專利名稱：閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般地涉及閥裝置。本發(fā)明優(yōu)選地但不是排他地為用于 將熱能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)所用。
背景技術(shù)：
在將熱能轉(zhuǎn)換為電能的已知的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，提供 一 種適當(dāng)磁 材料的磁路以及圍繞該磁路布置的線圏。變溫布置在諸如居里,吝、
(Curie point)的相變溫度上下交替改變磁路的溫度以改變該磁路的 磁阻，并且通過改變磁阻來調(diào)節(jié)該磁路的磁化強(qiáng)度，從而在環(huán)繞該 磁路布置的線圈中誘發(fā)電能。變溫布置交替地使熱流和冷流通過磁 路并且通常包括一個(gè)或多個(gè)給料泵、管道和閥集成塊(valve manifold )。
JP 7107764公開了配備有開關(guān)閥的這種發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中開關(guān)閥 包4舌熱水入口、冷水入口和兩個(gè)出口管道。當(dāng)開關(guān)閥^走轉(zhuǎn)時(shí)，出口 管道交替地/人熱水入口和冷水入口接收水。出口管道之間的相位是 180。。

發(fā)明內(nèi)容
此類布置的問題在于產(chǎn)生了流體的主動(dòng)(energetically)無效循 環(huán)并且在流體切換期間的擾動(dòng)發(fā)生。
另 一 限制在于限制了熱循環(huán)的頻率。
此外，JP 7107764的開關(guān)閥可以不是針對(duì)不同類熱磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 的最佳設(shè)計(jì)。由以已知開關(guān)閥為特征的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的每凈功 率成本可能不是最佳的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種閥裝置，通過該閥裝置可以克 服上述限制。本發(fā)明的具體目的是提供可以提供流體的平滑和主動(dòng)有效循環(huán) 的此類閥裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供可靠的、靈活的以及具有合理成本的
此類閥裝置。
本發(fā)明的又一目的是提供一種閥裝置，其是在用于將熱能轉(zhuǎn)換 為電能的特種發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的變溫布置中使用的最佳設(shè)計(jì)。
除其他之外，這些目的根據(jù)由如所附專利權(quán)利要求書中指定的 閥裝置所支持的本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種閥裝置，其包括圓柱形外殼， 在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體，固定附接至所述桿體并且與圓柱形 外殼緊密適配的構(gòu)件，從而限定了所述外殼內(nèi)的分離的腔，多個(gè)軸 向布置的入口 ，其中每個(gè)入口都持續(xù)地與各個(gè)分離的腔流體連通， 以及沿所述外殼的圓周固定布置的至少一個(gè)出口 ，其中響應(yīng)于所述 桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離的腔以及因而軸
向布置的入口交替地與至少 一 個(gè)出口的圓周參考點(diǎn)流體連通。所述 構(gòu)件具有橢圓形狀的橫截面。
優(yōu)選地，在橢圓形橫截面的平面上，所述構(gòu)件與所述圓柱形外
殼緊密地適配。
所述構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)為具有稍小于所述圓柱形外殼的內(nèi)徑的直徑 的薄板或斜切固態(tài)圓柱體。
本發(fā)明第 一 方面的閥裝置提供了流體的主動(dòng)有效循環(huán)并且最小 化了流體切換期間的擾動(dòng)。
橢圓形構(gòu)件提供可靠且魯棒性好的閥裝置以達(dá)到合理成本。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種閥裝置，其包括圓柱形外 殼，在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體，固定附接至所述桿體并且與圓 柱形外殼緊密適配的構(gòu)件，從而限定了所述外殼內(nèi)的分離的腔，多 個(gè)軸向布置的入口 ，其中每個(gè)入口都持續(xù)地與各個(gè)分離的腔流體連 通，以及沿所述外殼的圓周固定布置的至少一個(gè)出口 ，其中響應(yīng)于 所述桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離的腔以及因
