JP2008501888A - 流体発振器 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧縮された気体駆動ポンプおよび液体ピストンならびに熱音響熱機関および熱ポンプを含む流体発振器に関し、本発明は、発振の慣性に対する依存をなくすことによって、大振幅発振を生じさせるものである。回路（２００）によって表される主たる実施形態によれば、圧力または温度変動（２７’）は容器（１１’）内の圧力変動を駆動し、それによって容器（１１’）と負荷（１２’）との間にさらなる作動流体の流れが生じ、有用なワークが消費される。該流れは、とりわけ散逸負荷（１２’）および容器（１１’）の容量によって決定される第１位相角によって、容器（１１'）内の圧力変動と位相がずれて変動する。発振は、とりわけ散逸工程（２６０，２６２）および容量工程（２６１，２６３）を含む副回路（１３’）によって決定される第２位相角のために維持され、各散逸工程は、粘性抵抗、熱抵抗または機械摩擦の任意の一つまたは組合せを含み、かつ各容量工程は、流れによる静水圧変化、流体圧縮性、熱容量または弾性の任意の一つまたは組合せを含み、かつ作動流体内の圧力変化の大きさは、利得を生じさせる少なくとも一つの機構のために経時的に増加するあるいは一定のままである。

Description

本発明は、流体発振器に関する。より具体的には、本発明は、その中に収容される流体の加圧と変位との間に位相シフトを生じさせる手段が設けられる流体発振器に関するが、これに限定されるものではない。さらにより具体的には、本発明は、かかる流体発振器を含むポンプに関するが、これに限定されるものではない。

本明細書で流体発振器と呼ぶ装置の部類は、典型的には、エネルギーの流れが流体の発振に結合されるシステムのことをいう。

流体発振器は、熱源、加圧流体源、または他の種類のエネルギー源から有用なワークを生成する手段を提供する。逆に、流体発振器はまた、気体を圧縮すること、液体をポンプ輸送すること、熱をポンプ輸送しかつ冷却すること等の有用な機能を行うために、ワークを変形させることもある。流体発振器は、他の類似の装置と、機械ピストン、タービン、はずみ車、ばね、リンク仕掛、および外部作動弁に依存しないことで区別される。流体発振器の中には、液体ピストン熱機関、空気および水パルスジェット、熱音響機関、およびフロート弁作動ポンプがある。

これらの装置では、作動流体は、負荷における（例えば、熱機関に）振動変位を生じさせ、あるいは（例えば、熱ポンプからの）振動変位に起因して循環圧力が変化する。負荷の特性は、所定の位置および時間に、作動流体の所定の一部の変位とその圧力との間の「負荷位相角」を決定する。

エネルギー源すなわちシンクによって供給されまたは散逸される変位と圧力との間に「フィードバック位相角」を構成する手段も提供されなければならない。負荷およびフィードバック位相角は、非過渡条件下でほぼ等しくなければならない。負荷位相角およびフィードバック位相角の最適値は、典型的に、ほぼ９０度である。

熱流体発振器（例えば、熱機関または熱ポンプ類の流体発振器）では、第２の熱フィードバック位相角もまた存在する。該熱位相角は、所定の位置および時間に、熱が交換される温度と、作動流体と熱交換器との間のエントロピーの流量との間の時間遅延のために生じる。しかしながら、熱位相角の最適値は、作動流体の性質に依存するが、典型的にはゼロ度に近い。

多くの種類の流体発振器、例えば、パルスジェット（例えば、ＧＢ２１８０２９９号明細書を参照）、水パルスジェット（例えば、米国特許第３８９８８００号明細書および米国特許第４０５７９６１号明細書参照）、および多くの熱音響機関および熱音響冷却器（例えば、米国特許第４４８９５５３号および米国特許第５９０１５５６号明細書参照）がある。上記の種類の流体発振器のすべては、変位と加圧との間の位相角が、誘導工程「Ｌ」、散逸工程すなわち抵抗「Ｒ」、および容量工程「Ｃ」の程度によって決定される「ＬＲＣ（インダクタンス−抵抗−容量）フィードバック」発振器として分類されることがある。典型的に、誘導工程は、作動流体の慣性のために生じ、散逸工程は、エネルギーの散逸を生じさせる熱抵抗であり、あるいはシステムおよび容量工程内に収容される利用可能なワークは、作動流体の圧縮性のために生じる。いくつかの例では、散逸工程は、摩擦または粘性抵抗であり、かつ容量工程は、通常必ずしも作動流体ではなく、流体の流れによる静水圧の増加に関連する（例えば、ＧＢ２０１７２２７号明細書参照）。ＬＲＣ熱位相角は、常に０度と９０度との間であり、かつ高い数値は、非常に大きな散逸損失およびその結果生じる低エネルギー効率を含む。したがって、典型的な実際のＬＲＣ熱位相角は、３０度と６０度との間である。

流体発振器の他の部類は、「ＬＣ（インダクタンス−容量）フィードバック」発振器として分類されることがあり、そのようなＬＣフィードバック発振器の典型的な例は、液体ピストンスターリング機関（例えば、ＧＢ１５８１７４８号明細書、ＧＢ１５０７６７８号明細書参照）および熱音響スターリング機関（例えば、米国特許第４１１４３８０号明細書参照）である。これらの熱流体発振器では、典型的にはわずかに散逸に寄与して、フィードバック位相角は、９０度に近くてもよく、かつ熱位相角は、ゼロに近くてもよい。

ＬＲＣフィードバック発振器より優れたＬＣフィードバック発振器の利点は、散逸損失と熱およびフィードバック位相角との間のトレードオフが必要とされないことである。したがって、ほぼ９０度の負荷およびフィードバック位相角ならびにゼロ度の熱位相角が、実際のシステムにおいて実現可能である。

ＬＣフィードバック発振器の欠点は、一運転周波数しか、所定の装置および負荷をもって実際に達成することができないということである。定常状態発振を達成するために負荷の領域に著しいリアクタンスを付加し、該運転周波数が非常に高くなるのを防ぎかつ圧力振幅が非常に低くなるのを防ぐ必要もある。このことは、ＬＣフィードバック発振器を大きくし、かつ限界負荷および圧力振幅のみにわたって動作可能にするというさらなる欠点を有する。

これらはまた、急速切換に依存するような線形発振器として考えることができないフロート作動ポンプ（例えば、米国特許第３９０５７２４号明細書、ＦＲ２７５８１６２参照）でもある。これらの装置では、フロートは、それぞれの吸引および排出逆止め弁を経て吸引および排出ラインに連結されるチャンバ内に位置する。高および低圧力源に連結されるさらなる弁（例えば、滑り弁またはピトー弁）によって、フロートは、さらなる弁が、チャンバを低圧力源と連通して設置するように構成される場合、吸込弁を通しての液体の吸込みのために上昇する。フロートは、それによってさらなる弁が、低圧源から外にかつ高圧力源の内に同時に切り換わると、チャンバの頂部に近づくまで妨害されず上昇する。これによって、フロートは、該フロートがチャンバの底部に達するにつれて、該フロートが低圧力源の内への切換えかつ高圧力源から外への切換えを生じるまで液体が排出されるにように妨害されずに下降し、このようにしてサイクルが繰り返される。

これらの装置に関連する欠点には、チャンバの両端部に切換手段を位置決めする必要性がある。また、さらなる弁が臨界的に調節される作動圧を有することが必要とされることなく、大きな変位が達成されるべきであれば、切換前に大きな距離を移動しなければならず、あるいはチャンバは、好ましくないほど大きくなる。

