CN114072575A - 能量转换系统 - Google Patents

Abstract

一种能量转换系统，包括：升液管，其包括第一液体；降液管，其包括第二液体，所述降液管与所述升液管流体连通，所述第二液体包括第一液体和悬浮的细碎材料，使得所述第二液体具有比所述第一液体更高的比重，所述降液管与第一箱和第二箱流体连通；转换器装置，其被布置成将所述第一液体的能量转换为用于从所述能量转换系统输出的能量，并且此后将所述第一液体排放；以及再循环装置，其被布置成使第三液体再循环以保持细碎材料悬浮，所述第三液体包括第二液体和悬浮的另外的细碎材料。再循环装置被布置成将第三液体排放以与来自转换器装置的第一液体混合以形成第二液体。第一箱和第二箱布置在转换器装置和降液管之间，以接收从转换器排放的第一液体并将第一液体供应给降液管。在使用中调节第一液体向第一箱和第二箱的供应，以将第一和第二箱中的液体高度保持在预定阈值以下。

Description

能量转换系统

技术领域

本发明的示例实施例涉及能量转换系统和相关的方法。

背景技术

一些能量转换系统包含悬浮在液体中的细碎材料。细碎材料的稀释变化，以及因此液体的比重，使得液体在重力的作用下在系统内移动，从而能够发生能量转换过程。然而，在这种能量转换系统的操作期间，当能量转换系统操作时，难以调节液体的比重以保持在预期的设计参数内。

本发明的示例实施例旨在解决现有技术的至少一个问题，无论是在此指出的问题还是其他问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种能量转换系统，包括：升液管(riser conduit)，其包括第一液体；降液管，其包括第二液体，所述降液管与所述升液管流体连通，所述第二液体包括第一液体和悬浮的细碎材料，使得所述第二液体具有比所述第一液体更高的比重，所述降液管与第一箱和第二箱流体连通；转换器装置(converter device)，其被布置成将所述第一液体的能量转换为用于从所述能量转换系统输出的能量，并在此后将所述第一液体排放；以及再循环装置，其被布置成使第三液体再循环以保持细碎材料悬浮，所述第三液体包括第二液体和悬浮的另外的细碎材料，使得所述第三液体具有比所述第二液体更高的比重。再循环装置被布置成将第三液体排放以与来自转换器装置的第一液体混合以形成第二液体；其中，所述第一箱和所述第二箱布置在所述转换器装置和所述降液管之间，以接收从所述转换器排放的所述第一液体并将所述第一液体供给到所述降液管，并且其中，在使用中调节第一液体向第一箱和第二箱的供应，以将所述第一箱和第二箱中的液体的高度保持在预定阈值以下。

这种能量转换系统是有利的，因为将第一箱和第二箱中的每一者的液体高度保持在预定阈值以下有助于控制升液管中的第一液体的高度，从而保持可用于驱动涡轮机的水头。

在一个示例中，第一液体供应的调节是通过交替排放装置来实现的，该装置在使用中在第一箱和第二箱之间交替排放。在一个示例中，交替排放装置包括具有单个入口端口(inlet port)和两个出口端口(outlet port)的分流阀。在一个实施例中，交替排放装置包括具有可移动板的分流阀，该可移动板被布置成使得板的运动交替地覆盖两个出口端口中的一者，从而提供交替的排放。在一个示例中，交替排放装置包括至少一个定时器操作的阀。

在一个示例中，能量转换系统还包括分离器，其被布置成从降液管接收第二液体，将第一液体与细碎材料分离，并将第一液体排放到升液管，将第二液体排放到再循环装置。在一个示例中，分离器包括分离箱。在一个示例中，分离箱具有随着高度减小而减小的面积，使得箱内的流动速度随着分离箱中的高度增加而下降，以从悬浮液中去除细碎材料，并且分离箱还包括被布置成排放到升液管中的上出口。在一个示例中，分离箱包括圆锥体。

在一个示例中，分离器还包括分离容器，分离容器可操作以从上出口接收流体、从流体分离细碎材料以及将第一液体排放到升液管并且将液体经由下降管返回到分离箱。在一个示例中，细碎材料是磁性的，分离容器包括分离筒(separation drum)。在一个示例中，分离筒是可旋转的，使得被吸引到分离筒的细碎材料与第一液体分离。在一个示例中，分离容器还包括分离筒内的永磁体。在一个示例中，筒状磁体在筒的大约130度到150度(例如140度)的弧上延伸。在一个示例中，分离容器包括擦拭器以从分离筒移除细碎材料并将细碎材料朝向回流管引导。在一个示例中，分离容器是压力容器，并且分离容器中的液位可通过控制分离容器中空气的进入和排放来控制。在一个示例中，再循环装置包括再循环管柱，用于从分离箱接收第三液体，并将第三液体排放以与来自第一箱和第二箱的第一液体的第一流体混合。在一个示例中，再循环管柱被布置成从分离箱的下出口接收第三液体。

