WO2020160838A1 - Pressure vessel and apparatus having a pressure vessel - Google Patents

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WO2020160838A1
WO2020160838A1 PCT/EP2020/000036 EP2020000036W WO2020160838A1 WO 2020160838 A1 WO2020160838 A1 WO 2020160838A1 EP 2020000036 W EP2020000036 W EP 2020000036W WO 2020160838 A1 WO2020160838 A1 WO 2020160838A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
chamber
segment
working medium
mixing
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/000036
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rolf Kranen
Original Assignee
Rolf Kranen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolf Kranen filed Critical Rolf Kranen
Publication of WO2020160838A1 publication Critical patent/WO2020160838A1/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B3/00Self-contained rotary compression machines, i.e. with compressor, condenser and evaporator rotating as a single unit

Definitions

  • the invention relates to a pressure body which is filled with a working medium and rotatably mounted about an axis.
  • the pressure body has a disk-shaped structure and comprises several levels that are connected to one another via connecting channels.
  • the disk-shaped pressure body consists of a high pressure chamber and a low pressure chamber which are connected to one another via connecting channels.
  • the pressure hull is filled with a working medium that is gaseous under ambient conditions. The filling amount is selected such that the working medium, when the pressure body is in the idle state, is liquefied in the high-pressure chamber arranged below and is in the gaseous state in the low-pressure chamber arranged above. in the
  • connection channel in the outer diameter area between high pressure chamber and low pressure chamber comprises a throttle or nozzle and the connection channel in the inner diameter area between low pressure chamber and high pressure chamber comprises a droplet separator element.
  • the compressor effect or the compressor function is achieved by the rotation of the pressure body. The cold process that takes place when the pressure body rotates causes the chamber walls to heat up or cool down accordingly. There is a temperature difference between the different chamber walls.
  • Gas centrifuges for generating temperature differences are also known.
  • DE10 2004 013 346 A1 describes a gas centrifuge at which a compressible working medium is introduced into a double-walled rotor, in which the working medium is compressed and heated due to the effective centrifugal forces. The heat of the working medium is transferred to a coolant via a heat transfer surface on the outer cylinder of the centrifuge and dissipated. When the working medium is subsequently released, further cooling takes place to a lower temperature level than the respective inlet temperature.
  • One of the objects of the invention is to improve the structure of the pressure hull in such a way that the efficiency is increased.
  • a pressure body which is filled with a working medium and which is rotatably mounted about an axis.
  • the pressure body can be set in rotation via a drive.
  • the pressure body comprises several chamber planes which are connected to one another via channels, the chamber planes being arranged parallel to one another viewed in the axial direction, the at least one compression chamber plane being connected via a pressure channel in the area of the outer diameter to a mixing vortex chamber plane, and wherein In the mixing vortex chamber level, a separation area with a droplet separator element is provided on an inner diameter area and a return channel is provided from the separation area, which leads back into the compression chamber.
  • the mixing vortex chamber plane has a first plane and a second plane, wherein in the first plane, at least between the outer diameter area and the inner diameter area, several flow elements are arranged, which are shaped such that the working medium flows around it , seen in the flow direction is compressed in front of the flow elements and swirled behind the flow elements.
  • a flow element cause the gaseous working medium when
  • the pressure body according to the invention is composed of several delimited spaces which are arranged in flat cylindrical planes, the spaces all being connected to one another.
  • the flow elements can be profile bars that are parallel to the axis of rotation or aligned at an angle to the axis of rotation.
  • the profile rods can also have a curvature.
  • flow elements with a profiled surface could be used to optimize or increase the turbulence.
  • the flow elements are furthermore arranged on concentric circles, the individual flow elements being offset
  • the pressure body is filled with working medium in such a way that the working medium is contained proportionally in liquid and gaseous form in the pressure body or in the chambers.
  • the liquid part of the working medium is in the compression chamber and the gaseous part is in the mixing vortex chamber.
  • the main forces that act during rotation are centrifugal forces, through which the heavy components of the working medium are concentrated in the outer areas of a rotating hollow body. This means that when rotating, the
  • Compression chamber the working medium present in liquid form is compressed, the greatest pressure prevailing in the outer diameter area, the high pressure area, the temperature of the working medium increasing due to the compression.
  • the compression chamber level knows several
  • Segment pressure chambers and the first level of the mixing vortex chamber several Segment mixing chambers, each segment pressure chamber being connected to an associated segment mixing chamber in the first level via a separate pressure channel and separate return channel.
  • segment pressure chambers and segment mixing chambers can be provided.
  • segment pressure chambers and / or the segment mixing chambers are designed in a spiral shape and guide elements are arranged in the second plane.
  • spiral zones are understood to mean that the zones are separated from one another by guide elements, it being possible for the spiral zones to run in opposite directions in the compression chamber and the first level.
  • An intermediate disk is preferably arranged between the first level and a second level of the mixing vortex chamber level, with openings in the intermediate disk through which gaseous working medium can flow in the inner and outer diameter area.
  • each segment pressure chamber is connected in the radially outer diameter range to a pressure channel, the inlet opening of which protrudes into the segment pressure chamber, the outlet opening of the pressure channel comprising a nozzle, and the nozzle so far into the associated one in the radial direction
  • the segment mixing chamber protrudes so that the outlet opening of the nozzle is arranged radially farther inward than the inlet opening.
  • the inward offset is selected to be so large that the openings in the intermediate disk lie radially further outward.
  • each pressure channel can comprise a valve by means of which the passage of working medium through the pressure channel can be controlled or regulated. It is also advantageous if a sensor between at least one outlet opening and one
  • Return channel is provided. Via the pressure channel, which connects the compression chamber with the mixing vortex chamber, the working medium is conveyed under high pressure into the mixing vortex chamber when the pressure body rotates.
  • the nozzle-shaped outlet opening acts as a
  • Throttle causes the working medium to emerge from the nozzle at high pressure and is atomized, whereby it expands and thus cools down considerably. Individual gas molecules are created that are accelerated like a lightning bolt and thus moved towards the inner diameter area.
  • the mixing vortex chamber or the segment mixing vortex chambers thus form a low-pressure area in which the working medium emerging from the nozzle changes into the gaseous state.
  • a flow builds up in the mixing vortex chamber or the segment mixing vortex chambers, ie the first level and the second level.
  • the individual gas molecules hit the drop separator element. If the gaseous working medium is passed through a droplet separator element, at least part of the gas is converted into the fluid state, and droplets are formed which are due to their greater weight. These drops are returned to the compression chamber via the return channel.
  • the return channel is designed in such a way that it catches and redirects the drops on which the centrifugal forces are again acting.
  • the pressure body When the pressure body rotates, it represents a flywheel mass storage device, with the pressure in the liquid working medium increasing with increasing speed in the outer diameter area.
  • the working medium becomes part of the flywheel. This mass of the working medium forms the liquid inside the flywheel
  • the droplet separator element can be a demister, a silicate, a centrifugal separator or a deflection chamber.
  • the device comprises a drive with a motor, wherein one or more
  • Pressure body can be arranged on a shaft. Furthermore, an acceleration device can be provided for short-term support when accelerating to the nominal speed, in order to reach the functional speed more quickly.
  • thermoelectric e.g. Peltier element can be arranged on the surfaces.
  • FIG. 1 exploded view of the pressure hull
  • FIG. 2 is a greatly simplified exploded view of the pressure hull 1, which essentially shows the basic structure of the pressure hull 1 with its compression chamber plane 2 and the mixing vortex chamber 6 extending over two planes.
  • the upper cover of the mixing vortex chamber 6, for example, has been omitted in this illustration.
  • the assembled pressure body 1 is mounted on the drive axle 15 and can be driven via this by means of a motor.
  • a plurality of pressure bodies 1 can also be mounted one above the other in the axial direction on the drive shaft 15, the function of the individual pressure bodies 1 being independent of one another.
  • the compression chamber 4 is essentially formed by the chamber disk 20 and the covers 22a, b.
  • the chamber disk 20 divides the compression chamber into several segment pressure chambers 28, a, b,..., In particular into 6 to 12 individual chambers, the chamber partition walls expanding in a spiral shape in the direction of rotation.
  • the working medium collects in the high-pressure area 32 of the compression chamber 4 in the outer diameter area.
