外围转动的摆动叶片机 相关申请
这份申请要求 2007 年 9 月 21 日申请的美国专利临时申请第 60/974,140 号的利 益。上述申请的内容在此通过引证被并入。
背景技术 摆动叶片机 (OVM) 技术上已有描述而且有提供高流速和高压力的潜能， 但是， 为 了提供高流速和高压力， 它们需要适应高速操作的配置， 例如叶片动作和阀门调节之类。 见 1941 年 10 月 7 日授权给 Mize 的美国专利第 2,257,884 号 ； 1946 年 1 月 15 日授权给 Taylor 的美国专利第 2,393,204 号 ； 1978 年 7 月 11 日授权给 Young 的美国专利第 4,099,448 号 ； 1989 年 4 月 25 日授权给 Ansdale 美国专利第 4,823,743 号 ； 以及 1978 年 3 月 21 日授权 给 Moriarty 的美国专利第 4,080,114 号 ； 这些专利的内容在此通过引证被全部并入。
Mize 的机器把众多摆动叶片放在公共的主舱室中而且依靠叶片在它们的枢轴处 彼此密封的能力封闭对抗防止高压液体向低压区域泄漏。 这种类型的密封充其量是线接触 而且对于高压是不够的。在 Mize 的机器中， 摆动叶片是借助不断地旋转的曲轴 ( 例如， 熟 悉这项技术的人已知的， 用于往复式活塞机的那些 ) 驱动的。流体通过固定的呈放射状安 排的孔口进出舱室， 这些孔口随着叶片摆动被叶片的远端覆盖和打开。这种机器的流动路 径非常像二冲程往复式活塞引擎的情况， 在这种情况下新鲜空气的进气用来驱逐先前烧掉 的废气。同样， Mize 的孔道排列不允许摆动叶片靠它们自己提供有效的进气处理 ； 因此， Mize 利用全能离心送风机使新鲜空气充满舱室。Mize 优选的实施方案利用借助为每个叶 片准备单独的曲柄行程的曲轴驱动的 4 个摆动叶片。
Taylor 揭示一种作为液压马达使用的摆动叶片机， 其中一个叶片被装在一个主舱 室里面， 借此使密封叶片和它的枢轴变得更实际。 这种类型的安排较好地适合较高的压力 ； 然而， 除非使用平衡锤， 否则摆动叶片的高速动作将生产过度的震动。
Young 揭示一种借助齿轮组和在每个叶片的轴上的溢流离合器驱动的双叶片机 器。溢流离合器不提供摆动叶片机在高速下需要的可靠的同步运动。在一个实施方案中， 揭示一对转动阀控制流体进出机器的流动。在另一个实施方案中， Young 利用复杂的转动 阀系列与提升阀相结合。每逢流体经过阀门， 它都失去能量并且代表效率低的根源。在这 个实施方案中， 流体必须每条代表效率非常低的流动路径的线路经过至少五个阀门。 然而， 提升阀有能够在产生摩擦的情况下靠压力载荷密封的优势。
Ansdale 揭示单叶片机， 其中叶片是借助曲轴驱动的， 用独立的平衡锤减少震动。 在一个实施方案中， Ansdale 使用压力驱动的簧片阀。在另一个实施方案中， 揭示一种定时 打开和关闭的凸轮和弹簧驱动的提升阀， 而在第三个实施方案中使用定时打开和关闭的转 动阀。
Moriarty 揭示一种两个沿直径对置的叶片附着在单一枢轴上的机器。 他称这个组 件为活塞组件并且展示了一个利用一个活塞组件的实施方案和另一个利用两个活塞组件 的实施方案。他还揭示了对有不断地旋转的输入 / 输出轴的用来驱动摆动活塞组件的章动
驱动机制的改进。 Moriarty 还揭示一种在用惯性和压力差驱动的挡板阀控制叶片孔口的打 开和关闭的情况下流体先经过叶片枢轴然后经过叶片本身进入活塞室的新颖的流动路径。 他还在另外的实施方案中把各种不同的簧片阀用于流体入口和排放口。 与所有的早期机器 一样， Moriarty 在保持机器小巧的同时不提供支持高流速的流动路径。
在 Chomyszak 描述的和在共用未审的于 2007 年 2 月 12 日申请的美国专利临时申 请第 60/889,315 号和于 2006 年 9 月 22 日申请的美国专利临时申请第 60/846,543 号 ( 两 者都在此通过引证被全部并入 ) 中揭示的自动平衡的、 绕中心转动的摆动叶片机中， 为了 减少驱动机制中的应力， 叶片枢轴必须被进一步推开。
缩写
CAES， 压缩空气储能装置 ； DRIV， 蜻蜓旋转或旋转入口阀 (Dragonfly rotating or rotary inlet valve) ； EMP， 能量管理程序 ； LSE， 负荷服务实体 ； OVM， 摆动叶片机 ； OVMC， 摆 动叶片机型压缩机 ； OVME， 摆动叶片机型膨胀器。 发明内容 本发明指向适合作为压缩机或作为膨胀器使用的而且有利用小巧且廉价的预装 件产生高流量和高压力的潜能的外围转动的摆动叶片机 (OVM)。 更明确地说， 本发明涉及包 括优质元素叶片 2 的结构、 布置和定相 ； 允许摆动叶片机以较高的速度工作而且在流速、 效 率和灵活性方面提供显著提高的阀门 18 驱动和外表面端口。
本发明的外围转动的 OVM 维持 OVM 的紧凑性， 但是与现有技术揭示的其它多叶片 机器相比将减少驱动机制上的负荷。 因此， 在许多方面， 本发明是显著地背离技术上已知的 摆动叶片机， 包括 Chomyszak 先前揭示的那些。
明确地说， 本发明的目的是提供一种摆动叶片机 (OVM)， 其中叶片 2 能以高速运转 而且使机械负荷最小化， 其是通过使叶片枢轴 7 位于距驱动机制轴增加的距离处， 以允许 空间适合于更大的驱动机制， 所述的更大的驱动机制具有良好的几何形状， 且能够把更多 的功率传送给叶片 2 而且同时维持合理的机械负荷和设计的整体紧凑性。
在一个实施方案中， 本发明提供一种摆动叶片机， 其中包括 ： (a) 定子 1， 该定子有 中央定子轴线 ； (b) 容纳在所述定子 1 中而且安排在所述中央定子轴线周围的众多主舱室 16 ； (c) 众多外围转动的叶片 2， 其中所述众多外围转动的叶片 2 逐一放置在所述众多主舱 室 16 之一中 ； (d) 至少一个驱动机制， 该驱动机制驱动所述众多外围转动的叶片 2 中的一 个或多个 ； (e) 至少一个与每个主舱室 16 流体连通的入口 8 ； 以及 (f) 至少一个与每个主舱 16 室流体连通的排放口 9。
在一个实施方案中， OVM 的改进是通过修改和优化机器的定相和利用几种驱动机 制之中的任何一种完成的。因此， 本发明的目的是提供外围转动的叶片 2 的失相动作， 以便 将流体吸入和排放路径的脉动效应减到最少并减少驱动机制中扭矩峰值的大小。然而， 叶 片 2 的动作不需要是完全失相的而且在特定的环境中可能是定相的。
本发明的另一个目的提供一种有改良的孔道 [8][9] 配置和阀门 18 动作和控制的 摆动叶片机。
在一个实施方案中， 本发明提供一种 OVM， 其中入口 8 和排放口 9 位于或放置在摆 动叶片机的一个或多个外表面。在这个实施方案中， 入口 8 和 / 或排放口 9 可能是阀门 18，
而且这些阀门 18 可能是伺服机构控制的转动阀 43。
在另一个实施方案中， 入口 8 和 / 或排放口 9 也可能是这样配置的， 以致它们位于 中央。
本发明的另一个目的是为应用选择和落实适当的驱动机制。在一个实施方案中， 驱动机制或驱动器是主从径向驱动机制 54。
在另一个实施方案中， 驱动机制或驱动器是带齿轮 28 的曲柄摇杆。
在另一个实施方案中， 驱动机制或驱动器是带齿轮 27 的曲柄滑块。
在另一个实施方案中， 驱动机制或驱动器是止转棒轭 29。
在另一个实施方案中， 驱动机制或驱动器是带连杆机构 53 的曲柄滑块。
本发明的 OVM 可能进一步包括在所述众多主舱室 16 中每一个主舱室提供的一对 流体入口 8 和一对排放口 9。
本发明的 OVM 的主舱室 16 可以按多种安排配置， 只要至少两个舱室 16 中被配置 成包含外围转动的叶片 2 即可。在一个实施方案中， 众多主舱室 16 呈单向配置。在另一个 实施方案中， 它们是按交替式样配置的。
本发明还提供叶片 2 和轴 7 整合的组件产品， 该组件至少包括 (a) 有整体轴 7 的叶 片 2 主体、 (b) 一个或多个附着在所述叶片 2 主体的每个末端的端盖 11 和 (c) 密封垫 10， 其中所述密封垫 10 是在 (a) 和 (b) 的外表面上提供的。 附图说明 本发明的上述和其它目的、 特征和优势通过下面的对在附图中举例说明的本发明 的实施方案的更具体的描述将变得显而易见， 在这些附图中相似的参考字符在不同的视图 中始终代表同一部份。这些附图不必依比例绘制， 而是改为把重点放在举例说明本发明的 原则上。
图 1 是本发明的整体式叶片 2 和轴 7 的分解图， 展示与轴 7 和两个带密封垫 10 的 端盖 11 成一体的叶片 2。
图 2 展示图 1 的紧缩视图， 展示真正用于机器时的组件。
图 3A 到 3D 展示本发明的整体式叶片 2 和轴 7 的四幅视图， 俯视图 (A)、 侧视图 (B)、 侧视图 (C) 和底部视图 (D)。
图 4A 到 4C 展示叶片 2 端盖 11 的两幅末端视图 (A， 叶片末端 ； B， 密封末端 )， 以及 通过密封末端视图的平面 AA 截取的叶片端盖 11 的截面图。
图 5A 和 5B 描绘在本发明的 OVM 中舱室 16 的交错安排 (A， 以外围为枢轴 ； B， 以中 心为枢轴 )。
图 6A 到 6C 描绘本发明的有两个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和 三维图。
图 7A 到 7C 描绘本发明的有三个叶片 2 的外围转动的 OVM 末端视图， 边视图和三 维视图。
图 8A 到 8C 描绘本发明的有四个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和 三维视图。
图 9A 到 9C 描绘本发明的有五个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和
三维视图。
图 10A 到 10C 描绘本发明的有六个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图 和三维视图。
