DE2852896A1

DE2852896A1 - Kompressor-expander-einheit

Info

Publication number: DE2852896A1
Application number: DE19782852896
Authority: DE
Inventors: Thomas C Edwards; Wayne C Shank
Original assignee: Rovac Corp
Current assignee: Rovac Corp
Priority date: 1977-12-08
Filing date: 1978-12-07
Publication date: 1979-06-13
Also published as: GB2009852A; GB2009852B; FR2411320A1; JPS5493211A; IT1101637B; CA1109038A; IT7830670A0

Description

DIPL.-ING. M. SC.

Dl PU-PHVS

DIPl-THYS

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTSART

A 113 179 b

k - 163

4.Dezember 1978

Anmelder: The Rovac Corporation 100 Rovac Parkway Rockledge, Florida 32955 U.S.A.

Beschreibung :

Kompressor - Expander - Einheit

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit mit Kammern zum Komprimieren und/oder Expandieren von Gasen mit einem in einem Hohlraum eines Gehäuses zu einer Drehbewegung antreibbaren, drehbar gelagerten Flügelrad.

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Der Einsatz von Kompressor-Expander-Einheiten dieser Art bei Kühl- und Klimaanlagen ist beispielsweise aus den ÜS-PSen 3 686 893 und 3 904 327 bekannt. Diese Patentschriften beschreiben Baueinheiten, bei denen ein mit Flügeln versehener Rotor in einem Gehäuse mit einem elliptischen Hohlraum umläuft, wobei die Flügel in radialer Richtung bezüglich des Rotorsbeweglich sind und Kammern begrenzen, deren Volumen sich bei umlaufendem Rotor zyklisch vergrössert und verkleinert.

Nachteilig an den vorbekannten Kompressor-Expander-Einheiten ist es, dass die Flügelschnelle Einwärts- und Auswärtsbewegungen ausführen müssen, was zu starken Vibrationen und einer beträchtlichen Lärmentwicklung führt, wobei ausserdem beträchtliche Reibungsprobleme auftreten.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Baueinheit der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der das Auftreten von Vibrationen, die Geräuschentwicklung und die Reibungseffekte auf ein Minimum reduziert sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Baueinheit der eingangs beschriebenen Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der entscheidende Vorteil der ©rfindungsgemässen Baueinheit besteht darin ₉ daß die Flügel aasteil© von radialen Hin- und Herbewegungen axiale Relativbesregungen-ausführen...., ·-._ - · ·

Weiterhin bietetsidh in Ausgestaltung der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, einander diametral gegenüberliegende Flügel als Baueinheit auszubilden bzw. zu einer Einheit miteinander zu verbinden', so daß auf die Flügel wirkende Zentrifugalkräfte von

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den Verbindungselementen zwischen den Flügeln eines Flügelpaares aufgenommen werden können. Hierdurch wird es möglich, auf Rollen oder dergleichen zu verzichten, welche die Flügel gegen die Wirkung .der Zentrifugalkräfte abstützen, wodurch wiederum die Reibung verringert und eine beträchtliche konstruktive Vereinfachung erreicht wird.

Bei einer erfindungsgemassen Baueinheit wird tatsächlich jede Hin- und Herbewegung der Flügel gegenüber dem Gehäuse vermieden, so daß sich eine nahezu reine Drehbewegung der Flügel um die Flügelradachse ergibt. Hierdurch wird es möglich, eine erfindungsgemässe Kompressor-Expander-Einheit mit wesentlich höheren Drehzahlen zu betreiben als übliche Kompressor-Expander-Einheiten, so daß sich die Kühl- bzw. Heizleistung erhöhen lässt, ohne daß man dabei einen erhöhten Verschleiss oder stärkere Vibrationen in Kauf nehmen müsste. Andererseits kann eine erfindungsgemässe Baueinheit bei vorgegebener Heiz- bzw. Kühlleistung kompakter und leichter ausgebildet werden als vorbekannte Baueinheiten dieser Art. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, daß sich die erfindungsgemässe Baueinheit in idealer Weise für den Einsatz im Wärmeaustauscherkreislauf einer Winter-Sommer-Klima-Anlage eignet.

In Ausgestaltung der Erfindung hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, daß erfindungsgemäss die Kompressionsseite und die Expansionsseite thermisch besser gegeneinander isoliert werden können als bei vorbekannten Aggregaten, so daß ein unerwünschter interner Wärmeaustausch weitgehend vermieden werden kann, was zu einem entsprechenden Anstieg des thermischen Wirkungsgrades führt.

Es ist auch ein Vorteil der Baueinheit gemäss der Erfindung, dass sie leichter und wirksamer geschmiert werden kann als die vor-

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bekannten Baueinheiten mit radial hin- und herbeweglichen Flügeln,

Zusammenfassend lässt sich bezüglich der erfindungsgemässen Baueinheit feststellen, dass sie einfacher und damit billiger aufgebaut ist als yorbekannte Baueinheiten dieser Art und folglich zuverlässiger arbeitet, so dass bei entsprechenden Stückzahlen eine verbesserte Wirtschaftlichkeit erwartet werden darf sowie eine erhöhte Lebenserwartung bei verringertem Wartungsbedarf.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer erfindungsgemässen Kompressor-Expander-Einheit, und zwar in Form eines senkrechten Schnitts längs der Linie 1-1 in Fig. 2;

Fig. 1a eine schematische Stirnansicht der Baueinheit gemäss Fig. 1 gesehen von der Linie 1a-1a in Fig. 1 und mit angeschlossenen Wärmeaustauschern;

Fig. 1b eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung von Form und Lage des Kompressionsraumes und des Expansionsraums bei einer erfindungsgemässen Baueinheit;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Innere der Baueinheit gemäss Fig. 1 gesehen von der Linie 2-2 in dieser Figur bei Abnahme des in Fig. 1 linken Gehäuseteils;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Rotors der Baueinheit gemäss Fig. 1 und 2 mit eingebauten Flügeln;

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Fig. 4 eine Ansicht der Innenseite des in Fig. 1 linken Gehäuseteils gesehen von der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Innenansicht des in Fig.1 rechten Gehäuseteils;

Fig. 6 einen Teilquerschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 4;

Fig. 7 eine Seitenansicht des Rotors der Baueinheit gemäss Fig. 1;

Fig. 8 eine Stirnansicht des Rotors gemäss Fig. 7 gesehen von der Linie 8-8 in dieser Figur;

Fig. 9 eine Stirnansicht des Rotors gemäss Fig. 7 gesehen von der Linie 9-9 in dieser Figur;

