CN109073338A - 旋转热交换器 - Google Patents

Abstract

旋转热交换器可以包括随动压缩机，其至少一部分可以随着热交换器旋转。通过使压缩机的至少一部分随着热交换器旋转，可以提供容纳两相工作流体的密封流体管路。旋转热泵或热发动机可以包括背对背离心扇形式的蒸发器和冷凝器。蒸发器或冷凝器的离心扇叶或其他部分可以包括内腔体，在内腔体处工作流体经历相变。

Description

旋转热交换器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月29日递交的美国临时申请No.62/301,494的优先权，其全文通过引用结合于此。

技术领域

本文所述的创新涉及能够作为热交换器工作的装置，并具体而言涉及能够作为旋转热交换器工作的装置。

背景技术

旋转热交换器能够利用旋转部件作为热交换器的一部分，以移动空气和/或辅助热交换分离热交换器两侧的空气流。

发明内容

一些实施例涉及一种热交换器，包括第一旋转热交换器；第二旋转热交换器，其被构造为沿着与所述第一热交换器相同的方向旋转；以及流体管路，其延伸通过所述第一热交换器的至少一部分和所述第二热交换器的至少一部分，并被构造为允许工作流体在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间通过。

所述第一热交换器可以包括第一离心扇，且所述第二旋转热交换器可以包括与所述第一离心扇轴向对准并沿着与所述第一离心扇相对的方向定向的第二离心扇。所述第一和第二离心扇可以包括多个扇叶。

所述第一热交换器可以包括与所述流体管路热连通的第一多个热传输部件，并且所述第二热交换器可以包括与所述流体管路热连通的多个热传输部件。所述第一多个热传输器部件可以包括彼此平行定向的大致平面结构，并且所述第二多个热传输器部件可以包括彼此平行定向的大致平面结构。所述第一离心扇的所述多个扇叶可以与所述第一多个热传输部件的平面大致垂直地延伸，并且其中，所述第二离心扇的所述多个扇叶可以与所述第二多个热传输部件的平面大致垂直地延伸。

所述第一多个热传输部件和所述第二多个热传输部件可以包括与所述热交换器的旋转轴线大致正交地定向的蒸发器鳍片。所述流体管路包括延伸通过所述第一多个蒸发器鳍片和所述第二多个蒸发器鳍片中的一者的多个管道。所述多个管道可以包括与所述热交换器的旋转轴线大致平行地延伸的部分，其中，与所述热交换器的旋转轴线大致平行地延伸的所述部分延伸通过所述第一多个蒸发器鳍片和所述第二多个蒸发器鳍片中的一者。

所述多个扇叶中的每一个均包括扇叶腔体、与所述扇叶腔体流体连通的入口、和与所述腔体流体连通的出口，其中，所述流体管路包括扇叶腔体。所述多个扇叶可以被构造为在热交换器的工作期间引起工作流体的状态变化，使得在第一状态下通过扇叶的所述入口进入所述腔体的工作流体的一部分将在第二状态下从所述扇叶的所述出口离开。所述热交换器可以包括布置在所述第一离心扇与所述第二离心扇之间的流体分配基板，所述流体分配基板包括：第一多个分配通道，所述第一多个分配通道中的每个与所述第一离心扇的所述扇叶中的至少一个的所述入口流体连通；以及第二多个分配通道，所述第二多个流体分配通道中的每个与所述第一离心扇的所述扇叶中的至少一个的所述出口流体连通，其中所述流体管路包括所述第一多个分配通道和所述第二多个分配通道。

所述热交换器还可以包括压缩机，其沿着所述流体管路布置，并被构造为随着所述第一离心扇和所述第二离心扇旋转。所述压缩机可以是单螺杆压缩机。所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器可以被构造为以相同速度旋转。

一些实施例涉及一种旋转热交换器，包括：流体分配基板，其包括第一基板表面、与所述第一基板表面相对的第二基板表面、布置在所述流体分配基板内的多个流体分配通道、以及中心基板孔；第一多个离心扇叶，其相对于所述第一基板表面紧固，所述第一多个离心扇叶中的每一个均包括从所述离心扇叶的与所述第一基板表面相邻的一侧延伸到所述离心扇叶中的至少一个流体导管；第二多个离心扇叶，其相对于所述第二基板表面紧固，所述第二多个离心扇叶中的每一个均包括从所述离心扇叶的与所述第二基板表面相邻的一侧延伸到所述离心扇叶中的至少一个流体导管；以及压缩机，其延伸穿过所述中央基板孔，并被构造为随着流体分配基板旋转，所述压缩机沿着经过所述压缩机、所述第一多个离心扇叶中的至少一个和所述第二多个离心扇叶中的至少一个的流体管路布置。

所述第一多个离心扇叶中的每一个均可以包括：扇叶入口孔，其与所述至少一个流体导管和延伸穿过所述第一基板表面的基板入口孔流体连通；以及扇叶出口孔，其与所述至少一个流体导管和延伸穿过所述第一基板表面的基板出口孔流体连通，所述扇叶出口孔位于所述扇叶入口孔的径向外侧。延伸到所述离心扇叶中的所述至少一个流体导管可以包括由支撑柱分离的多个筒形通路，所述支撑柱包括延伸穿过其的多个孔以将所述多个筒形通路中的相邻筒形通路布置为彼此流体连通。

所述扇叶可以具有大致椭圆的横截面形状。所述第一多个扇叶可以被构造为用作蒸发器，并且其中，所述第二多个扇叶可以被构造为用作冷凝器。

一些实施例涉及一种旋转热交换器设备，包括：第一热交换器，其布置在基板的第一侧；第二热交换器，其布置在所述基板的第二侧，并被构造为随着所述第一热交换器旋转；以及密封流体管路，其延伸通过所述第一热交换器、所述第二热交换器和所述基板的一些部分，所述密封流体管路具有布置于其内的工作流体。

所述设备还可以包括：压缩机，其中，所述压缩机沿着所述密封流体管路布置；以及电动机，其被构造为驱动所述压缩机，其中，所述第一热交换器被构造为作为蒸发器工作，并且其中，所述第二热交换器被构造为作为冷凝器工作。所述热交换器设备可以被构造为利用逆卡诺循环来传输热能。所述电动机可以是AC电动机。

所述设备还可以包括：涡轮机，其中，所述涡轮机沿着所述密封流体管路布置；以及DC发电机，其被构造为由所述涡轮机驱动以发电，其中，所述第一热交换器被构造为作为冷凝器工作，并且其中，所述第二热交换器被构造为作为蒸发器工作。所述第二热交换器的一些部分可以被布置在所述第一热交换器的相应部分的径向外侧。所述压缩机可以包括单螺杆压缩机。所述热交换器可以被构造为经由有机朗肯循环来发电。

一些实施例涉及一种热交换器，包括：第一旋转热交换器；第二旋转热交换器，其被构造为沿着与所述第一旋转热交换器相同的方向旋转；流体管路，其延伸通过所述第一旋转热交换器的至少一部分和所述第二旋转热交换器的至少一部分，并被构造为允许工作流体在所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器之间通过；以及支撑构件，其支撑所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器，并被构造为将第一气流与第二气流分离，所述支撑构件将所述第一旋转热交换器暴露于第一气流并将所述第二旋转热交换器暴露于第二气流。

所述支撑构件可以包括整流罩，所述整流罩能够移动以选择性地将所述第一旋转热交换器暴露于所述第一气流和所述第二气流中的一者。所述整流罩能够在其中将第一旋转热交换器暴露于所述第一气流并将所述第二旋转热交换器暴露于所述第二气流的第一位置、与其中将所述第一旋转热交换器暴露于所述第二气流并将所述第二旋转热交换器暴露于所述第一气流的第二位置之间移动。所述支撑构件可以被构造为安装在窗体中。

一些实施例涉及一种发电机，其被构造为利用有机朗肯循环来发电，所述发电机包括：旋转压缩机，其包括第一多个离心扇叶；旋转蒸发器，其包括第二多个离心扇叶，并被构造为沿着与所述旋转压缩机相同的方向旋转；工作流体管路，其延伸通过所述旋转压缩机的至少一部分和所述旋转蒸发器的至少一部分；以及涡轮机，其与所述工作流体管路连通，所述涡轮机的至少一部分被构造为随着所述旋转压缩机和所述旋转蒸发器旋转。

