EA022131B1 - Устройство и способ переноса теплоты - Google Patents

Abstract

Изобретение направлено на создание вращающегося устройства (107) получения теплоты, холода и давления на выходе устройства, расположенном на оси вращения, посредством центрифугирования находящейся под давлением текучей среды. Устройство содержит по меньшей мере две установленные с возможностью вращения конструкции (107) с U-образными каналами, причем один из каналов (104, 105) в каждой конструкции (107) с U-образными каналами, идущий к периферийной зоне (107), находится в тепловом контакте с другим каналом с образованием теплообменника (106). Один из каналов (105) содержит сжимаемую охлаждающую текучую среду, в которой в результате центробежного сжатия в канале (105) образуется теплота. Эта теплота переносится к нагревающей текучей среде с более низкой температурой во втором канале (104) в составе теплообменника (106), ориентированного к периферийной зоне (107), где теплообмен прекращается. U-образные каналы (107) подсоединены к входным каналам (102, 101) и к выходным каналам (112, 111) на оси вращения для транспортирования указанных текучих сред по U-образным каналам (104, 105, 108, 109) через периферийную зону (107). Теплота и холод, содержащиеся соответственно в нагревающей текучей среде и в охлаждающей текучей среде за соответствующими выходами (111, 112), утилизируются. Давление в нагревающей текучей среде перед выходом (111) повышают с использованием теплоты, полученной в теплообменнике (106), тогда как давление в охлаждающей текучей среды повышают до уровня, необходимого для осуществления ее циркуляции, перед входом (102), чтобы компенсировать отбор теплоты в теплообменнике (106). Работа, совершаемая при расширении нагревающей текучей среды, уменьшает количество энергии, подаваемой для сжатия охлаждающей текучей среды. Конструкция

Description

Изобретение относится к генерированию теплоты в находящейся под давлением текучей среде под действием центробежной силы.

Предшествующий уровень техники

Известны устройства, которые приводятся во вращение, чтобы использовать центробежную силу для сжатия текучей среды, которая в результате нагревается и передает теплоту другой текучей или иной среде, находящейся на периферии устройства.

Общим для таких устройств является то, что одна из текучих сред приводит устройство во вращение с помощью сопел, расположенных на его периферии, и что текучая среда транспортируется через устройство только под действием центробежной силы.

Как следствие большой разности давлений внутри и снаружи этих периферийных сопел, в текучей среде создается высокая скорость при соответственно больших трении и турбулентности. Если сопла направлены назад относительно направления вращения, это также будет создавать сопротивление вращению и трение и тем самым снижать эффективность.

Когда текучей средой является газ с относительно высокой влажностью, он, отдавая теплоту другой текучей среде, будет, вследствие понижения температуры и повышения давления, конденсировать воду. При этом энтальпия сконденсировавшейся жидкости будет уменьшать падение температуры в газе за указанными периферийными соплами. Это будет ослаблять эффективность охлаждения.

Периферийные сопла могут быть оптимизированы для текучей среды при определенных температуре и давлении и при одной определенной скорости вращения. Это обстоятельство приводит к ограниченной гибкости.

Сущность изобретения

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании вращающегося устройства для переноса теплоты, которое свободно от недостатков, присущих известным устройствам.

Признаки устройства и способа согласно изобретению приведены в прилагаемой формуле изобретения.

Повышенная эффективность устройства по изобретению, среди других факторов, достигнута благодаря тому, что вход и выход устройства расположены, по существу, на оси вращения, причем текучая среда транспортируется к периферийной зоне и от нее по соответствующим каналам. При этом можно использовать более двух текучих сред, по меньшей мере одна из которых является сжимаемой для выработки теплоты. Сжимаемая текучая среда может отдавать теплоту непосредственно другой, несжимаемой текучей среде в форме тумана при движении в направлении наружу, к периферийной зоне. Вращающееся устройство установлено в подшипниках внутри герметизированного откачанного корпуса.

Перечень фигур чертежей

Далее изобретение будет подробно описано со ссылкой на чертеж, на котором в продольном осевом сечении схематично изображен вариант изобретения. Показаны только два компонента, расположенных по одну сторону от оси вращения и образующих И-образные каналы; часть устройства, расположенная с противоположной стороны оси вращения, симметрична изображенной части.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На чертеже представлены главные части изобретения: конструкция в форме цилиндрического барабана или диска или диски с канавками/лопатками, или трубы, ориентированные радиально или аксиально и расположенные вокруг оси вращения, или комбинации названных конструктивных элементов, образующие конструкции 107 с И-образными каналами, которые подсоединены к входным каналам 101, 102 у входного конца 103 вала и к выходным каналам 111, 112 у выходного конца 110 вала. Концы 103, 110 вала установлены в подшипниках 113 и связаны с неизображенными приводными средствами, обеспечивающими вращение указанных конструкций с И-образными каналами. Устройство содержит входной канал 101 для подачи нагревающей текучей среды из центра вала 103 к нисходящему каналу 104. У конца 103 вала входной канал 102, служащий для подачи охлаждающей текучей среды к ее нисходящему каналу 105, окружает указанный канал 101. Канал 105 может окружать нисходящий канал 104 для нагревающей текучей среды, который может находиться с ним в тепловом контакте каким-либо иным образом, например с использованием теплообменных ребер, установленных на поверхности канала 105. Нисходящий канал 104 для нагревающей текучей среды может также иметь нагревательные ребра для улучшения теплообмена. Указанные ребра образуют теплообменник 106 между нисходящими каналами 104, 105 и служат для усиления конструкции. Если текучие среды имеют одну и ту же температуру на входе, а охлаждающая текучая среда в своем нисходящем канале 105 имеет по сравнению с нагревающей текучей средой в ее нисходящем канале 104 большую способность к сжатию под действием центробежной силы, а также меньшую теплоемкость, охлаждающая текучая среда приобретет более высокую температуру и будет непрерывно передавать теплоту нагревающей текучей среде при своем движении к периферийной зоне 107. Здесь теплообмен прекращается, и далее текучие среды текут по теплоизолированным друг от друга восходящему каналу 108 для нагревающей текучей среды и восходящему каналу 109 для охлаждающей текучей среды от периферии в направлении оси вращения и к выходной зоне у выходного конца 110 вала, в которой выходной канал 111 для нагревающей текучей среды заключен внутри выход- 1 022131 ного канала 112 для охлаждающей текучей среды.