在一个示例中，再循环装置包括旋桨泵。在一个实施例中，旋桨泵衬有耐磨材料。在一个示例中，旋桨泵包括由气阻罩(air-locked shroud)保护的轴。在一个示例中，再循环器包括被布置成用于驱动旋桨泵的液压马达。在一个示例中，再循环装置包括可操作以使第三液体再循环的流体排量压力泵(fluid displacement force pump)。

在一个示例中，转换器装置包括涡轮机，而输出功包括动能。在一个示例中，转换器装置包括液压空气压缩机，液压空气压缩机被布置成用于接收和压缩空气，使得输出功是空气的压缩。

根据本发明的第二方面，提供了一种转换能量的方法，包括以下步骤：提供包括第一液体的升液管；提供包括第二液体的降液管，所述降液管与所述升液管流体连通，所述第二液体包括第一液体和悬浮的细碎材料，使得所述第二液体具有比所述第一液体更高的比重，所述降液管与第一箱和第二箱流体连通；将所述第一液体的势能转换为输出功并将所述第一液体排放；使第三液体再循环以保持细碎材料悬浮，所述第三液体包括第二液体和悬浮的另外的细碎材料，使得所述第三液体具有比所述第二液体更高的比重，并且将所述第三液体排放以与来自所述转换器装置的所述第一液体混合以形成所述第二液体；接收第一箱和第二箱中的第一液体和第三液体；以及调节第一液体向第一箱和第二箱的供应，以将第一箱和第二箱(16，15)中的每一者中的液体的高度保持在预定阈值以下。

根据本发明，提供了如所附权利要求中所述的装置和方法。根据从属权利要求和下面的描述，本发明的其它特征将是显而易见的。

附图说明

为了更好地理解本发明，仅以示例的方式参考附图，其中：

图1是根据第一示例实施例的能量转换系统的示意图；

图1A是根据第二示例实施例的能量转换系统的示意图；

图1B是根据第三示例实施例的能量转换系统的示意图；

图1C是在图1B的能量转换系统中使用的流体排量压力泵的示意图；

图2是分离容器的截面图；

图3是旋桨泵的截面图；

图4是分流阀的截面侧视图；

图4A是图4的分流阀的平面图；

图5是根据第四示例实施例的能量转换系统的示意图；以及

图6是示出了转换能量的方法的流程图，该方法例如可以通过使用如本文所述的能量转换系统来执行。

具体实施方式

参考图1，示出了根据第一示例实施例的示例能量转换系统1。能量转换系统1包括升液管20。升液管20包括第一液体。能量转换系统1还包括降液管19。降液管19包括第二液体。第二液体包括具有悬浮的细碎材料的第一液体，使得第二液体具有比第一液体更高的比重。在该实施例中，第一液体是水，细碎材料是硅铁。细碎材料具有合适的颗粒尺寸，使得100％的细碎材料将通过0.2mm筛目。降液管19和升液管20向上延伸以在其下部和上部之间提供竖直分离，由此在流体中在其下部和上部之间经历由于重力而引起的压力差。

能量转换系统包括第一箱16和第二箱16A。第一箱16和第二箱16A被布置成与降液管19流体连通，使得第一箱16和第二箱16A的内容物可以从其下部排放，然后进入降液管19。降液管19经由包括分离箱22的分离器与升液管20流体连通。

涡轮机24被布置成接收流过升液管20的流体。涡轮机作为转换器装置将第一液体的能量转换成从能量转换系统1输出的能量。在图1的实施例中，涡轮机位于顶箱21下方，顶箱21用于用第一液体启动能量转换系统，确保在能量转换操作期间升液管20被充分地供给第一液体，并且将第一液体的循环路径开放给大气压力。

从涡轮机24排放的第一液体被输送到交替排放装置14，交替排放装置14被布置成调节从涡轮机24到第一箱16和第二箱16A的流量。下面进一步描述调节第一箱和第二箱中的第一液体的高度的重要性。

降液管(down-comer)19排放到分离箱22中，例如在分离箱22的顶部和底部之间的中点附近的水平。在分离箱的上部区域，分离箱22的出口排放到升液管20。分离箱22具有以大致圆锥形的方式随着高度的减小而减小的面积。分离箱包括调节器12，通过该调节器可以将加压流体添加到其上部，加压流体例如为压缩空气或者压缩的惰性气体，例如氮气，其不会导致分离箱22的内容物的不希望的氧化。实际上，代替诸如空气或氮气的加压气体，可以使用通常不与第三液体混溶的液体。以这种方式对分离箱22加压用于帮助第三液体的再循环。

