EP4237756A1 - Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine als offenes system - Google Patents

Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine als offenes system

Info

Publication number
EP4237756A1
EP4237756A1 EP21798712.2A EP21798712A EP4237756A1 EP 4237756 A1 EP4237756 A1 EP 4237756A1 EP 21798712 A EP21798712 A EP 21798712A EP 4237756 A1 EP4237756 A1 EP 4237756A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
recuperator
inlet
outlet
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21798712.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Sedlak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Justairtech GmbH
Original Assignee
Justairtech GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Justairtech GmbH filed Critical Justairtech GmbH
Publication of EP4237756A1 publication Critical patent/EP4237756A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/004—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
    • F25B11/02—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
    • F25B11/04—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders centrifugal type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/06—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/003—Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/004—Gas cycle refrigeration machines using a compressor of the rotary type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/005—Gas cycle refrigeration machines using an expander of the rotary type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components

Definitions

  • Gas refrigerating machine method for operating a gas refrigerating machine and method for producing a gas refrigerating machine as an open system
  • the present invention relates to machines for heating and cooling and in particular to cold air refrigerating machines or gas refrigerating machines.
  • Cold air chillers are known and are used, for example, in space travel.
  • a cryocooler is disclosed which is shown schematically in FIG.
  • a compressor C compresses gas circulating in the closed system.
  • the compressed gas is cooled by a heat exchanger, which is schematically labeled "heat sink” and "heat release” respectively.
  • the cooled gas is fed into a recuperator R, which feeds the gas cooled in this way to a turbine E.
  • Cold gas is discharged from the turbine E, which absorbs heat via a heat exchanger or achieves a cooling effect.
  • the gas leaving the heat exchanger providing the refrigeration effect again warmer than the gas entering the same, is also fed into the recuperator R to be reheated.
  • Compressor C performs isentropic compression as shown by the transition from transition point 1 to transition point 2.
  • An isobaric heat dissipation takes place through the heat exchanger for heat dissipation, as illustrated by the transition from point 2 to point 3 in FIG.
  • An isobaric heat dissipation also takes place through the recuperator R, as illustrated by the transition between point 3 and point 4 .
  • an isentropic expansion takes place in the turbine E, as represented by the transition between point 4 and point 5.
  • the refrigeration effect of the heat exchanger represents an isobaric heat input, as represented by the transition from point 5 to point 6.
  • the heat released in the heat exchanger is represented in the temperature-entropy diagram as the temperature difference between point 2 and point 3.
  • the temperature reduction achieved by the turbine expansion is represented by the temperature difference between point 4 and point 5.
  • the temperature difference that can be used for cooling is shown between point 5 and point 6.
  • gas chillers Compared to heat pumps, which are used for cooling and heating, gas chillers have the advantage that energy-intensive circulation of liquid refrigerant can be avoided.
  • gas refrigeration machines do not require continuous evaporation on the one hand and continuous condensation on the other. Only gas circulates in the cycle shown in FIG. 5, without there being any transitions between the different states of aggregation.
  • heat pumps require very low pressures close to vacuum, especially if climate-problematic refrigerants are to be dispensed with, which can lead to considerable expense, especially in terms of equipment, in the production, handling and maintenance during operation. Nevertheless, the use of cold air chillers is limited.
  • the object of the present invention is to create an improved gas refrigerator.
  • One aspect of the present invention is based on the knowledge that the gas refrigerating machine must be constructed in a particularly compact manner in order to prevent losses through lines, in particular in the recuperator or in the connection between the recuperator and the compressor.
  • the recuperator is arranged to extend around a suction area of the compressor, the suction area of the recuperator being delimited by a suction wall.
  • This integrated arrangement between the compressor with the intake area on the one hand and the recuperator on the other hand means that a compact structure can be achieved with optimal flow conditions in order to suck in gas present in the primary side of the recuperator through the recuperator.
  • the effect of the recuperator is important for the efficiency of the entire gas chiller, which is why the recuperator is arranged in such a way that it extends at least partially and preferably entirely around the intake area. This ensures that a considerable amount of gas is sucked in from the recuperator from all sides over the entire intake area, which extends away from the compressor inlet and is delimited by the recuperator by the intake wall.
  • the recuperator can take up a considerable volume, a compact construction is nevertheless achieved because the compressor is directly integrated with the recuperator.
  • this implementation also ensures that there is enough space for the secondary side in the recuperator, which must be in thermal interaction with the primary side in the recuperator, to accommodate the streams of warm gas flowing on the primary side and the streams of warmer gas flowing on the secondary side To bring gas well in thermal interaction.
  • a cocurrent or countercurrent principle is used in the recuperator in order to achieve particularly good efficiency in this component.
  • the first inlet of the recuperator into the primary side thereof represents a gas or air inlet, so that the gas refrigerator can be operated in an open system. Then the turbine outlet or the gas outlet are also directed into a space, for example, into which the cooled air or, generally speaking, the cooled gas is brought.
  • the gas inlet on the one hand and the gas outlet on the other hand can be connected via a line system and a heat exchanger to a system that is to be cooled. Then the gas refrigerator according to the present invention is a closed system.
  • the entire gas refrigerating machine is installed in a housing which is typically rotationally symmetrical, at least in its “inside”, with an upright shape and a greater height than diameter, ie as a slender, upright shape.
  • Both the gas inlet and the gas outlet and the recuperator, the compressor and the turbine and preferably also the heat exchanger are located in this housing.
  • the compressor is preferably arranged above the turbine.
  • the compressor includes a radial wheel and the turbine also includes a turbine wheel, wherein the compressor wheel and the turbine wheel are arranged on a common axis, and this axis also includes a rotor of a drive motor, which interacts with a stator of the drive motor.
  • the rotor is preferably arranged between the compressor wheel and the turbine wheel.
  • the recuperator is arranged in an outer area of the volume of the gas engine and the compressor inlet is arranged in an inner area of the volume of the gas engine, with the intake area also being located in the inner area of the volume.
  • the suction area preferably has an opening area that increases continuously from a first end to the second end, so that the suction wall is designed to be continuous, ie preferably without edges.
  • the end with the smaller opening area is connected to the compressor inlet and the end with the larger opening area is closed, so that the operation of the compressor creates a suction effect in the suction area, which spreads via the primary outlet of the recuperator, which is fluidically coupled to the suction area, via the Recuperator extends through to the primary input of the recuperator, which is either designed directly as a gas inlet or is connected to a gas outlet in the housing.
  • a control chamber of the compressor is arranged in such a way that it guides the compressed gas outwards from the middle of the volume of the gas engine and feeds it there directly into a primary inlet of the heat exchanger.
  • the heated gas flows through the heat exchanger from the outside in and from there enters the secondary inlet or second inlet of the recuperator, which is preferably located inside the volume and extends around the intake area and in particular around the intake wall, but fluidly from the intake area is separated.
  • the gas fed into the secondary inlet flows from the inside to the outside in the secondary side of the recuperator and thus enables a counterflow principle, which is thermally particularly favorable, and then flows from the outside with respect to the recuperator, preferably into the intake area of the turbine, with the gas flowing from the outside to the inside to relax over the turbine wheel in the air outlet, which is preferably formed as a large area at the bottom of the gas refrigerator.
  • the gas inlet is formed in the lateral upper area of the gas refrigeration machine, namely by a large number of perforations which are connected to corresponding gas ducts and which form the gas inlet or the primary inlet into the recuperator.
  • Electronics required for controlling and operating the gas refrigerator are preferably arranged in an area below the turbine intake area, ie next to the air outlet, so that the cooled air can have a cooling effect on electronic elements via the turbine outlet wall.
  • a cold-air chiller is technically less complex and therefore also less error-prone, for example in comparison to a heat pump.
  • higher efficiency can be expected since no work is required to move a significant amount of liquid refrigerant around the circuit.
  • One aspect of the present invention relates to the placement of the recuperator at least partially around the intake area.
  • Another aspect of the present invention relates to the arrangement of the recuperator, the compressor, the heat exchanger, and the turbine in a single housing, z. B. can be cylindrical and z. B. has an elongated shape that has a height that is greater than the diameter.
  • a further aspect of the present invention relates to the specific implementation in which the compressor is arranged above the turbine in order to achieve an optimal flow effect of the gas in the gas refrigerator.
  • Another aspect of the present invention relates to the placement of the compressor wheel and the turbine wheel on an axis on which the rotor of the motor is also arranged in order to create an optimal and efficient transmission of the power from the turbine to the compressor. in order to save as much as possible the drive energy to be supplied.
  • a further aspect of the present invention relates to the implementation of a rotationally symmetrical recuperator with the compressor and the turbine, whose axis of rotation coincides with the axis of the recuperator, whether to achieve efficient flow guidance in the gas refrigerator.
  • a further aspect of the present invention relates to the preferred arrangement and design of the heat exchanger in the gas refrigerator in order to achieve a space-saving gas refrigerator with efficient conversion of thermal energy.
  • Another aspect of the present invention relates to the placement of an electronic assembly in a cool area of the gas refrigerator z. B. between the compressor wheel and the turbine wheel or in thermal interaction with the restriction of the turbine inlet on the path of the gas from the recuperator outlet into the turbine or in the vicinity of the particularly cool turbine outlet.
  • FIG. 1 shows a basic circuit diagram of a gas refrigerator according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2a shows a sectional illustration of a fully integrated gas refrigerator according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2b shows a sectional illustration of a fully integrated gas refrigerator according to a further exemplary embodiment of the present invention with an alternative arrangement of the electronics assembly;
  • FIG. 3 shows a representation of different temperature/pressure/volume flow conditions at different points of the gas refrigerating machine
  • FIG. 4a shows a schematic representation of a section of a preferred recuperator with collection spaces on the secondary side
  • 4b shows a schematic plan view of a preferred recuperator with collection spaces on the secondary side
  • 4c shows a schematic cross-sectional representation of a wedge-shaped heat exchanger with a larger inlet cross section and a smaller outlet cross section; 5 shows a schematic representation of a known cold-air refrigerating machine;
  • FIG. 6 shows a temperature-entropy diagram of the known cold-air refrigerating machine from FIG. 5;
  • FIG. 7a shows a perspective view of a preferred compressor-turbine combination
  • FIG. 7b shows a side view of the preferred compressor-turbine combination from FIG. 7a.
  • the gas refrigerator with a gas inlet 2 for gas to be cooled, ie “warm” gas, and a gas outlet 5 for cooled, ie “cold” gas.
  • the gas is normal air, such as room air in an office, a data center, a factory, etc.
  • the gas refrigerator can be operated as an open cycle by introducing air via the gas inlet 2 at a point in is sucked in from a room and air that has been cooled is discharged into the room at another location in the room.
  • the present invention can also be implemented as a closed system, in which the gas outlet 5 is connected to a primary side of a heat exchanger and the gas inlet 2 is also connected to the primary side of the heat exchanger, but there to the "warm" end, and the secondary side of this Heat exchanger is connected to a heat source.
  • the gas refrigeration machine also includes a recuperator 10 with a first recuperator inlet 11, a first recuperator outlet 12, and a second recuperator inlet
  • the path from the first recuperator input 11 to the first recuperator output 12 represents the primary side of the recuperator, and the path from the second recuperator input 13 to the second recuperator output
  • a compressor 40 with a compressor inlet 41 and a compressor outlet 42 is provided.
  • the compressor inlet 41 is connected to the first recuperator outlet 12 via an intake region 30, which is delimited by the intake wall 31 coupled.
  • a heat exchanger 60 with a heat exchanger inlet 61 and a heat exchanger outlet 62 is provided.
  • the first heat exchanger inlet 61 and the first heat exchanger outlet 62 form the primary side of the heat exchanger 60.
  • the second heat exchanger inlet 63 and the second heat exchanger outlet 64 form the secondary side of the heat exchanger 60.
  • the secondary side is connected to a heat sink 80, which can be arranged, for example, on a roof if the gas refrigerator is used for cooling, or which can be underfloor heating if the gas refrigerator is used for heating, a pump 90 also being provided in the secondary side, which is preferably arranged between the heat sink 80 and the second heat exchanger inlet 63.
  • the first heat exchanger inlet 61 is connected to the compressor outlet 42, and the first heat exchanger outlet 62 is connected to the second recuperator inlet 13, ie the secondary side of the recuperator.
  • a turbine 70 is provided, which has a turbine inlet 71 and a turbine outlet 72 .
  • the turbine inlet 71 is preferably connected to the second outlet 14 of the recuperator 10, ie to the outlet of the secondary side of the recuperator, and the gas outlet 5 is either identical to the turbine outlet 72 or coupled to it.
  • the compressor inlet 41 is connected to the suction area 30, which is delimited and bounded by a suction wall 31 from the recuperator.
  • the intake area 30 extends away from the compressor 40 and the recuperator 10 is configured to extend at least partially around the intake area.
  • the suction area 30 is delimited by the suction wall 31, this suction wall 31 also representing the boundary of the recuperator.
  • the suction wall 31 is provided with openings in order to let gas that is at the second outlet 12 of the recuperator 10 into the suction area 30 .
  • the openings provided in the intake wall thus represent the first recuperator outlet 12.
  • the intake wall is also designed to ensure a fluidic separation between the intake region 30 and both the second recuperator inlet 13 and the second recuperator outlet 14 (and also with respect to the first recuperator inlet 11, the can only be reached by gas via the intended route in the recuperator).
  • the recuperator extends completely around the intake area 30, as shown, for example, in FIG. 2a. In certain exemplary embodiments, however, it is already sufficient for the recuperator to extend around the suction area by only part of the entire 360° angle range. Thus, an arrangement of the recuperator that extends only 90° around the intake area 30 can be favorable if the gas refrigerator is to be fitted in a corner of a room, for example. Depending on the implementation, other larger or smaller extensions around the intake area are also conceivable for the recuperator. However, an implementation in which the recuperator extends completely, i.e. 360° around the intake area, is particularly efficient.
