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Patent Searching and Data


Title:
PRESSURE VESSEL AND APPARATUS HAVING A PRESSURE VESSEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/160838
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a pressure vessel (1) which is filled with a working medium (2, 3) and is mounted rotatably about an axis (15), comprising a plurality of chamber levels (4, 6) which are interconnected via channels (5.1 to 5.x, 7.1 to 7.x), wherein: the chamber levels (4, 6) run parallel to one another in the axial direction; in the region of the external diameter (a), the at least one compression chamber level (4) is connected via a pressure channel (5.1 to 5.x) to a mixing vortex chamber (6); a separating region (14) having a droplet separator element (19) is provided in an internal diameter region (c) in the mixing vortex chamber (6) and a return channel (7.1 to 7.x) is provided which leads back from the separating region (14) into the compression chamber (4). The mixing vortex chamber (6) has a first level and a second level, a plurality of flow elements (25) being arranged in the first level, at least between the external diameter region (a) and the internal diameter region (c), and being shaped in such a way that, as the working medium flows around same, it is compressed upstream of the flow elements (25) and forms a vortex downstream of the flow elements (25), when viewed in the flow direction.

Inventors:
KRANEN ROLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/000036
Publication Date:
August 13, 2020
Filing Date:
February 08, 2020
Export Citation:
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Assignee:
KRANEN ROLF (DE)
International Classes:
F25B3/00; H01L35/28
Domestic Patent References:
WO2015165432A22015-11-05
Foreign References:
DE102014005326A12015-10-15
DE102014005326A12015-10-15
DE102004013346B32005-09-22
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Claims:
Patentansprüche

1. Druckkörper (1 ) der mit einem Arbeitsmedium (2,3) gefüllt ist und um eine Achse (15) drehbar gelagert ist, aufweisend mehrere Kammerebenen (4, 6), die untereinander über Kanäle (5.1 bis 5.x , 7.1 bis 7.x) in Verbindung stehen, wobei die Kammer ebenen (4, 6) in Axialrichtung gesehen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die zumindest eine Kompressionskammerebene (4), im Bereich des äußeren Durchmessers (a) mit einer Misch-Wirbelkammer (6), über einen Druckkanal (5.1 bis 5.x) verbunden ist, und wobei in der Misch-Wirbelkammer (6), auf einem inneren Durchmesserbereich (c) ein Trennbereich (14) mit einem Tropfenabscheiderelement (19) vorgesehen ist und vom Trennbereich (14) ein Rückführkanal (7.1 bis 7.x) vorgesehen ist, der zurück in die Kompressionskammer (4) führt,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Misch-Wirbelkammer (6) eine erste Ebene (27a) und eine zweite Ebene (27b) aufweist, wobei in der ersten Ebene (27a), zumindest zwischen dem äußeren Durchmesserbereich (a) und dem inneren Durchmesserbereich (c), mehrere Strömungselemente (25) angeordnet sind, die derart geformt sind, dass das Arbeitsmedium beim umströmen dieser, in Strömungsrichtung gesehen vor den Strömungselementen (25) gestaucht und hinter den Strömungselementen (25) verwirbelt wird.

2. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Strömungselemente (25) zur Drehachse (15) gesehen parallele oder im Winkel zur Drehachse (15) ausgerichtete Profilstäbe sind.

3. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Strömungselemente (25) eine profilierte Oberfläche aufweisen.

4. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

dass die Strömungselemente (25) auf mehreren konzentrischen Kreisen um die Drehachse (15) angeordnet sind.

5.Druckkörper (1 ) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Strömungselemente (25) auf den konzentrischen Kreisen versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Druckkörper (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kompressionskammerebene (4) mehrere Segmentdruckkammern

(28a, b..) und die erste Ebene (27a) der Misch-Wirbelkammer (6) mehrere Segmentmischkammern (29a, b,...) aufweist, wobei jede Segmentdruckkammer (28a, b..) über jeweils einen separaten Druckkanal (5.1 bis 5.x) und separaten Rückführkanal (7.1 bis

7.x) mit einer zugeordneten Segmentmischkammer (29a, b,...) in der ersten Ebene (27a) verbunden ist.

7. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6

dadurch gekennzeichnet,

dass jede Segmentdruckkammer (28a, b..) im radial äußeren Durchmesserbereich (a) an einen Druckkanal (5.1 bis 5.x) angeschlossen ist, dessen Einlassöffnung (30) in die Segmentdruckkammer (28a, b..) hineinragt, wobei die Auslassöffnung (31 ) des Druckkanals (5.1 bis 5.x) eine Düse (13) umfasst, wobei die Düse (13) in Radialrichtung so weit in die zugeordnete Segmentmischkammer (29a, b,...) hineinragt, dass die Auslassöffnung (31 ) der Düse (13) gegenüber der Einlassöffnung (30) radial weiter innen angeordnet ist.

8. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass jeder Druckkanal (5.1 bis 5.x) eine Ventil (26) umfasst, mittels dem der Durchlass von Arbeitsmedium (2) durch den Druckkanal (5.1 bis 5.x) regelbar ist. 9. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Sensor (28) zwischen zumindest einer Auslassöffnung (31 ) und einem Rückführkanal (7.1 bis 7.x) vorgesehen ist.

10. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen der erste Ebene (27a) und eine zweite Ebenen (27b) der Misch- Wirbelkammer (6) eine Zwischenscheibe (24) angeordnet ist, wobei im inneren und äußeren Durchmesserbereich (a, c) Öffnungen (10,12) in der Zwischenscheibe (24) vorgesehen sind, durch die gasförmiges Arbeitsmedium strömen kann.

11. Druckkörper ( 1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Tropfenabscheiderelement (19) ein Demister, ein Silikat, ein Zentrifugalabscheider oder eine Umdenkkammer ist.

12. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Segmentdruckkammern (28a, b, ... ) und/oder die Segmentmischkammern spiralförmig ausgeführt sind und in der zweiten Ebene (27b) Führungselemente (29) angeordnet sind.

13. Druckkörper (1 ) nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass jeweils 6-12 Segmentdruckkammern (28a, b, ... ) und Segmentmischkammern vorgesehen sind.

14. Vorrichtung umfassend Druckkörper (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Antrieb mit einem Motor aufweist, wobei ein oder mehrere Druckkörper auf einer Welle (32) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Beschleunigungseinrichtung, zur kurzzeitigen Unterstützung beim beschleunigen auf Nenndrehzahl, vorgesehen ist.

Description:
Druckkörper und Vorrichtung mit Druckkörper

Die Erfindung betrifft einen Druckkörper der mit einem Arbeitsmedium gefüllt und um eine Achse drehbar gelagert ist. Der Druckkörper hat einen scheibenförmigen Aufbau und umfasst mehrere Ebenen, die über Verbindungskanäle miteinander verbunden sind.

Ein derartiger Grundaufbau ist grundsätzlich bereits aus der DE 10 2014 005 326 A1 bekannt. Der scheibenförmige Druckkörper besteht aus einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkammer die miteinander über Verbindungskanäle verbunden sind. Der Druckkörper ist mit einem unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Arbeitsmedium gefüllt. Die Füllmenge ist derart gewählt, dass das Arbeitsmedium, im Ruhezustand des Druckkörpers, in der unten angeordneten Hochdruckkammer verflüssigt vorliegt und in der oben angeordneten Niederdruckkammer im gasförmigen Zustand vorliegt. Im

Ruhezustand herrscht im gesamten Druckkörper ein einheitlicher Druck po .

