CN117980607A - 用于在气体中产生较高的压力和温度的装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种在气体中产生较高的压力和温度的装置，该装置包括：被设计成使轴(6)旋转的旋转装置(3)、用于气体的入口(37)、5至少一个铲轮(34，7，8)，该至少一个铲轮设计成驱动气体从入口(37)穿过轴向外通道(26)、中间通道(5)、内通道(4)和出口(16)到达扩散器(18)并进一步穿过热交换通道(24)，该热交换通道平行于外通道(26)延伸并与该外通道接触，以用于将热量从热交换通道(24)传递至外通道(26)，气体被10继续驱动至外罩通道(25)，该外罩通道将气体引导至出口(10)、或者引导至连接到旋转轴(6)的涡轮(9)并继续到达出口(10)。

Description

用于在气体中产生较高的压力和温度的装置

技术领域

以下发明涉及一种用于在气体中产生高的压力和温度的装置，因为该装置可以是任何类型的压缩机，范围从产生液态气体的压缩机到普通真空清洁器。

背景技术

当前用于产生低压或过压的程序和装置通常涉及在压缩机的帮助下使流体运动，该压缩机可以是真空清洁器中的离心压缩机，该离心压缩机在可以是电动马达的装置的帮助下旋转，以驱动空气穿过压缩机，从而在入口前方形成低压并在压缩机后方形成动态压力。这种方法的能量损失将产生热量，并且是来自马达、摩擦，尤其是当压缩机后方的动态压力可以在扩散器后方形成近似静态压力时，在当今的真空清洁器中不使用的扩散器。还安装了多种灰尘过滤器，以在常见真空清洁器中避免颗粒。这些过滤器从它们是新的/洁净的时候开始进一步减少气流，并且当过滤器被颗粒堵塞时减少得更多。当今的电器还会发出大量噪音，该噪音来自马达、压缩机以及进入真空清洁器、在真空清洁器内和离开真空清洁器的空气速度。

另一方面，如今，在气体液化和内燃发动机中使用了许多低效的压缩方法，这些方法没有利用压缩和摩擦产生的热量来实现较高的压力从而可以减少添加的能量。

发明内容

本发明的目的是产生一种用于压缩气体的装置，其中通过利用机械发展和热发展两者来实现所添加的能量的能量回收，以便除能够从气体中去除颗粒之外还实现预期目的。

这是通过根据所附权利要求的装置来实现的。

所讨论的发明可以利用来自装置的热量发展的能量损失使将其重新作为功获得，从而可以减少对旋转装置添加的能量，而同时维持压缩机的容量，并且由于颗粒被离心力捕获并定期用装置去除，而显著降低来自装置的噪音和颗粒吞吐量。因此，可以排除多个过滤器并提高吞吐量并进一步降低能耗。

本发明再生了热量以实现较高的压力，如果所添加的能量不是电力而是来自其他来源(比如过剩的热量、太阳热和/或在装置中燃烧的燃料)，则这是有利的，并且热量利用既从装置提供较高的压力，又可以通过涡轮被利用，该涡轮提供的功比旋转装置所需的更多，并且本发明成为还具有用于捕获所产生的CO₂的方法的压力和热能利用发动机和/或内燃发动机。

本发明的有效压缩方法有利于气体的压缩和气体的液化，无论有涡轮还是没有涡轮，其中根据该装置，气体可以被加压地供应和/或液态地供应。

附图说明

现在将参考附图来详细描述本发明，其中在随后的详细描述中阐述了本发明的附加特征和益处。

图1描绘了本发明的主要实施例，其中示出了沿着旋转轴线和轴以及旋转装置和静态装置的一半的截面；另一半是沿着纵向轴线的一侧所示出的半结构的镜像，除了围绕中心轴线完全出现的静态轴、旋转轴、马达和涡轮的符号之外。

图2描绘了图1所示的本发明的另一主要实施例，其中示出了沿着中心轴线和轴以及旋转装置和静态装置的一半的截面；另一半是在旋转纵向轴线的一侧纵向示出的半结构的镜像，除了围绕中心轴线完全示出的静态轴、旋转轴、马达和涡轮的符号之外。