图 11A 到 11C 描绘本发明的有七个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图 和三维视图。
图 12A 到 12C 描绘本发明的有八个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图 和三维视图。
图 13A 到 13C 描绘本发明的有九个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图 和三维视图。
图 14A 到 14C 描绘本发明的有十个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图 和三维视图。
图 15A 到 15C 描绘本发明的有十一个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视 图和三维视图。
图 16A 到 16C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有两个叶片 2 的外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。 图 17A 到 17C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有三个叶片 2 的外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 18A 到 18C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有四个叶片 2 的外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 19A 到 19C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有五个叶片 2 的外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 20A 到 20C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有六个叶片 2 的外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 21A 到 21C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有七个叶片 2 的外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 22A 到 22C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有八个叶片 2 的外围转动 的 OVM 末端视图、 侧视图和三维视图。
图 23 一到 23 个 C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有九个叶片 2 的外围 转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 24A 到 24C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有十个叶片 2 的外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 25 到 25C 描绘本发明的带主从径向驱动机制 54 的有十一个叶片 2 外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 26A 到 26C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有两个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 27A 到 27C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有三个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 28A 到 28C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有四个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 29A 到 29C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有五个叶片 2 的外围转动的 OVM 末端视图、 侧视图和三维视图。
图 30A 到 30C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有六个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 31A 到 31C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有七个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 32A 到 32C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有八个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 33A 到 33C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有九个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 34A 到 34C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有十个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 35 到 35C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 27 的曲柄滑块的有十一个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 36A 到 36C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有两个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。 图 37A 到 37C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有三个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 38A 到 38C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有四个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 39A 到 39C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有五个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 40A 到 40C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有六个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 41A 到 41C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有七个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 42A 到 42C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有八个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 43A 到 43C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有九个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 44A 到 44C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有十个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 45A 到 45C 描绘本发明的采用带齿轮驱动机制 28 的曲柄摇杆的有十一个叶片 2 的外围转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 46A 到 46C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有两个叶片 2 的外围转 动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 47A 到 47C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有三个叶片 2 的外围转 动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 48A 到 48C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有四个叶片 2 的外围转
