DE2308832A1 - Heiz- und kuehlvorrichtung mit drehantrieb - Google Patents
Heiz- und kuehlvorrichtung mit drehantriebInfo
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Description
PitofrtMw
Dr. Ing. Walter Abltz
Dr. Dieter F. Morf 22. ΓΕΟ. 1373
726V7370
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V.St.A.
Heiz- und Kühlvorrichtung mit Drehantrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heiz- und Kühlvorrichtung mit Drehantrieb und insbesondere eine mit einer
Kraftmaschine ausgestattete Heiz- und Kühlanlage, di« in
einem geschlossenen Bankine-Kreislauf arbeitet und welche einen Kondensator und Verdampfer aufweist, welcher mit der
Kraftmaschine gekoppelt ist, um mit derselben als eine Einheit
umzulaufen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung besitzt die Heiz- und Kühlvorrichtung mit Drehantrieb ein zylindrisches Gehäuse, welches
um seine Achse umläuft sowie eine umlaufende Kraftmaschine im Gehäuse, welche ein koaxiales drehbares Antriebselement aufweist,
welches von der Kraftmaschine betätigt wird, eine Kondensatoranlage,
die koaxial an einer Gehäuseseite anliegt und mit dem Gehäuse als Einheit umläuft, und einen Kältemittelverdichter,
welcher drehbar koaxial im Gehäuse angeordnet ist
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und durch das Antriebselement mit einer ersten vorgegebenen Geschwindigkeit angetrieben wird, um die Kältemitteldämpfe
im Gehäuse zu verdichten, wobei die koaxial anschliessend an eine Gehäuseseite angeordnete Kondensatoreinrichtung mit
dem Gehäuse als Einheit umläuft und dazu dient, das . komprimierte
Kältemittel vom Verdichter zu kondensieren, eine - Kältemittel-Expansionseinrichtung, welche im Gehäuse zur Expansion
des in der Kondensatoranlage kondensierten Kältemittels angeordnet ist, eine Einrichtung zur Zufuhr von kondensiertem
Kältemittel zur genannten Kältemittel-Expansionseinrichtung, einen koaxial anschliessend an die andere Gehäuseseite
angeordneten Verdampfer, welcher mit dem Gehäuse als Einheit umläuft und Kältemittel aus der Expansionseinrichtung
aufnimmt und verdampft, eine Einrichtung zur Rückführung von verdampften Kältemittel vom Verdampfer zum Gehäuse, und eine
im Gehäuse angeordnete Getriebeanordnung, welche zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuse liegt und zum Antrieb des Gehäuses,
des Kondensators.und des Verdampfers als Einheit mit
einer zweiten vorgegebenen Geschwindigkeit dient, welche wesentlich
geringer als die erste vorgegebene Geschwindigkeit des Antriebselements und des Verdichters ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Heiz- und Kühlvorrichtung
mit Drehantrieb zur Verfugung, welche eine gedrängte einheitliche Bauweise aufweist und sich durch ruhigen Betrieb
und guten Wirkungsgrad auszeichnet. Die Vorrichtung kann hermetisch abgeschlossen werden und erfordert keine Hochgeschwindigkeitsdichtungen,
um Abschnitte der Vorrichtung, die mit unterschiedlichen Drücken oder mit verschiedenen Fluiden arbeiten,
voneinander zu trennen. Die Vorrichtung kann entweder ein eignes Kältemittel und Arbeitsmittel verwenden oder ein
einziges Fluid sowohl für die Kraftmaschine und den üühlvorgang. Die Vorrichtung eignet sich zur Erzeugung elektrischer
oder anderer Leistung zusätzlich zur Kühlung oder Erwärmung eines Fluids. Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet mit
isentropischer Expansion des Kältemittels-Fluids, wodurch zu-
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sätzliche Leistung zum Ausgleich der Last am Verdichter geliefert
wird, während auch die Kühlkapazität des Kühlmittels erhöht wird.
.Die vorliegende Erfindung wird anschliessend anhand eines in
den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert; es zeigen:
Fig. 1 einen diametrischen Schnitt durch eine erfindungsgemässe»
mit einer umlaufenden Wärmekraftmaschine ausgestattete Vorrichtung,
in welcher verschiedene Fluide als Kessel-Betriebsfluid und als Kältemittel verwendet werden,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 einen vergrösserten vertikalen diametrischen Teilschnitt
durch die umlaufende Wärmekraftmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3a einen Teilschnitt, welcher ein bauliches Einzelmerkmal
der Erfindung darstellt,
Fig. 4 einen Teilquerschnitt längs der Linie 4-4 der B1Xg. 3>
Fig. 5 einen Querschnitt in erheblich verkleinertem Masstab
längs der Linie 5-5 der,Fig. 3,
Fig. 6 einen vergrösserten vertikalen diametrischen Teilschnitt durch den zentralen Nabenabschnitt der umlaufenden Wärmekraftmaschine
,
Fig. 7 eine schematische Ansicht längs der Linie 7-7 der
Fig. 6 des Getriebes mit konstantem übersetzungsverhältnis,
Fig. 8 eine vergrösserte Teilansicht, teilweise im Schnitt,
welche die Befestigung der nicht-umlaufenden Schmiermittel-
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Zuführleitung innerhalb des mit hoher Drehzahl umlaufenden
Sonnenrades des in Fig. 6 dargestellten Getriebes mit konstantem übersetzungsverhältnis zeigt,
Fig. 9 eine vergrösserte Teilansicht längs der Linie 9-9 der Fig. 1, ·
Fig. 10 ein Teilquerschnitt längs der Linie 10-10 der Fig. 3,
Fig. 11 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, welche eine alternative
Kondensatoranlage für das Kessel-Arbeitsfluid und das Kältemittel zeigt,
Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 der Fig. 11,
Fig. 13 eine vergrösserte Teilansicht, zum Teil im Schnitt
längs der Linie 13-13 der Fig. 11,
Fig. 14 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, welche eine abgeänderte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
in welcher das gleiche Fluid für das Kessel-Arbeitsfluid und das Kältemittel verwendet wird,
Fig. 14a eine vergrösserte Teilansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils der Fig. 14,
Fig. 14b eine der Fig. 14a ähnliche Ansicht eines anderen Teils der Fig. 14,
Fig. 15 eine perspektivische Darstellung, welche die erfindungsgemässe
Vorrichtung zusammen mit Leitungen und Ventilen für Kühlung oder zum Klimatisieren eines Gebäudes im Sommer
oder in einem warmen Klima darstellt,
Fig. 16 eine der Fig. 15 ähnliche Darstellung, aus welcher
die Leitungen und Ventile zum Erwärmen eines Gebäudes im
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Winter oder in einem kalten Klima ersichtlich sind, und
Fig. 17 einen vertikalen Teilschnitt, ähnlich jenem der Fig. 3i
welcher eine abgeänderte Bauweise und Anordnung der Kältemittel-Expansionseinrichtung
darstellt.
Die dargestellte Ausführungsform einer mit Drehantrieb versehenen Heiz- und Kühlvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung
umfasst eine umlaufende in einem geschlossenen fiankine-Kreis arbeitende Maschine, welche einen Kessel B.aufweist,
eine Arbeitsfluid-Expansionseinrichtung PX und einen Kondensator C^, welcher mit einem Kältemittelverdichter P, einer Kältemittel-Expansionseinrichtung
HX und einem Verdampfer E_ gekoppelt ist. Die einzelnen Bauteile sind auf einer gemeinsamen
Achse angeordnet, wdbei der Kondensator C_ und der Verdampfer E
in axialem Abstand an gegenüberliegenden Seiten des Kessels B,
der Expansionseinrichtung PX, des Verdichters P und der Expansionseinrichtung EX angeordnet sind, welche in gedrängter
Bauweise dazwischen in einem koaxialen Gehäuse H angeordnet sind. Der Kessel B_, der Kondensator C_ und der Verdampfer E_
sind zum koaxialen Umlauf als Einheit angeordnet. Die Arbeitsfluid-Expansionseinrichtung
PX wird mit vorgegebener Geschwindigkeit durch das vom Kessel B erzeugte Druck-Arbeitsfluid angetrieben
und treibt ihrerseits den Kältemittelverdichter P und ein inneres Getriebe mit konstanter übersetzung, welches
mit der Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit verbunden ist, um letztere mit einer vorgegebenen geringeren Drehzahl anzutreiben.
Die Gesamteinheit ist hermetisch abgedichtet und ein durch ein Pendel gehemmter Drehmomentanker !Γ ist für das
Getriebe vorgesehen. Die mit einem geschlossenen Hankine-Kreis
arbeitende Haschine ist zur Verwendung mit hochmolekularen Fluiden bestimmt, wobei gemäss einer Ausführungsform der Erfindung,
welche manchmals als Zweikreissystem bezeichnet wird,
Fluide mit unterschiedlich hohem Molekulargewicht für das Kessel-Aibeitsfluid und das Kältemittel verwendet werden. In
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einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, welche manchmal
als Spaltkreissystem bezeichnet wird, dient das gleiche hochmolekulare Fluid sowohl für das Kessel-Arbeitsfluid als auch
als Kältemittel.
In der Zweikreis-Ausführung gemäss der vorliegenden Erfindung,
welche in den Zeichnungen und insbesondere in ü'lg. 3 dargestellt
ist, ist der umlaufende Kessel B_ einstückig mit dem koaxialen Maschinengehäuse H ausgebildet und umfasst eine
zylindrische, ringförmige Kammer a, welche das Gehäuse H umgibt und welche durch eine äussere kontinuierliche, umfangsseitige
Wand 2, durch Seitenwände 3 und 4 und eine innere,
kontinuierliche Wand 5 gebildet wird, wobei die letztere die Umfangswand des Maschinengehäuses H darstellt. Die äussere
Umfangswand 2 des Kessels ist vorzugsweise, wie dargestellt, mit umfangsseitig verlaufenden Rippen 6 versehen, Vielehe die
Wärmeleitfähigkeit der Wand erhöhen; die Wand 2 kann stattdessen so ausgebildet sein, dass eine vergrösserte wärmeleitende
Oberfläche erhalten wird, wie dies in der US-PS 3 690 (ausgegeben am 12. September 1972) beschrieben ist.
Zusätzlich zur umfangsseitigen Wand 5 besitzt das Maschinengehäuse
H im axialen Abstand angeordnete Seitenwandabschnitte 7 und 8. Das Maschinengehäuse H und der Kessel B sind zur
Drehung um ihre gemeinsame Achse mit Hilfe von Wellenabschnitten 9 und 10 angeordnet, die sich jeweils koaxial von entgegengesetzten
Seitenwänden 7 und 8 des Gehäuses nach aussen erstrecken.
Das äussere Ende der Welle 9 wird mittels eines Lagers 11 in einer stationären Nabe 12 gelagert, welche von
radialen Speichen 13 gehalten wird, die von einem konzentrischen
Ring 14- radial nach innen verlaufen, wobei dieser Hing
seinerseits von einem Träger 15 an einer stationären Basis
16 der Maschine gehalten wird. In ähnlicher Weise ist das äussere Ende der Welle 10 drehbar mittels eines Lagers 17
in einem stationären Ring 18 gehalten, welcher durch radiale Speichen 19 getragen wird, die sich von einem konzentrischen
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king 20 nach innen erstrecken, welcher seinerseits von einem Träger 21 an der f es teilenden Basis der Maschine gehalten wird,
wie am besten aus iig. 1 und 9 ersichtlich ist. Aus der vorausgehenden
Beschreibung ist ersichtlich, dass der zylindrische Kessel B und das Maschinengehäuse H zusammen mit den Wellen
9 und 10 eine einheitliche Anordnung bilden, welche mittels der Lager 11 und 17 für eine koaxiale Drehung als Einheit
um die Maschinenachse angeordnet ist.
Der umlaufende Kessel dreht sich um seine Achse mit einer vorgegebenen
Drehzahl , welche derart ausgelegt ist, dass die erforderliche Zentrifugalkraft entsteht, um das gewählte
Kessel-Arbeitsfluid umfangεseitig gleichmässig verteilt und
in Berührung mit der Innenfläche der äusseren umfangsseitigen
Wand des Kessels zu halten,*die in Fig. 3 mit i bezeichnet ist,die
in hohem Masse stabil ist und im wesentlichen zylindrisch und konzentrisch zur Drehachse des Kessels liegt. Die Grenzschicht
i. liegt im wesentlichen auf einem vorgegebenen Radius
von der Drehachse des Kessels entfernt, damit hohe Kessel-, wärmeflüsse zusätzlich zu jenen, die durch Schwerkraft entstehen,
erhalten werden.
Es wird auf die i'ig. 2 und 3 Bezug genommen. Der ringförmige
ilussigkeitskorper im Kessel kann zur Verdampfung desselben
auf die notwendige Siedetemperatur, beispielsweise dadurch erhitzt werden, dass ein Brennstoff-Luftgemisch in einer stationären
Verbrennungskammer 22 verbrannt wird, welche die umlaufende Kesselkammer 1 umgibt. Der für die Verbrennung
erforderliche Brennstoff gelangt aus einer Düse 23 in der
eroforderlichen Menge und unter dem notv/endigen. Druck in die
Verbrennungskammer 22, während die zur Mischung mit dem Brennstoff benötigte Luft durch eine Anzahl von öffnungen 24 in
der umfangsseitigen Wand 25 in die Verbrennungskammer zugeführt
wird. Eine Haubenanordnung 26 begrenzt eine Kammer 27, in welche Luft über eine Leitung 28 mit dem Druck und in der
iienge eingeführt wird, die zur wirksamen Verbrennung des Brenn-
- 7 • wobei eine Flüssigkeit-Da^f-trennschicht gebildet wird,
stoffes zum Erhitzen der ilüssigkeit im Kessel auf die gewünschte Temperatur erforderlich sind. Die Verbrennungsabgase
werden durch eine Abgasleitung 29 abgeführt, und eine stationäre Querwand JO, welche angrenzend an die Kesselumfangswand
2 angeordnet ist, liegt zwischen der Brennstoffdüse 23
und der Abgasleitung 29, um die Hezirkulation der Verbrennungsgase
zu steuern.
Innerhalb des Maschinengehäuses H ist zur Drehung mit diesem eine ringförmige Expansionseinrichtung FX für das Arbeitsfluid,
welche , wie am besten aus Pig. 6 ersichtlich ist, eine mittige Bohrung 31 aufweist, die sich koaxial durch die Expansionseinrichtung erstreckt. Die Expansionseinrichtung FX ist koaaxial
innerhalb des Maschinengehäuses H mittels einer Anzahl von radial angeordneten Schaufeln 32 befestigt, welche innerhalb
des Gehäuses K im gleichen umfangsseitigen Abstand voneinander
angeordnet sind und welche an ihren inneren und
äusseren Bändern jeweils mit der Expansionseinrichtung FX und der Wand 5 des Maschinengehäuses verbunden sind, beispielsweise
durch ßchweissen wie in I'ig. 4 bei 33 und 34· angegeben
ist.
