CN111656004B - 流体流动转换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于将旋转转换为流体流动的设备，该设备包括：流体导管，该流体导管绕旋转轴线盘绕，该流体导管具有用于接纳具有第一密度的第一流体的第一入口和用于接纳具有第二密度的第二流体的第二入口以及用于输出第一流体的第一出口和用于输出第二流体的第二出口；马达，该马达联接至流体导管以使流体导管绕旋转轴线沿第一角度方向旋转，使得第一流体的第一流体部分和第二流体的第二流体部分被沿着流体导管朝向第一出口输送，同时被加压；流体返回装置，该流体返回装置将第二出口和第二入口流体流动连接，从而选择性地允许加压的第二流体从第二出口返回至第二入口，同时使加压的第二流体减压。

Description

流体流动转换器
技术领域
本发明涉及用于将旋转转换成流体流动的设备和方法以及用于将流体流动转换成旋转的设备和方法。
背景技术
长期以来已知使用依赖于交替地允许空气和水进入绕旋转轴线旋转的盘绕式管的装置来泵送水或压缩空气。这种装置具有较少的运动部件，并且被认为是相对简单且可靠的。
例如，GB 1 427 723公开了一种用于泵送流体的设备，该设备包括以一定的圈数绕筒状结构布置以便形成筒状形状盘管的具有恒定横截面的管。盘绕式管的一个端部连接至设备的中空轴，而盘绕式管的另一端部终止于筒状结构的周缘处并且向大气敞开。当筒状结构旋转时，水和空气被交替地允许进入至管的敞开端部并被输送至中空轴。
WO 2016/080902公开了能效更高的设备，其中，根据实施方式，一个盘绕式流体导管、即压力增大流体导管用于实现第一流体和第二流体的压力的逐渐增大，而一个盘绕式流体导管、即压力减小流体导管用于在实现压力的逐渐减小的同时将第一流体和第二流体返回。
似乎仍然存在改进的空间。特别地，将期望提供一种用于将旋转转换成流体流动和/或将流体流动转换成旋转的更紧凑和/或更具成本效益的设备。
发明内容
鉴于以上内容，本发明的目的是实现旋转向流体流动的改进的转换和/或流体流动向旋转的改进的转换。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于将旋转转换为流体流动的设备，该设备包括：流体导管，该流体导管绕旋转轴线盘绕，该流体导管具有用于接纳具有第一密度的第一流体的第一入口和用于接纳具有不同于第一密度的第二密度的第二流体的第二入口以及用于输出第一流体的第一出口和用于输出第二流体的第二出口；马达，该马达联接至流体导管以使流体导管绕旋转轴线沿第一角度方向旋转，使得第一流体的第一流体部分和第二流体的第二流体部分被沿着流体导管朝向第一出口输送，同时被加压；以及流体返回装置，该流体返回装置将第二出口和第二入口流体流动连接，从而选择性地允许加压的第二流体从第二出口返回至第二入口，同时使加压的第二流体减压。
流体是任何流动的物质。因此，流体例如包括气体、液体、以及例如悬浮在液体中以形成表现出流体特性的颗粒悬浮液的固体颗粒。
应当理解，第一入口和第二入口可以设置为不同的单独的入口或者设置为共同入口。类似地，第一出口和第二出口可以设置为不同的单独的出口或者设置为共同出口。
流体导管不一定必须是盘绕式管，而可以以许多其他方式构造，只要流体路径是盘绕的使得流体路径的投影形成螺旋即可。
当具有不同密度的第一流体和第二流体两者均存在于盘绕式流体导管的内部时，盘绕式流体导管在静止且无压差时的平衡状态将是在第一流体和第二流体的组合质心位于盘绕式流体导管的旋转轴线正下方的情况。当盘绕式流体导管抵抗压头而旋转时，组合质心对应于盘绕式流体导管内部逐渐增加的压力而沿着盘绕式流体导管偏移。压力增大的盘绕式流体导管中的偏移的组合质心将在盘绕式流体导管上施加扭矩。比该质心偏移引起的扭矩更大的具有相反符号的扭矩将需要(通过电动马达)提供给压力增大的盘绕式流体导管以维持旋转。
为了将第一流体从第一入口输送至第一出口、同时维持关于第二流体的闭合回路操作，本发明人已经认识到，将期望提供一种流体返回装置，该流体返回装置将第二出口和第二入口流体流动连接，并且构造成选择性地允许加压的第二流体返回至第二入口，同时使加压的第二流体减压。
