DE1501102A1 - Kaltgaskuehlmaschine des Zweikolbentyps - Google Patents

Description

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Kaitgaskühlmaschine des Zweikolbentyps Die Erfindung "betrifft eine Kaitgaskühlmaschine des

Zweikolbentyps mit wenigstens einem Kompressionsund wenigstens einem Expansionskolben, die mit gegenseitigem Phasenunterschied beweglich sind und deren Mittellinien nahezu zusammenfallen. Diese Kolben können mit ihren einander zugekehrten Flächen das Volumen eines Kompressions- bzw. eines Expansionsraumes ändern, wobei die Räume im Betrieb verschiedene mittlere Temperaturen aufweisen und über einen oder mehrere Regeneratoren miteinander in Verbindung stehen. Die Maschine enthält auch wenigstens einen weiteren Expansionsraum mit veränderlichem Volumen, der an einen zwischen der kältesten und der wärmsten Regeneratorenfläche liegenden Teil der Verbindung zwischen dem zuerst genannten Expansionsraum und dem Kompressionsraum angeschlossen ist.

Bei einer bekannten Maschine der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, wird das Volumen des weiteren Expansionsraumes durch einen getrennten Kolben geändert. Dies hat den Nachteil, daß eine zusätzliche Leckmb'glichkeit besteht, und ein verwickeltes Triebwerk notwendig ist, um den Kolben in der richtigen Phase mit den beiden anderen Kolben bewegen zu lassen. Dies zusammen macht die bekannte Naschine in baulicher Hinsicht wenig interessant. Ein weiterer Nachteil der bekannten Maschine besteht darin, daß viel Kälte aus dem Expansionsraum zur Umgebung weglecken kann.

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Die Kaitgaskühlmaschine nach der Erfindung bezweckt die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und weist dazu das Kennzeichen auf, daß im Betrieb der Expansionsraum die niedrigste mittlere Temperatur aufweist und dieser Raum, in Richtung der Mittellinie der Maschine gesehen, am weitesten innerhalb der Maschine liegt, wobei der weitere Expansionsraum bzw. die weiteren Expansionsräume den Expansionskolben derart umgibt bzw. umgeben, daß diese Räume um so weiter von Expansionsraum entfernt sind, je höher ihre Temperatur ist, und wobei die KolbenfläGhen, die das Volumen des bzw. eines weiteren Expansionsraumes ändern können, mit dem Expansionskolben verbunden sind, und der Durchgang des Regenerators bzw. der Regeneratoren in der Verbindung zwischen dem Expansionsraum und dem Kompressionsraum nach jeder Stelle, an der diese Verbindung an einen weiteren Expansionsraum angeschlossen ist, in Richtung des Expansionsraumes abnimmt.

Auf diese Weise ist eine Zweikolbenkaltgaskühlmaschine mit mehreren Expansionsräumen ohne Einführung zusätzlicher bewegender Teile entstanden. Die Kälteverlustströmung aus dem Expansionsraum in die Umgebung ist dabei beschränkt, da zwischen dem Expansionsraum und der Umgebung die weiteren Expansionsräume liegen^ die eine niedrige Temperatur aufweisen, welche aber höher ist als die des Expansionsraumes. Auf diese Weise sind um den Expansionskolben herum mehrere Temperaturpegel entstanden, die gleichsam eine Überbrückung zwischen der sehr niedrigen Expansionstemperatür und der Umgebungstemperatur darstellen. Die Vorteile einer Zweikolbenkaltgaskühlmaschine, unter anderem geradlinige¹ Strömungswege des Mittels, sind dabei völlig beibehalten.

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Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der KaItgaskühlmaschine nach der Erfindung besteht der Expansionskolben aus mehreren Teilen mit verschiedenem Durchmesser, die einen in Richtung des Kompressionskolbens abnehmenden Durchmesser aufweisen, wobei die Endfläche des letzten Expansionskolbenteiles das Volumen des Expansionsraumes ändern kann, und jede der vom Übergang zwischen zwei Kolbenteilen ungleichen Durchmessers gebildeten ringförmigen Kolbenflächen das Volumen eines weiteren Expansionsraumes ändern kann, wobei der zylinderförmige Regenerator aus einer gleichen Anzahl von Teilen wie der Expansionskolben aufgebaut ist, und diese Teile in Richtung des Expansionsraumes einen abnehmenden Durchmesser aufweisen, wobei der Regenerator bei jedem Übergang zwischen zwei Teilen mit einem der weiteren Expansionsräune in Verbindung steht.

Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Bauart, bei der der Expansionsraum mit der niedrigsten Temperatur am weitesten im Innern der Maschine liegt, so daß der Kälteverlust verhältnismäßig gering ist.

