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DE931046C - Verfahren und Vorrichtung zum Entzug und zur Abgabe von Waermeenergie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Entzug und zur Abgabe von Waermeenergie

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Publication number
DE931046C
DE931046C DES26549A DES0026549A DE931046C DE 931046 C DE931046 C DE 931046C DE S26549 A DES26549 A DE S26549A DE S0026549 A DES0026549 A DE S0026549A DE 931046 C DE931046 C DE 931046C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
working medium
rotor
medium
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DES26549A
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert Dipl-Ing Sprenger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Application granted granted Critical
Publication of DE931046C publication Critical patent/DE931046C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/02Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Entzug und zur Abgabe von Wärmeenergie Unter einem Verfahren zum Entzug und zur Abgabe von Wärmeenergie soll ein Vorgang verstanden werden, der gestattet, auf einem - relativ niedrigen Temperaturspiegel Wärme zu entnehmen und diese Wärme auf einem relativ höheren Temperaturspiegel wieder abzugeben. Sinngemäß kann dieses Verfahren auch ein Wärmegefälle zur Umsetzung in mechanische Energie ausnutzen.
  • Es ist an sich bekannt, den Entzug und die Abgabe von Wärmeenergie mittels eines kompressiblen Arbeitsmediums in der erwähnten Form dadurch zu bewirken, daß dieses Medium in einem thermodynamischen, offenen oder geschlossenen Prozeß mindestens zwei miteinander in Verbindung stehende Räume durchläuft, worin unterschiedliche Druckverhältnisse herrschen und Wärmeübergänge stattfinden können.
  • Das Verfahren wird jedoch üblicherweise durch eine Folge von verdichtenden, expandierenden und wärmeaustauschenden Apparaten bewirkt, die eine größere Anzahl von Einzelteilen umfassen und im Verhältnis zur Leistung einen relativ großen technischen Aufwand darstellen.
  • Füreine solche Anlage ist es jedoch von Belang, daß die Bauart möglichst einfach ist, daß im Betrieb möglichst geringe Störquellen vorhanden sind und sich etwaige Überholungen und Reparaturen schnell und ohne umständliche Demontagearbeiten vollziehen lasisen. Auch kann es von Belang sein, die Zahl der Einzelteile weitgehendst zu b.eschränken. Gerade im Hinblick auf die Verwendung einer solchen Anlage als relativ kleines Aggregat für Zwecke, bei denen die Gestehungskosten eine wesentliche Rolle spielen, ist es wünschenswert, durch möglichst starke Reduktion der Zahl. der Einzelteile und gleichzeitige Wahrung eines befriedigenden thermodynamischen Wirkungsgrades die Anwendung :des Verfahrens überhaupt erst zu ermöglichen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine besondere Ausgestaltung des Verfahrens zum Entzug und zur Abgabe von Wärmeenergie mittels eines thermodynamischen Prozesses. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium seine Ver dichtungs- und Expansions:-zustände, mindestens jedoch seine Verdichtungszustände durch Fliehkraftfelder erfährt und die zur Erzeugung dies-er Fliehkraftfelder nötige Strömungsart bei der Wärmeaufnahme und -abgabe, mindestens jedoch bei einem dieser Prozesse beibehalten wird.
  • Diese Form des Verfahrens gestattet, auf die üblichen Vorrichtungen zur Unterteilung .der Prozesse auf verschiedene Apparate zu verzichten und den Prozeß grundsätzlich mit einem bisher nicht erreichbaren Minimum an Bauteilen durchzuführen, indem diese Apparate zu einer geringen Anzahl von Maschinenelementen zusammengefügt werden können.
  • Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Wärmezufuhrvorrichtung, durch eine Vorrichtung, die eine Fliehkraftwirkungen verursachende Form der 'Strömung bedingt, und schließlich durch eine Wärmeabfuhrvorrichtung; Wärmezufuhr und -entrahme können dabei nach oder innerhalb der Zonen zunehmender bzw. abnehmender Fliehkraftwirkung ganz oder teilweise erfolgen.
  • Damit das Arbeitsmedium bei der Wärmeförderung auf einen höheren Temperaturspiegel aus den Zonen hoher Flishkräft wieder in Zonen geringerer Fliehkraft verbracht werden kann, ist eine Fördervorrichtung notwendig. Bei der Ausnutzung eines Wärmegefälles zur Erzeugung mechanischer Energie wird diese Fördervorrichtung sinngemäß .angetrieben und kann die erzeugte Energie abgeben.
