CN110248849B - 集成式能量转换、传递和存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从多个能量源回收和存储能量的集成式混合能量回收和存储系统。该系统包括具有高压蓄能器和低压蓄能器的蓄能器单元。至少一个活塞被安装成在高压蓄能器中往复运动。该蓄能器单元被配置成接收、存储来自液压流体的能量以及将来自液压流体的能量传递到能量存储介质。该系统进一步包括两个或更多个旋转方向控制阀，其中至少一个旋转方向控制阀位于蓄能器单元的每一侧。每一个旋转方向控制阀包括多个端口。该系统还包括两个或更多个可变排量液压旋转单元。至少一个可变排量液压旋转单元邻近于旋转方向控制阀中的每一个定位。

Description

集成式能量转换、传递和存储系统

技术领域

本公开涉及一种能量转换、传递和存储系统，其能够根据可变输入输出捕集、存储和释放能量。

背景技术

当前的能量转换系统依赖于燃烧过程，主要依赖于用于移动或固定应用的内燃发动机，或依赖于由电池供电或连接到电网的电动马达。

这些系统基于能量需求和发电要求在可变条件下操作。用于移动应用的内燃发动机必须在宽范围动力条件下操作，这会由于瞬态操作条件而导致消耗和排放的增加。常规的制动能量回收系统由于额外的质量和有限的使用而无法解决效率问题。发动机在不同输出条件下以恒定速度操作是一个显着的改进，但是需要有效的中间能量存储装置。这种装置还可以提高将燃料的化学能转换成热能然后转换成机械能的装置的效率。

常规的固定能源依赖于发电厂中内燃发动机或燃气/蒸汽涡轮机的恒定速度。这些系统依赖于与有害和温室气体排放相关联的燃料燃烧。风能、波能和太阳能等可再生能源的特点在于可用性方面大幅波动，增加了对它们之间的灵活性、整体互补性以及中间存储的需求。

常规的车辆和工业生产过程产生大量的废热。这种能源的回收需要可靠的具有成本效益的技术解决方案，其能够将废热转化为机械能或电能。

然而，由于效率、可用性、灵活性、成本、适用性、重量、包装、可制造性、温度范围、可回收性和耐久性，当前的系统在其操作中存在缺点。

因此，本公开的目的在于克服常规系统的这些缺点，且更具体地，克服效率、包装、重量、适用范围和制造限制方面的缺点。

诸如用于灌溉和使用例如水轮提供机械动力的相对简单的液压系统已经使用了数千年并贯穿整个文明历史。在现代，液压系统已变得越来越复杂，并且在各种各样的产业中用于各种各样的目的。通常，液压系统使用液体，特别是使用加压液体来产生、控制和传递机械动力。

各种工业、机械和其他系统，包括许多由可再生能源提供动力的系统，依赖于瞬态或间歇能量或电力的产生。因此，已经开发了用于临时存储能量的各种系统，以在产生量超过需求时收集能量并在需求超过产生量时释放能量。

此外，已经开发出用于诸如汽车的车辆中的再生制动系统，以回收和存储减速期间车辆损失的一部分动能。在这种系统中，原本通常被车辆制动器耗散的能量在减速期间由动力传递系统引导到能量存储器。这种存储的能量被保持直到车辆再次需要，当再次需要时，存储的能量被转换回车辆的动能并用于使车辆加速。减速期间损失的动能存储在这种系统中的部分的大小取决于存储器类型和传动系效率。

通过逆变列车的电动马达并在列车制动时将电动马达用作发电机，这种系统已广泛用于电气化铁路中。然而，对于内燃发动机车辆，因为内燃发动机的能量转换过程难以逆转，所以实施再生制动系统更加困难。

在一些实施方案中，可以使用电池作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。可以使电动车辆的驱动马达作为向车轮提供制动扭矩的发电机来操作。在再生制动中，电动车辆马达作为发电机来操作以对电池充电。由于固定的机械损失，该过程在低速时通常效率较低，使得在低速下通常通过机械制动来代替或补充这种再生。然而，目前，电池相对昂贵并且具有妨碍其广泛采用的各种缺点。

在一些实施方案中，可以使用液压蓄能器作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。液压蓄能器可以通过压缩诸如氮气的工作气体、或通过提高重量、或压缩或延伸机械弹簧或其他弹性部件来操作。液压蓄能器由于其安静的操作、可靠性和耐久性而较具吸引力。基于压缩气体的液压蓄能器特别实用，部分原因在于它们通常较轻、紧凑且便宜。然而，与电动车辆和电池一样，这些系统在低速时也往往效率较低。

在一些实施方案中，可以使用飞轮作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。飞轮因其相对较高的能量密度和提供较高能量传递速率的能力而较具吸引力。然而，飞轮存在各种缺点，包括由于相关轴承、马达/发电机、轴和保护壳的重量造成的损失，实际能量密度明显低于理论值。飞轮的各个部件，其轴承及其相关联的马达/发电机也经常使用冷却系统来防止过热，增加了复杂性和成本。此外，因为各种可能的偶然但灾难性的事件，安全性是要考虑的问题。

在一些实施方案中，可以使用弹性能量存储器作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。弹性能量存储系统因为其简单而具有广阔的前景-在一个实施方案中，车辆的传动系仅仅连接到弹性体，使得车辆运动对弹性体施加应力。然而，弹性能量存储系统具有各种缺点，包括与弹性体材料的循环相关联的滞后性或能量损失。滞后性和循环劣化并加热弹性体材料，从而减少可实现的效率和可靠性。

在一些实施方案中，可以使用超级电容器作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。超级电容器，也称为超级电容或 Goldcap，是高容量电容器，其电容值远高于其他电容器，并填补了电解电容器和可充电电池之间的空白。超级电容器通常比电解电容器每单位体积或质量储存更多倍的能量，可以比电池更快地接受和输送能量，并且比可充电电池耐受更多的充放电循环。然而，超级电容器也具有各种缺点，包括相对于电池每单位重量的能量容量较小，以及复杂的电子控制和开关设备。

在一些实施方案中，可以使用诸如通过朗肯循环(Rankine cycle) 将热量回收和转换成电能作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。在其他实施方案中，可以使用热电发电机系统作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。在其他实施方案中，组合使用通过朗肯循环的热能回收和热电发电机作为汽车中使用的诸如再生制动系统中的能量存储系统。

因为液压系统的控制基于能量耗散，因此液压流体趋于升温并需要冷却以保持适于液压油适当性能的温度。因此，通常认为加热液压流体是有害的。液压流体冷却装置通常具有管状结构，并且根据流体、液体或空气的交叉流动原理，采用一个或多个线圈来容纳靠近冷却流体的液压流体。现有技术的用于液压油的热交换器依赖于三种热传递机制中的一种或多种：对流、传导和辐射。

对于冷运行条件，使用其中电阻器浸没在流体贮存器中的液压加热器。恒定运行条件的燃料燃烧器用于使用液体或气体燃料为建筑物供暖。为了减少氮排放，目前正在研究辐射燃烧器以确保低温火焰，并因此确保低氮排放。

然而，由于效率、可用性、灵活性、成本、适用性、重量、包装、可制造性、温度范围、可回收性和耐久性，当前的系统在操作方面有缺点。因此，本公开的目的在于克服现有技术的这些缺点，且更具体地，克服效率、包装、重量、适用范围和制造限制方面的缺点。

本领域一直需要诸如用于汽车的改进的能量存储和再生制动系统，以克服常规上与这种现有系统相关联的限制。

发明内容

提供了一种集成式能量转换、传递和存储系统，以提高依赖于可变能量产生或能量消耗的系统的能量产生和消耗的效率。集成式能量转换、传递和存储系统包括集成了双侧液压机械蓄能器单元和双侧方向控制阀的双侧液压单元，以根据可用性和动力需求捕集、存储和释放能量。该系统集成了机械能、液压能和热能源，以不同于输入的机械参数和连接为多个机械源释放能量，并且也为电能存储和消耗释放能量。

考虑到能量系统必须适应大功率范围以满足应用需求，并且可再生能源的特征在于大量的波动，提供了根据本公开的示例性实施例的集成式能量转换、传递和存储系统。以集成的方式，集成式能量转换、传递和存储系统包括与方向控制阀和双侧蓄能器单元联接的用作可变排量液压泵或马达的双侧液压装置。基于特定应用，核心结构可扩展用于串联和并联联接的多个液压输入和液压致动机械输出。

还集成了电力输出的产生。除了机械液压能量的产生之外，根据特定应用，热能还被转换成液压能量然后被转换成电能或机械能。这些实施例涉及提高例如车辆的能量系统的效率，可再生能量源由于中间存储容量和由流体动力赋予的灵活的动力转换能力而允许能量系统以比当前应用更高的效率运行。依靠中间能量存储允许可能在恒定运行条件下运行并因此具有更高效率的可选转换系统的应用。

一种用于从多个能源中回收和储存能量的集成式混合能量回收和存储系统可以被概括为包括：蓄能器单元，包括高压蓄能器和低压蓄能器，该蓄能器单元具有第一侧和第二侧；至少一个活塞，被安装用于在高压蓄能器中往复运动，该蓄能器单元被配置成接收、存储来自液压流体的能量以及将来自液压流体的能量传递到能量存储介质；两个或更多个旋转方向控制阀，其中至少一个旋转方向控制阀位于蓄能器单元的每一侧，每一个旋转方向控制阀包括多个端口；该高压蓄能器连接到在第一侧的旋转方向控制阀的端口和在第二侧的旋转方向控制阀的端口，该低压蓄能器连接到在第一侧的旋转方向控制阀的端口和在第二侧的旋转方向控制阀的端口；以及两个或更多个可变排量液压旋转单元，其中至少一个可变排量液压旋转单元邻近于旋转方向控制阀中的每一个定位，每一个可变排量液压旋转单元通过旋转方向控制阀的端口和液压管连接到旋转方向控制阀。

该系统可以进一步包括第一机械传动装置，该第一机械传动装置具有经由第一机械轴连接到两个或更多个可变排量液压旋转单元中的其中一个可变排量液压旋转单元的机械输入联接部。

该系统可以进一步包括第二机械传动装置，该第二机械传动装置具有经由第二机械轴连接到两个或更多个可变排量液压旋转单元中的另一个可变排量液压旋转单元的机械输出联接部。

该系统可以进一步包括将高压蓄能器与液压回路连接的液压连接器。

该系统可以进一步包括将低压蓄能器与液压回路连接的液压连接器。

该系统可以进一步包括使低压蓄能器在发生峰值负载时能够通过连接管释放液压流体的压力阀。

该系统可以进一步包括用作到高压蓄能器的旁路连接的液压管。能量存储介质可以是弹性部件。

该系统可以进一步包括调节蓄能器中的回收能量的传递的控制器。控制器可以经由旋转方向控制阀将加压液压流体引导到可变排量液压旋转单元。可变排量液压旋转单元可以用作由加压流体驱动的马达。该系统可以被配置成基于可用性和动力要求以受控方式回收、存储和释放能量。能量源可以是辐射能、电能、车载能量源、风能、波浪能、太阳能或废热。可变排量液压旋转单元可以用作液压泵，另选地，可变排量液压旋转单元可以用作马达。

该系统可以进一步包括从多个能量源回收能量的能量回收部件。

该系统可以进一步包括系统从其回收能量的热单元。

液压蓄能器系统可以被概括为包括：外壳；外壳内的第一开口室；外壳内的第二开口室；内部分隔壁，其将第一开口室与第二开口室分隔开；以及导管，其沿液压蓄能器系统的长度延伸穿过内部分隔壁。

