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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Kältemittel eines Kältekreislaufs.
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Die Kompressionskältetechnik erzeugt Kälte durch Verdampfen eines Kühlmittels bei tiefer Temperatur und tiefem Druck und erzeugt Wärme durch Verflüssigung bei hoher Temperatur und hohem Druck mit Hilfe eines Kompressors und einem Expansionsventil. Die größten Teile sind die Wärmetauscher. Der Kompressor ist das komplexeste Teil, da es für die Kompression eine Bewegung ausführt.
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In einem derartigen Kältekreislauf wird durch den Kompressor dem Kältemittel innere Energie E und Entropie S zugeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kältekreislauf mit hoher Funktionalität bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der unabhängigen Ansprüche vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte mittels einer einen Kältekreislauf aufweisenden Anordnung. Ein rotierender Kältekreislauf ist vorhanden, in dem ein Kältemittel geführt ist. Durch die auf das Kältemittel wirkende Zentrifugalkraft wird im Kältemittel ein Dichtegradient erzeugt, wodurch ein Temperaturgradient im Kältemittel vorhanden ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Enthalpie H mit Hilfe einer Beschleunigung des trägen Kältemittels bei konstantem Volumen erhöht, wobei die Entropie S konstant bleibt. Dies erfolgt durch eine rotierende Bewegung des Kältekreislaufs. Der erfindungsgemäße Prozess kann als "isomol" bezeichnet werden, da die Summe der Mole der beschleunigten Teilchen konstant bleibt, wenn sich die Teilchen im Volumen nicht mehr gleich verteilen. Der neue "isomole" Prozess führt zu besonders einfachen und effizienten Maschinen zur Erzeugung von Kälte und Wärme und/oder mechanischen Energie.
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Eine Beschleunigung des flüssigen oder auch gasförmigen Kältemittels in einer rotierenden Bewegung bewirkt auf Grund der Trägheit der Teilchen einen Gradienten für die physikalischen Größen Dichte, Druck und Temperatur. In der Folge bildet sich eine thermische Doppelschicht aus, die für den neuen Kältekreislauf genutzt wird. Der neue Kältekreislauf kann bei geringen Drehzahlen eine hohe Kälteleistung erzeugen, so dass der Aufwand für Dichtungen, Lager und ein schützendes Gehäuse gering bleibt. Bei einer festen Temperaturdifferenz bedeutet dies einen möglichst geringen thermischen Innenwiderstand der Quelle, der insbesondere durch einen Phasenwechsel des Kältemittels zwischen flüssig und gasförmig bewirkt werden kann.
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Zur physikalischen Erklärung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs: Ein Dichtegradient ist in einer Zentrifuge mit einem Temperaturgradienten verknüpft. Der Übergang flüssig zu gasförmig bedeutet einen schnellen Übergang (Sprung) in der Dichte. Die entweichenden Dampfblasen kühlen das flüssige Kältemittel. In dem flüssigen Kältemittel entsteht auf Grund der Zentrifugalkraft ein hoher zusätzlicher Druck. Die Dampfblasen können sich jedoch nur bilden und aufsteigen, wenn der Druck in der Dampfblase höher ist als der Druck im Kältemittel ist. Das bedeutet, dass nur die schnellen heißen Teilchen der Maxwell-Boltzmann-Verteilung Dampfblasen bilden können und unter hohem Druck heiß entweichen. Das Kühlmittel wird dadurch effizienter gekühlt.
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Bei einem gasförmigen Kältemittel wird allein der durch die Zentrifugalkraft bewirkte Dichtegradient zur Kälteerzeugung ausgenutzt.
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Gemäß einer geometrisch vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kältekreislauf hohlzylinderförmig ausgebildet und wird mittels eines Antriebs um eine Drehachse gedreht, die im Hohlraum des Kältekreislaufs in axialer Richtung verläuft.
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Durch die Rotation um die Drehachse wird das Kältemittel infolge der Zentrifugalkraft nach außen gedrängt.
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Daran angepasst ist der Kältekreislauf in wenigstens einen Verdampfer und in wenigstens einen Kondensator unterteilt, wobei der Verdampfer weiter von der Drehachse, um die der Kältekreislauf rotiert, entfernt ist als der Kondensator.
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Durch die wirkende Zentrifugalkraft sammeln sich die flüssigen Anteile des Kältemittels im Verdampfer, während sich die verdampften Anteile des Kältemittels im Kondensator sammeln.
