專利名稱：設(shè)計(jì)成將環(huán)境熱能轉(zhuǎn)變成有用能量的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)計(jì)成將在給定環(huán)境中可用的熱能轉(zhuǎn)變成有用能量的設(shè)備。本發(fā)明還涉及采用這種用于將在給定環(huán)境中可用的熱能轉(zhuǎn)變成有用能量的設(shè)備的過程。

發(fā)明內(nèi)容
權(quán)利要求1中限定了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。權(quán)利要求2至4中限定了其他實(shí)施例。權(quán)利要求5至8中限定了采用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的過程。如將要示出的，所述過程和設(shè)備使用在設(shè)備空腔中的加壓流體作為從周圍環(huán)境接收熱能且傳送該熱能以轉(zhuǎn)變成有用形式的介質(zhì)。置于離心條件下的流體至少對過程的一部分為氣態(tài)，通過該部分，流體將其存儲的能量的一部分向外傳送以用于轉(zhuǎn)化和有益的使用。在每次循環(huán)中(該循環(huán)為系統(tǒng)的流體質(zhì)量m的一部分穿過整個(gè)系統(tǒng)的指定流動(dòng)路徑回到其在循環(huán)開始時(shí)的初始位置的過程)，流體通過在系統(tǒng)的外部做功的能量輸出的損失而變冷，并且通過從周圍環(huán)境接收熱而被再加熱，從而導(dǎo)致環(huán)境的冷卻。所述過程和設(shè)備的尺寸和能量生產(chǎn)等級可以在從非常小到非常大的范圍內(nèi)，由此擴(kuò)大使用的環(huán)境和種類。另外，所述過程和設(shè)備能夠以多種方式構(gòu)造以適于各個(gè)特定選擇的用途。因此，呈現(xiàn)在該申請中的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、部件和構(gòu)型是使所述過程和設(shè)備工作所必要的需求的代表，而非絕對的選擇。借助于示例的細(xì)節(jié)用于提供充分的內(nèi)容以呈現(xiàn)實(shí)際的過程和設(shè)備的有效性。


將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的設(shè)備和過程。圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的內(nèi)轉(zhuǎn)子的軸向橫截面圖；圖2是整體設(shè)備的示意性軸向橫截面圖；圖3是內(nèi)轉(zhuǎn)子的立體圖；圖4和圖5是設(shè)備的立體局部示意圖和橫截面局部示意圖；圖6是密封裙的立體圖；圖7是帶有其控制電機(jī)的密封裙的正視圖；圖8是滑動(dòng)式電連接器的局部立體圖；圖9是推進(jìn)器-發(fā)電機(jī)-負(fù)載連接的示意描述；圖10是本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外殼體的軸向橫截面圖；圖11描繪了較冷/較熱環(huán)境區(qū)域的實(shí)際連接的示意性示例。
具體實(shí)施例方式設(shè)備由三個(gè)主要元件形成-內(nèi)轉(zhuǎn)子，下文中也稱為頂；
-外殼體，具有/不具有附加罩殼，下文中也稱為OS；代表各種外部單元的外部單元為較大組件的一部分，為本申請的目標(biāo)的所述設(shè)備和過程是該較大組件的一個(gè)組分。外部單元包括電負(fù)載、監(jiān)視器和控制部件，下文中也稱為 EU。內(nèi)轉(zhuǎn)子頂是在OS內(nèi)的與OS以真空分隔開的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，并且由OS在兩個(gè)支承表面19、 38(圖1)上支承。頂?shù)闹鹘Y(jié)構(gòu)由三個(gè)部件形成，這三個(gè)部件圍繞它們的共同旋轉(zhuǎn)軸線一個(gè)在另一個(gè)的內(nèi)部地彼此固定。構(gòu)成頂?shù)耐馄さ耐鈭A筒1是中空的、封閉的圓筒。其由導(dǎo)熱材料(通常為諸如鋁或鋼的金屬)制成，該導(dǎo)熱材料足夠厚以承受由在其內(nèi)部的位于空腔4、5、6中的流體所施加的相對于在其外部的位于其自身與OS之間的真空條件的壓力。外圓筒1的電磁吸收/交互行為(下文中為“顏色”)使得允許盡可能多地吸收最大范圍光譜的電磁輻射，以便接收從OS通過真空的熱輻射并將其傳送到位于空腔4、5 (空腔6為熱絕緣)中的流體內(nèi)。環(huán)形熱交換翅片23圍繞外圓筒1固定在外圓筒1的外部，這些翅片23為相同的材料和顏色，并以導(dǎo)熱的方式固定在外圓筒1上。垂直于外圓筒1的表面且垂直于外圓筒1 的軸線的這些翅片的作用在于增大OS的輻射電磁能從其中穿過的交換面積一由此允許將來自O(shè)S周圍的熱能以盡可能有效的且很少阻塞的、很少折射的方式一路傳輸?shù)轿挥诜墙^緣的空腔4、5中的流體內(nèi)——作為其熱能源。與這些翅片23相對，熱交換翅片21附接至外圓筒1的內(nèi)表面，這些翅片21垂直于外圓筒1的表面且平行于其軸線。這些翅片沿外圓筒1的長度延伸并以如下方式向其底部上的中心集中翅片沒入到流體內(nèi)，該流體在常規(guī)操作期間以盡可能小的流動(dòng)阻力在空腔4和5中從基部向基部地流動(dòng)。平行于空腔4、5中的流體的流型的這些翅片21由與外圓筒1相同的材料制成，為相同的顏色，并且以導(dǎo)熱的方式附接至外圓筒1。它們的目的是增大在外圓筒1與外圓筒1內(nèi)的流體之間的熱交換面積。電機(jī)17裝配在外圓筒(1)的非絕緣基部上并且定心在外圓筒(1)的軸線上，該電機(jī)17使其裝配在套筒20中的轉(zhuǎn)子18固定在外殼體的支承表面19上。該電機(jī)具有使頂相對于OS旋轉(zhuǎn)的用途并且絕對而言作為離心機(jī)。電機(jī)17以導(dǎo)熱的方式裝配至外圓筒1，以允許在其內(nèi)部的熱損失(因摩擦和電阻損失)盡可能有效地回到空腔5內(nèi)的流體中。套筒20允許沿軸線的運(yùn)動(dòng)，以容許溫度相關(guān)的膨脹/收縮，但是不允許在其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)。這允許轉(zhuǎn)子所需的對抗力以使得其能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。支承桿34在外圓筒1的軸線上且平行于該軸線固定在外圓筒1的其他基部上。支承桿34以如下方式保持在固定至OS的支承表面38的軸承37內(nèi)其允許自由的最小摩擦旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但沒有沿支承桿34的運(yùn)動(dòng)。電絕緣圓筒45圍繞中空的支承桿34固定，支承桿 34穿過該圓筒45。該圓筒45具有置于其表面上的若干個(gè)環(huán)形的導(dǎo)電軌道47。這些軌道中的每一個(gè)都電連接至以其它方式絕緣的導(dǎo)體，該導(dǎo)體穿過支承桿34進(jìn)入到外圓筒1內(nèi)，使得對于在外圓筒1的內(nèi)部與外部之間的任意流動(dòng)緊密密封。同樣中空且由電絕緣材料制成的第二圓筒35圍繞圓筒45放置，并且通過支承/ 導(dǎo)體通路密封通路36固定到OS上。各自壓靠對應(yīng)的導(dǎo)電環(huán)的導(dǎo)電刷46固定在該圓筒35 的內(nèi)部。這以如下方式進(jìn)行當(dāng)頂在05內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，持續(xù)地維持在從頂連接至環(huán)的導(dǎo)線與連接至電刷的電導(dǎo)體之間的導(dǎo)電性。為了改進(jìn)導(dǎo)電性，可以將幾個(gè)電連接的電刷分配成壓
靠每一個(gè)環(huán)。每個(gè)電刷(或者分配給同一個(gè)環(huán)的電刷組)電連接至一個(gè)電導(dǎo)體(其以其它方式絕緣)，該電導(dǎo)體朝向OS的外部延伸穿過通路36。這允許即使在旋轉(zhuǎn)的條件下(能夠與通常的電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)電力給送相比)也對OS的外部與頂?shù)膬?nèi)部之間的每根電線形成連續(xù)的導(dǎo)電，同時(shí)維持對流體流動(dòng)的密封條件。該滑動(dòng)連接允許三種電流通過電力、監(jiān)測信號、和控制信號，如將在后面進(jìn)行解釋。根據(jù)與設(shè)備的費(fèi)用、尺寸、復(fù)雜性等相關(guān)的考慮，可以使用其他形式的電力和/或信號傳輸，比如電磁聯(lián)接或傳輸。兩個(gè)閥32和33裝配在外圓筒1的兩個(gè)基部的靠近空腔6的一個(gè)上。閥32是允許流體流動(dòng)到頂?shù)目涨?中但不允許流體向外流動(dòng)的單通止回閥。其是常閉的，這是因?yàn)樵谡２僮鲿r(shí)頂?shù)目涨辉O(shè)定為裝滿壓力作用下的流體并且在頂外部的位于頂與OS之間的間隙實(shí)際為真空。閥33是常閉的手動(dòng)雙通閥。閥32能夠用于以流體加壓在OS與頂之間的間隙來加壓頂?shù)目涨唬⑶译S后將流體從間隙排出而不會(huì)損失在頂內(nèi)部的壓力。閥 33在需要的情況下允許手動(dòng)地加壓/釋放在頂內(nèi)部的壓力。在實(shí)際的設(shè)備中為了避免/ 減小隨時(shí)間經(jīng)過的壓力損失和真空度下降，這些閥可以由焊接的蓋部替代/覆蓋。在外圓筒1的基部的每一個(gè)上，在軸點(diǎn)處固定有圓錐狀結(jié)構(gòu)，圓錐部8、9。圓錐部中的每一個(gè)都在其底部以導(dǎo)熱的方式固定至外圓筒1的基部，并且具有與外圓筒1相同的軸線。這些圓錐部的主要功能在于以最小的湍流便利于流體在空腔4(沿周緣延伸)經(jīng)空腔5、6與中央空腔7之間的流動(dòng)，從而盡可能地促進(jìn)平穩(wěn)的層流。這些流錐部不是理想的圓錐——它們的使底部與頂點(diǎn)相連的壁部在從側(cè)面看去時(shí)為拋物線輪廓而非直線，以用于流動(dòng)方向的平穩(wěn)改變。這些流錐部由與外圓筒1相同的材料制成。套筒16固定至流錐部 8，該套筒16也位于流錐部8的軸線上并在其內(nèi)部牢固地保持支承結(jié)構(gòu)11。流錐部9固定至支承件10。支承結(jié)構(gòu)10和11為桿結(jié)構(gòu)，每個(gè)都由六個(gè)相等長度的桿制成，這些桿以60 度角彼此附接，并且在它們的相對端圍繞內(nèi)圓筒3的周緣附接。在支承結(jié)構(gòu)10、11的每一個(gè)中，附加的桿連接在中心處并且設(shè)置在外圓筒1的軸線上。該桿將相應(yīng)的支承結(jié)構(gòu)固定至流錐部9，并且在空腔5中在套筒16內(nèi)附接至流錐部8。這兩個(gè)基于桿的支承結(jié)構(gòu)具有使頂?shù)娜齻€(gè)主要部件相連的功能外圓筒1、中間圓筒2、和內(nèi)圓筒3。這在允許它們具有共同的軸線且允許出現(xiàn)在空腔4、5、6、7中的流體以來自支承件10和11的最小流動(dòng)阻力流動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行。中間圓筒2為與外圓筒1相同材料和顏色的圓筒形封閉結(jié)構(gòu)，該外圓筒1形成為具有兩個(gè)平行基部的封閉的、中空的圓筒結(jié)構(gòu)。