DE102004060819B3

DE102004060819B3 - Low temperature air conditioning system, working on the Stirling principle, has working cylinders and regenerators integrated into a block with heat exchangers at the cold and hot sides in a folded gamma configuration

Info

Publication number: DE102004060819B3
Application number: DE102004060819A
Authority: DE
Inventors: Peter Moser
Original assignee: OEKO HAUSTECHNIK INVENTER GmbH; Oko-Haustechnik Inventer GmbH
Current assignee: OEKO HAUSTECHNIK INVENTER GmbH; Oko-Haustechnik Inventer GmbH
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-12-18
Also published as: EP1666812A3; EP1666812A2

Abstract

The low temperature space air conditioning, working on the Stirling principle, has at least two working cylinders (AZ1,AZ2) each with an inner double piston assembly (DK1,DK2) moved by a linear drive and at least two regenerators (R1,R2) in a folded gamma configuration. The hot sides (W1,W2) of each cylinder are at one side of the configuration and their cold sides (K1,K2) are at the other side of the configuration. The cylinders and the regenerators form an integrated block with parallel components with a heat exchanger (10) at the cold side (K) and a heat exchanger (15) at the hot side (W).

Description

Die Erfindung betrifft eine Niedertemperatur Stirling-Vorrichtung zur Raumklimatisierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a low-temperature Stirling device for Room air conditioning according to the preamble of claim 1.

Nach dem Stirling-Prinzip arbeitende Wärmekraftmaschinen, Wärmepumpen oder Kühlaggregate sind bekannt. Derartige Vorrichtungen basieren auf einem thermodynamischen Kreisprozess, der zwischen zwei annähernd isochoren und zwei annähernd isothermischen Zustandsänderungen ausgeführt wird. Je nach der Richtung, in der dieser Kreisprozess durchlaufen wird, wirkt die darauf aufbauende Vorrichtung als Wärmekraftmaschine zur Umsetzung von Wärmeenergie in Bewegungsenergie oder als mechanisch getriebene Wärmepumpe zum Heizen oder Kühlen der Umgebung. Diese Art von Wärmekraftmaschine wird als Stirling-Motor bezeichnet, während die Konfiguration als Wärmepumpe in der Tieftemperatur- und Kryotechnik eine breite technische Anwendung erfährt.To the Stirling principle heat engines, heat pumps or refrigeration units are known. Such devices are based on a thermodynamic Circular process between two approximately isochoric and two approximately isothermal state changes accomplished becomes. Depending on the direction in which this cycle is going through is, the device based thereon acts as a heat engine for the implementation of heat energy in kinetic energy or as a mechanically driven heat pump for heating or cooling the environment. This type of heat engine is called Stirling engine, while the configuration as heat pump in the cryogenic and cryotechnology a broad technical application experiences.

Hinsichtlich ihrer Bauweise lassen sich im wesentlichen drei Hauptarten von Stirling-Vorrichtungen unterscheiden. Beim sogenannten alpha-Typ sind je ein Arbeits- und ein Verdrängerkolben in einem eigenen Zylinder untergebracht und bewegen sich periodisch mit einem Phasenversatz von 90°. Die beiden Zylinder sind über einen inneren Wärmespeicher, den sogenannten Regenerator, miteinander verbunden, während der Phasenversatz zwischen den Stellungen beider Zylinder prinzipiell durch eine rechtwinklige Stellung der Längsachsen beider Zylinder und durch einen gemeinsamen Kurbelantrieb für beide Kolben gewährleistet ist.Regarding their construction can be essentially three main types of Stirling devices differ. The so-called alpha-type are each a working and a displacer housed in its own cylinder and move periodically with a phase shift of 90 °. The both cylinders are over an internal heat storage, the so-called regenerator, interconnected during the Phase offset between the positions of both cylinders in principle a right angle position of the longitudinal axes of both cylinders and ensured by a common crank drive for both pistons is.

Bei einem sogenannten beta-Typ laufen sowohl der Verdrängerkolben, als auch der Arbeitskolben in einem gemeinsamen Zylinder, wobei einer der beiden Kolben, insbesondere der Verdrängerkolben, den Regenerator enthält. Dieser Typ einer Stirling-Vorrichtung zeichnet sich durch eine gegenüber dem alpha-Typ stark vereinfachte Bauweise aus. Für diesen Typ sind auch sogenannte Freischwinger-Konstruktionen bekannt, bei denen beide Kolben sich ohne mechanische Stelleinrichtungen allein durch das Arbeitsmedium bewegen.at a so-called beta-type both the displacer, as well as the working piston in a common cylinder, wherein one of the two pistons, in particular the displacement piston, the regenerator contains. This type of Stirling device is characterized by a relative to the alpha-type greatly simplified construction. For this type are also so-called Cantilever constructions known, in which both pistons without mechanical actuators move through the working medium alone.

Bei einem sogenannten gamma-Typ sind wie beim alpha-Typ die beiden Kolben in verschiedenen Zylindern untergebracht, wobei der Regenerator sich aber nicht zwischen den beiden Zylindern befindet. Eine derartige Vorrichtung ist auch unter der Bezeichnung split-Stirling bekannt. Der beta-Typ und vor allem auch der gamma-Typ können auch als doppeltwirkende Stirling-Vorrichtungen ausgeführt sein, bei der ein oder beide Kolben vom Arbeitsmedium beidseitig beaufschlagt werden kann. In Verbindung mit der beta-Konfiguration wird insbesondere bei der Anwendung der Stirling-Vorrichtung als Wärmepumpe die Verwendung von Linearantrieben vorgeschlagen. Nähere Angaben dazu lassen sich beispielsweise aus den Druckschriften JP2003172554 A bzw. JP2000314570 A entnehmen.at a so-called gamma type are the two pistons as in the alpha type housed in different cylinders, with the regenerator but not between the two cylinders. Such Device is also known as split-Stirling. The beta type and especially the gamma type can also be considered double acting Stirling devices executed be, with one or both pistons from the working medium on both sides can be applied. In conjunction with the beta configuration is particularly in the application of the Stirling device as Heat pump the Use of linear drives proposed. Further details can be found here For example, from the publications JP2003172554 A and JP2000314570 A take.

Jede der genannten Grundkonfigurationen kann sowohl als Wärmekraftmaschine, als auch als Wärmepumpe verwendet werden. So wird beispielsweise von der Firma Stirling Thermal Motor Inc. / USA ein Kühlschrankantrieb auf der Basis des Stirling-Prozesses beschrieben, während die Firma Sunpower / USA einen Freikolben-Stirling-Motor zur Gewinnung elektrischer Energie aus solarer Wärmeenergie und Vermittlung einer Stirling-Wärmekraftmaschine beschreibt.each said basic configurations can both as a heat engine, as well as a heat pump be used. For example, the company Stirling Thermal Motor Inc. / USA a refrigerator drive based on the Stirling process described while the company Sunpower / USA a free-piston Stirling engine for extraction electrical energy from solar thermal energy and mediation a Stirling heat engine describes.