动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 49A 到 49C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有五个叶片 2 外围转动 的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 50A 到 50C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有六个叶片 2 的外围转 动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 51A 到 51C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有七个叶片 2 的外围转 动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 52A 到 52C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有八个叶片 2 的外围转 动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 53A 到 53C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有九个叶片 2 的外围转 动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 54A 到 54C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有十个叶片 2 的外围转 动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。
图 55A 到 55C 描绘本发明的采用止转棒轭驱动机制 29 的有十一个叶片 2 的外围 转动的 OVM 的末端视图、 侧视图和三维视图。 图 56A 到 56E 描绘在本发明的 OVM 的两个面或末端上的驱动机制的五幅视图 (A 和 B 是末端视图， C 和 D 是三维视图， E 是侧视图 )。
图 57A 到 57C 描绘本发明的 OVM 的替代孔道安排 ； 57A 展示有两个入口 8 陪伴的 中心排放口 9 ； 57B 展示并排的孔道安排， 其中任一孔口都可能作为入口 8 或排放口 9 ； 57C 展示上下安排， 这种安排类似于 57B 的实施方案可能有作为入口 8 或排放口 9 的顶部或底 部。
图 58 展示本发明的安装在电动伺服马达 41 上的蜻蜓旋转入口阀 (DRIV) 的侧视 图。DRIV 是按打开位置展示的。
图 59 展示本发明的安装在电动伺服马达 41 上的蜻蜓旋转入口阀 (DRIV) 的侧视 图。DRIV 是按关闭位置展示的。
图 60 展示本发明的安装在电动伺服马达 41 上的蜻蜓旋转入口阀 (DRIV) 的三维 视图。
图 61 举例说明本发明的多个 DRIV 组合形成安装在共用的伺服马达轴上的一个转 动阀的配置。
图 62 举例说明压缩空气系统， 该系统将本发明的 OVM 和 DRIV 合并。
图 63 举例说明本发明的多个 DRIV 安装在本发明的 OVM 的外壁上的配置。
图 64A 到 64D 举例说明有可以用来驱动本发明的 OVM 的连杆机构驱动机制 53 的 曲柄滑块。
具体实施方式
本发明的优选实施方案的描述如下。
人们已经从现有技术中和 Chomyszak 完成的早期工作中领会到， OVM 提供与它的 大小和重量相比非凡的流体压缩或膨胀能力比。申请者已经发现限制 OVM 实现它的潜能的 是传递到与摆动叶片 2 对接的驱动机制上的负荷可能是极高的。对于给定的功率水平， 有四种改善驱动机制的方法， 以致它能够经受住通过它传 递的功率 ： 1) 使用更结实的材料， 2) 使用更大的零部件， 3) 减少负荷， 或 4) 修改零部件的 几何形状。对迄今正在运转的 OVM 在设计、 分析、 建造和测试方面完成的工作已经表明零部 件上的负荷是由三个来源产生的 ： 摩擦、 惯性和压力差。
磨擦成份与其它来源相比相对较小， 而且熟悉这项技术的人会理解有很多方法减 少摩擦。
惯性成份是由摆动的绝对性质产生的， 借此块状物必定沿着一个方向加速， 减速 到完全停止， 沿着相反方向加速， 减速到停止， 无休止地进行下去。由于惯性造成的负荷是 零部件的质量、 它们的尺寸和加速和减速的比率的函数。
由叶片 2 的高压边和叶片 2 的低压边之间的压差产生的负荷与该压差的大小及其 作用面积成正比， 而且直接地与叶片 2 的尺寸和大小有关。压差的大小是由应用 (OVM 是为 它设计的 ) 决定的。
由于摩擦、 惯性和压差造成的组合负荷导致在压缩机的情况下驱动机制必须克服 的摆动叶片 2 上的抗转矩。在膨胀器的情况下， 能量是经由压差进入驱动机制然后被摩擦、 叶片惯性和附着在膨胀器的外部负荷从驱动机制中取出的。
假定惯性负荷和压差造成的负荷直接于叶片 2 的大小和尺寸相关联， 为了针对给 定的应用以给定的速度提供适当的体积流量， 注意选择叶片 2 的尺寸以产生适合叶片 2 在 其中工作的舱室 16 或舱室体积是重要的。选择叶片 2 尺寸的出发点是对叶片 2 顶端 ( 远 端 ) 的密封件 ( 所示的密封垫 10) 可接受的平均顶端速度作出决定。如果顶端密封是接触 型或游隙型的， 那么顶端速度考虑是不同的。顶端速度连同叶片 2 摆动频率和叶片 2 摆动 经过的摆角的大小决定叶片 2 远端的最大半径。一旦这个被确定下来， 叶片 2 的长度就被 选定， 以便提供必需的舱室体积， 。
一旦确定叶片 2 的全部尺寸， 就选择在功率、 温度、 耐腐蚀性、 寿命和成本方面与 应用相容的材料。选定的尺寸和材料组合决定叶片 2 的质量， 后者部份地决定惯性。
现在看一看在压缩机的情况下将输入功率来源直接地与摆动叶片 2 连接起来的 驱动机制。假定惯性和压力负荷先前已经确定， 为了将 OVM 零部件上相关联的负荷减少到 可接受的限度， 需要就材料选择和驱动机制配置作出决定。
已经得到的减少驱动机制上的负荷的最有影响的发现之一是反转 OVM， 以便其摆 动叶片 2 的枢轴不再密集地朝机器中心的位置群集和允许叶片 2 的枢轴装在机器的外围， 在这种情况下它们距驱动机制的旋转中心的距离较大。 这个配置方面的改变为更坚固的驱 动零部件准备附加的空间， 同时保持最初的令人想要的 OVM 紧凑性概念。
本发明也不同于先前 Chomyszak 描述的 OVM， 因为， 由于新颖的配置， 它们能连同 驱动机制一起建造在机器的一端或两端， 或正面。所以， 一些叶片 2 可能是靠一个驱动机制 驱动的而其它的叶片可能是靠第二驱动机制驱动的。 驱动机制可能是同一类型的也可能是 不同的推进机制。因此， 通常的轴可能被加工成从两端驱动。这有效地分配驱动负荷而且 如果有必要考虑到为较坚固的驱动机制零部件留下额外的空间。
将叶片枢轴 7 反转到机器的外围的第二个好处是每个舱室 16 的端壁朝向外围。 这有助于直接选择气体经由位于每个舱室 16 的端壁的孔口和阀门 18 进出舱室 16 的路线。 它还通过使那些阀门调节装置位于机器外部大大改善它们的易接近性更好地促进 OVM 上使用的阀门调节装置的组装、 维护和修理。
现在参照附图， 这些视图只是为了举例说明本发明的优选和替代实施方案的目 的， 不作为对本发明的限制。虽然摆动叶片机是作为压缩机或膨胀器设计的并将在下文中 描述， 但是人们将领会到牵涉到的全部富有创造性的概念也可以适用于许多其它的机器环 境， 例如， 引擎和泵。
图 1 展示本发明的转动叶片 2。当并入本发明的摆动叶片机 (OVM) 的时候， 转动 叶片 2 必然是沿着、 围绕着或在 OVM 的边界配置的。因此， 在此作为术语使用的 “外围转动 的叶片” 意味着转动叶片 2 被配置成有它的转动轴线 ( 沿着转动轴 7， 术语 “叶片枢轴” 、 转 动轴和转动轴线在此可被交换使用 ) 空间上位于 OVM 边界的方向， 而它的叶片 2 位于它的 转动轴线和 OVM 的中心轴线之间。外围转动的叶片 2 的动作是这样的， 以致至少叶片远端 表面 13 的路径定义的叶片 2 的扫掠路径的一部分越过 OVM 的中心线平面。所以， 动作可能 在方向上向 OVM 的中心轴线集中或者可能是偏离中心的。本发明的外围转动的叶片 2 的定 位不同于 Chomyszak 的依枢轴转动的叶片 (2007 年 2 月 12 日申请的美国专利临时申请第 60/889,315 号 )。在 Chomyszak 的申请 (60/889,315) 中， 叶片转动轴线是向 OVM 的中心定 位的 ( 枢轴在中央 )， 而叶片 2 在空间上位于叶片的转动轴线和机器的边界之间。 本发明的依枢轴转动的叶片 2 是这样制造的以致沿着叶片轴 7 可允许的扭矩达到 最大值。这是通过使用叶片 2 和轴 7 的整合结构实现的。就结构而言， 有利用整块制作的 叶片 2 和轴 7 是比较好的。在抗击由于惯性和 / 或压力差造成的逐渐增加的负荷的时候， 这是有用的。
在这个图 1 展示的实施方案中， 依枢轴转动的叶片 2 的轴 7 和叶片 2 被加工成一个 整体， 而端盖 11 被机械加工成适合附着在整合的轴 7/ 叶片 2 部件的两端。端盖 11 提供便 于在机械加工期间把在叶片 2 组件的两端使用的密封细节并入的装置。端盖 11 是与附着 表面一起制造的， 然后使用紧固件 12( 例如， 螺钉 ) 附着到轴 7/ 叶片 2 整体部件上。熟悉 这项技术的人将理解可能利用任何附着方式， 例如， 举例来说， 螺钉、 销钉、 粘接剂， 等等。 因 此， 本发明的带端盖 11 的叶片 2 和轴 7 一体式组件代表超越早先的叶片组件的重大改进。