Es wird auf die i'ig. 3 und 6 Bezug genommen. Die Expansionseinrichtung FX für das Arbeitsfluid besteht aus einer einstufigen
ummantelten Turbine, welche einen Hotor 35 dit einer
Reihe von Turbinenschaufeln 37 aufweist, die am Umfang des Rotors angeordnet sind. Der Turbinenrotor 35 ist zur koaxialen
Drehung unabhängig vom Kessel B_ und vom Maschinengehäuse H
auf einer Welle 38 gelagert, welche mittels eines Lagers 39
zur Drehung innerhalb der Bohrung 3I der Expansionseinrichtung
PX angeordnet ist. Eine ringförmige Reihe von Düsen 40 ist in der Expansionseinrichtung FX koaxial mit dem Turbinenrotor
35 und gegenüber den. behäufeln 37 desselben angeordnet. Ein
ringförmiger Hochdruckverteiler 41 ist in der Expansionseinrichtung FX vorgesehen und mündet in die Turbinendüsen 40.
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Hochdruckdampf wird von der Kesselkammer 1 dem Verteiler über eine Anzahl von radialen Öffnungen oder Kanälen 42 zugeführt
und eine entsprechende Anzahl radial angeordneter Danpfrohre 43 ist im gleichen Abstand am Umfang der Achse
zwecks Erzielung einer gleichmässigen Drehung angeordnet.
Der in der Kesselkammer 1 erzeugte Hochdruck dampf gelangt
von der Kesselkammer durch die Rohre 43 und öffnungen 42
zum Hochdruckverteiler 41, von welchem er durch die Turbinendüsen 40 austritt und auf die Schaufeln 37 zum Antrieb des
Turbinenrotors 35 und seiner Welle 38 mi"fc d©r gewünschten
Drehzahl auftrifft. Eine Dichtung 44, beispielsweise eine
berührungslose Labyrinthdichtung,ist an der Turbinenwelle
innen neben dem Lager 39 vorgesehen, um einen Verlust von Dampfdruck von der Turbine längs der Welle 38 so klein wie
möglich zu halten.
Ein ringförmiger Diffusor 46 ist koaxial neben dem Turbinenrotor
35 stationär angeordnet, um die aus der Expansionseinrichtung
austretenden Dämpfe aufzunehmen, wobei die Eintrittsöffnung des Diffusors den Turbinen se hau fein 37 an ihren von
den Düsen 40 abgewandten Seiten gegenüberliegt. Der aus dem
Diffusor 46 austretende Abdampf gelangt in das Maschinengehäuse H, von welchem er dem Kondensator C_ zugeführt wird, wie anschliessend
beschrieben wird. Eine Anzahl von sich axial erstreckenden radialen Trennwänden 47 sind im Diffusor 46 angeordnet
und dienen mit den vorausgehend erwähnten radialen Schaufeln dazu, die Winkelgeschwindigkeit des Abdampfes auf den
gleichen Wert zu halten, den der umlaufende Kessel und die Gehäuseeinheit aufweisen.
Innerhalb des Maschinengehäuses H ist ferner koaxial neben der Expansionseinrichtung PX ein Kältemittelverdichter bzw. ein©
Pumpe P angeordnet. .Der Verdichter P- weist ein ringförmiges
Gehäuse 50 auf, welches fest innerhalb des umlaufenden Gehäuses
H mit Hilfe der vorausgehend erwähnten radialen Schaufeln 32 angeordnet ist, so dass das Verdichtergehäuse^O koaxial
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als Einheit mit dem Maschinengehäuse H und dem Kessel JB umläuft.
V/ie am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist, weist das
Verdichtergehäuse 50 eine koaxiale ringförmige Kaminer 51 auf,
in welcher ein Verdichterrotor 52 angeordnet ist, welcher zu seinem Antrieb mit der Turbinenwelle 38 vergilt ist. Koaxial
zur Aussenseite des Verdichtergehäuses 50 ist beispielsweise
durch Eolzen 53 eine ringförmige Platte 54 befestigt, die
mit dem Verdichtergehäuse 50 zusammenwirkt, um eine Anzahl
umfangsseitig verteilt angeordneter ,radialer Eintrittskanäle 55 zum#Verdichterrotor 52 zu bilden. Die Turbinenwelle
38 erstreckt/ koaxial durch die Platte 54- und ist in dieser
durch ein Lager 56 gelagert. Fluides Kältemittel, welches
in den Verdichter durch die Eintrittskanäle 55 eintritt, wird durch den Rotor 52 verdichtet und dann durch eine Anzahl
radialer Kanäle 57 und Rohre 58 an eine ringförmige Hochdruckkammer
59 in der Kältemittel-Expansionseinrichtung RX abgegeben,
wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Die Kältemittel-Expansionseinrichtung RX umgibt den Verdichter
P koaxial und ist derart befestigt, um mit dem umlaufenden Maschinengehäuse H zu rotieren, und zwar mit Hilfe der erwähnten
radialen Schaufeln 32 sowie mit Hilfe eines Paars von
sich radial erstreckenden inneren und ausseren,axial versetzt
angeordneten,ringförmigen Trennwänden 60 und 61. Die Trennwände
60 und 61 verbinden jeweils die Arbeitsfluid-Expansionseinrichtung
PX und die Kältemittel-Expansionseinrichtung RX sowie die letztere und die Innenfläche der Umfangswand 5 des
umlaufenden Maschinengehäuses H, wodurch das.Innere des umlaufenden
Maschinengehäuses H unterteilt und jeweils in eine Kühlkammer X und eine Maschinenkammer Y- getrennt wird, so
dass keine merkliche Vermischung von Arbeitsfluid und Kältemittel
eintritt. Dabei ist eine nicht dargestellte Isolierung vorgesehen, um die Erwärmung der Kältemitteldämpfe
bei ihren Durchtritt vom Verdampfer zum Verdichtereinlass so gering wie möglich zu halten.
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Vie vorausgehend beschrieben wurde, sind der Kessel B1 das
Gehäuse Ht der Kondensator C_ und der Verdampfer E_ zur koaxialen
Drehung als Einheit angeordnet, wobei im Einklang mit der vorliegenden Erfindung eine mechanische Kupplung zwischen der
Expansionseinrichtung PX und der Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit
angeordnet ist, so dass nach dem Anlaufen während des Betriebes der Maschine die Einheit kontinuierlich durch
die von der Haschine erzeugte Primärleistung angetrieben wird,
liies erfolgt mittels eines inneren, abgeschlossenen Getriebes
mit konstantem übersetzungsverhältnis, welches koaxial zur
Haschine angeordnet und im Innern des Gehäuses H vorgesehen ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht gemäss den i'ig.
und 7 das Getriebe aus einem Planetengetriebe, welches ein bonnenrad 63 aufweist, das fest auf der Turbinenwelle 58
sitzt und von dieser angetrieben wird. Das angetriebene
Sonnenrad 63 treibt eine Anzahl von Zahnrädern, von denen jedes in einem Nadellager 64 auf einem Wellenstummel 65 gelagert
ist, welcher fest im anliegenden Abschnitt eines nicht-uinlaufenden
Drehmomentankers T_ befestigt ist, welcher einen koaxial angeordneten zentralen Nabenabschnitt 66 aufweist, welcher
am inneren Ende der Maschinenwelle 9 mittels eines Lagerpaares 67 gelagert ist. Wie dargestellt, ist das üonnenrad 63
jeweils im Eingriff mit einem grösseren Zahnrad 68 jeder Zahnradanordnung, um dieses anzutreiben, während ein kleineres
Zahnrad 69 der Zahnradanordnung im Eingriff mit einem koaxialen Zahnkranz 70 steht, um
diesen anzutreiben; der Zahnkranz ?0 ist innerhalb der Ausnehmung einer Platte 54 des Verdichtergehäuses 50 angeordnet und
wird von dieser gehalten.
Ler Drehmonentanker T_ weist einen äusseren umfangsseitigen
Hendabschnitt 72 auf, welcher sich neben der Kältemittel-Expansionseinrichtung
KZ radial nach aussen erstreckt, wie
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"beispielsweise aus Fig. 3 ersichtlich ist, und ein radial
nach innen gerichteter Stegabschnitt 73 des Drehmomentankers
T^ ist mit einer Anzahl von umfangsseitig angeordneter Öffnungen
74 ausgebildet £eren Querschnittsfläche ausreicht, um eine
verhältnismässig freie Strömung des Käl.temittels innerhalb
der Kammer X im Gehäuse H zu gestatten. Der Drehmomentanker T1
wird gegenüber der umlaufenden Kaschinen-Kondensator-Verdampfer-Einheit
mittels eines Pendelelements 75 stationär gehalten, welches sich vom Randabschnitt 72 des Drehmomentankers
T_ radial nach aussen erstreckt.
Das Pendelelement 75 ist bezüglich seiner Dichte, seiner Abmessungen
und seiner Lage derart ausgebildet, dass es die gewünschte Gegenkraft ausübt, welche gegen das äussere Reaktionsmoment
des Luftzugs im Kondensator und Verdampfer gerichtet ist und besteht gemäss einer bevorzugten Ausführungsform
aus Stahl, wobei es in der Ausführung nach Fig. 10 einen Innenradius von 27»94 cm (11,0 Zoll) aufweist, einen äusseren
Radius von 43,18 cm (17,0 Zoll), eine Breite von 2,54 cm (1,0 Zoll), eine Bogenlänge von 30° und ein Gewicht von
5f67 kg (12,5 Pfund). Das Pendel liefert ein Gegendrehmoment,
welches ausreicht, um den Drehmomentanker CD stationär zu
halten und eine Drehung desselben gegen eine Einwirkung von 12,6 kg-m (9»1 Fuss-Pfund) zu verhindern; dieses
Drehmoment ist erforderlich, um die Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit
mit 1200 Umdrehungen pro Minute anzutreiben, wenn sowohl der Kondensator wie der Verdampfer Luft pumpen.
Als Folge des nicht-umlaufenden Drehmomentankers £ sind die
Planeten-Zahnrad-Anordnungen fest angeordnet, so dass ihre Achsen sich nicht drehen oder sich nicht umfangsseitig gegenüber
der Maschinenachse bewegen. Damit wird die an der Expanßionseinrichtung PX verfügbare Ausgangsleistung, die nicht zum
Antrieb des Verdichterrotors 52 verwendet wurde, vom treibenden
Sonnenrad 63 über die Planeten-Zahnradanordnungen direkt auf den angetriebenen Zahnkranz 70 auf der umlaufenden Kessel-
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Kondensator-Verdampfer-Einheit übertragen, wodurch diese
Einheit mit der konstanten Drehzahl der jeweiligen Getriebeanordnung
in Drehung versetzt wird.
Wie vorausgehend erwähnt wurde, tritt der vom Turbinendiffusor
46 austretende Abdampf in den umlaufenden Kondensator C_ ein,
wo er kondensiert, wobei im Einklang mit der vorliegenden Erfindung das verdichtete,aus dem Verdichter P austretende
Kältemittel ebenfalls im Kondensator C_ kondensiert. Gemäss der
in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform umfasst der umlaufende Kondensator C^ eine koaxiale Anordnung von ringförmigen
radialen Rippen 80 und sich axial erstreckenden Wärmetauschrohren 81a und 81b, die umfangsseitig verteilt um die
Haschinenwelle 10 angeordnet sind und mit dem Maschinengehäuse
H und dem Kessel B zusammen umlaufen. Die Rippen 80 bestehen aus getrennten, oder unabhängigen ringförmigen Scheiben, welche
mittels der Wärmetauschrohre 81a_ und 81b_, die sich in
Längsrichtung durch die Rippen 80 erstrecken, in einem vorgegebenen gleich grossen Abstand zueinander gehalten werden.
Die Rippen 80 und die Rohre 81a_ und 81b bestehen aus Metall
hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, und die Rippen sind vorzugsweise mit den Wärmetauschrohren
durch Hart- öder Weichlöten oder dgl. verbunden, um eine möglichst
grosse Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen Teilen zu erzielen. *
Die Wärmetauschrohre 81a und 81b sind in voneinander gleichem Abstand ausgewuchtet am Umfang der Rippen 80 um die Welle 10
angeordnet, wie beispielsweise aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung dienen die Wärmetuaschrohre
81^ des Kondensators £ zur Kondensation des
vom Diffusor 46 austretenden Arbeitsfluids und die abwechselnd angeordneten Wärmetauschrohre 81b dienen zur Kondensation des
vom Verdichter P an die Hochdruckkammer 59 der Kältemittel-Expansionseinrichtung
RX abgegebenen verdichteten fluiden Kältemittels.
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Zu diesem Zweck sind gemäss der i(<ig. 3 die inneren Enden der
Rohre 81 ji in entsprechenden Öffnungen 82 angeordnet, die in
der anliegenden Maschinengehäusewand 8 vorgesehen sind, so dass das Innere der Rohre 81a. in Verbindung mit dem Innenraum der
anliegenden Maschinenkammer Y des Gehäuses H steht, in welche der vom Diffusor 46 abgegebene Abdampf des Arbeitsfiuids abgegeben
wird. Andererseits erstrecken sich die abwechselnd angeordneten Wärmetauschrohre 81b für den verdichteten Kältemitteldampf
durch öffnungen 83 in der Maschinengehäusewand
und ihre inneren Enden erstrecken sich durch die anliegende Wand der Kältemittel-Expansionseinrichtung RX, so dass das
Innere der Wärmetauschrohre 81t> in Verbindung mit der Hochdruck-Kältemittelkammer
59 steh't. Gemäss Fig. 1 sind die äusseren Enden der Rohre 81_a und 8ib_ in Ausnehmungen 84 befestigt,
welche in einem ringförmigen endseitigen Ring 85
angeordnet sind, welcher koaxial neben den äussersten der Rippen 80 angeordnet ist und welcher ausgehend von der Maschinenwelle
10 von umfangsseitig verteilt angeordneten radialen Speichen 86 getragen wird.
Die inneren umfangsseitigen Ränder der Rippen 80 bilden innerhalb
derselben eine koaxiale Einlasskammer 87 für das Kühlfluid, welches von und zwischen einer Anzahl von umlaufenden
Rippen in der anschliessend beschriebenen Weise nach aussen abgegeben wird. Der Innendurchmesser des Rings 20 und
des Rings 85 ist der gleiche wie der Innendurchmesser der anliegenden Gruppe von Rippen 80, damit die Fluidströmung nach
innen zur Kammer 87 nicht behindert wird, und ein sich nach
aussen erweiterndes oder glockenförmig ausgebildetes Fluideinlasselement
88 ist fest am Ring 20 koaxial ausserhalb des Einlassendes der Kammer 87 angeordnet. Der zentrale Abschnitt
der Haschinengehäusewand 8 ist im Bereich der Welle 10 gekrümmt und im wesentlichen konisch ausgebildet, wie bei 8a
angedeutet ist, um die Strömung des Wärmetauschfluids durch
die Kammer 87 zu den Rippen 80 des Kondensators stromlinienförmig auszubilden.
