DE1501063A1

DE1501063A1 - Kaeltemaschine

Info

Publication number: DE1501063A1
Application number: DE19661501063
Authority: DE
Inventors: Berry Robert L; Cowans Kenneth W
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1965-04-13
Filing date: 1966-04-06
Publication date: 1970-01-29
Also published as: US3315490A; GB1129781A

Description

Die Erfindung bezieht uioh auf eine mit strömendem Kühlmittel arbeitende Kältemaschine.

Eine der Schwierigkeiten bei der Kühlung auf nahe dem absoluten Nullpunkt liegende Temperaturen cesteht darin, daß die Kühlleistung beträchtlich :inK:t, wenn die Temperatur des Kühlmittels sich dem absoluten Nullpunkt nähert, so daß Kältemaschinen, die mit Einern strömend on kühlmittel arbeiten und deren Abmessungen sich zugleich in vernünftigen Frenzen halten, bei derart tiefen Temperaturen nur eine Kühlleistung von weniger als 1 Watt liefern.

Der Erfindimg Liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ kleine Kühlmaschine au schaffen, die erheblich höhere Kühlleistungen bei Kühl temperature zwischen <u,6° und 4⁰K liefert.

Eine erfindungsgemäid gestaltete Kältemaschine

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dient dc?2!U, einen bestimmten Gegenstand auf tiefer Terr.j.eratur zu halten. Ihr wesentliches Merkmal besteht in der Kombination zweier miteinander thermisch gekoppelter Kiihlkreiae, von denen der erste eine Vielzahl progressiver Kühlstufen enthält, während der zweite aus einem Wärmeaustauscher besteht, dem ständig komprimiertes Gas zugeführt wird, das seine Wärme nacheinander an die Kühlstufen dea ersten Kreises abgibt und dadurch stufenweise gekühlt wird, und daü der zweite Kühlkreis einen thermisch mit dem zu kühlenden Gegenstand verbundenen Joule-Thomüon-Verf Hiesiger enthält, dem aas vom Wärmeaustauscher kommende komprimierte Gae zugeleitet wird, und der das zuströmende Gas expandiert und damit noch weiter^abkühlt, während er zugleich dem zu kühlenden Gegenstand Wärme entzieht.

Eine bevorzugte Aasführungaforra der Erfindung sieht au3er dem Joule-Thomson-Verflüssiger und dem Wärmeaustauscher eine Solvay-laschine vor. Die Solvay-Maschine hat drei mit 120° Phasenverschiebung gegeneinander arbeitende Kolben» Die Kolben bewirken zyklisch eine Expansion und Kompression eines Kühlgases, beispielsweise Helium, und setzen damit äie Kühlmitteltemperatur an verschiedenen Stellen der Solvay-Maschine auf verschieden tiefe Werte herunter. Die von der Solvay-Maschine erhaltene Kühlung wird benutzt, um ein komprimiertes Kühlmittel abzukühlen, das dem Joule-Thomson-Verilüssiger kontinuierlich zugeleitet wird. Das dem Joule-Shomson-Verflüssiger kontinuierlich zufließen-

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de Kühlmittel strömt suvu?' durch einnn Y'Mnneaustauscher, der in wärmeIei lender Verbindung mit den kalten Teilen der SoI-vay-Maschine steht. Von dem kontinuierlich ;-ti'pmenden Kühlmittel wird Wärme an die kalten Teile der Sol vay-I^aijchine aligegeben, so daß seine Temperatur heruntergesetzt wird. Vi'onn das Kühlmittel den Joule-Thomson-Verflüssiger erreicht, befindet es uich daher bereite auf tiefer Temperatur. Hierauf expandiert der Verflüssiger das KUnlmittel noch weiter, um damit seine Temperatur auf einen noch tieferen Wert su bringen, wobei er gleichzeitig dem zu kühlenden Gegenstand Wärme entzieht_c Das auf tiefer Temperatur befindliche Kühlmittel wird von dem zu kühlenden Gegenstand, den WärmeauBtausel er im Gegenstrom durchfliei3end, abgesaugt und zu einem Kompressor zurückgeführt. Wird die Kältemaschine in dieser Weise betrieben, so sinkt die Temperatur des Kühlmittels im Joule-Thomson-Verflüssiger kontinuierlich bin fiuf einen Wert nahe der Temperatur, bei dem Helium flü^^ig \.ird, worauf die fortgesetzte Kälteerzeugung in einen stabilen Zustand übergeht_c

Ein Ausführung3beispiel der Erfindung, ist in der Zeichnung dargestellt. Es neigen

Mg. 1a und 1b einen Längsschnitt durch eine erfindungsgernäß gestaltete, mit strömendem Kühlmittel arbeitende Kältemaschine einschließlich eines Solvay-Kreises und eines Joule-Thomson-Kreises, wobei die beiden Figuren aneinandergeeetzt zu denken sind,

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Fig. 2 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Anordnung der verschiedenen Zylinder-Kolben-Systeme der Solvay-Maschinen nach Figo 1a und 1b,

Figo 3 ein Schema, das das Zusammenwirken der Zylinder-Kolbensy steine und der Kühlmaschine nach Fig. 2 veranschaulicht,

Fig» 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1a zur Veranschaulichung der Anordnung der Einlaß- und Auslaßventile und Gasdurchlässe der Solvay-Maschine,

Figo 5 ein Schema zur Veranschaulichung der Steuerkanten der zur Steuerung der Einlaß- und Auslaßventile dienenden Nocken- oder Kurvenscheiben und

Figo 6 einen Längsschnitt durch ein mit einem Stufenkolben arbeitende Zylinder-Kolben-System zur Verwendung in der Solvay-Maschine.

Die gezeichnete Kühlmaschine besteht aus einem hohlen, zylindrischen Gehäuse.,13 zur Aufnahme einer Solvay-Maschine H und eines Joule-Thomson-Verflüssigers 15. Die Solvay-Maschine enthält drei Zylinder 16, 17 und 18 mit darin verschiebbaren Kolben, also drei Zylinder-Kolben-Systeme im eingangs angegebenen Sinne. Die Systeme sind innerhalb des Gehäuses 13 parallel zueinander rings um die mittlere Gehäuseaohse angeordnet. Die in den Zylindern 16, 17 und 18 beweglichen Kolben 21, 22 und 23 führen darin eine hin und

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hergehende Bewegung aus. Im Betrieb sind uie Bewegungen der Kolben um 120° in der Phase gegeneinander ve reu.» ti: t. Dies wird durch einen Taumelscheibenantrieb ?.-]■ bewirkt, der lurch einen Elektromotor 26 über Zahnräder 27 angetrieben wird.

