基于稀有气体的柏努利热泵和方法技术

热泵将热量从源头移动到较温热的散热器，其中柏努利热泵通过下面方式实现这种移动，即通过降低通常较温热的散热流的部分中的温度。热量自发地从通常较冷的热源流流动到散热器流的局部寒冷的部分，其是文丘里管的颈部。这个温度降低是由于随机气体微粒运动（温度和压力）的柏努利转换成定向运动（流）而造成的。本发明专利技术是一种柏努利热泵，其中，向文丘里管颈部中的热传递使用了稀有气体的不寻常的热力传递特性。稀有气体，特别是它们的混合物，具有不同寻常的小的普朗特数，并且从而有助于随机微粒运动（热量）相对于定向微粒运动的扩散（粘度）的扩散，粘性摩擦造成了柏努利热泵消耗的大部分热量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热泵一一将热量从热源移动到温热的散热器(heat sink)的装置，更具体的是涉及柏努利(Bernoulli)热泵 和方法。
技术介绍
热机将热量从源头移动到散热器。通过区分热量移动的方向， 热机可以被分为两种基本类型。热量自发地"向下"流动，也就是 朝着较低温度流动。对于水的流动，"向下的"热量流动可用于产 生机械功，例如像内燃机所表示的。将热量"向上"移动的装置， 也就是朝着较高温度移动的装置，被称为热泵。热泵必须消耗能量。 冰箱和空调是热泵的实例。通常使用的热泵使用的工作流体(气体 或者液体)的温度在一范围上改变，该范围包括源头和散热器的温 度，热量在所述源头和散热器之间被泵送。这个温度变化通常通过 压縮工作流体来实现。柏努利热泵通过使用公知的柏努利原理实现 了所需要的温度变化，根据该原理，随机分子运动(温度和压力) 被转变成定向运动(宏观流体流动)，同时保持整体动能不变。通 常当流体流动的横截面面积减小时发生柏努利转换，如在文丘里管 形的管道中，其中，流体流动的横截面面积沿着流动路径经过最小 值。流体可以是气体或者液体。现有的这种实例由C.H.Barkelew 在美国专利3,049,891中描述，名为"Cooling by flowing gas atsupersonic velocity", 10/21/60;并且由V. C. Williams在美国 专利3, 200， 607中描述，名为，，Space Conditioning Apparatus", 11/7/63。随着横截面面积减小，如在花园用软管喷嘴中，定向运动必 须被增大从而保持恒定的质量通量(massflux)。通过在温度和压 力中反映出的随机分子运动的局部降低，这种转换自发地发生，也 就是不需要另外的能量。然而压縮消耗能量，柏努利转换不需要。 虽然柏努利转换本身不消耗能量，但是流体喷嘴状结构(nozzling) 通常意味着散热流内强烈的速度梯度。速度梯度意味着粘滞损失。 因此，在柏努利热泵的发展中关键的挑战是发现并且使用有助于热 传递同时使粘滞损失最小化的结构和材料。近来在热声应用中己经发现，稀有气体的混合物具有异常小 的粘性。这种发展的讨论和另外的参考可以参见M.E.H.Tijani, J. C. H. Zeegers and A. T. A. M, de Waele， "Prandtl number and thermoacoustic refrigerators", Journal of the Acoustic Society of America, 112， No. 1， pp. 134—143, (July, 2002)。对于热泵来说，通常的效率度量(metric)是"性能系数" (CoP)，其是热流量(heat-transfer rate)与所消耗能量的比率。 在柏努利热泵中，能量消耗的主要来源是文丘里管颈部内的粘滞摩 擦，在其处，流动速度最大。驱动热传递的温差和粘性耗散与流速 的平方成比例。工作流体的两个特性对于柏努利热泵的效率是至关 重要的它的导热率和它的粘性。气体的无量纲特性，称为普朗特 数，是最基本的这两个特性的比率。CoP因此可以直接受益于使用 具有小的普朗特数的材料。Tijani等在热声装置中的上述发现， 即稀有气体的混合物具有不寻常小的普朗特数，现在已经根据本专利技术被应用，这种发现的新的应用改进了柏努利热泵和方法的操作。
技术实现思路
