WO2024056788A1 - Rotor - Google Patents

Rotor Download PDF

Info

Publication number
WO2024056788A1
WO2024056788A1 PCT/EP2023/075263 EP2023075263W WO2024056788A1 WO 2024056788 A1 WO2024056788 A1 WO 2024056788A1 EP 2023075263 W EP2023075263 W EP 2023075263W WO 2024056788 A1 WO2024056788 A1 WO 2024056788A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat transfer
channels
rotor
rotor plates
working medium
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/075263
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes Erhard
Andreas LÄNGAUER
Christian RAKUSCH
Bernhard Adler
Original Assignee
Ecop Technologies Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecop Technologies Gmbh filed Critical Ecop Technologies Gmbh
Publication of WO2024056788A1 publication Critical patent/WO2024056788A1/en

Links

Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a rotor, in particular a rotary heat pump, comprising: an axis of rotation, a number of compression channels in which a working medium, in particular a gas, preferably a noble gas, is guided away from the axis of rotation to increase the pressure due to the centrifugal force, a number of Expansion channels, in which the working medium is guided towards the axis of rotation to reduce pressure due to the centrifugal force, a number of first heat transfer channels for the working medium and a number of second heat transfer channels for a heat transfer medium, in particular a liquid, so that heat flows between the heat transfer channels in the first heat transfer channels Working medium and the heat transfer medium flowing in the second heat transfer channels is transferred.
  • a working medium in particular a gas, preferably a noble gas
  • a rotary heat pump is known from WO 2015/103656, in which the centrifugal acceleration of the rotor is used to achieve different pressure or. to create temperature levels. Heat at a high temperature is removed from the compressed working medium and heat at a comparatively low temperature is supplied to the expanded working medium.
  • the rotary heat pump has internal heat exchangers and external heat exchangers, which are arranged essentially parallel to the axis of rotation of the rotor. The inner heat exchangers are set up for heat exchange at a lower temperature and the outer heat exchangers are set up for heat exchange at a higher temperature.
  • This type of rotary heat pump has significant advantages over stationary heat pumps. However, the disadvantage is the high design effort of the known rotary heat pump.
  • the present invention therefore sets itself the task of alleviating or eliminating at least individual disadvantages of the prior art. to fix.
  • the aim of the invention is preferably to create a rotor which combines low construction effort with high efficiency.
  • first and second rotor plates are provided, wherein the first and / or the second rotor plates have the compression channels, the expansion channels, the first heat transfer channels for the working medium and the second heat transfer channels for the heat transfer medium, the first and the second rotor plates along their Main extension levels are connected to each other.
  • the arrangement of the first and second rotor plates forms a compact rotor element that is particularly stable in relation to rotational forces, which combines the individual components such as inner and outer heat exchangers as well as expansion and compression channels with separate functions in the prior art.
  • the first and second rotor plates are stacked in contact with one another and connected to one another at their main extension planes that meet one another.
  • the working medium flows through flow channels, which form the first heat transfer channels, the compression channels and the expansion channels. Accordingly, the heat transfer medium flows through the second heat transfer channels of the first and/or second rotor plates in order to enable heat transfer with the working medium.
  • a rotor in particular a rotary heat pump or a heat-power machine for providing electrical current from a heat flow, in which the essential process steps are integrated into the interior of the package consisting of the first and second rotor plates.
  • This design achieves particularly favorable rotor dynamics. What has proven to be particularly advantageous is that the first and second rotor plates virtually cannot move against each other, so that the number of balancing runs can be significantly reduced or balancing runs can be avoided entirely.
  • the rotor element can be realized from the first and second rotor elements in different designs, in particular with smaller dimensions. This has the advantage that production can be simplified and a weaker drive machine can be used. Compared to the discrete heat exchangers in the prior art, the available heat exchanger surfaces can also be increased during operation of the rotor.
  • the integral design of the rotor element also allows the number of sealing points to be significantly reduced.
  • the location and direction information refers to the intended use of the rotor, with “radial”, “axial” and “circumferential” referring to the axis of rotation.
  • “Inside” means closer to the axis of rotation of the rotor and “outside” means further away from the axis of rotation.
  • the main extension planes of the first and second rotor plates i.e. H . their plate planes, in which the first and second rotor plates each have their greatest extent, are each arranged essentially perpendicular to the axis of rotation.
  • the axis of rotation preferably passes through the centers of the first and second axes of rotation. Furthermore, it is favorable if the first and second rotor plates are arranged essentially congruently, looking in the direction of the axis of rotation.
  • the first rotor plates each have at least one of the compression channels, at least one of the expansion channels and at least one of the first heat transfer channels for the working medium and the number of second rotor plates each have at least one of the second heat transfer channels for the heat transfer medium.
  • the first rotor plates each have at least one flow channel for the working medium, the at least one flow channel having an inlet opening for the working medium at a first end and an outlet opening for the working medium at a second end.
  • the flow channel has a preferably substantially radially outwardly extending flow channel section to form one of the compression channels and/or a preferably substantially radially inwardly extending flow channel section to form one of the expansion channels and/or a preferably substantially circumferentially extending flow channel section Flow channel section for forming one of the first heat transfer channels.
  • the working medium can thus be distributed via the inlet openings to the flow channels within the first rotor plates.
  • the working medium then flows along the flow channels to the outlet openings, where the working medium is led out of the rotor element.
  • the working medium In the flow channel section leading to the outside, the working medium can flow through the effect of the centrifugal acceleration rotating state of the rotor are compressed. In the flow channel section leading inwards, the working medium can be relaxed, also due to the centrifugal force. Heat can be transferred between the working medium and the heat transfer medium in the flow channel cross section that runs essentially in the circumferential direction.
  • the individual flow channel sections are connected so that the working medium can flow through the flow channel within the first rotor plate from the inlet to the outlet opening.
  • the inlet openings and/or the outlet openings of the first rotor plates are each aligned, i.e. H . arranged in a line parallel to the axis of rotation.
  • the inlet openings and/or the outlet openings are each congruent when viewed in the direction parallel to the axis of rotation.
  • the second rotor plates in this embodiment are preferably each aligned with the inlet openings or Through openings arranged flush with the outlet openings.
  • the working medium can thus be supplied to one side of the rotor element and distributed to the first rotor plates via the inlet openings, with second rotor plates arranged in between being passed through the through openings.
  • the outlet openings are arranged in central regions of the first rotor plates through which the axis of rotation passes.
  • the axis of rotation preferably passes through the centers of the outlet openings.
  • the working medium can be guided along the flow channels to the outlet openings in the central regions of the first rotor plates and can be drained out of the first rotor plates via the outlet openings, which are preferably arranged in alignment.
  • several flow channels of the first rotor plate can share the same outlet opening in the central area.
  • a fan is preferably provided to maintain the flow of the working medium.
  • the fan is preferably arranged in the axial direction outside the rotor element made up of the first and second rotor plates.
  • a circular flow of the working medium can be effected from the fan via the inlet openings through the flow channels within the rotor element, via the outlet openings back to the fan and finally back to the inlet openings in the flow channels within the rotor element.
  • This means that the working medium can go through a cycle.
  • different types of cycle processes can be achieved, for example a Joule process with essentially isobaric heat transfer.
  • the fan can be connected to a fan drive, with which a blade wheel of the fan can be set in rotation.
  • the blade wheel can be rotated relative to the rotor element, which is preferably set in rotation with a motor that is different from the fan drive.
  • the inlet openings of the first rotor plates can be connected to an outlet of the fan and/or the outlet openings of the first rotor plates can be connected to an inlet of the fan.
  • the first rotor plates each have a plurality of flow channels, each with at least one preferably substantially radially outwardly extending flow channel section and/or with at least one preferably substantially radially inwardly extending flow channel section and/or with at least one preferably substantially circumferentially extending flow channel section.
  • the flow channels can be distributed over the surface of the first rotor plate.
  • more than three, in particular more than six, for example twelve, flow channels are provided at different angular positions per first rotor plate.
  • the flow channels of the first rotor plates each have a plurality of flow channel sections, preferably extending essentially in the circumferential direction, at different radial distances from the axis of rotation in order to form a plurality of first heat transfer channels.
  • the flow channel sections running in the circumferential direction are preferably arranged in loops.
  • there are several inner, for example S-shaped, loops for heat exchange with the heat transfer medium in inner loops of one of the second heat transfer channels of one of the second rotor plates and/or several outer, for example S-shaped, loops for heat exchange with the heat transfer medium in outer loops fen one of the second heat transfer channels of one of the second rotor plates is provided.
  • intermediate compression or -relaxation can be effected during the heat exchange with the heat transfer medium. This can ensure that the temperature is raised again after heat transfer in order to either transfer the heat at a substantially constant temperature or to increase efficiency if an application with a small temperature difference between the inlet and outlet of the heat transfer medium is provided .
  • two adjacent flow channels of the first rotor plates are arranged mirrored with respect to a tensioned plane of symmetry in the axial and radial directions, with the two adjacent flow channels having a common inlet and a common outlet opening Share opening for the working medium.
  • the two adjacent flow channels having a common inlet and a common outlet opening Share opening for the working medium.
  • the second rotor plates each have at least one inner flow channel and at least one outer flow channel each to form one of the second heat transfer channels, the outer flow channel being arranged further out in the radial direction than the inner flow channel.
  • the outer flow channel can be designed as an external heat exchanger, in which the heat transfer medium, here the sink medium, absorbs heat from the working medium.
  • the inner flow channel can be designed as an internal heat exchanger, in which the heat transfer medium, here the source medium, releases heat to the working medium.
  • the rotor can be designed as a heat-power machine.
  • the first rotor plates have the second heat transfer channels for the heat transfer medium.
  • the second rotor plates can be designed as separating plates for the first rotor plates, with the second separating plates preferably being free of flow channels for both the working medium and the heat transfer medium.
  • the compression channels, the expansion channels and the first heat transfer channels for the working medium are designed as depressions starting from preferably essentially flat first outer surfaces of the first rotor plates
  • the second heat transfer channels for the heat transfer medium i. as depressions starting from preferably essentially flat outer surfaces of the second rotor plates or ii. are formed as depressions starting from preferably essentially flat second outer surfaces of the first rotor plates.
  • the first and second rotor plates preferably point parallel to their main extension planes Essentially plan outdoor areas.
  • the working medium flows in the recesses of the first rotor plates, with the heat transfer medium flowing in the recesses of the second rotor plates.
  • the depressions of the first rotor plate form flow channels that are closed in cross section with the adjacent outer surfaces of the second rotor plates.
  • the working medium and the heat transfer medium each flow in separate recesses in the first rotor plates, which are formed on the opposite first and second outer surfaces of the first rotor plates. Together with the adjacent outer surfaces of the second rotor plates, these depressions form closed cross-sectional flow channels for the working medium and the heat transfer medium.
  • first rotor plates and the second rotor plates are connected to one another via diffusion connections, i.e. by diffusion bonding.
  • first rotor plates and/or at least 50, in particular at least 200, for example from 300 to 800, second rotor plates are preferably provided.
  • the first and/or the second rotor plates can have a wall thickness, ie an extension perpendicular to the main extension or plate plane from one outer surface to the other, from 0.2 mm to 5 mm, in particular from 0.5 mm to 4 mm, for example 2 mm to 3 mm.
  • the flow channels can have a width, ie an extent on the outer surface of the respective first or second rotor plate transverse to the flow direction, of 0.5 mm to 5 mm, in particular from 1 mm to 3 mm.
  • the depth of the flow channels ie their extension perpendicular to the main extension plane at the deepest point, can be from 0.2 mm to 3 mm, in particular from 1 mm to 2 mm.
  • the first and second rotor plates are in plan view, i.e. H . looking in the axial direction, each circular.
  • the heat transfer surfaces can have a predetermined length, i.e. H . axial extent, the rotor element can be optimized from the first and second rotor plates.
  • the first and second rotor plates are each out of round when viewed in the direction of the axis of rotation, i.e. H . not circular, especially essentially rectangular.
  • This embodiment can be advantageous when producing the rotor element by diffusion bonding of the first and second rotor plates, since rectangular vacuum presses can be used for diffusion bonding.
  • the manufacturing process can be optimized in this way; In addition, larger radial extensions can be achieved.
  • one of the first rotor plates and one of the second rotor plates are preferably arranged alternately. If the working medium is guided in the first rotor plates and the heat transfer medium is guided in the second rotor plates, the first heat transfer channels of the first rotor plates and the second heat transfer channels of the second rotor plates run essentially at the same radial distances and along the same sections in the circumferential direction, i.e. H . next to each other. When the working medium and the heat transfer medium are guided in the first rotor plates, the first heat transfer channels and the second heat transfer channels run essentially at the same radial distances and along the same sections in the circumferential direction opposite each other on the first rotor plates.
  • the first rotor plates and/or the second rotor plates each have at least one recess.
  • this can achieve weight savings.
  • isolation can be achieved Areas can be achieved in which the unwanted heat transfer should be minimized.
  • the recess can, for example, form an isolation area between the compression and expansion channels or between the outer heat exchanger, in particular with a comparatively high temperature, and the inner heat exchanger, in particular with a comparatively low temperature.
  • the first and second rotor plates are formed from a material selected from austenite, duplex steel, copper, titanium and aluminum.
  • the invention further relates to a method for heat transfer between a working medium, in particular a noble gas, and a heat transfer medium, in particular a liquid, with the steps:
  • the method according to the invention for producing a rotor, in particular a rotary heat pump has at least the following steps:
  • the method for producing the rotor in particular a rotary heat pump, preferably has at least the following steps:
  • the method for producing the rotor in particular a rotary heat pump, preferably has at least the following steps:
  • the first rotor plates and the second rotor plates are formed by diffusion. Bonding, especially in a vacuum press, connected together.
  • the compression, the expansion, the first heat transfer channels and/or the second heat transfer channels are preferably formed by etching or milling in the first and/or second rotor plates.