  • Eine Reihe von Maßnahmen kann getroffen werden, die der Erhöhung der spezifischen Leistung der Anlage, der Regulierung ,dieser Anlage, dem sicheren -Betrieb dieser Anlage, der einfachen Herstellung dieser Anlage oder der Verwendung dieser Anlage zum -Zwecke der thermodynamischen Behandlung des Arbeitsmediums selbst dienen.
  • Einige dieser Maßnahmen seien im folgenden: erörtert: Vorzugsweise kann als Arbeitsmedium ein schweres, einatomiges Gas verwendet werden, wie beispielsweise Xenon, Argon oder Krypton; diese Gase besitzen eine relativ hohe Wärmeaufnahmekapazität und sind für die Verwendung innerhalb des Prozesses geeignet.
  • Bei der Anordnung eines geschlossenen Kreislaufes kann das Arbeitsmedium unter Druck ge setzt werden, wodurch die in einer Anlage bestimmter Größe unterbrinsbare Leistung wesent lich -erhöht werden kann.
  • Die Leistung der Anlage kann weiter verbessert werden durch -die Beifügung eines dampfförmigen Zusatzes oder eines flüssigen Zusatzes bzw. eines Gemisches von beiden zum Arbeitsmedium, wobei an den Wärmeübergangsflächen Flüssigkeitsfilme ausgebildet werden, die den Wärmeübergang verbe ssern. Insbesondere kann zwischen dem gasförrnigen Arbeitsmedium und diesen Flüssigkeits: filmen noch ein wärmeaustauschendes Bauelement eingeschaltet werden, beispielsweise in der Form von beide Teile berührenden Metallplatten.
  • Die Anlage kann so ausgebildet werden, daß sich der ganze Kreisprozeß (oder Teile davon) in einem Rotor vollzieht, wobei die wärmieaustauschenden Flächen ganz oder teilweise an der Rotation teilnehmen.
  • An den wärmeaustauschenden Flächen können Rippen oder Flächen angebracht werden, die die zum Wärmeübergang verfügbare Oberfläche vergrößern.
  • Die Pumpvorrichtung kann bei der Anwendung eines -Rotors durch diesen Rotor selbst bewirkt werden, indem ein geeignetes Statorelement in diesem Rotor oder im Anschluß zum Rotor angebracht wird.
  • In der Zone des Wärmeaustausches gebildete Flüssigkeitsfilme- können durch eine Fördervorrichtung, vorzugsweise durch 'Stauwirkung infolge der Fliehkraftströmung, in andere Zonen gefördert werden. Diese Vorrichtung kann auch bei gasförmigen und gemischten Medien Anwendung finden.
  • Die bei Anwendung eines Rotors dem Wärmeaustausch mit der Umgebung dienenden Flächen können vorteilhaft so angeordnet werden, daß Teilchen des umgebenden Mediums, die an den betreffenden Flächen ihre Wärmeenergie abgegeben bzw. ,aufgenommen haben, durch die in der Grenzschicht noch wirksamen Fliehkräfte aus der Zone des Wärmeaustausches verdrängt werden.
  • Die spezifische Leistung der Anlage kann dadurch erhöht werden, daß im Wärmeaustausch mit der Umgebung zwischen der Zone außen an den wärmeübertragenden Flächen und weiteren zu erwärmenden oder zu kühlenden Räumen ein Kreislauf mit einer Substanz hohen Wärmespeicherungsvermögens; wie Wasser, oder ein Kreislauf mit einer Substanz, die rotierenden Elementen einen möglichst geringen Reibungswiderstand entgegensetzt, verwendet wird. Für .die Wärmezufuhr und die Wärmeabfuhr :sind getrennte Kreisläufe erforderlich.
  • Bei der Anordnung von Rotoren kann durch die Verwendung .eines solchen Kreislaufes mit leichten Gasen der Reibungswiderstand des Rotors vermindert werden.
  • Bei der Anwendung von Rotoren werden zweckmäßigerweise im Innern derselben Schaufeln oder Kanäle derart angeordnet, daß die Winkelgeschwindigkeit des Rotors in geeigneter Form auf das Arbeitsmedium übertragen- wird. Zur Verminderung des Wärmeaustausches innerhalb der Anlage können die Trennwände, die Zonen verschiedenen Wärmeinhaltes voneinander trennen, zweckmäßig isolierend, speziell doppelwandig ausgeführt werden.
