CN112005050A - 双端口流体动力加热器 - Google Patents

Abstract

一种流体动力加热器包括用于从外部源接收流体流的入口端口和用于从流体动力加热器排出加热的流体流的出口端口。流体动力室操作为选择性地加热存在于流体动力室的内部区域内的流体。流体动力室包括沿着流体动力室的内壁定位的入口端口和出口端口。流体动力室入口端口流体地连接到流体动力加热器的入口端口。流体动力加热器包括流体计量装置，该流体计量装置具有流体地连接到流体动力加热器入口端口的入口和流体地连接到流体动力室的入口端口的出口。

Description

双端口流体动力加热器

相关申请

本申请要求2018年3月10日提交的标题为Two-Port Hydrodynamicheater、申请号为62/641,322的美国临时申请的权益，其全部内容以引用的方式结合于此。

背景技术

常规的机动车辆通常包括用于向车辆的乘客舱供应暖空气的加热系统。该加热系统包括控制系统，该控制系统允许车辆操作者调节输送到乘客舱的空气的量和/或温度，以实现乘客舱内期望的空气温度。来自车辆的发动机冷却系统的冷却流体通常被用作热源以加热输送到乘客舱的空气。

加热系统通常包括流体地连接到车辆的发动机冷却系统的热交换器。来自发动机冷却系统的暖的冷却流体通过热交换器，并将热量释放给流过加热系统的冷空气供应装置。从暖的冷却流体传递到冷空气供应源的热能使得空气温度升高。经加热的空气被排放到乘客舱中，以使车辆的内部变暖到期望的空气温度。

车辆的发动机冷却系统提供了用于加热车辆的乘客舱的方便热源。然而，使用发动机冷却流体作为热源的一个缺点是，在车辆的发动机首次起动的时间与加热系统开始供应优选温度的空气的时间之间通常存在显著的延迟。当车辆在非常冷的环境条件下操作或已经闲置了一段时间时尤其如此。该延迟是由于：在发动机首次起动时，冷却流体处于与流过加热系统并进入乘客舱中的空气基本上相同的温度。随着发动机继续运行，作为在发动机气缸中燃烧燃料和空气的混合物的副产物而生成的一部分热量被传递到冷却流体，从而使得冷却流体的温度升高。由于从加热系统排出的空气的温度是通过热交换器的冷却流体的温度的函数，因此与冷却流体处于优选的操作温度时相比，当发动机冷却流体正在升温时，加热系统将成比例地产生较少的热量。由此，在车辆的发动机首次起动的时间与加热系统开始产生处于可接受温度水平的空气的时间之间可存在延长的时间。发生这种情况所花费的时间将根据各种因素而变化，包括冷却流体的初始温度和被加热的空气的初始温度。优选的是，冷却流体的温度尽可能快地达到其优选的操作温度。

使用发动机冷却流体作为车辆的加热系统的热源的另一个潜在限制是，在特定的操作情况下，发动机可能无法向冷却流体排出足够的热量以使来自车辆的加热系统的空气流能够达到期望的温度。例如，当在低负荷情况下或在外部环境温度异常冷的情况下操作具有非常高效的发动机的车辆时，这可能发生。这两种情况都减少从发动机传递到冷却流体以保持期望的发动机操作温度所需要的热量。这导致更少的热能可用于加热流经车辆的加热系统的空气。

因此，期望开发一种加热系统，该加热系统能够间歇地提供对发动机冷却流体的额外加热，以提高车辆的乘客舱加热系统的加热效率。

发明内容

公开了一种能够操作为生成加热的流体流的流体动力加热器。该流体动力加热器包括：入口端口，用于从外部源接收流体流；和出口端口，用于从流体动力加热器排出加热的流体流。流体动力加热器包括定子和与定子相邻定位的转子。定子和转子一起限定能够操作为加热流体的流体动力室。转子安装到驱动轴并且能够相对于定子旋转。流体动力室操作为加热存在于流体动力室内部的流体。流体动力室包括位于流体动力室的内部区域的中心附近的入口端口和沿着流体动力室的内壁定位的出口端口。流体动力室入口端口流体地连接到流体动力加热器的入口端口。流体旁路通道可以流体地连接到流体动力室的入口端口和出口端口。入口流体计量装置可以与流体旁路通道和流体动力室的入口端口串联连接。来自流体动力室的加热的流体可以从流体动力加热器的出口端口排放到流体旁路通道。出口流体计量装置可以与流体旁路通道和流体动力室的出口端口串联连接。用于使驱动轴和转子相对于定子旋转的动力可由外部动力源提供。

