(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体を用いて機械エネルギーによって、低温の熱エネルギーを高温の熱エネルギーに変換する方法、及びその逆の変換を行う方法、であって、
圧縮機(１)と第１の熱交換器（２）と膨張ユニット(３)とを、共に回転するケーシング（６）内に、回転軸周りに回転するように取り付け、更に、第２の熱交換器（４）を備える静止ケーシング（８）内に収容し、
前記圧縮機（１）内の前記作動媒体が回転軸に対して半径方向外側に送られ、膨張ユニット（３）内の前記作動媒体が回転軸に対して半径方向内側に送られるように構成し、
前記作動媒体に作用する遠心力を増加又は減少させることによって、圧力を増加又は減少させ、前記作動媒体を圧縮、膨張させる、装置を用い、
前記方法において、
前記作動媒体が、閉じた熱力学的循環プロセスを介して移動し、この循環プロセスが、
−作動媒体の等エントロピー圧縮と、
−熱交換媒体による作動媒体からの等圧熱伝達と、
−作動媒体の可逆的な等エントロピー膨張と、
−熱交換媒体による作動媒体への等圧熱伝達と、
を含み、
前記循環プロセスの間、前記作動媒体が、前記遠心力の増加によって高圧となった位置における前記第１の熱交換器（２）内の熱交換媒体で熱の等圧除去をされ、前記遠心力が減少されて低圧となった位置で前記静止ケーシング（８）に流れ込み、前記静止ケーシング内の前記第２の熱交換器（４）内の熱交換媒体から熱の等圧供給を受けるために、前記作動媒体が、前記回転軸周りを回転する、
方法。
【請求項２】
前記作動媒体が、全循環プロセスの間、ガス状である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記作動媒体として、クリプトン、キセノン、アルゴン、ラドン、又はこれらの混合の、不活性ガスが利用される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記閉じた循環プロセスの圧力が、少なくとも５０bar以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記閉じた循環プロセスの圧力が、７０bar以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記閉じた循環プロセスの圧力が、１００barである、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記閉じた循環プロセスが、前記ガス状の作動媒体の臨界点の近くで実行される、請求項２から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
熱量が、液体熱交換媒体等の、等エントロピー比熱比κが１である熱交換媒体を利用して取り除かれたり供給されたりする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
作動媒体を用いて機械エネルギーによって、低温の熱エネルギーを高温の熱エネルギーに変換する方法、及びその逆の変換を行う方法、を実施する装置であって、
前記方法が、
前記作動媒体が、閉じた熱力学的循環プロセスを介して移動し、この循環プロセスが、
−作動媒体の等エントロピー圧縮と、
−熱交換媒体による作動媒体からの等圧熱伝達と、
−作動媒体の可逆的な等エントロピー膨張と、
−熱交換媒体による作動媒体への等圧熱伝達と、
を含み、
前記装置が、
圧縮機(１)と第１の熱交換器（２）と膨張ユニット(３)とを、前記圧縮機(１)が前記第１の熱交換器（２）を介して直接前記膨張ユニット(３)に接続されるように構成して、共に回転するケーシング（６）内に、回転軸周りに回転するように取り付け、更に、第２の熱交換器（４）を備える静止ケーシング（８）内に収容し、前記膨張ユニット(３)が前記第２の熱交換器（４）を介して直接前記圧縮機(１)に接続されるように構成し、
前記圧縮機と膨張ユニット（１、３）の羽根車（１’、３’）を、同一回転軸（５’）上に取り付け、
前記作動媒体に作用する遠心力を増加又は減少させることによって、圧力を増加又は減少させることにより、
