NL2024911B1 - Inrichting met contactloze warmteoverdracht - Google Patents

Abstract

Een inrichting 31 is voorzien van een behuizing 33 en een daarin aanwezige roteerbare eenheid 35. De ruimte 7 tussen de binnenzijde 33b van de behuizing en de buitenzijde 35b van de beweegbare eenheid is gevuld met gas met een druk die hoger is dan de omgevingsdruk. Door de gasdruk in de ruimte te verhogen wordt meer warmte vanuit de beweegbare eenheid via het gas overgedragen aan de behuizing. Om deze hogere gasdruk in deze ruimte te handhaven zonder dat daarbij de bewegende eenheid in contact komt met de behuizing hetgeen wrijving met zich meebrengt en dus ongewenste warmteontwikkeling is er een contactloze restrictie 37 aangebracht tussen de beweegbare eenheid 35 en de behuizing 33. Deze restrictie 37 is gevormd door twee op geringe afstand van elkaar aanwezige restrictievlakken 33c en 35c van de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid.

Description

Inrichting met contactloze warmteoverdracht BESCHRIJVING: Gebied van de uitvinding De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voorzien van een behuizing en een daarin aanwezige beweegbare eenheid die door middel van lagers in de behuizing is gelagerd en met een onderdeel uit de behuizing steekt, waarbij de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid niet met elkaar in contact zijn en tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid een raimte aanwezig is die gevuld is met gas. De beweging die de eenheid kan maken ten opzichte van de behuizing kan bijvoorbeeld een rotatie of een translaue of een sferische beweging zijn. De lagers kunnen uitgevoerd zijn als glijlagers of lagers voorzien van rotatielichamen zoals een kogel, naald of ton. Ook kunnen de lagers aerostatische lagers zijn waarbij het gas in de spleet tussen de behuizing en de beweegbare eenheid ter plaatse van de lagers ervoor zorgt dat de delen niet met elkaar in contact zijn.

Stand van de techniek Een dergelijke inrichting is algemeen bekend. Indien in de beweegbare eenheid tijdens bedrijf warmte wordt ontwikkeld, dan wordt deze warmte in hoofdzaak door straling overgedragen aan de behuizing die voor verdere afvoer van de warmte zorgt. Samenvatting van de uitvinding Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een inrichting van de in de aanhef omschreven soort waarbij in de beweegbare eenheid ontwikkelde warmte beter afgevoerd wordt dan bij de bekende inrichting. Hiertoe is de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de druk van het in de ruimte tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid aanwezige gas hoger is dan de omgevingsdruk, en de ruimte is gescheiden van de omgeving buiten de behuizing door middel van een restrictie tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid, welke restrictie is gevormd door twee naar elkaar toegekeerde restrictievlakken van de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid, welke restrictievlakken op geringere afstand van elkaar aanwezig zijn dan de afstand tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid op een andere plaats dan ter plaatse van de restrictie.

Door het gas onder druk in de ruimte tussen de behuizing en de bewegende eenheid vindt er een betere warmteoverdracht plaats dan indienen er een gas onder lagere druk of geen gas in de ruimte aanwezig is. Zodoende kan er zonder contact tussen de behuizing en de bewegende eenheid toch een goede warmteoverdracht plaatsvinden. Doordat er geen contact tussen de behuizing en de beweegbare eenheid aanwezig is treedt er ook geen slijtage op, waardoor de levensduur hierdoor niet beperkt wordt en er geen slijtagedeeltjes vrij komen die tot extra weerstand of vervuiling van de lagers kan leiden.

Bij voorkeur zijn de restrictievlakken op een minimale afstand (typisch minder dan 0,1 mm) van elkaar verwijderd om de gewenste hoge gasdruk in de ruimte met minimal lek naar de omgeving te bewerkstelligen.

Voor een goede warmteoverdracht is het gewenst dat de afstand tussen de beweegbare eenheid en de behuizing klein is. Bij voorkeur heeft hierom de ruimte tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid ten minste voor een deel de vorm van een spleet. Ter plaatse van deze spleet zijn de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid bij voorkeur opeen minimale afstand (typisch minder dan 1 mm) van elkaar verwijderd.

Om te voorkomen dat bij warmteontwikkeling de afstand tussen de restrictievlakken ten gevolge van uitzetting van de beweegbare eenheid en de behuizing wijzigt waardoor de afdichting afneemt of de wrijving toeneemt, is de restrictie bij voorkeur zodanig gevormd dat bij thermische uitzetting van de behuizing en de roteerbare eenheid de afstand tussen de restrictievlakken gelijk blijft. Bij voorkeur gaat hiertoe een vlak parallel aan de beide restrictievlakken en midden tussen de beide restrictievlakken door een thermisch centrum van de behuizing en de beweegbare eenheid gaat. Een thermisch centrum is een punt/plaats dat bij thermische uitzetting van de behuizing/beweegbare eenheid, de behuizing en de beweegbare eenheid niet ten opzichte van elkaar van plaats veranderen. Bij voorkeur is het in de ruimte aanwezige gas een niet reactief gas met een relatief hoge warmtegeleidingscoëfficiënt, zoals een edelgas, bijvoorbeeld helium.