附图说明

本文的描述参考附图，在附图中，同样的附图标记在多个视图中指代同样的部件，并且在附图中：

图1是采用入口流体计量装置的双端口流体动力加热器的示意性局部截面视图，该双端口流体动力加热器并联地流体连接到流体旁路通道；

图2是部分地限定流体动力加热器的流体动力室的转子的示意性前视图；

图3是部分地限定流体动力室的定子的示意性前视图；

图4是定子的定子腔的示意性局部视图；

图5是汽车发动机冷却系统的示意图；

图6是结合了图1的双端口流体动力加热器的加热系统的示意图，该加热系统与图5的汽车冷却系统一起使用；

图7是采用入口流体计量装置和出口流体计量装置的替代构造的双端口流体动力加热器的示意图，该双端口流体动力加热器并联地流体连接到流体旁路通道；

图8是结合了图7的双端口流体动力加热器的加热系统的示意图，该加热系统与图5的汽车冷却系统一起使用；

图9是替代构造的双端口流体动力加热器的示意图，该加热器采用并联地流体连接到双端口流体动力加热器的流体动力室的集成热交换器并采用入口流体计量装置；以及

图10是替代构造的双端口流体动力加热器的示意图，该加热器采用并联地流体连接到双端口流体动力加热器的流体动力室的集成热交换器并采用入口流体计量装置和出口流体计量装置。

具体实施方式

现在参考以下讨论以及附图来详细描述所公开的系统和方法的例示性方案。尽管附图代表了一些可能的方案，但是附图不一定是按比例的，并且某些特征可以被放大、去除或部分切开，以更好地例示和说明本发明。进一步地，本文阐述的描述不旨在穷尽或以其它方式将权利要求限制或约束到附图中示出的和以下具体实施方式中公开的精确形式和构造。

公开了一种能够操作为选择性地生成加热的流体流的双端口流体动力加热器。该流体动力加热器可以与需要热源的各种系统一起被采用。例如，流体动力加热器可以结合到汽车发动机冷却系统中，以提供用于加热车辆的乘客舱的主要或补充的热量和/或提供其它功能，诸如挡风玻璃除冰。流体动力加热器可以用于利用热源的各种应用中。从流体动力加热器排出的加热的流体可以直接或与一个或多个热交换器结合地用于提供加热的流体流，诸如空气流。流体动力加热器可以用作主要热源或操作为补充由另一热源提供的热量。

参照图1至图4，双端口流体动力加热器30可以包括大体环形的流体动力室32，该流体动力室能够操作为加热存在于流体动力室内的流体。流体动力室32可以被封闭在壳体34内。双端口流体动力加热器30可以包括具有入口端口40的入口通道38和具有出口端口44的出口通道42。入口通道38将流体动力室32流体地连接到外部流体源，并且出口通道42提供流体出口，该流体出口用于输出在操作双端口流体动力加热器30时生成的加热的流体流。

流体动力室32可以包括定子50和与定子50相邻定位的同轴对齐的转子52。定子50可以固定地附接到壳体34。转子52可以安装在驱动轴54上，以与其一起围绕旋转轴线56相对于定子50和壳体34同时旋转。定子50和转子52各自可以分别包括环形腔58和60，它们一起限定流体动力室32。

参照图1和图2，转子52可以包括周向布置在转子52的环形腔60内的多个转子叶片62。转子叶片62相对于旋转轴线56大体径向向外延伸，并且从转子52的内后壁64轴向向内(即，朝向流体动力室32的中心)延伸至转子52的紧邻定子50定位的前表面66。每个转子叶片62包括与定子50相邻定位的前缘68。转子叶片62可以在与转子52的旋转方向70相反的方向上从转子52的前缘68向内后壁64倾斜。转子叶片62和内后壁64一起限定周向分布在转子52的环形腔60内的多个铲斗形转子腔72。

参照图1和图3，定子50可以包括周向布置在定子50的环形腔58内的多个定子叶片74。定子叶片74相对于旋转轴线56大体径向向外延伸，并且从定子50的内后壁76轴向向内(即，朝向流体动力室32的中心)延伸至定子50的紧邻转子52定位的前表面78。每个定子叶片74包括与转子52相邻定位的前缘80。定子叶片50可以在转子50的旋转方向70上从定子50的前缘80向内后壁76倾斜。定子叶片74和定子50的内后壁76一起限定周向分布在定子50的环形腔58内的多个铲斗形定子腔82。