图3描绘了图2所示的本发明的实施例的细节，其示出了用于从旋转装置去除并移出积聚的颗粒的详细机构。

图4描绘了图1和图2中的发明细节，其中图2中的第一实施例连接在图1的实施例前方以形成串联连接。

具体实施方式

图1以及根据该图的简要描述展示了具有旋转轴线1的装置的纵向剖面，该旋转轴线被旋转装置3包围以操作旋转装置。旋转装置3可以是例如电动马达，该电动马达在一侧与中空静态轴2对接并被支撑在其上，中空静态轴经由多个入口定子38对接并支撑直到入口罩35，该入口罩不旋转并且可以包含附加的径向支撑件(未示出)。在电动马达3的另一端，旋转轴6附接至具有向内铲7和向外铲8的铲轮，该铲轮等同于并且其功能类似于离心压缩机，其中铲以竖直虚线展示。旋转轴6进一步连接至涡轮9，该涡轮可以是轴流式涡轮。在旋转轴6上附接有出口盘14，该出口盘附接至旋转轴6和径向出口铲8，这些径向出口铲向外朝向周边分支至出口开口16。向外铲8和向内铲7以相等的数量彼此附接，并且在它们之间以相等的距离包围轴，其中中心盘15附接到向外铲8与向内铲7之间，该中心盘在中心具有开口直到出口铲8。中心盘15进一步附接在圆柱形热交换管22的外围处并居中，该圆柱形热交换管以相同的半径将旋转轴线围在中心。在热交换管22的另一端，内侧固定有一个入口盘33，该入口盘中间具有用于入口37的孔，气体在该入口处被输送以在装置中进行压缩，气体的流动方向由从入口、装置内侧并在涡轮9之后穿过装置的出口10的细箭头指示，除了涉及热传递的带有Q的细箭头之外。入口盘33的中心位于入口罩35内侧小间隙勇气(smallclearance courage)位置，以形成内部动态密封36。入口盘33附接有具有用竖直虚线展示的径向入口铲34的入口叶轮，这些径向入口铲在由入口定子38敞开的入口37处被安装成沿旋转方向向前弯折。入口铲34从静态轴2分支出来、带有很小的间隙，并且一直到达朝向热交换管22内侧的外围处，入口铲34和入口盘33均在该热交换管处居中并附接。有利的是，入口铲34、向内铲7和向外铲8的数量以及它们之间的距离(按照它们在围绕轴线1的圆周上的截面)相等。在入口铲34上，内侧附接有入口内盘32，该入口内盘以静态轴2为中心并由轴承支撑在静态轴上。入口内盘32之间形成从入口37开始的径向通道，用于在它们之间的空间中输送气体，入口盘33和入口铲34径向向外朝向热交换管22。为了在热交换管22以内形成从入口铲34的内侧到向内铲7的内侧的另外的轴向外通道26，入口内盘32的外围固定有外管23，该外管以轴线1为中心并包围该轴线。外管23抵靠向内铲7的内侧居中放置并形成外通道26，该外通道在用于输送气体的外通道26的圆周中在轴向和切向上均敞开。气体从外通道26经由向内铲通道进一步向内输送，并且径向向内输送到由内管21界定的中间通道5，该内管包围轴线1并且居中并附接至中心盘15和向内铲7、在外管23内居中。内管21朝向入口内盘32伸出，其中入口内盘32与内管21之间的开口的轴向距离最小等于相同半径上的入口铲34的宽度。因此，内管21形成从中间通道5开始并进入内通道4的开口，在内通道中，气体吸取来自马达3的剩余热量(Q)以避免过热。此外，气体从中心通道4输送通过向内铲7并继续到向外铲8，在向外铲处，气体在旋转期间被向外抛向旋转装置的外围上的出口开口16。气体从出口开口16及上方被猛投并挤压，直到经由两个相同且平行的扩散器盘17并从它们之间到达静态螺旋扩散器18，这两个相同且平行的扩散器盘在外围处及内侧上的圆周直径均相等。扩散器盘17附接到螺旋扩散器18的内侧上的纵向开口的两侧。在旋转装置的出口开口16的两侧上具有很小间隙的扩散器盘17用于形成动态密封。来自出口开口16的动态气体压力在较低气体流量下被转换成螺旋扩散器18中的近似静态压力，其中气体的压力和温度均升高。螺旋扩散器18在扩散器盘17的外围处以整个圆周伸出。扩散器通道以小的横截面积(未示出)开始，如图所示，该小的横截面积朝向扩散器18的出口连续增加。螺旋扩散器18中的通道的逐渐增加的横截面积具有与旋转相同的方向，并且气体将从其端部移动到在旋转的热交换器管22外侧且在定子罩管27内的静态热交换通道24中。热交换通道24在轴向和切向方向上均敞开，其中从螺旋扩散器18出来的气体以较低的速度并沿着与热交换管22相同的旋转方向围绕热交换通道24进行切向螺旋运动并轴向穿过该热交换通道。来自外侧热交换通道24中的气体的热量(Q)被输送到在旋转装置的高旋转下被加热的旋转外通道26内的较冷气体中。气体的这种较高的压力和温度向内到达中心通道4，并且当气体到达热交换通道24时温度和压力进一步更高。经过多次热交换循环后，温度很快稳定。来自热交换通道24的热气体将经由外罩通道25向上到达涡轮9，与气体从一台压缩机直接被带到涡轮9的情况相比，这经由旋转轴6将更多的动力传递至旋转装置，如稍后所解释的。涡轮罩11是静止的、被支撑并且固定在入口上直至涡轮盘12，该涡轮盘进一步附接至居中并包围该装置的外罩管20的一端。在外罩管20的内侧上，多个定子入口28和定子出口19附接在轴向外罩通道25沿气体流动方向的起点和终点处。其中，定子入口28和定子出口19在其在圆周上的不同地方可以是等量的，以支撑定子罩管27内的所有静态装置，其中扩散器18附接到定子罩管27的端部处的内侧，该定子罩管还附接至定子盘13的外围，该定子盘通过位于中心的轴承支撑至旋转轴6。定子罩通道24与外罩通道25之间的通道是通过将圆形管子沿长度方向切向地分割而布置，以形成定制的纵向半管29，该纵向半管附接至外罩管20的第二端，并且半管29、管子的外边缘附接到入口罩35，因此所有静态部件彼此附接并且可以支撑任何静态部件和旋转部件。热交换管22朝向入口侧延伸，使得半管29可以处于与热交换管22延伸部的内侧具有很小的间隙的位置，以形成类似于入口盘动态密封36的外动态密封30。半管29与定子罩管27之间的距离、它们之间的开口必须布置成使得气体速度等于或低于热交换通道24中的气体速度，并且对于外通道25直到涡轮9来说一样。

涡轮9必须适于在涡轮9与扩散器18之间维持有利的动态和静态的压力和温度、同时具有最佳的气体流动以从所述能量损失中实现最佳可能的再生，并且与旋转装置的正常操作期间的速度相适配。为了避免热量损失并获得涡轮的最佳效果，如果外罩管20和涡轮盘12是隔热的(未示出)，则是有益的。