7而軸向布置的入口交替地與至少一個(gè)出口的圓周參考點(diǎn)流體連通。 所述腔的數(shù)量至少為四個(gè)。
優(yōu)選地，所述構(gòu)件包括從所述桿體軸向和徑向延伸到所述外殼 的側(cè)壁，以及從所述桿體徑向延伸到所述外殼并且在相鄰側(cè)壁之間 圓周延伸的端蓋。每個(gè)腔由(i)兩個(gè)側(cè)壁、(ii)端蓋之一以及(iii) 所述圓柱形外殼來界定。
本發(fā)明第二方面的閥裝置提供了增大的、用于給定旋轉(zhuǎn)速度的 輸出流體脈沖的頻率。備選地，為了維持脈沖頻率，可以放松對(duì)于 旋轉(zhuǎn)速度的要求。
針對(duì)給定的旋轉(zhuǎn)速度提供的腔數(shù)量越高，獲得的脈沖頻率越高。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種閥裝置，其包括圓柱形外殼， 在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體，固定附接至所述桿體并且與圓柱形 外殼緊密適配的構(gòu)件，從而限定了所述外殼內(nèi)的分離的腔，多個(gè)軸 向布置的入口 ，其中每個(gè)入口都持續(xù)地與各個(gè)分離的腔流體連通， 以及沿所述外殼的圓周固定布置的至少三個(gè)出口 ，其中響應(yīng)于所述 桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離的腔以及因而軸 向布置的入口交替地與至少三個(gè)出口流體連通。所述出口的數(shù)量可 以有利地較高和/或?yàn)橹T如四、六的偶數(shù)或更高。
本發(fā)明第三方面的閥裝置提供了流體的主動(dòng)有效循環(huán)并且可以 最小化流體切換期間的擾動(dòng)。
閥裝置具有N+3個(gè)出口，其中N是正整數(shù)，優(yōu)選地為偶數(shù)，該 閥裝置特別適于在三相磁熱發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中使用。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種閥裝置，其包括圓柱形外殼， 在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體，固定附接至所述桿體并且與圓柱形 外殼緊密適配的構(gòu)件，從而限定了所述外殼內(nèi)的分離的腔，以及多 個(gè)軸向布置的入口 ，其中每個(gè)入口都持續(xù)地與各個(gè)分離的腔流體連 通。所述閥裝置配備有沿所述外殼的圓周固定布置的單個(gè)出口 ，其 中響應(yīng)于所述桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離的 腔以及因而軸向布置的入口交替地與所迷單個(gè)出口的圓周參考點(diǎn)流體連通。所述單個(gè)出口可以沿著所述外殼的整個(gè)圓周或至少沿著其主要部分延伸。
本發(fā)明第四方面的閥裝置提供了流體的主動(dòng)有效循環(huán)并且最小化了流體切換期間的擾動(dòng)。如果單個(gè)出口具有大的橫截面積，則損
耗很低。
閥裝置可以配備有輸出，其中跨越其橫截面的不同部分具有不同的流體路徑長度，從而可以補(bǔ)償跨越出口橫截面的任何引入的相位延遲。該閥裝置特別適于在單相磁熱發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中使用。
本發(fā)明的實(shí)施方式記載在從屬權(quán)利要求中并且在詳細(xì)描述中公開。
本發(fā)明特征在于簡單、可靠以及魯棒性好的閥裝置，通過該閥裝置，支持流體的平滑和主動(dòng)有效的泵送和分配。
本發(fā)明的閥裝置可以用于各種熱磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的流體的熱循環(huán)，或可以在完全不同的應(yīng)用中使用，在這些應(yīng)用中，不同特性的流體將在單個(gè)出口中交替地輸出。
本發(fā)明的其他特征和其優(yōu)勢將從附圖1-5以及下文給出的對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述而清楚，該附圖僅通過說明性方式給出并且因此不是對(duì)本發(fā)明的限制。


圖1和圖2分別示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)閥裝置的透視圖。
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方式的熱磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的圖示。
圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)閥裝置的剖
面視圖。
圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)閥裝置的透視圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)閥裝置在圖1中公開。中空圓柱或
