CN102378851B

CN102378851B - 设计成将环境热能转变成有用能量的设备

Info

Publication number: CN102378851B
Application number: CN201080015123.2A
Authority: CN
Inventors: 约阿夫·科恩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: NI201100179A; IL215442A; AU2010234268A1; GEP20146189B; US8683802B2; PE20120885A1; EP2417332A1; DK2417332T3; JP2012523519A; PT2417332E; SMT201300083B; ZA201106373B; KR101639034B1; WO2010115654A1; DOP2011000308A; CA2758127A1; MY159853A; CA2758127C; CL2011002429A1; CR20110502A

Abstract

本发明涉及一种设备及利用该设备的过程，所述设备用于将在给定环境中可用的热能转变成有用能量。所述设备和过程借助于在加压流体的热柱与冷柱之间的压差产生流体的持续流动，从而驱动旋转元件，所述旋转元件的旋转能量被转变成有用能量。

Description

设计成将环境热能转变成有用能量的设备

技术领域

本发明涉及一种设计成将在给定环境中可用的热能转变成有用能量的设备。本发明还涉及采用这种用于将在给定环境中可用的热能转变成有用能量的设备的过程。

发明内容

本发明公开了一种设计用于将给定工作环境中可用的热能转变成有用能量的设备，所述设备包括：外壳体，其设有双通阀，容置有封闭的圆筒形内转子，所述内转子与外壳体通过真空隔离并且由外壳体支承在两个支承表面中；所述内转子由三个中空的圆筒形部件制成，这三个圆筒形部件由导热材料制成，围绕它们共同的旋转轴线一个在另一个内部地彼此固定，第一部件是中空封闭外圆筒，容置有作为较小的中间圆筒的第二部件和作为内圆筒的第三部件，所述内圆筒围绕所述共同的旋转轴线形成在所述中间圆筒内部，其中所述内圆筒在其轴向端部敞开并且设有两个受控的密封件，从而允许关闭或打开形成在所述内圆筒内部的空腔，其中所述中间圆筒围绕所述内圆筒封闭，从而形成空腔，其中所述内圆筒的壁部、所述中间圆筒的其中一个端壁部以及所述外圆筒的与所述的其中一个端壁部相对的壁部设有热绝缘层，其中设有所述热绝缘层的所述中间圆筒的所述端壁部的周缘设有受控的阀阵列或受控的密封裙，从而允许将形成在所述中间圆筒的壁部与所述外圆筒的壁部之间的空腔密封地分隔为两部分，并且打开或关闭在所述两个部分之间的通路，其中所述外圆筒设有单通阀和双通阀，其中推进器的阵列设置在内圆筒的内部，装配有允许将推进器的旋转能量转变成有用能量的装置，其中电机位于外壳体的内部，设计用于以旋转的方式驱动内转子，其中设有用于控制所述电机、所述推进器、所述密封件、以及所述阀阵列或密封裙的装置，以将所述推进器被转变的旋转能量传递到所述设备的外部以监测在所述内转子内部的温度和压力，并且其中加压流体位于所述内转子的内部。

本发明还涉及一种利用根据上述设备用于将给定工作环境中可用的热能转变成有用能量的方法，所述方法的特征在于以下步骤：

-流体被加压到形成在所述外壳体与所述内转子之间的空腔中，所述流体经所述外圆筒的单通阀进入到所述内转子的空腔中；

-在利用均匀加压的流体填充所述内转子的全部空腔完成之后，围绕所述内转子的流体压力下降，由此导致所述外圆筒的单通阀锁定；

-通过泵吸将所述流体从位于所述外壳体与所述内转子之间的所述空腔排出，以到达几乎绝对真空条件；

-随后将所述外壳体置于冷却环境中；

-一旦在整个内转子中获得期望的冷温度，位于所述内圆筒的靠近设有所述热绝缘层的所述壁部的端部处的密封件就密封地关闭，而位于所述内圆筒的另一端部处的密封件和阀阵列或密封裙以允许流体流动来平衡压力的方式关闭；

-所述电机被致动，使所述内转子旋转至期望的旋转角频率，而所述外壳体保持在相同的冷环境中直到温度在旋转条件下稳定；

-进一步将所述外壳体置于温度比冷却之后高的工作环境中，从而导致在所述内转子空腔内部的温度因从所述外壳体经形成在所述外壳体与所述内转子之间的作为真空腔的空腔接收的环境热能的辐射而升高，并且热绝缘区域的温度比非热绝缘区域的温度升高少很多；

-监测所述热绝缘区域和非热绝缘区域的温度，从而调整暴露时间以达到在较冷区域中的流体与较热区域中的流体之间的最大差异并且导致对应的密度差异，与所述流体因旋转而经受的离心条件一起，产生较热流体与较冷流体之间的压差，所述压差导致流体从高压力区域流向低压力区域以寻求压力平衡；

-一旦该流动停止并且在所述空腔中的流体处于实际休止条件下，在所述内圆筒的端部处的所述密封件和阀阵列或所述密封裙就打开，从而因压差而导致流体从较热区域流向所述内圆筒内部的较冷区域，所述流体流动致动所述推进器，将所述推进器的旋转能量转变成有用能量并且导致流体的冷却，所述流体持续流向所述内转子的设有热绝缘层并容纳所述较冷流体的部分；

-所述较冷流体随后继续经所述阀阵列或所述密封裙流向所述内转子的非热绝缘区域，所述流体的温度在所述非热绝缘区域因环境热能而升高。如将要示出的，所述过程和设备使用在设备空腔中的加压流体作为从周围环境接收热能且传送该热能以转变成有用形式的介质。置于离心条件下的流体至少对过程的一部分为气态，通过该部分，流体将其存储的能量的一部分向外传送以用于转化和有益的使用。

在每次循环中(该循环为系统的流体质量m的一部分穿过整个系统的指定流动路径回到其在循环开始时的初始位置的过程)，流体通过在系统的外部做功的能量输出的损失而变冷，并且通过从周围环境接收热而被再加热，从而导致环境的冷却。

所述过程和设备的尺寸和能量生产等级可以在从非常小到非常大的范围内，由此扩大使用的环境和种类。另外，所述过程和设备能够以多种方式构造以适于各个特定选择的用途。

因此，呈现在该申请中的材料、结构、尺寸、部件和构型是使所述过程和设备工作所必要的需求的代表，而非绝对的选择。借助于示例的细节用于提供充分的内容以呈现实际的过程和设备的有效性。

附图说明

将参照附图更详细地描述本发明的设备和过程。

图1是本发明的第一实施例的内转子的轴向横截面图；

图2是整体设备的示意性轴向横截面图；

图3是内转子的立体图；

图4和图5是设备的立体局部示意图和横截面局部示意图；

图6是密封裙的立体图；

图7是带有其控制电机的密封裙的正视图；

图8是滑动式电连接器的局部立体图；

图9是推进器-发电机-负载连接的示意描述；

图10是本发明的第二实施例的内转子和外壳体的轴向横截面图；

图11描绘了较冷／较热环境区域的实际连接的示意性示例。

具体实施方式

设备由三个主要元件形成：

-内转子，下文中也称为IR；

-外壳体，具有／不具有附加罩壳，下文中也称为OS；

代表各种外部单元的外部单元为较大组件的一部分，为本申请的目标的所述设备和过程是该较大组件的一个组分。外部单元包括电负载、监视器和控制部件，下文中也称为EU。内转子IR是在OS内的与OS以真空分隔开的旋转结构，并且由OS在两个支承表面19、38(图1)上支承。

IR的主结构由三个部件形成，这三个部件围绕它们的共同旋转轴线一个在另一个的内部地彼此固定。构成IR的外皮的外圆筒1是中空的、封闭的圆筒。其由导热材料(通常为诸如铝或钢的金属)制成，该导热材料足够厚以承受由在其内部的位于空腔4、5、6中的流体所施加的相对于在其外部的位于其自身与OS之间的真空条件的压力。

外圆筒1的电磁吸收／交互行为(下文中为“颜色”)使得允许尽可能多地吸收最大范围光谱的电磁辐射，以便接收从OS通过真空的热辐射并将其传送到位于空腔4、5(空腔6为热绝缘)中的流体内。

环形热交换翅片23围绕外圆筒1固定在外圆筒1的外部，这些翅片23为相同的材料和颜色，并以导热的方式固定在外圆筒1上。垂直于外圆筒1的表面且垂直于外圆筒1的轴线的这些翅片的作用在于增大OS的辐射电磁能从其中穿过的交换面积——由此允许将来自OS周围的热能以尽可能有效的且很少阻塞的、很少折射的方式一路传输到位于非绝缘的空腔4、5中的流体内——作为其热能源。

与这些翅片23相对，热交换翅片21附接至外圆筒1的内表面，这些翅片21垂直于外圆筒1的表面且平行于其轴线。这些翅片沿外圆筒1的长度延伸并以如下方式向其底部上的中心集中：翅片没入到流体内，该流体在常规操作期间以尽可能小的流动阻力在空腔4和5中从基部向基部地流动。平行于空腔4、5中的流体的流型的这些翅片21由与外圆筒1相同的材料制成，为相同的颜色，并且以导热的方式附接至外圆筒1。它们的目的是增大在外圆筒1与外圆筒1内的流体之间的热交换面积。

电机17装配在外圆筒(1)的非绝缘基部上并且定心在外圆筒(1)的轴线上，该电机17使其装配在套筒20中的转子18固定在外壳体的支承表面19上。

该电机具有使IR相对于OS旋转的用途并且绝对而言作为离心机。电机17以导热的方式装配至外圆筒1，以允许在其内部的热损失(因摩擦和电阻损失)尽可能有效地回到空腔5内的流体中。

