JP5584198B2 - 熱を輸送するための装置及び方法 - Google Patents
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Description
[本発明の利点]
本発明は、熱、冷たさ及び圧力を、液体流体から/への遷移をせずに供給する。当該サイクル/プロセスにおいて、本発明は、より良い柔軟性を有し、空気などの環境にやさしい気体を使用する。本発明はまた、現在の既知のシステムに対して、より高い効率、より低い複雑性、より高い信頼性を有し、より小型で、生産及び操作がより安価である装置を提供する。
例1:以下の計算は、周辺部での熱交換を用いる閉鎖システムにおける水素及びアルゴンに対する理論的温度の一例を示す。周辺速度は(vp)400m/sである。1=注入口。2=周辺部。3=出口。流体チャンネルにおける流速が比較的低いと、抵抗、圧力及び温度は2、3パーセント低下し、従ってそれは無視される。
同じcpを用いてΔT1-2=ΔT3-2 (cp=一定圧力での熱容量)
vp=400m/s,cp h2=14320J/kg-K,cp Ar=520J/kg-K
ΔT h2(1-2)=vp2/(2 x cp)=4002m/s/(2x14320J/kg-K)=5.6K
ΔT Ar(1-2)=vp2/(2 x cp)=4002m/s/(2x520J/kg-K)=154K
同じ質量のcpでTにおける最大の熱交換は:
T=(((Δar-(ΔTh2 x cp質量Ar)/(cp質量h2)))/2=(154K-5.6K)/2=74.2K
例2:空気(air)を開放システムにおける加熱流体として使用し、アルゴン(Ar)を閉鎖経路において加圧された冷却流体とし使用することによって、熱交換器106において2倍の質量cp=(1000 x 2kJ/kg-K)/(520kJ-K)=3.85
vp=400m/s,cp luft=1000J/kg-K,cp Ar=520J/kg-K
ΔT Ar(1-2)=vp2/(2 x cp)=4002m/s/(2x500J/kg-K)=154K
ΔT air(1-2)=vp2/(2 x cp)=4002m/s/(2x1000J/kg-K)=80K
±ΔT=(((ΔAr−(ΔT luft x cp質量air)/(cp質量Ar)))/2
±ΔT=(((154K−(80K x 1000J/kg-K)/(3.85x520J/kg-K)))/2=57K
T2air=291K+80K+57K=428K
これは、p2=1bar x ((291K+80K)/291K))^(1.4/(1.4-1))=2.34barを与える。
そして、T1-2での加熱は、p3=2.34bar((428K−80K)/428K))^(1.4/1.4-1))=1.134bar
Claims (14)
- 冷却流体と加熱流体との間で熱を輸送するための装置であり、回転軸の半径方向に配置され該回転軸の回りでバランスが取られた少なくとも2つのUチャンネル構造を含むことを特徴とし、
各Uチャンネル構造は、前記回転軸から前記装置の周辺部に通じ、再び戻ってくる多数のU形状のチャンネルを含み、該Uチャンネルは、前記流体を、該Uチャンネルを通して輸送するために、それぞれが注入口チャンネル及び出口チャンネルに前記回転軸で接続され、前記Uチャンネル構造の各々から前記周辺部に向かうUチャンネルの少なくとも1つは、お互いに熱的接触をして少なくとも1つの熱交換器を形成し、
前記Uチャンネルの1つは、熱が該チャンネルにおける遠心圧縮によって生成される冷却流体を含み、前記熱は、第2のチャンネルにおいてより低い温度を有する加熱流体に輸送され、
前記加熱流体及び前記冷却流体の少なくとも一方における熱は使用され、
該加熱流体は、前記出口の前で前記熱交換器から受け取った熱によって加圧され、Uチャンネル構造は1つのユニットとして回転され、前記装置は、前記熱交換器において失われた熱を補充するために前記注入口の前で前記冷却流体を加圧する手段を含み、
前記注入口から前記出口まで前記加熱流体及び前記冷却流体を輸送するために、熱的に絶縁された下降チャンネル及び上昇チャンネルに前記周辺部で接続されている熱交換器をさらに含む、ことを特徴とする、装置。 - 請求項1に記載の装置であり、前記Uチャンネル構造を支持する軸受において吊り下げられたシャフトをさらに含み、前記Uチャンネル構造は、多数の下降チャンネルに分岐する注入口チャンネルを含み、該下降チャンネルは、前記Uチャンネル構造によって前記シャフトから前記周辺部へ通じる、該下降チャンネルの数に等しい数の熱交換器を形成し、前記注入口チャンネルは、前記熱交換器へ流体を供給する、装置。
- 請求項1に記載の装置であり、前記冷却流体及び前記加熱流体に対する多数の上昇チャンネルをさらに含み、該上昇チャンネルは、前記周辺部に現在ある流体に対する、該上昇チャンネルの数に対応する数の下降チャンネルに前記熱交換器によって接続され、該上昇チャンネルは、前記シャフトにおける前記冷却流体及び前記加熱流体の出口チャンネルに分岐して接続される、装置。
- 前記Uチャンネル構造が、完全に又は部分的に、回転方向における半径方向に後方へ曲げられる、請求項1に記載の装置。
