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设计成将环境热能转变成有用能量的设备
    技术领域 本发明涉及一种设计成将在给定环境中可用的热能转变成有用能量的设备。 本发 明还涉及采用这种用于将在给定环境中可用的热能转变成有用能量的设备的过程。
     发明内容 权利要求 1 中限定了根据本发明的设备。权利要求 2 至 4 中限定了其他实施例。
     权利要求 5 至 8 中限定了采用根据本发明的设备的过程。
     如将要示出的， 所述过程和设备使用在设备空腔中的加压流体作为从周围环境接 收热能且传送该热能以转变成有用形式的介质。 置于离心条件下的流体至少对过程的一部 分为气态， 通过该部分， 流体将其存储的能量的一部分向外传送以用于转化和有益的使用。
     在每次循环中 ( 该循环为系统的流体质量 m 的一部分穿过整个系统的指定流动路 径回到其在循环开始时的初始位置的过程 )， 流体通过在系统的外部做功的能量输出的损
     失而变冷， 并且通过从周围环境接收热而被再加热， 从而导致环境的冷却。
     所述过程和设备的尺寸和能量生产等级可以在从非常小到非常大的范围内， 由此 扩大使用的环境和种类。另外， 所述过程和设备能够以多种方式构造以适于各个特定选择 的用途。
     因此， 呈现在该申请中的材料、 结构、 尺寸、 部件和构型是使所述过程和设备工作 所必要的需求的代表， 而非绝对的选择。借助于示例的细节用于提供充分的内容以呈现实 际的过程和设备的有效性。 附图说明
     将参照附图更详细地描述本发明的设备和过程。
     图 1 是本发明的第一实施例的内转子的轴向横截面图 ；
     图 2 是整体设备的示意性轴向横截面图 ；
     图 3 是内转子的立体图 ；
     图 4 和图 5 是设备的立体局部示意图和横截面局部示意图 ；
     图 6 是密封裙的立体图 ；
     图 7 是带有其控制电机的密封裙的正视图 ；
     图 8 是滑动式电连接器的局部立体图 ；
     图 9 是推进器 - 发电机 - 负载连接的示意描述 ；
     图 10 是本发明的第二实施例的内转子和外壳体的轴向横截面图 ；
     图 11 描绘了较冷 / 较热环境区域的实际连接的示意性示例。 具体实施方式
     设备由三个主要元件形成 ：
     - 内转子， 下文中也称为 IR ；- 外壳体， 具有 / 不具有附加罩壳， 下文中也称为 OS ；
     代表各种外部单元的外部单元为较大组件的一部分， 为本申请的目标的所述设备 和过程是该较大组件的一个组分。 外部单元包括电负载、 监视器和控制部件， 下文中也称为 EU。内转子 IR 是在 OS 内的与 OS 以真空分隔开的旋转结构， 并且由 OS 在两个支承表面 19、 38( 图 1) 上支承。
     IR 的主结构由三个部件形成， 这三个部件围绕它们的共同旋转轴线一个在另一个 的内部地彼此固定。构成 IR 的外皮的外圆筒 1 是中空的、 封闭的圆筒。其由导热材料 ( 通 常为诸如铝或钢的金属 ) 制成， 该导热材料足够厚以承受由在其内部的位于空腔 4、 5、 6中 的流体所施加的相对于在其外部的位于其自身与 OS 之间的真空条件的压力。
     外圆筒 1 的电磁吸收 / 交互行为 ( 下文中为 “颜色” ) 使得允许尽可能多地吸收最 大范围光谱的电磁辐射， 以便接收从 OS 通过真空的热辐射并将其传送到位于空腔 4、 5( 空 腔 6 为热绝缘 ) 中的流体内。
     环形热交换翅片 23 围绕外圆筒 1 固定在外圆筒 1 的外部， 这些翅片 23 为相同的 材料和颜色， 并以导热的方式固定在外圆筒 1 上。 垂直于外圆筒 1 的表面且垂直于外圆筒 1 的轴线的这些翅片的作用在于增大 OS 的辐射电磁能从其中穿过的交换面积——由此允许 将来自 OS 周围的热能以尽可能有效的且很少阻塞的、 很少折射的方式一路传输到位于非 绝缘的空腔 4、 5 中的流体内——作为其热能源。
     与这些翅片 23 相对， 热交换翅片 21 附接至外圆筒 1 的内表面， 这些翅片 21 垂直 于外圆筒 1 的表面且平行于其轴线。这些翅片沿外圆筒 1 的长度延伸并以如下方式向其底 部上的中心集中 ： 翅片没入到流体内， 该流体在常规操作期间以尽可能小的流动阻力在空 腔 4 和 5 中从基部向基部地流动。平行于空腔 4、 5 中的流体的流型的这些翅片 21 由与外 圆筒 1 相同的材料制成， 为相同的颜色， 并且以导热的方式附接至外圆筒 1。它们的目的是 增大在外圆筒 1 与外圆筒 1 内的流体之间的热交换面积。
     电机 17 装配在外圆筒 (1) 的非绝缘基部上并且定心在外圆筒 (1) 的轴线上， 该电 机 17 使其装配在套筒 20 中的转子 18 固定在外壳体的支承表面 19 上。
     该电机具有使 IR 相对于 OS 旋转的用途并且绝对而言作为离心机。电机 17 以导 热的方式装配至外圆筒 1， 以允许在其内部的热损失 ( 因摩擦和电阻损失 ) 尽可能有效地回 到空腔 5 内的流体中。
     套筒 20 允许沿轴线的运动， 以容许温度相关的膨胀 / 收缩， 但是不允许在其内部 的转子 18 旋转。这允许转子所需的对抗力以使得其能够产生旋转。
     支承杆 34 在外圆筒 1 的轴线上且平行于该轴线固定在外圆筒 1 的其他基部上。 支 承杆 34 以如下方式保持在固定至 OS 的支承表面 38 的轴承 37 内 ： 其允许自由的最小摩擦 旋转运动， 但没有沿支承杆 34 的运动。电绝缘圆筒 45 围绕中空的支承杆 34 固定， 支承杆 34 穿过该圆筒 45。该圆筒 45 具有置于其表面上的若干个环形的导电轨道 47。这些轨道中 的每一个都电连接至以其它方式绝缘的导体， 该导体穿过支承杆 34 进入到外圆筒 1 内， 使 得对于在外圆筒 1 的内部与外部之间的任意流动紧密密封。
     同样中空且由电绝缘材料制成的第二圆筒 35 围绕圆筒 45 放置， 并且通过支承 / 导体通路密封通路 36 固定到 OS 上。各自压靠对应的导电环的导电刷 46 固定在该圆筒 35 的内部。这以如下方式进行 ： 当 IR 在 OS 内旋转时， 持续地维持在从 IR 连接至环的导线与连接至电刷的电导体之间的导电性。为了改进导电性， 可以将几个电连接的电刷分配成压 靠每一个环。
     每个电刷 ( 或者分配给同一个环的电刷组 ) 电连接至一个电导体 ( 其以其它方式 绝缘 )， 该电导体朝向 OS 的外部延伸穿过通路 36。这允许即使在旋转的条件下 ( 能够与通 常的电机 / 交流发电机电力给送相比 ) 也对 OS 的外部与 IR 的内部之间的每根电线形成连 续的导电， 同时维持对流体流动的密封条件。
     该滑动连接允许三种电流通过 ： 电力、 监测信号、 和控制信号， 如将在后面进行解 释。根据与设备的费用、 尺寸、 复杂性等相关的考虑， 可以使用其他形式的电力和 / 或信号 传输， 比如电磁联接或传输。
     两个阀 32 和 33 装配在外圆筒 1 的两个基部的靠近空腔 6 的一个上。阀 32 是允 许流体流动到 IR 的空腔 6 中但不允许流体向外流动的单通止回阀。其是常闭的， 这是因为 在正常操作时 IR 的空腔设定为装满压力作用下的流体并且在 IR 外部的位于 IR 与 OS 之间 的间隙实际为真空。阀 33 是常闭的手动双通阀。阀 32 能够用于以流体加压在 OS 与 IR 之 间的间隙来加压 IR 的空腔， 并且随后将流体从间隙排出而不会损失在 IR 内部的压力。阀 33 在需要的情况下允许手动地加压 / 释放在 IR 内部的压力。在实际的设备中为了避免 / 减小随时间经过的压力损失和真空度下降， 这些阀可以由焊接的盖部替代 / 覆盖。 在外圆筒 1 的基部的每一个上， 在轴点处固定有圆锥状结构， 圆锥部 8、 9。圆锥部 中的每一个都在其底部以导热的方式固定至外圆筒 1 的基部， 并且具有与外圆筒 1 相同的 轴线。这些圆锥部的主要功能在于以最小的湍流便利于流体在空腔 4( 沿周缘延伸 ) 经空 腔 5、 6 与中央空腔 7 之间的流动， 从而尽可能地促进平稳的层流。这些流锥部不是理想的 圆锥——它们的使底部与顶点相连的壁部在从侧面看去时为抛物线轮廓而非直线， 以用于 流动方向的平稳改变。这些流锥部由与外圆筒 1 相同的材料制成。套筒 16 固定至流锥部 8， 该套筒 16 也位于流锥部 8 的轴线上并在其内部牢固地保持支承结构 11。流锥部 9 固定 至支承件 10。支承结构 10 和 11 为杆结构， 每个都由六个相等长度的杆制成， 这些杆以 60 度角彼此附接， 并且在它们的相对端围绕内圆筒 3 的周缘附接。在支承结构 10、 11 的每一 个中， 附加的杆连接在中心处并且设置在外圆筒 1 的轴线上。该杆将相应的支承结构固定 至流锥部 9， 并且在空腔 5 中在套筒 16 内附接至流锥部 8。
