WO2014121949A2 - Device and method for the conditioning of ambient air - Google Patents

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WO2014121949A2
WO2014121949A2 PCT/EP2014/000353 EP2014000353W WO2014121949A2 WO 2014121949 A2 WO2014121949 A2 WO 2014121949A2 EP 2014000353 W EP2014000353 W EP 2014000353W WO 2014121949 A2 WO2014121949 A2 WO 2014121949A2
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working fluid
hollow body
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evaporator
condenser
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Lars Malindretos
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Lars Malindretos
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B3/00Self-contained rotary compression machines, i.e. with compressor, condenser and evaporator rotating as a single unit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for conditioning ambient air.
  • Peltier elements can also be used as cooling or condensation elements.
  • a disadvantage of all these devices is that these, per se proven units, are subject to a relatively high energy consumption and thus no longer meet today's wishes for energy-saving facilities. Desweitern their structure is relatively expensive.
  • CONFIRMATION COPY Objects of the invention is to propose a method and a device which does not have at least one disadvantage of the prior art.
  • a method of the aforementioned type is proposed in which the working fluid is enclosed in a hollow body in which pressure energy can be built up.
  • the working fluid starting from a gaseous state, is rotated in such a way that forces acting on the working fluid cause a compression in the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied.
  • the hollow body is rotationally symmetrical. Since the working fluid in the hollow body is rotated in the operating state, this is particularly important for an effective working process. This also enables a smooth process flow. Also, a rotationally symmetrical design of the hollow body for an inventive device associated with the inventive device is advantageous because imbalance is avoided or at least largely avoided and increases the life of a device according to the invention described below in this way.
  • the compression of the working fluid thus takes place by the forces that arise during the rotation of the working fluid in the hollow body.
  • a compressor as in a classic air conditioning or dehumidification can thus be omitted.
  • a working fluid in a hollow body in which pressure energy can be built up, starting from a gaseous state is rotated in such a way that acts on the working fluid forces which causes an increase in pressure in the working fluid and this at least partially in the liquid state is transferred, that the working fluid is compressed by means of a switchable element higher.
  • resulting force rather serves the mathematical Design and may in particular include force or pressure components, which are composed of centrifugal forces, acting in the hollow body internal pressure and process pressures.
  • the switchable element is therefore preferably a solid element, such as a ball.
  • a solid element such as a ball.
  • the switchable element thus has a process-enhancing effect. It may be particularly preferred that a plurality of such elements be introduced successively or simultaneously into the process. Particular preference is given to solid elements of high density, for example of steel or tungsten. If a switchable element designed as a ball is used in the method, it may occasionally be particularly preferred that the diameter of the ball is adapted to an inner diameter of tracks of the working fluid circuit described below of a device according to the invention.
  • a thermal energy proportional to the pressure increase in connection with the compression is exchanged via a part associated with the pressure vessel with a first process fluid, in particular process air, or with an adjacent component.
  • a first process fluid in particular process air
  • at least some of the working fluid in the subsequent process step is conducted into an evaporator and a proportional thermal energy necessary in connection with the state change to the evaporation is exchanged via a part associated with the pressure vessel with a second process fluid, in particular working air.
  • the resulting in the process of thermal energy does not have to be delivered to a working fluid, but can also, at least partially, be delivered to adjacent components. These can also be components or devices that convert the thermal energy into other forms of energy.
  • the switchable element can be designed for further compression in such a way that it can be switched on by means of a magnetic field.
  • any wiring in the container e.g. would be necessary with an electric pump, are dispensed with, so that no leaks can occur at the then necessary passages.
  • the working fluid is caused to rotate in that the rotationally symmetrical hollow body is set in rotation.
  • the structure is characterized very simple and different shaped rotationally symmetric hollow body can be very easily combined with a drive device.
  • the working fluid in the rotationally symmetrical hollow body can be set in rotation by exerting external forces on the working fluid.
  • the hollow body does not need to be driven.
  • the rotational movement could be effected via a magnetically coupled to a drive stirring rod.
  • the driven rotationally symmetrical hollow body may comprise spiral-shaped guide elements, through which the working medium is compressed from an inner area into an outer area and there and / or at least partially liquefied.
  • a working fluid it is possible to use any means which has gasification properties from the state of matter, preferably a refrigerant, in particular a refrigerant, from one of the following groups: R1, R4, R7, etc.
  • a refrigerant in particular a refrigerant
  • R1, R4, R7 etc.
  • the refrigerant R can be used. 744 are used because it has a very large volumetric cooling capacity, the circulating refrigerant volume is therefore relatively small. It is not flammable and does not contribute to ozone depletion.
  • a device for conditioning process air has a hollow body with a condenser region and an evaporator region, which is filled with a working fluid, wherein the condenser and evaporator region communicate with each other. Furthermore, the device comprises a connecting element, by means of which liquid working fluid can be conducted from the condenser area into the evaporator area, so that a working fluid circuit can arise, as well as a drive.
  • the hollow body is constructed such that the working fluid in the hollow body can be set in rotation by means of a drive device driven by the drive in such a way that forces acting on the working fluid cause the working fluid to compress, as a result of which the working fluid can be liquefied at least partially in the condenser region.
  • the hollow body When using a refrigerant, the hollow body can be filled so that this refrigerant, which is partially present in the gaseous and partially in the liquid state. If such a filled hollow body is set in rotation, the refrigerant collects by the centrifugal forces in the region of the largest diameter and is further compressed by the forces occurring.
  • the hollow body is most preferably constructed to be rotationally symmetrical, and the working fluid in the container can be driven by means of a drive motor driven by the drive.
  • NEN drive device are set in rotation such that acting on the working fluid forces that causes a compression of the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied in the condenser area or provides for a further pressure increase in already liquefied working fluid.
  • the device comprises an energy-converting device or is in operative connection with an energy-converting device.
  • the energieumpartyne unit converts the thermal energy drop of the device into electricity or back into work.
  • the additional energy-converting unit may for example be a piezoelectric element or be formed like a turbine.
  • the hollow body jacket can have at least one partial surface which is thermally conductive and can be exchanged via the thermal process energy with a first process fluid, in particular working air, outside the pressure vessel designed as a hollow body.
  • the hollow body jacket in the evaporator region can have at least one partial surface which is thermally conductive and can be exchanged via the thermal process energy with a second process fluid, in particular process air, outside the hollow body.
  • the hollow body is formed in one piece. Then it is the highest pressure exposable and good in mass production.
  • the hollow body is designed in several parts.
  • a multi-part design can be of particular advantage.
  • the hollow body may be a rotor driven by the drive with at least one vane, wherein at least a part of the working fluid cycle runs through the at least one vane.
  • the wing is designed such that the working air is moved through this and can exchange thermal energy with it when sweeping the wing surface.
  • the rotor can equip the rotor with a plurality of wings, which are connected to a circumferential at the wing ends annular channel, wherein the working fluid circuit passes through at least half of the existing wings.
  • the annular channel connect the cavity of the container circumferentially or divided into individual chambers, preferably always associated with a wing.
  • a separate cooling circuit, or working fluid circuit are built up as soon as the device rotates.
  • each annular chamber is connected via a separate capillary tube to the / the evaporator region.
  • Winged structures are understood to mean propellers, impellers, turbine wheels and similar components.
  • the spiral shape of the wing can be chosen such that in In one direction of rotation of the rotor, the vanes form the evaporator region and the annular duct form the condenser region.
  • the connecting element can extend inside or outside the hollow body from the condenser area to the evaporator area. It is advantageous if the connecting element is a capillary tube, through which the liquefied working fluid is conducted from the condenser region to the evaporator region.
  • the connecting element in the condenser region can be preceded by a pump device by means of which the working fluid can be further compressed and pumped through the connecting element to the evaporator region.
  • a pump device by means of which the working fluid can be further compressed and pumped through the connecting element to the evaporator region.
  • the piston of the pump comprises a magnet which is movable by means of an externally acting magnetic field from a first position to a second and thereby the piston space is reduced and the piston by means of a spring action or centrifugal forces in the first position is moved back. Due to this simple design, the pump can be easily integrated into the propeller.
  • the hollow body it is possible to roll it up in such a spiral manner that the first and / or second process fluid can flow around the hollow body.
  • This design can be made very easily, wherein the direction of the spiral determines the basic function of the device.
  • the hollow body can be profiled like a wing, so that the container causes the process fluid (s) to flow during rotation.
  • each hollow body structure may be at least partially filled with a sponge-like, structurally open gas-permeable or gas- and liquid-permeable material.
  • a sponge-like, structurally open gas-permeable or gas- and liquid-permeable material for example, aluminum foam or similar foams, but also sponges can be used.
  • the agent causes the gaseous working fluid to condense and thereby the Cooling means, wherein the liquefied working fluid moves after condensation back to the outside.
  • the hollow body entirely from such a material, in which case a material, such as aluminum foam, should be selected, which forms a closed outer skin, which is in particular gas-tight.
  • a material such as aluminum foam
  • This can be produced, for example, by the fact that the casting mold for the aluminum foam has a correspondingly high temperature.
  • the sponge-like, gas-permeable means for producing a gas-permeable skin is sealed.
  • a simple heat-sealing lacquer or the like may be sufficient.
  • sealing will be necessary, for example, by a dipping process in liquid metal or by sprayed metal.
  • the seal can also be designed in two or more parts. If the device is used for dewatering of room air, it is advantageous if the hollow body in the region of a wing has a condensate collecting device, can be collected by means of the condensed water and selectively discharged.
  • the hollow body may be coated on the outside at least in a partial area, wherein the coating may have absorbent properties.
  • the coating can be applied to a water-permeable membrane and the hollow body can, in the region of the wing, have partial regions through which water can be conducted into an intermediate layer or onto the rear-side wing surface. Furthermore, an additional cooling part may be provided, on which the moisture condenses. Furthermore, it is advantageous if the water is collected in a Wassersammei- and discharge and targeted derived.
  • Another way to build the device is the hollow body of two mounted on an axis propellers or disc-shaped chambers produce, which communicate with each other.
  • This embodiment is particularly suitable to be installed in a wall, wherein a propeller or disk-shaped chamber on the inside of the inside air circulates and exchanges thermal energy and the other exchanges with the outside air thermal energy.
  • the invention furthermore relates to a hollow body for a device for conditioning process air, wherein the hollow body comprises a condenser area and evaporator area which can be filled at least partially with a working fluid and can be conducted from the condenser area into the evaporator area by the liquid working fluid, preferably via a connecting element is, are connectable such that a working fluid circuit is nostic.
  • the hollow body according to the invention is constructed in such a way that the working fluid in the hollow body can be set in rotation by means of a drive device driven by a drive in such a way that forces acting on the working fluid cause a compression of the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied in the condenser region.
  • Figure 1 shows the principle of operation of the method using the example of an impeller
  • Figure 2 is a plan view of an impeller
  • FIG. 4 Stowage flap in front of capillary tube
  • Figure 1 shows the principle of operation of the method using the example of an impeller in section.
  • the hollow body 1 is mounted on an axle 3, which is set in rotation by means of a drive, not shown. If the system is in rotation, the working fluid, as shown here, is thrown in a first direction of rotation by the centrifugal force into the annular channel 2 of the illustrated rotational symmetrical hollow body 1. As a result, a pressure in the working fluid, here a refrigerant, builds up.