Eine dem Einlaß zugeordnete, »iranü :^>: rraige Kurvenscheibe c8 und eine dem Auslaß ;'.π_; eov^rj'te, kranzförmige Kurvenscheibe 29, ^i^e «ich am Umfang Jes TauiieLdcne Ibenantriebs 24 befinden, steuern Einlaßventile ^ν·1 und uibLaßventile 32, von denen jedes einem Zylinder und MοIi'en ζ !geordnet ist, so daß verdichtetes Kühlgas, -λ χ von einem nicht gezeichneten Kompressor geliefert wird, in t^:timmt-genteuerter V/eise der Solvay-Maschine 14 zugeführt ι·ηα von ihr wieder abgeführt wird, Die einzelnen Ko Lbenbewegungen jind, wie erwähnt, über jeden vollen Umlauf vjn ^z>: »ⁿ -r; der Pi.ase um 120° gegeneinander verschoben. Demgemäß arbeiten auch die Ventilpaare mit 12C^J PhasenversehipHing r-eireneinander.

Im Betrieb wird Kühlgas von ie:;i Kjntpressor durch jeaen der drei Kolben 21, 22 und 23 zugeführt und gibt dabei Wärme an Regeneratoren 36 at, lit* in ^en KoIten angeordnet sind. Infolgedessen sinkt die Temperatur des Kühlmittels mit der Wirkung, daß das Kühlmittel, al..; Ergebnis der ÄusdehnungBphaae des Kühlgases, -3ich an der KoIi enatirnfläche auf seiner tiefsten Temperatur befindet.

Die mit der Solvay-Maschine 14 erhaltene Abkühlung wird in der nachstehend beschriebenen Y/eise durch den

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Joule-Thomson-Verflüssiger 15 nutzbar gemacht, uev kalte Teil eines jeden Zylinler-Kolben-üystems 16, 17 <'ier 18 ist innerhalb eines Blocks 37 aus gut wärmeleitendem Material angebracht. Jeuer dieser Blöcke liefert einen wärmeleitenden Pfad zwischen den Windungen eines schraubenförmig gewundenen Wärmeaustauschers einerseits ur.d dem zugeor· ineten Zylinde.r-Koibensy.ytem andererseits.

Im Betrieb wird ein Kühlgas, bei.jpielsr.voise komprimiertes Helium, von einem Kompressor tierjeni.-ren Windung des Y/ärmeaustauschers 38 zugeführt, uie der Basin der SoI-vay-Maschine 14 am nächsten liegt, ^as Gas strömt durch die gerippten Windungen 41 des Wärmeaustauschers 38 zum Joule-Thomaon-Verflüssiger 13. Diese Windungen, uie außen um den Teil des Kolbens nerumgewunden aind, der den Regenerator enthält, sind uv/iachen Blöcken 40 aus v/ärmeisolierendem Material angeordnet. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Solvay-Haschine 14 erhöht.

Die kalten Teile der Öolvay-Maschine sind, wie bereits bemerkt, in Blöcken 37 aus gut wärmeleitendem Material angebracht. Diese Blöcke befinden sich in v/ärmeleitender Berührung Eilt Windungen 42, die Holakohlefilter enthalten und als Wärmeaustauscher dienen. Von dem in einer Windung 42 strömenden Kühlmittel wird v/ärme an die Solvayirlaschine 14 abgegeben und bewirkt daner, daß die Temperatur des Kühlmittels sinkt. ITachdem das Kühlmittel auf eine er-

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ste Stufe tiefer Temperatur gebracht worden ist, «trömt en von der Windung 42 durch Windungen 41 Jps Wärmeaustauschers, der in einem folgenden Block 40 aus wiirmeisolierendem Material angeordnet ist, und von dort zu einer weiteren Würmeaustauscherwindung 42, die ein Holzkohlefilter enthält, und in der zusätzliche Wärme vom Kühlmittel an den kalten Zylinder 17 einer zweiten Stufe abgegeben wird. Nachdem drei derartige Wärmeübertragungsstufen durchlaufen sind, wird das Kühlmittel dem Joule-Thomson-Verflüssiger 15 zugeleitet, um auf die Wärmelast 46, also den zu kühlenden Gegenstand, einzuwirken. Dabei kann es sich beispielsweise um einen parametrischen Verstärker handeln. Von dem parametrischen Verstärker wird Wärme an das expandierte und auf niedriger Temperatur befindliche Kühlmittel abgegeben. Anschließend hieran wird das auf niedriger Temperatur befindliche Kühlmittel rückwärts längs der Außenfläche der Wäimeaustauscherwindungen 41 und 42 im Gegenstrom einer Auslaßöffnung zugeführt, die sich in der Nähe der Basis der Solvay-Maschine befindet.

Um den Wirkungegrad der Maschine weiter zu erhöhen, ist der kalte Teil des Gehäuses 13, der die Solvay-Maschine 14 und den Joule-Thomson-Verflüssiger 15 enthält, von einer äußeren zylindrischen Hülle 47 umgeben, die mit dem zylindrischen Gehäuse 13 einen Ringraum 48 bildet. Der Ringraum 48 ist evakuiert, um wärmeisolierend zu wirken.

Die den drei Stufen entsprechenden Zylinder-Kol-

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ben-Systeme 16, 17 und 18 der Solvay-Maschine H sind, wie insbesondere aus Figo 2 hervorgeht, seitlich vorragend an der einen Stirnfläche einer Halteplatte 52 angebracht. Das Schema nach Figo 3 erläutert, daß die drei Zylinder progressiv kalter werdende Temperaturen erzeugen, und zwar das kürzeste Zylinder-Kolben-System 16 mit dem größten Durchmesser die erste Stufe mit noch relativ hoher Temperatur, das Zylinder-Kolben-System 17 von mittlerer Länge und mittlerem Durchmesser die zweite Kühlstufe mit nächst tieferer Temperatur und das Zylinder-Kolben-System 18 mit der größten Länge und dem kleinsten Durchmesser die dritte Kühlstufe mit der kältesten Temperatur im Solvay-Kreislauf. Im Prinzip wird die mit stufenweise abfallender Temperatur arbeitende Kühlung gemäß Pigc 3 mittels der wärmeleitenden Scheiben 37 erreicht, die eine thermische Kopplung des kältesten Teiles des Zylinders

16 der ersten Stufe mit einem mittleren Teil des Zylinders

17 der zweiten Stufe und mit dem Zylinder 18 der dritten Stufe, sodann eine solche Kopplung zwischen dem kältesten Teil des Zylinders 17 der zweiten Stufe und einem mittleren Teil des Zylinders 18 der dritten Stufe, und schließlich eine Kopplung der kalten Teile aller drei Stufen der Zylinder 16, 17 und 18 mit einem Wärmeaustauscher 38 (Fig. 1b) für den Joule-Thomson-Kreislauf herstellen.