前記圧縮機（１）内の前記作動媒体が回転軸に対して半径方向外側に送られ、膨張ユニット（３）内の前記作動媒体が回転軸に対して半径方向内側に送られるように構成し、
前記循環プロセスの間、前記作動媒体が、前記回転軸周りを回転する、
装置。
【請求項１０】
作動媒体を用いて機械エネルギーによって、低温の熱エネルギーを高温の熱エネルギーに変換する方法、及びその逆の変換を行う方法、を実施する装置であって、
前記方法が、
前記作動媒体が、閉じた熱力学的循環プロセスを介して移動し、この循環プロセスが、
−作動媒体の等エントロピー圧縮と、
−熱交換媒体による作動媒体からの等圧熱伝達と、
−作動媒体の可逆的な等エントロピー膨張と、
−熱交換媒体による作動媒体への等圧熱伝達と、
を含み、
前記装置が、
圧縮機（１）と膨張ユニット（３）と第１と第２の熱交換器（２、４）とを、回転軸周りに回転するように取り付け、
前記圧縮機（１）を、前記第１の熱交換器（２）を介して直接前記膨張ユニット（３）に接続し、前記膨張ユニット(３)を、前記第２の熱交換器（４）を介して直接前記圧縮機(１)に接続し、
前記作動媒体を循環させる、少なくとも１つの回転可能に取り付けられた配管システム(１７)を備え、
前記圧縮機（１）の前記配管システム(１７)が、半径方向に延びる直線状の圧縮配管(１８)を備え、
前記膨張ユニット（３）の前記配管システム(１７)が、前記回転軸（５’）の回転方向に対して反対方向に曲げられた膨張配管(２０)を備え、
前記配管システム(１７)の軸方向に延びる部分が、前記第１と第２の熱交換器（２、４）の、同軸に配置された配管（１９）で取り囲まれており、
前記作動媒体に作用する遠心力を増加又は減少させることによって、圧力を増加又は減少させることにより、
前記圧縮機（１）内の前記作動媒体が回転軸に対して半径方向外側に送られ、膨張ユニット（３）内の前記作動媒体が回転軸に対して半径方向内側に送られるように構成し、
前記循環プロセスの間、前記作動媒体が、前記回転軸周りを回転する、
装置。
【請求項１１】
前記膨張配管（２０）が、円弧状に曲げられた断面を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記膨張配管（２０）が、回転中心（３０）に向かって次第に曲率半径が小さくなる曲がりを有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
電動モーター又は発電機(５)が、回転軸（５’）又は配管システム(１７)と接続されている、請求項９から１２のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械エネルギーによって低温の熱エネルギーを高温の熱エネルギーに変換する方法、及びその逆の変換すなわち機械的エネルギーを放出するときに高温の熱エネルギーを低温の熱エネルギーに変換する方法、に関し、閉じた熱力学的循環プロセスを介して移動する作動媒体を備え、この循環プロセスには、以下の作動工程が含まれる。すなわち、
−作動媒体の可逆的な等エントロピー圧縮と、
−作動媒体からの等圧熱伝達と、
−作動媒体の可逆的な等エントロピー膨張と、
−作動媒体への等圧熱伝達と、
が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
更に、本発明は、圧縮機と、膨張ユニットと、熱の供給又は除去を行うそれぞれの熱交換器と、を備える、本発明の方法を実施する装置に関する。
【０００３】
様々な装置が公知であり、いわゆるヒートポンプとして知られており、ヒートポンプでは、圧力を増加することによって低温の作動媒体の熱を比較的高温に運搬するのに、普通、モーターが用いられている。公知のヒートポンプでは、作動媒体は、熱力学的循環プロセスを介して移動し、熱力学的循環プロセスは、熱交換器での作動媒体の、蒸発と、圧縮と、液化と、膨張と、を含み、作動媒体の全体的な条件が変化する。
【０００４】
公知のヒートポンプでは、冷媒として、Ｒ１３４ａ、又はＲ１３４ａと他の成分との混合、を通常利用しており、Ｒ１３４ａは、オゾンに有害な影響を与えないが、同じ量のＣＯ２よりも１３００倍も大きい温室効果を有している。このような方法は、カルノープロセスによって実施され、性能の理論値又はＣＯＰ（成績係数）、すなわち消費した電気エネルギーに対する放出した熱量の間の相関関係が、約５．５（作動媒体を０℃から３５℃まで「ポンピング」したとき）を示す。しかし、現在までに達成された最高の成績係数は、４．９にすぎず、概して、良好なヒートポンプは、現在約４．７の成績係数を生じる。