Fig.10a einen Querschnitt durch den Rotor gemäss Fig. 7 im Bereich eines Schlitzpaars längs der Linie 10a-10a in Fig. 8, wobei die Nabenteile und ihre Befestigungsmittel wie bei einer Explosionsdarstellung dargestellt sind;

Fig.10b einen Schnitt durch den Rotor gemäss Fig. 7 längs der Linie 1Ob-10b in Fig. 8;

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Rotors für eine erfindungsgemässe Baueinheit der aus einzelnen miteinander verschraubten Sektoren aufgebaut ist;

Fig. 12 eine Teilquerschnittsdarstellung eines Rotors für eine erfindungsgemässe Baueinheit mit einer senkrecht zur Rotorachse angeordneten Isolationsschicht;

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Fig.13a

13c Draufsichten auf die drei Flügelplatten einer Baueinheit 'gemäss der Erfindung;

Fig. 14 eine Stirnansicht einer Flügelspitze gesehen vender Linie 14-14 in Fig.13b;

Fig. 15 einen Flügel einer erfindungsgemässen Baueinheit mit einer Isolationsschicht längs seiner Mittellinie;

Fig. 16 eine der Fig, 1 ähnliche Querschnittsdarstellung für eine abgewandelte Ausführungsform einer Baueinheit gemäss der Erfindung;

Fig. 17 eine Stirnansicht der Baueinheit gemäss Fig. 16 gesehen von der Linie 17-17 in dieser Figur;

Fig. 18 eine der Fig. 1.0a ähnliche Darstellung für eine abgewandelte Ausführungsform des Rotors;und

Fig.18a eine Teilansicht des Rotors gemäss Fig.18 gesehen von der Linie 18a-18a in dieser Figur.

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Ehe nachstehend im einzelnen auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele eingegangen wird, sei vorausgeschickt, dass dem Fachmann, ausgehend von diesen Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne dass er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

Im einzelnen zeigen die Fig. 1 bis 3 eine Kompressor-Expander-Einheit mit einem Gehäuse 20, das aus zwei einander stirnseitig gegenüberliegenden Gehäuseteilen 21,22 aufgebaut ist, die durch einen Kranz von Schraubbolzen 23 miteinander verbunden sind. Dabei ist zwischen den Gehäuseteilen 21 und 22 vorzugsweise eine dünne Isolationsschicht 24 vorgesehen, auf die weiter unten noch eingegangen wird.

Im Inneren des Gehäuses 20 ist ein Rotor 30 drehbar gelagert, der zwei zueinander komplementäre Achsstummel 31,32 aufweist, die in Lagern 33 bzw. 34 gelagert sind. In Aussparungen des Rotors ist eine Anzahl von in radialer Richtung verlaufenden Flügeln 41 bis 46 angeordnet. Wie aus den Fig. 2 und 3 deutlich wird, dienen die Flügel 41 bis 46 dazu, Kompressions- und Expansionskammern zu begrenzen, in denen Luft zwangsweise komprimiert und dann zwangsweise expandiert wird, wobei ein Wärmeaustausch vorgesehen ist, um die Kompressionswärme abzuführen, so dass sich insgesamt ein Kühlsystem ergibt.

Wie aus der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1a deutlich wird, wird die Luft an einer Kompressoreinlassöffnung 51 angesaugt, komprimiert und dabei erwärmt und dann als komprimierte Luft durch eine Kompressorauslassöffnung 52 abgegeben.

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Die Kompressoräuslassoffnung 52 ist mit einem ersten Wärmeaustauscher HX1 verbunden, mit dessen Hilfe die Kompressionswärme aus der komprimierten Luft abgeleitet wird und dessen Ausgang mit einer Expander-Einlassöffnung 53 verbunden ist, dem die abgekühlte komprimierte Luft zugeführt wird. In der Expansionskammer wird die Luft expandiert, wobei sich ein grosser Temperatürabfall ergibt, so dass die an einer Expander-Auslassöffnung 54 austretende Luft entweder direkt in eine Kühlkammer CS eingeleitet werden kann oder in einen zweiten Wärmeaustauscher HX2, durch den die Kühlkammer CS unter Zuhilfenahme eines Gebläses gekühlt wird. Wenn ein zweiter Wärmeaustauscher HX2 vorgesehen ist, dann handelt es sich um ein geschlossenes System, in das genügend Luft eingeschlossen werden kann, so dass der Druck in dem zweiten Wärmeaustauscher und tatsächlich im ganzen System beträchtlich über den Atmosphärendruck angehoben wird, wodurch sich eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades erreichen lässt.

Erfindungsgemäss besitzt das Gehäuse 20 eine scheibenförmige Hauptkammer mit angrenzenden Nabenbereichen, wobei die Hauptkammer die Form einer beidseitig abgeplatteten Kugel aufweist, die symmetrisch zur Achse der Flügel orientiert und bezüglich der Drehachse des Rotors unter einem Winkel ε*, geneigt ist. Die Nabenbereiche bzw. -kammern sind konkav mit Kugeloberflächen und liegen einander konzentrisch zur Drehachse des Rotors gegenüber. Der in dem Gehäuse 20 angeordnete Rotor besitzt einen Mittelteil, der kugelförmig ausgebildet ist und in die Nabenkammern passt. Der Rotor bildet ferner einen einstückig angeformten Ring, der wie ein Saturn-Ring ausgebildet ist und symmetrisch zur Drehachse angeordnet ist. Der Ring

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besitzt nach aussen schwach konisch konvergierende Ringflächen und reicht mit seiner ümfangsfläche bis zur Wand der Hauptkammer, welche somit in eine Kompressions- und eine Expansionskammer unterteilt wird, von denen jede die Form eines runden Keils hat, dessen Höhe sich in axialer Richtung ändert, wobei die Höhenänderung für die Kompressionskammer und die Expansionskammer in ümfangsrichtung zueinander komplementär sind. Betrachtet man Fig. 1b, so erkennt man, dass die Hauptkammer 60 die Form einer beidseitig abgeplatteten Kugel aufweist, d.h. die Form einer Kugel, von der zwei Kugelkalotten angrenzend an parallele und zur Kugel symmetrische Schnittebenen abgetrennt sind, wobei die Achse VA der Hauptkammer bzw. des Flügelrades bezüglich der Drehachse SA unter einem Winkel oO geneigt ist, wobei der Ring des Rotors 30 den Hohlraum in eine Kompressorkammer 61 und eine Expanderkammer 62 teilt. Die Kompressorkammer 61 hat einen in axialer Richtung "dicken" Bereich 61T und einen in axialer Richtung "dünnen" Bereich 61t. Die Expanderkammer 62 hat einen komplementär dazu angeordneten dicken Bereich 62T und einen dünnen Bereich 62t. Es versteht sich, dass die Flügel 41 bis 46 (Fig. 2) bei ihrer Drehbewegung sowohl in die Kompressorkammer 61 als auch in die Expanderkammer 62 hineinreichen und in diesen Teilkammern begrenzen, deren Volumen bei umlaufendem Rotor zwangsläufig vergrössert bzw. verkleinert wird. Zum Zwecke der Montage und Abdichtung des Rotors ist die Hauptkammer 60 mit den einander gegenüberliegenden Nabenkammern 63 und 64 versehen. Die durch eine Kugelfläche gebildete Aussenwand der Hauptkammer ist mit dem Bezugszeichen 65 bezeichnet.