- 請求項1に記載の装置であり、液体流体が前記注入口からの冷却流体に直接的に噴霧化された形状で、前記流体が前記冷却流体から分離される前記周辺部へ外側に向けて加えられ、沈殿物質及びいく分かの冷却流体で前記周辺部の全体を通して多数のノズルにおいてさらに実列される、装置。
- 請求項1又は5に記載の装置であり、内部に低い圧力を持つ固定された保護室を含み、前記シャフトに対する軸受に配置され、前記注入口及び出口で前記Uチャンネル構造に対して密閉され、前記保護ケーシングは該Uチャンネル構造を取り囲み、前記回転装置のノズルの列の外側に配置されたディスク形状のジェクター・ディフューザーに物質を受け取るために固定され、前記保護ケーシングの内部に低い圧力を生成する、装置。
- 請求項1又は5に記さの装置であり、前記回転軸を交差し該回転軸の回りに中心が置かれた少なくとも1つのディスク又はパイプ状の熱交換器を含み、前記冷却流体に対する少なくとも1つの円形チャンネル及び前記加熱流体に対する少なくとも1つの円形チャンネルを含み、前記注入口からの冷却流体供給チャンネルは、前記熱交換器に向かって分岐し、前記回転軸に最も近い熱交換器における冷却流体チャンネルに結合し、前記熱交換器における冷却流体円形チャンネルから前記周辺部にさらに接続され、前記回転軸に向かって分岐するチャンネル及び出口へとさらに接続され、さらに、加熱流体供給チャンネルは、前記注入口から前記熱交換器に外側に向かって分岐し、前記周辺部において該熱交換器における加熱流体チャンネルに接続され、該熱交換器における冷却流体円形チャンネルから回転軸に最も近く接続され、前記回転軸に向かって分岐するチャンネル及び出口へと接続される、装置。
- 請求項1に記載の装置であり、閉鎖経路を持つ少なくとも1つの流体チャンネルを含み、該流体の注入口及び出口は同じシャフト端部にあり、一連のディスク状の熱ギルが外側に搭載された円筒形状の熱交換器が配置された、装置。
- 請求項1又は8に記載の装置であり、2つの静止及び中空軸/パイプをさらに含み、該2つの静止及び中空軸/パイプは、回転せず、前記Uチャンネル構造の両側における各軸に対して強化された軸調節装置に搭載され、静止シャフトの端部に軸受があり、支持された前記Uチャンネル構造の外側に向かって回転軸に中心が置かれて設立され、中空シャフトの端部の内部には、前記Uチャンネル構造の片側における冷却流体に対して注入口チャンネル及び他方の側に出口チャンネルを形成する、中心が置かれた静止チャンネルが設立され、前記中空静止シャフトの端部及び前記冷却流体の外側との間の空間は、前記Uチャンネル構造の片側に前記加熱流体に対して注入口チャンネル及び他方の側に出口チャンネルを形成し、該注入口チャンネルの端部には、調節された回転を生成するために、前記Uチャンネル構造の注入口側の回転方向において、加圧された注入口流体を制御するように配置された調整可能なステータ翼が搭載され、前記Uチャンネルの注入口の側には、前方に曲げられたシャベルがあり、前記出口の側には、前記回転方向において完全に又は部分的に後方に曲げられたシャベルが搭載され、前記出口チャンネルの端部のシャベルの外側には、前記出口チャンネルに沿って、加圧された出口流体を制御するように適合されたステータ翼が搭載され、前記保護ケーシングは、前記シャフトを前記Uチャンネル構造の各側において軸方向に調整する前記軸調節装置において密閉されて取り付けられている、装置。
- 請求項1に記載の装置であり、少なくとも1つの前記出口からの流体からの圧力からエネルギーを使用するように配置された、少なくとも1つの圧力変換装置を含む、装置。
- 請求項1又は10に記載の装置であり、前記加圧装置と前記注入口チャンネルとの間の流体の少なくとも1つから熱を輸送する、少なくとも1つの熱交換器を含み、前記出口と前記圧力変換装置との間に、前記流体の少なくとも1つに対して少なくとも1つの熱交換器をさらに含む、装置。
- 請求項1に記載の装置であり、前記流体に対して閉鎖経路である場合及び前記周辺部にノズル及びジェクター・ディフューザーが無い場合、前記保護ケーシング内において低い圧力を形成する適切な手段もまた含む、装置。
- 前記熱交換器は逆流熱交換器である、請求項1に記載の装置。
- 冷却流体と加熱流体との間で熱を輸送するための方法であり、前記流体は、回転軸に位置する注入口及び出口を持つ装置に供給され、
該装置は、前記流体が遠心力にさらされるように回転され、
前記冷却流体において遠心圧縮によって生成された熱は、前記流体が遠心力にさらされる加熱流体に輸送され、
前記加熱流体は、前記冷却流体から受け取った熱によって加圧され、
前記加熱流体及び前記冷却流体の少なくとも一方における熱は使用され、
前記装置は1つのユニットとして回転されることを特徴とし、該加熱流体における前記装置の出口での拡張仕事は、該装置の注入口で前記冷却流体を加圧するのに使用され、
前記注入口から前記出口まで前記加熱流体及び前記冷却流体を輸送するために、熱的に絶縁された下降チャンネル及び上昇チャンネルに前記装置の周辺部で接続されている熱交換器をさらに含む、方法。
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