DE2061073C3 - Kaltgasmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kaltgasmaschine, insbesondere Gaskältemaschine, mit mindestens einem Zylinder und einem einen Kompressionsraum begrenzenden Kompyessionskdlben urur einem einen Expansionsraum begrenzenden Verdrängerkolben, und in der Verbindung zwischen Kompressiv israum und Expansionsraum angeordnetem Wärmetauscher, wobei der Verdrängerkolben einen axial sich erstreckenden Abdichtbereich gegenüber dem Zylinder aufweist und der Abdichtbereich über einen Kanal mit dem Kompressionsraum verbunden ist

Kaltgasmaschinen der vorgenannten Art sind aus der US-PS 33 55 882 bekannt Derartige Maschinen können als Kaltgasmotoren oder Gaskältemaschinen wirken.

Bei Kaltgasmotoren findet Kompression statt, wenn sich das Medium hauptsächlich in dem Raum mit niedrigerer Temperatur befindet, während Expansion stattfindet wenn sich das Medium hauptsächlich in dem Raum mit höherer Temperatur befindet

Maschinen der vorliegenden Art können als Maschinen vom Verdrängertyp oder vom Zweikolbentyp ausgebildet sein.

Um einen Kälteverlust aus dem Raum mit niedriger Temperatur zu vermeiden, wird der diesen Raum begrenzende kolbenförmige Körper dabei meistens durch einen Basisteil gebildet, dessen jenem Raum zugewandte Seite mit einer Isolafionskappe versehen ist.

Um die schädlichen Einflüsse des Spaltes zwischen dieser Isolationskappe und dem umgebenden Zylinder gering zu halten, wird die Spaltbreite klein gewählt. Dabei ist der betreffende kolbenförmige Körper mit einer Abdichtung versehen, dessen Bereich zur Verhinderung von Mediumleckagen über einen Kanal mit dem Kompressionsraum verbunden ist. Auf diese Weise wird zwar eine Leckage von Medium aus dem Expansionsraum nach außen nicht auftreten, aber eine periodische Strömung vom Kanal zum Expansionsraum.

Es hat sich erwiesen, daß bei dem Hinströmen zum

Expansionsraum etwaige im Medium befindliche Verunreinigungen in dem erwähnten Spalt ausfrieren und sich ' an den Spaltwänden ablagern. Bei einer Strömung des Mediums in die andere Richtung werden die abgelagerten Verunreinigungen nicht mehr mitgeführt. Es findet also eine Anhäufung von Verunreinigungen in dem Spalt statt. Hierdurch nimmt nach einer gewissen Zeit die Kälteerzeugung der Kühlmaschine, bzw. die Leistung des Kaltgasmotors ab. Vor allem bei kfeineren, nahe ihrer niedrigst erreichbaren Temperatur arbeitenden Gaskältemaschinen, ist dieser Effekt äußerst nachteilig.

Es sei bemerkt, daß in der US-Patentschrift 33 03 658 eine Kühlmaschine jenes Typs beschrieben wird, wobei ein in einem Zylinder bewegbarer Verdränger einen kalten und einen warmen Raum trennt, welche Räume durch einen Regenerator miteinander verbunden sind und wobei der warme Raum abwechselnd mit einer Zufuhr für Hochdruckmedium und einer Abfuhr für Tiefdruckmedium verbunden wird. Die Abdichtung des Spalts zwischen Verdränger und Zylinder wird hierbei durch zwei O-Ringe gebildet, während der Raum zwischen den zwei O-Ringen zur Verhinderung einer Verschmutzung des Spaltes in fortwährender offener Verbindung mit der Abfuhr steht, in der ein niedriger Druck herrscht

Ziel der Erfindung ist es, bei Kaltgasmaschinen der eingangs erwähnten Art, wobei das Arbeitsmedium im Gegensatz zu der bekannten Maschine einen geschlossenen Kreislauf zurücklegt, eine Verschmutzung des Spaltes zwischen Zylinder und kolbenförmigem Körper auf einfache Weise zu vermeiden.

Zur Verwirklichung dieses Zieles weist der Kanal einen Pufferraum auf und in dem Kanal ist zwischen dem Pufferraum und dem Kompressionsraum ein sich in Richtung zum Kompressionsraum öffnendes Rückschlagventil vorgesehen.

