CH446410A

CH446410A - Wärmepumpe

Info

Publication number: CH446410A
Application number: CH69965A
Authority: CH
Inventors: Laing Nikolaus
Original assignee: Braun Ag
Priority date: 1964-01-22
Filing date: 1965-01-19
Publication date: 1967-11-15
Also published as: FR1424068A; US3347059A; GB1110721A

Description

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Wärmepumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe, bestehend aus einem Wärme abgebenden Verflüssiger- Wärmeaustauscher, einem Wärme aufnehmenden Ver- dampfer-Wärmeaustauscher und einem Kompressor, der das den Verdampfer-Wärmeaustauscher verlassendie gas- förmige Kältemittel verdichtest und in den Verflüssi:ger- Wärmeaustauscher fördert.

Solche Maschinen, die beispielsweise als Klimageräte oder als Kühlaggregate für Kühlschränke dienen, ärbeiien seither mit stationären Wärmetauschern. Neben :dem Wärme transformierenden Gerät, in der Regel einem Kompressor, benötigen diese Geräte deshalb noch in der Regel zwei weitere Gebläse, eines für den Wärme abgebenden und eines für den Wärme auf- nehmenden Wärmetauscher.

Der Erfinder hat bereits vorgeschlagen, einen umlaufenden Wärmetauscher als Verflüssiger für Kühlgeräte zu verwenden. Diese umlaufenden Wärmetauscher haben den Vorteil, dass sie die Funktion von Gebläse und Wärmetauscher miteinander vereinigen und dabei wesentlich geringere Geräusche erzeugen als bekannte Gebläse mit nachgeschaltetem Wärmetauscher, weil nämlich die Strömungsenergie der Luft bereits innerhalb des umlaufenden Wärmetauschers wieder verbraucht wird, und dass sie darüber hinaus weit kleiner gebaut werden können als stationäre Wärmetauscher,

weil näm- lich :die Abstände von Rippe zu Rippe kleiner gewählt werden können, weil die Grenzschichten, die diese Abstände bestimmen, durch die Fliehkraft dünner gehalten werden als bei stationären Wärmetauschern.

Ausserdem erhöhen sich die Wärmeübergangszahlen .mit dünner werdender Grenzschicht, sodass auch diegesamte Oberfläche, bezogen auf gleiche Durchströmungsgeschwin- digkeit, viel kleiner ist ;als bei stationären Wärmetau- schern.

Von derartigen Maschinen ausgehend, sieht die Er- findung bei einer Wärmepumpe der eingangs genannten Art vor, dass beide Wärmetauscher als Gebläseläufer mit hohlen, vom Kältemittel idurchströmten Schaufeln ausgebildet sind und zusammen mit dem Kompressor eine in einem feststehenden Rahmen gelagerte Einheit bilden, die durch ein Antriebsmittel in Umdrehung versetzt wird.

Hierdurch lassen sich ausserordentlich klein bauende Wärmepumpen, z. B. Klimageräte, bauen, die .ausserdem extrem leise arbeiten.

Die Funktion soll anhand der nachstehenden Figu- renbeschreibung, die Ausführungsbeispiele der Erfin- Iduung betrifft, erläutert werden: Fig. 1 zeigt schematisiert einen umlaufenden Wärmetauscher, bei dien das Kältemittel bei 1 in den Wärmetauscher eintritt, ,dort in die .geradzahligen Schaufeln 2 geleitet wird, durch die ringförmigen Rippen 3, die Kanäle 4 aufweisen, in die ungeradzahligen Schaufeln 5 strömt und von :

dort wieder zurück in die Kanäle 6, die mit dem inneren Rohr 7 kommunizieren.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch Fig. 1 und zeigt die Leit- wände 8 und 9. Beim Rotierendes Läufers entsprechend dem Drehrichtungspfeil 10 wird Luft 11 in den Läufer hineingesaugt und im Austrittsbereich 12 entsprechend den Stromlinien 13 wieder herausgefördert. Dieser Wärmetauscher hat also die Aufgabe, sowohl ein Ventilator zu sein, als auch ein Wärmetauscher mit grossen Oberflächen.

