CN112413927A

CN112413927A - 用于发电的热泵、能量产生系统及热交换系统

Info

Publication number: CN112413927A
Application number: CN202010628035.5A
Authority: CN
Inventors: 王智弘
Original assignee: Le Neng Technology Co ltd
Current assignee: Le Neng Technology Co ltd; Taiwan Happy Energy Co Ltd
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2021-02-26
Also published as: TW202108951A; JP2021032252A; US20210054766A1; US11199114B2; EP3783222A1

Abstract

用于发电的热泵、能量产生系统及热交换系统，可保证较低的制造成本，且可降低单位发电成本。热泵包括第一腔室、与其流体耦合的第二腔室、第一喷射器件及第二喷射器件。第一腔室及第二腔室容纳工作流体，且具有第一空间及第二空间，工作流体可经由位于第一腔室与第二腔室之间的流动通道在第一腔室与第二腔室之间流动，第一空间及第二空间位于第一腔室及第二腔室内的工作流体的一部分上方。第一喷射器件与第一腔室耦合，以加热或冷却第一腔室中的第一空间。第二喷射器件与第二腔室耦合，以加热或冷却第二腔室中的第二空间。加热第一空间及冷却第一空间中的至少一者可导致第二空间的压缩或膨胀中的至少一者，此可驱动与第二腔室耦合的动力提取单元。

Description

用于发电的热泵、能量产生系统及热交换系统

[相关申请的交叉参考]

本申请是在2019年8月21日提出申请且标题为“用于发电的器件、系统及方法(DEVICES,SYSTEMS,AND METHODS FOR GENERATING POWER)”、序列号为16/547,307的美国非临时申请的部分接续申请，且主张其优先权。

技术领域

本公开涉及用于发电的器件及系统，且更具体地涉及用于基于温差发电的器件及系统。

背景技术

例如基于核能的及基于煤炭的发电(power generation)等常规发电方式是常见的发电来源。然而，随着对减少例如温室气体排放、核废料处理、风险问题、污染等环境影响的日益关注，对可再生能源(renewable energy)的需求出现。可再生能源发电(renewableenergy generation)的常见实例包括风能发电、太阳能发电、潮汐能发电及其他环境友好型发电方法。

具有不同温度的两种来源之间的温度梯度可用于发电。例如，能量可从地球的表面与地球的较深部分之间的温差中提取，或者从海洋中提取，或者从垃圾填埋场中常见的余热或废热中提取，或者从工业过程中提取。这些热能发电系统(thermal energygeneration system)中的一些在生成电力方面可大有前途。

然而，与常规发电系统相比，许多可再生能源发电解决方案存在例如制造或系统成本高、能量转换效率低等各种问题。因此，需要改进热能发电系统，以便提供替代方案、提供效率或降低生产成本。

发明内容

本公开提供一种热泵。根据实施例中的一者，一种能量产生器件包括第一腔室、第二腔室、至少一个第一喷射器件、第一液体收集器件、至少一个第二喷射器件及第二液体收集器件。所述第一腔室容纳工作流体，且在所述第一腔室内具有第一空间，所述第一空间位于所述第一腔室内的所述工作流体的至少一部分上方。所述第二腔室与所述第一腔室流体耦合。所述工作流体能够经由位于所述第一腔室与所述第二腔室之间的至少一个流动通道在所述第一腔室与所述第二腔室之间流动。所述第二腔室在所述第二腔室内具有第二空间，所述第二空间位于所述第二腔室内的所述工作流体的至少一部分上方。所述至少一个第一喷射器件与所述第一腔室耦合。所述至少一个第一喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第一腔室中来加热或冷却所述第一腔室中的所述第一空间。所述第一液体收集器件耦合到所述至少一个第一喷射器件，且被布置成在所述第一腔室内的所述工作流体的表面附近浮动。所述至少一个第二喷射器件与所述第二腔室耦合。所述至少一个第二喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第二腔室中来加热或冷却所述第二腔室中的所述第二空间。所述第二液体收集器件耦合到所述至少一个第二喷射器件，且被布置成在所述第二腔室内的所述工作流体的表面附近浮动。所述加热所述第一空间及所述冷却所述第一空间中的至少一者可导致所述第二空间的压缩或膨胀中的至少一者。

根据另一些实施例，本公开提供一种能量产生系统，所述能量产生系统可包括用于发电的一个或多个器件。此种器件可包括第一腔室、第二腔室、至少一个第一喷射器件、第一液体收集器件、至少一个第二喷射器件、第二液体收集器件及与所述第二腔室耦合的动力提取单元。所述第一腔室容纳工作流体，且在所述第一腔室内具有第一空间，所述第一空间位于所述第一腔室内的所述工作流体的至少一部分上方。所述第二腔室与所述第一腔室流体耦合。所述工作流体能够经由位于所述第一腔室与所述第二腔室之间的至少一个流动通道在所述第一腔室与所述第二腔室之间流动。所述第二腔室在所述第二腔室内具有第二空间，所述第二空间位于所述第二腔室内的所述工作流体的至少一部分上方。所述至少一个第一喷射器件与所述第一腔室耦合。所述至少一个第一喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第一腔室中来加热或冷却所述第一腔室中的所述第一空间。所述第一液体收集器件耦合到所述至少一个第一喷射器件，且被布置成在所述第一腔室内的所述工作流体的表面附近浮动。所述至少一个第二喷射器件与所述第二腔室耦合。所述至少一个第二喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第二腔室中来加热或冷却所述第二腔室中的所述第二空间。所述第二液体收集器件耦合到所述至少一个第二喷射器件，且被布置成在所述第二腔室内的所述工作流体的表面附近浮动。所述加热所述第一空间及所述冷却所述第一空间中的至少一者可导致所述第二空间的压缩或膨胀中的至少一者，且所述第二空间的所述压缩或所述膨胀中的至少一者可驱动所述动力提取单元。

根据又一些实施例，本公开进一步提供一种热交换系统。所述热交换系统包括至少一个热泵、输入通道、第一输出通道及第二输出通道。所述至少一个热泵包括第一腔室、第二腔室、至少一个第一喷射器件、第一液体收集器件、至少一个第二喷射器件及第二液体收集器件。所述第一腔室容纳工作流体，且在所述第一腔室内具有第一空间，所述第一空间位于所述第一腔室内的所述工作流体的至少一部分上方。所述第二腔室与所述第一腔室流体耦合。所述工作流体能够经由位于所述第一腔室与所述第二腔室之间的至少一个流动通道在所述第一腔室与所述第二腔室之间流动。所述第二腔室在所述第二腔室内具有第二空间，所述第二空间位于所述第二腔室内的所述工作流体的至少一部分上方。所述至少一个第一喷射器件与所述第一腔室耦合。所述至少一个第一喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第一腔室中来加热或冷却所述第一腔室中的所述第一空间。所述第一液体收集器件耦合到所述至少一个第一喷射器件，且被布置成在所述第一腔室内的所述工作流体的表面附近浮动。所述至少一个第二喷射器件与所述第二腔室耦合。所述至少一个第二喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第二腔室中来加热或冷却所述第二腔室中的所述第二空间。所述第二液体收集器件耦合到所述至少一个第二喷射器件，且被布置成在所述第二腔室内的所述工作流体的表面附近浮动。所述输入通道连接到所述至少一个第一喷射器件及所述至少一个第二喷射器件，且被配置成提供具有第一温度的所述工作流体。所述第一输出通道连接到所述至少一个热泵的所述第一液体收集器件及所述第二液体收集器件，且被配置成输出温度高于所述第一温度的所述工作流体。所述第二输出通道连接到所述至少一个热泵的所述第一液体收集器件及所述第二液体收集器件，且被配置成输出温度低于所述第一温度的所述工作流体。

应理解，前述大体说明及以下详细说明仅是示例性及阐释性的，而不是对所主张的公开的限制。

附图说明

包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出几个实施例，且与本说明一起用于解释所公开的原理。在图式中：

图1示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件。

图2是根据本公开一些实施例的压力-容积曲线图，其示出斯特林循环(Stirlingcycle)中作用于器件的空间中的空气或气体的四个热力学过程。

图3A至图3D是根据本公开一些实施例的图，其示出在图2中所示斯特林循环中的过程期间示例性器件的操作。

图4A及图4B示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件。

图5示出根据本公开一些实施例的具有图4A及图4B所示多个器件的示例性海洋热能转换(ocean thermal energy conversion，OTEC)系统。

图6示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件。

图7示出根据本公开一些实施例的具有图6所示多个器件的示例性地热能转换(geothermal energy conversion，GEC)系统。

图8、图9、图10A及图10B示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件。

图11、图12及图13示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件中的腔室的替代设计。

图14示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件。

图15是示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性方法的流程图。

图16示出根据本公开一些实施例的示例性热泵器件。

图17示出根据本公开一些实施例的作用于图16中热泵器件的空间中的空气或气体的热力学过程的压力-容积曲线图。

图18示出根据本公开一些实施例的示例性液体收集器件。

图19示出根据本公开一些实施例的示例性混合结构。

图20示出根据本公开一些实施例的示例性液体收集器件。

图21示出根据本公开一些实施例的热泵器件的替代设计。

图22示出根据本公开一些实施例的热交换系统。

图23示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件。

图24示出根据本公开一些实施例的斯特林循环中作用于图23中器件的空间中的空气或气体的四个热力学过程的压力-容积曲线图。

图25示出根据本公开一些实施例的示例性OTEC系统。

图26示出根据本公开一些实施例的示例性液体收集器件。

图27A及图27B分别示出根据本公开一些实施例的具有图26中所示液体收集器件的示例性热泵器件的一部分。

图28A及图28B分别示出根据本公开一些实施例的具有图26中所示液体收集器件的示例性热机(heat engine)器件的一部分。

[符号的说明]

100、400、600、800、900、1000a、1000b、1100、1200、1400、2300：器件

102、104、402、502、504、802、902、1002、2502：输入末端

106：排出通道

108：通道

110、120、410、420、820、1010：腔室

112、122、2706：工作流体/工作液体

114、124、414、424、1014、1114、1124、1214、1224、1234、1244、2708：空间

116、126、416、826、1426：流动通道

130、1430：动力提取单元

142、144：喷射器/加热喷射器

152、154：喷射器/冷却喷射器

162、164、166、168、1642、1644、2040、2140、2332、2334、2720、2722、2724：泵

170、470：排出阀

200、1700、2400：压力-容积曲线图

210、220、230、240、1710、1720、1730、1740、2410、2420、2430、2440、Tin、TL：曲线

404、804、904、1004、1880：输出末端

412、422、822、1012：工作流体

442：加热喷射器

452：冷却喷射器

462、464、862、962、964、1062、1064、1322、1324、1614、1624、1632、1634、1636、1638、2060、2160、2620、2702、2704、2710、2712、2714：控制阀