所述第一多个离心扇叶可以包括比所述第二多个离心扇叶少的离心扇叶。所述第一多个离心扇叶可以小于所述第二多个离心扇叶。所述旋转压缩机可以与所述旋转蒸发器轴向对准，并且所述旋转压缩机的一些部分可以位于所述旋转蒸发器的相应部分的径向内侧。

一些实施例涉及一种太阳能发电系统，包括：旋转热交换器，包括：旋转压缩机，其包括第一多个离心扇叶；旋转蒸发器，其包括第二多个离心扇叶，并被构造为沿着与所述旋转压缩机相同的方向旋转；以及工作流体管路，其延伸通过所述旋转压缩机的至少一部分和所述旋转热交换器的至少一部分；以及涡轮机，其与所述工作流体管路流体连通；以及太阳能集电器，其被构造为将阳光集中在所述旋转热交换器上。

一些实施例涉及一种大气凝结装置，包括：第一旋转热交换器，其包括第一多个离心扇叶，所述第一多个离心扇叶包括疏水涂层；第二旋转热交换器，其包括第二多个离心扇叶，并被构造为沿着与所述第一旋转热交换器相同的方向旋转；以及流体管路，其延伸通过所述第一旋转热交换器的至少一部分和所述第二旋转热交换器的至少一部分，并被构造为允许工作流体在所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器之间通过。

附图简要说明

图1A是包括沿着相对方向定向的两个离心扇的旋转热交换器的立体图。

图1B是图1A的旋转热交换器的侧视图。

图2是图1A的旋转热交换器的沿着图1B的与定子轴平行且将其平分的平面2-2所取的立体剖视图。

图3是图1A的旋转热交换器的沿着图1B的与定子轴正交的平面3-3所取的立体剖视图。

图4是图1A的旋转热交换器的基板、电动机、压缩机和相关部件的分解组件图。

图5A是图1A的流体分配基板的部件的分解组件图。

图5B是图5A的部件的另一分解组件图。

图6A是图5A的上基板部件的俯视图。

图6B是上基板部件的仰视图。

图7A是图5A的中基板部件的俯视图。

图7B是中基板部件的仰视图。

图8A是图5A的下基板部件的俯视图。

图8B是中基板部件的仰视图。

图9是图1A的旋转热交换器的扇叶的第一构造的立体图，图示了扇叶上的气流。

图10是图9的扇叶的立体分解组件图。

图11A是图9的扇叶的剖视图，图示了扇叶的内部内工作流体的流动。

图11B是图11A的截面的俯视图。

图12是图1A的旋转热交换器的扇叶的第二构造的立体图，图示了扇叶上的气流。

图13是图12的扇叶的立体分解组件图。

图14A是图12的扇叶的剖视图，图示了扇叶的内部内工作流体的流动。

图14B是图14A的截面的俯视图。

图15是图1A的旋转热交换器的压缩机的分解组件图。

图16是图15的压缩机沿着与双行星门转子的转子轴正交的平面所取的俯剖视图。

图17是图示蒸汽压缩制冷系统的示意图。

图18是图示逆卡诺循环的压焓图。

图19是图示有机朗肯循环(ORC)的示意图。

图20是图示有机朗肯循环(ORC)的压焓图(ORC)。

图21是利用例如图1A的旋转热交换器之类的旋转热交换器的加热/冷却设备的立体图。

图22A是单件、中空蒸发器侧或冷凝器侧扇叶热交换器的立体图。

图22B是单件、中空蒸发器侧或冷凝器侧扇叶热交换器的立体剖视图。

图23A是专门用于有机朗肯循环的构造的包括沿着相对方向定向的两个离心扇的旋转热交换器的立体图。

图23B是图23A的旋转热交换器的另一视图。

图24是图23A的旋转热交换器的基板、涡轮机和相关部件的分解组件图。

图25A是图23A的旋转热交换器的蒸发器扇叶的立体分解组件图。

图25B是图23A的旋转热交换器的蒸发器扇叶的立体剖视图。

图26A是其中流体管路与扇叶分离的旋转热交换器的实施例的俯视立体图。

图26B是图26A的旋转热交换器的实施例的俯视图，额外地图示了用于扇叶布置的两个额外位置。

图26C是图26A的旋转热交换器的侧视图。图26D是图26B的旋转热交换器在没有额外扇叶布置可选方案的情况下的沿着图26B的线B-B所取的立体剖视图。图26E是图26D的截面E的详细立体剖视图。

图27A是图26A的旋转热交换器的工作流体路线系统的立体图。图27B是图27A的工作流体路线系统的径向剖视图。图27C是图27A的工作流体路线系统的俯视图，图示了流经整个系统和压缩机的工作流体。

图28A是例如图27A的工作流体路线系统之类的工作流体路线系统沿着图27C的径向线B-B所取的剖视图。图28B是图28A的工作流体路线系统的剖视细节图，图示了在冷凝器部分与蒸发器部分之间的流体通路。图28C是图28A的工作流体路线系统的细节剖视图，图示了在冷凝器部分与蒸发器部分之间的流体通路的蒸发器侧。

图29是图27A的工作流体路线系统的各种部件的分解立体组件图。

图30A是被构造为结合了例如图27A的工作流体路线系统之类的工作流体路线系统的风扇和支撑组件的立体图。图30B是被构造为结合了例如图27A的工作流体路线系统之类的工作流体路线系统的风扇和支撑组件的立体图。

图31是热交换器鳍片的俯视图。

图32是图31中的热交换器板的细节。

图33是旋转热交换器的可选实施例的俯视立体图，其中工作流体的路线被设定为通过包括入口和出口轴向扇叶的结构。

图33A是图33的旋转热交换器的沿着图33的线B-B所取的侧剖视图。图33B是图33的旋转热交换器的沿着图33的线B-B所取的侧剖视细节图。

图34是旋转热交换器的可选实施例的俯视立体图，其中各个热交换器鳍片分别安装到每个流体导管。

各个附图中相似的附图标记表示相似的元件。注意，附图的相对尺寸并非按比例绘制。

具体实施方式

随动(ride-along)压缩机可以与旋转热交换器结合使用以提供密封的流体管路。虽然本文将某些实施例描述为热泵，但是相似的结构可以用在大量其他应用中。

图1A是包括沿着相对方向定向的两个离心扇的旋转热交换器100的立体图。图1B是图1A的旋转热交换器的侧视图。热交换器100包括在基板180的第一侧的蒸发器110和在基板180的第二侧的冷凝器130。压缩机150延伸通过基板180中的中心孔。与利用分离的散热器和风扇结构的热交换器系统相对比，图示实施例的扇叶用作热交换表面和风扇的部件两者。离心扇叶相对于其正在推动的空气而言是恒加速参照系，并因此经历湍流热交换。扇叶内部的热交换流体也经历了提高其热交换势能的湍流效应。通过不设置分离的风扇和热交换结构，热交换结构不需要布置在从风扇离开的气流路径中。将分离的气流抑制结构去除可以提供对于相同量的风扇功率更高的效率。扇叶的径向布置允许出入热交换器的多个平行路径，提高了其容量。

蒸发器110包括从基板180的第一表面182向外延伸的多个蒸发器扇叶112，使得蒸发器用作离心扇。蒸发器扇叶112在基板180的第一表面182与蒸发器端板184的面对表面之间延伸。在图示实施例中，蒸发器110的蒸发器扇叶112是椭圆筒，并且蒸发器扇叶112的横截面尺寸在扇叶的高度上保持恒定。

在一个实施例中，旋转热交换器100被构造为绕旋转轴线102沿着顺时针方向104(从图1A的视角)旋转。空气被沿着旋转轴线推送通过蒸发器端板184中的源空气入口185，然后由蒸发器扇叶112从蒸发器110径向向外引导。沿着旋转轴线102延伸的定子轴(图1A中未示出)支撑旋转热交换器100，并且定子轴与热交换器100的部件之间的连接允许热交换器在工作期间旋转。

