DE1426976A1 - Umlaufwaermepumpe - Google Patents

Umlaufwaermepumpe

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DE1426976A1
DE1426976A1 DE19641426976 DE1426976A DE1426976A1 DE 1426976 A1 DE1426976 A1 DE 1426976A1 DE 19641426976 DE19641426976 DE 19641426976 DE 1426976 A DE1426976 A DE 1426976A DE 1426976 A1 DE1426976 A1 DE 1426976A1
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heat
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heat exchangers
housing
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Nikolaus Laing
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0042Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater characterised by the application of thermo-electric units or the Peltier effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/02Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing
    • F24F1/032Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing characterised by heat exchangers
    • F24F1/0323Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing characterised by heat exchangers by the mounting or arrangement of the heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B3/00Self-contained rotary compression machines, i.e. with compressor, condenser and evaporator rotating as a single unit

Description

  • Umlaufwärmepumpe Die Erfindung betrifft eine Umlaufwärmepumpe, d.h. eine Vorrichtung, die einem ersten Medium Wärme entzieht und einem zweiten von dem ersten getrennten Medium Wärme zuführt, wobei der Wärmeübergang sowohl auf der kalten als auch auf der warmen Seite durch Wärmetauscher erfolgt, in denen ein flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger zirkuliert. Bei solchen Vorrichtungen, die beispielsweise in Kühlgeräten oder Klimageräten Verwendung finden, haben sich die druckdichten Wellenabdichtungen als besonders schwierig zu konstruierende und herzustellende Bauelemente erwiesen. Ganz allgemein wird deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen, Dichtungen zwischen relativ zueinander sich drehenden Teilen von solchen Vorrichtungen, die Räume mit unterschiedlichen Drucken und Temperaturen trennen, zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Wärmetauscher als an sich bekannte umlaufende Trommelläufer mit hohen Schaufeln ausgebildet sind, durch die der Wärmeträger zirkuliert und dass alle Wärmetauscher eine sich um eine Achse drehende Einheit bilden. Wenn mit den umlaufenden Wärmetauschern die sich drehenden Elemente von Wärmepumpen in der noch näher zu beschreibenden Weise auf die erfindungsgemässe Art gekoppelt werden, sind Wellenabdichtungen zwischen den sich drehenden Teilen des Kompressors und den Wärmetauschern wie bei bekannten Einrichtungen dieser Art nicht mehr vonnöten. Darüber hinaus können infolge des guten Wärmeaustauschs, den die umlaufenden Wärmetauscher im Vergleich zu stationären gewährleisten, wesentlich kleinere Einheiten geschaffen werden als bisher für gleiche Leistungen erforderlich waren. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, geeignete Wärmepumpen zu schaffen, die in Kombination mit den umlaufenden Wärmetauschern das oben genannte Hauptproblem der Erfindung, die Vermeidung von Wellenabdichtungen, lösen. Hierfür haben sich zwei verschiedene Systeme gemäss der Erfindung als brauchbar erwiesen. 1. Einrichtungen, die eine Temperaturdifferenz unter Ausnutzung des sogenannten Feltier-Effekts aufrecht erhalten und die insgesamt mit den umlaufenden Wärmetauschern umlaufen, wobei der Strom in bekannter Weise über Schleifkontakte zu den genannten Einrichtungen geleitet wird. 2. Mitumlaufende Kompressoren mit sich relativ zueinander drehenden Teilen, die beispielsweise als Kompressoren oder Drehkolbenkompressoren ausgebildet sind. Mit Kolben- oder Drehkolbenkompressoren lassen sich die erfindungsgemässen Probleme vorzugsweise dadurch lösen, dass ein Motor mit zwei getrennten Wicklungen verwendet wird, die wiederum zwei getrennte, in gegensinnigen Richtungen umlaufende Motoranker antreiben, von denen einer das Gehäuse, die umlaufenden Wärmetauscher und einen Teil des Kompressors in einer Richtung dreht, während der andere Motoranker über eine Drehung in gegensinniger Richtung die Relativbewegung des anderen Teils des Kompressors in der aus den Ausführungsbeispielen hervorgehenden Art bewirkt. Bei der letztgenannten Ausführungsform kann der Motor vollkommen eingekapselt und ein oder beide Motoranker gegenüber dem Motorstator durch eine Membran aus einem Material geringer Permeabilität getrennt werden, so dass der Kompressor und die Wärmetauscher eine vollkommen abgeschlossene Einheit bilden. Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Figur 1 a zeigt einen axialen Längsschnitt längs der Linie. Ia-Ia in Figur 1 b eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei sich um dieselbe Achse drehenden Trommelläufern, zwischen denen Peltier- Elemente angeordnet sind, welche die Temperaturdifferenz zwischen den in den Wärmetauschern strömenden Arbeitsmedien aufrecht erhalten. Figur 1 b zeigt einen Schnitt längs der Linie Ib-Ib in Figur 1 a. Figur 2 a zeigt einen axialen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels nach der Erfindung mit einem Trommelläufer, in dessen hohlen Schaufeln Peltier-Elemente angeordnet sind. Figur 2b zeigt einen Teilschnitt längs der Linie IIb-IIb in Figur 2a.
