DE102012213293B4

DE102012213293B4 - Kompressorvorrichtung sowie eine damit ausgerüstete Kühlvorrichtung und eine damit ausgerüstete Kältemaschine

Info

Publication number: DE102012213293B4
Application number: DE102012213293.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Höhne
Original assignee: Pressure Wave Systems GmbH
Current assignee: Pressure Wave Systems GmbH
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2032-07-28
Also published as: US20150128616A1; US11231029B2; EP2877748B1; DE102012213293A1; WO2014016415A2; JP6240190B2; WO2014016415A3; JP2015524892A; EP2877748A2

Abstract

Kompressorvorrichtung, mit einer Verdichtereinrichtung (2), die einen Verdichterraum (4) mit einem definierten Volumen aufweist, und in der eine elastische, gas- und flüssigkeitsdichte Membran (6) den Verdichterraum (4) in ein Gasvolumen (8) mit einem Arbeitsgas (10) und ein Flüssigkeitsvolumen (12) mit einer Arbeitsflüssigkeit (14) unterteilt, wobei die Membran (6) ballonförmig ausgebildet ist, einem Arbeitsgasanschluss (20, 22; 40), der in das Gasvolumen (8) mündet, und einer Pumpeinrichtung (24), die die Arbeitsflüssigkeit (14) periodisch in das Flüssigkeitsvolumen (12) pumpt und dadurch das Arbeitsgas (10) im Gasvolumen (8) periodisch komprimiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (8) in dem Verdichterraum (4) durch einen dritten Arbeitsgasanschluss (52) über eine Druckausgleichseinrichtung (54, 58) mit einem Arbeitsgasreservoir (50) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompressorvorrichtung sowie eine damit ausgerüstete Kühlvorrichtung oder eine damit ausgerüstete Kältemaschine.
Zum Kühlung von Kernspintomographen, Kryo-Pumpen etc. werden Pulsrohrkühler oder Gifford-McMahon-Kühler eingesetzt. Hierbei kommen Gas- und insbesondere Heliumkompressoren in Kombination mit Rotations- bzw. Drehventilen zum Einsatz wie sie in 7 dargestellt ist. Ein Helium-Kompressor 100 wird über eine Hochdruckleitung 102 und eine Niederdruckleitung 104 mit einem Drehventil 106 verbunden. Ausgangsseitig wird das Drehventil 106 über eine Gasleitung 108 mit einer Kühlvorrichtung 110 in Form eines Gifford-McMahon-Kühlers oder eines Pulsrohrkühlers verbunden. Dabei wird über das Drehventil 106 abwechselnd die Hoch- bzw. Niederdruckseite des Gaskompressors 100 mit dem Pulsrohrkühler oder dem Gifford-McMahon-Kühler verbunden. Die Rate mit der verdichtetes Helium in die Kühlvorrichtung 100 eingeführt und wieder ausgeführt wird liegt im Bereich von 1 Hz. Nachteilig bei solchen Kühl- bzw. Kompressorsystemen ist, dass das motorisch angetriebene Drehventil 106 Verluste von bis zu 50% der Eingangsleistung des Kompressors verursacht.
Es sind auch akustische Kompressoren oder Hochfrequenzkompressoren bekannt, bei denen ein oder mehrere Kolben durch ein Magnetfeld in lineare Resonanzschwingungen versetzt werden. Diese Resonanzfrequenzen liegen im Bereich von einigen 10 Hz und sind daher nicht für die Verwendung mit Pulsrohrkühlern und Gifford-McMahon-Kühlern zur Erzeugung sehr tiefer Temperaturen im Bereich kleiner 10 K geeignet.
Aus der CH 457147 A ist ein Membrankompressor oder -pumpe bekannt, die einen Arbeitsraum aufweist, der durch eine elastische, gas- und flüssigkeitsdichte Membran in ein Gasvolumen und ein Flüssigkeitsvolumen unterteilt ist. Mittels einer Flüssigkeitspumpe wird Flüssigkeit periodisch in das Flüssigkeitsvolumen des Arbeitsraums gedrückt, wodurch die elastische Membran sich in Richtung Gasvolumen ausdehnt und dieses komprimiert – Kompressorfunktion – oder aus dem Gasvolumen herausschiebt – Pumpenfunktion. Nachteilig ist herbei, dass die gas-flüssigkeitsdichte und drückresistente Abdichtung der elastischen Membran in dem Arbeitsraum vergleichsweise aufwendig ist. Insbesondere im Bereich der Abdichtung wird die Membran stark belastet, so dass entweder sehr teuere Materialien verwendete werden müssen oder eine geringere Lebensdauer in Kauf genommen werden muss.
