SE504967C2 - System och förfarande för utförande av kylning - Google Patents
System och förfarande för utförande av kylningInfo
- Publication number
- SE504967C2 SE504967C2 SE9403966A SE9403966A SE504967C2 SE 504967 C2 SE504967 C2 SE 504967C2 SE 9403966 A SE9403966 A SE 9403966A SE 9403966 A SE9403966 A SE 9403966A SE 504967 C2 SE504967 C2 SE 504967C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- expander
- compressor
- screw rotor
- air
- conduit
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 11
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 35
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
- F04C28/02—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids specially adapted for several pumps connected in series or in parallel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space
- B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space the air being conditioned
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
- F04C23/003—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle having complementary function
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
- F04C28/08—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by varying the rotational speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
- F24F5/0085—Systems using a compressed air circuit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/004—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space
- B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space the air being conditioned
- B64D2013/0603—Environmental Control Systems
- B64D2013/0614—Environmental Control Systems with subsystems for cooling avionics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
- F04C2270/05—Speed
- F04C2270/051—Controlled or regulated
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
- F04C2270/18—Pressure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
15 20 25 30 504 967 normalt sker vid atmosfarstryck, d.v.s. samma tryck som kompressoms inloppstryck vid marknivåläge.
Systemet enligt kallufisprincipen har emellertid mycket låg kylkapacitet i jämförelse med ett konventionellt kylsystem. Därför måste systemets komponenter vara relativt stora och, i för- hållande till kylkapaciteten, dyra, speciellt som maskiner med fram- och återgående kolv och/eller dynamiska maskiner normalt användes för komprimeringen och expansionen. Sådana system är därför i de flesta situationer i praktiken ej något altemativ till konventionella kyl- system och har följaktligen kommit till användning mycket sällan.
Skulle en sådan kylcykel användas i ett system där beskaffenheten hos de organ som behöver kylas är sådan att ett påtagligt övertryck förhärskar i leveransledningen, så blir kraven på komponentema som ingår i cykeln än mer kritiska. På grund av övertrycket kommer tempera- turen vid expandems utlopp att bli högre än om expandems utloppstryck hade legat nära systemets inloppstryck. Detta måste kompenseras genom ett motsvarande högre kompres- sionstryckförhållande för att uppnå en tillfredsställande låg expanderutloppstemperatur. En situation där detta problem uppstår är när den kalla luften användes för att kyla elektronisk utrustning, tex. i ett flygplan. Eftersom lufien vid en sådan tillämpning måste passera genom ett stort antal mycket trånga kanaler får den luft som lärnnar expandern ett påtagligt övertryck på grund av strömningsmotståndet i detta mönster av trånga kanaler.
I beskrivningen och kraven skall följande uttryck tolkas såsom anges: Övertryck: Rådande tryck minus atmosfarstryck.
Tryckfiàrhållande i en kompressor: Förhållandet mellan trycket i en kompressors utlopps- och inloppsorgan.
Inbyggda tryckförhållande i en kompressor: Förhållandet mellan slut- och insugningstrycket hos en skruvkompressor.
Tryckförhållande i en expander: Förhållandet mellan trycken i en expanders inlopps- och utloppsorgan.
Inbyggda tryckfórhållande i en expander: Förhållandet mellan insugnings- och sluttrycket i en skruvexpander. 10 15 20 25 30 504 967 Det är förut känt att använda maskiner av skivkolvtypen för komprimeringen och expan- deringen av luften i ett kylsystem enligt kalluftsprincipen såsom visas i US 3 686 893. Och i US 3 965 697 användes en annan typ av roterande förträngningsmaskiner i en sådan cykel. De maskiner som användes i dessa publikationer har emellertid inte tillräckligt stor volymkapacitet för att i praktiken bli ett alternativ i denna typ av kylcykel, speciellt inte om den utgör en del av ett system av det ovan beskrivna slaget.
US 4 291 547 visar användning av skruvrotorrnaskiner för komprimering och expandering i en Brayton-cykel. Anordningen enligt denna publikation hänför sig emellertid till ett kryogeniskt system som använder kväve eller liknande gas som arbetsmediurn, och vilket arbetar med hög- trycksnivån vid atmosfärstryck.
US 3 045 447 visar ett kylsystem enligt kallufisprincipen där en skruvrotorrnaskin användes för expandering av luften. Systemet innefattar inte någon speciell kompressor med det enda syfiet att förse expandem med komprimerad lufi utan den komprimerade luñen tas från kompressom i ett flygplans drivenhet. Eftersom kompressom är av centrifiigaltypen och eñersom den inte är anpassad till uppgiften att utgöra en del av kylsystemet, så kommer systemet att bli omständligt och ha låg verkningsgrad.