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Der erfindungsgemäße Kältekreislauf nutzt die überraschende Tatsache, dass bei einer Rotation der austretende Dampf aus dem flüssigen Kältemittel heißer als das flüssige Kältemittel ist und unter hohem Druck steht.
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Der so generierte Temperaturgradient kann zur Kälteerzeugung oder auch zur Wärmeerzeugung genutzt werden.
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Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf arbeitet effizient, da keine Energie bzw. Entropie S für den Kompressor verbraucht wird. Der Kühlkreislauf bildet mit dem im Verdampfer und Kondensator umlaufenden Kältemittel einen thermischen Resonator, wobei der thermische Resonator umso mehr Energie aufnehmen und abgeben kann, je schneller der Umlauf des Kältemittels erfolgt. Es bestehen mehrere Möglichkeiten zur Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Kältemittels, wie z.B. der Einsatz von Düsen, Ventilen und Pumpen, wodurch die Leistung der erfindungsgemäßen Anordnung erhöht werden kann.
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Gemäß einer ersten Variante der Erfindung weist der Kältekreislauf eine bezüglich einer Symmetrieachse rotationssymmetrische Spulenanordnung auf, wobei in einer äußeren und einer inneren Spule das Kältemittel fließt. Die äußere Spule bildet den Verdampfer und die innere Spule den Kondensator. Die den Verdampfer und den Kondensator bildenden Spulen sind an ihren oberen und unteren Enden jeweils über ein Spulensegment verbunden, so dass diese einen geschlossenen Kältekreislauf bilden.
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Dabei ist vorteilhaft, dass die den Verdampfer bildende Spule mit einer ein Fluid führenden, einen kaltseitigen Wärmetauscher bildenden weiteren Spule wärmeleitend verbunden ist. Die den Kondensator bildende Spule ist mit einer ein Fluid führenden, einen heißseitigen Wärmetauscher bildenden weiteren Spule wärmeleitend verbunden.
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Die Spulen des Verdampfers und des Kondensators bilden einen geschlossenen Kältekreislauf, in welchem das Kältemittel umläuft. Mit der den kaltseitigen Wärmetauscher bildenden Spule kann dem Kältekreislauf Wärme zugeführt werden. Mit der den heißseitigen Wärmetauscher bildenden Spule kann Wärme abgeführt werden.
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Durch die Rotation des Kältekreislaufs wird der Dampf im Kondensator erhitzt und flüssiges Kältemittel im Verdampfer abgeführt. Die generierte Kälte, bzw. Wärme kann als Ausgangsgröße über den heißseitigen Wärmetauscher bzw. kaltseitigen Wärmetauscher als Ausgangsgröße aus dem Kältekreislauf entnommen werden. In dem heißseitigen Wärmetauscher und kaltseitigen Wärmetauscher wird vorzugsweise Wasser als Fluid geführt, das mit dem Kältekreislauf gekühlt bzw. erhitzt wird.
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Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung weist der Kältekreislauf eine rotationssymmetrische Anordnung von mehreren in Umfangsrichtung und damit in Drehrichtung hintereinander angeordneten Kältekreislaufelementen mit jeweils einem Verdampfer und einem Kondensator auf, die über einen kaltseitigen Wärmetauscher und heißseitigen Wärmetauscher miteinander verbunden sind.
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Bei diesem Kältekreislauf bilden die einzelnen, vorzugsweise identischen Kältekreislaufelemente eine Multiphasenanordnung, wobei in jedem einzelnen Kältekreislaufelement das im heißseitigen Wärmetauscher bzw. kaltseitigen Wärmetauscher geführte Fluid, insbesondere Wasser, erhitzt bzw. abgekühlt wird.
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Die Kältekreislaufelemente bilden eine Reihenanordnung, wobei das Fluid des heißseitigen Wärmetauscher bzw. kaltseitigen Wärmetauscher mit jedem Kältekreislaufelement wärmeleitend gekoppelt ist, so dass das Fluid bei jedem wärmeleitendem Kontakt mit einem Kältekreislaufelement um eine bestimmte Stufe weiter erhitzt bzw. abgekühlt wird.
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Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Verdampfer und jeder Kondensator zwei in axialer Richtung des Kältekreislaufs verlaufende Rohre auf, in denen das Kältemittel geführt ist. Jeweils ein Rohr eines Kondensators und eines Verdampfers ist an beiden längsseitigen Enden mit einem Rohrsegment verbunden.
