CN103097849A - 具有气泡驱动转子的热虹吸传热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于传热的装置和一种控制该装置的方法，该装置包括定子腔，该定子腔包含：液体；输入换热表面；输出换热器；和被蒸汽气泡驱动的转子。

Description

具有气泡驱动转子的热虹吸传热装置

技术领域

本发明涉及一种用于传热的装置和方法。

背景技术

热虹吸器是一种传热装置，其中在管或环路的底部输入热量，并在顶部提取热量，以驱动液体循环，该液体循环将热量从底部传输至顶部。其变化形式包括二相热虹吸器(其中该液体在热输入末端沸腾且上升的蒸汽气泡有助于驱动液体对流)，和主动泵送的热虹吸器(其具有在电路中的泵)。后者作为一个中央加热系统为人熟知。被动热虹吸器需要重力来运行，除非它具有泵送的辅助设备否则该输出换热器必须在输入端之上。

热管通常被描述为二相热虹吸热管，其中液体在管中沸腾，从而去除局部热量，且蒸汽在一段距离外凝结，放出它的热量。该液体冷凝物通过重力和或毛细管装置通过非常细的通道流回至输入端。毛细管流使热管无需重力来运行，因此热管可在输入端比输出端高的情况下运行，并且热管将在零重力下立即运行。然而，热管在尺寸上受限制并且如果它们太热则可能干透(导致失去毛细作用)。

热虹吸器和热管通常设计成在低的内部压力下运行，因为这降低了使用的液体的沸点。然而热虹吸器可作为一种对大气开放的系统运行并根据需要的应用和沸点具有液体和压力的不同组合。

这些技术非常有用，因为在计算机芯片、光电技术、IGBT和LED中的热密度快速增加，产生散热的问题。二相，或沸腾传热比通过铜的传热快至1000倍，铜是具有最好性能且容易获得的材料。然而，在二相传热中，随着热输入速率的上升，气泡产生在输入表面上变得如此的全面以使这些气泡在其表面结合形成一绝缘覆盖层(blanket)时达到了临界热通量(Critical Heat Flux)并且传热急剧下降。该问题限制了所有煮沸传热装置的最大性能，这些传热装置包括热管和二相热虹吸器。该情况可通过经热量输入表面泵送液体或通过液体射流冲击热量输入表面来改善。这些技术使液体撞击至该表面上并赶出气泡。然而泵送的系统增加了成本、复杂性或噪声并需要外部电源。

本发明改进了热管和热虹吸器中的沸腾传热。因此热虹吸器可在以前仅适用热管的情况下使用。

发明内容

本发明被所附权利要求书限定。

通过介绍，根据本发明的实施例的装置利用沸腾的气泡的提升力进行自供能。浸渍有气泡的液体对该气泡施加等于移位的液体的重量的力。因为在浸没的气泡中的气体处于与周围液体等压作用下，因此该气泡将对阻碍其上升的表面上施加一定力，该作用力与周围液体对气泡施加的力相同。这使得可从煮沸液体形成的气泡中提取功。煮沸液体的能量可来自于任何合适的热源例如需要冷却的流体、太阳能和其他辐射、废热和化合或分解作用。

转子，可为任何合适的形状和尺寸，其包括绕着两个或多个轴旋转的传送带，运行时由气泡自身的浮力供能，且任选地，通过可得自生长的气泡的能量供能。装置可优化用于传热或发电或其组合，这取决于本申请的需要。

本实施例的另一优点是在下文更详细描述，该优点是产生了比运行该装置所需的数量更多的能(即大于使转子旋转所需的能)。这些多出来的能可从转子机械地提取并用于驱动机械装置例如风扇(例如风扇可被转子驱动并用于驱动空气流过冷凝器)，或者可用于驱动发电机以产生电能。这使得该装置能满足回收废热的领域中的需求，利用低等级热，太阳能发电并提高发动机效率。

以下将参考附图进行描述，本发明的实施例首先提供了一种用于增加热虹吸器中传热的装置，该装置通过使用自供能的转子以增加湍流并刮擦(scrape)或清扫(sweep)而没有表面接触，通过煮沸换热产生的蒸汽气泡使其在气泡形成时离开输入表面。

其次，提供了一种利用气泡的浮力和/或来自气泡形成的压力升高的发电装置。机械能起动可用于驱动风扇用于使气流通过冷凝换热器和/或热源的散热片。

第三，提供了一种改进的使用阿基米德(Archimedes)螺杆自液体中的蒸汽气泡浮力获得功的方法。实施例包括对阿基米德螺杆和阻碍元件的改进，包括径向的和轴向的倾斜的叶片(vane)，这些叶片增加了体积容量，这些阻碍元件使得能减小中心芯的尺寸从而增加体积容量。

附图说明

图1a显示了本发明实施例的一种传热装置；

图1b显示了用于换热器的转子，该转子具有单向液体喷射阀；

图1c显示了一种具有弯曲的/螺旋的叶片的改进的转子；

图1d显示了用于靠近定子腔的侧壁转动的圆盘转子；

图2为用于换热器的转子和定子外壳的详细视图，该视图包括用于液体的气泡推进的管；

图3显示了一种用于冷却3D半导体芯片并具有两个水平轴转子的传热装置；

图4a显示了一种具有被液体射流推进的竖直轴转子的传热装置；

图4b为图4a的传热装置的俯视图；

图5a为一种具有竖直轴螺旋转形转子的传热装置；

图5b显示了一种具有具有倾斜的阿基米德螺杆作为转子的传热装置；

图6a显示了一种具有用于流体流通的中心通道的竖直轴转子；

图6b显示了图6a的转子和外壳的截面图；

图7显示了一种具有锥形转子的螺旋型转子装置；

图8a显示了一种用于调节传热装置中的压力的压力调节风箱型装置；

图8b显示了另一种具有弹簧和活塞的压力调节装置；

图9显示了一种改进的阿基米德螺杆，该螺杆具有阻碍元件以能够减小该螺杆的中心芯尺寸；

图10显示了常规的阿基米德螺杆叶片；

图11显示了一种阿基米德螺杆的叶片，该叶片具有径向歪斜；

图12显示了一种阿基米德螺杆的叶片，该叶片具有轴向歪斜；

图13至图16显示了具有径向偏斜的叶片的阿基米德螺杆；

图17至图20显示了具有轴向偏斜的叶片的阿基米德螺杆。

具体实施方式

以下通过说明的形式，描述了本发明的实施例和特征。这些不应用于限定本发明，本发明被所附权利要求书限定。然而，应理解，对于本领域技术人员，在具体领域可采用多种组合和变化而不脱离所要求保护的发明的范围。

如图1a所示，用于自电子装置中的热点传热的传热装置100的一个第一水平旋转轴的实施例包括定子腔110，该定子腔110包括紧密配合的转子120和合适的液体填充处(charge)。定子管130安装于转子的向上移动(使用时)侧并且流动地连接至换热器140，该换热器140可远离该转子。第二管道150在转子的向下移动(使用时)侧流动地连接至(或结合至)换热器140。转子外周安装有小室160(也称为“隔室“或”口袋“)，它们例如可通过径向叶片165产生。

操作过程中，在该装置的底部处或邻近该底部输入换热表面170结合至待冷却的元件或热源175(例如计算机芯片)。在装置100中产生合适的压力和补充流体，且热量从待冷却的元件经输入换热表面170传输至装置100中的液体。自待冷却的元件的输入的热使得定子腔110内的液体煮沸，产生气泡，这些气泡被截留在转子小室160中，这些气泡由于重力作用上升，并且它们的向上的浮力使转子120旋转。该气泡然后在它们周围的转子小室160已经转至向上朝向的位置之后从该转子小室160逸出，然后这些气泡使向上定子管130升高至换热器140处，其中蒸汽气泡中携带的热量被传输至换热器140并离开定子腔110，且这些气泡凝结成液体。凝结的液体在重力作用下从换热器140下降，并被向下管道150运输，并连续地向转子小室160补充冷却的液体，该冷却的液体比加热的液体和向上定子管130中液体的密度大。向下的推力进一步增加了该转子的动力。

