旋转铰接式热力学装置

摘要

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。

权利要求

1.一种旋转铰接式热力学装置，所述旋转铰接式热力学装置具有第一流体流动部段，所述第一流体流动部段包括：第一轴部分，所述第一轴部分限定第一旋轴线并且能够绕所述第一旋轴线旋转；

第一心杆，所述第一心杆限定第二旋轴线，所述第一轴部分延伸穿过所述第一心杆；

第一活塞构件，所述第一活塞构件设置在所述第一轴部分上，所述第一活塞构件从所述第一心杆朝向所述第一轴部分的远端端部延伸；

第一转子，所述第一转子被承载在所述第一心杆上；

所述第一转子包括：

第一腔室，

所述第一活塞构件延伸横穿所述第一腔室；

第一壳体壁，所述第一壳体壁邻近所述第一腔室，在所述第一壳体壁中设置有第一端口和第二端口，并且所述第一端口和所述第二端口各自与所述第一腔室流体连通；

由此：

所述第一转子和所述第一心杆能够随所述第一轴部分绕所述第一旋轴线旋转；并且所述第一转子能够在所述第一转子绕所述第一旋轴线旋转时围绕所述心杆绕所述第二旋轴线枢转，以允许所述第一转子相对于所述第一活塞构件枢转；

使得所述第一流体流动部段构造成用于使流体经由所述第一腔室在所述第一端口与所述第二端口之间经过；

所述装置还包括第二流体流动部段，所述第二流体流动部段包括：第二腔室，

第二壳体壁，所述第二壳体壁邻近所述第二腔室，第三端口和第四端口，所述第三端口和所述第四端口设置在所述第二壳体壁中并且各自与所述第二腔室流体连通，使得所述第二流体流动部段构造成用于使流体经由所述第二腔室在第三端口与第四端口之间经过；

所述第二端口经由第一热交换器与所述第三端口流体连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述第二旋轴线大致垂直于所述第一旋轴线。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述第一转子包括所述第二腔室；

所述第一活塞构件从所述第一心杆的一侧沿着所述第一轴部分延伸；并且第二活塞构件从所述第一心杆的另一侧沿着所述第一轴部分延伸横穿所述第二腔室，以允许所述第一转子在所述第一转子绕所述第一旋轴线旋转时相对于所述第二活塞构件枢转。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第四端口经由第二热交换器与所述第一端口流体连通。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一腔室的容积容量大致相等于、小于或大于所述第二腔室的容积容量。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一轴部分、所述第一心杆和所述第一活塞构件相对于彼此固定。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括：第二转子，所述第二转子包括所述第二腔室；

第二轴部分，所述第二轴部分能够绕所述第一旋轴线旋转；并且，所述第二轴部分联接至所述第一轴部分，使得所述第一轴部分和第二轴部分能够绕所述第一旋轴线一起旋转；

第二心杆，所述第二心杆限定第三旋轴线，所述第二轴部分延伸穿过所述第二心杆；

第二活塞构件，所述第二活塞构件设置在所述第二轴部分上，所述第二活塞构件从所述第二心杆朝向所述第二轴部分的远端端部延伸；

所述第二转子被承载在所述第二心杆上；

所述第二活塞构件延伸横穿所述第二腔室；

由此：

所述第二转子和所述第二心杆能够随所述第二轴部分绕所述第一旋轴线旋转；并且所述第二转子能够在所述第二转子绕所述第一旋轴线旋转时围绕所述第二心杆绕所述第三旋轴线枢转，以允许所述第二转子相对于所述第二活塞构件枢转。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第三旋轴线大致垂直于所述第一旋轴线。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一转子包括：

第一转子第二腔室，

所述第一活塞构件，所述第一活塞构件从所述第一心杆的一侧沿着所述第一轴部分延伸；以及

第二活塞构件，所述第二活塞构件从所述第一心杆的另一侧沿着所述第一轴部分延伸横穿所述第一转子第二腔室，以允许所述第一转子在所述第一转子绕所述第一旋轴线旋转时相对于所述第二活塞构件枢转；并且所述第二转子包括：

第二转子第一腔室，

所述第二活塞构件，所述第二活塞构件从所述第二心杆的一侧沿着所述第二轴部分延伸；以及

第二转子第一活塞构件，所述第二转子第一活塞构件从所述第二心杆的另一侧沿着所述第二轴部分延伸横穿所述第二转子第一腔室，以允许所述第二转子在所述第二转子绕所述第一旋轴线旋转时相对于所述第二转子第一活塞构件枢转；

其中：

所述第一转子第二腔室与下述各者流体连通：第五端口，以及

第六端口；

以由此形成所述第一流体流动部段的一部分，并且所述第一流体流动部段构造成用于使流体经由所述第一转子第二腔室在所述第五端口与所述第六端口之间经过；

所述第二转子第一腔室与下述各者流体连通：第七端口，以及

第八端口；

以由此形成所述第二流体流动部段的一部分，并且所述第二流体流动部段构造成用于使流体经由所述第二转子第一腔室在所述第七端口与所述第八端口之间经过；

其中，所述第六端口经由所述第一热交换器与所述第七端口流体连通。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第八端口经由第二热交换器与所述第五端口流体连通。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第四端口经由所述第二热交换器与所述第一端口流体连通。

12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第一转子的所述第一腔室和所述第二腔室具有大致相同的容积容量；

所述第二转子的所述第一腔室和所述第二腔室具有大致相同的容积容量；

所述第一转子的腔室的容积容量大致相同于、小于或大于所述第二转子的腔室的容积容量。

13.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一轴部分直接联接至所述第二轴部分，使得所述第一转子和所述第二转子能够操作成仅以与彼此相同的速度旋转。

14.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二轴部分、所述第二心杆和所述第二活塞构件相对于彼此固定。

15.根据权利要求权利要求4或权利要求10所述的装置，其中，所述第一热交换器能够作为散热器操作，以从穿过所述第一热交换器的流体去除热能。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第二热交换器能够作为热源操作，以给穿过所述第二热交换器的流体增加热能。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一热交换器包括：

能够操作成允许所述第一流体流动部段与所述第二流体流动部段之间的流体流动的腔室；以及

构造成将低温介质喷射到所述腔室中的喷射器，使得热能被从所述流体传递至所述低温介质。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一热交换器能够作为热源操作，以给穿过所述第一热交换器的流体增加热能。

19.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第二热交换器能够作为散热器操作，以从穿过所述第二热交换器的流体去除热能。

20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一热交换器包括：能够操作成用于连续燃烧的燃烧腔室。

21.根据权利要求1所述的装置，其中，所述腔室或每个腔室具有开口；并且相应的所述活塞构件或每个活塞构件从所述相应的活塞构件或所述每个活塞构件各自的心杆朝向对应的所述开口延伸横穿所述相应的活塞构件或所述每个活塞构件的对应的腔室。

22.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括：能够操作成使所述转子绕所述心杆枢转的枢转致动器；

其中，所述枢转致动器包括：设置在所述转子上的第一引导特征；以及设置在壳体上的第二引导特征；

所述第一引导特征能够操作成与所述第二引导特征配合以使所述转子绕所述心杆枢转。

23.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括：能够操作成使所述转子绕所述心杆枢转的枢转致动器；

其中，所述枢转致动器包括：位于所述转子上的第一引导特征；以及位于壳体上的第二引导特征；

所述第一引导特征与所述第二引导特征在形状上互补；并且所述第一引导特征或所述第二引导特征中的一者限定了一路径，所述第一引导特征或所述第二引导特征中的另一者被约束成遵循所述路径；

所述第一引导特征或所述第二引导特征中的另一者包括可旋转构件，所述可旋转构件能够操作成接合所述路径并在所述可旋转构件沿着所述路径移动时旋转。

24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述第二引导特征包括回转环，所述回转环构造成对与所述壳体联接的轴承的至少一部分进行保持。

25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述第一引导特征包括构造成与所述回转环联接的触端。

26.根据权利要求18所述的装置，其中，所述热源包括穿过所述第一热交换器中的管道的物质，其中，所述装置为所述物质提供冷却。

27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述流体包括空气。

28.根据权利要求26所述的装置，其中，所述装置包括联接至所述第一轴部分的马达，所述马达构造成将所述转子绕所述第一旋轴线驱动。

29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述马达是可逆的，使得：当所述马达构造成将所述转子绕所述第一旋轴线沿第一方向驱动时，所述第一热交换器能够操作成用作热源，以将热从所述物质传递至所述流体，并且其中，当所述马达构造成将所述转子绕所述第一旋轴线沿与所述第一方向相反的第二方向驱动时，所述第一热交换器能够操作成用作散热器，以将热从所述流体传递至所述物质。

30.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一流体流动部段和所述第二流体流动部段是所述第一转子的两个侧部，并且其中，所述第一流体流动部段和所述第二流体流动部段中的一者能够作为压缩机操作，并且所述第一流体流动部段和所述第二流体流动部段中的另一者能够作为膨胀器操作。

说明书

旋转铰接式热力学装置

技术领域

[0001] 本公开涉及旋转铰接式(roticulating)热力学装置。

[0002] 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

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 第二旋轴线(132)可以大致垂直于第一旋轴线(130)。

[0011] 第一转子(119)可以包括第二腔室(134b)。第一活塞构件(122a)可以从第一心杆(120)的一侧沿着第一轴部分(118)延伸。第二活塞构件(122b)可以从第一心杆(120)的另
一侧沿着第一轴部分(118)延伸横穿第二腔室(134b)，以允许第一转子(119)在第一转子
(119)绕第一旋轴线(130)旋转时相对于第二活塞构件(122b)枢转。

[0012] 第四端口(116b)可以经由第二热交换器(306a)与第一端口(114a)流体连通。

[0013] 第一转子第一腔室(134a)的容积容量可以大致相等于、小于或大于第一转子第二腔室(134b)的容积容量。

[0014] 第一轴部分(118)、第一心杆(120)和第一活塞构件(122a、122b)可以相对于彼此固定。

[0015] 装置(200)还可以包括：第二转子(219)，该第二转子(219)包括第二腔室(234b)；第二轴部分(218)，该第二轴部分(218)能够绕第一旋轴线(130)旋转，并且该第二轴部分
(218)联接至第一轴部分(118)，使得第一轴部分(118)和第二轴部分(218)能够绕第一旋轴
线(130)一起旋转。还可以设置：第二心杆(220)，该第二心杆(220)限定第三旋轴线(232)，
第二轴部分(218)延伸穿过该第二心杆(220)；第二活塞构件(222b)，该第二活塞构件
(222b)设置在第二轴部分(218)上，该第二活塞构件(222b)从第二心杆(220)朝向第二轴部
分(218)的远端端部延伸；第二转子(219)被承载在第二心杆(220)上；第二活塞构件(222b)
延伸横穿第二腔室(234b)；由此：第二转子(219)和第二心杆(220)能够随第二轴部分(218)
绕第一旋轴线(130)旋转；并且，第二转子(219)能够在第二转子(219)绕第二旋轴线(130)
旋转时围绕第二心杆(220)绕第三旋轴线(232)枢转，以允许第二转子(219)相对于第二活
塞构件(222)枢转。

[0016] 第三旋轴线(232)可以大致垂直于第一旋轴线(130)。

[0017] 第一转子(119)可以包括：第一转子第二腔室(134b)；第一活塞构件(122a)，该第一活塞构件(122a)从第一心杆(120)的一侧沿着第一轴部分(118)延伸；以及第二活塞构件
(122b)，该第二活塞构件(122b)从第一心杆(120)的另一侧沿着第一轴部分(118)延伸横穿
第一转子第二腔室(134b)，以允许第一转子(119)在第一转子(119)绕第一旋轴线(130)旋
转时相对于第二活塞构件(122b)枢转。第二转子(219)可以包括：第二转子第一腔室
(234a)；第二活塞构件(222b)，该第二活塞构件(222b)从第二心杆(220)的一侧沿着第二轴
部分(218)延伸；以及第二转子第一活塞构件(222a)，该第二转子第一活塞构件(222a)从第
二心杆(220)的另一侧沿着第二轴部分(218)延伸横穿第二转子第一腔室(234a)，以允许第
二转子(219)在第二转子(219)绕第一旋轴线(130)旋转时相对于第二转子第一活塞构件
(222a)枢转。第一转子第二腔室(134b)可以与第五端口(114c)和第六端口(114d)流体连
通，以由此形成第一流体流动部段(111)的一部分，并且该第一流体流动部段(111)构造成
用于使流体经由第一转子第二腔室(134b)在第五端口(114c)与第六端口(114d)之间经过；
第二转子第一腔室(234a)与第七端口(116c)和第八端口(116d)流体连通，以由此形成第二
流体流动部段(115)的一部分，并且该第二流体流动部段(115)构造成用于使流体经由第二
转子第二腔室(234b)在第七端口(116c)与第八端口(116d)之间经过；其中，第六端口
(114d)经由第一热交换器(302a)与第七端口(116c)流体连通。

[0018] 第八端口(116d)可以经由第二热交换器(306a)与第五端口(114c)流体连通。

[0019] 第四端口(116b)可以经由第二热交换器(306a)与第一端口(114a)流体连通。

[0020] 第一转子(119)的第一腔室(134a)和第二腔室(134b)可以具有大致相同的容积容量；第二转子(219)的第一腔室(234a)和第二腔室(234b)具有大致相同的容积容量；第一转
子腔室(134a、134b)的容积容量大致相同于、小于或大于第二转子腔室(234a、234b)的容积
容量。

[0021] 第一轴部分(118)可以直接联接至第二轴部分(218)，使得第一转子(119)和第二转子(219)能够操作成仅以与彼此相同的速度旋转。

[0022] 第二轴部分(218)、第二心杆(220)和第二活塞构件(222a、222b)可以相对于彼此固定。

[0023] 第一热交换器(302a)能够作为散热器操作，以从穿过第一热交换器(302a)的流体去除热能。

[0024] 第二热交换器(306a)能够作为热源操作，以给穿过第二热交换器(306a)的流体增加热能。

[0025] 第一热交换器(302a)可以包括：能够操作成允许第一流体流动部段(112)与第二流体流动部段(115)之间的流体流动的腔室(810)；以及构造成将低温介质喷射到腔室
(810)中的喷射器(812)，使得热能从流体传递至低温介质。