     这两个基于杆的支承结构具有使 IR 的三个主要部件相连的功能 ： 外圆筒 1、 中间 圆筒 2、 和内圆筒 3。这在允许它们具有共同的轴线且允许出现在空腔 4、 5、 6、 7 中的流体以 来自支承件 10 和 11 的最小流动阻力流动的同时进行。中间圆筒 2 为与外圆筒 1 相同材料 和颜色的圆筒形封闭结构， 该外圆筒 1 形成为具有两个平行基部的封闭的、 中空的圆筒结 构。中间圆筒 2 具有与外圆筒 1 相同的轴线并且由分别牢固地附接至流锥部 9 的顶点和固 定在套筒 16 的内部的支承结构 10 和 11 通过其两个基部围绕轴点悬挂在外圆筒 1 的内部。
     开端圆筒 3 固定在中间圆筒 2 的内部， 圆筒 3 是与中间圆筒 2 相同材料和相同颜 色的圆筒。内圆筒 3 具有与中间圆筒 2 和外圆筒 1 相同的轴线， 并且围绕其周缘连接至中 间圆筒 2 的基部， 其中中间圆筒 2 的基部与内圆筒 3 的基部重叠的部分被移除。
     这两个圆筒 2、 3 的结合形成了具有穿过其基部的中空管的封闭圆筒。中间圆筒 2 和内圆筒 3 以密封的方式在内圆筒 3 的周缘处相连， 这样不允许流体在空腔 4、 5、 6、 7( 它们 彼此间自由连接 ) 与中间圆筒 2 内的空腔 40 之间流动。在中间圆筒 2 上， 具有小孔 48， 以
     允许在空腔 4 与空腔 40 之间的压力平衡。在中间圆筒 2 的表面上， 在内壁和周缘上， 具有 热附接至其上的另外的热交换翅片 22。 这些翅片为相同的材料和颜色并且均垂直于其所附 接的表面。这些翅片的构型可以改变并且它们的目的在于增大热交换面积， 从而允许收集 由损耗产生的热， 该损耗因在空腔 40 内的发电机 15 的电流和摩擦而导致。
     置于发电机的盖部 49 上的热交换翅片 24 由相同的材料制成且为相同的颜色， 并 且设定为增大热交换表面以用于对来自发电机的热的最大排出和回收。该翅片系统 ( 与接 收翅片 22 联接的散发翅片 24) 与来自 OS 外部的主要的、 初始的 (“初始的” -- 因其是补充 系统的所有能量输出的源头 ) 热能一起有助于对流动穿过空腔 4、 5 的流体的再加热。
     一列推进器 13 通过支承杆 12 固定在内圆筒 3 的内部。支承杆 12 的外形使得其 对在空腔 7 中的流体流动的阻力最小。推进器中的每一个都具有适于围绕它们的流体流动 环境的翼 ( 叶片 ) 角， 以便优化它们将经过它们的流体流动转化成输出功 ( 比如速度、 密度 等的参数 ) 的效率。推进器 13 通常由热绝缘的坚硬材料制成。在该列中的推进器的最小 数量是一个， 而最大数量可以改变并且直到 n。 每个推进器的旋转螺旋方向与在其前面的一 个相反， 以便回收利用围绕其的流体的角流动动能分量， 该分量由对前面的推进器的流动 的阻力产生。每个推进器的翼展几乎为围绕其的自由空腔 7 的直径。每个推进器在其中心 处通过杆 - 轴连接 14 以如下方式连接至其相应的发电机 15( 发电机， 比如交流发电机或支 流发电机 ) 的转子 ： 该方式允许每个推进器 13 由经其流动的流体带动旋转， 以致动连接至 其上的发电机的转子。杆 14 经孔 43 穿过内圆筒 3 的外皮。由于在正常操作中， 当流体在 空腔 7 中经过推进器阵列 ( 从空腔 5 向空腔 6) 流动时流体的压力下降， 因此除非被阻塞， 流体将在孔 43、 空腔 7 与空腔 40 之间流动。为了避免此， 可以使用若干种解决构型 ： 使这 些孔设置为实际上的气密封或者使所有的轴一个穿过另一个地穿过一个孔等。
     应用在该设备中的解决方案是通过由导热材料和颜色制成的紧密封的单独的箱 49 覆盖每个孔 - 轴 - 发电机组件的全部区域， 如所述地， 该箱 49 热连接至发电机的本体并 且装配有散热翅片 24。这允许空腔 7 与空腔 40 的密封隔离， 从而使在空腔 40 与其他空腔 之间仅有的流体通过点为用于压力平衡的孔 48。 每个发电机的输出通过绝缘导体分别被引 导到 IR 的外部、 OS 的外部， 这些绝缘导体沿内圆筒 3 的壁部、 支承杆 10、 支承杆 34、 环 47、 电刷 46、 通道 36 经过并固定。穿过这些导体的壁部的所有通路装配成对流体流动密封。
     对于该发电机 - 推进器阵列 - 轴 - 盖箱的布置的一个可能的可选的有用替代可以 是将每个发电机的转子固定在相应的推进器上， 以允许其为与推进器一起移动的一体部件 ( 并且甚至成形为推进器 )， 而围绕其的定子固定在内圆筒 3 的外部上。制成内圆筒 3 的材 料对该替代相应地进行调整， 以便不会妨碍转子与定子之间的电磁相互作用。该替代具有 若干个优点 ： 在空腔 7 与空腔 40 之间没有直接的流体通路、 在空腔 40 内部没有活动部件 等。
     对于独立的推进器 - 发电机 - 负载阵列的另外的可选替代可以是将推进器分组地 或全部附接至同一个发电机 - 负载组件， 并且调节每个推进器的外形和转速比率 ( 通过将 每个推进器经给定半径比的嵌齿轮连接至发电机的转子 )， 从而调节流体与其的相互作用 以有助于作用在负载上的最大的附加功率输出。该调节可通过手动测试进行。该解决方案 具有若干个优点， 比如费用、 重量、 空间需求的减小等。 但是， 其可能在适于大范围的工作条 件方面的灵活性较小。发电机能够以如下方式围绕空腔 7 分布 ： 该方式将确保围绕旋转轴线的对称的重 量分布以避免与旋转相关的振动、 附加摩擦和材料应力。相同的原理应用于设备的所有部 件， 必要时添加配重以将整个设备的质心尽可能地设置在旋转轴线上。在内圆筒 3 的两个 末端的每一个中， 固定三个测量仪 ： 压力测量仪 52、 55 ； 温度测量仪 50、 53 ； 以及流动速度测 量仪 51、 54。 可以通过使用比如测量静压力、 动压力和滞止压力 ( 总压力 ) 的毕托管之类的 仪器来组合压力和流体速度测量仪。
     这些测量仪都将与他们所测量的参数相关的数据提供为电信号 ( 电压、 电阻变 化、 或者任何其他商业上易得的方法 )。信号穿过与电力输出导体相同的通道、 穿过专用的 环 47、 以滑动连接方式联接的电刷 47， 一直到 OS 的外部以在 EU 中的对应的读出设备上读 出， 从而将该电子数据转变为可读 ( 或者其他能够使用的输出形式 )。信号到 IR 和 OS 外部 的通路由容纳在通道中的绝缘导体形成， 该通道对流体流动密封。
     在 IR 中， 在圆筒的内部和圆筒之间， 存在空腔， 该空腔在正常操作中由流体 ( 通常 为气态 ) 加压。 空腔 40 是自由空间， 其位于内圆筒 3 的外部和中间圆筒 2 的内部， 并且除了 经通气孔 48 的压力平衡之外与其他空腔基本隔离。发电机组件的盖箱 49 位于该空腔的内 部， 盖箱 49 防止在内圆筒 3( 经孔 43) 与空腔 40 之间的流体通路。该空腔可以由密封或紧 密装配的、 由导热材料制成的板隔开， 以改进将热能从发电机和发电机内的流体传递给空 腔 4 和空腔 5 内的流体。 另外， 这些隔离件——在从基部中的一个看去时隔开圆形基部—— 防止流体沿围绕轴线以角运动移动。在内圆筒 3 内部的空腔 7 经其两个末端连接至空腔 5 和 6， 用于流体的自由流动。 在该空腔中的流体设定为在正常操作中从空腔 5 经推进器阵列 自由地流动到空腔 6。在内圆筒 3 的周壁的内部， 围绕该空腔， 装配有通常由橡胶、 石棉、 或 玻璃棉制成的热绝缘层 27， 以将空腔 7 内的流体因发电机的热或穿过空腔 40 的任意其他来 源的热而引起的加热减至最小。空腔 6 是在中间圆筒 2 的基部与外圆筒 1 的基部 ( 以及圆 锥部 9) 之间的自由空间。该圆筒形空腔连接在空腔 7 与空腔 4 之间， 从而允许流体的自由 流动。围绕该空腔， 装配有热绝缘层 25、 26， 其覆盖外圆筒 1 的基部和圆锥部 9 的内部并且 覆盖中间圆筒 2 的基部的外部。该绝缘部由与绝缘部 27 相同的材料制成， 并且具有防止经 壁部的热传导的作用。