本发明的简单水平轴版本(其中转子轴为水平的，或者基本为水平的，如图1a所示)包括具有合适长度的转子120，该转子120具有突出的叶片165，该叶片165在转子120的周围产生小室160。在小室160在一热输入表面(或输入换热表面)170上移动时，叶片驱逐(或“刮擦”)来自热输入表面170的气泡且小室160逐渐被气泡填满，浮力向转子120赋予提升力。随着转子的进一步旋转，使得转子叶片165接近水平方向，气泡的杠杆作用在转子上产生一增大的旋转力。产生了对于刮擦作用剩余的转子功并且能用于驱动连接的泵，使得冷凝器140能位于蒸发器(或换热表面170)之下，或者用于产生电力或用于任何需要旋转能的其他装置或过程。因此本发明实施例的热虹吸器可用于之前不能使用热管的应用中，其中冷凝器140在蒸发器170下方。对于来自输入换热表面的170的表面的气泡的刮擦(或清扫，或刷扫)有助于去除来自换热表面170的气泡，从而避免了出现隔绝的蒸汽气泡的可能。因此，此种2-相冷却装置可在较宽范围的热输入率(“使曲线延伸”)的情况下运行，并且避免或减少了不需要的效果，例如“灌湖(kettling)”。

在其他实施例中，如图1c所述，转子120可包括弯曲的或螺旋的叶片1065，该叶片1065会弯曲以使每个叶片1065的外部尖端1066在旋转时相对滞后于该叶片1065的内侧部件1067。该设置使得气泡181能在小室160中停留较长时间(在转子的旋转过程中)，仅在该叶片外部尖端1066经过转子120中心线185(在非驱动侧)时的点之后或在该点附近被释放，以使该气泡向转子120提供更大的功。图1d显示了一个实施例，其中转子120用于靠近定子腔110的侧壁旋转，且小室160经过换热表面170(也称为蒸发器)，且该定子腔壁优选位于相对于水平的约20度的角度。

承载转子120的合适的轴承为塑料的、不锈钢的或玻璃珠或滚柱轴承。转子和定子可由金属制成，例如铝，或由塑料或水泥或任何合适的金属制成，这些金属具有类似的特性。蒸发器优选由导热材料例如铜或铝制成。冷凝器安装有导热材料例如铜或铝制成的散热片。

在一实施例的范例中，已发现高的转子速度对于所有的气泡不具有充分的时间离开小室，因为该小室位于上止点且需要大的向上管道开口和合适的小室深度以提供用于所有气泡离开的时间。对于辅助气泡离开小室160优选使用大尺寸的管道开口，但管道开口尺寸可针对以下需要进行平衡：避免向下流动的液体的动能被向上定子管的渗漏而消散(已发现这可基本通过在全时间保留定子壁的至少两个完全小室宽度在向上定子管130和向下管道150之间而避免)。

而且，在实施例中，已发现一些气泡粘至转子。在气泡粘至转子的轴末端时是有利的，因为这减少了液体在转子末端和定子壁之间的拖拉(drag)。然而，在气泡粘在小室中时并且这些气泡被运载通过转子的中心线185，以使它们被运载进入下一循环(进入该转子的向下移动的一半部分)。因此，为了使效果最大，该转子可在小室160内具有排斥气泡的表面或涂层，且在转子叶片165的轴末端具有蒸汽或气泡吸引表面或涂层。该末端也可安装有螺旋槽以帮助在转子120和定子腔110的末端壁之间保持气体层(也称为“外壳”)。

在其他实施例中，以下描述了其他特征，例如可加入止回阀180以增加扭矩。在简单的水平装置中，如图1a所示，由于生长的气泡181的压力而位移的液体通过转子120和外壳110之间的空隙沿各种方向从小室160逸出。在更高的设计和紧密配合的装置中，液体可作为喷射的液体185流动通过止回阀180，如图1b所示，或者流动偏置管道230(如图2所示)，如上所述。

可从本发明的装置中生长的气泡获取的其他的能，除了浮力的能，在转子上的离散的小室经过热量输入表面时产生。在该小室中的液体被加热时，形成蒸汽并且小室中的压力增加(因为转子用于紧密配合于定子外壳中以使来自每个小室中的流体流被控制并优选保持为最小)。该压力增加可任选以两种方式利用：第一，通过将转子上的每个小室通过止回阀180(如图1b中所示)或者流动偏置管道(双向(diodici)流体阀)连接至以下小室；第二通过提供自与输入热源175邻近的定子壁的较低位置引出一个或多个管道进行。

如图1b所示，首先，通过将转子上的每个小室160通过止回阀180，或者流动偏置管道(双向流动阀)连接至随后的小室。小室止回阀180可通过具有叶片产生，该叶片在径向上增加以适应于尾部方向，或包含一具有减小的径向长度或宽度的刚性叶片，该刚性叶片支撑一个尾部的兼容的部件以使该兼容的部件仅能向后弯曲。随着蒸汽气泡在小室160中积累这些气泡使该小室中的压力增加(至少一些小室被笼罩，例如被外壳也称为定子腔笼罩，因此防止压力没有被引导通过阀而泄露出)。该压力迫使液体通过阀180或通道进入后面的小室中，在转子上产生作用力并使转子面向包围该转子的流体物质移动。压力可从未笼罩的小室释放，离开蒸发器，从而避免循环并转子周围的压力均等。该过程使得装置能连续地在设计的方向上开始转动并从转子下面直接进行热量输入。单独依靠气泡提升的装置可能依赖输入的热及通过转子的底部死点中心的煮沸(即向转子中心线185的一侧)，或者如果(如图1c所示)使用安装有弯曲的叶片的转子，则可直接在转子下面提供热量输入。

在小室中的压力提升可利用第二个方法是通过提供一个或多个管道230(如图2所示)，该管道230自定子壁邻近热量输入口170(也称为蒸发器或煮器)的较低部分伸出。对于小室160向管道开放时，每个管道在小室的液体水平线之下，且随着小室中的压力增加，液体被压入管道中并可用于冷却或其他目的。特别地，泵入的流体可用于冷却具有三维结构的计算机芯片，其中它将液体驱动通过芯片中的微通道以实现所需的热量去除，这是有利的。

在其他实施例中，如图2所示，在定子壁中的管道230，在小室160的液面水平线以下(即在气泡在小室160中聚集的水平线以下)，其可用于在每个小室160通过管道时利用压力波动，以使液体压入目标冷却区域的微通道(待冷却的元件175)。在实施例中，多个较小的微通道自每个管道中伸出，以使该管道作为用于微通道的集管“槽”。因为液体为流体且泵送力随着每个小室通过而波动，自定子壁至集管进入微通道的管道230的直径可以相对地大(与微通道比较)。使得集管至微通道的压降最小甚至(等于)通过每个微通道的流体的意义是不平凡的，也如果将实现待冷却的装置的冷却这将是重要的。如果集管损失(在自管道至微通道的过渡中压力损失)证明是比较高的，且/或在微通道之间流体不均匀分布证明是有问题的，则可提供多个微管道(在一些实施例中)，以将小室160直接连接至待冷却的元件(例如芯片)175中的管道和/或通道。

为使压力泵送特征的效率最大，在一个实施例中，布局(如图3所示，其可用于例如3D芯片冷却)具有竖直定位的多层芯片(或任何待涂覆的其他层的热源)310，该多层芯片夹在两个传热装置100的热量输入区域之间，类似于图1a所示。此种类型的装置从芯片的外层带走热量，但也在芯片310之下和芯片310中的竖直的微管道340向上经管道330泵送液体以冷却内部层。此种为通道340可为不同的部件且具有通道延伸部350以在冷凝换热器140的顶部或其附近排出蒸汽和液体。这种蒸汽的排出可随着任何气泡的扩大提供额外的泵送力。如果热量从芯片310输入至每一个传热装置100的一个竖直分割侧(例如至中心线185的右侧，如图1a所示)，有利的是关闭每个具有一个或几个笼罩层的小室160的其他竖直分割侧，从而减少了压力的渗漏，该压力可用于引导驱动液体通过微通道340。其他的利用压力波动的方法包括经管道230驱动隔膜泵。