После этого охлаждающую текучую среду используют для целей охлаждения, а нагревающую текучую среду - для целей нагревания. Для содействия течению охлаждающей текучей среды необходимо обеспечить приложение к ней, перед входом 102, регулирующего давления, чтобы противодействовать влиянию более высокой плотности текучей среды в восходящем канале 109, которая приводит к большей центробежной силе по сравнению с нисходящим каналом 105. Для нагревающей текучей среды это соотношение будет противоположным, и оно будет приводить к повышенному давлению у выхода 111, тогда как плотность в восходящем канале 108 будет меньше, чем в нисходящем канале 104. Компенсация этого соотношения может быть обеспечена настройкой регулирующего давления у выхода 111 или пропусканием нагревающей текучей среды через турбину/турбокомпрессор (что эквивалентно приложению регулирующего давления к охлаждающей текучей среде перед входом 102). Альтернативно, для обеспечения требуемой циркуляции можно ориентировать выход для охлаждающей текучей среды радиально наружу, но такой вариант имеет меньшую эффективность.

Входные каналы 101, 102 и выходные каналы 111, 112 для текучих сред можно выполнить охватывающими концы 103, 110 вала (этот вариант не изображен). Можно также выполнить вал в виде трубы, перекрытой посередине непроницаемой стенкой, причем один конец трубы используется для формирования входных каналов, а другой - для выходных. Концы указанных каналов связаны с соответствующими нисходящими и восходящими каналами.

Описанная конструкция с И-образными каналами, т.е. с нисходящими каналами 104, 105 и восходящими каналами 108, 109 может быть отогнута, полностью или частично, в радиальном направлении назад относительно направления вращения (этот вариант не изображен).

Если канал от входа до выхода не представляет замкнутую систему (которая будет описана далее), взвешенный твердый материал и некоторая часть текучей среды могут проходить через ряд сопел, расположенных в периферийной зоне 107, в дисковидный эжектор-диффузор (не изображен), находящийся у наружной поверхности этой зоны, в которую выходят сопла вращающегося устройства (т.е. конструкции с И-образными каналами). Эжектор-диффузор, принимающий материал из серии сопел, обеспечивает получение низкого давления внутри откачанного корпуса (не изображен), который не приводится во вращение и к которому прикреплен эжектор-диффузор. И-образные каналы ориентированы внутри откачанного корпуса радиально, образуя конфигурацию, сбалансированную относительно оси вращения. Каналы герметизированы на своих входах и выходах и установлены в подшипниках внутри неподвижного откачанного корпуса, пониженное давление в котором снижает сопротивление вращению.

Если на вход 102 подается, например, влажный воздух, материалами, которые могут осаждаться из потока, являются пыль и вода. При этом регулируемое количество распыленной воды или другой несжимаемой среды или сжиженной текучей среды (не изображена) может специально добавляться к текучей среде (например, к воздуху) у входа 102. Распыленное состояние данной среды поддерживается путем направления ее тангенциально каналам в лопатки или вокруг них, или в трубы, которые непрерывно распыляют среду в направлении периферийной зоны. В результате среда (например, вода) будет двигаться тангенциально в наружном направлении по спиральной траектории, проходя сквозь текучую среду (например, воздух), текущую по более радиальной траектории. Среда (например, вода), которая формирует относительно большую поверхностную область, быстро и непосредственно воспринимает теплоту от текучей среды (например, воздуха). Возможен также непрямой перенос тепла от другой охлаждающей текучей среды в нисходящем канале 105, в которой также поддерживается, полностью или частично, температура, которую имела бы нагревающая текучая среда при отсутствии указанной среды (например, воды) в канале 104. Путем настройки оптимального распыления среды (например, воды), так что она дольше находится во взвешенном состоянии в текучей среде, обеспечивается повышение давления и температуры по направлению к периферийной зоне 107. В этой зоне длина канала вдоль оси должна быть подобрана таким образом, чтобы среда (например, вода) могла осадиться, так что скорость ее уменьшится и ее можно будет вывести из периферийной зоны 107 в указанные сопла. Если среда (например, вода) и какая-либо иная текучая среда за эжектором-диффузором отделяются и будут находиться под повышенным давлением, их, вместе с другими средствами, можно использовать, полностью или частично, для приведения устройства во вращение и/или обеспечения циркуляции текучих сред или для иных вариантов преобразования энергии. Так, теплую воду можно использовать за выходом эжекторадиффузора после того, как она выполнила свою функцию по созданию давления. При использовании в качестве охлаждающей текучей среды только воздуха, в который добавлен водяной туман, текучая среда будет нагреваться, начиная от входа (как это было описано выше), и дополнительно поглощать воду, что приведет к большей относительной влажности.

Одна из текучих сред может течь в направлении, противоположном описанному. В этом варианте теплообменник 106 будет противоточным. Такое решение требует, чтобы нагревающая текучая среда не передавала или почти не передавала теплоту охлаждающей текучей среде в направлении оси вращения теплообменника 106. Такая теплопередача может быть исключена, если каналы теплоизолированы, с применением соответствующего материала, друг от друга в направлении радиально внутрь на участке, на котором охлаждающая текучая среда становится холоднее относительно нагревающей текучей среды.

- 2 022131

Кроме того, при использовании противотока нагревающая текучая среда в канале 108 должна быть теплоизолирована от канала 109 для охлаждающей текучей среды.

Каналы для нагревающей текучей среды и для охлаждающей текучей среды на своем протяжении от входов 101, 102 до выходов 111, 112 соответственно или каналы только для одной текучей среды могут образовывать замкнутый контур (не изображен). Внутри данного контура текучая среда в каждом канале поступает в теплообменник, например из каналов, находящихся на концах вала с их адаптивной фиксацией относительно наружных неподвижных каналов, а также теплообменников. Альтернативно, текучая среда поступает в каналы, расположенные на каждом конце вала вращающегося устройства, через центрально расположенные теплообменники с адаптирующими дисковидными нагревательными ребрами снаружи. При этом обеспечивающая теплообмен среда, которой может являться воздух при температуре окружающей среды, будет поступать в канал радиально/тангенциально по наружной поверхности вращающихся теплообменников в веерообразном корпусе. Воздух покидает данный корпус тангенциально/радиально по каналу, ориентированному в противоположном направлении, на другой стороне разделительной стенки, которая имеется в веерообразном корпусе, и разделяет входные и выходные каналы для среды. Данная стенка расположена параллельно валу и снабжена направляющими для круглых охлаждающих ребер, которые расположены радиально по отношению к вращающемуся теплообменнику при наличии небольшого зазора между ним и охлаждающими ребрами. Воздух будет получать тепло от нагревающей текучей среды и холод от теплообменника для охлаждающей текучей среды, расположенного на противоположном конце вала вращающегося устройства. Используя соответственно подобранный зазор между охлаждающими ребрами, обеспечивающими возможность такой адаптации, вращающийся теплообменник способен обеспечить циркуляцию теплообменной среды/воздуха. При этом обеспечивается относительно большая площадь поверхности, что является преимуществом для теплообмена; а теплообменники становятся компактными. Текучие среды, находящиеся в замкнутом контуре, также могут адаптироваться к более высокому давлению, что будет способствовать большей компактности устройства. В данном варианте, с замкнутым контуром для обеих текучих сред, нет необходимости в эжекторе-диффузоре, а низкое давление внутри откачанного корпуса должно быть обеспечено другими подходящими средствами, такими как вакуумный насос. Как было отмечено выше, для обеспечения циркуляции охлаждающей текучей среды должны быть привлечены соответствующие ресурсы.