能量转换系统1包括包含再循环管柱18的再循环装置。再循环管柱18被布置成从分离箱22接收第三液体。再循环管柱18被布置成经由泵入口26从分离箱22的下部接收第三液体。第三液体包括第二液体和悬浮的另外的细碎材料，使得第三液体具有比第二液体更高的比重。再循环管柱18被布置成排放流体以与来自升液管21的第一液体混合。更具体地，再循环管柱18将第三液体排放以在第一箱16和/或第二箱16A处与第一液体混合，从而在降液管19中形成第二液体。

再循环装置还包括泵17，用于升高再循环管柱18中的第三液体。泵17可适当地包括如下面关于图1B和1C更详细描述的流体排量压力泵、如下面关于图3更详细描述的旋桨泵、或其它合适的浆料泵构造。

在能量转换系统的操作中，第二液体和第三液体的比重高于第一液体意味着升液管20中的第一液体的高度大于降液管19中的第二液体的高度和再循环管柱18中的第三液体的高度。因此，涡轮机24将第一液体的势能转换成输出功作为动能。

再循环装置使第三液体再循环，保持细碎材料悬浮。再循环装置从分离箱22的下部接收第三液体，其中，随着流体在分离箱22中分离，密度较大的材料通过泵入口26移动。泵17将第三液体向上抽取到再循环管柱18，再循环管柱18与第一箱16和第二箱16A流体连通。向分离箱22的上部提供加压流体用于保持分离箱22中的一致的基础压力，从而减少对泵17的需求。为了进一步减少对泵17的需求，可以在第一箱16和第二箱16A中的液位上方施加低真空。施加到分离箱22的压力量和施加到第一箱16和第二箱16A的真空量可根据能量转换系统的流动参数和总体尺寸来选择，考虑在设计操作流率下发生的摩擦损失和能量转换系统的顶部和底部之间的压头差。如将认识到的，可以使用传感器(未示出)来执行操作期间的压力/真空的监测，并进行适当的调节，以考虑系统中随时间流逝发生的任何损失。

调节第一液体从涡轮机24向第一箱16和第二箱16A的供应，以便将第一箱16和第二箱16A中的每一者中的液体的高度保持在预定阈值以下。这有助于控制升液管21中的第一液体的高度，从而保持可用于驱动涡轮机24的水头。

第一液体供应的调节由交替排放装置执行，该交替排放装置使来自涡轮机24的排放在第一箱16和第二箱16A之间交替。通过下面参考图4更详细描述的分流阀可以方便地实现交替的排放。在能量转换系统1的操作期间，流体流入第一箱16和第二箱16A中的一者，使得当第一箱16和第二箱16A中的一者充满第一液体时，另一者是排空的。以这种方式，可以更容易地控制第一流体和第三流体的混合，以在降液管19中产生第二流体流，该第二流体流具有适合于能量转换系统的持续操作的密度。

分离箱22从降液管19接收第二液体。分离箱22将第一液体与细碎材料分离，并将第一液体排放到升液管20，将第三液体排放到再循环装置管柱18。分离箱22具有随着高度的减小而减小的面积，使得箱内的流动速度随着分离箱22中的高度的增加而下降，以从悬浮液中除去细碎材料。这意味着分离发生在分离箱22中，分离箱22的上部包括第一液体，而分离箱22的下部包括第三液体。位于其上部的分离箱22的出口排放到升液管20中，而位于其下部的分离箱22的下出口排放到再循环管柱18中。分离箱22包括排液阀23，其可在初始化或关闭能量转换系统1时使用。

图1A是根据第二示例实施例的能量转换系统10的示意图。在图1A中，分离箱22用作歧管，在分离器8中发生第二液体的分离，以产生用于升液管20的第一液体和用于再循环装置的第三液体。图2和下面的相关描述给出了分离器8的操作的附加细节。

分离器8包括分离容器32，用于除去通过布置在分离箱22的上部附近的分离器进给装置(infeed)29离开分离箱22的流体中留存的细碎材料。分离器8还包括从分离容器32通向涡轮机24的涡轮机进给管和从分离容器32通向分离箱22的介质回流管27。

分离容器32通过分离器进给装置29从分离箱22的上部接收流体。分离容器32操作以从经由分离器进给装置29接收的流体中除去细碎材料。分离容器32通过涡轮机24将第一液体排放到升液管20，并通过介质回流管27将具有高浓度细碎材料的流体返回到分离箱22。