  • Figur 2c zeigt einen vergrösserten Querschnitt durch eine Schaufel des Trommelläufers einer in Figur 2a dargestellten Vorrichtung nach der Erfindung.
  • Figur 2d zeigt in perspektivischer Ansicht schematisch die Anordnung der in Figur 2a gezeigten Vorrichtung in einem Mauerdurchbruch.
  • Figur 3d zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung mit einem Kurbelschleifenkompressor und an der Seite der beiden Wärmetauscher angeordnetem Scheibenmotor, dessen Statorwicklungen sich nicht mit umdrehen.
  • Figur 3e zeigt eine ähnliche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung wie Figur 3d, jedoch mit einem anderen Motor.
  • Figur 3f zeigt einen Schnitt längs der Linie IIIf-IIIf in Figur 3e.
  • Figur 39 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich wie das in Figur 3e dargestellte, jedoch mit einem als Drehkolbenkompressor ausgebildeten Verdichter. Figur 3h zeigt einen Schnitt längs der Linie IIIh-IIIh in Figur 3g.
  • Figur 31 zeigt einen Schnitt längs der Linie IIIi-IIIi in Figur 3g.
  • Figur 3k zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, bei dem zu beiden Seiten eines Drehkolbenkompressors als umlaufende Wärmetauscher ausgebildete Radialsehaufelgitter angeordnet sind.
  • Figur 31 zeigt einen.Schnitt längs der Linie IIIe-IIIe in Figur 3k.
  • In der Fgiur la ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, bei dem zwei Trommelläufer 1 und 1% mit hohlen Schaufeln 2 bzw. 2% sich um die gleiche Achsei 4 drehen. Zwischen den Trommelläufern sind Peltier-Elemente 3 angeordnet. Diese bilden mit den Trommelläufern zusammen eine um die Drehachse 4 umlaufende Baueinheit. An beiden Enden der Baueinheit sind Wellenstümpfe befestigt, von denen einer 5 gleichzeitig die Abtriebswelle des Antriebsmotors 6 ist und von denen der andere 7 in einem geeigneten Lager 8 gelagert ist. Jeder Hohlraum in einer hohlen Schaufel 2 bzw. 2%ist durch eine Längswandung 10 bzw. 10-in einen Teilraum mit kleinerem und einen Teilraum mit grösserem radialen Abstand von der Drehachse 4 aufgeteilt. Die Elektroden 9 und 9%der Peltier-Elemente bilden eine Wärmequelle und eine Wärmesenke und sind zugleich stirnseitige Begrenzungen der Trommelläufer. Diese Anordnung gewährleistet einen guten Wärmeübergang zwischen Wärmequelle und Wärmesenke und dem flüssigen Wärtaeträger, der in den hohlen Schaufeln der beiden Trommelläufer zirkuliert. Der Hohlraum zwischen den einzelnen Peltier-Elementen und die Stosstellen der einzelnen Elektrodenplatten sind mit einem Kitt 22 ausgefüllt, so ' dass in die Peltier-Elemente selbst keine Flüssigkeit eindringen kann. Die einzelnen Peltier-Elemente sind in Reihe geschaltet und so orientiert, dass bei Stromfluss entweder alle Elektroden 9 oder alle Elektroden 9%die Wärmequelle bilden. . Die an die Peltier-Elemente 3 angrenzenden stirnseitigen Kammern 11 bzw. ll%der beiden Trommelläufer 1 und l%sind durch Trennwände 12 bzw. 12%jeweils in zwei Abteile aufgeteilt. Die Abteile kommunizieren über eine Mittelöffnung 13 bzw. 13%miteinander. Jedes an die Peltier-Elemente angrenzende Abteil einer stirnseitigen Kammer 11 bzw. lla steht mit den äusseren Teilräumen der hohlen Schaufeln in Verbindung, während das andere Abteil jeder Kammer 11 bzw. ll%mit den inneren Teilräumen kommuniziert. Die beiden Teilräume jeder hohlen Schaufel kommunizieren an ihren, den Peltier-Elementen abgewandten Enden miteinander. Dadurch bilden die Teilräume in den hohlen Schaufeln und die Abteile des stirnseitigen Hohlraums jedes Trommelläufers einen geschlossenen Kreislauf, wie durch die Pfeile in Figur 1 angedeutet ist; Der Pöl 14 bzw. der Pol 15 sind über elektrische Leitungen 16 bzw. 17 sowie Schleifkontakte 19 bzw. 20 