EP3120089A1 - Pumpe und fluidkreislauf mit einer solchen pumpe - Google Patents

Pumpe und fluidkreislauf mit einer solchen pumpe

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Publication number
EP3120089A1
EP3120089A1 EP14713757.4A EP14713757A EP3120089A1 EP 3120089 A1 EP3120089 A1 EP 3120089A1 EP 14713757 A EP14713757 A EP 14713757A EP 3120089 A1 EP3120089 A1 EP 3120089A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
outlet
pump housing
fluid
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14713757.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bruno Fuhge
Andreas Maigler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl AKO Stiftung and Co KG filed Critical Diehl AKO Stiftung and Co KG
Publication of EP3120089A1 publication Critical patent/EP3120089A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
    • F25B2321/0021—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to a pump and a fluid circuit with such a pump, in each case in particular for a refrigerator and / or freezer or a heater.
  • Refrigerators and / or freezers typically have a refrigerant circuit in which a compressor for compressing the refrigerant, a cooling coil for dissipating heat to the environment, a throttle for reducing the pressure of the refrigerant, an evaporator inside the device for recording of heat from the interior and a pump for conveying the refrigerant through the circuit are arranged.
  • refrigerators have also been proposed which use, instead of the compressor, a magnetocaloric device through which the refrigerant flows.
  • Such devices utilize the magnetocaloric effect in which a body of magnetocalorically active material heats up when exposed to a magnetic field and cools when the magnetic field is removed.
  • Refrigerators with this operating principle are disclosed, for example, in DE 10 2006 046 041 A1 and US Pat. No. 7,536,866 B2.
  • the magnetocalorically active body is alternately magnetized and demagnetized by, for example, rotating a disk-shaped body into and out of a magnetic field or pushing a piston-shaped body into and out of a magnetic field. If the body is magnetized in a magnetic field, its atomic order increases and it heats up. He can deliver this heat to a medium, which cools the body. If the body is then removed from the magnetic field, its order state decreases again and it reaches a lower temperature than at the beginning of the cycle. The body can thus absorb heat from a medium to cool it.
  • the present invention has for its object to provide an improved fluid circuit with a heat exchanger, which is based on the magnetocaloric effect.
  • the pump of the invention comprises a pump housing having at least one inlet and at least one outlet; at least one conveying element, which is arranged movably in the pump housing; and drive means for moving the at least one delivery member to deliver fluid from the at least one inlet of the pump housing to the at least one outlet of the pump housing.
  • the pump according to the invention is characterized in that the at least one conveying element is at least partially made of a magnetocalorically active material; a magnet assembly is provided such that at least a portion of the at least one conveyor element is positioned outside of a magnetic field generated by the magnet assembly during part of its travel and positioned within another portion of its travel within a magnetic field generated by the magnet assembly; and the at least one outlet of the pump housing having at least a first outlet and at least a second outlet, wherein the at least one conveying element promotes the fluid during one part of its movement path to the at least one first outlet and during the other part of its movement path to the at least one second Outlet promotes.
  • the magnetocaloric heat exchanger is integrated in the pump by parts of the pump are designed magnetocalorically active.
  • components in the fluid circuit can be saved, so that can reduce material, assembly and energy consumption and space requirements.
  • the pump is preferably a positive-displacement pump, more preferably a centrifugal pump or a gear pump. Pump housing and conveying elements are adapted to the type of the respective positive displacement pump.
  • the fluid to be pumped by the pump is preferably a liquid or gaseous medium.
  • the fluid to be delivered is preferably a refrigerant.
  • the at least one conveying element is at least partially made of a magnetocalorically active material.
  • the conveying element is preferably formed from such a material, coated with such a material or contains such a material.
  • any magnetocalorically active material can be used for the invention. Examples of suitable materials are mentioned, for example, in DE 10 2010 063 061 B3, without the invention being restricted to these.
  • the at least one conveying element is movably arranged in the pump housing. It is preferably rotatable, pivotable or displaceable.
  • the drive device of the pump is adapted to the respective movement of the at least one conveying element.
  • the magnet arrangement preferably has one or more magnets, preferably permanent magnets. These magnets are fixed in place, so that the magnetic fields generated by them are stationary.
  • a movement path of the conveyor element eg, continuous circular path, circular path sector, stroke, etc.
  • the conveyor element or at least a portion of the conveyor element in a first period of a cycle (ie, during part of its movement path) outside the magnetic field of the magnet assembly and in a second Period of the cycle (ie, during another part of its travel) within the magnetic field of the magnet assembly.
  • These two periods of the cycle or parts of the movement path are preferably chosen to be substantially the same size in order to achieve essentially the same cooling and heating effects, but can also be selected differently from one another.
  • the at least one conveying element is rotatably arranged in the pump housing and the drive device is designed for the rotary drive of the at least one conveying element. If the at least one conveying element of the pump is rotated, there is always a part of it (eg one half) within the magnetic field of the magnet arrangement and another part thereof (eg the other half) outside the magnetic field of the magnet arrangement. This one part and other part are variable with respect to the conveying element.
  • the pump is designed as a centrifugal pump.
  • the at least one conveying element is preferably designed as a blast wheel with at least one inflow opening and at least two radial, preferably mutually substantially diametrically opposite outflow openings.
  • the at least one first outlet and the at least one second outlet of the pump housing are preferably substantially diametrically opposite each other.
  • the outflow openings of the spinner and / or the outlets of the pump housing may also be arranged differently than diametrically opposite each other.
  • the centrifugal pump has a plurality of conveying elements configured as a centrifugal wheel, which are arranged coaxially with each other and for which at least a first outlet and at least one second outlet are provided.
  • those of the Magnetic arrangement generated magnetic fields for the various of the plurality of conveying elements preferably angularly offset from one another and the first outlets and the second outlets of the various of the plurality of conveying elements are preferably each arranged at an angle to each other.
  • the pump is designed as a gear pump.
  • the at least one conveying element preferably has at least four mutually engaging gears. The number of gears is chosen in particular even.
  • the at least one conveying element has at least six mutually engaging gears.
  • the pump housing has at least one first outlet, to which a fluid component is conveyed through the first part of at least two adjacent conveyor elements, at least one second outlet, to which another fluid component is conveyed through the second part of at least two other adjacent conveyor elements, and at least one third outlet to which still another fluid portion is conveyed through the first part of yet another conveyor element and the second part of yet another adjacent conveyor element.
  • the at least one inlet of the pump housing is preceded by a common distributor.
  • a common distributor With the aid of such a distributor, it is possible to combine a plurality of fluid streams upstream of the pump housing inlet and to supply them together to the pump housing.
  • the invention is also a fluid circuit with a pump described above according to the present invention.
  • the fluid circuit also has a first heat exchanger for cooling a first heat exchange medium, which is connected on the input side to the at least one first outlet of the pump housing of the pump, and a second heat exchanger for heating a second heat exchange medium, the input side with the at least one second outlet of the pump housing of the pump is connected.
  • a first heat exchanger for a refrigerator and / or freezer and / or the second heat exchanger for a heater can be used.
  • the first heat exchanger is preferably connected on the output side (directly) to the at least one inlet of the pump housing of the pump and / or to an inlet of the second heat exchanger.
  • the second heat exchanger is preferably connected on the output side (directly) to the at least one inlet of the pump housing of the pump and / or to an inlet of the first heat exchanger.
  • the pump is a gear pump described above having at least six numbered gears in mesh
  • the at least one third outlet of the pump housing of the pump is preferably connected directly to the at least one inlet of the pump housing or the upstream manifold of the pump.
  • a (direct) connection shall preferably mean a fluidic fluid connection between the two said components or components, in which there are no components having a significant effect on the temperature of the fluid (e.g., heat exchangers).
  • a (direct) connection may also include one or more valves and / or pressure reducers (e.g., throttles, etc.).