流体返回装置构造成选择性地允许加压的第二流体返回应当理解为是指流体返回装置构造成使加压的第二流体的返回优先于加压的第一流体的任何返回。例如，流体返回装置可以构造成将从流体导管在第二出口处传递至流体返回装置的加压的第二流体的体积比例保持在至少80％以上。有利地，流体返回装置可以构造成将该体积比例保持在90％以上。
根据各种实施方式，流体返回装置可以包括具有致动器的压力减小装置，该压力减小装置构造成：接纳加压的第二流体；使加压的第二流体在致动器上做功，从而导致致动器的运动，由此使加压的第二流体减压；并且输出经减压的第二流体。
流体返回装置可以包括流体返回导管，并且致动器可以布置成因与第二流体相互作用而相对于流体返回导管运动。
压力减小装置可以是可以将压降转换为功的任何装置。适合的压力减小装置的示例包括涡轮、泵和活塞。
上面提到的致动器可以是线性致动器、比如活塞，或者旋转致动器、比如轴。
通过设置压力减小装置，在使加压的第二流体减压时释放的能量可以通过运用致动器的运动来使用。
根据实施方式，转换装置可以联接至致动器并且构造成将致动器的运动转换为流体导管沿第一角度方向的旋转。转换装置可以机械地联接至流体导管，或者转换装置可以包括发电机，在该发电机中，上面提到的致动器联接至转子以使发电机产生电力，该电力可以用来帮助驱动流体导管绕旋转轴线沿第一旋转方向的旋转。
在一些实施方式中，转换装置可以将致动器机械地联接至流体导管，以使得致动器的运动导致流体导管沿第一角度方向旋转。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于将旋转转换为流体流动的设备，该设备包括：流体导管，该流体导管绕旋转轴线盘绕，该流体导管具有用于接纳具有第一密度的第一流体的第一入口和用于接纳具有不同于第一密度的第二密度的第二流体的第二入口以及用于输出第一流体的第一出口和用于输出第二流体的第二出口，流体导管能够绕旋转轴线沿第一角度方向旋转，使得第一流体的第一流体部分和第二流体的第二流体部分被沿着流体导管朝向第一出口输送，同时被加压；以及流体返回装置，该流体返回装置将第二出口和第二入口流体流动连接，从而选择性地允许加压的第二流体从第二出口返回至第二入口，同时使加压的第二流体减压，其中，流体返回装置包括具有致动器的压力减小装置，该压力减小装置构造成：接纳加压的第二流体；使加压的第二流体在致动器上做功，从而导致致动器的运动，由此使加压的第二流体减压；并且输出经减压的第二流体，其中，设备还包括转换装置，该转换装置联接至致动器并且构造成将致动器的运动转换为流体导管沿第一角度方向的旋转。
应当理解，本发明不同实施方式的以下描述和解释适用于本发明的所有方面。
根据实施方式，第一流动控制装置可以布置成对流体通过第二出口在流体导管与流体返回装置之间的流动进行控制。借助于可以是第一可控阀的第一流动控制装置，第二流体可以仅在选定的时间段期间被通过第二出口从流体导管中送出。这可以提供对根据本发明的不同方面的设备的更高效的操作。
第一流动控制装置可以是可控阀、比如可控止回阀。第一流动控制装置可以是可机械控制的或可电控的。应当指出，第一流动控制装置不是必须布置在第二出口处，而是可以布置在第二出口与第二入口之间的另一位置处，只要该第一流动控制装置是可控的以防止或允许流体流动通过第二出口即可。
根据实施方式，第一流动控制装置可以是可电控的流动控制装置；并且设备还可以包括控制电路，该控制电路具有用于接收指示第二出口的角度位置的信号的输入端、以及至少第一输出端，第一输出端用于向流动控制装置提供第一控制信号，以仅在第二出口处于预定的第一角度范围内时才允许通过第二出口从流体导管至流体返回装置的流动。
指示角度位置的信号例如可以来自包括在设备中的角度传感器。
替代性地，第一流动控制装置可以是机械可控的，例如是能够通过凸轮结构机械地控制的，并且该设备可以包括布置成将流动控制装置控制成仅在第二出口处于预定的第一角度范围内时才允许通过第二出口从流体导管至流体返回装置的流动的机械结构(凸轮结构)。
此外，根据各种实施方式，流体导管还可以具有第三出口，该第三出口沿着流体导管布置在第二入口与第二出口之间，以用于输出第二流体；并且流体返回装置可以将第三出口和第二入口流体流动连接以便选择性地允许加压的第二流体从第三出口返回至第二入口，同时使加压的第二流体减压。
