用于轉(zhuǎn)換熱能的設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種設(shè)備(20)，用于借助機(jī)械能將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮埽粗嗳?，它包括一個(gè)可繞旋轉(zhuǎn)軸線(22)旋轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)子(21)，轉(zhuǎn)子(21)內(nèi)設(shè)有流動(dòng)通道，用于一種流過閉合循環(huán)過程的工質(zhì)，工質(zhì)為了增壓在壓縮裝置(23)內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線向外導(dǎo)引，以及為了降壓在膨脹裝置(24)內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(22)向內(nèi)導(dǎo)引，其中，設(shè)置至少一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在內(nèi)部的換熱器(1″)和至少一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在外部的換熱器(1′)，它們用于在工質(zhì)與熱交換介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換，所述換熱器(1′、1″)優(yōu)選地基本上平行于轉(zhuǎn)子(21)的旋轉(zhuǎn)軸線排列，以及，為了固定內(nèi)部換熱器(1″)和/或外部換熱器(1′)，所述轉(zhuǎn)子(21)有沿縱向支承內(nèi)部換熱器(1″)和/或外部換熱器(1′)的支承體(51)。
【專利說明】
用于轉(zhuǎn)換熱能的設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種設(shè)備，用于借助機(jī)械能將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，反之亦然，它包括一個(gè)可繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)有流動(dòng)通道，用于一種流過閉合循環(huán)過程的工質(zhì)，工質(zhì)為了增壓在壓縮裝置內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線基本上沿徑向向外導(dǎo)引，以及為了降壓在膨脹裝置內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線基本上沿徑向向內(nèi)導(dǎo)引，其中，設(shè)置至少一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在內(nèi)部的換熱器和至少一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在外部的換熱器，它們用于在工質(zhì)與熱交換介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換，所述換熱器優(yōu)選地基本上平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線排列。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知旋轉(zhuǎn)式熱栗或熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，在其中氣態(tài)工質(zhì)在一種閉合的熱動(dòng)力循環(huán)過程中運(yùn)行。
[0003]在W02009/015402A1中介紹了一種熱栗或熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，在其中工質(zhì)在轉(zhuǎn)子的管路系統(tǒng)中流過循環(huán)過程，其中包括工作步驟a)壓縮工質(zhì)，b)借助換熱器給工質(zhì)散熱，c)工質(zhì)膨脹，以及d)借助另一個(gè)換熱器向工質(zhì)供熱。工質(zhì)增壓或降壓通過離心加速完成，其中，工質(zhì)在壓縮機(jī)內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向向外流動(dòng)，而在膨脹裝置內(nèi)沿徑向向內(nèi)流動(dòng)。