参考图2，示出了分离容器32。分离容器32是圆柱形的，并且被定位成其轴线是水平的。分离容器32包括位于分离容器32内的分离筒34。分离筒32是圆柱形的，并且被定位成其轴线是水平的。分离筒34的轴线与分离容器32的轴线非同轴。分离容器32是密封的，具有压力调节器38，通过该压力调节器38可以将加压流体添加到分离容器的上部或从其上部去除。例如，可以使用压缩空气或压缩的惰性气体(例如氮气)。以便保持分离容器32中的流体的液位在分离筒32的轴线的液位附近，该液位高于图2中用朝向涡轮机参考标号24的箭头表示的涡轮机进给管的液位。代替诸如空气或氮气的加压气体，可以使用通常不与第三液体混溶的液体。

提供液位指示器35，以帮助在通过观察端口39进行检查之后确定正确的液位，从而便于对分离容器32中的液位进行任何必要的调节。

分离筒34由铁磁材料形成，并包括位于其中的永磁体36。永磁体36在分离筒34的大约140度的弧上延伸。永磁体设置在固定位置，以作用于分离筒34的下部，而与分离筒34的旋转无关。

分离容器32包括入口37，其被布置用于接收来自分离器进给装置29的流体。分离容器32包括擦拭器31。擦拭器31被偏置成与分离筒34接触。擦拭器31邻近阻挡物30，阻挡物30位于分离筒34的与入口37相对的一侧上，其被偏置以接触分离筒34。

分离容器32包括第一筒出口，其位于擦拭器31和分离筒34之间的接触点的下方，并供给到介质回流管27中。阻挡物30与伺服控制分流板41协作以朝向第一筒出口引导细碎材料。分离容器32包括位于擦拭器31和阻挡物30的相对侧上、且位于筒入口37的同一侧的第二筒出口。第二筒出口包括与升液管21流体连通的涡轮机进给管。第二阻挡物30A设置在分离筒34和第二筒出口之间。

在使用中，分离容器32内的液位43低于阻挡物30、30A达到的液位。分离容器32内的液位43使得分离筒34的一半被浸没。

分离筒34沿图2中的逆时针方向旋转。永磁体36不随分离筒旋转，因此产生磁性区域，在该磁性区域中细碎材料被吸引到位于分离筒34的外表面上的永磁体36。细碎材料与分离筒34一起移动，直到细碎材料离开磁性区域。此时，细碎材料在重力作用下从分离筒34的表面落下。因为磁性区域的边缘位于第一筒出口的上方，所以细碎材料落入第一筒出口中。阻挡物30在该过程中起辅助作用。位于比阻挡物30、30A在径向上更靠外的第一液体在分离容器22内的压力的作用下通过第二筒出口离开分离容器32。

应当理解，即使在细碎材料已经离开磁性区域之后，少量残留的细碎材料也可能残留在分离筒34的外表面上。擦拭器31从分离筒34的表面上除去这种残留的细碎材料。残余的细碎材料也落入第一筒出口中。通过分流板41的定位进一步有助于细碎材料的排放，在操作期间进行适当的伺服调节。

可替代的分离容器，例如包括可替代的几何形状和适合于压力、流体吞吐量、占地面积、流体和细碎材料组合物、分离效能等的系统设计参数的其它特征。例如，分离筒可以以竖直轴线布置，对磁体、入口/出口、擦拭器等的位置和布置进行适当的修改。

图1B是根据第三示例实施例的能量转换系统100的示意图。在图1B中，分离容器32位于降液管19中的第二液体的向下路径中。降液管19包括第一支管(leg)19A和第二支管19B，第一支管19A向分离箱22供料，第二支管19B向分离容器32供料。在该实施例中，分离全部发生在分离容器32中，其中分离箱仅用作歧管。降液管19的第一支管19A和第二支管19B中的第二液体的流量由阀19C、19D调节。在图1B中，泵17的功能由空气压缩机97、空气箱95、第一泵箱103(pump tank)和第二泵箱104以及相关联的控制阀90、91、92、93和单向阀28提供。通过适当地打开和关闭控制阀90、91、92、93，根据来自累积在空气箱95中并通过空气管94、94A输送的泵97的空气压力，为再循环装置18提供第三液体的恒定输出。也就是说，根据控制阀90、91、92、93的打开和关闭，以交替的方式向第一泵箱103和第二泵箱104顶部的空域施加压力。根据下面对图1C的流体排量泵的描述，直接气动泵回路的操作周期将变得明显。可以理解，代替空气，可以使用惰性气体，例如氮气。