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Die axiale Länge des Kondensators C_ und der Abstand zwischen
benachbarten Rippen 80 wird durch die Drehzahl der Kessel-Kondensator-
Verdampfereinheit und die kinematische Viscosität
des Kühlfluids so bemessen, dass eine Taylor-Zahl in Bereich von etwa 5 bis 10 und vorzugsweise 6 erhalten wird, und der
innere und äussere Radius der Rippen wird so bemessen, dass ein Verhältnis des inneren Radius zum äusseren Radius der
Rippen 80 im Bereich von etwa 0.70 bis 0,85» und vorzugsweise
etwa 0,77» erhalten wird, um die Viscositätseigenschaften des
Kühlfluids und die von den rotierenden Rippen 80 an demselben ausgeübten Scherkräfte auszunützen, um das Kühlfluid zu fördern
und radial zwischen die Rippen nach aussen im wesentlichen auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, welche einen optimalen
gesamten Wärmeaustausch zviischen den Fluidenin den Rohren
81a, und 81b_und dem zwischen den Rippen 80 strömenden Fluid
ermöglicht. Im Einklang mit der in der DT-OS 2 IO7 845 beschriebenen
Anordnung erstreckt sich der äussere umfangsseitige Abschnitt sowohl der Gehäusewand 8 und des Rings 85
radial nach aussen über die ,Rippen 80 um einen Betrag hinaus, um dadurch ringförmige radiale Flanschabschnitte F_ und i^_ zu
ergeben, welche die Fluidströmung nach aussen zwischen den Rippen 80 erhöhen. Ferner können Schaufeln zur Erhöhung der
axialen Fluidströmung zwischen den Flanschabschnitten F und FJ_
vorgesehen werden, wenn dies in der jeweiligen Anlage gewünscht wird.
Gemäss Fig. 3 gelangt der Abdampf der Turbine, welcher aus dem
Diffusor 46 in die Gehäusekaminer Y abgegeben wird, in die
Wärmetauschrohre 81a des Kondensators C_, in welchem der Dampf
durch Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid kondensiert wird, welches beispielsweise aus Ungebungsluft besteht, die in der
vorausgehend beschriebenen Weise zwischen den Rippenreihen 80 nach aussen abgegeben wird. Das auf diese Weise in den Rohren
81ja gebildete Kondensat fliesst nach innen und wird an den
inneren Enden der Rohre in eine η ringförmigen Sammelring 90
abgegeben und anschliessend gelangt es durch eine Anzahl ra-
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dialer Rohre 91 in einen ringförmigen Kessel-Flüssigkeitsbehälter 92. Flüssiges Arbeitsmittel wird dem Kessel B vom
Flüssigkeitsbehälter 92 über eine Anzahl radialer Bohre 93 zugeführt.
Der Flüssigkeitsstand i, in der Kesselkammer 1 wird selbsttätig ermittelt und durch eine Anzahl von Fühlerrohren
94-, welche die Kesselkammer 1 und den Flüssigkeitsbehälter
verbinden, auf konstantem Niveau gehalten; diese Fühlerrohre arbeiten in der in der US-Pb 3 590 786 (veröffentlicht am
6. Juli 1971) beschriebenen Weise.
In ähnlicher'Weise gelangt das verdichtete ,vom Verdichter P
abgegebene Kältemittel von der Hochdruckkammer 59 der Expaneionseinrichtung
RX in die Wärmeaustauschrohre 81b des umlaufenden Kondensators C_, wo das Kältemittel durch Wärmeaustausch
mit dem Kühlmedium kondensiert wird, welches, wie vorausgehend beschrieben wurde, zwischen die Rippenreihen 80
nach aussen austritt. Das flüssige Kältemittel, welches in den Wärmetauschrohren 81b_ kondensiert, fliesst in diesen Rohren
nach innen und wird zur Hochdruckkammer 59 der Expansionseinrichtung RX zurückgeführt, von welcher es um ein radial
angeordnetes ringförmigen Wehr 95 in dieser Kammer zu einer
ringförmigen Expansionskammer 96 fliesst.
Das flüssige Kältemittel in der Kammer 96 wird unter Druck axial über eine Anzahl von umlaufenden Expansionsdüsen 97
abgegeben und tritt anschliessend durch ringförmige, nichtumlaufende
Reihen von Expansions-Turbinenschaufeln 98, welche
in dem ringförmigen umfangsseitigen Randabschnitt 72 des Drehmomentankers _T vorgesehen und gegenüber den umlaufenden
Düsen 97 gemäss den Fig. 3 und 10 angeordnet sind. Die Expansionsdüsen
97 sind vorzugsweise in umfangsseitig im Abstand angeordneten Gruppen angeordnet, wovon jede eine Anzahl von
Düsen aufweist, wie beispielsweise aus Fig. 5 hervorgeht, in welcher die Expansionsdüsen 97 in zwei Gruppen von jeweils
drei Düsen angeordnet sind, welche diametral angeordnet und konzentrisch gegenüber der Drehachse der Maschine liegen.
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Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, gelangt das von
den Expansionsschau fein abgegebene flüssige Kältemittel in
den Verdampfer E_, in welchem es durch Wärmeaustausch mit einem
anderen Fluid, beispielsweise Umgebunprsluft, verdampft wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel v/eist der Verdampfer E einen ähnlichen Aufbau wie der vorausgehend beschriebene Kondensator
C_ auf und enthält eine koaxiale Reihe von ringförmig angeordenten radialen Rippen 100 sowie sich axial erstreckenden
Warmetausehrohren 1O1, die umfangsseitig um die Maschinenwelle
9 angeordnet und zum Umlauf mit dem Maschinengehäuse H, dem Kessel Is und dem Kondensator £ als Einheit bestimmt sind.
Die inneren Enden der Rohre 101 sind in entsprechenden öffnungen
102 befestigt, welche in der anliegenden Maschinengehäusewand
7 vorgesehen sind, so dass das Innere der Rohre 101 in Verbindung mit der anliegenden inneren Kühlkammer X des
Maschinengehäuses H steht und den nicht-umlaufenden Expansionsschaufeln 98 gegenüberliegt. Ein ßammelring 99» welcher mit
einer nach innen vorstehenden Lippe 99a. vorgesehen ist, umgibt die inneren Enden der Rohre 101. Die äusseren Enden der Rohre
101 sind in Ausnehmungen 103 angeordnet, welche in einem endseitigen Ring 104 vorgesehen sind, welcher koaxial neben
den äussersten Rippen 100 liegt und von der Maschinenwelle 9 durch umfangsseitig im Abstand angeordnete radiale Speichen 105
getragen wird.
Qemäss Fig. 3 bilden die inneren umfangsseitigen Ränder
der Rippen 100 innerhalb derselben eine koaxial angeordnete Einlasskammer 106 für das Wärmeaustauschfluid, welches durch die
und zwischen der Anzahl umlaufender Rippen 100 in der vorausgehend in Verbindung mit dem Kondensator C_ beschriebenen Weise
nach aussen abgegeben wird. Der Innendurchmesser des Rings 104 und des nach aussen anliegenden Rings 14 ist der gleiche wie
der Innendurchmesser der Rippen 100, so dass die Fluidströmung in die Kammer 106 nicht behindert wird, und ein sich nach aussen
erweiterndes oder glockenförmig ausgebildetes Einlassele-
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ment 107 ist starr am Ring 14 koaxial dazu und ausserhalb des Einlassendes der Kammer 106 angeordnet. Eine gewölbte, im wesentlichen
konisch ausgebildete Kappe 108 umgibt die Maschinenteile 9» um die Strömung des Wärmeaustauschi'luids durch
die Kammer 106 zur Rippenreihe 100 des Verdampfers E stromlinienförmig zu gestalten.
Wie im Kondensator C_ erstrecken sich die äusseren umfangsseitigen
Abschnitte sowohl der anliegenden Gehäusewand 7 und des Rings 104 radial zwischen den Rippen 100 einen gev/issen Betrag
nach aussen, um ringförmige radiale Flanschabschnitte FJ^ und
F11I 1 zu ergeben, welche wirksam sind, um die Fluidströmung nach
aussen zwischen den Rippen zu erhöhen, während behäufeln zur
Erhöhung der axialen Fluidströmung zwischen den Flanschabschnitten F_^ und F-^1 , falls erwünscht, in der vorausgehend
beschriebenen Weise vorgesehen werden können.
Wie beim Kondensator C_ wird die axiale Länge des Verdampfers E_
und· der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Hippen 100 durch die Drehzahl des Verdampfers und dem inneren und äusseren
Radius der Rippen 100 bestimmt, damit die Viscositätseigenschaften
des Fluids und die auf dieses durch die Kippen 100 ausgeübten Scherkräfte dazu ausgenützt werden, das Fluid zwischen
den Rippen zu befördern und im wesentlichen auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, welche einen optimalen Gesamtwärmeaustausch
zwischen den durch die Rippen 100 strömenden Fluide und dem in den Rohren 101 fliessenden Kältemittel- ermöglicht.
Das durch die Expansionsschaufeln 98 abgegebene kondensierte
Kältemittel fliese vollständig in die Verdampferrohre 101 mit Ausnahme von zwei Rohren, die mit 101ji bezeichnet sind. Das
in die Bohre 101 eintretende Kältemittel wird darin durch Wärmeaustausch mit einem Fluid, beispielsweise Umgebungsluft,
verdampft und nach aussen zwischen der Reihe von Hippen 100
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»8
in der vorausgehend beschriebenen Weise abgegeben, und das
verdampfte Kältemittel fliessteinwärts und wird von den inneren Enden der Rohre 101 in die anliegende Kühlkammer X im
Maschinengehäuse H abgegeben. Aus der Kühlkammer X tritt das verdampfte Kältemittel wiederum durch die Einlasskanäle 55
in den Verdichter F_ ein, wo es erneut verdichtet und vom Rotor
52 an den Kondensator £ und an den Verdampfer E in der vorausgehend
beschriebenen Weise abgegeben wird.
Die beiden Rohre 101_a_, in welche das Kältemittel nicht eintritt,
liegen diametral 180° einander gegenüber und das von den Expansionsschaufeln 98 abgegebene Kältemittel wird am
Eintritt in die Rohre 101ει, durch Ablenkelemente 110 gehindert,
welche den anliegenden offenen Enden der beiden Rohre 101a_ gemäss den Fig. 3 und Ja axial gegenüberliegen. Die beiden
Verdampfe rohre 101ji dienen zur Sammlung und Rückführung von
Arbeit s fluid welches zum Kältemittel wandert, in die Kammer
Y_, wobei das Arbeitsfluid beispielsweise längs der Turbinenwelle
38 von der Maschinenkammer Y zur Kühlkammer X wandert.
Zu diesem Zweck sind die äusseren Enden aller Verdampferrohre 101 und der beiden Rohre 101ja mittels eines ringförmigen
Verteilers 111 verbunden, welcher in der Endplatte 104 vorgesehen ist. Auf diese Weise verdampft Arbeitsfluid, welches
in das Kältemittel system wandert, nicht in den Rohren 101, sondern fliesst durch den Verteiler 111 und sammelt sich in
den beiden diametral entgegengesetzt zueinander angeordneten Rohren 10Ia1, welche gegen den Eintritt von Kältemittel durch
Ablenkelemente 110 geschützt sind. Flüssiges Arbeitsfluid,
welches sich in den beiden Rohren 1O1£ sammelt, fliesst in
diesen einwärts und wird mittels eines Paares von diametral angeordneten Rohren 112 zum öchmiermittelbad 118 an der Innenfläche
der umfangsseitigen Maschinengehäusewand 5 neben der
Kesselkammer 1 gebracht, wo das flüssige Arbeitsfluid erneut verdampft und sich mit dem Turbinenabdampf innerhalb der Haschinenkammer
Y vermischt.
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In ähnlicher Weise wird jegliches Kältemittel, das in das Arbeitsfluid
eintritt, nicht in dem Kondensatorrohren 81a, für das Arbeitsfluid kondensiert, sondern sammelt sich an den äusseren
Enden dieser Rohre 81a. und eines verbindenden ringförmigen
Verteilers 113, von welchem es zur Kühlkammer X des Gehäuses H mittels zweier diametral entgegengesetzt angeordneter»
sich axial erstreckender Rohre 114 zurückbefördert wird.
In der Vorrichtung ist ein Druckschmierungssystem vorgesehen, welcheseine Pitotpumpe gemäss den Fig. 3» 6, 8 und 10 verwendet.
Wie aus den ,Figuren ersichtlich ist, weist die Pitotpumpe einen radialen Kanal 116 auf, welcher im Pendelelement
75 angeordnet ist und welcher an seinem äusseren Ende eine L-förmige Schaufel 117 bildet, deren Einlassende in ein ringförmiges
Schmiermittelbad 118 eintaucht, welches sich umfangsseitig innerhalb des Maschinengehäuses H erstreckt und welches
einer Richtung zugewandt ist, die entgegengesetzt zur Drehrichtung der Schaufel liegt. Das innere Ende des Kanales
116 ist an ein radiales Rohr 119 angeschlossen, welche eine der Fluidö ff mangen 74- überbrückt und zu einem sich radial erstreckenden
Kanal 120 im zentralen Nabenabschnitt 66 des Drehmomentankers T. führt.
Neben dem inneren Ende teilt sich der Kanal 120 in zwei im Winkel zueinander liegende abzweigende Kanäle 121 und 122 auf.
Der Kanal 121 fördert Schmiermittel zum Inneren des Nabenabschnitts 66 zur Schmierung der Lager 67 am inneren Ende
der Maschinenwelle 9 und der Kanal 122 führt zum radialen
Schenkel eines Anschlußsteilε 123 in der Form eines auf dem
Kopf stehenden L, dessen horizontaler Abschnitt sich koaxial inerhalb des Stirn rads 63 des Getriebes mit konstantem Übersetzungsverhältnis
erstreckt, wie dies beispielsweise in Fig. 8 dargestellt ist. Die Maschinenwelle 38 ist in ihrem
Innern mit einer sich koaxial erstreckenden Schmiermittelbohrung 125 ausgestattet, welche radiale Kanäle 126 und 127
aufweist, die von der Bohrung nach aussen gerichtet sind, um
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die Lager 39 und 56 der Maschinenwelle zu schmieren, sowie mehrere Zahnräder in dem Getriebe mit konstantem tbersetzungsverhältnis.
Eine Drehung des Maschinengehäuses H gegenüber dem sich nicht drehenden Drehmomentanker T_ fördert Schmiermittel des Schmiermittelbadsi18
von der Schaufel 117 nach einwärts und durch die Verbindungskanäle und Rohre zu den Lagern 39>
56 und 67 des Getriebes, wie vorausgehend beschrieben wurde. Schmiermittel
vom Lager 39 tritt durch einen radialen Kanal 128 in ein Paar diametral zueinander angeordneter radialer Rohre 129 ein,
von welchen es zum Schmiermittelbad 118 zurückkehrt. Schmiermittel aus dem Lager 56 und dem Getriebe tritt in einen Sammelring
13O aus, von welchem es mittels eines Paares von diametral
zueinander angeordneten Rohren I3I zum Echmiermittelbad
118 zurückkehrt. In ähnlicher Weise tritt Schmiermittel ais den Lagern 67 ebenfalls in einen Sammelring I32 ein, von welchem
es mittels eines Paars diametral zueinander angeordneter radialer Rohre 133 zum Schmiermittelbad 118 zurückkehrt. Offnungen
134· am Umfang der Trennwand 61 gestatten eine Schmiermittelströmung
von der Maschinenkammer Y_ zur Kältekammer X im Maschinengehäuse H.
