DE1601062B2

DE1601062B2 - HEATING AND COOLING DEVICE

Info

Publication number: DE1601062B2
Application number: DE1968K0064403
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Kantor, Frederick W., New York, N.Y. (V-StA.)
Priority date: 1967-01-10
Filing date: 1968-01-09
Publication date: 1977-05-05
Also published as: DE1601062A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Kühlvorrichtung, bei der ein angetriebener Rotor und eine Fluidstromführung in dem Rotor vorgesehen sind.The invention relates to a heating and cooling device in which a driven rotor and a Fluid flow guidance are provided in the rotor.

Eine bekannte Vorrichtung der vorgenannten Art ist in der US-Patentschrift 23 93 338 beschrieben und deren Grundform ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt und im Abschnitt der Beispielsbeschreibung unter Verwendung von Bezugsziffern erläutert.A known device of the aforementioned type is described in US Pat. No. 2,393,338 and its Basic shape is shown in Fig. 1 of the drawing and explained in the section of the example description using reference numerals.

Obgleich der thermodynamische Prozeß dieser bekannten Vorrichtung sich dem Carnot-Prozeß stark annähen und damit hochwirksam ist, ist die für diese Vorrichtung vorgeschlagene praktische Ausführungsform jedoch wenig geeignet, da sie einen gesonderten mechanischen Kompressor für die Arbeitsluft und weiter komplizierte und daher teure Gasabdichtungen am Einlaß und Auslaß des rotierenden Rohres benötigt. Ferner sind außerordentlich hohe Drehzahlen in der Größenordnung von 100 000 bis 200 000 Umdrehungen pro Minute erforderlich, um einen wirksamen Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten. Aufgrund dieser schwerwiegenden Mängel ist die Vorrichtung nicht wirtschaftlich ausnutzbar.Although the thermodynamic process of this known device is closely related to the Carnot process sew on and is thus highly effective, the practical embodiment proposed for this device is not very suitable because it has a separate mechanical compressor for the working air and further complicated and therefore expensive gas seals needed at the inlet and outlet of the rotating tube. Furthermore, extremely high speeds are in the On the order of 100,000 to 200,000 revolutions per minute are required for effective operation to ensure the device. Because of these serious shortcomings, the device is not economically exploitable.

In der US-Patentschrift 29 24 081 ist eine weitere Vorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben. Diese Vorrichtung ist kompliziert aufgebaut und daher nur mit beträchtlichem Kostenaufwand herstellbar. Außerdem ist der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung derart niedrig, daß sie aus diesem Grunde keine praktische Bedeutung erlangen kann. Schließlich gibt sich hinsichtlich der hier vorgeschlagenen Lösung der nachstehenden Aufgabe keinerlei Anregungen.US Pat. No. 2,924,081 describes a further device of the type mentioned at the beginning. This device has a complicated structure and can therefore only be produced at considerable expense. In addition, the efficiency of this device is so low that, for this reason, it does not can acquire practical significance. Finally, with regard to the solution proposed here, the The following task does not give any suggestions.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Heiz- und Kühlvorrichtung der einleitend angeführten Art, die unter Wegfall externer Kompression und durch Erzielung einer Fliehkraft mit relativ geringen Drehzahlen eine hohe Leistung erbringt sowie gravitationsunabhängig arbeitet und die einfach und kompakt aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar ist.The object of the invention is to provide a heating and cooling device of the introductory part cited type, the omission of external compression and by achieving a centrifugal force with relative low speeds provides high performance and works independently of gravity and which is simple and is compact and inexpensive to manufacture.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Fluidstromführung aus einem ersten, sich von der Rotationsachse des Rotors nach außen erstreckenden Abschnitt, aus einem zweiten, sich zu der Achse erstreckenden Abschnitt, aus einem Kontraktionsabschnitt, aus einem Expansionsabschnitt und aus einem Kanalabschnitt zum Zurückleiten eines Arbeitsfluids vom Expansionsabschnitt zum ersten Abschnitt besteht, daß eine Einrichtung zum Zuführen von Wärme zu dem aus dem ersten Abschnitt strömenden Arbeitsfluid, daß eine Einrichtung zum Abführen von Wärme aus dem den Kontraktionsabschnitt durchströmenden Arbeitsfluid und daß eine Einrichtung zum Leiten von Wärme von einer zu kühlenden Substanz zu dem Arbeitsfluid im Expansionsabschnitt zwecks Leistung der Kühlung vorgesehen sind.The solution to this problem is that the fluid flow guide from a first, from the Axis of rotation of the rotor outwardly extending section, from a second, to the axis extending section, from a contraction section, from an expansion section and from a Channel section for returning a working fluid from the expansion section to the first section, that means for supplying heat to the working fluid flowing out of the first section, that a device for removing heat from the working fluid flowing through the contraction section and that means for conducting heat from a substance to be cooled to the working fluid in the Expansion section are provided for the purpose of cooling.

Nach dieser Lösung kann eine Vorrichtung geschaffen werden, die einen hohen Wirkungsgrad hat und zur Erzielung einer ausreichenden Fliehkraft mit relativ kleinen Antriebsdrehzahlen für den Rotor auskommt, was eine entsprechend geringe Antriebsleistung für den Rotor erfordert. Die Anwendung relativ niedriger Drehzahlen ist dadurch möglich, daß das Arbeitsfluid der Vorrichtung eine verhältnismäßig hohe Dichte aufweist und abwechselnd den gasförmigen und flüssigen Aggregatzustand durchläuft. Das Arbeitsfluid kann mit einem hohen Anfangsdruck in der geschlossenen Schleife des Rotors eingeschlossen sein. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß für die Kompression des Arbeitsfluids kein externer Kompressor erforderlich ist, da für die Bewegung des Fluids in der geschlossenen Schleife nach dem Prinzip einer thermodynamischen Pumpe gearbeitet wird. Somit entfallen auch die Anschlußleitungen zum Rotor der Vorrichtung und die hierfür benötigten Gasabdichtungen einschließlich des konstruktiven Aufwands für deren Lagerung. Aus diesen baulichen Vereinfachungen ergibt sich, daß die Vorrichtung nach der Erfindung einfach und kompakt aufgebaut ist und mit relativ niedrigem Kostenaufwand hergestellt werden kann. Daraus ergibt sich ferner der Vorteil einer vereinfachten Wartung der Vorrichtung. Die Vorrichtung arbeitet auch gravitationsunabhängig, so daß sie auch im Weltraum funktioniert.According to this solution, a device can be created that has a high efficiency and for Achieving a sufficient centrifugal force with relatively low drive speeds for the rotor gets by, which requires a correspondingly low drive power for the rotor. The application relatively lower Rotational speeds is possible because the working fluid of the device has a relatively high density and alternately passes through the gaseous and liquid state of aggregation. The working fluid can be trapped in the closed loop of the rotor with a high initial pressure. A Another important advantage is that there is no external compressor for compressing the working fluid is required because for the movement of the fluid in the closed loop on the principle of a thermodynamic pump is working. This means that there are no connecting lines to the rotor of the Device and the gas seals required for this, including the structural effort for their storage. From these structural simplifications it follows that the device according to the invention is simple and compact and can be manufactured at relatively low cost. This also results in the advantage of simplified maintenance of the device. The device works also independent of gravitation, so that it also works in space.

Die Vorrichtung ist nachstehend anhand der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigtThe device is described in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings explained. It shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung der eingangs erwähnten bekannten Vorrichtung,F i g. 1 a schematic representation of the known device mentioned at the beginning,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung,F i g. 2 a schematic representation of a device according to the invention,

F i g. 3 eine perspektivische schematische Ansicht der Vorrichtung nach Fi g. 2 mit teilweise weggebrochenen Teilen,F i g. 3 is a perspective schematic view of the device according to FIG. 2 with partially broken away Share,

Fig.4 ein Schema einer weiteren Vorrichtung nach der Erfindung,4 shows a diagram of a further device according to the invention,

F i g. 5 eine perspektivische schematische Ansicht der Vorrichtung nach F i g. 4 mit teilweise weggebrochenen Teilen,F i g. 5 is a perspective schematic view of the device according to FIG. 4 with partially broken away Share,

F i g. 6 und 7 grafische Darstellungen der qualitativen Änderungen der verschiedenen Arbeitsparameter der Vorrichtung nach den F i g. 2 und 3,F i g. 6 and 7 graphical representations of the qualitative changes in the various working parameters of the Device according to FIGS. 2 and 3,

Fig.8 und 9 schematische Darstellungen zweier weiterer Vorrichtungen nach der Erfindung,8 and 9 are schematic representations of two further devices according to the invention,

Fig. 10 einen Achsschnitt einer Vorrichtung nach der Erfindung,Fig. 10 is an axial section of a device according to the Invention,

Fig. 11 einen teilweisen schematischen Querschnitt nach der Linie 11-11 der F i g. 10,FIG. 11 is a partially schematic cross section along line 11-11 of FIG. 10,

Fig. 12 eine Teilansicht nach der Linie 12-12 der Fig. 10.Fig. 12 is a partial view taken along line 12-12 of Fig. 10.

Bei der bekannten Vorrichtung" nach F i g. 1 wird einIn the known device "according to FIG. 1, a

16 Ol 06216 Ol 062

in Lagern 12 abgestütztes, U-förmig gebogenes Rohr tO mit sehr hoher Drehzahl um eine Mittelachse 14 in Umdrehung versetzt, wie mit dem Pfeil 16 angezeigt ist. Komprimierte Luft wird am Einlaß 18 in das Rohr 10 eingeführt und bewegt sich im Rohr zwischen den Punkten 20 und 22 von der Achse 14 radial nach außen, wo sie durch die Zentrifugalkraft des rotierenden Rohres komprimiert und erwärmt wird. Während der Bewegung zwischen diesen Punkten wird die Luft durch Wasser gekühlt, welches Kühlschlangen durchströmt, so daß die Temperatur der Luft im wesentlichen konstant bleibt. Zwischen den Punkten 22 und 24 wird die Luft durch die Rohrrotation nicht beeinflußt. Während der Luftbewegung vom Punkt 24 zum Punkt 26 expandiert die Luft jedoch und kühlt sich wesentlich ab. Die abgekühlte Luft strömt dann zum weiteren Kühlen aus der Auslaßöffnung 28 des Rohres 10 aus.U-shaped bent tube tO supported in bearings 12 at a very high speed around a central axis 14 in Rotation offset, as indicated by arrow 16. Compressed air is introduced into tube 10 at inlet 18 inserted and moves in the pipe between points 20 and 22 radially outward from axis 14, where it is compressed and heated by the centrifugal force of the rotating tube. During the Movement between these points, the air is cooled by water, which flows through cooling coils, so that the temperature of the air remains essentially constant. Between points 22 and 24 there is air not influenced by the tube rotation. Expands as the air moves from point 24 to point 26 however, the air cools down considerably. The cooled air then flows out for further cooling the outlet opening 28 of the tube 10 from.

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung eines Teiles der vollständigen thermodynamischen Vorrichtung nach F i g. 3 und soll dazu dienen, die Erläuterung der Arbeitsprinzipien der Erfindung zu erleichtern.F i g. Figure 2 is a schematic representation of a part the complete thermodynamic device according to FIG. 3 and is intended to provide an explanation of the To facilitate working principles of the invention.

Der Aufbau, der die Führung für die arbeitende Flüssigkeitsströmung nach F i g. 2 definiert, besteht aus einer Welle 30 mit hohlem Strömungskanal 32 für die Arbeitsflüssigkeit und vollen Endteilen 34 und 36. Mehrere Rohre, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 37 angedeutet sind, werden an den entgegengesetzten Enden des zentralen Kanals 32 der Welle 30 angeschlossen. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist jedoch in F i g. 2 nur ein solches Rohr gezeigt.The structure that guides the working fluid flow according to FIG. 2 defined, consists of a shaft 30 with a hollow flow channel 32 for the working fluid and full end portions 34 and 36. Several tubes, which are indicated by the general reference numeral 37, are connected to the opposite Ends of the central channel 32 of the shaft 30 connected. To simplify the drawing is however, in FIG. 2 only one such tube is shown.

