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Kühlaggregat Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlaggregat, das
aus einem Heißgasmotor und einer von ihm angetriebenen Kühlmaschine besteht, die
nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeitet und bei der sowohl der Arbeitsraum
des Heißgasmotors als auch derjenige der Kühlmaschine an einen gemeinsamen geschlossenen
Raum angeschlossen sind, dem für beide das gleiche Mittel entnommen wird.
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Unter einem geschlossenen Raum ist im vorliegenden Fall ein Raum zu
verstehen, der in bestimmter Hinsicht in hinreichendem Maße von der freien Luft
getrennt ist. Diese Trennung kann sich erstens auf eine Trennung zwischen zwei Mitteln
gleichen Druckes beziehen, um Mischung zu verhüten, nämlich wenn in den Arbeitsräumen
des Kühlaggregats nach der Erfindung ein anderes Mittel als Luft verwendet wird,
und zweitens auf eine Trennung, die einen Druckunterschied aufzunehmen vermag, was
bei Verwendung von unter Druck stehender Luft als Arbeitsmittel vorkommen kann.
Es leuchtet ein, daß im letztgenannten Fall an die Trennung im allgemeinen höhere
Anforderungen als im erstgenannten Fall gestellt werden müssen, uin zu vermeiden,
daß der erforderliche Druck in kurzer Zeit verlorengeht. Bei Vereinigung der beiden
erwähnten Möglichkeiten, also bei Verwendung eines anderen Mittels als Luft und
zugleich unter Anwendung eines höheren Drucks als derjenige der normalen freien
Luft, wird also im allgemeinen zugleich die Forderung, die beiden verschiedenen
:Mittel hinreichend voneinander zu trennen, tun Vermischung zu verhüten, erfüllt
sein,
wenn die Forderung erfüllt ist, daß der Druck im geschlossenen
Raum in bezug auf den äußeren Atmosphärendruck praktisch aufrechterhalten wird.
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Aus diesem Grunde sind also die Anforderungen, die an den geschlossenen
Raum gestellt werden müssen, von der Zusammensetzung des Mittels und von dem dabei
angewendeten Druck abhängig.
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Der Vorteil des Kühlaggregats nach der Erfindung besteht darin, daß
es eine sehr einfache Kombination einer Kühlmaschine mit dem zugehörigen Antriebsmotor
ist. Da sowohl der Heißgasmotor als auch die Kühlmaschine nach dem gleichen, wenn
auch für die Kühlmaschine umgekehrten Prinzip arbeiten, ergibt sich bei gleicher
Bemessung eine viel einfachere Herstellung, da eine große Anzahl von Einzelteilen
sowohl für den Motor als auch für die Kühlmaschine verwendbar sind.
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Die Verwendung des gleichen Mittels für die beiden Maschinen kommt
auch einer einfachen Ausbildung zugute. Dies beeinträchtigt trotzdem nicht die wirtschaftliche
Wirkungsweise jeder der beiden Maschinen an sich. Man könnte dies auf Grund der
Tatsache erwarten, daß . für beide Maschinen ein Mittel gleichen Druckes dem erwähnten
Raum entnommen wird, wodurch man zur Annahme geneigt wäre, daß auch der Druck des
Mittels im Arbeitsraum einer jeden Maschine gleich sein würde. Die Wirkungsweise
einer jeden Maschine wäre in diesem Fall von einem und demselben Druck abhängig,
während man gerade mit Rücksicht auf eine möglichst günstige individuelle Wirkungsweise
eine gewisse Freiheit in der Wahl des Druckes für jede Maschine an sich wünscht.
Dies ist jedoch ohne weiteres erzielbar, wenn man in Betracht zieht, daß die sog.
Atemöffnung von Heißgaskolbenmaschinen, die bekanntlich zur Ergänzung des Mittels
in den Kompressions- und Expansionsräumen dient, derart angeordnet werden kann,
daß die Ergänzung in einem beliebigen, erwünschten Augenblick erfolgen kann, z.
B. in dem Augenblick, in dem der Druck des Mittels im Arbeitsraum einen Maximal-,
Minimal- oder einen dazwischenliegenden Wert hat. Das Gebiet zwischen dem Maximal-
und dem Minimalwert des Druckes ist hinreichend groß, um eine passende Wahl zu treffen,
zum Zwecke, die Anforderungen einer wirtschaftlichen Wirkungsweise sowohl des Heißgasmotors
als auch der Kühlmaschine gesondert erfüllen zu können.
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Bei einer Ausführungsform des Kühlaggregats nach der Erfindung bildet
der geschlossene Raum einen Teil der baulichen Verbindung zwischen dem Heißgasmotor
und der Kühlmaschine, während die Kupplung zwischen beiden innerhalb des erwähnten
Raumes angeordnet ist. Eine solche Ausbildung ist besonders geeignet, wenn der Motor
und die Kühlmaschine in einer Flucht angeordnet sind, wobei die Mittellinien der
Zylinder der beiden Maschinen also in einer Linie liegen; der Aufbau wird in diesem
Fall sehr einfach.