冷凝器130相似地用作离心扇，空气通过冷凝器端板188中的沉侧入口189沿着旋转轴线102引入，然后由冷凝器扇叶132从旋转轴线102径向向外推出。在图示实施例中，冷凝器扇叶132也是椭圆筒，并且在尺寸和形状方面与蒸发器扇叶112相似。但是，在其他实施例中，可以修改冷凝器扇叶112相对于蒸发器扇叶132的设计参数，例如尺寸、形状、定位和数量。例如，可以提供改变系统的冷凝器或者蒸发器侧的扇叶的尺寸、数量、长度、和倾斜度来改变系统的容量。

图2是图1A的旋转热交换器的沿着图1B的与定子轴平行且将其平分的平面2-2的立体剖视图。压缩机150可以是单螺杆压缩机或其他合适的压缩机，并可以包括用作定子的主螺杆齿轮转子，此后称为主螺杆定子152。主螺杆定子152连接到主定子轴154。由行星转子轴157支撑的两个行星门转子156被构造为当压缩机150被驱动时绕主螺杆定子152旋转。壳体158用作定子，并相对于基板180紧固，使得壳体158的运动引起热交换器100的旋转以及作为离心扇的蒸发器110和冷凝器130的工作。

在一些实施例中，可以使用其他类型的蒸发压缩机，其可以是以相似方式中心安装的。这些其他压缩机类型可以包括但不限于，双螺杆压缩机、涡旋式压缩机、或例如涡轮机之类的其他非主动位移式压缩机。在一些实施例中，压缩机可以是静止并于旋转热交换器断开，而不是随动或中心安装式的压缩机。在这样的实施例中，流体可以通过旋转站或其他合适的结构传输出入热交换器的旋转部分，以提供相对于第二部件旋转的第一部件之间的流体连通。在一些实施例中，此旋转台可以是双通路式，或两个单通路旋转台可以用于将工作流体传输(例如将蒸汽返回和供应)到任何类型的压缩机。

在外部定子162和内部磁性定子164之间进行磁性连接160,其可以为主定子轴154或主螺杆定子152的延伸部，或者刚性地连接到主定子轴154或主螺杆定子152。壳体158的一部分在外定子162于内磁性定子164之间延伸，并被允许在压缩机150的工作期间自由旋转，这是因为磁性连接160不需要外部定子162与内部磁性定子164之间的直接机械连接。其他实施例包括将如后图15可见的定子轴154穿过旋转或滑动密封直到固定或机械着地的支撑，以将该系统的定子部分保持静止。在这样的实施例中，可以不需要磁性定子连接160。

例如AC或DC电动机的电动机170包括定子172和转子174。电动机170可以布置在主螺杆定子152的与磁性连接160的相对侧，并能够被驱动以使壳体158随着旋转热交换器100的其余部分相对于主螺杆定子152旋转。在其中旋转热交换器用作加热、通风和空调(HVAC)系统的一部分的工作情况下，电动机170可以是AC电动机，并可以在1000至3000rpm的范围内工作，但是在其他实施例中也可以使用更高或更低的速度。出于其他目的，例如当热交换器100正在作为将热能转化为电能的发电机工作时，可以使用DC发电机，并可以使其以高速进行工作，例如4000至5000rpm的范围内的速度。

其他实施例可以包括以相同方式驱动旋转热交换器但不沿着如图1所示的轴线102安装的偏置电动机。在这样的可选实施例中的偏置电动机可以通过驱动带、齿轮、液压、气动或其他合适的连接类型连接到热交换器。

图2中还可以看到，蒸发器叶片112包括至少一个内腔体114，并且冷凝器叶片132相似地包括至少一个内腔体134。蒸发器叶片112和冷凝器叶片132的内腔体114和134形成延伸通过热交换器100的各个部件的流体管路的一部分。蒸发器叶片112的内腔体114与基板180中的多个蒸发器分配通道192中的至少一个流体连通。相似地，冷凝器叶片132的内腔体134与基板180中的多个冷凝器分配通道194中的至少一个流体连通。在图示实施例中，如下文参照图5A至8B更详细描述的，基板可以包括至少三个部件板，一对相邻部件板中的面对表面至少部分地界定了蒸发器分配通道192，且另一对相邻的部件板的面对表面至少部分地界定了冷凝器分配通道194。

延伸通过旋转热交换器100的流体管路还通过压缩机150，以及如图12所示的膨胀阀。因为压缩机150的一部分随着热交换器100的蒸发器110和冷凝器130旋转，所以尽管存在热交换器的旋转，但是流体管路可以被完全密封。密封的流体管路可以去除对密封的旋转台或在两个部件之间相对运动的点位(其经常是磨损和/或故障点位)处其他流体连接的需要。

流体管路可以填充有两相工作流体，其在蒸发器110和冷凝器130中经历相变，并且其可以用于将热从蒸发器110传输到冷凝器130。合适的工作流体的示例包括但不限于R-134a、R-550a和R-513a，但是还可以使用大量其他的工作流体。

图3是图1A的旋转热交换器的沿着图1B的与定子轴正交的平面3-3所取的立体剖视图。具体而言，可以看到在图示实施例中的蒸发器叶片112的内腔体114包括由多孔支柱118分离的多个筒形孔116。多孔支柱118对蒸发器叶片112的中空结构提供了刚度，同时允许筒形孔保持彼此流体连通。如下文更详细讨论的，筒形孔116中一些的端部可以被堵塞，另一些保留开口以用作对蒸发器叶片112的内腔体114的入口孔和出口孔。

在可选实施例中，可以包括不同的翼部的制造方法和/或内部支撑结构，包括单件式蒸发器或冷却器扇叶，例如图22A-22B所示的扇叶。在这样的实施例中，可以在一体的翼部结构中钻出或冲压出沿着如图11A所示的冷凝器翼部蒸发路径222或如图14A所示的蒸发器翼部液体/蒸汽路径202的流体导管。在一些实施例中，翼部可以不包括明显的内支撑结构。在另一实施例中，可以沿着或平行于延伸过扇叶截面的最宽部分的弦部，与图3的实施例的支撑结构垂直地形成或安装一个或多个内翼部支撑结构。

图4是图1A的旋转热交换器的基板、电动机、压缩机和相关部件的分解组件图。在图示实施例中，基板180包括连接在一起的三个板：蒸发器侧部件板180a、中央部件板180b、以及冷凝器侧部件板180c。冷凝器侧部件板180c和蒸发器侧部件板180a包括延伸穿过其的多个孔(见图5A-8B)，其被构造为相对于分别与冷凝器侧部件板180c和蒸发器侧部件板180a相邻的扇叶的输入和输出对准。孔的某些实施例将扇叶的内腔体设置为与位于中心部件板180b的与这些扇叶相同侧的分配通道流体连通。此外，中心部件板180b中的孔可以将扇叶的内腔体设置为与位于中心部件板180b的与这些扇叶相对侧的分配通道流体连通。

在组装时，压缩机壳体158的最宽部分将延伸通过蒸发器侧部件板180a、中心部件板180b和冷凝器侧部件板180c中的中心孔。电动机170的转子174可以相对于壳体158紧固，使得转子174的旋转引起壳体158相对于主螺杆定子152(未示出)的旋转。磁性连接160允许壳体158相对于外定子162和延伸穿过其的定子轴的旋转。至少因为壳体158的最宽部分的横截面形状在基板180的平面中是非圆形的，所以壳体158的旋转引起基板180以及由基板180支撑的蒸发器110和冷凝器130(见图1A)的旋转，同时电动机170的定子172和磁性连接160保持静态。

图5A是图1A的流体分配基板的部件的分解组件图，示出了从蒸发器侧观察得到的蒸发器侧部件板180a、中心部件板180b和冷凝器侧部件板180c。基板180将通过穿过多个板接合孔198的多个板接合销196而接合在一起。在其他实施例中，可以使用其他接合技术将三个部分基板接合在一起，包括焊接、粘接、钎焊、螺纹连接或其他接合方式。其他实施例可以包括单件基板，其具有通过其他方法制造的内部流体导管，例如3d打印、铸造、模制或其他方法。压缩机150中的压缩机壳体返回端口242将与板蒸汽返回路径240流体连通。板蒸汽返回路径240用作用于在其后如图13所示的蒸发器侧翼部导管117与压缩机的吸入侧、壳体返回端口242之间进行流体传输。板蒸汽返回路径240被完全包含在中心部件板180b与蒸发器部件板180a之间。多个流体路径240结合有多个蒸汽分配通道192。以相似方式，板蒸汽供应路径246承载多个冷凝器分配通道194。板液体供应端口250允许液相流体从系统的冷凝器侧向蒸发器侧传输通过中心部件板180b。其他流体分配导管和路径在满足了相同的系统通用流体流动要求的其他实施例中是可能的。

