DE102013005304A1

DE102013005304A1 - Device and method for generating a cooling capacity

Info

Publication number: DE102013005304A1
Application number: DE102013005304.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Moldenhauer; Tilman Stark
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine kompakte und effizient arbeitende Vorrichtung sowie ein dazugehöriges Verfahren zur Erzeugung einer Kälteleistung bereitgestellt werden, die die Vorteile von rein mechanisch bzw. elektrisch betrieben Kompressionskältemaschinen mit der Option der Nutzung thermischer Energiequellen verbinden. Erfindungsgemäß wird das Pulsrohrprinzip benutzt, um eine Vorrichtung zu bauen, der wie bei der Wärmekraftmaschine nach dem Pulsrohrprinzip Wärme zugeführt wird, die aber im Gegensatz zur Wärmekraftmaschine nach dem Pulsrohrprinzip daraus nicht mechanische Arbeit, sondern, wie der Pulsrohrkühler, eine Kälteleistung erzeugt.The present invention is intended to provide a compact and efficiently working device and an associated method for generating a cooling capacity that combine the advantages of purely mechanically or electrically operated compression refrigeration machines with the option of using thermal energy sources. According to the invention, the pulse tube principle is used to build a device to which heat is supplied, as in the case of the heat engine based on the pulse tube principle, but which, in contrast to the heat engine based on the pulse tube principle, does not generate mechanical work from it, but rather, like the pulse tube cooler, a cooling capacity.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer Kälteleistung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Kälteleistung wird im Folgenden auch als Gaskältemaschine bezeichnet. Erfindungsgemäß wird sie mit Wärmeenergie, mechanischer oder elektrischer Energie bzw. eine Kombination daraus angetrieben.The present invention relates to an apparatus and a method for generating a cooling capacity. The device according to the invention for generating a cooling capacity is also referred to below as a gas refrigerator. According to the invention, it is driven by thermal energy, mechanical or electrical energy or a combination thereof.

Kältemaschinen finden sich heute nicht nur in vielfältiger Form in Klimaanlagen im gewerblichen Bereich, in den meisten neueren Personenkraftwagen oder zunehmend auch in Privathäusern, sondern auch in jeglichem Kühlschrank. Besondere Bedeutung hat in den letzten Jahren, mit zunehmendem Umweltbewusstsein und steigender Mobilität, der Energieverbrauch dieser Kältemaschinen bekommen. Der überwiegende Teil der Kältemaschinen sind Kompressionskältemaschinen, die durch mechanische Energie, welche beispielsweise mittels eines elektrisch betriebenen Kompressors bereitgestellt wird, angetrieben werden. In einigen Fällen sind Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen zu finden, die zum Antrieb Wärmeenergie verwenden.Cooling machines can be found today not only in a variety of forms in air conditioning systems in the commercial sector, in most newer passenger cars or increasingly in private homes, but also in any refrigerator. Particular importance has been given in recent years, with increasing environmental awareness and increasing mobility, the energy consumption of these chillers. The majority of chillers are compression chillers that are powered by mechanical energy provided by, for example, an electrically powered compressor. In some cases absorption or adsorption chillers are found which use heat energy to drive.

Zur Bereitstellung einer Kälteleistung bzw. für die meisten Klimatisierungsaufgaben werden heute verschiedene Bauformen konventioneller Kompressionskältemaschinen (beispielsweise DE 36 13 395 C1 , WO 2009006918 A1 ) eingesetzt. Diese zeichnen sich durch Kompaktheit und hohe Effizienz aus, benötigen allerdings zum Antrieb mechanische bzw. elektrische Energie. Dies bedarf stets der Verfügbarkeit einer entsprechenden mechanischen oder elektrischen Energiequelle und führt einerseits zu einer Unmöglichkeit des Einsatzes dieser Art Kältemaschinen bei Abwesenheit beider Energiequellen, wie beispielsweise bei Campingkühlgeräten, und andererseits zu einer möglicherweise starken Belastung der verwendeten Energiequelle. Im Kraftfahrzeug ist somit der Mehrverbrauch an Kraftstoff zum Betrieb der Fahrzeugklimatisierung verhältnismäßig hoch. In vorwiegend südlichen oder tropischen Ländern führt der Einsatz von Klimaanlagen nach dem Kompressionskälteprinzip zu einer erheblichen Belastung der Stromnetze an heißen Tagen.To provide a cooling capacity or for most air conditioning tasks today different types of conventional compression refrigeration machines (for example DE 36 13 395 C1 . WO 2009006918 A1 ) used. These are characterized by compactness and high efficiency, but require mechanical or electrical energy to drive. This always requires the availability of a corresponding mechanical or electrical energy source and on the one hand leads to an impossibility of using this type chillers in the absence of both energy sources, such as camping coolers, and on the other hand to a potentially heavy load on the energy source used. In the motor vehicle, the additional consumption of fuel for operating the vehicle air conditioning is thus relatively high. In predominantly southern or tropical countries, the use of air conditioning systems based on the compression refrigeration principle leads to a considerable load on the power grids on hot days.