  • Bei der Anwendung von Rotören und eines r otorinneren Elementes als Fördervorrichtung, sinngemäß bei Anwendung von Kammern und geschlossenen Kreisläufen, kann das erforderliche Drehmoment der Fördervorrichtung durch eine stopfbüchsealose Kupplung, beispielsweise eine magnetische, zugeführt werden. Diese Maßnahme gestattet eine völlig geschlossene Ausführung der Anlage und die Beibehaltung eines einmal aufgebrachten Fülldruckes für längere Zeit.
  • Bei der Anwendung von Rotoren können dieselben zweckmäßig aus einfachen Rotationskörpern, speziell Scheiben und Ringen, zusammengesetzt werden, die die Wahl von Formen hoher Festigkeit gegen Fliehkräfte gestatten, wobei Rotoren aus den Teilen durch permanente Verbindungsverfahren, beispielsweise Schweißen, aufgebaut werden.
  • Die Leistung der äußeren Wärmeübertragungsfläcben kann bei der Verwendung von Rotoren auch noch dadurch jerhöht werden, daß auf dem Rotor Fördervorrichtungen für die umgebenden Medien angebracht werden, die eine intensiverte Zirkulation dieses Mediums über die Wärmeaustauschflächen bewirken.
  • Die Leistung der äußeren Wärmeübertragungsflächen kann bei der Verwendung von Rotoren auch dadurch erhöht werden, daß in der Nähe der auf den Flächen befindlichen Grenzschichten des umgebenden Mediums Schikanen angeordnet werden, die den Austausch der Grenzschichten begünstigen.
  • Die Regulierung dieser Anlage kann bei Anordnung eines geschlossenen, unter Druck gesetzten Kreislaufes zweckmäßig dadurch bewirkt werden, daß dieser Druck entsprechend dem Bedarf verändert wird.
  • Die Leistungsänderung kann jedoch auch durch Drosselwirkungen auf die die Anlage umgebenden Medien bewirkt werden.
  • Die Leistung ist ebenfalls und in ausgeprägtem Maße von der Größe der Fliehkraftfelder bzw. der Rotationsgeschwindigkeit des Arbeitsmedums abhängig und kann durch Veränderung derselben in den weitesten Grenzen reguliert werden.
  • Bei der Anwendung der Anlage zur Bewältigung größerer Leistungen wird die Verwendung einer Vielzahl parallel bziv. in Serie geschalteter Anlagen günstiger sein als eine entsprechende Vergrößerung der Abmessungen, die durch starke Verschlechterung des thermodynamischen Wirkungsgrades oberhalb der optimalen Baugrößen ihre Grenzen findet. Insbesondere ist die mehrfache Anordnung kleinerer Anlagen auch fabrikationstechnisch vorteilhaft.
  • Bei der Anwendung des Rotors entsteht zwischen Zonen verschiedenen Durchmessers eine Förderwirkung, die, insbesondere soweit s:e eine Absaugung der Wärmezufuhrzone in die Wärmeabgabezon.e verursacht, unerwünscht ist oder die Anordnung von Dichtungen veranlaßt. Vorteilhaft wird zur Behebung dieses Umstandes dem äußeren Medium beispielsweise durch Förderung gegen eine Drosselstelle ein Druck erteilt, der dem Förderdruck entspricht und diese somit aufhebt.
  • Der sichere Betrieb bei einem Minimum an herstellungstechnischem Aufwand kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß der Rotor an .einer biegeweichen Einrichtung oder an einem Gelenk, die der Einleitung des Drehmomentes dienen können, vertikal aufgehängt wird. Der Rotor kann bei höheren Drehzahlen dann um seinen Schwerpunkt rotieren. Die gleiche Wirkung kann mittels der Aufhängung nach Lava l auch bei Rotoren anderer Achslage erreicht werden. Durch diese Maßnahme wird die Wirkung von Unwuchten bei den auftretenden hohen Drehzahlen aufgehoben, die Anlage vereinfacht und die Herstellung verbilligt.
  • Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, die Wärmeaustauschvorgänge durch abwechselndes Beheizen oder Kühlen und anschließendes Inbetriebsetzen bis zur Erschöpfung des Potentials bzw. Wiederholung dieses Vorganges zu ersetzen. Die Erwärmung oder Kühlung kann auch durch innere chemische Prozesse oder durch Austragen und Einbringen eines außerhalb der Anlage in seinem Wärmeinhalt veränderten Gutes bewirkt werden.