本発明によれば、作動流体を収容するように構成される容器を含む流体発振器が提供され、該発振器は、該作動流体の慣性とは無関係に定常発振を可能にするように構成される。

本発明の一態様によれば、作動流体の慣性とは無関係に定常発振を可能にするように構成される流体発振器が提供され、
ａ．作動流体を収容するように構成される第１容器および第２容器と、
ｂ．第１および第２容器を、該２つの容器に共通圧力をかけるために結合する手段と、
ｃ．第１および第２容器に収容される該作動流体の容積の変化が、第１容器と該負荷との間にワークの移動を生じさせるように、第１容器内の該作動流体を負荷に結合する手段と、
ｄ．第１容器内に収容される作動流体の容積を、第２容器に伝達する手段と、
ｅ．第２容器内に実質的に位置決めされ、作動流体内に圧力変化を生じさせる手段と、
ｆ．第１容器内に収容される作動流体の容積とその中での圧力変化との間に位相シフトを生じさせる少なくとも一つの時間遅延機構であって、該少なくとも一つの時間遅延機構は、作動流体の慣性とは無関係であるように構成される、時間遅延機構とをさらに含む。

本発明の他の態様によれば、流体発振器は、２つ以上の時間遅延機構を含み、該２つ以上の時間遅延機構は各々、粘性抵抗、熱抵抗または機械摩擦の任意の一つまたは組合せを含む散逸工程、および流れによる静水圧変化、流体圧縮性、熱容量または弾性の任意の一つまたは組合せを含む容量工程を含み、かつ作動流体内の圧力変化の大きさは、利得を生じさせる少なくとも一つの機構のために経時的に増加するまたは一定のままである。

本発明の他の態様によれば、
ａ．作動流体を収容するように構成される容器と、
ｂ．容器内に収容される作動流体の容積の変化が、液体の変位および容器と該負荷との間でのワークの移動を生じさせるように、作動流体を負荷に結合するように構成される液体結合手段と、
ｃ．容器を、容器内に圧力変化を生じさせる高圧力溜めまたは低圧力溜めに連結する手段と、
ｄ．容器内の作動流体の容積を、容器を高圧力溜めまたは低圧力溜めに連結する手段に伝達する手段と、
ｅ．容器内に収容される作動流体の容積とその中での圧力変化との間に位相差を生じさせるように構成される２つ以上の時間遅延機構であって、該時間遅延機構は、各々散逸工程および容量工程を含み、時間遅延機構の一つは、圧力溜めと容器との間の粘性抵抗および作動流体の圧縮性を含み、かつ一つ以上の他の時間遅延機構は、粘性抵抗、流れによる静水圧変化、熱抵抗、流体圧縮性、熱容量、摩擦または弾性の任意の一つまたは組合せを含み、
ｆ．圧力溜めに結合される、その間に圧力差を有する圧力源とを含む流体発振器が提供される。

流体発振器を含む本発明の態様では、流体発振器は、以下で説明するオプションの特徴をさらに含んでもよい。流体発振器は、液体より低い密度を有する浮動手段を含んでもよい。典型的には、浮動手段は、液体の密度の約半分の密度を有してもよい。浮動手段は、高圧力溜めの中で作動流体の容積が実質的に小さい場合には高圧力溜めが容器すなわち第１容器に連結されるように、また、低圧力溜め中での作動流体の容積が実質的に大きい場合には低圧力溜めが第１容器に連結されるように構成されてもよい。

浮動手段は、容器内に、該浮動手段がその中での液体レベルによって作動されるように位置してもよい。浮動手段は、容器と浮動手段との間の機械摩擦が、浮動手段の運動範囲の少なくとも一部にわたって容器内の液体に関して浮動手段の運動を遅延させる構成となるように、容器すなわち第１容器に連結されてもよい。

浮動手段は、第２容器内に位置してもよい。流体発振器は、第１容器と第２容器との間で液体の流れを可能にする手段をさらに含んでもよく、該流れは、各容器の底部におけるその中の液体による静水圧差によって駆動されてもよい。液体の流れを可能にする手段は、第１容器および第２容器内の液体レベル間に位相シフトを生じさせるよう意図された粘性抵抗またはその他をさらに含んでもよい。

浮動手段は、該浮動手段がヒステリシスを生じるように実質的に高いまたは低い場合のみ高圧力溜めと低圧力溜めとの間を切り換えるように、その軌道の中間範囲での機械摩擦によるインピーダンスを実質的に受けることなく自由に移動できてもよい。

該高温圧力溜めは、気体を収容してもよい。気体は、圧縮空気であってもよい。

容量工程と組み合わせて時間遅延を生じてもよい散逸工程の少なくとも一つは、負荷によるものであってもよい。時間遅延を生じさせる散逸工程は、熱抵抗を含んでもよい。

負荷は、該負荷が結合される第１および第２容器のいずれかと、負荷コンプライアンスを提供するように構成される他の容器との間に位置決めされてもよい。

流体発振器内の作動流体の容積を圧力変化を生じさせる手段に伝達する手段は、負荷コンプライアンス内の作動流体の圧力または容積を含んでもよい。

負荷コンプライアンスは、実質的に同じ種類またはその他の種類の流体熱ポンプ等の第２流体機械を含んでもよい。第２流体機械は、第１流体発振器に関して逆位相で動作するように構成される流体発振器を含んでもよい。

本発明のさらに他の態様によれば、流体発振器を含む振動性熱流体熱機関または熱ポンプが提供され、
ａ．作動流体を収容するように構成される第１容器および第２容器と、
ｂ．２つの容器を、該容器に共通の圧力をかけるために結合する手段と、
ｃ．第１および第２容器に収容される作動流体の容積の変化が、第１容器と負荷との間にワークの移動を生じさせるように、第１容器内の作動流体を負荷に結合する手段と、
ｄ．第１容器内に収容される作動流体の容積を、第２容器に伝達する手段と、
ｅ．第２容器内に実質的に位置決めされ、一部の加熱または冷却によって作動流体に圧力変化を生じさせるように意図された熱交換器手段と、
ｆ．第１容器内に収容される作動流体の容積とその中での圧力変化との間に位相シフトを生じさせるように構成される２つ以上の時間遅延機構であって、該時間遅延機構は、各々散逸工程および容量工程を含み、時間遅延機構の少なくとも一つは、熱交換器の熱抵抗および作動流体の圧縮性を含み、かつ時間遅延機構の少なくとも一つは、粘性抵抗、流れによる静水圧変化、熱抵抗、流体圧縮性、熱容量、摩擦または弾性のいずれかを含み、
ｇ．熱交換器との間に温度差を有し、熱交換器内での該温度差が経時的に増加するあるいは一定のままである作動流体内で圧力変化を生じさせるように熱交換器手段に結合される熱溜めとをさらに含む。

本発明のまたさらなる態様によれば、流体発振器を含む振動性熱流体熱機関または熱ポンプが提供され、
ａ．内部では一部は液体でかつ一部は蒸気である作動流体を収容するように構成される第１容器および第２容器と、
ｂ．２つの容器を、該容器に共通の圧力をかけるために結合する手段と、
ｃ．第１および第２容器内に収容される作動流体の容積の変化が、液体の変位および第１容器と負荷との間でのワークの移動を生じるように、作動流体を液体を含む負荷に結合する手段と、
ｄ．第１容器と第２容器との間で、各容器の底部におけるその中の液体による静水圧差によって駆動される液体の流れを可能にする手段と、
ｅ．第２容器内に実質的に位置決めされ、その中で液体レベルが高い場合、作動流体の一部を加熱しかつそれによって膨張させ、かつその中で液体レベルが低い場合、作動流体の一部を冷却しかつそれによって収縮させるように意図された熱交換器手段と、
ｆ．第１容器と第２容器との間の液体の流れから生ずる粘性抵抗およびその中での静水圧の変化を含む時間遅延機構であって、２つの容器内の液体レベル間に位相差を生じさせる時間遅延機構と、
ｇ．熱交換器手段のために生ずる熱抵抗および作動流体の圧縮性を含む第２時間遅延機構であって、第２容器の液体レベルと作動流体の圧力との間に位相シフトを生じさせる第２時間遅延機構と、
ｈ．熱交換器との間に温度差を有し、熱交換器内の温度差が増加しているまたは一定のままである作動流体内で圧力変化を生じさせるように熱交換器手段に結合される熱溜めとをさらに含む。