Es liegt auf der Hand, zur Klimatisierung vorhandene thermische Energie, wie Sonnenenergie oder Abwärme, zu verwenden. Entsprechende Kältemaschinen sind Absorptionskältemaschinen (beispielsweise EP 1 446 298 B1 , US 6 247 331 B1 ) oder Adsorptionskältemaschinen (beispielsweise WO 9716685A1 , DE 100 39 159 A1 ). Oft sind diese Kältemaschinen auch in Anwendungen zu finden, bei denen keine mechanische oder elektrische Energiequelle zur Verfügung steht (Camping) oder ein besonders leiser Betrieb gewährleistet werden soll (Hotelkühlgeräte). Bei Letzteren wird die notwendige thermische Antriebsleistung durch eine elektrische Heizung bereitgestellt. Prinzipbedingt sind tiefe Temperaturen, wie sie zum Betrieb eines Gefrierkühlgerätes notwendig sind, mit diesen Maschinen jedoch schwierig erreichbar. Sie besitzen zudem eine geringe spezifische Kälteleistung und eine ebenfalls geringe thermische Effizienz. Das in Absorptionskältemaschinen häufig verwendete Wasser-Ammoniak-Gemisch ist zudem giftig und umwelttechnisch nicht unbedenklich. Die Nutzung höherer Temperaturen, wie sie typischerweise bei einer bei Campingkältemaschinen verwendeten Propangasverbrennung auftreten, ist mit diesen Kältemaschinen nicht möglich, da die Temperatur der Wärmezufuhr aufgrund der verwendeten flüssigen Arbeitsmedien auf ca. 200°C beschränkt ist. Somit kann die durch Verbrennung (über 1000°C) bereitgestellte Exergie nicht effizient verwendet werden, da die Wärme zuerst auf einen Körper mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur (ca. 200°C) übertragen werden muss.It is obvious to use for thermal conditioning existing thermal energy, such as solar energy or waste heat. Corresponding chillers are absorption chillers (for example EP 1 446 298 B1 . US Pat. No. 6,247,331 B1 ) or Adsorptionskältemaschinen (for example WO 9716685A1 . DE 100 39 159 A1 ). Often, these chillers are also found in applications where no mechanical or electrical energy source is available (camping) or a particularly quiet operation is to be ensured (hotel refrigerators). In the latter, the necessary thermal drive power is provided by an electric heater. Due to the principle low temperatures, as they are necessary for the operation of a freezer, with these machines, however, difficult to achieve. They also have a low specific cooling capacity and also low thermal efficiency. The frequently used in absorption chillers water-ammonia mixture is also toxic and environmentally unacceptable. The use of higher temperatures, which typically occur in a propane combustion used in camping refrigeration machines, is not possible with these refrigerators, since the temperature of the heat supply is limited to about 200 ° C due to the liquid working media used. Thus, the exergy provided by combustion (above 1000 ° C) can not be used efficiently because the heat must first be transferred to a body at a much lower temperature (about 200 ° C).

Daneben sind aus dem Stand der Technik auch nach dem Pulsrohrprinzip arbeitende Pulsrohrkühler bekannt [1]. Pulsrohrkühler sind Kältemaschinen, die durch Zuführung mechanischer bzw. elektrischer Leistung eine Kälteleistung erzeugen. Sie werden bisher vor allem in der Kryotechnik eingesetzt. Die Verwendung des Pulsrohrprinzips zum Bau einer Wärmekraftmaschine wird weiterhin erstmals 2005 in [2] und später in [3, 4, 5] vorgeschlagen. Auf dem dort geschilderten Prinzip bauen auch verschiedene Wärmekraftmaschinen auf, die beispielsweise in DE 100 01 460 A1 , JP 2007 192 443 A , JP 2009 236 456 A , DE 10 2008 050 653 A1 und DE 10 2008 050 655 B4 beschrieben werden. Wärmekraftmaschinen nach dem Pulsrohrprinzip erzeugen aus ihnen zugeführter thermischer Energie mechanische Arbeit. Eine thermisch angetriebene Kältemaschine nach dem Pulsrohrprinzip ist nach dem bisherigen Stand der Technik nicht bekannt.In addition, pulse tube coolers operating from the prior art are also known for the pulse tube principle [1]. Pulse tube coolers are chillers that produce a cooling capacity by supplying mechanical or electrical power. So far, they are mainly used in cryotechnology. The use of the pulse tube principle for the construction of a heat engine is further proposed for the first time in 2005 in [2] and later in [3, 4, 5]. On the principle described there also build on various heat engines, for example, in DE 100 01 460 A1 . JP 2007 192 443 A . JP 2009 236 456 A . DE 10 2008 050 653 A1 and DE 10 2008 050 655 B4 to be discribed. Heat engines according to the pulse tube principle generate mechanical energy from thermal energy supplied to them. A thermally driven chiller according to the pulse tube principle is not known in the prior art.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine kompakte und effizient arbeitende Vorrichtung sowie ein dazugehöriges Verfahren zur Erzeugung einer Kälteleistung bereitzustellen, die die Vorteile von rein mechanisch bzw. elektrisch betrieben Kompressionskältemaschinen mit der Option der Nutzung thermischer Energiequellen verbinden.The object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a compact and efficient apparatus and associated method for generating a refrigeration capacity, which has the advantages of purely mechanically or electrically operated compression refrigerating machines with the option of use connect thermal energy sources.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsseitig durch die im ersten Patentanspruch angegeben Merkmale und verfahrensseitig durch die im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved on the device side by the features specified in the first claim and on the method side by the features specified in patent claim 10.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 gekennzeichnet, während eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Patentanspruch 11 angegeben ist. Preferred further embodiments of the device according to the invention are characterized in the claims 2 to 9, while a further embodiment of the method according to the invention is specified in claim 11.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen dieselben Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente in den gesamten Figuren bezeichnen, näher erläutert wird. Es zeigt:Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description part, in which the invention with reference to the accompanying drawings, in which the same reference numerals designate like or similar elements throughout the figures, is explained in more detail. It shows:

1 – das thermodynamische Grundprinzip einer Gaskältemaschine 1 - The thermodynamic principle of a gas refrigerator

2 – den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

a – mit direkter Zuführung einer Kälteleistung P_c
b – mit Auskopplung eines Kaltgasstroms und indirekter Zuführung einer Kälteleistung PC

2 - The basic structure of the device according to the invention:

a - with direct supply of a cooling capacity P _c
b - with decoupling of a cold gas flow and indirect supply of cooling capacity PC

3 – verschiedene Ausführungsformen des regenerativen Heizers 3 - Various embodiments of the regenerative heater

4 – verschiedene Ausführungsformen der Einrichtung zur indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_c 4 - Various embodiments of the device for indirect coupling of a cooling capacity P _c

5 – ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 - A first embodiment of the device according to the invention

6 – ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 - A second embodiment of the device according to the invention

7 – den thermodynamischen Kreisprozess des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 7 - The thermodynamic cycle of the second embodiment of the device according to the invention

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Pulsrohrprinzip benutzt, um eine Vorrichtung zu bauen, der wie bei der Wärmekraftmaschine nach dem Pulsrohrprinzip Wärme zugeführt wird, die aber im Gegensatz zur Wärmekraftmaschine nach dem Pulsrohrprinzip daraus nicht mechanische Arbeit, sondern, wie der Pulsrohrkühler, eine Kälteleistung erzeugt. Somit ist die Vorrichtung in der Lage, eine ihr zugeführte Wärmeleistung (z. B. Sonnenenergie oder Abwärme) zu nutzen, um eine Kälteleistung zu erzeugen. Im Gegensatz zum Pulsrohrkühler benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer ausreichenden Temperatur der Wärmezufuhr keine mechanische oder elektrische Antriebsleistung.In the present invention, the pulse tube principle is used to build a device which is supplied as the heat engine according to the Pulsrohrprinzip heat, but unlike the heat engine according to the pulse tube principle from non-mechanical work, but, like the pulse tube cooler, generates a cooling capacity , Thus, the apparatus is able to utilize a heat power supplied thereto (eg solar energy or waste heat) to produce a refrigerating capacity. In contrast to the pulse tube cooler, the device according to the invention requires no mechanical or electrical drive power at a sufficient temperature of the heat supply.