Der Flüssigkeitsstand des Bades 118 wird durch eine Regelrohranordnung
geregelt und im wesentlichen konstant gehalten, welche einen radialen Kanal 116' aufweist, der im Pendelelement
angeordnet ist und der an seinem äusseren Ende eine L-förmige Schaufel 117' aufweist, deren Einlassende in.eine Richtung
zeigt, die entgegengesetzt zur Drehrichtung des Gehäuses H ißt und welche auf dem Niveau oder Radius liegt, das oder der für
die Oberfläche des Schmiermittelbads 118 gewünscht wird. Mit dem inneren Ende des Kanals 116' steht ein winklig ausgebildetes
Rohr II91 in Verbindung, dessen Auslassende radial nach aussen
gerichtet ist und einem nach innen gerichteten Sammelring 60a,
gegenüberliegt, welcher im Umfangsabschnitt des inneren Trennwandelements
60 an der Verbindung desselben mit dem äusseren
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Trennwandelement 61 angeordnet ist.
Eine Wanderung von Arbeitsfluid zum Verdampfer bewirkt ein Ansteigen des Fluidspiegels im Schmiermittelbad 118 und eine
Drehung des Maschinengehäuses H gegenüber dem Pendelelement 75 bewirkt eine Abschöpfung von überschüssigem Fluid vom
Schmiermittelbad 118 und ein Pumpen desselben einwärts der Schaufel 117' und über den Kanal 116' zum Rohr 119'» von welchem
das Fluid radial in den Sammelring 60a_ abgegeben wird.
Auf diese Weise dem Ring 60a. zugeführtes überschüssiges Fluid
wird durch ein radiales Rohr 112' der inneren Umfangsfläche der Maschinenkammer Y neben dem Kessel zugeführt, durch welchen
das zugeführte Arbeitsfluid verdampft wird und das flÜBsige Schmiermittel durch öffnungen 1J4- zur Kühlkammer X
zurückkehrt.
Eb ist offensichtlich, dass beim Anlaufen der Maschine durch den Kessel B kein Dampfdruck erzeugt wird, um die Expansionseinrichtung
PX und damit die Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit anzutreiben. Daher ist es beim Anlauf erforderlich,
die Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit unabhängig mit der gewünschten Drehzahl anzutreiben, um eine Flüssigkeit-Dampf-Grenzschicht
i_ in der Kesselkammer 1 zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, bis der ringförmige Flüssigkeitskörper
im Kessel auf eine Temperatur erhitzt wird, um den gewünschten Dampfdruck zum Antrieb der Turbine 35 zu liefern. Dies kann
beispielsweise mittels eines Anlassermotors M erfolgen, welcher
eine an der Haschinenwelle 10 angeordnete Riemenscheibe 135 über einen Antriebsriemen 1J6 antreibt. Eine Einrichtung,
wie beispielsweise eine nicht dargestellte Kupplung, kann vorgesehen
werden, um die Verbindung zwischen den Motor M und der Riemenscheibe 135 zu lösen, wenn die Maschine ihren normalen
Betrieb erreicht, oder der Motor kann durch die umlaufende Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit und die Welle
weiterhin angetrieben werden, um als Generator zu arbeiten, der beispielsweise eine Batterie auflädt, welche die Zube-
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höraggregate wie etwa den Anlassermotor, Anzeigelampen und
dgl. mit Strom versorgt.
Ein besonderes Merkmal der "beschriebenen erfindungsgemässen
Ausführungsform ist ihr Aufbau in solcher Weise, dass ein getrenntes Arbeitsfluid und Kältemittel verwendet werden kann,
ohne dass die Notwendigkeit besteht, eine positive Abdichtung vorzusehen, welche die beiden Fluide trennt. Dies wird erreicht,
indem als Arbeitsfluid ein Fluid mit einem Dampfdruck verwendet wird, welcher bei der Temperatur im Kältmittelkondensator
einen abgangsseitigen Arbeitsfluiddruck liefert, der
mindestens so gross wie der Kältemitteldruck im Verdampfer ist.
Beispiele von zwei Fluiden, welche näherungsweise die beschriebene
DampfdruckbeZiehung aufweisen und die in der Vorrichtung
verwendet werden können, sind 1,1,2-Trichlor-i,2,2-trifluoräthan
als fluides Kältemittel und Benzotrifluorid
oder eine Mischung von Tetrachloräthylen und Trichloräthylen
als Arbeitsfluid. Die Drücke der beiden Fluide im Maschinengehäuse H sind nahezu die gleichen, und die Temperaturen der
beiden Fluide an den Kondensatorrohren sind die gleichen, jedoch liegt der Kältemittel druck in den Kondensatorrohren 81b_ bei
dem Verdichterauslassdruck und ist daher merklich höher als der Druck in den Kondensatorrohren 81a für das Arbeitsfluid.
Beim normalen Betrieb der umlaufenden Maschine, wobei der Flüssigkeitsringkörper in der Kesselkammer 1 auf die erforderliche
Temperatur und dem erforderlichen Druck der Verbrennung einer Brennstoff-Luftmischung in der Kammer 27 erhitzt
wird, wird der im Kessel erzeugte Druckdampf einwärts durch die fiohre 93 an einen Verteiler 41 und anschliessend durch
die Düsen AO zum Aufprall gegen die Turbinen se hau fein 37 abgegeben, wodurch der Turbinenrotor 351 die Welle 38 und der
Verdichterrotor 52 mit der gewünschten vorgegebenen Drehzahl
angetrieben werden. Die Welle 38 treibt über das vorangehend
beschriebene ummantelte Getriebe die umlaufende Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit
mit einer vorgegebenen Drehzahl
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gegenüber der Drehzahl der Welle 38» welche durch das konstante
Übersetzungsverhältnis des Getriebes bestimmt wird. Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform ist die Drehrichtung
der Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit entgegengesetzt zur Drehrichtung der Turbine 35 und der Welle 38.
Der Abdampf von der Turbine tritt durch den Diffusor 4-6 in
die Gehäusekammer Y und gelangt in die Wärmeaustauschrohre 81a, wo er durch das Kühlfluid kondensiert, welches zwischen die
Rippen 80 in der vorausgehend beschriebenen Weise nach aussen abgegeben wird. Das Kondensat fliesst in den Rohren 81jä. nach
einwärts in den bammler 90, von welchem es durch Rohre 91 zum
Kessel-Flüssigkeitsbehälter 92 zurückgeführt und dem Kessel
in gesteuerter Menge zugeführt wird, welche der Verdampfungsmenge der Flüssigkeit im Kessel entspricht.
Das Kältemittel-Fluid in der Maschinenkammer X tritt in den
Verdichter P durch Einlasskanäle 55 ein, wird durch den Rotor 52 verdichtet und durch Kanäle 57 und 58 der Hochdruckkammer
59 der Kältemittelexpahsionseinrichtung PX zugeführt. Das
verdichtete Kältemittel gelangt anschliessend in die Wärmetauschrohre 81b des Kondensators C_, wo es durch das nach aussen
zwischen die Rippen 80 austretende Kühlfluid in der vorausgehend beschriebenen Weise kondensiert wird. Das kondensierte
Kältemittel kehrt zur Expansionseinrichtung PX zurück und tritt über Düsen 97 durch die nicht-umlaufenden Expansionsschaufeln 98 in die Verdampfer^ohreioi ein. Das kondensierte
Kältemittel-Fluid wird in den Rohren 101 verdampft und kehrt
dann zur Kanner X zurück, um erneut verdichtet, kondensiert und verdampft zu werden.
Ein typischesBeispiel einer Keiz- und Kühlvorrichtung mit umlaufender
Maschine, ,die in einem geschlossenen Rankine-Kreis arbeitet und welche ein Zweikreissystem mit zwei Fluiden gemäss
der vorliegenden Erfindung verwendet und für eine Ausgangsleistung von 6,53 Pk an der Turbinenwelle 38 ausgelegt
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ist, weist einen Kessel B_ mit einem Durchmesser des tflüssigkeitsniveaus
i, von 86,5 cm (38,0 Zoll) und eine axiale innere
Länge auf, welche ausreicht, um der Kesselflüssigkeit aus den Verbrennungsgasen die erforderliche Wärme zuzuführen.
Der Durchmesser der Kessel-Expansions-Turbine an den Schaufeln
40 beträgt etwa 8,9 cai (3i5 Zoll) und der Durchmesser des
Verdichters ist so bemessen, damit das Kältemittel-Fluid vom
Verdampferdruck auf Kondensatordruck verdichtet wird. Die Rippen des Kondensators 0_ besitzen einen Aussendurchmesser
von 53»34- cm (21,00 Zoll) und einen Innendurchmesser von
4A-,2 cm (17,40 Zoll). Die axiale Länge der Reihen von Kondensatorrippen
80 beträgt 60,96 cm (24, 00 Zoll) und der Abstand zwischen angrenzenden Rippen beträgt 0,94 mm (0,037 Zoll),
wobei die Achsen der Wärmetauschrohre an einem Radius von 24,74 cm (9«74- Zoll) von der Drehachse der Vorrichtung entfernt
sind. Die Rippen des Verdampfers besitzen einen Aussendurchmesser von 53»34· cm (21,00 Zoll) und einen Innendurchmesser
von 41,4 cm (16.30 Zoll). Die axiale Länge der Reihen
von Verdampferippen beträgt 15,24 cm (6,00 Zoll) und der Abstand
zwischen benachbarten Rippen beträgt 0,81 mm (0,032 Zoll). Die sich axial erstreckenden Verdampferohre sind ebenfalls
auf einem Radius von 24,74 cm (9.74 Zoll) von der Drehachse der Vorrichtung angeordnet. Die Kessel-Kondensator-VerdampferEinheit
wird mit einer Drehzahl von 1200 U/min, über die Turbine und das Getriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis
in einer Drehrichtung angetrieben, die entgegengesetzt zur Drehrichtung des Turbinenrotors 35 ist. Wird als Kessel-Arbeitsfluid
eine Mischung von Tetrachloräthylen und Trichloräthylen Verwendet und 1,1,2-Trichlor-i,2,2-trifluoräthan als Kältemittel-Fluid,
so ergeben sich für einen typischen Betrieb der Vorrichtung folgende Daten:
Kesseltemperatur 260° C (5OO0 l·1)"
Kesseldruok 19,34 ata (27£ psia)
Kesselleistung 18,37 χ 106 cal/h (72 900 Btu/h) Turbinendrehzahl 45 000 U/min.
Kesseldruok 19,34 ata (27£ psia)
Kesselleistung 18,37 χ 106 cal/h (72 900 Btu/h) Turbinendrehzahl 45 000 U/min.
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Wirkungsgrad des Hankine-Kxeise 30 7°
Kondensatorsattigungs-Temperatur 54° C (13Ο0 F)
Kondensatordruck
Arbeitskreis 0,19 ata (2,7 psia)
Kältemittelkreis 1,27 ata (18,0 psia)
Kältemittelkreis 1,27 ata (18,0 psia)
Kondensatorleistung (Kesselfluid) 14,24 χ 10 cal/h'
(56 500 Btu/h)
Kondensatorleistung (Kältemittel) 11,69 x 10 cal/h
46 400 Btu/h)
Kondensatorluftströmung 130,83 mvmin. (4620 c.f.m.) Verdampfertemperatur 4,4° C (40° F)
Verdampferdruck 0,19 ata (2,7 psia)
Verdampferleistung 9,07 χ 106 cal/h (36 000 But/h) Verdampferluftströmung 61,73 mViin· (2180 c.f.m.)
Verdampferdruck 0,19 ata (2,7 psia)
Verdampferleistung 9,07 χ 106 cal/h (36 000 But/h) Verdampferluftströmung 61,73 mViin· (2180 c.f.m.)
Eine alternative Ausführungsform eines Kondensators für getrenntes
Arbeitsfluid und Kältemittel eines Zweikreissystems ißt in den Fig. 11, 12 und 13 dargestellt, in welchen die
gleichen Bezugszeichen für Teile verwendet sind, welche der Fig. 3 entsprechen und vorausgehend beschrieben wurden.
In. dieser alternativen Ausführungsform sind die ringförmigen Bippen des vorausgehend beschriebenen Kondensators umfangsseitig
aufgeteilt, um im engen Abstand voneinander angeordnete > äussere und innere,konzentrisch zueinander liegende ringförmige
Kondensatorabschnitte CJ_ und C^_ Jeweils für das Kesselarbeitsfluid
und das Kältemittel zu erhalten.
Durch die Anordnung derartiger konzentrischer äusserer und
innerer Kondensatorabschnitte CJ_ und CJ|_ wird ein thermischer
Spalt zwischen den beiden Kondensatorabschnitten geschaffen, so dass das äussere Arbeitsfluid zur Erzielung eines wirksamen
Wärmeüberganges bei Temperaturen betrieben werden kann, die viel höher sind als die für einen wirksamen Betrieb des
inneren Kältemittel-Kondensatorabschnitts erwünschten Temperaturen.
Damit kann die Kondensatorkapazität für das Arbeitsfluid erheblich gesteigert werden im Vergleich zum Einheitskondensator C-, der vorausgehend beschrieben wurde. Wie im
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vorausgehend beschriebenen System, welches zwei Fluide verwendet, sollte der Arbeitsfluid-Kcndensatordruck gleich gross
wie oder geringfügig grosser als der Kältemittel-Verdampferdruck sein, damit die Notwendigkeit entfällt, eine positive
Abdichtung zu schaffen, welche die beiden Fluide trennt. Jedoch wird mit Eilfe des thermisch unterteilten Kondensators die
Auswahl einer geeigneten Kältemittel- und Arbeitsfluid-Kombination
erheblich vereinfacht.
Es wird auf die Fig. 11 Bezug genommen, gemäss welcher die
äusseren und inneren konzentrischen Kondensatorabschnitte CJ_
und C_^ jeweils eine koaxiale Reihe von eng nebeneinander liegen,
ringförmigen Kippen 80' und 80" aufweisen, welche in der vorausgehend beschriebenen V/eise aus einem Metall hoher
thermischer Leitfähigkeit bestehen und welche radial fluchtend zueinander zur Erzielung einer wirksamen Luftströmung zwischen
ihnen angeordnet sind. Wärmetauschrohre 81a1 für das Kesselarbeitsfluid erstreckenßich axial durch die fiippen 80'
des äusseren Kondensatorabschnitts CJ_ und Wärme tauschrohre 81b1 für das Kältemittel-Fluid erstrecken sich in ähnlicher
Weise axial durch die Hippen 80' des inneren Kondensatorabschnitts CJ^. Wie vorausgehend beschrieben wurde, bestehen die
Hippen 80' und 80" aus getrennten oder unabhängigen ringförmigen
ücheibenelementen und sind durch die Wärmetauschrohre 81a1 und 81b_' jeweils im vorgegebenen gleichen Abstand und
parallel zueinander gehalten, wobei die Rippen vorzugsweise mit den Wärmetauschrohre verbunden sind, um eine möglichst
grosse Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen Teilen zu gewährleisten.
