EP2661559B1 - Doppeltwirkender kältemittelkompressor - Google Patents

Doppeltwirkender kältemittelkompressor Download PDF

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EP2661559B1
EP2661559B1 EP12700943.9A EP12700943A EP2661559B1 EP 2661559 B1 EP2661559 B1 EP 2661559B1 EP 12700943 A EP12700943 A EP 12700943A EP 2661559 B1 EP2661559 B1 EP 2661559B1
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EP
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piston
pressure
refrigerant compressor
double
volume
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Inficon GmbH Deutschland
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Inficon GmbH Deutschland
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    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/148—Pistons, piston-rods or piston-rod connections the piston being provided with channels which are coacting with the cylinder and are used as a distribution member for another piston-cylinder unit

Definitions

  • the invention relates to a double-acting refrigerant compressor.
  • the required compressors must in this case generate a gas pressure in the bottle, which is above the vapor pressure of the refrigerant at the respective ambient temperatures. This gas pressure can exceed significantly in extreme cases which exceed 30 bar, so that for the further assumptions of a working pressure up to 40bar is assumed.
  • the recycling device In known recycling devices for transferring the refrigerant from a refrigeration system into a recycling container, the recycling device is provided with a compressor and a compressor bypassing the bypass line.
  • the compressor line and the bypass line are each provided with valves, wherein initially the pressurized refrigerant flows through the bypass line into the recycling container. After pressure equalization between recycling container and refrigeration system, the remaining refrigerant is transferred via the compressor of the recycling device in the recycling container, the bypass line is closed.
  • WO 02/40867 A1 to which the preamble of claim 1 refers describes a reciprocating compressor for cooling an electric motor having a variable clearance as a pressure and suction chamber, which is adapted to suck cold air from outside through a suction bore and an inlet check valve and into the interior of the electric motor to cool the engine.
  • the free space over the interior of the electric motor is always connected to the atmosphere.
  • the invention has for its object to provide a refrigerant compressor with simple and inexpensive construction and with the required for the refrigerant recovery high compression performance.
  • the cylinder sections may be components of a one-piece cylinder or separate components. It is crucial that the cylinder sections are not movable relative to each other and that the piston in the cylinder sections freely, that is without a connection with other components, such.
  • Through the piston is an internal flow channel from the one piston end to the opposite end of the piston completely passed.
  • the piston has at least one check valve in the region of the flow channel.
  • Each cylinder section also has at least one check valve.
  • the flow channel is formed along a straight longitudinal axis, along which the check valves are arranged. The flow directions of the check valves are rectified, that is, when flowing through the piston by a refrigerant in a first flow direction, the check valves are open and flow through the piston in a second, opposite to the first flow direction through the check valves lock.
  • the advantage of the refrigerant compressor according to the invention is that a separate bypass line for removing refrigerant from a refrigerant system into a recycling container is not required until pressure equalization.
  • the interior Flow channel can easily, z. B. by a bore.
  • seals for connecting an external mechanism to the piston through the cylinder are not required. The only seals are to be provided in the area of the check valves and the contact areas between the piston and cylinder sections.
  • the piston is provided between its two end-side compression surfaces with an auxiliary compression surface which forms an auxiliary volume together with one of the two cylinder sections, which generates a driving force counteracting a restoring force during a stroke movement of the piston by a driving force.
  • both cylinder sections can be guided as inverse pistons in the piston, wherein the two cylinder sections are immovable relative to each other and only the piston performs a movement.
  • the piston can be touchless by two counter-rotating electromagnets, for. B. as a flat armature drive or as Tauchankerantrieb be driven.
  • the armature plate advantageously protrudes into the magnetic field generated by the electromagnets through the distance between the two cylinder sections.
  • the plunger armature drive the piston can be completely guided as a plunger anchor inside a one-piece cylinder.
  • the design In the coolant recycling mode, the design has the advantage of providing passive pressure equalization between the inlet and the outlet. In use, the bypass conventionally required by the prior art may be eliminated.
  • the design of the double-acting in-line free-piston compressor, the medium through the inlet valve 10, the spill valve 11 and the outlet valve 12 directly overflow. This can be done both as a liquid and as a gaseous fraction.
  • Version 1 The volume is vented to the environment. The pressure is therefore always normal pressure 1 bar.
  • Variant 2 The volume is gas-tight and is designed with a constant pre-pressure p 0 as a gas spring.
