DE950295C

DE950295C - Cooling device using a ranque pipe

Info

Publication number: DE950295C
Application number: DEL18688A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joachim Kuck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-04-29
Filing date: 1954-04-29
Publication date: 1956-10-04

Description

Kühleinrichtung unter Verwendung eines Ranquerohres Die bisher bekannten Kühleinrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sie mit einem Kältemittel als Wärmeträger arbeiten und Verdampfer, Kondensatoren und Pumpen besitzen, die zur Anfälligkeit der Anlagen beitragen. Die das Kältemittel führenden Anlageteile müssen gas- und flüssigkeitsdicht ausgeführt werden, um Korrosionen zu vermeiden, und unterliegen damit einer dauernden Wartung. Eine von den bekannten Kälteanlagen abweichende Einrichtung ist das sogenannte RxnqueTohr, bei dem tangential ein unter Druck stehendes Gas, insbesondereLuft, eingeblasen wird, welches sich wirbelförmig nach beiden Seiten des Rohres aufteilt und durch Blenden an den Rohrenden austritt. Im Ranquerohr bildet sieh dabei zentral .im Wirbel eine axiale Strömung aus. Der noch nicht eindeutig geklärte Effekt des Ranquerohres ist der, daß sich der Wärmeinhalt der Luft entsprechend der Aufteilung derselben verändert, so daß aus dem einen Ende des Ranquerohres heiße Luft und aus dem anderen Ende kalte Luft austritt. Der Vorteil des Ranquerohres besteht darin, daß ohne ein besonderes Kältemittel und ohne bewegte Teile ein Kühleffekt erzeugt wird. Die Betriebssicherheit eines solchen Rohres .ist damit jeder der gewöhnlichen Anlagen weit überlegen.Cooling device using a Ranquer tube The previously known Cooling devices have the disadvantage that they use a refrigerant as a heat transfer medium work and possess evaporators, condensers and pumps that are susceptible of the plants contribute. The system parts carrying the refrigerant must be gas and are liquid-tight in order to avoid corrosion and are subject to them thus a permanent maintenance. A device that differs from the known refrigeration systems is the so-called RxnqueTohr, in which tangentially a pressurized gas, in particular air is blown in, which swirls to both sides of the pipe and exits through diaphragms at the pipe ends. Forms in the Ranquerohr look in the center of the vortex as an axial flow. Which is not yet clear The clarified effect of the Ranquerohres is that the heat content of the air changes accordingly the division of the same changed, so that one end of the ranquer tube is called Air and cold air exits from the other end. The advantage of the ranquer tube is that without a special refrigerant and without moving parts a cooling effect is produced. The operational reliability of such a pipe is therefore all of the usual Systems far superior.