  • the design of the rotor element from the first and second rotor plates enables application with high pressures.
  • the maximum pressure of the working medium in the rotating state of the rotor within the first rotor plates is at least 80 bar, in particular at least 120 bar, for example from 160 bar to 240 bar.
  • these pressures result in lower pressure losses for the same mass flow and thus higher efficiency, which is determined with the “Coefficient of Performance” (COP) when the rotor is designed as a heat pump.
  • COP Coefficient of Performance
  • Fig. 1 shows a rotor according to the invention for use as a rotary heat pump.
  • FIG. 2A, 2B and 3 show views of a rotor element of the rotary heat pump according to FIG. 1 formed from first and second rotor plates.
  • Fig. 10A shows a first rectangular embodiment
  • Fig. 10B and Fig. IOC show a second rectangular embodiment.
  • 11 and 12 show a further embodiment of the rotor element, in which the working medium and the heat transfer medium are each in micro-channels of the first and second rotor plates is guided.
  • Fig. 13 and Fig. 14 show a further embodiment of the rotor element, in which the working medium and the heat transfer medium are guided in channels of the first rotor plates, the second rotor plates being arranged as separating plates between the first rotor plates.
  • Fig. 1 shows a rotor 1, which in the embodiment shown is designed as a device for converting mechanical energy into thermal energy (and vice versa).
  • the rotor 1 is used in particular as a rotary heat pump.
  • the rotor 1 can be accommodated in a stationary housing in which there can be a negative pressure.
  • the rotor 1 has a rotation axis 2, preferably horizontal in the operating state, around which the rotor 1 is rotated with the help of a motor 37.
  • the rotor 1 has two pivot bearings 3.
  • the rotor 1 has one in Fig.
  • rotor element 4 which is connected on one side with connections 5 for a heat transfer medium, in particular water, and on the other side with connections 6 for a working medium, for example a noble gas. Furthermore, a fan 7 is provided to maintain a circular flow of the working medium. The fan 7 is connected to a fan drive 8 in order to rotate a blade wheel of the fan 7 relative to the rotor element 4 set in rotation with the motor 37. Furthermore, in Fig. 1 rotary unions 9 for the (water connections 5 visible.
  • Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 show schematically an embodiment of the rotor element 4, which is constructed from a large number of first rotor plates 10 and second rotor plates 11.
  • first rotor plates 10 and second rotor plates 11 are shown.
  • Fig. 3 shows the flow of the working medium with solid lines and the flow of the heat transfer medium with dashed lines.
  • the first rotor plates 10 and the second rotor plates 11 are parallel to their outer surfaces (im Operation vertically oriented) main extension or Plate levels connected to each other.
  • the first 10 and the second rotor plates 11 alternate with one another when viewed in the axial direction.
  • the first rotor plates 10 each have several flow channels 12 through which the working medium flows.
  • the working medium flows into an initial section of the flow channel 12 via an inlet opening 13 and out of an end section of the flow channel 12 via an outlet opening 14.
  • several adjacent, parallel flow channels 12 are provided per inlet opening 13, cf. that in Fig. 2A, detail B of FIG. highlighted with a circle. 2 B .
  • the inlet openings 13 are connected to an output of the fan 7.
  • the outlet openings 14 are connected to an input of the fan 7.
  • the outlet openings 14 are arranged in the central regions of the first rotor plates 10 through which the axis of rotation 2 passes.
  • the flow channel 12 has a flow channel section 16 that leads essentially radially outwards, in which the working medium is guided away from the axis of rotation 2 to increase the pressure due to the centrifugal acceleration.
  • the essentially radially outwardly leading flow channel section 16 is adjoined by at least one essentially circumferentially extending flow channel section 17, with which a first heat transfer channel 18 is formed for heat exchange with the heat transfer medium.
  • the peripheral flow channel section 17 is adjoined by a substantially radially inwardly leading flow channel section 19, which, as a relaxation channel 20, causes a pressure reduction of the working medium due to the centrifugal acceleration.
  • the essentially radially inwardly leading flow channel section 19 is adjoined by at least one further essentially circumferentially extending flow channel section 21, which is designed as a further first heat transfer channel 18 for heat exchange with the heat transfer medium.
  • the inlet openings 13 and the outlet openings 14 of the first rotor plates 10 are each arranged in alignment.
  • the second ones Rotor plates 11 have corresponding through openings 32 for the passage of the working medium.
  • the second rotor plates 11 each have second heat transfer channels 22 through which the heat transfer medium flows.
  • the second rotor plates 11 each have at least one inner flow channel 23 with at least one section 24 running in the circumferential direction to form an inner heat exchanger and at least one outer flow channel 25 with a section 26 running in the circumferential direction to form an outer heat exchanger.
  • the outer flow channel 25 is arranged further outward than the inner flow channel 23 when viewed in the radial direction.
  • the circumferentially extending section 24 of the inner heat exchanger of the second rotor plate 11 runs next to the circumferentially extending flow channel section 21 of the first rotor plate 10.
  • the circumferentially extending section 26 of the outer heat exchanger of the second rotor plate 11 runs next to the circumferentially extending flow channel section 17 of the first rotor plate 10.
  • the inner flow channel 23 of the second rotor plate 11 has an inlet opening 27 for the entry of the heat transfer medium and an exit opening 28 for the exit of the heat transfer medium.
  • the outer flow channel 25 has a further inlet opening 29 for the entry of the heat transfer medium and a further outlet opening 30 for the exit of the heat transfer medium.
  • the entrance openings 27, the exit openings 28, the further entrance openings 29 and the further exit openings 30 are each arranged in alignment.
  • the first rotor plates 10 have corresponding passage openings 31 for the passage of the heat transfer medium.
  • the first 10 and the second rotor plates 11 are circular in the direction of rotation axis 2.
  • Each of the first rotor plates 10 has several, for example 12, flow channels 12, which are identically designed and distributed at different angular positions over the first rotor plates 10.
  • a plurality of flow channels 12 may be provided at each angular position, which extend side by side from the inlet opening 13 to the outlet opening 14.
  • the flow channels 12 each have a plurality of circumferentially extending flow channel sections 21 in a radially inner region of the first rotor plate 10 and a plurality of circumferentially extending flow channel sections 17 in a radially outer region of the first rotor plate 10, each of which is in a loop fen are arranged at different radii RI, R2, R3 to the axis of rotation 2.
  • the second rotor plates 11 have several, for example 12, inner flow channels 23 and several, for example 12, outer flow channels 24.
  • the inner flow channels 23 of the second rotor plates 11 each have a plurality of sections 24 running in the circumferential direction as an inner heat exchanger and a plurality of sections 26 running in the circumferential direction as an outer heat exchanger, which in addition to the flow channel sections 21 running in the circumferential direction in the radially inner region of the first rotor plate 10 or next to the flow channel sections 17 running in the circumferential direction in the radially outer region of the first rotor plate 10.
  • the working medium is compressed or expanded during heat transfer.
  • Fig. 4 shows a further embodiment, for example using one of the first rotor plates 10, in which two adjacent flow channels 12 are arranged in a mirrored manner with respect to a tensioned plane of symmetry S in the axial and radial directions.
  • the two adjacent flow channels 12 each share a common inlet opening 13 and a common outlet opening 14 for the working medium.
  • the flow channels of the second rotor plates 11 run congruently with the flow channels 12 of the first rotor plates 10 in the area of the heat transfer channels and are preferably flowed through in countercurrent.
  • the working medium is compressed during the external heat transfer, preferably in order to achieve low temperature differences between the working medium and the heat transfer medium on the sink side at low spreads or at a substantially constant temperature of the heat transfer medium on the sink side.
  • the working medium is expanded during the internal heat transfer in order to achieve a low temperature difference between the working medium and the heat transfer medium on the source side at low spreads or at a substantially constant temperature of the heat transfer medium on the source side.
  • Low temperature differences between the working medium and the respective heat transfer medium lead to low exergy losses and high efficiency (COP) of the entire system.
  • the prerequisite is that the respective heat transfer medium and the working medium are guided through the channels in the countercurrent principle.
  • the working medium is compressed during the external heat transfer, preferably in order to achieve low temperature differences between the working medium and the heat transfer medium on the sink side at low spreads or at a substantially constant temperature of the heat transfer medium on the sink side.
  • the working medium is also compressed during the internal heat transfer in order to achieve a low temperature difference between the working medium and the heat transfer medium on the source side when there are high spreads of the heat transfer medium on the source side.
  • the respective heat transfer medium and the working medium are guided through the channels using the countercurrent principle.
  • the working medium is expanded during the external heat transfer in order to achieve low temperature differences between the working medium and the heat transfer medium on the sink side when there are high spreads of the heat transfer medium on the sink side. Furthermore, the working medium is compressed during the internal heat transfer in order to achieve a low temperature difference between the working medium and the heat transfer medium on the source side with high spreads of the heat transfer medium on the source side.
  • the respective heat transfer medium and the working medium are guided through the channels using the countercurrent principle.
  • Fig. 8 shows a further embodiment in which no intermediate compression or Intermediate expansion of the working medium takes place.
  • the working medium flows through only one circumferentially extending flow channel section 21 per flow channel 12 in the radially inner region of the first rotor plate 10, i.e. H . not like in Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 several flow sections 21 connected to one another in loops.
  • the working medium flows through only one flow channel section 17 running in the circumferential direction per flow channel 12 in the radially outer region of the first rotor plate 10, i.e. H . not like in Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 several flow channel sections 17 connected to one another in loops.
  • Fig. 9 shows a further embodiment in which the first rotor plates 10 and/or the second rotor plates 11 each have at least one recess 33.
  • the recesses 33 can be arranged in such a way that heat transfer between the flows of the working medium in flow channels 12 at different angular positions of the respective first rotor plate 10 is reduced, in particular essentially prevented. Furthermore, the heat transfer of the heat transfer media in the flow channels of the second rotor plates 11 to adjacent channels can be reduced, in particular essentially prevented, with the recesses 33. Furthermore, the recesses 33 can be arranged so that the heat transfer between the working medium and the heat transfer medium can essentially only take place at those points where the heat transfer is desired.
  • Fig. 10A shows a first embodiment variant in which the The first 10 and the second rotor plates 11 are out of round, here essentially rectangular, when viewed in the direction of rotation axis 2.
  • the two shorter sides of the first 10 or . second rotor plates 11 bent and the two longer sides of the first 10 or second rotor plates 11 are straight.
  • Fig. 10B and Fig. I OC show another essentially rectangular design of the rotor element.
  • Fig. 10B shows one of the first rotor plates 10, with the channels of the adjacent second rotor plate 11 shown in dashed lines.
  • Fig. I OC shows the second rotor plate 11. This embodiment results in the following differences from the exemplary embodiments described above.
  • the first rotor plate 10 in this embodiment has several, preferably between 10 and 200, preferably essentially parallel flow channels 12 for the working medium, which are located between the inlet openings 13 and at least one outlet opening 14, here a common one Exit opening 14 extend.
  • the first rotor plate 10 in this embodiment seven flow channels 12 per quarter of the first rotor plate 10, i.e. H . a total of 28 flow channels 12, shown.
  • the flow channels 12 each have one of the compression channels 15 leading away from the axis of rotation 2 to the outside, an outer one of the first heat transfer channels 18, an expansion channel 20 and an inner one of the first heat transfer channels 18.
  • the first heat transfer channels 18 for forming the outer heat exchanger and the first heat transfer channels 18 for forming the inner heat exchanger are each arranged at different distances from the axis of rotation 2.
  • the first heat transfer channels 18 on the outside are each connected to the corresponding first heat transfer channels 18 on the inside, so that the differences in the distances from the axis of rotation 2 are essentially the same.
  • the innermost channel is the first parallel channel that leads essentially in the circumferential direction
  • Heat transfer channels 18 of the internal heat transfer are also connected to the innermost channel of the parallel, essentially circumferentially leading first heat transfer channels 18 of the external heat transfer.
  • the two radii of the connected inner and outer heat transfer channels 18 are designed so that the temperature difference between the inner and outer heat transfer channels is essentially the same in all parallel channels. This enables essentially the same temperature curves and constant heat transfer performance in all parallel heat transfer channels, which means that exergy losses are kept low and there is no preferred flow due to increased or reduced pressure differences.
  • the working medium flows in the embodiment of FIG. 10B, I OC in the area of heat transfer across the heat transfer medium, although low temperature differences (and thus low exergy losses) still occur.
  • Fig. 10A this is shown using the external heat transfer, in that the working medium in each of the parallel channels is compressed during the heat exchange in such a way that a constant temperature is established in this channel.
  • the temperature spread for the cross-flowing heat transfer medium can be adjusted via the number and radius difference in the heat transfer area of the parallel channels. Due to the high number of parallel channels (with the same radial extent as in the versions with loops described above) and the comparatively short channel length, the pressure loss is reduced compared to the other versions. The same effect can be achieved in the area of internal heat transfer if each of the parallel inner channels is expanded during heat exchange with the heat transfer medium via a radius reduction in the flow direction in such a way that the temperature within a channel is kept constant.
  • Fig. 11 and Fig. 12 is part of the rotor element 4 of the embodiment according to FIG. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 shown in greater detail. Accordingly, they extend next to each other each several, in the example shown six, essentially circumferentially extending flow channel sections 21 in the radially inner region, essentially circumferentially extending flow channel sections 17 in the radially outer region of the first rotor plates 10, essentially circumferentially extending sections 24 of the inner heat exchanger and essentially Circumferentially extending sections 26 of the outer heat exchanger of the second rotor plates 11. Furthermore, in Figs. 9 and Fig. 10 an end plate 34 without channels can be seen.
  • the flow channels 12 of the first rotor plates 10 and the second heat transfer channels 22 of the second rotor plates 11 are each designed as depressions 35, which are opposite the flat outer or. Connecting surfaces 36 of the first 10 or Lower the second rotor plates 11.
  • the closed channels for the working or. Heat transfer medium By stacking the first 10 and second rotor plates 11, the closed channels for the working or. Heat transfer medium.
  • the first rotor plates 10 and the second rotor plates 11 can be connected to one another via diffusion connections. These compounds are described, for example, in EP 3 885 691.
  • the first rotor plates 10 not only have the compression channels 15, the expansion channels 20 and the first heat transfer channels 18 for the working medium, but also the second heat transfer channels 22 for the heat transfer medium.
  • the first rotor plates 10 have on their first outer surfaces 36A the depressions 35 for forming the compression channels 15, the expansion channels 20 and the first heat transfer channels 18 for the working medium and on their second outer surfaces 36B depressions 35 for forming the second heat transfer channels 22 for the heat transfer medium on .
  • the second rotor plates 11 are as wells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