Das Rohr 37, welches aus einem geeigneten, thermisch leitendem Material hergestellt ist, enthält einen ersten Abschnitt 38, der radial vom linken Ende des Kanals 32 nach außen verläuft, und einen zweiten Abschnitt 40, der zurück zur Drehachse 41 der Welle 30 mit einem spitzen Winkel zur Achse verläuft. Ein v/eiterer Abschnitt 42 verläuft radial zur Achse 41, ein weiterer Abschnitt 44 parallel zur Achse 41 und ein anschließender Abschnitt 46 mit einem spitzen Winkel zur Achse 41 nach außen. Ein Abschnitt 48 schließt sich dann radial nach innen zur Achse 41 gerichtet an, und ein abschließender Abschnitt 50 verläuft mit einem spitzen Winkel zur Achse 41 und kommuniziert mit dem rechten Ende des Kanals 32.The tube 37, which is made of a suitable thermally conductive material, contains a first portion 38 extending radially outward from the left end of the channel 32 and a second Section 40 which runs back to the axis of rotation 41 of the shaft 30 at an acute angle to the axis. A A further section 42 runs radially to the axis 41, a further section 44 parallel to the axis 41 and a adjoining section 46 at an acute angle to the axis 41 to the outside. A section 48 closes then directed radially inward to the axis 41, and a terminal portion 50 extends with a acute angle to the axis 41 and communicates with the right end of the channel 32.

Der Kanal 32 und das Rohr 37, welches die Enden des Kanals verbindet, bilden eine geschlossene Schleifenführung zur Aufnahme des Arbeitsmediums. Die Rohrabschnitte 38,40 und 42 bilden eine thermodynamische Pumpe 51, durch die die Flüssigkeit in Richtung der angezeigten Pfeile durch die Leitung gepumpt wird, und die Rohrabschnitte 46, 48 und 50 bilden einen Kühlabschnitt 53, der nach demselben Prinzip arbeitet, wie die bekannte Vorrichtung nach F i g. 1.The channel 32 and the tube 37, which connects the ends of the channel, form a closed loop guide for taking up the working medium. The pipe sections 38, 40 and 42 form a thermodynamic one Pump 51, which pumps the liquid through the line in the direction of the indicated arrows, and the pipe sections 46, 48 and 50 form a cooling section 53, which works on the same principle, like the known device according to FIG. 1.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Arbeitsflüssigkeit vorzugsweise ein Gas mit einer Dichte, die gegenüber der Dichte von Luft verhältnismäßig hoch ist. Geeignete Gase hoher Dichte sind in der Technik bekannt. Zum Beispiel kann jedes der Gefriermittel aus Fluorchlormethan und Fluorchloräthan bestehen, wie es beispielsweise unter dem Warenzeichen »FREON« durch die Firma Dupont vertrieben wird und eine Dichte besitzt, die mehrfach größer ist als die Dichte der Luft unter üblichen Bedingungen und welches sehr geeignet ist, als Arbeitsflüssigkeit im vorliegenden Fall zu dienen. Wie im einzelnen nachstehend erläutert wird, reduziert die Verwendung von Flüssigkeiten hoher Dichte die Drehzahl erheblich, mit der die Schleife umlaufen muß.In one embodiment of the invention, the working fluid is preferably a gas with a Density, which is relatively high compared to the density of air. Suitable high density gases are in the Technology known. For example, any of the freezing agents can be selected from fluorochloromethane and fluorochloroethane exist, for example under the trademark "FREON" by the Dupont company is marketed and has a density that is several times greater than the density of air under usual Conditions and which is very suitable to serve as working fluid in the present case. As As discussed in detail below, the use of high density liquids reduces the The speed at which the loop must rotate is considerable.

Das thermodynamische System nach F i g. 2 arbeitet folgendermaßen: Die Welle 30 wird um die Achse 41 in Umdrehung versetzt, wie durch den Pfeil 52 angedeutet ist. Die durch die Drehung entstehende Zentrifugalkraft komprimiert die Flüssigkeit im Abschnitt 38. Der Abschnitt 38 ist so isoliert, daß das Gas in ihm im wesentlichen adiabatisch komprimiert wird, d. h. ohne Aufnahme oder Verlust von Wärme durch die Wandungen.The thermodynamic system according to FIG. 2 works as follows: The shaft 30 is about the axis 41 in Rotation offset, as indicated by arrow 52. The centrifugal force created by the rotation compresses the liquid in section 38. Section 38 is insulated so that the gas in it im is substantially adiabatically compressed, d. H. without absorption or loss of heat by the Walls.

ίο Die Änderungen im Gasdruck und Volumen sind qualitativ in F i g. 7 dargestellt. Der Ausgangspunkt im Diagramm nach F i g. 7 liegt im gleichen Abstand R\ von der Achse 41 wie die Mitte des Rohrteiles 44. An diesem Punkt sind der Gasdruck und die Temperatur im Rohr 38 P\ und 71. Auf einem größeren Radius R2 ist das Gas auf einem Druck P2 komprimiert, und der Gasdruck ist um den Betrag AP₁₁ angestiegen. Wie in Fig.6 gezeigt ist, die qualitativ die Änderungen der Gastemperatur mit dem Leitungsradius R erläutert, ist die Temperatur T2 am Radius /?2 ebenfalls wesentlich oberhalb der Temperatur Ti angestiegen, und zwar wegen der Kompression des Gases.ίο The changes in gas pressure and volume are qualitative in F i g. 7 shown. The starting point in the diagram according to FIG. 7 lies at the same distance R \ from the axis 41 as the center of the pipe part 44. At this point the gas pressure and the temperature in the pipe 38 are P \ and 71. On a larger radius R2 the gas is compressed to a pressure P2 , and the gas pressure has increased by the amount AP ₁₁ . As shown in FIG. 6, which qualitatively explains the changes in the gas temperature with the line radius R , the temperature T2 at the radius /? 2 has also risen significantly above the temperature Ti, namely because of the compression of the gas.

Sobald das Gas im Abschnitt 40 zurück zur Achse 41 strömt, fällt der Gasdruck ab, sobald sich der radiale Abstand verringert. Gleichzeitig tendiert die Temperatur des Gases zum Absinken, und zwar wegen der Expansion des Gases, und dies vermindert die Expansion, verglichen mit dem isothermischen Fall. Es wird jedoch dem Gas aus einer Wärmequelle 54 Wärme zugeführt, so daß das Gas isothermisch expandiert und eine geringere Dichte aufweist, als es sonst haben würde. Der Winkel, um den der Rohrabschnitt 40 zur Achse 41 geneigt ist, wird auf einen solchen Wert eingestellt, daß durch die Menge der durch die Wärmequelle 54 zugesetzten Wärme die Temperatur im Gas entlang der ganzen Länge des Rohrabschnittes 40 konstant gehalten wird, womit eine isothermische Expansion des Gases entlang des Abschnittes 40 erreicht wird. Obgleich das Rohr 40 in F i g. 2 gerade ausgebildet dargestellt ist, ist es verständlich, daß auch ein zusammengesetztes Bogenprofil vorgesehen werden kann, um zu gewährleisten, daß die Expansion des Gases an allen Punkten entlang des Abschnittes 40 isothermisch verläuft. Die adiabatischen Änderungen im Zustand des Gases sind in den Fig.6 und 7 mit den Bezugszeichen A und die isothermischen Änderungen mit den Bezugszeichen /gekennzeichnetAs soon as the gas flows back to the axis 41 in section 40, the gas pressure drops as soon as the radial distance decreases. At the same time, the temperature of the gas tends to decrease due to the expansion of the gas, and this reduces the expansion compared with the isothermal case. However, heat is added to the gas from a heat source 54 so that the gas expands isothermally and has a lower density than it would otherwise have. The angle at which the pipe section 40 is inclined to the axis 41 is set to such a value that the temperature in the gas is kept constant along the entire length of the pipe section 40 by the amount of heat added by the heat source 54, thus being isothermal Expansion of the gas along section 40 is achieved. Although the tube 40 in FIG. 2 is shown straight, it will be understood that a composite arched profile can also be provided to ensure that the expansion of the gas is isothermal at all points along the section 40. The adiabatic changes in the state of the gas are indicated in FIGS. 6 and 7 with the reference symbols A and the isothermal changes with the reference symbols /

Der Rohrabschnitt 42 verläuft von einem Radius R3 zum Radius R\ in Richtung zur Achse 41. Die Rohrabschnitte 42 und 44 sind isoliert, so daß die Expansion des Gases in ihnen adiabatisch verläuft. Wird nun wieder auf Fig.6 und 7 Bezug genommen, so besitzt das Gas am innersten Ende des Abschnittes 42 einen Druck Pa und eine Temperatur 73. Die unterschiedlichen Dichten des Gases in Abschnitten 38 und 40—42 ergeben eine Druckdifferenz, die durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Gassäulen erheblich vergrößert wird. Der Druck P₄ ist geringer als der Druck Pi am äußersten Ende des Abschnittes 38, und zwar um eine Größe AP₃ minus APb (Fig.7). Diese Druckdifferenz ist der Pumpendruck, der durch die Pumpeinheit 51 erzeugt wird.The pipe section 42 extends from a radius R3 to the radius R \ in the direction of the axis 41. The pipe sections 42 and 44 are insulated so that the expansion of the gas takes place adiabatically in them. Referring again to FIGS. 6 and 7, the gas at the innermost end of section 42 has a pressure Pa and a temperature 73. The different densities of the gas in sections 38 and 40-42 result in a pressure difference which, as a result of the action the centrifugal force on the gas columns is increased considerably. The pressure P ₄ is less than the pressure Pi at the outermost end of the section 38, by an amount AP ₃ minus APb (FIG. 7). This pressure difference is the pump pressure that is generated by the pump unit 51.

Die Temperatur T3 des Gases im Abschnitt 44 ist vorzugsweise etwa gleich der des umgebenden Mediums. Im Abschnitt 46 wird das Gas wieder komprimiert, aber durch Wärmeübergang an das umgebende Medium gekühlt, so daß seine Temperatur im wesentlichen konstant gehalten wird, z. B. innerhalb der Grenzen vonThe temperature T3 of the gas in section 44 is preferably about the same as that of the surrounding medium. In section 46 the gas is compressed again, but cooled by heat transfer to the surrounding medium, so that its temperature is essentially is kept constant, e.g. B. within the limits of

16 Ol16 Ol

5 bis 10% der Temperatur T₃. Somit wird das Gas, wie in Fig.6 und 7 angedeutet ist, an einem Radius R₄ auf einen höheren Druck Ps isothermisch komprimiert. Anstelle von Luft kann Wasser oder eine andere Flüssigkeit als Kühlmittel verwendet werden, wie es in der Technik bekannt ist.5 to 10% of the temperature T ₃ . Thus, as indicated in FIGS. 6 and 7, the gas is isothermally compressed at a radius R ₄ to a higher pressure Ps. Instead of air, water or some other liquid can be used as a coolant, as is known in the art.

Das Gas wird dann adiabatisch im Abschnitt 48 auf einen geringeren Druck P₆ und eine tiefere Temperatur T4 expandiert. Im Abschnitt 50 expandiert das Gas weiter isothermisch und strömt durch den axialen Kanal 32 und kehrt dann auf den Anfangsdruck und die Anfangstemperatur P\ und 71 zurück. Die Abschnitte 32 und 48 sind isoliert, um adiabatische Zustände herzustellen. Die Expansion im Abschnitt 40 wird im wesentlichen isothermisch durchgeführt, und zwar durch Abziehen von Wärme aus dem umgebenden Medium und durch Wärmeübertragung auf das Gas. Der Pfeil 56 zeigt die Strömung der umgebenden Luft entweder zur oder weg von der Achse 41 und in Berührung mit dem Abschluß 50 an, womit der «₂o gewünschte Wärmeübergang hervorgerufen wird. Die kalte Luft wird dann zur Luftkühlung oder zur Kühlung allgemein in gewünschter Weise verwendet.The gas is then expanded adiabatically in section 48 to a lower pressure P ₆ and a lower temperature T4. In section 50 the gas expands further isothermally and flows through the axial channel 32 and then returns to the initial pressure and the initial temperature P1 and 71. Sections 32 and 48 are isolated to establish adiabatic conditions. The expansion in section 40 is carried out essentially isothermally, namely by removing heat from the surrounding medium and by transferring heat to the gas. The arrow 56 shows the flow of the surrounding air, either with which the _"2 o desired heat transfer is caused to or away from the axis 41 and in contact with the closure 50 at. The cold air is then used for air cooling or for cooling in general in a desired manner.