Nachstehend soll nunmehr der Aufbau des Rotors 30 anhand der

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Fig. 7 bis 10 näher erläutert v/erden. Der Rotor 30 ist in der scheibenförmigen Hauptkammer 60 montiert und in die Nabenkammern 63,64 eingepasst. Der Rotor 30 besitzt einen Mittelteil 70 mit Kugelflächen 71 und 72, die an die konkave Innenwand der Nabenbereiche 63,64 angepasst sind. Von dem kugelförmigen Mittelteil 7O steht ein einstückig angeformter Ring 73 wie ein Saturn-Ring nach aussen ab. Der Ring 73 ist im Querschnitt trapezförmig und symmetrisch zum Mittelteil ausgebildet und besitzt eine ümfangsflache 74, die als Kugelfläche ausgebildet ist und in der eine Nut für eine Labyrinthdichtung vorgesehen sein kann. Der Ring 73 ist ferner symmetrisch zur Drehachse angeordnet und besitzt Ringflächen, die bezüglich einer Mittelebene 75 des Ringes 73 schwach konisch nach aussen verlaufen, und zwar unter einem Winkel, der gleich dem Anstellwinkel der Flügel gegenüber der Drehachse ist (Fig. 1, 1a und 3). Mit anderen Worten beträgt also der öffnungswinkel des trapezförmigen Querschnitts des Ringes 73 2 c** . Die Ringflächen des Ringes 73 liegen also an um 180 versetzten Stellen linienförmig an der Wand der Hauptkammer an, und zwar an den Stellen, an denen die Kompressionskammer 61 bzw. die Expansionskammer 62 der Hauptkammer 60 jeweils die Dicke "Null" aufweisen.

Zum Zwecke der Aufnahme der Flügel 41 bis 46 ist der Rotor 30 mit radialen Schlitzen 81', 86' versehen, die zu einander diametral gegenüberliegenden Paaren zusammengefasst sind und mit der Drehachse SA fluchten und RotorSektoren 81 bis 86 begrenzen. In der Praxis ist der Grundkörper des Rotors 30 mit einem festen Kern versehen, der sich in axialer Richtung seitlich versetzt auf der einen Seite befindet und auf dem Hauptteil der axialen Länge des Rotors in der Mitte desselben

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4.Dezember 1978 -20- *. ν ^*. ν ^ stHohlraum freilässt, in dem sich die noch näher zu beschreibenden Flügel kreuzen können. Der massive Kern ist mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet. Die angrenzenden Schlitze 81·, 84' können mittels insgesamt dreier Schnitte, nämlich zweier axialer Schnitte 91,92 (Fig. 10a) und mittels eines dritten quer zur Achse verlaufenden Schnittes 93 hergestellt werden, wobei sich ein insgesamt etwa C-förmiges Schlitzprofil ergibt. Auf diese Weise verbleibt für jeden Sektor bis 86 ein nach Art eines Kragarms frei abstehender Endbereich 94. Die Endbereiche 94 werden von einer Kappe 95 umfasst, die einstückig an den Achsstummel 32 angeformt ist und die mit den Endbereichen 94 mittels Schrauben 96 verbunden ist. Am kernseitigen Ende des Rotors 30 ist eine entsprechende einstückig an den Achsstummel 31 angeformte Kappe 97 mittels Schrauben 98 befestigt.

Gemäss der Erfindung haben die Flügel ein Profil, welches im v/esentlichen dem Profil der Hauptkammer entspricht und sind einander paarweise gegenüberliegend einstückig ausgebildet, derart, dass sich ein etwa hanteiförmiges Bauteil ergibt, dessen zwei Flügel über einen relativ schmalen Steg miteinander verbunden sind, der in axialer Richtung versetzt ist. Vorzugsweise wird jedes Flügelpaar aus einer einzigen Metallplatte hergestellt, während die Stege der einzelnen Flügelpaare in unterschiedlicher Weise versetzt sind, so dass die Stege sich in der Mitte des Grundkörpers des Rotors kreuzen können. Wie aus den Fig. 1 und 13a bis 13c der Zeichnung deutlich wird, sind insgesamt drei Flügelplatten 101, 102 und 103 vorgesehen, die jeweils einstückig aus einer einzigen flachen Metallplatte hergestellt sind und in der Mitte Stege

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104,105 und 106 aufweisen, die so versetzt sind, dass sie bei zusainmengebauter Vorrichtung alle von dem Hohlraum in dem Rotorgrundkörper nebeneinander aufgenommen werden können.

Gemäss der Erfindung besitzt jeder Flügel eine Aussenflache in Form einer Kugelfläche mit einem Krümmungsradius R, der gleich dem Radius der abgeplatteten Kugel ist, welche die Form der Hauptkammer bestimmt sowie Längskanten, die auf einer Zylinderfläche eines Zylinders mit dem Radius T/2 liegen, wobei T die Dicke der beidseitig abgeplatteten Kugel ist. Jeder Flügel besitzt ferner eine Dicke von mindestens t =T sinoC wobei =£ der Neigungswinkel der Symmetrieachse der beidseitig abgeplatteten Kugel gegenüber der Drehachse ist. Diese Zusammenhänge werden aus Fig. 14 deutlich, wo ein Querschnitt durch einen typischen Flügel dargestellt ist, der die Höhe T aufweist, also die gleiche Höhe wie die Hauptkammer. Wenn man die Dicke für die Flügel mindestens so gross wählt, dass t = T sin OO , dann ist gewährleistet, dass längs der Wand der Hauptkammer stets ein konstantes Spiel vorhanden ist, trotz des relativen Verdrehens der Flügel in der Hauptkamraer, welche sich bei der Drehung derselben um zwei Achsen ergibt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist jede Flügelspitze ferner über einen Entlüftungskanal 107, der von einer Aussparung 108 ausgeht^ die von einem Rand 109 umgeben ist, mit der Mitte des Rotors verbunden. Auf diese Weise ist ein Druckausgleich zwischen den Flügelspitzen bzw. den äusseren Kanten der Flügel gewährleistet.