熱流体熱機関または熱ポンプを含む本発明の態様では、熱流体熱機関または熱ポンプは、以下で説明するオプションの特徴をさらに含んでもよい。

高または低圧力溜めが設けられる本発明の態様では、該高圧力溜めは、その中の作動流体を加熱するように構成される熱交換器手段を含んでもよい。該低圧力溜めは、その中の作動流体を冷却するように構成される熱交換器手段を含んでもよい。

熱交換器手段を含む本発明の全ての態様では、該熱交換器手段は、作動流体が交互に蒸発および凝縮するように構成されてもよい。高温および低温熱交換手段は、別個の容器または同じ容器内の別個のチャンバに位置決めされてもよい。高温熱交換器は、低温交換器が位置決めされる第２チャンバに平行な第１チャンバ内に位置決めされてもよい。熱流体発振器は、蓄熱器手段または復熱器手段を含んでもよい。時間遅延を生じさせる散逸工程の一つは、熱抵抗であってもよい。

流体発振器、熱流体熱機関または熱流体熱ポンプを含む本発明の全ての態様は、以下で説明するオプションの特徴をさらに含んでもよい。

容器すなわち第１容器は、幅より高さが実質的に大きく、かつその中央の方へくびれていてもよい。フロートは、任意の既存の浮動手段に加えて、負荷に結合される作動流体を収容する容器内に設けられてもよい。フロートは、任意の既存の浮動手段に加えて、熱損失または他の損失が減じられるように、液体の頂部上にあるように構成されてもよい。第２液体は、任意の既存の液体に加えて、負荷に結合される作動流体を収容する容器内に与えられてもよい。第２液体は、該既存の液体と実質的に不混和であってもよい。第２液体は、熱損失または他の損失が減じられるようにあるいは理想的には最小にされるように、その中の既存の液体より低い密度を有し、その結果その頂部上に浮動してもよい。第１および第２チャンバの垂直軸は平行であってもよい。

作動流体は、２つ以上の成分を含んでもよい。該成分の一つ以上は、作動流体内での圧力変化を生じさせる際に活性であるように構成されてもよい。該成分の一つ以上は、流体発振器全体を通じて散在されてもよい。該成分の一つ以上は、受動的であってもよく、かつそれから作動流体が、該作動流体の活性成分がそれに入るのを妨げるように負荷に結合される容器の大部分を占めてもよい。

さらなるチャンバは、圧力変化を生じさせる手段とそれからの作動流体が負荷に結合される第１および第２容器の一方との間に位置してもよい。さらなるチャンバは、少なくとも実質的に完全に、拡散、重力または他の手段によって、作動流体の活性成分から受動成分を分離するように構成されてもよい。

可撓性袋、仕切板、膜または他の流体分離手段は、圧力変化を生じさせる手段と負荷に連結される容器すなわち第１容器との間に位置決めされてもよい。

さらなる水圧または空気圧ワーク移動流体は、作動流体と負荷との間に、該作動流体が該ワーク移動流体と実質的に不混和であり、かつ作動流体とワーク移動流体との間の安定な界面を保持する手段が配置されるように位置してもよい。

可撓性袋、仕切板、膜または他の流れ分離手段は、それからの作動流体が負荷に結合される容器と該負荷との間に、負荷の近傍の流体が、それからの作動流体が負荷に結合される容器の近傍の流体と混合することができないように位置決めされてもよい。

負荷は、実質的に同じ種類またはその他の種類の流体熱ポンプ等の一つ以上のさらなる流体機械を含んでもよい。

一つ以上のさらなる流体機械は、各々第１流体発振器と実質的に同じ種類またはその他の種類の、かつ好ましくはその間に位相差を有するように構成されている流体発振器を含んでもよい。

一つ以上の他の流体機械は、各々負荷を含んでもよい。少なくとも一つの負荷は、とりわけ第１流体発振器をさらに含んでもよい。

本発明の全ての態様は、ポンプ輸送されるべき流体に速度を与えるように構成されるポンプを含んでもよい。

ポンプを含む本発明の態様では、ポンプは、流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプを含んでもよい。流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプは、その間に温度差を有する第１熱溜めおよび第２熱溜めをさらに含んでもよい。第１熱溜めは、太陽集熱器を含んでもよい。第１熱溜めは、加熱装置からの出力を含んでもよい。第１加熱装置は、加熱システムの周りで加熱流体を循環させるように構成されるボイラーを含んでもよい。

熱サイフォンまたは熱パイプは、第１熱溜めを、流体発振器、熱機関または熱ポンプに連結してもよい。第２熱溜めは、ポンプに与えられる流体を収容してもよい。第２熱溜めは、地下ヒートシンクを含んでもよい。第２熱溜めは、加熱装置への流体入口または戻しを含んでもよい。

本発明を、あくまで一例として添付の図面を参照して説明する。

図１を参照すると、流体発振器は、作動流体を収容する第１容器１１および第２容器１３、連結導管１４、容器１１内の作動流体マスを容器１３に伝達する手段、典型的にはパイプすなわち導管１５、負荷１２、容器１１、１３内の圧力を上昇させることを目的とする加圧手段２７、例えば、高温熱交換器または加圧気体源、ならびにその中の圧力を下げる減圧手段２８、例えば低温熱交換器または圧力解除機構を含む。

導管１４は、第１容器１１および第２容器１３の頂部を、２つの容器１１、１３内の作動流体を結合することによって該容器に共通の圧力をかけるために連結する。

２つの容器１１、１３内の作動流体マスの変化によって、第１容器１１と負荷１２との間でワークの移動を生じさせるように、負荷１２は第１容器１１内の作動流体に連結されている。

容器１１内の作動流体マスが大きい場合、加圧手段２７は、容器１３への熱またはさらなる作動流体の流動によって、容器１１、１３内の圧力を上昇させるように構成される。圧力の上昇によって、さらなる作動流体が、負荷１２を通して第１容器１１から押し出されるようになる。容器１１内の作動流体マスの減少は、手段１５によって容器１３に伝達される。第１容器１１内の作動流体マスが減少するにつれて、容器１３は、もはや加圧手段２７に供されない。第１容器１１内の作動流体マスが著しく減じられると、容器１１、１３を減圧する手段２８が容器１３に作用し、そこからの熱または作動流体の流動によって、容器１１、１３内の圧力が下降する。圧力の下降を保証することによって、さらなる作動流体が、負荷１２を通して容器１１内に吸引されるようになり、かつ該工程が再度始まる。

２つの容器内の作動流体マスが、負荷を通しての作動流体の流れおよび負荷両端の圧力差によって変動するにつれて、負荷からワークが得られる。

作動流体に関連する時間遅延機構１６は、第１容器１１内に収容される作動流体マスとその中での圧力変化との間に位相シフトを生じさせるように構成されている。時間遅延機構は、各々粘性抵抗、熱抵抗または機械摩擦等の散逸工程、および流れによる静水圧変化、流体圧縮性、熱容量、または弾性等の容量工程を含む。

通常動作下で、作動流体内の圧力変化の大きさが好ましくは経時的に増加するあるいは一定のままであるような利得を生じさせる、作動流体に関連する少なくとも一つの機構１７もある。

さて本発明による流体発振器の遊びでの散逸および容量工程のいくつかの性質を、詳しく述べる。

イナータンス（インダクタンス）
一定の半径の管を流れる非粘性流体を考えてみる。流れに平行な距離ｌにわたる圧力差ΔＰ（電位差に対応）による質量流量

（電流に対応）の変化率は、以下のようになる：

その結果、圧力が電圧に類似したままであり、かつ電流が質量流量に類似したままであれば、流体インダクタンス

は、電気回路のインダクタンスと同じように挙動する。

非圧縮性流体については、質量流量は容積速度に比例するので、該類似は、液体の場合には圧力と容積速度との間で同様に当てはまるが、イナータンスは、密度を明らかにする必要があり、よって以下のようになる：