用于在双端口流体动力加热器30被启动时可旋转地驱动转子52的动力可以由外部动力源供应，例如内燃机或电动机。参照图1，驱动轴54的一端可以从双端口流体动力加热器30的壳体34延伸。驱动轴54可以例如联接到由车辆的发动机的曲轴驱动的发动机辅助驱动皮带。辅助驱动皮带将由车辆发动机生成的扭矩传递到连接到转子52的驱动轴54。

继续参照图1至图4，入口通道38将入口端口40流体地连接到大体环形的入口气室(inletplenum)92。一个或多个定子供应通道94延伸穿过定子叶片74并将入口气室92流体地连接到流体动力室32。定子供应通道94在靠近定子叶片74的前缘80附近的流体动力室入口端口96处离开定子叶片74。流体动力室入口端口96可以大体定位在环形流体动力室32的环形回转轴线98处或附近。图3将每个定子叶片74例示为包括供应通道74和流体动力室入口端口96；然而，某些应用可以采用更少的通道和端口。在某些应用中，一些定子叶片74可以包括供应通道94和流体动力室入口端口96，而其它定子叶片74可以不包括。定子供应通道94和流体动力室入口端口96的总数可以根据特定应用的设计和性能要求而变化。

参照图1和图4，流体动力室32可以包括沿着定子50的内后壁76定位的流体动力室出口端口100。流体动力室出口端口100可以定位在流体动力室32的最外半部102内，该最外半部102大体从环形回转轴线98延伸到流体动力室32的外圆周104。流体动力室出口端口100和流体动力室入口端口96可以沿着流体动力室32的周边交替地定位在不同位置处，只要流体动力室出口端口100定位在距离旋转轴线56径向距离处即可，该径向距离大于流体动力室入口端口96与旋转轴线56之间的径向距离。

特别参照图1，流体动力室出口通道106可以将流体动力室出口端口100流体地连接到大体环形的出口气室108。出口通道42可以将出口气室108流体地连接到出口端口44。

入口通道38可以包括入口流体计量装置118，用于控制流体从入口端口40穿过入口通道38到入口气室92的流速。入口流体计量装置118操作为控制流体从入口端口40到流体动力室32的流速。

入口流体计量装置118可以具有多种构造中的任一种。例如，入口流体计量装置118可以包括入口计量孔134，入口计量孔134基于特定应用的设计和性能要求具有预定的构造。入口计量孔134可以包括大体固定的流体通流区域，该流体通流区域保持打开，以允许流体从入口端口40连续流动到流体动力室32。入口计量孔134可以包括例如孔板或能够限制流体在入口端口40与流体动力室32之间流动的任何其它装置。

应当理解，图1仅仅例示了流体通道网络的示例，该流体通道网络可以用于流体地互连流体动力室32、流体计量装置118以及入口端口40和出口端口44。根据特定应用的性能和设计要求，也可以采用其它替代构造的流体网络。各种流体通道和/或流体通道的组合可以用于将入口端口40流体地连接到入口流体计量装置118，并且将入口流体计量装置118流体地连接到流体动力室入口端口96。任何这种替代构造的流体网络可以布置在壳体34内或与其分开。不管所采用的流体网络的实际构造如何，流体网络通道应该操作为将入口流体计量装置118与入口端口40和流体动力室32串联地流体连接。

通过将入口通道38和出口通道42流体连接到公共外部流体源(例如入口加热器软管178)，可以将双端口流体动力加热器30集成到选定的应用中。从外部流体源通过入口通道38进入双端口流体动力加热器30的流体可以被加热，并通过出口通道42从双端口流体动力加热器30排出。可以使用合适的软管、管道、管以及各种其它流体连接件来将入口端口40和出口端口44流体连接到在特定应用中采用的关联部件。

当操作双端口流体动力加热器30时，来自外部流体源(即，入口加热器软管178)的流体可以在入口端口40处进入双端口流体动力加热器30，并顺序地行进通过入口通道38、流体计量装置118、入口气室92以及定子供应通道94，以通过流体动力室入口端口96被排出到流体动力室32中。存在于流体动力室32内的流体沿着流体动力室32中的大致环形路径行进，从而随着流体分别在定子50和转子52的环形腔58和60之间来回行进而生成热量。存在于流体动力室32中的流体继续沿着转子52与定子50之间的路径行进，直到通过流体动力出口端口100从流体动力室32排出为止。加热的流体穿过流体动力室出口通道106到出口气室108。加热的流体离开出口气室108，并穿过出口通道42到出口端口44，其在这里可以被排放到外部流体源(即，入口加热器软管178)。