中間圓筒2具有與外圓筒1相同的軸線并且由分別牢固地附接至流錐部9的頂點(diǎn)和固定在套筒16的內(nèi)部的支承結(jié)構(gòu)10和11通過其兩個(gè)基部圍繞軸點(diǎn)懸掛在外圓筒1的內(nèi)部。開端圓筒3固定在中間圓筒2的內(nèi)部，圓筒3是與中間圓筒2相同材料和相同顏色的圓筒。內(nèi)圓筒3具有與中間圓筒2和外圓筒1相同的軸線，并且圍繞其周緣連接至中間圓筒2的基部，其中中間圓筒2的基部與內(nèi)圓筒3的基部重疊的部分被移除。這兩個(gè)圓筒2、3的結(jié)合形成了具有穿過其基部的中空管的封閉圓筒。中間圓筒2 和內(nèi)圓筒3以密封的方式在內(nèi)圓筒3的周緣處相連，這樣不允許流體在空腔4、5、6、7 (它們彼此間自由連接)與中間圓筒2內(nèi)的空腔40之間流動(dòng)。在中間圓筒2上，具有小孔48，以允許在空腔4與空腔40之間的壓力平衡。在中間圓筒2的表面上，在內(nèi)壁和周緣上，具有熱附接至其上的另外的熱交換翅片22。這些翅片為相同的材料和顏色并且均垂直于其所附接的表面。這些翅片的構(gòu)型可以改變并且它們的目的在于增大熱交換面積，從而允許收集由損耗產(chǎn)生的熱，該損耗因在空腔40內(nèi)的發(fā)電機(jī)15的電流和摩擦而導(dǎo)致。置于發(fā)電機(jī)的蓋部49上的熱交換翅片M由相同的材料制成且為相同的顏色，并且設(shè)定為增大熱交換表面以用于對來自發(fā)電機(jī)的熱的最大排出和回收。該翅片系統(tǒng)(與接收翅片22聯(lián)接的散發(fā)翅片24)與來自O(shè)S外部的主要的、初始的(“初始的”一因其是補(bǔ)充系統(tǒng)的所有能量輸出的源頭)熱能一起有助于對流動(dòng)穿過空腔4、5的流體的再加熱。一列推進(jìn)器13通過支承桿12固定在內(nèi)圓筒3的內(nèi)部。支承桿12的外形使得其對在空腔7中的流體流動(dòng)的阻力最小。推進(jìn)器中的每一個(gè)都具有適于圍繞它們的流體流動(dòng)環(huán)境的翼(葉片)角，以便優(yōu)化它們將經(jīng)過它們的流體流動(dòng)轉(zhuǎn)化成輸出功(比如速度、密度等的參數(shù))的效率。推進(jìn)器13通常由熱絕緣的堅(jiān)硬材料制成。在該列中的推進(jìn)器的最小數(shù)量是一個(gè)，而最大數(shù)量可以改變并且直到η。每個(gè)推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)螺旋方向與在其前面的一個(gè)相反，以便回收利用圍繞其的流體的角流動(dòng)動(dòng)能分量，該分量由對前面的推進(jìn)器的流動(dòng)的阻力產(chǎn)生。每個(gè)推進(jìn)器的翼展幾乎為圍繞其的自由空腔7的直徑。每個(gè)推進(jìn)器在其中心處通過桿-軸連接14以如下方式連接至其相應(yīng)的發(fā)電機(jī)15 (發(fā)電機(jī)，比如交流發(fā)電機(jī)或支流發(fā)電機(jī))的轉(zhuǎn)子該方式允許每個(gè)推進(jìn)器13由經(jīng)其流動(dòng)的流體帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以致動(dòng)連接至其上的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。桿14經(jīng)孔43穿過內(nèi)圓筒3的外皮。由于在正常操作中，當(dāng)流體在空腔7中經(jīng)過推進(jìn)器陣列(從空腔5向空腔6)流動(dòng)時(shí)流體的壓力下降，因此除非被阻塞， 流體將在孔43、空腔7與空腔40之間流動(dòng)。為了避免此，可以使用若干種解決構(gòu)型使這些孔設(shè)置為實(shí)際上的氣密封或者使所有的軸一個(gè)穿過另一個(gè)地穿過一個(gè)孔等。應(yīng)用在該設(shè)備中的解決方案是通過由導(dǎo)熱材料和顏色制成的緊密封的單獨(dú)的箱 49覆蓋每個(gè)孔-軸-發(fā)電機(jī)組件的全部區(qū)域，如所述地，該箱49熱連接至發(fā)電機(jī)的本體并且裝配有散熱翅片24。這允許空腔7與空腔40的密封隔離，從而使在空腔40與其他空腔之間僅有的流體通過點(diǎn)為用于壓力平衡的孔48。每個(gè)發(fā)電機(jī)的輸出通過絕緣導(dǎo)體分別被引導(dǎo)到頂?shù)耐獠?、OS的外部，這些絕緣導(dǎo)體沿內(nèi)圓筒3的壁部、支承桿10、支承桿34、環(huán)47、 電刷46、通道36經(jīng)過并固定。穿過這些導(dǎo)體的壁部的所有通路裝配成對流體流動(dòng)密封。對于該發(fā)電機(jī)-推進(jìn)器陣列-軸-蓋箱的布置的一個(gè)可能的可選的有用替代可以是將每個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在相應(yīng)的推進(jìn)器上，以允許其為與推進(jìn)器一起移動(dòng)的一體部件 (并且甚至成形為推進(jìn)器)，而圍繞其的定子固定在內(nèi)圓筒3的外部上。制成內(nèi)圓筒3的材料對該替代相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，以便不會(huì)妨礙轉(zhuǎn)子與定子之間的電磁相互作用。該替代具有若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)在空腔7與空腔40之間沒有直接的流體通路、在空腔40內(nèi)部沒有活動(dòng)部件寸。對于獨(dú)立的推進(jìn)器-發(fā)電機(jī)-負(fù)載陣列的另外的可選替代可以是將推進(jìn)器分組地或全部附接至同一個(gè)發(fā)電機(jī)-負(fù)載組件，并且調(diào)節(jié)每個(gè)推進(jìn)器的外形和轉(zhuǎn)速比率(通過將每個(gè)推進(jìn)器經(jīng)給定半徑比的嵌齒輪連接至發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子)，從而調(diào)節(jié)流體與其的相互作用以有助于作用在負(fù)載上的最大的附加功率輸出。該調(diào)節(jié)可通過手動(dòng)測試進(jìn)行。該解決方案具有若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)，比如費(fèi)用、重量、空間需求的減小等。但是，其可能在適于大范圍的工作條件方面的靈活性較小。
發(fā)電機(jī)能夠以如下方式圍繞空腔7分布該方式將確保圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的對稱的重量分布以避免與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的振動(dòng)、附加摩擦和材料應(yīng)力。相同的原理應(yīng)用于設(shè)備的所有部件，必要時(shí)添加配重以將整個(gè)設(shè)備的質(zhì)心盡可能地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸線上。在內(nèi)圓筒3的兩個(gè)末端的每一個(gè)中，固定三個(gè)測量儀壓力測量儀52、55 ；溫度測量儀50、53 ；以及流動(dòng)速度測量儀51、54?？梢酝ㄟ^使用比如測量靜壓力、動(dòng)壓力和滯止壓力(總壓力)的畢托管之類的儀器來組合壓力和流體速度測量儀。這些測量儀都將與他們所測量的參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)提供為電信號(電壓、電阻變化、或者任何其他商業(yè)上易得的方法)。信號穿過與電力輸出導(dǎo)體相同的通道、穿過專用的環(huán)47、以滑動(dòng)連接方式聯(lián)接的電刷47，一直到OS的外部以在EU中的對應(yīng)的讀出設(shè)備上讀出，從而將該電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺x(或者其他能夠使用的輸出形式)。信號到頂和05外部的通路由容納在通道中的絕緣導(dǎo)體形成，該通道對流體流動(dòng)密封。在頂中，在圓筒的內(nèi)部和圓筒之間，存在空腔，該空腔在正常操作中由流體(通常為氣態(tài))加壓?？涨?0是自由空間，其位于內(nèi)圓筒3的外部和中間圓筒2的內(nèi)部，并且除了經(jīng)通氣孔48的壓力平衡之外與其他空腔基本隔離。發(fā)電機(jī)組件的蓋箱49位于該空腔的內(nèi)部，蓋箱49防止在內(nèi)圓筒3(經(jīng)孔4 與空腔40之間的流體通路。該空腔可以由密封或緊密裝配的、由導(dǎo)熱材料制成的板隔開，以改進(jìn)將熱能從發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)內(nèi)的流體傳遞給空腔4和空腔5內(nèi)的流體。另外，這些隔離件——在從基部中的一個(gè)看去時(shí)隔開圓形基部—— 防止流體沿圍繞軸線以角運(yùn)動(dòng)移動(dòng)。在內(nèi)圓筒3內(nèi)部的空腔7經(jīng)其兩個(gè)末端連接至空腔5 和6，用于流體的自由流動(dòng)。在該空腔中的流體設(shè)定為在正常操作中從空腔5經(jīng)推進(jìn)器陣列自由地流動(dòng)到空腔6。在內(nèi)圓筒3的周壁的內(nèi)部，圍繞該空腔，裝配有通常由橡膠、石棉、或玻璃棉制成的熱絕緣層27，以將空腔7內(nèi)的流體因發(fā)電機(jī)的熱或穿過空腔40的任意其他來源的熱而引起的加熱減至最小。空腔6是在中間圓筒2的基部與外圓筒1的基部(以及圓錐部9)之間的自由空間。該圓筒形空腔連接在空腔7與空腔4之間，從而允許流體的自由流動(dòng)。圍繞該空腔，裝配有熱絕緣層25、26，其覆蓋外圓筒1的基部和圓錐部9的內(nèi)部并且覆蓋中間圓筒2的基部的外部。該絕緣部由與絕緣部27相同的材料制成，并且具有防止經(jīng)壁部的熱傳導(dǎo)的作用。穿過空腔6的流體設(shè)定為比環(huán)境溫度明顯低的溫度，并且需要這樣維持直到其朝向空腔4離開。該空腔4是在中間圓筒2的外周緣與外圓筒1的內(nèi)周緣內(nèi)部之間的空間。在該空腔中，從空腔6流向空腔5的流體暴露給來自頂?shù)耐獠康臒岷蛠碜钥涨?0的內(nèi)部的熱。在該空腔中的流體以較冷的溫度從空腔6進(jìn)入并且以較高的溫度朝向空腔5離開?？涨?是在中間圓筒2的基部與外圓筒1的基部(以及其圓錐部8)之間的自由空間。該圓筒形空腔連接在空腔4與空腔7之間，從而允許流體的自由流動(dòng)(在正常工作條件下從空腔4到空腔5到空腔7)。相互連接用于流體流動(dòng)并且連接至中央空腔7的三個(gè)空腔6、4、5由至少一個(gè)理論平面(穿過軸線)隔開。在該理論平面上，設(shè)置有在空腔中的真實(shí)的板，其防止流體相對于空腔以圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的角運(yùn)動(dòng)自由移動(dòng)。這些板限制了在空腔內(nèi)的流體如下地流動(dòng)在空腔5和6中——沿半徑線——而在空腔4中平行于旋轉(zhuǎn)軸線。這些板對流體的通路(幾乎或完全)密封并且不會(huì)出現(xiàn)在(被切除以便不會(huì)妨礙) 設(shè)定用于具有其他部件(比如裙密封件30 (或者閥陣列)、電機(jī)觀、支承桿10、11、以及圓錐部9、8)的空間中?？涨贿€可以由位于兩個(gè)或更多個(gè)等角間隔開的平面上的板(當(dāng)從基部中的一個(gè)看去時(shí)像“餡餅片”)隔開。
