(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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。
【請求項４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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１０】
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１１】
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１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力の手段による加圧流体における熱の発生に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心力を使用して流体を圧縮するために回転する既知の装置が存在し、該装置は、次に、加熱され、その周辺部にある他の流体又は媒体にその熱を供給する。
【０００３】
これらの装置において一般的であるのは、それらの流体の1つがその装置の周辺部に位置するノズルを通してその装置を駆動し、その流体は遠心力のみによってその装置を通って輸送される。
【０００４】
その周辺部において、そのノズルの内側と外側との間の圧力差が大きいことから、高速が流体において、対応する大きな摩擦及び乱流とともに生成される。ノズルが、回転方向において後ろに回された場合、これもまた、回転抵抗及び摩擦を生成する。その結果、効率が低下する。
【０００５】
その流体が比較的湿った気体である場合；その気体は、他の流体に熱を放射するとき、温度の減少及び圧力の増加によって水を凝縮する。さらに、その凝縮液体のエンタルピーは、その周辺部のノズルの後の気体における温度の低下を減少させる。これは、冷却効率を低下させる。
【０００６】
周辺部のノズルは、特定の温度及び１つの回転速度での圧力における流体に最適化されている。これもまた、不適切な可塑性をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記の従来技術の装置の欠点を防止する、熱を輸送するための回転装置を得ることである。
【０００８】
これは、以下の請求項から出てくるように、本発明による装置及び方法を用いて達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明において、注入口及び出口チャンネルが、流体がチャンネルを通って周辺部へ／から輸送される回転軸に主にある点及び２つより多くの流体があってもよく、そのうちの少なくとも１つは熱を供給するように圧縮可能である点において、効率が特に拡大される。圧縮性流体は、他の非圧縮性流体と直接的に、霧の形で周辺部へ外側に熱を交換してもよい。その回転装置は、周囲の密閉された真空ハウジングにおける軸受において搭載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の縦軸断面の主なスケッチを示す図であり；回転軸の片側にUチャンネル構造が２つだけ示され；その回転軸のもう一方の片側は、示されている側に対して等しい対称性を持つ。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１１】
図１は本発明の主な部分、つまり、円筒状ドラム又はディスク形状構造、又はトラック／シャベルを持つディスク、又は回転軸を取り囲み放射状もしくは軸方向に組み立てられたパイプ、又はシャフト注入口端部103における注入口チャンネル101、102及びシャフト出口110における出口チャンネル111、112に接続されたUチャンネル構造107を形成するように前述の組み合わせ、を示す。シャフト端部103、110は、軸受113でぶら下げられ、Uチャンネル構造を回転させるように適合された駆動手段（非表示）に接続されている。その構造は、シャフト103の中心から下降チャンネル104へ熱を供給するための注入口チャンネル101を含み、下降チャンネル104は、その下降チャンネル105へ冷却流体を供給するための注入口チャンネル102のシャフト端部103を取り囲み、下降チャンネル105は、熱交換ギル（gill）と共に搭載されてもよい加熱流体下降チャンネル104の周囲を取り囲むか、そうでなければそれに熱的接触をする。加熱流体下降チャンネル104は、また、より良い熱交換のために熱ギルを含んでもよく、これは、下降チャンネル104と105との間において熱交換を形成し、その構造の補強にも良い。