500、2500：系统/海洋热能转换(OTEC)系统

506、2504：排出末端

510：高压罐

520：加热器件

530：涡轮发动机

540：发电机

550：低压罐

562、564、566、1612、1622、1860、1870、2242、2244、2616、2618、2632：管道

572、574：末端

610、620：液体再循环腔室

623、624：液体再循环阀

700：系统/GEC系统

1020、1332、1334：壁

1110、1120、1210、1220、1230、1240：子腔室

1130：回热器

1250、2210、2220、2810：热交换器

1312、1314：分隔区域

1500：方法

1510、1520、1530：步骤

1600：热泵器件/热泵/暖液体热泵/冷液体热泵

1602、2302、2630：输入通道

1606、1608、2304、2622、2624：输出通道

1610、1620、1800、2000、2600：液体收集器件

1616、1626：液体罐/第二液体罐/加热液体罐

1618、1628：液体罐/第一液体罐/冷却液体罐

1810：基底部分

1820：凸出部分/凸面

1832、1834、1836、1838、1900：流动引导结构

1840、1850：底部部分

1902：下部液体

1904：上部液体

1906：混合区

1908：液体

1910：板

2020、2080、2120、2612、2614：容器

2100：热泵

2200：热交换系统

2230：气体管道

2232：进气通道

2234：出气通道

2240：冷却塔

2610：收集结构

2700a、2700b：热泵器件

2730、2732：液体罐

2800a、2800b：热机器件

A、B、C、D：点/操作点

A1、A2：面积

具体实施方式

现在将详细参照其实例在附图中示出且在本文中公开的示例性实施例。在任何方便的情况下，相同的附图编号将在所有图式中用于指代相同或类似的部件。在示例性实施例的以下说明中阐述的实施方案是根据如随附权利要求书中所述的与本公开相关的方面的器件及方法的实例，且不意在限制本公开的范围。

图1是示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件100的图。器件100(也称为热力发动机)被配置成将以温差形式提供的热量转换成非热量形式的能量。在一些实施例中，器件100可应用于各种类型的热能发电系统中，以通过利用地热能或海洋的能量来生成电力。例如，器件100可部署在海洋热能发电系统中，以通过使用较冷的深层海水与较暖的浅层或表面海水之间的温差运行热机来生成电力。在一些其他实施例中，器件100可部署在地热能发电系统中以利用来自地热资源的电力，或者部署在废热到电力系统(waste-heat-to-power system)中以将废热转换成电力。

如图1中所示，器件100包括通过流动通道116彼此耦合的腔室110、120以及动力提取单元130。动力提取单元130通过流动通道126与腔室120耦合。腔室110容纳工作流体112且具有空间114，空间114位于腔室110内的工作流体112的一部分上方。相似地，腔室120也容纳工作流体122且具有空间124，空间124位于工作流体122的一部分上方。将适合用作空间114、124中的工作气体的气体的实例包括空气、氮气、氢气及氦气，但本公开不限于此。在各种实施例中，空间114及124中的工作气体可为相同或不同类型的气体，且可为两种或更多种气体的组合。工作流体112、122可经由流动通道116在腔室110与腔室120之间流动并用作液体活塞(liquid piston)。将适合用作工作流体112、122的液体的实例可包括水、海水、其组合或几乎任何液体。在一些实施例中，可使用在空间114、124中存在工作气体的情况下以及在器件100的工作温度及压力下将不会或不太可能改变状态的液体。

器件100进一步包括利用热力学斯特林循环转换热能的喷射器件。具体来说，器件100中的喷射器件包括加热喷射器142、144及冷却喷射器152、154。与腔室110耦合的加热喷射器142及冷却喷射器152被配置成加热或冷却腔室110中的空间114，而与腔室120耦合的加热喷射器144及冷却喷射器154被配置成加热或冷却腔室120中的空间124。在一些实施例中，加热喷射器142是被配置成加热空间114的加热喷射器，且喷射温度高于空间114的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者。如图1中所示，在应用于腔室110的加热过程中，来自输入末端102的较暖的海水由泵162泵送，并通过加热喷射器142喷射到空间114中，以加热空间114。另一方面，冷却喷射器152是被配置成冷却空间114的冷却喷射器，且喷射温度低于空间114的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者。在应用于腔室110的冷却过程中，来自输入末端104的较冷的海水(例如，海洋深层区域中的海水)由泵166泵送，并通过冷却喷射器152喷射到空间114中，以冷却空间114。即，加热喷射器142及冷却喷射器152分别将流体喷射到腔室110中。

喷射器144及154的操作及配置相似于喷射器142及152的操作及配置。加热喷射器144是被配置成加热空间124的加热喷射器，且喷射温度高于空间124的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者。在应用于腔室120的加热过程中，来自输入末端102的较暖的海水由泵164泵送，并通过加热喷射器144喷射到空间124中，以加热空间124。另一方面，冷却喷射器154是被配置成冷却空间124的冷却喷射器，且喷射温度低于空间124的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者。在应用于腔室120的冷却过程中，来自输入末端104的较冷的海水由泵168泵送，并通过冷却喷射器154喷射到空间124中，以冷却空间124。即，加热喷射器144及冷却喷射器154分别将流体喷射到腔室120中。

加热空间114及冷却空间114中的至少一者导致空间124的压缩力或膨胀力中的至少一者，此会驱动与腔室120耦合的动力提取单元130。因此，连接到动力提取单元130的涡轮及发电机可在从动力提取单元130输出的气体或其他工作流体驱动下响应于空间114及空间124的温度变化而发电。为易于理解，将在以下段落中结合附图详细阐述器件100的操作。

参照图2及图3A至图3D。图2示出根据本公开一些实施例的斯特林循环中作用于空间114及124中的空气或气体的四个热力学过程的压力-容积曲线图200。水平轴表示腔室中的气体的容积，而垂直轴表示腔室中的气体的压力。图3A至图3D是示出根据本公开一些实施例的在图2中所示斯特林循环中的过程期间器件100的操作的图。

在图3A中所示器件100中，空间114处于操作点A，而空间124处于操作点C。由于空间114中的压力大于空间124中的压力，因此工作流体经由流动通道116从腔室110流动到腔室120。因此，工作液体122的表面随着工作液体112的表面下降而上升。加热喷射器142将暖海水喷射到腔室110中，冷却喷射器154将冷海水喷射到腔室120中，使得在此阶段期间，空间114中气体的操作点在曲线210上从点A移动到点B，此代表等温膨胀过程(isothermalexpansion process)。另一方面，空间124中气体的操作点在曲线230上从点C移动到点D，此代表等温压缩过程(isothermal compression process)。因此，空间114维持在恒定的高温处，且气体经历自热源(例如，从加热喷射器142喷射的暖海水)吸收热量的近等温膨胀(near-isothermal expansion)，而空间124维持在恒定的低温处，因此气体经历将热量排弃到冷沉(cold sink)(例如，从冷却喷射器154喷射的冷海水)的近等温压缩(near-isothermal compression)。

在图3B中所示器件100中，空间114处于操作点B，而空间124处于操作点D。在此阶段处，工作流体继续从腔室110流动至腔室120。空间114中的气体继续膨胀，而空间124中的气体继续压缩。冷却喷射器152将冷海水喷射到腔室110中以冷却空间114中的气体，而加热喷射器144将暖海水喷射到腔室120中以加热空间124中的气体。

因此，随着空间114中的气体被冷却，空间114中气体的操作点沿着曲线220从操作点B移动到操作点C，此代表下一循环为恒容(constant-volume)(也称为等容积过程或等容)热量移除过程(heat-removal process)。另一方面，随着空间124中的气体被加热，空间124中气体的操作点沿着曲线240从操作点D移动到操作点A，此代表恒容热量添加过程(constant-volume heat-addition process)。

在图3C中所示器件100中，空间114处于操作点C，而空间124处于操作点A。工作流体停止从腔室110流动至腔室120，且随着空间124中的压力大于空间114中的压力，工作流体开始以相反的方向经由流动通道116从腔室120流动至腔室110。相似于以上讨论的操作，工作液体112的表面随着工作液体122的表面下降而上升。加热喷射器144将暖海水喷射到腔室120中，冷却喷射器152将冷海水喷射到腔室110中，使得在此阶段期间，空间124中气体的操作点在曲线210上从点A移动到点B，而空间114中气体的操作点在曲线230上从点C移动到点D。因此，空间124维持在恒定的高温处，且气体经历自热源(例如，从加热喷射器144喷射的暖海水)吸收热量的近等温膨胀，而空间114维持在恒定的低温处，且气体经历将热量排弃到冷沉(例如，从冷却喷射器152喷射的冷海水)的近等温压缩。

最后，在图3D中所示器件100中，空间114处于操作点D，而空间124处于操作点B。在此阶段处，工作流体继续从腔室120流动到腔室110。空间124中的气体继续膨胀，而空间114中的气体继续压缩。冷却喷射器154相应地将冷海水喷射到腔室120中，以便冷却空间124中的气体，而加热喷射器142相应地将暖海水喷射到腔室110中，以便加热空间114中的气体。因此，随着空间124中的气体被冷却，空间124中气体的操作点沿着曲线220从操作点B移动到操作点C，此代表下一循环为恒容(也称为等容积或等容)热量移除过程。随着空间114中的气体被加热，空间114中气体的操作点沿着曲线240从操作点D移动到操作点A，此代表恒容热量添加过程。

如图3A至图3D中所示，在一些实施例中，器件100进一步包括排出阀170，排出阀170与腔室110耦合且被配置成控制用于排出工作流体的排出通道106。因此，在海水在操作期间喷射到腔室110、120中的同时，通过排出相同量的海水，器件100中的工作流体的总容积保持恒定。在一些其他实施例中，排出阀170可与腔室120耦合，或者与腔室110和腔室120二者耦合，且被配置成控制用于排出工作流体的排出通道106。