在頂中，存在三個(gè)可調(diào)節(jié)的閥或密封件，其中配備有控制電機(jī)44的兩個(gè)41和42 位于空腔7中。這兩個(gè)密封件是環(huán)形的并且可以在兩個(gè)極端位置(打開與關(guān)閉位置)之間改變。在打開位置中，密封件具有對經(jīng)它們流動(dòng)的流體的阻力最小的外形，而在關(guān)閉位置中緊密密封經(jīng)它們的任意流動(dòng)通路。這兩個(gè)密封件由位于OS外部的EU彼此獨(dú)立地控制。密封件的電機(jī)44通過絕緣導(dǎo)體提供動(dòng)力和致動(dòng)，該導(dǎo)體通過具有單獨(dú)的環(huán)47、電刷46聯(lián)接件的滑動(dòng)連接器連接。它們的絕緣導(dǎo)體穿過在它們路徑上的圓筒的壁部到達(dá)環(huán)47，以緊密封的方式穿過通過點(diǎn)。對于這些密封件41、42，可以使用具有相似功能參數(shù)的任意合適的商業(yè)可用的密封件。第三密封件30由橡膠的裙?fàn)顝椥詭?下文中為“橡膠裙”或“裙”)制成， 其圍繞中間圓筒2的基部的外部、抵靠絕緣層沈而緊密地固定。平直的堅(jiān)硬條以規(guī)則的間距放置在橡膠裙的內(nèi)部，這些條為強(qiáng)彈性且通常為直的(圖6)。這些條施加在橡膠裙上以圍繞外圓筒1的周緣緊密地壓靠外圓筒1的內(nèi)表面，從而緊密地壓靠環(huán)形墊片31。帶圍繞橡膠裙固定，該帶裝配有重復(fù)樣式的延伸部(或者“齒”)，該延伸部連接至裙直徑控制電機(jī) 28的轉(zhuǎn)子四上。轉(zhuǎn)子四還配備有對應(yīng)齒并且被從外部以與其他密封件相同的方式控制。 通過使電機(jī)觀的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并固定在給定位置處，電機(jī)觀通過推壓帶的齒來關(guān)閉或打開帶， 由此建立裙的外直徑，從而允許裙改變其功能以作為完全密封件、流體回流限制器，或者通過關(guān)閉帶以完全壓靠在中間圓筒2的外周表面上而不干涉流動(dòng)。任意其他可用的閥解決方案可以替代裙閥使用。外殼體61是密封式封閉箱，頂裝配在該箱內(nèi)。該箱由導(dǎo)熱顏色和材料(比如鋁或鋼)制成，并且強(qiáng)度足以承受在其外部的相對于在正常工作條件(圖2)下存在于其自身與空腔60中的頂之間的真空條件的環(huán)境壓力，手動(dòng)閥63固定在OS上，流體能夠通過該手動(dòng)閥63推進(jìn)或推出，從而允許在頂內(nèi)(通過止回閥32)的空腔中的加壓，并且之后，將盡可能多的流體從空腔60排出。該閥在正常工作條件下是關(guān)閉的。翅片62為導(dǎo)熱材料(比如鋁或鋼)，并且是吸收色，與本體61和頂?shù)牟牧舷嗤?這些翅片以導(dǎo)熱的方式連接至本體61，并且具有增大至最大熱交換表面的目的，通過該表面，OS從環(huán)境接收能量并且通過電磁輻射經(jīng)空腔60將該能量傳遞到在頂內(nèi)部的空腔中的加壓流體內(nèi)。翅片的數(shù)目、它們的形狀、和式樣可以很大地改變并且取決于使用的環(huán)境。這種式樣的一個(gè)示例可以是若干層的“籠”狀結(jié)構(gòu)，從而允許流體從OS周圍流動(dòng)以傳遞最大的熱并且自由地流動(dòng)。在該情況下，OS的本體61的形狀也可以根據(jù)使用的環(huán)境從圓筒、箱、 球狀或者任意其他形狀很大地改變。在OS內(nèi)部的翅片65由與頂?shù)某崞?3相同的材料制成并且顏色相同，并且作為翅片23的對應(yīng)部件以增大在OS與頂之間的輻射的散發(fā)/接收表面。電纜66是承載EU 與頂之間的電力監(jiān)測并控制電流的絕緣導(dǎo)體。這些電纜固定成對于在OS的本體61的外部與內(nèi)部之間的任意流體流動(dòng)密封。支承件64由堅(jiān)硬的材料制成以保持OS懸掛/附接至支承平臺。盆67是收集器， 其是可選的并用于收集比如水的冷凝液體以用于有益的用途。因?yàn)樵诠ぷ鳁l件下，在OS內(nèi)部的溫度下降，所以翅片65和在頂上的翅片23間隔開以便不會(huì)在任一設(shè)計(jì)的工作溫度梯度下接觸(因?yàn)轫斣贠S內(nèi)旋轉(zhuǎn))。在OS的本體61上，可選的電機(jī)68能夠以導(dǎo)熱的方式固定并且裝配有推進(jìn)器69以增大OS暴露給持續(xù)地新到達(dá)的環(huán)境流體的分子，由此增大系統(tǒng)在給定的時(shí)間段接收的凈熱。
電機(jī)致動(dòng)推進(jìn)器，該推進(jìn)器產(chǎn)生流動(dòng)。用于電機(jī)的電力經(jīng)絕緣導(dǎo)體66到達(dá)并且限制為產(chǎn)生的系統(tǒng)有效總輸出功率的一部分，這將在過程的描述中闡明。該電機(jī)68可以用于產(chǎn)生推進(jìn)、移動(dòng)或有益的流體循環(huán)。例如，這種系統(tǒng)在沒入到水下時(shí)可以推進(jìn)其平臺(容器)、提供冷空氣循環(huán)等。在需要使過程的功率輸出最大的構(gòu)型中，可用的輸出功率的引向該電機(jī)的部分被調(diào)節(jié)以便接收最大的凈輸出剩余。EU可以實(shí)現(xiàn)為多種形式和構(gòu)型并且由此本文將僅描述其功能性。EU是與設(shè)備的部件相互作用的單元接收電力、控制電機(jī)和閥(及密封件)，并且監(jiān)測壓力、溫度、流體速度以及來自控制部件的反饋，比如相應(yīng)的電機(jī)速度和閥(及密封件)的位置。從頂?shù)陌l(fā)電機(jī)接收的電力經(jīng)絕緣導(dǎo)體引導(dǎo)至EU。通過EU，按照推進(jìn)器陣列部分上的具體需求將每個(gè)發(fā)電機(jī)輸出分配到可調(diào)節(jié)的電負(fù)載上。除了外來用戶的負(fù)載之外，EU 按照每個(gè)商業(yè)易得的部件的規(guī)格經(jīng)可調(diào)節(jié)的電負(fù)載、電路保護(hù)、開光和/或控制器將電力的一部分再引導(dǎo)至設(shè)備的電機(jī)和閥(或者密封件)。建立轉(zhuǎn)速和閥位置的模擬或數(shù)字控制器可以與電源結(jié)合或分離。由各種部件發(fā)出的輸出信號提供了它們自身外部的讀出參數(shù)(比如溫度、壓力、 流體速度)，或者關(guān)于它們自身的功能性的反饋(比如電機(jī)速度、閥位置)。該數(shù)據(jù)為模擬或數(shù)字，由絕緣導(dǎo)體或者任意其他方法(比如無線電傳送)承載，需要被輸出并轉(zhuǎn)變成可讀形式(可由人或機(jī)器讀出)，并且該功能由EU部件承載。最簡單的可用形式是例如能夠由操作者讀出的模擬儀，但是變型有很多并且常常取決于設(shè)備的總體構(gòu)型和該設(shè)備僅為其中的一個(gè)部件的更大組件的總體構(gòu)型。因?yàn)樽鳛楸緦＠暾埖哪康牡倪^程可以實(shí)施為尺寸、參數(shù)、形式、和構(gòu)型的大量變型的設(shè)備，所以下文中將在標(biāo)準(zhǔn)化的、簡單化的形式和布置內(nèi)進(jìn)行描述。這實(shí)現(xiàn)為允許對適用的原則性的物理原理以它們最直接的形式進(jìn)行表述。為此，頂描述為依據(jù)圖4、圖5的示意性的標(biāo)準(zhǔn)形式。當(dāng)流體在具有實(shí)際上相同行為的兩個(gè)對稱相對的路徑中流動(dòng)時(shí)，路徑之一(中央空腔7專用于分析的剩余流動(dòng)路徑)在相同附圖的圖5中被隔開且略去。在示意形式中對各種部件的附圖標(biāo)記保持為與其他附圖盡可能相同，以允許比較和相互參照?？涨坏慕孛鎱^(qū)域完全相同并且尺寸對稱。流體被加壓到OS與頂之間的空腔60中。流體穿過定向的止回閥32進(jìn)入到頂?shù)目涨恢?。這樣利用均勻加壓的流體填充頂?shù)娜靠涨?包括空腔4、5、6、7)并且經(jīng)小通氣孔48也填充空腔40。一旦達(dá)到期望的壓力，圍繞頂?shù)牧黧w壓力就下降，由此導(dǎo)致止回閥 32鎖定關(guān)閉，從而將頂內(nèi)部的空腔維持加壓在峰值壓力附近的水平。通過泵吸將流體從OS 與頂之間的空腔60排出以達(dá)到幾乎絕對真空的條件。一旦該階段完成，就將OS置于相對于正常工作環(huán)境溫度(通過外部裝置)明顯冷卻很多的環(huán)境中(注意在實(shí)際條件下，目標(biāo)溫度是使流體達(dá)到正好高于相變的溫度)。經(jīng)過足夠的時(shí)間，以便使在頂內(nèi)部的所有部件和流體(包括絕緣部件)冷卻均勻。一旦在整個(gè)頂中達(dá)到期望的較冷溫度，密封件42就關(guān)閉而密封件41和30幾乎完全關(guān)閉，從而允許僅少量的流體流動(dòng)通過以平衡壓力。盡管仍較冷，但電機(jī)17被致動(dòng)，從而使頂旋轉(zhuǎn)至期望的旋轉(zhuǎn)角頻率(ω)作為離心機(jī)。OS保持在相同的冷環(huán)境中直到溫度也在旋轉(zhuǎn)條件下穩(wěn)定為止。在此時(shí)此刻，將OS置于正常的常見工作環(huán)境(其具有比冷卻之后高很多的溫度) 中。在頂?shù)目涨粌?nèi)部的溫度因從OS經(jīng)OS與頂之間的真空腔60接收的環(huán)境熱能所發(fā)出的輻射而開始上升。絕緣區(qū)域的溫度比非絕緣區(qū)域的溫度上升小很多，這是因?yàn)樗鼈兊臏囟入S時(shí)間增大的斜率更平直，從而需要較長的時(shí)間以達(dá)到與非絕緣部分相同的溫度。絕緣和非絕緣部段的溫度被監(jiān)控，從而調(diào)節(jié)暴露時(shí)間以達(dá)到最大的差異。在頂?shù)母鞣N空腔內(nèi)部的流體的溫度的這些變化——導(dǎo)致在較冷區(qū)域中的流體與位于較熱區(qū)域中的流體之間的對應(yīng)的密度差異——與流體因旋轉(zhuǎn)而經(jīng)受的離心條件一起， 產(chǎn)生在較熱與較冷流體之間的壓差。這些壓差導(dǎo)致流體從高壓力區(qū)域流向低壓力區(qū)域以尋求壓力平衡(注意角頻率被調(diào)節(jié)以便觀察到在空腔7的兩端之間的峰值壓差)。一旦該流動(dòng)停止并且在空腔中的流體處于沒有流動(dòng)或微量流動(dòng)的實(shí)際休止條件下，在空腔它們內(nèi)部的流體就可以如下表述容納較冷流體的空腔6應(yīng)當(dāng)也稱為“冷柱(cold column)”。此時(shí)此刻在該冷柱中的流體具有相關(guān)能量冷柱流體能量=焓+勢能(由于離心)對于標(biāo)準(zhǔn)過程的做功假設(shè)是重力不存在或者相對于過程做功參數(shù)可忽略。應(yīng)當(dāng)注意，對于旋轉(zhuǎn)軸線平行于地平線來說，作用在熱/冷柱中的流體上的重力恒定的旋轉(zhuǎn)。因?yàn)殡x心勢能與選取的基準(zhǔn)平面相關(guān)，在零流體流動(dòng)速度下的總能量能夠表
述如下
相對于旋轉(zhuǎn)軸線
1)EC = (y/(y-l))pcvc-(l/2)mcQ2hc2
相對于在空腔4內(nèi)部的流體的質(zhì)心
2) Ec = (y/(y-l)) pcvc+(l/2) mc ω2 (r2-hc2)
注意
3) Y = cp/cv
4) γ = H/U
5)Η = U+PV
6) R = Cp-Cv
其中，
Ec 冷柱中的流體的相關(guān)能量
Y 比熱容
cp:恒定壓力下的氣體比熱
Cv 恒定體積下的氣體比熱
H:焓