穿过空腔 6 的流体设定为比环境温度明显低的温度， 并且需要这样 维持直到其朝向空腔 4 离开。该空腔 4 是在中间圆筒 2 的外周缘与外圆筒 1 的内周缘内部 之间的空间。在该空腔中， 从空腔 6 流向空腔 5 的流体暴露给来自 IR 的外部的热和来自空 腔 40 的内部的热。在该空腔中的流体以较冷的温度从空腔 6 进入并且以较高的温度朝向 空腔 5 离开。空腔 5 是在中间圆筒 2 的基部与外圆筒 1 的基部 ( 以及其圆锥部 8) 之间的 自由空间。该圆筒形空腔连接在空腔 4 与空腔 7 之间， 从而允许流体的自由流动 ( 在正常 工作条件下从空腔 4 到空腔 5 到空腔 7)。相互连接用于流体流动并且连接至中央空腔 7 的 三个空腔 6、 4、 5 由至少一个理论平面 ( 穿过轴线 ) 隔开。在该理论平面上， 设置有在空腔 中的真实的板， 其防止流体相对于空腔以围绕旋转轴线的角运动自由移动。这些板限制了 在空腔内的流体如下地流动 ： 在空腔 5 和 6 中——沿半径线——而在空腔 4 中平行于旋转 轴线。这些板对流体的通路 ( 几乎或完全 ) 密封并且不会出现在 ( 被切除以便不会妨碍 ) 设定用于具有其他部件 ( 比如裙密封件 30( 或者阀阵列 )、 电机 28、 支承杆 10、 11、 以及圆锥 部 9、 8) 的空间中。空腔还可以由位于两个或更多个等角间隔开的平面上的板 ( 当从基部 中的一个看去时像 “馅饼片” ) 隔开。在 IR 中， 存在三个可调节的阀或密封件， 其中配备有控制电机 44 的两个 41 和 42 位于空腔 7 中。这两个密封件是环形的并且可以在两个极端位置 ( 打开与关闭位置 ) 之间 改变。 在打开位置中， 密封件具有对经它们流动的流体的阻力最小的外形， 而在关闭位置中 紧密密封经它们的任意流动通路。这两个密封件由位于 OS 外部的 EU 彼此独立地控制。密 封件的电机 44 通过绝缘导体提供动力和致动， 该导体通过具有单独的环 47、 电刷 46 联接件 的滑动连接器连接。它们的绝缘导体穿过在它们路径上的圆筒的壁部到达环 47， 以紧密封 的方式穿过通过点。 对于这些密封件 41、 42， 可以使用具有相似功能参数的任意合适的商业 可用的密封件。第三密封件 30 由橡胶的裙状弹性带 ( 下文中为 “橡胶裙” 或 “裙” ) 制成， 其围绕中间圆筒 2 的基部的外部、 抵靠绝缘层 26 而紧密地固定。平直的坚硬条以规则的间 距放置在橡胶裙的内部， 这些条为强弹性且通常为直的 ( 图 6)。这些条施加在橡胶裙上以 围绕外圆筒 1 的周缘紧密地压靠外圆筒 1 的内表面， 从而紧密地压靠环形垫片 31。带围绕 橡胶裙固定， 该带装配有重复样式的延伸部 ( 或者 “齿” )， 该延伸部连接至裙直径控制电机 28 的转子 29 上。转子 29 还配备有对应齿并且被从外部以与其他密封件相同的方式控制。 通过使电机 28 的转子旋转并固定在给定位置处， 电机 28 通过推压带的齿来关闭或打开带， 由此建立裙的外直径， 从而允许裙改变其功能以作为完全密封件、 流体回流限制器， 或者通 过关闭带以完全压靠在中间圆筒 2 的外周表面上而不干涉流动。任意其他可用的阀解决方 案可以替代裙阀使用。
     外壳体 61 是密封式封闭箱， IR 装配在该箱内。该箱由导热颜色和材料 ( 比如铝 或钢 ) 制成， 并且强度足以承受在其外部的相对于在正常工作条件 ( 图 2) 下存在于其自身 与空腔 60 中的 IR 之间的真空条件的环境压力， 手动阀 63 固定在 OS 上， 流体能够通过该手 动阀 63 推进或推出， 从而允许在 IR 内 ( 通过止回阀 32) 的空腔中的加压， 并且之后， 将尽 可能多的流体从空腔 60 排出。该阀在正常工作条件下是关闭的。
     翅片 62 为导热材料 ( 比如铝或钢 )， 并且是吸收色， 与本体 61 和 IR 的材料相同。 这些翅片以导热的方式连接至本体 61， 并且具有增大至最大热交换表面的目的， 通过该表 面， OS 从环境接收能量并且通过电磁辐射经空腔 60 将该能量传递到在 IR 内部的空腔中的 加压流体内。翅片的数目、 它们的形状、 和式样可以很大地改变并且取决于使用的环境。这 种式样的一个示例可以是若干层的 “笼” 状结构， 从而允许流体从 OS 周围流动以传递最大 的热并且自由地流动。 在该情况下， OS 的本体 61 的形状也可以根据使用的环境从圆筒、 箱、 球状或者任意其他形状很大地改变。
     在 OS 内部的翅片 65 由与 IR 的翅片 23 相同的材料制成并且颜色相同， 并且作为 翅片 23 的对应部件以增大在 OS 与 IR 之间的辐射的散发 / 接收表面。电缆 66 是承载 EU 与 IR 之间的电力监测并控制电流的绝缘导体。这些电缆固定成对于在 OS 的本体 61 的外 部与内部之间的任意流体流动密封。
     支承件 64 由坚硬的材料制成以保持 OS 悬挂 / 附接至支承平台。盆 67 是收集器， 其是可选的并用于收集比如水的冷凝液体以用于有益的用途。因为在工作条件下， 在 OS 内 部的温度下降， 所以翅片 65 和在 IR 上的翅片 23 间隔开以便不会在任一设计的工作温度梯 度下接触 ( 因为 IR 在 OS 内旋转 )。在 OS 的本体 61 上， 可选的电机 68 能够以导热的方式 固定并且装配有推进器 69 以增大 OS 暴露给持续地新到达的环境流体的分子， 由此增大系 统在给定的时间段接收的净热。电机致动推进器， 该推进器产生流动。用于电机的电力经绝缘导体 66 到达并且限 制为产生的系统有效总输出功率的一部分， 这将在过程的描述中阐明。该电机 68 可以用于 产生推进、 移动或有益的流体循环。例如， 这种系统在没入到水下时可以推进其平台 ( 容 器 )、 提供冷空气循环等。在需要使过程的功率输出最大的构型中， 可用的输出功率的引向 该电机的部分被调节以便接收最大的净输出剩余。
     EU 可以实现为多种形式和构型并且由此本文将仅描述其功能性。EU 是与设备的 部件相互作用的单元 ： 接收电力、 控制电机和阀 ( 及密封件 )， 并且监测压力、 温度、 流体速 度以及来自控制部件的反馈， 比如相应的电机速度和阀 ( 及密封件 ) 的位置。
     从 IR 的发电机接收的电力经绝缘导体引导至 EU。通过 EU， 按照推进器阵列部分 上的具体需求将每个发电机输出分配到可调节的电负载上。除了外来用户的负载之外， EU 按照每个商业易得的部件的规格经可调节的电负载、 电路保护、 开光和 / 或控制器将电力 的一部分再引导至设备的电机和阀 ( 或者密封件 )。建立转速和阀位置的模拟或数字控制 器可以与电源结合或分离。
     由各种部件发出的输出信号提供了它们自身外部的读出参数 ( 比如温度、 压力、 流体速度 )， 或者关于它们自身的功能性的反馈 ( 比如电机速度、 阀位置 )。该数据为模拟 或数字， 由绝缘导体或者任意其他方法 ( 比如无线电传送 ) 承载， 需要被输出并转变成可读 形式 ( 可由人或机器读出 )， 并且该功能由 EU 部件承载。最简单的可用形式是例如能够由 操作者读出的模拟仪， 但是变型有很多并且常常取决于设备的总体构型和该设备仅为其中 的一个部件的更大组件的总体构型。 因为作为本专利申请的目的的过程可以实施为尺寸、 参数、 形式、 和构型的大量变 型的设备， 所以下文中将在标准化的、 简单化的形式和布置内进行描述。 这实现为允许对适 用的原则性的物理原理以它们最直接的形式进行表述。为此， IR 描述为依据图 4、 图 5 的示 意性的标准形式。当流体在具有实际上相同行为的两个对称相对的路径中流动时， 路径之 一 ( 中央空腔 7 专用于分析的剩余流动路径 ) 在相同附图的图 5 中被隔开且略去。在示意 形式中对各种部件的附图标记保持为与其他附图尽可能相同， 以允许比较和相互参照。空 腔的截面区域完全相同并且尺寸对称。
     流体被加压到 OS 与 IR 之间的空腔 60 中。流体穿过定向的止回阀 32 进入到 IR 的空腔中。这样利用均匀加压的流体填充 IR 的全部空腔 ( 包括空腔 4、 5、 6、 7) 并且经小通 气孔 48 也填充空腔 40。 一旦达到期望的压力， 围绕 IR 的流体压力就下降， 由此导致止回阀 32 锁定关闭， 从而将 IR 内部的空腔维持加压在峰值压力附近的水平。 通过泵吸将流体从 OS 与 IR 之间的空腔 60 排出以达到几乎绝对真空的条件。一旦该阶段完成， 就将 OS 置于相对 于正常工作环境温度 ( 通过外部装置 ) 明显冷却很多的环境中 ( 注意 ： 在实际条件下， 目标 温度是使流体达到正好高于相变的温度 )。经过足够的时间， 以便使在 IR 内部的所有部件 和流体 ( 包括绝缘部件 ) 冷却均匀。一旦在整个 IR 中达到期望的较冷温度， 密封件 42 就 关闭而密封件 41 和 30 几乎完全关闭， 从而允许仅少量的流体流动通过以平衡压力。尽管 仍较冷， 但电机 17 被致动， 从而使 IR 旋转至期望的旋转角频率 (ω) 作为离心机。OS 保持 在相同的冷环境中直到温度也在旋转条件下稳定为止。