套筒20允许沿轴线的运动，以容许温度相关的膨胀／收缩，但是不允许在其内部的转子18旋转。这允许转子所需的对抗力以使得其能够产生旋转。

支承杆34在外圆筒1的轴线上且平行于该轴线固定在外圆筒1的其他基部上。支承杆34以如下方式保持在固定至OS的支承表面38的轴承37内：其允许自由的最小摩擦旋转运动，但没有沿支承杆34的运动。电绝缘圆筒45围绕中空的支承杆34固定，支承杆34穿过该圆筒45。该圆筒45具有置于其表面上的若干个环形的导电轨道47。这些轨道中的每一个都电连接至以其它方式绝缘的导体，该导体穿过支承杆34进入到外圆筒1内，使得对于在外圆筒1的内部与外部之间的任意流动紧密密封。

同样中空且由电绝缘材料制成的第二圆筒35围绕圆筒45放置，并且通过支承／导体通路密封通路36固定到OS上。各自压靠对应的导电环的导电刷46固定在该圆筒35的内部。这以如下方式进行：当IR在OS内旋转时，持续地维持在从IR连接至环的导线与连接至电刷的电导体之间的导电性。为了改进导电性，可以将几个电连接的电刷分配成压靠每一个环。

每个电刷(或者分配给同一个环的电刷组)电连接至一个电导体(其以其它方式绝缘)，该电导体朝向OS的外部延伸穿过通路36。这允许即使在旋转的条件下(能够与通常的电机／交流发电机电力给送相比)也对OS的外部与IR的内部之间的每根电线形成连续的导电，同时维持对流体流动的密封条件。

该滑动连接允许三种电流通过：电力、监测信号、和控制信号，如将在后面进行解释。根据与设备的费用、尺寸、复杂性等相关的考虑，可以使用其他形式的电力和／或信号传输，比如电磁联接或传输。

两个阀32和33装配在外圆筒1的两个基部的靠近空腔6的一个上。阀32是允许流体流动到IR的空腔6中但不允许流体向外流动的单通止回阀。其是常闭的，这是因为在正常操作时IR的空腔设定为装满压力作用下的流体并且在IR外部的位于IR与OS之间的间隙实际为真空。阀33是常闭的手动双通阀。阀32能够用于以流体加压在OS与IR之间的间隙来加压IR的空腔，并且随后将流体从间隙排出而不会损失在IR内部的压力。阀33在需要的情况下允许手动地加压／释放在IR内部的压力。在实际的设备中为了避免／减小随时间经过的压力损失和真空度下降，这些阀可以由焊接的盖部替代／覆盖。

在外圆筒1的基部的每一个上，在轴点处固定有圆锥状结构，圆锥部8、9。圆锥部中的每一个都在其底部以导热的方式固定至外圆筒1的基部，并且具有与外圆筒1相同的轴线。这些圆锥部的主要功能在于以最小的湍流便利于流体在空腔4(沿周缘延伸)经空腔5、6与中央空腔7之间的流动，从而尽可能地促进平稳的层流。这些流锥部不是理想的圆锥——它们的使底部与顶点相连的壁部在从侧面看去时为抛物线轮廓而非直线，以用于流动方向的平稳改变。这些流锥部由与外圆筒1相同的材料制成。套筒16固定至流锥部8，该套筒16也位于流锥部8的轴线上并在其内部牢固地保持支承结构11。流锥部9固定至支承件10。支承结构10和11为杆结构，每个都由六个相等长度的杆制成，这些杆以60度角彼此附接，并且在它们的相对端围绕内圆筒3的周缘附接。在支承结构10、11的每一个中，附加的杆连接在中心处并且设置在外圆筒1的轴线上。该杆将相应的支承结构固定至流锥部9，并且在空腔5中在套筒16内附接至流锥部8。

这两个基于杆的支承结构具有使IR的三个主要部件相连的功能：外圆筒1、中间圆筒2、和内圆筒3。这在允许它们具有共同的轴线且允许出现在空腔4、5、6、7中的流体以来自支承件10和11的最小流动阻力流动的同时进行。中间圆筒2为与外圆筒1相同材料和颜色的圆筒形封闭结构，该外圆筒1形成为具有两个平行基部的封闭的、中空的圆筒结构。中间圆筒2具有与外圆筒1相同的轴线并且由分别牢固地附接至流锥部9的顶点和固定在套筒16的内部的支承结构10和11通过其两个基部围绕轴点悬挂在外圆筒1的内部。

开端圆筒3固定在中间圆筒2的内部，圆筒3是与中间圆筒2相同材料和相同颜色的圆筒。内圆筒3具有与中间圆筒2和外圆筒1相同的轴线，并且围绕其周缘连接至中间圆筒2的基部，其中中间圆筒2的基部与内圆筒3的基部重叠的部分被移除。

这两个圆筒2、3的结合形成了具有穿过其基部的中空管的封闭圆筒。中间圆筒2和内圆筒3以密封的方式在内圆筒3的周缘处相连，这样不允许流体在空腔4、5、6、7(它们彼此间自由连接)与中间圆筒2内的空腔40之间流动。在中间圆筒2上，具有小孔48，以允许在空腔4与空腔40之间的压力平衡。在中间圆筒2的表面上，在内壁和周缘上，具有热附接至其上的另外的热交换翅片22。这些翅片为相同的材料和颜色并且均垂直于其所附接的表面。这些翅片的构型可以改变并且它们的目的在于增大热交换面积，从而允许收集由损耗产生的热，该损耗因在空腔40内的发电机15的电流和摩擦而导致。

置于发电机的盖部49上的热交换翅片24由相同的材料制成且为相同的颜色，并且设定为增大热交换表面以用于对来自发电机的热的最大排出和回收。该翅片系统(与接收翅片22联接的散发翅片24)与来自OS外部的主要的、初始的(“初始的”——因其是补充系统的所有能量输出的源头)热能一起有助于对流动穿过空腔4、5的流体的再加热。

一列推进器13通过支承杆12固定在内圆筒3的内部。支承杆12的外形使得其对在空腔7中的流体流动的阻力最小。推进器中的每一个都具有适于围绕它们的流体流动环境的翼(叶片)角，以便优化它们将经过它们的流体流动转化成输出功(比如速度、密度等的参数)的效率。推进器13通常由热绝缘的坚硬材料制成。在该列中的推进器的最小数量是一个，而最大数量可以改变并且直到n。每个推进器的旋转螺旋方向与在其前面的一个相反，以便回收利用围绕其的流体的角流动动能分量，该分量由对前面的推进器的流动的阻力产生。每个推进器的翼展几乎为围绕其的自由空腔7的直径。每个推进器在其中心处通过杆-轴连接14以如下方式连接至其相应的发电机15(发电机，比如交流发电机或支流发电机)的转子：该方式允许每个推进器13由经其流动的流体带动旋转，以致动连接至其上的发电机的转子。杆14经孔43穿过内圆筒3的外皮。由于在正常操作中，当流体在空腔7中经过推进器阵列(从空腔5向空腔6)流动时流体的压力下降，因此除非被阻塞，流体将在孔43、空腔7与空腔40之间流动。为了避免此，可以使用若干种解决构型：使这些孔设置为实际上的气密封或者使所有的轴一个穿过另一个地穿过一个孔等。

应用在该设备中的解决方案是通过由导热材料和颜色制成的紧密封的单独的箱49覆盖每个孔-轴-发电机组件的全部区域，如所述地，该箱49热连接至发电机的本体并且装配有散热翅片24。这允许空腔7与空腔40的密封隔离，从而使在空腔40与其他空腔之间仅有的流体通过点为用于压力平衡的孔48。每个发电机的输出通过绝缘导体分别被引导到IR的外部、OS的外部，这些绝缘导体沿内圆筒3的壁部、支承杆10、支承杆34、环47、电刷46、通道36经过并固定。穿过这些导体的壁部的所有通路装配成对流体流动密封。

对于该发电机-推进器阵列-轴-盖箱的布置的一个可能的可选的有用替代可以是将每个发电机的转子固定在相应的推进器上，以允许其为与推进器一起移动的一体部件(并且甚至成形为推进器)，而围绕其的定子固定在内圆筒3的外部上。制成内圆筒3的材料对该替代相应地进行调整，以便不会妨碍转子与定子之间的电磁相互作用。该替代具有若干个优点：在空腔7与空腔40之间没有直接的流体通路、在空腔40内部没有活动部件等。

对于独立的推进器-发电机-负载阵列的另外的可选替代可以是将推进器分组地或全部附接至同一个发电机-负载组件，并且调节每个推进器的外形和转速比率(通过将每个推进器经给定半径比的嵌齿轮连接至发电机的转子)，从而调节流体与其的相互作用以有助于作用在负载上的最大的附加功率输出。该调节可通过手动测试进行。该解决方案具有若干个优点，比如费用、重量、空间需求的减小等。但是，其可能在适于大范围的工作条件方面的灵活性较小。

发电机能够以如下方式围绕空腔7分布：该方式将确保围绕旋转轴线的对称的重量分布以避免与旋转相关的振动、附加摩擦和材料应力。相同的原理应用于设备的所有部件，必要时添加配重以将整个设备的质心尽可能地设置在旋转轴线上。在内圆筒3的两个末端的每一个中，固定三个测量仪：压力测量仪52、55；温度测量仪50、53；以及流动速度测量仪51、54。可以通过使用比如测量静压力、动压力和滞止压力(总压力)的毕托管之类的仪器来组合压力和流体速度测量仪。

这些测量仪都将与他们所测量的参数相关的数据提供为电信号(电压、电阻变化、或者任何其他商业上易得的方法)。信号穿过与电力输出导体相同的通道、穿过专用的环47、以滑动连接方式联接的电刷46，一直到OS的外部以在EU中的对应的读出设备上读出，从而将该电子数据转变为可读(或者其他能够使用的输出形式)。信号到IR和OS外部的通路由容纳在通道中的绝缘导体形成，该通道对流体流动密封。