  • the refrigerant which in the non-rotating system in the gaseous state 9 has a pressure of about 1 bar, is compressed by the rotation so that the pressure of the working fluid in the case of the refrigerant used is increased to about 3 to 10 bar and at least partially liquefied 8 becomes.
  • the thermal energy which occurs or is generated in this context and which is proportional or approximately proportional to the compression or pressure increase of the working fluid is at least partially exchanged via the annular channel 2, and / or a partial surface of the pressure vessel with the working air 7, which is heated by it.
  • the refrigerant is designed so that the condensation temperature at the pressure generated on a Temperature rises, which is at least over 20 ° C.
  • the refrigerant can be filled in, the hollow body also with a pre-pressure, so that this is partially in the liquid state after filling.
  • the now-liquid working fluid via the capillary tube 10 in the evaporator region, the scar and the wing 11, shown here simplified, passed.
  • the capillary tube 10 reduces the pressure to such an extent that the boiling temperature drops, and the coolant cools abruptly when passing into the evaporator.
  • the proportional thermal energy necessary for evaporation in connection with the change in state is exchanged via the scar and / or the wing 11 with the process air 6, which is thereby cooled.
  • the hollow body of a particularly thermally conductive material, for.
  • a particularly thermally conductive material for.
  • the hollow body has areas which are insulated, for example, by the provision of a plastic coating.
  • FIG. 2 shows a plan view of an impeller 2. Also, this drawing is intended to illustrate only the principle of the process. As in Figure 1, not all details are shown here, which may still be necessary for the function.
  • FIGS. 3 and 4 show ways in which the pressure in the cooling liquid can be further increased.
  • the solutions are in relation to that Impeller shown in Figures 1 and 2. This functionality can also be incorporated into other or one of the following versions.
  • the pump 12 can be used to increase the pressure in the coolant clocked on.
  • the pump 12 as well as the flap 18 are actuated from the outside by means of a magnet 14.
  • the number of attached to the rotationally symmetrical hollow body 1 magnets 14 determines the clock per revolution.
  • the pump 12 is made of a magnetic material by means of the magnet 14 movable piston 13 which is pressed by means of the spring 16 in a first position, suction. As soon as the pump is rotated past a magnet, the magnetic forces act on the piston and this is entrained by the latter and pumps the coolant 8 against the check valve 16 in the capillary tube 10, whereby the refrigerant is further compressed. It is not shown that the heat generated by the pump 12 is dissipated by means of cooling fins on the annular body 2. The suction takes place via the intake 17, which should preferably suck on the outermost point of the hollow body or annular channel. For this purpose, it is also possible to provide recesses in the hollow body 1 in which the coolant collects due to the centrifugal forces. The flap 18 generated by the inertia a sudden pressure increase in the coolant 8, when this is placed by means of the outer magnet.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the hollow body 1. If the hollow body 1, or propeller, rotated in this embodiment in the clockwise direction, the cooling liquid is liquefied in the annular channel 2.
  • the spiral vanes 11 in this case represent the evaporator region 22 and come into contact with the process air 6, which is thereby cooled and / or dehydrated.
  • the condenser region 21 is in this case the annular channel 2, here is exchanged via the wall heat with the working air 7, whereby the working air is heated.
  • the waste heat of the condensation process caused by the change in state of the working fluid within a rotating hollow body is created, so it is delivered to the working air, in general so in the room existing ambient air.
  • the capillary tubes 10 can, as shown here, extend within the condenser region 21 from the condenser region 21 to the evaporator region 22 within, but also outside, the wing 1.
  • FIG. 6 shows, by way of example, an embodiment in the form of a screw.
  • the hollow body 1 of the screw is rolled up in a spiral in such a way that the first and / or second process fluid (6, 7) can flow around the hollow body (1).
  • the subsection of this is also with this the process air 6 and / or the working air 7 comes in contact at least partially profiled like a wing, so that the container during rotation, the process fluid 6 and / or the working air 7 in flow.
  • FIGS. 7a, 7b and 8 differs significantly from the previous ones.
  • a hollow body 1 which is formed by two propellers 24.
  • the two propellers 24, or their cavities are interconnected.
  • a partition Between the two propellers 24 is a partition, here a wall 28 which is formed in the region of the propeller 24 by a filling material.
  • This device can be easily mounted from one side of the wall 28.
  • the propellers 24 may be constructed substantially as described above and shown in FIG. 5 or 6.
  • the propeller 24 are constructed mirror-inverted on both sides of the wall 28 and the filling material 25, see Fig. 8, that is, the flights 11 of the propeller are substantially shaped so that the process air 6 and the working air 7, depending on Direction of rotation of the axis 3, is moved from outside to inside or from inside to outside.
  • the propellers are constructed such that one operates as a cooling wheel and the other as a heating wheel. In other words, this means that the compression takes place in the ring area in one propeller 24 and in the hub area in the other propeller.
  • the process air propeller operates as a cooling wheel, e.g. to cool the room air and / or to dehumidify, and the working air propeller as a heating, z. B. dissipate the heat over the outside air.
  • connection between the evaporator propeller and the condenser propeller in this variant is the capillary tube 10 positioned near the axis 3.
  • the connection of the annular channels can be a capillary tube or a simple connecting tube 29.
  • the working fluid is precompressed in the annular channel 2 of the cooling wheel and passed from there via the connection 29 to the heating wheel and there further compressed by the reverse compression process, from annular channel towards the scar and liquefied.
  • Fig. 7b the case is shown when the device is rotated in the opposite direction. Then the evaporator wheel is the working air propeller and the compression wheel is the process air propeller. Since only the direction of rotation is changed, the air flows through the propeller are exactly reversed as shown in Fig. 7a.
  • the motor can be arranged in the intermediate layer as shown in both figures and the torque support can be effected via the axle which is fastened to the wall by means of fastening means, not shown.
  • the intermediate layer has an annular channel, not shown for the connection 29, so that the hollow body 1 can rotate freely. Also not shown are possible construction variants of a wing and the Kondeswasserabtechnisch from the wing.
  • the wings can be designed to be adjustable, wherein the skilled person various types of adjustment from the StdT are known, such as a temperature-controlled adjustment.
  • a color indicator or wireless temperature sensor can also be used.
  • the speed of the example designed as a propeller cavity can but continue to be made depending on ram pressure, differential pressure, flow, humidity, temperature and / or the dew point of the working fluid or the process air.

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Abstract

The invention relates to a method for changing a working fluid from one state of aggregation into another. It is sought in particular to reduce the energy consumption. For this purpose, it is provided according to the invention that, in a hollow body (1) in which pressure energy can be built up, the working fluid, proceeding from a gaseous state, is set in rotation such that the working fluid is subjected to forces that cause a compression in the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied. The invention also relates to a device and an object.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Konditionierung von Umgebungsluft  Apparatus and method for conditioning ambient air
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konditionierung von Umgebungsluft. The invention relates to a method and a device for conditioning ambient air.
Derartige Verfahren und Vorrichtung sind seit Langem bekannt und im Handel erhältlich. Sie sind beispielsweise dafür geeignet, einen Raum mit einer hohen Luftfeuchtigkeit, wie z. B. nach einem Wasserschaden, zu entfeuchten oder einen Raum zu klimatisieren. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme bekannt, mittels denen die Umgebungsluft konditioniert werden kann. Diese unterscheiden sind durch den Aufbau und durch das angewendete Arbeitsverfahren. So unterscheidet man zwei grundsätzliche Verfahren, das Kondensationsverfahren und das Absorptionsverfahren. Entfeuchter-Systeme oder Klimaanlagen, die mit dem Kondensationsverfahren arbeiten, verwenden im Wesentlichen alle das gleiche Arbeitsprinzip, dabei wird feuchte Raumluft von einem Ventilator angesaugt und an den Arbeitsflächen eines Verdampfers unter den Taupunkt abgekühlt. Hierbei wird der überschüssige Wasserdampf als Kondenswasser ausgeschieden. Beim Entfeuchter-System wird die gekühlte und getrocknete Luft anschließend noch über die warmen Austauschflächen eines Kondensators geführt und dort wieder erwärmt und mit vorgegebener Temperatur an den Raum zurückgegeben. Such methods and apparatus have long been known and commercially available. You are for example suitable for a room with a high humidity, such. B. after a water damage, to dehumidify or to air-condition a room. Various systems are known from the prior art, by means of which the ambient air can be conditioned. These differ by the structure and by the applied working method. Thus, a distinction is made between two basic processes, the condensation process and the absorption process. Essentially, dehumidifier systems or air conditioning systems using the condensation process all use the same principle of operation, in which humid room air is drawn in by a fan and cooled down below the dew point on the working surfaces of an evaporator. Here, the excess water vapor is eliminated as condensation. In the dehumidifier system, the cooled and dried air is then passed through the hot exchange surfaces of a condenser where it is reheated and returned to the room at a specified temperature.
Alternativ dazu können auch Peltier-Elemente als Kühl- oder Kondensationselemente verwendet werden. Nachteilig an all diesen Vorrichtungen ist es, dass diese, an sich bewährten Aggregate, einem relativ hohen Energieverbrauch unterliegen und so den heutigen Wünschen nach energiesparenden Einrichtungen nicht mehr genügen. Desweitern ist deren Aufbau relativ aufwendig. Alternatively, Peltier elements can also be used as cooling or condensation elements. A disadvantage of all these devices is that these, per se proven units, are subject to a relatively high energy consumption and thus no longer meet today's wishes for energy-saving facilities. Desweitern their structure is relatively expensive.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aufgaben der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorzuschlagen, die zumindest einen Nachteil des Stands der Technik nicht aufweist. CONFIRMATION COPY Objects of the invention is to propose a method and a device which does not have at least one disadvantage of the prior art.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem das Arbeitsfluid in einem Hohlkörper, in dem Druckenergie aufgebaut werden kann, eingeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird das Arbeitsfluid, ausgehend von einem gasförmigen Zustand, derart in Rotation versetzt, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Kompression in dem Arbeitsfluid bewirkt, wodurch das Arbeitsfluid wenigstens teilweise verflüssigt wird. According to the invention, a method of the aforementioned type is proposed in which the working fluid is enclosed in a hollow body in which pressure energy can be built up. According to the invention, the working fluid, starting from a gaseous state, is rotated in such a way that forces acting on the working fluid cause a compression in the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Hohlkörper rotationssymmetrisch ist. Da das Arbeitsfluid in dem Hohlkörper im Betriebszustand in Rotation versetzt wird, ist dies für einen effektiven Arbeitsprozess besonders wichtig. Auch wird so ein gleichmäßiger Prozessablauf ermöglicht. Auch ist eine rotationssymmetrische Auslegung des Hohlkörpers für eine, dem erfindungsgemäßen Verfahren zugehörige erfindungsgemäße Vorrichtung von Vorteil, weil Unwucht vermieden oder wenigstens weitgehend vermieden wird und die Lebensdauer einer weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung auf diese Weise steigt. It is particularly advantageous if the hollow body is rotationally symmetrical. Since the working fluid in the hollow body is rotated in the operating state, this is particularly important for an effective working process. This also enables a smooth process flow. Also, a rotationally symmetrical design of the hollow body for an inventive device associated with the inventive device is advantageous because imbalance is avoided or at least largely avoided and increases the life of a device according to the invention described below in this way.
