CN104508242A - 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 - Google Patents

Abstract

在此披露旋转可膨胀室(REC)装置，这些REC装置具有例如尺寸或位置可调节的一个或多个工作流体端口。在一些实施例中，可以使用这些可变端口机构来独立于一个REC装置的多个操作参数中的一个或多个其他操作参数控制这些操作参数中的任一个或多个。在一些实施例中，这些REC装置可以具有多个流体容积，这些流体容积在该REC装置的旋转过程中尺寸改变，并且在该REC装置的旋转过程中转变成一个零容积状态。还提供了可以包括一个或多个REC装置的系统。还提供了用于控制REC装置的不同方面的方法、包括控制一个或多个操作参数的方法。

Description

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

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。

在又一个实现方式中，本披露涉及一种单相制冷系统。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第一输入端口、一个第一输出端口、以及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第一输入端口和该第一输出端口中的至少一个的尺寸或位置、或这两者；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第二输入端口和一个第二输出端口、以及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第二输入端口和该第二输出端口中的至少一个，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；以及第一热交换器和第二热交换器，该第一热交换器流体联接至该第一输出端口和该第二输入端口上，并且该第二热交换器流体联接至该第二输出端口和该第一输入端口上；其中该系统被配置成用作具有一种可压缩的单相工作流体的一个闭环制冷循环，其中该第一旋转可膨胀室装置和该第二旋转可膨胀室装置两者被设计和配置成通过调节该第一端口调节机构和该第二端口调节机构而独立于该第一旋转可膨胀室装置和该第二旋转可膨胀室装置上的一个温差或压差来控制该工作流体的一个质量流率。

在又一个实现方式中，本披露涉及一种被配置成向受控环境传热的加热系统。该加热系统包括联接至一个闭式循环发动机上的一个开式循环发动机；该开式循环发动机包括第一旋转可膨胀室装置和第二旋转可膨胀室装置，并且该闭式循环发动机包括第三旋转可膨胀室装置和第四旋转可膨胀室装置，其中该第一旋转可膨胀室装置、该第二旋转可膨胀室装置、该第三旋转可膨胀室装置、以及该第四旋转可膨胀室装置为了它们的联接旋转操作而彼此机械联接；该开式循环发动机具有一个燃烧室，该燃烧室联接至该第一旋转可膨胀室装置和该第二旋转可膨胀室装置上并且被配置来加热已由该第一旋转可膨胀室装置压缩的一种第一工作流体，该第二旋转可膨胀室装置被配置来从由该燃烧室输出的该第一工作流体提取能量；该闭式循环发动机通过被配置成从该第一工作流体向一种第二工作流体传热的一个第一热交换器热联接至该开式循环发动机上；并且该第三旋转可膨胀室装置和该第四旋转可膨胀室装置联接至该第一热交换器和一个第二热交换器上，由此形成一个闭环，该第二热交换器热联接至一个受控环境上，这样使得该加热系统被配置来向该受控环境传热；其中该第一旋转可膨胀室装置、该第二旋转可膨胀室装置、该第三旋转可膨胀室装置、以及该第四旋转可膨胀室装置各自具有至少一个可调节式端口和用于调节该端口的尺寸或位置、或这两者的至少一个调节机构，该第一旋转可膨胀室装置和该第二旋转可膨胀室装置被配置成独立于该第一工作流体的一个质量流率和这些旋转可膨胀室装置的一个旋转速率来控制该第一工作流体的一个压力或温度，该第二旋转可膨胀室装置和该第三旋转可膨胀室装置被配置成独立于该第二工作流体的一个质量流率和这些旋转可膨胀室装置的该旋转速率来控制该第二工作流体的一个压力或温度。

在再一个实现方式中，本披露涉及一种控制具有内部旋转部件和外部旋转部件的旋转可膨胀室装置的方法，在该内部旋转部件与该外部旋转部件之间限定了一个流体区，当该旋转可膨胀室装置操作时，该流体区包含至少一个收缩弧段和至少一个膨胀弧段。该方法包括：确定以下内容中的至少一个：1)在该旋转可膨胀室装置上的、与该流体区流体联通的一个第一端口的一个期望周向开口范围，以及2)该第一端口的一个期望的角位置；并且调节该第一端口以实现或该期望周向开口范围或该期望的角位、或这两者，以便独立于一个第二操作参数来控制一个第一操作参数。

附图简要说明

为了图示本发明的目的，这些附图示出了本发明的一个或多个实施例的多个方面。然而，应当理解，本发明不限于附图中示出的这些精确的安排和工具，在附图中：

图1是根据本发明制造的一个旋转可膨胀室(REC)装置系统的示意图；

图2A是一个叶片型REC装置的横向横截面图；

图2B是图2A的叶片型REC装置的等距视图；

图2C是图2A和图2B的叶片型REC装置处于一个不同状态中的横向横截面图；

图3A是具有六个滑动件的一个叶片型REC装置的横向横截面图；

图3B是图3A的叶片型REC装置的等距视图；

图3C是图3A和图3B中的叶片型REC装置处于一个不同状态中的横向横截面图；

图4是具有两个楔形件的一个叶片型REC装置的横向横截面图；

图5是具有八个滑动件的一个叶片型REC装置的横向横截面图；

图6是用于以有效方式传输动力的一个REC装置系统和其他部件的示意图；

图7是用于以有效方式生成和传输动力的一个REC装置系统和其他部件的示意图；

图8是用于以有效方式传输热量的一个REC装置系统和其他部件的示意图；

图9是用于以有效方式生成和传输热量的一个REC装置开环系统及其他部件的示意图，该REC装置开环系统联接至一个REC装置闭环系统上；

图10是描述可以用作一个REC装置中的一个旋转部件的一部分的一个齿轮的几何形状的一部分的图；

图11是可以用作一个REC装置中的旋转部件的两个齿轮轮廓的视图；

图12是描述可以用作一个REC装置中的一个旋转部件的一部分的一个齿轮的几何形状的一部分的图；

图13示出可以用作一个REC装置中的旋转部件的两个齿轮轮廓；

图14A是具有多个滑动件和多个端板的一个REC装置的横截面图；

图14B是图14A的REC装置的等距视图；

图15A是具有多个膨胀弧部和多个收缩弧部的一个叶片型REC装置的横截面图；

图15B是图15A的REC装置的等距视图；

图16A是具有联接至一个流体区上的多个阀的一个REC装置的横截面图；

图16B是图16A的REC装置的等距视图。

详述

本发明的一些方面包括用于以高能效且有效的方式而独立于多个操作参数中的一个或多个其他参数来可重复且可预测地改变一个旋转可膨胀室(REC)装置的这些操作参数中的任一个或多个的各种可变端口机构、控制系统以及方法。本发明的其他方面包括单独或一起地结合此类可变端口机构和控制系统、和/或利用此类方法的REC装置和基于REC装置的系统。如将通过阅读整个本披露而清楚，可受益于此类可变端口机构、控制系统以及方法的REC装置包括但不限于叶片型REC装置、齿轮转子泵型REC装置以及偏心转子型REC装置。此外，可以享受可从实施此类可变端口机构、控制系统和/或方法而获得的益处，不管REC装置作用如何，诸如该REC装置是否用作压缩机、膨胀器、泵、电动机等、及其组合。确实，本发明的多个方面所提供的益处可以使得REC装置就性能而言是这些功能中的任一功能高度所期望的，并且还可使得将REC装置实施在多个系统中，诸如除其他外，实施在车辆推进/能量回收系统、热发生器、短途输电和长途输电、以及热泵中，其中目前为止可能并未认真考虑常规REC装置的使用，因为这些常规REC装置性能受限。

鉴于本发明的各种方面对REC装置和结合有此类装置的系统的广泛的适应性，这些附图中的图1介绍基于在此所描述的并在剩余附图和随附描述中利用多个具体实例来举例说明的可变端口功能性的一般特征和原理的一些。现参考图1，该图示出一种REC装置系统100的一个示例性实施例，该REC装置系统能够以高能效方式而独立于其他操作参数来可重复且可预测地控制该系统的多个操作参数中的任一个或多个参数。系统100包括一个REC装置104，在这个实例中，该REC装置包括一个外部旋转部件108和一个内部旋转部件112，在使用过程中，该外部旋转部件和该内部旋转部件一起(并且连同任何端件(未示出)，诸如多个板或一个或多个壳体部件)限定接收一种工作流体F的一个流体区116。应当注意，如在此和在随附权利要求书中使用的术语“旋转部件”应当是指或为在使用过程中旋转或具有一个可旋转的部件的一个可旋转的部件(诸如转子、齿轮、偏心转子、偏心齿轮等)、或为在使用过程中通过一个可旋转的部件来接合的一个固定部件(诸如定子)的一个部件。如本领域的技术人员将了解，本披露的一种REC装置、诸如REC装置104可以具有一个或多个可旋转的部件。在具有内部旋转部件108和外部旋转部件112的所示的实施例中，该内部旋转部件和该外部旋转部件中的相应一个、另一个或这两者可为可旋转的部件。

在所示的实施例中，在操作过程中，内部旋转部件112可在如由双箭头R指示的任一方向上旋转。由于外部旋转部件108和内部旋转部件112的互相接合，流体区116具有限定在其间的多个流体容积，这些流体容积中的至少一个在内部旋转部件112的移动过程中尺寸增大和减小，这取决于该内部旋转部件的旋转方向。在使用过程中，一个给定流体容积在一个给定周向位置处的尺寸是增大还是减小取决于内部旋转部件112的旋转方向和其所行进穿过的弧段。在所示的实施例中，内部旋转部件112的一个完整旋转包括1)一个膨胀容积弧段116A，其中流体容积尺寸增大，2)一个收缩容积弧段116B，其中流体容积尺寸减小，以及3)一个恒定容积弧段116C，其中流体容积基本上保持相同的尺寸。在其他实施例中，一种REC装置可以具有多于一个膨胀容积弧段、多于一个收缩容积弧段、以及零或多于一个恒定容积弧段。

REC装置104进一步包括至少一个可调节式工作流体端口，该至少一个可调节式工作流体端口出于向该流体区传送工作流体F或从该流体区传送工作流体的目的来与流体区116流体联通。在所示实例中，REC装置104具有两个可调节式工作流体端口120和124。在所示的实施例中，流体区116内的、更具体地是在多个流体容积弧段116A至116C中的各个流体容积弧段内的工作流体F可以在内部旋转部件112的某些旋转部分期间进入可调节式端口120和124。在内部旋转部件112的其他旋转部分期间，流体容积弧段116A至116C中的流体容积弧段可被完全界定并且可以不与可调节式端口120或可调节式端口124流体联通。根据REC装置104的配置，流体区116可以在膨胀容积弧段116A、收缩容积弧段116B以及恒定容积弧段116C中任一个中接入(access)可调节式端口120或可调节式端口124。另外并如上文所暗示的，可调节式端口120和124可以位于REC装置104上的不同位置，例如，除其他外，它们可以位于装置的一个外部周向表面上、处于从该外部周向表面径向向内的一个位置处、或在该装置的一个纵向末端。如将通过阅读整个本披露而清楚，每个可调节式端口120和124的周向、或角位置、流动面积、或这两者都可以是可调节的。在这点上，应当注意术语“周向”仅仅是指方向性、而非位置。