Weiter ist aus der DE 103 44 698 B4 eine Kompressorvorrichtung bekannt, bei der die Verdichtung des gasförmigen Kältemittels durch die Volumenausdehnung einer Ballonmembran bewirkt wird, die sich in einem ansonsten mit gasförmigem Kältemittel gefüllten Behälter befindet. Hierbei kann die Ballonmembran periodisch mit der Behälterinnenwand der Kompressorvorrichtung in Kontakt treten. Durch diese Reibung kann es zu einer Beschädigung der Ballonmembran kommen.
Aus der US 7 407 501 B2 ist ebenfalls eine Kompressorvorrichtung mit einer ballonförmigen Membran bekannt, bei der die ballonförmige Membran das Gasvolumen einschießt.
Ausgehend von der US 7 407 501 B2 bzw. der DE 103 44 698 B4 ist es daher Aufgabe der Erfindung eine Kompressorvorrichtung anzugeben, die Volumenverringerungen des Arbeitsgases in einem nachgeschalteten Verbraucher, z. B. einem Kühler, aufgrund niedriger Temperaturen ausgleichen kann. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung eine Kühlvorrichtung und eine Kältemaschine mit einer solchen Kompressorvorrichtung anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1, 13 bzw. 16.
Durch die Ausgestaltung der Membran als Ballon verkleinert sich die Abdichtung der Membran im Verdichterraum auf die im Vergleich zum Querschnitt des Verdichterraums kleine Ballonöffnung. Die kleine schlauchförmige Ballonöffnung ist damit wesentlich einfacher gegenüber dem Verdichterraum abzudichten als eine große flächige Membran. Das im Gasvolumen komprimierte Arbeitsgas kann über die Kompressorausgangsgasleitung einem nachgeschalteten „Verbraucher” zugeführt werden. Damit ergibt sich eine kostengünstige Kompressorvorrichtung mit hoher Lebensdauer. Dadurch, dass das Gasvolumen über eine Druckausgleichseinrichtung mit einem Gasreservoir verbunden ist, können Volumenverringerungen des Arbeitsgases in einem nachgeschalteten Verbraucher, z. B. einem Kühler, aufgrund niedriger Temperaturen ausgeglichen werden.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird eine Arbeitsflüssigkeitausgleichseinrichtung bereit gestellt. Hierdurch ist es möglich herkömmliche Flüssigkeitspumpen, z. b. Zahnradpumpen – Anspruch 9 – zu verwenden. Die Arbeitsflüssigkeitausgleichseinrichtung sorgt dafür, dass für die Pumpeinrichtung immer die richtige Menge Arbeitsflüssigkeit im richtigen Druckbereich zur Verfügung steht. Im einfachsten Fall ist die Arbeitsflüssigkeitausgleichseinrichtung ein Reservoir für das flüssige Arbeitsmittel.
Die Kompressorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann als nicht Gas fördernder Kompressor oder als Gas fördernder Kompressor – Anspruch 3 – ausgebildet sein. Im Falle des nicht Gas fördernden Kompressors werden über den einzigen Arbeitsgasanschluss lediglich Druckoszillationen, z. B. für einen damit angetriebenen Kryokühler – Anspruch 12 – bereit gestellt. Als Gas fördernder Kompressor wird komprimiertes Arbeitsgas über einen ersten Arbeitsgasanschluss, der als Hochdruckanschluss ausgelegt ist, einer nachgeschalteten Einrichtung zugeführt. Arbeitsgas mit geringerem Druck wird über einen zweiten Arbeitsgasanschluss, der als Niederdruckanschluss ausgelegt ist, in die Kompressorvorrichtung zurückgeführt.