The invention relates to a rotor (1), in particular a rotation heat pump, comprising: an axis of rotation (2); a number of compression channels (15), in which a working medium, in particular a gas, preferably a noble gas, is conducted away from the axis of rotation (2) as a result of the centrifugal acceleration for the purpose of increasing pressure; a number of expansion channels (20), in which the working medium is conducted toward the axis of rotation (2) as a result of the centrifugal acceleration for the purpose of decreasing pressure; a number of first heat transfer channels (18) for the working medium and a number of second heat transfer channels (22) for a heat transfer medium, in particular a liquid, so that heat is transferred between the working medium flowing in the first heat transfer channels (18) and the heat transfer medium flowing in the second heat transfer channels (22); a number of first (10) and second rotor plates (11), which comprise the compression channels (15), the expansion channels (20), the first heat transfer channels (18) for the working medium and the second heat transfer channels (22) for the heat transfer medium; wherein the first (10) and the second rotor plates (11) are connected to one another along their main planes of extension.

Description

Rotor rotor
Die Erfindung betri f ft einen Rotor, insbesondere eine Rotationswärmepumpe , aufweisend : eine Rotationsachse , eine Anzahl von Verdichtungskanälen, in welchen ein Arbeitsmedium, insbesondere ein Gas , bevorzugt ein Edelgas , zur Druckerhöhung aufgrund der Zentri fugalkraft von der Rotationsachse weggeführt wird, eine Anzahl von Entspannungskanälen, in welchen das Arbeitsmedium zur Druckverringerung aufgrund der Zentri fugalkraft zur Rotationsachse hin geführt wird, eine Anzahl von ersten Wärmeübertragungskanälen für das Arbeitsmedium und eine Anzahl von zweiten Wärmeübertragungskanälen für ein Wärmeträgermedium, insbesondere eine Flüssigkeit , so dass Wärme zwischen dem in den ersten Wärmeübertragungskanälen strömenden Arbeitsmedium und dem in den zweiten Wärmeübertragungskanälen strömenden Wärmeträgermedium übertragen wird . The invention relates to a rotor, in particular a rotary heat pump, comprising: an axis of rotation, a number of compression channels in which a working medium, in particular a gas, preferably a noble gas, is guided away from the axis of rotation to increase the pressure due to the centrifugal force, a number of Expansion channels, in which the working medium is guided towards the axis of rotation to reduce pressure due to the centrifugal force, a number of first heat transfer channels for the working medium and a number of second heat transfer channels for a heat transfer medium, in particular a liquid, so that heat flows between the heat transfer channels in the first heat transfer channels Working medium and the heat transfer medium flowing in the second heat transfer channels is transferred.
Aus der WO 2015/ 103656 ist eine Rotationswärmepumpe bekannt , bei welcher die Zentri fugalbeschleunigung des Rotors genutzt wird, um verschiedene Druck- bzw . Temperaturniveaus zu erzeugen . Dem verdichteten Arbeitsmedium wird hierbei Wärme hoher Temperatur entzogen und dem entspannten Arbeitsmedium wird Wärme vergleichsweise niedriger Temperatur zugeführt . Zu diesem Zweck weist die Rotationswärmepumpe innere Wärmetauscher und äußere Wärmetauscher auf , welche im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors angeordnet sind . Die inneren Wärmetauscher sind für einen Wärmeaustausch bei niedrigerer Temperatur und die äußeren Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch bei höherer Temperatur eingerichtet . Dieser Typ von Rotationswärmepumpen bringt wesentliche Vorteile gegenüber stationären Wärmepumpen mit sich . Nachteilig ist j edoch der hohe Konstruktionsaufwand der bekannten Rotationswärmepumpe . Darüber hinaus gibt es Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Rotordynamik, welche beim Stand der Technik durch die mechanische Verbindung der einzelnen Komponenten beeinträchtigt wird . Schließlich gibt es stets Bestrebungen, die Ef fi zienz solcher Rotationswärmepumpen ( COP - Coef ficient of Performance ) weiter zu steigern . A rotary heat pump is known from WO 2015/103656, in which the centrifugal acceleration of the rotor is used to achieve different pressure or. to create temperature levels. Heat at a high temperature is removed from the compressed working medium and heat at a comparatively low temperature is supplied to the expanded working medium. For this purpose, the rotary heat pump has internal heat exchangers and external heat exchangers, which are arranged essentially parallel to the axis of rotation of the rotor. The inner heat exchangers are set up for heat exchange at a lower temperature and the outer heat exchangers are set up for heat exchange at a higher temperature. This type of rotary heat pump has significant advantages over stationary heat pumps. However, the disadvantage is the high design effort of the known rotary heat pump. In addition, there is a need for improvement with regard to the rotor dynamics, which in the state of the art is impaired by the mechanical connection of the individual components. Finally, there are always efforts to improve the efficiency of such rotary heat pumps (COP - Coef ficient of Performance) to further increase.
Somit stellt sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe , zumindest einzelne Nachteile des Standes der Technik zu lindern bzw . zu beheben . Die Erfindung setzt sich bevorzugt zum Ziel , einen Rotor zu schaf fen, welcher geringen Konstruktionsaufwand mit hohem Wirkungsgrad verbindet . The present invention therefore sets itself the task of alleviating or eliminating at least individual disadvantages of the prior art. to fix. The aim of the invention is preferably to create a rotor which combines low construction effort with high efficiency.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst . Bevorzugte Aus führungs formen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . This object is achieved by a rotor according to claim 1 and a method according to claim 13. Preferred embodiments are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß sind eine Anzahl von ersten und zweiten Rotorplatten vorgesehen, wobei die ersten und/oder die zweiten Rotorplatten die Verdichtungskanäle , die Entspannungskanäle , die ersten Wärmeübertragungskanäle für das Arbeitsmedium und die zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium aufweisen, wobei die ersten und die zweiten Rotorplatten entlang ihrer Haupterstreckungsebenen miteinander verbunden sind . According to the invention, a number of first and second rotor plates are provided, wherein the first and / or the second rotor plates have the compression channels, the expansion channels, the first heat transfer channels for the working medium and the second heat transfer channels for the heat transfer medium, the first and the second rotor plates along their Main extension levels are connected to each other.
Die Anordnung aus den ersten und den zweiten Rotorplatten bildet ein kompaktes und gegenüber Rotationskräften besonders stabiles Rotorelement , welches die beim Stand der Technik in einzelne Komponenten wie innere und äußere Wärmetauscher sowie Entspannungs- und Verdichtungskanäle auf getrennten Funktionen in sich vereint . Zur Ausbildung des Rotorelements sind die ersten und die zweiten Rotorplatten in Kontakt miteinander gestapelt und an ihren aufeinandertref fenden Haupterstreckungsebenen miteinander verbunden . In den ersten und/oder in den zweiten Rotorplatten strömt das Arbeitsmedium durch Strömungskanäle , welche die ersten Wärmeübertragungskanäle , die Verdichtungskanäle und die Entspannungskanäle bilden . Entsprechend strömt das Wärmeträgermedium durch die zweiten Wärmeübertragungskanäle der ersten und/oder zweiten Rotorplatten, um eine Wärmeübertragung mit dem Arbeitsmedium zu ermöglichen . Im Stand der Technik waren bereits sogenannte „Micro Channel Di f fusion Bonded Heat Exchanger" bekannt , vgl . z . B . EP 3 885 691 Al , bei denen ein Stapel von Wärmetauscherplatten mit integrierten Strömungspassagen durch Di f fusionsverbindungen ( di f fusion bonds ) miteinander verbunden sind . Die Erfindung ersetzt nun aber nicht nur die inneren und die äußeren Wärmetauscher bekannter Rotationswärmepumpen durch diesen Typ von Wärmetauscher, sondern integriert zudem die Entspannungs- und die Verdichtungskanäle in die ersten bzw . zweiten Rotorplatten des Rotorelements . Somit wird nicht nur der Wärmeübergang zwischen dem Arbeits- und dem Wärmeträgermedium, sondern auch die Verdichtung des Arbeitsmediums beim Strömen weg von der Rotationsachse und die Entspannung des Arbeitsmediums beim Strömen hin zur Rotationsachse in den Strömungskanälen des Rotorelements durchgeführt . Dadurch kann ein Rotor, insbesondere eine Rotationswärmepumpe oder eine Wärme-Kraft-Maschine zur Bereitstellung von elektrischem Strom aus einem Wärmefluss , geschaf fen werden, bei welchem die wesentlichen Prozessschritte in das Innere des Pakets aus den ersten und den zweiten Rotorplatten integriert werden . Durch diese Bauweise wird eine besonders günstige Rotordynamik erreicht . Als vorteilhaft hat sich insbesondere herausgestellt , dass sich die ersten und die zweiten Rotorplatten quasi nicht gegeneinander verschieben können, so dass die Zahl von Wuchtungsläuf en wesentlich reduziert oder Wuchtungsläuf e ganz vermieden werden können . Weiters kann das Rotorelement aus den ersten und den zweiten Rotorelementen in unterschiedlichen Aus führungen, insbesondere auch mit geringeren Abmessungen, realisiert werden . Das bringt den Vorteil mit sich, dass die Fertigung vereinfacht werden kann und eine schwächer dimensionierte Antriebsmaschine verwendet werden kann . Gegenüber den diskreten Wärmetauschern beim Stand der Technik können zudem die zur Verfügung stehenden Wärmetauscherf lächen im Betrieb des Rotors gesteigert werden . Durch die integrale Ausbildung des Rotorelements kann zudem die Zahl der Dichtstellen wesentlich reduziert werden . The arrangement of the first and second rotor plates forms a compact rotor element that is particularly stable in relation to rotational forces, which combines the individual components such as inner and outer heat exchangers as well as expansion and compression channels with separate functions in the prior art. To form the rotor element, the first and second rotor plates are stacked in contact with one another and connected to one another at their main extension planes that meet one another. In the first and/or in the second rotor plates, the working medium flows through flow channels, which form the first heat transfer channels, the compression channels and the expansion channels. Accordingly, the heat transfer medium flows through the second heat transfer channels of the first and/or second rotor plates in order to enable heat transfer with the working medium. So-called “Micro Channel Diffusion Bonded Heat Exchangers” were already known in the prior art, see for example EP 3 885 691 A1, in which a stack of heat exchanger plates with integrated flow passages passes through Di f fusion bonds are connected to each other. The invention not only replaces the inner and outer heat exchangers of known rotary heat pumps with this type of heat exchanger, but also integrates the expansion and compression channels into the first or second rotor plates of the rotor element. Thus, not only the heat transfer between the working medium and the heat transfer medium, but also the compression of the working medium when flowing away from the axis of rotation and the relaxation of the working medium when flowing towards the axis of rotation is carried out in the flow channels of the rotor element. This makes it possible to create a rotor, in particular a rotary heat pump or a heat-power machine for providing electrical current from a heat flow, in which the essential process steps are integrated into the interior of the package consisting of the first and second rotor plates. This design achieves particularly favorable rotor dynamics. What has proven to be particularly advantageous is that the first and second rotor plates virtually cannot move against each other, so that the number of balancing runs can be significantly reduced or balancing runs can be avoided entirely. Furthermore, the rotor element can be realized from the first and second rotor elements in different designs, in particular with smaller dimensions. This has the advantage that production can be simplified and a weaker drive machine can be used. Compared to the discrete heat exchangers in the prior art, the available heat exchanger surfaces can also be increased during operation of the rotor. The integral design of the rotor element also allows the number of sealing points to be significantly reduced.
Für die Zwecke dieser Of fenbarung beziehen sich die Orts- und Richtungsangaben auf den bestimmungsgemäßen Gebrauchs zustand des Rotors , wobei sich „radial" , „axial" und „in Umfangsrichtung" auf die Rotationsachse beziehen . In Bezug auf die Strömung des Arbeits- oder Wärmeträgermediums bedeutet „innen" näher an der Rotationsachse des Rotors und „außen" weiter von der Rotationsachse entfernt . Bei einer bevorzugten Aus führungs form sind die Haupterstreckungsebenen der ersten und der zweiten Rotorplatten, d . h . ihre Plattenebenen, in denen die ersten und die zweiten Rotorplatten j eweils ihre größte Ausdehnung haben, j eweils im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse angeordnet . Bevorzugt durchsetzt die Rotationsachse die Zentren j eweils der ersten und der zweiten Rotationsachse . Weiters ist es günstig, wenn die ersten und die zweiten Rotorplatten, mit Blick in Richtung der Rotationsachse , im Wesentlichen deckungsgleich angeordnet sind . For the purposes of this disclosure, the location and direction information refers to the intended use of the rotor, with “radial”, “axial” and “circumferential” referring to the axis of rotation. In relation to the flow of the working or heat transfer medium “Inside” means closer to the axis of rotation of the rotor and “outside” means further away from the axis of rotation. In a preferred embodiment, the main extension planes of the first and second rotor plates, i.e. H . their plate planes, in which the first and second rotor plates each have their greatest extent, are each arranged essentially perpendicular to the axis of rotation. The axis of rotation preferably passes through the centers of the first and second axes of rotation. Furthermore, it is favorable if the first and second rotor plates are arranged essentially congruently, looking in the direction of the axis of rotation.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form weisen die ersten Rotorplatten j eweils zumindest einen der Verdichtungskanäle , zumindest einen der Entspannungskanäle und zumindest einen der ersten Wärmeübertragungskanäle für das Arbeitsmedium und die Anzahl von zweiten Rotorplatten j eweils zumindest einen der zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium auf . In a preferred embodiment, the first rotor plates each have at least one of the compression channels, at least one of the expansion channels and at least one of the first heat transfer channels for the working medium and the number of second rotor plates each have at least one of the second heat transfer channels for the heat transfer medium.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form weisen die ersten Rotorplatten j eweils zumindest einen Strömungskanal für das Arbeitsmedium auf , wobei der zumindest eine Strömungskanal an einem ersten Ende eine Eintrittsöf fnung für das Arbeitsmedium und an einem zweiten Ende eine Austrittsöf fnung für das Arbeitsmedium aufweist . Bei einer bevorzugten Aus führungs form weist der Strömungskanal einen vorzugsweise im Wesentlichen radial nach außen verlaufenden Strömungskanalabschnitt zur Ausbildung eines der Verdichtungskanäle und/oder einen vorzugsweise im Wesentlichen radial nach innen verlaufenden Strömungskanalabschnitt zur Ausbildung eines der Entspannungskanäle und/oder einen vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitt zur Ausbildung eines der ersten Wärmeübertragungskanäle auf . Somit kann das Arbeitsmedium über die Eintrittsöf fnungen auf die Strömungskanäle innerhalb der ersten Rotorplatten verteilt werden . Anschließend strömt das Arbeitsmedium entlang der Strömungskanäle zu den Austrittsöf fnungen, an denen das Arbeitsmedium aus dem Rotorelement herausgeführt wird . In dem nach außen führenden Strömungskanalabschnitt kann das Arbeitsmedium durch die Wirkung der Zentri fugalbeschleunigung im rotierenden Zustand des Rotors verdichtet werden . In dem nach innen führenden Strömungskanalabschnitt kann das Arbeitsmedium, ebenfalls aufgrund der Zentri fugalkraft , entspannt werden . In dem im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalquerschnitt kann Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium übertragen werden . Die einzelnen Strömungskanalabschnitte hängen zusammen, so dass das Arbeitsmedium den Strömungskanal innerhalb der ersten Rotorplatte von der Eintritts- bis zur Austrittsöf fnung durchströmen kann . In a preferred embodiment, the first rotor plates each have at least one flow channel for the working medium, the at least one flow channel having an inlet opening for the working medium at a first end and an outlet opening for the working medium at a second end. In a preferred embodiment, the flow channel has a preferably substantially radially outwardly extending flow channel section to form one of the compression channels and/or a preferably substantially radially inwardly extending flow channel section to form one of the expansion channels and/or a preferably substantially circumferentially extending flow channel section Flow channel section for forming one of the first heat transfer channels. The working medium can thus be distributed via the inlet openings to the flow channels within the first rotor plates. The working medium then flows along the flow channels to the outlet openings, where the working medium is led out of the rotor element. In the flow channel section leading to the outside, the working medium can flow through the effect of the centrifugal acceleration rotating state of the rotor are compressed. In the flow channel section leading inwards, the working medium can be relaxed, also due to the centrifugal force. Heat can be transferred between the working medium and the heat transfer medium in the flow channel cross section that runs essentially in the circumferential direction. The individual flow channel sections are connected so that the working medium can flow through the flow channel within the first rotor plate from the inlet to the outlet opening.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form sind die Eintrittsöf fnungen und/oder die Austrittsöf fnungen der ersten Rotorplatten j eweils fluchtend, d . h . in einer Linie parallel zur Rotationsachse , angeordnet . Bevorzugt sind die Eintrittsöf fnungen und/oder die Austrittsöf fnungen j eweils , in Richtung parallel zur Rotationsachse betrachtet , deckungsgleich . In a preferred embodiment, the inlet openings and/or the outlet openings of the first rotor plates are each aligned, i.e. H . arranged in a line parallel to the axis of rotation. Preferably, the inlet openings and/or the outlet openings are each congruent when viewed in the direction parallel to the axis of rotation.