Wie in Fig. 12 dargestellt ist, sind die Wärmetauschrohre 81a1 und 81b1 umfangsseitig um die iiaschinenwelle angeordnet.
Die Hohre 81a1 sind an ihren entgegengesetzten Enden jeweils
mit dem barrnelring 90 und dem Verteiler 113 verbunden, wie
vorausgehend in Bezug auf die Rohre 81^ beschrieben wurde,
wobei, wie aus iig. 13 ersichtlich ist, die Kältemittel-Wärme-
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tauschrohre 81b1 eine in axialer Richtung längliche U-Form
aufweisen, welche an einem Ende geschlossen ist und welche sich mit dem anderen Ende durch öffnungen 83* in der anliegenden
Wand 8 des Maschinengehäuses H erstreckt und in der beschriebenen Weise mit der Hochdruck-Kaitemittelkammer 59
der Kältemittel-Expansionseinrichtung BX
verbunden ist. Durch die Verwendung der
erwähnten U-Form für die Wärmetauschrohre 81V kann die erforderliche Anzahl von Kältemittel-Kondensatorrohren vorgesehen
werden, während nur die halbe Anzahl von Rohren sich durch die Gehäusewand 8 erstreckt, so dass diese baulich nicht
geschwächt wird.
In ähnlicher Weise wie bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform
ist eine thermisch isolierte Trennwand 60' zwischen der Innenfläche der umfangsseitigen Wand 5 des Maschinengehäuses
H und der Aussenfläche der Arbeitsfluid-Expansionseinrichtung PX vorgesehen, wodurch das Innere des Maschinengehäuses
H in die vorausgehend beschriebenen Kühl- und Maschinenkammer X und Y unterteilt und getrennt wird. Offnungen
60a', welche einen grösseren Durchmesser als die Wärmeaustauschrohre 81b' aufweisen, nehmen Isolierhülsen 60b' von
vergleichbarem Durchmesser auf, welche die offenen Endabschnitte jedes Rohrs 8lbf im Abstand hiervon umgeben. Die
Hülsen 6Ob-' erstrecken sich von der Trennwand 60' nach aussen
und enden jenseits der Gehäusewand 8 neben den Rippen C" und dienen zur Isolierung des Kältemittels in umschlossenen
Abschnitten der Rohre 81b, gegenüber der höheren Temperatur in der Maschinenkammer Y. Abgesehen von den Unterschieden
in der abweichenden Kondensatorbauart und der gerade beschriebenen Anordnung, entsprechen Aufbau und der Betrieb der
Ausführungsform der Erfindung gemäss den Fig. 11, 12 und I3
jenen der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 bis 10 und brauchen
deshalb nicht erneut beschrieben werden.
Die Kondensatorbauart gemäss Fig. 11 bis I3 ist zum Betrieb
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309835/0545
mit einer Taylor-Zahl zwischen 5>0 und 10,0, vorzugsweise
etwa 6, bestimmt und das Verhältnis des Innenradius der Rippen 80" des inneren Kondensatorabschnitts C^_ zum Aussenradius
der Sippen 80' im äusseren Kondensatorabschnitt C_^_
liegt im Bereich von etwa 0,70 bis etwa 0,85 und vorzugsweise
bei etwa 0,77· Die radiale Lage des bpalts zwischen den wippen
80' und 80" der äusseren und inneren Kondensatorabschnitte C' und CJ^ hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie die
Art des verwendeten Arbeitsfluids und Kältemittels, . des
thermodynanisehen Kreises und der Wärmeübertragungskoeffizienten,
von den Wärmeleitfähigkeiten der jeweiligen Werkstoffe, aus denen die Kondensatorrippen und Wärmetauschrohre hergestellt
sind, und muss in jedem i'all bestimmt werden. Die folgende Gleichung liefert dazu eine Entwurfsbasis:
Dabei ist A1 = Fläche des inneren Hippenabschnitts
A2 - Fläche des äusseren Eippenabschnitts
q,, = Wärmeübergangskennzahl des inneren Abschnitts
q2 = Wärmeübergangskennzahl des äusseren Abschnitts
t = Lufttemperatur beim Eintritt in den Kondensator
ty, - Sättigungstemperatur des Kältemittels im
inneren Kondensatorabschnitt
t2 = Sättigungstemperatur des Arbeitsfluids im
äusseren Abschnitt des Kondensators
Ein typisches Beispiel einer Heiz- und Kühlvorrichtung, welche mit einer umlaufenden Maschine im einem geschlossenen Rankine-Kreis
arbeitet und welche die unterteilte Kondensatorbauart gemäss den Fig. 11 bis 13 verwendet und für eine Leistung von
5,88 hb ausgelegt ist, wobei an der Turbinenwelle 38 1,72 t£>
zum Antrieb des Generatormotors M zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Leistung verfügbar sind, weist einen Kessel h
auf, welcher einen Durchmesser i_ des Flüssigkeitsspiegels von 45,7 cm (18 Zoll) besitzt und eine axiale innere Länge, welche
- 29 -309835/0545
ausreiclit, der Kesselflüssigkeit die erforderliche Wärme von
den Verbrennungsgasen zu übertragen. Der Durchmesser der Kesselexpansionsturbine
an den Schaufeln 40 liegt bei 8,9 cm (3,5 Zoll) und der Durchmesser des Verdichters ist derart ausgelegt,
dass das Kältemittel von Verdampferdruck auf Kondensatordruck
verdichtet wird. Die Rippen 80' des äusseren Arbeitsfluid-Kondensators
CJ_ besitzen einen Aussendurchraesser
von 23,0 cm (13»G Zoll) und einen Innendurchmesser von 30 »73 cm
(12,1 Zoll). Die Kippen 80" des inneren Kältemittelkondensators C^ weisen einen Aussendurchmesser von 30»48 cm (12,0 Zoll)
und einen Innendurchmesser von 25,4 cm (10,0 Zoll) auf. Die
axiale Länge der Reihe der Kondensatorrippen 80' und 80" beträgt
24,13 cm (9,5 Zoll) und der Abstand zwischen angrenzenden Rippen beträgt 0,635 mm (0,028 Zoll), wobei die Achsen der
Wärme tauschrohre in einem Radius von der Drehachse der Vorrichtung
von 13,97 cm (5»5 Zoll) für den inneren Kondensatorabschnitt Cj^ und 16,0 cm (6,3 Zoll) für den äusseren Kondensatorabschnitt
C^ entfernt sind. Die Rippen 100 des Verdampfers E weisen einen Aussendurchmesser von 33»0 Cm (13»° Zoll) und
einen Innendurchmesser von 25,4 cm (10,0 Zoll) auf. Die axiale
Länge der Reihe der Verdampferrippen beträgt 20,07 cm (7,9 Zoll) und der Abstand zwischen angrenzenden Rippen beträgt 0,611 mm
(0,025 Zoll). Die sich axial erstreckenden Verdampferrohre 101 und 101a sind ebenfalls in einem Radius von 14,73 cm (5»8 Zoll)
von der Drehachse der Vorrichtung entfernt. Die Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit
wird mit einer Drehzahl von 2300 U/min. von der Turbine über ein Getriebe mit konstantem übersetzungsverhältnis
in einer Drehrichtung angetrieben, welche der Drehung des Turbinenrotors 35 entgegengesetzt ist. Bei Verwendung des
Kessel-Arbeitsfluids, welches aus einer Mischung von Trichlortrifluorbenzol-Isomeren
besteht, gemäss der Ub-PS 3 702 534
(ausgegeben am 14. November 1972) und von 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan
als Kältemittel ergeben sich für einen typischen Betrieb der Vorrichtung folgende Daten:
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Kesseltemperatur 327° C (620° F)
Kesseldruck 10,48 ata (149 psia)
KeSolleistung 24,32 χ 106 cal/h (96 500 Btu/h)
Turbinendrehzahl 45 000 U/min.
Wirkungsgrad des-Rahkine-Kreises 20 % Kondensator-bättigungstemperatur
Arbeitsfluidkreis -15,6° C (4,0° F)
Kühlkreis -7,5° C (18,5° F)
Leistung des äusseren Kondensators
(Arbeitsfluid) 20,61 χ 10° cal/h (81 800 Btu/h) Leistung des inneren Kondensators
Kältemittel 7,96 χ 10b cal/h (31 600 Btu/h) Kondensator-Luftstrom 45,31 mVmin. (1600 c.f.m.) Verdampfertemperatur 4,4° C (40° F)
Verdampferdruck 0,19 ata (2,7 psia)
Verdampferleistung 6,05 χ 106 cal/h (24 000 Btu/h) Verdampferluft strom 22,65 mVmin. (800 c.f.m.)
(Arbeitsfluid) 20,61 χ 10° cal/h (81 800 Btu/h) Leistung des inneren Kondensators
Kältemittel 7,96 χ 10b cal/h (31 600 Btu/h) Kondensator-Luftstrom 45,31 mVmin. (1600 c.f.m.) Verdampfertemperatur 4,4° C (40° F)
Verdampferdruck 0,19 ata (2,7 psia)
Verdampferleistung 6,05 χ 106 cal/h (24 000 Btu/h) Verdampferluft strom 22,65 mVmin. (800 c.f.m.)
Im vorausgehenden Beispiel ist der Arbeitsfluid-Kondensatordruck (0,28 ata) etwas höher als Verdampferdruck (0,19 ata) und dies
ist notwendig, wenn Leistung für einen Generator zusätzlich zur Klimatisierung oder Erwärmung geliefert werden soll. Der
höhere Kondensatordruck bei voller Leistung gestattet Kondensator-Druckschwankungen,
welche bei sich ändernden Generatorbelastungen auftreten und erfordert dennoch, dass der Kondensatordruck
immer gleich gross wie oder grosser als der Verdampferdruck ist. Eine derartige Anordnung gewährleistet, dass sich
Kältemitteldampf nicht am Ende des Arbeitsfluid-Kondensators
sammelt und dessen Kapazität verringert.
Die vorausgehend beschriebene Ausführungsform, in welcher zwei Fluide von unterschiedlich hohen Molekulargewicht für das
kältemittel und das Arbeitsfluid verwendet werden, arbeitet wirksamer als bei Verwendung eines einzigen Fluids sowohl als
Arbeitsfluid und Kältemittel, weil es in einer Anordnung mit zwei Fluiden möglich ist, ein Arbeitsfluid auszuwählen, welches
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einen Arbeitskreis der Maschine mit höherem Wirkungsgrad ergibt.
Es kann Jedoch bei gewissen Anlagen wünschenswert sein, ein einziges Fluid zu verwenden und eine Ausführungsform der Erfindung,
die zum Betrieb mit einem einzigen Fluid sowohl für die Maschinenleistung wie für die Kühlung dient, ist in !'ig.
dargestellt. Abgesehen von einigen anschliessend beschriebenen baulichen Unterschieden ist die Vorrichtung nach Pig. 14 im
übrigen in gleicher Weise wie die vorausgehend beschriebene
Vorrichtung ausgebildet und entsprechend v/erden jene Bauteile in Fig. 14, die· den Bauteilen der ersten Ausführungsform entsprechen,
mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass eine unnötige Wiederholung der Beschreibung vermieden wird.
Die Hauptunterschiede zwischen der Ausführungsform gemäss
Fig. 14 und der ersten Ausführungsform bestehen darin, dass
gemäss Fig. 14 das Innere des Maschinengehäuses in eine Niederdruck-
und Hochdruckkannier unterteilt ist, statt sich auf einem im
wesentlichen gleichmässigen Druck zu befinden, und dass alle Kondensator-Wärmetauschrohre zum Kondensieren des einzigen
Fluids verwendet werden im Vergleich zur ersten Ausführungsform,
in welcher das Arbeitsfluid in einer Gruppe von Kondensatorrohren
kondensiert und das Kältemittel in einer zweiten Gruppe von Kondensatorrohren.
Gemäss Fig. 14 ist in der Ausführungsform mit einem einzigen
Fluid das Innere des Maschinengehäuses H in zwei getrennte Druckkammern XJ_ und YV_ unterteilt, was durch eine ringförmige,
tellerartige Trennwand 140 erfolgt. Der innere umfangsseitige
Band der Trennwand 140 umgibt kontinuierlich die äussere Oberfläche
des Verdichters F zwischen den Verdichtereintrittskanälen
55 und den Austrittskanälen 57ι wie bei 141 gezeigt ist,
und ist mit der Aussenfläche verschweisst oder in anderer Weise
fluiddicht verbunden. Der äussere umfangsseitige Teil der
Trennwand 140 bildet einen ununterbrochenen, sich axial erstrekkenden
Handabschnitt 142, welcher an der Innenfläche der Ge-
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häusewand 8 anliegt und mit dieser verschweisst oder in anderer
Weise fluiddicht verbunden ist, und zwar in einem kurzen radialen Abstand ausserhalb der inneren Enden der ringförmigen Reihen
von Wärnetauschrohren 81c. des Kondensators C_, wie bei
143 angegeben ist. Die Kessel-Druckdampfrohre 43 und die Schmiermittel-Rückleitrohre 129 erstrecken sich notwendigerweise
durch die Trennwand 140 und der kpalt zwischen diesen Rohren 43
und 129 und der Trennwand ist durch Verschweissen oder in anderer
Weise, wie bei 145 angegeben ist, fluiddicht abgedichtet.
Der Randabschnitt 142 und der anliegende Abschnitt der Trennwand
140 bilden mit der anliegenden Innenfläche der Gehäusewand 8 eine ringförmige Sammelkammer 146 an den inneren Enden der
Wärmetauscherrohre 81g zur Aufnahme von darin kondensiertem Fluid. Da das gleiche Fluid sowohl für den Kühlprozess wie für
die Arbeitsmaschine verwendet wird, wird die in den Rohren 8icj
kondensierte Flüssigkeit, die in der ringförmigen Kammer 146 gesammelt wird, aufgeteilt, und in vorgegebenen Anteilen
dem Kältemittel-Expansionsring RX' und dem Kessel-Flüssigkeitsberhälter
92 zugeführt. Flüssiges Kondensat wird dem Expansionsring
RX* mittels eines Paares diametral zueinander angeordneter Rohre 147 zugeführt, die an einem Ende mit der Kondensatorkammer
146 durch den umfangsseitigen Randabschnitt 142
verbunden sind und am anderen Ende mit dem Innern des Ringes RX1 durch- die äussere umfangsseitige Wand desselben. Die Rohre
147 haben eine vorgegebene Durchflussfläche, die im Einblick
auf die Zuführung von flüssigem Kondensat zum Ring RX* bemessen
ist. Der Ring RX' liefert Kältemittel an die Expansionsdüsen 97' » welche ein vorgegebenes Durchflussvolumen aufweisen, überschüssige
Flüssigkeit in der Kammer 146 fliesst in die Rohre 9^'
durch welche sie zum Kessel-Flüssigkeitsbehälter 92 zurückgeführt wird, um im Kessel B erneut verdampft zu werden.