  • Bei der Anwendung des Rotors können bei der Verwendung von Flüssigkeitsfilmen wulstförmige Blenden verwendet werden, die ein Abfließen der Flüssigkeitsfilme in Zonen größerer Fliehkraftwirkung verhindern.
  • Bei der Anordnung offener Kreisläufe und der Anwendung des Rotors kann die Expansion zweckmäßigerweise durch Expansion des Arbeitsmediums in einer Zone höherer Fliehkraft erfolgen, als die Ansaugung des Arbeitsmediums erfolgt, wodurch das Arbeitsmedium ohne gesonderte Pumpanlage durch den Rotor gefördert wird.
  • Der Rotor kann aus Stahl, zweckmäßigerweise jedoch auch aus hochfesten Aluminiumlegierungen hergestellt werden, die bei hoher Festigkeit ein vorzügliches Wärmeleitvermögen besitzen.
  • Die. einfache Form, die den Rotoren solcher Anlagen besonders im Gegensatz zu vielen üblichen Elementen rotierender Verdichter und Expansionsmaschinen erteilt werden kann, gestattet, außerordentlich hohe Drehzahlen zu erzeugen, die zu entsprechend hohen spezifischen Leistungen der Anlagen führen. Sie begünstigt auch die Verwendung der Anlage bei extrem tiefen oder hohen Temperaturen.
  • Bei der Anwendung des Rotors können bei teilweiser Vereisung des wärmeabgebenden äußeren Mediums besonders günstige Verhältnisse dadurch geschaffen werden, daß die gefrorenen Partikel abgeschabt oder vom umlaufenden Rotor einfach abgeschleudert werden.
  • Der verfahrensmäßige thermodynamische Prozeß kann insbesondere auch zur Behandlung des Arbeitsmediums selbst verwendet werden, wobei die Durchführung chemischer und physikalischer Prozesse bei unterschiedlichen Temperaturen und Druckverhältnissen auch bei einer durch die Strömung des Arbeitsmediums intensivierten Berührung einer Kontaktsubstanz innerhalb des Prozesses möglich ist. Als Beispiele seien die Anwendung bei der Erdölverarbeitung, die Anwendung zum Ausfrieren von Dämpfen oder zur Verflüssigung von Gasen erwähnt.
  • Die einfachste Form 'einer Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist in Fig. i gezeigt. Durch eine zylindrische Kammer ist hierbei ein senkrechter Schnitt gelegt.
  • Das Arbeitsmedium tritt bei a durch ein Rohr i ,ein und erhält infolge der tangentialen Stellung dieses Rohres eine Drehung ähnlich einer Zyklonströmung, die in der Zone e zu einer relativ ge= ringen Verdichtung, in der Zone b zu einer relativ größeren Verdichtung führt. Das Arbeitsmedium wird in der Nähe der Zone b durch das Rohr 3 wieder abgesogen, einem Gebläse 6 zugeführt und durch das tangentiale Rohr i dem 'System wieder zugeführt. Dieser Vorgang kann auch umgekehrt werden, indem die Absaugung durch das Rohr i erfolgt und die tangentiale Zuführung durch das Rohr 3. Die Stellung beider Rohre zur Kammer wird dabei in zweckmäßiger Weise verändert. Das bei p angeordnete Gebläse 6 wird durch den Elektromotor 8 angetrieben.
  • Wird dein Arbeitsmedium nun durch die Flächen 4 Wärme aus einer relativ kühlen Umgebung zugeführt, so ist das Medium in der Lage, im höher verdichteten Zustande bei b an die Wandungen 2 Wärme an eine relativ wärmere Umgebung abzugeben.
  • Der Vorgang kann jedoch bei Anordnung des offenen Kreislaufes noch mehr vereinfacht werden. Die Zonee mit den Flächen 4 sowie das Rohr 3 entfallen hierbei, die Ansaugurig erfolgt aus der Umgebung bei p, in die auch das in verdichtetem Zustand gekühlte Medium wieder expandiert. Die Wärmeaufnahme erfolgt hierbei infolge der Wahrscheinlichkeit der Ansaugurig eines Prozentsatzes wärmerer Mediumteilchen, als in der' Expansionszone vorhanden sind, bzw. durch Erwärmung des Mediums in der weiteren Umgebung.