Um die Durchleitung des Arbeitsmediums durch die zweiten Rotorplatten zu ermöglichen, weisen die zweiten Rotorplatten bei dieser Aus führungs form bevorzugt j eweils fluchtend mit den Eintrittsöf fnungen bzw . fluchtend mit den Austrittsöf fnungen angeordnete Durchgangsöf fnungen auf . Somit kann das Arbeitsmedium auf der einen Seite des Rotorelements zugeführt und über die Eintrittsöf fnungen auf die ersten Rotorplatten verteilt werden, wobei dazwischen angeordnete zweite Rotorplatten über die Durchgangsöf fnungen passiert werden . In order to enable the working medium to be passed through the second rotor plates, the second rotor plates in this embodiment are preferably each aligned with the inlet openings or Through openings arranged flush with the outlet openings. The working medium can thus be supplied to one side of the rotor element and distributed to the first rotor plates via the inlet openings, with second rotor plates arranged in between being passed through the through openings.
Um die Zahl der Anschlüsse möglichst gering zu halten, sind die Austrittsöf fnungen bei einer bevorzugten Aus führungs form in von der Rotationsachse durchsetzten Zentralbereichen der ersten Rotorplatten angeordnet . Bevorzugt geht die Rotationsachse durch die Mittelpunkte der Austrittsöf fnungen . Das Arbeitsmedium kann entlang der Strömungskanäle zu den Austrittsöf fnungen in den Zentralbereichen der ersten Rotorplatten geführt und über die , bevorzugt fluchtend angeordneten, Austrittsöf fnungen aus den ersten Rotorplatten abgeleitet werden . Vorteilhafterweise können sich mehrere Strömungskanäle der ersten Rotorplatte dieselbe Austrittsöf fnung im Zentralbereich teilen . Zur Aufrechterhaltung der Strömung des Arbeitsmediums ist bevorzugt ein Ventilator vorgesehen . Der Ventilator ist bevorzugt in axialer Richtung außerhalb des Rotorelements aus den ersten und den zweiten Rotorplatten angeordnet . Mit Hil fe des Ventilators kann eine Kreisströmung des Arbeitsmediums vom Ventilator über die Eintrittsöf fnungen durch die Strömungskanäle innerhalb des Rotorelements , über die Austrittsöf fnungen zurück zum Ventilator und schließlich wieder zu den Eintrittsöf fnungen in die Strömungskanäle innerhalb des Rotorelements bewirkt werden . Somit kann das Arbeitsmedium einen Kreisprozess durchlaufen . Je nach Anordnung der Strömungskanäle in den ersten Rotorplatten können verschiedene Arten von Kreisprozessen erzielt werden, beispielsweise ein Joule-Prozess mit im Wesentlichen isobarer Wärmeübertragung . In order to keep the number of connections as low as possible, in a preferred embodiment the outlet openings are arranged in central regions of the first rotor plates through which the axis of rotation passes. The axis of rotation preferably passes through the centers of the outlet openings. The working medium can be guided along the flow channels to the outlet openings in the central regions of the first rotor plates and can be drained out of the first rotor plates via the outlet openings, which are preferably arranged in alignment. Advantageously, several flow channels of the first rotor plate can share the same outlet opening in the central area. A fan is preferably provided to maintain the flow of the working medium. The fan is preferably arranged in the axial direction outside the rotor element made up of the first and second rotor plates. With the help of the fan, a circular flow of the working medium can be effected from the fan via the inlet openings through the flow channels within the rotor element, via the outlet openings back to the fan and finally back to the inlet openings in the flow channels within the rotor element. This means that the working medium can go through a cycle. Depending on the arrangement of the flow channels in the first rotor plates, different types of cycle processes can be achieved, for example a Joule process with essentially isobaric heat transfer.
Je nach Aus führung kann der Ventilator mit einem Ventilatorantrieb verbunden sein, mit welchem ein Schaufelrad des Ventilators in Drehbewegung versetzt werden kann . Mit dem Ventilatorantrieb kann das Schaufelrad relativ zum Rotorelement gedreht werden, welches bevorzugt mit einem vom Ventilatorantrieb verschiedenen Motor in Rotation versetzt wird . Depending on the design, the fan can be connected to a fan drive, with which a blade wheel of the fan can be set in rotation. With the fan drive, the blade wheel can be rotated relative to the rotor element, which is preferably set in rotation with a motor that is different from the fan drive.
Zur Erzielung der Kreisströmung des Arbeitsmediums können die Eintrittsöf fnungen der ersten Rotorplatten mit einem Ausgang des Ventilators und/oder die Austrittsöf fnungen der ersten Rotorplatten mit einem Eingang des Ventilators verbunden sein . To achieve the circular flow of the working medium, the inlet openings of the first rotor plates can be connected to an outlet of the fan and/or the outlet openings of the first rotor plates can be connected to an inlet of the fan.
Um den Wärmeübergang zwischen dem Arbeits- und dem Wärmeträgermedium zu verbessern, weisen die ersten Rotorplatten bei einer bevorzugten Aus führungs form j eweils mehrere Strömungskanäle j eweils mit zumindest einem vorzugsweise im Wesentlichen radial nach außen verlaufenden Strömungskanalabschnitt und/oder mit zumindest einem vorzugsweise im Wesentlichen radial nach innen verlaufenden Strömungskanalabschnitt und/oder mit zumindest einem vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitt auf . Somit können an den ersten Rotorplatten j eweils mehrere Strömungskanäle ausgebildet sein, welche parallel von dem Arbeitsmedium durchströmt werden können . Die Strömungskanäle können über die Fläche der ersten Rotorplatte verteilt sein . Bevorzugt sind mehr als drei , insbesondere mehr als sechs , beispielsweise zwöl f , Strömungskanäle an unterschiedlichen Winkelpositionen pro erster Rotorplatte vorgesehen . In order to improve the heat transfer between the working medium and the heat transfer medium, in a preferred embodiment the first rotor plates each have a plurality of flow channels, each with at least one preferably substantially radially outwardly extending flow channel section and/or with at least one preferably substantially radially inwardly extending flow channel section and/or with at least one preferably substantially circumferentially extending flow channel section. This means that several flow channels can be formed on each of the first rotor plates, which the working medium can flow through in parallel. The flow channels can be distributed over the surface of the first rotor plate. Preferably, more than three, in particular more than six, for example twelve, flow channels are provided at different angular positions per first rotor plate.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form weisen die Strömungskanäle der ersten Rotorplatten j eweils zur Ausbildung mehrerer erster Wärmeübertragungskanäle j eweils mehrere vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Strömungskanalabschnitte in unterschiedlichen Radialabständen zur Rotationsachse auf . Die in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitte sind bevorzugt in Schlei fen angeordnet . Bevorzugt sind mehrere innere , beispielsweise S- förmige , Schlei fen zum Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium in inneren Schlei fen eines der zweiten Wärmeübertragungskanäle einer der zweiten Rotorplatten und/oder mehrere äußere , beispielsweise S- förmige , Schlei fen zum Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium in äußeren Schlei fen eines der zweiten Wärmeübertragungskanäle einer der zweiten Rotorplatten vorgesehen . Bei dieser Aus führungs form kann eine Zwischenverdichtung bzw . -entspannung während des Wärmeaustauschs mit dem Wärmeträgermedium bewirkt werden . Damit kann erreicht werden, dass die Temperatur nach einer Wärmeübertragung wieder angehoben wird, um entweder bei im Wesentlichen konstanter Temperatur die Wärme zu übertragen oder um die Ef fi zienz zu steigern, wenn eine Anwendung mit geringer Temperaturdi f ferenz zwischen Ein- und Austritt des Wärmeträgermediums vorgesehen ist . In a preferred embodiment, the flow channels of the first rotor plates each have a plurality of flow channel sections, preferably extending essentially in the circumferential direction, at different radial distances from the axis of rotation in order to form a plurality of first heat transfer channels. The flow channel sections running in the circumferential direction are preferably arranged in loops. Preferably there are several inner, for example S-shaped, loops for heat exchange with the heat transfer medium in inner loops of one of the second heat transfer channels of one of the second rotor plates and/or several outer, for example S-shaped, loops for heat exchange with the heat transfer medium in outer loops fen one of the second heat transfer channels of one of the second rotor plates is provided. In this embodiment, intermediate compression or -relaxation can be effected during the heat exchange with the heat transfer medium. This can ensure that the temperature is raised again after heat transfer in order to either transfer the heat at a substantially constant temperature or to increase efficiency if an application with a small temperature difference between the inlet and outlet of the heat transfer medium is provided .
Um die notwendigen Anschlüsse für das Arbeitsmedium zu reduzieren, sind bei einer bevorzugten Aus führungs form zwei benachbarte Strömungskanäle der ersten Rotorplatten bezüglich einer in axialer und radialer Richtung auf gespannten Symmetrieebene gespiegelt angeordnet , wobei sich die zwei benachbarten Strömungskanäle eine gemeinsame Eintritts- und eine gemeinsame Austrittsöf fnung für das Arbeitsmedium teilen . Wenn beispielsweise 12 Strömungskanäle an unterschiedlichen Winkelpositionen pro erster Rotorplatte vorgesehen sind, werden bei dieser Aus führungs form lediglich sechs Anschlüsse für den Eintritt des Arbeitsmediums benötigt . In order to reduce the necessary connections for the working medium, in a preferred embodiment two adjacent flow channels of the first rotor plates are arranged mirrored with respect to a tensioned plane of symmetry in the axial and radial directions, with the two adjacent flow channels having a common inlet and a common outlet opening Share opening for the working medium. For example, if 12 flow channels at different Angular positions are provided for each first rotor plate, in this embodiment only six connections are required for the entry of the working medium.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form weisen die zweiten Rotorplatten j eweils zumindest einen inneren Strömungskanal und zumindest einen äußeren Strömungskanal j eweils zur Ausbildung eines der zweiten Wärmeübertragungskanäle auf , wobei der äußere Strömungskanal in radialer Richtung weiter außen als der innere Strömungskanal angeordnet ist . Bei einer Anwendung als Rotationswärmepumpe kann der äußere Strömungskanal als äußerer Wärmetauscher ausgebildet sein, bei dem das Wärmeträgermedium, hier das Senkenmedium, Wärme vom Arbeitsmedium aufnimmt . Der innere Strömungskanal kann als innerer Wärmetauscher ausgebildet sein, bei dem das Wärmeträgermedium, hier das Quellenmedium, Wärme an das Arbeitsmedium abgibt . Alternativ kann der Rotor als Wärme-Kraft-Maschine ausgebildet sein . In a preferred embodiment, the second rotor plates each have at least one inner flow channel and at least one outer flow channel each to form one of the second heat transfer channels, the outer flow channel being arranged further out in the radial direction than the inner flow channel. When used as a rotary heat pump, the outer flow channel can be designed as an external heat exchanger, in which the heat transfer medium, here the sink medium, absorbs heat from the working medium. The inner flow channel can be designed as an internal heat exchanger, in which the heat transfer medium, here the source medium, releases heat to the working medium. Alternatively, the rotor can be designed as a heat-power machine.
Be einer weiteren Aus führungs form weisen die ersten Rotorplatten die zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium auf . Bei dieser Aus führung können die zweiten Rotorplatten als Trennplatten für die ersten Rotorplatten ausgeführt sein, wobei die zweiten Trennplatten bevorzugt frei von Strömungskanälen sowohl für das Arbeitsmedium als auch für das Wärmeträgermedium sind . In a further embodiment, the first rotor plates have the second heat transfer channels for the heat transfer medium. In this embodiment, the second rotor plates can be designed as separating plates for the first rotor plates, with the second separating plates preferably being free of flow channels for both the working medium and the heat transfer medium.
Zur integralen Ausbildung der einzelnen Strömungskanäle ist es günstig, wenn die Verdichtungskanäle , die Entspannungskanäle und die ersten Wärmeübertragungskanäle für das Arbeitsmedium als Vertiefungen ausgehend von vorzugsweise im Wesentlichen planen ersten Außenflächen der ersten Rotorplatten ausgebildet sind, wobei die zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium i . als Vertiefungen ausgehend von vorzugsweise im Wesentlichen planen Außenflächen der zweiten Rotorplatten oder ii . als Vertiefungen ausgehend von vorzugsweise im Wesentlichen planen zweiten Außenflächen der ersten Rotorplatten ausgebildet sind . Die ersten und die zweiten Rotorplatten weisen parallel zu ihren Haupterstreckungsebenen vorzugsweise im Wesentlichen plane Außenflächen auf. In der ersten Ausführungsvariante strömt das Arbeitsmedium in den Vertiefungen der ersten Rotorplatten, wobei das Wärmeträgermedium in den Vertiefungen der zweiten Rotorplatten strömt. Durch die Verbindung der ersten und zweiten Rotorplatten entlang ihrer Haupterstreckungsflächen bilden die Vertiefungen der ersten Rotorplatte mit den benachbarten Außenflächen der zweiten Rotorplatten im Querschnitt geschlossene Strömungskanäle. In der zweiten Ausführungsvariante strömen das Arbeitsmedium und das Wärmeträgermedium jeweils in voneinander getrennten Vertiefungen der ersten Rotorplatten, welche an den gegenüberliegenden ersten und zweiten Außenflächen der ersten Rotorplatten ausgebildet sind. Diese Vertiefungen bilden mit den angrenzenden Außenflächen der zweiten Rotorplatten im Querschnitt geschlossene Strömungskanäle für das Arbeitsmedium und das Wärmeträgermedium. For the integral formation of the individual flow channels, it is advantageous if the compression channels, the expansion channels and the first heat transfer channels for the working medium are designed as depressions starting from preferably essentially flat first outer surfaces of the first rotor plates, the second heat transfer channels for the heat transfer medium i. as depressions starting from preferably essentially flat outer surfaces of the second rotor plates or ii. are formed as depressions starting from preferably essentially flat second outer surfaces of the first rotor plates. The first and second rotor plates preferably point parallel to their main extension planes Essentially plan outdoor areas. In the first embodiment variant, the working medium flows in the recesses of the first rotor plates, with the heat transfer medium flowing in the recesses of the second rotor plates. By connecting the first and second rotor plates along their main extension surfaces, the depressions of the first rotor plate form flow channels that are closed in cross section with the adjacent outer surfaces of the second rotor plates. In the second embodiment variant, the working medium and the heat transfer medium each flow in separate recesses in the first rotor plates, which are formed on the opposite first and second outer surfaces of the first rotor plates. Together with the adjacent outer surfaces of the second rotor plates, these depressions form closed cross-sectional flow channels for the working medium and the heat transfer medium.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form sind die ersten Rotorplatten und die zweiten Rotorplatten über Diffusionsverbindungen, d.h. durch Diffusion-Bonding, miteinander verbunden. In a preferred embodiment, the first rotor plates and the second rotor plates are connected to one another via diffusion connections, i.e. by diffusion bonding.
Je nach Ausführung sind bevorzugt zumindest 50, insbesondere zumindest 200, beispielsweise von 300 bis 800, erste Rotorplatten und/oder zumindest 50, insbesondere zumindest 200, beispielsweise von 300 bis 800, zweite Rotorplatten vorgesehen. Die ersten und/oder die zweiten Rotorplatten können eine Wandstärke, d.h. eine Erstreckung senkrecht zur Haupterstreckungs- bzw. Plattenebene von der einen zur anderen Außenfläche, von 0,2 mm bis 5 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 4 mm, beispielsweise von 2 mm bis 3 mm aufweisen. Die Strömungskanäle können eine Breite, d.h. eine Erstreckung an der Außenfläche der jeweiligen ersten bzw. zweiten Rotorplatte quer zur Strömungsrichtung, von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm, aufweisen. Die Tiefe der Strömungskanäle, d.h. ihre Erstreckung senkrecht zur Haupterstreckungsebene an der tiefsten Stelle, kann von 0,2 mm bis 3 mm, insbesondere von 1 mm bis 2 mm, betragen. Bei einer ersten bevorzugten Aus führungsvariante sind die ersten und die zweiten Rotorplatten in Draufsicht , d . h . mit Blick in axialer Richtung, j eweils kreis förmig . Bei dieser Aus führungsvariante können die Wärmeübertragungs flächen bei einer vorgegebenen Länge , d . h . axialen Erstreckung, des Rotorelements aus den ersten und den zweiten Rotorplatten optimiert werden . Depending on the design, at least 50, in particular at least 200, for example from 300 to 800, first rotor plates and/or at least 50, in particular at least 200, for example from 300 to 800, second rotor plates are preferably provided. The first and/or the second rotor plates can have a wall thickness, ie an extension perpendicular to the main extension or plate plane from one outer surface to the other, from 0.2 mm to 5 mm, in particular from 0.5 mm to 4 mm, for example 2 mm to 3 mm. The flow channels can have a width, ie an extent on the outer surface of the respective first or second rotor plate transverse to the flow direction, of 0.5 mm to 5 mm, in particular from 1 mm to 3 mm. The depth of the flow channels, ie their extension perpendicular to the main extension plane at the deepest point, can be from 0.2 mm to 3 mm, in particular from 1 mm to 2 mm. In a first preferred embodiment variant, the first and second rotor plates are in plan view, i.e. H . looking in the axial direction, each circular. In this embodiment variant, the heat transfer surfaces can have a predetermined length, i.e. H . axial extent, the rotor element can be optimized from the first and second rotor plates.