就角位置而言，如果允许这样的话，那么每个可调节式端口120和124的角位置可以被调节以使得流体F进入可调节式端口120和124中任一个时所处的流体区116的一个或多个部分可以改变。例如，可调节式端口120的角位置可以从一个第一位置改变至一个第二位置，在第一位置中，流体区116内的流体F在膨胀容积弧段116A的起始处进入那个端口；在第二位置中，该流体区内的流体并不进入可调节式端口120，直到在膨胀容积弧段116A的中间或末尾处。可调节式端口120的角位置也可以被调节，这样使得移动容积弧段仅在收缩容积弧段116B或恒定容积弧段116C的一部分中接入那个端口。类似地，可调节端口式124的角位置可以被调节来使得流体区116内的流体F进入那个端口时沿容积弧段116A至116C的位置变化。

就流动面积的可调节性而言，本披露的一个可调节式端口(诸如可调节式端口120和124中任一个)的流动面积的尺寸能以任何合适方式变化，诸如通过使得该可调节式端口的周向范围(例如，周向范围可被指示为周向长度或周向宽度，这取决于偏好)变化、或通过使得该可调节式端口的轴向范围(例如，在与这些旋转部件中的一个的一条旋转轴线平行的一个方向上的长度或宽度(这取决于偏好))变化、或通过使得两者变化。例如，可调节式端口120和124的周向范围可以被调节以使得流体区116内的流体F进入那个端口时所处的一个或多个弧段116A至116C的部分可以改变。例如，可调节式端口120可以从一个第一周向范围调节至一个第二更大周向范围，在第一周向范围中，流体区116内的流体F在一个第一百分比的膨胀弧段116A上进入那个端口，在第二更大周向范围中，该流体区内的流体在一个第二更大百分比的膨胀弧段116A上进入第一端口112。如上指出，可调节式端口120和124中任一个或两者的轴向范围也可以是可调节的，这样使得流体区116内的流体F可以沿REC装置104的纵轴128在一个更大流动面积上进入此类端口。通过调节一个或多个工作流体端口的角位置、周向范围以及轴向范围中的一个或多个，该流体区内的工作流体与该REC装置外部的流体系统(未示出)流体联通时所处的一个或多个位置和一个或多个流动面积可以针对多个操作状态和期望性能高精度地调谐。

如在以下还将看到，本披露的可调节式端口(诸如端口120和124)还可通过使得这些端口选择性地彼此联结和/或与相对应的流体区(诸如流体区116)外的一个或多个不可调节端口选择性地联结在一起而变为可调节的。根据各种因素、包括REC装置104在一个具体应用中的功能，可调节式端口120和124可以是相反类型的，即一个是入口端口而一个是出口端口，或者可以是相同类型的，即两者均是入口端口或两者均是出口端口。在其他实施例中，本披露的一种REC装置可以具有多于或少于两个的可调节式端口。此外，虽然图1中未示出，但本披露的一种REC装置还可包括一个或多个不可调节端口。

每个可调节式端口120和124分别使用一个或多个调节机构132和136而变得可调节。适合用作调节机构132和136的调节机构的实例包括但不限于周向滑动件、螺旋滑动件、可旋转环、可旋转板、可移动楔形件以及任何必要的致动器(例如，电动机、液压致动器、气动致动器、线性电动机等)、任何必要传动装置(例如，蜗轮、齿条以及小齿轮等)、以及用于支撑此类装置的任何必要部件。在阅读该整个本披露、包括下述详细实例之后，本领域的技术人员将能够容易地选择、设计和实施一种用于根据本发明制造的任何给定可调节式端口的合适调节机构。REC装置系统100进一步包括一个或多个控制器，此处为单个控制器140，该一个或多个控制器可被设计和配置来控制可调节式端口120和124的角位置和/或流动面积尺寸。如以下将更完全地描述，一个或多个控制器(诸如控制器140)可被设计和配置来调节任一个或多个可调节式端口(诸如可调节式端口120和124)，以便独立于多个其他操作参数来控制一个或多个操作参数。如本领域的技术人员将容易地了解，REC装置系统100还可包括一个或多个传感器142。例如，一个或多个传感器142可与控制器140以及机构132和136中的一个或两个结合用来监测一个或多个参数，例如，机构位置、工作流体F在一个或多个位置处的温度、压力或质量流率、以及一个或多个旋转部件的旋转速率、还有许多其他参数。

在一些实施例中，REC装置104可以是完全可逆的，这样使得内部旋转部件112能够以任一方向旋转，如由箭头R所指示的。工作流体F的流动方向也可以是可逆的，这样使得可调节式端口120或124中任一个可以是一个工作流体输入端口，而另一个端口可以是一个工作流体输出端口。另外，在一些实施例中，流动方向可以在不改变内部旋转部件112的旋转方向的情况下逆转。如上所述，在替代的实施例中，该装置可具有另外端口，例如，该装置可具有两个或更多个输入端口以及两个或更多个输出端口，并且这些端口中的一个或多个可以是可调节的。当调节一个工作流体输入端口的角位置和/或尺寸时，该输入端口的接入弧段可以改变，这就可以改变进入流体容积的工作流体的质量。另外，调节输入端口可以改变其上流体容积不接入端口的弧段，该弧段又称为不可接入弧段(arc ofinaccessibility)。改变不可接入弧段的周向位置和尺寸可以更改工作流体体积改变的百分比。另外，调节工作流体输出端口的角位置和/或尺寸也可改变不可接入弧段的周向位置和尺寸。如以下将更完整地描述，通过控制一些或全部的输入端口和输出端口，就能够以高能效方式独立于其他操作参数来可重复且可预测地控制多个操作参数中任一个。

在所示的实施例中，REC装置104被配置成在一种可压缩流体处于一个隔离的体积或腔室中(例如，在流体区116中的多个容积内)时将该可压缩流体压缩或减压至一个期望压力，之后将其从所述腔室中排出。多个容积还可以在每个循环的开始和结束时转变为一个零容积或基本上为零的容积，这可以最大化该装置的效率。转变为一个基本上为零的容积可以通过确保多个体积各自在未携载工作流体F的情况下开始和结束来增加效率。这与允许已经达到排放压力的工作流体F保留在腔室中并被允许该以不受控方式返回至进入压力而形成对比。

现参考图2A至图2C，这些图示出了具有两个可调节式端口202和206的一种叶片型REC装置200的一个具体示例性实施例，以下将对这些端口进行更完全地描述。如图2A至图2C所示，REC装置200包括可旋转地设置在一组两个螺旋滑动件212和216以及一个楔形件220内的一个转子210。如将容易理解，转子210对应图1的内部旋转部件112，并且该组螺旋滑动件212和216以及楔形件220可与图1的外部旋转部件108以及机构132和136中的一个或多个对应。滑动件212和216部分限定流体端口202和206，并且滑动件212和216以及转子210限定在其间的一个流体区224。流体区224是由多个流体容积226(为了避免混淆，仅仅标记其中两个)构成，并且被配置来在使用过程中接收一种工作流体(未示出)。流体容积226是由多个叶片228(为了避免混淆，仅仅标记其中两个)限定，这些叶片可滑动地设置在转子210的一个外部周向表面内。多个叶片228被配置来随着转子210旋转而径向向内和向外滑动，这样使得这些叶片通过该转子的旋转来保持与滑动件212和216接触。如果转子210顺时针地旋转，如由箭头R所示，该转子的360°旋转包括一个膨胀弧段230和一个收缩弧段232。在所示的实施例中，多个容积226中的容积在它们行进穿过膨胀弧段230时尺寸增大，并且在它们行进穿过收缩弧段232时尺寸减小。

在所示的实施例中，叶片型REC装置200具有两个可调节式端口202和206，其中端口202是一个进入端口，并且端口206是一个排放端口。端口202和206是由可调节的滑动件212和216以及楔形件220限定并且通过它们而变得可调节。进入端口202是由可调节的滑动件212(进入滑动件)和楔形件220限定。类似地，排放端口206是由可调节的滑动件216(排放滑动件)和楔形件220限定。在所示的实施例中，进入滑动件212、排放滑动件218以及楔形件220形成一个螺旋结构。在一些实施例中，楔形件220可以径向移动远离转子210以便将该楔形件分开的两个端口(例如，端口202和206)联结起来。楔形件220还可周向移动以便改变端口202和206的位置。此外，滑动件212和216均可周向移动以便增大或减小相应端口202和206的周向范围、或尺寸，这将改变流体区224到那些端口的接入弧段。在一些实施例中，周向滑动件212和216中的一个或多个可以旋转180°或更多，以便提供对端口202和206中的特定一个或多个的90°接入。滑动件212和216还可彼此反向旋转至端口202和206联结的程度。

在所示的实施例中，楔形件220可以被调节来通过或是径向地移动楔形件220联结/划分这些端口或是周向移动以便改变这些端口的尺寸来独立地增加或减少端口202和206的周向范围。在所示的实施例中，楔形件220划分这些端口，这些端口之间具有一个恒定弧段，这些端口被限定为周向放置在相对应的滑动螺旋结构中的两个滑动件之间，同时多个滑动件可以用于提供两个端口之间居间弧段的可变性并且被限定为放置在每个滑动螺旋结构的末端，如图2B中的状态250所示，图2B是图2A的等距视图并且处于与状态260相同的状态。在一些实施例中，每个楔形件220可由两个周向滑动件来替换，例如，一个螺旋结构可以被划分成两个螺旋结构，如图3A至图3C(以下更完全地论述)所示。在一些实施例中，两个滑动件还可以用单个楔形件(未示出)替换，并且两个滑动螺旋结构可以加固，例如，如果期望的是使得由一个楔形件划分的端口202和206中的一个或多个正如REC装置200中那样保持处于恒定相对间距的话。虽然可调节的滑动件212和216的以上描述将这些滑动件描述为具有无限周向移动，但是替代实现方式可以限制一些或全部的滑动件的移动。

在图2A至图2C中描述的实施例中，楔形件220被示出为处于划分两个端口202和206的一个位置，在该位置，一个流体体积228将会具有零容积或基本上为零的容积。因此，一个流体容积228在通过楔形件220时将会通过一个零容积弧段。在所示的实施例中，楔形件220的内表面和转子210的外表面在零容积位置具有互补形状，这样使得基本上不存在可以捕获一种工作流体F的空隙。这确保了工作流体F完全排放，这就防止流体来再循环穿过REC装置200，从而使得该装置的容积效率更高。这还防止具有不同的压力和或温度的流体以不受控方式混合，由此增加REC装置200的能效。该功能性可用两个周向滑动件来替换，如在先前所陈述的。