在IR中，在圆筒的内部和圆筒之间，存在空腔，该空腔在正常操作中由流体(通常为气态)加压。空腔40是自由空间，其位于内圆筒3的外部和中间圆筒2的内部，并且除了经通气孔48的压力平衡之外与其他空腔基本隔离。发电机组件的盖箱49位于该空腔的内部，盖箱49防止在内圆筒3(经孔43)与空腔40之间的流体通路。该空腔可以由密封或紧密装配的、由导热材料制成的板隔开，以改进将热能从发电机和发电机内的流体传递给空腔4和空腔5内的流体。另外，这些隔离件——在从基部中的一个看去时隔开圆形基部——防止流体沿围绕轴线以角运动移动。在内圆筒3内部的空腔7经其两个末端连接至空腔5和6，用于流体的自由流动。在该空腔中的流体设定为在正常操作中从空腔5经推进器阵列自由地流动到空腔6。在内圆筒3的周壁的内部，围绕该空腔，装配有通常由橡胶、石棉、或玻璃棉制成的热绝缘层27，以将空腔7内的流体因发电机的热或穿过空腔40的任意其他来源的热而引起的加热减至最小。空腔6是在中间圆筒2的基部与外圆筒1的基部(以及圆锥部9)之间的自由空间。该圆筒形空腔连接在空腔7与空腔4之间，从而允许流体的自由流动。围绕该空腔，装配有热绝缘层25、26，其覆盖外圆筒1的基部和圆锥部9的内部并且覆盖中间圆筒2的基部的外部。该绝缘部由与绝缘部27相同的材料制成，并且具有防止经壁部的热传导的作用。穿过空腔6的流体设定为比环境温度明显低的温度，并且需要这样维持直到其朝向空腔4离开。该空腔4是在中间圆筒2的外周缘与外圆筒1的内周缘内部之间的空间。在该空腔中，从空腔6流向空腔5的流体暴露给来自IR的外部的热和来自空腔40的内部的热。在该空腔中的流体以较冷的温度从空腔6进入并且以较高的温度朝向空腔5离开。空腔5是在中间圆筒2的基部与外圆筒1的基部(以及其圆锥部8)之间的自由空间。该圆筒形空腔连接在空腔4与空腔7之间，从而允许流体的自由流动(在正常工作条件下从空腔4到空腔5到空腔7)。相互连接用于流体流动并且连接至中央空腔7的三个空腔6、4、5由至少一个理论平面(穿过轴线)隔开。在该理论平面上，设置有在空腔中的真实的板，其防止流体相对于空腔以围绕旋转轴线的角运动自由移动。这些板限制了在空腔内的流体如下地流动：在空腔5和6中——沿半径线——而在空腔4中平行于旋转轴线。这些板对流体的通路(几乎或完全)密封并且不会出现在(被切除以便不会妨碍)设定用于具有其他部件(比如裙密封件30(或者阀阵列)、电机28、支承杆10、11、以及圆锥部9、8)的空间中。空腔还可以由位于两个或更多个等角间隔开的平面上的板(当从基部中的一个看去时像“馅饼片”)隔开。

在IR中，存在三个可调节的阀或密封件，其中配备有控制电机44的两个41和42位于空腔7中。这两个密封件是环形的并且可以在两个极端位置(打开与关闭位置)之间改变。在打开位置中，密封件具有对经它们流动的流体的阻力最小的外形，而在关闭位置中紧密密封经它们的任意流动通路。这两个密封件由位于OS外部的EU彼此独立地控制。密封件的电机44通过绝缘导体提供动力和致动，该导体通过具有单独的环47、电刷46联接件的滑动连接器连接。它们的绝缘导体穿过在它们路径上的圆筒的壁部到达环47，以紧密封的方式穿过通过点。对于这些密封件41、42，可以使用具有相似功能参数的任意合适的商业可用的密封件。第三密封件30由橡胶的裙状弹性带(下文中为“橡胶裙”或“裙”)制成，其围绕中间圆筒2的基部的外部、抵靠绝缘层26而紧密地固定。平直的坚硬条以规则的间距放置在橡胶裙的内部，这些条为强弹性且通常为直的(图6)。这些条施加在橡胶裙上以围绕外圆筒1的周缘紧密地压靠外圆筒1的内表面，从而紧密地压靠环形垫片31。带围绕橡胶裙固定，该带装配有重复样式的延伸部(或者“齿”)，该延伸部连接至裙直径控制电机28的转子29上。转子29还配备有对应齿并且被从外部以与其他密封件相同的方式控制。通过使电机28的转子旋转并固定在给定位置处，电机28通过推压带的齿来关闭或打开带，由此建立裙的外直径，从而允许裙改变其功能以作为完全密封件、流体回流限制器，或者通过关闭带以完全压靠在中间圆筒2的外周表面上而不干涉流动。任意其他可用的阀解决方案可以替代裙阀使用。

外壳体61是密封式封闭箱，IR装配在该箱内。该箱由导热颜色和材料(比如铝或钢)制成，并且强度足以承受在其外部的相对于在正常工作条件(图2)下存在于其自身与空腔60中的IR之间的真空条件的环境压力，手动阀63固定在OS上，流体能够通过该手动阀63推进或推出，从而允许在IR内(通过止回阀32)的空腔中的加压，并且之后，将尽可能多的流体从空腔60排出。该阀在正常工作条件下是关闭的。

翅片62为导热材料(比如铝或钢)，并且是吸收色，与本体61和IR的材料相同。这些翅片以导热的方式连接至本体61，并且具有增大至最大热交换表面的目的，通过该表面，OS从环境接收能量并且通过电磁辐射经空腔60将该能量传递到在IR内部的空腔中的加压流体内。翅片的数目、它们的形状、和式样可以很大地改变并且取决于使用的环境。这种式样的一个示例可以是若干层的“笼”状结构，从而允许流体从OS周围流动以传递最大的热并且自由地流动。在该情况下，OS的本体61的形状也可以根据使用的环境从圆筒、箱、球状或者任意其他形状很大地改变。

在OS内部的翅片65由与IR的翅片23相同的材料制成并且颜色相同，并且作为翅片23的对应部件以增大在OS与IR之间的辐射的散发／接收表面。电缆66是承载EU与IR之间的电力监测并控制电流的绝缘导体。这些电缆固定成对于在OS的本体61的外部与内部之间的任意流体流动密封。

支承件64由坚硬的材料制成以保持OS悬挂／附接至支承平台。盆67是收集器，其是可选的并用于收集比如水的冷凝液体以用于有益的用途。因为在工作条件下，在OS内部的温度下降，所以翅片65和在IR上的翅片23间隔开以便不会在任一设计的工作温度梯度下接触(因为IR在OS内旋转)。在OS的本体61上，可选的电机68能够以导热的方式固定并且装配有推进器69以增大OS暴露给持续地新到达的环境流体的分子，由此增大系统在给定的时间段接收的净热。

电机致动推进器，该推进器产生流动。用于电机的电力经绝缘导体66到达并且限制为产生的系统有效总输出功率的一部分，这将在过程的描述中阐明。该电机68可以用于产生推进、移动或有益的流体循环。例如，这种系统在没入到水下时可以推进其平台(容器)、提供冷空气循环等。在需要使过程的功率输出最大的构型中，可用的输出功率的引向该电机的部分被调节以便接收最大的净输出剩余。

EU可以实现为多种形式和构型并且由此本文将仅描述其功能性。EU是与设备的部件相互作用的单元：接收电力、控制电机和阀(及密封件)，并且监测压力、温度、流体速度以及来自控制部件的反馈，比如相应的电机速度和阀(及密封件)的位置。

从IR的发电机接收的电力经绝缘导体引导至EU。通过EU，按照推进器阵列部分上的具体需求将每个发电机输出分配到可调节的电负载上。除了外来用户的负载之外，EU按照每个商业易得的部件的规格经可调节的电负载、电路保护、开光和／或控制器将电力的一部分再引导至设备的电机和阀(或者密封件)。建立转速和阀位置的模拟或数字控制器可以与电源结合或分离。

由各种部件发出的输出信号提供了它们自身外部的读出参数(比如温度、压力、流体速度)，或者关于它们自身的功能性的反馈(比如电机速度、阀位置)。该数据为模拟或数字，由绝缘导体或者任意其他方法(比如无线电传送)承载，需要被输出并转变成可读形式(可由人或机器读出)，并且该功能由EU部件承载。最简单的可用形式是例如能够由操作者读出的模拟仪，但是变型有很多并且常常取决于设备的总体构型和该设备仅为其中的一个部件的更大组件的总体构型。

因为作为本专利申请的目的的过程可以实施为尺寸、参数、形式、和构型的大量变型的设备，所以下文中将在标准化的、简单化的形式和布置内进行描述。这实现为允许对适用的原则性的物理原理以它们最直接的形式进行表述。为此，IR描述为依据图4、图5的示意性的标准形式。当流体在具有实际上相同行为的两个对称相对的路径中流动时，路径之一(中央空腔7专用于分析的剩余流动路径)在相同附图的图5中被隔开且略去。在示意形式中对各种部件的附图标记保持为与其他附图尽可能相同，以允许比较和相互参照。空腔的截面区域完全相同并且尺寸对称。

流体被加压到OS与IR之间的空腔60中。流体穿过定向的止回阀32进入到IR的空腔中。这样利用均匀加压的流体填充IR的全部空腔(包括空腔4、5、6、7)并且经小通气孔48也填充空腔40。一旦达到期望的压力，围绕IR的流体压力就下降，由此导致止回阀32锁定关闭，从而将IR内部的空腔维持加压在峰值压力附近的水平。通过泵吸将流体从OS与IR之间的空腔60排出以达到几乎绝对真空的条件。一旦该阶段完成，就将OS置于相对于正常工作环境温度(通过外部装置)明显冷却很多的环境中(注意：在实际条件下，目标温度是使流体达到正好高于相变的温度)。经过足够的时间，以便使在IR内部的所有部件和流体(包括绝缘部件)冷却均匀。一旦在整个IR中达到期望的较冷温度，密封件42就关闭而密封件41和30几乎完全关闭，从而允许仅少量的流体流动通过以平衡压力。尽管仍较冷，但电机17被致动，从而使IR旋转至期望的旋转角频率(ω)作为离心机。OS保持在相同的冷环境中直到温度也在旋转条件下稳定为止。