  • the mixing vortex chamber 6 consists of two levels
  • an intermediate disk 24 being arranged between the first level 27a, also called the mixing chamber, and a second level 27b, also called the swirl chamber, of the mixing swirl chamber (6), which has openings 10, 12 in the inner and outer diameter areas a and c which are designed in such a way that gaseous working medium can flow through them.
  • the first level 27a of the mixing vortex chamber 6 is formed by the chamber disk 21a, the cover 23a and the intermediate disk 24.
  • the chamber disk 21a has several segment mixing chambers 29a, b, ..x.
  • the number of chambers corresponds to the number of segment pressure chambers 28.
  • the chamber partition walls are spiral-shaped, the course being selected in such a way that they narrow inward in the direction of rotation. The process taking place in the pressure body 1 causes the gaseous working medium to flow out of the nozzle 13 in the direction of rotation of the inner diameter region c flows.
  • the separation area 14 is located in the inner diameter area c.
  • Each segment mixing chamber 29a, b, .. x is assigned a separate separation area 14 each comprising a droplet separator element 19 and each separation area 14 is connected to one of the segment pressure chambers via a return duct 7.1 to 7.x 28a, b, .x connected.
  • the second level 27b, the vortex chamber, the mixing vortex chamber 6 is formed by the chamber disk 21b, the intermediate disk 24 and the cover 23b.
  • the chamber disk 21b has a plurality of flow guide elements 11a, b in the diameter range a and c. In the inner diameter range c are the
  • flow guide elements 11 in the form of air scoops are arranged above each opening, each segment mixing chamber 29a, b,... X being assigned an air scoop 11.
  • FIG. 2 shows a sectional drawing of the pressure body 1, by means of which the process that takes place during rotation can be explained in more detail in a simplified manner.
  • the pressure body 1 is filled with working medium in the idle state in such a way that the working medium proportionally in the compression chamber 4 or the segment pressure chambers 28a, b, .. x, in liquid and proportionally in the mixing vortex chamber 6 or the
  • Segment mixing chambers 29a, b, ..x is contained in gaseous form.
  • the pressure po can be different depending on the working medium used.
  • a segment pressure chamber 28a for example, that they cause a compression of the working medium 2, whereby the working medium 2 through the pressure channel 5.1 and the nozzle 13 into the assigned segment mixing chamber in the lower one Level 27a of the mixing vortex chamber 6 is promoted.
  • the exiting work medium is accelerated like a lightning bolt by the expansion of the gas and spreads in the direction of the inner diameter area.
  • a valve 26 through which the gas quantity can be regulated is arranged in the pressure line. In particular, below a definable speed, the working medium must be prevented from entering one of the segment mixing chambers.
  • the individual gas molecules hit the droplet separator element 19 or demister in the separation area 14.
  • the working medium flow is divided there. Some of the gas molecules are slowed down so much by the demister that droplets are formed, which eventually turn into drops. These droplets have a greater specific gravity and are finally caught by the centrifugal forces in a catching chamber of the separation area and by the
  • the second portion of the gas flow is diverted past the demister through the opening 10 above the separating area 14 due to the resulting barrier effect of the demister and reaches the second level 27a of the vortex chamber.
  • the centrifugal forces prevail again and the light gas molecules are moved outwards towards the center and caught there by the air scoop 11 and passed back through the opening 12 in the outer diameter area a into the first plane 27a, so that the Venturi effect is created and a Mixing with the working medium emerging from the nozzle 13 takes place.
  • a plurality of flow elements 25 are arranged in the first plane 27a, at least between the outer diameter area a and the inner diameter area c.
  • the flow elements 25 are arranged and shaping the flow elements 25 accordingly, different eddies of the working medium can be achieved when it flows around. Seen in the direction of flow, the working medium is compressed in front of the flow elements 25 and swirled behind the flow elements 25.
  • the illustration of the flow elements was completely omitted in FIG. 1 and these are only indicated in FIG. 2.
  • Fig. 3 shows again
  • Pressure channel is connected, the inlet opening 30 of which protrudes into the segment pressure chamber, the outlet opening 31 of the pressure channel comprises a nozzle 13, the nozzle 13 protruding so far into the associated segment mixing chamber in the radial direction that the outlet opening 31 of the nozzle 13 is radially wider than the inlet opening 30 is arranged inside.
  • the opening 12 in the intermediate disk 24 is arranged radially further outward in relation to the outlet opening so that the flow advantageously flows around the nozzle.
  • the entire device is basically a flywheel, with part of the total mass being formed by the working medium. If the device is accelerated to a constant speed, for example 1000 rpm, a
  • Diameter of the compression chamber of 1 m and a working medium such as R134 achieves a working medium pressure of approx. 9 bar.
  • the gaseous part of the working medium does not represent a significant part of the centrifugal mass.
  • the working gas enclosed in the mixing vortex chamber 6 has a specific weight that is too low, whereby the pressure in the mixing vortex chamber 6 compared to the
  • the process is a cold process in which a temperature difference develops between the compression chamber 4 and the mixing vortex chamber 6 over time.
  • Heat or cold energy emitted from surfaces can be dissipated by means of suitable means or fluids.
  • a regulation can take place by means of the valves in the Drucklei lines and / or by changing the speed.
  • the first surface 17 is a surface on the compression chamber 4 and the second surface 18 is a surface on the mixing vortex chamber 6, the surface being the entire outer surface or else a certain part of the outer surface of the chambers can also be used.
  • a sensor for temperature detection can also be provided in at least one segment vortex chamber 28 for temperature control.
  • thermoelectric Seebeck effect When the temperature difference between the surfaces of approx. 70 ° C is reached, a certain amount of power can be output via the thermoelectric Seebeck effect. At least part of the temperature difference energy, in particular energy that cannot otherwise be sensibly used, could thus be used to at least partially supply the drive with energy.
  • a sandwich construction is conceivable in which several pressure bodies 1 are stacked one on top of the other, a layer of Peltier elements being arranged between the compression chamber and the mixing vortex chamber.
  • a centrifugal mass could at least partially be kept at speed by the dissipated electrical energy.
  • FIG. 4 shows an example of the pressure profile within the pressure body during rotation.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a pressure vessel (1) which is filled with a working medium (2, 3) and is mounted rotatably about an axis (15), comprising a plurality of chamber levels (4, 6) which are interconnected via channels (5.1 to 5.x, 7.1 to 7.x), wherein: the chamber levels (4, 6) run parallel to one another in the axial direction; in the region of the external diameter (a), the at least one compression chamber level (4) is connected via a pressure channel (5.1 to 5.x) to a mixing vortex chamber (6); a separating region (14) having a droplet separator element (19) is provided in an internal diameter region (c) in the mixing vortex chamber (6) and a return channel (7.1 to 7.x) is provided which leads back from the separating region (14) into the compression chamber (4). The mixing vortex chamber (6) has a first level and a second level, a plurality of flow elements (25) being arranged in the first level, at least between the external diameter region (a) and the internal diameter region (c), and being shaped in such a way that, as the working medium flows around same, it is compressed upstream of the flow elements (25) and forms a vortex downstream of the flow elements (25), when viewed in the flow direction.

Description

Druckkörper und Vorrichtung mit Druckkörper Pressure hull and device with pressure hull
Die Erfindung betrifft einen Druckkörper der mit einem Arbeitsmedium gefüllt und um eine Achse drehbar gelagert ist. Der Druckkörper hat einen scheibenförmigen Aufbau und umfasst mehrere Ebenen, die über Verbindungskanäle miteinander verbunden sind. The invention relates to a pressure body which is filled with a working medium and rotatably mounted about an axis. The pressure body has a disk-shaped structure and comprises several levels that are connected to one another via connecting channels.