     在此时此刻， 将 OS 置于正常的常见工作环境 ( 其具有比冷却之后高很多的温度 ) 中。在 IR 的空腔内部的温度因从 OS 经 OS 与 IR 之间的真空腔 60 接收的环境热能所发出
     的辐射而开始上升。绝缘区域的温度比非绝缘区域的温度上升小很多， 这是因为它们的温 度随时间增大的斜率更平直， 从而需要较长的时间以达到与非绝缘部分相同的温度。绝缘 和非绝缘部段的温度被监控， 从而调节暴露时间以达到最大的差异。
     在 IR 的各种空腔内部的流体的温度的这些变化——导致在较冷区域中的流体与 位于较热区域中的流体之间的对应的密度差异——与流体因旋转而经受的离心条件一起， 产生在较热与较冷流体之间的压差。 这些压差导致流体从高压力区域流向低压力区域以寻 求压力平衡 ( 注意 ： 角频率被调节以便观察到在空腔 7 的两端之间的峰值压差 )。一旦该 流动停止并且在空腔中的流体处于没有流动或微量流动的实际休止条件下， 在空腔它们内 部的流体就可以如下表述 ：
     容纳较冷流体的空腔 6 应当也称为 “冷柱 (cold column)” 。此时此刻在该冷柱中 的流体具有相关能量
     冷柱流体能量＝焓 + 势能 ( 由于离心 )
     对于标准过程的做功假设是重力不存在或者相对于过程做功参数可忽略。
     应当注意， 对于旋转轴线平行于地平线来说， 作用在热 / 冷柱中的流体上的重力 恒定的旋转。因为离心势能与选取的基准平面相关， 在零流体流动速度下的总能量能够表 述如下 ：
     相对于旋转轴线 ： 1)Ec ＝ (γ/(γ-1))pcvc-(1/2)mcω2hc2 相对于在空腔 4 内部的流体的质心 ： 2)Ec ＝ (γ/(γ-1))pcvc+(1/2)mcω2(r2-hc2) 注意 ： 3)γ ＝ cp/cv 4)γ ＝ H/U 5)H ＝ U+PV 6)R ＝ cp-cv 其中， Ec ： 冷柱中的流体的相关能量 γ： 比热容 cp ： 恒定压力下的气体比热 cv ： 恒定体积下的气体比热 H： 焓 U： 系统的流体的内能 P： 压力 V： 体积 R： 普适气体常数 pc ： 冷柱中的流体的压力 ( 在流体的质心处 ) vc ： 冷柱的体积 mc ： 在冷柱中的流体的质量 ω： 角频率r： 旋转轴线与空腔 4 内的流体的质心之间的半径或距离 hc ： 旋转轴线与冷柱内的流体的质心 (mc) 之间的半径或距离 容纳较热流体的空腔 5 将被称为 “热柱” 。在热柱中的流体具有相关能量 ： 热柱流体能量＝焓 + 势能 ( 由于离心 ) 对于热柱中的流体的总相关能量来说， 在零流体流动速度下能够表述如下 ： 相对于旋转轴线 ： 7)EH ＝ (γ/(γ-1))pHvH-(1/2)mHω2hH2 相对于在空腔 4 内部的流体的质心 ： 8)EH ＝ (γ/(γ-1))pHvH+(1/2)mHω2(r2-hH2) 其中， EH ： 热柱中的流体的相关能量 γ： 比热容 pH ： 热柱中的流体的压力 ( 在流体的质心处 ) vH ： 热柱的体积 mH ： 热柱中的流体的质量ω： 角频率
     r： 旋转轴线与空腔 4 内的流体的质心之间的半径或距离
     hH ： 旋转轴线与热柱内的流体的质心 (mH) 之间的半径或距离
     因为在准备阶段， 密封件 42 关闭而密封件 30 略微打开， 所以在冷柱和热柱中的流 体一旦达到休止 ( 或微量流动 ) 条件， 就在它们的 “底部” ( 空腔 4) 处于实际相等的压力。
     在标准设备条件下， 对于两个柱假定体积相等和相似的质量分布， 流体的质心相 对于整个半径 (r) 没有明显差异， 并且由此良好地近似 ：
     9)vc ＝ vH ＝ v
     10)hH ＝ hc ＝ h
     流体表现为理想气体， 例如——单原子， 在整个过程中保持为气态 ( 没有相变且温 度明显高于相变温度， 由此忽略与潜热相关的能量变化 )。
     由此，
     因为没有流动存在 ：
     11)pHb ＝ pcb
     所以，
     12)[( γ /( γ -1))p H v+(1/2)m H ω 2 (r 2 -h 2 )]/v ＝ [( γ /( γ -1))p c v+(1/2) mcω2(r2-h2)]/v
     注意 ：
     13)mH ＝ ρHV
     14)mc ＝ ρcV
     其中，
     pHb ： 热柱的底部处 ( 空腔 4 的端部处 ) 的静态压力 ；
     pcb ： 冷柱的底部处 ( 空腔的另一端部处 ) 的静态压力 ；
     ρH ： 热柱流体平均密度 ；ρc ： 冷柱流体平均密度 ；
     由此，
     15)(γ/(γ-1))pc ＝ (γ/(γ-1))pH-(1/2)ω2(r2-h2)(ρc-ρH)
     注意 ： 因为较冷气体的密度 ρc 与 ρH 相比， ρH ＜ ρc。这意味着， 基于等式 15 ： pc ＜ pH。( 注意 ： 只要 ω 在较早建立的做功范围内， 这是正确的 )。
     在热柱的顶部处， ( 在旋转轴线上 )， 静态压力为 ：
     16)pHt ＝ (γ/(γ-1))pH-(1/2)ρHω2h2
     在冷柱的顶部处， 静态压力为 ：
     17)p ct ＝ ( γ /( γ -1))p c-(1/2) ρ cω 2h 2 ＝ ( γ /( γ -1))p H-(1/2) ω 2(r 2-h 2) (ρc-ρH)-(1/2)ρcω2h2
     由此在顶部处的初始静态压差为 ：
     18)Δpt ＝ pHt-pct ＝ (1/2)ω2(r2-h2)(ρc-ρH)+(1/2)ω2h2(ρc-ρH)
     其中，
     pHt ： 热柱的顶部处 ( 空腔 7 的端部处 ) 的静态压力 ；
     pct ： 冷柱的顶部处 ( 空腔 7 的另一端部处 ) 的静态压力 ；
     Δpt ： 空腔 7 的两个端部之间的静态压差。
     该结果是在准备阶段完成之后， 一开始就在空腔 7 的两端上的热柱和冷柱的顶部 处存在压差。该压差在密封件打开时将产生流体经空腔 7 从热柱向冷柱的流动。
     当密封件打开以使流动能够在空腔内发生时， 在热柱的顶部处的压力是比在冷柱 的顶部处的压力高的压力。其由此迫使流体经空腔 7 流动至冷柱。
     推进器阵列 ( 其为最少的一个推进器 ) 由此通过流体流动致动， 在腔的外部 ( 由 此在流体的封闭系统 ( 下文中为 “系统” ) 的外部 ) 通过轴对发电机 ( 转动它们的转子 ) 做 功。
     由于转子致动的缘故， 这些发电机 ( 比如交流发电机或支流电动机 ) 中的每一个 产生电压作为电输出。
     简言之， 该电压根据楞次定律能够表达为 ：
     19)E ＝ NBul
     其中，
     E： 电动势 ；
     B： 磁场密度 ；
     u： 导体在磁场中的速度 ；
     l： 导体在磁场中的长度 ；
     N： 导体匝数。
     该电动势一旦被施加至电负载 ( 其位于设备的 IR 的外部 -- 通过滑动连接器 35 连接 ( 为了简单， 假定负载仅为在直流条件下的实电阻 )) 就产生电流。
     该电流能够如下表达 ：
     20)I ＝ E/Z ＝ NBul/z
     其中，
     Z： 负载的电阻 ；I： 穿过每个发电机的电输出电路并穿过其对应的外部负载 ( 参见示意性的电连 接图 ) 的电流。
     该电流又导致抵抗导体运动 ( 相对于磁场 ) 的反作用力， 并且由此导致在发电机 中的转子的旋转， 并且因此经轴施加抵抗对应的推进器的转动的力。 因此， 该力抵抗流体流 动穿过空腔 7 中的推进器阵列。
     在每个发电机的磁场内移动的导体上作用的力能够以简单的方式表达如下 ：
     21)F ＝ NBIl ＝ N2B2l2u/z