mit einer Spannungsquelle verbunden. Liegt eine Spannung an den beiden Polen 14 und 15, dann wird eine Endwandung, beispielsweise die des mit einem Strich versehenen Systems, erwärmt und die andere Endwandung abgekühlt. Durch die Drehung der Vorrichtung wird die in dem stirnseitigen Abteil der Kammer 11 des Trommelläufers 1, das an die Peltier-Elemente angrenzt, befindliche Flüssigkeit abgekühlt und strömt infolge ihres im Vergleich zu der wärmeren Flüssigkeit des übrigen Kreislaufs grösseren radialen Auftriebs im Fliehkraftfeld des Trommelläufers in Richtung der eingezeichneten Pfeile nach aussen. Wärmere Flüssigkeit strömt durch die Mittelöffnung 13 nach, wird abgekühlt und strömt dann wiederum nach aussen. Auf diese Weise wird eine Flüssigkeitsströmung in dem Kreislauf des Trommelläufers 1 aufrecht erhalten, wobei die beispielsweise von den Schaufeln des Trommelläufers umgewälzte Luft Wärme an den flüssigen Wärmeträger in den hohlen Schaufeln abgibt. Die an das mit einem Strich gekennzeichnete System in dem Trommelläufer l"angrenzenden Elektroden der Peltier-Elemente werden bei dem angenommenen Stromfluss durch dieselben erwärmt, wodurch an den flüssigen Wärmeträger in diesem Kreis Wärme abgegeben wird. Diese Wärme wird von dem flüssigen Wärmeträger, wenn er durch die Teilräume der hohlen Schaufeln 2%strömt, im Wärmeaustausch durch die Schaufelwände an das von diesem Läufer geförderte Medium abgegeben. Der dadurch in diesen Schaufeln strömende kältere Teil 11 des Wärmeträgers verdrängt den in dem an die Elektroden des Peltier-Elements angrenzenden Abteil erwärmten spezifisch leichteren Teil des Wärmeträgers nach innen, wodurch eine Zirkulation in dem umlaufenden Wärmetauscher durch den grösseren radialen Auftrieb der kälteren Flüssigkeit in dem Wärmeträger aufrecht erhalten wird. In Figur 1b ist ein Querschnitt längs der Linie Ib-Ib in Figur la dargestellt. Der Schnitt ist durch das ohne Strich bezeichnete System gelegt. In dieser Figur sind die Leitwandanordnungen zu sehen, die eine Querdurchströmung des Trommelläufers 1 längs der Pfeile 18 bewirken. Dabei werden die Saugseite S von der Druckseite P durch Leitwände 24 und 25 getrennt, die zugleich den Eintrittskanal und Austrittskanal bilden. Das Leitwandelement 25 besitzt an jeder Stelle einen solchen Abstand von der Peripherie des Schaufelgitters 1, dass ein Teil der druckseitigen Strömung durch den dadurch zwischen dem Leitwandelement 25 und der Peripherie des Schaufelgitter gebildeten Kanal K in das Schaufelgitter zurückströmen kann und dadurch den Kern einer Wirbelströmung bildet, die sich in dem Schaufelgitter bei geeigneter,Wahl der Schaufelparameter ausbildet. Durch die bei jeder Umdrehung des Trommelläufers in jedem Schaufelkanal sich ändernde Strömungsrichtung des zu erwärmenden bzw. zu kühlenden, von dem Trommelläufer geförderten Mediums wird ein besonders guter Wärmeaustausch erreicht. Um den Wärmeübergang noch weiter zu vergrössern, können in bekannter Weise senkrecht zu den hohlen Schaufeln angeordnete Rippen 21 bzw. 21%vorgesehen sein. Die Leitwandanordnung des mit einem Strich gekennzeichneten Systems ist gegenüber der aus den Leitwänden 24 und 25 bestehenden Anordnung des ohne Strich gekennzeichneten Systems um 180o verschwenkt, so dass der Läufer dieses Systems den Durchsatz längs der Pfeile 18%fördert. Bei der in Figur la dargestellten Vorrichtung nach der Erfindung kann der Stromfluss durch die Peltier-Elemente umgepolt werden. Dadurch werden der Kaltluft erzeugende Kreis und der Warmluft erzeugende Kreis miteinander vertauscht. Der gleiche Effekt kann jedoch auch bewirkt werden, wenn die Leitwandanordnungen beider Systeme um 1809 um die Drehachse 4 des Systems