In 1 ist das thermodynamische Grundprinzip einer thermisch oder mechanisch betriebenen Gaskältemaschine (1) dargestellt. Sie besteht aus einer Pulsrohr-Wärmekraftmaschine, der Wärmeenergie Q_h bei einer Temperatur T_h (beispielsweise Verbrennungswärme bei T_h = 800°C) zugeführt wird und von der Wärmeenergie Q_m bei einer Temperatur T_m < T_h (beispielsweise Umgebungstemperatur T_m = 30°C) abgeführt wird. Die Pulsrohr-Wärmekraftmaschine wandelt Wärmeenergie in mechanische Arbeit W um. Es konnte rechnerisch und experimentell festgestellt werden, dass es dabei zu einer Abkühlung des Arbeitsgases in der Expansionseinheit unterhalb der Temperatur T_m der Wärmeabfuhr kommt und der Wärmekraftmaschine somit Wärme Q_c auf einem Temperaturniveau T_c < T_m zugeführt werden kann. Dieser Effekt wird bei der Erfindung zur Erzeugung einer Kälteleistung P_c ausgenutzt.In 1 is the thermodynamic principle of a thermally or mechanically operated gas refrigerator ( 1 ). It consists of a pulse tube heat engine, the heat energy Q _h at a temperature T _h (for example, heat of combustion at T _h = 800 ° C) is supplied and the heat energy Q _m at a temperature T _m <T _h (for example, ambient temperature T _m = 30 ° C) is discharged. The pulse tube heat engine converts heat energy into mechanical work W. It could be determined by calculation and experimentally that it comes to a cooling of the working gas in the expansion unit below the temperature T _m of heat dissipation and the heat engine thus heat Q _c at a temperature level T _c <T _m can be supplied. This effect is exploited in the invention for generating a cooling capacity P _c .

In 2a und 2b ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Pulsrohr-Wärmekraftmaschine (1.1) umfasst eine kombinierte Kompressions-/Expansionseinrichtung (2) bzw. eine Kompressionseinrichtung (2.1) und eine Expansionseinrichtung (2.2). Daran sind ein Kühler (3), ein Pulsationsvolumen (4) und ein regenerativer Heizer (5.1) fluidisch angeschlossen. Wie in 2a gezeigt, wird in einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kälteleistung P_c der Kompressions-/Expansionseinrichtung (2) über einen wärmeübertragenden Zylinder (6) direkt zugeführt.In 2a and 2 B the basic structure of the device according to the invention is shown. The pulse tube heat engine ( 1.1 ) comprises a combined compression / expansion device ( 2 ) or a compression device ( 2.1 ) and an expansion device ( 2.2 ). This is a cooler ( 3 ), a pulsation volume ( 4 ) and a regenerative heater ( 5.1 ) fluidly connected. As in 2a In a first exemplary embodiment of the device according to the invention, the cooling capacity P _{c of} the compression / expansion device (FIG. 2 ) via a heat transfer cylinder ( 6 ) fed directly.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (2b) ist zwischen Kompressions-/Expansionseinrichtung (2) und Kühler (3) ein Gasabzweig (7) zur Auskoppelung eines Kaltgasstroms W_kalt angeordnet. Der Kaltgasstrom W_kalt wird über den Gasabzweig (7) einer Einrichtung zur indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_c (1.2) zugeführt.In a particularly advantageous embodiment of the device according to the invention ( 2 B ) is between compression / expansion device ( 2 ) and cooler ( 3 ) a gas branch ( 7 ) arranged for decoupling a cold gas stream W _cold . The cold gas flow W is _cold via the gas branch ( 7 ) means for indirect coupling of a cooling capacity P _c ( 1.2 ).

Wie in 3 gezeigt, kann der zur Speicherung von Wärmeenergie fähige regenerative Heizer (5.1) unterschiedlich aufgebaut sein. Im einfachsten Fall ist er ein Wärmeübertrager, der aufgrund seiner Materialmasse und seines Gasvolumens ein thermisches und fluidisches Speichervermögen besitzt (3a). Zur Effizienzsteigerung der Pulsrohr-Wärmekraftmaschine (1.1) kann der regenerative Heizer (5.1) auch aus einem separaten Heizer (5.2) zur Zuführung einer Wärmeleistung und einem an den Heizer (5.2) fluidisch angeschlossenen Regenerator (5.3) zur Speicherung von Wärmeenergie (3b) bestehen. Zur Aufprägung eines bestimmten Temperaturprofils im Regenerator (5.3) kann an letzteren zusätzlich noch ein zweiter Kühler (5.4) angeschlossen sein (3c). Dies erhöht die Effizienz der Gaskältemaschine zusätzlich.As in 3 shown, capable of storing heat energy regenerative regenerator ( 5.1 ) be constructed differently. In the simplest case, it is a heat exchanger which, due to its material mass and its gas volume, has a thermal and fluidic storage capacity ( 3a ). To increase the efficiency of the pulse tube heat engine ( 1.1 ), the regenerative heater ( 5.1 ) also from a separate heater ( 5.2 ) for supplying a heat output and to the heater ( 5.2 ) fluidically connected regenerator ( 5.3 ) for storing thermal energy ( 3b ) consist. To imprint a specific temperature profile in the regenerator ( 5.3 ) in addition to the latter, a second cooler ( 5.4 ) ( 3c ). This additionally increases the efficiency of the gas refrigerator.