將熱量從工質(zhì)向換熱器的熱交換介質(zhì)排放，在管路系統(tǒng)的一個(gè)沿軸向或平行于旋轉(zhuǎn)軸線延伸的部分內(nèi)進(jìn)行，為這部分配設(shè)一種一起旋轉(zhuǎn)的、具有熱交換介質(zhì)的換熱器。此設(shè)備已經(jīng)有可能將機(jī)械能和低溫?zé)崮苡行мD(zhuǎn)換為高溫?zé)崮堋?br>[0004]實(shí)踐中對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性提出了高的要求，由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)備會(huì)遭受大的離心力。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，換熱器在其端側(cè)的端部區(qū)內(nèi)被夾緊。不利的是，按這種設(shè)計(jì)的換熱器在端部夾緊裝置之間的區(qū)域內(nèi)會(huì)彎曲，由此影響設(shè)備的穩(wěn)定性。此外由此也不能保證可靠工作。
[0006]在W098/30846A1中公開了一種按此類型用于轉(zhuǎn)換熱能的轉(zhuǎn)子設(shè)備。US3846302介紹了另一種泥槳熱處理設(shè)備。最后，US3258197涉及另一種冷卻裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]與此相對(duì)，本發(fā)明的目的在于，創(chuàng)造一種如前言所述那樣的用于轉(zhuǎn)換熱能的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它能可靠地承受設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的大的力。
[0008]在按本發(fā)明的設(shè)備中為達(dá)到此目的采取的措施是，為了固定內(nèi)部換熱器和/或外部換熱器，轉(zhuǎn)子有沿其縱向長度支承內(nèi)部換熱器和/或外部換熱器的支承體。
[0009]按本發(fā)明的設(shè)備利用旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的離心加速，以造成不同的壓力或溫度水平;在這里從壓縮的工質(zhì)提取或供給它高溫?zé)崃?，以及供給膨脹的工質(zhì)或從那里提取溫度較低的熱量。根據(jù)工質(zhì)的流動(dòng)方向，設(shè)備按選擇作為熱栗或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。在這里使用相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在內(nèi)部的換熱器以及至少一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在外部的換熱器，它們優(yōu)選地基本上平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線排列。內(nèi)部換熱器規(guī)定用于在溫度較低時(shí)的熱交換，而外部換熱器規(guī)定用于在溫度較高時(shí)的熱交換。優(yōu)選地，設(shè)置多個(gè)內(nèi)部換熱器和多個(gè)外部換熱器，它們分別布置為離旋轉(zhuǎn)軸線有相同的徑向距離。按本發(fā)明轉(zhuǎn)子有一個(gè)支承體，它沿?fù)Q熱器縱向在端側(cè)之間承受運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的徑向力支承內(nèi)部或外部換熱器。在本實(shí)施形式中轉(zhuǎn)子有一個(gè)支承體，它沿?fù)Q熱器縱向在端側(cè)之間承受運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的徑向力支承內(nèi)部或外部換熱器。有利地，換熱器借助支承體沿?fù)Q熱器長度方向基本上均勻地支承，從而沿?fù)Q熱器只產(chǎn)生小或無關(guān)緊要的彎曲。優(yōu)選地，全部換熱器都安裝在一個(gè)公共的支承體上，支承體作為轉(zhuǎn)子的組成部分設(shè)置為可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。由此能獲得一種特別穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，用它可以承受在設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的力。支承體可以由一個(gè)構(gòu)件或由多個(gè)沿?fù)Q熱器縱向間隔的構(gòu)件組成。