第三出口的设置允许第二流体沿着流体导管从另外的位置返回，这提供了更高效的操作和/或允许使用更长的流体导管和/或更高的压力和/或第一出口处的第一流体的压缩比。
有利地，本发明的不同方面的设备还可以包括第二流动控制装置，该第二流动控制装置布置成对通过第三出口在流体导管与流体返回装置之间的流体流动进行控制。
此外，流体导管可以具有用于接纳第二流体的第三入口和用于输出第二流体的第三出口；并且流体返回装置可以将第三出口和第三入口流体流动连接以选择性地允许加压的第二流体从第三出口返回至第三入口，同时使加压的第二流体减压。
第三入口可以沿着流体导管布置在第一入口与第二入口之间。通过这种构型，加压的第二流体可以沿着流体导管逐步地返回至不同的位置，这实现了设备的进一步提高的效率。
在实施方式中，第二入口和第三出口可以设置为共同入口-出口端口。在这种实施方式中，上面提到的第一流动控制装置可以有利地布置成对流体通过共同的入口-出口端口在流体导管与流体返回装置之间的流动进行控制。
该设备可以包括控制单元，该控制单元连接至第一流动控制装置并且构造成将第一流动控制装置控制成允许来自第二入口的减压的第二流体在第一时间段期间通过共同入口-出口端口从流体返回装置流动至流体导管，且构造成将第一流动控制装置控制成允许加压的第二流体在第二时间段期间通过共同入口-出口端口从流体导管朝向第三入口流动至流体返回装置。第二时间段可以不同于第一时间段。
此外，根据各种实施方式，第一出口和第二出口可以被设置为共同出口；并且流体返回装置可以包括用于将第一流体与第二流体分离的流体分离器。
第一流体和第二流体可以是互不相溶的。例如，第一流体有利地可以为气体、比如空气，并且第二流体有利地可以为液体、比如水。
根据各种实施方式，从第一入口开始的流体导管可以绕旋转轴线盘绕至少第一转和最后一转；并且第一转相比最后一转可以位于与旋转轴线相距更大的径向距离处。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于将流体流动转换成旋转的设备，该设备包括：流体导管，该流体导管绕旋转轴线盘绕，该流体导管具有用于接纳具有第一密度的第一流体的第一入口和用于接纳具有不同于第一密度的第二密度的第二流体的第二入口以及用于输出第一流体的第一出口和用于输出第二流体的第二出口；其中，设备构造成使得：向第一入口供给加压的第一流体部分以及向第二入口供给加压的第二流体部分使流体导管绕旋转轴线旋转并使第一流体部分和第二流体部分朝向第一出口输送，同时被减压；并且其中，设备还包括流体返回装置，该流体返回装置将第一出口和第一入口流体流动连接，从而选择性地允许减压的第二流体从第二出口返回至第二入口，同时使减压的第二流体加压。
根据实施方式，流体返回装置可以包括具有致动器的加压装置，该加压装置构造成：接纳减压的第二流体；将致动器的运动转换为作用在第二流体上以使第二流体加压的功；并且输出经加压的第二流体，其中，设备还包括转换装置，该转换装置联接至致动器并且构造成将流体导管的旋转转换为致动器的运动。
总之，根据各种实施方式，本发明涉及用于将旋转转换成流体流动和/或将流体流动转换为旋转的设备。该设备包括流体导管，该流体导管绕旋转轴线盘绕，该流体导管具有用于接纳具有第一密度的第一流体的第一入口和用于接纳具有不同于第一密度的第二密度的第二流体的第二入口以及用于输出第一流体的第一出口和用于输出第二流体的第二出口。该设备还包括流体返回装置，该流体返回装置将第二出口和第二入口流体流动连接，从而选择性地允许第二流体从第二出口返回至第二入口。
附图说明
现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图来对本发明的这些方面和其他方面进行更详细的描述，其中：
图1是根据本发明的第一示例实施方式的呈独立式压缩机/空气马达的形式的包括活塞装置的设备的示意性立体图；
图2是示意性地图示了图1中的设备的示例操作的图；
图3是图1中的活塞的旋转替代方案的示意性图示；以及
图4A至图4B是根据本发明的第二示例实施方式的设备的示意性立体图。
具体实施方式
