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" Verdichter "
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Gegenstand der DE-PS (Patentanmeldung
....) ist ein Verdichter mit Zylinder, Kolben und Ventilen, bei dem ein in einem
zylindrischen Kompressionsraum koaxial bewegbar angeordneter Kompressionskolben
an seinen Deck- und Bodenflächen mittig und koaxial je einen an seinem freien Ende
offenen, als Hohlzylinder ausgebildeten und mit verdampfbarem, flüssigen Kältemittel
gefüllten Arbeitskolben aufweist, die in indirekt beheizbaren und an den Kompressionsraum
angesetzten Arbeitszylindern bewegbar sind, wobei der zylindrische Kompressionsraum
in unmittelbarer Nähe seiner Deck- und Bodenfläche je einen ventilgesteuerten Auslaßkanal
und in der Mitte zwischen Deck- und Bodenfläche einen Einlaßkanal aufweist.
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Dieser Einlaßkanal wird von dem Kompressionskolben in dessen jeweiliger
Extremstellung freigegeben, so daß dadurch verdampftes Kältemittel in den vom Kpmpressionskolben
freien Teil des Kompressionsraums einströmt. Durch das angeschließende Beheizen
des Arbeitszylinders, der von diesem freien Teil des Kompressionsraumes durch den
Kompressionskolben getrennt ist, verdampft das in diesem Arbeitszylinder und dem
zugehörigen Arbeitskolben enthaltene flüssige Kältemittel unter Volumenvergrößerung
und drückt den Kompressionskolben unter Kompression des in dem freien Teil des Kompressionsraumes
befindlichen Kältemittel dampfes in die andere Extremstellung des Kompressionskolbens,
bis das in diesem Teil des Kompressionsraumes angeordnete Auslaßventil öffnet und
dem komprimierten Kältemittel dampf den Weg zum Kondensator einer Wärmepumpe freigibt.
Die Beheizung des vorerwähnten Arbeitszylinders wird jetzt unterbrochen. Gleichzeitig
gibt der Kompressionskolben bei Erreichen seiner Extremstellung wieder den Einlaßkanal
frei, durch den weiterer Kältedampf in den nun-
mehr freigewordenen
Teil des Kompressionsraums einströmt, der den Arbeitskolben umspült, in dem sich
das unter Erwärmung expandierte Kältemittel befindet, dessen Verdampfungswärme der
in dem freien Teil des Kompressionsraumes eingeströmte Kühlmitteldampf aufnimmt,
so daß sich das in dem Arbeitskolben und zugehörigen Arbeitszylinder befindliche
Kältemittel wieder verflüssigt.
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Durch die periodische Wiederholung dieser Vorgänge kann dieser Verdichter
im Dauerbetrieb gehalten werden.
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Es stellte sich nunmehr die Aufgabe, bei diesem Verdichter den Wärmeübergang
aus dem durch Verdampfung expandierten Kältemittel in dem Arbeitszylinder in den
in den freien Teil des Kompressionsraumes einströmenden Kältemitteldampf zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wurde nunmehr gefunden, den Verdichter nach
DE-PS ................... (Patentanmeldung
...) so zu verändern, daß die Arbeitszylinder von Außenzylindern umgeben sind, deren
innere Wandungsfläche mit der äußeren Oberfläche des jeweiligen Arbei tszyl i nders
einen Ringkanal begrenzt, der mit seinem einen Ende in den von Ein- und Auslaßkanälen
freien Kompressionsraum einmündet, während an seinem anderen Ende ventilgesteuerte
Ein- und Auslaßkanäle vorgesehen sind und die Heizeinrichtung für jeden Arbeitszylinder
nur noch in dessen Deckwandung angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend näher an einem Beispiel beschrieben,
das in Figuren 1 und 2 schematisch in teilweisem Schnitt dargestellt ist. In dem
zylindrischen Kompressionsraum 1 ist koaxial zu dessen Mittelachse und in deren
Richtung bewegbar der Kompressionskolben 2 angeordnet, der
mittels
der Dichtungen 3, vorzugsweise Kolbenringe, gegen die Innenwandung des Kompressionsraumes
1 abgedichtet ist.