     其中，
     F： 反作用力 ( 在导体与导体处于其中的磁场之间 )， 该反作用力由通过导体 ( 和 对应的可调节负载 ) 的电流产生， 并且其是与初始导致运动的力相反的方向。阻力 ( 其通 过轴抵抗推进器的转动及由此抵抗流体流动 ) 能够通过调节电阻来调整。
     通过该相互作用， 流动穿过推进器阵列的流体输出其能量的一部分到系统的外 部， 通过发电机给负载 ( 以及在发电机中的其他损失和在系统外部的轴摩擦 )。呈气体形 式的流体通过该做功将其分子动能的一部分传递到空腔 ( 系统 ) 的外部。气态流体的分子 中的每一个——通过其与推进器叶片中的一个的碰撞而有助于每个推进器的旋转——以 比其到达叶片时的速度慢的速度从该叶片弹回。每个从叶片弹回的分子随后与其他分子 碰撞， 从而使与推进器相互作用的流体分子传播的均方根速率减小 ( 或者， 换言之， 冷却流 体 )。
     由系统的流体对其外部所做的该功 ( 输出至发电机的功率和损耗 ) 导致气态流体 在其朝向空腔 7 的出口、 朝向冷柱行进时冷却。推进器的外形与它们各自的电负载、 电阻值 和围绕它们的流体速度一起被调节以优化能量吸收并且将其作为空腔外部的电流和损耗 传递。 在实际情况中， 电阻能够被单独调节， 以便见证作为整体通过推进器阵列的该能量提 取的最大值。在时间段 t 内对外输出 ( 包括在系统外部的损耗 ) 的总能量将在下文中称为 Ee(t) 和 / 或 “电能” 。
     注意 ： 在多于一个推进器的推进器阵列中， 每个推进器的旋转螺旋方向应当与在 其前面的推进器的螺旋方向相反， 以允许回收利用由在其前面的推进器的抵抗力所导致的 流体分子的角速度。这不会与可能由空腔 7 内的科里奥利力所导致的角速度相混。
     由于输出能量， 离开空腔 7 的流体比进入空腔 7 的流体冷。在稳定条件下， 在每个 时间段 t 内从空腔 7 进入到冷柱的顶部的流体的温度和质量将等于已经从冷柱的顶部向下 排出的流体的质量和温度。
     在这种稳定条件下， 要求从环境 ( 以及从所有在系统外部的其他考虑的源头， 比 如回收利用从空腔 40 中的发电机接收的热损耗和从离心电机的损耗 ) 接收的净热能等于 在相同时间段内的输出电能。
     在标准模式中， 考虑到净热在时间段 t 内传递给空腔 4 中的流体， 并将称为 “热量” 或 QT(t)， 这是因为其温度比环境低， 如所示出的那样。 该热量从外部环境借助于辐射 ( 经 OS 与 IR 之间的真空 )、 通过经空腔 4 的壁部的传导和流体的对流接收。
     从冷柱的底部流动到空腔 4 内的流体比环境的温度明显冷。当该流体经空腔 4 朝 向热柱的底部流动时， 其吸收从环境 ( 环境为 OS 的外部以及系统外部的损耗 ) 接收的净热 能的一部分。由流体吸收的热能受若干因素的影响， 比如与流体的热交换表面 ( 因此翅片 21、 22、 23)、 空腔壁材料的传导性、 空腔壁有效吸收最大频谱的电磁波的能力、 空腔 4 中的流体 的速度 ( 这决定了其暴露时间， 注意 ： 在标准模式下流动相对较慢， 这也允许流动尽可能分 层 )、 其相对于环境的温差、 空腔 4 的长度以及在空腔 4 内部的流体的湍流水平 ( 更多的湍 流增大了对流并且由此提高了流体内部的温度的更均匀的分布 )。
     因为越冷的流体密度越大， 所以其将具有压靠 IR 的空腔 4 的外壁 ( 面对 OS 的周 壁 ) 的倾向， 由此有助于从环境接收能量。
     在稳定做功过程中， 在空腔 4 的出口处的流体处于比其在进入空腔 4 时刻的温度 高的温度， 但是仍然比外部环境的温度明显低。该流体的温度和质量与在相同时间段内已 经从热柱的底部朝向热柱的顶部 ( 旋转轴线 ) 排出的流体相同。
     紧邻地围绕 OS 的环境因热传递 ( 通过传导、 辐射和对流的组合 ) 到流体内而损失 温度。该接收的能量处于随后经推进器、 发电机和电输出电路输出用于各种用途的水平。
     作为中间总结， 稳定的、 常规的做功过程如下 ： 在热柱的顶部中的较热流体比在冷 柱的顶部中的较冷流体的压力高， 从而导致空腔 7 中的流体流动， 由此致动推进器， 产生输 出电能 Ee(t)。 通过流体产生电力和损耗所做的功已经损失与 Ee(t) 等量的能量， 流体冷却并且 将质量 (m(t)) 的较冷流体添加至冷柱的顶部。该被添加的冷却流体质量增大使冷柱的密度 增大， 由此使冷柱中的压力增大。 这因此动摇了底部处的压力平衡并且使相同的质量 (m(t)) 从冷柱的底部流向空腔 4。在空腔 4 中， 流体在其从冷柱的底部流向热柱的底部时通过空 腔 4 周围的环境逐渐变热， 由此以温度和质量 (m(t)) 的流体补充热柱， 从而允许其压力、 温 度和质量尽管其从其顶部朝向空腔 7 的质量 (m(t)) 损失也不会下降。只要随后所需的可应 用至各种参数的确定条件满足， 该过程就持续。
     在其标准形式中与稳定过程相关的其他事项 ：
     在正常的稳定做功条件下， 在热柱内部的流体可以如下表达为具有相对于旋转轴 线的相关能量 ：
     22)EH ＝ (γ/(γ-1))pHv-(1/2)mHω2h2+mHuH2/2
     在相同的稳定做功条件下， 在冷柱内部的流体可以如下表达为具有相对于旋转轴 线的相关能量 ：
     23)EC ＝ (γ/(γ-1))pCv-(1/2)mCω2h2+mCuC2/2
     其中，
     EH ： 热柱中的流体相对于轴线的相关能量， 包括焓、 势能、 和定向动能 ；
     EC ： 冷柱中的流体相对于轴线的相关能量， 包括焓、 势能、 和定向动能 ；
     γ： 比热容
     pH ： 热柱中的流体的压力 ( 在流体的质心处 )
     pC ： 冷柱中的流体的压力 ( 在流体的质心处 )
     v： 热柱以及冷柱的体积 ；
     mH ： 热柱中的流体的质量
     mC ： 冷柱中的流体的质量
     ω： 角频率
     r： 旋转轴线与空腔 4 内部的流体质心之间的半径或距离 ；h： 旋转轴线分别与热柱内部的流体质心 (mH) 和冷柱内部的流体质心 (mC) 之间的 半径或距离 ；
     UH ： 热柱中的流体的速度 ；
     UC ： 冷柱中的流体的速度 ；
     因为在稳定条件下， 在热柱中的流体流动到空腔 7 中， 而在冷柱中的流体从空腔 7 接收， 并且
     因为在稳定条件下， 在时间段 (t) 内在空腔 7 中接收的质量 m(t) 与在相同的时间 段内从空腔 7 向前流动到冷柱内的质量相同， 并且
     因为在稳定条件下， 包括 EH 和 EC 的系统总能量水平随时间保持不变，
     所以如下 ：
     作为在时间段 (t) 内的做功输出的电能 Ee(t) 定量为等于在该时间内从热柱接收的 流体的能量减去在相同时间内离开至冷柱的相同质量的流体的能量。( 注意 ： 不受标准过 程影响的能量形式 ( 比如核能或化学能 ) 被忽略 )
     24.Ee(t) ＝ EH(t)-EC(t)
     其中， Ee(t) ： 在时间段 (t) 内接收的因系统做功而产生的电能及所有其他损耗能量 ( 在 系统的外部——因摩擦等 ) ；
     EH(t) ： 在时间段 (t) 内从热柱进入到推进器阵列中的较热流体相对于旋转轴线的 能量 ；
     EC(t) ： 在相同时间段 (t) 内朝向冷柱离开推进器阵列的较冷流体相对于旋转轴线 的能量。
     还因此， 在时间段 (t) 从热柱进入到推进器阵列中的流体的能量 EH(t) 与在热柱中 的流体的总能量 EH 之间的比率等于在时间段 (t) 内穿过其的质量 m(t) 与在热柱中的流体的 总质量 (mH) 之间的比率。
     25.(EH(t)/EH) ＝ (m(t)/mH)
     而且， 以相同的方式 ： 在时间段 (t) 内从推进器阵列到达冷柱内的进入流体的能 量 EC(t) 与在冷柱中的流体的总能量 EC 之间的比率等于在该时间段 (t) 内进入到冷柱中的 质量 m(t) 与在冷柱中的流体的总质量 mc 之间的比率。
     由此，
     26.(EC(t)/EC) ＝ (m(t)/mC)
     结合以上等式，
     27.E e(t) ＝ (m (t)/m H)[( γ /( γ -1))p Hv-(1/2)m Hω 2h 2+m Hu H2/2]-(m (t)/m C)[( γ / (γ-1))pcv-(1/2)mCω2h2+mCuC2/2]