Es ist festzustellen, daß im Abschnitt 46 ein positiver Druck im Gas geschaffen wird und ein negativer oder Rückdruck in den Abschnitten 48 und 50, und zwar infolge der abweichenden Gasdichten, hervorgerufen durch die Zentrifugalkraft. Der negative oder Rückdruck ist größer als der positive oder Vorwärtsdruck. Dieses Übermaß an Rückdruck versucht dem Vorwärtsdruck, erzeugt durch den Pumpenabschnitt 51, entgegenzuwirken und versucht somit der Flüssigkeitsströmung in der Leitung entgegenzuarbeiten. Der Vorwärtspumpendruck ist jedoch immer größer als der Rückdruck, und das Gas strömt durch die geschlossene Schleife in Richtung der Pfeile nach F i g. 2. Der Vorgang ist thermodynamisch reversibel, womit seine hohe Leistungsfähigkeit angedeutet ist.It should be noted that in section 46 a positive pressure is created in the gas and a negative or Back pressure in sections 48 and 50 caused by the different gas densities by centrifugal force. The negative or back pressure is greater than the positive or forward pressure. This excess of back pressure tries to counteract the forward pressure generated by the pump section 51 and thus tries to counteract the flow of liquid in the line. The forward pump pressure however, it is always greater than the back pressure, and the gas flows through the closed Loop in the direction of the arrows in FIG. 2. The process is thermodynamically reversible, which means its high performance is indicated.

Die Vorrichtung und das beschriebene Verfahren können sowohl zum Erwärmen als auch zum Kühlen verwendet werden. Zum Beispiel könnte in einem Haushaltsheizsystem die Wärmequelle der Haushaltsofen sein, wobei das kalte Ende der Vorrichtung mit der Luft außerhalb des Hauses kommuniziert, und die Wärmeverteilung beim isothermischen Komprimieren der Arbeitsflüssigkeit im Abschnitt 46 könnte dazu benutzt werden, die Luft im Haus zu erwärmen. Ein solches System würde diejenige hohe thermodynamische Leistungsfähigkeit aufweisen, welche in bisherigen Systemen fehlt, ohne daß eine außergewöhnliche Kompliziertheit vorliegt. Andere Anordnungen, die die Erfindung zum Erwärmen benutzen, können entsprechend der bekannten Technik vorgesehen sein.The device and the method described can be used both for heating and for cooling be used. For example, in a domestic heating system, the heat source could be the domestic oven, with the cold end of the device connected to the Air communicates outside the house, and the heat distribution when compressing isothermally the working fluid in section 46 could be used to heat the air in the house. A Such a system would have the same high thermodynamic efficiency as in previous Systems are absent without any undue complexity. Other arrangements that the Using the invention for heating can be provided according to the known technique.

Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß der maximale Radius des Rotors verhältnismäßig klein sein kann (z. B. 5 bis 10 cm), auch dann, wenn die Drehzahl der Vorrichtung niedrig ist (z. B. 1000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute). Die Höhe der durch die Vorrichtung erzeugten Kompression ist eine Funktion des maximalen Radius der Strömungsleitung und der Dichte der Arbeitsflüssigkeit. Durch die Verwendung einer Arbeitsflüssigkeit hoher Dichte, z. B. FREON-Gase, werden die geforderten Drehzahlen und der maximale Leitungsradius auf ein Minimum herabgesetzt. Tatsächlich wird die Drehzahl durch die Erfindung in den Bereich der möglichen Praxis gebracht, indem die erforderliche Drehzahl von 100 000 bis 200 000 Umdrehungen pro Minute, wie sie früher erforderlich war, in die Nähe von 1000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute reduziert wird. Ein wichtiger Vorteil dieser Drehzahlreduzierung besteht darin, daß die Wärme in das Drehsystem oder aus dem Drehsystem durch einfache Rippen anstatt durch komplizierte Flüssigkeitsleitungssysteme zugeführt wird, die früher erforderlich waren. Die Rippen bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die zur Verwendung als Gebläseflügel passend ist, um Gase außerhalb der drehenden Anordnung durch die Führungen für kalte und warme Luft zu bewegen. Weiterhin werden durch das Vorsehen einer geschlossenen Schleifenleitung, welche vollständig innerhalb der drehenden Vorrichtung enthalten ist, störende Abdichtungen nicht mehr erforderlich, um die Arbeitsflüssigkeit in das rotierende System einzuleiten oder abzuleiten. Dies erspart erheblich an Aufbauteilen, an Erhaltung und Kosten für die Vorrichtung und macht es möglich, Arbeitsflüssigkeiten hoher Dichte zu verwenden und sie in der geschlossenen Schleife mit verhältnismäßig hohem Druck einzuschließen.It is an advantage of the invention that the maximum radius of the rotor can be relatively small (e.g. 5 to 10 cm), even if the speed of the device is low (e.g. 1000 to 3000 revolutions) per minute). The amount of compression produced by the device is a function of the maximum Radius of the flow line and the density of the working fluid. By using a working fluid high density, e.g. B. FREON gases, the required speeds and the maximum Line radius reduced to a minimum. In fact, the invention in the The range of possible practice brought by the required speed from 100,000 to 200,000 revolutions per minute, as it was previously required, in the vicinity of 1000 to 3000 revolutions per minute is reduced. An important advantage of this speed reduction is that the heat in the Rotary system or from the rotary system through simple ribs instead of complicated fluid line systems that were previously required. The ribs move at a speed suitable for use as a fan blade to circulate gases outside the rotating assembly through the Moving guides for cold and warm air. Furthermore, by providing a closed Loop line, which is completely contained within the rotating device, interfering seals no longer required to introduce the working fluid into the rotating system or derive. This saves a considerable amount of structural parts, maintenance and costs for the device and makes it possible to use high density working fluids and keep them in the closed loop with to include relatively high pressure.

Die vollständige thermodynamische Vorrichtung nach F i g. 3 besteht aus einem Rotoraufbau 58 und einem schematisch angedeuteten Rotor 60, der den Rotor 58 antreibt. Geeignete Lager sind an den Enden 34 und 36 der zentralen Welle 30 vorgesehen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Motor 60 nicht sehr stark zu sein braucht, da seine einzige Funktion nach dem Antrieb des Rotors 58 auf seine Arbeitsdrehzahl darin besteht, den Rotor auf diese erreichte Drehzahl zu halten und die Gebläseflügel anzutreiben, die am Rotor befestigt sind. Die Aufrechterhaltung der Rotordrehzahl erfordert nur eine sehr kleine Leistung des Motors, da die Energiequelle für das thermodynamische System die Wärmequelle 54 und nicht etwa der Motor ist.The complete thermodynamic device according to FIG. 3 consists of a rotor assembly 58 and a schematically indicated rotor 60 which drives the rotor 58. Suitable bearings are on the ends 34 and 36 of the central shaft 30 are provided. Another advantage of the invention is that the Motor 60 does not need to be very powerful, since its only function is to drive rotor 58 its working speed consists in keeping the rotor and the fan blades at this speed to drive, which are attached to the rotor. Maintaining the rotor speed requires only one very large low power of the engine, since the energy source for the thermodynamic system is the heat source 54 and not about the engine.

Wie sich aus F i g. 3 ergibt, sind die vom Gas durchströmten Rohre 37 symmetrisch zur Drehachse 41 angeordnet. In F i g. 3 ist schematisch angedeutet, daß drei Paar gegenüberliegender Rohre 37 (6 getrennte Rohre) in der Vorrichtung vorgesehen sind. Die Zahl der einzelnen Rohre ist jedoch wählbar.As can be seen from FIG. 3 shows, the tubes 37 through which the gas flows are symmetrical to the axis of rotation 41 arranged. In Fig. 3 it is indicated schematically that three pairs of opposing tubes 37 (6 separate Pipes) are provided in the device. However, the number of individual tubes can be selected.

Jedes Rohr 37 ist an jedem Ende in einer Rohrverzweigung 67 befestigt, die auf der Außenseite der Welle 30 befestigt ist. Jedes Rohr kommuniziert mit dem Kanal 32 mittels eines gesonderten Einlasses 64 in der Wandung der Welle 30. Die Dicke der Wandung der Welle 30 ist verhältnismäßig groß gemacht, um ihr eine ausreichende Aufbaufestigkeit trotz der Schwächung durch die Einlasse 64 zu erteilen.Each pipe 37 is attached at each end in a manifold 67 which is on the outside the shaft 30 is attached. Each tube communicates with channel 32 by means of a separate inlet 64 in FIG the wall of the shaft 30. The thickness of the wall of the shaft 30 is made relatively large to give her a to give sufficient structural strength despite the weakening by the inlets 64.

Der Rotor 68 besteht aus einem ersten Gehäuseabschnitt 66, vorteilhaft aus Metall, der um den Pumpenteil 51 des Aufbaues herumläuft und gegen die Gasstromleitungen mittels einer Isolation 68 an allen Stellen mit Ausnahme des Abschnittes 40 isoliert ist. Das Metall des Gehäuses stellt einen innigen Kontakt mit dem Metall des Abschnittes 40 her. Mehrere radiale wärmeübertragende Rippen 70 verlaufen von der Außenfläche des Gehäuseabschnittes 66 nach außen.The rotor 68 consists of a first housing section 66, advantageously made of metal, around the pump part 51 of the structure runs around and against the gas flow lines by means of an insulation 68 at all points Except for section 40 is isolated. The metal of the housing makes intimate contact with the metal of section 40 ago. A plurality of radial heat transferring fins 70 extend from the outer surface of the Housing portion 66 to the outside.

Eine stationäre Gasführungsanordnung 74 ist auf einem geeigneten äußeren Tragrahmen montiert, jedoch nicht dargestellt. Die Führungsanordnung 74 besitzt ein erstes Ringführungsglied 76, welches um das Gehäuse 66 herumläuft und einen verhältnismäßig großen Abstand von dem Gehäuse aufweist. Rechts der Platte 76 befindet sich ein Isolierglied 78, ebenfalls in Ringform, welches sich den Konturen eines äußeren Abschnittes 80 aus Isoliermaterial dicht anpaßt, welcher die Rohrabschnitte 42 und 44 abdeckt. Heiße Luft oderA stationary gas guide assembly 74 is mounted on a suitable external support frame, but not shown. The guide assembly 74 has a first ring guide member 76 which is around the Housing 66 runs around and has a relatively large distance from the housing. Right the Plate 76 is an insulating member 78, also in the form of a ring, which is the contours of an outer Section 80 of insulating material fits tightly, which covers the pipe sections 42 and 44. Hot air or

