CN102007362A - 传热装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种转动装置(107)，通过离心的加压流体在转动轴线处从出口中产生热、冷和压力，该转动装置包括至少两个下面支承的U形通道结构(107)，其中，通道(104、105)之一从各个U形通道结构(107)朝向外围(107)处于热接触，形成热交换器(106)，其中，通道中的一个通道(105)含有可压缩的冷却流体，由于通道(105)内的离心压缩而在冷却流体中形成热量，该热量传送到第二通道(104)内温度较低的加热流体，在热交换器(106)内热交换终止于外围(107)，U形通道(107)连接到转动轴线处的其入口通道(101、102)和出口通道(111、112)，用来通过外围(107)传送所述流体通过U形通道(104、105、108、109)，其在加热流体的出口(111)之后用于热的开发利用，而冷却流体(112)用于冷的开发利用，加热流体在出口(111)之前通过从热交换器(106)接受的热量被加压，在入口(102)前用合适的循环压力对冷却流体加压以补偿热交换器(106)内发出的热量，而加热流体的膨胀作功减少了对冷却流体压缩作功供给的能量，通过合适的装置来转动U形通道结构，该U形通道围绕转动轴线径向地和平衡地布置。

Description

传热装置和方法

技术领域

本发明涉及借助于离心力在加压流体中产生热量。

背景技术

已知有各种装置，这些装置转动以利用离心力来压缩流体，然后，流体被加热而将热量递送到装置外围处的另一流体或介质。

这些装置的共同之处在于，其中一种流体通过位于外围处的喷嘴驱动该装置，流体通过该装置仅用离心力进行运输。

由于外围处的所述喷嘴的内外之间压差很大，所以在流体内产生了高的速度，并有相应的摩擦和紊流。如果喷嘴沿转动方向向后转，则该动向也产生转动阻力和摩擦。所述动向的结果降低了效率。

当流体是相对潮湿的气体时，气体在向其它流体发出热量时因为温度降低和压力增高而会凝结出水来。此外，冷凝液体的焓会在所述外围喷嘴后减小气体中的温度下降。这降低了冷却效率。

外围处的喷嘴最适宜流体在一个转动速度下处于特定的温度和压力。这也导致适应性很差。

发明内容

本发明的目的是获得传热的转动装置，其避免现有技术装置的以上所述缺点。

该目的用根据本发明的装置和方法来达到，其呈现在以下的权利要求书中。

在本发明中，效率的提高尤其在于，入口和出口主要在转动轴线上，流体在轴线上通过通道传入/传出外围；存在有两种以上的流体，其中，至少一种流体是可压缩的以便提供热量。可压缩流体可直接与另一呈雾状的朝向外围之外的不可压缩流体热交换。该转动装置安装在轴承上，该轴承装在周围抽空的带有密封的外壳内。

附图说明

现将根据附图详细地描述本发明，附图中：

图1示出本发明一实施例的轴向纵剖视的原理图；转动轴线的一侧仅示出两个U形通道结构；转动轴线的相对侧呈对称，等同于所示一侧。

具体实施方式

图1示出本发明的主要部分，即，圆柱形筒或盘形的结构，或带有轨/铲的盘，或围绕转动轴线沿径向或轴向组装的管子，或是以上形式的组合，而形成U形通道结构107，U形通道结构107连接到轴入口端103处的入口通道101、102，并连接到轴出口端110处的出口通道111、112。轴端103、110悬置在轴承113内，并与适于转动U形通道结构(未示出)的驱动装置相连接。该结构包括入口通道101，该入口通道101用来将加热流体从轴103中心供应到下降通道104，入口通道101围绕入口通道102的轴端103，该入口通道102用来将冷却流体供应到其下降通道105，下降通道105还可用散热片包围或其它方式热接触可安装在其上的加热流体的下降通道104。加热流体的下降通道104也可包括散热片，以便更好地进行热交换，这可在下降通道104、105之间形成热交换器106，并可加强该结构。如果流体在入口前具有相同的温度，则其下降通道105内的冷却流体由于离心力缘故更可被压缩，此外，与其下降通道104内的热流体相比，冷却流体具有低的cp，冷却流体在其朝向外围107流动的路径上连续地变热并将热量传送到加热的流体，在热交换停止的情况下，流体还从外围朝向内流动(彼此隔热)到转动轴线，流动在加热流体的上升通道108内和冷却流体的上升通道109内并流动到其出口，其中，加热流体出口通道111被出口轴110端部处的冷却流体出口通道112所包围。然后，冷却流体用来冷却，而加热流体用来加热。对于调整冷却流体的流动，必须在入口102前提供一调整的压力，以便在其对下降通道105提供较高离心力的上升通道109内抵消较高的重力密度。而对于加热流体来说，情况就相反，通过出口111处的调整的压力调节器(未示出)，或通过使加热流体流过合适的涡轮/涡轮增压器，该增压器提供与入口102前冷却流体的所述调整压力大致相同的工作，因此，在出口111处形成过压，其上升通道108内的重力密度将低于下降通道104内的重力密度。冷却流体的出口也可布置成径向向外延伸，以实现所述循环，但这样提供的效率较低。