     因为在稳定做功条件下， 在相同时间内离开热柱的质量与进入冷柱的质量相同 ：
     28.m(t)(in) ＝ m(t)(out)
     所以 ：
     29.ρHUHtA ＝ ρCUCtA
     所以 ：
     30.UC ＝ (ρH/ρC)UH
     31.Ee(t) ＝ UHtA{(γ/(γ-1))pH+ρHUH2/2}-UHtA(ρH/ρC){(γ/(γ-1))pc+(ρH/ ρC)ρHUH2/2}
     32.Ee(t) ＝ U HtA{( γ /( γ -1))pH-( ρH/ ρ C)( γ /( γ -1))pc+( ρHU H2/2)(1- ρH2/ ρC2)}
     另一方面， 以能量平衡来分析在时间段 (t) 内接收的净热能 QT(t) ： 在时间段内接收 的增大系统的总焓的净热能 QT(t) 减去输出功 Ee(t) 得到系统的不变的能量水平 ：
     33.E4+E7+EC+EH+QT(t)-Ee(t) ＝ E4+E7+EC+EH
     其中，
     E4 ： 空腔 4 中的流体相对于轴线的相关能量， 包括焓、 势能、 和定向动能 ；
     E7 ： 空腔 7 中的流体相对于轴线的相关能量， 包括焓、 势能、 和定向动能。
     并且由此 ：
     34.QT(t) ＝ Ee(t)
     为了表述在稳定做功条件下在 PH 和 PC 之间的关系， 考虑如下 ： 在稳定做功条件下， EH 随时间保持不变， 并且这同样适用于 EC。这意味着在热柱中的流体和在冷柱中的流体处 于平衡中 ： 借此它们流动穿过空腔 7 和 4， 循环经过这两个柱， 在每个时间段 (t) 持续接收 净热能 QT(t) 并且做功 Ee(t)， 该 Ee(t) 等于热能。能量值 EH 与 EC 之间的比率保持不变。另外， 重要的是应当注意， 作为热能的 QT(t) 增大了系统的无序分子动能。另一方面， Ee(t) 是主要的 输出功， 其与从热柱的顶部到冷柱的顶部施加到推进器阵列上的力 ( 通过压差 )、 通过推进 器阵列的流体速度以及时间 (t) 相关。
     在这些动态条件下， EH 与 EC 之间的比率通过以下事实维持恒定 ： 从热柱作用在空 腔 4 上的压力基本等于从冷柱作用在另一端上的压力。这在流体经空腔 4 的流动足够慢且 分层并且空腔 4 足够短时近似正确。( 否则， 在空腔 4 的两端之间的压差需要考虑在内 )。
     考虑以上， 得到如下表达式 ：
     35.{( γ /( γ -1))p C V+(1/2)m C ω 2 (r 2 -h 2 )+m C U C 2 /2}(1/V) ＝ {( γ /( γ -1)) pHV+(1/2)mHω2(r2-h2)+mHUH2/2}(1/V)
     由此，
     36.( γ /( γ -1))p C ＝ ( γ /( γ -1))p H-(1/2) ω 2(r 2-h 2)( ρ C- ρ H)+( ρ HU H2/2) (1-ρH/ρC)
     将此与代表 Ee(t) 的表达式 (32) 结合 ：
     37.E e(t) ＝ U HtA[( γ /( γ -1))p H-( ρ H/ ρ C){( γ /( γ -1))p H-(1/2) ω 2(r 2-h 2) (ρC-ρH)+(ρHUH2/2)(1-ρH/ρC)}+(ρHUH2/2)(1-ρH2/ρC2)
     注意 ：
     38.pHvH ＝ m(t)(R/M)TH
     其中 ：
     TH ： 热柱中的流体的平均绝对温度 ；
     M： 系统中的流体的摩尔质量。
     并且由此 29、 37、 38 ：
     39.Ee(t) ＝ m(t)(1-ρH/ρC){(γ/(γ-1))RTH/M+(1/2)ω2(r2-h2)+UH2/2}
     或者通过 6、 3：40.Ee(t) ＝ m(t)(1-ρH/ρC){(cp/M)/TH+(1/2)ω2(r2-h2)+UH2/2}
     该表达式 39 在简单的标准设备模式的情况下量化电能值 ( 其包括在系统的外部 发生的损耗 )， 该电能值由系统在稳定状态下输出作为对外做功。其可以应用至 ω ≠ 0 的 角频率。 注意到， 对于低流动速度， 动能分量相对于其他能量分量对电能的贡献比例变为次 要 ( 或者甚至可忽略 )。在上述表达式中， 质量 m(t) 能够被移动到括号内而变为 ：
     41.Ee(t) ＝ (1-ρH/ρC){m(t)(cp/M)/TH+m(t)(1/2)ω2(r2-h2)+m(t)UH2/2}
     通过改变表达式 41 的关注点， 因系统的参数和输出电能而实施的热柱密度与冷 柱密度之间的比率能够计算为 ：
     42.ρH/ρC ＝ [m(t)(cp/M)/TH+(1/2)ω2(r2-h2)+UH2/2}-Ee(t)]/[m(t)(cp/M)/TH+(1/2) ω2(r2-h2)+UH2/2}]
     因该表达式 42， 其意味着由系统朝向外部环境输出的任意进行中的电能将必须如 下实施 ：
     43.ρH ＜ ρC
     44.TC ＜ TH
     其中，
     TC ： 冷柱中的流体的平均绝对温度。
     系统在产生输出功 Ee(t) 方面的效率
     为了计算系统通过推进器阵列产生输出功的效率， 需要首先定义该效率。在每个 时间段 t 内， 系统能够获得与下式等同的 ：
     45.{m(t)(cp/M)/TH+m(t)(1/2)ω2(r2-h2)+m(t)UH2/2}
     并且通过相同的过程回收利用 ：
     46.-ρH/ρC{m(t)(cp/M)/TH+m(t)(1/2)ω2(r2-h2)+m(t)UH2/2}
     在该效率定义的基础上， 其是作为输出能量 Ee(t) 与按照表达式 45 得到的总能量之 间的比率， 该效率能够表述如下 ：
     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-ρH/ρC
     这建立起用于系统的稳定状态的标准并且表示在常规工作过程中， 系统将不是稳 定的， 除非在其做功输出效率 η 与其密度比率之间存在平衡 ( 考虑其各种工作参数， 比如 尺寸、 流体压力、 热 / 冷柱的流体温差、 角频率等 )。另外， 常规做功过程的该连续性需要从 环境到系统内的热传递速率容量至少等于输出能量， 从而稳定在 QT(t) ＝ Ee(t)。
     科里奥利力的效果及其对过程的稳定状态的主要关系
     热柱和冷柱中的流体沿相反的方向平行于旋转半径流动。为了稳定的流体流动， 远离轴线流动的分子的角速度随半径的增大而增大。 对于朝向轴线流动的分子发生相反的 情形。在稳定状态下， 在时间段 t 内， 相同的质量 m(t) 进入和离开每个柱， 由此 ：
     49.FH ＝ -2mHUHω
     50.FC ＝ -2mCUCω ＝ -2(ρC/ρH)mH(ρH/ρC)UHω ＝ -2mHUHω
     其中 ：
     FH ： 在旋转的 IR 中由热柱中的流体流动导致的科里奥利力 ；FC ： 在旋转的 IR 中由冷柱中的流体流动导致的科里奥利力。
     因为在热柱和冷柱中流动方向相反， 所以在热柱中流体流向旋转轴线而在冷柱中 远离于该轴线流动。科里奥利力对旋转频率的总效果为零。即， 在每个柱中流动的流体将 因该力而不均匀地压靠壁。这影响分子沿柱的流型并且可能导致附加的摩擦和湍流。其在 标准设备中因太小而被忽略 ( 因为慢的流动速度 )。 另外， 科里奥利力可能因不均匀冷却的 流体而影响在空腔 7 中的流型——这在标准模式中也被忽略。
     在柱中的流体的压缩和减压 (——附加考虑 )
     在旋转 IR 时， 在稳定过程的每个柱中的流体在距离旋转轴线的不同距离处经受 不同的压力。 这些压力在每个旋转半径水平处影响气态流体的密度。 对于质量的每个部分， 流体能量在动能、 势能与焓之间的内分布在其流动时转变。 因为在冷柱中的流体是持续 “向 下” 流动 ( 远离于旋转轴线 )， 所以整个柱的分子经受压缩。
     并且， 在热柱中 ：
     因为在热柱中的流体是持续 “向上” 流动 ( 朝向旋转轴线 )， 所以整个柱的分子经 受减压。加热冷柱流体 ( 处于良好的绝缘、 隔热过程中 ) 的压缩和冷却热柱流体的减压违 反了作用于系统的设计需求， 该需求为流体以最低可能温度进入空腔 4 用于再加热并且具 有热柱流体与冷柱流体之间的最大温差。