Das Gasvolumen kann entweder das Balloninnere und das Flüssigkeitsvolumen das übrige Volumen des Verdichterraums – Anspruch 4 – oder umgekehrt, das Flüssigkeitsvolumen ist das Balloninnere und das Gasvolumen ist das übrige Volumen des Verdichterraums – Anspruch 5. Der Vorteil der Ausgestaltung nach Anspruch 4 besteht darin, dass die Ballonmembran kaum überlastet werden kann, der Membranballon kann allenfalls durch die umgebende Arbeitsflüssigkeit vollständig zusammengedrückt werden. Der Vorteil der Ausgestaltung nach Anspruch 5 besteht darin, dass lediglich die Ballonöffnung Flüssigkeitsanschluss ausgelegt ist. Die verschiedenen Arbeitsgasanschlüsse lassen sich auf einfache Weise in die Wandung des Verdichterraums einbringen.
Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist das Arbeitsgasreservoir über einen Differenzdruckregler mit dem Gasvolumen der Verdichtereinrichtung verbunden. Hierdurch wird erreicht, dass das Arbeitsgas bereits vorkomprimiert zur Verfügung steht. Das Arbeitsgas im Gasreservoir befindet sich in etwa auf dem Niveau des Niederdrucks der Verdichtereinrichtung. Sinkt in der Entspannungsphase der Druck des Arbeitsgases in der Verdichtereinrichtung unter den Druck im Gasreservoir ab, strömt Arbeitsgas über den Differenzdruckregler aus dem Gasreservoir in das Gasvolumen der Verdichtereinrichtung.
Durch die Verbindung des Gasreservoirs mit dem Gasvolumen im Verdichterraum über ein Überdruckventil kann Arbeitsgas in das Arbeitsgasreservoir strömen, falls der Druck des Arbeitsgases im Gasvolumen zu hoch wird. Durch diese Sicherheitsmassnahme werden Beschädigungen der Verdichtereinrichtungen durch Überdruck verhindert.
Die Pumpeinrichtung umfasst vorzugsweise einen elektrischen Antrieb, Anspruch 8, da sich ein solcher einfach regeln lässt.
Besonders geeignet ist eine Zahnradpumpe als Pumpeinrichtung – Anspruch 9. Zahnradpumpen zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer, geringen Wartungsaufwand und geringem Totvolumen aus und sind für Hochdruckanwendungen bis 300 Bar geeignet.
Als Arbeitsflüssigkeit wird bevorzugt Hydrauliköl nach DIN 51524 eingesetzt, das zusätzlich entwässert bzw. wasserfrei ist – Anspruch 10. Das Hydrauliköl befindet sich in einem geschlossenen System aus Pumpeinrichtung, Arbeitsflüssigkeitsausgleichseinrichtung und Flüssigkeitsvolumen im Verdichterraum, so dass während des Betriebs kein Wasser aus der Umgebung durch das Hydrauliköl aufgenommen werden kann.
Für Kryo-Anwendungen wird je nach Temperaturbereich vorzugsweise Helium oder Stickstoff als Arbeitsgas verwendet – Anspruch 11.
Die ballonförmige Membran muss sowohl für das jeweils verwendete Arbeitsgas als auch für die Arbeitsflüssigkeit undurchlässig und resistent sein. Da ein Werkstoff diese unterschiedlichen Anforderungen nicht immer erfüllen kann, ist die ballonförmige Membran vorzugsweise mehrschichtig aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut – Anspruch 12. Damit kann die ballonförmige Membran sowohl hinsichtlich der Arbeitsflüssigkeit als auch in Hinblick auf das Arbeitsgas angepasst werden.
Die erfindungsgemäße Verdichtereinrichtung stellt verdichtetes Arbeitsgas im für Gifford-McMahon-Kühler und Pulsrohrkühler notwendigen Frequenzbereich bereit – Anspruch 13 bis 15.
Wenn die Verdichtereinrichtung als fördernde Verdichtereinrichtung auslegt ist, kann sie als Antrieb einen herkömmlichen Kältemaschine genutzt werden – Anspruch 16.
Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung als fördernde Kompressorvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung als fördernde Kompressorvorrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung als nicht-fördernde Kompressorvorrichtung,
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung als nicht-fördernde Kompressorvorrichtung,
5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform als beispielhafte Ausführungsform der Erfindung als nicht-fördernde Kompressorvorrichtung,
6 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung als fördernde Kompressorvorrichtung, und
7 eine schematische Darstellung einer Heliumkompressoreinrichtung mit Drehventil und einer Kühleinrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Die Ausführungsformen der 1–4 und 6 sind nicht Gegenstand der Erfindung, sie dienen jedoch zur Erläuterung der Erfindung. Gegenstand der Erfindung ist die sechste Ausführungsform. Bei der Erläuterung der verschiedenen Ausführungsformen werden gleiche oder einander entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei der Erläuterung der verschiedenen Ausführungsformen werden gleiche oder einander entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine erste Ausführungsform zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Kompressorvorrichtung, die als Gas bzw. Arbeitsgas fördernde Kompressorvorrichtung ausgebildet ist. Die Kompressorvorrichtung umfasst eine Verdichtereinrichtung 2, die einen gasdicht geschlossenen Verdichterraum 4 aufweist. In dem Verdichterraum 4 ist ein Ballon bzw. eine ballonförmige Membran 6 angeordnet. Der Ballon 6 unterteilt den Verdichterraum 4 in ein Gasvolumen 8 für ein Arbeitsgas 10 und in ein Flüssigkeitsvolumen 12 für eine Arbeitsflüssigkeit 14. Das Flüssigkeitsvolumen ist das Innere des Ballons 6 und das Gasvolumen ist der Bereich des Verdichterraums 4 außerhalb des Ballons 6. Der Ballon 6 weist eine Ballonöffnung 16 auf, die mit einer ersten Arbeitsflüssigkeitsleitung 18 verbunden ist, die aus dem Verdichterraum 4 herausführt. In das Gasvolumen 12 außerhalb des Ballons 6 münden ein Hochdruckgasauslass 20 und ein Niederdruckgaseinlass 22. Die erste Arbeitsflüssigkeitsleitung 18 mündet in eine Pumpeinrichtung 24, die über eine zweite Arbeitsflüssigkeitsleitung 26 mit einer Arbeitsflüssigkeitsausgleichseinrichtung 24 in Form eines Arbeitsflüssigkeitsreservoirs verbunden ist.
Durch die Pumpeinrichtung 24 wird Arbeitsflüssigkeit 14 periodisch in den Ballon 6 eingepresst und wieder herausgelassen. Durch das Einpumpen der Arbeitsflüssigkeit 14 in den Ballon 6 dehnt sich dieser aus und komprimiert so das Arbeitsgas 10 im Gasvolumen 8. Durch das Ablassen von Arbeitsflüssigkeit 14 in das Arbeitsflüssigkeitsreservoir 28 verkleinert sich der Ballon 6 und das Arbeitsgas 10 im Gasvolumen 8 entspannt sich. Durch das periodische Einpressen von Arbeitsflüssigkeit 14 in den Ballon 6 und damit in das Flüssigkeitsvolumen 12 wird das Arbeitsgas 10 in dem Gasvolumen 8 periodisch verdichtet und wieder entspannt. Das verdichtete Arbeitsgas 10 wird über den Hochdruckgasauslass 20 einem nachgeschalteten Verbraucher, z. B. einem Kryo-Kühler – nicht dargestellt – zugeführt. Über den Niederdruckgaseinlass 22 wird das Arbeitsgas 10 mit geringerem Druck wieder in das Gasvolumen 8 zurückgeführt, so dass der Kreislauf geschlossen ist. Die Arbeitsflüssigkeitsausgleichseinrichtung 28 sorgt dafür, dass immer ausreichend Arbeitsflüssigkeit 14 vorhanden ist und in den Ballon 6 gepumpt werden kann, um das Arbeitsgas 10 im Gasvolumen 8 zu komprimieren. In der Entspannungsphase der Kompressorvorrichtung drückt das Arbeitsgas 10 den Ballon 6 zusammen und Arbeitsflüssigkeit 14 wird über die erste Arbeitsflüssigkeitsleitung 18, die Pumpeinrichtung 24 und die zweite Arbeitsflüssigkeitsleitung 26 in die Arbeitsflüssigkeitsausgleichseinrichtung 28 gedrückt.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform nach 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass als Pumpeinrichtung eine Zahnradpumpe 30 verwendet wird, die durch einen Elektromotor 32 angetrieben wird. Diese Art der Pumpeinrichtung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie sich durch hohe Lebensdauer, geringen Wartungsaufwand und geringem Totvolumen auszeichnen. Aufgrund ihrer Konstruktion sind sie für Hochdruckanwendungen bis 300 bar geeignet.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform der Erfindung nach 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Kompressorvorrichtung als nicht fördernde Kompressorvorrichtung ausgestaltet ist. Damit mündet in das Gasvolumen 8 lediglich ein Arbeitsgasanschluss 40. Über diesen Arbeitsgasanschluss 40 wird die in dem Gasvolumen 8 erzeugte periodische Druckänderung auf den nachgeschalteten Kühler – nicht dargestellt – übertragen.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung, die sich von der dritten Ausführungsform nach 3 lediglich dadurch unterscheidet, dass wiederum eine Kombination aus Zahnradpumpe 30 und Elektromotor 32 als Pumpeinrichtung verwendet wird.