verdreht werden. In diesem Fall wird die Anordnung in einem Mauerdurchbruch 23 angeordnet, der eine Verschwenkung der Leitwände um 180 o ermöglicht. In den Figuren 2a bis 2c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen V'cr richtung unter Verwendung von Peltier-Elementen dargestellt. Die Peltier-Elemente 29 sind bei diesem Ausführungsbeispiel in den hohlen Schaufeln 28 des Läufers 27 angeordnet. Der Läufer ist in axialer Richtung in zwei Abschnitte unterteilt, die durch eine Trennwand 30 voneinander separiert sind. Der Trommelläufer wird, wie die in Figur la dargestellte Einheit, von einem Motor 6 angetrieben, dessen Stator 31 beispielsweise an der Wandung des Mauerdurchbruchs befestigt ist. Der Rotor 32 des Motors ist auf einer Läuferendscheibe befestigt. Der ganze Motor ist in einem Gehäuse 33 eingekapselt. An das Motorgehäuse ist das Leitwandelement 24%angeflanscht, das dem in Figur 2a linken Abschnitt von der Trennwand 30 des Trommelläufers zugeordnet ist. An dem anderen Ende ist der Läufer mittels eines an der entsprechenden Stirnscheibe befestigten Lagerzapfens 7 in einem geeigneten Lager 34 gelagert. Das dem rechten Abschnitt des Läufers zugeordnete Leitwandelement 24 ist einerseits an das Leitwandelement 24%1n der dargestellten Weise angeflanscht und andererseits an der Begrenzung 35 des Durchbruchs bei 36 in geeigneter Weise befestigt. Die hohlen Schaufeln des Trommelläufers sind, wie bei dem in den Figuren la und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel, jeweils in zwei Teilräume 35 und 36 mit unterschiedlichem radialen Abstand von der Drehachse durch parallel zur Drehachse laufende Wände 37 unterteilt. Die Trennwände 37 reichen an beiden Stirnseiten des Trommelläufers nicht ganz bis zum Ende, so dass die Teilräume 35 und die Teilräume 36 sämtlicher Schaufeln an beiden Stirnseiten des Trommelläufers miteinander kommunizieren. In dem linken Abschnitt des Trommelläufers 27 sind in den äusseren Teilräumen 35 der hohlen Schaufeln die Peltier-Elemente 29 so angeordnet, dass bei Stromfluss durch die Elemente die äusseren Elektroden 38 die warmen Elektroden und die inneren Elektroden 39 die kalten Elektroden sind. Da-" durch strömt der gekühlte, flüssige Wärmeträger in die Teile des Teilraums 35 der hohlen Schaufeln ab, die den grösseren radialen Abstand von der Drehachse besitzen. Er strömt also in Richtung der Abschnitte der Teilräume 35, die sich in dem in Figur 2a rechts von der Trennwand 30 dargestellten Läuferabschnitt befinden, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Der von dem rechten Abschnitt des Schaufelgitters geförderte Durchsatz, dessen Richtung durch die Leitwände 24 bestimmt wird, wird also gekühlt, während der durch den linken Teil des Trommelläufers geförderte Durchsatz, dessen Richtung durch die Leitwand 24% festgelegt ist, erwärmt wird. Wie insbesondere aus Figur 2c zu ersehen ist, sind in dem Abschnitt des Trommelläufers, in dem sieh die Peltier-Elemente befinden, die Räume an den Sehaufelaussenkanten zwischen den warmen Elektroden 3$ und dem Umhüllungsmetall der Schaufel mit einem die Wärme gut leitendem Material, beispielsweise mit Kupfer, ausgefüllt. Um auf dieser warmen Seite den Wärmeübergang an das Durchsatzmedium zu vergrössern, können ebenfalls Kühlrippen 41 vorgesehen sein. Da in jeder Schaufel des in Figur 2a dargestellten linken Abschnitts des Trommelläufers, in dem das von dem Trommelläufer geförderte Durchsatzmedium erwärmt wird, nur die äusseren Schaufelkanten erwärmt werden, während in dem Teilraum 35 dieses Abschnitts der umlaufende Wärmeträger gekühlt wird, muss der Teilraum 35 und auch der Teilraum 36, durch den der Wärmeträger zurückströmt, in dem linken