Wird der Druckkörper in Rotation versetzt findet im inneren ein Prozess statt, bei dem innerhalb des Druckkörpers unterschiedliche Druckniveaus entstehen. Es findet ein Kälte-Prozess statt der direkt mit dem Prozess in einem Kältekompressor einer Kälteanlage vergleichbar ist. Die Hochdruckkammer übernimmt dabei die Funktion des

Kondensators und die Niederduckkammer zusammen mit der Wirbelkammer die

Funktion des Verdampfers. Der Verbindungskanal im äußeren Durchmesserbereich zwischen Hochdruckkammer und Niederduckkammer umfasst eine Drossel oder Düse und der Verbindungskanal im inneren Durchmesserbereich zwischen Niederdruckkammer und Hochdruckkammer umfasst ein Tropfenabscheiderelement. Die Kompressorwirkung bzw. die Kompressorfunktion wird durch die Rotation des Druckkörpers erreicht. Der bei der Drehung des Druckkörpers stattfindende Kälte-Prozess bewirkt, dass sich die Kammerwände entsprechend erhitzen bzw. abkühlen. Zwischen den unterschiedlichen Kammerwänden ergibt sich eine Temperaturdifferenz.

Weiterhin sind Gaszentrifugen zum Erzeugen von Temperaturdifferenzen bekannt. So wird beispielsweise in der DE10 2004 013 346 A1 eine Gaszentrifuge beschrieben, bei welcher ein kompressibles Arbeitsmedium in einen doppelwandigen Rotor eingeleitet wird, in dem sich infolge der wirksamen Zentrifugalkräfte das Arbeitsmedium verdichtet und erwärmt. Die Wärme des Arbeitsmediums wird über eine Wärmeübertragungsfläche am Außenzylinder der Zentrifuge auf ein Kühlmittel übertragen und abgeführt. Beim anschließenden Entspannen des Arbeitsmediums erfolgt die weitere Abkühlung auf ein geringeres Temperaturniveau als die jeweilige Eingangstemperatur.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, den Aufbau des Druckkörpers derart zu verbessern, dass der Wirkungsgrad gesteigert wird.

Erfindungsgemäß wird ein Druckkörper vorgeschlagen, der mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist und der um eine Achse drehbar gelagert ist. Über einen Antrieb kann der Druckkörper in Rotation versetzt werden.

Der Druckkörper umfasst mehrere Kammerebenen, die untereinander über Kanäle in Verbindung stehen, wobei die Kammerebenen in Axialrichtung gesehen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die zumindest eine Kompressionskammerebene, im Bereich des äußeren Durchmessers mit einer Misch-Wirbelkammerebene, über einen Druckkanal verbunden ist, und wobei in der Misch-Wirbelkammerebene, auf einem inneren Durchmesserbereich ein Trennbereich mit einem Tropfenabscheiderelement vorgesehen ist und vom Trennbereich ein Rückführkanal vorgesehen ist, der zurück in die Kompressionskammer führt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Misch-Wirbelkammerebene eine erste Ebene und eine zweite Ebene aufweist, wobei in der ersten Ebene, zumindest zwischen dem äußeren Durchmesserbereich und dem inneren Durchmesserbereich, mehrere Strömungselemente angeordnet sind, die derart geformt sind, dass das Arbeitsmedium beim umströmen dieser, in Strömungsrichtung gesehen vor den Strömungselementen gestaucht und hinter den Strömungselementen verwirbelt wird.

Ein Strömungselement bewirken, dass das gasförmiges Arbeitsmedium beim

umströmen der Strömungselemente verwirbelt wird. Diese Verwirbelung bewirkt eine Druckänderung in Teilen des Arbeitsmediums und führt zu möglichst viel Reibung im Arbeitsmedium.

Der erfindungsgemäße Druckkörper setzt sich aus mehreren abgegrenzten Räumen zusammen, die in flachen zylindrischen Ebenen angeordnet sind, wobei die Räume alle miteinander verbunden sind.

In einer Ausführungsform können die Strömungselemente zur Drehachse gesehen parallele oder im Winkel zur Drehachse ausgerichtete Profilstäbe sein. Wobei die Profilstäbe des Weiteren auch eine Krümmung aufweisen können.

Weiterhin könnten Strömungselemente mit einer profilierten Oberfläche Verwendung finden, um die Verwirbelung zu optimieren bzw. zu verstärken.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Strömungselemente weiterhin auf konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei die einzelnen Strömungselemente versetzt

zueinander angeordnet sein können.

