DE1139857B - Kaltgaskaeltemaschine mit einem von einem Arbeitsmedium durchflossenen Kreislauf oder mehreren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaltgaskältemaschine mit einem von einem Arbeitsmedium durchflossenen Kreislauf oder mehreren und mit zwei kolbenförmigen Körpern, einem Verdränger und einem Arbeitskolben, für jeden Kreislauf. Von diesen kolbenförmigen Körpern hat der Verdränger beim Betrieb der Maschine eine niedrigere Durchschnittstemperatur als der Arbeitskolben. Diese Kaltgaskältemaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitskolben doppeltwirkend ausgebildet ist und mit seiner von dem zugehörigen Arbeitsraum abgewendeten Oberfläche das Volumen eines ebenfalls Arbeitsmedium enthaltenden Hilfsraumes ändert. Weiter sind in dieser Kältemaschine Mittel vorhanden, um während der Kompression in jedem Arbeitsraum Arbeitsmedium aus dem betreffenden Hilfsraum in den zugehörigen Arbeitsraum zuzulassen und während der Expansion in jedem Arbeitsraum aus diesem letzteren Raum Arbeitsmedium zu dem zugehörigen Hilfsraum entweichen zu lassen.

Auf diese Weise wird eine baulich einfache Kältemaschine erhalten, in der bei einer günstigen Belastung des Getriebes der Maschine ohne viele technische Verwicklungen die Kompressionsräume, im Vergleich zu denjenigen der üblichen Kaltgaskältemaschinen, beträchtlich ausgedehnt sind. Dies erleichtert das Erreichen niedriger Temperaturen mittels einer solchen Kaltgaskältemaschine.

Bei einer Ausführungsform der Kältemaschine nach der Erfindung mit nur einem Kreislauf sind zwischen den beiderseits des Arbeitskolbens liegenden Räumen Kanäle mit gesteuerten Abschlußgliedern angeordnet. In der Regel wird man in diese Kanäle auch sogenannte »Receivers« aufnehmen.

Eine andere Ausführungsform einer Kaltgaskältemaschine nach der Erfindung mit zwei Kreisläufen ist dadurch gekennzeichnet, daß, während die Bewegungen der zum einen Kreislauf gehörenden kolbenförmigen Körper einen Phasenunterschied mit den Bewegungen der zum anderen Kreislauf gehörenden kolbenförmigen Körper aufweisen, in jedem Hilfsraum der Arbeitskolben seinen Kompressionshub bzw. seinen Expansionshub im wesentlichen in Phase mit der Kompression und Expansion durchführt, welche in dem Arbeitsraum, mit dem der betreffende Hilfsraum verbunden ist, stattfindet. Bei einer solchen Maschine brauchen zwischen den Arbeitsräumen und den Hilfsräumen keine Abschlußglieder vorhanden zu sein, die während jedes in der Kältemaschine auftretenden Kreislaufes geöffnet und geschlossen werden.

Dieser Vorteil gilt auch für eine besondere Ausführungsform dieses letzteren Typs der Kaltgaskälte-Kaltgaskältemaschine

mit einem von einem Arbeitsmedium

durchflossenen Kreislauf oder mehreren

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 9. Mai 1960 (Nr. 251 388)

Albert August Dros, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

maschine nach der Erfindung, bei der die Bewegungen der kolbenförmigen Körper des einen Kreislaufes einen Phasenunterschied von etwa 180° mit den Bewegungen der kolbenförmigen Körper des anderen Kreislaufes aufweisen.

Unter einer Kaltgaskältemaschine ist in diesem Zusammenhang eine rein mechanisch angetriebene Kolbenmaschine zu verstehen, die für jeden Kreislauf mit einem ersten Raum mit veränderlichem Volumen versehen ist, welcher Raum in offener Verbindung mit einem zweiten Raum steht, der ebenfalls ein veränderliches Volumen hat und in dem eine höhere Durchschnittstemperatur herrscht als im ersten Raum. Bei einer solchen Maschine befindet sich in der Verbindung zwischen den beiden Räumen ein Regenerator, während ein gasförmiges Arbeitsmedium zwischen den Räumen über den Regenerator hin- und herfließen kann, um Wärme von einem niedrigeren Temperaturpegel zu einem höheren Temperaturpegel zu befördern. Beträgt der niedrigere Temperaturpegel z.B. -200⁰C und der höhere z.B. +20° C, so bildet die Maschine eine Kältemaschine. Beträgt der niedrigere Pegel z. B. +15° C und der höhere z. B. +400° C, so bildet die Maschine, in der also der »Kältemaschinenkreislauf« durchgeführt wird, eine sogenannte Wärmepumpe.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

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primiert und über das Druckventil 13 in den Receiver 14 staut. Der Receiver 14 bildet also ein komprimiertes Arbeitsmedium enthaltendes Vorratsgefäß. Wenn man das gesteuerte Ventil 15 während des auf-5 wärts gehenden Hubes des Kolbens 4, des Kompressionshubes des Kältemaschinenkreislaufes öffnet, wird erreicht, daß dem Arbeitsraum der Kaltgaskältemaschine zusätzlich komprimiertes Arbeitsmedium zugeführt wird.