Bei einer zweiten bevorzugten Aus führungsvariante sind die ersten und die zweiten Rotorplatten mit Blick in Richtung der Rotationsachse j eweils unrund, d . h . nicht kreis förmig, insbesondere im Wesentlichen rechteckig . Diese Aus führung kann bei einer Herstellung des Rotorelements durch Di f fusion-Bonding der ersten und zweiten Rotorplatten günstig sein, da beim Di f fusion-Bonding rechteckige Vakuumpressen eingesetzt werden können . Vorteilhafterweise kann so der Herstellungsprozess optimiert werden; zudem können größere radiale Erstreckungen erzielt werden . In a second preferred embodiment, the first and second rotor plates are each out of round when viewed in the direction of the axis of rotation, i.e. H . not circular, especially essentially rectangular. This embodiment can be advantageous when producing the rotor element by diffusion bonding of the first and second rotor plates, since rectangular vacuum presses can be used for diffusion bonding. Advantageously, the manufacturing process can be optimized in this way; In addition, larger radial extensions can be achieved.
Zur Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium sind bevorzugt abwechselnd eine der ersten Rotorplatten und eine der zweiten Rotorplatten angeordnet . Wenn das Arbeitsmedium in den ersten Rotorplatten und das Wärmeträgermedium in den zweiten Rotorplatten geführt wird, verlaufen die ersten Wärmeübertragungskanäle der ersten Rotorplatten und die zweiten Wärmeübertragungskanäle der zweiten Rotorplatten im Wesentlichen in denselben Radialabständen und entlang derselben Abschnitte in Umfangsrichtung, d . h . nebeneinander . Wenn das Arbeitsmedium und das Wärmeträgermedium in den ersten Rotorplatten geführt werden, verlaufen die ersten Wärmeübertragungskanäle und die zweiten Wärmeübertragungskanäle im Wesentlichen in denselben Radialabständen und entlang derselben Abschnitte in Umfangsrichtung gegenüberliegend an den ersten Rotorplatten . For heat transfer between the working medium and the heat transfer medium, one of the first rotor plates and one of the second rotor plates are preferably arranged alternately. If the working medium is guided in the first rotor plates and the heat transfer medium is guided in the second rotor plates, the first heat transfer channels of the first rotor plates and the second heat transfer channels of the second rotor plates run essentially at the same radial distances and along the same sections in the circumferential direction, i.e. H . next to each other. When the working medium and the heat transfer medium are guided in the first rotor plates, the first heat transfer channels and the second heat transfer channels run essentially at the same radial distances and along the same sections in the circumferential direction opposite each other on the first rotor plates.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form weisen die ersten Rotorplatten und/oder die zweiten Rotorplatten j eweils zumindest eine Aussparung auf . Hiermit kann einerseits eine Gewichtsersparnis erzielt werden . Zudem kann eine I solation in Bereichen erzielt werden, in denen die nicht gewünschte Wärmeübertragung minimiert werden soll . Somit kann die Aussparung beispielsweise einen I solationsbereich zwischen den Verdichtungs- und Expansionskanälen oder zwischen dem äußeren Wärmeübertrager, insbesondere mit vergleichsweise hoher Temperatur, und dem inneren Wärmeübertrager, insbesondere mit vergleichsweise niedriger Temperatur, ausbilden . In a preferred embodiment, the first rotor plates and/or the second rotor plates each have at least one recess. On the one hand, this can achieve weight savings. In addition, isolation can be achieved Areas can be achieved in which the unwanted heat transfer should be minimized. Thus, the recess can, for example, form an isolation area between the compression and expansion channels or between the outer heat exchanger, in particular with a comparatively high temperature, and the inner heat exchanger, in particular with a comparatively low temperature.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form sind die ersten und die zweiten Rotorplatten aus einem Material ausgewählt aus Austenit , Duplexstahl , Kupfer, Titan und Aluminium gebildet . In a preferred embodiment, the first and second rotor plates are formed from a material selected from austenite, duplex steel, copper, titanium and aluminum.
Die Erfindung bezieht sich weiters auf ein Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen einem Arbeitsmedium, insbesondere einem Edelgas , und einem Wärmeträgermedium, insbesondere einer Flüssigkeit , mit den Schritten : The invention further relates to a method for heat transfer between a working medium, in particular a noble gas, and a heat transfer medium, in particular a liquid, with the steps:
Vorsehen eines Rotors in einer der oben beschriebenen Aus führungs formen, Zuführen des Arbeitsmedium in den Rotor, Zuführen des Wärmeträgermediums in den Rotor, und Rotieren des Rotors um die Drehachse Rotationsachse . Providing a rotor in one of the embodiments described above, supplying the working medium into the rotor, supplying the heat transfer medium into the rotor, and rotating the rotor about the axis of rotation.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Rotors , insbesondere einer Rotationswärmepumpe , weist zumindest die folgenden Schritte auf : The method according to the invention for producing a rotor, in particular a rotary heat pump, has at least the following steps:
Vorsehen von ersten Rotorplatten, Providing first rotor plates,
Vorsehen von zweiten Rotorplatten, Providing second rotor plates,
Ausbilden von Verdichtungskanälen, Entspannungskanälen, ersten Wärmeübertragungskanälen für ein Arbeitsmedium und zweiten Wärmeübertragungskanälen für ein Wärmeträgermedium in den ersten und/oder in den zweiten Rotorplatten, Stapeln der ersten und zweiten Rotorplatten, Forming compression channels, expansion channels, first heat transfer channels for a working medium and second heat transfer channels for a heat transfer medium in the first and/or in the second rotor plates, stacking the first and second rotor plates,
Verbinden der ersten Rotorplatten mit den zweiten Rotorplatten entlang ihrer Haupterstreckungsebenen, und Connecting the first rotor plates to the second rotor plates along their main extension planes, and
Drehlagerung eines aus den ersten und den zweiten Rotorplatten gebildeten Rotorelements um eine Rotationsachse . Rotary mounting of a rotor element formed from the first and second rotor plates about an axis of rotation.
Wenn die Strömungskanäle für das Arbeitsmedium in den ersten Rotorplatten und die zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium in den zweiten Rotorplatten ausgebildet werden sollen, weist das Verfahren zur Herstellung des Rotors , insbesondere einer Rotationswärmepumpe , bevorzugt zumindest die folgenden Schritte auf : If the flow channels for the working medium in the first rotor plates and the second heat transfer channels for the Heat transfer medium is to be formed in the second rotor plates, the method for producing the rotor, in particular a rotary heat pump, preferably has at least the following steps:
Vorsehen der ersten Rotorplatten, Providing the first rotor plates,
Vorsehen der zweiten Rotorplatten, Providing the second rotor plates,
Ausbilden der Verdichtungskanäle , Entspannungskanäle und ersten Wärmeübertragungskanäle für das Arbeitsmedium in den ersten Rotorplatten, Forming the compression channels, expansion channels and first heat transfer channels for the working medium in the first rotor plates,
Ausbilden der zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium in den zweiten Rotorplatten, Forming the second heat transfer channels for the heat transfer medium in the second rotor plates,
Stapeln der ersten und der zweiten Rotorplatten, Verbinden der ersten Rotorplatten mit den zweiten Rotorplatten entlang ihrer Haupterstreckungsebenen, undStacking the first and second rotor plates, connecting the first rotor plates to the second rotor plates along their main extension planes, and
Drehlagerung des aus den ersten und den zweiten Rotorplatten gebildeten Rotorelements um die Rotationsachse . Rotary bearing of the rotor element formed from the first and second rotor plates about the axis of rotation.
Wenn die Strömungskanäle für das Arbeitsmedium und die zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium in den ersten Rotorplatten ausgebildet werden sollen, weist das Verfahren zur Herstellung des Rotors , insbesondere einer Rotationswärmepumpe , bevorzugt zumindest die folgenden Schritte auf : If the flow channels for the working medium and the second heat transfer channels for the heat transfer medium are to be formed in the first rotor plates, the method for producing the rotor, in particular a rotary heat pump, preferably has at least the following steps:
Vorsehen der ersten Rotorplatten, Providing the first rotor plates,
Vorsehen der zweiten Rotorplatten, Providing the second rotor plates,
Ausbilden der Verdichtungskanäle , der Entspannungskanäle und der ersten Wärmeübertragungskanäle für das Arbeitsmedium in den ersten Rotorplatten, vorzugsweise als Vertiefungen von ersten Außenflächen der ersten Rotorplatten, Forming the compression channels, the expansion channels and the first heat transfer channels for the working medium in the first rotor plates, preferably as depressions in first outer surfaces of the first rotor plates,
Ausbilden der zweiten Wärmeübertragungskanäle für das Wärmeträgermedium in den ersten Rotorplatten, vorzugsweise als Vertiefungen von zweiten Außenflächen der ersten Rotorplatten,Forming the second heat transfer channels for the heat transfer medium in the first rotor plates, preferably as depressions in second outer surfaces of the first rotor plates,
Stapeln der ersten und der zweiten Rotorplatten, Verbinden der ersten Rotorplatten mit den zweiten Rotorplatten entlang ihrer Haupterstreckungsebenen, undStacking the first and second rotor plates, connecting the first rotor plates to the second rotor plates along their main extension planes, and
Drehlagerung des aus den ersten und den zweiten Rotorplatten gebildeten Rotorelements um die Rotationsachse . Rotary bearing of the rotor element formed from the first and second rotor plates about the axis of rotation.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form werden die ersten Rotorplatten und die zweiten Rotorplatten durch Di f fusion- Bonding, insbesondere in einer Vakuumpresse, miteinander verbunden . In a preferred embodiment, the first rotor plates and the second rotor plates are formed by diffusion. Bonding, especially in a vacuum press, connected together.
Die Verdichtungs- , die Entspannungs- , die ersten Wärmeübertragungskanäle und/oder die zweiten Wärmeübertragungskanäle werden bevorzugt durch Ätzen oder Fräsen in den ersten und/oder zweiten Rotorplatten ausgebildet. The compression, the expansion, the first heat transfer channels and/or the second heat transfer channels are preferably formed by etching or milling in the first and/or second rotor plates.
Die Ausführung des Rotorelements aus den ersten und den zweiten Rotorplatten ermöglicht eine Anwendung mit hohen Drücken. Bei einer bevorzugten Aus führungs form beträgt der Maximaldruck des Arbeitsmediums im rotierenden Zustand des Rotors innerhalb der ersten Rotorplatten zumindest 80 bar, insbesondere zumindest 120 bar, beispielsweise von 160 bar bis 240 bar. Vorteilhafterweise bewirken diese Drücke bei gleichem Massenstrom geringere Druckverluste und damit eine höhere Effizienz, welche bei einer Ausführung des Rotors als Wärmepumpe mit dem „Coefficient of Performance" (COP) bestimmt wird. The design of the rotor element from the first and second rotor plates enables application with high pressures. In a preferred embodiment, the maximum pressure of the working medium in the rotating state of the rotor within the first rotor plates is at least 80 bar, in particular at least 120 bar, for example from 160 bar to 240 bar. Advantageously, these pressures result in lower pressure losses for the same mass flow and thus higher efficiency, which is determined with the “Coefficient of Performance” (COP) when the rotor is designed as a heat pump.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. The invention is further explained below using an exemplary embodiment shown in the drawings.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor für eine Verwendung als Rotationswärmepumpe. Fig. 1 shows a rotor according to the invention for use as a rotary heat pump.
Fig. 2A, Fig. 2B und Fig. 3 zeigen Ansichten eines aus ersten und zweiten Rotorplatten gebildeten Rotorelements der Rotationswärmepumpe gemäß Fig. 1. 2A, 2B and 3 show views of a rotor element of the rotary heat pump according to FIG. 1 formed from first and second rotor plates.
Fig. 4 bis 9 zeigen jeweils eine weitere Aus führungs form von Teilen des Rotorelements. 4 to 9 each show a further embodiment of parts of the rotor element.
Fig. 10A zeigt eine erste rechteckige Ausführung, Fig. 10B und Fig. IOC zeigen eine zweite rechteckige Ausführung. Fig. 10A shows a first rectangular embodiment, Fig. 10B and Fig. IOC show a second rectangular embodiment.
Fig. 11 und Fig. 12 zeigen eine weitere Aus führungs form des Rotorelements, bei welcher das Arbeitsmedium und das Wärmeträgermedium jeweils in Mikro-Kanälen der ersten bzw. zweiten Rotorplatten geführt wird . 11 and 12 show a further embodiment of the rotor element, in which the working medium and the heat transfer medium are each in micro-channels of the first and second rotor plates is guided.
Fig . 13 und Fig . 14 zeigen eine weitere Aus führungs form des Rotorelements , bei welcher das Arbeitsmedium und das Wärmeträgermedium in Kanälen der ersten Rotorplatten geführt werden, wobei die zweiten Rotorplatten als Trennplatten zwischen den ersten Rotorplatten angeordnet sind . Fig. 13 and Fig. 14 show a further embodiment of the rotor element, in which the working medium and the heat transfer medium are guided in channels of the first rotor plates, the second rotor plates being arranged as separating plates between the first rotor plates.
Fig . 1 zeigt einen Rotor 1 , welcher in der dargestellten Aus führung als Vorrichtung zum Umwandeln von mechanischer Energie in Wärmeenergie (und umgekehrt ) ausgeführt ist . Der Rotor 1 wird insbesondere als Rotationswärmepumpe eingesetzt . Je nach Aus führung kann der Rotor 1 in einem stillstehenden Gehäuse aufgenommen sein, in welchem ein Unterdrück herrschen kann . Der Rotor 1 weist eine , im Betriebs zustand bevorzugt hori zontale , Rotationsachse 2 auf , um welche der Rotor 1 mit Hil fe eines Motors 37 rotiert wird . Zur Ausbildung der Rotationsachse 2 weist der Rotor 1 zwei Drehlagerungen 3 auf . Der Rotor 1 weist ein in Fig . 1 nur symbolisch dargestelltes Rotorelement 4 auf , welches auf der einen Seite mit Anschlüssen 5 für ein Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, und auf der anderen Seite mit Anschlüssen 6 für ein Arbeitsmedium, beispielsweise ein Edelgas , verbunden ist . Weiters ist ein Ventilator 7 für die Aufrechterhaltung einer Kreisströmung des Arbeitsmediums vorgesehen . Der Ventilator 7 ist mit einem Ventilatorantrieb 8 verbunden, um ein Schaufelrad des Ventilators 7 relativ zum mit dem Motor 37 in Rotation versetzten Rotorelement 4 zu rotieren . Weiters sind in Fig . 1 Drehdurchführungen 9 für die (Wasseranschlüsse 5 ersichtlich . Fig. 1 shows a rotor 1, which in the embodiment shown is designed as a device for converting mechanical energy into thermal energy (and vice versa). The rotor 1 is used in particular as a rotary heat pump. Depending on the design, the rotor 1 can be accommodated in a stationary housing in which there can be a negative pressure. The rotor 1 has a rotation axis 2, preferably horizontal in the operating state, around which the rotor 1 is rotated with the help of a motor 37. To form the axis of rotation 2, the rotor 1 has two pivot bearings 3. The rotor 1 has one in Fig. 1 only symbolically shown rotor element 4, which is connected on one side with connections 5 for a heat transfer medium, in particular water, and on the other side with connections 6 for a working medium, for example a noble gas. Furthermore, a fan 7 is provided to maintain a circular flow of the working medium. The fan 7 is connected to a fan drive 8 in order to rotate a blade wheel of the fan 7 relative to the rotor element 4 set in rotation with the motor 37. Furthermore, in Fig. 1 rotary unions 9 for the (water connections 5 visible.