流体入口通道101、102和出口通道111、112可布置成包围它们的轴端103、110(未示出)，或者，轴是一合适的管子，其在中间用密封壁封闭，而入口通道之一可用于其中一个端部，另一个端部用于出口通道。管道端部连接到其相应的下降通道和上升通道。

所述U形通道结构或下降通道104、105或上升通道108、109可适于完全径向地弯曲，或部分地向转动方向后面弯曲(未示出)。

通道从入口到出口，其不在闭合系统内(将在下文中描述)，沉淀材料和某些流体可通过外围107上一排合适的喷嘴，沿着外围的外表面和转动装置/U通道结构的一系列喷嘴，进入到圆盘形的喷射分散器(未示出)，分散器从一系列喷嘴接受材料，其在排空的外壳(未示出)内形成低压，外壳不转动且喷射分散器附连到外壳上，在排空的外壳内径向地布置U形通道，围绕转动轴线平衡地布置，U形通道在入口和出口处密封并在轴承内悬置到所述锚固的排空外壳，那里，低压/真空减小了转动阻力。

沉淀下来的所述材料可以是灰尘和水，例如，如果在入口102处使用潮湿空气的话。也可以向入口102处的流体/空气添加调整的雾化水量或其它不可压缩介质或液化流体(未示出)；通过让介质切向地通过合适的通道，在铲子或管子内或围绕铲子或管子，其连续地朝向外围向外雾化介质，由此保持介质的雾化。介质/水将具有螺旋形和向外的切向运动，通过以更加径向方式流动的流体/空气。形成相当大表面面积的介质/水从流体/空气中快速和直接接受热量，并还可间接地从来自下降通道105的其它冷却流体接受热量，所述下降通道105也保持加热流体所有的而无需通道104内的介质/水的全部的或部分的温度。通过调整介质/水的最佳雾化，使得它较长时间悬浮在流体内，它将朝向外围107增加压力和温度，那里，它应是一合适的轴向通道长度，以使介质/水可沉淀，且减慢速度和进一步在所述喷嘴内引导在外围上。在介质/水和某些其它流体的情形中，在所述喷射分散器分离之后，将具有一高压，该高压尤其可完全地或部分地用来参与装置的转动和/或流体/介质的循环或其它能量转换。在喷射分散器之后，热水可在作功之后被开发利用。通过仅使用空气作为冷却流体，空气通过水雾添加，从入口空气变为一加热的流体，如上所述，也可从空气中取得水，尤其是在较高温度和较高相对湿度下。

其中一种流体可沿迄今所提及方向相反方向流动。然后形成一个反向流动的热交换器106。目前的方案要求加热流体应是没有/或限制范围地朝向热交换器106的转动轴线向内将热量发散到冷却流体。如果通道彼此之间隔绝温度，使从径向点和从冷却流体径向向内的合适材料变得比加热流体冷，则可消除这种做法。对于相反方案的流动，通道109内的加热流体也必须与冷却流体通道108绝热。

从入口101到出口111的加热流体通道和冷却流体通道102、112或流体通道中的一个可以是在闭合回路(未示出)内，其中，流体在各个通道内被引导到其热交换器，或在从轴端出发的通道内被引导，所述轴端带有抵靠外部和静态通道和热交换器的合适的拧紧，或流体在通道内被引导，通过安装的圆柱形中心端热交换器从转动装置轴端的各侧被引导，所述热交换器具有合适的位于外侧上的圆形/盘形的散热片，其中，可取自周围环境空气的热交换介质将径向/切向地流入在风扇状外壳内的转动热交换器的外表面上，空气在通道内离开风扇外壳，与安装在风扇外壳上分隔壁的另一侧上的方向相反方向切向/径向地离开，空气在介质入口/出口通道内并平行于轴离开风扇外壳，使途径适于圆形的冷却散热片，所述途径已经对着转子热交换器形成为径向，在热交换器和使空气从加热流体侧接受热量的冷却散热片之间形成小的间隙，并在转动装置的轴相对端上从冷却流体的热交换器得到冷却。通过使用冷却散热片之间合适的间隙，以及散热片适用于该间隙，转子热交换器可执行热交换介质/空气的循环，还提供对热交换有利的相当大的表面面积，且热交换器也变得紧凑。流体可具有闭合回路还适于较高的压力，这使得本发明装置更加紧凑。在此情形中，对两种流体都利用闭合回路，就不需要喷射分散器，然后，排空的外壳内的低压必须用合适的源进行，诸如真空泵。由于要使冷却流体循环，必须用合适的源(将在下文中描述)进行。

