[发明专利]具有可调节式工作流体端口的旋转可膨胀室装置和结合其的系统

说明书

发明领域

本发明大体上涉及旋转可膨胀室装置。具体而言，本发明涉及具有可调节式工作流体端口的旋转可膨胀室装置和结合其的系统。

背景

旋转可膨胀室装置是由至少一个本体构成，该至少一个本体相对于另一个本体旋转并且结合该另一个本体一起限定被配置来在使用过程中接收一种工作流体的一个流体区的边界。该流体区典型地由尺寸随着旋转本体旋转而增大和减小的多个流体容积构成。旋转可膨胀室装置可以例如用作这样的压缩机：在该压缩机中，一种可压缩流体进入多个流体容积并且随着流体容积尺寸减小而被压缩；或是这些装置可以用作这样的膨胀器：在该膨胀器中，当允许一种可压缩流体在这些流体容积内膨胀时，来自该流体的能量被传递至旋转本体。

一种旋转可膨胀室装置的一个或多个旋转本体的360°旋转可以被分成多个弧段，这些弧段各自描述以下三个种类中的一种：a)一个收缩弧段，其中部分或全部由一个或多个本体限定的工作流体体积收缩，b)一个膨胀弧段，其中部分或全部由一个或多个本体限定的流体体积膨胀，以及c)一个恒定容积弧段，其中部分或全部由一个或多个本体限定的流体体积尺寸并不改变。这些弧段可以在一定程度上相对于一个或多个旋转本体移动或不移动。在与这些弧段大体相关的位置处的是允许流体进入和离开流体区的开口或端口。

一种可膨胀室装置可以具有多个操作参数，诸如该装置的旋转速率、工作流体质量流率、工作流体输出温度和压力、以及该装置产生或消耗的能量。然而，现有技术的装置缺乏独立于其他操作参数来控制这些参数中的一个或多个参数的设备，并且缺乏以高能效方式达到此目的设备。

披露内容概述

在一个实现方式中，本披露涉及一种旋转可膨胀室装置。该装置包括：一个外部旋转部件，该外部旋转部件具有一条机器轴线；一个内部旋转部件，该内部旋转部件相对于该外部旋转部件定位以便限定在该外部部件与该内部部件之间的一个流体区，该流体区用于在使用过程中接收一种工作流体，其中该内部旋转部件和该外部旋转部件被设计和配置成彼此接合，这样使得当该内部旋转部件和该外部旋转部件中的至少一个围绕与该机器轴线平行的一条轴线相对于另一个连续移动时，该内部旋转部件和该外部旋转部件在该流体区内连续限定至少一个收缩弧段、至少一个膨胀弧段、以及至少一个零容积弧段；一个第一工作流体端口，该第一工作流体端口与该流体区流体联通并且具有一个第一周向范围和围绕该机器轴线的一个第一角位置；以及一个第一机构，该第一机构被设计和配置成可控制地改变该第一周向范围和该第一角位置中的至少一个。

在另一个实现方式中，本披露涉及一种能量回收系统。该系统包括：一个第一旋转可膨胀室装置，该第一旋转可膨胀室装置具有一个可调节式工作流体输出端口和一个第一端口调节机构，该第一端口调节机构被设计和配置成可控制地调节该输出端口的尺寸和位置中的至少一个；一个第二旋转可膨胀室装置，该第二旋转可膨胀室装置具有一个可调节式工作流体输入端口和一个第二端口调节机构，该第二端口调节机构被设计和配置成可控制地调节该输入端口的尺寸和位置中的至少一个，该第一旋转可膨胀室装置机械联接至该第二旋转可膨胀室装置上；以及一个冷凝器，该冷凝器流体联接至该第一旋转可膨胀室装置的该输出端上并且流体联接至该第二旋转可膨胀室装置的该输入端上；其中该系统被设计和配置成通过以低于一个环境压力的一个压力从该第一旋转可膨胀室装置的该输出端口排放一种工作流体来从该工作流体回收能量、将该工作流体冷凝，并且随后利用该第二旋转可膨胀室装置来将该工作流体再压缩至与该环境压力基本上相同的一个压力。