液压蓄能器系统可以进一步包括：联接到第一开口室和第二开口室的液压流量控制阀；以及联接到液压流量控制阀的液压马达。

液压蓄能器系统可以进一步包括联接到液压马达的轮。

液压蓄能器系统可以进一步包括延伸穿过导管的轴，轮联接到该轴的一端。外壳可以具有圆形横截面形状。外壳可以具有椭圆形横截面形状。内部分隔壁可以是弹性的和可变形的，并且当第一开口室内的第一压力与第二开口室内的第二压力不同时，内部分隔壁可以通过变形来存储能量。第一开口室可以包括高压蓄能器，第二开口室可以包括低压蓄能器。

液压蓄能器系统可以进一步包括位于第一开口室内的弹性元件。

液压蓄能器系统可以进一步包括将该弹性元件密封在第一开口室内的第一活塞。

液压蓄能器系统可以进一步包括将该弹性元件密封在第一开口室内的第二活塞。弹性元件可以是机械螺旋弹簧。弹性元件可以是机械盘簧。弹性元件可以是弹性体软管。弹性元件可以是压缩气体。

液压蓄能器系统可以进一步包括位于第一开口室内的两个弹性元件。两个弹性元件可以具有不同的弹性。

液压蓄能器系统可以进一步包括位于第一开口室内的三个弹性元件。

液压蓄能器系统可以进一步包括允许液压进入第一开口室的第一端口；以及允许液压进入第二开口室的第二端口。

液压蓄能器系统可以进一步包括允许液压进入第一开口室的第三端口；以及允许液压进入第二开口室的第四端口。

热交换器可以被概括为包括：燃烧室，具有入口端口和排出口端口，入口端口和排出口端口之间限定了燃烧气体流动路径；以及流体导管，横向于燃烧气体流动路径定向，该流体导管引导流体通过燃烧室，该流体导管包括导热元件，流体从该导热元件吸收燃烧室内部的燃烧热量。

热交换器可以进一步包括第二入口端口，第一入口端口和第二入口端口允许两种不同类型的燃料进入燃烧室并在燃烧室内混合。

热交换器可以被概括为包括：燃烧室，具有入口端口和排出口端口，入口和排出口端口之间限定了燃烧气体流动路径；以及流体导管，盘绕在燃烧室中，该流体导管被布置在穿过燃烧室的圆形路径中，该流体导管包括导热元件，流体导管中的流体从该导热元件吸收燃烧室中的燃烧热量。

热交换器可以被概括为包括：具有公共入口端口和公共排出口端口的多个辐射燃烧器，该辐射燃烧器被配置成通过辐射传递燃烧热量；以及多个流体板，基本上彼此对齐并与辐射燃烧器相互交叉，该流体板被布置成将流体引导到辐射燃烧器附近，以便吸收燃烧热量。

混合热交换器可以被概括为包括：具有入口端口和排出口端口的柱形燃烧室；柱形流体室，与柱形燃烧室同轴并位于该柱形燃烧室内部；以及电加热器，具有与柱形流体室同轴并位于该柱形流体室内部的电阻加热元件，因此该柱形流体室被布置成吸收来自燃烧室的燃烧热量，或者吸收电阻加热器辐射的热量，或者同时吸收辐射热量和燃烧热量。

热交换器可以被概括为包括：细长热源；以及U形流体导管，使流体在细长热源附近循环以便从细长热源吸收热量，该U形流体导管由导热材料制成。细长热源可以是热表面。细长热源可以是废热承载流体管。

附图说明

在附图中，相同的附图标记表示相同的元件或动作。附图中元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。例如，各个元件的形状和角度不一定按比例绘制，并且这些元件中的一些可以任意放大和定位以提高附图易读性。此外，所绘制的元件的特定形状不一定旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息，并且可能是仅为了便于在附图中识别而选择的。

图1是示出了双侧高压蓄能器的细节的具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图2A是示出了具有集成式静液压传动装置的结构的具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图2B是示出了单侧结构的具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图3是示出了多个输出结构的具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图4A和图4B是示出了具有集成式直接机械传动装置的结构的具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图5A是示出了具有集成式动力分配传动装置的结构的具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图5B示出了核心集成式能量转换、传递和存储系统的截面图 A-A。

图6A和图6B是示出了多个液压单元结构的具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图7是具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图，其中示出了集成的多个附加液压源。

图8是具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图，其中示出了集成的液压优化回路和附加液压源。

图9是具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图，其中示出了集成的使用管状结构的附加热载液压源。

图10是具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图，其中示出了集成的使用平面/表面结构的附加热载液压源。

图11是具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图，其中示出了集成的使用具有附加传导支撑的平面/表面结构的附加热载液压源。

图12是具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图，其中示出了集成的基于固体磁性元件或磁流体动力学的电气线性发电机。

图13是集成了用于机械动力和电力供应的机械能量源和热能量源的集成式能量转换、传递和存储系统的示意图。

图14示出了使用线性液压致动器(液压缸)的集成式能量转换、传递和存储系统。

图15示出了使用方向控制阀的并联连接的声波谐振回路-位置进行优化的具有附加液压流源的集成式能量转换、传递和存储系统回路。

图16示出了使用方向控制阀的串联连接的声波谐振回路-位置进行优化的具有附加液压流源的集成式能量转换、传递和存储系统回路。

图17示出了使用方向控制阀的声波谐振回路-位置进行优化的具有附加液压流源的另外的集成式能量转换、传递和存储系统回路。

图18A和图18B示出了集成式能量转换、传递和存储系统的集成式液压动力和控制单元内的部件的示图。

图19A、图19B和图19C是集成式液压动力和控制单元的径向截面图。

图19D是集成式液压动力和控制单元的纵向截面图。

图20是集成式液压动力和控制单元的蓄能器侧的分解图。

图21是集成式液压动力和控制单元的致动侧的分解图。

图22A、图22B和图22C是集成式液压动力和控制单元的径向截面图。

图22D是集成式液压动力和控制单元沿机械和液压能量的内部流动路径的纵向截面图。

图23是示出了机械和液压能量的内部流动路径的集成式液压动力和控制单元的分解图。

图24示出了应用于集成式能量转换、传递和存储系统的轴向活塞原理。

图25是多个液压系统实施方案的分解图。

图26是图25所示的多个液压系统实施方案的纵向截面图。

图27是示出如本文所述的控制系统的结构的框图。

图28示出了针对不同运行条件的方向控制阀端口的连接性。

图29示出了减轻可能在集成式能量转换、传递和存储系统中累积的过大压力的故障安全系统的结构。

图30A是根据至少一个所示实施例的具有单个弹性元件的单侧蓄能器的侧视图的示意图。

图30B是根据至少一个所示实施例的具有两个弹性元件的单侧蓄能器的侧视图的示意图。

图30C是根据至少一个所示实施例的具有两个弹性元件的单侧蓄能器的截面端视图的示意图。

图30D是根据至少一个所示实施例的具有三个弹性元件的单侧蓄能器的侧视图的示意图。

图30E是根据至少一个所示实施例的具有三个弹性元件和一个液压缸的单侧蓄能器的侧视图的示意图。

图31A是根据至少一个所示实施例的具有单个弹性元件的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图31B是根据至少一个所示实施例的具有两个弹性元件的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图31C是根据至少一个所示实施例的具有三个彼此并联连接的弹性元件的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图31D是根据至少一个所示实施例的具有三个彼此串联连接的弹性元件的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图32A是根据至少一个所示实施例的具有并联集成的高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图32B是根据至少一个所示实施例的具有并联集成的高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图32C是根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的截面端视图的示意图。

图32D是根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的截面端视图的示意图。

图33A是根据至少一个所示实施例的具有同心地集成的高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图33B是根据至少一个所示实施例的具有连续可变存储容量的双侧蓄能器的侧视图的示意图。

图34是根据至少一个所示实施例的联接到阀、致动器和机械装置的蓄能器的示意图。

图35A示出了根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器以及具有两个端盖的壳体。

图35B示出了根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器以及具有两个端盖的壳体。

图36A示出了根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的横截面视图。

图36B示出了根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的横截面视图和特写视图。

图37A示出了根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的部件的立体图和部分分解图。

图37B示出了根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的部件的立体透视图。

图37C示出了根据至少一个所示实施例的图37A所示的部件的特写视图。

图37D示出了根据至少一个所示实施例的与系统的其余部分隔开的图37C所示的一些部件。

图37E示出了根据至少一个所示实施例的具有高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器的部件的立体图和分解图。

图38A是根据至少一个所示实施例的具有联接到阀、致动器和机械装置的集成轴的蓄能器的示意图。

图38B示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器。

图38C示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器。

图39A示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器。

图39B示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器。

图39C示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的双侧蓄能器。

图40A示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的椭圆形双侧蓄能器。

图40B示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的椭圆形双侧蓄能器。

图41A示出了根据至少一个所示实施例的一组集成的多个蓄能器。

图41B示出了根据至少一个所示实施例的一组集成的多个蓄能器。

图41C示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的蓄能器的分解图。

图41D示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的蓄能器的俯视图。

图41E示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的蓄能器的侧视图。

图41F示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的蓄能器的横截面视图。

图41G示出了根据至少一个所示实施例的具有集成轴、高压蓄能器和低压蓄能器的蓄能器的横截面视图。

图42A示出了根据至少一个所示实施例的包括液压蓄能器的液压系统。

图42B示出了根据至少一个所示实施例的包括液压蓄能器的液压系统。

图42C示出了根据至少一个所示实施例的液压蓄能器的横截面视图。

图42D示出了根据至少一个所示实施例的液压蓄能器的另选实施方案的横截面视图。

图43是示出根据本文所述的实施例的流体热单元的一般结构的框图。

图44是根据本文所述的实施例的具有矩形形状的交叉流动热交换器子系统(cross-flow heat exchanger subsystem)的透明图示的立体图。

图45是根据本文所述的实施例的燃烧空气的超声波发生器的示意图。

图46是根据本文所述的实施例的集成式圆形对流热单元的内部件的剖视图。

图47A、图47B、图47C和图47D示出了图46所示的热单元内的流体流动的CFD模拟的结果。

图48是示出根据本文所述的实施例的可以接收来自多个源的燃料的液体热单元的框图。

图49是根据本文所述的实施例的配备有减排部件的液体热单元的示意图。

图50是示出各种减排原理的特性和关系的表格。

图51A是根据本文所述的实施例的被实施为辐射燃烧器的流体热单元的端视图。

图51B是图51A所示的辐射燃烧器的分解侧视图。

图52A是根据本文所述的实施例的基于混合电气和燃烧的流体热单元的示意性侧视图。

图52B是根据本文所述的实施例的流体经由入口管进入并经由出口管离开的加热器主体的示意图。

图53是利用附加电加热器增强的图4所示的集成圆形对流热单元的部件的剖视图。

图54是根据本文所述的实施例的基于管道的流体热传递系统的示意图。

图55是通过隔热层增强的图54所示的基于管道的流体热传递系统的示图。

图56是根据本文所述的实施例的基于管道的热传递系统的立体图。

图57是根据本文所述的实施例的辐射热传递系统的示意图。

图58是通过多个高传导销增强的图57所示的辐射热传递系统的示意图。

图59A是使用蜡热膨胀和相变的热单元的示意图。

图59B是沿图59A的线A-A的使用蜡热膨胀和相变的热单元的截面图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对各个公开的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将认识到的是，可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下，或者利用其他方法、部件、材料等来实施实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述与该技术相关联的公知的结构，以避免不必要地模糊对实施例的描述。

除非上下文另有要求，否则在整个说明书和所附权利要求书中，词语“包括”与“包含”同义，并且是包含性的或开放式的(即，不排除另外的、未列举的元件或方法动作)。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的各个位置出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指代相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式进行组合。

除非上下文另有明确规定，否则如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。还应当注意的是，除非上下文另有明确规定，否则术语“或”通常以其最广泛的含义来使用，即作为“和/或”的含义来使用。

