DE2051203A1

DE2051203A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalte erzeugung mittels eines Kuhlmittels

Info

Publication number: DE2051203A1
Application number: DE19702051203
Authority: DE
Inventors: Ralph C Allentown Pa Longsworth (V St A ) F25c 3 02
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1969-10-20
Filing date: 1970-10-19
Publication date: 1971-05-06
Also published as: GB1330345A; US3620029A; CA925715A; SE358956B; DE2051203C2; FR2066265A5

Description

Patentanwälte

Dr -Ing. Wilhelm Reichel Dipl-lng. Woliganff Reichs!

6 Frankiurt ä. M. I 6475

Parksiraße 13

AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC, Philadelphia, Pennsylvania,

VStA

Verfahren und Vorrichtung zur Kälteerzeugung mittels eines Kühlmittels

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung mittels eines Kühlmittels. Im einzelnen verwendet die Vorrichtung einen Verdränger, der dadurch angetrieben wird, daß ein Volumen eines Pump- oder Saugmediums durch eine Öffnung so umgewälzt wird, daß außenliegende Antriebsvorrichtungen für den Verdränger überflüssig sind. Die Arbeit wird dadurch aufgebracht, daß das Pump- oder Sauggas durch die Öffnung in eine Druck- oder Pumpkammer gedrückt wird, wobei die durch diesen Vorgang ,erzeugte Wärme durch irgendeinen geeigneten Wärmeaustausch abgezogen werden kann.

Vorrichtungen zur Kälteerzeugung mittels eines Kühlmittels sind durch die USA-Patentschriften 2 567 454, 2 906 101, 3 074 244 und 3 321 926 bekannt geworden. Diese Entgegenhaltungen zeigen mit Kühlmittel arbeitende Kälteerzeuger oder Kältemaschinen, die ein Kühlmedium durch Expansion oder Ausdehnung abkühlen. Die Gegenstände der ersten drei Patentschriften erfordern außenlie^ende Vorrichtungen, z.B. einen Motor mit einer geeigneten Verbindungsstange, um die Expansionsvorrichtung anzutreiben. Der Gegenstand der letzten Patentschrift basiert auf der

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Kraft eines unter hohem Druck stehenden Gases und Schnappfedern, um ein zyklisches Arbeiten des Verdrängers zu bewirken.

Die vorliegende Erfindung stellt insofern eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, als sie weder eine äußere Antriebskraft für den Verdränger, noch ein unter einem andauernden hohen Druck stehenden Gas und Schnappfedervorrichtungen erfordert, um das zyklische Arbeiten des Verdrängers zu erzielen.

Ein Kühlzyklus von der Art, wie er in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wurde zuerst in der am 16. Mai 1887 ausgegebenen deutschen Patentschrift 39280 beschrieben, die auf den Namen Ernest Solvay lautet. Dieser bekannte Zyklus sieht jedoch nicht die Hin- und Herbewegung des Verdrängers gegen ein Volumen eines Pump- oder Sauggases vor, das durch eine Öffnung in beiden Richtungen hindurchtritt, um ein zyklisches Arbeiten des Verdrängers zu bewirken. Der bekannte Zyklus nach dieser Patentschrift basiert vielmehr ebenfalls auf äußere Bewegungskräfte, um den Verdränger zu betätigen und die Kälteerzeugung zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung sieht die Schaffung eines Volumens eines Pump- oder Sauggases vor,, das so eingeschlossen wird, daß es zwischen einer Druck- oder Pufferkammer und einer Kammer umgewälzt werden kann, die einen Verdränger enthält, der zur Kühlung oder Abkühlung eines Kühlmediums durch Expansion benutzt wird. Die Druck- oder Pufferkammer und die Verdrängerkammer sind durch eine kleine öffnung so miteinander verbunden, daß das Pump- oder Saugmedium durch die Öffnung in beiden Richtungen hindurchgedrückt werden kann, um das zyklische Arbeiten des Verdrängers zu bewirken. In der Vorrichtung sind die notwendigen Ventile zum Ein- und Auslassen des zu kühlenden Mediums, sowie regenerative Vorrichtungen enthalten, die den gesamten Kälteerzeugungszyklus unterstützen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung mittels eines Kühlmittels zu schaffen. Außerdem ist beabsichtigt, einen mittels eines Kühlmittels arbeitenden Kälteerzeuger vorzusehen, der ein Medium durch Expansion abkühlt und bei dem der Verdränger oder Verdrängungskörper nicht durch äußere Antriebsvorrichtungen betätigt wird. Schließlich soll der mittels eines Kühlmittels arbeitende Kälteerzeuger nur wenige bewegliche Teile aufweisen.