[0010]為了在設(shè)備運(yùn)行時(shí)將支承體保持為所述至少一個(gè)內(nèi)部換熱器的溫度，有利的是，所述至少一個(gè)外部換熱器在外管與支承體之間有用隔熱材料制的隔熱元件，其中，在內(nèi)部的換熱器沒有這種隔熱元件。為了保持低的絕對(duì)溫度，在正常運(yùn)行時(shí)有比內(nèi)部或近軸線的換熱器溫度高的外部或遠(yuǎn)離軸線的換熱器，可以通過具有比支承體熱導(dǎo)率低得多的尤其管狀隔熱元件與支承體隔熱。所述隔熱材料優(yōu)選地有拉伸強(qiáng)度為至少lOMpa，以避免受載屈月艮。此外，隔熱材料應(yīng)有與換熱器最高溫度相對(duì)應(yīng)的溫度穩(wěn)定性。為此，當(dāng)使用溫度最高至120°C時(shí)提供普通的聚碳酸酯。在溫度更高至約200°C時(shí)，可以使用尤其有填充料如石墨纖維或玻璃纖維的聚醚醚酮、尤其有不同填充料的聚酰胺、硬纖維材料或其他熱導(dǎo)率低的高溫材料。一方面通過支承體與外部換熱器隔熱，而另一方面在內(nèi)部換熱器旁沒有這種隔熱元件的情況下，內(nèi)部換熱器的溫度基本上對(duì)于支承體起決定性作用。由此有利地對(duì)支承體不造成或只造成較低的強(qiáng)度損失。尤其在使同鋁或鋁合金時(shí)達(dá)到這種效果，因?yàn)樗鼈兺ǔ＜s從50°C起便顯示強(qiáng)度下降。這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在支承體內(nèi)部形成較小的溫度梯度，因?yàn)橹敝羾@遠(yuǎn)離軸線的換熱器的隔熱層，基本上形成近軸線的換熱器的溫度。由此導(dǎo)致支承體內(nèi)較低的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)然，在溫度特別高的情況下也可以考慮，不僅遠(yuǎn)離軸線的換熱器，而且近軸線的換熱器，均借助隔熱元件與支承體隔熱。在這種情況下，可以設(shè)計(jì)為主動(dòng)冷卻的支承體(例如通過水冷、熱輻射或?qū)α?，目的是防止影響支承體的強(qiáng)度。
[0011]按優(yōu)選的實(shí)施形式，支承體尤其用鋁制成的鑄件，在這里優(yōu)選地使用高強(qiáng)度鋁合金，例如AlCu4Ti?；阡X高的熱導(dǎo)率，至少在內(nèi)部換熱器旁設(shè)置隔熱元件是有利的。
[0012]作為替代方式，支承體可以由(例如貝茵體)鑄鐵制成。基于低的熱導(dǎo)率，所以對(duì)于如此制成的支承體可以取消遠(yuǎn)離軸線的換熱器隔熱元件。由于在高溫下低的強(qiáng)度下降，這種支承體非常適合在高溫下使用。
[0013]此外，支承體也可以在使用焊接的情況下用鋼制造，這種實(shí)施方案在有較高強(qiáng)度特性的同時(shí)，尤其帶來成本優(yōu)勢(shì)。焊接式支承體另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，幾乎不限制尺寸比例。在這里可考慮至少4m的轉(zhuǎn)子直徑。這種方案還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，亦即基于鋼低的熱導(dǎo)率，可以省去在外部換熱器那里的隔熱元件。
[0014]此外，支承體可以用纖維復(fù)合材料制成，這些材料有利地非常輕，而且有高的剛度。
[0015]此外，支承體還可以用半成品組合而成，此時(shí)可以使用例如鋁板與鋁管和/或鋼板與鋼管。在這里可以使用所有能提供板狀或管狀半成品的材料。這種實(shí)施形式的優(yōu)點(diǎn)在于，基于直接使用半成品所以無需再加工，基本上可以避免在(例如在焊接時(shí)那樣的)高溫下強(qiáng)度損失。
[0016]對(duì)于承受離心力有利的是，支承體有多個(gè)基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線并沿旋轉(zhuǎn)軸線方向間隔排列的板狀元件，它們有用于支承換熱器的孔。板件可以有切口或凹槽，以降低支承體的重量和/或改變板件的剛度。這可以有利地用于，在過渡到可能有大重量的邊緣區(qū)時(shí)達(dá)到均勻的變形。這些板件優(yōu)選地等距排列。優(yōu)選地，板狀元件設(shè)計(jì)為圓盤形。在這種實(shí)施形式中，在板之間的換熱器基于離心加速度小量彎曲，并產(chǎn)生換熱器必須承受附加的彎曲應(yīng)力。然而這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，在用半成品制造時(shí)可以在原材料中達(dá)到高的強(qiáng)度。此外，這種實(shí)施形式還有利的是，換熱器可以在外側(cè)有支承管，它有沿周向延伸的凹槽用于安裝板狀元件。由此有利地可以承受剪力。