在此时此刻，将OS置于正常的常见工作环境(其具有比冷却之后高很多的温度)中。在IR的空腔内部的温度因从OS经OS与IR之间的真空腔60接收的环境热能所发出的辐射而开始上升。绝缘区域的温度比非绝缘区域的温度上升小很多，这是因为它们的温度随时间增大的斜率更平直，从而需要较长的时间以达到与非绝缘部分相同的温度。绝缘和非绝缘部段的温度被监控，从而调节暴露时间以达到最大的差异。

在IR的各种空腔内部的流体的温度的这些变化——导致在较冷区域中的流体与位于较热区域中的流体之间的对应的密度差异——与流体因旋转而经受的离心条件一起，产生在较热与较冷流体之间的压差。这些压差导致流体从高压力区域流向低压力区域以寻求压力平衡(注意：角频率被调节以便观察到在空腔7的两端之间的峰值压差)。一旦该流动停止并且在空腔中的流体处于没有流动或微量流动的实际休止条件下，在空腔它们内部的流体就可以如下表述：

容纳较冷流体的空腔6应当也称为“冷柱(cold column)”。此时此刻在该冷柱中的流体具有相关能量

冷柱流体能量=焓+势能(由于离心)

对于标准过程的做功假设是重力不存在或者相对于过程做功参数可忽略。

应当注意，对于旋转轴线平行于地平线来说，作用在热／冷柱中的流体上的重力恒定的旋转。因为离心势能与选取的基准平面相关，在零流体流动速度下的总能量能够表述如下：

相对于旋转轴线：

1)E_c=(γ/(γ-1))p_cv_c-(1／2)m_cω²h_c ²

相对于在空腔4内部的流体的质心：

2)E_c=(γ/(γ-1))p_cv_c+(1／2)m_cω²(r²-h_c ²)

注意：

3)γ=c_p／c_v

4)γ=H/U

5)H=U+PV

6)R=c_p-c_v

其中，

E_c：冷柱中的流体的相关能量

γ：比热容

c_p：恒定压力下的气体比热

c_v：恒定体积下的气体比热

H：焓

U：系统的流体的内能

P：压力

V：体积

R：普适气体常数

p_c：冷柱中的流体的压力(在流体的质心处)

v_c：冷柱的体积

m_c：在冷柱中的流体的质量

ω：角频率

r：旋转轴线与空腔4内的流体的质心之间的半径或距离

h_c：旋转轴线与冷柱内的流体的质心(m_c)之间的半径或距离

容纳较热流体的空腔5将被称为“热柱”。在热柱中的流体具有相关能量：

热柱流体能量=焓+势能(由于离心)

对于热柱中的流体的总相关能量来说，在零流体流动速度下能够表述如下：

相对于旋转轴线：

7)E_H=(γ／(γ-1))p_Hv_H-(1／2)m_Hω²h_H ²

相对于在空腔4内部的流体的质心：

8)E_H=(γ／(γ-1))p_Hv_H+(1／2)m_Hω²(r²-h_H ²)

其中，

E_H：热柱中的流体的相关能量

γ：比热容

p_H：热柱中的流体的压力(在流体的质心处)

v_H：热柱的体积

m_H：热柱中的流体的质量

ω：角频率

r：旋转轴线与空腔4内的流体的质心之间的半径或距离

h_H：旋转轴线与热柱内的流体的质心(m_H)之间的半径或距离

因为在准备阶段，密封件42关闭而密封件30略微打开，所以在冷柱和热柱中的流体一旦达到休止(或微量流动)条件，就在它们的“底部”(空腔4)处于实际相等的压力。

在标准设备条件下，对于两个柱假定体积相等和相似的质量分布，流体的质心相对于整个半径(r)没有明显差异，并且由此良好地近似：

9)v_c=v_H=v

10)h_H=h_c=h

流体表现为理想气体，例如——单原子，在整个过程中保持为气态(没有相变且温度明显高于相变温度，由此忽略与潜热相关的能量变化)。

由此，

因为没有流动存在：

11)p_Hb=p_cb

所以，

12)[(γ／(γ-1))p_Hv+(1／2)m_Hω²(r²-h²)]／v＝[(γ/(γ-1))p_cv+(1／2)m_cω²(r²-h²)]/v

注意：

13)m_H=ρ_HV

14)m_c=ρ_cV

其中，

p_Hb：热柱的底部处(空腔4的端部处)的静态压力；

p_cb：冷柱的底部处(空腔4的另一端部处)的静态压力；

ρ_H：热柱流体平均密度；

ρ_c：冷柱流体平均密度；

由此，

15)(γ／(γ-1))p_c=(γ／(γ-1))p_H-(1／2)ω²(r²-h²)(ρ_c-ρ_H)

注意：因为较冷气体的密度ρ_c与ρ_H相比，ρ_H<ρ_c。这意味着，基于等式15：p_c<pH。(注意：只要ω在较早建立的做功范围内，这是正确的)。

在热柱的顶部处，(在旋转轴线上)，静态压力为：

16)p_Ht=(γ／(γ-1))p_H-(1／2)ρ_Hω²h²

在冷柱的顶部处，静态压力为：

17)p_ct=(γ/(γ-1))p_c-(1／2)ρ_cω²h²=(γ/(γ-1))p_H-(1／2)ω²(r²-h²)(ρ_c-ρ_H)-(1／2)ρ_cω²h²

由此在顶部处的初始静态压差为：

18)Δp_t=p_Ht-p_ct=(1／2)ω²(r²-h²)(ρ_c-ρ_H)+(1／2)ω²h²(ρ_c-ρ_H)

其中，

p_Ht：热柱的顶部处(空腔7的端部处)的静态压力；

p_ct：冷柱的顶部处(空腔7的另一端部处)的静态压力；

Δp_t：空腔7的两个端部之间的静态压差。

该结果是在准备阶段完成之后，一开始就在空腔7的两端上的热柱和冷柱的顶部处存在压差。该压差在密封件打开时将产生流体经空腔7从热柱向冷柱的流动。

当密封件打开以使流动能够在空腔内发生时，在热柱的顶部处的压力是比在冷柱的顶部处的压力高的压力。其由此迫使流体经空腔7流动至冷柱。

推进器阵列(其为最少的一个推进器)由此通过流体流动致动，在腔的外部(由此在流体的封闭系统(下文中为“系统”)的外部)通过轴对发电机(转动它们的转子)做功。

由于转子致动的缘故，这些发电机(比如交流发电机或支流电动机)中的每一个产生电压作为电输出。

简言之，该电压根据楞次定律能够表达为：

19)E=NBul

其中，

E：电动势；

B：磁场密度；

u：导体在磁场中的速度；

l：导体在磁场中的长度；

N：导体匝数。

该电动势一旦被施加至电负载(其位于设备的IR的外部——通过滑动连接器35连接(为了简单，假定负载仅为在直流条件下的实电阻))就产生电流。

该电流能够如下表达：

20)I=E／Z=NBul／z

其中，

Z：负载的电阻；

I：穿过每个发电机的电输出电路并穿过其对应的外部负载(参见示意性的电连接图)的电流。

该电流又导致抵抗导体运动(相对于磁场)的反作用力，并且由此导致在发电机中的转子的旋转，并且因此经轴施加抵抗对应的推进器的转动的力。因此，该力抵抗流体流动穿过空腔7中的推进器阵列。

在每个发电机的磁场内移动的导体上作用的力能够以简单的方式表达如下：

21)F=NBIl=N²B²I²u／z

其中，

F：反作用力(在导体与导体处于其中的磁场之间)，该反作用力由通过导体(和对应的可调节负载)的电流产生，并且其是与初始导致运动的力相反的方向。阻力(其通过轴抵抗推进器的转动及由此抵抗流体流动)能够通过调节电阻来调整。

通过该相互作用，流动穿过推进器阵列的流体输出其能量的一部分到系统的外部，通过发电机给负载(以及在发电机中的其他损失和在系统外部的轴摩擦)。呈气体形式的流体通过该做功将其分子动能的一部分传递到空腔(系统)的外部。气态流体的分子中的每一个——通过其与推进器叶片中的一个的碰撞而有助于每个推进器的旋转——以比其到达叶片时的速度慢的速度从该叶片弹回。每个从叶片弹回的分子随后与其他分子碰撞，从而使与推进器相互作用的流体分子传播的均方根速率减小(或者，换言之，冷却流体)。

由系统的流体对其外部所做的该功(输出至发电机的功率和损耗)导致气态流体在其朝向空腔7的出口、朝向冷柱行进时冷却。推进器的外形与它们各自的电负载、电阻值和围绕它们的流体速度一起被调节以优化能量吸收并且将其作为空腔外部的电流和损耗传递。在实际情况中，电阻能够被单独调节，以便见证作为整体通过推进器阵列的该能量提取的最大值。在时间段t内对外输出(包括在系统外部的损耗)的总能量将在下文中称为Ee(t)和／或“电能”。

注意：在多于一个推进器的推进器阵列中，每个推进器的旋转螺旋方向应当与在其前面的推进器的螺旋方向相反，以允许回收利用由在其前面的推进器的抵抗力所导致的流体分子的角速度。这不会与可能由空腔7内的科里奥利力所导致的角速度相混。

由于输出能量，离开空腔7的流体比进入空腔7的流体冷。在稳定条件下，在每个时间段t内从空腔7进入到冷柱的顶部的流体的温度和质量将等于已经从冷柱的顶部向下排出的流体的质量和温度。

在这种稳定条件下，要求从环境(以及从所有在系统外部的其他考虑的源头，比如回收利用从空腔40中的发电机接收的热损耗和从离心电机的损耗)接收的净热能等于在相同时间段内的输出电能。