Der Kälteerzeugungszyklus gemäß der Erfindung wird dadurch erreicht, daß das Kälteerzeugungsmedium gegen ein Volumen eines Absperr- oder Puffermediums expandiert wird, das gleich dem Kälteerzeugungsmedium oder auch anders als dieses beschaffen sein kann und von diesem getrennt ist.

Die Vorrichtung zur Kälteerzeugung mit einem mediumsdichten Gehäuse, das einen im allgemeinen kreisrunden Querschnitt aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in eine Verdrängerkolben-Kammer und eine Pufferkammer unterteilt ist, wobei sich zwischen den Kammern eine Öffnung befindet, daß ein Verdrängerkolben in der Verdrängerkolben-Kammer beweglich gelagert ist und eine Querschnittsform aufweist, die dem Gehäuse ähnlich ist, daß Abdichtungsmittel rund um den Verdrängerkolben so angeordnet sind, daß die Verdrängerkolben-Kammer ein heißes und ein kaltes Ende aufweisen kann, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die eine Strömung eines unter hohem Druck stehenden Mediums dem kalten Ende der Verdrängerkolben-Kammer zuführen, daß Regenerationsvorrichtungen in dem Kreis der Mediumseinlaßvorrichtungen angeordnet sind, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die erzeugte V/ärme absorbiert und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die das Medium umwälzen, das der Verdrängerkolben-Kammer zugeführt wird.

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Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen· wurden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, die die Regeneration des Kälteerzeugungsmediums im Innern zeigt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines zweistufigen Verdrängers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines anderen zweistufigen Verdrängers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein theoretisches Diagramm des erfindungsgemäßen Zyklus;

Fig. 6 ein Druck-Volumen-Diagramm des tatsächlichen Zyklus gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die ein mediumsdichtes Gehäuse -10 aufweist. Das Gehäuse 10 enthält eine erste Kammer 12 und eine zweite Kammer 14. Zwischen den Kammern 12 und 14 ist eine Öffnung 16 vorgesehen. Innerhalb der Kammer 12 ist ein Verdrängerkörper 18 oder Verdrängerkolben mit einem Dichtungsteil 20 angeordnet, das nahe dem einen Ende des Verdrängerkolbens 18 liegt und diesen so umgibt, daß eine mediumsdichte Abdichtung zwischen dem Verdrängerkolben 18 und den V/änden der Kammer 12 erzielt wird. Dadurch wird das warme Gasvolumen von dem kalten Gasvolumen getrennt und eine Leckage zwischen diesen Volumen verhindert. Der Verdrängerkolben kann sich frei

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zwischen dem Boden 22 der Kammer 12 und der Oberseite 24 der Kammer 12 bewegen. Die Vorrichtung enthält einen Vorrat eines unter hohem Druck stehenden Mediums (nicht gezeigt), das durch die Rohrleitung 26 zugeführt wird. In der Rohrleitung 26 ist ein Einlaßventil 28 angeordnet, das die Zuführung oder Einspeisung des unter hohem Druck stehenden Mediums regelt. Die Rohrleitung 26 ist wiederum mit einer Rohrleitung 30 verbunden, die ihrerseits an.: einer Regenerationsvorrichtung 32 angeschlossen ist, die wiederum über einer Rohrleitung 34, einem Wärmeaustauscher 36 und einer Rohrleitung 38 mit dem unteren Ende 22 der Kammer 12 in Verbindung steht. Die Regenerationsvorrichtung 32 besteht vorzugsweise aus einer Kammer, die ein Metallsieb mit kleinen Öffnungen enthält, je- % doch ebenso aufeinandergestapelte Teilchen anderer Materialien, wie z.B. Bleikügelchen, aufweisen kann, was an sich bekannt ist.

Die Rohrleitung 30 1st wiederum mit einer Auslaßrohrleitung 40, einem Auslaßventil 42, einem Wärmeaustauscher 44 und einer Rohrleitung 46 verbunden, welche dem Zweck dient, das verbrauchte Gas aus dem System abzuleiten.