【０００５】
特許文献１からは、冷凍機又はモーターとして利用できる装置が公知であり、ここでは空気が作動媒体として利用され、空気は、環境から吸い込まれ、圧縮又は膨張した後に、環境中に再び放出される。このようなオープンシステムにおいては、作動媒体が機械の中に入ると、角運動量が増加し、作動媒体が機械を出ると、角運動量が減少し、これによって大きな摩擦損失を発生する。
【０００６】
特許文献２からは、中空ローターを備える装置が公知であり、ここでは、案内通路又はガイドベーンが回転体の外周に配置され、高速の相対速度が案内通路と作動媒体との間で発生する。このようなガイドベーンは、流れのエネルギーにおいて非常に大きな損失を生じ、この損失は、比較的低い成績係数の原因となる。
【０００７】
特許文献３は、単に従来のターボ圧縮機又は容積型圧縮機を備える別のタイプのヒートポンプを開示しているだけである。更に、特許文献４からは、遠心力を利用する熱力学的装置が公知であるが、この装置はまた、絞り装置を備えており、これによって大きな摩擦損失を発生する。
【０００８】
他方、多くの方法が、先行技術から公知であり、特に地熱流体と地熱蒸気からの熱を電気エネルギーに変換する技術が公知である。いわゆるカリーナ（ＫＡＬＩＮＡ）プロセスでは、熱は水から、アンモニアと水の混合物に与えられ、これによって、かなり低い温度で蒸気を生じ、この蒸気が、タービンを動かすのに利用される。例えば、このようなカリーナプロセスは、特許文献５に記載されている。
【０００９】
様々な熱交換方法において、非常に高い成績係数の達成が、理論的に可能であるのに対し、作動媒体がガスの領域で圧縮され、膨張する、従来の圧縮機と膨張ユニットは、比較的低い効率を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ １９９８／３０８４６ Ａ１
【特許文献２】ＤＥ ２７ ２９ １３４ Ａ１
【特許文献３】ＦＲ ２ ７４９ ０７０ Ａ１
【特許文献４】ＧＢ １ ２１７ ８８２ Ａ
【特許文献５】ＵＳ ４ ４８９ ５６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、機械エネルギーによって低温の熱エネルギーを高温の熱エネルギーに変換し、また、その逆の変換をする場合に、効率又は成績係数の改善を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、本発明によって、作動媒体に作用する遠心力を増加するか、又は遠心力を引き出すことによって圧縮又は膨張を行う場合に、作動媒体の圧力を増加するか又は減少させることによって、達成され、作動媒体の流れのエネルギーは、圧縮又は膨張の間、失われない。従来の圧縮機と比較して、明らかに高い効率が、作動媒体における遠心加速の利用と流れのエネルギーの保存によって達成されるが、従来の圧縮機では、圧縮機の周囲における作動媒体の速い速度が圧力に変換され、それによって低い効率を生じる。同様に、効率は、遠心力を減少させることによる膨張の間に作動媒体の圧力を減少させることによって、膨張の間、上昇する。これは、プロセス全体の成績係数又は効率を大幅に向上させる。
【００１３】
更に、ガス状の作動媒体が膨張し、仕事がエネルギーの見地から理屈に合った方法で回収できるので、作動媒体が全循環プロセスにわたってガス状であることは、効率改善のために有利であり、液体媒体に関するエネルギーには無関係である。更に、ガス領域における効率に対する影響は、２相領域における効率に対する影響よりも大きい。
【００１４】
遠心加速による圧縮性の高さに関しては、定圧（ｃｐ）比熱の小さいガスを利用するか、又は、高密度のガスを利用すると、有利である。従って、利用される作動媒体は、不活性ガスであることが好ましく、特にクリプトン、キセノン、アルゴン、又はラドン、又はこれらの混合ガスであることが好ましい。更に、閉じた循環プロセスの圧力が、少なくとも５０bar以上であることが好ましく、特に７０bar以上であることが好ましく、約１００barであることが好ましいことが実証され、このことは、全プロセスにわたって比較的高圧であることが好ましいことを示している。比較的高圧であることは、熱交換器での圧力損失を低く保つことを可能とするが、これは、熱の移動が、比較的低流量で比較的大きいからである。