通过根据热力学的理想气体方程式(pV＝nRT)，已知的是，一种可压缩流体的压力和温度将会在其体积相应减小或增大时并且在不增加另外能量或不从该流体去除另外能量时以可重复且可预测的方式来增大或减小。还已知了，这种所得的压力和温度改变将会是起始压力、起始温度以及体积变化的百分比(或正或负)的函数，只要不向系统增加热量或不从该系统去除热量、并且并不存在将会改变该流体的温度的化学反应或核反应即可。由此，如果期望压力和/或温度改变将要增大，那么体积改变应是增加，并且如果期望压力和/温度改变将要减小，那么体积改变应是减少。

基于这种理解，可以看出，通过调节一个或多个端口(例如，端口202和206)的尺寸和/或角位置，从一个或多个端口到流体区224的每个接入弧段(以及因此对任何端口的所得不可接入弧段)的开始和结束的位置受到控制，从而控制：a)每个流体容积226在其通过每个接入弧段时的容积改变，以及因此被传输到所述弧段中的每个流体容积226和从其中传输出的流体的量；以及b)每个流体容积226在其通过每个不可接入弧段时的容积改变，以及因此正好在使得一个端口(例如，端口206)刚刚接入流体容积226之前在该流体容积中的可压缩流体的压力改变。以此方式，装置200所提供的排放压力和排放温度可以通过改变一个排放端口(例如，端口206)的尺寸和周向范围进行可重复且可预测地改变，但不改变进入压力、进入温度、一个或多个旋转部件(例如，转子210)旋转速率、或所得工作流体质量流率。

与如上所述那样调节排放端口不同，改变进入端口(例如，端口202)的角位置和周向范围还使得每次转子210旋转时由装置200所吸入的流体体积改变，并且因此使得每次旋转时的所得流体质量流量改变。以此方式，排放压力、排放温度以及流体质量流率可以通过改变进入端口的尺寸和周向范围进行可重复且可预测地改变，但不改变进入压力、进入温度、或一个或多个旋转部件旋转速率。

进一步将看出，当排放压力、排放温度以及排放工作流体质量流率由于调节进入端口(例如，端口202)、诸如通过调节该端口的周向范围或角位置而被改变时，那些参数无法仅仅通过调节该进入端口来独立改变。然而，由于对排放端口的改变仅将改变排放压力和排放温度、而不改变工作流体质量流率，因此排放端口可以被调节来在进入端口被调节来提供期望工作流体质量流率(否则将会改变所述排放压力和排放温度)时保持排放压力和排放温度的恒定。因此，通过改变进入端口和排放端口这两者的尺寸和周向范围，工作流体质量流率可以可重复且可预测地改变，而不要求改变进入压力、进入温度、一个或多个旋转部件旋转速率、排放压力、或排放温度。

工作流体质量流率还可通过增加一个或多个旋转部件的旋转速率增加，并且该增加是近似成比例的、可重复的并且可预测的。然而，由于工作流体质量流率可以独立于如上所述旋转速率(例如转子210的一个或多个旋转部件的旋转速率)进行改变，并且该进入端口和排放端口可以通过改变它们的尺寸和周向范围进行调节，这样使得一个或多个旋转部件的旋转速率可以在不要求进入压力、进入温度、工作流体质量流率、排放压力、或排放温度改变的情况下改变。

此外，改变进入压力相对应地改变装置200所吸入的流体质量以及排放压力两者。然而，由于可以独立于彼此并且独立于进入压力来改变工作流体质量流率和排放压力，因此该进入端口和排放端口也可通过改变它们的尺寸和周向范围进行可重复且可预测地调节，这样使得进入压力可以在不要求一个或多个旋转部件的旋转速率、工作流体质量流率、或排放压力改变的情况下进行改变。

以类似的方式，改变进入温度相对应地改变排放温度，而且还改变了装置所吸入的流体质量，并且因此改变工作流体质量流率。同样以类似的方式，由于可以独立于彼此并且独立于进入温度来改变工作流体质量流率和排放温度两者，因此该进入端口和排放端口也可通过改变它们的尺寸和周向范围进行可重复且可预测地改变，这样使得进入温度可以在不要求一个或多个旋转部件的旋转速率、工作流体质量流率、或排放温度改变的情况下改变。

此外，由于pV＝nRT，在先前两种表述中，温度可以取代压力，并且压力可以取代温度。因此，以上方法可以用于在不要求改变排放温度的情况下可重复且可预测地改变进入压力，但该排放压力将会改变。类似地，以上方法可以可重复且可预测地使用，这样使得进入温度可以在不要求排放压力改变的情况下改变，但该排放温度将会改变。

虽然状态260示出REC装置200的滑动件212和216被定位以使得端口202处的压力和温度高于端口206处的压力和温度并且因此用作一个压缩机，但是在状态270中，滑动件212和216被重新定位以使得端口206处的压力和温度低于端口202处的压力和温度。这种重新定位并不要求流体质量流率逆转。相反，质量流量方向可以保持相同，并且流体可以被强制地膨胀而非被强制地压缩，在这种情况下，REC装置200将会用作一个膨胀器。

当转子210的旋转方向逆转时，工作流体质量流量也会逆转。例如，如果当REC装置200处于状态260时旋转方向R逆转，REC装置200将会用作一个膨胀器，如状态270所示。类似地，如果状态270中的旋转方向R发生逆转，REC装置200将会用作一个压缩机。因此，可移动滑动件和一个或多个楔形件以及一个可逆转子的组合允许REC装置200将是高度灵活且可配置的。

图3A至图3C示出与图2A至图2C的REC装置200类似的另一REC装置300，其中该REC装置具有可旋转地设置在滑动件312和316内的转子310，并且滑动件312和316部分限定端口302和306。此外，图3A至图3C中的特征302、306、310、312、316、324、326、328、330、332以及R的相应名称和功能分别与图2A至图2C中的相应特征202、206、210、212、216、224、226、228、230、232以及R相同，但是它们形状和尺寸可以不同。然而，如图3A至图3C所示，与REC装置200中的楔形件220不同，REC装置300实际具有呈一个第二进入滑动件334和一个第二排放滑动件336的形式的一个分开的楔形件，并且替代REC装置200中的单个滑动螺旋结构(未标记)，REC装置300具有在图3B中清楚看到的一个第一滑动螺旋结构338和一个第二滑动螺旋结构340，图3B是图3A的等距视图并且处于与360相同的状态。正如REC装置200那样，进入端口302和排放端口306的尺寸可以独立于彼此来改变。由于滑动件334和336可以独立于彼此来移动，进入端口302和排放端口306的位置也可独立于彼此来改变并且还可通过改变例如如图3A和图3C所示四个滑动件312、316、334和336的周向位置进行切换，这些滑动件在图3A中处于一个第一状态360并且可以被移动至如图3C所示一个第二状态370。如此，旋转方向R可以改变，而不改变进入压力、进入温度、排放压力、排放温度、工作流体质量流率、或一个或多个旋转部件的旋转速率。

旋转方向的该改变还可通过在端口处使用阀(未示出)实现。

图4示出与图3A至图3C所示REC装置300类似的另一REC装置400。在这点上，图4中的特征410、412、416、424、426、428、430、432、434、436以及R的相应名称和功能分别是与图3A至图3C中的相应特征310、312、316、324、326、328、330、332、334、336以及R相同，但是它们的形状和尺寸可以不同。图4示出REC装置400如何另外增加一个第一楔形件442，该楔形件可以将REC装置300中所谓的单个进入端口302分成一个第一进入端口444和一个第二进入端口446。REC装置400还具有了一个第二楔形件448，该楔形件可以将REC装置300中所谓的单个排放端口306分成一个第一排放端口452和一个第二排放端口454。这些楔形件442和448以与楔形件220类似但不同的方式来起作用，并且在所示的实施例中，不同成形。楔形件442和448两者通过一个固定周向弧段分开两个端口，但与楔形件220不同，楔形件442和448使得两个进入端口444和446彼此分开并且使得两个排放端口452和454彼此分开。每个楔形件442和448可以围绕其螺旋结构来周向移动以便改变端口444、446、452和454的尺寸和位置，并且径向移动以便联结每个楔形件442和448所分开的这些端口，并且这些动作各自可以独立于所有其他动作来执行。

在所示的实施例中，所增加的楔形件448尺寸被设定为这样使得在旋转部件旋转通过楔形件448时并不存在使得该楔形件所分开的端口452和454通过流体容积426连接的点，但该所述流体容积426将不通过楔形件448而与排放端口452和454两者同时分离。在所示的实施例中，由于流体容积426内的流体体积在两个排放端口452与454之间并不改变，两个排放端口452和454处的压力或温度并不存在差异。以此方式，两个排放端口452和454可以具有相同的排放温度和排放压力，并且可以具有等于没有楔形件448的REC装置300中的单个排放端口306的工作流体质量流率的一个组合工作流体质量流率。在替代的实施例中，端口452和454可以利用另外的楔形件对来进一步划分多次，以便进一步划分否则将为单个端口的端口(诸如单个排放端口306)。此外，楔形件448以及增加用于进一步划分排放端口的任何另外的楔形件(未示出)可以被移动来改变排入每个排放端口中的工作流体质量流量比例，并且这一个或多个比例可以独立于排放压力、排放温度、进入压力、进入温度、一个或多个旋转部件旋转速率、旋转方向R、以及组合工作流体质量流率来改变。这可以与改变总体工作流体质量流率(如在先前所述)的能力组合以便可重复且可预测地改变该进入端口和排放端口的尺寸和周向范围，从而独立于从任一个或多个其他排放端口452、454输出的工作流体质量流率、进入压力、进入温度、一个或多个旋转部件旋转速率、旋转方向R、相同排放温度、以及相同排放压力改变从任一个或多个排放端口(例如，端口452和454)以及以任何组合输出的工作流体质量流率。

正如楔形件448那样，所增加的楔形件442尺寸被设定为这样使得在旋转部件旋转通过楔形件442时并不存在使得端口444和446通过多个旋转本体所限定的流体容积426连接的点，但该所述流体体积426将不通过楔形件442而与进入端口444和446两者同时分离。在所示的实施例中，由于流体容积426内的流体体积在两个进入端口444与446之间并不改变，两个进入端口444和446处由REC装置400引起的压力或温度并不改变。如下论述，进入端口流体组分、压力以及温度可以是相同的(以下所述“第一情况”)，并且它们可以是不同的(以下所述“第二情况”)。

