SE2000219A1

SE2000219A1 - Method and device for heating and cooling

Info

Publication number: SE2000219A1
Application number: SE2000219A
Authority: SE
Inventors: Mats Hedman
Original assignee: Mats Hedman
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-05-20
Also published as: SE545900C2

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.Method and device for cooling and/or heating a space, for example a building, with a device consisting of at least one cylinder, an impeller fixed inside the cylinder, an opening in the center of the cylinder for the passage of gas a drive device belonging to the cylinder consisting of an electric machine with a drive shaft. When the cylinder is rotated, gas is drawn in and compressed and emits heat for heating. When the rotation stops, cold gas flows out of the cylinder to be used for cooling.

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. Method and device for heating and cooling The present invention can be applied when heating and cooling, for example, a house or other space, or form a component in a compressor system, etc.

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.The invention characteristically applies to a new type of centrifugal compressor, which works in three stages: Stage 1 means that the compressor is made to rotate at increasing speed, whereby gas is sucked in centrally and compressed through radially acting g-force while giving off heat to a cooling medium.

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.Stage 2 means that during an essentially constant speed, continued heat is emitted from the compressed gas and that gas continues to be sucked in and compressed as long as heat is emitted.

Steg 3 innebär att kompressorn bringas rotera under sjunkande varvtal varvid gasen expanderarunder upptagande av värme och evakueras centralt.Step 3 means that the compressor is made to rotate at a decreasing speed, whereby the gas expands while absorbing heat and is evacuated centrally.

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.Stages 1 and 2 are labor intensive and are performed by an electric machine. Stage 3 is productive because the attel machine is brought to slow down the rotation by generating electricity and thereby recovering part of the electrical energy that was consumed during Stage 1 and When compressing air or other gas, the compressed gas becomes hot, whereby heat is channeled for, for example, heating a space. If, after the heat is dissipated, the compressed gas is allowed to expand, it becomes cold and can be used for cooling. One space can be heated and another space cooled at the same time.

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.The invention includes an impeller fixed in a cylinder which rotates with the cylinder when it is made to rotate via an electric machine. During the rotation, suitable gas for the purpose is sucked into the cylinder at its center via a passage, a hole, and compressed by being forced against the periphery of the cylinder via centrifugal force. At a given constant speed, the supply of gas stops when the centrifugal force of the molecules in the gas is balanced by the pressure in the compressed gas.

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.During compression, the gas temperature rises and the cylinder heats up. If, during rotation, the cylinder is cooled by ambient air, or another cooling medium, additional supply of relevant gas takes place because the cooling lowers the gas pressure. This can in principle continue until the temperature in the cylinder is the same as the coolant. Compression that occurs during simultaneous cooling reduces energy consumption. Reheating of the cylinder takes place in an adapted way so that heat in the gas being compressed is led away to as the heat is produced, the compression can take place isothermally.

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.When the gas, according to the decision of an electronic control system, must be sufficiently compressed and cooled via heat removal for heating a space, the rotation of the electric machine is slowed down for the generation and recovery of electrical energy, whereby the contents of the cylinder, noticeably cold gas as heat has been released during the compression, flows out through the hole, the passage in the center, where the gas was supplied. An armature can provide the hole, for example arranged to take in gas that is to be compressed from one direction and release expanded cold gas in another direction, whereby the cold gas can be used for cooling purposes or that the gas, after supplying heat from, for example, the atmosphere, earth or lake, via a closed line is returned to the fixture to be compressed again. Advantageously, a line between the fixture's discharge of de-expanded gas and the inlet of gas to be compressed is arranged in a closed loop.

Enklast möjliga tillämpning av uppfinningen är vid användning av luft i ett öppet system.The simplest possible application of the invention is when using air in an open 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".For maximum production of heat and/or cooling for a certain device size, the process must be repeated optimally, which can be tested in a laboratory, and conditions and control parameters are specified in an electronic control system. "The cylinder rotates, giving off heat for possible heating, up to a certain constant speed, which prevails for a certain time, the rotation of the cylinder is slowed down via the generation of electricity, gas is led to space for cooling or to the environment".

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.The process characteristically takes place repeatedly and characteristically in batches, a defined portion of gas is supplied to the cylinder, which means that the method can be carried out with a device which, compared to devices for continuous heating and/or cooling, becomes simpler, smaller in terms of size, with consequent lower cost for manufacturing and operation.

