DE2629809B2 - Device for generating cold and warm partial gas flows - Google Patents

Device for generating cold and warm partial gas flows

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DE2629809B2 DE19762629809 DE2629809A DE2629809B2 DE 2629809 B2 DE2629809 B2 DE 2629809B2 DE 19762629809 DE19762629809 DE 19762629809 DE 2629809 A DE2629809 A DE 2629809A DE 2629809 B2 DE2629809 B2 DE 2629809B2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von kalten und warmen Gasteilströmen in einer Maschine zur Kompression und zur Expansion eines Gesamtgasstromes in mindestens einem Arbeitsraum, mit mindestens einem Regenrator zur Aufnahme mindestens eines Teiles der Kompressionswärme und anschließender Abgabe zumindest eines Teiles dieser Wärme.The invention relates to a device for generating cold and warm partial gas flows in one Machine for the compression and expansion of a total gas flow in at least one working space, with at least one regenerator to absorb at least part of the compression heat and subsequent release of at least part of this heat.

Einrichtungen zur Erzeugung von kalten und warmen Gasteilströmen in einer Maschine zur Kompression und Expansion eines Gesamtgasstromes arbeiten angenähert nach dem Joule - Prozeß. Das Gas wird bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur von einem Kompressor angesaugt und nahezu adiabatisch verdichtet. Das dabei erhitzte komprimierte Gas strömt durch einen Wärmeaustauscher, indem es unter Abkühlung seine Wärme auf ein zweites Medium überträgt. Γη einer anschließenden Expansionskammer wird das Gas unter Arbeitsleistung nahezu adiabatisch entspannt, wobei es sich unter seine ursprüngliche Temperatur abkühlt. Das so erhaltene Gas kann direkt in einem offenen Prozeß oder indirekt über einen Wärmeaustauscher in einem geschlossenen Kreislauf Kälte leisten. Ebenso kann die im ersten Wärmeaustauscher abgeführte Wärmemenge zu Heiz/wecken nutzbar gemacht werden.Devices for generating cold and warm partial gas flows in a machine for compression and Expansion of a total gas flow work approximately according to the Joule process. The gas is at sucked in by a compressor at low pressure and low temperature and compressed almost adiabatically. The compressed gas heated in the process flows through a heat exchanger by cooling it down transfers its heat to a second medium. Γη a subsequent expansion chamber is the gas under Work performance relaxed almost adiabatically, whereby it cools down below its original temperature. That The gas obtained in this way can be used directly in an open process or indirectly via a heat exchanger in one provide closed circuit cooling. The amount of heat dissipated in the first heat exchanger can also be used can be used for heating / awakening.

Einrichtungen zur Erzeugung von kalten und warmenEquipment for the production of cold and warm

Gasteilströmen bestehen daher aus drei Einheiten, die das Gas nacheinander durchströmt nämlich einem Kompressionsteil, einem Wärmeaustaascher und einem '· Expansionsteil.Gas substreams therefore consist of three units that the gas flows through one after the other namely a compression part, a heat exchanger and a '· Expansion part.

Die ans den Literaturstellen DE-OS 17 51 704. DE-OS 2106 348. DE-AS 15 76 895 und US-PS 39 37 030 bekannten Einrichtungen zur Erzeugung von kalten und warmen Gasteilströmen bestehen aus diesen dreiThe ans the literature references DE-OS 17 51 704. DE-OS 2106 348. DE-AS 15 76 895 and US-PS 39 37 030 known devices for generating cold and warm partial gas flows consist of these three

i'i Einheiten in getrennter Anordnung. Nach der US-PS 39 13 351 und der US-PS 29 06 101 sind der Expansionsund Kompressionsteil in eine Einheit zusammengefaßt. Bei einer solchen Anordnung jedoch muß das komprimierte und dadurch erhitzte Gast die Maschinei'i units in a separate arrangement. According to the US PS 39 13 351 and US-PS 29 06 101 are the expansion and Compression part combined into one unit. With such an arrangement, however, it must compressed and thereby heated guest the machine

: > nach der Kompression verlassen, um in einem separaten Wärmeaustauscher abgekühlt zu werden. Danach strömt der gekühlte und komprimierte Gasstrom wieder zurück in den Expansionsteil der Maschine. Durch die örtliche Trennung des Wärmeaustauschers ·" vom Expansions- und Kompressionsteil fehlt diesen Einrichtungen eine kompakte Bauweise, so daß sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen nur unter größerem Platzbedarf eingesetzt werden können. : > left after compression to be cooled in a separate heat exchanger. The cooled and compressed gas stream then flows back into the expansion section of the machine. Due to the local separation of the heat exchanger from the expansion and compression part, these devices lack a compact design, so that they can only be used in motor vehicles, for example, with greater space requirements.