圓柱形外殼41容納了對(duì)稱布置的可旋轉(zhuǎn)桿體42，構(gòu)件43固定附接至該可旋轉(zhuǎn)桿體42。提供了與圓柱形外殼41緊密適配并且限定該裝置的第一和第二相同隔間或腔44a-44b的構(gòu)件43,其中該構(gòu)件優(yōu)選地為熱絕緣。構(gòu)件43是以軸向位置固定安裝在桿體42上的橢圓盤并且具有傾角，從而當(dāng)桿體42和橢圓盤43相對(duì)于圓柱形外殼41旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓柱形外殼41的圓周處的出口 46a-46f中每個(gè)交替地與腔44a-44b流體連通。
可能通過將橢圓板從具有稍小于圓柱形外殼內(nèi)徑的直徑的固態(tài)圓柱體切割出來而制造該橢圓板。
備選地，構(gòu)件43具有其他形狀，只要其提供上述功能并且具有橢圓形狀的橫截面。例如，構(gòu)件43的表面可以是彎曲的。
腔中的一個(gè)44a持續(xù)地與第一軸向布置的入口 45a流體連通，并且配置用于接收或輸出第一特性的流體，腔中的一個(gè)44b持續(xù)地與第二軸向布置的入口 45b流體連通，并且配置用于接收或輸出第二特性的流體。
此外，多個(gè)出口 46a-46f圓周地布置在外殼41中，這些出口彼此之間優(yōu)選地為等距離。通過旋轉(zhuǎn)桿體42和構(gòu)件43,從而也旋轉(zhuǎn)腔44a-44b，可以交替地將圓周布置的出口 46a-46f置入與各個(gè)腔44a-44b流體連通。
桿體42借助于軸承安裝在圓柱形外殼41中，提供例如電機(jī)(未示出)的裝置以對(duì)桿體42應(yīng)用驅(qū)動(dòng)力矩。備選地，響應(yīng)于被暴露于流過旋轉(zhuǎn)閥裝置入口的流體中(借助于泵布置)，旋轉(zhuǎn)閥裝置是自推動(dòng)的。在備選版本中，閥裝置具有集成的用于流體循環(huán)(即，泵送)的推進(jìn)器布置(在該實(shí)例中，可以省略任何外部泵布置)。此類推進(jìn)器布置可以與構(gòu)件43分離，或可以借助于在兩個(gè)軸方向上對(duì)構(gòu)件43的表面適當(dāng)?shù)爻尚闻c構(gòu)件43 —起集成為單片設(shè)備，從而模仿推進(jìn)器的操作。此類組合泵和閥裝置在于2007年11月19日提交
10的、共同未決歐洲專利申請No. 07120950.6中得到描述，該申請內(nèi)容通過引用引入于此。
在以第一操作模式操作閥裝置期間，桿體42以及因而構(gòu)件43相對(duì)于外殼41和出口 46a-46f穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)，從而從第一軸向布置的入口 45a抽取第一特性流體并且將該流體吸入持續(xù)地與該第一軸向布置的入口 45a流體連通的第一腔44a,并且從第二軸向布置的入口45b抽取第二特性流體并且將該流體吸入持續(xù)地與該第二軸向布置的入口 45b流體連通的第二腔44b。由于構(gòu)件43以及因此其腔44a-44b相對(duì)于外殼旋轉(zhuǎn)，所以，第一和第二特性的流體交替地通過圓周布置的出口 46a-46f輸出。
圓周布置的出口 46a-46f交替地輸出第一和第二特性的流體脈沖。針對(duì)給定數(shù)量的腔的旋轉(zhuǎn)速度控制流體脈沖系列的波長和頻率，并且出口的角距控制它們之間的相移。
第 一和第二特性的流體可以是這樣的流體，諸如不同溫度的水
或其他熱交換流體。備選地，不同流體或具有不同性質(zhì)的流體通過閥裝置來混合。
在第二操作模式中，閥裝置以往復(fù)方式操作，從而對(duì)在作為該操作模式中的入口的圓周布置的出口 46a-46f處接收的第一和第二特性流體脈沖進(jìn)行劃分。桿體42以及因而構(gòu)件43相對(duì)于外殼41和出口 46a-46f以相反的方向穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。因此，通過圓周布置的出口46a-46f抽取第 一 和第二特性的流體脈沖并且該第 一 和第二特性的流體脈沖被交替地吸入外殼41的各個(gè)腔44a-44b。在與第一軸向布置的入口 45a持續(xù)地流體連通的第一腔44a中收集的流體脈沖通過該入口輸出，并且在與第二軸向布置的入口 45b持續(xù)地流體連通的第二腔44b中收集的流體脈沖通過該入口輸出。因此，軸向布置的入口 45a-45b在該操作模式中是出口 。如果桿體42的旋轉(zhuǎn)速度適合于流體脈沖的頻率，并且圓周布置的出口 46a-46f處的流體脈沖間的相移適于圓周布置的出口 46a-46f的角距，則可以通過閥裝置收集第一特性的流體并且將其通過第一軸向布置的入口 45a輸出，以及可以通過閥裝置收集第二特性的流體并且將其通過第二軸向布置的入口
45b輸出。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，即使在本文以及所附專- 'j權(quán)利要求書中將該裝置描述為具有軸向布置的入口和圓周布置的出口 ，它
