DE2629809C3

DE2629809C3 - Equipment for the generation of cold and warm gas substreams

Info

Publication number: DE2629809C3
Application number: DE19762629809
Authority: DE
Inventors: Friedhelm 5673 Burscheid Stecher
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2629809A1; DE2629809B2

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 Rcgcnrator 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 regulator for absorbing 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 angenä hert 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, i.idem es unter Abkühlung seine Wärme auf ein zweites Medium überträgt. In 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 iiber einen Wärmeaustauscher in einem geschlossenen Kreislauf Kälte leisten. Ebenso kann die im ersten Wärmeaustauscher abgeführte Wärmemenge zu Heiz/wecken nutzbar gemacht werden.Equipment for the production of cold and warm Gas partial flows in a machine for the compression and expansion of a total gas flow work approximately hert after the Joule process. The gas is at low pressure and low temperature from a Compressor sucked in and compressed almost adiabatically. The compressed gas heated in the process flows through it a heat exchanger that transfers its heat to a second medium while cooling. In a subsequent expansion chamber, the gas is expanded almost adiabatically while working, whereby it cools below its original temperature. 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 Wärmeaustauscher und einem Expans'onsieil.Gas partial flows therefore consist of three units through which the gas flows one after the other, namely one Compression part, a heat exchanger and an expansions cable.

Die aus 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 drei Einheilen in getrennter Anordnung. Nach der US-PS 39 13 351 und der US-PS 29 06 101 sind der cxpansions- und Kompressionsteil in eine Einheit zusammengefaßt. Bei einer solchen Anordnung jedoch muß das komprimierte und dadurch erhitzte Gas die Maschine 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 WärmeaustauschersFrom the references DE-OS 17 51 704, DE-OS 2106 348, DE-AS 15 76 895 and US-PS 39 37 030 known devices for the production of cold and warm gas partial flows consist of these three units in a separate arrangement. According to the US PS 39 13 351 and US-PS 29 06 101 are the cxpansions- and compression part combined into one unit. With such an arrangement, however, it must compressed and thereby heated gas leave the machine after compression to be in a separate Heat exchanger to be cooled down. The cooled and compressed gas stream then flows back into the expansion part of the machine. Due to the local separation of the heat exchanger

M vom Expansions- und Kompressionsteil fehlt diesen Einrichtungen eine kompakte Bauweise, so daß sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen nur unter größerem Platzbedarf eingesetzt werden können. M from the expansion and compression part, these devices lack a compact design, so that they can, for example, only be used in motor vehicles with greater space requirements.

Vorliegender Erfindung liegt daher die Aufgabe zugründe, 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 geringen Bauvolumens und Gewichtes platzsparendThe present invention is therefore based on the object to create a simply constructed and inexpensive to manufacture device, which on the one hand to Cooling and, on the other hand, can also be used to supply heat, and which additionally due to their low construction volume and weight, saves space

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

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, leder 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, leather regenerator has one from the machine

■ίο 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:■ ίο leading and at the end of the expansion or at the beginning The gas line to be opened after the compression, via which the hot gas remaining in the regenerator after the expansion Residual gas is discharged as a warm partial flow. In principle, the following happens:

4^r) Das Gas wird nach dem Ansaugtakt während der Kompressionsphase möglichst vollständig in den Regeneratorteil eingedrückt, der damit das Verdichtungsvolumen darstellt. Das dabei durch die Kompression erhitzte Gas gibt seine Wärme an den Regenerator ab.4 ^r ) After the intake stroke, the gas is pressed as completely as possible into the regenerator part during the compression phase, which thus represents the compression volume. The gas heated by the compression gives off its heat to the regenerator.

^r.o 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 Expansionskammer 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 Rcgcneralorkammer. Er hat sich zunächst durch die Expansion abgekühlt, nimmt aber jetzt aufgrund der größeren Verweilzeit im heißen Regenerator von dort Wärme auf ^r .o The gas then expands while cooling, partly inside the regenerator and partly outside. The gas then located in the expansion chamber is cooled and can be released as cold air, for example into an air conditioning system. The second part of the gas is then still in the return chamber. It initially cooled down as a result of the expansion, but now absorbs heat from there due to the longer dwell time in the hot regenerator

bo und verläßt dann über eine gesonderte Austrittsöffnung den Regenerator als Heißluft, um dann gegebenenfalls genutzt zu werden.bo and then leaves via a separate outlet opening the regenerator as hot air, which can then be used if necessary.

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 A beitsfläche des Kolbens untergebracht. Der Ausstoß von erhitzter Restluft aus dem Regenerator erfolgt vorzugsweise am Ende der Expansionsphase oder zuIn the first solution, the regenerator is housed in the side of the piston. The output of heated residual air from the regenerator takes place preferably at the end of the expansion phase or at

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 Au-istoß 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 on Housing attached. Similarly, the hot residual air is blown out of the regenerator, preferably on End of the expansion phase or at the beginning of the compression phase by pushing out into a separate one 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 Gases 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 gas 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 erfindungsgeniäß 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 erfindiingsgeniäßen Einrichtung in Rotationskolbenmaschinenbauart, und zwarThe drawing shows two embodiments of the device according to the invention in rotary piston machine design, in fact

Fig. 1 eine Einkammer - Kompressions - Expansionsmaschine mit in den Arbeitskolben eingebauten Regeneratoren und Dichtleisten1 shows a 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 F i g. 1 stellt 1 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 des Kolbens 2In Fig. 1 represents 1 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

ίο 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 dieίο 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

is heiße Restluft aus dem Regenerator 7 des Kolbens 2 ausgeschoben, um von dort gegebenenfalls für Heizzwecke abgeleitet zu werden.is 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 I, 2, 3 und 4 das feststehende Trochoidengehäuse, der dreieckige, rotierende Kreiskolben 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 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 KaltluftIn Fig. 2 are through I, 2, 3 and 4 the fixed trochoid housing, the triangular, rotating rotary piston as well as the inlet and outlet valves. The regenerators 10 are on the housing of the Trochoid 1 put on and z. B. filled with wire mesh 7. Two sealing strips 11 are on the trochoid housing arranged so that two sealed chambers are formed, the volume of which changes when the piston rotates 2 enlarged and reduced. Via the inlet valves 3, outside air is first drawn in and into the Regenerators 10 compressed. After the expansion, part of the air is passed through the outlet valve 4 as cold air

so ausgestoßen, während die heiße Restluft den Regenerator 10 über das Ventil 14 zu B^inn des Kompressionstaktes verläßt, um dann gegebenenfalls auch für Heizzwecke verwendet zu werden.so ejected while the hot residual air enters the regenerator 10 leaves via the valve 14 to B ^ inn of the compression stroke to then possibly also for To be used for heating purposes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for the production of cold and warm Gastcilströmcn in a machine for Compression and expansion of a total gas flow in at least one work space, with at least one regenerator for intake at least part of the compression heat and subsequent release of at least part this heat, characterized in that a regenerator (10) is constantly connected, into which the entire amount of gas is pushed during compression and exits the gas back into the working space during the expansion, each regenerator (10) one leading out of the machine at the end of the expansion or at the beginning of the compression has opening gas line (14) via which the remaining after expansion in the regenerator (10) hot residual gas is discharged as a warm partial flow.

2. Device according to claim 1, characterized in that the opening of the gas line (14) over a Steuerkantc is adjustable.

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. Device according to claim!, Characterized in that that the regenerators (10) on the housing (1) are arranged open to the working space.

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. Device according to claims I to 5, characterized in that the machine / ur Compression and expansion a rotary piston machine of the trochoid type is used.