【００１５】
ガス状の作動媒体の、臨界点の近くでの循環プロセスを実行することは、全体的な効率を更に改善するか、又は、成績係数を上昇させ、この臨界点は、使用する作動媒体の変動する圧力又は温度の関数である。全体的な成績係数又は全体的な効率は、臨界点のエントロピーにできるだけ近いエントロピー範囲で膨張させることによって、最大にされる。更に、膨張温度を、臨界点のすぐ上の低い温度にすると、有利である。臨界点は、ガスの混合を利用して、望ましいプロセス温度に合わせることができる。
【００１６】
作動媒体の、構造的に簡単で効果的な冷却又は過熱は、等エントロピー比熱比κが約１である熱交換媒体を利用して、熱量を取り去り又は供給することによって、達成することができる。
【００１７】
本発明による方法を実施する装置では、圧縮機又は膨張ユニットが、ガイドベーンを備えず、作動媒体の圧力は、作動媒体に作用する遠心力を増加又は減少させることによって増減されるように構成される。本発明による方法に関連して上述したように、この構成は、作動媒体の圧縮と膨張の間、効率の顕著な改善を生み、それによって、公知の装置と比較して、本発明による装置の成績係数又は効率を、顕著に改善する。
【００１８】
熱交換器の構造的に簡単な構成という観点において、熱交換器が、液体伝熱媒体を送る少なくとも１つの配管を備えると、有利である。
【００１９】
圧縮機から膨張ユニットへ、小さい摩擦で移動できるようにするには、すなわち、作動媒体の流れのエネルギーを維持するためには、膨張ユニットが熱交換器を介して直接圧縮機に接続されていると、有利である。装置の構造を簡単な構成にするには、圧縮機と膨張ユニットの羽根車を同一回転軸に取り付けると、有利である。
【００２０】
遠心加速によって作動媒体の圧力を増加させる、構造的に簡単な方法の１つは、圧縮機と膨張ユニットの羽根車と共に回転するケーシングを備えることである。
【００２１】
圧縮された作動媒体の効果的な冷却を行うためには、ケーシングが、共に回転する熱交換器を収容すると、有利である。共に回転する熱交換器は、外側の周囲に配置すると、有利である。
【００２２】
しかしながら、ケーシングが羽根車と共に回転する代わりに、羽根車が固定ケーシングに収容されるほうが、考えやすい。この構成は、構造上の経費の削減を可能にする。固定ケーシングに接続された熱交換器の配管での、作動媒体の摩擦損失を避けるためには、熱交換器の配管が、部分的に固定ケーシングに組み込まれ、作動媒体と接触する固定ケーシングの表面ができるだけなめらかになるようにすると、有利である。
【００２３】
外側に回転部分を設けることを避けるためには、圧縮機と膨張ユニットとを取り囲む、回転しないケーシングを備えると、有利である。
【００２４】
作動媒体に効果的な熱の供給を行うためには、上述の２つの熱交換器がこのケーシングに組み込まれると、有利である。
【００２５】
作動媒体を循環させる少なくとも１つの回転可能に取り付けられた配管システムを備えることは、作動媒体を送る配管の壁厚を、作動媒体を収容しているケーシングの壁厚よりも小さくすることができるので、装置の全体的な重量を比較的小さくすることができる。
【００２６】
配管システム内の作動媒体を、遠心力によって圧縮することに関しては、配管システムが、半径方向に延びる直線状の圧縮配管を備えると、有利である。
【００２７】
配管システム内で作動媒体を確実に循環させるためには、配管システムが、回転軸の回転方向に対して反対方向に曲げられている膨張配管を備えると、有利である。膨張配管は、円形状に曲がった断面を有することができ、構造を簡単にすることができる。或いは、膨張配管はまた、回転中心に向かって次第に減少する断面半径を有する曲がりを備えることができる。この構成は、配管システムに生じる乱流を減少させることができる。
【００２８】