Um diese Vorteile im großen Maßstab nutzbar zu machen und zu erhalten, d. h. um nicht wiederum die Betriebssicherheit eines derartigen Kühlsystems durch mechanisch betätigte Hilfsanlagen einzuschränken, wird erfindungsgemäß eine Kühleinrichtung unter Verwendung eines Ranquerohres angewendet, bei der das zum Betreiben des Rohres bestimmte gasförmige Medium durch ein Düsenverdichtersystem gefördert und komprimiert wird. Als gasförmiges Medium soll wiederum insbesondere Luft dienen. Die bekannten Düsenverdichtersysteme setzen Wärme in kinetische Spannungsenergie dadurch um, daß Gase oder Dämpfe bei höherer Temperatur unter Umsetzung der Dehnungsarbeit in kinetische Energie adiabatisch expandieren und -mit Hilfe dieser Energie bei niedrigerer Temperatur wieder isotherm verdichtet werden. Vorteilhaft kann die aus dem Ranquerohr austretende heiße Luft in das Düsenverdic'htersystem zurückgeführt werden, also einen geschlossenen Kreislauf beschreiben, so daß die im Ranquerchr auf die Heißgasseite übertragene Wärme als Nutzwärme verwertet werden kann. Die aus dem Ranquerohr austretenden kalten Gase sollen nach Durchströmen eines Kühlers bzw. nach Aufnahme der von einem zu kühlenden Mittel entzogenen Wärme ebenfalls in das Düsenverdichtersystem zurückgeführt werden, also einen geschlossenen, dem Heißgaskreislauf teilweise parallel geschalteten Kreislauf, den Kaltgaskreislauf, beschreiben. Die zum Betreiben der Einrichtung, insbesondere zum Decken der Verluste notwendige Wärme soll dem Medium vor Wiedereintritt desselben in das Düsenverdichtersystem zugeführt werden. Das den Kühler verlassende Medium kann gleichzeitig die zur isothermischen Verdichtung dienende Druckdüse des Düsenverd@iclttersystems kühlen, so,daß die dort anfallende Wärme ebenfalls in den Kreislauf zurückgeführt wird. Eine zusätzliche Wasserkühlung kann vorgesehen werden.In order to utilize and maintain these advantages on a large scale, d. H. to not in turn, the operational reliability of such Restricting the cooling system by mechanically operated auxiliary systems is according to the invention a cooling device using a Ranquer pipe applied, in which the Gaseous medium intended to operate the pipe through a nozzle compressor system is promoted and compressed. As a gaseous medium, in particular Serve air. The known nozzle compressor systems convert heat into kinetic tension energy by the fact that gases or vapors at a higher temperature with conversion of the expansion work expand adiabatically in kinetic energy and -with the help of this energy isothermally compressed again at a lower temperature. That can be advantageous The hot air exiting the Ranquerohr is returned to the nozzle compressor system describe a closed cycle, so that the in Ranquerchr Heat transferred to the hot gas side can be used as useful heat. the Cold gases emerging from the Ranquero tube should after flowing through a cooler or after absorbing the heat withdrawn from a medium to be cooled be fed back into the nozzle compressor system, i.e. a closed one, the Hot gas circuit partially in parallel circuit, the cold gas circuit, describe. The ones to operate the facility, especially to cover the losses The necessary heat should be transferred to the medium before it re-enters the nozzle compressor system are fed. The medium leaving the cooler can also be used as isothermal The compression nozzle of the nozzle compressor system cools so that the there Accumulated heat is also fed back into the cycle. An additional Water cooling can be provided.

Der Kühlmitteldurchfluß durch den Kühler soll durch eine Regelleitung mit Beipaßventil, die dem Kühler parallel geschaltet ist, geregelt werden. Das durch den Kühler und durch die Kühlung der Druckdüse des Düsenverdichtersystems bereits vorgewärmte Medium kann mit dem die Druckdüse des Düsenverdichtersystems verlassende Medium über einen Wärmeaustauscher in Wärmeaustausch gebracht werden, so daß eine weitere Vorwärmung des kalten Gases vor Wiedereintritt desselben in das Düsenverdichtersystem hzw. vor der Beh:eizung erfolgt. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß das unter Druck stehende Medium vor Eintritt in das Ranquerohr gekühlt wird. Zur Regelung des Wärmeaustausches sollen dem Wärmeaustauscher beidseitig Leitungen zur Durchflußregelung parallel geschaltet sein. Zusatzluft soll durch das Unterdruckgebiet des Düsenverdichtersystems angesaugt werden. Die notwendigen A#bblaseventile sind vorzusehen.The coolant flow through the radiator should be through a control line with a bypass valve that is connected in parallel to the cooler. That through the cooler and through the cooling of the pressure nozzle of the nozzle compressor system already The preheated medium can be mixed with the medium leaving the pressure nozzle of the nozzle compressor system Medium can be brought into heat exchange via a heat exchanger, so that a further preheating of the cold gas before it re-enters the nozzle compressor system hzw. takes place in front of the heating. At the same time it is achieved that the under Pressurized medium is cooled before entering the Ranquer tube. Regarding the regulation of the heat exchange, lines for flow control should be provided to the heat exchanger on both sides be connected in parallel. Additional air should go through the negative pressure area of the nozzle compressor system be sucked in. The necessary blow-off valves are to be provided.