在标准模式中，考虑到净热在时间段t内传递给空腔4中的流体，并将称为“热量”或Q_T(t)，这是因为其温度比环境低，如所示出的那样。该热量从外部环境借助于辐射(经OS与IR之间的真空)、通过经空腔4的壁部的传导和流体的对流接收。

从冷柱的底部流动到空腔4内的流体比环境的温度明显冷。当该流体经空腔4朝向热柱的底部流动时，其吸收从环境(环境为OS的外部以及系统外部的损耗)接收的净热能的一部分。

由流体吸收的热能受若干因素的影响，比如与流体的热交换表面(因此翅片21、22、23)、空腔壁材料的传导性、空腔壁有效吸收最大频谱的电磁波的能力、空腔4中的流体的速度(这决定了其暴露时间，注意：在标准模式下流动相对较慢，这也允许流动尽可能分层)、其相对于环境的温差、空腔4的长度以及在空腔4内部的流体的湍流水平(更多的湍流增大了对流并且由此提高了流体内部的温度的更均匀的分布)。

因为越冷的流体密度越大，所以其将具有压靠IR的空腔4的外壁(面对OS的周壁)的倾向，由此有助于从环境接收能量。

在稳定做功过程中，在空腔4的出口处的流体处于比其在进入空腔4时刻的温度高的温度，但是仍然比外部环境的温度明显低。该流体的温度和质量与在相同时间段内已经从热柱的底部朝向热柱的顶部(旋转轴线)排出的流体相同。

紧邻地围绕OS的环境因热传递(通过传导、辐射和对流的组合)到流体内而损失温度。该接收的能量处于随后经推进器、发电机和电输出电路输出用于各种用途的水平。

作为中间总结，稳定的、常规的做功过程如下：在热柱的顶部中的较热流体比在冷柱的顶部中的较冷流体的压力高，从而导致空腔7中的流体流动，由此致动推进器，产生输出电能E_e(t)。通过流体产生电力和损耗所做的功已经损失与E_e(t)等量的能量，流体冷却并且将质量(m_(t))的较冷流体添加至冷柱的顶部。该被添加的冷却流体质量增大使冷柱的密度增大，由此使冷柱中的压力增大。这因此动摇了底部处的压力平衡并且使相同的质量(m_(t))从冷柱的底部流向空腔4。在空腔4中，流体在其从冷柱的底部流向热柱的底部时通过空腔4周围的环境逐渐变热，由此以温度和质量(m_(t))的流体补充热柱，从而允许其压力、温度和质量尽管其从其顶部朝向空腔7的质量(m_(t))损失也不会下降。只要随后所需的可应用至各种参数的确定条件满足，该过程就持续。

在其标准形式中与稳定过程相关的其他事项：

在正常的稳定做功条件下，在热柱内部的流体可以如下表达为具有相对于旋转轴线的相关能量：

22)E_H=(γ／(γ-1))p_Hv-(1／2)m_Hω²h²+m_Hu_H ²／2

在相同的稳定做功条件下，在冷柱内部的流体可以如下表达为具有相对于旋转轴线的相关能量：

23)E_C=(γ／(γ-1))p_Cv-(1／2)m_Cω²h²+m_Cu_C ²／2

其中，

E_H：热柱中的流体相对于轴线的相关能量，包括焓、势能、和定向动能；

E_C：冷柱中的流体相对于轴线的相关能量，包括焓、势能、和定向动能；

γ：比热容

p_H：热柱中的流体的压力(在流体的质心处)

p_C：冷柱中的流体的压力(在流体的质心处)

v：热柱以及冷柱的体积；

m_H：热柱中的流体的质量

m_C：冷柱中的流体的质量

ω：角频率

r：旋转轴线与空腔4内部的流体质心之间的半径或距离；

h：旋转轴线分别与热柱内部的流体质心(m_H)和冷柱内部的流体质心(m_C)之间的半径或距离；

U_H：热柱中的流体的速度；

U_C：冷柱中的流体的速度；

因为在稳定条件下，在热柱中的流体流动到空腔7中，而在冷柱中的流体从空腔7接收，并且

因为在稳定条件下，在时间段(t)内在空腔7中接收的质量m_(t)与在相同的时间段内从空腔7向前流动到冷柱内的质量相同，并且

因为在稳定条件下，包括E_H和E_C的系统总能量水平随时间保持不变，

所以如下：

作为在时间段(t)内的做功输出的电能E_e(t)定量为等于在该时间内从热柱接收的流体的能量减去在相同时间内离开至冷柱的相同质量的流体的能量。(注意：不受标准过程影响的能量形式(比如核能或化学能)被忽略)

24.E_e(t)=E_H(t)-E_C(t)

其中，

E_e(t)：在时间段(t)内接收的因系统做功而产生的电能及所有其他损耗能量(在系统的外部——因摩擦等)；

E_H(t)：在时间段(t)内从热柱进入到推进器阵列中的较热流体相对于旋转轴线的能量；

E_C(t)：在相同时间段(t)内朝向冷柱离开推进器阵列的较冷流体相对于旋转轴线的能量。

还因此，在时间段(t)从热柱进入到推进器阵列中的流体的能量E_H(t)与在热柱中的流体的总能量E_H之间的比率等于在时间段(t)内穿过其的质量m_(t)与在热柱中的流体的总质量(m_H)之间的比率。

25.(E_H(t)／E_H)=(m_(t)／m_H)

而且，以相同的方式：在时间段(t)内从推进器阵列到达冷柱内的进入流体的能量E_C(t)与在冷柱中的流体的总能量E_C之间的比率等于在该时间段(t)内进入到冷柱中的质量m_(t)与在冷柱中的流体的总质量m_c之间的比率。

由此，

26.(E_C(t)／E_C)=(m_(t)／m_C)

结合以上等式，

27.Ee(t)=(m_(t)／m_H)[(γ/(γ-1))p_Hv-(1／2)mhω²h²+m_Hu_H ²／2]-(m_(t)／m_C)[(γ／(γ-1))p_cv-(1／2)m_Cω²h²+m_Cu_C ²／2]

因为在稳定做功条件下，在相同时间内离开热柱的质量与进入冷柱的质量相同：

28.m_(t)(in)＝m_(t)(out)

所以：

29.ρ_HU_HtA=ρ_CU_CtA

所以：

30.U_C=(ρ_H／ρ_C)U_H

31.E_e(t)=U_HtA{(γ／(γ-1))p_H+ρ_HU_H ²／2}-U_HtA(ρ_H／ρ_C){(γ／(γ-1))p_c+(ρ_H／ρ_C)ρ_HU_H ²／2}

32.E_e(t)=U_HtA{(γ/(γ-1))p_H-(ρ_H／ρ_C)(γ／(γ-1))p_c+(ρ_HU_H ²／2)(1-ρ_H ²／ρ_C ²)}

另—方面，以能量平衡来分析在时间段(t)内接收的净热能Q_T(t)：在时间段内接收的增大系统的总焓的净热能Q_T(t)减去输出功E_e(t)得到系统的不变的能量水平：

33.E₄+E₇+E_C+E_H+Q_T(t)-E_e(t)=E₄+E₇+E_C+E_H

其中，

E4：空腔4中的流体相对于轴线的相关能量，包括焓、势能、和定向动能；

E7：空腔7中的流体相对于轴线的相关能量，包括焓、势能、和定向动能。

并且由此：

34.Q_T(t)=E_e(t)

为了表述在稳定做功条件下在P_H和P_C之间的关系，考虑如下：在稳定做功条件下，E_H随时间保持不变，并且这同样适用于E_C。这意味着在热柱中的流体和在冷柱中的流体处于平衡中：借此它们流动穿过空腔7和4，循环经过这两个柱，在每个时间段(t)持续接收净热能Q_T(t)并且做功E_e(t)，该E_e(t)等于热能。能量值E_H与E_C之间的比率保持不变。另外，重要的是应当注意，作为热能的Q_T(t)增大了系统的无序分子动能。另一方面，E_e(t)是主要的输出功，其与从热柱的顶部到冷柱的顶部施加到推进器阵列上的力(通过压差)、通过推进器阵列的流体速度以及时间(t)相关。

在这些动态条件下，E_H与E_C之间的比率通过以下事实维持恒定：从热柱作用在空腔4上的压力基本等于从冷柱作用在另一端上的压力。这在流体经空腔4的流动足够慢且分层并且空腔4足够短时近似正确。(否则，在空腔4的两端之间的压差需要考虑在内)。

考虑以上，得到如下表达式：

35.{(γ／(γ-1))p_CV+(1／2)m_Cω²(r²-h²)+m_CU_C ²／2}(1／V)={(γ/(γ-1))p_HV+(1／2)m_Hω²(r²-h²)+m_HU_H ²／2}(1／V)

由此，

36.(V/(γ-1))p_C=(γ／(γ-1))p_H-(1／2)ω²(r²-h²)(ρ_C-ρ_H)+(ρ_HU_H ²／2)(1-ρ_H／ρ_C)

将此与代表E_e(t)的表达式(32)结合：

37.E_e(t)=U_HtA[(γ／(γ-1))p_H-(ρ_H／ρ_C){(γ／(γ-1))p_H-(1／2)ω²(r²-h²)(ρ_C-ρ_H)+(ρ_HU_H ²／2)(1-ρ_H／ρ_C)}+(ρ_HU_H ²／2)(1-ρ_H ²/ρ_C ²)

注意：

38.ρ_Hv_H=m_(t)(R／M)T_H

其中：

T_H：热柱中的流体的平均绝对温度；

M：系统中的流体的摩尔质量。

并且由此29、37、38：

39.E_e(t)=m_(t)(1-ρ_H／ρ_C){(γ(γ-1))RT_H／M+(1／2)ω²(r²-h²)+U_H ²／2}

或者通过6、3：

40.E_e(t)=m_(t)(1-ρ_H／ρ_C){(c_p／M)／T_H+(1／2)ω²(r²-h²)+U_H ²／2}

该表达式39在简单的标准设备模式的情况下量化电能值(其包括在系统的外部发生的损耗)，该电能值由系统在稳定状态下输出作为对外做功。其可以应用至ω≠0的角频率。注意到，对于低流动速度，动能分量相对于其他能量分量对电能的贡献比例变为次要(或者甚至可忽略)。在上述表达式中，质量m_(t)能够被移动到括号内而变为：