Die Kompression des Arbeitsfluides erfolgt somit durch die Kräfte, die bei der Rotation des Arbeitsfluides in dem Hohlkörper entstehen. Ein Kompressor wie bei einer klassischen Klima- oder Entfeuchtungsanlage kann somit entfallen. Ebenfalls wird vorgeschlagen, dass ein Arbeitsfluid in einem Hohlkörper, in dem Druckenergie aufgebaut werden kann, ausgehend von einem gasförmigen Zustand, derart in Rotation versetzt wird, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Druckerhöhung in dem Arbeitsfluid bewirkt und dieses zumindest teilweise dadurch in den flüssigen Zustand überführt wird, dass das Arbeitsfluid mittels eines zuschaltbaren Elementes höher komprimiert wird. The compression of the working fluid thus takes place by the forces that arise during the rotation of the working fluid in the hollow body. A compressor as in a classic air conditioning or dehumidification can thus be omitted. It is also proposed that a working fluid in a hollow body in which pressure energy can be built up, starting from a gaseous state, is rotated in such a way that acts on the working fluid forces which causes an increase in pressure in the working fluid and this at least partially in the liquid state is transferred, that the working fluid is compressed by means of a switchable element higher.
Auch bei diesem Verfahren ist es für einen störungsfreien Prozessablauf aus den eben beschriebenen Gründen von besonderem Vorteil, wenn das Arbeitsfluid in einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Hohlkörper in Rotation versetzt wird. Also in this method, it is for a trouble-free process flow for the reasons just described of particular advantage when the working fluid is rotated in a rotationally symmetrical hollow body in rotation.
Wird hier von einer resultierenden Kraft gesprochen ist selbstverständlich keine Einzelkraft gemeint. Die resultierende Kraft dient vielmehr der rechnerischen Auslegung und kann insbesondere Kraft- beziehungsweise Druckanteile beinhalten, die sich aus Zentrifugalkräften, in dem Hohlkörper wirkenden Innendruck und Prozessdrücken zusammensetzen. Of course, if one speaks of a resulting force, no single force is meant. The resulting force rather serves the mathematical Design and may in particular include force or pressure components, which are composed of centrifugal forces, acting in the hollow body internal pressure and process pressures.
Deshalb ist es auch von Vorteil, wenn das Arbeitsfluid in dem Hohlkörper durch einen zusätzlich angelegten Gasdruck beaufschlagt wird. Therefore, it is also advantageous if the working fluid in the hollow body is acted upon by an additional applied gas pressure.
Je höher ein Arbeitsfluid, z.B. in einer Klima- oder Entfeuchtungsanlage komprimiert wird, umso mehr thermische Energie kann in dem System ausgetauscht werden. Durch das zuschaltbare Element zur Komprimierung kann die Drehzahl kleiner gewählt werden und/oder das System auf einen optimalen Wirkungsgrad ausgelegt werden. Das zuschaltbare Element ist also vorzugsweise ein festkörperliches Element, wie zum Beispiel eine Kugel. Durch ihre, gegenüber dem Arbeitsfluid höheren Dichte, komprimiert sie das Arbeitsfluid durch die auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte, das sie gemeinsam mit dem Arbeitsfluid in dem Hohlkörper beschleunigt, das heißt in Rotation versetzt wird. Das zuschaltbare Element wirkt also Prozessverstärkend. Es kann besonders bevorzugt sein, dass mehrere derartige Elemente nacheinander oder gleichzeitig in den Prozess eingebracht werden. Besonders bevorzugt sind Festkörperelemente hoher Dichte, beispielsweise also aus Stahl oder Wolfram. Wird ein als Kugel ausgebildetes zuschaltbares Element im Verfahren verwendet, kann es fallweise besonders bevorzugt sein, dass der Durchmesser der Kugel an einen Innendurchmesser von weiter unten beschriebenen Bahnen des Arbeitsfluidkreis- laufes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angepasst ist. The higher a working fluid, e.g. is compressed in an air conditioning or dehumidifying system, the more thermal energy can be exchanged in the system. By the switchable element for compression, the speed can be selected smaller and / or the system can be designed for optimum efficiency. The switchable element is therefore preferably a solid element, such as a ball. By their, compared to the working fluid higher density, it compresses the working fluid by acting on them centrifugal forces, which accelerates them together with the working fluid in the hollow body, that is set in rotation. The switchable element thus has a process-enhancing effect. It may be particularly preferred that a plurality of such elements be introduced successively or simultaneously into the process. Particular preference is given to solid elements of high density, for example of steel or tungsten. If a switchable element designed as a ball is used in the method, it may occasionally be particularly preferred that the diameter of the ball is adapted to an inner diameter of tracks of the working fluid circuit described below of a device according to the invention.
Des Weiteren wird in beiden Verfahren wenigstens ein Teil einer im Zusammenhang mit der Kompression zu der Druckerhöhung proportionalen thermischen Energie über ein dem Druckbehälter zugehöriges Teil mit einem ersten Pro- zessfluid, insbesondre Prozessluft, oder aber einem angrenzenden Bauteil ausgetauscht. Weiterhin wird wenigstens ein Teil des Arbeitsfluides in dem nachfolgenden Prozessschritt in einen Verdampfer geleitet und eine im Zusammenhang mit der Zustandsänderung zu der Verdampfung notwendigen proporti- onalen thermischen Energie über ein dem Druckbehälter zugehöriges Teil mit einem zweiten Prozessfluid, insbesondere Arbeitsluft, ausgetauscht. Die bei dem Prozess entstehende thermische Energie muss nicht an ein Arbeitsfluid abgegeben werden, sondern kann auch, zumindest teilweise, an angrenzende Bauteile abgegeben werden. Dies können auch Bauteile oder Vorrichtungen sein, die die thermische Energie in andere Energieformen um- wandeln. Furthermore, in both methods, at least part of a thermal energy proportional to the pressure increase in connection with the compression is exchanged via a part associated with the pressure vessel with a first process fluid, in particular process air, or with an adjacent component. Furthermore, at least some of the working fluid in the subsequent process step is conducted into an evaporator and a proportional thermal energy necessary in connection with the state change to the evaporation is exchanged via a part associated with the pressure vessel with a second process fluid, in particular working air. The resulting in the process of thermal energy does not have to be delivered to a working fluid, but can also, at least partially, be delivered to adjacent components. These can also be components or devices that convert the thermal energy into other forms of energy.
Weiterhin kann das zuschaltbare Element zur weiteren Komprimierung derart ausgelegt, sein das dieses mittels eines Magnetfeldes zugeschaltet werden kann. Dadurch kann auf jegliche Verkabelung im Behälter, die z.B. bei einer elektrischen Pumpe erforderlich wäre, verzichtet werden, sodass auch keine Undichtigkeiten an den dann notwendigen Durchgängen auftreten können. Furthermore, the switchable element can be designed for further compression in such a way that it can be switched on by means of a magnetic field. Thereby, any wiring in the container, e.g. would be necessary with an electric pump, are dispensed with, so that no leaks can occur at the then necessary passages.
Vorteilhaft ist es, wenn das Arbeitsfluid dadurch in Rotation versetzt wird, dass der rotationssymmetrische Hohlkörper in Rotation versetzt wird. Der Aufbau wird dadurch sehr einfach und verschieden förmige rotationssymmetrische Hohlkörper können so sehr einfach mit einer Antriebsvorrichtung kombiniert werden. Alternativ kann das Arbeitsfluid in dem rotationssymmetrischen Hohlkörper dadurch in Rotation versetzt werden, dass von außen Kräfte auf das Arbeitsfluid ausgeübt werden. In diesem Fall braucht der Hohlkörper nicht angetrieben werden. Die Rotationsbewegung könnte über einen magnetisch mit einem Antrieb gekoppelten Rührstab bewirkt werden. Weiterhin kann der angetriebene rotationssymmetrische Hohlkörper spiralförmige Führungselemente umfasst, durch die_, das Arbeitsmedium von einem Innenbereich in einen Außenbereich und dort komprimiert und/oder wenigstens teilweise verflüssigt wird. It is advantageous if the working fluid is caused to rotate in that the rotationally symmetrical hollow body is set in rotation. The structure is characterized very simple and different shaped rotationally symmetric hollow body can be very easily combined with a drive device. Alternatively, the working fluid in the rotationally symmetrical hollow body can be set in rotation by exerting external forces on the working fluid. In this case, the hollow body does not need to be driven. The rotational movement could be effected via a magnetically coupled to a drive stirring rod. Furthermore, the driven rotationally symmetrical hollow body may comprise spiral-shaped guide elements, through which the working medium is compressed from an inner area into an outer area and there and / or at least partially liquefied.
Allen Verfahren ist gemeinsam, dass der thermische Energieaustausch des Arbeitsfluides im Innenbereich oder einem ersten Bereich des Hohlkörpers mit dem ersten Prozessfluid, Prozessluft, und im Außenbereich oder einem zweiten Bereich mit dem zweiten Prozessfluid, Arbeitsluft, stattfindet. All methods have in common that the thermal energy exchange of the working fluid in the inner region or a first region of the hollow body with the first process fluid, process air, and in the outer region or a second region with the second process fluid, working air takes place.
Zur Trennung der Prozess- und Arbeitsluft können entsprechende Luftführungselemente eingebracht werden. Als Arbeitsfluid kann jedes Mittel verwendet werden, dass aus dem Aggregatzustand vergasungstechnische Eigenschaften besitzt, vorzugsweise ein Kältemittel, insbesondere ein Kältemittel aus einer der folgenden Gruppen: R1.., R4..., R7.. usw. So kann beispielsweise das Kältemittel R-744 verwendet werden, da es eine sehr große volumetrische Kälteleistung hat, das umlaufende Kältemittelvolumen daher relativ klein ist. Es ist nicht entflammbar und trägt nicht zum Ozonabbau bei. To separate the process and working air corresponding air guide elements can be introduced. As a working fluid, it is possible to use any means which has gasification properties from the state of matter, preferably a refrigerant, in particular a refrigerant, from one of the following groups: R1, R4, R7, etc. For example, the refrigerant R can be used. 744 are used because it has a very large volumetric cooling capacity, the circulating refrigerant volume is therefore relatively small. It is not flammable and does not contribute to ozone depletion.
Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Konditionierung von Prozessluft vorge- schlagen. Diese weist einen Hohlkörper mit einem Kondensatorbereich und einem Verdampferbereich auf, der mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, wobei der Kondensator- und Verdampferbereich miteinander in Verbindung stehen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Verbindungselement, durch das flüssiges Arbeitsfluid von dem Kondensatorbereich in den Verdampferbereich geleitet werden kann, sodass ein Arbeitsfluidkreislauf entstehen kann, sowie ein Antrieb. Furthermore, a device for conditioning process air is proposed. This has a hollow body with a condenser region and an evaporator region, which is filled with a working fluid, wherein the condenser and evaporator region communicate with each other. Furthermore, the device comprises a connecting element, by means of which liquid working fluid can be conducted from the condenser area into the evaporator area, so that a working fluid circuit can arise, as well as a drive.