  • Mit der -Spirale 7 in der Zone b soll die Anordnung einer Kontaktsubstanz gezeigt werden, die vom Arbeitsmedium unter Druck und höherer Temperatur und mit der Geschwindigkeit der tangentialen Komponente der Fliehkraftströmung berührt wird.
  • Mit der geschlossenen und der offenen Anordnung kann mit der Einrichtung eine Erwärmung oder Kühlung umgebender Räume, Behandlung eines Arbeitsmediums selbst oder die Gewinnung von Arbeitsleistung aus einem zwischen e und b bestehenden positiven Wärmegefälle bezweckt werden.
  • Die Anordnung mehrerer Systeme mit intermittierender Wärmezufuhr ist für den Fachmann leicht vorstellbar, wenn er annimmt, daß aus .einer Reihe nebeneinander angeordneter Einrichtungen gemäß Fig. i einzelne durch Beheizung oder Kühlung in einzelnen Zonen verändert werden, während andere dass so gespeicherte Potential zur Ausübung des Verfahrens benutzen. Den Flächen 2 und 4 wird hierfür ein möglichst großes Wärmespeichervermögen erteilt.
  • Die Ausführung des Verfahrens .mit Hilfe eines offenen oder geschlossenen Rotors zeigt die Fig. 2. Bei einer Einrichtung mit horizontaler Anordnung ist ein Schnitt durch die Drehachse des Rotors gelegt.
  • In einem geschlossenen Rotor 2 i, der zwischen den Lagern 22 und 23 gelagert ist, sind die Kanäle 24 und 25 angeordnet. Der Rotor besteht aus einer Zone geringeren Durchmessers 26 und einer Zone größeren Durchmessers 27. Auf beiden Zonen sind Rippen 36 und 37 bzw. 38 und 39 zur Verbesserung des Wärmeüberganges angebracht. Wird in den Rotor ein kompressibles. Arbeitsmedium eingebracht und der Rotor in rasche Drehung versetzt, so wird die Fördervorrichtung 28, die durch die Elektromagneten 18 stationär gehalten wird, eine Störung des Kräftespiels zwischen Zonen zunehmender und abnehmender Fliehkraft bewirken, wodurch eine Zirkulation des Arbeitsmediums eingeleitet wird.
  • In der Zone g erfolgt eine Erwärmung des unter relativ geringer Fliehkraftwirkung stehenden Mediums durch die Umgebung d der Zone. Das Medium strömt dann durch das Zentralrohr i 9 in eine Zone zunehmender Fliehkraft c und erreicht bei b seinen höchsten, durch die Fliehkräfte bedingten Druck. Es kann hierbei die Wärme, die bei d aufgenommen wurde, durch die Rotorwandungen 38 an die Umgebung/ dieser Zone abgeben. Die Temperatur der Zone f kann, ein Kennzeichen des angewendeten thermodynamischen Prozesses, über derjenigen der Zoned .liegen. Das unter Druck gekühlte Medium strömt weiter durch die Zone abnehmender Fliehkraft h und nach der Wärmeaufnahme bei g wieder dem Stator der Fördervorrichtung 28 zu, welche durch elektromagnetische Elemente 18 gebremst oder angetrieben werden kann. Die Isolierscheibe 2o trennt die Zone k von der Zone c.
  • Bei dieser Ausführung ist zusätzlich auch noch die Anordnung eines äußeren Kreislaufes eines leichten Gasies angedeutet, das sowohl den Antriebsmotor 13, die Zone f und anschließend einen zu erwärmenden Raum zwischen /t und c bespült, um nach Abgabe der Wärme wieder f zugeführt zu werden. Der gleiche Kreislauf kann sinngemäß auch für die Wärmeaufnahme verwendet werden, wobei die Fläche 36 durch ein leichtes Gas gekühlt wird und die Wärme in weiteren bespülten Räumen aufgenommen wird.
  • In einer noch einfacheren Ausführung kann auch diese Form der Maschine auf den offenen Kreislauf reduziert werden, wobei die Teile 26 des Rotors entfallen und das Arbeitsmedium, statt in eine Zone geringerer Fliehkraftwirkung zur Wärmeaufnahme einzutreten, in weiteren Systemen bzw. der Umgebung zirkuliert, um im Zentrum des Rotors wieder angesogen zu werden. Auf eine gesonderte Fördervorrichtung kann dabei verzichtet werden, wenn die Expansionsöffnung einen größeren Durchmesser als die Ansaugeöffnung erhält und dadurch letzterer gegenüber eine Gebläsewirkung ausüben kann.