In dieser Darstellung findet also eine Abküh- lung des Kältemittels nicht nur in den hohlen Schaufeln, sondern auch in Aden kleinen Kanälen 4 statt, die die gerad-zahligen Schaufeln 2 mit den ungeradzahligen Schaufeln 5 verbinden.

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines umlaufenden Wärmetauscherläufers, bei dem die ringförmigen Flächen 130 als Indirektwärrmetauschflächen dienen, so dass der Wärmetausch des Kältemittels sich nur innerhalb der hohlen Schaufeln 131 vollzieht, die aus den Vorsprüngen 140 gebildet werden.

Fig. 4 zeigt die Aneinanderreihung der Vorsprünge 140, die im Bereich 141 miteinander verlötet werden. Fig.5 zeigt eine erfindungsgemässe Wärmepumpe, bei der zwei Wärmetauscher, ähnlich wie in Fig. 3 gezeigt, nebeneinander angeordnet sind.

Der Rahmen 50 trägt an beiden Eiiden Lager 51 und 52; er trägt ausser-

dem den Stator 53 eines kleinen Elektromotors, der den Rotor in Rotation versetzt. Der Rotor selbst ist mit der Achse 54 des Motors 53 starr verbunden und besteht aus dem Kompressor 55, ;dem Verflüssiger-Wäraneiau- scher 56 und dem Verdampfer-Wärmetauscher 57.

Der Kompressor besteht aus einem Motorstator 58, einem Motorrotor 59 .und einem Drehkolbenkompressor 60. Der Drehkolbenkompressor 60 saugt durch die Leiturig 61 aus dem zylindrischen Raum 62 Kältemittel, welches in den hohlen Schaufeln 131 verdampft wurde und dadurch die Schaufeln 131 sowie die Rippen 130 abkühlte. Der Kompressor fördert das komprimierte Kältemittel durch den Ringraum 64 in die Schaufeln 65, dort kondensiert es unter Wärmca'bgabe über,

die Rippen 66 und sammelt sich als Flüssigkeitsring 67 in dem Raum 68. ,Durch die Kapülaren 69 strömt es in dem Ringraum 70. Von dort beginnt der Kreislauf von neuem.

Fig. 6 zeigt schematisiert den Einbau eines umlaufenden Wärmetauschers gemäss Fig.5 in einer Hauswand. Der Rahmen 50 ist in einen Mauerdurchbruch eingeschoben. Der Raum 72, in ,dem sich der Kompressor 55 und der antreibende Motor 53 befinden, ist verschlossen ausgebildet, der besseren Sichtbarkeit wegen jedoch in der vorliegenden Zeichnung, offen gezeichnet.

Um den Verflüssiger-Wärmetauscher 56 herum ist eine Leitwand 73 angeordnet, die in Fig. 7 noch einmal im Querschnitt gezeichnet ist. Diese Leitwand isst an beiden Seiten in runden Scheiben 74 und 75 gehalten. Diese Scheiben sind in Rollen 76 gelagert und können beliebig verschwenkt werden. Im vorliegenden Fall ist beispielsweise dis Leitwand 73 so geschwenkt, dass der Verflüssiger-Wärmetauscher 56 mit der Aussenluft kommuniziert.

Die Leitwand 78 ;dagegen ist so verschwenkt, dass der Verdampfer-Wärmetauscher 57 mit dem Wohnraum kommuniziert. In :dieser Schaltung wird also dem Wohnraum Wärme entzogen und zur Aussenluft hin Wärme abgegeben. Wird die Leitwand 73 um 90 verschwenkt, so saugt der Wärmetauscher 56, nunmehr nur als Ventilator wirkend, Luft aus dem Inneren des Raumes nach draussen; wird die Leitwand 78 um 90 verschwenkt, so saugt der Wärmetauscher 57 Luft von aussen nach innen und kühlt sie gleichzeitig ab.

Soll keine Abkühlung stattfinden, so wird der Kompressor abgeschaltet. Wird die Leitwand 73 um 180 ver- schwenkt, so kommunizieren beide Wärmetauscher 56 und 57 mit der Raumluft. Der Wärmetauscher 57 entzieht der Raumluft Feuchtigkeit durch Kondensation an seiner kalten Oberfläche, während ;der Wärmetauscher 56 dem Raum Wärme zuführt.

