DE2023601A1

DE2023601A1 - Demontierbare Wärmepumpe mit hermetischem Kreislauf

Info

Publication number: DE2023601A1
Application number: DE19702023601
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-05-30
Filing date: 1970-05-14
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3797270A; DE2065566A1; DE2023601C3; DE2065563A1; DE2023601B2; CH524116A; GB1317274A; US3696634A

Description

DR. HANS KARL HACH WtNTANWAlT

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Ludwig· Ludin, Anglikon-Wohlen, Aargau

Demontierbare Wärmepumpe mit hermetischem Kreislauf

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, bei der die Wärmetauscher als umlaufende Systeme ausgebildet sind, die gleichzeitig durch Zentrifugalkraft die Förderung der Luft bewirken, und bei der ein _ιυ Wärmetauscherläufer mit der Aussenluft kommuniziert, während der andere mit der Luft innerhalb eines z, B, zu kühlenden Raumes kommuniziert und wobei der Nabenbereich, der beide Wärmetauscher miteinander verbindet, die Wandung des zu kühlenden Raumes durchsetzt. Damit nur ein kleiner Durchbruch durch die Wandung erforderlich wird, ist einer der Wärmetauscher von dem Nabenbereich des anderen abmontierbar.

Umlaufende Wärmetauscher an sich sind bekannt; bekannt sind auch Wärmepumpen, die aus zwei umlaufenden Wärmetauschern und einem mitumlaufenden Kompressor bestehen und die ein hermetisch abge-, dichtetes System bilden. · .

Diese letztgenannten Wärmepumpen benötigen in gleicher Weise wie Air Conditioner einen grossen Durchbruch durch die Wand des zu klimatisierenden Raumes,, j _t._; ■

Es gibt andererseits· Air Conditioner, die aus einem wärmeabgebenden Teil mit einem Kompressor bestehen, der ausserhalb des zu klimatisierenden Raumes, z.B. im Garten, angeordnet ist, und einem wärmeaufnehmenden Teil, der innerhalb des zu klimatisieren-

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den Raumes aufgestellt ist, sowie zwei Verbindungsleitungen. Diese im englischen Sprachkreis als "Split unit" bezeichneten Geräte benötigen nur einen kleinen Durchbruch durch die Wand, der ausreicht, um die beiden Kältemittelrohre hindurchzuführen.

Die Erfindung bezieht· sich auf eine umlaufende War« e{_:u.i)pe_t die in gleicher Weise wie die Split units nur eine sehr kleine öffnung in der Wand erforderlich macht, bei der dennoch alle Bauelemente des Kältekreislaufes eine Einheit bilden.

Die Erfindung löst die Aufgabe in der Weise, dass ein erster umlaufender Wärmetauscher mit dem Kompressor und einer Antriebseinheit zum Antrieb des umlaufenden Wärmetauschers zu einer Baueinheit zusammengefasst wird, die in einer Montageplatte ge- · lagert ist und einen Nabenbereich aufweist, der durch die Wandöffnung hindurchgeführt werden kann. Vom Innenräum her wird dann der zweite Rotor auf den Nabenbereich aufgesetzt.

Da der Kältemittel-Kreislauf in einem hermetischen System nicht unterbrochen werden darf₄ sieht die Erfindung vor₄ den zweiten Wärmetauscher innerhalb des Nabenbereiches unterzubringen. Die thermische Verbindung zu den Rippen des zweiten Wärmetauschers erfolgt durch einen flüssigen Wärmeträger von hoher Grashof-Zahl, z.B. ein Methylalkohol-Wassergemisch. Die Umwälzung dieses flüssigen Wärmeträgers innerhalb des zweiten Wärmetauschers er-' folgt durch Schwerkraftwirkung zwischen den von den Rippen zum Zentrum hinführenden und den zurückführenden Leitungen.

Der Antrieb des umlaufenden Wärmetauschers erfolgt durch ein Getriebe, welches das Drehmoment durch eine nicht magnetische

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Wandung hindurch magnetisch überträgt.

An die Stelle des rotierenden Kompressors können auch Kompressoren mit hin und her gehenden Verdrängern oder aber auch elektronische Peltier-Elemente treten.