至用于旋转的电动马达3的电源线31可以穿过入口罩35、进一步穿过入口37处的入口定子38之一并向前穿过中空静态轴2到电动马达3来构建。

因此，该装置和程序的目的是，外通道26中的气体具有与旋转装置相同的高旋转，并且在从入口37到外通道26的外围的高离心力下具有冷气体的柱压力的近似静态压力。当外通道26中的气体经由热交换管22被热交换通道24中的相同气体间接加热(Q)时，其中其最初可以是外通道26中的气体的ΔT的两倍以上。(v＝当出口开口16具有与热交换管22相同的半径时的外围速度(以m/s为单位)。Cp＝气体的热容量)。它们之间的ΔT可以被传递(Q)到外通道26中的较冷气体，从而给予其较低的密度并且对向内朝向中心4的较热气体给予较低的离心力。因此，从入口37向外的冷气体的柱压力将不会受到较高密度加热、较高离心力的影响，并且在恒定加热和恒定速度期间将驱动较轻的被加热气体不断地从外通道26朝向中心4。速度越大，朝向中心4、出口开口16、及扩散器18之后并进入热交换通道24的温度和压力越高。处于恒定流量和恒定速度下短时间之后，来自气体的热循环和热积聚将稳定到显著高于外通道26中的第一温度的恒定温度。因此，气体中的热积聚和压力升高可以从涡轮9提供显著的附加功，这有助于在相同的抽吸或压缩功率的情况下显著减小到电动马达3的流量。在旋转装置的恒定速度下存在最小的旋转损失，因为将气体旋转排出到外通道26的能量与将气体向内朝向中心4的旋转减少相同的质量是相等的能量。所有摩擦都会产生热，并且该能量被再循环来通过涡轮9做功。

气体出口开口16和扩散器18可以比如图所示的更加径向向外放置，以获得更高的压力和温度，并且扩散器盘17也可以具有比如图所示的更大的直径，并且需要更多的空间，因为热交换通道24和外罩通道25并且直到涡轮9必须设计为具有相同的流量。

另一方面，图1中的程序和装置需要入口37中的气体尽可能洁净且不含颗粒，因为颗粒将沉积在热交换管22上，该热交换管在高速度下可能沉积颗粒，如小如病毒或烟雾颗粒。图2示出了解决此沉积难题并且可以安装在图1中描述的装置和程序前方的程序和装置。

图2示出了图1的不同实施例，其中图2以相同的方式展示了装置的纵向截面，该装置具有中心旋转轴线1，该装置包围旋转装置(可以是电动马达3)以经由轴6来操作旋转装置。电动马达3被对接并支撑到定子盘13，该定子盘也在中心并且在电动马达3的同一侧为旋转轴6提供轴承支撑，其中出口盘14紧固到轴6以将旋转传递到旋转装置。旋转轴6进一步由中空静态轴2的一侧的内侧的轴承支撑，该中空静态轴经由入口定子38在入口37处锚固至入口罩35，该入口罩不旋转并且可以包含用于进一步支撑的附加径向支撑装置(未示出)。在另一侧的电动马达3上，旋转轴6通过马达3附接至旋转轴6并且附接至涡轮9，该涡轮可以是轴流式涡轮。中心盘15以旋转轴6为中心并附接到该旋转轴以传递来自旋转装置3的旋转，同时是被支撑的。在出口盘14上，在其内侧在外围上附接有径向向外铲8，这些径向向外铲被示出为竖直虚线并且朝向外围向外分支。向外铲8位于该区域的中心，并且将轴均匀地包围在它们之间，并且它们可以在内侧上附接至管，该管进一步以出口盘14为中心并附接至该出口盘以用于支撑出口铲8。在向外铲8的外围上，在周界中有一个纵向出口开口16抵靠圆形扩散器18，该圆形扩散器在其圆周中包围出口开口16。朝向出口铲8的外围，出口铲从出口开口16的另一侧附接至圆柱形热交换管22的内侧，并且在外围处居中。热交换管22以相等的半径包围中心的旋转轴线。在相反端部处，热交换管22附接至入口盘33，该入口盘的中间具有用于入口定子38的孔，气体在该入口定子处被输送以在装置中进行压缩。气体的流动方向由从入口、装置内侧并在涡轮9之后穿过出口10离开装置的箭头示出，除了涉及热传递的带有Q的细箭头之外。中心的入口盘33定位成与入口罩35的内侧有很小的间隙，以形成动态密封36。径向入口铲34附接至入口盘33，如竖直虚线所示，并且在入口定子38内敞开的入口37处沿旋转方向向前弯折。入口铲34在中心处支撑到静态轴2以支撑旋转装置并使其可旋转。入口铲34自身从中心的轴承朝向外围向外分支，并且与静态轴2具有很小的间隙。其中入口铲34一直延伸到外围、抵靠热交换管22的内侧，入口铲34和入口盘33均在该热交换管处居中并附接。有利的是，入口铲34和向外铲8的数量相等。在入口铲34内，其内侧与一个入口内盘32有小间隙，该入口内盘是定子盘，该定子盘以静态轴2为中心并附接至该静态轴。定子入口内盘32、朝向热交换管22径向向外的入口盘33和入口铲34之间的空间形成叶轮，该叶轮具有从入口37到外围到热交换管22的内侧的径向气体管道，这可以类似于具有径向矫直或向后弯折、向外至外围的入口铲34的离心压缩机。为了进一步在热交换管22以内形成从入口铲34的外围到向外铲8的轴向外通道26，包围轴线1的外管23被固定至定子入口内盘32的外围并以其为中心。外管23相对于居中的出口静态中心盘15或静态中心盘的在外侧的另一端的内侧居中并附接至其，该静态中心盘进一步在中心附接至静态轴2的端部并在静态轴2的外侧、在定子入口内盘32、外管23和出口定子盘15之间形成具有圆柱体形状的中心通道4。外管23的外侧与出口铲8的内侧具有很小的间隙。定子中心盘15与旋转的出口盘14之间也存在很小的间隙。因此，热交换管22与外管23之间的空间在外通道26的圆周上在轴向和切向上均敞开，作为入口铲34与出口铲8之间以旋转轴线1为中心的圆柱形管道，其中气体被轴向地压向向外铲8，这些向外铲将气体从旋转装置的出口开口16向外抛出并挤压并继续到达静态扩散器18。从定子入口内盘32起沿着外管23的内侧并与出口铲8的内侧对齐，一系列刷子壳体41已经相对于旋转轴线1轴向地布置并且以相等的距离定位在外管23的内侧上，在每个刷子壳体41的外侧具有通向外通道26的开口。