  • Mit i i sind die inneren 'Schaufelungen zur Übertragung der Winkelgeschwindigkeit des Rotors auf das Arbeitsmedium bzw. vom Arbeitsmedium auf den Rotor und mit 12 die äußeren 'Schaufelungen zur Intensivierung der Zirkulation äußerer Medien angedeutet.
  • Die Fig.3 zeigt die Ausführung des Verfahrens zum speziellen Zweck der Kühlung eines Kühlraumes und gleichzeitiger Erwärmung eines Warmraumes und ist besonders geeignet, die mechanische Einfachheit, die übersichtliche, gedrängte Anordnung und die sonstigen Vorteile des Verfahrens aufzuzeigen.
  • Die Zeichnung stellt einen vertikalen Schnitt durch die Anlage dar, wobei der Kühlraum mit 31, das Aggregat mit 32, der Warmraum mit 33 und der Antriebsmotor mit 13 bezeichnet ist. Das Aggregat besteht aus einem hochtourigen Motor, einer biegeweichen Welle 34, an der der Rotor 21 aufgehängt ist, der sich in eine Zone 26 kleineren und eine Zone 27 größeren Durchmessers unterteilen läßt. Die Zone kleineren Durchmessers ist mit Rippen 36 versehen, die mit der Atmosphäre des Kühlraumes 31 in Berührung stehen. Die Ern,euerung der Grenzschicht auf diesen Rippen wird einerseits durch die Abschleuderung von durch Wärmeabgabe schwerer gewordenen Teilchen der Kühlraumatmosphäre, anderseits durch die. Schikanen 9 gefördert, während auf der Innenseite ein Flüssigkeitsfilm 4o, der durch den Wulst 41 am Abfließen verhindert wird, die Wärmeübergangsverhältnisse verbessert.
  • Unten an der Kaltzone ist ein Fenster 42 aus organischem Werkstoff am Rotor angebracht, der die Übertragung magnetischer Kräfte vom Magneten 44 auf den bei 45 gelagerten !Stator 43 gestattet. Dieser 'Stator bewirkt die Umwälzung des Arbeitsmediums, wie in Fig.2 beschrieben wurde.
  • Im Warmraum läuft der Teil27 des Rotors mit größerem Durchmesser.
  • Zur Verhinderung einer Förderung der Kaltatmosphäre in die Warmatmosphäre, wie diese beim Fehlen einer Berührungsdichtung zwischen den Zonen 26 und 27 auftreten würde, wird die durch die Schaufeln 12 aus dem Außenraum durch das Rohr 14 und die Einlauföffnung in der Deckscheibe 15 angesogene Luft nach der Berührung der Zone 27 durch eine Drosselvorrichtung 46 auf einen Druck gebracht, der dem Förderdruck der Durchmesservermehrung .entspricht. Diese Maßnahme gestattet, auf die Anordnung einer Bewegungsdichtwng zu verzichten und die freie Einstellbarken des Rotors im Raum sicherzustellen.
  • Der Rotor ist aus einer hochfesten Aluminiumlegierung hergestellt, mit Argon gefüllt und läuft mit ,einer Drehzahl von 2o ooo Umdrehungen pro Minute.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichten Anwendungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, unter Benutzung des beschriebenen Verfahrens eine Einrichtung auch in anderer Form anzuwenden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zur Raumerwärmung wie zur Raumkühlung, insbesondere zur kombinierten Anwendung auch bei Klimaanlagen dienen. Es kann bei einer Vielzahl von Prozessen, in denen Verfahren zum Bezug und zur Abgabe von Wärmeenergie notwendig sind, Anwendung finden.
  • Insbesondere wurde die Anwendung zur Durchführung chemischer Vorgänge oder physikalischer Prozesse innerhalb des Arbeitsmediums bereits angedeutet.
  • Die Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch nicht auf das Gebiet der Leistungsaufnahme beschränkt, die Apparatur kann durch Umkehrung der Temperaturfelder auch zur Gewinnung von Arbeit aus Wärmte angewendet werden.
