第一凸轮部分324、齿轮310和输出轴构件(未示出)能够同轴。因此，当齿轮310驱动输出组件300旋转时，偏心凸轮320的第一部分324可绕输出轴轴线360旋转。偏心凸轮320的偏心部分326在一些实施例中可被固定到第一部分324上，或者，如在所示的实施例中那样，可被固定到直径比第一部分324大并且也绕输出轴轴线360旋转的中间部分上。偏心部分326能够定位成使得贯穿偏心凸轮320的厚度的通孔322偏离偏心部分326的中心。通孔322的中心可与输出轴轴线360对准。在其他实施例中，能够使用其它的偏心凸轮装置，以驱动偏心D环340相对于泵驱动构件(比如，柱塞)的侧向运动。

滚针轴承组件的内圈330的尺寸能够被设计成内径装配在偏心部分326的外径周围。滚针轴承组件的外圈335的尺寸被设计成装配在滚针轴承内圈330上并且在偏心D环340的内径346内。当偏心D环的内表面346相对于偏心凸轮320的偏心部分326的外表面旋转时，滚针轴承组件330、335可减小偏心D环340的摩擦。在其他实施例中，在偏心部分326和偏心D环340之间可使用其他的可旋转联接构件。在一些实施例中，偏心D环340和滚针轴承组件330、335可使用布置在槽328内的保持环350而固定到偏心凸轮320的偏心部分326上。

IV.示例性系统的概述

图4A和4B示意性示出了氨水冷却和加热系统，文中所述的溶液泵可有效地使用在该系统中。图4A示出了空气调节器/冷却器冷却装置，图4B示出了用于在加热模式下运行的热泵。所示的冷却器系统实施例的主要部件包括吸收器组件29，吸收器组件29包括空冷式吸收器43和吸收器热交换部分25，吸收器热交换部分25包括吸收器换热器31(有时称之为溶液冷却式吸收器(SCA))和GAX换热器33。所示的发生器组件41包括发生器换热器45、具有用于加热和蒸发溶液的燃烧器49的锅炉51、绝热段46和精馏器部分47。燃烧器可包括燃烧式空气预热器。冷凝器44和蒸发器50可以是该系统的其他主要部件。所示的冷却器系统包括过冷却器52，用于利用来自于蒸发器的冷的气态制冷剂预冷却来自于冷凝器的制冷剂。沿制冷剂管42布置的TXV阀40控制制冷剂向蒸发器的流动。吸收器和冷凝器换热器可以是空气冷却式或液体冷却式的，精馏器47可被溶液、水或空气冷却。这种GAX冷却器在本领域(例如，美国专利第5,490,393和5,367,884号)是公知的。

图4B中所示的热泵实施例包含了图4A中所示的装置的许多相同的主要部件，但是，该热泵实施例中示出了液体循环冷却吸收器53，其具有液体循环冷却泵55和用于将换热流体引导到吸收器并引导至用于热交换的冷凝器的合适管道，在所示的实施例中，使用柱塞驱动式隔膜溶液泵48来将富含氨的吸收流体从吸收器泵送至精馏器。溶液转移、或溶液从高压区向低压区的转移可引起溶液在吸收器中累积，从而导致能力和性能系数(COP)降低。有利地，在一些实施例中，溶液泵48能将溶液从吸收器中吸出并且将液体再循环通过系统，从而提高性能。溶液泵48的净正吸入压头足以在吸收器中引起微真空并且保持溶液循环通过系统。

这种热泵可被改造成通过包含前述专利中所述的合适的换向阀而提供加热和冷却。本文所述的溶液泵也可使用在氨水冷却器-加热器中，如在2004年4月13日授权的美国专利第6,718,792号中进一步描述的那样。此外，本文描述的溶液泵还可使用在比如在前述专利和申请中描述的非GAX氨水系统中。