Die Wärmezuführung kann mittelbar durch Wärmeaustausch oder unmittelbar durch Verbrennung beliebiger Brennstoffe innerhalb des Mediums erfolgen. Vorteilhaft ist die Verwendung elektrischer Heizwiderstände als Wärmequelle. Ein derartiger Heizwiderstand kann z. B. bei doppelwandig ausgeführter Heißgasseite des Ranquerohres innenhalb der doppelten Warndung liegen. Die Wärmequelle soll wie üblich bei Kälteanlagen in Abhängigkeit von der Kühlleistung zu- und abgeschaltet werden. Zum Anfahren der Kühleinrichtung dient vorteilhaft die Wärmequelle selbst, die durch Erwärmung des Mediums den Druck desselben vor dem Düsenverdidhtersystem so weit erhöht, bis der Betriebsdruck des Düsenverdichtersystems erreicht ist: Durch eine Kühleinrichtung nach der Erfindung ist eine völlige Unabhängigkeit von besonderen Kältemitteln erreicht, sind sämtliche mechanisch betätigten Einrichtungen vermieden und-eine Unabhängigkeit von der örtlichen Stellung und Lage der Einrichtung selbst erzielt. Zum Betreiben der Einrichtung wird nur eine Wärmequelle benötigt. Die Kühleinrichtung eignet sich besonders zur Verwertung von Abwärme, die in kalten Jahreszeiten zur Heizung dienen kann, die jedoch in warmen Jahreszeiten nutzlos verlorengeht.The heat can be supplied directly or indirectly through heat exchange take place by burning any fuel within the medium. Advantageous is the use of electrical heating resistors as a heat source. One of those Heating resistor can, for. B. with double-walled hot gas side of the Ranquero tube lie within the double warning. The heat source should as usual in refrigeration systems can be switched on and off depending on the cooling capacity. To approach the The cooling device is advantageously used for the heat source itself, which is generated by heating the Medium increases the pressure of the same in front of the nozzle compressor system until the The operating pressure of the nozzle compressor system has been reached: By a cooling device according to the invention, complete independence from special refrigerants is achieved, all mechanically operated devices are avoided and an independence achieved by the local position and location of the institution itself. To operate the facility requires only one heat source. The cooling device is suitable especially for the recovery of waste heat, which is used for heating in cold seasons which, however, is uselessly lost in warm seasons.

Naturgemäß können mehrere Düsensysteme zur Erzeugung eines. höheren Druckes und mehrere Wärmequellen hintereinandergeschaltet' werden. Das gleiche gilt für das Ranquerohr und den Kühler. Um eine größere Durch satzmenge zu verarbeiten, können die Anlageteile mehrfach angeordnet und parallel geschaltet sein.Naturally, several nozzle systems can be used to generate one. higher Pressure and several heat sources are connected in series'. The same goes for for the ranque pipe and the cooler. In order to process a larger throughput quantity, the system parts can be arranged several times and connected in parallel.

Das Grundprinzip -der Eifindung ist durch die Fig. i dargestellt.The basic principle of the invention is shown in FIG.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in besonders geeigneter Schaltung.Fig. 2 shows an embodiment of the invention in particular suitable circuit.

