DE3446480C2 - Gas-Kältemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gas-Kältemaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine Gas-Kältemaschine dieser Art ist aus Fig. 4 und 5 von DE 32 11 778 A1 bekannt. Es sind ferner Kältemaschinen mit mehrstufiger Bauweise bekannt, (DE 30 37 458 A1) sowie Kältemaschinen mit einem mechanischen Antrieb mit einem Motor, wobei mit Hilfe des Drehmoments des Motors ein Verdränger­ kolben hin- und herverschoben wird (DE-OS 21 10 160). Verfahren zur Kälte­ erzeugung nach Gifford-McMahon sind in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie Band 3, 4. Auflage 1973, Seiten 228-233 beschrieben.

Es sind Kältemaschinen dieser Art bekannt, die entweder durch einen Motor oder durch das Gas angetrieben werden. Fig. 1 zeigt eine bekannte Gas- Kältemaschine, die durch einen Motor angetrieben wird. In einer Expansions­ einheit 1 mit einem Zylinder 4 wird ein Kolben 3 über eine Kurbelwelle 2 durch einen Motor hin- und herverschoben. Der Kolben 3 unterteilt den Zylinder 4 in eine erste Kammer 5 am oberen Ende davon und in eine Expansionskammer 6 am unteren Ende. Ein Regenerator 7 und ein Wärme­ tauscher 8 sind in Reihe zwischen der oberen Kammer 5 und der Expansions­ kammer 6 angeschlossen. Ein Kompressor 9 ist mit einem Hochdruckventil 10 und einem Niederdruckventil 11 versehen. Die Ventile sind in einer Hoch­ druckleitung beziehungsweise in einer Niederdruckleitung angeordnete Tellerventile und die Auslaßseite des Ventils 10 und die Einlaßseite des Ventils 11 sind an eine Stelle angeschlossen, an der die Kammer 5 mit dem Regenerator 7 verbunden ist. Die Ventile 10, 11 werden durch den Motor betätigt.

Ein idealer Kreisprozeß für eine derartige durch einen Motor angetriebene Kältemaschine ist in dem P-V-Diagramm in Fig. 2a dargestellt. Im Anfangs­ punkt A des Kühlzyklus befindet sich der Kolben 3 in der untersten Lage in dem Zylinder 4, so daß die Raumtemperatur-Kammer 5 ein maximales Volu­ men und die Expansionskammer 6 ein minimales Volumen aufweist. Wenn dann das Ventil 11 geschlossen und das Ventil 10 geöffnet wird, wird den Kammern 5, 6 von dem Kompressor 9 Hochdruckgas zugeführt, so daß der Druck in dem Zylinder 4 auf einen vorherbestimmten hohen Druck gelangt. Da das Volumen der Expansionskammer 6 dann minimal und konstant ist, ergibt sich dann der dem Punkt B entsprechende Zustand.

Wenn sich dann der Kolben 3 nach oben bewegt, wird das Volumen der Kammer 5 verringert und das Volumen der Expansionskammer 6 vergrößert, so daß Hochdruckgas aus der Kammer 5 in die Kammer 6 gelangt, welches in dem Regenerator 7 gekühlt wird. Während dieser Zeit bleibt der Druck in der Expansionskammer 6 konstant, so daß sich dann der dem Punkt C entsprechende Zustand ergibt.

Wenn der Kolben 3 seine höchste Lage in dem Zylinder 4 erreicht und entsprechend dem Punkt C das maximale Volumen der Kammer 6 vorhanden ist, wird das Ventil 10 geschlossen und das Ventil 11 geöffnet, so daß das Hochdruckgas in der Kammer 6 schnell zu der Niederdruckseite des Kompressors 9 über den Wärmetauscher 8 und den Regenerator 7 zurückgeleitet wird. Dabei erfolgt durch adiabatische Expansion des Gases eine Abkühlung, so daß eine ausgangsseitige Kühlung über den Wärmetauscher 8 erzielt wird und der Druck in der Kammer 6 auf einen minimalen Wert absinkt. Nach dieser schnellen Entspannung ergibt sich der Zustand entsprechend dem Punkt D.

