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Kaltgaskühlmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaltgaskühlmaschine
mit einem Arbeitsraum, der aus einem Raum veränderlichen Inhalts mit höherer Temperatur
und einem Raum veränderlichen Inhalts mit niedrigerer Temperatur besteht, welche
Räume mittels eines Kühlers, eines Regenerators und eines Gefrierers miteinander
in Verbindung stehen, wobei die Volumen dieser Räume veränderlichen Inhalts durch
sieh mit gegenseitigem Phasenunterschied hin- und herbewegende kolbenartige Körper
geändert werden, die von einem in einem Kasten angeordneten Triebwerk ihren Antrieb
erhalten, und im Arbeitsraum der Maschine ein Gas unveränderlicher chemischer Zusammensetzung
einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf vollführt. Eine solche Kaltgaskühlmaschine
wird oft eine nach dem umgekehrten Heißgaskolbenmotorprinzip arbeitend Kühlmaschine
genannt. Die Maschinen können auf verschiedene Weise ausgebildet werden, z. B. als
Verdrängermasdhine, als doppelt wirkende Maschine oder als eine Masc'hi.ne, bei
der zwei Zvlinder einen Winkel zueinander einschließen. Mittels dieser Maschinen
können in einem einzigen Schritt niedrige Temperaturen von z. B. - 200-° C erreicht
werden. Wenn die Maschine also Kälte erzeugt, nehmen die den Gefrierraum begrenzenden
oder an diesen Gefrierraum anschließenden Wände diese niedrige Temperatur an.
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Im Betrieb kann also im Gefrierer und im Gefrierraum eine sehr niedrige
Temperatur von z. B. - 200° C und im Kühler und im gekühlten Raum eine wesentlich
höhere Temperatur von z. B. -I- 50° C vorherrschen. Wenn nun eine solche Maschine
zum Stillstehen gebracht worden ist, kann infolge des Temperaturunterschieds zwischen
dem Gefrierraum und dem gekühlten Raum eine spontane Aktion der Maschine als Motor
eintreten. Der Drehsinn der Maschine kehrt sich dabei um, so daß der Gefrie:rer
dann als Kühler und das Kühlwasser des ursprünglichen Kühlers als Wärmequelle arbeitet.
Die Maschine läuft dabei, bis die ursprünglich kalten Teile der Kaltgaskühlmaschine
so hoch erwärmt sind und der Temperaturunterschied zwischen den Räumen mit veränderlichem
Inhalt so gering geworden ist, daß die Maschine infolge ihrer Reibungsverluste stillstebenbleibt.
Bei der Drehung als Motor kann sich die Drehzahl jedoch sehr hoch steigern, so daß
die normale Drehzahl der als Kühlmaschine arbeitenden Maschine erheblich überschritten
wird und Unfälle nicht ausgeschlossen sind. Eine andere Erscheinung ist die, daß
das Anlassen einer Kaltgaskühlmaschine Schwierigkeiten bereiten kann, da das erforderliche
Anlaßmament groß und der dazu vorgesehene Motor oft ein solches Moment nicht zu
liefern imstande ist. Besonders wenn die Kühlmasohine durch einen Elektromotor,
insbesondere durch einen Elektromotor in Stern-Dreieck-Schaltung angetrieben wird,
erweist sich das durch diesen Motor der Maschine zugeführte Moment oft als unzulänglich,,
um die Maschine anzulassen.
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Diese Nachteile zu beheben, hat sich die. Erfindung zur Aufgabe gemacht,
und zwar unter Verwendung einer Lösung, die es ausschließt, daß Schmiermittel zu
dem Arbeitsraum der Maschine geführt wird, was bekanntlich unerwünscht ist, da sich
das mitgeführte Schmiermittel andernfalls im Wärmeaustauscher niederschlagen kann.
In dieser Hinsicht befriedigen auch bekannte Lösungen nicht, bei denen einerseits
eine Lei@s.tungsverminderung und andererseits eine Entlastung des elektrischen Antriebsmotors
beim Anlassen durch Vergrößerung des Arbeitsraumes herbeigeführt wird.
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Gemäß der Erfindung steht der Triebwerkkasten mittels einer Leitung
mit mindestens einer nach dem Arbeitsraum zu öffnenden Rücks chla,gklappe mit dem
Arbeitsraum in Verbindung, und es enthält die Leitung einen Ölabscheider, und es
ist der Triebwerkkasten weiter mit dem Arbeitsraum durch eine eine Verschlußvorrichtung
enthaltende zweite Leitung verbunden, die eine nach dem Arbeitsraum zu schließende
Rückschlagklappe enthält.
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Wird die Kaltgaskiihlmasdhine mittels eines Elektromotors in Stern-Dreieck-Schaltung
an-.getrieben, ist es erwünscht, daß nur, wenn der
Elektromotor
in Sternschaltung ist, die zweite Leitung geöffnet ist, während, wenn der Motor
in Dreieckschaltung ist, diese Leitung geschlossen ist.
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Eine baulich einfache Ausführungsform ergibt sich, wenn die Verschlußvorrichtung
in der Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und denn Triebwerkkasten einer Kraft
unterliegt, die die Verschlußvorrichtung in der offenen Lage zu halten bestrebt
ist, wobei weiter ein Elektromagnet vorhanden ist, der bei Erregung die Verschlußvorrichtung
gegen diese Kraft in die geschlossene Lage verschiebt und der dann erregt wird,
wenn der Elektromotor in Dreäeckschaltung ist.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Die Zeichnung zeigt eine Kaltgasküblmaschine, bei der der Kurbelwellenkasten als
Hilfsraum dient.