Die Erfindung soll anhand von Figurenbeispielen näher erläutert werden:

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemässes Gerät in einem Schnitt ,

parallel zur Rotationsachse. Der erste umlaufende Wärmetauscher besteht aus Rippen 1, die von Rohren 2 durchzogen sind. Diese Rohre sind zur hohlen Radscheibe 3 hin geöffne^urid das Innere kommuniziert mit dem Ringraum 4. Die Radscheibe ist im Bereich 5 topfförmig geformt und nimmt die Kältemaschine in sich auf. Der Stator 6 des Elektromotors ist in diesen Topf hineingepresst und treibt den Anker 7 mit hoher Drehzahl an. Dieser Anker treibt den Läufer 8 des Rotationskompressors 9 an» Ausserdem treibt der Anker 7 einen aus permanentmagnetischem Werkstoff aufgebauten Läufer 10 an. Dieser Läufer induziert im Blechpaket magnetische Ströme, die in Verbindung mit dem Aussenmagneten zu einer Drehbewegung relativ zu dem mit der Montageplatte 13 starr verbundenen Magneten 12 führt, so dass das gesamte, aus Wärmetauscher und Kältemaschine bestehende System um die Achse X angetrieben wird. Das gesamte rotierende System ist durch die Lager 15 und 16 in der Montageplatte 13 gelagert. An der.hohlen Welle 18 ist ein Rohrgehäuse 19 befestigt. In diesem befindet sich ein zentrales Rohr 20, welches in ein Spiralwendel 21/21* aus dünnwandigem Rohr übergeht. Dieses Wendel mündet in ein gegenüber dem ersten zentralen Rohr 20 abgedichtetes zentrales

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Rohr 22. In dieses Rohr 22 hinein mündet eine Kapillare 23, die im Ringraum 24 (siehe Figur 5) ihren Anfang hat. In den Ringraum 24 hinein ragt ausserdem ein weiteres Rohr 25, und zwar radial weniger weit nach aussen als die Kapillare 23, Dieses Rohr 25 tritt in den Rotationskompressor 9 und bewerkstelligt die Schmierung von Kompressor und Motor.

Die Ansaugung des Kompressors erfolgt durch die Öffnung 26. Das verdichtete Gas wird in den Raum 27 und dann in den Ringraum 4 gefördert und kondensiert in den Rohren 2/2^J, Das ent-• stehende Kondensat sammelt sich im Ringraum 24 an der Peripherie und verlässt durch die Kapillare 23 diesen Raum, um im zentralen Rohr 22 und dann im Spiralwendel 2l/21^J entspannt zu werden. Alsdann strömt das Gas durch das Zentralrohr 20 und das Innere der hohlen Welle 18 zur Öffnung 26, Der ganze beschriebene Kreislauf ist hermetisch abgedichtet. Durch einen Ring 32 wird ein Ringraum 33 gebildet, in dem sich das aus dem Kompressor mitaustretende Öl sammelt. Da die Ölmenge grosser ist als das Ringraum-Volumen 33, strömt ein Teil des Öles durch den Ringraum 4 in den Ringraum 24, In diesen hinein ragt das Rohr 25, Im Ringraum 24 schichtet sich das leichtere Öl als zweite Schicht 31 auf dem Kältemittel, Dort herrscht auch der höchste Systemdruck, Deshalb wird laufend Öl durch das Rohr 25 in den Spalt gepresst, in dem ein Druck herrscht, der etwa dem Ansaugdruck des Kompressors entspricht.

Das Rohrgehäuse 19 wird durch einen Wanddurchbruch 35, dessen Durchmesser nur etwas grosser ist, hindurchgesteckt. Alsdann wird die Montageplatte 13 über die Zuganker 36 und einen Flansch 37 eingespannt. Danach wird der zweite umlaufende Wärmetauscher,

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welcher mit dem Rohr 38 eine Einheit bildet, durch axiales Aufschieben des Rohrs 38 über das Rohrgehäuse 19 aufgesetzt. Die Flüssigkeitsabdichtung erfolgt durch Dichtringe 39. Der zweite Umlaufwärmetauscher besitzt ebenfalls Rippen 40 und Wärmetauschrohre 41, die mit umlaufenden Ringkanälen 42