Weiter wird beim abwärts gehenden Hub des Kolbens 4, bei dem also in der Kaltgaskältemaschine Expansion auftritt, das gesteuerte Ventil oder der gesteuerte Schieber 17 geöffnet, so daß für die Expansion des Gases nicht nur der eigentliche Arbeitsraum

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Kaltgaskältemaschine nach der Erfindung mit nur einem Kreislauf;

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform dieser Kältemaschine, bei der die Maschine mit zwei Kreisläufen ausgebildet ist und bei der die Bewegungen der kolbenförmigen Körper des einen Kreislaufes einen Phasenunterschied von 180° mit den Bewegungen der kolbenförmigen Körper des anderen Kreislaufes aufweisen.

Einfachheitshalber sind die Getriebe nicht gezeich- io net; die Stangen der beiden kolbenförmigen Körper sind auf die bei Kaltgaskältemaschinen übliche Weise mit dem Getriebe verbunden.

Die Ausführungsform der Maschine nach Fig. 1

hat, wie bei Kaltgaskältemaschinen üblich, ein Ge- 15 der Maschine, sondern auch der im Receiver 18 vorhäuse 1, in dem ein büchsenförmiger Körper 2 koaxial handene Raum zur Verfügung steht. Dies bedeutet, angeordnet ist. In der Maschine befinden sich die daß die Expansion im Kältemaschinenkreislauf zu kolbenförmigen Körper 3 und 4, die auf die bei Kalt- einem niedrigeren Enddruck fortgesetzt werden kann, gaskältemaschinen dieser Art übliche Weise bei ihren als wenn der Receiver 18 nicht zur Verfügung stehen hin- und hergehenden Bewegungen einen gewissen 20 würde. Dies bedeutet weiter, daß an der Stelle des Phasenunterschied aufweisen. Der kolbenförmige Gefrierers 8 eine niedrigere Endtemperatur auftritt. Körper 3, der beim Betrieb der Maschine die nied- Schließlich öffnet das Ventil 19 beim aufwärts gehenrigere Durchschnittstemperatur hat, ist der Ver- den Hub des Kolbens 4 automatisch, so daß dann das dränger, und der kolbenförmige Körper 4, der beim im Receiver 18 vorhandene Gas in den Hilfsraum 11 Betrieb der Maschine die höhere Durchschnittstempe- 25 fließen kann.

ratur hat, ist der Arbeitskolben. Der Arbeitsraum der Auf diese Weise wird also der Vorteil erhalten, daß

Maschine ist mit einem gasförmigen Medium, z.B. man ohne zusätzliche Getriebebelastung zu einem Wasserstoff oder Helium, gefüllt. Der genannte größeren Kompressions- und Expansionsverhältnis Phasenunterschied ist derart gewählt, daß, wenn der gelangen kann, als wenn der obige zusätzliche Raum Kolben 4 seinen Abwärts- oder Expansionshub macht, 30 nicht vorhanden wäre.

das Medium sich "hauptsächlich im Gefrierraum 5 In der Leitung 12 ist weiter noch ein Kühler 20

veränderlichen Volumens befindet. Wenn dagegen aufgenommen, der das aus dem Hilfsraum 11 komdieser Kolben seinen Aufwärts- oder Kompressions- mende komprimierte Gas möglichst viel kühlt,
hub macht, befindet das Arbeitsmedium sich haupt- Es wird deutlich sein, daß die Ventile 13,15,17

sächlich im gekühlten Raum 6 veränderlichen VoIu- 35 und 19 und die Receiver 14 und 18 bei der gezeichmens. Der Verdränger 3 ist im büchsenförmigen neten Ausführungsform notwendig sind. In jedem Körper 2 auf und nieder bewegbar. Der Kolben 4 Augenblick sind nämlich die Zustandsänderungen, bewegt sich in der Führungsbüchse 7. Der Gefrier- denen das Arbeitsmedium auf der Ober- und Unterraum 5 steht über den Wärmeaustauscher 8, der als seite des Kolbens 4 ausgesetzt ist, 180° in der Phase Gefrierer bezeichnet wird, den Regenerator 9 und den 40 verschieden. Findet über dem Kolben 4 eine Expanzweiten Wärmeaustauscher 10, der der sogenannte sion des Arbeitsmediums statt, so wird das sich unter