虽然图中展示的是每个端盖 11 只有两个用于紧固件 12 的孔， 但是可能使用更多 或更少的紧固件 12， 取决于其它的设计考虑。除此之外， 虽然在图中没有展示， 但是按每个 端盖 11 后面和叶片 2 主体两端的配准特征机械加工可能也是令人想要的。 以这种方式， “配 准” 可以用来提供端盖 11 与叶片 2 主体的对准和提供在两个结合部机械密封的装置。配准 可能是熟悉这项技术的人已知形状或特征的任何突起 / 凹陷组合。
本发明的转动叶片 2 组件也可能是为包含密封垫 10 而制造的。这样的密封垫展 示在图 1 中而且包含在外表面四周的槽形谷。当转动叶片 2 与端盖 11 装配在一起的时候， 密封垫 10 形成连续的凹槽， 以致整个外表面在 OVM 的操作期间可以是密封的。
本发明的摆动叶片机的外围转动的叶片 2 可以依据机器的应用或倾向性用途从 各式各样的材料中挑选和选择材料来制造。举例来说， 在低压和低温下， 外围转动的叶片 2 可能是用塑料或类似塑料的材料制造的。在高压和高温下， 可能需要利用较坚固的材料 ( 例如， 金属或陶瓷 ) 制造外围转动的叶片 2。所以， 依照本发明， 外围转动的叶片 2 可能是 利用钢、 铝或任何金属、 塑料、 陶瓷、 复合材料、 聚合物或类似的材料制造的。 此外， 在外围转 动的叶片 2 上镀或重叠注塑一层第二材料的膜层、 薄膜或沉积物可能是有利的。镀或重叠
注塑可能包含与外围转动的叶片 2 的基体一样的材料， 或者可能在类型或数量方面是不同 的。举例来说， 外围转动的金属叶片 2 可能被镀或重叠注塑上一层聚合物或塑料以便通过 减少摩擦改善主舱室 16 里面的运动。重叠注塑也能用来减轻转动叶片 2 的重量， 这将依次 减少它的惯性。重叠注塑和电镀可能是对外围转动的叶片 2 的全部表面或只对其选定的表 面完成的。
本发明的摆动叶片机的外围转动的叶片 2 也可能是为遭受或经得住特定程度的 变形设计的。 通常， 较大的机器 ( 例如， 较大的外围转动的叶片 2) 能经得起较大的变形。 人 们理解技术上摆动叶片 2 的一个问题是有害的谐波。因此， 需要设计本发明的叶片 2 和叶 片动作系统避免任何有害的谐波事件。这个问题是通过选择外围转动的叶片 2 的材料、 尺 寸和比例和外围转动的叶片 2 摆动的加速和减速分布图处理的， 以便外围转动的叶片的谐 振幅度被减到最小和发生在比外围转动的叶片 2 将用以操作的频率更高的频率， 借此避免 来自外围转动的叶片 2 或动作系统的有害的谐波贡献。
在本发明的一个实施方案中， 众多外围转动的叶片 2 之中的一个或多个叶片的平 行于枢轴 7 轴线的远端表面 13 是实质上平坦的、 中凸的、 凹陷的、 环形的、 倾斜的或能用数 学方程详细描述的任何非平直形状的表面着。 在本发明的另一个实施方案中， 众多外围转动的叶片 2 之中的一个或多个叶片的 侧面 14 或叶面 15 是实质上平坦的、 中凸的、 凹陷的、 环形的、 倾斜的或能用数学方程详细描 述的任何非平直形状。
此外， 本发明的摆动叶片机的外围转动的叶片 2 可以围绕着它们的枢轴 7 转到任 何想要的角度。
图 2 举例说明组装后带端盖 11 的一体式叶片 2 和轴 7。
在图 3A-D 中， 展示一体式叶片 2 和轴 7 的四幅视图。密封垫 10 在俯视图和仰视 图中是看得见的。另外， 在图 3B 中注意到的是为叶片主体表面指定的命名法。这些包括叶 面 15、 侧面 14 和远端表面 13。图 3C 展示一体式叶片轴 7 的端视图。这张图展示作为非必 选特征的两个中空的洞。这些特征在组件重量有问题的时候可能是有用的。
图 4A-C 展示叶片端盖 11 的三幅视图。图 4A 展示叶片 2 的端视图， 而 4B 展示密 封件的端视图。图 4C 展示沿着穿过图 4B 的平面 “AA” 截取的截面图。请注意用于紧固件 12 的排屑孔就大小、 位置和数目而论是非必选的。
图 5 举例说明两种可供选择的 OVM 的舱室 16 配置方法， 虽然可能有许多种取向。 如图所示， 舱室 16 可能是交替的或单向的。计划每个将装至少一个转动叶片 2。请注意在 交替的视图中， 这些舱室 16 有混合的动作方向， 其中一些舱室是为容纳外围转动的转动叶 片 2 设计的， 而另一些是为容纳将依中心转动的叶片设计的。
依照本发明， 当转动叶片 2 被安排在周边的时候， 可能有许多种配置的舱室数和 布置。图 6 到图 15 描绘本发明的有 2 个到 11 个独立的外围转动的叶片 2 分别在 2 个到 11 个舱室 16 中工作的摆动叶片机。在每张图中， 展示三幅视图 ： 展示叶片和定子 1 的端视图， 展示孔口 [8][9] 的侧视图， 和为了清楚展示叶片 2、 孔口 [8][9] 和定子 1 的三维视图。熟 悉容积式机器的技术的人应该明白在舱室 16 里面用来密封工作流体的舱室 16 的壁和 / 或 叶片密封件能涂上一层摩擦涂料以减少由于密封件 ( 所示的密封垫 10) 接触舱室 16 的壁 造成的磨损和 / 或摩擦。
在所有的情况下， 舱室 16 都被包含在定子 1 里面。 定子可能是有众多舱室 16 的整 体式构造， 或者可能是子定子 1 的组件， 每个子定子包含个别的舱室 16 或舱室 16 的子集。 人们将理解， 因为叶片 2 在主舱室 16 里面摆动或依轴转动， 第一和第二叶面 15 可能被称为 “领先” 表面和 “拖后” 表面。这些术语相对于转动叶片 2 的运动方向而论的， 所以， 在讨论 转动叶片 2 的运动方向的时候， 叶面 15 的取名是可互换的。
图 6 展示两个外围转动的叶片 2， 每个叶片都在主舱室 16 内。在所有的实施方案 中， 主舱室 16 的开放空间在被转动叶片 2 占据的时候可以用领先舱室和拖后舱室定义。人 们将理解因为叶片 2 在舱室 16 里面摆动或依轴转动， “领先” 和 “拖后” 是相对于转动叶片 2 的运动方向而论的， 所以这些子舱室的分类是可互换的， 取决于转动叶片 2 的方向。主舱 室 16 是进一步用叶片远端表面 13 路径定义的舱室远端表面 23、 两个 ( 第一和第二 ) 舱室 端壁表面 24 和从叶片枢轴 7 的半径延伸到舱室远端表面 23 的所述叶片横向表面 25 路径 定义的两个 ( 第一和第二 ) 舱室横向表面定义的。在图 6 中， 图画的平面定义横向舱室表 面之一。当每个叶片围绕着它的旋转轴来回摆动的时候， 那对叶片横向表面 14( 图 3B) 定 义一对叶片横向表面路径。
本发明的 OVM 可能采用几种外形之中的任何一种形状。 这个形状可能是用舱室 16 的数目和舱室 16 相互之间的最佳距离决定的。外形也可能不取决于其中包含的叶片 2 或 舱室 16 的数目。举例来说， 在三叶片机器的叶片 2 之间能实现的最大距离将呈现三角形配 置。对于四叶片的机器， 它将是正方形。然而， 在这个实施方案中， 定子 1 可能是以这样的 方式配置的， 以便为特定的用途优化机器的孔道布置面或机器的尺寸 / 形状， 而且可能即 使 OVM 包含外围转动的叶片 2 的三个舱室 16 也不是三角形的。依照本发明， 定子 1 包含三 舱室的 OVM 可能是这样形成的， 以致它呈现正方形或其他形状的外表面。 本发明包括呈现长方形 (2- 边 )、 三角形 (3- 边 )、 正方形 (4- 边 )、 五角形 (5- 边 )、 六角形 (6- 边 )、 七角形 (7- 边 )、 八边形 (8- 边 )， 九边形 (9- 边 )， 十边形 (10- 边 ) 和十一 边形 (11- 边 ) 之中任何形状的 OVM。包含 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10 或 11 个舱室 16 的 OVM 都 在本发明的范围之内。
本发明的摆动叶片机不管舱室数目或总尺寸如何可以用几种驱动机制或系统之 中的任何一种驱动。 这些包括但不限于 ： 主从径向驱动机制 54、 曲柄滑块机制 27、 齿轮驱动 的曲柄摇杆驱动机制 28 和止转棒轭机制 29。除此之外， 本发明的 OVM 可以从 OVM 的正面或 或末端驱动。
图 16-25 分别举例说明本发明的用主从径向驱动机制 26 驱动的有 2 到 11 个独立 的外围转动的叶片 2 在 2 到 11 个舱室 16 中操作的摆动叶片机。在每张图中， 展示三个视 图： 展示主连杆 4 和从动连杆 5、 叶片 2 和叶片杠杆臂 3 和定子 1 的端视图、 展示入口 8 和 排放口 9 和单曲拐曲轴 6 的侧视图和为了清楚展示端视图和侧视图的诸元素的三维视图。
虽然主连杆 4 和从动连杆 5 都尚未标注， 但是熟悉这项技术的人将领会到这种类 型的驱动机制必须有与从动连杆 5 连结的主连杆 4。
图 26-35 分别举例说明本发明的用曲柄滑块驱动机制 27 驱动的有 2 到 11 个独立 的外围转动的叶片 2 在 2 到 11 个舱室 16 中操作的摆动叶片机。在每张图中， 展示三个视 图： 展示主动齿轮 19、 从动齿轮 20、 叶片 2、 叶片轴小齿轮 21、 滑块 30、 滑块连杆机构 31、 定 子 1 以及滑块 30 运动的端视图 ； 展示展示从动齿轮 20、 滑块连杆机构 31、 滑块 30、 叶片轴
小齿轮 21 和定子 1 的侧视图和为了清楚展示端视图和侧视图的诸元素的三维视图。熟悉 这项技术的人将领会到滑块 30 可能需要线性导槽而齿轮 [19][20][21] 可以用任何适当的 轴承或轴衬安排支撑。
图 36-45 分别举例说明本发明的用齿轮驱动的曲柄摇杆驱动机制 28 驱动的有 2 到 11 个独立的外围转动的叶片 2 在 2 到 11 个舱室 16 中操作的摆动叶片机。在每张图中， 展示三个视图 ： 展示从动齿轮 20、 叶片 2、 叶片杠杆臂 3、 连杆机构臂 32、 主动齿轮 19 和定 子 1 的端视图， 也展示从动齿轮 20、 连杆机构臂 32、 叶片杠杆臂 3、 叶片转动轴 7 和定子 1 的 侧视图和为了清楚展示端视图和侧视图的诸元素的三维视图。 熟悉这项技术的人将领会到 齿轮可以用任何适当的轴承或轴衬安排支撑。 熟悉这项技术的人也可能进一步领会到齿轮 [19][20][21] 可能被皮带和皮带轮或链条和扣链齿代替。