們也可以如上所述地作為軸向布置的出口和圓周布置的入口來才喿作。因此，所使用的表述覆蓋了兩種模式。
圖2示出了與圖1中的閥裝置不同的閥裝置，其與圖1中的閥裝置的不同之處在于，在外殼41中僅布置了三個(gè)出口 46a-46f,并且彼此之間優(yōu)選地具有相等距離。
可以如圖3所示地在三相熱石茲發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中優(yōu)選地使用圖2的閥裝置，從而提供在其磁路1的》茲材料的相變溫度之上和之下的溫度變化。
提供了三個(gè)僅示意性指示的磁路1，其中每個(gè)都可操作地連接至相應(yīng)的LC電路11, LC電路11包括并聯(lián)的繞組或線圏7以及電容器9。有利地，諧振電路11的諧振頻率和磁材料的相變溫度之上和之下的溫度變化頻率之比約為1/2或n/2，其中n是正整數(shù)。
溫變設(shè)備5包括外面部分，其包括其中由給料泵22循環(huán)熱流體的第一外部管道布置21以及其中由給料泵24循環(huán)冷流體的第二外部管道布置23。外面部分的熱流體和冷流體彼此完全隔離，并且還與磁路1的材料隔離。
第一外部管道布置21中的熱流體經(jīng)由第一熱交換器26向第一中間管道布置25中的流體傳遞熱量，并且第二外部管道布置23中的冷流體經(jīng)由第二熱交換器28向第二中間管道布置27中的流體傳冷。第一和第二中間管道布置25、 27中的每個(gè)連接在由參考標(biāo)號(hào)29表示的圖2中的第一閥裝置以及由參考標(biāo)號(hào)30表示的圖2中的第二閥裝置之間，從而將流體從第一閥裝置29輸送到第二閥裝置30。
應(yīng)該理解，可以將外面部分替換為用于在熱交換器26和28中傳遞冷熱的任何其他種類的布置。例如，可以經(jīng)由焚燒器、熱沙(hot
sand)、太陽能加熱板或類似裝置向第一熱交換器26中的第一中間管道布置25中的流體傳遞熱量。
最后，第一內(nèi)部管道布置31、第二內(nèi)部管道布置32以及第三內(nèi)部管道布置33中的每個(gè)都經(jīng)由相應(yīng)的磁路1連接在第二閥裝置30和第一閥裝置29之間。
單流體在溫變i殳備5的內(nèi)部部分中流動(dòng)，其包括中間和內(nèi)部管道布置以及第一和第二閥裝置。因此，該內(nèi)部部分提供了封閉的流體環(huán)路。
提供第二閥裝置30,用于交替地將來自于第一中間管道布置25的熱流體和來自于第二中間管道布置27的冷流體切換到第一、第二和第三內(nèi)部管道布置31、 32、 33中的每個(gè)中，在它們之間優(yōu)選地具有120°的相移。因此，第二閥裝置30 "劈開(chop) ，， 了熱流體和冷流體并且形成 一 系列交替的熱流體和冷流體脈沖，將該脈沖銷-送到每個(gè)內(nèi)部管道布置中。當(dāng)熱流體和冷流體脈沖通過》茲路1的》茲材料或穿過磁路1的磁材料中的孔時(shí)，該磁材料將交替地被在相變溫度之上加熱以及;f皮在相變溫度之下冷卻。
在該描述以及以下的實(shí)施方式中使用的術(shù)語"熱流體和冷流體"旨在分別指示"具有磁路部分3的磁材料的相變溫度之上的溫度的流體"以及"具有磁路部分3的磁材料的相變溫度之下的溫度的流體"。
相變溫度之上和之下的溫度變化引起了磁路1的磁材料的導(dǎo)》茲性的劇烈變化以及因此磁路1的磁阻的快速變化。換言之，當(dāng)應(yīng)用恒定磁場時(shí)，磁化強(qiáng)度快速變化。
有支設(shè)在i茲路1中4是供》茲通量，則i茲阻的快速變化將對(duì)該/磁通量產(chǎn)生調(diào)制，從而在磁路l中獲得快速改變的磁通量。結(jié)果，在線圏7中獲得石茲動(dòng)勢(magnetomotive force )和交流電。
可以將磁材料提供為優(yōu)選地彼此平行布置的平行片或板、顆粒、小球體、線材、織物(fabric)或類似物，允許通過大接觸表面使層狀或湍流流體與磁材料進(jìn)行熱交換。
在通過磁材料之后，熱流體脈沖和冷流體脈沖之間的溫度變化較小并且較平滑。然后，在相應(yīng)的內(nèi)部管道布置31、 32、 33中，將 一系列熱流體脈沖和冷流體脈沖返回到第一閥裝置29，該第一閥裝 置29與一系列熱流體脈沖和冷流體脈沖同步。
因此，提供第一閥裝置29用于交替地將來自第一、第二和第三 內(nèi)部管道布置31、 32、 33的較熱流體脈沖切換到第一中間管道布置 25中，并且將來自第一、第二和第三內(nèi)部管道布置31、 32、 33中的 較冷流體脈沖切換到第二中間管道布置27中。從而，將較熱和較冷 流體脈沖返回到該流體所源自的相應(yīng)的中間管道布置。然后，在第 一中間管道布置25中的流體返回到第一熱交換器26以便被再次加 熱，并且繼而在第二中間管道布置27中的流體返回到第二熱交換器 28以侵j皮再次冷卻。
給料泵34、 35以單方向驅(qū)動(dòng)內(nèi)部部分中的流體。
圖2中的旋轉(zhuǎn)閥29、 30有利地安裝在單個(gè)桿體上，從而該旋轉(zhuǎn) 閥29、 30將以其之間的合適相移與該單個(gè)桿體同時(shí)/同步地旋轉(zhuǎn)。