静水圧容量：
断面Ａの垂直に整列されたチャンバへの流体の流れについて、基部での圧力Ｐの変化率は、該流れに比例する。すなわち、以下のようになる：

その結果、電流が質量流量に類似したままであれば、静水圧容量は以下のようになる：

あるいは該類似が電流と容積速度Ｕとの間であれば、以下のようになる：

コンプライアンス：
下から／背後からの圧縮流体（圧縮性であってもなくてもよい）によって、閉鎖容積に流れ込む圧縮流体が該容積に押し込まれることを考えてみる。

該閉鎖容積における圧力変化率は、背後から押し込まれる流体の質量流量に関連する。容積が断熱的であり、かつ圧縮が等エントロピーであれば、ＰＶ^γ＝ｃｏｎｓｔであり、ここでＶは閉鎖容積の容積であり、γは、一定圧力および一定容積での比熱の比である。

微分すると：

となる。
その結果、書き直しかつＶ^γで割ると、以下のようになる：

しかしながらＰおよびＶは、定数である。わずかな変化を考えてみよう：

その結果、一次近似すると、以下のようになる：

ここで、等エントロピー流体容積は、圧力が電圧に類似したままであり、かつ電流が質量流量に類似したままであれば、

となり、あるいは「等エントロピーコンプライアンス」は、圧力が電圧に類似したままであり、かつ電流が容量速度に類似したままであれば、

となる。同様の類似は、恒温空間、ポリトロープ空間、および全ての種類の境界条件について適用することができる。

さて図２を参照すると、図１の流体発振器に類似の電気回路２００を示す。負荷１２は、抵抗器１２’としてモデル化され、第１容器１１は、コンデンサ１１’としてモデル化される。第２容器１３は、１３’で示す回路によってモデル化され、ここで時間遅延機構１６は、抵抗器２６０，２６２としてモデル化される散逸工程およびコンデンサ２６１，２６３としてモデル化される容量工程を含む。電圧（電流）源は、図１の流体発振器の圧力に類似であり、かつ容量２６１の両端の電圧（すなわち、容器１３の両端の静水圧）に利得を乗じた値に等しい。加圧手段２７および減圧手段２８は、可変電圧源２７'としてモデル化され、その電圧の値は、容量２６１の両端の圧力に関連付けられる。

さて図３を参照すると、流体発振器は、図１を参照して説明した流体発振器すなわち「熱流体」発振器の熱機関実施形態である。共通の部品には、同じ参照番号を与える。作動流体は、第１容器１１および第２容器１３内では、一部は蒸気でありかつ一部は液体である。蒸気は、導管１４を経て容器１１、１３間を自由に流れる。液体は、レストリクションすなわちスロットル３６４を通して容器間を通過し、液体の流量は、第１容器１１および第２容器１３のそれぞれの基部での液体３６５の静水圧の差によって決定される。

第２容器１３には、液体レベルが高い場合には容器１３への熱の流れを生じ、かつ液体レベルが低い場合には該容器１３からの熱の流れを生じさせる熱交換器３６６が設けられ、熱の流れによって、交互の蒸発および凝縮が可能になる。容器１３内での流体の蒸発および凝縮によって、容器１１、１３内に圧力変化が生じる。容器１１、１３内の圧力変化率が、他のファクタの中でも、導管１４の体積、容器１１、１３内の任意のデッドスペースの体積、熱交換器３６６による熱抵抗、および飽和器３６７の体積によって決定される。

飽和器３６７の目的は、通常、一般に最小にされるべきである余分のコンプライアンスを付加することではなく、むしろその振幅がある運転条件下で非常に大きい万一の場合に備えて、充填すべき液体ピストン用の溜めを提供することである。「飽和器」という用語が用いられているのは、それによって静水圧が倍力シリンダ内で飽和する、すなわち一旦液体が溜めを充填し始めると、静水圧は溜めが大断面積であることによって実質的に不変であるからである。

作動流体の圧力の変化は、該圧力変化と変位との間の「負荷位相シフト」が該負荷内の散逸によって生ずるように、容器１１から負荷１２内の液体に変位を生じさせる。通常の動作条件下では、負荷位相シフトは、容器１１内の液体の変位とその中の蒸気圧との間の「フィードバック位相シフト」によって一致される。フィードバック位相シフトは、とりわけ、レストリクション３６４における粘性抵抗、熱交換器３６６による熱抵抗、および静水圧容量３６５による静水圧の変化率、ならびに導管１４および飽和器３６７内の作動流体のその中でのコンプライアンスによる圧縮性によるものである。

理想的には、負荷位相シフトは、フィードバック位相シフトに、両位相シフトが９０度に近い等しい大きさを有するように関連している。さらに、熱交換器３６６を通す熱の流れと容器１３内の飽和温度との間の全位相シフトは、理想的には、所定の圧力振幅についての平均加熱温度と熱遮断温度との間の最大差を与えるのに必要とされる値に近い。

第１容器１１は、好ましくは、負荷１２および飽和器３６７に接合されるその端部より中央領域で著しく狭い。飽和器３６７および導管１４内に収容される全コンプライアンスは、好ましくは最小にされる。負荷は、好ましくは、発振周波数で飽和器３６７および導管１４内に収容されるコンプライアンスと等しい大きさを有する反応性インピーダンスとのイナータンスを含むように構成される。

中央部における第２容器１３の断面積は、作動流体の表面張力によって設定される範囲内で通常最小にされる。中央部における第１容量１１の断面積と第２容器１３の断面積との理想的な比は、熱位相角および負荷位相角との熱交換器適用範囲と、容器１１の壁との好ましくない循環熱伝達および容器１１内の粘性抵抗を通常含むさまざまな損失機構との間のトレードオフによって決定される。理想的な比は、典型的に、必ずしもそうとは限らないが、１：２と２：１との間である。第２容器１３には、典型的に、環状絶縁体３６８または容器１３内で熱交換を実施するのに利用可能な熱交換器の面積を最大にする他の手段が設けられる。

図４を参照すると、流体発振器は、図３を参照して説明したものと類似であり、かつ共通の部品には、同じ参照番号を与える。第２容器１３は、並んだ２つの部品間に配置され、一方の部品が高温熱交換器４１を収容し、かつ他方の部品が低温熱交換器４２を収容する。理想的には、該配置は、その蒸発または凝縮を生じない液体および蒸気との振動性熱伝達を最小にし、それによって熱交換器の効率を最適化する。

さて図５を参照すると、多量の受動ガスおよび拡散カラム４６７は、該受動ガスが、飽和器３６７、導管１４、および拡散カラム４６７の上方領域内に実質的に位置するように作動流体に付加され、一方蒸気は、第２容器１３および拡散カラム４６７の下方領域の大部分を占める。受動ガスは、第１容器１１およびその中に収容される作動流体との循環熱伝達を制限するよう意図される。

拡散カラム４６７は、さらなるコンプライアンスを飽和器３６７および導管１４のコンプライアンスに付加して、設計計算において説明されねばならない実施形態の性能に影響を及ぼしていることが理解される。典型的なマイナスの効果には、周波数の降下、平均加熱および遮断温度と高エネルギーとの低い差、または熱交換器における利用可能なワーク散逸があり、かつさらなるコンプライアンスの典型的なプラスの効果には、流体発振器の安定性の改良および自動スタートする機能の改良がある。

図６を参照すると、流体発振器は、図１を参照して説明したものと類似であり、かつ共通の部品には、同じ参照番号を与える。図４の拡散カラムの代わりに、飽和器３６７、導管１４、および分離チャンバ５６７の上部内に実質的に位置する受動ガスが、第２容器１３および分離チャンバ５６７の下部の大部分を占める蒸気と混合するのを防ぐよう意図された分離チャンバ５６７が用いられる。可撓性袋、仕切板、ベローズまたは他の好適な流体分離器６１は、分離チャンバ５６７内に位置決めされて、第１容器１１との循環熱伝達およびその中に含まれる作動流体を制限する。