Zwischen der Druck- oder Pufferkammer 14 des Gehäuses 10 und der Rohrleitung 30 ist ein Kapillarrohr 48 angeordnet, das den Druck der Druck- oder Pufferkammer regelt. Das Kapillar- M rohr ist derart bemessen, daß der Druck in der Pufferkammer in etwa zwischen dem hohen und niedrigen Druck über -dem Verdrängerkolben 18 an jedem Ende des Zyklus gehalten wird, wie nachstehend erläutert wird.

In Betrieb wird die Speiserohrleitung 26 mit einer Quelle eines unter hohem Druck stehenden Kälteerzeugungsmediums verbunden, z.B. Heliumgas. Der Zyklus beginnt, wenn sich der Verdrängerkolben 18 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet, und Gas mit niedrigem Druck in der Regenerationsvorrichtung 32 vorhanden ist. Das Auslaßventil 42 ist geschlossen und das Einlaßventil 20 offen,- so daß das Kälteerzeugungcmediura oder Kühlmedium durch die Rohrleitung 30 und den

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Boden des Gehäuses 10 zugeführt wird. Das Gas bewirkt, daß sich der Verdrängerkolben 18 hebt, bis der Druck im Raum 12 über dem Verdrängerkolben 18 gleich ist dem Druck unterhalb des Verdrängerkolbens 18. An diesem Punkt beginnt die Pufferkammer 14, in der ein Mitteldruck oder Zwischendruck herrscht, welcher durch das Kapillarrohr festgelegt 1st, Gas aufzunehmen, das sich über dem Verdrängerkolben 18 befindet, und zwar durch die Öffnung 16. Dadurch kann der Verdrängerkolben hochsteigen und das kalte verdrängte Volumen mit unter hohem Druck stehenden Gas füllen. Das Einlaßventil 28 wird geschlossen, wenn der Verdrängerkolben 18 das obere Ende seiner Aufwärtsbewegung erreicht, anschließend wird das Auslaßventil 42 geöffnet und der Druck unterhalb des Verdrängerkolbens 18 beginnt abzufallen. Die Temperatur des expandierenden Gases fällt ab, und das Gas wird durch die Rohrleitung 38, den Wärmeaustauscher 36, die Rohrleitung 34, die Regenerationsvorrichtung 32, die Rohrleitung 30, die Rohrleitung 40, das Ventil 42, den Wärmeaustauscher 44 und die Rohrleitung 46 gedrückt und von dem System weggeleitet. Das aus dem kalten verdrängten Volumen ausströmende Gas hat eine niedrigere Durchschnittstemperatur als das Gas, das in das Volumen eintritt und kann somit Wärme von außerhalb des Systems abziehen, wenn es durch den Wärmeaustauscher 36 hindurchtritt. Wenn der Druck unterhalb des Verdrängerkolbens 18 auf einen Wert absinkt, der kleiner als der Druck in der Pufferkammer 14 ist, so strömt das Gas in der Pufferkammer 14 zurück in die Kammer 12 und drückt den Verdrängerkolben gegen den Boden 22 des Gehäuses 10. Wenn der Verdrängerkolben 18 den Boden 22 des Gehäuses 10 erreicht, wird das Auslaßventil 42 geschlossen, woraufhin das Einlaßventil 28 geöffnet und der Zyklus kontinuierlich wiederholt wird, wodurch eine kontinuierliche Kälteerzeugung erzielt wird. Der Wärmeaustauscher 44 ist deshalb eingeschaltet, um die übermäßige Wärme abzuführen, die in dem Gas dadurch erzeugt wird, daß es durch die Öffnung 16 gedruckt wird. Das abgekühlte durch die Regenerationsvorrichtung 32 austretende Gas kühlt die Regenerationsmedien so ab, daß das anschließend einströmende Gas vorgekühlt wird, wodurch die Kälteerzeugungskapazität des Systems auf eine niedere Temperatur gelegt wird.