Erfindungsgemäß ist der Hohlkörper derartig aufgebaut, dass das Arbeitsfluid in dem Hohlkörper mittels einer von dem Antrieb angetriebenen Antriebsvorrichtung derart in Rotation versetzbar ist, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Kompression des Arbeitsfluides bewirken, wodurch das Arbeitsfluid wenigstens teilweise im Kondensatorbereich verflüssigbar ist. According to the invention, the hollow body is constructed such that the working fluid in the hollow body can be set in rotation by means of a drive device driven by the drive in such a way that forces acting on the working fluid cause the working fluid to compress, as a result of which the working fluid can be liquefied at least partially in the condenser region.
Bei der Verwendung eines Kältemittels kann der Hohlkörper derart gefüllt werden, dass dieser Kältemittel, das teilweise im gasförmigen und teilweise im flüssigen Zustand vorliegt, enthält. Wird ein derartig befüllter Hohlkörper in Rotation versetzt, sammelt sich das Kältemittel durch die Fliehkräfte im Bereich des größten Durchmessers und wird durch die auftretenden Kräfte weiter Komprimiert. When using a refrigerant, the hollow body can be filled so that this refrigerant, which is partially present in the gaseous and partially in the liquid state. If such a filled hollow body is set in rotation, the refrigerant collects by the centrifugal forces in the region of the largest diameter and is further compressed by the forces occurring.
Entsprechend den bereits im Zusammenhang mit der Darstellung der erfindungsgemäßen Verfahren niedergelegten Erläuterungen ist der Hohlkörper in ganz besonders bevorzugter Weise dazu rotationssymmetrisch aufgebaut, und das Arbeitsfluid, in dem Behälter, kann mittels einer von dem Antrieb angetriebe- nen Antriebsvorrichtung derart in Rotation versetzt werden, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Kompression des Arbeitsfluides bewirkt, wodurch das Arbeitsfluid wenigstens teilweise im Kondensatorbereich verflüssigt wird oder zu einer weiteren Druckerhöhung im bereits verflüssigten Arbeitsfluid sorgt. Durch diese Bauweise entsteht ein einfacher Kühlkreislauf in einem Hohlkörper, der dadurch in Gang gesetzt werden kann, dass der Hohlkörper gedreht wird. In accordance with the explanations already given in connection with the illustration of the method according to the invention, the hollow body is most preferably constructed to be rotationally symmetrical, and the working fluid in the container can be driven by means of a drive motor driven by the drive. NEN drive device are set in rotation such that acting on the working fluid forces that causes a compression of the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied in the condenser area or provides for a further pressure increase in already liquefied working fluid. This design creates a simple cooling circuit in a hollow body, which can be set in motion that the hollow body is rotated.
Im Sinne eines ganzheitlichen Energieumsatzkonzeptes kann es zudem mit Vorteil versehen sein, dass die Vorrichtung eine energieumwandelnde Einrich- tung umfasst oder mit einer energieumwandelden Einrichtung in Wirkverbindung steht. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die energieumwandelne Einheit das thermische Energiegefälle der Vorrichtung in elektrischen Strom oder wieder in Arbeit umsetzt. Die zusätzliche energieumwandelnde Einheit kann beispielsweise ein Piezoelement sein oder turbinenartig ausgebildet sein. Des Weiteren kann der Hohlkörpermantel im Kondensatorbereich zumindest eine Teilfläche aufweisen, die thermisch leitend ist und über die thermische Prozessenergie mit einem ersten Prozessfluid, insbesondere Arbeitsluft, außerhalb des als Hohlkörper ausgebildeten Druckbehälters ausgetauscht werden kann. Weiterhin kann der Hohlkörpermantel im Verdampferbereich zumindest eine Teilfläche aufweisen, die thermisch leitend ist und über die thermische Prozessenergie mit einem zweiten Prozessfluid, insbesondere Prozessluft, außerhalb des Hohlkörpers ausgetauscht werden kann. In terms of a holistic energy conversion concept, it can also be advantageously provided that the device comprises an energy-converting device or is in operative connection with an energy-converting device. It is particularly preferred that the energieumwandelne unit converts the thermal energy drop of the device into electricity or back into work. The additional energy-converting unit may for example be a piezoelectric element or be formed like a turbine. Furthermore, in the condenser region, the hollow body jacket can have at least one partial surface which is thermally conductive and can be exchanged via the thermal process energy with a first process fluid, in particular working air, outside the pressure vessel designed as a hollow body. Furthermore, the hollow body jacket in the evaporator region can have at least one partial surface which is thermally conductive and can be exchanged via the thermal process energy with a second process fluid, in particular process air, outside the hollow body.
In Gegensatz zu herkömmlichen Kühl- oder Klimageräten können durch diesen einfachen Aufbau auch die im Stand der Technik notwendigen separat aufgestell- ten Kühler entfallen. In contrast to conventional cooling or air conditioning units, this simple structure also eliminates the need for separately installed coolers in the prior art.
Baulich kann es dabei bevorzugt sein, dass der Hohlkörper einteilig ausgebildet ist. Dann ist er höchsten Drücken aussetzbar und gut in Serienproduktion herstellbar. Structurally, it may be preferred that the hollow body is formed in one piece. Then it is the highest pressure exposable and good in mass production.
In anderen Fällen kann es aber auch bevorzugt sein, dass der Hohlkörper mehrteilig ausgebildet ist. Beispielsweise, wenn über die Lebensdauer der Vorrichtung auch Demontagen, beispielsweise zum Austausch des Arbeitsfluides oder zu anderen Wartungszwecken vorgesehen ist, kann eine mehrteilige Bauweise von besonderem Vorteil sein. So ist auch beispielsweise das Einbringen der bereits im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen, insbesondere festkörperlichen, Elementen einfacher möglich. In other cases, however, it may also be preferred that the hollow body is designed in several parts. For example, if over the life of the Device dismantling, for example, provided for the replacement of the working fluid or other maintenance purposes, a multi-part design can be of particular advantage. Thus, for example, the introduction of the already described in connection with the inventive method, in particular solid-state, elements easier.
In einer Ausführung kann der Hohlkörper ein mittels des Antriebs angetriebener Rotor mit wenigstens einem Flügel sein, wobei wenigstens ein Teil des Ar- beitsfluidkreislaufes durch den wenigstens einen Flügel verläuft. Der Flügel ist derart ausgebildet, dass die Arbeitsluft durch diesen bewegt wird und beim Überstreichen der Flügeloberfläche thermische Energie mit dieser austauschen kann. In one embodiment, the hollow body may be a rotor driven by the drive with at least one vane, wherein at least a part of the working fluid cycle runs through the at least one vane. The wing is designed such that the working air is moved through this and can exchange thermal energy with it when sweeping the wing surface.
Es besteht aber auch die Möglichkeit den Rotor mit mehreren Flügeln zu bestücken, die mit einem an den Flügelenden umlaufenden Ringkanal verbunden sind, wobei der Arbeitsfluidkreislauf durch wenigstens die Hälfte der vorhandenen Flügel verläuft. Insbesondere bei größeren Drehzahlen kann durch diese Ausführung Unwucht vermieden werden oder besser ausgeglichen werden. Dabei kann der Ringkanal den Hohlraum des Behälters umlaufend verbinden oder in einzelne Kammern unterteilt werden, vorzugsweise immer einem Flügel zugeordnet. So kann wahlweise in zwei oder mehr Flügeln ein separater Kühlkreislauf, bzw. Arbeitsfluidkreislauf, aufgebaut werden, sobald die Vorrichtung rotiert. But it is also possible to equip the rotor with a plurality of wings, which are connected to a circumferential at the wing ends annular channel, wherein the working fluid circuit passes through at least half of the existing wings. Especially at higher speeds can be avoided by this design imbalance or better balanced. In this case, the annular channel connect the cavity of the container circumferentially or divided into individual chambers, preferably always associated with a wing. Thus, optionally in two or more wings, a separate cooling circuit, or working fluid circuit, are built up as soon as the device rotates.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Flügel von der Nabe des Rotors spiralförmig zum Ringkanal verlaufen. Es können auch mehrere Ringkammern, Arbeitskammern, Funktionskammern mit Funktionselementen, Beruhigungszonen für Rotierende Flüssigkeitsgemische an den Ringkammern unterstützende Prozessabläufe angebracht werden. Ist die Ringkanal in mehrere Ringkammer unterteilt, ist jede Ringkammer über ein separates Kapillarrohr mit den/dem Verdampferbereich verbunden. Furthermore, there is the possibility that the wings of the hub of the rotor spiral to the annular channel. It is also possible to attach a plurality of annular chambers, working chambers, functional chambers with functional elements, calming zones for rotating liquid mixtures to processes supporting the annular chambers. If the annular channel is divided into a plurality of annular chambers, each annular chamber is connected via a separate capillary tube to the / the evaporator region.
Unter Aufbauten mit Flügeln werden Propeller, Flügelräder, Turbinenräder und ähnliche Bauteile verstanden. Des Weiteren kann die Spiralform des Flügels derart gewählt werden, dass in einer Drehrichtung des Rotors die Flügel den Verdampferbereich und der Ringkanal den Kondensatorbereich bilden. Winged structures are understood to mean propellers, impellers, turbine wheels and similar components. Furthermore, the spiral shape of the wing can be chosen such that in In one direction of rotation of the rotor, the vanes form the evaporator region and the annular duct form the condenser region.
Das Verbindungselement kann innerhalb oder außerhalb des Hohlkörpers vom Kondensatorbereich zum Verdampferbereich verlaufen. Es ist vorteilhaft, wenn das Verbindungselement ein Kapillarrohr ist, durch das das verflüssigte Ar- beitsfluid vom Kondensatorbereich zum Verdampferbereich geleitet wird. The connecting element can extend inside or outside the hollow body from the condenser area to the evaporator area. It is advantageous if the connecting element is a capillary tube, through which the liquefied working fluid is conducted from the condenser region to the evaporator region.
In einer Weitern Ausführung kann dem Verbindungselement im Kondensatorbereich eine Pumpvorrichtung vorgeschaltet werden, mittels der das Arbeitsfluid weiter komprimiert und durch das Verbindungselement zum Verdampferbereich gepumpt werden kann. Je höher die Kompression um so besser ist die thermische Leistung der Vorrichtung, insbesondere dann, wenn die Drehzahl nicht so hoch gewählt werden kann. In a further embodiment, the connecting element in the condenser region can be preceded by a pump device by means of which the working fluid can be further compressed and pumped through the connecting element to the evaporator region. The higher the compression, the better the thermal performance of the device, especially if the speed can not be so high.
Zum Antrieb der Pumpvorrichtung kann vorgesehen werden, dass der Kolben der Pumpe einen Magneten umfasst, der mittels eines von außen wirkenden Magnet- feldes von einer ersten Stellung in eine Zweite bewegbar ist und dabei der Kolbenraum verkleinert wird und der Kolben mittels einer Federwirkung oder Zentrifugalkräften in die erste Stellung zurückbewegt wird. Durch diesen einfachen Aufbau kann die Pumpe sehr einfach in den Propeller integriert werden. To drive the pumping device can be provided that the piston of the pump comprises a magnet which is movable by means of an externally acting magnetic field from a first position to a second and thereby the piston space is reduced and the piston by means of a spring action or centrifugal forces in the first position is moved back. Due to this simple design, the pump can be easily integrated into the propeller.