通过上述操作，对于腔室110与腔室120二者，完成了贯穿曲线210、220、230及240的热循环。通过重复参照图3A至图3D阐述的加热及冷却过程，热循环可持续重复，并将热能转换成存储在气体中的压力能。此后，动力提取单元130可进一步将存储在气体中的压力能转换成电力。

图4A及图4B是示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件400的图。如图4A及图4B中所示，在一些实施例中，在器件400中，动力提取单元130包括输入末端402、输出末端404以及腔室410及420。腔室410通过流动通道126与腔室120耦合，且容纳工作流体412且在腔室410内部具有空间414，空间414位于腔室410内的工作流体412的一部分上方。腔室420也容纳工作流体422且在腔室420内部具有空间424，空间424位于腔室420内的工作流体422的一部分上方。如图4A及图4B中所示，腔室420通过流动通道416与腔室410耦合，使得工作流体可经由流动通道416在腔室410与腔室420之间流动。

输入末端402及输出末端404分别通过控制阀462及464与腔室420耦合，控制阀462及464被配置成控制流动到腔室420中或从腔室420流出的气体。因此，在控制阀462及464的控制下，响应于空间124的压缩力或膨胀力，空间424内的气体可经由输出末端404从腔室420输出，且压力低于从腔室420输出的气体的输出压力的气体可经由输入末端402馈送到腔室420中。

加热喷射器442及冷却喷射器452与腔室410耦合，且被配置成通过喷射温度高于或低于空间414的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者来加热或冷却腔室410中的空间414。如图4A及图4B中所示，和腔室410耦合的加热喷射器442及冷却喷射器452的配置及布置与和腔室120耦合的喷射器144及154相同或相似。此外，排出阀470与腔室410或腔室420耦合且被配置成控制用于排出工作流体的排出通道106。因此，在海水在操作期间喷射到腔室410、420中的同时，通过排出相同量的海水，工作流体的总容积保持恒定。

如图4A中所示，由于空间414与空间124连通，因此响应于空间124的压缩力，空间414中的气体压力增加，且工作液体经由流动通道416从腔室410流动到腔室420，此导致空间424的压缩力。当空间424的气体压力等于输出末端404处的压力时，控制阀464打开，且空间424内的气体经由输出末端404从腔室420输出，直到腔室110中的工作流体112的表面达到最低液位(level)为止。

如图4B中所示，在腔室110中的工作流体112的表面达到最低液位之后，响应于空间124的膨胀力，空间414中的气体压力降低，且工作液体经由流动通道416从腔室420反向流动到腔室410，此导致空间424的膨胀力。当空间424的气体压力等于输入末端402处的压力时，控制阀462打开，且压力低于所输出气体的压力的气体经由输入末端402馈送到腔室420中，直到循环完成、腔室110中的工作流体112的表面达到最高液位为止。通过上述操作，可从输出末端404获得高压气体，且然后可通过各种发动机(例如往复式发动机或涡轮发动机)提取机械动力，以便发电。气体的流动导致涡轮的旋转，涡轮可用于驱动发电机或其他机械器件从器件400提取能量。

鉴于以上内容，在一些实施例中，通过在腔室中喷射具有相对高温度的液体、空气或薄雾，腔室中的气体可被均匀地加热，并造成较高的热传递效率。然后，施加到工作流体的压缩力或膨胀力(其可被视为液体活塞或作为液体活塞工作)可导致动力提取单元130输出高压气体以驱动热能发电系统中的涡轮及发电机。

参照图5，其示出根据本公开一些实施例的示例性海洋热能转换(OTEC)系统500。如图5中所示，OTEC系统500包括并联连接的两个器件400、输入末端502、504、排出末端506、高压罐510、加热器件520、涡轮发动机530、发电机540及低压罐550。注意，图5中所示的OTEC系统500是实例，且不意在限制本公开。在一些实施例中，OTEC系统500可包括并联连接的三个或更多个器件400。

输入末端502被配置成接收较暖的浅层或表面海水，且连接到器件400的输入末端102。输入末端504被配置成接收较冷的深层海水，且连接到器件400的输入末端104。排出末端506被配置成在使用后排出海水，且连接到器件400的排出通道106。

如图4A及图4B中所示操作中所述，当器件400从输出末端404输出具有高压的气体时，所输出气体被馈送到高压罐510中，且然后经由管道562提供到加热器件520。加热器件520被配置成使用暖海水或其他热源加热气体，其中末端572及574是热源的输入末端及输出末端。然后，经加热的气体经由管道564提供到涡轮发动机530，并驱动涡轮发动机530输出机械动力，以使发电机540发电。在通过涡轮发动机530之后，具有较低压力的气体经由涡轮发动机530的排气管(exhaust)排出，并经由管道566提供到低压罐550。因此，低压气体可经由连接到低压罐550的输入末端402循环回到器件400中，以供用于下一循环。注意，在一些实施例中，OTEC系统500中的多个器件400可在不同的阶段对应地输出高压气体。因此，可减小压力的变化，以便提供具有较低波动的稳定输出。

通过利用多个器件400作为热力发动机，OTEC系统500可实现具有较少器件组件及简单管道布置的简化结构。因此，与使用常规热力发动机的系统相比，可保证较低的制造成本，且可降低单位发电成本。另外，器件400可在低温差(low-temperature difference，LTD)斯特林发动机情境及高温差(high-temperature difference，HTD)斯特林发动机情境二者中用作热力发动机。在一些实施例中，器件400可在宽广范围的温差(例如1℃、10℃、100℃及介于约1℃至100℃之间的值)下进行操作。温度范围也可相依于操作压力而变化。换句话说，器件可与使用海洋热能、地热能、垃圾填埋场热能、来自工业过程的废热等作为热源的能量产生系统一起工作，或作为能量产生系统来工作。另外，当应用于腔室之间具有高温差(例如，大于100℃)的应用中时，与常规热力发动机相比，器件400可提供较高的能量转换效率。

参照图6，其示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件600。在一些实施例中，器件600可部署在地热能转换(GEC)系统中，在地热能转换(GEC)系统中，存储在从地下管道输送来的热水中的热量被转换成其他形式的能量，例如电力。与图4A及图4B中所示器件400相比，器件600进一步包括液体再循环腔室610及620以及液体再循环阀623及624。如图6中所示，液体再循环腔室610与腔室110耦合，且加热喷射器142被配置成将液体喷射到液体再循环腔室610中，而冷却喷射器152被配置成将流体喷射到腔室110中。相似地，液体再循环腔室620与腔室120耦合，且加热喷射器144被配置成将液体喷射到液体再循环腔室620中，而冷却喷射器154被配置成将流体喷射到腔室120中。

液体再循环阀623及624分别与液体再循环腔室610、620耦合，且被配置成控制用于排出液体再循环腔室610、620中的液体的通道108。通过布置液体再循环腔室610及620以及液体再循环阀623及624，热水不再与腔室110、120中的工作流体混合，而是可在加热空间114、124中的气体之后被收集，且然后被喷射到另一个器件600中。即，相同的热源(例如，来自地下的热水)可加热多个器件600中的腔室110及120。

参照图7，其示出根据本公开一些实施例的具有图6中所示多个器件600的示例性GEC系统700。与图5中所示OTEC系统500相比，GEC系统700包括多个器件600，且一个器件600的通道108连接到下一级器件600的输入末端102，以提供热源。为简单起见且为易于理解，图7示出GEC系统700的末级处的两个器件600及一个器件400，但是本公开不限于此。在各种实施例中，部署在GEC系统700中的器件600的数目可基于实际需要及实践来修改。

在GEC系统700中，在地热井设备(geothermal well installation)中，来自地下的热水可通过管道输送并经由输入末端502提供，且流过作为热源的多级器件600，以加热多个器件600的腔室中的气体。因此，存储在热水中的热能可被以多级提取，以便生成较高的能量转换效率。在最末级处，倒数第二级的器件600的通道108连接到器件400的输入末端102。因此，流体被喷射到GEC系统700中最末级处的器件400的腔室110、120中，且然后经由器件400的排出通道106排出。图7中所示GEC系统700中的其他操作与图5中所示OTEC系统500的操作相同或相似。

在各种实施例中，动力提取单元130可通过不同的方式实现。参照图8，其示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件800。与图4A及图4B中所示器件400相比，器件800中的动力提取单元130包括腔室410及820、与腔室820耦合的输入末端802以及与腔室820耦合的输出末端804。相似于图4A及图4B中的腔室420，腔室820也容纳工作流体822。工作流体412、822可经由连接腔室410与腔室820的流动通道416在腔室410与腔室820之间流动。

输入末端802通过控制阀862与腔室820耦合，控制阀862被配置成控制流动到腔室820中的工作流体。因此，响应于空间124的压缩力或膨胀力，腔室820内的工作流体822可经由流动通道826升高，并经由输出末端804输出。因此，工作流体被转移到位于相对高的位置处的水塔或蓄水池，且能量被以工作流体的势能的形式转换，所述势能与水塔或蓄水池与耦合到输入末端802的下部罐之间的高度差成比例。通过透过一个或多个涡轮将工作流体从水塔或蓄水池释放到下部罐中，水可驱动涡轮及耦合到涡轮的一个或多个发电机来生成电力。然后，在控制阀862的控制下，工作流体可经由输入末端802流回到腔室820中。

因此，在各种实施例中，连接到动力提取单元130的发电机被配置成在从动力提取单元输出的气体或工作流体的驱动下响应于空间114及空间124的温度变化而发电。

参照图9，其示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件900。在器件900中，动力提取单元130可在无附加腔室的情况下实现。响应于空间124的压缩力或膨胀力，空间124中的气体的一部分可在耦合在腔室120与输出末端904之间的控制阀964的控制下经由输出末端904以相对高的压力直接输出。然后，在驱动涡轮及发电机之后，在耦合在腔室120与输入末端902之间的控制阀962的控制下，具有相对低的压力的气体可经由输入末端902馈送回到腔室120中。具体来说，在一些实施例中，经由输出末端904输出的气体量可通过检测组件来检测。响应于所输出气体的量达到阈值或者响应于腔室110中的工作流体112的液位达到最低液位，控制阀964被配置成终止输出腔室120中的气体。