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Somit weist jedes Kältekreislaufelement einen Verdampfer und einen Kondensator auf, die einen geschlossenen Kältekreislauf bilden, in welchem das Kältemittel umläuft.
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Weiterhin vorteilhaft verlaufen die Rohre jeweils innerhalb eines Mantelrohrs, in welchem das Fluid des kaltseitigen Wärmetauscher und heißseitigen Wärmetauscher geführt ist.
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Damit wird ein besonders guter Wärmekontakt zwischen Fluid und Kältemittel erhalten.
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Im einfachsten Fall bildet der Kältekreislauf eine hohlzylindrische Anordnung in Form eines Kreiszylinders, wobei die Drehachse mit der Symmetrie des Kreiszylinders zusammenfällt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Kältekreislauf eine konische Form auf, d.h. er verbreitert sich zur Ober- oder Unterseite hin. Dadurch wird zusätzlich zur Zentrifugalkraft eine nach außen wirkende Kraft erzeugt, die eine weiter verbesserte Ausbildung eines Dichtegradienten des Kältemittels im vorliegenden Kältekreislauf bewirkt.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Symmetrieachse des Kältekreislaufs etwas geneigt zur Drehachse verlaufen. Auch dadurch kann die Ausbildung des Dichtegradienten des Kältemittels weiter verbessert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird eine im Kältemittel des Kältekreislaufs umlaufende Druckwelle erzeugt, die synchron mit der Umlaufdauer des Kältemittels im Kältekreislauf ist.
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Ein besonders effizientes Verfahren ist die Wahl von zwei verschiedenen Drehzahlen für den geschlossenen Kältekreislauf. Das Verdampfen erfolgt dabei bei geringer Drehzahl und geringem Druck und das Kondensieren bei hoher Drehzahl und hohem Druck. Der Wechsel der Drehzahlen erfolgt vorteilhaft resonant, d.h. synchron mit derselben Zeitdauer, die das Kältemittel für einen Umlauf benötigt. Dadurch entsteht eine kreisförmig umlaufende Druckwelle im Kältemittel, die durch die Fließgeschwindigkeit des Kältemittels beschränkt ist.
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Ein weiteres besonders effizientes Verfahren ist die Erzeugung einer akustischen Druckwelle in dem geschlossenen Kältekreislauf. Die Druckwelle kann durch eine harmonische Veränderung der Drehzahl bzw. über einen eingebauten Resonator angeregt werden. Das Verdampfen und das Kondensieren erfolgen dabei synchron mit der umlaufenden Druckwelle. Die Druckwelle bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit im Umlauf des geschlossenen Kältekreislaufs was deutlich höher ist als die maximale Fließgeschwindigkeit des Kältemittels. Der durch die Druckwelle entstehende thermische Wechselstrom überträgt hohe Kälteleistungen bei kleinem Volumen.
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Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf ist in der Lage, einen Teil der zugeführten Wärme in mechanische Rotationsenergie zu wandeln, wenn sich zugeführte gasförmige Wärme während der Rotation einen Phasenwechsel von gasförmig zu flüssig durchläuft. Dies kann z.B. durch die Umwandlung der Feuchtigkeit der eingesaugten Luft erfolgen. Die Energie des Phasenwechsels erhöht den inneren Druck und kann z.B. über ein Schaufelrad in mechanische Rotationsenergie bzw. in elektrische Energie umgewandelt werden. Der innere Phasenwechsel der zugeführten Wärme reduziert die Entropie des rotierenden Systems und ermöglicht dadurch die Umwandlung in rotierende mechanische und/oder elektrische Energie. In einem stationären System ist der Symmetriebruch im gasförmigen Medium auf Grund des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik nicht möglich.
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Die Umwandlung thermischer in elektrische Energie kann auch durch eine resonante Anregung von Druckwellen in Kältemitteln erfolgen, die resonante Vibrationen des Kältekreislaufs erzeugt. Diese werden durch Abbremsen des Antriebs gedämpft. Beim Abbremsen wird nutzbare elektrische Energie erzeugt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- Figur 1:
- Blockschaltbild eines Kältekreislaufs gemäß dem Stand der Technik.
- Figur 2:
- Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kältekreislaufs.
- Figur 3:
- Spulenanordnung des Kältekreislaufs gemäß Figur 2.
- Figur 4:
- Schnittdarstellung der Spulenanordnung gemäß Figur 3.