709 518/8709 518/8

16 Ol 06216 Ol 062

ίοίο

ein anderes Gas wird zwischen der Isolierung 78 und der Platte 76 eingeführt und strömt zu den Rippen 70. Die Rippen 70 besitzen Durchbohrungen 72, die mit Abstand auf dem Umfang vorgesehen sind, welche die erhitzte Luft drosseln und diese Luft von einer Rippe zur nächsten leiten und die Luft radial nach außen drücken, nachdem deren Wärme auf die Rohrabschnitte 40 im Rotor übertragen worden ist. Die Konstruktion 74 enthält eine weitere Ringplatte 82 mit Abstand rechts von der Isolierung 78, welche kalte Luft zu mehreren Rippen 84 mit Durchbohrungen leitet, die auf der Außenseite eines weiteren Metallgehäuses 86 befestigt sind, welches sich mit dem Teil 46 der Gasführungsleitung in inniger Berührung befindet. Die kalte Luft wird durch die Bohrungen der Rippen von einer zur nächsten Rippe weitergeleitet und nach außen abgenommen, nachdem Wärme an die Luft abgegeben worden ist. Ein weiteres Metallgehäuse 87 befindet sich in inniger Berührung mit den Abschnitten 50 der Gasführungsrohre, während der Rohrabschnitt 48 mittels der Isolation 88 isoliert ist. Mehrere Rippen 84 laufen vom Gehäuse 86 aus. Ein weiterer Isolierring 91 erstreckt sich um die Isolierung 88 herum und in unmittelbarer Nähe dieser Isolierung. Der Ring 91 trennt die Rippen 84 von den Rippen 90, um die Gasströme zu und weg von den Rippensätzen gegeneinander zu isolieren. Jede Rippe 90 besitzt mehrere einwärtsgebogene Flügelteile 92, die als Gebläseflügel arbeiten, um die kalte Luft vorwärts zu treiben, wie mit den Pfeilen 94 angedeutet ist. Warme Luft wird zu den Rippen 90 aus der Atmosphäre angesaugt, wird gekühlt infolge der Berührung mit den kalten Rohrteilen 50 und den Rippen 92 und wird dann durch die Gebläseflügel 92 nach außen getrieben. Wie in der Technik bekannt ist, können hier viele andere Formen von wärmeaustauschenden Rippen verwendet werden, und die Gasströme können in gewünschter Weise geleitet werden.another gas is introduced between the insulation 78 and the plate 76 and flows to the ribs 70. The Ribs 70 have through bores 72 which are provided at a distance on the circumference, which the choke heated air and direct this air from one rib to the next and the air radially outwards press after their heat has been transferred to the pipe sections 40 in the rotor. The construction 74 contains another ring plate 82 spaced to the right of the insulation 78, which cold air to several Ribs 84 with through-holes that are attached to the outside of another metal housing 86 are, which is in intimate contact with part 46 of the gas guide line. The cold air will passed through the bores of the ribs from one rib to the next and removed to the outside, after heat has been released into the air. Another metal housing 87 is in more intimate Contact with the sections 50 of the gas guide tubes, while the tube section 48 by means of the insulation 88 is isolated. A plurality of ribs 84 extend from the housing 86. Another insulating ring 91 extends around the Insulation 88 around and in close proximity to that insulation. The ring 91 separates the ribs 84 from the Ribs 90 to isolate the gas flows to and from the rib sets from one another. Each rib 90 has a plurality of inwardly curved blade parts 92 which function as fan blades to forward the cold air drive, as indicated by the arrows 94. Warm air becomes the fins 90 from the atmosphere sucked, is cooled due to contact with the cold pipe parts 50 and the fins 92 and then becomes driven outward by fan blades 92. As is known in the art, many others can do this Forms of heat exchanging fins can be used, and the gas flows can be in desired Way to be directed.

Die Vorrichtung nach F i g. 3 ist in idealer Weise zur Luftkonditionierung oder Luftkühlung geeignet und ist besonders in den Fällen wertvoll, in denen eine Wärmequelle bereits zur Verfügung steht, wie es z. B. in Automobilen oder ähnlichen Fällen der Fall ist. Die Wärme kann von dem Motor des Automobils abgenommen werden, und die von der Vorrichtung abgegebene warme Luft kann aus dem Fahrzeug ausgestoßen werden. Die zu kühlende Luft wird aus dem Inneren oder außerhalb des Fahrzeuges abgenommen, gekühlt und dann im Fahrzeug in Umlauf gebracht. Somit wird ein einfacher, kompakter, in sich geschlossener und verhältnismäßig billiger Automobilluftkühler erreicht.The device according to FIG. 3 is ideally suited for air conditioning or air cooling and is especially valuable in cases where a heat source is already available, such as Am Automobiles or similar cases. The heat can come from the engine of the automobile can be removed, and the warm air given off by the device can be removed from the vehicle be expelled. The air to be cooled is taken from inside or outside the vehicle, cooled and then put into circulation in the vehicle. Thus, a simpler, more compact, more self-contained and relatively cheap automotive air coolers.

Die Radien, die Drehzahl, der Anfangsdruck, mit dem die Flüssigkeit in der Vorrichtung eingeschlossen ist, und die Wahl der Arbeitsflüssigkeit können vorteilhaft sehr schnell variiert werden, um die Arbeitsweise der Vorrichtung speziellen Zwecken anzupassen. Die Arbeitsflüssigkeit soll in gewünschter Weise so gewählt werden, daß sie sich bei den gewählten Drehzahlen und Radien nicht verflüssigt. Jedoch bei den Ausführungen nach den F i g. 4,5 und 8 werden das Gas, die Radien und die Drehzahl so gewählt, daß sie in überlegter Weise ein Flüssigwerden des Arbeitsgases hervorrufen.The radii, the speed, the initial pressure with which the liquid is trapped in the device, and the choice of working fluid can advantageously be varied very quickly to suit the working method of the Adapt device for special purposes. The working fluid should be chosen in the desired manner that it does not liquefy at the selected speeds and radii. However, with the executions according to the F i g. 4,5 and 8, the gas, the radii and the speed are chosen so that they can be considered in a well-considered manner Make the working gas liquid.

In der Vorrichtung 100 nach F i g. 4 und 5 wird das Kühlgas, vorzugsweise FREON ausgewählt, um bei einem gewählten Druck und einer gewählten Temperatur sich zu verflüssigen, und der maximale Radius der Strömungsleitung und die Drehzahl des Rotors werden so gewählt, daß sie das Gas bei einem gegebenen Radius verflüssigen, während es im gasförmigen Zustand an der Achse erhalten bleibt.In the device 100 according to FIG. 4 and 5 the cooling gas, preferably FREON, is selected to be used in a selected pressure and a selected temperature to liquefy, and the maximum radius of the Flow line and the speed of rotation of the rotor are chosen so that they move the gas at a given radius liquefy, while it remains in the gaseous state on the axis.

Unter Bezugnahme zunächst auf das Schema nach F i g. 4 enthält die Vorrichtung 100 ein axiales Rohr 102, welches an seinen offenen Enden mit mehreren radialen Leitungen kommuniziert, die von der Drehachse 104 des Rohres 102 nach außen verlaufen und mit Behältern in Nähe der äußersten Fläche der Vorrichtung kommunizieren. Aus Vereinfachungsgründen ist nur ein Satz ίο Leitungen und Behälter in F i g. 4 dargestellt.With reference first to the scheme of FIG. 4, the device 100 includes an axial tube 102, which communicates at its open ends with a plurality of radial lines extending from the axis of rotation 104 of the Tube 102 extend outwardly and communicate with containers near the outermost surface of the device. For the sake of simplicity, only one set of lines and containers is shown in FIG. 4 shown.

Das Gas im axialen Rohr 102 strömt in eine erste radiale Leitung oder einen Kanal 106, und wegen der hohen Dichte des Gases, des Radius und der Drehzahl der Vorrichtung und der Art des verwendeten Gases verflüssigt sich das Gas an irgendeinem Punkt des Kanals. Die Flüssigkeit strömt dann in einen Behälter oder eine Kammer 108, in der sie sich sammelt. Die Kammer 108 besitzt eine Außenfläche 111, die im allgemeinen parallel zur Drehachse 104 verläuft. Eine Wärmequelle 110 liefert Wärme gegen die Fläche 111, um die Flüssigkeit zu erwärmen und sie zum Kochen zu bringen und damit zurückzubringen in den gasförmigen Zustand. Die Kammer 108 sieht eine verhältnismäßig große äußere Wärmeübertragungsfläche 111 vor und einen verhältnismäßig großen Bereich der Flüssigkeitsfläche, durch die das Gas zum Kochen gebracht wird. The gas in the axial tube 102 flows into a first radial conduit or channel 106, and because of the high density of the gas, the radius and speed of rotation of the device and the type of gas used the gas liquefies at some point in the channel. The liquid then flows into a container or a chamber 108 in which it collects. The chamber 108 has an outer surface 111 which is in the runs generally parallel to the axis of rotation 104. A heat source 110 supplies heat against the surface 111, to heat the liquid and bring it to a boil and thus bring it back into the gaseous State. The chamber 108 provides a relatively large external heat transfer surface 111 and a relatively large area of the liquid surface through which the gas is brought to a boil.

Das aus der Kammer 108 verdampfte Gas strömt nach innen zur Achse 104 durch eine Leitung 114 und kühlt sich infolge der Expansion ab, die sich aus der Herabsetzung der auf das Gas einwirkenden Zentrifugalkraft ergibt. Das Gas strömt dann in eine weitere Leitung 116, die radial nach außen verläuft, und wird durch die Zentrifugalkraft wieder komprimiert und wieder verflüssigt. Die Flüssigkeit strömt aus der Leitung 116 in eine zweite Kammer 118 mit einer Außenfläche 120, die in Richtung der Achse 104 verläuft. Wärme wird aus der kondensierenden Flüssigkeit an der Fläche 120 abgezogen, und die Flüssigkeit strömt durch eine Expansionsdüse 120 in eine dritte Kammer 124.The gas vaporized from the chamber 108 flows inwardly to the axis 104 through a conduit 114 and cools down as a result of the expansion resulting from the decrease in the centrifugal force acting on the gas results. The gas then flows into another conduit 116, which extends radially outward, and becomes compressed again by centrifugal force and liquefied again. The liquid flows out of the Line 116 into a second chamber 118 with an outer surface 120 which runs in the direction of the axis 104. Heat is drawn from the condensing liquid at surface 120 and the liquid flows through an expansion nozzle 120 into a third chamber 124.

Infolge des Wärmeverlustes der Flüssigkeit in der Kammer 118 und deren Strömung durch die Expansionsdüse 120 verdampft ein Teil der Flüssigkeit als Gas in der Kammer 124, und ein Teil strömt durch die Düse 22 in flüssiger Form und sammelt sich bei 126 auf der Innenseite der Außenwandung 128 der Kammer 124. Wärme wird an der Fläche 128 aus der Flüssigkeit abgenommen, oder sie wird gekühlt, und die Flüssigkeit 126 verdampft und strömt durch den nach innen gerichteten radialen Kanal 130 zurück zur Leitung 102, womit der geschlossene Kreislauf vervollständigt ist. Die Verdampfung der Flüssigkeit in der Kammer 124 kühlt die Flüssigkeit 126 und die Fläche 128 underzeugt eine ausgezeichnete Kühlung.Due to the loss of heat from the liquid in chamber 118 and its flow through the expansion nozzle 120 vaporizes some of the liquid as a gas in chamber 124 and some flows through the nozzle 22 in liquid form and collects at 126 on the inside of the outer wall 128 of the chamber 124. Heat is drawn from the liquid at surface 128, or it is cooled, and the liquid 126 vaporizes and flows through the inwardly directed radial channel 130 back to the line 102, with which the closed cycle is completed. The evaporation of the liquid in chamber 124 cools the liquid 126 and surface 128 and produces excellent cooling.

Die Flüssigkeit und das Gas werden durch eine Pumpe durch den geschlossenen Kreislauf getrieben, wobei eine Pumpe zur Anwendung kommt, wie sie bei der Ausführung nach F i g. 2 und 3 Verwendung findet. Die Kanäle 106, 108 und 114 bilden einen Pumpenabschnitt. Die Flüssigkeit und das Gas im Kanal 106 besitzen eine weit größere Dichte als das Gas im Kanal 114. Somit werden die durch die Zentrifugalkraft auf die Flüssigkeiten im Kanal 106 ausgeübten Drücke die Drücke des Gases im Kanal 114 weit übersteigen, und die sich ergebende Druckdifferenz pumpt die Flüssigkeiten durch den geschlossenen Kreislauf.The liquid and the gas are driven through the closed circuit by a pump, where a pump is used as it is in the embodiment according to FIG. 2 and 3 is used. The channels 106, 108 and 114 form a pump section. The liquid and gas in channel 106 have a much greater density than the gas in the channel 114. Thus, the centrifugal force on the Liquids in the channel 106 exerted pressures far exceed the pressures of the gas in the channel 114, and the resulting pressure difference pumps the liquids through the closed circuit.

Diese Ausführungsform der Erfindung hat einen Vorteil, indem die Außenflächen 111, 120 und 128 der Flüssigkeitskammern 108,118 und 124 verhältnismäßigThis embodiment of the invention has an advantage in that the outer surfaces 111, 120 and 128 of the Liquid chambers 108, 118 and 124 relative

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große Flächenbereiche bilden, durch die der maximale Wärmeübergang erreicht wird. Der Wärmeübergang wird weiter durch die Tatsache verbessert, daß sich jede Fläche mit einer Flüssigkeit in Kontakt befindet, die mit großer Kraft gegen diese Fläche geschleudert wird. Die S Flüssigkeit leitet Wärme sehr viel besser als ein Gas. Eine Isolation der Kanäle und der Kammern ist an allen Stellen vorgesehen, an denen ein Wärmeübergang nicht spezifisch gewünscht wird, um somit die Leistung der Vorrichtung auf ein Maximum zu bringen. ι οForm large areas through which the maximum heat transfer is achieved. The heat transfer is further enhanced by the fact that each surface is in contact with a liquid that is in contact with great force is thrown against this surface. The liquid conducts heat much better than a gas. Insulation of the channels and the chambers is provided at all points where there is no heat transfer is specifically desired so as to maximize the performance of the device. ι ο

Die Kammern 108 und 124 befinden sich nach F i g. 4 auf einem größeren Radius als die Kammer 118. Dies ist nur zur Erläuterung durchgeführt worden, um zu zeigen, daß die radiale Lage jeder Kammer 108, 118 und 124 eingestellt werden kann, wie es für den besonderen thermodynamischen Zweck gefordert wird, zu dem die Einrichtung eingesetzt werden soll.The chambers 108 and 124 are located according to FIG. 4 on a larger radius than chamber 118. This is has been performed for illustration only to show that the radial location of each chamber 108, 118 and 124 can be adjusted as required for the particular thermodynamic purpose for which the Facility is to be used.