Da der Pufferraum sich über das erwähnte Rückschlagventil an den Raum mit de/ höheren mittleren Temperatur anschließt, wird sich, sobald der Druck darin höher wird als in dem zuletztgenannten Raum, das Ventil öffnen und eine Strömung aus dem Pufferraum in den Raum mit der höheren mittleren Temperatur auftreten. Wird der Druck in dem Kompressionsraum oder im Expansionsraum höher als der in dem Pufferraum, so wird entlang der Abdichtung Medium zum Pufferraum strömen. Auf diese Weise wird auf sehr einfache Art und ohne daß Zu- oder Abfuhr von, bzw. aus der Maschine notwendig ist, verhindert, daß

μ Medium von dem wärmeren Raum in den Teil des Spalts mit niedrigerer Temperatur gelangt Deshalb wird praktisch auch keine Ablagerung von Verunreinigungen in diesem Spalt stattfinden, so daß die Maschine auch nach längerer Betriebszeit noch immer optimale

Leistungen bietet

Um die Schmutzablagerung noch rigoroser zu beschränken, ist bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der Gaskältemaschine erfindungsgemäß in dem an der Wand des Zylinders oder kolbenförmigen

Körpers mündenden Kanal ein weiteres, sich in Richtung des Püfferfäümes öffnendes. Rückschlagventil angeordnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Gaskältemaschine vom Verdrängertyp mit der erfindungsgemäßen Abdichtung,

F i g, 2 und 3 zwei andere Ausführungen tier in F i g, 1 verwendeten Verdrängerabdiehuing,

F ί g. 4 eine sehematische Darstellung einer Gaskältemaschine vom Zweikolbentyp, mit der erfindungsgemä-Ben Abdichtung.

fη F i g, 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Zylinder angedeutet.

In diesem Zylinder sind beweglich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 aufgenommen, die durch eine Kolbenstange 4, bzw. eine Verdrängerstange 5, mit ι ο einem nicht dargestellten Getriebe verbunden sind. Der Verdränger 3 besteht aus einem Basisteil 6, einem Teil 7, in den ein Regenerator 8 aufgenommen ist und einer Isolationskappe 9. Zwischen Verdränger und Kolben befindet sich ein Kompressionsraum 10, in dem ein Kühler 11 untergebracht ist. Der Kompressionsraum 10 steht über Kanäle 12 im Basisteil 6 des Verdrängers, den Regenerator 8, Bohrungen 13 in der Wand des Verdrängerteils 7 und den Spalt 14 mit dem Expansionsraum 15 in Verbindung.

Der Spalt 14 setzt sich nach unten hin bis zum Basisteil 6 fort, der mit einem Kunststoffband 16 versehen ist, das die Abdichtung zwischen Teil 6 und Zylinder 1 bildet Der Basisteil 6 ist ferner mit einer ringförmigen Rille 17 ausgebildet, an die sich ein Kanal 18 anschließt, der mit einem Pufferraum 19 verbunden ist Der Pufferraum 19 steht über eine Leitung 20 mit dem Kompressionsraum 10 in Verbindung, (n die Leitung 20 ist ein Rückschlagventil 21 aufgenommen, das sich in Richtung zum Kompressionsraum öffnet

Die Wirkungsweise der Kühlmaschine darf als bekannt vorausgesetzt werden. Beim Bewegen des Verdrängers 3 findet ein Transport von Medium vom Kompressionsraum 10 zum Expansionsraum 15 und umgekehrt, statt. Das Medium strömt dabei zum größten Teil über die Kanäle 12, den Regenerator 8 und den Spalt 14. Es besteht jedoch die Möglichkeit, daß auch etwas Medium durch die Abdichtung 16 durchtritt Beim Hinströmen zum Kompressionsraum ergeben sich daraus kein3 Schwierigkeiten. Strömt hingegen Medium aus dem Kompressionsraum entlang der Abdichtung 16 in den Spalt 14 hinein, so werden die in dem Medium vorhandenen Verunreinigungen an den kalten Spaltwänden ausfrieren, was auf die Dauer zu einer Abnahme der Kälteerzeugung führt. Um dies zu verhindern, sind nun Rille 17, Kanal 18, Pufferraum 19 und Leitung 20 vorgesehen. Ist der Druck im Pufferraum 19 niedriger als im Kompressionsraum oder im Expansionsraum, so kann das Medium aus dem Spalt 14 und aus dem Kompressionsraum 10 Vtäraus über Abdichtung 16 zum ■><> Pufferraum 19 hin strömen. Wird jedoch der Druck im PufferrauiTi 19 höher als der im Kompressionsraum 10, so öffnet sich das Ventil 21, wonach Medium aus dem Pufferraum 19 heraus über die Leitung 20 zum Kompressionsfäum 10 strömt Natürlich wird in dem « Augenblick auch der Druck in der Rille 17 höher sein als im Spalt 14 und dem Kompressionsraum 20, so daß die Möglichkeit besteht, daß auch ein kleiner Mediumstrom zu dem Spalt 14 und dem Kompressionsraum 10 entlang der Abdichtung auftritt Dieser Strom wird jedoch nur eo gering sein, so daß die Menge der in den Spalt 14 gelangenden Verunreinigungen nur klein sein und keine Schwierigkeiten bieten wird. Durch eine geeignete Wahl des Volumens des Pufferaums 19 ist es möglich, dieses Rückströmen von Medium entlang der Abdichtung praktisch vollständig zu vermeiden.

