DE3135154A1

DE3135154A1 - "waermepumpe"

Info

Publication number: DE3135154A1
Application number: DE19813135154
Authority: DE
Inventors: Ronald Duane 68105 Omaha Nebr. Grose
Original assignee: Internorth Inc
Current assignee: Internorth Inc
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1981-09-04
Publication date: 1983-03-17
Also published as: BE890197A; FR2512529A1; US4355951A; NL8104007A; US4304104A; GB2104637A; GB2104637B; FR2512529B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pitot-Pumpe und insbesondere auf eine Pitot-Pumpe, die sich ideal für die Verwendung als Kompressor in einer Wärmepumpe eignet.

Bei den meisten Wärmepumpen ist der Kompressor ein solcher mit hin- und hergehenden Teilen. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Pitot-Pumpe in einer Wärmepumpe bietet mehrerer Vorteile, und zwar in erster Linie den Vorteil der Einfachheit-. Eine Wärmepumpe mit einem einzigen rotierenden beweglichen Teil ist einfach und billig, vorausgesetzt, daß das rotierende Teil in billiger Weise hergestellt werden kann. Die Vorteile einer mit Gas befeuerten Pitot-Pumpe für die Anwendung in einem Wohnhaus liegen in der Einfachheit, der Kompaktheit und den Kosten. Eine gasbefeuerte Wärmepumpe der hier beschriebenen Art gestattet außerdem einen wesentlich besseren Nutzeffekt als gegenwärtig verfügbare Einrichtungen, die mit Gas befeuert werden.

In der erfindungsgemäßen Pitot-Pumpe wird dem Fluid ein Drehmoment erteilt, indem ein Element in Drehung versetzt wird, das ähnlich wie ein Flügelrad wirkt^ Die dabei erhaltene kinetische Energie wird in Druckenergie umgewandelt, während das Fluid durch ein Pitot-Rohr strömt. Der im Pitot-Rohr entwickelte Druck ist durch herkömmliche Zentrifugaldruckgleichungen beherrschbar.

Hauptziel der Erfindung war die Schaffung einer Pitot-Pumpe.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung war die Schaffung einer

Pitot-Pumpe für die Verwendung als Kompressor in einer
Wärmepumpe.

Ein weiteres Ziel der Erfindung war die Schaffung einer Pitot-Wärmepumpe.

Ein weiteres Ziel der Erfindung war die Schaffung einer Pitot-Wärmepumpe, die kompakt, einfach und billig ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung war die Schaffung einer Pitot-Wärmepumpe mit extremem Nutzeffekt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung war die Schaffung einer Pitot-Pumpe mit mehreren Stufen, die miteinander zusammenarbeiten, um das Kühlmittelgas beim Durchgang zu
komprimieren.

Weitere Ziele ergeben sich aus der folgenden Beschreibung .

Die Erfindung wird nun anhand einer fünfstufigen Pitot-Pumpe näher beschrieben, wobei diese als Kompressor

in einer Wärmepumpe dient. Die Wärmepumpe besitzt eine
fünfstufige Pitot-Pumpe, eine Pitot-Flüssigkeitspumpe,
eine Turbine, einen Dampferzeuger, einen Verdampfer,
einen Kühler und ein Entspannungsventil. Vorzugsweise
wird die Turbine mit Gas befeuert und dreht eine Welle, an welcher die Treibräder einer fünfstufigen Pitot-Pumpe befestigt sind. Kühlmittelgas aus dem Verdampfer betritt die erste Stufe der Pitot-Pumpe und das darin befindliche Treibrad drückt das Kühlmittelgas nach -außen, wobei es durch das enge Ende eines darin befindlichen

Pitot-Rohrs gedrückt wird. Das. Austrittsende des Pitot-Rohr s in einer jeden Stufe steht mit der nächsten Stufe der Pitot-Pumpe in Verbindung. Das Kühlmittelgas dehnt

sich aus, während es durch das Pitot-Rohr hindurchgeht, und die Zentrifugalkraft und die kinetische Energie des Kühlmittelgases liefern die Energie, durch welche das Kühlmittelgas komprimiert wird. Nach der letzten Stufe wird das komprimierte Gas dem Kühler der Wärmepumpe zugeführt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Pitot-Pumpe der Wärmepumpe;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt an der Linie 3-3 von Fig. 2; und

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt an der Linie 4-4 von Fig. 3.

Die erfindungsgemäße Wärmepumpe besitzt eine Pitot-Pumpe 10, die mit einem Verdampfer 12, einem Kühler 14 und einem Entspannungsventil 16 zusammenarbeitet. Der Verdampfer, der Kühler und das Entspannungsventil sind von herkömmlicher Bauart und besitzen Regeleinrichtungen, wie sie bei den gegenwärtig verfügbaren Wärmepumpen üblieh sind. Die Pitot-Pumpe 10 stellt den Kompressor in der Wärmepumpe dar, ob die Wärmepumpe nun zum Heizen oder Kühlen verwendet wird. Die Umschalteinrichtung für Heizoder Kühlbetrieb ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.