I handboken ”Kylteknikern” av Matts Bäckström, Almqvist & Wiksells Boktryckeri AB, 1970, noteras på sid 768 i tredje upplagan att maskiner av skruvrotortypen är mycket lämpliga att använda i ett kylsystem enligt kallufisprincipen, och DE 42 18 299 visar ett sådant system som arbetar med skruvmaskiner för komprimeringen och expanderingen av luften.
I samtliga ovan nämna publikationer används anordningama för att leverera kylluften från expandem vid ett tryck som är ungefär lika med kompressoms inloppstryck eller, i de fall inget nämns därom, så är detta underförstått efiersom det normalt är fallet. Ett visst strömnings- motstånd kommer emellertid i varje fall att uppträda när kylluften levereras och utför sin kylning. Ungefär lika med kompressoms inloppstryck betyder därför något högre, i storleks- ordningen en procent eller därunder. Det betyder att övertrycket normalt kommer att utgöra ungefär samma procentandel av tryckökningen över kompressom. Eftersom ingen av dessa kända anordningar är speciellt avsedd att leverera kyllufien vid ett påtagligt övertryck, så konfronteras ingen av dem med de problem som är relaterade till en sådan tillärnpning, som kortfattat diskuterats ovan. 10 15 20 25 30 504 967 Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett systern och ett för- farande av ifrågavarande slag som genom enkel uppbyggnad och styrning är lärnpligt att använda då luñen har ett påtagligt övertryck när den utför sin kylning.
Detta har enligt uppfinningen uppnåtts genom att ett system av det slag som anges i kravets l ingress innefattar de särdrag som anges i den kännetecknande delen av detta krav och genom att ett forfarande såsom anges i ingressen till krav 8 innefattar de steg som anges i den känne- tecknande delen av detta krav.
En maskin av sknivrotortypen förrnår i förhållande till sin storlek komprimera eller expandera stora gasvolymer och är därför mycket lämpad i en kylprocess som arbetar enligt kallufis- principen. Ett sådant system som innefattar en skruvrotormaskin för expanderingen och företrädesvis även för komprimeringen kommer därför att vara effektiv i förhållande till sin vikt och avsevärt reducera en del av de nackdelar som normalt behäfiar systern av detta slag.
Såsom nämnts, är användningen av skruvrotonnaskiner i ett normalt kylsystem enligt kalluftscykeln i sig känt tex. genom handboken ”Kylteknikern” och DE 42 18 299, och några av de allmänna fördelar som därigenom uppnås är påtalade.
Undersökningar och beräkningar har utvisat ytterligare fördelar med en skruvrotonnaskin då ett kylsystem enligt kallufiscykeln arbetar med ett påtagligt övertryck hos den levererade luñen. Den på grund av övertrycket orsakade högre temperaturen hos expanderns utloppsluft skulle normalt ha erfordrat att kompenseras genom att avsevärt höja tryckstegringen i kompressom. Det har emellertid framkommit att om man använder en skruvrotonnaskin, så kan en acceptabelt låg temperaturnivâ emås med endast en mindre ökning av tryckstegringen i kompressorn. En tillräckligt låg temperatur nås således med en tryckstegring i kompressorn som är mindre än tio gånger övertrycket. I ett normalt kylsystem enligt kalluftscykeln är denna relation i storleksordningen 100: 1. Genom uppfinningen dras fördel av de konstruktiva säregenhetema hos en skruvrotormaskin vid en tillämpning där dessa fördelar blir speciellt framträdande. Det modesta tryckförhållande som man kan godta för kompressorn bidrar till att hålla nere kostnadema för komponenterna. 10 15 20 25 30 5 0 4 9 6 7 Uppfinningen är lämpad för användning vid luftkonditionering och är speciellt tänkt för att kyla den elektroniska utrustningen i ett flygplan då det står på marken, en tillämpning där de ovan nämnda fördelarna har stor betydelse.
Enligt uppfinningen innefattar kompressororganet fler skruvrotonnaskiner än expanderorganet och är parallellt anordnade. Kompressororganets skruvrotonnaskiner har högre inbyggt volymsförhållande än expanderorganets skruvrotonnaskiner, och ett modulsystem kan skapas i det att skruvrotormaskinerna utgör komponenter som i vissa avseenden är lika. Därigenom reduceras tillverkningskostnadema och större flexibilitet uppnås.
Vid en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är ett reglersystem anordnat för att reglera endera av eller både temperaturen och massflödet hos den levererade gasen.
Dessa och andra fördelaktiga utföringsformer av det uppfunna systemet och förfarandet anges i underkraven.
Uppfinningen förklaras närmare genom efierföliande detaljerade beskrivning av en töredragen utföringsforrn av densamma under hänvisning till de medföljande ritningama av vilka Fig. l är ett schema som illustrerar det uppfiinna systemet, Fig. 2 är ett längdsnitt genom en skruvkompressor, Fig. 3 är ett snitt längs linjen HI-III i fig. 2 och Fig. 4 är en schematisk utvecklad vy av en skruvkompressor.