U:系統(tǒng)的流體的內(nèi)能
P 壓力
V 體積
R 普適氣體常數(shù)
P。冷柱中的流體的壓力(在流體的質(zhì)心處)
Vc 冷柱的體積
m。在冷柱中的流體的質(zhì)量
ω 角頻率
r 旋轉(zhuǎn)軸線與空腔4內(nèi)的流體的質(zhì)心之間的半徑或距離h。旋轉(zhuǎn)軸線與冷柱內(nèi)的流體的質(zhì)心(m。)之間的半徑或距離容納較熱流體的空腔5將被稱為“熱柱”。在熱柱中的流體具有相關(guān)能量熱柱流體能量=焓+勢能(由于離心)對于熱柱中的流體的總相關(guān)能量來說，在零流體流動(dòng)速度下能夠表述如下相對于旋轉(zhuǎn)軸線7) Eh = (γ/(γ-1))ρΗνΗ-(1/2)πιΗω V相對于在空腔4內(nèi)部的流體的質(zhì)心8) Eh = (y/(y-l)) pHvH+(l/2) mH ω2 (r2-hH2)其中，Eh 熱柱中的流體的相關(guān)能量y 比熱容pH 熱柱中的流體的壓力(在流體的質(zhì)心處)vH:熱柱的體積mH:熱柱中的流體的質(zhì)量ω 角頻率r 旋轉(zhuǎn)軸線與空腔4內(nèi)的流體的質(zhì)心之間的半徑或距離hH 旋轉(zhuǎn)軸線與熱柱內(nèi)的流體的質(zhì)心(mH)之間的半徑或距離因?yàn)樵跍?zhǔn)備階段，密封件42關(guān)閉而密封件30略微打開，所以在冷柱和熱柱中的流體一旦達(dá)到休止(或微量流動(dòng))條件，就在它們的“底部”(空腔4)處于實(shí)際相等的壓力。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備條件下，對于兩個(gè)柱假定體積相等和相似的質(zhì)量分布，流體的質(zhì)心相對于整個(gè)半徑(r)沒有明顯差異，并且由此良好地近似9) vc = vH = V10) hH = hc = h流體表現(xiàn)為理想氣體，例如——單原子，在整個(gè)過程中保持為氣態(tài)(沒有相變且溫度明顯高于相變溫度，由此忽略與潛熱相關(guān)的能量變化)。由此，因?yàn)闆]有流動(dòng)存在IDPsb = Pcb所以，12) [ ( γ / ( γ -1)) pHv+ (1/2) mH ω 2 (r2-h2) ] /ν = [ ( Y / ( Y-1)) pcv+(1/2) mco2(r2-h2)]/v注意13) mH = PhV14) mc=PcV其中，Psb :熱柱的底部處(空腔4的端部處)的靜態(tài)壓力；pcb 冷柱的底部處(空腔的另一端部處)的靜態(tài)壓力；ρ H 熱柱流體平均密度；
P。冷柱流體平均密度；由此，15) (y/(y-l))pc = ( y / ( Y -1)) pH- (1/2) ω2 (r2-h2) (P c- P H)注意因?yàn)檩^冷氣體的密度P。與Ph相比，Ph < P。。這意味著，基于等式15 :pc <PH。(注意只要ω在較早建立的做功范圍內(nèi)，這是正確的)。在熱柱的頂部處，(在旋轉(zhuǎn)軸線上)，靜態(tài)壓力為16) pHt = (y/(y -1)) pH- (1/2) ρ Η ω 2h2在冷柱的頂部處，靜態(tài)壓力為17) Pct = (y/(y-l))pc-(l/2) pc 2h2 = ( γ / ( γ-1)) Ph-(1/2) ω2 (r2-h2)
(Pc-Ph)-(1/2) PcVh2由此在頂部處的初始靜態(tài)壓差為 18) Apt = Pat-Pct = (1/2) ω2(r2-h2) ( P c_P H) + (1/2) ω2h2 ( P c_P H)其中，pHt :熱柱的頂部處(空腔7的端部處)的靜態(tài)壓力；pct 冷柱的頂部處(空腔7的另一端部處)的靜態(tài)壓力；Apt 空腔7的兩個(gè)端部之間的靜態(tài)壓差。該結(jié)果是在準(zhǔn)備階段完成之后，一開始就在空腔7的兩端上的熱柱和冷柱的頂部處存在壓差。該壓差在密封件打開時(shí)將產(chǎn)生流體經(jīng)空腔7從熱柱向冷柱的流動(dòng)。當(dāng)密封件打開以使流動(dòng)能夠在空腔內(nèi)發(fā)生時(shí)，在熱柱的頂部處的壓力是比在冷柱的頂部處的壓力高的壓力。其由此迫使流體經(jīng)空腔7流動(dòng)至冷柱。推進(jìn)器陣列(其為最少的一個(gè)推進(jìn)器)由此通過流體流動(dòng)致動(dòng)，在腔的外部(由此在流體的封閉系統(tǒng)(下文中為“系統(tǒng)”)的外部)通過軸對發(fā)電機(jī)(轉(zhuǎn)動(dòng)它們的轉(zhuǎn)子)做功。由于轉(zhuǎn)子致動(dòng)的緣故，這些發(fā)電機(jī)(比如交流發(fā)電機(jī)或支流電動(dòng)機(jī))中的每一個(gè)產(chǎn)生電壓作為電輸出。簡言之，該電壓根據(jù)楞次定律能夠表達(dá)為19) E = NBul其中，E 電動(dòng)勢;B 磁場密度；u 導(dǎo)體在磁場中的速度；1:導(dǎo)體在磁場中的長度；N:導(dǎo)體匝數(shù)。該電動(dòng)勢一旦被施加至電負(fù)載(其位于設(shè)備的頂?shù)耐獠恳煌ㄟ^滑動(dòng)連接器35 連接(為了簡單，假定負(fù)載僅為在直流條件下的實(shí)電阻))就產(chǎn)生電流。該電流能夠如下表達(dá)20) I = E/Z = NBul/z其中，Z 負(fù)載的電阻；
I 穿過每個(gè)發(fā)電機(jī)的電輸出電路并穿過其對應(yīng)的外部負(fù)載(參見示意性的電連接圖)的電流。該電流又導(dǎo)致抵抗導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)(相對于磁場)的反作用力，并且由此導(dǎo)致在發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，并且因此經(jīng)軸施加抵抗對應(yīng)的推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)的力。因此，該力抵抗流體流動(dòng)穿過空腔7中的推進(jìn)器陣列。在每個(gè)發(fā)電機(jī)的磁場內(nèi)移動(dòng)的導(dǎo)體上作用的力能夠以簡單的方式表達(dá)如下21)F = NBIl = N2B2l2u/z其中，F(xiàn):反作用力(在導(dǎo)體與導(dǎo)體處于其中的磁場之間)，該反作用力由通過導(dǎo)體(和對應(yīng)的可調(diào)節(jié)負(fù)載)的電流產(chǎn)生，并且其是與初始導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的力相反的方向。阻力(其通過軸抵抗推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)及由此抵抗流體流動(dòng))能夠通過調(diào)節(jié)電阻來調(diào)整。通過該相互作用，流動(dòng)穿過推進(jìn)器陣列的流體輸出其能量的一部分到系統(tǒng)的外部，通過發(fā)電機(jī)給負(fù)載(以及在發(fā)電機(jī)中的其他損失和在系統(tǒng)外部的軸摩擦)。呈氣體形式的流體通過該做功將其分子動(dòng)能的一部分傳遞到空腔(系統(tǒng))的外部。氣態(tài)流體的分子中的每一個(gè)——通過其與推進(jìn)器葉片中的一個(gè)的碰撞而有助于每個(gè)推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)——以比其到達(dá)葉片時(shí)的速度慢的速度從該葉片彈回。每個(gè)從葉片彈回的分子隨后與其他分子碰撞，從而使與推進(jìn)器相互作用的流體分子傳播的均方根速率減小(或者，換言之，冷卻流體)。由系統(tǒng)的流體對其外部所做的該功(輸出至發(fā)電機(jī)的功率和損耗)導(dǎo)致氣態(tài)流體在其朝向空腔7的出口、朝向冷柱行進(jìn)時(shí)冷卻。推進(jìn)器的外形與它們各自的電負(fù)載、電阻值和圍繞它們的流體速度一起被調(diào)節(jié)以優(yōu)化能量吸收并且將其作為空腔外部的電流和損耗傳遞。在實(shí)際情況中，電阻能夠被單獨(dú)調(diào)節(jié)，以便見證作為整體通過推進(jìn)器陣列的該能量提取的最大值。在時(shí)間段t內(nèi)對外輸出(包括在系統(tǒng)外部的損耗)的總能量將在下文中稱為 Ee (t)和/或“電能”。注意在多于一個(gè)推進(jìn)器的推進(jìn)器陣列中，每個(gè)推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)螺旋方向應(yīng)當(dāng)與在其前面的推進(jìn)器的螺旋方向相反，以允許回收利用由在其前面的推進(jìn)器的抵抗力所導(dǎo)致的流體分子的角速度。這不會(huì)與可能由空腔7內(nèi)的科里奧利力所導(dǎo)致的角速度相混。由于輸出能量，離開空腔7的流體比進(jìn)入空腔7的流體冷。在穩(wěn)定條件下，在每個(gè)時(shí)間段t內(nèi)從空腔7進(jìn)入到冷柱的頂部的流體的溫度和質(zhì)量將等于已經(jīng)從冷柱的頂部向下排出的流體的質(zhì)量和溫度。在這種穩(wěn)定條件下，要求從環(huán)境(以及從所有在系統(tǒng)外部的其他考慮的源頭，比如回收利用從空腔40中的發(fā)電機(jī)接收的熱損耗和從離心電機(jī)的損耗)接收的凈熱能等于在相同時(shí)間段內(nèi)的輸出電能。在標(biāo)準(zhǔn)模式中，考慮到凈熱在時(shí)間段t內(nèi)傳遞給空腔4中的流體，并將稱為“熱量” 或Qtw，這是因?yàn)槠錅囟缺拳h(huán)境低，如所示出的那樣。該熱量從外部環(huán)境借助于輻射(經(jīng)OS 與頂之間的真空)、通過經(jīng)空腔4的壁部的傳導(dǎo)和流體的對流接收。從冷柱的底部流動(dòng)到空腔4內(nèi)的流體比環(huán)境的溫度明顯冷。當(dāng)該流體經(jīng)空腔4朝向熱柱的底部流動(dòng)時(shí)，其吸收從環(huán)境(環(huán)境為OS的外部以及系統(tǒng)外部的損耗)接收的凈熱能的一部分。