  • the recuperator has a circular cross section in plan view.
  • Other cross-sections such as triangular, quadrangular, pentagonal or other polygonal cross-sections in plan view are also conceivable, since these recuperators with such cross-sections in plan view can easily be designed with corresponding gas ducts in order to achieve a highly efficient recuperation effect, preferably from all sides to reach from.
  • the entire gas refrigerating machine is accommodated in a housing, such as is illustrated at 100 in FIG. 2a.
  • the gas inlet 2 is located in an upper region of the housing 100 of FIG. 2a, the housing or the upper housing wall being designed identically to the recuperator wall.
  • the gas inlet 2 thus simultaneously represents the first recuperator inlet, which is represented by the perforations 11 in the housing wall.
  • the recuperator occupies a significant portion of the height of the overall housing 100, such as between 30 and 60% of the height of the housing.
  • the gas refrigerator in the particularly compact structure of Fig. 2a thus has only one air inlet 2, a Air outlet 5, a connection 63, 64 for the secondary side of the heat exchanger 60 and a power/signal connection 101 for the electronics assembly 102.
  • the electronics assembly 102 is preferably used to supply a drive motor for the compressor 40 with energy or to supply control data to an element of the gas refrigeration machine or to acquire sensor data from an element of the gas refrigeration machine and is arranged in an area of the gas refrigeration machine that is designed or suitable to cool the electronics assembly.
  • the gas refrigerator can be used for cooling. Then the gas inlet is connected to a space to be cooled either directly or to an area to be cooled via a heat exchanger, and the heat exchanger 60 or the secondary side 63, 64 of the heat exchanger is connected to a heat sink 80, such as a fan on the roof of a building or a fan outside an area to be cooled.
  • a heat sink 80 such as a fan on the roof of a building or a fan outside an area to be cooled.
  • the secondary side 63, 64 of the heat exchanger is connected, for example, to underfloor heating (FBH) or to any heating circuit that can also have heating options other than underfloor heating.
  • the gas inlet 2 is in this case connected to a hot gas source if a direct system is used, or to a heat exchanger which is connected to a heat source on its primary side and the gas inlet 2 and the gas outlet 5 form the secondary side.
  • the secondary inlet of this heat exchanger which is not shown in FIG. 1, is the gas inlet 2 and the secondary outlet is the gas outlet 5 of this heat exchanger, which is not shown in FIG.
  • the compressor 40 is arranged upstream of the turbine 70 in the operating direction of the gas refrigerator.
  • This has the advantage that warm air can be sucked in from top to bottom in an area to be cooled and cold air is discharged downwards into an area to be cooled.
  • the physical property is taken into account that cold air tends to collect on the floor or in the lower area of a room and warm air at the top of the room.
  • the compressor includes a compressor wheel
  • the turbine also includes a turbine wheel 70a. Both wheels are preferably arranged on one and the same axle 43 .
  • a rotor 44 of a drive motor is arranged on the axis 43 in order to supply the additional drive force which is required beyond the drive force achieved by the turbine. The rotor 44 cooperates with the stator of a drive motor, which is not shown in Fig. 2a.
  • the rotor 44 is preferably positioned between the compressor wheel and the turbine wheel 70a.
  • the recuperator is preferably arranged in an outer area of a volume of the gas refrigerator, so that the intake area 30, which is connected to the compressor inlet 41, can be arranged in the inner area of the recuperator. Air is then sucked in from all sides, as is shown in FIG. 2a, in which the air inlet 2 is shown both on the left and on the right in the schematic cross-sectional representation of the figure.
  • the recuperator 10 thus comprises a volume shape having a central region with a central opening forming the suction region 30, the suction wall extending from a first end to a second end, the second end being covered with a cover 32. Therefore, no air or gas flows from above into the intake area, but only from the side through the primary area of the recuperator.
  • the widening from the first end at the compressor inlet 41 to the second end with the cover plate 32 is a continuous widening with an approximately parabola-like or hyperbola-like shape, which is there to ensure optimal flow patterns within the intake area, to ensure as far as possible a laminar flow that forms the lowest flow resistance in the intake area from top to bottom.
  • the somewhat greater flow resistance due to longer gas ducts in the recuperator closer to the compressor inlet 41 is compensated by somewhat shorter gas ducts further away from the compressor inlet 41, so that the flow resistance conditions are almost the same for the entire area from bottom to top along the intake area, so that the flow through the recuperator is equally efficient over its entire volume.
  • the recuperator 10 is preferably rotationally symmetrical, and an axis of symmetry of the recuperator 10 coincides with an axis of the compressor or an axis of the turbine or an axis of the intake area and/or an axis of the housing.
  • the recuperator is designed as a counterflow heat exchanger, which is indicated as one aspect in the schematic representation in FIG. 4a.
  • FIG. 4a which represents the “left half” or “right half” of the recuperator of FIG extending between a first collection space 17 on the left in Fig. 4a and between a second collection space 18 on the right in Fig. 4a.
  • the second gas channels 16 are in thermal interaction with the first gas channels 15.
  • the flow direction in the gas channels 16 is in the same direction as the flow in the gas channels 15.
  • the left one is Connection at the bottom left in Fig. 4a is the second recuperator inlet 13 and the right connection is the recuperator outlet 14.
  • recuperator If the recuperator is to be operated in counterflow, which is preferred, with the direction of flow in the flow channels 15 and 16 being opposite to one another, the inlet is left in Fig. 4a is the second recuperator output 14 and the connection on the right in Fig. 4a is the second recuperator input 13.
  • the thermal interaction takes place via the material of the recuperator, which is arranged between the gas channels 15 and 16, i.e. between a gas channel 15 and a corresponding gas channel 16, i.e. the heating of the warm gas drawn in at the expense of the cooling of the gas flowing in the secondary region of the recuperator , which is brought to the turbine for relaxation.
  • the recuperator includes the collection space 17 in order to distribute gas supplied via the left connection 4 from bottom to top in the embodiment shown in FIG. 4a into the various gas channels.
  • gas that has flowed through the channels is collected on the other side through the second collection space 18 and drawn off via the second connection. If, on the other hand, the occupancy is different, ie in real counterflow, the collection space 18 divides the gas into the individual Gas ducts 16 secure and the collection space 17 causes the gas discharged from each duct to be collected for the purpose of suction through the lower port due to the turbine relaxation effect.
  • the housing in which the compact gas refrigerator is arranged is rotationally symmetrical or cylindrical and has a diameter of between 0.5 and 1.5 meters and a height of between 1.0 and 2.5 meters.
  • sizes with a diameter between 70 and 90 and especially 80 centimeters are preferred, and a height between 170 and 190 and preferably 180 cm is preferred in order to provide an already significant cooling for e.g. a computer room, which is preferably implemented as direct air cooling .
  • an expansion from the turbine outlet 72 to the gas outlet 5 is also provided, which also runs in a parabolic or hyperbolic form, so that a favorable adjustment of the flow conditions from the high speed at the turbine outlet 72 to an adapted, reduced one speed at the air outlet 5 is reached, so that no excessive noise is generated by the cooling.
  • the housing has an elongated shape
  • the gas inlet is formed by a plurality of perforations in an upper region of the housing or a wall of the housing with respect to the operating direction of the gas refrigerator.
  • the gas outlet is formed by an opening in a lower area or in the base of the housing, the opening in the base of the area corresponding to at least 50% of a cross-sectional area of the housing in the upper area, ie in the air inlet. Opening the gas outlet as large as possible results in low air velocities at the gas outlet and thus a pleasant noise level and also a pleasant “draft” in the room with only a small amount of air movement.
  • the compressor 40 is preferably arranged in order to achieve an air movement in the intake area, in the operating direction of the gas refrigerator, from top to bottom.
  • the compressor 40 then leads to a deflection of the flow from bottom to top, with a duct 45 of the compressor being advantageously used here, which already inherently achieves a 90° deflection at the transition from the compressor wheel to the duct 45 .
  • the next 90 ° are then achieved by the gas that has been compressed, at the outlet of the control chamber from bottom to top via the heat exchanger inlet 61, which is also the Compressor output 42 is fed.
  • the gas then moves from the outside in, towards the heat exchanger outlet 62, which coincides with the inlet 13 of the recuperator.
  • the gas then moves through collection areas, as shown in FIG. 4a, first from the bottom up in the recuperator and then from the top down at the exit of the corresponding gas channels, before finally entering the turbine inlet 71 at the second recuperator outlet 14 .
  • the turbine inlet 71 is again optimal in terms of flow, connected to the second recuperator outlet in the outer area, i.e. outside the heat exchanger, so that as few gas deflections as possible are achieved so that the gas can enter the turbine 70 without suffering significant losses , relaxes in the turbine, drives the turbine accordingly and loses heat through the relaxation process.
  • the turbine outlet is located at the bottom of the housing.
  • This allows the gas chiller to be placed on a cooling inlet area in a "false" floor of a data center. Air ducts extend from this cooling inlet area into the area to be cooled, e.g. B. computer racks.
  • the gas chiller thus represents a compact measure to feed cold air into an existing infrastructure of false floors or air ducts running in the floor, which lead off from the (central) cooling inlet.
  • the arrangement of the turbine outlet at the bottom of the gas chiller is also advantageous in that condensed moisture falls away from the device due to gravity and can be easily collected and drained off without the engine having to be protected from the moisture at great expense.
  • FIG. 4b shows a schematic plan view of a preferred recuperator 10 with collection spaces on the secondary side.
  • the top view of Fig. 2a or 2b is schematic.
  • the gas refrigerator is completely closed at the top by a closed cover.
  • Fig. 4b shows the situation when the lid is transparent.
  • the intake area 30 is shown, which is delimited by the intake wall 31 .
  • the boundary 18a for the inner collection space 18 and the boundary 17a for the outer collection space 17 extend around the suction area 30.
  • the glass flow is from the outside inwards, as shown by the arrows 50, namely from the first recuperator inlet 11 to the first recuperator outlet 12. Then the gas in the intake area 30 flows down as indicated by the arrow ends 51 in region 30 is shown.
  • the gas is then compressed and flows through the heat exchanger 60 to flow into the second recuperator inlet 13 . From there it flows from bottom to top as indicated by the arrowheads in collection space 18. The gas then flows back out through the recuperator into the collection space 17 and down there, as shown by the ends of the arrows 53 . The gas then passes from the collection chamber 17 via the second recuperator outlet 14 into the turbine inlet 71.
  • the flow directions can also be implemented differently, depending on the implementation, as long as the lines 15 on the one hand and 16 on the other hand are separated from one another in the recuperator 10 so that essentially no short-circuiting of the gas flows takes place.
  • the collection spaces 17, 18 are separated from the lines 15.
  • the collection spaces 17 , 18 are assigned to the lines 16 which connect the second recuperator input 13 to the second recuperator output 14 .
  • the implementation can also be such that the collection spaces are assigned to the first recuperator inlet and the first recuperator outlet and the second inlet and the second recuperator outlet are gas-insulated from the collection spaces.
  • the heat exchanger 60 has a disc-shaped volume and the heat exchanger inlet is on the outside of the disc-shaped volume and the heat exchanger outlet is on the inside of the disc-shaped volume. Furthermore, the heat exchanger inlet is preferably arranged at the bottom of the heat exchanger and the heat exchanger outlet is arranged at the top of the disc-shaped volume. In other exemplary embodiments, it is preferred to design the heat exchanger in a wedge-shaped cross section, with a cross section of the heat exchanger inlet 61 being designed to be larger than a cross section of the heat exchanger outlet 62
  • the outer boundary of the annular cross-section in FIG. 2b is larger than the inner boundary, with the heat exchanger also not having to be arranged horizontally as in FIG. 2a, for example, but rather can be arranged obliquely from bottom to top.
  • FIG. 4c shows a section of one side of this implementation in relation to the recuperator 10 and the compressor 40 and the turbine 70 of FIG. 2a or 2b. Only a schematic representation of one side of the cross-section is shown, with the larger inlet 61 and smaller outlet 62 being seen in the cross-section, and the flow of gas from the outlet 62 into the collection area 18, through the recuperator 10 into the collection area 17 and from there past the heat exchanger 60 into the turbine inlet is also illustrated.
  • a liquid preferably flows, such as a water/glycol mixture, which carries the waste heat to the heat sink 80.
  • the medium cooled in the heat sink 80 which can be designed, for example, as a liquid/air heat exchanger with a fan on a roof, is fed back into the inlet 63 of the secondary side of the heat exchanger 60 by the pump 90, as is also shown in Fig. 3 is shown. Therefore, preferably spiral-shaped liquid lines are located in the heat exchanger 40 in the area through which the gas flows, in order to remove and dissipate heat from the gas as efficiently as possible.
  • the suction region extends a distance greater than 10 cm, and preferably greater than 60 cm, from the compressor inlet.
  • the gas ducts are arranged in such a way that they are distributed substantially evenly over the volume on all sides and can therefore guide as much air as possible into the intake area as efficiently as possible with little resistance.
  • FIG. 3 shows a diagram representing the various ratios of velocity c, temperature T, volume V and pressure p.
  • the heat output Q and the electrical output P are each shown in kW.
  • the suction in the suction area increases the speed from a speed of 5 m/s to about 109 m/s, which is accompanied by a subtle temperature reduction from 38°C to 32°C and a small pressure reduction. Due to the compressor effect, however, the air is then brought to a temperature of 56° C.
  • This air provides cooling compared to the 25°C inlet air temperature, which can be increased or decreased as required by turning the compressor faster or slower.
  • the conditions are also shown on the outlet side, i.e. with regard to the heat exchanger. Liquid with a temperature of 55° C. is extracted, with the liquid mixture, ie the glycol/water mixture, being reduced by the fan in the heat sink 80 to 37.9° C., for example, and correspondingly into the secondary inlet 63 of the heat exchanger is returned.