具有转子120，且转子120具有小室160和止回阀(或者称为喷射阀)180的实施例，也可具有旋转的竖直轴，如图4所示的实施例。这意味着旋转的轴具有至少一竖直部件，以及可能还有水平部件。在这种实施例中，转子410的顶部关闭以使小室160在其上部侧被包围，且在旋转之后每个小室160通过热量输入区域170穿过定子壁中的第一端口(或截断部(cut-out))440释放它的气泡至向上管道430中。同样，在定子壁中的第二端口(或截断部)450将小室160连接至液体向下回流管道460中。此种类型的实施例还可，例如，应用于传送带型转子(未显示)，这种转子绕着两个或多个滑轮转动并可水平传热。

可通过将更多的转子堆叠于第一个转子的顶部以从竖直轴有小室的转子获得额外的功，以从上升的气泡获得更多的功。此种情况下这些转子可机械地连接。

如图4所示竖直轴装置具有部分包围的小室且转子通过压力升高驱动转动，这使得射流通过阀进入随后的小室。本发明的气体竖直轴实施例显示于图5a中(其中转子轴为竖直的，或基本竖直的)，其具有螺旋上升的管道且该转子通过螺旋上升的气泡的压力转动。

如图5a所示的实施例中，提供了一种基本竖直的定子腔510，包括一紧密配合的圆筒状转子520或锥形转子并填充有合适的液体。这些实施例有利于经较大表面积进行热量输入时的情况下使用，因为热量可以在转子520的整个周围输入。转子520具有一个或多个螺旋形带(也称为“突起”530)，其从转子表面突起并从转子的底部延伸至转子的顶部。带530可具有向下弯转的外边缘或密封件540以使气泡保持于螺旋形带530之下。带530还可安装有一个或多个向下突出的散热片550以捕获并减慢气泡，从而增加传递给转子520的扭矩，并且还帮助防止长的香肠形的气泡形成，通过此种气泡蒸汽可过快地上升。锥形转子可安装为使其具有朝向转子顶部的较大直径，以使在气泡上升通过转子时，其直径随着高度增加时，转子的逐渐增大的容积适应气泡的膨胀。因此，可从气泡膨胀中获得额外的功。或者除了圆锥形螺杆，也可使用平行侧面的螺杆，但其具有多个减小的横截面(在气泡上升的方向上)，其可插入至叶片之间的空间中，从而有效提供叶片之间的容积在气泡上升方向上增加，以此用于气泡膨胀。或者，可堆叠多个增加尺寸的螺杆以允许膨胀，且这些可被机械连接。

在定子腔510壁中还安装有换热装置(例如换热器140)，在转子之上，在转子顶部或在转子顶部附近处安装，通过该装置可将热量转移至传热装置100的外面。在定子腔510的外面或内部，或者在转子520的内部还装有一个活多个管道560，其中冷却的液体可通过该管道自换热器140回流至转子520的底部。

运行时，装置(100)中的内部压力通过外部减压装置(例如外部真空泵)减小，从而在与热源(例如将被冷却的表面或流体流)接触时，装置100中的液体在热界面(即定子腔510的与热源接触的部分)沸腾。使用真空装置降低了发生沸腾的温度。该热界面优选尽可能靠近转子的基部，虽然有减小的效率但如果热界面部分向转子的上方延伸则装置100可运行。装置中液体煮沸产生蒸汽气泡，该气泡上升并在螺旋结构(或螺旋线)530的作用偏斜，在转子520上产生偏转力。气泡沿着每个螺旋结构530上升直到一个向下突起550并停止上升直到后来的气泡与之合并产生足够大的气泡以使一部分气泡能从该突起550逃逸。

可使用指向下的圆锥形转子，这有利于在螺旋结构530和定子壁510之间逸出的任何气泡再次被上面的螺旋结构捕获，而不是竖直地沿着壁向上移动并有可能避免被上面的螺旋结构捕获。此种圆锥形转子具有朝向转子顶部的较大的直径。此种圆锥转子的另一优势是随着气泡上升通过该转子，因为转子的直径随高度增加，因此转子逐渐增大的空间适应气泡的膨胀。而且，随着直径增加，气泡施加至转子上的扭矩增加。因此可从气泡膨胀中获得额外的功。在其他实施例中，多个竖直轴转子在彼此顶部堆叠。在该实施例中，每个连续的转子任选比之后的转子具有更大的直径。

图5b显示的另一实施例中，使用了阿基米德(阿基米德的)螺杆作为转子520，以大约45度角倾斜(可使用0度至90度的其他角度)。该实施例向沿着螺旋结构向上通畅地运行的气泡提供了增加的阻力，因为在使用时气泡被转子叶片530之间的隔室捕获。该螺旋外壳或“圆筒”505向下延伸以便覆盖靠近热源的区域从而捕获大多数的蒸汽气泡。这些气泡向转子施加力，使转子旋转，并使气泡上升。然后蒸汽气泡运行至冷凝器140，在这里它们放热并凝结。冷凝液经回流管560返回至储存器510，该系统是密封的以使除了通过该螺杆上升的蒸汽气泡还填充有液体。

实施例中的装置可被链接起来，其中第一装置的换热器(冷凝器)用于向该链条中下一装置的热量输入源(蒸发器)供热。每个装置可具有合适的液体和内部压力以发挥每个装置的最大效率，各个装置在不同的温度范围发挥作用。因此，这些装置可被“混合”。实施例的多个装置可在排气系统和锅炉等中配置，在该实施例中共用换热器140是有利的。

本发明的所有装置可产生功(机械能)，这些功可在设备内部使用(例如用于驱动泵以提供用于液压致动的压力流)或者通过机械或手动装置转移至设备的外部。而且，对于最高的传热率有必要向转子提供额外的能量以使其在仅有气泡生长不能提供的速度下运行。在这些实施例中，应注意到只要在转子的向上移动侧上的小室中有气体，则在向下侧的液体就会提供扭矩，减少对转子的输入功。而且，液柱的高度越大则提供的扭矩越大。该转子可用于给产生电力的发电机供能，或者对用于驱动气流通过冷凝器的散热片和/或热源的机械风扇供能，以及其他用途。使冷凝器140冷却可有助于提高设备的效率。

在图6显示的另一实施例中，使用了一具有螺旋形的竖直旋转轴转子，安装有基本竖直的定子外壳610，该外壳包括外部定子柱体615和内部定子柱体616，其末端封闭以提供一空心圆筒腔620，在该圆筒腔620中安装有紧密配合的可旋转的转子630。定子外壳610的内部柱体616向待冷却的流体通道提供一内部圆筒形管道640。该实施例因此优化为用于冷却转子内部的流体流。

转子630安装有一个或多个螺旋突起650以提供沿转子630向上的通道。管道660用于通过换热器670(其可以例如在外部)在定子外壳610的底端连接流体体入口680并在顶端连接流体出口690。

在运行时，定子外壳610以合适的压力充满液体，该压力可以外部控制。热的流体流过内部管道640并且热量通过定子壁610从热的流体传输至定子腔620中的液体，使其沸腾并产生蒸汽气泡。这些气泡上升并向转子630产生提升力和扭转力，然后转子630旋转。因为转子安装时离换热表面很近，因此在转子630旋转时，螺旋结构650将气泡从定子外壳610表面刷扫、刮擦或清扫掉，以防止气泡对换热表面(在内部管道640中的热的液体和定子腔620中的液体之间)的隔绝。转子的转动使得流体在回路中泵送经过流体出口690、管道660、和换热器670，其中流体在换热器670中冷却然后返回至定子液体入口680。螺旋结构任选具有向下弯转的边缘和蒸汽限位突起，如上所述。其他任选的变化形式还使转子具有外部螺旋结构655以使流体流过定子外表面也可被冷却从而提供更紧凑的冷却装置。