图 46-55 分别举例说明本发明的用止转棒轭驱动机制 29 驱动的有 2 到 11 个独立 到的外围转动的叶片 2 在 2 到 11 个舱室 16 中操作的摆动叶片机。在每张图中， 展示三个 视图 ： 展示轭 22、 连杆 33、 叶片杠杆臂 3、 曲轴 34、 定子 1 和轭 22 的运动的端视图， 展示曲柄 34、 轭 22、 连杆 33、 叶片杠杆臂 3、 叶片转动轴 7、 入口 8 和排放口 9 以及定子 1 的侧视图， 以 及为了清楚展示端视图和侧视图的诸元素的三维视图。熟悉这项技术的人将领会到轭 22 可能需要线性导槽。
图 56A-E 举例说明在本发明的 OVM 的两个面或两端上的驱动机制的五幅视图 (A 和 B 是端视图， C 和 D 是三维视图， E 是侧视图 )。
其它的可能使用的驱动机制包括但不限于 ： 支架和小齿轮系统、 凸轮和凸轮轴、 杆和曲轴、 desmodromic 传动系统、 带一个或多个弹簧的凸轮、 凸轮和杆、 附着在枢轴上 的摆动齿轮、 带销钉的二联凸轮、 带齿轮的二联凸轮、 切向扭转装置 (tangentialtorqing device)。
依照本发明， 已经发现了大大改善摆动叶片机内的气体管理的新颖的孔道配置。 进排气岐管的气体动力学也受完全定相运动产生的引起管道系统振动 ( 破坏管道 ) 和对进 排气阀 18 的操作产生负面影响的脉动效应的负面影响。
在研究本发明的 OVM 的机器动力学和流动时， 申请者注意到如果那些转动叶片 2 是按定相的或同步的方式动作， 所有经历同样的定相加速和加载曲线的叶片 2 产生的扭矩 尖峰需要极大的飞轮来抑制扭矩尖峰。 就处理这些扭矩尖峰必需的驱动机制零部件的尺寸 和抑制所述的扭矩尖峰所需要的飞轮重量而言， 这是棘手的。
回避这个问题意味着多叶片的摆动叶片 2 的机器的实际落实应该有异相运动的 叶片 2。这将减少扭矩尖峰和脉动效应。如同在此使用的那样， 术语 “失相” 意味着叶片 2 的压缩或膨胀阶段是彼此不完全同步的。所以， 有与驱动机制允许的一样多的叶片 2 是各 别失相的。 这是与 Chomyszak(2007 年 2 月 12 日申请的美国专利临时申请第 60/889,315 号 和 2006 年 9 月 22 日申请的美国专利临时申请第 60/846,543 号 ) 的总是同相的叶片 2 的 自动平衡的同步运动相反。
失相的另一个好处是破坏机器的谐振， 以致任何不想要的频率都不被激发或增 强。以这份揭示武装起来的熟悉这项技术的人将理解适当地选择叶片 2 和驱动机制的数目 ( 包括选择用来制造它们的材料 ) 能导致最佳的脉动谐波和较小的扭矩尖峰。 举例来说， 单 一叶片 2 的机器将被期望只在一个频率谐振从而使调谐变得困难。然而， 随着叶片 2 的数目逐渐增加， 必须管理的谐波的特性和强度也逐渐增加。在本发明中， 利用的叶片 2 越多， 在适合任何特定应用的设计中提供的谐波调谐的自由度也越多。
结果， OVM， 包括合并转动阀 43 的应用， 对脉动问题更有免疫力。事实上， 技术上已 经花费很多努力提供抑制掉往复式活塞压缩机中的脉动的缓冲瓶 (surge bottles)。
在此揭示的驱动机制 54 中， 有三种允许叶片 2 的运动失相 ： 主 / 从径向驱动 54、 曲 柄摇杆 28( 带齿轮 ) 和曲柄滑块 27( 带齿轮 )。使叶片 2 的运动失相的驱动机制将需要平 衡叶片 2 失相引起的机械震动所必需的附加特征。那些从动机制可能是机械的或电动的。
依照本发明， 揭示了在 OVM 的孔道安排方面的改进。业已发现在排放事件期间在 舱室 16 的离排放口 9 最远的末端将有非常大的升压。这个升压消耗过多的能量， 而且增加 叶片 2 上的局部负荷， 两者都不是令人想要的。当排放口 9 被重新定位到机器的中心的时 候， 该升压被大幅度减少。这能作出如下解释。当来自舱室 16 的气体被推过排放口 9 的时 候， 它起先在平行于叶片 2 和孔口 9 的侧壁 15 的平面中前进， 但是随后它需要转 90 度以便 从孔口 9 流出。当排放口 9 位于接近舱室末端的地方的时候， 气体 “拐弯” 的能力受到阻碍。 当排放口 9 位于中心的时候， 气体从两个方向接近孔口 9， 而且当那两个气流彼此相遇的时 候， 它们起到更加有效地 “拐弯” 的作用， 借此减少排放过程中的舱室 16 升压。
图 57A-C 举例说明三种替代的孔口安排， 其中两种利用上述的发现。这两种被展 示在图 57A 和 57C 中。图 57A 是与成双的入口 8 一起的中心排放口 9。图 57B 是并排的配 置和图 57C 是一上一下的安排， 其中入口 8 和排放口 9 两者都位于中心， 其中任何一种安排 都适用于本发明的 OVM。
本发明的摆动叶片机的阀门 18 可能是与大气流体连通的、 彼此流体连通的或与 其它装置流体连通的。
本发明的装阀系统也可能配置成包含把阀门 18 接到机器的增压室的管道系统 ； 这与用于气体管理的输送 / 收集系统类似。
在本发明中有用的阀门 18 包括固定阀、 转动阀、 铰接阀、 升降阀、 簧片阀 ( 或高频 阀 )、 平板阀、 槽阀、 挡板阀等等。机器的阀门 18 可能也是按直线或按预先选定的图式布署 的。
空气压缩机被用于各式各样的应用。在大多数情况下， 该应用对压缩机输出能力 (CFM) 和压力 (psi) 有不同的要求。 为了满足这些不同的要求， 压缩机为了达到该要求使用 多种方法来控制操作特性。利用在此揭示的蜻蜓旋转入口阀 (DRIV) 提供有效地改变压缩 机入口条件的新的独特的方法控制它的输出能力和改善它的总体绝热效率在这项发明的 范围之内。
为此， 本发明还提供控制容积式压缩机 ( 具体地说， 摆叶式压缩机 ) 的输出能力的 新颖方法， 其中转动阀 43 允许外面的空气经由在阀门 43 的边界上形成的通道与压缩腔相 通。还提供了通过优化其内部的压缩比改善容积式压缩机 ( 具体地说， 摆叶式压缩机 ) 的 总体绝热效率的新颖方法。在这个实施方案中， 密封系统是在阀门 43 的入口和出口通道周 围形成的， 以避免压缩空气泄露和减少加到阀门 43 上的径向负荷。固定在转动阀 43 一端 的轴衬帮助承受径向负荷。直接装在阀门 43 另一端的马达 41 帮助承受径向负荷并且提供 旋转运动相对于压缩机曲柄角度控制所述阀门 43 的位置。 与马达 41 连接的马达控制器 47 读出压缩机曲柄角度和要求信号并且把适当的输出信号提供给马达 41 根据一组预先编程的算法将阀门 43 定位在预期的位置。
现在参照图 58， 本发明的 DRIV 包含安装在伺服电机 41 上的转动阀 43， 该伺服电 机本身经由马达适配器 40 安装在壳体 39 上从而允许阀门 43 在壳体 39 中旋转。在壳体 39 的顶端是入口， 该入口可以与周围的空气或另一个压缩机的出口连接。壳体的底部与压缩 机的入口连接。当转动阀 43 按 “打开” 位置定向时， 允许空气通过顶端的入口自由地进入， 然后流进位于壳体底部的压缩机入口。当转动阀 43 在 “关闭” 位置时 ( 见图 59)， 空气通道 被转动阀 43 的固体边界阻断。
图 58 和图 59 展示伺服马达 41 与转动阀 43 可操作地连接。轴承 37 和轴承壳体 38 有利于制造， 而 O- 型圈 35 有利于马达适配器 40 和壳体 39 之间的密封。径向唇边式密 封 36( 与在图 60 中一样 ) 也展示在这两张图中。
依照本发明， 转动阀 43 是借助运动受控的伺服马达 41 相对于压缩机曲轴 48 旋转 的。通过相对于叶片 2 的位置改变转动阀 43 的转动， 能改变入口条件， 限制给压缩机的空 气输入流量。控制阀门 43“打开” 的持续时间改变该入口条件并因此改变压缩机的输出。
控制与叶片 2 位置有关的阀门 43 打开的时间安排影响压缩机的能力。控制与叶 片 2 位置有关的打开持续时间和时间安排的算法可以用来决定压缩机的输出。储存在控制 器 (C1) 中用于众多不同的压缩机操作条件的众多算法决定 OVM 式压缩机在每种条件下的 输出。 在另一个实施方案中， 研发了一种适合蜻蜓旋转入口阀 (DRIV) 的独特的密封系 统， 该密封系统减少操作期间进出压缩机的泄露。这个实施方案展示在图 60 中。该密封系 统也控制受本身产生加到转动阀 43 上的径向负荷的压缩机压力影响的区域。该密封系统 由两片安装在转动阀 43 的对置末端上的径向唇边式密封件 36 和四个沿轴向安装到转动阀 43 上的径向压力密封件 42 组成。径向唇边式密封件 36 阻止压缩空气进入阀门 43 的端面， 因此减少泄漏和任何将把轴向负荷传递到转动阀 43 上的压力失衡。
径向压力密封件 42 沿阀门 43 的轴向定向， 阻止压缩空气的径向泄漏。 在密封件 42 之间分开的距离被优化， 以便控制受压力影响的区域， 因此减少转动阀 43 上的径向负荷。
伺服马达 41 与转动阀 43 的紧密联结是独特的特征， 该特征取消对弹性体联结或 其它联结装置的需要， 因此降低对系统惯性和马达扭矩的要求。
DRIV 的另一种新颖的应用是它通过安装在 OVM 式压缩机的排放管路中作为排放 控制阀使用的能力。在这种应用中， 旋转的阀门 43 控制压缩机内部的压缩比。阀门 43 的 旋转与上述的作为入口阀类似受到控制， 主要差别在于运动控制算法的改变。在这种应用 中， 算法将被修改， 以允许阀门打开早于压缩机的最高压缩比， 因此将内部压力降低到较好 地达到要求。
除此之外， 可能将多个转动阀 43(DRIV) 安装到共用的伺服马达轴上。这个实施方 案展示在图 61 中。在这种配置中， 两个一模一样的转动阀被并排地安装在共用的轴上 ( 称 之为组合阀 49)， 其中一个的孔口打开相对于另一个偏移固定的孔口相位角。 要求两个孔口 同时达到关闭的孔口相位角的数值限定阀门几何形状。组合阀 49 的每个孔口与分开的压 缩室连接并且起依据与叶片角度有关的孔口打开的角度方位打开或关闭每个舱室的孔口 的作用。组合阀 49 是靠使用定义开关阀门的转动的预定算法的伺服马达 41 旋转的。组合 阀 49 的一个转动阀在在压缩机的进气冲程期间被放在打开位置， 而另一个与毗连压缩室