通过使用含有所述U形通道的盘形转动装置，轴承和轴可沿轴向构造在带有至少两个轴承的转动装置的一侧上。如果在轴的各端上设有转动装置，以消除轴向力，且入口101、102没有轴，则也是有利的。

在一闭合回路中，冷却流体还必须具有用于循环的压力，其适于加热流体的自循环，当压缩机连接在用于冷却的和可能的加热流体的热交换器之后时，热交换效率是最佳的，正如所述外部热交换器的情形那样，压缩机可布置在冷却流体入口之前的闭合回路内，或压缩机可布置在转动装置内的悬置轴承内，转动装置具有带有位于冷却介质下降通道前的铲子的离心转子，所述离心转子半径显著小于下降通道，其中，离心转子的转速高于同样方向的装置，在合载荷中呈径向和切向的制冷剂也在制冷剂被接纳在其下降通道内时可驱动U形通道装置的转动。以此方式也可用于敞开的回路中。离心转子的转动操作可用合适的装置进行，诸如其轴伸出到入口内的装置，或通过轴伸展到转动装置带有轴承的其它轴端，并密封在其间，其中，转子轴直接地和/或通过齿轮连接到电动机，和/或通过涡轮从加热流体的压力/循环中提供任何的转动能量，而涡轮连接到离心转子的轴上。还可以是连接到冷却流体入口前面的轴向涡轮，使附连的轴与转动装置的轴保持密封，其中，涡轮轴连接到一连接到加热流体出口之后的轴向涡轮。涡轮轴还与合适装置接触，以便供应残余的能量，从而使转动装置的U形通道和涡轮保持恒定的转动，或可增加流体中的压力。该方案的优点在于：入口/出口可具有较小的半径，且是会聚/发散的，流体的轴向速度可以较高而没有显著损失，径向速度随横截面面积增大而减小，从外围107向外和向内减小。空气的排空和将合适流体再次填充到其通道内(这也可适于加压)，可用布置在各个流体转动轴线处的合适阀或下文中提及的压力箱来进行。

至少一个盘或管形热交换器106(未示出)横向于转动轴线上，和围绕转动轴线对中，并在外围107处含有至少一个用于冷却流体的循环通道和至少一个用于加热流体的循环通道，其中，用于冷却流体的从入口引出的供应通道连接到冷却流体通道/并在最靠近转动轴线的热交换器内，并连接到外围内，从热交换器内的冷却流体循环通道到转动轴线和到出口。目前交换器内的加热流体循环通道可以与所述冷却流体循环通道相同的方式进行连接，而流动方向可与冷却流体相同或相反。在流体的相反流动方向上，冷却流体循环通道内的冷却流体将力图保持其朝向外围的慢的外围速度，其形成相对于转动方向的循环。对于热交换器内从外围进入其通道内的加热流体，加热流体试图保持其高的外围速度，以使加热流体相对于转动方向沿与冷却流体的相反方向移动，这增加了热交换效率。更多循环的热交换器可朝向转动轴线向内串联地连接。

循环的热交换器可布置有若干个不同直径的管子(未示出)，其中，较大管子包围较小管子，它们包围并围绕转动轴/轴线沿着全部长度对中，使圆盘对中在轴上，支承和布置在管子每个轴端的圆盘，它们密封在气体和外面之间。诸圆盘可一起放置在一个或多个要求的轨道上，以形成径向通道，这可使流体转动，从两个管子之间的空间引导流体，还在最内管子和形成流体通道的轴之间的空间引导流体。轴还可以是如上所述的管子。流过管子的流体切向/轴向地合成，流体还从其管子端沿径向向外/向内地移动到第二流体通道的径向外面/内面的热交换器管子通道，或将流体引导到转动轴外/内。通过在此情形中朝向外围向外逆向流过热交换器，流体起始在最靠近轴/转动轴线的管子通道内，而第二流体起始在径向向外的管子通道内，而流体流出其中，如此等等。流体沿轴向相对于它们所流出的管子通道以相反方式移动。在多个管子通道之后，流体分流到其隔绝的通道内，这些隔绝通道从朝向其入口处转动轴线后背的朝向内的周缘处的各轴向侧辐射出去，那里，流体可流过转动装置轴端的所述端热交换器，它们布置和支承在转动装置轴端上，那里，热交换器还安装和支承在轴端上的所述圆盘的外表面上，每个热交换器用轴向通道的分隔管道来分隔，该分隔管道也附连和支承到所述圆盘，所述分隔管道布置在圆柱形热交换器内侧和轴/转动轴线之间，那里分隔管道在外侧和内侧的所述管道径向空间呈相等的轴向横截面面积，该相同的面积还在管子部分端和热交换器端之间敞开。