41.E_e(t)=(1-ρ_H／ρ_C){m_(t)(c_p／M)／T_H+m_(t)(1／2)ω²(r²-h²)+m_(t)U_H ²／2}

通过改变表达式41的关注点，因系统的参数和输出电能而实施的热柱密度与冷柱密度之间的比率能够计算为：

42.ρ_H／ρ_C=[m_(t)(c_p／M)／T_H+(1／2)ω²(r²-h²)+U_H ²／2}-Ee_(t)]／[m_(t)(c_p／M)／T_H+(1／2)ω²(r²-h²)+U_H ²／2}]

因该表达式42，其意味着由系统朝向外部环境输出的任意进行中的电能将必须如下实施：

43.ρ_H<ρ_C

44.T_C<T_H

其中，

T_C：冷柱中的流体的平均绝对温度。

系统在产生输出功E_e(t)方面的效率

为了计算系统通过推进器阵列产生输出功的效率，需要首先定义该效率。在每个时间段t内，系统能够获得与下式等同的：

45.{m_(t)(c_p／M)／T_H+m_(t)(1／2)ω²(r²-h²)+m_(t)U_H ²／2}

并且通过相同的过程回收利用：

46.-(p_H／ρ_C){m_(t)(c_p／M)／T_H+m_(t)(1／2)ω²(r²-h²)+m_(t)U_H ²／2}

在该效率定义的基础上，其是作为输出能量E_e(t)与按照表达式45得到的总能量之间的比率，该效率能够表述如下：

47.η=E_e(t)／{m_(t)(c_p／M)／T_H+m_(t)(1／2)ω²(r²-h²)+m_(t)U_H ²／2}

由此，

48.η=1-ρ_H／ρ_C

这建立起用于系统的稳定状态的标准并且表示在常规工作过程中，系统将不是稳定的，除非在其做功输出效率η与其密度比率之间存在平衡(考虑其各种工作参数，比如尺寸、流体压力、热／冷柱的流体温差、角频率等)。另外，常规做功过程的该连续性需要从环境到系统内的热传递速率容量至少等于输出能量，从而稳定在Q_T(t)=E_e(t)。

科里奥利力的效果及其对过程的稳定状态的主要关系

热柱和冷柱中的流体沿相反的方向平行于旋转半径流动。为了稳定的流体流动，远离轴线流动的分子的角速度随半径的增大而增大。对于朝向轴线流动的分子发生相反的情形。在稳定状态下，在时间段t内，相同的质量m_(t)进入和离开每个柱，由此：

49.F_H=-2m_HU_Hω

50.F_C=-2m_CU_Cω=-2(ρ_C／ρ_H)m_H(ρ_H／ρ_C)U_Hω=-2m_HU_Hω

其中：

F_H：在旋转的IR中由热柱中的流体流动导致的科里奥利力；

F_C：在旋转的IR中由冷柱中的流体流动导致的科里奥利力。

因为在热柱和冷柱中流动方向相反，所以在热柱中流体流向旋转轴线而在冷柱中远离于该轴线流动。科里奥利力对旋转频率的总效果为零。即，在每个柱中流动的流体将因该力而不均匀地压靠壁。这影响分子沿柱的流型并且可能导致附加的摩擦和湍流。其在标准设备中因太小而被忽略(因为慢的流动速度)。另外，科里奥利力可能因不均匀冷却的流体而影响在空腔7中的流型——这在标准模式中也被忽略。

在柱中的流体的压缩和减压(——附加考虑)

在旋转IR时，在稳定过程的每个柱中的流体在距离旋转轴线的不同距离处经受不同的压力。这些压力在每个旋转半径水平处影响气态流体的密度。对于质量的每个部分，流体能量在动能、势能与焓之间的内分布在其流动时转变。因为在冷柱中的流体是持续“向下”流动(远离于旋转轴线)，所以整个柱的分子经受压缩。

并且，在热柱中：

因为在热柱中的流体是持续“向上”流动(朝向旋转轴线)，所以整个柱的分子经受减压。加热冷柱流体(处于良好的绝缘、隔热过程中)的压缩和冷却热柱流体的减压违反了作用于系统的设计需求，该需求为流体以最低可能温度进入空腔4用于再加热并且具有热柱流体与冷柱流体之间的最大温差。

在分析这种压缩对每质量m_(t)的影响时：

从其离开空腔7(和推进器阵列)并且进入其顶部处的冷柱的时刻起，

直到其在时间t_c后经冷柱的底部朝向空腔4离开冷柱的时刻为止，其在顶部和底部处相对于旋转轴线的能量为：

51.E_c(t)1=m_(t){(γ/(γ-1))RT_c1／M+U_c1 ²／2}

52.E_c(t)2=m_(t){(γ/(γ-1))RT_c2/M-(1／2)ω²r²+U_c2 ²／2}

在质量m_(t)良好绝缘且没有其他能量输入／输出的条件下，在入口点和出口点处的质量相对于旋转轴线的总能量保持不变。

53.E_c(t)1＝E_e(t)2

54.m_(t){(γ/(γ-1))RT_c1／M+U_c1 ²／2}=m_(t){(γ／(γ-1))RT_c2／M-(1／2)ω²r²+U_c2 ²／2}

同样，因为质量相同，

55.ρ_c1U_c1At=ρ_c2U_c2At

因此，该理想质量m_(t)(从顶部朝底部向下流动)在其出现在柱中的总时间t_c内的温差(并且考虑到其位于使其为气态且远离于相变温度的温度)为：

56.ΔT_mc(t)=T_c2-T_c1＝(（γ-1)γ/）(M／R){(1／2)ω²r²+U_c1 ²／2(1-ρ_c1 ²／ρ_c2 ²)}

其中：

E_c(t)1：冷柱的顶部处的质量m_(t)流体相对于旋转轴线的相关能量，包括焓、势能、和定向动能；

E_c(t)2：冷柱的底部处的相同质量m_(t)流体相对于旋转轴线的相关能量，包括焓、势能、和定向动能；

T_c1：位于冷柱的顶部处的入口点的质量m_(t)的绝对温度；

T_c2：位于冷柱的底部处的出口点的质量m_(t)的绝对温度；

ΔT_mc(t)：质量m_(t)在其出现在冷柱中的总时间t_c内的温差；

t_c：质量m_(t)从其进入的时刻到离开的时刻出现在冷柱中的时间段；

ρ_c1：在入口点处的质量m_(t)密度；

ρ_c2：在出口点处的质量m_(t)密度；

U_C1：在入口点处的质量m_(t)速度；

U_C2：在出口点处的质量m_(t)速度。

相同原理以相反的方式应用至在热柱(在绝热过程中)中的流体上，该流体在底部进入并在时间t_H之后从顶部离开而降温。

对于热柱，

在入口点：

57.E_H(t)1=m_(t){(γ/(γ-1))RT_H1／M-(1／2)ω²r²+U_H1 ²／2}

在出口点：

58.E_H(t)2=m_(t){(γ／(γ-1))RT_H2／M+U_H2 ²／2}

就热柱而言，在绝热条件下：

59.E_H(t)1=E_H(t)2

由此：

60.m_(t){(γ／(γ-1))RT_H2／M+U_H2 ²／2}=m_(t){(γ/(γ-1))RT_H1／M-(1／2)ω²r²+U_H1 ²／2}

而且

61.ρ_H1U_H1At=ρ_H2U_H2At

62.ΔT_mH(t)=T_H2-T_H1=-((γ-1)γ/)(M／R){(1／2)ω²r²+U_H2 ²／2(1-ρ_H2 ²／ρ_H1 ²)}

其中：

E_H(t)1：热柱的底部处的质量m_(t)流体相对于旋转轴线的相关能量(入口点)，包括焓、势能、和定向动能；

E_H(t)2：热柱的顶部处的质量m_(t)流体相对于旋转轴线的相关能量(出口点)，包括焓、势能、和定向动能；

T_H1：位于热柱的底部处的入口点的质量m_(t)的绝对温度；

T_H2：位于热柱的顶处的出口点的质量m_(t)的绝对温度；

ΔT_mH(t)：质量m_(t)在其出现在热柱中的总时间t_H内的温差；

T_H：质量m_(T)从其进入的时刻到离开的时刻出现在热柱中的时间段；

ρ_H1：在入口点处的质量m_(t)密度；

ρ_H2：在出口点处的质量m_(t)密度；

U_H1：在入口点处的质量m_(t)速度；

U_H2：在出口点处的质量m_(t)速度

压缩／减压效果可以通过低的流体流动速度最小化并且也如下：

减压冷却效果可以通过将热柱中的流体暴露给来自同样沿着柱的环境的其他加热而最小化，该环境包括更靠近旋转轴线的部段(再加热逐渐减压的流体)。该再加热使过程的该部分表现为更像等温减压而非绝热。

压缩加热效果可以通过将在冷柱的顶部处的进入点的流体温度(在离开推进器阵列之后)设定为非常接近相变(冷凝)温度并且在潜热已经由推进器阵列部分吸收且从系统输出之后而最小化。这允许“向下”流动的再加热因流体回收利用潜热而被减弱。在这种情况下，参与到该过程中的潜热被添加至其他相关流体能量成分并且可以如下表达：