Der Stirling-Prozess bzw. die darauf beruhenden Vorrichtungen lassen sich prinzipiell mit jedem gasförmigen Arbeitsmedium, beispielsweise mit Luft, ausführen, sie sind daher umweltfreundlich, kostengünstig und theoretisch prinzipiell aufwandsarm und vielseitig einsetzbar. Trotzdem sind Stirling-Systeme bislang auf typische Nischenanwendungen, etwa im Kryobereich bei tiefen Temperaturen oder bei speziellen Antrieben, beispielsweise im Bereich der Energiegewinnung beschränkt. Niedrigtemperatur-Vorrichtungen zur Raumklimatisierung, die auf dem Stirling-Prinzip beruhen, sind bislang unbekannt, sodass in diesem Bereich auf teure konventionelle Systeme zurückgegriffen werden muss, die beispielsweise die Konzeption von Niedrigenergiebauten unnötig verteuert.Of the Stirling process or the devices based on it in principle with any gaseous Working medium, for example with air, run, they are therefore environmentally friendly, cost-effective and theoretically low in effort and versatile. Nevertheless So far, Stirling systems have been used in typical niche applications, such as in the cryogenic area at low temperatures or with special drives, For example, limited in the field of energy. Low-temperature devices for room air conditioning, which are based on the Stirling principle are so far unknown, so in this area on expensive conventional Systems used for example, the conception of low-energy buildings unnecessary expensive.

So weisen Niedrigenergiehäuser mit einer Grundfläche von 100 bis 180 m² bei einer Außentemperatur von -15°C einen Wärmebedarf von 4 bis 8 kW auf, wobei durchschnittlich 4 bis 8 Räume zu heizen sind. Bei großen Glasflächen bewegt sich die im Sommer anfallende Kühllast in einer vergleichbaren Größenordnung. Bei einem Heizbetrieb ergibt sich somit ein mittlerer Wärmebedarf von 1000 Watt je Raum.For example, low-energy houses with a floor area of 100 to 180 m ² and an outside temperature of -15 ° C have a heat requirement of 4 to 8 kW, with an average of 4 to 8 rooms to heat. In the case of large glass surfaces, the cooling load occurring in the summer is on a comparable scale. In a heating operation, this results in a mean heat demand of 1000 watts per room.

Bei der Verwendung konventioneller Wärmepumpen, die wahlweise als Kühl- bzw. Heizsystem betrieben werden sollen, sind sogenannte Wandheizsysteme zwingend notwendig. Derartige Systeme sind teurer als herkömmliche Fußbodenheizungen. Für eine installierte konventionelle Luft-Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 8kW müssen mit Fußbodenheizung bei einer Grundfläche von 120 m² ca. 20000 Euro veranschlagt werden. Eine zusätzliche Kühlfunktion führt zu einem zusätzlichen Mehrpreis von ca. 5000 Euro. Es ist verständlich, dass derartige Kosten nachhaltig zu reduzieren sind.When using conventional heat pumps, which are to be operated either as a cooling or heating system, so-called wall heating systems are absolutely necessary. Such systems are more expensive than conventional underfloor heating systems. For an installed conventional air heat pump with a heat output of 8kW, underfloor heating with a floor area of 120 m ² will cost approx. 20000 Euro. An additional cooling function leads to an additional surcharge of approx. 5000 Euro. It is understandable that such costs are sustainable to reduce.

Ein weiterer Nachteil konventioneller Klimaanlagen, die insbesondere als preiswerte, nur zum Kühlen geeignete Splitsysteme ausgebildet sind, besteht in deren Größe. Bei derartigen Splitsystemen bläst ein äußerer Teil, beispielsweise ein Kondensor, Abwärme in die Umgebung. Der innere Teil arbeitet als Konvektor, der die darin umgewälzte Raumluft kühlt. Beide Teile sind durch Rohrleitungen miteinander verbunden. Bei einer Kühlleistung von ca. 2kW ist eine Baugröße von mindestens 100 Litern notwendig, die eine Wandintegration praktisch unmöglich macht. Das mit 30 bis 60kg recht schwere Außenteil muss hierbei auf Konsolen montiert werden, das Innenteil hängt an der Innenwand, wobei beide Teile von einem Fachmann montiert werden müssen. Insgesamt kostet die Installation derartiger Vorrichtungen mindestens 1000 Euro, wobei die Vorrichtung nur zum Kühlen der Innenluft, aber nicht zum Heizen geeignet ist.Another disadvantage conventional climate Systems that are designed in particular as inexpensive, only suitable for cooling split systems, consists in their size. In such split systems an outer part, for example a condenser, blows waste heat into the environment. The inner part works as a convector, which cools the air circulated in it. Both parts are connected by pipes. With a cooling capacity of about 2kW, a size of at least 100 liters is necessary, which makes wall integration practically impossible. The 30 to 60kg rather heavy outer part must be mounted on consoles here, the inner part hangs on the inner wall, both parts must be mounted by a professional. Overall, the installation of such devices costs at least 1000 euros, the device is only suitable for cooling the inside air, but not for heating.

Bezüglich des Standes der Technik zu Sterlingmotoren mit verschiedenen Konfigurationen bezüglich der Kompressions- und Expansionsräume nebst zugehörigen Zylindern sei auf die DE 101 39 345 A1 , die US-PS 5,456,076 und die US-PS 4,199,945 verwiesen.With respect to the prior art relating to Sterling engines having various configurations with respect to the compression and expansion spaces and associated cylinders, reference is made to FIGS DE 101 39 345 A1 U.S. Patent 5,456,076 and U.S. Patent 4,199,945.

Aus der DE 40 18 944 A1 ist weiterhin ein Triebwerk für eine Kältemaschine oder Wärmepumpe vorbekannt, bei welchem sich in drei Zylindern mindestens doppelseitige Kolbeneinheiten periodisch mit einer bestimmten Phasenverschiebung hin- und herbewegen. Durch ein Verbindungsglied in der Form einer zweifach gekröpften Kurbel können die Totpunkte jeweils eines Kolbens mit Hilfe der kinetischen Energie der anderen Kolben überwunden werden.From the DE 40 18 944 A1 Furthermore, an engine for a chiller or heat pump is previously known, in which at least two-sided piston units periodically reciprocate in three cylinders with a certain phase shift. By means of a connecting link in the form of a crank cranked twice, the dead points of each one piston can be overcome by means of the kinetic energy of the other pistons.

Es besteht somit die Aufgabe, eine Niedrigtemperatur Vorrichtung zur Raumklimatisierung anzugeben, die die Vorteile des Stirling-Prinzips, insbesondere dessen Umweltfreundlichkeit, einfache Konstruktion und wahlweisen Betrieb als Kühl- oder Heizeinrichtung für eine Raumklimatisierung im Niedrigtemperaturbereich anwendbar macht und somit die Nachteile konventioneller Klimatisierungsvorrichtungen beseitigt.It Thus, the object is a low-temperature device for Room air conditioning, demonstrating the benefits of the Stirling principle, in particular its environmental friendliness, simple construction and optional operation as a cooling or heating device for one Room air conditioning in the low temperature range makes applicable and thus the disadvantages of conventional air conditioning devices eliminated.

Die Aufgabe wird mit einer Niedertemperatur Stirling-Vorrichtung zur Raumklimatisierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche zweckmäßige bzw. vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten.The Task is using a low-temperature Stirling device for Room air conditioning with the features of claim 1, wherein the dependent claims appropriate or contain advantageous embodiments.