在第一情况中，存在两个进入端口444和446，它们具有相同的进入温度和压力，并且具有等于不具有楔形件442的单个进入端口302的工作流体质量流率的一个组合工作流体质量流率，并且这些进入端口444和446可以进一步划分多次以便进一步划分所谓的进入端口302。此外，楔形件442以及增加用于进一步划分所谓的进入端口302的任何另外的楔形件(未示出)可以被移动来改变吸入到每个进入端口444、446和(未示出)中的工作流体质量流量的比例，并且这一个或多个比例可以独立于进入压力、进入温度、排放压力、排放温度、一个或多个旋转部件旋转速率、旋转方向R以及组合工作流体质量流率来改变。这可以与改变总工作流体质量流率(如在先前所述)的能力组合以可重复且可预测地改变进入端口和排放端口的尺寸和周向范围，以便使得进入任一个或多个进入端口444、446和(未示出)的工作流体质量流率以独立于进入任一个或多个其他进入端口444、446和(未示出)的工作流体质量流率、相同进入压力、相同进入温度、一个或多个旋转部件旋转速率、旋转方向R、排放温度、或排放压力的任何组合改变。当进一步与上述划分排放端口306组合时，该进入端口和排放端口的尺寸和周向范围可以被改变来独立于剩余端口444、446、452、454的工作流体质量流率并且独立于相同进入压力、相同进入温度、相同排放压力、相同排放温度、一个或多个旋转部件旋转速率、以及旋转方向R来可重复且可预测地改变两个或更多个端口(进入和/或排放端口)444、446、452、454的工作流体质量流率。

在第二情况中，存在两个进入端口444和446，它们具有不同的进入温度和/或压力，并且具有并不等于不具有楔形件442的单个进入端口302的工作流体质量流率的一个组合工作流体质量流率，并且这些进入端口444和446可以进一步划分多次以便进一步划分所谓的进入端口302。与第一情况不同，流体容积426中的具有一个或多个先前进入端口444、446和(未示出)的压力和温度的流体在其进入下一进入端口444、446或(未示出)时将会膨胀或收缩至那个进入端口444、446或(未示出)的压力。因此，接入每个流体容积426的最后一个进入端口将对进入端口压力的等效物具有完整控制，并且来自每个进入端口444、446和(未示出)的在流体容积426中剩余的流体的比例是每个进入端口的流体组分、压力以及温度相对于其余部分、端口接入次序以及流体进入每个进入端口444、446和(未示出)时的流体体积426的体积改变的函数。当具有不同温度的流体在和不在流体容积426内混合时，它们温度可以等于基于它们初始温度和热质量的新温度，并且这个等效进入端口温度将是所有进入端口处的以及任何化学反应的流体的温度和热质量的函数。根据这一假设，仍然存在单个等效进入端口压力和单个等效进入端口温度，它们仍可以独立于先前所述排放压力、排放温度、总体工作流体质量流率、旋转方向R、以及一个或多个旋转部件旋转速率来可重复且可预测地改变。另外，该进入端口和排放端口的尺寸和周向范围可以被改变来独立于剩余端口444、446、452、454的工作流体质量流率并且独立于等效进入压力、等效进入温度、相同排放压力、相同排放温度、旋转方向R、以及一个或多个旋转部件旋转速率来可重复且可预测地改变两个或更多个端口(进入和/或排放)444、446、452、454的工作流体质量流率。与不同的进入压力和/或具有不同初始温度的多种流体的混合组合的理想气体方程式(pV＝nRT)以及控制每个进入端口444、446的工作流体质量流率的能力可以用于可重复且可预测地控制等效进入温度，并且可以独立于总体工作流体质量流率、单独排放工作流体质量流率、等效进入压力、相同排放压力、相同排放温度、旋转方向R、以及一个或多个旋转部件旋转速率来达到此目的。反之，这种控制允许我们改变该进入端口和排放端口的尺寸和周向范围，这样使得每个进入端口444、446的温度可以独立于每个其他进入端口444、446的温度并且独立于每个进入端口压力、相同排放压力、相同排放温度、每个排放端口工作流体质量流率、旋转方向R、以及一个或多个旋转部件旋转速率来可重复且可预测地改变。

然而，比起使用装置来使该可压缩流体在它们的体积连接之前压力均等，允许各种进入端口处的该可压缩流体在它们的体积被连接时压力均等是低能效的。图5示出与4中所示的REC 400类似的一个REC装置500。确实，图5中的特征510、512、516、524、526、528、530、532、534、536、544、546、552、554以及R的相应名称和功能分别与图4中的相应特征410、412、416、424、426、428、430、432、434、436、444、446、452、454以及R相同，但是它们的形状和尺寸可以不同。如在先前所述，单个楔形件442、448或(未示出)可以通过将楔形件的滑动螺旋结构(未标记)分成两个滑动螺旋结构以及取代两个楔形件(例如，REC装置400中的楔形件442、448)的两个另外滑动件556、558、562、564进行替换。在所有端口544、546、552、554均受滑动件512、516、534、536、556、558、562、564周向限制的情况下，所有端口544、546、552、554的尺寸和周向范围均可独立于所有其他参数来改变，它们的位置可切换，并且它们甚至可以是组合的，从而消除REC装置500未在任何端口544、546、552、554之间引起压力改变的假设。因此，端口的尺寸和周向范围可以改变，这样使得多个排放端口的压力和温度可以可重复地、可预测地且独立地变得不同，正如多个进入端口的不同压力和温度可以可重复且可预测地调整而不存在如在REC装置400中发生的损失，并且全部独立于每个端口的工作流体质量流率、旋转方向R、以及一个或多个旋转部件旋转速率。

由于功是等于扭矩乘以该角旋转：dW＝τ*dθ；使得方程式的两边除以时间得到功率等于扭矩乘以旋转速率：dW/dt＝P＝τ*ω。根据热力学，W＝(p₂V₂-p₁V₁)/(1-n)，并且因此(p₂V₂-p₁V₁)/(1-n)*(d/dt)＝P＝τ*ω。

每次一个或多个旋转部件旋转时的流体容积的体积改变速率可以通过以下方式增大：仅仅改变工作流体质量流率，以便使得扭矩成为一个或多个进入端口(例如，202、302、444、446、544和546)和一个或多个排放端口(例如，206、306、452、454、552和554)上的压差、和工作流体质量流率的函数。由于所有端口的一个或多个压力可以独立改变，如在先前所述，任一个或多个端口压力的改变都将导致一个或多个进入端口与一个或多个排放端口之间压差改变。因此，一个或多个端口的尺寸和周向范围可以改变以便可重复且可预测地改变压差、工作流体质量流率、或这两者，从而独立于旋转方向R和一个或多个旋转部件旋转速率来改变扭矩。

功率是一个或多个进入端口(例如，202、302、444、446、544和546)和一个或多个排放端口(例如，206、306、452、454、552和554)上的压差、工作流体质量流率、以及一个或多个旋转部件旋转速率的函数。因此，端口的尺寸和周向范围可以改变以便可重复且可预测地改变压差、工作流体质量流率、一个或多个旋转部件旋转速率、或它们的任何组合，从而独立于旋转方向R来改变功率。

鉴于在先前实例中描述的一压缩机或膨胀器被理解成从一个旋转本体向一种可压缩流体传递扭矩和功率，如本文档中描述的电动机应理解成起到相反作用：即，从一种可压缩流体向一个旋转本体传递扭矩和功率。REC装置由于流动方向和旋转方向的逆转而可用作压缩机/膨胀器和电动机两者。然而，由于旋转方向可以针对REC装置变得独立，这些REC装置可以在不存在所要求的方向逆转的情况下用作电动机。

与常规的气动压缩机和电动机不同，REC装置无需被设计成具有用于某一压力、旋转速率R、一个或多个部件旋转方向、或工作流体质量流率以供进行高效操作，并且可以独立于彼此来改变所有四个参数，如在先前所述。因此，一个有效变速传动装置可以被构造成具有一个或多个REC装置。以在图6中示意性地示出的一个全轮驱动汽车上的一个传动装置600作为一个实例。一个发动机602典型地将在某一功率对旋转速率曲线的最佳效率下运行。充当一个压缩机604的一个REC装置可旋转地R结合至输出发动机602上，并且可以补偿可变功率和旋转速率以便向在汽车的每个车轮608处的充当一个电动机606的另一REC提供处于期望压力下的一种工作流体F。这种加压工作流体F可以来自如图6所示单个公共排放端口(未标记)，或可来自多个排放端口，并且一个或多个压缩机排放端口压力可以随着时间变化，这取决于设计者的期望。随后，每个电动机606独立使用所要求的那么多的压缩工作流体F以便提供与每个车轮608处期望的同样多的功率。每个车轮608可以直接或由固定传动装置或可变传动装置610来可旋转地R连接到每个电动机上，如果传动装置是可变的，那么可以针对每个车轮608单独控制传动装置。由于压缩机604和电动机606可以在不影响发动机的旋转速率的情况下有效停止泵运，并且可以被独立地控制以在接合一个不同车轮传动装置610之前匹配该车轮传动装置的旋转速率，因此不要求一个离合器系统。

由于一个车轮608要求更多动力，车轮的电动机606增加它的工作流体质量流率。这可通过压缩机604来完全或部分补偿，从而对该发动机602提出了增加的动力需求。如果通过压缩机604的工作流体质量流量不与通过所有电动机606的组合流体流量匹配，压缩工作流体压力将会改变，压缩机604和电动机606两者可以在不损失效率的情况下对该改变进行补偿。如果第一一个或多个贮存器613也连接到压缩机604的一个或多个输出端上，该贮存器将会减缓压力的该改变，从而在发动机602无法跟上车轮电动机606的动力需求时有效提供电池或升压器(booster)。

如果汽车驾驶员制动，那么充当电动机606的REC装置可以切换功能以充当压缩机，从而使得工作流体质量流率逆转，同时维持它们旋转方向，由此增加一个或多个高压贮存器613内的流体的压力和质量，同时降低汽车速度，并且由此充当一个再生制动系统并且消除对基于摩擦的制动系统的需要。一般而言，这将暗示的是，附接到发动机602上的压缩机604将使贮存器613维持处于低于其额定压力的一个压力，这样使得这些再生制动器可以增加贮存器613内的流体压力，而不超过其能力或不要求一个减压阀(未示出)，但是这样的阀将是极端情况所期望的。然而，可以通过压缩机604根据基于在当前车速和车重给定的情况下、最大压力减去期望通过使得车辆停止来获得的压力的公式来维持贮存器压力。可向这个公式增加若干另外变量，这取决于期望效率、性能、贮存器的能力、道路崎岖程度(hilliness)。

交流发电机614可以直接可旋转地连接至发动机602上，但是任何风扇、空调压缩机、挡风玻璃刮水器和/或先前使用一个电动机的其他被提供动力的装置616可替代地使用被配置为一个电动机617的一个REC装置，全部脱离相同或不同的压缩机604和贮存器613。最终，如果使用一个阀618来保持一个或多个高压贮存器613内的压力，那么发动机的REC装置604可替代地用作一个电动机604以起动发动机602，从而消除对一个起动电动机的需要。