[0017]按一種作為替代的實(shí)施形式，作為支承體采用沿旋轉(zhuǎn)軸線方向延伸的成型件，它有具有至少一個(gè)內(nèi)孔的內(nèi)部元件，內(nèi)孔用于所述至少一個(gè)內(nèi)部換熱器，以及有至少一個(gè)具有至少一個(gè)外孔的外部元件，外孔用于所述至少一個(gè)外部換熱器。在配置至少兩個(gè)外部或兩個(gè)內(nèi)部換熱器時(shí)，這種成型件設(shè)計(jì)為相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
[0018]對(duì)于受力特別有利的是，內(nèi)部元件和外部元件通過基本上沿徑向延伸的連接腹板互相連接。
[0019]為了在成型件內(nèi)降低或均勻分布應(yīng)力，有利的是設(shè)置多個(gè)外部元件，其中，優(yōu)選地在內(nèi)部元件與每個(gè)外部元件之間正好設(shè)置兩塊連接腹板。優(yōu)選地，連接腹板與外部元件星形地圍繞內(nèi)部元件排列。對(duì)于傳力有利的是，在連接腹板之間的距離沿徑向向外連續(xù)增大。作為替換或附加的方式，連接腹板的寬度可以沿徑向向外減小。
[0020]為了達(dá)到特別穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)有利的是，支承體的所述至少一個(gè)外部元件設(shè)計(jì)為外部換熱器的圓柱形安裝座。作為替換方式，所述安裝座可以向內(nèi)局部敞開?；诜黔h(huán)形地支承遠(yuǎn)離軸線的換熱器，所以在鑄造時(shí)可以取消每個(gè)換熱器的型芯。此外可以改善將力傳入遠(yuǎn)離軸線的換熱器，由此可以降低基于離心力的應(yīng)力。
[0021]此外在一種優(yōu)選的實(shí)施形式中規(guī)定，支承體有一個(gè)圍繞外部元件的圓柱形框圈。在這里，外部元件固定在圓柱形框圈的內(nèi)側(cè)。通過圓柱形外套，顯著減小在設(shè)備旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)時(shí)的摩擦損失。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子在一個(gè)環(huán)境壓力低于50mbar絕對(duì)壓力，尤其低于5mbar絕對(duì)壓力的空間內(nèi)運(yùn)行。
【附圖說明】
[0022]下面借助附圖表示的優(yōu)選實(shí)施例說明本發(fā)明，然而本發(fā)明不應(yīng)僅限于這些實(shí)施例。其中:
[0023]圖1表示通過按本發(fā)明的轉(zhuǎn)子設(shè)備用于傳輸熱能的換熱器橫截面，其中在內(nèi)管與外管之間設(shè)傳熱管；
[0024]圖2表不圖1所不換熱器的局部放大圖；
[0025]圖3表示按圖1或圖2的換熱器另一個(gè)局部放大圖，其中尤其可看到傳熱管的板片；
[0026]圖4表示用擠壓法制造的傳熱管一種替代性實(shí)施形式，此傳熱管規(guī)定設(shè)置在按圖1至3的換熱器內(nèi)；
[0027]圖5表不圖4所不傳熱管一種經(jīng)修改的實(shí)施形式，其中板片的表面波紋狀彎曲；
[0028]圖6表不圖5所不傳熱管局部放大圖；
[0029]圖7表示旋轉(zhuǎn)設(shè)備局部圖，它用于將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，其中工質(zhì)在轉(zhuǎn)子內(nèi)流過閉合的循環(huán)過程；
[0030]圖8表不圖7所不設(shè)備另一個(gè)視圖；
[0031]圖9表示在換熱器的區(qū)域內(nèi)通過設(shè)備一種替代性實(shí)施形式的縱剖面圖，其中示意表示工質(zhì)的流動(dòng)和熱交換介質(zhì)的流動(dòng)(在這里對(duì)流或逆流);
[0032]圖10表示設(shè)備在換熱器區(qū)域內(nèi)的局部放大圖；
[0033]圖11表示設(shè)備在環(huán)狀間隙區(qū)域內(nèi)的剖視圖，環(huán)狀間隙用于工質(zhì)在進(jìn)入換熱器前進(jìn)行環(huán)流；
[0034]圖12表示換熱器傳熱管一種實(shí)施形式的透視圖，其中外板片的端面沿流動(dòng)方向看向前傾斜；
[0035]圖13表示分配器的透視圖，借助它將熱交換介質(zhì)的直線流動(dòng)分成許多環(huán)狀排列的支流；
[0036]圖14表示按圖13的分配器不同的剖視圖；
[0037]圖15表示設(shè)備的一種實(shí)施形式，其中為了支承換熱器設(shè)置一個(gè)具有多個(gè)板狀元件的支承體；
[0038]圖16表示支承體與其中支承的換熱器局部圖；
[0039]圖17表示支承體另一種實(shí)施形式的透視圖，它有一些基本上平行延伸的連接腹板；