Die Niedertemperatur Stirling Vorrichtung zur Raumklimatisierung ist erfindungsgemäß durch mindestens zwei Arbeitszylinder mit jeweils einer innerhalb des Arbeitszylinders mittels eines Linearantriebs bewegten Doppelkolbenanordnung und mindestens zwei Regeneratoren in einer gefalteten Gamma-Konfiguration gekennzeichnet, bei der die Warmseiten der jeweiligen Arbeitszylinder auf einer ersten Seite der gefalteten Gamma-Konfiguration und die Kaltseiten der Arbeitszylinder sich auf einer der ersten Seite entgegengesetzt liegenden zweiten Seite der gefalteten Gamma-Konfiguration befinden.The Low temperature Stirling device for room air conditioning is according to the invention at least two working cylinders each with one within the Working cylinder by means of a linear drive moving double piston assembly and at least two regenerators in a folded gamma configuration characterized in that the hot sides of the respective working cylinder on a first page of the folded gamma configuration and the Cold sides of the working cylinder are opposite on one of the first side lying second side of the folded gamma configuration.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird konstruktiv zunächst von einer Stirling-Vorrichtung in einer ersten Alpha-Konfiguration ausgegangen, bei der jeweils zwei Zylinder über einen Regenerator miteinander verbunden sind. Jeder der beiden Zylinder weist einen Kolbenkopf auf, wobei die beiden Kolbenköpfe das Arbeitsmedium von dem einen Zylinder über den Regenerator in den zweiten Zylinder gemäß dem Ablauf des Stirling-Prozesses verschieben. Zur konstruktiven Herausbildung der Gamma-Konfiguration wird jeder der beiden Kolbenköpfe spiegelbildlich durch einen zweiten Kolbenkopf ergänzt, der starr mit dem ersten Kolbenkopf verbunden ist. Diese beiden zweiten Kolbenköpfe treiben quasi eine spiegelbildlich zur ersten Alpha-Konfiguration angeordnete zweite Alpha-Konfiguration an, bei der die beiden Zylinder über einen zweiten Regenerator mit einem zweiten Volumen des Arbeitsmediums verbunden sind. Die beiden miteinander verbundenen Kolbenköpfe bilden jeweils die Doppelkolben der Erfindung aus, während die Zylinder, in denen sich die Bewegung der Doppelkolben vollzieht, als Arbeitszylinder der Erfindung bezeichnet werden. Jeder der Arbeitszylinder weist gemäß der Stirling-Prozesse in den beiden ursprünglichen Alpha-Konfigurationen eine Warmseite und eine Kaltseite auf. Die erfindungsgemäße gefaltete Gamma-Konfiguration entsteht konstruktiv dadurch, dass die Arbeitszylinder in einer geeigneten Weise so orientiert werden, dass deren Warmseiten in eine erste Richtung und deren Kaltseiten in eine zweite entgegengesetzte Richtung zeigen. Die Bewegungen der Doppelkolben werden mit Hilfe von Linearantrieben ausgeführt. Im Ergebnis ergibt sich somit eine Vorrichtung, die eine „warme" und eine „kalte" Oberfläche aufweist, die also auf der einen Seite kühlt und auf der anderen heizt und somit als Wärmepumpe wirkt. Dabei ergibt sich die Warmseite bzw. die Kaltseite der Vorrichtung ausschließlich aus den Bewegungen der Doppelkolben innerhalb der Arbeitszylinder, insbesondere aus dem Vorzeichen ihres Phasenversatzes, das prinzipiell beliebig gewählt werden kann. Das bedeutet, dass die so gebildete Vorrichtung je nach Erfordernis einem gegebenen Raum eine „warme" oder „kalte" Seite zukehrt und diesen also entweder heizt oder kühlt. Die Vorrichtung vereint somit eine große Anwendungsvariabilität mit den oben genannten Vorteilen von Stirling-Vorrichtungen.at the device according to the invention becomes constructive first from a Stirling device in a first alpha configuration, in each case two cylinders over a regenerator are connected together. Each of the two cylinders points a piston head, wherein the two piston heads the working medium of the a cylinder over the regenerator in the second cylinder according to the Stirling process move. For constructive development of the gamma configuration becomes each of the two piston heads mirror image supplemented by a second piston head, the is rigidly connected to the first piston head. These two second piston heads drive a mirror image of the first alpha configuration arranged second alpha configuration, in which the two cylinders via a second regenerator with a second volume of the working medium are connected. The two connected piston heads form each of the double piston of the invention, while the cylinders in which the movement of the double piston takes place, as working cylinder the Invention be designated. Each of the power cylinders points in accordance with the Stirling processes in the two original Alpha configurations have a warm side and a cold side. The folded invention Gamma configuration arises constructively in that the working cylinder be oriented in a suitable manner so that their warm sides in a first direction and their cold sides in a second opposite Show direction. The movements of the double piston are using executed by linear drives. As a result, a device having a "warm" and a "cold" surface results, So it cools on one side and on the other heats and thus acts as a heat pump. This results the hot side or the cold side of the device exclusively the movements of the double piston within the working cylinder, in particular from the sign of their phase offset, in principle arbitrary chosen can be. This means that the device thus formed ever If necessary, a "warm" or "cold" side is given to a given room and thus either heats or cools. The device thus combines a large application variability with the above-mentioned advantages of Stirling devices.

In einer vorteilhaften Ausführungsform bilden die Arbeitszylinder und die Regeneratoren einen integrierten Block im wesentlichen parallel zueinander orientierter Komponenten, wobei der Block eine Kaltseite mit einer ersten Wärmeaustauschfläche und eine entgegengesetzt liegende Warmseite mit einer zweiten Wärmeaustauschfläche aufweist.In an advantageous embodiment, the working cylinder and the regenerators form an integrated block substantially parallel to one another oriented components, wherein the block has a cold side with a first heat exchange surface and an opposite hot side with a second heat exchange surface.

Die gefaltete Gamma-Konfiguration bildet damit eine Ausführungsform, die als in sich geschlossene modulare Einheit in geeignete vorgegebene Konstruktionen eingefügt werden kann.The folded gamma configuration thus forms an embodiment the self-contained modular unit in suitable given constructions added can be.

Vorteilhafterweise weisen die Arbeitszylinder und/oder die Regeneratoren offene, unmittelbar auf eine Anordnung von zwischen einem Arbeitszylinder und einem Regenerator verlaufenden Strömungskanälen der ersten bzw. zweiten Wärmeaustauschfläche aufsitzende Stirnflächen auf.advantageously, the working cylinders and / or the regenerators open, immediate on an arrangement of between a working cylinder and a Regenerator running flow channels of the first and second heat exchange surface seated faces on.

Durch diese Ausgestaltung entfallen sämtliche Rohrleitungen zwischen den Arbeitszylindern und den jeweiligen Regeneratoren. Die Leitung des Arbeitsmediums wird unmittelbar von den Strömungskanälen der Wärmeaustauschflächen ausgeführt, wobei ein gleichzeitig intensiver, aber auch zeitlich maximal beschränkter Wärmekontakt zwischen Arbeitsmedium und Wärmeaustauschfläche gewährleistet wird.By this configuration accounts for all Pipelines between the working cylinders and the respective regenerators. The line of the working medium is directly from the flow channels of Heat exchange surfaces executed, wherein a simultaneously intensive, but also temporally limited thermal contact ensured between working fluid and heat exchange surface becomes.