При использовании дисковидного устройства с И-образными каналами подшипник и вал могут находиться по одну сторону вращающегося устройства, содержащего, таким образом, по меньшей мере два подшипника. Однако для устранения осевых усилий желательно установить вращающееся устройство на каждом конце вала, расположив вход 101, 102 вне вала.

Для обеспечения циркуляции охлаждающей текучей среды в замкнутом контуре, адаптированном для свободной циркуляции нагревающей текучи среды, должно быть обеспечено соответствующее давление. При этом наилучший теплообмен обеспечивается при установке компрессора для охлаждающей и, возможно, для нагревающей текучих сред за теплообменником. Как и в описанном варианте с наружными теплообменниками, компрессор может быть установлен в замкнутом контуре перед входом охлаждающей текучей среды. Альтернативно, компрессор может быть установлен в подшипниках вращающегося устройства с центробежным ротором, снабженным лопатками перед нисходящими каналами для охлаждающей текучей среды, на существенно меньшем радиусе, чем радиус нисходящих каналов. При этом центробежный ротор вращается в том же направлении, но имеет более высокую скорость вращения, чем устройство, а хладагент, который смещается под действием радиальной и тангенциальной нагрузки, может приводить во вращение устройство с И-образными каналами при поступлении хладагента в нисходящие каналы. Аналогичный режим может быть реализован и с открытым (разомкнутым) контуром.

Вращение центробежного ротора обеспечивается с использованием соответствующих средств, причем его вал может быть введен во вход устройства или соединен с соответствующими концами валов вращающихся устройств, с установкой между ними подшипника и уплотнения. При этом вал ротора непосредственно или через зубчатую передачу связан с электродвигателем, и/или вращательная энергия обеспечивается турбиной, использующей энергию давления/циркуляции нагревающей текучей среды, причем эта турбина напрямую соединена с валом центробежного ротора. Может быть использована также осевая турбина, которая устанавливается перед входом для охлаждающей текучей среды и вал которой связан, при наличии соответствующего уплотнения, с валом вращающегося устройства. При этом вал турбины связан также с валом осевой турбины, установленной за входом для нагревающей текучей среды. Вал турбины находится также в контакте с соответствующими средствами для подачи остаточной энергии с целью поддержания непрерывного вращения И-образных каналов вращающихся устройств и турбин или для повышения давления в текучей среде. Достоинство такого решения состоит в том, что вход/выход может иметь меньший радиус благодаря его выполнению сходящимся/расходящимся, а осевая скорость текучих сред может быть сделана высокой без значительных потерь, тогда как радиальная скорость уменьшается по мере увеличения площади поперечного сечения как в направлении наружу, так и внутрь от периферийной зоны. Откачка воздуха и заполнение каналов соответствующей текучей средой, которая также может быть пригодна к работе под повышенным давлением, может быть обеспечена с помощью подходящего клапана для каждой текучей среды, установленного на оси вращения, или с по- 3 022131 мощью напорного бака, как будет описано далее.

Может иметься по меньшей мере один дисковый или трубчатый теплообменник 106 (не изображен), установленный поперечно оси вращения и симметрично ей и содержащий по меньшей мере один круговой канал в периферийной зоне для охлаждающей текучей среды и по меньшей мере один круговой канал для нагревающей текучей среды. При этом к каналу для охлаждающей текучей среды подсоединен питающий канал, идущий от входа для охлаждающей текучей среды. Альтернативно, этот канал находится в теплообменнике вблизи оси вращения. При этом данный канал связан с периферийной зоной через круговой канал в теплообменнике для охлаждающей текучей среды, а также с осью вращения и с выходом. Круговые каналы для нагревающей текучей среды в данном варианте теплообменника могут быть подсоединены аналогично указанным круговым каналам для охлаждающей текучей среды, причем направление потока в них может быть таким же или противоположным по отношению к охлаждающей текучей среде. При противоположных направлениях потока текучих сред охлаждающая текучая среда в соответствующем круговом канале будет стремиться сохранить свою медленную скорость в периферийной зоне в направлении наружу, при этом направление ее циркуляции будет противоположным направлению вращения. Нагревающая текучая среда, поступающая из периферийной зоны в канал (каналы) в теплообменнике, будет стремиться сохранить свою высокую периферийную скорость, так что нагревающая текучая среда будет двигаться в направлении вращения вращающегося устройства, т.е. в направлении, противоположном направлению движения охлаждающей текучей среды. Это будет усиливать теплообмен. Могут быть последовательно подключены также, со смещением в направлении оси вращения, дополнительные теплообменники.

Круглые теплообменники могут быть снабжены несколькими трубами различных диаметров (не изображены), причем более крупные трубы будут охватывать меньшие трубы и окружать вал/ось вращения по всей длине, а также диски, которые могут быть центрированы относительно данной оси, и диски, которые расположены на каждом конце вала с трубами и которые обеспечивают уплотнение между каналами для газов и внешней средой. Диски могут монтироваться вместе с использованием одной или более направляющих для формирования радиальных каналов, которые приводят текучие среды во вращение, а также отводят текучую среду из пространства между двумя трубами. При этом пространство между самой внутренней трубой и валом также образует каналы для текучей среды. Как упоминалось, валы также могут быть использованы как трубы. В результате текучие среды текут по трубам в тангенциальном и осевом направлениях. При этом текучие среды будут двигаться от конца соответствующей трубы радиально наружу/внутрь к следующему трубчатому каналу теплообменника, расположенному радиально снаружи/внутри по отношению к каналу для второй текучей среды. Альтернативно, текучие среды направляются из вращающегося вала или внутрь него. В данном варианте, при противоточном теплообмене в направлении наружу, к периферийной зоне, одна текучая среда начинает движение в трубчатом канале, ближайшем к оси вала (оси вращения), а вторая текучая среда - в радиально наружном трубчатом канале, причем текучая среда из внутреннего канала будет двигаться наружу и т.д. Таким образом, текучие среды будут двигаться встречно в осевом направлении относительно трубчатых каналов, из которых они выходят.

После прохождения по трубчатым каналам текучие среды будут разделяться по своим теплоизолированным каналам, идущим в радиальном направлении с каждой стороны периферийной зоны внутрь, к оси вращения, т.е. обратно к своему входу, где текучие среды могут проходить через вышеупомянутые концевые теплообменники, установленные на концах вала вращающегося устройства, к которым они прикреплены. При этом данные теплообменники опираются также на наружную поверхность указанного диска (указанных дисков), установленного (установленных) на концах вала. Каждый теплообменник разделен разделительной трубой, которая формирует осевой канал и также прикреплена к указанным дискам и поддерживается ими. Данная труба расположена между внутренней стороной цилиндрического теплообменника и валом (осью вращения). При этом данная труба имеет одинаковые площади поперечного сечения на своей наружной и внутренней сторонах, причем такую же площадь имеет отверстие между концом секции этой трубы и концом теплообменника.