Ein derartiger Grundaufbau ist grundsätzlich bereits aus der DE 10 2014 005 326 A1 bekannt. Der scheibenförmige Druckkörper besteht aus einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkammer die miteinander über Verbindungskanäle verbunden sind. Der Druckkörper ist mit einem unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Arbeitsmedium gefüllt. Die Füllmenge ist derart gewählt, dass das Arbeitsmedium, im Ruhezustand des Druckkörpers, in der unten angeordneten Hochdruckkammer verflüssigt vorliegt und in der oben angeordneten Niederdruckkammer im gasförmigen Zustand vorliegt. Im Such a basic structure is basically already known from DE 10 2014 005 326 A1. The disk-shaped pressure body consists of a high pressure chamber and a low pressure chamber which are connected to one another via connecting channels. The pressure hull is filled with a working medium that is gaseous under ambient conditions. The filling amount is selected such that the working medium, when the pressure body is in the idle state, is liquefied in the high-pressure chamber arranged below and is in the gaseous state in the low-pressure chamber arranged above. in the
Ruhezustand herrscht im gesamten Druckkörper ein einheitlicher Druck po . At rest there is a uniform pressure po in the entire pressure hull.
Wird der Druckkörper in Rotation versetzt findet im inneren ein Prozess statt, bei dem innerhalb des Druckkörpers unterschiedliche Druckniveaus entstehen. Es findet ein Kälte-Prozess statt der direkt mit dem Prozess in einem Kältekompressor einer Kälteanlage vergleichbar ist. Die Hochdruckkammer übernimmt dabei die Funktion des If the pressure hull is set in rotation, a process takes place inside in which different pressure levels arise within the pressure hull. A refrigeration process takes place that is directly comparable to the process in a refrigeration compressor in a refrigeration system. The high pressure chamber takes over the function of the
Kondensators und die Niederduckkammer zusammen mit der Wirbelkammer die Condenser and the low pressure chamber together with the vortex chamber
Funktion des Verdampfers. Der Verbindungskanal im äußeren Durchmesserbereich zwischen Hochdruckkammer und Niederduckkammer umfasst eine Drossel oder Düse und der Verbindungskanal im inneren Durchmesserbereich zwischen Niederdruckkammer und Hochdruckkammer umfasst ein Tropfenabscheiderelement. Die Kompressorwirkung bzw. die Kompressorfunktion wird durch die Rotation des Druckkörpers erreicht. Der bei der Drehung des Druckkörpers stattfindende Kälte-Prozess bewirkt, dass sich die Kammerwände entsprechend erhitzen bzw. abkühlen. Zwischen den unterschiedlichen Kammerwänden ergibt sich eine Temperaturdifferenz. Function of the evaporator. The connection channel in the outer diameter area between high pressure chamber and low pressure chamber comprises a throttle or nozzle and the connection channel in the inner diameter area between low pressure chamber and high pressure chamber comprises a droplet separator element. The compressor effect or the compressor function is achieved by the rotation of the pressure body. The cold process that takes place when the pressure body rotates causes the chamber walls to heat up or cool down accordingly. There is a temperature difference between the different chamber walls.
Weiterhin sind Gaszentrifugen zum Erzeugen von Temperaturdifferenzen bekannt. So wird beispielsweise in der DE10 2004 013 346 A1 eine Gaszentrifuge beschrieben, bei welcher ein kompressibles Arbeitsmedium in einen doppelwandigen Rotor eingeleitet wird, in dem sich infolge der wirksamen Zentrifugalkräfte das Arbeitsmedium verdichtet und erwärmt. Die Wärme des Arbeitsmediums wird über eine Wärmeübertragungsfläche am Außenzylinder der Zentrifuge auf ein Kühlmittel übertragen und abgeführt. Beim anschließenden Entspannen des Arbeitsmediums erfolgt die weitere Abkühlung auf ein geringeres Temperaturniveau als die jeweilige Eingangstemperatur. Gas centrifuges for generating temperature differences are also known. For example, DE10 2004 013 346 A1 describes a gas centrifuge at which a compressible working medium is introduced into a double-walled rotor, in which the working medium is compressed and heated due to the effective centrifugal forces. The heat of the working medium is transferred to a coolant via a heat transfer surface on the outer cylinder of the centrifuge and dissipated. When the working medium is subsequently released, further cooling takes place to a lower temperature level than the respective inlet temperature.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, den Aufbau des Druckkörpers derart zu verbessern, dass der Wirkungsgrad gesteigert wird. One of the objects of the invention is to improve the structure of the pressure hull in such a way that the efficiency is increased.
Erfindungsgemäß wird ein Druckkörper vorgeschlagen, der mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist und der um eine Achse drehbar gelagert ist. Über einen Antrieb kann der Druckkörper in Rotation versetzt werden. According to the invention, a pressure body is proposed which is filled with a working medium and which is rotatably mounted about an axis. The pressure body can be set in rotation via a drive.
Der Druckkörper umfasst mehrere Kammerebenen, die untereinander über Kanäle in Verbindung stehen, wobei die Kammerebenen in Axialrichtung gesehen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die zumindest eine Kompressionskammerebene, im Bereich des äußeren Durchmessers mit einer Misch-Wirbelkammerebene, über einen Druckkanal verbunden ist, und wobei in der Misch-Wirbelkammerebene, auf einem inneren Durchmesserbereich ein Trennbereich mit einem Tropfenabscheiderelement vorgesehen ist und vom Trennbereich ein Rückführkanal vorgesehen ist, der zurück in die Kompressionskammer führt. The pressure body comprises several chamber planes which are connected to one another via channels, the chamber planes being arranged parallel to one another viewed in the axial direction, the at least one compression chamber plane being connected via a pressure channel in the area of the outer diameter to a mixing vortex chamber plane, and wherein In the mixing vortex chamber level, a separation area with a droplet separator element is provided on an inner diameter area and a return channel is provided from the separation area, which leads back into the compression chamber.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Misch-Wirbelkammerebene eine erste Ebene und eine zweite Ebene aufweist, wobei in der ersten Ebene, zumindest zwischen dem äußeren Durchmesserbereich und dem inneren Durchmesserbereich, mehrere Strömungselemente angeordnet sind, die derart geformt sind, dass das Arbeitsmedium beim umströmen dieser, in Strömungsrichtung gesehen vor den Strömungselementen gestaucht und hinter den Strömungselementen verwirbelt wird. According to the invention it is provided that the mixing vortex chamber plane has a first plane and a second plane, wherein in the first plane, at least between the outer diameter area and the inner diameter area, several flow elements are arranged, which are shaped such that the working medium flows around it , seen in the flow direction is compressed in front of the flow elements and swirled behind the flow elements.
Ein Strömungselement bewirken, dass das gasförmiges Arbeitsmedium beim A flow element cause the gaseous working medium when
umströmen der Strömungselemente verwirbelt wird. Diese Verwirbelung bewirkt eine Druckänderung in Teilen des Arbeitsmediums und führt zu möglichst viel Reibung im Arbeitsmedium. flow around the flow elements is swirled. This turbulence causes a pressure change in parts of the working medium and leads to as much friction as possible in the Working medium.
Der erfindungsgemäße Druckkörper setzt sich aus mehreren abgegrenzten Räumen zusammen, die in flachen zylindrischen Ebenen angeordnet sind, wobei die Räume alle miteinander verbunden sind. The pressure body according to the invention is composed of several delimited spaces which are arranged in flat cylindrical planes, the spaces all being connected to one another.
In einer Ausführungsform können die Strömungselemente zur Drehachse gesehen parallele oder im Winkel zur Drehachse ausgerichtete Profilstäbe sein. Wobei die Profilstäbe des Weiteren auch eine Krümmung aufweisen können. In one embodiment, the flow elements can be profile bars that are parallel to the axis of rotation or aligned at an angle to the axis of rotation. The profile rods can also have a curvature.
Weiterhin könnten Strömungselemente mit einer profilierten Oberfläche Verwendung finden, um die Verwirbelung zu optimieren bzw. zu verstärken. Furthermore, flow elements with a profiled surface could be used to optimize or increase the turbulence.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Strömungselemente weiterhin auf konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei die einzelnen Strömungselemente versetzt In a preferred embodiment, the flow elements are furthermore arranged on concentric circles, the individual flow elements being offset
zueinander angeordnet sein können. can be arranged to each other.
Denkbar sind auch Sechskantstäbe oder sich bei Temperaturänderungen verformende Strömungselemente. Hexagonal bars or flow elements that deform when the temperature changes are also conceivable.