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.The following illustration supplements the above description of the invention. An electronically-based control system with associated software and sensors/transducers as well as control devices is self-evident today. It is part of the device and is not specifically accounted for, but control systems and regulatory bodies are mentioned if and when appropriate.

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 1. A cylinder seen from the front 1 and from the side 2 which is to be made to rotate via a drive device, an electric machine 3, connected to the cylinder via a drive shaft 4. In the cylinder there is an impeller 5 not visible from the outside, which is illustrated in Fig2. The impeller is fixed in the cylinder, which means that when the cylinder is rotated, the impeller is also rotated. In the middle of the front of the cylinder there is an opening 6 for the passage of air or other gas. The relationship between the diameter of the cylinder, from the front 1, and its length, from the side 2, may be different than what is indicated in the figure. Ex. the cylinder can be made relatively longer.

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 2. Cylinder, seen from the front 1 and from the side 2, which is made to rotate via a drive device consisting of an electric machine 3 connected to the cylinder via a drive shaft 4. l the cylinder is an impeller 5 fixed between the front and back of the cylinder. According to the figure, the impeller does not connect to the peripheral inside of the cylinder, which it can do in an alternative embodiment. When the cylinder is made to rotate, air or other gas is sucked into the cylinder via an opening for the gas passage 6. The supplied gas is caused by radially acting centrifugal force to move under compression towards the peripheral inside of the cylinder where the gas pressure is greatest. The cylinder is enclosed by a cooling medium, for example ambient air12. When the rotation of the cylinder is slowed down, the gas in the cylinder expands under falling temperature and flows out via the opening 6. During braking, energy can be recovered through the power generator 3 to generate electricity that is, for example, stored in a battery or fed back to the grid, not shown in the figure.

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 3. An armature 7 is gas-tightly attached to the hole 6 and does not rotate when the cylinder rotates. At increasing speed, gas flows in via a line 10 on one side of the fixture illustrated via an arrow. An arrow illustrates that gas flows out via a line 11 when the cylinder is wound down. A line between the fixture's outlet 11 of expanded gas and inlet 10 of gas to be compressed can be arranged in a closed loop, not shown in figure.

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.Fig 4. The inventive device is placed in relation to a wall 15, to the right of the wall, where the device with the cylinder 2 and the electric machine 3 etc. is placed in a space that is heated by friction, for example in a building. The fixture 7 is present in the wall and opens outdoors from where air is brought in and out via the fixture illustrated via the bidirectional arrow 9. Heat is moved from outside air to the space in the building to be heated.

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.If one imagines the opposite situation, that to the right of the wall 15 is the device with cylinder 2 and electric machine 3 etc. outdoors and that to the left of the wall the mouth fitting 7 is in a space in a building that is to be cooled. Heat is then moved from the space in the building to outside air.

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.The invention is not limited to the exemplary embodiment shown in the figures, but modifications can be made within the framework of the following patent claims. The word gas in the requirements includes air.

Claims

1.Method for producing heat and/or cooling in a device comprising at least one cylinder, seen from the front (1) and seen from the side (2), a drive device belonging to the cylinder, surrounded by cooling medium (12), consisting of an electric machine ( 3) with a drive shaft (4), an impeller (5) fixed inside the cylinder, an opening (6) located in the center of the cylinder for the passage of gas, whereby the cylinder is brought into rotation and a portion, or a batch, of gas is sucked into the cylinder and is compressed during simultaneous cooling, after which the rotation is brought to an end and during expansion said portion of gas flows, significantly cooled, out of the cylinder. characterized by the procedure being repeated. Method according to claim 1, characterized in that the cylinder is revved up to a constant speed determined by the control system, whereby during the removal of heat gas continues to be sucked in. Method according to claim 2, characterized in that the cylinder is slowed down via braking of the drive device, whereby outflow of gas cooled by expansion takes place via the opening (6). Method according to claims 2 and 3, characterized in that the described process is repeated as long as there is a need for heat and/or cooling. Device for carrying out the method according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that it comprises at least one cylinder, seen from the front (1) seen from the side (2), a drive device belonging to the cylinder consisting of an electric machine (3) with a drive shaft (4), an impeller (5) fixed inside the cylinder, an opening in the center of the cylinder (6) for the passage of gas.