至于图7，为一个适用于在低重力条件下操作的实施例，该实施例包括定子腔710，该定子腔710包括一紧密配合的转子720和一定量的流体。该转子包括在外围(围绕转子第一轴向末端730的外周)具有径向分离的小室740的第一轴向端部730。小室740具有单向阀或者流动偏置开口(如以上关于图1和图2的描述)，将每个小室740与下一个小室740连接。转子720的第二轴向末端750(其在实施例中任选具有一锥形部分)终止于定子腔710的换热空间中，该换热空间和定子腔共同形成热交换器760。转子720具有内部管道770将第二轴向末端750连接至第一轴向末端730。在第一轴向末端730的定子壁具有截断部或通路780，至少部分相对一个小室740的内部，以提供在转子的内部管道770和转子的小室740之间的连接管道790(随着转子720的转动将小室740带入截断部780附近的位置，一个或两个小室将通过截断部780流动连接至转子内部管道770，具体情况取决于转子720的精确定位)。第二转子部件750在其表面上具有一个或多个与定子腔710的内表面紧密配合的螺旋突起705。该突起705延伸超过第二轴末端750以成为换热器760中的刮擦器(用于刮掉定子外壳710的内表面上的气泡)。在转子720上，螺旋形突起705形成螺旋形管道7100，该管道7100从定子换热器760空间延伸至定子壁突起7110，该定子壁突起7110将转子的第一部件730与转子的第二部件750密封地隔离开。突起7110设有比截断部780进一步沿着旋转的方向围绕的开口7120，因此在小室740不再与截断部780连通之后它将螺旋形管道7100与小室740连接起来。

操作时，该装置的内部压力首先设定为适合于使用的液体和源和水槽(sink)的温度的水平。通过定子腔壁710在热量输入区域的热量传输加热并煮沸转动小室740中的液体，加热时间为经过热量输入区域的时间。热量输入区域在转子的较大末端的区域中。通过小室的旋转产生向外离心的液体，该液体施加压力驱动煮出的蒸汽进入小室740的径向内部。在小室中增加的煮出的蒸汽使蒸汽压升高，并驱动液体射流通过小室740之间的单向阀，或通过每个小室740的后缘上的流动偏置通道。这产生了推挤转子720的过程。液体进入每个随后的小室的通道将增加每个随后的小室中的压力，具有相似但递减的反应效果。推挤转子的反应使转子旋转。旋转使小室位于截断部780下面并且仍具有轻微压力的蒸汽离开小室740并将转子内部管道770向上移动至定子换热器760。此处蒸汽与定子叶片7130相反地排出，该叶片7130以一定角度设定以辅助建立与换热器760空间中的转子720具有相同旋转方向的涡流。连接至转子720的一个或多个螺旋形刮擦器706用于收集进入转子螺旋形管道7100的冷凝液体。刮擦器706还具有进一步增加换热器760空间中的涡流的作用。该涡流通过离心力将液体移动至定子外壳710的刮擦的内表面。

如果换热表面在离开转子的有小室的末端轴向上为锥形向下，则蒸汽的旋转涡流将作用于锥形表面上的冷凝液并使其流向转子。这可足以使得该转子不需要螺旋结构——除非需要在距离转子一定距离处有换热器。此种情况下多余的转子功可用于推动风扇以提供涡流或用于向上述的泵供能。

进入转子螺旋结构7100后液体流动至该螺旋结构7100的另一末端，在一些实施例中该螺旋结构被笼罩，且该液体通过突起开口7120喷射进入离得最近的蒸汽排出小室740中，该小室740当时已经在开口7120之下旋转。

所有上述装置可在任何合适的内部压力作用下运行以适应选择的目标温度和液体，但通常将设计为用于低的内部压力。一种促进生产并对于将热量传输出上述类型的热虹吸器提供两种压力控制和增加的表面的方法使用了图8a中显示的风箱装置。

在此种风箱装置800中，适用于调节定子腔110中的压力的目的，将刚性平板810弯曲成薄板820，薄板820具有同轴的或其他合适的肋条(ribbing)以使该薄板有柔韧性。压缩弹簧830(偏置元件)为双金属的以随温度改变速率，且该压缩弹簧安装于平板和薄板之间，在运行时使薄板820推离平板810，增加内部容量。内部空间连接至定子腔110的内部空间，以使风箱装置800可调节定子腔110的内部压力。风箱装置800可具有第二具肋条的薄板代替平板。在其他实施例中，也使用在该装置外部的第二双金属弹簧840，以调节内部容量以此根据环境温度增加压力。在其他实施例中，可使用其他装置，例如外部螺钉850，用于压缩内部弹簧830或使其向外移动，用于控制内部压力。

对于组装，通过外力压缩内部弹簧，减小内部容量，且通过合适的管道抽空空气。管道中的阀使得能保持真空直到该装置连接至传热装置(例如热虹吸器)如以上所述。该传热装置在使用前装有液体，并将该风箱装置连接，在该传热装置中引起真空，并密封两个装置。弹簧830被释放并通过弹簧使平板810和薄板820离开，降低内部压力。当在传热装置上使用时，例如热虹吸器上，该装置在热虹吸器中产生所需的真空，作为压力控制器并还作为换热器且这些肋条作为散热片。因此该装置可提供具有改进的容积的自调节散热片型换热表面。

图8b显示了连接至定子腔110的另一压力调节装置805，用于调节定子腔内的内部压力。该调节装置805具有一本体809，在该本体809中有弹簧808和活塞811，该弹簧对活塞811发挥作用。横膈膜使活塞相对于本体809密封(虽然可使用滑动密封件代替横膈膜)。使用时，该弹簧作为对活塞起作用以增加该本体内部的空间，因此减小了压力。该弹簧任选为双金属的从而提供一种温度依赖的压力。开口812将本体的内部连接至定子腔110的内部，从而将低压与定子腔110的内部连通。可调节弹簧压力和本体容积以在定子腔110内部提供合适的压力。

上述的压力调节装置800、805在蒸汽气泡生长时还适应定子腔110中需要的容积的变化(因为蒸汽占据的体积比液体大)。

如上所述，某些实施例使用阿基米德螺杆作为转子。阿基米德螺杆已经用于提升水并用于自低水头水源发电。在这些装置中通过水的位移的提升力产生力并且这与旋转速度合并以产生能。此种装置具有与大型风力涡轮机塔架相同级别的能量体积比，然而该能量体积比增加是所需的。本发明的另一目的是增加阿基米德螺杆的有用的位移，以增加提升力。

实验和分析(Chris Rorres–Journal of Hydraulic Engineering January 2000页码:72-80)已证明传统的水动力阿基米德螺杆在用于提升水时对于可利用容积具有60%的最大填充比。这小于螺杆的总体积的一半，因为中央圆柱形芯的体积为总体积的25%。

以下两个因素已经被认为是能用于改进传统的阿基米德螺杆：

1)增加可被流体(液体和气体)填充的螺杆容积。这限制于通过连接有叶片的中心圆柱优化的常规阿基米德螺杆，且该中心圆柱占据该螺杆的截面积的约25%。

2)通过增加在阿基米德螺杆中的气体液体比增加螺杆的提升力。

考虑到上述因素，可用于流体的容积可通过减小中心芯截面积来增加。然而，中心芯表面用于分离流体袋或颗粒固体，并能使它们沿着螺杆向上移动。而且常规的内圆柱芯如此巨大的原因在于它的直径决定了流体逸出至下一隔室的水平。应该在减小中心芯的横截面时不削弱分离液体和气体的能力。还认识到更多数的总体积应填充有流体，如果在如果流体进入下一隔室的点可以为：如果在气体向上流动时运行则下降；如果在水向下流动时则上升。通过描述，在通过气体向上流动运行的阿基米德螺杆中，如果用于防止气体从每个隔室逸出至下一隔室的竖直隔板向下延伸的，即，降低的，则该芯的尺寸可减少而不会使气体从一个隔室到下一隔室(这可另外导致扭矩损失)。同样地，在通过水向下流动的阿基米德螺杆中，如果用于防止水从每个隔室进入下一隔室的竖直隔板使向上延伸的，即，上升的，则该芯尺寸可被减少而不会使水逸出。