本文描述的柱塞驱动式隔膜溶液泵可使用在氨水吸收系统中，用于泵送氨重量浓度在约20％和约60％之间的吸收流体，特别地，所述隔膜溶液泵可使用在GAX吸收系统中，更特别地，可使用在热泵系统中，所述热泵系统在高温高压和低温低压操作模式下运行。这种泵的显著优点是操作温度相对低，其中，抽吸压力通常低于环境压力，例如低于约14psia，并且在冷温操作期间甚至低至约5-10psia，该泵高效地运行，不同于目前所使用的液压操作式隔膜溶液泵。对于至8吨的标称装置而言，本文描述的泵每分钟能泵送在约2磅和约8磅之间的富含氨溶液的流量。

例如，在外部温度特别低(例如约为-20°F或之下)时，泵高效运行的低压侧系统压力在约5-10psia和约80psia之间。因此，泵能在低温低压条件下以所要求的流速泵送，从而在低流速下也能实现大的ΔPs。因为柱塞驱动式隔膜泵设置有用于在泵运行期间使隔膜返回的弹簧，因此该泵能在低于大气压的溶液压力下泵送吸收流体，从而在低于40°F以及低至-20°F和低于-20°F的低温环境下泵送吸收液。此外，本文描述的泵能实现ΔP高于500psia，并能达到550psia或更大。泵的操作频率(即，柱塞的往复周期频率)在每分钟约20和约250冲程之间，并且优选在每分钟约60-200冲程之间，更优选地在每分钟约70和约160冲程之间。泵甚至可在干燥或接近干燥的条件下运行，以泵送气体和气-液混合物。

V.示例性流体端的概述

图5A-5C示出了适于在溶液泵的溶液腔中使用的流体端的各种实施例。图5A示出了现有技术的流体端500A，其具有凹形周界520，从而形成深凹的溶液腔壁522。流体端包括用于使溶液移入溶液腔的进入口512和使溶液从溶液腔移出的排出口510。

图5B示出了具有凹形溶液腔壁530的流体端500B的实施例，凹形溶液腔壁530的形状被设计成使得隔膜在完全挠曲的状态下基本符合凹形溶液腔壁530。当隔膜挠曲抵靠凹形溶液腔壁530时，隔膜可至少局部地被压入进入口512和排出口510中。随着时间的推移，隔膜进入进入口和排出口中的变形能够导致隔膜上出现永久的凹坑，其与隔膜在口中的拉伸相对应。隔膜的显著凹陷(在此称之为凸起)导致泵的性能不够。例如，凸起可引起隔膜卡在一个或两个口中，使隔膜失效，或降低流动和/或自吸的性能。凸起还可缩短隔膜的使用寿命。

图5C示出了具有类似的凹形溶液腔壁530的流体端500C，溶液腔壁530包括台阶540，台阶540外接腔壁530的外边缘并且还横穿进入口512和排出口510。台阶540形成足够大的间隙，使得当台阶540与隔膜接触时，隔膜不会由于被压入进入口512和排出口510中而变形或凸起。台阶540也不会显著增大由溶液腔壁530形成的溶液腔的容积，从而保持泵的高抽吸能力。在一些实施例中，如图所示，台阶540可横穿进入口512和排出口510。在其他实施例中，口可不对称地布置并且台阶可以横穿进入口和排出口中的一个而不横穿进入口和排出口中的另一个。在另一实施例中，台阶可位于进入口和排出口附近而不横穿这些口。

VI.术语

结合特定方面、实施例或实例所述的特征、材料、特性、或组应该理解为适用于文中所述的任何其他方面、实施例或实例，除非它们之间不兼容。在本说明书(包括任意的所附权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征、和/或所公开的任何方法或过程的所有步骤可以任何组合方式组合，除了这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合以外。保护范围并不局限于任意前述实施例的细节。保护范围可扩展至在本说明书(包括任意的所附权利要求书、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖特征或任何新颖的特征组合，或扩展至所公开的任何方法或过程中的步骤中的任何新颖的步骤或任何新颖的步骤组合。

尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅以实例的形式呈现并且不旨在限制保护范围。当然，文中所述的新颖方法和系统可以各种其他形式实施。此外，可对文中所述的方法和系统的形式做出各种省略处理、取代和改变。本领域的技术人员将意识到，在一些实施例中，在所示出和/或所公开的过程中采用的实际步骤可与附图中所示的步骤不同。根据实施例，上面所述的某些步骤可省去，可增加其他步骤。此外，上面公开的具体实施例的特征和属性可以不同方式组合以形成另外的实施例，所有这些实施例将落入本公开的范围内。