[0040]圖18表示支承體另一種實(shí)施形式的視圖，它有沿轉(zhuǎn)子徑向延伸并因而向外擴(kuò)散的連接腹板；
[0041 ]圖19表示支承體另一種實(shí)施形式的透視圖；以及
[0042]圖20表示支承體另一種實(shí)施形式的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]圖1表示換熱器I安裝在旋轉(zhuǎn)設(shè)備20內(nèi)，設(shè)備20用于借助機(jī)械能轉(zhuǎn)換熱能，反之亦然(參見圖7、8)。換熱器I有內(nèi)部縱向元件2和圍繞內(nèi)部縱向元件2的外管3。采用空心內(nèi)管4作為內(nèi)部縱向元件2。外管3和內(nèi)管4相對(duì)于縱向延伸的中心軸線5同軸排列。在內(nèi)管4與外管3之間設(shè)置傳熱管6，它同軸于外管3或內(nèi)管4沿?fù)Q熱器I縱向延伸。傳熱管6有壁7，它有外表面8和內(nèi)表面9，從它們伸出外板片10或內(nèi)板片11。板片10、11沿傳熱管6縱向延伸軸線5的方向延伸。外板片1從外表面8沿徑向向外，一直伸到外管3的內(nèi)表面12。內(nèi)板片11從傳熱管6壁7的內(nèi)表面9，一直挺進(jìn)到內(nèi)管4的外表面13。因此，傳熱管6保持在內(nèi)管4與外管3之間，其中，外板片10支承在外管3上，而內(nèi)板片11則支承在內(nèi)管4上。在外板片10之間構(gòu)成空隙14，它們形成用于第一種熱交換介質(zhì)的換熱通道15。按相應(yīng)的方式，在內(nèi)板片11之間的空隙16形成用于第二種熱交換介質(zhì)的換熱通道17。
[0044]由圖1還能看出，設(shè)置許多，例如250個(gè)外板片1或內(nèi)板片11，從而按規(guī)則的角向距離，沿傳熱管6周向構(gòu)成間隔的、用于第一種熱交換介質(zhì)的外換熱通道15，或用于第二種熱交換介質(zhì)的內(nèi)換熱通道17。恰當(dāng)?shù)氖?，絕對(duì)壓力較低的熱交換介質(zhì)在外板片10之間的外換熱通道15中流動(dòng)，而壓力高得多的第二種熱交換介質(zhì)可以通過內(nèi)板片11之間的內(nèi)換熱通道17流動(dòng)。
[0045]傳熱管6的兩側(cè)支承，使得在傳熱管6壁7的區(qū)域內(nèi)由于壓差引起的應(yīng)力，能夠通過外板片10傳遞給外管3。反之，若壓力較高的熱交換介質(zhì)在外換熱通道15中流動(dòng)，則傳入壁7內(nèi)的力便能通過內(nèi)板片11傳遞給內(nèi)管4。由此獲得傳熱管6的一種在機(jī)械上非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)施熱交換介質(zhì)之間最佳的薄壁式熱傳導(dǎo)。在圖1所示的實(shí)施形式中，傳熱管6壁7的壁厚s與外管3壁厚Y之比大約等于0.2。此外，傳熱管6壁厚s與內(nèi)管4壁厚s〃之比約為0.3。傳熱管6的這種薄壁設(shè)計(jì)允許高效率傳熱，由此尤其還能縮短換熱器沿縱向的尺寸，這例如在借助圖7和8說明的實(shí)施形式中業(yè)已證明是有利的。
[0046]尤其由圖2可以看出，外板片10有高度h，亦即沿徑向的尺寸，它優(yōu)選地大于內(nèi)板片11的高度V。在一種恰當(dāng)?shù)膶?shí)施形式中，外板片10的高度h與內(nèi)板片11高度V之比值在0.2與5之間，這取決于流體、質(zhì)量流量和壓力。此外由圖3還可以看出，構(gòu)成外換熱通道15的空隙14有寬度b約為1_。在內(nèi)板片11之間的空隙16寬度I/，優(yōu)選地相應(yīng)于空隙14的寬度b。
[0047]為了適用于傳力，傳熱管6用一種彈性模量小于外管3或內(nèi)部縱向元件2彈性模量的材料制成。優(yōu)選地，傳熱管3用鋁或銅合金制造。為了達(dá)到高的剛度，外管3或內(nèi)部縱向元件2用高強(qiáng)度鋼合金制成。在圖1至3中表示的外或內(nèi)板片10或11恰當(dāng)?shù)夭捎勉娤鳎顾鼈冊(cè)陬A(yù)制時(shí)能具有高精度地加工。
[0048]圖4或5和6分別表不換熱管6的一種替代性實(shí)施形式，它尤其用擠壓法生產(chǎn)。在這種實(shí)施形式中，內(nèi)板片11的壁厚a或外板片10的壁厚a'沿徑向向內(nèi)或沿徑向向外漸減。因此，板片10、11沿周向的尺寸在與傳熱管6壁7相連處最大，隨著與壁7距離增大連續(xù)減小。在圖示的實(shí)施例中，將外板片10或內(nèi)板片I的棱邊修圓。
[0049]在圖5和6中表示的換熱管6實(shí)施形式中，外板片10和內(nèi)板片11有制成一定輪廓形狀的表面，它有沿縱向延伸軸線5方向延伸的谷19'或峰19"，從而獲得一種波紋狀曲線。以此方式，顯著增大可供換熱器使用的熱交換面積。