Zweckmäßigerweise ist die erste und/oder die zweite Wärmeaustauschfläche als eine Lamellenanordnung mit unmittelbar auf die Lamellenanordnung aufgesetzten Regeneratoren und Arbeitszylindern ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform tritt das Arbeitsmedium direkt in die Lamellenbahnen ein und fließt vom/zum Arbeitszylinder zum/vom Regenerator.Conveniently, is the first and / or the second heat exchange surface as a lamella arrangement with directly on the lamellar arrangement trained regenerators and working cylinders trained. at this embodiment enters the working medium directly into the lamellar webs and flows from / to Working cylinder to / from the regenerator.

Der Linearantrieb für die Doppelkolben besteht bei einer Ausführungsform aus einem innerhalb des jeweiligen Arbeitszylinders angeordneten ringförmigen Primärteil und einem in dem Primärteil verschiebbaren, in einen Verbindungskörper des jeweiligen Doppelkolbens integrierten Sekundärteil. Der Primärteil bildet bei dieser Anordnung den Stator, während der Sekundärteil den linear bewegten Aktuator darstellt, dessen Verschiebung eine Verschiebung des dazu gehörenden Doppelkolbens bewirkt.Of the Linear drive for the double piston is in one embodiment of a within the respective working cylinder arranged annular primary part and a displaceable in the primary part, in a connecting body of the respective double piston integrated secondary part. The primary part forms in this arrangement, the stator, while the secondary part of the linearly moving actuator, whose displacement is a shift of the belonging Double piston causes.

Der Primärteil des Linearantriebs ist als eine spulenartige, mit einem Stromfluß in wechselnder Richtung beaufschlagte Wicklung ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist die spulenartige Wicklung einen Hohlkern aus stapelförmig aufeinander geschichteten weichmagnetischen Ringteilen, insbesondere weichmagnetischen Blechlamellen auf. Damit entsteht eine Spule mit einem gerichteten veränderlichen Magnetfeld.Of the primary part of the linear drive is as a coil-like, with a current flow in alternating directions applied winding formed. Conveniently, the coil-like Winding a hollow core of stacked layered layers soft magnetic ring parts, in particular soft magnetic laminations on. This creates a coil with a directed variable Magnetic field.

Ergänzend dazu ist der Sekundärteil des Linearantriebs aus einer alternierenden Folge magnetische Nord- und Südpole ausgebildet. In Verbindung mit der wechselnden Magnetfeldrichtung innerhalb des Primärteils wird der Sekundärteil eine definierte Wegstrecke in der spulenartigen Wicklung bewegt und verschiebt damit auch den Doppelkolben.Additional to is the secondary part of the linear drive from an alternating sequence magnetic north and south poles educated. In conjunction with the changing magnetic field direction within the primary section becomes the secondary part moves a defined path in the coil-like winding and also shifts the double piston.

Zur Detektierung der momentanen Bewegungsrichtung und der Endlagenstellung des Linearantriebs ist ein magnetischer Sensor, insbesondere ein Hall-Sensor, vorgesehen. In Verbindung mit einer Ansteuereinheit zum Einstellen der Stromrichtung innerhalb der spulenartigen Wicklung in Abhängigkeit von den Signalen des magnetischen Sensors werden dabei definierte Verschiebungen des Doppelkolbens erzeugt.to Detecting the current direction of movement and the end position the linear drive is a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, provided. In conjunction with a control unit for adjusting the current direction within the coil-like winding in dependence of The signals of the magnetic sensor are thereby defined shifts of the double piston generated.

Dabei weisen die Bewegungsrichtungen und die momentanen Stellungen der Linearantriebe der Doppelkolben unter dem Einfluss der Ansteuereinheit nach einer Einschwingzeit einen zeitlich im wesentlichen konstanten relativen Phasenversatz von +90° oder -90° auf. Dieser Phasenversatz gewährleistet einen innerhalb der Vorrichtung ablaufenden Stirlingartigen thermodynamischen Kreisprozess und die geforderte Wärmepumpenfunktion. Wie bereits vorhergehend erwähnt, kann über das Vorzeichen des Phasenversatzes die Warm- bzw. Kaltseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgegeben und somit die Richtung des Wärmepumpens bestimmt werden.there have the directions of movement and the current positions of the Linear drives of the double piston under the influence of the control unit after a settling time a temporally substantially constant relative phase offset of + 90 ° or -90 °. This phase offset ensures a running within the device Stirling-like thermodynamic Cycle and the required heat pump function. As previously mentioned, can over the sign of the phase offset the hot or cold side of the device according to the invention predetermined and thus the direction of heat pumping are determined.

Die Vorrichtung kann als in eine Wand, insbesondere in eine Gebäudeaußenwand, integriertes raumheizendes bzw. raumkühlendes Klimaelement verwendet werden. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Device can be considered as in a wall, in particular in a building exterior wall, integrated room-heating or room-cooling air conditioning element used become. Further embodiments emerge from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 7. Es zeigt:The device according to the invention will now be explained in more detail by means of exemplary embodiments. The same reference numbers are used for identical or equivalent parts. To clarify serve the 1 to 7 , It shows:

1 eine prinzipielle Darstellung der konstruktiv gefalteten Gamma-Konfiguration mit Arbeitszylindern, Regeneratoren, Doppelkolben, Warm- und Kaltseite, 1 a schematic representation of the structurally folded gamma configuration with working cylinders, regenerators, double pistons, hot and cold side,

2 eine beispielhafte Schnittdarstellung durch einen Arbeitszylinder, einen Regenerator und angefügten Wärmeaustauschflächen, 2 an exemplary sectional view through a working cylinder, a regenerator and attached heat exchange surfaces,

3 eine beispielhafte, teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf eine Wärmeaustauschfläche mit darunter befindlichen Arbeitszylindern bzw. Regeneratoren, 3 an exemplary, partially cutaway plan view of a heat exchange surface with underlying working cylinders or regenerators,

4 eine detaillierte Schnittdarstellung eines Arbeitszylinders und Regenerators mit einem Linearantrieb und Lamellenanordnungen, 4 a detailed sectional view of a working cylinder and regenerator with a Li near-drive and fin arrangements,

5 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht der in 4 gezeigten Ausführungsform mit Einzelheiten der Lamellenanordnung und beispielhaften Angaben von Strömungswegen des Arbeitsmediums, 5 a partially cutaway plan view of the 4 shown embodiment with details of the fin arrangement and exemplary information of flow paths of the working medium,

6 eine beispielhafte Ausführungsform des Linearantriebs, 6 an exemplary embodiment of the linear drive,

7 zwei beispielhafte Einbaumöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine Wandanordnung. 7 two exemplary installation options of the device according to the invention in a wall assembly.