为了解决该问题，参考通过上升的气体或蒸汽运行的阿基米德螺杆，还认识到每个隔室中的液体在它们提升该螺杆时作为气体包之间的轧制阀(rollingvalve)。该水阀的尺寸在上面通过在水螺杆泵中的向下溢出被限制，然而对其限制是较小的，首先它必须阻碍未受阻挡的向上的气体流并且必须有空间通过该阀间隙用于在该螺杆转动时气体向上流通。气体可快速移动并且与流体相比具有通过小的间隙的低阻力。减小水阀的运行尺寸将还会减小任何将水阀提升至该螺杆的顶部所需的功。

通过上述分析，已经提供了一种改进的阿基米德螺杆，如下所示：

满足使水阀(中心芯)尺寸最小化的需要的螺杆结构的实施例包括倾斜的螺杆900，其具有一组或多组的叶片910(任选狭窄的螺距(pitch))，其安装于中心芯920上并围绕该中心芯920(其与常规的阿基米德螺杆相比可为相对小的)，如图9所示。自中心芯920延伸提供了阻碍元件930，这些阻碍元件930规则地设置，放射状地围绕该中心芯920同时轴向沿着中心芯920的长度。这些阻碍元件在每对叶片之间延伸，从每个向上叶片910的尾部侧(trailing side)轴向地向下延伸到达该螺杆900的底端。每个阻碍元件930基本从中心芯920放射状地延伸，且每个阻碍元件930的外边缘940以一定角度定向，这使得元件930放射性地朝向下时(每个阻碍元件930的外边缘940从两组叶片950、960的的上部950的尖端955附近处延伸朝向芯920并朝向低的叶片960的径向内部部件965，该阻碍元件930位于该两组叶片950、960之间)元件930的外边缘基本水平的。换句话说，每个阻碍元件的外边缘从一对邻近的叶片的上面叶片950的径向外部末端955延伸，朝向径向内部位置并朝向该叶片对的低的叶片960，使得该阻碍元件的径向外边缘940靠近液体表面941以在邻近的叶片之间隔离气体位置980(在使用时该阻碍元件最大地向下朝向时)。在使用时，该螺杆通常倾斜的，与水平线成30至60度的角。

在运行时，螺杆900旋转且在任何时间至少一个阻碍元件930外部边缘940延伸进入液体阀970的表面(在两组叶片950、960之间捕获的液体)以提供密封体，隔离气体980的一部分，从而预防气体从一个隔室(也称为“袋”或“小室”)逸出进入下一隔室。叶片尖端和/或阻碍元件外边缘(或尖端)940任选径向地或轴向地成一定角度或者成形为用于在每个元件930进入液体970时减少搅动。明显有用的是(虽然不是必要的)具有最小数量的叶片910以使得具有需要的小的液体阀970，而没有阻碍元件930搅动液体表面，因此气体980可通过。另一因素为，因为圆柱体905的弯曲，在每个隔室中的圆柱体的底部，液体深度的减小导致表面的成比例的较小的减少，其中液体滚经过该表面上(和对应的阻力的减少)。这意味着阻力总是有较小的下降，对于密封需要更多的阻碍元件930。已发现每个旋转的6至12个元件对于多数液体是最优的，但也可使用更多或更少的元件，并且这会增加复杂性或阻力。其他实施例中，叶片910仅被阻碍元件930支撑，该阻碍元件930放射性地排列在螺杆900的螺旋轴周围并使每个叶片910之间连接，使得不再需要中心芯920。

上述说明书内容涉及叶片之间的隔室中的气体部分的分离。然而，通过反转一些方面，该设计可在其他实施例中使用以分离液体部分。例如，如果相反地，每个阻碍元件的外边缘自一对邻近的叶片的上面的叶片的放射状外部末端，朝向径向内部位置并朝向该叶片对的底部叶片延伸，在使用时阻碍元件最大程度向上地定向，该阻碍元件的外边缘能隔离邻近叶片之间的液体部分(并通过类推阻碍元件靠近气体表面)。在使用时取决于螺杆的倾斜(在使用时此螺杆可以多种倾斜角度安装)，阻碍元件的径向外边缘优选成形为能与液体/气体表面边界(其基本保持水平的，跟螺杆的倾斜无关)配对(即靠近)，在该螺杆在使用时合适地旋转时(至对于液体分离的最向上的位置，或者对于气体分离最向下的位置)。

顶部和底部弯转处(在螺杆900的顶部和底部)可具有截短的和/或锥形的阻碍元件，因为对于第一和最后的弯转处，阻碍元件930还搅动液体并加入阻力而在提升力上没有增加。该螺杆可任选被该螺杆圆筒体905中的共旋转管906包围。该圆筒体905优选经蒸发器延伸使得多数的气泡被螺杆的末端捕获，和/或任选将蒸发器170连接至圆筒体905的管911。

对于包含在共旋转的管906中的螺杆的进一步增强可通过减少来自共旋转的管906和(外部)螺杆圆筒体905(也称为“外壳”)之间的液体的阻力来实现。图9中显示的本发明的该方面中，将密封体(其为例如圆形垫圈)907安装于共旋转管906和圆筒体905之间的圆筒体的顶部，以捕获共旋转管906和圆筒体905之间的气体，从而减少阻力。例如，该实施例中的密封体907安装至螺杆圆筒体905，且密封体907的内部位于共旋转管906顶部。在运行开始时，螺杆900的内部充有液体。来自蒸发器170的蒸汽被经管911引导至装置，或通过圆筒体905，该圆筒体905经蒸发器170延伸。在本实施例中，蒸汽没有被引入共旋转的管，但有利地上升至圆筒体905的上壁并上升至容器905和共旋转管906之间的间隙。通过密封体907防止蒸汽在圆筒体905的顶部逸出，且随着蒸汽的累积蒸汽沿着圆筒体推动液面向下直到蒸汽开始进入螺杆(在共旋转管906内部)，蒸汽填充螺杆并引起螺杆旋转，如其他地方所述。因为在密封体907的顶部侧的液体压力与下面的蒸汽压力相似，因此该密封体可提前安装以形成有效的旋转密封件，其通过运行的流体润滑。因为在装置顶部的液体不与底部的液体连通(它们被密封件隔离)，旁管560用于连接该装置的两个末端(但在具有共旋转的管906且没有密封件907的实施例中，液体可经共旋转的管906和圆筒体905之间的间隙回流至该螺杆的底部，因此在这些实施例中不需要隔离管560)。因此密封件907减小了阻力，通过外部容器的热损失和装置中需要的流体的补充，这减少了预热时间。很明显密封件907可以多种方式使用并可安装于圆筒体905上或共旋转管906的顶部，或甚至不安装到这两者。密封件和通过该密封件连接的密封表面的相对旋转速度可通过使密封件907附近的共旋转管906的颈部缩小而减小，因此减小了摩擦损失。

在所有具有螺旋形螺杆转子的实施例中，包括使用竖直的螺杆转子和/或阿基米德螺杆转子的实施例，螺杆的螺距可任选地设置为在气泡运行的方向增加，使得气泡的膨胀能有积累。例如，已经发现对于3米高的螺杆，与螺杆的底部相比气泡在顶部膨胀约5倍体积(但不同的变化形式和条件将影响该比值)。或者转子的直径可任选在气泡运行的方向增加，以使该转子为圆锥形的。或者这些特征的组合可应用于实施例中。或者，转子叶片的数量可通过改变螺旋结构来增加或减少，沿着螺旋结构螺杆转子的长度在不同的点从单一螺旋结构变成双螺旋结构或三螺旋结构，从而改变了每个转子叶片之间的体积。通过适应气泡的膨胀，对该转子施加额外的功，从而提高效率。