Denkbar sind auch Sechskantstäbe oder sich bei Temperaturänderungen verformende Strömungselemente.

Der Druckkörper ist derart mit Arbeitsmedium gefüllt, dass das Arbeitsmedium anteilig in flüssiger und gasförmiger Form im Druckkörper bzw. in den Kammern enthalten ist. Im Ruhezustand des Druckkörpers befinden sich der flüssige Anteil des Arbeitsrnediurns in der Kompressionskammer und der gasförmige Anteil in der Misch-Wirbelkammer.

Die wesentlichen Kräfte, die bei der Rotation wirken, sind Zentrifugalkräfte, durch die die schweren Anteile des Arbeitsmediums in den äußeren Bereichen eines drehenden Hohlkörpers konzentriert werden. Das bedeutet, dass bei Rotation das in der

Kompressionskammer in flüssiger Form vorliegende Arbeitsmedium komprimiert wird, wobei der größte Druck im äußeren Durchmesserbereich herrscht, dem Hochdruckbereich, wobei durch die Kompression die Temperatur des Arbeitsmediums steigt.

In einer bevorzugten Ausführung weißt die Kompressionskammerebene mehrere

Segmentdruckkammern und die erste Ebene der Misch-Wirbelkammer mehrere Segmentmischkammern auf, wobei jede Segmentdruckkammer über jeweils einen separaten Druckkanal und separaten Rückführkanal mit einer zugeordneten Segmentmischkammer in der ersten Ebene verbunden ist.

So können jeweils zwischen 6 und 12 Segmentdruckkammern und Segmentmischkammern vorgesehen sein.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Segmentdruckkammern und/oder die Segmentmischkammern spiralförmig ausgeführt und in der zweiten Ebene sind Führungselemente angeordnet. Dabei versteht man unter spiralförmigen Zonen , das die Zonen sind durch Führungselemente voneinander getrennt sind, wobei die spiralförmigen Zonen in Kompressionskammer und erster Ebene gegenläufig verlaufen können.

Vorzugsweise ist zwischen der erste Ebene und eine zweite Ebenen der Misch-Wirbel- kammerebene eine Zwischenscheibe angeordnet, wobei im inneren und äußeren Durchmesserbereich Öffnungen in der Zwischenscheibe vorgesehen sind, durch die gasförmiges Arbeitsmedium strömen kann.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn jede Segmentdruckkammer im radial äußeren Durchmesserbereich an einen Druckkanal angeschlossen ist, dessen Einlassöffnung in die Segmentdruckkammer hineinragt, wobei die Auslassöffnung des Druckkanals eine Düse umfasst, und wobei die Düse in Radialrichtung so weit in die zugeordnete

Segmentmischkammer hineinragt, dass die Auslassöffnung der Düse gegenüber der Einlassöffnung radial weiter innen angeordnet ist.

Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Versatz nach innen so groß gewählt ist, dass die Öffnungen in der Zwischenscheibe radial weiter außen liegt. Die leichten Anteile des Arbeitsmediums

Weiterhin kann jeder Druckkanal ein Ventil umfassen, mittels dem der Durchlass von Arbeitsmedium durch den Druckkanal steuerbar oder regelbar ist. Vorteilhaft ist es weiterhin wenn ein Sensor zwischen zumindest einer Auslassöffnung und einem

Rückführkanal vorgesehen ist. Über den Druckkanal, der die Kompressionskammer mit der Misch-Wirbelkammer verbindet, wird das Arbeitsmedium bei Rotation des Druckkörpers unter hohem Druck in die Misch-Wirbelkammer gefördert. Die düsen-förmige Auslassöffnung wirkt als

Drossel und bewirkt, das Arbeitsmedium mit Hochdruck aus der Düse austritt und vernebelt wird, wobei es expandiert und sich dadurch stark abkühlt. Es entstehen einzelne Gasmoleküle die blitzartig beschleunigt werden und so in Richtung des inneren Durchmesserbereiches bewegt werden.