Wie vorausgehend beschrieben wurde, teilt die Trennwand 140 das Innere des Maschinen gehäuses H in zwei Kammer X1 und Y_^, welche
während des Betriebes verschiedene Drücke aufweisen. In Bezug
- 33 -309835/0545
auf Fig. 14 arbeitet die linke Kammer XV_ mit dem niedrigeren
Druck des Verdampfers und des Verdichtereinlasses. Andererseits arbeitet die rechte Kammer YJ_ mit dem höheren Druck des Verdichters
und Diffusorsausgangs und Kondensators G_. Damit tritt
im Betrieb Kältemittel dampf von der Gehäusekammer XJ_ durch die
Eintrittskanäle 55 in den Verdichter P ein, wird verdichtet und
trittdurch die Kanäle 57 in die Hochdruckkammer YJ_, wo eine
Vermischung mit dem Turbinenabdampf eintritt, der aus der Turbine durch den Diffusor 46 austritt. Das vereinigte Fluid
in der Kammer Y_^_ gelangt in die Wärmetauscherrohre eic, des
Kondensators C_, wo es durch Wärmeaustausch mit einem Kühl fluid
kondensiert, welches zwischen den Sippen 80 des Kondensators in der vorausgehend beschriebenen Weise nach aussen tritt.
Das in den Rohren 81£ gebildete Kondensat fliesst von den inneren
Enden der Rohre ab und wird in der ringförmigen Kammer 146 gesammelt, von welcher es unterteilt und dem Kessel-Flüssigkeitsbehälters
92 und dem Expansionsring EX ' in der vorausgehend
beschriebenen Weise zugeführt wird. Die durch die Düsen 97' strömende Flüssigkeit wird abgegeben und durch eine
Anzahl nicht-umlaufender Expansionsschaufeln 98 expandiert und
anschliessend in die Rohre 101b des Verdampfers E_ gefördert, wo sie durch Wärmeaustausch mit einem Fluid verdampft, welches
durch die Verdampfer-Kondensatorrippen 100 nach aussen tritt.
Der dabei in den Verdampferrohren 101b gebildete Fluiddampf gelangt in diesen Rohren einwärts und tritt aus den inneren Enden
der Rohre in die Niederdruckkammer X/_ des Maschinengehäuses H
ein, worauf er erneut verdichtet, kondensiert und verdampft wird, wie bereits beschrieben wurde. In der in Fig. 14 dargestellten
Aueführungsform der Erfindung brauchen die äusseren Enden der Kondensatorrohre 81£, welche im Ring 85 befestigt sind und die
äusseren Enden der Verdampfe rohre 101b, die im Ring 104 angeordnet
sind, nicht in der in Verbindung mit der ersten Ausführungsform
der Erfindung beschriebenen Weise verteilt zu sein.
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SS
Ein Beispiel eines Fluids, welches sich sowohl zur Verwendung
als Kältemittel wie auch als Arbeitsfluid in der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform der Erfindung eignet, ist
1,1,2-TrIChIOr-I^,2-trifluoräthan. Beim Betrieb tritt das
kalte, flüssige Kältemittel aus den Expansionsdusen 97' "und
den Schaufeln 98 aus und füllt teilweise sämtliche Verdampferrohre
101b, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
durch die Düsen 97' gegenüber der Verdampferkapazität der Rohre 101b so bemessen ist, dass diese Rohre nicht mehr als
zur Hälfte mit Flüssigkeit gefüllt sind. Dieser Grenzwert wird durch die radiale Höhe der Lippe 99a des Sammelrings 99
bestimmt, welcher die inneren Enden der Verdampferohre 101b umgibt. Falls mehr Kältemittel durch die Expansionssehaufein
98 in die Verdampferohre 101b eintreten sollte, würde überschüssige
Flüssigkeit lediglich über die Lippe 99a des Sammelrings 99 treten und in das Schmiermittelbad 118 gelangen.
Jedoch würde die Nähe des Schmiermittelbads 118 zur Kesselkammer 1 zu einem Sieden des Kältemittels im Bad 118 führen,
so dass das Kältemittel verdampfen und sich mit dem verdampften
Kältemittel fluid in der Gehäusekammer Xl vereinigen würde.
Ein typisches Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit geteiltem
Kreislauf gemäss der Fig. 14, die für eine Leistung von 4,92 PS' an der Turbinenwelle ausgelegt ist, weist die
gleichen Bauelemente auf, die vorausgehend in Verbindung mit dem Zweikreissystem beschrieben wurden, mit der Ausnahme, dass der
Durchmesser des Kessel-Flüssigkeitsspiegels i_ 96,52 cm (38,0
Zoll) beträgt, und dass der Turbinendurchmesser 6,35 cm
(2,5 Zoll) und die axiale Länge, der Verdampferrippen 12,43 cm (4,5 Zoll) beträgt. Bei Verv/endung von 1,1,2-ϊγιο1ι1ογ-1 ,2,2-trifluoräthan
als einziges Fluid sowohl für das Kessel-Arbeitsfluid
und dac Kältemittel, ergeben sich für den Betrieb der Vorrichtung folgende Daten:
Lesselteraperatrar 188° C (370° F)
Keeseldruck 23,27 ata (331 psia)
Keeseldruck 23,27 ata (331 psia)
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Kesselleistung 20,36 χ 106 cal/h (80 800 But/h)
O?urbinendrehzahl 42 000 U/min.
Wirkungsgrad des Rankine-Kreises 20 % Kondensator-oättigungstemperatur 54° 0(1*0° F) Kondensatordruck 1,27 ata (18 psia)
Wirkungsgrad des Rankine-Kreises 20 % Kondensator-oättigungstemperatur 54° 0(1*0° F) Kondensatordruck 1,27 ata (18 psia)
Konäensatorleistung 25,93 x 106 cal/h (102 900 Btu/h)
Kondensatorluftstroiii 130,83 m^/min. (4620 c.f.ni.)
Verdampfertemperatur 4,4° C (40° F)
Verdampferdruck 0,19 ata (2,7 psia)
Verdamperleistung 6,75 x 106 cal/h (26 800 Btu/h) Verdamper-Lustströmung 46,02 mvrain. (1625 c.f.m.)
Verdampferdruck 0,19 ata (2,7 psia)
Verdamperleistung 6,75 x 106 cal/h (26 800 Btu/h) Verdamper-Lustströmung 46,02 mvrain. (1625 c.f.m.)
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich sehr gut zum
Kühlen oder Heizen des Innenraums von Gebäuden, Wohnhäusern und anderen Bauten und typische Ausführungsformen für den
Sommer- und Winterbetrieb sind jeweils in den Fig. 15 und 16
dargestellt.
In den Fig. 15 und 16 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung
mit den zugehörigen Leitungen und Ventilen zum Kühlen und Erwärmen
eines Gebäudes dargestellt. Vorzugsweise befindet sich die Vorrichtung neben der Wand oder den Wänden des Gebäudes,
um einen einfachen Zugang zur Atmosphäre ausserhalb des Gebäudes zu schaffen, beispielsweise in der Ecke des Gebäudes, welche
durch die Seitenwände 148 und 149 gebildet wird.
In der dargestellten Anordnung gelangt von ausserhalb des Gebäudes
kommende Luft zum Einlass des umlaufenden Kondensators C^, und zwar durch eine horizontale Leitung 150, die sich durch
die Wand 148 des Gebäudes nach innen erstreckt und an ihrem Innenende in ein Einlassgehäuse 151 mündet, welches eine zum
Kondensatoreinlass führende Öffnung 152 aufweist. Das äussere
Ende der Leitung 15Ο ist mit einer Verschlussvorrichtung versehen,
beispielsweise mit Klappen 153» welche geöffnet werden können, um Luft von aussen durch die Leitung dem Kondensator
zuzuführen oder die zum Absperren des Luftzutrittes zum Kondensator geschlossen werden.
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OT
Ein stationäres Gehäuse 154- umgibt umfangsseitig den umlaufenden
Kondensator G_ der Vorrichtung und die dem Kondensator C_ zugeführte
Luft wird durch die Kondensatorrippen 80 nach aussen abgegeben, wobei die Luft durch Wärmeaustausch mit dem heissen
Arbeitsfluid, welches in den Kondensatorrohren 81jä kondensiert,
erhitzt wird. Eine Abgasleitung 155 -für die in das Gehäuse 154-geförderte
erhitzte Luft führt tangential von diesem weg und durch die Gehäusewand 149 nach aussen. Das Auslaseende der
Leitung 155 ist ebenfalls mit einer Verschlusseinrichtung versehen,
beispielsweise mit Klappen 156» um den Leitungsauslass
gegenüber der Aussenatmosphäre zu öffnen oder zu verschliessen.
Eine Verteilerleitung 157 zur Förderung von erwärmter oder gekühlter Luft von der Vorrichtung an geeignete Auslässe 158»
die im Gebäude verteilt sind, besitzt einen Einlass, welcher bei 159 an die Auslassleitung 155 angeschlossen ist.
Xlmlich wie das Gehäuse 154 wird auch der umlaufende Verdampfer
E_ umfangsseitig von einem Gehäuse 160 umschlossen, welches
die Luft aufnimmt, die radial nach aussen durch die Kippen des Verdampfers austritt, wobei sie mittels Wärme ausbau sch mit
dem kondensierten Kältemittel in den Verdampferohren 101 gekühlt wurde. Die gekühlte» dem Gehäuse 160 zugeführte Luft gelangt
in eine.Leitung 161, welche an ihrem einen Ende mit der
Verteilerleitung 157 durch eine Seitenwand derselben verbunden ist, wie dies bei 162 in der Zeichnung dargestellt ist. Eine
Ventileinrichtung, wie beispielsweise eine Klappe 163, ißt
in der Verteilerleitung 157 vorgesehen, um wahlweise der Leitung 157 Luft -entweder von der Kondensator-Austrittsleitung
155 oder der Verdampfer-Austrittsleitung 161 zuzuführen. Befindet
sich beispielsweise die Klappe I63 in der in ilg. 15
dargestellten Lage quer zur Verteilerleitung 157» so gelangt Luft von der leitung 161 zur Leitung 157 und Luft von der
Kondensator-Austrittsleitung 155-v/ird am Eintritt in die Leitung
Ί57 gehindert. Das andere Ende der Leitung 161 ist mit dem
ittickleitungcabschnitt 164a durch eine Seitenwand derselben verbunden,
wie bei 161a angedeutet ist, und eine Ventileinrichtung,
- 37 -309835/0545
se
wie eine Klappe 161b ist vorgesehen, um wahlweise Zutritt gekühlter
Luft von der Leitung 161 zur Leitung 164a zu ermögliche.!
Die durch die Leitung 157 verteilte Luft, welche im Innern des
Gebäudes durch einen oder mehrere der Auslässe 158 austritt,
wird durch eine Rückleitung 164 zur Vorrichtung zurückgeführt,
wobei diese Leitung in zwei Abschnitte 164a und 164b aufgeteilt ist, wobei ein Ventil, beispielsweise eine Klappe 164c., vorhanden
ist, um wahlweise die zurückgeleitete Luft dem Abzweig 164a oder 164b zuzuführen. Die Abzweigleitung 164a, führt von der Leitung
164 zur Frischluft-Einlassleitung I50 und ist mit dieser
an ihrer Seitenwand bei 165 verbunden. Die andere Zweigleitung 164b ist mit der Fluid-Einlasskammer des Verdampfers E_ verbunden
und ferner mit der Luft-Verteilerleitung 157» wobei ein
Ventil, beispielsweise eine Klappe 164d, vorgesehen ist, um
wahlweise die Strömung der rückgeführten Luft zum Verdampfer-Einlass E oder zur Luft-Verteilerleitung 157 in der gewünschten
Weise zu steuern.
Gemäss Fig. 15 sind zwecks Kühlung oder Klimatisierung des Gebäudes
im Sommer oder in warmen klimatischen Zonen die Frischluft-Einlassklappen
153 geöffnet und desgleichen die Klappen 156 der Kondensator-Austrittsleitung 155i währen die Klappe I63,
wie dargestellt, derart angeordnet ist, dass die Leitung 161 geöffnet und gekühlte Luft der Verteilerleitung 157 zugeführt
wird, während dieselbe gegenüber Luft von der Kondensator-Austrittsleitung 155 abgeschlossen ist. Die Klappe 161b_ in der
Leitung 161 ist geschlossen, wodurch ein Austritt gekühlter Luft durch die Zweigleitung 164a in die Zweigleitung 164b verhindert
wird. Ferner ist die Klappe 164d in der Leitung 164b geschlossen und die Klappe 164£ ist derart in der gezeigten V/eise angeordnet,
dass die Leitung 164a_ geschlossen und die Leitung 16^b_
geöffnet ist, so dass alle durch die Leitung 164 zurückgeleitete
Luft zum Einlass des Verdampfers geführt wird.
Beim Betrieb der in Tig. 15 dargestellten Anlage gelangt cie
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gesamte vom Kondensator C_ abgegebene erhitzte Luft durch die
Leitung 155 nach aussen und tritt nicht in die Verteilerleitung
157 ein. Andererseits gelangt die gesamte vom Verdampfer E_
abgegebene gekühlte Luft über die Leitung 161 zur Leitung und wird von dieser an die im gesamten Gebäude verteilten Auslässe
158 verteilt· Die in das Gebäude abgegebene Luft wird
über die Leitung 164 der Vorrichtung zurückgeführt. Da die
Klappe I64.d in der Zweigleitung 164b. geschlossen ist und die
Klappe 164c. gegenüber der Zweigleitung 164a, geschlossen und
gegenüber der Zweigleitung 164b_ geöffnet ist, gelangt die gesamte
von der Leitung 164 zurückgeführte Luft über die Zweigleitung 164b zum Verdampfer E1 wo sie erneut gekühlt und in
der beschriebenen Weise durch das Gebäude umgewälzt wird.
Mir den Betrieb im Winter oder in kalten Klimazonen sind gemäss
Fig. 16 die Einlassklappen 153 für Frischluft geschlossen und
desgleichen die Kondensator-Austrittsklappen 156, und die
Klappe 163 ist derart angeordnet, dass die Leitung 161 abgeschlossen
ist und die gesamte erhitzte Luft aus der Leitung in die Verteilerleitung 157 eintritt. Ferner ist die Klappe 164c
gegenüber der Zweigleitung 164b_ geschlossen und gegenüber der
Zweigleitung 164a geöffnet, damit die aus der Leitung 164 zurückkehrende Luft in die Kondensator-Einlassleitung 15O gelangen
kann. Damit wird beim Betrieb die gesamte vom Kondensator £ erhitzte Luft in die Leitung 157 gegeben. Ein Teil der
erhitzten Luft wird an die Gebäudeauslässe 158 verteilt und
die von der Leitung 164 zurückgeleitete Luft gelangt über die
Zweigleitung 164a zur Kondensator-Einlassleitung 150, um erneut erhitzt und in der beschriebenen Weise umgewälzt zu werden.
Der Hest erhitzter Luft wird über die Zweigleitung 164b zua Einlass des Verdampfers geführt und gekühlte Luft aus dem
Verdampfer gelangt durch die Leitung 161 in die Zweigleitung 164a.