在備選實(shí)施方式中，第一閥裝置29的，特別地，當(dāng)較熱和較冷 流體脈沖之間的溫差很低時(shí)，來自于第一、第二和第三內(nèi)部管道布 置的較熱和較冷流體脈沖可以不必切換回到第二和第 一 中間管道布 置中。因此，第一閥裝置29可以被省略，代之以可以使用另一類被 動(dòng)分發(fā)或混合布置，來將流體返回到第二和第一中間管道布置。如 果使用開路，則流體不必返回。
圖3的三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)有利地進(jìn)一步包括在輸出處連接至三個(gè) 發(fā)電機(jī)單元或相位的電容器9的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備?？刂凭€圈7和能量 轉(zhuǎn)換設(shè)備以與熱變化的周期相匹配并且由此使得從電路中引出最佳 能量。能量轉(zhuǎn)換設(shè)備可以包括AC/DC或AC/AC頻率轉(zhuǎn)換器或包括 電流源或電壓源轉(zhuǎn)換器36的電力轉(zhuǎn)換器，其包括整流器和整流器的 DC側(cè)處的逆變器。
此外或備選地，在DC側(cè)處連接電池。如果來自于發(fā)電機(jī)的能量 輸出波動(dòng)很大，則這是非常有利的。
變壓器37連接至電壓源轉(zhuǎn)換器36的輸出以將來自于多相發(fā)電機(jī)的約1 kV的輸出電壓和約1 Hz的頻率變換為適于常規(guī)電網(wǎng)連接 的頻率和電壓(50Hz， 10kV) 。 ^殳備的額定功率通常大于1 kW。
優(yōu)選地，本發(fā)明的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)祐:提供用于在100 kW到50 MW 的范圍內(nèi)、并且更優(yōu)選地在1 MW-5 MW的范圍內(nèi)生成電能?？梢?將多個(gè)發(fā)電才幾系統(tǒng)作為才莫塊布置在一起以生成約10 MW-50 MW的 電能。
此外，關(guān)于可以在其中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥裝置的磁熱發(fā)電機(jī) 系統(tǒng)的細(xì)節(jié)在于2007年3月28日提交的、共同未決瑞典專利申請 No. 0700779-2、 No. 0700780-0和No. 0700781-8中可以找到，通過 引用將其引入于此。
應(yīng)該理解，對(duì)于三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，閥裝置可以包括3*N個(gè)沿該 閥裝置外殼的圓周固定布置的出口 ，其中N是整數(shù)，優(yōu)選地為偶數(shù)。
如果提供包括本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥裝置的單相熱磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，則 該旋轉(zhuǎn)閥裝置優(yōu)選地可以配備有單輸出。
圖4示意性地示出了此類旋轉(zhuǎn)閥裝置。該旋轉(zhuǎn)閥裝置類似于圖1 和圖2中示出的閥裝置，但是其具有單個(gè)出口 71，該單個(gè)出口 71 在該旋轉(zhuǎn)閥裝置的整個(gè)圓周周圍延伸。單個(gè)出口 71包括八個(gè)子出口 72,這些子出口是單個(gè)出口 71的橫向分離部分。子出口 72可以由 導(dǎo)流壁(未示出)分離。冷流體脈沖是白色并且熱流體脈沖是灰色。
單個(gè)出口 71優(yōu)選地設(shè)計(jì)為具有相位延遲的子出口 72，該子出口 72通過制造合適的流體路徑(tailor suited fluid path )來實(shí)現(xiàn)。單個(gè) 出口 71優(yōu)選地具有根據(jù)桿體和構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)速度沿旋轉(zhuǎn)閥裝置外殼的 圓周變化的流體路徑長度，從而源自不同的軸向布置的入口的流體 之間的界面將基本上垂直于單個(gè)出口 71下游端流體的流動(dòng)方向，如 圖4所示。換言之，不同子出口 72中的流體脈沖是彼此同相的。
在圖5中公開了根據(jù)本發(fā)明其他實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)閥裝置。中空 圓柱體或圓柱形外殼41容納對(duì)稱布置的可旋轉(zhuǎn)桿體42，構(gòu)件43固 定附接至所述可旋轉(zhuǎn)桿體。提供與圓柱形外殼41緊密適配的、優(yōu)選 為熱隔離的構(gòu)件43,其限定了所述裝置的基本上分離的以及相同的
15隔間或腔44a-44d。腔44a-44d中的每個(gè)由以下來界定(i)從桿體 42軸向以及徑向延伸到外殼1的兩個(gè)側(cè)壁、(ii)從桿體42徑向延 伸到外殼1并且在兩個(gè)側(cè)壁之間圓周延伸的端蓋以及(iii)外殼1。 兩個(gè)腔44a、 44c都持續(xù)地與第一軸向布置的入口 45a流體連通，并 且配置用于接收或輸出第一特性的流體，以及兩個(gè)腔44b、 44d都持 續(xù)地與第二軸向布置的入口 45b流體連通，并且配置用于接收或輸 出第二特性的流體。