Es ist auch vorteilhaft, wenn an den Längskanten der Flügel jeweils Schultern 111/ 112 vorgesehen sind, deren Oberflächen

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durch Kugelflächen gebildet werden, die an die konkaven Kugeloberflächen der Nabenkammern 63,64 angepasst sind. Auf diese Weise können die Flügel bei umlaufendem Rotor in einer zentralen Lage gehalten werden, so dass die Flügelspitzen in einem definierten Abstand von der Wand der Hauptkammer gehalten werden.

Ausgehend von der vorstehenden Konstruktion des Gehäuses, des Rotors und der Flügel ist es ferner ein Merkmal der erfindungsgemässen Konstruktion, dass die Ein/Auslass-Öffnungen bogenförmige Nuten in der Seitenwand der Hauptkammer sind und dem Ring 73 des Rotors gegenüberliegen. Die Form der Nuten und ihre Lage in Umfangsrichtung des Gehäuses sind für die Kompressionsseite und die Expansionsseite der erfxndungsgemassen Kompressor-Expander-Einheit in den Fig. 4 bzw. 5 dargestellt.

Betrachtet man zunächst die Kompressorseite (Fig. 4), so erkennt man, dass die Einlassöffnung 51 bogenförmig und relativ lang ausgebildet ist und vor dem dicksten Teil der keilförmigen Kompressionskammer 61 liegt (Fig. 1b), während die Auslassöffnung 52 relativ kurz ist und unmittelbar vor dem dünnsten Teil der keilförmigen Kompressionskammer 61 liegt. Wenn im Betrieb beispielsweise die durch die Flügel 41 und 42 begrenzte Teilkammer sich längs der bogenförmigen Einlassöffnung 51 zu der dicksten Stelle der Kompressionskammer 61 bewegt, dann saugt sie durch die Einlassöffnung 51 Luft an, bis sie die Position A erreicht. In dieser Position erreicht die Teilkammer ihr maximales Volumen, während ihre Verbindung zu der Einlassöffnung 51 gerade unterbrochen wird. Nach dem Verlassen der Position A bewegt sich die Teilkammer zunehmend weiter in

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Richtung auf den dünnen Teil der Kompressionskaininer 61 , wobei die eingefangene Luft komprimiert wird, bis die Position B erreicht ist, wo gerade eine Verbindung mit der Auslassöffnung 52 zustandekommt. Zu dem Zeitpunkt, wo die betrachtete Teilkammer dann die Position C erreicht, ist im wesentlichen die gesamte Luft aus der Kompressions-Auslassöffnung 52 herausgedrückt und die Teilkammer beginnt sich nunmehr nach Passieren der Berührungslinie LC zwischen dem Ring 73 und der Kammerwand wieder zu vergrössern und durch die Einlassöffnung 51 mit Luft zu füllen, womit der nächste Zyklus beginnt.

Im Gegensatz dazu hat die Expansionskammer 62 eine relativ kleine Einlassöffnung 53, die unmittelbar hinter der dünnsten Stelle der keilförmigen Expansionskammer 62 liegt (Fig. 1b), während die Auslassöffnung 54 bogenförmig und relativ lang ist und auf die dickste Stelle der Expansionskammer folgt, so dass die an der Einlassöffnung eintretende komprimierte Luft zwangsläufig expandiert und vor der Abgabe durch die Auslassöffnung abgekühlt wird. In Fig. 5 ist eine typische Ausgestaltung für die Expansionsseite dargestellt, wobei sich eine Teilkammer zunächst in einer Position A¹ befindet, in der sie mit Luft von der Einlassöffnung 53 gefüllt wird, unmittelbar ehe eine Unterbrechung der Verbindung zu der Einlassöffnung erfolgt. Die Teilkammer rückt dann aufgrund der Umdrehung der Rotorachse von der Position A¹ in Umfangsrichtung weiter, wobei sich ihr Volumen vergrössert, während sie sich dem Bereich grosserer Dicke der Expansionskammer 62 nähert, bis sie die Position B¹ erreicht. Im Zuge der Bewegung von der Position A¹ zu der Position B¹ wird die Luft sowohl expandiert als auch abgekühlt und wird dann, nachdem die Position B¹ erreicht ist, durch die Expander-Auslassöffnung 54 ausgetrieben.

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Das Austreiben der expandierten Luft aus der Auslassöffnung wird fortgesetzt, bis die Teilkammer die Position C erreicht, bei der ein weiteres Austreiben von Luft unterbrochen wird und ein erneutes Füllen der Teilkammer mit Druckluft durch die Einlassöffnung 53 einsetzt, wodurch der Arbeitszyklus abgeschlossen ist.

Im Zusammenhang mit den vorstehend betrachteten Fig. 4 und 5 ist zu beachten, dass die Kontaktlinie LC zwischen dem Ring des Rotors und der Wand der Hauptkammer eine direkte Strömung zwischen zugeordneten Ein- und Auslassöffnung sowohl auf der Kompressionsseite als auch auf der Expansionsseite verhindert.

Zusammenfassend kann bezüglich der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1a festgestellt werden, dass durch die Einlassöffnung 51 ein bestimmtes Luftvolumen in eine Teilkammer der Kompressionskammer 61 eintritt, bis diese bei Erreichen einer Position A (Fig. 4) vollständig gefüllt ist. Dieses Luftvolumen wird dann bei der Drehung der Teilkammer über die Positionen B und C, während sich die Teilkammer verkleinert, komprimiert und dabei erwärmt, bis es schliesslich durch die Auslassöffnung 52 austritt. Die erhitzte komprimierte Luft wird dann in dem ersten Wärmeaustauscher HX1 abgekühlt. Die abgekühlte, jedoch noch immer komprimierte Luft, strömt dann über die Sialassöffnung 53 in eine Teilkammer der Expansionskammer ein„ die sich ia der Position A" befindete Während sich die Teilkammer ia die Position -B" weiterdreht, wird die Luft expandiert und kühlt dabei ab_p woraufhin dann die gekühlte expandierte Lvift durch die Äöslassöffsiaag 54 ausgetrieben wird,

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wobei dieser Vorgang zu dem Zeitpunkt endet, zu dem die betreffende Teilkammer die Position C erreicht. Die Luft von der Auslassöffnung 54 der Expansionskammer 62 kann direkt in einen zu kühlenden Raum CS fHessen oder einen zweiten Wärmeaustauscher HX2 durchströmen und in einer geschlossenen Schleife wieder der Kompressor-Einlassöffnung 51 zugeführt werden.