Innerhalb der Zylinder 16, 17 und 18 werden die Kolben durch den Taumelscheibenantrieb 24 gemäß Fig. 1a be-

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wegt. Im Betrieb wird die Drehung eines mit hoher Drehzahl umlaufenden Elektromotors 26 über eine Welle einem Zahnradgetriebe augeleitet. Das Zahnradgetriebe 27 ienteht aus zwei achsparallelen Zahnrädern 53 und 54 mit Außenverzahnung und einem achaparallelen Zahnrad 56 mit Innenverzahnung. Die Taumelscheibe 24 i3t mit "dem mit Innenverzahnung versehenen Zahnrad durch Bolzen 57 verbunden, dreht yioh also umgekehrt wie der Läufer des Motors, üin Torteil dieser speziellen Anordnung besteht darin, daß die Trägheitskrufte ier Taumelscheibe den Trägheitjskräften des L-i'it'er? dee El-ktromotors 2b entgegengesetzt sind, die Kuh!maschine hIjo iynamisch ausgewuchtet ist.

Der Taumelscneibenantrieb 24 i^;t -nnerhalb einer '"ledereintrittskammer einer Hucksp 5^ iL o¹: -1^ Rollenlagern 59 i-Uid öl drehbar, die niedrige 'leibung -ir. ι ruhigen Lauf um axe lil fc te "Lachse gewu.hr!'?isten, ^u¹ Taur.c'L:^ nibetiantrieb 2 ι besteht aus einer zylindrischen HUL^ οΓ, ive iUoh über den Umfang .^iner Platte ό3 hinaus er.-iurejk t. Die eine Stirnfläche der Platte 61 Let ge.zen die iirotiach;^ um einen spitzen Winkel geneigt und mit einer Lag -rb-Vnrung v-»r.~ehen. In ;i^r Lagerbwhrung ist ein Dr-.n-isapfen trior Tn.raf Lncheibe 64 gelagert, ixe on ihrem U:; *\t ri.>; in;·; -. .ί-· . l-/> : ,:_■■ ' l^% υυ -ibg^atUCzt

DJ.« Taumeldcheibe öl ^rteilt itt: Ko.lben eine ii.in Lind li'-itgehende, sinuaföraiigt BeAegung ir>at;fbu-l b 4er Zylin-

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der. Zu diesem Zweck ist je ein Mitnehmer am unteren Ende eines jeden Kolbens 21 befestigt, ler an der geneigten Stirnfläche der Taumelscheibe 64 anliegt. Wenn die Taumelscheibe 64, ausgehend von der Stellung nach Fig„ 1a, sich in Drehung setzt, ao treibt der Mitnehmer 67 den Kolben 21 von rechts nach links und vermindert dadurch das Volumen in einer Expansionskammr 68, die .den zwischen dem Zylinderkopf und der Kolbenstirnflache befindet. Damit der Kolben 21 sich beim Expansionshub gleichfalls sinusförmig von links nach rechts bewegt, ist eine weitere Taumelscheibe vorgesehen, .ixe an einem Flansch am Fu3 des Mitnehmers 67 anliegt, so da£ sie durch die hin und hergehende Bewegung der beiden anderen, in Figo 1a nicht sichtbaren Kolben über tie Taumelscheibe 69 eine Kraft erzeugt, die auf den Mitnehmer 67 ziehend wirkt. Ein wesentlicher Vorteil dieses Tau- ;nelscheibenantriebs besteht darin, daß er sämtlichen Kolben eine vollkommen-sinusförmige Bewegung erteilt.

Um den Taumeljcheibenantrieb und .tie Mitnehmer ΔΜ schmieren, iiann Lrgeni ein Schmiermittel vorgesenen werien, das durch Fliehkraft infolge ier Rotation dea Taumelöcheibenanfcriebs radial nach auier. jescr.leudert 7/ird und daduI¹Ohin e.ritn Kartfi] 71 ul.ertrltt, IJm iaj uvn Kanal 71 iurch- ;;tro:aenie i'cnKilarmJ fcteL in umlauf -·:.μ ^! alten, ir^e^g-t .ier Mitiiehmer 67 bei seixiar Bewegung v-.m iinkfi nacii rechte eine Druükdifferena en -ineui Ritckachlagventil 72, die während des Expansionshubes Schmiermittel in eine Kammer 73 saugt. Beim

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KompreBsionshub von rechts nach links nchließt Rich das Rückschlagventil 72 und der dadurch in der Kammer 73 entstehende Druck öffnet ein Rückschlagventil 7Ί» mittels dessen das Schmiermittel in einen Kanal 76 gefördert und durch eine Bohrung eines kugeligen Lagerzapfens der Taumelscheibe 69 herausgedruckt wird. Das umlaufende Schmiermittel ist natürlich vom eigentlichen Kühlmaschinenteil ier Solvay-Maschine getrennt. Dazu dient eine Dichtung 7⁷.

Das in Figc ta und 1b im einzelnen !arrestelite Zylinder-Kolben-System 16 besteht aus einen dünnwandigen Zylinder aus rostfreiem Stahl oder gleichwertigem Stoff. In der üohrung des Zylinders ist ein zylindrischer Loiben 21 axial verschiebbar. Un uie Reibung niedrig zu halten und der Wärmeübertragung in axialer Richtung entgegenzuwirken, besteht die äußere Schale des Kolbens 21 aus glasfaserverstärktem Epoxyharz. Dieses Material liefert den zusätzlichen Vorteil, daß es ungefähr den gleichen Dehnungokoeffisienten wie der rostfreie Stahl des Zylinders 16 hat und daher unerwünschte Gasdurchtritte verhindert und keine riechanischen PassungsSchwierigkeiten liefert. Der Kolben 21 ist hohl und bildet somit einen Teil eines Pfader iür den Strom des gasförmigen Kühlmittels zur Expansionskammer 68, und zwar durch ein gelochtes Verbindungsstück 73, ein gelochtes Isolierstück 79» den Regenerator 36, sowie durch Öffnungen 81, die sich teils radial nach außen vom Inneren des Kolbens zur Kolbenseitenwand in unmittelbarer Nähe der Kolbenstirn-

