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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-
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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.
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Heat pump The invention relates to a heat pump consisting of a heat-emitting condenser heat exchanger, a heat-absorbing evaporator heat exchanger and a compressor that compresses the gaseous refrigerant leaving the evaporator heat exchanger and enters the condenser heat exchanger promotes.
Such machines, which are used, for example, as air conditioning units or as cooling units for refrigerators, have since been using stationary heat exchangers. In addition to: the heat-transforming device, usually a compressor, these devices therefore usually require two additional fans, one for the heat exchanger and one for the heat exchanger.
The inventor has already proposed to use a circulating heat exchanger as a condenser for cooling devices. These circulating heat exchangers have the advantage that they combine the function of fan and heat exchanger and generate significantly less noise than known fans with a downstream heat exchanger, because the flow energy of the air is already consumed within the circulating heat exchanger, and that it is also used can be built much smaller than stationary heat exchangers,
because: the spacing from rib to rib can be selected to be smaller, because the boundary layers that determine these spacings are kept thinner by the centrifugal force than in stationary heat exchangers.
In addition, the heat transfer coefficients increase as the boundary layer becomes thinner, so that the entire surface, based on the same flow velocity, is much smaller than with stationary heat exchangers.
Starting from such machines, the invention provides for a heat pump of the type mentioned at the beginning that both heat exchangers are designed as fan rotors with hollow blades through which the refrigerant flows and, together with the compressor, form a unit mounted in a stationary frame through which Drive means is set in rotation.
This allows extremely small heat pumps such. B. build air conditioners that work extremely quietly.
The function will be explained with reference to the following description of the figures, which relates to the exemplary embodiments of the invention: FIG is, through the annular ribs 3, which have channels 4, flows into the odd-numbered blades 5 and from:
there back into the channels 6, which communicate with the inner tube 7.
2 is a section through FIG. 1 and shows the guide walls 8 and 9. When the rotor rotates according to the direction of rotation arrow 10, air 11 is sucked into the rotor and conveyed out again in the outlet area 12 according to the streamlines 13. This heat exchanger has the task of being both a fan and a heat exchanger with large surfaces.
In this illustration, the refrigerant is not only cooled in the hollow blades, but also in the small channels 4 which connect the even-numbered blades 2 with the odd-numbered blades 5.
3 shows the basic structure of a circulating heat exchanger rotor in which the annular surfaces 130 serve as indirect heat exchange surfaces, so that the heat exchange of the refrigerant takes place only within the hollow blades 131, which are formed from the projections 140.
4 shows the juxtaposition of the projections 140, which are soldered to one another in the area 141. FIG. 5 shows a heat pump according to the invention in which two heat exchangers, similar to that shown in FIG. 3, are arranged next to one another.
The frame 50 carries bearings 51 and 52 on both sides; he also wears
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that of the stator 53 of a small electric motor that sets the rotor in rotation. The rotor itself is rigidly connected to the axis 54 of the motor 53 and consists of the compressor 55, the condenser-heat exchanger 56 and the evaporator-heat exchanger 57.
The compressor consists of a motor stator 58, a motor rotor 59 and a rotary piston compressor 60. The rotary piston compressor 60 sucks refrigerant through the duct 61 from the cylindrical space 62, which was evaporated in the hollow blades 131 and thereby cooled the blades 131 and the ribs 130 . The compressor conveys the compressed refrigerant through the annular space 64 into the blades 65, where it condenses with heat transfer via,
the ribs 66 and collects as a liquid ring 67 in the space 68. It flows through the capillaries 69 in the annular space 70. From there the cycle begins anew.
FIG. 6 schematically shows the installation of a circulating heat exchanger according to FIG. 5 in a house wall. The frame 50 is pushed into a wall opening. The space 72 in which the compressor 55 and the driving motor 53 are located is designed to be closed, but for the sake of better visibility it is drawn open in the present drawing.
A guide wall 73, which is shown again in cross section in FIG. 7, is arranged around the condenser heat exchanger 56. This baffle is held in round disks 74 and 75 on both sides. These disks are mounted in rollers 76 and can be pivoted as desired. In the present case, for example, the baffle 73 is pivoted so that the condenser heat exchanger 56 communicates with the outside air.