Vorliegender Erfindung, liegt daher die AufgabeThe present invention therefore has the task

. : zugrunde, eine einfach aufgebaute und billig herzustellende Einrichtung zu schaffen, welche einerseits zur Kühlung und andererseits auch zur Wärmezufuhr dienen kann, und welche zusätzlich aufgrund ihres geringem 3auvo!umens und Gewichtes platzsparend. : based on a simply structured and cheap to manufacture To create a device which, on the one hand, for cooling and, on the other hand, also for supplying heat can serve, and which also save space due to their low volume and weight

·-. beispielsweise auch in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann.· -. for example also used in motor vehicles can be.

Diese Aufgabe wird durch eine Maschine zur Kompression und Expansion eines Gesamtgasstromes gelöst, bei der erfindungsgemäß mit jedem Arbeitsraum ein Regenerator ständig verbunden ist, in den die gesamte Gasmenge während der Kompression hineingeschoben wird, und aus dem Gas während der Expansion wieder in den Arbeitsraum austritt, jeder Regenerator besitzt dabei eine aus der MaschineThis task is performed by a machine for compressing and expanding a total gas flow solved, in which, according to the invention, a regenerator is constantly connected to each work space, in which the total amount of gas is pushed in during compression, and out of the gas during Expansion exits back into the work area, each regenerator has one from the machine

■·" führende und am Ende der Expansion oder zu Beginn der Kompression zu öffnende Gasleitung, über die das nach der Expansion im Regenerator verbliebene heiße Restgas als warmer Teilstrom abgeführt wird. Im Prinzip geschieht das Folgende:■ · "leading gas line to be opened at the end of the expansion or at the beginning of the compression, via which the hot residual gas remaining in the regenerator after expansion is discharged as a warm partial flow. in the Principle the following happens:

Das Gas wird nach dem Ansaugtakt während der Kompressionsphase möglichst vollständig in den Regeneratorteil eingedrückt, der damit das Verdichtungsvolumen darstellt. Das dabei ourch die Kompression erhitzte Gas gibt seine Wärme an den Regenerator ab.After the intake stroke, the gas is as completely as possible into the regenerator part during the compression phase pressed in, which thus represents the compression volume. This is due to the compression heated gas gives off its heat to the regenerator.

■ Anschließend erfolgt die Expansion des Gases unter Abkühlung, und zwar zu einem Teil innerhalb des Regenerators und zum anderen Teil außerhalb. Das dann in der Expansionskirnmer befindliche Gas ist abgekühlt und kann als Kaltluft beispielsweise in eine Klimaanlage abgegeben werden. Der zweite Teil des Gases befindet sich dann noch in der Regeneratorkammer. Er hat sich zunächst durch die Expansion abgekühlt, nimmt aber jetzt aufgrund der größeren Verweilzeit im heißen Regenerator von dort Wärme auf und verläßt dann über eine gesonderte Austrittsöffnung den Regenerator als Heißluft, um dann gegebenenfalls genutzt zu werden.■ Then the expansion of the gas takes place with cooling, to a part within the Regenerators and the other part outside. The gas then located in the expansion chamber is cooled and can be released as cold air, for example in an air conditioning system. The second part of the Gas is then still in the regenerator chamber. He did it first by expanding cooled down, but now absorbs heat from there due to the longer residence time in the hot regenerator and then leaves the regenerator as hot air via a separate outlet opening, and then if necessary to be used.

Zur konstruktiven Verwirklichung der erfinderischen Idee werden zwei Lösungen vorgeschlagen:Two solutions are proposed for the constructive implementation of the inventive idea:

In der ersten Lösung ist der Regenerator in der Arbeitsfläche des Kolbens untergebracht. Der Ausstoß von erhitzter Restluft aus dem Regenerator erfolgt vorzugsweise am Ende der Expansionsphase oder /uIn the first solution, the regenerator is housed in the working surface of the piston. The output of heated residual air from the regenerator is preferably carried out at the end of the expansion phase or / u

Beginn der Kompressionsphase durch Ausschieben in eine separate öffnung.Start of the compression phase by pushing it out into a separate opening.