2b zeigt den prinzipiellen Aufbau der Einrichtung zur indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_C (1.2). Sie umfasst eine Steuereinheit (8), einen fluidisch angeschlossenen Wärmeübertrager (9) und ein ebenfalls fluidisch angebundenes Speichervolumen (10). Wie in 4 dargestellt, sind auch hier verschiedene Ausführungsformen denkbar. In einer ersten Ausführungsform (4a) ist der Wärmeübertrager (9) als Kühlschlange (9.1) ausgebildet. Die Dimensionen der Kühlschlange (9.1) bezüglich Länge und Durchmesser sollen dabei so gewählt werden, dass die durch die Kühlschlange (9.1) laufenden Expansions- und Kompressionswellen eine resonante Konfiguration vorfinden und so den Gaswechsel in der Kompressions-/Expansionseinrichtung (2) unterstützen. In 4b ist eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung zur indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_C (1.2) gezeigt. Hierbei weist die Einrichtung zur indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_C (1.2) fluidisch eingebundene Fluiddioden oder Rückschlagventile (11, 12) auf. Mit den Fluiddioden oder Rückschlagventilen (11, 12) wird eine Strömungsrichtung vorgegeben, so dass kaltes Gas aus der Pulsrohr-Wärmekraftmaschine (1.1) kommend den Wärmeübertrager (9.2), bei dem die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung realisiert wird, passiert und mit höherer Temperatur in das Speichervolumen (10) eintritt. Erwärmtes Gas, aus dem Speichervolumen (10) kommend, gelangt jedoch ohne den Wärmeübertrager (9.2) zu passieren zurück in die Pulsrohr-Wärmekraftmaschine (1.1). Dies führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Effektivität der Gaskältemaschine (1). Alternativ zum Wärmeübertrager (9.2) kann auch ein Wärmeübertrager (9.3) im Gegen- oder Gleichstromprinzip angeschlossen werden, der einem zu kühlenden Fluid (13) Wärme entzieht (4c). 2 B shows the basic structure of the device for the indirect coupling of a cooling capacity P _C ( 1.2 ). It includes a control unit ( 8th ), a fluidically connected heat exchanger ( 9 ) and also fluidly connected Storage volume ( 10 ). As in 4 illustrated, various embodiments are conceivable here as well. In a first embodiment ( 4a ) is the heat exchanger ( 9 ) as a cooling coil ( 9.1 ) educated. The dimensions of the cooling coil ( 9.1 ) in terms of length and diameter should be chosen so that by the cooling coil ( 9.1 ) expansion and compression waves find a resonant configuration and thus the gas exchange in the compression / expansion device ( 2 ) support. In 4b is a preferred embodiment of the device for the indirect coupling of a cooling capacity P _C (FIG. 1.2 ). In this case, the device for the indirect coupling of a cooling capacity P _C (FIG. 1.2 ) Fluidly integrated fluid diodes or check valves ( 11 . 12 ) on. With the fluid diodes or check valves ( 11 . 12 ), a flow direction is predetermined so that cold gas from the pulse tube heat engine ( 1.1 ) coming the heat exchanger ( 9.2 ), in which the heat transfer is realized by heat conduction, happens and with higher temperature in the storage volume ( 10 ) entry. Heated gas, from the storage volume ( 10 ), but without the heat exchanger ( 9.2 ) to pass back into the pulse tube heat engine ( 1.1 ). This also leads to an increase in the effectiveness of the gas refrigerator ( 1 ). Alternative to the heat exchanger ( 9.2 ) can also be a heat exchanger ( 9.3 ) can be connected in the counter or direct current principle, which is a fluid to be cooled ( 13 ) Removes heat ( 4c ).

In 5 und 6 sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Hier ist die Kompressions-/Expansionseinrichtung (2) durch eine Membran oder Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) realisiert. An die Membran oder Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) ist fluidisch der erste Kühler (3) angeschlossen, der durch ein Pulsationsvolumen (4) fluidisch mit dem Heizer (5.2), dem Regenerator (5.3) und dem zweiten Kühler (5.4) verbunden ist. Zwischen der Membran oder Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) und dem ersten Kühler (3) ist ein Gasabzweig (7) angeordnet, über den ein Kaltgasstrom W_kalt ausgekoppelt wird. Die Rückseite der Membran oder Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) kann hierbei fluidisch mit dem Speichervolumen (10) verbunden oder direkt als variables Ausgleichsvolumen verwendet werden.In 5 and 6 further advantageous embodiments of the device according to the invention are shown. Here is the compression / expansion device ( 2 ) by a membrane or cylinder-piston arrangement ( 2.3 ) realized. To the diaphragm or cylinder-piston assembly ( 2.3 ) is fluidly the first cooler ( 3 ) connected by a pulsation volume ( 4 ) fluidically with the heater ( 5.2 ), the regenerator ( 5.3 ) and the second cooler ( 5.4 ) connected is. Between the diaphragm or cylinder-piston assembly ( 2.3 ) and the first cooler ( 3 ) is a gas branch ( 7 ), over which a cold gas stream W is _cold- coupled. The back of the diaphragm or cylinder-piston assembly ( 2.3 ) can be fluidic with the storage volume ( 10 ) or used directly as a variable equalization volume.

Im Folgenden werden das Arbeitsprinzip und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführlicher beschrieben. Die Gaskältemaschine (1) lässt sich je nach Umsetzung der Einzelkomponenten entweder nach dem Zweitakt- oder dem Viertaktprinzip betreiben. In der Grundkonfiguration nach 2a arbeitet die Maschine nach dem Zweitaktprinzip. Bei der Ausführung mit dem Gasabzweig (7) nach 2b ist die Umsetzung des Zweitaktprinzips oder des Viertaktprinzips möglich. Hier kann das Zweitaktprinzip durch ein gesteuertes Ventil (8.1) oder durch eine Öffnung im Zylinder, die beim Überstreichen des Kolbens geöffnet bzw. geschlossen (verdeckt) wird, umgesetzt werden. Für einen besonders einfachen Gesamtaufbau der nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Gaskältemaschine (1) bietet sich außerdem der Aufbau der Einrichtung zur indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_c (1.2) aus einer Kühlschlange (9.1) und einem fluidisch angeschlossenem Speichervolumen (10), wie in 4a gezeigt, an. Zur Umsetzung des Viertaktprinzips ist zwingend ein gesteuertes Ventil (8.1) erforderlich. Ein besonders effizienter Gesamtaufbau der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Gaskältemaschine (1) kann mit der Umsetzung der Einrichtung zur indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_c (1.2) mit Fluiddioden oder Rückschlagventilen (11, 12), wie in 4b und 4c gezeigt, realisiert werden.In the following, the working principle and the operation of the device according to the invention will be described in more detail. The gas refrigerator ( 1 ) can be operated depending on the implementation of the individual components either on the two-stroke or four-stroke principle. In the basic configuration 2a The machine works on the two-stroke principle. In the version with the gas branch ( 7 ) to 2 B the implementation of the two-stroke principle or the four-stroke principle is possible. Here, the two-stroke principle by a controlled valve ( 8.1 ) or by an opening in the cylinder, which is opened or closed (covered) when sweeping the piston, to be implemented. For a particularly simple overall structure of the working on the two-stroke cycle gas refrigerator ( 1 ) also provides the structure of the device for the indirect coupling of a cooling capacity P _c ( 1.2 ) from a cooling coil ( 9.1 ) and a fluidically connected storage volume ( 10 ), as in 4a shown on. To implement the four-stroke principle, a controlled valve ( 8.1 ) required. A particularly efficient overall design of the four-stroke gas refrigerator ( 1 ) can with the implementation of the device for indirect coupling of a cooling capacity P _c ( 1.2 ) with fluid diodes or check valves ( 11 . 12 ), as in 4b and 4c shown to be realized.