Die Misch-Wirbelkammer bzw. die Segmentmischwirbelkammern bilden somit einen Niederdruckbereich, in dem das aus der Düse austretende Arbeitsmedium in den gasförmigen Zustand übergeht. Es baut sich eine Strömung in der Misch-Wirbelkammer bzw. den Segmentmischwirbelkammern also der ersten Ebene und der zweiten Ebene auf.

Im inneren Durchmesserbereich treffen die einzelnen Gasmoleküle auf das Tropfenab scheiderelement. Wird gasförmiges Arbeitsmedium durch ein Tropfenabscheiderele ment geleitet wird zumindest ein Teil des Gases in den fluiden Zustand überführt, es bilden sich Tropfen, die durch ihr größeres Gewicht. Diese Tropfen werden über den Rückführkanal zurück in die Kompressionskammer geleitet. Der Rückführkanal ist derart ausgebildet, dass er die Tropfen, auf die nun wieder die Fliehkräfte wirken, auffängt und umleitet.

Bei der Rotation des Druckkörpers stellt dieser einen Schwungmassenspeicher dar, wobei im äußeren Durchmesserbereich der Druck im flüssigen Arbeitsmedium mit steigender Drehzahl zunimmt. Das Arbeitsmedium wird Teil der Schwungmasse. Diese Masse des Arbeitsmediums bildet im Inneren der Schwungmasse den flüssigen

Schwungmassenspeicher.

Das Tropfenabscheiderelement kann ein Demister, ein Silikat, ein Zentrifugalabscheider oder eine Umlenkkammern sein.

Als Arbeitsfluid sind im Wesentlichen alle kompressiblen Fluide und Gase geeignet, die unter Druck in den flüssigen Zustand überführen lassen wie z.B. Kohlendioxid, Kohlen- wasserstoffe, teilhalogenierte Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Wasser, Kohlenwasserstoffverbindungen oder auch Edelgase.

Die Vorrichtung umfasst einen Antrieb mit einem Motor, wobei ein oder mehrere

Druckkörper auf einer Welle angeordnet sein können. Weiterhin kann eine Beschleunigungseinrichtung, zur kurzzeitigen Unterstützung beim beschleunigen auf Nenndrehzahl, vorgesehen sein, um schneller auf Funktionsdrehzahl zu kommen.

Die mit der Vorrichtung erzeugbaren unterschiedlichen Temperaturen an den zwei Flächen kann unterschiedlich genutzt werden. So können beispielsweise zur Thermo- elektrischen Nutzung z.B. Peltier-Element an den Flächen angeordnet werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Nutzung als Klimagerät bzw. Entfeuchtungs gerät. Weiterhin können auch mehrere Hohlkörper auf einer drehbaren Achse

angeordnet sein. So sind auch Ausführungen denkbar die eine Magnetlagerung umfassen oder die im Vakuum arbeiten. Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefasst in der nun bestehenden

Möglichkeit, auf einfache Art und Weise Gebrauchswärme- und Gebrauchskälte zu gewinnen und zu nutzen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschrän kung des allgemeinen Erfindungsgedankens unter Zugrundelegung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 Explosionszeichnung des Druckkörpers

Figur 2 Schnittzeichnung des Druckkörpers

Figur 3 Strömungselement

Figur 4 Druckverlauf Figur 2 ist eine stark vereinfachte Explosionszeichnung des Druckkörpers 1 , aus der im Wesentlichen der grundsätzliche Aufbau des Druckkörpers 1 mit seiner Kompressionskammerebene 2 und der sich über zwei Ebenen erstreckenden Misch-Wirbelkammer 6 hervorgeht. Zur Vereinfachung ist in dieser Darstellung beispielsweise der obere Deckel der Misch-Wirbelkammer 6 weggelassen worden.

Der zusammengebaute Druckkörper 1 ist auf der Antriebsachse 15 montiert und kann über diese mittels eines Motors angetrieben werden. Auf der Antriebsachse 15 können auch mehrere Druckkörper 1 in Axialrichtung übereinander montiert werden, wobei die Funktion der einzelnen Druckkörper 1 unabhängig voneinander ist.