  • the invention should also be a refrigerator and / or freezer with a fluid pump of the invention described above or a fluid circuit of the invention described above.
  • Such a refrigerator and / or freezer preferably has a device housing with at least one cooling space therein.
  • the first heat exchange medium cooled by the first heat exchanger is then preferably air in the interior of the at least one cooling space and the second heat exchange medium heated by the second heat exchanger is then preferably ambient air of the cooling and / or freezing appliance.
  • the invention should also be a heater with a fluid pump of the invention described above or a fluid circuit of the invention described above.
  • Fig. 1 is a sectional view of a centrifugal pump according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a fluid circuit with a centrifugal pump of FIG. 1 according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a sectional view of a gear pump according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a fluid circuit with a gear pump of FIG. 3 according to an embodiment of the invention.
  • a pump according to a first embodiment and a fluid circuit according to a first embodiment will be explained in more detail with such a pump.
  • the pump 100 is designed as a so-called centrifugal pump. It has a pump housing 1 10, in which a blast wheel is rotatably arranged as a conveying element 1 12. This blast wheel 12 is rotated, for example, clockwise 114 by a drive device (e.g., electric motor) 16.
  • a drive device e.g., electric motor
  • the impeller 112 is formed as a hollow body and has an axial inflow opening 120 which communicates with a corresponding inlet 1 18 of the Pump housing 110 is in fluid communication. Furthermore, the blast wheel 1 12 has a plurality (here: eight) radial outflow openings 122. The number of outflow openings 122 is preferably even, and in each case two outflow openings 122 are positioned diametrically opposite one another.
  • the pump housing 110 has a first radial outlet 124 and a second radial outlet 126, which in turn pass in fluid communication with all outflow openings 122 of the centrifugal wheel 112 during rotation of the centrifugal wheel 112.
  • the first and the second outlet 124, 126 of the pump housing 1 10 are arranged in the embodiment shown substantially diametrically opposite one another. In this way, substantially equal volume flows of the cooled fluid and the heated fluid can be achieved. However, if these volume flows are to be different, then the outlets 124, 126 of the pump housing 110 can also be arranged differently to one another in other configurations.
  • the impeller 112 of the pump 100 is at least partially made of a magnetocalorically active material.
  • the radially outer regions of the impeller 1 12 are formed from such a material or contain such.
  • the magnetocalorically active material is, for example, a special magnetic alloy.
  • the pump 100 also has a magnet arrangement 128 with one or more permanent magnets. These permanent magnets are arranged stationary and generate a magnetic field which penetrates about half of the pump housing cross-section. In this way, there is always a part (right above the dashed line in Fig. 1) of the impeller 1 12 outside the magnetic field generated by the magnet assembly 128 and another part (left below the dashed line in Fig. 1) of the impeller 112 within of the magnetic field generated by the magnet assembly 128. In other words, one half of the blast wheel 1 12 is during a half revolution outside the magnetic field and during another half revolution within the magnetic field, whereas the other half of the blast wheel 1 12 during a revolution is initially within and then outside of the magnetic field.
  • the fluid flowing through the inflow opening 120 into the interior of the impeller 1 12 is pressed radially outwards in the direction of the outflow openings 122 due to the centrifugal forces during a rotation of the impeller 112. Only when one of these outflow openings 122 comes into fluid communication with an outlet 124, 126 of the pump housing 110, the fluid is pumped out of the pump 100.
  • the magnet arrangement 128 heats one part / one half of the impeller 112 in the area of the magnet arrangement 128 due to the magnetocaloric effect of the material of the impeller 112.
  • the fluid present in this part of the impeller 1 12 is thus heated and leaves the pump housing 110 as heated fluid W through the second outlet 126.
  • the fluid withdraws heat from the part of the impeller 112, so that this part, when rotated, rotates 1 14 leaves the magnetic field generated by the magnet assembly, due to the magnetocaloric effect cools to lower temperatures.
  • the fluid present in this other part of the centrifugal wheel 112 is thus cooled and leaves the pump housing 110 as a cool fluid K through the first outlet 124. In this case, the fluid gives off heat to this other part of the centrifugal wheel 112.
  • the first outlet 124 of the pump housing 110 of the pump 100 is connected to a first heat exchanger 130.
  • the fluid eg, a refrigerant such as water
  • a first heat exchange medium 132 is in this embodiment, the air inside a refrigerator in the device housing of the refrigerator.
  • the fluid absorbs heat from the first heat exchange medium 132.
  • the fluid is returned to the inlet 118 of the pump housing 110.
  • the second outlet 126 of the pump housing 110 of the pump 100, from which the heated fluid W emerges, is connected to a second heat exchanger 134.
  • this second heat exchanger 134 the fluid is in heat exchange with a second heat exchange medium 136.
  • this second heat exchange medium 136 is the ambient air of the refrigerator.
  • the fluid gives heat to the second heat exchange medium 136.
  • the fluid is returned to the inlet 118 of the pump housing 110.
  • the pump 100 serves in this fluid circuit both as a conveying device for conveying the fluid through the fluid circuit and as a heat exchanger for heating and cooling the fluid in the fluid circuit.
  • the fluid circuit typically includes other components such as, in particular, valves and restrictors, which are omitted in FIG. 2 for the sake of simplicity.
  • the output of the first heat exchanger 130 is connected directly to the inlet 118 of the pump housing 110 of the pump 100.
  • the output of the first heat exchanger 130 may be connected to the input of the second heat exchanger 134.
  • the output of the first heat exchanger 130 may be selectively connected to the inlet 118 of the pump housing 110 of the pump 100 and / or to the inlet of the second heat exchanger 134, for example by means of a three-way valve at a branch point downstream of the first heat exchanger 130.
  • the output of the second heat exchanger 134 is directly connected to the inlet 118 of the pump housing 110 of the pump 100.
  • the output of the second heat exchanger 134 may be connected to the input of the first heat exchanger 130.
  • the output of the second heat exchanger 134 can be selectively connected to the inlet 118 of the pump housing 110 of the pump 100 and / or to the inlet of the first heat exchanger 130, for example by means of a three-way valve at a branch point downstream of the second heat exchanger 134.
  • the center of gravity of the fluid circuit can be placed on the cooling in the first heat exchanger 130 or the heating in the second heat exchanger 134, the fluid temperatures can be adjusted, the efficiency of the fluid circuit can be influenced, and the like.
  • several (ie two, three, four or more) spinner 112 are arranged coaxially with each other in the pump housing 1 10 of the centrifugal pump 100.
  • a common inlet 1 18 of the pump housing 1 10 is provided for the centrifugal wheels 112 .
  • a first outlet 124 and a second outlet 126 are respectively provided.
  • the plurality of first outlets 124 of the pump housing 110 are connected to each other downstream of the pump 100, and the plurality of second outlets 126 of the pump housing 110 are connected to each other downstream of the pump 100.
  • the magnet assembly 128 is configured such that it has, for each of the plurality of centrifugal wheels 112, at least one permanent magnet, which generates a magnetic field for the respective centrifugal wheel 12. These magnetic fields generated by the magnet assembly for the various spinner wheels 112 are angularly offset from each other, i. preferably rotated about the common axis of rotation of the centrifugal wheels 112 to each other. Likewise, the first outlets 124 and the second outlets 126 of the various spinner wheels 112 are each arranged at an angle to one another.
  • the angle offset in the case of a total of two blast wheels 112 is for example about 22.5 °, in the case of a total of three blast wheels 112 for example about 15 °, in the case of a total of five blast wheels 12 for example about 9 °.
  • the pump 200 is configured as a gear pump. It has a pump housing 210 in which a plurality of (in this case six, generally even number of at least four) intermeshing toothed wheels are rotatably arranged as conveying elements 212a..f.
  • the gears 212a..f are rotated in alternate directions of rotation 214 by a drive device (eg, electric motor) 216.
  • the gears 212a..f are not formed as a hollow body, but the delivery space between the gears on the one hand and the wall of the pump housing 210 on the other hand formed.
