Pumpe Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Pumpe, z. B. eine Umwälzpumpe, welche Umgebungsluft um wälzt und gleichzeitig erwärmt und/oder abkühlt. Derartige Pumpen können beispielsweise in Verbin dung mit Haushaltkühlschränken, Tiefkühlanlagen, Luft-Koiiditionierungsanlagen usw. Verwendung fin den.
Die meisten gegenwärtig im Gebrauch befind lichen Pumpen dieser Art erwärmen oder kühlen die Luft indirekt, indem sie über einen Verdampfer oder einen Kondensator geleitet wird, welche in einem geschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten Kreis lauf vorgesehen sind. Dieser Kreislauf umschliesst auch einen Kompressor, ein Kapillarrohr und ein Expansionsventil. Obwohl derartige Aggregate weit verbreitet sind, haben sie doch eine Reihe von aus gesprochenen Nachteilen. Die verhältnismässig grosse Kompliziertheit der Aggregate bedingt hohe Her stellungs- und Reparaturkosten.
Eines der Haupt probleme bei der Verwendung derartiger Aggregate in Kühlschränken und Tiefkühlanlagen ist durch die Verwendung einer kalten metallischen Oberfläche zur Abkühlung der umgebenden Luft bedingt. Die rasche Bildung von Eis auf der kalten Oberfläche bedingt die Verwendung von verhältnismässig kom plexen Steuervorrichtungen, um den normalen Ar beitskreislauf periodisch zu unterbrechen oder umzu kehren, um so das Eis zu entfernen oder zu schmel zen. Dies bewirkt einen erheblichen Verlust an Wir kungsgrad. Der grösste Teil des auf der metallischen Oberfläche niedergeschlagenen Eises wird den Nah rungsmitteln entzogen.
Die letzteren trocknen, verlie ren ihr Aroma und ihre Frische. Überdies stellen sich bekanntlich erhebliche, rein mechanische Pro bleme, die dadurch bedingt sind, dass ein vollkom- men abgeschlossener Kreislauf für das flüssige Kühl mittel vorgesehen werden muss.
In Erkenntnis dieser Nachteile wurden viele Ver suche gemacht, um ein System zu finden, das mit einem anderen Arbeitsmedium arbeitet, als es das flüssige Kühlmittel darstellt, oder die auf grund sätzlich verschiedenen Prinzipien beruhen. Soweit bekannt, waren alle diese Versuche bisher erfolglos, abgesehen von sehr grossen Anlagen, in welchen eine günstige Reynolds-Zahl einen genügend hohen Wir kungsgrad erlaubt.
Beim Erfindungsgegenstand sind die meisten Be standteile der konventionellen Anlage, wie z. B. Kom pressor, Verdampfer, Kondensator und der geschlos sene, mit Flüssigkeit gefüllte Kreislauf, sowie ge trennte Gebläse, um die Luft über den Verdampfer und den Kondensator zu leiten, nicht mehr nötig. Alle diese Bestandteile sind durch ein einziges be wegliches Element ersetzt, welches die verschiedenen Funktionen, wie z. B. das Erwärmen oder Abkühlen der Luft, die Reinigung und Trocknung der Luft und ihre Bewegung durch den zu erwärmenden oder zu kühlenden Raum ausübt.
Der Erfindungsgegen stand ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem sta tionären Gehäuse mit einem Lufteinlass am einen und einem Luftauslass am anderen Ende ein Rotor drehbar gelagert ist, der einerseits einen mit dem Lufteinlass kommunizierenden Lufteinlassraum auf weist, von dem sich wenigstens ein Teil in der Nähe der Rotorachse befändet,
und der anderseits einen mit dem Luftäuslass kommunizierenden Luftauslassraum aufweist, von dem sich wenigstens ein Teil in der Nähe der Rotorachse befindet, und dass im Rotor eine Mehrzahl von axial verlaufenden Kanälen vorge sehen ist, die radial ausserhalb der in der Nähe der Rohrachse liegenden Teile der Lufteinlass- und Luft auslassräume liegen und mit ihren Enden mit den genannt= Räumen kommunizieren, ferner dadurch gekennzeichnet,
dass im Lufteinlassraum am Rotor Schaufeln vorgesehen sind, durch welche Luft durch den Lufteinlass angesogen und unter Kompression und Erwärmung radial nach aussen durch den Luft einlassraum in die axial verlaufenden Kanäle gefördert wird, während im Luftauslassraum Schaufeln vorge sehen sind, welche die Luft aus den axialen Kanälen unter Entspannung und Abkühlung dem Luftauslass zuführen, und dass schliesslich zwischen dem Gehäuse und dem Rotor eine Ringkammer für ein Kühlme dium vorgesehen ist, welch letzteres im Wärmeaus tausch mit der durch die axialen Kanäle strömenden Luft steht,
um die letztere zu kühlen.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Aus- führungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Aufriss, teilweise in Ansicht und teilweise irn Längsschnitt.