63.Q_L＝m_(t)L

其中，

Q_L：在流体的相变期间释放或吸收的能量的量；

L：流体的潜热容。

另外，连续的质量部分实际上沿着柱不是彼此隔绝的，并且由此在柱内存在热流动，主要通过辐射和对流，由此影响内部的温度分布。流动越慢，用于柱(从进口到出口)中的每个质量部分的平均能量交换暴露时间越长，每个柱内的温差越平直。另外，可以在空腔中使用不同相变温度的流体的混合物，以便维持混合物中的—种或更多种流体的气体行为(在通过推进器阵列的能量输出部分中)，同时获益于一种或更多种其他流体的该相变原理(冷凝)。

上述设备和过程使用单个热能来源以将其一部分转变成有用能量。

该过程假定进入空腔6(也称为“冷柱”)的流体能够在流体经过系统的每次循环之后以可持续的方式维持在其初始的低温。

假定在空腔5(热柱)中的流体将由于从热的周围环境的热能输入而保持比在冷柱中的流体热，该热能输入与仅经推进器阵列(在空腔7中)的能量输出所导致的流体冷却效果相结合，不需要吸热设备从冷柱排出过量的热能以在每次循环之前将其带回到其初始的低温。

本发明人提出了对先前描述的设备和过程的改进和调整，以便包括吸热设备从而确保在热柱中的流体部分的温度和在冷柱中的流体部分的温度随时间可持续地维持它们的差异。

在从流体经其与推进器阵列的相互作用输出的能量不会充分冷却流体以将其带回至其初始的给定低温的任一和全部情况下，吸热设备应该从冷柱中的流体排出过量的热以维持初始条件下的温差，该温差导致流动和能量输出的开始。

对前述设备的调整描述如下(图10)。

构成内转子IR的外皮的、中空的、由导热材料制成的紧密密封圆筒的外圆筒1设有热绝缘材料的环形部段层70。

该环形绝缘层70以坚固附接的方式紧密地附接至外圆筒1的导热材料：其能够承受在IR内的加压流体对出现在外圆筒1与外壳体61的内部之间的空腔60中的真空条件的压力。

该环形层70作为外圆筒1的一部分设置成靠近在空腔6(冷柱)的侧面上的封闭基部。

对于该热绝缘层70，围绕其外部附接有两个环形平直表面71、72。这些环形附接件也由热绝缘材料制成，该材料具有反射电磁热辐射的颜色以便尽可能多地减小热经这些附接件71、72辐射到外壳体61的内部与外圆筒1(其保持在真空条件下)之间的空间中。这尽可能多地减小在两侧71、72上的暴露给较热环境区域(下文中为“较热环境”)的空间与暴露给较冷环境区域(下文中为“较冷环境”)的空间之间的热传递，由此减小对出现在空腔6(冷柱)中的流体部分的非期望的再加热。

外壳体61以与外圆筒1相似的方式进行调整，对完全包围其的导热材料的环形部段设置有热绝缘材料层73，该层73与部段相同形状并且以坚固密封的方式附接至外壳体61：其能够承受外部环境对出现在空腔60中的外壳体61内的真空条件的压力。

热绝缘层73面对且平行于在外圆筒1上的对应部分的绝缘材料层70。

对于该部段73，在外壳体61的内侧上，附接有两个热绝缘环状平直表面(都沿着部段73)74、75，其由热绝缘材料制成并且也有反射热辐射的颜色(如同部段73和70)。这些附接件具有与附接件71、72相同的作用并且与它们一起动作以进一步减小热传递。

在绝缘部段70、73或它们的热绝缘附接件上没有热交换翅片。

对于热绝缘层73，沿着其在其外部附接有热绝缘部段76。该部段具有在设备所暴露给的较热与较冷环境之间进行隔离的目的，这两种环境在外壳体61的外部。设备如下地暴露给这两种环境：包围外壳体61的全部空间，从部段76向前、到空腔4和5的外部，都暴露给较热环境。围绕外壳体61的全部空间，从部段76向前朝向另一侧，到空腔6的外部，都暴露给较冷环境(该环境比较热环境冷)。

位于空腔6与外壳体1的基部之间的热绝缘层25(图1)被去除，以允许空腔6(冷柱)中的流体部分通过其经由空腔60的对应部分中的真空热暴露给外壳体1外部的较冷环境而被冷却。

为了改进这种冷却，多个导热的热交换翅片77以导热的方式附接至空腔6内部的外圆筒1的基部内。这些热交换翅片77的方向是使得遵循在空腔6内部的流体的流型以使妨碍和湍流最小。

在外圆筒1的基部的外表面上，并且在外壳体61的对应壁部(或者如果外壳体61为圆筒形则是基部)的内表面上，多个环形导热的热交换翅片以导热的方式围绕旋转轴线以可变的半径附接：分别为翅片78、79和翅片80、81。翅片78、79允许增大在真空腔60内部的热辐射面积，由此通过外部较冷环境提高在空腔6内部的流体的冷却速度。翅片80、81允许增大在真空腔60内部的热辐射面积，由此通过外部较热环境提高在空腔5内部的流体的加热速度。当内转子在外壳体61内部旋转时，翅片的环形和可变的半径允许对应的翅片78、79和80、81彼此持续地面对而不会相互妨碍。

采用改进设备的过程描述如下：

在转子17被致动之后，使内转子IR以期望的旋转角频率ω旋转而外壳体OS保持在相同的冷环境内直到温度在旋转条件下稳定，设备的外壳体61暴露给由热绝缘部段76隔开的两个不同温度区域的工作环境。在空腔4和5内的呈气态的流体部分暴露给出现在外壳体61的外部并围绕它们的较热(相对于较冷环境区域)环境区域。在空腔6内的呈气态(也可以呈液态)的流体部分暴露给出现在外壳体61外部且面对其的较冷(相对于较热环境区域)环境区域。因为在空腔中的流体与外部环境区域由导热材料和真空隔开，所以在空腔中的流体部分与它们相应的环境区域之间的热交换通过对流(在流体中)、传导(在导热外皮和翅片材料中)和辐射(通过处于真空中的空腔60)并且通过它们的组合发生。热绝缘部段70、73和相应的绝缘附接件71、72和74、75、76使得在两个环境区域、在内转子内部的它们相应的空腔以及在空腔中的流体部分之间的温度干扰和加热影响减到最小。

因这两个环境区域，在内转子的空腔内部加压的流体具有可变的温度：在空腔4、5内部的流体比在空腔6内部的流体部分热。由此，在离心电机17被致动之前，在较低温度的空腔中的气态流体的密度较高。在空腔6、冷柱中的流体部分比在空腔5、热柱(注意：在标准模式下柱为相同的体积)中的流体部分的密度大，并且由此具有更高的单位体积质量。当离心电机17致动至给定的转速时，在热柱和冷柱中的流体部分因它们的质量和转速而经受向心力，并且经由空腔4通过它们的底部对彼此施加反作用的压力。

在冷柱中的较冷的、较高质量的流体部分试图抵抗在热柱中的较低质量的、较热的流体部分前行以平衡在空腔4的两端上的压力。因该前行，在空腔7的附接至冷柱的顶部的端部处的压力相对于在空腔7的另一端部处的压力下降，空腔7在其另一端部处附接至热柱的顶部。该压差导致流体经空腔7、经推进器阵列的推进器13前行，从而致动它们，导致电能或其他有用能量输出到系统外部。该能量输出是流体的分子间动能的一部分(实际上，与对应的流体温度成比例)并且在流体经空腔7朝向冷柱的顶部前行时导致流体冷却。该新到达冷柱内的流体相对于其在热柱的顶部处的、进入空腔7的入口点处的温度更冷。在冷柱外部的较冷环境区域允许在冷柱中的流体温度进一步减小，将热量散发给该较冷环境区域。在平衡条件下，因较冷环境区域与较热环境区域之间的温差而引起的在热柱与冷柱中的流体部分之间的温差，与由内转子的旋转所导致的离心条件一起，允许穿过空腔7、6、5、4的持续的流体流动和持续的有用能量的输出。该过程具有对较热环境区域的冷却效果和对较冷环境区域的加热效果。在内转子的空腔内部的流体的压力水平、离心电机17的转速和输出电路的电阻水平(并且由此，对每个对应转子13的流动水平的阻力)需要被调节以优化从两个环境参数范围中的任一个回收利用能量。通过该过程回收利用的能量是在外壳体61所暴露给的两个环境区域之间的热能差的一部分。

通过离心电机17和输出发电机15及它们的机械磨损的损耗所产生的热能通过空腔4和5被很大程度地引导回较热流体中并被回收利用。由空腔60(其设定为处于尽可能的真空条件中)中的残留气体导致的湍流和摩擦有助于较热环境区域的加热动作并且干扰较冷环境区域的冷却动作，从而需要通过优化真空和使外圆筒1的外部形状、外壳体61的内部形状及它们的附接件的形状尽可能地符合空气动力学而最小化。由离心电机17产生的旋转所需的能量(在减去通过较热流体回收利用的损耗热之后)是最小所需的有用输出，以便具有有用的总输出，该总输出大于零。

用于热和冷环境区域的来源和收集装置：

物理接近的热和冷外部环境区域的来源有许多。作为示例，下文描述一些用于环境区域及收集装置的选项：利用两个分离的导热管道／翅片以最大化热交换能力，一个用于较冷环境区域而另一个用于较热环境区域，各自容纳有或没有容纳借助于线路内的泵进行循环的流体(液态或气态)。一个设定为将热从需要冷却的流体部分排出到较冷环境区域，而另一个从较热环境区域朝向需要被加热的流体部分收集热。

可以使用已经移动的热交换表面的情况，比如在海上的活动船只；在空中的航空器等。有风的条件也增大这种表面交换的能力。

当组合时，可以例如如下组合地利用热／冷源之间的温差：较深的水平和表面可见的水平、海洋和天空、地下温度和大气、较高的和较低的空气、向阳侧和向阴侧、干空气和通过蒸发(主要在具有低湿度的环境中有用)的雾状水(或其它液体)冷却效果。其它组合源可以利用在损耗源加热(比如任意的电子／电气设备、发电厂的发电机、车辆发动机等)与作为较冷环境区域的附近环境的空气／水之间的温差。主动源的较热环境区域也是可行的，燃烧燃料以产生所需的热源，由此使该设备作为热效发电机。同样，由系统产生的有用能量的一部分可以被反馈，如果这样选择则有助于冷环境区域的冷却和／或热环境区域的加热。