Nach Fig. i besteht eine Kühleinrichtung aus einem Ranquerohr i, einer Heizung 8, einem Düsenverdichtersystem 13 und einem Kühler 6. Die Heizung 8 besteht aus .einem Heizwiderstand .den Anschlußleitungen 30 und einem Schalter io, der an einer passenden Stromquelle i i angeschlossen ist. In der Heizung 8 wird Luft aufgeheizt, die über eine Heißleitung 26 dem Düsenverdichtersystem 13 zufließt. Die Heißluft tritt in das Düsensystem 13 durch die Düse 1q. ein, expandiert im Diffusor 15 adiabatiseh unter Umsetzung der Wärmeenergie in kinetische Energie und wird in der Druckdüse 18 isotherm verdichtet. Die Kühlung 'der Druckdüse erfolgt über eine Kühlwasserleitung i9. Die kalte, unter Druck stehende Luft fließt der Wirbeldüse 2 des Ranquerohres i über die Druckleitung 29 zu und trennt sich im Ranquerohr in einen Heißluftstrom, der durch die Warmblende q. austritt, und in einen Kaltluftstrom, der durch die Kaltblende 3 austritt. Der Warmluftstrom fließt über die Warmleitung 25 zur Heizung 8 unmittelbar zurück. Der Kaltluftstrom fließt über eine Kaltleitung 23 einem Kühler 6 zu, nimmt dort Wärme auf und strömt über eine Kühlleitung 24 ebenfalls zur Heizung zurück. Zusätzliche Luft kann über eine Zusatzleitung 27 und einem Saugventil 21 vom Unterdruckgebiet des Düsenverdidhtersystems 13 direkt durch die Ansaugöffnungen 2o angesaugt werden. Eine Abblaseleitung 28 mit einem A#bblaseventil 22 dient zur Druckregulierung. Mit 16 ist eine Wärmeisolierung bezeichnet. In der Kühlleitung 24 ist ein Rückschlabventi:l 7, in der Waxmleitung 25 ist ein Rückschlagventil 5 und in der Heißleitung 26 ist ein Startventil 12 angeordnet. Der Zweck der Ventile ist, die Kühleinrichtung automatisch bei Schließen .des Schalters io anzufahren. Das Startventil 12 ist, wenn die Kühleinrichtung außer Betrieb ist, geschlossen. Wird der Schalter io eingelegt, so wird die in der Heizung 8 befindliche Luft über den Heizwiderstand 9 erhitzt, dehnt sieh aus und schließt die Rückschlagventile 7 und 4. Da die Luft nicht entweichen kann, steigt der Druck zwischen den Rücksdhlagventilen 7 und 4 und dem Startventil 12. Ist der zum Betrieb des Düsenverdichtersystems 13 notwendige Druck des Kühlmediums, in .diesem Falle der Luft, erreicht, so, öffnet das Startventil 12, das auf diesen Druck eingestellt ist, automatisch und bleibt in dieser Stellung temperaturabhängig voll geöffnet, d. h. esschließt erst dann, wenn die Lufttemperatur bei ab gestellter Kühleinrichtung einen bestimmten Wert unterschritten hat. Durch das Öffnen des Startventils 12 fließt -die unter Druck stehende Luft schlagartig dem Düsenverdichtersysitem 13 zu, wird von diesem verdichtet und gelangt über das Ranquerohr i @bzw. den Kühler 6 über cli,e sich nun automatisch öffnenden Rücksahlagventile 5 und 7 zur Heizung 8 zurück. Der Kreislauf ist damit geschlossen, die Kühleinrichtung ist in Betrieb gesetzt. Bei sich öffnendem Schalter io wird die Heizung der Luft unterbrochen, so daß die Pumpwirkung des Düs,enverdichtersystems 13 ausläuft und der Kreislauf unterbrochen wird. Nach genügender Abkühlung schließt das Startventil 12.According to FIG. I, a cooling device consists of a cross pipe i, a heater 8, a nozzle compressor system 13 and a cooler 6. The heater 8 consists of a heating resistor .den connection lines 30 and a switch io which is connected to a suitable power source ii. Air is heated in the heater 8 and flows to the nozzle compressor system 13 via a hot line 26. The hot air enters the nozzle system 13 through the nozzle 1q. a, expands adiabatically in the diffuser 15, converting the thermal energy into kinetic energy, and is isothermally compressed in the pressure nozzle 18. The pressure nozzle is cooled via a cooling water line i9. The cold, pressurized air flows to the vortex nozzle 2 of the cross pipe i via the pressure line 29 and separates in the cross pipe into a hot air stream that flows through the hot screen q. exits, and into a stream of cold air that exits through the cold screen 3. The hot air flow flows back directly to the heater 8 via the hot line 25. The cold air stream flows via a cold line 23 to a cooler 6, takes up heat there and also flows back to the heater via a cooling line 24. Additional air can be sucked in via an additional line 27 and a suction valve 21 from the negative pressure area of the nozzle compressor system 13 directly through the suction openings 2o. A blow-off line 28 with a blow-off valve 22 is used to regulate the pressure. With 16 a thermal insulation is referred to. In the cooling line 24 there is a non-return valve 7, in the wax line 25 there is a check valve 5 and in the hot line 26 a start valve 12 is arranged. The purpose of the valves is to start the cooling device automatically when the switch is closed. The start valve 12 is closed when the cooling device is out of operation. If the switch is inserted, the air in the heater 8 is heated via the heating resistor 9, expands and closes the check valves 7 and 4. Since the air cannot escape, the pressure between the check valves 7 and 4 and the rises Start valve 12. If the pressure of the cooling medium required to operate the nozzle compressor system 13, in this case air, is reached, the start valve 12, which is set to this pressure, opens automatically and remains fully open in this position depending on the temperature, ie it closes only when the air temperature has fallen below a certain value when the cooling device is switched off. By opening the start valve 12, the pressurized air suddenly flows to the nozzle compressor system 13, is compressed by it and passes through the Ranquerohr i @bzw. the cooler 6 via cli, e now automatically opening backflow valves 5 and 7 back to the heater 8. The cycle is thus closed, the cooling device is put into operation. When the switch io opens, the heating of the air is interrupted, so that the pumping action of the nozzle compressor system 13 expires and the circuit is interrupted. After sufficient cooling, the start valve 12 closes.