Zu erkennen ist, dass die Kompressionskammer 4 im Wesentlichen von der Kammerscheibe 20 und den Deckeln 22a, b gebildet wird. Die Kammerscheibe 20 teilt die Kompressionskammer in mehrere Segmentdruckkammern 28, a, b, ... , insbesondere in 6 bis 12 Einzelkammern, wobei die Kammerzwischenwände spiralförmig in Rotationsrichtung sich aufweitend verlaufen. Bei der Rotation des Druckkörpers 1 sammelt sich das Arbeitsmedium dadurch in dem Hochdruckbereichen 32 der Kompressionskammer 4 im äußeren Durchmesserbereich.

Die Misch-Wirbelkammer 6 setzt sich, wie zu erkennen ist, aus zwei Ebenen

zusammen, wobei zwischen der erste Ebene 27a, auch Mischkammer genannt, und eine zweite Ebenen 27b, auch Wirbelkammer genannt, der Misch-Wirbelkammer (6) eine Zwischenscheibe 24 angeordnet ist, die im inneren und äußeren Durchmesserbereich a und c Öffnungen 10, 12 aufweist, die derart gestaltet sind, dass gasförmiges Arbeitsmedium durch diese hindurchströmen kann.

Die ersten Ebene 27a der Misch-Wirbelkammer 6 wird von der Kammerscheibe 21a, dem Deckel 23a und der Zwischenscheibe 24 gebildet. Wie zu erkennen ist, weist die Kammerscheibe 21a mehrere Segmentmischkammern 29a, b, ..x auf. Die Kammeranzahl entspricht den Anzahl der Segmentdruckkammern 28. Die Kammerzwischenwände sind spiralförmig, wobei der Verlauf derart gewählt ist, dass sie in Rotationsrichtung nach innen verengenden verlaufen. Der im Druckkörper 1 stattfindende Prozess bewirkt, dass bei Rotation gasförmiges Arbeitsmedium aus der Düse 13 in Richtung des inneren Durchmesserbereichs c strömt.

Im inneren Durchmesserbereich c befindet sich der Trennbereich 14. Jeder Segmentmischkammer 29a,b,..x ist ein separater Trennbereich 14 zugeordnet der jeweils ein Tropfen-Abscheiderelement 19 umfasst und jeder Trennbereich 14 ist über einen Rückführkanal 7.1 bis 7.x mit einer der Segmentdruckkammern 28a, b, .x verbunden.

Die zweite Ebene 27b, die Wirbelkammer, der Misch-Wirbelkammer 6 wird von der Kammerscheibe 21 b, der Zwischenscheibe 24 und dem Deckel 23b gebildet. Wie zu erkennen ist, weist die Kammerscheibe 21 b im Durchmesserbereich a und c mehrere Strömungsleitelemente 11a, b auf. In inneren Durchmesserbereich c sind die

Strömungselemente spiralförmig, sich in Rotationsrichtung öffnend, geformt. Im äußeren Durchmesserbereich a sind über jeder Öffnung 12 Strömungsleitelemente 11 in Form von Lufthutzen angeordnet, wobei jeder Segmentmischkammer 29a, b,..x jeweils eine Lufthutze 11 zugeordnet ist.

Bei Rotation des Druckkörpers 1 findet eine Kreislaufströmung zwischen den Ebenen der Misch-Wirbelkammer 6 statt, bei der gasförmige Arbeitsmediumanteile 3 einem Strömungskreislauf bilden.

In Figur 2 ist eine Schnittzeichnung des Druckkörpers 1 dargestellt mittels der sich der bei Rotation stattfindende Prozess vereinfacht näher erläutern lässt.

Der Druckkörper 1 ist im Ruhezustand mit Arbeitsmedium derart gefüllt, dass das Arbeitsmedium anteilig in der Kompressionskammer 4 bzw. den Segmentdruckkammern 28a, b,..x, in flüssiger und anteilig in der Misch-Wirbelkammer 6 bzw. den

Segmentmischkammern 29a, b, ..x in gasförmiger Form enthalten ist. Dabei kann der Druck po je nach verwendetem Arbeitsmedium unterschiedlich sein.