Als eine Weitere mögliche Ausführungsform des Hohlkörpers ist es möglich diesen derartig spiralförmig aufzurollen, dass das erste und/oder zweite Pro- zessfluid den Hohlkörper umströmen kann. Diese Ausführung kann sehr einfach hergestellt werden, wobei die Richtung der Spirale die grundsätzliche Funktion der Vorrichtung festlegt. As a further possible embodiment of the hollow body, it is possible to roll it up in such a spiral manner that the first and / or second process fluid can flow around the hollow body. This design can be made very easily, wherein the direction of the spiral determines the basic function of the device.
Auch in dieser Ausführung kann der Hohlkörper flügelartig profiliert sein, sodass der Behälter bei Rotation das/die Prozessfluid(e) in Strömung versetzen. In this embodiment too, the hollow body can be profiled like a wing, so that the container causes the process fluid (s) to flow during rotation.
Der Hohlraum jedes Hohlkörperaufbaus kann zumindest teilweise mit einem schwammartigen, strukturoffenen gasdurchlässigen oder gas- und flüssigkeitsdurchlässigem Material gefüllt sein. Als Material kann dabei z.B. Aluminiumschaum oder ähnliche Schäume, aber auch Schwämme verwendet werden. Das Mittel bewirkt, dass das gasförmige Arbeitsmedium kondensiert und dabei das Mittel abkühlt, wobei sich das verflüssigte Arbeitsfluid nach der Kondensation zurück in den Außenbereich bewegt. The cavity of each hollow body structure may be at least partially filled with a sponge-like, structurally open gas-permeable or gas- and liquid-permeable material. As a material, for example, aluminum foam or similar foams, but also sponges can be used. The agent causes the gaseous working fluid to condense and thereby the Cooling means, wherein the liquefied working fluid moves after condensation back to the outside.
Es ist weiterhin möglich den Hohlkörper ganz aus einem derartigen Material herzustellen, wobei dann ein Material, wie Aluminiumschaum, gewählt werden sollte, dass eine geschossene Außenhaut bildet, die insbesondere gasdicht ist. Dies ist beispielsweise dadurch erzeugbar, dass die Gussform für den Aluminiumschaum eine entsprechend hohe Temperatur aufweist. It is also possible to produce the hollow body entirely from such a material, in which case a material, such as aluminum foam, should be selected, which forms a closed outer skin, which is in particular gas-tight. This can be produced, for example, by the fact that the casting mold for the aluminum foam has a correspondingly high temperature.
Es ist aber auch denkbar, dass das schwammartige, gasdurchlässige Mittel zur Erzeugung einer gasdurchlässigen Haut versiegelt wird. Je nach zu erwartenden Druckverhältnissen kann dabei ein einfacher Heißsiegellack oder Ähnliches ausreichend sein. In häufigen Fällen wird aber eine Versiegelung beispielsweise durch ein Tauchverfahren in flüssigem Metall oder durch aufgespritztes Metall nötig sein. Die Versiegelung kann aber auch zwei- oder mehrkomponentig gestaltet werden. Wird die Vorrichtung zur Entwässerung von Raumluft verwendet, ist es vorteilhaft, wenn der Hohlkörper im Bereich eines Flügels eine Kondenswasser- Auffangvorrichtung aufweist, mittels der Kondenswasser gesammelt und gezielt abgeführt werden kann. But it is also conceivable that the sponge-like, gas-permeable means for producing a gas-permeable skin is sealed. Depending on the expected pressure conditions, a simple heat-sealing lacquer or the like may be sufficient. In many cases, however, sealing will be necessary, for example, by a dipping process in liquid metal or by sprayed metal. The seal can also be designed in two or more parts. If the device is used for dewatering of room air, it is advantageous if the hollow body in the region of a wing has a condensate collecting device, can be collected by means of the condensed water and selectively discharged.
Weiterhin kann der Hohlkörper auf der Außenseite zumindest in einem Teilbe- reich beschichtet sein, wobei die Beschichtung absorbierende Eigenschaften aufweisen kann. Furthermore, the hollow body may be coated on the outside at least in a partial area, wherein the coating may have absorbent properties.
Weiterhin kann die Beschichtung auf einer wasserdurchlässigen Membran aufgebracht sein und der Hohlkörper kann, im Bereich des Flügels, Teilbereiche aufweisen, durch die Wasser in eine Zwischenschicht oder auf die rückseitige Flügeloberfläche geleitet werden kann. Weiterhin kann ein zusätzliches Kälteteil vorgesehen sein, an dem die Feuchtigkeit kondensiert. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Wasser in eine Wassersammei- und Abführvorrichtung aufgefangen und gezielt abgeleitet wird. Furthermore, the coating can be applied to a water-permeable membrane and the hollow body can, in the region of the wing, have partial regions through which water can be conducted into an intermediate layer or onto the rear-side wing surface. Furthermore, an additional cooling part may be provided, on which the moisture condenses. Furthermore, it is advantageous if the water is collected in a Wassersammei- and discharge and targeted derived.
Eine weitere Möglichkeit, die Vorrichtung aufzubauen, ist es, den Hohlkörper aus zwei auf einer Achse befestigten Propellern oder scheibenförmigen Kammern herzustellen, die miteinander in Verbindung stehen. Another way to build the device, it is the hollow body of two mounted on an axis propellers or disc-shaped chambers produce, which communicate with each other.
Das kann über die Flügelenden oder die Ringkanäle und über die Narben der Propeller erfolgen wobei ein Propeller, bzw. eine scheibenförmige Kammer im Wesentlichen als Kondensator und der jeweils andere als Verdampfer ausgelegt ist. Diese Ausführung ist besonders dafür geeignet in eine Wand eingebaut zu werden, wobei ein Propeller oder scheibenförmige Kammer auf der Innenseite die Innenluft umwälzt und mit ihr thermische Energie austauscht und die jeweils andere mit der Außenluft thermische Energie austauscht. This can be done via the wing tips or the annular channels and the scars of the propeller with a propeller, or a disc-shaped chamber is designed substantially as a condenser and the other as an evaporator. This embodiment is particularly suitable to be installed in a wall, wherein a propeller or disk-shaped chamber on the inside of the inside air circulates and exchanges thermal energy and the other exchanges with the outside air thermal energy.
Die Erfindung betrifft weiter einen Hohlkörper für eine Vorrichtung zur Konditio- nierung von Prozessluft, wobei der Hohlkörper ein mit einem Arbeitsfluid wenigstens teilweise füllbaren Kondensatorbereich und Verdampferbereich umfasst, die miteinander, vorzugsweise über ein Verbindungselement, durch das flüssiges Arbeitsfluid von dem Kondensatorbereich in den Verdampferbereich leitbar ist, derart verbindbar sind, dass ein Arbeitsfluidkreislauf bildbar ist. Der erfindungsgemäße Hohlkörper ist derartig aufgebaut, dass das Arbeitsfluid in dem Hohlkörper mittels einer von einem Antrieb angetriebenen Antriebsvorrichtung derart in Rotation versetzbar ist, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Kompression des Arbeitsfluides bewirken, wodurch das Arbeitsfluid wenigstens teilweise im Kondensatorbereich verflüssigt wird. Die Vorteile eines solchen Hohlkörpers sind den vorangegangenen Beschreibungen zu den erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Konditionierung von Prozessluft zu entnehmen und kann entsprechend den dort genannten Gestaltungsformen ausgeführt sein. The invention furthermore relates to a hollow body for a device for conditioning process air, wherein the hollow body comprises a condenser area and evaporator area which can be filled at least partially with a working fluid and can be conducted from the condenser area into the evaporator area by the liquid working fluid, preferably via a connecting element is, are connectable such that a working fluid circuit is bildbild. The hollow body according to the invention is constructed in such a way that the working fluid in the hollow body can be set in rotation by means of a drive device driven by a drive in such a way that forces acting on the working fluid cause a compression of the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied in the condenser region. The advantages of such a hollow body can be found in the foregoing descriptions of the method according to the invention and the apparatus according to the invention for conditioning process air and can be embodied in accordance with the design forms mentioned there.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsge- mäßen Vorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Further features of the method according to the invention and of the device according to the invention and further advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawing.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert. In diesen zeigen: Figur 1 das Funktionsprinzip des Verfahrens am Beispiel eines Flügelrades The invention will be explained in more detail with reference to drawings. In these show: Figure 1 shows the principle of operation of the method using the example of an impeller
Figur 2 eine Draufsicht auf ein Flügelrad Figure 2 is a plan view of an impeller
Figur 3 Kapillarrohr mit Pumpe Figure 3 capillary tube with pump
Figur 4 Stauklappe vor Kapillarrohr Figur 5 Ausführung mit spiralförmigen Flügeln FIG. 4 Stowage flap in front of capillary tube FIG. 5 Version with spiral-shaped wings
Figur 6 Ausführung schneckenförmiger Behälter Figure 6 version helical container
Figur 7 Ausführung mit zwei Propellern Figure 7 version with two propellers
Figur 8 Ausführung mit zwei Propellern als Explosionsskizze Figure 8 version with two propellers as an explosion sketch
Figur 1 zeigt das Funktionsprinzip des Verfahrens am Beispiel eines Flügelrades im Schnitt. Der Hohlkörper 1 ist auf einer Achse 3 befestigt, die mittels eines nicht dargestellten Antriebes in Rotation versetzt ist. Befindet sich das System in Rotation, wird das Arbeitsfluid, wie hier dargestellt, in einer ersten Drehrichtung, durch die Zentrifugalkraft in den Ringkanal 2 des abgebildeten rotationssymmet- rischen Hohlkörpers 1 geschleudert. Dadurch baut sich ein Druck im Arbeitsfluid, hier ein Kältemittel, auf. Das Kältemittel, das im nicht rotierenden System im gasförmigen Zustand 9 einen Druck von ca. 1 bar aufweist, wird durch die Rotation derart komprimiert, dass sich der Druck des Arbeitsfluides im Falle des verwendeten Kältemittels bis auf ca. 3 bis 10 bar erhöht und wenigstens teilweise verflüssigt 8 wird. Aufgrund der Vielfältigkeit der möglichen Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sei darauf hingewiesen, dass auch andere Arbeitsfluide einsetzbar und ihren jeweiligen Übergangsdrücken angepasste Drücke erzeugbar sein können. Die thermische Energie, die in diesem Zusammenhang auftritt bzw. erzeugt wird und die proportional oder annähernd proportional zur Kompression bzw. Druckerhöhung des Arbeitsfluides ist, wird wenigstens zum Teil über den Ringkanal 2, und/oder einer Teilfläche des Druckbehälters mit der Arbeitsluft 7 ausgetauscht, die dadurch erwärmt wird. Im angeführten Beispiel ist das Kältemittel derart ausgelegt, dass die Kondensationstemperatur beim erzeugten Druck auf eine Temperatur steigt, die zumindest über 20°C liegt. Figure 1 shows the principle of operation of the method using the example of an impeller in section. The hollow body 1 is mounted on an axle 3, which is set in rotation by means of a drive, not shown. If the system is in rotation, the working fluid, as shown here, is thrown in a first direction of rotation by the centrifugal force into the annular channel 2 of the illustrated rotational symmetrical hollow body 1. As a result, a pressure in the working fluid, here a refrigerant, builds up. The refrigerant, which in the non-rotating system in the gaseous state 9 has a pressure of about 1 bar, is compressed by the rotation so that the pressure of the working fluid in the case of the refrigerant used is increased to about 3 to 10 bar and at least partially liquefied 8 becomes. Due to the diversity of the possible applications of the method according to the invention and the devices according to the invention, it should be pointed out that other working fluids can also be used and pressures adapted to their respective transition pressures can be generated. The thermal energy which occurs or is generated in this context and which is proportional or approximately proportional to the compression or pressure increase of the working fluid is at least partially exchanged via the annular channel 2, and / or a partial surface of the pressure vessel with the working air 7, which is heated by it. In the example given, the refrigerant is designed so that the condensation temperature at the pressure generated on a Temperature rises, which is at least over 20 ° C.