通过控制在流体动力室32中被加热并通过出口端口44排出的流体的流量，可以至少部分地调节双端口流体动力加热器30的性能。这可以通过控制从入口端口40穿过入口流体计量装置118到入口气室92的流体的流量来实现。增加流体计量装置118的入口计量孔134的通流面积通常将增加输送到流体动力室32的流体量，而减小通流通常将减小流速。通过入口流体计量装置118的流体量可部分地取决于入口计量孔134的构造和流体计量装置118上发生的压降。

双端口流体动力加热器30可以用于各种应用中，以提供特定应用所需的热量供应。例如，双端口流体动力加热器30可以与机动车辆冷却系统结合，以提供用于使车辆的乘客舱变暖的热量，并且提供其它功能，诸如窗户除冰和发动机冷却。图5示意性地例示了典型的汽车冷却系统136的示例。车辆冷却系统136用于调节发动机138的操作温度。冷却系统136可以包括水泵140，该水泵140能够操作为使冷却流体142循环通过发动机138，以吸收由发动机138产生的过量热。该过量热是在发动机138的气缸144中燃烧燃料和空气的混合物以产生用于推进车辆的可用机械功的副产品。水泵140可以由发动机辅助驱动器146通过驱动皮带148提供动力，该驱动皮带148与附接到水泵140的槽轮(sheave)150接合。辅助驱动器146可以连接到发动机138的曲轴(未示出)。冷却流体142可以循环通过发动机138中的通道，冷却流体142在该通道中吸收至少一些过量热。在循环通过发动机138之后，冷却流体142可以通过出口通道152从发动机138排出。根据离开发动机138的冷却流体142的温度，冷却流体可以通过旁路管线154被引导回到水泵140以再循环通过发动机138，或者可以通过流体管线158被引导到散热器156。

恒温器160操作为控制冷却流体142在旁路管线154与流体管线158之间的分布。恒温器160可以被构造为热启动阀，该热启动阀能够根据通过出口通道152从发动机138排出的冷却流体142的温度自动调节其通流面积。自动恒温器是热启动阀的一个示例。自动恒温器可以被校准为在例如190华氏度的预定冷却流体温度(在恒温器160内测量)下开始打开。在低于校准温度的冷却流体温度下，恒温器160可以完全关闭，以防止冷却流体通过流体管线158被供应到散热器156。在处于或稍高于校准温度的温度下，恒温器160开始打开，以允许冷却流体142的一部分从发动机138被引导到散热器156。在显著高于校准温度的冷却流体温度下，恒温器160将完全打开，以针对特定车辆操作条件使冷却流体142到散热器156的流速最大化。

通过流体管线158的冷却流体142通过入口端口162进入散热器156。冷却流体142流过散热器156，在散热器156中，流体将其热量的一部分排到流过散热器156的环境空气流164。冷却流体142通过出口端口166以比在入口端口162处进入散热器156的冷却流体的温度低的温度离开散热器156。在出口端口166处离开散热器156后，冷却流体142通过流体管线168被引导到水泵140。

膨胀水箱170可以流体连接到水泵140。膨胀水箱170提供贮液器，该贮液器用于捕获在冷却流体被加热(比如当发动机138在关闭一段时间之后启动时可能发生)时从冷却系统136排出的冷却流体142。当冷却系统136内的冷却流体的温度降低(比如在发动机138关闭之后可能发生)时，过量的冷却流体142的一部分也可以从膨胀水箱170撤回并返回到冷却系统136。