Die Konstruktion der vollständigen thermodynamischen Einrichtung ist in Fig.5 dargestellt und enthält eine Anzahl radialer Abstandsglieder 132, vorzugsweise ,20 aus thermisch isolierendem Material, von denen jedes mit einer Kante gegen das Rohr 102 stößt und sich nach außen zu den Außenflächen 111, 120 und 128 der Flüssigkeitskammer 108, 118 und 124 erstreckt. Die Abstandsglieder sind länger als das Rohr 102 und stoßen an ihren Enden gegen isolierende Abschlußplatten 134 und 136, von denen jede eine zentral gelagerte Welle 138 oder 140 aufweist. Dieser Aufbau trennt den Rotor wirksam in mehrere radiale Abteilungen (16 Abteilungen in der Vorrichtung nach F i g. 5), deren Querschnitt wie der Sektor eines Kreises profiliert ist. Die Trennglieder 132 sind so vorgesehen, daß die Flüssigkeit und die Gase in den Kanälen in radialer Richtung im Rotor nicht infolge von Coriolis-Kräften wirbeln. Ein Motor 142 treibt den Rotor 100 mit gewünschter Drehzahl an.The construction of the complete thermodynamic device is shown in Fig. 5 and contains a number of radial spacers 132, preferably 20 of thermally insulating material, each of which abuts with one edge against the tube 102 and extends outward to the outer surfaces 111, 120 and 128 of the Liquid chamber 108, 118 and 124 extends. The spacers are longer than tube 102 and butt at their ends against insulating end plates 134 and 136, each of which has a centrally mounted shaft 138 or 140. This structure effectively separates the rotor into several radial compartments (16 compartments in the device according to FIG. 5), the cross-section of which is profiled like the sector of a circle. the Separators 132 are provided so that the liquid and the gases in the channels in the radial direction Do not whirl the rotor as a result of Coriolis forces. A motor 142 drives the rotor 100 at a desired rate Speed.

Jedes Abstandsglied 132 besitzt vorzugsweise mehrere große Hohlräume 144, 146 und 148, um das Gewicht herabzusetzen und Zugang zum Füllen der Räume rund um die Strömungskanäle mit Isoliermaterial zu schaffen.Each spacer 132 preferably has a plurality of large cavities 144, 146 and 148 to support the weight and provide access to fill the spaces around the flow channels with insulating material.

Eine Rippe 150 mit Durchbohrungen und mehrere weitere Rippen 152 verlaufen von der Fläche 111 der Flüssigkeitskammer 108 nach außen. Jede Rippe 152 besitzt eine Reihe auf dem Umfang verteilter Bohrungen 154. Eine weitere Rippe 156 ohne Durchbohrungen ist an der am weitesten rechts liegenden Kante der Fläche 111 vorgesehen. Eine stationäre Luftführung ist durch ein Paar paralleler Ringplatten 158 und 160 hergestellt, die um die Einheit 100 in unmittelbarer Nähe der Mittelrippen auf der Fläche 111 verlaufen. Heiße Luft wird in die Führung zwischen den Platten 158 und 160 eingeleitet und strömt zwischen den Rippen mittels der Bohrungen in den Rippen und wird dann nach außen ausgestoßen, nachdem sie ihre Wärme an die Rippen abgegeben hat.A perforated rib 150 and several other ribs 152 extend from surface 111 of FIG Liquid chamber 108 to the outside. Each rib 152 has a series of bores distributed around the circumference 154. Another rib 156 with no through holes is on the rightmost edge of the Area 111 is provided. A stationary air guide is through a pair of parallel ring plates 158 and 160 which extend around the unit 100 in close proximity to the central ribs on the surface 111. Name is Air is introduced into the guide between plates 158 and 160 and flows between the ribs by means of the bores in the ribs and is then expelled outward after applying its heat to the ribs has submitted.

Mehrere andere radiale Rippen 162 mit Durchbohrungen verlaufen von der Außenfläche 120 der Kammer 118. Eine volle Rippe 166 liegt an der linken Kante der Fläche 120 und ist mit der Rippe 156 auf der Fläche 111 mittels der Isolierung 164 verbunden. Eine weitere Ringplatte 168 und eine Ringisolierung 170 führen kalte Luft zu den Rippen 162. Die Luft strömt durch die Bohrungen der Rippen nach außen, nachdem sie die Wärme der Rippen und der Fläche 120 absorbiert hat. Ein weiterer feststehender Ringisolator 171 verläuft um den Isolator 164 herum. Die Isolatoren 170 und 171 dienen dazu, benachbarte Rippen und die erwähnten Luftströmungen gegeneinander zu isolieren.Several other radial ribs 162 with through bores extend from the outer surface 120 of the chamber 118. A solid rib 166 lies on the left edge of surface 120 and is on surface 111 with rib 156 connected by means of insulation 164. Another ring plate 168 and ring insulation 170 lead cold Air to the ribs 162. The air flows out through the bores in the ribs after it has passed the Has absorbed heat from the fins and surface 120. Another fixed ring insulator 171 runs around it the isolator 164 around. The insulators 170 and 171 serve to adjacent ribs and the aforementioned To isolate air currents from each other.

Die Rippen 172 ragen von der Fläche 128 der Kammer 124 nach außen. Luft wird aus dem umgebenden Medium in die Rippen 172 angesaugt und wird in Richtung der Pfeile 173 mittels der Gebläseflügel 174 der Rippen 162 in der gleichen Weise nach außen geblasen, wie mit den Flügeln 92 der Rippen nach Fig.3. Die Rippen 172 leiten Wärme aus der umgebenden Luft in die Flüssigkeit 126 der Kammer 124, so daß die Luft gekühlt und die Flüssigkeit verdampft wird. Die kalte Luft wird dann zur Kühlung verwendet. Naturgemäß kann die Vorrichtung 100 auch zur Erwärmung benutzt werden, und zwar im wesentlichen in der gleichen Weise wie mit der Vorrichtung nach F i g. 2 und 3.The ribs 172 protrude outwardly from the surface 128 of the chamber 124. Air becomes from the surrounding medium is sucked into the ribs 172 and is in the direction of the arrows 173 by means of the fan blades 174 of the ribs 162 are blown outward in the same manner as with the wings 92 of the ribs after Fig. 3. The fins 172 conduct heat from the surrounding air into the liquid 126 of the chamber 124 so that the air is cooled and the liquid is evaporated. The cold air is then used for cooling used. Of course, the device 100 can also be used for heating, specifically in the essentially in the same way as with the device according to FIG. 2 and 3.

Ein weiterer Vorteil der Ausführung nach F i g. 4 und 5 besteht darin, daß sie einen erheblich größeren Gesamtbereich für die Wärmeübertragung auf dem gleichen Raumvolumen aufweist, der von der Ausführung nach F i g. 2 und 3 eingenommen wird. Die radialen Trennglieder 132 verbessern auch die Steifigkeit der Konstruktion.Another advantage of the embodiment according to FIG. 4 and 5 is that they are a considerably larger Total area for heat transfer on the same volume of space as that of the execution according to FIG. 2 and 3 is taken. The radial separators 132 also improve the rigidity of the Construction.

Die Ausführung nach F i g. 8 ist mit derjenigen nach Fig.4 und 5 identisch, mit der Ausnahme, daß eine Gaspumpeneinheit 175 ähnlich der Einheit 51 nach Fig. 2 die Flüssigkeitspumpeneinheit nach Fig.4 ersetzt. Insbesondere ersetzt ein winkeliger Kanal 176 und ein gerader Kanal 178 die Kammer 108 und den Kanal 114. Die Abstände der Kammern 118 und 124 von der Achse 104 können eingestellt werden, und zwar in Anpassung an die gewünschten thermodynamischen Arbeitsbedingungen. Die radialen Abmessungen der Pumpeneinheit 175 sind größer gemacht als diejenigen der Kammern 118 und 124, um den durch die Pumpeneinheit erzeugten Pumpendruck auf ein Maximum zu bringen. Jedoch die Arbeitsflüssigkeit, der Anfangsdruck und weitere Veränderliche sind so gewählt, daß die Arbeitsflüssigkeit in den Kanälen 106, 176 und 178 im wesentlichen im gasförmigen Zustand jederzeit verbleibt, trotz der Tatsache, daß die Flüssigkeit sich in der Kammer 118 verflüssigt, die einen kleineren Radius besitzen kann. Der Unterschied besteht darin, daß die Wärme in der Kammer 118 abgenommen wird und nicht im Pumpenabschnitt. Der Gaspumpenabschnitt erzeugt einen Druck, um die Flüssigkeit und das Gas durch den geschlossenen Kreis zu drücken, und zwar in derselben Weise wie zu F i g. 2 beschrieben ist.The embodiment according to FIG. 8 is identical to that of Figures 4 and 5, with the exception that one Gas pump unit 175 similar to unit 51 according to FIG. 2, the liquid pump unit according to FIG. 4 replaced. In particular, an angled channel 176 and a straight channel 178 replace chamber 108 and the Channel 114. The distances between chambers 118 and 124 from of the axis 104 can be adjusted, namely in adaptation to the desired thermodynamic Working conditions. The radial dimensions of the pump unit 175 are made larger than that of chambers 118 and 124 to maximize the pump pressure generated by the pump unit bring to. But the working fluid, the initial pressure and other variables are like that chosen that the working fluid in the channels 106, 176 and 178 is essentially in the gaseous state at all times, despite the fact that the liquid in the chamber 118 is liquefied, there remains one may have a smaller radius. The difference is that the heat in the chamber 118 is removed and not in the pump section. The gas pump section generates a pressure to reduce the pressure To push the liquid and the gas through the closed circuit, in the same way as in FIG. 2 is described.

Die F i g. 9 gibt eine weitere Ausführung der Erfindung wieder, die mit der Ausführung nach F i g. 2 und 3 identisch ist, mit der Ausnahme, daß ein verlängerter Leitungsabschnitt 180 parallel zum Axialabschnitt 32 zusammen mit mehreren thermisch leitenden Scheiben 182 vorgesehen ist, die durch eine Isolation 184 voneinander getrennt sind. Ebenfalls wird nur der Abschnitt 50 vom Abschnitt 180 zur Achse zurückgeführt, und der radiale Abschnitt 48 ist nicht vorgesehen. Somit erfolgt die Bewegung des Gases durch den Abschnitt 50 im wesentlichen isothermisch, um somit die Reversierbarkeit der Kühl- und Regenerativen Wärmeaustauschvorgänge beizubehalten. Das Gas im Abschnitt 180 führt seine Wärme zu gegenüberliegenden relativ kurzen Teilen des Rohres 32 über die gegenseitig isolierten Scheiben 182 und wird somit durch das Kühlen des Systems in einer thermischen Rückkopplungs- oder Regenerationsanordnung vorgekühlt. Dies läßt das Vorsehen von sehr niedrigen kalten Temperaturen im Abschnitt 50 zu und macht die thermodynamische Vorrichtung sehr wertvollThe F i g. 9 shows a further embodiment of the invention, which with the embodiment according to FIG. 2 and Fig. 3 is identical with the exception that an elongated conduit section 180 is parallel to the axial section 32 is provided together with a plurality of thermally conductive discs 182, which by a Isolation 184 are separated from each other. Likewise, only section 50 of section 180 becomes the axis returned, and the radial section 48 is not provided. Thus the movement of the gas takes place essentially isothermally through the section 50, thus ensuring the reversibility of the cooling and regenerative Maintain heat exchanges. The gas in section 180 supplies its heat opposite relatively short parts of the tube 32 via the mutually insulated washers 182 and is thus by cooling the system in a thermal feedback or regeneration arrangement pre-cooled. This allows for very low cold temperatures to be provided in section 50 and makes the thermodynamic device very valuable

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für die Verwendung zur Verflüssigung von Gasen oder für andere Zwecke, bei denen sehr niedrige Temperaturen erforderlich sind.for use to liquefy gases or for other purposes where very low temperatures required are.