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An der Deck- und Bodenfläche des Kompressionskolbens 2 sind die Arbeitskolben
4 bzw. 5 mittig und koaxial angeordnet und bilden mit dem Kompressionskolben 2 ein
Stück. Die Deck-bzw. Bodenfläche des Kompressionskolbens 2 verschließen die Arbeitskolben
4 bzw. 5 einseitig, die im übrigen als an ihrem freien Ende offene Hohlzylinder
ausgebildet und mit einer verdampfbaren Kälteflüssigkeit, wie beispielsweise Chlorfluorkohlenwasserstoffe,
gefüllt sind. Diese Arbeitskolben 4 bzw. 5 sind in den dem Kompressionsraum 1 mittig
und koaxial angesetzten Arbeitszylindern 6 bzw. 7 in Richtung deren Mittelachse
bewegbar angeordnet. Die Länge der Arbeitskolben 4 bzw. 5 ist so bemessen, daß deren
freie Enden auch in den Extremstellungen des Kompressionskolbens 2 die Arbeitszylinder
6 bzw. 7 nicht verlassen. In Nähe ihrer freien Enden sind die Arbeitskolben 4 bzw.
5 durch die Dichtungen 8 bzw. 9, vorzugsweise Kolbenringe, gegen die Innenwandung
der Arbeitszylinder 6 bzw. 7 abgedichtet. In dieser Abdichtung auftretende Undichtigkeiten
sind unschädlich, wenn die Arbeitskolben 4 bzw. 5 das gleiche Kältemittel enthalten,
das dem Kompressionsraum 1 zugeführt wird.
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Die Deckwandungen der Arbeitszylinder 6 bzw. 7 sind mit Heizeinrichtungen
10 bzw. 11 ausgerüstet, die als Kanäle ausgebildet sein können, in denen ein Heizmedium
fließt, das gegebenenfalls im Kreislauf geführt an einer Stelle dieses Kreislaufs
aufgeheizt wird. Anstelle der Kanäle kann jedoch auch eine elektrische Widerstandsheizung
vorgesehen sein.
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Die Arbeitszylinder 6 bzw. 7 sind von den Außenzylindern 16 bzw. 17
umgeben, deren Innenwandungen mit der Außenwandung des zugeordneten Arbeitszylinders
6 bzw. 7 einen Ring-
kanal 18 bzw. 19 begrenzt. Der Ringkanal 18
weist ebenso wie der Ringkanal 19 an seinem Ende den ventilgestcuerten Einlaßkanal
14 bzw. 15 für den zu komprimierenden nassen Kältemitteldampf auf, wie die Auslaßkanäle
12 bzw. 13 durch die der komprimierte Kältemitteldampf zu dem Kondensator einer
Wärmepumpe abströmt.
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Um ein einwandfreies Starten des erfindungsgemäßen Verdichters zu
gewährleisten, kann in einem der beiden Arbeitskolben 4 bzw. 5 an dessen Boden das
eine Ende einer Spiralzugfeder 20 befestigt sein, deren anderes Ende an der inneren
Stirnfläche des zugeordneten Arbeitszylinders 6 bzw.
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7 befestigt ist. Durch diese Spiralzugfeder 20 wird der Kompressionskolben
2 immer in die der Zugrichtung der Spiralfeder 20 entsprechende Extremlage gezogen,
wenn der Verdichter der Erfindung außer Betrieb ist.