それらの流体が注入口の前で同一の温度を持つ場合、その下降チャンネル105における冷却流体は、遠心力によってさらに圧縮性になり、それに加えて下降チャンネル104における熱い流体に対してより低いcpを持ち、その冷却流体は温かくなり、熱交換が停止する周辺部107へ向かう途中にある加熱流体に連続的に熱を輸送する。それらの流体は、さらに流れ、熱は、お互いから、及び周辺部から加熱流体の上昇チャンネル108及び冷却流体の上昇チャンネル109における回転軸へ、及び加熱流体出口チャンネル111が出口シャフト110の端部で冷却流体出口チャンネル112によって囲まれている出口へ内側で絶縁される。次にその冷却流体は冷却に使用され、加熱流体は加熱に使用される。その冷却流体の調整された流れに対して、調整された圧力が、下降チャンネル105に対してより高い遠心力を供給する上昇チャンネル109におけるより高い重力密度と対抗するように注入口102の前で供給されなければいけない。加熱流体に対しては逆であることから、出口111で過度の圧力を形成し、その上昇チャンネル108における重力密度は、下降チャンネル104よりも低くなり、それは、出口111での調整された圧力調節（非表示）による、又は加熱流体が、注入口102の前で冷却流体の調整された圧力としておよそ同じ作用を提供する、適合されたタービン／ターボ過給を通るようにすることによる。その冷却流体の出口は、また、上記の循環を達成するように外側へ放射状に延びるように配置することもできるが、これは効率をより低くする。
【００１２】
流体注入口チャンネル101、102及び出口チャンネル111、112は、それらのシャフト端部102、110（非表示）を囲むように配置されてもよく、あるいは、そのシャフトは、堅い壁で真ん中において閉鎖された、適合された管であり、注入口チャネルの1つは、その端部の１つに使用され、他方の端部は出口チャンネルに使用されてもよい。パイプ端部は、それらの関連のシンク及び上昇チャンネルに接続される。
【００１３】
上記のUチャンネル構造又は下降チャンネル104、105又は上昇チャンネル108、109は、回転方向の完全に半径方向又は部分的に後方に曲げられるように適合されてもよい。
【００１４】
後述される閉鎖システムにはない注入口から出口までのチャンネル、沈殿した材料及びいくつかの流体は、周辺部107の上の適合されたノズルの列の中を通ってその周辺部の外側表面及び回転装置／Uチャンネル構造のノズルのシリーズに沿って円盤ディスク形状のジェクター・ディフューザー（jektor  diffusor）の中へと入ってもよく、それは回転しない、ジェクター・ディフューザーが付着している真空ハウジング（非表示）の中において低い圧力を形成し、その真空ハウジングにおいて、回転軸の半径方向に配置されその周りでバランスをとるUチャンネルがあり、注入口及び出口は密閉され、軸受によって上記の固定された真空ハウジングにぶら下げられ、低い圧力／真空は回転抵抗を低減する。
【００１５】
上記の沈殿した材料は、例えば、湿った空気が注入口で使用される場合、粉末及び水であってもよい。噴霧水又は他の非圧縮性媒体又は液化流体（非表示）が注入口102で流体／空気に加えられても良い；媒体の噴霧化は、それを、媒体を周辺部に向けて外側へ連続的に噴霧化するシャベル又はパイプにおける又はその周りの適合されたチャンネルにおいて、接線方向に通過させることによって維持される。その媒体／水は、より放射状に流れる流体／空気を通って外側へ向かうスパイラル形状の接線方向の動作をする。比較的大きな表面面積を形成する媒体／水は、その流体／空気から熱を迅速に及び直接受け取り、場合によってはさらに、下降チャンネル105から他の冷却流体も間接的に受け取る。その下降チャンネル105は、また、チャンネル104において媒体／水が無ければ加熱流体が持つはずである温度を完全に又は部分的に維持もする。その媒体／水の適合された最適な噴霧化によって、それは流体においてより長く浮遊し、その媒体／水が沈殿し速度が落ち、さらに上記のノズルにおいて周辺部107の上に通じるように、軸チャンネルの長さが適合されるべきであるべきである、周辺部107へ向けて圧力及び温度を増加させる。媒体／水及びいくつかの他の流体は、前記ジェクター・ディフューザーが分離されると、高い圧力を有し、その装置の回転及び／又は流体／媒体の循環又は他のエネルギー変換に完全又は部分的に加わるように特に使用され得る。温水は、ジェクター・ディフューザーに相次いで圧力の作用を実施した後に使用されてもよい。霧水として加えられる冷却流体として空気だけを使用することによって、それは、述べたように注入口からの加熱流体となり、また、空気から水を取り、より高い温度及び相対湿度を持つ。