I fig. 1 illustreras systemet schematiskt vid en tillämpning, vid vilken kall luft användes för att kyla elektronisk utrustning 41 i ett flygplan då det står på marken. Systemets huvudkomponen- ter är två skruvkompressorer 12, 16, en skruvexpander 22, en huvudvärmeväxlare 24 och den elektroniska utnrstningen 41. Kömpressoremas 12, 16 inloppsportar ll, 15 är förbundna med omgivande luft genom en första ledning 10 och kornpressoremas utloppsportar 13, 17 är för- bundna med expandems 22 inloppsport 21 genom en andra ledning 20. Huvudvärmeväxlaren 24 är i värmeväxlande relation med denna andra ledning 20. Expanderns utloppsport 23 är genom en tredje ledning 30 förbunden med en inloppsöppning 31 i det utrymme 40 som inne- håller den elektroniska utrustningen 41. 10 15 20 25 30 504 967 En av kompressorerna 12 är genom en forbindande axel 14 driven av expandem 22 och den andra kompressom l6 genom en drivaxel 18 av en elmotor 19. Det inbyggda volymsfiärhållan- det hos vardera kompressor är högre än expandems inbyggda volymsforhållande, vilket får till resultat att det inbyggda tryckforhållandet i vardera kompressor är högre än expandems in- byggda tryckforhållande. Hur inbyggt volymsforhållande for en skruvrotormaskin definieras förklaras senare med hänvisning till fig. 4.
Den elektroniska utrustning som skall kylas av luften har ett stort antal tätt packade kom- ponenter med trånga mellanrum meHan dessa. Dessa mellanrum bildar ett komplicerat nätverk eller labyrint av strömningskanaler med stort strömningsmotstånd så att en avsevärd tryck- sldllnad uppstår över den elektroniska utrustningen då luften passerar genom densamma med en viss hastighet.
Inloppslufien av atmosfärstryck strömmar genom den forsta ledningen 10 till kompressorerna 12, 16, i vilka den komprimeras, varvid även temperaturen höjes. Den komprimerade lufien kyles sedan i huvudvärmeväxlaren 24 och inträder således i expandem 22 med en avsevärt lägre temperatur än luften som lärnnar kompressom, medan trycket i stort sett är detsamma. I expandern 22 expanderas luften tillbaka till ett lågt tryck igen, men högre än kompressorns inloppstryck, och på grund av expansionen avkyles lufien ytterligare. Kall luft med övertryck lämnar således expandems utloppsport 23 och levereras genom den tredje ledningen 30 till inloppsöppníngen 31 hos det utrymme 40 som innehåller den elektroniska utrustningen 41, varifrån den ventileras genom en öppning 42.
Det lägre trycket i expandems utlopp 23 kommer att ha ett påtagligt övertryck på grund av det stora strömningsmotståndet i den elektroniska utrustningen 41. Ijätriforelse med strömnings- motståndet i den elektroniska utrustningen 41 är tryckfallet i den tredje ledningen 30 i det när- maste försumbar, och bidraget från den senare i skapandet av öveitrycket vid expanderutloppet 23 är långt under 20 %.
Efiersom temperaturen vid expanderutloppet 23 måste vara tillräckligt låg for att genomföra kylningen av den elektroniska utrustningen och efiersom ett högre expanderutloppstryck leder till en högre expanderutloppstemperatur, så måste övertrycket vid expandems utlopp 23 kom- penseras genom ett högre expanderinloppstryck. Genom att använda en skruvrotorrnaskin i expandern, kan emellertid kravet på forhöjt expanderinloppstryck hållas vid ett minimum. Det 10 15 20 25 30 504 967 blir därför möjligt att använda en kompressor med ett tryckförhållande som är relativt modest.
Systemets kompressororgan 12, 16 har ett tryckförhållande som motsvarar en tryckstegring som är mindre än tio gånger övertrycket vid expanderutloppet 23, vilket är tillräckligt för att hålla expandems utloppstemperatur vid acceptabelt låg nivå. Detta betyder att expandems tryckförhållande är mindre än 90 % av kompressorns tryckförhållande. Genom expandems 22 lägre inbyggda volymsforhållande i järnförelse med kompressorema 12, 16 undvikes över- expansion.
Under den process då luften kyles kommer temperaturen att falla under sin mättnadstemperatur så att vattendroppar bildas. Därför är en vattenavskiljare 25, 32 anordnad i den andra 20 respektive tredje 30 ledningen för att avlägsna detta vatten så att luften som levereras till den elektroniska utrustningen i huvudsak är torr. För att eliminera risken för att vatten bildas på grund av tryckfallet i den elektroniska utrustningen, är ledningen 30 försedd med uppvärrnningsorgan 37 för att höja luftens temperatur något innan den levereras till den elektroniska utrustningen.