Fig . 2A, Fig . 2B und Fig . 3 zeigen schematisch eine Aus führungs form des Rotorelements 4 , welches aus einer Viel zahl von ersten Rotorplatten 10 und zweiten Rotorplatten 11 aufgebaut ist . Der besseren Übersicht halber sind in Fig . 2 nur zwei erste Rotorplatten 10 und zwei zweite Rotorplatten 11 gezeigt . In Fig . 3 ist die Strömung des Arbeitsmediums mit durchgezogenen Linien und die Strömung des Wärmeträgermediums mit strichlierten Linien veranschaulicht . Die ersten Rotorplatten 10 und die zweiten Rotorplatten 11 sind an ihren Außenflächen parallel zu ihren ( im Betrieb vertikal ausgerichteten) Haupterstreckungs- bzw . Plattenebenen miteinander verbunden . Die ersten 10 und die zweiten Rotorplatten 11 wechseln einander in axialer Richtung gesehen ab . Bei dieser Aus führungs form weisen die ersten Rotorplatten 10 j eweils mehrere Strömungskanäle 12 auf , welche von dem Arbeitsmedium durchströmt werden . Das Arbeitsmedium strömt über eine Eintrittsöf fnung 13 in einen Anfangsabschnitt des Strömungskanals 12 ein und über eine Austrittsöf fnung 14 aus einem Endabschnitt des Strömungskanals 12 aus . In der gezeigten Aus führung sind mehrere benachbart , parallel zueinander verlaufende Strömungskanäle 12 pro Eintrittsöf fnung 13 vorgesehen, vgl . das in Fig . 2A mit einem Kreis hervorgehobene Detail B der Fig . 2B . Die Eintrittsöf fnungen 13 sind mit einem Ausgang des Ventilators 7 verbunden . Die Austrittsöf fnungen 14 sind mit einem Eingang des Ventilators 7 verbunden . Im gezeigten Beispiel sind die Austrittsöf fnungen 14 in den von der Rotationsachse 2 durchsetzten Zentralbereichen der ersten Rotorplatten 10 angeordnet . Der Strömungskanal 12 weist zur Ausbildung eines Verdichtungskanals 15 einen im Wesentlichen radial nach außen führenden Strömungskanalabschnitt 16 auf , in welchem das Arbeitsmedium zur Druckerhöhung aufgrund der Zentri fugalbeschleunigung von der Rotationsachse 2 weggeführt wird . An den im Wesentlichen radial nach außen führenden Strömungskanalabschnitt 16 schließt zumindest ein im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufender Strömungskanalabschnitt 17 an, mit welchem ein erster Wärmeübertragungskanal 18 für den Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium ausgebildet wird . An den umfangseitigen Strömungskanalabschnitt 17 schließt ein im Wesentlichen radial nach innen führender Strömungskanalabschnitt 19 an, welcher als Entspannungskanal 20 eine Druckverringerung des Arbeitsmediums aufgrund der Zentri fugalbeschleunigung bewirkt . An den im Wesentlichen radial nach innen führenden Strömungskanalabschnitt 19 schließt zumindest ein weiterer im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufender Strömungskanalabschnitt 21 an, welcher als weiterer erster Wärmeübertragungskanal 18 für den Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium ausgebildet ist . Die Eintrittsöf fnungen 13 und die Austrittsöf fnungen 14 der ersten Rotorplatten 10 sind j eweils fluchtend angeordnet . Die zweiten Rotorplatten 11 weisen entsprechende Durchgangsöf fnungen 32 zur Durchleitung des Arbeitsmediums auf . Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 show schematically an embodiment of the rotor element 4, which is constructed from a large number of first rotor plates 10 and second rotor plates 11. For the sake of clarity, in Fig. 2 only two first rotor plates 10 and two second rotor plates 11 are shown. In Fig. 3 shows the flow of the working medium with solid lines and the flow of the heat transfer medium with dashed lines. The first rotor plates 10 and the second rotor plates 11 are parallel to their outer surfaces (im Operation vertically oriented) main extension or Plate levels connected to each other. The first 10 and the second rotor plates 11 alternate with one another when viewed in the axial direction. In this embodiment, the first rotor plates 10 each have several flow channels 12 through which the working medium flows. The working medium flows into an initial section of the flow channel 12 via an inlet opening 13 and out of an end section of the flow channel 12 via an outlet opening 14. In the embodiment shown, several adjacent, parallel flow channels 12 are provided per inlet opening 13, cf. that in Fig. 2A, detail B of FIG. highlighted with a circle. 2 B . The inlet openings 13 are connected to an output of the fan 7. The outlet openings 14 are connected to an input of the fan 7. In the example shown, the outlet openings 14 are arranged in the central regions of the first rotor plates 10 through which the axis of rotation 2 passes. To form a compression channel 15, the flow channel 12 has a flow channel section 16 that leads essentially radially outwards, in which the working medium is guided away from the axis of rotation 2 to increase the pressure due to the centrifugal acceleration. The essentially radially outwardly leading flow channel section 16 is adjoined by at least one essentially circumferentially extending flow channel section 17, with which a first heat transfer channel 18 is formed for heat exchange with the heat transfer medium. The peripheral flow channel section 17 is adjoined by a substantially radially inwardly leading flow channel section 19, which, as a relaxation channel 20, causes a pressure reduction of the working medium due to the centrifugal acceleration. The essentially radially inwardly leading flow channel section 19 is adjoined by at least one further essentially circumferentially extending flow channel section 21, which is designed as a further first heat transfer channel 18 for heat exchange with the heat transfer medium. The inlet openings 13 and the outlet openings 14 of the first rotor plates 10 are each arranged in alignment. The second ones Rotor plates 11 have corresponding through openings 32 for the passage of the working medium.
Bei dieser Aus führungs form weisen die zweiten Rotorplatten 11 j eweils zweite Wärmeübertragungskanäle 22 auf , welche von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden . Als zweite Wärmeübertragungskanäle 22 weisen die zweiten Rotorplatten 11 j eweils zumindest einen inneren Strömungskanal 23 mit zumindest einem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 24 zur Ausbildung eines inneren Wärmetauschers und zumindest einen äußeren Strömungskanal 25 mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 26 zur Ausbildung eines äußeren Wärmetauschers auf . Der äußere Strömungskanal 25 ist in radialer Richtung gesehen weiter außen als der innere Strömungskanal 23 angeordnet . Der in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitt 24 des inneren Wärmetauschers der zweiten Rotorplatte 11 verläuft neben dem in Umfangsrichtung verlaufendem Strömungskanalabschnitt 21 der ersten Rotorplatte 10 . Der in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitt 26 des äußeren Wärmetauschers der zweiten Rotorplatte 11 verläuft neben dem in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitt 17 der ersten Rotorplatte 10 . Der innere Strömungskanal 23 der zweiten Rotorplatte 11 weist eine Eingangsöf fnung 27 zum Eintritt des Wärmeträgermediums und eine Ausgangsöf fnung 28 zum Austritt des Wärmeträgermediums auf . Entsprechend weist der äußere Strömungskanal 25 eine weitere Eingangsöf fnung 29 zum Eintritt des Wärmeträgermediums und eine weitere Ausgangsöf fnung 30 zum Austritt des Wärmeträgermediums auf . Die Eingangsöf fnungen 27 , die Ausgangsöf fnungen 28 , die weiteren Eingangsöf fnungen 29 und die weiteren Ausgangsöf fnungen 30 sind j eweils fluchtend angeordnet . Die ersten Rotorplatten 10 weisen entsprechende Durchtrittsöf fnungen 31 zur Durchleitung des Wärmeträgermediums auf . In this embodiment, the second rotor plates 11 each have second heat transfer channels 22 through which the heat transfer medium flows. As second heat transfer channels 22, the second rotor plates 11 each have at least one inner flow channel 23 with at least one section 24 running in the circumferential direction to form an inner heat exchanger and at least one outer flow channel 25 with a section 26 running in the circumferential direction to form an outer heat exchanger. The outer flow channel 25 is arranged further outward than the inner flow channel 23 when viewed in the radial direction. The circumferentially extending section 24 of the inner heat exchanger of the second rotor plate 11 runs next to the circumferentially extending flow channel section 21 of the first rotor plate 10. The circumferentially extending section 26 of the outer heat exchanger of the second rotor plate 11 runs next to the circumferentially extending flow channel section 17 of the first rotor plate 10. The inner flow channel 23 of the second rotor plate 11 has an inlet opening 27 for the entry of the heat transfer medium and an exit opening 28 for the exit of the heat transfer medium. Correspondingly, the outer flow channel 25 has a further inlet opening 29 for the entry of the heat transfer medium and a further outlet opening 30 for the exit of the heat transfer medium. The entrance openings 27, the exit openings 28, the further entrance openings 29 and the further exit openings 30 are each arranged in alignment. The first rotor plates 10 have corresponding passage openings 31 for the passage of the heat transfer medium.
In der Aus führungs form der Fig . 2A, Fig . 2B und Fig . 3 sind die ersten 10 und die zweiten Rotorplatten 11 in Blickrichtung der Rotationsachse 2 kreis förmig . Jede der ersten Rotorplatten 10 weist mehrere , beispielsweise 12 , Strömungskanäle 12 auf , welche ident ausgebildet und an unterschiedlichen Winkelpositionen über die ersten Rotorplatten 10 verteilt sind . Wie oben erwähnt , kann zudem an j eder Winkelposition eine Mehrzahl von Strömungskanälen 12 vorgesehen sein, welche sich nebeneinander von der Eintrittsöf fnung 13 zur Austrittsöf fnung 14 erstrecken . In der gezeigten Aus führungs form weisen die Strömungskanäle 12 j eweils in einem radial inneren Bereich der ersten Rotorplatte 10 mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Strömungskanalabschnitte 21 und in einem radial äußeren Bereich der ersten Rotorplatte 10 mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Strömungskanalabschnitte 17 auf , welche j eweils in Schlei fen in unterschiedlichen Radien RI , R2 , R3 zur Rotationsachse 2 angeordnet sind . Entsprechend weisen die zweiten Rotorplatten 11 mehrere , beispielsweise 12 , innere Strömungskanäle 23 und mehrere , beispielsweise 12 , äußere Strömungskanäle 24 auf . In der gezeigten Aus führung weisen die inneren Strömungskanäle 23 der zweiten Rotorplatten 11 j eweils mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte 24 als innerer Wärmetauscher und mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte 26 als äußerer Wärmetauscher auf , welche neben den in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitte 21 im radial inneren Bereich der ersten Rotorplatte 10 bzw . neben den in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitten 17 im radial äußeren Bereich der ersten Rotorplatte 10 verlaufen . Bei der Aus führungs form der Fig . 2A, 2B und Fig . 3 wird das Arbeitsmedium während der Wärmeübertragung verdichtet oder entspannt . In the embodiment of FIG. 2A, Fig. 2B and Fig. 3, the first 10 and the second rotor plates 11 are circular in the direction of rotation axis 2. Each of the first rotor plates 10 has several, for example 12, flow channels 12, which are identically designed and distributed at different angular positions over the first rotor plates 10. As mentioned above, can In addition, a plurality of flow channels 12 may be provided at each angular position, which extend side by side from the inlet opening 13 to the outlet opening 14. In the embodiment shown, the flow channels 12 each have a plurality of circumferentially extending flow channel sections 21 in a radially inner region of the first rotor plate 10 and a plurality of circumferentially extending flow channel sections 17 in a radially outer region of the first rotor plate 10, each of which is in a loop fen are arranged at different radii RI, R2, R3 to the axis of rotation 2. Correspondingly, the second rotor plates 11 have several, for example 12, inner flow channels 23 and several, for example 12, outer flow channels 24. In the embodiment shown, the inner flow channels 23 of the second rotor plates 11 each have a plurality of sections 24 running in the circumferential direction as an inner heat exchanger and a plurality of sections 26 running in the circumferential direction as an outer heat exchanger, which in addition to the flow channel sections 21 running in the circumferential direction in the radially inner region of the first rotor plate 10 or next to the flow channel sections 17 running in the circumferential direction in the radially outer region of the first rotor plate 10. In the embodiment of FIG. 2A, 2B and Fig. 3 the working medium is compressed or expanded during heat transfer.
In Fig . 4 ist eine weitere Aus führungs form, beispielhaft anhand einer der ersten Rotorplatten 10 , gezeigt , bei welcher j eweils zwei benachbarte Strömungskanäle 12 bezüglich einer in axialer und radialer Richtung auf gespannten Symmetrieebene S gespiegelt angeordnet sind . Die zwei benachbarten Strömungskanäle 12 teilen sich j eweils eine gemeinsame Eintrittsöf fnung 13 und eine gemeinsame Austrittsöf fnung 14 für das Arbeitsmedium . Die Strömungskanäle der zweiten Rotorplatten 11 verlaufen bei dieser Aus führungs form im Bereich der Wärmeübertragungskanäle kongruent mit den Strömungskanälen 12 der ersten Rotorplatten 10 und werden bevorzugt im Gegenstrom durchströmt . In Fig. 4 shows a further embodiment, for example using one of the first rotor plates 10, in which two adjacent flow channels 12 are arranged in a mirrored manner with respect to a tensioned plane of symmetry S in the axial and radial directions. The two adjacent flow channels 12 each share a common inlet opening 13 and a common outlet opening 14 for the working medium. In this embodiment, the flow channels of the second rotor plates 11 run congruently with the flow channels 12 of the first rotor plates 10 in the area of the heat transfer channels and are preferably flowed through in countercurrent.
In Fig . 5 , Fig . 6 und Fig . 7 ist j eweils eine weitere In Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7 is each another
Aus führungs form gezeigt , bei welcher das Arbeitsmedium während der Wärmeübertragung verdichtet bzw . entspannt wird . Execution form shown in which the working medium during the heat transfer compresses or. is relaxed.
Gemäß Fig . 5 wird während der äußeren Wärmeübertragung das Arbeitsmedium verdichtet , vorzugsweise um bei niedrigen Sprei zungen oder bei im Wesentlichen konstanter Temperatur des Wärmeübertragungsmediums auf der Senkenseite niedrige Temperaturdi f ferenzen zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium der Senkenseite zu erzielen . According to Fig. 5, the working medium is compressed during the external heat transfer, preferably in order to achieve low temperature differences between the working medium and the heat transfer medium on the sink side at low spreads or at a substantially constant temperature of the heat transfer medium on the sink side.
Weiters wird während der inneren Wärmeübertragung das Arbeitsmedium expandiert , um bei niedrigen Sprei zungen oder bei im Wesentlichen konstanter Temperatur des Wärmeträgermediums auf der Quellenseite wiederum eine niedrige Temperaturdi f ferenz zwischen Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium der Quellenseite zu erzielen . Niedrige Temperaturdi f ferenzen zwischen Arbeitsmedium und dem j eweiligen Wärmeträgermedium führen zu niedrigen Exergieverlusten und einem hohen Wirkungsgrad ( COP ) der gesamten Anlage . Voraussetzung ist , dass das j eweilige Wärmeträgermedium mit dem Arbeitsmedium im Gegenstromprinzip durch die Kanäle geführt wird . Furthermore, the working medium is expanded during the internal heat transfer in order to achieve a low temperature difference between the working medium and the heat transfer medium on the source side at low spreads or at a substantially constant temperature of the heat transfer medium on the source side. Low temperature differences between the working medium and the respective heat transfer medium lead to low exergy losses and high efficiency (COP) of the entire system. The prerequisite is that the respective heat transfer medium and the working medium are guided through the channels in the countercurrent principle.
Gemäß Fig . 6 wird während der äußeren Wärmeübertragung das Arbeitsmedium verdichtet , vorzugsweise um bei niedrigen Sprei zungen oder bei im Wesentlichen konstanter Temperatur des Wärmeübertragungsmediums auf der Senkenseite niedrige Temperaturdi f ferenzen zwischen Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium der Senkenseite zu erzielen . According to Fig. 6, the working medium is compressed during the external heat transfer, preferably in order to achieve low temperature differences between the working medium and the heat transfer medium on the sink side at low spreads or at a substantially constant temperature of the heat transfer medium on the sink side.
Weiters wird auch während der inneren Wärmeübertragung das Arbeitsmedium verdichtet , um bei hohen Sprei zungen des Wärmeträgermediums auf der Quellenseite wiederum eine niedrige Temperaturdi f ferenz zwischen Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium der Quellenseite zu erzielen . Das j eweilige Wärmeträgermedium und das Arbeitsmedium werden im Gegenstromprinzip durch die Kanäle geführt . Furthermore, the working medium is also compressed during the internal heat transfer in order to achieve a low temperature difference between the working medium and the heat transfer medium on the source side when there are high spreads of the heat transfer medium on the source side. The respective heat transfer medium and the working medium are guided through the channels using the countercurrent principle.
Gemäß Fig . 7 wird während der äußeren Wärmeübertragung das Arbeitsmedium expandiert , um bei hohen Sprei zungen des Wärmeübertragungsmediums auf der Senkenseite niedrige Temperaturdi f ferenzen zwischen Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium der Senkenseite zu erzielen . Weiters wird während der inneren Wärmeübertragung das Arbeitsmedium verdichtet , um bei hohen Sprei zungen des Wärmeträgermediums auf der Quellenseite wiederum eine niedrige Temperaturdi f ferenz zwischen Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium der Quellenseite zu erzielen . Das j eweilige Wärmeträgermedium und das Arbeitsmedium werden im Gegenstromprinzip durch die Kanäle geführt . According to Fig. 7, the working medium is expanded during the external heat transfer in order to achieve low temperature differences between the working medium and the heat transfer medium on the sink side when there are high spreads of the heat transfer medium on the sink side. Furthermore, the working medium is compressed during the internal heat transfer in order to achieve a low temperature difference between the working medium and the heat transfer medium on the source side with high spreads of the heat transfer medium on the source side. The respective heat transfer medium and the working medium are guided through the channels using the countercurrent principle.