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fläche und teils längs der Kolbenseitenwand in die Expansionskammer 68 erstrecken. Der Regenerator 36 kann aus gebündelten Gase stücken aus Kupfer, Bronze oder anderem Material bestehen, die dadurch v/irksam sind, daß sie von dem komprimierten Gas, das den Regenerator von rechts nach links durchströmt, Wärme empfangen. Während dieser Wärmeübergang stattfindet, bleibt die Temperatur des Regenerators in dem dem Kolbenboden nächstgelegenen Bereich ungefähr auf der Umgebungstemperatur, während sich die Temperatur des Regenerators in der Nähe des Kolbenkopfes nahe der Temperatur des Gases innerhalb der Expansionskammer hält. Wenn also komprimiertes Gas in die Expansionskammer 68 gedrückt wird, so wandelt der Expansionshub die verfügbare Energie der Gasabkühlung durch Herabsetzung der Temperatur des nunmehr expandierten Gases um. Beim anschließenden Ausstoßhub, wenn also der Kolben von rechts nach links bewegt wird, wird das kalte expandierte Gas zurück durch den Regenerator 56 gezwungen, wo Wärme progressiv von dem Regeneratormaterial übernommen wird, so daß die Temperatur des Regenerators in der nächsten Umgebung des Kolbenkopfes auf einem niedrigen Wert und die Temperatur in der Nähe des Kolbenboden auf einem höheren Wert gehalten wird. An dem durch das expandierte Gas abgekühlten Bereich wird Wärme aufgenommen, die durch die Wandungen des Zylinders 16 mittels der gut wärmeleitenden Scheibe 37 von der Rohrwindung 42 des Wärmeaustauschers 38. und von dazwischenliegenden Teilen des Zylinders 17 mittle-

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rer Länge und des Zylinders 18 größter Länge (Pig. 2 und 3) übergeleitet wird.

Zur weiteren Erläuterung des kühlend wirkenden Zyklus bedarf es noch der Beschreibung der Wirkungsweise der Ventile, die den Zustrom und Abstrom des komprimierten Kühlga3es zur und von der Expansionskammer 68 steuern.

Jeder der drei Zylinder-Kolben-Systeme 16, 17 und 18 hat sein eigenes Einlaßventil 31 und sein eigenes Auslaßventil 32, Im Betrieb wird das komprimierte Gas den drei Zylindern der Systeme 16, 17 und 18 selektiv aerart zugeführt, daß aie mit 120° Phasenverschiebung gegeneinander arbeiten. Damit wird ein einigermaßen konstanter KühL-aittelzustrom zur Solvay-Maschine erhalten, es werden Verluste während sonst auftretender Druckerhöhungen vermieden, und es ist möglich, mit kleineren Gaakanälen auszukommen und dadurch den toten Raum zu vermindern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kolbenbewegung dynamisch ausgewuchtet ist, so daß die Trägheitekräfte, die von den hin und hergehenden Kolbenbewegungen herrühren, sich im wesentlichen gegeneinander aufheben. Die Bewegung der Einlaßventile wird durch eine kronenartige Steuerkurve 28 und diejenige der Auslaßventile durch eine kronenartige Steuerkurve 29 gesteuert. Beide sind am Umfang der Büchse 62 des Taumelscheibenantriebe angeordnet. In großen Zügen dargestellt haben die Steuerkanten die in Pig» 5 in Abwicklung wiedergegebene

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Form. Fig» 5 zeigt die Bewegung eines Einlaßventils und des ihm zugeordneten Auslaßventils, wobei uie hinzugefügte Winkelskala willkürlich angenommen ist. Die drei "'brisen Ventilpaare arbeiten dagegen :nib 120° Phasenverschiebung.

Da die Wirkungsweise der Einlaßventile 31 und Auslaßventile 32 im wesentlichen IVo^veinstimTien, ;;oll in Fig. lediglich die Wirkungsweise des in Fig.» 1a ersehe inenden Einlaßventils 31 und zugehörigen Auslaßventils :2 näher beschrieben werden.

Das Einlaßventil ^X1 ist ein Tel!erver til, das durch die kronenformige Ste^rkanfce <-3 axial ve rf-": ho hen wird. Wenn die Steuerkante 23 umläuft, rollt eiri !«litnehmer 82 an ihr ab" und folgt dem iSteuerkantenverlauf.

Zu Beginn der Einlaßphase bewegt die 3 teuerkante den Mitnehmer 82 von rechts nach linka und den Ventilschaft 83, der in einer Führung 84 läuft, in der gleichen Richtung, so daß der Ventilteller 86 abgehoben wird. Komprimiertes Sas fließt dann, von einem ringförmigen Einlaß 87 kommend, am Ventilteller vorbei in einen SinlaSkanal 88 und von dort zu Kanälen in der Basis des zugehörigen Kolbens sowie durch den Kolben hindurch in der bereits beschriebenen Weise. Nach ungefähr 90° Steuerkantendrehung drückt eine Ventilfeder 59 den Mitnehmer 82 in einen tiefer gelegenen Teil der Steuerkante nieder, worauf eine Expansionsphase beginnt. Diese von links nach rechts gerichtete Ventilbewegung drückt den

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Ventilteller auf seinen Sitz nieder und schließt damit die Einlaßöffnung 8? gegen den Kanal 88 ab. Infolgedessen kann das Gas, das zuvor durch den zugeordneten Kolben zugeführt worden ist» in der Expansionskamruer expandieren und in der bereits beschriebenen Weise kühlend wirken.

■Ära Bude einer jeden ExT)iinsionsphase wird das zugehörige Auslaßventil 3? geöffnet und läßt das expandierte Gas aus der Expansionskammer entweichen. Das Auslaßventil 32 wird, wie bereits erwähnt, durch die kronenförmige Steuerkante 29 in derselben Weise bewegt wie das Einlaßventil 31 durch die Kronenförmige Steuerkante 28. Daher soll die 'Wirkungeweise des Auslaßventils 32 nicht im einzelnen beschrieben werden.

Zur besseren Erläuterung des Verlaufs der Gasströmung slvA die einzelnen Durchlässe und Kanäle in Pig. .4 strichpunktiert gezeichnet.