参考图1C，示出了在能量转换系统10的再循环装置管柱18内使用的流体排量压力泵17A，代替图1的旋桨泵17或图1B的直接气动泵回路。为了清楚起见，从图1B中省略了流体排量压力泵17A的一些特征。流体排量压力泵17A以下面描述的方式工作，当使用其它类型的泵使第三液体再循环时，允许图1、图1A或图1B的能量转换系统1、10、100以与关于图1描述的方式相同的方式工作。

流体排量压力泵17A包括第一泵箱103和第二泵箱104。第一泵箱103包括第一介质室70。第二泵箱104包括第二介质室71。

第一介质室70通过第一单向阀28与分离箱22流体连通。第一单向阀28允许流体从分离箱22的下部流入第一介质室70，但不允许流体从第一介质室70沿相反方向返回。第一介质室70与第一再循环装置支路18A流体连通，第一再循环装置支路18A作为再循环装置管柱18的一部分从第一泵箱103向上延伸。第一介质室70中的第三液体被标记为“M”。

第二介质室71经由第二单向阀28与分离箱22流体连通。第二单向阀28允许流体流入第二介质室71，但不允许流体从第二介质室71沿相反方向返回。第二介质室71与第二再循环装置支路18B流体连通，第二再循环装置支路18B作为再循环装置管柱18的一部分从第二泵箱向上延伸。第二介质室71中的第三液体被标记为“M”。

第一泵箱103包括第一鞍状箱77A。第一鞍状箱77A的上部通过连接管72与第一介质室70流体连通。

第二泵箱104包括第二鞍状箱77B。第二鞍状箱77B的上部经由连接管72与第二介质室71流体连通。

流体排量压力泵(fluid displacement force pump)17A包括位于压力容器75内的液下泵76。液下泵76的一侧与分流阀74的前半部分流体连通，另一侧与分流阀74的后半部分流体连通。在使用中，液下泵76操作以从分流阀74的后半部分抽取水，并将水传递到分流阀74的前半部分。水在第一鞍状箱77A和第二鞍状箱77B以及分流阀74的前半部分1/2和后半部分2/2中标记为“W”。

分流阀74的前半部分和后半部分各自包括与第一鞍状箱77A流体连通的端口。分流阀74的前半部分和后半部分也各自包括与第二鞍状箱77B流体连通的端口。

鞍状箱77A、77B在其底部包括水，水上方有空气。介质箱70、71在其底部包括第三液体，第三液体上方有空气。空气被标记为“A”。空气也存在于连接管72中。可以理解，代替空气，可以使用惰性气体，例如氮气。实际上，代替诸如空气或氮气的加压气体，可以使用通常不与第三液体混溶的液体。

在压力泵17A的操作期间，在任何时候没有第三液体或水在鞍状箱77A、77B和介质箱70、71之间流动，而是水进入和流出鞍状箱77A、77B的运动导致第三液体上方的空气压力交替地迫使第三液体离开第一再循环装置支路18A和第二再循环装置支路18B，并且相应地，介质箱70、71和分离箱22之间的压力差将第三液体吸入相对的介质箱70、71，由此第三液体从该介质箱70、71输送到再循环管柱18。通过使用驱动器73改变分流阀74的配置来控制该泵送操作。

在流体排量泵17A的操作周期的第一阶段中，分流阀处于第一状态中。在第一状态中，分流阀74的后半部分被布置成使得水从第二鞍状箱77B流出，进入分流阀74的后半部分，然后经由压力容器75返回到液下泵76的吸入侧。分流阀74的第二侧和第一鞍状箱77A之间的连接被关闭。

同时在流体排量泵17A的操作周期的第一阶段中，分流阀74的前半部分经由液下泵76的压力侧从压力容器75接收水。分流阀74的前半部分对第二鞍状箱77B关闭，但对第一鞍状箱77A开放，使得第一鞍状箱77A中的水位增加，将空气推入第一介质箱70，并因此使第三液体从第一介质室70移出并向上移动到第一再循环装置支路18A。如在图1B的配置中所示和如上所述，当流体排量泵17A操作时，第一介质室70和分离箱22之间的单向阀28防止第三液体直接流回分离箱22。以这种方式继续操作，直到第二介质箱71中的第三液体达到最大液位，由于第二介质箱71中的第三介质上方的空间在第二鞍状箱77B中的水被泵出时通过连接管72被排空空气，第二介质箱71中的压力降低，导致第三液体从分离箱22被吸入第二介质箱71。同样，如图1B的配置所示，在再循环装置支路18B中设置单向阀28，使得第三液体从分离箱22被吸入第二介质箱71而不是回流到再循环器支路18B。