更に、配管システム内の作動媒体の流れは、配管システムに、配管システムに対して回転する翼車（３１）を組み込むことによって、信頼性を高めることができる。翼車は、圧縮機、又は膨張タービン、又はガイドベーンとして設計され、回転しないように配置することができ、この回転しない配置は、回転する配管システムに対して、相対的な運動を発生させる。この翼車は、例えば、発電用、又は、配管システム又は発電機に相対的な運動を引き起こす、モーターを備えることも考えられ、このモーターは、翼車の相対的な運動を介して、発生した軸出力を電気エネルギーに変換する。
【００２９】
簡単で効果的な熱供給又は熱の除去に関して、配管システムの軸方向に延びる部分が、熱交換器の、同軸配置された配管で取り囲まれていると、有利である。
【００３０】
ヒートポンプとして作動中に、圧縮に必要なエネルギーと、膨張によって回収されたエネルギーとの間のエネルギーの差を補うためには、モーターが回転軸又は配管システムと接続されていると、有利である。
【００３１】
温度レベルの違いによって得られたエネルギーを電気エネルギーに変換するためには、すなわち、この装置を熱機関として利用する場合には、発電機が回転軸に接続されていると、有利である。
【００３２】
本発明は、図面中に示された好ましい実施形態に基づいて、以下で更に詳細に記載されるが、これらに制限されるものではない。記載された実施形態を組合せることができることもまた、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明による装置又は本発明による方法の、ヒートポンプとして作動中の、プロセスブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、共に回転するケーシングを備える、本発明による装置の断面図である。
【図３】図３は、固定ケーシングを備える、本発明による装置の断面図である。
【図４】図４は、図３に類似した断面図であるが、内部にモーターが組み込まれている。
【図５】図５は、作動媒体を運ぶ配管を備える、別の実施形態の断面図である。
【図６】図６は、図５中の直線ＶＩ〜ＶＩによる断面図である。
【図７】図７は、図５中の直線ＶＩＩ〜ＶＩＩによる断面図である。
【図８】図８は、作動媒体を収容する配管システムを備える別の実施形態の断面図である。
【図９】図９は、図８による装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、図５に類似した装置の断面図であるが、タービンが静止している図である。
【図１１】図１１は、図１０に類似した断面図であるが、タービンが、配管システムに対して回転している図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、先行技術から公知である熱力学循環プロセスの、プロセスブロックダイヤグラムを示す。図示のヒートポンプとしての応用では、圧縮機１は、まず最初に、ガス状の作動媒体を等エントロピー的に圧縮するのに利用される。次に、等圧の熱除去が、熱交換器２によって行われ、高温による熱エネルギーが放出され、（水、又は水と不凍液、又は他の液体伝熱媒体によって）熱循環システムに循環される。
【００３５】
次に、等エントロピー膨張が、タービンで構成される膨張ユニット３で実行され、これによって機械的エネルギーを回収する。次に、もう一つの熱交換器４が、等圧の熱供給に利用され、これによって（水、水と不凍液、塩水、又は他の液体伝熱媒体を備えた）循環システムとして、このシステムに低温の熱エネルギーを供給する。この場合、熱エネルギーは、普通、井戸水から取り出されるが、いわゆる深さの調査から、熱が地下最高２００ｍの深さに位置する熱交換器から取り出され、ヒートポンプに供給されるか、又は、地面のすぐ下に配置された大型熱交換器（配管）から取り出されるか、又は、空気から取り出される。上述のように、圧縮機１による等エントロピー圧縮に続いて、この等圧の熱供給が行われる。
【００３６】
本発明による装置又は本発明による方法が、高温の熱エネルギーから低温の熱エネルギーに変換するのに利用される場合には、前述の循環プロセスは、逆の順序で実施される。ヒートポンプとしての作動中、モーター５は、回転軸５’を駆動するために利用され、熱機関としての作動中は、モーターは、発電機５又はモーター発電機５に置き換えられる。