7 zeigt den thermodynamischen Kreisprozess der Gaskältemaschine nach dem Viertaktprinzip. Entlang des Pulsationsvolumens (4), zwischen erstem Kühler (3) und Heizer (5.2) hat sich eine Temperaturverteilung von Material und Gas eingestellt, die sich aus den jeweiligen Temperaturen vom ersten Kühler (3) und Heizer (5.2) ergibt. Entlang des Regenerators (5.3), zwischen Heizer (5.2) und dem zweiten Kühler (5.4), hat sich eine Temperaturverteilung von Material und Gas eingestellt, die sich aus den jeweiligen Temperaturen von Heizer (5.2) und zweitem Kühler (5.4) ergibt. Im Zustand 1 befindet sich das in der Pulsrohr-Wärmekraftmaschine (1.1) befindliche Arbeitsgas im expandierten Zustand. Das sich im Zylinder der Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) befindende Gas hat die Temperatur und den Druck des aus dem Gasspeicher (10) zuvor angesaugten Gases. Das Ventil (8.1) ist geschlossen. Der Kolben in der Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) führt eine Bewegung vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT aus und komprimiert damit das Arbeitsgas. Dabei wird das sich im Zylinder befindende Arbeitsgas durch den ersten Kühler (3) in das Pulsationsvolumen (4) zwischen erstem Kühler (3) und Heizer (5.2) gedrückt. Es tritt somit gekühltes Gas in das Pulsationsvolumen (4) ein. Zur selben Zeit verlässt warmes Gas das Pulsationsvolumen (4) in Richtung Heizer (5.2) und nimmt von diesem Wärme auf. Dabei ist wichtig, dass die Temperatur des Heizers (5.2) zu jedem Zeitpunkt des Kompressionsvorgangs höher als die Gastemperatur am Ausgang des Pulsationsvolumens (4) ist. Das den Heizer (5.2) verlassende Gas betritt den Regenerator (5.3) und gibt die im Heizer (5.2) aufgenommene Wärme, sowie die durch den Kompressionsvorgang entstehende Wärme an das Regeneratormaterial ab. Somit kommt es trotz der Kompression und Wärmezufuhr zu keiner Temperaturerhöhung des Arbeitsgases im Regenerator (5.3). Aufgrund des während der Kompression in das Pulsationsvolumen (4) eingebrachten kalten Gases, hat das Gas im Pulsationsvolumen (4) am Ende der Kompression (Zustand 2) eine niedrigere Temperatur als im Zustand 1 und ist in der Lage vom Pulsationsvolumenmaterial Wärme aufzunehmen. Dadurch kommt es zu einer weiteren Druckerhöhung in der Wärmekraftmaschine. Infolgedessen wird der Maximaldruck nach Überschreiten des oberen Totpunktes OT im Zustand 3 erreicht. Bei der darauf folgenden Expansion des Arbeitsgases durch die Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt OT zum unteren Totpunkt UT strömt warmes Gas aus dem Regenerator (5.3) über den Heizer (5.2) in das Pulsationsvolumen (4) ein. Das Regeneratormaterial gibt jetzt die gespeicherte Wärme wieder ab und der Heizer (5.2) führt im Wesentlichen dem Arbeitsgas keine Wärme mehr zu. Auf der dem ersten Gaskühler (3) zugewandten Seite des Pulsationsvolumens (4) verlässt kälteres Arbeitsgas das Pulsationsvolumen (4), durchtritt den ersten Kühler (3) und betritt gekühlt den Zylinder der Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3). Dort kommt es aufgrund der fortschreitenden Expansion zu einer weiteren Abkühlung des in den Zylinder eintretenden – bereits gekühlten – Gases, wodurch die Temperatur des Ausgangszustandes (Zustand 1) unterschritten wird. Aufgrund des während der Expansion in das Pulsationsvolumen (4) eingebrachten warmen Gases, hat das Gas in dem Pulsationsvolumen (4) am Ende der Expansion (Zustand 4) eine höhere Temperatur als im Zustand 3. Somit ist es in der Lage an das Material des Pulsationsvolumens (4) Wärme abzugeben, wodurch es zu einer weiteren Druckabsenkung in der Pulsrohr-Wärmekraftmaschine (1.1) kommt. Infolgedessen wird der Minimaldruck nach Überschreiten des unteren Totpunktes UT im Zustand 5 erreicht. Der Druckverlauf besitzt somit gegenüber dem Zylindervolumenverlauf eine Phasenverschiebung. Dies führt zu einer Wandlung eines Teils der dem Arbeitsgas im Heizer (5.2) zugeführten Wärmeenergie in mechanische Energie. Das vermindert je nach Temperatur des Heizers (5.2) die zum Antrieb der Gaskältemaschine (1) notwendige mechanische Energie und führt ab einer gewissen Heizertemperatur zu einem selbsttätigen Arbeiten der Gaskältemaschine (1). Nachdem der untere Totpunkt UT überschritten ist, nimmt der Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) seine Bewegung in Richtung oberer Totpunkt OT wieder auf. Sobald der Druck in der Maschine aufgrund der erneut stattfindenden Kompression den Druck des Gasspeichers (10) erreicht wird das Ventil (8.1) geöffnet (Zustand 6) und das sich im Zylinder der Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) befindliche kalte Gas wird durch die mittels Fluiddioden bzw. Rückschlagventilen (11, 12) vorgegebene Strömungsrichtung über den Wärmeübertrager (9) in das Speichervolumen (10) geschoben, wodurch es in der Lage ist, im Wärmeübertrager (9) die Kälteleistung P_c aufzunehmen. Nachdem der Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) den oberen Totpunkt OT erreicht hat, strömt bei seiner darauf folgenden Bewegung vom oberen Totpunkt OT zum unteren Totpunkt UT Gas aus dem Gasspeicher (10) in den Zylinder der Zylinder-Kolben-Anordnung (2.3) ein und das Ventil (8.1) schließt wieder (Zustand 7). Der sich bei Erreichen des unteren Totpunktes UT einstellende Zustand 8 entspricht dann wieder dem Ausgangszustand (Zustand 1). 7 shows the thermodynamic cycle of the gas refrigerator on the four-stroke principle. Along the pulsation volume ( 4 ), between first cooler ( 3 ) and heaters ( 5.2 ) has set a temperature distribution of material and gas, which is derived from the respective temperatures of the first cooler ( 3 ) and heaters ( 5.2 ). Along the regenerator ( 5.3 ), between heaters ( 5.2 ) and the second cooler ( 5.4 ), a temperature distribution of material and gas has been established, which is based on the respective temperatures of the heater ( 5.2 ) and second cooler ( 5.4 ). In state 1, this is in the pulse tube heat engine ( 1.1 ) working gas in the expanded state. That is in the cylinder of the cylinder-piston assembly ( 2.3 ) gas has the temperature and pressure of the gas storage ( 10 ) previously sucked gas. The valve ( 8.1 ) is closed. The piston in the cylinder-piston arrangement ( 2.3 ) performs a movement from bottom dead center UT to top dead center TDC and thus compresses the working gas. In this case, the working gas in the cylinder is through the first cooler ( 3 ) into the pulsation volume ( 4 ) between first cooler ( 3 ) and heaters ( 5.2 ). Thus, cooled gas enters the pulsation volume ( 4 ) one. At the same time, warm gas leaves the pulsation volume ( 4 ) in the direction of the heater ( 5.2 ) and absorbs heat from it. It is important that the temperature of the heater ( 5.2 ) at any point in the compression process higher than the gas temperature at the output of the pulsation volume ( 4 ). That the heater ( 5.2 ) gas enters the regenerator ( 5.3 ) and gives the in the heater ( 5.2 ) absorbed heat, as well as the heat generated by the compression process to the regenerator material. Thus, despite the compression and heat supply, there is no increase in the temperature of the working gas in the regenerator ( 5.3 ). Due to the during compression in the pulsation volume ( 4 ) introduced cold gas, has the gas in the pulsation volume ( 4 ) at the end of the compression (state 2) a lower temperature than in state 1 and is able to absorb heat from the Pulsationsvolumenmaterial. This leads to a further pressure increase in the heat engine. As a result, the maximum pressure is reached after exceeding the top dead center OT in state 3. In the subsequent expansion of the working gas by the movement of the piston from the top dead center OT to the bottom dead center UT flows hot gas from the regenerator ( 5.3 ) over the heater ( 5.2 ) into the pulsation volume ( 4 ) one. The regenerator material now releases the stored heat and the heater ( 5.2 ) essentially no longer supplies heat to the working gas. On the first gas cooler ( 3 ) facing side of the pulsation volume ( 4 ) colder working gas leaves the pulsation volume ( 4 ), passes through the first radiator ( 3 ) and enters the cylinder of the cylinder-piston arrangement cooled ( 2.3 ). There, due to the progressive expansion, a further cooling of the gas entering the cylinder - already cooled - occurs, whereby the temperature of the initial state (state 1) is undershot. Due to the expansion into the pulsation volume ( 4 ) introduced warm gas, the gas in the pulsation volume ( 4 ) at the end of the expansion (state 4) a higher temperature than in state 3. Thus, it is capable of the material of Pulsationsvolumens ( 4 ) Give off heat, causing it to a further pressure reduction in the pulse tube heat engine ( 1.1 ) comes. As a result, the minimum pressure is reached after exceeding the bottom dead center UT in state 5. The pressure curve thus has a phase shift with respect to the cylinder volume curve. This leads to a conversion of a part of the working gas in the heater ( 5.2 ) supplied heat energy into mechanical energy. This reduces depending on the temperature of the heater ( 5.2 ) for driving the gas refrigerator ( 1 ) necessary mechanical energy and leads from a certain heater temperature to an automatic operation of the gas refrigerator ( 1 ). After the bottom dead center UT is exceeded, the piston of the cylinder-piston assembly ( 2.3 ) his movement in the direction of top dead center OT again. As soon as the pressure in the machine due to the resuming compression the pressure of the gas storage ( 10 ) the valve is reached ( 8.1 ) (state 6) and in the cylinder of the cylinder-piston assembly ( 2.3 ) located cold gas is through the means of fluid diodes or check valves ( 11 . 12 ) predetermined flow direction over the heat exchanger ( 9 ) in the storage volume ( 10 ), whereby it is able, in the heat exchanger ( 9 ) to record the cooling capacity P _c . After the piston of the cylinder-piston assembly ( 2.3 ) has reached the top dead center OT, flows during its subsequent movement from top dead center OT to bottom dead center UT gas from the gas storage ( 10 ) in the cylinder of the cylinder-piston assembly ( 2.3 ) and the valve ( 8.1 ) closes again (state 7). The state 8 which occurs when bottom dead center UT is reached then corresponds again to the initial state (state 1).