Der bereits erwälmte ringförmige Einlaßkanal 87 erstreckt sich rings um die Solvay-Maschine und steht mit den Oberseiten sämtlicher Einlaßventile 31 in Verbindung und wird, mit komprimiertem Gas durch eine Einlaßöffnung 90 versorgt. Unmittelbar unterhalb der Teller 86 der Einlaßventile befinden sich die Einlaßkanäle 88, die mit dem Bodenteil eines sugeordneten Regenerators der Systeme 16, 17 und 18 verbunden sind.

Die Auslaßventile ihrerseits stehen mit den Boden-

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teilen der die Regeneratoren enthaltenden Kolben durch Kanäle 91 in Verbindung, no Jaß,, wenn das Auslaßventi 1 3? gec ff net wird, das expandierte Gas von dem Regenerator durch das Auslaßventil in einen iuslaßkanal 9? strömt. Die Auslaßkanäle 92 sind ihrerseits mit einem gemeinsamen, ringformi- * gen Auslaßkanal 93 verbunden, der dan Ga.e durch einen Auslaßanschluß 94 zum Kompressor zurücktreten läßt. Ein Vorteil dieser speziellen Ventilanordnung besteht darin, daß zwischen den Ventilen und der Expansionskammer wenig toter Raum liegt.

Die obige Beschreibung enthält keine nähere Erläuterung der Wirkungsweise dee Zylinder-Kolben-Systems 17 von mittlerer Länge und des ZylJnder-Kolben-Syetems 18 von der größten Länge, das die dritte Stufe darstellt. Die Wirkungsweisen sind jedoch die gleichen. Beispielsweise hat der der zweiten Stufe 17 zugeordnete Zylinder von mittlerer Länge einen kleineren Durchmesser und enthält einen Regenerator größerer Länge als der Zylinder des Systeme 16 und steht in wärmeleitender Verbindung mit einer der wärmeleitenden Scheiben 37, so daß der mittlere Teil des Zylinders des Systems 17 etwa auf die Temperatur abgekühlt wird, die am Kopf des kurzen Zylinders des Systems 16 besteht. Ganz ähnlich wird der mittlere Teil des Regenerators im Kolben des Systems durch den Zylinder des Systems 16 über die wärmeleitende Scheibe 37 abgekühlt. Diese Abkühlung des Regenerators im Kolben des Systems 18 setzt ihrerseits die Temperatur der

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den Regenerator in beiden Richtungen durchfließenden Gasströmung herab und zwingt damit uas Gas auf eine Temperatur, die derjenigen der RegeneratorpacKuiu, ur·. ."Iteren Ende des Regenerators näher liegt als derjenigen am //ärgeren Ende. Auf diese Weise wird die Wirtschaftlichkeit der Kälteerzeugung verbessert. Denn dies hat zur Fol.re, iaß die Temperatur am Kopf des Zylinders 17 der zweiten ofcufe tiefer i^t als die Temperatur in dessen mittlerem Teil, und zwar verursacht durch die Gasexpansion und die Tätigkeit des Regenerators c

Der Zylinder und Kolben 23 der dritten Stufe, also des Systems 18, arbeiten ebenfalls nucn den jben in Verbindung mit den Zylindern der Syotp.'ie 16 und 17 beschriebenen allgemeinen Prinzipien., Nur besteht in baulicher Hinsicht ein Unterschied insofern, als der der dritten Stufe zugeordnete Regenerator 19 außen auf dem Kolben 23 statt innerhalb angeordnet ist und aus Bleikugeln (Fig. 3) od.dgl. besteht. Im Betrieb wird komprimiertes Gas der Expansionskammer 68 zugeführt, und zwar durch das Einlaßventil 31, den Einlaßkanal 88 und den Regenerator 19. Wenn der Taumelscheibenantrieb 24 umläuft, wird der Kolben 23 im Zylinder 18 von links nach rechts bewegt, um das in der Expansionskammer 68 enthaltene komprimierte Gas expandieren zu lassen und damit die Gastemperatur herunterzusetzen. Fällt die Temperatur des expandierten Gases, so wird Wärme durch den wärmeleitenden Teil 37 und durch die dünne Wandung des Zylin-

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ders des Systems 13 desi kalten expandierten Gatj zugef'-inrt* Ist das Ende der Expansionsphase erreicht, ^o wird aer Kolben 23 durch den. Taumelsch^ibenantrieb 2·'- von rechts nach links bewegt. Dadurch ;vird ias expandierte ki Ibe CJa3 zurück durch den Regenerator 19» den Auslaßkanal 91, las Auslaßventil 32 und den Auslasskanal ->2 gefördert.

Der Regenerator 19 steht über zwei nie tiere Abschnitte in wärmeleitender Verbindung ::;lc uen beiden, anderen wärmeleitenden Teilen 'yl. Dad ure :i *vl-i iio Temperatur des Regenerators 19 ia Berei-Jh dec KoLr-r-ii^iies 'xuf einem Wert gehalten, eier ungefii:.." gleich der Tender iur irr; Bereich am Kopf des Zylinders dee Syster.s 16 ist, und .ent ο ρ reche mi vrird die Temperatur im mittleren Abschnitt de^- Itegeneriitors auf einem Wert gehalten, cer ungefähr gleich u*vj Temperatur am Kopf des Zylinders des Systems 17 ist. Infolgedessen wird die Temperatur am Kopf des Zylinder;-: ies Systems 13 ind aiejenige des zugeordneten v;ärKe leitend en Teiles >7 auf -lern tiefsten Betrag gelialten»

Um Kühlverluste, die durch Gt.3äura£itritt zwi:-:c/ien den Seitenwänden des Kolbens 23 ur.a derr Zylinder 18 entstehen, möglichst herunterzusetzen, wird eine Kasamer, die von den in Abstand voneinander angeordneten Kolbendichtungen und 98 gebildet wird, auf ungefähr dem gleichen Druck gehalten wie das Gas innerhalb der Expansionskaiomer 68. G-ieieiihaltung der beiden Drücke wird durch einen Eanal 99 erhalten, der im Kühlzyklus den Gasdruck dieser KaEar.er mitteilt.

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Infolgedessen besteht keine Differenz zwischen den Drücken ■beiderseits der Al.1: cJituii_fc' '/7, abgesehen nur vom Druckabfall l^:ings den Regenerator 19. Daher /_i;-t leine merkliche Kraft vorhanden, uie eiueii Durchtritt von Ga.-.* durch die Dichtung 97 verursacht..Damit Ist Jjο Solvay-Laschine vollständig beschrieben. iSs folgt eine Beschreibung des Joule-Thomson-Kühl kreises.