Es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Öffnungen bis in die dünnen Bereiche 61t, 62t reichen, wo die keilförmigen - aber runden Kompressions- bzw. Expansionskammern dünn sind. Da das Gehäuse 20 zylinderförmig ausgebildet ist, ist die Gehäusewand in diesen Bereichen relativ dick, wie dies aus Fig. 6 deutlich wird, so dass sich rechtwinklig abgebogene Luftleitungen herstellen lassen, die zur Aussenseite des Gehäuses radial verlaufen und die einen hinreichend grossen Querschnitt besitzen können, so dass eine weitgehend ungedrosselte Strömung ermöglicht wird.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht ferner darin, dass die durchschnittliche Kammergrösse auf der Expansionsseite kleiner ist als auf der Kompressionsseite, so dass auf der Expansionsseite pro Umdrehung ein kleineres Luftvolumen gefördert wird, wodurch sich eine Kompensation hinsichtlich der Temperaturdifferenzen auf der Kompressionsseite einerseits und der Expansionsseite andererseits ergibt und wodurch gewährleistet ist, dass pro Umdrehung jeweils gleiche Luftmassen gefördert werden.

Wie aus Fig„ 10a deutlich wird, ist der Radius r2 der Kugel-

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flache 72 des Rotors (welche in die Nabenkammer 64 eingreift) auf der Expansionsseite wesentlich grosser als der Radius r1 der Kugelfläche 71 auf der Kompressionsseite (welche in die Nabenkammer 63 eingreift). Der grössere Radius r2 führt aber auf der Expansionsseite zu kleineren Teilkammern. Die Berechnung des jeweiligen Verhältnisses r2:r1, welches für die Förderung gleicher Luftmassen pro Umdrehung benötigt wird, kann erfolgen, wenn die Temperatur der Luft auf der Kompressionsseite und der Expansionsseite berücksichtigt wird, welche ihrerseits wieder unter den jeweils gegebenen Bedingungen vom Umfang der Wärmeübertragung über den ersten Wärmeaustauscher HX1 abhängig ist.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Schmiereinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe die Lager 33,34 sowie die Wände der Nabenkammern 63,64 mit Schmiermittel versorgt werden können. Zu diesem Zweck ist, wie Fig. 1 zeigt, ein axialer Schmierkanal 120 mit einem Einlassfitting 121 vorgesehen, welcher als Rohr ausgebildet ist und Öffnungen in den Stegen 104 bis 106 der Flügelplatten durchgreift und mit einer axialen Bohrung 122 in dem Kern 90 und der Kappe 97 in Verbindung steht. Von dem Rohr bzw. der Bohrung gehen radiale Kanäle 123,124 aus, die zu den Lagern 33,34 führen. Weitere ringförmige Kanäle 125„126 angrenzend an die Kappen des Rotors führen das Schmiermittel unterstützt durch Zentrifugalkräfte ausgehend von den Lagern 33„34 den Wänden der Nabenkaramern 63, 64 -ZUt, wo das Schmiermittel sowohl für eine Schmierung der Kugelflächen des Rotors als auch für eine Schmierung der runden Schultern 111,112 an den Längskanten der Flügelplatten 101 bis 103 sorgte

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Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ferner eine thermische Isolation vorgesehen, die verhindert, dass sich im Inneren der Einheit für die Wärme ein "Kurzschluss" ergibt. Mit anderen Worten v/erden also der Kompressionsteil und der Expansionsteil der Einheit weitgehend thermisch gegeneinander isoliert. Im einzelnen liegt die der thermischen Isolation dienende Isolationsschicht 24 (Fig. 1) in einer Ebene, die bezüglich des Rotors im wesentlichen symmetrisch angeordnet ist und im wesentlichen senkrecht zur Rotorachse. In ähnlicher Weise ist es wünschenswert, dass auch im Inneren des Rotors selbst eine Wärmeisolation vorgesehen ist, wie dies Fig. zeigt. Man erkennt, dass eine Isolationsschicht 130 in einer Ebene des Rotors vorgesehen ist, die senkrecht zur Drehachse des Rotors verläuft, wobei die Isolationsschichten 24 und vorzugsweise miteinander fluchten. Damit die beiden Hälften des Rotors sicher zusammengehalten werden, sind in axialer Richtung verlaufende Schrauben 131 vorgesehen, während die exakte Positionierung der Rotorhälften mit Hilfe von Passstiften 132 erfolgt. Die Isolation des Kompressionsteils gegenüber dem Expansionsteil kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass man, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist, etwa in der Mittelebene jedes Flügelelementes eine Isolationsschicht 13Oa vorsieht, ausserdem können der Rotor und/oder das Gehäuse aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Keramik oder Kunststoff _v hergestellt werden.

Obwohl es im allgemeinen vorteilhaft ist, wenn öle erforderlichen Schlitze iss dem Grandkörper des Rotors durch maschinell© Bearbeitung hergestellt werden * versteht es sieh_f dass es unter umständen auch günstig sein kann„ die einzelnen Sektoren

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91 bis 96 des Rotors getrennt und wirtschaftlich herzustellen, beispielsweise unter Anwendung der Pulvermetallurgie, woraufhin dann die einzelnen Sektoren mit Hilfe geeigneter Schrauben 135 an dem Kern 90 des Rotors befestigt werden können, wie dies Fig. 11 zeigt. Bei dieser Konstruktion sorgt die Kappe 95 (Fig. 1Oa) für eine angemessene Verstärkung im Bereich der freien Enden der Sektoren.

Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, den Rotor so herzustellen, dass an beiden axialen Enden massive Kerne vorhanden sind, zwischen denen eine durchgehende öffnung liegt, wobei die einander diametral gegenüberliegenden Flügel nicht einstückig, sondern aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind und schmale Stege aufweisen, die durch die durchgehende öffnung des Rotors hindurchgreifen.

Die Fig. 16 bis 18 zeigen eine entsprechend abgewandelte Konstruktion, bei der der Rotor zwei axial im Abstand voneinander befindliche massive Kerne 90a, 90b aufweist, während die mehrteiligen Flügel mit dem Bezugszeichen 43a, 46a bezeichnet sind, wobei die übrigen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind wie bei dem zuvor betrachteten Ausführungsbeispiel und wobei diese Bezugszeichen jeweils durch ein "a" ergänzt sind. Die Schlitze in dem Rotor werden vorzugsweise ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Konstruktion jeweils mittels zweier Schnitte 91a, 92a hergestellt, nach deren Vollendung ein in die Tiefe gehender Schnitt erzeugt wird, um die durchgehende öffnung 93a herzustellen (Fig. 16a). Entsprechende Schnitte werden für jedes Paar von Schlitzen durchgeführt, so dass sich in der Mitte des Grundkörpers des

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Rotors ein Hohlraum ergibt, durch den die Stege 104a_f 105a, 106a der Flügelpaare hindurchgeführt werden können.