图5B是图1A的部件的另一分解组件图,示出了从冷凝器侧观察得到的冷凝器侧部件板180a、中心部件板180b和冷凝器侧部件板180c。压缩机150中的压缩机壳体供应端口244将与板蒸汽供应路径246流体连通。板蒸汽供应路径246被完全包含在中心部件板180b与冷凝器部件板180c之间，并允许压缩机壳体供应端口244与其后如图10所示的冷凝器侧翼部导管117之间的流体连通。板液体供应路径248允许液相工作流体流动经过板液体供应端口250并流入系统的蒸发器侧的板流体供应通道252。多个蒸发器分配通道192允许气相工作流体从蒸发器侧热交换器110通过压缩机壳体返回端口242流入压缩机150。

图9是图1A的旋转热交换器130的冷凝器扇叶132的第一构造的立体图，图示了扇叶132上的入口气流189和出口气流190。假定五个不同的内腔体134，在翼部安装部119与翼部导管117和翼部塞115之间许多不同的构造是可能的。翼部安装部119产生基板180a、180b和180c之间的夹紧力，并还将翼部自身保持在基板中，并可以额外包括翼部导管117或翼部塞115。此结构有利之处在于，通过将翼部安装部119用作用于代替额外螺母将板接合在一起的阴螺母，提供了板的夹紧力，和额外的方法来将翼部紧固到板自身。翼部导管117可以经过板接合孔198，并因此抵抗离心力，用作某种程度的翼部安装部，尽管其不包括板接合销196。随着空气从流体路径189到190经过翼部，在冷凝器扇叶132的表面上发生空气侧热交换。扇叶132包括内腔体134，其包括多个筒形孔136。每个筒形孔136经由多孔支柱118与相邻的筒形孔136分离(见图10)，多孔支柱118允许相邻的筒形孔136之间的流体连通。在图示实施例中，扇叶132包括五个筒形孔136，其形状上是筒形的，具有随着靠近叶片的更厚中心部分增大的横截面直径。在其他实施例中，也可以使用内腔体的其他数量、形状和尺寸。在其他实施例中，可以使用与板接合销196分离的螺栓，或者通过包括钎焊、焊接、粘接、扩口、铆接或其他方法将翼部紧固到板。另一实施例包括通过在将流体导管117安装在板中之后将其扩口，有效地将流体导管相对于流体压力密封，并将其机械地紧固到板的方法，将翼部紧固到板。可以使用O环、压配合、如上所述导管自身的扩口、钎焊、焊接、缩配合、或其他可应用的压力密封方法，将如图10可见的流体导管117相对于压力密封到基板180。

图10是冷凝器侧中空扇叶132的分解视图，示出了多孔支柱118。还可见的是翼部塞115、翼部安装部119和翼部导管117。可以将多孔支柱118滑动到冷凝器侧中空扇叶132中，以结构上支撑得到的压力容器。多孔支柱118可以被粘接、钎焊、焊接或以其他方式接合到扇叶132，或可以简单地与扇叶132中的对应槽配合而无须额外接合方法。由冷凝器斜道136提供的倾斜表面帮助液体流体经由离心加速通过翼部导管117朝向流体路径248输送出翼部。在可选实施例中，冷凝器扇叶或筒形孔可以相对于支撑基板的平面倾斜，以代替使用离散的冷凝器斜道136来提供用于使液体流体沿着路径224返回的倾斜表面，使得叶片的翼后缘沿着与冷凝器斜道136相同的方向倾斜。

如上所讨论的，此实施例将热交换器设备和风扇设备结合为同一部件。随着在扇叶的表面上发生的热交换，不需要将会抑制气流的额外热交换器。扇叶热交换器还减少了热交换器的污染，因此提高了热交换器的效率。

图11A是中空冷凝器侧扇叶132和热交换器截面图，示出了具有流体导管的内部多孔支柱118。图11B是图9的俯视剖视图。在图11A中还可以看到的是基板和端板翼部安装部119、翼部塞115和翼部导管117。随着热交换器旋转以及引起的跨过冷凝器侧扇叶132的气流，在空气与扇叶132之间发生热交换。通过流体路径220进入翼部的蒸汽流体将填充翼部跨越流体路径222。将在沿着流体路径222的工作流体与中空冷凝器侧扇叶132之间发生热交换，引起蒸汽冷凝为液体。处于液体形态的工作流体将接着由于离心分类(centrifugalsorting)沿着路径222流动，并接触冷凝器斜道136。离心力将帮助液体沿着冷凝器斜道136并朝向流体路径248流动，使得液体工作流体在流体路径224和交叉的板流体供应路径248处离开冷凝器侧扇叶132。

图12是图1A的旋转热交换器110的蒸发器扇叶112的第一构造的立体图，图示了扇叶112上的入口气流185和出口气流186。假定构成扇叶112的内腔体114的多个筒形孔116，通过使用翼部安装部119、翼部导管117和翼部塞115，许多不同的构造是可能的。翼部安装部119产生了基板180a、180b和180c之间的夹紧力，并将翼部自身保持到基板中，而且还可以包括翼部导管117或翼部塞115。翼部导管117可以经过板接合孔198，并因此抵抗离心力，用作某种程度的翼部安装部，尽管其不包括板接合销196。随着空气从流体路径185到186经过侧翼，在冷凝器扇叶112的表面上发生空气侧热交换。在腔体114中，可以安装膨胀阀113。蒸发器扇叶可以在流体导管和对基板的安装部的构造方面不同于冷凝器扇叶。

图13是蒸发器侧中空扇叶112的分解视图，示出了多孔支柱118。还可见的是翼部塞115、翼部安装部119和翼部导管117。可以将多孔支柱118滑动到蒸发器侧中空扇叶112中，以结构上支撑得到的压力容器。多孔支柱118可以粘接、钎焊、或焊接、或者简单地配合而无需额外接合方法。

图14A是中空蒸发器侧扇叶112和热交换器截面图，示出了具有流体导管的内部多孔支柱118。还可以看到的是基板和端板翼部安装部119、翼部塞115和翼部导管117。图14B是图12的俯视剖视图。随着热交换器旋转以及引起的跨过蒸发器侧扇叶112的气流，发生热交换。通过流体路径200和膨胀阀113进入翼部的液体工作流体由于离心加速度而沿着流体路径201径向向外传输。随着沿着路径201的流体之间发生热交换，工作流体经历相变，并且发生沸腾。工作流体蒸汽接着在经历离心加速度的同时由于工作流体的蒸汽相和液相之间的密度差而沿着流体路径202传送翼部，此后称为离心分类。离心分类由于两种相位之间的密度差将工作流体的液体和蒸汽相分离。蒸汽沿着流体路径204通过翼部导管117并朝向蒸汽路径240离开蒸发器侧扇叶112。液体通过共用的板液体供应通道252供应到液体流体路径200。

图15示出了单螺杆式蒸汽压缩机。壳体158与内部部件之间的相对运动产生了压缩室，并将给定体积的气体在收缩腔中加压以用于排放。在一些实施例中，在内部机械通过其旋转或工作产生了吸入和排出的同时，流体泵的壳体相对于地面静止。但是，这些工作依赖于定子和部件组的相对旋转，并且不需要特定部件保持静止。在图示实施例中，有时被称为静止的部件实际上相对于有时被称为旋转的部件进行旋转，以产生吸入和排出。具体而言，刚性地安装在基板180中的压缩机壳体158从外部视角观察随着热交换器旋转而旋转。安装在压缩机壳体158内部并能够经由轴承绕行星定子轴旋转轴线155旋转的行星定子轴157以行星方式绕主螺杆定子152和旋转轴线102进行轨道运动。行星空转门转子156通过与主螺杆定子152螺纹槽直接接触而就其轨道运动受到驱动。