1 zeigt das Grundprinzip der gefalteten Gamma-Konfiguration. Die in 1 gezeigte Ausführungsform umfasst zwei Arbeitszylinder AZ1 und AZ2, innerhalb derer sich jeweils eine Doppelkolbenanordnung DK1 bzw. DK2 befindet. Zwischen je zwei Arbeitszylinder ist ein Regenerator R1 bzw. R2 geschaltet, der gemäß den Grundlagen des thermodynamischen Kreisprozesses nach dem Stirling-Prinzip als innerer Wärmespeicher für die isochoren Zustandsänderungen des gasförmigen Arbeitsmediums dient. Die über einen Regenerator verbundenen Enden der Arbeitszylinder AZ1 und AZ2 können als Stirling-Vorrichtung in einer Alpha-Konfiguration betrachtet werden, deren einzelne Kolben durch die Kolbenköpfe K11, K12, K21 und K22 der Doppelkolben DK1 und DK2 gebildet werden. So bildet beispielsweise der in dem Arbeitszylinder AZ1 sich bewegende Kolbenkopf K11 in Verbindung mit dem Regenerator R1 und der in dem Arbeitszylinder AZ2 sich bewegende Kolbenkopf K21 die erste Stirling-Vorrichtung in einer Alpha-Konfiguration aus, während die entsprechenden anderen Kolbenköpfe in Verbindung mit dem zweiten Regenerator R2 die zweite Stirling-Vorrichtung in einer Alpha-Konfiguration umfasst. Bei einer entsprechenden extern angetriebenen periodischen Bewegung der Doppelkolben DK1 und DK2 mit einem Phasenversatz innerhalb der Arbeitszylinder AZ1 und AZ2 bildet sich gemäß des Stirling-Prinzips an den Orten der jeweiligen Kolbenköpfe und damit an den jeweiligen Enden der Arbeitszylinder eine lokale Warmseite W1 bzw. W2 mit einer erhöhten Temperatur und eine lokale Kaltseite K1 bzw. K2 mit einer erniedrigten Temperatur aus, wobei jede der Alpha-Konfigurationen und somit die gesamte Gamma-Konfiguration als Wärmepumpe wirkt. 1 shows the basic principle of the folded gamma configuration. In the 1 embodiment shown comprises two working cylinders AZ1 and AZ2, within which there is in each case a double piston arrangement DK1 or DK2. Between each two working cylinders, a regenerator R1 or R2 is connected, which serves according to the principles of the thermodynamic cycle according to the Stirling principle as an internal heat storage for the isochoric state changes of the gaseous working medium. The connected via a regenerator ends of the working cylinder AZ1 and AZ2 can be considered as Stirling device in an alpha configuration, the individual pistons are formed by the piston heads K11, K12, K21 and K22 of the double piston DK1 and DK2. For example, the piston head K11 moving in the cylinder AZ1 in conjunction with the regenerator R1 and the piston head K21 moving in the cylinder AZ2 forms the first Stirling device in an alpha configuration, while the corresponding other piston heads communicate with the second Regenerator R2 comprises the second Stirling device in an alpha configuration. In a corresponding externally driven periodic movement of the double piston DK1 and DK2 with a phase offset within the working cylinder AZ1 and AZ2 forms according to the Stirling principle at the locations of the respective piston heads and thus at the respective ends of the working cylinder with a local warm side W1 and W2 an elevated temperature and a local cold side K1 or K2 with a lowered temperature, wherein each of the alpha configurations and thus the entire gamma configuration acts as a heat pump.

Bei der in 1 gezeigten Gamma-Konfiguration sind die jeweiligen Warm- und Kaltseiten der Arbeitszylinder so orientiert, dass sich in diesem Fall die Warmseiten W1 und W2 auf der oberen Seite der so gebildeten Verschaltung befinden, während die Kaltseiten K1 und K2 auf der unten liegenden, und damit entgegengesetzt liegenden Seite der gezeigten Vorrichtung angeordnet sind. Es entsteht eine durchgehende Warmseite W und eine durchgehende Kaltseite K. In diesem Fall wird durch die so gebildete gefaltete Gamma-Konfiguration somit Wärmeenergie von der Kaltseite K zur Warmseite W gepumpt und kann über geeignete Vorrichtungen, insbesondere über die in 1 schematisch eingezeichneten Wärmeaustauschflächen 10 und 15, in geeigneter Weise zugeführt bzw. abgeleitet werden. Es ist zu betonen, dass die Lage der Kaltseite K und der Warmseite W ausschließlich vom Vorzeichen des Phasenversatzes der beiden Doppelkolben abhängt. Ein Vorzeichenwechsel führt zu einer Invertierung von Warm- bzw. Kaltseite. Die gefaltete Gamma-Konfiguration kann damit sowohl zum Kühlen, als auch zum Heizen genutzt werden. Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist damit beschrieben.At the in 1 In this case, the hot sides W1 and W2 are on the upper side of the circuit thus formed, while the cold sides K1 and K2 are on the lower side, and thus opposite lying side of the device shown are arranged. The result is a continuous hot side W and a continuous cold side K. In this case, thus heat energy is pumped from the cold side K to the hot side W by the folded gamma configuration thus formed and can by suitable devices, in particular on the in 1 schematically drawn heat exchange surfaces 10 and 15 be supplied or derived in a suitable manner. It should be emphasized that the position of the cold side K and the hot side W depends exclusively on the sign of the phase offset of the two double pistons. A sign change leads to an inversion of hot or cold side. The folded gamma configuration can thus be used both for cooling and for heating. The basic principle of the device according to the invention is thus described.

2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der in 1 gezeigten Prinzipdarstellung anhand eines Schnitts durch den Arbeitszylinder AZ1 und den Regenerator R1 aus 1. Der Arbeitszylinder AZ1 und der Regenerator R1 sind in diesem Fall als zylinderförmige Körper mit offenen Grund- und Deckflächen 30 ausgebildet, die unmittelbar auf den Wärmeaustauschflächen 10 und 15 aufsitzen. Die Wärmeaustauschflächen sind diesem Ausführungsbeispiel als lamellenförmige Körper ausgebildet, die durch ihre Form eine Reihe von Strömungskanälen 20 bilden, durch die das Arbeitsmedium getrieben wird. Durch das in 1 gezeigte Verschaltungsprinzip zwischen den Arbeitszylindern und den Regeneratoren der gefalteten Gamma-Konfiguration sind die Richtungen der Strömungskanäle 20 vorgegeben. Bei der in 2 gezeigten Anordnung sind somit die Strömungskanäle der Wärmeaustauschfläche 10 senkrecht zu denen der Wärmeaustauschfläche 15 orientiert. Jede der beiden Wärmeaustauschflächen ist bei dieser Ausführungsform in zwei voneinander strömungstechnisch abgeteilte Teilabschnitte, beispielsweise die Abschnitte 10a und 10b unterteilt, zwischen denen ein Medienübertritt nicht möglich ist. An sich aber können die Teilabschnitte 10a und 10b unmittelbar aneinander anschließen. Die Strömungen des Arbeitsmediums sind in der Figur durch eine Reihe weißer Pfeile angedeutet. Die in 2 gezeigte Ausführungsform vermeidet überflüssige Rohrleitungen vollständig und bildet die Vorrichtung als einen kompakten geschlossenen Körper aus. In 2 ist weiterhin innerhalb des Arbeitszylinders AZ1 ein Linearantrieb L1 für den Doppelkolben DK1 angedeutet, der weiter unten näher beschrieben wird. 2 shows an advantageous embodiment of in 1 shown schematic representation of a section through the working cylinder AZ1 and the regenerator R1 1 , The working cylinder AZ1 and the regenerator R1 are in this case as a cylindrical body with open base and top surfaces 30 formed directly on the heat exchange surfaces 10 and 15 seated. The heat exchange surfaces are formed in this embodiment as a lamellar body, the shape of a series of flow channels 20 form, through which the working medium is driven. Through the in 1 The interconnection principle between the working cylinders and the regenerators of the folded gamma configuration shown are the directions of the flow channels 20 specified. At the in 2 The arrangement shown are thus the flow channels of the heat exchange surface 10 perpendicular to those of the heat exchange surface 15 oriented. In the case of this embodiment, each of the two heat exchange surfaces is divided into two subsections which are divided from one another by fluid flow, for example the sections 10a and 10b subdivided between which a media transfer is not possible. But in itself, the sections can 10a and 10b connect directly to each other. The flows of the working medium are indicated in the figure by a series of white arrows. In the 2 The illustrated embodiment completely eliminates redundant piping and forms the device as a compact closed body. In 2 is further indicated within the working cylinder AZ1, a linear drive L1 for the double piston DK1, which will be described in more detail below.