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und radialen Kanäleji 43/43* kommunizieren. Die gradzahligen 'τΓ radialen Kanäle 43' kommunizieren mit einem Innenrohr 45,

während die ungradzahligen radialen Kanäle 43 entsprechend ™

dem Pfeil 46 mit dem Innenraum des Rohrgehäuses 19 kommuni- . · zieren. An der Peripherie der Ringkanäle 42 befindet sich mindestens ein Stutzen 47, der durch Schrauben 48 verschliessbar ist. Nachdem der zweite Umlaufwärin<jl;uißchcr mlf.U;ln (luv Schraube 49 montiert wurde und das innere des Rohrgehäuöos ·

durch die Dichtringe 39 und 50 abgedichtet ist, wird am höchsten Punkt des Systems der Stutzen 47 goilffnut und eine WürmciLrägerflüssigkeit, z. B, Alkohol, in das hohle System eingefüllt, bis das Innere völlig gefüllt ist. Nach Inbetriebnahme der Wärmepumpe kühlen sich die Spiralwendel 21/21' stark ab. Diese nehmen alsdann Wärme aus der Wärmeträgerflüssigkeit auf, · Die abgekühlte Flüssigkeit strömt dann entsprechend dem Pfeil durch die ungradzahligen radialen Kanäle 43, alsdann durch die Wärmetauschrohre 41 über die Ringkanäle 42 in die benachbarten Eadialkanäle 43', von dort in die Wärmetauschrohre 41 und wieder zurück in die radialen Kanäle 43', Alsdann strömt die erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit zum Innenrohr 45, womit der Kreislauf aufs Neue beginnt. Mindestens der im Raum liegende Wärmetauscher ist vorteilhaft von einem Gehäuse 52 umgeben.

Das Rohrgehäuse 19 und das Rohr 38 sind ineinander verschieblich, ebenso das Innenrohr 45 in der Endplatte 30, so dass der Abstand

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der beiden Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Dicke der Wandung mit der Bohrung 35 eingestellt werden kann.

Die Stromzuführung ist nicht gezeigt und erfolgt in an sich bekannter Weise durch Schleifringe oder induktuve Übertragungselemente, ..

Figur 2 zeigt den Bereich A aus Figur 1„

Figur 3 zeigt ein raumseitiges Gehäuse 52, Die Ansaugung der Raumluft erfolgt· durch Schlitze 60, während die Ausblasung durch vertikale Schlitze 61/61*, die in Figur 1 geschnitten dargestellt sind, erfolgt. Die Schlitze 61/61* werden zwischen Stegen 62/62* gebildet und versetzt dazu angeordnete Stege 63 bewirken, dass vom umlaufenden Wärmetauscher abspritzende Kondenswasser-• tropfen nicht in den Raum gelangen können, sondern sich in einer Wanne 64 im Gehäuse 52 sammeln. In den entstehenden Sumpf aus Kondenswasser hinein ragt die Radscheibe 65 und spritzt Wassertropfen gegen die Rinne 66. Das in Richtung 67 zurücklaufende Kondenswasser wird durch das Rohr 68 in Figur 1 geleitet, tritt aus der Mündung 69 aus und gelangt durch nicht gezeigte öffnungen auf die Rippen 1 des erhitzten Wärmetauschers,

Im Ringraum 24 sammelt sich das spezifisch schwerere Kälte- ,,., mittel-Kondensat, in welches die Kapillare 23 hineinragt,, Darauf schwimmt eine ölschicht 31, in welche das Rohr 25 hineinragt.

Figur 4 zeigt schematisiert die Radscheibe GS des zweiten Wärmetauschers und die Aufteilung des Inraeren des doppelwandigen · Körpers in radial gerichtete Kanäle 43/43¹·. Di© Radialkanäle

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43/43* sind durch Sicken 70 voneinander getrennt. Die Radialkanäle 43 kommunizieren mit dem Inneren des Rohrgehäuses 19, die Radialkanäle 43' mit dem Innenrohr 45.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch das Magnetgetriebe 10, 11, 12. Der äussere magnetische Läufer 12 weist Klauenpole 71 und 72 auf und ist axialmagnetisiert. Der innere Läufer 11 ist als Ringmagnet ausgebildet und über den Umfang zweipolig magnetisiert. Zwischen äusserem Läufer 12 und innerem Läufer 11 ist eine magnetisch durchlässige Trennwand 14 angeordnet. Das Blechpaket 11 besteht aus 4 Verbindungsstücken aus Weicheisen. Die Umdrehungszahlen zwischen dem äusseren Ring und dem inneren Ring verhalten sich wie das Verhältnis der Anzahl der "Pole,