Wenn der Kolben 3 nach unten bewegt wird, wird das expandierte Gas zur Niederdruckseite des Kompressors 9 zurückgeleitet, wobei eine Kühlung des Regenerators 7 erfolgt. Da der Druck in der Expansionskammer 6 auf einem konstanten niedrigen Wert bleibt, ergibt sich dann wieder der dem Punkt A entsprechende Ausgangszustand. Im Idealfall ergibt sich deshalb im P-V- Diagramm ein rechteckförmiger Verlauf.

In Wirklichkeit ergibt sich jedoch der in Fig. 2b dargestellte Verlauf, bei dem die Eckpunkte A und C entsprechend A′ und C′ nicht mehr vorhanden sind, wie durch A′ und C′ dargestellt ist, weil die beiden Ventile nicht gleichzeitig umgeschaltet werden können. Da ferner eine kontinuierliche Hin- und Herbewegung des Kolbens erfolgt, beginnt der Kolben sich nach oben oder unten zu bewegen, bevor der Druck in der Expansionskammer den vorherbestimmten maximalen oder minimalen Wert erreicht. Deshalb ändert sich das Volumen der Expansionskammer früher, so daß die Zustandslinien a und c in Fig. 2a die geneigte Form a′ und c′ in Fig. 2b einnehmen. Deshalb ist die bei einem Kreisprozeß umlaufene Fläche insgesamt kleiner, was eine Verringerung des Grenzwerts der Kühlkapazität bedeutet.

Bei einer derartigen durch einen Motor angetriebenen Kältemaschine ist ferner eine verhältnismäßig große Antriebsleistung für den Motor erforderlich, weil dieser den Kolben antreiben und die Ventile betätigen muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Ventile Tellerventile sind, die eine verhältnismäßig komplizierte Konstruktion aufweisen und verhältnismäßig häufig Wartungsarbeiten erfordern.

Fig. 3 und 4 zeigen Gas-Kältemaschinen, bei denen der Kolben durch das als Kältemittel dienende Gas angetrieben wird. Bei der Kältemaschine in Fig. 3 ist im oberen Bereich eines Zylinders 31 der Expansionseinheit 32 eine Hochdruckkammer V1 und eine Niederdruckkammer V2 vorgesehen. Die Kammern sind über Drosselbohrungen 33, 34 mit der Hochdruckseite beziehungsweise der Niederdruckseite des Kompressors 9 verbunden. Die Querschnitte der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer sind gleich und die Oberseite des Kolbens 35 wird stets mit einem mittleren Druck beaufschlagt.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Kältemaschine kurz erläutert werden. Wenn der Kolben 35 sich im unteren Ende des Zylinders 32 befindet, wird das Ventil 10 geöffnet und das Ventil 11 geschlossen, so daß der Expansionskammer 6 Hochdruckgas zugeführt wird, das in dem Regenerator 7 gekühlt wird.

Wenn der Druck in der Expansionskammer 6 den mittleren Druck überschreitet, wird der Kolben 35 mit einer konstanten Geschwindigkeit nach oben bewegt, welche proportional zu der Gasmenge ist, die durch die Drosselbohrungen 33, 34 hindurchtritt.

Wenn der Kolben 35 das obere Ende des Zylinders 32 erreicht, wird das Ventil 10 geschlossen und das Ventil 11 geöffnet. Durch adiabatische Expansion des Gases in der Expansionskammer 6 erfolgt eine Abkühlung. Wenn der Druck in der Expansionskammer 6 unter den mittleren Druck absinkt, wird der Kolben 35 nach unten bewegt.

Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 35 wird das adiabatisch expandierte und gekühlte Gas aus der Expansionskammer 6 zu der Niederdruckseite des Kompressors 9 zurückgedrückt, wobei eine Kühlung des Regenerators erfolgt. Wenn der Kolben 35 das unterste Ende des Zylinders 32 erreicht hat, ist ein Kühlzyklus beendet.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Kühlmaschine stehen die beiden Druckkammern V1 und V2 miteinander über eine Drosselbohrung 43 in Verbindung und sind ebenfalls am oberen Ende des Zylinders 42 der Expansionseinheit 41 vorgesehen. Hochdruckgas von dem Kompressor 9 wird der Druckkammer V1 über eine Drosselbohrung 44 zugeführt, und Hochdruckgas oder Niederdruckgas wird über eine Drosselbohrung 45 zugeführt, so daß beim Beginn eines Zyklus Gas mit einem mittleren Druck zugeführt wird.

Im folgenden soll die Arbeitsweise kurz erläutert werden. Beim Beginn eines Zyklus befindet sich der Kolben 46 in dem untersten Bereich des Zylinders 42 und der Druck in der Druckkammer V2 befindet sich auf einem mittleren Wert. Wenn das Ventil 10 geöffnet wird, wird der Expansionskammer 6 Hochdruckgas zugeführt, das in dem Regenerator 7 gekühlt wird. Wenn der Druck in der Expansionskammer 6 den mittleren Druck überschreitet, wird der Kolben nach oben bewegt, wodurch das Gas in der Druckkammer V2 auf den hohen Druck komprimiert wird. Das Hochdruckgas in der Druckkammer V2 gelangt durch die Drosselbohrung 43 in die Kammer V1, während der Kolben 46 mit konstanter Geschwindigkeit hochbewegt wird. Wenn der Kolben 46 in seine obere Umkehrlage gelangt, wird das Ventil 10 geschlossen und das Ventil 11 geöffnet. Dann erfolgt die adiabatische Expansion in der Expansionskammer 6.

Wenn der Druck in der Kammer 6 absinkt, gelangt das Hochdruckgas in der Kammer V1 in die Kammer V2, wodurch der Kolben 46 nach unten verschoben wird. Dadurch wird das Gas mit niedriger Temperatur aus der Expansionskammer 6 zu der Niederdruckseite des Kompressors 9 transportiert, wobei eine Kühlung des Regenerators 7 erfolgt. Wenn der Kolben 46 das unterste Ende des Zylinders 42 erreicht hat, ist der Zyklus beendet.

Fig. 5a zeigt das P,V-Diagramm im Falle eines idealen Kreisprozesses. Dabei entspricht der Punkt B1 dem mittleren Druck. In Wirklichkeit ergibt sich jedoch der in Fig. 5b dargestellte Kreisprozeß. Wie in Verbindung mit Fig. 2b erläutert wurde, ergeben sich nicht die Ecken A, C, sondern ein Verlauf entsprechend A′ und C′. Ferner ist die Zustandslinie c′ im Vergleich zu der Zustandslinie c geneigt, weil das Gas in der Expansionskammer 6 sich adiabatisch expandiert, so daß der Druck unter den mittleren Druck abfällt und der Kolben nach unten bewegt wird, bevor der vorherbestimmte minimale Druck erreicht wird, weshalb das Volumen der Expansionskammer sich früher ändert. Als Folge davon wird die durch den Kreisprozeß begrenzte Fläche verringert.

Ein Nachteil dieser durch Gas angetriebenen Kältemaschinen besteht darin, daß eine derart genaue Steuerung des Kolbens nicht möglich ist, daß er im oberen und unteren Umkehrpunkt angehalten werden kann, so daß der Kolben in den Umkehrpunkten gegen den Zylinder anschlägt, wodurch verhältnismäßig starke Vibrationen und Geräusche verursacht werden. Aus diesem Grunde waren bisher dämpfende Einrichtungen in dem Zylinder erforderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Gas-Kältemaschinen der beschriebenen Art derart zu verbessern, daß einerseits unter Beibehaltung der Vorteile einer durch Gas angetriebenen Kältemaschine ein Anschlagen des Kolbens gegen den Zylinder vermieden werden kann, und daß andererseits mit einer durch einen Motor angetriebenen Kältemaschine eine weitergehendere Annäherung eines idealen Verlaufs des Kreisprozesses im P,V-Diagramm erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.