     在分析这种压缩对每质量 m(t) 的影响时 ：
     从其离开空腔 7( 和推进器阵列 ) 并且进入其顶部处的冷柱的时刻起，
     直到其在时间 tc 后经冷柱的底部朝向空腔 4 离开冷柱的时刻为止， 其在顶部和底 部处相对于旋转轴线的能量为 ：
     51.Ec(t)1 ＝ m(t){(γ/(γ-1))RTc1/M+Uc12/2}
     52.Ec(t)2 ＝ m(t){(γ/(γ-1))RTc2/M-(1/2)ω2r2+Uc22/2}
     在质量 m(t) 良好绝缘且没有其他能量输入 / 输出的条件下， 在入口点和出口点处 的质量相对于旋转轴线的总能量保持不变。
     53.Ec(t)1 ＝ Ec(t)2
     54.m(t){(γ/(γ-1))RTc1/M+Uc12/2} ＝ m(t){(γ/(γ-1))RTc2/M-(1/2)ω2r2+Uc22/2}
     同样， 因为质量相同，
     55.ρc1Uc1At ＝ ρc2Uc2At
     因此， 该理想质量 m(t)( 从顶部朝底部向下流动 ) 在其出现在柱中的总时间 tc 内的 温差 ( 并且考虑到其位于使其为气态且远离于相变温度的温度 ) 为 ：
     56.ΔTmc(t) ＝ Tc2-Tc1 ＝ ((γ-1)γ/)(M/R){(1/2)ω2r2+Uc12/2(1-ρc12/ρc22)}
     其中 ：
     Ec(t)1 ： 冷柱的顶部处的质量 m(t) 流体相对于旋转轴线的相关能量， 包括焓、 势能、 和 定向动能 ；
     Ec(t)2 ： 冷柱的底部处的相同质量 m(t) 流体相对于旋转轴线的相关能量， 包括焓、 势 能、 和定向动能 ；
     Tc1 ： 位于冷柱的顶部处的入口点的质量 m(t) 的绝对温度 ；
     Tc2 ： 位于冷柱的底部处的出口点的质量 m(t) 的绝对温度 ；
     ΔTmc(t) ： 质量 m(t) 在其出现在冷柱中的总时间 tc 内的温差 ；tc ： 质量 m(t) 从其进入的时刻到离开的时刻出现在冷柱中的时间段 ；
     ρc1 ： 在入口点处的质量 m(t) 密度 ；
     ρc2 ： 在出口点处的质量 m(t) 密度 ；
     UC1 ： 在入口点处的质量 m(t) 速度 ；
     UC2 ： 在出口点处的质量 m(t) 速度。
     相同原理以相反的方式应用至在热柱 ( 在绝热过程中 ) 中的流体上， 该流体在底 部进入并在时间 tH 之后从顶部离开而降温。
     对于热柱，
     在入口点 ：
     57.EH(t)1 ＝ m(t){(γ/(γ-1))RTH1/M-(1/2)ω2r2+UH12/2}
     在出口点 ：
     58.EH(t)2 ＝ m(t){(γ/(γ-1))RTH2/M+UH22/2}
     就热柱而言， 在绝热条件下 ：
     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)ω2r2+UH12/2}
     而且
     61.ρH1UH1At ＝ ρH2UH2At
     62.ΔTmH(t) ＝ TH2-TH1 ＝ -((γ-1)γ/)(M/R){(1/2)ω2r2+UH22/2(1-ρH22/ρH12)}
     其中 ：
     EH(t)1 ： 热柱的底部处的质量 m(t) 流体相对于旋转轴线的相关能量 ( 入口点 )， 包括 焓、 势能、 和定向动能 ；
     EH(t)2 ： 热柱的顶部处的质量 m(t) 流体相对于旋转轴线的相关能量 ( 出口点 )， 包括 焓、 势能、 和定向动能 ；
     TH1 ： 位于热柱的底部处的入口点的质量 m(t) 的绝对温度 ；
     TH2 ： 位于热柱的顶处的出口点的质量 m(t) 的绝对温度 ；
     ΔTmH(t) ： 质量 m(t) 在其出现在热柱中的总时间 tH 内的温差 ；
     TH ： 质量 m(t) 从其进入的时刻到离开的时刻出现在热柱中的时间段 ；
     ρH1 ： 在入口点处的质量 m(t) 密度 ；
     ρH2 ： 在出口点处的质量 m(t) 密度 ；
     UH1 ： 在入口点处的质量 m(t) 速度 ；
     UH2 ： 在出口点处的质量 m(t) 速度
     压缩 / 减压效果可以通过低的流体流动速度最小化并且也如下 ：
     减压冷却效果可以通过将热柱中的流体暴露给来自同样沿着柱的环境的其他加 热而最小化， 该环境包括更靠近旋转轴线的部段 ( 再加热逐渐减压的流体 )。 该再加热使过 程的该部分表现为更像等温减压而非绝热。
     压缩加热效果可以通过将在冷柱的顶部处的进入点的流体温度 ( 在离开推进器 阵列之后 ) 设定为非常接近相变 ( 冷凝 ) 温度并且在潜热已经由推进器阵列部分吸收且从 系统输出之后而最小化。这允许 “向下” 流动的再加热因流体回收利用潜热而被减弱。在这种情况下， 参与到该过程中的潜热被添加至其他相关流体能量成分并且可以如下表达 ：
     63.QL ＝ m(t)L
     其中，
     QL ： 在流体的相变期间释放或吸收的能量的量 ；
     L： 流体的潜热容。
     另外， 连续的质量部分实际上沿着柱不是彼此隔绝的， 并且由此在柱内存在热流 动， 主要通过辐射和对流， 由此影响内部的温度分布。流动越慢， 用于柱 ( 从进口到出口 ) 中的每个质量部分的平均能量交换暴露时间越长， 每个柱内的温差越平直。 另外， 可以在空 腔中使用不同相变温度的流体的混合物， 以便维持混合物中的一种或更多种流体的气体行 为 ( 在通过推进器阵列的能量输出部分中 )， 同时获益于一种或更多种其他流体的该相变 原理 ( 冷凝 )。
     上述设备和过程使用单个热能来源以将其一部分转变成有用能量。
     该过程假定进入空腔 6( 也称为 “冷柱” ) 的流体能够在流体经过系统的每次循环 之后以可持续的方式维持在其初始的低温。
     假定在空腔 5( 热柱 ) 中的流体将由于从热的周围环境的热能输入而保持比在冷 柱中的流体热， 该热能输入与仅经推进器阵列 ( 在空腔 7 中 ) 的能量输出所导致的流体冷 却效果相结合， 不需要吸热设备从冷柱排出过量的热能以在每次循环之前将其带回到其初 始的低温。
     本发明人提出了对先前描述的设备和过程的改进和调整， 以便包括吸热设备从而 确保在热柱中的流体部分的温度和在冷柱中的流体部分的温度随时间可持续地维持它们 的差异。
     在从流体经其与推进器阵列的相互作用输出的能量不会充分冷却流体以将其带 回至其初始的给定低温的任一和全部情况下， 吸热设备应该从冷柱中的流体排出过量的热 以维持初始条件下的温差， 该温差导致流动和能量输出的开始。
     对前述设备的调整描述如下 ( 图 10)。
     构成内转子 IR 的外皮的、 中空的、 由导热材料制成的紧密密封圆筒的外圆筒 1 设 有热绝缘材料的环形部段层 70。
     该环形绝缘层 70 以坚固附接的方式紧密地附接至外圆筒 1 的导热材料 ： 其能够承 受在 IR 内的加压流体对出现在外圆筒 1 与外壳体 61 的内部之间的空腔 60 中的真空条件 的压力。
     该环形层 70 作为外圆筒 1 的一部分设置成靠近在空腔 6( 冷柱 ) 的侧面上的封闭 基部。
     对于该热绝缘层 70， 围绕其外部附接有两个环形平直表面 71、 72。这些环形附接 件也由热绝缘材料制成， 该材料具有反射电磁热辐射的颜色以便尽可能多地减小热经这些 附接件 71、 71 辐射到外壳体 61 的内部与外圆筒 1( 其保持在真空条件下 ) 之间的空间中。 这尽可能多地减小在两侧 71、 72 上的暴露给较热环境区域 ( 下文中为 “较热环境” ) 的空间 与暴露给较冷环境区域 ( 下文中为 “较冷环境” ) 的空间之间的热传递， 由此减小对出现在 空腔 6( 冷柱 ) 中的流体部分的非期望的再加热。
     外壳体 61 以与外圆筒 1 相似的方式进行调整， 对完全包围其的导热材料的环形部段设置有热绝缘材料层 73， 该层 73 与部段相同形状并且以坚固密封的方式附接至外壳体 61 ： 其能够承受外部环境对出现在空腔 60 中的外壳体 61 内的真空条件的压力。
     热绝缘层 73 面对且平行于在外圆筒 1 上的对应部分的绝缘材料层 70。