Ein gasbefeuerter Dampferzeuger 18 ist über eine Leitung 20 mit einer Turbine 22 verbunden, die eine Welle 24 aufweist, welche sich durch die Pitot-Pumpe 10 nach unten

erstreckt. Der Dampferzeuger 18 liefert das Antriebsmedium für die Turbine 22, welche die Welle 24 in Drehung versetzt. Der Austritt der Turbine 22 ist durch eine Leitung 26 mit dem Kühler 14 verbunden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist außerdem der Austritt des Verdampfers 12 durch eine Leitung 28 mit der Pitot-Pumpe 10 verbunden. Weiterhin ist der Austritt des Entspannungsventils 16 durch eine Leitung 30 mit dem Eintritt des Verdampfers 12 verbunden. Schließlich ist der Austritt der Pitot-Pumpe 10 durch eine Leitung 32 mit dem Eintritt des Kühlers 14 verbunden. Eine einstufige Pitot-Flüssigkeitspumpe 34 wird durch die Welle 24 an-

¹^ getrieben, so daß die in ihrem Innenraum 36 befindliche Flüssigkeit nach oben gezogen und durch eine Leitung gepumpt wird, welche mit einer Leitung 40, die sich zum Verdampfer 18 erstreckt, und einer Leitung 42, die sich zum Eintritt des Entspannungsventils 16 erstreckt, in Verbindung steht.

Die in den Zeichnungen dargestellte Pitot-Pumpe 10 besitzt fünf identische Stufen mit Räumen 44, 46, 48, 50 und 52. Der Innenraum der Turbine 22 ist vom Raum 44 durch ein Gasfilmlager 54 getrennt. In gleicher Weise sind die verschiedenen Räume der Pitot-Pumpe hermetisch voneinander durch Gasfilmlager 56 und/oder Labyrinthlager getrennt.

In jedem Raum befindet sich ein becherförmiges Treibrad 58, welches auf der Welle 24 befestig ist und sich damit dreht. Innerhalb eines jeden Raums befindet sich mindestens ein Pitot-Rohr 60, dessen Eintrittsende 62 sich nahe an der inneren Oberfläche des Treibrads 58 befindet, wie dies am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist. Gewünschtenfalls können mehrere Pitot-Rohre 60 innerhalb einer

jeden Stufe angeordnet sein. Die Austrittsseite des Pitot-Rohrs 60 im Raum 44 steht mit dem Raum 46 in Verbindung, wie dies am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. Aus Fig. 2 ist weiterhin ersichtlich, daß die Austritte eines jeden Pitot-Rohrs jeweils mit der nächsten Stufe in Verbindung stehen, wobei der Austritt des Pitot-Rohrs im Raum 52 mit der Leitung 32 in Verbindung steht.

Beim Betrieb liefert der gasbefeuerte Dampferzeuger 18 das Arbeitsmedium für die Turbine 22, so daß die Welle in Drehung versetzt wird, und zwar vorzugsweise mit etwa 50000 U/min. Kühlmittelgas, wie z. B. R-21, wird vom Verdampfer mit Hilfe der Leitung 28 zum Raum 44 geführt. Dem den Raum 44 betretenden Gas wird dunch das rotierende Treibrad 58 ein Drehmoment erteilt. Die dabei entstehende kinetische Energie wird im Pitot-Rohr 60 in Druckenergie umgewandelt. Wie bereits erläutert, drückt das Treibrad 58 das Kühlmittelgas nach außen zur Innenwandung der Oberfläche des Treibrads, wo es das enge Ende des Pitot-Rohrs betritt und anschließend zur darunter liegenden nächsten Stufe gefördert wird. Das Kühlmitteigas wird zusätzlich unter Druck versetzt, während es durch das Pitot-Rohr 60 hindurchströmt. So wird also das Kühlmittelgas in den Räumen 44, 46, 48, 50 und 52 allmählich von annähernd 0,35 bar auf 7 bar komprimiert.

Nachdem das Gas in den fünf Stufen der Pitot-Pumpe komprimiert worden ist, wird es durch die Leitung 32 zum Kühler 14 geführt. Wie bereits festgestellt, ist auch die Pitot-Flüssigkeitspumpe 34 mit der Welle 24 drehfest verbunden. Freon oder Kühlmittelgas aus dem Kühler 14 fließt durch eine Leitung 64 in die Pitot-Flüssigkeitspumpe 34 _Und wird durch das Treibrad 58 nach oben gesaugt und durch das Pitot-Rohr 62 gedrückt. Das Freon wird dabei

-f. 3-

von annähernd 7 bar auf 70 bar gebracht und fließt zum Entspannungsventil 16 und dann zum Verdampfer 12. Ein 5 Teil der Flüssigkeit wird durch die Pitot-Pumpe 34 auch zum Dampferzeuger 18 geführt.

Es ist also ersichtlich, daß eine neue Pitot-Pumpe für die Verwendung in einer kompakten, einfachen, billigen 10 und wirksamen Wärmepumpe beschrieben wurde.