在本详细描述中，主要参考用于通过使用水作为第二流体并使用空气作为第一流体将旋转转换成流体流动和/或将流体流动转换成旋转的设备来描述根据本发明的设备和方法的各种实施方式。
应当指出，这绝不限制本发明的范围，本发明的范围例如同样包括通过使用具有不同密度的第一流体和第二流体的其他组合进行操作的设备。还可以预见利用多于两种的不同流体的操作。
图1示意性地图示了根据本发明的第一示例实施方式的呈独立式压缩机/空气马达1的形式的设备。该压缩机/空气马达1是可以以下述两种操作模式操作的设备：第一模式，其中，将旋转转换为流体(空气)流动；以及第二模式，其中，将加压流体(空气)的流动转换为旋转。
在此将详细描述上面提到的第一操作模式。上面提到的第二操作模式与第一操作模式相比仅涉及使设备“逆向地”运行。这意味着，在第一模式下为“入口”的某些流体端口在第二模式下将为“出口”，并且在第一模式下为“出口”的某些流体端口在第二模式下将为“入口”。这也意味着，第一操作模式下的电动马达是第二操作模式下的发电机。
压缩机/空气马达1包括绕旋转轴线5盘绕的流体导管3。如图1中示意性地示出的，流体导管3具有用于接纳第一流体(在此为空气)的第一入口7、用于接纳第二流体(在此为水)的第二入口9a至9b、在此设置为用于输出空气和水的共同出口11的第一出口和第二出口。在图1的示例实施方式中，流体导管3另外具有用于输出水的第三出口13、用于输出水的第四出口15和用于输出水的第五出口17。
设备1还包括流体返回装置19，该流体返回装置19构造成在使加压水减压的同时允许加压水从出口返回至入口。
从图1中可以观察，根据图1的示例实施方式的流体返回装置19包括呈下述各者的形式的压力减小装置：活塞装置21；第一流体返回导管23，该第一流体返回导管23将第二出口(共同出口11)、第三出口13、第四出口15和第五出口17与活塞装置21的第一入口25和第二入口27连接；以及第二流体返回导管29和第三流体返回导管31，第二流体返回导管29和第三流体返回导管31将活塞装置21的第一出口33和第二出口35与第二入口9a至9b连接。
活塞装置21包括呈活塞37的形式的致动器，该活塞37布置成在缸体39的内部于第一径向位置与第二径向位置之间线性地(非均匀地)移动，其中，第二径向位置比第一径向位置更远离旋转轴线5。
图1的示例设备1中的流体返回装置19还包括流体分离器41，该流体分离器41布置成接纳来自共同出口11的交替的成批(alternate batches)的加压空气和加压水。通过将设备1构造成使得旋转轴线5与水平面43形成角度α(几度可以是足够的)，可以将加压空气与加压水分离，如图1中示意性地指示的。
在图1中，还应指出，流体分离器41相对于旋转轴线5偏移。通过将流体分离器41安置成靠近流体导管3的内侧部，水和空气可以通过共同出口直接进入到流体分离器41中。保持转子的居中的转子轴不必穿过流体分离器41，并且流体分离器可以被制成更小的。这实现了更轻的设备，这对于便利的安装而言可以是重要的，并且这可以实现设备的能效更高的操作。
为了允许对加压的第二流体的返回进行控制，流体返回装置19还包括：第二出口11与第一流体返回导管23之间的第一可控阀45、第三出口13与第一流体返回导管23之间的第二可控阀47、第四出口15与第一流体返回导管23之间的第三可控阀49、第五出口17与第一流体返回导管23之间的第四可控阀51、第一流体返回导管23与缸体39之间的靠近于上面提到的第一径向位置的第五可控阀53、以及第一流体返回导管23与缸体39之间的靠近于上面提到的第二径向位置的第六可控阀55。
如图1中示意性地指示的，第二可控阀47、第三可控阀49和第四可控阀51被径向地并成角度地分布。
为了控制可控阀45、47、49、51、53至55的操作，设备1另外包括角度传感器57和控制单元59，控制单元59连接至该角度传感器57并连接至可控阀45、47、49、51、53至55的以便向可控阀45、47、49、51、53至55提供控制信号。
在上面提到的第一操作模式中，电动马达65使第一导管3以及流体返回装置19绕旋转轴线5沿如图1中示意性地指示的第一角度方向67旋转。
当电动马达65使流体导管3绕旋转轴线5沿第一角度方向67旋转时，成批的水和空气被从第一入口7和第二入口9a至9b朝向共同出口11输送，成批的加压空气和加压水在共同出口11处被输出。