由流體吸收的熱能受若干因素的影響，比如與流體的熱交換表面(因此翅片21、 22、23)、空腔壁材料的傳導(dǎo)性、空腔壁有效吸收最大頻譜的電磁波的能力、空腔4中的流體的速度(這決定了其暴露時(shí)間，注意在標(biāo)準(zhǔn)模式下流動(dòng)相對較慢，這也允許流動(dòng)盡可能分層)、其相對于環(huán)境的溫差、空腔4的長度以及在空腔4內(nèi)部的流體的湍流水平(更多的湍流增大了對流并且由此提高了流體內(nèi)部的溫度的更均勻的分布)。因?yàn)樵嚼涞牧黧w密度越大，所以其將具有壓靠頂?shù)目涨?的外壁(面對OS的周壁)的傾向，由此有助于從環(huán)境接收能量。在穩(wěn)定做功過程中，在空腔4的出口處的流體處于比其在進(jìn)入空腔4時(shí)刻的溫度高的溫度，但是仍然比外部環(huán)境的溫度明顯低。該流體的溫度和質(zhì)量與在相同時(shí)間段內(nèi)已經(jīng)從熱柱的底部朝向熱柱的頂部(旋轉(zhuǎn)軸線)排出的流體相同。緊鄰地圍繞OS的環(huán)境因熱傳遞(通過傳導(dǎo)、輻射和對流的組合)到流體內(nèi)而損失溫度。該接收的能量處于隨后經(jīng)推進(jìn)器、發(fā)電機(jī)和電輸出電路輸出用于各種用途的水平。作為中間總結(jié)，穩(wěn)定的、常規(guī)的做功過程如下在熱柱的頂部中的較熱流體比在冷柱的頂部中的較冷流體的壓力高，從而導(dǎo)致空腔7中的流體流動(dòng)，由此致動(dòng)推進(jìn)器，產(chǎn)生輸出電能&(t)。通過流體產(chǎn)生電力和損耗所做的功已經(jīng)損失與Eew等量的能量，流體冷卻并且將質(zhì)量(mw)的較冷流體添加至冷柱的頂部。該被添加的冷卻流體質(zhì)量增大使冷柱的密度增大，由此使冷柱中的壓力增大。這因此動(dòng)搖了底部處的壓力平衡并且使相同的質(zhì)量(πιω) 從冷柱的底部流向空腔4。在空腔4中，流體在其從冷柱的底部流向熱柱的底部時(shí)通過空腔4周圍的環(huán)境逐漸變熱，由此以溫度和質(zhì)量(m(t))的流體補(bǔ)充熱柱，從而允許其壓力、溫度和質(zhì)量盡管其從其頂部朝向空腔7的質(zhì)量(m(t))損失也不會(huì)下降。只要隨后所需的可應(yīng)用至各種參數(shù)的確定條件滿足，該過程就持續(xù)。在其標(biāo)準(zhǔn)形式中與穩(wěn)定過程相關(guān)的其他事項(xiàng)在正常的穩(wěn)定做功條件下，在熱柱內(nèi)部的流體可以如下表達(dá)為具有相對于旋轉(zhuǎn)軸線的相關(guān)能量22) Eh = ( Y / ( Y -1)) pHv- (1/2) mH ω 2h2+mHuH2/2在相同的穩(wěn)定做功條件下，在冷柱內(nèi)部的流體可以如下表達(dá)為具有相對于旋轉(zhuǎn)軸線的相關(guān)能量23) Ec = (y/(y-l)) PcV- (1/2) mc ω 2h2+mcuc2/2其中，Eh 熱柱中的流體相對于軸線的相關(guān)能量，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能；Ec 冷柱中的流體相對于軸線的相關(guān)能量，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能；y 比熱容pH 熱柱中的流體的壓力(在流體的質(zhì)心處)pc 冷柱中的流體的壓力(在流體的質(zhì)心處)ν 熱柱以及冷柱的體積；mH:熱柱中的流體的質(zhì)量mc 冷柱中的流體的質(zhì)量ω 角頻率r 旋轉(zhuǎn)軸線與空腔4內(nèi)部的流體質(zhì)心之間的半徑或距離；
h 旋轉(zhuǎn)軸線分別與熱柱內(nèi)部的流體質(zhì)心(mH)和冷柱內(nèi)部的流體質(zhì)心0 )之間的半徑或距離；Uh 熱柱中的流體的速度；Uc 冷柱中的流體的速度；因?yàn)樵诜€(wěn)定條件下，在熱柱中的流體流動(dòng)到空腔7中，而在冷柱中的流體從空腔7 接收，并且因?yàn)樵诜€(wěn)定條件下，在時(shí)間段(t)內(nèi)在空腔7中接收的質(zhì)量！!^)與在相同的時(shí)間段內(nèi)從空腔7向前流動(dòng)到冷柱內(nèi)的質(zhì)量相同，并且因?yàn)樵诜€(wěn)定條件下，包括和&的系統(tǒng)總能量水平隨時(shí)間保持不變，所以如下作為在時(shí)間段(t)內(nèi)的做功輸出的電能Eew定量為等于在該時(shí)間內(nèi)從熱柱接收的流體的能量減去在相同時(shí)間內(nèi)離開至冷柱的相同質(zhì)量的流體的能量。(注意不受標(biāo)準(zhǔn)過程影響的能量形式(比如核能或化學(xué)能)被忽略)24. Ee(t) =Ehw-Ecw其中，Ee(t)在時(shí)間段(t)內(nèi)接收的因系統(tǒng)做功而產(chǎn)生的電能及所有其他損耗能量(在系統(tǒng)的外部——因摩擦等)；EH(t)在時(shí)間段⑴內(nèi)從熱柱進(jìn)入到推進(jìn)器陣列中的較熱流體相對于旋轉(zhuǎn)軸線的
能量；Ec(t)在相同時(shí)間段(t)內(nèi)朝向冷柱離開推進(jìn)器陣列的較冷流體相對于旋轉(zhuǎn)軸線的能量。還因此，在時(shí)間段⑴從熱柱進(jìn)入到推進(jìn)器陣列中的流體的能量與在熱柱中的流體的總能量&之間的比率等于在時(shí)間段⑴內(nèi)穿過其的質(zhì)量11^)與在熱柱中的流體的總質(zhì)量(mH)之間的比率。25. (EH(t)/EH) = (m(t)/mH)而且，以相同的方式在時(shí)間段(t)內(nèi)從推進(jìn)器陣列到達(dá)冷柱內(nèi)的進(jìn)入流體的能量^⑴與在冷柱中的流體的總能量&之間的比率等于在該時(shí)間段⑴內(nèi)進(jìn)入到冷柱中的質(zhì)量！!^)與在冷柱中的流體的總質(zhì)量m。之間的比率。由此，26. (Ec(t)/Ec) = (m(t)/mc)結(jié)合以上等式，27. Ee(t) = (m(t)/mH) [ ( Y / ( Y -1)) pHv- (1/2) mH ω 2h2+mHuH2/2] - (m(t)/mc) [ ( y / (y-1)) pcv-(1/2) mc ω 2h2+mcuc2/2]因?yàn)樵诜€(wěn)定做功條件下，在相同時(shí)間內(nèi)離開熱柱的質(zhì)量與進(jìn)入冷柱的質(zhì)量相同28. m(t) (in) = m(t) (out)所以29. P HUHtA = P cUctA所以30. Uc = ( P H/ P c) Uh
31.Ee(t) = UHtA{(y/(y-l))pH+PHUH2/2}-UHtA(pH/pc) {( Y /( Y-1))pc+( P H/
Pc) P hUh2/2}32.Ee(t) = UHtA {( Y / ( Y -1)) pH- ( P H/ P c) ( Y / ( Y -1)) Pc+ ( P HUH2/2) (1" P HV
P c2)}另一方面，以能量平衡來分析在時(shí)間段⑴內(nèi)接收的凈熱能Qtw 在時(shí)間段內(nèi)接收的增大系統(tǒng)的總焓的凈熱能Qtw減去輸出功得到系統(tǒng)的不變的能量水平33. E;4+E7+Ec+EH+QT(t)-Ee(t) = :E4+E7+Ec+Eh其中，E4 空腔4中的流體相對于軸線的相關(guān)能量，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能；E7 空腔7中的流體相對于軸線的相關(guān)能量，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能。并且由此34. QT(t) = Ee(t)為了表述在穩(wěn)定做功條件下在1\和&之間的關(guān)系，考慮如下在穩(wěn)定做功條件下， Eh隨時(shí)間保持不變，并且這同樣適用于&。這意味著在熱柱中的流體和在冷柱中的流體處于平衡中借此它們流動(dòng)穿過空腔7和4，循環(huán)經(jīng)過這兩個(gè)柱，在每個(gè)時(shí)間段(t)持續(xù)接收凈熱能QT(t)并且做功Eew，該Eew等于熱能。能量值與&之間的比率保持不變。另外， 重要的是應(yīng)當(dāng)注意，作為熱能的QT(t)增大了系統(tǒng)的無序分子動(dòng)能。另一方面，E&)是主要的輸出功，其與從熱柱的頂部到冷柱的頂部施加到推進(jìn)器陣列上的力(通過壓差)、通過推進(jìn)器陣列的流體速度以及時(shí)間(t)相關(guān)。在這些動(dòng)態(tài)條件下，Eh與&之間的比率通過以下事實(shí)維持恒定從熱柱作用在空腔4上的壓力基本等于從冷柱作用在另一端上的壓力。這在流體經(jīng)空腔4的流動(dòng)足夠慢且分層并且空腔4足夠短時(shí)近似正確。(否則，在空腔4的兩端之間的壓差需要考慮在內(nèi))?？紤]以上，得到如下表達(dá)式35. {(y/(y-l))pcV+(l/2)mco2(r2-h2)+mcUc2/2} (1/V) = {(y/(y-l)) PhV+(1/2) mH ω2 (r2-h2) +mHUH2/2} (1/V)由此，36. (y/(y-l))pc = (y/(y-l)) PH- (1/2) ω 2 (r2-h2) ( ρ c- ρ H) + ( ρ HUH2/2)
(1-PH/P c)將此與代表Ee(t)的表達(dá)式(32)結(jié)合37.Ee(t) = UHtA [ ( Y / ( Y -1)) pH- ( P H/ P c) {( Y / ( Y -1)) pH- (1/2) ω 2 (r2-h2) (P c- P H) + (P hUh2/2) (1- P h/ P c) } + (P hUH2/2) (ι-ρ H2/ p C2)注意38. pHvH = m(t) (R/M) Th其中Th 熱柱中的流體的平均絕對溫度；M 系統(tǒng)中的流體的摩爾質(zhì)量。并且由此29、37、38 39. Ee(t) = m(t) (l-pH/pc) {(y/(y-l)) RTH/M+ (1/2) ω2 (r2-h2) +UH2/2}或者通過6、3:
40. Ee(t) = m(t) (1_ P H/ P c) {(cp/M) /Th+(1/2) ω2 (r2-h2) +UH2/2}該表達(dá)式39在簡單的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模式的情況下量化電能值(其包括在系統(tǒng)的外部發(fā)生的損耗)，該電能值由系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出作為對外做功。其可以應(yīng)用至ω興0的角頻率。注意到，對于低流動(dòng)速度，動(dòng)能分量相對于其他能量分量對電能的貢獻(xiàn)比例變?yōu)榇我?或者甚至可忽略)。在上述表達(dá)式中，質(zhì)量！!^)能夠被移動(dòng)到括號內(nèi)而變?yōu)?1. Ee(t) = (1-P H/ P c) {m(t) (cp/M) /TH+m(t) (1/2) ω2 (r2-h2) +m(t)UH2/2}通過改變表達(dá)式41的關(guān)注點(diǎn)，因系統(tǒng)的參數(shù)和輸出電能而實(shí)施的熱柱密度與冷柱密度之間的比率能夠計(jì)算為42. P H/ P c = [m(t) (cp/M) /Th+(1/2) ω2 (r2-h2) +UH2/2} -Ee (t)]/ [m(t) (cp/M) /Th+(1/2) 2(r2-h2)+UH2/2}]因該表達(dá)式42，其意味著由系統(tǒng)朝向外部環(huán)境輸出的任意進(jìn)行中的電能將必須如下實(shí)施43. P η < Pc44. Tc < Th其中，Tc 冷柱中的流體的平均絕對溫度。系統(tǒng)在產(chǎn)生輸出功Eew方面的效率為了計(jì)算系統(tǒng)通過推進(jìn)器陣列產(chǎn)生輸出功的效率，需要首先定義該效率。在每個(gè)時(shí)間段t內(nèi)，系統(tǒng)能夠獲得與下式等同的45. {m(t) (cp/M) /TH+m(t) (1/2) ω2 (r2-h2) +m(t)UH2/2}并且通過相同的過程回收利用46. - P H/ P c {m(t) (cp/M) /TH+m(t) (1/2) ω2 (r2-h2) +m(t)UH2/2}在該效率定義的基礎(chǔ)上，其是作為輸出能量Ee(t)與按照表達(dá)式45得到的總能量之間的比率，該效率能夠表述如下47. η = Ee(t)/{m(t) (cp/M) /TH+m(t) (1/2) ω2 (r2-h2) +m(t)UH2/2}由此，48. η = 1-p H/p c這建立起用于系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)并且表示在常規(guī)工作過程中，系統(tǒng)將不是穩(wěn)定的，除非在其做功輸出效率n與其密度比率之間存在平衡(考慮其各種工作參數(shù)，比如尺寸、流體壓力、熱/冷柱的流體溫差、角頻率等)。另外，常規(guī)做功過程的該連續(xù)性需要從環(huán)境到系統(tǒng)內(nèi)的熱傳遞速率容量至少等于輸出能量，從而穩(wěn)定在QT(t) = Ee(t)?？评飱W利力的效果及其對過程的穩(wěn)定狀態(tài)的主要關(guān)系熱柱和冷柱中的流體沿相反的方向平行于旋轉(zhuǎn)半徑流動(dòng)。為了穩(wěn)定的流體流動(dòng)， 遠(yuǎn)離軸線流動(dòng)的分子的角速度隨半徑的增大而增大。對于朝向軸線流動(dòng)的分子發(fā)生相反的情形。在穩(wěn)定狀態(tài)下，在時(shí)間段t內(nèi)，相同的質(zhì)量！!^)進(jìn)入和離開每個(gè)柱，由此49. Fh = -2mHUH ω 50. Fc = -2mcUc ω = -2 ( P c/ P Η) mH ( P Η/ ρ c) Uh ω = _2mHUH ω其中Fh 在旋轉(zhuǎn)的頂中由熱柱中的流體流動(dòng)導(dǎo)致的科里奧利力；