常规的机动车辆可以包括加热系统172，用于提供对暖空气的供应以加热车辆的乘客舱174。加热系统172可以包括热交换器176，也称为加热器芯，该热交换器通过入口加热器软管178和出口加热器软管180流体地连接到冷却系统136。入口加热器软管178可以通过恒温器160流体地连接到冷却系统136，并且在入口端口179处连接到热交换器176。出口加热器软管180可以流体地连接到热交换器176的出口端口181和水泵140。在出口通道152处离开发动机138的冷却流体142的一部分通过入口加热器软管178到热交换器176。冷却流体142将其热量的一部分排到被使得流过热交换器176的空气流182。空气流182可以包括从车辆外部、从车辆的乘客舱174或其组合抽吸的空气。空气流182在比其进入时更高的温度下离开热交换器176。暖的空气流182可以被排放到乘客舱174中以使车辆的内部变暖。暖的空气流182还可以被引导以在车辆的内部玻璃表面上流动，以去除可能已在玻璃表面上形成的霜或冷凝物。加热系统172还可以包括用于调节被供应至乘客舱174的空气流182的温度和流速的各种控制装置。

参照图6，加热系统184可以包括与入口加热器软管178并联地流体连接的双端口流体动力加热器30。利用该布置，从冷却系统136接收的冷却流体142的一部分在被输送到热交换器176之前穿过双端口流体动力加热器30。双端口流体动力加热器30的入口通道38可以在入口端口40处流体地连接到入口加热器软管178，并且出口通道42可以在出口端口44处流体地连接到入口加热器软管178。

入口加热器软管178将双端口流体动力加热器30的入口通道38和出口通道42流体地连接到车辆冷却系统136和热交换器176的入口端口179。热交换器176的出口端口181可以通过出口加热器软管180流体地连接到车辆冷却系统136和水泵140。车辆水泵140可以用于将加压的冷却流体142供应到双端口流体动力加热器30，以将双端口流体动力加热器30内的流体液位保持在期望的液位。

启动双端口流体动力加热器30(即，使转子52相对于定子50旋转)使得来自车辆冷却系统136的水泵140的加压的冷却流体142从入口加热器软管178通过入口通道38进入双端口流体动力加热器30。冷却流体142由双端口流体动力加热器30以前述方式加热，并通过出口通道42排放到入口加热器软管178。加热的冷却流体142可以在入口端口179处被输送到热交换器176。随着冷却流体142穿过热交换器，来自冷却流体142的热量传递到空气流182。冷却流体142从热交换器176的出口端口181排放到出口加热器软管180中，并且返回到车辆冷却系统136和水泵140。

参照图7，一种替代构造的双端口流体动力加热器230可以包括流体地集成到出口通道42中的出口计量装置232。该双端口流体动力加热器230在其它方面构造为基本上类似于双端口流体动力加热器30。出口流体计量装置232与入口计量装置118一起操作，以控制通过流体动力室32的流体的量。

出口流体计量装置232可以具有多种构造中的任一种。例如，出口流体计量装置232可以包括根据特定应用的设计和性能要求具有预定构造的出口计量孔234。出口计量孔234可以包括大体固定的流体通流区域，该流体通流区域保持打开，以允许流体从流体动力室32连续流动到出口端口44。出口计量孔234可以包括例如孔板或能够限制流体在流体动力室32与出口端口44之间的流动的任何其它装置。

双端口流体动力加热器230可以以与前面关于双端口流体动力加热器30描述的类似方式集成到选定的应用中。例如，入口通道38和出口通道42可以流体连接到公共外部流体源，例如入口加热器软管178。当操作双端口流体动力加热器230时，来自外部流体源(即，入口加热器软管178)的流体可以在入口端口40处进入双端口流体动力加热器230，并顺序地行进通过入口通道38、流体计量装置118、入口气室92以及定子供应通道94，以通过流体动力室入口端口96排出到流体动力室32中。从流体动力室32排出的加热的流体穿过流体动力室出口通道106到出口气室108。加热的流体离开出口气室108，并通过出口通道42中的出口计量装置232到出口端口44，其在该处可以被排放到外部流体源(即，入口加热器软管178)。

通过控制在流体动力室32中被加热并通过双端口流体动力加热器230的出口端口44排出的流体的流量，可以至少部分地调节双端口流体动力加热器230的性能。这可以通过控制穿过入口流体计量装置118和出口流体计量装置232的流体的流量来实现。入口计量孔134和/或出口计量孔234的通流面积可以被选择以实现通过流体动力室32的期望流速。通过流体动力室32的流体的量可部分地取决于入口计量孔134和/或出口计量孔234的构造以及相应的流体计量装置118和232上出现的压降。