此外，多個(gè)出口 46a-46f圓周地布置在外殼41中，彼此之間優(yōu) 選地具有相等距離?？梢酝ㄟ^旋轉(zhuǎn)桿體42和構(gòu)件43, 乂人而也旋轉(zhuǎn)腔 44a-44d，從而將圓周布置的出口 46a-46f交替地置于與相應(yīng)腔 44a-44d流體連通。
有利地，桿體42借助于軸承安裝在圓柱形外殼41中，提供例 如電機(jī)的裝置(未示出)以對(duì)桿體42應(yīng)用驅(qū)動(dòng)力矩。備選地，響應(yīng) 于被暴露于流過旋轉(zhuǎn)閥裝置入口的流體中(借助于泵布置)，旋轉(zhuǎn) 閥裝置是自推動(dòng)的。在備選版本中，閥設(shè)備具有集成的、用于流體 循環(huán)(即，泵送)的推進(jìn)器布置(在該實(shí)例中，可以省略任何外部 泵布置)。此類推進(jìn)器布置可以與構(gòu)件43分離，或可以借助于在兩 個(gè)軸方向上對(duì)構(gòu)件43的表面適當(dāng)?shù)爻尚蝸砼c構(gòu)件43 —起集成為單 片設(shè)備，從而模仿推進(jìn)器的操作。此類組合泵和閥裝置在于2007年 11月19日提交的、共同未決歐洲專利申請No. 07120950.6中得到描 述，該申請內(nèi)容通過引用引入于此。
在以第一操作模式操作閥裝置期間，桿體42以及因而構(gòu)件43 相對(duì)于外殼41和出口 46a-46f穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)，從而從第一軸向布置的 入口 45a抽取第一特性流體并且將該流體吸入持續(xù)地與該第一軸向 布置的入口 45a流體連通的兩個(gè)腔44a、 44c，并且從第二軸向布置 的入口 45b抽取第二特性流體并且將該流體吸入持續(xù)地與該第二軸 向布置的入口 45b流體連通的兩個(gè)腔44b、 44d。由于構(gòu)件43以及因 此其腔44a-44d相對(duì)于外殼旋轉(zhuǎn)，所以，第一和第二特性的流體交替 地通過圓周布置的出口 46a-46f輸出。圓周布置的出口 46a-46f交替地輸出第一和第二特性的流體脈 沖。用于給定數(shù)量的腔的旋轉(zhuǎn)速度控制流體脈沖系列的波長和頻率， 并且出口的角距控制它們之間的相移。
第 一和第二特性的流體可以是這樣的流體諸如不同溫度的水 或其他熱交換流體。備選地，不同流體或具有不同性質(zhì)的流體通過 閥裝置混合。
在第二操作模式中，閥裝置以往復(fù)方式操作，從而對(duì)在作為該 操作模式中的入口的圓周布置的出口 46a-46f處接收的第一和第二 特性流體脈沖進(jìn)行劃分。桿體42以及因而構(gòu)件43相對(duì)于外殼41和 出口 46a-46f以相反的方向穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。因此，通過圓周布置的出口 46a-46f抽取第 一 和第二特性的流體脈沖并且該第 一 和第二特性的流 體脈沖被交替地吸入外殼41的各個(gè)腔44a-44d。在與第一軸向布置 的入口 45a持續(xù)地流體連通的兩個(gè)腔44a、 44c中收集的流體脈沖通 過該入口輸出，并且在與第二軸向布置的入口 45b持續(xù)地流體連通 的兩個(gè)腔44b、 44d中收集的流體脈沖通過該入口輸出。因此，軸向 布置的入口 45a-45b在該操作模式中是出口 。如果桿體42的旋轉(zhuǎn)速 度適合于流體脈沖的頻率，并且圓周布置的出口 46a-46f處的流體脈 沖間的相移適于圓周布置的出口 46a-46f的角距，則可以通過閥裝置 收集第一特性的流體并且將其通過第一軸向布置的入口 45a輸出， 以及可以通過閥裝置收集第二特性的流體并且將其通過第二軸向布 置的入口 45b輸出。
雖然圖5的旋轉(zhuǎn)閥裝置具有四個(gè)分離的腔，但是本發(fā)明不限于 此。為了增加流體脈沖的頻率，可以提供多于四個(gè)分離的腔，諸如 六個(gè)或7乂個(gè)腔。
在本發(fā)明的閥裝置中，有利地，可以允許腔劃分以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件 和圓柱形外殼的壁之間小的分隔，這將減小或消除固體和固體之間 的接觸力，而同時(shí)僅有極小量的流體纟皮混合。
旋轉(zhuǎn)閥裝置能夠向公共出口 (或多個(gè)公共出口 )分發(fā)具有不同 特性的工業(yè)級(jí)的流體量，同時(shí)在次秒級(jí)(sub-second )上的混合最小。該閥裝置允許穩(wěn)定的流體流，同時(shí)具有來自于切換的最小擾動(dòng)、最 小的切換功率需要以及切換百萬次循環(huán)能力的長壽命。傳統(tǒng)閥配置 太慢、太具有破環(huán)性(流動(dòng)停止、壓力波)、功率需求和/或少量循 環(huán)之后即磨損。