L e e r s θ i t e

Claims

Λ ft I= ί\ F= /

Patentansprüche

I 1.jWärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile aufweist:

eine Pitot-Gaspumpe (10), eine Pitot-Flüssigkeitspumpe (34), eine Turbine (22), einen Dampferzeuger (18), einen Verdampfer (12), einen Kühler (14) und ein Entspannungsventil (16), wobei der Austritt der Flüssigkeitspumpe mit dem Eintritt des Entspannungsventils verbunden ist, der Austritt des Entspannungsventils mit dem Eintritt des Verdampfers verbunden ist,

der Austritt des Verdampfers mit dem Eintritt· der ..Gaspumpe verbunden ist,

der Austritt der Gaspumpe mit dem Eintritt des Kühlers verbunden ist,
der Austritt des Kühlers mit dem Eintritt der Flüssigkeitspumpe verbunden ist,

der Austritt der Flüssigkeitspumpe mit dem Eintritt des Dampferzeugers und des Entspannungsventi]s verbunden ist,
der Austritt des Dampferzeugers mit dem Eintritt der Turbine verbunden ist, und

der Austritt der Turbine mit dem Eintritt des Kühlers verbunden ist,

und daß sie weiterhin noch folgende Teile aufweist: eine Einrichtung (24) zum mechanischen Verbinden der Turbine mit der Gaspumpe und der Flüssigkeitspumpe und eine Einrichtung zum Erhitzen des Verdampfers zur Erzeugung eines unter Druck stehenden Gases zum Antrieb der Turbine.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pitot-Flüssigkeitspumpe (34) eine zweite Pitot-Pumpe umfaßt.

Q 1

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-2-
3. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pitot-Gaspumpe (10) folgende Teile umfaßt: ein vertikal angeordnetes Gehäuse mit einem oberen und einem unteren Ende, wobei das Gehäuse mehrere im Abstand angeordnete Räume (44, 46, 48, 50, 52) aufweist, worunter sich ein oberster Raum (44), ein unterster Raum (52) und ein mittlerer Raum (46, 48, 50) befindet, wobei der oberste Raum (44) sich mit dem Austritt des Verdampfers (12) in Verbindung befindet, wobei weiterhin die Turbine (22) eine vertikal angeordnete drehbare Welle (24), die sich durch die Räume (44, 46, 48, 50, 52) erstreckt, aufweist, ein becherförmiges Treibrad (58) in jedem der Räume auf der Welle (24) drehfest angeordnet ist, ein Pitot-Rohr (60) in einem jeden der Räume vorhanden ist, das ein im Treibrad angeordnetes Eintrittsende für die Aufnahme des dem Treibrad zugeführten Gases aufweist, das Austrittsende des Pitot-Rohrs im obersten Raum (44) in Verbindung mit dem mittleren Raum (46, 48, 50) steht, das Austrittsende des Pitot-Rohrs im mittleren Raum in Verbindung mit dem untersten Raum

(52) steht und-das Austrittsende des Pitot-Rohrs im untersten Raum (52) in Verbindung mit dem Eintritt des Kühlers (14) steht.
4. Wärmepumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mehrere mittlere Räume (46, 48, 50) aufweist.
5. Wärmepumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das becherförmige Treibrad (58) umgekehrt becherförmig ist.

^°
6. Mehrstufige Pitot-Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile aufweist:

ein Gehäuse,

wobei das Gehäuse mehrere im Abstand voneinander angeordnete Räume (44, 46, 48, 50, 52) aufweist, worunter sich mindestens ein erster Raum (44) und ein zweiter Raum (52) befinden,

wobei der erste Raum (44) in Verbindung mit einer Fluidquelle steht,

₁₍3 eine drehbare Welle (24) , die sich durch die Räume erstreckt,

ein Treibrad (58) in einem jeden der Räume, das drehfest auf der Welle (24) sitzt, ein Pitot-Rohr (60) in einem jeden der Räume, dessen Eintrittsende (62) innerhalb des Treibrads (58) angeordnet ist und aufgrund der Drehung des Treibrads (58) Fluid aufnimmt, wobei das Austrittsende der Pitot-Rohre, mit Ausnahme des Pitot-Rohrs im zweiten Raum, in Verbindung mit dem benachbarten Raum steht, so daß der Druck des Fluids allmählich zunimmt, wenn er von einem Raum zum anderen geführt wird, und wobei das Austrittsende des Pitot-Rohrs im zweiten Raum in Verbindung mit einem Apparat steht-, der unter Druck stehendes Fluid benötigt.
7. Mehrstufige Pitot-Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse vertikal angeordnet ist und ein oberes und unteres Ende aufweist, daß die Räume (44, 52) übereinander angeordnet sind, daß die WeI-Ie (24) senkrecht verläuft und daß das Treibrad (58) becherförmig ausgebildet ist.
8. Mehrstufige Pitot-Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibrad (58) umgekehrt becherförmig ist.