Der Druckkörper ist derart mit Arbeitsmedium gefüllt, dass das Arbeitsmedium anteilig in flüssiger und gasförmiger Form im Druckkörper bzw. in den Kammern enthalten ist. Im Ruhezustand des Druckkörpers befinden sich der flüssige Anteil des Arbeitsrnediurns in der Kompressionskammer und der gasförmige Anteil in der Misch-Wirbelkammer. The pressure body is filled with working medium in such a way that the working medium is contained proportionally in liquid and gaseous form in the pressure body or in the chambers. When the pressure body is at rest, the liquid part of the working medium is in the compression chamber and the gaseous part is in the mixing vortex chamber.
Die wesentlichen Kräfte, die bei der Rotation wirken, sind Zentrifugalkräfte, durch die die schweren Anteile des Arbeitsmediums in den äußeren Bereichen eines drehenden Hohlkörpers konzentriert werden. Das bedeutet, dass bei Rotation das in der The main forces that act during rotation are centrifugal forces, through which the heavy components of the working medium are concentrated in the outer areas of a rotating hollow body. This means that when rotating, the
Kompressionskammer in flüssiger Form vorliegende Arbeitsmedium komprimiert wird, wobei der größte Druck im äußeren Durchmesserbereich herrscht, dem Hochdruckbereich, wobei durch die Kompression die Temperatur des Arbeitsmediums steigt. Compression chamber, the working medium present in liquid form is compressed, the greatest pressure prevailing in the outer diameter area, the high pressure area, the temperature of the working medium increasing due to the compression.
In einer bevorzugten Ausführung weißt die Kompressionskammerebene mehrere In a preferred embodiment, the compression chamber level knows several
Segmentdruckkammern und die erste Ebene der Misch-Wirbelkammer mehrere Segmentmischkammern auf, wobei jede Segmentdruckkammer über jeweils einen separaten Druckkanal und separaten Rückführkanal mit einer zugeordneten Segmentmischkammer in der ersten Ebene verbunden ist. Segment pressure chambers and the first level of the mixing vortex chamber several Segment mixing chambers, each segment pressure chamber being connected to an associated segment mixing chamber in the first level via a separate pressure channel and separate return channel.
So können jeweils zwischen 6 und 12 Segmentdruckkammern und Segmentmischkammern vorgesehen sein. Thus between 6 and 12 segment pressure chambers and segment mixing chambers can be provided.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Segmentdruckkammern und/oder die Segmentmischkammern spiralförmig ausgeführt und in der zweiten Ebene sind Führungselemente angeordnet. Dabei versteht man unter spiralförmigen Zonen , das die Zonen sind durch Führungselemente voneinander getrennt sind, wobei die spiralförmigen Zonen in Kompressionskammer und erster Ebene gegenläufig verlaufen können. In a preferred embodiment, the segment pressure chambers and / or the segment mixing chambers are designed in a spiral shape and guide elements are arranged in the second plane. Here, spiral zones are understood to mean that the zones are separated from one another by guide elements, it being possible for the spiral zones to run in opposite directions in the compression chamber and the first level.
Vorzugsweise ist zwischen der erste Ebene und eine zweite Ebenen der Misch-Wirbel- kammerebene eine Zwischenscheibe angeordnet, wobei im inneren und äußeren Durchmesserbereich Öffnungen in der Zwischenscheibe vorgesehen sind, durch die gasförmiges Arbeitsmedium strömen kann. An intermediate disk is preferably arranged between the first level and a second level of the mixing vortex chamber level, with openings in the intermediate disk through which gaseous working medium can flow in the inner and outer diameter area.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn jede Segmentdruckkammer im radial äußeren Durchmesserbereich an einen Druckkanal angeschlossen ist, dessen Einlassöffnung in die Segmentdruckkammer hineinragt, wobei die Auslassöffnung des Druckkanals eine Düse umfasst, und wobei die Düse in Radialrichtung so weit in die zugeordnete In particular, it is advantageous if each segment pressure chamber is connected in the radially outer diameter range to a pressure channel, the inlet opening of which protrudes into the segment pressure chamber, the outlet opening of the pressure channel comprising a nozzle, and the nozzle so far into the associated one in the radial direction
Segmentmischkammer hineinragt, dass die Auslassöffnung der Düse gegenüber der Einlassöffnung radial weiter innen angeordnet ist. The segment mixing chamber protrudes so that the outlet opening of the nozzle is arranged radially farther inward than the inlet opening.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Versatz nach innen so groß gewählt ist, dass die Öffnungen in der Zwischenscheibe radial weiter außen liegt. Die leichten Anteile des Arbeitsmediums It is also advantageous if the inward offset is selected to be so large that the openings in the intermediate disk lie radially further outward. The light parts of the working medium
Weiterhin kann jeder Druckkanal ein Ventil umfassen, mittels dem der Durchlass von Arbeitsmedium durch den Druckkanal steuerbar oder regelbar ist. Vorteilhaft ist es weiterhin wenn ein Sensor zwischen zumindest einer Auslassöffnung und einem Furthermore, each pressure channel can comprise a valve by means of which the passage of working medium through the pressure channel can be controlled or regulated. It is also advantageous if a sensor between at least one outlet opening and one
Rückführkanal vorgesehen ist. Über den Druckkanal, der die Kompressionskammer mit der Misch-Wirbelkammer verbindet, wird das Arbeitsmedium bei Rotation des Druckkörpers unter hohem Druck in die Misch-Wirbelkammer gefördert. Die düsen-förmige Auslassöffnung wirkt als Return channel is provided. Via the pressure channel, which connects the compression chamber with the mixing vortex chamber, the working medium is conveyed under high pressure into the mixing vortex chamber when the pressure body rotates. The nozzle-shaped outlet opening acts as a
Drossel und bewirkt, das Arbeitsmedium mit Hochdruck aus der Düse austritt und vernebelt wird, wobei es expandiert und sich dadurch stark abkühlt. Es entstehen einzelne Gasmoleküle die blitzartig beschleunigt werden und so in Richtung des inneren Durchmesserbereiches bewegt werden. Throttle and causes the working medium to emerge from the nozzle at high pressure and is atomized, whereby it expands and thus cools down considerably. Individual gas molecules are created that are accelerated like a lightning bolt and thus moved towards the inner diameter area.
Die Misch-Wirbelkammer bzw. die Segmentmischwirbelkammern bilden somit einen Niederdruckbereich, in dem das aus der Düse austretende Arbeitsmedium in den gasförmigen Zustand übergeht. Es baut sich eine Strömung in der Misch-Wirbelkammer bzw. den Segmentmischwirbelkammern also der ersten Ebene und der zweiten Ebene auf. The mixing vortex chamber or the segment mixing vortex chambers thus form a low-pressure area in which the working medium emerging from the nozzle changes into the gaseous state. A flow builds up in the mixing vortex chamber or the segment mixing vortex chambers, ie the first level and the second level.
Im inneren Durchmesserbereich treffen die einzelnen Gasmoleküle auf das Tropfenab scheiderelement. Wird gasförmiges Arbeitsmedium durch ein Tropfenabscheiderele ment geleitet wird zumindest ein Teil des Gases in den fluiden Zustand überführt, es bilden sich Tropfen, die durch ihr größeres Gewicht. Diese Tropfen werden über den Rückführkanal zurück in die Kompressionskammer geleitet. Der Rückführkanal ist derart ausgebildet, dass er die Tropfen, auf die nun wieder die Fliehkräfte wirken, auffängt und umleitet. In the inner diameter area, the individual gas molecules hit the drop separator element. If the gaseous working medium is passed through a droplet separator element, at least part of the gas is converted into the fluid state, and droplets are formed which are due to their greater weight. These drops are returned to the compression chamber via the return channel. The return channel is designed in such a way that it catches and redirects the drops on which the centrifugal forces are again acting.
Bei der Rotation des Druckkörpers stellt dieser einen Schwungmassenspeicher dar, wobei im äußeren Durchmesserbereich der Druck im flüssigen Arbeitsmedium mit steigender Drehzahl zunimmt. Das Arbeitsmedium wird Teil der Schwungmasse. Diese Masse des Arbeitsmediums bildet im Inneren der Schwungmasse den flüssigen When the pressure body rotates, it represents a flywheel mass storage device, with the pressure in the liquid working medium increasing with increasing speed in the outer diameter area. The working medium becomes part of the flywheel. This mass of the working medium forms the liquid inside the flywheel
Schwungmassenspeicher. Flywheel storage.