Bei einer Gas-Kältemaschine gemäß der Erfindung wird der Kolben in dem Zylinder durch die Druckdifferenz des gasförmigen Kühlmittels dadurch angetrieben, daß dieses abwechselnd einer ersten und einer zweiten Kammer mit veränderlichem Volumen zugeführt wird, welche Kammern durch den Kolben getrennt sind. Es ist ein Motor vorgesehen, an dessen Abtriebswelle eine Ventileinrichtung befestigt ist, und der eine Strömungsleitung für das gasförmige Kühlmittel zwischen der ersten und zweiten Kammer abwechselnd für eine Hochdruckzufuhr und eine Niederdruckrückleitung umschaltet, wobei gleichzeitig die Leitung blockiert wird. Ferner ist eine an der Abtriebswelle des Motors angoerdnete Steuerscheibe vorgesehen, welche die Hin- und Herbewegung des Kolbens entsprechend der Bewegung der Ventileinrichtung führt, die an der Kolbenstange befestigt ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bekannten durch einen Motor angetriebenen Kältemaschine,

Fig. 2a und 2b P,V-Diagramme für die Kältemaschine in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Blockdiagramme von bekannten durch Gas angetriebene Kältemaschinen,

Fig. 5a und 5b P,V-Diagramme der Kältemaschinen in Fig. 3 und 4,

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Gas-Kältemaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel der Expansionseinheit in Fig. 6,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Drehschieberventils für die Expansionseinheit in Fig. 8 und

Fig. 9 und 10 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels in den Fig. 6 bis 8.

Bei dem in Fig. 6 vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel, das dem in Fig. 7 dargestellten detaillierten Ausführungsbeispiel entspricht, enthält die Expansionseinheit zwei Kammern 64, 65, die in einem Zylinder 62 durch einen Kolben 63 voneinander getrennt sind. Die erste Kammer 64 ist über ein Drehschieberventil 66 mit der Hochdruckseite und der Niederdruckseite eines Kompressors 67 verbunden. Die Expansionskammer 65 ist mit der Niederdruckseite und der Hochdruckseite des Kompressors 67 über einen Wärmetauscher 68 und einen Regenerator 69 verbunden. Die Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer 64 und der Expansionskammer 65 bewirkt eine Hin- und Herverschiebung des Kolbens 63 in dem Zylinder 62, welche Hin- und Herbewegung durch eine Steuerscheibe 70 geführt wird.

Fig. 7 zeigt eine vergrößerte schematische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels der Expansionseinheit 61 in Fig. 6. Der Zylinder 62 ist derart ausgebildet, daß er von einem unteren Bereich eines Hauptkörpers 71 vorragt. Der Kolben 63 weist eine Kolbenstange 63a auf, die im oberen Bereich des Hauptkörpers 71 in zwei Lagern 72a, 72b in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert ist.

Die Kammer 64 ist am oberen Ende des Zylinders 62 vorgesehen, und eine Zwischenkammer 73 ist in einem Bereich mit einer Abstufung des Zylinders vorhanden. Die Expansionskammer besteht aus einer ersten Teilkammer 65a, die in einem mittleren Bereich des Zylinders 62 vorgesehen ist, und aus einer zweiten Teilkammer 65b, die am unteren Ende vorgesehen ist. Ein erster Regenerator 74 ist innerhalb eines mittleren Bereichs des Kolbens 63 vorgesehen, während ein zweiter Regenerator 75 innerhalb des untersten Bereichs davon vorgesehen ist. Der zweite Regenerator 75 verbindet die erste Teilkammer 65a mit der zweiten Teilkammer 65b. Das Regeneratormaterial besteht aus einem Metallgitter oder aus Metallteilchen, beispielsweise aus Kupfer oder Eisen, welches in den beiden Regeneratoren 74, 75 bzw. im Regenerator 69 in Fig. 5 angeordnet ist.