Der t'oule-Thoniöon-KühliLreiß enthalt, v,ie bereits erwiinnt, eii.en ir. Grgenstr >:u arbeitenden WrlrmeauR tauscher 3Ω» der so geschaltet ist, da.3 er dr-j Joule-Tho:nson-7erflüstnj;er 15 furtvt'viii'end mit komprimiertem Kühlmittel versorgt, während die Stufen der Solvay-LIadchine 14 ans koinfrimierte Gas im WärteaustKitScher 38 progressiv, alao atufenweise,

Ir. betrieb wird dem Y/ärmeaustauscher ?p komprimiertes Sas kontinuierlich durch eine Einlaßöffniing 11, einen Einlaßkansl 1ü2 und ein Stück Wärmeaustausehrohr 103 2Uge~ führt. Der erste Abschnitt des Wärmeaustauscher-Rohrsystems ist, wie bereits beschrieben, schraubenförmig auf den Umfang eines Blocks 40 aus wärmeisolierendem Material gewickelt. Das Isoliermaterial kann aus glasfaserverstärktem Nylon od_c dglc bestehenc Die Blöcke 40 haben einen kleineren Durchmesser als das sie umgebende hohlzylindrische Gehäuse 13. Damit ergibt sich ein Zwischenraum zwischen dem Block 40 und ler Innenwand des Gehäuses 13. Die Rohrleitungen des Wärmeaustauschers 38 bestehen aus Beryllium-Kupfer und sind außen mit

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Kühlrippen versehen, die mittels einer im US-Patent 3 16:5 OR3 vorn 29c Dezember 1964 beschriebenen Vorrichtung hergestellt sind_; Zufolge dieser Kombination wird für dje im Gegenütrorn fließende Gasströmung; längs der Oberfläche der Windungen des v/ärmeaustnuschere ⁷>'c ein Pfau ;-;rschaffen, und zwar für weiter unten zu beschreibende Zv/ecke.

Die letzte Windung 41 des Warineaue tausche rs, die um den Block 40 aus wärmeisolierendem Stoff gewickelt ict, ist mit einer Windung 42 vol großem Durchmesser verbunden und gibt das komprimierte Gas an diese ab. Die Windung 42 enthält ein Holzkohlefilter. Dac komprimierte Gas tritt in die Holzkohlefilterwindung 42 nahe deren unterern Ende ein, legt einen Weg von nahezu 360 zurück und tritt dann wiederum nahe dem unteren Ende aus. Während das Gap die Holzkohlefilterwindung 42 durchströmt, befindet es sich in inniger thermischer Berührung mit der wärmeleitenden Scheibe 37 der ersten Stufe, die ihrerseits in wärmeleitender Berührung mit dem Kopf des Zylinders der ersten Stufe 16 ist. Die wärmeleitende Scheibe 37 besteht aus einem möglichst gut wärmeleitenden Stoff, beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Dies hat den Vorteil, da;;· die Wärme aus dem komprimierten Gas innerhalb der Windung 42 des Joule-Thomson-Kreises unverzüglich, an das kalte, expandierte Gas des Solvay-Kreises abgegeben wird. Infolge dieser V/ärmeüber tragung hat das komprimierte Gas beim Verlassen des Holzkohlefilters 42 eine riedrigere Temperatur als beim Eintritte

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Das so auf niedrigere Temperatur gebrachLe komprimierte Gas der der ersten Stufe zugeordneten Windung 42 fliegt jodann durch eine weitere Anzahl von Rohrwindungen des Wärmeaustauschers, die einen weiteren Block 40 auο Isolierstoff umgeben« Diese Windungen 41 sind mit einer zweiten mit Holükohlefilter gefüllten Windung 42 verbunden und dadurch thermisch mit der zweiten Sehe io" ~V(- aus wärmeleitendem Stoff gekoppelt, die der zweiten K/ihlptufe ..Mgeordnet isto Diese der zwc⁵ L t-3ii oder mittleren Stufe zugeordnete Scheibe 37 aus wärmeleitendem Material wira auf einer tieferen Temperatur als die erste Scheibe 1 genaLten, und zwar unter der Wirkung der zweiten Stufe der Solvay-Maschine. Das von diesen Windungen 41 kommende komprimierte Gas durchströmt eine weitere mit Holzkohlefilter gefüllte Windung 42 und verläßt diese Windung, nachdem sie darin einen Weg von annähernd 360 zurückgelegt hat. Ebenso wie beim Durchtritt durch die wärmeleitende Scheibe 37 in der vorangegangenen Stufe gibt das komprimierte Gas durch die aweite Scheibe 37 zusätzliche Wärme an die zweite Stufe der Solvay-Mascnine ab und wird daher auf eine nächst tiefere Temperatur gebracht O

Das Gas, dae diese zweite Stufe einer mit Holzkohlefilter gefüllten Windung 42 verläiit, wird durch eine Reihe weiterer Rohrwindungen 41 um einen weiteren Block 40 aus Isoliermaterial herurageleitet und dann durch eine v/eitere Scheibe 37 aus gut wärmeleitendem Stoff einer dritten Win-

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dung 42 mit Holskohlefilterfüllung iuigefiLrt, lit eine dritte Stufe darstellt. Das in der Holzkonlefilte-rvvindung 42 der dritten Stufe strömende d&s £.ibt znsütz _iohe Wärme an die dritte Stufe der 3olvay~I.:acc! ine iiurch eine dritte Scheibe 37 aus gut wärmeleitendem !.laterial ab. Has lad Gau so die drei Kühlstufen durchlaufen, 30 fließb e:>, von der Holakchlefilterwindung 42 der drittel: Stufe körner.!, durch eine v/eitere Reihe von Rohz'windungen 41, die um einen v/eiteren Block 40 aus wärme isolierendem Mfateri»! gevr:c -elb üir.d, und von diesen aus radial nach innen durch ein Rohrotüok 1---6 zum Joule-Thomson-Crasverflüoslger 15.

Der Joule-Thomson-Sasverflüssiger 15 expandiert das komprimierte Sas und setat damit dessen Te::;r eratur weiter bis auf die Yerflüssigungotemperatur herunter. Handelt es sich bei dem den Wärmeaustauscher 38 durchströmenden komrriraiei'ten Sas um Heliu-·, εο v/_r.l die resultierende Temperatur» die an Joule-Shoffiaori-Verflüssiger 1:3 in Yerbii.iun;-mit dem Wärmeaustauscher 3-' erhi-.l*:-en v/ird, 3ion in der Umgebung von 4⁰K halten. Der Joule-Thomson-Terflü.ssiger arbeitet nach den Prinzipien die im "Mark's I-Iechanical Engineers' Handbook", 6_O Ausgabe, Sei&ä 4 bi.j 67, beschrieben sind.