3 zeigt eine beispielhafte Wärmeaustauschfläche 15 mit den darunter befindlichen Arbeitszylindern AZ1 und AZ2 bzw. den Regeneratoren R1 und R2 in einer teilweise aufgeschnittenen Draufsicht. Die Wärmeaustauschfläche 15 ist in diesem Fall durch einen Grill aus einzelnen Lamellen 40 ausgebildet, die jeweils Teilabschnitte 15a und 15b ausbilden. Die Grillanordnung sitzt gemäß den Ausführungen zu 2 unmittelbar auf den Deckflächen der darunter angeordneten Regeneratoren und Arbeitszylinder auf. Die auf der Unterseite der Anordnung gelegene Wärmeaustauschfläche 10 ist ebenfalls als Grill ausgebildet, dessen Lamellen senkrecht zu den Lamellen der Wärmeaustauschfläche 15 orientiert sind. 3 shows an exemplary heat exchange surface 15 with the working cylinders underneath AZ1 and AZ2 or the regenerators R1 and R2 in a partially cutaway plan view. The heat exchange surface 15 is in this case by a grill of individual slats 40 formed, each subsections 15a and 15b form. The grill assembly sits in accordance with the comments 2 directly on the top surfaces of the underneath arranged regenerators and working cylinder. The heat exchange surface located on the bottom of the assembly 10 is also designed as a grill whose blades are perpendicular to the slats of the heat exchange surface 15 are oriented.

4 zeigt die in Fig. gezeigte Anordnung in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A. Dargestellt sind der innere Aufbau des Regenerators R1 und des Arbeitszylinders AZ2 sowie der Aufbau des Grills der Wärmeaustauschfläche 15 bzw. des Linearantriebs L. Entsprechend der inneren Symmetrie der Vorrichtung weisen die jeweils nicht gezeigten Regeneratoren und Arbeitszylinder im wesentlichen den gleichen inneren Aufbau auf. Der Regenerator R1 besteht aus einem in diesem Beispiel zylindrischen Mantel mit offenen Grund- und Deckflächen, der im Inneren mit einem durchlässigen Material mit guten Wärmeübergangseigenschaften gegenüber dem Arbeitsmedium, beispielsweise Stahlwolle oder einem metallischen Schwamm, verfüllt ist. Alternativ können Röhren-, Kanal- oder Siebanordnungen aus an sich beliebigen zweckmäßigen Materialien vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise ist der Regenerator insbesondere im Mantelbereich thermisch gegenüber der Umgebung isoliert. 4 shows the arrangement shown in Fig. In a sectional view along the section line AA. Shown are the internal structure of the regenerator R1 and the working cylinder AZ2 and the structure of the grill of the heat exchange surface 15 or the linear drive L. According to the internal symmetry of the device, the regenerators and working cylinders, not shown in each case, essentially have the same internal structure. The regenerator R1 consists of a cylindrical shell in this example with open base and top surfaces, which is internally filled with a permeable material with good heat transfer properties to the working medium, such as steel wool or a metallic sponge. Alternatively, tube, duct or Siebanordnungen can be provided from any convenient materials. Expediently, the regenerator is thermally insulated, in particular in the jacket area, from the surroundings.

Der Arbeitszylinder AZ2 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem im wesentlichen zylindrischen Mantel, der zweckmäßigerweise gegenüber der Umgebung thermisch isoliert ist. Der Mantel des Arbeitszylinders weist gemäß den vorhergehenden Ausführungen eine offene Grund- und Deckfläche auf. Der Doppelkolben DK2 wird durch die Innenfläche des zylindrischen Mantels geführt. Dessen Kolbenköpfe K22 und K21 schließen mit der Innenfläche des Mantels dicht ab und können gegebenenfalls mit Kolbenringen oder sonstigen Abdichtungen versehen sein. Die Kolbenköpfe sind über einen starren Verbindungskörper 51 miteinander verbunden, der innerhalb des Primärteils 50 des Linearantriebs L geführt wird. Der Verbindungskörper 51 bildet hierbei entweder vollständig oder abschnittsweise den Sekundärteil des Linearantriebs aus.The working cylinder AZ2 consists in this embodiment of a substantially cylindrical shell, which is suitably thermally insulated from the environment. The jacket of the working cylinder has, according to the preceding embodiments, an open base and top surface. The double piston DK2 is guided by the inner surface of the cylindrical shell. Its piston heads K22 and K21 close with the inner surface of the shell tight and can optionally be provided with piston rings or other seals. The piston heads are via a rigid connecting body 51 interconnected within the primary section 50 of the linear drive L is performed. The connecting body 51 In this case, it forms either completely or in sections the secondary part of the linear drive.

Wie bereits beschrieben, bestehen in dieser Ausführungsform die Wärmeaustauschflächen aus einer Grillanordnung. 4 zeigt diese in einer detaillierteren Darstellung. Die Grillanordnung besteht aus einer Reihe von Lamellenblechen 40, zwischen die ungefähr auf der halben Lamellenbreite linear in Richtung der Grillanordnung verlaufende Distanzstücke 41 eingefügt sind. Der unter den Distanzstücken gelegene in Richtung der Arbeitszylinder und Regeneratoren gekehrte Raum bildet ein Strömungslumen für das Arbeitsmedium der Vorrichtung aus. Wie im unteren Teil der Figur zu erkennen ist, schließt jedes Distanzstücke 41 endständig dicht mit der Außenbegrenzung der Vorrichtung ab und trennt dabei das Arbeitsmedium vom Außenbereich vollständig. An geeigneten Stellen können hier nicht gezeigte Ventilöffnungen zu einem Befüllen oder Entleeren der Vorrichtung mit dem gasförmigen Arbeitsmedium vorgesehen sein.As already described, in this embodiment, the heat exchange surfaces consist of a grill arrangement. 4 shows these in a more detailed presentation. The grill assembly consists of a series of laminations 40 between the approximately half the width of the louvre linearly extending in the direction of the grill assembly spacers 41 are inserted. The swept under the spacers in the direction of the working cylinder and regenerators space forms a flow lumen for the working medium of the device. As can be seen in the lower part of the figure, closes any spacers 41 terminally tight with the outer boundary of the device and thereby separates the working fluid from the outside completely. At suitable locations not shown valve openings may be provided for filling or emptying of the device with the gaseous working fluid.