【００１６】
それらの流体の１つは、これまで述べた方向とは反対に流れることができる。それは次に、逆流熱交換器106を形成する。現在の解決策は、その加熱流体が、熱交換器106の回転軸に向かって内側へ、冷却流体に熱を全く／又はある程度しか放射しないことを必要とする。これは、チャンネルがお互いからの温度を半径のポイントから適切な材料で絶縁し、冷却流体が半径方向に内側に向かって、加熱流体に対して冷たくなる場合に、除かれる。逆流とともに、チャンネル109における加熱流体もまた冷却流体のチャンネル108に対して熱的に絶縁されなければいけない。
【００１７】
注入口101から出口111までの加熱流体チャンネル及び冷却流体チャンネル102、112の両方又は流体チャンネルの1つは、閉鎖経路（非表示）であってもよく、流体は各チャンネルにおいて熱交換器へと導かれ、外部及び静止チャンネル及び熱交換器に対して適合された締め付けでシャフト端部からチャンネルを通るか、又はチャンネルを通って回転装置のシャフト端部の各側へ及び各側から、搭載された円筒形状の中心の端部の熱交換器を通って外側にある適合された円形／ディスク状の熱ギルに導かれるかいずれか一方である。周囲からの空気であり得る熱交換媒体は、ファン状のハウス（fan-like  house）において回転する熱交換器の外側表面の上を半径方向／接線方向にチャンネルの中を流れ、その空気は、そのチャンネルにおけるファン・ケーシング（fan  casing）から、そのファン・ケーシングに搭載された仕切りの壁の他方の側において接線方向／半径方向の反対方向に出る。シャフトに平列であり、円形の冷却ギルのためのトラックを持つ媒体注入口／出口チャンネルは、ローター（rotor）熱交換器に対して半径方向に建てられており、それと冷却ギルとの間には小さな隙間があり、それによって空気が加熱流体側から熱を受け取り、回転装置のシャフトの反対側の端部における冷却流体熱交換器から冷却を受ける。冷却ギルとそれらが適合されている部分との間に適合された隙間を使用することによって、ローター熱交換器は、熱交換媒体／空気の循環を実施することができ、また、その熱交換にとって有利である比較的大きな表面面積を提供し、熱交換器もまた小型化する。流体は、閉鎖経路を用いてより高い圧力にも適応することもでき、それは、本発明の装置をさらに小型化する。両方の流体に閉鎖経路を用いるこの場合において、ジェクター・ディフューザーの必要は無く、真空ハウジング内の低い圧力が、その結果、真空ポンプなどの適切なリソースで実施されなければいけない。冷却流体の循環により、それは、後に述べるような適切なリソースで実施されなければいけない。
【００１８】
前述のUチャンネルを含むディスク状の回転装置を使用することによって、軸受及びシャフトは、回転装置の片側に少なくとも２つの軸受で軸方向に建設することができる。そのシャフトの各端部に回転装置がある場合、軸方向の力を消去するため及び注入口101、102がそのシャフトから解放されているため、有益である。
【００１９】
閉鎖経路において、冷却流体は、また、加熱流体の自己循環に関連して適合された循環に対する圧力を有していなければいけなく、最も良い熱交換効果は、コンプレッサが冷却及び場合によっては加熱流体に対する熱交換器の後に接続されるときにあり、その外部の熱交換器の場合において、コンプレッサは、冷却流体の注入口の前に閉鎖経路において配置されてもよく、又はそのコンプレッサは、下降チャンネルよりもかなり小さい半径を持つ冷却媒体下降チャンネルの前にシャベルを持つ遠心ローターを持つ回転装置にぶら下がっている軸受において配置され、遠心ローターは、同じ方向において装置よりも速く回転し、結果として得られる半径方向及び接線方向のロードにつるされた冷却材も、また、その冷却材が下降チャンネルにおいて受け取られる場合に、Uチャンネル装置の回転を駆動できる。それは、開放経路の場合においても同じであってもよい。遠心ローターの回転操作は、注入口の中に引き伸ばされたシャフトなどの適切な手段を用いて実施され、又はそのシャフトを通って回転装置の他のシャフトの端部へ軸受及び密閉を間に用いて実施され、そのローター・シャフトは、直接及び／又はギアを通してモーターに接続され、及び／又は回転エネルギーはどれも、加熱流体の圧力／循環からタービンを通って供給され、そのタービンは、遠心ローターのシャフトに接続されている。それは、また、冷却流体の注入口の前に接続された軸流タービンであってもよく、付着されたシャフトは回転装置のシャフトに密閉され、そのタービン・シャフトは、加熱流体の出口に接続された軸流タービンに接続する。