[0026] 第一热交换器(302a)能够作为热源操作，以给穿过第一热交换器(302a)的流体增加热能。

[0027] 第二热交换器(306a)能够作为散热器操作，以从穿过第二热交换器(306a)的流体去除热能。

[0028] 第一热交换器(302a)可以包括：能够操作成用于连续燃烧的燃烧腔室。

[0029] 所述或每个腔室(134a、134b、234a、234b)可以具有开口(36)；并且相应的所述活塞构件或每个活塞构件(122a、122b、222a、222b)从所述相应的所述活塞构件或每个活塞构
件(122a、122b、222a、222b)各自的心杆(20)朝向对应的开口(36)延伸横穿所述相应的所述
活塞构件或每个活塞构件(122a、122b、222a、222b)对应的腔室。

[0030] 该装置还可以包括能够操作成使转子(119、219)绕心杆(120、220)枢转的枢转致动器；其中，该枢转致动器包括：设置在转子(119、219)上的第一引导特征(52)；以及设置在
壳体(112)上的第二引导特征(50)；第一引导特征(52)能够操作成与第二引导特征(50)配
合以使转子(119、219)绕心杆(120、220)枢转。

[0031] 第一引导特征(52)和第二引导特征(50)中的至少一者可以包括电磁体，该电磁体能够操作成磁性地联接至第一引导特征(52)和第二引导特征(50)中的另一者。

[0032] 该装置还可以包括能够操作成使转子(119、219)绕心杆(120、220)枢转的枢转致动器；其中，该枢转致动器包括：位于转子(119、219)上的第一引导特征(52)；位于壳体
(112)上的第二引导特征(50)；第一引导特征(52)与第二引导特征(50)在形状上互补；并
且，第一引导特征或第二引导特征中的一者限定了一路径(50)，所述第一引导特征或所述
第二引导特征中的另一者(52)被约束成遵循该路径(50)；第一引导特征或第二引导特征中
的另一者(52)包括可旋转构件(820)，该可旋转构件(820)能够操作成接合路径(50)并在可
旋转构件(820)沿着路径(50)移动时旋转。

[0033] 热源还可以包括穿过第一热交换器302a中的管道(303)的物质，其中，装置(1000)为该物质提供冷却。

[0034] 穿过该装置的流体可以包括空气。

[0035] 在一些示例中，该装置包括联接至第一轴部分118的马达(308)，该马达(308)构造成将转子(119)绕第一旋轴线(130)驱动。

[0036] 马达(308)可以是可逆的，使得：当马达构造成将转子(119)绕第一旋轴线(130)沿第一方向驱动时，第一热交换器(302a)能够操作成用作热源，以将热从物质传递至流体，并
且其中，当马达构造成将转子(119)绕第一旋轴线(130)沿与第一方向相反的第二方向驱动
时，第一热交换器(302a)能够操作成用作散热器，以将热从流体传递至物质。

[0037] 第二引导特征(550)可以包括回转环(527)，该回转环(527)构造成对与壳体联接的轴承(529)的至少一部分进行保持。

[0038] 第一引导特征(552)可以包括被构造成被接纳在回转环(527)中的触端。

[0039] 在一个实施方式中，提供了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)；第二活塞构件
(122b)，该第二活塞构件(122b)从第一心杆(120)的另一侧沿着第一轴部分(118)延伸，该
第二活塞构件(122b)延伸横穿第二腔室(134b)，以允许第一转子(119)在第一转子(119)绕
第一旋轴线(130)旋转时相对于第二活塞构件(122b)枢转；第二壳体壁，该第二壳体壁邻近
第二腔室(134b、234b)；第三端口(116a)和第四端口(116b)，第三端口(116a)和第四端口
(116b)设置在该第二壳体壁中并且各自与第二腔室(134b、234b)流体连通，使得第二流体
流动部段(115)构造成用于流体经由第二腔室(134、234b)在第三端口(116a)与第四端口
(116b)之间经过；其中，第一流体流动部段(111)和第二流体流动部段(115)是第一转子
(119)的两侧，并且其中，第一流体流动部段(111)和第二流体流动部段(115)中的一者能够
作为压缩机操作，并且第一流体流动部段(111)和第二流体流动部段(115)中的另一者能够
作为膨胀器操作，第二端口(114b)经由第一热交换器(302a)与第三端口(116a)流体连通。

[0040] 因此，可以提供一种能够操作成使流体移位和膨胀的装置，该装置可以构造为热泵以从系统(例如，冰箱)去除热量，或者构造成热机以从工作流体中获取功以提供旋转输
出。

[0041] 本设备的移位部段(例如，泵)和膨胀部段(例如，涡轮机)可以以几乎相同的速度维持其最佳效率，并且由于被容置在共同的设备内而受到单个组的机械约束。因此，本公开
的布置结构可以是大致在热力学上理想的。

[0042] 该装置可以包括芯部元件，该芯部元件具有由单个共同的转子的壁限定的相连接的移位腔室和膨胀腔室。转子能够相对于可旋转活塞枢转。因此，该布置结构提供了一种能
够在比相关技术的示例更低的旋转速度下操作且有效的正移位系统。该系统还能够操作成
高达和包括与相关技术的示例等效的速度。

[0043] 芯部元件可以被描述为“旋转铰接器”，因为本公开的转子例如如在PCT申请PCT/GB2016/052429(以WO2017/089740公开)中描述的那样能够操作成同时“旋转”和“铰接”。因
此，提供了包括“旋转铰接式装置”的热机或热泵。

[0044] 因此，旋转铰接和旋转铰接概念描述了这样的设备：在该设备中，单个本体(例如，转子)在铰接的同时旋转，从而描绘了一3D空间运动，该3D空间运动可以用于与平移和旋转
结合而进行容积“工作”。

[0045] 因此，该装置在单个级别(order)的机械约束/损失内提供了对多个容积腔室的绝对管理和控制。鉴于容积腔室与机械损耗的此较高比率，该设备的效率与常规设备相比是
较高级别的。

[0046] 因此，本公开描述了一种能够实现其工作容积的正移位和绝对排空的设备，这是“理想”膨胀机/压缩机/泵的特征，从而提供了超出常规设备许多级别的高膨胀/压缩比。

[0047] 该装置提供了下述单个设备的高度期望特性：该单个设备能够操作成同时执行使工作流体膨胀的动作以及使相同工作流体压缩和/或移位的动作。

[0048] 因此，根据本公开的热机可以利用与相关技术的示例相比质量较低的热而以较低的热差操作。

[0049] 由于第一流体流动部段和第二流体流动部段(例如，膨胀和移位部段)被连接，所以根据本公开的热泵从根本上而言比相关技术的示例更高效，这是因为流体的膨胀被用来
驱动移位/泵/压缩部段，由此需要较少的来自马达的外部输入。

[0050] 因此，根据本公开的装置可以在较宽范围的条件下高效地操作，从而允许设备在下述输入条件的情况下产生输出：该输入条件对于相关技术的示例而言不会提供足以进行
操作的能量。

附图说明

[0051] 现在将参照附图对本公开的示例进行描述，其中：

[0052] 图1示出了根据本公开的包括转子组件和壳体的装置的示例的部分分解图；

[0053] 图2示出了根据本公开的具有与图1中所示的壳体和端口不同的壳体和端口的装置的外部立体视图；

[0054] 图3示出了图1的装置的立体半“透明”组装图；

[0055] 图4更详细地示出了图1的转子组件；

[0056] 图5示出了图4的转子组件的转子；

[0057] 图6示出了图4的转子组件的端视图；

[0058] 图7示出了图5的转子的端视图；

[0059] 图8示出了转子组件的心杆的立体图；

[0060] 图9示出了转子组件的轴的立体图；

[0061] 图10示出了图8的心杆和图9的轴的组件；

[0062] 图11示出了图1中所示的壳体的平面图，其中，隐藏的细节以虚线示出；

[0063] 图12示出了图11中所示的壳体的内部视图；

[0064] 图13示出了图2的转子壳体的内部视图；

[0065] 图14示出了转子的替代性示例；

[0066] 图15示出了根据本公开的适用于制冷装置的闭环热泵的第一示例；

[0067] 图16示出了根据本公开的适用于制冷装置的闭环热泵的第二示例；

[0068] 图17、图18示出了提供不同的转子容积的替代性设备，该替代性设备可以分别形成图15、图16的热泵的一部分，或者形成本公开的其他示例的热机的一部分；

[0069] 图19示出了根据本公开的适用于但不限于能量收集装置的闭环热机的第一示例；

[0070] 图20示出了根据本公开的适用于但不限于能量收集装置的闭环热机的第二示例；

[0071] 图21示出了根据本公开的适用于但不限于发电装置的开环热机的第一示例；

[0072] 图22示出了根据本公开的适用于但不限于发电装置的开环热机的第二示例；

[0073] 图23示出了根据本公开的适用于但不限于发电装置的开环热机的第三示例；

[0074] 图24示出了根据本公开的适用于但不限于发电装置的开环热机的第四示例；

[0075] 图25示出了根据本公开的适用于制冷装置的开环热泵的示例；

[0076] 图26示出了替代性转子组件的分解图；以及

[0077] 图27A和图27B示出了图26的转子组件的侧视图和横截面图。

具体实施方式

[0078] 下面对本公开的装置及操作的方法进行描述。

[0079] 具体地，本公开涉及下述装置：该装置包括能够作为热泵和/或热机操作的旋转铰接式热力学装置。

[0080] 也就是说，装置适于用作能够作为热泵和/或热机操作的流体工作设备的一部分。对该装置的芯部元件以及可以采用该装置的应用的非限制性示例进行描述。

[0081] 术语“流体”意在具有其正常含义，例如为：液体、气体、蒸汽或液体、气体和/或蒸汽的组合、或表现为流体的材料。

[0082] 图1示出了根据本公开的装置的芯部10部分的部分分解图。芯部10的特征在图1至图14、图17、图18中示出，并且图15、图16和图19至图24图示了芯部10如何与其他特征结合
以形成本公开的热泵和/或热机。芯部包括壳体12和转子组件14。图2示出了壳体12的在壳
体12围绕转子组件14闭合时的替代示例。

[0083] 在图1中所示的示例中，壳体12被分成围绕转子组件14闭合的两个部分12a、12b。然而，在替代示例中，壳体可以由多于两个的部分制造，并且/或者壳体可以以与图1中所示
的方式不同的方式分开。

[0084] 转子组件14包括转子16、轴18、心杆20和活塞构件22。壳体12具有对腔体26进行限定的壁24，转子16能够在腔体26内旋转和枢转。

[0085] 轴18限定第一旋轴线30并且能够绕第一旋轴线30旋转。心杆20绕轴18延伸。心杆以与轴18成角度的方式延伸。另外，心杆限定第二旋轴线32。换言之，心杆20限定第二旋轴
线32，并且轴18以与心杆20成角度的方式延伸穿过心杆20。活塞构件22设置在轴18上。

[0086] 在所示的示例中，该装置设置有两个活塞构件22，即第一活塞构件和第二活塞构件22。转子16还限定了两个腔室34a、34b，一个腔室与另一腔室于转子16的两侧在直径上相
对。

[0087] 在该装置是流体压缩设备的一部分的示例中，每个腔室34可以被设置为压缩腔室。同样，在装置是流体移位设备的示例中，每个腔室34可以被设置为移位腔室。在装置是
流体膨胀设备的示例中，每个腔室34可以被设置为膨胀或计量(metering)腔室。

[0088] 尽管活塞构件22事实上可以是一直延伸穿过转子组件14的一个件，但是这种布置实际上是指每个腔室34都设置有活塞构件22。也就是说，尽管活塞构件22可以仅包括一个
部分，但是活塞构件22可以形成两个活塞构件部段22，在转子组件14的两侧各有一个。

[0089] 换言之，第一活塞构件22从心杆20的一侧沿着轴18朝向壳体12的一侧延伸，并且第二活塞构件22从心杆20的另一侧沿着轴18朝向壳体12的另一侧延伸。转子16包括第一腔
室34a和第二腔室34b，其中，第一腔室34a具有位于转子组件14的一侧上的第一开口36，第
二腔室34b具有位于转子组件14的另一侧上的第二开口36。转子16被承载在心杆20上，转子
16能够相对于心杆20绕第二旋轴线32枢转。活塞构件22从心杆20朝向开口36延伸横穿腔室
34a、34b。在活塞构件22的边缘与转子16的对腔室34进行限定的壁之间保持很小的间隙。该
间隙可以小到足以在活塞构件22的边缘与转子16的对腔室34进行限定的壁之间提供密封。
替代性地或另外地，可以在活塞构件22与转子16的对腔室34进行限定的壁之间设置密封构
件。

[0090] 腔室34由行进至活塞构件22以及从活塞构件22行进的侧壁(即，腔室34的端壁)限定，该侧壁由行进经过活塞构件22的侧部的边界壁接合。也就是说，腔室34由设置在转子16
中的侧壁/端壁和边界壁限定。

[0091] 因此，转子16能够随轴18绕第一旋轴线30旋转，并且能够围绕心杆20绕第二旋轴线32枢转。该构型使得第一活塞构件22能够被操作成在转子16绕第一旋轴线30旋转时从第
一腔室34a的一侧行进(即，横穿)至第一腔室34a的相反一侧。换言之，由于转子16能够随轴
18绕第一旋轴线30旋转并且转子16能够围绕心杆20绕第二旋轴线32枢转，因此，在操作期
间，在转子16绕第一旋轴线30旋转时，在转子16与第一活塞构件22之间存在相对枢转(即，
摇摆)运动。也就是说，该装置构造成允许在转子16绕第一旋轴线30旋转时转子16相对于第
一活塞构件22的受控枢转运动。