Eine weitere günstige Ausführungsform der Kaltgaßkühlmaschine nach der Erfindung besitzt einen Expansionszylinder mit einem darin beweglichen Expansionskolben und mit einem oder mehreren zu diesem parallelen Zylindern, in denen je ein weiterer Kolben zum Ändern eines weiteren Expansionsraumes beweglich ist, wobei der Expansionskolben und die weiteren Kolben miteinander verbunden sind, und die Wände jeder der weiteren Expansionsräume wärmeleitend mit dem Expansionszylinder verbunden sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der einige Beispiele von Kaltgaskühlmaschinen schematisch dargestellt sind.

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Fig, 1, 2 und 3 zeigen drei Ausführungsbeispiele von Kaltgaskühlmaschinen des Zweikolbentyps.

In Fig. 1 sind ein Kompressionskolben 2 und ein Expansionskorben 3 in einem Zylinder 1 bzw. in einem Zylinder 4 beweglich. Der Kompressions- und der Expansionskolben sind mit einem gegenseitigen Phasenunterschied beweglich, wobei der Kompressionskolben 2 das Volumen eines Kompressionsraumes 5 ändert. Der Expansionekolben 3 ist aus zwei Teilen 6 und 7 ungleichen Durchmessers aufgebaut. Beim Bewegen ändert die Endfläche des Teiles 6 das Volumen eines Expansionsraumes 8. Die vom Übergang zwischen den Teilen 6 und 7 gebildete Ringfläche 9 ändert das Volumen eines weiteren Expansionsraumes 10. Der Expansionsraum 8 und der Kompressionsraum 5 stehen über einen Gefrierer, einen Regenerator 12 und einen Kühler 13 miteinander in Verbindung. Der Regenerator 12 ist dabei aus zwei Teilen und 15 ungleichen Durchmessers aufgebaut, wobei der dem Expansionsraum 8 am nächsten liegende Teil 14 den kleineren Durchmesser hat. An der Stelle des Übergangs zwischen den Teilen 14 und 15 schließen an den Regenerator mehrere Leitungen 16 an, die den weiteren Expansionsraum 10 mit dem Regenerator verbinden. Diese Leitungen können über einen Teil ihrer Länge, der vorzugsweise an den Regeneratorteil 15 anschließt, als Gefrierer ausgebildet sein.

Das Prinzip der Wirkungsweise einer solchen Kaltgaskühlmaschine wurde in der holländischen Patentschrift 90073 beschrieben. Der Expansionsraum 8 wird im Betrieb eine besonders niedrige Temperatur und der weitere Expansionsraum 10 eine zwischen der Kompressionstemperatur und der Temperatur des Raumes 8 liegende Temperatur aufweisen. Die im v/eiteren Expansionsraum 10 erzeugte Kälte dient zum Ausgleich der Regeneratorverluste, die im Regeneratorteil 14 auftreten.

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Auf diese Weise ist mit einer sehr einfachen Bauart die Möglichkeit geschaffen, auch bei Kühlmaschinen des Zweikolbentyps mehrere Expansionsräume anzuwenden. Die Bauart nach Fig. 1 bietet den wesentlichen Vorteil, daß der kältere Expansionsraum am weitesten in der Maschine liegt. Zwischen dem Expansionsraum und dem Kurbelraum liegt der weitere Expansionsraum 10, der auch eine niedrige Temperatur hat, aber diejenige des Expansionsraumes 8 überschreitet. Der Kälteleck aus dem Raum 8 zum Kurbelraum wird dadurch beträchtlich hintangehalten.

Fig. 2 zeigt eine Kaitgaskühlmaschine, die im allgemeinen der Maschine nach Fig. 1 ähnlich ist, ausgenommen daß in diesem Fall der Expansionskolben aus drei Teilen 6, 7 und 20 aufgebaut ist. Daraus ergeben sich zwei Ringflächen, die das Volumen der weiteren Expansionsräume 10 und 21 ändern können. Der Regenerator ist ebenfalls aus drei Teilen 14, 15 und 22 aufgebaut, wobei an der Übergangsstelle zwischen den Teilen 14 und 15 wieder Leitungen 16 vorhanden sind, die an den Expansionsraum 10 anschließen. Weiterhin steht der Expansionsraum 21 über Leitungen 23 mit der Übergangsstelle der Regeneratorteile 15 und 22 in Verbindung.

Auf dieBe Weise ist also der Expansionsraum 8 durch die von dem Expansionsraum 10 und dem Expansionsraum 21 gebildeten Temperaturbarrieren thermisch von der Atmosphäre getrennt. Ein Kälteleck wird dadurch in hohem Maße hintangehalten.

