-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug, welche ein Betriebsfluid verwendet, um das Innere eines Fahrzeugs zu kühlen, in einem Klimatisierungssystem eines Fahrzeugs.
-
Beschreibung der bezogenen Technik
-
Üblicherweise weist ein Klimatisierungssystem einen Kompressor auf, welcher ein Kühlmittel komprimiert, einen Kondensator, welcher das komprimierte Kältemittel des Kompressors kondensiert, ein Expansionsventil, welches das flüssige Kältemittel des Kondensators expandiert, und einen Verdampfer, welcher das expandierte Kältemittel des Expansionsventils verdampft, wobei Verdampfungswärme des Kältemittels die Luft, welche um den Verdampfer herum strömt, kühlt und wobei die gekühlte Luft dem Innenraum eines Fahrzeugs zugeführt wird.
-
Jedoch verwendet ein konventionelles Klimatisierungssystem eine FCKW/HFCKW-Verbindungsgruppe als ein Betriebskältemittel, und die Verbindung zerstört allmählich die Ozonschicht.
-
Wenn außerdem die FCKW/HFCKW-Verbindungsgruppe durch ein anderes Kältemittel ausgetauscht wird, gibt es ein Problem dahingehend, dass die Kosten erhöht sind.
-
Die obigen Informationen, welche in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
-
Ferner ist aus der
US 5 343 704 A ein Stirling-Motor der Doppelkopfkolben- und Taumelscheiben-Bauart offenbart, welcher doppelköpfige Kolben, die vordere und hintere Räume begrenzen und operativ über Schuhe mit einer Taumelscheibe verbunden sind, aufweist, wobei die Hin- und Herbewegung der Doppelkopfkolben, die aus der Expansion und Kompression eines Arbeitsgases in den vorderen und hinteren Räumen resultiert, direkt in die Drehbewegung der Taumelscheibe umgewandelt wird. Weitere Stirling-Kältevorrichtungen sind aus der
US 5 477 687 A und der
US 4 796 430 A bekannt.
-
Kurze Erläuterung
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, welche die Vorteile des Verwendens von Helium oder Stickstoff als ein Kältemittel anstatt einer FCKW/HFCKW-Verbindungsgruppe, des Verhinderns von Umweltverschmutzung, des Reduzierens der Anzahl an Bestandteilen, des Vereinfachens der räumlichen Anordnung davon und des Sparens von Kosten hat.
-
Außerdem hat die vorliegende Erfindung die Vorteile des Verwendens eines darin strömenden Betriebsfluids, des Beseitigens von komplizierten Verbindungsrohren, des Verhinderns eines Entweichens eines Fluids, des Vereinfachens der Wartung und des effektiven Erfüllens von Umweltvorschriften.
-
Hierzu stellt die vorliegende Erfindung eine Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 und eine Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 12 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Eine Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, verwendet Helium oder Stickstoff anstatt eines FCKW/HFCKW-Gruppe-Kältemittels, um isotherme Kompression, einen isochoren Prozess, isotherme Expansion und einen isochoren Prozess durchzuführen, wendet eine endotherme Reaktion bei der isothermen Expansion auf den Innenraum eines Fahrzeugs an und verhindert Umweltverschmutzung.
-
Ferner wird die räumliche Anordnung des Systems durch Reduzieren der Anzahl an Bestandteilen einfach, der Raum des Motorraums wird effektiv genutzt und Kosten werden durch Ersetzen des konventionellen Kältemittels gespart.
-
Zudem werden die isotherme Kompression, die isotherme Expansion und der isochore Prozess innerhalb des Systems durchgeführt, wobei separate, komplizierte Verbindungsrohre beseitigt werden und Entweichen des Betriebsfluids verhindert wird, um die Wartungsarbeit zu verringern.
-
Außerdem verhindert das Helium oder der Stickstoff als ein Kältemittel Umweltverschmutzung, und es ist möglich, Umweltvorschriften zu erfüllen.