[0092] 该构型还使得第二活塞构件22能够被操作成在转子16绕第一旋轴线30旋转时从第二腔室34b的一侧行进(即，横穿)至第二腔室34b的相反一侧。换言之，由于转子16能够随
轴18绕第一旋轴线30旋转并且转子16能够围绕心杆20绕第二旋轴线32枢转，因此，在操作
期间，当转子16绕第一旋轴线30旋转时，在转子16与两个活塞构件22之间存在相对枢转
(即，摇摆)运动。也就是说，该装置构造成允许在转子16绕第一旋轴线30旋转时转子16相对
于两个活塞构件22的受控枢转运动。

[0093] 相对枢转运动是由枢转致动器引起的，如下面所描述。

[0094] 转子16安装成使得转子16可以相对于活塞构件22枢转(即，摇摆)是指，活塞构件22在所述腔室34a、34b或每个腔室34a、34b的两个半部之间提供了可移动的分隔件
(division)，以在腔室34a、34b内形成子腔室34a1、34a2、34b1、34b2。在操作中，每个子腔室
34a1、34a2、34b1和34b2的容积根据转子16和活塞构件22的相对取向而变化。

[0095] 当壳体12围绕转子组件14闭合时，转子16相对于壳体壁24设置成使得在腔室开口34与壁24的大部分之间保持很小的间隙。该间隙可以小到足以在转子16与壳体壁24之间提
供密封。

[0096] 替代性地或附加地，可以在壳体壁24与转子16之间的间隙中设置密封构件。

[0097] 设置端口以用于使流体流通至腔室34a、34b以及从腔室34a、34b流通。对于每个腔室34，壳体12可以包括用于将流体输送到腔室34中的入口端口40和用于将流体从腔室34排
出的排放/出口端口42。端口40、42延伸穿过壳体并且在壳体12的壁24上敞开。

[0098] 在图1和图2中以不同的取向示出了入口端口40和出口/排放端口42。在图1中，由每个端口限定的流动方向与第一旋轴线30成角度。在图2中，由每个端口限定的流动方向平
行于第一旋轴线30。端口40、42可以具有相同的流动面积。在其他示例中，端口40、42可以具
有不同的流动面积。

[0099] 还提供了用于对轴18的端部进行支承的轴承装置44。该轴承装置44可以是适于应用的任何常规类型。

[0100] 端口40、42可以在壳体12上被定尺寸和定位成使得：在操作中，当相应的腔室开口36移动经过端口40、42时，在第一相对位置中，开口36与端口40、42对准，使得腔室开口完全
敞开；在第二相对位置中，开口36未对准，使得开口36被壳体12的壁24完全封闭；以及在中
间相对位置中，开口36与端口40、42部分对准，使得开口36被壳体24的壁部分地限制。

[0101] 替代性地，端口40、42可以在壳体12上被定尺寸和定位成使得：在操作中，在端口40、42和相应的转子开口36的相对位置的第一范围(或组)中，端口40、42和转子开口36未对
准，使得开口36被壳体12的壁24完全封闭，以防止在子腔室34a1、34a2与子腔室34a1、34a2
的相应端口40、42之间的流体流动并防止在子腔室34b1、34b2与子腔室34b1、34b2的相应端
口40、42之间的流体流动。在端口40、42和相应的转子腔室开口36的相对位置的第二范围
(或组)中，开口36与端口40、42至少部分地对准，使得开口36至少部分地敞开，以允许流体
在腔室34a、34b的子腔室与这些子腔室的相应端口40、42之间流动。因此，这些子腔室能够
被操作成至少在与入口端口流体连通(以允许流体流动到子腔室中)时增大容积，并且这些
子腔室能够被操作成至少在与出口端口流体连通(以允许流体流出子腔室)时减小容积。

[0102] 端口的安置和尺寸确定可以根据应用(即，是否用作流体泵装置的一部分、流体移位装置的一部分、流体膨胀装置的一部分)而变化，以提高最佳可能操作效率。在本文中描
述的以及在附图中示出的端口位置仅指示介质(例如，流体)进入和排出的原理。

[0103] 在本公开的装置的一些示例(未示出)中，入口端口和出口端口可以设置有能够操作成对流体/介质通过端口40、42的流动进行控制的机械或机电阀。

[0104] 该装置可以包括枢转致动器。图3中图示了枢转致动器的与图1、图2中所示的枢转致动器对应的非限制性示例。

[0105] 然而，枢转致动器可以包括构造成对转子的枢转运动进行控制的任何适合形式的引导器件。例如，枢转致动器可以包括构造成对转子的枢转运动进行控制的电磁设备。也就
是说，枢转致动器可以包括设置在转子119、219上的第一引导特征52和设置在壳体112上的
第二引导特征50，第一引导特征52能够操作成与第二引导特征50配合以使转子绕心杆枢
转。第一引导特征52和第二引导特征50中的至少一者包括电磁体，该电磁体能够操作成磁
性地联接至第一引导特征52和第二引导特征50中的另一者。

[0106] 枢转致动器能够以提供的任何形式操作(即，构造)成使转子16绕心杆20枢转。也就是说，该装置还可以包括能够操作(即，构造)成使转子16绕由心杆20限定的第二旋轴线
32枢转的枢转致动器。枢转致动器可以构造成使转子16以适合于装置的所需性能的任何角
度枢转。例如，枢转致动器能够操作成使转子16枢转通过大致约60度的角度。

[0107] 如示例中所示，枢转致动器可以包括转子16上的第一引导特征，并且枢转致动器可以具有壳体12上第二引导特征。因此，枢转致动器可以被设置为转子16与壳体12之间的
机械连接件(mechanical link)，该机械连接件构造成在转子16绕第一旋轴线30旋转时引
起转子16相对于活塞构件22的受控的相对枢转运动。也就是说，是转子16作用在枢转致动
器的各引导特征上的相对运动引起了转子16的枢转运动。

[0108] 第一引导特征与第二引导特征在形状上互补。第一引导特征或第二引导特征中的一者限定一路径，第一引导构件或第二引导构件中的另一者在转子绕第一旋轴线30旋转时
被约束成遵循该路径。可能被设置为槽的该路径具有构造成引起转子16绕心杆20和轴线32
枢转的路线。该路线还用于在转子16的旋转与枢转之间建立机械优势。

[0109] 如在图1的示例中示出以及在图4中更清楚地示出的，在转子16上设置有触端(stylus)52，并且如图1、图3中所示，在壳体12中设置有引导槽50。也就是说，引导路径50可
以设置在壳体上，并且另一引导特征、即触端52可以设置在转子16上。

[0110] 与图1、图3中所示的示例类似的转子组件14在图4至图7中示出。如可以看出的，转子16上设置有用于与壳体12上的引导槽50接合的触端52。

[0111] 转子16可以是大致球形的。如所示的，转子16可以至少部分地是大致球形的。为了方便起见，图4示出了配装有轴18、心杆20和活塞构件22的整个转子组件14。相比之下，图5
示出了转子16本身以及延伸穿过转子14并构造成接纳心杆20的腔体60。图6示出了沿着图6
上的第一旋轴线30观察的视图，并且图7示出了与图6中所示的视图相同的从限定转子14的
腔室34的开口36向下观察的视图。

[0112] 图8示出了心杆20的立体图，该心杆20具有用于接纳轴18和活塞构件22的通道62。心杆20是大致筒形的。图9示出了轴18和活塞构件22的示例构型。轴18和活塞构件22可以如
图10中所示的那样一体地形成，或者轴18和活塞构件22可以由多个部分制成。活塞构件22
的横截面是大致正方形或矩形的。如图中所示，轴18可以包括从活塞构件22延伸的筒形的
轴承区域以便坐置在壳体12的轴承装置44上，并因此允许轴18绕第一旋轴线30旋转。

[0113] 图10示出了与心杆20组装在一起的轴18和活塞构件22。心杆20、轴18和活塞构件22可以如上面描述的那样形成为组件，或者心杆20、轴18和活塞构件22可以或许通过铸造
或锻造而一体地形成为一个件。

[0114] 心杆20可以大致设置在轴18和活塞构件22的中心处。也就是说，心杆20可以设置在轴18的两个端部之间的大致中间位置。在被组装时，轴18、心杆20和活塞构件22可以相对
于彼此固定。心杆20可以大致垂直于轴和活塞构件22，并且因此第二旋轴线32可以大致垂
直于第一旋轴线30。

[0115] 活塞构件22被定尺寸成靠近于壳体12的壁24而终止，其中，在活塞构件22的端部与壳体壁24之间保持一较小的间隙。该间隙可以小到足以在活塞构件22与壳体壁24之间提
供密封。替代性地或附加地，可以在壳体壁24与活塞构件22之间的间隙中设置密封构件。

[0116] 在图11、图12中以横截面示出了引导槽50的与图1的示例相对应的其他示例。在该示例中，引导槽50是大致圆形的(即，没有拐点)。

[0117] 转子14可以以绕轴18和心杆20组件组装在一起的一个或更多个部分设置。替代性地，转子16可以设置为一个件——或者一体地形成为一个件或者由若干部分制成以形成一
个元件，在此情况下，心杆20可以滑动到腔体60中，然后轴18和活塞构件22滑动到形成在心
杆20中的通道62中，然后固定在一起。心杆20与转子16的腔体60的孔之间可以保持一较小
的间隙。该间隙可以小到足以在心杆20与转子16的腔体60的孔之间提供密封。替代性地或
另外地，可以在心杆20与转子16的腔体60的孔之间的间隙中设置密封构件。

[0118] 如在图13中清楚地示出的，在引导特征被设置为壳体12上的路径的示例中，引导路径50描绘了围绕壳体的第一圆周(即，在第一圆周上、接近第一圆周和/或接近第一圆周
的任一侧)的路径。在该示例中，第一圆周的平面与由第二旋轴线32在第二旋轴线32绕第一
旋轴线30旋转时描绘的平面重叠或对准。

[0119] 图13示出了沿着第一旋轴线30所在的水平平面分开的半壳体。引导路径50包括至少第一拐点70(位于壳体12的一侧)和第二拐点72(位于壳体的相反侧)，第一拐点70用以将
路径远离第二旋轴线32的平面的第一侧然后朝向第二旋轴线32的平面的第二侧导向，第二
拐点72用以将路径50远离第二旋轴线32的平面的第二侧引导然后朝向第二旋轴线32的平
面的第一侧返回。因此，路径50与第二旋轴线32的平面不对准，而是从第二旋轴线32的平面
的一侧摆动至另一侧。也就是说，路径50不位于第二旋轴线32的平面上，而是在第二旋轴线
32的平面的两侧之间限定一正弦波形路线。路径50可以从第二旋轴线32偏离。因此，当转子
16绕第一旋轴线30转动时，路径50和触端52的相互作用使转子16绕心杆20向后和向前倾斜
(即，摇摆或枢转)并因此绕第二旋轴线32向后和向前倾斜(即，摇摆或枢转)。

[0120] 在这种示例中，引导路径从第二旋轴线32的平面的一侧上的拐点70、72延伸至第二旋轴线32的平面的另一侧上的拐点70、72的距离限定了转子16绕第二旋轴线32的枢转角
与轴18绕第一旋轴线30的角旋转(angular rotation)之间的关系。拐点70、72的数目限定
了下述比率：转子16绕第一旋轴线30每转一圈转子16绕第二旋轴线32枢转(例如，压缩、膨
胀、移位循环等)的数目。

[0121] 也就是说，引导路径50的趋势限定了相对于第一旋轴线30的旋转而言转子16绕第二旋轴线32的斜度(ramp)、振幅和频率，由此限定了腔室34的在任意点处相对于轴的径向
反馈(radial reward)的角位移的比率(或反之亦然)。

[0122] 换言之，路径50的姿态直接描述了转子的旋转速度与转子腔室34a、34b的容积的变化率之间的机械比/关系。也就是说，路径50的轨迹直接描述了转子16的旋转速度与转子
16的枢转速率之间的机械比/关系。因此，腔室容积相对于转子组件14的旋转速度的变化率
和移位程度由引导路径的轨迹变化(即，拐折)的剧烈程度(severity)设定。

[0123] 槽的轮廓可以被调整，以产生各种移位与压缩特性，如用于汽油、柴油(和其他燃料)的内燃发动机、泵并且在转子组件的操作寿命期间膨胀可能需要不同的特性和/或调
整。换言之，路径50的轨迹可以改变。

[0124] 因此，引导路径50提供了可以针对装置的任何给定应用而预先设定的“可编程的曲柄路径”。也就是说，可以对路线进行编程以满足应用的需要。换言之，可以对引导路径进
行编程以适合不同的应用。

[0125] 替代性地，限定引导路径50的特征能够移动，以允许对路径50的调节，这可以在装置处于操作中时提供对曲柄路径的动态调节。这可以允许对转子绕第二旋轴线的枢转动作
的速率和程度进行调整，以协助对装置的性能和/或效率的控制。也就是说，可调节的曲柄
路径将能够使转子的旋转速度与转子腔室34a、34b的容积的变化率或移位程度之间的机械
比/关系发生改变。因此，路径50可以被设置为配装至转子12和转子壳体16并且可以部分地
或作为整体的方式相对于转子12和转子壳体16而被移动和/或调节的通道元件等。

[0126] 因此，路径50和拐点70、72限定了转子16相对于活塞22移位的变速率，从而能够对转子16的旋转与枢转之间的机械回报产生极大的影响。

[0127] 图14示出了与图4至图7中所示的转子16类似的转子16另一非限制性示例。示出了用于接纳轴承组件(例如，滚子轴承装置)或用于提供支承表面以将转子16承载在心杆20上
的支承平台73，还示出了被设置为位于转子的非关键区域中的腔体的“切口”特征74，该“切
口”特征74减轻了结构(即，提供了重量节省特征)并提供了在制造期间抓握/夹持/支撑转
子16的平台。邻近触端52还可以设置有另外的平台75，以用于在制造期间抓握/夹持/支撑
转子16。在该示例中，触端52被设置为能够绕与轴线32垂直的轴线旋转的滚子轴承。该轴承
与引导路径50接合并沿着引导路径50行进(run)，由此使引导构件与轨道特征之间的摩擦
最小化。