【００３７】
図２は、モーター５が回転軸５’を介して、共に回転するケーシング６を備える圧縮機１を駆動する、本発明による装置を示している。更に、圧縮機１の羽根車１’は、電動モーター５で駆動される回転軸５によって駆動され、不活性ガスが、シールされ、静止したケーシング８に収容され、不活性ガスは、クリプトン、又はキセノンであることが好ましく、共に回転するケーシング６内で、遠心加速によって圧縮される。
【００３８】
共に回転するケーシング６には、熱交換器２の螺旋配管９が組み込まれており、螺旋配管９には、熱交換媒体、例えば水、が保持されている。比較的冷たい水が、入口１０を通して流れ方向１０’の方向に、共に回転するケーシング６内の、外周部に配置された螺旋配管９内に取り入れられ、可能な限り高圧のもとで作動媒体から熱の等圧除去を行い、出口１１から比較的暖かい水を排出する。
【００３９】
次に、作動媒体は、膨張ユニット３の羽根車３’に、損失なしで流れ込み、羽根車３’によって機械的エネルギーが回収される。次に、静止したケーシング８の中で、外側の熱交換器４の螺旋配管１２によって、等圧の熱の供給が行われ、次に、作動媒体は、圧縮機１の羽根車１’によって断熱等エントロピー圧縮を再び受ける。
【００４０】
しかし、重要なのは、作動媒体のエネルギーが、圧縮機１における圧縮又は膨張ユニット３における膨張の間、流体のエネルギーを保持するシールシステムを備える装置内に保存され、作動媒体の圧力の増加又は減少が、作動媒体のガス分子の遠心加速だけによって得られるということである。その結果、電気エネルギー又は機械エネルギーによって低温の熱エネルギーを高温の熱エネルギーに変換する間、又はその逆の変換を行う間、効率又は成績係数は、大幅に向上することができる。
【００４１】
図３は、別の実施形態を示し、そこでは、静止した内部ケーシング６’が備えられている。この構成は、構造設計を簡単にする。ガス状の作動媒体の流れ損失を抑制するか、作動媒体の角運動量をできるだけ保存するために、作動媒体が接触する静止した表面は、できるだけなめらかであり、圧力損失を増加するような、流れに対して直角をなす伝熱配管がない。熱交換器２の螺旋配管９は、自立しているのではなく、なめらかな表面２’を有する静止したケーシング６’に組み込まれている。全体的な装置の成績係数又は効率を向上させるために、絶縁材料１３は、静止したケーシング６’の内側に組み込まれている。
【００４２】
図４は更に別の実施形態を示し、これは図３と基本的に同一であるが、唯一の違いは、モーター５の配置であり、この実施形態のモーター５は、固定ケーシング６の中に収容されている。
【００４３】
モーター軸１６に対して相対的に静止した、圧縮に耐えるブッシュ１５の中を延びる配線１４は、モーター５に電力を供給するために設けられている。モーター５は、圧縮機１又は膨張ユニット３と共に回転するために、圧縮機１又は膨張ユニット３に接続されている。この構成は、運動用ガスケット（ガスと液体用のガスケット）を不要にし、それによってメンテナンス作業を減少させる。
【００４４】
図５から７は、本発明による装置の別の実施形態を示し、ここでは、作動媒体の圧力にさらされる各部が、配管又は配管システム１７として設計され、これによって、装置の全体的な重畳さを低減し、図２から４に示すケーシング６、６’及び８の肉厚に比べて、配管１７の肉厚を、より薄くすることができる。
【００４５】
ここでは、作動媒体は、初めに、圧縮機ユニット１の配管システム１７の放射状に延びる圧縮配管１８で、遠心加速によって圧縮される。熱交換器２は、軸方向に延びる配管１７の外側の部分に関して同軸に配置されている配管１９を備え、配管１７を取り囲み、圧縮され作動媒体の熱は、熱交換器２の液体熱交換媒体に対して向流となって放出される。
【００４６】
作動媒体は、次に、（膨張ユニット３の）膨張配管２０で膨張する。膨張配管２０は、装置の回転方向２１に対しての反対方向に曲げられており、後方への配管曲がり（図７参照）によって、作動媒体の循環が、確実に起こる。
【００４７】
図７に示すように、膨張配管２０は、半円形の態様で曲げることができ、構造設計において、製造容易にすることができる。次に、作動媒体は、配管システム１７において軸方向に流れ、ここでもまた、低圧の熱交換器４が、同軸に配置された配管１９を備え、液体熱交換器媒体からの熱が、冷えた膨張した作動媒体に放出される。