Steht keine Wärmequelle (ausreichender Temperatur) zur Verfügung, muss die Gaskältemaschine 1 (zusätzlich) mechanisch angetrieben werden. Der kombinierte mechanische und thermische Antrieb der Maschine, mit einer damit verbundenen geringen Aufnahme mechanischer bzw. elektrischer Leistung, ermöglicht den Bau einer Kältemaschine mit hoher mechanischer Leistungsziffer. Je höher das Temperaturniveau der Wärmequelle ist, desto weniger mechanische Antriebsleistung ist notwendig. Ab einer bestimmten Temperatur des Heizers (5.2), erzeugt die Maschine wie in 1 dargestellt, mechanische Energie W. Die Höhe der zum selbsttätigen Betrieb der Gaskältemaschine (1) notwendigen Heizertemperatur T_h ergibt sich aus der bei der Kompression erreichten Gastemperatur. Um eine Wärmezufuhr im komprimierten Zustand zu erreichen, muss die Heizertemperatur größer als die Gastemperatur sein. Die erreichte maximale Gastemperatur hängt wiederum von der geforderten Kälteleistung P_c und der Kühltemperatur T_c ab. Je niedriger die Kühltemperatur (Expansionstemperatur im Zylinder) sein soll, desto größer müssen das Kompressionsverhältnis und damit auch die Kompressionsendtemperatur sein. Die zu einem selbsttätigen Betrieb der Gaskältemaschine (1) notwendige Heizertemperatur hängt folglich von der geforderten Kälteleistung P_c ab. Die erfindungsgemäße Gaskältemaschine (1) kann mit verschiedenen Arbeitsfluiden betrieben werden. Im einfachsten Fall kann Luft verwendet werden, was eine direkte Nutzung des prozessintern gekühlten Arbeitsfluides ohne geschlossenen Kühlkreislauf ermöglicht. Um eine hohe Leistungsdichte zu erzielen, ist der Einsatz eines Gases mit guten Wärmeübergangseigenschaften, wie beispielsweise Helium oder Wasserstoff, unter erhöhtem Fülldruck vorteilhaft. Die Verwendung von Arbeitsgasen, die unter den gegebenen Druck- und Temperaturbedingungen Realgasverhalten zeigen (z. B. Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid etc.), ist hinsichtlich einer Erhöhung der Leistungsdichte ebenfalls vorteilhaft. Die Gaskältemaschine (1) kann durch Skalierung der Größe der Kompressions-/Expansionseinrichtung (2) sowie der Betriebsparameter (Arbeitsfrequenz, Fülldruck, Kompressionsvolumen etc.) für verschiedene Kühl- und Klimatisierungsaufgaben ausgelegt werden. Falls zu anderen Zwecken, beispielsweise in Kraftfahrzeugen oder Zügen, bereits ein Kompressor vorhanden ist, entfällt die Kompressionsmaschine (2.1) und es ist nur eine Expansionsmaschine (2.2) zur Gewinnung mechanischer Energie notwendig.If no heat source (sufficient temperature) is available, the gas refrigerator must 1 (additionally) mechanically driven. The combined mechanical and thermal drive of the machine, with a concomitant low uptake of mechanical or electrical power, allows the construction of a chiller with high mechanical performance figure. The higher the temperature level of the heat source, the less mechanical drive power is necessary. From a certain temperature of the heater ( 5.2 ), the machine generates as in 1 shown, mechanical energy W. The height of the automatic operation of the gas refrigerator ( 1 ) necessary heater temperature T _h results from the achieved during compression gas temperature. In order to achieve a heat supply in the compressed state, the heater temperature must be greater than the gas temperature. The maximum gas temperature reached depends in turn on the required cooling capacity P _c and the cooling temperature T _c . The lower the cooling temperature (expansion temperature in the cylinder) should be, the larger must be the compression ratio and thus also the compression end temperature. The to an automatic operation of the gas refrigerator ( 1 ) required heater temperature thus depends on the required cooling capacity P _c . The gas refrigerator according to the invention ( 1 ) can be operated with various working fluids. In the simplest case, air can be used, which allows a direct use of the process-cooled working fluid without a closed cooling circuit. In order to achieve a high power density, the use of a gas with good heat transfer properties, such as helium or hydrogen, under increased inflation pressure is advantageous. The use of working gases that exhibit real gas behavior under the given pressure and temperature conditions (eg, hydrocarbons, carbon dioxide, etc.) is also advantageous in terms of increasing the power density. The gas refrigerator ( 1 ) can be achieved by scaling the size of the compression / expansion device ( 2 ) and the operating parameters (working frequency, filling pressure, compression volume, etc.) are designed for various cooling and air conditioning tasks. If for other purposes, such as in motor vehicles or trains, already a compressor is present, eliminates the compression machine ( 2.1 ) and it's just an expansion machine ( 2.2 ) necessary for the production of mechanical energy.