这在热交换器内形成流动通道，其中，流体从外通道内的U形通道的热交换器流入热交换器的端部，然后，向内沿径向被加热，进一步沿轴向流动到中心通道，回流进入U形通道，而形成朝向外围的向外的新热交换，并形成所述的闭合回路。在朝向外围的向外的最内管子通道内，残余流体朝向彼此加热/冷却热交换器，以在流体进一步在其朝向外围的向外管子通道内被加热之前，使流体达到相等的温度，其中，如上所述，一个流体变得较为暖和等等。这些组合之和将提供相当大的表面面积，以及流体可具有较高的流率和压力。如前所述，或如下文中所述，对于冷却流体的运动可实施压缩。承载，在排空外壳内的低压/真空以及对此的密封，转动装置的转动，可以是如前文或下文中所述。

在热交换器中心通道的所述内部端内，那里，轴向涡轮可布置成压缩和移动冷却流体，对于加热流体的压缩可以进行能量转换(未示出)。当该装置意欲绝对地密封到可能使用挥发性气体时，该装置可径向地连接到涡轮轴，多个磁体/电磁体可布置抵靠在热交换器密封端上，并留有很小间隙。且当端帽用材是允许磁场通过的材料时，在端帽的外表面上持有相当数量的电磁体，具有与端帽另一侧上的磁体相同的径向距离，每侧上的磁体刚好彼此留下，当磁体外表面连接到合适的源头以使其转动和能量转换时，磁性接触驱动着涡轮，对于冷却流体侧来说，该源头可以是电动机，对于加热流体侧来说，可以是涡轮发电机，其以较高速度与转动装置相同方式转动，这向冷却流体的电动机发电，对着转动装置的转动方向电动机运作其涡轮机。对于流体之间的最佳流动，可以进行调节以从外部源对冷却流体的电动机提供调整数量的添加的电力，同时，来自加热流体的发电机的电力减少调整的数量。如此的涡轮可如上所述地相反地转动，或沿相同方向转动，或转动装置以较高速度转动，在添加额外电力到冷却流体电动机时，最后一种情形能够执行带有U形通道的转动装置的转动，或其它合适转动装置来提供能量。如上文和下文中所述，这是在执行其它准则来减小转动阻力之时。

为了达到最大可能的热交换面积，以及最佳的可提供较高流量的最低可能的流动阻力，U形通道的热交换器106可形成一个锥形形状，并围绕轴对中，其中，入口101、102起自尖端，钝端向外朝向外围107，其中，上升通道的锥形形状的钝端连接并彼此隔绝，连接到朝向出口111、112内的领头的锥形。锥形形状可由至少三个相等长度的锥形管组成，每个轴端有彼此面向的钝端，诸管子具有合适的尺寸，其中，它们通过相对于轴的合适尺寸彼此之间成排布置，它们之间的空间形成合适的冷却流体通道，该通道可以是沿径向最外的，然后，加热流体进入到径向空间内的通道。管子可以支承/附连到轴上，并与各种铲子对中，其中，铲子位于或附连于内管的内侧，朝向流体通道的沿径向方向管子附连到铲子上，铲子置流体于转动中，管子被支承和加强。

本发明可包括两个静态和中空的轴/管子103、110(未示出)，它们不转动而固定到U形通道结构两侧上的各轴的一个加强轴向调节器，使轴承搁置在所述静态轴的端部上，并在朝向支承U形通道结构107的外表面的转动轴线上形成对中，在所述中空轴端103、110内，可形成和对中一静态通道，该通道对一侧上加热流体形成入口通道101，以及在U形通道结构另一侧上的出口通道111，而所述中空静态轴端内侧和加热流体通道101、111外侧之间的空间，对一侧上冷却流体形成入口通道102，以及在U形通道结构另一侧上的出口通道112，在所述入口通道101、102的端部处，安装有可调整的定子叶片，其适于控制朝向入口侧的U形通道结构的转动方向的加压入口流体以执行合适的转动，在所述U形的入口和出口处，安装有铲子，其完全地或部分地朝向转动方向向后弯曲，在所述出口通道111、112处超过所述铲子，安装有定子叶片，叶片适于控制沿出口通道的加压出口流体，所述保护外壳安装有位于所述轴向调节器上的密封，其适于使轴沿轴向位于U形通道结构的各侧上。或者，密封形成在用于U形通道的转动装置和排空的外壳的中心开口之间。