Fig. 2--6 sind halbe Querschnitte nach den Linien 2-2, 3-3, 4-4, 5-5 und 6-6 der Fig. 1.
Die dargestellte Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 20 auf, auf dessen eines Ende der elektrische Antriebsmotor 22 mittels Schraubenbolzen 24 auf gesetzt ist. Das entgegengesetzte Ende des zylindri schen Gehäuses 20 ist durch eine ringförmige Ab schlussplatte 26 abgeschlossen, welche das Lager 28 trägt. Im letzteren rotiert die hohle Nabe 30 eines als Ganzes mit 32 bezeichneten Rotors.
Um den äusseren Umfang der Nabe 30 herum verläuft ein Ring 34, welcher eine zylindrische Ver längerung des Hauptrotorkörpers 36 stützt. Eine vom entgegengesetzten Ende des Körpers 36 vor springende zylindrische Verlängerung wird in analo ger Wise von einem Ring 38 gehalten. Dieser Ring ist durch den äusseren Umfang der hohlen Nabe 40 gestützt, welche ihrerseits auf einem als Ganzes mit 42 bezeichneten Lager gelagert ist. Das Lager seiner seits ist durch einen stationären Ring 44 gehalten, der am Gehäuse 20 montiert ist.
Um die Spalte zwischen den Naben, den dieselben umgebenden Ringen und den axial vorspringenden Teilen des Rotors 36 abzudichten, sind O-Ringe 45, 46, 47 und 48 vorgesehen. Diese Ringe dienen gleichzeitig dazu, die verschiedenen Teile miteinander durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft zu verriegeln, wenn das Aggregat sich in Betrieb befindet.
Am inneren Umfang des Hauptrotorkörpers 36 sind Stirnplatten 50 und 52 befestigt, z. B. ange schweisst oder geklebt. Diese Stirnplatten begrenzen zusammen mit den zugehörigen Naben 30 und 40 radiale Lufträume 54 und 56. Im Raum 54 sind Pumpenschaufeln 58 untergebracht, welche zweck mässig aus der Nabe 30 ausgefräst sind und mit den Rotorteil_en 36 und 50 fest verbunden, z. B. ver schweisst oder verklebt sind. Im Raum 56 ist ein Satz von ähnlichen Schaufeln 60 untergebracht, die zweckmässig aus der Nabe 40 ausgefräst und mit den Rotorteilen 36 und 52 fest verbunden, z. B. verschweisst oder verklebt sind.
Die äusseren Enden der Lufträume 54 und 56 sind durch eine Mehr zahl von Kanälen 62 miteinander verbunden, welche Kanäle durch den Rotor 36 gebohrt sind. Die Kanäle 62 liegen so nahe beieinander wie möglich und auch so nahe am äusseren Umfang des Rotors. 36, als es die mechanischen Festigkeitsanforderungen erlauben.
Anstelle von Kanälen könnten auch eingefräste axiale Schlitze vorgesehen sein. In diesem Falle wird der äussere Wandteil 32 des Rotors durch eine separate Hülse gebildet, die nach dem Einfräsen der Schlitze auf den Rotor aufgeschrumpft wird.
Das linke Ende der hohlen Nabe 40 steht mit dem inneren Ende eines radialen Raumes in Ver bindung, welcher einen Satz von Diffusorschaufeln 69 enthält, welche aus & r ringförmigen Wand 66 ausgefräst und an der gegenüberliegenden Wand 68 befestigt, z. B. angeschweisst oder angeklebt sind. Der innere Umfang der Wand 68 passt mit sattem Sitz auf das Ende der Nabe 40. Die Wand 66 wird durch den vorspringenden Teil 72 des Motorgehäuse flansches gegen die Schulter 70 des Gehäuses 20 geklemmt. Im weiteren sind ein Distanzring 74, ein dünner Distanzring 76, ein Ring 78 und ein dünnes Distanzstück 80 vorgesehen. um eine axiale oder drehende Bewegung der Diffusor-Schaufeln 64 zu verhindern.
Der Motor 22 ist mit dem Rotor über ein Plane- ten-ÜbersetzungsgetDiebe 82 verbunden. Das letztere umfasst ein auf die Motorwelle 84 aufgekeiltes oder aufgepresstes Armkreuz 83, welches eine Mehrzahl von auf Kugellagern gelagerten Rollen 85 trägt. Von den letzteren ist jede von einem auslenkbaren Planetenring 86 umgeben. Die Ringe sind zwischen dem unbeweglichen Aussenrand 78 und dem äusseren Umfang einer kurzen Antriebswelle 92 eingeklemmt.