[0050]圖7和8表示換熱器I在設(shè)備20中的配置，設(shè)備20用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能，反之亦然，它尤其作為熱栗運(yùn)行。在AT505532B1中介紹了這種設(shè)備20，不過它具有另一種類型的換熱器。
[0051 ]設(shè)備20包括轉(zhuǎn)子21，它能借助(圖中沒有表示的)發(fā)動(dòng)機(jī)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線22旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子21內(nèi)設(shè)有流動(dòng)通道，用于一種流過閉合循環(huán)過程的工質(zhì)，例如惰性氣體。轉(zhuǎn)子21有壓縮裝置23和膨脹裝置24，它們構(gòu)成一個(gè)管路系統(tǒng)。工質(zhì)在壓縮裝置23沿徑向延伸的壓縮管25內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線22沿徑向向外流動(dòng)，在此過程中工質(zhì)基于離心加速度被壓縮。相應(yīng)地，為了降壓，工質(zhì)在膨脹裝置24的膨脹管26內(nèi)基本上沿徑向內(nèi)導(dǎo)引。壓縮裝置23和膨脹裝置24，通過管路系統(tǒng)沿軸向延伸的區(qū)段互相連接，在這些區(qū)段內(nèi)用熱交換介質(zhì)，例如水，進(jìn)行熱交換。為此目的，設(shè)置外部換熱器I/和內(nèi)部換熱器1〃，在這些換熱器內(nèi)，在壓縮管25中被壓縮的工質(zhì)將熱量排放給第一種溫度的熱交換介質(zhì)，或在膨脹管26中經(jīng)膨脹的工質(zhì)從第二種溫度的熱交換介質(zhì)接受熱量。因此，利用作用在工質(zhì)上的離心加速度，造成不同的壓力水平或溫度水平。從壓縮的工質(zhì)提取高溫?zé)崃?，而將溫度較低的熱量供給膨脹的工質(zhì)。
[0052]換熱器I'或1〃通過管路27、28或29互相液體導(dǎo)通地連接。熱交換介質(zhì)通過靜態(tài)分配器32的進(jìn)口 31輸入管路系統(tǒng);然后借助一起旋轉(zhuǎn)的分配器33通過管路27將熱交換介質(zhì)供給換熱器V，它在其中被加熱后通過管路28返回一起旋轉(zhuǎn)的分配器33。然后，加熱的傳熱介質(zhì)經(jīng)過靜態(tài)分配器32或出口輸入熱循環(huán)中。
[0053]換熱器1〃冷卻的熱交換介質(zhì)通過靜態(tài)分配器35的進(jìn)口34流動(dòng)，借助另一個(gè)一起旋轉(zhuǎn)的分配器36，在隨同旋轉(zhuǎn)的管路39內(nèi)向低壓換熱器1〃輸送，在那里熱量向氣態(tài)工質(zhì)排放。接著，熱交換介質(zhì)通過一起旋轉(zhuǎn)的分配器33供給靜態(tài)分配器35，以及最終經(jīng)出口離開設(shè)備
20 ο
[0054]為實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)傳熱，換熱器I'或1〃通過借助圖1至6表示的換熱器I提供，其中作為第二種熱交換介質(zhì)采用工質(zhì)，作為第一種熱交換介質(zhì)采用這種熱交換介質(zhì)。在圖示的實(shí)施形式中，工質(zhì)和熱交換介質(zhì)在換熱通道15或17內(nèi)對(duì)流或逆流，其中，在換熱器V、1〃內(nèi)能保證熱交換介質(zhì)恰當(dāng)回饋。
[0055]圖9表示在換熱器I的區(qū)域內(nèi)通過設(shè)備20—種替代性實(shí)施形式縱剖面圖，其中示意表示工質(zhì)的流動(dòng)2(Τ和熱交換介質(zhì)的流動(dòng)20"。圖10表示換熱器I局部放大圖。據(jù)此，換熱器I在內(nèi)管4的中央空腔37中有拉桿38 ο頭部3V固定在拉桿38從內(nèi)管4伸出的端頭上，它覆蓋換熱器I端側(cè)。
[0056]由圖9還可以看出，設(shè)備20還有工質(zhì)輸入管39。輸入管39與環(huán)狀間隙40連接，在此間隙40內(nèi)，將輸入管39中的直線流動(dòng)轉(zhuǎn)換為工質(zhì)圍繞換熱器I縱軸線的環(huán)形流動(dòng)(參見圖11)。在圖示的實(shí)施形式中，在拉桿38從內(nèi)管伸出的端頭外表面與頭部38'內(nèi)壁之間形成環(huán)狀間隙40。此外，換熱器I沿流動(dòng)方向在環(huán)狀間隙40后還有一個(gè)同樣是環(huán)狀的空腔41，在此空腔41內(nèi)進(jìn)行從環(huán)形流動(dòng)過渡為在內(nèi)換熱通道17中沿徑向流動(dòng)。