  • the gas refrigeration machine is operated in such a way that the suction is achieved through the suction area 30 that specifically protrudes into the recuperator.
  • the individual elements are designed and arranged in such a way that the special preferred arrangement of the suction area in the volume of the recuperator is achieved.
  • recuperator can also be implemented with other heat exchanger technologies, e.g. with a heat exchanger that does not work in counterflow and in which the gas channels are not parallel to each other or perpendicular to the housing direction or are arranged in a horizontal operating direction.
  • the compressor and the turbine do not necessarily have to be arranged on one and the same axis, but other measures can be taken in order to use the energy released by the turbine to drive the compressor.
  • the heat exchanger does not necessarily have to be arranged in the housing between the recuperator and the turbine or between the recuperator and the compressor.
  • the heat exchanger could also be externally connected, although an internal arrangement is preferred for compact construction.
  • compressor and turbine need not necessarily be implemented as radial impellers, although this is preferred, since favorable power matching can be achieved by stepless speed control of the compressor via the electronics assembly 102 of FIG. 2a.
  • the compressor can, as shown in FIG. 2a, be designed as a turbocompressor with a radial impeller and with a guideway or guide chamber 45, which achieves a 180° deflection of the gas flow.
  • other gas conduction measures can also be achieved by shaping the guide space differently, for example, or by shaping the radial impeller differently, in order to still achieve a particularly efficient design that leads to good efficiency.
  • FIG. 7a shows a perspective view of a preferred compressor-turbine combination
  • FIG. 7b shows a side view of the preferred compressor-turbine combination from FIG. 7a.
  • the combination is preferably embodied as a monolithic unit or in one piece from the same material. It includes an upper or first bearing area 40b to which the compressor wheel 40a is attached.
  • the compressor wheel 40a goes in a first intermediate region 43a, also shown as axis 43.
  • This axis area 43a in turn merges into the rotor 44, which in turn merges into a further intermediate area 43b.
  • This is followed by the turbine wheel 70a, which can be suspended via a lower bearing section 70b.
  • the bearing area hangers are attached to the wall of the intake area 30 of FIG. 2a or 2b for the first bearing area 40b and the bearing area 70b for the turbine wheel 70a is attached to a hanger in the turbine outlet 72 .
  • Rolling or ball bearings are preferably used as bearings.
  • the combination is dimensioned such that the diameter of the compressor wheel 40a is larger than the diameter of the rotor 44, and that the diameter of the rotor 44 (preferably without yoke 44a and magnets 44b) is equal to or larger than the diameter of the turbine wheel 70a.
  • This makes it easier to assemble, because the gas refrigerator with the combination in FIG. 7a or 7b can preferably be assembled from bottom to top with respect to FIG. 2a or 2b. It is also possible to slide a return ring 44a over the turbine wheel 70a and to attach it to the rotor 44 at its periphery.
  • Assembly preferably takes place from the bottom up, using the element with the turbine outlet 71 as a base onto which the inner boundary of the recuperator outlet 14 is placed.
  • the combination of turbine wheel 70a and compressor wheel is then placed on this and inserted into the bearing holder for the lower bearing section 70b.
  • the intake area 30 together with the guide chamber 45 and the heat exchanger 60 and the recuperator 10 arranged above it can be easily assembled by placing the upper bearing bracket on the protruding bearing section 40b.
  • FIG. 2b shows a sectional view of a fully integrated gas refrigerator according to a further exemplary embodiment of the present invention with an alternative arrangement of the electronics assembly 102 with respect to FIG. 2a. While the electronics assembly is mounted in the cool area next to the turbine outlet in FIG. 2a, in FIG. 2b it is in the so-called "machine room" between the base of the compressor wheel 40a of FIG. 7b and the base of the turbine wheel 70a.
  • the arrangement of the assembly 102 on the upper limit 71a of the turbine inlet 71 is advantageous because this area is well cooled due to the gas coming from the heat exchanger, which in the scenario in FIG. 3 is only 27 or 16° Celsius. Heat lost from the engine or waste heat from the electronics or sensors in the assembly is therefore easily dissipated via the turbine 70 .
  • the electronic assembly 102 for the electrical supply of the gas refrigerator with energy and/or control signals preferably has an opening in the middle and is disk-shaped and extends around a stator of a drive motor for the compressor 40 or is designed to be integrated with the stator, and is further exemplified in FIG an area between a base of a compressor wheel 40a of the compressor 40 and a base of a turbine wheel 70a of the turbine.
  • annular assembly is shown in cross-section in FIG. 2b, the assembly may be formed in any way so long as it is housed in the engine room and thermally interacts with the boundary 71a of the inlet 71 of the turbine 70, e.g. B. is mounted on the boundary 71a. It is also preferred to route the supply line for energy 101a and data 101b for the motor through the lateral boundary 14a of the recuperator output 14 and through the housing 100 at the appropriate point, as is the case, for example, in FIG. B. shown in Fig. 2b.
  • aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the essential process steps can be performed by such an apparatus.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Gaskältemaschine mit folgenden Merkmalen: einem Eingang (2) für Gas; einem Rekuperator (10); einem Kompressor (40) mit einem Kompressoreingang (41), wobei der Kompressoreingang (41) mit einem ersten Rekuperatorausgang (12) gekoppelt ist; einem Wärmetauscher (60); einer Turbine (70); und einem Gasausgang (5), wobei die Gaskältemaschine als offenes System ausgebildet ist, und wobei die Gaskältemaschine derart ausgebildet ist, dass ein Arbeitsmittel in zumindest einem Element der Gruppe von Elementen, die den Rekuperator (10), den Kompressor (40), den Wärmetauscher (60), und die Turbine (70) aufweist, das Gas ist, und wobei der Eingang (2) an einem ersten Abschnitt eines Gehäuses (100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, in dem der Eingang (2) und der Gasausgang (5) ausgebildet sind, wobei der Gasausgang (5) an einem zweiten Abschnitt des Gehäuses (100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, und wobei der erste Abschnitt in einer Betriebsrichtung, in der die Gaskältemaschine für einen Betrieb der Gaskältemaschine aufgestellt ist, oberhalb des zweiten Abschnitts angeordnet ist.

Description

Gaskältemaschine, Verfahren zum Betreiben einer Gaskältemaschine und Verfahren zum Herstellen einer Gaskältemaschine als offenes System
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Maschinen zum Heizen und Kühlen und insbesondere auf Kaltluftkältemaschinen beziehungsweise Gaskältemaschinen.
Kaltluftkältemaschinen sind bekannt und werden beispielsweise in der Raumfahrt eingesetzt. In der Fachveröffentlichung „High-capacity turbo-Brayton cryocoolers for space applications”, M. Zagarola u. a., Cryogenics 46 (2006), Seiten 169 bis 175 ist ein Kryokühler offenbart, der schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Ein Kompressor C komprimiert Gas, das in dem geschlossenen System zirkuliert. Das komprimierte Gas wird durch einen Wärmetauscher gekühlt, was schematisch mit „Wärmesenke“ beziehungsweise mit „Wärmeabgabe“ bezeichnet ist. Das gekühlte Gas wird in einen Rekuperator R eingespeist, der das dadurch abgekühlte Gas einer Turbine E zuführt. Aus der Turbine E wird kaltes Gas abgegeben, das über einen Wärmetauscher Wärme aufnimmt beziehungsweise eine Kältewirkung erreicht. Das Gas, das aus dem Wärmetauscher, der die Kältewirkung bereitstellt, austritt und wieder wärmer als das Gas am Eingang desselben ist, wird ebenfalls in den Rekuperator R eingespeist, um wieder angewärmt zu werden.
Das Temperatur-Entropie-Diagramm des Zyklus in Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. Durch den Kompressor C findet eine isentrope Kompression statt, wie es durch den Übergang vom Übergangspunkt 1 zum Übergangspunkt 2 gezeigt ist. Durch den Wärmetauscher zur Wärmeabgabe findet eine isobare Wärmeabfuhr statt, wie es durch den Übergang von Punkt 2 zu Punkt 3 in Fig. 6 dargestellt ist. Durch den Rekuperator R findet ebenfalls eine isobare Wärmeabfuhr statt, wie es durch den Übergang zwischen Punkt 3 und Punkt 4 dargestellt ist. Dann findet in der Turbine E eine isentrope Expansion statt, wie es durch den Übergang zwischen Punkt 4 und Punkt 5 dargestellt ist. Die Kältewirkung des Wärmetauschers wiederum stellt eine isobare Wärmezufuhr dar, wie es durch den Übergang von Punkt 5 zu Punkt 6 dargestellt wird. Die im Wärmetauscher abgegebene Wärme ist im Temperatur- Entropie-Diagramm als der Temperaturunterschied zwischen Punkt 2 und Punkt 3 dargestellt. Entsprechend ist die durch die Turbinenexpansion erreichte Temperaturreduktion durch den Temperaturunterschied zwischen dem Punkt 4 und dem Punkt 5 dargestellt. Schließlich ist der Temperaturunterschied, der zu der Kühlung eingesetzt werden kann, der also als „verfügbare Kühlung“ dargestellt ist, zwischen Punkt 5 und Punkt 6 dargestellt.
Weitere Kaltluftkältemaschinen in verschiedenen anderen Ausführungen werden in dem Vortrag „Luft als Kältemittel - Geschichte der Kaltluftkältemaschine“ von I. Ebinger, gehalten auf der Historikertagung 2013 in Friedrichshafen am 21.06.2013, dargestellt.
Im Vergleich zu Wärmepumpen, die zum Kühlen und zum Heizen eingesetzt werden, haben Gaskältemaschinen den Vorteil, dass eine energieaufwändige Umwälzung von flüssigem Kältemittel vermieden werden kann. Darüber hinaus kommen Gaskältemaschinen ohne das dauernde Verdampfen einerseits und das dauernde Kondensieren andererseits aus. Im in Fig. 5 gezeigten Zyklus zirkuliert lediglich Gas, ohne dass es Übergänge zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen gibt. Ferner sind bei Wärmepumpen insbesondere dann, wenn auf klimaproblematische Kältemittel verzichtet werden soll, sehr kleine Drücke nahe beim Vakuum nötig, die in der Erzeugung, Handhabung und Beibehaltung während des Betriebs zu erheblichem Aufwand insbesondere in apparativer Hinsicht führen können. Dennoch ist der Einsatz von Kaltluftkältemaschinen begrenzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Gaskältemaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Gaskältemaschine nach Patentanspruch 1 , ein Verfahren zum Betreiben einer Gaskältemaschine nach Patentanspruch 29, oder ein Verfahren zum Herstellen einer Gaskältemaschine nach Patentanspruch 30 gelöst.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Gaskältemaschine besonders kompakt aufgebaut werden muss, um Verluste durch Leitungen, insbesondere im Rekuperator beziehungsweise in der Verbindung zwischen Rekuperator und Kompressor zu verhindern. Zu diesem Zweck ist der Rekuperator so angeordnet, dass er sich um einen Ansaugbereich des Kompressors herum erstreckt, wobei der Ansaugbereich von dem Rekuperator durch eine Ansaugwand begrenzt ist. Diese integrierte Anordnung zwischen Kompressor mit Ansaugbereich einerseits und Rekuperator andererseits führt dazu, dass ein kompakter Aufbau mit optimalen Strömungsverhältnissen erreicht werden kann, um in der Primärseite des Rekuperators vorhandenes Gas durch den Rekuperator hindurch anzusaugen. Darüber hinaus ist die Wirkung des Rekuperators wichtig für die Effizienz der gesamten Gaskältemaschine, weshalb der Rekuperator so angeordnet ist, dass er sich zumindest teilweise und vorzugsweise ganz um den Ansaugbereich herum erstreckt. Damit wird sichergestellt, dass über den gesamten Ansaugbereich, der sich vom Kompressoreingang weg erstreckt, und von dem Rekuperator durch die Ansaugwand begrenzt ist, von allen Seiten eine beträchtliche Menge Gas aus dem Rekuperator angesaugt werden. Damit wird, obgleich der Rekuperator ein beträchtliches Volumen einnehmen kann, dennoch ein kompakter Aufbau erreicht, weil der Kompressor direkt mit dem Rekuperator integriert ist. Diese Implementierung stellt andererseits auch sicher, dass für die Sekundärseite im Rekuperator, die in dem Rekuperator mit der Primärseite in thermischer Wechselwirkung stehen muss, genügend Platz verbleibt, um die Ströme des auf der Primärseite fließenden warmen Gases und die Ströme des auf der Sekundärseite fließenden wärmeren Gases gut in thermische Wechselwirkung zu bringen.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird im Rekuperator ein Gleichstrom- oder Gegenstromprinzip eingesetzt, um eine besonders gute Effizienz an diesem Bauteil zu erreichen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung stellt der erste Eingang des Rekuperators in die Primärseite desselben einen Gas oder Lufteingang dar, so dass die Gaskältemaschine in einem offenen System betreibbar ist. Dann sind der Turbinenausgang bzw. der Gasauslass ebenfalls in einen Raum beispielsweise hinein gerichtet, in den die gekühlte Luft beziehungsweise allgemein gesagt, das gekühlte Gas gebracht wird. Alternativ kann der Gaseingang einerseits und der Gasausgang andererseits über ein Leitungssystem und einen Wärmetauscher mit einem System verbunden sein, das zu kühlen ist. Dann handelt es sich bei der Gaskältemaschine gemäß der vorliegenden Erfindung um ein geschlossenes System.
Vorzugsweise ist die gesamte Gaskältemaschine in einem Gehäuse eingebaut, das typischerweise zumindest in seinem „Inneren“ rotationssymmetrisch mit aufrecht stehender Form und einer größeren Höhe als Durchmesser, also als schlanke aufrecht stehende Form ausgebildet ist. In diesem Gehäuse befinden sich sowohl der Gaseingang als auch der Gasausgang und der Rekuperator, der Kompressor und die Turbine und vorzugsweise auch der Wärmetauscher.