本文提供的公开的标题和摘要仅为了方便而不限制实施例的范围或含义。

如图1所示，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，采用了集成式机械-液压能量转换。这种集成式机械-液压能量转换提供了可集成诸如方向控制阀和蓄能器单元的液压单元的技术提升。另外，集成式能量转换、传递和存储系统采用降低了流速和液压动力损失的双动作配置。此外，集成式能量转换、传递和存储系统集成了不同的能量源和能量输出。

图1所示的集成式能量转换、传递和存储系统的实施方案位于在一端处的具有机械输入联接部104的机械传动装置102和在另一端处的具有机械输出联接部146的机械传动装置148之间。在该实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统实现了主动控制机械输出参数、存储中间能量以及直接连接机械输入联接部104和机械输出联接部146的技术功能。

集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案利用连接到机械输入联接部104的可变排量液压动力单元(HU1)与蓄能器单元(AU) 一侧的方向控制阀110的联接。在蓄能器单元的另一侧联接有连接到可变排量液压动力单元(HU2)的方向控制阀140，该可变排量液压动力单元机械地连接到机械输出联接部146。机械轴106提供了到在一端处的机械输入联接部104的直接连接，机械轴144提供了与在另一端处的机械输出联接部146的直接连接。

在集成式能量转换、传递和存储系统中，可变排量液压动力单元 HU1和HU2将由机械联接部104和146提供的机械旋转能量转换成液压能量，将液压能量引导到蓄能器单元AU。然后，液压能量可以填充蓄能器单元AU。因此，通过可变排量液压动力单元HU1和HU2施加的排量来存储全部或部分传递的机械能。当通过可变排量液压动力单元的排量释放蓄能器单元AU内的储存能量时，液压能量被转换成机械能并被添加到在机械输入联接部104和机械输出联接部146之间传递的机械动力中。方向控制阀110和140在液压动力单元HU1和HU2到蓄能器单元AU的连接的输入和输出之间切换。

在集成式能量转换、传递和存储系统的至少一个实施方案中，对可变排量液压动力单元HU1和HU2、方向控制阀110和140以及蓄能器单元AU的部件进行集成，这允许更大的流动路径并降低了流速。因此，集成式能量转换、传递和存储系统通过减少流量损失来提高系统效率。该部件集成的另一个好处在于显着地减少了质量。通过将两个液压单元连接到蓄能器单元，流量减少到二分之一。因此，液压动力损失减少到八分之一(即，速度减小的三次方)。

在一些实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统可以被配置成扩展到多个能量输入源，以及多个机械和/或电源。可以使用包括连接在方向控制阀和液压输入系统之间的液压管的液压输入系统来扩展系统的结构。另外，可以通过使用声波发电机来扩展集成式能量转换、传递和存储系统的结构，该声波发电机包括连接在方向控制阀 110和140与声波发生器之间的液压管。此外，可以通过使用多个机械输出来扩展集成式能量转换、传递和存储系统的结构。

在至少一个实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统包括单个液压单元，该液压单元将可变排量液压旋转单元108和旋转方向控制阀110与集成有高压蓄能器116和低压蓄能器124的蓄能器单元集成起来。在其他实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统包括位于蓄能器单元的相对侧上的双液压单元。

在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，液压单元HU1包括可变排量液压旋转单元108和旋转方向控制阀110。可变排量液压旋转单元108通过传递经由轴106和联接部104联接到机械传动装置102的机械扭矩而交替地用作液压泵或马达。液压回路包括旋转方向控制阀110，该控制阀110产生可变排量液压旋转单元108的入口端口A和出口端口和B与使用端口C的高压蓄能器116和使用端口D的低压蓄能器124的流动连接。

活塞118位于高压蓄能器116内，活塞118将能量从液压流体传递到作为弹性部件的能量存储介质120。液压连接器114将高压蓄能器 116与液压回路连接。如果低压蓄能器124发生峰值负载，则压力阀 112使液压流体能够通过连接管122释放。低压蓄能器124通过液压连接器126连接到液压回路。

在图1所示的实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统具有双动作配置。这种双动作配置是对单动制动能量回收系统的扩展。集成式能量转换、传递和存储系统的双动作配置在两个旋转机械传动装置102和148之间产生机械扭矩传递路径。双动作配置具有来自旋转机械传动装置108和148的中间能量存储能力，并且可以改变在旋转机械传动装置之间传递的扭矩。

除了液压单元HU1之外，集成式能量转换、传递和存储系统的双动作实施方案还使用联接到蓄能器单元AU的液压单元HU2。液压单元HU2具有与液压单元HU1相同的结构。液压单元HU2包括连接到高压蓄能器116的液压连接器134的旋转方向控制阀140和可变排量液压旋转单元142，以及使用液压管138连接到低压蓄能器124的压力阀136。液压单元HU1还使用液压联接部150连接到低压蓄能器124。

在一些实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统还包括旋转方向控制阀140，其包括连接到可变排量液压旋转单元142的端口A' 和B'、连接到高压蓄能器116的端口C'以及连接到低压蓄能器124的端口D'。可变排量液压旋转单元142经由机械轴144和机械联接部146连接到机械传动装置148。

在集成式能量转换、传递和存储系统的双动作实施方案中，蓄能器单元包括高压蓄能器116和低压蓄能器124。液压活塞118位于高压蓄能器116内并将由可变排量液压旋转单元108传递的并由旋转方向控制阀110控制的流体流的液压能量转换到存储介质120。液压活塞132 也位于高压蓄能器116内并将由可变排量液压旋转单元142传递的并由旋转方向控制阀140控制的流体流的液压能量转换到存储介质130。存储介质130通过支撑壁128抵靠壁和存储介质120。

现参照图2A，示出了集成式能量转换、传递和存储系统具有集成式静液压传动装置的实施方案。集成式静液压传动向装置系统增加了在机械传动装置102和机械传动装置148之间集成连续可变传动装置的额外的能力。具体地，液压管152用作到高压蓄能器116的旁路连接。在该实施方案中，旋转方向控制阀110包括附加端口E，并且旋转方向控制阀140包括附加端口E'。液压管152连接在端口E和E'之间。

如图2B所示，在集成式能量转换、传递和存储系统的单侧实施方案中，蓄能器单元的双动作功能被结合到单个机械传动装置中。旋转方向控制阀140包括连接到高压蓄能器116的端口C'，以及连接到低压蓄能器124的端口E'。集成式能量转换、传递和存储系统的这种单侧实施方案不包括可变排量液压旋转单元142、机械轴144、机械联接部 146或机械传动装置148。

现参照图3，示出了集成式能量转换、传递和存储系统具有多个动力输出的其他实施方案。在第一实施方案中，所有的输出致动器由单向控制阀控制。该实施方案说明了并联液压连接的系统结构。对于该实施方案，液压回路在旋转方向控制阀140和可变排量液压旋转单元142之间分开，这样建立了用以连接附加可变排量液压旋转单元154 的液压回路。液压回路包括液压管162和164。可变排量液压旋转单元 154使用机械轴156和机械联接部158将扭矩传递到机械传动装置160。

在集成式能量转换、传递和存储系统的第二实施方案中，为每一个输出致动器提供单独的控制。该实施方案包括附加旋转方向控制阀 174，其具有与旋转方向控制阀140类似的连接端口A"、B"、C"、D"、 E"、F"。附加旋转方向控制阀174使用液压管176、178、180连接。可变排量液压旋转单元166使用机械轴168和机械联接部170将扭矩传递到机械传动装置172。

现参照图4A，在一些实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统包括具有直接的机械扭矩传递路径的集成式机械传动装置。在该实施方案中，直接的机械扭矩传递路径是直接连接到机械联接部104 和146的两个旋转机械传动装置102和148之间的扭矩传递轴182。扭矩传递轴182连接到旋转机械传动装置102和148，而没有中间的液压能量转换。蓄能器单元和液压单元的机械设计依赖于为扭矩传递轴148 创建中空路径。

现参照图4B，在一些实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统包括集成式动力分配传递装置。在该实施方案中，集成式动力分配传动装置包括刚性连接到机械轴106的齿轮组184和刚性连接到机械轴144的齿轮组186的附加部件。齿轮组184和186的输出通过机械轴 188连接。在该实施方案中，可以通过调节可变排量液压旋转单元108 和142的排量来连续地调节扭矩传递。

现参照图5A和图5B，双动作集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案具有多个液压单元配置。关于图5A中描绘的实施方案，集成式能量转换、传递和存储系统的核心组件包括两个液压动力和控制单元以及所包括的蓄能器单元。集成式能量转换、传递和存储系统的附加核心组件可以通过齿轮组以模块化方式连接到推进轴，以产生灵活、更大的能量存储和转换能力。具体地，图5A示出了使用齿轮组 190和192将集成式能量转换、传递和存储系统的两个核心组件连接到推进轴。图5B示出了核心集成式能量转换、传递和存储系统的截面图 A-A。该视图示出了如何定位集成式能量转换、传递和存储系统以满足包装限制。

现参照图6A和图6B，示出了集成式能量转换、传递和存储系统具有附加核心组件的实施方案。附加核心组件使用齿轮组194、196、 198和200来集成推进轴。

图7示出了具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统集成附加液压源的实施方案。在一些实施方案中，可以结合附加液压流源以将附加液压源与集成式能量转换、传递和存储系统集成。在这种实施方案中，液压管202和204使用附加端口F和F'提供从附加液压流源到集成式能量转换、传递和存储系统的方向阀的连接。

在附加液压源以及待连接的附加集成式能量转换、传递和存储系统可用的实施方案中，附加液压源并联连接。多个附加液压流源应用的示例是如于2017年9月26日提交的申请号为62/606,521的名称为“集成式可再生能源和废热收集系统(Integrated RenewableEnergy and Waste Heat Harvesting System)”的相关申请中描述的组合风浪应用，该申请的全部内容通过引用并入本文。

现参照图8，为了提高液压性能，在基本的附加液压流源与集成式能量转换、传递和存储系统之间包括通用液压优化回路。液压优化回路的示例是如于2017年6月1日提交的申请号为15/731,360的名称为“基于热液压波的推进系统(Thermo-Hydraulic PressureWave Based Propulsion System)”的相关申请中描述的声波回路，该申请的全部内容通过引用并入本文。

现参照图9，示出了具有双动作功能集成了附加热液压源的集成式能量转换、传递和存储系统的实施方案。这种实施方案向流动介质增加热量。流动介质被加热以积聚来自外部热源的能量并将能量释放到液压核心系统。为了实现该循环，管204连接到核心集成式能量转换、传递和存储系统的端口F'。液压动力和控制单元A用作热单元的液压泵。热单元包括具有圆形形状的液压液体护套208和作为流体(例如，气体或液体)的流动路径的周围管210，在该流动路径中发生可以是wither加热或冷却的热传递。

在图9所示的集成式能量转换、传递和存储系统的实施方案中，冷却护套208的外部材料包括隔热材料。注意的是，管组件208和210 用作逆流对流传导热交换器。为了形成流动回路，单向阀206提供从用作液压泵的液压动力和控制单元A经由端口F到液压动力和控制单元B的方向控制阀的流动路径。在液压动力和控制单元B处，热能液体被引导至蓄能器单元或用作液压马达的可变排量动力单元。在以上通过引用并入本文的于2017年6月1日提交的序列号为15/731,360的申请中描述了对流传导液压热交换器的示例。

现参照图10，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，辐射热源被集成到该系统中。在一个这种实施方案中，如截面图A-A所示，为了最大辐射视场因子，平面辐射表面214被置于矩形流动空间212的前面。流动空间包括由液压动力和控制单元A朝向蓄能器单元和/或液压动力和控制单元B驱动的流体。