Die erfindungsgemäße Gaskältemaschine stellt eine hybride Lösung dar, die sowohl sehr effizient ausschließlich durch mechanische bzw. elektrische Energie, aber auch durch ausschließlich thermische Energie oder durch eine Kombination beider Energiequellen betrieben werden kann. Letzteres ermöglicht die Nutzung von Wärmequellen niederer Temperatur, z. B. Abwärme von Verbrennungskraftmaschinen, Solarthermie etc. zu Kühlungszwecken. Die Verwendung eines Arbeitsgases wie beispielsweise Luft oder vorteilhafterweise Helium führt zu zwei weiteren wesentlichen Vorteilen. Zum einen ist eine umwelttechnische Unbedenklichkeit der Maschine im Vergleich sowohl zu konventionellen Kaltdampfkompressionskältemaschinen oder Absorptionskältemaschinen gewährleistet. Zum anderen ist die Temperatur der Wärmezufuhr im Betrieb mit thermischer Energie nicht auf Temperaturen unter 200°C beschränkt, so dass Wärmequellen hoher Temperatur, wie dies beispielsweise bei einer Propangasverbrennung der Fall ist, effizient genutzt werden können. The gas refrigerator according to the invention represents a hybrid solution which can be operated both very efficiently exclusively by mechanical or electrical energy, but also by exclusively thermal energy or by a combination of both energy sources. The latter allows the use of heat sources low temperature, eg. B. waste heat from internal combustion engines, solar thermal etc. for cooling purposes. The use of a working gas such as air or advantageously helium leads to two further significant advantages. On the one hand, an environmental safety of the machine is guaranteed in comparison to both conventional cold-vapor compression refrigeration machines or absorption chillers. On the other hand, the temperature of the heat input in thermal energy operation is not limited to temperatures lower than 200 ° C, so that high-temperature heat sources such as propane gas combustion can be efficiently used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: GaskältemaschineGas refrigerator
1.11.1: Wärmekraftmaschine nach dem Pulsrohr-PrinzipHeat engine according to the pulse tube principle
1.21.2: Einrichtung zur direkten oder indirekten Einkopplung einer Kälteleistung P_c Device for direct or indirect coupling of a cooling capacity P _c
22: Kompressions-/ExpansionseinrichtungCompression / expansion device
2.12.1: Kompressionseinrichtungcompression device
2.22.2: Expansionseinrichtungexpander
2.32.3: Membran oder Zylinder-Kolben-AnordnungDiaphragm or cylinder-piston arrangement
33: erster Kühlerfirst cooler
44: PulsationsvolumenPulsationsvolumen
5.15.1: regenerativer Heizerregenerative heater
5.25.2: Heizerstoker
5.35.3: Regeneratorregenerator
5.45.4: zweiter Kühlersecond cooler
66: wärmeübertragender Zylinder der Zylinder-Kolben-Anordnungheat transfer cylinder of the cylinder-piston assembly
77: Gasabzweiggas branch
88th: Steuereinheitcontrol unit
8.18.1: gesteuertes Ventilcontrolled valve
99: WärmeübertragerHeat exchanger
9.19.1: Kühlschlangecooling coil
9.29.2: Wärmeübertrager nach dem Prinzip der WärmeleitungHeat exchanger according to the principle of heat conduction
9.39.3: Wärmeübertrager nach dem Gleich- oder GegenstromprinzipHeat exchanger according to the DC or countercurrent principle
1010: Speichervolumenstorage volume
11, 1211, 12: Steuerventilecontrol valves
1313: zu kühlendes Fluidfluid to be cooled