参照图10A及图10B，其示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件1000a及1000b。在图10A中所示器件1000a中，动力提取单元130包括通过流动通道126与腔室120耦合的一个腔室1010、均与腔室1010耦合的输入末端1002及输出末端1004。相似地，腔室1010容纳工作流体1012且在腔室1010内部具有空间1014，空间1014位于腔室1010内的工作流体1012的一部分上方。在一些实施例中，连接腔室120与腔室1010的流动通道126的长度比连接腔室110与腔室120的流动通道116的长度短。

因此，响应于空间124的压缩力或膨胀力，空间1014内的气体在耦合在腔室1010与输出末端1004之间的控制阀1064的控制下经由输出末端1004从腔室1010输出。然后，在驱动涡轮及发电机之后，具有相对低的压力的气体可在耦合在腔室1010与输入末端1002之间的控制阀1062的控制下经由输入末端1002馈送到腔室1010中。如图10B中所示，在一些实施例中，腔室120及腔室1010也可通过部分地由壁1020隔开的两个分隔部(partition)来实现，同时工作流体(例如，工作流体122、1012)仍然可在腔室120与腔室1010之间流动。器件1000a及1000b的操作与以上在前述实施例中阐述的操作相同或相似。

鉴于以上内容，不同的设计及配置可应用于动力提取单元130中。以上各图中示出的实施例仅为实例，且不意在限制本公开。对于所属领域中的技术人员来说将显而易见的是，可进行各种修改及变化来实现动力提取单元130，以便为驱动涡轮及发电机生成电力而提供高压气体或具有势能的工作流体。

另外，不同的设计及配置也可应用于腔室110及腔室120中，以在热力发动机中实现较高的热效率。参照图11，其示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件1100中的腔室110的替代设计。在器件1100中，腔室110包括两个单独的分隔部，即子腔室1110及1120。子腔室1110容纳空间1114中的气体，而子腔室1120容纳工作流体112以及空间1124中位于工作流体112的一部分上方的气体。器件1100进一步包括耦合在子腔室1110与子腔室1120之间的回热器(regenerator)1130。在器件1100的操作期间，在恒容热量添加过程中，回热器1130可被配置成当气体经由回热器1130从子腔室1110流动到子腔室1120时提供热量。相似地，在恒容热量移除过程中，回热器1130可被配置成当气体经由回热器1130从子腔室1120流动到子腔室1110时存储热量。因此，与空间1124中的气体相比，空间1114中的气体保持在相对低的温度处。通过利用回热器1130来加热及冷却在两个子腔室1110及1120之间流动的气体，恒容热量添加过程中所需的输入能量(例如，图2中从操作点D到操作点A的曲线240)可降低，以在完整的热循环中实现较高的热效率。此外，尽管在图11中使用腔室110作为实例，然而回热器也可应用于具有子腔室的腔室120中以执行相似的操作。

参照图12，其示出根据本公开一些实施例的腔室110及120的替代设计。在器件1200中，腔室110及120中的每一者分别包括两个单独的分隔部，即子腔室1210、1220及1230、1240。子腔室1210及1230各自容纳空间1214、1234中的气体，而子腔室1220及1240各自容纳工作流体112、122以及空间1224、1244中位于工作流体112、122的一部分上方的气体。

器件1200进一步包括与腔室110及腔室120耦合的热交换器1250。热交换器1250被配置成在于子腔室1210、1220之间流动的气体与于子腔室1230、1240之间流动的气体之间传递热量。因此，在器件1200的操作期间，在腔室110的恒容热量添加过程中，也就是在腔室120的恒容热量移除过程中，热交换器1250可被配置成将能量从腔室120中的气体传递到腔室110中的气体，反之亦然。因此，通过安装热交换器1250以在器件1200中的腔室110、120之间交换热能，可在完整的热循环中实现提高的热效率，且可进一步降低器件1200的制造成本。

参照图13，其示出根据本公开一些实施例的腔室110的替代设计。在图13中所示腔室110中，控制阀1322被布置成位于壁1332的下部部分处，且被配置成选择性地打开或关闭连通分隔区域(partition region)1312与腔室110的主区域的路径。相似地，控制阀1324被布置成位于壁1334的下部部分处，且被配置成选择性地打开或关闭连通分隔区域1314与腔室110的主区域的路径。在一些实施例中，控制阀1322、1324是单向阀(也称为止逆阀(checkvalve)或止回阀(non-return valve))，使得当控制阀1322、1324打开时，液体仅从分隔区域1312、1314流动到主区域中。

当工作流体112的液位高于壁1332时，工作流体112流动到单独的分隔区域1312中。当工作流体112的液位在操作期间下降时，控制阀1322被配置成响应于检测到工作流体112的液位低于控制阀1322而提供流动路径，使得分隔区域1312中的工作流体112相应地流动到主区域中。在此周期处，加热喷射器142被配置成喷射液体以加热空间114中的更多气体。可对控制阀1324应用相同的操作，使得分隔区域1314中的工作流体112响应于检测到工作流体112的液位低于控制阀1324而流动到主区域中。

另一方面，当工作流体112在腔室110的操作期间上升时，由于两个控制阀1322、1324均为单向阀，因此在工作流体112的液位高于壁1334之后，工作流体112流动到单独的分隔区域1314中。然后，在工作流体112的液位高于壁1332之后，工作流体112流动到单独的分隔区域1312中。

应理解，尽管在图13中所示实施例中示出两个单独的分隔区域1312、1314，然而可根据实际需要进行各种修改。所属领域中的技术人员可基于不同应用中的要求修改壁及分隔区域的数目以及分隔区域的位置及布置等。例如，在一些实施例中，一个或多个分隔区域不再布置在腔室的一侧，而是可布置在腔室的中心区域处。此外，在以上提及的各种实施例中，位于热力发动机中的腔室的大小、形状、容积和/或其他特性可基于实际应用中的不同需要来确定及修改，例如热能发电系统的规模或输出功率、建造热能发电系统的位置及其地理限制或深海地形条件(bathyorographic condition)。

参照图14，其示出根据本公开一些实施例的用于发电的器件1400。与图1中所示器件100相比，器件1400包括分别与腔室120及110耦合的两个动力提取单元130及1430。更具体来说，动力提取单元1430通过流动通道1426与腔室110耦合。

相似于图1中的操作，加热空间124及冷却空间124中的至少一者导致空间114的压缩力或膨胀力中的至少一者。因此，空间114的压缩力或膨胀力驱动与腔室110耦合的动力提取单元1430。因此，涡轮及发电机可进一步连接到动力提取单元1430，且在从动力提取单元1430输出的气体或其他工作流体的驱动下响应于空间114及空间124的温度变化而发电。在以上各种实施例中论述了动力提取单元的详细操作。

图15是根据本公开一些实施例的用于发电的示例性方法1500的流程图。方法1500可由热力发动机(例如，图1中的器件100)或能量产生系统(例如，图5及图7中的系统500、700)来执行。方法1500包括步骤S1510、S1520及S1530。

在步骤S1510中，热力发动机提供温度高于第一腔室(例如，腔室110)中的第一空间(例如，空间114)的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者来加热第一空间中的气体。例如，第一加热喷射器(例如，加热喷射器142)可喷射液体或薄雾来加热第一空间中的气体。在一些实施例中，同时，热力发动机可进一步通过第二冷却喷射器(例如，冷却喷射器154)提供温度低于第二腔室(例如，腔室120)中的第二空间(例如，空间124)的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者来冷却第二空间中的气体。

在步骤S1520中，热力发动机提供温度低于第一腔室中的第一空间的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者来冷却第一空间中的气体。例如，第一冷却喷射器(例如，冷却喷射器152)可喷射液体或薄雾来冷却第一空间中的气体。在一些实施例中，同时，热力发动机可进一步通过第二加热喷射器(例如，加热喷射器144)提供温度高于第二腔室中的第二空间的当前温度的液体、空气及薄雾中的至少一者来加热第二空间中的气体。

在步骤S1530中，热力发动机通过第二腔室的第二空间的压缩力或膨胀力中的至少一者来驱动与第二腔室耦合的动力提取单元(例如，动力提取单元130)。更具体来说，压缩力或膨胀力由加热或冷却第一空间导致。

通过重复步骤S1510到S1530中的以上操作，动力提取单元可相应地输出气体或工作流体以驱动发电机，所述发电机响应于第一空间及第二空间的温度变化而发电。

鉴于以上内容，在本公开的各种实施例中，热力发动机可执行能量转换从而以不同的形式(例如液体的势能或气体的动能)变换热源(例如海洋热能、地热能、垃圾填埋场热能、来自工业过程的废热等)中的能量，以驱动涡轮及发电机生成电力。各种实施例中的热力发动机实现了具有较少器件组件及简单管道布置的简化结构。因此，可降低制造成本及单位发电成本。

另外，由于所提出的热力发动机可在腔室之间的低温差下运行，因此其可广泛地应用于使用海洋热能、地热能、垃圾填埋场热能、来自工业过程的废热等作为热源的不同热能发电系统。此外，在腔室之间具有高温差的一些实施例中，与常规热力发动机相比，所提出的热力发动机可进一步提供较高的能量转换效率。

图16示出根据本公开一些实施例的示例性热泵器件1600。相似于图1中的器件100，热泵器件1600也包括通过流动通道116彼此耦合的腔室110、120。腔室110容纳工作流体112且具有空间114，空间114位于腔室110内的工作流体112的一部分上方。相似地，腔室120也容纳工作流体122且具有空间124，空间124位于工作流体122的一部分上方。将适合用作空间114、124中的工作气体的气体的实例包括空气、氮气、氢气及氦气，但是本公开不限于这些气体中的任何一种。在各种实施例中，空间114及124中的工作气体可为相同或不同类型的气体，且可为两种或多种气体的混合物。工作流体112、122可经由流动通道116在腔室110与腔室120之间流动，并用作液体活塞。将适合用作工作流体112、122的液体的实例可包括水、海水、其混合物或任何其他液体或液体混合物。在一些实施例中，可使用当与空间114、124中的工作气体一起工作时以及在例如热泵器件1600的温度及压力等工作条件下将不会或不太可能改变其状态的液体。

热泵1600进一步包括喷射器件，例如加热喷射器142、144及冷却喷射器152、154。与腔室110耦合的加热喷射器142及冷却喷射器152被配置成加热或冷却腔室110中的空间114，而与腔室120耦合的加热喷射器144及冷却喷射器154被配置成加热或冷却腔室120中的空间124。在一些实施例中，加热喷射器142、144及冷却喷射器152、154可通过将液体或气体中的至少一者喷射到腔室110或120中来加热或冷却空间114或124。