Das Tropfenabscheiderelement kann ein Demister, ein Silikat, ein Zentrifugalabscheider oder eine Umlenkkammern sein. The droplet separator element can be a demister, a silicate, a centrifugal separator or a deflection chamber.
Als Arbeitsfluid sind im Wesentlichen alle kompressiblen Fluide und Gase geeignet, die unter Druck in den flüssigen Zustand überführen lassen wie z.B. Kohlendioxid, Kohlen- wasserstoffe, teilhalogenierte Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Wasser, Kohlenwasserstoffverbindungen oder auch Edelgase. Essentially all compressible fluids and gases that can be converted into the liquid state under pressure, such as carbon dioxide, carbon hydrocarbons, partially halogenated fluorine-chlorine hydrocarbons, ammonia, water, hydrocarbon compounds or noble gases.
Die Vorrichtung umfasst einen Antrieb mit einem Motor, wobei ein oder mehrere The device comprises a drive with a motor, wherein one or more
Druckkörper auf einer Welle angeordnet sein können. Weiterhin kann eine Beschleunigungseinrichtung, zur kurzzeitigen Unterstützung beim beschleunigen auf Nenndrehzahl, vorgesehen sein, um schneller auf Funktionsdrehzahl zu kommen. Pressure body can be arranged on a shaft. Furthermore, an acceleration device can be provided for short-term support when accelerating to the nominal speed, in order to reach the functional speed more quickly.
Die mit der Vorrichtung erzeugbaren unterschiedlichen Temperaturen an den zwei Flächen kann unterschiedlich genutzt werden. So können beispielsweise zur Thermo- elektrischen Nutzung z.B. Peltier-Element an den Flächen angeordnet werden. The different temperatures that can be generated with the device on the two surfaces can be used differently. For example, for thermoelectric use, e.g. Peltier element can be arranged on the surfaces.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Nutzung als Klimagerät bzw. Entfeuchtungs gerät. Weiterhin können auch mehrere Hohlkörper auf einer drehbaren Achse Another possibility is to use it as an air conditioner or dehumidifier. Furthermore, several hollow bodies can also be placed on a rotatable axis
angeordnet sein. So sind auch Ausführungen denkbar die eine Magnetlagerung umfassen oder die im Vakuum arbeiten. Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefasst in der nun bestehenden be arranged. So designs are also conceivable that include a magnetic bearing or that work in a vacuum. The advantages of the invention are summarized in the now existing
Möglichkeit, auf einfache Art und Weise Gebrauchswärme- und Gebrauchskälte zu gewinnen und zu nutzen. Possibility of easily extracting and using domestic heating and cooling.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschrän kung des allgemeinen Erfindungsgedankens unter Zugrundelegung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: In the following, the invention is explained in more detail using exemplary embodiments without restricting the general inventive concept on the basis of the figures. Show:
Figur 1 Explosionszeichnung des Druckkörpers Figure 1 exploded view of the pressure hull
Figur 2 Schnittzeichnung des Druckkörpers Figure 2 sectional drawing of the pressure hull
Figur 3 Strömungselement Figure 3 flow element
Figur 4 Druckverlauf Figur 2 ist eine stark vereinfachte Explosionszeichnung des Druckkörpers 1 , aus der im Wesentlichen der grundsätzliche Aufbau des Druckkörpers 1 mit seiner Kompressionskammerebene 2 und der sich über zwei Ebenen erstreckenden Misch-Wirbelkammer 6 hervorgeht. Zur Vereinfachung ist in dieser Darstellung beispielsweise der obere Deckel der Misch-Wirbelkammer 6 weggelassen worden. Figure 4 pressure curve FIG. 2 is a greatly simplified exploded view of the pressure hull 1, which essentially shows the basic structure of the pressure hull 1 with its compression chamber plane 2 and the mixing vortex chamber 6 extending over two planes. For the sake of simplicity, the upper cover of the mixing vortex chamber 6, for example, has been omitted in this illustration.
Der zusammengebaute Druckkörper 1 ist auf der Antriebsachse 15 montiert und kann über diese mittels eines Motors angetrieben werden. Auf der Antriebsachse 15 können auch mehrere Druckkörper 1 in Axialrichtung übereinander montiert werden, wobei die Funktion der einzelnen Druckkörper 1 unabhängig voneinander ist. The assembled pressure body 1 is mounted on the drive axle 15 and can be driven via this by means of a motor. A plurality of pressure bodies 1 can also be mounted one above the other in the axial direction on the drive shaft 15, the function of the individual pressure bodies 1 being independent of one another.
Zu erkennen ist, dass die Kompressionskammer 4 im Wesentlichen von der Kammerscheibe 20 und den Deckeln 22a, b gebildet wird. Die Kammerscheibe 20 teilt die Kompressionskammer in mehrere Segmentdruckkammern 28, a, b, ... , insbesondere in 6 bis 12 Einzelkammern, wobei die Kammerzwischenwände spiralförmig in Rotationsrichtung sich aufweitend verlaufen. Bei der Rotation des Druckkörpers 1 sammelt sich das Arbeitsmedium dadurch in dem Hochdruckbereichen 32 der Kompressionskammer 4 im äußeren Durchmesserbereich. It can be seen that the compression chamber 4 is essentially formed by the chamber disk 20 and the covers 22a, b. The chamber disk 20 divides the compression chamber into several segment pressure chambers 28, a, b,..., In particular into 6 to 12 individual chambers, the chamber partition walls expanding in a spiral shape in the direction of rotation. When the pressure body 1 rotates, the working medium collects in the high-pressure area 32 of the compression chamber 4 in the outer diameter area.
Die Misch-Wirbelkammer 6 setzt sich, wie zu erkennen ist, aus zwei Ebenen As can be seen, the mixing vortex chamber 6 consists of two levels
zusammen, wobei zwischen der erste Ebene 27a, auch Mischkammer genannt, und eine zweite Ebenen 27b, auch Wirbelkammer genannt, der Misch-Wirbelkammer (6) eine Zwischenscheibe 24 angeordnet ist, die im inneren und äußeren Durchmesserbereich a und c Öffnungen 10, 12 aufweist, die derart gestaltet sind, dass gasförmiges Arbeitsmedium durch diese hindurchströmen kann. together, with an intermediate disk 24 being arranged between the first level 27a, also called the mixing chamber, and a second level 27b, also called the swirl chamber, of the mixing swirl chamber (6), which has openings 10, 12 in the inner and outer diameter areas a and c which are designed in such a way that gaseous working medium can flow through them.
Die ersten Ebene 27a der Misch-Wirbelkammer 6 wird von der Kammerscheibe 21a, dem Deckel 23a und der Zwischenscheibe 24 gebildet. Wie zu erkennen ist, weist die Kammerscheibe 21a mehrere Segmentmischkammern 29a, b, ..x auf. Die Kammeranzahl entspricht den Anzahl der Segmentdruckkammern 28. Die Kammerzwischenwände sind spiralförmig, wobei der Verlauf derart gewählt ist, dass sie in Rotationsrichtung nach innen verengenden verlaufen. Der im Druckkörper 1 stattfindende Prozess bewirkt, dass bei Rotation gasförmiges Arbeitsmedium aus der Düse 13 in Richtung des inneren Durchmesserbereichs c strömt. The first level 27a of the mixing vortex chamber 6 is formed by the chamber disk 21a, the cover 23a and the intermediate disk 24. As can be seen, the chamber disk 21a has several segment mixing chambers 29a, b, ..x. The number of chambers corresponds to the number of segment pressure chambers 28. The chamber partition walls are spiral-shaped, the course being selected in such a way that they narrow inward in the direction of rotation. The process taking place in the pressure body 1 causes the gaseous working medium to flow out of the nozzle 13 in the direction of rotation of the inner diameter region c flows.