Alternativ kann die Isolation in Form von Scheiben ausgebildet sein, und die Zwischenräume zwischen diesen Scheiben können entweder mit einer Flüssigkeit oder einem Gas als Wärmeleiter gefüllt sein. Radiale, nicht dargestellte Abstandselemente, wie z. B. die Elemente 132 nach F i g. 5, können verwendet werden, um eine Coriolis-Wirbelung der Flüssigkeiten in den Räumen zu verhindern. Die Flüssigkeiten erzeugen den Wärmeübergang zwischen den Abschnitten 180 und 32 anstatt der Scheiben. Die Flüssigkeiten sind vorzugsweise unterschiedlich von denen, die durch den geschlossenen Kreis strömen, und/oder werden auf einem unterschiedlichen Druck gehalten, um die Wärmeübertragung auf ein Maximum zu bringen.Alternatively, the insulation can be designed in the form of disks, and the spaces between these disks can be filled with either a liquid or a gas as a heat conductor. Radial, spacer elements not shown, such as. B. the elements 132 of FIG. 5, can be used to prevent Coriolis turbulence in the liquids in the rooms. The liquids create the Heat transfer between sections 180 and 32 instead of the discs. The liquids are preferred different from those that flow through the closed circuit, and / or are on one kept different pressure in order to bring the heat transfer to a maximum.

Einer der wichtigen Vorteile der Erfindung besteht darin, daß eine genügende Anzahl einstellbarer Parameter vorhanden ist, um zuzulassen, daß siqh der thermodynamische Betrieb so nahe wie möglich einem Carnot-Kreis anpaßt, der zwischen drei willkürlich gewählten Temperaturen arbeitet. Durch den Zusatz einer Mehrzahl thermisch leitender Abschnitte im geschlossenen Leitungssystem kann die Wärme isothermisch mit mehreren äußeren Behältern bei verschiedenen Temperaturen ausgetauscht werden.One of the important advantages of the invention is that a sufficient number of adjustable Parameter is in place to allow siqh the thermodynamic operation to be as close as possible to one Carnot cycle that works between three arbitrarily chosen temperatures. By adding a plurality of thermally conductive sections in the closed conduit system, the heat can be isothermal can be exchanged with multiple outer containers at different temperatures.

Viele unterschiedliche und bekannte Wärmequellen und Mittel zur Wärmeübertragung können benutzt werden. Zum Beispiel kann ein System zur Benutzung aus einem Reflektor zum Sammeln von Sonnenenergie und Rippen zur Ausstrahlung von Wärme aus dem Zwischentemperaturabschnitt verwendet werden. Nachdem einmal der Rotor in Umdrehung versetzt worden ist, wäre nur eine sehr geringe Energie erforderlich, um seine Drehung aufrechtzuerhalten. Als Alternative könnte eine Radio-Isotopenquelle als Wärmequelle verwendet werden.Many different and known heat sources and means of heat transfer can be used will. For example, a system can use a reflector to collect solar energy and fins are used to radiate heat from the intermediate temperature section. Once the rotor has been set in rotation, there would only be very little energy required to maintain its rotation. As an alternative, a radio isotope source could be used as a Heat source can be used.

Die Vorrichtung nach Fig. 10besitzt einen Rotor210 mit einer Welle 212 in geeigneten Lagern, die durch einen Motor 214 um Achse 216 in Umdrehung versetzt wird.The apparatus of Figure 10 has a rotor 210 with a shaft 212 in suitable bearings, which is rotated about axis 216 by a motor 214 will.

Der Rotor 210 enthält eine ringförmig profilierte Flüssigkeitskammer 218 mit einer Flüssigkeitsmenge 219, in der ein Kältemittel adsorbiert ist. Die Flüssigkeit 219 strömt aus der Kammer 218 in eine äußere ringförmige Separierkammer 220 über einen Kanal 226, der in Nähe des äußersten Teiles der Kammer 220 mündet. Eine weitere Leitung 228, deren äußerstes Ende näher liegt als der Kanal 226 zur innersten Wandung der Kammer 220, leitet die Flüssigkeit aus der Separierkammer 220 zurück in die Flüssigkeitskammer 218.The rotor 210 contains an annularly profiled liquid chamber 218 with a quantity of liquid 219 in which a refrigerant is adsorbed. The liquid 219 flows out of the chamber 218 into an outer one annular separating chamber 220 via a channel 226, which is located in the vicinity of the outermost part of the chamber 220 flows out. Another line 228, the outermost end of which is closer than the channel 226 to the innermost wall of the Chamber 220, guides the liquid from the separation chamber 220 back into the liquid chamber 218.

Eine Kondensierkammer 222 liegt in Nähe der Achse 216 des Rotors 210. Eine Leitung 230 verbindet die Separierkammer 220 und die Kondensierkammer 222 mit der Einlaßöffnung 231 der Leitung 230, die an der innersten Wandung der Kammer 220 liegt. Das innerste Ende 233 der Leitung 230 liegt in der Kammer 222 in Nähe der zentralen Achse 216.A condensing chamber 222 is located near the axis 216 of the rotor 210. A conduit 230 connects the Separation chamber 220 and the condensing chamber 222 with the inlet opening 231 of the line 230, which is at the innermost wall of the chamber 220 lies. The innermost end 233 of conduit 230 resides in chamber 222 in Near the central axis 216.

Eine Verdampfungskammer 224 liegt links der Kammern 218, 222 und 224, und ein verlängertes Rohr 232 mit einer eingeengten Mündung 234 am äußersten Ende verläuft zu einem Punkt in Nähe der linken Wandung der Kammer 224. Ein Teil 236 ist an dem linken Ende des Rohres 232 befestigt, um das Rohr an seiner Stelle zu halten. Zwei Trennrippen 240 und 242 liegen auf der Innenfläche der äußersten Wandung 237 der Verdampfungskammer 224, um die Flüssigkeit zu sammeln und zu halten, die aus dem Rohr austritt. Ein weiteres Rohr 244 kleinen Querschnitts läuft durch die Rippen 240 und 242 und nach außen in die Flüssigkeit 219 der Kammer 218. Das Rohr 244 besitzt eine Durchbohrung 245, um zuzulassen, daß Flüssigkeit aus dem Raum zwischen den Rippen 240 und 242 einströmt.A vaporization chamber 224 is to the left of chambers 218, 222 and 224, and an elongated tube 232 with a constricted mouth 234 at the extreme end extends to a point near the left wall of chamber 224. A portion 236 is at the left end of tube 232 attached to hold the tube in place. Two separating ribs 240 and 242 lie on the inner surface of the outermost wall 237 of the evaporation chamber 224 to collect and contain the liquid that emerges from the tube. Another small section tube 244 runs through the fins 240 and 242 and out into the liquid 219 of the chamber 218. The tube 244 has a through-bore 245 to allow liquid to flow in from the space between the fins 240 and 242.

Die Flüssigkeit und das Gas sind hermetisch im Rotor 210 eingeschlossen. Als spezifisches Beispiel ist die absorbierende Flüssigkeit Wasser und das Kältemittel Ammoniak. Es ist jedoch verständlich, daß andere Flüssigkeitskombinationen in absorbierenden Beheizungs- und Kühlsystemen mit den Prinzipien der Erfindung verwendet werden können.The liquid and gas are hermetically sealed in the rotor 210. As a specific example is the absorbing liquid is water and the refrigerant is ammonia. It is understandable, however, that others Liquid combinations in absorbent heating and cooling systems with the principles of Invention can be used.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 10 ist folgende. Sobald sich die Einheit in der Ruhestellung befindet, wobei sich die Leitungen 226 und 228 vertikal nach unten erstrecken, wie in Fig. 10 gezeigt ist, füllt die Flüssigkeit 219 die Kammer 220 und die Leitungen 226 und 228 vollständig und füllt die Kammer 218 und die Leitung 230 bis auf einen Pegel, der durch die gestrichelte Linie 246 angedeutet ist. Sodann wird der Rotor 210 bis auf eine konstante Drehzahl durch den Motor 214 angetrieben. Gleichzeitig wird Wärme der Flüssigkeit in der Kammer 220 über die Rippen 249 zugesetzt, die auf der äußeren Wandung 251 der Kammer 220 befestigt sind, und Wärme wird aus den Flüssigkeiten in den Kammern 218 und 222 über eine gemeinsame thermisch leitende Wandung 250 mittels der Rippen 252 abgenommen. Wärme wird auch aus dem flüssigen Kältemittel in der Verdampfungskammer 224 mittels der Rippen 254 abgezogen, die mit der Außenwandung 237 der Kammer 224 fest verbunden sind.The operation of the device of Fig. 10 is as follows. As soon as the unit is in the rest position with lines 226 and 228 extending vertically downward, as shown in FIG. 10, fills the Liquid 219 completely fills chamber 220 and lines 226 and 228 and fills chamber 218 and the Line 230 except for a level which is indicated by the dashed line 246. Then the Rotor 210 is driven by motor 214 up to a constant speed. At the same time, warmth becomes the Liquid is added to the chamber 220 via the ribs 249 which are on the outer wall 251 of the Chamber 220 are attached, and heat is removed from the fluids in chambers 218 and 222 via a common thermally conductive wall 250 removed by means of ribs 252. Heat is also taken out withdrawn the liquid refrigerant in the evaporation chamber 224 by means of the ribs 254, which with the Outer wall 237 of the chamber 224 are firmly connected.

Der Zusatz von Wärme zur Flüssigkeit in der Kammer 220 verursacht, daß die erhitzte Flüssigkeit in Näher der äußersten Wandung 251 der Kammer 220 in der Kammer zirkuliert und sich nach innen zur Leitung 228 bewegt. Gleichzeitig bewegt sich kältere Flüssigkeit, die dichter ist als die Flüssigkeit in der Kammer 220, unter der Wirkung der Zentrifugalkraft aus der Kammer 218 nach außen in die Kammer 220. Die wärmere und weniger dichte Flüssigkeit strömt nach innen durch die Leitung 228 zur Kammer 218. Die durch das Rohr 226 abwärts strömende Flüssigkeit ist erheblich mit Ammoniak beladen. Während ihres Durchganges durch die Kammer 220 verliert sie viel von diesem Ammoniak und wird erhitzt und bewegt sich zurück aufwärts zur Kammer 218, wo sie gekühlt wird und mehr Ammoniak absorbiert, worauf sie sich wieder durch den gleichen Kreislauf hindurchbewegt Dieser konvektive Flüssigkeitsstrom wird durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf die beiden Wassersäulen in den Leitungen 226 und 228 erheblich verstärkt Da die Flüssigkeit in der Säule 226 eine größere Dichte aufweist als die in der Leitung 228, verursacht die normale Druckdifferenz, daß die Flüssigkeiten durch die Zentrifugalkraft in stark vermehrter Weise zirkulieren. Dies läßt es zu, daß die Abmessung der Vorrichtung sehr erheblich reduziert werden kann.The addition of heat to the liquid in chamber 220 causes the heated liquid in Closer to the outermost wall 251 of the chamber 220 circulates in the chamber and extends inward to the conduit 228 moves. At the same time, colder liquid moves, which is denser than the liquid in chamber 220, under the action of centrifugal force from the chamber 218 outwards into the chamber 220. The warmer and less dense liquid flows inward through line 228 to chamber 218. The through Liquid flowing down tube 226 is heavily loaded with ammonia. During their Upon passage through chamber 220, it loses much of this ammonia and becomes heated and agitated back up to chamber 218 where it is cooled and absorbs more ammonia, whereupon it recovers moved through the same circuit. This convective flow of liquid is created by the action The centrifugal force on the two columns of water in lines 226 and 228 is considerably increased Liquid in column 226 has a greater density than that in line 228 causes the normal pressure difference that the liquids circulate in a greatly increased manner due to the centrifugal force. This allows the size of the device to be reduced very significantly.