-
Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine transparente perspektivische Ansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine transparente Seitenansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine Querschnittansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 und 7 zeigen Betriebszustände einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist ein schematisches Diagramm einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, unter anderem z.B. konkrete Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
-
In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können.
-
Nachstehend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine durchsichtige, perspektivische Ansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 ist eine durchsichtige Seitenansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 5 ist eine Querschnittansicht einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verwendet eine Stirling-Kältevorrichtung 100 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Helium oder Stickstoff anstatt eines FCKW/HFCKW-Gruppe-Kältemittels, um isotherme Kompression, einen isochoren Prozess, isotherme Expansion und einen isochoren Prozess durchzuführen, und kühlt das Innere eines Fahrzeugs unter Verwendung einer endothermen Reaktion bei der isothermen Expansion, so dass das Umweltverschmutzungsphänomen vermieden wird, die räumliche Anordnung durch Verringern der Anzahl an Bestandteilen einfach wird und die Kosten reduziert werden können.
-
Außerdem strömt ein Betriebsfluid innerhalb des Systems, und dadurch werden separate, komplizierte Verbindungsrohre beseitigt und Entweichen des Betriebsfluids verhindert, um die Wartungsarbeit zu verringern.
-
Ferner verhindern das Helium oder der Stickstoff als ein Kältemittel Umweltverschmutzung, und es ist möglich, alle Umweltvorschriften zu erfüllen.
-
Hierfür weist eine Stirling-Kältevorrichtung 100 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 1 bis 5 gezeigt, einen Antriebsabschnitt 110, einen Kompressionsabschnitt 120, einen Expansionsabschnitt 130 und einen Regenerationsabschnitt 140 auf, und diese werden im Detail beschrieben.
-
Zunächst weist der Antriebsabschnitt 110 eine Drehwelle 112 auf, welche von einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagt wird, um gedreht zu werden.
-
Hierbei ist eine Riemenscheibe 114 an einer Seite der Drehwelle 112 angeordnet, um mit einem Verbrennungsmotor mittels eines Riemens verbunden zu sein, und der andere Endabschnitt der Drehwelle 112 durchdringt den Kompressionsabschnitt 120 und den Expansionsabschnitt 130.
-
Das bedeutet, dass der Antriebsabschnitt 110 mittels des Riemens und der Riemenscheibe 114 mit dem Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors beaufschlagt wird, um die Drehwelle 112 zu drehen.
-
Der Kompressionsabschnitt 120 ist mit dem Antriebsabschnitt 110 verbunden und komprimiert isotherm Betriebsfluid mittels der Drehung der Drehwelle 112, um in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Wärme zu erzeugen.
-
Der Kompressionsabschnitt 120 weist ein erstes Gehäuse 122, eine erste schräge Scheibe 124, einen ersten Schuh 126 und einen ersten Kolben 128 auf, und diese werden wie folgt beschrieben.
-
Zunächst ist die Drehwelle 112 drehbar angeordnet, um einen zentralen Abschnitt des ersten Gehäuses 122 zu durchdringen, und eine Mehrzahl von Kompressionsräumen 121 sind in dem Gehäuse 122 ausgebildet.
-
Hierbei sind die Kompressionsräume 121 in dem ersten Gehäuse 122 in einem vorbestimmten Abstand in einer Umfangsrichtung bezüglich der Drehwelle 112 ausgebildet, und in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind sechs Kompressionsräume 121 innerhalb des ersten Gehäuses 122 ausgebildet.
-
Die erste schräge Scheibe 124 ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform an der Drehwelle 112 innerhalb des ersten Gehäuses 122 schräg angeordnet, um mit der Drehwelle 112 gedreht zu werden.
-
Eine Mehrzahl von ersten Schuhen 126 sind bereitgestellt, um an einem äußeren Umfang der ersten schrägen Scheibe 124 in einem vorbestimmten Abstand angebracht zu sein.