Abschnitt des Trommelläufers gegenüber der Schaufelaussenwandung isoliert sein. Dies geschieht mit einer Isolierung 42 (Figuren 2b und 2c). Dadurch steht die kühle Strömung in den Schaufelabschnitten des linken Trommelläuferabschnitts nicht in Verbindung mit der Schaufelaussenwandung und entzieht deshalb dem Durchsatzmedium auch keine Wärme. In Figur 2d ist schematisch perspektivisch die in Figur 2a gezeigte Vorrichtung nach der Erfindung in einem Mauerdurchbruch angeordnet dargestellt, wobei die Umkehrung von Erwärmung und Kühlung durch versehwenkbare Zeitwände 24 und 24%erfolgen kann. Der Motor und der Sehwenkmechanismus für die Leitwände 24 und 24%sind dabei in einem durch strichpunktierte Linien angedeuteten Gehäuse 26 angeordnet. Die Leitwände 24 und 24%können in dem Durchbruch der Mauer 23 jeweils um 1800 verschwenkt werden. Auf diese Weise werden Kühlung und Erwärmung der zu beiden Seiten der Mauer 23 befindlichen Räume umgekehrt. In den folgenden Beispielen 3d bis 31 werden erfindungsgemässe Vorrichtungen dargestellt, bei denen der Kompressor sich an dem motorseitigen Ende der umlaufenden Wärmetauscher befindet, die nebeneinander angeordnet und lediglich durch eine Wandung voneinander getrennt sind. In der Figur 3d ist eine Anordnung nach der Erfindung dargestellt, die zwischen fest angeordneten Elementen 150 und 351 auf einer fest angeordneten Welle 152 und einem sich mit den Wärmetauschern drehenden Zapfen 153 gelagert ist. Auf der feststehenden Welle 152 sind mittels der Schraube 154 die Rückschlusskerne 155 und 156 zweier Scheibenmotoren 157 und 158 starr befestigt. Der Anker 160 des Scheibenmotors 157 ist mittels eines geeigneten Lagers 161 auf der Welle 152 drehbar gelagert. An dem Anker 160 sind das Gehäuse 162 und die umlaufenden Wärmetauscher 163 und 163% in der dargestellten Weise befestigt. Der umlaufende Wärmetauscher 163'ist mit dem Wellenstummel 153 verbunden, der sich in dem Lager 164 dreht. Der Anker 160, das Gehäuse 162 und die umlaufenden Wärmetauscher 163 und 163%werden deshalb von dem Stator 157 angetrieben und bilden eine Einheit. Dem Stator 158 ist der Anker 165 zugeordnet. Dieser Anker wird von dem Motor 158 in entgegengesetzter Richtung wie der Anker 160 von dem Motor 157 gedreht. Der Anker 165 wird in einer Scheibe 166 durch die Lager 167 und 167%in geeigneter Weise gelagert. Die Scheibe 166 bildet die den Wärmetauschern zugekehrte stirnseitige Begrenzungswandung des Gehäuses 1.62 und läuft mit diesem von dem Motor 157 angetrieben um. Es läuft also die Scheibe 166, in der der Anker 165 gelagert ist, in entgegengesetzter Richtung wie der Anker 165, der von dem Motor 158 angetrieben wird, um. Zwischen dem Anker 165 und dem Stator des Scheibenmotors 158 befindet sich eine Membran 168 aus einem Material mit geringer Permeabilität, beispielsweise aus Edelstahl. Der magnetische Fluss fliesst von den Polen 169 des Motors 158 durch die Membran 168 und den Anker 165. Die Membran 168 gewährleistet eine Abdichtung des Motors gegenüber dem Kompressor, ohne dass gas- oder flüssigkeitsdichte Lagerungen verwendet werden müssen. Dies ist der besondere Vorteil dieser erfindungsgemässen Anordnung. Die Membran 168 ist in ihrem Mittelteil verstärkt. Durch einen Stift wird in der dargestellten Weise verhindert, dass sich die Membran in axialer Richtung verschiebt. Mit der Scheibe 166 sind zwei Zylinder 170 und 171 starr verbunden. Von der Zylindern 170 und 171 werden Kolben 172 und 173 geführt. Die Kolbenstangen 174 und 175 dieser Kolben sind über ein geeignetes Lager 176 auf einer exzentrischen Welle 177 drehbar gelagert, welche Welle einen Teil des Ankers 165 bildet. Durch die Exzentrizität dieser Welle, die sich mit