拡散カラムより優れた流体分離器の主な利点は、分離チャンバが、分離カラムより実質的に少ない体積を有し、その中のコンプライアンスおよびそれに関連するマイナスの効果を低減するように構成されてもよいということである。このことが可能であるのは、拡散がもはや気体と蒸気との混合を制限する工程ではなくなるにつれて、流体分離器の両端には拡散だけのために存在しうるよりはるかに急な濃度勾配があるからである。流体分離器の主な欠点は、該流体分離器が、機械応力または機械疲労のために破壊しやすいということである。

作動流体を、高圧溜め、典型的には蒸発器によって第２容器１３に供給することができ、かつ低圧溜め、典型的には凝縮器によって除去することができる。しかしながら、高および低圧作動流体溜めが、蒸発器または凝縮器以外の手段、例えば空気圧縮機または真空ポンプによって提供されうることが理解されよう。

さて図７を参照すると、フロート７２が容器１３内で高い場合、高圧力溜め７０が容器１３と流体連通するように、かつフロート７２が容器１３内で低い場合、低圧力溜め７１が容器１３と流体連通するように、第２容器１３には、弁７３を作動するよう意図されたフロート７２が供給される。容器１３と圧力溜め７０，７１との間の作動流体の時間によって変動する流れが、容器１１、１３内に圧力変化を生じ、圧力変化率は、とりわけ導管１４の体積、容器１１および１３内のデッドスペース、導管３６９および飽和器３６７による粘性抵抗によって決定される。

作動流体の圧力変化は、該圧力変化と変位との間の「負荷位相シフト」が該負荷内の散逸によって生ずるように、容器１１から負荷１２内の液体に変位を生じさせる。通常の動作条件下では、負荷位相シフトは、容器１１内の液体の変位とその中の蒸気圧との間の「フィードバック位相シフト」によって一致される。フィードバック位相シフトは、とりわけ、レストリクション３６４および導管３６９における散逸、および静水圧変化３６５内の容量またはコンプライアンス、ならびに飽和器３６７内の作動流体の圧縮性によるものである。

理想的には、負荷位相シフトは、フィードバック位相シフトに、両位相シフトが通常９０度に近い等しい大きさを有するように関連する。

高圧溜め７０が蒸発器であり、かつ低圧溜め７１が凝縮器である場合、圧力溜め７０に液体を補給しかつ圧力溜め７１から液体を除去する手段を提供するのが望ましい。このことは、容器１１の基部と両圧力溜めとの間に供給導管を挿入することによって達成されうる。液体の流れが、容器１１の基部と圧力溜めとの間に、その中の静水圧差によって誘起されうるように、逆止め弁７４を好ましくは低クラッキング圧を有する供給導管に付加するのが望ましい。

類似の構成は、作動流体が位相シフトしない熱機関に係る実施形態の場合に考えることができ、その場合には、負荷からワークを送り込むことによって、作動流体は高温および低温熱交換手段へ補給される。

２つの別個の作動容器を比較するためには、図７に示す実施形態を構成する代わりに、図８に示すように第２容器１３を省略するのが望ましいかもしれない。図８に示す本発明の実施形態は、容器１１内の液体の容積とその中の作動流体の圧力との間の位相シフトが、異なる態様で生じることを除いて、図７に示す実施形態として実質的に機能する。図８の実施形態では、弁７３は、フロートの高さと容器１１内の液体レベルとの間の位相シフトを可能にする、弁シールと本体３７０との間の所定の作動力、例えば摩擦を生じさせる手段を有する。

作動流体の圧力の変化は、変位と該圧力変化との間の負荷位相シフトが該負荷内の散逸のために生ずるように、容器１１から負荷１２内の液体の変位を生じさせる。通常の動作条件下では、負荷位相シフトは、容器１１内の液体の変位とその中の圧力との間の「フィードバック位相シフト」によって一致される。フィードバック位相シフトは、とりわけ、所定の作動力３７０、導管３６９による粘性抵抗または動圧損失、静水圧変化３６５における容量またはコンプライアンス、ならびにコンプライアンス３６７内の作動流体の圧縮性を生じさせる手段によるものである。

図７および図８に関連して説明する本発明の実施形態では、図９に示す実施形態に従って、弁手段７３の作動において、フロート７２を弁手段から分離することによってヒステリシスを発生させるのが一般に望ましい。

図１０に関連して説明する本発明の他の実施形態では、他の熱機関に具体化される。図１０に示す本発明の実施形態では、フィードバック位相角に寄与する一つの散逸工程は、負荷の両端の圧力差およびそれを通る流体の流れによる負荷内のワークの散逸を含む。ワークの負荷への損失は、粘性抵抗におけるワークの損失または利用可能なワークの熱抵抗器を通しての損失として振舞う。第１容器１１は、第１容器１１および第２容器１３が共通の圧力で作動流体を収容するように、導管１４によって第２容器１３に連結される。

第１容器１１は、第１容器１１および第２容器１３内に収容される作動流体マスの変化が、容器１１、１３と負荷１２との間に流体の変位を生じさせるように、負荷１２に連結される。コンプライアント容器１０１は、負荷１２の第１容器１１と反対側に連結される。第１容器１１と負荷１２との間の流体の変位は、容器１１、１３および導管１４内に収容される作動流体マスとコンプライアント容器１０１内に収容される流体の圧力との間に位相シフトが存在するように、負荷とコンプライアント容器１０１との間にさらなる流体の変位を生じさせる。コンプライアント容器１０１内に収容される圧力を第２容器１３に伝達する手段１５が設けられる。

第２容器１３には、各々が散逸工程および容量工程を含む時間遅延機構１６が設けられる。時間遅延機構を構成する工程は、例えば、熱抵抗または粘性抵抗によるエネルギーまたは利用可能なワークの散逸、ならびに流体圧縮性による熱容量またはコンプライアンスを含んでもよい。理想的には、負荷１２と第１容器１１との間の作動流体の変位とその中の圧力との間の全位相シフトは、負荷の散逸、容器１０１のコンプライアンス、時間遅延機構１６、ならびに容器１１および導管１４のコンプライアンスによって決定される。時間遅延機構１６の代わりに、コンプライアント容器１０１と連通する圧縮器に連結される増幅器および電気ＲＣ回路を通過する圧力センサ等のＲＣ時間遅延を生じさせる他の手段が用いられてもよいことが理解されよう。

利得を生じさせる手段は、容器１１、１３および導管１４内の圧力発振の振幅が、通常動作条件下で経時的に実質的に一定のままであるように、容器１０１内の圧力発振の振幅より大きくなるように設けられることが理解されよう。

流体が一つの方向に流れることを意図して逆止め弁が設けられる、図１０で説明した実施形態の具体的な構成を、図１１に示す。さて図１１を参照すると、コンプライアント副容器１１ａは、２つ以上のチャンバを含む第２容器１３ａに、導管１４ａを用いて連結される。圧力が第２容器１３ａ内ではコンプライアント副容器１１ａ内の圧力より大きい場合、作動流体が第２容器１３ａからコンプライアント副容器１１ａに流れるように、導管１４ａには逆止め弁１１３ａが設けられる。

コンプライアント副容器１１ａには、該第２容器１３ａから入る作動流体の加熱、およびその結果生じるコンプライアント副容器１１ａ内での圧力上昇を生じさせる熱交換器手段が設けられる。コンプライアント副容器１１ａ内の圧力上昇は、第２コンプライアント副容器１０１ａへの負荷１２ａを通しての作動流体の流れをさらに生じさせる。第２コンプライアント副容器１０１ａへ流体が流れる結果、その中で圧力が増加する。第２コンプライアント副容器１０１ａには、負荷１２ａから第２コンプライアント副容器１０１ａに入る作動流体を冷却する熱交換器１１２ａが設けられる。第２コンプライアント副容器１０１ａ内の圧力増加は、低温作動流体の流れによって、戻し導管１５ａを経て容器１３ａに伝達される。