In Fig . 8 ist eine weitere Aus führungs form gezeigt , bei welcher keine Zwischenverdichtung bzw . Zwischenexpansion des Arbeitsmediums stattfindet . Zu diesem Zweck durchströmt das Arbeitsmedium im radial inneren Bereich der ersten Rotorplatte 10 pro Strömungskanal 12 nur einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitt 21 , d . h . nicht wie bei Fig . 2A, Fig . 2B und Fig . 3 mehrere in Schlei fen miteinander verbundene Strömungsabschnitte 21 . Entsprechend durchströmt das Arbeitsmedium im radial äußeren Bereich der ersten Rotorplatte 10 pro Strömungskanal 12 nur einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitt 17 , d . h . nicht wie bei Fig . 2A, Fig . 2B und Fig . 3 mehrere in Schlei fen miteinander verbundene Strömungskanalabschnitte 17 . In Fig. 8 shows a further embodiment in which no intermediate compression or Intermediate expansion of the working medium takes place. For this purpose, the working medium flows through only one circumferentially extending flow channel section 21 per flow channel 12 in the radially inner region of the first rotor plate 10, i.e. H . not like in Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 several flow sections 21 connected to one another in loops. Accordingly, the working medium flows through only one flow channel section 17 running in the circumferential direction per flow channel 12 in the radially outer region of the first rotor plate 10, i.e. H . not like in Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 several flow channel sections 17 connected to one another in loops.
In Fig . 9 ist eine weitere Aus führungs form gezeigt , bei welcher die ersten Rotorplatten 10 und/oder die zweiten Rotorplatten 11 j eweils zumindest eine Aussparung 33 aufweisen . Die Aussparungen 33 können so angeordnet sein, dass eine Wärmeübertragung zwischen den Strömungen des Arbeitsmediums in Strömungskanälen 12 an unterschiedlichen Winkelpositionen der j eweiligen ersten Rotorplatte 10 reduziert , insbesondere im Wesentlichen unterbunden, wird . Weiters kann mit den Aussparungen 33 die Wärmeübertragung der Wärmeträgermedien in den Strömungskanälen der zweiten Rotorplatten 11 an benachbarten Kanälen reduziert , insbesondere im Wesentlichen unterbunden, werden . Weiters können die Aussparungen 33 so angeordnet sein, dass die Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmedium und dem Wärmeträgermedium im Wesentlichen nur an j enen Stellen erfolgen kann, bei welchen die Wärmeübertragung gewünscht ist . In Fig. 9 shows a further embodiment in which the first rotor plates 10 and/or the second rotor plates 11 each have at least one recess 33. The recesses 33 can be arranged in such a way that heat transfer between the flows of the working medium in flow channels 12 at different angular positions of the respective first rotor plate 10 is reduced, in particular essentially prevented. Furthermore, the heat transfer of the heat transfer media in the flow channels of the second rotor plates 11 to adjacent channels can be reduced, in particular essentially prevented, with the recesses 33. Furthermore, the recesses 33 can be arranged so that the heat transfer between the working medium and the heat transfer medium can essentially only take place at those points where the heat transfer is desired.
Fig . 10A zeigt eine erste Aus führungsvariante , bei welcher die ersten 10 und die zweiten Rotorplatten 11 in Blickrichtung der Rotationsachse 2 gesehen unrund, hier im Wesentlichen rechteckig, sind . In der gezeigten Aus führung sind die zwei kürzeren Seiten der ersten 10 bzw . zweiten Rotorplatten 11 gebogen und die zwei längeren Seiten der ersten 10 bzw . zweiten Rotorplatten 11 gerade ausgeführt . Fig. 10A shows a first embodiment variant in which the The first 10 and the second rotor plates 11 are out of round, here essentially rectangular, when viewed in the direction of rotation axis 2. In the embodiment shown, the two shorter sides of the first 10 or . second rotor plates 11 bent and the two longer sides of the first 10 or second rotor plates 11 are straight.
Fig 10B und Fig . I OC zeigen eine weitere im Wesentlichen rechteckige Aus führung des Rotorelements . In Fig . 10B ist eine der ersten Rotorplatten 10 dargestellt , wobei die Kanäle der benachbarten zweiten Rotorplatte 11 strichliert eingezeichnet sind . In Fig . I OC ist die zweite Rotorplatte 11 dargestellt . Mit dieser Aus führung ergeben sich die folgenden Unterschiede zu den oben beschriebenen Aus führungsbeispielen . Fig. 10B and Fig. I OC show another essentially rectangular design of the rotor element. In Fig. 10B shows one of the first rotor plates 10, with the channels of the adjacent second rotor plate 11 shown in dashed lines. In Fig. I OC shows the second rotor plate 11. This embodiment results in the following differences from the exemplary embodiments described above.
Wie aus Fig . 10B ersichtlich, weist die erste Rotorplatte 10 bei dieser Aus führungs form mehrere , bevorzugt zwischen 10 und 200 , vorzugsweise im Wesentlichen parallel verlaufende Strömungskanäle 12 für das Arbeitsmedium auf , welche sich zwischen den Eintrittsöf fnungen 13 und zumindest einer Austrittsöf fnung 14 , hier einer gemeinsamen Austrittsöf fnung 14 , erstrecken . Der besseren Übersicht halber sind in Fig . 10B sieben Strömungskanäle 12 pro Viertel der ersten Rotorplatte 10 , d . h . insgesamt 28 Strömungskanäle 12 , dargestellt . Die Strömungskanäle 12 weisen j eweils einen der weg von der Rotationsachse 2 nach außen führenden Verdichtungskanäle 15 , einen äußeren der ersten Wärmeübertragungskanäle 18 , einen Entspannungskanal 20 und einen inneren der ersten Wärmeübertragungskanäle 18 auf . Die ersten Wärmeübertragungskanäle 18 zur Ausbildung des äußeren Wärmetauschers und die ersten Wärmeübertragungskanäle 18 zur Ausbildung des inneren Wärmetauschers sind j eweils in unterschiedlichen Abständen von der Rotationsachse 2 angeordnet . Die ersten Wärmeübertragungskanäle 18 außen sind j eweils mit den entsprechenden ersten Wärmeübertragungskanälen 18 innen verbunden, so dass die Di f ferenzen der Abstände von der Rotationsachse 2 im Wesentlichen dieselben sind . Somit ist beispielsweise der innerste Kanal der parallelen, im Wesentlichen in Umfangsrichtung führenden ersten Wärmeübertragungskanäle 18 der inneren Wärmeübertragung auch mit dem innersten Kanal der parallelen, im Wesentlichen in Umfangsrichtung führenden ersten Wärmeübertragungskanäle 18 der äußeren Wärmeübertragung verbunden . Die beiden Radien der verbundenen inneren und äußeren Wärmeübertragungskanäle 18 sind darauf ausgelegt , dass die Temperaturdi f ferenz zwischen den inneren und äußeren Wärmeübertragungskanälen in allen parallel verlaufenden Kanälen im Wesentlichen gleich ist . Dies ermöglicht im Wesentlichen gleiche Temperaturverläufe sowie konstante Wärmeübertagungsleistungen in allen parallelen Wärmeübertragungskanälen, wodurch die Exergieverluste gering gehalten werden sowie es zu keiner bevorzugten Strömung aufgrund erhöhter oder verringerter Druckdi f ferenz kommt . As shown in Fig. 10B, the first rotor plate 10 in this embodiment has several, preferably between 10 and 200, preferably essentially parallel flow channels 12 for the working medium, which are located between the inlet openings 13 and at least one outlet opening 14, here a common one Exit opening 14 extend. For the sake of clarity, in Fig. 10B seven flow channels 12 per quarter of the first rotor plate 10, i.e. H . a total of 28 flow channels 12, shown. The flow channels 12 each have one of the compression channels 15 leading away from the axis of rotation 2 to the outside, an outer one of the first heat transfer channels 18, an expansion channel 20 and an inner one of the first heat transfer channels 18. The first heat transfer channels 18 for forming the outer heat exchanger and the first heat transfer channels 18 for forming the inner heat exchanger are each arranged at different distances from the axis of rotation 2. The first heat transfer channels 18 on the outside are each connected to the corresponding first heat transfer channels 18 on the inside, so that the differences in the distances from the axis of rotation 2 are essentially the same. Thus, for example, the innermost channel is the first parallel channel that leads essentially in the circumferential direction Heat transfer channels 18 of the internal heat transfer are also connected to the innermost channel of the parallel, essentially circumferentially leading first heat transfer channels 18 of the external heat transfer. The two radii of the connected inner and outer heat transfer channels 18 are designed so that the temperature difference between the inner and outer heat transfer channels is essentially the same in all parallel channels. This enables essentially the same temperature curves and constant heat transfer performance in all parallel heat transfer channels, which means that exergy losses are kept low and there is no preferred flow due to increased or reduced pressure differences.
Weiters strömt das Arbeitsmedium bei der Aus führungs form der Fig . 10B, I OC im Bereich der Wärmeübertragung quer zum Wärmeträgermedium, wobei dennoch niedrige Temperaturdi f ferenzen (und damit niedrige Exergieverluste ) auftreten . In Fig . 10A wird dies anhand der äußeren Wärmeübertragung gezeigt , indem das Arbeitsmedium in j edem der parallel geführten Kanäle während des Wärmeaustauschs derart verdichtet wird, dass sich eine konstante Temperatur in diesem Kanal einstellt . Uber die Anzahl und den Radiusunterschied im Bereich der Wärmeübertragung der parallel geführten Kanäle kann die Temperatursprei zung für das querströmende Wärmeträgermedium eingestellt werden . Durch die hohe Anzahl der parallel verlaufenden Kanäle (bei gleicher radialer Erstreckung wie bei den oben beschriebenen Aus führungen mit Schlei fen) sowie durch die vergleichsweise kurze Kanallänge ist der Druckverlust im Vergleich zu den anderen Aus führungen reduziert . Derselbe Ef fekt kann im Bereich der inneren Wärmeübertragung erzielt werden, wenn j eder der parallel geführten inneren Kanäle während des Wärmeaustauschs mit dem Wärmeträgermedium über eine Radiusreduktion in Strömungsrichtung derart expandiert wird, dass die Temperatur innerhalb eines Kanals konstant gehalten wird . Furthermore, the working medium flows in the embodiment of FIG. 10B, I OC in the area of heat transfer across the heat transfer medium, although low temperature differences (and thus low exergy losses) still occur. In Fig. 10A, this is shown using the external heat transfer, in that the working medium in each of the parallel channels is compressed during the heat exchange in such a way that a constant temperature is established in this channel. The temperature spread for the cross-flowing heat transfer medium can be adjusted via the number and radius difference in the heat transfer area of the parallel channels. Due to the high number of parallel channels (with the same radial extent as in the versions with loops described above) and the comparatively short channel length, the pressure loss is reduced compared to the other versions. The same effect can be achieved in the area of internal heat transfer if each of the parallel inner channels is expanded during heat exchange with the heat transfer medium via a radius reduction in the flow direction in such a way that the temperature within a channel is kept constant.
In Fig . 11 und Fig . 12 ist ein Teil des Rotorelements 4 der Aus führungs form gemäß Fig . 2A, Fig . 2B und Fig . 3 in größerem Detail dargestellt . Demnach erstrecken sich nebeneinander j eweils mehrere , im gezeigten Beispiel sechs , im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Strömungskanalabschnitte 21 im radial inneren Bereich, im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Strömungskanalabschnitte 17 im radial äußeren Bereich der ersten Rotorplatten 10 , im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte 24 des inneren Wärmetauschers und im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte 26 des äußeren Wärmetauschers der zweiten Rotorplatten 11 . Weiters ist in den Fig . 9 und Fig . 10 eine Endplatte 34 ohne Kanäle ersichtlich . In Fig. 11 and Fig. 12 is part of the rotor element 4 of the embodiment according to FIG. 2A, Fig. 2B and Fig. 3 shown in greater detail. Accordingly, they extend next to each other each several, in the example shown six, essentially circumferentially extending flow channel sections 21 in the radially inner region, essentially circumferentially extending flow channel sections 17 in the radially outer region of the first rotor plates 10, essentially circumferentially extending sections 24 of the inner heat exchanger and essentially Circumferentially extending sections 26 of the outer heat exchanger of the second rotor plates 11. Furthermore, in Figs. 9 and Fig. 10 an end plate 34 without channels can be seen.
Wie die Fig . 11 und Fig . 12 zeigen, sind die Strömungskanäle 12 der ersten Rotorplatten 10 und die zweiten Wärmeübertragungskanäle 22 der zweiten Rotorplatten 11 j eweils als Vertiefungen 35 ausgebildet , welche sich gegenüber den planen Außen- bzw . Verbindungs flächen 36 der ersten 10 bzw . zweiten Rotorplatten 11 einsenken . Durch das Stapeln der ersten 10 und zweiten Rotorplatten 11 bilden sich die geschlossenen Kanäle für das Arbeits- bzw . Wärmeträgermedium . Die ersten Rotorplatten 10 und die zweiten Rotorplatten 11 können über Di f fusionsverbindungen miteinander verbunden sein . Diese Verbindungen werden beispielsweise in der EP 3 885 691 beschrieben . As the Fig. 11 and Fig. 12 show, the flow channels 12 of the first rotor plates 10 and the second heat transfer channels 22 of the second rotor plates 11 are each designed as depressions 35, which are opposite the flat outer or. Connecting surfaces 36 of the first 10 or Lower the second rotor plates 11. By stacking the first 10 and second rotor plates 11, the closed channels for the working or. Heat transfer medium. The first rotor plates 10 and the second rotor plates 11 can be connected to one another via diffusion connections. These compounds are described, for example, in EP 3 885 691.
In Fig . 13 und der in Fig . 13 mit einem Rechteck markierten Detailansicht der Fig . 14 ist eine weitere Aus führungs form des Rotors dargestellt , wobei nachstehend nur auf die Unterschiede zu den vorangehenden Aus führungen eingegangen wird . Bei der Aus führungs form der Fig . 13 und Fig . 14 weisen die ersten Rotorplatten 10 nicht nur die Verdichtungskanäle 15 , die Entspannungskanäle 20 und die ersten Wärmeübertragungskanäle 18 für das Arbeitsmedium auf , sondern zudem die zweiten Wärmeübertragungskanäle 22 für das Wärmeträgermedium auf . Zu diesem Zweck weisen die ersten Rotorplatten 10 an ihren ersten Außenflächen 36A die Vertiefungen 35 zur Ausbildung der Verdichtungskanäle 15 , der Entspannungskanäle 20 und der ersten Wärmeübertragungskanäle 18 für das Arbeitsmedium und an ihren zweiten Außenflächen 36B Vertiefungen 35 zur Ausbildung der zweiten Wärmeübertragungskanäle 22 für das Wärmeträgermedium auf . Die zweiten Rotorplatten 11 sind als von den VertiefungenIn Fig. 13 and the one in Fig. 13 detailed view of Fig. marked with a rectangle. 14 shows a further embodiment of the rotor, with only the differences from the previous embodiments being discussed below. In the embodiment of FIG. 13 and Fig. 14, the first rotor plates 10 not only have the compression channels 15, the expansion channels 20 and the first heat transfer channels 18 for the working medium, but also the second heat transfer channels 22 for the heat transfer medium. For this purpose, the first rotor plates 10 have on their first outer surfaces 36A the depressions 35 for forming the compression channels 15, the expansion channels 20 and the first heat transfer channels 18 for the working medium and on their second outer surfaces 36B depressions 35 for forming the second heat transfer channels 22 for the heat transfer medium on . The second rotor plates 11 are as wells
35 freie Trennplatten zwischen den ersten Rotorplatten 10 angeordnet , um die Vertiefungen 35 der ersten Rotorplatten 10 im zur Ausbildung der Strömungskanäle 12 und der zweiten Wärmeübertragungskanäle 22 abzuschließen . 35 free separating plates are arranged between the first rotor plates 10 in order to close the depressions 35 of the first rotor plates 10 in order to form the flow channels 12 and the second heat transfer channels 22.
Bezugs zi f fernliste : Reference number remote list:
1 Rotor 1 rotor
2 Rotationsachse 2 rotation axis
3 Drehlagerungen 3 pivot bearings
4 Rotorelement 4 rotor element
5 Wasser-Anschlüsse 5 water connections
6 Gas-Anschlüsse 6 gas connections
7 Ventilator 7 fan
8 Ventilatorantrieb 8 fan drive
9 Drehdurchführungen 9 rotary unions
10 erste Rotorplatten 10 first rotor plates
11 zweite Rotorplatten 11 second rotor plates
12 Strömungskanäle der ersten Rotorplatten 10 12 flow channels of the first rotor plates 10
13 Eintrittsöf fnungen der Strömungskanäle 12 13 inlet openings of the flow channels 12
14 Austrittsöf fnungen der Strömungskanäle 12 14 outlet openings of the flow channels 12
15 Verdichtungskanal 15 compression channel
16 radial nach außen führender Strömungskanalabschnitt16 flow channel section leading radially outwards
17 in Umfangsrichtung verlaufender Strömungskanalabschnitt17 flow channel section running in the circumferential direction
18 erster Wärmeübertragungskanal 18 first heat transfer channel
19 radial nach innen führender Strömungskanalabschnitt19 flow channel section leading radially inwards
20 Entspannungskanal 20 relaxation channel
21 in Umfangsrichtung verlaufende Strömungskanalabschnitte21 flow channel sections running in the circumferential direction
22 zweite Wärmeübertragungskanäle 22 second heat transfer channels
23 innere Strömungskanäle der zweiten Rotorplatten 1123 inner flow channels of the second rotor plates 11
24 in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte der inneren Strömungskanäle 23 24 sections of the inner flow channels 23 running in the circumferential direction
25 äußere Strömungskanäle der zweiten Rotorplatten 1125 outer flow channels of the second rotor plates 11
26 in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte der äußeren Strömungskanäle 25 26 sections of the outer flow channels 25 running in the circumferential direction
27 Eingangsöf fnungen 27 entrance openings
28 Ausgangsöf fnungen 28 exit openings
29 weitere Eingangsöf fnungen 29 additional entrance openings
30 weitere Ausgangsöf fnungen 30 additional exit openings
31 Durchtrittsöf fnungen der ersten Rotorplatten 10 31 passage openings of the first rotor plates 10
32 Durchgangsöf fnungen der zweiten Rotorplatten 11 32 through openings in the second rotor plates 11
33 Aussparungen 33 cutouts
34 Endplatte 34 end plate
35 Vertiefungen 36 Außen bzw. Verbindungsflächen35 wells 36 exterior or connecting surfaces
37 Motor 37 engine