Fc 在旋轉(zhuǎn)的頂中由冷柱中的流體流動(dòng)導(dǎo)致的科里奧利力。因?yàn)樵跓嶂屠渲辛鲃?dòng)方向相反，所以在熱柱中流體流向旋轉(zhuǎn)軸線而在冷柱中遠(yuǎn)離于該軸線流動(dòng)?？评飱W利力對旋轉(zhuǎn)頻率的總效果為零。即，在每個(gè)柱中流動(dòng)的流體將因該力而不均勻地壓靠壁。這影響分子沿柱的流型并且可能導(dǎo)致附加的摩擦和湍流。其在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中因太小而被忽略(因?yàn)槁牧鲃?dòng)速度)。另外，科里奧利力可能因不均勻冷卻的流體而影響在空腔7中的流型——這在標(biāo)準(zhǔn)模式中也被忽略。在柱中的流體的壓縮和減壓(——附加考慮)在旋轉(zhuǎn)頂時(shí)，在穩(wěn)定過程的每個(gè)柱中的流體在距離旋轉(zhuǎn)軸線的不同距離處經(jīng)受不同的壓力。這些壓力在每個(gè)旋轉(zhuǎn)半徑水平處影響氣態(tài)流體的密度。對于質(zhì)量的每個(gè)部分， 流體能量在動(dòng)能、勢能與焓之間的內(nèi)分布在其流動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)變。因?yàn)樵诶渲械牧黧w是持續(xù)“向下”流動(dòng)(遠(yuǎn)離于旋轉(zhuǎn)軸線)，所以整個(gè)柱的分子經(jīng)受壓縮。并且，在熱柱中因?yàn)樵跓嶂械牧黧w是持續(xù)“向上”流動(dòng)(朝向旋轉(zhuǎn)軸線)，所以整個(gè)柱的分子經(jīng)受減壓。加熱冷柱流體(處于良好的絕緣、隔熱過程中)的壓縮和冷卻熱柱流體的減壓違反了作用于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，該需求為流體以最低可能溫度進(jìn)入空腔4用于再加熱并且具有熱柱流體與冷柱流體之間的最大溫差。在分析這種壓縮對每質(zhì)量m(t)的影響時(shí)從其離開空腔7 (和推進(jìn)器陣列)并且進(jìn)入其頂部處的冷柱的時(shí)刻起，直到其在時(shí)間t。后經(jīng)冷柱的底部朝向空腔4離開冷柱的時(shí)刻為止，其在頂部和底部處相對于旋轉(zhuǎn)軸線的能量為51. Ec(t)1 = m(t) {(γ/(γ-1)) RTcl/M+Ucl2/2}52. Ec(t)2 = m(t) {(y/(y-l)) RTc2/M_ (1/2) ω 2r2+Uc22/2}在質(zhì)量m(t)良好絕緣且沒有其他能量輸入/輸出的條件下，在入口點(diǎn)和出口點(diǎn)處的質(zhì)量相對于旋轉(zhuǎn)軸線的總能量保持不變。53.Ec(t)1 = Ec(t)254. m(t) {(γ/(γ-1)) RTcl/M+Ucl2/2} = m(t) {(γ/(γ-1)) RTc2/M_ (1/2) ω 2r2+Uc22/2}同樣，因?yàn)橘|(zhì)量相同，55. P clUclAt = P c2Uc2At因此，該理想質(zhì)量！!^)(從頂部朝底部向下流動(dòng))在其出現(xiàn)在柱中的總時(shí)間t。內(nèi)的溫差(并且考慮到其位于使其為氣態(tài)且遠(yuǎn)離于相變溫度的溫度)為 56. Δ Tmc (t) = Tc2-Tcl = ((yl) Y/) (M/R) {(1/2) ω 2r2+Ucl2/2 (1_ P cl2/ P c22)}其中Ec(t)1 冷柱的頂部處的質(zhì)量11^)流體相對于旋轉(zhuǎn)軸線的相關(guān)能量，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能；Ec(t)2 冷柱的底部處的相同質(zhì)量！!^)流體相對于旋轉(zhuǎn)軸線的相關(guān)能量，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能；Tcl 位于冷柱的頂部處的入口點(diǎn)的質(zhì)量11^)的絕對溫度；Tc2 位于冷柱的底部處的出口點(diǎn)的質(zhì)量11^)的絕對溫度；ATfflcw 質(zhì)量叫)在其出現(xiàn)在冷柱中的總時(shí)間、內(nèi)的溫差；
tc 質(zhì)量！!^)從其進(jìn)入的時(shí)刻到離開的時(shí)刻出現(xiàn)在冷柱中的時(shí)間段；P cl 在入口點(diǎn)處的質(zhì)量m(t)密度；P。2 :在出口點(diǎn)處的質(zhì)量m(t)密度；Uci 在入口點(diǎn)處的質(zhì)量11^)速度；Uc2 在出口點(diǎn)處的質(zhì)量m(t)速度。相同原理以相反的方式應(yīng)用至在熱柱(在絕熱過程中)中的流體上，該流體在底部進(jìn)入并在時(shí)間tH之后從頂部離開而降溫。對于熱柱，在入口點(diǎn)57. EH(t) ！ = m(t) {(γ/(γ-1)) RTm/M_ (1/2) ω V+UH12/2}在出口點(diǎn)58. EH(t)2 = m(t) {(y/(y-l)) RTH2/M+UH22/2}就熱柱而言，在絕熱條件下59.EH(t)1 = EH(t)2由此60. m(t) {(γ/(γ-1)) RTH2/M+UH22/2} = m(t) {(γ/(γ-1)) RTH1/M_ (1/2) ω 2r2+UH12/2}而且61. P H1UH1At = PH2UH2At62. Δ Tnffl (t) = Th2-Thi = -((yl) Y/) (M/R) {(1/2) ω 2r2+UH22/2 (1_ P H22/ P H12)}其中EH(t)1 熱柱的底部處的質(zhì)量11^)流體相對于旋轉(zhuǎn)軸線的相關(guān)能量(入口點(diǎn))，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能；EH(t)2 熱柱的頂部處的質(zhì)量11^)流體相對于旋轉(zhuǎn)軸線的相關(guān)能量(出口點(diǎn))，包括焓、勢能、和定向動(dòng)能；Tm 位于熱柱的底部處的入口點(diǎn)的質(zhì)量11^)的絕對溫度；Th2 位于熱柱的頂處的出口點(diǎn)的質(zhì)量m(t)的絕對溫度；Δ ΤΛ( )質(zhì)量~)在其出現(xiàn)在熱柱中的總時(shí)間、內(nèi)的溫差；Th 質(zhì)量！!^)從其進(jìn)入的時(shí)刻到離開的時(shí)刻出現(xiàn)在熱柱中的時(shí)間段；Pm 在入口點(diǎn)處的質(zhì)量~)密度；Ph2 在出口點(diǎn)處的質(zhì)量！!^)密度；^11 在入口點(diǎn)處的質(zhì)量叫)速度；Uh2 在出口點(diǎn)處的質(zhì)量11^)速度壓縮/減壓效果可以通過低的流體流動(dòng)速度最小化并且也如下減壓冷卻效果可以通過將熱柱中的流體暴露給來自同樣沿著柱的環(huán)境的其他加熱而最小化，該環(huán)境包括更靠近旋轉(zhuǎn)軸線的部段(再加熱逐漸減壓的流體)。該再加熱使過程的該部分表現(xiàn)為更像等溫減壓而非絕熱。壓縮加熱效果可以通過將在冷柱的頂部處的進(jìn)入點(diǎn)的流體溫度(在離開推進(jìn)器陣列之后)設(shè)定為非常接近相變(冷凝)溫度并且在潛熱已經(jīng)由推進(jìn)器陣列部分吸收且從系統(tǒng)輸出之后而最小化。這允許“向下”流動(dòng)的再加熱因流體回收利用潛熱而被減弱。在這種情況下，參與到該過程中的潛熱被添加至其他相關(guān)流體能量成分并且可以如下表達(dá)63. Ql = m(t)L其中，Ql 在流體的相變期間釋放或吸收的能量的量；L 流體的潛熱容。另外，連續(xù)的質(zhì)量部分實(shí)際上沿著柱不是彼此隔絕的，并且由此在柱內(nèi)存在熱流動(dòng)，主要通過輻射和對流，由此影響內(nèi)部的溫度分布。流動(dòng)越慢，用于柱(從進(jìn)口到出口) 中的每個(gè)質(zhì)量部分的平均能量交換暴露時(shí)間越長，每個(gè)柱內(nèi)的溫差越平直。另外，可以在空腔中使用不同相變溫度的流體的混合物，以便維持混合物中的一種或更多種流體的氣體行為(在通過推進(jìn)器陣列的能量輸出部分中)，同時(shí)獲益于一種或更多種其他流體的該相變原理(冷凝)。上述設(shè)備和過程使用單個(gè)熱能來源以將其一部分轉(zhuǎn)變成有用能量。該過程假定進(jìn)入空腔6 (也稱為“冷柱”)的流體能夠在流體經(jīng)過系統(tǒng)的每次循環(huán)之后以可持續(xù)的方式維持在其初始的低溫。假定在空腔5(熱柱)中的流體將由于從熱的周圍環(huán)境的熱能輸入而保持比在冷柱中的流體熱，該熱能輸入與僅經(jīng)推進(jìn)器陣列(在空腔7中)的能量輸出所導(dǎo)致的流體冷卻效果相結(jié)合，不需要吸熱設(shè)備從冷柱排出過量的熱能以在每次循環(huán)之前將其帶回到其初始的低溫。本發(fā)明人提出了對先前描述的設(shè)備和過程的改進(jìn)和調(diào)整，以便包括吸熱設(shè)備從而確保在熱柱中的流體部分的溫度和在冷柱中的流體部分的溫度隨時(shí)間可持續(xù)地維持它們的差異。在從流體經(jīng)其與推進(jìn)器陣列的相互作用輸出的能量不會(huì)充分冷卻流體以將其帶回至其初始的給定低溫的任一和全部情況下，吸熱設(shè)備應(yīng)該從冷柱中的流體排出過量的熱以維持初始條件下的溫差，該溫差導(dǎo)致流動(dòng)和能量輸出的開始。對前述設(shè)備的調(diào)整描述如下(圖10)。構(gòu)成內(nèi)轉(zhuǎn)子頂?shù)耐馄さ?、中空的、由?dǎo)熱材料制成的緊密密封圓筒的外圓筒1設(shè)有熱絕緣材料的環(huán)形部段層70。該環(huán)形絕緣層70以堅(jiān)固附接的方式緊密地附接至外圓筒1的導(dǎo)熱材料其能夠承受在頂內(nèi)的加壓流體對出現(xiàn)在外圓筒1與外殼體61的內(nèi)部之間的空腔60中的真空條件的壓力。該環(huán)形層70作為外圓筒1的一部分設(shè)置成靠近在空腔6 (冷柱)的側(cè)面上的封閉