Die in den 2, 3 und 4 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet einen kompakten Block aus, der als modulare zentrale Komponente in einer Klimatisierungseinrichtung eingesetzt werden kann. 5 zeigt in Ergänzung zu 3 und 4 schematisch den Aufbau einer Wärmeaustauschfläche in Lamellenform und anhand der Einzelheiten A1 und A2 schematische Teilansichten der Wärmeaustauschfläche aus unterschiedlichen Richtungen mit schematischen Darstellungen der Strömungsrichtungen des Arbeitsmediums mit dunkel gefärbten Pfeilen in Verbindung mit der Richtung des Wärmeaustauschs mit hellen Pfeilen.The in the 2 . 3 and 4 shown embodiment of the device according to the invention forms a compact block, which can be used as a modular central component in an air conditioning device. 5 shows in addition to 3 and 4 schematically the structure of a heat exchange surface in lamellar form and with reference to the details A1 and A2 partial schematic views of the heat exchange surface from different directions with schematic representations of the flow directions of the working medium with dark colored arrows in conjunction with the direction of heat exchange with bright arrows.

6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Linearantriebs für einen Doppelkolben. Der Primärteil ist zweckmäßigerweise ein integraler Bestandteil des Arbeitszylinders. In der in 6 gezeigten Ausführungsform besteht der Primärteil aus eine spulenartigen Wicklung 60 und weichmagnetischen gestapelten Blechteilen 61a, 61b und 61c, die der Verstärkung der von der Wicklung erzeugten Magnetfeldes dienen. Der durch den so gebildeten Kern geführte Sekundärteil 55 weist eine alternierende Folge magnetischer Nord- und Südpole N und S auf, die in 6 durch eine unterschiedliche Schraffur hervorgehoben sind. Am Ende des Stapels aus den weichmagnetischen Blechteilen sind hier nicht gezeigte Gleitlagerplatten zur Führung des Sekundärteils angeordnet. Wird die spulenartige Wicklung mit einem Stromfluss beaufschlagt, bewegt sich der Sekundärteil 55 je nach zufälliger Lage in einer der beiden vorgegebenen Richtungen. Ein in der Figur nicht dargestellter magnetischer Sensor, der insbesondere als ein Hall-Sensor ausgebildet ist, detektiert die Richtung der vorliegenden Bewegung sowie vorgegebene Endlagen und gibt entsprechende Detektionssignale an eine externe Ansteuereinheit aus, die softwaregesteuert den Stromfluss innerhalb der Wicklung 60 modifiziert und insbesondere umkehrt, wobei sich nach einer gewissen Einschwingzeit eine periodische translatorische Bewegung des Sekundärteils, d.h. des Doppelkolbens ergibt. Die Ansteuerung des Linearantriebs eines Doppelkolbens wird mit der Ansteuerung des Linearantriebs des anderen Doppelkolbens so abgestimmt, dass deren periodische Bewegungen mit einem im wesentlichen zeitlich konstanten Phasenversatz von +90° oder -90° ausgeführt werden. Die Maximalleistung des so gebildeten Linearantriebs und die Verschiebelänge des Sekundärteils kann durch variable Stapelhöhen der weichmagnetischen Teile verändert werden. Dabei können einige der Stapelteile zusätzliche Wicklungen aufnehmen, während andere Stapelteile eine abstandshaltende Funktion erfüllen. Hierzu sind die Stapelteile prinzipiell so ausgeführt, dass eine Bewicklung in einem vollautomatischen Arbeitsgang möglich ist. Die polausbildenden gestapelten Blechteile sowie die Wicklung umschließen den bewegten Sekundärteil allseitig. Infolgedessen bildet sich ein vergleichsweise langer Luftspalt mit einem niedrigen magnetischen Widerstand und großen Kraftübertragungen. 6 shows an exemplary embodiment of the linear drive for a double piston. The primary part is expediently an integral part of the working cylinder. In the in 6 In the embodiment shown, the primary part consists of a coil-like winding 60 and soft magnetic stacked sheet metal parts 61a . 61b and 61c which serve to amplify the magnetic field generated by the winding. The guided by the core thus formed secondary part 55 has an alternating sequence of magnetic north and south poles N and S, which in 6 are highlighted by a different hatching. At the end of the stack of the soft magnetic sheet metal parts slide bearing plates, not shown here, are arranged for guiding the secondary part. If the coil-like winding is subjected to a current flow, the secondary part moves 55 depending on the random position in one of the two given directions. A not shown in the figure magnetic sensor, which is designed in particular as a Hall sensor, detects the direction of the present movement and predetermined end positions and outputs corresponding detection signals to an external drive unit, the software controlled the flow of current within the winding 60 modified and in particular reversed, resulting after a certain transient period, a periodic translational movement of the secondary part, ie the double piston. The control of the linear drive of a double piston is tuned with the control of the linear drive of the other double piston so that their periodic movements are performed with a substantially constant time phase offset of + 90 ° or -90 °. The maximum power of the linear drive thus formed and the displacement length of the secondary part can be changed by variable stack heights of the soft magnetic parts. In this case, some of the stack parts additional windings record while other stacking parts fulfill a distance-maintaining function. For this purpose, the stack parts are in principle designed so that a winding in a fully automatic operation is possible. The pole-forming stacked sheet metal parts and the winding surround the moving secondary part on all sides. As a result, a comparatively long air gap with a low magnetic resistance and large power transmissions is formed.

Nachfolgend werden beispielhafte Einbaumöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den 7a und 7b näher beschrieben. Bei diesen Anwendungsformen wird die vorhergehend beschriebene Vorrichtung als ein geschlossenes Blockmodul B mit zusätzlichen Komponenten vereinigt. Bei den nachfolgend beschriebenen Beispielen ist das Blockmodul innerhalb eines Mauer- oder Wanddurchbruches positioniert.Below are exemplary installation options of the device according to the invention in the 7a and 7b described in more detail. In these embodiments, the previously described device is combined as a closed block module B with additional components. In the examples described below, the block module is positioned within a wall or wall breakthrough.

7a zeigt eine Wand 70 mit einer ausreichenden Dicke mit dem in den Wanddurchbruch eingelassenen Blockmodul B für die vorhergehend beschriebene Wärmepumpenfunktion. Das Blockmodul ist mindestens abschnittsweise durch eine Dämmung 75 thermisch und akustisch von der Wand isoliert. Die erste Wärmeaustauschfläche 10 des Blockmoduls weist in eine erste Richtung des Wanddurchbruchs, die andere Wärmeaustauschfläche 15 in die entgegengesetzte Richtung. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei angenommen, dass die linke Seite in den nachfolgenden Figuren in Richtung eines Innenraumes und die rechte Seite in Richtung einer äußeren Umgebung weist. Beidseitig sind Ventilator- oder Gebläseeinrichtungen 80 vorgesehen, die von außen Luft an die Wärmeaustauschflächen 10 und 15 heranführen. Die linke Seite des Blockmoduls B in 7a ist durch eine Luftfiltereinrichtung 90 ausgestaltet, an deren Außenseite entlang zunächst Luft seitlich in die Lamellen oder äußeren Luftkanäle der Wärmeaustauschfläche 15 angesaugt und dort beheizt oder gekühlt wird. Die so klimatisierte Raumluft wird durch den Luftfilter 90 in den Innenraum herausgedrückt und dabei gleichzeitig gereinigt. 7a shows a wall 70 with a sufficient thickness with the recessed into the wall opening block module B for the previously described heat pump function. The block module is at least in sections by an insulation 75 thermally and acoustically isolated from the wall. The first heat exchange surface 10 of the block module points in a first direction of the wall breakthrough, the other heat exchange surface 15 in the opposite direction. Without limiting the generality, it is assumed that the left side points in the following figures in the direction of an interior space and the right side in the direction of an external environment. Both sides are fan or blower devices 80 provided from the outside air to the heat exchange surfaces 10 and 15 introduce. The left side of the block module B in 7a is through an air filter device 90 configured on the outside along first air laterally into the fins or outer air channels of the heat exchange surface 15 sucked in and heated there or cooled. The so air conditioned room air is through the air filter 90 pushed out into the interior and cleaned at the same time.