如图11的集成式能量转换、传递和存储系统的实施方案所示，可以通过使用与热表面214接触放置并集成在流动路径212中的传导销 216来增强来自辐射表面的传导热传递。传导销216增加工作液体与热源的接触表面，从而产生组合的辐射传导热源。在以上通过引用并入本文的于2017年6月1日提交的序列号为15/731/360的申请中描述了辐射传导液压热交换器的示例。

现参照图12，具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案另外包括集成式发电机。在这种实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统扩展为具有集成的电气系统，以通过电气物质存储能量，并为电气用户或网络供电。集成式能量转换、传递和存储系统的一些这种实施方案包括交流线性发电机。在图12所示的实施方案中，交流线性发电机包括刚性地安装至液压活塞250和262的磁芯252。磁芯252由电磁线圈264包围。因此，由于磁芯276的线性交替位移而感应出电流。使用电线266和268将感应电流引导到电存储介质(电池)270。另外，电存储介质270使用电线272连接到电致动器或电网络274。

在一些实施方案中，来自液压回路的压力致动液压活塞242和256，这样产生磁性元件252在液压缸240和254之间的交替线性位移。磁芯 252的中性位置由在液压活塞242和刚性固定壁246之间作用的弹簧244 以及在液压活塞256和刚性固定壁260之间作用的弹簧258保持。液压缸使用连接到蓄能器单元的高压蓄能器的液压阀218和220以及连接到蓄能器单元的低压蓄能器的液压阀222和224而连接到集成式能量转换、传递和存储系统。高压管226和228通过液压管230连接，并且连接到旋转阀232的端口P。在旋转期间，旋转阀232提供两种不同的连接组合。第一连接组合为同时的P-A和B-T。第二连接组合为同时的P-B和A-T。

仍参照图12，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，端口A经由液压管234连接到液压缸240，并且端口B经由液压管236连接到液压缸254。另外，端口T连接中心管238，中心管238通过液压连接器a-a'和b-b'提供蓄能器单元的低压蓄能器处的连接。

在集成式能量转换、传递和存储系统的至少一个实施方案中，使用来自蓄能器单元的液压流体致动磁芯252。来自蓄能器单元的液压流体被引导到旋转控制阀232的端口P。由于旋转控制阀232的旋转，端口P处的液体被交替地引导至端口A和端口B。因此，活塞242和256 产生固定至活塞242和256的磁芯252的交替位移。同时，旋转控制阀 232提供端口B到T和端口A到T的交替连接，这样在冲程结束时将液体从液压缸240和254释放到蓄能器单元的低压蓄能器。在一些实施方案中，磁芯252是电磁适用的液体，其通过液压活塞250和262在壳体276 内致动，以将电流感应到线圈264中。

现参照图13，一般的集成式能量转换、传递和存储系统结构进一步集成了热能源275A。热能源275A具有机械接口275B和电气接口 275C。热能源275A经由机械接口275B和电气接口275C并且经由端口 273A和273B连接到液压动力和控制单元的方向控制阀。

现参照图14，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，液压动力单元包括交替线性位移。在这种实施方案中，集成式能量转换、传递和存储系统包括连接到活塞杆281A和281B的平移负载277A和277B。活塞杆281A和281B容纳在双动作液压缸279A和279B 中。双动作液压缸279A和279B还容纳液压活塞。平移负载277A和277B经由活塞杆281A和281B、双动作液压缸279A和279B以及液压活塞向集成式能量转换、传递和存储系统提供交替线性位移。

现参照图15，示出了根据图8中的配置的效率优化回路的实施方案。该效率优化回路集成在液压能量产生源和液压能量负载之间。液压能量产生源和液压能量负载各自包括高压侧和低压侧。在该实施方案中，液压回路的侧部提供交变压力以产生形成液压惯性和容量的振荡。在一些实施方案中，振荡和液压惯性产生谐振条件。为了产生这些条件，如图15所示，使用两个2/4(两位置/4端口)方向控制阀278 和280。

在这种实施方案中，当方向控制阀278处于“a”位置时，来自液压流源的高压侧的液体通过管282流向方向控制阀280。方向控制阀 280将流体引导到液压能量负载的高压侧。液压流源和液压能量负载的低压侧通过定位在方向控制阀278和280之间的管284连接。同时，由于管282中的压力，缸体286中的活塞290被推靠在坐置于分隔壁288 上的弹簧292上。由于管284中的低压，弹簧294将活塞296推到其最外侧位置。通过将方向控制阀278和280的位置切换到“b”位置，由方向控制阀278和280的新位置产生的高压回路被引导通过管284。

仍参照图15，由于通过切换方向控制阀278和280的位置而发生的压力变化，液压缸286内的活塞296被推靠在坐置于分隔壁288上的弹簧294上。同时，由于管282中的低压，活塞290被弹簧292推到其最外侧位置。通过在方向控制阀278和280的位置“a”和“b”之间周期性地切换，在一侧包括活塞290和相关弹簧292并且在另一侧包括活塞 296和弹簧294的质量弹簧系统将会振荡。选择活塞的质量、弹簧刚度和振荡频率以满足谐振条件，以提高效率并减少谐振损失。在一些实施方案中，液压流源的高压侧和低压侧与液压能量负载的整体连通性不受影响。另外，采用液压蓄能器298和300来补偿回路的非谐振部分中的振荡。

现参照图16，在期望获得流体分离的实施方案中，连接管282和 284是分开的，并且活塞290和296也用作机械分离器。管282将流体引导到活塞290的前面，该活塞290将活塞附近的液体通过管282'推向方向控制阀280。以相同的方式，管284将流体引导到活塞296的前面，该活塞296将相对于管284中的流体的空间分隔开。邻近于活塞296的流动空间连接到管284'，该管284'连接到方向控制阀280。

现参照图17，在一些实施方案中，部件的定位被配置成用于谐振组件的串联连接。谐振组件包括液压缸286，其中弹簧292置于活塞 290和296之间并抵靠于活塞290和296作用，活塞290和296与管282和 282'中的液体接触并依赖于2/3方向控制阀。在该实施方案中，从并联连接中移除分隔壁288并且仅使用一个弹簧。在方向控制阀278和290 的“a”位置，液压回路受到压力。当弹簧296在“b”位置被压缩时，液压回路释压并且弹簧伸展。阀打开/关闭频率、活塞质量以及用于谐振的弹簧刚度的相关性限定了组件。该组件包括液压缸286、活塞 290和296以及作为液压谐振器的弹簧292。

如关于图1至图17所描述的，在集成式能量转换、传递和存储系统的各个实施方案中，任何类型的液压泵/马达组件都可以与集成式能量转换、传递和存储系统集成。以下提供的描述涉及叶片和轴向活塞实施方案，作为这种集成的示例。通常，叶片类型的实施方案涉及较低的成本和较小的噪音，而轴向活塞类型的实施方案涉及较高的工作压力和较低的阻力扭矩。叶片和轴向活塞实施方案两者都涉及轴向方向以更紧凑的方式与蓄能器单元集成。这种类型的轴向方向集成适用于移动应用。另一个实施方案，例如用于液压动力单元的径向活塞构造也可以在不需要严格的包装限制的情况下使用。注意的是，旋转方向控制阀适用于所有的实施方案以实现适当的集成。

在一些实施方案中，当未采用集成式能量转换、传递和存储系统时，在车辆操作期间，可变排量液压旋转单元的排量被设定为零，所以不传递机械液压扭矩。在这种实施方案中，提供最小的阻力扭矩。

在另一个实施方案中，在中间能量存储运行模式期间，可变排量液压旋转单元的排量被设定到其最大位置，并且旋转方向控制阀的端口连接旋转，从而建立A到C的连接和B到D的连接。通过机械传动装置由附接的机械系统提供动力的机械联接部和轴使可变排量液压旋转单元旋转。液压液体从低压蓄能器吸收并被推入高压蓄能器内，这致动单侧实施方案中的活塞。在双侧实施方案中，致动两个活塞。活塞连接到使用变形和从活塞传递的力来存储能量的存储元件。

当蓄能器超过其存储容量时，即作为故障保护功能被监测的状态，高压蓄能器由于旋转方向控制阀获得的新位置而关闭。上面参照图2 描述了故障保护功能。旋转方向控制阀的新位置通过受控的局部阻力将可变排量液压旋转单元的输出连接到低压蓄能器。如果需要进一步制动(例如，下坡行驶)，则该受控的局部阻力提供液压制动(减速器模式)。另选地，如果必须存储所累积的能量，则将可变排量液压旋转单元的排量设定为零。

在一些实施方案中，通过将旋转方向控制阀旋转到新位置来使用所存储的能量。旋转方向控制阀将高压蓄能器连接到可变排量液压旋转单元的输入，并将该可变排量液压旋转单元的输出连接到低压蓄能器。如果在储能期间为可变排量液压旋转单元保持相同的旋转方向，则与高压蓄能器和低压蓄能器的连接必须调换。例如，在交通信号灯处进行停止和启动期间，如果集成式能量转换、传递和存储系统用作车辆的制动能量回收系统，则与高压和低压蓄能器的连接必须调换。在能量存储过程中旋转方向控制阀的端口发生相同的连接，这产生作用以产生与制动过程中保持的配置反向的旋转方向。如果将集成式能量转换、传递和存储系统实施为车辆的制动能量回收系统，则在车辆停车后启动车辆时，该配置非常有用。

因为具有双动作功能的集成式能量转换、传递和存储系统采用两个可变排量液压旋转单元，所以通过直接连接两个可变排量液压旋转单元建立静液压传动。该配置提供了静液压传动模式的附加功能，其可用于提供宽范围内的连续可变的传动比，但效率低于机械传动。

宽范围和快速响应使得该配置在需要峰值扭矩的短时间内有用，例如在高速公路上加速超过另一车辆，或在例如驾驶穿过沙地、爬坡等高阻力条件下驾驶。该配置对于可变排量液压旋转单元的排量的连续调节也是有用的，使得内燃发动机可以在发动机控制参数图的更富燃料效率的曲线上进行操作、在城市驾驶期间发生的条件下的操作、或在越野条件下的操作之间容易地切换。当在该配置中操作时，实现了短期中间存储和能量回收。

现参照图18A和图18B，示出了集成式能量转换、传递和存储系统的核心部件彼此之间的关系。具体地，图18A示出了集成式能量转换、传递和存储系统包括机械联接部、可变排量液压旋转单元、推进轴、高压蓄能器和低压蓄能器的实施方案。图18B示出了具有用于提供直接机械连接的推进轴的中空空间的蓄能器单元的实施方案。在该实施方案中，高压蓄能器和低压蓄能器围绕用于推进轴的中空空间。

现参照图19A、图19B和图19C中提供的截面图，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，液压单元用作集成式液压动力和控制单元，其使用叶片类型配置的液压泵和马达。图19D示出了集成式能量转换、传递和存储系统的侧视图，通过以截面切割该系统而得到图19A、图19B和图19C。

现参照图20和图21中提供的分解视图，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，液压单元用作集成式液压动力和控制单元，其使用叶片类型配置的液压泵和马达。

现参照图22A、图22B和图22C中提供的截面图，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，液压单元用作集成式液压动力和控制单元，其使用叶片类型配置的液压泵和马达。另外，图22D 以实线箭头示出了机械流动路径，并且以虚线箭头示出了液压流动路径。

现参照图23中提供的等轴视图，以实线箭头示出了集成式能量转换、传递和存储系统中的机械流动路径，并且以虚线箭头示出了集成式能量转换、传递和存储系统中的液压流动路径。

如图20所示，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，集成式液压动力和控制单元包括附接到接头302的连接凸缘301 和由轴承303支撑的轴304。可变排量液压旋转单元使用可变排量液压叶片泵/马达实施方案，并且包括通过盖313在机械联接部侧(朝向连接凸缘301)封闭的固定壳体305。