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Der geschlossene Raum schließt innerhalb bestimmter Grenzen eine Verbindung
mit der freien Umgebungsluft nicht aus. Es kann sich z. B. empfehlen, ein Filter,
z. B. ein feuchtigkeitsabsorbierendes Filter, zu verwenden, wenn das Mittel im geschlossenen
Raum aus Luft vom Atmosphärendruck besteht. Auf diese Weise können etwaige Druckunterschiede
nur durch das Filter ausgeglichen werden, so daß keine Gefahr des Hineindringens
feuchter Luft in den geschlossenen Raum besteht, was die Wirkungsweise der Maschinen
beeinträchtigen könnte.
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In bestimmten Fällen, z. B. bei Verwendung eines anderen Mittels als
Luft und bei einem anderen Druck, kann es erforderlich sein, den geschlossenen Raum
hermetisch gegen die freie Luft zu verschließen. In diesem Fall wird vorzugsweise
eine Ausbildung gewählt, bei der die Anlaßeinrichtung für den Heißgasmotor im geschlossenen
Raum selbst angeordnet und durch seine Wand nach außen geführt ist, wobei die Durchführungsstelle
gegebenenfalls mit einem zusätzlichen Verschluß gegen die freie Luft versehen ist,
um eine hermetische Abdichtung zu verbürgen. Dieser Verschluß kann z. B. aus einem
losen Hütchen bestehen, das über der Durchführungsstelle und dem mit der Anlaßvorrichtung
kuppelbaren Einzelteil angeordnet wird.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
im Längsschnitt dargestellt.
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Wie aus der Figur zu entnehmen, besteht das Wärmeaustauschsystem aus
einer Heißgasmaschine I und einer Kühlmaschine 1I, die in bekannter Weise auf einem
gemeinsamen Kurbelkasten bzw. Gehäuse i montiert sind. Da, wie aus der Zeichnung
deutlich wird, die Bauart der Heißgasmaschine I in mancher Hinsicht mit derjenigen
der Kühlmaschine II übereinstimmt, sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern
versehen unter Hinzufügung eines ' zur Unterscheidung zwischen den Teilen beider
Maschinen. Zur Erleichterung der Montage dieser getrennten Einheiten ist das Gehäuse
i längs einer Trennebene A-A geteilt, und die beiden durch diese Teilung entstandenen
Teile werden nach erfolgter Montage gewisser im nachstehenden beschriebener innerer
Teile der Maschine durch bekannte nicht dargestellte Befestigungsmittel, wie Bolzen,
miteinander verbunden.
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Der Boden ist derart gestaltet, daß ein Raum 2 entsteht, der unter
Druck oder nicht unter Druck gesetzt werden kann und den obenerwähnten gemeinsamen
Raum darstellt. Dieser Raum dient zur Aufnahme der Kupplungsmittel III und als gemeinsamer
Raum für die beiden Einheiten I und 11.
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Praktisch ist in der Mitte des Raumes 2 ein gemeinsamer Taumelscheibenantrieb
vorgesehen, der aus einer bei 5 und 5' im gemeinsamen Gehäuse gelagerten Kurbelwelle
4 und einer mittels eines geteilten `Lagers auf dieser montierten Taumelscheibe3
besteht. Ein am linken Ende der Kurbelwelle 4 befestigtes Ritzel 6 ist mit einer
Zahnstange 7 einer im nachstehenden näher beschriebenen Anlaßvorrichtung in Eingriff.
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Um ein erfindungsgemäßes Kühlaggregat in gedrängtem Aufbau zu erhalten,
ist der Wärmeaustausches IV der Heißgasmaschine gegenüber einem ähnlichen Wärmeaustausches
V der Kühlmaschine
firn Gehäuse t montiert. Hierzu sind Verbindungsstangen
8 vor"cseheli, durch welche die Kolben 9 und g' der Einheiten miteinander gekuppelt
sind. Die getrennten -Maschinen I und II sind doppelt wirkend, demgemäß sind die
Kolben 9 und 9' direkt durch die Stangen 8 verbunden. Die Verbindungsstangen 8 sind
in nahezu gasdichten, in Flucht miteinander liegenden Lagern io und io' beweglich,
Es ist ohne weiteres klar, daß die Erfindung nicht auf einen Vierzylinderantriebsmotor
mit vier Kreisen beschränkt ist, da selbstverständlich auch der mehr allgemein bekannte
Heißgasmaschinenantrieb mit sowohl einem Verdränger als auch einem Kolben verwendbar
ist. wobei nur ein Wärmeaustauscher IV mit einem oder mehreren «'ärMeaustauschern
V in Abhängigkeit von den gewählten Kupplungsmitteln verwendet werden darf.
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Es ist ebenfalls einzusehen, daß der Taumelscheibenniechanismus, der
einen Teil der Kupplung oder der Antriebsmittel III bildet, durch den ähnlichen
Kurllel@yellenaiitriell ersetzt werden könnte. Die Lagerung würde in diesem Falle
senkrecht zu der bei 5 und 5' bereits dargestellten Lagerung angeordnet sein.
