SE2000219A1 - Metod och anordning för att värma och kyla - Google Patents

Abstract

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

Description

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

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

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

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

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

Uppfinningen innefattar en i en cylinder fast anordnad impeller som roterar med cylindern då dennabringas att rotera via en elmaskin. Vid rotationen sugs för ändamålet lämplig gas in i cylindern viddess centrum via en passage, ett hål, och komprimeras genom att via centrifugalkraft tvingas motcylinderns periferi. Vid ett givet konstant varvtal avstannar tillförseln av gas när centrifugalkraftenspåverkan av molekylerna i gasen balanseras av trycket i den komprimerade gasen.

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

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

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

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

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

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

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

Fig 2. Cylinder, sedd framifrån 1 och från sidan 2, vilken bringas att rotera via en drivanordningbestående av en elmaskin 3 kopplad till cylindern via en drivaxel 4. l cylindern är en impeller 5 fastangjord mellan cylinderns fram- och baksida. Enligt figuren ansluter inte impellern till cylindernsperifera insida vilket den kan göra i ett alternativt utförande. När cylindern bringas rotera sugs luft,eller annan gas, in i cylindern via en öppning för gasens passage 6. Den tillförda gasen bringas,orsakat av radialt verkande centrifugalkraft, att under kompression förflyttas mot cylinderns periferainsida där gastrycket blir som störst. Cylindern innesluts av ett kylmedium, exempelvis omgivningsluft12. När cylinderns rotation bromsas in expanderar den i cylindern befintliga gasen under fallandetemperatur och flödar ut via öppningen 6. Vid inbromsningen kan energi återvinnas genom attelmaskinen 3 bringas att generera elektricitet som exempelvis lagras i ett batteri eller återförs tillelnätet, ej visat i figur.

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

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

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

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

Claims (1)

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