- Figur 5:
- Kältemaschine mit dem Kältekreislauf gemäß Figur 3.
- Figur 6:
- Blockschaltbild eines Multiphasen-Kältekreislaufs.
- Figur 7:
- Konstruktive Ausführungsform des Multiphasen-Kältekreislaufs gemäß Figur 6.
- Figur 8:
- Schematische Darstellung eines in einer Ebene abgewickelten Ausschnitts des Multiphasen-Kältekreislaufs gemäß Figur 7.
- a) Seitenansicht
- b) Draufsicht von oben
- Figur 9:
- Variante der Ausführungsform gemäß Figur 7.
- Figur 10:
- Weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs.
- Figur 11:
- Funktionsprinzip eines Wärmerohrs.
- Figur 12:
- Weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs.
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Figur 1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Prozess zur Erzeugung von Kälte und Wärme. Der Prozess besteht aus dem Verdampfer 1, dem Kompressor 2, dem Kondensator 3 und dem Reduzierventil 4. Dem Verdampfer 1 wird Wärme zugeführt und aus dem Kondensator 3 wird Wärme abgeführt. Der Kompressor 2 erhöht die Entropie S und reduziert den Wirkungsgrad.
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Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs 100, mit dem ein "isomoler" Prozess zur Erzeugung von Wärme und Kälte durchgeführt wird. Die Rotation des Kältekreislaufs 100 erhöht die Enthalpie H des Kältemittels, wobei die Entropie S des Kältemittels konstant bleibt. Die Komponenten des Kältekreislaufs 100 werden mittels eines Antriebs in eine Rotation um eine Drehachse 5 versetzt. Die Drehachse 5 steht hier parallel zur Gravitationsrichtung. Das im Kältekreislauf 100 umlaufende Kältemittel kann prinzipiell gasförmig sein, ist jedoch im folgenden Fall flüssig.
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Wie Figur 2 zeigt, besteht der Kältekreislauf 100 aus einem Verdampfer 1 und einem Kondensator 3, der um die Drehachse 5 rotiert. Der Verdampfer 1 hat zur Drehachse 5 einen größeren Abstand als der Kondensator 3 zur gemeinsamen Drehachse 5. Der Kompressor 2 entfällt in dieser Anordnung. Das Reduzierventil 4 dient hier zum Druckaufbau. Der externe Zulauf und Ablauf von Wärme erfolgt vorteilhaft über eine Drehdurchführung 13.
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Die Funktionsweise des Kältekreislaufs 100 ist wie folgt: Am Anfang wird der Kältekreis durch eine Vacuum-Pumpe entleert und zu ca. 1/3 mit einem Kältemittel befüllt. Anschließend wird die Anordnung in Rotation gebracht. Die flüssigen Anteile des Kältemittels sammeln sich auf Grund der hohen Dichte im Verdampfer 1. Die verdampften Anteile des Kältemittels sammeln sich auf Grund der geringen Dichte im Kondensator 3. Das rotierende Kältemittel wandert von Punkt 6 zu Punkt 7 durch den Verdampfer 1. Der Dampf wandert von Punkt 7 zu Punkt 8 und kondensiert im Kondensator 3. Das flüssige Kondensat wandert von Punkt 9 zu Punkt 6 und schließt damit den Umlauf des Kältemittels.
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Der erfindungsgemäße Kältekreislauf 100 in der Abbildung 2 nutzt die überraschende Tatsache, dass bei einer Rotation der austretende Dampf aus dem flüssigen Kältemittel heißer als das flüssige Kältemittel ist und unter hohem Druck steht.
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Die Figuren 3 bis 5 zeigen eine konstruktive Realisierung des Kältekreislaufs 100 gemäß Figur 2. Die Anordnung gemäß den Figuren 3 und 4 umfasst vier konzentrische Spulen, die um die Drehachse 5 rotieren. Die Spulen bilden die natürliche Eigenbewegung (Eigenmode) einer rotierenden Flüssigkeit oder Gases, das in den Spulen geführt wird, nach.
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Die äußere Spule der Anordnung der Figuren 3 und 4 bildet den Verdampfer 1, die innere Spule den Kondensator 3 des Kältekreislaufs 100. Die freien Enden des Kondensators 3 und des Verdampfers 1, die an der Oberseite und Unterseite der Spulenanordnung freiliegen, sind über nicht dargestellte Spulensegmente verbunden, die die Übergänge 6 → 9 und 7 → 8 in Figur 2 bilden. Dadurch wird ein geschlossener Kältekreislauf 100 erhalten, in dem das Kältemittel umläuft.