Huvudvärmeväxlarens 24 kylkapacitet kan varieras för att anpassa systemet till olika drifts- förhållanden. I den visade utföringsformen åstadkommes detta genom att elmotom 28 till en fläkt 27 som blåser lufi över huvudvärmeväxlaren 24 är försedd med hastighetsreglerorgan 29, som kontrolleras via en signalledning 50 av en temperaturavkärlnare 35 som avkänner lufi- temperaturen i den tredje ledningen 30.
Organ är även anordnade för att reglera massflödet hos luften som levereras genom den tredje ledningen 30. Dessa organ innefattar en tryckavkäruiare 36 som avkänner trycket i den tredje ledningen 30, vilken avkärmare via en signalledning 51 kontrollerar en hastighetsregulator 38 till en elmotor 19 som driver en av kompressorerna 16, vilken som följd avger en mindre eller större mängd luft. Det är även möjligt att åstadkomma massflödesregleringen genom att strypa luñen som strömmar genom den första ledningen 10.
Figuren illustrerar även en alternativ väg för reglering av massflödet av levererad luft genom att en grenledning 33 är förbunden med den tredje ledningen 30 för avledande av luñ från denna, varvid den mängd luft som avledes regleras med en ventil 34 i grenledningen 33. För att utnyttja kylan i den fi-ån den tredje ledningen 30 avledda luften kan denna luft ledas till den första ledningen 10 och kyla den inkommande lufien genom att blandas med denna eller 10 15 20 25 30 504 967 alternativt såsom visas i figuren kyla luften i den andra ledningen 20 genom en sekundär värmeväxlare 26 belägen nedströms huvudvärmeväxlaren 24. Efier den sekundära värme- växlaren 26 passerar grenledningen 33 luñströmmen fi-ån fläkten 27 för att kyla denna lufiström, och därigenom öka värmeväxlingen i huvudvärmeväxlaren 24.
I nedanstående tabell ges typiska värden för temperatur och tryck hos lufien i olika delar av systemet: Systempunkt (se figur): I H HI IV V VI Temperatur °C: 30 150 35 2 6 40 Tryck, bar: 1.01 2.5 2.45 1.5 1.45 1.01 I den visade utföringsformen är båda kompressorema 12, 16 och expandem 22 av skruvrotor- typen i syñe att utnyttja så mycket som möjligt av de fördelar som uppnås av särdraget att använda sådana maskiner i systemet. En mycket ekonomisk modulkonstruktion har uppnåtts genom att de båda kompressorema 12, 16 och expandern 22 har samma huvuddimensioner, samma teoretiska maximala förträngningsvolymer och i huvudsak likadana skruvrotorer. Och eftersom kompressom 12 drivs direkt av expandem 22 är förhållandet mellan deras hastigheter konstant. Genom att förbinda kompressoms 12 hanrotor till expanderns 22 honrotor kommer detta förhållande att vara 1: 1,5 utan någon mellanliggande utväxling om hanrotorn har fyra lober och honrotom sex lober. Expandem är försedd med en anordning för reglering av dess inbyggda volymsförhållande på något av de sätt som är väl kända inom området för skruv- rotormaskinteknik, t.ex. genom en slidventil 52 symboliskt indikerad i fig. 1, och vilkens funk- tion kortfattat förklaras under hänvisning till fig. 5.
Det bör framhållas att med en skruvrotormaskin avses i denna ansökan endera en enstegs- maskin eller en flerstegsmaskin. En flerstegsmaskin kan visserligen i praktiken betraktas såsom ett flertal maskiner kopplade i serie, men en sådan maskin är i ansökningen i sitt funktionella sammanhang betraktad som en enda maskin.
En kortfattad beskrivning av uppbyggnaden och arbetsprincipen hos en skruvkompressor ges med hänvisning till fig. 2 till 4. Huvudelementen är paret av i varandra ingripande skruvrotorer 101, 102 som arbetar i ett arbetsrum begränsat av två ändväggar 103, 104 och en mantelvägg 10 20 25 30 504 967 105 som sträcker sig mellan dessa, vilken mantelvägg har en form som i huvudsak motsvarar den hos två varandra skärande cylindrar, såsom kan ses i fig. 3. Varje rotor 101, 102 har ett flertal lober 106 respektive 107 och mellanliggande spår 111 respektive 112, vilka sträcker sig i spirallinje längs rotom. En rotor 101 är av hanrotortypen med större delen av varje lob belägen utanför delningscirkeln och den andra rotom 102 är av honrotortypen med större delen av varje lob 107 belägen innanför delningscirkeln. Honrotom 102 har normalt fler lober än han- rotorn 101, och en vanlig lobkombination är 4+6. Lågtrycksluñ släpps in i kompressorns arbetsrum genom en inloppsport 108 och komprimeras sedan i V-forrniga arbetskarnrar bildade mellan rotorema och arbetsrummets väggar. Varje kammare förflyttar sig mot höger i fig. 2 då rotorema roterar och volymen hos en arbetskammare minskar kontinuerligt under senare delen av sin cykel sedan kommunikation med inloppsporten 108 har skurits av. Därigenom komp- rimeras luften och den komprimerade lufien lämnar kompressom genom en utloppsport 109.