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Das Kapillarrohr 48 ist so eingeschaltet, daß der mittlere Druck der Pufferkammer 14 auf einem halbwegs gleichförmigen Wert gehalten wird. Es ist auch möglich, das Rohr durch Tellerventile oder andere Druckregelvorrichtungen zu ersetzen, das Kapillarrohr wird jedoch bevorzugt. Das Pufferkammervolumen ist etwa zehnmal größer als das verdrängte Volumen, und die Öffnung 16 ist so bemessen, daß der Verdrängerkolben mit praktisch jeder erwünschten Geschwindigkeit hin- und herbewegt werden kann. Bekannte Vorrichtungen, in denen eine Druckbeaufschlagung des Gases oder ein Gasausgleich erfolgt, können nur dadurch gesteuert werden, daß der Gasdruck in den zuführenden Rohrleitungen gesteuert wird oder daß direkte Gelenkverbindungen zu dem Verdrängerkolben vorgesehen werden.

Die Ausführungsform der Fig. 2 ist mit der Vorrichtung der Fig. 1 identisch, mit der Ausnahme, daß die Regenerationsvorrichtung innerhalb des Verdrängerkolbens 18' in dem Bereich enthalten ist, der bei 50 angedeutet ist. Der Arbeitszyklus entspricht dem der Ausführungsform nach Fig. 1, mit der Ausnahme, daß das abzukühlende Medium durch die Seite des Gehäuses 10' eingeführt und herausgeführt wird. Das einzuführende Medium wird durch die Leitung 52 im Verdrängerkolben 18· zur Regenerationsvorrichtung 50 geleitet und durch die Leitung 54 aus dieser zum Boden 22' des Gehäuses 10' weitergeleitet. Eine zweite Ringdichtung 53 unterstützt die Hindurchführung des Kälteerzeugungsmediums durch die Regenerationsvorrichtung 50 während des Einlaß- und Auslaßabschnitts des Zyklus.

Das Druck-Volumen-Diagramm gemäß Fig. 5 stellt einen idealen Arbeitszyklus dar, wobei man annimmt, daß der Verdrängerkolben sowohl an der Oberseite 24, als auch am Boden 22 der Kammer 12 im Gehäuse 10 anschlägt. Dies ist jedoch nicht erwünscht, da es zu einem zu starken Vibrieren des Kälteerzeugers führen würde. Vor dem Anschlagen an der Oberseite bzw. dem Boden der Kammer 12 werden daher die entsprechenden Ventile geschlossen, so daß der Verdrängerkolben weder an der Oberseite noch am Boden aufschlägt. Dies führt zu einem Druck-

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Volumen-Diagramm, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, und das auch den tatsächlichen Arbeitszyklus darstellt, bei dem die Bewegungsrichtung des Verdrängerkolbens umgekehrt wird, bevor er tatsächlich entweder an der Oberseite 24 oder am Boden 22 der Kammer 12 im Gehäuse 10 anschlägt.

In der Fig. 3 ist eine mehrstufige Kälteerzeugungsvorrichtung gezeigt, die einen abgestuften Verdrängerkolben 54 verwendet. Der Verdrängerkolben 54 enthält einen Abschnitt 56 mit einem großen Durchmesser und einen Abschnitt 58 mit einem kleinen Durchmesser, und er kann in einem einzigen Stück hergestellt werden. Die Abschnitte 56 und 58 sind innerhalb komplementärer Abschnitte 60,62 des Gehäuses 64 angeordnet und mit einer Hauptdichtung 66 sowie einer Nebendichtung 68 versehen. Die Hauptdichtung 66 verhindert, daß das Medium aus dem warmen Ende in das kalte Ende 72 des Verdrängerabschnitts 56 einströmt, während die Dichtung 68 dem Zweck dient, das Gas unterhalb des Verdrängerabschnitts 56 durch die Regenerations— vorrichtung 12 zu leiten. Für den oberen Verdrängungskolbenabschnitt ist eine getrennte Regenerationsvorrichtung 74 vorgesehen. Der Kälteerzeuger gemäß Fig. 3 besteht tatsächlich aus zwei Kälteerzeugern ähnlich der Fig. 1, die hintereinandergeschaltet sind, wodurch man den wichtigen Vorteil einer erhöhten Leistungsfähigkeit erzielt, und zwar aufgrund der stufenweisen Abziehung der .¥änae von dem Kälteerzeugungsmedium, wodurch die unterste erreichbare Temperatur gesenkt werden kann. Beispielsweise beträgt die Temperatur des Verdrängerkolbenabschnitts 56 an kalten Ende etwa 30 ⁰K, während die Temperatur des Verdrängerkolbenabschnitts 58 am kalten Ende 6,5 bis 7,0 ⁰K beträgt. Der Arbeitszyklus entspricht demjenigen, der in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Es ist bekannt, daß das Ausmaß der Kälteerzeugung proportional ist dem Volumen des ausgespülten Gases, und daß das ausgespülte Volumen durch den Durchmesser und Hub des Verdrän gerkolbens bestimmt wird· Me Fig. 3 deutet ein Verfahren an,