Im inneren Durchmesserbereich c befindet sich der Trennbereich 14. Jeder Segmentmischkammer 29a,b,..x ist ein separater Trennbereich 14 zugeordnet der jeweils ein Tropfen-Abscheiderelement 19 umfasst und jeder Trennbereich 14 ist über einen Rückführkanal 7.1 bis 7.x mit einer der Segmentdruckkammern 28a, b, .x verbunden. The separation area 14 is located in the inner diameter area c. Each segment mixing chamber 29a, b, .. x is assigned a separate separation area 14 each comprising a droplet separator element 19 and each separation area 14 is connected to one of the segment pressure chambers via a return duct 7.1 to 7.x 28a, b, .x connected.
Die zweite Ebene 27b, die Wirbelkammer, der Misch-Wirbelkammer 6 wird von der Kammerscheibe 21 b, der Zwischenscheibe 24 und dem Deckel 23b gebildet. Wie zu erkennen ist, weist die Kammerscheibe 21 b im Durchmesserbereich a und c mehrere Strömungsleitelemente 11a, b auf. In inneren Durchmesserbereich c sind die The second level 27b, the vortex chamber, the mixing vortex chamber 6 is formed by the chamber disk 21b, the intermediate disk 24 and the cover 23b. As can be seen, the chamber disk 21b has a plurality of flow guide elements 11a, b in the diameter range a and c. In the inner diameter range c are the
Strömungselemente spiralförmig, sich in Rotationsrichtung öffnend, geformt. Im äußeren Durchmesserbereich a sind über jeder Öffnung 12 Strömungsleitelemente 11 in Form von Lufthutzen angeordnet, wobei jeder Segmentmischkammer 29a, b,..x jeweils eine Lufthutze 11 zugeordnet ist. Flow elements spiral-shaped, opening in the direction of rotation, shaped. In the outer diameter area a, 12 flow guide elements 11 in the form of air scoops are arranged above each opening, each segment mixing chamber 29a, b,... X being assigned an air scoop 11.
Bei Rotation des Druckkörpers 1 findet eine Kreislaufströmung zwischen den Ebenen der Misch-Wirbelkammer 6 statt, bei der gasförmige Arbeitsmediumanteile 3 einem Strömungskreislauf bilden. When the pressure body 1 rotates, a circular flow takes place between the levels of the mixing vortex chamber 6, in which the gaseous working medium components 3 form a flow circuit.
In Figur 2 ist eine Schnittzeichnung des Druckkörpers 1 dargestellt mittels der sich der bei Rotation stattfindende Prozess vereinfacht näher erläutern lässt. FIG. 2 shows a sectional drawing of the pressure body 1, by means of which the process that takes place during rotation can be explained in more detail in a simplified manner.
Der Druckkörper 1 ist im Ruhezustand mit Arbeitsmedium derart gefüllt, dass das Arbeitsmedium anteilig in der Kompressionskammer 4 bzw. den Segmentdruckkammern 28a, b,..x, in flüssiger und anteilig in der Misch-Wirbelkammer 6 bzw. den The pressure body 1 is filled with working medium in the idle state in such a way that the working medium proportionally in the compression chamber 4 or the segment pressure chambers 28a, b, .. x, in liquid and proportionally in the mixing vortex chamber 6 or the
Segmentmischkammern 29a, b, ..x in gasförmiger Form enthalten ist. Dabei kann der Druck po je nach verwendetem Arbeitsmedium unterschiedlich sein. Segment mixing chambers 29a, b, ..x is contained in gaseous form. The pressure po can be different depending on the working medium used.
Wird der Hohlkörper 1 in Rotation versetzt, wirken beispielsweise auf das flüssige Arbeitsmedium 2 in einer Segmentdruckkammer 28a derartige Kräfte, dass diese eine Kompression des Arbeitsmediums 2 bewirken, wodurch das Arbeitsmedium 2 durch den Druckkanal 5.1 und die Düse 13 in die zugeordnete Segmentmischkammer in der unteren Ebene 27a der Misch-Wirbelkammer 6 gefördert wird. Das austretende Arbeits- medium wird durch die Expansion des Gases blitzartig beschleunigt und breitet sich in Richtung des inneren Durchmesserbereiches aus. Idealerweise ist in der Druckleitung ein Ventil 26 angeordnet, durch welches sich die Gasmenge regeln lässt. Insbesondere unterhalb einer festlegbaren Drehzahl muss verhindert werden, dass Arbeitsmedium in eine der Segmentmischkammern gelangt. If the hollow body 1 is set in rotation, forces act on the liquid working medium 2 in a segment pressure chamber 28a, for example, that they cause a compression of the working medium 2, whereby the working medium 2 through the pressure channel 5.1 and the nozzle 13 into the assigned segment mixing chamber in the lower one Level 27a of the mixing vortex chamber 6 is promoted. The exiting work medium is accelerated like a lightning bolt by the expansion of the gas and spreads in the direction of the inner diameter area. Ideally, a valve 26 through which the gas quantity can be regulated is arranged in the pressure line. In particular, below a definable speed, the working medium must be prevented from entering one of the segment mixing chambers.
Im inneren Durchmesserbereich c treffen die einzelnen Gasmoleküle auf das Tropfen abscheiderelement 19 oder Demister im Trennbereich 14. Dort teilt sich der Arbeitsmediumstrom auf. Ein Teil der Gasmoleküle wird durch den Demister so stark abgebremst, dass sich Tröpfchen bilden, die sich schließlich zu Tropfen ausbilden. Diese Tropfen haben ein größeres spezifisches Gewicht und werden durch die Zentrifugalkräfte schließlich in einer Fangkammer des Trennbereichs aufgefangen und durch den In the inner diameter area c, the individual gas molecules hit the droplet separator element 19 or demister in the separation area 14. The working medium flow is divided there. Some of the gas molecules are slowed down so much by the demister that droplets are formed, which eventually turn into drops. These droplets have a greater specific gravity and are finally caught by the centrifugal forces in a catching chamber of the separation area and by the
Rückführkanal zurück in die Kompressionskammer 4 geleitet. Return channel passed back into the compression chamber 4.
Der zweite Anteil der Gasströmung wird, durch die entstehende Barrierewirkung des Demisters an diesem vorbei, durch die Öffnung 10 oberhalb des Trennbereichs 14 abgeleitet und gelangt in die zweite Ebene 27a der Wirbelkammer. The second portion of the gas flow is diverted past the demister through the opening 10 above the separating area 14 due to the resulting barrier effect of the demister and reaches the second level 27a of the vortex chamber.
In der Wirbelkammer überwiegen dann wieder die Zentrifugalkräfte und die leichten Gasmoleküle werden der Mitte nach außen bewegt und dort durch über die Lufthutze 11 aufgefangen und durch die Öffnung 12 im äußeren Durchmesserbereich a zurück in die erste Ebene 27a geleitet, sodass der Venturi Effekt entsteht und eine Vermischung mit dem, aus der Düse 13 austretenden Arbeitsmedium, stattfindet. In the vortex chamber, the centrifugal forces prevail again and the light gas molecules are moved outwards towards the center and caught there by the air scoop 11 and passed back through the opening 12 in the outer diameter area a into the first plane 27a, so that the Venturi effect is created and a Mixing with the working medium emerging from the nozzle 13 takes place.