参照图8，加热系统284可以包括与入口加热器软管178并联地流体连接的双端口流体动力加热器230。利用该布置，从冷却系统136接收的冷却流体142的一部分在被输送到热交换器176之前穿过双端口流体动力加热器230。双端口流体动力加热器230的入口通道38可以在入口端口42处流体地连接到入口加热器软管178，并且出口通道可以流体地连接在出口端口44处。入口加热器软管178将双端口流体动力加热器230的入口通道38和出口通道42流体连接到车辆冷却系统136和热交换器176的入口端口179。热交换器176的出口端口181可以通过出口加热器软管180流体地连接到车辆冷却系统136和水泵140。车辆水泵140可以用于将加压的冷却流体142供应到双端口流体动力加热器230，以将双端口流体动力加热器230内的流体液位保持在期望的液位。

启动双端口流体动力加热器230(即，使转子52相对于定子50旋转)使得来自车辆冷却系统136的水泵140的加压的冷却流体142从入口加热器软管178通过入口通道38进入双端口流体动力加热器230。冷却流体142由双端口流体动力加热器230以前述方式加热，并通过出口通道42排放到入口加热器软管178。加热的冷却流体142可以在入口端口179处被输送到热交换器176。随着冷却流体142穿过热交换器，来自冷却流体142的热量传递到空气流182。冷却流体142从热交换器176的出口端口181排放到出口加热器软管180中，并且返回到车辆冷却系统136和水泵140。

参照图9，一种替代构造的双端口流体动力加热器245可以包括集成的热交换器246，该热交换器能够操作为增强从流体动力室32到穿过双端口流体动力加热器245的流体的热传递。双端口流体动力加热器245可以与双端口流体动力加热器30外加集成的热交换器246基本上相同地构造和操作。热交换器246可以与流体动力室32并联地流体连接，使得通过入口端口40进入双端口流体动力加热器245的流体的一部分绕过流体动力室32并且流过热交换器246。从热交换器246排出的流体可以在通过出口端口44离开双端口流体动力加热器245之前与从流体动力室32排出的流体结合。

热交换器246可以与转子52相邻地定位在双端口流体动力加热器245的壳体34内。转子52可以沿着旋转轴线56轴向地位于定子50与热交换器246之间。壳体壁247至少部分地限定热交换器246的内部区域249，并且定位在转子52与热交换器246的内部区域249之间。

热交换器246可以包括：入口端口248，将热交换器流体地连接到双端口流体动力加热器245的入口端口40；和出口端口250，将热交换器流体地连接到双端口流体动力加热器245的出口端口44。在流体动力室32内生成的热量可以通过转子52传递到存在于腔252内的流体，该腔252位于转子52的后表面254与壳体壁247之间。另外，通过定子50与转子52之间的开口251从流体动力室32排出的加热的流体可以由流体携带至腔252。热量可以从存在于腔252内的流体通过壳体壁247传递到热交换器246，在该处，热量的一部分被传递到通过热交换器246的流体。

热交换器246的传热效率可以通过以下方式来增强：采用各种几何表面特征，以增加热交换器的传热表面面积和通过热交换器的流体的湍流。例如，热交换器246的传热表面面积可以通过采用传热表面延伸部256来增加，该传热表面延伸部操作为增加用于将热量传递到流过热交换器246的流体的可用表面面积。传热表面延伸部256可以包括多种构造中的任一种，包括但不限于销、翅片和肋，并且可以包括被设计为增强传热的其它表面增强构造。传热表面延伸部256还可以操作为增加通过热交换器的流体的湍流，这进而可以增加热交换器的传热效率。

在启动双端口流体动力加热器245的操作(即，使转子52相对于定子50旋转)时，来自外部流体源的流体可以在入口端口40处进入双端口流体动力加热器245。流体在进入入口端口40之后被分流，一部分在入口端口248处进入热交换器246，而剩余部分通过入口通道38流到流体动力室32。通过热交换器246的流体部分可以通过出口端口250排出，并且流到流体动力加热器245的出口端口44。

流过入口通道38的流体穿过入口计量装置118的入口计量孔134，以控制到流体动力室32的流体流速。被引导到流体动力室32的流体部分可以在流体动力室入口端口96处排放到流体动力室32中。存在于流体动力室32内的加热的流体可以通过流体动力出口端口100排出并通过出口通道42。从流体动力室32排出的加热的流体可以与从热交换器246排出的加热的流体结合，以通过出口端口44从流体动力加热器245排出。