タービン・シャフトは、さらに、回転装置のUチャンネル及びタービンの両方の一定の回転を維持するために、残留エネルギーの供給をするための適切な手段に接触しているか、又は流体における圧力が増加される。この解決策の利点は、注入口／出口がより小さい半径を有してもよいという点にあり、収束／分岐し、流体の軸流速度は顕著な減少をせずに高速であり、半径方向の速度は、周辺部107から外側及び内側の両方に向けて、断面積がより大きくなると減少する。排気及び適切な流体をそれらのチャンネルにおいて最充填することもまた、加圧されてもよく、各流体の回転軸で配置された適切なバルブ又は後で述べるような圧力タンクで実施されてもよい。
【００２０】
少なくとも１つのディスク又は管状熱交換器106（非表示）が回転軸を横断しその周りに中心が置かれ、周辺部107で冷却流体のための少なくとも１つの円形チャンネル及び加熱流体のための少なくとも１つの円形チャンネルを含み、冷却流体のための注入口からの供給チャンネルは、回転軸に最も近い熱交換器において冷却流体チャンネルに接続され、その熱交換器における冷却流体円形チャンネルから周辺部の中へ接続され、回転軸へ、そして出口へと接続される。現在の熱交換器における加熱流体円形チャンネルは、上記の冷却流体円形チャンネルと同じ方法で接続されてもよく、その流れ方向は冷却流体と同じ又は反対方向であり得る。流体の逆流方向では、冷却流体円形チャンネルにおける冷却流体は、周辺部へと外側に向かう低速の周辺速度を維持するようにし、回転方向に対して相対的な循環を形成する。周辺部から熱交換器におけるチャンネルへと列く加熱流体に関して、その加熱流体は、その高速の周辺速度を維持するようにし、そうすることによって加熱流体は、回転方向に相対的に及び冷却流体の反対方向に動き、それは熱交換効果を増加させる。さらに多くの円形熱交換器が回転軸に向かって内側へ連続して接続されることが可能である。
【００２１】
その円形熱交換器は、いくつかの異なる直径を持つ管（非表示）で配置されてもよく、より大きいものがより小さいものを取り囲み、回転のシャフト／軸の周りの全長を囲み、そこに中心が置かれ、中心が置かれたディスクはシャフト上にあり、それらのディスクはパイプの各シャフト端部を支持しそれらに配置され、気体と外側との間を密閉する。それらのディスクは、半径方向のチャンネルを形成するために必要な1つ又はそれ以上のトラックに組み立てることができ、それは流体を回転させ、その流体を２つのパイプの間の空間から出し、また、最も内側の管と流体のためのチャンネルを形成するシャフトとの間の空間からも出す。シャフトは、また、述べたようなパイプであっても良い。それらのパイプを通って流れる流体は、接線方向／軸方向に流れ、さらにそれらの流体は、パイプの端部から半径方向に外側／内側へ向かって、第２流体チャンネルの半径方向に外側／内側である次の熱交換器のパイプ・チャンネルへと移動し、あるいはそれらの流体は回転シャフトの外／中へと導かれる。この場合において逆流によって周辺部に外側へ向かう熱交換によって、流体はシャフト／回転軸に最も近いパイプ・チャンネルにおいて開始し、第２流体は、半径方向に外側のパイプ・チャンネルにおいて開始し、流体はここから出て列く。それらの流体は、それらが出てきたパイプ。チャンネルに関して軸方向に反対に移動する。多数のパイプ・チャンネルの後に流体は、その注入口の回転軸に内側に向かって、周辺部における軸側の各々から半径方向の絶縁されたチャンネルに分岐する。それらの流体は、それらが配置され支持されている回転装置のシャフト端部の端部熱交換器を通って流れ、熱交換器もまたシャフト端部上のディスク／複数のディスクの外側表面に搭載され支持される。各熱交換器は、それらのディスクに付着され支持された軸方向のチャンネル分割パイプで分割され、その分割パイプは、円筒状熱交換器の内部の側とシャフト／回転軸との間に配置され、そのパイプの半径方向の外側及び内側の空間は軸方向に等しい断面積を持ち、それはパイプ部分の端部と熱交換器の端部との間の隙間の面積と同じである。
【００２２】
これは、熱交換器において流れチャンネルを形成し、流体は外側のチャンネルにおけるUチャンネル熱交換器から熱交換器の端部まで移動し、次に半径方向に内側へ移動し、さらに、Uチャンネルの中へ戻る中央チャンネルへ軸方向に移動し、周辺部に外側へ向かって新しい熱交換器へと、述べたような閉鎖経路において移動する。周辺部へ外側に向かう最も内側のパイプ・チャンネルにおいて、残留流体は、以前述べたような１つの流体が温かくなる周辺部へ外側に向かうパイプ・チャンネルにおいてさらに移動する前に、同じ温度を得るように、お互いに熱交換をする。これらの組み合わせの合計は、比較的大きい表面面積を提供し、その流体は、より高い流速及び圧力を有しうる。冷却流体の動作に対する圧縮は、以前述べたように、あるいは以下に述べるように実施することができる。軸受、真空ハウジング内の低い圧力／真空及びこれの密閉、及び回転装置の回転は以前又は後に記載される通りであってよい。