В результате в теплообменниках образуется канал, по которому текучая среда из И-образных каналов теплообменника поступает в наружный канал и движется по нему к концу теплообменника, а затем направляется радиально внутрь и далее вдоль оси к центральному каналу и снова в и-образные каналы для нового цикла теплообмена по направлению к периферийной зоне внутри описанного замкнутого контура. В самых внутренних трубчатых каналах, ориентированных наружу, к периферийной зоне, остаточные текучие среды осуществляют взаимные теплообмены с нагревом/охлаждением, так что они приобретают одинаковую температуру до того, как они продвинутся далее внутри своих трубчатых каналов наружу, к периферийной зоне, в которой одна из текучих сред станет более теплой, после чего описанный цикл повторится. В результате таких взаимодействий в пределах относительно большой площади поверхности одна текучая среда может приобрести более высокую скорость течения и давление. Сжатие охлаждающей текучей среды может быть осуществлено так, как это было описано или как это будет описано далее. Установка подшипников и обеспечение низкого давления/вакуума внутри откачанного корпуса и его герметизация, а также приведение вращающегося устройство во вращение может быть

- 4 022131 осуществлено так, как это было описано или как это будет описано далее.

Внутри указанных внутренних концов центральных каналов теплообменников может быть установлена осевая турбина для осуществления сжатия и перемещения охлаждающей текучей среды для преобразования сжатия нагревающей текучей среды в энергию (не изображена). В случае абсолютной герметичности (например, с целью использования летучих газов) к валу турбины может быть радиально прикреплена группа магнитов или электромагнитов, которая зафиксирована на крышке, перекрывающей, с малым зазором, герметизированный конец теплообменника. Если эта крышка выполнена из материала, пропускающего магнитное поле, на противоположной стороне данной крышки, на таком же радиальном расстоянии, что и магниты на другой стороне крышки, может быть закреплена эквивалентная группа электромагнитов. При этом магниты на каждой стороне крышки расположены в чередующемся порядке и с возможностью магнитного взаимодействия, чтобы приводить во вращение турбины, когда магниты на наружной поверхности подсоединены к соответствующим источникам вращения и преобразования энергии. Таким источником для стороны, соответствующей охлаждающей текучей среде, может быть электродвигатель, а для стороны, соответствующей нагревающей текучей среде, электрогенератор, связанный с турбиной. Этот генератор будет вращаться аналогично вращению устройства, на более высоких скоростях. При этом он будет генерировать электричество для электродвигателя на стороне охлаждающей текучей среды, который будет вращать турбину в направлении, противоположном направлению вращения вращающегося устройства. Для оптимизации параметров потоков текучих сред можно произвести регулировку таким образом, чтобы к электродвигателю со стороны охлаждающей текучей среды подавалось дополнительное регулируемое количество электроэнергии от внешнего источника при одновременном регулируемом уменьшении количества электроэнергии, поступающей от электрогенератора со стороны нагревающей текучей среды. Указанные турбины могут вращаться, как было указано, в противоположных направлениях или в одном направлении с вращающимся устройством, но на более высоких скоростях. В последнем случае будет возможно обеспечить вращение вращающегося устройства с Иобразными каналами при подаче дополнительной электроэнергии к электродвигателю для охлаждающей текучей среды или к другим приемлемым средствам вращения, требующим подачи энергии. Для обеспечения данного режима должны быть выполнены критерии в отношении снижения сопротивления вращению, как это было описано и будет описано далее.

Чтобы обеспечить максимально возможную поверхность теплообмена, предпочтительно с обеспечением минимального сопротивления потоку, что позволит получить более высокий расход потока, теплообменникам 106 для И-образных каналов можно придать коническую форму с их центрированием вокруг вала, причем входы 101, 102 должны быть связаны с острым концом, а широкий конец должен быть обращен наружу, к периферийной зоне 107. В этой зоне к теплообменникам должны быть подключены широкие концы восходящих каналов конической формы, которые должны быть теплоизолированы друг от друга и обращены своими острыми концами к выходам 111, 112. Конический профиль может быть придан по меньшей мере трем трубам равной длины для каждого конца вала, причем их широкие концы должны быть обращены друг к другу. При этом размеры труб должны быть подобраны так, чтобы все они располагались в ряд, доходя до вала, а промежутки между ними формировали согласованный канал для охлаждающей текучей среды, который в радиальном направлении может быть наружным. В этом случае нагревающая текучая среда проходит по каналу, внутреннему в радиальном направлении. Трубы могут поддерживаться валом или крепиться к нему и центрироваться с помощью различных лопаток. Лопатки могут находиться, например, с внутренней стороны внутренней трубы; аналогично, они могут быть установлены в каналах, для текучей среды направленных в радиальном направлении наружу. Лопатки приводят текучие среды во вращение и обеспечивают поддержку и упрочнение труб.

Устройство по изобретению может содержать два неподвижных полых вала 103, 110 (этот вариант не изображен), которые установлены на конструктивно усиленном регуляторе осевого положения каждого вала по обе стороны от конструкций с И-образными каналами. При этом на обоих концах неподвижных валов установлены подшипники, которые центрированы относительно оси вращения и обращены к наружной поверхности поддерживаемых ими конструкций 107 с И-образными каналами. Внутри полых валов 103, 110 сформирован неподвижный центральный канал, который образует входной канал 101 для нагревающей текучей среды на одной стороне и выходной канал 111 на другой стороне конструкций с Иобразными каналами. Пространство между внутренней стороной полого конца неподвижных полых валов и наружной поверхностью каналов 101, 111 для нагревающей текучей среды образует входной канал 102 для охлаждающей текучей среды на одной стороне и выходной канал 112 на другой стороне конструкций с И-образными каналами. На концах входных каналов 101, 102 установлены настраиваемые статарные лопатки, выполненные с возможностью управления вращением находящихся под давлением входящих текучих сред в направлении к конструкциям с И-образными каналами со стороны входа, чтобы обеспечить согласованное вращение. На входе и выходе И-образных каналов установлены лопатки, полностью или частично отклоненные назад относительно направления вращения. За этими лопатками, у концов выходных каналов 111, 112 установлена настраиваемая статорная лопатка, выполненная с возможностью управления течением выходящих текучих сред по выходным каналам. Вышеупомянутый защитный корпус установлен, с соответствующей герметизацией, на указанный регулятор, который на- 5 022131 страивает положение вала по оси на каждой стороне конструкций с и-образными каналами. Альтернативно, уплотнение вводится между вращающимся устройством с И-образными каналами и центральными отверстиями в откачанном корпусе.