在通过共同出口11被输出之后，加压水和加压空气在流体分离器41中分离。加压空气可以通过空气喷嘴69被抽出，而加压水被允许通过第一可控阀45进入第一流体返回管道23。根据活塞装置21的缸体39的角度位置，第五可控阀53或第六可控阀55将被控制成允许加压水进入缸体39以将活塞37朝向旋转轴线5或远离旋转轴线5推动。在图1中示意性地图示的缸体的角度位置中，活塞37最大程度地插入在缸体39中，这意味着，第五可控阀53被控制成关闭并且第六可控阀55被控制成打开，以允许加压水将活塞37相对于缸体39朝向旋转轴线5推动。作用在活塞37上的径向指向力被转化成沿第一角度方向67的扭矩。因此，活塞装置21辅助马达65使流体导管3绕旋转轴线5沿第一角度方向67旋转。
缸体39中位于活塞板的另一侧(在此情况下为面向旋转轴线5的一侧)的水被经由第三流体返回导管31推动到第二入口9b中。由于通过活塞装置21所做的功作用在流体导管3上以使流体导管3旋转，被推动到第二入口9b中的水与经由第一流体返回导管23进入缸体的水相比已经被缸体减压。
在上面对来自第二出口(共同出口11)的加压的第二流体(水)(具有最高压力)的返回进行了描述。同样有利的是使沿着流体导管3来自另外的出口的具有不同的且较低的压力的加压水返回。因此，第三出口13、第四出口15和第五出口17也流体流动连接至第一流体返回导管23，并且通过控制这些出口相应的可控阀，加压水被允许从流体导管3穿过这些出口。
如可以容易地理解的，流体导管3的每个转/圈都部分地填充有水且部分地填充有空气。具体地，每个转/圈的下部部分填充有水。当设备1处于操作中时，每个转/圈中的水都由于流体导管3中的压力的增大而被偏离。在WO 2016/080902中对此进行了详细描述。
为了选择性地返回加压水，控制单元59配置成考虑各个可控阀的角度位置来控制不同的可控阀以打开流体导管3与缸体39之间的一个或若干个流动路径。
尽管在图1中未示出，但是为设备设置温度控制装置可以是有益的。在图1中的设备1中，这种温度控制装置例如可以以布置和构造成对水进行冷却的冷却器的形式来设置。这会是特别有利的，因为设备1具有用于水的闭合回路，并且不依赖于外部储水器。温度控制装置例如可以使用外部周围空气来对连续的压缩过程进行冷却。
在其中该设备是用于使例如空气压缩和膨胀从而进行能量存储的示例中，可能是有利的是：在压缩模式下对空气和/或水进行冷却，从而将旋转转换成流体；并且在膨胀模式下对空气/水进行加热，从而将流体流动转换成旋转。冷却或加热源例如可以来自海洋和湖泊中表面水与底部水之间的温差或其他自然产生的温差例如在地下的地热与空气温度之间的温度差。冷却或加热源也可能来自太阳能集热器面板或来自燃烧生物燃料。
现在将参照图2来描述图1中的设备1中的可控阀的示例性的且稍微简化的控制顺序。应当指出，设备1可以包括附加的阀，例如，这些阀可以是机械阀、气动阀或液压阀，并且这些阀不需要一定按照如本文中所描述的顺序而被控制。例如，图1中的一个或若干个阀比如阀45可以被控制成在盘绕式第一导管的一转期间打开若干次。
图2中的x轴指示了流体导管3(以及不同的出口、可控阀和活塞装置)从0°至360°的旋转角度φ，并且y轴示意性地指示了针对不同可控阀的控制信号。采用起始角度0°来表示图1中所指示的的角度位置，在该角度位置中，活塞37最大程度地插入在缸体39中。
从0°至90°，控制单元59将第四可控阀51控制成打开以允许加压水从流体导管3通过第四可控阀51流动至第一流体返回导管23。如图2中所指示的，由于控制单元59将第六可控阀55控制成在0°与180°之间打开，因此通过第四可控阀51离开流体导管3的加压水通过第六可控阀55进入缸体39，以在缸体39中将活塞37径向向内推动。
从90°至180°，控制单元59将第三可控阀49控制成打开以允许具有较高压力的加压水从流体导管3通过第三可控阀49流动至第一流体返回导管23、通过第六可控阀55进入缸体39，以在缸体39中将活塞37继续径向向内推动。
从180°至270°，控制单元59将第二可控阀47控制成打开以允许具有较高压力的加压水从流体导管3通过第二可控阀47流动至第一流体返回导管23。如图2中所指示，由于控制单元59将第五可控阀53控制成在180°至360°之间打开，因此通过第二可控阀47离开流体导管3的加压水通过第五可控阀53进入缸体39，以在缸体39中将活塞37径向向外推动。