【００２３】
熱交換器の中央チャンネルの内部の端部の中において、軸流タービンは、冷却流体を圧縮し移動させるように配置され、その加熱流体からの圧縮はエネルギーを変換してもよい（非表示）。その装置が揮発性ガスを使用するかもしれないことから完全に気密であるべきな場合、それはタービン・シャフトに、熱交換器の気密の端部のふたに隙間がほとんど無い状態で配置される多数の磁石／電磁石で接続される。その端部キャップが、磁場が通りぬけることを可能にする材料でできている場合、それは、多数の電磁石を、端部キャップの他方側の磁石と同じ距離で保持する端部キャップの外側の表面にある。各側の磁石は、お互いに左側が右側の上にあり、磁石の外側表面が、回転及びエネルギー変換のために適切なファンド（funds）に接続されている場合、電磁接触器がタービンを駆動する。該エネルギー変換において、冷却流体側は電気モーターであり、加熱流体側は電気タービン発電機であり、該電気タービン発電機は、高速において回転装置と同じ方法で回転し、回転装置の回転方向に対してタービンを作動させる冷却流体の電気モーターへ電気を発生させる。流体間における最適な流れに対し、外部のソースから調整された量の追加の電気を冷却流体の電気モーターに供給してもよく、その間に、加熱流体の発電機からの電気が同時に調整された量の分だけ減少する。そのようなタービンは、述べたように反対に回転してよく、又は同じ方向、又はより速い速度の回転装置と共に回転しても良い。後者の場合、冷却流体の電気モーターに電気が余分に加えられる場合、又は他の適切な手段でエネルギーが供給される場合にUチャンネルを持つ回転装置の回転を実施することができる。これは、以前述べたように及び後で述べるように、回転抵抗を低減するための他の条件が満たされる場合である。
【００２４】
最大限可能な熱交換面積を達成するために、及びより高い流れを供給できる最低限可能な流れていこうに最適に関連して、Uチャンネルの熱交換器106は、シャフトの周りを囲み、その周りに中心が置かれ円錐形状を形成してもよく、注入口101、102は、尖った端部を原点とし、周辺部107へ外側に向かって平滑断端があり、上昇チャンネルの円錐形状の平滑断端は、お互いに接続され、お互いから絶縁され、出口111、112へ内側に円錐状に移動する。その円錐形は、お互いに向かい合った平滑断端を持つ各シャフト端部に対して、少なくとも３つの均等に長い円錐管で作られてもよく、パイプは、適合された寸法を持ち、シャフトに対するサイズ（size）によってお互いの列にあり、それらの間の空間は、半径方向に最も外側にある適合された冷却流体チャンネルを形成する。次に、加熱流体は、その内部の半径奉公の空間においてチャンネルの中を移動する。パイプは、様々なシャベルでシャフトに支持／付着され、それらのシャベルが置かれる又は内側の管の内側に付着される場所には、同じく半径方向に外側に流体チャンネルがシャベルに付着され、それは流体を回転させ、パイプは支持され強化される。
【００２５】
本発明は、２つの静止及び中空シャフト／パイプ103、110（非表示）を含む。該シャフト／パイプは、回転せず、補強された軸調節装置に、Uチャンネル構造の両側の各シャフト及び該静止シャフトの端部にある軸受で固定されており、支持しているUチャンネル構造107の外側表面に向かって回転軸に中心が置かれて設立されている。上記の中空シャフト端部103、110の中に設立され、加熱流体に対する注入口チャンネル101を形成する静止チャンネルに片側が中心が置かれ、Uチャンネル構造の他方側は出口チャンネル111に中心が置かれ、該中空静止シャフト端部の内側と加熱流体チャンネル101、111の外側との間の空間は、片側において冷却流体のための注入口チャンネル102を形成し、Uチャンネル構造の他方側において出口チャンネル102を形成し、該注入口チャンネル101、102の端部において、それは、回転方向における加圧注入流体を制御するように適合された調整可能なステータ翼が注入口側のUチャンネル構造に搭載され、適合された回転を実列し、Uチャンネルの注入口及び出口では、それは回転方向に完全に又は部分的に後ろに曲げられたシャベルが搭載されている。出口チャンネル111、112の端部のシャベルを越えて、出口チャンネルに沿って加圧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、前述のプロテクション・ハウス（protection  house）が、シャフトをUチャンネル構造の各側に軸方向に適合させる上記の軸方向の調節装置に密閉して搭載される。あるいは、密閉は、Uチャンネルに対して回転装置と真空ハウジングの中央の隙間との間に設立される。