与图1中的器件100相比，热泵1600进一步包括液体收集器件1610、1620、管道1612、1622、控制阀1614、1624、第二液体罐1616、1626、第一液体罐1618、1628、控制阀1632、1634、1636及1638以及泵1642、1644。

连接到加热喷射器142、144的输入通道1602被配置成提供具有第一温度的工作流体。更具体来说，如图16中所示，在应用于腔室110的加热过程中，来自输入通道1602的暖液体由泵162泵送，并通过加热喷射器142喷射到空间114中，以加热空间114。

另一方面，在应用于腔室110的冷却过程中，冷液体(例如，液体罐1618中的液体)由泵1642泵送，并通过冷却喷射器152喷射到空间114中，以冷却空间114。即，加热喷射器142及冷却喷射器152分别将流体喷射到腔室110中。

液体收集器件1610被布置成在腔室110内的工作流体的表面附近浮动，且被配置成收集由加热喷射器142或冷却喷射器152喷射的液体的至少一部分。如图16中所示，管道1612耦合在液体收集器件1610与控制阀1614之间，且被配置成提供由液体收集器件1610收集的液体的路径。控制阀1614耦合到液体罐1616及液体罐1618，且被配置成控制由液体收集器件1610收集的液体流动到液体罐1616或液体罐1618中。液体罐1618中的液体的温度低于液体罐1616中的液体的温度。

液体收集器件1610通过管道1612、控制阀1614、液体罐1618及泵1642耦合到冷却喷射器152。在空间114中的气体的膨胀过程中，来自输入通道1602的暖液体通过加热喷射器142喷射，以加热空间114中的气体，且然后由液体收集器件1610收集。液体收集器件1610的表面上的液体随着热量的传递而冷却，以在空间114中的气体膨胀时提供所需的功(work)。经冷却的液体然后经由管道1612流动到控制阀1614中，且控制阀1614控制经冷却的液体流动到液体罐1618中，液体罐1618是收集冷液体的液体罐。

另一方面，在空间114中的气体的压缩过程中，泵1642泵送液体罐1618中的液体，且冷却喷射器152被配置成将存储在液体罐1618中的冷液体喷射到腔室110中，以冷却空间114中的气体，且然后由液体收集器件1610收集。当空间114中的气体压缩时，液体收集器件1610的表面上的液体吸收热量。然后，经加热的液体经由管道1612流动到控制阀1614中，且控制阀1614控制经加热的液体流动到液体罐1616中，液体罐1616是收集暖液体的液体罐。因此，液体可在由液体收集器件1610收集之后被再循环回以供重新使用。

控制阀1632、1636分别耦合到液体罐1616及液体罐1618。更具体来说，控制阀1632被配置成提供将液体罐1616中的液体排出到与液体收集器件1610、1620连接的输出通道1608的流动路径。在一些实施例中，存储在液体罐1616中并经由输出通道1608输出的工作流体的温度高于来自输入通道1602的暖液体的温度(即，第一温度)。另一方面，控制阀1636被配置成提供将液体罐1618中的液体排出到与液体收集器件1610、1620连接的另一输出通道1606的流动路径。在一些实施例中，存储在液体罐1618中并经由输出通道1606输出的工作流体的温度低于来自输入通道1602的暖液体的温度(即，第一温度)。

在一些实施例中，布置在腔室120侧处的液体收集器件1620、管道1622、控制阀1624、第二液体罐1626、第一液体罐1628、控制阀1634、1638及泵1644的操作与在以上实施例中论述的布置在腔室110侧处的液体收集器件1610、管道1612、控制阀1614、液体罐1616、液体罐1618、控制阀1632、1636及泵1642的操作相同或相似。例如，液体收集器件1620被布置成在腔室120内的工作流体的表面附近浮动，且被配置成收集由加热喷射器144或冷却喷射器154喷射的液体的至少一部分。液体收集器件1620通过管道1622、控制阀1624、液体罐1628及泵1644耦合到冷却喷射器154。因此，在空间124中的气体的压缩过程中，泵1644泵送液体罐1628中的液体，且冷却喷射器154被配置成将存储在液体罐1628中的冷液体喷射到腔室120，以冷却空间124中的气体，且然后由液体收集器件1620收集。当空间124中的气体压缩时，液体收集器件1620的表面上的液体吸收热量。然后，经加热的液体经由管道1622流动到控制阀1624中，且控制阀1624控制经加热的液体流动到液体罐1626中，液体罐1626是收集暖液体的液体罐。在空间124中的气体的膨胀过程中，来自输入通道1602的暖液体通过加热喷射器144喷射，以加热空间124中的气体，且然后由液体收集器件1620收集。液体收集器件1620的表面上的液体随着热量的传递而冷却，以提供当空间124中的气体膨胀时所需的功。经冷却的液体然后经由管道1622流动到控制阀1624中，且控制阀1624控制经冷却的液体流动到液体罐1628中，液体罐1628是收集冷液体的液体罐。因此，液体可在由液体收集器件1620收集之后被再循环回以供重新使用。

参照图17。图17示出根据本公开一些实施例的作用于热泵1600的空间114及124中的空气或气体的热力学过程的压力-容积曲线图1700。水平轴表示腔室中的气体的容积，而垂直轴表示腔室中的气体的压力。

当空间114处于操作点A且工作液体112的表面处于最高点时，空间124处于操作点B且工作液体122的表面处于最低点。曲线Tin表示来自输入通道1602的暖液体的温度(即，第一温度)的恒温(等温)线。曲线TL表示存储在第一液体罐1618、1628中的液体的温度的恒温(等温)线。

当工作液体112的表面处于最高点时，泵1642被配置成关断，且泵162被配置成接通，以通过加热喷射器142来喷射暖液体。随着工作液体112的表面下降且空间114中的气体膨胀，所收集液体的温度相应地下降。控制阀1614被配置成将管道1612连接到液体罐1618，以将在膨胀期间分散热量的液体从液体收集器件1610引导到液体罐1618中。

同时，泵164被配置成关断，且泵1644被配置成接通，以通过冷却喷射器154喷射第一液体罐1628中的冷液体。工作液体122的表面从最低点上升，随着空间124中的气体被压缩，所收集液体的温度相应地上升。控制阀1624被配置成将管道1622连接到第二液体罐1626，以将在压缩期间吸收热量的液体从液体收集器件1620引导到第二液体罐1626中。

因此，在此阶段期间，空间114中气体的操作点在曲线1710及1720上从点A、点C移动到点B，此代表膨胀过程。空间124中气体的操作点在曲线1730及1740上从点B、点C移动到点A，此代表压缩过程。

当工作液体122的表面达到最高点时，泵1644被配置成关断，且泵164被配置成接通，以通过加热喷射器144喷射暖液体。随着工作液体122的表面开始下降且空间124中的气体膨胀，所收集液体的温度相应地下降。控制阀1624被配置成将管道1622连接到第一液体罐1628，以将在膨胀期间分散热量的液体从液体收集器件1620引导到第一液体罐1628中。

相似于以上操作，泵162被配置成关断，且泵1642被配置成接通，以通过冷却喷射器152喷射液体罐1618中的冷液体。工作液体112的表面从最低点上升，随着空间114中的气体被压缩，所收集液体的温度相应地上升。控制阀1614被配置成将管道1612连接到液体罐1616，以将在压缩期间吸收热量的液体从液体收集器件1610引导到液体罐1616中。

因此，在此阶段期间，空间124中气体的操作点在曲线1710及1720上从点A、点C移动到点B，此代表膨胀过程。空间114中气体的操作点在曲线1730及1740上从点B、点C移动到点A，此代表压缩过程。因此，当空间114及124中的气体经历膨胀及压缩过程时，循环完成。由曲线1720及1730界定的面积A1表示正输出功，而由曲线1710及1740界定的面积A2表示负输出功。在一个实施例中，为实现操作，面积A1大于面积A2。在一些实施例中，面积A1的大小相依于在空间114、124的膨胀过程中喷射的液体量。暖液体热泵1600在膨胀过程中喷射得越多，则面积A1的大小越大。另外，面积A2的大小相依于在空间114、124的压缩过程中喷射的液体量。冷液体热泵1600在压缩过程中喷射得越多，则面积A2的大小越小。

更具体来说，来自输入通道1602的暖液体的温度与存储在第一液体罐1618、1628中的液体的温度之间的差相依于在空间114、124的膨胀过程中喷射的液体量。更具体来说，在膨胀过程中喷射的液体越多，则存在的温差越小。另一方面，经由输出通道1608输出的液体的温度相依于在空间114、124的压缩过程中喷射的液体量。

例如，在一些实施例中，在膨胀过程中喷射100kg 20摄氏度的液体，且在膨胀后收集到100kg 0摄氏度的液体。理想情况下，所吸收的热量等于所生成的热量。因此，如果在压缩过程中喷射50kg 0摄氏度的液体，则可收集50kg 40摄氏度的液体。实际上，由于某些热量/能量损失，收集在加热液体罐1616中并经由输出通道1608输出的热液体可能稍微低于40摄氏度。此处的实例可使用以下热传递方程来计算：Q＝M_E·C_pE·(T_Ein–T_Eout)＝M_C·C_pC·(T_Cout–T_Cin)，其中T_Ein及T_Eout分别表示在膨胀过程中喷射的液体的入口温度及出口温度，而T_Cin及T_Cout分别表示在压缩过程中喷射的液体的入口温度及出口温度。M_E及M_C分别表示在膨胀过程中喷射的液体质量及在压缩过程中喷射的液体质量。C_pE及C_pC表示液体的热容(heatcapacity)。

为易于理解，以下结合图18详细阐述液体收集器件1610、1620的示例性结构。图18示出根据本公开一些实施例的示例性液体收集器件1800。如图18中所示，在一些实施例中，液体收集器件1800包括基底部分1810及从基底部分1810轴向延伸的至少一个凸出部分1820。

在一些实施例中，基底部分1810被配置成在液体表面(例如，工作液体112或122的液体表面)附近浮动。从加热喷射器142、144或冷却喷射器152、154喷射的液体将下降并沿着凸面1820的表面流动。管道1860及1870被布置在凸面1820的底部部分1840、1850附近，且被配置成接纳由凸面1820收集的液体并经由输出末端1880输出所收集液体。因此，图18中所示液体收集器件1800的设计可用于收集所喷射的液体，且可应用于各种实施例中，以实现图16中所示液体收集器件1610或1620。