连接的转动阀孔口由于该孔口的暂止角 ( 在这种情况下为 90 度 ) 被关闭。随着叶片 2 移 动完成进气程序， 阀门 43 按照预先定义的算法旋转并且当达到预期的体积的时候关闭。同 时， 毗连的关闭孔口也旋转与打开孔口相同的角位移。现在对毗连的压缩室重复预先定义 的运动控制算法。
同样地， 同一组合阀门 49 能与进气阀一样作为与同一压缩室连接的排气阀使用， 除了在叶片 2 的轴线下方某个距离之外。当单一排放阀门在上面描述了的时候， 这个组合 排气阀 49 能通过利用与上述的单一排气阀相似的运动控制算法帮助改善压缩机的总体绝 热效率。
本发明的蜻蜓旋转入口阀 (DRIV) 可能是在较大的压缩空气系统中协调地工作控 制来自本发明的 OVM 的空气输出量的主要部件。该压缩机系统的示意图展示在图 62 中， 其 中入口过滤器 “F” 与本身与 OVM“2” 连接的旋转进气阀 “1” 连接。在压缩机下游压缩空气 被送进储藏容器 (S)。卸压阀 “3” 和止回阀 “4” 位于压缩机和储罐之间。转动阀 “1” 是用 伺服马达驱动的。伺服马达 (M2) 和集成的速度和位置传感器 (R2) 都被直接安装在转动阀 “1” 上， 以便动态地控制与压缩机的曲柄角度和速度有关的转动阀 “1” 的运动。在这个实 施方案中， 伺服马达将以与压缩机曲轴同步的速度连续地旋转进气阀。马达 (M1) 驱动压缩 机。如果需要， 齿轮箱可能被放在马达和压缩机之间。速度和位置传感器 (R1) 附着在压缩 机的曲轴上。 来自传感器 (R1) 的输出信号将信息反馈给控制器 (C1)， 以便不断地调整与压 缩机的曲轴有关的伺服马达 (M2) 的速度和位置。马达控制器 (C1) 优选是可编程的， 以便 储存定义预期的致动器转动运动的预定算法。 图 63 展示众多转动阀壳体 39 安装在本发明的配置 4 个叶片的 OVM 式压缩机的入 口位置的范例。这张图展示众多转动阀在它的壳体 39 里面被安装到机器定子 1 的外部边 界表面上。明确地说， 这张图展示在 OVM 的四个面上每个面附着两个独立的阀门， 每个阀门 用它自己的伺服马达驱动。 另外， 多个阀体能被装到一个马达轴上， 充当进气或排气阀用于 多个压缩机舱室或多级压缩机。
在另一个实施方案中， 本发明的 OVM 可能是用带连杆机构驱动机制 53 的曲柄滑块 驱动的。这个驱动器展示在图 64 中。这张图展示该驱动机制的四幅视图。图 64A 和 B 是 分别来自驱动器的前面和背面的三维视图。 这些视图展示曲轴 34、 连杆 33、 连杆机构 51、 滑 块 30 的线性导槽 52、 滑块 30、 曲柄销 46 和与叶片杠杆臂的连接。方向箭头还指出滑块的 运动。图 64C 是展示曲轴 34、 连杆 33、 曲柄销 46、 连杆机构 51、 滑块 30 和与叶片杠杆臂的 连接的前视图。图 64D 是展示连杆机构 51、 滑块 30、 滑块的线性导槽 52、 连杆 33 和曲轴 34 的侧视图。
在这个实施方案中， 曲轴 34 和连杆 33 驱动滑块 30 在线性导槽 52 的指导在作往 复运动。随着滑块来回移动， 附着在滑块 30 和叶片杠杆臂 3 上的连杆机构 31 使叶片 2 以 摆动方式旋转。这个实施方案将最适合驱动 4- 叶片 OVM。然而， 它可能适合驱动有更多或 更少的叶片 2 的 OVM。叶片 2 数目为偶数的 OVM 使用这种驱动机制使强加在滑块 30 及其 线性导槽 52 上的横向负荷减到最少是优选的， 但不是必需的。这种驱动机制没有考虑到失 相。
依照本发明， 在外围转动的叶片 2 和壳体、 定子 1 或主舱室 16 之间所有的磨擦或 接触表面都被设计成保证磨擦损失最小。因此， 用于制造机器和用于表面涂层或表面处理
的材料应该小心地选配。 密封条件的优化和密封材料或润滑剂的选择在该技术的技能范围 内。此外， 当相应的壳体或定子 1 的零部件和叶片 2 利用低膨胀系数和低摩擦系数的材料 ( 例如， 陶瓷 ) 制成的时候， 完全省却润滑可能是可行的。
依照本发明， 密封是在外围转动的叶片 2 和舱室的横向表面 14 和远端表面 13 之 间形成的。除此之外， 每个叶片 2 的枢轴 7 可能与定子 1 或壳体形成共形密封。
在一个实施方案中， 外围转动的叶片 2 配置均衡的密封。均衡的密封考虑到比较 高的操作速度而且没有采用滑动叶片技术时见到的在叶片远端表面 13 或叶片横向表面 14 上产生变形离心力现象。
所用的密封件可能包含任何密封材料， 包括金属、 复合材料、 塑料、 橡胶、 特氟隆， 等等。
本发明的摆动叶片机作为压缩机是有用的。就这点而论， 用该机器在任何舱室中 实现的压缩都可能是可观的， 而且在多级压缩的时候可能更可观。
在另一个实施方案中， 本发明的摆动叶片机是作为膨胀器工作的。 就这点而论， 入 口 8 起允许充足的压缩流体进入舱室的作用， 然后让压缩流体驱动叶片， 做功， 直到最后在 排放口 9 以等同于预期压力的排出。采用适当的控制算法， 上述的受伺服控制的转动阀系 统可以实现提供本发明的充当有效的膨胀器的 OVM 所需要的必不可少的阀门控制。
本发明的多级机器能在 2、 3、 4 或更多级中实现而且可能进一步包括一个或多个 中间冷却器。在多级操作期间， 并非所有的舱室 16 需要在同一压力下。
这样， 多级操作提高机器效率， 因为它减少压缩流体或气体所需的能量。
本发明也经得起多级变压力比应用的检验。在这种应用中， 舱室 16 可能被动态地 再分配， 以改善性能， 尤其是在像用于压缩空气储藏设备那样的高压力比下。
将冷却系统纳入本发明的摆动叶片机可能也是必需的。 在这样的系统中有用的冷 冻剂包括水、 油、 制冷剂或相似的东西。另外， 冷冻剂可能充当润滑剂。
本发明有在开发天然资源 ( 例如太阳能、 地热和风力 ) 的电源配置 ( 作为压缩机 或膨胀器起作用 ) 方面的应用。
应用和用途
本发明的 OVM 作为压缩机或膨胀器使用或在多部机器被用于单一应用的一些例 证中作为两者使用。本发明的 OVM 可以为使多种工作流体膨胀或压缩而工作。在此使用的 术语 “工作流体” 包括充当技术上使用的那个术语 “流体” 的任何物质。工作流体可能包括 空气、 水 ( 包括水所有的相 )、 多相烃类、 燃料、 易流动气体、 可压缩的气体、 混合物等等。
在这些应用中， 期望市场准入装置可以采取多种形式。这些包括但不限于单一的 压缩机或膨胀器系统和多组成部分阵列。 这些系统的功率等级可能改变而且包括有 1-5MW、 5-10MW、 10-50MW、 10-2OkW、 20-40MW、 5-1OkW、 20-5OkW、 50-10OkW、 500-100OkW 或 100-50OkW 容量的系统。
本发明的 OVM 有许多应用。一般地说， 本发明的 OVM 也可以用于压缩、 发电和功率 回收。本发明的 OVM 在许多工业化生产过程应用 ( 包括汽车工业、 制冷、 在此详细说明的应 用， 等等 ) 中找到用途。
人们将会理解在此叙述的应用不是无遗漏的而且不意味着在分类时独自受到限 制。照此， 本发明的 OVM 的任何一种或多种用途 ( 作为单级或多级压缩机或膨胀器 ) 可能被组合起来处理特定的问题。
发电
当作为压缩机使用时， 本发明可以从许多来源 ( 包括天然的和人造的输入的 ) 得 到原动功率或原动力。 天然的原动力包括但不限于风、 波浪、 大海和江河水流、 太阳和地热。 人造原动力或人造的或起源于人造技术的那些原动力包括但不限于热力发动机和电动马 达。
压缩流体可能立刻膨胀产生动力或其它有用的产品， 或可能被储存起来用于以后 的膨胀。
当作为膨胀器使用时， 本发明可以从压缩流体和 / 或热流体得到原动功率或原动 力， 把这样的来自压强的力转变成机械力或电力。本发明也可能使这样的压缩流体直接膨 胀成有用的产品， 例如孤立气体或液化空气。
风
在一个实施方案中， 本发明的 OVM 在用风驱动的应用中是有用的。如同在此使用 的那样， 术语 “用风驱动的应用” 包括本发明的 OVM 在捕获、 利用或以别的方式开发风、 风力 或风能的过程、 装置或方法中作为压缩机或膨胀器或两者的那些应用。
作为原动力， 能利用风与本发明的 OVM 相结合改进压缩气体的压缩和储藏以及用 于储藏和发电的气体或流体的压缩。
在一个实施方案中， 风的原动力可以使用在技术方面包括机械式蒸汽再压缩 (MVR) 的本发明的 OVM 来开发。
在一个实施方案中， 使用风作为原动力的本发明的 OVM 可能充当压缩机生产液态 空气或液态空气产品和压缩回收的二氧化碳。
波浪
作为原动力， 能利用波浪与本发明的 OVM 相结合改进压缩气体的压缩和储藏以及 用于储藏和发电的气体或流体的压缩。在一个实施方案中， 波浪的原动力可以使用技术方 面包括机械式蒸汽再压缩 (MVR) 的本发明的 OVM 来开发。
在一个实施方案中， 本发明的 OVM 可能被用于近海应用。
在一个实施方案中， 利用波浪作为原动力的本发明的 OVM 可以充当压缩机生产液 态空气或液态空气产品和压缩回收的二氧化碳。
洋流
此外， 本发明的 OVM 可能被整合到适合发电和适合近海海事和海运应用的洋流或 河流发电技术之中。
分布式 CAES
此外， 在使用分布式压缩空气能量储藏 (CAES) 系统时也可能利用或开发本发明 的 OVM。这种应用也在发电和储能方面找到用途。在一个实施方案中， 发电和 / 或储能可能 在客户方或仪表端。
功率回收
当作为膨胀器使用时， 本发明的 OVM 可以用多种热源 ( 天然的或人造的 ) 提供动 力。举例来说， 当某过程或方法使用蒸气的时候， 产生蒸气所需的热量可能来自多种来源。 热源包括但不限于太阳能、 地热、 辐射能 ( 核能 ) 和化学能。来自其它过程和燃料燃烧的废气 ( 包括废弃的热量和故意产生的热量 ) 也被包括在内。
