DE815193C - Kältemaschine. - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 1. OKTOBER 1951

N 294 Ia/ 17a

Eindhoven (Holland)

sind als Erfinder genannt worden

Kältemaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kältemaschine, die zwei Räume enthält, deren Volumen mit einem Phasenunterschied geändert werden und in denen sich während des Betriebs der Maschine ein umgekehrter Heißgasmotorkreislauf vollzieht.

Füekanntlich werden im allgemeinen die Heißgasmaschinen als Heißgaskolbenmaschinen ausgebildet. Ähnlich wie bei Heißgaskolbenmaschinen sind unter Heißgasmaschinen sowohl Heißgasmotoren als auch nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeitende Kältemaschinen und Wärmepumpen zu verstehen.

Hei der Verwendung von Kolben treten im allgemeinen die nachstehend geschilderten Schwierigkeiten auf. So tritt oft ein wesentlicher Leckverlust auf bei der Förderung des Arbeitsmittels von dem auf der einen Seite des Kolbens liegenden Raum zu dem auf der anderen Seite des Kolbens liegenden Raum. Dieser Leckverlust des Arbeitsmittels wirkt sich in einer wesentlichen Wärmeableitung aus. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich aus der Notwendigkeit, die Kolben zu schmieren. Diese Schmierung muß dauernd überwacht werden, wobei die Gefahr besteht, daß ein Teil des Schmiermittels in den Regenerator gelangt. Dies hat einen besonders ungünstigen Einfluß auf die Wirkung des Regenerators zur Folge. Eine dritte Schwierigkeit entsteht dann, wenn die Reibung des Kolbens in bestimmten Fällen einen höheren Wert annimmt. Die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten beeinträchtigen den Wirkungsgrad der Maschine. In

bestimmten Fällen ist es möglich, eine dieser Schwierigkeiten in gewissem Umfange zu beheben, aber dies wirkt sich in der Regel darin aus, daß die nachteilige Wirkung der anderen Schwierigkeiten zunimmt.

Ferner wird bei den bisher bekannten Ausführungsformen von Heißgasmaschinen, bei denen die Kompression und die Expansion zum größten Teil in den Arbeitsräumen mit veränderlichen

ίο Volumen und die Erhitzung oder Kühlung in einem gesonderten Erhitzer und Kühler erfolgt, die Expansion und die Kompression im allgemeinen nicht isothermisch, sondern annähernd adiabatisch stattfinden. Dies hat zur Folge, daß der Arbeitsvorgang nicht mehr umkehrbar ist. So ist zum Beispiel bei tleißgaskolbenmaschinen am Ende der Expansion die mittlere Temperatur des Mittels niedriger, als sie sein müßte. Das Mittel nimmt beim Durchströmen des Erhitzers schließlich die erforderliche Temperatur an. Bei der Kompression ist die Temperatur gerade höher, als sie hätte sein sollen, so daß beim Durchströmen des Kühlers diese Temperatur wieder herabsinken muß.

Durch die Erfindung ist es jedoch bei Kältemaschinen der eingangs erwähnten Art möglich, die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, wodurch eine Maschine mit einem größeren Wirkungsgrad hergestellt werden kann. Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck die Wand wenigstens eines der Räume mit veränderlichem Volumen in Form eines Balges ausgeführt, wobei zwischen dem Alaschinentriebwerk und diesem Balg eine solche mechanische Verbindung besteht, daß die Bewegung des Triebwerks eine Vergrößerung oder Verkleinerung dieses Raumes bewirkt und der Austausch kalorischer Energie durch die Wand des Balges hindurch stattfindet.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die in diesem Arbeitsraum erfolgende Expansion oder Kompression annähernd isothermisch erfolgt, was sich in einer wesentlichen Ausbeuteverbesserung auswirkt. Tn diesem Falle können bei dieser Bauart der auf der Außenseite liegende Erhitzer oder Kühler l)zw. beide entbehrt werden.

Bei der mit Bälgen versehenen Kältemaschine kann gemäß der Erfindung eine einfache und gedrängte Bauart erzielt werden, wenn zwei Bälge in Flucht miteinander angeordnet sind, wobei die einander zugewendeten Endwände dieser Räume beiderseits einer Zwischenwand mit wärmeisolierenden Eigenschaften befestigt sind.

Da es im allgemeinen schwierig ist, den Stangenmechanismus, mit dessen Hilfe das Volumen dieser Bälge geändert wird, durch die Bälge hindurchzuführen, ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Volumen der von den Bälgen begrenzten Räume mit Hilfe eines Triebstangenmechanismus geändert werden, der an der Zwischenwand angreift und unabhängig von den Bälgen mit dem Maschinentriebwerk verbunden ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsfonn der Erfindung sind bei einer Kältemaschine, in der sich w£nigstens drei Kreisläufe vollziehen, jeweils zwei Bälge in Flucht angeordnet, wobei die voneinander entfernt liegenden Endwände dieser Bälge mittels eines gemeinsamen Stangensystems am Triebwerk verbunden sind und zwischen den einander zugewendeten Endwänden ein Kanalsystem vorhanden ist, das jeweils einen von einem Balg begrenzten Raum eines Systems mit einem Raum eines anderen Systems verbindet. Bei dieser Ausführungsform sind sehr kurze Verbindungskanäle zwischen den Räumen möglich.

In der Figur ist schematisch eine Ausführungsform einer Kältemaschine nach der Erfindung dargestellt.

In der Figur ist eine zweizylindrische Kältemaschine dargestellt, die mit Bälgen versehen ist, wobei der Austausch der Wärmeenergie zwischen dem in der Maschine wirksamen Mittel und den äußeren Zu- und Abführungsmitteln für die Wärmeenergie durch die Balgwand hindurch stattfindet.

Die Bälge dieser Maschine, d. h. der erhitzte Balg 30 und der gekühlte Balg 31, sind in an sich bekannter Weise mit einem Triebwerk verbunden. Die bei dieser Aiaschine angegebenen Bälge haben eine doppelte Funktion. Sie dienen erstens zum Ändern des Volumens des Arbeitsraums und zweitens als Wand, durch welche Wärmeenergie dem Zyklus zugeführt oder entnommen wird. Wie es vorstehend beschrieben \vurde, hat dies den Vorteil,. daß der Zyklus eine nahezu isothermische Expansion und Kompression hat. Der den Balg 30 umgebende Raum 32 ist der als Kühlkasten dienende Raum, so daß Wärmeenergie aus dem Raum 32 über die Wand des Balges 30 dem Zyklus zugeführt wird. Der Raum 33 ist der zur Abführung von Wärmeenergie dienende Raum. Dabei wird Wärmeenergie durch die Wand 31 dem Raum 33 zugeführt und mit Hilfe eines Kühlmittels, das bei A in diesen Raum hineinströmt und bei B diesen Raum verläßt, abgeführt. Die beiden Arbeitsräume des Zyklus, d. h. der Arbeitsraum im Balg 30 und der Arbeitsraum im Balg 31, stehen durch einen Verbindungskanal 34 über einen Regenerator 35 miteinander in Verbindung. Da die Wärmeenergie durch die Balgwände zu- und abgeführt wird, können in diesem Fall der Erhitzer und der Kühler entbehrt werden.

Es ist einleuchtend, daß die vorstehend beschriebene Erfindung auf verschiedene andere Weisen verwirklicht werden kann. Die vorstehend beschriebenen Anwendungen sind im allgemeinen auch auswechselbar, wobei in der Regel sämtliche allgemein bei Heißgaskolbenmaschinen verwendbaren Bauarten und Anordnungen verwirklicht werden können.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Kältemaschine mit zwei Räumen, deren Volumen mit einem Phasenunterschied geändert

   werden und in denen sich während des Betriebs der Maschine ein umgekehrter Heißgasmotorkreislauf vollzieht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand wenigstens eines der Räume mit veränderlichem Volumen in Form eines Balges ausgeführt ist, wobei zwischen dem Maschinentriebwerk und diesem Balg eine solche mechanische Verbindung besteht, daß die Bewegung des Triebwerks eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung des Volumens dieses Raumes bewirkt und der Austausch kalorischer Energie durch die Balgwand hindurch stattfindet.
2. 2. Kältemaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bälge in Flucht angeordnet sind, wobei die einander zugewendeten Endwände dieser Räume beiderseits einer Zwischenwand mit wärmeisolierenden Eigenschaften befestigt sind.
3. 3. Kältemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumen der von den Bälgen begrenzten Räume mittels eines Triebstangenmechanismus geändert werden, der an der Zwischenwand angreift und unabhängig von den Bälgen mit dem Maschinentriebwerk verbunden ist.
4. 4. Kältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der sich wenigstens drei Kreisläufe vollziehen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Bälge in Flucht angeordnet sind, wobei die voneinander entfernt liegenden Endwände dieser Bälge mittels gemeinsamen Stangensystems mit dem Triebwerk verbunden sind und zwischen den einander zugewendeten Endwänden ein Kanalsystem vorhanden ist, das jeden von einem Balg begrenzten Raum eines Systems mit einem Raum eines anderen Systems verbindet.

   Angezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 724 998, 720 578, Ostertag: Kälteprozesse 1933, S. i05fL;

   USA.-Patentschriften Nr. 1 240 862, 1 475 234, ι 460 677, ι 508 522, ι 553 546 und ι 730 580;

   Philips »Technische Rundschau« des Jahres 1946, S. 129 bis 136, und 1947, S. 97 bis 104 und bis 135.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   O 1556 9.