双转子热泵
本帖最后由 能量海 于 2017-8-10 13:49 编辑
第八章：无燃油引擎
摘要
通过由转子携带的、在通道内循环的工作流体而制热和制冷的方法和装置来压缩工作流体，并从散热热交换器里的工作流体里除去热，又在供热热交换器里的工作流体增加热，所有这一切都在转子内执行的。工作流体是密封在其中的，可能是合适的气体，例如氮。工作流体热交换器还在转子内的两个工作流体流之间提供热交换。在一个配置中，这个装置用了两个转子，两个都旋转，以一种交替的配置，其中一个转子可以保持静止。应用范围包括空调和采暖气的应用。
美国专利文献：
2,490,064 热力机 1949年12月 柯尔斯曼(Kollsman)
2,490,065 热力机 1949年12月 柯尔斯曼(Kollsman)
2,520,729 生产热能的机器 1950年8月 柯尔斯曼(Kollsman)
2,597,249 热力引擎 1952年5月 柯尔斯曼(Kollsman)
3,470,704 热力学仪器和方法 1969年10月 坎托（Kantor）
3,834,179 带制热和制冷的涡轮机 1974年 爱斯科里（Eskeli）
3,861,147 密封的单转子涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,889,471 双转子双流体涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,895,491 双转子涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,919,845 双流体单转子涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,931,713 回热式涡轮机 1976年 爱斯科里（Eskeli）
4,005,587 带制冷和回热的旋转热交换器 1977年2月 爱斯科里（Eskeli）
4,044,824 热交换器 1977年8月 爱斯科里（Eskeli）
参照相关申请
这个申请是归档于1973年10月的“双转子热交换器”的延续部分，序列号为407,665，现美国专利号为4,047,392。
这个申请还是归档于1975年6月30日的“热泵”的延续部分，序列号为591,881，现已被放弃。
而这个申请又是归档于1975年10月1日的“带制冷和制热的旋转热交换器”的延续部分，序列号为618,456，现美国专利号为4,005,587。
发明的背景
本发明一般是关于这样的一种设备，以封闭在离心转子的工作流体作为中间流体去传输热，使得热传输从较低的温度到较高的温度。
热泵在过去已为公众所熟知，但非常复杂和昂贵，并通常使用蒸发和冷凝的工作流体，从而导致效率欠佳，并因此能量消耗很高。
发明摘要
本发明的目的是提供这样一种装置，即创建成本低而热效率高，从而减少运行的所需功率的成本。本发明的另一个目的是提供这样一种装置和工艺，其中通常发生在轴承及密封件由于摩擦产生的损失被施加到工作流体用于循环，从而有效消除了由于这种摩擦的损失而带来的功率损耗。此外，本发明的一个目的是使转子带有一个工作流体热交换器去降低转子所需的速度。
示图简要说明
图. 1 是设备的剖视图。
图. 2 是设备的端视图。
图. 3 是该设备的另一种形式的轴向剖面。
优选实施的描述
图.1显示的是设备的轴向截面；这里面10是底座；11是第一转子；12是第二转子；13是密封圈；而14是轴承15的轴承座；16是第二转子的液道；17是工作流体的开口处，它可以是一个喷嘴；18是第一热交换器，用于工作流体的散热；19是第一传热流体管；20是工作流体热交换器，在此实例中用金属板成形为波纹状；21为导叶；22是用于给工作流体供热的热交换器；23是支承轴24的轴承座；25和26是第二传热流体的入口和出口；27和28是第一传热流体的入口和出口；而29是外缘通道里的导叶。
图.2是图.1设备的端视图。这里面10是底座，11是第一转子，17是流体开口，16是第二转子的带导叶的流体通道，30表示旋转方向，24是第一转子轴，而21是导叶。
图.3的转子配置不同，但起的作用是一样的，近似于图.1中的设备。这里40 是第一转子；41用于第一流体的散热的第一热交换器；42是第一转子轴；43和44是第一传热流体的出口和入口；45是导管；46是工作流体热交换器；47是流体开口，此处可以是一个喷嘴；48是第二转子；49是第二热交换器，用于给工作流体增热；50是轴承和密封圈；51是第二转子轴；52和53是第二传热流体的入口和出口。