Auf diese Weise wird auf sehr einfache Art und unter Beibehaltung des geschlossenen Mediumkreislaufes verhindert, daß sich Verunreinigungen im Spalt 14 ablagern.

In Fig.2 ist schematisch dargestellt, wie Rille 17, Kanal 18, Pufferraum 19 und Leitung 20 anstelle innerhalb des Verdrängers außerhalb desselben angeordnet sein können.

In F i g. 3 ist eine in großen Zügen F ί g. 1 und 2 entsprechende Ausführungsform dargestellt, wobei jetzt jedoch im Kanal 18 ein weiteres Rückschlagventil 23 angeordnet ist das sich in Richtung des Pufferraumes 19 öffnet Dies hat zur Folge, daß, wenn nun der Druck im Pufferraum 19 höher wird als in dfim Kompressionsraum oder im Expansionsraum, das Rückschlagventil 23 ein Rückströmen von Medium über die Abdichtung 16, zum Spalt 14 bzw. Kompressionsraum 10 verhindert, so daß alles Medium über die Leitung 20 zum Kompressionsraum 10 strömt Auch hierdurch wird eine Ablagerung von Verunreinigungen im Spalt 14 verhindert Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde an Hand einer Kühlmaschine mit einem im Verdränger angeordneten Regenerator erläutert. Diese Vorrichtung ist unter Beibehaltung derselben Vorteile jedoch auch für Gaskältemaschinen anwendbar, bei denen der Regenerator außerhalb des Zylinders angeordnet ist.

In F i g. 4 ist eine Gaskältemaschine vom Zweikolbentyp schematisch dargestellt Hierbei sind in einen Zylinder 41 zwei Kolben 42 und 43 aufgenommen, die über Kolbenstangen 44 und 45 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden sind. Der Kolben 42 begrenzt mit der einen Seite einen Kompressionsraum 46, der über einen Kühler 47, einen Regenerator 48 und einen Gefrierer 49 mit einem Expansionsraum 50 mit niedrigerer Temperatur verbunden ist Der Kolben 43 ist aus einem Basisteil 51 und einer Isolationskappe 52 aufgebaut In dem durch den Kompressionsraum 46 und den Expansionsraum 50 mit der dazwischenliegenden Verbindung gebildeten Arbeitsraum befindst sich Arbeitsmedium unter einem gewissen mittleren Druck. Hinter dem Kolben 42 und 43 befinden sich Räume 53 und 54 unter einen derartigen mittleren Druck, daß die auf den Kolben einwirkenden Kräfte ausgeglichen sind.

Der Basisteil 51 des Kolbens 53 ist mit einer Abdichtung 55 versehen. Zur Verhinderung einer Mediumströmung zum Spalt 56 zwischen der Isolatiofiskappe 52 und dem Zylinder 41, ist die Zylinderwand mit einer Rille 57 versehen, die über den Kanal 58, den Pufferraum 59 und den Kanal 60 mi! dem darin aufgenommenen Rückschlagventil 61 mit dem Kompressionsraum 46 in Verbindung steht. Auf diese Weise wird, ebenso wie bei den Ausführungen gemäß den vorhergehenden figuren verhindert, daß eine Ablagerung von Verunreinigungen im Spalt 56 stattfindet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1, Kaltgasmaschine, insbesondere Gaskältemaschine, mit mindestens einem Zylinder und einem einen Kompressionsraum begrenzenden Kompressionskolben und einem einen Expansionsraum begrenzenden Verdrängerkolben, und in der Verbindung zwischen Kompressionsraum und Expansionsraum angeordnetem Wärmetauscher, wobei der Verdrängerkolben einen axial sich erstreckenden Abdichtbereich gegenüber dem Zylinder aufweist und der Abdichtbereich über einen Kanal mit dem Kompressionsraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (18, 20; 58, 60) einen Pufferraum (19; 59) aufweist und daß in dem Kanal zwischen dem Pufferraum (19; 52) und dem Kompressionsraum (10; 46) ein sich in Richtung zum Kompressionsraum öffnendes Rückschlagventil (21; 61) vorgesehen ist
2. 2. Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem an der Wand des Zylinders oder kolbenförmigen Körpers mündenden Kanal (18; 58) ein weiteres Rückschlagventil (23) vorgesehen ist, das sich in Richtung des Pufferraumes (19; 59) öffnet