在发电的许多程序中， 很多能量作为热量损失在系统和环境中。 所以， 废热回收代 表改善和优化任何热生成系统的有吸引力的方法。举例来说， 引擎代表社会上主要的原动 机类别。这些原动机产生大量的废热， 这些废热如果被捕获和开发可以减少使用它们的系 统的总成本。废热回收也可能是从焚化、 厌氧消化、 堆制肥料、 放射性处理、 机械处理、 生物 学处理、 再循环车间和工艺、 排水设备、 沼气废物利用、 垃圾掩埋场气体废物利用、 生物废弃 物气化引起的。可以从本发明的机器的并入获益的工业程序包括， 举例来说， 铝的熔炼、 金 属铸造、 钢的处理， 玻璃制造和化学处理， 包括化肥的制造或处理或烃类燃料 ( 包括汽油 ) 的生产或精炼。
为此， 本发明的 OVM 可能用来在许多程序中捕获来自引擎的废热。
本发明的 OVM 的应用包括用于从柴油 / 气油发动机 ( 包括微型燃气轮机 ) 的废热 回收功率的底部循环膨胀器 (bottoming cycleexpander)、 用于回收来自区域供暖 / 分配 蒸气压力下降的功率的余压蒸气膨胀器、 用于回收废热功率的锅炉热电联产膨胀器和微热 电联产膨胀器和回收冷剂膨胀功率的冷冻机膨胀器。在这些情形中， 回收的机械动力可以 被直接使用或用来驱动发电机发电。
如同在此使用的那样， “发电机组” 是任何分布式发电机系统或发电机， 例如， 位于 终端用户而不是中心位置 ( 例如， 被商业电力供应商利用的那些 ) 附近的柴油、 天然气或汽 油发电机。可以依据使用者的需要利用发电机组作为对现有电网系统的补充或作为 “脱离 电网” 的电源。发电机组往往被医院和依靠稳定的功率来源的其它工业以及没有接通商业 电网的农村地区使用。
本发明的 OVM 也可能连同用于发电的气体管道一起使用 ( 例如， 回收来自从传输 到分配的压力下降的功率 ) 和用于微型燃气轮机的复合循环 ( 例如， 回收来自微型燃气轮 机燃料燃烧的废热的功率 )。
过程应用
本发明的 OVM 在一些过程中也找到了实效， 包括但不限于工作流体的过程压缩和 过程膨胀。
在一个实施方案中， 本发明的 OVM 可以用于空气压缩应用， 例如， 用于工具或机器 的气动技术。在一些实施方案中， 压缩机可能是注射冷冻剂的或注射水的。
在一个实施方案中， 本发明的 OVM 可能被用于天然气压缩、 气田 / 井楼进入收集系 统的压缩或达到传输管道压力的压缩。
作为膨胀器， 本发明的 OVM 可能用于天然气再次气化和除去天然气的污染物。
过程压缩
在过程压缩的领域内， 本发明的 OVM 可能是在化学过程 ( 例如， 包括空气和成份气 体分离的分离程序 ) 中开发的。这些过程也可能包括烃类气体的分离、 相关气体的分离和 石化产品的精炼。在这些过程中， 压缩气体被冷却， 从而引起成份 ( 例如， 碳原子数大于 3 的长链碳化氢 ) 脱离混合物。回收来自这个膨胀过程的功率也是可能的。
在一个实施方案中， 压力蒸汽或蒸汽升级或蒸发增强可能是使用本发明的压缩机 完成的。举例来说， 压缩周期可能用来利用压力较低的压力蒸汽产生压力较高的压力蒸汽 和蒸汽， 而不是利用周围的工作流体制作压力较高的压力蒸汽。在一个实施方案中， 本发明的 OVM 能用于食品加工工业。
制冷 /HVAC/ 空气循环
本发明的 OVM 可能在涉及空气循环的装置里面用于一些压缩或膨胀的过程。以这 种方式， 本发明可以在热泵、 冷冻机和冷却周期中用于压缩制冷剂。它也可以用于压缩正 在冷凝的制冷剂和气体循环制冷剂。除了传统的制冷剂之外， 压缩机可能使用天然制冷剂 ( 例如， 二氧化碳 (CO2)、 空气和氨 ) 作为工作流体。
为了利用本发明的 OVM 可能配置或制造的装置包括但不限于 ： 空气分离单元 (ASU)、 空调系统、 成套的冷凝单元 ( 例如， 位于商业建筑屋顶的空调单元 ) 和分体式空调 ( 例如， 中型空调机 )。在一个实施方案中， 本发明的 OVM 可能被用于整合的冷冻机 / 制冷 单元 ( 窗式空调机 ) 或独立的空调机。这些装置可能被进一步中间冷却。低温学的科技应 用也可能利用本发明。
蒸馏 /MVR( 机械式蒸汽再压缩 )
在一个实施方案中， 本发明的 OVM 可能适用于蒸馏或机械式蒸汽再压缩的领域 ( 包括用于蒸馏 )。不顾的原动力， 本发明的机器可能用来使这些程序变得容易。
为此， 本发明的 OVM 可能被用于石油处理程序、 乙醇或其它醇类或含醇液体的蒸 馏、 水净化和成份或废弃物分离 / 浓缩。
CO2 的压缩 / 回收
本发明的 OVM 可能被用于 CO2 的分离 / 回收， 举例来说， 在提高油回收率的程序中。 它也可能被用于起源于烟气分离或烟气处理的气体的压缩。
机动车
本发明的机器可能被用于汽车工业的许多方面。如同在此使用的那样， “机动车” 囊括道路上的或越野的车辆， 包括军车、 工程车、 矿用车和农用车。飞机和海上运载工具以 及其中的应用也被包括在内。
为此， 本发明的 OVM 可能是作为汽车的增压器或作为汽车空调系统的压缩机或 热泵使用的。它也可能被整合到汽车的排气系统之中 ( 可能代替传统的送风机 ) 或用于 气闸制动。它也可能作为涡轮混合 (turbo-compounding) 的替代品用于底部循环功率 (bottoming cycle power)( 废热 ) 回收。 此外， 本发明的 OVM 可能被用于混合空气积聚 ( 增 压器 )， 例如， 混合动力汽车中的那些。
其它的应用
除此之外， 本发明的 OVM 可能被用于燃料电池， 真空泵， 液体泵， 热泵和在太阳能 发电中任何需要压缩机或膨胀器的应用。
并入压缩空气能量储藏 (CAES) 系统和装置
本发明的 OVM 也可能被电力消费者用来减轻他们为来自使用不需要但是可能使 用燃烧为仪表的客户边的用电高峰提供功率的压缩空气能量储藏 (CAES) 系统的负荷服务 实体 (LSE) 的能量和功率要求支付的高额费用， 从而创造一种研发经济可行的 CAES 系统的 新经商方法。
我们的发明把重心集中在把 CAES 系统用在仪表的客户边， 没有燃烧而且无需整 合到设备的能量管理程序 (EMP) 之中， 所以终端用户能减少他们的费用。该系统能靠人工 运行或者接到管理从 CAES 系统抽取能量以减少费用的建筑物能量管理系统 (EMS) 之中。它能被终端用户的同伴 (CAES 系统的总部、 顾问、 供应商或承租人 ) 远程监控以保证性能和 能量费用的减少。该系统应该优选包含配备允许功率从输电线路流进终端用户的设备、 从 CAES 系统流进终端用户的设备以及非必选地允许功率从 CAES 系统流进输电线路的开关设 备的面板。在高峰使用或高使用率期间从 CAES 系统吸取的功率将使终端用户能够减少从 输电线路购买的功率， 而且在此期间千瓦费用或索赔费用减少。
来自 CAES 系统的电压将最有可能与终端用户需要的电压相同， 所以如果该功率 被卖回输电网， 它将在进入电网之前先通过变压器 ( 如果有的话 ) 传输。
当被压缩的空气被膨胀的时候， 该系统也能与捕获和使用 CAES 系统在压缩空气 膨胀时逐渐显现的冷却能力的设备整合。
在一个实施方案中， CAES 系统被建在仪表的客户边 ( 即， “现场” )。这种系统由把 流体 ( 例如， 空气 ) 压缩到非必选地建在地面的储藏容器中的 OVM 式压缩机组成。该容器 能够耐受高压力。当需要功率的时候， OVM 式膨胀器使压缩空气膨胀， 通常在时钟上指出的 最高功率要求周期期间。OVM 式压缩机和膨胀器可能是相同的装置或分开的装置。OVM 式 压缩机可操作地与至少一个电源 ( 例如， 供应源自仪表的实效边的电力的有用物体 ) 连接。 作为替代， 功率来源可能是太阳能电池板。 在特别地优选的实施方案中， 功率来源不是内燃 机。OVM 式膨胀器把作为压缩空气储存的能量转换成机械动力。这个机械动力可以被直接 使用或者驱动把机械动力转变成电的发电机。 然后， 使用发电机把电力提供给客户的设备， 该发电机是为了这么做设计的系统部份， 优选使用适用于主要设备的低电压。冷却也能借 助热交换器从膨胀气流中获取并且冷却水流中的水。 水要么被立刻用于冷却要么被储存起 来供以后使用。这代替用于空调的功率要求， 尤其是在最高的温度和要求下。
虽然可以使用单一的储藏容器、 压缩机和膨胀器， 但是为了保证冗余度、 可靠性、 有效性和避免设备故障需要的费用， 可能使用众多储罐、 压缩机和 / 或膨胀器。
储藏容器能被在串联地或并联地存取， 而且可以有相同的或不同的尺寸。这些容 器可能非必选地是绝缘的以减少热损失， 或不绝缘的以促进散热。
压缩流体 ( 例如， 空气 ) 能储存在地下空间 ( 例如， 洞穴或矿井 ) 中， 虽然储存在 地面以上或优选在地面以下的储罐中将往往是较好的。在一个实施方案中， 储罐是活动的 ( 例如， 卡车 )。该容器优选被设计成经得起多种可能的压力。容器的大小和它经得起的设 计压力与系统的能量容量有关。在容器的大小是设计限制因素的情况下， 容器能被设计成 经得起 100 个以上大气压。
实地 CAES 系统的储藏容器和非必选的其它组成部分可能被埋得足够深， 是防攻 击的或坚固的。
在增压应用方面的用途
本发明与用于内燃机的增压器有关。 在优选实施方案中， 本发明包括一种内燃机， 该内燃机包括燃烧室 ( 例如， 一个或多个汽缸， 每个汽缸提供一燃烧室和一个或多个与所 述汽缸连通能够把燃料注入每个所述燃烧室的燃料喷射器 ) ； 操作上与汽缸和 OVM 式压缩 机连接把来自压缩机的压缩空气提供给燃烧室的进气管线 ； 操作上与汽缸连接接受来自燃 烧室的废气的排气管线 ； 以及功能上附着在所述汽缸上并且被所述汽缸驱动的主曲轴。
空气经由进气管线提供给 OVM 式压缩机。空气可能是新鲜空气或者再循环空气， 后者可能是利用曲轴箱的气体或排气或两者的某种组合提供的。此外， 空气可能是在环境温度、 加热温度 ( 可能发生在压缩之时 ) 或冷却温度 ( 例如， 经由热交换器或交流换热器 ) 下按大气压力或压缩状态 ( 例如经由 OVMC) 提供的。作为 OVM 式压缩机的补充或替代品， 本发明的系统可能进一步包含操作上与排气管线连接的 OVM 式膨胀器。