从270°至360°，控制单元59将第一可控阀45控制成打开以允许具有较高压力的加压水从流体导管3经由流体分离器41通过第一可控阀45流动至第一流体返回导管23、通过第五可控阀53进入缸体39，以在缸体39中将活塞37继续径向向外推动。
应当指出，图1中的设备1中的流体返回装置19可以包括附加的活塞装置21和/或压力减小装置的其他构型。若干个活塞装置例如可以使返回的减压的第二流体能够更顺畅地流动。下面将参照图3描述对加压的第二流体进行减压的替代方式的一个示例。
参照图3，所谓的排量泵71可以用作图1中的活塞装置21的替代方案。如图3中示意性地指示的，本身众所周知的排量泵71包括壳体73、转子75、入口端口77和出口端口79。如图3中可以观察的，转子75偏心地布置在壳体73中并且设置有弹簧加载的叶片81a至81d。
为了代替图1中的活塞装置21，壳体73可以被允许与流体导管3一起旋转(就像图1中的缸体39)，并且转子75可以固定在图1中的设备1的非旋转部分上。第一流体返回导管23可以连接至入口端口77，并且第二流体返回导管29可以连接至排量泵71的出口端口79。
图4A至图4B示意性地图示了根据本发明的第二示例实施方式的呈独立式压缩机/空气马达100的形式的设备。压缩机/空气马达100是可以以下述两种操作模式操作的设备：第一模式，其中，将旋转转换为流体(空气)流动；以及第二模式，其中，将加压流体(空气)的流动转换为旋转。
在此将详细描述上面提到的第一操作模式。上面提到的第二操作模式与第一操作模式相比仅涉及使设备“逆向地”运行。这意味着，在第一模式下为“入口”的某些流体端口在第二模式下将为“出口”，并且在第一模式下为“出口”的某些流体端口在第二模式下将为“入口”。这也意味着，第一操作模式下的电动马达是第二操作模式下的发电机。除了使设备“逆向地”运行之外，各种其他较小的调整可能也可能是需要的和/或有益的。然而，考虑到本文中提供的描述，这种较小的调整将完全在本领域普通技术人员的能力范围内。
图4A至图4B中所示的根据第二实施方式的设备100与图1中所示的根据第一实施方式的设备1的主要区别在于流体返回装置119的构型。
如图4A至图4B中示意性地示出的，流体导管3具有呈共同出口111的形式的第一出口和第二出口(共同出口111对应于图1中的共同出口11，在图1中更容易观察)以便输出加压的第一流体(比如空气)和加压的第二流体(比如水)。在下文中，将使用术语“空气”和“水”。然而，应当理解，第一流体和第二流体如上面进一步解释的那样不需要是空气和水。
除了此处设置为共同入口107的第一入口和第二入口之外，图4A至图4B中的设备100中的流体导管3还具有：用于输出水的第三出口113、用于输出水的第四出口115和用于输出水的第五出口117。图4A至图4B中示意性地指示的，第三出口113沿着流体导管3布置在共同出口111与共同入口107之间，第四出口115布置在第三出口113与共同入口107之间，并且第五出口117布置在第四出口115与共同入口107之间。
图4A至图4B中的设备100中的流体导管3还具有用于将空气接纳到流体导管3中的第三入口121、第四入口123、第五入口125和第六入口127。第三入口121沿着流体导管3布置在共同出口111与第三出口113之间，第四入口123布置在第三入口121和共同入口107之间，第五入口125布置在第四入口123与共同入口107之间，并且第六入口127布置在第五入口125与共同入口107之间。
如图4A至图4B中所指示，设备100还包括第一容器129、第二容器131、第三容器133和第四容器135。这些容器中的每个容器都用于在使水减压的同时使加压水返回。由加压水带来的能量用于对空气加压，并且该加压空气被注入在沿着流体导管3的适合的位置处，以便恢复沿着流体导管3的交替的(可压缩的)空气的部分与(不可压缩的)水的部分之间的期望比例。当加压水用于如上面所描述的那样将空气加压和注入时，经减压的水被提供至共同入口107。