旋轉(zhuǎn)閥裝置適用于涉及交替地將具有不同特性的流體分發(fā)到公 共出口的工業(yè)處理，同時(shí)保持流體獨(dú)立并且在每秒幾個(gè)循環(huán)率上具 有最小的混合而持續(xù)多年。流體優(yōu)選地具有大致相似的、例如涉及 密度、粘性等流體性質(zhì)。它們可以包括不同的物質(zhì)，比如水和乙醇， 或處于不同性態(tài)的相同的物質(zhì)，比如熱水和冷水或其他熱交換流體。
權(quán)利要求
1.一種閥裝置，包括圓柱形外殼(41)；在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體(42)；固定附接至所述桿體并且與所述圓柱形外殼緊密適配的構(gòu)件(43)，由此限定所述外殼內(nèi)分離的腔(44a-44b)；多個(gè)軸向布置的入口(45a-45b)，其中每個(gè)入口持續(xù)地與所述分離的腔中的相應(yīng)腔流體連通；以及沿所述外殼的圓周固定布置的至少一個(gè)出口(46a-46f；71)，其中響應(yīng)于所述桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離的腔以及由此所述軸向布置的入口交替地與所述至少一個(gè)出口的圓周參考點(diǎn)流體連通，其特征在于所述構(gòu)件(43)具有橢圓形狀的橫截面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其中所述構(gòu)件在所述橢圓形 狀的橫截面的平面上與所述圓柱形外殼緊密適配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的閥裝置，其中所述構(gòu)件是板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的閥裝置，其中所述構(gòu)件 是具有稍小于所述圓柱形外殼的內(nèi)徑的直徑的斜切固態(tài)圓柱體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的閥裝置，其中所述閥裝 置包括沿所述外殼的圓周固定布置的多個(gè)出口 (46a-46f)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥裝置，其中所述多個(gè)至少為三，優(yōu) 選地至少為四，并且更4尤選地至少為六。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的閥裝置，其中所述閥裝 置配備有沿所述外殼的圓周固定布置的單個(gè)出口 (71)。
8. —種用于將熱能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利 要求1-7中任意一項(xiàng)所述的閥裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)；以及 所述閥裝置包括沿所述外殼的圓周固定布置的3*N個(gè)出口 (46a-46f),其中N是整數(shù)，優(yōu)選地為偶數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中 所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是單相發(fā)電4幾系統(tǒng)；以及所述閥裝置包括沿所述外殼的圓周固定布置的單個(gè)出口 (71)。
11. 一種發(fā)電廠，包括根據(jù)權(quán)利要求8-10中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電沖幾系統(tǒng)。
12. —種根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的裝置在用于產(chǎn)生電 能的方法或系統(tǒng)中的應(yīng)用。
13. —種閥裝置，包括 圓柱形外殼(41 );在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體(42);固定附接至所述桿體并且與所述圓柱形外殼緊密適配的構(gòu)件 (43),由此限定所述外殼內(nèi)的分離的腔(44a-44b);多個(gè)軸向布置的入口 (45a-45b)，其中每個(gè)入口持續(xù)地與所述 分離的腔中的相應(yīng)腔流體連通；以及沿所述外殼的圓周固定布置的至少一個(gè)出口 (46a-46f; 71),^巾響應(yīng)于所述桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離的 腔以及由此所述軸向布置的入口交替地與所述至少一個(gè)出口的圓周 參考點(diǎn)流體連通，其特征在于所述腔的數(shù)量至少為四。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥裝置，其中所述構(gòu)件包括從所述桿體(42 )軸向以及徑向延伸到所述外殼(1 ) 的側(cè)壁，以及從所述桿體徑向延伸到所述外殼并且在相鄰的所述側(cè) 壁之間圓周延伸的端蓋；以及每個(gè)所述腔(44a-44d)由以下來界定(i)兩個(gè)所述側(cè)壁，(ii) 所述端蓋之一以及(iii)所述圓柱形外殼。