In der zweiten Lösung sind die Regeneratoren am Gehäuse befestigt. Analog erfolgt der Ausstoß der heißen Restluft aus dem Regenerator vorzugsweise am Ende der Expansionsphase oder zu Beginn der Kompressionsphase durch Ausschieben in eine separate öffnung.In the second solution, the regenerators are attached to the housing. The output of the hot residual air from the regenerator preferably at the end of the expansion phase or at the beginning of the Compression phase by pushing it out into a separate opening.

Durch diese beiden erfinderischen Lösungen werden alle drei für den Kaltgasprozeß notwendigen Einheiten, nämlich der Kompressor, der Wärmeaustauscher und der Expansionsteil, in einer einzigen Einheit zusammengefaßt Dadurch wird die geforderte kompakte Bauweise erreicht, so daß die Maschine insbesondere auch in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Insbesondere durch die erfindungsgemäße Verwendung des zum Arbeitsraum offenen Regenerators als Wärmeaustauscher ist gewährleistet, daß auf einfache Weise eine intensiv gekühlte Kaltluft für die Klimaanlage entsteht. Für eine noch intensivere Kühlung des Gapes kann jedoch auch der Regenerator von außen zum Beispiel durch Wasser, öl oder Luft zusätzlich gekühlt werden. Gegebenenfalls kann dann auch sogar auf den Spülvorgang verzichtet werden.Through these two inventive solutions, all three units necessary for the cold gas process, namely the compressor, the heat exchanger and the expansion part, combined in a single unit This achieves the required compact design, so that the machine can also be used in particular Motor vehicles can be used. In particular through the inventive use of the for Working space open regenerator as a heat exchanger is guaranteed that a simple way intensively cooled cold air for the air conditioning system is created. For even more intensive cooling of the gape, you can however, the regenerator can also be additionally cooled from the outside, for example by water, oil or air. If necessary, the flushing process can then even be dispensed with.

Als Arbeitsmaschinen eignen sich erfindungsgemäß alle Maschinen, mit denen Kompressions- und Expansionsvorgänge in einer Kammer durchgeführt werden können. Bevorzugt werden aber für diesen Fall erfindungsgemäß veränderte Rotationskolbenmaschinen. According to the invention, all machines with which compression and expansion processes are suitable as working machines can be carried out in a chamber. But are preferred for this case rotary piston machines modified according to the invention.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung in Rotationskolbenmaschinenbauari, und zwarThe drawing shows two exemplary embodiments of the device according to the invention in rotary piston machine construction, in fact

F i g. 1 eint Einkammer - Kompressions - Expansionsmaschine mit in den Arbeitskolb.;n eingebauten Regeneratoren und DichtleistenF i g. 1 unites single chamber compression expansion machine with regenerators and sealing strips built into the working piston

F i g. 2 eine Einkammer - Kompressions - Expansionsmaschine mit am Gehäuse befestigten Regeneratoren ". und Dichtleisten.F i g. 2 a single chamber compression expansion machine with regenerators attached to the housing ". and sealing strips.

In Fig. 1 stellt das feststehende Trochoidengehäuse und 2 den dreieckigen rotierenden Kolben dar. 3 und 4 sind das Ein- beziehungsweise Auslaßventil für die Arbeitsgase. In die drei Seitenflächen 5 der Kolbens 2 sind Ausnehmungen 6 eingearbeitet, die, z. B. mit Drahtgeflecht ausgefüllt, als Regeneratoren dienen, und die gleichzeitig über Kühlrippen 8 mit dem Innenraum 9 des Kolbens 2 verbunden sein können. Durch die öffnung 14 wird zu Beginn des Kompressionstaktes dieIn Fig. 1 represents the fixed trochoid housing and 2 represents the triangular rotating piston. 3 and 4 are the inlet and outlet valves, respectively, for the Working gases. In the three side surfaces 5 of the piston 2 recesses 6 are incorporated which, for. B. with Wire mesh filled, serve as regenerators, and at the same time via cooling fins 8 with the interior 9 of the piston 2 can be connected. Through the opening 14 at the beginning of the compression stroke, the

i"i heiße Restluft aus dem Regenerator 7 des Kolbens 2 ausgeschoben, um von dort gegebenenfalls für Heizzwecke abgeleitet zu werden.i "i hot residual air from the regenerator 7 of the piston 2 pushed out in order to be diverted from there for heating purposes if necessary.