Durch Kurzschliessen der Verdampf er-Luftströmung durch den
Kondensator gemäss Fir. 16 werden Temperatur und Druck des
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CH-7264/7370
Verdampfers erhöht und Temperatur und Druck des Kondensators erniedrigt. Der verringerte Druckanstieg am Kühlmittelverdichter
in Verbindung mit einer Verringerung der Verdichterdrehzahl während des Winterbetriebes verringert die Verdichterleitung.
Der Betrieb des Verdichters mit niedrigem Druckverhältnis und
niedriger Drehzahl stellt einen Leerlaufbetrieb während des Winters dar.
Jedoch kann beim beschriebenen Winterbetrieb die Wärmemenge, welche vom Kondensator C_ nicht aufgenommen und von der durch
den Kondensator abgegebenen Luft aufgenommen wird, etwas kleiner sein,als normalerweise zur Heizung des Gebäudes benötigt wird,
für welchen die Leistung des Kühlsystems ausgelegt ist, um das Gebäude ordnungsgemäss zu klimatisieren, und daher kann
eine erhöhte Wärmezufuhr zum Kessel erforderlich sein, um im Winter oder in kalten Klimazonen eine ausreichende Heizung
zu liefern.
In dem mit zwei iluiden arbeitenden Zweikreissystem wird zwecks
Kompensation für die erhöhte Wärmebelastung des Kessels und zur Verringerung der von der Turbine 35 erzeugten Leistung etwas
Druck-Arbeitsfluid von den Keεseidampfrohren 43 im Nebenschluss
zur Turbine unmittelbar zu der Gehäusekammer Y oder YJ_ geleitet.
Dieser Nebenschluss kann, wie am besten aus inig. 6 hervorgeht,
erzielt werden, indem eine Anzahl von Umgehungsleitungen 170 jeweils an ihren äusseren Enden mit einem der Kesseldanpfrohre
4-3 verbunden sind, wie bei 171 angegeben ist, und an
ihren Innenenden über eine Einlassöffnung 172 mit einer gemeinsamen
Ventilkammer 173 in einem Ventilkörper 174 in Verbindung
stehen. Der Ventilkörper 174- ist mittels einer Querstrebe 175
koaxial in der Gehäusekammer Y oder YJ_ befestigt. Ein Auslass
von der Ventilkammer 173 erfolgt über eine koaxiale Ventilöffnung 176 in eine kleine Auslasskammer 177 und anschliensenä
durch eine Anzahl radialer Kanäle 178 zur Gehäusekammer Y oder
Y'. Die Dampfrohre 17Ο sind derart bemessen, dass sie eine solche
Iienge Kesseldampf umleiten, die ausreichen, um die
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leistung zur Kompensation der verringerter Verdich.terbelastu.ng
zu reduzieren und dabei jedoch die vorgesehene Drehzahl der Kessel-Kondensator-Verdampfer-Einheit im Winterbetrieb aufrechtzuerhalten
.
Die Ventilöffnung 176 wird normalerweise durch ein Ventilelement
179 geschlossen, welche in ihre ßchliesslage durch eine Feder
180 gedruckt wird, die zwischen dem Ventil 179 und einem Verschlussbolzen
181 angeordnet ist, der im Ventilkörper 164 eingeschraubt ist. Das Ventilelement 179 besitzt einen koaxial angeordneten
Ventilschaft 182, dessen Betätigung das Ventilelement 179 gegen die Feder 180 verschiebt, um die Ventilöffnung 176
zu öffnen, was mittels eines koaxialen fluiddichten Balgs I83
über einen koaxialen Stössel 184- erfolgt. Der Balg I83 liegt
in einer Kammer 185 am inneren Ende der Maschinenwelle 10. Der &tössel 184 erstreckt sich völlig durch die Welle 10 über
das Ende derselben hinaus und durch ein koaxiales stationäres Nabenelement 186 und eine stirnseitig davon angebrachte Magnetspule
187, wie am besten aus Fig. 9 ersichtlich ist. Das äussere Ende der Haschinenwelle 10 ist in einem stationären Nabenelement
186 mittels Lager 188 gelagert, und das Nabenelement 186 wird durch einen Zapfen 189 in seiner stationären Lage gehalten,
welcher sich axial stirnseitig einer .der radialen
ispeichen 19 erstreckt und in einem feststehenden radialen Arm 190 am Nabenelement 186 gemäss Fig. 1 befestigt ist.
Die Magnetspule 187 weist die übliche Wicklung 187a auf, wobei das äussere Ende des Stössels 184 den Kern 187b der Magnetspule
bildet, wie aus Fig. 9 ersichtlich ist. Bei Erregung der Magnetspule 187 wird der ktössel 184 in den Anordnungen der
ü.g. 6 und 9 nach links bewegt, wodurch die Ventilöffnung 176
geöffnet wird und ein Teil des Kesseldampfes in den Rohren 43
durch die Umgebungsrohre 170 und die radialen Kanäle 178 im
Nebenschluss zur Turbinenleistung zur Kammer Ί_ oder YJ_ gelangt.
Die Erregung des Magnetspule kann nach Wunsch durch einen handbetätigten
behälter oder selbsttätig beispielsweise durch einen
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temperaturempfindlichen Thermostatschalter erfolgen. Damit
wird im Winter der grösste Teil der im Arbeitsfluid enthaltener
Wärme durch den Kondensator an die im Gebäude zirkulierte Luft abgegeben und lediglich ein geringer Anteil dieser Energie
wird durch die Turbine zum Antrieb des Kondensators und Verdampfers abgezweigt.
Andererseits wird für Winter- und Sin-Aus-Betrieb mit einem
einzigen Fluid (aufgeteilter Kreis) die Umgehungsventilanordnung
für ein Zwei-Fluid-System nicht verwendet, stattdessen
wird eine Ventilanordnung benützt, um die Strömung des Kondensats von der Sammelkammer 164 durch die Hohre 147 zur Kältemi
ttel-Expansionseinrichtung RX' zu begrenzen, so dass während
eines solchen Betriebes der Expansionseinrichtung BX1lediglich
ein Kondensatanteil zurückgeführt wird, welcher der Strömung des Kältemittels durch den Verdichter angepasst ist und welcher
erforderlich ist, um das Kältemittel in den Verdampferrohren 101b. im wesentlichen auf dem Niveau zu halten, das
dureh die "überströmlippe 99§. des Kollektorrings 99 bestimmt
wird. Diese beschränkte Kältemittelströmung verringert die Belastung
am Verdichter und beschränkt den Verbrauch an Kesselbrennstoff, wenn die Vorrichtung nicht zur Kühlung verwendet
wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschränkung der
Strömung des Kondensats zur Expansionseinrichtung RX', indem
im Expansionsring zwischen der darin befindlichen Kammer und den Rohren 147 ein Paar diametral angeordneter sich axial
erstreckender Ventilkammern 193 vorgesehen wird, in welche^
Jeweils ein axial bewegliches Ventilelement 194 angeordnet ist,
welches beispielsweise in Pig. 14A dargestellt ist. In der gezeigten Ausführungsform wird jedes der Ventile 194 durch
einen Seilzug 195» ausgehend von einem gemeinsamen Betätigungselement
196 betätigt, welches koaxial in einem Gehäuse 197 angeordnet ist und sich normalerweise unter liinwirkunc: beispielsweise
einer Feder 198 gemäss Fig. 14B in einer Lage be-
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^indet, die der Cffnungslage der Ventile 194 entspricht. Die
Betätigung des Betätigungselements 196 erfolgt mit Hilfe eines
koaxial angeordneten btabs 182' und eines nicht dargestellten
otössels, welche in der gleichen Weise wie der Ventilschaft 182 und der vorausgehend beschriebene ütössel 184, welcher
in denFig. 6 und 9 gezeigt ist, betätigt werden.
Im Betrieb wird bei Verschiebung des btabes 182' gemäss Fig.
143 nach links das Betätigungselement 196 entsprechend verschoben,
wodurch die beilzüge 195 betätigt werden und die
Ventile 194 in Schliessrichtung betätigen und dadurch die
strömung· des Kondensats zur Expansionseinrichtung RX' verringern.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Ventile 194 nicht in ihre vollständig geschlossene Stellung bewegt werden, in
welcher die Kondensat strömung zur Expansionseinrichtung RX1
vollständig abgesperrt ist, sondern dass sie in eine teilweise geschlossene Grenzlage gelangen, bei welcher die Ventile 194
soweit geöffnet sind, dass sie eine ausreichende Kondensatströmung zur Expansionseinrichtang HX1 gestatten, welche den
gewünschten Kondensatspiegel in den Verdampf erohren 1O1b_ aufrechterhält.
In den meisten Anlagen macht die Verringerung der Koncensatströmung zur Exp an si ons einrichtung HX' durch die Ventile
194 etwa 10 % oder weniger der Kondensatströmung zur Expansionseinrichtung
bei vollständig geöffneten Ventilen 194 aus.
Wenn die Umgebungstemperatur im Winter grosser als die Verdampfertemperatur ist, ist es möglich, die Vorrichtung als Wärmepumpe
zu betreiben. Bei dieser Betriebsweise wird eine wirksame Raumheizung erzielt, indem die vom Kühlkreis nicht verbrauchte Wärme
zu der im Rankine-Arbeitskreis nicht verbrauchten Wärme addiert
wird. Die Anordnung der Luftleitungen ist dabei ähnlich, wie Jene gemäss Fig. 16 mit der Ausnahme, dass Aussenluft zum Verdampfer
zugelassen und durch diesen geleitet werden muss.
iiie vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer
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mit Düsen und Schaufeln ausgebildeten turbinenartigen Kaltemi ttel-Expansionseinrichtung der beschriebenen Art beschränkt,
und obwohl in derartigen Expansionseinrichtungen die Expansion isentropisch erfolgt und die maximale Kühlwirkung für den verwendeten
therraodynamisehen Kreis ermöglicht, können auch Ventiloder
Kapillar -Expansionseinrichtungen verwendet werden, bei welchen die Expansion isenthalpisch erfolgt, wobei lediglich
eine geringfügige Verringerung der Kühlwirkung eintritt.
Eine Ausführungsform der Erfindung, welche eine mit Kapillarrohren
arbeitende Kältemittel-Expansionseinrichtung verwendet, ist in Fig. 17 dargestellt. Mit Ausnahme der anschliessend
beschriebenen baulichen Unterschiede ist die Vorrichtung gemäss
Fig. 17 mit der Vorrichtung gemäss Fig. 3 identisch und entsprechende
Bauteile in Fig. 17» die jenen der Fig. 3 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen, um eine unnötige
Wiederholung der Beschreibung derselben zu vermeiden.
Gemäss Fig. 17 ist eine ringförmige Kältemittel-Expansionskammer
HX' koaxial innerhalb des Gehäuses H angeordnet und läuft damit in der beschriebenen Weise um. Kondensiertes Kältemittel
gelangt von den Kon d ens a tor rohr en 81b_ zur Expansionskammer RX' und wird von der letzteren über eine Anzahl radialer
Rohre 199 abgegeben und durchströmt anschliessend eine Anzahl von Kapillarrohren 200, aus welchen das Kältemittel in sich
anschliessende Rohre 101 des Verdampfers E_ gelangt, wo es in
der beschriebenen Weise verdampft wird. Zwei oder mehr Kapillarrohre 200 werden verwendet und sind im gleichen Abstand voneinander
um die Drehachse des Gehäuses H angeordnet. Vie ersichtlich, ist jedes Kapillarrohr 200 an seinem Einlassende
mit einer der radialen Rohre 199 verbunden und erstreckt sich radial nach aussen zur Gehäusewand 5» durch eine Öffnung 134
in der Ablenkplatte 61, aussen vorbei am Fendelelement 75* des Drehmomentankers TJ_ und anschliessens radial nach innen zum
nächsten Verdampferohr 101 des Verdampfers E_, wobei das Auslassende
des Kapillarrohres axial in das Verdampferohr 101 gerichtet
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fs
ist, um expandiertes Kältemittel an dieses abzugeben. Da die Temperatur des Schmiermittels 118 gewöhnlich höher ist als die
Temperatur des Kältemittels in den Kapillarrohren 200, werden die Abschnitte der letzteren, welche durch das Schmiermittelbad
geführt sind, vorzugsweise thermisch gegenüber dem Schmiermittel isoliert, beispielsweise mittels einer umfangsseitig
angeordneten Hülse 201, die an ihren entgegengesetzten Enden geschlossen ist und die mit einem Isoliermaterial 202 gefüllt
ist.
Die Länge und der Innendurchmesser der Kapillarrohre 200 ist aufeinander und auf die Anzahl der verwendeten Hohre abgestimmt,
um eine Menge von expandiertem Kältemittel dem Verdampfer E_ zuzuführen, welche zurErreichung der gewünschten
Kältemenge erforderlich ist. Diese Abstimmung ist kritisch und kann für jede Anlage durch einen Fachmann für Kälteanlagen bestimmt
werden.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 17 unterscheidet sich der Drehmomentanker Tj_ von dem vorausgehend beschriebenen Anker 50 ,
indem der umfangsseitige Handabschnitt 72 mit seinen Expansionsschaufeln 98 des Ankers T weggelassen ist, so dass der in
Fig. 17 dargestellte Anker TJ_ einen zentralen Nabenabschnitt 66·
und ein Pendelelement 75' auf v/ei st und derart ausgebildet ist, dass ein ausreichendes Gegendrehmoment geliefert wird, um den
Anker QV. stationär zu halten und eine Drehung desselben gegen
das durch das Getriebe erzeugte Gegenmoment zu verhindern.
Wie in vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen weist die Anordnung gemäss Fig. 17 ebenfalls ein Druckschmiersystem auf,
welches eine Pitotpumpe verwendet, die einen radialen Kanal 116
im iendelelement 75' aufweist, an dessen äusserem iäide eine
L~förmige Schaufel 117' angeordnet ist, deren Einlassende in das Schmiermittelbad 118 eintaucht und die der Drehrichtung des
Gehäuses abgewandt ist, so dass eine Drehung des Gehäuses gegenüber der Schaufel 1171 wirksam ist, um Schmiermittel aus
dem Bad 118.über Zweigleitungen 121' und 122' zu den Lagern und
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zu dem Getriebe in der vorausgehend beschriebenen V/eise zu
pumpen.
Der Betrieb der Ausführungsform der Erfindung gemass i'ig. 17
ist in wesentlichen der gleiche, wie er vorausgehend beschrieben wurde und braucht nicht wiederholt zu werden.
Aus der vorausgehenden Beschreibung wird ersichtlich, dass durch die vorliegende Erfindung eine neue Heiz- und Kühlvorrichtung
mit einer mit einem geschlossenen fiankine-Kreis
arbeitenden Arbeitsmaschine geschaffen wird, welche eine kompakte einheitliche Bauweise aufweist und welche vollständig
zusammengebaut und hermetisch abgeschlossen und mit den gewünschten Arbeitsfluid und Kältemittel versehen hergestellt
und verschifft werden kann. Die Vorrichtung arbeitet mit isentropicher Expansion des Kältemittels, wodurch die Kühl-
und Heizfluide unabhängig von anderen Energiequellen vermehrt werden, wobei die Vorrichtung eine ruhige Arbeitsweise und
guten Wirkungsgrad aufweist.