在本发明中，冷却流体在一闭合系统内，其中，可使用加压氩气或具有低的cp的类似重气体，而加热流体处于一敞开系统内，其中，可使用空气，于是，来自外围的被加热的加热流体/空气可在冷却流体的热交换器内进行热交换，在加热流体出口旁边或外面。在最佳的热交换中，加热流体可在周围的温度下提供进一步加压。如果相对的冷却流体是空气，则发生同样的情形，加压的氢气或氦气或其它合适气体是在一闭合系统内的加热流体，该系统加热出口处的冷却流体，现在用于加热流体的所述涡轮可如上所述地连接到一轴向压缩机，该压缩机压缩空气/冷却流体到入口。其余的转动能量可连接到轴向压缩机的另一轴侧上。这在两种情形中形成非常有效的热压缩机，还可有利地连接在流体入口前，或集成到其它热力动态装置中。

本发明可串联地连接，其中，可以是对通向串联中一个或多个级之间的加热/冷却之外/之内的加热和冷却流体的热交换，若干个串联的连接可横贯串联连接中诸级之间的热交换，对于至少一个流体的较低或较高温度和压力的增高。

本发明还可以是液化的加热流体，其可适于是氨和水与低沸点或其它合适液化流体的混合物，如果对于冷却流体存在足够的温差，则在外围处的上升通道的开始处相变为蒸气/气体，相对于外围处形成的压力达到沸点，在上升通道和朝向加热流体的出口，然后，可以通过涡轮高压地提供，其中，加热流体可再膨胀而冷凝到液体，以及通过在涡轮前或后与某些冷却流体进行可能的热交换。为了限制压力和对于液体周缘改适压力，以及相对于冷却流体已经达到的温度改适其沸点，液体中的水镜可适于从外围起的径向高度，其相对于所形成的蒸气压力，液体压力起作一作用在带有较低离心力的较轻蒸气的活塞。水柱也可适于形成入口处的低压，液体可以用冷却介质进行冷凝，冷却介质来自热交换器内合适的径向点，并朝向加热流体入口向内，那里，冷却流体温度可与加热流体平衡，并可返回到闭合回路内，或从周围环境中将热量带到转动装置，或从外部源头取热，该热量加上朝向外围到热交换器的压缩热，或它现可以是通过外围从轴端到轴端的逆流热交换器，加热流体现也可以稍在其上升通道上方。

转动装置的U形通道的悬置轴承可以是合适的滚动轴承、滑动轴承、磁性轴承。

转动装置可布置有一个自己再平衡的机构，其至少可以是一个对中的循环通道并横向于转动轴线，该机构一半用合适液体或金属等的紧凑球填充。

与带有冷却和相同温差下的冷却流体膨胀的传统压缩相比，冷却流体入口前的用来补偿其上升通道内较高密度的压缩能量显著地较低。由于在带有转动的外围处达到通道内冷却流体中的压力和温度需要相当最小的能量，所以，冷却流体上升通道朝向下降通道的较高的平均质量密度在入口前通过压缩得到补偿，以增加密度和压力，并通过相同方向流动的热交换，连续地朝向外围向外地冷却所述冷却流体，从理论上讲，这相对于仅在外围处进行的热交换来说，将降低入口压缩功的50％的能量。

但另一方面，当来自加热流体的涡轮的所述膨胀功可在入口前完全地或部分地转换到冷却流体的压缩机的压缩时，热交换仅可在外围处进行，入口前附加的压缩能量可施加在相同的轴上，然后，在任何情况下，仅提供很少的能量，其是维持流体循环和所述涡轮/压缩机以及带有U形通道的转动单元转动所需的能量，可使用所述轴向管子通道，其带有围绕轴的圆盘，其中，三个管子形成用于外围处流体的两个轴向热交换器通道。流体下降通道和上升通道彼此绝热。出口处的加热流体内的压力和温度将升高，反之亦然，在理论上讲，在冷却流体出口处压力和温度都较低，但受到来自入口的压缩机的压力的补偿。在两种流体的闭合系统内，可停止与环境热交换的加热/冷却，如在转动轴线处的2个相同轴向管子通道内所述地得到平衡，然后隔绝的流体朝向外围热交换器被引导在其下降通道内。在此情形中，如上所述的逆流热交换是有利的。如果在闭合系统内仅一个流体合适地加压，则根据闭合系统内的流体，流体是带有气体或周围空气的其它U形通道内的敞开系统，气体或空气可以是从外围通过转动轴线外的通道引导的冷却或加热流体，其中，气体/空气作为冷的或热的气体/空气供应，或是对其它流体外侧/端热交换器的流体热交换，其中，取自外围的热交换变得平衡，加压的流体以环境温度被引导，该温度可继续在多个类似的装置内，用相同的方法串联地连接，这可产生压力。这可给出非常干净和有效的热压缩。在串联的最后级中，流体可从闭合系统内的冷却流体得到加热，闭合系统对环境产生冷却，现来自串联的入口的流体是加热的流体，其进一步在外围处被加热，这提高出口处的温度和压力，这可以是能量的转换。如果在如热交换器的闭合系统内存在加热流体，则以与最后级同样方式与环境进行热交换。