刷子壳体41的数量必须高于或低于可以具有相等数量的入口铲34和向外铲8的数量。在每个刷子壳体41内侧，在刷子壳体41的内侧上占据整个长度的纵向刷子(未示出)附接到支撑性滑动件(未示出)的端部。在每个刷子壳体41内的径向顶部附接有弹簧加载的磁刷子继电器40，该继电器还进一步附连有用于刷子壳体41中的刷子的轴向可移动继电器轴。当电源线31给刷子继电器40通电时，每个继电器的继电器轴杆将每个刷子径向向外推动并与热交换管22的内侧接触，这些刷子都将使气体的旋转停止。然后，气体仅与刷子所旋动起来的沉积物一起在刷子之间被高速地轴向运送(更多细节在图3中)。从出口开口16到扩散器18的气体同样不会与图1类似地旋转，但图2中的实施方式示出了不同的实施例，其中扩散器18布置在出口开口16一侧的定子盘13与另一侧之间的空间中，另一侧可以是在出口16处(以很小的间隙)环绕热交换管22的外侧的纵向管子。在图2中，前述围绕转子的纵向内扩散器壁44被示出为沿长度方向分成一半的圆形管子。内扩散器壁44在外围处被支撑并附接至多个扩散器定子54，其以接近于与从扩散器18到转子热交换器管22与定子罩管27之间的热交换通道24的排放气体的方向平行的角度布置，从而形成包围转子的圆柱形的且轴向敞开的热交换通道24。定子罩管27在内侧支撑并紧固扩散器定子54。来自扩散器18并通过热交换通道24的气体将形成螺旋运动并且沿着与装置旋转相同的旋转方向，但速度低于热交换管22的外围速度。热交换通道24中的热交换管22气体之间的这种相对移动为热交换管22外侧的气体提供了相对较高的有效接触面积。这又引起从热交换通道24中较暖的气体穿过热交换管22到外通道26中的气体的较高的热传递(Q)，该外通道中的气体具有比热交换管22不旋转时更高的容量。来自旋转的高离心力还将引起外通道26中密度较低的被加热气体从热交换管22的内侧向内产生更大的浮力，并且与不旋转的情况相比，到外通道26内的气体中的热传递显著更快。同样的事情也发生在穿过热交换通道24进行旋转螺旋运动的气体中，然而，通过将热交换通道24中的气体冷却，较低的旋转产生较小的力，并且反之亦然，这得到较高的密度，并且冷气体被向外抛出，从而带来更快的温度混合，而且这还因为热交换通道24中的气体速度不同于热交换管22和定子罩管22。这会产生湍流，从而也改进混合。然后，外通道26中的气体在恒定旋转期间最终达到恒定较高的温度，与从入口37被加热相比，从入口到热交换管22的较冷气体将在朝向出口开口16的热气体中产生更高的压力。这意味着来自出口开口16的较暖气体的出口速度将能够实现比出口16处的外围速率更高的径向速度。这引起更高的压力和更高的温度穿过扩散器18并进入热交换通道24。在热交换通道24之后进行等压热交换之后，气体将具有比气体仅穿过具有相等外围速度的标准离心压缩机更高的温度和压力。气体在热交换通道24之后被向外引导到外罩通道25并且向前经过马达管道42，在该马达管道处，气体从马达吸取过剩的热量Q，并且加压气体在被引导穿过使来自气体的压力和热量损失的能量再生的涡轮9之前被进一步加热，并提供来自涡轮9的功，该功经由旋转轴6传送至电动马达，使得可以减小电源线中的电流，但仍维持与通过轴6使装置旋转相等的功率。涡轮室11是静止的并且固定在涡轮盘12的入口外侧，该涡轮盘进一步附接至外罩管20，该外罩管以该装置为中心并包围该装置，并且在内侧上且在那里附接有多个定子19、28，这些定子在虚线之间示出，并且在轴向外罩通道25沿气体流动方向的起点28和终点19的周界上具有相等的距离。上述定子19、28支撑定子罩管27，该定子罩管附接至定子盘13，该定子盘附接至马达3并且进一步通过轴承来支撑轴6。热交换通道24与外罩通道25之间的通道是通过将圆形管子沿长度方向切向地分割而布置，以形成纵向半管29，该纵向半管附接至外罩管20的端部并附接至入口铲34，这些入口铲由定子28支撑、起点与半管29对齐，因此所有静态部件彼此附接并且可以支撑静态部件和旋转部件两者。热交换管22在入口侧处朝向外部动态密封部30延伸，使得半管29可以定位成以很小的间隙朝向热交换管22的延伸部的内侧，以形成类似于入口盘33动态密封的动态密封，其中这可以是迷宫式密封。半管29与定子罩管27之间的距离必须布置成使得气体速度等于或低于热交换通道24中的气体速度。涡轮9必须适于在涡轮9与扩散器18之间维持有利的动态和静态的压力和温度，并且还使得扩散器18中的静态压力不会朝向转子中的出口开口16建立，使得那里的气体流动不会减少或停止。