Vorzugsweise ist im Betrieb der Kompressor oberhalb der Turbine angeordnet. Wiederum vorzugsweise umfasst der Kompressor ein Radialrad und umfasst die Turbine ebenfalls ein Turbinenrad, wobei das Kompressorrad und das Turbinenrad auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, und diese Achse ferner einen Rotor eines Antriebsmotors umfasst, der mit einem Stator des Antriebsmotors wechselwirkt. Vorzugsweise ist der Rotor zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad angeordnet.
Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen ist der Rekuperator in einem äußeren Bereich des Volumens der Gaskraftmaschine angeordnet und ist der Kompressoreingang in einem inneren Bereich des Volumens der Gaskraftmaschine angeordnet, wobei sich auch der Ansaugbereich in dem inneren Bereich des Volumens befindet. Vorzugsweise hat der Ansaugbereich eine von einem ersten Ende zu dem zweiten Ende kontinuierlich zunehmende Öff- nungsfläche, so dass die Ansaugwand kontinuierlich, also vorzugsweise ohne Kanten ausgebildet ist. Das Ende mit der kleineren Öffnungsfläche ist mit dem Kompressoreingang verbunden und das Ende mit der größeren Öffnungsfläche ist abgeschlossen, so dass durch den Kompressorbetrieb eine Ansaugwirkung im Ansaugbereich entsteht, die sich über den Primärausgang des Rekuperators, der mit dem Ansaugbereich fluidisch gekoppelt ist, über den Rekuperator hindurch zu dem Primäreingang des Rekuperators erstreckt, der entweder direkt als Gaseinlass ausgebildet ist oder mit einem Gasauslass im Gehäuse verbunden ist.
Wieder vorzugsweise ist ein Leitraum des Kompressors so angeordnet, dass er das komprimierte Gas von der Mitte des Volumens der Gaskraftmaschine nach außen führt und dort unmittelbar in einen Primäreingang des Wärmetauschers einspeist. Durch den Wärmetauscher fließt das erhitzte Gas von außen nach innen und tritt von dort in den Sekundäreingang beziehungsweise zweiten Eingang des Rekuperators ein, der vorzugsweise innen im Volumen befindlich ist und sich um den Ansaugbereich und insbesondere um die Ansaugwand herum erstreckt, jedoch von dem Ansaugbereich fluidisch getrennt ist. Das in den Sekundäreingang eingespeiste Gas fließt von innen nach außen in der Sekundärseite des Rekuperators und ermöglicht somit ein Gegenstromprinzip, das thermisch besonders günstig ist und fließt dann von außen bezüglich des Rekuperators vorzugsweise in den Ansaugbereich der Turbine, wobei das Gas von außen nach innen fließt, um sich über das Turbinenrad in den Luftausgang zu relaxieren, welcher als eine große Fläche vorzugsweise im Unteren der Gaskältemaschine ausgebildet ist. Dagegen ist der Gaseingang im seitlichen oberen Bereich der Gaskältemaschine ausgebildet, und zwar durch eine Vielzahl von Perforierungen, die mit entsprechenden Gaskanälen verbunden sind, und die den Gaseinlass beziehungsweise den Primäreingang in den Rekuperator bilden. Vorzugsweise ist eine zur Steuerung und zum Betrieb der Gaskältemaschine benötigte Elektronik in einem Bereich unterhalb des Turbinenansaugbereichs, also neben dem Luftaustritt angeordnet, damit die gekühlte Luft über die Turbinenausgangswand eine Kühlwirkung auf Elektronikelemente liefern kann.
Ferner ist der Aufbau einer Kaltluftkältemaschine technisch weniger aufwändig und damit auch weniger fehleranfällig zum Beispiel im Vergleich zu einer Wärmepumpe. Darüber hinaus ist ein höherer Wirkungsgrad zu erwarten, da keine Arbeit geliefert werden muss, um eine beachtliche Menge an flüssigem Kältemittel im Kreislauf zu bewegen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anordnung des Rekuperators zumindest teilweise um den Ansaugbereich herum.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anordnung des Rekuperators, des Kompressors, des Wärmetauschers, und der Turbine in einem einzigen Gehäuse, das z. B. zylinderförmig sein kann und z. B. eine länglich Form hat, die eine Höhe besitzt, die größer als der Durchmesser ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die spezielle Implementierung, bei der der Kompressor oberhalbe der Turbine angeordnet ist, um eine optimale Flusswirkung des Gases in der Gaskältemaschine zu erreichen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Plazierung des Kom- pressorrads und des Turbinenrads auf einer Achse, an der auch der Rotor des Motors angeordnet ist, um eine optimale und effiziente Übertragung der Kraft von der T urbine auf den Kompressor zu schaffen, um zuzuführende Antriebsenergie so weit als möglich einzusparen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Implementierung eines rotationssymmetrischen Rekuperators mit dem Kompressor und der Turbine, deren Drehachse mit der Achse des Rekuperators zusammenfällt, ob eine effiziente Strömungsführung in der Gaskältemaschine zu erreichen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die bevorzugte Anordnung und Ausführung des Wärmetauschers in der Gaskältemaschine, um eine platzsparende Gaskältemaschine mit effizienter Umsetzung von thermischer Energie zu erreichen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Plazierung einer Elektronikbaugruppe in einem kühlen Bereich der Gaskältemaschine z. B. zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad oder in thermischer Wechselwirkung mit der Begrenzung des Turbineneingangs am Weg des Gases vom Rekuperatorausgang in die Turbine oder in der Nähe des besonders kühlen Turbinenausgangs.
Es sei besonders darauf hingewiesen, dass jeder der Aspekte für sich alleine implementiert werden kann, oder zusammen mit einem weiteren oder mehreren weiteren oder allen anderen genannten Aspekten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Gaskältemaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a eine Schnittdarstellung einer voll integrierten Gaskältemaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2b eine Schnittdarstellung einer voll integrierten Gaskältemaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit alternativer Anordnung der Elektronikbaugruppe;
Fig. 3 eine Darstellung verschiedener Temperatur-/Druck-/Volumenstrom-Verhält- nisse an verschiedenen Stellen der Gaskältemaschine;
Fig. 4a eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines bevorzugten Rekuperators mit Sammlungsräumen auf der Sekundärseite;
Fig. 4b eine schematische Draufsicht auf einen bevorzugten Rekuperator mit Sammlungsräumen auf der Sekundärseite;
Fig. 4c eine schematische Querschnittsdarstellung eines im Querschnitt keilförmigen Wärmetauschers mit größerem Eingangsquerschnitt und kleinerem Ausgangsquerschnitt; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer bekannten Kaltluftkältemaschine;
Fig. 6 ein Temperatur-Entropie-Diagramm der bekannten Kaltluftkältemaschine von Fig. 5;
Fig. 7a eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Kompressor-Turbinen-Kom- bination; und
Fig. 7b eine Seitenansicht der bevorzugten Kompressor-Turbinen-Kombination aus Fig. 7a.
Fig. 1 zeigt eine Gaskältemaschine mit einem Gaseingang 2 für zu kühlendes Gas, also „warmes“ Gas und einem Gasausgang 5 für gekühltes, also „kaltes“ Gas. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Gas normale Luft, wie beispielsweise Raumluft in einem Büro, einem Rechenzentrum, einer Fabrik, etc. In einem solchen Fall kann die Gaskältemaschine als offener Kreislauf betrieben werden, indem Luft über den Gaseingang 2 an einer Stelle in einem Raum angesaugt wird und Luft, die gekühlt worden ist, an einer anderen Stelle in dem Raum in den Raum abgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch als geschlossenes System implementiert werden, bei dem der Gasausgang 5 mit einer Primärseite eines Wärmetauschers verbunden ist und der Gaseingang 2 ebenfalls mit der Primärseite des Wärmetauschers, jedoch dort mit dem „warmen“ Ende verbunden ist, und die Sekundärseite dieses Wärmetauschers mit einer Wärmequelle verbunden ist.
Die Gaskältemaschine umfasst ferner einen Rekuperator 10 mit einem ersten Rekuperatoreingang 11 , einem ersten Rekuperatorausgang 12, einem zweiten Rekuperatoreingang
13 und einem zweiten Rekuperatorausgang 14. Die Strecke vom ersten Rekuperatoreingang 11 zum ersten Rekuperatorausgang 12 stellt die Primärseite des Rekuperators dar, und die Strecke vom zweiten Rekuperatoreingang 13 bis zum zweiten Rekuperatorausgang
14 stellt die Sekundärseite des Rekuperators dar.
Darüber hinaus ist ein Kompressor 40 mit einem Kompressoreingang 41 und einem Kompressorausgang 42 vorgesehen. Der Kompressoreingang 41 ist über einen Ansaugbereich 30, der von der Ansaugwand 31 begrenzt wird, mit dem ersten Rekuperatorausgang 12 gekoppelt. Darüber hinaus ist ein Wärmetauscher 60 mit einem Wärmetauschereingang 61 und einem Wärmetauscherausgang 62 vorgesehen. Der erste Wärmetauschereingang 61 und der erste Wärmetauscherausgang 62 bilden die Primärseite des Wärmetauschers 60. Der zweite Wärmetauschereingang 63 und der zweite Wärmetauscherausgang 64 bilden die Sekundärseite des Wärmetauschers 60. Die Sekundärseite ist mit einer Wärmesenke 80, die beispielsweise auf einem Dach angeordnet sein kann, wenn die Gaskältemaschine zum Kühlen eingesetzt wird, oder die eine Fußbodenheizung sein kann, wenn die Gaskältemaschine zum Heizen eingesetzt wird, gekoppelt, wobei in der Sekundärseite ferner eine Pumpe 90 vorgesehen ist, die vorzugsweise zwischen der Wärmesenke 80 und dem zweiten Wärmetauschereingang 63 angeordnet ist. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist der erste Wärmetauschereingang 61 mit dem Kompressorausgang 42 verbunden, und ist der erste Wärmetauscherausgang 62 mit dem zweiten Rekuperatoreingang 13, also der Sekundärseite des Rekuperators verbunden. Darüber hinaus ist eine Turbine 70 vorgesehen, die einen Turbineneingang 71 und einen Turbinenausgang 72 aufweist. Der Turbineneingang 71 ist vorzugsweise mit dem zweiten Ausgang 14 des Rekuperators 10 verbunden, also mit dem Ausgang der Sekundärseite des Rekuperators, und der Gasausgang 5 ist entweder identisch mit dem Turbinenausgang 72 oder mit diesem gekoppelt.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Kompressoreingang 41 mit dem Ansaugbereich 30 verbunden, der durch eine Ansaugwand 31 von dem Rekuperator abgegrenzt und begrenzt ist. Der Ansaugbereich 30 erstreckt sich von dem Kompressor 40 weg, und der Rekuperator 10 ist ausgebildet, um sich zumindest teilweise um den Ansaugbereich herum zu erstrecken. Der Ansaugbereich 30 ist durch die Ansaugwand 31 begrenzt, wobei diese Ansaugwand 31 auch die Begrenzung des Rekuperators darstellt. Die Ansaugwand 31 ist mit Öffnungen versehen, um Gas, das sich an dem zweiten Ausgang 12 des Rekuperators 10 befindet, in den Ansaugbereich 30 zu lassen. Die in der Ansaugwand vorgesehenen Öffnungen stellen somit den ersten Rekuperatorausgang 12 dar. Die Ansaugwand ist ferner ausgebildet, um eine fluidische Trennung zwischen dem Ansaugbereich 30 und sowohl dem zweiten Rekuperatoreingang 13 als auch dem zweiten Rekuperatorausgang 14 (und auch bezüglich des ersten Rekuperatoreingangs 11 , der nur über den vorgesehenen Weg im Rekuperator durch Gas erreichbar ist) zu liefern.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Rekuperator komplett um den Ansaugbereich 30 herum, wie es beispielsweise in Fig. 2a gezeigt ist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen genügt jedoch bereits eine Erstreckung des Rekuperators um den An- saugbereich nur um einen Teil des gesamten Winkelbereichs von 360°. So kann eine Anordnung des Rekuperators, der sich um lediglich 90° um den Ansaugbereich 30 herum erstreckt, dahingehend günstig sein, wenn die Gaskältemaschine zum Beispiel in einer Ecke eines Raums eingepasst werden soll. Auch andere größere oder kleinere Erstreckungen um den Ansaugbereich herum sind für den Rekuperator je nach Implementierung denkbar. Besonders effizient ist jedoch eine Implementierung, bei der sich der Rekuperator komplett, also um 360° um den Ansaugbereich herum erstreckt.