LiteraturlisteBibliography

[1] Gifford, WE, Longsworth, RC, Pulse Tube Refrigeration Process, Advances in Cryogenic Engineering, Vol. 10, Plenum Press, New York, 1965, pp. 69ff ,
[2] Hamaguchi, K., Ushijima, Y., and Hiratsuka, Y., "Basic Characteristics of Pipe Tube Engine," Proceedings of the 12th ISEC, 2005, pp. 275-284 ,
[3] Organ, AJ, "The Air Engine: Stirling Cycle Power for a Sustainable Future," Woodhead Publishing, 2007, pp. 107-131 ,
[4] Hamaguchi, K., Futagi, H., Yazaki, T., and Hiratsuka, Y., "Measurement of Work Generation and Improvement in Performance of a Pulse Tube Engine," Journal of Power and Energy Systems, Vol. 5, 2008, pp. 1267-1275 ,
[5] Yoshida, T., Yazaki, T., Futaki, H., Hamaguchi, K., and Biwa, T., "Work flux density measurements in a pulse tube engine," Applied Physics Letters 95, 2009 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3613395 C1 [0003]
WO 2009006918 A1 [0003]
EP 1446298 B1 [0004]
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WO 9716685 A1 [0004]
DE 10039159 A1 [0004]
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DE 102008050653 A1 [0005]
DE 102008050655 B4 [0005]

Claims

Device for generating a cooling capacity P _c, characterized in that it is filled with a working gas, working on the pulse tube principle heat engine ( 1.1 ) and a device for direct or indirect coupling of a cooling capacity P _C ( 1.2 ) having.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat engine ( 1.1 ) a compression device ( 2.1 ), an expansion device ( 2.2 ), a first cooler ( 3 ), a pulsation volume ( 4 ) and a regenerative heater ( 5.1 ), which are each fluidly connected to each other.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the compression device ( 2.1 ) and the expansion device ( 2.2 ) in a compression / expansion device ( 2 ) are combined.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the regenerative heater ( 5.1 ) as a separate heater ( 5.2 ) and regenerator ( 5.3 ) is executed.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the regenerator ( 5.3 ) a second cooler ( 5.4 ) having.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device for direct coupling of a cooling capacity P _c ( 1.2 ) as heat exchangers ( 6 ) formed compression / expansion device ( 2 ) or expansion device ( 2.2 ).

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device for the indirect coupling of a cooling capacity P _c ( 1.2 ) at least one control unit ( 8th ), a heat exchanger ( 9 ) and a storage volume ( 10 ) and via one between the compression / expansion device ( 2 ) or the expansion device ( 2.2 ) and the first cooler ( 3 ) arranged gas branch ( 7 ) fluidically with the compression / expansion device ( 2 ) or the expansion device ( 2.2 ) and forms a resonant system.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the means for the indirect coupling of a cooling capacity P _c ( 1.2 ) Control valves ( 11 . 12 ) having.

Device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the compression / expansion device ( 2 ) as a membrane or cylinder-piston arrangement ( 2.3 ) is formed and the back of the membrane or cylinder-piston assembly ( 2.3 ) fluidly with the storage volume ( 10 ) connected is.

Method for generating a cooling capacity P _c with a device according to one of claims 1 to 9, comprising the following steps: compression of the working gas in the compression device ( 2.1 ) associated with a pressure increase in the heat engine ( 1.1 ) and a cooling of the working gas in the first cooler ( 3 ) and a heating of the working gas in the heater ( 5.2 ); Thermal relaxation of the working gas combined with an additional pressure increase in the heat engine ( 1.1 ); Expansion of the working gas in the expansion device ( 2.2 ) associated with a pressure reduction in the heat engine ( 1.1 ) and a cooling of the working gas in the cooler ( 3 ) and below the temperature T _m in the expansion device ( 2.2 ); Thermal relaxation of the working gas combined with a further pressure reduction in the heat engine ( 1.1 ) wherein • a cooling capacity P _{c of} the compression / expansion device ( 2 ) or expansion device ( 2.2 ) is supplied directly or indirectly.

A method according to claim 10, characterized in that • the working gas after its with a pressure reduction in the heat engine ( 1.1 ) associated thermal relaxation is not or slightly compressed and the control unit ( 8th ) is opened; A cold gas stream W _cold from the heat engine ( 1.1 ) isobar via the gas branch ( 7 ) in the device for the indirect coupling of a cooling capacity P _c ( 1.2 ) flows; The cold gas stream W _cold by supplying the cooling capacity P _c in the heat exchanger ( 9 ) of the device for the indirect coupling of a cooling capacity P _C ( 1.2 ) heated to a temperature greater than T _c and the storage volume ( 10 ) and the heated gas stream W _warm isobarically from the storage volume ( 10 ) back into the heat engine ( 1.1 ) flows and the control unit ( 8th ) is closed.