5 zeigt eine fünfte Ausführungsform als beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der dritten Ausführungsform nach 3 dadurch unterscheidet, dass ein Arbeitsgasreservoir 50 über eine erste Gasleitung 52 mit einem Differenzdruckregler 54 und über eine zweite Gasleitung 56 mit einem Überdruckventil 58 mit dem Gasvolumen 8 der Verdichtereinrichtung 2 verbunden ist. Über die erste Gasleitung 52 und den Differenzdruckregler 54 strömt Arbeitsgas 10 in das Gasvolumen 8 nach, wenn der Druck des Arbeitsgases 10 im Gasvolumen 8 aufgrund niedriger Temperaturen unter den Druck im Arbeitsgasreservoir 50 abfällt. Durch das Arbeitsgasreservoir 50 können somit „Arbeitsgasverluste”, die im nachgeschalteten Kühler auftreten können, ausgeglichen werden. Durch den Differenzdruckregler 54 wird hierbei das nachzuführende Arbeitsgas 10 bereits vorkomprimiert zur weiteren Komprimierung in dem Gasvolumen 8 des Verdichterraums 4 bereitgestellt. Über die zweite Gasleitung 56 und das Überdruckventil 58 kann Arbeitsgas 10 in das Arbeitsgasreservoir 50 strömen, falls der Druck des Arbeitsgases 10 im Gasvolumen 8 zu hoch wird.
6 zeigt eine sechste Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass Gasvolumen 8 und Flüssigkeitsvolumen 12 vertauscht sind, d. h. das Gasvolumen 8 mit dem zu komprimierenden Arbeitsgas 10 ist das Innere des Ballons 6, während der umgebende Verdichterraum das Flüssigkeitsvolumen 12 mit der Arbeitsflüssigkeit 14 darstellt. Daher umfasst der Ballon 6 zwei Ballonöffnungen, nämlich eine Hochdrucköffnung 60, die mit dem Hochdruckgasauslass 20 verbunden ist, und Niederdrucköffnung 62, die mit dem Niederdruckgasauslass 22 verbunden ist.
Auch bei den Ausführungsformen nach 1 bis 5 kann das Gasvolumen 8 und das Flüssigkeitsvolumen 12 vertauscht und entsprechend der sechsten Ausführungsform nach 6 angeordnet werden.
Als Arbeitsflüssigkeit eignen sich Hydrauliköle nach DIN 51524. Diese H, HL, HLP und HVLP Öle sind Öle, die sich mit gängigen Dichtungskunststoffen wie NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) etc. gut vertragen. NBR ist allerdings nicht ausreichend heliumdicht. HF Öle sind häufig mit gängigen Dichtungsmaterialien (http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Kunststoffe) unverträglich. Für heliumdichte Ballons eignet sich Synthesekautschuk wie z. B. Chlorbutyl. Bei Verwendung von Helium als Arbeitsgas 10 ist es daher vorteilhaft, wenn die ballonförmige Membran 6 aus mehreren Schichten besteht, z. B. aus einer der Arbeitsflüssigkeit 14 in Form von Hydrauliköl zugewandten Schicht aus NBR und aus einer Helium als Arbeitsgas 10 zugewandten Schicht aus Chlorbutyl.
In den nicht-fördernden Ausführungsformen gemäß den 3 bis 5 ist in dem aus dem Gasvolumen 8 heraus führenden Arbeitsgasanschluss 40 kein Ventil vorgesehen. Es kann hier jedoch ein Ventil vorgesehen werden, um in der Entspannungsphase der Verdichtereinrichtung 2 eine höhere Druckdifferenz aufzubauen. D. h. obwohl sich in der Entspannungsphase das Gasvolumen 8 in dem Verdichterraum 4 bereits vergrößert, ist das Ventil in dem Arbeitsgasanschluss 40 noch geschlossen. Erst, wenn sich eine gewisse Druckdifferenz aufgebaut hat, wird dieses Ventil geöffnet. Auf diese Weise kann die Rückströmung des Arbeitsgases 10 über den Arbeitsgasanschluss 40 in die Verdichtereinrichtung 2 beschleunigt werden.