图示实施例的静止部件包括主螺杆定子152，其通过直接连接到主定子轴154而保持静止，主定子轴154接着通过直接连接到内磁性定子164而保持静止。内磁性定子164借助于磁性连接通过外磁性定子162而保持静止。外磁性定子162机械着地。前述静止、旋转、和轨道运动的部件之间的相对运动产生了在压缩机壳体返回端口242处的吸入以及在压缩机壳体供应端口244处的加压蒸汽。

由主螺杆定子152的螺纹槽界定的容积在压缩机的吸入短开始变大。随着它们相对于门转子156旋转，低压蒸汽由于其由主螺杆定子152的更小螺纹槽界定的容积朝向压缩机的排出端的减小被加压为高压蒸汽。

在其他实施例中，如图15所示的压缩机可以代替地用作涡轮机，通过其后如图19所示将进行ORC(有机朗肯循环)的加压蒸汽的膨胀而将所述蒸汽转换为旋转动能。在这样的实施例中，高压蒸汽将进入压缩机壳体供应端口244，并通过压缩机壳体返回端口242作为膨胀的低压蒸汽离开。通过主螺杆定子152与门转子156之间的相对运动产生蒸汽压缩。

图16是图15的组装后的俯视剖视图。所示出的是与主螺杆定子152直接接触并配合在一起的行星门转子156。

图17示意性地图示了单级蒸汽压缩冷却循环系统图，其示出了单级蒸汽压缩冷却循环。在其中图1的旋转热交换器以此单级蒸汽压缩冷却循环工作的实施例中，循环以蒸发器扇叶112中产生的蒸汽沿着蒸发器翼部蒸汽路径202开始，并沿着蒸发器翼部蒸汽出口路径204离开蒸发器翼部112。蒸汽进入板蒸汽返回路径240并随后进行压缩机壳体返回端口242。在进入压缩机150时，蒸汽被压缩并通过如图15所示的压缩机壳体供应端口244离开压缩机。加压蒸汽继续沿着板蒸汽供应路径246朝向如图11A所示的冷凝器翼部蒸汽供应端口220。

受压的翼部蒸汽然后进入系统的冷凝器130侧。热通过如图9所示的冷凝器空气供应部190从系统的冷凝器130排出。此热排出从如图11A所示和先前所述的冷凝器排热。沿着冷凝器翼部蒸汽流体路径220进入并继续沿着冷凝器翼部蒸汽路径222的高压蒸汽经历热排出，对蒸汽进行冷凝。通过离心分类和离心加速度，帮助冷凝的液体沿着冷凝器翼部蒸汽路径222朝向冷凝器斜道136。离心加速度促使冷凝液体沿着冷凝器斜道136向下并沿着冷凝器液体供应路径224离开翼部并朝向如图5B所示的板液体供应路径248。受到系统的冷凝器侧上更高压力的帮助，液体流体经过板液体供应端口250。液体继续沿着如图5A所示的板液体供应通道252朝向如图14A所示的蒸发器翼部液体供应路径200。

液体沿着蒸发器液体供应路径200进入蒸发器翼部热交换器112，并流动通过如图13和图14A所示的膨胀阀113。液体通过如图14A所示的蒸发器液体供应路径200进入蒸发器扇叶112。液体流体继续沿着蒸发器液体翼部路径201并由于离心加速度而被径向向外拉动。随着热通过如图12所示的源空气入口路径185添加到系统，并且热进入蒸发器扇叶112，液体沸腾并成为蒸汽，并且由于离心分类沿着蒸发器翼部蒸汽入口路径202传输。冷空气随后沿着如图12所示的冷凝器空气出口路径186排出。蒸发器蒸汽从蒸发器翼部蒸汽路径202传输，并继续通过蒸发器翼部蒸汽出口路径204离开翼部朝向板蒸汽返回路径240，因此完成如图17所示的热动力学循环。

图22A是单件、中空蒸发器侧或冷凝器侧扇叶热交换器120的立体图，示出了多个通道和多孔支柱。这些扇叶与先前所述实施例的不同之处在于它们的单件结构，其出于简化的目的而言是有利的。因为不需要支撑支柱和外翼部的接合组件，这可以是有利的。此实施例将需要在支撑支柱作为翼部一部分的情况下支撑支柱的多孔，可能需要具体设计的冲压、机加工或钻孔处理。

图22B是单件、中空蒸发器侧或冷凝器侧扇叶热交换器120的立体图，示出了多个通道和多孔支柱。

虽然此处作为热交换器描述，但是与热交换器100相似的结构可以用在多种其他应用中。例如，在一些实施例中，相似的装置可以作为冷凝单元工作，以将大气水蒸气冷凝为液态水用于收集和使用。在其他实施例中，如图19和图20可见的相似装置可以作为旋转热发动机工作，以通过有机朗肯循环使用热输入产生动力。

在可选实施例中，可以对如图1A所示的设计进行结构改变，以针对不同的用途调整结构。例如，如上所述，一些实施例利用与旋转热发动机相似的结构，将蒸发器侧暴露于热以引起热交换器的旋转，驱动发电机以将热能转换为电能。这样的实施例可以基于有机朗肯循环(ORC)工作。在其中该装置用作热发动机的实施例中，蒸发器扇叶的结构可以与冷凝器扇叶的结构实质不同。例如，蒸发器扇叶可以高于冷凝器扇叶，并可以布置在冷凝器叶片的径向外侧。在一些实施例中，冷凝器叶片和蒸发器叶片的数量可以不同。

旋转热交换器可以位于如通常对于离心扇可看到的、帮助空气流经热交换器的封装内。此整流罩(或封装)将允许源侧和沉侧气流185、186、189和190的分离。如图21可见，此整流罩300可以包括空气入口189或185端口以及空气出口端口186或190。包括旋转热交换器的整流罩300可以由如图21可见的整流罩窗安装部310支撑的旋转热交换器，整流罩窗安装部310可以包括或可以进一步由窗划分部312支撑，以允许打开的窗314内的可靠布置。可以将热交换器和整流罩布置在将源侧和沉侧气流分离的任意开口或通路中。虽然在图21中描绘为处于竖直定向，但是其他实施例包括除了竖直以外的其他定向。整流罩和旋转热交换器组合单元可以绕如图1所示的旋转轴线102旋转180度，以通过将蒸发器侧暴露于源侧或沉侧气流中的另一者，来将热交换器从加热模式改变为冷却模式，或反之亦然。

在加热模式下，热交换器将加热内部空间，例如房子中的房间。冷凝器部分130将与房子内的空气进行空气连通，将其通过冷凝器沉侧入口189并跨过气流将会变暖的冷凝器扇叶132进行循环。受热空气将从热交换器沿着冷凝器空气出口路径190排出并通过如图21可见的空气整流罩300再次进入房间。仍然处于加热模式下，系统110的蒸发器侧与外部气流(例如外部空气)进行空气连通。传输经过蒸发器热交换器的空气将被冷却并排出回到外部空气。通过简单地将空气整流罩300绕轴线102旋转180度，相同的气流沿着相对的热交换器导流，因此将装置从加热器改变为冷却器。

在一些实施例中，旋转热发动机可以与太阳能收集器结合以将太阳能集中在蒸发器扇叶上。也可以使用其他热源，以对热发动机的蒸发器侧进行加热。当压缩机用作涡轮机时，蒸发器侧上的高压工作流体被促使通过压缩机，引起壳体和行星门转子相对于主螺杆定子的旋转。壳体的此旋转引起发电机的转子相对于定子的运动，使得发电机能够产生电能。此实施例可以包括或不包括输出空气入口，其向系统输入热以缓解由于气流在系统的输出侧的热排放。如果源侧入口加盖，则跨过系统的蒸发器侧的气流将停止，具有不移动无需移动的气流而节省能源的优点。