Das Kältemittel kann in ,den Hohlkörper auch mit einem Vordruck eingefüllt werden, sodass dieses nach dem Befüllen teilweise im flüssigen Zustand vorliegt. Im nachfolgenden Prozessschritt wird das jetzt flüssige Arbeitsfluid über das Kapillarrohr 10 in den Verdampferbereich, die Narbe und der Flügel 11 , hier vereinfacht dargestellt, geleitet. Das Kapillarrohr 10 reduziert den Druck soweit, dass die Siedetemperatur sinkt, und das Kühlmittel beim Übergang in den Verdampfer schlagartig abkühlt. Die im Zusammenhang mit der Zustandsände- rung zur Verdampfung notwendigen proportionalen thermischen Energie wird über die Narbe und/oder den Flügel 11 mit der Prozessluft 6 ausgetauscht, die dadurch gekühlt wird. The refrigerant can be filled in, the hollow body also with a pre-pressure, so that this is partially in the liquid state after filling. In the following process step, the now-liquid working fluid via the capillary tube 10 in the evaporator region, the scar and the wing 11, shown here simplified, passed. The capillary tube 10 reduces the pressure to such an extent that the boiling temperature drops, and the coolant cools abruptly when passing into the evaporator. The proportional thermal energy necessary for evaporation in connection with the change in state is exchanged via the scar and / or the wing 11 with the process air 6, which is thereby cooled.
Durch die Kühlung kann auch Kondenswasser aus der Prozessluft 6 abgeschieden werden und so die Vorrichtung zum Entfeuchten von Raumluft verwendet werden. By cooling and condensation can be separated from the process air 6 and so the device for dehumidifying indoor air can be used.
Zum besseren Wärmeaustausch kann der Hohlkörper aus einem besonders wärmeleitfähigen Material, z. B. Kupfer oder Aluminium aber auch aus einem Kunststoff oder Verbundmaterial, wie einem Kohlefasermaterial, bestehen. . Zur Erhöhung der Arbeitsleistung ist es dabei von Vorteil, wenn der Hohlkörper Bereiche aufweist, die beispielsweise durch das Vorsehen einer Kunststoffbe- schichtung isoliert sind. For better heat exchange, the hollow body of a particularly thermally conductive material, for. As copper or aluminum but also from a plastic or composite material, such as a carbon fiber material exist. , To increase the work performance, it is advantageous if the hollow body has areas which are insulated, for example, by the provision of a plastic coating.
In Figur 2 ist eine Draufsicht auf ein Flügelrad 2, dargestellt. Auch diese Zeichnung soll nur das Prinzip des Verfahrens verdeutlichen. Wie in Figur 1 sind hier nicht alle Details eingezeichnet, die für die Funktion eventuell noch notwendig sind. FIG. 2 shows a plan view of an impeller 2. Also, this drawing is intended to illustrate only the principle of the process. As in Figure 1, not all details are shown here, which may still be necessary for the function.
Weitere Details und Ausführungsmöglichkeiten werden in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Further details and possible embodiments are shown in the following figures.
So sind in den Figuren 3 und 4 Möglichkeiten dargestellt, wie der Druck in der Kühlflüssigkeit weiter erhöht werden kann. Die Lösungen sind in Bezug auf das Flügelrad aus Figur 1 und 2 dargestellt. Diese Funktionalität kann aber auch in andere oder eine der nachfolgenden Ausführungen eingebaut werden. Thus, FIGS. 3 and 4 show ways in which the pressure in the cooling liquid can be further increased. The solutions are in relation to that Impeller shown in Figures 1 and 2. This functionality can also be incorporated into other or one of the following versions.
Beide Optionen die Pumpe 12 aber auch die Klappe 18 kann dazu verwendet werden den Druck im Kühlmittel getaktet weiter zu erhöhen. Die Pumpe 12 wie auch die Klappe 18 werden von außen mittels eines Magneten 14 betätigt. Die Anzahl der um den rotationssymmetrischen Hohlkörper 1 angebrachten Magnete 14 bestimmt dabei den Takt pro Umdrehung. Both options, the pump 12 but also the flap 18 can be used to increase the pressure in the coolant clocked on. The pump 12 as well as the flap 18 are actuated from the outside by means of a magnet 14. The number of attached to the rotationally symmetrical hollow body 1 magnets 14 determines the clock per revolution.
Die Pumpe 12 besteht aus einem Magnetischen Material das mittels des Magneten 14 bewegbaren Kolben 13 der mittels der Feder 16 in eine erste Position, Ansaugen, gedrückt wird. Sobald die Pumpe an einem Magneten vorbeigedreht wird, wirken die Magnetkräfte auf den Kolben und dieser wird durch diese mitgenommen und pumpt das Kühlmittel 8 gegen das Rückschlagventil 16 in das Kapillarrohr 10, wodurch das Kühlmittel weiter komprimiert wird. Nicht dargestellt ist, dass die durch das Pumpen 12 entstehende Wärme mittels Kühlrippen über den Ringkörper 2 abgeführt wird. Die Ansaugung erfolgt über den Ansaugstutzen 17, der möglichst an den äußersten Punkt des Hohlkörpers bzw. Ringkanals ansaugen sollte. Hierzu können auch Vertiefungen in dem Hohlkörper 1 vorgesehen werden, in denen sich das Kühlmittel, durch die Zentrifugalkräfte, sammelt. Die Klappe 18 erzeugt durch die Massenträgheit eine schlagartige Druckerhöhung im Kühlmittel 8, wenn diese mittels des äußeren Magneten aufgestellt wird. The pump 12 is made of a magnetic material by means of the magnet 14 movable piston 13 which is pressed by means of the spring 16 in a first position, suction. As soon as the pump is rotated past a magnet, the magnetic forces act on the piston and this is entrained by the latter and pumps the coolant 8 against the check valve 16 in the capillary tube 10, whereby the refrigerant is further compressed. It is not shown that the heat generated by the pump 12 is dissipated by means of cooling fins on the annular body 2. The suction takes place via the intake 17, which should preferably suck on the outermost point of the hollow body or annular channel. For this purpose, it is also possible to provide recesses in the hollow body 1 in which the coolant collects due to the centrifugal forces. The flap 18 generated by the inertia a sudden pressure increase in the coolant 8, when this is placed by means of the outer magnet.
In Figur 5 ist eine Ausführung des Hohlkörpers 1 dargestellt. Wird der Hohlkörper 1 , oder auch Propeller, in dieser Ausführung im Urzeigersinn gedreht, wird die Kühlflüssigkeit im Ringkanal 2 verflüssigt. Die spiralförmigen Flügel 11 stellen in diesem Fall den Verdampferbereich 22 dar und kommen mit der Prozessluft 6 in Kontakt, die dadurch gekühlt und/oder entwässert wird. FIG. 5 shows an embodiment of the hollow body 1. If the hollow body 1, or propeller, rotated in this embodiment in the clockwise direction, the cooling liquid is liquefied in the annular channel 2. The spiral vanes 11 in this case represent the evaporator region 22 and come into contact with the process air 6, which is thereby cooled and / or dehydrated.
Der Kondensatorbereich 21 ist in diesem Fall der Ringkanal 2, hier wird über die Wandung Wärme mit der Arbeitsluft 7 austauscht, wodurch die Arbeitsluft erwärmt wird. Die Abwärme des Kondensationsprozesses, die durch die Zu- Standsänderung des Arbeitsfluides innerhalb eines rotierenden Hohlkörpers entsteht, wird also an die Arbeitsluft, im Allgemeinen also die im Raum vorhandene Umgebungsluft, abgegeben. Je höher die Drehzahl, je größer sind die Beschleunigungen, wodurch automatisch mehr Wärme der Arbeitsluft zugeführt wird bzw. von der Arbeitsluft abgeführt werden muss. Je nach Luftführung ist es denkbar die Arbeitsluft 7 derart zu leiten, dass diese zur Prozessluft 6 wird. Dabei wird ausgenutzt, dass warme Arbeitsluft wiederrum eine höhere Feuchtigkeitsmenge speichern kann. Streicht beschleunigte warme Arbeitsluft beispielsweise an feuchten Bausubstanzen vorbei, nimmt sie mit höherer Temperatur schneller mehr Feuchtigkeit aus den genannten Bausub- stanzen auf und fördert so die Effektivität des Trocknungsprozesses. Bei dem bereits beschriebenen Kondensationsprozess wird dann eine besonders hohe Menge an abzuscheidendem Kondensat frei. The condenser region 21 is in this case the annular channel 2, here is exchanged via the wall heat with the working air 7, whereby the working air is heated. The waste heat of the condensation process caused by the change in state of the working fluid within a rotating hollow body is created, so it is delivered to the working air, in general so in the room existing ambient air. The higher the speed, the greater the accelerations, whereby more heat is automatically supplied to the working air or must be dissipated from the working air. Depending on the air flow, it is conceivable to direct the working air 7 in such a way that it becomes the process air 6. It is exploited that warm working air again can store a higher amount of moisture. For example, if accelerated warm working air bypasses moist building substances, it absorbs more moisture from the building materials more quickly at a higher temperature and thus promotes the effectiveness of the drying process. In the condensation process already described, a particularly high amount of condensate to be separated is then released.
Die Kapillarrohre 10 können wie hier dargestellt innerhalb, alternativ aber auch außerhalb, der Flügel 1 vom Kondensatorbereich 21 zum Verdampferbereich 22 verlaufen. The capillary tubes 10 can, as shown here, extend within the condenser region 21 from the condenser region 21 to the evaporator region 22 within, but also outside, the wing 1.
Die Luftströme, also die Prozessluft wie auch die Arbeitsluft sind wie auch in Figur 1 dargestellt in allen Ausführungen durch geeignete Luftführungen derart voneinander getrennt, dass diese sich nicht direkt vermischen können. The air streams, so the process air as well as the working air are as shown in Figure 1 in all versions by suitable air ducts separated from each other so that they can not mix directly.
Es ist aber auch denkbar, insbesondere beim Einsatz des Propellers bei der Entfeuchtung von Raumluft, die Prozessluft 6 nach oder vor dem Kühlen und Entwässern mittels des Kondensators aufzuheizen, um so die Wärme zurückzugewinnen oder die Effektivität der Entwässerung zu erhöhen. However, it is also conceivable, in particular when using the propeller in the dehumidification of room air, to heat the process air 6 after or before cooling and dewatering by means of the condenser, so as to recover the heat or increase the effectiveness of the drainage.