  • Variant 3 The volume is connected to the inlet line so that the inlet pressure is equal to the working pressure in the cooling system.
  • Variant 4 The volume is connected to the outlet line so that the secondary pressure in the secondary volume equals the working pressure in the recycling container.
  • the third embodiment results in the FIGS. 5 and 6 with inverse compression chamber.
  • the compressor with inverse compression chamber consists of the piston 25 with the overflow channel 8, the intermediate valve 11 and the inverse compression chamber 6.
  • the piston 25 runs in the cylinder 24, which is closed with the inlet valve plate 2.
  • Intake valve plate 2, cylinder 24 and piston 25 form the low-pressure compression volume 4.
  • An advantage of this arrangement is the direct mechanical access to the piston while maintaining the inline flow of the medium, so that on the one hand the drive of the piston can be done with a forced operation, for example with a crank mechanism, and on the other hand, the medium directly from the inlet through all the valves through to the outlet can flow.
  • both cylinder sections 41 and 42 are guided as inverse pistons in the piston 25.
  • the fifth embodiment according to Fig. 9 shows a flat armature drive for driving the piston.
  • the piston which itself may be made of a material that is not relevant to the drive, is mechanically connected to the armature plate 52 made of magnetically soft iron.
  • armature plate 52 made of magnetically soft iron.
  • a pot magnet consisting of the iron core 50 or 54 and the electric coil 51 and 53 is arranged.
  • By alternating energizing the coils is each generates a magnetic field between the pot magnet and the anchor plate, which puts the anchor in the appropriate movement.
  • this can be a slide switch which switches the current lead to the other coil when a predetermined end position is reached.
  • a magnetic spring drive is used for the piston.
  • the operating principle is a spring-mass oscillator, wherein the piston is excited as mass to an oscillating motion.
  • the work that the machine is supposed to deliver acts as cushioning and must be applied as a synchronous excitation by the magnet.
  • the principle is very effective for smaller work loads. For a vibration to actually take place, the kinetic or potential energy stored in the spring-mass system must be greater than the work to be delivered.
  • a plunger armature is used as a drive for the piston.
  • the coils mutually generate a magnetic flux in the left or in the right area of the plunger coil.
  • the anchor is then pulled each time in the appropriate end position.
  • it depends on an optimized control of the coil in order to avoid unrestrained striking of the armature.
  • the control of the coils is carried out in the same manner as in the flat armature drive.
  • the piston 7 is driven via an eccentric 61 with a shaft 60 by a conventional crank mechanism.
  • the symmetrically arranged shaft 60 of the rotary drive can be converted via known methods into a positively driven oscillation.
  • the method can be used for both normal construction and inverse compression chamber design.
  • the advantage here is the use of normal rotary drives and the positive control of the way.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Kältemittelkompressor.
  • Im Bereich des Recycling von Kältemittel aus Kühlanlagen, insbesondere aus Klimaanlagen, ist der Einsatz externer Kompressoren erforderlich, die in der Lage sind, unter den am Einsatzort der Klimaanlage herrschenden Bedingungen das Kältemittel aus der Kühlanlage abzupumpen und in einen entsprechenden Transportbehälter umzufüllen.
  • Die erforderlichen Kompressoren müssen hierbei einen Gasdruck in der Flasche erzeugen, der oberhalb des Dampfdruckes des Kältemittels bei den jeweiligen Umgebungstemperaturen liegt. Dieser Gasdruck kann im Extremfall deutlich über die 30 bar hinausgehen, so dass für die weiteren Annahmen von einem Arbeitsdruck bis maximal 40bar ausgegangen wird.
  • Bei bekannten Recyclinggeräten zur Überführung des Kältemittels aus einer Kälteanlage in einen Recyclingbehälter ist das Recyclinggerät mit einem Kompressor und einer den Kompressor überbrückenden Bypassleitung versehen. Die Kompressorleitung und die Bypassleitung sind jeweils mit Ventilen versehen, wobei zunächst das druckbeaufschlagte Kältemittel durch die Bypassleitung in den Recyclingbehälter strömt. Nach erfolgtem Druckausgleich zwischen Recyclingbehälter und Kälteanlage wird das restliche Kältemittel über den Kompressor des Recyclinggeräts in den Recyclingbehälter überführt, wobei die Bypassleitung verschlossen ist.