Die Kammern 76, 77 und 78 sind in horizontaler Richtung fluchtend in der aus Fig. 7 ersichtlichen Reihenfolge angeordnet und dienen zur Aufnahme eines Motors 79, der Steuerscheibe 70 und des Drehschieberventils 66. Diese Kammern sind untereinander und mit der Niederdruckseite des Kompressors 67 über eine Öffnung 76a in der Wand der Motorkammer 76 verbunden. Die Abtriebswelle 79a des Motors 79 ragt in die Kammer 77 vor und die Steuerscheibe 70 ist am Ende davon befestigt. Die Führungskurve an der Steuerscheibe 70 weist zu der Kolbenstange 63a, die in vertikaler Richtung durch die Kammer 77 beweglich ist und von der ein Abgriffglied in Form eines Stifts 81 vorragt, das entlang der Führungskurve gleitet. In Richtung der Achse der Abtriebswelle 79a ragt von der mit der Führungskurve versehenen Seite der Steuerscheibe 70 eine Nockenwelle 80 in die Ventilkammer 78 vor. Am Ende der Nockenwelle 80 ist ein Verbindungsschlitz ausgebildet.

Das in der Ventilkammer 78 angeordnete Drehschieberventil 66 weist ein Ventilglied 66a mit einem Schaft 66c auf, der in den Schlitz 82 eingesetzt ist und von der Nockenwelle 80 getragen wird. Der Ventilsitz 66b ist an der Seitenwand der Ventilkammer 78 angeordnet. Der Schaft 66c wird ständig nach außen durch eine Feder 83 vorgespannt, die in der Aussparung 82 angeordnet ist, so daß das Ventilglied 66a gedreht werden kann, während es gegen die Seitenfläche des Ventilsitzes 66b angedrückt wird, welche Drehbewegung von der Drehlage der Steuerscheibe 70 abhängt. Fig. 8 zeigt eine detaillierte Darstellung des Ventilsitzes 66b und des Ventilglieds 66a. In dem Ventilsitz sind drei Öffnungen A, B und C vorgesehen. Die im Zentrum vorgesehene Öffnung B ist mit einem Kanal b in Fig. 6 verbunden, der zu der Hochdruckseite des Kompressors 67 führt. Die Öffnungen A, C sind mit Kanälen a, c verbunden, die zu der Kammer 73 beziehungsweise der Kammer 64 führen. In der oberen Hälfte des Ventilglieds 66a ist ein Schlitz 84 vorgesehen, während in der unteren Hälfte davon eine Ausnehmung 85 ausgebildet ist. Wenn sich das Ventilglied 66a bei der Drehung der Steuerscheibe 70 dreht, kann der Schlitz 84 die Öffnung B mit der Öffnung A und die Ausnehmung 85 die Öffnung C mit der Unterdruckseite des Kompressors 67 verbinden. Je nach der Drehlage des Schlitzes 84 kann die Verbindung der Öffnung B sowohl mit der Öffnung A als auch mit der Öffnung C unterbrochen werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 soll die Arbeitsweise näher erläutert werden. Im Ausgangspunkt A eines Kühlzyklus befindet sich der Kolben 63 am unteren Umkehrpunkt (Totpunkt). Der Drehwinkel der Führungskurve beträgt dann 0°. Wenn das Kurvenglied 70 etwas aus dieser Lage gedreht wird, verbindet das Ventil 66 die Kanäle b und a, wodurch die Kammer 73 mit der Hochdruckseite und die Kammer 64 mit der Niederdruckseite verbunden wird. Das der Kammer 73 zugeführte Hochdruckgas tritt in die erste Teilkammer 65a ein, wobei es beim Durchtritt durch den ersten Regenerator 74 gekühlt wird. Das dem ersten Kammerteil 65a zugeführte Hochdruckgas tritt in den zweiten Kammerteil 65b ein, wobei es im zweiten Regenerator 75 gekühlt wird. Als Folge davon steigt der Druck in den beiden Kammerteilen 65a und 65b an. Bei der weiteren Drehung der Steuerscheibe 70 verbleibt jedoch der Kolben 63 in der Lage des unteren Umkehrpunkts, weil der Eingriff zwischen dem Abgriffglied 81 und der Führungskurve vorhanden ist, bis der Drehwinkel der Führungskurve die Stelle B erreicht. Dadurch wird der Druck in den beiden Teilkammern 65a und 65b in senkrechter Richtung von dem Ausgangspunkt A auf einen vorherbestimmten Wert im Punkt B erhöht. Wenn sich die Steuerscheibe 70 weiterdreht und der Drehwinkel der Führungskurve über den Punkt B hinwegbewegt wird, beginnt die Aufwärtsbewegung des Kolbens 63 aufgrund des Überdrucks in den beiden Teilkammern 65a, 65b. Während dieses Hubs wird die Aufwärtsbewegung durch den Eingriff des Abgriffglieds 81 mit der Führungskurve gesteuert. Deshalb steigt das Volumen der beiden Teilkammern 65a, 65b fortschreitend an, während die weiterhin erfolgende Zufuhr von Hochdruckgas den Druck darin konstant hält. Die nach oben gerichtete Geschwindigkeit des Kolbens 63 wird durch die Kurvenscheibe gesteuert, um zu verhindern, daß der Druck der ersten und der zweiten Expansionskammer 65a und 65b abfällt, so daß vom Punkt B der Punkt C entlang einer Linie in dem P,V-Diagramm erreicht wird.