参照图10，一种替代构造的双端口流体动力加热器345可以包括集成的热交换器246，该热交换器能够操作为增强从流体动力室32到穿过双端口流体动力加热器345的流体的热传递。双端口流体动力加热器345可以与双端口流体动力加热器230外加集成的热交换器246基本上相同地构造和操作。热交换器246可以与流体动力室32并联地流体连接，使得通过入口端口40进入双端口流体动力加热器345的流体部分绕过流体动力室32并且流过热交换器246。从热交换器246排出的流体在通过出口端口44离开双端口流体动力加热器345之前与从流体动力室32排出的流体结合。

热交换器246可以与转子52相邻地定位在双端口流体动力加热器345的壳体34内。转子52可以沿着旋转轴线56轴向地位于定子50与热交换器246之间。壳体壁247至少部分地限定热交换器246的内部区域249，并且定位在转子52与热交换器246的内部区域249之间。

热交换器246可以包括：入口端口248，其将热交换器流体地连接到双端口流体动力加热器345的入口端口40；和出口端口250，其将热交换器流体地连接到双端口流体动力加热器345的出口端口44。在流体动力室32内生成的热量可以通过转子52传递到存在于腔252内的流体，该腔位于转子52的后表面254与壳体壁247之间。另外，通过定子50与转子52之间的开口251从流体动力室32排出的加热的流体可以由流体携带至腔252。热量可以从存在于腔252内的流体通过壳体壁247传递到热交换器246，在该处，热量的一部分被传递到通过热交换器246的流体。

在启动双端口流体动力加热器345的操作(即，使转子52相对于定子50旋转)时，来自外部流体源的流体可以在入口端口40处进入双端口流体动力加热器345。流体在进入入口端口40之后被分流，一部分在入口端口248处进入热交换器246，而剩余部分通过入口通道38流到流体动力室32。通过热交换器246的流体部分可以通过出口端口250排出，并且流到流体动力加热器245的出口端口44。

流过入口通道38的流体穿过入口计量装置118的入口计量孔134，以至少部分地控制到流体动力室32的流体流速。被引导到流体动力室32的流体部分可以在流体动力室入口端口96处排放到流体动力室32中。存在于流体动力室32内的加热的流体可以通过流体动力出口端口100排放到出口通道42，在该出口通道处，加热的流体穿过出口计量装置232的计量孔234。从流体动力室32排出的加热的流体可以与从热交换器246排出的加热的流体结合，以通过出口端口44从双端口流体动力加热器345排出。

本方法和设备的范围旨在由所附权利要求限定。然而，必须理解，所公开的流体动力加热器、加热系统和使用方法不脱离其精神或范围的情况下可以以与具体说明和例示不同地实施。本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在实施权利要求时采用本文描述的构造的各种替代方式。所公开系统和方法的范围不应参照上述描述来确定，而是应参照所附权利要求连同这种权利要求的全部等同物的范围一起来确定。预计和预期到的是，在本文所讨论的领域中将出现未来的发展，并且所公开的系统和方法将被结合到这种未来的示例中。此外，除非本文做出相反的明确指示，否则权利要求中使用的所有术语旨在被赋予其最宽的合理解释和其如本领域技术人员所理解的普通含义。特别地，诸如“一”、“该”、“所述”等的单数冠词的使用应被理解为叙述一个或多个所指示的元件，除非权利要求叙述了相反的明确限制。预期到的是所附权利要求限定装置的范围，从而覆盖在这些权利要求的范围内的方法和设备及其等同物。总之，应当理解，该装置能够进行修改和变更，并且仅由所附权利要求限定。

Claims (22)

1.一种流体动力加热器，包括：

流体动力加热器入口端口，其用于从外部源接收流体流；

流体动力加热器出口端口，其能够操作为从所述流体动力加热器排出加热的流体流；

流体动力室，其能够操作为在操作所述流体动力加热器时选择性地加热存在于所述流体动力室的内部区域内的流体，所述流体动力室包括沿着所述流体动力室的内壁定位的流体动力室入口端口和流体动力室出口端口，所述流体动力室入口端口流体地连接到所述流体动力加热器入口端口；以及

入口流体计量装置，其具有流体地连接到所述流体动力加热器入口端口的入口和流体地连接到所述流体动力室入口端口的出口。

2.根据权利要求1所述的流体动力加热器，还包括：

定子；和

转子，其与所述定子同轴地对齐并且与所述定子相邻地定位，所述转子能够相对于所述定子而围绕旋转轴线可操作地旋转，其中，所述转子和所述定子至少部分地限定所述流体动力室的所述内部区域。