Bezugszeichenliste

2: Verdichtereinrichtung
4: Verdichterraum
6: Ballon
8: Gasvolumen
10: Arbeitsgas
12: Flüssigkeitsvolumen
14: Arbeitsflüssigkeit
16: Ballonöffnung
18: erste Arbeitsflüssigkeitsleitung
20: Hochdruckgasauslass
22: Niederdruckgaseinlass
24: Pumpeinrichtung
26: zweite Arbeitsflüssigkeitsleitung
28: Arbeitsflüssigkeitsausgleichseinrichtung
30: Zahnradpumpe
32: Elektromotor
40: Arbeitsgasanschluss
50: Arbeitsgasreservoir
52: erste Gasleitung
54: Differenzdruckregler
56: zweite Gasleitung
58: Überdruckventil
60: erste Ballonöffnung
62: zweite Ballonöffnung
100: Helium-Kompressor
102: Hochdruckleitung
104: Niederdruckleitung
106: Drehventil
108: Gasleitung
110: Kühlvorrichtung

Claims

Kompressorvorrichtung, mit einer Verdichtereinrichtung (2), die einen Verdichterraum (4) mit einem definierten Volumen aufweist, und in der eine elastische, gas- und flüssigkeitsdichte Membran (6) den Verdichterraum (4) in ein Gasvolumen (8) mit einem Arbeitsgas (10) und ein Flüssigkeitsvolumen (12) mit einer Arbeitsflüssigkeit (14) unterteilt, wobei die Membran (6) ballonförmig ausgebildet ist, einem Arbeitsgasanschluss (20, 22; 40), der in das Gasvolumen (8) mündet, und einer Pumpeinrichtung (24), die die Arbeitsflüssigkeit (14) periodisch in das Flüssigkeitsvolumen (12) pumpt und dadurch das Arbeitsgas (10) im Gasvolumen (8) periodisch komprimiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (8) in dem Verdichterraum (4) durch einen dritten Arbeitsgasanschluss (52) über eine Druckausgleichseinrichtung (54, 58) mit einem Arbeitsgasreservoir (50) verbunden ist.
Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung (24) mit einer Arbeitsflüssigkeitsausgleichseinrichtung (28) verbunden ist.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gasvolumen (8) ein zweiter Arbeitsgasanschluss (22) mündet, und dass der erste Arbeitsgasanschluss (20) als Hochdruckausgang und der zweite Arbeitsgasanschluss (22) als Niederdruckeingang ausgelegt ist.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ballonförmige Membran (6) das Gasvolumen (8) einschließt.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ballonförmige Membran (6) das Flüssigkeitsvolumen (12) einschließt.
Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Arbeitsgasreservoir (50) über einen Differenzdruckregler (54) mit dem Gasvolumen (8) in dem Verdichterraum (4) verbunden ist.
Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Arbeitsgasreservoir (50) über ein Überdruckventil (58) mit dem Gasvolumen (8) in dem Verdichterraum (4) verbunden ist.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung (24) einen elektrischen Antrieb (32) aufweist.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung (24) eine Zahnradpumpe (30) umfasst.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit (14) ein Hydrauliköl ist.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas (10) Helium oder Stickstoff ist.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ballonförmige Membran mehrschichtig aufgebaut ist.
Kühlvorrichtung mit einer Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Gifford-McMahon-Kühler oder einem Pulsrohrkühler, wobei die Verdichtereinrichtung (2) mit dem Gifford-McMahon-Kühler oder dem Pulsrohrkühler gekoppelt ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinrichtung (2) einen Hochdruckanschluss (20) aufweist und dass der Gifford-McMahon-Kühler oder der Pulsrohrkühler mit dem Hochdruckanschluss (20) der Verdichtereinrichtung (2) verbunden ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinrichtung (2) einen Niederdruckanschluss (22) aufweist und dass der Gifford-McMahon-Kühler oder der Pulsrohrkühler mit dem Niederdruckanschluss (22) der Verdichtereinrichtung (2) verbunden ist.
Kompressorkältemaschine, insbesondere für herkömmliche Kühlschränke, mit einer Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, einem Verdampfer und einem Kondensator.