Die Feuchtigkeit am Wärmetauscher 57 spritzt als kleine Tröpfchen gegen die Leitwanid 78 und wird durch ein nicht gezeigtes Röhrchen nach aussen geleitet. In dieser Schaltung bewirkt das Gerät eine Verringerung der relativen Feuchtigkeit im Raum, wirkt also als Lufttrockner. Wenn die Lef- wand 78 um 180 geschwenkt wird, während dir,

Leyt- w-and 73 weiterhin mit der Raumluft kommunizierend eingestellt ist, .so wirkt die Wärmepumpe als Raum- heizgerät.

Fig.7 zeigt einen Querschnitt durch Fig.6 ent- isprechemd der Schniinebeme VII-VII-VII-VII. Die Luft tritt bei 88 in den Rotor ein und verlässt den Rotor ent- sprechend dem Pfeil 89. Wie bereits in Fig. 2 gezeigt ist, ist ausser der Leitwand 73 ein weiterer Leitkörper 8 erforderlich. Die übrigen Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in Fig. 6.

Fig. 8 zeigt schematisiert einten Querschnitt durch eine weitere Wärmepumpe, bei :der die Rotoren 90 und 91 als Zentrifugalrotoren ausgebildet sind und radial nach aussen durchströmt werden. Die Einströmung der Luft erfolgt bei 92; die aufgewärmte oder abgekühlte Luft verlässt den Rotor in radialer Richtung .bei 93. Das feststehende Gehäuse 210 enthält zwei Polringe 221 und 223.

In diesem feststehenden Gehäuse sind die Wellen- enden 225 und 226 gelagert. Auf ,diesen Wellen sind aussen die Rotoren 90 und 91 gelagert, innen der Anker 220, der mit dem Gehäuse 224 gasdicht verbunden ist. Das Gehäuse 224 besteht aus einem magnetisch wenig hinderlichen Material, z.

B. Edelstahl. Innerhalb des Gehäuses 224, welches sich mit der Lüfterdrehzahl, die durch den Anker 220 bestimmt wird, dreht, befindet sich ein weiterer Anker 222, der innerhalb des Gehäuses frei rotieren kann und indessen, Innerem sich ein Dreh- ko1benkompressor befindet. Das Gehäuse 224 .dreht sich im vorliegenden Fall gegen den Uhrzeigersinn, während der Anker 222 unter dem Einfluss des Drehfeldes des Polringes 223 im Uhrzeigersinn rotiert.

Hierdurch addieren sich für den Kompressor die beiden Drehzahlen, so dass der Kompressor sehr klein ausgebildet sein kann.

Der Kompressor saugt Kältemittel entsprechend der Linienführung 208 an und fördert das verdichtete Kältemittel entsprechend der Linienführung 206 in den als Verflüssiger dienenden, Wärme abgebenden Wärmetauscher 91. Danach strömt Idas ,abgekühlte verdichtete Gas entsprechend der Linienführung 229 durch eine Leitung, die durch ein Kapillarrohr gebildet werden kann, in den zweiten umlaufenden Wärmetauscher 90 und wird dort verdampft, so .dass dieser Wärmetauscher sich abkühlt.

Danach strömt das verdampfte Kältemittel wieder entsprechend der Linienführung 208 in den Kompressor.

Das Gehäuse 210 kann in eine Mauer 94 eingebaut sehn. Es kann aber :auch in ,die Wandung eines Kühlschrankes eingebaut sein.

Durch Umschaltung der Drehrichtung :des Feldes des Polringes 221 drehen sich beide umlaufende Systeme in gleicher Richtung.

Wenn der Anker 220 beispielsweise mit 1100 U/min. und der Anker 222 beispielsweise mit 3300 U/min. rotiert, so ergibt sich im oben beschriebenen Fall (bei ge- gensinnigem Betrieb) für :den Kompressor eine Drehzahl von 4400 U/min., nach Umschalten des Drehsinnes des Polringes 223 eine solche von 2200 U/min. Hierdurch lässt sich die Kälteleistung auf die Hälfte reduzieren. An- idemsei;

ts kann .auch der Drehsinn des Ankers 222 umgeschaltet werden durch .entsprechende Schaltung des Polringes 223. In diesem Falle kehrt sich der Kreislauf um, d. h. jetzt ändern sich alle Richtungspfeile der Durch- strömung des Kältemittels, und der Wärmetauscher 91 wird zum Wärme entziehenden Verdampfer,

während der Wärmetauscher 90 zum Wärme abgebenden Ver- flüssiger wird. Auch hier kann durch Änderung der Drehrichtung .des Ankers 220 die Kompressorleistung im Verhältnis z. B. 2:1 geändert werden.

Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch Fig. 8 entsprechend der Schnittlinie IX-IX. Der Anker 222 nimmt im Inneren eine exzentrisch liegende Buchse 95 auf, in welcher sich ein zentrisch liegender Körper 96 befindet, der mit Radialschiebern 97 ausgebildet ist und zwei Öffnungen 98 und 99 aufweist, die alternativ als Einström- oder Tals Ausströmöffnung des Kompressors dienen.

Claims

PATENTANSPRUCH Wärmepumpe, bestehend aus einem Wärme abge- benden Verflüssiger-Wärmeaustauscher, einem Wärme <Desc/Clms Page number 3> aufnehmenden Verdampfer-Wärmeaustauscher und einem Kompressor, der das den Verdampfer-Wärme- austauscher verlassende gasförmige Kältemittel verdichtet und in den Verflüssiger-Wäameaustauscher fördert, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wärmetauscher als Gebläseläufer mit hohlen,

vom Kältemittel durchströmten Schaufeln .ausgebildet sind und zusammen mit dem Kompressor eine in einem feststehenden Rahmen gelagerte Einheit bilden, dledurch ein Antriebsmittel in Umdrehung versetzt wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

Wärmepumpe nach Patentanspruch, dadurch ge- kennrzeichnet, dass @dme beiden Wärmetauscher und der Kompressor hermetisch nach aussen hin abgedichtet sind. 2. Wärmepumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe in der Wand eines Hauses, im Fenster, in der Wandüng eines Kühlschrankes oder eines Kühlraumes so montiert ist, dass ein Wärmetauscher mit der Innenluft des Ra#um:

es und der andere Wärmetauscher mit der Aussenluft kommuniziert. 3. Wärmepumpe nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch ,gekennzeichnet, dass die Gebläseläufer als querdurchströmte Radialschaufelgitter ausgebildet und von verschwenkbaren Leitwandungen umgeben sind, welche so ,gerichtet werden können, dass Lufteintritt und Luftaustritt des gleichen Gebläserotor- abschmAttes alternativ mit der Aussenluft oder mit der Innenluft kommunizieren. 4. Wärmepumpe nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 3, ;

dadurch .gekennzeichnet, dass die Radialschaufelgitter :der Gebläseläufer zur Ver- grösserung der Oberfläche ringförmige Rippen aufweisen. 5.

Wärmepumpe nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwandungen vom Ver- dampfer-Läuferbereich und vom Verflüssiger-Läuferbe- reich derart gegensinnig verschwenkbar sind, dass der Verdampfer mit der Aussenluft kommuniziert, wenn der Verflüssiger mit der Innenluft kommuniziert. 6.

Wärmepumpe nach Unteranspruch 3, ,dadurch gekennzeichnet, .dass die Leitwandungen so verschwenk- bar sind, dass beide Gebläseläufer sowohl mit der Aussenluft als auch mit der Innenluft kommunizieren, so dass die Pumpe Aussenluft nach innen und verbrauchte Innenluft nach aussen fördert, also als Ventilator wirkt. 7. Wärmepumpe nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwandungen unabhängig von- einander verschwe-nkbar sind. B.

Wärmepumpe nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebläserotor über eine Magnetkupplung, deren antreibender Teil vom Kompressormotor angetrieben wird, in Rotation versetzt wird. 9. Wärmepumpe nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch: gekennzeichnet, dass der Gebläserotor durch eine Magnetkupplung und ein an dem Rahmen montiertes Getriebe in Rotation versetzt wird. 10.

Wärmepumpe nach. Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Umlaufrichtung der Gebläseläufer einen gegensinnigen Drehsinn aufweist wie die Umlaufrichtung des Kompressors.