Hier wird dies ferner bevorzugt, dass der Rekuperator in der Draufsicht einen kreisförmigen Querschnitt hat. Andere Querschnitte, wie beispielsweise dreieckige, viereckige, fünfeckige oder andere polygonale Querschnitte in der Draufsicht sind ebenfalls denkbar, da auch diese Rekuperatoren mit solchen Querschnitten in der Draufsicht mit entsprechenden Gaskanälen ohne Weiteres ausgeführt werden können, um eine Rekuperationswirkung mit hohem Wirkungsgrad vorzugsweise von allen Seiten aus zu erreichen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die gesamte Gaskältemaschine in einem Gehäuse untergebracht, wie es beispielsweise in Fig. 2a bei 100 dargestellt ist. In einem oberen Bereich des Gehäuses 100 von Fig. 2a befindet sich der Gaseingang 2, wobei das Gehäuse beziehungsweise die obere Gehäusewand identisch mit der Rekuperatorwand ausgebildet ist. Der Gaseingang 2 stellt somit gleichzeitig den ersten Rekuperatoreingang dar, der durch die Perforierungen 11 in der Gehäusewand dargestellt ist. Wie es in Fig. 2a dargestellt ist, wird es bevorzugt, dass der Rekuperator einen beträchtlichen Teil der Höhe des gesamten Gehäuses 100 in Anspruch nimmt, wie beispielsweise zwischen 30 und 60% der Höhe des Gehäuses. Darüber hinaus befinden sich alle Komponenten der Gaskältemaschine, also sowohl der Kompressor 40 als auch der Rekuperator 10 als auch der Wärmetauscher 60 als auch die Turbine 70 innerhalb des Gehäuses 100, wie es in einer beispielhaften, besonders kompakten Implementierung in Fig. 2a dargelegt ist. Nach außen zugänglich befinden sich lediglich die Anschlüsse 63, 64 für die Sekundärseite des Wärmetauschers 60 sowie der Lufteinlass 2 und der Luftauslass 5. Darüber hinaus befindet sich vorzugsweise unterhalb der Turbine beziehungsweise unterhalb des Turbineneingangs 71 beziehungsweise neben dem Turbinenausgang 72 eine Elektronikbaugruppe 102 mit einem entsprechenden Anschluss 101 , der zusätzlich noch nach außen zugänglich ist. Alle anderen Elemente und Eingänge und Ausgänge etc. sind in der kompakten Implementierung nicht nach außen zugänglich. Die Gaskältemaschine in dem besonders kompakten Aufbau von Fig. 2a hat somit lediglich einen Lufteinlass 2, einen Luftauslass 5, einen Anschluss 63, 64 für die Sekundärseite des Wärmetauschers 60 sowie einen Strom-/Signalanschluss 101 für die Elektronikbaugruppe 102.
Die Elektronikbaugruppe 102 dient vorzugsweise zur Versorgung eines Antriebsmotors für den Kompressor 40 mit Energie oder zur Lieferung von Steuerdaten an ein Element der Gaskältemaschine oder zur Erfassung von Sensordaten von einem Element der Gaskältemaschine und ist in einem Bereich der Gaskältemaschine angeordnet, der ausgebildet oder geeignet ist, um die Elektronikbaugruppe zu kühlen.
Wie es dargelegt worden ist, kann die Gaskältemaschine zur Kühlung eingesetzt werden. Dann ist der Gaseingang mit einem zu kühlenden Raum entweder direkt oder mit einem zu kühlenden Bereich über einen Wärmetauscher verbunden, und ist der Wärmetauscher 60 beziehungsweise die Sekundärseite 63, 64 des Wärmetauschers mit einer Wärmesenke 80 verbunden, wie beispielsweise einem Ventilator auf dem Dach eines Gebäudes oder einem Ventilator außerhalb eines zu kühlenden Bereichs.
Wenn die Gaskältemaschine dagegen zum Heizen eines Gebäudes beziehungsweise eines zu heizenden Bereichs eingesetzt wird, ist die Sekundärseite 63, 64 des Wärmetauschers mit zum Beispiel einer Fußbodenheizung (FBH) verbunden, oder mit einem beliebigen Heizkreislauf, der auch über andere Heizmöglichkeiten als Fußbodenheizungen verfügen kann. Der Gaseingang 2 ist in diesem Fall mit einer Quelle für warmes Gas verbunden, wenn ein direktes System eingesetzt wird, oder mit einem Wärmetauscher, der auf seiner Primärseite mit einer Wärmequelle verbunden ist, und dessen Sekundärseite der Gaseingang 2 und der Gasausgang 5 bilden. Insbesondere ist der Sekundäreingang dieses in Fig. 1 nicht gezeigten Wärmetauschers der Gaseinlass 2 und ist der Sekundärausgang der Gasausgang 5 dieses in Fig. 1 nicht gezeigten Wärmetauschers.
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf Fig. 2a besonders bevorzugte Ausführungsformen für den konstruktiven Aufbau der Gaskältemaschine dargelegt.
Bei einer Implementierung ist, wie es in Fig. 2a gezeigt ist, der Kompressor 40 in Betriebsrichtung der Gaskältemaschine oberhalb der Turbine 70 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass warme Luft in einem zu kühlenden Bereich von oben nach unten angesaugt werden kann und kalte Luft in einen zu kühlenden Bereich nach unten ausgegeben wird. Damit wird beispielsweise der physikalischen Eigenschaft Rechnung getragen, dass sich kalte Luft e- her am Boden beziehungsweise im unteren Bereich eines Raums ansammelt und warme Luft oben in dem Raum.
Darüber hinaus umfasst der Kompressor bei dem in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kompressorrad, und umfasst die Turbine ebenfalls ein Turbinenrad 70a. Vorzugsweise sind beide Räder auf ein und derselben Achse 43 angeordnet. Ferner ist an der Achse 43 ein Rotor 44 eines Antriebsmotors angeordnet, um die zusätzliche Antriebskraft, die über die durch die T urbine erreichte Antriebskraft hinaus noch benötigt wird, zu liefern. Der Rotor 44 kooperiert dabei mit dem Stator eines Antriebs motors, welcher in Fig. 2a nicht dargestellt ist.
Ferner ist, wie es in Fig. 2a gezeigt ist, der Rotor 44 vorzugsweise zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad 70a angeordnet.
Vorzugsweise ist der Rekuperator in einem äußeren Bereich eines Volumens der Gaskältemaschine angeordnet, so dass im inneren Bereich des Rekuperators der Ansaugbereich 30, der mit dem Kompressoreingang 41 verbunden ist, angeordnet werden kann. Dann wird von allen Seiten Luft angesaugt, wie es in Fig. 2a gezeigt ist, in deren schematischer Querschnittsdarstellung der Lufteinlass 2 sowohl links als auch rechts im Bild gezeigt ist. Der Rekuperator 10 umfasst also eine Volumenform, die einen mittleren Bereich mit einer zentralen Öffnung aufweist, die den Ansaugbereich 30 bildet, wobei sich die Ansaugwand von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei das zweite Ende mit einer Abdeckung 32 abgedeckt ist. Von oben fließt daher keine Luft beziehungsweise kein Gas in den Ansaugbereich, sondern lediglich von der Seite durch den Primärbereich des Rekuperators. Die Aufweitung vom ersten Ende beim Kompressoreingang 41 zum zweiten Ende mit der Abdeckplatte 32 ist eine kontinuierliche Aufweitung mit einer etwa parabelfömig beziehungsweise hyperbelartigen Form, die dazu da ist, um optimale Strömungsverläufe innerhalb des Ansaugbereichs sicherzustellen, um soweit als möglich eine laminare Strömung, die den geringsten Strömungswiderstand bildet, im Ansaugbereich von oben nach unten sicherzustellen. Der etwas größere Strömungswiderstand durch längere Gaskanäle in dem Rekuperator näher am Kompressoreingang 41 wird durch etwas kürzere Gaskanäle weiter weg vom Kompressoreingang 41 kompensiert, so dass sich für den gesamten Bereich von unten nach oben entlang des Ansaugbereichs nahezu gleiche Verhältnisse für den Strömungswiderstand ergeben, so dass der Rekuperator in seinem gesamten Volumen gleich effizient durchströmt wird. Vorzugsweise ist der Rekuperator 10 rotationssymmetrisch, und eine Symmetrieachse des Rekuperators 10 fällt mit einer Achse des Kompressors oder einer Achse der T urbine oder einer Achse des Ansaugbereichs und/oder mit einer Achse des Gehäuses zusammen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Rekuperator als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet, was in der schematischen Darstellung in Fig. 4a als ein Aspekt angedeutet ist. Bei dem Beispiel in Fig. 4a, das zum Beispiel die „linke Hälfte“ oder „rechte Hälfte“ des Rekuperators von Fig. 2a darstellt, existieren erste Gaskanäle 15 vom ersten Rekuperatoreingang 11 zum ersten Rekuperatorausgang 12. Darüber hinaus existieren zweite Gaskanäle 16, die sich zwischen einem ersten Sammlungsraum 17 links in Fig. 4a und zwischen einem zweiten Sammlungsraum 18 rechts in Fig. 4a erstrecken. Die zweiten Gaskanäle 16 stehen in thermischer Wechselwirkung mit den ersten Gaskanälen 15. Je nach Implementierung, also wie die Sekundärseite des Rekuperators belegt wird, ist die Strömungsrichtung in den Gaskanälen 16 in der gleichen Richtung wie die Strömung in den Gaskanälen 15. Dann ist der linke Anschluss links unten in Fig. 4a der zweite Rekuperatoreingang 13 und ist der rechte Anschluss der Rekuperatorausgang 14. Soll der Rekuperator dagegen im Gegenstrom betrieben werden, was bevorzugt wird, wobei die Strömungsrichtung in den Strömungskanälen 15 und 16 entgegengesetzt zueinander ist, so ist der Eingang links in Fig. 4a der zweite Rekuperatorausgang 14 und ist der Anschluss rechts in Fig. 4a der zweite Rekuperatoreingang 13.
Über Material des Rekuperators, das zwischen den Gaskanälen 15 beziehungsweise 16 angeordnet ist, also zwischen einem Gaskanal 15 und einem korrespondierenden Gaskanal 16, findet die thermische Wechselwirkung statt, also die Anwärmung des angesaugten warmen Gases auf Kosten der Abkühlung des im Sekundärbereich des Rekuperators strömenden Gases, das zur Turbine zur Relaxation gebracht wird.
Der Rekuperator umfasst den Sammlungsraum 17, um über den linken Anschluss 4 zugeführtes Gas von unten nach oben bei dem in Fig. 4a gezeigten Ausführungsbeispiel in die verschiedenen Gaskanäle zu verteilen. Entsprechend wird auf der anderen Seite durch den zweiten Sammlungsraum 18 Gas, das die Kanäle durchströmt hat, gesammelt und über den zweiten Anschluss abgezogen. Ist die Belegung dagegen unterschiedlich, also im echten Gegenstrom, so stellt der Sammlungsraum 18 die Aufteilung des Gases in die einzelnen Gaskanäle 16 sicher und bewirkt der Sammlungsraum 17 die Sammlung des von den einzelnen Kanälen ausgegebenen Gases zum Zwecke der Absaugung durch den unteren Anschluss aufgrund der Turbinenrelaxationswirkung.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse, in dem die kompakte Gaskältemaschine angeordnet ist, rotationssymmetrisch beziehungsweise zylinderförmig und hat einen Durchmesser zwischen 0,5 und 1 ,5 Metern und eine Höhe zwischen 1 ,0 und 2,5 Metern. Insbesondere werden Größen mit einem Durchmesser zwischen 70 und 90 und insbesondere 80 Zentimetern bevorzugt, und wird eine Höhe zwischen 170 und 190 und vorzugsweise von 180 cm bevorzugt, um eine bereits signifikante Kühlung für beispielsweise einen Rechnerraum zu schaffen, die vorzugsweise als direkte Luftkühlung implementiert ist. Ferner ist ebenfalls um eine optimale Strömungsverteilung sicherzustellen, eine Aufweitung vom Turbinenausgang 72 bis zum Gasauslass 5 vorgesehen, die ebenfalls in einer Parabel- beziehungsweise Hyperbel-Form verläuft, so dass eine günstige Anpassung der Strömungsverhältnisse von der hohen Geschwindigkeit am Turbinenauslass 72 zu einer angepassten reduzierteren Geschwindigkeit am Luftauslass 5 erreicht wird, damit keine zu starken Geräusche durch die Kühlung erzeugt werden.
Vorzugsweise hat das Gehäuse eine längliche Form, und ist der Gaseinlass durch eine Vielzahl von Perforierungen in einem bezüglich der Betriebsrichtung der Gaskältemaschine oberen Bereich des Gehäuses oder einer Wand des Gehäuses ausgebildet. Darüber hinaus ist der Gasauslass durch eine Öffnung in einem unteren Bereich beziehungsweise im Boden des Gehäuses ausgebildet, wobei die Öffnung im Boden des Bereichs wenigstens 50% einer Querschnittsfläche des Gehäuses in dem oberen Bereich, also im Lufteinlass, entspricht. Durch eine möglichst große Öffnung des Gasauslasses werden niedrige Luftgeschwindigkeiten am Gasauslass und damit ein angenehmes Geräuschverhalten und auch ein angenehmes „Zug“-Verhalten in dem Raum mit einem lediglich geringen Luftbewegungsvorkommen erreicht.
Vorzugsweise ist der Kompressor 40 angeordnet, um eine Luftbewegung im Ansaugbereich, in der Betriebsrichtung der Gaskältemaschine, von oben nach unten zu erreichen. Der Kompressor 40 führt dann zu einer Umlenkung des Stroms von unten nach oben, wobei hier ein Leitraum 45 des Kompressors günstig eingesetzt wird, der bereits inhärent eine 90°-Umlenkung am Übergang vom Kompressorrad zum Leitraum 45 erreicht. Die nächsten 90° werden dann erreicht, indem das Gas, das komprimiert worden ist, am Ausgang des Leitraums von unten nach oben über den Wärmetauschereingang 61 , der gleichzeitig der Kompressorausgang 42 ist, eingespeist wird. In dem zweiten Wärmetauscher bewegt sich das Gas dann von außen nach innen, zu dem Wärmetauscherausgang 62 hin, der mit dem Eingang 13 des Rekuperators zusammenfällt. Das Gas bewegt sich dann über Sammlungsbereiche, wie sie anhand von Fig. 4a dargestellt worden sind, zunächst im Rekuperator von unten nach oben und dann am Ausgang der entsprechenden Gaskanäle von oben nach unten, um dann schließlich am zweiten Rekuperatorausgang 14 in den Turbineneingang 71 einzutreten. Der Turbineneingang 71 ist, wieder strömungsmäßig optimal, in dem äußeren Bereich, also außerhalb des Wärmetauschers mit dem zweiten Rekuperatorausgang verbunden, so dass so wenig Gasumlenkungen als möglich erreicht werden, damit das Gas, ohne signifikante Verluste zu erleiden, in die Turbine 70 eintreten kann, in der Turbine relaxiert, die Turbine entsprechend antreibt und durch den Relaxationsprozess an Wärme verliert.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Fig. 2a oder 2b ist der Turbinenausgang unten am Gehäuse angeordnet. Damit kann die Gaskältemaschine auf einen Kühlungseinlassbereich in einem „doppelten“ Boden eines Rechenzentrums aufgesetzt werden. Von diesem Kühlungseinlassbereich erstrecken sich Luftkanäle in die zu kühlende Bereich, wie z. B. Rechnerracks. Die Gaskältemaschine stellt somit eine kompakte Maßnahme dar, um kalte Luft in eine bestehende Infrastruktur aus doppeltem Boden oder im Boden verlaufenden Luftkanälen, die vom (zentralen) Kühlungseinlass abgehen, einzuspeisen.