在运行时，转子旋转而转子腔充满了适合的工作流体，这通常是一种气体，例如氮气、空气或其它气体或蒸气物。参照图.1，第二转子的旋转通常比第一转子快，工作流体在通道16内被离心力压缩，而在某种程度上在第一转子内，在热交换器18中热量被移走后，这种热是通过第一传热流体被输送出设备的。工作流体然后沿着外缘通道29传送，并在热交换器20里释放热，然后在导叶21中流体反离心力膨涨，再在热交换器22中增热到工作流体。膨胀后，工作流体沿着中间通道传送，并从热交换器20吸收热量，从而完成其工作周期。
图.3装置的运行是类似的，除了第二转子旋转通常比第一转子慢，并且如果需要的话，第二转子是可以保持静止的。请注意，如果第二转子保持静止，你就可以用脏水作为第二传热流体；通常情况下，在旋转的热交换器中，传热流体必须没有固体，它将由于离心力而聚集在热交换器中，并堵塞热交换器，而通过用固定的热交换器，就可以使用普通水，例如来自冷却塔的水。
在图.1的设备中，输入功率通常是给第二转子的，而第一转子可自由旋转。在这种用法中，要选择转子的直径、连同轴承中的摩擦损失，以规定两个转子之间所需的速差。随着第二转子转得更快，有必要力求工作流体保持循环。或者，通过在两个转子之间——就像齿轮箱——利用功率传输维持速差。在图.3的设备中，第二转子速度比第一转子的慢，而这里转子的直径是合适的，第二转子可以保持静止，提供工作流体力求的循环。
工作流体的热交换器20和46，采用离心力和不同的气体密度来在两个工作流体流之间获得热交换。外缘通道里的热气较轻，而热交换器褶皱之间的较冷的气体变冷，从而冷气体由于离心力而被较轻的气体取代。同样，在中间通道，中间的冷气体取代了褶皱之间的热气体。热交换器20可用其它类型的热交换器，包括导热管、片状的金属盘、和充有液体的翼形管。
如果需要的话，转子可以封装进一个真空罐中，以减少在转子外表面上的摩擦。工作流体热交换器20的使用将减少所需的转子速度，去获得两种传热流体之间所需的温差，然后在转子上降低摩擦损失，这可能使真空罐成为不必要的。
本装置可以做各种修改，并使用不同类型的热交换器。此外，工作流体的径向通道可以弯向不同方向，一种是在图.2所示21的坡面作为导叶。通过使用导叶斜坡和倾斜的通道，你可以调整工作流体和转子之间的变工量。喷嘴47通常定位成向后排放，以在第一转子上产生一定的转矩，而类似的喷嘴也可用在图.1所示设备的通道21中。另外，如果需要的话，图.1的热交换器22可以安装在一个固定的部件上，就像图.3所示的方式，而如果需要的话，热交换器18可被安装在转子12内。设备的各种部件是可以根据需要互换的。
声明
1. 在一台热泵里，其中可压缩的工作流体在第一流体通道内是径向地向外循环的，第一通道是包含在第一组件里的，而在第二流体通道内的径向内向是向着旋转的中心的，第二通道至少包含有第一和第二组件；第一和第二组件为同轴配置，其中至少有一个是以轴支承着旋转的；
第一和第二径向工作流体通道在它们各自的向外的端口通过一个外侧通道相通连接；而在它们各自的向内端口则通过一个内侧通道；径向的、外侧的和内侧的通道形成一个闭环，至少部分地延伸通过两个组件；工作流体适用于通过闭环进行循环；在伴有温度增加的闭环内对工作流体的压缩手段是通过离心力；用于冷却压缩后的工作流体的第一热交换手段的执行是通过组件之一；第二热交换装置通过组件之一执行；在内侧和外侧通道内的工作流体之间的回热热交换，和第三热交换装置是通过上述用于加热工作流体的组件执行的，这要在内侧和外侧通道内的工作流体之间进行了热交换后。
2. 声明1的热泵中，其中第一传热流体在第一热交换装置内的循环的散热，是通过第一热交换流体进入和离开组件的旋转中心附近的导管而进行的。
3. 声明1的热泵中，其中第二传热流体在第三热交换装置内的循环是通过进入和离开组件的旋转中心附近的导管而进行的。
4. 声明1的热泵中，其中两个组件都是转子。
5. 声明4的热泵中，其中的两个转子以不同的角速度旋转。
6. 声明1的热泵中，其中至少有一个组件是转子。
7. 声明6的热泵中，其中第二热交换装置包括多重褶皱。
8. 声明7的热泵中，其中第二热交换装置的配置如下。
第八章：无燃油引擎