使用具有一种干燥工作流体(像干燥氮)和一个低压工作流体贮存器619的一个流体闭环F系统将会增加效率，因为将会使得所述闭环F的高压侧和低压侧热绝缘。

一个类似系统可以使用在列车上，其中快速连接软管连结所有列车车厢以及每对车轮上或每节车厢上的每个托铁(dolly)上的电动机606，并且其中多个压缩机604附接到多个发动机车厢(engine car)上的多个发动机602上。由于车厢不会推动或拉动彼此，列车可以被构建得更为轻便，并且可以转过更急轨弯，因为车厢不会被推离或拉离轨道。

一个类似系统可以用作一个配电系统，其中流体连接连接充当压缩机和/或电动机的许多REC装置，其中所述REC装置的物理位置彼此相邻、或至多相隔数千英里。

在该系统的最简单的描述中，一个涡轮发动机是具有一个联合旋转速率的一个压缩机和一个电动机，并且其中一个燃烧室在该压缩机的排放口与该电动机的进入口之间。该压缩机由电动机可旋转地驱动，其中该燃烧室使得工作流体温度从该工作流体离开该压缩机时增加至该工作流体进入气动电动机时的温度，从而在相同压力下向电动机提供比压缩机提供的体积更大的工作流体；并且由此提供由电动机所产生的比压缩机要求的更多的动力。如图7所示，相同模型可以用于使用用作一个或多个压缩机704和一个或多个电动机705的一个或多个REC装置制造一个发动机700，并且以下修改可以产生相关联的益处。

例如，由于压缩机704和电动机705两者的流体流率可以通过使用一个限流器或类似装置在未引起损失的情况下进行控制，发动机提供的动力可被控制，而不存在相对应的效率损失。

替代具有附接到发动机700上的一个单独传动压缩机，发动机的压缩机704的一个单独排放端口可用于向用于其他被提供动力的装置708(像如先前所述的汽车的车轮)的任一个或多个电动机706供应加压工作流体，这些其他被提供动力的装置不必以与发动机700相同的速率来旋转。一个更高效的选项可能是通过一个或多个燃烧室709、711和/或混合室712的排放物对这一个或多个电动机706直接提供动力。

来自一个高压贮存器713、由一个阀718来控制的空气可以直接被进给至电动机705以便起动发动机700，从而消除对一个起动电动机的需要并且显著减少对任何电池的最大功率汲取。可替代地，一个或多个燃烧室709、711可以被配备有一个点火器，这样使得该发动机可以通过燃烧而从永停(dead stop)直接起动并且并不要求任何初始旋转。

由于该压缩机704和电动机705两者可以被设计成并且用于能够根据它们自己的进入压力和排放压力进行调节，因此，进入一个或多个燃烧室709和711的过压流体没有损失，离开电动机705的排放口的过压流体也无类似损失，这提供了保持最佳效率、同时传递一个可变功率输出的能力，并且消除了对一个排放声音消音器的需要。

由于一个或多个燃烧室709和711的压力可以由发动机控制，因此它的温度也可以被控制，从而允许类似柴油机的燃烧，并且消除对火花塞、螺线管、以及它们相关联的控制的需要。

正如一个多气缸发动机那样，多个压缩机704和电动机705可以被附接到同一个或多个燃烧室709和711上。这将允许数量以及规模效率，并且允许相同基础REC装置以不同的数量用于具有不同动力要求的不同应用中。这还可以允许具有可旋转地连接和/或分离的多个发动机700的冗余益处，并且可以通过根据需要来起动和停止发动机700而允许在更广泛的功率范围上的更高效率。

由于压缩机704可以具有带有相同(或不同)压力和单独受控工作流体质量流率的多个排放端口(未标记)，因此一个端口可以通向能够控制从一个燃料贮存器720燃烧燃料的量的一个第一燃烧室709；并且通向一个第二燃烧室711的一个第二端口可以完成燃烧过程并且可能替代在发动机700的排放口上使用一个催化转化器来控制排放。通过将整个燃烧过程移动至压缩机704与电动机705之间，发动机的效率将会增加。此外，由于进入第一燃烧室709的工作流体质量流率能够控制燃料燃烧并移动至第二燃烧室711的量，因此燃料无需通过燃料引入速率进行控制，并且因此可以使用大块固体燃料取代液体燃料，还可维持对燃烧速率的完全控制，而不要求一种限制燃料暴露于燃烧的低效方法。

压缩机704的一个第三排放端口(未标记)可以连接到一个混合室712上，该混合室用于冷却完全燃烧过的流体至电动机705的部件可能容易承受的一个温度，从而保留在电动机705之前的所有燃烧能量并且消除对用于发动机部件的冷却系统的需要。作为另一非排他性选项，可将水W或一些其他液体引入到混合室712中。水W可加热成气体，并且在不要求同样多的另外工作流体压缩的情况下提供相同冷却效果。如果正好在电动机705之后采用一个冷却冷凝器722以从工作流体回收接近沸腾的水，可以使用一个水泵724将该接近沸腾的水重新引入到混合室中，这样使得很少或无的另外的水W将会需要被用户存储或增加，并且引入到混合室712中的水W将被预热以便增加效率。

此外，(第一和第二)燃烧室709和711中的一个或两个可以利用一个或多个热交换器(未示出)替换，这可实现另外效率增益，诸如通过使用一个发动机的热排放物提供热量以对一个二级发动机提供动力，或将限制容积内的热排放物冷却并且使用其的压力变化增大发动机的功率。将一个热交换器(未示出)附接到一个燃烧发动机的排放口上并且由此将其与前述冷却冷凝器722组合将会允许使用那个排放口中剩余热量来对一个第二发动机700提供动力，从而增加两个发动机的效率。如果一个第二热交换器与冷却冷凝器722组合并且用在非燃烧发动机上来冷却其排放物，这样使得该排放物可以返回进给到该非燃烧发动机的压缩机中，那么那个发动机可以使用一个工作流体闭环，从而允许更高效的工作流体在其热循环中使用。这些二级发动机(未示出)的多个级可以串联使用以进一步增加组合发动机的效率。

在燃烧发动机和非燃烧发动机中，可以通过限制冷却流体并且因此从该冷却流体的再压缩中得到的动力来获得进一步效率。如果用于排放口的冷却冷凝器/热交换器722是其自身的(负)压力室，并且如果从一个或多个电动机输入的工作流体质量流率等于通过充当一个(再)压缩机726的一个REC输出的工作流体质量流率，那么可以将所述腔室722设置成一个负压并且可以获得动力。这是因为从所述压力室输出的工作流体体积流率将会低于输入所述压力室的工作流体体积流率，并且因此将会耗费比排放至低于环境728的一个压力时电动机705所获得的能量少的能量来将流体再压缩至环境压力728。如果替代地将热交换器结合到一个压缩机(未示出)中，那么该压缩机内的流体压力可以减少，这将引起该压缩机在该流体的压力和体积的乘积减小时转动。

当前高效制冷方法使用一个压缩机来压缩一种可压缩流体并且随后允许该流体在一个热交换器中冷却至这样的程度：该流体在通过一个阀来排到允许该流体蒸发和变暖的另一热交换器中之前沉淀成一种不可压缩液体状态。虽然这比较旧技术具有许多优点，但是其依赖于具有一条液体至气体对压力/温度过渡曲线的一种稳定、非腐蚀性、无毒流体的可获得性，该曲线是拟合在期望环境的操作耐压能力和温度内。可以推断的是，在这种流体尚不可获得或无成本效益的情况下，具有一种不依赖于流体的沉淀的系统将会是有益的且高效的，如果通过减少压缩流体压力而释放的能量是可回收的话。其他具体应用也可能从这种设置受益，诸如单一沉淀曲线在大多数情况下将不理想的具有广泛变化输入和/或输出目标的制冷循环，或是诸如其严格温度和/或传热速率和或功率消耗变量中的任一个必须被保持的一种应用。

这种制冷系统800可以如图8所示实现。在这种情况下，一个第一热交换器801在高压热工作流体侧连接用作一个压缩机804的一个REC装置的排放口和用作一个电动机805的另一REC装置的进入口，并且第二热交换器在低压冷工作流体侧连接电动机805的排放口和压缩机804的进入口。压缩机和电动机的一个或多个旋转部件可旋转地连接R，并且进一步由一个外部电源830驱动。在稳态下，压缩机804吸入要比电动机805排放的体积更大的工作流体。如在先前论述，压缩机804可以根据系统和操作者两者的工作流体质量流率和压差(以及因此温差)要求进行调节，以便满足任何功率和热要求。随后，电动机805可以根据该系统的共享的输入压力和输出压力进行调节，以便确保维持差异温度，同时从工作流体因所述压差而发生的膨胀重新获得动力。

用于加热、通风、空调(HVAC)系统的一个热泵使用一个制冷循环，通过一个辅助电源所驱动的一个或多个泵的使用以及流体的压缩和膨胀来从一种流体向另一种流体传热。在热泵的一些应用中，一个炉子燃烧一种或多种燃料以获得热量，并且随后将该热量中的一些传递至另一种流体，同时利用该炉子的排放口将剩余热量排至大气。环境温度相对于受控环境的温度越冷，该过程的热量效率越低。

如图9所示，一个热发动机900可以如图7那样是由用作一个压缩机704的一个REC装置以及用作一个发动机的电动机705制成，具有一个或多个燃烧室909和911、一个或多个工作流体贮存器913以及相关联的控制阀918、还有一个或多个燃料贮存器920，但在一个或多个燃烧室与电动机905之间还增加了一个热交换器921。在这种情况下，目的是从环境吸入空气F1、仅仅通过压缩该空气来使得它的温度增加超过受控环境932中期望的温度，随后如在发动机700中那样通过一个或多个燃烧室909和911的使用增加呈热量形式的能量，然后向另一种工作流体F2传递通过所述燃烧而获得的热量，此后通过使得环境空气F1在一个电动机905中膨胀并且将其释放回环境928中，重新获得因压缩环境空气F1而失去的能量。在压缩机904和电动机905中将会发生损失，这可能会需要返回到环境928大气中的空气处于比其开始过程时更高的一个温度。这是可克服的，并且所排出的空气F1甚至可能以一个更低的温度返回，如果该系统由一种另外方法驱动的话。这样一种方法可能涉及向该系统补充一个电动机(未示出)。虽然该电动机可能是由一个外部电源驱动，但从压缩并燃烧的空气F1至受控环境的传热也可用于对热力发动机进行补充。