dem. Anker 165 in einer Richtung dreht, werden Kolben 172 und 173, die sich mit der Scheibe 166 und dem Gehäuse 1.62 in der anderen Richtung drehen, hin-und hergehende Bewegungen aufgezwungen, wie es in bekannter Weise bei einem Kurbelschleifenkompressor der Fall ist. Das Lager 176 besitzt eine Ausnehmung, die in Richtung der Kolbenstangen 174 und 175 den Durchmesser der Welle 177 aufweist und in senkrechter Richtung hierzu um die Exzentrizität der Welle breiter ist, so dass das Lager nur in Längsrichtung der Kolbenstangen eine Kraft auf diese übertragen kann. Die Frequenz dieser Bewegung wird durch die Relativgeschwindigkeit der sich in entgegengesetzten Richtungen drehenden Anker 160 und 165 bestimmt. In diesem Fall, da sich beide Anker drehen, werden die Umdrehungsgeschwindigkeiten dieser Anker addiert. Der umlaufende Wärmetauscher 163 bildet bei dieser Anordnung den Kondensator und der umlaufende Wärmetauscher 163% den Verdampfer. Der Strom durch den Kompressor wird durch Tellerventile bekannter Bauart, die sich in den Zu- und Ableitungen zu den Zylindern befindet, so gesteuert, dass der Kompressor in die Druckleitungen 178 und 178% das Arbeitsmedium drückt. Durch diese Leitungen strömt das Arbeitsmedium in die hohlen Schaufeln 179 und 179%des Kondensators. Aus dem Kondensator strömt das verdichtete Medium, nachdem es in dem Kondensator abgekühlt und verflüssigt wurde, durch Drosselleitungen 180 und 180% in die hohlen Schaufeln 181 und 181%des Verdampfers 163: Durch die hohle Stirnscheibe 182 und die hohle Welle 183 strömt das Arbeitsmedium in die Saugleitungen 184 und 184%des Kompressors zurück und wird über nicht näher dargestellte Tellerventile während des Saugakts der jeweiligen Kolben 172 und 173 angesaugt. In Figur 3e ist eine Anordnung nach der Erfindung dargestellt, in der der Kompressor ebenfalls durch einen exzentrisch zur Achse der Trommelläufer und des Motors umlaufenden Nocken 177% angetrieben wird. Der Kompressor selbst und die Wärmetauscher sind in gleicher Weise, wie bei der in Figur 3d dargestellten Anordnung, ausgebildet, so dass auf die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Teile der Figur 3d Bezug genommen wird. Lediglich das Antriebsaggregat unterscheidet sich von dem in Figur 3d dargestellten. Der Stator des Motors ist mit einer Welle 152 'fest verbunden. Auf dieser Welle dreht sich die Stirnscheibe 185 des Motorgehäuses 186, an dem der Anker 187 befestigt ist, der von der Motorwicklung 188 in einer Richtung gedreht wird. Die Motorwicklung 189 treibt den Anker 190 in der entgegengesetzten Richtung an, so dass wiederum die Zylinder 170 und 171 sowie die Kolben-172 und 173 einerseits und die exzentrische Welle 177% andererseits in entgegengesetzten Drehrichtungen um die Mittelachse des Motors und der Wärmeaustauscher angetrieben werden. Wie bei der in 3d dargestellten Vorrichtung kann der Motor selbst von der übrigen Vorrichtung durch ein Gehäuse 191 aus einem Material kleiner Permeabilität, beispielsweise einem Edelstahlgehäuse, völlig abgedichtet werden. Der Anker 190 ist in der Stirnscheibe 192 dieses Gehäuses einerseits und in der Stirnscheibe 193 des Motorgehäuses andererseits drehbar gelagert. Die Lagerung 195 muss wiederum gegenüber dem Kompressor nicht abdichten, was ein grosser Vorteil dieser Anordnung ebenso wie der in Figur 3d dargestellten ist. In Figur 3f ist ein Schnitt längs der Linie IIIe-IIIe dargestellt, die Wicklungen der Anker 187 und 193 sowie der Statoren 188 und 189 des Motors laufen dabei etwa senkrecht zur Zeichenebene der Figur 3f. Die beiden Wicklungen werden von einem Zylinder 196 getrennt, der mit der Welle 152%über die Stirnscheibe 196%verbunden ist. In Figur 39 