美国专利 4,107,944 1978年8月22日 发明人：迈克尔•爱斯科里
双转子热泵
摘要
通过由转子携带的、在通道内循环的工作流体而制热和制冷的方法和装置来压缩工作流体，并从散热热交换器里的工作流体里除去热，又在供热热交换器里的工作流体增加热，所有这一切都在转子内执行的。工作流体是密封在其中的，可能是合适的气体，例如氮。工作流体热交换器还在转子内的两个工作流体流之间提供热交换。在一个配置中，这个装置用了两个转子，两个都旋转，以一种交替的配置，其中一个转子可以保持静止。应用范围包括空调和采暖气的应用。
美国专利文献：
2,490,064 热力机 1949年12月 柯尔斯曼(Kollsman)
2,490,065 热力机 1949年12月 柯尔斯曼(Kollsman)
2,520,729 生产热能的机器 1950年8月 柯尔斯曼(Kollsman)
2,597,249 热力引擎 1952年5月 柯尔斯曼(Kollsman)
3,470,704 热力学仪器和方法 1969年10月 坎托（Kantor）
3,834,179 带制热和制冷的涡轮机 1974年 爱斯科里（Eskeli）
3,861,147 密封的单转子涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,889,471 双转子双流体涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,895,491 双转子涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,919,845 双流体单转子涡轮机 1975年 爱斯科里（Eskeli）
3,931,713 回热式涡轮机 1976年 爱斯科里（Eskeli）
4,005,587 带制冷和回热的旋转热交换器 1977年2月 爱斯科里（Eskeli）
4,044,824 热交换器 1977年8月 爱斯科里（Eskeli）
参照相关申请
这个申请是归档于1973年10月的“双转子热交换器”的延续部分，序列号为407,665，现美国专利号为4,047,392。
这个申请还是归档于1975年6月30日的“热泵”的延续部分，序列号为591,881，现已被放弃。
而这个申请又是归档于1975年10月1日的“带制冷和制热的旋转热交换器”的延续部分，序列号为618,456，现美国专利号为4,005,587。
发明的背景
本发明一般是关于这样的一种设备，以封闭在离心转子的工作流体作为中间流体去传输热，使得热传输从较低的温度到较高的温度。
热泵在过去已为公众所熟知，但非常复杂和昂贵，并通常使用蒸发和冷凝的工作流体，从而导致效率欠佳，并因此能量消耗很高。
发明摘要
本发明的目的是提供这样一种装置，即创建成本低而热效率高，从而减少运行的所需功率的成本。本发明的另一个目的是提供这样一种装置和工艺，其中通常发生在轴承及密封件由于摩擦产生的损失被施加到工作流体用于循环，从而有效消除了由于这种摩擦的损失而带来的功率损耗。此外，本发明的一个目的是使转子带有一个工作流体热交换器去降低转子所需的速度。
示图简要说明
图. 1 是设备的剖视图。
图. 2 是设备的端视图。
图. 3 是该设备的另一种形式的轴向剖面。
优选实施的描述
图.1显示的是设备的轴向截面；这里面10是底座；11是第一转子；12是第二转子；13是密封圈；而14是轴承15的轴承座；16是第二转子的液道；17是工作流体的开口处，它可以是一个喷嘴；18是第一热交换器，用于工作流体的散热；19是第一传热流体管；20是工作流体热交换器，在此实例中用金属板成形为波纹状；21为导叶；22是用于给工作流体供热的热交换器；23是支承轴24的轴承座；25和26是第二传热流体的入口和出口；27和28是第一传热流体的入口和出口；而29是外缘通道里的导叶。
图.2是图.1设备的端视图。这里面10是底座，11是第一转子，17是流体开口，16是第二转子的带导叶的流体通道，30表示旋转方向，24是第一转子轴，而21是导叶。
图.3的转子配置不同，但起的作用是一样的，近似于图.1中的设备。这里40 是第一转子；41用于第一流体的散热的第一热交换器；42是第一转子轴；43和44是第一传热流体的出口和入口；45是导管；46是工作流体热交换器；47是流体开口，此处可以是一个喷嘴；48是第二转子；49是第二热交换器，用于给工作流体增热；50是轴承和密封圈；51是第二转子轴；52和53是第二传热流体的入口和出口。