然后，串联的流体将是绝热膨胀的冷却流体，其从外围膨胀到出口，在出口处冷却流体然后通过轴向涡轮以利用能量，该冷却流体可变得很冷而使气体后来可被分馏。例如，若冷却流体是排出的，则就是CO2。通过所述交联的串联，这样就可冷却气体，使大部分气体可用该方法和装置进行分馏。

在一闭合系统内，在转动起始时，在不受离心力影响的通道内将形成低压和温降，其取决于这些通道体积相对于朝向外围所超过的通道的体积。但在接受热量的流体循环周期之后，流体温度将会稳定，最终如上所述地接受或放出热量。根据流体密度和可压缩性，离心力之外的通道内体积必须在体积上适应，以避免合适流体的不利的稀释，这会降低这些通道和热交换器的热交换。因此，有利地是使用重的和加压的流体，诸如从轴端流出或流向轴端和通过所述外部回路及热交换器的流体，此后，合适的流体通过一储存箱，那里，也可以布置一个热交换器。对于冷却流体来说，这样对于其是最合适的，压缩机也可布置在热交换器和压力箱之间。通过使用诸如氩气那样的无害流体，在操作时流体的轴入口和出口密封处，允许存在有限的泄漏。对转动装置的合适交联串联的压力箱可执行再灌装/补充，所述转动装置如上所述地从环境中分馏出氩气。

在高g和压力下，热交换器在此情况下运行。对流速度和紊流将导致较高的热交换效率，这相对于1g的方案需要较小的面积。

冷却流体在出口之后比其在入口之前更冷，因为冷却流体通过朝向外围的压力被加热，所以该流体必须是可压缩的，如果冷却流体还具有高的质量密度和高的绝热指数/低的cp，则是有利的，某些可与此有关且可在入口之前被加热的流体是：不需要再循环的空气、可再循环的氩气，或如今在热泵中和闭合循环中所用的流体。

加热流体在出口之后比其在入口之前更热，因为加热流体不通过朝向外围的压力被加热或有限制地加热，所以该流体不应是可被离心力压缩的或程度较低的可压缩，如果加热流体还具有低的质量密度和低的绝热指数/高的cp，则是有利的，如果流体是可压缩的则某些可与此有关的流体是：不需要再循环的水，但水形成高的流体静压，围绕外围的该加热流体通道必须具有最小的横截面面积，以避免限制热交换的庞大的结构，或离外围的水柱较低，或水雾直接在冷却流体中雾化。诸如氢气和氦气那样的轻气体提供相对低的朝向外围的压力升高，如果它们在入口处具有相同的温度，则相对于冷却流体的温度较低。如果加热流体在外围处比冷却流体冷，则可以是空气或任何流体，加热流体可以在入口前被合适地制冷以达到此目的，也可用某些从出口流出的冷却流体来进行直接的热交换。

本发明的优点

当本发明还可提供热、冷和压力时，可不从液体流体相变或相变到液体流体。在循环/过程中，本发明因此具有较大的灵活性，可使用像空气那样对环境友好的气体。较之迄今的已知系统，本发明还具有较高的效率、较低的复杂性、较高可靠性、较紧凑的结构、生产和运行成本较廉价。

当出口位于转动轴线上时，流体速度可以比其送到外围时低，这提供较低的摩擦并更有效，即使流体从外围和向内被切向地减速时，这将使向外朝向外围的切向加速度得到平衡。可用运行加热流体循环的冷却流体在外围处仅加热所述加热流体。

然后，转动装置布置和被包围在排空的外壳(未示出)内，这样转动阻力、噪音和热损失都最小。采用合适的密封，则维持低压和恒定转动所需的总能量百分比很小。该装置结构紧凑，其机械运动零件很少，这提供低的维护保养频率。在本发明中，装置外流体中产生的压力可进行能量利用。

本发明可用具有要求强度的材料制造，以承受高速转动引起的力和通道内压力。该结构应具有低的质量密度，以限制上述的力。该结构可用金属来设计，或用陶瓷或复合材料，或纳米技术材料或它们的组合。热交换器应具有高的热传导率，该热交换器的通道外表面必须用合适材料来彼此进行绝热。离心力设定了转动速度和U形通道结构的直径，它们适于材料使用中所允许承受的力。

必须将附图看作是仅仅图示本发明原理的示意图，不必示出实体实现本发明的真实的原貌。本发明可使用许多不同材料和其部件的不同结构来实现。如此的实现应在本技术领域内任何技术人员的能力之内。