  • DE 101 25 420 C1 beschreibt einen pneumatischen Kolbenverdichter mit einem über eine Kurbelwelle von einem Antriebsmotor angetriebenen Verdichterkolben.
  • WO 02/40867 A1 , auf die sich der Oberbegriff von Anspruch 1 bezieht, beschreibt einen Kolbenkompressor zum Kühlen eines elektrischen Motors, mit einem variablen Freiraum als Druck- und Saugkammer, die dazu ausgebildet ist, kalte Luft von außerhalb durch eine Ansaugbohrung und ein Einlassrückschlagventil anzusaugen und in den Innenraum des elektrischen Motors zu bewegen, um den Motor zu kühlen. Dabei ist der Freiraum über das Innere des elektrischen Motors stets mit der Atmosphäre verbunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kältemittelkompressor mit einfacher und kostengünstiger Bauausführung und mit der für die Kältemittelrückgewinnung erforderlichen hohen Kompressionsleistung zu schaffen.
  • Der erfindungsgemäße Kältemittelkompressor ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1. Demnach ist der Kältemittelkompressor ein doppeltwirkender Kältemittelkompressor mit einem frei an zwei einander gegenüberliegenden Zylinderabschnitten geführten Kolben. Die Zylinderabschnitte sind relativ zueinander nicht beweglich. Der Kolben weist einen innen durch den Kolben hindurch verlaufenden Strömungskanal auf. Jeder Zylinderabschnitt und der Kolben weisen entlang des Strömungskanals mindestens ein Rückschlagventil auf, wobei die Durchströmungsrichtungen der Rückschlagventile gleichgerichtet sind.
  • Die Zylinderabschnitte können Bestandteile eines einstückigen Zylinders oder separate Bauteile sein. Entscheidend ist, dass die Zylinderabschnitte relativ zueinander nicht beweglich sind und dass der Kolben in den Zylinderabschnitten frei, das heißt ohne eine Verbindung mit weiteren Bauteilen, wie z. B. Kolbenstangen, und dichtend geführt ist. Durch den Kolben ist ein innenliegender Strömungskanal von dem einen Kolbenende bis zu dessen gegenüberliegendem Kolbenende vollständig hindurchgeführt. Der Kolben weist im Bereich des Strömungskanals mindestens ein Rückschlagventil auf. Jeder Zylinderabschnitt weist ebenfalls mindestens ein Rückschlagventil auf. Vorzugsweise ist der Strömungskanal entlang einer geraden Längsachse ausgebildet, entlang der auch die Rückschlagventile angeordnet sind. Die Durchströmungsrichtungen der Rückschlagventile sind gleichgerichtet, das heißt bei Durchströmung des Kolbens durch ein Kältemittel in einer ersten Strömungsrichtung sind die Rückschlagventile geöffnet und bei Durchströmung des Kolbens in einer zweiten, zu der ersten Durchströmungsrichtung entgegengesetzten Durchströmungsrichtung sperren die Rückschlagventile.
  • Auf diese Weise wird ermöglicht, dass unter hohem Druck von z. B. 40 bar stehende Kältemittel einer Kältemittelanlage in einen Recyclingbehälter mit niedrigerem Druck überführt werden können, ohne dass eine separate Bypassleitung erforderlich ist. Bei erfolgtem Druckausgleich zwischen Kältemittelanlage und Recyclingbehälter saugt der Kolben während einer Hubbewegung Kältemittel von der Kältemittelanlage in Richtung des Recyclingbehälters durch das Rückschlagventil desjenigen Zylinderabschnitts, der der Kältemittelanlage zugewandt ist, an. Bei der nachfolgenden entgegengesetzten Hubbewegung des Kolbens von dem Recyclingbehälter in Richtung zu der Kältemittelanlage öffnet das Rückschlagventil des Kolbens und das zuvor aus der Kältemittelanlage angesaugte Kältemittel strömt durch den innenliegenden Strömungskanal durch den Kolben hindurch auf dessen gegenüberliegende, dem Recyclingbehälter zugewandte Seite. Bei erneuter Umkehr der Hubbewegung sperrt das Rückschlagventil des Kolbens und der Kolben presst das Kältemittel durch das Rückschlagventil des Zylinderabschnitts, der dem Recyclingbehälter zugewandt ist, hindurch und in Richtung des Recyclingbehälters.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors liegt darin, dass eine separate Bypassleitung zur Entnahme von Kältemittel aus einer Kältemittelanlage in einen Recyclingbehälter bis zum Druckausgleich nicht erforderlich ist. Der innenliegende Strömungskanal kann auf einfache Weise, z. B. durch eine Bohrung, hergestellt werden. Durch den in den Zylinderabschnitten jeweils frei geführten Kolben sind Dichtungen zur Verbindung einer äußeren Mechanik mit dem Kolben durch die Zylinder hindurch nicht erforderlich. Die einzigen Dichtungen sind im Bereich der Rückschlagventile und der Kontaktbereiche zwischen Kolben und Zylinderabschnitten vorzusehen.