     对于该部段 73， 在外壳体 61 的内侧上， 附接有两个热绝缘环状平直表面 ( 都沿着 部段 73)74、 75， 其由热绝缘材料制成并且也有反射热辐射的颜色 ( 如同部段 73 和 70)。这 些附接件具有与附接件 71、 72 相同的作用并且与它们一起动作以进一步减小热传递。
     在绝缘部段 70、 73 或它们的热绝缘附接件上没有热交换翅片。
     对于热绝缘层 73， 沿着其在其外部附接有热绝缘部段 76。该部段具有在设备所暴 露给的较热与较冷环境之间进行隔离的目的， 这两种环境在外壳体 61 的外部。设备如下地 暴露给这两种环境 ： 包围外壳体 61 的全部空间， 从部段 76 向前、 到空腔 4 和 5 的外部， 都暴 露给较热环境。围绕外壳体 61 的全部空间， 从部段 76 向前朝向另一侧， 到空腔 6 的外部， 都暴露给较冷环境 ( 该环境比较热环境冷 )。
     位于空腔 6 与外壳体 1 的基部之间的热绝缘层 25( 图 1) 被去除， 以允许空腔 6( 冷 柱 ) 中的流体部分通过其经由空腔 60 的对应部分中的真空热暴露给外壳体 1 外部的较冷 环境而被冷却。 为了改进这种冷却， 多个导热的热交换翅片 77 以导热的方式附接至空腔 6 内部的 外圆筒 1 的基部内。这些热交换翅片 77 的方向是使得遵循在空腔 6 内部的流体的流型以 使妨碍和湍流最小。
     在外圆筒 1 的基部的外表面上， 并且在外壳体 61 的对应壁部 ( 或者如果外壳体 61 为圆筒形则是基部 ) 的内表面上， 多个环形导热的热交换翅片以导热的方式围绕旋转轴线 以可变的半径附接 ： 分别为翅片 78、 79 和翅片 80、 81。翅片 78、 79 允许增大在真空腔 60 内 部的热辐射面积， 由此通过外部较冷环境提高在空腔 6 内部的流体的冷却速度。 翅片 80、 81 允许增大在真空腔 60 内部的热辐射面积， 由此通过外部较热环境提高在空腔 5 内部的流体 的加热速度。当内转子在外壳体 61 内部旋转时， 翅片的环形和可变的半径允许对应的翅片 78、 79 和 80、 81 彼此持续地面对而不会相互妨碍。
     采用改进设备的过程描述如下 ：
     在转子 17 被致动之后， 使内转子 IR 以期望的旋转角频率 ω 旋转而外壳体 OS 保 持在相同的冷环境内直到温度在旋转条件下稳定， 设备的外壳体 61 暴露给由热绝缘部段 76 隔开的两个不同温度区域的工作环境。在空腔 4 和 5 内的呈气态的流体部分暴露给出 现在外壳体 61 的外部并围绕它们的较热 ( 相对于较冷环境区域 ) 环境区域。在空腔 6 内 的呈气态 ( 也可以呈液态 ) 的流体部分暴露给出现在外壳体 61 外部且面对其的较冷 ( 相 对于较热环境区域 ) 环境区域。因为在空腔中的流体与外部环境区域由导热材料和真空隔 开， 所以在空腔中的流体部分与它们相应的环境区域之间的热交换通过对流 ( 在流体中 )、 传导 ( 在导热外皮和翅片材料中 ) 和辐射 ( 通过处于真空中的空腔 60) 并且通过它们的组 合发生。热绝缘部段 70、 73 和相应的绝缘附接件 71、 72 和 74、 75、 76 使得在两个环境区域、 在内转子内部的它们相应的空腔以及在空腔中的流体部分之间的温度干扰和加热影响减 到最小。
     因这两个环境区域， 在内转子的空腔内部加压的流体具有可变的温度 ： 在空腔 4、 5 内部的流体比在空腔 6 内部的流体部分热。由此， 在离心电机被致动之前， 在较低温度的
     空腔中的气态流体的密度较高。在空腔 6、 冷柱中的流体部分比在空腔 5、 热柱 ( 注意 ： 在标 准模式下柱为相同的体积 ) 中的流体部分的密度大， 并且由此具有更高的单位体积质量。 当离心电机 17 致动至给定的转速时， 在热柱和冷柱中的流体部分因它们的质量和转速而 经受向心力， 并且经由空腔 4 通过它们的底部对彼此施加反作用的压力。
     在冷柱中的较冷的、 较高质量的流体部分试图抵抗在热柱中的较低质量的、 较热 的流体部分前行以平衡在空腔 4 的两端上的压力。因该前行， 在空腔 7 的附接至冷柱的顶 部的端部处的压力相对于在空腔 7 的另一端部处的压力下降， 空腔 7 在其另一端部处附接 至热柱的顶部。该压差导致流体经空腔 7、 经推进器阵列的推进器 13 前行， 从而致动它们， 导致电能或其他有用能量输出到系统外部。该能量输出是流体的分子间动能的一部分 ( 实 际上， 与对应的流体温度成比例 ) 并且在流体经空腔 7 朝向冷柱的顶部前行时导致流体冷 却。该新到达冷柱内的流体相对于其在热柱的顶部处的、 进入空腔 7 的入口点处的温度更 冷。在冷柱外部的较冷环境区域允许在冷柱中的流体温度进一步减小， 将热量散发给该较 冷环境区域。在平衡条件下， 因较冷环境区域与较热环境区域之间的温差而引起的在热柱 与冷柱中的流体部分之间的温差， 与由内转子的旋转所导致的离心条件一起， 允许穿过空 腔 7、 6、 5、 4 的持续的流体流动和持续的有用能量的输出。该过程具有对较热环境区域的冷 却效果和对较冷环境区域的加热效果。在内转子的空腔内部的流体的压力水平、 离心电机 17 的转速和输出电路的电阻水平 ( 并且由此， 对每个对应转子 13 的流动水平的阻力 ) 需要 被调节以优化从两个环境参数范围中的任一个回收利用能量。 通过该过程回收利用的能量 是在外壳体 61 所暴露给的两个环境区域之间的热能差的一部分。
     通过离心电机 17 和输出发电机 15 及它们的机械磨损的损耗所产生的热能通过空 腔 4 和 5 被很大程度地引导回较热流体中并被回收利用。由空腔 60( 其设定为处于尽可能 的真空条件中 ) 中的残留气体导致的湍流和摩擦有助于较热环境区域的加热动作并且干 扰较冷环境区域的冷却动作， 从而需要通过优化真空和使外圆筒 1 的外部形状、 外壳体 61 的内部形状及它们的附接件的形状尽可能地符合空气动力学而最小化。由离心电机 17 产 生的旋转所需的能量 ( 在减去通过较热流体回收利用的损耗热之后 ) 是最小所需的有用输 出， 以便具有有用的总输出， 该总输出大于零。
     用于热和冷环境区域的来源和收集装置 ：
     物理接近的热和冷外部环境区域的来源有许多。作为示例， 下文描述一些用于环 境区域及收集装置的选项 ： 利用两个分离的导热管道 / 翅片以最大化热交换能力， 一个用 于较冷环境区域而另一个用于较热环境区域， 各自容纳有或没有容纳借助于线路内的泵进 行循环的流体 ( 液态或气态 )。一个设定为将热从需要冷却的流体部分排出到较冷环境区 域， 而另一个从较热环境区域朝向需要被加热的流体部分收集热。
     可以使用已经移动的热交换表面的情况， 比如在海上的活动船只 ； 在空中的航空 器等。有风的条件也增大这种表面交换的能力。
     当组合时， 可以例如如下组合地利用热 / 冷源之间的温差 ： 较深的水平和表面可 见的水平、 海洋和天空、 地下温度和大气、 较高的和较低的空气、 向阳侧和向阴侧、 干空气和 通过蒸发 ( 主要在具有低湿度的环境中有用 ) 的雾状水 ( 或其它液体 ) 冷却效果。其它组 合源可以利用在损耗源加热 ( 比如任意的电子 / 电气设备、 发电厂的发电机、 车辆发动机 等 ) 与作为较冷环境区域的附近环境的空气 / 水之间的温差。主动源的较热环境区域也是可行的， 燃烧燃料以产生所需的热源， 由此使该设备作为热效发电机。同样， 由系统产生的 有用能量的一部分可以被反馈， 如果这样选择则有助于冷环境区域的冷却和 / 或热环境区 域的加热。
     图 11 描绘了对较冷 / 较热环境区域的实际连接的示意性示例 ： 外壳体 61 的导热 外部由热绝缘层 76 隔开。在两个导热部分上附接有导热的热交换翅片 88、 89。外壳体 61 的这两个部件装配有密封的、 热绝缘的盖部 82、 83， 盖部 82、 83 密封地附接到热绝缘部段 76 上。对于这些盖部 82、 83 中的每一个， 分别密封地附接有导热管道 86、 87。这些管道 86、 87 中的每一个容纳热流体并且分别装配有泵 84、 85。 泵使流体在外壳体 61 的外部与构成该过 程所需的两个环境区域的热 / 冷温度源之间循环。
     在所述过程和设备的其他后果 / 结果中， 取决于所选取的构型， 产生冷却、 冷凝和 运动。所述过程和设备可以直接和 / 或间接地参与到各种过程和设备中并且用于大范围的 用途。其中的一些在当今存在， 而另一些将作为前景实现。