将针对涉及第一容器129的一个阶段对图4A至图4B中的设备100的第二实施方式中的压力减小装置119的功能进行描述。其他阶段中的每个阶段的功能是相同或类似的，并因此将省略对其他阶段中的每个阶段的功能的详细描述。
第一容器129具有第一容器入口137、第一容器出口139、第二容器入口141和第二容器出口143。如图4A至图4B中示意性地指示的，第一容器入口137连接至共同出口111，第一容器出口139连接至第三入口121，第二容器出口143连接至共同入口107，并且第二容器入口141经由止回阀连接至大气。第一容器出口139也可以设置有止回阀，并且第一容器入口137和第二容器出口143可以设置有可控阀。明显地，对用于控制流进入和离开容器的流动控制装置的选择以及对该流动控制装置的控制可以取决于特定的应用，并且若适用的话则基于本文中所提供的描述来选择适合的流动控制装置并为流动控制装置建立控制顺序对于本领域的普通技术人员而言将是直接的。
在操作中，第一容器入口137在适合的时间段期间打开，以将加压水从共同出口111接纳到第一容器129中。进入第一容器129的加压水(在图4A中由实心箭头指示)用于对空气加压并将加压空气(在图4A中由未填充箭头指示)通过流体导管的第三入口121注入到流体导管3中。该适合的时间段可以被选择为水从共同出口111流出并且加压空气被在第三入口121处添加至流体导管3中的现有空气部分的时间。一旦第一容器129已经充满水，则第一容器出口139关闭并且第二容器出口143打开，以允许第一容器129中的水被吸入到流体导管3的共同入口107中。从第一容器129吸出的水被通过第二容器入口141进入第一容器129的空气代替。当已经将所有水从第一容器129移除并且在第一容器129再次接纳加压水的时间之前，空气可以经由第二容器入口141被吸入到流体导管3的共同入口107中。
图4A示意性地指示了上述顺序的第一部分，在该第一部分中，加压水进入容器并且将空气加压并将空气注入到流体导管中。图4B示意性地示出了该顺序的第二部分，在该第二部分中，减压水被吸入到流体导管的共同入口107中，并且处于大气压力的空气进入容器。
本领域技术人员意识到，本发明决不限于上述优选实施方式。相反，在所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变化。例如，流体返回装置19可以包括流动和/或压力稳定储存器。流体返回装置19可以顺序地配备有若干个止回阀以实现更好的流动控制。也可以使用若干个并联的流体返回装置19，或者可以使若干个出口/入口连接至同一容器。一个流体返回装置也可以具有例如可以连接至不同出口的若干个并联的活塞装置。这可以使得能够使用更少的可控流动控制装置进行操作，或者完全不使用可控的流动控制装置进行操作。
在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中陈述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于将旋转转换为流体流动的设备，所述设备包括：
流体导管，所述流体导管绕旋转轴线盘绕，所述流体导管具有用于接纳具有第一密度的第一流体的第一入口和用于接纳具有不同于所述第一密度的第二密度的第二流体的第二入口以及用于输出第一流体的第一出口和用于输出第二流体的第二出口，所述流体导管能够绕所述旋转轴线沿第一角度方向旋转，使得所述第一流体的第一流体部分和所述第二流体的第二流体部分被沿着所述流体导管朝向所述第一出口输送，同时被加压；以及
流体返回装置，所述流体返回装置将所述第二出口和所述第二入口流体流动连接，从而选择性地允许加压的第二流体从所述第二出口返回至所述第二入口，同时使所述加压的第二流体减压，其中：
所述流体导管还具有第三出口，所述第三出口沿着所述流体导管布置在所述第二入口与所述第二出口之间，以用于输出第二流体；并且
所述流体返回装置将所述第三出口和所述第二入口流体流动连接，以便选择性地允许加压的第二流体从所述第三出口返回至所述第二入口，同时使所述加压的第二流体减压。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体返回装置包括具有致动器的压力减小装置，所述压力减小装置构造成：