图23A是专门用于如图19和20所示的有机朗肯循环的构造的包括沿着相对方向定向的两个离心扇的旋转热交换器的立体图。装置以与图1A中的装置相似的方式工作之处在于，热交换发生在内部两相工作流体以及外部热源与热沉(heat sink)之间。在此情况下，进入蒸发器侧热交换器260的热源可以是集中的阳光的形式。还可能的是，将通过减小蒸发器端板261中的孔的尺寸或者将其一起去除，将限制蒸发器侧空气入口262。这具有如下效果，限制跨过蒸发器的气流，以促使热能通过蒸发器而不是将其浪费在不必要的气流中。系统的蒸发器侧260相比系统的冷凝器侧280具有更大量的更短风扇。系统的蒸发器侧260相比系统的冷凝器侧280还包括直径更大的其热交换器扇叶。冷凝器空气入口网282刚性地安装到系统的冷凝器热交换器侧280并随着基板266和系统的蒸发器侧260与系统的冷凝器热交换器侧280一起旋转。空气沿着流体路径283的流体进入冷凝器，并像之前那样径向地经过热交换器之后离开冷凝器。在系统的任一侧均没有空气整流罩以导引空气，因为这没有必要。定子支撑270相对于地面静止，并通过轴承连接到基板266和冷凝器空气入口，允许它们相对于彼此旋转。发电机定子290刚性地安装到定子支撑270。

图23B是图23A的旋转热交换器的另一视图。ORC发电机转子292通过与ORC冷凝器空气入口282的刚性多孔连接刚性地安装到系统的冷凝器侧280并随着其旋转。ORC定子外磁性连接294在图24中可见的ORC涡轮机中的内磁性定子上产生定子力。

图24是图23A的旋转热交换器的基板、涡轮机和相关部件的分解组件图。对于此旋转热交换器装置的ORC实施例独特的是，从系统的低压冷凝器侧向系统的高压蒸发器侧产生泵吸力的需要。此泵吸力引起图20中点位1和2之间的压力升高。通过将液体柱沿着如下所述的路径布置来产生此泵吸力：所述路径至少部分地将该柱与经由旋转热交换器的旋转产生的沿着ORC供应流体路径284的离心力径向对准并使该柱经历所述离心力。在一些实施例中，流体路径可以沿着与旋转热交换器的旋转轴线交叉的线径向地对准，而在其他实施例中，流体路径可以沿着不与旋转热交换器的旋转轴线交叉的线，使得流体路径的投影径向对准。

液体工作流体将通过板266b中的多个开口267，以从系统的低压冷凝器侧通往系统的高压蒸发器侧。开口267可以包括薄膜式止回阀以限制流体沿着与流体路径284相反的方向流动，这在系统启动期间当热交换器旋转可能不足以在流体柱上产生沿着流经284的克服蒸发器压力的离心力时尤其必要。可选地，从冷凝器到蒸发器的液体泵吸可以通过中心安装到旋转热交换器的泵或者单独的位于热交换器系统外部且液体通过旋转台离开和进入旋转装置的泵来实现。此类型的中心安装的液体泵将如先前所述并于压缩机的工作类似地利用定子轴和旋转壳体之间的相对运动。

图25A是图23A的扇叶的蒸发器立体分解组件图。此风扇热交换器叶片在结构上类似于图13中的扇叶，但是区别在于ORC入口液体供应流体路径284a的布置。加压液体将继续沿着ORC蒸发器液体和蒸汽流体路径285。

图25B是图23A的中空蒸发器侧扇叶热交换器的立体剖视图。

在其他实施例中，流体管路可以是区别于扇叶或其他空气移动结构的结构。此外，可以设置分离的热交换部件，以增强相对于流体管路的部分出入的热传输。在一些实施例中，热交换部件可以采取一个或多个热交换鳍片或相似结构的形式。

在一些实施例中，这些热交换部件可以被构造为低姿态或低阻力部件。在一些实施例中，这些热交换器鳍片可以与离心扇的旋转轴线大致正交地定向，以最小化热交换器鳍片或其他部件在离心扇旋转时的阻力，增强经过热交换器鳍片的表面的气流。在一些实施例中，热交换器鳍片可以与正交于离心扇的旋转轴线的平面成角度的方式倾斜。

图26A是旋转热交换器的可选实施例的俯视立体图，其中工作流体的路线被设定为通过结合有离心扇叶420的热交换器结构。通过所结合的装置绕旋转轴线102的旋转，空气通过源侧入口185，经过蒸发器热交换器鳍片430，并沿着蒸发器空气出口路径186受到引导。蒸发器管道412是中空的且包括如前所述的双相工作流体，并且与如前所述的冷凝器管道和中心安装的压缩机(图26A中未示出)流体连通。

在图示实施例中，热传输部件或热交换部件是一系列大致平面的环形鳍片结构，每个鳍片结构与工作流体管路的多个管道进行接触。鳍片结构430是彼此分离的离散结构。但是，在其他实施例中，热传输部件可以包括螺旋鳍片。在这样的实施例中，与给定的管道进行接触的各个鳍片部分可以是围绕工作流体管路多圈的不同高度的斜道状鳍片结构。鳍片或其他热交换器部件不需要是如所示的固体材料的薄层，而可以替代地是中空的，并可以形成工作流体管路的一部分。

图26B是图26A的旋转热交换器的俯视图，其包括可能的外直径离心扇叶420布置的两个额外的径向位置，具有中间直径421和内直径422离心扇叶作为可选的布置位置。虽然可以需要仅一个扇叶布置区域以引导合适的气流经过热交换器，但是布置在多个径向区域的扇叶是可行的，并将具有相似效果。所描述的扇叶可以是如所绘制的向前弯曲或向后弯曲，其取决于旋转方向。向前和/或向后弯曲的扇叶将分别或一起使用以引导离心气流。扇叶可以延伸过冷凝器或蒸发器的高度的连续结构，但可以替代地是以合适的方式布置以引导期望气流的多个个体结构。

图26C是图26A的旋转热交换器的侧视图。图26D是图26B的旋转热交换器的沿着图26B的线B-B所取的立体剖视图。图26E是图26A的截面E的详细立体剖视图。蒸发器110和冷凝器130部分如前所述背对背安装，并且结合离心扇420、通过蒸发器管414和冷凝器管454的流体连接而接合的蒸发器管道412和冷凝器管道452刚性地安装在一起。在图示实施例中，蒸发器管412和冷凝器管452与旋转热交换器的旋转轴线大致平行地延伸，并且蒸发器管412和冷凝器管454分别延伸在蒸发器管道412和冷凝器管道452之间，蒸发器管414大致处于与旋转热交换器的旋转轴线正交的平面中，冷凝器管454相似地处于与旋转热交换器的旋转轴线正交的平面内。

图27A是图26A的旋转热交换器的工作流体路线系统的立体图。蒸发器管414允许气体从蒸发器管412沿着蒸发器路径416返回到中心压缩机150。受到施压的气体经由冷凝器管454离开压缩机150进入冷凝器管道452。工作流体通过蒸发器和冷凝器的流动与工作流体通过上述其他实施例的流动相似，不同在于图27A的工作流体路线系统中工作流体的路线不通过中空扇叶。

图27B是图27A的工作流体路线系统的径向剖视图。蒸发器盖413划分蒸发器和冷凝器部分。此盖413可以包括热阻挡以隔绝两个部分。因此，转发器管414和冷凝器管454可以形成沿着与旋转热交换器的旋转轴线平行的方向延伸的单个结构的一部分。温度调节膨胀阀(TXV)417将冷凝器和蒸发器接合为流体连通。图27C是图27A的工作流体路线系统的俯视图，图示了流经整个系统和压缩机的工作流体。

图28A是例如图27A的工作流体路线系统之类的工作流体路线系统沿着图27C的径向线B-B所取的剖视图，图示了用于将工作流体路线系统的冷凝器部分布置为与工作流体路线系统的蒸发器部分流体连通的机构。

图28B是图28A的工作流体路线系统的剖视细节图，图示了在冷凝器部分与蒸发器部分之间的流体通路。蒸汽将经由冷凝器流体路径413进入冷凝器管道413。热将传到离开管道并进入热交换器鳍片413。热能的损耗将引起蒸汽冷凝为液体，并且被径向向外拉动并形成蓄液池413。由于由蒸发器盖413分离的压差，液体讲过沿着液体流动路径413行进到TXV 417，并被促使通过TXV开口，在所述TXV开口处其将进入蒸发器部分。TXV 417经过TXV端口466进入蒸发器管道412。