Um die Verwirbelung zu verbessern sind in der ersten Ebene 27a, zumindest zwischen dem äußeren Durchmesserbereich a und dem inneren Durchmesserbereich c, mehrere Strömungselemente 25 angeordnet. Durch entsprechende Anordnung und Formgebung der Strömungselemente 25 könne unterschiedliche Verwirbelungen des Arbeitsmediums beim umströmen erreicht werden. In Strömungsrichtung gesehen wird das Arbeitsmedium vor den Strömungselementen 25 gestaucht und hinter den Strömungselementen 25 verwirbelt. Auf die Darstellung der Strömungselemente wurde in Fig. 1 ganz verzichtet und in Fig. 2 sind diese nur angedeutet. Fig. 3 zeigt nochmal In order to improve the turbulence, a plurality of flow elements 25 are arranged in the first plane 27a, at least between the outer diameter area a and the inner diameter area c. By arranging and shaping the flow elements 25 accordingly, different eddies of the working medium can be achieved when it flows around. Seen in the direction of flow, the working medium is compressed in front of the flow elements 25 and swirled behind the flow elements 25. The illustration of the flow elements was completely omitted in FIG. 1 and these are only indicated in FIG. 2. Fig. 3 shows again
beispielhaft ein umströmtes Strömungselement. An jeder Segmentdruckkammer ist im radial äußeren Durchmesserbereich a ein for example a flow element around which there is a flow. At each segment pressure chamber there is a in the radially outer diameter area a
Druckkanal angeschlossen ist, dessen Einlassöffnung 30 in die Segmentdruckkammer hineinragt, wobei die Auslassöffnung 31 des Druckkanals eine Düse 13 umfasst, wobei die Düse 13 in Radialrichtung so weit in die zugeordnete Segmentmischkammer hineinragt, dass die Auslassöffnung 31 der Düse 13 gegenüber der Einlassöffnung 30 radial weiter innen angeordnet ist. Die Öffnung 12 in der Zwischenscheibe 24 ist dabei gegenüber der Auslassöffnung radial weiter außen angeordnet, damit die Düse vorteil haft umströmt wird. Pressure channel is connected, the inlet opening 30 of which protrudes into the segment pressure chamber, the outlet opening 31 of the pressure channel comprises a nozzle 13, the nozzle 13 protruding so far into the associated segment mixing chamber in the radial direction that the outlet opening 31 of the nozzle 13 is radially wider than the inlet opening 30 is arranged inside. The opening 12 in the intermediate disk 24 is arranged radially further outward in relation to the outlet opening so that the flow advantageously flows around the nozzle.
Es entsteht bei Rotation in der Misch-Wirbelkammer 6 eine Kreislaufströmung des gasförmigen Arbeitsmediumanteils 3. When the mixing vortex chamber 6 rotates, a circulating flow of the gaseous working medium component 3 arises.
Die gesamte Vorrichtung ist im Grunde eine Schwungmasse, wobei ein Anteil der Gesamtmasse durch das Arbeitsmedium gebildet wird. Wird die Vorrichtung auf eine konstante Drehzahl beschleunigt, beispielsweise 1000 Upm, wird bei einem The entire device is basically a flywheel, with part of the total mass being formed by the working medium. If the device is accelerated to a constant speed, for example 1000 rpm, a
Durchmesser der Kompressionskammer von 1 m und eine Arbeitsmedium wie R134 ein Arbeitsmediumdruck von ca. 9 bar erreicht. Diameter of the compression chamber of 1 m and a working medium such as R134 achieves a working medium pressure of approx. 9 bar.
Im Gegensatz zum flüssigen Anteil des Arbeitsmediums stellt der gasförmige Anteil des Arbeitsmediums keinen nennenswerten Anteil der Schwungmasse da. Das in der Misch-Wirbelkammer 6 eingeschlossene Arbeitsgas weist ein zu geringes spezifisches Gewicht auf, wodurch der Druck in der Misch-Wirbelkammer 6 gegenüber dem In contrast to the liquid part of the working medium, the gaseous part of the working medium does not represent a significant part of the centrifugal mass. The working gas enclosed in the mixing vortex chamber 6 has a specific weight that is too low, whereby the pressure in the mixing vortex chamber 6 compared to the
Ursprungsdruck nicht wesentlich erhöht. Original pressure not significantly increased.
Der Prozess ist ein Kälte-Prozess bei dem sich mit der Zeit eine Temperaturdifferenz zwischen Kompressionskammer 4 und Misch-Wirbelkammer 6 bildet. Die an den The process is a cold process in which a temperature difference develops between the compression chamber 4 and the mixing vortex chamber 6 over time. The Andes
Flächen abgegebenen Wärme- oder Kälteenergie kann dabei mittels geeigneter Mittel oder Fluide abgeführt werden. Eine Regelung kann mittels der Ventile in den Drucklei tungen und/oder über eine Drehzahlveränderung erfolgen. Die erste Fläche 17 ist eine Fläche an der Kompressionskammer 4 und die zweite Fläche 18 ist eine Fläche an der Misch-Wirbelkammer 6, wobei jeweils als Fläche die gesamte Außenfläche oder aber auch ein bestimmter Teilbereich der Außenfläche der Kammern genutzt werden kann. Heat or cold energy emitted from surfaces can be dissipated by means of suitable means or fluids. A regulation can take place by means of the valves in the Drucklei lines and / or by changing the speed. The first surface 17 is a surface on the compression chamber 4 and the second surface 18 is a surface on the mixing vortex chamber 6, the surface being the entire outer surface or else a certain part of the outer surface of the chambers can also be used.
Zur Temperaturregelung kann auch ein Sensor zur Temperaturerfassung in zumindest einer Segmentwirbelkammer 28 vorgesehen sein. A sensor for temperature detection can also be provided in at least one segment vortex chamber 28 for temperature control.
Beim Erreichen einer Temperaturdifferenz zwischen den Flächen von ca. 70°C, kann über den Thermoelektrischen Seebeck Effekt eine gewisse Leistungsabgabe erfolgen. Zumindest ein Teil der Temperaturdifferenzenergie, insbesondere Energie, die anders nicht sinnvoll nutzbar ist, könnte so dazu genutzt werden, den Antrieb zumindest teilweise mit Energie zu versorgen. When the temperature difference between the surfaces of approx. 70 ° C is reached, a certain amount of power can be output via the thermoelectric Seebeck effect. At least part of the temperature difference energy, in particular energy that cannot otherwise be sensibly used, could thus be used to at least partially supply the drive with energy.
Weiterhin ist eine Sandwichbauweise denkbar, bei der mehrere Druckkörper 1 überein- ander gestapelt werden, wobei jeweils zwischen Kompressionskammer und Misch- Wirbelkammer eine Lage Peltier-Elemente angeordnet sind. Bei entsprechend großer Ausführung, könnte so eine Schwungmasse zumindest teilweise durch die Abgeführte elektrische Energie auf Drehzahl gehalten werden. Furthermore, a sandwich construction is conceivable in which several pressure bodies 1 are stacked one on top of the other, a layer of Peltier elements being arranged between the compression chamber and the mixing vortex chamber. In the case of a correspondingly large design, a centrifugal mass could at least partially be kept at speed by the dissipated electrical energy.
Figur 4 zeigt beispielhaft den Druckverlauf innerhalb des Druckkörpers bei rotation. FIG. 4 shows an example of the pressure profile within the pressure body during rotation.