在流体排量泵17A的操作周期的第二阶段中，分流阀74然后在驱动器73的控制下切换到第二状态。在第二阶段中，分流阀74的前半部分中的端口(其在第一状态中关闭)打开，并且在分流阀74的前半部分中的打开端口关闭。同样地，在第二阶段中，分流阀的后半部分中的端口(其在第一状态中打开)关闭，并且在分流阀74的后半部分中的关闭端口打开。

也就是说，在流体排量泵的操作周期的第二阶段中，分流阀74的后半部分被布置成使得水从第一鞍状箱77A流出，进入分流阀74的后半部分，然后经由压力容器75返回到液下泵76的吸入侧。分流阀74的第二侧和第二鞍状箱77B之间的连接被关闭。

同时在流体排量泵17A的操作周期的第二阶段中，分流阀74的前半部分经由液下泵76的压力侧从压力容器75接收水。分流阀74的前半部分对第一鞍状箱77A关闭，但对第二鞍状箱77B开放，使得第二鞍状箱77B中的水位增加，将空气推入第二介质箱71，并因此使第三液体从第二介质室71移出并向上移动到第二再循环装置支路18B。第二介质室71和分离箱22之间的单向阀28防止第三液体直接流回分离箱22。这一直持续到第一介质箱70中的第三液体达到最大液位，由于第一介质箱70中的第三介质上方的空间在第一鞍状箱77A中的水被泵出时通过连接管72被排空空气，第一介质箱70中的压力降低，导致第三液体从分离箱22被吸入第一介质箱70。在再循环装置支路18A中设置单向阀28，使得第三液体从分离箱22被吸入第一介质箱70而不是回流到再循环器支路18A。

因此，第三液体总是从分离箱22被泵送到升液管18，而第三液体的磨料介质不会遇到泵的工作部件、轴承、密封件等。这减少了泵的磨损并延长了泵的寿命。

参考图3，示出了旋桨泵17。旋桨泵17位于再循环装置管柱18内。旋桨泵包括叶片58，其连接到轴57。轴57直接连接到液压马达53。

旋桨泵17衬有耐磨材料，例如合成的、半合成的或天然的橡胶。轴57的一部分位于气阻罩59中。液压马达53位于气阻罩59中。

在使用中，旋桨泵17由液压马达53驱动以使第三液体再循环。耐磨材料保护旋桨泵17免受悬浮液中的细碎材料的损坏。气阻罩59对轴57的一部分、液压马达53、密封件(未示出)和位于其中的轴承(未示出)提供进一步的保护。

参考图4和4A，示出了分流阀，其可用作分流器74的前半部分和后半部分以及用作交替排放装置14。该分流阀包括与马达(未示出)连接的轴140，和支撑该轴的轴承和密封件142和143的轴承壳体141。衬套146与轴承142协作以将轴140可旋转地安装到分流阀的腔室144。腔室144包括可拆卸的盖，以便于检查和维护。臂145附接到轴140以支撑板150。分流阀还包括入口端口147以及第一出口端口148和第二出口端口149。

在使用中，马达使轴连续地旋转，使得板150旋转并交替地覆盖两个出口端口148、149中的一者。这意味着，通过入口端口147流入分流阀的流体以恒定的吞吐量从出口端口148、149流出，因为通过板150的旋转，一个出口端口被覆盖的速率与另一个出口端口未被覆盖的速率相同。

图5是根据第四示例实施例的能量转换系统1000的示意图。能量转换系统1000包括与图1、图1A和图1B的能量转换系统1、10、100大体相似的特征，特别是图1A的特征。然而，在能量转换系统1000中，转换器装置将第一液体的能量转换成压缩大气的势能，而不是涡轮机处的动能。可以理解，可以使用任何可压缩气体来代替空气。

能量转换系统1000包括液压空气压缩机。空气压缩机包括第二上升管(riser)126，第二上升管126通过分离容器32连接到分离箱22。第二上升管130向上延伸到顶箱120，顶箱120与空气卷吸容器(air entrainment vessel)121流体连通。空气卷吸容器121包含小直径管。

空气压缩系统还包括下降管柱(down column)122，其从空气卷吸容器121通向压缩空气分离器123。压缩空气分离器123连接到上升20。

在使用中，第一液体流出分离容器32，向上流至第二上升管130并流入顶箱(header tank)120。第一液体从顶箱120流向空气卷吸容器121。空气压缩容器121的小直径管使得当第一液体沿着下降管柱122向下流动时大气被卷吸在第一液体中。

带有卷吸的空气的第一液体沿着下降管柱122向下流动并进入压缩空气分离器123。卷吸的空气在空气分离器123中与第一液体分离，并且由于下降管柱122中的第一液体的高度而保持在压力下。在从下降管柱122排放时，第一液体撞击到流动偏转器124上，该流动偏转器使流动偏转，引起湍流，该湍流有助于将卷吸的空气从第一液体分离。在图5的实施例中，流动偏转器包括在压缩空气分离器123的基座上的锥形突起。压缩空气可取自阀125处的压缩空气分离器123，并且其势能可用于许多应用中。