В устройстве по изобретению с охлаждающей текучей средой внутри замкнутой системы может быть использован, под повышенным давлением, аргон или аналогичный тяжелый газ с низкой теплоемкостью, и нагревающая текучая среда в открытой системе, в которой может быть использован воздух, так что нагретая нагревающая текучая среда (например, воздух) из периферийной зоны может осуществлять теплообмен в теплообменнике с охлаждающей текучей средой вблизи или снаружи выхода для нагревающей текучей среды. При оптимальном теплообмене нагревающая текучая среда будет выводиться при повышенном давлении и при температуре окружающей среды. Ситуация будет аналогичной, если охлаждающей текучей средой является воздух, а нагревающей текучей средой является находящийся под повышенным давлением в закрытой системе водород, гелий или другой подходящий газ, который выходит нагретым охлаждающей текучей средой. В этом варианте турбина для нагревающей текучей среды может быть присоединена, как это было описано, к осевому компрессору, который сжимает воздух/охлаждающую текучую среду на входе. Остальная вращательная энергия может подаваться на осевой компрессор, установленный на валу на другой стороне. В результате в обоих вариантах будет получен очень эффективный термокомпрессор, который также целесообразно подключить перед входом для текучей среды или интегрировать в другие термодинамические устройства.

Устройства по изобретению можно соединить последовательно, с осуществлением теплообмена для нагревающей и охлаждающей текучих сред с их наружным/внутренним нагревом/охлаждением между двумя или более последовательными устройствами. При этом между этапами теплообмена может быть проведена обработка в нескольких последовательных устройствах с целью повышения или понижения температуры и повышения давления по меньшей мере для одной из текучих сред.

Согласно изобретению можно использовать также сжиженную нагревающую текучую среду, которой может служить соответственно подобранная смесь аммиака и воды с низкой температурой кипения или другие подходящие сжиженные текучие среды, которые переходят в состояние пара/газа в периферийной зоне, у начала восходящего канала при наличии достаточной разности температур относительно охлаждающей текучей среды. При этом точка кипения достигается применительно к давлению, создаваемому в периферийной зоне для восходящего канала и на выходе для нагревающей текучей среды. Затем эта среда под высоким давлением проходит через турбину, где она может снова конденсироваться в жидкость за счет ее расширения и, возможно, теплообмена с какой-либо охлаждающей текучей средой перед или за турбиной. Чтобы ограничить давление и адаптировать его в периферийной зоне к жидкому состоянию и точке кипения среды с учетом температуры, достигнутой охлаждающей текучей средой, уровень образующейся жидкости может быть согласован с радиальной высотой периферийной зоны давлением паров формируемой жидкости таким образом, чтобы давление жидкости воздействовало, как поршень на более легкий пар, на который также действует меньшая центробежная сила. Колонна жидкости может быть также подобрана из условия низкого давления на входе, причем жидкость может конденсироваться посредством охлаждаемой среды, начиная с желательной радиальной точки в теплообменнике и по направлению внутрь, к входу нагревающей текучей среды, где температура охлаждающей текучей среды может выравниваться с температурой нагревающей текучей среды. Эта среда затем может быть возвращена в замкнутый контур или передавать теплоту вращающемуся устройству от окружающей среды или внешнего источника. Альтернативно, эта теплота плюс теплота от сжатия могут передаваться к периферийной зоне, к находящемуся в ней теплообменнику. В другом варианте может использоваться противоточный теплообменник, расположенный от конца вала до другого его конца через периферийную зону. Нагревающую текучую среду можно также частично отводить из ее восходящего канала.

В качестве опор вращающегося устройства с И-образными каналами могут использоваться подходящие роликоподшипники, подшипники скольжения или магнитные подшипники.

Вращающееся устройство может быть снабжено самобалансирующимся механизмом, в качестве которого может служить по меньшей мере один круговой канал с центром на оси вращения и расположенный поперечно ей, который наполовину заполнен подходящей жидкостью или мелкими шариками из металла или иного подходящего материала.

Энергия сжатия, придаваемая охлаждающей текучей среде до ее входа в устройство, чтобы скомпенсировать более высокую плотность в восходящем канале, будет существенно меньше по сравнению с традиционным сжатием в сочетании с охлаждением и расширением охлаждающей текучей среды при такой же разности температур. Поскольку относительно небольшая энергия необходима для достижения требуемых давления и температуры в охлаждающей текучей среде в каналах периферийной зоны при вращении, а более высокая массовая плотность охлаждающей текучей среды в восходящем канале по отношению к ее значению в нисходящем канале компенсируется сжатием на входе с целью увеличить как плотность, так и давление, при одинаковом направлении потоков в теплообменнике охлаждающая текучая среда будет непрерывно охлаждаться при своем движении к периферийной зоне. Теоретически, это обеспечит сокращение энергозатрат на осуществление работы сжатия на входе примерно на 50% по

- 6 022131 сравнению с осуществлением теплообмена только в периферийной зоне.

С другой стороны, теплообмен в периферийной зоне может проходить, только если энергия, связанная с расширением нагревающей текучей среды от ее турбины, может быть полностью или частично преобразована в сжатие охлаждающей текучей среды компрессором, установленным перед входом в устройство, с возможным использованием энергии сжатия и от другого источника. После этого требуется приложение лишь небольшого количества энергии, чтобы поддерживать циркуляцию текучей среды и вращение указанных турбины и компрессора, а также вращающегося устройства с И-образными каналами. В этом случае могут быть использованы описанные осевые трубчатые каналы с дисками, охватывающими вал, в которых имеются три трубы, образующие два осевых канала теплообменника для текучих сред в периферийной зоне. Нисходящие и восходящие каналы для текучих сред теплоизолированы друг от друга. И давление, и температура в нагревающей текучей среде на выходе будут повышенными; напротив, охлаждающая текучая среда на выходе будет иметь пониженные давление и температуру; однако, это понижение будет компенсировано повышением давления на входе посредством компрессора.

В замкнутой системе соотношение теплота/холод для обеих текучих сред может сохраняться для теплообмена с окружающей средой, причем оно может выравниваться в двух указанных осевых трубчатых каналах на оси вращения, до того как текучие среды поступят в свои теплоизолированные нисходящие каналы при движении к теплообменнику в периферийной зоне. В этом случае желательно применить описанный противоточный теплообмен. Кроме того, если только одна из текучих сред подвергается предварительному сжатию до подачи в замкнутую систему, то, в зависимости от текучей среды, используемой в замкнутой системе, в другом И-образном канале, содержащем газ или воздух при нормальном давлении, функционирующий как охлаждающая или нагревающая текучая среда, используется открытая система, проходящая по соответствующему каналу от периферийной зоны к выходу на оси вращения. В эту систему газ/воздух подается холодным или нагретым. Альтернативно, происходит теплообмен между этой текучей средой и другой текучей средой в теплообменнике, расположенном снаружи или на конце устройства. В этом теплообменнике происходит выравнивание теплообмена, имевшего место в периферийной зоне, и находящаяся под давлением текучая среда выводится при температуре окружающей среды. Эта текучая среда может далее проходить через группу аналогичных устройств, реализующих тот же способ и соединенных последовательно для повышения давления. Тем самым обеспечивается весьма чистое и эффективное повышение давления и температуры.