  • a total of three inlets 218a..c are provided on the pump housing 210, which are radially aligned relative to the gear arrangement and in the circumferential direction of the gear arrangement between two adjacent gears 212a..f in the Open pump housing 210.
  • a total of three outlets 224, 225, 226 are provided on the pump housing 210, which are radially aligned with respect to the gear arrangement and open in the circumferential direction of the gear arrangement between two adjacent gears 212a..f in the pump housing 210.
  • the gears 212a..f of the pump 200 are each at least partially made of a magnetocalorically active material.
  • the surfaces of the gear flanks do not necessarily have to consist of the magnetocalorically active material. To avoid abrasion, hardened steel can be used at these locations.
  • the pump 200 has a magnet arrangement 228a..b with a plurality of permanent magnets.
  • a part 228a of these permanent magnets is assigned to the left-hand subgroup of gears 212c, 212d, 212e in FIG. 3 and their respective inner halves.
  • Another part 228b of these permanent magnets is assigned to the right in FIG. 3 subgroup of three gears 212f, 212a, 212b and there each outer half thereof.
  • one-half of the gear ie, a portion of the conveyor
  • one-half revolution ie, part of the travel
  • another half revolution ie, another part of the travel path
  • the fluid flowing through the first inlet 218a into the pump housing 210 is partly conveyed by the gear 212d to the first outlet 224 during a rotation of the gears 212a..f and cooled in this way and partly conveyed by the gear 212c to the third outlet 225 and also cooled down this way.
  • the fluid flowing into the pump housing 210 through the second inlet 218b is in part conveyed by the gear 212e to the first outlet 224 during rotation of the gears 212a..f and thereby cooled and partially conveyed by the gear 212f to the second outlet 226 and warmed up in this way.
  • the fluid flowing through the third inlet 218c into the pump housing 210 is partly conveyed by the gear 212a to the second outlet 226 during a rotation of the gears 212a..f and heated in this way and partly conveyed by the gear 212b to the third outlet 225 and also warmed up in this way.
  • the first outlet 224 of the pump housing 210 flows through the two gears 212 d, 212 e cooled fluid K.
  • From the second outlet 226 of the pump housing 210 flows through the two gears 212 a, 212 f heated fluid W.
  • the third outlet 225 is supplied from the gear 212 c, a cooled fluid and supplied from the gear 212 b, a heated fluid, so that from the third outlet 225 of the pump housing 210, a medium-temperature fluid M flows out.
  • the first outlet 224 of the pump housing 210 of the pump 200 is connected to a first heat exchanger 130.
  • the fluid eg, a refrigerant such as water
  • a first heat exchange medium 132 is in this embodiment, the air inside a refrigerator in the device housing of the refrigerator.
  • the fluid absorbs heat from the first heat exchange medium 132.
  • the fluid is returned to the inlets 218a..c of the pump housing 110.
  • the second outlet 226 of the pump housing 210 of the pump 200, from which the warm fluid W exits, is connected to a second heat exchanger 134.
  • the fluid is in heat exchange with a second heat exchange medium 136.
  • this second heat exchange medium 136 is the ambient air of the refrigerator.
  • the fluid gives off heat to the second heat exchange medium 136. Subsequently, the fluid is returned to the inlets 218a..c of the pump housing 210.
  • the medium-temperature fluid M exiting the third outlet 225 of the pump housing 210 of the pump 200 is returned directly to the inlets 218a..c of the pump housing 210.
  • the pump 200 serves both as a conveying device for conveying the fluid through the fluid circuit and as a heat exchanger for heating and cooling the fluid in the fluid circuit.
  • the fluid circuit typically includes other components such as, in particular, valves and restrictors, which are omitted in FIG. 4 for the sake of simplicity.
  • first heat exchange medium e.g. Refrigerator interior

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Eine Pumpe (100; 200), wie sie zum Beispiel in einem Kältemittelkreislauf eines Kühl- und/oder Gefriergerätes eingesetzt werden kann, weist ein Pumpengehäuse (110; 210) mit wenigstens einem Einlass (118; 218a..c) und wenigstens einem Auslass (124-126; 224-226); wenigstens ein Förderelement (112; 212a..f), welches in dem Pumpengehäuse (110; 210) bewegbar angeordnet ist; und eine Antriebsvorrichtung (116; 216) zum Bewegen des wenigstens einen Förderelements (112; 212a..f), um ein Fluid von dem wenigstens einen Einlass (118; 218a..c) des Pumpengehäuses (110; 210) zu dem wenigstens einen Auslass (124-126; 224-226) des Pumpengehäuses (110; 210) zu fördern, auf. Das wenigstens eine Förderelement (112; 212a..f) ist zumindest teilweise aus einem magnetokalorisch aktiven Material ausgestaltet. Ferner ist eine Magnetanordnung (128; 228a..b) derart vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des wenigstens einen Förderelements (112; 212a..f) während eines Teils seines Bewegungsweges außerhalb eines von der Magnetanordnung (128; 228a..b) erzeugten Magnetfeldes positioniert ist und während eines anderen Teils seines Bewegungsweges innerhalb eines von der Magnetanordnung (128; 228a.. b) erzeugten Magnetfeldes positioniert ist. Der wenigstens eine Auslass (124-126; 224-226) des Pumpengehäuses (110; 210) weist wenigstens einen ersten Auslass (124; 224) und wenigstens einen zweiten Auslass (126; 226) auf, wobei das wenigstens eine Förderelement (112; 212a..f) das Fluid während des einen Teils seines Bewegungsweges zu dem wenigstens einen ersten Auslass (124; 224) fördert und während des anderen Teils seines Bewegungsweges zu dem wenigstens einen zweiten Auslass (126; 226) fördert.

Description

Pumpe und Fluidkreislauf mit einer solchen Pumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe sowie einen Fluidkreislauf mit einer solchen Pumpe, jeweils insbesondere für ein Kühl- und/oder Gefriergerät oder ein Heizgerät.
Haushalts-Kühl- und/oder Gefriergeräte weisen in der Regel einen Kältemittelkreislauf auf, in dem ein Kompressor zum Komprimieren des Kältemittels, eine Kühlschlange zum Abgeben von Wärme an die Umgebung, eine Drossel zur Druckverminderung des Kältemittels, einen Verdampfer im Inneren des Gerätes zum Aufnehmen von Wärme aus dem Innenraum sowie eine Pumpe zum Fördern des Kältemittels durch den Kreislauf angeordnet sind. In letzter Zeit wurden zudem Kühlschränke vorgeschlagen, die anstelle des Kompressors eine magnetokalorische Vorrichtung verwenden, die von dem Kältemittel durchströmt wird. Solche Vorrichtungen nutzen den magnetokalorischen Effekt, bei dem sich ein Körper aus einem magnetokalorisch aktiven Material erwärmt, wenn er einem Magnetfeld ausgesetzt wird, und sich abkühlt, wenn das Magnetfeld wieder entfernt wird. Kühlschränke mit diesem Funktionsprinzip sind zum Beispiel in der DE 10 2006 046 041 A1 und der US 7,536,866 B2 offenbart.