实例：

实例1：以下计算显示带有外围处热交换的闭合系统内氢气和氩气的理论温度的实例，外围速度(vp)400m/s。1＝入口处，2＝外围处，3＝出口处。由于流体通道内的流速可以相对较低，所以阻力、压力和温度下降处于很小的百分数，因此可忽略不计。

T1-2＝ΔT3-2具有相同的cp(cp＝恒定压力下热容)

vp＝400m/s，cp h2＝14320J/kg K，cpAr＝520J/kg K

ΔT h2(1-2)＝vp²/(2×cp)＝400²/m/s/(2×14320J/kgK)＝5.6K

ΔT Ar(1-2)＝vp²/(2×cp)＝400²/m/s/(2×520J/kgK)＝154K

在相同质量cp下，最大热交换T等于：

T＝(((ΔAr-(ΔT h2×cp masse Ar)/(cp masse h2)))/2＝(154K-5.6K)/2＝74.2K

这意味着h₂从在一轴端上的其热交换器可提供比环境温度高74.2K，而在另一轴端上，氩气提供在其热交换器内比环境温度冷74.2K。

实例2：通过在如热交换器的开放系统内使用空气作为加热流体，而在闭合回路内使用氩气作为加压的冷却流体，使热交换器106内两倍的质量cp＝(1000×2kJ/kgK)/(520kJK)＝3.85。

vp＝400m/s，cp luft＝1000J/kg K，cpAr＝520J/kg K

ΔT Ar(1-2)＝vp²/(2×cp)＝400²/m/s/(2×520J/kgK)＝154K

Δ空气(1-2)＝vp²/(2×cp)＝400²/m/s/(2×1000J/kgK)＝80K

±ΔT＝(((ΔAr-(ΔT luff×cp mass air)/cp mass Ar))))/2

±ΔT＝(((154K-(80K×1000J/kgK)/3.85×520J/kgK))))/2＝57K

这意味着在热交换器的出口处，空气比环境温度高57K，而氩气比环境温度冷57K，空气必须加压供应到外围以便进行加热。

但如果恒压下的空气在出口处或在出口外通过其热交换器被氩气冷却，则空气和氩气都将具有比环境温度略高的T，且空气被加压送到环境的T。且等墒指数(k)＝1.4。T环境空气＝291K和1巴。然后，空气在以下压力下以热或冷方式递送：

T2空气＝291K+80K+57K＝428K

这给出p2＝1巴×((291K+80K)/291K))^(1.4/(1.4-1))＝2.34巴。

在T1-2处加热给出p3＝2.34巴((428K-80K)/428K))^(1.4/(1.4-1))＝1.134巴。

若加热或达到环境T，其中空气被加压向前到一排串联连接的类似装置。当压力比＝p3/p1＝1.134也在串联连接的每一级中时，此时cp在每一级中均相等。因此，级数可以是第一级中压力比的幂。于是此例中串联为10级。

在10级中p3＝1.134^10巴＝3.52巴，对于环境空气T超过几个K。

Claims (15)

1.一种在冷却流体和加热流体之间传热的装置(107)，其特征在于，它包括：至少两个悬置的U形通道结构(107)，所述U形通道结构围绕转动轴线径向地和平衡地布置；以及转动所述U形通道结构(107)的装置，

其中，各个U形通道结构(107)包括多个U形通道(104、105、108、109)，所述U形通道从转动轴线引导到装置的外围并再返回，所述U形通道(107)连接到转动轴线处相应的入口通道(102、101)和出口通道(112、111)，用来传送所述流体通过所述U形通道(104、105、108、109)，其中，从各个U形通道结构(107)朝向外围(107)的通道中的至少一个通道(104、105)彼此热接触，以形成至少一个热交换器(106)，

其中，所述通道中的一个通道(105)含有冷却流体，由于所述通道(105)内的离心压缩而在所述冷却流体中形成热量，该热量传送到第二通道(104)内温度较低的加热流体，

所述加热流体在出口(111)之前通过从所述热交换器(106)接受的热量被加压，在入口(102)前对冷却流体加压的装置补偿所述热交换器(106)内的热量损失，

其中，所述加热流体和/或所述冷却流体中的热量被开发利用。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括悬置在轴承(113)内的轴(103)，所述轴支承所述U形通道结构(107)，所述U形通道结构(107)包括入口通道(101、102)，所述入口通道双重地分叉到多个下降通道(104、105)内，所述下降通道形成相同数量的热交换器(106)，所述热交换器(106)通过所述U形通道结构从所述轴引导到所述外围(107)，所述入口通道(101、102)将流体供应到所述热交换器(106)。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个用于冷却流体的上升通道(109)和用于加热流体的上升通道(108)，所述上升通道通过所述热交换器(106)连接到对应数量的用于所述外围(107)处的目前流体的下降通道(104、105)，所述上升通道适于从所述热交换器(106)中移去目前的流体，其中，所述上升通道(108、109)分叉地连接到轴(110)中冷却流体的出口通道(112)和加热流体的出口通道(111)。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述U形通道结构完全地或部分地沿转动方向径向向后地弯曲。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，液体形式的流体以雾化形式从所述入口直接添加到冷却流体，并向外添加到所述外围(107)，在所述外围，所述液体从冷却流体中分离出来，并在带有沉淀材料和一些冷却流体的全部外围中进一步在多个喷嘴上进行分离。