图11描绘了对较冷/较热环境区域的实际连接的示意性示例：外壳体61的导热外部由热绝缘层76隔开。在两个导热部分上附接有导热的热交换翅片88、89。外壳体61的这两个部件装配有密封的、热绝缘的盖部82、83，盖部82、83密封地附接到热绝缘部段76上。对于这些盖部82、83中的每一个，分别密封地附接有导热管道86、87。这些管道86、87中的每一个容纳热流体并且分别装配有泵84、85。泵使流体在外壳体61的外部与构成该过程所需的两个环境区域的热／冷温度源之间循环。

在所述过程和设备的其他后果／结果中，取决于所选取的构型，产生冷却、冷凝和运动。所述过程和设备可以直接和／或间接地参与到各种过程和设备中并且用于大范围的用途。其中的一些在当今存在，而另一些将作为前景实现。

Claims

1.一种设计用于将给定工作环境中可用的热能转变成有用能量的设备，其特征在于，所述设备包括：外壳体(OS)，其设有双通阀(63)，容置有封闭的圆筒形内转子(IR)，所述内转子(IR)与外壳体(OS)通过真空隔离并且由外壳体支承在两个支承表面(19、38)中；所述内转子(IR)由三个中空的圆筒形部件制成，这三个圆筒形部件由导热材料制成，围绕它们共同的旋转轴线(18)一个在另一个内部地彼此固定，第一部件是中空封闭外圆筒(1)，容置有作为较小的中间圆筒(2)的第二部件和作为内圆筒(3)的第三部件，所述内圆筒(3)围绕所述共同的旋转轴线形成在所述中间圆筒(2)内部，其中所述内圆筒(3)在其轴向端部敞开并且设有两个受控的密封件(41、42)，从而允许关闭或打开形成在所述内圆筒(3)内部的空腔(7)，其中所述中间圆筒(2)围绕所述内圆筒(3)封闭，从而形成空腔(40)，其中所述内圆筒(3)的壁部、所述中间圆筒(2)的其中一个端壁部以及所述外圆筒(1)的与所述的其中一个端壁部相对的壁部设有热绝缘层(27、26、25)，其中设有所述热绝缘层(26)的所述中间圆筒(2)的所述端壁部的周缘设有受控的阀阵列或受控的密封裙(30)，从而允许将形成在所述中间圆筒(2)的壁部与所述外圆筒(1)的壁部之间的空腔(4、5、6)密封地分隔为两部分，并且打开或关闭在所述两个部分之间的通路，其中所述外圆筒(1)设有单通阀(32)和双通阀(33)，其中推进器(13)的阵列设置在内圆筒(3)的内部，装配有允许将推进器的旋转能量转变成有用能量的装置，其中电机位于外壳体(OS)的内部，设计用于以旋转的方式驱动内转子(IR)，其中设有用于控制所述电机(17)、所述推进器、所述密封件、以及所述阀阵列或密封裙的装置，以将所述推进器被转变的旋转能量传递到所述设备的外部以监测在所述内转子(IR)内部的温度和压力，并且其中加压流体位于所述内转子(IR)的内部。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外圆筒(1)的外侧表面设有环形热交换翅片(23)，其中所述外圆筒(1)的内表面设有热交换翅片(21)。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述推进器配备有将它们的旋转能量转变成电能的装置。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

-所述外圆筒(1)设有热绝缘材料的环形部段层(70)，所述环形部段层作为所述外圆筒(1)的一部分设置成靠近在空腔(6)的侧部上的封闭基部；

-热绝缘材料的两个环状平直表面(71、72)包围所述环形部段层(70)的外部附接；

-所述外壳体(61)设有热绝缘材料环状层(73)，所述热绝缘材料环状层(73)面对且平行于在所述外圆筒(1)上的对应部分的热绝缘材料的环形部段层(70)；

-在所述外壳体(61)内侧上的设有所述热绝缘材料环状层(73)的区域附接有两个热绝缘环状平直表面(74、75)；

-热绝缘部段(76)附接到所述热绝缘材料环状层(73)的外部上，-所述外圆筒(1)的端部基壁未设有热绝缘层；-若干导热的热交换翅片(77)以导热的方式附接至所述外圆筒(1)的基部的内部；

-若干导热的热交换翅片(78、79；80、81)以导热的方式以可变的半径围绕位于所述外壳体(OS)的内部的所述旋转轴线的两端附接。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外壳体为圆筒形状。

6.一种利用根据权利要求1-3和5中一项所述的设备用于将给定工作环境中可用的热能转变成有用能量的方法，所述方法的特征在于以下步骤：

-流体被加压到形成在所述外壳体(OS)与所述内转子(IR)之间的空腔(60)中，所述流体经所述外圆筒(1)的单通阀(32)进入到所述内转子(IR)的空腔中；

-在利用均匀加压的流体填充所述内转子(IR)的全部空腔完成之后，围绕所述内转子(IR)的流体压力下降，由此导致所述外圆筒(1)的单通阀(32)锁定；

-通过泵吸将所述流体从位于所述外壳体(OS)与所述内转子(IR)之间的所述空腔(60)排出，以到达几乎绝对真空条件；

-随后将所述外壳体(OS)置于冷却环境中；

-一旦在整个内转子(IR)中获得期望的冷温度，位于所述内圆筒(3)的靠近设有所述热绝缘层的所述壁部的端部处的密封件(42)就密封地关闭，而位于所述内圆筒(3)的另一端部处的密封件(41)和阀阵列或密封裙(30)以允许流体流动来平衡压力的方式关闭；

-所述电机(17)被致动，使所述内转子(IR)旋转至期望的旋转角频率(ω)，而所述外壳体(OS)保持在相同的冷环境中直到温度在旋转条件下稳定；

-进一步将所述外壳体(OS)置于温度比冷却之后高的工作环境中，从而导致在所述内转子空腔内部的温度因从所述外壳体(OS)经形成在所述外壳体(OS)与所述内转子(IR)之间的作为真空腔的空腔(60)接收的环境热能的辐射而升高，并且热绝缘区域的温度比非热绝缘区域的温度升高少很多；

-一旦该流动停止并且在所述空腔中的流体处于实际休止条件下，在所述内圆筒(3)的端部处的所述密封件(41、42)和阀阵列或所述密封裙(30)就打开，从而因压差而导致流体从较热区域流向所述内圆筒(3)内部的较冷区域，所述流体流动致动所述推进器，将所述推进器的旋转能量转变成有用能量并且导致流体的冷却，所述流体持续流向所述内转子(IR)的设有热绝缘层并容纳所述较冷流体的部分；

-所述较冷流体随后继续经所述阀阵列或所述密封裙(30)流向所述内转子(IR)的非热绝缘区域，所述流体的温度在所述非热绝缘区域因环境热能而升高。

7.根据权利要求6所述的的方法，其特征在于：

在所述设备中，

-若干导热的热交换翅片(78、79；80、81)以导热的方式以可变的半径围绕位于所述外壳体(OS)的内部的所述旋转轴线的两端附接；并且所述方法还包括：

在所述电机(17)被致动后，使所述内转子(IR)旋转至期望的旋转角频率(ω)，而所述外壳体(OS)可选地保持在相同的冷环境内直到温度在旋转条件下稳定，所述外壳体(OS)被置于两种不同温度区域的工作环境中以产生有用能量。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过所述设备的能量输出将在所述内转子区域内的所述流体带至所述流体靠近相变的温度，由此减小与发生在所述内转子(IR)的较热区域与较冷区域(5、6)中的压缩和减压相关的加热和冷却的负面效果，由此改进所述设备的性能参数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述相变是冷凝。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过所述设备的能量输出将在所述内转子区域内的所述流体带至所述流体靠近相变的温度，由此减小与发生在所述内转子(IR)的较热区域与较冷区域(5、6)中的压缩和减压相关的加热和冷却的负面效果，由此改进所述设备的性能参数。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述相变是冷凝。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用混合流体来替代单一类型的流体，以便达到流体混合物的温度，所述温度允许一种或更多种流体在位于所述内圆筒(3)内部的区域(7)中的能量输出之后维持气态行为，同时允许一种或更多种其他流体冷凝，由此提高所述流体混合物利用相变潜热能量吸收和释放的能力，以进一步反作用于与在设备的较热区域和较冷区域(5、6)中发生的压缩和减压相关的加热／冷却效果。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用混合流体来替代单一类型的流体，以便达到流体混合物的温度，所述温度允许一种或更多种流体在位于所述内圆筒(3)内部的区域(7)中的能量输出之后维持气态行为，同时允许一种或更多种其他流体冷凝，由此提高所述流体混合物利用相变潜热能量吸收和释放的能力，以进一步反作用于与在设备的较热区域和较冷区域(5、6)中发生的压缩和减压相关的加热／冷却效果。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使用混合流体来替代单一类型的流体，以便达到流体混合物的温度，所述温度允许一种或更多种流体在位于所述内圆筒(3)内部的区域(7)中的能量输出之后维持气态行为，同时允许一种或更多种其他流体冷凝，由此提高所述流体混合物利用相变潜热能量吸收和释放的能力，以进一步反作用于与在设备的较热区域和较冷区域(5、6)中发生的压缩和减压相关的加热／冷却效果。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用混合流体来替代单一类型的流体，以便达到流体混合物的温度，所述温度允许一种或更多种流体在位于所述内圆筒(3)内部的区域(7)中的能量输出之后维持气态行为，同时允许一种或更多种其他流体冷凝，由此提高所述流体混合物利用相变潜热能量吸收和释放的能力，以进一步反作用于与在设备的较热区域和较冷区域(5、6)中发生的压缩和减压相关的加热／冷却效果。