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wie man die Kälteerzeugung variieren kann, indem man den Durchmesser des Verdrängerkolbens verändert. Fig. 4 zeigt ein anderes Verfahren, wie man das ausgespülte Volumen variieren kann, indem man den Hub der zweiten Stufe eines zweistufigen Verdrängerkolbens verändert. Um dies zu bewerkstelligen, ist eine lose Kupplung 76 zwischen der oberen Stufe 78 und der unteren Stufe 80 des Verdrängerkolbens 79 vorgesehen. Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 4 ist die gleiche wie die vorstehend im Zusammenhang mit der Vorrichtung der Fig. 2 beschriebene, jedoch mit der Ausnahme, daß das Gas zu der Regenerationsvorrichtung 84 der zweiten Stufe 80 durch eine Rohrleitung 86 geleitet wird, die der Kupplung 76 zugeordnet ist. Die lose Kupplung ermöglicht einen kürzeren Hub des Abschnittes 80, um die gleiche Kälteerzeugung wie bei der Vorrichtung der Fig. 3 zu erzielen. Auch hier kann wieder eine minimale Temperatur von 6,5 bis 7,0 ⁰K am Ende 88 des Kälteerzeugers der Fig. 4 erreicht werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung modifiziert werden kann. Eine derartige Modifikation besteht darin, zusätzliche Verdrängerkolben-Stufen mit eingebauten oder äußeren Regenerationsvorrichtungen für jede Stufe hinzuzufügen. Bei einer anderen Modifikation könnte die Verdrängung verändert werden, und zwar durch Veränderung des Durchmessers oder des Hubs des Verdrängerkolbens, wobei diese Maßnahmen entweder einzeln oder gemeinsam durchgeführt werden können.

In Fig. 7 ist ein Querschnitt einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die tatsächlich konstruiert worden ist und betrieben v/ird. Aus der Fig. 7 geht hervor, daß der Verdrängerkolben 100 in dem Gehäuse 102 verschiebbar angeordnet ist. Der Verdrängerkolbon 100 ist mit einer Dichtung 104 versehen, so daß das hoiße Ende 106 gugonüber dem kalten Ende 108 des Gehäuses 102 abgedichtet ist. Am unteren Ende des Gehäuses 102 ist ein Wärmeaustauscher 11U vorgesehen, der die Kühlung weiterleitet, die- von dem Verdrängerkolben hervorgerufen wird. Arn oberen Ende des Gehäuses 102 Lsb eine mediumü-

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dichte Abdeckung 112 angebracht, die mit einer Öffnung 114 und Filter 116 versehen ist. Über der Abdeckung 112 ist abgedichtet, ein Pufferkammergehäuse 118 befestigt, das eine Druck- oder Pufferkammer 120 begrenzt.

Das Verdrängerkolben-Gehäuse 102 und Pufferkammer-Gehäuse sind auf einer Grundplatte 122 befestigt, um die einwandfreie Abdichtung zu erzielen. Abdichtungselemente 124, 126 sind für die Verdrängerkolben 102 und die Pufferkammer 118 vorgesehen, um die Aufrechterhaltung der Abdichtung gegenüber der Grundplatte 122 zu unterstützen.

Der Wärmeaustauscher 110 ist über eine Rohrleitung 124 mit der Regenerationsvorrichtung 126 verbunden, die an der Grundplatte 122 befestigt ist. Die Regenerationsvorrichtung 126 ist mit einem Regeneratormaterial 128 ausgefüllt, z.B. feinen Drahtsieben. Die Regenerationsvorrichtung 126 ist mit den notwendigen Kanälen 130 und 132 ausgerüstet, um das Medium durch die Regenerationskammer hindurchzuleiten.