因此本专利技术的主要目的是提供一种操作柏努利热泵等的新的 和改进的方法，并且产生新的泵设备，其提供了有效的热传递，同 时使粘性流体流动损失最小化。另一个目的是提供稀有气体在柏努利热泵中的新的使用，并 且优选的是这种和其它气体的混合物，所述混合物提供了具有不同 质量的气体成分(原子，分子)——相对轻和相对重——在泵的流 体流动操作中产生了显著低的普朗特数。另一个目的是提供这样一种新的柏努利热泵，其中，向文丘 里管颈部中的热传递使用了稀有气体的不寻常的热力传输特性。下面将详细描述其它和另外的目的，并且在权利要求中充分 限定。然而，总的来说，根据它的较宽的方面中的一个，本专利技术包括一种柏努利热泵，其中，热量被传递到喷嘴式(nozzled)散热 流体流的颈部中，平衡热传递和粘滞损失的方法，包括使一种或 多种稀有气体作为所述散热流流动穿过颈部，同时热量被传递到其 处。从设备的观点，本专利技术的方法可以利用热泵实施，该热泵包括.热源流体流，.散热流体流，与所述热源流体流良好的热接触，.鼓风机构，保持所述热源和散热流体流，.至少一个具有可变横截面的固体管道，其将文丘里管形状施加在所述散热流上，和.其中所述散热流体流包括至少1%摩尔分数的稀有气体作为 一种成分。优选的并且最好的实施方式下面充分描述。根据本专利技术的另一个方面，工作流体可以包括基本的(elemental)稀有气体。因为普朗特数与具体的热量成比例，其 依次与工作流体中可用于吸收能量的自由度(degrees of freedom) 的数目成比例，对于包括相对简单微粒的气体来说，普朗特数已经 相对小。包括最简单微粒的气体是稀有气体。因此，利用稀有气体 的这些不寻常的热力传输特性，甚至基本稀有气体现在已经证实对 于作为柏努利热泵的工作流体是有吸引力的，并且它们因此对于本 专利技术的目的是优选的。本专利技术因此构思一种柏努利热泵，其中，散热流体流一_"工 作流体"一一事实上优选包括显著部分的稀有气体或者稀有气体的 混合物，轻的和重的；并且通常，相对轻和相对重的气体成分的混 合物，下面进行解释。附图说明下面参考附图描述本专利技术，附图中图1是一剖视图，示出了文丘里喷嘴中的流体温度和速度， 其中，优选稀有气体是流体的组成成分，用于实现本专利技术的目的。 图2是自形成的文丘里管结构。图3是随机-到-定向运动的柏努利转换图。 图4是本专利技术的优选的热泵，其中，从热源流向图1的散热 文丘里管的颈部的热传递提供了可与本专利技术的优选稀有气体方法流动一起使用的泵送。图5示出了封闭无管道的柏努利热泵，可与稀有气体流体等一起使用。图6是图2和图5中显示的环形的涡轮类型泵。 图6a是包括环形涡轮的盘的俯视图。 图6b是示出环形涡轮的叶片的盘的侧视图。 图7是闭合的基于管道的柏努利热泵，用于与本专利技术的稀有 气体流体流一起使用。具体实施例方式在本专利技术的实施例中，使得流体流采用文丘里管形状，其基 本形式在图1的横截面变化的固体管道中示出，包括文丘里管道的 入口喷嘴部分1，相对缓慢的高温流体流4被压力驱动到所述入口 喷嘴部分1中，汇聚到中间的颈部2中，颈部2具有减小的或者縮 减的横截面，流5作为相对快速和冷却的流体流通过扩张型(diverging)喷嘴部分3离开，并且其中，在扩张型喷嘴或者扩 散部分3中，柏努利转换反向进行，产生了与入口 l类似的缓慢的 流6，但是被传递到文丘里管颈部中的流的热量所加热。鼓风机构， 如图7所示，可用于产生压差，所述压差保持热源和散热流体流良 好的热接触，这是众所周知的；或者用于从出口或者从排出口牵引 散热流，或者用于将散热流推动到文丘里管的入口中。可替换的是，喷嘴状结构可以是流体对于低压区域的自组织(self-o本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一种柏努利热泵中，其中，热量被传递到喷嘴式散热流体流的颈部中，平衡热传递和粘滞损失的方法，包括：使一种或多种稀有气体作为所述散热流流动穿过所述颈部，同时热量被传递到其处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AR威廉斯，CC阿戈斯塔，
申请(专利权)人：马奇弗洛能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]