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Bei Inbetriebsetzung des erfindungsgemäßen Verdichters, strömt durch
den Einlaßkanal 14 verdampftes Kältemittel in den vom Kompressionskolben 2 freien
Teil des Kompressionsraumes 1 und der diesen freien Teil des Kompressionsraumes
gegenüberliegende Arbeitszylinder 7 wird beheizt. Dadurch wird das in dem als Hohlzylinder
ausgebildeten Arbeitskolben 5 eingeschlossene flüssige Kältemittel unter Volumenvergrößerung
verdampft und drückt den Kompressionskolben 2 in Richtung auf den Arbeitszylinder
6. Durch diese Bewegung komprimiert der Kompressionskolben 2 den in dem freien Teil
des Kompresssionsraumes 1 befindlichen nassen Kältemitteldampf. Wenn der Kompressionskolben
2 seine Extremstellung nahezu erreicht hat, öffnet das in dem Auslaßkanal 12 befindliche
Ventil und der komprimierte Kältemitteldampf kann durch den Ringkanal 18 abziehen,
worauf das in dem Auslaßkanal 12 angeordnete Ventil schließt. Gleichzeitig wird
die Beheizung des Arbeitszylinders 7 unterbrochen. Da der kom-
primierte
Kältemittel dampf durch die Komprimierung erwärmt worden ist, gibt er beim Durchströmen
des Ringkanals 18 Wärme an das verflüssigte Kältemittel ab, das sich in dem Arbeitskolben
4 und in dem Arbeitszylinder 6 befindet und heizt dieses vor, so daß die in der
Deckenwandung des Arbeitszylinders 6 befindliche Heizeinrichtung 10 nur noch eine
relativ geringe Energiemenge aufwenden und abgeben muß, um für den anschließenden
Rücklauf des Kompressionskolbens 2 eine vollständige Verdampfung des in dem Arbeitskolben
4 und in dem Arbeitszylinder 6 befindlichen Kältemittels zu erreichen. Mit der Bewegung
in Richtung auf den Arbeitszylinder 6 hat der Kompressionskolben 2 durch den ventilgesteuerten
Einlaßkanal 15 über den Ringkanal 19 nassen Kältemittel dampf angesaugt, der auf
diesem Weg die Verdampfungswärme des in dem Arbeitskolben 5 und in dem Arbeitszylinder
7 verdampften Kältemittels aufnimmt und dieses verflüssigt, so daß der Druck in
dem Arbeitszylinder 7 wieder auf den Normal wert absinkt. Durch das kombinierte
Aufheizen des in dem Arbeitszylinder 6 und dem Arbeitskolben 4 enthaltenen Kältemittels
verdampft diges wieder unter Volumenvergrößerung und drückt den Kompressionskolben
2 in Richtung des Arbeitszylinders 7 und der Funktionsablauf beginnt nach Schließen
des in dem Einlaßkanal 15 befindlichen Ventils von neuem.
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Als Kältemittel werden zum Betrieb des Verdichters der Erfindung vorteilhaft
solche eingesetzt, die bei einer Temperatur von unter - 20° C sieden. Besonders
geeignet sind Chlorfl uoral kane, wie beispielsweise Dichlordifluormethan oder Chlordifluormethan.Durch
geringe Erwärmung der Arbeitszylinder und des darin befindlichen Kältemittels können
in den Arbeitszylindern bereits Drücke von über 5 bar erzeugt werden.
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Um eine Verbesserung des Wärmeübergangs an den Arbeitskolben
4
bzw. 5 zu erreichen, können in deren Inneren radial gerichtete Wärmetauscherflächen
22 angeordnet sein, die an ihrem Fuß mit dem betreffenden Arbeitskolben einStück
bilden. Diese Ausführungsform der Einfindung ist aus der Figur 2 ersichtlich, die
schematisch den Schnitt entlang der Linie A - A in Figur 1 darstellt. In beiden
Figuren werden gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Der Verdichter der Erfindung hat besonders hohe Leistungswerte, weil
für das Aufheizen der Arbeitszylinder nur eine geringe Energiemenge aufgewendet
werden muß, weil der restliche Teil der notwendigen Energie von dem komprimierten
Kältemitteldampf geliefert wird, der den jeweils betreffenden Arbeitszylinder umspült.
Abgesehen von einem Abstrahlverlust bleibt die zugeführte Wärme in dem komprimierten
Kältemittel und wird in einer angeschlossenen Wärmepumpe nutzbar. Der Verdichter
der Erfindung läuft geräuscharm und mit geringstmöglichem Verschleiß, da er keine
drehenden Teile aufweist. Die zum Beheizen der Arbeitszylinder aufzuwendende geringe
Ernergiemenge kann auch aus Abdampf oder aus den Kreislaufflüssigkeiten von Sonnenkollektoren
gewonnen werden. Durch die Steuerung der Zufuhr dieser Heizwärme zu den Arbeitszylindern
des erfindungsgemäßen Verdichters kann dessen Arbeitstempo in einfacher Weise geregelt
werden.