-
Außerdem bewegt sich der erste Kolben 128 in dem Kompressionsraum 121 abhängig von der Drehung der ersten schrägen Scheibe 124 hin und her, um das Betriebsfluid zu komprimieren, und der erste Kolben 128 ist an der ersten schrägen Scheibe 124 mittels des ersten Schuhs 126 angebracht.
-
Hierbei sind der erste Schuh 126 und der erste Kolben 128 an einem äußeren Umfang der ersten schrägen Scheibe 124 in einem vorbestimmten Winkel (oder Abstand) bezüglich der Drehwelle 112 angeordnet, um zu dem Kompressionsraum 121 zu korrespondieren.
-
Der erste Schuh 126 und der erste Kolben 128 sind an einem äußeren Umfang der ersten schrägen Scheibe 124 in 60°-Intervallen angebracht, um zu den sechs Kompressionsräumen 121 zu korrespondieren.
-
Folglich bewegt sich der erste Kolben 128 in dem Kompressionsraum 121 mittels der ersten schrägen Scheibe 124 hin und her, welche mittels der Drehwelle 112 gedreht wird, um das Betriebsfluid in dem Kompressionsraum 121 isotherm zu komprimieren, und das komprimierte Fluid strahlt Wärme ab.
-
Die Wärmeabstrahlung des Betriebsfluids erwärmt den Kompressionsabschnitt 120 in einen Hohe-Temperatur-Zustand.
-
Hierbei kann das Betriebsfluid Helium oder Stickstoffgas sein.
-
Der Expansionsabschnitt 130 ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform an einer Seite des Kompressionsabschnitts 120 angeordnet, erhält das komprimierte Fluid von dem Kompressionsabschnitt 120 durch die Drehung der Drehwelle 112, um das komprimierte Fluid isotherm zu expandieren, und das expandierte Fluid nimmt Wärme von außerhalb auf.
-
Der Expansionsabschnitt 130 weist ein zweites Gehäuse 132, eine zweite schräge Scheibe 134, einen zweiten Schuh 136 und einen zweiten Kolben 138 auf, und diese werden wie folgt beschrieben.
-
Zunächst ist das zweite Gehäuse 132 an einer Seite des Kompressionsabschnitts 120 angeordnet, ist die Drehwelle 112 drehbar angeordnet, um einen zentralen Abschnitt des zweiten Gehäuses 132 zu durchdringen, und sind eine Mehrzahl von Expansionsräumen 131 in dem Gehäuse 122 ausgebildet, um zugehörig zu dem Kompressionsraum 121 zu sein.
-
Hierbei sind die Expansionsräume 131 in dem zweiten Gehäuse 132 in einem vorbestimmten Abstand in einer Umfangsrichtung bezüglich der Drehwelle 112 ausgebildet, und in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind sechs Expansionsräume 131 innerhalb des zweiten Gehäuses 132 ausgebildet.
-
Die zweite schräge Scheibe 134 ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform an der Drehwelle 112 innerhalb des zweiten Gehäuses 132 schräg angeordnet, um mit der Drehwelle 112 gedreht zu werden.
-
Eine Mehrzahl von zweiten Schuhen 136 sind bereitgestellt, um an einem äußeren Umfang der zweiten schrägen Scheibe 134 in einem vorbestimmten Abstand angebracht zu sein.
-
Außerdem bewegt sich der zweite Kolben 138 in dem Expansionsraum 131 abhängig von der Drehung der zweiten schrägen Scheibe 134 hin und her, um das Betriebsfluid zu expandieren, und der zweite Kolben 138 ist an der zweiten schrägen Scheibe 134 mittels des zweiten Schuhs 136 angebracht.
-
Hierbei sind die zweiten Schuhe 136 und die zweiten Kolben 138 an einem äußeren Umfang der zweiten schrägen Scheibe 134 in einem vorbestimmten Winkel (oder Abstand) bezüglich der Drehwelle 112 angeordnet, um zu dem Expansionsraum 131 zu korrespondieren.