Eine Wärmelast oder Wärmesenke 46, die auch als Kälteverbraucher bezeichnet v/erden kann, beispielsweise ein parametrischer Verstärker, ±3t an einer wärmeleitenden Halteplatte 107 befestigt, so dai3 von ihr ausgehende Wärme an. · das auf der extrem niedrigen Temperatur befindliche, expan-

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dierte Gras '3:'_t:e_t;e!;en '.v:.r;;, 1'is — vom Jo^le-Thomson-Verf lü::sirer Λ':, honm-ena - aarcl: deu v~>n Jer Innenfläche der Halteplatte 1ü7 begrenzten Spaltrauii 1·),η fließtc Al.-:- Material für die Halteplatte 1«"'7 eignet sich Kupfer weger, seiner guten Wärmeleitfähigkeit.

"A" Uhr end d?:s exrandierte Gas längs der Innenfläche der Halteplatte 107 strömt, nimn.t es von dieser Wärme auf und wird zur: Kompressor über die gerippten Außenflächen der Hr'-rwindungen 41 und durcn den schmalen Rir.grauir. zwischen den nbereinandergeschichteten ScJ.eiben 40 aue Τντοΐή erinaterial und 37 aus T,vJ:r:::eleitendein-I.l£t-rinl sowie durch einci.asIaScffnunfT 1c 1 in der Wandung der Kühlmaschine sum Kompressor surüekgesaugto

Ε? sei hier hervorgehoben, dalr. die Scheiben 40 aus wärmeisclierendem Stoff fortgelassen werder k''niA~..:, ohne den Betrieb der Kühlmaschine wesentlich zu beeinflussen. In solchem Falle solxte jedoch eine Abschirmung oder Leitfläche vorgesehen werden, um die Strömung des im Gegenstrom zurückfließenden Gases auf einen Querschnitt zu beschränken, der m^;:glichst dicht am äußeren Gehäuse 13 und am Wärmeaustauscher 3t anliegt« Ein Vorteil der Fortlassung der Isolierscheiben 40 besteht darin, daß die Kühlmaschine schneller auf die verlangte Kühlteiaperatür gebracht werden kann.

Um die umgebende Atmosphäre und die Kreise der Kühlmascliine thermisch gegeneinander zu isolieren, ist die erwähnte äußere Hülse 47 vorgesehen, die das hohle sylindri-

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sehe Gehäuse 13 umgibt_o Ein Hahnventil 111 kann an eine nicht gezeichnete Vakuumpumpe angeschlossen v/erden, um den Raum 48 zwischen der äußeren Hülse und dem Gehäuse 13 zu evakuieren. Nachdem der Raum 48 auf Hochvakuum evakuiert worden ist, wird das Ventil 111 geschlossen. Alle noch in dem Raum 48 enthaltenen Gasreste werden durch die Einwirkung der Kühlmaschine ausgefroren, so daß sich ein extrem hohes Vakuum ergibt. Zusätzliche thermische Isolierung wird dadurch erhalten, dai3 die wärmeleitenden Scheiben 37 Wärme von axial verlaufenden Wärmetragen übernehmen, beispielsweise von elektrischen Leitungen, dem Wandmaterial, und auch Wärmestrahlung, die von wärmeren Teilen der Kältemaschine ausgeht.

Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Kältemaschine besteht darin, daß die in ihrer Wrrkung nicht merklich durch Änderung ihrer Lage gegenüber dem Vektor der Gravitation beeinflußt wird« Die Kältemaschine kann somit in jeder Lage und Ausrichtung eingebaut werden.

Vorstehend ist eine Ausführungsform der Solvay-Maschine erläutert worden, die mit drei getrennten Kolben und Zylindern von verschiedenen Längen und Durchmessern arbeitet, von denen jeder progressiv an Kälte zunehmende Stufen erzeugt. Eine zweite Ausführungsform der Solvay-Maschine ist erprobt worden, die sich von der vorstehend beschriebenen Ausführung dadurch unterscheidet, daß die drei Kühlstufen durch drei ähnlich gestaltete, abgestufte Kolben gemäß Pig.

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ersetzt sind«,

Da der einzige wesentliche "bauliche Unterschied •zwischen den beiden Ausführungsformen von Solvay-Maschinen in der Gestaltung der abgestuften kolben und Zylinder bestehb, sind diejenigen Teile der-Kältemaschine, die mit den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, durchweg mit den gleichen Besugsziffern vei'uehen worden und in der nachstehenden Beschreibung nicht besonders erläutert.

Die zweite Ausführungsform der Solvay-üaschine sieht einen hohlen, gestuften Zylinder 112 vor, in dem ein gestufter Kolben 113 verschiebbar ist. Der Stufenaylinder und der Stufenkolben 113 bilden zusannien drei Expansion.^kammern 114, 116 und 117 von veränderlichem Volumen, die progressiv an Kälte zunehmende Kühlstufen erzeugen. Die Kolbenwände bestehen aus glasfaserverstärktem Epoxyharz, das nahezu den gleichen Wärmedehnungskoeffizienten hat wie der aus rostfreiem Stahl bestehende Zylinder 1 12«,

Im Betrieb wird komprimiertes Gas selektiv durch einen durchbohrten Kolbenmitnehmer 78 und durch ein gleichfalls durchbohrtes isolierendes Zwischenstück 79 einem ersten Regenerator 118 in dem Teil des Stufenkolbens 113 zugeführt, der den größten Durohmesser hat. Das komprimierte Gas tritt in den die erste Stufe bildenden Regenerator 118 ungefähr mit umgebungstemperatur ein und gibt seine Wärme nach und nach an die Regeneratorfüllung ab, so daß das Gas, das den

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Regenerator im Bereich benachbart zur Kammer 114 der ersten Expansionsstufe durchströmt, sich ungefähr auf derselben Temperatur wie das Gas in dieser ersten Expansionukai mer befindete Radial verlaufende Gaskanäle 119 ermöglichen dem Gas, aus der die erste Stufe bildenden Expansionskammr 114 abzufließen und ihr wieder zuzufließen, während der Kolben sich hin und her bewegte