Auf der Grundplatte 122 ist über der Regenerationsvorrichtung einwandfrei abgedichtet zu dieser eine Ventileinrichtung befestigt, die allgemein bei 133 angedeutet ist. Diese Ventileinrichtung besteht aus einem oberen Gehäuse 134, das eine Einlaßöffnung·131 enthält, die mit einer Quelle eines unter hohem Druck stehenden Gases (nicht gezeigt) zu verbinden ist, und einem unteren Gehäuse 136, das eine Auslaßöffnung· 137 für die Abführung des abgekühlten Gases enthält. Die Einlaßöffnung 131 steht in Verbindung mit einer Kammer 138, in der ein Drehventil 140 angeordnet ist, um über die Leitung 135 dem System Gas zuzuführen und um ferner über die Öffnung 137 im Gehäuse 136 Gas abzulassen. Ein Kapillarrohr 152 ist zwischen der Pufferkammer 120 und der Leitung 135 eingeschaltet, um den Druck in der Pufferkammer 120 aufrechtzuerhalten.

Ein elektrischer Motor 146 wird durch eine Spannungsquelle (nicht gezeigt) angetrieben, deren Spannung über eine elektri-

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sehe Leitung 150 zugeführt wird. Der Motor 146 betätigt den Ventilteller I44_f um abwechselnd zum Boden 108 des Gehäuses 102 über die Regenerationsvorrichtung 128 ein unter hohem Druck stehendes Gas zuzuführen und zu dem gleichen Pfad das abgekühlte Gas abzuleiten, und zwar entsprechend dem Kälteerzeugungszyklus, der in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Eine Vorrichtung von der in Fig. 7 gezeigten Art wurde über 200 Stunden betrieben und erzeugte eine Kühlleistung von 25 Watt bei 77 °K am Wärmeaustauscher 110, während sie bei 154 UpM unter einem Heliumgasdruck von 24,5/10,5 kg/cm (350/150 psia betätigt wurde.

Es liegt ferner im Rahmen des oben beschriebenen Erfindungskonzepts, ein getrenntes System vorzusehen, das die Druckoder Pufferkammer auf der gewünschten Temperatur hält. Dies kann auf irgendeine bekannte Art und Weise erfolgen, z.B. dadurch, daß ein getrennter Mediumskreis vorgesehen wird und eine thermostatische Steuerung mit der Druck- oder Pufferkammer verbunden wird.

Claims

Patentansprüche

1. ,'Vorrichtung zur Kälteerzeugung mit einem mediumsdichten Gehäuse, das einen im allgemeinen kreisrunden Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) in eine_- Verdrängerkolben-Kammer (12) und eine Pufferkammer (14) unterteilt ist, wobei sich zwischen den Kammern eine Öffnung (16) befindet, daß ein Verdrängerkolben (18,18', 54 usw.) in der Verdrängerkolben-Kammer beweglich gelagert ist und eine Querschnittsform aufweist, die dem Gehäuse ähnlich ist, daß Abdichtungsmittel (20,66,68 usw.) rund um den Verdrängerkolben so angeordnet sind, daß die Verdrängerkolben-Kammer ein heißes und ein kaltes Ende aufweisen kann, daß Vorrichtungen (26,30,34,38) vorgesehen sind, die eine Strömung eines unter hohem Druck stehenden Mediums dem kalten Ende der Verdrängerkolben-Kammer zuführen, daß Regenerationsvorrichtungen (32,50,72,74 usw.) in dem Kreis der Mediumseinlaßvorrichtungen angeordnet sind, daß eine Vorrichtung (36) vorgesehen ist, die die erzeugte Wärme absorbiert und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die das Medium umwälzen, das der Verdrängerkolben-Kammer zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Kälteerzeugung nach Anspruch 1, gekenn z'eichnet durch Vorrichtungen (48, 48',152), die den Puffervolumendruck regeln.

3. Vorrichtung zur Kälteerzeugung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Anzahl übereinandergestapelter Siebe mit kleinen Öffnungen.

4. Vorrichtung zur Kälteerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic.hnet, daß die Regenerationsvorrichtung (50) und der Mediumspfad in dem Verdrängerkolben (18·) angeordnet sind.