В последнем из указанной группы устройств текучая среда может быть нагрета охлаждающей текучей средой в замкнутой системе, которая вырабатывает холод для внешних систем. После этого текучая среда, прошедшая через данные устройства, используется как нагревающая текучая среда, которая дополнительно нагревается в периферийной зоне с повышением как температуры, так и давления на выходе и которая может применяться для целей преобразования энергии. При этом нагревающая текучая среда используется в замкнутой системе для теплообмена с окружающей средой аналогично тому, как это осуществлялось в завершающем устройстве. После этого текучая среда будет использоваться как охлаждающая текучая среда с адиабатическим расширением от периферийной зоны до выхода, с которого охлаждающая текучая среда проходит через осевую турбину для утилизации ее энергии. Охлаждающая текучая среда в результате может стать настолько холодной, что затем может произойти фракционирование газов, например СО₂, при выведении охлаждающей текучей среды в качестве отработанного газа. Таким образом, использование последовательно включенных устройств с перекрестными связями позволяет охлаждать газы настолько, что большинство газов при использовании способа и устройства по изобретению будут фракционироваться.

При использовании закрытой системы при начале вращения в каналах, не испытывающих воздействия центробежной силы, создаются низкое давление и низкая температура, зависящие от объема этих каналов относительно объема каналов, находящихся ближе к периферийной зоне. Однако по истечении некоторого периода циркуляции текучих сред, в ходе которой им передается теплота, температура текучих сред будет стабилизироваться и они начнут принимать или отдавать теплоту, как описано выше. В зависимости от их плотности и сжимаемости объем каналов вне зоны действия центробежной силы должен быть адаптирован так, чтобы избежать нежелательного разбавления соответствующей текучей среды, ослабляющего теплообмен между указанными каналами и теплообменниками. Поэтому может оказаться полезным использовать тяжелую и находящуюся под повышенным давлением текучую среду, подаваемую от конца полых валов или к ним и проходящую через указанный внешний контур и теплообменник. Затем такая текучая среда будет проходить через напорный бак, в котором также может иметься теплообменник. Такая схема наилучшим образом подходит для охлаждающих текучих сред, и в этом случае между теплообменником и напорным баком может быть дополнительно установлен компрессор. При использовании безвредной текучей среды, например аргона, в процессе работы устройства допустимы небольшие утечки через уплотнения вала у входа и выхода для текучей среды. Может быть также предусмотрено пополнение напорного бака, используемого совместно с группой последовательно соединенных вращающихся устройств, которые выделяют, путем фракционирования, аргон из окружающего воздуха, как это описано выше.

В случае проведения теплообмена при больших ускорениях и давлениях высокая скорость конвек- 7 022131 ции и турбулентность приведут к повышению эффективности теплообмена, так что потребуется меньшая площадь в расчете на каждый грамм растворов.

Охлаждающая текучая среда на выходе будет холоднее, чем на входе. Поскольку эта среда при движении к периферийной зоне будет нагреваться под действием давления, причем она является сжимаемой, желательно, чтобы данная текучая среда имела также высокую массовую плотность и высокий показатель адиабаты/низкую теплоемкость. Примерами текучих сред, которые могут быть релевантными и которые могут быть нагреты до ввода в устройство, являются воздух (который не требует утилизации); аргон (как пример многократно используемой среды) и текучие среды, применяемые в современных тепловых насосах и в системах с замкнутым циклом.

Нагревающая текучая среда будет более горячей на выходе, чем на входе. Поскольку нагревающая текучая среда не должна нагреваться или лишь незначительно нагревается при повышении давления в периферийной зоне, она не должна сжиматься или может лишь незначительно сжиматься под действием центробежной силы. Поэтому желательно, чтобы данная среда имела низкую массовую плотность и низкий показатель адиабаты/высокую теплоемкость (если она является сжимаемой). Примером текучей среды, которая может быть релевантной, является вода (которая не требует утилизации). Однако вода создает высокое гидростатическое давление, а каналы для нагревающей текучей среды в периферийной зоне должны иметь минимальное поперечное сечение, чтобы избежать громоздкой конструкции, ограничивающей теплообмен. Альтернативно, можно работать с малой высотой водяного столба в периферийной зоне или распылять водяной туман непосредственно в охлаждающую текучую среду. Приемлемы также легкие газы, такие как водород и гелий, которые будут создавать относительно небольшое повышение давления в направлении периферийной зоны и тем самым понижать температуру относительно температуры охлаждающей текучей среды, если они имеют ту же температуру на входе. Применим и воздух или любая другая текучая среда, если нагревающая текучая среда холоднее, чем охлаждающая текучая среда в периферийной зоне и если нагревающую текучую среду можно охладить соответствующим образом до входа в устройство, причем для этой цели можно подать охлаждающую текучую среду с выхода для осуществления непрямого теплообмена.

Преимущества изобретения

Изобретение способно обеспечить выработку теплоты, холода и повышенного давления без фазовых переходов в жидкость или из жидкости. Таким образом, при работе в цикличном режиме изобретение будет обеспечивать большую гибкость и возможность использования экологически дружественных газов, таких как воздух. По сравнению с известными системами изобретение является также более эффективным, менее сложным, более надежным, более компактным и менее затратным в производстве и эксплуатации.

При использовании выхода на оси вращения скорость текучих сред может быть понижена по сравнению со скоростью, которую они имеют в периферийной зоне. Тем самым снижается трение и повышается эффективность. Даже при тангенциальном выводе текучих сред из периферийной зоны в направлении вовнутрь, такой вывод будет сбалансирован тангенциальным ускорением в направлении наружу, к периферийной зоне. При этом циркуляция нагревающей текучей среды поддерживается только за счет ее нагрева охлаждающей текучей средой в периферийной зоне.

При установке вращающегося устройства в откачанный корпус (не изображен) и при соответствующем качестве герметизации сопротивление вращению, шум и теплопотери будут минимальными. При этом для поддержания низкого давления и постоянного вращения потребуются лишь несколько процентов от суммарной энергии. Устройство является компактным и содержит небольшое количество подвижных деталей, что обеспечивает низкую частоту его обслуживания. Давление в текучей среде на выходе из устройства может быть преобразовано в энергию.

Устройство по изобретению может изготавливаться из материалов, обладающих необходимой прочностью, чтобы выдерживать усилия, возникающие при вращении с высокой скоростью, а также давление в каналах. Конструкция в целом должна иметь низкую массовую плотность, чтобы ограничить упомянутые усилия. Она может быть изготовлена из металла, керамики, композита или материала, полученного по нанотехнологии, или комбинации названных материалов. Теплообменники должны обладать высокой теплопроводностью, а каналы, расположенные снаружи теплообменников, должны быть теплоизолированы друг от друга с использованием соответствующих материалов. Скорость вращения и диаметр конструкции с и-образными каналами ограничиваются центробежными силами, которые должны быть допустимыми для применяемых материалов.