至用于旋转的电动马达3的电源线31可以穿过外罩管20、进一步穿过在电动马达通道的入口处的定子出口19之一并且进一步在马达管道42中的定子盘13的外侧上直至马达3来构建。

给继电器53到刷子继电器40壳体的电力可以被引导穿过入口罩35、进一步向内穿过入口37处的入口定子38之一、进入静态轴2的空腔、并且进一步向内进入其空腔，在那里它被引导穿过静态轴2进入中心通道4并向外分支并与所有刷子继电器40接触。

在定子罩管27的端部处的每个定子28的内侧上，有称为定子继电器45的弹簧加载电子继电器，其具有两个轴向移动的轴，每个轴向移动的轴朝向半管29的内侧附接到定子28的每一侧上的两个出口舱口的端部，其中每个出口舱口位于定子28之间。(更多细节在图3中解释)。至定子罩管27上的定子继电器45的电流被分支到每个刷子继电器40，从给入口罩35外侧的继电器53的电力、穿过半管29壁、进一步穿过每个定子28，该定子可以是中空的并且连接到其自己的定子继电器45。刷子继电器40和定子继电器45同时被激活并且可以连接到至继电器53的电源线上的单一开关。

图3示出了图2的剪贴图，其中进一步描述了当刷子47用于松动颗粒并且出口继电器舱口49工作时的装置。图3还示出了入口粗过滤器46和旋流罩52的一侧。在入口粗过滤器46包围入口并且以有利的半径附接到入口壳体。旋流罩52附接至外罩管20的外侧并且包围该装置并密封在该装置周围。在正常操作期间，气体将经由附接到旋流罩52的另一端的内侧的装置(未示出)切向地进入，因此粗颗粒将由于进入旋流罩51的气体的旋转和切向移动而被向外抛向旋流罩52。入口粗过滤器46在气体被进一步通过入口吸入并在旋转装置中的高离心力下被压缩到外通道26中之前从气体中捕获任何粗颗粒。穿过入口粗过滤器46并被气体携带的颗粒将被快速地向外猛投并朝向热交换管22的内侧沉积，这取决于离心力和外通道26的长度，因此有可能甚至捕获最小的颗粒，比如病毒和烟雾。因此，可以在气体从装置离开时排除附加的精细过滤器(比如HEPA过滤器)。这也将改进气体的流动并减少损失和对马达的电力供应两者。每隔一定时间，必须通过向继电器53供应电力来去除热交换管22上的沉积物，这些继电器同时启动每个刷子继电器40壳体中的每个电磁体以及定子继电器45，其中来自具有其自己的电磁体的每个刷子继电器40壳体的轴向轴将每个轴以及所连接的刷子47径向向外推到外通道，刷子47与热交换管22的内侧接触。

刷子47在外通道26的从内侧到入口铲34和出口铲8的整个轴向长度上平行于旋转轴线，在旋转装置内侧有很小的间隙。刷子47的目的是将的颗粒沉积物从热交换管22内侧旋起，同时停止外通道26中的气体的旋转，然后气体将旋动的颗粒在外通道26中轴向输送、进一步经由转子的出口开口16到达静态扩散器18并且进一步穿过斜的扩散器定子54之间且平行于这些斜的扩散器定子、进一步穿过热交换通道24并出来到旋流室51，其中定子继电器45已经打开其继电器舱口49，这些继电器舱口为出口舱口，其中带有颗粒的气体被引导出来至旋流室51，颗粒被递送至该旋流室。同时，继电器舱口49完全关闭，以使气体平行于定子28、19进入外罩通道25，并且如图2中对于涡轮所述地向前并离开装置。

一旦快速的颗粒清洁完成并且洁净气体留在热交换通道24中，该过程就恢复，此后继电器舱口49关闭并相对于旋流室51密封，同时打开外罩通道25并且当给所有继电器的电力同时关掉时，刷子47再次缩回到刷子壳体41中。继电器舱口49在外围处通过同时堵塞的柔性铰链附接到外罩管20，并且铰链可以由橡胶制成。继电器舱口49还可以具有沿外边缘附接的橡胶唇缘，以便当它们打开以进行颗粒清洁时更好地与向外铲8密封并朝向定子罩管27，并且当继电器舱口49相对于旋流室51关闭时也抵靠半管更好地密封。

每个定子继电器45具有布置在每个定子28的两侧的两个轴向移动的柔性轴，这两个轴柔性地附接到周界中的每个继电器舱口49上的切向端部。而且，每个继电器舱口49在端部处经由继电器轴附接至每个定子继电器45，并且其中所有定子继电器同时被激活。定子继电器45是弹簧加载的，使得它们在正常操作期间被推动至抵靠旋流室51的关闭位置，并且当在从外通道26去除颗粒的情况下继电器按下继电器53的电力时朝旋流室51打开。对于刷子继电器40来说也是如此，但是刷子继电器40中的弹簧加载适于在正常操作期间将刷子47保持在刷子壳体41内，并且通过按下继电器53的电力而将刷子向外推动以进行颗粒清洁。刷子壳体41朝向外管23的内侧以相等的距离紧固在周围。为了减少正常操作期间外通道26中的湍流，每个刷子外侧还可以有铰接的舱口(未示出)，该舱口可以铰接至刷子壳体41的刷子开口一侧或外管23，使得当刷子47被向外推动时，其打开并朝向旋转方向(未示出)摆动。当刷子47被拉回到它们的刷子壳体41中时，舱口将通过气体的旋转力并且通过附接到其上且在每个刷子47和舱口(未示出)的端部上的弹簧而关闭。每个刷子47在每个端部处都由适于承受其所受到的力的滑轨支撑。旋转装置的速度也可适于有利的速度以避免在颗粒清洁过程期间支撑装置的大小过大。