Ein typisches Flügelpaar ist in Fig. 16 im Profil und teilweise im Schnitt gezeigt. Man erkennt, dass die einzelnen Flügel 43a und 46a durch ein hohles rohrförmiges Stegelement 106a miteinander verbunden sind, dessen Enden in radialen Öffnungen der Flügel befestigt sind. Die Befestigung kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Stegelement 106a an seinem einen Ende mit einem Rechtsgewinde und an seinem anderen Ende mit einem Linksgewinde versehen sein, wobei diese Gewinde dann in entsprechende Gewindebohrungeh der Flügel eingeschraubt werden, wodurch nicht nur eine Verbindung der Flügel herbeiführbar ist, sondern gleichzeitig eine exakte Einstellung derselben in radialer Richtung.

Wenn an jedem Ende des Rotors ein massiver Kern 90a bzw. 90b vorgesehen ist, dann wird hierdurch die Festigkeit und Formbeständigkeit des Rotors insgesamt verbessert. Ausserdem kann der in Fig. 16 linke Achsstummel 32a fest mit dem Gehäuse verbunden und in einem reibungsarmen Lager gelagert werden, welches in einer zentralen Öffnung des Kerns 90b vorgesehen ist. Man erkennt, dass die Bezeichnung Achsstummel bezüglich des Rotors alle Arten von Achsstummein umfasst, die der Halterung des Rotors dienen. Weiterhin kann beim betrachteten Ausführungsbeispiel der antreibende Achsstummel 31a einstückig mit dem anderen Kern 90a ausgebildet werden. Da die Stege der Flügel bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 16 keine axiale

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Π7~7Τ ''-.'"7ZT,

iG' j Γ

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Anordnung eines Schmiermittelrohrs ermöglichen, ist der Schmierkanal 120a vorzugsweise etwas gegenüber der Drehachse versetzt, wie dies die Zeichnung zeigt. Die Bezeichnung axialer Schmierkanal umfasst also auch Ausgestaltungen, bei denen ein Schmiermittelrohr gegenüber der Drehachse versetzt ist. Im übrigen entsprechen die Schmiereinrichtungen bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 16 im wesentlichen denen, die in Verbindung mit dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel beschrieben wurden. Die Einlass- und Auslassöffnungen 51a bis 54a liegen bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 16 etwas weiter auseinander wie beim ersten Ausführungsbeispiel; die radial verlaufenden Teile der öffnungen erstrecken sich jedoch immer noch durch den dicken Teil der Gehäusewand und nehmen die aus Fig. 17 ersichtliche Lage ein - die öffnungen sind paarweise um 180° versetzt - so dass der Vorteil grosszügig bemessener Öffnungsquerschnitte erhalten bleiben kann.

Obwohl im Zusammenhang mit den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen von Luft als Kühlmittel die Rede war, und obwohl Luft in der Praxis auch bevorzugt wird, versteht es sich, dass auch andere Gase verwendet v/erden können, welche in dem Druck- und Temperaturbereich der sich bei der erfindungsgemässen Kompressor-Expander-Einheit ergibt, keine Zustandsänderung (flüssig-gasförmig) erfahren.

Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele wurde ferner davon ausgegangen, dass mit Hilfe einer erfindungsgemässen Einheit sowohl eine Kompression als auch eine Expansion der Luft bzw. des Kühlmittels herbeigeführt wird, wobei mit einer Anordnung von Ein- und Auslassöffnungen gearbeitet wird, wie

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sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Es versteht sich jedoch, dass auf beiden Seiten der erfindungsgemässen Einheit die Einlassöffnung und die Auslassöffnung in der Weise angeordnet werden können, wie dies Fig. 4 zeigt, so dass man einen zweistufigen Kompressor erhält, dessen öffnungen in Serie miteinander verbunden sind, um eine zweistufige Druckerhöhung zu ermöglichen. Andererseits können aber auch auf beiden Seiten der Einheit die öffnungen so angeordnet werden, wie dies Fig. 5 zeigt, wodurch man einen zweistufigen Expander oder einen Motor erhält, wobei dessen öffnungen wieder in Serie miteinander verbunden sind. Wenn die erfindungsgemässe Einheit als zweistufiger Motor oder als zweistufiger Kompressor eingesetzt wird, ist eine Kompensation wieder äusserst wünschenswert, wobei die Radien r1 und r3 (Radius des zentralen kugelförmigen Teil des Rotors) in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz ein solches Verhältnis haben sollen, dass bei jeder Umdrehung auf jeder Seite der Einheit die gleiche Masse von Luft oder einem anderen Medium gefördert bzw. verbraucht wird. Die vorstehend verwendeten Begriffe "Kompressionsseite" und "Expansionsseite" waren also lediglich dazu bestimmt, die beiden Teile der Hauptkammer zu unterscheiden, ohne dass sie hinsichtlich der Funktion der Einheit insgesamt als beschränkend anzusehen sind.

Obwohl die Funktion einer erfindungsgemässen Einheit vorstehend unter Zugrundelegung der Annahme erläutert wurde, dass nur Luft oder ein entsprechend anderes Medium gefördert bzw. verarbeitet wird, versteht es sich ferner, dass das geförderte Medium auch Zusätze enthalten kann, die in dem fraglichen Druck- und Temperaturbereich Zustandsänderungen erfahren.

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Beispielsweise kann Wasser zugesetzt werden, insbesondere wenn mit einem geschlossenen System gearbeitet wird, wie es Fig. 1a zeigt, um die Wärmeübertragung und den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die üS-PSen 3 9}3 351 und 3 967 466 verwiesen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe voll gelöst wird. Bei der erfindungsgemässen Einheit führen die Flügel eine gleichmassige und freie Drehbewegung um die Flügelradachse aus und keine schnelle Hin- und Herbewegung, wie sie für die Flügel .der vorbekannten Konstruktionen typisch ist - wodurch es möglich wird, mit höheren Drehzahlen zu arbeiten und die Geräuschentwicklung und Vibrationen stark zu vermindern, während gleichzeitig eine Verringerung der Reibung erreicht wird. Letzteres führt in Verbindung mit der Verringerung des direkten Wärmeübergangs zwischen den beiden Seiten der Einheit zu einer verbesserten Leistung bzw. zu einem verbesserten Wirkungsgrad. Die hohe Drehzahl gestattet es in Verbindung mit dem erhöhten Wirkungsgrad, die erfindungsgemässe Einheit für hohe Heiz- und Kühlleistungen einzusetzen, so dass sie sich ganz besonders gut für den Wärmeaustausch in Winter-Sommer- Klimaanlagen eignet, wie sie beispielsweise in der früheren Anmeldung der Anmelderin (amtl. Aktenzeichen P , Ser.Nr. 733 751 vom 26.Oktober 1976)

beschrieben sind.