  • Im Falle rotationssymmetrischer Zylinderabschnitte und Kolben mit Rückschlagventilen und Strömungskanal auf der Mittellängsachse ist eine Herstellung des erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors durch Drehen und Bohren besonders einfach.
  • Vorzugsweise ist zwischen den Zylinderabschnitten ein derartiger Abstand vorgesehen, dass ein Bereich des Kolbens von außen frei zugänglich ist, um einen Zugriff auf den Kolben zu dessen Antrieb zu ermöglichen, ohne dass Dichtungen durch die Zylinderabschnitte hindurchzuführen wären.
  • Der Kolben ist zwischen seinen beiden stirnseitigen Kompressionsflächen mit einer Hilfskompressionsfläche versehen, die zusammen mit einem der beiden Zylinderabschnitte ein Hilfsvolumen bildet, welches bei einer Hubbewegung des Kolbens durch eine Antriebskraft eine der Antriebskraft entgegenwirkende Rückstellkraft erzeugt.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn mindestens einer der beiden Zylinderabschnitte als inverser Kolben in dem Kolben geführt ist, so dass der Kolben den jeweiligen Zylinderabschnitt außen umschließt und dort, z. B. zu dessen Antrieb, frei zugänglich ist. Insbesondere können beide Zylinderabschnitte als inverse Kolben in dem Kolben geführt sein, wobei die beiden Zylinderabschnitte relativ zueinander unbeweglich sind und nur der Kolben eine Bewegung ausführt.
  • Der Kolben kann berührungslos durch zwei gegenläufig arbeitende Elektromagnete, z. B. als Flachankerantrieb oder als Tauchankerantrieb, angetrieben werden. Im Falle des Flachankerantriebs ragt die Ankerplatte vorteilhafterweise durch den Abstand zwischen den beiden Zylinderabschnitten hindurch in das von den Elektromagneten erzeugte Magnetfeld hinein. Hierbei ist theoretisch grundsätzlich denkbar, einen der beiden Elektromagnete durch einen Federantrieb zu ersetzen. Im Falle des Tauchankerantriebs kann der Kolben vollständig als Tauchanker innen in einen einstückigen Zylinder geführt sein.
  • Alternativ könnte durch den Abstand zwischen den beiden Zylinderabschnitten eine Exzenterführung eines Kurbeltriebs mit dem Kolben verbunden sein oder ein Rotationsantrieb mit einer Nase in eine 8-förmige Kulissenbahn auf der Oberfläche des Kolbens eingreifen.
  • Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand,
    Fig. 2
    das erste Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand,
    Fig. 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand,
    Fig. 4
    das zweite Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand,
    Fig. 5
    ein drittes Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand,
    Fig. 6
    das dritte Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand,
    Fig. 7
    ein Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, in einem ersten Betriebszustand,
    Fig. 8
    das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 in einem zweiten Betriebszustand,
    Fig. 9
    ein weiteres Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der Erfindung ist,
    Fig. 10
    ein weiteres Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der Erfindung ist,
    Fig. 11
    ein weiteres Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der Erfindung ist,
    Fig. 12
    ein weiteres Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, und
    Fig. 13
    ein weiteres Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der Erfindung ist.
    Bei dem Kältemittelkompressor des in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels besteht das Kompressorsystem aus dem gestuften Zylinder 1 in dem der Kolben 7 mit dem zentralen Überströmkanal 9 in axialer Richtung geführt wird. Der Zylinder ist durch die Einlass-Ventilplatte 2 und die Auslass-Ventilplatte 3 abgeschlossen, in denen das Einlassventil 10 und das Auslassventil 12 eingesetzt ist. Der Überströmkanal 8 wird auf der dem Auslass zugeordneten Seite mit einem weiteren Ventil 11 abgeschlossen.