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Die Heißgasinaschine besteht aus einem Zylinder Il, an dessen linkem
h-nde ein Innencrliitzer 12 aus gewelltem -Material befestigt ist, der außen einen
Erhitzerkopf 13 trägt, wobei letzterer am linken offenen Ende des Zylinders 11 einen
Raum bildet. Die er-,vähnten Teile bilden das Innere des ErhitzersVI"derander Außenseiteausmetallischem,
gut leitfähigem, gewelltem -Material 1.1 bestellt, welches mit der Außenseite des
Erhitzerkopfes 13 verbunden ist. Diese sämtlichen Teile werden von der Wärmeduelle
15 erhitzt.
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Am rechten oder offenen Ende des Erhitzers 13 ist ein Kühlerteil 16
mit innen und außen gewellten Organen 12 und 1.1 befestigt. Ein Isolierorgan 17
mit symmetrisch angebrachten Löchern, in die jeder Heißgasmaschinenteil IV an der
Stelle des zwischen dem Erhitzer VI und dein Kühler 16 angebrachten Regenerators
18 eingeführt werden kann. sichert die richtige Wärmeverteilung zwischen dem Gehäuse
bzw. Kurbelkasten i und dem warmen Raum. Ein ähnliches Isolierorgan 17' liegt am
Kühlerende des Kühlaggregates; da jeder Teil V der Kühlmaschine 1I den Teilen der
-Maschine IV ähnlich ist, erübrigt sich eine Beschreibung der Elemente 11', 12',
13', I d', 16' und i8', welche den Elementen 11, 12, 13, 11, 16 und 18 im Antriebsmotor
I ohne Brenner 15 entsprechen. Es muß aber bemerkt werden, daß ein weiteres, mit
dem Organ 17' verbundenes U-förmiges Isolierorgan i9' zur Vervollständigung des
Gehäuses um den Kompressorteil der Kühlmaschine 11 zur Wärmeisolierung diese Teiles
gegenüber dein Etpansions- oder Kühlteil der :Maschine vorgesehen ist.
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Das oben beschriebene Kühlaggregat ermöglicht die Verwendung eines
gemeinsamen Arbeitsmittels sowohl für den Antriebsmotor I oder die Teile IV als
auch für die Kühlmaschine 1I oder die Teile V wegen des Vorhandenseins eines gemeinsamen
Raunics = zwischen diesen in bezug auf ihre Wirkung getrennten Einheiten.
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Bei Verwendung von Luft unter atmosphärischem Druck kann ein Filter
io, mit Feuchtigkeit absorl>ierenden Eigenschaften aus einem bekannten Material,
wie Calciumchlorid, welches in einer Oftnting in der Bodenwand des gemeinsamen Kurbelkastens
1 angebracht ist, als Druckausgleichmittel und zur Beseitigung von Feuchtigkeit
verwendet werden.
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E=in weiterer «-ichtiger Aspekt der Erfindung betriftt den thermischen
Wirkungsgrad des Kühlagl;regates. Es ist bekannt, daß der @Wirktuigsgi-a(einer 1-1eißgasmaschineunterbestimmten
Be 1astungsverllältnissen gesteigert werden kann, wenn der mittlere Betriebsdruck
der -Maschine erhöht wird. Nach der Erfindung kann durch Verbindung zweier getrennter
Wärmeaustauscheinheiten zu einem gemeinsamen Raum, ein gemeinsames, unter Druck
stehendes, gasförmiges Mittel bzw. mehrere solcher Mittel ztir Erhaltung des erwähnten
höheren Druckes benutzt werden.
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Damit der Druck im gemeinsamen Raum 2, der _+ bis 5 Atmosphären betragen
kann, im geeigneten Moment in jedem Arbeitszylinder auftreten kann, führen Kanäle
21 und 21' vom gemeinsamen Raum 2 zu einem vorher bestimmten Teil von Zylindern
t i und i i'.
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Das Problem des äußeren Anlassens des Antriebsmotors I ist durch einfache
Anordnung einer Zahnstange 6 auf dem Innenende einer nach außen vorstehenden Stange
22 gelöst, welche luftdicht in ein mit einer Stopfbüchse versehenes Lager 23 paßt,
wobei letzteres Element dieses Lagers mit einem Außengewinde 2.1 versehen ist und
finit dem Kurbelkasten i vereinigt sein kann. Eine Kappe 25 ist auf dieses Lager
aufgeschraubt, wenn ein diese Teile und die Zahnstange 6 enthaltender Antriebsmechanismus
VII nicht in Betrieb ist. Durch Bewegung der Stange 22 kann die richtige Lage der
Arbeitskolben 9 zum prompten Anlassen der -Maschine erreicht werden, nachdem die
von Gien Wärinecuellen 15 geheizten Erhitzer VI die richtige Temperatur erreicht
hallen.