容器１３ａは、副容器１１ｂ、負荷１２ｂ、容器１３ｂ、副容器１１ｂと容器１３ｂを結合する手段１４ｂ、逆止め弁１１３ｂ、熱交換器手段１１１ｂおよび１１２ｂ、第２コンプライアント副容器１０１ｂ内の圧力を容器１３ｂに伝達する手段、および戻し導管１５ｂを含む、本明細書で既に説明した部品と同一組の部品を含む。容器１３ａおよび１３ｂは、時間遅延手段を含み、該時間遅延器は、熱交換器１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，および１１２ｂの熱抵抗によって生じ、副容器１１ａ，１１ｂおよび該導管内での作動流体の圧縮性、負荷１２ａおよび１２ｂ内での散逸、ならびにコンプライアント副容器１０１ａ，１０１ｂ内での作動流体の圧縮性によって生じる。

本明細書で開示した実施形態は、例えば、上記２つの容器が同じ軸の周りで同心である、あるいは該２つの容器が組み合わされる様々な幾何学的構成とされてもよいことが理解される。さらに、上記作動流体が２つ以上の成分からなってもよいことが理解される。本明細書で説明した熱機関の実施形態では、蓄熱器手段または復熱器手段が、熱効率を改良するために与えられてもよい。

本発明による流体発振器の全ての実施形態では、容器１１、１３および導管１４は、作動流体と容器１１、１３および導管１４との間の熱伝達が最小にされることを意図して、比熱容量と、熱導電率と、密度との低い物質を有する材料から構成される。

さて図１２を参照すると、太陽かんがいポンプ１２００は、熱機関１２０２、太陽集熱器１２０４、典型的にはソーラパネル、熱パイプすなわち熱サイフォン１２０６、およびポンプ輸送されるべき流体、典型的には水の溜め１２１２に配置される管１２１０を含む。

熱機関１２０２は、これまで説明したような熱機関の任意の一つ、あるいはそれに類似の原理によって動作する熱機関でもありうる。

太陽集熱器１２０４は、典型的に、熱パイプすなわち熱サイフォン１２０６の高温端部を含む。熱パイプすなわち熱サイフォン１２０６の高温端部での蒸発または対流加熱は、太陽集熱器が高温熱交換器１２０７を加熱するよう作用するように、熱機関１２０２の高温熱交換器１２０７の外部で凝縮または対流冷却を生じる。

管１２１０は、溜め１２１２に存在する流体が低温熱交換器１２０８の冷却液として作用するように、熱機関１２０２の低温熱交換器１２０８の外部に連結される。熱機関１２０２の高温熱交換器１２０７と低温熱交換器１２０８との間の温度差によって、熱機関の作動流体１２１４が発振する。一実施形態では、作動流体１２１４は、ポンプ輸送されるべき流体と不混和である。例えば水がポンプ輸送されるべきであるなら、炭化水素作動流体が用いられてもよい。作動流体とポンプ輸送されるべき流体１２１８との間の界面は、従来のポンプのピストン面として作用し、このことはそのようなポンプの部分を移動させることを不要にすることができる。

作動流体１２１４のアウトストロークは、逆止め出口弁１２１５を強制的に開くために流体を強制的にポンプ輸送して、ポンプ輸送された流体を出力する。出口弁１２１５は、アウトストロークが終了しかつ戻しストロークが始まるにつれて閉じる。

ポンプの戻しストロークで、逆止め入口弁１２１６が開き、かつ界面の後退によって残される体積には、溜め１２１２から管１２１０を通して抽出される流体が充填される。該流体は次に、その後例えばかんがいのために用いられる前に、低温熱交換器１２０８をさらに冷却するために用いられる。

ポンプ１２００のさらなる実施形態では、可撓性袋、仕切板または他の流れ分離手段は、作動流体およびポンプ輸送されるべき流体を分離する。仕切板は、ポンプ輸送されるべき流体のポンプ輸送に影響を及ぼすためには、作動流体とポンプ輸送されるべき流体との間でワークを移動させるために用いられる。このようにポンプ輸送されるべき流体から作動流体を分離することによって、流体の混合が保証されなくなるにつれて、よりさまざまな作動流体を用いることができるようになる。

図１３を参照すると、家庭用温水循環システム１３００は、熱機関１３０２、湯沸器、典型的には気体または油燃焼湯沸器１３０４、およびラジエータ１３１０を含む。湯沸器１３０４は、熱機関に導管１３０６を経て連結される。ボイラー１３０４の一次熱交換器とラジエータ１３１０から戻る水の温度との間の温度差を、それぞれ熱機関１３０２の高温熱交換器１３０７を加熱しかつ低温熱交換器１３０８を冷却するために用いることができ、かつ該熱機関によって生成されるワークを、循環システムの周りで水をポンプ輸送するために用いることができる。それぞれビルに入る高温排ガスおよび水道水等の、他の利用可能な熱源およびヒートシンクが好ましいことが理解される。

湯沸器１３０４は、熱水を熱機関１３０２の高温熱交換器１３０７の外部に供給する。ラジエータ１３１０は、冷却された水を低温熱交換器１３０８の外部に供給する。熱機関１３０２の高温熱交換器１３０７と低温熱交換器１３０８との間の温度差によって、作動流体は、熱機関の高温側と低温側との間で発振し、かつ熱機関の負荷内にワークを生成させる。負荷はポンプ１３１８を含み、湯沸器１３０４から高温熱交換器１３０７の周りにかつシステム１３００の周りに分布されたラジエータ１３１０上に水をポンプ輸送する。水がラジエータ１３１０のすべてを通過した後、該水は、冷却効果を低温熱交換器１３０８に提供するのに十分冷却されている。

家庭用加熱システムにおいて本発明による熱機関を用いる主な利点は、システムの周りで水をポンプ輸送するのに電気を必要としないということである。家庭用加熱システムの周りで水をポンプ輸送するのに用いられる電気量は、典型的には、正味家庭内消費の１０％であり、したがって本発明は、電気消費を著しく減少させる。熱機関はまた、熱源の存在で自動スタートすることができ、このことは、コストのかかるかつ信頼性がない制御システムをなくす可能性を提供する。

既存の温度差を有する任意のシステムを、本発明による熱機関を用いることによってワークを生成させるために活用することができる。そのようなシステムには、冷却／空調システム、電力発生システム、および熱駆動ポンプ輸送が関連する他のシステムの周りで液体をポンプ輸送するために熱機関を用いることが含まれる。

本発明の一態様による流体発振器の一実施形態の概略図である。 図１の流体発振器に類似の電気回路の図であり、散逸工程が電気抵抗器によって表され、かつ容量工程が電気コンデンサによって表される。 本発明の一態様による熱流体発振器の一実施形態を組み込む熱機関を示す。 熱抵抗を生じさせる熱交換器が別々のチャンバに配置される、本発明の一態様による熱流体発振器の一実施形態を組み込む熱機関の図である。 作動流体に受動成分を含み、かつ拡散領域を含む、本発明の一態様による熱流体発振器の一実施形態を組み込む熱機関の図である。 膜、仕切板または他の閉鎖手段が、作動流体の活性成分をその受動成分から分離する、本発明の一態様による熱流体発振器の一実施形態を組み込む熱機関の図である。 加圧および減圧手段は、フロート作動弁を用いて中央チャンバと選択連通している更なる容器に分離される、本発明の一態様による流体発振器の一実施形態を組み込むポンプの図である。 図７のポンプの代替構成を示す。 図７および図８のフロートにヒステリシスを付加する手段を示す。 一つの散逸工程が流体の公称熱抵抗および熱交換器部品であり、かつ他の散逸工程が負荷である、本発明の一態様による熱流体発振器の一実施形態を組み込む熱機関の図である。 図１０の熱機関の具体的な構成を示す。 本発明の一態様による熱機関を含む太陽かんがいポンプの図である。 本発明の一態様による熱機関を含む家庭用加熱システムで使用するのに好適な温水ポンプの図である。