Im Kältemittelkreislauf wird der magnetokalorisch aktive Körper abwechselnd magnetisiert und entmagnetisiert, indem sich zum Beispiel ein scheibenförmiger Körper in ein Magnetfeld hinein und aus diesem heraus dreht oder ein kolbenförmiger Körper in ein Magnetfeld hinein geschoben und aus diesem heraus gezogen wird. Wird der Körper in einem Magnetfeld magnetisiert, so steigt seine atomare Ordnung und er erwärmt sich. Diese Wärme kann er an ein Medium abgeben, wodurch sich der Körper abkühlt. Wird der Körper anschließend aus dem Magnetfeld entfernt, nimmt sein Ordnungszustand wieder ab und er erreicht eine tiefere Temperatur als zu Beginn des Zyklus. Der Körper kann somit Wärme aus einem Medium aufnehmen, um dieses abzukühlen.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Fluidkreislauf mit einem Wärmeübertrager, der auf dem magnetokalorischen Effekt beruht, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Pumpe der Erfindung weist ein Pumpengehäuse mit wenigstens einem Einlass und wenigstens einem Auslass; wenigstens ein Förderelement, welches in dem Pumpengehäuse bewegbar angeordnet ist; und eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen des wenigstens einen Förderelements, um ein Fluid von dem wenigstens einen Einlass des Pumpengehäuses zu dem wenigstens einen Auslass des Pumpengehäuses zu fördern, auf. Die erfindungsgemäße Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Förderelement zumindest teilweise aus einem magnetokalorisch aktiven Material ausgestaltet ist; eine Magnetanordnung derart vorgesehen ist, dass zumindest ein Abschnitt des wenigstens einen Förderelements während eines Teils seines Bewegungsweges außerhalb eines von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfeldes positioniert ist und während eines anderen Teils seines Bewegungsweges innerhalb eines von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfeldes positioniert ist; und der wenigstens eine Auslass des Pumpengehäuses wenigstens einen ersten Auslass und wenigstens einen zweiten Auslass aufweist, wobei das wenigstens eine Förderelement das Fluid während des einen Teils seines Bewegungsweges zu dem wenigstens einen ersten Auslass fördert und während des anderen Teils seines Bewegungsweges zu dem wenigstens einen zweiten Auslass fördert.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist der magnetokalorische Wärmeübertrager in die Pumpe integriert, indem Teile der Pumpe magnetokalorisch aktiv ausgestaltet sind. Auf diese Weise können Komponenten im Fluidkreislauf eingespart werden, so dass sich Material-, Montage- und Energieaufwand sowie Raumbedarf reduzieren lassen. Insbesondere kann im Vergleich zu herkömmlichen Kühlgeräten mit einem magnetokalorischen Wärmeübertrager auf einen zusätzlichen Antrieb zum Bewegen des magnetokalorischen Körpers verzichtet werden, da bei der erfindungsgemäßen Pumpe die ohnehin bewegten Förderelemente gleichzeitig als magnetokalorische Körper dienen. Durch den Wegfall des zusätzlichen Antriebs für den magnetokalorischen Körper verringert sich die Anzahl der verschleißenden Bauteile und kann der gesamte Wirkungsgrad eines Fluidkreislaufes verbessert werden. Bei der Pumpe handelt es sich vorzugsweise um eine Verdrängerpumpe, besonders bevorzugt um eine Schleuderpumpe oder eine Zahnradpumpe. Pumpengehäuse und Förderelemente sind an die Art der jeweiligen Verdrängerpumpe angepasst.
Bei dem Fluid, das durch die Pumpe gefördert werden soll, handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges oder gasförmiges Medium. Bei Verwendung der Pumpe in einem Fluidkreislauf eines Kühl- und/oder Gefriergerätes ist das zu fördernde Fluid vorzugsweise ein Kältemittel.
Das wenigstens eine Förderelement ist zumindest teilweise aus einem magnetokalorisch aktiven Material ausgestaltet. Im Rahmen der Erfindung ist das Förderelement vorzugsweise aus einem solchen Material gebildet, mit einem solchen Material beschichtet oder enthält ein solches Material. Für die Erfindung kann grundsätzlich ein beliebiges magnetokalorisch aktives Material verwendet werden. Beispiele geeigneter Materialen sind beispielsweise in der DE 10 2010 063 061 B3 genannt, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt sein soll.
Das wenigstens eine Förderelement ist bewegbar in dem Pumpengehäuse angeordnet. Es ist vorzugsweise drehbar, schwenkbar oder verschiebbar angeordnet. Die Antriebsvorrichtung der Pumpe ist an die jeweilige Bewegungsart des wenigstens einen Förderelements angepasst.
Die Magnetanordnung weist vorzugsweise einen oder mehrere Magneten, bevorzugt Permanentmagneten auf. Diese Magneten sind ortsfest angebracht, sodass auch die von ihnen erzeugten Magnetfelder ortsfest sind. Während eines Bewegungsweges des Förderelements (z.B. fortlaufende Kreisbahn, Kreisbahnsektor, Hub, etc.) befindet sich das Förderelement oder zumindest ein Abschnitt des Förderelements in einem ersten Zeitabschnitt eines Zyklus (d.h. während eines Teils seines Bewegungsweges) außerhalb des Magnetfeldes der Magnetanordnung und in einem zweiten Zeitabschnitt des Zyklus (d.h. während eines anderen Teils seines Bewegungsweges) innerhalb des Magnetfeldes der Magnetanordnung. Diese beiden Zeitabschnitte des Zyklus bzw. Teile des Bewegungsweges sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich groß gewählt, um im Wesentlichen gleich starke Kühl- und Heizwirkungen zu erzielen, können aber auch unterschiedlich zueinander gewählt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Förderelement drehbar in dem Pumpengehäuse angeordnet und ist die Antriebsvorrichtung zum Drehantrieb des wenigstens einen Förderelements ausgestaltet. Wird das wenigstens eine Förderelement der Pumpe gedreht, so befindet sich stets ein Teil davon (z.B. die eine Hälfte) innerhalb des Magnetfeldes der Magnetanordnung und ein anderer Teil davon (z.B. die andere Hälfte) außerhalb des Magnetfeldes der Magnetanordnung. Dieser eine Teil und andere Teil sind bezogen auf das Förderelement veränderlich. D.h. ein Abschnitt des Förderelements, der sich im Magnetfeld der Magnetanordnung befindet und somit den einen Teil des Förderelements bildet, der aufgrund des magnetokalorischen Effekts wärmer wird, wird bei einer Drehung des Förderelements aus dem Magnetfeld der Magnetanordnung heraus gedreht und wird so zum anderen Teil des Förderelements, der sich aufgrund des magnetokalorischen Effekts wieder abgekühlt. Dieser Zyklus wird bei einer fortlaufenden Drehung des Förderelements ständig wiederholt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Pumpe als eine Schleuderpumpe ausgestaltet. In diesem Fall ist das wenigstens eine Förderelement vorzugsweise als ein Schleuderrad mit wenigstens einer Einströmöffnung und wenigstens zwei radialen, bevorzugt einander im Wesentlichen diametral gegenüber liegenden Ausströmöffnungen ausgestaltet. Außerdem liegen der wenigstens eine erste Auslass und der wenigstens eine zweite Auslass des Pumpengehäuses vorzugsweise einander im Wesentlichen diametral gegenüber. Falls jedoch zum Beispiel die Volumenströme des gekühlten Fluids und des erwärmten Fluids unterschiedlich sein sollen, können in anderen Ausgestaltungen der Erfindung die Ausströmöffnungen des Schleuderrades und/oder die Auslässe des Pumpengehäuses auch anders als diametral zueinander angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Schleuderpumpe weist diese mehrere als Schleuderrad ausgestaltete Förderelemente auf, die koaxial zueinander angeordnet sind und für die jeweils wenigsten ein erster Auslass und wenigstens ein zweiter Auslass vorgesehen sind. Um einen gleichmäßigeren Fluidstrom zu erzielen, sind die von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfelder für die verschiedenen der mehreren Förderelemente vorzugsweise zueinander winkelversetzt und sind die ersten Auslässe und die zweiten Auslässe der verschiedenen der mehreren Förderelemente vorzugsweise jeweils zueinander winkelversetzt angeordnet.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Pumpe als eine Zahnradpumpe ausgestaltet. In diesem Fall weist das wenigstens eine Förderelement vorzugsweise mindestens vier miteinander in Eingriff stehende Zahnräder auf. Die Anzahl der Zahnräder ist dabei insbesondere geradzahlig gewählt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Zahnradpumpe weist das wenigstens eine Förderelement mindestens sechs miteinander in Eingriff stehende Zahnräder auf. Das Pumpengehäuse weist in diesem Fall wenigstens einen ersten Auslass, zu dem ein Fluidanteil durch den ersten Teil von wenigstens zwei benachbarten Förderelementen gefördert wird, wenigstens einen zweiten Auslass, zu dem ein anderer Fluidanteil durch den zweiten Teil von wenigstens zwei anderen benachbarten Förderelementen gefördert wird, und wenigstens einen dritten Auslass, zu dem ein noch anderer Fluidanteil durch den ersten Teil eines noch anderen Förderelements und den zweiten Teil eines noch anderen benachbarten Förderelements gefördert wird, auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dem wenigstens einen Einlass des Pumpengehäuses ein gemeinsamer Verteiler vorgeschaltet. Mit Hilfe eines solchen Verteilers können ggf. mehrere Fluidströme stromauf des Pumpengehäuseeinlasses vereint und dem Pumpengehäuse gemeinsam zugeführt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Fluidkreislauf mit einer oben beschriebenen Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Fluidkreislauf weist zudem einen ersten Wärmetauscher zum Kühlen eines ersten Wärmetauschmediums, der eingangsseitig mit dem wenigstens einen ersten Auslass des Pumpengehäuses der Pumpe verbunden ist, und einen zweiten Wärmetauscher zum Erwärmen eines zweiten Wärmetauschmediums, der eingangsseitig mit dem wenigstens einen zweiten Auslass des Pumpengehäuses der Pumpe verbunden ist, auf. So können vorzugsweise der erste Wärmetauscher für ein Kühl- und/oder Gefriergerät und/oder der zweite Wärmetauscher für ein Heizgerät genutzt werden.