Claims

Ansprüche : Expectations :
1. Rotor (1) , insbesondere Rotationswärmepumpe, aufweisend: eine Rotationsachse (2) , eine Anzahl von Verdichtungskanälen (15) , in welchen ein Arbeitsmedium, insbesondere ein Gas, bevorzugt ein Edelgas, zur Druckerhöhung aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung von der Rotationsachse (2) weggeführt wird, eine Anzahl von Entspannungskanälen (20) , in welchen das Arbeitsmedium zur Druckverringerung aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung zur Rotationsachse (2) hin geführt wird, eine Anzahl von ersten Wärmeübertragungskanälen (18) für das Arbeitsmedium und eine Anzahl von zweiten Wärmeübertragungskanälen (22) für ein Wärmeträgermedium, insbesondere eine Flüssigkeit, so dass Wärme zwischen dem in den ersten Wärmeübertragungskanälen (18) strömenden Arbeitsmedium und dem in den zweiten Wärmeübertragungskanälen (22) strömenden Wärmeträgermedium übertragen wird, gekennzeichnet durch eine Anzahl von ersten (10) und zweiten Rotorplatten (11) , welche die Verdichtungskanäle (15) , die Entspannungskanäle (20) , die ersten Wärmeübertragungskanäle (18) für das Arbeitsmedium und die zweiten Wärmeübertragungskanäle (22) für das Wärmeträgermedium aufweisen, wobei die ersten (10) und die zweiten Rotorplatten (11) entlang ihrer Haupterstreckungsebenen miteinander verbunden sind . 1. Rotor (1), in particular a rotary heat pump, comprising: a rotation axis (2), a number of compression channels (15), in which a working medium, in particular a gas, preferably a noble gas, for increasing the pressure due to the centrifugal acceleration from the rotation axis (2) is led away, a number of expansion channels (20) in which the working medium is guided towards the axis of rotation (2) to reduce the pressure due to the centrifugal acceleration, a number of first heat transfer channels (18) for the working medium and a number of second heat transfer channels (22) for a heat transfer medium, in particular a liquid, so that heat is transferred between the working medium flowing in the first heat transfer channels (18) and the heat transfer medium flowing in the second heat transfer channels (22), characterized by a number of first (10) and second rotor plates (11) , which have the compression channels (15), the expansion channels (20), the first heat transfer channels (18) for the working medium and the second heat transfer channels (22) for the heat transfer medium, the first (10) and the second rotor plates (11) along their Main extension levels are connected to each other.
2. Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von ersten Rotorplatten (10) jeweils zumindest einen der Verdichtungskanäle (15) , zumindest einen der Entspannungskanäle (20) und zumindest einen der ersten Wärmeübertragungskanäle (18) für das Arbeitsmedium und die Anzahl von zweiten Rotorplatten (11) jeweils zumindest einen der zweiten Wärmeübertragungskanäle (22) für das Wärmeträgermedium aufweisen. 2. Rotor (1) according to claim 1, characterized in that the number of first rotor plates (10) each has at least one of the compression channels (15), at least one of the expansion channels (20) and at least one of the first heat transfer channels (18) for the working medium and the number of second rotor plates (11) each have at least one of the second heat transfer channels (22) for the heat transfer medium.
3. Rotor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Rotorplatten (10) jeweils zumindest einen Strömungskanal (12) mit einem vorzugsweise im Wesentlichen radial nach außen verlaufenden Strömungskanalabschnitt (16) zur Ausbildung eines der Verdichtungskanäle (15) und/oder mit einem vorzugsweise im Wesentlichen radial nach innen verlaufenden Strömungskanalabschnitt (19) zur Ausbildung eines der Entspannungskanäle (20) und/oder mit einem vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitt (17, 21) zur Ausbildung eines der ersten Wärmeübertragungskanäle (18) aufweisen, wobei der zumindest eine Strömungskanal (12) an einem ersten Ende eine Eintrittsöffnung (13) für das Arbeitsmedium und an einem zweiten Ende eine Austrittsöffnung (14) für das Arbeitsmedium aufweist. 3. Rotor (1) according to claim 2, characterized in that the first rotor plates (10) each have at least one flow channel (12) with a preferably substantially radially outwardly extending flow channel section (16) to form one of the compression channels (15) and / or with a preferably substantially radially inwardly extending flow channel section (19) to form one of the expansion channels (20) and/or with a preferably substantially circumferentially extending flow channel section (17, 21) to form one of the first heat transfer channels (18), wherein the at least one flow channel (12) has an inlet opening (13) for the working medium at a first end and an outlet opening (14) for the working medium at a second end.
4. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilator (7) zur Aufrechterhaltung der Strömung des Arbeitsmediums vorgesehen ist, wobei bevorzugt die Eintrittsöffnungen (13) mit einem Ausgang des Ventilators (7) und/oder die Austrittsöffnungen (14) mit einem Eingang des Ventilators (7) verbunden sind. 4. Rotor (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that a fan (7) is provided to maintain the flow of the working medium, the inlet openings (13) preferably having an outlet of the fan (7) and / or the outlet openings (14) are connected to an input of the fan (7).
5. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Rotorplatten (10) jeweils mehrere Strömungskanäle (12) jeweils mit zumindest einem vorzugsweise im Wesentlichen radial nach außen verlaufenden Strömungskanalabschnitt (16) und/oder mit zumindest einem vorzugsweise im Wesentlichen radial nach innen verlaufenden Strömungskanalabschnitt (19) und/oder mit zumindest einem vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanalabschnitt (17, 21) aufweisen. 5. Rotor (1) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the first rotor plates (10) each have a plurality of flow channels (12), each with at least one preferably substantially radially outwardly extending flow channel section (16) and / or with at least a preferably substantially radially inwardly extending flow channel section (19) and/or with at least one preferably substantially circumferentially extending flow channel section (17, 21).
6. Rotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (12) der ersten Rotorplatten (10) jeweils zur Ausbildung mehrerer erster Wärmeübertragungskanäle (10) mehrere vorzugsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Strömungskanalabschnitte (17, 21) in unterschiedlichen Radialabständen zur Rotationsachse (2) aufweisen. 6. Rotor (1) according to claim 5, characterized in that the flow channels (12) of the first rotor plates (10) each have a plurality of flow channel sections (17, 21) which preferably run essentially in the circumferential direction in order to form a plurality of first heat transfer channels (10). Have radial distances from the axis of rotation (2).
7. Rotor (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Strömungskanäle (12) der ersten Rotorplatten (10) bezüglich einer in axialer und radialer Richtung auf gespannten Symmetrieebene gespiegelt angeordnet sind, wobei sich die zwei benachbarten Strömungskanäle (12) eine gemeinsame Eintritts- (13) und eine gemeinsame Austrittsöffnung (14) für das Arbeitsmedium teilen. 7. Rotor (1) according to claim 5 or 6, characterized in that two adjacent flow channels (12) of the first rotor plates (10) are arranged mirrored with respect to a tensioned plane of symmetry in the axial and radial directions, the two adjacent flow channels (12 ) share a common inlet (13) and a common outlet opening (14) for the working medium.
8. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Rotorplatten (11) jeweils zumindest einen inneren Strömungskanal (23) und zumindest einen äußeren Strömungskanal (25) jeweils zur Ausbildung eines der zweiten Wärmeübertragungskanäle (22) aufweisen, wobei der äußere Strömungskanal (25) in radialer Richtung weiter außen als der innere Strömungskanal (23) angeordnet ist. 8. Rotor (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the second rotor plates (11) each have at least one inner flow channel (23) and at least one outer flow channel (25) each to form one of the second heat transfer channels (22). have, wherein the outer flow channel (25) is arranged further outward in the radial direction than the inner flow channel (23).
9. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Rotorplatten (10) die zweiten Wärmeübertragungskanäle (22) für das Wärmeträgermedium aufweisen . 9. Rotor (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first rotor plates (10) have the second heat transfer channels (22) for the heat transfer medium.
10. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungskanäle (15) , die Entspannungskanäle (20) und die ersten Wärmeübertragungskanäle (18) für das Arbeitsmedium als Vertiefungen (35) ausgehend von vorzugsweise im Wesentlichen planen ersten Außenflächen (36A) der ersten Rotorplatten (10) ausgebildet sind, wobei die zweiten Wärmeübertragungskanäle (22) für das Wärmeträgermedium i. als Vertiefungen (35) ausgehend von vorzugsweise im Wesentlichen planen Außenflächen (36) der zweiten Rotorplatten (11) oder ii. als Vertiefungen (35) ausgehend von vorzugsweise im Wesentlichen planen zweiten Außenflächen (36B) der ersten Rotorplatten (10) ausgebildet sind. 10. Rotor (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the compression channels (15), the expansion channels (20) and the first heat transfer channels (18) for the working medium are preferably essentially plan as depressions (35). first outer surfaces (36A) of the first rotor plates (10) are formed, the second heat transfer channels (22) for the heat transfer medium i. as depressions (35) starting from preferably essentially flat outer surfaces (36) of the second rotor plates (11) or ii. are formed as depressions (35) starting from preferably essentially flat second outer surfaces (36B) of the first rotor plates (10).
11. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Rotorplatten (10) und die zweiten Rotorplatten (11) über Diffusionsverbindungen miteinander verbunden sind. 11. Rotor (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the first rotor plates (10) and the second rotor plates (11) are connected to one another via diffusion connections.
12. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (10) und die zweiten Rotorplatten (11) jeweils im Wesentlichen kreisförmig oder unrund, insbesondere im Wesentlichen rechteckig, sind. 12. Rotor (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the first (10) and the second rotor plates (11) are each substantially circular or non-round, in particular substantially rectangular.
13. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) , insbesondere einer Rotationswärmepumpe, mit den Schritten: 13. Method for producing a rotor (1), in particular a rotary heat pump, with the steps:
Vorsehen von ersten Rotorplatten (10) , Vorsehen von zweiten Rotorplatten (11) , Ausbilden von Verdichtungskanälen (15) , Entspannungskanälen (20) , ersten Wärmeübertragungskanälen (18) für ein Arbeitsmedium und zweiten Wärmeübertragungskanälen (22) für ein Wärmeträgermedium in den ersten (10) und/oder in den zweiten Rotorplatten (11) , Providing first rotor plates (10), providing second rotor plates (11), forming compression channels (15), expansion channels (20), first heat transfer channels (18) for a working medium and second heat transfer channels (22) for a heat transfer medium in the first (10th). ) and/or in the second rotor plates (11),
Stapeln der ersten (10) und zweiten Rotorplatten (11) , Verbinden der ersten Rotorplatten (10) mit den zweiten Rotorplatten (11) entlang ihrer Haupterstreckungsebenen, und Drehlagerung eines aus den ersten (10) und den zweiten Rotorplatten (11) gebildeten Rotorelements (4) um eine Rotationsachse (2) . Stacking the first (10) and second rotor plates (11), connecting the first rotor plates (10) to the second rotor plates (11) along their main extension planes, and rotary mounting of a rotor element formed from the first (10) and the second rotor plates (11) ( 4) about a rotation axis (2).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Rotorplatten (10) und die zweiten Rotorplatten (11) durch Diffusion-Bonding miteinander verbunden werden. 14. The method according to claim 13, characterized in that the first rotor plates (10) and the second rotor plates (11) are connected to one another by diffusion bonding.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungs- (15) , die Entspannungs- (20) , die ersten Wärmeübertragungskanäle (18) und/oder die zweiten Wärmeübertragungskanäle (22) bevorzugt durch Ätzen oder Fräsen in den ersten und/oder in den zweiten Rotorplatten (11) ausgebildet werden. 15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the compression (15), the expansion (20), the first heat transfer channels (18) and / or the second heat transfer channels (22) preferably by etching or milling in the first and/or are formed in the second rotor plates (11).
PCT/EP2023/075263 2022-09-14 2023-09-14 Rotor WO2024056788A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22195656.8A EP4339534A1 (en) 2022-09-14 2022-09-14 Rotor
EP22195656.8 2022-09-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024056788A1 true WO2024056788A1 (en) 2024-03-21

Family

ID=83318960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/075263 WO2024056788A1 (en) 2022-09-14 2023-09-14 Rotor

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4339534A1 (en)
WO (1) WO2024056788A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895491A (en) * 1973-10-11 1975-07-22 Michael Eskeli Turbine with dual rotors
US3937034A (en) * 1973-09-20 1976-02-10 Michael Eskeli Gas compressor-expander
WO2015103656A1 (en) 2014-01-09 2015-07-16 Ecop Technologies Gmbh Device for converting thermal energy
EP3885691A1 (en) 2018-11-22 2021-09-29 Sumitomo Precision Products Co., Ltd. Diffusion-bonded heat exchanger

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3937034A (en) * 1973-09-20 1976-02-10 Michael Eskeli Gas compressor-expander
US3895491A (en) * 1973-10-11 1975-07-22 Michael Eskeli Turbine with dual rotors
WO2015103656A1 (en) 2014-01-09 2015-07-16 Ecop Technologies Gmbh Device for converting thermal energy
EP3885691A1 (en) 2018-11-22 2021-09-29 Sumitomo Precision Products Co., Ltd. Diffusion-bonded heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
EP4339534A1 (en) 2024-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014004322B4 (en) Heat recovery system and plate heat exchanger
EP1305561B1 (en) Heat transfer device
DE69018338T2 (en) Gas turbine.
DE112004001703T5 (en) Heat exchanger with shaped discs
DE3015628A1 (en) PRESSURE BEARING / COUPLING DEVICE AND AUQUIDED MACHINE
DE3301304A1 (en) COOLING SYSTEM WITH A COMPRESSOR IN SPIRAL DESIGN
DE2316964A1 (en) MULTI-STAGE IN-LINE SPIN COMPRESSOR AND MULTIPLE COOLING UNIT
EP2798297B1 (en) Method for manufacturing at least two different heat exchangers
DE3540445A1 (en) TWO-CYLINDER ROTATIONAL COMPRESSOR
DE4330037A1 (en) Pressure-wave machine with integral combustion and method for cooling the rotor of the said pressure-wave machine
DE3019642A1 (en) SNAIL WORKING MACHINE FOR FLUIDE
DE69632837T2 (en) GAS TURBINE WHERE THE REFRIGERANT IS RE-USED
EP1507672A1 (en) Device for air-conditioning a vehicle
EP1477761B1 (en) Plate heat exchanger
EP1456591B1 (en) Heat transfer device
WO2024056788A1 (en) Rotor
DE112006003397T5 (en) Fuel cell compressor system
DE102017215090A1 (en) Stator disc pack for an electric machine
DE102008019320A1 (en) Heat exchanger, particularly exhaust gas evaporator for motor vehicle, has heat exchanger block and two axial termination devices, where heat exchanger block has axial inlets and axial outlets
EP3507495B1 (en) Screw-type vacuum pump
EP2503275B1 (en) Heat exchanger
EP3655652B1 (en) Reciprocating piston machine with cooling device
DE102010037946A1 (en) heat engine
DE2516637A1 (en) ROTARY PISTON COMPRESSOR FOR THE STEP-BY-STEP COMPRESSION OF GAS
DE102019202566A1 (en) Rotor for an electrical machine with cooling channels

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23771844

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1