Det inbyggda tryckförhållandet bestäms genom det inbyggda volymsförhållandet, d.v.s. för- hållandet mellan en arbetskamrnares volym omedelbart efter det att dess kommunikation med inloppsporten 108 skurits av och en arbetskammares volym när den börjar kommunicera med utloppsporten 109.
För en skruvkompressor eller -expander definieras en teoretisk maximal förtrångningsvolym VD? som VD, = (AM + Ap) x Zm x L och uttryckes i volym per hanrotorvarv. AM och A1.- är tvärsnittsareorna hos ett han- 111 respektive honrotorspår 112, i ett snitt vinkelrätt mot rotoraxlama, och indikeras med skuggade ytor i fig. 3. L är rotorlängden och Zm antalet han- rotorlober 106, Kompressionscykeln illustreras schematiskt i fig. 4, som visar mantelväggen utvecklad i ett plan, varvid de vertikala linjerna representrar de båda cusparna, d.v.s. de linjer längs vilka de båda cylindrar som bildar arbetsrummet skär varandra, och de horisontella linjema represente- rar arbetsrummets två ändplan. De lutande linjema representerar de tätningslinj er som uppstår mellan lobtoppama och mantelvägen, vilka linjer förflyttar sig i pilens C riktning när rotorema roterar. Den skuggade ytan A representerar en arbetskamrnare strax efter den har avskurits från inloppsporten 108 och den skuggade ytan B en arbetskammare som har börjat öppna mot utloppsporten 109. Såsom framgår ökar volymen hos varje arbetskammare under fyllningsfasen när kammaren kommunicerar med inloppsporten 108 och minskar därefter. 10 10 504 967 Som förstås av ovanstående förklaring av skruvkompressoms arbetsprincip bestämmer ut- loppsportens läge det ögonblick när en arbetskammare börjar kommunicera med densamma och som en tölid därav kompressorns inbyggda volymsförhållande. Ju senare utloppsportens öppnande kant är belägen, desto högre kommer det inbyggda volymsförhållandet och därrned det inbyggda tryckförhållandet att bli.
För en expander av skruvrotortypen är arbetsprincipen omvänd i förhållande till vad som beskrivits ovan, d.v.s. lufien träder in i en arbetskammare med liten volym, och då kammaren förflyttas ökar volymen tills expandems utlopp nås. Och det inbyggda volymsförhållandet regleras genom inställning av inloppsportens stängande kant.
Claims (3)
1. System för utförande av kylning vid ungefär marknivå innefattande, första ledningsorgan (10) förbundna med luft av i huvudsak atmosfarsttyck, kompressororgan (12, 16) med inloppsorgan (1 I, 15) förbundna med nämnda första ledningsorgan (10) för komprimering av nämnda luñ, andra ledningsorgan (20) förbundna med utloppsorgan (13, 17) hos nämnda kompressororgan (12, 16), expanderorgan (22) med inloppsorgan (21) förbundna med nämnda andra lednings- organ (20) för expandering av nämnda lufi, vilka expanderorgan (22) innefattar åtminstone en skruvrotorrnaskiri, tredje ledningsorgan (30) förbundna med utloppsorgan (23) hos nämnda expander- organ (22), värmealstrande organ (41) med inloppsorgan (31) förbundna med nämnda tredje ledningsorgan (3 0) och utloppsorgan förbundna med huvudsakligen atmosfariskt tryck, och huvudvärmeväxlarorgan (24) i vänrnevävdande relation med nämnda komprimerade luft någonstans mellan nämnda inloppsorgan (11, 15) hos nänmda kompressororgan (12, 16) och nämnda utloppsorgan (23) hos nämnda expanderorgan (22), vilka huvudvärmevâxlarorgan (24) bortför värme från nämnda lufi, vilka tredje lednings- organ (30) och vännealstrande organ (41) har ett strömningsmotstånd som skapar ett tryckfall mellan nämnda expandemtloppsorgan (23) och utloppsorganen (42) hos nämnda värmealstrande organ (41), 10 15 20 25 30 12 504 967 k ä n n et e c k n a t a v att nämnda kompressororgan (12, 16) innefattar skruv- rotomiaskiner som är flera till antalet än skmvrotorrnaskinerna hos nämnda expander- organ (22), vilka kompressororgans (12, 16) skruvrotorrnaskiner är anordnade parallellt och har ett högre inbyggt volymsförhållande än vardera skruvrotorrnaskin hos nämnda expanderorgan (22), och att åtminstone ett par av slcruvrotorrnaslciner bestående av en skruvrotormaskin (12) hos kompressororganen och en slcmvrotormaskin (22) hos expanderorganen har konstant relation mellan sina rotationshastigheter genom en drivförbindriing (14), som är den enda som påverkar skruvrotorrnaskinen (12) hos kompressororganen, vaijäinte åtminstone en av skruvrotorrnaslcinenia (16) hos