Die Anordnung des Turbinenausgangs unten an der Gaskältemaschine ist ferner dahingehend vorteilhaft, dass kondensierte Feuchte vom Gerät weg nach unten aufgrund der Schwerkraft fällt und einfach aufgefangen und abgeleitet werden kann, ohne dass der Motor aufwändig vor der Feuchte geschützt zu werden braucht.
Fig. 4b zeigt eine schematische Draufsicht auf einen bevorzugten Rekuperator 10 mit Sammlungsräumen auf der Sekundärseite. Die Draufsicht auf Fig. 2a oder 2b ist schematisch. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Gaskältemaschine durch einen geschlossenen Deckel nach oben komplett geschlossen. Fig. 4b zeigt allerdings die Situation, wenn der Deckel durchsichtig ist. In der Mitte ist der Ansaugbereich 30 gezeigt, der durch die Ansaugwand 31 begrenzt wird. Um den Ansaugbereich30 erstreckt sich zum einen die Begrenzung 18a für den inneren Sammlungsraum 18 und die Begrenzung 17a für den äußeren Sammlungsraum 17. Der Glasfluss findet von außen nach innen, wie es durch die Pfeile 50 dargestellt ist, nämlich vom ersten Rekuperatoreingang 11 zum ersten Rekuperatorausgang 12. Dann fließt das Gas im Ansaugbereich 30 nach unten, wie es durch die Pfeilenden 51 im Bereich 30 gezeigt ist. Das Gas wird dann komprimiert und fließt durch den Wärmetauscher 60, um in den zweiten Rekuperatoreingang 13 zu fließen. Von dort fließt es von unten nach oben, wie es durch die Pfeilspitzen im Sammlungsraum 18 gezeigt ist. Durch den Rekuperator fließt das Gas dann wieder nach außen in den Sammlungsraum 17 und dort nach unten, wie es durch die Pfeilenden 53 dargestellt ist. Aus dem Sammlungsraum 17 gelangt das Gas dann über den 2. Rekuperatorausgang 14 in den Turbineneingang 71.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Strömungsrichtungen je nach Implementierung auch anders ausgeführt werden können, solange im Rekuperator 10 die Leitungen 15 einerseits und 16 andererseits voneinander getrennt sind, damit im wesentlichen kein Kurzschluss der Gasströme stattfindet. Genauso sind die Sammlungsräume 17, 18 von den Leitungen 15 getrennt. Die Sammlungsräume 17, 18 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel den Leitungen 16 zugeordnet, die den zweiten Rekuperatoreingang 13 mit dem zweiten Rekuperatorausgang 14 verbinden. Alternativ kann die Implementierung auch so sein, dass die Sammlungsräume dem ersten Rekuperatoreingang und dem ersten Rekuperatorausgang zugeordnet sind und der zweite Eingang und der zweite Rekuperatorausgang von den Sammlungsräumen gasmäßig isoliert ist.
Vorzugsweise hat der Wärmetauscher 60 ein scheibenförmiges Volumen, und der Wärmetauschereingang befindet sich außen an dem scheibenförmigen Volumen und der Wärmetauscherausgang innen an dem scheibenförmigen Volumen. Ferner ist der Wärmetauschereingang vorzugsweise unten an dem Wärmetauscher angeordnet und ist der Wärmetauscherausgang oben an dem scheibenförmigen Volumen angeordnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird es bevorzugt, den Wärmetauscher im Querschnitt keilförmig auszubilden, wobei ein Querschnitt des Wärmetauschereingangs 61 größer als ein Querschnitt des Wärmetauscherausgangs 62 ausgebildet ist Dadurch ergibt sich ein vorzugsweise rotationsymmetrischer Wärmetauscher, der gewissermaßen ringförmig wie in Fig. 2a ausgebildet ist, aber dessen äußere Begrenzung des Ringquerschnitts in Fig. 2b größer als die innere Begrenzung ist, wobei der Wärmetauscher ferner beispielsweise auch nicht horizontal wie in Fig. 2a angeordnet sein muss, sondern schräg von unten nach oben angeordnet sein kann.
Fig. 4c zeigt einen Ausschnitt einer Seite dieser Implementierung bezogen auf den Rekuperator 10 und den Kompressor 40 und die Turbine 70 von Fig. 2a oder 2b. Lediglich eine schematische Darstellung einer Seite des Querschnitts ist gezeigt, wobei der größere Eingang 61 und der kleinere Ausgang 62 in der Querschnittsdarstellung zu sehen sind, und wobei ferner der Gasfluss vom Ausgang 62 in den Sammlungsbereich 18, durch den Rekuperator 10 in den Sammlungsbereich 17 und von dort vorbei am Wärmetauscher 60 in den Turbineneingang veranschaulicht ist.
In der Sekundärseite des Wärmetauschers, deren Eingang die Leitung 63 und deren Ausgang die Leitung 64 darstellt, fließt vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie beispielsweise ein Wasser-/Glykol-Gemisch, das die Abwärme zur Wärmesenke 80 trägt. Das in der Wärmesenke 80, welche beispielsweise als Flüssigkeit-/Luft-Wärmetauscher mit Ventilator auf einem Dach ausgebildet sein kann, abgekühlte Medium wird durch die Pumpe 90 wieder in den Eingang 63 der Sekundärseite des Wärmetauschers 60 eingespeist, wie es auch in Fig. 3 dargestellt ist. Daher befinden sich in dem Wärmetauscher 40 in dem von dem gas- durchströmten Bereich vorzugsweise spiralförmige Flüssigkeitsleitungen, um möglichst effizient Wärme von dem Gas zu entfernen und abzuführen.
Vorzugsweise erstreckt sich der Ansaugbereich um eine Distanz größer als10 cm und vorzugsweise größer als 60 cm von dem Kompressoreingang weg. Ferner sind die Gaskanäle so angeordnet, dass sie auf allen Seiten im Wesentlichen gleichmäßig über das Volumen verteilt sind und damit möglichst effizient möglichst viel Luft mit geringem Widerstand in den Ansaugbereich führen können.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die verschiedenen Verhältnisse der Geschwindigkeit c, der Temperatur T, des Volumens V und des Drucks p darstellt. Darüber hinaus sind auch die Wärmeleistung Q und die elektrische Leistung P jeweils in kW dargestellt.
Es wird angenommen, dass Luft beispielsweise mit einem Druck von 1 ,0 bar und einer Temperatur Tsrc von 25°C in den Rekuperatoreingang 11 eintritt. Dort gelangt die Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 Metern pro Sekunde in den Ansaugbereich, wobei die Verhältnisse oben im Ansaugbereich gezeigt sind. Durch die thermische Wechselwirkung im Rekuperator wird diese Luft von 25°C auf 38,5°C angewärmt, wobei lediglich ein minimaler Druckabfall stattfindet. Durch das Ansaugen im Ansaugbereich erhöht sich die Geschwindigkeit von einer Geschwindigkeit von 5 m/s auf etwa 109 m/s, was mit einer dezenten Temperaturreduktion von 38°C auf 32°C und einer kleinen Druckreduktion einhergeht. Durch die Kompressorwirkung wird die Luft dann jedoch auf eine Temperatur von 56°C und einen leicht höheren Druck von 1 ,2 bar gebracht, wobei zusätzlich noch eine Geschwindigkeitserhöhung stattfindet. Diese hohe Geschwindigkeit wird im Wärmetauscher auf eine Geschwindigkeit von etwa 15 m/s abgebaut, und die Temperatur wird durch die Wirkung des Wärmetauschers von 56°C auf etwa 40°C reduziert. Durch die Wirkung des Rekuperators wird diese T emperatur am Sekundäreingang 13 des Rekuperators auf eine T emperatur von etwa 16°C am Turbineneingang reduziert. Am Ausgang der Turbine findet aufgrund der Relaxation eine Temperaturreduktion auf -1 ,78°C statt, wobei sich die Geschwindigkeit am Eingang der T urbine von 150 m/s auf 117 m/s reduziert, wobei diese Geschwindigkeit dann bis zum Luftauslass hin auf etwa 5 m/s fällt, was mit einer Temperaturerhöhung auf etwa 5,0°C einhergeht. Diese Luft liefert im Vergleich zur eingangsseitigen Lufttemperatur von 25°C eine Kühlung, die je nach Anforderung erhöht oder reduziert werden kann, indem der Kompressor schneller oder langsamer gedreht wird. Auf Ausgangsseite, also bezüglich des Wärmetauschers, sind die Verhältnisse ebenfalls dargestellt. Es wird Flüssigkeit mit einer Temperatur von 55°C ausgekoppelt, wobei die Flüssigkeitsmischung, also die Glykol-/Was- ser-Mischung durch den Lüfter in der Wärmesenke 80 auf beispielsweise 37,9°C reduziert wird und entsprechend in den Sekundäreingang 63 des Wärmetauschers zurückgeführt wird.
Bei einem Verfahren zum Betreiben der Gaskältemaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Gaskältemaschine so betrieben, dass die Ansaugung durch den speziell in den Rekuperator hineinragenden Ansaugbereich 30 erreicht wird.
Bei einem Verfahren zum Herstellen der Gaskältemaschine werden die einzelnen Elemente dahin gehend ausgebildet und angeordnet, dass die spezielle bevorzugte Anordnung des Ansaugbereichs im Volumen des Rekuperators erreicht wird.
Obgleich es nicht in den Fig. 1 bis 6 dargestellt ist, kann der Rekuperator auch mit anderen Wärmetauschertechnologien implementiert sein, also mit einem Wärmetauscher, der zum Beispiel nicht im Gegenstrom arbeitet, und bei dem die Gaskanäle nicht zueinander parallel sind bzw. senkrecht zur Gehäuserichtung bzw. in einer waagrechten Betriebsrichtung angeordnet sind.
Auch der Kompressor und die T urbine müssen nicht unbedingt auf ein und derselben Achse angeordnet werden, sondern es können andere Maßnahmen getroffen werden, um die durch die Turbine freigesetzte Energie für den Antrieb des Kompressors einzusetzen. Darüber hinaus muss der Wärmetauscher nicht unbedingt in dem Gehäuse zwischen dem Rekuperator und der Turbine bzw. zwischen dem Rekuperator und dem Kompressor angeordnet sein. Der Wärmetauscher könnte auch extern angeschlossen werden, obgleich eine im Gehäuse angeordnete Anordnung für einen kompakten Aufbau bevorzugt wird.
Darüber hinaus müssen der Kompressor und die Turbine nicht unbedingt als Radialräder implementiert sein, obgleich dies bevorzugt wird, da durch eine stufenlose Drehzahlsteuerung des Kompressors über die Elektronikbaugruppe 102 von Fig. 2a eine günstige Leistungsanpassung erreicht werden kann.
Je nach Ausführungsform kann der Kompressor wie in Fig. 2a gezeigt als T urbokompressor mit Radialrad und mit einem Leitweg bzw. Leitraum 45 ausgebildet sein, welcher eine 180°- Umlenkung des Gasstroms erreicht. Es können jedoch auch andere Gasleitungsmaßnahmen über eine andere Formung des Leitraums, beispielsweise oder über eine andere Formung des Radialrads erreicht werden, um dennoch einen besonders effizienten Aufbau, der zu einem guten Wirkungsgrad führt, zu erreichen.
Besonders wird auf den außerordentlich hohen Wirkungsgrad e in Höhe von 4,24 hingewiesen, der sich zum Beispiel bei den entsprechenden noch moderaten Drehzahlen von 285,8 Umdrehungen pro Sekunde in Fig. 3 ergibt.
Darüber hinaus wird auf den besonders günstigen Temperaturhub hingewiesen, der sich ergibt, obgleich eine Temperatur von 25 °C eingespeist wird. Trotz dieser relativ hohen Temperatur wird eine niedrige Temperatur nahe dem Gefrierpunkt erreicht, bei einer immer noch moderaten Drehzahl des Kompressors. Darüber hinaus sind auch die Temperaturanforderungen auf Sekundärseite unkritisch. Obgleich ein relativ warmes Wasser/Glykol-Ge- misch mit 37,9°C eingespeist wird, kann dennoch eine Wärmeabfuhr erreicht werden, die zu einem erwärmten Wasser/Glykol-Gemisch auf etwa 55°C führt. Dies bedeutet, dass auch in sehr heißen Klimazonen noch eine sichere Wärmeabfuhr über einen Außenbe- reichs-Dissipator erreicht werden kann.