另一方面，刷子铰链外侧的前述舱口(未示出)可以在刷子壳体41外侧升高至外管23并且还充当刷子47，因为刷子可以沿着朝向热交换器管22向外移动的舱口边缘构建，并且这些刷子舱口可以附接到与外管23的内侧附连的每个刷子继电器40，并且因此免去了前述的刷子壳体41及其自身的刷子47。当关闭并且不使用时，刷子舱口也可以折叠到外管23中(未示出)，使得它们与外管23的圆对齐，以改进穿过外通道26的动态气体流动。

图4示出了根据图2安装的与图1中的装置并列的图2中的工艺，其中它们的共同点是：旋转轴线1、马达3、旋转轴6、涡轮9。它们从每个延伸的外罩管20a、20b紧固在一起，并且外罩联接件55可以具有管子联接件，该管子联接件包住新组装的装置并使新组装的装置居中，并且形成将气体从图2的第一装置引导到图1的第二装置的入口的马达管道42，这致使涡轮9之前的气体的压力和温度更高。第二装置的如图1所示的工作顺序略有改变，其中旋转轴6在马达3的另一侧附接至第一旋转装置的旋转轴，并且旋转轴6延伸穿过马达3并进一步附接至联合涡轮9。

第二旋转装置内的旋转轴6被组成并被支撑在第一装置和第二装置的入口定子38的中心以及出口定子盘13的中心。为了使第二旋转装置旋转，其进一步附接到内部入口盘32和出口盘14的轴上。马达3位于入口外侧，第二装置的其他方面与图1中所描述的相同。

另一方面，当马达3位于外侧时，可以有利地通过去除内管21并替代地将中心铲盘56抵靠旋转轴6来附接和居中并进一步附接到向内铲7的内侧而改变第二旋转装置中的当前工作形式，并且中心铲盘56的外围附接到外管23，并且该装置现在可以将气体径向笔直地向内朝向向内铲7之间的通道的中心引导。如果出口开口16和扩散器18放置得比所示的更靠近中心，则主要是温度升高来致使向内和朝向出口开口16的压力更高。如果添加额外的热量，这可能是有利的。另一方面，装置的出口开口16和扩散器18可以放置在从中心向外的任何半径处。出口开口16和扩散器18可以如图2所示和所述从热交换管子的径向外侧放置，并且取决于热量供应而以定制半径放置到轴向出口并继续到轴向扩散器(未示出)。当使用起点处较窄的螺旋扩散器18时，其可以从起点处用附接至定子罩管27和/或抵靠定子盘13的定制支柱来支撑(未示出)。

除了目前常见的涡轮之外，图4中的第一装置类似于图2中所描述的，具有气体入口37，其中气体的流动方向用细箭头表示，与前面的图所描述的相同，气体被输送穿过新组件直至涡轮9之后的出口10，如果外罩管20a和20b周围的装置是隔热的，则气体中仍然存在一些热量。

来自外罩通道25a、25b中的气体的热量可以穿过外罩管20a、20b或通过其他装置径向向外(Q)导出。例如，热量可以被供应至室内空气以用于加热和/或被供应至可以被加热的其他流体，从外罩通道25a、25b中的气体发出的热量越多，在穿过涡轮9的Juel-Thomson类似喷嘴的压降之后，穿过出口10的气体将越冷。因此，该方法提供了一种高效的单气相热泵，其具有组合的空气净化器和空调，用于加热或冷却室内空气，并且在图3的描述中提到了同时进行颗粒捕获和定期颗粒清洁。但在这种情况下，颗粒可以通过单独的通道被引导到建筑物(未示出)外的空气，而不是颗粒积聚在旋流壳体中。还必须构建往返于该装置和室外环境的空气管道(未示出)，以在组装的装置用作空调时从组装的装置输送任何热量或冷量，这假使到房间的冷且洁净的空气是来自出口10，并且来自外罩管20a、20b的热量被引导到建筑物外，并且当房间应该用该装置加热时反过来。如果该装置在外罩管20a、20b处是隔热的，并且用定制涡轮9将清洁后的热空气从装置中排出，则可以将净化的热空气从出口10直接递送到房间，而无需往返于该装置的室外空气通道，而是仅需从装置到建筑物外部的颗粒清洁通道。

多个装置可以连接成系列，多于图4中所示和描述的两个，其中每个系列的联接体具有定制马达3和旋转轴6。多个系列连接器可以平行放置(未示出)，其中一个系列的出口连接到下一个系列的入口等。如果涡轮9的大小减小和/或在出口之前并在定制压力下在同一轴上的平行联接体中的最后一个系列之后仅连接至旋转轴6，则在每个系列之后气体的压力和温度都升高；如果涡轮9提供足够的能量用于同一轴/系列上的旋转，则可以免去电动马达，其也可以连接到发电机，以便为最后一个系列之前的系列中的一个或多个其他定制马达提供一些电流。