Wird der Hohlkörper 1 in Rotation versetzt, wirken beispielsweise auf das flüssige Arbeitsmedium 2 in einer Segmentdruckkammer 28a derartige Kräfte, dass diese eine Kompression des Arbeitsmediums 2 bewirken, wodurch das Arbeitsmedium 2 durch den Druckkanal 5.1 und die Düse 13 in die zugeordnete Segmentmischkammer in der unteren Ebene 27a der Misch-Wirbelkammer 6 gefördert wird. Das austretende Arbeits- medium wird durch die Expansion des Gases blitzartig beschleunigt und breitet sich in Richtung des inneren Durchmesserbereiches aus. Idealerweise ist in der Druckleitung ein Ventil 26 angeordnet, durch welches sich die Gasmenge regeln lässt. Insbesondere unterhalb einer festlegbaren Drehzahl muss verhindert werden, dass Arbeitsmedium in eine der Segmentmischkammern gelangt.

Im inneren Durchmesserbereich c treffen die einzelnen Gasmoleküle auf das Tropfen abscheiderelement 19 oder Demister im Trennbereich 14. Dort teilt sich der Arbeitsmediumstrom auf. Ein Teil der Gasmoleküle wird durch den Demister so stark abgebremst, dass sich Tröpfchen bilden, die sich schließlich zu Tropfen ausbilden. Diese Tropfen haben ein größeres spezifisches Gewicht und werden durch die Zentrifugalkräfte schließlich in einer Fangkammer des Trennbereichs aufgefangen und durch den

Rückführkanal zurück in die Kompressionskammer 4 geleitet.

Der zweite Anteil der Gasströmung wird, durch die entstehende Barrierewirkung des Demisters an diesem vorbei, durch die Öffnung 10 oberhalb des Trennbereichs 14 abgeleitet und gelangt in die zweite Ebene 27a der Wirbelkammer.

In der Wirbelkammer überwiegen dann wieder die Zentrifugalkräfte und die leichten Gasmoleküle werden der Mitte nach außen bewegt und dort durch über die Lufthutze 11 aufgefangen und durch die Öffnung 12 im äußeren Durchmesserbereich a zurück in die erste Ebene 27a geleitet, sodass der Venturi Effekt entsteht und eine Vermischung mit dem, aus der Düse 13 austretenden Arbeitsmedium, stattfindet.

Um die Verwirbelung zu verbessern sind in der ersten Ebene 27a, zumindest zwischen dem äußeren Durchmesserbereich a und dem inneren Durchmesserbereich c, mehrere Strömungselemente 25 angeordnet. Durch entsprechende Anordnung und Formgebung der Strömungselemente 25 könne unterschiedliche Verwirbelungen des Arbeitsmediums beim umströmen erreicht werden. In Strömungsrichtung gesehen wird das Arbeitsmedium vor den Strömungselementen 25 gestaucht und hinter den Strömungselementen 25 verwirbelt. Auf die Darstellung der Strömungselemente wurde in Fig. 1 ganz verzichtet und in Fig. 2 sind diese nur angedeutet. Fig. 3 zeigt nochmal

beispielhaft ein umströmtes Strömungselement. An jeder Segmentdruckkammer ist im radial äußeren Durchmesserbereich a ein

Druckkanal angeschlossen ist, dessen Einlassöffnung 30 in die Segmentdruckkammer hineinragt, wobei die Auslassöffnung 31 des Druckkanals eine Düse 13 umfasst, wobei die Düse 13 in Radialrichtung so weit in die zugeordnete Segmentmischkammer hineinragt, dass die Auslassöffnung 31 der Düse 13 gegenüber der Einlassöffnung 30 radial weiter innen angeordnet ist. Die Öffnung 12 in der Zwischenscheibe 24 ist dabei gegenüber der Auslassöffnung radial weiter außen angeordnet, damit die Düse vorteil haft umströmt wird.