图28C是图28A的工作流体路线系统的细节剖视图，图示了在冷凝器部分与蒸发器部分之间的流体通路的蒸发器侧。进入蒸发器管412的工作流体将沸腾并经由蒸发器流体路径416离开管道。

图29是图27A的工作流体路线系统的各种部件的分解立体组件图。蒸发器管道412具有颈部以允许冷凝器管道454的配合。蒸发器管道412具有蒸发器孔415以允许蒸发器管414的配合。相似地，冷凝器管道454具有蒸发器孔455以允许冷凝器管454的配合。TXV 417经过蒸发器盖413中的TXV端口466，以允许液体流体流入蒸发器。

图30A是被构造为结合了例如图27A的工作流体路线系统之类的工作流体路线系统的风扇和支撑组件的立体图。安装到基板180的大量扇叶组合形成双侧离心扇，其使空气同时沿着蒸发器空气离开流动路径186和冷凝器空气离开流动路径190流动。基板包括基板孔432，以允许热交换器管道412和454穿过。基板刚性地安装到压缩机150，并作为单个单元旋转。

图30B是被构造为结合了例如图27A的工作流体路线系统之类的工作流体路线系统的风扇和支撑组件的立体图。大量扇叶422组合形成离心扇，其扇叶位于相比将安装在基板孔432中的工作流体路线系统在径向上更靠近旋转轴线的位置。

图31是热交换器鳍片的俯视图。图32是图31中热交换器板的细节，其中多个流体承载管将穿过大量热交换器板中的鳍片热交换器孔431。孔431可以钻得较浅，或者形成为增大与热交换器管412和454的接触面积。离心扇叶可以添加到或形成为热交换器鳍片430。这将引导气流而无须分离的扇叶。大量不同的形状可以形成为热交换器鳍片430，以径向引导气流并优化热交换器。以此方式产生的离心扇叶可以具有将离心扇叶转换为热交换表面的额外优点。绕外周延伸的空气偏转表面467将用于在期望的情况下偏转气流路径186。在其他实施例中，位于离心扇叶径向外侧的整流罩或其他结构可以用于代替或附加于弯曲空气偏转表面467来轴向地偏转气流路径186。

图33是旋转热交换器的可选实施例的俯视立体图，其中工作流体的路线被设定为通过包括入口和出口轴向扇叶的结构。入口轴向风扇460可以用于引导空气经过旋转热交换器鳍片430。这些可以附加于或代替离心扇叶。空气入口风扇可以刚性地安装到旋转热交换器，因此径向地引导气流。

图33A是图33的旋转热交换器的沿着图33的线B-B所取的侧剖视图。多个轴向风扇460可以刚性地安装到入口以增强气流。附加于或与其他轴向或离心扇叶分离地，出口轴向风扇461可以用于引导气流经过旋转热交换器。如图33B可见，这些轴向风扇沿着轴向风扇空气流体路径465引导空气。

图33B是图33的旋转热交换器的沿着图33的线B-B所取的侧剖视细节图。出口轴向风扇461还可以包括轴向定向的多级以增强气流。扇叶和/或出口轴向风扇级和定子级可以在尺寸、形状、定向和其他属性方面不同。出口定子栅462可以刚性地安装到静态并机械着地的壳体以改善气流，但不是必须的。

图34是旋转热交换器的可选实施例的俯视立体图，其中各个热交换器鳍片分别安装到每个流体导管。与提供与多个热交换器或冷凝器管道进行接触的热交换器鳍片或其他热传输部件不同，每个管道可以具有一系列热传输部件(例如，如图34所示的热交换鳍片)，其不需要与安装到相邻管道的相邻热交换器鳍片进行接触。

本文所述的热交换器和相似的装置可以与大量额外的部件接合用于大量应用。此处可以进行各种类型的设计修改，以改善装置针对特定应用的性能。各种部件的尺寸、形状、定向和数量可以改变以改善不同应用中的性能。如上所讨论的，虽然以上实施方式讨论了热交换器，但是如上在各种实施方式中讨论的部件中的一些或全部可以相对于热交换器或相似装置的其他部件旋转固定。

此外，本文分别讨论的各种实施例的特征当然可以以合适的方式进行组合。例如，针对一些实施例讨论的鳍片或其他热传输结构可以与其他实施例的形成流体管路一部分的中空扇叶结合使用。在这样的实施例中，具有鳍片的叶片或具有其他热交换结构的叶片可以用于增强相对于叶片和流经其的工作流体出入的热传输。在其他实施例中也可以使用特征的大量其他组合。

如本文所使用的，称为一组项目中的“至少一个”的短语表示这些项目的包括单个构件在内的任意组合。例如，“a、b或c的至少一个”意图包含：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。

对本公开中描述的示实方式的各种修改对于本领域的技术人员是显而易见的，并且本文界定的一般原则可以在不偏离本公开的主旨或范围的情况下应用于其他实施方式。因此，权利要求并非意在受限于本文所示的实施方式，而是对应于与本公开、本文所述的原则和创新特征一致的最宽范围。此外，本领域的普通技术人员将容易理解的是，术语“上”和“下”有时出于方便对附图进行描述的目的而使用，并表示在合适定向的页面上与附图的定向对应的相对位置，并可能没有反映热交换器在实施时的定向。

如此说明书在分别的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各个特征也可以分别在多个实施方式或者以合适的子组合的方式来实施。此外，虽然特征可以如上所述用在某些组合中并甚至如此要求权利，但是来自所要求权利的组合的一个或多个特征可以根据该组合来实现，并且所要求权利的组合可以针对子组合或子组合的修改方案。

相似地，虽然在操作在附图中描述为特定顺序，但是本领域的普通技术人员可以容易地理解，为了实现期望的结果，这样的操作不需要按照如所示的特定顺序或按顺序来执行，或者不需要执行图示的全部操作。此外，附图可以用流程图的形式示意性地描述一个或多个示例处理。但是，没有描述的其他操作可以结合在示意性地图示的示例处理中。例如，可以在所图示的操作中的任意操作之前、之后、同时或之间执行一个或更多额外操作。在一些情况下，权利要求中所述的动作可以以不同的顺序执行而仍然实现期望的结果。

Claims (38)

1.一种热交换器，包括：

第一旋转热交换器；

第二旋转热交换器，其被构造为沿着与所述第一热交换器相同的方向旋转；和

流体管路，其延伸通过所述第一热交换器的至少一部分和所述第二热交换器的至少一部分，并被构造为允许工作流体在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间通过。

2.根据权利要求1的热交换器，其中，所述第一热交换器包括第一离心扇，且所述第二旋转热交换器包括与所述第一离心扇轴向对准并沿着与所述第一离心扇相对的方向定向的第二离心扇。

3.根据权利要求2的热交换器，其中，所述第一离心扇和所述第二离心扇包括多个扇叶。

4.根据权利要求3的热交换器，其中：

所述第一热交换器包括与所述流体管路热连通的第一多个热传输部件；和

所述第二热交换器包括与所述流体管路热连通的多个热传输部件。

5.根据权利要求4的热交换器，其中，所述第一多个热传输器部件包括彼此平行定向的大致平面结构，并且所述第二多个热传输器部件包括彼此平行定向的大致平面结构。

6.根据权利要求5的热交换器，其中，所述第一离心扇的所述多个扇叶与所述第一多个热传输部件的平面大致垂直地延伸，并且其中，所述第二离心扇的所述多个扇叶与所述第二多个热传输部件的平面大致垂直地延伸。

7.根据权利要求3的热交换器，其中，所述第一多个热传输部件和所述第二多个热传输部件包括与所述热交换器的旋转轴线大致正交地定向的蒸发器鳍片。

8.根据权利要求4的热交换器，其中，所述流体管路包括延伸通过所述第一多个蒸发器鳍片和所述第二多个蒸发器鳍片中的一者的多个管道。

9.根据权利要求8的热交换器，其中，所述多个管道包括与所述热交换器的旋转轴线大致平行地延伸的部分，其中，与所述热交换器的旋转轴线大致平行地延伸的所述部分延伸通过所述第一多个蒸发器鳍片和所述第二多个蒸发器鳍片中的一者。