一个选项可以是将来自热交换器921的热量传递至由第三REC装置和第四REC装置构成的一个第二发动机934的压缩工作流体，该第三REC装置和该第四REC装置中的一个用作从受控环境中吸取其工作流体的一个压缩机936；并且该第三REC装置和该第四REC装置中的另一个用作将其工作流体返回到受控环境中的一个电动机938。可旋转地连结第一发动机和第二发动机的一个或多个旋转部件将会完成动力传递，并且第二发动机934将向系统增加动力，只要受控环境压缩工作流体F2的温度是足够低的并且可以通过热交换器充分增加，这样使得不仅克服第二发动机934的另外损失，而且能够向第一发动机(未标记)提供旋转能量。这个第二发动机934还可具有带有另一热交换器940的一个流体闭环，并且甚至可能提供足够另外动力来驱动一个鼓风扇或其他设备942，以便推动空气从该受控环境932穿过它的热交换器934。

另一选项将是将一个热电偶阵列(未示出)结合到任何热量必须行进通过的热交换器921中，以便使得热量从一种流体至另一种流体，从而获得电势和电流、同时减少该热交换器的重量效率。随后，该电势和电流可以用于任何目的，其中一个目的可以是驱动对系统的这些发动机的控制。还可以组合这两个选项。

以上选项将会用作一个加热系统，这个加热系统具有用于为该系统提供动力的燃料的势能的>100％的能效，并且它可以对广泛范围的环境温度和控制温度两者起到良好作用。

先前已经假设，使得所有排放端口的排放物压力等于那些端口处的环境压力。在允许具有不同压力的两种可压缩流体混合的情况下，这消除了因一个排放端口处的突然且不受控的膨胀而造成的能量损失。在不同应用中，体积和/或重量效率益处可能超过能效益处，并且这些益处可能因应用而变化、以及随相同应用内的时间而变化。

系统(如在先前所述那些)可以被配置以使得在某一功率范围内，排放端口处的排放物的压力以及环境压力是相同的，并且使得在大于该范围的一个功率水平下，这些压力是不同的。因此，系统在一个较低功率范围内将是非常高能效的，但是在一个较高功率范围内将会将其能率中的一些交换体积和/或重量效率。相反，该系统可能根本不具有一个高能效范围，并且总是由于体积和/或重量效率而牺牲其能效。

对于用户期望系统保持处于或高于某一能效范围的那些情况，一个第一选项可以针对可由用户对该系统设置的一个功率限制(它可以开启或关闭)和/或可由用户改变的一个功率限制，并且该功率限制可以或可以不与最高能效功率范围上限处的功率水平相同或不相同。以此方式，一个系统可以自行或以其他方式受限于其最高能效或更高能效功率范围。

作为一个可替代的第二选项，可以设置限制，其中开关或在紧急情况或其他事件下使得系统从该限制释放的其他方法由该用户或一些其他系统来限定。以此方式，一个系统能够以其能效为代价来自行或以其他方式允许超过它的常规高能效的功率范围。

先前选项都可以在相同系统中用于不同范围的功率和能效。如果例如系统在高于某一额定功率时将会逐步损坏，那么第一选项可以用于低于系统将损坏时更低的能效功率范围，并且第二选项可以用于高于系统将损坏时的功率范围。

在以上所有三种情况下，可以发现，并不期望一个开关来开启或关闭限制。用户反馈(诸如在超过每个范围限制时对用户对节流阀的压力的阻力的显著增加)可以用来替代开关，从而实现一个更直观且更少限制的界面。

虽然先前文本和图中描述的多个实例集中于具有潜在多个滑动件、楔形件以及可调节式端口的螺旋滑动件上，但是以下将集中于以一个可制造的设计来获得最高效率，这种设计包括仅仅2个等效可调节式端口并且可以用作图7中的部件704、705和726的组合。

在获得最高能效过程中，期望减少或消除装置中的任何和所有的往复运动。基于相同思路，还期望使所有旋转本体得到平衡，这样使得每个本体的旋转轴线也通过它的质量中心。齿轮转子泵消除了所有此类往复运动，并且只要内齿轮和外齿轮都在旋转中、同时它们的旋转中心保持固定，那么它们的旋转轴线也固有通过它们的质量中心。另外，可能形成多个齿轮组，这样使得如果这些齿轮中的一个正以一个恒定旋转速率旋转，那么另一个也以一个恒定旋转速率旋转，这还消除在稳状下因角速度上的强制改变而造成的效率损失。

在获得最高能效过程中，期望在再次吸入更多流体前，完全排出所有的可压缩流体。这意味着，在旋转过程中，所有流体容积必须以零容积来开始和结束。由于并不期望使得滑动件与该装置的有效旋转一起或响应于这种有效旋转进行移动，以便在稳态下维持端口与其相关联的容积之间正确接入，期望的是相对于固定参考坐标来固定该零容积位置。在检查典型的N:N+1齿轮组过程中，可以看到，在将扭矩从一个齿轮传递至另一个的过程中已发现的有效几何形状按照该描述的方式根本不是高能效的。然而，确实表明，固定这个零容积位置的最佳位置是齿轮齿最充分地啮合的位置。在所述N:N+1齿轮组的进一步检查中，可以看到，齿轮的齿之间的流体容积不接近零的主要原因在于，(任一个齿轮的)齿的尖端从不相对于齿的配合件在这个充分啮合位置处瞬间静止，但替代地，允许通过针对齿留下的一个开放空间，这样使得齿轮无法结合。为了去除这个开放空间，并且因此在这个位置处移动至零容积，必须消除摆动。因此，我们将从以下情况开始：或转子或定子(或这两者)的齿的尖端相对于它们的配合凹坑(mating pocket)在它们的充分啮合位置处瞬间静止。

在数学上，这意味着，如上所述充分啮合位置中的一个齿的尖端的行进矢量必须在零容积位置处与其配合齿轮中的配合部分瞬间匹配。另外，如果一个旋转参考坐标被建立成使得它的位置处于齿的配合齿轮的旋转中心处，并且以与那个配合齿轮相同的速率来旋转，那么由于并不允许该齿摆动通过这个充分啮合状态，因此该齿必须正好在沿矢量的零容积位置之前和之后接近和离开该位置，矢量与在旋转坐标系上绘图时被绘制在齿轮旋转轴线之间的线平行。在该旋转坐标系上，该线还与齿的所述尖端与任一齿轮的旋转轴线之间所画出的一条线平行。以此方式，当从旋转参考坐标来观察时，每个齿的尖端瞬间看起来像作为一个活塞进行往复运动，但从固定参考坐标来观察时，并不存在往复运动。

在检查典型的N:N+1齿轮组中，可以看到，随着时间推移，离散容积因齿轮齿无法一直维持与它们的配合齿轮的接触而彼此合并和分离。这并不是所期望的，因为具有不同的压力的容积可以合并并且使它们的压力均等，从而如在先前所论述的那样减少效率。由于一个或两个齿轮的齿的尖端将会限定配合齿轮范围，因此每个齿均期望在一个容积与下一容积之间限定界限，以便一直维持与它的配合齿轮的接触，这样使得由那个齿来界定的两个容积并不合并。

基于上文，已经确定，可以使得或者内齿轮齿或者外齿轮齿满足一个高效装置的所有的条件，但非两者都能满足。已经发现两种一般解决方案来表达出这些齿将采用的形式，一种具有用于限定外齿轮的内齿轮齿尖端，如上所述，并且另一种则具有用于限定内齿轮的外齿轮齿尖端，如上所述。以下，由方程式(方程式1至7)来表示的第一解决方案进行最详细地描述，因为它是最稳健的且具有体积效率的选项。

NoET＝NoIT+1   方程式(1)

其中：

NoET被定义为外齿轮上的齿的数量；并且

NoET被定义为内齿轮上的齿的数量。

方程式1在数学上表达以上所述N:N+1条件。因此，就外齿轮的每次旋转而言，内齿轮将旋转(n+1)/n次。换句话说，每次内齿轮做出一次完整旋转，都将使得它的位置相对于该外齿轮来前进一个齿，并且这种前进将是外齿轮的完整旋转的1/(n+1)并且是内齿轮的完整旋转的(1/n)。

参考图10至图13的几何参考，就内齿轮齿尖端用于描述外齿轮的情况而言，以下方程式2至4是有用的：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\Δ}-\arctan \left(\frac{\mathrm{TH}\·\sin (-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ})}{E+\mathrm{TH}\·\cos (-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ})}\right)$    方程式(2)

$r=\sqrt{{(E+\mathrm{TH}\·\cos (-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ}))}^2+{\mathrm{TH}}^2\·\sin {(-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ})}^2}$    方程式(3)

Δ＝NoIT·δ   方程式(4)

其中：

TH(1002和1202)被定义为齿高度，它是齿轮的旋转轴线与齿1003和1203的尖端之间的距离；

E(1004和1204)被定义为偏心距，它是内齿轮的旋转轴线1005和1205与外齿轮的旋转轴线1006和1206之间的距离；

Δ(1007和1207)被定义为外齿轮已旋转的角度；

r(1008和1208)被定义为从外齿轮的中心至内齿轮的齿中的一个的尖端的距离，从而限定外齿轮的内壁；

δ(1010和1210)被定义为内齿轮相对于外齿轮已旋转的角度；并且

θ(1012和1212)被定义为相对于外齿轮到‘r’的角度。

通过实验，已经发现，当

TH＝E·NoIT   方程式(5)

执行时，获得如上所述活塞运动。将方程式4和5代入到方程式2和3中得出

$\mathrm{\θ}=-\mathrm{NoIT}\·\mathrm{\δ}+\arctan \left(\frac{\mathrm{NoIT}\·\sin (\mathrm{\δ}+\mathrm{NoIT}\·\mathrm{\δ})}{1+\mathrm{NoIT}\·\cos (\mathrm{\δ}+\mathrm{NoIT}\·\mathrm{\δ})}\right)$    方程式(6)

以及

$r=E\·\sqrt{{(1+\mathrm{NoIT}\·\cos (\mathrm{\δ}+\mathrm{NoIT}*\mathrm{\δ}))}^2+{(\mathrm{NoIT}\·\sin (\mathrm{\δ}+\mathrm{NoIT}\·\mathrm{\δ}))}^2}$ 方程式(7)

并且图10示出NoIT为4时所得单槽弧段1014。由于E 1004和1204以及NoIT都是齿轮形状的恒定值，因此仅δ1010和1210保持作为任一方程式的右侧上的一个变量，从而允许每个方程式针对E 1004和1204以及NoIT的每个组合的参数绘图。(如本领域的普通技术人员将理解，在对θ求解时，π必须被累加到反正切表达式的结果中，不管该表达式何时遇到不连续点或何时产生不正确且不连贯的绘图。)可替代地，δ1010和1210可以就θ1012和1212求解，并且随后代入到方程式3或7中以便获得一个正确绘图。如果需要，两个方程式组还可以转化成笛卡尔坐标系。