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung dargestellt, bei der wie bei der Anordnung nach den Figuren 3d und 3e der Kondensator und der Verdampfer 163 und 163% nebeneinander angeordnet sind. Der Motor der Darstellung nach Figur 39 ist ähnlich wie der in der Darstellung nach Figur 3d ausgebildet. Gleiche Teile werden deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das abdichtende Gehäuse 191% besitzt bei. der in Figur 3g dargestellten Ausführungsform einen etwas grösseren Durchmesser. Der Anker 189%des inneren Motorteils 190%treibt nicht wie bei den in Figur 3e dargestelltem Beispiel einen Radialkolbenkompressor, sondern einen Drehkolbenkompressor an. In dem Anker 189% ist exzentrisch zur Drehachse ein Gehäuse 200 angeordnet, in der sich der Drehkolben 201 dreht, der mittels eines Gewindes 202 und einer Schraube 203 auf die innere Stirn-Wandung 204 des Motorgehäuses 186 aufgeschraubt ist. her Drehkolben 201 wird demnach von der Wicklung 188 über den Anker 187 in entgegengesetzter Richtung wie das Gehäuse 200 des Dreixkolbenkompressors angetrieben. In dem Drehkolben sind Kolbenschieber 204 und 205 angeordnet. Sie werden durch die Fliehkraft an das Gehäuse 200 gedrückt und trennen Saug- und Druckraum in jeder Lage des Kolbens. Die Druckleitung 206 kommuniziert mit der hohlen Stirnscheibe 207 des Kondensators 163, während die Saugleitung 208 mit der hohlen Mittelwelle 183 die Verbindung des Kompressors mit dem Verdampfer 163% herstellt. Aus den Figuren 3h, die einen Querschnitt längs der Linie IIIh-IIIh in Figur 39 darstellt und aus Figur 31, die einen Schnitt längs der Linie IIIi-IIIi in Figur'3g darstellt, ist die Anordnung der Druck- und Saugleitungen des Drehkolbenkompressors ersichtlich. Auch bei dieser -Anordnung ist keine Wellenabdichtung des Motors gegenüber-dem Kompressor und den umlaufenden Wärmetauschern erforderlich. In Figur 3k ist eine Anordnung nach der Erfindung dargestellt, in der beiderseits zu einem stationären Motorgehäuse 210 als Radialgebläse ausgebildete Trommelläufer 213. und 212 angeordnet sind. Der Läufer 211 bildet den Konden-' sator und der Läufer 212 den Verdampfer eines im Motorgehäuse angeordneten Kompressors. Der Kompressor ist wie bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel als Drehkolbenkompressor ausgebildet. Der Drehkolben 201 ist mit beiden Radialläufern, d.h. dem Kondensator und dem Verdampfer starr verbunden. Er wird von dem Anker 220 des rechten Motorteils 221 angetrieben. Das exzentrisch zu dem Drehkolben gelagerte Gehäuse 200 des Drehkolbenkompressors, wird von dem linken Anker 222 des linken Motorteils 223 angetrieben, und zwar in entgegengesetzter Drehrichtung wie der Drehkolben. Ein mit dem rechten Anker 220, bezogen auf die Darstellung in Figur 3k, sich mitdrehendes Edelstahlgehäuse 224 umgibt den sich in anderer Richtung drehenden Anker 222, so dass wiederum bei dieser Ausführungsform der Kompressor selbst gegenüber dem $tator des Motors völlig abgedichtet ist.
  • Der Drehkolben 201 setzt sich zu beiden Seiten des Motors in Wellenzapfen 225 und 226 fort, die in Lagern 227 und 228 in den Stirnscheiben des Motorgehäuses 210 angeordnet sind. Auf den Wellenzapfen sind in der dargestellten Weise die beiden Radialläufer befestigt. Der rechte Radialläufer arbeitet als Verdampfer, d.h. das Arbeitsmedium wird durch die Saugleitung 208, die in Figur 3k gestrichelt angedeu» tet ist, von dem Kompressor angesaugt und über die Druckleitung 206 in den linken Läufer oder Kondensator gedrückt. Durch den Drehkolben führt eine Kapillare 229, die den Kondensator mit dem Verdampfer verbindet und durch Reibung den Drucksprung zwischen Kondensator und Verdampfer auf- recht erhält.