[0128] 图15、图16和图19至图24图示了图1至图14、图17、图18的转子装置如何能够适于作为热泵或热机操作。参照图1至图14、图17、图18描述的特征中的任何特征可以被包括在
图15、图16和图19至图24的布置结构中。共同的术语用于标识共同的特征，但是为了使各示
例的特征之间进行区分，适当地使用替代性的附图标记。

[0129] 示例1—单个单元、闭环、热泵

[0130] 图15图示了根据本公开的布置为闭环热泵例如制冷单元的装置100。

[0131] 如参照图1至图14所描述的，装置100包括第一轴部分118(类似于轴18)，该第一轴部分118限定第一旋轴线130(类似于旋轴线30)并且能够绕第一旋轴线130旋转。第一心杆
120(类似于心杆20)限定第二旋轴线132(类似于旋轴线32)，第一轴部分118延伸穿过第一
心杆120。第二旋轴线132大致垂直于第一旋轴线130。第一活塞构件122a(类似于第一活塞
构件22)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(类似于图1至图14、图17、图18中的转子16)被承载在第一心杆
120上。围绕转子119组件设置有壳体112(类似于壳体12)。

[0132] 第一转子119包括第一腔室134a(类似于第一腔室34a)，第一活塞构件122a延伸横穿该第一腔室134a。壳体112的壁设置成邻近第一腔室134a。

[0133] 在壳体112的壁中并且邻近第一腔室134a设置有第一端口114a和第二端口114b(即，类似于端口40、42)。端口114a、114b与第一腔室134a流体地连通，并且端口114a、114b
能够作为流动入口/出口操作。

[0134] 第一腔室134a被分成子腔室134a1、134a2(类似于子腔室34a1、34a2)，每个子腔室位于活塞122a的相反的两侧。因此，在任何时候，端口114a、114b可以与子腔室134a1、134a2
中的一者而非两者流体地连通。

[0135] 第一转子119包括第二腔室134b(类似于第二腔室34b)。壳体112的壁设置成邻近第二腔室134b。壳体112包括与第二腔室134b流体地连通的第三端口116a和第四端口116b。
端口116a、116b与第一腔室134b流体地连通，并且端口116a、116b能够作为流动入口/出口
操作。

[0136] 第二腔室134b被分成子腔室134b1、134b2(类似于子腔室34b1、34b2)，每个子腔室位于活塞122b的相反的两侧。因此，在任何时候，端口116a、116b可以与子腔室134b1、134b2
中的一者而非两者流体地连通。

[0137] 第一活塞构件122a从第一心杆120的一侧沿着第一轴部分118延伸，并且第二活塞构件122b(类似于第二活塞构件22)从第一心杆120的另一侧沿着第一轴部分118延伸横穿
第二腔室134b。因此，如关于图1至图14的示例所描述的，该布置结构构造成允许在第一转
子119绕第一旋轴线130旋转时第一转子119与第二活塞构件122b之间的相对枢转运动。

[0138] 第一轴部分118、第一心杆120和第一活塞构件122a、122b可以相对于彼此固定。

[0139] 因此，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能够绕心杆120绕第二旋轴线132枢转，以允许在第一转子119绕第一旋轴
线130旋转时第一转子119与第一活塞构件122a之间的相对枢转运动。

[0140] 第二端口114b经由包括第一热交换器302a的第一管道/导管300a而与第三端口116a流体连通。第一热交换器302a能够操作成从穿过第一热交换器302a的工作流体去除热
能。也就是说，第一热交换器302a是用于工作流体的散热器(即，用于流动通过系统的介质
或多种介质的散热器)。管道300a的第一部段300a1将第二端口114b连接至第一热交换器
302a，并且管道300a的第二部段300a2将第一热交换器302a连接至第三端口116a。也就是
说，管道/导管300a中的流体可以通过第一热交换器302。

[0141] 因此，第一腔室134a、热交换器302a和第二腔室134b按流动顺序(in flow series)布置。

[0142] 第四端口116b经由包括第二热交换器306a的第二管道(或导管)304a与第一端口114a流体连通。第二热交换器306a能够操作成给穿过第二热交换器306a的工作流体增加热
能。也就是说，第二热交换器306a是用于工作流体的热源(即，用于流动通过系统的介质或
多种介质的热源)。

[0143] 第一热交换器302a可以被设置为任何适合的散热器(例如，与待加热的容积、水流(river)、环境空气等热连通的散热器)。第二热交换器306a可以包括任何适合的热源(例
如，待冷却的容积、食品店的内部空气等)或者可以与这些任何适合的热源热连通。

[0144] 管道304a的第一部段304a1将第四端口116b连接至第二热交换器306a，并且管道304a的第二部段304a2将第二热交换器306a连接至第一端口114a。

[0145] 马达308联接至第一轴部分118，以将转子119绕第一旋轴线130驱动。

[0146] 在本示例中，第一腔室134a和活塞122a因此提供了第一流体流动部段111，在该示例中，第一腔室134a和活塞122a能够作为压缩机或移位泵操作。因此，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。

[0147] 此外，第二腔室134b和活塞122b因此提供了第二流体流动部段115，在该示例中，第二腔室134b和活塞122b能够作为计量部段或膨胀部段操作。因此，第二流体流动部段115
构造成用于使流体经由第二腔室134在第三端口116a与第四端口116b之间经过。

[0148] 第一转子第二腔室134b的容积容量(volumetric capacity)可以大致相同于、小于或大于第一转子第一腔室134a的容积容量。

[0149] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以相同于、小于或大于第一流体流动部段111的容积容量。

[0150] 例如，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至多一半。

[0151] 替代性地，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至少两倍。

[0152] 因此，在本示例中，这提供了在单个设备的范围内的膨胀比(例如，如图17中所示)。

[0153] 这可以通过下述方式实现：将第一转子第一腔室134a设置为具有与第一转子第二腔室134b不同的宽度，其中，第一活塞122a相应地具有与第二活塞122b不同的宽度。因此，
尽管活塞将绕第二旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132行进相同的程度，但是腔室
134a、134b的容积和活塞122a、122b的扫掠容积将不同。

[0154] 如仅示出了转子组件116的图17中所示，不同的容积可以通过下述方式实现：将第一转子第一腔室134a设置为比第一转子第二腔室134b更宽，其中，第一活塞122a相应地比
第二活塞122b更宽。因此，尽管活塞将绕第二旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132行进
相同的程度，但是腔室134a的容积将大于腔室134b的容积，并且因此活塞122a的扫掠容积
将大于活塞122b。

[0155] 在(如随后描述的)操作中，工作流体被引入到系统中并绕系统循环。

[0156] 流体可以是制冷剂流体或其他介质，例如但不限于乙醇、R22或超饱和CO2。

[0157] 假定系统基本上是封闭的，则在每个循环之后工作流体不会被消耗或变得不可操作。也就是说，相同的固定容积的工作流体对于其大部分操作将保持并绕系统持续地循环。
在替代示例中，工作流体可以在设备的操作期间(例如，在每个循环期间或者在预定数目的
循环之后)被部分或全部地替换。

[0158] 由于第一流体流动部段111(在此示例中为移位/压缩机/泵部段)和第二流体流动部段115(在此示例中为计量/膨胀部段)是同一转子的两侧，因此转子119的旋转通过马达
以及流体在第二腔室134b中(即，在子腔室134b1、134b2中)的计量/膨胀来驱动。因此，本公
开的设备的构型从膨胀阶段回收能量中的一些能量以部分地驱动转子119。

[0159] 现在将对设备100的操作进行描述。

[0160] 阶段1

[0161] 在图15中所示的示例中，工作流体经由端口114a进入子腔室134a1。

[0162] 然后，工作流体通过由马达308驱动的活塞122a的作用而在子腔室134a中被增压(pumped)(例如，被压缩)并且经由第二端口114b排出。

[0163] 在工作流体被吸入到子腔室134a1中的同时，工作流体通过第二端口114b而被从子腔室134a2排放。

[0164] 在工作流体被从子腔室134a1排放的同时，工作流体通过第一端口114b而被吸入到子腔室134a2中。

[0165] 阶段2

[0166] 在图15中所示的示例中，工作流体在被从转子119的第一腔室134a排放后，沿着管道300a1行进并进入构造为散热器的第一热交换器302a。因此，在工作流体穿过第一热交换
器302a时热被从工作流体吸取。

[0167] 根据工作流体的性质，在第一热交换器302a中可能存在工作流体的相变。

[0168] 阶段3

[0169] 在图15中所示的示例中，工作流体沿着管道300a2行进并经由第三端口116a进入转子的子腔室134b1，工作流体的压力在子腔室134b1中受到限制并且工作流体经由第四端
口116b被计量到管道304a中。

[0170] 在工作流体进入子腔室134b1的同时，工作流体经由第四端口116b而被从子腔室134b2排放。

[0171] 随着转子119继续旋转，工作流体经由第四端口116b而被从子腔室134b1排放，并且更多的工作流体经由第三端口116a进入子腔室134b2，所述更多的工作流体在子腔室
134b2中膨胀。

[0172] 在所有示例中，工作流体在转子子腔室134b1、134b2中的顺序膨胀产生了由此(至少部分地)引起转子绕转子的第二旋轴线枢转并引起转子绕转子的第一旋轴线旋转的力。
该力是除了由马达308提供的力之外的力。

[0173] 阶段4

[0174] 在图15中所示的示例中，工作流体然后从第二腔室134b沿着导管304a1行进并进入在该示例中构造为热源的第二热交换器306a。

[0175] 根据工作流体的性质，在第二热交换器306a中可能存在工作流体的相变。

[0176] 因此，工作流体在进入第一腔室134a以重新开始循环之前，从热源吸收热，然后离开第二热交换器306a，并且沿着管道304a2行进。

[0177] 示例2—双单元、闭环、热泵

[0178] 图16图示了闭环热泵的另一示例，例如制冷单元。该示例包括与图15的示例相同或等同的许多特征，并因此这些特征利用相同的附图标记指代。

[0179] 因此，装置200包括类似于图15的示例能够作为压缩机或移位泵操作的第一流体流动部段111。该第一流体流动部段111具有能够作为流动入口/出口操作的第一端口114a
和第二端口114b。

[0180] 装置200还包括类似于图15的示例能够作为计量部段或膨胀部段操作的第二流体流动部段115。该第二流体流动部段115具有能够作为流动入口/出口操作的第三端口116a
和第四端口116b。

[0181] 装置200包括第一轴部分118，该第一轴部分118限定第一旋轴线130并能够绕第一旋轴线130旋转。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。
第二旋轴线132大致垂直于第一旋轴线130。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被承载
在第一心杆120上。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。第一移位出口113a和第一移位入口114a与第一腔室134a流体连通。

[0182] 第一轴部分118、第一心杆120和第一活塞构件122a、122b可以相对于彼此固定。

[0183] 此外，第一转子119包括第二腔室134b。第一活塞构件122a从第一心杆120的一侧沿着第一轴部分118延伸穿过第一腔室134a以限定子腔室134a1、134a2，并且第二活塞构件
122b从第一心杆120的另一侧沿着第一轴部分118延伸横穿第二腔室134b以限定子腔室
134b1、134b2。因此，该设备构造成允许在第一转子119绕第一旋轴线130旋转时第一转子
119与第二活塞构件122b之间的相对枢转运动。

[0184] 因此，如关于图1至图14的示例所描述的，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能够围绕心杆120绕第二旋轴线132枢
转，以允许在第一转子119绕第一旋轴线130旋转时第一转子119与第一活塞构件122a和第
二活塞构件122b之间的相对枢转运动。

[0185] 设备200还包括第二轴部分218，该第二轴部分218能够绕第一旋轴线130旋转并且联接至第一轴部分118，使得第一轴部分118和第二轴部分218能够绕第一旋轴线130一起旋
转。

[0186] 第二心杆220限定第三旋轴线232，第二轴部分218延伸穿过第二心杆220。第三旋轴线232大致垂直于第一旋轴线130并且平行于第一转子的第二旋轴线132，并且第三旋轴
线232因此将如图16中所示的那样延伸出页面/进入页面。

[0187] 第二转子219被承载在第二心杆220上。第一轴部分118直接联接至第二轴部分218，使得第一转子119和第二转子能够操作成仅以与彼此相同的速度旋转。围绕第二转子
219设置有第二壳体212(类似于壳体12)。

[0188] 类似于第一转子119，第二转子219包括第一腔室234a和第二腔室234b。第二活塞构件222b设置在第二轴部分218上，第二活塞构件222b从第二心杆220朝向第二轴部分218
的远端端部延伸横穿第二腔室234b以限定子腔室234b1、234b2。

[0189] 第二活塞构件222b从第二心杆220的一侧沿着第二轴部分218延伸。第二转子第一活塞构件222a从第二心杆220的另一侧沿着第二轴部分218延伸横穿第一腔室234a以限定
子腔室234a1、234a2。因此，如关于图1至图14的示例所描述的，该设备构造成允许在第二转
子219绕第一旋轴线130旋转时第二转子219与第一活塞构件222a和第二活塞构件222b之间
的相对枢转运动。

[0190] 第二轴部分218，第二心杆220和第二活塞构件222a、222b可以相对于彼此固定。

[0191] 在该示例中，第三端口116a和第四端口116b与第二腔室234b流体连通，第三端口116a和第四端口116b设置在第二转子的壳体212的壁中。

[0192] 因此，第二转子219和第二心杆220能够随第二轴部分218绕第一旋轴线130旋转，并且第二转子219能够绕第二心杆220绕第三旋轴线232枢转以允许在第二转子219绕第一
旋轴线130旋转时第二转子219与第一活塞构件222a和第二活塞构件222b之间的相对枢转
运动。