Der erste Wärmetauscher ist vorzugsweise ausgangsseitig (direkt) mit dem wenigstens einen Einlass des Pumpengehäuses der Pumpe und/oder einem Eingang des zweiten Wärmetauschers verbunden.
Der zweite Wärmetauscher ist vorzugsweise ausgangsseitig (direkt) mit dem wenigstens einen Einlass des Pumpengehäuses der Pumpe und/oder einem Eingang des ersten Wärmetauschers verbunden.
Falls die Pumpe eine oben beschriebene Zahnradpumpe mit mindestens sechs miteinander in Eingriff stehenden Zahlrädern ist, ist der wenigstens eine dritte Auslass des Pumpengehäuses der Pumpe vorzugsweise direkt mit dem wenigstens einen Einlass des Pumpengehäuses oder dem vorgeschalteten Verteiler der Pumpe verbunden.
In diesem Zusammenhang soll eine (direkte) Verbindung vorzugsweise eine strömungstechnische Fluidverbindung zwischen den zwei genannten Bauteilen oder Komponenten bedeuten, in der keine Komponenten vorhanden sind, die einen wesentlichen Effekt auf die Temperatur des Fluids haben (z.B. Wärmetauscher). In diesem Sinne kann eine (direkte) Verbindung auch ein oder mehrere Ventile und/oder Druckverminderer (z.B. Drosseln, etc.) enthalten. Gegenstand der Erfindung soll ferner ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einer oben beschriebenen Fluidpumpe der Erfindung bzw. einem oben beschriebenen Fluidkreislauf der Erfindung sein.
Ein solches Kühl- und/oder Gefriergerät weist vorzugsweise ein Gerätegehäuse mit wenigstens einem Kühlraum darin auf. Das durch den ersten Wärmetauscher gekühlte erste Wärmetauschmedium ist dann bevorzugt Luft im Innern des wenigstens einen Kühlraums und das durch den zweiten Wärmetauscher erwärmte zweite Wärmetauschmedium ist dann bevorzugt Umgebungsluft des Kühl- und/oder Gefriergerätes. Gegenstand der Erfindung soll außerdem ein Heizgerät mit einer oben beschriebenen Fluidpumpe der Erfindung bzw. einem oben beschriebenen Fluidkreislauf der Erfindung sein. Schließlich ist es auch möglich, ein System aus einem Kühl- und/oder Gefriergerät und einem Heizgerät mit einem gemeinsamen Fluidkreislauf gemäß der Erfindung zu bilden.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, zum Teil schematisch:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Schleuderpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen Fluidkreislauf mit einer Schleuderpumpe von Fig. 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Zahnradpumpe gemäß einem zweiten Aus- führungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 4 einen Fluidkreislauf mit einer Zahnradpumpe von Fig. 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bezug nehmend auf Fig. 1 und 2 werden nun eine Pumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und ein Fluidkreislauf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer solchen Pumpe näher erläutert.
Die Pumpe 100 ist als eine so genannte Schleuderpumpe ausgestaltet. Sie weist ein Pumpengehäuse 1 10 auf, in dem ein Schleuderrad als Förderelement 1 12 drehbar angeordnet ist. Dieses Schleuderrad 1 12 wird zum Beispiel im Uhrzeigersinn 114 durch eine Antriebsvorrichtung (z.B. Elektromotor) 1 16 gedreht.
Das Schleuderrad 112 ist als Hohlkörper ausgebildet und weist eine axiale Einströmöffnung 120 auf, die mit einem entsprechenden Einlass 1 18 des Pumpengehäuses 110 in Fluidverbindung steht. Weiter weist das Schleuderrad 1 12 mehrere (hier: acht) radiale Ausströmöffnungen 122 auf. Die Anzahl der Ausströmöffnungen 122 ist bevorzugt geradzahlig und es sind jeweils zwei Ausströmöffnungen 122 einander diametral gegenüber liegend positioniert.
Das Pumpengehäuse 110 weist einen ersten radialen Auslass 124 und einen zweiten radialen Auslass 126 auf, die bei einer Drehung des Schleuderrades 112 nacheinander mit allen Ausströmöffnungen 122 des Schleuderrades 112 in Fluidverbindung gelangen. Der erste und der zweite Auslass 124, 126 des Pumpengehäuses 1 10 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen einander diametral gegenüber liegend angeordnet. Auf diese Weise lassen sich im Wesentlichen gleich große Volumenströme des gekühlten Fluids und des erwärmten Fluids erzielen. Sollen diese Volumenströme jedoch unterschiedlich sein, so können die Auslässe 124, 126 des Pumpengehäuses 1 10 in anderen Ausgestaltungen auch anders zueinander angeordnet sein.
Das Schleuderrad 112 der Pumpe 100 ist zumindest teilweise aus einem magnetokalorisch aktiven Material ausgestaltet. Insbesondere sind die radial außen liegenden Bereiche des Schleuderrades 1 12 aus einem solchen Material gebildet oder enthalten ein solches. Bei dem magnetokalorisch aktiven Material handelt es sich beispielsweise um eine spezielle magnetische Legierung.
Wie in Fig. 1 angedeutet, weist die Pumpe 100 zudem eine Magnetanordnung 128 mit einem oder mehreren Permanentmagneten auf. Diese Permanentmagnete sind ortsfest angeordnet und erzeugen ein Magnetfeld, welches etwa die Hälfte des Pumpengehäusequerschnitts durchdringt. Auf diese Weise befindet sich immer ein Teil (rechts oberhalb der gestrichelten Linie in Fig. 1) des Schleuderrades 1 12 außerhalb des durch die Magnetanordnung 128 erzeugten Magnetfeldes und ein anderer Teil (links unterhalb der gestrichelten Linie in Fig. 1) des Schleuderrades 112 innerhalb des durch die Magnetanordnung 128 erzeugten Magnetfeldes. Mit anderen Worten befindet sich die eine Hälfte des Schleuderrades 1 12 während einer halben Umdrehung außerhalb des Magnetfeldes und während einer weiteren halben Umdrehung innerhalb des Magnetfeldes, wohingegen sich die andere Hälfte des Schleuderrades 1 12 während einer Umdrehung zunächst innerhalb und dann außerhalb des Magnetfeldes befindet. Das durch die Einströmöffnung 120 ins Innere des Schleuderrades 1 12 strömende Fluid wird bei einer Drehung des Schleuderrades 112 aufgrund der Zentrifugalkräfte radial nach außen in Richtung zu den Ausströmöffnungen 122 gedrückt. Nur wenn eine dieser Ausströmöffnungen 122 mit einem Auslass 124, 126 des Pumpengehäuses 110 in Fluidverbindung gelangt, wird das Fluid aus der Pumpe 100 heraus gefördert.