以下将描述对于阿基米德螺杆的另一改进。

在其常规形式中，阿基米德螺杆由一个或多个叶片组成(有时也称为“浆片”)这些叶片绕着中心轴扭转。这被包围在以外部圆筒体中。竖直于旋转的轴的该螺杆的横截面显示为该常规设计特征为具有径向叶片外形(图10)。该类型的螺杆的最大体积流速和相关的几何参数已经描述过(“The turn of the screw–optimal design of an Archimedes screw”,Rorres,2000)。

体积流速为一种重要的因素，因为它影响用于特定应用的装置的成本和尺寸。在此提供了两种设计修改，导致与常规螺杆相比增加的体积流速。为了清楚起见，这两种设计改进已经示意性地描述为以单个叶片。它们还可用于具有多个叶片的螺杆。

应清楚在轴向歪斜和径向歪斜角度都为零时，得到常规的螺杆几何形状，如图10所示。对于该轴向和和径向的歪斜角度的之一或全部使用非零的值与可能为具有相同外半径的常规螺杆的最大值相比可增加该螺杆的体积流速。这种情况的实现是因为在每对螺杆叶片之间容纳的流体体积的增加。虽然在每对螺杆叶片之间的总体积(即液体体积加气体体积)基本未变，但液体或流体体积能容纳于每个隔室中，在螺杆外壳之间且“过载(tip-over)”水平(该“过载”水平为在隔室中装满的水平，在该水平时流体开始逸出螺杆的中心部分，或芯1340，从一个隔室进入下一隔室)增加或减少(气体液体比已改变)。由此提高了容积效率和/或扭矩。这些新的螺杆几何形状因此代表了对于常规设计的改进。、

图11显示了一实施例，其具有称为“径向歪斜”的结构，其中叶片1320为径向倾斜的，即叶片的横截面视图，横跨圆筒体的末端，该实施例显示了每个叶片部件1330相对于半径从旋转轴1310倾斜。实验显示在叶片部件1330以一定角度(横截面中显示)朝向芯1340的圆周的切线排列时实现了改进的容积效率。

图12显示了一实施例，其具有称为“轴向歪斜”的结构，其中叶片1320为轴向倾斜的(即叶片的横截面视图，沿着圆筒体的长度方向，并跨圆筒的直径，将显示每个叶片部件相对于正常向圆筒体表面倾斜)。该叶片定向的结果，在以穿过圆筒体末端的横截面观看时，如图14所示，为叶片部件1330出现弯曲(在圆筒体端点观察)。

径向歪斜和轴向歪斜特征都导致了体积容量的改进(对于一给定的转子尺寸和对于单一的旋转输送的流体的量)。这种在流体体积容量的增加使得通过沿着螺杆向下运行和/或通过蒸汽气泡沿着螺杆向上运行产生的扭矩增加。对于特定应用，螺杆的设计因此可被优化以使螺杆每转一圈输送的液体体积最大。体积流速为螺杆每转一圈的体积和旋转速度的乘积。因此，对于相同的尺寸和旋转速度，这些改进使得能得到更高的体积流速。径向歪斜和轴向歪斜可单独使用或组合使用，并都能与上述的阻碍元件实施例组合使用以进一步提高性能。还发现每单位长度的较大数量的叶片增加了容积效率，但预计有限制其中来自附加的叶片的额外的阻力抵消了扭矩的增加导致增加的容积效率。

图13至16(径向歪斜的螺杆1500)和17至20(轴向歪斜的螺杆1700)还显示了两种改进的阿基米德螺杆设计的视图，包括对于每一种的俯视图和侧视图和两个3D视图。在两种情况下(径向歪斜和轴向歪斜)，描述的内半径与外半径的比为0.5，该螺杆螺距等于外半径，且45度的歪斜角度(分别为径向的或轴向的)已用于描述一般的情况，但最优的几何形状当然是最不同的并将依赖于应用的情况(包括取决于螺杆倾斜的角度)。

而且，一个或多个换热装置可嵌套在另一换热装置中。

运行时，可使用各种控制方法来控制通过上述实施例的传热装置的传热率。该传热率可通过一种或多种一下方法控制：

a)控制至该系统的热量输入水平。这渐进地影响整个系统。

b)改变真空或压力的水平，这通过立即改变液体和蒸汽的沸点和饱和点来影响整个系统；

c)通过改变该系统周围的不同的点处的的隔绝水平来改变该系统的热量输出的水平；

d)通过改变该系统的大小，例如隔离部分的冷凝器140或将一些液体从流通中去除来实现；

e)限制部分的系统之间的流通，特别是通过减少从冷凝器140向热量输入口(蒸发器)170的液体流动；

f)主动从蒸发器热量输入口170将热水引入螺杆910的较高部分，这导致在螺杆910内产生的蒸汽的大量增加。这可经空心中心管640完成。

g)通过减少或增加经冷凝器140的空气流动。

h)通过使用来自转子的机械输出以转动风扇，用于驱动气流通过冷凝器，并通过控制风扇速度或风扇与冷凝器的邻近度进行。

各方面和各种实施例的特征可任选以任何合并方式合并。

以下通过实例，描述一些本发明的更复杂的应用，其用于冷却和发电(该列表为非详尽性的)。

尽管从低级热，例如从发动机的排出气和空调系统排出的热空气回收能量的优点是众所周知的，但人们仍对于废气流的更快的冷却的优势给予很少关注。常规的内燃机使用产生的内压力和排气背压之间的差。较低的背压增加了能量输出。然而，通过缩短排出管理(tends)针对排气过程中的正确压力波反射定时进行处理，这通过在该周期的最佳时间清除气缸中的废气来提高能量。排气系统长度优选为特定发动机转速频段。在该频段之外，反射的定时将严重降低发动机性能。该压力波反射定时为排气长度和排气的声音(sound)速度的积。快速降低排出气的温度并且减少背压的方法将为有利的，如果这是足够可控的并且还控制排气的声音速度。该正确装置快速可控地去除热量并可满足具体需求，可能通过使用发动机现有的液体冷却系统作为对于高温的第一散热器和环境空气作为用于第二阶段冷却的散热器。从冷却过程产生电能可有附加的益处。

同样地，在气体压缩领域，气体以高温排出并在换热器中冷却，产生压降。更快速的换热将通过缩短所需的换热通道长度并降低背压使得在换热器中具有较小的压降。这将降低整个压缩机的压力比并减小用于实现所需的压缩的压缩机功。因此减少了附加损失。

减少压降在制冷系统、空调系统、脱盐和气体工业程序中还将是有利的。在一典型家用冰箱中冷凝器为12至18米的具有许多弯曲的窄孔翅片管道。这施加了压降，该压降消耗了系统能量输入的约10%。因为压降与长度是成比例的，因此经1.2米而不是12米长度冷却液流将减少系统的能量消耗，仅该效果可减小达9%。这将导致通过压缩机消耗的能的减少，和产生的电机热的减少。在密封的家用系统中这引入了电机热的减少的良性循环，从而减小了来自于用进气冷却电动机产生的入口温度升高，因此产生较低压缩机功需求等。缩短冷凝器长度的另一优势是这显著减少了制冷剂的补充，减少了成本并增加了系统的响应。而且，可从该热量传送过程中通过本发明的快速冷却装置回收功。

此外，在制冷系统中，可利用如权利要求所述的热量传送装置100的转子120驱动风扇，其中热源为压缩机热。已发现风扇提供有用的作用，无论何种情况，在蒸发器170和冷凝器140之间有大约15度温度差。该风扇可用于驱动空气流通过制冷系统的冷凝器，在使用时，由此提高来自制冷系统冷凝器的热量传送。还可从封闭压缩机容器中去除热量。这些效果都可产生提高的冷却效率。