基部ο對于該熱絕緣層70，圍繞其外部附接有兩個(gè)環(huán)形平直表面71、72。這些環(huán)形附接件也由熱絕緣材料制成，該材料具有反射電磁熱輻射的顏色以便盡可能多地減小熱經(jīng)這些附接件71、71輻射到外殼體61的內(nèi)部與外圓筒1(其保持在真空條件下)之間的空間中。 這盡可能多地減小在兩側(cè)71、72上的暴露給較熱環(huán)境區(qū)域(下文中為“較熱環(huán)境”)的空間與暴露給較冷環(huán)境區(qū)域(下文中為“較冷環(huán)境”)的空間之間的熱傳遞，由此減小對出現(xiàn)在空腔6(冷柱)中的流體部分的非期望的再加熱。外殼體61以與外圓筒1相似的方式進(jìn)行調(diào)整，對完全包圍其的導(dǎo)熱材料的環(huán)形部段設(shè)置有熱絕緣材料層73，該層73與部段相同形狀并且以堅(jiān)固密封的方式附接至外殼體 61 其能夠承受外部環(huán)境對出現(xiàn)在空腔60中的外殼體61內(nèi)的真空條件的壓力。熱絕緣層73面對且平行于在外圓筒1上的對應(yīng)部分的絕緣材料層70。對于該部段73，在外殼體61的內(nèi)側(cè)上，附接有兩個(gè)熱絕緣環(huán)狀平直表面(都沿著部段73)74、75，其由熱絕緣材料制成并且也有反射熱輻射的顏色(如同部段73和70)。這些附接件具有與附接件71、72相同的作用并且與它們一起動(dòng)作以進(jìn)一步減小熱傳遞。在絕緣部段70、73或它們的熱絕緣附接件上沒有熱交換翅片。對于熱絕緣層73，沿著其在其外部附接有熱絕緣部段76。該部段具有在設(shè)備所暴露給的較熱與較冷環(huán)境之間進(jìn)行隔離的目的，這兩種環(huán)境在外殼體61的外部。設(shè)備如下地暴露給這兩種環(huán)境包圍外殼體61的全部空間，從部段76向前、到空腔4和5的外部，都暴露給較熱環(huán)境。圍繞外殼體61的全部空間，從部段76向前朝向另一側(cè)，到空腔6的外部， 都暴露給較冷環(huán)境(該環(huán)境比較熱環(huán)境冷)。位于空腔6與外殼體1的基部之間的熱絕緣層25 (圖1)被去除，以允許空腔6 (冷柱)中的流體部分通過其經(jīng)由空腔60的對應(yīng)部分中的真空熱暴露給外殼體1外部的較冷環(huán)境而被冷卻。為了改進(jìn)這種冷卻，多個(gè)導(dǎo)熱的熱交換翅片77以導(dǎo)熱的方式附接至空腔6內(nèi)部的外圓筒1的基部內(nèi)。這些熱交換翅片77的方向是使得遵循在空腔6內(nèi)部的流體的流型以使妨礙和湍流最小。在外圓筒1的基部的外表面上，并且在外殼體61的對應(yīng)壁部(或者如果外殼體61 為圓筒形則是基部)的內(nèi)表面上，多個(gè)環(huán)形導(dǎo)熱的熱交換翅片以導(dǎo)熱的方式圍繞旋轉(zhuǎn)軸線以可變的半徑附接分別為翅片78、79和翅片80、81。翅片78、79允許增大在真空腔60內(nèi)部的熱輻射面積，由此通過外部較冷環(huán)境提高在空腔6內(nèi)部的流體的冷卻速度。翅片80、81 允許增大在真空腔60內(nèi)部的熱輻射面積，由此通過外部較熱環(huán)境提高在空腔5內(nèi)部的流體的加熱速度。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子在外殼體61內(nèi)部旋轉(zhuǎn)時(shí)，翅片的環(huán)形和可變的半徑允許對應(yīng)的翅片 78、79和80、81彼此持續(xù)地面對而不會(huì)相互妨礙。采用改進(jìn)設(shè)備的過程描述如下在轉(zhuǎn)子17被致動(dòng)之后，使內(nèi)轉(zhuǎn)子頂以期望的旋轉(zhuǎn)角頻率ω旋轉(zhuǎn)而外殼體OS保持在相同的冷環(huán)境內(nèi)直到溫度在旋轉(zhuǎn)條件下穩(wěn)定，設(shè)備的外殼體61暴露給由熱絕緣部段 76隔開的兩個(gè)不同溫度區(qū)域的工作環(huán)境。在空腔4和5內(nèi)的呈氣態(tài)的流體部分暴露給出現(xiàn)在外殼體61的外部并圍繞它們的較熱(相對于較冷環(huán)境區(qū)域)環(huán)境區(qū)域。在空腔6內(nèi)的呈氣態(tài)(也可以呈液態(tài))的流體部分暴露給出現(xiàn)在外殼體61外部且面對其的較冷(相對于較熱環(huán)境區(qū)域)環(huán)境區(qū)域。因?yàn)樵诳涨恢械牧黧w與外部環(huán)境區(qū)域由導(dǎo)熱材料和真空隔開，所以在空腔中的流體部分與它們相應(yīng)的環(huán)境區(qū)域之間的熱交換通過對流(在流體中)、 傳導(dǎo)(在導(dǎo)熱外皮和翅片材料中)和輻射(通過處于真空中的空腔60)并且通過它們的組合發(fā)生。熱絕緣部段70、73和相應(yīng)的絕緣附接件71、72和74、75、76使得在兩個(gè)環(huán)境區(qū)域、 在內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的它們相應(yīng)的空腔以及在空腔中的流體部分之間的溫度干擾和加熱影響減到最小。因這兩個(gè)環(huán)境區(qū)域，在內(nèi)轉(zhuǎn)子的空腔內(nèi)部加壓的流體具有可變的溫度在空腔4、 5內(nèi)部的流體比在空腔6內(nèi)部的流體部分熱。由此，在離心電機(jī)被致動(dòng)之前，在較低溫度的空腔中的氣態(tài)流體的密度較高。在空腔6、冷柱中的流體部分比在空腔5、熱柱(注意在標(biāo)準(zhǔn)模式下柱為相同的體積)中的流體部分的密度大，并且由此具有更高的單位體積質(zhì)量。 當(dāng)離心電機(jī)17致動(dòng)至給定的轉(zhuǎn)速時(shí)，在熱柱和冷柱中的流體部分因它們的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速而經(jīng)受向心力，并且經(jīng)由空腔4通過它們的底部對彼此施加反作用的壓力。在冷柱中的較冷的、較高質(zhì)量的流體部分試圖抵抗在熱柱中的較低質(zhì)量的、較熱的流體部分前行以平衡在空腔4的兩端上的壓力。因該前行，在空腔7的附接至冷柱的頂部的端部處的壓力相對于在空腔7的另一端部處的壓力下降，空腔7在其另一端部處附接至熱柱的頂部。該壓差導(dǎo)致流體經(jīng)空腔7、經(jīng)推進(jìn)器陣列的推進(jìn)器13前行，從而致動(dòng)它們， 導(dǎo)致電能或其他有用能量輸出到系統(tǒng)外部。該能量輸出是流體的分子間動(dòng)能的一部分(實(shí)際上，與對應(yīng)的流體溫度成比例)并且在流體經(jīng)空腔7朝向冷柱的頂部前行時(shí)導(dǎo)致流體冷卻。該新到達(dá)冷柱內(nèi)的流體相對于其在熱柱的頂部處的、進(jìn)入空腔7的入口點(diǎn)處的溫度更冷。在冷柱外部的較冷環(huán)境區(qū)域允許在冷柱中的流體溫度進(jìn)一步減小，將熱量散發(fā)給該較冷環(huán)境區(qū)域。在平衡條件下，因較冷環(huán)境區(qū)域與較熱環(huán)境區(qū)域之間的溫差而引起的在熱柱與冷柱中的流體部分之間的溫差，與由內(nèi)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的離心條件一起，允許穿過空腔7、6、5、4的持續(xù)的流體流動(dòng)和持續(xù)的有用能量的輸出。該過程具有對較熱環(huán)境區(qū)域的冷卻效果和對較冷環(huán)境區(qū)域的加熱效果。在內(nèi)轉(zhuǎn)子的空腔內(nèi)部的流體的壓力水平、離心電機(jī) 17的轉(zhuǎn)速和輸出電路的電阻水平(并且由此，對每個(gè)對應(yīng)轉(zhuǎn)子13的流動(dòng)水平的阻力)需要被調(diào)節(jié)以優(yōu)化從兩個(gè)環(huán)境參數(shù)范圍中的任一個(gè)回收利用能量。通過該過程回收利用的能量是在外殼體61所暴露給的兩個(gè)環(huán)境區(qū)域之間的熱能差的一部分。通過離心電機(jī)17和輸出發(fā)電機(jī)15及它們的機(jī)械磨損的損耗所產(chǎn)生的熱能通過空腔4和5被很大程度地引導(dǎo)回較熱流體中并被回收利用。由空腔60 (其設(shè)定為處于盡可能的真空條件中)中的殘留氣體導(dǎo)致的湍流和摩擦有助于較熱環(huán)境區(qū)域的加熱動(dòng)作并且干擾較冷環(huán)境區(qū)域的冷卻動(dòng)作，從而需要通過優(yōu)化真空和使外圓筒1的外部形狀、外殼體61 的內(nèi)部形狀及它們的附接件的形狀盡可能地符合空氣動(dòng)力學(xué)而最小化。由離心電機(jī)17產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)所需的能量(在減去通過較熱流體回收利用的損耗熱之后)是最小所需的有用輸出，以便具有有用的總輸出，該總輸出大于零。用于熱和冷環(huán)境區(qū)域的來源和收集裝置物理接近的熱和冷外部環(huán)境區(qū)域的來源有許多。作為示例，下文描述一些用于環(huán)境區(qū)域及收集裝置的選項(xiàng)利用兩個(gè)分離的導(dǎo)熱管道/翅片以最大化熱交換能力，一個(gè)用于較冷環(huán)境區(qū)域而另一個(gè)用于較熱環(huán)境區(qū)域，各自容納有或沒有容納借助于線路內(nèi)的泵進(jìn)行循環(huán)的流體(液態(tài)或氣態(tài))。一個(gè)設(shè)定為將熱從需要冷卻的流體部分排出到較冷環(huán)境區(qū)域，而另一個(gè)從較熱環(huán)境區(qū)域朝向需要被加熱的流體部分收集熱。可以使用已經(jīng)移動(dòng)的熱交換表面的情況，比如在海上的活動(dòng)船只；在空中的航空器等。有風(fēng)的條件也增大這種表面交換的能力。當(dāng)組合時(shí)，可以例如如下組合地利用熱/冷源之間的溫差較深的水平和表面可見的水平、海洋和天空、地下溫度和大氣、較高的和較低的空氣、向陽側(cè)和向陰側(cè)、干空氣和通過蒸發(fā)(主要在具有低濕度的環(huán)境中有用)的霧狀水(或其它液體)冷卻效果。其它組合源可以利用在損耗源加熱(比如任意的電子/電氣設(shè)備、發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、車輛發(fā)動(dòng)機(jī)等)與作為較冷環(huán)境區(qū)域的附近環(huán)境的空氣/水之間的溫差。主動(dòng)源的較熱環(huán)境區(qū)域也是