Чертеж должен рассматриваться только как схема, которая лишь иллюстрирует принципы изобретения и необязательно должна соответствовать физической реализации изобретения. Изобретение может быть осуществлено в различных вариантах, с использованием различных материалов и с различным расположением его элементов. Возможность осуществления всех таких вариантов должна быть ясна специалистам в соответствующей области.

- 8 022131

Примеры

Пример 1.

Приводимые далее расчеты соответствуют примеру с теоретически возможными значениями температур для водорода (Н₂) и аргона (Аг) в замкнутой системе с теплообменом в периферийной зоне при периферийной скорости (νρ) 400 м/с. Цифровые обозначения 1, 2 и 3 соответствуют входу, периферийной зоне и выходу. Поскольку скорость течения в каналах для текучей среды может быть относительно низкой, эффекты, связанные с сопротивлением течению, давлением и температурой, не превышают нескольких процентов и поэтому игнорируются.

ΔΤ 1-2 = ΔΤ 3-2 при той же теплоемкости при постоянном давлении (ср).

νρ = 400 м/с, ср Н₂ = 14320 Дж/кг ‘ К, ср Аг = 520 Дж/кг' К ΔΤ Н₂ (1-2) = νρ*/(2 х ср) = 400* м/с/(2 х 14320 Дж/кг · К) = 5,6 К

ΔΤ Аг (1 -2) = νρ*/(2 х ср) = 400* м/с/(2 х 520 Дж/кг · К) = 154 К.

При той же массовой теплоемкости (ср такк) максимальный теплообмен (выраженный, как разность температур, Т) составляет:

Это означает, что среда Н₂ может выводиться из своего теплообменника на одном конце вала с температурой на 74,2 К выше, чем окружающая температура, тогда как на другом конце вала аргон в своем теплообменнике будет иметь температуру на 74,2 К ниже окружающей температуры.

Пример 2.

В качестве нагревающей текучей среды используется воздух (агг); теплообмен между ним и аргоном (в качестве охлаждающей текучей среды) производится в теплообменнике, выполненном, как открытая система. Повышение давления аргона производится в замкнутом контуре.

νρ = 400 м/с, ср аИ = 1000 Дж/кг · К, ср Аг = 520 Дж/кг К,

С учетом удвоенной массовой теплоемкости для воздуха в теплообменнике 106 выполняется соот_{ношение} (Ю00 х 2 кДж/кг' КЦ520 кДж · К) = 3,85.

ΔΤ Аг (1-2) = νρ*/(2 х ср) = 400* м/с/(2 х 520 Дж/кг ’ К) = 154 К ΔΤ аг (1-2) = νρ*/(2 х ср) = 400* м/с/(2 х 1000 Дж/кг · К) = 80 К ± ΔΤ= ((ΔΑγ— (ΔΤ ак х ср таза ат)/(ср тазз Аг))/2 ± ΔΤ= ((154 К- (80 К х 1000 Дж/кг·КУ(3,85 х 520 Дж/кг К))/2 = 57 К.

Это означает, что температура воздуха на 57 К выше окружающей температуры, а температура аргона на выходе из теплообменника - на 57 К ниже. При этом для осуществления его нагрева воздух должен подаваться в периферийную зону под повышенным давлением.

Если же воздух при постоянном давлении охлаждается аргоном в теплообменнике, расположенном перед выходом или за ним, то воздух и аргон находятся при температуре, незначительно превышающей окружающую температуру, а воздух выводится в окружающую среду под повышенным давлением. При этом коэффициент (к) изэнтропической экспоненты равен 1,4, температура (Т) и давление окружающего воздуха составляют 291 К и 10⁵ Па соответственно. Воздух будет выдаваться горячим или холодным:

Т2 а!г = 291 К + 80 К + 57 К = 428 К.

Это соответствует давлению р2 = 10⁵ Па х ((291 К + 80 К)/291 К))^Л(1,4/(1,4 - 1))= 2.34Ί0⁸ Па

Нагрев при Т 1-2 дает рЗ = 2.34Ί0⁵ Па{(428 К - 80 К)/428 К))^л(1,4/(1,4 - 1)) = 1,134Ю⁵Па.

Если давление воздуха (нагретого или при окружающей температуре) последовательно повышают в нескольких аналогичных устройствах, то отношение давлений р3/р1 = 1,134 будет иметь место на каждой ступени цепочки устройств при одинаковом значении ср для каждой ступени. Повышение давления описывается степенной функцией отношения давлений. Для случая 10 ступеней Р3 на ступени 10 составит 1,134^Л10-10⁵ Па = 3,52-10⁵ Па при температуре, превышающей температуру окружающего воздуха на несколько градусов Кельвина.