kompressororganen är drivningsmässigt skild fi'ån nämnda expanderorgan (22). System enligt laav 1, vid vilket nämnda värmealstrande organ (41) innefattar elektro- nisk utrustning i ett flygplan, åtminstone ett av nämnda andra (20) och tredje (3 0) ledningsorgan är försett med vattenavskiljningsorgan (25, 32) för bortförsel av vatten från lufien i nämnda andra (20) respektive tredje (30) ledningsorgan, och nämnda tredje ledningsorgan (3 0) är försett med uppvänrmingsorgan (3 7) for värmning av lufien i nämnda tredje ledningsorgan (30). System enligt krav 1 eller 2, försett med ett reglersystem, vilket reglersystem innefattar åtminstone ett av forsta och andra reglerorgan, vilka första reglerorgan är organ för reglering av massflödet av lufi genom närrmda tredje ledningsorgan (30), vilka andra reglerorgan är organ för reglering av temperaturen hos nämnda luft i nämnda tredje ledningsorgan (3 0), och vilka andra reglerorgan innefattar styrorgan (29) för styrning av värmeväxlarkapaciteten hos nämnda huvudvärmeväxlarorgan (24) och tempera- turavkänningsorgan (3 5) som avkänner temperaturen i nämnda tredje ledningsorgan (30), vilka temperaturavkänningsorgan (35) kontrollerar nämnda styrorgan (29). System enligt krav 3, vid vilket nämnda huvudvärmeväxlarorgan (24) är i värme- växlande relation med nämnda komprimerade lufi i nämnda andra ledningsorgan (20) och innefattar lufiströmsgenereiingsorgan (27), varvid nämnda styrorgan (29) styr massflödet hos nämnda luñström (27). 10 20 25 504 967 System enligt krav 3 eller 4, vid vilket nämnda första reglerorgan innefattar kompressorhastighetsreglerorgan (3 8) och tryckavkänningsorgan (36), vilka tryckavkänningsorgan (36) avkärmer trycket i nämnda tredje ledningsorgan (3 0) och kontrollerar nämnda kompressorhastighetsreglerorgan (3 8). System enligt krav 3, 4 eller 5 vid vilket nänmda första reglerorgan innefattar grenledningsorgan (3 3) förbundna med nämnda tredje ledningsorgan (30) och ventilorgan (34) i nämnda grenledningsorgan (33), vilka ventilorgan (34) reglerar luñflödet genom nämnda grenledningsorgan (33). System enligt krav 6, vid vilket nämnda andra ledningsorgan (20) är försett med sekun- dära värmeväxlarorgan (26), varvid nänmda grenledningsorgan (33) är i värmeväxlande relation med nämnda andra ledningsorgan (20) genom nänmda sekundära värme- växlarorgan (26) för bortförande av värme fiån luften i nämnda andra ledningsorgan (20). Ett förfarande för genomförande av kylning genom att - komprimera lufi av i huvudsak atmosfärstryck, - expandera nämnda komprimerade luft i åtminstone en skruvrotormaskin (22), - kyla nämnda lufi efier det att komprimeringen har börjat men innan expansionen har avslutats, - leverera nämnda expanderade luft till värmealstrande organ (41), - kyla nämnda värmealstrande organ (41) med nämnda levererade luft, - släppa ut nämnda lufi fi'å.n nämnda vännealstrande organ (41) till i huvudsak atmos- farstryck, därigenom åstadkommande en lufiström, varvid nämnda levererade luft och närnnda kylning av nämnda värmealstrande organ (41) skapar ett tryckfall i nänmda lufiström, 10 15 20 25 30 14 504 967 10. ll. k ä n n e t e c k n at a v åtgärderna att använda fler skruvrotorinaslciner för nämnda komprimering än vad som används för nämnda expandering, att anordna skruvrotormaskinema hos nämnda kompressororgan (12, 16) parallellt, att använda skruvrotormaskiner av högre inbyggt volymsfórhållande fór nämnda komprimering än for nämnda expandering och att låta åtminstone ett par skruvrotorrnaskiner bestående av en skruvrotormaskin (12) hos kompressororganen och en skruvrotormaskin (22) hos expanderorganen arbeta med konstant relation mellan sina rotationshastigheter genom en drivforbinding (14) anordnad att vara den enda som påverkar skruvrotomiaskinen (12) hos kompressororganen, varjämte åtminstone en av skmvrotorrnaslcinerna (16) hos kompressororganen är anordnad att vara drivningsmässigt skild från nämnda expanderorgan (22). Förfarande enligt krav 8, vid vilket nämnda värmealstrande organ (41) innefattar elektronisk utrustning i ett flygplan och innefattar åtgärderna att separera och avlägsna vatten från nämnda luflström och uppvärma nämnda luñ under nämnda levererande. För-farande enligt krav 8 eller 9, innefattande att reglera åtminstone endera av mass- flödet och temperaturen hos den