另一方面，所提到的一个或多个系列中的装置可以递送被压缩至高压力的气体。然后，第一装置的气体入口可以附接并密封至适合的管道，用于将气体(未示出)输送至系列中的装置。当在每个装置之间进行压缩时，来自压缩的热量(Q)在每个外罩管20a、20b等处被提取，从而在每个系列中的每个装置之间以及从一个系列到下一个系列来升高压力，同时利用热量出口。在系列中的最后一个装置之后，涡轮9可以被减小或去除并用定制管道(未示出)替换，该定制管道附接并密封在最后一个系列的出口周围，使得可以输送高压下的完全压缩的气体进行储存或使用。由于在这种情况下错过了来自涡轮9的再生功，所以必须采用更大的马达3，但比其他已知的压缩方法具有更少的功率消耗。

另一方面，如果利用系列中的外罩管20a、20b处的装置将气体冷却得足够多，使得出口10之前的气体接近临界温度和压力，则该装置可以具有经适配的涡轮9，其中在气体经过类绝热压降的涡轮9后冷凝，并且进一步实现气体的合理液化。如果气体混合物进入入口37，则气体可以在一系列定制涡轮9(为此在一个或多个系列的终点处)期间按照临界温度和压力的顺序被冷凝，。换句话说，几种气体可以被分离并且在它们自己的涡轮(未示出)处在它们自己的通道中被输送走，例如，是气体混合物，其中水蒸气仅在其涡轮后冷凝，然后是CO₂，最后是氢气，并在镍催化剂上膨胀至帕拉状态。然后，每个涡轮9之间的在系列中的外罩管子通过用于冷却外罩管20a、20b中的气体的装置来冷却。

另一方面，当入口气体含有氧气时，在系列中的最后一个装置中，可以经由一个或多个喷嘴以气体或液体形式添加定制量的燃料(未示出)，该一个或多个喷嘴具有用于将燃料输送到根据旋转装置相适配地组合的扩散器和燃烧室的外围上的喷嘴的装置。这在螺旋扩散器的起点处可能是有利的，那里具有最小的横截面积，即使在气体流动方向上在燃料喷嘴之后，也建立点火机构，该点火机构可以是适合的火花塞，该火花塞具有从装置的外侧为其提供电力的装置。点火机构最初仅用于点燃燃料(未示出)，当气体开始燃烧时，其被维持。压缩和燃烧产生的热气体从现在组合的扩散器和燃烧室移动到前述的热交换通道中，并经由热交换管子放出热量(Q)到旋转装置的外通道中的气体中，该气体在恒定压力下变热。

加热的气体被冷的入口气体进一步挤压，并以比旋转装置中的出口开口中的圆周速度高得多的速度被抛掷和挤压，并继续到达扩散器，在扩散器处，较暖的气体的较高速度致使在加热/燃烧之前扩散器/燃烧室中得到更高的压力和温度，并且可以减少燃料以提供从扩散器并进一步穿过通道到达涡轮的气体的适配温度。在适当且少量的燃料下，它可以自行为旋转装置压缩机提供动力，而无需电动马达动力。使用更多的燃料时，这会产生比压缩功更多的功，并且该装置成为燃烧发动机。

该剩余功可以以多种方式使用，可以是通过电动马达3来使用，该电动马达可以适用于组合的电动马达/发电机或定制发电机，并产生经由所述电缆供应至电动马达并且在这种情况下供应至发电机并离开该装置的电力，该装置现在可以类似于具有发电机的燃气涡轮。在较多燃料的情况下，涡轮也可以适于精确地驱动旋转装置，忽略涡轮经由喷嘴提供推力后的压力，就像喷气发动机中一样，但在同等推力下该装置的燃料消耗要少得多，对于不带推力的大型涡轮和带发电机的燃气涡轮也是如此。

在上述内燃发动机和燃气涡轮发电机的情况下，在系列中的一个或多个中，装置可以具有从出口到入口的闭合回路通道，其中具有闭合回路通道的系列可以容纳有利的工作气体，该工作气体可以是适应于近临界高压力的CO₂，该近临界高压力也适于该系列。回路中的温度必须高于或恰好高于临界温度，以避免工作气体冷凝。在所述燃料喷嘴位于扩散器/燃烧室中且位于点火机构前方的情况下，在该燃料喷嘴或每个燃料喷嘴之后布置有另一个或多个喷嘴(未示出)，该另一个或多个喷嘴具有用于以适于同时供应的燃料的化学计量燃烧的量来供应氧气的装置。排气将在涡轮之后在系列的出口与系列的入口之间的外部闭合回路/通道中继续，冷却装置(未示出)插入外部回路通道内以冷却气体并且仅冷却至某个温度，燃烧产生的大部分水蒸气在高压力下冷凝出来。

水被收集在外部回路低侧的水收集室中，其中冷凝水被进一步从水收集室的底部挤压，并经由通道(未示出)从闭合的CO₂回路中压出。在外部回路通道中的水冷凝区域之后，连接有专用通道，该专用通道将一些CO₂引导至冷却室，该冷却室处于高压下，并且冷却室中的冷却将燃烧中多余的CO₂冷凝出来，并且在冷凝期间中不断产生富CO₂气体，对适于以定制量冷凝出CO₂的冷凝室的通道进行抽吸，以维持闭合CO₂回路中的恒定压力。液态CO₂从冷却室底部被进一步挤压并压出(未示出)以供进一步利用或储存和处置，并且一些CO₂被储存以平衡外部闭合回路中的压力并依赖于该系列中的装置从停止到全面运行的操作模式，这将从外部回路抽吸更多气体并抽吸到该系列中的旋转装置中。上述CO₂捕获通道可以包含压缩机，该压缩机将CO₂气体压缩到冷却室中，使得如果外部回路中的压力太低而不能在其冷却室中实现冷凝的情况下，CO₂可以冷凝。