在工业电机中电源故障、跳闸或关机可导致温度漂移，因为空气冷却扇为电动机的一部分(因此与之一起转动)。具有高电流消耗的快速重启对于绕线清漆产生高温损坏。因此在重启电动机之前授权进行长时间冷却，且这可导致复杂的过程程序的相当大的生产损失。根据本发明的自供电设备持续提供冷却只要有热流在设计的温度之上，因此使得程序能进行更快速重启动。从而减少了附加损失(由于电阻通常随温度增加)。

此种传热装置的另一应用为用于冷却聚光型光伏电池，例如在家用装置中，其中该电池的效率可通过使其冷却而增加，且同时可通过从换热器(冷凝器)140向家用热水箱中的水传热产生热水。同样，此种传热装置可用于冷却高功率LED。

本发明在机械功率领域的应用符合家用加热需要。家用散热器较大因为用于通过单纯的对流装置向空气传热需要的热表面积。此种散热器必须为更大的以从热量泵产生的低温水传热。传热速率因为室温和水温的汇合而减慢。减慢的响应和预热可因使用标准散热器获得。该问题通过添加电驱动的风扇以增加空气流动来克服。然而这需要电缆，电源和控制器以开启和关闭该风扇。、

本发明的各方面，该申请中称为风扇系统，可通过使部分散热器置于容器中用于二相真空驱动的机械和电力发电系统的蒸发器而解决问题。

在一优选实施例中该风扇系统为封闭的且在真空下装有水。该蒸发器与散热器的最热的部分热接触，热水在该最热的部分进入散热器。该系统安装有磁装置驱动的风扇，优选通过本发明的多方面的阿基米德型螺杆驱动。任选该系统还安装有发电机以将一小部分输出功转化为电能。

运行时，在该加热系统开始使水循环之后热水很快到达散热器。热量传输至风扇系统并加热其补充的水。在水煮沸时上升的蒸汽使得转子旋转，然后该转子通过一连接件(优选具有非转动的密封件的连接件，例如磁连接件)驱动风扇转动。风扇旋转，使得空气流动通过散热器及其管，因此增加了传热。该连接件传输的功的一部分可用于产生电力和功率温度传感器用于具有中央控制器的无线传输，因此能控制散热器阀以调节室温。因为该风扇系统的冷凝器作为散热器因此在向室内传热方面有其他的改进。该风扇系统任选具有与散热器主体的通道隔离的空气路径，但在一些实施例中该风扇系统的冷凝器140可为用于室内的唯一热交换器，以便能将最大能量用于转动风扇。

因此可实现风扇驱动的散热器的益处而不使用外部供应的电力或电线或控制器。此种散热器本质上很安全，因为它们有低温和低压设计，因此它们非常适用于安装于浴室中，在浴室中电扇可能有害。而且，添加自充电的风扇还改进了电动油性散热器的性能。风扇的增加还可有助于冷却PC。其中在电源故障的情况下必须保证冷却的工业应用也是可能的。

一些其他的室内应用的实施例如下：

a)传热装置(在以下实施例中也称为浮力引擎)可在白天通过太阳能运行以发电并且在产生热水。给定的一个合理数量的隔绝的热水储存，在日落后通过从储存的热水可继续产生电力。在这被用尽时，燃烧木材或化石燃料可保持该引擎供应热。

b)在远方北方的冬天该引擎可利用低沸点液体运行并通过使用冰点以下的热从多年冻土或海等产生电力，通过使用甚至更低的夜晚空气温度作为水槽(sink)。该电可用于向热量泵提供功以提供热水。

c)该浮力引擎可利用来自家用锅炉的排热以提供电力以运行锅炉控制器和风扇，因此使锅炉远离电网的依赖。相同的引擎可切换至在白天关闭锅炉时利用太阳能。

d)一个小的设备可操作关闭废的冰箱热量(从冰箱单元的换热器)以对电池充电，该电池然后用于移动电话充电。

此外，可对系统中的压力进行控制以能够在去除热源后提取机械能。因为在热量(太阳能或其他源)不再可得时在热的液体(例如水)中具有大量的储能，如果压力逐渐减小则可以继续产能，因为液体在低压下在较低温度下连续的沸腾。虽然上述实施例已经描述了在低压或真空下的运行，但通过选择具有不同的沸腾温度的液体，可能使得该系统在升高的压力下运行，例如在白天当输入热量为最高时(当太阳照射于作为热源的太阳能收集器上时)。然后，在晚上，当仅有低温热源可用时(例如一罐热水，其在白天由太阳能收集器提供过量的热量被加热)，系统压力可减少从而使得液体能在较低温下沸腾。还可能通过有意地增加系统内，或辅助(或“侧面的”)的槽(用于储存白天收集的过量的热)内水的体积增强该效果，还应该有额外的热可用，这些热不是用于在此时产生或者储存的能的值应为高的。一个实施例是在该引擎的尺寸为在该方式期间产生电力比如100W，且对于10%效率的引擎这需要1000W的热。然而额外的热特别是在白天的峰值时尤其是可用的，且这用于储存热水。在太阳下山时，该第二、辅助的、热水槽进行循环并用作热源以使发电继续。在该引擎内的压力可随着热源温度下降而减小，从而降低沸点并使得能进一步产生能。这可消除对于单机离网系统中对于电池的需求，该电池为离网电力系统主要的成本和的合并的源。

一些其他的小型工业应用的例子如下：

a)无线传感器可通过非常小型的浮力引擎供能或重新充电。这在工业或中央加热管道中或之上可能使特别有效的，其中太阳能是不可行的且其中该系统持续几个月冷却的。浮力引擎将随着热量流动很快开始产能，克服放电电池的问题。

b)浮力电池可从分布式发电单元例如柴油发电机回收废能。

c)浮力引擎可从来自有空调的建筑系统的温暖的废气回收能量。

d)浮力引擎可从压缩机和冰箱回收能。

一些其他的大型公业应用的实施例如下：

a)竖直状态的浮力引擎可安装于工业烟囱中以回收以机械能和/或电能形式的能量。

b)沙漠中的聚光太阳能系统需要大量的冷却水。可将该热水储存以产生更多的可用的晚间电能。因为沙漠夜晚空气比较冷，该引擎可利用设备储存的水中渐进的较低热量水平继续运行。

c)去除数据中心的热成为一个主要问题。浮力引擎可利用来自冷却器和制冷设备(例如从它们的换热器)的热以产生循环的能量。

d)有许多用于水处理的用途，其中阿基米德螺杆广泛用于提升水。下水道和化粪池为全年处于约15至20℃，来自释放的温暖的水和生物衰减。该热量可用于产能。在污水厂浮力引擎(BE)可用于直接驱动提升阿基米德螺杆，驱动分配器和搅拌器。在该应用中，来自电动机的冷却水和沼气发电机可在例如60℃被输送至BE以搅拌并分配污水。

e)矿井冷却。例如伦敦地下，矿井可具有令人不安的高空气温度。像热管，BE可从蒸发器以超音速经过长距离传热至冷凝器。因此它们能在工作面(workface)发电同时冷却工作环境。

Claims (52)

1.一种传热装置，包括一外壳，所述外壳包含一蒸发器和一转子，所述转子可被蒸发器加热液体时产生的气泡旋转地驱动，所述转子还邻近于所述蒸发器附近安装以帮助从表面去除气泡。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述去除气泡通过刮擦、刷扫或湍流进行。

3.一种传热装置，包括一外壳，所述外壳包含一蒸发器和一转子，所述转子可被蒸发器加热液体时产生的气泡旋转地驱动，其中所述转子还安装成具有用于容纳气泡的连续的隔室，且每个连续的隔室在气泡运行的方向具有增加的容积以适应气泡生长。

4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子具有多个转子部件，所述多个转子部件连接在一起，且每个连续的转子部件的隔室比前一转子部件的隔室大。

5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子用于提供机械驱动输出和/或电力输出。

6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子的周围具有多个至少部分径向的叶片，以形成小室。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转子包括单向阀，所述单向阀用于使通过气泡生长移位的流体能沿着与转子旋转相反的方向流出转子小室。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述转子旋转轴为基本水平的且所述转子叶片为弯曲的以在运行时在转子旋转角度的延伸的范围在小室中捕获气泡。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述转子轴自水平线倾斜约0度至约45度。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述外壳包括向下的管以在所述转子的下降侧附近传输冷凝液。