dem Kolben 4 befindende Medium in diesem Augenblick komprimiert und umgekehrt.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform der Kalte-45 maschine nach der Erfindung mit zwei Kreisläufen zeichnet sich gegenüber derjenigen nach Fig. 1 dadurch aus, daß der Verdränger 31 und der Arbeitskolben 32, die sich im Zylinder 33 bewegen, in ihren Bewegungen einen Phasenunterschied von 180° aufRaum der sogenannte Hilfsraum ist. Dieser Hilfsraum 50 weisen mit dem Verdränger 35 und dem Arbeits-11 steht über eine Leitung 12, in der ein Druck- kolben 36, die sich im Zylinder 34 bewegen. Die nicht ventil 13, ein Receiver 14 und ein gesteuertes Ventil gezeichneten Kurbeln auf der Kurbelwelle dieser oder ein gesteuerter Schieber 15 aufgenommen sind, Maschine schließen gegenseitig Winkel von 180° ein. mit dem gekühlten Raum 6 in Verbindung. Durch die Dies hat zur Folge, daß, wenn der Kolben 32 seinen Leitung 12 kann nur Medium aus dem Hilfsraum in 55 abwärts gehenden oder Expansionshub macht, der Richtung des gezeichneten Pfeiles zum gekühlten Kolben 36 seinen aufwärts gehenden oder Kompressionshub macht, dies in bezug auf die Kältemaschinenkreisläufe, die über diesen Kolben auftreten. Auf diese Weise kann man zwischen dem Arbeitsraum des

Kühler ist, mit dem gekühlten Raum 6 in Verbindung. Bis jetzt ist die beschriebene Kaltgaskältemaschine nicht wesentlich von den bisher bekannten verschieden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Kolben 4 doppeltwirkend ausgebildet. Dieser Kolben beeinflußt mit seiner Unterseite das Volumen eines weiteren Raumes 11 veränderlichen Volumens, welcher

Raum 6 fließen.

Der gekühlte Raum 6 steht weiter durch die Leitung 16, in der ein gesteuertes Ventil oder ein

gesteuerter Schieber 17, ein Receiver 18 und ein 60 Kältemaschinenkreislaufes, der sich im Zylinder 33 Saugventil 19 aufgenommen sind, seinerseits mit dem abspielt, und dem Hilfsraum 37, der im Zylinder 34

unter dem Kolben 36 vorhanden ist, eine ständig geöffnete Verbindung 38 anordnen. Dasselbe gilt für den Arbeitsraum für den Kältemaschinenkreislauf.

Hilfsraum 11 in Verbindung. Durch diese Leitung kann nur Medium vom gekühlten Raum in Richtung des Pfeiles zum Hilfsraum fließen.

Es dürfte aus Fig. 1 klar sein, daß der Kolben 4 65 der sich im Zylinder 34 über dem Kolben 36 befindet, bei seinem abwärts gehenden Hub, der also der Ex- und den Hilfsraum 39 unter dem Kolben 32 im Zylinpansionshub für den Kaltgaskältemaschinenkreislauf der 33. Zwischen diesen Räumen kann auf diese ist, das im Hilfsraum 11 vorhandene Medium korn- Weise auch eine ständig geöffnete Verbindung 40 an-

geordnet werden. Dies führt zu einer ganz einfachen Kältemaschine mit zwei Kreisläufen, in der also auch eine zusätzliche Kompression und Expansion des Arbeitsmediums, das in den beiden Zylindern einen Kreislauf durchführt, stattfindet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kaltgaskältemaschine mit einem von einem Arbeitsmedium durchflossenen Kreislauf oder mehreren und für jeden Kreislauf zwei kolbenförmigen Körpern, einem Verdränger und einem Arbeitskolben, von denen der Verdränger beim Betrieb der Maschine eine niedrigere Durchschnittstemperatur hat als der Arbeitskolben, da- durch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitskolben doppeltwirkend ausgebildet ist und mit seiner vom zugehörigen Arbeitsraum abgewendeten Oberfläche das Volumen eines ebenfalls Arbeitsmedium enthaltenden Hilfsraumes ändert, während in der Kältemaschine weiter Mittel vorhanden sind, um während der Kompression in jedem Arbeitsraum Arbeitsmedium aus dem betreffenden Hilfsraum in den zugehörigen Arbeitsraum zuzulassen und während der Expansion in jedem Arbeitsraum aus diesem letzteren Raum Arbeitsmedium zu dem zugehörigen Hilfsraum entweichen zu lassen.

2. Kaltgaskältemaschine nach Anspruch 1 mit nur einem Kreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiderseits des Arbeitskolbens liegenden Räumen Kanäle mit gesteuerten Abschlußgliedern angeordnet sind.

3. Kaltgaskältemaschine nach Anspruch 1 mit zwei Kreisläufen, dadurch gekennzeichnet, daß, während die Bewegungen der zum einen Kreislauf gehörenden kolbenförmigen Körper einen Phasenunterschied mit den Bewegungen der zum anderen Kreislauf gehörenden kolbenförmigen Körper aufweisen, in jedem Hilfsraum der Arbeitskolben seinen Kompressions- bzw. Expansionshub im wesentlichen in Phase mit der Kompression und Expansion durchführt, welche in dem Arbeitsraum, mit dem der betreffende Hilfsraum in Verbindung steht, stattfindet.

4. Kaltgaskältemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der kolbenförmigen Körper des einen Kreislaufes einen Phasenunterschied von etwa 180° mit den Bewegungen der kolbenförmigen Körper des anderen Kreislaufes aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 2OJ 708/75 11.62