在集成式能量转换、传递和存储系统的方向控制阀侧，固定壳体 305通过方向控制阀盖321封闭。在固定壳体305内，定位有移动壳体 306。由于在移动壳体306的外表面上机加工出的平面307和固定壳体 305的内表面319，移动壳体306在固定壳体305内滑动。移动壳体306 由于引导表面307和319而在一个方向上移动。移动壳体306由在孔315 内附接到固定壳体305的螺线管316的销317致动。移动壳体306通过放置在固定壳体305的孔314内的弹性元件(弹簧)318返回到初始位置。

如图19A中的截面视图- 所示，移动壳体306的内表面具有椭圆形状。在图19A中，移动壳体306以相对于旋转轴线的垂直视图示出。在移动壳体306内放置转子308。转子308刚性地连接到轴304。转子 308内部是滑动叶片309和310。在转子308内还有液压供给通道311和 312，该液压供给通道311和312根据方向控制阀的位置和扭矩流而用作液压入口/出口端口。

在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，液压供给通道311和312在邻近于叶片处被引入流动空间中，并且受到在转子 308内滑动的叶片、外转子308的表面和移动壳体306的椭圆形内表面的限制。由于移动壳体306的椭圆形内表面和转子308的柱形外表面的横截面形状的不同，限制了叶片、移动壳体和转子之间的容积。在转子旋转期间，容积连续变化，这提供了可变排量液压旋转单元所需的可变排量。通过移动壳体306相对于转子308的位置连续调节排量可变性的大小。对于在转子308的旋转期间同心定位的移动壳体306和转子 308，不会获得排量可变性，并且不会获得液压/机械能量传递。这种情况是在回收系统不应干扰车辆的机械传动时实施的。

在一些实施方案中，当移动壳体306移动到固定壳体305的尺寸所允许的最极限位置时，获得排量的最大可变性。移动壳体306通过螺线管316的销317移动。在系统操作期间，移动壳体306相对于转子308 的最大和中间位置是液压-机械能量转换需要的。

如果使用连接凸缘301、接头302、轴304和转子308施加机械扭矩，则液体通过连接到在转子旋转期间增加的空间的液压供给通道311被吸收。叶片、移动壳体和转子之间的有效容积受到限制。在进一步旋转期间，叶片、移动壳体和转子之间的容积受到限制。容积减小，迫使液体通过液压供给通道312离开转子。这是采用可变排量液压叶片泵/马达的实施方案的典型致动。

在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，固定壳体305在方向控制阀侧通过连接盖321封闭。连接盖321将可变排量液压旋转单元和方向控制阀分开，该连接盖321具有与供给通道311和 312对准的两个通道332和333。连接盖321支撑旋转齿轮传动流线控制元件322，该旋转齿轮传动流线控制元件322由齿轮323致动旋转，齿轮323由旋转电致动器324提供动力。旋转齿轮传动流线控制元件322 限定较大大小的液压孔325，该液压孔325在所有旋转位置期间都产生与低压蓄能器的连接。旋转齿轮传动流线控制元件322的较小大小的液压孔326通过旋转产生与高压蓄能器的固定液压端口328的交替连接。该交替连接包括用于直接连接管152(参见图1)的端口329和用于使用管202(参见图9)连接到热单元的端口330。固定液压端口328、329、330、331集成在方向控制阀壳体327中。

现参照图1至图4B中描述的方向控制阀，下面提供了这些端口与图19A至图21中描述的实施例的关系。在一些实施方案中，供给通道 311和312在转子308旋转期间分别与固定通道331和330永久地连接。

在一些实施方案中，旋转方向控制阀110的端口A和旋转方向控制阀140的端口A'(参见图1至图4B)连接到转子308中的液压端口311和连接盖321中的通道332(参见图20至图21)。在其他实施方案中，旋转方向控制阀110的端口B和旋转方向控制阀140的端口B'(参见图1至图4B)连接到转子308中的液压端口312和连接盖321中的通道333。在其他实施方案中，旋转方向控制阀110的端口C和旋转方向控制阀140 的端口C'(参见图1至图4B)连接到方向控制阀壳体327中的液压端口 329。在其他实施方案中，旋转方向控制阀110的端口D和旋转方向控制阀140的端口D'(参见图1至图4B)连接到方向控制阀壳体327中的液压端口328。在至少一个实施方案中，旋转方向控制阀110的端口E和旋转方向控制阀140的端口E'(参见图1至图4B)连接到方向控制阀壳体327中的液压端口330。在一些实施方案中，旋转方向控制阀的端口 F和旋转方向控制阀140的端口F'(参见图1至图4B)连接到方向控制阀壳体327中的液压端口331。

控制盘322的旋转产生以下流动路径：(1)端口A-端口C和端口 B-端口D，用于高压蓄能器的装载/卸载，其中卸载期间的旋转方向与装载期间的旋转方向相反；(2)端口A-端口D和端口B-端口C，用于高压蓄能器的装载/卸载，其中卸载期间的旋转方向与装载期间的旋转方向相同；(3)端口A-端口E和端口B-端口D，用于一个旋转方向上的静液压推进模式；(4)端口B-端口E和端口A-端口D，用于相反旋转方向上的静液压推进模式；(5)端口A-端口F和端口B-端口D，用于一个旋转方向上的热能回收模式；(6)端口B-端口F和端口A-端口D，用于相反旋转方向上的热能回收模式；(7)端口A-端口D、端口B-端口D，并且端口C封闭，用于减速器模式(蓄能器已满)。

现参照图24，示出了集成式能量转换、传递和存储系统具有集成式轴向活塞-可变排量泵的实施方案。覆盖高压蓄能器360的蓄能器壳体338由端盖339封闭。端盖339附接到轴向活塞液压单元的壳体340，该轴向活塞液压单元包括由齿轮341致动的旋转控制阀342，齿轮341 由电动旋转致动器343提供动力。旋转控制阀342包括提供与高压蓄能器360或低压蓄能器353的连接的液压孔344和352。液压孔344和352被定位成与端盖339的液压孔359和354对准。活塞体345包括平行于推进轴355放置并刚性地安装至推进轴355的活塞346。活塞346由通过齿轮 348绕推进轴355的垂直轴线旋转的旋转半球347支撑，这样改变活塞346的行程，从而改变液压单元的排量。推进轴355具有附接的连接凸缘350并且使用轴承349和358安装在壳体340中。旋转控制阀342使用轴承351抵靠推进轴355旋转。为了减小推进轴355的质量，在高压蓄能器360和低压蓄能器353之间的分隔壁357内旋转的部分包括中空部分356。

现参照图25，集成式能量转换、传递和存储系统的实施方案包括轴向活塞泵和多个齿轮组。可以模块化方式包括附加轴向活塞液压单元，以增加集成式能量转换、传递和存储系统的工作容量。具体地，图25示出了其中三个液压单元通过多个齿轮联接到主推进轴的集成式能量转换、传递和存储系统的实施方案。图26示出了图25所示的集成式能量转换、传递和存储系统的实施方案的截面图。图26详细地示出了集成的液压动力单元与关联的控制阀和蓄能器单元前板。

现参照图27，示出了集成式能量转换、传递和存储系统的能量控制单元(ECU)的结构具有双动作功能以满足转换、累积、存储和释放能量的功能。集成式能量转换、传递和存储系统的能量控制单元 (ECU)可以在减速器和可变静液压传动模式下操作。

如图28所示，提供的端口连接代表不同的运行条件。这些端口连接包括：A、A'对应于液压单元入口/出口端口；B、B'对应于液压单元入口/出口端口；C、C'对应于高压蓄能器的端口；D、D'对应于低压蓄能器的端口；以及F、F'对应于热单元的端口。图28还列出了几种运行情况和运行条件，包括：(1)恒速-无中间存储；(2)中间存储；(3)可控流阻-减速器模式；(4)使用储存的能量-与填充期间相同的旋转方向；(5)使用储存的能量-与填充期间相同的旋转方向； (6)停止/运行-低速/低负载-动力提升；以及(7)附加液压流源。

现参照图29，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，并入了将高压蓄能器与低压蓄能器连接的两个压力阀PV1和 PV2。在图29的实施方案中，两个压力阀PV1和PV2用作安全特征。此外，集成式能量转换、传递和存储系统包括连接到高压蓄能器的压力变换器。压力变换器测量负载和填充度，并作为控制系统的输入参数。

现参考集成式能量转换、传递和存储系统的蓄能器部分，图30A 示出了单侧蓄能器402，其包括壳体404、被定位成压缩壳体404内的能量存储介质408的液压活塞406以及液压入口/出口端口410。在一些实施方案中，能量存储介质408是诸如氮气的可压缩气体，使得活塞 406和能量存储介质408用作壳体404内的气动弹簧。图30B示出了单侧蓄能器412，其包括壳体414、被定位成压缩密封在活塞416后方的诸如氮气的气体弹性元件418的液压活塞416、诸如机械螺旋弹簧或碟形弹簧的机械弹性元件420以及液压入口/出口端口422。两个弹性元件 418和420具有不同的弹性和不同的能量存储容量。气体弹性元件418 以预装载压力密封在蓄能器412内。图30C示出了沿图30B的线1C-1C 截取的蓄能器412的截面图。

图30D示出了单侧蓄能器424，其包括壳体426、液压活塞428和液压入口/出口端口436，液压活塞428被定位成压缩包括环形弹性体弹簧的主弹性元件430，该环形弹性体弹簧在主弹性元件430的长度上与活塞428接合并且与壳体426的与活塞428相对的一端接合。图30D还示出了包括两个辅助弹性元件432和434的单侧蓄能器424，其中两个辅助弹性元件432和434也包括环形弹性体弹簧。辅助弹性元件432和434 与主弹性元件430的相应相对侧接合，并与壳体426的相应相对侧壁接合。

图30E示出了包括液压缸440的单侧蓄能器438，其中液压缸440具有被定位成纵向滑动穿过缸体440的中心活塞442。蓄能器438还包括以类似于上述主弹性元件430的方式与活塞442和蓄能器438的柔性端壁446接合的主弹性元件444。蓄能器438还包括以类似于上述辅助弹性元件432和434的方式与主弹性元件444和蓄能器438的柔性侧壁452 和454接合的两个辅助弹性元件448和450。活塞442在主弹性元件444 内纵向滑行或滑动，从而压缩其中的流体。柔性壁446、452和454包括并有助于压缩各个弹性元件444、448和450。蓄能器438还包括液压入口/出口端口456。

图31A示出了双侧蓄能器458，其包括壳体460、第一入口/出口 462、第二入口/出口464、第一活塞466、第二活塞468、包括压缩气体的单个弹性元件470以及分隔壁472。在双侧蓄能器458中，弹性元件470的两侧的存储介质具有相同的性质，即具有诸如氮的相同的气体材料。活塞466和468在壳体460内部的位移受分隔壁472限制，分隔壁472在其中心处具有开口以允许气体材料在活塞466和468之间来回自由流动。

图31B示出了双侧蓄能器474，其包括壳体476、第一入口/出口端口478、第二入口/出口端口480、第一活塞482、第二活塞484、密封在活塞482和484后方且在两者之间的诸如氮气的气体弹性元件486以及诸如机械螺旋弹簧或碟形弹簧或弹性体软管的机械弹性元件488。气体弹性元件486和机械弹性元件88固定到活塞482和484并限定在活塞482和484之间。

图31C示出了双侧蓄能器490，其包括壳体492、第一入口/出口端口494、第二入口/出口端口496、第一活塞498、第二活塞500、主弹性元件502以及两个辅助弹性元件504和506。主弹性元件和辅助弹性元件502、504、506各自包括弹性体元件或机械弹簧。主弹性元件和辅助弹性元件502、504、506平行布置。换言之，主弹性元件和辅助弹性元件502、504、506各自在第一端连接到第一活塞498并且在第二端连接到第二活塞500，使得主弹性元件502被限制在第一和第二活塞 498和500与两个辅助弹性元件504和506之间，并且使得辅助弹性元件 504和506被限制在第一和第二活塞498和500、主弹性元件502和壳体 492的侧壁之间。