第一液体经由上升管20离开压缩空气分离器123，流回交替排放装置14。

在该示例能量转换系统中，所有输出功可以以压缩空气的形式输送，并且不存在涡轮机。应当理解，图6所示类型的空气压缩系统可以用于任何所述的能量转换系统，代替涡轮机或与涡轮机并列使用。

参考图6，示出了转换能量的方法的流程图。在该方法的第一步骤201中，提供包括第一液体的升液管。

在该方法的第二步骤202中，提供包括第二液体的降液管。降液管与升液管流体连通，并且第二液体包括第一液体和悬浮的细碎材料，使得第二液体具有比第一液体更高的比重。

在该方法的第三步骤203中，使第三液体再循环以保持细碎材料悬浮。第三液体包括第二液体和悬浮的另外的细碎材料，使得第三液体具有比第二液体更高的比重。第三液体与来自升液管的第一液体混合以在降液管中形成第二液体。

在该方法的第四步骤204中，将第一管柱中的第一液体的势能转换为输出功。

在该方法的第五步骤205中，调节第一液体向第一箱和第二箱中的排放，以将第一箱和第二箱中的每一者中的液体的高度保持在预定阈值以下，使得第一液体和第三液体的混合根据从第一箱和第二箱的排放而发生，以便产生第二液体。通过从升液管21交替排放来调节第一液体向第一箱和第二箱的排放。

应当理解，可以使用上述能量转换系统来采用上述方法，并且一些方法步骤201-205可以以与图7所示的不同的顺序进行或同时进行。

虽然已经示出和描述了一些优选实施例，但是本领域技术人员将理解，可以在不背离如所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

注意与本申请相关的与本说明书同时提交或在本说明书之前提交的所有论文和文件，这些论文和文件与本说明书一起公开供公众查阅，并且所有这些论文和文件的内容通过引用并入本文。

本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合方式进行组合，除了其中至少其中一些这样的特征和/或步骤是互斥的组合之外。

除非另有明确说明，否则本说明书中公开的每个特征(包括任何所附的权利要求书、摘要和附图)可由服务于相同、等同或类似目的的可替代特征代替。因此，除非另有明确说明，所公开的每个特征仅是等同或类似特征的一般系列的一个示例。

本发明不限于前述一个或多个实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中的任何一个新颖特征或任何新颖特征的组合，或者扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤中的任何一个新颖步骤或任何新颖步骤的组合。

Claims (24)

1.一种能量转换系统，包括：

包括第一液体的升液管(20)；

包括第二液体的降液管(19)，所述降液管(19)与所述升液管(20)流体连通，所述第二液体包括第一液体和悬浮的细碎材料，使得所述第二液体具有比所述第一液体更高的比重，所述降液管(19)与第一箱(16)和第二箱(16A)流体连通；

转换器装置(24)，其被布置成将所述第一液体的能量转换为用于从所述能量转换系统输出的能量，并在此后将所述第一液体排放；以及

再循环装置(17，18)，其被布置成使第三液体再循环以保持所述细碎材料悬浮，所述第三液体包括第二液体和悬浮的另外的细碎材料，使得所述第三液体具有比所述第二液体更高的比重，所述再循环装置(17，18)被布置成将所述第三液体排放以与来自所述转换器装置(24)的所述第一液体混合以形成所述第二液体；

其中，所述第一箱(16)和所述第二箱(16A)被布置在所述转换器装置(24)和所述降液管(19)之间，以接收从所述转换器(24)排放的所述第一液体并将所述第一液体供应给所述降液管(19)，以及

其中，在使用中调节第一液体向所述第一箱(16)和所述第二箱(16A)的供应，以将所述第一箱(16)和所述第二箱(16A)中的液体的高度保持在预定阈值以下。

2.根据权利要求1所述的能量转换系统，其中，对所述第一液体的供应的调节由交替排放装置(14)执行，所述交替排放装置在使用中在所述第一箱(16)和所述第二箱(15)之间交替排放。

3.根据权利要求2所述的能量转换系统，其中，所述交替排放装置(14)包括分流阀，所述分流阀具有单个入口端口和两个出口端口。

4.根据权利要求3所述的能量转换系统，其中，所述分流阀包括可移动板，所述可移动板被布置成使得所述板的运动使所述板交替地覆盖两个出口端口中的一者，从而提供交替的排放。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的能量转换系统，还包括分离器(8)，所述分离器被布置成从所述降液管(19)接收第二液体，将所述第一液体与所述细碎材料分离，并将所述第一液体排放到所述升液管(20)，以及将所述第三液体排放到所述再循环装置(17,18)。