15. —種閥裝置，包括圓柱形外殼(41 );在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體(42);固定附接至所述桿體并且與圓柱形外殼緊密適配的構(gòu)件(43)， 由此限定了所述外殼內(nèi)的分離的腔(44a-44b);多個(gè)軸向布置的入口 (45a-45b),每個(gè)入口持續(xù)地與所述分離 的腔中的相應(yīng)腔流體連通；以及沿所述外殼的圓周固定布置的多個(gè)出口 (46a-46f; 71)，其中響應(yīng)于所述桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離 的腔以及由此所述軸向布置的入口交替地與所述多個(gè)出口流體連 通，其特征在于。沿所述外殼的圓周固定布置的所述多個(gè)出口 (46a-46f; 71 )的 數(shù)量至少為三，優(yōu)選地至少為四，以及更優(yōu)選地至少為六。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的閥裝置，其中沿所述外殼的圓周固 定布置的所述多個(gè)出口 (46a-46f; 71)的數(shù)量至少為六。
17. —種用于將熱能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利 要求13-16中任意一項(xiàng)所述的閥裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中 所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是三相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)；以及所述閥裝置包括沿所述外殼的圓周固定布置的3*N個(gè)出口 (46a-46f),其中N是整數(shù)，優(yōu)選地為偶數(shù)。
19. 一種根據(jù)權(quán)利要求13-16中任意一項(xiàng)所述的裝置在用于產(chǎn)生 電能的方法或系統(tǒng)中的應(yīng)用。
20. —種閥裝置，包括 圓柱形外殼(41 );在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體(42);固定附接至所述桿體并且與圓柱形外殼緊密適配的構(gòu)件(43), 由此限定了所述外殼內(nèi)的分離的腔(44a-44b);以及多個(gè)軸向布置的入口 (45a-45b)，每個(gè)入口持續(xù)地與所述分離的腔中的相應(yīng)腔流體連通，其特征在于，所述閥裝置配備有沿所述外殼的圓周固定布置的單個(gè)出口(71),其中響應(yīng)于所述桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，所述分離的腔以及由此所述軸向布置的入口交替地與所述單個(gè)出口的圓周參考點(diǎn)流體連通。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的閥裝置，其中所述單個(gè)出口 (71)沿著所述外殼的圓周的主要部分延伸。
22. —種用于將熱能轉(zhuǎn)換為電能的單相發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的閥裝置。
23. —種根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的裝置在用于產(chǎn)生電能的方法或系統(tǒng)中的應(yīng)用。
24. —種設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1-7、 13-16或20-21中任意一項(xiàng)所述的閥裝置中的至少兩個(gè)，其中所述至少兩個(gè)閥裝置的構(gòu)件固定附接至單個(gè)桿體并且適于同時(shí)旋轉(zhuǎn)，可選地以在它們之間選擇的相移來旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)閥裝置，包括圓柱形外殼(41)；在所述外殼中對(duì)稱布置的桿體(42)；固定附接至所述桿體并且與圓柱形外殼緊密適配的構(gòu)件(43)，其限定了所述外殼內(nèi)的分離的腔(44a-44b)；沿所述外殼的圓周固定布置的至少一個(gè)出口(46a-46f；61；71)；以及多個(gè)軸向布置的入口(45a-45b)，其中每個(gè)入口都持續(xù)地與各個(gè)分離的腔流體連通，其中響應(yīng)于所述桿體和所述構(gòu)件相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)，軸向布置的入口交替地與沿所述外殼的圓周固定布置的出口流體連通。
文檔編號(hào)F16K11/00GK101641539SQ200880009692
公開日2010年2月3日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者B·羅思曼, G·魯斯伯格, M·達(dá)爾格倫, S·索爾伯恩 申請人:Abb研究有限公司