图31D示出了双侧蓄能器108，其包括壳体510、第一入口/出口端口512、第二入口/出口端口514、第一活塞516、第二活塞518、主弹性元件520以及两个辅助弹性元件522和524。主弹性元件和辅助弹性元件520、522、524各自包括弹性体元件或机械弹簧。主弹性元件和辅助弹性元件520、522、524串联布置。换言之，主弹性元件520被限制在壳体510的两个侧壁和两个辅助弹性元件522和524之间，并且辅助弹性元件522和524被限制在第一和第二活塞516和518中相应的一个、主弹性元件520以及壳体510的两个侧壁之间。

图32A示出了分别具有相应的平行的且集成的高压蓄能器528和低压蓄能器530的双侧蓄能器526，并且包括外壳532和将蓄能器526在高压蓄能器528和低压蓄能器530之间分隔的内部分隔壁534。蓄能器526 包括用于高压蓄能器528的第一入口/出口端口536、用于高压蓄能器 528的第二入口/出口端口538、用于低压蓄能器530的第三入口/出口端口540以及用于低压蓄能器530的第四入口/出口端口542。高压蓄能器 528包括弹性元件544，该弹性元件544包括预先填充和预先装载有压缩氮气的弹性体软管。

图32B示出了分别具有相应的平行的且集成的高压蓄能器548和低压蓄能器550的双侧蓄能器546，并且包括外壳552和将蓄能器546在高压蓄能器548和低压蓄能器550之间分隔的内部分隔壁554。蓄能器546 包括用于高压蓄能器548的第一入口/出口端口556、用于高压蓄能器 548的第二入口/出口端口558、用于低压蓄能器550的第三入口/出口端口560以及用于低压蓄能器550的第四入口/出口端口562。高压蓄能器 548包括第一活塞564、第二活塞566以及被定位在第一和第二活塞564 和566之间并与之联接的弹性元件568。

图32C示出了沿图32B的线32 C,32 D-32 C,32 D截取的蓄能器546的部件的可能的横截面形状，其中高压蓄能器548具有圆形横截面形状，低压蓄能器550具有包括新月形的横截面形状，或具有其一部分被高压蓄能器548的圆形横截面形状阻挡的椭圆形横截面形状。图32D示出了沿图32B的线32 C,32 D-32 C,32 D截取的蓄能器546的部件的可能的横截面形状，其中高压蓄能器548具有圆形横截面形状，低压蓄能器550具有其一部分被高压蓄能器548的圆形横截面形状阻挡的梯形横截面形状。

图33A示出了分别具有相应的平行的、集成的且同心的高压蓄能器572和低压蓄能器574的双侧蓄能器570，并且包括外壳576和将蓄能器570在高压蓄能器572和低压蓄能器574之间分隔的内部分隔壁578。高压蓄能器572、低压蓄能器574、外壳576和内部分隔壁578具有圆形横截面形状，并且内部分隔壁578与外壳576同心。

蓄能器570包括用于高压蓄能器572的第一入口/出口端口580、用于高压蓄能器572的第二入口/出口端口582、用于低压蓄能器574的第三入口/出口端口584以及用于低压蓄能器574的第四入口/出口端口586。低压蓄能器574包括在高压或低压下变形时存储能量的第一弹性元件 588和第二弹性元件590。在一些实施方案中，内部分隔壁578是弹性的或弹性体的，以在高压或低压下变形时保持储存的能量。

图33B示出了具有相应的平行的且集成的高压蓄能器594和低压蓄能器596的双侧蓄能器592，其包括外壳598和将蓄能器592在高压蓄能器594和低压蓄能器596之间分隔的内部分隔壁600。蓄能器592包括用于高压蓄能器594的第一入口/出口端口202、用于高压蓄能器594的第二入口/出口端口604、用于低压蓄能器596的第三入口/出口端口606以及用于低压蓄能器596的第四入口/出口端口608。高压蓄能器594包括第一活塞610、第二活塞612以及被定位在第一和第二活塞610和612之间的弹性元件614。弹性元件614包括液体/气体混合物，其具有针对不同比例的液体和气体的连续可变存储容量，其中液体/气体混合物的组成由外部液压回路控制。

图34示出了在其第一侧连接到第一流量控制阀618并在其第二侧连接到第二流量控制阀620的双侧蓄能器616的示意图。第一和第二流量控制阀618和620分别联接到第一液压马达622和第二液压马达626，其中第一液压马达622为诸如轮624的第一机械装置提供动力，第二液压马达626为诸如轮628的第二机械装置提供动力。蓄能器616具有与上述蓄能器126和/或蓄能器146的实施方案相匹配的实施方案，即蓄能器616是具有相应的平行的且集成的高压蓄能器630和低压蓄能器 632的双侧蓄能器。

第一和第二流量控制阀618和620将蓄能器616的液压端口连接到液压马达622和626的液压端口，以允许液压流体从蓄能器616流向马达622和626，以从蓄能器616释放能量以驱动轮624和628，或者允许液压流体从马达622和626流向蓄能器616，以从轮624和628回收能量并将其存储在蓄能器616中。在这种实施方案中，蓄能器616独立地从轮624和628回收能量或向轮624和628提供能量，从而提高整体的效率。

图35A、图35B、图36A、图36B和图37A至图37E示出了蓄能器 616的一个实施方案的更具体的细节。图35A、图35B、图36A和图 36B示出了蓄能器616包括中空的柱形外壳634、位于外壳634的第一端的第一端盖636、位于外壳634的与第一端相对的第二端的第二端盖638以及在外壳634内的将高压蓄能器630与低压蓄能器632分隔开的内部分隔壁640。图35A、图35B、图36A和图36B还示出了蓄能器616包括沿高压蓄能器630的长度延伸并穿过该高压蓄能器630的液压管642。图35B还示出了第二端盖638包括液压地联接到低压蓄能器632的低压端口644、液压地联接到高压蓄能器630的两个高压端口646以及液压地联接到液压管642的液压管端口648。液压管642可以沿蓄能器616的长度延伸，以将第一流量控制阀618直接联接到第二流量控制阀620。

图36A、图36B和图37A至图37E示出了蓄能器616包括定位在高压蓄能器630内的弹性元件650，该弹性元件650包括预先填充和预先装载有压缩氮气的弹性体软管。图36A、图36B和图37A至图37E示出了蓄能器616还包括垫圈652，以将第一和第二端盖636和638密封到壳体 634的端面。

图38A示出了在其第一侧联接到第一流量控制阀656并在其第二侧联接到第二流量控制阀658的双侧蓄能器654的示意图。第一和第二流量控制阀656和658分别联接到第一液压马达660和第二液压马达664，其中第一液压马达660为诸如轮662的第一机械装置提供动力，第二液压马达664为诸如轮666的第二机械装置提供动力。除本文描述的差异之外，蓄能器654具有与上述蓄能器616的实施方案相匹配的实施方案。

如图38B和图38C所示，蓄能器654包括类似于内部分隔壁640的内部分隔壁668，但具有纵向延伸穿过该蓄能器654的开口导管670。如图38B所示，推进杆或轴672延伸穿过开口导管670。轴672通过第一机械联接部674联接到、例如刚性地联接到第一轮662，并且通过第二机械联接部676联接到、例如刚性地联接到第二轮666。因此，两个轮 662和666通过延伸穿过蓄能器654的轴672彼此刚性地联接。图39A至图39C进一步示出了蓄能器654，包括其分隔壁668和轴672，以及流量控制阀656的其他细节，包括流量控制阀656的致动机构678。

图40A和图40B示出了另一个双侧蓄能器680，其在其第一侧联接到第一流量控制阀、第一液压马达和第一机械联接部682，并且在其第二侧联接到第二流量控制阀、第二液压马达和第二机械联接部。除本文描述的差异之外，蓄能器680具有与上述蓄能器654的实施方案相匹配的实施方案。蓄能器680具有包括椭圆的整体横截面形状，其中内部分隔壁686沿椭圆的长轴延伸。蓄能器680还包括用于存储累积的能量的多个弹性体元件684。

图41A至图41G示出了多组蓄能器，这些蓄能器彼此集成并与如本文所述的相应的阀、液压马达和轴集成，并且一起被提供为多个蓄能器的集成组。图41A示出了这种集成组688有六个蓄能器690、以及相应的阀、液压马达和轴的的示意图，其中六个蓄能器690中的每一个具有与蓄能器654的结构相对应的结构。六个蓄能器690中的每一个的轴在任一端处联接到齿轮692。六个蓄能器690按含有三个蓄能器 690的蓄能器单元或子集分组，每一个单元或子集一起被容纳在具有椭圆形横截面形状的壳体694内。

联接到单个壳体694内的每一个蓄能器690的轴的齿轮692彼此啮合，使得每一个壳体694中的三个蓄能器彼此并联连接。此外，每一个壳体694内的蓄能器中的一个蓄能器的轴在任一端联接到机械联接部696。联接到这些轴中的一个轴的一个机械联接部696与联接到这些轴中的另一个轴的另一个机械联接部696联接，使得两个蓄能器单元或子集中的蓄能器彼此串联联接。

图41B至图41G示出了另一个蓄能器单元698，其包括单个高压蓄能器700和单个低压蓄能器702，它们一起被容纳在具有椭圆形横截面形状的壳体704内。蓄能器单元698在其两个相对端中的每一个处联接到三个阀706和三个液压马达708。液压马达708中的每一个联接到相应的齿轮710，并且三个齿轮710彼此啮合以将阀706和马达708彼此并联连接。蓄能器单元698可用于代替图41A所示的三个蓄能器690的蓄能器单元或子集中的一者或两者。

图42A示出了液压推进系统4200中的液压缸4230的三维模型。如图42A所示，液压缸4230包括第一入口/出口4250、第二入口/出口 4252、第三入口/出口4254和第四入口/出口4256。根据第一流量控制阀4220和第二流量控制阀4222的位置，液压缸4230具有第一入口4250、第二入口4252、第一出口4254和第二出口4256，或者具有第一入口 4254、第二入口4256、第一出口4250和第二出口4252。

图42A所示的液压缸4230容纳固定的分隔壁4240，该分隔壁4240 将液压缸4230划分成两个不同且刚性的液压室。每一个液压室自身被划分成两个子室，这两个子室由附加分隔壁4241分隔开。液压室中的第一个液压室在其第一子室中容纳第一活塞4242以及联接到第一活塞 4242和分隔壁4240的第一弹性元件或弹簧4244，并且在其第二子室中容纳第三活塞4243以及联接到第三活塞4243和与分隔壁4240相对的壁的第三弹性元件或弹簧4245。液压室中的第二个液压室在其第一子室中容纳第二活塞4246以及和联接到第二活塞4246和分隔壁4240的第二弹性元件或弹簧4248，以及容纳第四活塞4247以及联接到第四活塞 4247和与分隔壁4240相对的壁的第四弹性元件或弹簧4249。

图42A所示的液压缸4230包括通过第一入口/出口4250和第二入口 /出口4252流入和流出液压缸4230的膨胀流体，以及通过第三入口/出口4254和第四入口/出口4256流入和流出液压缸4230的工作流体。工作流体通过第一和第二活塞4242和4246与液压缸4230内的膨胀流体分开。