    Hierbei bildet der linke Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser des gestuften Zylinders 1 den ersten Zylinderabschnitt 41 und der rechte Abschnitt mit vermindertem Durchmesser den zweiten Zylinderabschnitt 42. Die beiden Zylinderabschnitte 41 und 42 sind also einstückig miteinander verbunden und bilden den Zylinder 1.
    Die Grundfunktion des doppeltwirkenden Inline-Freikolbenkompressors wird folgendermaßen beschrieben:
    Der Kolben wird durch einen hier noch nicht dargestellten Antrieb in eine lineare Schwingungsbewegung gebracht. Das kann als Resonanzschwingung oder als erzwungene Schwingung geschehen.
    Funktionell hat der Kompressor drei charakteristische Volumen, die die Arbeit des Systems beeinflussen und den Kraftverlauf bestimmen:
    • das Niederdruck-Arbeitsvolumen 4
    • das Hochdruck-Arbeitsvolumen 6
    • das Hilfsvolumen 5, welches beim Steuern des Kolbens hilft (am besten mit Bypass zu links vor dem Ventil 10, oder zu rechts vor dem Ventil 12)
    Bewegt sich der Kolben 7 nach links, wird im Niederdruck-Arbeitsvolumen 4 das Medium verdrängt. Da das Ventil 10 durch den Druckanstieg schließt, wird das Medium über den Überströmkanal 8 und das Überströmventil 11 in das sich vergrößernde Hochdruck-Arbeitsvolumen 6 gedrückt. Hierdurch wird eine Vorkompression des Mediums erreicht, wobei die Vorkompression näherungsweise vom Verhältnis der Zylinderquerschnitte des Niederdruck-Arbeitszylinders 4 zum Querschnitt des Hochdruck-Arbeitszylinders 6 bestimmt ist.
    Hat der Kolben seinen linken Wendepunkt erreicht, kehrt die Bewegung um. Das Medium wird nun aus dem Hochdruck-Arbeitsvolumen 6 verdrängt und gelangt über das Auslassventil 12 in den Auslass. Gleichzeitig vergrößert sich das Niederdruck-Arbeitsvolumen 4. Der Druckabfall im Niederdruck-Arbeitsvolumen 4 und der Druckanstieg im Hochdruck-Arbeitsvolumen 6 führen zum Schließen des Überströmventils 11. Gleichzeitig wird durch das Einlassventil 10 das Medium aus dem Einlass angesaugt.
    Hat der Kolben den rechten Wendepunkt erreicht, kehrt die Bewegung wieder um und der Prozess wiederholt sich.
  • In der Betriebsart für das Kühlmittel-Recycling hat die Konstruktion den Vorteil, dass ein passiver Druckausgleich zwischen dem Einlass und dem Auslass erfolgt. In der Anwendung kann der herkömmlicherweise nach dem Stand der Technik erforderliche Bypass entfallen. Durch die Konstruktion des doppeltwirkenden Inline-Freikolbenkompressors kann das Medium durch das Einlassventil 10, das Überströmventil 11 und das Auslassventil 12 direkt überströmen. Das kann sowohl als flüssige als auch als gasförmige Fraktion erfolgen.
  • Nach dem Druckausgleich wird im Niederdruck-Arbeitsvolumen 4 und im Hochdruck-Arbeitsvolumen 6 der Dampfdruck des Kühlmittels, welcher vorliegend mit 40 bar angenommen wird, bestehen. Durch den Druck im Nebenvolumen 5 wird nun das Kraft-Weg-Verhalten des Systems erheblich beeinflusst.
    Variante 1: Das Volumen wird zur Umwelt belüftet. Der Druck ist also stets Normaldruck 1 bar.
    Variante 2: Das Volumen ist gasdicht und wird mit einem konstanten Vordruck p0 als Gasdruckfeder ausgeführt.
    Variante 3: Das Volumen wird mit der Einlassleitung verbunden, so dass der Vordruck gleich dem Arbeitsdruck in der Kühlanlage ist.
    Variante 4: Das Volumen wird mit der Auslassleitung verbunden, so dass der Vordruck im Nebenvolumen gleich dem Arbeitsdruck im Recyclingbehälter.
  • Eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ergibt sich durch die Öffnung des Zylinders in der Mitte, so dass als zweites Ausführungsbeispiel eine Bauform gemäß den Fign. 3 und 4 entsteht, bei der der erste Zylinderabschnitt 41 von dem zweiten Zylinderabschnitt 42 beabstandet ist. Durch die Teilung des Zylinders in zwei voneinander beabstandete Zylinderabschnitte 41, 42 wird ein direkter mechanischer Zugang zu dem Kolben und somit auch ein Antrieb unter Verwendung von Formschluss ermöglicht.
  • Aus einer weiteren Modifikation resultiert das dritte Ausführungsbeispiel in den Figuren 5 und 6 mit inverser Kompressionskammer. Der Kompressor mit inverser Kompressionskammer besteht aus dem Kolben 25 mit dem Überströmkanal 8, dem Zwischenventil 11 und der inversen Kompressionskammer 6. Der Kolben 25 läuft in dem Zylinder 24, der mit der Einlassventilplatte 2 abgeschlossen ist. In der Einlassventilplatte 2 ist das Einlassventil 10 eingebaut. Einlassventilplatte 2, Zylinder 24 und Kolben 25 bilden das Niederdruckkompressionsvolumen 4.
  • In der inversen Kompressionskammer 6 ist der feststehende inverse Kolben 23 mit dem Auslasskanal und dem Auslassventil 12 eingesetzt. Zylinder 24 und inverser Kolben 23 sind über ein hier nicht dargestelltes Gestell fest miteinander Verbunden und bilden das stationäre System des Kompressors.
  • Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist der direkte mechanische Zugang zum Kolben bei Beibehaltung der Inlineströmung des Mediums, so dass einerseits der Antrieb des Kolbens auch mit einer Zwangsführung, beispielsweise mit einem Kurbeltrieb, erfolgen kann und andererseits das Medium direkt vom Einlass durch alle Ventile hindurch zum Auslass strömen kann.
  • Bei dem vierten Ausführungsbeispiel in den Fign. 7 und 8 sind beide Zylinderabschnitte 41 und 42 als inverse Kolben in dem Kolben 25 geführt.
  • Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 zeigt einen Flachankerantrieb zum Antreiben des Kolbens. Der Kolben, der selbst aus einem für den Antrieb nicht relevanten Material gefertigt sein kann, wird mit der aus magnetisch weichem Eisen gefertigten Ankerplatte 52 mechanisch verbunden. Beidseitig wird jeweils ein Topfmagnet bestehend aus dem Eisenkern 50 oder 54 und der Elektrospule 51 bzw. 53 angeordnet. Durch ein wechselseitiges Bestromen der Spulen wird jeweils ein Magnetfeld zwischen dem Topfmagnet und der Ankerplatte erzeugt, die den Anker in die entsprechende Bewegung versetzt. Zur Steuerung der Bestromung sind Positionssensoren für den Kolben erforderlich. Das kann im einfachsten Fall ein Schiebeschalter sein, der die Stromführung beim Erreichen einer vorgegebenen Endposition auf die andere Spule umschaltet.
  • Andere Konzepte können zusätzliche elektronische Elemente nutzen, die die Umschaltung nicht nur positionsabhängig realisieren, sondern auch beispielsweise die Geschwindigkeit und die Last in die Steuerung einbeziehen. Vorteilhaft an dem Antrieb ist, dass der Flachanker einen Kraft-Weg-Verlauf hat, der gut an den des Kompressors angepasst werden kann. Mit kleiner werdendem Luftspalt zwischen Anker und Magnet steigt die Kraft überproportional an, so dass insbesondere die hohen Kräfte in den Kolbenendlagen aufgebracht werden können.
  • Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel in Fig. 10 wird ein Magnet-Feder-Antrieb für den Kolben angewendet. Das Wirkprinzip ist ein Feder-Masse-Schwinger, wobei der Kolben als Masse zu einer oszillierenden Bewegung angeregt wird. Die Arbeit, die die Maschine abgeben soll, wirkt als Dämpfung und muss als synchrone Anregung durch den Magneten aufgebracht werden.Das Prinzip ist für kleinere Arbeitsleistungen sehr wirkungsvoll. Damit eine Schwingung tatsächlich stattfinden kann, muss die im Feder-Masse-System gespeicherte kinetische bzw. potentielle Energie größer sein, als die abzugebende Arbeit.
