SE545900C2 - Metod och anordning för att värma och kyla - Google Patents

Abstract

Förfarande och anordning för kylning och/eller uppvärmning av ett utrymme, exempelvis en byggnad, vid en anordning bestående av åtminstone en cylinder, en inuti cylindern fast angjord impeller, en i cylinderns centrum befintlig öppning för passage av gas en till cylindern hörande drivanordning bestående av en elmaskin med drivaxel. Då cylindern roteras sugs gas in och komprimeras samt avger värme för uppvärmning. Då rotationen avstannas strömmar kall gas ut ur cylindern att användas för kylning.

Description

Metod och anordning för att värma och kyla Föreliggande uppfinning kan tillämpas vid uppvärmning och kylning av exempelvis ett hus eller annat utrymme, eller utgöra komponent i en kompressoranläggning m.m.

Uppfinningen gäller kännetecknande en ny typ av centrifugalkompressor, som arbetar i tre steg: Steg 1 innebär att kompressorn bringas rotera under stigande varvtal varvid gas sugs in centralt och komprimeras genom radialt verkande g-kraft under avgivande av värme till ett kylmedium.

Steg 2 innebär att under väsentligen konstant varvtal avges fortsatt värme från den komprimerade gasen och att gas fortsatt sugs in och komprimeras så länge värme avges.

Steg 3 innebär att kompressorn bringas rotera under sjunkande varvtal varvid gasen expanderar under upptagande av värme och evakueras centralt.

Steg 1 och 2 är arbetskrävande och utförs av en elmaskin. Steg 3 är arbetsgivande på grund av att elmaskinen bringas bromsa rotationen genom att generera el och därmed återvinna en del av den elektriska energi som förbrukades under Steg 1 och Vid komprimering av luft eller annan gas blir den komprimerade gasen varm varvid värme kan avledas för exempelvis uppvärmning av ett utrymme. Om den komprimerade gasen efter att värme avleds får expandera blir den kall och kan användas för kylning. Ett utrymme kan värmas och ett annat utrymme samtidigt kylas.

Uppfinningen innefattar en i en cylinder fast anordnad impeller som roterar med cylindern då denna bringas att rotera via en elmaskin. Vid rotationen sugs för ändamålet lämplig gas in i cylindern vid dess centrum via en passage, ett hål, och komprimeras genom att via centrifugalkraft tvingas mot cylinderns periferi. Vid ett givet konstant varvtal avstannar tillförseln av gas när centrifugalkraftens påverkan av molekylerna igasen balanseras av trycket i den komprimerade gasen.

Vid komprimeringen stiger gastemperaturen och cylindern värms. Om cylindern vid rotation kyls av omgivningsluft, eller annat kylmedium, sker ytterligare tillförsel av aktuell gas på grund av att kylningen sänker gastrycket. Detta kan i princip pågå tills det blir samma temperatur i cylindern som i kylmedium. Kompression som sker under samtidig kylning minskar energiförbrukningen. Om uppvarvning av cylindern sker anpassat så att värme i gasen som komprimeras bortleds till i takt med att värmen uppstår, kan komprimeringen ske isotermiskt.

Då gasen, efter beslut av ett elektroniskt styrsystem skall vara tillräckligt komprimerad och kyld via värmebortförsel för uppvärmning av ett utrymme, bromsas rotationen av elmaskinen för generering och återvinning av elenergi varvid innehållet i cylindern, påtagligt kall gas då värme avgivits vid komprimeringen, flödar ut genom hålet, passagen i centrum, där gasen tillfördes. En armatur kan omge hålet, exempelvis anordnad för att ta in gas som ska komprimeras från ett håll och släppa ut expanderad kall gas åt ett annat håll varvid den kalla gasen kan nyttjas för kyländamål eller att gasen efter tillförsel av värme från exempelvis atmosfär, jord eller sjö, via en sluten ledning återförs till armaturen för att ånyo komprimeras. Med fördel är således en ledning mellan armaturens utsläpp av expanderad gas respektive insläpp av gas som ska komprimeras arrangerad i en sluten slinga.

Enklast möjliga tillämpning av uppfinningen är vid användning av luft i ett öppet system.

För maximal produktion av värme och/eller kyla vid en viss anordnings storlek skall förloppet upprepas optimalt vilket får provas ut laboratoriemässigt och villkor samt styrparametrar anges i ett elektroniskt styrsystem. "Cylindern varvas, under avgivande av värme för eventuell uppvärmning, upp till ett visst konstant varvtal, som råder under en viss tid, cylinderns rotation bromsas in via generering av el, gas leds till utrymme för kylning eller till omgivningen”.

Förloppet sker kännetecknande upprepat och kännetecknande satsvis, en avgränsad portlon gas tillförs cylindern, vilket medför att metoden kan genomföras med en anordning som ijämförelse med anordningar för kontinuerlig uppvärmning och/eller kylning blir enklare, storleksmässigt mindre, med åtföljande lägre kostnad för tillverkning och drift.