尽管本公开包括一些实施例、实例和应用，但是本领域的技术人员将理解，本公开使具体公开的实施例扩展至其他替代实施例和/或使用以及其明显的改进和等同形式，包括不具有文中阐述的所有特征和优点的实施例。因此，本公开的范围不旨在由这里具体公开的优选实施例限定，而是可以由这里呈现的或将来呈现的权利要求进行限定。

Claims

1.一种隔膜泵，包括：

溶液腔，所述溶液腔包括凹形溶液腔壁，所述凹形溶液腔壁具有进入口和排出口并且具有外接所述凹形溶液腔壁的外边缘的台阶；

液压流体腔，所述液压流体腔被配置成容纳变化体积的液压流体，所述液压流体腔包括波形的流体腔壁；和

柔性隔膜，所述柔性隔膜联接在溶液腔和液压流体腔之间的交界处的周界周围，其中，变化体积的液压流体使柔性隔膜在朝外挠曲的位置和朝内挠曲的位置之间挠曲，

其中，柔性隔膜在朝外挠曲的位置上基本符合波形溶液腔壁，并且其中，台阶阻止隔膜由于进入口或排出口而发生变形。

2.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，隔膜泵是柱塞驱动式直接驱动泵。

3.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，隔膜泵连接到吸收器上，并且能够从吸收器吸出液体和蒸汽。

4.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，台阶的尺寸被设计成使得台阶相对于柔性隔膜在朝外挠曲的位置上的形状不会显著增大溶液腔的容积。

5.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，凹形溶液腔壁符合预定半径。

6.根据权利要求5所述的隔膜泵，其中，柔性隔膜具有预定半径，柔性隔膜的预定半径与溶液腔内壁的预定半径基本相同。

7.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，进入口和排出口包括单向阀。

8.根据权利要求7所述的隔膜泵，其中，进入口与被配置成将流体吸入溶液腔中的进入管流体连通。

9.根据权利要求8所述的隔膜泵，其中，进入管与吸收器流体连通。

10.根据权利要求8所述的隔膜泵，其中，隔膜泵能自吸溶液，使溶液通过大于6英寸的液柱高度。

11.根据权利要求8所述的隔膜泵，其中，隔膜泵能自吸溶液，使溶液通过大于12英寸的液柱高度。

12.根据权利要求8所述的隔膜泵，其中，隔膜泵能自吸溶液，使溶液通过大于24英寸的液柱高度。

13.根据权利要求1所述的隔膜泵，包括输出轴，所述输出轴被配置成使偏心D环侧向运动，所述偏心D环相对于隔膜往复驱动柱塞。

14.根据权利要求13所述的隔膜泵，其中，所述偏心D环包括至少一个平坦部分，所述至少一个平坦部分接触柱塞，以相对于隔膜往复驱动柱塞。

15.根据权利要求14所述的隔膜泵，其中，偏心D环保持相对于由所述至少一个平坦部分形成的平面的定向。

16.一种隔膜泵自吸的方法，所述方法包括：

使权利要求1所述的隔膜泵与溶液流体连通；和

在溶液腔小于全容积或溶液腔中没有溶液时操作所述隔膜泵，使得所述隔膜泵将溶液吸入溶液腔中。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，隔膜泵通过流体进入管与溶液连通，并且流体进入管中的溶液是氨水溶液。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，隔膜泵能自吸溶液，使溶液通过大于6英寸的液柱高度。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，隔膜泵能自吸溶液，使溶液通过大于12英寸的液柱高度。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，隔膜泵能自吸溶液，使溶液通过大于24英寸的液柱高度。

21.根据权利要求16所述的方法，其中，凹形溶液腔壁符合预定半径。

22.根据权利要求16所述的方法，其中，柔性隔膜具有预定半径，所述柔性隔膜的预定半径与凹形溶液腔壁的预定半径基本相同。