In Fig. 2 sind durch 1, 2, 3 und 4 das feststehende Trochoidengehäuse, der dreieckige, rotierende Kreis-In Fig. 2, 1, 2, 3 and 4 are the fixed Trochoid housing, the triangular, rotating circular

.1H kolben sowie die Ein- und Auslaßventile gekennzeichnet. Die Regeneratoren 10 sind auf das Gehäuse der Trochoide 1 aufgesetzt und z. B. mit Drahtgeflecht 7 ausgefüllt. Zwei Dichtleisten 11 sind am Trochoidengehäuse angeordnet, so daß zwei abgedichtete Kammern. 1 H piston and the inlet and outlet valves. The regenerators 10 are placed on the housing of the trochoid 1 and z. B. filled with wire mesh 7. Two sealing strips 11 are arranged on the trochoid housing, so that two sealed chambers

• entstehen, deren Volumen sich bei Rotation des Kolbens 2 vergrößert und verkleinert. Über die Einlaßventile 3 wird zunächst Außenluft angesogen und in den Regeneratoren 10 verdichtet. Nach der Expansion wird ein Teil der Luft über das Auslaßventil 4 als Kaltluft• arise, the volume of which increases and decreases as the piston 2 rotates. Outside air is first drawn in via the inlet valves 3 and compressed in the regenerators 10. After the expansion, part of the air is passed through the outlet valve 4 as cold air

." ausgestoßen, während die heiße Restluft den Regenerator IO über das Ventil 14 zu Beginn des Kompressionstaktes verläßt, um dann gegebenenfalls auch für Heizzwecke verwendet zu werden.. ", while the hot residual air leaves the regenerator IO via the valve 14 at the beginning of the compression stroke, and then optionally for To be used for heating purposes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Einrichtung zur Erzeugung von kalten und warmen Gasteilströmen in einer Maschine zur Kompression und zur Expansion eines Gesamtgasstromes in mindestens einem Arbeitsraum, mit mindestens einem Regenerator zur Aufnahme mindestens eines Teiles der Kompressionswärme und anschließender Abgabe zumindest eines Teiles dieser Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Arbeitsraum ein Regenerator (10) ständig verbunden ist, in den die gesamte Gasmenge während der Kompression hineingeschoben wird und aus dem Gas während der Expansion wieder in den Arbeitsraum austritt, wobei jeder Regenerator (10) eine aus der Maschine führende, am Ende der Expansion oder zu Beginn der Kompression zu öffnende Gasleitung (14) aufweist, über die das n-ich der Expansion im Regenerator (10) verbleibende heiße Restgas als warmer Teilstrom abgeführt wird.1. Device for generating cold and warm partial gas flows in a machine for Compression and expansion of a total gas flow in at least one working space, with at least one regenerator for absorbing at least part of the compression heat and subsequent release of at least part of this heat, characterized in that that a regenerator (10) is constantly connected to each working space, in which the entire amount of gas is pushed in during compression and back in from the gas during expansion the working space exits, each regenerator (10) leading from the machine at the end of the Expansion or gas line (14) to be opened at the beginning of the compression, via which the n-i the expansion in the regenerator (10) remaining hot residual gas is discharged as a warm partial flow. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Gasleitung (!4) über eine Steuerkante regelbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that that the opening of the gas line (! 4) can be regulated via a control edge. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Regeneratoren (10) in die Arbeitsflächen des der Kompression und Expansion dienenden Kolbens (2) eingearbeitet sind.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that one or more Regenerators (10) in the working surfaces of the piston (2) used for compression and expansion are incorporated. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneratoren (10) am Gehäuse (1) zum Arbeitsraum offen angeordnet sind.4. Device according to claim 1, characterized in that that the regenerators (10) on the housing (1) are arranged open to the working space. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneratoren (10) von außen mit Wasser, öl und/oder LuIt kühlbar sind.5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the regenerators (10) can be cooled from the outside with water, oil and / or air. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Maschine zur Kompression und Expansion eine Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart verwendet ist.6. Device according to claims 1 to 5, characterized in that as a machine for Compression and expansion a rotary piston machine of the trochoid type is used.
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