[0193] 第一转子119的第二端口114b经由包括第一热交换器302a的第一管道/导管300a而与第二转子219的第三端口116a流体连通。与图15的示例相同，第一热交换器302a能够操
作成从穿过第一热交换器302a(即，为散热器)的工作流体去除热能。管道300a的第一部段
300a1将第二端口114b连接至第一热交换器302a，并且管道300a的第二部段300a2将第一热
交换器302a连接至第三端口116a。

[0194] 第一转子第二腔室134b与设置在第一壳体112的壁中的第五端口114c和第六端口114d流体连通，使得该布置结构构造成用于使流体经由第一转子第二腔室134b在第五端口
114c与第六端口114d之间经过。

[0195] 第二转子第一腔室234a与设置在第二壳体212的壁中的第七端口116c和第八端口116d流体连通，使得该布置结构构造成用于使流体经由第二转子第一腔室234a在第七端口
116c与第八端口116d之间经过。

[0196] 第一转子119的第六端口114d经由包括(即，延伸穿过)第一热交换器302a的第二管道/导管300b而与第二转子219的第七端口116c流体连通。管道300b的第一部段300b1将
第六端口114d连接至第一热交换器302a，并且管道300b的第二部段300b2将第一热交换器
302a连接至第七端口116c。

[0197] 第二转子219的第四端口116b经由包括第二热交换器306a的第二管道/导管304a而与第一转子119的第一端口114a流体连通。与图15的示例相同，第二热交换器306a能够操
作成给穿过第二热交换器306a(即，为热源)的工作流体增加热能。管道304a的第一部段
304a1将第四端口116b连接至第二热交换器306a，并且管道300a的第二部段304a2将第二热
交换器306a连接至第一端口114a。

[0198] 第二转子219的第八端口116d经由包括(即，延伸穿过)第二热交换器306a的第二导管/管道304b而与第一转子的第五端口114c流体连通。管道304b的第一部段304b1将第八
端口116d连接至第二热交换器306a，并且管道304b的第二部段304b2将第二热交换器306a
连接至第五端口114c。

[0199] 因此，在该示例中存在两个流体流动回路(例如，第一转子第一腔室134a与第二转子第二腔室234b之间的流体流动回路，以及第一转子第二腔室134b与第二转子第一腔室
234a之间的流体流动回路)，这两个流体流动回路可以彼此流体地隔离。该工作流体可以与
关于图15的示例所描述的工作流体相同。

[0200] 在本示例中，第一转子119组件(即，第一转子腔室134a、134b和第一转子活塞122a、122b)和第一壳体112因此提供了第一流体流动部段111，在该示例中，第一转子119组
件和第一壳体112能够作为压缩机或移位泵操作。因此，第一流体流动部段111构造成用于
使流体经由第一转子第一腔室134a在第一端口114a与第二端口114b之间经过并用于使流
体经由第一转子第二腔室134b在第五端口114c与第六端口114d之间经过。

[0201] 此外，转子219组件(即，第二转子腔室234a、234b和第一转子活塞222a、222b)和第二壳体212因此提供了第二流体流动部段115，在该示例中，转子219组件和第二壳体212能
够作为计量部段或膨胀部段操作。因此，第二流体流动部段115构造成用于使流体经由第二
转子第二腔室234b在第三端口116a与第四端口116b之间经过并用于使流体经由第二转子
第一腔室234a在第七端口116c与第八端口116d之间经过。

[0202] 如图16中所示，第一转子119的第一腔室134a和第二腔室134b(即，第一流体流动部段111)具有与彼此大致相同的容积容量。第二转子219的第一腔室234a和第二腔室234b
(即，第二流体流动部段115)具有与彼此大致相同的容积容量。然而，第一转子腔室134a、
134b(第一流体流动部段111)的容积容量可以大致相同于、小于或大于第二转子腔室234a、
234b(第二流体流动部段115)的容积容量。

[0203] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的转子腔室234a、234b的容积容量可以相同于、小于或大于第一流体流动部段111的转子腔室134a、134b的容积容量。

[0204] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以是第一流体流动部段111的容积容量的至多一半。

[0205] 替代性地，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以是第一流体流动部段111的容积容量的至少两倍。

[0206] 如仅示出了转子119、219、活塞122、222和轴118、218的图18中所示，容积容量方面的差异可以通过下述方式实现：将第一转子腔室134a、134b设置为比第二转子腔室234a、
234b更宽，其中，第一转子活塞122a、122b相应地比第二转子活塞222a、222b更宽。因此，尽
管活塞122、222可以以相同的角度枢转，但是第一腔室134a、134b的容积将大于第二腔室
234a、234b，并且第一转子活塞122a、122b的扫掠容积将大于第二转子活塞222a、222b的扫
掠容积。

[0207] 由于第一流体流动部段111(第一转子119)的轴118和第一流体流动部段115(第二转子219)的轴218联接，因此轴118和轴218一起旋转，第一转子119的旋转由马达308以及流
体在第二转子219的子腔室234a1、234a2、234b1、234b2中的膨胀来驱动。

[0208] 在其他示例中，第一转子轴118和第二转子轴218一体地形成为一个件并且延伸穿过转子119、219两者。

[0209] 现在将对设备200的操作进行描述。

[0210] 阶段1

[0211] 在图16中所示的示例中，工作流体分别经由第一端口114a和第五端口114c进入子腔室134a1、134b1。

[0212] 然后，工作流体通过由马达308驱动的相应的活塞122a、122b的作用而在子腔室134a、134b中被增压(例如，压缩)并分别经由第二端口114b和第六端口114d排出。

[0213] 在工作流体被吸入到子腔室134a1、134b1中的同时，工作流体分别通过第二端口114b和第六端口114d而被从子腔室134a2、134b2排放。

[0214] 在工作流体被从子腔室134a1、134b1排放的同时，工作流体分别通过第一端口114a和第五端口114c而被吸入到子腔室134a2、134b2中。

[0215] 阶段2

[0216] 在图16中所示的示例中，工作流体在被从第一转子腔室134a、134b排放之后，分别沿着管道300a1、300b1行进并进入构造为散热器的第一热交换器302a。因此，在工作流体穿
过第一热交换器302a时热被从从工作流体吸取。

[0217] 根据工作流体的性质，在第一热交换器302a中可能存在工作流体的相变。

[0218] 阶段3

[0219] 在图16中所示的示例中，工作流体沿着导管300a2、300b2行进并分别经由第三端口116a和第七端口116c进入第二转子的子腔室234b1、234a1，工作流体的压力在子腔室
234b1、234a1中受到限制并且工作流体分别经由第四端口116b和第八端口116d而被分别计
量到管道304a1、304b1中。

[0220] 在工作流体进入子腔室234b1、234a1的同时，工作流体分别经由第四端口116b和第八端口116d而被从子腔室234b2、234a2排放。

[0221] 随着第二转子219继续旋转，工作流体经由第四端口116b和第八端口116d而被从子腔室234b1、234a1排放，并且更多的工作流体经由第三端口116a和第七端口116c进入子
腔室234b2、234a2。

[0222] 在所有示例中，工作流体在转子子腔室234a1、234a2、234b1、234b2中的顺序输送和行为产生了由此(至少部分地)引起第二转子219绕第二转子219的第二旋轴线232枢转并
引起该转子绕该转子的第一旋轴线旋转的力。该力是除了由马达308提供的力之外的力。

[0223] 阶段4

[0224] 在图16中所示的示例中，工作流体然后从第二转子腔室234a、234b沿着管道304a1、304b1行进并进入在该示例中构造为热源的第二热交换器306a。

[0225] 根据工作流体的性质，在第二热交换器306a中可能存在工作流体的相变。

[0226] 因此，工作流体在进入第一转子腔室134a、134b以重新开始循环之前，从热源吸收热，然后离开第二热交换器306a，并沿着管道304a2、304b2行进。

[0227] 示例3—单个单元、闭环、热机

[0228] 图19图示了根据本公开的闭环热机(例如，能量收集发电机(generator))装置400的示例，该示例包括与图15的示例相同的并且潜在地在物理上相同或等同的许多特征，并
且因此这些特征利用相同的附图标记指代。

[0229] 图19的示例与图15的示例的不同之处在于，动力输出设备(power off take)408代替马达308联接至第一轴118并且该动力输出设备408能够由第一轴118驱动。动力输出设
备408被设置为齿轮箱的联轴器,以用于驱动另一设备，例如为发电机。

[0230] 同样，第一热交换器302a构造为热源(而非示例1的散热器)，并且第二热交换器306a构造为散热器(而非示例1的热源)。除此之外，图15、图19的示例在结构上是相同的。

[0231] 也就是说，在实践中，如果将图15中的构造为热泵的装置的散热器和热源彼此交换并且将图15的示例中的马达308交换为发电机408，则结果将是图19的热机。

[0232] 也就是说，在实践中，如果设置了在热力学上可逆的热源和散热器，并且设置了也可以作为发电机408运转的马达308，在这种情况被视为优势的应用中，相同的方案可以是
在热力学上可逆的并且既可以作为热泵100运转并且相反地又可以作为热机400运转。

[0233] 这样的结果是，在操作中，流体流动通过图19的系统的方向与图15的系统相比是相反的，并因此热力学过程是相反的。

[0234] 因此，在图15的示例中能够作为移位/压缩腔室操作的子腔室134a1、134a2(即，第一流体流动部段111)在图19的示例中能够作为膨胀腔室操作。也就是说，在该示例中，第一
腔室134a和活塞122a(即，第一流体流动部段111)能够作为流体膨胀部段操作。

[0235] 同样，在图15的示例中能够作为计量/膨胀腔室操作的子腔室134b1、134b2(即，第二流体流动部段115)在图19的示例中能够作为移位/压缩/增压腔室操作。也就是说，在本
示例中，第二腔室134b和活塞122b(即，第二流体流动部段115)能够作为流体移位泵或压缩
机操作。

[0236] 因此，由于膨胀部段(即，第一流体流动部段111)和移位部段(即，第二流体流动部段115)是同一转子的两侧，所以转子119的旋转由工作流体在第一腔室134a中(即，在子腔
室134a1、134a2中)的膨胀来驱动。

[0237] 现在将对设备400的操作进行描述。

[0238] 阶段1

[0239] 在图19中所示的示例中，工作流体沿着导管300a1行进并经由第二端口114b进入转子的子腔室134a2，工作流体在子腔室134a2中膨胀。

[0240] 在工作流体进入子腔室134a2中并在子腔室134a2中膨胀时，工作流体经由第一端口114a而被从子腔室134a1排放。

[0241] 随着转子119继续旋转，工作流体经由第一端口114a而被从子腔室134a2排放，并且更多的工作流体经由第二端口114b进入子腔室134a1，所述更多的工作流体在子腔室
134a1中膨胀。

[0242] 在所有示例中，工作流体在转子子腔室134a1、134a2中的顺序膨胀产生了由此使转子绕转子的第二旋轴线132枢转并使转子绕转子的第一旋轴线130旋转的力。该旋转力经
由轴118驱动发电机408。

[0243] 阶段2

[0244] 在图19中所示的示例中，工作流体在被从转子119的第一腔室134a排放之后，沿着管道304a2行进并进入构造为散热器的第二热交换器306a。因此，当工作流体穿过第二热交
换器306a时热被从工作流体吸取。

[0245] 根据工作流体的性质，在第二热交换器306a中可能存在工作流体的相变。

[0246] 阶段3

[0247] 在图19中所示的示例中，工作流体经由第四端口116b进入子腔室134b2。

[0248] 工作流体然后通过由工作流体在第一腔室134a中的膨胀所驱动的活塞122b的作用而被移位/增压并经由第三端口116a排出。

[0249] 在工作流体被吸入到子腔室134b2中的同时，工作流体通过第三端口116a而被从子腔室134b1排放。

[0250] 在工作流体被从子腔室134b2排放的同时，工作流体通过第四端口116b被吸入到子腔室134b1中。

[0251] 阶段4

[0252] 在图19中所示的示例中，工作流体然后从第二腔室134b沿着导管300a2行进并进入构造为热源的第一热交换器302a。

[0253] 因此，工作流体在进入第一腔室134a以重新开始循环之前，从热源吸收热，然后离开第一热交换器302a，并沿着管道300a1行进。

[0254] 根据工作流体的性质，在第一热交换器302a中可能存在工作流体的相变。

[0255] 示例4—双单元、闭环、热机

[0256] 图20图示了根据本公开的闭环热机(例如，马达单元)装置500的第二示例，该第二示例包括与图16中的示例相同或等同的许多特征，并且这些特征因此利用相同的附图标记
指代。

[0257] 图20的示例与图16的示例的不同之处在于，动力输出设备408代替马达308联接至第一轴118并且该动力输出设备408能够由第一轴118驱动。动力输出设备408被设置为齿轮
箱的联轴器以用于驱动另一设备，例如为发电机。

[0258] 此外，第一热交换器302a构造为热源(而非示例2的散热器)，并且第二热交换器306a构造为散热器(而非示例2的热源)。除此之外，图16、图20的示例在结构上是相同的。

[0259] 也就是说，在实践中，如果将在图16中构造为热泵的装置的散热器和热源彼此交换并且将图16的示例的马达308交换为发电机408，则结果将是图20的热机。

[0260] 这样的结果是，在操作中，流体流动通过图20的系统的方向与图16的系统相比是相反的，并因此热力学过程是相反的

[0261] 因此，在图16的示例中能够作为移位/压缩腔室操作的第一转子子腔室134a1、134a2、134b1、134b2(即，第一流体流动部段111)在图20的示例中能够作为膨胀腔室操作。
也就是说，在该示例中，第一转子第一腔室134a和活塞122a以及第一转子第二腔室134b和
第二活塞122b(即，第一流体流动部段111)能够作为流体膨胀部段操作。

[0262] 此外，在图16的示例中能够作为膨胀/计量腔室操作的子腔室234a1、234a2、234b1、234b2(即，第二流体流动部段115)在图20的示例中能够作为移位/压缩/增压腔室操
作。也就是说，在本示例中，第二转子第一腔室234a和活塞222a以及第二转子第二腔室234b
和第二活塞222b(即，第二流体流动部段115)能够作为流体移位泵或压缩机操作。