6.根据权利要求5所述的能量转换系统，其中，所述分离器包括分离箱(22)。

7.根据权利要求6所述的能量转换系统，其中，所述分离箱(22)具有随着高度减小而减小的面积，使得所述分离箱(22)内的流动速度随着在所述箱中的高度增加而下降，以从悬浮液中除去所述细碎材料，并且所述分离箱(22)还包括上出口，所述上出口被布置成排放到所述升液管(20)中。

8.根据权利要求7所述的能量转换系统，其中，所述分离箱(22)包括大致圆锥体。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的能量转换系统，其中，所述分离器(8)还包括分离容器(32)，所述分离容器(32)被布置成接收第二液体或第三液体，将细碎材料与所接收的第二液体或第三液体分离，并将第一液体排放到所述升液管(20)，并经由回流管(27)将液体返回到所述分离箱(22)。

10.根据权利要求9所述的能量转换系统，其中，所述分离容器(32)包括可旋转的分离筒(34)和磁体(36)，所述磁体(36)被布置成吸引细碎材料，使得所述细碎材料位于所述分离筒上，所述分离筒旋转以将细碎材料与第一液体分离。

11.根据权利要求10所述的能量转换系统，其中，所述磁体(36)是位于所述分离筒(34)内的永磁体，所述磁体(36)产生磁性区域以吸引细碎材料，使得所述细碎材料位于所述分离筒(34)上，其中，所述分离筒的旋转导致位于所述分离筒上的所述细碎材料离开所述磁性区域并从所述分离筒朝向所述回流管(27)掉落。

12.根据权利要求11所述的能量转换系统，其中，所述永磁体(36)在所述分离筒(34)的大约140度的弧上延伸。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的能量转换系统，其中，所述分离容器(32)包括擦拭器(31)，以从所述分离筒(34)移除所述细碎材料并将所述细碎材料朝向所述回流管(27)引导。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的能量转换系统，其中，所述分离容器(32)是压力容器，并且所述分离容器(32)中的液位通过控制所述分离容器(32)中的气体的进入和排放而可控制。

15.根据权利要求6至14中任一项所述的能量转换系统，其中，所述再循环装置(8)包括再循环管柱(18)，以接收来自所述分离箱(22)的第三液体，并将所述第三液体排放以与来自所述第一箱(16)和所述第二箱(15)的第一流体混合。

16.根据权利要求20所述的能量转换系统，其中，所述再循环管柱(18)被布置成从所述分离箱(22)的下出口接收第三液体。

17.根据前述权利要求中任一项所述的能量转换系统，其中，所述再循环装置(17，18)包括旋桨泵(17)。

18.根据权利要求17所述的能量转换系统，其中，所述旋桨泵(17)衬有耐磨材料。

19.根据权利要求17或18中的一项所述的能量转换系统，其中，所述旋桨泵(17)包括由气阻罩(59)保护的轴(57)。

20.根据权利要求17至19中的一项所述的能量转换系统，其中，所述再循环装置(17，18)包括液压马达(53)，所述液压马达被布置成用于驱动所述旋桨泵(17)。

21.根据权利要求15或16中的一项所述的能量转换系统，其中，所述再循环装置(8)包括流体排量压力泵(17A)，所述流体排量压力泵可操作以使所述第三液体再循环。

22.根据任一项前述权利要求所述的能量转换系统，其中，所述转换器装置(24)包括涡轮机(24)，并且所述输出功包括动能。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的能量转换系统，其中，所述转换器装置(24)包括液压空气压缩机，所述液压空气压缩机被布置成用于接收和压缩空气，使得所述输出功是所述空气的压缩。

24.一种转换能量的方法，包括以下步骤：

提供包括第一液体的升液管(201)；

提供包括第二液体的降液管，所述降液管与所述升液管流体连通，所述第二液体包括第一液体和悬浮的细碎材料，使得所述第二液体具有比所述第一液体更高的比重，所述降液管与第一箱和第二箱流体连通(202)；

使第三液体再循环以保持所述细碎材料悬浮，所述第三液体包括第二液体和悬浮的另外的细碎材料，使得所述第三液体具有比所述第二液体更高的比重，并且将所述第三液体排放以与来自所述转换器装置的所述第一液体混合以形成所述第二液体(203)；

将所述第一管柱中的所述第一液体的势能转换为输出功，并将所述第一液体排放(204)；

调节所述第一液体向所述第一箱和所述第二箱的供应，以将所述第一箱和所述第二箱中的每一者中的液体的高度保持在预定阈值以下(205)。

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