[发明专利]旋转铰接式热力学装置

说明书

一种旋转铰接式热力学装置(100)，该旋转铰接式热力学装置具有第一流体流动部段(111)和第二流体流动部段(115)。第一流体流动部段(111)构造成用于使流体经由第一腔室(134a)在第一端口(114a)与第二端口(114b)之间通过。第二流体流动部段(115)构造成用于使流体经由第二腔室(134、234b)在第三端口(116a)与第四端口(116b)之间通过。第二端口(114b)经由第一热交换器(302a)与第三端口(116a)流体连通。

技术领域

本公开涉及旋转铰接式(roticulating)热力学装置。

具体地，本公开涉及能够作为热泵和/或热机操作的热力学装置。

背景技术

使工作流体压缩和膨胀的常规热泵和热机通常包括用以使工作流体加压的泵和用以使流体膨胀的涡轮机。这是因为最高效的常规热力学膨胀机往往是旋转式的(例如涡轮机)并且通常限于3:1的单级膨胀比。

为了优化系统的性能，涡轮机的运行速度通常高于泵的运行速度。因此，泵和涡轮机往往是不同类型的，并且独立于彼此旋转以允许泵和涡轮机以不同的速度运行。

另外，常规的泵和涡轮机设备需要一致的运行速度以使其效率最大化。大多数系统的真实性质是，这些系统往往被优化成用于相对窄的操作范围，并且在此范围之外的运行可能导致非常低效或造成对部件的不可接受的磨损。

这意味着对于常规的热泵或常规的热机，需要较大的温度差来实现足够高的运行速度，这意味着此类设备不能在仅可获得较低温度差的环境中操作。这限制了此类常规设备的有效性。

因此，非常期望一种可以在较宽的运行速度和/或温度差的范围内以较少的限制、较少的损失和较高的效率操作的热泵或马达。

发明内容

根据本公开，提供了如所附权利要求中阐述的装置和方法。本公开的其他特征根据从属权利要求以及随后的描述而将是明显的。

因此，可以提供一种旋转铰接式热力学装置(100)，该旋转铰接式热力学装置(100)具有第一流体流动部段(111)，该第一流体流动部段(111)包括：第一轴部分(118)，该第一轴部分(118)限定第一旋轴线(130)并且能够绕该第一旋轴线(130)旋转；第一心杆(120)，该第一心杆(120)限定第二旋轴线(132)，第一轴部分(118)延伸穿过第一心杆(120)；第一活塞构件(122a)，该第一活塞构件(122a)设置在第一轴部分(118)上，第一活塞构件(122a)从第一心杆(120)朝向第一轴部分(118)的远端端部延伸；第一转子(119)，该第一转子(119)被承载在第一心杆(120)上，该第一转子(119)包括第一腔室(134a)，第一活塞构件(122a)延伸横穿该第一腔室(134a)；第一壳体壁，该第一壳体壁邻近第一腔室(134a)，在该壳体壁中设置有第一端口(114a)和第二端口(114b)，并且第一端口(114a)和第二端口(114b)各自与第一腔室(134a)流体连通；由此：第一转子(119)和第一心杆(120)能够随第一轴部分(118)绕第一旋轴线(130)旋转；并且第一转子(119)能够在第一转子(119)绕第一旋轴线(130)旋转时围绕心杆(120)绕第二旋轴线(132)枢转，以允许第一转子(119)相对于第一活塞构件(122a)枢转；使得第一流体流动部段(111)构造成用于使流体经由第一腔室(134a)在第一端口(114a)与第二端口(114b)之间经过；该装置还包括第二流体流动部段(115)，该第二流体流动部段(115)包括：第二腔室(134b、234b)、邻近第二腔室(134b、234b)的第二壳体壁、设置在第二壳体壁中并且各自与第二腔室(134b、234b)流体连通的第三端口(116a)和第四端口(116b)，使得该第二流体流动部段(115)构造成用于使流体经由第二腔室(134、234b)在第三端口(116a)与第四端口(116b)之间经过；第二端口114b经由第一热交换器(302a)与第三端口(116a)流体连通。

第二旋轴线(132)可以大致垂直于第一旋轴线(130)。