【００４８】
図７に示すように、この構成は、作動媒体に対して上から見た場合に、８の字のような形状をした、２つの閉じた配管システム１７を形成し、これらは、互いに対して９０°ずれている。配管システム１７は、更に多くの配管２０を備えることができ、回転対称な配置だけが、バランスを容易にするために維持されなければならない。
【００４９】
配管１７の軸方向に延びる部分に対して同軸に配置されている熱交換器２と４の配管１９は、配管２２、２３、２４、２５によって相互に接続されており、配管２２、２３、２４、２５は、液体を運び、この配管システム２２〜２５は、装置の他の部分と強固に固定され、共に回転する。液体の伝熱媒体は、静止供給器２６の供給部２６’を介して、配管システム１７に供給される。熱交換媒体は、次に、共に回転する供給器２７によって、配管２２を通して熱交換器２に送られ、そこで加熱され、配管２３を通して供給器２７に戻される。加熱された伝熱媒体は、次に、静止供給器２６又は排出部２６”によって、熱循環システムに接続される。
【００５０】
熱交換器４の冷えた熱交換媒体は、静止供給器２８の供給部２８’を介して案内され、この共に回転する配管２５の、別の共に回転する供給器２９によって低圧の熱交換器４に送られ、低圧の熱交換器４において、熱が、ガス状の作動媒体に放出される。
熱交換媒体は、次に、共に回転する配管２５によって、共に回転する供給器２９に送られ、次に、静止供給器２８に送られ、その後、供給部２８’によって排出される。
【００５１】
モーター５が、圧縮機１と、熱交換器２、４と、膨張ユニット３と、を駆動するために、ここでも備えられている。
【００５２】
図８と９は、図５〜７のうちの１つに類似する実施形態であるが、膨張配管２０は、断面が半円形でなく、回転軸３０の中心の方に向かって連続的に小さくなる半径を有している。これは、作動媒体の、単調に低下する、減速する動きを与え、発生した乱流を減少させることができる。更に、図８と９に示されている実施形態は、互いに対して６０度ずれた２つの独立した配管システム１７を示し、そこでは、３つの圧縮、膨張等が、配管システム１７ごとに行われる。
【００５３】
図１０は、別の実施形態を示し、大部分が図５〜７と同じであるが、作動媒体の循環が、回転方向とは反対方向に曲げられた配管２０によって行われるのではなく、圧縮機又はタービンのように作動する翼車３１によって行われる。翼車３１は、固定されており、翼車３１では、翼車３１を囲んでいる配管１７への相対的な回転運動が、配管１７内の作動媒体の流れを発生させる。
【００５４】
この場合、作動媒体は膨張ユニット３の配管１７で膨張し、翼車３１に送られ、翼車３１は、翼車ケーシング３２に収容され、翼車ケーシング３２は、カバー３３によって閉じられている。翼車３１は、軸受３４によって回転できるように取り付けられているが、永久磁石３５を備え、永久磁石３５は、翼車ケーシング３２の外側に回転しないように配置された永久磁石３６と、相互作用を行い、それによって翼車３１を固定する。磁石３６は、静止軸３７に着座している。
【００５５】
図１１は、図１０の中で示された実施形態に非常に類似した装置を示すが、圧縮機と膨張ユニット１と３の配管１７に対する翼車３１の相対的な回転運動は、モーター３８によって発生される。モーター３８は、共に回転する供給器２７に対して回転しないように固定される。電力は、配線３９によって供給され、配線３９は、軸４０内に収容されている。軸４０は、電力供給のために、接点４１を有する。この実施形態では、モーター５によって供給される駆動力は、回転システムの空気抵抗に打ち勝つだけを目的としている。
【００５６】
モーター５は、従って、液体伝熱媒体の循環システムでタービンを利用することによって、省略することができ、タービンは循環からこの動力を得る。空気抵抗に打ち勝つために必要な動力は、更にポンプによって供給され、ポンプは、循環する液体伝熱媒体を駆動する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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