另外，在一些实施例中，所喷射的液体量可在膨胀或压缩过程中变化。例如，在膨胀过程期间，喷射速率可逐渐降低，使得在相同时间间隔中喷射的液体量减少。另一方面，在压缩过程期间，喷射速率可逐渐增加，使得在相同时间间隔中喷射的液体量增加，此可提高热交换效率。

另外，如图18中所示，在一些实施例中，液体收集器件1800可进一步包括至少一个流动引导结构1832、1834、1836、1838，所述至少一个流动引导结构1832、1834、1836、1838位于凸面1820上且被配置成引导流过凸面1820的液体的流动。参照图19，其示出根据本公开一些实施例的示例性流动引导结构1900。

如图19中所示，在一些实施例中，流动引导结构1900包括固定到凸面1820的表面的板1910。在遇到板1910之前，凸面1820的表面上的液体可具有相对低的温度均匀性，其中下部液体1902比上部液体1904吸收或分散更少的热量。当遇到板1910时，下部液体1902及上部液体1904改变流动方向，并在混合区1906中混合。在混合后，具有相对高的温度均匀性的液体1908继续沿着凸面1820的表面流动。

因此，通过在凸面1820上部署一个或多个流动引导结构1900，可提高液体的温度均匀性，此会改善腔室110、120中的热交换及热泵1600的总体效率。

图20示出根据本公开一些实施例的示例性液体收集器件2000。如图20中所示，在一些实施例中，与图18中的液体收集器件1800相比，液体收集器件2000进一步包括容器2020、泵2040、控制阀2060及布置在凸面1820上方的容器2080。

在膨胀或压缩过程期间，控制阀2060关闭，且被配置成阻断经由输出末端1880排出液体的路径。因此，流过管道1860、1870的所收集液体存储在耦合到管道1860、1870的容器2020中。耦合在容器2020与容器2080之间的泵2040接通，且被配置成将容器2020中的液体泵送回容器2080。然后，液体经由位于容器2080底部处的一个或多个孔流动到凸出部分1820的表面。然后，当膨胀或压缩过程即将结束时，泵2040关断，且控制阀2060打开且被配置成提供将容器2020中的液体经由输出末端1880排出到冷却液体罐(例如，冷却液体罐1618、1628)或加热液体罐(例如，加热液体罐1616、1626)的流动路径。因此，液体可在膨胀或压缩过程期间重新使用，以生成附加的输出或提高能量转换效率。

注意，图18及图20中所示液体收集器件1800及2000仅为实例，且不意在限制本公开。对于所属领域中的技术人员来说将显而易见的是，可对液体收集器件1610或1620进行各种修改及变化。例如，在一些实施例中，液体收集器件1800可在一个基底部分1810上包括多个凸面1820。

在一些实施例中，容器2020、泵2040、控制阀2060可布置在液体收集器件2000的外部，且可为热泵1600中的独立组件。参照图21，其示出根据本公开一些实施例的热泵2100的替代设计。如图21中所示，热泵2100进一步包括部署在腔室110外部的容器2120、泵2140及控制阀2160。容器2120、泵2140及控制阀2160的操作相似于在以上实施例中阐述的容器2020、泵2040及控制阀2060的操作。

在膨胀或压缩过程期间，控制阀2160关闭，且被配置成阻断排出液体的流动路径。泵2140被配置成将容器2120中的液体泵送回液体收集器件1610(例如，泵送回布置在液体收集器件1610中的凸面1820上方的容器2080)，以将液体重新用于热交换。当膨胀或压缩过程即将终止时，控制阀2160打开，且被配置成在控制阀1614的控制下，经由控制阀1614将液体选择性地排出到液体罐1616或液体罐1618。因此，热泵2100可生成更多的功并提高能量转换效率。

参照图22，其示出根据本公开一些实施例的热交换系统2200。在一些实施例中，热交换系统2200可应用于空气调节(加热通风与空气调节(Heating,Ventilation and AirConditioning，HVAC))器件或冷冻水系统。如图22中所示，热交换系统2200包括热泵1600、热交换器2210、2220及被配置成冷却液体的冷却塔2240。如以上实施例中所论述，热泵1600被配置成从输入通道1602接收暖液体(例如，具有第一温度的液体)，从输出通道1606输出冷液体(例如，温度低于第一温度的液体)，且从输出通道1608输出热液体(例如，温度高于第一温度的液体)。

在一些实施例中，热交换器2210与热泵1600的输出通道1606及气体管道2230耦合。热交换器2210被配置成在流过气体管道2230的空气与从输出通道1606流出的工作液体之间传递热量。来自输出通道1606的冷液体从气体管道2230中的空气流吸收热量，且经由气体管道2230的出气通道(outlet air passage)2234提供的空气流的温度低于经由气体管道2230的进气通道(inlet air passage)2232接收的空气流的温度。在热交换之后，液体的温度上升，且然后液体经由输入通道1602循环回到热泵1600。因此，热交换系统2200可在循环系统中生成冷却空气，且可用于例如大规模空气调节系统等各种应用中。

在一些实施例中，热交换器2220与热泵1600的输出通道1608及冷却塔2240耦合。热交换器2220被配置成在从输出通道1608流出的工作液体与经由管道2242、2244从冷却塔2240流出的液体之间传递热量。因此，热液体在流过热交换器2220之后被冷却，且然后经由输入通道1602循环回到热泵1600。

通过应用热泵1600，利用温差产生了机械能，且然后所述机械能被用作完成将能量从热源传递到热沉(heat sink)的工作的能量。因此，与常规系统相比，在使用热泵1600的热交换系统2200中，可减少热传递及整个系统所需的电力。因此，热交换系统2200可实现对于空间加热或空间冷却而言节能且成本高效的设计。

在一些实施例中，液体收集器件1610、1620也可应用于用于发电的器件中。参照图23，其示出根据本公开一些实施例的用于发电的示例性器件2300。相似于图1中的器件100，器件2300也包括通过流动通道116彼此耦合的腔室110、120以及与腔室120耦合的动力提取单元130。动力提取单元130的详细操作在以上各种实施例中进行了论述。

与图1中的器件100相比，液体收集器件1610、1620部署在器件2300的腔室110、120中，以收集从加热喷射器142、144或冷却喷射器152、154喷射的液体。液体收集器件1610、1620的详细操作也在以上各种实施例中进行了论述。通过相似于图16中的热泵1600的设计，由液体收集器件1610、1620收集的热液体及冷液体可分别存储在第二液体罐1616、1626及第一液体罐1618、1628中。

因此，器件2300不再从两个不同的输入末端接收较暖的海水及较冷的海水二者，而是可从器件2300的单个输入通道2302接收暖海水，以在腔室110、120中的膨胀及压缩过程的循环期间生成具有不同温度的液体。另外，分别与第一液体罐1618、1628耦合的控制阀1636及1638被配置成控制用于将工作流体从第一液体罐1618、1628排出到器件2300的输出通道2304的通道。因此，在海水在操作期间喷射到腔室110、120中的同时，通过排出相同量的海水，器件2300中的工作流体的总容积保持恒定。

通过使用分别耦合到加热喷射器142、144及冷却喷射器152、154的泵2332、2334、1642、1644泵送液体，加热喷射器142、144及冷却喷射器152、154可分别将存储在第二液体罐1616、1626及第一液体罐1618、1628中的液体喷射到腔室110、120，以实现图1中的器件100的相似操作。在一些实施例中，存储在第二液体罐1616、1626中的液体可为用于加热空间114及124中的气体的主要加热液体源，如果存储在第二液体罐1616、1626中的液体不足以维持所述系统，则来自输入通道2302的暖海水可为辅助加热液体源。

因此，器件2300可导致空间124的压缩力或膨胀力中的至少一者，此会驱动与腔室120耦合的动力提取单元130。因此，连接到动力提取单元130的涡轮及发电机可在从动力提取单元130输出的气体或其他工作流体的驱动下响应于空间114及空间124的温度变化而发电。在以上实施例中详细阐述了器件2300的详细操作。

注意，尽管热泵1600与器件2300二者均利用加热喷射器142、144及冷却喷射器152、154喷射加热液体及冷却液体来发电，然而冷却液体量对加热液体量的比率可根据需要而不同地设计。例如，冷却液体量对加热液体量的比率较低的热泵1600可生成温度较高的加热液体。另一方面，对于用于发电的器件2300，再循环液体的温度可等于所输入液体(例如，暖海水)的温度。因此，在一些实施例中，冷却液体量对加热液体量的比率可为近似1减去热效率，但是由于热损失而小于此值。

参照图24。图24示出根据本公开一些实施例的斯特林循环中作用于图23中器件2300的空间114及124中的空气或气体的四个热力学过程的压力-容积曲线图2400。水平轴表示腔室中的气体的容积，而垂直轴表示腔室中的气体的压力。曲线Tin表示由加热喷射器142、144喷射的液体的温度的恒温(等温)线。曲线TL表示由冷却喷射器152、154喷射的液体的温度的恒温(等温)线。

如图24中所示，在前半个循环中，空间114中气体的操作点在曲线2410、2420上从点A、点B移动到点C，此代表膨胀过程。另一方面，空间124中气体的操作点在曲线2430、2440上从点C、点D移动到点A，此代表压缩过程。在后半个周期中，空间114中气体的操作点在曲线2430、2440上从点C、点D移动到点A，此代表压缩过程。另一方面，空间124中气体的操作点在曲线2410、2420上从点A、点B移动到点C，此代表膨胀过程。

参照图25，其示出根据本公开一些实施例的示例性海洋热能转换(OTEC)系统2500。如图25中所示，OTEC系统2500包括并联连接的两个图23中的器件2300、输入末端2502及排出末端2504。相似于图5中的OTEC系统500，OTEC系统2500也包括高压罐510、加热器件520、涡轮发动机530、发电机540及低压罐550，其操作相似于图5所示实施例中所论述的操作。注意，图25中所示OTEC系统2500是实例，且不意在限制本公开。在一些实施例中，OTEC系统2500可包括并联连接的三个或更多个器件2300。