Fig. 7a zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Kompressor-Turbinen-Kombi- nation und Fig. 7b zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Kompressor-Turbinen-Kombi- nation aus Fig. 7a. Die Kombination ist vorzugsweise als monolithische Einheit oder einstückig aus demselben Material ausgeführt. Sie umfasst einen oberen oder ersten Lagerbereich 40b, an dem das Kompressorrad 40a angebracht ist. Das Kompressorrad 40a geht in einen ersten Zwischenbereich 43a über, der auch als Achse 43 dargestellt ist. Dieser Achsenbereich 43a geht wiederum in den Rotor 44 über, der wiederum in einen weiteren Zwischenbereich 43b übergeht. An diesen schließt sich das Turbinenrad 70a an, das über einen unteren Lagerabschnitt 70b aufhängbar ist. Die Aufhängungen für die Lagerbereiche sind für den ersten Lagerbereich 40b an der Wand des Ansaugbereichs 30 von Fig. 2a oder Fig. 2b angebracht und der Lagerbereich 70b für das Turbinenrad 70a ist an einer Aufhängung im Turbinenausgang 72 befestigt. Als Lager werden vorzugsweise Wälz- oder Kugellager eingesetzt.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Kombination aus einem Material wie z. B. Aluminium oder Kunststoff ausgebildet, wobei der Rotor 44 von einem ferromagnetischen Rückschlussring umgeben ist, auf dem die Magnete beispielsweise durch Klebstoff befestigt sind, um mit einem in Fig. 7a oder Fig. 7b nicht gezeigten Stator einen Motorspalt zu bilden.
Wie es ferner in Fig. 7b gezeigt ist, ist die Kombination so dimensioniert, dass der Durchmesser des Kompressorrads 40a größer als der Durchmesser des Rotors 44 ist, und dass der Durchmesser des Rotors 44 (vorzugsweise ohne Rückschluss 44a und Magnete 44b) gleich oder größer als der Durchmesser des T urbinenrads 70a ist. Damit ist eine einfachere Zusammenbaubarkeit erreicht, weil die Gaskältemaschine mit der Kombination in Fig. 7a oder 7b bezüglich Fig. 2a oder 2b vorzugsweise von unten nach oben zusammengebaut werden kann. Außerdem ist es möglich, einen Rückschlussring 44a über das Turbinenrad 70a zu schieben und an dem Rotor 44 an seinem Umfang zu befestigen. Der Zusammenbau findet vorzugsweise von unten nach oben statt, indem das Element mit dem Turbinenausgang 71 als Basis dient, auf das die innere Begrenzung des Rekuperatorausgangs 14 gesetzt wird. Auf diese wird dann die Kombination aus Turbinenrad 70a und Kompressorrad aufgesetzt und in die Lagerhalterung für den unteren Lagerabschnitt 70b eingesetzt. Dann kann ohne weiteres der Ansaugbereich 30 samt Leitraum 45 und der Wärmetauscher 60 und der darüber angeordnete Rekuperator 10 montiert werden, indem die obere Lagerhalterung auf den vorstehenden Lagerabschnitt 40b aufgesetzt wird.
Fig. 2b zeigt eine Schnittdarstellung einer voll integrierten Gaskältemaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit alternativer Anordnung der Elektronikbaugruppe 102 bezüglich Fig. 2a. Während die Elektronikbaugruppe in Fig. 2a im kühlen Bereich neben dem Turbinenausgang montiert ist, ist sie in Fig. 2b im sogenannten „Maschinenraum“ zwischen der Basis des Kompressorrads 40a aus Fig. 7b und der Basis des Turbinenrads 70a angeordnet. Insbesondere die Anordnung der Baugruppe 102 auf der oberen Begrenzung 71a des Turbineneingangs 71 ist vorteilhaft, weil dieser Bereich aufgrund des von dem Wärmetauscher kommenden Gases, das bei dem Szenario in Fig. 3 lediglich 27 oder 16 ° Celsius hat, gut gekühlt ist. Eine Motorverlustwärme oder eine Abwärme der Elektronik bzw. Sensorik in der Baugruppe wird daher ohne weiteres über die Turbine 70 abgeführt.
Vorzugsweise hat die Elektronikbaugruppe 102 zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen in der Mitte eine Öffnung und ist scheibenförmig und erstreckt sich um einen Stator eines Antriebsmotors für den Kompressor 40 herum oder ist mit dem Stator integriert ausgebildet, und ist ferner beispielhaft in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads 40a des Kompressors 40 und einer Basis eines Turbinenrads 70a der Turbine angeordnet.
Obgleich in Fig. 2b eine ringförmige Baugruppe im Querschnitt gezeigt ist, kann die Baugruppe irgendwie gebildet sein, solange sie im Maschinenraum aufgenommen ist und mit dem der Begrenzung 71a des Eingangs 71 der Turbine 70 in thermischer Wechselwirkung steht, also z. B. auf der Begrenzung 71a befestigt ist. Dabei wird es ferner bevorzugt, die Zuleitung für Energie 101a und Daten 101 b für den Motor durch die seitliche Begrenzung 14a des Rekuperatorausgangs 14 und durch das Gehäuse 100 an der entsprechenden Stelle zu führen, wie es z. B. in Fig. 2b gezeigt ist.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Gaskältemaschine mit folgenden Merkmalen: einem Eingang (2) für Gas; einem Rekuperator (10); einem Kompressor (40) mit einem Kompressoreingang (41), wobei der Kompressoreingang (41) mit einem ersten Rekuperatorausgang (12) gekoppelt ist; einem Wärmetauscher (60); einer Turbine (70); und einem Gasausgang (5), wobei die Gaskältemaschine als offenes System ausgebildet ist, und wobei die Gaskältemaschine derart ausgebildet ist, dass ein Arbeitsmittel in zumindest einem Element der Gruppe von Elementen, die den Rekuperator (10), den Kompressor (40), den Wärmetauscher (60), und die Turbine (70) aufweist, das Gas ist, und wobei der Eingang (2) an einem ersten Abschnitt eines Gehäuses (100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, in dem der Eingang (2) und der Gasausgang (5) ausgebildet sind, wobei der Gasausgang (5) an einem zweiten Abschnitt des Gehäuses (100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, und wobei der erste Abschnitt in einer Betriebsrichtung, in der die Gaskältemaschine für einen Betrieb der Gaskältemaschine aufgestellt ist, oberhalb des zweiten Abschnitts angeordnet ist.
2. Gaskältemaschine nach Anspruch 1 , bei der der Rekuperator (10) einen ersten Rekuperatoreingang (11), den ersten Rekuperatorausgang (12), einen zweiten Rekuperatoreingang (13) und einen zweiten Rekuperatorausgang (14) aufweist, oder wobei der Kompressor den Kompressoreingang (41) und einen Kompressorausgang (42) aufweist, oder wobei der Wärmetauscher (60) einen ersten Wärmetauschereingang (61) und einen ersten Wärmetauscherausgang (62) auf einer Primärseite, einen zweiten Wärmetauschereingang (63) und einen zweiten Wärmetauscherausgang (64) auf einer Sekundärseite aufweist, wobei der erste Wärmetauschereingang (61) mit dem Kompressorausgang (42) gekoppelt ist, und wobei der erste Wärmetauscherausgang (62) mit dem zweiten Rekuperatoreingang (13) gekoppelt ist, oder wobei die Turbine (70) einen Turbineneingang (71) und einen Turbinenausgang (72) aufweist, wobei der Turbineneingang (71) mit dem zweiten Rekuperatorausgang (14) verbunden ist, und wobei der Gasausgang (5) mit dem Turbinenausgang (72) gekoppelt ist. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kompressoreingang (41) mit einem Ansaugbereich (30) verbunden ist, der durch eine Ansaugwand (31) begrenzt ist und sich von dem Kompressor (40) weg erstreckt, und wobei der Rekuperator (10) sich zumindest teilweise um den Ansaugbereich (30) herum erstreckt und von der Ansaugwand (31) begrenzt wird. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in der Betriebsrichtung der Kompressor (40) oberhalb der Turbine (70) angeordnet ist, oder wobei der Eingang (2) für das Gas in einem zu kühlenden Bereich angeordnet ist, um Gas mit einer ersten Temperatur aus dem zu kühlenden Bereich einzusaugen, wobei der Gasausgang (5) in dem zu kühlenden Bereich angeordnet ist, und Gas mit einer zweiten Temperatur in den zu kühlenden Bereich auszugeben, wobei die zweite Temperatur niedriger als die erste Temperatur ist, oder die ausgebildet ist, um als das zu kühlende Gas zu kühlende Luft über den Eingang (2) für das Gas anzusaugen und um als das gekühlte Gas gekühlte Luft über den Gasausgang (5) auszugeben.
Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kompressor (40) ein Kompressorrad (40a) aufweist und die Turbine (70) ein Turbinenrad (70a) aufweist, wobei das Kompressorrad (40a) und das Turbinenrad (70a) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, wobei an der gemeinsamen Achse ein Rotor (44) eines Antriebsmotors angeordnet ist, der mit einem Stator des Antriebs motors wechselwirkt, oder bei der ein Kompressorrad (40a) einen größeren Durchmesser als ein Rotor (44) eines Antriebsmotors oder einen größeren Durchmesser als ein Turbinenrad (70a) der Turbine (40) aufweist. Gaskältemaschine nach Anspruch 5, bei der der Rotor (44) zwischen dem Kompressorrad (40a) und dem Turbinenrad (70a) angeordnet ist, oder bei der das Kompressorrad (40a), ein erster Achsenabschnitt (43a), ein Rotor (44), ein zweiter Achsenabschnitt (43b) und das Turbinenrad (70a) einstückig ausgebildet sind, oder bei der an dem Kompressorrad (40a) ein erster Lagerabschnitt (40b) und an dem Turbinenrad (70a) ein zweiter Lagerabschnitt (70b) ausgebildet sind, oder bei der der Rotor (44) aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie z. B. Aluminium, ausgebildet ist und ein ferromagnetisches Rückschlusselement (44a) um den Rotor (44) herum angebracht ist und Magnete (44b) auf dem Rückschlusselement (44a) angeordnet sind. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rekuperator (10) in einem äußeren Bereich eines Volumens der Gaskältemaschine angeordnet ist und der Kompressoreingang (41) in einem inneren Bereich des Volumens der Gaskältemaschine angeordnet ist. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rekuperator (10) eine Volumenform hat, die eine in einem mittleren Bereich gelegene zentrale Öffnung aufweist, die einen Ansaugbereich (30) bildet, wobei sich eine Ansaugwand (31) von einem ersten Ende der zentralen Öffnung, die den Kompressoreingang (41) bildet, zu einem zweiten Ende erstreckt, das durch eine Abdeckung (32) verschlossen ist.
9. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Ansaugbereich (30) von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende eine kontinuierlich zunehmende Öffnungsfläche aufweist und eine Ansaugwand (31) kontinuierlich oder stufenlos ausgebildet ist.
10. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rekuperator (10) rotationssymmetrisch ist, wobei eine Symmetrieachse des Rekuperators (10) mit einer Achse des Kompressors (40) oder einer Achse der Turbine (70) oder einer Achse des Gasausgangs (5) oder des Gaseingangs (2) oder mit einer Achse eines Ansaugbereichs (30) im Wesentlichen übereinstimmt.
11. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rekuperator (10) einen Gegenstrom-Wärmetauscher aufweist.
12. Gaskältemaschine nach Anspruch 11 , bei der sich durch den Eingang (2) für das Gas das Gas von außen nach innen bewegt und von dem Gegenstrom-Wärmetauscher abgegebenes Gas von innen nach außen bewegt.
13. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse (100) eine Seitenwand und eine Bodenwand oder eine Deckelwand aufweist, wobei der Eingang (2) für das Gas in der Seitenwand angeordnet ist und der Gasausgang (5) in der Bodenwand oder der Deckelwand angeordnet ist, oder bei der der Gasausgang (5) in der Betriebsrichtung in einem Boden der Gaskältemaschine ausgebildet ist und derart geformt ist, dass der Gasausgang auf einen Kühlgaseinlass in einem Fußboden eines Raums aufsetzbar ist, in dem die Gaskältemaschine aufstellbar ist, oder bei der der Gasausgang (5) in der Betriebsrichtung in einem Boden der Gaskältemaschine ausgebildet ist und ferner eine Feuchteauffangvorrichtung vorgesehen ist, um ein in dem Gasausgang (5) anfallendes Kondensat aufzufangen.
14. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse (100) rotationssymmetrisch oder zylinderförmig ist oder einen Durchmesser zwischen 0,5 m und 1 ,5 m oder eine Höhe zwischen 1 ,0 m und 2,5 m aufweist. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Turbinenausgang (72) eine kleinere Öffnungsfläche als der Gasausgang (5) aufweist, wobei sich eine Öffnungsfläche von dem T urbinenausgang (72) zu dem Gasausgang (5) kontinuierlich aufweitet. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse (100) eine längliche Form aufweist, wobei der Eingang (2) für das Gas eine Vielzahl von Perforierungen in dem ersten Abschnitt des Gehäuses (100) aufweist, wobei eine Wand in dem ersten Abschnitt des Gehäuses eine Wand des Rekuperators (10) bildet, oder wobei der Gasausgang (5) eine Öffnung in dem zweiten Abschnitt des Gehäuses (100) mit einer Öffnungsfläche aufweist, die wenigstens 50 % einer Querschnittsfläche des Gehäuses (100) in dem ersten Abschnitt des Gehäuses (100) beträgt. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kompressor (40) angeordnet ist, um Gas über einen Ansaugbereich (30) in den Kompressoreingang (41) von oben nach unten zu bewegen, und um mit einem ausgangsseitigen Leitraum (45) komprimiertes Gas von unten in den Wärmetauscher (60) einzuspeisen. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Wärmetauscher (60) ein keilförmiges oder scheibenförmiges Volumen aufweist und ein Wärmetauschereingang (61) außen an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist und ein Wärmetauscherausgang (62) innen an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist, oder bei der der Wärmetauschereingang (61) unten an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist und der Wärmetauscherausgang (62) oben an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rekuperator (10) ein Volumen aufweist, das in einem äußeren Bereich eine Gegenstrom- Wärmetauscherstruktur aufweist und in einem inneren Bereich an einen Ansaugbereich (30) anschließt, wobei ein erster Rekuperatoreingang (11) außen an dem äußeren Bereich angeordnet ist, wobei ein erster Rekuperatorausgang (12) an dem inneren Bereich angeordnet ist, um das Gas in den Ansaugbereich (30) zu leiten, wobei ein zweiter Rekuperatoreingang (13) ebenfalls an dem inneren Bereich angeordnet ist und ein zweiter Rekuperatorausgang (14) ebenfalls an dem äußeren Bereich angeordnet ist, wobei der erste Rekuperatoreingang (11) und der zweite Rekuperatorausgang (14) im Rekuperator (10) fluidisch getrennt sind und der erste Rekuperatorausgang (12) und der zweite Rekuperatoreingang (13) in dem Rekuperator (10) fluidisch getrennt sind. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rekuperator (10) miteinander verbundene erste Gaskanäle (15) von einem ersten Rekuperatoreingang (11) zu einem ersten Rekuperatorausgang (12) aufweist und zweite miteinander verbundene Gaskanäle (16) zwischen einem zweiten Rekuperatoreingang (13) und einem zweiten Rekuperatorausgang (14) aufweist, wobei die ersten Gaskanäle (15) und die zweiten Gaskanäle (16) in thermischer Wechselwirkung angeordnet sind, wobei der Rekuperator (10) an dem zweiten Rekuperatoreingang (13) einen ersten Sammlungsbereich (18), der die zweiten Gaskanäle (16) auf einer Seite verbindet und der sich entlang des inneren Bereichs erstreckt und den zweiten Rekuperatoreingang (13) bildet, und einen zweiten Sammlungsbereich (17) aufweist, der die zweiten Gaskanäle auf einer anderen Seite verbindet und sich entlang eines Randbereichs des äußeren Bereichs erstreckt und den zweiten Rekuperatorausgang (14) bildet, wobei eine Ansaugwand (31) den ersten Sammlungsbereich begrenzt und den ersten Sammlungsbereich (18) von einem Ansaugbereich (30) trennt. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Wärmetauscher (60) zwischen dem Rekuperator (10) und dem Kompressor (40) angeordnet ist. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Turbineneingang (71) über einen Verbindungsbereich mit einem zweiten Rekuperatorausgang (14) verbunden ist, wobei sich der Verbindungsbereich um den Wärmetauscher (60) herum erstreckt.
23. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Wärmetauscher (60) ein Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher ist und in einem von Gas durchflossenen Volumen eine Leitungsstruktur aufweist, die von Flüssigkeit durchfließbar ist, wobei die Flüssigkeitsstruktur mit einem Sekundäreingang (63) und einem Sekundärausgang (64) des Wärmetauschers (60) gekoppelt ist.
24. Gaskältemaschine nach Anspruch 23, bei der das Gehäuse (100) einen Flüssigkeitsablauf (64) von dem Wärmetauscher (60) und einen Flüssigkeitszulauf (63) zu dem Wärmetauscher (60) aufweist.
25. Gaskältemaschine nach Anspruch 24, bei der der Flüssigkeitszulauf und der Flüssigkeitsablauf mit einer Wärmesenke (80) verbunden sind, wobei in einem Kreislauf mit der Wärmesenke (80) eine Pumpe (90) angeordnet ist.
26. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rekuperator (10) ein Volumen aufweist, das einen Ansaugbereich (30) vollständig umschließt, wobei der Ansaugbereich (30) und das Volumen des Rekuperators (10) sich um eine Distanz größer als 10 cm von dem Kompressoreingang (41) weg erstrecken, wobei der Eingang (2) für das Gas durch erste Enden von ersten Gaskanälen (15) gebildet ist, wobei zweite Enden der ersten Gaskanäle in den Ansaugbereich (30) münden, und wobei die ersten Gaskanäle (15) über das Volumen verteilt sind, um Gas von mehreren Seiten in den Ansaugbereich (30) zu leiten.
27. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Element der Gruppe von Elementen, die den Rekuperator (10), den Kompressor (40), die Turbine (70) und den Wärmetauscher (60) aufweist, in dem Gehäuse (100) angeordnet ist.
28. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur Versorgung eines Antriebsmotors für den Kompressor (40) mit Energie oder zur Lieferung von Steuerdaten an ein Element der Gaskälte- maschine oder zur Erfassung von Sensordaten von einem Element der Gaskältemaschine in einem Bereich der Gaskältemaschine angeordnet ist, der ausgebildet ist, um die Elektronikbaugruppe (102) zu kühlen, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen in einem Bereich zwischen dem T ur- binenausgang (72) und dem Gasausgang (5) und einer Gehäusewand des Gehäuses (100) außerhalb des Gasausgangs (5) angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads (40a) des Kompressors (40) und einer Basis eines Turbi- nenrads (70a) der Turbine angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen an einem Begrenzungselement (71a) eines Turbineneingangs (71) der Turbine (70) angeordnet ist, wobei die Elektronikbaugruppe (102) ferner außerhalb des Turbineneingangs (71) der Turbine (70) angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen eine Öffnung in der Mitte aufweist und scheibenförmig ist und sich um einen Stator eines Antriebsmotors für den Kompressor (40) herum erstreckt oder mit dem Stator integriert ausgebildet ist, und beispielsweise in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads (40a) des Kompressors (40) und einer Basis eines Turbinenrads (70a) der Turbine (70) angeordnet ist. Verfahren zum Betreiben einer Gaskältemaschine mit: einem Eingang (2) für Gas; einem Rekuperator (10); einem Kompressor (40) mit einem Kompressoreingang (41), wobei der Kompressoreingang (41) mit einem ersten Rekuperatorausgang (12) gekoppelt ist; einem Wärmetauscher (60), der mit einem Kompressorausgang (42) gekoppelt ist; einer Turbine (70); und einem Gasausgang (5), mit folgenden Schritten:
Einsaugen des Gases durch den Eingang (2); Komprimieren des durch einen Primärbereich des Rekuperators (10) bewegten Gases durch den Kompressor (40);
Einleiten des komprimierten Gases in den Wärmetauscher (60);
Einleiten des Gases aus dem Wärmetauscher (60) in einen Sekundärbereich des Rekuperators (10); und
Relaxieren des Gases am Ausgang des Sekundärbereichs des Rekuperators (10) durch die Turbine (70); und
Ausgeben des relaxierten Gases durch den Gasausgang (5), wobei der Eingang (2) an einem ersten Abschnitt eines Gehäuses (100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, in dem der Eingang (2) und der Gasausgang (5) ausgebildet sind, wobei der Gasausgang (5) an einem zweiten Abschnitt des Gehäuses (100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, und wobei der erste Abschnitt in einer Betriebsrichtung, in der die Gaskältemaschine für einen Betrieb der Gaskältemaschine aufgestellt ist, oberhalb des zweiten Abschnitts angeordnet ist. Verfahren zum Herstellen einer Gaskältemaschine mit: einem Eingang (2) für Gas; einem Rekuperator (10); einem Kompressor (40) mit einem Kompressoreingang (41), wobei der Kompressoreingang (41) mit einem ersten Rekuperatorausgang (12) gekoppelt ist; einem Wärmetauscher (60), der mit einem Kompressorausgang (42) gekoppelt ist; einer Turbine (70); und einem Gasausgang (5), mit folgendem Schritt:
Anordnen des Rekuperators (10), des Kompressors (40), der Turbine (70) und des Wärmetauschers (60) in einem offenen System, wobei die Gaskältemaschine derart ausgebildet ist, dass ein Arbeitsmittel in zumindest einem Element der Gruppe von Elementen, die den Rekuperator (10), den Kompressor (40), den Wärmetauscher (60), und die Turbine (70) aufweist, das Gas ist, wobei der Eingang (2) an einem ersten Abschnitt eines Gehäuses (100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, in dem der Eingang (2) und der Gasausgang (5) ausgebildet sind, wobei der Gasausgang (5) an einem zweiten Abschnitt des Gehäuses 30
(100) der Gaskältemaschine angeordnet ist, und wobei der erste Abschnitt in einer Betriebsrichtung, in der die Gaskältemaschine für einen Betrieb der Gaskältemaschine aufgestellt ist, oberhalb des zweiten Abschnitts angeordnet ist.
EP21798712.2A 2020-10-28 2021-10-26 Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine als offenes system Pending EP4237756A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020213547 2020-10-28
DE102020213822.2A DE102020213822B4 (de) 2020-10-28 2020-11-03 Gaskältemaschine, Verfahren zum Betreiben einer Gaskältemaschine und Verfahren zum Herstellen einer Gaskältemaschine als offenes System
PCT/EP2021/079711 WO2022090248A1 (de) 2020-10-28 2021-10-26 Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine als offenes system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4237756A1 true EP4237756A1 (de) 2023-09-06

Family

ID=81076749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21798712.2A Pending EP4237756A1 (de) 2020-10-28 2021-10-26 Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine als offenes system

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20230258371A1 (de)
EP (1) EP4237756A1 (de)
JP (1) JP2023547684A (de)
DE (2) DE102020213822B4 (de)
WO (2) WO2022090241A1 (de)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3544445A1 (de) 1985-12-16 1987-06-25 Bosch Siemens Hausgeraete Kuehl- und gefriergeraet
US5497615A (en) 1994-03-21 1996-03-12 Noe; James C. Gas turbine generator set
GB9409754D0 (en) 1994-05-16 1994-07-06 Air Prod & Chem Refrigeration system
US6381969B1 (en) 1999-12-17 2002-05-07 Honeywell International Inc. ECS with 2-stage water separation
US6301923B1 (en) 2000-05-01 2001-10-16 Praxair Technology, Inc. Method for generating a cold gas
US6634176B2 (en) 2000-11-02 2003-10-21 Capstone Turbine Corporation Turbine with exhaust vortex disrupter and annular recuperator
US20060059936A1 (en) 2004-09-17 2006-03-23 Radke Robert E Systems and methods for providing cooling in compressed air storage power supply systems
US7621150B2 (en) 2007-01-05 2009-11-24 Delphi Technologies, Inc. Internal heat exchanger integrated with gas cooler
US9395122B2 (en) 2011-02-28 2016-07-19 Pratt & Whitney Canada Corp. Diffusing gas turbine engine recuperator
JP5934482B2 (ja) 2011-08-26 2016-06-15 株式会社前川製作所 閉鎖型ガス循環式冷凍装置及びその運転方法
US9464638B2 (en) 2012-05-01 2016-10-11 California Institute Of Technology Reverse brayton cycle with bladeless turbo compressor for automotive environmental cooling
US10294826B2 (en) 2015-08-12 2019-05-21 Colorado State University Research Foundation Ultra efficient turbo-compression cooling
ITUA20161513A1 (it) 2016-03-09 2017-09-09 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Motocompressore - espantore integrato

Also Published As

Publication number Publication date
US20230324087A1 (en) 2023-10-12
DE102020213822A1 (de) 2022-04-28
WO2022090248A1 (de) 2022-05-05
DE102020213822B4 (de) 2024-06-06
WO2022090241A1 (de) 2022-05-05
DE102020213821A1 (de) 2022-04-28
US20230258371A1 (en) 2023-08-17
JP2023547684A (ja) 2023-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4237759A1 (de) Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine mit einem rekuperator um den ansaugbereich
DE102008016664A1 (de) Vertikal angeordnete Wärmepumpe und Verfahren zum Herstellen der vertikal angeordneten Wärmepumpe
DE102016204158A1 (de) Wärmepumpenanlage mit zwei Stufen, Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanlage und Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpenanlage
DE10325929A1 (de) Kühlanlage für einen oder mehrere Schaltschränke
WO2012116768A1 (de) Kühleinrichtung, insbesondere klimatisierungseinrichtung für eine elektrische einrichtung, insbesondere für eine computeranlage
DE19813157C2 (de) Raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes
DE102016213679A1 (de) Wärmepumpensystem mit eingangsseitig und ausgangsseitig gekoppelten Wärmepumpenanordnungen
EP3472528B1 (de) Kühleinrichtung zur montage unter einer raumdecke
DE102012108108B4 (de) Schaltschrank mit einem Kühlgerät für die passive Schaltschrankkühlung
EP4237756A1 (de) Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine als offenes system
EP4237760A1 (de) Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine mit einem kompressor oberhalb einer turbine
EP4294639A1 (de) Wärmetauscher, verfahren zum betreiben eines wärmetauschers, verfahren zum herstellen eines wärmetauschers, gaskältemaschine mit einem wärmetauscher als rekuperator, vorrichtung zum behandeln von gas und raumlufttechnisches gerät
WO2022090243A1 (de) Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine mit einer rotationssymmetrischen ausführung
DE102016204153B4 (de) Wärmepumpenanlage mit Pumpen, Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanlage und Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpenanlage
WO2022090244A1 (de) Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine mit einer gemeinsamen achse
WO2022090249A1 (de) Gaskältemaschine, verfahren zum betreiben einer gaskältemaschine und verfahren zum herstellen einer gaskältemaschine mit einer speziellen wärmetauscherspeisung
DE102020213554A1 (de) Gaskältemaschine, Verfahren zum Betreiben einer Gaskältemaschine und Verfahren zum Herstellen einer Gaskältemaschine mit einer gekühlten Elektronik
DE2303964A1 (de) Kaelteanlage
DE102008016663A1 (de) Verflüssiger für eine Wärmepumpe und Wärmepumpe
WO2013152749A2 (de) Kühlgerät für einen schaltschrank sowie ein entsprechendes verfahren
WO2022175403A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum behandeln von gas und rlt-gerät
DE102018122453B4 (de) Aufdachklimaanlage für einen Omnibus sowie Omnibus damit
DE102016204152A1 (de) Wärmepumpenanlage mit Wärmetauschern, Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanlage und Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpenanlage
EP3997396A1 (de) Kühlgerät, verfahren zum herstellen eines kühlgeräts und transportgerät mit einem kühlgerät
DE4244633A1 (de) Energiesparendes Rückkühlaggregat

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230330

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)