Das entgegengesetzte Ende der Welle 92 ist mit dem inneren Umfang der Rotorwand 52 fest ver bunden, z. B. durch Keilverbindung oder durch Press- sitz. Das Übersetzungsgetriebe ist so bemessen, dass z. B. bei einem Elektromotor der mit 3600 U./min rotiert, der Rotor mit einer Drehzahl von ungefähr 45000 U./min angetrieben wird.
Die beschriebene Vorrichtung ist allgemein auf den verschiedensten Gebieten anwendbar und sie kann insbesondere überall da angewendet werden, wo die Zufuhr von erwärmter oder gekühlter Luft nötig ist, z. B. kann die beschriebene Einrichtung verwendet werden, um einen geschlossenen Raum z. B. eines Haushaltkühlschrankes zu kühlen. Zu die sem Zwecke verbindet eine Zufuhrleitung 94 den Raum am äusseren Ende der Diffusor-Schaufeln 64 mit denn Innenraum des Kühlschrankes. Die Rück führleitung 96 führt vom Innenraum des Kühlschran kes in einen ringförmigen Sammelraum 98.
Der letztere steht durch Schlitze 100 mit der Ringkammer 102 in Verbindung, welche sich zwischen der Innen wand des Gehäuses 20 und der äusseren Oberfläche des Rotors 32 befindet. Das entgegengesetzte Ende der Kammer 102 steht durch Schlitze 104 mit der freien Atmosphäre in Verbindung. Bei dieser speziel len Ausführungsform steht der Hauptlufteinlass, der durch die hohle Nabe 30 des Rotors gebildet ist, ebenfalls in direkter Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre.
Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, bewirken die Pumpenschaufeln 58 das Ansaugen von Luft durch die Nabe 30. Diese Luft wird bei einem typi schen Ausführungsbeispiel dem Eingang der axial verlaufenden Kanäle 62 mit einem Druck zugeführt, der etwa<B>50%</B> über demjenigen der Umgebungsluft liegt. Die Schaufeln 58 erteilen der Luft auch einen Drall, so dass am Austrittsende der Schaufeln 58 praktisch keine Relativdrehung zwischen der Luft und den angrenzenden Rotorteilen vorhanden ist. Wenn angenommen wird, dass die Umgebungsluft eine Temperatur von 26,7 C hat, wird die Luft temperatur beim Eingang in die Kanäle 62 etwa 63,4 C betragen.
Während die Luft durch die axia len Kanäle 62 streicht, findet ein Wärmeaustausch mit Luft statt, welche in entgegengesetzter Richtung durch die Ringkammer 102 strömt. Schon wenn sich die Pumpe kurze Zeit in Betrieb befand, wird die durch die Leitung 96 aus dem Innenraum des Kühlschrankes zurückkehrende Luft eine Temperatur von etwa 15,6 C aufweisen.
Die im P.rimärluftkreis- lauf von rechts nach links (Fig. 1) durch die Kanäle 62 zirkulierende Luft steht daher in einem Gegen- strom-Wänneaustausch mit der Sekundärluft, welche von links nach rechts durch den Ringraum 102 strömt, wodurch die Primärluft gekühlt und die Se kundärluft erwärmt wird. Die Temperatur der Pri märluft wird beim Eintritt in die äusseren Enden der Schaufeln 60 beispielsweise eine Temperatur von etwa 41' C aufweisen, während die aus den Schlitzen 104 austretende Sekundärluft eine solche von etwa 38 C besitzen wird.
Es ist dabei zu beachten, dass die in die Ringkammer 102 einströ mende Luft ausschliesslich in axialer Richtung strömt, während die Wand 32 mit hoher Geschwin digkeit rotiert. Das hebt den Wärmeübergangskoeffi- zienten in diesem Bereich ganz wesentlich. Während die Sekundärluft weiter durch den Zwischenraum 102 strömt, beginnt sie zu drehen, und sie erhält schliesslich eine Drehgeschwindigkeit, die etwa halb so gross ist, wie diejenige des Rotors. Während dies den Wärmeübergangskoeffizienten etwas herabsetzt, wird dadurch gleichzeitig die Wärmeerzeugung durch Grenzschichtreibung vermindert.
Wenn die Luft über die Schaufeln 60 nach ,ein- wärts strömt, sinkt ihr Druck im wesentlichen auf denjenigen der Umgebungsluft und ihre Temperatur sinkt entsprechend. Beim erwähnten Beispiel wird die Lufttemperatur am inneren Ende der Schaufeln 60 etwa 4,4 C betragen. Die Schaufeln 60 sind so konstruiert, dass sie einen Teil der kinetischen Energie zurückhalten, so dass der Luft bei ihrem Durchgang durch die Nabe 40 ein leichter Drall erteilt wird. Dementsprechend wird Kondensat, das sich bei der Abkühlung der Luft bildet, gegen die innere Wand der Nabe 40 geschleudert.