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Die Spulen der Spulenanordnung bestehen aus einem wärmeleitenden Material.
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An der den Verdampfer 1 bildenden Spule liegt eine weitere Spule in wärmeleitendem Kontakt an. Diese bildet einen kaltseitigen Wärmetauscher 10, in dem ein Fluid, im vorliegenden Fall Wasser, geführt ist.
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An der den Kondensator 3 bildenden Spule liegt eine weitere Spule in wärmeleitendem Kontakt an. Diese bildet einen heißseitigen Wärmetauscher 11, in dem ebenfalls ein Fluid, d.h. Wasser, geführt ist.
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Figur 5 zeigt eine Kältemaschine 12, in der der Kältekreislauf 100 mit den vier Spulen der Figuren 3 und 4 integriert ist.
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Die vier rotierenden Spulen sind in einer Trommel mechanisch fixiert. Die den kaltseitigen Wärmetauscher 10 und den heißseitigen Wärmetauscher 11 bildenden Spulen sind vorteilhaft durch eine Drehdurchführung 13 mit der äußeren Umgebung verbunden. Die Verbindung des Kältekreislaufes 100 von Punkt 7 nach Punkt 8 in Figur 2 verbindet die äußere Spule des Verdampfers 1 mit der inneren Spule des Kondensators 3.
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Eine entsprechende Verbindung des Kältekreislaufs 100 von Punkt 9 nach Punkt 6 in Figur 2 befindet sich an der Unterseite der Kältemaschine 12 (nicht dargestellt).
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Figur 6 zeigt einen als Multiphasen-Kältekreislauf 100 ausgebildeten Kältekreislauf 100 mit mehreren identischen Kältekreislaufelementen 101, die gemeinsam um die Drehachse 5 des Kältekreislaufs 100 rotieren. Alle Kältekreislaufelemente 101 sind über kaltseitige Wärmetauscher 10 und einen heißseitigen Wärmetauscher 11 verbunden.
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Figur 7 zeigt den Aufbau des Kältekreislaufs 100 mit den Kältekreislaufelementen 101. Die Figuren 8a, 8b zeigen einen in eine Ebene projizierten Ausschnitt des Kältekreislaufs 100.
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Figur 7 zeigt zwei konzentrische Rohranordnungen.
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Jeweils ein Paar der außenliegenden Rohre 14 bilden einen Verdampfer 1 eines Kältekreislaufelements 101.
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Jeweils ein Paar der innenliegenden Rohre 15 bilden einen Kondensator 3 eines Kältekreislaufelements 101.
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Das Wasser des kaltseitigen Wärmetauschers 10 ist in einer Rohrleitung 16 geführt. Das Wasser des heißseitigen Wärmetauschers 11 ist in einer Rohrleitung 17 geführt (Figuren 8a, 8b).
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Die Rohre 14, 15 des Verdampfers 1 bzw. Kondensators sind als Mantelrohre ausgebildet, die die Rohrleitungen 16 bzw. 17 umgeben (Figuren 8a, 8b), wodurch ein guter Wärmekontakt zwischen Fluid und Kältemittel gegeben ist.
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Die Rohre 14, 15 sind über Rohrsegmente 18 verbunden (Figur 8b), so dass jeder Kältekreislauf 100 einen geschlossenen Kreislauf für das Kältemittel bildet.
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Da der kaltseitige Wärmetauscher 10 und der heißseitige Wärmetauscher 11 in Kontakt mit allen Kältekreislaufelementen 101 sind, erfolgt in jedem einzelnen Kältekreislaufelement 101 eine Generierung von Kälte bzw. Wärme in kaltseitigem Wärmetauscher 10 bzw. heißseitigem Wärmetauscher 11, wodurch die Effizienz gegenüber der Anordnung der Figuren 3 bis 5 erhöht ist.
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Figur 9 zeigt eine Variante der Anordnung gemäß Figur 7. Während die Rohre 14, 15 eine kreiszylindrische Anordnung bilden, bilden die Rohre 14, 15 der Kältekreislaufelemente 101 der Anordnung gemäß Figur 9 eine konische Anordnung, die sich zu deren Unterseite hin verbreitert. Dadurch wird die Bildung des Dichtegradienten des Kältemittels im vorliegenden Kältekreislauf 100 weiter verbessert.