【００２６】
本発明は、加圧アルゴン又は類似の低いcpを持つ重い気体が使用され得る閉鎖システムにおける冷却流体を用い、及び空気が使用され得る開放システムにおける加熱流体を用いる。従って、周辺部からの加熱された加熱流体／気体は、側の冷却流体の熱交換器又は加熱流体の出口の外側において熱交換をする。最適な熱交換で、加熱流体は搬送され、周囲の温度でさらに加圧される。反対の冷却流体が空気である場合同じことが生じ、加圧水素又はヘリウム又は他の適切な気体は、出口で冷却流体を加熱する閉鎖システムにおける加熱流体であり、流体を加熱するための上記のタービンは述べたように、注入口へ空気／冷却流体を圧縮する軸流コンプレッサに接続されてもよい。そして、回転の静止エネルギーが、その軸流コンプレッサの他方のシャフト側に接続されてもよい。これは、両方のケースにおいて非常に効率的な熱コンプレッサを生成し、該コンプレッサは、有利にもまた、流体の注入口の前に接続され、他の熱力装置に統合されることもできる。
【００２７】
本発明における装置は連続して接続されてもよく、加熱及び冷却流体の外部／内部の加熱／冷却と熱交換が、シリーズにおける1つ又はそれ以上のステップの間で列われてもよい。また、いくつかの連続したリンク（link）が、１つのシリーズ・リンク（series  link）におけるステップ間で、より低い温度又はより高い温度のいずれか一方に対して、熱交換に交わる（cross）ことができ、少なくとも１つの流体に対して圧力が増加される。
【００２８】
本発明は、また、低い沸点を持つアンモニア及び水の混合物に適合された液化された加熱流体又は他の適切な液化流体にも関し、十分な温度差が冷却流体にある場合、それは周辺部で上昇チャンネルの開始点で蒸気／気体に遷移し、上昇チャンネル及び加熱流体の出口で、沸点が周辺部に形成された圧力に関して達成される。それは次にタービンを通って高い圧力で供給され、加熱流体は拡張で及び場合によってはタービンの前又は後ろで冷却流体のいくつかと熱交換することによって再び液体に凝縮し得る。その圧力を制限し、液体の周辺部及び冷却流体が達成した温度に関連する沸点に適合させるために、液体における水ミラーが、形成される蒸気圧力に関する周辺部からの半径方向の高さに適合されてもよく、より低い遠心力でより軽い蒸気に対してピストンとして作用する。水柱は、また、注入口で低い圧力を形成するように適合することもでき、液体は、熱交換器における適切な半径のポイントから及び冷却流体の温度が加熱流体と等しくなる加熱流体の注入口に向かって内側へ、冷却媒体で凝縮され、閉鎖経路において戻っても良い。又はそれは回転装置に周囲からの熱、又は外部のソースからの熱を運んできてもよく、その熱は周辺部へ向けてそこにある熱交換器又は逆流熱交換器へシャフト端部から周辺部を通ってシャフト端部へと圧縮熱を加え、加熱流体は、また、上昇チャンネルにおいて少し上昇することもできる。
【００２９】
当該回転装置のUチャンネルのつるされた軸受は、適合された転がり軸受、滑り軸受、磁気軸受であってよい。
【００３０】
当該回転装置は、自己リバランス機構（rebalancing  mechanism）で配置されてもよく、それは回転軸に中心が置かれ、その周りを交差する、適切な液体又は金属鉱石に似た小型のボールで半分充填された少なくとも１つの円形チャンネルであってもよい。
【００３１】
上昇チャンネルにおけるより高い濃度を補充するための冷却流体の注入口の前の圧縮エネルギーは、同じ温度差で冷却流体の冷却及び拡張を用いる伝統的な圧縮に比較してかなり低くなる。比較的最小限のエネルギーが、周辺部でチャンネルにおける冷却流体において圧力及び温度を回転で達成するために必要であることから、その冷却流体の上昇チャンネルにおいて下降チャンネルに向けてより高い平均質量密度が、密度及び圧力の両方を増加させるために注入口の前で圧縮によって補充され、同じ方向の流れの熱交換で、冷却流体は周辺部に外側へ向かって連続的に冷却され、それは、理論的に、周辺部のみで実施される熱交換に対して、注入口の圧縮仕事の50%のエネルギー減少を与える。
【００３２】