输入末端2502被配置成接收较暖的浅层或表面海水，且连接到器件2300的输入通道2302。排出末端2504被配置成在使用后排出海水，且连接到器件2300的输出通道2304。

当OTEC系统2500中的器件2300从输出末端404输出具有高压的气体时，如图4A及图4B中所示操作中所述，所输出气体被馈送到高压罐510中，且然后经由管道562提供到加热器件520。加热器件520被配置成使用暖海水或其他热源加热气体，其中末端572及574是热源的输入末端及输出末端。然后，经加热的气体经由管道564提供到涡轮发动机530，并驱动涡轮发动机530输出机械动力，以使发电机540发电。在通过涡轮发动机530之后，具有较低压力的气体经由涡轮发动机530的排气管排出，并经由管道566提供到低压罐550。因此，低压气体可经由连接到低压罐550的输入末端402循环回到器件2300中，以供用于下一循环。注意，在一些实施例中，OTEC系统2500中的多个器件2300可在不同的阶段对应地输出高压气体。因此，可减小压力的变化，以便提供具有较低波动的稳定输出。

通过利用多个器件2300作为热力发动机，OTEC系统2500可实现具有较少器件组件及简单管道布置的简化结构。因此，与使用常规热力发动机的系统相比，可保证较低的制造成本，且可降低单位发电成本。此外，与图5中的OTEC系统500相比，在OTEC系统2500中仅需要暖海水，此为选择适合于OTEC系统安装的位置带来了更多的灵活性。由于OTEC系统2500本身可生成冷水，因此其可位于任何可获得暖海水的未冻结的近岸(near-shore)或外滨(offshore)区域。

参照图26，其示出根据本公开一些实施例的示例性液体收集器件2600。如图26中所示，在一些实施例中，液体收集器件2600具有两个层。在液体收集器件2600中示出的例如基底部分1810、凸出部分1820、容器2080等一些元件的操作可与如以上所论述的图20所示液体收集器件2000中的对应或相似元件(例如，具有相同参考编号的元件)的操作相同或相似。

与图20中的液体收集器件2000相比，液体收集器件2600进一步包括收集结构2610，收集结构2610布置在从基底部分1810轴向延伸的凸出部分1820上方。收集结构2610可安装并固定在腔室110或腔室120中，且被配置成收集从加热喷射器142、144或冷却喷射器152、154喷射的液体的至少一部分。由收集结构2610收集的液体可用于在斯特林循环中的恒容热量移除过程和/或恒容热量添加过程(例如以上结合图2及图3A至图3D所论述者)期间加热或冷却腔室110或腔室120中的气体。

沿着收集结构2610的表面流动的液体然后将落入容器2612及2614中。管道2616及2618分别耦合到容器2612及2614，且被配置成接收由收集结构2610的表面收集的液体，并将所收集液体排出到控制阀2620。因此，所收集液体可在控制阀2620的控制下经由控制阀2620选择性地排出或引导到输出通道2622或输出通道2624。

腔室110或腔室120中的气体可被配置成在收集结构2610之外及之下的空间之间流动。即，收集结构2610与凸出部分1820之间的空间中的气体可流动到收集结构2610之外的空间，反之亦然。经由管道2632从输入通道2630泵送回容器2080的液体可用于循环中压缩或膨胀的热交换。例如，从输入通道2630流出的液体经由管道2632引导到容器2080，且然后沿着凸面1820的表面流动。随着气体膨胀或压缩，沿着凸面1820的表面流动的液体的温度下降或上升。

与具有单层的液体收集器件2000相比，应用具有两层的液体收集器件2600的热机的输出功率可提高，这是因为在操作期间喷射的冷液体或热液体的量不存在限制。因此，气体的温度可达到更高的最大值及更低的最小值。

另外，其温度有所变化的气体的相当大的一部分位于收集结构2610与凸出部分1820之间的空间中。因此，实际操作曲线可更接近于压缩操作或膨胀操作二者的理想恒温(等温)曲线，且因此可提高热机的输出功率。

此外，当液体收集器件2600应用于热泵应用中时，所有传递的热量均从热泵输出。例如，如以上实施例中所论述，对于单层式液体收集器件(例如液体收集器件2000)，在忽略热损失的理想条件下，可在一个循环中收集50kg 40摄氏度的液体及50kg 0摄氏度的液体，接收到100kg 20摄氏度的液体。在热交换之后，所得液体可为35摄氏度及5摄氏度的液体。根据热传递方程，热泵在单个循环中传递的热量可计算为质量、比热容(specific heatcapacity)及温差的乘积。在本情形中，其将是C·50kg·5。

另一方面，对于两层式液体收集器件(例如液体收集器件2600)，热量直接在35度的液体与5度的液体之间移动。因此，热泵在单个循环中传递的热量将是C·100kg·20(即，在热交换过程中传递的所有热量)，此是使用单层式液体收集器件的热泵传递的热量的八倍。

图27A示出根据本公开一些实施例的具有液体收集器件2600的示例性热泵器件2700a的一部分。由于与图27A中所示热泵器件2700a的左手侧的布置对称，因此为易于理解，本文中省略了热泵器件2700a的右手侧。在前面的实施例中具有相同参考编号的元件共用与在以上实施例中论述的操作相同或相似的操作，且因此本文中不再对这些元件的详细操作予以赘述。

如图27A中所示，腔室110被划分成两个独立的子腔室，其中的一个容纳工作流体2706以及空间2708中位于工作流体2706的一部分上方的气体。布置在隔开两个子腔室的壁上的控制阀2702、2704、2710及2712被配置成控制工作流体2706及气体是否可在所述两个子腔室之间流动。如图27A中所示，在膨胀期间，控制阀2702及2710布置在液体的最低表面之下，而在压缩期间，控制阀2704布置在液体的最高表面上方。液体罐2730被配置成存储从输出末端1880输出的液体，且液体罐2732被配置成存储从输出通道2624输出的液体。泵2720、2722及2724分别被配置成将液体泵送回腔室110。

在作用于空间114中的空气或气体的膨胀过程期间，控制阀2702、2710、2712被关闭且被配置成阻断流动路径。控制阀2704打开，以在空间2708与空间114之间为气体提供流动路径。此时，腔室110中的空气压力大于腔室120中的空气压力，以经由流动通道116将工作流体2706推向腔室120。随着工作流体2706的表面相应地下降，当工作流体2706的表面低于控制阀2712时，控制阀2712打开，使得工作液体112经由流动路径流动到工作流体2706中。当工作流体2706的表面低于控制阀2710时，控制阀2710打开，使得工作液体112经由流动路径流动到工作流体2706中。

同时，泵2720被配置成泵送存储在液体罐2730中的暖液体，以通过加热喷射器142喷射暖液体，从而加热空间114中的气体。在膨胀期间分散热量的所喷射液体由液体收集器件2600收集，并经由输出通道2624流动到液体罐2732中。在此过程期间，泵2722及2724关断。

另一方面，在作用于空间114中的空气或气体的压缩过程期间，控制阀2704、2710、2712关闭且被配置成阻断流动路径。控制阀2702打开以在工作液体112与工作液体2706之间提供流动路径。此时，工作流体经由流动通道116流动到工作液体112及2706中，并压缩空间114及2708中的气体。

同时，泵2722被配置成泵送工作液体112，以通过冷却喷射器152喷射液体，从而冷却空间114中的气体。在压缩期间吸收热量的所喷射液体由液体收集器件2600收集，并经由输出通道2622直接流动回工作液体112。泵2724被配置成将存储在液体罐2732中的具有降低的温度的液体泵送回输入通道2630。在液体收集器件2600中加热之后，经加热的液体经由输出末端1880流动到液体罐2730中。在此过程期间，泵2720关断。

如图27A中所示，工作流体112流过热交换器2210以吸收热量，且存储在液体罐2730中的暖液体流过热交换器2220并进入液体罐2732中，以分散热量以便降低其温度。将理解，由热交换器2210、2220执行的热传递独立于膨胀及压缩过程，且可在整个循环期间的任何时候执行。

图27B示出根据本公开一些实施例的具有液体收集器件2600的另一示例性热泵器件2700b的一部分。由于与图27A中所示热泵器件2700b的左手侧的布置对称，因此为易于理解，本文中省略了热泵器件2700b的右手侧。与图27A中所示热泵器件2700a相比，在热泵器件2700b中，工作流体112被用作暖液体，而在热泵器件2700a中，工作流体112被用作冷液体。

如图27B中所示，在膨胀期间，控制阀2702布置在液体的最低表面之下，而在压缩期间，控制阀2704及2714布置在液体的最高表面上方。液体罐2730被配置成存储从输出末端1880输出的冷液体，且液体罐2732被配置成存储从输出通道2622输出的液体。泵2720、2722及2724分别被配置成将液体泵送回腔室110。

在作用于空间114中的空气或气体的膨胀过程期间，控制阀2704、2712、2714关闭且被配置成阻断流动路径。控制阀2702打开以在工作液体112与工作液体2706之间提供流动路径。此时，工作流体112经由由控制阀2702提供的流动路径流动到工作液体2706中，且然后经由流动通道116流动到腔室120。同时，泵2722被配置成泵送工作液体112，以通过加热喷射器142喷射液体，从而加热空间114中的气体。在膨胀期间分散热量的所喷射液体由液体收集器件2600收集，并经由输出通道2624直接流动回工作液体112。泵2724被配置成将存储在液体罐2732中的具有增加的温度的液体泵送回输入通道2630。在液体收集器件2600中冷却之后，经冷却的液体经由输出末端1880流动到液体罐2730中。在此过程期间，泵2720关断。

另一方面，在作用于空间114中的空气或气体的压缩过程期间，控制阀2702关闭且被配置成阻断流动路径。控制阀2710、2712、2714打开以在空间2708与空间114之间为气体提供流动路径。此时，腔室110中的空气压力低于腔室120中的空气压力，以经由流动通道116将工作流体从腔室120推向腔室110。当工作流体2706的表面高于控制阀2712时，工作流体2706经由由控制阀2712提供的流动路径流动到工作流体112中。当工作流体112的表面达到控制阀2712的高度时，控制阀2712关闭。相似地，当工作流体2706的表面高于控制阀2714时，工作液体2706经由由控制阀2714提供的流动路径流动到工作流体112中。当工作流体112的表面达到控制阀2714的高度时，控制阀2714关闭。