  • Die hohlen Schaufeln sind durch Zwischenwände 230 und 250% unterteilt und jede der dadurch gebildeten Teilkammern kommuniziert mit einer stirnseitigen Kammer des Trommelläufers. Diese stirnseitigen Kammern 231 bzw. 231% und 232 bzw. 232% sind voneinander getrennt und kommunizieren mit den entsprechenden Leitungen, wie in Figur 3k dargestellt ist, so dass der Strom des Arbeitsmediums in der gewUnachten Richtung durch die beiden Trommelläufer bewirkt werden kann. In Figur 31 ist ein Schnitt längs der Linie III1-III1 in Figur 3k dargestellt. Diese Figur entspricht im we- sentlichen der Figur 3h,, die denselben Drehkolbenkompressor darstellt:

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s o r ü c h e 1. Vorrichtung, die einem ersten Medium Wärme entzieht und einem zweiten, von dem ersten getrennten Medium Wärme zuführt, wobei der Wärmeübergang sowohl auf der kalten als auch auf der warmen Seite durch Wärmetauscher er- folgt, in denen ein flüssiger oder gasförmiger Wärme- träger zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, dass die Wär-metauscher als an sich bekannte umlaufende Trommelläu-fer mit hohlen Schaufeln, durch die der Wärmeträger zirkuliert, ausgebildet sind und dass alle Wärmetauscher eine sich um eine Achse drehende Einheit bilden. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommelläufer als querdurchströmte Radialschaufelgitter ausgebildet sind und dass die Förderrichtung des ersten und zweiten Mediums auf der kalten sowie auf der warmen Seite ausschliesslich durch sich nicht mit den Trommelläufern umdrehende Leitwandungen bestimmt wird. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwände um die Läuferachse verschwenkbar angeord-net sind. @+. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass- in Reihe mit dem umlaufenden Wärmetauscher, der dem ersten Medium Wärme entzieht und dem umlaufenden Wärmetauscher; der dem zweiten Medium Wärme zuführt, eine mit den Wärmetauschern eine Einheit bildende, die Temperaturdifferenz zwischen den Wärmetauschern aufrecht erhaltende Wärmepumpe geschaltet ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe aus nebeneinander angeordneten Peltier-Elementen besteht, deren Elektroden eine Wärmesenke und eine Wärmequelle bilden, die mit den umlaufenden Wärmetauschern, in denen der Wärmeträger zirkuliert, in Wärmeaustausch stehen. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufenden Wärmetauscher den Verdampfer und den Kondensator einer Wärmepumpe bilden, deren Kompressor in einem mitumlaufenden Gehäuse eingekapselt ist. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufenden Wärmetauscher mit dem Verdampfer und dem Kondensator einer Wärmepumpe im Wärmeaustausch stehen, deren Kompressor in einem mit umlaufenden Gehäuse eingekapselt ist. B. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor an einer Seite der Baueinheit angeordnet ist, der Stator des Motors sich nicht mit den Wärmetauschern umdreht, und die sich relativ zueinander bewegenden Teile des Kompressors von voneinander getrennten Motorankern, die sich in gegensinnigen Umdrehungsrichtungen drehen, und von getrennten Wicklungen des Motorstators angetrieben werden. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor als Kurbelschleifenkompressor ausgebildet ist, bei dem sich die Zylinder in einer aus Motorgehäuse und den beiden Wärmetauschern gebildeten Baueinheit befinden und die Kolben von einer sich in gegensinniger Richtung zu den Wärmetauschern drehenden exzentrischen Welle so angetrieben werden, dass sie eine hin- und hergehende Bewegung in den Zylindern ausführen. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motoranker fest mit dem zusammen mit den Wärmetauschern eine Baueinheit bildenden Motorgehäuse verbunden ist, während der andere Motoranker, der den zur Mittelachse der Einheit exzentrischen Wellenzapfen antreibt, in einer Zentralbohrung der aus Motorgehäuse und Wärmetauscher bestehenden Einheit gelagert ist, und dass dieser letztgenannte Anker von dem Stator des Motors durch eine Membran aus einem Material mit geringer Permeabilität, beispielsweise Edelstahl, getrennt ist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch'gekennzeichnet, dass der Kompressor als Drehkolbenkompressor ausgebildet ist. -12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierung der Lager des Kompressors durch ein Schmiermittel oder das Arbeitsmittel des Kompressors selbst erfolgt, das durch eine Fangflügelpumpe, die am Stator des Kompressors angeordnet ist, aus dem Raum an die Peripherie des umlaufenden Gehäuses geschöpft wird. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fangflügel das Schmiermittel in einen Vorratsraum fördert, von wo es unter dem Druck, den die Fangflügelpumpe auf das Schmiermittel ausübt, durch Kanäle zu den Lagern geleitet wird.
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