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Die dargestellte Kaltgaskühlmaschine weist eine Bauart nach dem Verdrängertyp
auf und besitzt einen Zylinder 1, in dem ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 sich
mit einem konstanten Phasenunterschied auf und ab bewegen. Dazu ist der Verdränger
mittels eines Triebs:tangensystems 4 mit einer Kurbel einer Kurbelwelle 5 gekuppelt,
und auch der Kolben ist mittels eines Triebstangensystems 6 mit einer I<:urbel
dieser Kurbelwelle verbunden: Der Raum mit veränderlichem Inhalt 7 oberhalb des
Verdrängers. 2 ist der Gefrierraum der Maschine, der durch einen Gefrierer 8, einen
Regenerator 9 und einen Kühler 10 mit dem gekühlten Raum 11 veränderlichen Inhalts
zwischen dem Verdränger und dem Kolben in Verbindung steht. Da stets eine kleine
Menge des Arbeitsmittels aus dem Arbeitsraum der Maschine zu dem Kurbelkasten 12
weglecken wird, ist eine Vorrichtung vorgesehen, durch die dieses abgeleitete Mittel
zu dem Arbeitsraum der Maschine zurückgeführt wird. Diese Verrichtung besteht aus
einem Verbindungskanal, der durch eine Leitung 13 mit einer Rückschlagklappe 14,
einen Raum 15 mit einem Ölabstheider 16, eine Leittm.g 17 mit einer Rückschlagklappe
18 und eine Leitung 19 gebildet wirre. Der Ölabs.cheider 16 ist nur schematisch
dargestellt; es kann ein üblicher Ölabscheider verwendet werden. Das abgetrennte
Öl fließt durch einen Kanal 20, der durch einen Schwimmer 21 verschlossen werden
kann, zurück zu dem Kurbelkasten 12 der Kaltgaskühlmaschine. Der Arbeitsraum der
Maschine kann weiter durch eine Leitung 22, in der ein Verschlußorgan, d. h. ein
Schieber 23 und eine Rückschlagklappe 24, vorhanden Ist, mit dem Arbeitsraum der
Maschine in Verbindung gebracht werden. Die Rückschlagklappe 24 ist derart angeordnet,
daß, wenn der Schieber 23 den Durchgang durch die Leitung 22 frei läßt, kein Mittel
aus dem Kurbelkasten zu dem Arbeitsraum fließen kann, hingegen wohl vom Arbeitsraum
zum Kurbelkasten. Der Schieber 23 ist mit einem Betätigungsgriff 25 versehen, durch
den der Schieber gewünschtenfalls verschoben werden kann. Der Schieber wird in der
offenen Lage durch eine von einer Feder 26 ausgeübte Kraft gehalten. Die Vorrichtung
enthält weiter einen Elektromagneten 27, der nur dann erregt wird, wenn ein Motor
28, der die Kaltgaskühlmaschine antreibt, in Dreieckschaltung ist. Hat der Motor
die Sternschaltung, so ist der Elektromagnet nicht erregt, so daß die Feder 26 den
Schieber in der offenen Lage hält. Bei Erregung des Magneten wird der Schieber 23
gegen den Druck der Feder 26 in die geschlossene Lage gezogen.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Wird die Kaltgaskühlmaschine
angelassen, so ist der Elektromotor 28 in Sternschaltung, so daß der Elektromagnet
27 nicht erregt ist und der Schieber 23 durch eire Feder in der offenen Lage gehalten
wird. Es besteht also eine offene Verbindung zwischen denn Arbeitsraum der Maschine
und dem Kurbelkasten, so daß während der Zeit, in welcher das Anlaßmoment des Elektromotors
verhältnismäßig gering ist, das Mittel vorn Arbeitsraum der Maschine zum Kurbelkasten
fließen kann und also nicht komprimiert zu ,verden braucht. Während der Periode,
in der der Druck im Kurbelkasten höher als im Arbeitsraum ist, fließt Mittel aus
dem Kurbelkasten durch die Leitungen 13, 17 und 19 zu dem Arbeitsraum der Maschine,
wobei das Mittel mittels des Ölabscheiders 16 von Schmiermittel gereinigt wird.
Im Arbeitsraum der Maschine befindet sich somit nur ölfreies Mittel, so daß der
Arbeisraum der Maschine nicht von Öl verunreinigt wird.
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Wenn der Elektromotor nach einigen Augenblicken, z. B. nach 80 Hin-
und Herbewegungen des Kolbens und des Verdrängers, einen genügende Drehzahl hat,
wird der Motor aus der Stern- in die Dreieckschaltung gebracht, wodurch der Elektromagnet
27 erregt und der Schieber 23 in die geschlossene Lage geführt wird. Von diesem
Augenblick an kann kein weiteres Arbeitsmittel aus dem Arbeitsraum dem Maschine
zu dem Kurbelkasten fließen, so daß dann das Arbeitsmittel komprimiert wird und
die Kaltgaskühlma,schine produziert.
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Während der ganzen Perioden der Kälteproduktion der Maschine verschließt
der Schieber 23 die Leitung 22. Soll die Kühlmaschine gestoppt werden, so wird der
Elektromotor von der Dreieck- in die Sternschaltung geführt, so daß der Elektromagnet
27 nicht mehr erregt wird und der Schieber 23 die Leitung 22 öffnet. Dann ist der
Arbeitsraum der Maschine mit dem Kurbelkasten verbunden, wodurch die Gefahr ausgeschaltet
ist, daß die Kühlmaschine als Heißgasmotor arbeitet.