  • 'Soweit besondere, erwähnte Verfahren zur Erhöhung der spezifischen Leistung der Anlage, der Regulierung der Anlage, dem sicheren Betrieb der Anlage, der :einfachen Herstellung der Anlage oder der Verwendung der Anlage und des Prozesses zur Behandlung eines Arbeitsmediums dienen können, wurde auf ihre gesonderte, bildliche Darstellung an Handeines Beispiels so weit verzichtet, als dem Fachmann geeignete Durchführungsformen ersichtlich :sein dürften.
  • Das Verfahren. und die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens, soweit sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, werden durch folgende Patentansprüche umschrieben.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i- Verfahren zum Bezug und zur Abgabe von Wärmeenergie durch Bezug und Abgabe, mindestens jedoch Abgabe der Wärmeenergie, mit Hilfe eines kompressiblen Arbeitsmediumsi, welches in Zonen unterschiedlicher Fliehkraftwirkungen unterschiedliche Verdichtungen erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Fliehkraftfelder angewendete Rotation dem Arbeitsmedium und den wärmeübertragenden Elementen, mindestens jedoch dem Arbeitsmedium, bei der Abgabe und Aufnahme, mindestens jedoch der Abgabe der Wärmeenergie belassen wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation des Arbeitsmediums und mindestens eine Einrichtung zur Wärmeübertragung derart angeordnet sind, daß die Bewegungsform des Arbeitsmediums mindestens zwischen Verdichtung und Wärmeaustausch im wesentlichen beibehalten wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, da.ß der benutzte Kreislauf unter einen höheren Druck gesetzt wird, dem sich die Dichteschwankungen des Mediums überlagern. 4. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß ein zur Durchführung des Verfahrens benutzter Raum abwechselnd einer Veränderung des Wärmeinhaltes seiner Innenfläche durch andere Prozesse und anschließend dem beschriebenen Verfahren unterliegt. 5. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verarbeitung größerer Energiemengen bzw. Energiegefälle eine Vielzahl unter günstigen Bedingungen arbeitender Einrichtungen in Parallelanordnung bzw. Serienanordnung benutzt wird. 6. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß im Austausch zwischen den im Verfahren erwärmten und gekühlten Flächen und weiteren zu erwärmenden bzw. zu kühlenden Räumen ein weiteres Medium verwendet wird, das sich für Wärmeaufnahme und -abgabeeignet und eigene Kreisläufe ausführt. 7. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß das Arbeitsmedium durch seine Teilnahme am Verfahren physikalische bzw. chemische Veränderungen erfährt. B. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß ein thermisches Potential durch Anwendung des Verfahrens in mechanische Energie im Rahmen des möglichen Wirkungsgrades umgewandelt wird. g. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß das verwendete Arbeitsmedium mindestens teilweise kondensiert und in flüsaiger Form -wieder der Wärmeaufnahmezone zugeführt wird. io. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rotation des Arbeitsmediums durch tangentiale Zuführung desselben in einem Raum verursacht wird, wobei die tangentiale Zuführung mindestens einen Teil des zugeführten Mediums umfaßt. i i. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rotation des Arbeitsmediums durch einen Rotor verursacht wird, der seine Winkelgeschwindigkeit dem Medium mindestens teilweise mitteilt. 12. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der gesamte Kreislauf, mindestens jedoch Teile desselben, in das Innere von hohlen Rotoren verlegt wird, deren Winkelgeschwindigkeit mindestens, teilweise auf das Arbeitsmedium. übertragen wird. 13. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß durch eine zweckmäßige Gestaltung des Antriebes der Pumpvorrichtung, die keine oder nur geringe Druckverluste verursacht, die Einschließung des Arbeitsmittels unter Druck nach einer Füllung für längere Zeit erhalten bleibt. 14. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die. Rotoren, in denen Kreisläufe bzw. Teile derselben ausgeführt werden, :eine ;sehr einfache, ,aus 'Scheiben und Ringen bestehende Form erhalten, die- die Anwendung sehr hoher Drehzahlen begünstigt. 15. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verbesserung des Wärmeüberganges. .an -den wärmeübertragenden Flächen durch geeignete Beimischungen zum Arbeitsmedium die Bildung von Flüssigkeitsfilmen an diesen Flächen bewirkt wird. 16. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Anwendung von Rotoren mit wärmeaustauschenden bewegten Flächen im Austausch zwischen diesen Flächen und weiteren zu erwärmenden oder zu kühlenden Räumen als Medium ein leichtes Gas verwendet wird, das den Reibungswiderstand bewegter Teile herabsetzt. 17. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß Zonen, in denen das Arbeitsmedium unterschiedliche Wärmeinhalte aufweist, durch isolierende Gasführungen voneinander abgeteilt werden. 18. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Anwendung eines Rotors die -Aufhängung desselben an einer nachgiebigen Einrichtung, speziell einer elastischen Welle, derart .erfolgt, daß seine Rotation um den eigenen Schwerpunkt erfolgen kann. ig. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Anwendung eines Rotors auf den Außenflächen desselben Fördereinrichtungenangebracht werden, die eine Intensivierung der Zirkulation der umliegenden Medien bewirken. 2o. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verhinderung der Förderung durch die Zone zunehmenden Durchmessers von der einen zur anderen wärmeaustauschenden Zone des Rotors dein äußeren Medium in der Umgebung des größeren Durchmessers ein Druck, der diesem Förderdruck ungefähr entspricht, erteilt wird und diese Förderung damit mindestens weitgehend aufgehoben wird. 21. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der 'Staudruck in der die Zone größeren Durchmessers umgebenden Führung des äußeren Mediums, der zur Verhinderung von Austauschströmungen erwünscht ist, durch die auf dem Rotor angebrachte äußere Fördervorrichtung und eine Drosselstelle hervorgebracht wird. 22. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Anwendung von Flüssigkeitsfilmen zur Verbesserung des. Wärmeüberganges in den Wärmeaustauschzonenweitere Wärmeübertraaungseinrichtungen, die den gasförmigen Teil des Mediums einerseits und den Flüssigkeitsfilm anderseits berühren, angeordnet sind. 23. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die bei der Anwendung von Rotoren mit inneren Kreisläufen notwendigen Rotorkörper aus mindestens zwei Rotationskörpern aufgebaut werden, die in der Zone größten Durchmessers durch ein Verbindungsverfahren, vorzugsweise Schweißen, verbunden werden. 2.1. Vorrichtung nach Anspruch a, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Anwendung von Flüssigkeitsfilmen dieselben durch eine Fördervorrichtung, vorzugsweise ein Staurohr, von Zonen unterschiedlicher Fliehkraft abgeführt werden können, um an anderen Stellen oder außerhalb des Prozesses Anwendung zu finden. 25. Vorrichtung nach Anspruch a, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Anordnung von Rotoren die Fördervorrichtung mindestens teilweise durch den Rotor gebildet wird, indem vorzugsweise die Expansion aus dem Rotor auf einem größeren Radius erfolgt als die Ansaugung. 26. Vorrichtung nach Anspruch a, gekennzeichnet dadurch, daß die Regulierung der Anlage durch Veränderung des primären Druckes, unter dem das Arbeitsmedium steht, durch Veränderung der Schnelligkeit der Fliehkraftströmung, durch Drosselung der die Einrichtung außen an den Wärmeaustauschflächen berührenden Medien, mindestens jedoch durch eine dieser :Maßnahmen bewirkt wird. 27. Vorrichtung nach Anspruch z, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Anwendung von Rotoren mit umlaufenden Wärmeaustauschflächen auf den äußeren Flächen derselben das Haften fester und flüssiger Phasen der umgebenden Medien durch die Fliehkraft behindert wird und diese Behinderung durch die Anordnung von Abstreifern noch verstärkt werden kann. 28. Vorrichtung nach Anspruch -z, gekennzeichnet dadurch, d.aß bei der Anwendung von Rotoren mit umlaufenden Wärmeaustauschflächen dieselben so angeordnet werden, daß in den Wärmeaufnahmezonen durch Abkühlung schwerer gewordene Teilchen der umgebenden Medien infolge der in den Grenzschichten noch wirksamen Fliehkräfte abgeschleudert werden und in den Wärmeabgabezonen die schwereren, noch nichterwärmten Teilchen infolge der Fliehkräfte die leichteren, erwärmten Teilchen aus der Grenzschicht verdrängen.
DES26549A 1950-12-30 1951-12-28 Verfahren und Vorrichtung zum Entzug und zur Abgabe von Waermeenergie Expired DE931046C (de)

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DE (1) DE931046C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2567996A1 (fr) * 1984-07-20 1986-01-24 Gauthier Jean Claude Pompe a chaleur

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2567996A1 (fr) * 1984-07-20 1986-01-24 Gauthier Jean Claude Pompe a chaleur

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