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Claims (20)
- CH-726V737OPatentansprücheHeiz- und Kühlvorrichtung mit Drehantrieb, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gehäuse, welches zur Drehung un seine Achse gelagert ist, eine umlaufende Kraftmaschine im Gehäuse, welche ein koaxial angeordnetes»von dieser betätigtes Antriebselement aufweist, einen Kältemittelverdichter, welcher drehbar koaxial im Gehäuse angeordnet ist und durch das Antriebselement mit einer vorgegebenen ersten Drehzahl angetrieben wird, um Kältemitteldampf im Gehäuse zu verdichten, eine Kondensatoranordnung, die koaxial neben einer Seite des Gehäuses angeordnet ist und mit dem Gehäuse als Einheit umläuft, um verdichtetes» vom Verdichter kommenes Kältemittel zu kondensieren, eine Kältemittel-Expansionseinrichtung, die im Gehäuse angeordnet ist »um kondensiertes Kältemittel in der Kondensatoreinrichtung zu expandieren, eine Einrichtung zur Zuführung von kondensiertem Kältemittel zur Kältemittel-Expansionseinrichtung, einen koaxial neben der anderen Gehäuseseite angeordneten Verdampfer, welcher mit dem Gehäuse als Einheit umläuft und aus der Expansionseinrichtung Kältemittel aufnimmt und verdampft, eine Einrichtung zur Rückführung von verdampftem Kältemittel vom Verdampfer zum Gehäuse, und eine im Gehäuse angeordnete Getrie'oeanordnung, die zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuse wirkt, um das Gehäuse, den Kondensator und den Verdampfer als Einheit mit einer vorgegebenen zweiten Drehzahl in Drehung zu versetzen, die erheblich geringer als die erstgenannte Drehzahl des Antriebselements und Verdichters ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator und der Verdampfer jeweils eine Anzahl von axial im Abstand voneinander liegenden »ringförmigen Rippen aufweis en welche eine Fluidkamner bilden, die am äusseren Ende derselben einen i'lui dein tritt aufweist, und durch eine- 47 -30983b/0 545• Anzahl von Wärmetauscherrohren, die sich in Längsrichtungjeweils durch die Rippen des Kondensators und Verdampfers erstrecken, um das darin befindliche Kältemittel zu kondensieren und zu verdampfen als iolge des Wärmeaustausches mit dem i'luid, welches ausserhalb der Kammer durch die Kippen strömt.
- 3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung zum Drehantrieb des Gehäuses, des Kondensators und des Verdampfers mit einer zweiten vorgegebenen Drehzahl bestimmt ist, welche auf den axialen Abstand und das Radiusverhältnis der Kondensator- und Verdampferrippen abgestellt ist, damit das Fluid durch Vißcoeitäts-bcherkräfte zwischen den Rippen des Kondensators und Verdampfers gefördert und nach aussen auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, welche einen optimalen gesamten Wärmeaustausch zwischen dem i'luid und dem Kältemittel in den Wärmetauschrohre?! des Kondensators und Verdampfers gestattet.
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse einen ringförmigen Kessel aufweist, in welchem während des Betriebs ein Ringkörper von Kesselfluid am Innenumfang des Gehäuses aufrechterhalten wird, wobei eine Flüssigkeit-Dampf-Grenzechicht in einem vorgegebenen radialen Abstand ausserhalb der Drehachse des Gehäuses vorhanden ist, und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um den ilüssigkeitskörper im Kessel zu erhitzen und einen Dampfdruck darin zu erzeugen, und ferner dieum/auKrSr1;maschine eine Kesseldampf-Expansionseinrichtung aufweist, um aus dem kesseldampf Arbeit zum Antrieb des drehbaren Antriebselements zu entnehmen, und durch eine Kondensatoranordnung, die koaxial neben einer fcieite des Gehäuses angeordnet ist und mit diesem als Einheit umläuft, wobei die Kondensatoranordnung derart ausgelegt ist, um den Kesseldampf von der KeEseldarapf-üorpan-- 48 309835/0545HSsionseinrichtung zu kondensieren, und durch eine Einrichtung zur Rückführung von kondensierten Kesseldampf zum Kessel.
- 5- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesseldampf-Expansionseinrichtung eine Turbine mit einer Anzahl Düsen aufweist, die im Gehäuse angeordnet und damit drehbar ist, und durch einen angetriebenen Rotor und eine Welle, die koaxial im Gehäuse unabhängig von der Drehung des Gehäuses drehbar sind.
- 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittel-Expansionseinrichtung ringförmige Düsen und eine ringförmige Reihe von Expansionsschaufeln aufweist, welche axial fluchtend den Düsen gegenüber liegen, wobei die Düsen und die Reihen der Expansionsschaufeln relativ zueinander mit der Drehzahl des Gehäuses drehbar sind.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung zwischen dem Antriebselement und dem Gehäuse ein ummanteltes Getriebe mit konstantem Ibersetzungsverhältnis aufweist, welches koaxial innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7> gekennzeichnet durch eine mit dem ummantelten Getriebe zusammenwirkende Einrichtung zur Erzeugung eines Gegendrehmoments, welche dem Reaktionsmoment entgegenwirkt, das durch das Getriebe erzeugt wird, wenn es die Gehäuse-Kondensator-Verdampfer-Einheit mit der genannten vorgegebenen Drehzahl antreibt.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Gegendrehmomentes aus einem Pendelelenent besteht, welches mindestens mit einem der Getriebezahnräder verbunden ist und welches eine vor-- 49 -309835/0545SOgegebene Dichte und Abmessungen aufweist, un das Getriebezahnrad umfangsseitig gegenüber der Gehäuseachse festzulegen.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9j dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige Heihe nicht drehbarer Expansionsschaufeln im Pendelelement angeordnetist und in axialer l/'luchtung den Kältemittel-Expansionsdüsen gegenüberliegt.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch zwei verschiedene Fluide für den Kessel und das Kältemittel, mit einer Trennwand im Gehäuse, welche das Gehäuseinnere in eine Kammer für Kälfcemittel-Fluid und eine Kammer für Kessel-Fluid unterteilt, wobei die erstgenannte Kammer neben dem Verdampfer und dem Einlass zum Kältemittelverdichter liegt und mit diesem verbunden ist, während die andere Kammer für den Kessel-Expansionsabdampf neben einem Abschnitt des Kondensators liegt und mit diesem verbunden ist, um den darin enthaltenen Abdampf zu kondensieren, und durch eine Einrichtung, um verdichtetes Kältemittel-Fluid vom Verdichter zu einem anderen Abschnitt des Kondensators zu leiten, um das darin enthaltene Kältemittel zu kondensieren.
- 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Fluid als Kessel-i'luid und Kältemittel-Fluid verwendet wird, und dass eine Trennwand im Gehäuse vorhanden ist, welche das Gehäuseinnere in eine Niederdruck-Kältemittelkammer, die neben dem Verdampfer und dem Einlass zum Kältemittel-Verdichter angeordnet ist und mit diesem in Verbindung steht, und eine Kochdruckkammer für den Kessel-ExpansionEabdampf und dass vom Verdichter abgegebene verdichtete Kältemittel unterteilt, die neben dem Kondensator angeordnet ist und mit- 50 -309835/0545CH-7264/7370fiesem in Verbindung steht, um den Kesselabdampf und das darin enthaltene verdichtete Kältemittel zu kondensieren.
- 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoranordnung getrennte aus sere und innere konzentrisch angeordnete Kondensatorabschnitte aufweist, die jeweils für den ExpansionsejLnriphtungsabdampf und den Kältemittelabdampf bestimmt sind ujid die koaxial neben einer Seite des Gehäuses und des Kessels zum Umlauf mit denselben angeordnet sind, wobei 0eder Kondensatorabschnitt eine Anzahl von im axialen Abstand angeordneten ringförmigen Sippen aufweist, die im Abstand von den Bippen des anderen Abschnitts liegen, um dazwischen einen thermischen Spalt zu erzeugen, durch eine An&ahl von Wärmetauscherrohren, die sich axial durch die Hippen des äusseren Kondensatorabschnitts erstrecken, um die darin befindlichen Expansionseinrichtungsabgase zu kondensieren, und durch eine Anzahl von Wärmetauscherrohr en, die sich axial durch die Rippen des inneren Kondensatorabschnitts erstrecken, um darin enthaltenen Kältemitteldampf zu kondensieren, wobei der Abdampf der Expansion seinrichtung und der Kältemitteldampf in den Wärmetauscherrohren mittels Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid kondensiert wird, welches zwischen den Rippen der genannten Abschnitte nach aussen strömt.
- 14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass die Hippen des äusseren und des inneren Kondensatorabschnittes radial fluchtend, zueinander angeordnet sind und dass der axiale Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Hippen eines jeden Abschnitts auf die Drehzahl derselben und die kinematische Viscosität des Kühlfluids abgestellt ist und eine Taylor-Zahl aufweist, bei welcher beim Verhältnis des Innenradius und Aussenradius der Rippen das Kühlfluid durch Viscositäts-ocherkräfte spiralförmig zwischen den Kippen nach aussen gefordert und im wesentlichen auf- 51 -30983b/ü545CÄ-726V737Oeine Drehzahl beschleunigt wird, welche einen optimalen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluid und den Dämpfen in den Wärme tauscherrohren zwecks Kondensation dieser Dämpfe ermöglicht.
- 15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Umgehungs-Einrichtung, durch welche ein Teil des Druckdampfes vom Kessel um die Kesseldampf-Expansionseinrichtung herum unmittelbar dem Kondensator zugeführt wird.
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 15* gekennzeichnet durch eine Ventilvorrichtung, welche wahlweise betätigbar ist, um die Strömung dejs Kesseldampfes durch die Umgehungseinrichtung zu steuern.
- 17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zufuhr von kondensiertem Kältemittel zur Kältemittel-Expansionseinrichtung eine Einrichtung aufweist, welche betätigbar ist, um die Menge des der Kältemittel-Expansionseinrichtung zugeführten kondensierten Kältemittels auf einen vorgegebenen Grenzwert zu beschränken.
- 18. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, dass dieVorrichtung zur Beschränkung der Zufuhr von kondensiertem Kältemittel zu der Expansionseinrichtung eine normalerweise geöffnete Venti!vorrichtung aufweist, die wahlweise in eine vorgegebene teilweise geschlossene stellung betätigbar ist.
- 19· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittel-Expansionseinrichtung eine Anzahl von Kapillarrohren aufweist, die innerhalb des Gehäuses umfangsseitig mit gleichem Abstand voneinander angeordnet und mit dem Gehäuse drehbar sind, wobei die- 52 309835/0545Länge der Kapillarrohre auf ihren Durchflussquerschnitt und auf die Zahl der üohre derart abgestellt ist, aa£ dem Verdampfer eine Menge von expandiertem Kältemittel zugeführt wird, um die vorgegebene Kühlkapazität zu liefern,
- 20. Kühl- und Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19» gekennzeichnet durch eine Fluideinlassleitung, welche mit dem Einlass zur Kondensator-Fluidkammer verbunden ist, durch ein Gehäuse, welches eine Kammer bildet, die den Kondensator umgibt, um erhitztes,durch die Kondensatorrippen nach aussen abgegebenes Fluid aufzunehmen, durch eine mit der Kondensatorkammer verbundene Abzugsleitung . zur Aufnahme von erhitztem Fluid aus derselben, durch eine Fluid-Verteilerleitung, welche mit der Abzugsleitung verbunden ist, um erhitztes Fluid aus der Abzugsleitung in eine entfernte Zone zu leiten, und durch eine Kückleitung aus dieser Zone, welche in eine erste Zweigleitung mündet, die mit der Lufteinlassleitung zur Kondensatorkammer verbunden ist und die ferner in eine zweite Zweigleitung mündet, welche mit der Fluid-Einlasskammer des Verdampfers und der Luft-Verteilungsleitung verbunden ist, durch ein Gehäuse, welches eine Kammer bildet, die den Verdampfer uraschliesst, um das aus diesem durch die Verdampferrippen nach aussen austretende Kühlfluid aufzunehmen, durch eine Leitung für das kühle Fluid, die mit der Verdampferkammer verbunden ist, um aus dieser kühles Fluid aufzunehmen, wobei die Leitung für das kühle Fluid ferner mit der ersten Zweigrückleitung und mit der Verteilerleitung verbunden ist, durch eine Ventilvorrichtung, welche wahlweise betätigbar ist, um die Fluidströmung jeweils vcn der Abzugsleitung und der Leitung für das kühle Fluid zur Verteilerleitung zu steuern, und durch eine Ventileinrichtung;, welche wahlweise betätigbar ist, um die Fluidströmung der Kückleitung zur ersten und zur zweiten Zweigleitung und zwischen der letztgenannten und der Leitung für das kühle Fluid und der Fluid-Verteilerleitung zu steuern.- 53 309835/0545SH XLeerseite
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US22790272A | 1972-02-22 | 1972-02-22 | |
US05316851 USB316851I5 (de) | 1972-02-22 | 1973-01-02 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2308832A1 true DE2308832A1 (de) | 1973-08-30 |
Family
ID=26921866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732308832 Withdrawn DE2308832A1 (de) | 1972-02-22 | 1973-02-22 | Heiz- und kuehlvorrichtung mit drehantrieb |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | USB316851I5 (de) |
JP (1) | JPS5647361B2 (de) |
CA (1) | CA989187A (de) |
CH (1) | CH552181A (de) |
DE (1) | DE2308832A1 (de) |
FR (1) | FR2173104B1 (de) |
GB (1) | GB1404431A (de) |
IL (1) | IL41587A0 (de) |
IT (1) | IT979346B (de) |
NL (1) | NL7302420A (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1036375A (en) * | 1975-03-12 | 1978-08-15 | William A. Doerner | Rotary heat engine powered single fluid cooling and heating apparatus |
EP0216889A1 (de) * | 1985-04-16 | 1987-04-08 | A/S Kongsberg Väpenfabrikk | Wärmepumpe |
GB8802152D0 (en) * | 1988-02-02 | 1988-03-02 | Ici Plc | Heat pumps |
JPH01310224A (ja) * | 1988-06-09 | 1989-12-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃焼器の制御方法 |
GB2242013A (en) * | 1990-03-13 | 1991-09-18 | Laurits Hansen | Heat pump device |
AT505532B1 (de) * | 2007-07-31 | 2010-08-15 | Adler Bernhard | Verfahren zum umwandeln thermischer energie niedriger temperatur in thermische energie höherer temperatur mittels mechanischer energie und umgekehrt |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2811841A (en) * | 1953-11-13 | 1957-11-05 | Gen Electric | Refrigerator apparatus |
CH446410A (de) * | 1964-01-22 | 1967-11-15 | Braun Ag | Wärmepumpe |
FR2078718A5 (de) * | 1970-02-18 | 1971-11-05 | Du Pont | |
FR2072880A5 (en) * | 1970-11-27 | 1971-09-24 | Ludin Ludwig | Split unit type compression refrigeration - system with hermetic cycle |
-
1973
- 1973-01-02 US US05316851 patent/USB316851I5/en active Pending
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