-
Die zweiten Schuhe 136 und die zweiten Kolben 138 sind an einem äußeren Umfang der zweiten schrägen Scheibe 134 in 60°-Intervallen angebracht, um zu den Expansionsräumen 131 zu korrespondieren, von denen sechs in dem zweiten Gehäuse 132 in 60°-Intervallen ausgebildet sind.
-
Folglich bewegt sich der zweite Kolben 138 in dem Expansionsraum 131 mittels der zweiten schrägen Scheibe 134, welche durch die Drehwelle 112 gedreht wird, hin und her, um das Betriebsfluid in dem Expansionsraum 131 isotherm zu expandieren, und das expandierte Fluid absorbiert Wärme.
-
Die Wärmeabsorption des Betriebsfluids kühlt den Expansionsabschnitt 130 in einen Niedrige-Temperatur-Zustand ab.
-
Indessen haben in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die erste schräge Scheibe 124 und die zweite schräge Scheibe 134 eine Phase eines vorbestimmten Winkels und sind an der Drehwelle 112 des Kompressionsabschnitts 120 und des Expansionsabschnitts 130 schräg angeordnet, wobei ihre Neigungswinkel in voneinander entgegengesetzten Richtungen liegen.
-
Außerdem sind die Kompressionsräume 121 und die Expansionsräume 131 auf der gleichen Linie angeordnet, um miteinander zu korrespondieren.
-
Zudem ist der Regenerationsabschnitt 140 an einer Seite des Expansionsabschnitts 130 angeordnet und verbindet den Kompressionsabschnitt 120 mit dem Expansionsabschnitt 130, so dass das komprimierte Betriebsfluid dem Expansionsabschnitt 130 zugeführt wird.
-
Der Regenerationsabschnitt 140 erhält das Betriebsfluid, welches in dem Kompressionsabschnitt 120 isotherm komprimiert ist, um eine hohe Temperatur zu haben, und absorbiert Wärme des Betriebsfluids, um den Expansionsabschnitt 130 mit dem Betriebsfluid zu versorgen.
-
Danach erhält der Regenerationsabschnitt 140 das Betriebsfluid, welches isotherm expandiert ist, um eine niedrige Temperatur zu haben, von dem Expansionsabschnitt 130, überträgt die Wärme an das Betriebsfluid und versorgt den Kompressionsabschnitt 120 mit dem Betriebsfluid.
-
Hierbei weist der Regenerationsabschnitt 140 sechs Regenerationsfilter 142 auf, um jeweilig mit den Kompressionsräume 121 und mit den Expansionsräumen 131 zu korrespondieren. Die Regenerationsfilter 142 können vom Typ her als ein dünnes Drahtnetz in einem Verbunden-Zustand ausgebildet sein, um die Wärme von dem Betriebsfluid zu absorbieren oder das Betriebsfluid mit Wärme zu versorgen.
-
Wie oben beschrieben, können der Kompressionsabschnitt 120, der Expansionsabschnitt 130 und der Regenerationsabschnitt 140 nacheinander angeordnet sein.
-
Außerdem ist der Kompressionsabschnitt 120 mit dem Regenerationsabschnitt 140 mittels einer Mehrzahl von Verbindungsrohren 150 verbunden, welche außerhalb des Kompressionsabschnitts 120 zugehörig zu dem Kompressionsraum 121 angebracht sind, so dass das Betriebsfluid von dem Kompressionsabschnitt 120 zu dem Regenerationsabschnitt 140 strömt.
-
Die erste schräge Scheibe 124 des Kompressionsabschnitts 120 und die zweite schräge Scheibe 134 des Expansionsabschnitts 130, welche die oben beschriebene Konfiguration haben, sind in entgegengesetzte Richtungen geneigt angeordnet und haben deshalb entgegengesetzte Phasen, wenn sie mit der Drehwelle 112 gedreht werden.