[0263] 由于第一流体流动部段111(第一转子119)的轴118和第二流体流动部段115(第二转子219)的轴218联接，因此轴118和轴218一起旋转。

[0264] 因此，由于膨胀部段(即，第一流体流动部段111)的轴118和移位部段(即，第二流体流动部段115)的轴218联接，因此轴118和轴218一起旋转，第二转子219的旋转通过工作
流体在第一转子腔室134a、134b中(即，在子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中)的膨胀来驱
动。

[0265] 类似于图16中所示的示例2，第一转子119的第一腔室134a和第二腔室134b(即，第一流体流动部段111)具有与彼此大致相同的容积容量。第二转子219的第一腔室234a和第
二腔室234b(即，第二流体流动部段115)具有与彼此大致相同的容积容量。然而，第一转子
腔室134a、134b(第一流体流动部段111)的容积容量可以大致相同于、小于或大于第二转子
腔室234a、234b(第二流体流动部段115)的容积容量。

[0266] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的转子腔室234a、234b的容积容量可以相同于、小于或大于第一流体流动部段111的转子腔室134a、134b的容积容量。

[0267] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以是第一流体流动部段111的容积容量的至多一半。

[0268] 替代性地，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以是第一流体流动部段111的容积容量的至少两倍。

[0269] 如仅示出了转子119、219、活塞122、222和轴118、218的图18中所示，容积容量方面的差异可以通过下述方式实现：将第一转子腔室134a、134b设置为比第二转子腔室234a、
234b更宽，其中，第一转子活塞122a、122b相应地比第二转子活塞222a、222b更宽。因此，尽
管活塞122、222可以以相同的角度枢转，但是第一腔室134a、134b的容积将大于第二腔室
234a、234b，并且第一转子活塞122a、122b的扫掠容积将大于第二转子活塞222a、222b的扫
掠容积。

[0270] 现在将对设备500的操作进行描述。

[0271] 阶段1

[0272] 在图20中所示的示例中，工作流体沿着导管300a1、300b1行进并分别经由第二端口114b和第六端口114d分别进入第一转子119的子腔室134a2、134b2，工作流体在子腔室
134a2、134b2中膨胀。

[0273] 在工作流体进入子腔室134a2、134b2并在子腔室134a2、134b2中膨胀的同时，工作流体分别经由第一端口114a和第五端口114c而被从第一转子子腔室134a1、134a2排放。

[0274] 随着第一转子119继续旋转，工作流体分别经由第一端口114a和第五端口114c而被从子腔室134a2、134b2排放，并且更多的工作流体经由第二端口114b和第六端口114d进
入子腔室134a1、134a2，工作流体在子腔室134a1、134a2中膨胀。

[0275] 在所有示例中，工作流体在转子子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中的顺序膨胀产生了由此使第一转子绕第一转子的第二旋轴线132枢转并使第一转子119绕第一转子119
的第一旋轴线130旋转的力。该旋转力经由轴118驱动发电机408。

[0276] 阶段2

[0277] 在图20中所示的示例中，工作流体在被从第一转子119的第一腔室134a、134b排放之后，分别沿着管道304a2、304b2行进并进入构造为散热器的第二热交换器306a。因此，当
工作流体穿过第二热交换器306a时热被从工作流体吸取。

[0278] 根据工作流体的性质，第二热交换器306a中可能存在工作流体的相变。

[0279] 阶段3

[0280] 在图20所示的示例中，工作流体分别经由第四端口116b和第八端口116d进入第二转子子腔室234b2、234a2。

[0281] 然后，工作流体通过由工作流体在第一转子腔室134a、134b中的膨胀驱动的第二转子活塞222a、222b的作用而被移位/增压并分别经由第三端口116a和第七端口116排出。

[0282] 在工作流体被吸入到第二转子子腔室234b2、234a2的同时，工作流体分别通过第三端口116a和第七端口116c而被从第二转子子腔室234b1、234a1排放。

[0283] 在工作流体被从第二转子子腔室234b2、234a2排放的同时，工作流体分别通过第四端口116b和第八端口116d被吸入到第二转子子腔室234b1、234a1中。

[0284] 阶段4

[0285] 在图20中所示的示例中，工作流体然后从第二转子第二腔室234b、234a沿着管道300a2、300b2行进并进入构造为热源的第一热交换器302a。

[0286] 因此，工作流体在进入第一转子第一腔室134a、134b以重新开始循环之前，从热源吸收热然后离开第一热交换器302a并且沿着管道300a1、300b1行进。

[0287] 根据工作流体的性质，在第一热交换器302a中可能存在工作流体的相变。

[0288] 示例5—单个单元、开环、热机

[0289] 图21图示了根据本公开的开环马达单元(热机)装置600的第一示例，该第一示例包括与图19的示例相同或等同的许多特征，并因此这些特征利用相同的附图标记指代。

[0290] 图21的示例在以下方面与图19的示例不同。

[0291] 该系统是开环的，其中，第一端口114a与第四端口116b之间没有连接。也就是说，不存在第二管道304a和第二热交换器306a，并且因此第一端口114a和第四端口116b彼此隔
离。

[0292] 第四端口116b可以与例如向大气开放的空气源流体连通。因此，在该示例中，工作流体可以包括空气。

[0293] 第一热交换器302a可以包括任何适合的热源(例如，太阳能热、来自另一过程的燃烧排放气体或烟道气体、或蒸汽)或与所述任何适合的热源热连通。替代性地，第一热交换
器302a可以包括能够操作成用于连续燃烧的燃烧腔室602。例如，燃烧腔室可以包括被供应
燃料以产生热的燃烧器。燃烧过程可以是连续的燃烧过程。因此，类似于图19中的示例3，第
一热交换器302a为热源，该热源构造成给流动穿过该热源的流体增加热能。

[0294] 第一转子第二腔室134b的容积容量可以大致相同于、小于或大于第一转子第一腔室134a的容积容量。

[0295] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以相同于、小于或大于第一流体流动部段111的容积容量。

[0296] 例如，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至多一半。

[0297] 替代性地，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至少两倍。

[0298] 因此，在本示例中，这提供了在单个设备的范围内的膨胀比(例如，如图17中所示)。

[0299] 这可以通过下述方式实现：将第一转子第一腔室134a设置为具有与第一转子第二腔室134b不同的宽度，其中，第一活塞122a相应地具有与第二活塞122b不同的宽度。因此，
尽管活塞将绕第二旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132行进相同的程度，但是腔室
134a、134b的容积和活塞122a、122b的扫掠容积将不同。

[0300] 如图17中所示，图17仅示出了转子组件116，不同的容积可以通过下述方式实现：将第一转子第一腔室134a设置为比第一转子第二腔室134b更宽，其中，第一活塞122a相应
地比第二活塞122b更宽。因此，尽管活塞将绕第二旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132
行进相同的程度，但是腔室134a的容积将大于腔室134b的容积，并且因此活塞122a的扫掠
容积将大于活塞122b。

[0301] 现在将对设备600的操作进行描述。

[0302] 阶段1

[0303] 在图21中所示的示例中，工作流体(例如空气)经由第四端口116b进入子腔室134b2。

[0304] 然后，工作流体通过由工作流体在第一腔室134a中的膨胀驱动的活塞122b的作用而被移位/压缩/计量(下面在阶段3中描述)，并经由第三端口116a排出。

[0305] 在工作流体被吸入到子腔室134b2中的同时，工作流体通过第三端口116a而被从子腔室134b1排放。

[0306] 在工作流体被从子腔室134b2排放的同时，工作流体通过第四端口116b而被吸入到子腔室134b1中。

[0307] 阶段2

[0308] 在图21中所示的示例中，工作流体然后从第二腔室134b沿着管道300a2行进并进入构造为热源的第一热交换器302a。

[0309] 工作流体可以在燃烧器603中与燃料混合，以在被传递至膨胀部段的第二端口114b之前被部分地燃烧并部分地加热，从而增大了压力，在该示例中，膨胀部段为第一流体
流动部段111。

[0310] 因此，在进入第一腔室134a之前，工作流体从热源吸收热，然后离开第一热交换器302a，并沿着管道300a1行进。

[0311] 阶段3

[0312] 在如图21中所示的示例中，工作流体沿着导管300a1行进，并经由第二端口114b进入转子的子腔室134a2，工作流体在该子腔室134a2中膨胀。

[0313] 在工作流体进入子腔室134a2中并在子腔室134a2中膨胀的同时，工作流体经由第一端口114a而被从子腔室134a1排放。

[0314] 随着转子119继续旋转，工作流体经由第一端口114a而被从子腔室134a2排出，并且更多的工作流体经由第二端口114b进入子腔室134a1，所述更多的工作流体在子腔室
134a1中膨胀。

[0315] 因此，排放气体顺序地在第一腔室134a的子腔室134a1、134a2中膨胀(因此，气体压力减小而体积增大)，使得由该气体在第一活塞122a上做功，以迫使第一活塞122a横穿腔
室134a(作为膨胀腔室操作)，这驱动第二活塞122b横穿第二腔室134b，以将另一部分空气
吸入并压缩以再次开始过程。

[0316] 因此，工作流体在转子子腔室134a1、134a2中的顺序膨胀产生了由此使转子绕转子的第二旋轴线132枢转并使转子绕转子的第一旋轴线130旋转的力。该旋转力经由轴118
驱动发电机408。

[0317] 示例6—双单元、开环、热机

[0318] 图22图示了根据本公开的开环马达单元(热机)设备700的第二示例，该第二示例包括与图20的示例相同或等同的许多特征，并且因此这些特征利用相同的附图标记指代。

[0319] 图22的示例在以下方面与图20的示例不同。

[0320] 该系统是开环的，其中，分别地在第二转子流动入口(在此示例中为第四端口116b与第八端口116d)之间以及在第一转子流动出口(在本示例中为第一端口114c与第五端口
114c)之间没有连接。也就是说，在图22的示例中不存在示例4(图20)的第二管道304a和第
二热交换器306a，并且因此第四端口116b和第一端口114a彼此隔离，并且第八端口116d和
第五端口114c彼此隔离。

[0321] 第四端口116b和第八端口116d可以与例如向大气开放的空气源流体连通。因此，在该示例中，工作流体可以包括空气。

[0322] 如在图20的示例中，第一热交换器302a可以包括任何适合的热源(例如，太阳能热、来自另一过程的燃烧排放气体或烟道气体、或蒸汽)或与所述任何适合的热源热连通。
替代性地并且类似于图21的示例5，第一热交换器302a可以包括能够操作成用于连续燃烧
的燃烧腔室602。例如，燃烧腔室可以包括被供应燃料以产生热的燃烧器。燃烧过程可以是
连续的燃烧过程。因此，类似于图20的示例，第一热交换器302a能够操作成给穿过第一热交
换器302a的流体增加热能。

[0323] 针对每个流体回路可以设置燃烧腔室602a、602b。腔室602a、602b可以彼此流体地隔离。因此，第一燃烧腔室602a可以设置成与管道300a流体连通，并且第二燃烧腔室602b可
以设置成与管道300b流体连通。燃烧腔室602a、602b可以设置在单个燃烧腔室单元602内。

[0324] 现在将对设备700的操作进行描述。

[0325] 阶段1

[0326] 在图22中所示的示例中，工作流体(例如空气)分别经由第四端口116b和第八端口116d进入第二转子子腔室234b2、234a2。

[0327] 然后，工作流体通过由工作流体在第一转子第一腔室134a、134b中的膨胀驱动的第二转子活塞222a、222b的作用而被移位/压缩/计量(下面在阶段3中描述)，并分别经由第
三端口116a和第七端口116c排出。

[0328] 在工作流体被吸入到子腔室234b2、234a2中的同时，工作流体分别通过第三端口116a和第七端口116c而被从子腔室234b1、234a1排放。

[0329] 在工作流体被从子腔室234b2、234b1排放的同时，工作流体分别通过第四端口116b和第八端口116d被吸入到子腔室234b1、234a1中。

[0330] 阶段2

[0331] 在图22中所示的示例中，工作流体然后从第二转子第二腔室234b、234a沿着管道300a2、300b2行进并进入构造为热源的第一热交换器302a。

[0332] 工作流体在被传递至第一转子119的第二端口114b和第六端口114d(即，第一流体流动部段111，或“膨胀”部段)之前，可以在燃烧器603中与燃料混合以被部分地燃烧并部分
地加热，从而增大了压力。

[0333] 因此，工作流体在进入第一转子腔室134a、134b之前，从热源吸收热，然后离开第一热交换器302a，并且沿着管道300a1、300b1行进。

[0334] 阶段3

[0335] 在如图22中所示的示例中，工作流体沿着管道300a1、300b1行进并经由第二端口114b和第六端口114d进入第一转子119的子腔室134a2、134a2，工作流体在子腔室134a2、
134a2中膨胀。

[0336] 在工作流体进入子腔室134a2、134b2中并在子腔室134a2、134b2中膨胀的同时，工作流体分别经由第一端口114a和第五端口114c而被从子腔室134a1、134b1排放。

[0337] 随着第一转子119继续旋转，工作流体经由第一端口114a和第五端口114c而被从子腔室134a2、134b2排放，并且更多的工作流体经由第二端口114b和第六端口114d进入子
腔室134a1、134b1，工作流体在子腔室134a1、134b1中膨胀。

[0338] 因此，排放气体顺序地在第一转子腔室134a、134b的子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中膨胀(因此，气体压力减小而体积增大)，使得由该气体在第一转子活塞122a、122b
上做功，以迫使第一活塞122a横穿腔室134a(作为膨胀腔室操作)并迫使第二活塞122b横穿
第二腔室134b(作为膨胀腔室操作)，这驱动第一活塞122a和第二活塞122b横穿其各自的腔
室134a、134b，以将另一部分空气吸入以再次开始过程。

[0339] 因此，工作流体在第一转子子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中的顺序膨胀产生了由此使第一转子119绕第一转子119的第二旋轴线132枢转并使第一转子绕第一转子的第
一旋轴线130旋转的力。该旋转力经由轴118驱动发电机408。

