[发明专利]自第一介质到第二介质传递热量的工艺和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种从相对冷的第一介质到相对热的第二介质传递热量的工艺和装置。 

背景技术

在目前的动力设备(power plants)中，使用高温源和低温源(吸热设备)通过卡诺循环(carnot cycle)或“蒸汽循环”产生功。在实践中，高温介质，代表性的是过热蒸汽，被馈送给涡轮机产生功，并且过热蒸汽随后被冷凝，然后冷凝的蒸汽被(过度)加热并且再次馈送给涡轮机。即，根据热力学第一定律，高温介质中包含的热量与低温源吸收的热量的差被转换为功。

在高温源和低温源之间的温度差较高时，更多的热量可以被转换为功，并且该工艺的效率被提高。通常，环境(大地)作为低温源(吸热设备)，而高温介质通过燃烧矿物燃料或通过核裂变产生。

DE 3238567涉及产生加热和冷却的温度差的装置。在外力的影响下，在气体中形成温度差。通过使用离心力和借助高分子量的气体，这种效应被增加到对技术使用关心的程度。

WO 03/095920涉及传输热能的方法，其中热能经由第一热交换器(4，4a，4b)被传输到旋转离心机的内腔室(3)，在此内腔室(3)中提供气态能量传递介质，并且其中热量经由第二热交换器(5，5a，5b)从离心机(2)中排出。通过在转子(12)内提供平衡状态的气态能量传输介质和通过在向外方向径向定向热流，可以相当大地减少所使用的能量的量。对于WO03/095920中的发明，对流被阻止是必要的(第2页，最后一句)。

US 3902549涉及被安装用于高速旋转的转子。热能的源位于其中心，而热交换器位于其周边。提供腔室，其容纳气态材料，根据 气态材料在腔室中的位置，气态材料可以接收来自热能的源的热量或产生到热交换器的热量。

发明内容

本发明的目标是提供高效产生高温介质的工艺。

为此目的，根据本发明的工艺包括如下步骤：

围绕旋转轴旋转包含的大量的可压缩流体，从而在所述流体中产生径向温度梯度，及

通过距离旋转轴相对远的部分流体中的流体加热第二介质，其中所述可压缩流体所处的压强超过2巴。

在一方面，本发明进一步包括：通过位于旋转轴的部分中的流体或距离旋转轴相对近的部分中的流体从第一介质中提取热量的步骤，即冷却。

因此获得的热介质和冷介质可以通过例如卡诺循环或“蒸汽循环”，然后被用来加热或冷却建筑物或发电。

如果沿径向限定的流体的分段完全被混合以在这些分段中获得至少基本不变的熵，从而改进流体中的热传导，则根据本发明的该工艺的效率可以进一步被提高。

此外，热传导随着流体的压强和密度而增长，从而效率随着流体的压强和密度而增长。因此，压强优选超过10巴(旋转轴上的压强)。优选周围的压强与旋转轴的压强之比超过5，更优选其超过8。

本发明进一步涉及从第一相对冷的介质到第二相对热的介质传递热量的装置，其包括：可旋转地安装在框架中的不漏气滚筒，及

第一热交换器，其安装在距离滚筒的旋转轴相对远的滚筒内部，例如被安装在滚筒的内壁中，其中所述滚筒包含可压缩流体，并且所述装置被设置为在压强超过2巴的所述流体中工作。

在本发明的一个方面，该装置包括第二热交换器，其位于旋转轴上或距离旋转轴相对近的位置。

在另一个方面，该装置包括一个或多于一个至少基本圆柱形并且同轴的壁，其沿径向将滚筒的内部分隔成多个隔间。

在另一个方面，至少一个热交换器被耦合到循环环路以产生功。另一个循环环路可以包括蒸发器或过热器、冷凝器和热机，其中蒸发器或过热器被热耦合到高温热交换器，冷凝器被热耦合到低温热交换器。环境一般充当吸热设备，但是如果循环环路的工作温度足够低，其也可以作为高温源。

在又一个方面，可压缩流体是气体，并且优选实质上包含或包括原子序数(Z)≥18的单原子元素，诸如氩，优选Z≥36，诸如氪和氙。

本发明是基于这样的见识：尽管在等熵柱中，热量一般从较高的熵流到较低的熵，从而从较高温度流到较低温度，但是位于重力热场中的可压缩流体也从较低的熵流到较高的熵。在地球大气中，这种效应将垂直温度梯度从计算的10℃/km降低到6.5℃/km。水力发电基于相同的原理。

被降低的热阻进一步增强从较低温度到较高温度的热流。