Följande figurredogörelse kompletterar ovanstående beskrivning av uppfinningen. Ett elektroniskt baserat styrsystem med tillhörande programvara och sensorer/givare samt reglerorgan är en självklarhet idag. Det ingår i anordningen och redogörs inte särskilt för utan styrsystem och reglerorgan omnämns om och när det är lämpligt.

Fig 1. En cylinder sedd framifrån 1 och från sidan 2 som ska bringas att rotera via en drivanordning, en elmaskin 3, kopplad till cylindern via en drivaxel 4. I cylindern finns en ej utifrån synlig impeller 5 vilket åskådliggörs i Fig2. lmpellern är fast angjord i cylindern vilket medför att när cylindern bringas rotera bringas samtidigt lmpellern att rotera. l mitten av cylinderns framsida finns en öppning 6 för passage av luft eller annan gas. Förhållandet mellan cylinderns diameter, framifrån 1, och dess längd, från sidan 2, kan vara annorlunda än vad som antyds i figur. Exv. kan cylindern utföras förhållandevis längre.

Fig 2. Cylinder, sedd framifrån 1 och från sidan 2, vilken bringas att rotera via en drivanordning bestående av en elmaskin 3 kopplad till cylindern via en drivaxel 4. I cylindern är en impeller 5 fast angjord mellan cylinderns fram- och baksida. Enligt figuren ansluter inte lmpellern till cylinderns perifera insida vilket den kan göra i ett alternativt utförande. När cylindern bringas rotera sugs luft, eller annan gas, in i cylindern via en öppning för gasens passage 6. Den tillförda gasen bringas, orsakat av radialt verkande centrifugalkraft, att under kompression förflyttas mot cylinderns perifera insida där gastrycket blir som störst. Cylindern innesluts av ett kylmedium, exempelvis omgivningsluft 12. När cylinderns rotation bromsas in expanderar den i cylindern befintliga gasen under fallande temperatur och flödar ut via öppningen 6. Vid inbromsningen kan energi återvinnas genom att elmaskinen 3 bringas att generera elektricitet som exempelvis lagras i ett batteri eller återförs till elnätet, ej visat i figur.

Fig 3. En armatur 7 är gastätt angjord vid hålet 6 och roterar inte vid cylinderns rotation. Vid stigande varvtal gas strömmar in via en ledning 10 på armaturens ena sida åskådliggjort via en pil. En pil åskådliggör att gas strömmar ut via en ledning 11 då cylindern varvas ned. En ledning mellan armaturens utsläpp 11 av expanderad gas respektive insläpp 10 av gas som ska komprimeras kan arrangeras i en sluten slinga, ej visat i figur.

Fig 4. Den uppfinningsenliga anordningen är placerad i förhållande till en vägg 15, till höger om väggen, där anordningen med cylindern 2 och elmaskinen 3 m.m. är placerad i ett utrymme som ska värmas, exempelvis i en byggnad. Armaturen 7 är befintlig i väggen och mynnar utomhus varifrån luft bringas strömma in och ut via armaturen åskådliggjort via dubbelriktade pilen 9. Värme flyttas från utomhusluft till utrymmet i byggnaden som ska värmas.

Om man föreställer sig det motsatta förhållandet, att till höger om väggen 15 befinner sig anordningen med cylinder 2 och elmaskin 3 m.m. utomhus och att till vänster om väggen mynnar armaturen 7 i ett utrymme i en byggnad som skall kylas. Värme flyttas då från utrymmet i byggnaden till utomhusluft.

Uppfinningen är inte begränsad till de i figurerna visade utföringsexemplet utan att modifikationer kan göras inom ramen för de följande angivna patentkraven. Ordet gas i kraven innefattar luft.

Claims (1)

1. Förfarande för âstadkommande av värme och/eller kyla vid en anordning innefattande åtminstone en cylinder (1,2) omgiven av ett kylmedium (12), en till cylindern hörande drivanordning bestående av en elmaskín (3) med en drivaxel (4), en inuti cylindern fast angjord impeller (5), en i cylinderns centrum befintlig öppning (6) för passage av gas, varvid cylindern bringas i rotation och en portion, eller en sats, av gas, sugs in i cylindern och komprimeras under samtidig kylning varefter rotationen bringas upphöra, på grund av att elmaskinen bringas bromsa rotationen genom att generera el, och under expansion strömmar nämnda portion av kyld gas ut ur cylindern. kännetecknat av att förfarandet sker upprepat. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att cylindern varvas upp till av ett styrsystem beslutat konstant varvtal varvid under bortförande av värme gas fortsatt sugs in. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att cylindern via bromsning av drivanordningen varvas ned varvid utströmning, av genom expansion nedkyld gas, sker via öppningen (6). Förfarande enligt krav 2 och 3, kännetecknat av att det beskrivna förloppet upprepas så länge det finns behov av värme och/eller kyla. Anordning för utförande av förfarandet enligt krav 1, 2, 3 och 4, kännetecknat av att den innefattar ett styrsystem, åtminstone en cylinder (1,2), en till cylindern hörande drivanordning bestående av en elmaskin (3) med en drivaxel (4), en inuti cylindern fast angjord impeller (5), en i cylinderns centrum befintlig öppning (6) för passage av gas.