The guide wall 78, on the other hand, is pivoted so that the evaporator heat exchanger 57 communicates with the living space. In: this circuit means that heat is extracted from the living space and heat is given off to the outside air. If the guide wall 73 is pivoted by 90, the heat exchanger 56, now acting only as a fan, sucks air from the interior of the room to the outside; If the guide wall 78 is pivoted by 90, the heat exchanger 57 sucks air from the outside inwards and simultaneously cools it down.
If no cooling is to take place, the compressor is switched off. If the guide wall 73 is pivoted by 180, both heat exchangers 56 and 57 communicate with the room air. The heat exchanger 57 removes moisture from the room air by condensation on its cold surface, while the heat exchanger 56 supplies heat to the room.
The moisture on the heat exchanger 57 sprays as small droplets against the guide wall 78 and is conducted to the outside through a tube (not shown). In this circuit, the device reduces the relative humidity in the room, so it acts as an air dryer. If the Lefwand 78 is swiveled by 180 while you,
Leyt-w-and 73 is set to communicate with the room air, so the heat pump acts as a room heater.
FIG. 7 shows a cross section through FIG. 6 corresponding to the cutting planes VII-VII-VII-VII. The air enters the rotor at 88 and leaves the rotor in accordance with the arrow 89. As already shown in FIG. 2, in addition to the guide wall 73, a further guide body 8 is required. The other parts are provided with the same reference numbers as in FIG. 6.
8 shows a schematic cross-section through a further heat pump, in which the rotors 90 and 91 are designed as centrifugal rotors and through which the flow radially outwards. The air flows in at 92; the heated or cooled air leaves the rotor in the radial direction. bei 93. The stationary housing 210 contains two pole rings 221 and 223.
The shaft ends 225 and 226 are mounted in this stationary housing. The rotors 90 and 91 are mounted on the outside of these shafts, and the armature 220 on the inside, which is connected to the housing 224 in a gas-tight manner. The housing 224 is made of a magnetically unobtrusive material, e.g.
B. stainless steel. Inside the housing 224, which rotates at the fan speed determined by the armature 220, there is a further armature 222 which can rotate freely within the housing and meanwhile, a rotary piston compressor is located inside. The housing 224 .turns in the present case counterclockwise, while the armature 222 rotates clockwise under the influence of the rotating field of the pole ring 223.
As a result, the two speeds add up for the compressor, so that the compressor can be made very small.
The compressor sucks in refrigerant according to the line 208 and conveys the compressed refrigerant according to the line 206 into the condenser serving as a heat-releasing heat exchanger 91. Thereafter, Ida's, cooled, compressed gas flows according to the line 229 through a line formed by a capillary tube can, in the second circulating heat exchanger 90 and is evaporated there, so .that this heat exchanger cools down.
The evaporated refrigerant then flows back into the compressor in accordance with the line 208.
The housing 210 can be built into a wall 94. But it can: also be built into the wall of a refrigerator.
By switching the direction of rotation: the field of the pole ring 221, both revolving systems rotate in the same direction.
For example, if the armature 220 is running at 1100 rpm. and the armature 222, for example, at 3300 rpm. rotates, in the case described above (with opposite operation) the following results for: the compressor a speed of 4400 rpm, after switching the direction of rotation of the pole ring 223 a speed of 2200 rpm. This allows the cooling capacity to be reduced by half. Anidemsei;
The direction of rotation of armature 222 can also be switched by corresponding switching of pole ring 223. In this case, the circuit is reversed, i.e. H. now all direction arrows of the flow of refrigerant change, and the heat exchanger 91 becomes the evaporator extracting heat,
while the heat exchanger 90 becomes the heat-releasing condenser. Here, too, by changing the direction of rotation .des armature 220, the compressor output in the ratio z. B. 2: 1 can be changed.
FIG. 9 shows a section through FIG. 8 according to the section line IX-IX. The armature 222 accommodates an eccentrically located socket 95 inside, in which there is a centrally located body 96 which is formed with radial slides 97 and has two openings 98 and 99, which alternatively serve as inlet or outlet openings of the compressor.