しかし、一方では、加熱流体のタービンからの上記の拡張仕事が、追加の圧縮エネルギーが同じ軸に加えられる注入口の前で冷却流体のコンプレッサの圧縮に完全に又は部分的に変換される場合、熱交換は周辺部でだけ実列され、どの場合においても、流体の循環及びタービン／コンプレッサ及びUチャンネルを持つ回転ユニットの回転を維持するのに必要なエネルギーはほとんど供給されなく、シャフトを囲むディスクを持つ上記の軸パイプ・チャンネルが使用されてもよく、周辺部の流体に対して３つのパイプが２つの軸流熱交換器チャンネルを形成する。流体下降チャンネル及び上昇チャンネルはお互いに熱的に絶縁されている。加熱流体における圧力及び温度の両方は、出口で増加するか又はその逆の場合、冷却流体の出口において、圧力及び温度の両方は理論的により低くなるが、注入口からコンプレッサからの圧力で補充される。両方の流体は、閉鎖システムでは、環境と熱交換をするために熱／冷媒のままであり、述べたように回転軸で２つの似た軸方向のパイプ・チャンネルが、絶縁された流体が周辺部熱交換器に向かってそれらの下降チャンネルにおいて導かれる前に、均一化する。この場合、逆流熱交換が述べたように有益である。１つだけの流体がここで閉鎖システムに適合され加圧される場合、その閉鎖システムにおける流体に依存して、それは、回転軸からチャンネルを通って周辺部から導かれた冷却又は加熱流体のいずれか一方からの気体又は周辺の空気を持つ他のUチャンネルにおける開放システムであり、その気体／空気は冷たい又は熱いのいずれか一方で供給され、その流体は、周辺部からの熱交換が均一になる他の流体の外側／端部の熱交換器と熱交換をし、加圧された流体は、周囲の温度にさらされ、それは、圧力を生成する同じ方法を用いる直列に接続された多数の似た装置において続けられることができる。これは、非常に明確且つ効率的な熱的圧縮を与える。シリーズにおける最後のステップで、流体は、周囲に冷たさを産出する閉鎖システムにおける冷却流体から加熱され、そしてそのシリーズの注入口からの流体は、周辺部でさらに加温する加熱流体であり、それは、エネルギーが変換される出口での温度及び圧力を増加させる。加熱流体が閉鎖システムにある場合、熱交換器は最後のステップと同じように周辺に働く。
【００３３】
次に、そのシリーズにおける流体は、周辺部から出口まで断熱膨張をする冷却流体であり、その冷却流体は次にエネルギー使用のために軸流タービンを通過し、その冷却流体は非常に冷たくなることから、気体がその後に分別されうる（fractionated）。例えば、冷却流体が使い果たされた場合、CO2になる。上記のクロスカップリングのシリーズ（cross-coupling  series）によって、気体をこのように冷却することがかのうであり、それらの気体のほとんどはこの方法及び装置で分別されることができる。
【００３４】
閉鎖システムで、回転の開始において、遠心力によって影響を受けないチャンネルは、小さい圧力及び温度の降下をもたらし、それは周辺部に向かうチャンネルの体積に対するこれらのチャンネルの体積に依存する。しかし、熱を受け取る流体の循環期間の後に、その流体の温度は安定化し、最終的には述べたように熱を受け取るか又は与える。流体の密度及び圧縮性によって、その遠心力の外側のチャンネルの体積は、これらのチャンネル及び熱交換器からの熱交換を低減する適切な流体の不都合な希釈を防ぐように体積が適合されなければいけない。従って、シャフト端部から／へ、及び前述の外部の経路の中、及び熱交換器において重い加圧流体を使用することが有益であり、適切な流体が、熱交換器が配置され得る堆積タンクを通る。冷却流体に対して、最も適切であるように、コンプレッサがまた熱交換器と圧力タンクとの間に配置されてもよい。アルゴンなどの無害の流体の使用によって、操作中における流体に対してシャフトの注入口及び出口の密閉において制限された漏洩は許容される。再充填／補給は、述べたように、周囲の空気からアルゴンを分別する回転装置の適合されたクロスカップリング・シリーズの圧力タンクに実列されることができる。
【００３５】
高いg及び圧力において熱交換が実列される。対流速度及び乱流は、より高い熱交換効果をもたらし、それは1gの溶液に対してより少ない面積を必要とする。
【００３６】
冷却流体は、注入口の前に比較して出口の後にさらに冷却し、その冷却流体は周辺部に向かって圧力によって加熱されることから圧縮性であり、その冷却流体がまた高い質量密度及び断熱指数／低いcpを有する場合に有益であり、関連する、注入口の前で加熱し得るいくつかの流体は：‐再利用を必要としない空気、‐再利用可能なアルゴン、‐又は現在の加熱ポンプ及び閉鎖サイクルにおいて使用される流体、である。
【００３７】