Gleichzeitig mit der konvektiven Zirkulation der Flüssigkeiten zwischen den Kammern 218 und 220 verursacht die Beheizung der Flüssigkeit in der Separierkammer 220, daß das in der Flüssigkeit absorbierte Gas aus der Flüssigkeit herausgetrennt wird. Das Ammoniakgas, welches eine viel geringere Dichte als die Flüssigkeit aufweist, strömt nach innen durch das Rohr 230 in die Kammer 222, wo es durch den Wärmeübergang mittels der Rippen 252 gekühlt wirdSimultaneously with the convective circulation of the liquids between the chambers 218 and 220, the heating of the liquid in the separation chamber 220 causes the gas absorbed in the liquid to be separated from the liquid. The ammonia gas, which has a much lower density than the liquid, flows inward through the tube 230 into the chamber 222, where it is cooled by the heat transfer by means of the fins 252

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und sich verflüssigt. Der Flüssigkeitsstrom aus der Kammer 222 wird durch die Mündung 234 am Ende des Rohres 232 gedrosselt. Dies läßt es zu, daß sich eine Menge 255 flüssigen Ammoniaks in der Kammer 222 sammelt und läßt es zu, daß der Druck des Gases in der Kammer 222 auf einen hohen Pegel ansteigt. Die Kondensationswärme des Gases wird mittels der Rippen 252 zerstreut. Die Flüssigkeit 255 strömt aus der Kammer 222 durch die Mündung 234 unter Druck in gesteuerter Menge aus.and liquefies. The flow of liquid from the chamber 222 is through the mouth 234 at the end of the Pipe 232 throttled. This allows an amount of liquid ammonia to be in the chamber 222 collects and allows the pressure of the gas in chamber 222 to rise to a high level. the Heat of condensation of the gas is dissipated by means of the fins 252. The liquid 255 flows out of the Chamber 222 through orifice 234 under pressure in a controlled amount.

Das flüssige Ammoniak, welches aus dem Rohr 232 austritt und nicht unmittelbar verdampft, sammelt sich in ringförmig profilierten Mulden 238 zwischen den Rippen 240 und 242. Die Rippe 240 besitzt Ausschnitte 257, um zuzulassen, daß Flüssigkeit über die Rippe 240 und in den Raum zwischen den Rippen 240 und 242 strömt. Die Rippen 254 leiten Wärme zu der Flüssigkeit 238, die die Außenwandung 237 der Kammer 224 berührt, und somit verdampft die Flüssigkeit. Das gasförmige Ammoniak bewegt sich sodann nach rechts zur Oberfläche des Wassers 219 in der Kammer 218, wie durch die gestrichelten Pfeile 259 angedeutet ist, wo es wieder absorbiert wird.The liquid ammonia which emerges from the pipe 232 and does not evaporate immediately, collects in annularly profiled troughs 238 between the ribs 240 and 242. The rib 240 has cutouts 257 to allow liquid to pass over rib 240 and into the space between ribs 240 and 242 flows. The fins 254 conduct heat to the liquid 238 that forms the outer wall 237 of the chamber 224 touches, and thus the liquid evaporates. The gaseous ammonia then moves to the right to the surface of the water 219 in the chamber 218, as indicated by the dashed arrows 259, where it is is reabsorbed.

Wie bekannt ist, soll die Temperatur des Wassers auf einem niedrigen Pegel gehalten werden, um die Ammoniakabsorption hochzuhalten. Die Temperatur der Flüssigkeit 219 wird mittels der Kühlrippen 252 und Berührung mit dem kalten Ammoniak niedriggehalten. Die Kühlwirkung kann mit den Anforderungen eines gegebenen Systems geändert werden.As is known, the temperature of the water should be kept at a low level to keep the Keep ammonia absorption high. The temperature of the liquid 219 is by means of the cooling fins 252 and Contact with the cold ammonia kept low. The cooling effect can match the requirements of one given system.

Der Zweck des Abzugsrohres 244 besteht darin, irgendwelches Wasser in die Kammer 218 zurückzuleiten, welches in der Verdampfungskammer 224 verspritzt sein kann, wenn der Rotor stillsteht. Sobald der Rotor 210 mit geeigneter Drehzahl umläuft, wird das flüssige Ammoniak das Rohr 254 füllen. Das untere Ende des Rohres 244 taucht jedoch in Wasser bis zu einer Tiefe, durch die eine weitere Strömung flüssigen Ammoniaks in das Wasser verhindert wird. Da das Wasser eine größere Dichte als das Ammoniak aufweist, wird der Druck des Wassers am Ende des Rohres 244 den Druck des Ammoniaks ausgleichen und die Strömung von Ammoniak in die Kammer 218 verhindern. Das Ende des Rohres 244 im Wasserbehälter besitzt einen ausreichend kleinen Querschnitt, um die Diffusion von Ammoniak beladenem Wasser in den Behälter 218 in vernachlässigbaren Verhältnissen zu reduzieren, so daß diese Leitung 244 keinen dauernden Abzug für Ammoniak entweder in fließender oder diffundierender Form bildet.The purpose of the flue pipe 244 is to return any water to the chamber 218, which may be splashed in the evaporation chamber 224 when the rotor is at a standstill. Once the If rotor 210 rotates at a suitable speed, the liquid ammonia will fill the tube 254. The lower However, the end of the tube 244 is immersed in water to a depth through which another flow will flow Ammonia in the water is prevented. Since the water has a greater density than the ammonia, the pressure of the water at the end of the pipe 244 will equalize the pressure of the ammonia and the Prevent ammonia from flowing into chamber 218. The end of the tube 244 in the water tank has a sufficiently small cross-section to allow the diffusion of ammonia-laden water into the To reduce container 218 in negligible proportions, so that this line 244 is not a permanent one Forms fume cupboard for ammonia either in flowing or diffusing form.

Eine Wärmeisolation 260 ist zwischen den Kammern 218 und 220, zwischen der Flüssigkeit in der Kammer 220 und der Wandung der Leitung 226 und um den Teil der Leitung 230 vorgesehen, der durch die Kammer 218 verläuft. Diese Isolation schützt gegen unerwünschten Wärmeübergang zwischen den so gegeneinander isolierten Leitungen. In gleicher Weise kann eine Isolation an anderen Stellen der Vorrichtung vorgesehen werden, um eine unerwünschte Wärmeübertragung zu verhindern.Thermal insulation 260 is between chambers 218 and 220, between the liquid in the chamber 220 and the wall of the conduit 226 and around the part of the conduit 230 which passes through the chamber 218 runs. This insulation protects against unwanted heat transfer between the so against each other insulated lines. In the same way, insulation can be provided at other points on the device to prevent unwanted heat transfer.

Der Zusatz von Wärme zur Separierkammer 220 wird vorzugsweise dadurch vervollständigt, daß heiße Luft in Richtung des Pfeiles 248 zwischen einem Paar ringförmiger stationärer Stauglieder bzw. Prallglieder 262 und 264 gedrückt wird. Das Stauglied 262 besteht vorteilhaft aus wärmeisolierendem Material, um den Wärmeübergang zu den Rippen 254 auf ein Minimum herabzusetzen. Jede radiale Rippe 249 besitzt mehrere auf dem Umfang verteilte Durchbohrungen 253 (Fig. 11). Die erwärmte Luft strömt nach innen zwischen den Führungen 262 und 264, und zwar durch die Durchbohrung 253 von einer zur nächsten Rippe, und strömt dann nach außen, nachdem sie ihre Wärme mit den Rippen ausgetauscht hat. Ein weiterer ringförmiger Stau 266 an der rechten Kammer 222 führt die warme Luft von den Rippen 249 nach außen und verhindert eine Vermischung mit der Luft, die durch die Rippen 252 abgeleitet wird.The addition of heat to the separation chamber 220 is preferably completed by allowing hot air in Direction of arrow 248 between a pair of annular stationary baffle members 262 and 264 is pressed. The stowage member 262 is advantageously made of heat insulating material to the Reduce heat transfer to the fins 254 to a minimum. Each radial rib 249 has several bores 253 distributed around the circumference (FIG. 11). The heated air flows inwards between the guides 262 and 264, through the through hole 253 from one to the next rib, and then flows out after exchanging heat with the ribs. Another annular congestion 266 on the right chamber 222 leads the warm air from the fins 249 to the outside and prevents mixing with the air vented through the fins 252.

Wie sich am besten aus Fig. 12 ergibt, sind die Rippen 252 spiralförmig angeordnet, um die Luft schnell durch sie hindurchzupumpen und den Wärmeübergang zu verstärken. Die Rippen können aber auch irgendeine andere Formgebung besitzen. Wie ebenfalls bekannt ist, kann der Wärmeübergang weiter verstärkt werden, indem anstelle von Gasen Flüssigkeiten als Kühlmittel verwendet werden.As best seen in Figure 12, the ribs are 252 arranged in a spiral to quickly pump the air through them and to increase the heat transfer strengthen. However, the ribs can also have any other shape. As is also known the heat transfer can be further enhanced by using liquids as coolants instead of gases be used.

Jede Rippe 254 besitzt mehrere ausgestanzte Abschnitte 268, die Gebläseflügel bilden. Diese Gebläseflügel saugen umgebende zu kühlende Luft an, kühlen die Luft und blasen die Luft nach links, wo sie in gewünschter Weise zur Kühlung verwendet werden kann. Es ist verständlich, daß die Vorrichtung vorteilhaft sowohl zur Erwärmung als auch zur Kühlung verwendet werden kann, indem in einfacher Weise die von den Rippen 252 abgegebene Wärme zu Beheizungszwecken verwendet wird.Each rib 254 has a plurality of stamped sections 268 that form fan blades. These fan blades suck in surrounding air to be cooled, cool the air and blow the air to the left, where it is in can be used as desired for cooling. It will be understood that the device is advantageous can be used for both heating and cooling by simply removing the from the Ribs 252 given off heat is used for heating purposes.

Die Flüssigkeitsrücklauf leitung 228 ist in Fig. 10 schematisch dargestellt, um die Arbeitsweise der Erfindung klar zu erläutern. Die tatsächliche vorzugsweise Ausführung ist in F i g. 11 wiedergegeben. Eine radiale Trennplatte 270 verläuft axial über die ganze Weite jeder Kammer 218 und 220 und verläuft nach innen zu dem maximalen innersten Flüssigkeitspegel, der in erwarteter Weise erreicht wird, sobald die Vorrichtung arbeitet. Die Leitung 228 befindet sich tatsächlich hinter der Leitung 226 in Fig. 10 und wird durch eine Wandung 272 gebildet, die von der Radial wandung 273 (F ig. 10) nach außen ragt und eine Führung auf der anderen Seite der Unterteilung 270 von der Leitung 226 bildet. Die Leitung 226 ist in gleicher Weise durch eine andere Wandung 274 gebildet, die von der Wandung 273 ausgeht.The liquid return line 228 is shown schematically in Fig. 10 to the operation of the To explain the invention clearly. The actual preferred embodiment is shown in FIG. 11 reproduced. One radial partition plate 270 runs axially the full width of each chamber 218 and 220 and runs after inside to the maximum innermost liquid level that is expected to be reached once the Device works. Line 228 is actually after line 226 in FIG. 10 and becomes formed by a wall 272 which protrudes from the radial wall 273 (Fig. 10) to the outside and a Lead on the other side of the partition 270 from the line 226 forms. Line 226 is the same Formed by another wall 274, which extends from the wall 273.

Entsprechend der Erfindung wird die Strömung durch die beiden Leitungen 226 und 228 um einen so groß wie möglichen Umfangsabstand getrennt. Dies wird durchgeführt, um den Abstand so maximal zu halten, über den die kalte Flüssigkeit aus der Kammer 218 in die Kammer 220 strömt und um somit die Höhe des Wärmeübergangs auf die Flüssigkeit maximal zu halten. In ähnlicher Weise trennt die Wandung 270 .die Strömung in den beiden Leitungen, so daß die erwärmte Flüssigkeit, die durch die Leitung 238 aufwärts strömt, vollständig um den Umfang der Ringkammer 218 herumläuft, um die Leitung 226 zu erreichen. Dies erhöht vorteilhaft den Wärmeübergang der Wärme von der Flüssigkeit über die Rippen 252 und erhöht die Berührungszeit zwischen der Flüssigkeit und dem Gas aus der Kammer 224, so daß damit die maximale Gasabsorption in der Flüssigkeit erreicht wird.According to the invention, the flow through the two lines 226 and 228 becomes as great as possible circumferential distance separately. This is done so as to maximally keep the distance over the the cold liquid flows from the chamber 218 into the chamber 220 and thus the height of the To keep the heat transfer to the liquid maximal. Similarly, the wall 270 separates .die Flow in the two lines so that the heated liquid flowing up through line 238 goes completely around the circumference of the annular chamber 218 to reach the conduit 226. this advantageously increases the heat transfer of the heat from the liquid via the ribs 252 and increases the Contact time between the liquid and the gas from the chamber 224, so that the maximum Gas absorption in the liquid is achieved.