3.根据权利要求2所述的流体动力加热器，其中，所述流体动力室出口端口被定位成与所述旋转轴线相距一径向距离，所述径向距离大于所述流体动力室入口端口与所述旋转轴线之间的径向距离。

4.根据权利要求2所述的流体动力加热器，还包括：热交换器，其与所述转子的后表面相邻地定位，所述热交换器的壁和所述转子的所述后表面至少部分地限定流体腔，所述流体腔能够操作为将热从所述流体动力室传递到所述热交换器。

5.根据权利要求4所述的流体动力加热器，其中，所述热交换器还包括流体地连接到所述流体动力加热器入口端口的热交换器入口端口和流体地连接到所述流体动力加热器出口端口的热交换器出口端口。

6.根据权利要求4所述的流体动力加热器，其中，所述热交换器的所述壁包括一个或多个传热增强装置。

7.根据权利要求4所述的流体动力加热器，其中，所述转子沿着所述旋转轴线轴向地位于所述定子与所述热交换器之间。

8.根据权利要求1所述的流体动力加热器，其中，所述流体动力加热器入口端口流体地连接到所述流体动力加热器出口端口。

9.根据权利要求1所述的流体动力加热器，其中，所述计量装置包括固定的流体通流区域，所述流体通流区域在操作所述流体动力室时保持基本打开。

10.根据权利要求1所述的流体动力加热器，其中，所述流体动力室出口端口沿着所述定子的内后壁定位。

11.根据权利要求1所述的流体动力加热器，其中，所述流体计量装置在操作所述流体动力室时连续地打开，以允许流体穿过所述流体计量装置。

12.一种流体动力加热器，包括：

流体动力加热器入口端口，其用于从外部源接收流体流；

流体动力加热器出口端口，其能够操作为从所述流体动力加热器排出加热的流体流；

流体动力室，其能够操作为在操作所述流体动力加热器时选择性地加热存在于所述流体动力室的内部区域内的流体，所述流体动力室包括位于所述流体动力室的所述内部区域的中心附近的流体动力室入口端口和沿着所述流体动力室的内壁定位的流体动力室出口端口，所述流体动力室入口端口流体地连接到所述流体动力加热器入口端口；

入口流体计量装置，其具有流体地连接到所述流体动力加热器入口端口的入口和流体地连接到所述流体动力室入口端口的出口；以及

出口流体计量装置，其具有流体地连接到所述流体动力加热器出口端口的入口和流体地连接到所述流体动力室出口端口的出口。

13.根据权利要求12所述的流体动力加热器，还包括：

定子；和

转子，其与所述定子同轴地对齐并且与所述定子相邻地定位，所述转子能够相对于所述定子而围绕旋转轴线可操作地旋转，其中，所述转子和所述定子至少部分地限定所述流体动力室的所述内部区域。

14.根据权利要求13所述的流体动力加热器，其中，所述流体动力室出口端口被定位成与所述旋转轴线相距一径向距离，所述径向距离大于所述流体动力室入口端口与所述旋转轴线之间的径向距离。

15.根据权利要求13所述的流体动力加热器，还包括：热交换器，其与所述转子的后表面相邻地定位，所述热交换器的壁和所述转子的所述后表面至少部分地限定流体腔，所述流体腔能够操作为将热从所述流体动力室传递到所述热交换器。

16.根据权利要求15所述的流体动力加热器，其中，所述热交换器还包括流体地连接到所述流体动力加热器入口端口的热交换器入口端口和流体地连接到所述流体动力加热器出口端口的热交换器出口端口。

17.根据权利要求15所述的流体动力加热器，其中，所述热交换器的所述壁包括一个或多个传热增强装置。

18.根据权利要求15所述的流体动力加热器，其中，所述转子沿着所述旋转轴线轴向地位于所述定子与所述热交换器之间。

19.根据权利要求12所述的流体动力加热器，其中，所述流体动力加热器入口端口流体地连接到所述流体动力加热器出口端口。

20.根据权利要求12所述的流体动力加热器，其中，所述计量装置包括固定的流体通流区域，所述流体通流区域在操作所述流体动力室时保持基本打开。

21.根据权利要求12所述的流体动力加热器，其中，所述流体动力室出口端口沿着所述定子的内后壁定位。

22.根据权利要求12所述的流体动力加热器，其中，所述流体计量装置在操作所述流体动力室时连续地打开，以允许流体穿过所述流体计量装置。

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