同时，泵2720被配置成泵送存储在液体罐2730中的冷液体，以通过冷却喷射器152喷射冷液体，从而冷却空间114中的气体。在压缩期间吸收热量的所喷射液体由液体收集器件2600收集，并经由输出通道2622流动到液体罐2732中。在此过程期间，泵2722及2724关断。

在图27B所示实施例中，工作流体112流过热交换器2220以分散热量，且存储在液体罐2730中的冷液体流过热交换器2210并进入液体罐2732中，以吸收热量以便增加其温度。相似于图27A所示实施例，将理解，由热交换器2210、2220执行的热传递独立于膨胀及压缩过程，且可在整个循环期间的任何时候执行。

图28A及图28B分别示出根据本公开一些实施例的具有液体收集器件2600的示例性热机器件2800a及2800b的一部分。热机器件2800a及2800b分别共用热泵器件2700a及2700b的相似配置及操作。在图28A中，热机器件2800a包括热交换器2810，热交换器2810被配置成吸收来自输入通道2302的热量。因此，热机器件2800a能够将热能转换成由动力提取单元130输出的动力。相似地，在图28B中，热交换器2810也被配置成吸收来自输入通道2302的热量。因此，热机器件2800b能够将热能转换成由动力提取单元130输出的动力。

在前面的说明书中，已参照可能因实施方案不同而变化的许多具体细节阐述了实施例。可对所阐述的实施例进行某些调整及修改。还旨在使图中所示步骤顺序仅用于例示性目的，而不旨在限于任何特定的步骤顺序。因此，所属领域中的技术人员可理解，在实施相同的方法时，可以不同的次序执行这些步骤。

除非另有特别声明，否则本文中所使用的用语“或”囊括所有可能的组合(不可行的情况除外)。例如，如果声明数据库可包括A或B，则除非另有特别声明或不可行，否则数据库可包括A、或B、或者A及B。作为第二个实例，如果声明数据库可包括A、B或C，则除非另有特别声明或不可行，否则数据库可包括A、或B、或C、或A及B、或A及C、或B及C、或者A及B及C。

在图式及说明书中，已公开了示例性实施例。对于所属领域中的技术人员来说将显而易见的是，可对所公开的系统及相关方法进行各种修改及变化。通过考量所公开的系统及相关方法的说明书及实践，其他实施例对于所属领域中的技术人员来说将显而易见。旨在使说明书及实例仅被视为示例性的，真正的范围由以上权利要求书及其等效形式指示。

Claims

1.一种热泵，其特征在于，包括：

第一腔室，容纳工作流体，且在所述第一腔室内具有第一空间，所述第一空间位于所述第一腔室内的所述工作流体的至少一部分上方；

第二腔室，与所述第一腔室流体耦合，所述工作流体能够经由位于所述第一腔室与所述第二腔室之间的至少一个流动通道在所述第一腔室与所述第二腔室之间流动，所述第二腔室在所述第二腔室内具有第二空间，所述第二空间位于所述第二腔室内的所述工作流体的至少一部分上方；

至少一个第一喷射器件，与所述第一腔室耦合，所述至少一个第一喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第一腔室中来加热或冷却所述第一腔室中的所述第一空间；以及

第一液体收集器件，耦合到所述至少一个第一喷射器件，且被布置成在所述第一腔室内的所述工作流体的表面附近浮动；

至少一个第二喷射器件，与所述第二腔室耦合，所述至少一个第二喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第二腔室中来加热或冷却所述第二腔室中的所述第二空间；

第二液体收集器件，耦合到所述至少一个第二喷射器件，且被布置成在所述第二腔室内的所述工作流体的表面附近浮动；

其中所述加热所述第一空间及所述冷却所述第一空间中的至少一者导致所述第二空间的压缩或膨胀中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的热泵，其中所述至少一个第一喷射器件包括：

第一加热喷射器，被配置成加热所述第一腔室中的所述第一空间，其中所述第一加热喷射器喷射温度高于所述第一空间的当前温度的液体；以及

第一冷却喷射器，被配置成冷却所述第一腔室中的所述第一空间，其中所述第一冷却喷射器喷射温度低于所述第一空间的所述当前温度的液体；

其中所述第一液体收集器件被配置成收集由所述第一加热喷射器或由所述第一冷却喷射器喷射的所述液体的至少一部分。

3.根据权利要求2所述的热泵，进一步包括：

控制阀，与所述第一液体收集器件耦合；

第一液体罐，与所述控制阀耦合；以及

第二液体罐，与所述控制阀耦合；

其中所述控制阀被配置成控制由所述第一液体收集器件收集的所述液体流动到所述第一液体罐或所述第二液体罐中，且所述第一液体罐中的所述液体的所述温度低于所述第二液体罐中的所述液体的所述温度。

4.根据权利要求3所述的热泵，其中所述第一加热喷射器被配置成将所述第二液体罐中的所述液体喷射到所述第一腔室。

5.根据权利要求3所述的热泵，其中所述第一冷却喷射器被配置成将所述第一液体罐中的所述液体喷射到所述第一腔室。

6.根据权利要求1所述的热泵，其中所述第一液体收集器件包括：

基底部分，被配置成在液体表面附近浮动；

至少一个凸面，位于所述基底部分之上；以及

至少一个管道，布置在所述至少一个凸面的底部部分附近，以接纳由所述至少一个凸面收集的液体。

7.根据权利要求6所述的热泵，其中所述第一液体收集器件进一步包括：

至少一个导流结构，位于所述至少一个凸面上，且被配置成引导流过所述至少一个凸面的所述液体的流动。

8.根据权利要求6所述的热泵，其中所述第一液体收集器件进一步包括：

第一容器，布置在所述至少一个凸面上方；

第二容器，耦合到所述至少一个管道，且被配置成存储流过所述至少一个管道的所述液体；以及

泵，耦合在所述第一容器与所述第二容器之间，且被配置成将所述第二容器中的所述液体泵送到所述第一容器。

9.根据权利要求8所述的热泵，其中所述第一液体收集器件进一步包括：

控制阀，耦合到所述第二容器，且被配置成将所述第二容器中的所述液体排出到第一液体罐或第二液体罐。

10.根据权利要求6所述的热泵，其中所述第一液体收集器件进一步包括：

第一容器，布置在所述至少一个凸面上方；

且所述热泵进一步包括：

第二容器，耦合到所述至少一个管道，且被配置成收集流过所述至少一个管道的所述液体；以及

11.根据权利要求10所述的热泵，其中所述热泵进一步包括：

12.一种能量产生系统，其特征在于，包括：

一个或多个器件，用于发电，所述一个或多个器件包括：

至少一个第一喷射器件，与所述第一腔室耦合，所述至少一个第一喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第一腔室中来加热或冷却所述第一腔室中的所述第一空间；

第二液体收集器件，耦合到所述至少一个第二喷射器件，且被布置成在所述第二腔室内的所述工作流体的表面附近浮动；以及

动力提取单元，与所述第二腔室耦合；

其中所述加热所述第一空间及所述冷却所述第一空间中的至少一者导致所述第二空间的压缩或膨胀中的至少一者，且所述第二空间的压缩或膨胀中的所述至少一者驱动所述动力提取单元。

13.根据权利要求12所述的能量产生系统，其中所述至少一个第一喷射器件包括被配置成加热所述第一空间的第一加热喷射器及被配置成冷却所述第一空间的第一冷却喷射器，且所述能量产生系统进一步包括：

输入通道，连接到所述一个或多个器件中的所述第一加热喷射器，且被配置成提供温度高于所述第一空间的当前温度的所述工作流体；以及

输出通道，连接到所述一个或多个器件中的所述第一液体收集器件及所述第二液体收集器件，且被配置成输出温度低于所述第一空间的所述当前温度的所述工作流体。

14.根据权利要求13所述的能量产生系统，其中所述一个或多个器件中的任何一者包括：

控制阀，与所述第一液体收集器件耦合；

第一液体罐，与所述控制阀耦合；以及

第二液体罐，与所述控制阀耦合，其中所述第一液体罐中的液体的所述温度低于所述第二液体罐中的液体的所述温度；

其中所述第一液体收集器件被配置成收集由所述第一加热喷射器或由所述第一冷却喷射器喷射的所述液体的至少一部分，且所述控制阀被配置成控制由所述第一液体收集器件收集的所述液体流动到所述第一液体罐或所述第二液体罐中。

15.根据权利要求14所述的能量产生系统，其中所述第一加热喷射器被配置成将所述第二液体罐中的所述液体喷射到所述第一腔室，且所述第一冷却喷射器被配置成将所述第一液体罐中的所述液体喷射到所述第一腔室。

16.根据权利要求14所述的能量产生系统，其中所述一个或多个器件中的任何一者包括：

第二控制阀，与所述第一液体罐及所述输出通道耦合，且被配置成控制用于将所述工作流体从所述第一液体罐排出到所述输出通道的通道。

17.根据权利要求12所述的能量产生系统，进一步包括发电机，所述发电机在从所述动力提取单元输出的气体或所述工作流体的驱动下响应于所述一个或多个器件的所述第一空间及所述第二空间的温度变化而发电。

18.一种热交换系统，其特征在于，包括：

至少一个热泵，包括：

至少一个第二喷射器件，与所述第二腔室耦合，所述至少一个第二喷射器件被配置成通过将液体或气体中的至少一者喷射到所述第二腔室中来加热或冷却所述第二腔室中的所述第二空间；以及

输入通道，连接到所述至少一个第一喷射器件及所述至少一个第二喷射器件，且被配置成提供具有第一温度的所述工作流体；

第一输出通道，连接到所述至少一个热泵的所述第一液体收集器件及所述第二液体收集器件，且被配置成输出温度高于所述第一温度的所述工作流体；以及

第二输出通道，连接到所述至少一个热泵的所述第一液体收集器件及所述第二液体收集器件，且被配置成输出温度低于所述第一温度的所述工作流体。

19.根据权利要求18所述的热交换系统，进一步包括：

第一热交换器，与所述热泵及冷却塔耦合，且被配置成在从所述第一输出通道流动的所述工作液体与从所述冷却塔流动的液体之间传递热量。

20.根据权利要求18所述的热交换系统，进一步包括：

第二热交换器，与所述热泵及气体管道耦合，且被配置成在流过所述气体管道的空气与从所述第二输出通道流动的所述工作液体之间传递热量。