Es entsteht bei Rotation in der Misch-Wirbelkammer 6 eine Kreislaufströmung des gasförmigen Arbeitsmediumanteils 3.

Die gesamte Vorrichtung ist im Grunde eine Schwungmasse, wobei ein Anteil der Gesamtmasse durch das Arbeitsmedium gebildet wird. Wird die Vorrichtung auf eine konstante Drehzahl beschleunigt, beispielsweise 1000 Upm, wird bei einem

Durchmesser der Kompressionskammer von 1 m und eine Arbeitsmedium wie R134 ein Arbeitsmediumdruck von ca. 9 bar erreicht.

Im Gegensatz zum flüssigen Anteil des Arbeitsmediums stellt der gasförmige Anteil des Arbeitsmediums keinen nennenswerten Anteil der Schwungmasse da. Das in der Misch-Wirbelkammer 6 eingeschlossene Arbeitsgas weist ein zu geringes spezifisches Gewicht auf, wodurch der Druck in der Misch-Wirbelkammer 6 gegenüber dem

Ursprungsdruck nicht wesentlich erhöht.

Der Prozess ist ein Kälte-Prozess bei dem sich mit der Zeit eine Temperaturdifferenz zwischen Kompressionskammer 4 und Misch-Wirbelkammer 6 bildet. Die an den

Flächen abgegebenen Wärme- oder Kälteenergie kann dabei mittels geeigneter Mittel oder Fluide abgeführt werden. Eine Regelung kann mittels der Ventile in den Drucklei tungen und/oder über eine Drehzahlveränderung erfolgen. Die erste Fläche 17 ist eine Fläche an der Kompressionskammer 4 und die zweite Fläche 18 ist eine Fläche an der Misch-Wirbelkammer 6, wobei jeweils als Fläche die gesamte Außenfläche oder aber auch ein bestimmter Teilbereich der Außenfläche der Kammern genutzt werden kann.

Zur Temperaturregelung kann auch ein Sensor zur Temperaturerfassung in zumindest einer Segmentwirbelkammer 28 vorgesehen sein.

Beim Erreichen einer Temperaturdifferenz zwischen den Flächen von ca. 70°C, kann über den Thermoelektrischen Seebeck Effekt eine gewisse Leistungsabgabe erfolgen. Zumindest ein Teil der Temperaturdifferenzenergie, insbesondere Energie, die anders nicht sinnvoll nutzbar ist, könnte so dazu genutzt werden, den Antrieb zumindest teilweise mit Energie zu versorgen.

Weiterhin ist eine Sandwichbauweise denkbar, bei der mehrere Druckkörper 1 überein- ander gestapelt werden, wobei jeweils zwischen Kompressionskammer und Misch- Wirbelkammer eine Lage Peltier-Elemente angeordnet sind. Bei entsprechend großer Ausführung, könnte so eine Schwungmasse zumindest teilweise durch die Abgeführte elektrische Energie auf Drehzahl gehalten werden.

Figur 4 zeigt beispielhaft den Druckverlauf innerhalb des Druckkörpers bei rotation.

Bezugszeichen

1 Druckkörper

2 Arbeitsmedium flüssig

3 Arbeitsmedium gasförmig

4 Kompressionskammer

5.1 bis 5.x Druckkanal

6 Wirbelkammer

7.1 bis 7.x Rückführkanal

8 Kammer

9 Ringkamme

10 Öffnung

11 Lufthutzen

12 Öffnung

13 Düse / Zerstäuberöffnung

14 Trennbereich

15 Drehachse

16 Zwischenraum

17 erste Fläche

18 zweite Fläche

19 Tropfenabscheiderelement

20 Kammerscheibe

21a, b Kammerscheibe

22a, b Deckel

23a, b Deckel

24 Zwischenscheibe

25 Strömungselemente

26 Ventil

27a, b Ebenen

28a, b....x. Segmentdruckkammer 29a, b, ...x Segmentmischkammer

30 Einlassöffnung

31 Auslassöffnung

32 Hochruckbereich

a,b,c Durchmesserbereiche