lufi som levereras till nänmda värmealstrande organ (41). Förfarande enligt krav 10, vid vilket nämnda massflöde regleras genom att reglera kompressorhastigheterna, avkänna trycket hos nämnda luft under nämnda leverering och kontrollera nämnda hastighetsreglering i beroende av det avkända trycket genom hastighetsstyrning av den av skruvrotorrnaslcinerna (16) som är drivningsmässigt skild från expanderorgan (22) och därigenom - via nämnda expanderorgan - hastighets- styming av den med nänmda expanderorgan (22) förbundna skruvrotormaskinen (12), och vid vilket nänmda temperatur regleras genom att styra kylningen av nämnda luft, avkärma temperaturen hos nämnda luñ under nämnda leverering och kontrollera nämnda styrning i beroende av den avkända temperaturen. 1
2. 1
3. 15 504 967 Förfarande enligt krav 10, vid vilket nänmda massflöde regleras genom att avlägsna lufi under nämnda leverering och reglera mängden avlägsnad luft, och vid vilket nämnda temperatur regleras genom att styra kylningen av nämnda lufi, avkänna temperaturen hos nämnda luft under nämnda leverering och kontrollera nämnda styrning i beroende av den avkända temperaturen. Förfarande enligt krav 12, innefattande att nämnda avlägsnade luft ledes till värme- växlande relation med närnnda lufiström efter komprimeringen men fore expanderingen.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9403966A SE504967C2 (sv) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | System och förfarande för utförande av kylning |
| DE69514936T DE69514936T2 (de) | 1994-11-17 | 1995-11-17 | Kühlsystem und verfahren |
| PCT/SE1995/001372 WO1996016302A1 (en) | 1994-11-17 | 1995-11-17 | System and method for performing cooling |
| EP95938683A EP0792434B1 (en) | 1994-11-17 | 1995-11-17 | System and method for performing cooling |
| US08/836,656 US5732560A (en) | 1994-11-17 | 1995-11-17 | System and method for performing cooling |
| JP8516773A JPH10508937A (ja) | 1994-11-17 | 1995-11-17 | 冷却を実施する装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9403966A SE504967C2 (sv) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | System och förfarande för utförande av kylning |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9403966D0 SE9403966D0 (sv) | 1994-11-17 |
| SE9403966L SE9403966L (sv) | 1996-05-18 |
| SE504967C2 true SE504967C2 (sv) | 1997-06-02 |
Family
ID=20396007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9403966A SE504967C2 (sv) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | System och förfarande för utförande av kylning |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5732560A (sv) |
| EP (1) | EP0792434B1 (sv) |
| JP (1) | JPH10508937A (sv) |
| DE (1) | DE69514936T2 (sv) |
| SE (1) | SE504967C2 (sv) |
| WO (1) | WO1996016302A1 (sv) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6006537A (en) * | 1998-09-21 | 1999-12-28 | Ersmambetov; Vjecheaiav | Method of cooling air |
| KR100654660B1 (ko) | 1999-06-11 | 2006-12-07 | 롱웰 저팬 가부시키가이샤 | 냉각장치 |
| DE19936641C2 (de) * | 1999-08-04 | 2001-06-13 | Eads Airbus Gmbh | Vorrichtung zur Klimatisierung von Passagierflugzeugen |
| BE1013865A3 (nl) * | 2000-12-06 | 2002-10-01 | Atlas Copco Airpower Nv | Werkwijze voor het regelen van een compressorinstallatie. |
| LU90967B1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-03-17 | Ipalco Bv | Device for supplying preconditioned air to an aircraft on the ground |
| JP3952951B2 (ja) * | 2003-01-08 | 2007-08-01 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
| US6966198B2 (en) * | 2003-12-12 | 2005-11-22 | Visteon Global Technologies, Inc. | Air-cycle air conditioning system for commercial refrigeration |
| WO2005080756A1 (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | ブレイトンサイクル装置及び内燃機関の排気熱エネルギ回収装置 |
| JP5018496B2 (ja) * | 2008-01-16 | 2012-09-05 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
| US8245532B2 (en) | 2008-05-15 | 2012-08-21 | Concepts Eti, Inc. | Semi-closed air-cycle refrigeration system and a positive-pressure snow removal cyclone separator therefor |
| US9897336B2 (en) | 2009-10-30 | 2018-02-20 | Gilbert S. Staffend | High efficiency air delivery system and method |
| CA2995769C (en) * | 2015-08-19 | 2021-01-05 | Gilbert Staffend | High efficiency heating and/or cooling system and methods |