当通过膨胀流体行进的相对高压波通过第一和第二入口4250和 4252进入液压缸4230时，它们朝向第一和第二活塞4242和4246行进然后对第一和第二活塞4242和4246施加相对高的压力。因此，推动活塞 4242和4246朝向工作流体移动，压缩第一弹簧4244和第二弹簧4248，并且发起通过工作流体行进相对高压的波使其朝向第三活塞4243和第四活塞4247以及第三弹簧4245和第四弹簧4249行进。高压波压缩弹簧 4245和4249并朝向出口4254和4256行进，以通过出口4254和4256离开液压缸4230。

当通过工作流体行进的相对高压波通过入口4254和4256进入液压缸4230时，它们朝向第三和第四活塞4243和4247、第三和第四弹簧 4245和4249以及第一和第二活塞4242和4246行进然后对它们施加相对高的压力。因此，弹簧4245和4249压缩，弹簧4244和4248伸展，并且推动活塞4242和4246朝向膨胀流体移动以发起通过膨胀流体行进的相对高压的波使其朝向出口4250和4252行进，以通过出口4250和4252离开液压缸4230。

因此，随着第一和第二流量控制阀4220和4222在它们各自的第一和第二位置之间来回移动，并且随着相对高压的波交替地通过入口 4250和4252进入液压缸4230以及通过入口4254和4256进入液压缸4230，活塞4242和4246各自开始相对于固定的分隔壁4240在液压缸4230内来回振荡。弹簧4244和4248交替地压缩和伸展。在一些实施方案中，弹簧4244和4248的这种运动提供了声波惯性和/或将相移引入系统的动态特性中。此外，随着相对高压的波通过液压缸4230来回行进，弹簧 4245和4249逐渐受到压缩，这在一些实施方案中提供了在弹簧4245和 4249的压缩中存储(例如，累积)能量。选择或设计活塞4242、4246、 4243和4247的质量以及弹簧4244、4245、4248和4249的弹簧常数或刚度，使得这些部件以针对相对高压波的一个或多个给定频率在液压缸 4230内在谐振条件下振荡或进行谐振。

图42B示出了包括液压缸714和液压蓄能器732的液压系统712。在液压系统712中，使用液压流量控制阀716产生通过相对的液压导管 720和722行进的振荡液压波。恒定流量液压泵724产生并向第一流量控制阀716提供高压液压流体，并且液压流体贮存器726向第一流量控制阀716提供相对低压的液压流体。

图42C示出了通过结合高压蓄能器4264和低压蓄能器4266两者而用作高压和低压双重蓄能器单元的另选的蓄能器单元4540的横截面图。蓄能器单元4540包括允许相对高压的流体进入高压蓄能器4264的第一入口4542，以及允许相对低压的流体进入低压蓄能器4266的第二入口 4544。当通过第一入口4542向高压蓄能器4264提供高压流体和/或通过第二入口4544向低压蓄能器4266提供低压流体时，相应的压力使蓄能器4540内的活塞4546转动。这压缩多个盘簧4548和与盘簧4548互连的多个软管型弹性体弹簧4550，从而将供以后使用的能量存储在弹簧 4548、4550的压缩中。

在一个实施方案中，弹簧4548和4550安装在延伸经过蓄能器4540 的长度的支撑轴4552上，以为弹簧4548和4550提供支撑和稳定性。在一些实施例中，蓄能器4540包括联接到弹簧4548和/或4550的多个质量体4554。如本文所述，蓄能器4540联接到承载振荡压力波的液压推进系统4200的液压导管，使得蓄能器4540还可以将能量存储在质量体 4554和弹簧4548、4550的振荡中。选择或设计弹簧4548和4550的弹簧常数或刚度和/或质量体4554的质量，使得这些部件在蓄能器4540内在谐振条件下振荡或进行谐振。

图42D示出了通过结合高压蓄能器4264和低压蓄能器4266两者而用作高压和低压双重蓄能器单元的蓄能器单元4556的另选的实施方案的横截面图。除了蓄能器单元4556包括允许相对高压的流体进入高压蓄能器4264的第三入口4558、允许相对低压的流体进入低压蓄能器 4266的第四入口4560、和在其与活塞4546相对的一端联接到弹簧4548 和4550的第二活塞4562之外，该蓄能器单元4556具有与蓄能器单元 4540相同的特征。

当通过第一入口4542和/或第三入口4558向高压蓄能器4264提供高压流体，并且/或者通过第二入口4544和/或第四入口4560向低压蓄能器4266提供低压流体时，相应的压力使蓄能器4540内的活塞4546和/或4562移动，从而压缩弹簧4548和/或4550，并且将供以后使用的能量存储在弹簧4548、4550的压缩中和/或存储在弹簧4548、4550和活塞4546、4562的谐振中。

使用变速电动马达来致动阀716，诸如通过在其中移动转子，将泵 724联接到第一导管720并将贮存器726联接到第二导管722，或将泵 724联接到第二导管722并将贮存器726联接到第一导管720来致动阀 716。电动马达用于致动阀716以在这两个位置之间交替，以在导管 720和722内产生彼此相移180度的振荡压力波。

当振荡压力波行进穿过导管720和722时，它们在液压缸714内分别遇到第一活塞728和第二活塞730，并且在液压蓄能器732内分别遇到第三活塞734和第四活塞736。第一和第二活塞728和730彼此刚性联接并形成单个中空柱形结构744，或形成具有封闭端的中空轴，使得它们在液压缸714内一致地来回移动。中空柱形结构744包括液压地联接到液压缸714中的相应孔740和742的两个相对的纵向槽或开槽738，相应孔740和742允许液压流体或液压油被泵入或泵出中空柱形结构 744，以改变中空柱形结构744的整体质量或总质量。液压流体通过液压泵756、流量控制阀758和连接端口760提供到孔740和/或742。

当振荡压力波遇到第一和第二活塞728、730时，它们使得包括活塞728和730的中空柱形结构744在液压缸714内来回振荡。该振荡的幅度受到定位在液压缸714的端部附近的一组弹性体止动件746的限制。以这种方式，液压缸714向液压系统712提供液压惯性，液压惯性的大小通过将液压流体泵入或泵出中空柱形结构744来控制。

液压蓄能器732包括第一弹簧748，该第一弹簧748在其第一端处联接到第三活塞734，并且在其与第一端相对的第二端处联接到第五活塞752。液压蓄能器732还包括第二弹簧750，该第二弹簧750在其第一端处联接到第四活塞736，并且在其与第一端相对的第二端处联接到第六活塞754。第五和第六活塞752和754通过辅助液压缸762彼此液压地联接。通过诸如液压泵756和流量控制阀764将液压流体泵入或泵出辅助液压缸762来控制第五和第六活塞752和754的位置，以便控制弹簧748和750的储能容量。

当振荡压力波遇到第三和第四活塞734和736时，它们使弹簧748 和750在液压蓄能器732内来回振荡，例如在伸展状态和压缩状态之间来回振荡。该振荡的幅度受到定位在液压蓄能器732的端部附近的一组弹性体止动件766的限制。以这种方式，液压蓄能器732以振荡活塞 734和736以及弹簧748和750的形式为液压系统712提供液压容量或能量存储，其最大容量通过将液压流体泵入或泵出辅助液压缸762来控制。

现参考集成式能量转换、传递和存储系统的流体热单元部件，图 43示出了根据本公开的一个或多个实施方案的流体热单元的一般结构。在一些实施方案中，流体热单元能够经由流体加热界面将热能传递到流体。热能源包括例如燃料嵌入式能量、太阳能、电能或废热源。加热的流体可以是例如具有在液压流体被加热时膨胀的性质的液压流体。

在至少一个实施方案中，由相应的燃料系统提供的一种或多种燃料与空气混合并且由于燃烧而在燃烧室内产生热气体。热气体可用于使用跨越将热气体与流体分开的导热屏障的热传递加热热交换器内的流体。可以同时使用多种燃料来加热流体，其中使由不同燃料产生的燃烧气体混合。

同时，在作为专用于燃料燃烧的单独工作空间的燃烧室内，可以采用初级减排方法。这种减排方法可以包括例如水/蒸汽喷射和燃烧空气的超声激发中的一种或多种。在一些实施方案中，在热能经由热交换器装置(例如，加热界面)传递到流体之后，可以使用例如催化转化器进一步处理燃烧气体以减少排放。然后通过排气系统将处理的燃烧气体释放到环境中。

图43所示的系统能够实现技术改进，包括：自然是低排放过程的低压燃烧；以及有可能具有单独的装置专门优化燃烧和热传递的各个过程。这种单独的装置的特征可以包括例如增强超声波场内燃烧的超声波发生器，或者增强对流和声音产生的几何形状。

在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，流体加热界面本身可以被直接加热。仅作为示例而非限制，这种直接加热的方法包括：电加热、通过暴露于太阳辐射中加热、通过暴露于来自各种来源的废热(例如，工业废热或燃烧废气)中加热、或通过暴露于其他在操作期间产生热量的系统(例如，电力电子装置、液压马达或电动马达)中加热。根据废热的性质，可以通过传导、辐射或对流发生到流体界面的热传递。

图44示出了用于与集成式能量转换、传递和存储系统的流体热单元一起使用的燃烧室和交叉流动热交换器的一个实施方案。在一些实施方案中，燃烧空气通过入口端口802进入交叉流动热交换器，同时燃料喷射器804经由入口端口802将燃料引导到热交换器。由点火器 806激发燃烧。热气体围绕一个或多个热交换管808流动，使得在燃烧期间，热量从热气体传递到热交换管808。在至少一个实施方案中，热交换管808的结构包括具有垂直翅片的导热管。在发生热交换之后，燃烧气体通过排出端口810离开热交换空间。沿入口端口802和排出端口810之间的燃烧气体流动路径，热气体由联接到热交换管808的导热板812界定，使得当热交换管808被加热时，热量传导到导热板812。

横向于气流的大致方向，冷流体经由横向流体导管被引导穿过热交换器。冷流体通过流体入口端口814和流体入口腔室816进入热交换管808。流体入口腔室816包括待加热的流体。流体入口腔室816与导热板812直接热接触，以开始加热冷流体。在一些实施方案中，其中一个导热板812形成流体入口腔室816中的壁。冷流体从流体入口腔室流过热交换管808的内表面818(并且与内表面818直接接触)，使得流体经由热交换管808吸收燃烧热。然后将加热的流体收集在流体出口腔室820内并引导到热交换器出口端口822。流体出口腔室820由导热板824和826界定。

现参照图45，示出了燃料喷射器的实施方案。燃料喷射器902与超声波发生器组合，以确保燃料射流接近超声波场，促进混合和低排放燃烧过程。空气经由空气入口端口804进入燃料喷射器902。空气流由于环形管908而在腔910内部反射，产生通过空气出口端口906离开喷射器的超声波。在端口912处进入喷射器的燃料穿过圆形管914被朝向燃料出口孔916引导。已经通过空气入口端口904进入喷射器的入口空气的一部分穿过通道918到达腔920，其中销924限定反射腔的形状。反射腔是产生空气压力波的位置，空气压力波会通过孔920离开喷射器。在一些实施方案中，燃料通过孔926被引导到喷射器内。圆形管928向燃料喷射孔930供给。根据图46所示的热交换器功能，如图45所示，喷射器装置能够在燃烧场中感应超声波。

现参照图46，在集成式能量转换、传递和存储系统的一些实施方案中，流体热单元依赖于使用燃烧气体加热流体。根据图45中描述的实施方案，通过空气过滤器1002提供的空气被风扇1004推动，穿过空气喇叭1006以在燃烧区内产生超声波场。燃料由燃料喷射器1008提供并由火花点火器1010点燃。在由壳体1012界定的流体热单元的热交换部分内，放置有线圈1014，线圈1014在其外表面上具有翅片，以增加从热气体到流过线圈1014的流体的热传递。使用从气体到线圈表面的对流、通过线圈材料的传导以及从线圈材料到线圈1014内流动的流体的对流来采用热传递功能。废气通过排气系统1016被引导到环境中。