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Claims

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Anspruch 1;

Umlaufende Wärmepumpe, bestehend aus zwei miteinander umlaufenden, mit Luft im Wärmetau seh stehenden und diese Luft bewegenden Wärmetauschern, von denen der eine eine Wärmequelle und der andere eine Wärmesenke bilden, und einer Kältemaschine, z. B. ein Kompressor oder eine Peltier-Batterie, wobei die drei Elemente zu einer umlaufenden, in einem feststehenden Element gelagerten Einheit zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass einer der umlaufenden Wärmetauscher (1, 2) gemeinsam mit der Kältemaschine (6, 7, 8, 9) und einem für Flüssigkeit ausgelegten Wärmetauscher (21, 21^J) zu einem hermetisch gedichteten Kältemaschinen-Kreislauf zusammengefasst sind und dass das Innere des zweiten umlaufenden Wärmetauschers (40, 41) über Kanäle (43, 43') mit einem Behälter (19), in dem der für Flüssigkeit ausgelegte Wärmetauscher (21, 21*) angeordnet ist, kommuniziert, wobei das Innere des Wärmetauschers (40, 41), der Kanäle (43, 43') und des Behälters (19) mit einem flüssigen Wärmeträger gefüllt ist;

Anspruch 2;

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein luftbewegender, erster Wärmetauscher (1, 2) mit einer Kältemaschine (6₄ 7, 8, 9) und einem für Flüssigkeit

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ausgelegten Wärmetauscher (21, 21*) zu einer rotierenden Einheit zusammengefasst sind, die in einer feststehenden . Montageplatte (13) gelagert ist;

Anspruch 3:

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch I₄ dadurch gekennzeichnet, dass der für Flüssigkeit ausgelegte Wärmetauscher (2Ij 21') innerhalb eines eine Nabe bildenden Rohrgehäuses , (19) angeordnet ist; .

Anspruch 4:

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite umlaufende Wärmetauscher (40, 41) einen Rohransatz (38) besitzt, in welchen der Nabenteil (19) axial verschieblich gleitend hineinpasst;

Anspruch 5:

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (49, 50, 22) des zweiten umlaufenden Wärmetauschers (40, 41) eine Fixierung des axialen Abstandes der umlaufenden Wärmetauscher voneinander ermöglichen;

Anspruch 6:

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Wärmetauschers (40, 41, 43) mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, deren Gefrierpunkt unterhalb der im Betrieb vorkommenden tiefsten Temperaturen liegt und die möglichst hohe spezifische Wärme, hohe thermische Ausdehnung· und' geringe kinematische Zähigkeit aufweisen soll;

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Anspruch 7:

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im wesentlichen aus Alkohol besteht;

Anspruch 8:

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Peripherie des einen umlaufenden Wärmetauschers ein Ringraum (24) angeordnet ist, in den ein erstes Rohr (23) zur Ableitung des Kondensates bis nahe an die Peripherie mündet und ein zweites Rohr (25) zur Fortleitung des Öls einen grösseren Abstand von der Peripherie aufweist;

Anspruch 9:

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der aus Kältemaschine (6, 7, 8, 9) und zwei Wärmetauschern (l_a 2 und 40, 41) bestehenden Einheit über ein Getriebe (1O₄ 11, 12) erfolgt, welches wenigstens zwischen zwei Elementen (11 und 12) das Drehmoment magnetisch überträgt, wobei im magnetischen Luftspalt eine Trennwand (14) angeordnet ist;

Anspruch 10;

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Wärmesenke ausgebildete Wärmetauscher (40, 41) von einem Gehäuse (52) umgeben ist, welches Einrichtungen (62, 63) zum Auffangen von Kondenswasser aufweist;

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Anspruch 11:
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Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 10, dadurch ge-■kennzeichnet, dass am tiefsten Punkt des Gehäuses eine Wanne (64) ausgebildet ist, aus der heraus eine Fördereinrichtung (65) Kondenswasser durch eine Rohrleitung
(68) zunvwärraejabgebenden Wärmetauscher (1, 2) hin befördert; (f

Anspruch 12; "

Umlaufende Wärmepumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung aus einer Spritz scheibe (65), mindestens einem Viertelkreis überdeckenden Rinne (66) und einem, an deren tiefsten Punkt ansetzenden Schlauch (68) besteht

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