Claims (60)

1. 作動流体を収容するように配置される容器を含む流体発振器であって、前記発振器は、前記作動流体の慣性とは無関係に定常発振を可能にするように配置される、流体発振器。
2. ａ．作動流体を収容するように配置される第１容器および第２容器と、
   ｂ．前記第１および第２容器を、前記２つの容器に共通圧力をかけるために結合する手段と、
   ｃ．前記第１容器内の前記作動流体を、負荷に、前記第１および第２容器に収容される前記作動流体の容積の変化が、前記第１容器と前記負荷との間にワークの移動を生じるように結合する手段と、
   ｄ．前記第１容器内に収容される作動流体の容積を、前記第２容器に伝達する手段と、
   ｅ．前記第２容器内に実質的に位置決めされ、前記作動流体に圧力変化を生じる手段と、
   ｆ．前記第１容器内に収容される作動流体の容積とその中での圧力変化との間に位相シフトを生じる少なくとも一つの時間遅延機構であって、前記少なくとも一つの時間遅延機構は、前記作動流体の慣性とは無関係であるように配置される、時間遅延機構とをさらに含む、請求項１に記載の流体発振器。
3. 前記少なくとも一つの時間遅延機構は、２つ以上の時間遅延機構を含み、前記２つ以上の時間遅延機構は各々、粘性抵抗、熱抵抗または機械摩擦の任意の一つまたは組合せを含む散逸工程、および流れによる静水圧変化、流体圧縮性、熱容量または弾性の任意の一つまたは組合せを含む容量工程を含み、かつ作動流体内の圧力変化の大きさは、利得を生じる少なくとも一つの機構のために経時的に増加するまたは一定のままである、請求項２に記載の流体発振器。
4. ａ．作動流体を収容するように配置される容器と、
   ｂ．前記作動流体を、負荷に、前記容器内に収容される作動流体の容積の変化が、液体の変位および前記容器と前記負荷との間でのワークの移動を生じるように結合するように配置される液体結合手段と、
   ｃ．前記容器を、前記容器内に圧力変化を生じる高圧力溜めまたは低圧力溜めに連結する手段と、
   ｄ．前記容器内の作動流体の容積を、前記容器を高圧力溜めまたは低圧力溜めに連結する前記手段に伝達する手段と、
   ｅ．前記容器内に収容される作動流体の容積とその中での前記圧力変化との間に位相差を生じるように配置される２つ以上の時間遅延機構であって、前記時間遅延機構は、各々散逸工程および容量工程を含み、前記時間遅延機構の一つは、前記圧力溜めと前記容器との間の前記粘性抵抗および前記作動流体の前記圧縮性を含み、かつ一つ以上の他の時間遅延機構は、粘性抵抗、流れによる静水圧変化、熱抵抗、流体圧縮性、熱容量、摩擦または弾性の任意の一つまたは組合せを含む、時間遅延機構と、
   ｆ．前記圧力溜めに結合される、その間に圧力差を有する圧力源とをさらに含む、請求項１に記載の流体発振器。
5. 前記液体の密度未満の密度を有する浮動手段を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体発振器。
6. 前記浮動手段は、前記液体の密度の約半分の密度を有する、請求項５に記載の流体発振器。
7. 前記浮動手段は、前記容器すなわち前記第１容器に連結されている高圧力溜めを、その中で作動流体の容積が実質的に小さい場合に生じ、かつ低圧力溜めを、その中での前記作動流体の容積が実質的に大きい場合に生じるように配置される、請求項５または６に記載の流体発振器。
8. 前記浮動手段は、前記容器すなわち前記第１容器内に、前記浮動手段がその中での前記液体レベルによって作動されるように位置決めされる、請求項５〜７のいずれか一項に記載の流体発振器。
9. 前記浮動手段は、前記容器すなわち前記第１容器に、前記容器と前記浮動手段との間の機械摩擦が、前記浮動手段の運動範囲の少なくとも一部にわたって前記容器内の前記液体に関して前記浮動手段の運動を遅延させるように配置されるように連結される、請求項５〜８のいずれか一項に記載の流体発振器。
10. 前記浮動手段は、第２容器内に位置決めされる、請求項５〜９のいずれか一項に記載の流体発振器。
11. 前記第１容器と前記第２容器との間で液体の流れを可能にする手段をさらに含む、請求項２、３、または１０のいずれか一項に記載の流体発振器。
12. 前記液体の流れは、各前記容器の底部のその中の液体による静水圧差によって駆動される、請求項１１に記載の流体発振器。
13. 液体の流れを可能にする前記手段は、前記第１および第２容器内の前記液体レベル間に位相シフトを生じるように意図された粘性抵抗をさらに含む、請求項１１または１２に記載の流体発振器。
14. 前記浮動手段は、前記浮動手段がヒステリシスを生じるために実質的に高いまたは低い場合のみ高圧力溜めと低圧力溜めとの間の切換を生じるように、その軌道の中間範囲での機械摩擦によるインピーダンスを実質的に受けることなく自由に移動できる、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の流体発振器。
15. 前記高圧力溜めは、気体を収容する、請求項４〜１４のいずれか一項に記載の流体発振器。
16. 前記気体は、圧縮空気である、請求項１５に記載の流体発振器。
17. 前記散逸工程の少なくとも一つは、前記負荷によるものである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の流体発振器。
18. 前記散逸工程のもう一つは、熱抵抗である、請求項１７に記載の流体発振器。
19. 前記負荷は、該負荷が結合される前記第１または第２容器のいずれかと、負荷コンプライアンスを提供するように配置される他の容器との間に位置決めされる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の流体発振器。
20. 前記流体発振器内の作動流体の容積を圧力変化を生じる前記手段に伝達する前記手段は、前記負荷コンプライアンス内の前記作動流体の圧力または容積を含んでもよい、請求項１９に記載の流体発振器。
21. 前記負荷コンプライアンスは、実質的に同じ種類またはその他の種類の流体熱ポンプ等の第２流体機械を含む、請求項１９または２０に記載の流体発振器。
22. 前記第２流体機械は、前記第１流体発振器に関して逆位相で動作するように配置される流体発振器を含む、請求項２１に記載の流体発振器。
23. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の流体発振器を含む振動性熱流体熱機関または熱ポンプであって、
    ａ．作動流体を収容するように配置される第１容器および第２容器と、
    ｂ．前記２つの容器を、該容器に共通の圧力をかけるために結合する手段と、
    ｃ．前記第１容器内の前記作動流体を、負荷に、前記第１および第２容器に収容される作動流体の容積の変化が、前記第１容器と前記負荷との間にワークの移動を生じるように結合する手段と、
    ｄ．前記第１容器内に収容される作動流体の容積を、前記第２容器に伝達する手段と、
    ｅ．前記第２容器内に実質的に位置決めされ、その一部の加熱または冷却によって前記作動流体内に圧力変化を生じるように意図された熱交換器手段と、
    ｆ．前記第１容器内に収容される作動流体の容積とその中での前記圧力変化との間に位相シフトを生じるように配置される２つ以上の時間遅延機構であって、前記時間遅延機構は、各々散逸工程および容量工程を含み、前記時間遅延機構の少なくとも一つは、前記熱交換器の前記熱抵抗および前記作動流体の前記圧縮性を含み、かつ前記時間遅延機構の少なくとも一つは、粘性抵抗、流れによる静水圧変化、熱抵抗、流体圧縮性、熱容量、摩擦または弾性のいずれかを含む、時間遅延機構と、
    ｇ．その間に温度差を有し、前記熱交換器内での前記温度差が、経時的に増加するあるいは一定のままである前記作動流体内での前記圧力変化の大きさを生じるように前記熱交換器手段に結合される熱溜めとをさらに含む、振動性熱流体熱機関または熱ポンプ。
24. 請求項１〜２３のいずれか一項に記載の流体発振器を含む振動性熱流体熱機関または熱ポンプであって、
    ａ．それらの中では一部は液体でかつ一部は蒸気である作動流体を収容するように配置される第１容器および第２容器と、
    ｂ．前記２つの容器を、該容器に共通の圧力をかけるために結合する手段と、
    ｃ．前記作動流体を、液体を含む負荷に、前記第１および第２容器内に収容される作動流体の容積の変化が、前記液体の変位および前記第１容器と前記負荷との間でのワークの移動を生じるように結合する手段と、
    ｄ．前記第１容器と前記第２容器との間で、各前記容器の底部におけるその中の前記液体による静水圧差によって駆動される液体の流れを可能にする手段と、
    ｅ．前記第２容器内に実質的に位置決めされ、その中で液体レベルが高い場合、前記作動流体の一部を加熱しかつそれによって膨張させ、かつその中で液体レベルが低い場合、前記作動流体の一部を冷却しかつそれによって収縮させるように意図された熱交換器手段と、
    ｆ．前記第１容器と前記第２容器との間の前記液体の流れから生ずる前記粘性抵抗およびその中での静水圧の変化を含む時間遅延機構であって、前記時間遅延機構は、前記２つの容器内での前記液体レベル間に位相差を生じる、時間遅延機構と、