现参照图47A，如通过示例性模拟运行所识别的，流体单元内部的气流的设计以热力方式解决了通过管的压力损失。现参照图47B，第二个设计考虑还基于与线圈和翅片附近的湍流和速度场相关的流体流动分析，以增加对流系数并因此增加从气体传递到线圈材料的热量。现参照图47C，第三个设计考虑涉及空气的振动，并因此涉及因气体在流体热单元的壳体内部和线圈的空间之间流动时改变流动方向和大小而由气体产生的声音。注意的是，图47D示出了以分贝(dB)给出的压力损失、湍流、强度和噪声水平被显示为处在30kW的技术应用的可接受范围内。

现参照图48，示出了通用燃料系统1100将燃料供给到流体热单元。将燃料系统1100设计成使用多种不同的燃料。燃料系统1100包括液体燃料箱1102、燃料泵1104和液体计量装置1106。燃料泵1104将燃料从液体燃料箱1102驱动穿过液体计量装置1106到达液体燃料喷射器1108，以准备用于燃烧室1110内燃烧的液体燃料。燃烧室1110可以采用例如图44所示的交叉流动热交换器实施方案或图46所示的热交换器实施方案的形式。在至少一个实施方案中，燃料系统1100可以进一步包括气体燃料箱1112、减压阀1114和气体计量装置1116。在压力下储存在气体燃料箱1112中的气体燃料流过减压阀1114和气体计量装置1116，到达放置在燃烧室1110内的气体燃料喷射器1118。

如图49所示，根据一些实施方案，连续燃烧将各种减排措施应用于流体热单元。减排措施可以应用于排放发生阶段，应用于燃烧气体后处理阶段，或者应用于这两个阶段。在一些实施方案中，用于入口空气和燃烧气体的超声波发生器允许在超声波场内发生燃烧，该超声波场刺激在对应于超声波长度的分子水平上的反应性。向燃烧室添加另外的空气以冷却燃烧气体并减少氮排放。此外，喷射水或蒸汽以及使用辐射燃烧器允许燃料在比明火更低的燃烧温度下燃烧，这样减少了排放。从外部电解器中添加氢-氧混合物可以通过在不使用大气的情况下产生燃烧热来减少一般的燃料消耗和排放。这是一种用于燃烧过程的短期、超低排放操作的方法。

尿素喷射是一种既定的氮氧化物(NOx)还原方法，也可用于流体热单元以及诸如催化装置、颗粒过滤器和气体分离器的现有的燃烧后气体处理装置。图50中以表格形式提供了图49所示布置的减排效果的概览。

现参照图51A、图51B，示出了根据至少一个实施方案的用于结合到流体热单元中的辐射燃烧器。在一些实施方案中，辐射燃烧器提供多孔介质(例如，金属丝网)，在其中燃料可以在比常规的明火燃烧器中更低的燃烧温度下在约900℃处燃烧，而常规的明火燃烧器通常在约1200℃处操作。

配备有这种辐射燃烧器的流体热单元提供空气入口路径1202、燃烧器分配通道1204、一个或多个辐射燃烧器1206、排气收集器1208、排气管1210和流体板1212。分配通道1204将空气和燃料引导到与之联接的辐射燃烧器1206中。在一些实施方案中，辐射燃烧器1206具有平面形状，其提供在燃烧期间对流体板1212的辐射热传递而言最佳的暴露。优选地，流体板1212基本上彼此对齐并与辐射燃烧器1206相互交叉，以便捕获辐射燃烧器1206两侧的辐射。燃烧的气体产物由排气收集器1208收集并通过排气管1210离开辐射燃烧器。流体板1212设计成对于流体容积具有较大的表面和较低的厚度，以使流体板表面1212a 和1212b更多地暴露于热辐射中。待加热的流体通过入口管1214、 1216进入流体板1212。热流体经由出口端1216离开流体板1212。

现参照图52A、图52B，示出了根据至少一个实施方案的其中使用燃烧热和电动热源两者来加热工作流体的流体热单元的混合设计。如图52A所示，混合流体热单元包括空气入口路径1302和供给燃料喷射器1306的燃料供应管1304。通过放置在壳体1310内的燃烧室1308内的燃烧产生的气体被引导到出口管1318。热气体将热量传递到加热器主体1312，该加热器主体1312加热流体工作空间1322和通过螺旋翅片 1326产生的螺旋流动路径1324中的流体。流体经由入口管1320进入所述加热路径并通过出口管1328离开加热路径。工作空间由固定到壳体 1310的端盖1340封闭。螺旋翅片1326固定到电加热器壳体1330，电加热器壳体1330包括通过电线1334联接到电源1318的电阻器1332。混合热单元的电力通过电力控制器1336调节。

如图53所示，示出了基于燃烧的和电加热器的混合加热器，其被实施为参照图46描述的流体热单元的附加部件。流体线圈1470由具有柱形的电辐射板1420围绕。电辐射板1420经由电线1440和电控制系统 1450联接到电源1430。

现参照图54，示出了用于从产生由流体承载的废热的系统收集能量的示例性废热收集设备1500。废热收集设备1500包括废热承载流体管1510和壳体1520。工作流体的热传递和流动路径通过管1540进入壳体1520并使用管1530离开壳体1520。通过控制阀1550确保从入口到出口的单向回路。

现参照图55，示出了提高了图54的废热收集设备中的热传递的隔热部件的实施方案。气体流过导热管1620内的内部空间1610。导热管 1620与在管1640内流动的周围流体1630接触。因此，管1640和壳体 1660形成用于将隔热材料1650插入其间的空间。

如图56所示，在一些实施方案中，将另选的热传递提升装置结合到包括热传递翅片1710的系统中，热传递翅片1710形成在废热承载流体管1730的热流体侧1720中或附接到热流体侧1720。附加地或另选地，可以在围绕流体管1730的至少一部分的壳体1750内形成或放置螺旋通道1740。

现参照图57，示出了从平面或曲面收集热能的设备的实施方案。热能收集设备包括经由辐射通过外部热源加热或通过电源加热的热表面1810。外部辐射热源的示例包括太阳辐射、工业过程中使用的熔融金属以及操作设备(例如，存放在服务器场中以提供云存储的服务器计算机)的表面。电源可能依赖于焦耳效应或感应加热。加热工作空间1820是为热传递提供较大接触面积的薄的较大的表面。入口流动路径使用入口管1850和出口管1830，其中流动方向通过流量控制阀1850 来确保。

另外，图58示出了图57所示的增强的热传递设备的实施方案，但具有另外的热传递特征。该增强的热传递设备进一步包括由具有高导热率的材料制成的多个销1910。多个销1910各自在一端联接到热表面 1810，而每一个销的另一端浸没在流体工作空间1820中。因此，热量经由销1910从热表面传导到流体。

现参照图59A和图59B，在一些实施方案中，通过使用蜡膨胀和相变将热能直接转换成液压能。由外部旋转单元2002提供动力的旋转工作空间主体2001使用轴2003驱动。旋转主体2001包括含有蜡的径向工作空间2007和2008。由于主体2001的旋转，工作空间暴露于热辐射或对流热表面2006。工作空间2007内的蜡2005膨胀并转换成液相，从而蜡2005的体积增加并将工作空间2007内的液压液体通过附接到壳体 2011的液压管2010推动到液压动力回路。返回流体通过液压管2009进入工作空间2008并冷却蜡2005。工作空间2008与液压箱2211接触以冷却液压液体。

本申请要求优先权的以下相关申请通过引用整体并入本文：(1) 于2016年12月21日提交的序列号为62/498,347的美国申请“连续对流热交换器(Continuous ConvectionHeat Exchanger)”；(2)于2016 年12月21日提交的序列号为62/498,348的美国申请“汽车应用的混合能量回收系统(Hybrid Energy Recovery System for VehicleApplications)”；(3)于2017年9月26日提交的序列号为62/606,511 的美国申请“集成式混合能量转换和存储系统(Integrated Hybrid Energy Conversion and StorageSystem)”；(4)于2017年10月26日提交的序列号为62/577,630的美国申请“液压蓄能器(Hydraulic Accumulator)”；以及(5)于2017年11月1日提交的序列号为62/580,360 的美国申请“流体热单元(Fluid Thermal Unit)”。

另外，以下美国临时专利申请：于2016年10月28日提交的62/496,784；于2016年12月21日提交的62/498,349；于2016年12月21日提交的62/498,338；于2016年12月21日提交的62/498,337；于2016年12 月21日提交的62/498,336；于2017年8月7日提交的62/605,291；于2017 年8月7日提交的62/605,283；于2017年9月26日提交的62/606,522；于 2017年9月26日提交的62/606,521；于2017年11月10日提交的 62/584,650；于2017年12月13日提交的62/598,366；于2017年12月13日提交的62/598,364；以及以下美国非临时专利申请：于2017年6月5日提交的15/731,383；于2017年6月1日提交的15/731,360；于2017年5月 15日提交的15/731,267；于2017年5月15日提交的15/731,271；以及于 2017年10月27日提交的PCT申请PCT/US17/58883，在此通过引用整体并入本文。

可以组合上述各个实施例以提供进一步的实施例。根据以上详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定的实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (14)

1.一种从多个能量源回收和存储能量的集成式混合能量回收和存储系统，所述系统包括：

蓄能器单元，其包括高压蓄能器和低压蓄能器，所述蓄能器单元具有第一侧和第二侧；

至少一个活塞，其被安装用于在所述高压蓄能器中往复运动，所述蓄能器单元被配置成接收存储、来自液压流体的能量并将能量传递到能量存储介质；

两个或更多个旋转方向控制阀，其中至少一个旋转方向控制阀位于所述蓄能器单元的每一侧，每一个旋转方向控制阀包括多个端口；

所述高压蓄能器连接到在所述第一侧的所述旋转方向控制阀的端口并且连接到在所述第二侧的所述旋转方向控制阀的端口，所述低压蓄能器连接到在所述第一侧的所述旋转方向控制阀的端口并且连接到在所述第二侧的所述旋转方向控制阀的端口；以及

两个或更多个可变排量液压旋转单元，其中至少一个可变排量液压旋转单元邻近于所述旋转方向控制阀中的每一个定位，每一个可变排量液压旋转单元经由液压管和所述旋转方向控制阀的端口连接到所述旋转方向控制阀，

其中所述可变排量液压旋转单元通过传递机械扭矩而交替地用作液压泵或马达，并且所述旋转方向控制阀产生所述可变排量液压旋转单元与所述高压蓄能器和所述低压蓄能器的流动连接。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括第一机械传动装置，所述第一机械传动装置具有经由第一机械轴连接到所述两个或更多个可变排量液压旋转单元中的其中一个所述可变排量液压旋转单元的机械输入联接部。

3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括第二机械传动装置，所述第二机械传动装置具有经由第二机械轴连接到所述两个或更多个可变排量液压旋转单元中的另一个所述可变排量液压旋转单元的机械输出联接部。

4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括将所述高压蓄能器与液压回路连接的液压连接器。

5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括将所述低压蓄能器与所述液压回路连接的液压连接器。

6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括使所述低压蓄能器发生峰值负载时能够通过连接管释放液压流体的压力阀。

7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用作到所述高压蓄能器的旁路连接的液压管。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述能量存储介质是弹性部件。

9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括调节所述蓄能器单元中回收能量的传递的控制器。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器经由旋转方向控制阀将加压液压流体引导到可变排量液压旋转单元。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置成基于可用性和动力要求以受控方式回收、存储和释放能量。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述能量源是辐射能、电能、车载能量源、风能、波能、或废热能。

13.根据权利要求1所述的系统，进一步包括从多个能量源回收能量的能量回收部件。

14.根据权利要求1所述的系统，进一步包括热单元，所述系统从所述热单元回收能量。

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