Durch die Magnetanordnung 128 wird der eine Teil / die eine Hälfte des Schleuderrades 112 im Bereich der Magnetanordnung 128 aufgrund des magnetokalorischen Effekts des Materials des Schleuderrades 112 erwärmt. Das in diesem Teil des Schleuderrades 1 12 vorhandene Fluid wird so erwärmt und verlässt das Pumpengehäuse 1 10 als erwärmtes Fluid W durch den zweiten Auslass 126. Dabei entzieht das Fluid dem Teil des Schleuderrades 112 Wärme, sodass sich dieser Teil, wenn er durch die Drehung 1 14 das durch die Magnetanordnung erzeugte Magnetfeld verlässt, aufgrund des magnetokalorischen Effekts auf tiefere Temperaturen abkühlt. Das in diesem anderen Teil des Schleuderrades 112 vorhandene Fluid wird so abgekühlt und verlässt das Pumpengehäuse 110 als kühles Fluid K durch den ersten Auslass 124. Dabei gibt das Fluid Wärme an diesen anderen Teil des Schleuderrades 112 ab.
Wie in Fig. 2 für den Anwendungsfall eines Kühlschrankes veranschaulicht, ist der erste Auslass 124 des Pumpengehäuses 1 10 der Pumpe 100, aus dem das abgekühlte Fluid K austritt, mit einem ersten Wärmetauscher 130 verbunden. In diesem ersten Wärmetauscher 130 steht das Fluid (z.B. ein Kältemittel wie beispielsweise Wasser), mit einem ersten Wärmetauschmedium 132 in Wärmeaustausch. Bei diesem ersten Wärmetauschmedium 132 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um die Luft im Innern eines Kühlraums im Gerätegehäuse des Kühlschrankes. Bei diesem Wärmeaustausch nimmt das Fluid Wärme von dem ersten Wärmetauschmedium 132 auf. Anschließend wird das Fluid wieder zurück zum Einlass 118 des Pumpengehäuses 1 10 geleitet. Der zweite Auslass 126 des Pumpengehäuses 1 10 der Pumpe 100, aus dem das erwärmte Fluid W austritt, ist mit einem zweiten Wärmetauscher 134 verbunden. In diesem zweiten Wärmetauscher 134 steht das Fluid mit einem zweiten Wärmetauschmedium 136 in Wärmeaustausch. Bei diesem zweiten Wärmetauschmedium 136 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um die Umgebungsluft des Kühlschrankes. Bei diesem Wärmeaustausch gibt das Fluid Wärme an das zweite Wärmetauschmedium 136 ab. Anschließend wird das Fluid wieder zurück zum Einlass 118 des Pumpengehäuses 110 geleitet.
Die Pumpe 100 dient in diesem Fluidkreislauf sowohl als Fördervorrichtung zum Fördern des Fluids durch den Fluidkreislauf als auch als Wärmeübertrager zum Erwärmen und Abkühlen des Fluids im Fluidkreislauf.
Der Fluidkreislauf enthält üblicherweise weitere Komponenten wie insbesondere Ventile und Drosseln, die in Fig. 2 der Einfachheit halber weggelassen sind.
In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Ausgang des ersten Wärmetauschers 130 direkt mit dem Einlass 118 des Pumpengehäuses 110 der Pumpe 100 verbunden. In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann der Ausgang des ersten Wärmetauschers 130 mit dem Eingang des zweiten Wärmetauschers 134 verbunden sein. In einer weiteren Variante kann der Ausgang des ersten Wärmetauschers 130 wahlweise mit dem Einlass 118 des Pumpengehäuses 110 der Pumpe 100 und/oder mit dem Eingang des zweiten Wärmetauschers 134 verbunden werden, zum Beispiel mittels eines Dreiwegeventils an einem Verzweigungspunkt stromab des ersten Wärmetauschers 130.
Außerdem ist in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 der Ausgang des zweiten Wärmetauschers 134 direkt mit dem Einlass 118 des Pumpengehäuses 110 der Pumpe 100 verbunden. In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann der Ausgang des zweiten Wärmetauschers 134 mit dem Eingang des ersten Wärmetauschers 130 verbunden sein. In einer weiteren Variante kann der Ausgang des zweiten Wärmetauschers 134 wahlweise mit dem Einlass 118 des Pumpengehäuses 1 10 der Pumpe 100 und/oder mit dem Eingang des ersten Wärmetauschers 130 verbunden werden, zum Beispiel mittels eines Dreiwegeventils an einem Verzweigungspunkt stromab des zweiten Wärmetauschers 134.
Durch die verschiedenen Rückführungsvarianten des Fluids zum Einlass 118 des Pumpengehäuses kann der Schwerpunkt des Fluidkreislaufes auf das Kühlen im ersten Wärmetauscher 130 oder das Heizen im zweiten Wärmetauscher 134 gelegt werden, können die Fluidtemperaturen eingestellt werden, kann der Wirkungsgrad des Fluidkreislaufes beeinflusst werden, und dergleichen. In einer weiteren erfindungsgemäßen Modifikation (nicht dargestellt) des ersten Ausführungsbeispiels sind in dem Pumpengehäuse 1 10 der Schleuderpumpe 100 mehrere (d.h. zwei, drei, vier oder mehr) Schleuderräder 112 koaxial zueinander angeordnet.
Für die Schleuderräder 112 ist ein gemeinsamer Einlass 1 18 des Pumpengehäuses 1 10 vorgesehen. Für jedes der mehreren Schleuderräder 1 12 sind jeweils ein erster Auslass 124 und ein zweiter Auslass 126 vorgesehen. Die mehreren ersten Auslässe 124 des Pumpengehäuses 1 10 sind stromab der Pumpe 100 miteinander verbunden, und die mehreren zweiten Auslässe 126 des Pumpengehäuses 110 sind stromab der Pumpe 100 miteinander verbunden.
Die Magnetanordnung 128 ist derart ausgestaltet, dass sie für jedes der mehreren Schleuderräder 112 jeweils wenigstens einen Permanentmagneten aufweist, der ein Magnetfeld für das jeweilige Schleuderrad 1 12 erzeugt. Diese von der Magnetanordnung für die verschiedenen Schleuderräder 112 erzeugten Magnetfelder sind zueinander winkelversetzt, d.h. bevorzugt um die gemeinsame Drehachse der Schleuderräder 112 zueinander verdreht. Ebenso sind die ersten Auslässe 124 und die zweiten Auslässe 126 der verschiedenen Schleuderräder 112 jeweils zueinander winkelversetzt angeordnet. Im gezeigten Beispiel von insgesamt acht Ausströmöffnungen 122 für ein Schleuderrad beträgt der Winkelversatz im Fall von insgesamt zwei Schleuderrädern 112 zum Beispiel etwa 22,5°, im Fall von insgesamt drei Schleuderrädern 112 zum Beispiel etwa 15°, im Fall von insgesamt fünf Schleuderrädern 1 12 zum Beispiel etwa 9°.
Durch eine solche winkelversetzte Anordnung mehrerer Schleuderräder 112 und deren Magnetfelder kann aus den zusammengeführten ersten Auslässen 124 und den zusammengeführten zweiten Auslässen 126 in vorteilhafter Weise ein gleichmäßigerer Fluidstrom erzielt werden.