在运行时，转子旋转而转子腔充满了适合的工作流体，这通常是一种气体，例如氮气、空气或其它气体或蒸气物。参照图.1，第二转子的旋转通常比第一转子快，工作流体在通道16内被离心力压缩，而在某种程度上在第一转子内，在热交换器18中热量被移走后，这种热是通过第一传热流体被输送出设备的。工作流体然后沿着外缘通道29传送，并在热交换器20里释放热，然后在导叶21中流体反离心力膨涨，再在热交换器22中增热到工作流体。膨胀后，工作流体沿着中间通道传送，并从热交换器20吸收热量，从而完成其工作周期。
图.3装置的运行是类似的，除了第二转子旋转通常比第一转子慢，并且如果需要的话，第二转子是可以保持静止的。请注意，如果第二转子保持静止，你就可以用脏水作为第二传热流体；通常情况下，在旋转的热交换器中，传热流体必须没有固体，它将由于离心力而聚集在热交换器中，并堵塞热交换器，而通过用固定的热交换器，就可以使用普通水，例如来自冷却塔的水。
在图.1的设备中，输入功率通常是给第二转子的，而第一转子可自由旋转。在这种用法中，要选择转子的直径、连同轴承中的摩擦损失，以规定两个转子之间所需的速差。随着第二转子转得更快，有必要力求工作流体保持循环。或者，通过在两个转子之间——就像齿轮箱——利用功率传输维持速差。在图.3的设备中，第二转子速度比第一转子的慢，而这里转子的直径是合适的，第二转子可以保持静止，提供工作流体力求的循环。
工作流体的热交换器20和46，采用离心力和不同的气体密度来在两个工作流体流之间获得热交换。外缘通道里的热气较轻，而热交换器褶皱之间的较冷的气体变冷，从而冷气体由于离心力而被较轻的气体取代。同样，在中间通道，中间的冷气体取代了褶皱之间的热气体。热交换器20可用其它类型的热交换器，包括导热管、片状的金属盘、和充有液体的翼形管。
如果需要的话，转子可以封装进一个真空罐中，以减少在转子外表面上的摩擦。工作流体热交换器20的使用将减少所需的转子速度，去获得两种传热流体之间所需的温差，然后在转子上降低摩擦损失，这可能使真空罐成为不必要的。
本装置可以做各种修改，并使用不同类型的热交换器。此外，工作流体的径向通道可以弯向不同方向，一种是在图.2所示21的坡面作为导叶。通过使用导叶斜坡和倾斜的通道，你可以调整工作流体和转子之间的变工量。喷嘴47通常定位成向后排放，以在第一转子上产生一定的转矩，而类似的喷嘴也可用在图.1所示设备的通道21中。另外，如果需要的话，图.1的热交换器22可以安装在一个固定的部件上，就像图.3所示的方式，而如果需要的话，热交换器18可被安装在转子12内。设备的各种部件是可以根据需要互换的。
声明
1. 在一台热泵里，其中可压缩的工作流体在第一流体通道内是径向地向外循环的，第一通道是包含在第一组件里的，而在第二流体通道内的径向内向是向着旋转的中心的，第二通道至少包含有第一和第二组件；第一和第二组件为同轴配置，其中至少有一个是以轴支承着旋转的；
第一和第二径向工作流体通道在它们各自的向外的端口通过一个外侧通道相通连接；而在它们各自的向内端口则通过一个内侧通道；径向的、外侧的和内侧的通道形成一个闭环，至少部分地延伸通过两个组件；工作流体适用于通过闭环进行循环；在伴有温度增加的闭环内对工作流体的压缩手段是通过离心力；用于冷却压缩后的工作流体的第一热交换手段的执行是通过组件之一；第二热交换装置通过组件之一执行；在内侧和外侧通道内的工作流体之间的回热热交换，和第三热交换装置是通过上述用于加热工作流体的组件执行的，这要在内侧和外侧通道内的工作流体之间进行了热交换后。
2. 声明1的热泵中，其中第一传热流体在第一热交换装置内的循环的散热，是通过第一热交换流体进入和离开组件的旋转中心附近的导管而进行的。
3. 声明1的热泵中，其中第二传热流体在第三热交换装置内的循环是通过进入和离开组件的旋转中心附近的导管而进行的。
4. 声明1的热泵中，其中两个组件都是转子。
5. 声明4的热泵中，其中的两个转子以不同的角速度旋转。
6. 声明1的热泵中，其中至少有一个组件是转子。
7. 声明6的热泵中，其中第二热交换装置包括多重褶皱。
8. 声明7的热泵中，其中第二热交换装置的配置如下。
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