10.根据权利要求3的热交换器，所述多个扇叶中的每一个均包括扇叶腔体、与所述扇叶腔体流体连通的入口、和与所述腔体流体连通的出口，其中，所述流体管路包括扇叶腔体。

11.根据权利要求10的热交换器，其中,所述多个扇叶被构造为在热交换器的工作期间引起工作流体的状态变化，使得在第一状态下通过扇叶的所述入口进入所述腔体的工作流体的一部分将在第二状态下从所述扇叶的所述出口离开。

12.根据权利要求10的热交换器，还包括布置在所述第一离心扇与所述第二离心扇之间的流体分配基板，所述流体分配基板包括：

第一多个分配通道，所述第一多个分配通道中的每个与所述第一离心扇的所述扇叶中的至少一个的所述入口流体连通；以及

第二多个分配通道，所述第二多个流体分配通道中的每个与所述第一离心扇的所述扇叶中的至少一个的所述出口流体连通，其中，所述流体管路包括所述第一多个分配通道和所述第二多个分配通道。

13.根据权利要求2至12中任一项的热交换器，还包括压缩机，其沿着所述流体管路布置，并被构造为随着所述第一离心扇和所述第二离心扇旋转。

14.根据权利要求13的热交换器，其中，所述压缩机是单螺杆压缩机。

15.根据权利要求1至14的热交换器，其中，所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器被构造为以相同速度旋转。

16.一种旋转热交换器，包括：

流体分配基板，包括：

第一基板表面；

与所述第一基板表面相对的第二基板表面；

多个流体分配通道，其布置在所述流体分配基板内；以及

中央基板孔；

第一多个离心扇叶，其相对于于所述第一基板表面紧固，所述第一多个离心扇叶中的每一个均包括从所述离心扇叶的与所述第一基板表面相邻的一侧延伸到所述离心扇叶中的至少一个流体导管；

第二多个离心扇叶，其相对于于所述第二基板表面紧固，所述第二多个离心扇叶中的每一个均包括从所述离心扇叶的与所述第二基板表面相邻的一侧延伸到所述离心扇叶中的至少一个流体导管；和

压缩机，其延伸通过所述中央基板孔，并被构造为随着所述流体分配基板旋转，所述压缩机沿着通过所述压缩机、所述第一多个离心扇叶中的至少一个和所述第二多个离心扇叶中的至少一个的流体管路布置。

17.根据权利要求16的热交换器，其中，所述第一多个离心扇叶中的每一个均包括：

扇叶入口孔，其与所述至少一个流体导管和延伸穿过所述第一基板表面的的基板入口孔流体连通；以及

扇叶出口孔，其与所述至少一个流体导管和延伸穿过所述第一基板表面的基板出口孔流体连通，所述扇叶出口孔位于所述扇叶入口孔的径向外侧。

18.根据权利要求17的热交换器，其中，延伸到所述离心扇叶中的所述至少一个流体导管包括多个由支撑柱分离的多个筒形通路，所述支撑柱包括延伸穿过其的多个孔以将所述多个筒形通路中的相邻筒形通路布置为彼此流体连通。

19.根据权利要求16至18中任一项的热交换器，其中，所述扇叶具有大体椭圆形的横截面形状。

20.根据权利要求16至19中任一项的热交换器，其中，所述多个扇叶被构造为用作蒸发器，并且其中，所述第二多个扇叶被构造为用作冷凝器。

21.一种旋转热交换器设备，包括：

第一热交换器，其布置在基板的第一侧；

第二热交换器，其布置在所述基板的第二侧，并被构造为随着所述第一热交换器旋转；

密封流体管路，其延伸通过所述基板以及所述第一热交换器与所述第二热交换器的部分，所述密封流体管路具有布置于其内的工作流体。

22.根据权利要求21的设备，还包括：

压缩机，其中，所述压缩机沿着所述密封流体管路布置；以及

电动机，其被构造为驱动所述压缩机，其中，所述第一热交换器被构造为作为蒸发器工作，并且其中，所述第二热交换器被构造为作为冷凝器工作。

23.根据权利要求22的设备，其中，所述热交换器设备被构造为利用逆卡诺循环来传输热能。

24.根据权利要求22或23的设备，其中，所述电动机是AC电动机。

25.根据权利要求21的设备，还包括：

涡轮机，其中，所述涡轮机沿着所述密封流体管路布置；以及

DC发电机，其被构造为由所述涡轮机驱动以发电，其中，所述第一热交换器被构造为作为冷凝器工作，并且其中，所述第二热交换器被构造为作为蒸发器工作。

26.根据权利要求25的设备，其中，所述第二热交换器的部分被布置在所述第一热交换器的相应部分的径向外侧。

27.根据权利要求25或26的设备，其中，所述涡轮机是单螺杆涡轮机。

28.根据权利要求25至27中任一项的设备，其中，所述热交换器被构造为经由有机朗肯循环来发电。

29.一种热交换器，包括：

第一旋转热交换器；

第二旋转热交换器，其被构造为沿着与所述第一旋转热交换器相同的方向旋转；

流体管路，其延伸通过所述第一旋转热交换器的至少一部分和所述第二旋转热交换器的至少一部分，并被构造为允许工作流体在所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器之间通过；以及

支撑构件，其支撑所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器，并被构造为将第一气流与第二气流分离，所述支撑构件将所述第一旋转热交换器暴露于第一气流并将所述第二旋转热交换器暴露于第二气流。

30.根据权利要求29的热交换器，其中，所述支撑构件包括整流罩，所述整流罩能够移动以选择性地将所述第一旋转热交换器暴露于所述第一气流和所述第二气流中的一者。

31.根据权利要求30的热交换器，其中，所述整流罩能够在其中将第一旋转热交换器暴露于所述第一气流并将所述第二旋转热交换器暴露于所述第二气流的第一位置、与其中将所述第一旋转热交换器暴露于所述第二气流并将所述第二旋转热交换器暴露于所述第一气流的第二位置之间移动。

32.根据权利要求29至31中任一项的热交换器，其中，所述支撑构件被构造为安装在窗体中。

33.一种发电机，其被构造为利用有机朗肯循环来发电，所述发电机包括：

旋转压缩机，其包括第一多个离心扇叶；

旋转蒸发器，其包括第二多个离心扇叶，并被构造为沿着与所述旋转压缩机相同的方向旋转；

工作流体管路，其延伸通过所述旋转压缩机的至少一部分和所述旋转蒸发器的至少一部分；以及

涡轮机，其与所述工作流体管路连通，所述涡轮机的至少一部分被构造为随着所述旋转压缩机和所述旋转蒸发器旋转。

34.根据权利要求33的发电机，其中，所述第一多个离心扇叶包括比所述第二多个离心扇叶少的离心扇叶。

35.根据权利要求33或34的发电机，其中，所述第一多个离心扇叶小于所述第二多个离心扇叶。

36.根据权利要求33至35中任一项的发电机，其中，所述旋转压缩机与所述旋转蒸发器轴向对准，并且所述旋转压缩机的部分位于所述旋转蒸发器的相应部分的径向内侧。

37.一种太阳能发电系统，包括：

旋转热交换器，包括：

旋转压缩机，其包括第一多个离心扇叶；

旋转蒸发器，其包括第二多个离心扇叶，并被构造为沿着与所述旋转压缩机相同的方向旋转；以及

工作流体管路，其延伸通过所述旋转压缩机的至少一部分和所述旋转热交换器的至少一部分；以及

涡轮机，其与所述工作流体管路流体连通；以及

太阳能集电器，其被构造为将阳光集中在所述旋转热交换器上。

38.一种大气凝结装置，包括：

第一旋转热交换器，其包括第一多个离心扇叶，所述第一多个离心扇叶包括疏水涂层；

第二旋转热交换器，其包括第二多个离心扇叶，并被构造为沿着与所述第一旋转热交换器相同的方向旋转；以及

流体管路，其延伸通过所述第一旋转热交换器的至少一部分和所述第二旋转热交换器的至少一部分，并被构造为允许工作流体在所述第一旋转热交换器和所述第二旋转热交换器之间通过。