如上所述，期望齿轮齿界定的所有容积都以零容积来开始和结束。因此，外齿轮的齿用于限定内齿轮的齿。然而，由于外齿轮的齿将扫过内齿轮的齿之间的沟槽，因此外齿轮的整个几何形状是相关的。由于外齿扫过沟槽并且由于在整个扫掠过程中期望保持沟槽与齿之间接触，齿与沟槽之间的接触点位于该齿上的其中扫掠方向与齿的表面成正切的点。然而，对此进行求解产生与对方程式6和7求解相同的形状，其中内齿相同但少一个。对为1的E 1004和1204并且为3和2的NoIT求解得出一个外齿轮和内齿轮组。

虽然基于以上期望从效率角度来出发，但是齿轮的齿的尖端处的点机械性能较弱、将会容易磨损、难以制造，并且将不产生如可能所期望那般紧的密封。然而，可以通过使得每个齿轮的面偏移一个固定量来修改这些齿轮。由于每个齿的尖端是一个点，因此尖端处的一个恒定偏移变为一个半圆，从而产生如图11中所示具有三个齿1102的一个内齿轮和具有四个齿1104的一个外齿轮。然而，齿轮的面中的曲率限制在不使得新理论面自相交和故障的情况下可施加的偏移的量。这个曲率在齿的尖端处最紧，该尖端是在零或接近零的容积状态下进行齿间密封的位置，并且因此在该位置处的压差将是最大的，所以并不期望‘骗取’和推动偏移得过多而形成在理论上将自相交的情况。然而，随着偏移增加，不仅齿的机械性能变得更强，而且同时齿轮组的容积效率也会在一定程度上增加。由于这种和其他限制，期望具有可能最大偏移。另外，随着每个齿轮的齿数量增加，这些齿的面必须进一步弯曲，从而在理论面自相交之前减小偏移的量。偏心距对容积效率没有影响，但是随着每个齿轮的齿的数量增加，容积效率将会减少。因此，基于齿轮的机械强度和容积效率角度两者，期望NoIT尽可能小。

在齿轮旋转的某些点处，一个齿与其配合齿将会达到使得他们尖端接触的一个状态，并且因此其中它们的接触未向彼此施加一个旋转力矢量，并且就在这种状态的任一侧上，可以施加的旋转力矢量在一个旋转方向上是1/∞，并且在另一个方向上是零。如果内齿轮上存在偶数个齿，那么在该内齿轮的相对侧上的齿将处于它的配合沟槽的底部，并且因此与两个齿接触，并且能够在任一方向上施加一个旋转力矢量。不处于以上两种状态中的一种的任何齿与它的配合齿/沟槽将仅具有一个接触点，并且因此可以在一个旋转方向上或另一个方向上施加一个力矢量，但并非两者都可以。因此，如果在这种情况下该内齿轮上仅存在两个齿，将会出现这样一种条件：一个齿正好通过它可以在两个旋转方向上施加一个力的状态，并且因此仅可以在一个旋转方向上施加一个力，并且其中另一个齿仅可以在另一个方向上施加1/∞或实际上不施加力。因此，除非一些外部机构用于在内齿轮和外齿轮转动时使得它们保持对准，否则抵抗内齿轮的旋转的任何力将会克服实际为零的力并且使得系统能够结合。在这种情况下，使得内齿轮上具有3个或更多个齿将消除该问题。

对于外齿轮齿尖端用于描述内齿轮的情况，可以生成以下方程式8至10：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\δ}-\arctan \left(\frac{E\·\sin (-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ})}{\mathrm{TH}+E\·\cos (-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ})}\right)$    方程式(8)

$r=\sqrt{{(\mathrm{TH}+E\·\cos (-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ}))}^2+E^2\·\sin {(-\mathrm{\δ}+\mathrm{\Δ})}^2}$    方程式(9)

以及

Δ＝(NoIT+1)·δ   方程式(10)

通过实验，已经发现，当

TH＝E·(NoIT+1)   方程式(11)

执行时，获得如上所述活塞运动。将方程式10和11代入到方程式8和9中得出

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\δ}+\arctan \left(\frac{\sin (\mathrm{NoIT}\·\mathrm{\δ})}{1+\mathrm{NoIT}+\cos (\mathrm{NoIT}\·\mathrm{\δ})}\right)$    方程式(12)

以及

$r=E\·\sqrt{{(1+\mathrm{NoIT}+\cos (\mathrm{NoIT}*\mathrm{\δ}))}^2+{\sin (\mathrm{\δ}+\mathrm{NoIT}\·\mathrm{\δ})}^2}$    方程式(13)

并且图12示出NoIT为3时所得单齿弧段1216。如前所述，由于E 1004和1204以及NoIT都是齿轮形状的恒定值，所以仅δ1010和1210保持作为任一方程式的右侧上的一个变量，从而允许每个方程式针对E 1004和1204以及NoIT的每个组合的参数绘图。如前所述，δ1010和1210可以就θ1012和1212来求解，并且随后代入到方程式9或13中以便获得一个正确绘图。如前所述，如果需要，方程式组都还可以转化成笛卡尔坐标系。

因此，针对为1的E 1004和1204并且为3和2的NoIT对方程式12和13求解得出一个外齿轮和内齿轮组，并且使这些面偏移产生如图13所示具有两个齿1302的一个内齿轮和具有三个齿1304的一个外齿轮。应当注意，由于该外齿轮是用它的尖端进行接触，因此该外齿轮需要三个或更多个齿，从而允许该内齿轮仅具有两个齿。与上文所述具有可以始终接入在外齿轮的齿之间的每个沟槽底部处的外齿轮上的流体容积的先前3:4齿轮组不同，2:3齿轮组以及根据它们的方程式制造的所有组在内齿轮的齿之间的每个沟槽的底部处并不具有相同恒定接入。

图14B是图14A的等距视图。图14A至图14B示出包括图11的4:3齿轮组的REC装置1400，其中齿轮1402在功能上与1102相同，并且1404在功能上与1104(其范围未示出)相同，并且两者都应被理解成具有它们通过未示出的机构来固定的旋转中心，但是这些齿轮可以自由旋转，齿轮1402在齿轮1404内。这两个齿轮1402和1404应理解成以相同的深度延伸到页面中，并且在那个方向上是平行的，并且它们的端面应理解成是重合的。另外，均匀地画阴影的一个区域应理解成表示与两个齿轮的末端齐平的一个盖区1406，该盖区界定了齿轮1402和1404的齿之间的流体容积，从而使得仅外齿轮1404的沟槽的底部尖端未被界定。应当理解，在这个组件1400的一端，存在一个第一滑动件区1408，该第一滑动件区与两个齿轮的那个末端齐平，该第一滑动件区还在那个末端并在它的周向范围上界定了流体容积，但允许在那个末端在它的周向范围之外接入所述流体容积(这种接入标示为接入1)，该第一滑动件区还与盖区1406齐平，并且该第一滑动件区具有一个固定周向尺寸，但该周向范围可以在盖区1406周边自由移动。应当理解，在这个组件1400的另一端，存在一个第二滑动件区1410，该第二滑动件区与两个齿轮的那个末端齐平，该第二滑动件区还在那个末端并在它的周向范围上界定了流体容积，但允许在那个末端、在它的周向范围外接入所述流体容积，该第二滑动件区还与盖区1406齐平，并且该第二滑动件区具有一个固定周向尺寸，但该周向范围可以在盖区1406周边自由移动，该周向范围与一个楔形件区1412可能不重叠的情况除外。应当理解，在与滑动件区1410相同的末端上存在一个楔形件区1412，该楔形件区与流体容积齐平并且界定这些流体容积，该楔形件区与盖区1406齐平，该楔形件区具有相对于两个齿轮的旋转轴线固定的周向范围和尺寸，这样使得当外齿轮的沟槽被这些尖端中的一个填充而留下一个零流体容积或基本上为零的流体容积时，该楔形件区与整个该沟槽重叠但不超过该沟槽。应当理解，在滑动件区1410与楔形件区1412所共享的齿轮末端，将会存在至少一个并且至多两个接入到流体容积的周向范围，标示为接入2和接入3(未标记)。另外应当理解，当从如图14A所示的齿轮的一端或另一端观察时，接入1将与接入2和接入3中的任一个或两者重叠。

REC装置1400可以用作如下所述REC装置200。当滑动件区1408与楔形件区1412完全重叠时，在楔形件区1412的周向范围上将无法对流体容积进行接入，该区用作图2A至图2C的REC装置200的楔形件220。在滑动件区1408与滑动件区1410部分或完全重叠时，这种重叠的周向范围用作流体区的一个拒绝接入区1414，该拒绝接入区以与图2A至图2C的REC装置200的滑动件212和216类似的方式来由滑动件区1408和1410的周向范围控制。在区1408、1410和1412中的两个不重叠的情况下，使得能够以与端口202和206类似的方式接入流体容积。假设一个或多个旋转部件旋转方向R，图14A中的进入端口1416将以类似的方式用作REC装置200的进入端口202，并且排放端口1418将以类似的方式用作REC 200的排放端口206。以此方式，可以构造一种REC装置，这种REC装置消除其一个或多个旋转部件的所有往复运动。此外，如果向接入2和/或接入3增加周向范围类似楔形件区1412但具有周向移动能力的另外楔形件区，只要这些楔形件区在齿轮的那个末端不与任何其他的区重叠，那么它们可以用作图4的楔形件442和448。

由于滑动件1408和1410以及楔形件1412放置在齿轮1402和1404的末端上，两组旋转部件可以可旋转地彼此结合，并且首尾相连放置，这样使得它们可以共享一个滑动件并且可以共享一个楔形件，从而可能减少所要求的部件的数量。如果这两组或多组旋转部件彼此成角度地偏移，使得它们共享相同轴线，但它们的流体容积是在不同时间获得和失去对一个或多个共享端口的接入，这将具有与增大‘NoIT’类似的‘平缓’作用，因为通过较小端口的工作流体质量流率将是更连续且恒定的，而不存在使得NoIT增大超过3的情况下相对应的容积效率上的损失。

图15B是图15A的等距视图。由于类似REC 200的REC装置可以被配置有如图15A至15B所示多个膨胀弧段和多个收缩弧段，因此单个REC装置可以充当多个压缩机和/或电动机。REC装置1500示出类似REC200但具有在一个或多个旋转部件两端上使用滑动件区1502(仅标记了其中一些)的四个REC装置200的功能性的一个实例。