23可行的，燃燒燃料以產(chǎn)生所需的熱源，由此使該設(shè)備作為熱效發(fā)電機(jī)。同樣，由系統(tǒng)產(chǎn)生的有用能量的一部分可以被反饋，如果這樣選擇則有助于冷環(huán)境區(qū)域的冷卻和/或熱環(huán)境區(qū)域的加熱。圖11描繪了對較冷/較熱環(huán)境區(qū)域的實(shí)際連接的示意性示例外殼體61的導(dǎo)熱外部由熱絕緣層76隔開。在兩個(gè)導(dǎo)熱部分上附接有導(dǎo)熱的熱交換翅片88、89。外殼體61 的這兩個(gè)部件裝配有密封的、熱絕緣的蓋部82、83，蓋部82、83密封地附接到熱絕緣部段76 上。對于這些蓋部82、83中的每一個(gè)，分別密封地附接有導(dǎo)熱管道86、87。這些管道86、87 中的每一個(gè)容納熱流體并且分別裝配有泵84、85。泵使流體在外殼體61的外部與構(gòu)成該過程所需的兩個(gè)環(huán)境區(qū)域的熱/冷溫度源之間循環(huán)。在所述過程和設(shè)備的其他后果/結(jié)果中，取決于所選取的構(gòu)型，產(chǎn)生冷卻、冷凝和運(yùn)動(dòng)。所述過程和設(shè)備可以直接和/或間接地參與到各種過程和設(shè)備中并且用于大范圍的用途。其中的一些在當(dāng)今存在，而另一些將作為前景實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計(jì)用于將給定工作環(huán)境中可用的熱能轉(zhuǎn)變成有用能量的設(shè)備，其特征在于， 所述設(shè)備包括外殼體(OS)，其優(yōu)選為圓筒形狀，設(shè)有雙通閥(63)，容置有封閉的圓筒形內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)與外殼體(OS)通過真空隔離并且由外殼體支承在兩個(gè)支承表面(19、38)中；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)由三個(gè)中空的圓筒形部件制成，這三個(gè)圓筒形部件由導(dǎo)熱材料制成，圍繞它們共同的旋轉(zhuǎn)軸線(18) —個(gè)在另一個(gè)內(nèi)部地彼此固定，第一部件是外中空封閉圓筒(1)，容置有作為較小的中間圓筒(2)的第二部件和作為內(nèi)圓筒(3)的第三部件，所述內(nèi)圓筒C3)圍繞所述共同的旋轉(zhuǎn)軸線形成在所述中間圓筒O)內(nèi)部，其中所述內(nèi)圓筒(3)在其軸向端部敞開并且設(shè)有兩個(gè)受控的密封件01、42)，從而允許關(guān)閉或打開形成在所述內(nèi)圓筒(3)內(nèi)部的空腔(7)，其中所述中間圓筒O)圍繞所述內(nèi)圓筒(3)封閉，從而形成空腔(40)，其中所述內(nèi)圓筒(3)的壁部、所述中間圓筒O)的端壁部中的一個(gè)以及所述外圓筒(1)的相對的壁部設(shè)有熱絕緣層06、25)，其中設(shè)有所述熱絕緣層06)的所述中間圓筒O)的所述端部的周緣設(shè)有受控的閥陣列或受控的裙密封件(30)，從而允許將形成在所述中間圓筒⑵的壁部與所述外圓筒⑴的壁之間的空腔(4、5、6)密封地分隔為兩部分，并且打開或關(guān)閉在所述部分之間的通路，其中所述外圓筒(1)設(shè)有單通閥(3 和雙通閥(33)，其中推進(jìn)器(1 的陣列設(shè)置在內(nèi)圓筒(3)的內(nèi)部，裝配有允許將推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)變成有用能量的裝置，其中電機(jī)位于外殼體(0 的內(nèi)部，設(shè)計(jì)用于以旋轉(zhuǎn)的方式驅(qū)動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)，其中設(shè)有用于控制所述電機(jī)(17)、所述推進(jìn)器、所述密封件的裝置，以將所述推進(jìn)器轉(zhuǎn)變的旋轉(zhuǎn)能量傳遞到所述設(shè)備的外部以監(jiān)測在所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)內(nèi)部的溫度和壓力，并且其中加壓流體位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子(1)的外側(cè)表面設(shè)有環(huán)形熱交換翅片(23)，其中所述外圓筒(1)的內(nèi)表面設(shè)有熱交換翅片(21)，所述熱交換翅片垂直于其表面并且平行于其軸線并且朝向所述旋轉(zhuǎn)軸線集中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述推進(jìn)器配備有將它們的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)變成電能的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于-所述外圓筒(1)設(shè)有熱絕緣材料的環(huán)形部段層(70)，所述環(huán)形部段層作為所述外圓筒(1)的一部分設(shè)置成靠近在空腔(6)的側(cè)部上的封閉基部；-熱絕緣材料的兩個(gè)環(huán)狀平直表面(71、7幻包圍所述環(huán)形部段層(70)的外部附接； -所述外殼體(61)設(shè)有熱絕緣材料環(huán)狀層(73)，所述熱絕緣材料環(huán)狀層(7 面對且平行于在所述外圓筒(1)上的對應(yīng)部分的絕緣材料層(70)；-在所述外殼體(61)內(nèi)側(cè)上的設(shè)有所述熱絕緣材料環(huán)狀層(7 的區(qū)域附接有兩個(gè)熱絕緣環(huán)狀平直表面(74、75)；-熱絕緣部段(76)附接到所述熱絕緣材料環(huán)狀層(7 的外部上，-所述外圓筒(1)的所述端部基壁未設(shè)有熱絕緣層；-若干導(dǎo)熱的熱交換翅片(77)以導(dǎo)熱的方式附接至所述外圓筒(1)的所述基部的內(nèi)部；-若干導(dǎo)熱的熱交換翅片(78、79;80、81)以導(dǎo)熱的方式以可變的半徑圍繞位于所述外殼體(OS)的內(nèi)部的所述旋轉(zhuǎn)軸線的兩端附接。
5.一種利用根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的設(shè)備用于將給定工作環(huán)境中可用的熱能轉(zhuǎn)變成有用能量的過程，所述過程的特征在于以下步驟-流體被加壓到形成在所述外殼體(0 與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)之間的所述空腔(60)中， 所述流體經(jīng)所述外圓筒⑴的止回閥(32)進(jìn)入到所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)的所述空腔中；-在利用均勻加壓的流體填充所述內(nèi)轉(zhuǎn)子的全部所述空腔完成之后，圍繞所述內(nèi)轉(zhuǎn)子 (IR)的流體壓力下降，由此導(dǎo)致所述外圓筒(1)的止回閥(32)鎖定；-通過泵吸將所述流體從位于所述外殼體(0 與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(1 之間的所述空腔 (60)排出，以到達(dá)幾乎絕對真空條件；-隨后將所述外殼體(0 置于冷卻環(huán)境中；-一旦在整個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)中獲得期望的冷溫度，位于所述內(nèi)圓筒(3)的靠近設(shè)有所述絕緣層的所述壁部的端部處的密封件0 就密封地關(guān)閉，而位于所述內(nèi)圓筒C3)的另一端部處的密封件Gl)和閥陣列或密封裙(30)以允許流體流動(dòng)來平衡壓力的方式關(guān)閉；-所述電機(jī)(17)被致動(dòng)，使所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)旋轉(zhuǎn)至期望的旋轉(zhuǎn)角頻率(ω)，而所述外殼體(0 保持在相同的冷環(huán)境中直到溫度在旋轉(zhuǎn)條件下穩(wěn)定；-進(jìn)一步將所述外殼體(0 置于溫度比冷卻之后高的工作環(huán)境中，從而導(dǎo)致在所述內(nèi)轉(zhuǎn)子空腔內(nèi)部的溫度因從所述外殼體(0 經(jīng)所述真空腔(60)接收的環(huán)境熱能的輻射而升高，并且所述絕緣區(qū)域的溫度比所述非絕緣區(qū)域的溫度升高少很多；-監(jiān)測所述絕緣部段和非絕緣部段的溫度，從而調(diào)整暴露時(shí)間以達(dá)到在所述較冷區(qū)域中的流體與所述較熱區(qū)域中的流體之間的最大差異并且導(dǎo)致對應(yīng)的密度差異，與所述流體因旋轉(zhuǎn)而經(jīng)受的離心條件一起，產(chǎn)生較熱流體與較冷流體之間的壓差，所述壓差導(dǎo)致流體從高壓力區(qū)域流向低壓力區(qū)域以尋求壓力平衡；-一旦該流動(dòng)停止并且在所述空腔中的流體處于實(shí)際休止條件下，在所述內(nèi)圓筒(3) 的端部處的所述密封件(41、4幻和閥陣列或所述密封裙(30)就打開，從而因壓差而導(dǎo)致流體從較熱區(qū)域流向所述內(nèi)圓筒(3)內(nèi)部的較冷區(qū)域，所述流體流動(dòng)致動(dòng)所述推進(jìn)器，將所述推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)變成有用能量并且導(dǎo)致流體的冷卻，所述流體持續(xù)流向所述內(nèi)轉(zhuǎn)子 (IR)的設(shè)有絕緣層并容納所述較冷流體的部分；-所述較冷流體隨后繼續(xù)經(jīng)所述閥陣列或所述密封裙(30)流向所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)的非絕緣區(qū)域，所述流體的溫度在所述非絕緣區(qū)域因環(huán)境熱能而升高。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備的過程，其特征在于 在所述電機(jī)(17)被致動(dòng)后，使所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)旋轉(zhuǎn)至期望的旋轉(zhuǎn)角頻率(ω)，而所述外殼體(0 可選地保持在相同的冷環(huán)境內(nèi)直到溫度在旋轉(zhuǎn)條件下穩(wěn)定，所述外殼體(OS) 被置于兩種不同溫度區(qū)域的工作環(huán)境中以產(chǎn)生有用能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的過程，其特征在于，通過所述設(shè)備的能量輸出將在所述內(nèi)轉(zhuǎn)子區(qū)域內(nèi)的所述流體帶至所述流體靠近相變(冷凝)的溫度，由此減小與發(fā)生在所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(IR)的較熱區(qū)域與較冷區(qū)域(5、6)中的壓縮和減壓相關(guān)的加熱和冷卻的負(fù)面效果，由此改進(jìn)所述設(shè)備的性能參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過程，其特征在于，使用混合流體來替代單一類型的流體，以便達(dá)到流體混合物的溫度，所述溫度允許一種或更多種流體在位于所述內(nèi)圓筒(3)內(nèi)部的區(qū)域(7)中的能量輸出之后維持氣態(tài)行為，同時(shí)允許一種或更多種其他流體冷凝，由此提高所述流體混合物的能力以獲益于相變潛熱能量吸收，并且釋放以進(jìn)一步反作用于與在設(shè)備的較熱區(qū)域和較冷區(qū)域(5、6)中發(fā)生的壓縮和減壓相關(guān)的加熱/冷卻效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)備及利用該設(shè)備的過程，所述設(shè)備用于將在給定環(huán)境中可用的熱能轉(zhuǎn)變成有用能量。所述設(shè)備和過程借助于在加壓流體的熱柱與冷柱之間的壓差產(chǎn)生流體的持續(xù)流動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)元件，所述旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)能量被轉(zhuǎn)變成有用能量。
文檔編號F01K27/00GK102378851SQ201080015123
公開日2012年3月14日 申請日期2010年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者約阿夫·科恩 申請人:約阿夫·科恩