[0340] 由此，由于膨胀部段(即，第一流体流动部段111)的轴118和移位部段(即，第二流体流动部段115)的轴218联接，因而轴118和轴218一起旋转，因此第二转子219的旋转由工
作流体在第一转子腔室134a、134b中(即，在子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中)的膨胀驱
动。

[0341] 示例7—单个单元、开环、热机

[0342] 图23图示了根据本公开的开环热机(马达单元)装置800的第三示例，该第三示例包括与图21的示例相同或等同的许多特征，并且因此这些特征利用相同的附图标记指代。

[0343] 图23的示例在以下方面与图21的示例不同。

[0344] 第四端口116b构造成与热气体源例如烟道或排放气体流体连通。因此，在该示例中，工作流体可以包括热气体源，例如烟道或排放气体。

[0345] 第一热交换器302a包括腔室810和喷射器812，腔室810能够操作成允许流体在移位部段(在此示例中为第二流体流动部段115)与膨胀部段(在此示例中为第一流体流动部
段111)之间流动，喷射器812构造成将低温介质注射到腔室810中，使得热能从流体传递至
低温介质以使低温介质增大压力。因此，第一热交换器302a能够操作成从穿过第一热交换
器302a的工作流体去除热能以换取低温介质的压力增加，并且第一热交换器302a因此构造
为散热器。

[0346] 低温流体可以是在正常大气条件下以压缩液体或状态存储的在其相变回气体期间需要热输入的气体，例如液态氮气或液态空气。在本公开中，术语“低温流体”意在表示以
低温液态或气态存储的将随着热的引入而膨胀、或许剧烈地膨胀的任何介质。

[0347] 第一转子第二腔室134b的容积容量可以大致相同于、小于或大于第一转子第一腔室134a的容积容量。

[0348] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以相同于、小于或大于第一流体流动部段111的容积容量。

[0349] 例如，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至多一半。

[0350] 替代性地，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至少两倍。

[0351] 因此，在本示例中，这提供了在单个设备的范围内的膨胀比(例如，如图17中所示)。

[0352] 这可以通过下述方式实现：将第一转子第一腔室134a设置成具有与第一转子第二腔室134b不同的宽度，其中，第一活塞122a相应地具有与第二活塞122b不同的宽度。因此，
尽管活塞将绕第二旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132行进相同的程度，但是腔室
134a、134b的容积和活塞122a、122b的扫掠容积将不同。

[0353] 如仅示出了转子组件116的图17中所示，不同的容积可以通过下述方式实现：将第一转子第一腔室134a设置为比第一转子第二腔室134b更宽，其中，第一活塞122a相应地比
第二活塞122b更宽。因此，尽管活塞将绕第二旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132行进
相同的程度，但是腔室134a的容积将大于腔室134b的容积，并且因此活塞122a的扫掠容积
将大于活塞122b。

[0354] 现在将对设备800的操作进行描述。

[0355] 阶段1

[0356] 在图23中所示的示例中，工作流体经由第四端口116b进入子腔室134b2。

[0357] 然后，工作流体通过由工作流体在第一腔室134a中的膨胀驱动的活塞122b的作用而被移位/计量(在下面描述)，并经由第三端口116a排出。

[0358] 在工作流体被吸入到子腔室134b2中的同时，工作流体通过第三端口116a而被从子腔室134b1排放。

[0359] 在工作流体被从子腔室134b2排放的同时，工作流体通过第四端口116b而被吸入到子腔室134b1中。

[0360] 阶段2

[0361] 在图23中所示的示例中，工作流体然后从第二腔室134b沿着导管300a2行进并进入构造为散热器的第一热交换器302a。

[0362] 热气体在被传递至膨胀部段(在该示例中，第一流体流动部段111)的第二端口114b之前，可以在腔室810中与低温介质混合，使得热被传递至低温介质，从而使低温介质
增大压力。

[0363] 因此，在进入第一腔室134a之前，低温介质与工作流体混合并从工作流体吸收热，然后离开第一热交换器302a并沿着管道300a1行进。

[0364] 阶段3

[0365] 在图23中所示的示例中，工作流体沿着导管300a1行进并经由第二端口114b进入转子的子腔室134a2，工作流体在子腔室134a2中膨胀。

[0366] 在工作流体进入子腔室134a2并在子腔室134a2中膨胀的同时，工作流体经由第一端口114a而被从子腔室134a1排放。

[0367] 随着转子119继续旋转，工作流体经由第一端口114a而被从子腔室134a2排放，并且更多的工作流体经由第二端口114b进入子腔室134a1，工作流体在子腔室134a1中膨胀。

[0368] 因此，排气和冷却剂的混合物顺序地在第一腔室134a的子腔室134a1、134a2中膨胀(因此，气体压力减小而体积增大)，使得由气体在第一活塞122a上做功，以迫使第一活塞
122a横穿腔室134a(作为膨胀腔室操作)，这驱动第二活塞122b横穿第二腔室134b，以将另
一部分空气吸入并压缩/移位以再次开始过程。

[0369] 因此，工作流体在转子子腔室134a1、134a2中的顺序膨胀产生了由此使第一转子绕第一转子的第二旋轴线132枢转并使该转子绕该转子的第一旋轴线130旋转的力。该旋转
力经由轴118驱动发电机408。

[0370] 示例8—双单元、开环、热机

[0371] 图24图示了根据本公开的开环热机马达单元装置900的第四示例，该第四示例包括与图22的示例相同或等同的许多特征，并且因此这些特征利用相同的附图标记指代。

[0372] 图24的示例与图22的示例的不同之处在于，第二转子流动入口(该第二转子流动入口在此示例中为第四端口116b和第八端口116d)构造成与热气体源例如烟道或排放气体
流体连通。

[0373] 因此，在该示例中，工作流体可以包括热气体源例如烟道或排放气体。

[0374] 类似于示例2、示例4、示例6，第一转子119的第一腔室134a和第二腔室134b(即，第一流体流动部段111)具有与彼此大致相同的容积容量(即，相同的容积)。第二转子219的第
一腔室234a和第二腔室234b(即，第二流体流动部段115)具有与彼此大致相同的容积容量
(即，相同的容积)。然而，第一转子腔室134a、134b(第一流体流动部段111)的容积容量(即、
容积)可以大致相同于、小于或大于第二转子腔室234a、234b(第二流体流动部段115)的容
积容量(即、容积)。

[0375] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的转子腔室234a、234b的容积容量(即、容积)可以相同于、小于或大于第一流体流动部段111的转子腔室134a、134b的容积容
量(即、容积)。

[0376] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以是第一流体流动部段111的容积容量的至多一半。

[0377] 替代性地，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以是第一流体流动部段111的容积容量的至少两倍。

[0378] 此外并且类似于图23的示例，第一热交换器302a包括腔室810和喷射器812，腔室810能够操作成允许流体在移位部段(在该示例中为第二转子219，即第二流体流动部段
115)与膨胀部段(在该示例中为第一转子119，即第一流体流动部段111)之间流动，喷射器
812构造成将低温介质喷射到腔室810中，使得热能从流体传递至低温介质以使低温介质增
大压力。因此，第一热交换器302a能够操作成从穿过第一热交换器302a的工作流体除去热
能以换取低温介质的压力增加，并且第一热交换器302a因此构造为散热器。

[0379] 针对每个流体回路可以设置混合腔室810a、810b和喷射器812。腔室810a、810b可以彼此流体地隔离。因此，第一低温腔室810a可以设置成与导管300a流体连通，并且第二低
温腔室810b可以设置成与导管300b流体连通。混合腔室810a、801b可以设置在单个混合腔
室单元810内。

[0380] 现在将对设备900的操作进行描述。

[0381] 阶段1

[0382] 在如图23中所示的示例中，工作流体分别经由第四端口116b和第八端口116d进入第二转子子腔室234b2、234a2。

[0383] 然后，工作流体通过由工作流体在第一转子第一腔室134a、134b中的膨胀驱动的第二转子活塞222a、222b的作用而被移位/压缩/计量(下面在阶段3中描述)，并经由第三端
口116a和第七端口116c排出。

[0384] 在工作流体被吸入到子腔室234b2、234a2中的同时，工作流体分别通过第三端口116a和第七端口116c而被从子腔室234b1、234a1排放。

[0385] 在工作流体被从子腔室234b2、234b1排放的同时，工作流体分别通过第四端口116b和第八端口116d被吸入到子腔室234b1、234a1中。

[0386] 阶段2

[0387] 在图24中所示的示例中，工作流体然后从第二转子第二腔室234b、234a沿着管道300a2、300b2行进并进入构造为散热器的第一热交换器302a。

[0388] 在被传递至第一转子119的第二端口114b和第六端口114d(即，第一流体流动部段111，或“膨胀”部段)之前，热气体可以在混合腔室810中与低温介质混合，使得热被传递至
低温介质，从而使低温介质增加压力。

[0389] 因此，在进入第一转子腔室134a、134b之前，低温介质与工作流体混合并从工作流体吸收热，然后离开第一热交换器302a，并沿着管道300a1、300b1行进。

[0390] 阶段3

[0391] 在如图24中所示的示例中，工作流体沿着管道300a1、300b1行进，并经由第二端口114b和第六端口114d进入第一转子119的子腔室134a2、134a2，工作流体在子腔室134b2、
134a2中膨胀。

[0392] 在工作流体进入子腔室134a2、134b2中并在子腔室134a2、134b2中膨胀的同时，工作流体分别通过第一端口114a和第五端口114c而被从子腔室134a1、134b1排放。

[0393] 随着第一转子119继续旋转，工作流体经由第一端口114a和第五端口114c而被从子腔室134a2、134b2排放，并且更多的工作流体经由第二端口114b和第六端口114d进入子
腔室134a1、134b1，工作流体在子腔室134a1、134b1中膨胀。

[0394] 因此，排放气体顺序地在第一转子腔室134a、134b的子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中膨胀(因此，气体压力减小而体积增大)，使得由该气体在第一转子活塞122a、122b
上做功，以迫使第一活塞122a横穿腔室134a(作为膨胀腔室操作)并迫使第二活塞122b横穿
腔室134b(作为膨胀腔室操作)，这驱动第一活塞122a和第二活塞122b横穿其各自的腔室
134a、134b，以将另一部分空气吸入以再次开始过程。

[0395] 由此，工作流体在第一转子子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中的顺序膨胀产生了由此使第一转子119绕第一转子119的第二旋轴线132枢转并使第一转子绕第一转子的第
一旋轴线130旋转的力。该旋转力经由轴118驱动发电机408。

[0396] 由此，由于膨胀部段(即，第一流体流动部段111)的轴118和移位部段(即，第二流体流动部段115)的轴218联接，因而轴118和轴218一起旋转，因此第二转子219的旋转由工
作流体在第一转子腔室134a、134b中(即，在子腔室134a1、134a2、134b1、134b2中)的膨胀驱
动。

[0397] 双单元的示例变型

[0398] 在替代性的双单元示例(例如，示例2(图16)、示例4(图20)、示例6(图22)和示例8(图24)的变型)中，第一转子第一腔室134a具有的容积容量可以大致小于或大致大于第一
转子第二腔室134b的容积容量。另外或替代性地，第二转子第二腔室234b具有的容积容量
可以大致小于或大致大于第二转子第一腔室234a的容积容量。

[0399] 例如，第一转子第一腔室134a具有的容积容量可以是第一转子第二腔室134b的容积容量的至多一半或至少两倍。另外或替代性地，第二转子第二腔室234b具有的容积容量
可以是第二转子第一腔室234a的容积容量的至多一半或至少两倍。

[0400] 这种示例提供了多级设备或通过共同的系统具有不同膨胀比的两个工作流体回路。

[0401] 管道300a、300b和管道304a、304b已经被图示为分立回路。然而，导管300a和导管300b可以至少部分地组合成限定穿过热交换器302的共同流动路径。同样地，导管304a和导
管304b可以至少部分地组合成限定穿过热交换器306的共同流动路径。替代性地，管道
300a、300b可以穿过具有彼此不同或相同的热容量的完全分离的热交换器单元302。同样，
替代性地，管道304a、304b可以穿过具有彼此不同或相同的热容量的完全分离的热交换器
单元306。

[0402] 在前述示例中，驱动轴118、218被描述为是刚性连接/直接连接的，并因此驱动轴118、218以与彼此相同的旋转速度操作，以在驱动轴118、218之间提供无损操作。然而，在替
代示例中，第一轴118和第二轴218可以通过机械手段(例如通过齿轮箱)或虚拟手段(例如
通过电子控制系统)联接，因此第一轴118和第二轴218可以相对于彼此以不同速度旋转。

[0403] 本公开的装置的核心是在每转提供达到100％的内部容积减小的真正的正移位单元。该正移位单元能够操作成将活塞122同时“推动”和“拉动”成横穿该正移位单元的腔室，
因此例如，在同一腔室中在活塞的一侧可以产生完全真空，而同时在另一侧产生压缩和/或
移位。

[0404] 移位部段和膨胀部段的联接件(即，第一流体流动部段111与第二流体流动部段115之间的直接驱动件——无论是如图15、图19、图21、图23中所示的同一转子的一部分还
是如图16、图20、图22、图24中所示的连接转子的一部分)意味着，机械损失相对于现有技术
的示例而言被最小化，并且使得能够从每个部段中的过程恢复以帮助驱动另一侧。

[0405] 因此，与现有技术的示例相比，能够得到显著更高的膨胀或压缩比。例如，能够得到超过10:1的单级膨胀或压缩比，该单级膨胀或压缩比显著大于现有技术的示例。

[0406] 在单个活塞的相反面上使用连续的(和同时的)膨胀和移位/压缩的正移位实现了一种从根本上而言比现有技术的设备更高效的设备。

[0407] 这也意味着该设备可以在变化的载荷和变化的速度下执行高效的操作，这在利用常规布置结构(例如，包括轴流式涡轮机的布置结构)的情况下是不可能的。这允许以先前
无法达到的输入水平进行能量收集。