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Claims

OR.-ING. DIPL-ING. M. SC. DIPL-PHVS. C-P. DIP'..-"HYi

HÖGER - STELLRECHT -GRIESSBACH - HAEQ

PATENTANWÄLTE IN STUT TGART

5 J

A 43 179 b Anmelder: The Rovac corporation

k - 163 100 Rovac Parkway

4.Dezember 1978 Rockledge, Florida 32955

U.S.A.

Patentansprüche :

Baueinheit mit Kammern zum Komprimieren und/oder Expandieren von Gasen mit einem in einem Hohlraum eines Gehäuses zu einer Drehbewegung antreibbaren, drehbar gelagerten Flügelrad, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Hohlraum besteht aus einer scheibenförmigen Hauptkammer (60) und daran angrenzenden Nabenkammern (63,64), wobei die Hauptkammer (60) die Form einer beidseitig abgeplatteten Kugel aufweist, die zumindest im wesentlichen symmetrisch zu einer Flügelradachse (VA) angeordnet ist, welche bezüglich der Drehachse (SA) des Flügelrades geneigt ist und wobei die Nabenkammern (63,64) konkav ausgebildet und durch konzentrische einander gegenüberliegende Kugelflächen (71,72) begrenzt sind;

b) das Flügelrad (Fig. 3) besitzt einen Rotor (30), der in dem Gehäuse (20) angeordnet ist, dem in Richtung der Drehachse (SA) des Flügelrades verlaufende Achsstummel (31,32) zugeordnet sind und der einen kugelförmigen Mittelteil (70) aufweist, der an die Kugelflächen (71,72) der Nabenkammern (63,64) angepasst ist;

4/0810 ' ^_GmAL _lNSPECTED

NAOHGSKEICHT

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c) an dem Rotor (30) ist ein vorzugsweise einstückig angeformter, zur Drehachse (SA) symmetrischer Ring (73) in Form eines Saturn-Ringes vorgesehen, der bis zur Innenwand (Kugelfläche 65) der Hauptkammer

(60) reicht und diese in eine Kompressionskammer

(61) und eine Expansionskammer (62) unterteilt, von

denen iede die Form eines in Umfangsrichtung runden

CFig. IbT
Keils'aufweist, wobei die dicken und dünnen Bereiche der beiden Kammern (6l,62) einander komplementär gegenüberliegen;

d) der Rotor (30) ist mit radialen Schlitzen (8l^? bis 86') versehen, die ihn in einzelne Sektoren (8l bis 86) unterteilen und in denen Flügel (41 bis 46) angeordnet sind;

e) das Profil der Flügel (41 bis 46) entspricht im wesentlichen dem Querschnitt der Hauptkammer, so dass die Flügel (41 bis 46^ die Kompressionskammer (61) und die Expansionskammer (62) in in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Teilkammern unterteilen, deren Volumen sich bei umlaufendem Rotor (30) zyklisch ändert;

f) die Kompressionskammer (61) und die Expansionskammer (62) besitzen jeweils eine Einlassöffnung (51j53) und eine Auslassöffnung (52,54), welche jeweils beiderseits des dünnen Teils der Kammern (61,62) angeordnet sind.

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2. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (5*0 der einen Kammer (62) mit der Einlassöffnung (51) der anderen Kammer (61) derart verbunden ist, dass sich in den beiden Kammern eine unterschiedliche Durchschnittstemperatur ergibt.

3. Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression und die Expansion getrennt in der einen Kammer (61) und der anderen Kammer (62) durchführbar sind, dass die Kompressionskammer (61) eine bogenförmig gekrümmte langgestreckte Einlassöffnung (51) aufweist, die vor ihrem dicksten Teil liegt und eine relativ eng begrenzte Auslassöffnung (52), die unmittelbar vor ihrem dünnsten Teil liegt, derart, dass die an der Kompressoreinlassöffnung (51) eintretende Luft komprimiert und dabei bis zum Verlassen der Kompressorauslassöffnung (52) erwärmt wird, dass die Expansionskammer (62) eine relativ eng begrenzte Einlassöffnung (53) aufweist, die unmittelbar hinter ihrem im wesentlichen dünnsten Teil liegt,, und eine bogenförmige längliche Auslassöffnung, die hinter ihrem im wesentlichen dicksten Teil liegt, derart, dass die an der Expandereinlassöffnung (53) eintretende Luft expandiert und bis zum Verlassen der Expanderauslassöffnung (5^) abgekühlt wird, wobei zumindest die Kompressorauslassöffnung (52) und die Expandereinlassöffnung (53) mit Einrichtungen zum Anschliessen eines Wärmeaustauschers (HXl) für das Abführen der Kompressionswärme versehen sind.

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Kf.'~

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4. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (rl, r2) der Kreisscheiben des Mittelteils (70) des Rotors (30) auf dessen der Expansionskammer (62) zugewandter Seite grosser ist als auf seiner der Kompressionskammer (61) zugewandten Seite.

5. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (Ml bis 46) zueinander diametral gegenüberliegenden, miteinander verbundenen Flügelpaaren zusammengefasst sind.

6. Baueinheit nach Anspruch 5_} dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Flügel zu einer einstückigen Flügelplatte (101 bis 103) zusammengefasst sind.

7. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rotor (30) Flügel (41 bis 46) verbunden sind, die zu Flügelpaaren zusammengefasst sind und in Umfangsrichtung jeweils um gleiche Winkel gegeneinander versetzt sind, und dass die Flügelpaare hanteiförmig ausgebildet sind und in der Mitte jeweils einen schmalen Steg (104 bis 106) aufweisen, wobei die Stege in axialer Richtung derart gegeneinander versetzt sind, dass sie einander übergreifend anbringbar sind.

8. Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30) sechs Flügel (41 bis 46) aufweist, die zu drei Flügelplatten (101 bis 103) zusammengefasst sind.