Bezug nehmend auf Fig. 3 und 4 werden nun eine Pumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und ein Fluidkreislauf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer solchen Pumpe näher erläutert. Die Pumpe 200 ist als eine Zahnradpumpe ausgestaltet. Sie weist ein Pumpengehäuse 210 auf, in dem mehrere (hier: sechs, allgemeine gerade Anzahl von mindestens vier) miteinander in Eingriff stehende Zahnräder als Förderelemente 212a..f drehbar angeordnet ist. Die Zahnräder 212a..f werden in zueinander abwechselnden Drehrichtungen 214 durch eine Antriebsvorrichtung (z.B. Elektromotor) 216 gedreht.
Im Gegensatz zum Schleuderrad 1 12 des obigen ersten Ausführungsbeispiels sind die Zahnräder 212a..f nicht als Hohlkörper ausgebildet, sondern ist der Förderraum zwischen den Zahnrädern einerseits und der Wandung des Pumpengehäuses 210 andererseits gebildet.
Im Fall der insgesamt sechs Zahnräder 212a..f im Pumpengehäuse 210 sind am Pumpengehäuse 210 insgesamt drei Einlässe 218a..c vorgesehen, die bezogen auf die Zahnradanordnung radial ausgerichtet sind und in Umfangsrichtung der Zahnradanordnung jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnrädern 212a..f in das Pumpengehäuse 210 münden. Ebenso sind am Pumpengehäuse 210 insgesamt drei Auslässe 224, 225, 226 vorgesehen, die bezogen auf die Zahnradanordnung radial ausgerichtet sind und in Umfangsrichtung der Zahnradanordnung jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnrädern 212a..f in das Pumpengehäuse 210 münden. Dabei ist in Umfangsrichtung der Zahnradanordnung jeweils ein Einlass 218a..c zwischen zwei Auslässen 224, 225, 226 angeordnet und umgekehrt.
Die Zahnräder 212a..f der Pumpe 200 sind jeweils zumindest teilweise aus einem magnetokalorisch aktiven Material ausgestaltet. Die Oberflächen der Zahnradflanken müssen dabei nicht zwingend aus dem magnetokalorisch aktiven Material bestehen. Um Abrieb zu vermeiden, kann an diesen Stellen gehärteter Stahl verwendet werden.
Wie in Fig. 3 angedeutet, weist die Pumpe 200 eine Magnetanordnung 228a..b mit mehreren Permanentmagneten auf. Ein Teil 228a dieser Permanentmagnete ist der in Fig. 3 linken Teilgruppe von Zahnrädern 212c, 212d, 212e und dort jeweils deren innerer Hälfte zugeordnet. Ein anderer Teil 228b dieser Permanentmagnete ist der in Fig. 3 rechten Teilgruppe von drei Zahnrädern 212f, 212a, 212b und dort jeweils deren äußerer Hälfte zugeordnet. Auf diese Weise ist bei allen Zahnrädern 212a..f die eine Hälfte des Zahnrades (d.h. ein Abschnitt des Förderelements) während einer halben Umdrehung (d.h. eines Teils des Bewegungsweges) zunächst außerhalb des Magnetfeldes und dann während einer weiteren halben Umdrehung (d.h. eines anderen Teils des Bewegungsweges) innerhalb des Magnetfeldes.
Das durch den ersten Einlass 218a ins Pumpengehäuse 210 strömende Fluid wird bei einer Drehung der Zahnräder 212a..f zum Teil durch das Zahnrad 212d zum ersten Auslass 224 gefördert und auf diesem Weg abgekühlt und zum Teil durch das Zahnrad 212c zum dritten Auslass 225 gefördert und auch auf diesem Weg abgekühlt. Das durch den zweiten Einlass 218b ins Pumpengehäuse 210 strömende Fluid wird bei einer Drehung der Zahnräder 212a..f zum Teil durch das Zahnrad 212e zum ersten Auslass 224 gefördert und auf diesem Weg abgekühlt und zum Teil durch das Zahnrad 212f zum zweiten Auslass 226 gefördert und auf diesem Weg erwärmt. Das durch den dritten Einlass 218c ins Pumpengehäuse 210 strömende Fluid wird bei einer Drehung der Zahnräder 212a..f zum Teil durch das Zahnrad 212a zum zweiten Auslass 226 gefördert und auf diesem Weg erwärmt und zum Teil durch das Zahnrad 212b zum dritten Auslass 225 gefördert und auch auf diesem Weg erwärmt.
Auf diese Weise strömt aus dem ersten Auslass 224 des Pumpengehäuses 210 ein durch die beiden Zahnräder 212d, 212e abgekühltes Fluid K. Aus dem zweiten Auslass 226 des Pumpengehäuses 210 strömt ein durch die beiden Zahnräder 212a, 212f erwärmtes Fluid W. Dem dritten Auslass 225 wird vom Zahnrad 212c ein abgekühltes Fluid zugeleitet und vom Zahnrad 212b ein erwärmtes Fluid zugeleitet, sodass aus dem dritten Auslass 225 des Pumpengehäuses 210 ein Fluid M mittlerer Temperatur ausströmt. Wie in Fig. 4 für den Anwendungsfall eines Kühlschrankes veranschaulicht, ist der erste Auslass 224 des Pumpengehäuses 210 der Pumpe 200, aus dem das abgekühlte Fluid K austritt, mit einem ersten Wärmetauscher 130 verbunden. In diesem ersten Wärmetauscher 130 steht das Fluid (z.B. ein Kältemittel wie beispielsweise Wasser), mit einem ersten Wärmetauschmedium 132 in Wärmeaustausch. Bei diesem ersten Wärmetauschmedium 132 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um die Luft im Innern eines Kühlraums im Gerätegehäuse des Kühlschrankes. Bei diesem Wärmeaustausch nimmt das Fluid Wärme von dem ersten Wärmetauschmedium 132 auf. Anschließend wird das Fluid wieder zurück zu den Einlässen 218a..c des Pumpengehäuses 110 geleitet. Der zweite Auslass 226 des Pumpengehäuses 210 der Pumpe 200, aus dem das warme Fluid W austritt, ist mit einem zweiten Wärmetauscher 134 verbunden. In diesem zweiten Wärmetauscher 134 steht das Fluid mit einem zweiten Wärmetauschmedium 136 in Wärmeaustausch. Bei diesem zweiten Wärmetauschmedium 136 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um die Umgebungsluft des Kühlschrankes. Bei diesem Wärmeaustausch gibt das Fluid Wärme an das zweite Wärmetauschmedium 136 ab. Anschließend wird das Fluid wieder zurück zu den Einlässen 218a..c des Pumpengehäuses 210 geleitet. Das Fluid M mittlerer Temperatur, das aus dem dritten Auslass 225 des Pumpengehäuses 210 der Pumpe 200 austritt, wird direkt wieder zurück zu den Einlässen 218a..c des Pumpengehäuses 210 geleitet.
Um einen möglichst gleichmäßigen Fluidstrom in die Einlässe 218a..c des Pumpengehäuses 210 zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, diesen Einlässen 218a..c einen gemeinsamen Verteiler 240 vorzuschalten, in dem zunächst die verschiedenen Fluidströme von den Wärmetauschern 130, 134 und dem dritten Auslass 225 des Pumpengehäuses zusammengeführt werden. Auch in diesem Fluidkreislauf von Fig. 4 dient die Pumpe 200 sowohl als Fördervorrichtung zum Fördern des Fluids durch den Fluidkreislauf als auch als Wärmeübertrager zum Erwärmen und Abkühlen des Fluids im Fluidkreislauf.
Der Fluidkreislauf enthält üblicherweise weitere Komponenten wie insbesondere Ventile und Drosseln, die in Fig. 4 der Einfachheit halber weggelassen sind.