Ein weiterer Schritt in der Abkühlung '.vird an der die zweite Kürilstufe bildenden Expansionskammer 116 durch Gas erhalten, das durch einen gebohrten Einsatz 121 aus Isolierstoff strömt, dem zwischen dem Regenerator 116 der ersten. Stufe und dem Regenerator 122 der zweiten Stufe angeordnet ist-., Die Temperatur des Kühlgases, das in den zweiten Regenerator 122 eintritt, befindet'sica ungefähr auf dem Temperaturbetrag des Gases in der Kainmer 1 14 der ersten Expansionsstufe, Während das Kühlgas den der zweiten Stufe zugeordneten Regenerator 122 durchströmt, liefert es progressiv Wärme an die Regeneratorpackung ab, bia es sich ungefähr auf der Temperatur der der zweiten Stufe zugeordneten Expansionskammer 116 befindet, wenn es sich dieser Kammer genähert hat. Das gekühlte Gas wird durch radial verlaufende Kanäle 123 hei der hin und hergehenden Bewegung des Kolbens der der zweiten Stufe zugeordneten Expansionskammer zugeführt und von ihr fortgeführt. Wegen der progressiven Abkühlung ist die Temperatur des Gases in der der zweiten Stufe zugeordneten Expansionskammer 116 niedriger als die

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Temperatur des Gases in der der ersten Stufe zugeordneten Expansipnskananer 114.

Kühlgas, das in eine dritte Regeneratorstufο 124 eintritt, die aus Bleikugeln besteht, strömt durch ein durchbohrtes, thermisch isolierendes Zwischenstück 126 und tritt in die dri-tte Regeneratorstufe mit einer Temperatur ein, die ungefähr gleich der Temperatur des Gases in der der zweiten Stufe zugeordneten Expansionskammer 116 ist. Y/ährend das Kühlgas die dritte Regerieratorstufe 124 durchströmt, gibt es Wärme an die Regeneratorpackung ab und tritt in die der dritten Stufe zugeordnete Expansionskammer 117 über, und zwar durch Kanäle 128 bei einer Temperatur nahe der Temperatur der Expansionskammer der dritten Stufe. Zufolge der Gasexpansion in der der dritten Stufe zugeordneten Expansion skammer 117 und der progressiven Temperaturerniedrigung des Gases, das die drei Stufen der Laschine durchströmt, ist die Temperatur in der der dritten Stufe zugeordneten Expansionskammer 117 niedriger als die Temperatur des Gases in den beiden vorhergehenden Stufen.

Wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Solvay-Hasohine dienen die Kühlstufen dieser Maschine dazu, das komprimierte Kühlmittel zu kühlen, das durch die Windungen 41 und 42 des Wärmeaustauschers fließt.

Eine"erfindungsgemäß gestaltete, zur Erprobung tatsächlich gebaute KUhlmaschine hatte ein Gewicht von 23 kg, einen größten Durchmesser von 150 mm und eine größte länge

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yon 660 mm. Im Betrieb lieferte diese Maschine im ßolvay-Kreis eine Temperatur an der ersten Stufe von ungefähr 150⁰K, eine Temperatur an der zweiten Stufe von etwa 50 K und eine Temperatur an der dritten Stufe von etwa 15°K, Der Joule-Thomson-Kreis lieferte eine weitere Abkühlung Ma auf etwa 4,5⁰K bei etwa 2 Watt Kühlleistung.

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Claims

Hughes Aircraft Company, Gentinela and Teale Street, Culver City, California, U.3«A.

Patentansprüche:

Hit strömendem Kältemittel betriebene, auf eiiifn zu kütilenden Gegenstand arbeitende Kältemaschine, gekennzeichnet durch die Kombination zweier miteinander thermisch gekoppelter Kühlkreise, von denen der erste eine Vielzahl progressiver Kühlstufen (16, 17, 18) enthält, während der zweite aus einem Wärmeaustauscher (38) besteht, dem ständig komprimiertes Gas zugeführt wird, das seine Wärme nacheinander an die Kühlstufen (16, 17, 18) des ersten Kreises abgibt und dadurch stufenweise gekühlt wird, und daß der zweite Kühlkreis einen thermisch mit dem au kühlenden Gegenstand (46) verbundenen Joule-Thomson-Verflüssiger (15) enthält, dem das vom Wärmeaustauscher (38) kommende komprimierte Gas zugeleitet wird, und der das zuströmende Gas expandiert und damit noch weiter abkühlt, während er gleichzeitig dem zu kühlenden Gegenstand (46) Wärme entzieht.

2« Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e η n>zeichnet , daß der erste Kühlkreis drei die progressiven Kühlstufen bildende, in verschiedenen Temperaturbereichen arbeitende Zylinder-Kolben-Systeme (16, 17, 18; 112, 113) mit je einer Expansionskammer (68; 114, 116, 117)

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enthält, von denen die der ersten Stufe augeordnete Expansionskammer mit je einem mittleren Bereich deD zweiten und dritten Zylinder-kolben-Systeme und die der zweiten Stufe zugeordnete Expanaionskammer mit einem mittleren Bereich, des dritten Zylinder-Kolben-Syateriij wärmeleitend verbunden ist (Figo 3).

3. Kältemaschine nach Anspruch 2, 1 a 1 u r c h g e k e η η-zeichnet , daß jedes der di'ei Zylinder-Kolben-Systeme (16, 17, 18) einen Regenerator enthalt, der mit meinem einen Ende an die zugeordnete Expanaionskaraner (68) angeschlossen ist und den Gaseinlaß und -aualaß dieser Kammer bildet, während sein entgegengesetztes Ende an Ventile (31, 32) zur Steuerung der Zufuhr komprimierten Gases in die Expansionskammer und zum Absaugen expandierten Gases aus der Expansionskammer angeschlossen ist, wobei ein Taurnelscheibenantrieb (24) vorgesehen ist, der die Kolben (21, 22, 23) der Zylinder-Kolben-Systeme (16, 17, 18) sinusförmig bewegte

4. Kältemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder-Kolben-Systeme (16, 17, 18) rings um eine mittlere Achse in gleichen Winkelabständen angeordnet sind und die Kolben (21, 22, 23) von dem Taumelscheibenantrieb (24) mit gegenseitiger Phasenverschiebung von je 120° angetrieben werden.

5. Kältemaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge-

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k e η η ζ μ c h net, daß die Kolben (21, 22, 23) nahe ihrem dor Expand oiiiskaumer (68) abgewandten Ende i?»it je zwei in Abstand voneinander angeordneten Dichtungen (97, 9R) nur
Abdichtung an der Zylinderv/and verseilen Bind und der zwischen den Dichtungen befindliche Raum m: t der zugeordneten
Expansionrkar.iraer (68) so verbunden ist, datf in ihm annähernd der gleiche Druck wie in dieser herrscht.