-
Folglich komprimiert der Kompressionsabschnitt 120 das Betriebsfluid durch Hin- und Herbewegen des ersten Kolbens 128, welcher in den Kompressionsraum 121 eingebracht ist, mittels der ersten schrägen Scheibe 124.
-
Folglich wird das Betriebsfluid, welches mittels des Kompressionsraums 121 komprimiert ist, dem Regenerationsfilter 142 zugeführt, um darin seine Wärme zu verlieren, wird dem Expansionsraum 131 des Expansionsabschnitts 130 zugeführt und wird isotherm mittels des zweiten Kolbens 138 expandiert, welcher durch die erste schräge Scheibe 124 und durch die zweite schräge Scheibe 134 hin und her bewegt wird, welche in einer entgegengesetzten Phase der ersten schrägen Scheibe 124 bewegt wird.
-
Das bedeutet, dass der Kompressionsraum 121 koaxial mit dem Expansionsraum 131 angeordnet ist und dass, wenn das Betriebsfluid isotherm durch den Kompressionsraum 121 komprimiert ist, der Expansionsraum 131 eine isotherme Expansion des Betriebsfluids durchführt.
-
Die isotherme Kompression und die isotherme Expansion werden in dem Kompressionsraum 121 und in dem Expansionsraum 131 mittels des ersten Kolbens 128 und des zweiten Kolbens 138, welche von den schrägen Scheiben 124 und 134 bewegt werden, nacheinander durchgeführt, und diese Vorgänge werden mittels des Antriebsdrehmoments, welches von dem Verbrennungsmotor übertragen wird, durchgeführt.
-
Hierbei strahlt der Kompressionsabschnitt 120 Wärme an eine Kühlvorrichtung 160 ab mittels eines nicht dargestellten Kühlmittelmantels, welcher die Außenseite des Kompressionsabschnitts 120 bedeckt, der gekühlt wird.
-
Ferner kühlt der Expansionsabschnitt 130 das Kühlmittel durch Absorbieren von Wärme von dem Kühlmittel, welches von einer Klimatisierungsvorrichtung 170 zugeführt wird, mittels eines nicht dargestellten Kühlmittelmantels, welcher die Außenseite des Expansionsabschnitts 130 bedeckt, wobei die Luft durch die Klimatisierungsvorrichtung 170 strömt, um mittels des gekühlten Kühlmittels abgekühlt zu werden, wobei die abgekühlte Luft dem Inneren des Fahrzeugs zugeführt wird.
-
Nachstehend wird der Betrieb und die Funktion einer Stirling- Kältevorrichtung 100 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die oben beschriebene Konfiguration hat, beschrieben.
-
6 und 7 zeigen Betriebszustände einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird in einer Stirling-Kältevorrichtung 100 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors an die Riemenscheibe 114 des Antriebsabschnitts 110 mittels eines Riemens von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor übertragen, um die Riemenscheibe 114 zu drehen.
-
Die erste schräge Scheibe 124 des Kompressionsabschnitts 120 und die zweite schräge Scheibe 134 des Expansionsabschnitts 130, welche an der Drehwelle 112 angeordnet sind, werden mit zueinander entgegengesetzten Phasen gedreht, und der erste Kolben 128 wird in den Kompressionsraum 121 eingebracht / aus diesem herausgezogen, und der zweite Kolben 138 wird aus dem Expansionsraum 131 herausgezogen / in diesen eingebracht.
-
Falls der erste Kolben in den Kompressionsraum 121 eingebracht wird, dann wird zunächst das Betriebsfluid in dem Kompressionsraum 121 isotherm komprimiert, um Wärme zu erzeugen, und der Kompressionsabschnitt 120 wird durch die Wärmeerzeugung auf einer hohen Temperatur gehalten.
-
Hierbei versorgt die Kühlvorrichtung 160 den nicht dargestellten Kühlmittelmantel, welcher den Kompressionsabschnitt 120 bedeckt, mit Kühlmittel, um den Kompressionsabschnitt 120 zu kühlen, und das erwärmte Kühlmittel wird mittels der Kühlvorrichtung 160 abgekühlt.