Auch in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 sind verschiedene Rückführungsvarianten für das Fluid möglich, wie sie oben in Zusammenhang mit dem Fluidkreislauf von Fig. 2 erläutert worden sind. BEZUGSZIFFERNLISTE
100 Pumpe
110 Pumpengehäuse
112 Förderelement, z.B. Schleuderrad
114 Drehrichtung von 1 12
116 Antriebsvorrichtung
118 Einlass von 110
120 Einströmöffnung von 112
122 Ausströmöffnungen von 112
124 erster Auslass von 1 10
126 zweiter Auslass von 1 10
128 (Permanent-)Magnetanordnung
130 erster Wärmetauscher
132 erstes Wärmetauschmedium, z.B. Kühlschrankinnenraum
134 zweiter Wärmetauscher
136 zweites Wärmetauschmedium, z.B. Umgebungsluft
200 Pumpe
210 Pumpengehäuse
212a..f Förderelemente, z.B. Zahnräder
214 Drehrichtung von 212a..f
216 Antriebsvorrichtung
218a..c Einlasse von 210
224 erster Auslass von 210
225 dritter Auslass von 210
226 zweiter Auslass von 210
228a.. b (Permanent-)Magnetanordnung
240 Verteiler
K gekühltes Kältemittel
M Kältemittel mittlerer Temperatur
V Förderrichtung in 210
W erwärmtes Kältemittel

Claims

PATENTANSPRUCHE
Pumpe (100; 200), aufweisend:
ein Pumpengehäuse (1 10; 210) mit wenigstens einem Einlass (1 18; 218a..c) und wenigstens einem Auslass (124-126; 224-226);
wenigstens ein Förderelement (1 12; 212a..f), welches in dem Pumpengehäuse (110; 210) bewegbar angeordnet ist; und
eine Antriebsvorrichtung (1 16; 216) zum Bewegen des wenigstens einen Förderelements (112; 212a..f), um ein Fluid von dem wenigstens einen Einlass (118; 218a..c) des Pumpengehäuses (1 10; 210) zu dem wenigstens einen Auslass (124-126; 224-226) des Pumpengehäuses (110; 210) zu fördern,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Förderelement (112; 212a..f) zumindest teilweise aus einem magnetokalorisch aktiven Material ausgestaltet ist;
eine Magnetanordnung (128; 228a..b) derart vorgesehen ist, dass zumindest ein Abschnitt des wenigstens einen Förderelements (112; 212a..f) während eines Teils seines Bewegungsweges außerhalb eines von der Magnetanordnung (128; 228a.. b) erzeugten Magnetfeldes positioniert ist und während eines anderen Teils seines Bewegungsweges innerhalb eines von der Magnetanordnung (128; 228a..b) erzeugten Magnetfeldes positioniert ist;
der wenigstens eine Auslass (124-126; 224-226) des Pumpengehäuses (1 10; 210) wenigstens einen ersten Auslass (124; 224) und wenigstens einen zweiten Auslass (126; 226) aufweist, wobei das wenigstens eine Förderelement (1 12; 212a..f) das Fluid während des einen Teils seines Bewegungsweges zu dem wenigstens einen ersten Auslass (124; 224) fördert und während des anderen Teils seines Bewegungsweges zu dem wenigstens einen zweiten Auslass (126; 226) fördert.
Pumpe (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Förderelement (112; 212a..f) drehbar in dem Pumpengehäuse (110; 210) angeordnet ist und die Antriebsvorrichtung (116; 216) zum Drehantrieb des wenigstens einen Förderelements ausgestaltet ist. Pumpe (100) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie als eine Schleuderpumpe ausgestaltet ist, wobei das wenigstens eine Förderelement (112) als ein Schleuderrad mit wenigstens einer Einströmöffnung (120) und wenigstens zwei radialen, vorzugsweise einander diametral gegenüber liegenden Ausströmöffnungen (122) ausgestaltet ist.
Pumpe (100) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie mehrere als Schleuderrad ausgestaltete Förderelemente (112) aufweist, die koaxial zueinander angeordnet sind und für die jeweils wenigsten ein erster Auslass (124) und wenigstens ein zweiter Auslass (126) vorgesehen sind; und die von der Magnetanordnung (128) erzeugten Magnetfelder für die verschiedenen der mehreren Förderelemente (112) zueinander winkelversetzt sind und die ersten Auslässe (124) und die zweiten Auslässe (126) der verschiedenen der mehreren Förderelemente (1 12) jeweils zueinander winkelversetzt angeordnet sind.
Pumpe (200) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie als Zahnradpumpe ausgestaltet ist, wobei das wenigstens eine Förderelement (212a..f) mindestens vier miteinander in Eingriff stehende Zahnräder aufweist.
Pumpe (200) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Förderelement (212a..f) mindestens sechs miteinander in Eingriff stehende Zahnräder aufweist; und
das Pumpengehäuse (210) wenigstens einen ersten Auslass (224), zu dem ein Fluidanteil durch den ersten Teil von wenigstens zwei benachbarten Förderelementen (212d, 212e) gefördert wird, wenigstens einen zweiten Auslass (226), zu dem ein anderer Fluidanteil durch den zweiten Teil von wenigstens zwei anderen benachbarten Förderelementen (212a, 212f) gefördert wird, und wenigstens einen dritten Auslass (225), zu dem ein noch anderer Fluidanteil durch den ersten Teil eines noch anderen Förderelements (212b) und den zweiten Teil eines noch anderen benachbarten Förderelements (212c) gefördert wird, aufweist. Pumpe (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem wenigstens einen Einlass (118; 218a..c) des Pumpengehäuses (110; 210) ein gemeinsamer Verteiler (240) vorgeschaltet ist.
Fluidkreislauf, aufweisend:
eine Pumpe (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche;
einen ersten Wärmetauscher (130) zum Kühlen eines ersten Wärmetauschmediums (132), der eingangsseitig mit dem wenigstens einen ersten Auslass (124; 224) des Pumpengehäuses (1 10; 210) der Pumpe (100; 200) verbunden ist; und einen zweiten Wärmetauscher (134) zum Erwärmen eines zweiten Wärmetauschmediums (136), der eingangsseitig mit dem wenigstens einen zweiten Auslass (224; 226) des Pumpengehäuses (110; 210) der Pumpe (100; 200) verbunden ist.
Fluidkreislauf nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Wärmetauscher (130) ausgangsseitig mit dem wenigstens einen Einlass (1 18; 218a..c) des Pumpengehäuses (1 10; 210) der Pumpe (100; 200) und/oder einem Eingang des zweiten Wärmetauschers (134) verbunden ist.
Fluidkreislauf nach Anspruch 8oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Wärmetauscher (134) ausgangsseitig mit dem wenigstens einen Einlass (1 18; 218a..c) des Pumpengehäuses (1 10; 210) der Pumpe (100; 200) und/oder einem Eingang des ersten Wärmetauschers (130) verbunden ist.
Fluidkreislauf nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pumpe (200) eine Pumpe nach Anspruch 5 oder 6 ist; und
der wenigstens eine dritte Auslass (225) des Pumpengehäuses (210) der Pumpe (200) direkt mit dem wenigstens einen Einlass (218a..c) des Pumpengehäuses (210) oder dem vorgeschalteten Verteiler (240) der Pumpe (200) verbunden ist. Kühl- und/oder Gefriergerät, aufweisend
eine Fluidpumpe (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einen Fluidkreislauf nach einem der Ansprüche 8 bis 11.
Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
es ein Gerätegehäuse mit wenigstens einem Kühlraum darin aufweist; und das durch den ersten Wärmetauscher (130) gekühlte erste Wärmetauschmedium (132) Luft im Innern des wenigstens einen Kühlraums ist und das durch den zweiten Wärmetauscher (134) erwärmte zweite Wärmetauschmedium (136) Umgebungsluft des Kühl- und/oder Gefriergerätes ist.
14. Heizgerät, aufweisend
eine Fluidpumpe (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einen Fluidkreislauf nach einem der Ansprüche 8 bis 11.
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