加熱流体は、注入口の前に比較して出口の後により温かくなり、加熱流体は周辺部に向けて加圧することによって加熱されない、又はほとんど加熱しないことから、遠心力の圧縮性には影響されない／又はほとんど影響されず、その加熱流体がまた低い質量密度及び低い断熱指数／高いcpを有する場合は有益であり、それが圧縮性である場合、関連するいくつかの流体は：‐再利用を必要としない水であるが、水は高い静水圧を精製し、周辺部の周りの加熱流体チャンネルは、熱交換を制限する大きな構造を防ぐために最小限の断面積を有しなければいけなく、又は周辺部からの水柱は低く、又は水霧はその冷却流体において直接噴霧化される。‐水素又はヘリウムなどの軽い気体は、周辺部に向かって比較的小さい圧力の増加を供給し、従って、注入口において冷却流体と同じ温度を有する場合、その冷却流体に対してその温度を低下させる。‐空気、又は加熱流体が周辺部において冷却流体よりも冷たい場合は任意の流体、及び加熱流体は注入口の前で冷蔵され、それは出口からの冷却流体のいくつかと間接的に熱交換をするように実施されることができる。
［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。
【００３８】
出口は回転軸にある場合、流体の速度は、周辺部の上に送られる速度に対してより低く、これは、より少ない摩擦を与え、より効果的である。流体が周辺部から及び内側へ向かって接線方向に遅れる場合でさえ、その周辺部に向かって外側に接線方向に加速し、バランスを取る。加熱流体の循環を実列するのは、冷却流体から周辺部での加熱流体の加熱のみである。
【００３９】
次に、回転装置は、真空ハウジング（非表示）において配置されて囲まれ、最小限の回転抵抗、ノイズ及び熱損失が存在する。適切な密閉で、低い圧力及び一定の回転を維持するのに必要な合計のエネルギーの割合はわずかになる。当該装置は、小型であり、機械的に動作する部分がほとんど無く、メンテナンスの頻度を少なくする。本発明において、流体において装置から生成される圧力は、エネルギーとして使用されることができる。
【００４０】
本発明は、高速での回転から生じる力及びチャンネルにおける圧力に耐えるのに必要な強度を持つ材料で生成される。その構造は、上記の力を制限するために低い質量密度を有するべきである。その構造は、金属、又はセラミック、又はコンポジット、又はナノ物質、又はこれらの組み合わせにおいて設計されてよい。熱交換器は、高い熱伝導率を有するべきであり、この外側のチャンネルは、適切な材料でお互いから熱的に絶縁されなければいけない。遠心力は、Uチャンネル構造の回転速度及び直径を設定し、それらは使用中の材料にたいして許容される力に適合される。
【００４１】
図は、本発明のみの原理を悦名する概略図であり、本発明の実世界の物理的実現を必ずしも示していない。本発明は、多くの異なる材料及びそれらの構成要素の配置を使用して実現されてもよい。そのような実現は、当業者の能力の範囲内であるはずである。
【００４２】
［例］
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
【００４３】
これは、h2が、周囲よりも74.2K高い温度で１つのシャフト端部において熱交換器から搬送することができ、他方のシャフト端部においてアルゴンは、その熱交換器において周囲よりも74.2K低い温度であることを意味する。
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
【００４４】
これは、熱交換器における出口で空気（air）が周囲よりも57K温度が高く、アルゴン（Ar）が周囲よりも57K温度が低いことを意味し、空気は加熱するために加圧され周囲に供給されなければいけない。
【００４５】
しかし、一定圧力下の空気が熱交換器を通して、出口で又は出口の外でアルゴンによって冷却される場合、空気及びアルゴンの両方は周囲よりもほんの少ししか高くないTを有し、その空気は加圧されて周囲環境のTに供給される。等エントロピー指数(k)＝1.4である。そして、T周囲空気＝291K及び1barである。次に、空気は以下の圧力で高温又は低温で供給される：
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
【００４６】
加熱され、周囲のTにおいて空気は直列に接続された似た装置の列において前方向に加圧される。圧力の比＝p3/p1＝1.134は、また、cpが全てのステップにおいて等しい場合、直列接続の各ステップにおいても同様である。従って、ステップの数は、第1ステップにおいて圧力の比の指数であってもよい。よって、連続した10ステップでの例を示す。
【００４７】
10ステップでのp3＝1.134^10bar＝3.52bar  周囲空気のTよりもわずかのKで高い。
【図１】
0005584198.tif 000002