-
Das Betriebsfluid, welches durch den Kompressionsabschnitt 120 komprimiert ist, wird dem Regenerationsabschnitt 140 durch das Verbindungsrohr 150 zugeführt, durchströmt den Regenerationsfilter 142, welcher angeordnet ist, um mit dem Kompressionsraum 121 und mit dem Expansionsraum 131 zu korrespondieren, um seine Wärme zu verlieren, und wird dem Expansionsabschnitt 130 zugeführt.
-
Dann wir das Betriebsfluid, welches in den Expansionsabschnitt 130 einströmt, in dem Expansionsraum 131, welcher mit dem Kompressionsraum 121 korrespondiert, welcher die Kompression durchführt, durch die Bewegung des zweiten Kolbens 138 expandiert, um eine endotherme Reaktion (Wärmeabsorption) stattfinden zu lassen.
-
Die Wärmeabsorption des Betriebsfluids durch die isotherme Expansion kühlt den Expansionsabschnitt 130 ab, um einen Niedrige-Temperatur-Zustand zu haben.
-
Hierbei führt die Klimatisierungsvorrichtung 170 das Kühlmittel dem nicht dargestellten Kühlmittelmantel, welcher den Expansionsabschnitt 130 bedeckt, zu, um das Kühlmittel durch den Wärmeaustausch mit dem Expansionsabschnitt 130 abzukühlen, wobei das abgekühlte Kühlmittel zirkuliert wird, um die Luft zu kühlen, und wobei die gekühlte Luft zugeführt wird, um das Innere des Fahrzeugs zu kühlen.
-
Der erste Kolben 128 wird, wie oben beschrieben, in den Kompressionsraum 121 eingebracht oder aus diesem herausgezogen mittels der ersten schrägen Scheibe 124, welche an der Drehwelle 112 schräg angeordnet ist, um das Betriebsfluid in dem Kompressionsraum 121 zu komprimieren, und das komprimierte Betriebsfluid des Kompressionsraums 121 durchströmt den Regenerationsabschnitt 140 längs des Verbindungsrohrs 150, um dem Expansionsraum 131 des Expansionsabschnitts 130 zugeführt zu werden.
-
Wenn bei diesem Vorgang das Betriebsfluid nacheinander in den Expansionsraum 131 einströmt, dann wird der zweite Kolben 138 aus dem Expansionsraum 131 herausgezogen oder in diesen eingebracht mittels der zweiten schrägen Scheibe 134, welche an der Drehwelle 112 schräg angeordnet ist, wobei die Phase der zweiten schrägen Scheibe 134 entgegengesetzt zu der der ersten schrägen Scheibe 124 ist.
-
Folglich strömt das Betriebsfluid zwischen dem Kompressionsraum 121 und dem Expansionsraum 131 mittels des ersten Kolbens 128 und des zweiten Kolbens 138, welche in den Kompressionsraum 121 und in den Expansionsraum 131 eingebracht oder aus diesen herausgezogen werden, wobei die erste und die zweite schräge Scheibe 124 und 134 an der Drehwelle 112 mit entgegengesetzten Phasen gedreht werden.
-
Das bedeutet, dass das Betriebsfluid, welches dem Regenerationsabschnitt 140 von dem Kompressionsabschnitt 120 zugeführt wird durch das Verbindungsrohr 150, und den Regenerationsabschnitt 140 passiert, um in den Expansionsabschnitt einzuströmen, dass das Betriebsfluid des Expansionsabschnitts 130 den Regenerationsabschnitt 140 durchströmt und das Verbindungsrohr 150 passiert, um dem Kompressionsabschnitt 120 zugeführt zu werden, und dass diese Vorgänge durch die Drehung der Drehwelle 112 wiederholt werden.