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Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs 100. Die Anordnung gemäß Figur 10 ist zylindrisch, wobei Figur 10 eine Querschnittsdarstellung zeigt. Die Anordnung wird mittels eines Antriebs um die senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Drehachse 5 gedreht.
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Die Anordnung gemäß Figur 10 weist ein äußeres Rohr 19 und ein inneres Rohr 20 auf, welche in Umfangsrichtung des Zylinders verlaufen.
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Das innere Rohr 20 liegt an der Außenseite eines warmen Wärmekreislaufs 21 an, wobei diese Einheiten wärmeleitend verbunden sind. Das äußere Rohr 19 ist wärmeleitend an einen senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden kalten Wärmekreislauf 22 angekoppelt. Im warmen Wärmekreislauf 21 und im kalten Wärmekreislauf 22 ist Wasser geführt.
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Das äußere Rohr 19 und das innere Rohr 20 sind über Wärmerohre 23 (heat pipes) verbunden, die das Kältemittel führen.
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Figur 11 zeigt das Funktionsprinzip eines Wärmerohrs 23. Durch Wärmezufuhr A an einem Ende I des Wärmerohrs 23 verdampft ein dort enthaltenes flüssiges Medium, so dass ein Dampftransport (IIa) zum anderen Ende (III) des Wärmerohrs 23 erfolgt, wo eine Kondensation des Mediums erfolgt, das zum anderen Ende des Wärmerohrs 23 zurückströmt (IIb). Am Ende III des Wärmerohrs 23 erfolgt eine Wärmeabfuhr B. Somit bildet das Ende (I) eine Verdampfungszone, das Ende (III) eine Kondensationszone. Dazwischen liegt eine adiabatische Transportzone.
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Durch die Rotation der Anordnung gemäß Figur 10 und die dadurch wirkende Zentrifugalkraft auf das Kältemedium wird dieses in dem Wärmerohr 23 im Bereich des inneren Rohrs 20 stark erhitzt, wogegen im Bereich des äußeren Rohres 19 eine starke Abkühlung erfolgt.
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Diese Anordnung bildet eine einphasige rotierende Wärmepumpe.
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Figur 12 zeigt eine Erweiterung dieser Anordnung auf eine mehrphasige rotierende Wärmepumpe.
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Bei der Anordnung gemäß Figur 12 sind sowohl das innere Rohr 20 als auch das äußere Rohr 19 durch Isolatoren 24 in vier gleiche Abschnitte aufgeteilt. Natürlich ist auch eine Segmentierung in eine andere Anzahl von Abschnitten möglich. In jedem Abschnitt befindet sich ein warmer Wärmekreislauf 21 und ein kalter Wärmekreislauf 22 sowie Wärmerohre 23, die das innere Rohr 20 und das äußere Rohr 19 verbinden.
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In jedem Abschnitt erfolgt durch die Rotation der Anordnung eine Erhitzung des Kältemediums in den inneren Bereichen der Wärmerohre 23 und eine Abkühlung in den äußeren Bereichen der Wärmerohre 23.
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Durch diesen mehrstufigen Prozess ist die Effizienz dieser Wärmerohre 23 gegenüber der einphasigen Anordnung gemäß Figur 10 signifikant erhöht.
Bezugszeichenliste
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- (1)
- Verdampfer
- (2)
- Kompressor
- (3)
- Kondensator
- (4)
- Reduzierventil
- (5)
- Drehachse
- (6)
- Punkt
- (7)
- Punkt
- (8)
- Punkt
- (9)
- Punkt
- (10)
- kaltseitiger Wärmetauscher
- (11)
- heißseitiger Wärmetauscher
- (12)
- Kältemaschine
- (13)
- Drehdurchführung
- (14)
- außenliegendes Rohr
- (15)
- innenliegendes Rohr
- (16)
- Rohrleitung
- (17)
- Rohrleitung
- (18)
- Rohrsegment
- (19)
- äußeres Rohr
- (20)
- inneres Rohr
- (21)
- warmer Wärmekreislauf
- (22)
- kalter Wärmekreislauf
- (23)
- Wärmerohr
- (24)
- Isolator
- (100)
- Kältekreislauf
- (101)
- Kältekreislaufelement
- (A)
- Wärmezufuhr
- (B)
- Wärmezufuhr
- (H)
- Enthalpie
- (S)
- Entrophie