Nach Fig. 2 ist das gleiche Prinzip beibehalten. Die Bezeichnungen sind die gleichen. Um eine bessere Wärmeausnutzung zu erhalten, wird die aus dem Kühler 6 austretende Kühlluft zur alleinigen bzw. zusätzlichen Kühlung der Druckdüse 18 verwendet. Die Kühlluft fließt dann über die Kühl.luftleitung 24, die Leitung 35 mit dem Ventil 34 zum Kühlmantel 17 und von diesem über die Leitung 36 und das Ventil 37 zur Heizung 8 zurück. Der Kühlmantel 17 kann ü'b'er die Leitung 24 und das Ventil 38 teilweise oder ganz für Regelzwecke umgangen werden. Die Kühlluft ist durch Wärmeaufnahme im Kühlmantel' vorgewärmt, so daß die Heizleistung der Heizung 8 vermindert werden kann. Um ein weiteres Vorwärmen der Kühlluft zu erreichen und um gleichzeitig ein Kühlen der Druckluft vor Eintritt in das Ranquerohr i zu ermöglichen, steht die Druckluft der Dnuckleitung 29 und die Kühlluft der Kühlleitung 24 über einen Wärmeaustau.scher 39 im Wärmeaustausch. Die den Kühlmantel 17 verlassende Kühlluft strömt sodann bei. in der Kühlleitung 24 liegendem geschlossenem Ventil 37 über die Leitung 36 und die Kühlleitung 24 in den Wärmeaustauscher 39 und von dort über eine Leitung 40 und ein Ventil 41 in die Kühlleitung 24 zurück und damit zur Heizung 8. Die Heizung 8 ist als Doppelmantel der Heißgasseite des Ranquerohres i ausgeführt. Die Heißluft strömt innerhalb des. Rohres von links nach rechts durch die 4 und zwischen der doppelten Wandung von rechts nach links in die Heißleitung 26. Dadurch ist gleichzeitig eine bessere Wärmeisolierung des Ranquerohres i erreicht und eine nicht nutzbare Wärmeabstrahlung dies Ranquerahres i vermieden. Um die Kühlleistung zu regeln, ist- dem Kühler 6 eine Regelleitung 31 mit einem Beipaßventil 32 parallel geschaltet. Ein in cfer Kühlleitung 24 ,direkt hinter d-em Kühler 6 liegendes Ventil 33 kann somit gemeinsam mit dem Beipaßventil die Kühlleistung, d. h. den Durchfluß durch den Kühler 6 regeln.According to Fig. 2, the same principle is retained. The names are the same. In order to obtain better heat utilization, the cooling air exiting from the cooler 6 is used for the sole or additional cooling of the pressure nozzle 18. The cooling air then flows via the cooling air line 24, the line 35 with the valve 34 to the cooling jacket 17 and from there via the line 36 and the valve 37 back to the heater 8. The cooling jacket 17 can be bypassed partially or entirely for control purposes via the line 24 and the valve 38. The cooling air is preheated by absorbing heat in the cooling jacket, so that the heating output of the heater 8 can be reduced. In order to achieve further preheating of the cooling air and at the same time to enable the compressed air to be cooled before it enters the cross pipe i, the compressed air of the pressure line 29 and the cooling air of the cooling line 24 are in heat exchange via a Wärmeaustau.scher 39. The cooling air leaving the cooling jacket 17 then flows in. in the cooling line 24 lying closed valve 37 via the line 36 and the cooling line 24 into the heat exchanger 39 and from there via a line 40 and a valve 41 back into the cooling line 24 and thus to the heater 8. The heater 8 is a double jacket on the hot gas side of the Ranquerohres i executed. The hot air flows inside the tube from left to right through the 4 and between the double wall from right to left into the hot line 26. This at the same time improves the thermal insulation of the Ranquerohres i and prevents unusable heat radiation from this Ranquerahres i. In order to regulate the cooling capacity, a control line 31 with a bypass valve 32 is connected in parallel to the cooler 6. A valve 33 located in the cooling line 24 directly behind the cooler 6 can thus regulate the cooling output, ie the flow through the cooler 6, together with the bypass valve.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Cooling device using a cross pipe, characterized in that the gaseous medium intended for operating the pipe, in particular air, is conveyed and compressed through a nozzle compressor system.