Bezugszeichen Reference numerals
1 Druckkörper 1 pressure hull
2 Arbeitsmedium flüssig 2 working medium liquid
3 Arbeitsmedium gasförmig3 Working medium gaseous
4 Kompressionskammer4 compression chamber
5.1 bis 5.x Druckkanal 5.1 to 5.x pressure channel
6 Wirbelkammer 6 vortex chamber
7.1 bis 7.x Rückführkanal 7.1 to 7.x return channel
8 Kammer 8 chamber
9 Ringkamme 9 ring combs
10 Öffnung 10 opening
11 Lufthutzen 11 air scoops
12 Öffnung 12 opening
13 Düse / Zerstäuberöffnung 13 Nozzle / atomizer opening
14 Trennbereich 14 separation area
15 Drehachse 15 axis of rotation
16 Zwischenraum 16 space
17 erste Fläche 17 first surface
18 zweite Fläche 18 second surface
19 Tropfenabscheiderelement 19 Droplet eliminator element
20 Kammerscheibe 20 chamber disc
21a, b Kammerscheibe 21a, b chamber disc
22a, b Deckel 22a, b cover
23a, b Deckel 23a, b cover
24 Zwischenscheibe 24 washer
25 Strömungselemente 25 flow elements
26 Ventil 26 valve
27a, b Ebenen 27a, b levels
28a, b....x. Segmentdruckkammer 29a, b, ...x Segmentmischkammer28a, b .... x. Segment pressure chamber 29a, b, ... x segment mixing chamber
30 Einlassöffnung 30 inlet opening
31 Auslassöffnung 31 outlet opening
32 Hochruckbereich 32 High pressure area
a,b,c Durchmesserbereiche a, b, c diameter ranges

Claims

Patentansprüche Claims
1. Druckkörper (1 ) der mit einem Arbeitsmedium (2,3) gefüllt ist und um eine Achse (15) drehbar gelagert ist, aufweisend mehrere Kammerebenen (4, 6), die untereinander über Kanäle (5.1 bis 5.x , 7.1 bis 7.x) in Verbindung stehen, wobei die Kammer ebenen (4, 6) in Axialrichtung gesehen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die zumindest eine Kompressionskammerebene (4), im Bereich des äußeren Durchmessers (a) mit einer Misch-Wirbelkammer (6), über einen Druckkanal (5.1 bis 5.x) verbunden ist, und wobei in der Misch-Wirbelkammer (6), auf einem inneren Durchmesserbereich (c) ein Trennbereich (14) mit einem Tropfenabscheiderelement (19) vorgesehen ist und vom Trennbereich (14) ein Rückführkanal (7.1 bis 7.x) vorgesehen ist, der zurück in die Kompressionskammer (4) führt, 1. Pressure body (1) which is filled with a working medium (2,3) and is rotatably mounted about an axis (15), having several chamber levels (4, 6), which are mutually via channels (5.1 to 5.x, 7.1 to 7.x) are in communication, the chamber planes (4, 6) being arranged parallel to one another as seen in the axial direction, the at least one compression chamber plane (4), in the area of the outer diameter (a) with a mixing vortex chamber (6) , is connected via a pressure channel (5.1 to 5.x), and a separation area (14) with a droplet separator element (19) is provided in the mixing vortex chamber (6) on an inner diameter area (c) and from the separation area (14 ) a return duct (7.1 to 7.x) is provided which leads back into the compression chamber (4),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Misch-Wirbelkammer (6) eine erste Ebene (27a) und eine zweite Ebene (27b) aufweist, wobei in der ersten Ebene (27a), zumindest zwischen dem äußeren Durchmesserbereich (a) und dem inneren Durchmesserbereich (c), mehrere Strömungselemente (25) angeordnet sind, die derart geformt sind, dass das Arbeitsmedium beim umströmen dieser, in Strömungsrichtung gesehen vor den Strömungselementen (25) gestaucht und hinter den Strömungselementen (25) verwirbelt wird. that the mixing vortex chamber (6) has a first plane (27a) and a second plane (27b), with several flow elements in the first plane (27a), at least between the outer diameter area (a) and the inner diameter area (c) (25) are arranged, which are shaped in such a way that the working medium, as it flows around it, is compressed in front of the flow elements (25) and swirled behind the flow elements (25) as seen in the flow direction.
2. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 , 2. pressure body (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Strömungselemente (25) zur Drehachse (15) gesehen parallele oder im Winkel zur Drehachse (15) ausgerichtete Profilstäbe sind. that the flow elements (25) are profile rods that are parallel to the axis of rotation (15) or are oriented at an angle to the axis of rotation (15).
3. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 , 3. pressure body (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Strömungselemente (25) eine profilierte Oberfläche aufweisen. that the flow elements (25) have a profiled surface.
4. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, 4. pressure body (1) according to claim 1 characterized,
dass die Strömungselemente (25) auf mehreren konzentrischen Kreisen um die Drehachse (15) angeordnet sind. that the flow elements (25) are arranged on several concentric circles around the axis of rotation (15).
5.Druckkörper (1 ) nach Anspruch 4, 5. pressure body (1) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Strömungselemente (25) auf den konzentrischen Kreisen versetzt zueinander angeordnet sind. that the flow elements (25) are arranged offset to one another on the concentric circles.
6. Druckkörper (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. pressure body (1) according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Kompressionskammerebene (4) mehrere Segmentdruckkammern that the compression chamber level (4) has several segment pressure chambers
(28a, b..) und die erste Ebene (27a) der Misch-Wirbelkammer (6) mehrere Segmentmischkammern (29a, b,...) aufweist, wobei jede Segmentdruckkammer (28a, b..) über jeweils einen separaten Druckkanal (5.1 bis 5.x) und separaten Rückführkanal (7.1 bis (28a, b ..) and the first level (27a) of the mixing vortex chamber (6) has several segment mixing chambers (29a, b, ...), each segment pressure chamber (28a, b ..) having a separate pressure channel ( 5.1 to 5.x) and separate return channel (7.1 to
7.x) mit einer zugeordneten Segmentmischkammer (29a, b,...) in der ersten Ebene (27a) verbunden ist. 7.x) is connected to an assigned segment mixing chamber (29a, b, ...) in the first level (27a).
7. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6 7. pressure body (1) according to claim 6
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass jede Segmentdruckkammer (28a, b..) im radial äußeren Durchmesserbereich (a) an einen Druckkanal (5.1 bis 5.x) angeschlossen ist, dessen Einlassöffnung (30) in die Segmentdruckkammer (28a, b..) hineinragt, wobei die Auslassöffnung (31 ) des Druckkanals (5.1 bis 5.x) eine Düse (13) umfasst, wobei die Düse (13) in Radialrichtung so weit in die zugeordnete Segmentmischkammer (29a, b,...) hineinragt, dass die Auslassöffnung (31 ) der Düse (13) gegenüber der Einlassöffnung (30) radial weiter innen angeordnet ist. that each segment pressure chamber (28a, b ..) is connected in the radially outer diameter area (a) to a pressure channel (5.1 to 5.x), the inlet opening (30) of which protrudes into the segment pressure chamber (28a, b ..), the outlet opening (31) of the pressure channel (5.1 to 5.x) comprises a nozzle (13), the nozzle (13) protruding so far in the radial direction into the assigned segment mixing chamber (29a, b, ...) that the outlet opening (31) of the nozzle (13) opposite the inlet opening (30) is arranged radially further inward.
8. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6 , 8. pressure body (1) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass jeder Druckkanal (5.1 bis 5.x) eine Ventil (26) umfasst, mittels dem der Durchlass von Arbeitsmedium (2) durch den Druckkanal (5.1 bis 5.x) regelbar ist. that each pressure channel (5.1 to 5.x) comprises a valve (26) by means of which the passage of working medium (2) through the pressure channel (5.1 to 5.x) can be regulated.
9. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6 , 9. pressure body (1) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Sensor (28) zwischen zumindest einer Auslassöffnung (31 ) und einem Rückführkanal (7.1 bis 7.x) vorgesehen ist. that a sensor (28) is provided between at least one outlet opening (31) and a return channel (7.1 to 7.x).
10. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 , 10. pressure body (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zwischen der erste Ebene (27a) und eine zweite Ebenen (27b) der Misch- Wirbelkammer (6) eine Zwischenscheibe (24) angeordnet ist, wobei im inneren und äußeren Durchmesserbereich (a, c) Öffnungen (10,12) in der Zwischenscheibe (24) vorgesehen sind, durch die gasförmiges Arbeitsmedium strömen kann. that between the first level (27a) and a second level (27b) of the mixing vortex chamber (6) an intermediate disk (24) is arranged, with openings (10, 12) in the intermediate disk in the inner and outer diameter range (a, c) (24) are provided through which the gaseous working medium can flow.
11. Druckkörper ( 1 ) nach Anspruch 1 , 11. pressure body (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Tropfenabscheiderelement (19) ein Demister, ein Silikat, ein Zentrifugalabscheider oder eine Umdenkkammer ist. that the droplet separator element (19) is a demister, a silicate, a centrifugal separator or a rethinking chamber.
12. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6, 12. pressure body (1) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Segmentdruckkammern (28a, b, ... ) und/oder die Segmentmischkammern spiralförmig ausgeführt sind und in der zweiten Ebene (27b) Führungselemente (29) angeordnet sind. that the segment pressure chambers (28a, b, ...) and / or the segment mixing chambers are designed in a spiral shape and guide elements (29) are arranged in the second plane (27b).
13. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6, 13. pressure body (1) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass jeweils 6-12 Segmentdruckkammern (28a, b, ... ) und Segmentmischkammern vorgesehen sind. that 6-12 segment pressure chambers (28a, b, ...) and segment mixing chambers are provided.
14. Vorrichtung umfassend Druckkörper (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Antrieb mit einem Motor aufweist, wobei ein oder mehrere Druckkörper auf einer Welle (32) angeordnet sind. 14. Device comprising pressure body (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that that the device has a drive with a motor, one or more pressure bodies being arranged on a shaft (32).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15. Apparatus according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Beschleunigungseinrichtung, zur kurzzeitigen Unterstützung beim beschleunigen auf Nenndrehzahl, vorgesehen ist. that an acceleration device is provided for brief support when accelerating to the nominal speed.
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