Die Lage der Leitung 230 zur Führung des Gases in die Kammer 222 ist nicht besonders kritisch, wie jedoch in Fig. 11 gezeigt ist, ist sie um etwa 180° gegenüber der Unterteilung 270 verlagert. Diese Lage ist in F i g. 10 nicht genau gezeigt, und zwar wegen der schematischen Erläuterung zu Fig. 10, durch die die Wirkungsweise der Erfindung erklärt ist. Es ist naturgemäß verständlich,The location of conduit 230 for guiding the gas into chamber 222 is not particularly critical, as is As shown in FIG. 11, it is displaced by approximately 180 ° with respect to the subdivision 270. This situation is shown in FIG. 10 not shown precisely because of the schematic explanation of FIG. 10, through which the mode of operation of the invention is explained. It is naturally understandable

709 518/8709 518/8

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daß Gewichte angebracht werden, um den Aufbau auszubalancieren, wenn irgendwelche exzentrischen Belastungen infolge unsymmetrischer Lage der Strömungskanäleauftreten. that weights are attached to balance the structure, if any eccentric Loads occur as a result of the asymmetrical position of the flow channels.

Einer der besonderen Vorteile der Erfindung besteht darin, daß das gasförmige Ammoniak in der Kammer 222 sehr wirksam auf einen verhältnismäßig hohen Druck ohne Verwendung eines mechanischen Kompressors komprimiert wird. Diese Kompression wird durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Flüssigkeit in der Kammer 218 und der Leitung 226 und auf das Gas in der Leitung 230 hervorgerufen. Da die Dichte der Flüssigkeit sehr viel größer ist als die des Gases, muß das Gas in erheblichem Maße komprimiert werden, bevor es einen Druck auf die Oberfläche der Flüssigkeit in der Kammer 220 ausüben kann, der ausreicht, um den großen Druck auszugleichen, der durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Flüssigkeit in der Kammer 218 und der Leitung 226 erzeugt wird. Der Druck, auf den das Gas komprinryert wird, ist annähernd durch die folgende Gleichung gegeben.One of the particular advantages of the invention is that the gaseous ammonia in the chamber 222 is very effective at a relatively high pressure without the use of a mechanical compressor is compressed. This compression is due to the action of centrifugal force on the Liquid in chamber 218 and line 226 and on the gas in line 230. Since the If the density of the liquid is much greater than that of the gas, the gas must be compressed to a considerable extent before it can exert pressure on the surface of the liquid in the chamber 220, the sufficient to compensate for the great pressure created by the effect of centrifugal force on the Liquid is generated in chamber 218 and conduit 226. The pressure to which the gas is compressed is approximately given by the following equation.

P= ω² P = ω ²

Dabei ist:Where:

P = der Gasdruck, P = the gas pressure,

ω = die Drehzahl des Rotors,ω = the speed of the rotor,

Ar = R₂-R\ (Fig. 10) die Differenz zwischen den Radien der Flüssigkeitspegel in den Kammern Ar = R ₂ -R \ (Fig. 10) the difference between the radii of the liquid levels in the chambers

218 und 220 und,
ρ = die Dichte der Flüssigkeit.218 and 220 and,
ρ = the density of the liquid.

Zu der vorstehenden Gleichung ist angenommen worden, daß die Dichte des Gases sehr viel geringer ist als die der Flüssigkeit und daher vernachlässigt werden kann.For the above equation it has been assumed that the density of the gas is very much lower than that of the liquid and can therefore be neglected.

Wegen der sehr hohen Drücke, die im Ammoniakgas erreicht werden können, wird die Temperatur, bei der die Kondensation in der Kammer 222 auftritt, erheblich erhöht, und die Temperaturdifferenz zwischen der Kammer 222 und der Umgebung wird entsprechend erhöht. Dies führt zu einem schnelleren Wärmeübergang aus der Kammer 222. Dadurch ist es möglich, die räumliche Abmessung der Vorrichtung weiter herabzusetzen. Ebenso macht die höhere Temperatur in der Kammer 222 es möglich, daß das System in einem umgebenden Medium höherer Temperatur arbeitet, alsBecause of the very high pressures that can be reached in the ammonia gas, the temperature at which the condensation occurring in the chamber 222 increases significantly, and the temperature difference between the Chamber 222 and the surrounding area is increased accordingly. This leads to a faster heat transfer from the chamber 222. This makes it possible to further reduce the spatial dimensions of the device. Likewise, the higher temperature in chamber 222 makes it possible that the system in one surrounding medium higher temperature works than

ίο es sonst möglich sein würde.ίο it would otherwise be possible.

Wie schon erwähnt wurde, ist eine weitere Abmessungsherabsetzung möglich gemacht, weil die konvektive Wasserströmung durch die Zentrifugalkraft erheblich vergrößert wird. Ebenso sind die die Wärme übertragenden Flächen in Kontakt mit Flüssigkeiten, so daß dadurch die Menge des Wärmestromes wesentlich vergrößert wird und eine hohe Wärmepumpenkapazität in einer verhältnismäßig kleinen Vorrichtung zuläßt. Somit kann die Einheit so klein hergestellt werden, daß sie als Teil eines Astronautenraumanzuges untergebracht werden kann und als Teil einer biologischen Packung mit einem zusammengehörigen Kühlsystem benutzt werden kann.As already mentioned, a further reduction in size is made possible because the convective Water flow is greatly increased by the centrifugal force. Likewise, they are warmth transferring surfaces in contact with liquids, so that the amount of heat flow is significant is enlarged and allows high heat pump capacity in a relatively small device. Thus, the unit can be made so small that it can be housed as part of an astronaut spacesuit and as part of a biological package with an associated cooling system can be used.

Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung nach der Erfindung einen Ersatz für ein Gravitationsfeld erzeugt und weiterhin keine äußere Pumpeneinheit erfordert. Somit kann sie verwendet werden, wenn keine Möglichkeit besteht, ein Gravitationsfeld zu verwenden, z. B. in einem Raum oder in einem Fahrzeug, in welchem die Axialität des Systems gegenüber dem Gravitationsfeld nicht konstant ist.Another important advantage is that the device according to the invention is a replacement for a Generates a gravitational field and still does not require an external pump unit. So it can be used if there is no way to use a gravitational field, e.g. B. in a room or in a vehicle in which the axiality of the system in relation to the gravitational field is not constant.

Innerhalb des Lösungsgedankens der Erfindung können verschiedene Abänderungen vorgenommen werden. Zum Beispiel ist es bei den dargestellten Ausführungen möglich, ein nichtabsorbiertes Puffergas in den Bereich mit geringem Druck des Kühlmittels zu verwenden und verschiedene Wärmeaustauschsysteme zu benutzen, um das System in einem sogenannten regenerativen Kühlsystem verwenden zu können.Various modifications can be made within the scope of the invention will. For example, in the embodiments shown, it is possible to use a non-absorbed buffer gas to use in the area of low pressure of the coolant and various heat exchange systems to use in order to be able to use the system in a so-called regenerative cooling system.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims

16 Ol 062 Patent claims:

1. Heating and cooling device in which a driven rotor and a fluid flow guide in the rotor are provided, characterized in that the fluid flow guide consists of a first section (38) extending outward from the axis of rotation (41) of the rotor, from a second section (40) extending to the axis (41), comprising a contraction section (46), an expansion section (50) and a channel section (32) for returning a working fluid from the expansion section to the first section that means (54, 70) for Supplying heat to the working fluid flowing from the first section (38) that a Means (84) for removing heat from that flowing through the contraction section (46) Working fluid and that a device (90 ^ ZUm Conducting heat from a substance to be cooled to the working fluid in the expansion section for the purpose Performance of the cooling are provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the contraction section (46) extends away from the axis (41) and that the expansion section (50) extends in the direction of Axis (41) extends.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the expansion section (50) extends at an acute angle to the axis (41), the size of which is selected so that the The temperature of the fluid flowing through the expansion section remains essentially constant with respect to a given value of the heat supplied to the expansion section.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that a sixth section (48) is provided connecting the contraction section (46) to the expansion section (50), thereby joining extends radially in the direction of the axis (41), and that insulation means (48) for the sixth section are provided.

5. Device according to claims 1-4, characterized in that the device for Conducting heat in the expansion section a plurality of baffle plates (90) with angled Parts (92) which serve as fan blades to circulate a surrounding gas over the expansion section (50) to move and to form a stream of cooled surrounding gas.

6. Device according to claims 1-5, characterized in that the working fluid from a fluorochloromethane or fluorochloroethane refrigerant.

7. The device according to claim 1, characterized in that the channel section (32) extends adjacent to the axis of rotation (41) of the rotor and further characterized by a further section (180) which is provided at a radial distance from the axis (4t) and which connects the contraction sections (46) and the expansion sections (50) to one another, the further section (180) extending essentially parallel to the axis (41) and by a plurality of heat conducting means (182) spaced apart from one another in the longitudinal direction and insulated from one another ), each of which between the channel section (32) and

the further section (180) is coupled.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that each of the thermally conductive means is a having sealed radial compartment with a fluid.

9. Device according to claims 1-8, characterized in that the second Section (40) extends at an acute angle in the direction of the axis (41).

10. Device according to claims 1-9, characterized in that a plurality of lines connected in parallel is provided, the lines having radial walls (132) by which the lines are circumferentially separated from one another and through which the fluid flow through the lines in is guided in a direction which is parallel to the axis (41).

11. Device according to claims 1-10, characterized by an expansion nozzle (122) which connects the contraction section (118) with the expansion section (124) .

12. absorption heating and cooling device according to claim 1, with a first, the absorber || forming chamber and with a second chamber forming the expeller, characterized in that the first section (226) of the fluid flow guide effects the conveyance of the refrigerant / absorbent solution from the first into the second chamber and is located between the radially outer wall of the first chamber (218 ) and the radially outer region of the second chamber (220) , which is arranged at a greater radial distance from the axis of rotation (216) than the first chamber (218), that a further line (228) is provided which extends radially from one further inward area of the second chamber (220) extends to the first chamber (218) and the return of the refrigerant / absorbent solution from the second into the first chamber causes the device (249) through which the first section (226) flowing working fluid, heat is supplied, is arranged in the region of the radial outer wall of the second chamber (220) and the expulsion of refrigerant from the solution in this chamber causes the second conduit section (231) to extend from the radially inner wall of the second chamber (220) to the contraction section (222) which is arranged at a radially smaller distance from the axis of rotation than the first chamber (218), wherein the means (250, 252 ) assigned to the contraction section (222) for dissipating heat is dimensioned such that the gaseous refrigerant supplied via the second line section (231) condenses in the contraction section and that the expansion section (224) between the contraction section (222) and the first chamber (218) is arranged at a radial distance from the axis of rotation which is between the radial axial distances of the contraction section (222) and the first chamber (218) , wherein the means (254) for conducting heat from a substance to be cooled to the liquid refrigerant supplied from the contraction section is dimensioned in the expansion section (224) so that it evaporates.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the expansion section (224)

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consists of a chamber and an outermost wall (237) with ribs (240, 242) extending in the direction of the axis (216) and that the means (254) for conducting heat from a substance to be cooled on the expansion section (224) consists of fan blades.

14. Device according to claims 12 and 13, characterized in that the chambers forming the absorber or the expeller consist of annular chambers (218 or 220) and the two lines (226, 228) extending therebetween are separated from one another in the circumferential direction.

15. Apparatus according to claim 14, characterized in that the second chamber (220) surrounds the first chamber (218) and that a partition member (270) extends radially from the outermost wall (251) of the second chamber (220) up to a position which is provided inwardly with respect to the normal innermost rotating water level in the first chamber (218) , one of the two lines (226, 228) being provided on one side of the partition member (270) and the other line being provided on the other side of this member.