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5. Vorrichtung zur Kälteerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (64) in einei- Mediumspufferkammer, eine erste Verdrängerkolben-Kammer (60) und eine zweite Verdrängerkolben-Kammer (62) unterteilt ist, daß die ersten und zweiten Verdrängerkolben-Kammern koaxial ausgefluchtet sind und verschiedene Querschnittsflächen aufweisen, daß zwischen der ersten Verdrängerkolben-Kammer und der Pufferkammer eine Öffnung angeordnet ist, daß ein Verdrängerkolben (54) in den Verdrängerkolben-Kammern bewegbar angeordnet ist und aus einer einteiligen Konstruktion besteht, daß Abdichtungsmittel (66,68) rund um jedes Teil des Verdrängerkolbens angeordnet sind, die in unterschiedlichen Kammern enthalten sind, so daß jede Verdrängerkolben-Kammer ein kaltes Ende und ein heißes Ende aufweisen kann, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die ein unter hohem Druck stehendes Medium dem kalten Ende einer jeden Verdrängerkolben-Kammer zuführen, daß Regenerationsvorrichtungen (72,74) in dem Kreis der Mediumsleitvorrichtungen angeordnet sind, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die die durch den Kälteerzeuger hervorgerufene Wärme absorbieren und daß Vorrichtungen das Medium umwälzen, das den Verdrängerkolben-Kammern zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Kälteerzeugung nach Anspruch 5, dadurch. gekennzeichnet, daß die Regenerationsvorrichtung mit einem Regenerationsmedium versehen ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus feinen Drahtsieben und Metallkugeln besteht.

7. Vorrichtung zur Kälteerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkolben (79) einen ersten Abschnitt (78) aufweist, der in Abctand von einem zweiten Abschnitt (80) angeordnet und mit diesem durch eine lose Kupplungsvorrichtung (76) verbunden ist, daß Abdichtungsmittel rund um die ersten und zwei, ten Verdrurigerkoiben-Abschnitte so angeordnet sind, daß die Vertlrun^orkolbun-Knmrner ein kaltes Ende und ein heißer. I.nde nufv/uisen kann, ;iu; uinem joden Vordrän[;erkolbi.m-Ab:K;hnitt i:Ui,<.;ordrie t

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sind, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die eine Strömung eines unter hohem Druck stehenden Mediums dem kalten Ende zuführen, das jedem Verdrängerkolben-Abschnitt zugeordnet ist, daß Regenerationsvorrichtungen (84) in dem Kreis der Mediumseinlaßvorrichtungen angeordnet sind, daß eine Vorrichtung die erzeugte Wärme absorbiert und Vorrichtungen das Medium umwälzen, das der Verdrängerkolben-Kammer zugeführt wird.

8. Vorrichtung zur Kälteerzeugung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Mediumskreises und der Regenerationsvorrichtungen in den Verdrängerkolben-Abschnitten (78,80) enthalten sind.

9. Verfahren zur Kälteerzeugung unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge eines Kälteerzeugungsmediums mit einer vorgegebenen Temperatur und unter einem hohen Druck einem ersten Ende eines abgeschlossenen Raums zugeführt wird, der einen Verdrängerkolben enthält, daß das Kälteerzeugungsmedium den Verdrängerkolben entgegen einem vorbestimmten Volumen eines Puffergases an einem zweiten Ende des Raumes so lange bewegt, bis der Druck am Verdrängerkolben ausgeglichen ist, daß die Zuführung des Kälteerzeugungsmediums fortgesetzt wird, während das Puffergas in ein Gehäuse entweichen kann, das unter einem konstanten Druck gehalten wird, so daß der Verdrängerkolben eine zusätzliche Menge des unter hohem Druck stehenden Gases einzieht, und daß das unter hohem Druck stehende Kälteerzeugungsmedium aus dem eingeschlossenen Raum am ersten Ende dadurch abgelassen wird, daß man das Puffergas auf den Verdrängerkolben einwirken läßt, wodurch das Kälteerzeugungsmedium expandiert und abkühlt.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Puffergas durch eine Öffnung in eine geschlossene Kammer entweichen kann.

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11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kälteerzeugungsmedium durch eine Regenerationsvorrichtung in den eingeschlossenen Raum ein- und austritt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das abgekühlte Medium zur Kühlung der Puffergaskammer verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Vorrat des Kälteerzeugungsmediums durch eine automatische Steuervorrichtung kontrolliert wird.

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