- 9 022131

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство (107) для переноса теплоты между первой и второй текучими средами, содержащее выполненный как единое целое ротор (100) с И-образными каналами, расположенными радиально вокруг оси вращения в сбалансированной конфигурации, и средство для приведения указанного ротора во вращение, при этом указанный ротор (100) с И-образными каналами содержит И-образные каналы (104, 108, 105, 109), ведущие от оси вращения к периферийной зоне устройства и обратно, причем И-образные каналы подсоединены к соответствующим входным каналам (102, 101) и к выходным каналам (112, 111) на оси вращения для транспортирования указанных текучих сред по И-образным каналам (104, 108, 105, 109) и по меньшей мере один из каналов (104) одного И-образного канала, идущий к периферийной зоне указанного ротора (100), находится в тепловом контакте с каналом другого И-образного канала, образуя таким образом по меньшей мере один теплообменник (106), один из И-образных каналов (105, 109) содержит охлаждаемую текучую среду и выполнен с возможностью передачи теплоты, образующейся при центробежном сжатии среды в указанном И-образном канале, нагреваемой текучей среде с меньшей температурой, находящейся во втором И-образном канале (104, 108) при одновременном повышении давления в нагреваемой текучей среде перед выходом (111) за счет теплоты, полученной от теплообменника (106), и устройство (107) содержит средство для повышения давления в охлаждаемой текучей среде до подачи ее на вход соответствующего И-образного канала для обеспечения циркуляции охлаждаемой текучей среды.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит вал (103), установленный в подшипниках (113) и несущий указанный ротор (100), при этом указанный вал содержит входные каналы (101, 102), каждый из которых связан с группой нисходящих каналов (104, 105), каждая из которых образует эквивалентное количество теплообменников (106), при этом указанные каналы отходят от вала внутри указанного ротора с И-образными каналами к его периферийной зоне, а входные каналы (101, 102) снабжают текучей средой указанные теплообменники (106).
3. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит группу восходящих каналов (109) для охлаждаемой текучей среды и группу восходящих каналов (108) для нагреваемой текучей среды, которые соединены с соответствующими нисходящими каналами (104, 105) для текучей среды, текущей к периферийной зоне, посредством теплообменников (106), при этом восходящие каналы (109 и 108) выполнены с возможностью выводить текучую среду из теплообменников (106) и подсоединены соответственно к выходному каналу (112) для охлаждаемой текучей среды и к выходному каналу (111) для нагреваемой текучей среды внутри вала (110).
4. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор с И-образными каналами полностью или частично отогнут в радиальном направлении назад относительно направления вращения.
5. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что жидкую текучую среду в распыленной форме добавляют непосредственно к охлаждаемой текучей среде, движущейся от входа к периферийной зоне, в которой жидкость отделяют от охлаждаемой текучей среды и направляют вместе с осажденным материалом и с частью охлаждаемой текучей среды через периферийную зону к группе сопел.
6. 6. Устройство по п.1 или 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит зафиксированный защитный корпус с низким давлением внутри, который установлен на опорах и зафиксирован относительно вала, а также герметизирован, на входе и выходе, относительно ротора с И-образными каналами, при этом защитный корпус охватывает указанный ротор, а к корпусу прикреплен дисковидный эжектордиффузор, расположенный снаружи по отношению к ряду сопел вращающегося устройства с возможностью приема от них материала и обеспечивающий получение низкого давления внутри защитного корпуса.
7. 7. Устройство по п.1 или 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один дисковый или трубчатый теплообменник (106), который расположен поперечно оси вращения и центрирован относительно нее, при этом теплообменник содержит по меньшей мере один круговой канал для охлаждаемой текучей среды и по меньшей мере один круговой канал для нагреваемой текучей среды, а канал, подающий охлаждаемую текучую среду от входа, ответвляется к теплообменнику и соединяется с каналом для охлаждаемой текучей среды в теплообменнике, ближайшем к оси вращения, причем в периферийной зоне круговой канал для охлаждаемой текучей среды в теплообменнике имеет отвод в направлении оси вращения и выхода, тогда как канал, подающий нагреваемую текучую среду, ответвляется от входа наружу к теплообменнику и соединяется в периферийной зоне с каналом для нагреваемой текучей среды в теплообменнике, при этом от кругового канала для нагреваемой текучей среды в теплообменнике, ближайшем к оси вращения, имеется отвод в канал, отходящий в направлении оси вращения и выхода.
8. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один канал для текучей среды с замкнутым контуром, в котором вход и выход для текучей среды расположены на

   - 10 022131 одном конце вала, при этом предусмотрен цилиндрический теплообменник с дисковидными нагревательными ребрами, установленными на его наружной поверхности.
9. 9. Устройство по п.1 или 8, отличающееся тем, что дополнительно содержит два неподвижных, невращающихся полых вала (103, 110), которые установлены на конструктивно усиленном регуляторе осевого положения каждого из указанных валов по обе стороны ротора (100) с И-образными каналами, при этом на обоих концах неподвижных валов установлены подшипники, которые центрированы относительно оси вращения и обращены к наружной поверхности поддерживаемого ими указанного ротора (100), а внутри полых валов (103, 110) сформирован неподвижный центральный канал, который образует входной канал (102) для охлаждаемой текучей среды на одной стороне и выходной канал (112) на другой стороне указанного ротора (100), причем в пространстве между внутренней стороной концов указанных полых валов и наружной поверхностью каналов (102, 112) для охлаждаемой текучей среды сформированы входной канал (101) для нагреваемой текучей среды на одной стороне ротора с И-образными каналами и выходной канал (111) на другой их стороне, и на концах входных каналов (101, 102) установлены настраиваемые статорные лопатки, выполненные с возможностью управления вращением находящихся под давлением входящих текучих сред по направлению к указанному ротору (100) со стороны входа, чтобы обеспечить согласованное вращение, тогда как на входе и выходе И-образных каналов установлены лопатки, которые полностью или частично отклонены соответственно вперед и назад относительно направления вращения, при этом за указанными лопатками, у концов выходных каналов (111, 112) установлены настраиваемые статорные лопатки, выполненные с возможностью управления течением выходящих текучих сред по выходным каналам, а указанный защитный корпус установлен с соответствующей герметизацией на указанный регулятор, который настраивает положение вала по оси на каждой стороне указанного ротора (100).
10. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одно устройство для преобразования давления, выполненное с возможностью использования энергии давления по меньшей мере одной из текучих сред на выходе из устройства.
11. 11. Устройство по п.1 или 10, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один теплообменник, который переносит теплоту по меньшей мере от одной из текучих сред между устройством для создания повышенного давления и входным каналом по меньшей мере для одной из текучих сред, и по меньшей мере один теплообменник между выходом и указанным устройством для преобразования давления по меньшей мере для одной из текучих сред.
12. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит в своей периферийной зоне теплообменник (106), соединенный с теплоизолированными нисходящими каналами (104, 105) и с восходящими каналами (108, 109) транспортирования нагреваемой текучей среды и охлаждаемой текучей среды от входов к выходам для указанных сред.
13. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для создания низкого давления в защитном корпусе, образующем замкнутый контур для текучих сред при отсутствии в периферийной зоне сопел и эжектора-диффузора.
14. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для повышения давления в охлаждаемой текучей среде до подачи ее на вход соответствующего и-образного канала содержит турбокомпрессор, турбина которого установлена с возможностью приема нагреваемой текучей среды за выходным каналом (111), а компрессор установлен перед входом (102) охлаждаемой текучей среды.
15. 15. Способ теплопереноса между охлаждаемой текучей средой и нагреваемой текучей средой в устройстве (107) для переноса теплоты по п.1, согласно которому подают охлаждаемую текучую среду по меньшей мере в один И-образный канал (105, 109) для охлаждаемой среды в составе ротора (100) с И-образными каналами, входящего в устройство (107) и выполненного как единое целое, подают нагреваемую текучую среду по меньшей мере в один И-образный канал (105, 109) для нагреваемой среды в составе указанного ротора (100) устройства (107), приводят указанный ротор (100), содержащий указанные И-образные каналы, во вращение, причем в результате указанного вращения указанные текучие среды подвергаются действию центробежных сил, передают нагреваемой текучей среде, подвергающейся действию центробежных сил, теплоту, образующуюся в результате центробежного сжатия в охлаждаемой текучей среде, и за счет теплоты, полученной от охлаждаемой текучей среды, повышают давление в нагреваемой текучей среде, используют работу, совершаемую при расширении нагреваемой текучей среды на выходе устройства, для повышения давления в охлаждаемой текучей среде на входе устройства и обеспечения, тем самым, ее циркуляции и утилизируют теплоту, содержащуюся в нагреваемой текучей среде и/или в охлаждаемой текучей среде.