[0408] 本发明的装置可以按比例缩放至任何尺寸，以适应不同的容积容量或功率要求，该装置的双输出驱动轴还使得容易将多个驱动件安装在共线的轴上，由此提高了容积、平
稳性、功率输出，并按照要求提供了冗余、或更多动力。因此，本公开的热机设备可以被承载
在车辆上以提供附加的驱动或发电，以在较小重量损失的情况下对较大发动机的输出进行
补充。

[0409] 该设备从根本上而言具有极低的惯性，这提供了较低的载荷以及快速且容易的启动。

[0410] 就图15、图19的热泵(示例1、示例3)和图16、图20的热机(示例2、示例4)而言，这些布置结构是特别有利的，因为这些布置结构从根本上而言是热力学可逆的。因此，设备可以
在任一方向上利用处于不同物相(例如，呈不同物相)的工作流体来操作。因此，根据本发明
的装置与现有技术的设备相比更能够适用于更广泛的用途。

[0411] 因此，提供了一种用于制冷或发电目的的在机械方面简单的且可扩展(scalable)的装置。另外，根据本公开的这种热泵或热机在任一操作模式下都会是非常高效的。

[0412] 就图16、图21至图24的热机(示例2、示例4至示例8)而言，本公开的装置提供了具有较高热力学效率的可以以较低速度运行的技术解决方案。以较低速度运行是有利的，因
为这使得能够以接近于或处于所需频率的速度发电，由此减少了依赖以及由于齿轮和信号
反转而造成的损失。

[0413] 转子14和壳体12可以构造成在转子14与壳体12之间具有很小的间隙从而实现无油和真空操作，以及/或者构造成消除了对转子16与壳体12之间的接触密封器件的需要，由
此使摩擦损失最小化。

[0414] 在会从这种情况受益的应用中，轴18、118、218可以从转子壳体的两侧延伸以联接至用于对设备和/或发电机进行驱动的动力传动系。

[0415] 示例9—单个单元、开环、空气循环

[0416] 图25图示了根据本公开的开环空气循环装置1000的示例，该示例包括与图21的示例相同或等同的许多特征，并且因此这些特征利用相同的附图标记指代。

[0417] 该系统是开环的，其中，在第一端口114a与第四端口116b之间没有连接。也就是说，不存在第二管道304a和第二热交换器306a，并且因此第一端口114a和第四端口116b彼
此隔离。

[0418] 马达308联接至第一轴部分118，以将转子119绕第一旋轴线130驱动。

[0419] 因此，在本示例中，第一腔室134a和活塞122a提供了第一流体流动部段111，在该示例中，该第一流体流动部段11能够作为压缩机或移位泵操作。因此，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。

[0420] 此外，第二腔室134b和活塞122b因此提供了第二流体流动部段115，在该示例中，第二腔室134b和活塞122b能够作为计量部段或膨胀部段操作。因此，第二流体流动部段115
构造成用于使流体经由第二腔室134在第三端口116a与第四端口116b之间经过。

[0421] 第一端口114a可以与例如向大气开放的环境空气源流体连通。因此，在该示例中，工作流体可以包括空气。然而，在其他示例中，流体可以是任何适合的流体。

[0422] 第一热交换器302a可以与任何适合的热源或要被冷却的物质热连通。在一个示例中，物质例如要被冷却的第二流体穿过第一热交换器302a中的管道303，使得在该物质穿过
第一热交换器302时，该物质可以将热传递至工作流体并且该物质被冷却。该物质可以是可
以流动并被冷却的任何介质，例如为流体，比如空气、气体或液体。在一些示例中，该物质是
用于使个人气候条件冷却例如以提供建筑物中的温度控制的介质。在其他示例中，该物质
可以用于对电子系统进行冷却或加热。

[0423] 因此，第一热交换器302a是热源，该热源构造成给穿过该热源的工作流体增加热能。

[0424] 第一腔室134a的容积容量可以大致相同于、小于或大于第二腔室134b的容积容量。

[0425] 也就是说，在本示例中，第二流体流动部段115的容积容量可以相同于、小于或大于第一流体流动部段111的容积容量。在该示例中，第二流体流动部段115的容积容量优选
地大于第一流体流动部段111的容积容量。

[0426] 例如，第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至多一半。

[0427] 在其他示例中，第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至多20％。

[0428] 替代性地，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至少两倍。

[0429] 替代性地，第一转子第二腔室134b的容积容量可以是第一转子第一腔室134a的容积容量的至少三倍。

[0430] 因此，在本示例中，这提供了在单个设备的范围内的膨胀比(例如，如图17中所示)。

[0431] 这可以通过下述方式实现：将第一腔室134a设置成具有与第二腔室134b不同的宽度，其中，第一活塞122a相应地具有与第二活塞122b不同的宽度。因此，尽管活塞将绕第二
旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132行进相同的程度，但是腔室134a、134b的容积和活
塞122a、122b的扫掠容积将不同。

[0432] 不同的容积可以通过下述方式实现：将第二腔室134b设置为比第一腔室134a更宽，其中，第二活塞122b相应地比第一活塞122a更宽。

[0433] 因此，尽管活塞将绕第二旋轴线132枢转并因此绕第二旋轴线132行进相同的程度，但是第二腔室134b的容积将大于第一腔室134a的容积，并且因此活塞122b的扫掠容积
将大于活塞122a。

[0434] 由于第一流体流动部段111(在此示例中为移位/压缩机/泵部段)和第二流体流动部段115(在此示例中为计量/膨胀部段)是同一转子的两侧，因此转子119的旋转通过马达
以及流体在第二腔室134b中(即，在子腔室134b1、134b2中)的计量/膨胀来驱动。

[0435] 现在将对设备1000的操作进行描述。

[0436] 阶段1

[0437] 在图25中所示的示例中，工作流体(例如空气)经由第一端口114a进入子腔室134a1。

[0438] 然后，工作流体通过由马达308和工作流体在第二腔室134b中的膨胀驱动的活塞122b的作用而被移位/压缩/计量(下面在阶段3中描述)，并经由第二端口114b排出。

[0439] 在工作流体被吸入到子腔室134a1中的同时，工作流体通过第二端口114b而被从子腔室134a2排放。

[0440] 在工作流体被从子腔室134a2排放的同时，工作流体通过第一端口114a被吸入到子腔室134a1中。

[0441] 阶段2

[0442] 在图25中所示的示例中，工作流体然后从第一腔室134a沿着管道300a1行进并进入构造为热源的第一热交换器302a。因此，当工作流体穿过第一热交换器302a时给工作流
体增加了热。

[0443] 物质比如空气、气体或液体也可以经由单独的入口穿过热交换器302a并用于将热传递至工作流体。换言之，物质在第一温度下进入热交换器302a并且在第二温度下离开热
交换器，其中，第二温度低于第一温度。来自物质的热被传递至工作流体。因此，工作流体在
进入第二腔室134b之前，从热源(例如，物质)吸收热然后离开第一热交换器302a并且沿着
管道300a2行进。

[0444] 阶段3

[0445] 在图25中所示的示例中，工作流体经由管道300a2离开第一热交换器302a。工作流体的压力在管道300a2中被保持为处于相对较低的压力、例如被保持为低于大气压。

[0446] 工作流体沿着导管300a2行进并且经由第三端口116a进入转子的子腔室134b1，并且工作流体膨胀。

[0447] 在工作流体进入子腔室134b1中并在子腔室134b1中膨胀的同时，工作流体经由第四端口116b而被从子腔室134b2排放。

[0448] 随着转子119继续旋转，工作流体经由第四端口116b而被从子腔室134b2排出，并且更多的工作流体经由第三端口116a进入子腔室134b1，所述更多的工作流体在子腔室
134b1中膨胀。

[0449] 因此，排放气体顺序地在第二腔室134b的子腔室134b1、134b2中膨胀(因此，流体压力减小而体积增大)。在一个示例中，这种膨胀致使在管道300a中保持负压，这又有助于
驱动第一活塞122a横穿腔室134a，从而引入另一部分空气以再次开始过程。排放气体在子
腔室134b1、134b2中的膨胀可以致使由流体在第二活塞122b上做功，以迫使第一活塞122b
横穿腔室134b(作为膨胀腔室操作)，这驱动第一活塞122a横穿第一腔室134a以将另一部分
空气吸入并压缩以再次开始过程。

[0450] 因此，工作流体在转子子腔室134b1、134b2中的顺序膨胀产生了由此引起转子绕转子的第二旋轴线132枢转并引起转子绕转子的第一旋轴线130旋转的力。该旋转力是除了
由马达308提供的力之外的力。

[0451] 因此，图25中所示的系统能够操作成用作空气源冷泵。

[0452] 在使用中，图25的系统是可逆的，使得如果马达308的方向被反向，则在第二流体流动部段115与第一流体流动部段111之间产生正压力差。在该示例中，热交换器302从穿过
热交换器302的流体吸取热以加热导管303中的物质。在此示例中，系统是空气源热泵。换言
之，马达308可以是可逆的。当马达308构造成将转子119绕第一旋轴线130沿第一方向驱动
时，第一热交换器302a能够操作成用作将来自物质的热传递至流体的热源。

[0453] 由于该系统是可逆的，因此当马达构造成将转子119绕第一旋轴线130沿与第一方向相反的第二方向驱动时，第一热交换器302a能够操作成用作将来自流体的热传递至物质
的热源。在该示例中，系统能够操作成用作空气源热泵。

[0454] 图26示出了形成根据本公开的装置的一部分的芯部510的替代示例的部分分解图。芯部510包括壳体512和转子组件514。图27A和图27B示出了壳体512在壳体512围绕转子
组件514闭合时的侧视图和横截面示例。

[0455] 在图26中所示的示例中，壳体512被分成围绕转子组件14闭合的三个部分512a、512b和512c。然而，在替代示例中，壳体可以由多于两个的部分制成，以及/或者壳体可以以
与图26中所示的方式不同的方式分开。在该示例中，壳体512包括第一壳体端部512a和第二
壳体端部512b，第一壳体端部512a和第二壳体端部512b在使用中可以联接至间隔环512c。
在一些示例中，第一壳体端部512a和第二壳体端部512b可以被夹持至间隔环512c。在该示
例中，轴承529的外圈联接至间隔环512c。在一个示例中，轴承的外圈形成在间隔环512c或
壳体512的内表面上。

[0456] 活塞构件522和心杆520与图8至图10中所示的活塞构件22和心杆20大致相同。在该示例中，在转子516上可以设置一个或更多个轴承521，以使心杆520能够相对于转子516
旋转。在所述一个或更多个轴承521中可以安置轴承销523，以将心杆520相对于转子516轴
向地固定，同时能够实现绕轴线532的旋转运动。在一些示例中，在轴承销523和轴承521上
方可以安置盖525。

[0457] 在该示例中，可以存在围绕转子516的外侧定位的轨道式回转环527A、527B。在所示的示例中，轨道式回转环包括构造成与轴承529的内圈联接的第一环527A和第二环527B。
在一些示例中，第一环527A和第二环527B构造成被夹持在一起以将轴承529的至少一部分
夹持在第一环527A与第二环527B之间。在一个示例中，第一引导特征(552)可以包括构造成
被接纳在回转环(527)中或与回转环(527)联接的触端。

[0458] 在该示例中，第二引导特征550包括轨道式回转环527A、527B和轴承529，轴承529可以由内圈、外圈和滚动元件构成。

[0459] 在使用中，第一引导特征552可以与第二引导特征550机械地联接。在一些示例中，第一引导特征552包括构造成被接纳在轨道式回转环527中以将转子516联接至轨道式回转
环527A、527B的触端。轴承529形成引导路径，以使转子516相对于轴522绕轴线530枢转。

[0460] 如图27A和图27B中所示，由第一引导特征552和第二引导特征550的联接产生的引导路径可以描绘围绕壳体512的第一圆周(即，在第一圆周上、接近第一圆周和/或接近第一
圆周的任一侧)的路径。

[0461] 由第一引导特征552和第二引导特征550形成的轴承滚道的设置减少了装置中的摩擦和噪音、振动和粗糙度。

[0462] 轴承529可以呈任何形式，即可以具有滚动体、滚珠或其他无摩擦元件或是滑动轴承类型。所示示例为角接触背对背滚珠轴承对。

[0463] 在一些示例中，背对背角接触轴承对提供了较高的速度公差、较高的载荷公差、较大的滚动元件、滚道载荷分布在更大的区域而不是单个点。另外，由于轴承的两侧保持永久
接触，因而具有极小的游隙或没有游隙，因此减小了装置内部的死空间(dead space)。此
外，轴承可以用于将转子516保持在壳体512内的中心部分上，因此在远离中心点的每个方
向上的热增长是相等的。

[0464] 引导路径的趋势限定了相对于第一旋轴线530的旋转而言转子516绕第二旋轴线532的斜度、振幅和频率，由此限定了腔室534的在任意点处相对于轴的径向反馈的角位移
的比率(反之亦然)。

[0465] 换言之，路径的姿态直接描述了转子的旋转速度与转子腔室534a、534b的容积的变化率之间的机械比/关系。也就是说，路径550的轨迹直接描述了转子516的旋转速度与转
子516的枢转速率之间的机械比/关系。

[0466] 在该示例中，由第一引导特征552和第二引导特征550的联接得到的引导路径与竖向方向成30度角，在其他示例中，该角度可以不同。

[0467] 应当注意到与本说明书同时提交的或在本说明书之前提交的与本申请相关的并且与本说明书一起公开供公众查阅所有论文和文献，并且所有这些论文和文献的内容通过
参引并入本文中。

[0468] 在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/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进行组合，除了其中这样的特征和/或
步骤中的至少一些特征和/或步骤是相互排斥的组合以外。

[0469] 除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，
否则所公开的每个特征是通用系列的等同或类似特征的仅一个示例。

[0470] 本发明不限于前述实施方式的细节。本发明扩展至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的特征或任何新颖的组合，或者扩展至如此公
开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的步骤或任何新颖的组合。