Diese letztere ist leicht konisch, so dass in Fig. 1 das Kondensat von links nach rechts abfliesst. Vom rechten Nabenende fliesst das Kondensat durch den Kanal 56 nach aussen und verlässt schliesslich den Rotor durch eine oder mehrere der Ablauföffnungen 106 in der äusseren Rotorwand. Es gelangt dann in den Sekundärluft strom in der Ringkammer 102,
wird dort verdampft und durch den durch die Schlitze 104 austretenden Luftstrom mitgerissen. Auf diese Weise wird Wärme von der Primärluft in den Kanal 62 abgeführt.
Nach dem Durchgang durch die Nabe 40 strömt die Luft durch die Diffusorschaufeln 64 und durch die Leitung 94 nach aussen in das Innere des Kühl schrankes oder irgendeines anderen zu kühlenden Raumes. Der Zweck der Diffusorschaufeln besteht darin, die kinetische Energie der rotierenden Luft in der hohlen Nabe 40, welches Rotieren zum Abschei den der Feuchtigkeit nötig war, in Druck umzuwan deln. Eine Umwandlung in Wärme würde nicht dem Zweck der Maschine entsprechen.
Die relative Feuchtigkeit der durch die Leitung 94 abgegebenen abgekühlten Luft liegt nahe bei <B>100%.</B> Dementsprechend wird der Innenraum des Kühlschrankes auf einer Temperatur und einer Feuchtigkeit gehalten, welche für die Aufbewahrung von Nahrungsmitteln ideal sind. Das übermässige Austrocknen der Nahrungsmittel und die Eisbildung, wie .sie bei den üblichen Kühlschränken unvermeid- lich sind, können bei Verwendung der beschriebenen Pumpe mit Sicherheit vermieden werden.
Wann das Aggregat zum Heizen oder Kühlen eines Zimmers oder irgendeines Raumes von nen nenswerter Grösse verwendet wird, kann es zweck mässig sein, eine erzwungene Sekundärluftströmung durch die Ringkammer 102 zu erzeugen, z. B. indem auf der Aussenseite des Rotors beim Auslassende der Ringkammer 102 Schaufeln angebracht werden.
Wenn das beschriebene Aggregat dazu verwendet wird, einen Raum zu kühlen, kann die Luft direkt aus der Leitung 94 in den Raum austreten. Wenn die Luft in den Raum gelangt, wird ihre Temperatur wesentlich steigen und gleichzeitig die relative Feuch tigkeit auf eine optimale Höhe sinken.
Der Erfindungsgegenstand kann ohne weiteres dazu benützt werden, um einen Raum zu beheizen, indem aus den Schlitzen 104 austretende Luft in den Raum eingeführt wird. Die Leitung 96 wird zum Aussenlufteinlass und die Leitung 94 führt die abgekühlte Luft in irgendeiner geeigneten Weise zur äusseren Umgebungsluft zurück. Bei Verwendung ge eigneter Leitungen kann die beschriebene Vorrich- tung zum gleichzeitigen Heizen und Kühlen verwen det werden.
Es sui noch darauf hingewiesen, dass Staub und andere Unreinheiten beim Durchgang der Luft durch die Kanäle 62 aus derselben entfernt werden. Sehr kleine Partikeln, z. B. solche, die in Zigarettenrauch enthalten sind, setzen sich zufolge der starken Zen- trifugalwirkung auf den äusseren Teilen der Kanäle 62 ab. Nach einer gewissen Betriebsdauer kann die Abschlussplatte 26 entfernt und der Rotor heraus genommen werden.
Die ganze Vorrichtung kann dann dadurch gereinigt werden, dass Luft durch die Kanäle 62 geblasen wird, in welchen sich Staub und Schmutz angesammelt haben kann.
Wie ersichtlich, ist das beschriebene Aggregat sehr einfach, und es ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau. Der Gesamtwirkungsgrad ist wesentlich hö her als derjenige, der bisher erreicht werden konnte. Der Betrieb ist praktisch geräuschfrei. Die Herstel lungskosten sind wesentlich niedriger als diejenigen von konventionellen Aggregaten gleicher Leistung, und sie benötigen auch nicht den Serviceaufwand der letzteren. Das periodische Enteisen fällt weg.
Die Arbeitsweise ist reversibel, so dass das Aggregat sowohl zum Erwärmen wie auch zum Kühlen eines Raumes verwendet werden kann, ohne dass irgend welche komplizierten Umstellungen nötig wären. Die durch das Aggregat strömende Luft wird automatisch filtriert und getrocknet.