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I NACH<5EREICHT {

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9. Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30) mit diametral verlaufenden C-förmigen, der Aufnahme von Flügelpaaren dienenden Schlitzen (8l^f bis 86·) versehen ist, die den Rotor (30) in Sektoren (81 bis 86) unterteilen, welche durch einen einstückig mit ihnen verbundenen, in axialer Richtung versetzten Kern (90) zusammengehalten werden, der an dem einen axialen Ende des Rotors (30) vorgesehen ist, dass eine Kappe (95) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die freien Enden der Sektoren (81 bis 86) miteinander verbunden sind, und dass an beiden axialen Enden des Rotors (30) miteinander fluchtende Achsstummel (31,32) befestigt sind.

10. Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30) mit diametral verlaufenden, der Aufnahme von Flügelpaaren dienenden Schlitzen versehen ist, die den Rotor (30) in Sektoren unterteilen, welche durch einstückig angeformte, in axialer Richtung versetzte Kerne zusammengehalten werden, die sich im Abstand voneinander an den beiden axialen Enden des Rotors (30) befinden, dass die Achsstummel (31a,32a) an den im Abstand voneinander befindlichen Kernen angreifen und dass die einzelnen Flügel zu Flügelpaaren miteinander und mit dem Rotor verbindbar und voneinander und von dem Rotor lösbar sind .(Fig. 16 bis 18).

11. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (73) im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezoids aufweist und Seitenflächen besitzt,

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zwischen denen ein öffnungswinkel (2cC ) vorhanden ist, der doppelt so gross ist wie der Neigungswinkel (oO ) der Flügelradachse (VA) gegenüber der Drehachse (SA), so dass sich mit der Wand der Hauptkammer (60) an zwei um l80° versetzten Stellen ein linsenförmiger Kontakt (Kontaktlinie LS) ergibt, wo die Dicke der Kompressions-, kammer (61) bzw. der Expansionskammer (62) auf den Wert Null reduziert ist.

12. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30) an seinen beiden axialen Enden jeweils eine Kappe (95,97) aufweist, diemitden Enden der Sektoren (81 bis 86) des Rotors (30) auf der ihr zugeordneten Seite verbunden ist und an die ein Achsstummel (31» 32) einstückig angeformt ist.

13· Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten der Flügel (¹Il bis 46) abgerundet sind und dass die Flügel (4l bis 46) eine solche Dicke (t) aufweisen, dass sich bei umlaufenden Flügeln ein konstanter Zwischenraum zwischen diesen und den Seitenwänden der Hauptkammer (60) ergibt.

14. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (4l bis 46) eine Flügelspitze besitzt, die durch eine Kugelfläche gebildet ist, deren Radius (R) gleich dem Radius (R) der die Form einer abgeplatteten Kugel aufweisenden Hauptkammer (60) ist, dass jeder Flügel (41 bis 46) Längskanten in Form einer Zylinderfläche mit einem Radius (T/2) aufweist, der gleich der

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halben Höhe (T) der die Hauptkammer (60) bildenden abgeplatteten Kugel ist und dass jeder Flügel (41 bis 46) eine Dicke (t) aufweist, für die folgende Beziehung gilt: t = T · sin c*~ ,wobei T = Höhe der Hauptkammer und wobei dL = Neigungswinkel der Flügelradachse (VA) gegenüber der Drehachse (SA).

15. - Baueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

an den Längskanten der Flügelplatten (101 bis 103) seitlich abstehende Schultern (111, 112) vorgesehen sind, deren Form an die Kugelflächen (71,72) der Nebenkammern (63,64) angepasst ist und die in diese Nebenkammern eingreifen, um die Flügelplatten (101 bis 103) bezüglich der Hauptkammer "(.6Q) zu zentrieren.

16. Baueinheit nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, dass die Schultern (111, 112) mit Kugelflächen versehen sind.

17. Baueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstummel (31,32) in im Abstand voneinander befindlichen Lagern (33,34) gelagert sind, dass Schmiereinrichturtgen vorgesehen sind, welche einen axialen Schmierkanal in Form eines Rohres (120) aufweisen, über welches den Lagern (33,34) ein Schmiermittel zuführbar ist, und dass die Flügelplatten (101 bis 103) mit axialen Mittelbohrungen versehen sind, durch die das den axialen Schmierkanal bildende Rohr (120) mit Spiel hindurchf.ührbar ist.

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l8. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Achsstummeln (31,32) axial im Abstand voneinander angeordnete Lager (33_S34) zur Lagerung des Rotors (30) zugeordnet sind, dass Schmiereinrichtungen mit einem axial verlaufenden Schmiermittelrohr (120) vorgesehen sind, über das den Lagern (33j3^) ein Schmiermittel zuführbar ist und die radiale Schmiermittelwege umfassen, über die Schmiermittel aus dem Bereich der Lager (33,3²O den Kugelflächen (71,72) der Nabenkammern (63,6*0 zuführbar ist.

19· Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Auslassöffnungen (51 bis 5¹I) Nuten in den Seitenwänden der Hauptkammer (60) umfassen.

20. Baueinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) zylinderförmig ausgebildet und konzentrisch zur Drehachse (SA) angeordnet ist, dass das Gehäuse (20) im Bereich der um l80° gegeneinander versetzten dünnen Stellen der Kompressionskammer (61) und der Expansionskammer (62) dicke Wandbereiche aufweist und dass die Ein- und Auslassöffnungen Anschlußstücke in den dicken Wandbereichen des Gehäuses (20) aufweisen.

21. Baueinheit nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) eine Schicht (2*!) aus thermisch isolierendem Material aufweist _s welche in"einer Ebene liegt, die im wesentlichen symmetrisch zu dem Rotor (30) und senkrecht su dessen Drehachse (SA) ausgerichtet ist.

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22. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30) eine Schicht aus thermisch isolierendem Material aufweist, die in einer Ebene liegt, welche symmetrisch zu dem Rotor (30) und senkrecht zu dessen Drehachse (SA) ausgerichtet ist.

23. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Expanderauslassöffnung (54) und der Kompressoreinlassöffnung (51) ein zweiter Wärmeaustauscher (HX2) vorgesehen ist.

24. Baueinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Mediums in dem geschlossenen System derart bemessen ist, dass sich in dem zweiten Wärmeaustauscher (HX2) ein über Atmosphärendruck liegender Druck ergibt.

25. Baueinheit nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass an den Flügelspitzen der Flügel (41 bis 46) jeweils eine von einem Rand (109) umgebene Vertiefung (108) vorgesehen ist und dass von den Vertiefungen (108) ausgehende radiale Kanäle (107) vorgesehen sind, über die ein Druckausgleich herbeiführbar ist.

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IQÜ24/081