在特定的优选的实施方案中， 至少一部分来自燃烧室的废气被直接地或间接地 ( 例如， 经由膨胀器 ) 引向系统的进气管线。 这可能是通过， 举例来说， 把再循环管线的一部 分所述废气引向所述的进气管线完成的。可能有利地增添 EGR 控制阀门， 以便控制再循环 废气和空气的浓度。通常， 引向 OVM 式压缩机的总进气量的 10％到 30％是再循环废气。
在另一个实施方案中， 废气可能在与摄入空气混合之前经由管线被引向 OVM 式压 缩机。 在这个实施方案中， OVM 的一个或多个舱室可能是专供压缩废气的， 与压缩空气无关。 压缩的废气和空气可以随后混合用于燃烧。因此， 作为范例， 一个或多个舱室能压缩排气， 而剩余的舱室能压缩空气。这个实施方案提供一种控制再循环的替代方法。
该系统可以包括至少控制下列各项之一的控制器 ( 例如， 计算机 ) ： 注射燃料的 量、 再循环废气的量、 空气的量、 再循环废气的压力和 / 或空气的压力。
在另外一个实施方案中， 曲轴箱气体能从燃烧室移开， 然后经由进气管线再循环。 这种气体能如同在此描述的那样经由 OVMC 被有利地泵送。多个 OVM 组合起来提供管理引 擎或系统里面的多种 ( 或全部 ) 气流的单一装置是可能的。
作为替代， 本发明的实施方案包括允许避免在不必要的时候给入口气体增压的旁路阀门。 近海、 波浪和大海能量的开发
本发明的 OVM 可以作为连接起来形成波浪能量摄取系统的浮标之一或浮标阵列 的零部件使用。本发明的 OVM 可能是以充当压缩机或膨胀器的方式用于提取来自巨浪和波 涛的能量和后来的传输、 储藏和转变成电力的。
能量循环的优化
在一个实施方案中， 压缩空气可能在非燃烧动力循环里充当工作流体， 例如， 在通 过引证将其内容全部并入的于 2006 年 11 月 20 日用 Ingersoll 代理人案卷第 4004.3022US 号申请的未审专利申请第 60/860,163 号中揭示的那些。
用于产生、 捕获和回收功率的风力开发
这项发明的目的是提供一种流体压缩机， 该压缩机包括 ： 风力涡轮 ( 包括但不限 于水平轴风力涡轮、 垂直轴风力涡轮或多个所述风力涡轮聚集在一起的阵列或群体 ) 和以 流体摄取口和流体排放口为特色的摆动叶片机式压缩机 (OVMC)， 其中风力涡轮驱动 OVM 式 压缩机。 OVMC 和风力涡轮的组合连同用来储藏压缩流体的设备允许极好地控制电功率产生 时间， 借此使商业机会最大化和在高峰期的数小时期间满足公众的需要。 另外， 本发明在特 定的实施方案中避免把发电机放在近海处的需要。另外， 本发明考虑到在需要时生产不同 例如， 机械动力。此外， 本发明的装置能以优良的到优异的效率工作。 于电力的其它产品，
风力涡轮是以靠风产生的气流为动力的。 在这个实施方案中， 涡轮可能是风车， 例 如， 技术上众所周知的那些。风力涡轮的一个范例是在通过引证在此被并入的美国专利第 6,270,308 号中找到的。 因为风速在近海是特别可靠的， 所以风车可以如同技术上已知的那 样配置成立在海岸或飘浮在近海。
本发明进一步涉及使用 OVM 以压缩气体或流体 ( 例如， 空气 ) 的形式储存和释放
能量。在这样的实施方案中， 涡轮能被另一个驱动 OVM 的功率来源代替。
此外， OVMC 和 OVME 的大小、 能力可能是近似地相同或不同的。进一步改善能量消 耗的另一种改进可能是利用本发明的装置想像的。能量重复利用流和策略很容易地并入 该装置。举例来说， 离开膨胀器的膨胀流体在缺乏加热的情况下通常将是寒冷的。这种流 体能作为冷冻剂被有效地使用， 例如， 在热交换器中提供制冷、 空调或用于冷凝过程的冷冻 剂。同样地， 离开压缩机的压缩流体， 或冷却流体 ( 例如， 来自级间冷却器 )， 可以用来为某 程序提供有用的热量。为了控制流体或气体的温度或能量水平， 可以控制 OVM 式压缩机和 OVM 式膨胀器， 例如， 通过控制比率、 压力， 等等。作为替代， 多样的流体来源 ( 例如， 在不同 的温度下 ) 能用来控制流体在该程序的各种不同的阶段的温度。为了考虑到与储存空气压 力有关的进入接收器的最佳注入压力， 该程序也能通过改变压缩机和 / 或膨胀器的压力比 得到控制。
在一个实施方案中， 该装置包含一个、 两个或多个摆动叶片机 (OVM) 式压缩机。那 些压缩机可能是串联或并联配置的和 / 或每个都可能是单级或多级压缩机。OVM 式压缩机 通常将压缩空气 ； 然而， 其它的环境或应用可能允许使用其它的可压缩流体。 其它的可压缩 流体的范例包括氢、 沼气、 甲烷、 天然气 ( 可以在燃气管道中发现 )、 丙烷、 氮气、 乙醇、 一氧 化碳、 二氧化碳、 氩气、 氦气、 氧气、 氟碳化合物、 乙炔、 氧化氮、 氖、 氪、 氙， 等等。
涡轮通常配置成给 OVM 式压缩机提供动力。举例来说， 涡轮能经由齿轮箱或直接 用轴驱动 OVM 式压缩机或直接驱动该压缩机的传动轴或齿轮， 或通过液压驱动。
另外， 本发明能提供控制或允许涡轮驱动发电机、 OVM 式压缩机或两者 ( 例如， 同 时地 ) 的方法或装置。在典型的现有技术装置中， 涡轮扭矩的易变性是不受欢迎的。在涡 轮同时驱动发电机和 OVM 式压缩机的情况下， 该装置可以通过配置和控制保证给发电机的 扭矩是恒定的或固定的而且能用 OVM 式压缩机控制或调整流量。因此， 可变的流量能用来 调整涡轮的扭矩从而允许发电机输出保持不变。
作为补充或作为替代， 本发明可以包括使涡轮和 / 或 OVM 式膨胀器能够驱动发电 机和 / 或 OVM 式压缩机的控制方法或装置。在这个实施方案中， 膨胀器能补足涡轮的功率 输入。
在又一个实施方案中， 发电机 ( 或其它外部的功率来源 ) 能驱动 OVM 式压缩机。 这 能令人想要的， 为的是使用非峰值功率补充管道内的功率储藏供峰值功率期间使用， 即使 当涡轮的活动不足以这么做的时候也如此。
在另一个实施方案中， 摆动叶片机式压缩机 / 膨胀器 (OVMC/E) 也能这样配置， 以 致它能在循环的储能阶段充当压缩机而在产生功率阶段充当膨胀器。
通过压缩机排气口离开压缩机的空气将直接或间接地填充导管。 多个涡轮和与它 们相关联的压缩机能填充相同的或不同的导管。举例来说， 单一导管能接受来自整个风车 农场、 风力工厂或风力设备的压缩空气。作为替代或补充， “风车农场” 或其中的涡轮能填充 多个导管。这些导管能用来收集、 储存和 / 或传输压缩流体或空气。大体积的压缩空气能 依据导管的容积储存和传输。导管能将气流引向储藏器皿或储罐或直接引向膨胀器。导管 优选采用能耐受高压 ( 例如， 压缩机产生的那些 ) 的材料制作。此外， 导管应该用经得起环 境影响的适当材料制造。 举例来说， 在风车位置离开海岸的情况下， 导管应该用经得起海水 的材料 ( 例如， 用于天然气工业的管道 ) 制成。导管的位置可能在地面或海面以下或在地面或风力涡轮塔整体部份 ( 例如， 支撑 构件或塔室 ) 上。
流向 OVM 式压缩机的空气 ( 流体 ) 能在离开导管的滑动、 一边或流动中或在储藏 器皿或储罐中冷却。流向 OVM 式膨胀器的空气 ( 流体 ) 能被加热。加热该流体可以有利于 增加储存在流体里面的能量。压缩空气可能须经等容和 / 或等压加热。加热 / 冷却的来源 可能包括在大海、 江河、 池塘、 湖泊、 地下或浅或深的地热 ( 如同在温泉中发现的 ) 中或在燃 料燃烧中可得的热能。 导管或压缩空气可能经过热交换器冷却废热， 例如， 能在发电厂的水 流和流出物和生产过程的水流和流出物 ( 例如， 废液和废气流 ) 中发现的。
在一个实施方案中， 储存和传输风产生的功率的方法包括确定风速足够风力发电 的离用户遥远的地点 ； 在所述的第一地点提供一个或多个用来发电的风力涡轮站 ； 为每个 与所述一个或多个风力涡轮站相关联的专用风力涡轮提供至少一个 OVM 式压缩机 ； 确定由 所述的风力涡轮站提供服务的所述第一地点和第二地点之间的计划路径 ( 其中包括确定 所述第一和第二地点之间的大致距离 ； 沿着在所述第一和第二地点之间的所述计划路径提 供用来储存所述风力涡轮站产生的压缩空气能量的管道结构 ； 根据所述管道结构内需要的 储藏空间数量考虑到所述第一第二地点之间的大致距离确定管道尺寸和风压 ； 使所述的管 道结构沿着所述的计划路径从所述的第一地点延伸到所述的第二地点 ) ； 提供至少一个位 于所述第二地点或第二地点附近的 OVM 式膨胀器以允许释放所述的压缩空气能量 ； 以及提 供发电机把所述 OVM 式膨胀器释放的所述压缩空气能量转换成电能。在这个实施方案中， 第一地点可能位于水体之中的平台， 其中管道结构向下延伸到水体下面的地面之中， 同时 该管道结构延伸到位于陆地上的第二地点。
在一个实施方案中， 提供一种传送风所产生能量的方法， 该方法包括确定离用户 遥远的第一地点， 在那里通过提供位于第一地点一个或多个用来产生能源的风力涡轮站和 提供至少一个与其相关联的 OVM 式压缩机风速足够用来风力发电 ； 确定在所述第一地点和 由所述风力涡轮站提供服务的第二地点之间的计划路径， 其中所述的计划路径实质上沿着 现有路径延伸， 该现有路径至少包括取自下列各项之一 ： 现有的道路、 现有的他人土地通行 权、 现有的导管、 现有的开放获取区域 (open access area)、 现有的被遗弃的管道 ； 沿着在 所述的第一和第二地点之间的所述计划路径提供用来储存所述风力涡轮站产生的压缩空 气能量并且将压缩空气能量从所述的第一地点传送到所述的第二地点的管道 ； 提供至少一 个 OVM 式膨胀器以便在所述的第二地点或其附近释放来自该管道结构的所述压缩空气能 量； 提供发电机把所述涡轮膨胀器释放的压缩空气能量转换成电能 ； 以及在所述的第二地 点把所述的电能提供给用户。
此外， 在这个实施方案中， 可能为每个与所述的一个或多个风力涡轮站相关联的 专用风力涡轮提供一个 OVM 式压缩机。
当本发明的上述的实施方案按照各种不同的分组和标题描述和表征的时候， 这种 组织构架 ( 包括标题标签 ) 不倾向限制本发明的范围。
虽然这项发明已经参照其优选的实施方案被具体地展示和描述， 但是熟悉这项技 术的人将理解在形式和细节方面各种不同的改变可以在不脱离权利要求书囊括的本发明 的范围的情况下完成。