Des Weiteren ist es denkbar, das Kondensat zur Kühlung des Kondensators zu nutzen. Es ist auch denkbar, die Abwärme des Antriebsmotors zu nutzen. In Figur 6 ist beispielhaft eine Ausführung in Schneckenform gezeigt. Durch diese Ausführung wird der Druck im Kühlmittel besonders stark erhöht. Die Hohlkörper 1 der Schnecke ist derartig spiralförmig aufgerollt, dass das erste und/oder zweite Prozessfluid (6, 7) den Hohlkörper (1) umströmen kann. Furthermore, it is conceivable to use the condensate for cooling the condenser. It is also conceivable to use the waste heat of the drive motor. FIG. 6 shows, by way of example, an embodiment in the form of a screw. By this embodiment, the pressure in the coolant is particularly increased. The hollow body 1 of the screw is rolled up in a spiral in such a way that the first and / or second process fluid (6, 7) can flow around the hollow body (1).
Wie in allen vorherigen Ausführungen ist auch bei dieser der Teilbereich der mit der Prozessluft 6 und/oder der Arbeitsluft 7 in Kontakt kommt zumindest teilweise flügelartig profiliert, sodass der Behälter bei Rotation das Prozessfluid 6 und/oder die Arbeitsluft 7 in Strömung versetzt. As in all previous versions, the subsection of this is also with this the process air 6 and / or the working air 7 comes in contact at least partially profiled like a wing, so that the container during rotation, the process fluid 6 and / or the working air 7 in flow.
Es können auch mehrere der bisher beschriebenen Propeller 24 hintereinander geschaltet werden, wobei der Verlauf der Prozessluft 6 zwischen den Propellern 24 variiert werden kann. It is also possible to connect a plurality of the previously described propellers 24 one behind the other, wherein the profile of the process air 6 between the propellers 24 can be varied.
Auf die Beschreibung der Ankoppelung des Motors wurde hier verzichtet, da dem Fachmann ausreichen viele Möglichkeiten aus dem Stand der Technik bekannt sein dürften. Die Ausführung in Figur 7a, 7b und 8 unterscheidet sich maßgeblich von den bisherigen. Im Wesentlichen gibt es hier einen Hohlkörper 1 , der durch zwei Propeller 24 gebildet wird. Die beiden Propeller 24, bzw. deren Hohlräume sind miteinander verbunden. Zwischen den beiden Propellern 24 befindet sich eine Abtrennung, hier eine Wand 28 die im Bereich der Propeller 24 von einem Füllmaterial gebildet wird. So kann diese Vorrichtung einfach von einer Seite der Wand 28 montiert werden. Die Propeller 24 können im Wesentlichen wie oben beschrieben und in Fig. 5 oder 6 dargestellt aufgebaut sein. The description of the coupling of the engine has been omitted here, as the skilled person many possibilities are well known from the prior art. The embodiment in FIGS. 7a, 7b and 8 differs significantly from the previous ones. In essence, there is a hollow body 1, which is formed by two propellers 24. The two propellers 24, or their cavities are interconnected. Between the two propellers 24 is a partition, here a wall 28 which is formed in the region of the propeller 24 by a filling material. Thus, this device can be easily mounted from one side of the wall 28. The propellers 24 may be constructed substantially as described above and shown in FIG. 5 or 6.
Wesentlich ist, dass die Propeller 24 beidseits der Wand 28 bzw. des Füllmaterials 25 spiegelverkehrt aufgebaut sind, siehe Fig. 8, das heißt, die Flüge 11 der Propeller sind im Wesentlichen derart geformt, dass die Prozessluft 6 und die Arbeitsluft 7, je nach Drehrichtung der Achse 3, von außen nach innen oder von innen nach außen bewegt wird. Des Weiteren sind die Propeller derart aufgebaut, dass der Eine als Kühlrad und der Andere als Heizrad arbeitet. Anders ausgedrückt heißt das, dass die Kompression bei einem Propeller 24 im Ringbe- reich und im anderen Propeller im Nabenbereich erfolgt. It is essential that the propeller 24 are constructed mirror-inverted on both sides of the wall 28 and the filling material 25, see Fig. 8, that is, the flights 11 of the propeller are substantially shaped so that the process air 6 and the working air 7, depending on Direction of rotation of the axis 3, is moved from outside to inside or from inside to outside. Furthermore, the propellers are constructed such that one operates as a cooling wheel and the other as a heating wheel. In other words, this means that the compression takes place in the ring area in one propeller 24 and in the hub area in the other propeller.
In Figur 7a arbeitet der Prozessluftpropeller als Kühlrad, z.B. um die Raumluft zu kühlen und/oder zu entfeuchten, und der Arbeitsluftpropeller als Heizrad, um z. B. über die Außenluft die Wärme abzuführen. In Figure 7a, the process air propeller operates as a cooling wheel, e.g. to cool the room air and / or to dehumidify, and the working air propeller as a heating, z. B. dissipate the heat over the outside air.
Wird die Vorrichtung in Rotation versetzt, entsteht ein Kühlmittelkreislauf zwi- sehen den beiden Propellern 24, wobei der in der Skizze links dargestellte Propeller 24 als Verdampfer und der Rechte als Kondensator ausgelegt ist. If the device is rotated, creates a coolant circuit between see the two propellers 24, wherein the left shown in the sketch Propeller 24 is designed as an evaporator and the right as a condenser.
Die Verbindung zwischen Verdampferpropeller und Kondensatorpropeller ist in dieser Variante das nahe der Achse 3 positionierte Kapillarrohr 10. Die Verbindung der Ringkanäle kann ein Kapillarrohr oder ein einfaches Verbindungsrohr 29 sein. The connection between the evaporator propeller and the condenser propeller in this variant is the capillary tube 10 positioned near the axis 3. The connection of the annular channels can be a capillary tube or a simple connecting tube 29.
Bei der Drehung wird das Arbeitsfluid im Ringkanal 2 des Kühlrades vorkomprimiert und von dort über die Verbindung 29 zum Heizrad geleitet und dort, durch den umgekehrten Kompressionsvorgang, von Ringkanal in Richtung Narbe weiter komprimiert und verflüssigt. In Fig. 7b ist der Fall dargestellt, wenn die Vorrichtung in entgegengesetzter Richtung gedreht wird. Dann ist das Verdampferrad der Arbeitsluftpropeller und das Kompressionsrad der Prozessluftpropeller. Da nur die Drehrichtung geändert wird, sind die Luftströmungen durch die Propeller genau umgedreht wie in Fig. 7a dargestellt. Der Motor kann wie in beiden Figuren dargestellt in der Zwischenschicht angeordnet sein und die Drehmomentabstützung kann über die Achse erfolgen, die mittels nicht dargestellten Befestigungsmitteln an der Wand befestigt ist. Die Zwischenschicht weist einen Ringkanal, nicht dargestellt für die Verbindung 29, sodass der Hohlkörper 1 frei rotieren kann. Weiterhin nicht dargestellt sind mögliche Aufbauvarianten eines Flügels sowie die Kondeswasserableitung vom Flügel. During rotation, the working fluid is precompressed in the annular channel 2 of the cooling wheel and passed from there via the connection 29 to the heating wheel and there further compressed by the reverse compression process, from annular channel towards the scar and liquefied. In Fig. 7b, the case is shown when the device is rotated in the opposite direction. Then the evaporator wheel is the working air propeller and the compression wheel is the process air propeller. Since only the direction of rotation is changed, the air flows through the propeller are exactly reversed as shown in Fig. 7a. The motor can be arranged in the intermediate layer as shown in both figures and the torque support can be effected via the axle which is fastened to the wall by means of fastening means, not shown. The intermediate layer has an annular channel, not shown for the connection 29, so that the hollow body 1 can rotate freely. Also not shown are possible construction variants of a wing and the Kondeswasserableitung from the wing.
Zu Regelung der Leistung könne verschiedenen Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden. So können die Flügel verstellbar ausgelegt sein, wobei dem Fachmann verschiedenen Arten zur Verstellung aus dem StdT bekannt sind, wie z.B eine temperaturgesteuerte Verstellung. Hierzu eignen sich z. B. Bimetallvorrichtungen oder so genannten intelligenten Metall-Kunststoffverbindungen. Zur Temperaturmessung kann zudem ein Farbindikator oder drahtloser Temperatursensor eingesetzt werden. To regulate the power various devices and methods can be used. Thus, the wings can be designed to be adjustable, wherein the skilled person various types of adjustment from the StdT are known, such as a temperature-controlled adjustment. For this purpose, z. B. bimetallic devices or so-called intelligent metal-plastic compounds. For temperature measurement, a color indicator or wireless temperature sensor can also be used.
Die Drehzahl des beispielsweise als Propeller ausgebildeten Hohlraums kann aber weiterhin auch in Abhängigkeit von Staudruck, Differenzdruck, Volumenstrom, Feuchte, Temperatur und/oder dem Taupunkt des Arbeitsfluides oder der Prozessluft gemacht werden. The speed of the example designed as a propeller cavity can but continue to be made depending on ram pressure, differential pressure, flow, humidity, temperature and / or the dew point of the working fluid or the process air.
Es ist kann auch vorgesehen sein, den Fluiddruck und/oder den Fluiddruck im Kapillarrohr zu regeln.. Es können auch Beipässe von Kapillarrohr zu Kapillarrohr vorgesehen sein, die einen Druckausgleich zwischen Teilkreisläufen bzw. mehrerer Systemräder ausgleichen. Zusätzlich könnten auch Druckausgleichskammern thermische Einflüsse ausgleichen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. It can also be provided to regulate the fluid pressure and / or the fluid pressure in the capillary tube. It is also possible to provide bypasses from capillary tube to capillary tube, which compensate for pressure equalization between partial circuits or a plurality of system wheels. In addition, pressure equalization chambers could compensate for thermal influences in order to increase the efficiency.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Hohlkörper 1 hollow body
2 Ringkanal  2 ring channel
3 Achse  3 axis
4 Innenrohr  4 inner tube
5 Außenrohr  5 outer tube
6 Prozessluft  6 process air
7 Arbeitsluft  7 working air
8 Kältemittel flüssig 8 refrigerant liquid
9 Kältemittel gasförmig9 refrigerant gaseous
10 Kapillarrohr 10 capillary tube
11 Flügel  11 wings
12 Pumpe  12 pump
13 Kolben  13 pistons
14 Magnet  14 magnet
15 Feder  15 spring
16 Rückschlagventil 16 check valve
17 Ansaugstutzen17 intake manifold
18 Klappe 18 flap
19 Drehpunkt  19 pivot
20 Nabe  20 hub
21 Kondensatorbereich 21 capacitor area
22 Verdampferbereich22 evaporator area
23 Antrieb 23 drive
24 Propeller  24 propellers
25 Zwischenschicht 25 interlayer
26 Verbindungsstück26 connector
28 Wand 28 wall
29 Verbindung  29 connection

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Verfahren zum Überführen eines Arbeitsfluids von einem Aggregatzustand in einen Anderen, 1. Method for transferring a working fluid from one physical state to another,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Arbeitsfluid in einem Hohlkörper (1), in dem Druckenergie aufgebaut werden kann, ausgehend von einem gasförmigen Zustand, derart in Rotation versetzt wird, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Kompression in dem Arbeitsfluid bewirken, wodurch das Arbeitsfluid wenigstens teilweise verflüssigt wird. that the working fluid in a hollow body (1), in which pressure energy can be built up, starting from a gaseous state, is set in rotation in such a way that forces act on the working fluid which cause compression in the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied becomes.