Fig. 3 zeigt eine Kaitgaskühlmaschine des Zweikolbentyps, bei dem der Expansionskolben 36 über ein Joch mit einem Kranz weiterer Expansionskolben 37 verbunden ist. Die Kolben 37 befinden aich je in einem Zylinder 41,

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der sich parallel zum Zylinder 42 erstreckt, in dem der Expansionskolben 36 beweglich ist. Die Kolben 37 können je das Volumen eines weiteren Expansionsraumes 41 ändern, der über Leitungen 16 an den Regeneratorteil 15 anschließt. Die Zylinder 41 sind bei 45 Wcärmeleitend mit dem Zylinder 42 verbunden. Auf diese Weise ist zwischen dem Expansionsraum 8 und der Umgebung wieder eine Zone entstanden, die auf einer zwischen der Expansionstemperatur und der Umgebungstemperatur liegenden Tempera ttir gehalten wird. Dadurch wird Kälteverlust aus dem Expansionsraum 8 in die Umgebung hintangehalten.

Gewünschtenfalls können die Zylinder 41 noch verschiedene Längen haben, so daß mehr als eine Temperaturbarriere erzielt wird.

Wie sich aus dem Vorgehenden ergibt, bietet die Erfindung die Möglichkeit, mit einer verhältnismäßig einfachen Bauart eine Kaitgaskühlmaschine herzustellen, welche die Vorteile der Zweikolbenmaschine mit den Vorteilen von Maschinen mit mehreren Expansionsräume vereint.

Patentansprüche; — 7 —

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Kaitgaskühlraaschine des Zweikolbentyps mit wenigstens einem Kompressions- und wenigstens einem Expansionskolben, die mit gegenseitigem Phasenunterschied beweglich sind und deren Mittellinien nahezu zusammenfallen, wobei diese Kolben mit ihren einander zugekehrten Flächen das Volumen eines Kompressions- bzw. eines Expansionsraumes ändern können und wobei die Räume im Betrieb verschiedene mittlere Temperaturen aufweisen und über einen oder mehrere Regeneratoren miteinander in Verbindung stehen, und die Maschine wenigstens einen weiteren Expansioncraum mit veränderlichem Volumen enthält, der an einen zwischen der kältesten und der wormsten Regeneratorenfläche liegenden Teil der Verbindung zwischen den: zuerstgenannten Expansionsrau::: und dem Kompressionprauni angeschlossen ist, ö.g.d., im Betrieb der Exruiisionsraum die niedrigste mittlere Temperatur auf v/eist u:::i dierer Raum, in Richtung der Mittellinie der Maschine gesel:en, am weitesten im Innern der Maschine liegt, wobei der weitere Expansionsraum bzw. die weiteren JüxpansioiisrHume den Exoansionskolben derart umgibt bzw. umgeben, daß diese Räume.je weiter sie vom Expansi·y.sraum entfernt Bind, eine umso höhere Temperatur aufweisen, und wobei die Kolbenflächen, die das Volumen des bzw. eines weiteren Expansionsraumes ändern können, mit dem Expansionskolben verbunden sind, und der Durchgang des Regenerators bzw. der Regeneratoren in der Verbindung zwischen dem Expansionsraum und dem Kompressionsraum nach jeder Stelle, an der diese Verbindung an einen weiteren Expansionsraum angeschlossen ist, in Richtung des Expansionsraumes abnimmt.

   Γ:. Kaitgaskühlmaschine noch Anspruch 1, dgd., if':' Expansionnkolben aus mehreren Teilen mit verschie-

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   denen Durchmesser aufgebaut ist, die einen in Richtung des Kompressionskolbens abnehmenden Durchmesser aufweisen, wobei die Endfläche des letzten Expansionskolbenteiles das Volumen des Expansionsraumes ändern kann, und jede der vom Übergang zwischen zwei Kolbenteilen ungleichen Durchmessers gebildeten ringförmigen Kolbenflächen das Volumen eines weiteren Expansionsraumes ändern kann, wobei der Zylinderförmige Regenerator aus einer gleichen Anzahl von Teilen wie der Expansionskolben aufgebaut ist, und diese Teile in Richtung des Expansionskolbens einen abnehmenden Durchmesser aufweisen, und wobei der Regenerator bei jeder Übergangsstelle zwischen zwei Teilen mit einem der weiteren Expansionsräume in Verbindung steht.

   3. Kaitgaskühlmaschine nach Anspruch 1, d.g.d., die Maschine einen Expansionszylinder besitzt, in dem der Expansionskolben beweglich ist, sowie einen oder mehrere zu diesem parallele Zylinder, in denen je ein weiterer Kolben zum Ändern des Volumens eines weiteren · Expansionsraumes beweglich ist, wobei der Expansionskolben und die weiteren Kolben miteinander verbunden sind, und die Wände jedes der weiteren Expansionsräume wärmeleitend mit dem Expansionszylinder verbunden sind.

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