Die in 7b gezeigte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform aus 7a. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch auf einen Luftfilter verzichtet. Eine Ventilatoreinrichtung 80 in einem Kanalvorsatz 95 saugt Luft seitlich an, wobei diese in die Lamellen der Wärmeaustauschfläche 15 geleitet wird, und drückt die klimatisierte Luft durch einen Luftkanal 96 in den Innenraum.In the 7b embodiment shown substantially corresponds to the embodiment of 7a , In this embodiment, however, an air filter is dispensed with. A fan device 80 in a duct header 95 sucks air laterally, placing it in the fins of the heat exchange surface 15 is directed, and pushes the conditioned air through an air duct 96 in the interior.

Die vorhergehend beschriebene Vorrichtung ist in Verbindung mit den in den 7a und 7b beschriebenen Zusatzkomponenten bei Abmessungen von 30 × 30 × 30 cm wandintegrierbar und für einen Heizbetrieb für typische Innenraumvolumina im Grund unbegrenzt geeignet, wobei bei Bedarf jederzeit auf einen Kühlbetrieb umgestellt werden kann. Bei Wärmeaustauschflächen im Bereich von 25 × 25 cm und einer geförderten Luftmenge von 150 bis 300 m³/h lassen sich die notwendigen gepumpten Wärmemengen bei geringen Temperaturverlusten an den Wärmeaustauschflächen gut transportieren.The device described above is used in conjunction with those in the 7a and 7b described additional components with dimensions of 30 × 30 × 30 cm wall-integrated and unlimited suitable for a heating operation for typical interior volumes in the bottom, where necessary, if necessary, can be switched to a cooling operation. With heat exchange surfaces in the range of 25 × 25 cm and a conveyed air volume of 150 to 300 m ³ / h, the necessary pumped amounts of heat can be transported well with low temperature losses at the heat exchange surfaces.

Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele schränken den erfindungsgemäßen Grundgedanken nicht ein. Es ist einsichtig, dass im Rahmen fachmännischen Handelns in beliebiger Weise zweckmäßige Hinzufügungen, Weglassungen oder sonstige Veränderungen an den hier gezeigten Ausführungsbeispielen erfolgen können.The embodiments shown here restrict the inventive idea not one. It is obvious that in the context of expert action in any Wise additions, Omissions or other changes on the embodiments shown here can be done.

AZ1, AZ2AZ1, AZ2: Arbeitszylinderworking cylinder
DK1, DK2DK1, DK2: DoppelkolbenanordnungDual piston means
K11, K12, K21, K22K11, K12, K21, K22: Kolbenköpfepiston heads
R1, R2R1, R2: Regeneratorregenerator
W1, W2W1, W2: lokale Warmseitenlocal warm pages
WW: Warmseite der Gesamtvorrichtungwarm side the overall device
K1, K2K1, K2: lokale Kaltseitenlocal cold sides
KK: Kaltseite der Gesamtanordnungcold side the overall arrangement
L, L1L, L1: Linearantrieblinear actuator
BB: Blockmodulblock module
10, 1510 15: WärmeaustauschflächenHeat exchange surfaces
10a, 10b, 15a, 15b10a, 10b, 15a, 15b: Teilabschnittesections
2020: Strömungskanäleflow channels
3030: offene Grund- und Deckflächenopen Ground and top surfaces
4040: Lamellenslats
4141: Distanzstückespacers
5050: Primärteil des LinearantriebsPrimary part of linear drive
5151: Verbindungskörperconnecting body
5555: Sekundärteilsecondary part
6060: spulenartige Wicklungcoil-like winding
61a, 61b, 61c61a, 61b, 61c: weichmagnetische Blechteilesoft magnetic sheet metal parts
7070: Wandwall
7575: Dämmunginsulation
8080: Gebläseeinrichtungblower
9090: LuftfiltereinrichtungAir-filter device
9595: Kanalvorsatzchannel intent
9696: Luftkanalair duct

Claims

Low temperature Stirling device for room air conditioning, characterized by at least two working cylinders (AZ1, AZ2), each with a within a working cylinder by means of a linear actuator moving double piston assembly (DK1, DK2) and at least two regenerators (R1, R2) in a folded gamma configuration, at the the Warm sides (W1, W2) of the respective power cylinders on a first side of the folded gamma configuration and the cold sides (K1, K2) of the power cylinders are located on a first side opposite the second side of the folded gamma configuration.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the working cylinders (AZ1, AZ2) and the regenerators (R1, R2) form an integrated block (B) of substantially parallel oriented components, the block having a cold side (K) with a first heat exchange surface ( 10 ) and an opposite hot side (W) with a second heat exchange surface ( 15 ) having.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the working cylinder (AZ1, AZ2) and / or the regenerators (R1, R2) open, directly to an arrangement of extending between a working cylinder and a regenerator flow channels ( 20 ) of the first and second heat exchange surfaces ( 10 . 15 ) seated end faces ( 30 ) exhibit.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the first and / or the second heat exchange surface ( 10 . 15 ) as a fin arrangement ( 40 ) is formed with directly mounted on the lamellar assembly regenerators (R1, R2) and working cylinders (AZ1, AZ2).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the linear drive (L) consists of a within the respective working cylinder (AZ1, AZ2) arranged annular primary part ( 50 ) and a displaceable in the primary part, in a connecting body ( 54 ) of the respective double piston (DK1, DK2) integrated secondary part ( 55 ) is trained.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the primary part ( 50 ) of the linear drive (L) from a coil-like, with a current flow in alternating direction applied winding ( 60 ) is trained.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the coil-like winding ( 60 ) a hollow core of stacked stacked soft magnetic ring parts, in particular soft magnetic laminations ( 61a -C).

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the secondary part ( 55 ) of the linear drive (L) is formed from an alternating sequence of magnetic north and south poles.

Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that a the current direction of movement and end position of the linear actuator detecting magnetic sensor, in particular a Hall sensor, in conjunction with a drive unit for adjusting the current direction within the coil-like winding ( 60 ) is provided in response to the signals of the magnetic sensor.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the current positions and directions of movement the linear drives of the double piston (DK1, DK2) under the influence the drive unit after a settling time a time in have a substantial constant relative phase offset of + 90 ° or -90 °.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a use as a in a wall, in particular a building outer wall ( 70 ) integrated space-heating or room-cooling climate element.