2. Verfahren zum Überführen eines Arbeitsfluids von einem Aggregatzustand in einen Anderen, 2. Method for transferring a working fluid from one physical state to another,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Arbeitsfluid in einem Hohlkörper (1), in dem Druckenergie aufgebaut werden kann, ausgehend von einem gasförmigen Zustand, derart in Rotation versetzt wird, dass auf das Arbeitsfluid derartige Kräfte wirken, dass die resultierende Kraft eine Druckerhöhung in dem Arbeitsfluid bewirkt und dieses zumindest teilweise dadurch in den flüssigen Zustand überführt wird, dass das Arbeitsfluid mittels eines zuschaltbaren Elementes (12, 18) höher komprimiert wird. that the working fluid in a hollow body (1), in which pressure energy can be built up, starting from a gaseous state, is set in rotation in such a way that such forces act on the working fluid that the resulting force causes an increase in pressure in the working fluid and this at least is partially converted into the liquid state by the working fluid being compressed higher by means of a switchable element (12, 18).
3. Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to claim one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass wenigstens ein Teil einer im Zusammenhang mit der Kompression zu der Druckerhöhung proportionalen thermischen Energie über ein dem Druckbehälter zugehöriges Teil mit einem ersten Prozessfluid (7), insbesondre Ar- beitsluft, ausgetauscht wird und dass wenigstens ein Teil des Arbeitsfluids in dem nachfolgenden Prozessschritt in ein Verdampfer geleitet wird und eine im Zusammenhang mit der Zustandsänderung zu der Verdampfung notwendigen proportionalen thermischen Energie über ein dem Druckbehälter zugehöriges Teil mit einem zweiten Prozessfluid (6), insbesondere Prozessluft, ausgetauscht wird. that at least part of a thermal energy proportional to the pressure increase in connection with the compression is exchanged via a part belonging to the pressure vessel with a first process fluid (7), in particular working air, and that at least part of the working fluid is converted into a Evaporator is passed and a proportional thermal energy necessary in connection with the change of state to the evaporation is exchanged via a part belonging to the pressure vessel with a second process fluid (6), in particular process air.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, 4. Method according to one of claims 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das zuschaltbare Element (12,18) mittels eines Magnetfeldes zugeschaltet wird. that the switchable element (12, 18) is switched on by means of a magnetic field.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der rotationssymmetrische Hohlkörper (1) spiralförmige Führungselemente umfasst, durch die, je nach Drehrichtung des Hohlkörpers (1), das Arbeitsmedium von einem Innenbereich in einen Außenbereich. that the rotationally symmetrical hollow body (1) comprises spiral-shaped guide elements through which, depending on the direction of rotation of the hollow body (1), the working medium is moved from an interior area to an exterior area.
6. Vorrichtung zur Konditionierung von Prozessluft, aufweisend ein ein Ar- beitsfluid enthaltenden Hohlkörper (1), mit einem Kondensatorbereich (21) und einem Verdampferbereich (22), die miteinander in Verbindung stehen, und ein Verbindungselement (10), durch das flüssiges Arbeitsfluid von dem Kondensatorbereich (21) in den Verdampferbereich (22) geleitet werden kann, sodass ein Arbeitsfluidkreislauf entstehen kann, sowie ein Antrieb (23), dadurch gekennzeichnet, 6. Device for conditioning process air, comprising a hollow body (1) containing a working fluid, with a condenser area (21) and an evaporator area (22), which are connected to one another, and a connecting element (10) through which liquid working fluid can be directed from the condenser area (21) into the evaporator area (22), so that a working fluid circuit can be created, as well as a drive (23), characterized in that
dass der Hohlkörper (1) derartig aufgebaut ist, dass das Arbeitsfluid in dem Hohlkörper (1) mittels einer von dem Antrieb (23) angetriebenen Antriebsvorrichtung derart in Rotation versetztbar ist, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Kompression des Arbeitsfluids bewirken, wodurch das Arbeitsfluid wenigstens teilweise im Kondensatorbereich (21) verflüssigt wird. in that the hollow body (1) is constructed in such a way that the working fluid in the hollow body (1) can be set in rotation by means of a drive device driven by the drive (23) in such a way that forces act on the working fluid which cause compression of the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied in the condenser area (21).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7. Device according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Hohlkörpermantel im Kondensatorbereich (21) zumindest eine Teil- fläche aufweist, die thermisch leitend ist und über die thermische Prozessenergie mit einem ersten Prozessfluid (6), insbesondere Arbeitsluft, außerhalb des Hohlkörpers ausgetauscht werden kann, und dass der Hohlkörpermantel im Verdampferbereich (22) zumindest eine Teilfläche aufweist, die thermisch leitend ist und über die thermische Prozessenergie mit einem zwei- ten Prozessfluid (7), insbesondere Prozessluft, außerhalb des Hohlkörpers that the hollow body jacket in the condenser area (21) has at least one partial surface which is thermally conductive and can be exchanged outside the hollow body via the thermal process energy with a first process fluid (6), in particular working air, and that the hollow body jacket in the evaporator area (22 ) has at least one partial surface that is thermally conductive and via the thermal process energy with a second process fluid (7), in particular process air, outside the hollow body
(1) ausgetauscht werden kann. (1) can be replaced.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, 8. Device according to one of claims 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Rotor mehrere Flügel (11) aufweist, die mit einem an den Flügelenden umlaufenden Ringkanal (2) verbunden sind, wobei der Arbeitsfluidkreis- lauf durch wenigstens die Hälfte der vorhandenen Flügel (11) verläuft. in that the rotor has a plurality of blades (11) which are connected to an annular channel (2) running around the blade ends, the working fluid circuit running through at least half of the existing blades (11).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, 9. Device according to one of claims 6 to 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in einer Drehrichtung des Rotors die Flügel (11) den Verdampferbereich (22) und der Ringkanal (2) den Kondensatorbereich (21) und in entgegengesetzter Drehrichtung der Flügel (11) den Kondensatorbereich (21) und der Ringkanal (2) den Verdampferbereich (22) bilden. that in one direction of rotation of the rotor the blades (11) cover the evaporator area (22) and the ring channel (2) the condenser area (21) and in the opposite direction of rotation the blades (11) cover the condenser area (21) and the ring channel (2) the evaporator area ( 22) form.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, 10. Device according to one of claims 6 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Verbindungselement (10) innerhalb oder außerhalb des Hohlkörpers (1) vom Kondensatorbereich (21) zum Verdampferbereich (22) verläuft. that the connecting element (10) runs inside or outside the hollow body (1) from the condenser area (21) to the evaporator area (22).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 11. Device according to one of claims 6 to 10
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Verbindungselement (10) ein Kapillarrohr ist. that the connecting element (10) is a capillary tube.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , 12. Device according to one of claims 6 to 11,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Hohlkörper (1) zumindest teilweise flügelartig profiliert ist, sodass der Behälter bei Rotation das erste und oder zweite Prozessfluid (6, 7) in Strömung versetzt. that the hollow body (1) is at least partially profiled like a wing, so that the container sets the first and/or second process fluid (6, 7) in flow when it rotates.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, 13. Device according to one of claims 6 to 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Hohlraum des Hohlkörpers (1) zumindest teilweise mit einem schwammartigen gasdurchlässigen Mittel (25) gefüllt ist. that the cavity of the hollow body (1) is at least partially filled with a sponge-like gas-permeable agent (25).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, 90 dadurch gekennzeichnet, Device according to one of claims 6 to 13, 90 characterized in that
dass der Hohlkörper (1) im Bereich eines Flügels (11) eine Kondenswasser- Auffangvorrichtung aufweist, mittels der Kondenswasser gesammelt und vorzugsweise gezielt abführbar ist. that the hollow body (1) has a condensation collecting device in the area of a wing (11), by means of which condensation is collected and can preferably be removed in a targeted manner.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, 15. Device according to one of claims 6 to 14,
95 dadurch gekennzeichnet, 95 characterized in that
dass der Hohlkörper (1) auf der Außenseite zumindest in einem Teilbereich beschichtet ist, wobei die Beschichtung (26) absorbierende Eigenschaften aufweist. that the hollow body (1) is coated on the outside at least in a partial area, the coating (26) having absorbent properties.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, 16. Device according to one of claims 6 to 15,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Beschichtung auf einer wasserdurchlässigen Membran aufgebracht ist und der Hohlkörper (1), im Bereich des Flügels (11), Teilbereiche aufweist, durch die Wasser in eine Zwischenschicht (27) oder auf die rückseitige Flügeloberfläche geleitet und von dort zu einer Wasser Sammel- und Abführvorrichtung weitergeleitet werden kann. that the coating is applied to a water-permeable membrane and the hollow body (1), in the area of the wing (11), has partial areas through which water is passed into an intermediate layer (27) or onto the rear wing surface and from there to a water collecting system. and removal device can be forwarded.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, 17. Device according to one of claims 6 to 16,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Hohlkörper (1) aus zwei auf einer Achse (3) befestigten Kammern, vorzugsweise als Propeller (24) ausgebildeten Rotoren, besteht, die mitein- 110 ander in Verbindung stehen, wobei ein Propeller (24) im Wesentlichen als that the hollow body (1) consists of two chambers fastened on an axis (3), preferably designed as rotors (24), which are connected to one another, with a propeller (24) essentially as
Kondensator (21) und der andere als Verdampfer (22) ausgelegt ist. Condenser (21) and the other is designed as an evaporator (22).
18. Hohlkörper (1) für eine Vorrichtung zur Konditionierung von Prozessluft, wobei der Hohlkörper (1) ein mit einem Arbeitsfluid wenigstens teilweise füllbaren Kondensatorbereich (21) und Verdampferbereich (22) umfasst, die 115 miteinander, vorzugsweise über ein Verbindungselement (10), durch das flüssiges Arbeitsfluid von dem Kondensatorbereich (21) in den Verdampferbereich (22) leitbar ist, derart verbindbar sind, dass ein Arbeitsfluidkreislauf bildbar ist, 18. Hollow body (1) for a device for conditioning process air, the hollow body (1) comprising a condenser area (21) and evaporator area (22) which can be at least partially filled with a working fluid and which are connected to one another, preferably via a connecting element (10), through which liquid working fluid can be conducted from the condenser area (21) into the evaporator area (22), can be connected in such a way that a working fluid circuit can be formed,
dadurch gekennzeichnet, 120 dass der Hohlkörper (1) derartig aufgebaut ist, dass das Arbeitsfluid in dem characterized, 120 that the hollow body (1) is constructed in such a way that the working fluid in the
Hohlkörper (1) mittels einer von einem Antrieb (23) angetriebenen Antriebsvorrichtung derart in Rotation versetztbar ist, dass auf das Arbeitsfluid Kräfte wirken, die eine Kompression des Arbeitsfluids bewirken, wodurch das Arbeitsfluid wenigstens teilweise im Kondensatorbereich (21) verflüssigt wird.Hollow body (1) can be set in rotation by means of a drive device driven by a drive (23) in such a way that forces act on the working fluid, which cause compression of the working fluid, whereby the working fluid is at least partially liquefied in the condenser area (21).
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