2. Device according to claim i, characterized in that the from the Kanquerohr escaping hot gases are returned to the nozzle compressor system, so describe a closed cycle.

3. Device according to claim i and 2, characterized in that the cold gases emerging from .. the Ranqueroube after Flow through a cooler or after the absorption of a medium to be cooled extracted heat can be returned to the nozzle compressor system, i.e. a closed, the hot gas circuit partly in parallel circuit, cold gas circuit, describe.

4. Device according to claim i to 3, characterized in that the Medium used to operate the facility, especially to cover losses necessary heat is supplied before re-entry into the nozzle compressor system.

5. Device according to claim i to 4, characterized in that d-aß the isothermal Compression serving pressure nozzle of the nozzle compressor system durrhKühlwasser and / or by cold gas. is cooled.

6. Device according to claim 3, characterized in that that the cooler is connected in parallel to a control line with a bypass valve (Fig. 2).

7. Device according to claim i to 5, characterized in that the cold gas is in heat exchange via a heat exchanger with the medium between the nozzle compressor system and cross pipe (Fig. 2). B. Device according to claim 7, characterized in that the heat exchanger on the bend side lines for flow control are connected in parallel (Fig. 2). 9. Device according to claim i, characterized in that additional air is sucked in via a Zusatzleiturig through the negative pressure area of the nozzle compressor system. ro. Device according to claim r, characterized in that in the pressure line between the nozzle compressor system and the cross pipe for pressure regulation. a relief valve is provided. i r. Device according to Claim 4, characterized in that the heat is supplied indirectly (heat exchange) and / or directly (combustion within the medium). 12. Device according to claim ii, characterized in that electrical heating resistors are used as the heat source. 13. Device according to claim II and 12, characterized in that the hot gas side of the cross tube is double-walled and the heat is supplied within the outer wall or via this (Fig. 2). 14. Device according to claim rz to 1 3, characterized in that the heat source is switched on and off depending on the cooling capacity. 15. Device according to claim r to r4; characterized in that in the direction of the circulation flow in front of the heat source check valves and behind the heat source a start valve, which opens automatically when a pressure necessary to operate the nozzle compressor system is reached, are arranged so that the pressure of the medium, which increases during heating, closes the non-return valves until the start valve opens and the medium flows in the circuit.