    ｇ．前記熱交換器手段のために生ずる前記熱抵抗および前記作動流体の前記圧縮性を含む第２時間遅延機構であって、前記第２時間遅延機構は、前記第２容器内の前記液体レベルと前記作動液体の前記圧力との間に位相シフトを生じる、第２時間遅延機構と、
    ｈ．その間に温度差を有し、前記熱交換器内の前記温度差が、増加しているあるいは一定のままである前記作動流体内での前記圧力変化の大きさを生じるように前記熱交換器手段に結合される熱溜めとをさらに含む、振動性熱流体熱機関または熱ポンプ。
25. 高圧力溜めが設けられ、前記高圧力溜めは、その中の作動流体の加熱を生じるように配置される熱交換器手段を含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の流体発振器を含む振動性熱流体熱機関または熱ポンプ。
26. 低圧力溜めが設けられ、前記低圧力溜めは、その中の作動流体の冷却を生じるように配置される熱交換器手段を含む、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の流体発振器を含む振動性熱流体熱機関または熱ポンプ。
27. 前記熱交換器手段は、前記作動流体の交互の蒸発および凝縮を生じるように配置される、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の熱流体熱機関または熱ポンプ。
28. 高温熱交換器手段および低温熱交換手段は、別個の容器または同じ容器内の別個のチャンバに位置決めされる、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の熱流体熱機関または熱ポンプ。
29. 高温熱交換器は、低温熱交換器が位置決めされる第２チャンバに平行な第１チャンバ内に位置決めされる、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の熱流体熱機関または熱ポンプ。
30. 蓄熱器手段または復熱器手段を含む、請求項２３〜２９のいずれか一項に記載の熱流体熱機関または熱ポンプ。
31. 時間遅延を生じる前記散逸工程の一つは、熱抵抗である、請求項２３〜３０のいずれか一項に記載の熱流体熱機関または熱ポンプ。
32. 前記容器すなわち第１の前記容器は、幅より高さが実質的に大きく、かつその中央の方へくびれている、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
33. 任意の既存の浮動手段に加えて、前記負荷に結合される作動流体を収容する前記容器内に設けられるフロートを含む、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
34. 前記フロートは、任意の既存の浮動手段に加えて、熱損失または他の損失が減じられるように、前記液体の頂部上にあるように配置される、請求項３３に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
35. 第２液体は、任意の既存の液体に加えて、前記負荷に結合される作動流体を収容する前記容器内に与えられる、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
36. 前記第２液体は、該既存の液体と実質的に不混和である、請求項３５に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
37. 前記第２液体は、熱損失または他の損失が減じられるようにあるいは理想的には最小にされるように、その中の既存の液体より低い密度を有し、その結果その頂部上に浮動する、請求項３５または３６に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
38. 前記第１および第２チャンバの垂直軸は平行である、請求項１〜３７のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
39. 前記作動流体は、２つ以上の成分を含む、請求項１〜３８のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
40. 前記成分の一つ以上は、前記作動流体内での圧力変化を生じる際に活性であるように配置される、請求項１〜３９のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
41. 前記成分の一つ以上は、前記流体発振器全体を通じて散在される、請求項３９または４０に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
42. 前記成分の一つ以上は、受動的であり、かつそれから作動流体が、前記作動流体の活性成分がそれに入るのを妨げるように負荷に結合される前記容器の大部分を占める、請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
43. さらなるチャンバは、圧力変化を生じる前記手段とそれから作動流体が負荷に結合される前記第１および第２容器の前記一方との間に位置する、請求項１〜４２のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
44. 前記さらなるチャンバは、少なくとも実質的に完全に、拡散、重力または他の手段によって、前記作動流体の活性成分から受動成分を分離するように配置される、請求項４３に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
45. 可撓性袋、仕切板、膜または他の流れ分離手段は、圧力変化を生じる前記手段と前記負荷に連結される前記容器すなわち第１容器との間に位置決めされる、請求項１〜４４のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
46. さらなる水圧または空気圧ワーク移動流体は、前記作動流体と前記負荷との間に、前記作動流体が前記ワーク移動流体と実質的に不混和であり、かつ前記作動流体と前記ワーク移動流体との間の安定な界面を保持する手段が配置されるように位置する、請求項１〜４５のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
47. 可撓性袋、仕切板、膜または他の流れ分離手段は、それから作動流体が負荷に結合される前記容器と前記負荷との間に、前記負荷の近傍の流体が、それから作動流体が前記負荷に結合される前記容器の近傍の流体と混合することができないように位置決めされる、請求項１〜４６のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
48. 前記負荷は、実質的に同じ種類またはその他の種類の流体熱ポンプ等の一つ以上のさらなる流体機械を含む、請求項１〜４７のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
49. 前記一つ以上のさらなる流体機械は、各々前記第１流体発振器と実質的に同じ種類またはその他の種類の、かつ好ましくはその間に位相差を有するように配置されている流体発振器を含む、請求項４８に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
50. 前記一つ以上のさらなる流体機械は、各々負荷を含む、請求項４８または４９に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
51. 少なくとも一つの前記負荷が、とりわけ前記第１流体発振器をさらに含む、請求項５０に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
52. 前記流体発振器、熱機関または熱ポンプは、ポンプ輸送されるべき流体に速度を与えるように配置される、請求項１〜５１のいずれか一項に記載の流体発振器、熱流体熱機関または熱ポンプ。
53. その間に温度差を有する第１熱溜めおよび第２熱溜めをさらに含む熱流体熱機関を含む、請求項５２に記載のポンプ。
54. 前記第１熱溜めは、太陽集熱器である、請求項５３に記載のポンプ。
55. 前記第１熱溜めは、加熱装置からの出力である、請求項５４に記載のポンプ。
56. 前記加熱装置は、加熱システムの周りで加熱流体を循環させるように配置されるボイラーである、請求項５５に記載のポンプ。
57. 熱サイフォンまたは熱パイプは、前記第１熱溜めを、前記流体発振器、前記熱機関または前記熱ポンプに連結する、請求項５４〜５６のいずれか一項に記載のポンプ。
58. 前記第２熱溜めは、前記ポンプが与えられる前記流体を収容する、請求項５２〜５７のいずれか一項に記載のポンプ。
59. 前記第２熱溜めは、地下ヒートシンクである、請求項５２〜５８のいずれか一項に記載のポンプ。
60. 前記第２熱溜めは、加熱装置への流体入口または戻しを含む、請求項５２〜５８のいずれか一項に記載のポンプ。

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