-
Das bedeutet, dass das Betriebsfluid in dem Kompressionsabschnitt 120 isotherm komprimiert wird, um Wärme zu erzeugen, den Regenerationsabschnitt 140 in einem isochoren Prozess durchströmt, in dem Expansionsabschnitt 130 isotherm expandiert wird, um Wärme zu absorbieren, den Regenerationsabschnitt 140 in einem isochoren Prozess durchströmt und in dem Kompressionsabschnitt 120 isotherm komprimiert wird, wobei das Betriebsfluid die isotherme Kompression, den isochoren Prozess, die isotherme Expansion und den isochoren Prozess wiederholt.
-
8 ist ein schematisches Diagramm einer Stirling-Kältevorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Die Stirling-Kältevorrichtung 200, wie in 8 gezeigt, weist einen Antriebsabschnitt 210, einen Kompressionsabschnitt 220, einen Expansionsabschnitt 230 und einen Regenerationsabschnitt 240 auf.
-
Zunächst weist der Antriebsabschnitt 210 eine Drehwelle 212 auf, welche von einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs ein Antriebsdrehmoment erhält, um gedreht zu werden.
-
Gemäß der jetzigen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kompressionsabschnitt 220 mit dem Antriebsabschnitt 210 verbunden und ist an einer Seite der Drehwelle 212 angeordnet, um Betriebsfluid durch die Drehung der Drehwelle 212 isotherm zu komprimieren, um Wärme zu erzeugen.
-
Der Expansionsabschnitt 230 ist an dem anderen Endabschnitt der Drehwelle 212 angeordnet und expandiert isotherm das Betriebsfluid, welches mittels des Kompressionsabschnitts 220 komprimiert ist.
-
Ferner ist der Regenerationsabschnitt 240 zwischen dem Kompressionsabschnitt 220 und dem Expansionsabschnitt 230 angeordnet und fluidverbindet den Kompressionsabschnitt 220 mit dem Expansionsabschnitt 230, um das Betriebsfluid, welches durch den Kompressionsabschnitt 220 isotherm komprimiert ist, dem Expansionsabschnitt 230 zuzuführen.
-
Das bedeutet, dass, im Gegensatz zur vorhergehenden beispielhaften Ausführungsform, eine Stirling-Kältevorrichtung 200 für ein Fahrzeug gemäß der jetzigen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Regenerationsabschnitt 240 aufweist, welcher zwischen dem Kompressionsabschnitt 220 und dem Expansionsabschnitt 230 angeordnet ist, und die detaillierte Beschreibung ihrer Konfiguration und ihres Betriebs wird weggelassen.
-
Eine Stirling-Kältevorrichtung 100, 200 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet folglich Helium oder Stickstoff anstatt eines FCKW/HFCKW-Gruppe-Kältemittels, um eine isotherme Kompression, einen isochoren Prozess, eine isotherme Expansion und einen isochoren Prozess durchzuführen, verwendet eine endotherme Reaktion bei der isothermen Expansion, um das Innere des Fahrzeugs zu kühlen, und verhindert Umweltverschmutzung.
-
Außerdem wird die räumliche Anordnung des Systems einfach durch Reduzieren der Anzahl von Bestandteilen, wird der Raum des Motorraums effektiv genutzt und werden Kosten gespart durch Ersetzen des konventionellen Kältemittels.
-
Da außerdem die isotherme Kompression, die isotherme Expansion und der isochore Prozess innerhalb des Systems durchgeführt werden, werden separate, komplizierte Verbindungsrohre beseitigt und ein Entweichen des Betriebsfluids verhindert, um Wartungsarbeit zu verringern.
-
Ferner verhindert das Helium oder der Stickstoff als ein Kältemittel Umweltverschmutzung, so dass es möglich ist, Umweltvorschriften zu erfüllen.
-
Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „obere (r)“, „untere(r)“, „innere(r)“ und „äußere(r)“ dazu verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf ihre jeweiligen Positionen, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben.
-
Die vorhergehende Beschreibung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diente dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