11.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述转子旋转轴基本为竖直的。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述转子轴自竖直线倾斜约0度至约45度。

13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述外壳包含在围绕所述转子的覆盖物，提供分别用于气泡释放和冷凝液回流的第一端口和第二端口。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述端口与向上的管和向下的管连通以分别将来自所述蒸发器的气泡传送至所述冷凝器，以及从所述冷凝器传送至所述蒸发器。

15.如权利要求1至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子包括螺杆，所述螺杆在旋转轴上具有竖直元件，且所述隔室形成于所述螺杆叶片之间。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述转子螺杆包括朝向下的用于捕获气泡的突起。

17.如权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述转子为阿基米德螺杆。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述螺杆转子具有一轴向歪斜，以使所述螺杆叶片自所述旋转轴以一定方向延伸，其中在通过所述螺杆的直径的横截面侧视图中，所述方向自垂线倾斜。

19.如权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述螺杆转子具有径向歪斜，以使所述螺杆叶片自所述旋转轴以一定方向延伸，其中在横截面的端点视图中，所述方向自半径倾斜。

20.如权利要求17至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述螺杆转子还包括多个自所述轴放射的阻碍元件，其中每个阻碍元件的外边缘自一对邻近的叶片的第一叶片的径向外端延伸，朝向径向内部位置并朝向所述邻近的叶片对的第二叶片，每个阻碍元件的外边缘安装为在使用时所述阻碍元件最大地向下/上定位时接近液体/气体表面，以在使用时隔离邻近的叶片之间的气体/液体部分。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，每螺杆旋转的所述阻碍元件的数量为约6至12个。

22.如权利要求15至21中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子螺杆在气泡运行的方向上具有扩大的横截面积。

23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述扩大的横截面积通过增加所述螺杆螺距、增加所述螺杆外直径、减小所述螺杆内芯体积、和/或减小位于所述螺杆叶片之间的突起的体积来实现。

24.如权利要求15至23中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子螺杆具有围绕所述转子螺杆的共旋转管。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，一旋转密封体安装于所述螺杆的所述共旋转管和所述外壳之间。

26.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子包括一内部管。

27.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子具有气泡排斥涂层。

28.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳包括用于将来自所述蒸发器的气泡传送至冷凝器的向上的管。

29.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳包括将冷凝液从所述冷凝器运送至所述蒸发器的向下的管。

30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述向下的管按一定方式定位并具有一定角度以将冷凝液沿着旋转的方向引导至所述转子上。

31.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳安装为在邻近所述蒸发器的位置包围至少一个转子小室。

32.一种传热装置，具有一外壳，所述外壳包含一蒸发器和一转子，所述转子可被所述蒸发器加热液体时产生的气泡旋转地驱动，其中所述转子具有多个径向排列的小室，所述外壳和转子排列为在所述小室转动邻近所述蒸发器时靠近至少一个小室，且所述小室具有单向阀用于使在气泡生长作用下移位的流体能沿着与转子旋转相反的方向流出所述小室。

33.一种传热装置，具有一外壳，所述外壳包含一蒸发器和一转子，所述转子可被蒸发器加热液体时产生的气泡旋转地驱动，其中所述转子具有多个径向排列的小室，所述外壳和转子排列为在所述小室转动邻近所述蒸发器时靠近至少一个小室，且所述外壳具有一邻近所述蒸发器定位的管以使在气泡生长作用下移位的流体能流出所述小室。

34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述管包含单向阀。

35.如前述权利要求中任一项所述的用于冷却来自内燃机的排出气时的装置。

36.如权利要求35所述的装置，其特征在于，多个装置串联安装，并任选其中连续的装置用于在低温和/或排出气压力下运行。

37.如权利要求35或36所述的装置，其特征在于，所述装置包含螺杆转子，所述螺杆转子沿着气体运行的方向在螺杆叶片之间具有增加的横截面积。

38.如前述权利要求中任一项所述的传热装置，其特征在于，所述转子用于驱动风扇以增加经过热源的空气流动。

39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述热源为家用热水散热器、冷藏冷凝器、制冷压缩机、LED、光伏电池、太阳能集电器、换热器或任何合适的具有比住宅高的温度的热源。

40.如前述权利要求中任一项所述的传热装置，其特征在于，所述转子提供了机械能；和使用发电装置的电能。

41.如前述权利要求中任一项所述的传热装置，其特征在于，还包括压力调节装置，所述压力调节装置包括弹簧和活塞，或风箱装置，且任选其中所述弹簧为双金属的。

42.如前述权利要求中任一项所述的传热装置，其特征在于，还包括一真空泵。

43.如前述权利要求中任一项所述的传热装置，其特征在于，还包括一转子覆盖物，用于将气泡引导至所述转子中。

44.一种阿基米德螺杆，具有螺旋结构形成的叶片，所述螺旋结构在圆筒内绕着旋转轴排列，所述螺杆还包括多个从所述轴发出的阻碍元件，每个阻碍元件的外边缘自一对邻近的叶片的第一叶片的径向外端延伸，朝向径向内部位置并朝向所述邻近的叶片对的第二叶片，每个阻碍元件的外边缘安装为在使用时所述阻碍元件最大地向下/上定位时接近液体/气体表面，以在使用时隔离邻近的叶片之间的气体/液体部分。

45.一种阿基米德螺杆，具有螺旋结构形成的叶片，所述螺旋结构在圆筒内绕着旋转轴排列，所述螺杆还包括多个从所述轴发出的阻碍元件，每个阻碍元件的外边缘自一对邻近的叶片的第一叶片的径向外端延伸，朝向径向内部位置并朝向所述邻近的叶片对的第二叶片。

46.如权利要求45所述的阿基米德螺杆，其特征在于，所述第一叶片和所述第二叶片在使用时分别在上面和下面，以使所述阻碍元件的外边缘在使用时在所述阻碍元件最大地向下定位时接近液体/气体表面，以隔离邻近的叶片之间的气体部分。

47.如权利要求45所述的阿基米德螺杆，其特征在于，所述第一叶片和所述第二叶片在使用时分别在下面和上面，以使所述阻碍元件的外边缘在使用时在所述阻碍元件最大地向上定位时接近液体/气体表面，以隔离邻近的叶片之间的液体部分。

48.如权利要求45至47中任一项所述的阿基米德螺杆，其特征在于，每螺杆旋转的所述阻碍元件的数量为约6至12个。

49.一种阿基米德螺杆，具有叶片，其特征在于，所述叶片具有径向歪斜，使得所述叶片自旋转轴以一定方向延伸，其中在横截面的端点视图中，所述方向自半径倾斜。

50.一种阿基米德螺杆，具有叶片，其特征在于，所述叶片具有轴向歪斜，以使所述叶片自旋转的轴以一定方向延伸，其中在通过所述螺杆的直径的横截面的端点视图中，所述方向自垂线倾斜。

51.如权利要求44至50中的任一项所述的阿基米德螺杆，其特征在于，所述阿基米德螺杆构成如权利要求1至43中任一项所述的传热装置。

52.一种通过传热装置控制热量传输的方法，所述传热装置具有一外壳，所述外壳包含冷凝器和用于通过热量输入煮沸液体的蒸发器，所述方法包括通过执行一项或多项以下步骤来控制传热速率：

a)控制至所述系统的热量输入的水平；

b)改变所述外壳中的真空或压力的水平；

c)改变所述系统的热量输出的水平；

d)通过隔离所述冷凝器或将一些液体从流通中去除来改变所述系统的大小；

e)限制系统的各部分之间的流通，特别是通过减少来自所述冷凝器的液体向热量输入口(蒸发器)170的流动；

f)主动从所述蒸发器向所述转子的较高部分引入热水，因此增加转子内产生的蒸汽；和

g)减少或增加经过所述冷凝器的空气流动。

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