图16B是图16A的等距视图。由于类似REC装置1400的REC装置可以被配置有多个阀或针对齿轮沟槽中的仅仅一些控制多个端口对这些齿轮沟槽的流体容积的接入的其他方法并且被配置有连续阻止对如图16A至图16B中所示齿轮沟槽中的其他一些的接入的其他方法，并且由于这些控制接入的方法又可能通过类似先前所述滑动件的方法控制，如图16A至图16B中所示，因此类似REC装置1400的单个REC装置可以充当多个压缩机和/或电动机。REC装置1600在一端上、跨两个齿轮沟槽使用两个阀1602以允许或拒绝接入那些齿轮沟槽，并且在具有剩余两个齿轮沟槽(未示出)的另一端上进行相同操作。虽然该实施例使用常开阀1602以及两个滑动件区1604和一个楔形件区1606来在每端控制那些阀1602，以便提供两个REC装置200的能力，但常闭阀和/或更多组的滑动件区和楔形件区和/或关于这些滑动件如何与这些阀相互作用的进一步的差异和/或具有一个更大的NoIT的一个齿轮组都可用于进一步增加REC装置1600的能力。

上文已经披露并且在附图中示出多个示例性实施例。本领域的技术人员将理解的是，可以对在此明确披露的内容进行各种改变、省略和增加，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.一种旋转可膨胀室装置，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所述外部旋转部件定位以便限定在所述内部部件与所述外部部件之间的一个流体区，所述流体区用于在使用过程中接收一种工作流体，其中所述内部旋转部件和所述外部旋转部件被设计和配置成彼此接合，这样使得当所述内部旋转部件和所述外部旋转部件中的至少一个旋转部件围绕与所述机器轴线平行的一条轴线相对于另一个旋转部件连续移动时，所述内部旋转部件和所述外部旋转部件在所述流体区内连续限定至少一个收缩弧段、至少一个膨胀弧段、以及至少一个零体积弧段；

一个第一工作流体端口，该第一工作流体端口与所述流体区流体联通并且具有一个第一周向范围和围绕所述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所述第一周向范围和所述第一角位置中的至少一个。

2.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，进一步包括：

一个第二工作流体端口，该第二工作流体端口与所述流体区流体联通并且具有一个第二周向范围和围绕所述机器轴线的一个第二角位置；以及

一个第二机构，该第二机构被设计和配置成可控制地改变所述第二周向范围和所述第二角位置中的至少一个。

3.如权利要求2所述的旋转可膨胀室装置，其中所述第一工作流体端口被配置为一个输入端口，并且所述第二工作流体端口被配置为一个输出端口。

4.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中所述第一机构被配置来控制进入所述流体区的一种工作流体的体积。

5.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中所述第一机构被配置来控制一种工作流体离开所述流体区的一个角位置。

6.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中所述第一机构包括被配置成围绕所述机器轴线以多个不同的角位置来定位的一个滑动件。

7.如权利要求6所述的旋转可膨胀室装置，其中所述外部旋转部件包括所述滑动件。

8.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中所述第一机构包括一个滑动件和一个端板，其中所述滑动件和所述端板被配置来通过改变所述滑动件相对于所述端板的一个周向位置而可控制地改变所述第一周向范围和所述第一角位置中的至少一个。

9.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中所述外部旋转部件包括具有多个沟槽的一个外齿轮，并且所述内部旋转部件包括具有多个凸角的一个内齿轮，所述凸角被配置来接合所述沟槽，该旋转可膨胀室装置进一步包括流体联接至所述沟槽中的至少一个上的一个阀，其中所述阀被配置来结合所述机构一起操作以便控制所述旋转可膨胀室装置的一个操作状态。

10.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中所述内部旋转部件和所述外部旋转部件连续地限定多个收缩弧段和多个膨胀弧段，并且其中该旋转可膨胀室装置被设计和配置来充当多个压缩机或多个电动机、或这两者。

11.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中所述第一机构包括第一滑动件和第二滑动件、以及设置在所述第一滑动件与所述第二滑动件之间的一个楔形件，其中所述楔形件和所述第一滑动件彼此间隔开来以便限定所述第一工作流体端口，并且所述楔形件和所述第二滑动件彼此间隔开来以便限定一个第二工作流体端口。

12.如权利要求8所述的旋转可膨胀室装置，其中所述楔形件被配置来径向向外移动以便选择性地联结所述第一工作流体端口和所述第二工作流体端口。

13.如权利要求8所述的旋转可膨胀室装置，其中所述流体区包括多个流体容积，并且其中所述楔形件围绕所述机器轴线以一个角位置定位，在该角位置处，所述多个流体容积转变成一个基本上为零的容积。

14.如权利要求8所述的旋转可膨胀室装置，其中所述第一滑动件和所述第二滑动件、以及所述至少一个楔形件各自被配置成围绕所述机器轴线以任何角位置定位。

15.如权利要求1所述的旋转可膨胀室装置，其中该旋转可膨胀室装置具有第一操作模式和第二操作模式，并且该旋转可膨胀室装置通过改变所述第一周向范围和所述第一角位置中的至少一个来在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间进行改变。

16.如权利要求15所述的旋转可膨胀室装置，其中在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间进行改变选自包括以下项的组：1)从一个压缩机操作模式转变为一个膨胀器操作模式，2)从一个停机状态转变为一个稳态操作状态，以及3)使得穿过该旋转可膨胀室装置的一种工作流体的流动方向逆转。

17.一种能量回收系统，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所述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所述输入端口的尺寸和位置中的至少一个，所述第一旋转可膨胀室装置机械联接至所述第二旋转可膨胀室装置上；以及

一个冷凝器，该冷凝器被流体联接至所述第一旋转可膨胀室装置的所述输出端上并且流体联接至所述第二旋转可膨胀室装置的所述输入端上；

其中所述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所述第一旋转可膨胀室装置的所述输出端口排放一种工作流体来从该工作流体回收能量、使该工作流体冷凝，并且随后利用所述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。

18.如权利要求17所述的能量回收系统，其中所述第一旋转可膨胀室装置被配置成通过调节所述第一端口调节机构而独立于该工作流体的一个质量流率和该第一旋转可膨胀室装置的一个旋转速率来控制所述输出端口处该工作流体的一个温度或压力。

19.一种单相制冷系统，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第一输入端口、一个第一输出端口、以及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所述第一输入端口和所述第一输出端口中的至少一个的尺寸或位置、或这两者；

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第二输入端口和一个第二输出端口、以及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所述第二输入端口和所述第二输出端口中的至少一个，所述第一旋转可膨胀室装置被机械地联接至所述第二旋转可膨胀室装置上；以及

第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器被流体联接至所述第一输出端口和所述第二输入端口上，并且所述第二热交换器被流体联接至所述第二输出端口和所述第一输入端口上；

其中所述系统被配置成用作具有一种可压缩的单相工作流体的一个闭环制冷循环，其中所述第一旋转可膨胀室装置和所述第二旋转可膨胀室装置两者被设计和配置成通过调节所述第一端口调节机构和所述第二端口调节机构而独立于所述第一旋转可膨胀室装置和所述第二旋转可膨胀室装置上的一个温差或压差来控制该工作流体的一个质量流率。

20.一种被配置成向受控环境传热的加热系统，该加热系统包括：

联接到一个闭式循环发动机上的一个开式循环发动机；

所述开式循环发动机包括第一旋转可膨胀室装置和第二旋转可膨胀室装置，并且所述闭式循环发动机包括第三旋转可膨胀室装置和第四旋转可膨胀室装置，其中所述第一旋转可膨胀室装置、所述第二旋转可膨胀室装置、所述第三旋转可膨胀室装置、以及所述第四旋转可膨胀室装置为了它们的联接旋转操作而彼此机械地联接；

所述开式循环发动机具有一个燃烧室，该燃烧室联接至所述第一旋转可膨胀室装置和所述第二旋转可膨胀室装置上并且被配置来加热已由所述第一旋转可膨胀室装置压缩的一种第一工作流体，所述第二旋转可膨胀室装置被配置来从由所述燃烧室输出的第一工作流体提取能量；

所述闭式循环发动机通过被配置成从该第一工作流体向一种第二工作流体传热的一个第一热交换器热联接至所述开式循环发动机上；并且

所述第三旋转可膨胀室装置和所述第四旋转可膨胀室装置联接至所述第一热交换器和一个第二热交换器上，由此形成一个闭环，所述第二热交换器热联接至一个受控环境，这样使得该加热系统被配置来向该受控环境传热；

其中所述第一旋转可膨胀室装置、所述第二旋转可膨胀室装置、所述第三旋转可膨胀室装置、以及所述第四旋转可膨胀室装置各自具有至少一个可调节式端口和用于调节所述端口的尺寸或位置、或这两者的至少一个调节机构，所述第一旋转可膨胀室装置和所述第二旋转可膨胀室装置被配置成独立于该第一工作流体的一个质量流率和所述旋转可膨胀室装置的一个旋转速率来控制该第一工作流体的一个压力或温度，所述第二旋转可膨胀室装置和所述第三旋转可膨胀室装置被配置成独立于该第二工作流体的一个质量流率和所述旋转可膨胀室装置的该旋转速率来控制该第二工作流体的一个压力或温度。

21.一种控制具有内部旋转部件和外部旋转部件的旋转可膨胀室装置的方法，在该内部旋转部件与该外部旋转部件之间限定了一个流体区，该流体区在该旋转可膨胀室装置正在操作时包含至少一个收缩弧段和至少一个膨胀弧段，该方法包括：

确定以下各项中的至少一项：1)在该旋转可膨胀室装置上的、与该流体区流体联通的一个第一端口的一个期望周向开口范围；以及2)该第一端口的一个期望的角位置；并且

调节该第一端口以实现该期望周向开口范围或该期望的角位、或这两者，以便独立于一个第二操作参数来控制一个第一操作参数。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述调节包括调节该第一端口以实现该期望周向开口范围或该期望的角位置、或这两者，以便于独立于该工作流体的一个质量流率来控制一个工作流体输出温度或输出压力。

23.如权利要求21所述的方法，进一步包括：

确定以下各项中的至少一项：1)在该旋转可膨胀室装置上的、与该流体区流体联通的一个第二端口的一个期望周向开口范围；以及2)该第二端口的一个期望的角位置；并且

调节该第一端口和该第二端口以实现该第一端口和该第二端口的这些期望周向开口范围或该第一端口和该第二端口的这些期望的角位置、或这两者，以便独立于该第二操作参数来控制该第一操作参数。

24.如权利要求23所述的方法，其中该调节步骤包括调节该第一端口和该第二端口以实现该第一端口和该第二端口的这些期望周向开口范围或该第一端口和该第二端口的这些期望的角位置、或这两者，以便独立于该工作流体的一个输出温度和压力来控制一个工作流体质量流率。

25.如权利要求23所述的方法，其中该调节步骤包括调节该第一端口和该第二端口以实现该第一端口和该第二端口的这些期望周向开口范围或该第一端口和该第二端口的这些期望的角位置、或这两者，以便独立于一个工作流体质量流率、输出温度、以及输出压力来控制该内部旋转部件的旋转速率或旋转方向。