如前所述，将O₂用于燃烧或其他目的可以由另一系列的旋转装置进行，这些旋转装置如前所述利用穿过该系列中的装置的外罩管子的装置通过冷却每个压缩级之间的空气来从空气中回收O₂。在最后一个具有定制涡轮的装置之后，O₂将在不会冷凝的N₂之前冷凝。冷凝和液态的O₂气体被收集在室中，并经由通道从室的底部被引导出来(未示出)。通过经由外罩管子来冷却一个或多个装置内的空气，而加热其通道中来自空气和O₂的冷的残余气体。如所提到的，O₂进一步被引导以与上述发动机装置中的扩散器燃烧室中的燃料一起燃烧，或者一些被压缩或液态地储存在适合的罐中。

前述具有闭合回路的CO₂装置还可以在系列中在涡轮之前的最后一个装置之后通过其外罩管20b或经由用于由本来会损失的过剩的热量来加热气体的装置来加热气体。气体的加热也可以来自太阳热或热源，或者该装置可以根据需要与这些热量输入和燃烧相结合。

电动马达/发电机3还可以放置在系列中的第一旋转装置的入口37的前方，并且具有用于电力的装置和用于入口的开口。它可以用支柱/定子固定到入口壳体，或者电动马达附接到适合于旋转轴6的空间的静态轴，该旋转轴从马达/发电机延伸并且一直围绕旋转轴线延伸到涡轮9。旋转轴6具有轴承并且附接至先前提到的旋转装置。

所列出的旋转装置部件可以采用具有在高压力、高转速、热量下的必要强度的材料，并且可以是为此定制的金属。如果要输送热量的热交换管子具有高热输送能力并且可以由增强铝合金、石墨烯或其他导热材料制成，则该热交换管子是有利的。热交换管子外侧的压力高于外通道内侧的压力，因此可以采用适于在正常运行和高速度期间在外侧压力上浮动的很细的热交换管子。

对于静态装置的部件，其温度和压力允许其由塑料制成。在较高的温度和压力下，必须使用能够承受这种情况并且可以由金属或一种或多种复合材料制成的材料。如果要通过外罩管子散发热量，则有利的是，这里的材料具有良好的导热性能并且其尺寸必须能承受高压力和热量，如针对在一系列设装置中的最后一个装置中具有闭合CO₂回路的内燃发动机和装置所提到的。

有利的是，如果定子罩管27是隔热的或中空的以减少输送到外罩通道25外的热量。

这些图中示出了设计的原理，而不是真实的构造。

Claims (11)

1.一种用于在气体中产生较高的压力和温度的装置，

其特征在于，该装置包括：

适于使轴(6)旋转的旋转装置(3)，

用于气体的入口(37)，

具有铲(34，7，8)的至少一个铲轮，该至少一个铲轮被设计成驱动该气体从该入口(37)穿过轴向外通道(26)、中间通道(5)、内通道(4)和出口(16)到达扩散器(18)，并进一步穿过热交换通道(24)，该热交换通道平行于该外通道(26)延伸并与该外通道接触以将热量从该热交换通道(24)传递至该外通道(26)，该气体被继续驱动至外罩通道(25)，该外罩通道将该气体引导至出口(10)、或者引导至连接到该旋转轴(6)的涡轮(9)并继续到达该出口(10)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，该出口(16)和该扩散器(18)位于该装置的外围处或更靠近中心，取决于在该出口(10)处供应的该气体的期望温度。

3.根据权利要求1所述的装置，包括具有位于该入口(37)处且在该外通道(26)前方的入口铲(34)的铲轮，位于该外通道(26)之间且该中间通道(5)前方和该内通道(4)之后的铲轮向内铲(7)，和/或具有位于具有该向内铲(7)的铲轮的出口与该扩散器(18)之间的出口铲(8)的径向铲轮。

4.根据权利要求1、2或3所述的装置，进一步包括被放置在该扩散器(18)中的被设计用于供应燃料的一个或多个燃料喷嘴、以及用于该燃料的点火机构，该点火机构在该气体的流动方向上位于这些燃料喷嘴之后。

5.根据权利要求4所述的装置，进一步包括被定向成用于供应氧气的一个或多个氧气喷嘴，其中，这些氧气喷嘴位于每个燃料喷嘴之后并且在该气体的流动方向上位于该点火机构前方。

6.根据权利要求4或5所述的装置，进一步包括发电机，该发电机连接到该轴并适于从该装置供应电力。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，该装置适于将热量输送至该外罩通道(25)中的气体或从该外罩通道中的气体输送热量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置与连接到该轴(6)的多个相同类型的装置连接成系列，并且可选地有涡轮(9)连接到该系列中的最后一个装置。

9.根据权利要求8所述的装置，进一步包括用于冷却该系列的装置中的外罩通道(25)中的气体以使得能够在没有涡轮的情况下供应具有高压的气体、或者在该系列的最后一个装置中用涡轮(9)进行液化的装置。

10.根据权利要求8所述的装置，进一步包括位于该系列中的最后一个装置的出口与该系列中的初始装置的入口之间的外部闭合回路通道，因为该最后一个装置包括燃料喷嘴、氧气喷嘴和点火机构，进一步包括冷却装置，该冷却装置被设计成冷凝来自该外部闭合回路通道的水和CO₂，该外部闭合回路通道转向到专用通道中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，布置有多个刷子(47)和装置，以使这些刷子与该热交换管(22)的内侧接触来松动沉积的颗粒、并且清洁被设计成打开以释放这些颗粒的继电器舱口(49)。