Warmteontwikkeling treedt vaak op bij een inrichting waarbij de beweegbare eenheid roteerbaar in de behuizing gelagerd is en met een as uit de behuizing steekt, zodat de uitvinding met name voor dergelijke inrichtingen voordeel biedt.

Beknopte omschrijving van de tekeningen Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden van de inrichting volgens de uitvinding. Hierbij toont: Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding in doorsnede; en Figuur 2 een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding in doorsnede. Gedetailleerde omschrijving van de tekeningen In figuur 1 is een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding in doorsnede weergegeven. De inrichting 1 is voorzien van een behuizing 3 en een daarin aanwezige roteerbare eenheid 5 die door middel van lagers 13 en 15 in de behuizing is gelagerd en met een as 11 uit de behuizing steekt. De binnenzijde 3b van de behuizing en de buitenzijde 5b van de beweegbare eenheid zijn niet met elkaar in contact. Tussen de binnenzijde 3b van de behuizing en de buitenzijde 5b van de beweegbare eenheid is een ruimte 7 aanwezig is die gevuld is met gas met een druk die hoger is dan de omgevingsdruk. Aan de uiteinden is de as 11 voorzien van asstompen 17 en 19 om axiale verplaatsing van de as 11 en dus van de beweegbare eenheid 5 ten opzichte van de lagers 13 en 15 en dus ten opzichte van de behuizing 3 te voorkomen. De ruimte 7 is gescheiden van de omgeving buiten de behuizing 3 door middel van een restrictie 21 tassen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid. Het grootste deel van deze ruimte 7 is gevormd door een spleet 9 tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid. De restrictie 21 is gevormd door twee naar elkaar toegekeerde restrictievlakken 3c en Sc van de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid. Deze restrictievlakken 3c en Sc zijn op geringere afstand van elkaar aanwezig dan de afstand tussen de binnenzijde 3b van de behuizing en de buitenzijde 5b van de beweegbare eenheid op een andere plaats dan ter plaatse van de restrictie 21. De restrictievlakken 3c en 5c zijn op een afstand van minder dan 0,1 mm van elkaar verwijderd en ter plaatse van de spleet 9 zijn de binnenzijde 3b van de behuizing en de buitenzijde 5b van de beweegbare eenheid op een afstand van minder dan 1 mm van elkaar verwijderd.

Door de gasdruk in de ruimte te verhogen wordt meer warmte vanuit de beweegbare eenheid via het gas overgedragen aan de behuizing. Om deze hogere gasdruk in deze ruimte te handhaven zonder dat daarbij de bewegende eenheid in contact komt met de behuizing hetgeen wrijving met zich meebrengt en dus ongewenste warmteontwikkeling is er een contactloze restrictie aangebracht tussen de eenheid en de behuizing. In de behuizing 3 is een afsluitbare opening 23 aanwezig om het gas in de ruimte 7 in te kunnen brengen.

Het warmteoverdrachtsoppervlak tussen de behuizing en de beweegbare eenheid is bij voorkeur zo groot mogelijk. Om dit te bewerkstelligen kan een van de delen voorzien zijn van lamellen en het andere deel van uitsparingen waarin de lamellen zich uitstrekken. In figuur 1 is de behuizing voorzien van zich radiaal uitstrekkende lamellen 25 en van een zich axiaal uitstrekkende lamel 27 en zijn in de roterende eenheid uitsparingen 29 aanwezig waarin de lamellen zich bevinden. Voorts kunnen de warmteoverdrachtsoppervlakken behandeld worden om de warmteoverdracht aan het gas te verbeteren (verhogen van de accommodatiecoëfficiënt tussen gas en wand).

De lagers 13 en 15 zijn zodanig in de behuizing 3 opgehangen en/of op beweegbare eenheid 5 aangebracht (bijvoorbeeld elastisch) en/of zodanig uitgevoerd, dat een verschil in uitzetting van behuizing 3 ten opzichte van de beweegbare eenheid 5 kan worden opgevangen zonder dat er ontoelaatbare krachten ontstaan.

In figuur 2 is een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding in doorsnede weergegeven. Alle onderdelen van deze tweede uitvoeringsvorm die gelijk zijn aan die van de hiervoor beschreven eerste uitvoeringsvorm zijn met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid. Deze inrichting 31 is eveneens voorzien van een behuizing 33 en een daarin aanwezige roteerbare eenheid 35 die door middel van lagers 13 en 15 in de behuizing is gelagerd en met een as 11 uit de behuizing steekt. Tussen de binnenzijde 33b van de behuizing en de buitenzijde 35b van 5 de beweegbare eenheid is een ruimte 7 aanwezig die deels is gevormd door een spleet 9 en die is gevuld is met gas met een druk die hoger is dan de omgevingsdruk.