[0057]如圖12所示，傳熱管6在外板片10端面42之間有熱交換介質(zhì)進(jìn)口43。這些進(jìn)口 43與熱交換介質(zhì)的輸送裝置44連接。在圖示的實(shí)施形式中，外板片10的端面42沿流動(dòng)方向看向前傾斜。在外板片10端面42與傳熱管6縱軸線之間的最佳角度，優(yōu)選地根據(jù)流速選擇。當(dāng)流速小于每秒2米(m/s)時(shí)，可以選擇大于45°較陡的角度。在速度大于2m/s時(shí)，較平緩的角度是有利的。通常基于限制位置需求應(yīng)優(yōu)選平緩的角度，尤其45°角。
[0058]如由圖9、10，尤其還參見圖13、14可看出的那樣，挨熱器I在外換熱通道15的進(jìn)口43與熱交換介質(zhì)輸送裝置44之間有分配器45，用于將輸送裝置44內(nèi)的熱交換介質(zhì)流，沿傳熱管6周向分成許多支流。分配器45有多個(gè)由圓弧形分配元件46組成的、可連續(xù)通流的級(jí)。分配元件46分別有兩個(gè)通孔47，用于熱交換介質(zhì)穿過并進(jìn)入下一級(jí)分配元件46中，所以同一級(jí)的分配元件46平行或均勻通流。在圖示的實(shí)施形式中，每個(gè)通孔47正好與一個(gè)相對(duì)于通孔47基本上對(duì)稱排列的分配元件46連接。在這里，通孔47設(shè)置在圓弧形分配元件46的對(duì)置端。
[0059]由圖13、14還可以看出，沿流動(dòng)方向觀察分配元件46的長度逐級(jí)減小。圖14a至圖14f表示通過分配器45各級(jí)的剖視圖，其中，圖14a表示分配器45的進(jìn)口側(cè)，而圖14f表示分配器45出口側(cè)。在圖示的實(shí)施形式中，沿流動(dòng)方向看的第一個(gè)分配元件46呈半圓形，下一級(jí)的分配元件46由相應(yīng)地較短的弧形元件構(gòu)成。在分配器45出口側(cè)的分配元件46設(shè)置為形成一個(gè)圓環(huán)狀出口面48，它有一些角向間距基本相同的出口 49。這些出口 49沿流動(dòng)方向直接設(shè)置在外換熱通道15的進(jìn)口 43前?；诜峙湓?6對(duì)稱布局，所以熱交換介質(zhì)在輸送裝置44與分配器45出口 49之間基本上經(jīng)過相同的流徑。此外由圖14還可以看到固定裝置50，分配元件46借助它相互保持處于規(guī)定的位置。
[0060]圖15表示部分設(shè)備20，其中可看到相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在內(nèi)部的換熱器1〃之一和相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在外部的換熱器V之一。換熱器V、1〃的縱軸線基本上平行于轉(zhuǎn)子21的旋轉(zhuǎn)軸線排列。
[0061]由圖15還可以看出，轉(zhuǎn)子21有一個(gè)公共的支承體51，用于固定內(nèi)部換熱器1〃和外部換熱器V。按圖15，支承體51有多個(gè)基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線排列、沿旋轉(zhuǎn)軸線方向間隔的板狀元件52(也可參見圖16)，它們有用于穿過換熱器V、1〃的孔。在這里，換熱器V、1〃被支承管53包套，所述支承管53有用于支承板狀元件52的凹槽54(Abstufungen)。
[0062]由圖15還可以看出，外部換熱器V在外管3與支承體51之間分別有一個(gè)用隔熱材料制的隔熱件55。與此相對(duì)，在內(nèi)部的換熱器1〃沒有這種隔熱元件，所以在運(yùn)行時(shí)支承體51基本上形成內(nèi)部換熱器1〃的溫度。
[0063]圖17表示支承體51—種替代性實(shí)施形式，按圖17它設(shè)計(jì)為相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的成型件56。成型件56有一個(gè)具有多個(gè)內(nèi)孔58的內(nèi)部元件57，這些內(nèi)孔58用于容納內(nèi)部換熱器1〃，以及有多個(gè)外部元件59，它們有用于容納外部換熱器V的外孔60。按圖17，作為外部元件59采用沿周向閉合的、包圍外孔60的圓柱形安裝座5Y。
[0064]由圖17、18可以看出，內(nèi)部元件57正好通過兩個(gè)沿徑向延伸的連接腹板61與每個(gè)外部元件59互相連接。在連接腹板61之間的距離有利地沿徑向向外增大(參見圖18)。連接腹板的壁厚有利地沿徑向減小。在按圖18的實(shí)施形式中，外部元件59通過焊接與連接腹板61連接。除此之外，在連接腹板61與內(nèi)部元件57之間也采用焊接62。也可以取代焊接62采用形狀配合式連接，例如錘頭或燕尾槽榫連接。