接纳所述加压的第二流体；
使所述加压的第二流体在所述致动器上做功，从而导致所述致动器的运动，由此使所述加压的第二流体被减压；并且
输出经减压的第二流体。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述流体返回装置包括流体返回导管，
所述致动器布置成因与所述第二流体相互作用而相对于所述流体返回导管运动。
4.根据权利要求2所述的设备，还包括转换装置，所述转换装置联接至所述致动器并且构造成将所述致动器的运动转换为所述流体导管沿所述第一角度方向的旋转。
5.根据权利要求4所述的设备，所述转换装置将所述致动器机械地联接至所述流体导管，以使得所述致动器的运动导致所述流体导管沿所述第一角度方向旋转。
6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述压力减小装置包括涡轮、泵和活塞中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括第一流动控制装置，所述第一流动控制装置是可控的，以防止或允许流体通过所述第二出口在所述流体导管与所述流体返回装置之间流动。
8.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述第一流动控制装置是可电控的流动控制装置；并且
所述设备还包括控制电路，所述控制电路具有用于接收指示所述第二出口的角度位置的信号的输入端以及至少第一输出端，所述第一输出端用于向所述第一流动控制装置提供第一控制信号，以在所述第二出口处于预定的第一角度范围内时允许通过所述第二出口从所述流体导管至所述流体返回装置的流动。
9.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述第一流动控制装置是机械致动的流动控制装置；并且
所述设备还包括致动装置，所述致动装置布置成响应于所述流体导管的旋转而运动，并且布置成与所述第一流动控制装置相互作用以在所述第二出口处于预定的第一角度范围内时允许通过所述第二出口从所述流体导管至所述流体返回装置的流动。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体返回装置包括连接至所述第二入口的流体返回导管。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体导管还具有第三入口，所述第三入口沿着所述流体导管布置在所述第二入口与所述第二出口之间，以用于接纳第一流体。
12.一种用于将流体流动转换成旋转的设备，所述设备包括：流体导管，所述流体导管绕旋转轴线盘绕，所述流体导管具有用于接纳具有第一密度的第一流体的第一入口和用于接纳具有不同于所述第一密度的第二密度的第二流体的第二入口以及用于输出所述第一流体的第一出口和用于输出所述第二流体的第二出口，
其中，所述设备构造成使得：向所述第一入口供给加压的第一流体部分以及向所述第二入口供给加压的第二流体部分使所述流体导管绕所述旋转轴线旋转，并使所述第一流体部分和所述第二流体部分朝向所述第一出口输送，同时被减压；并且
其中，所述设备还包括流体返回装置，所述流体返回装置将所述第二出口和所述第二入口流体流动连接，从而选择性地允许减压的第二流体从所述第二出口返回至所述第二入口，同时使所述减压的第二流体加压。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述流体返回装置包括具有致动器的加压装置，所述加压装置构造成：
接纳所述减压的第二流体；
将所述致动器的运动转换为作用在所述第二流体上以使所述第二流体加压的功；并且
输出经加压的第二流体，
其中，所述设备还包括转换装置，所述转换装置联接至所述致动器并且构造成将所述流体导管的旋转转换为所述致动器的运动。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述流体导管还具有第三入口，所述第三入口沿着所述流体导管布置在所述第一入口与所述第一出口之间，以用于接纳第二流体。
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