Unmittelbar bevor der Kolben 63 den oberen Totpunkt entsprechend dem Punkt C erreicht, wird die Verbindung der Öffnung B und der Öffnung A durch die Drehung des Schlitzes 84 unterbrochen. Dadurch wird die Zufuhr von Hochdruckgas zu den beiden Kammerteilen 65a und 65b unterbrochen, so daß der Druck darin absinkt. Gleichzeitig wird die Verbindung zwischen der Öffnung C und der Niederdruckseite des Kompressors 67 unterbrochen, so daß die Zufuhr von Niederdruckgas von der Kammer 64 beendet wird und der Druck darin ansteigt. Als Folge davon und weil wegen der Steuerung der Kolbengeschwindigkeit durch die Kurvenscheibe die Aufwärtsbewegung des Kolbens 63 verlangsamt wird. Deshalb ergibt sich in Fig. 10 ein Verlauf von dem Punkt C zu dem Punkt D in diagonaler Richtung.

Wenn der Kolben im Punkt D den oberen Totpunkt erreicht, verbindet das Drehschieberventil 66 die Kanäle b und c, um der Kammer 64 Hochdruckgas zuzuführen, und um den Kanal a mit der Ventilkammer 78 und damit die Niederdruckseite des Kompressors 67 mit der Zwischenkammer 73 und damit mit den beiden Expansionskammern 65a und 65b zu verbinden. Wenn jedoch der Drehwinkel der Führungskurve 180° beträgt, verweilt der Kolben 63 in der oberen Umkehrlage, weil der Eingriff zwischen der Führungskurve und dem Abgriffglied 81 vorhanden ist. Dieser Zustand wird beibehalten, bis der Drehwinkel der Führungskurve 180° überschreitet, was im Punkt E der Fall ist. Da im Punkt D das Hochdruckgas in den beiden Teilkammern 65a und 65b schnell zu der Niederdruckseite gelangt, fällt der Druck plötzlich ab, so daß bei der adiabatischen Expansion des Gases eine Abkühlung erfolgt. Dieser Vorgang entspricht dem Verlauf von Punkt D zu Punkt E in Fig. 10.

Bei der weiteren Drehung des Kurvenglieds 70 beginnt die Bewegung des Kolbens 63 nach unten, wenn die Führungskurve an dem Punkt E vorbeigelangt. Die Abwärtsbewegung wird dann durch den Eingriff zwischen dem Abgriffglied 81 und der Führungskurve gesteuert, um einen Druckanstieg in den beiden Expansionskammern 65a und 65b zu verhindern. Das Volumen der beiden Teilkammern 65a, 65b wird während einer kurzen Zeitspanne verringert, während der vorherbestimmte niedrige Druck aufrechterhalten wird. Wenn der Kolben 63 eine Lage unmittelbar vor dem unteren Umkehrpunkt entsprechend dem Punkt F erreicht, unterbricht das Ventil 66 die Verbindung zwischen den Kanälen b und c, sowie die Verbindung zwischen dem Kanal a und der Unterdruckseite des Kompressors 67, um die Zufuhr von Hochdruckgas zu der Kammer 64 zu beenden, sowie die Ableitung von Niederdruckgas aus den beiden Teilkammern 65a, 65b, wodurch zusammen mit der Steuerung der Kolbengeschwindigkeit durch die Steuerscheibe die Abwärtsbewegung des Kolbens 63 verlangsamt wird. In dieser Weise erreicht der Kolben 63 den unteren Umkehrpunkt, wobei die Steuerscheibe 70 eine Drehung um 360° beendet, so daß der Ausgangspunkt A wieder erreicht und ein Zyklus beendet wird.

Aus der obigen Beschreibung geht somit hervor, daß während der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 63 dieser genau gesteuert wird, so daß er am oberen und am unteren Totpunkt angehalten wird, weshalb zuverlässig vermieden wird, daß der Kolben 63 gegen den Zylinder 62 anschlagen kann. Da ferner der Motor 79 nur benötigt wird, um die Steuerscheibe 70 und das Drehschieberventil 76 anzutreiben, kann ein Motor mit sehr geringer Leistung benutzt werden.

Der Kreisprozeß entsprechend dem P,V-Diagramm in Fig. 10 ist sehr gut an den idealen Verlauf entsprechend dem Kreisprozeß in Fig. 2a angenähert, welcher Verlauf dem idealen Verlauf entspricht, der theoretisch bei Verwendung eines Motors zum Antrieb einer Kältemaschine erzielt werden kann. Dies bedeutet, daß die Kälteleistung erhöht werden kann.

Durch die Konstruktion in den Fig. 6-8 wird es deshalb ermöglicht, einen Kreisprozeß zu verwirklichen, der gut dem idealen Verlauf angenähert ist, wodurch die Kälteleistung erhöht und damit die Kühlzeit verringert werden kann. Da der Kolben nicht gegen den Zylinder anschlägt, können Vibrationen und Geräusche sehr weitgehend verringert werden. Da ferner der Motor nur eine Steuerscheibe und ein Drehschieberventil antreiben muß, ergibt sich ein sehr geringer Leistungsbedarf für den Motor. Die verhältnismäßig einfache Konstruktion des Ventils vereinfacht ferner die Wartung.

Claims (1)

1. Gas-Kältemaschine mit

   • - einem Zylinder (62), in dem ein Verdrängerkolben (63) verschiebbar angeordnet ist, der den Zylinder in zwei Kammern (64, 65) mit veränderlichem Volumen unterteilt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Verdrängerkolbens vorgesehen sind,
   • - einer steuerbaren Ventileinrichtung (66) zum abwechselnden Verbinden der beiden Kammern mit einer Druckquelle für hohen und einer Druckquelle für niederen Druck,
   • - einem Antrieb für die axiale Bewegung des Verdrängerkolbens sowie einem Motor (79) zum Steuern der Ventile,
   • - und mit einem zwischen den beiden Kammern angeordneten Regenerator (69),
     dadurch gekennzeichnet,
   • - daß mit der Motorwelle (79a) eine Steuerscheibe (70) drehbar verbunden ist,
   • - daß die Kolbenstange (63a) des Verdrängerkolbens (63) einen Stift (81) aufweist, der mit der Steuerscheibe in Eingriff steht, welche die axiale Bewegung des Verdrängerkolbens derart steuert, daß im unteren und oberen Totpunkt des Kolbens der Beginn der Aufwärtsbewegung bzw. der Abwärtsbewegung verzögert wird.