[0065]圖19表示支承體51的一種作為替代的實(shí)施形式，其中，外部元件59有朝內(nèi)部元件57方向敞開的外孔60。
[0066]圖20表示支承體51另一種實(shí)施形式，按圖20它有一個(gè)固定在外部元件59外側(cè)的圓柱形框圈63。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種設(shè)備(20)，用于借助機(jī)械能將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，反之亦然，它包括可繞旋轉(zhuǎn)軸線(22)旋轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)子(21)，在轉(zhuǎn)子(21)內(nèi)設(shè)有流動(dòng)通道，用于一種流過閉合循環(huán)過程的工質(zhì)，工質(zhì)為了增壓在壓縮裝置(23)內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線基本上沿徑向向外導(dǎo)引，以及為了降壓在膨脹裝置(24)內(nèi)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(22)基本上沿徑向向內(nèi)導(dǎo)引，其中，設(shè)置至少一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在內(nèi)部的換熱器(1〃)和至少一個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線在外部的換熱器(V )，它們用于在工質(zhì)與熱交換介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換，所述換熱器(V、1〃)優(yōu)選地基本上平行于轉(zhuǎn)子(21)的旋轉(zhuǎn)軸線排列，其特征為:為了固定內(nèi)部換熱器(I")和/或外部換熱器(10，所述轉(zhuǎn)子(21)有沿其縱向長度支承內(nèi)部換熱器(1〃)和/或外部換熱器(1Q的支承體(51)。2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征為，所述至少一個(gè)外部換熱器(10在外管(3)與支承體(51)之間有用隔熱材料制的隔熱元件(55)，而在內(nèi)部的換熱器(1〃)沒有這種隔熱元件(55)。3.按照權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征為，支承體(51)有多個(gè)基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線并沿旋轉(zhuǎn)軸線方向間隔排列的板狀元件(52)，它們有用于支承換熱器的孔。4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的設(shè)備，其特征為，作為支承體(51)采用沿旋轉(zhuǎn)軸線方向延伸的成型件(56)，它有具有至少一個(gè)內(nèi)孔(58)的內(nèi)部元件(57)，內(nèi)孔(58)用于所述至少一個(gè)內(nèi)部換熱器(1〃)，以及有至少一個(gè)具有至少一個(gè)外孔(60)的外部元件(59)，外孔(60)用于所述至少一個(gè)外部換熱器(V )。5.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征為，內(nèi)部元件(57)和外部元件(59)通過基本上沿徑向延伸的連接腹板(61)互相連接。6.按照權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其特征為，設(shè)置多個(gè)外部元件(59)，其中，優(yōu)選地在內(nèi)部元件(57)與每個(gè)外部元件(59)之間正好設(shè)置兩塊連接腹板(61)。7.按照權(quán)利要求4至6之一所述的設(shè)備，其特征為，支承體(51)的所述至少一個(gè)外部元件(59)設(shè)計(jì)為用于外部換熱器(V )的圓柱形安裝座(59')。8.按照權(quán)利要求4至7之一所述的設(shè)備，其特征為，支承體(51)有圍繞所述至少一個(gè)外部元件(59)的圓柱形框圈(63)。
【文檔編號(hào)】F25B3/00GK105934640SQ201580006000
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日
【發(fā)明人】B.阿德勒, S.里普爾
【申請(qǐng)人】伊科普技術(shù)有限責(zé)任公司