| US11939870B2 (en) * | 2019-08-09 | 2024-03-26 | Eric Davies | Gas-cycle system for heating or cooling |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2491461A (en) * | 1949-12-13 | Pressurization system foe aircraft | ||
| US2585570A (en) * | 1946-07-29 | 1952-02-12 | Lockheed Aircraft Corp | Aircraft pressurizing and cooling system |
| BE576047A (fr) * | 1958-02-27 | 1959-08-24 | Svenska Rotor Maskiner Ab | Machine rotative à compression ou detente d'un fluide, et ses applications notamment à un refrigérateur |
| US3194026A (en) * | 1963-10-24 | 1965-07-13 | Fleur Corp | Power-refrigeration system |
| US3686893A (en) * | 1969-12-22 | 1972-08-29 | Purdue Research Foundation | Air refrigeration device |
| US4076468A (en) * | 1970-07-09 | 1978-02-28 | Svenska Rotor Maskiner Aktiebolag | Multi-stage screw compressor interconnected via communication channel in common end plate |
| US3965697A (en) * | 1974-03-14 | 1976-06-29 | Beierwaltes Richard R | Compressor and air cooling system employing same |
| US4291547A (en) * | 1978-04-10 | 1981-09-29 | Hughes Aircraft Company | Screw compressor-expander cryogenic system |
| GB8605033D0 (en) * | 1986-02-28 | 1986-04-09 | Shell Int Research | Fluid driven pumping apparatus |
| US4934154A (en) * | 1989-01-25 | 1990-06-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus for cooling electronic components in aircraft |
| DE4218299A1 (de) * | 1992-06-01 | 1993-12-02 | Helmut Radebold | Kühlaggregat großer Leistung mit Luft als Arbeitsmittel und nahezu isothermer Kompression |
-
1994
- 1994-11-17 SE SE9403966A patent/SE504967C2/sv not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-11-17 DE DE69514936T patent/DE69514936T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-11-17 EP EP95938683A patent/EP0792434B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-11-17 WO PCT/SE1995/001372 patent/WO1996016302A1/en not_active Ceased
- 1995-11-17 US US08/836,656 patent/US5732560A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-11-17 JP JP8516773A patent/JPH10508937A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9403966D0 (sv) | 1994-11-17 |
| US5732560A (en) | 1998-03-31 |
| SE9403966L (sv) | 1996-05-18 |
| EP0792434A1 (en) | 1997-09-03 |
| JPH10508937A (ja) | 1998-09-02 |
| WO1996016302A1 (en) | 1996-05-30 |
| DE69514936T2 (de) | 2000-10-05 |
| EP0792434B1 (en) | 2000-02-02 |
| DE69514936D1 (de) | 2000-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE504967C2 (sv) | System och förfarande för utförande av kylning | |
| WO1992015774A1 (en) | Thermodynamic systems including gear type machines for compression or expansion of gases and vapors | |
| SE461346B (sv) | Roterande kompressor av foertraengningstyp samt en kylanlaeggning daer en kompressor av ovannaemnda typ ingaar | |
| US7240478B2 (en) | Highly supercharged regenerative gas turbine | |
| US4742694A (en) | Refrigerant apparatus | |
| US4328684A (en) | Screw compressor-expander cryogenic system with magnetic coupling | |
| US5716197A (en) | High pressure compressor with internal, inter-stage cooled compression having multiple inlets | |
| SE458392B (sv) | Kylsystem av luftcirkulationstyp, vilket tillfoeres luft fraan en gasturbinmotor | |
| US5488823A (en) | Turbocharger-based bleed-air driven fuel gas booster system and method | |
| CZ20023226A3 (cs) | Motor | |
| GB2112916A (en) | Oil cooling apparatus for refrigeration screw compressor | |
| US4955352A (en) | Combined supercharger and supercharger coolant pump for an internal combustion engine | |
| US4688383A (en) | Supercharger system for use with heat engines | |
| US4109486A (en) | Heating system | |
| US4516913A (en) | Multistage drum compressor | |
| US3310043A (en) | Rotary external combustion engines | |
| AU2005213593B2 (en) | Method and means for controlling a flow through an expander | |
| US2845777A (en) | Improvements in inlet port means for rotary elastic fluid actuated positive displacement power plants | |
| US4187692A (en) | Liquid cooled rotary vane air cycle machine | |
| EP0101745B1 (en) | Rotary compressor | |
| US2293548A (en) | Pressure gas generator | |
| WO2023171099A1 (ja) | ガス圧縮機 | |
| JPH11510871A (ja) | 内接歯車ポンプの吐出圧力制御 | |
| US4187693A (en) | Closed chamber rotary vane gas cycle cooling system | |
| GB2065776A (en) | Rotary-piston Fluid-machines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |