EP0527993B1

EP0527993B1 - Aussenbeheizte, regenerative wärme- und kältemaschine

Info

Publication number: EP0527993B1
Application number: EP92905628A
Authority: EP
Inventors: Peter Hofbauer
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Generations Group GmbH and Co KG
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: ES2088131T3; DE59206284D1; DK0527993T3; DE4107092A1; ATE138183T1; WO1992015826A1; EP0527993A1

Description

Die Erfindung betrifft eine außenbeheizte, regenerative Wärme- und Kältemaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw 7.
Derartige Wärme- und Kältemaschinen sind, basierend auf dem schon seit 1918 bekannten Vuilleumier-Kreisprozeß bereits entwickelt worden und haben u. a. den Vorteil, daß diese anstelle von umweltschädlichem FCKW mit Helium oder Wasserstoffgas betrieben werden können.
Gemäß DKV-Tagungsbericht, 14. Jahrgang, 1987, Seiten 473 bis 487, wurden derartige Maschinen bisher als doppelt wirkende Hubkolbenmaschinen mit einem V-Winkel von 90° ausgeführt. Da das gesamte System unter sehr hohem Druck gehalten werden muß, ist diese Konstruktion sehr aufwendig, und zwar sowohl hinsichtlich des Bewegungsantriebes der Kolben als auch hinsichtlich der Abdichtungserfordernisse. Siehe hierzu auch die DE-A-36 02 634, die u. a. auch eine Ausbildung solcher Maschinen als Rotationskolbenmaschine vorsieht. Auch hierbei erfolgt der Bewegungsantrieb des Kolbens von außen.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Art dahingehend umzugestalten und zu verbessern, daß der Aufwand für den Bewegungsantrieb und für die Abdichtung wegfallen und die ganze Maschine kompakter als ein in sich geschlossener, zylindrischer Druckbehälter ausgebildet werden kann.
Diese Aufgabe ist mit einer Wärme- und Kältemaschine der gattungsgemäßen Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6. Eine weitere davon unabhängige Lösung ergibt sich durch im Kennzeichen des Patentanspruches 7 angeführten Merkmale, deren vorteilhafte Weiterbildungen sich aus den Unteransprüchen 8 bis 15 ergeben.
Da auch bei diesen erfindungsgemäßen Ausbildungen die Maschine nach dem bekannten Vuilleumier-Kreisprozeß arbeitet, bedürfen die thermodynamischen Vorgänge im einzelnen keiner näheren Erläuterung, zumal diese in den vorgenannten Druckschriften ausführlich erörtert sind.
Aufgrund der ersten erfindungsgemäßen Ausbildung besteht die ganze Maschine vorteilhaft aus nur zwei bewegten Teilen, nämlich aus dem Druckbehälter, in dem im entsprechend ausgebildeten und von der in bezug auf den Rollkolben "äußeren" Hüllkurve begrenzten Innenraum der antriebslose und nur durch Schwerkraft in Stellung gehaltene Rollkolben auf der Hüllkurve relativ abrollt, wobei lediglich der Druckbehälter einer Lagerung am Umschließungsgehäuse und, wie bekannt, eines kleinen zusätzlichen äußeren Antriebes (Elektromotor) lediglich zur Verlustkompensation im System (Reibung und Druckdifferenzen durch Strömungswiderstände) und zur Drehzahlregelung bedarf.
Für die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine werden bevorzugt solche des Typs "KA 4" bzw. "KA 3" benutzt, wobei K für den sogenannten Kämmeingriff und A für die äußere Hüllkurve steht, d.h., beim KA 4 rollt der dreigliedrige Rollkolben relativ zur vierfach gegliederten äußeren Hüllkurve ab, und beim "KA 3" rollt ein zweifach gegliederter Rollkolben relativ zur dreifach gegliederten Hüllkurve ab. Diesbezüglich sei darauf hingewiesen, daß die Angabe von vier Bezugszeichen bezüglich der Räume im Hauptanspruch nur sinngemäß zu verstehen und insoweit nicht verbindlich ist, weil die Bezugszeichen bezüglich der Räume am Typ "KA 4" orientiert sind.
Sowohl konstruktiv als auch funktionell ist es noch günstiger, wenn die nach der ersten Lösung noch seitlich am Druckbehälter angeordneten Wärmetauscher zugleich die radialen Begrenzungswände der Räume bilden, die nicht mit dem von außen mit Wärme beaufschlagten Wärmetauscher in unmittelbarer Verbindung stehen. Die Regeneratoren sind dann im Inneren des Druckbehälters außen längs der Wärmetauscher angeordnet.
Um den Rollkolben nach der ersten Lösung relativ zum drehbaren Druckbehälter funktionsgerecht abrollen zu lassen, ist es notwendig, diesen aus Material mit hohem spez. Gewicht zu bilden oder den Innenraum des Rollkolbens mit einem Material von hohem spez. Gewicht auszufüllen und in seitlichen Kammern mit dem Rollkolben fest verbundene Belastungskörper vorzusehen. Auch dies kann wesentlich dadurch vereinfacht werden, daß man nach der zweiten Lösung den Druckbehälter als Stator ausbildet und in diesem mindestens auf einer Seite benachbart zu dem als Kreiskolben angetriebenen Kolben mindestens drei im Sinne der Kolbenbewegung gesteuerte Elektromagnete anordnet. Dadurch wird nicht nur die Fertigung und der Zusammenbau der Maschine vereinfacht, sondern auch die Anschlußanordnung und Ausbildung für das von außen zuzuführende und wieder nach außen abzuführende Wärmeträgermedium.
Die radiale Anordnung und Ausbildung der Wärmetauscher als Begrenzungswände der Räume, durch die, was noch näher erläutert wird, die ganzen "Innereien" der Maschine gewissermaßen scheibenförmig zwischen zwei den Druckbehälter bildenden Schalen zusammengefügt werden können, bietet auch eine ideale Voraussetzung für eine Weiterbildung zur schärferen Trennung der "warmen und kalten Seite", d.h. zur Reduzierung des maschineninternen Wärmeflusses von der warmen zur kalten Seite.
Die erfindungsgemäße Maschine und deren vorteilhafte und praktische Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt schematisch

Fig. 1: einen Längsschnitt durch die Maschine;
Fig. 2: einen Querschnitt durch den drehbaren Druckbehälter mit darin angeordneten Rollkolben;
Fig. 3: einen Schnitt durch den Druckbehälter mit den diesem zugeordneten Wärmetauschern und thermischen Regeneratoren in stark schematisierter Darstellung;
Fig. 4: die Stellungen des Rollkolbens relativ zum Druckbehälter während einer Umdrehung;
Fig. 5: stark schematisiert eine Maschine nach Typ KA 3;
Fig. 6: abgewickelte Zylinderschnitte A, B gemäß Fig. 2 durch die Bereiche des wärmebeaufschlagten Wärmetauschers und der Regeneratoren;
Fig. 8,9: Schnitte längs Linien C, D in Fig. 1;
Fig.10,11: einen Schnitt längs Linien I-I und II-II der Maschine gemäß Fig. 12;
Fig. 12: einen Längsschnitt durch die Maschine nach den Fig. 10, 11;
Fig. 13: einen Längsschnitt durch die Maschine in anderer Ausführungsform;
Fig. 14: einen Querschnitt durch die Maschine gemäß Fig. 13;
Fig. 15: in Seitenansicht die Zu- und Ableitungskanäle zu den Wärmetauschern;
Fig. 16: einen Schnitt durch eine besondere Ausführungsform der Wärmetauscher;
Fig.16A-C: Seitenansichten der Wärmetauscher gemäß Fig. 4 in verschiedenen Ausführungsformen;
Fig. 17: einen Längsschnitt durch die Maschine mit stationärem Druckbehälter;
Fig. 18: in Seitenansicht die Anordnung der E-Magnete gemäß Fig. 17;
Fig. 19: das Schaltschema einer KA 4-Zylindermaschine und
Fig. 20: das bekannte Schaltschema einer nach dem Vuilleumier-Kreisprozeßß arbeitenden Wärme- und Kältemaschine.

Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 9 Bezug genommen. Hierbei besteht die Wärme- und Kältemaschine aus durch bewegliche Trennelemente K (Kolben) volumenveränderlichen Räume 6-9 für einerseits den Heizkreis HK und andererseits für den Kühlkreis KK, wobei der Heiz- und der Kühlkreis HK, KK jeweils den volumenveränderlichen Räumen 6-9 zugeordnete Wärmetauscher 10-13 aufweisen. Zwischen den Wärmetauschern 10, 11, 12, 13 jedes Kreises sind thermische Regeneratoren 14, 15 angeordnet, und die beiden Kreise HK, KK sind miteinander an der Stelle 138 verbunden (siehe Fig. 5 oder 20). Für dieses an sich bekannte Schaltprinzip ist nun nach der Erfindung, wie aus Fig. 1 ersichtlich, wesentlich, daß die Räume 6-9 und die Trennelemente K in Form einer Drehkolbenmaschine ausgebildet sind, die aus einem in einem Umschließungsgehäuse 16 drehbar gelagerten Druckbehälter 1 mit einem darin antriebslos angeordneten, die Räume 6-9 trennenden Rollkolben 2 gebildet ist, wobei die Wärmetauscher 10-13 und die Regeneratoren 14, 15 am drehbaren Druckbehälter 1 angeordnet sind, also mit diesem umlaufen. Die stationäre Wärmezufuhrquelle 3 ist im Anordnungsbereich des zwischen den Raum 6 und den Regenerator 14 geschalteten Wärmetauschers 10 angeordnet, der sich über den ganzen Umfang erstreckt. Die Zuordnung der Wärmetauscher 10 bis 13 ist stark schematisiert als reines Schaltbild in Fig. 3 veranschaulicht, in der die jeweils entsprechenden Bezugszeichen benutzt sind und die den Stand der Technik darstellt.
Der Druckbehälter 1 ist im Umschließungsgehäuse 16 gelagert, in dem auch der die Wärmezufuhrquelle 3 bildende Brenner unter dem Druckbehälter 1 angeordnet ist, mit dem der Wärmetauscher 10 beaufschlagt wird. Eine sich nach oben um den Druckbehälter erstreckte Abzugshaube 17 führt die Abgase ab.
Die beidseitigen Lagerfortsätze 22 des Druckbehälters 1 bilden gleichzeitig die Zufuhröffnungen 22' für das Medium, mit dem die stirnseitig am Druckbehälter angeordneten Wärmetauscher 11, 12, 13 beaufschlagt werden. Hierbei sind die Stirnflächen 1' des Druckbehälters 1 mit radial orientierten Rippen 23 versehen, die einerseits die durchströmenden Medien fördern und andererseits zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen beitragen.
Das an der Aufwärmseite WS erwärmte und das auf der Abkühlseite KS abgekühlte Medium (bspw. Luft) strömt dabei durch zur Abströmseite offene Leitungen 25 ab, die im Umschließungsgehäuse 16 mit integriert sind. Wie schematisch angedeutet, ist der Druckbehälter 1 aus den genannten Gründen mit einem Elektromotor 26 gekoppelt, der jedoch, abgesehen von der Anlaßphase, nicht die Aufgabe hat, das Ganze anzutreiben, da die Antriebsenergie über den von der Wärmequelle 3 beaufschlagten Wärmetauscher 10 eingebracht wird.
Da der Rollkolben 2 antriebslos im Innenraum 4 des Druckbehälters 1 sitzt, und zwar exzentrisch unter dessen Drehachse 1", ist dieser mit einem Material von höherem spez. Gewicht ausgefüllt. Bezüglich der Konfigurationen des Rollkolbens 2 und des Innenraumes 4 wird auf die Fig. 2, 3 verwiesen, die einer Drehkolbenmaschine vom Typ KA 4 entsprechen.
Auf den Rollkolben 2 wirken einerseits Reibkräfte, die von der Abdichtung seiner Seitenflanken 2' herrühren, und andererseits Gaskräfte, da in den Regeneratoren 14, 15 und Wärmetauschern 10-13 und ihren Verbindungsleitungen Strömungswiderstände auftreten. Um sicherzustellen, daß der Rollkolben 2 im unteren Teil des Innenraumes 4 bleibend abrollt, sind Zusatzgewichte am Rollkolben 2 angebracht, wofür dieser, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit in separaten Kammern 20 befindlichen zusätzlichen Belastungskörpern 21 versehen ist, die der Rollkolbenachse 5 koaxial zugeordnet sind. Um die Position vom Rollkolben 2 zum Druckbehälter 1 sicherzustellen, ist die Maschine derart ausgebildet, daß der Rollkolben 2 an seinen Seitenflanken 2' mit koaxialen, durchmesserreduzierten und scheibenförmigen, außen verzahnten Fortsätzen 18 zugeordneten und mit einer entsprechenden Innenverzahnung versehenen Stegen 19 versehen ist, wobei der Innenverzahnungsdurchmesser größer ist als der Außenverzahnungsdurchmesser der Fortsätze 18. Diese Fortsätze 18 werden dabei zweckmäßig dafür genutzt, um daran die vorerwähnten zusätzlichen Belastungskörper 21 anzubringen.
Die Relativbewegung des aufgrund der Schwerkraft bei Drehung des Druckbehälters 1 ständig unten bleibenden Rollkolbens 2 ist schematisch in Fig. 4 verdeutlicht. Der Einfachheit halber ist hierbei die Hüllkurve des Innenraumes 4 stationär bleibend dargestellt. Einer besonderen Erläuterung bedarf dies nicht, da sich dabei bezüglich der Rollkolbenbewegung zu den einzelnen Räumen 6-9 Analoges zur bekannten Maschine gemäß Fig. 20 vollzieht.
Das aus dem Raum 6 verdrängte Medium gelangt durch den Schlitz 24 bzw. 6' in den Wärmetauscher 10 und nach dessen Durchströmung durch einen Kanal 27 in den Regenerator 14 und nach dessen Passage in den Wärmetauscher 11 und nach diesem in den sich vergrößernden Raum 9. Ebenfalls analog zur Fig. 20 strömt dabei das Füllgas aus dem Raum 8 durch 8' zum Wärmetauscher 12, durch den Regenerator 15 über den Wärmetauscher 13 und den Schlitz 7' in den Raum 7. Hierzu wird insbesondere auf Fig. 3 verwiesen. Die Schlitze und Strömungsführungen sind in den Abwicklungen A, B der Fig. 6, 7 mit entsprechenden Bezugszeichen versehenen; die Fig. 6, 7 verdeutlichen auch die Anordnungen und Erstreckungen der Wärmetauscher und der Regeneratoren 14, 15 am Umfang des Druckbehälters 1. Sämtlich Wärmetauscher, Regeneratoren und die Räume 6-9 bilden ein in sich geschlossenes Drucksystem, in dem das Füllgas hin und her gepumpt wird, wobei die Wärmezufuhrquelle 3 den eigentlichen Antrieb bewirkt. Außerhalb dieses Drucksystems, nämlich längs der Stirnflächen 1' des Druckbehälters 1 streicht das auf der einen Seite WS sich dort erwärmende und auf der anderen Seite KS das sich dort abkühlende Medium (vorzugsweise Luft) vorbei.
Die Schnitte der Fig. 8, 9 verdeutlichen die Wärmetauscher 11-13, an denen die durch beide Lagerfortsätze 22 bspw. mit 25°C zugeführte Luft im Sinne der Pfeile in Fig. 1 vorbeigeführt wird und auf der Warmseite WS mit bspw. 95°C und auf der Kühlseite KS mit 10°C abströmt. Diese angegebenen Temperaturen sind nur als Beispiel zu verstehen.
In Fig. 5 ist der Vollständigkeit halber eine Maschine nach Typ KA 3 dargestellt, und zwar in Verbindung mit den Wärmetauschern 10-12 und den beiden Regeneratoren 14, 15. Hierbei werden die Räume 9, 7 jedoch nur durch eine Kammer repräsentiert und die Verbindung der beiden Kreise HK und KK erfolgt an bzw. mit dieser Kammer bei 138.
Für die andere Ausführungsformen wird nun auf die Fig. 10-18 Bezug genommen, in denen Bezugszeichen ab 100 benutzt sind, die auf entsprechende Elemente bezugnehmen.
Wie aus Fig. 13 ersichtlich, bilden hierbei die Wärmetauscher 111, 112, 113 die radialen Begrenzungswände der Räume 107, 108, 109 und die Regeneratoren 114, 115 sind außen, aber innerhalb des Druckbehälters 100 längs der Wärmetauscher 111, 112, 113 angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine äußerst vorteilhafte Bauweise der Maschine, nämlich derart, daß die Wärmetauscher 111, 112, 113, die Regeneratoren 114, 115 und der Kreiskolben 102 in Form eines scheibenförmigen Paketes 128 zwischen zwei den Druckbehälter 101 bildenden Gehäuseschalen 129 ausgebildet werden können. Dabei sind beidseitig neben dem Paket 128 Kreisscheiben 128" mit Durchbrüchen 137 für die Zu- und Abführung des Wärmeträgermediums zu und aus den Wärmetauschern 111, 112, 113 angeordnet.
Wie insbesondere aus den Fig. 16, 16A-C ersichtlich, sind die Wärmetauscher 111, 112, 113 aus Röhrchen 136 gebildet, die an ihren Enden 133 mit Aufweitungen 134 versehen sind, deren Querschnitt Vielecken entspricht, die lückenlos zu einer Wabenstruktur mit aneinanderliegenden Seitenflanken der Aufweitungen 134 zusammengefügt und an den Aufweitungsenden 135 flüssigkeits- und gasdicht miteinander verbunden sind. Diese Röhrchen 136 erstrecken sich parallel zur Maschinenachse 139, d.h. die dafür in Fig. 13 gewählte Schraffur entspricht nicht der tatsächlichen Röhrchenorientierung. Die Regeneratoren 114, 115 sind entsprechend bogenförmig gestaltet und sind bspw. aus Sintermetall gebildet.
In die Wärmetauscher 111, 112, 113 eingesetzte Trennwände 142 sorgen für eine mäanderförmige Durchströmung der Wärmetauscher des in den beiden geschlossenen, aber miteinander bei 138 verbundenen Kreisen enthaltenen Betriebsmittels.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 13 und 17 ist der Druckbehälter 101 als Stator ausgebildet, und in diesem sind mindestens auf einer Seite benachbart zum als Kreiskolben 102 angetriebenen Kolben mindestens drei im Sinne der Kolbenbewegung gesteuerte Elektromagnete 132 angeordnet. Dadurch entfallen die Belastungskörper 21, 121 (Fig. 1 und 12) und die relativ aufwendigen Anschlüsse 143 für die Zu- und Abführung der Wärmeträgermedien (Luft oder Wasser), die allerdings auch möglich und in Fig. 12 dargestellt sind. Wie aus den Fig. 13 und 17 ersichtlich, lassen sich zudem die Unterbringungsräume 144 durch Scheiben 145 gegenüber den unter hohem Druck stehenden und gasführenden Räumen hermetisch abschließen, so daß diese für das Gesamttotvolumen der Maschine nicht mehr in Rechnung gestellt werden müssen.
Die vorteilhafte Ausbildung der Maschine in Schalenbauweise, in der das scheibenförmige Paket 128 eingeschlossen ist, bildet auch die Voraussetzung für eine Ausführungsform gemäß Fig. 17 dahingehend, daß das scheibenförmige Paket 128 in zwei Kammern gegliedert ist, in denen die Räume 106, 107 und die Räume 108, 109 zueinander um 90° versetzt angeordnet sind; in jeder Kammer 130 ist ein Kreiskolben 102 angeordnet; die beiden Kreiskolben 102 sind fest miteinander verbunden, wodurch sich eine Gliederung in eine "warme und kalte" Seite erreichen läßt, wobei zwischen den beiden Kammerpaketen 128' problemlos eine Wärmeisolierung 131 ebenfalls in Scheibenform angeordnet werden kann, um einen maschineninternen Wärmefluß von der warmen zur kalten Seite weitgehend zu unterbinden.
Bei der bereits erwähnten Ausführungsform nach den Fig. 10 bis 12 ist der Druckbehälter 100 in geeigneter Weise drehbar gelagert, was mit Lagern 150 nur schematisch angedeutet ist. Die Anschlüsse 143 sind dabei, wie dargestellt, als Drehführungen ausgebildet, wobei der linke Anschluß 143 für die Versorgung des Wärmetauschers 111 und der rechte für die Versorgung der Wärmetauscher 112 und 113 dient. Die weiteren nach außen führenden Anschlußöffnungen 143' befinden sich vor bzw. hinter der Darstellungsebene.
Unabhängig davon, ob sich bei den Ausführungsformen nach den Fig. 10 bis 17 der Druckbehälter 101 dreht oder stationär gelagert ist, sind in den Fig. 10 und 11 die Strömungspfeile für das Betriebsmedium (bspw. Helium) eingezeichnet. Für die den Wärmetauschern 111, 112, 113 von außen über die Drehführungen 143 zuzuführenden bzw. nach außen abzuführenden Medien (bspw. Wasser) sind Öffnungen 151 für den Wärmetauscher 111, Öffnungen 152 für den Wärmetauscher 112 und Öffnungen 153 für den Wärmetauscher 113 vorgesehen. Mit 154 ist eine Wärmeisolierung im Druckbehälter 101 bezeichnet. Die Steuerung der Elektromagnete 132 erfolgt über eine in Fig. 18 nur schematisch angedeutete Steuerschaltung 155.
Das bezugszeichen 156 in Fig.19 bezeichnet einen Zusatzregenerator im armen Bereich zwischen der kalten und der heißen Seite der Maschine. Ein solcher Zusatzregenerator 156 ist auch in der Maschine gemäß Fig.10 bis 12 bzw. 17 vorhanden, der in der Trennwand zwischen den beiden Paketen 128' bzw. den Kammern 130 eingebaut ist. Durch diesen Zusatzregenerator 156 können die Temperaturwerte zwischen der Kalt- und Heißseize der Maschine besser getrennt werden, d.h., es ergeben sich auch im Warmbereich unterschiedliche Temperaturen.

Claims

Außenbeheizte, regenerative, nach dem Vuilleumier-Kreisprozeß arbeitende Wärme- und Kältemaschine, bestehend aus durch bewegliche Trennelemente (K) volumenveränderlichen Räumen (6 bis 9) für einerseits den Heizkreis (HK) und andererseits für den Kühlkreis (KK), wobei der Heiz- und der Kühlkreis (HK, KK) jeweils den volumenveränderlichen Räumen (6 bis 9) zugeordnete Wärmetauscher (10 bis 13) aufweisen und zwischen den Wärmetauschern (10, 11, 12, 13) jedes Kreises thermische Regeneratoren (14, 15) angeordnet und die beiden Kreise (HK, KK) miteinander verbunden sind und wobei ferner die Räume (6 bis 9) und die Trennelemente (K) in Form einer Rotationskolbenmaschine ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben der Rotationskolbenmaschine in einem die Räume (6 bis 9) enthaltenden, um seine horizontal liegende Längsachse (1") drehend angetriebenen Druckbehälter (1) als antriebsloser Rollkolben (2) angeordnet ist, der aus Material mit hohem spezifischem Gewicht besteht bzw. dessen Innenraum mit einem Material von hohem spezifischem Gewicht ausgefüllt ist und dadurch von Belastungskörpern (21), die koaxial zur Rollkolbenachse an den Seitenflanken (2') des Rollkolbens (2) in separaten Kammern (20) des Druckbehälters (1) angeordnet und mit dem Rollkolben (2) verbunden sind, in einer Stellung gehalten wird, in der er relativ zum drehenden Druckbehälter (1) abrollt, und daß die stationäre Wärmezufuhrquelle (3) im Bereich des zwischen einem (6) der Räume (6 bis 9) und einen (14) der Regeneratoren (14, 15) geschalteten Wärmetauschers (10) angeordnet ist.
Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der die Räume (6-9) enthaltende Innenraum (4) des Druckbehälters (1) und der zugehörige Rollkolben (2) bezüglich ihrer Konturen einer Trochoidmaschine vom Typ "KA 4" oder "KA 3" entsprechen.
Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rollkolben (2) an mindestens einer seiner Seitenflanken mit einem scheibenförmigen, außen verzahnten Fortsatz (18) versehen und im Innenraum (4) des Druckbehälters (1) ein dem Fortsatz (18) zugeordneter und mit einer entsprechenden Innenverzahnung versehenen Steg (19) angeordnet ist, die den Rollkreis für den Fortsatz (18) des Rollkolbens (2) bildet.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnseiten des Druckbehälters (1) als Wärmetauscher (11, 12, 13) ausgebildet sind, wobei die Wärmetauscher (11, 13) auf der Aufwärmseite (WS) und der Wärmetauscher (12) auf der Abkühlseite (KS) angeordnet sind.
Maschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß außen an den Stirnflächen (1') des Druckbehälters (1) die Wärmeübertragungsflächen vergrößernde und radial förderwirksame Rippen (23) angeordnet sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmetauscher die radialen Begrenzungswände der Räume (7-9) bilden und die Regeneratoren (14, 15) außen längs der Wärmetauscher (11-13) angeordnet sind.
Außenbeheizte, regenerative, nach dem Vuilleumier-Kreisprozeß arbeitende Wärme- und Kältemaschine, bestehend aus durch bewegliche Trennelemente (K) volumenveränderlichen Räumen (106 bis l09) für einerseits den Heizkreis (HK) und andererseits für den Kühlkreis (KK), wobei der Heiz- und der Kühl kreis (HK, KK) jeweils den volumenveränderlichen Räumen (106 bis 109) zugeordnete Wärmetauscher (110 bis 113) aufweisen und zwischen den Wärmetauschern (110, 111, 112, 113) jedes Kreises thermische Regeneratoren (114, 115) angeordnet und die beiden Kreise (HK, KK) miteinander verbunden sind und wobei ferner die Räume (106 bis 109) und die Trennelemente (K) in Form einer Rotationskolbenmaschine ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben der Rotationskolbenmaschine ein als Kreiskolben (102) geführter Rollkolben ist, der in einem die Räume (106 bis 109) enthaltenden, als Stator ausgebildeten Druckbehälter (100) angeordnet ist, daß im Druckbehälter (100) mindestens auf einer Seite benachbart zum Kreiskolben (102) mindestens drei im Sinne der Kolbenbewegung gesteuerte Elektromagnete zum Antreiben des Kreiskolbens (102) relativ zum Druckbehälter (100) angeordnet sind, und daß die Wärmetauscher (111 bis 113) die radialen Begrenzungswände der Räume (107 bis 109) bilden und die Regeneratoren (114, 115) außen längs der Wärmetauscher (111 bis 113) angeordnet sind.
Maschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmetauscher (111-113), die Regeneratoren (114, 115) und der Kreiskolben (102) in Form eines scheibenförmigen Paketes (128) zwischen zwei den Druckbehälter (101) bildenden Gehäuseschalen (129) angeordnet sind.
Maschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß beidseitig neben dem Paket (128) Kreisscheiben (128") mit Durchbrüchen (137) für die Zu- und Abführung des Wärmeträgermediums zu und aus den Wärmetauschern (111-113) angeordnet sind.
Maschine nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das scheibenförmige Paket (128) in zwei Kammern gegliedert ist, in denen die Räume (106, 107) und die Räume (108, 109) zueinander um 90° versetzt angeordnet sind, und daß in jeder Kammer (130) ein Kreiskolben (102) angeordnet ist und die beiden Kreiskolben (102) fest miteinander verbunden sind.
Maschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den beiden Kammerpaketen (128') eine Wärmeisolierung (131) angeordnet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmetauscher (111-113) in Form mäanderförmig durchströmbarer Elemente ausgebildet sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeneratoren (114, 115) aus Sintermetall gebildet sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmetauscher (111-113) aus Röhrchen (136) gebildet und diese an ihren Enden (133) mit Aufweitungen (134) versehen sind, deren Querschnitt Vierecken entspricht, die lückenlos zu einer Wabenstruktur mit aneinanderliegenden Seitenflanken der Aufweitungen (134) zusammengefügt und an den Aufweitungsenden (135) flüssigkeits- und gasdicht miteinander verbunden sind.
Maschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den beiden Kammern (130) ein Zusatzregenerator (156) angeordnet ist.