6.如权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述装置包括其中是低压的、锚固的保护腔室，所述保护腔室布置在对着所述轴的轴承内，并对着入口和出口处的所述U形通道结构进行密封，保护壳体包围所述U形通道结构，且所述保护壳体固定着圆盘形的喷射分散器，所述分散器布置在转动装置的喷嘴排外面以便从其中接受材料，还在所述保护壳体中形成低压。

7.如权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个盘形或管形的热交换器(106)，所述热交换器横向于所述转动轴线并围绕所述转动轴线对中，并包含至少一个用于冷却流体的循环通道和至少一个用于加热流体的循环通道，其中，冷却流体供应通道从入口朝向所述热交换器分叉出来，并在最靠近所述转动轴线处连接到所述热交换器中的冷却流体通道，还在所述外围内从所述热交换器中的冷却流体循环通道连接到朝向转动轴线和出口分叉的通道，而加热流体供应通道从入口朝向所述热交换器分叉出来，并在外围内连接到所述热交换器内的加热流体通道，还在最靠近转动轴线处从所述热交换器内的冷却流体循环通道连接到朝向转动轴线和出口分叉的通道。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个具有闭合回路的流体通道，其中，流体入口和出口位于同一轴端，其中，布置了带有安装在其外侧上的一系列盘形散热片的圆柱形热交换器。

9.如权利要求1或8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括两个静态和中空的轴/管(103、110)，所述轴/管不转动并安装至加强的轴向调节器，所述调节器用于所述U形通道结构两侧上的各个轴，并承载在所述静态轴的端部上，且朝向被支承的所述U形通道结构(107)的外侧对中在所述转动轴线上，在所述中空轴端(103、110)内形成对中的和静态的通道，所述通道在所述U形通道结构一侧上形成用于冷却流体的入口通道(101)，而在另一侧上形成出口通道(112)，而所述中空静态轴端的内侧和冷却流体(102、112)外侧之间的空间，在所述U形通道结构一侧上形成用于加热流体的入口通道(101)，而在另一侧上形成出口通道(111)，在所述入口通道(101、102)的端部处安装可调整的定子叶片，所述定子叶片定向成控制所述U形通道结构入口侧的转动方向的加压入口流体，以产生可调整的转动，在U形通道入口旁边有向前弯曲的铲子，在出口旁边安装有铲子，所述铲子完全地或部分地沿转动方向向后弯曲，在所述出口通道(101、102)的端部处且在所述铲子外侧安装有定子叶片，所述定子叶片适于控制沿着出口通道的加压的出口流体，所述保护壳体配装有位于所述轴向调节器上的密封件，所述轴向调节器轴向地调整所述U形通道结构各侧上的轴。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个压力转换装置，所述压力转换装置定向成利用来自出口的流体中的至少一个流体的压力的能量。

11.如权利要求1、10所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个热交换器，所述热交换器从所述过压装置和用于至少一个流体的入口通道之间的至少一个流体来传递热量，所述装置还包括至少一个热交换器，所述热交换器位于所述出口和用于至少一个流体的所述压力能量转换装置之间。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括位于外围处的热交换器(106)，所述热交换器连接到绝热的下降通道(104、105)和上升通道(108、109)，用来从入口到出口传送加热流体和冷却流体。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括合适的装置，在它是用于流体的闭合回路且在外围处不存在喷嘴和喷射分散器时，所述合适的装置用来在保护壳体内形成低压。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热交换器(106)是逆流热交换器。

15.用于在冷却流体和加热流体之间传热的方法，其特征在于，所述流体被供应到装置(107)，使入口和出口位于所述装置的转动轴线上，

其中，转动所述装置，以使流体经受离心力，

其中，在所述流体经受离心力的情况下，由于离心压缩在冷却流体内形成的热量被传送到加热流体，

其中，所述加热流体通过从所述冷却流体中接受的热量而被加压，并使用所述装置的出口处的加热流体中的膨胀作功来加压所述装置的入口处的冷却流体，以及

其中，所述加热流体和/或所述冷却流体中的热量被开发利用。

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