Ook hierbij is de ruimte 7 gescheiden van de omgeving buiten de behuizing 33 door middel van een restrictie 39 tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid. Deze restrictie 39 is eveneens gevormd door twee naar elkaar toegekeerde restrictievlakken 33c en 35c van de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid. In tegenstelling tot bij de eerste uitvoeringsvorm waar de restrictievlakken parallel aan de hartlijn 2 van de mrichting zijn, staan de restrictievlakken 33c en 35c bij deze uitvoeringsvorm onder een hoek met de hartlijn 2 van de inrichting.

De restrictievlakken 33c en 35c zijn zodanig gevormd dat bij thermische uitzetting van de behuizing 33 en de roteerbare eenheid 35 de afstand tussen de restrictievlakken gelijk blijft. Hiertoe gaat een vlak 41 parallel aan de beide restrictievlakken 33c en 35c en midden tussen de beide restrictievlakken door een thermisch centrum 39 van de behuizing 33 en de beweegbare eenheid 35. Hierdoor wordt voorkomen dat bij warmteontwikkeling de afstand tussen de restrictievlakken ten gevolge van uitzetting van de beweegbare eenheid en de behuizing wijzigt waardoor de afdichting afneemt of de wrijving toeneemt.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is toegelicht aan de hand van de tekeningen, dient te worden vastgesteld dat de uitvinding geenszins tot de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvormen is beperkt. De uitvinding strekt zich mede uit tot alle van de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvormen afwijkende uitvoeringsvormen binnen het door de conclusies gedefinieerde kader. Zo kan de beweegbare eenheid ook translerend (of een sferische beweging makend) in de behuizing aanwezig zijn in plaats van roterend. Ook kan in plaats van de in de tekeningen getoonde contactloze restrictie een afdichting toegepast worden waarbij wel contact tussen de afdichtende delen aanwezig is, zoals bijvoorbeeld een afdichtring waarbij ervoor gezorgd wordt dat de met elkaar in contact zijn delen uit materialen gevormd zijn met tribologisch optimale eigenschappen ten opzichte van elkaar.

Claims (8)

CONCLUSIES:

1. Inrichting (1; 31) voorzien van een behuizing (3; 33) en een daarin aanwezige beweegbare eenheid (5; 35) die door middel van lagers (13, 15) in de behuizing is gelagerd en met een onderdeel (11) uit de behuizing steekt, waarbij de binnenzijde (3b; 33b) van de behuizing en de buitenzijde (5b; 35b) van de beweegbare eenheid niet met elkaar in contact zijn en tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid een ruimte (7) aanwezig is die gevuld is met gas, met het kenmerk, dat de druk van het in de ruimte (7) tussen de binnenzijde (3b; 33b) van de behuizing (3; 33) en de buitenzijde (Sb; 35b) van de beweegbare eenheid (5; 35) aanwezige gas hoger is dan de omgevingsdruk, en de ruimte (7) is gescheiden van de omgeving buiten de behuizing (3; 33) door middel van een restrictie (21; 37) tussen de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid, welke restrictie is gevormd door twee naar elkaar toegekeerde restrictievlakken (3c, Sc; 33c, 35c) van de binnenzijde van de behuizing en de buitenzijde van de beweegbare eenheid, welke restrictievlakken (3c, 5c; 33c, 35¢) op geringere afstand van elkaar aanwezig zijn dan de afstand tussen de binnenzijde (3b; 33b) van de behuizing en de buitenzijde (5b; 35b) van de beweegbare eenheid op een andere plaats dan ter plaatse van de restrictie (21; 37).

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de restrictievlakken (3c, 5c; 33c, 35¢) op een afstand van minder dan 0,1 mm van elkaar verwijderd zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de ruimte (7) tussen de binnenzijde (3b; 33b) van de behuizing en de buitenzijde (5b; 35b) van de beweegbare eenheid ten minste voor een deel de vorm heeft van een spleet (9).

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat ter plaatse van de spleet (9) de binnenzijde (3b; 33b) van de behuizing en de buitenzijde (5b; 35b) van de beweegbare eenheid op een afstand van minder dan 1 mm van elkaar verwijderd zijn.

5. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de restrictie (37) zodanig is gevormd dat bij thermische uitzetting van de behuizing en de roteerbare eenheid de afstand tussen de restrictievlakken (33c, 35c) gelijk blijft.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een vlak (41) parallel aan de beide restrictievlakken (33c, 35c) en midden tussen de beide restrictievlakken door een thermisch centrum (39) van de behuizing (33) en de beweegbare eenheid (35) gaat.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het in de ruimte (7) aanwezige gas een edelgas is.

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de beweegbare eenheid (5; 35) roteerbaar in de behuizing (3; 33) gelagerd is en met een as (11) uit de behuizing steekt.