  • Bei dem siebten Ausführungsbeispiel in Fig. 11 wird ein Tauchanker als Antrieb für den Kolben verwendet. Die Spulen erzeugen wechselseitig einen magnetischen Fluss im linken oder im rechten Bereich der Tauchspule. Der Anker wird dann jedes Mal in die entsprechende Endlage gezogen. Auch hier kommt es auf eine optimierte Ansteuerung der Spule an, um ein ungebremstes Anschlagen des Ankers zu vermeiden. Die Steuerung der Spulen erfolgt in gleicher Weise, wie beim Flachanker-Antrieb.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 ist der Kolben 7 über eine Exzenterführung 61 mit einer Welle 60 durch einen herkömmlichen Kurbeltrieb angetrieben. Die symmetrisch angeordnete Welle 60 des Rotationsantriebes kann über ebenfalls bekannte Verfahren in eine zwangsgeführte Oszillation umgesetzt werden. Das Verfahren ist sowohl für die normale Bauausführung als auch für die Ausführung mit inverser Kompressionskammer einsetzbar. Vorteilhaft ist hierbei der Einsatz normaler Rotationsantriebe und die Zwangssteuerung des Weges.
  • Alternativ kann als herkömmlicher Antrieb auch ein Rotationsantrieb 71 wie in Fig. 13, dessen Rotationsachse der Mittellängsachse des Kolbens 7 entspricht, dazu dienen, mit einer innenliegenden Nase 72 in eine auf der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 7 angeordnete Kulissenbahn 73 in Form einer "8" zu greifen, um durch Rotation des Rotationsantriebs 71 den Kolben 7 in eine oszillierende Hubbewegung zu versetzen.

Claims (8)

  1. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor mit einem frei an zwei einander gegenüber liegenden und relativ zueinander nicht beweglichen Zylinderabschnitten (41,42) geführten Kolben (7) mit einem innen durch den Kolben (7) hindurch verlaufenden Strömungskanal (8), wobei jeder Zylinderabschnitt (41,42) und der Kolben (7) entlang des Strömungskanals (8) jeweils mindestens ein Rückschlagventil (10,11,12) aufweisen, wobei die Rückschlagventile (10,11,12) derart angeordnet sind, dass deren Durchströmungsrichtung gleichgerichtet ist, wobei der Kolben (7) auf einer Stirnseite eine an ein komprimierbares Niederdruck-Arbeitsvolumen (4) angrenzende Niederdruck-Kompressionsfläche und auf der gegenüber liegenden Seite eine an ein komprimierbares Hochdruck-Arbeitsvolumen (6) angrenzende Hochdruck-Kompressionsfläche, die kleiner als die Niederdruck-Kompressionsfläche ist, aufweist, wobei das komprimierbare Niederdruck-Arbeitsvolumen (4) zwischen der Niederdruck-Kompressionsfläche, einer ein erstes Rückschlagventil (10) als Einlassventil aufweisenden Einlass-Ventilplatte (2) und einem ersten Zylinderabschnitt (41) gebildet ist und wobei das komprimierbare Hochdruck-Arbeitsvolumen (6) zwischen der Hochdruck-Kompressionsfläche, einer ein zweites Rückschlagventil (11) als Auslass-Ventil aufweisenden Auslass-Ventilplatte (3) und dem zweiten Zylinderabschnitt (42) gebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kolben (7) zwischen der Niederdruck-Kompressionsfläche und der Hochdruck-Kompressionsfläche eine Hilfskompressionsfläche aufweist, die zusammen mit dem ersten Zylinderabschnitt (41) ein Hilfsvolumen (5) bildet, das dazu ausgebildet ist, bei einer Hubbewegung des Kolbens durch eine Antriebskraft eine der Antriebskraft entgegen wirkende Rückstellkraft zu erzeugen und dadurch beim Steuern des Kolbens zu helfen, in dem das Hilfsvolumen (5)
    - in einen ersten Zustand bringbar ist, in dem das Hilfsvolumen (5) zur Umgebung des Kältemittelkompressors hin belüftet wird, so dass im Hilfsvolumen atmosphärischer Normaldruck herrscht,
    - in einen zweiten Zustand bringbar ist, in dem das Hilfsvolumen (5) gasdicht und mit einem konstanten Vordruck P0 als Gasdruckfeder ausgeführt ist,
    - in einen dritten Zustand bringbar ist, in dem das Hilfsvolumen (5) mit einer mit einer Kühlanlage verbundenen Einlassleitung verbunden ist, so dass der Vordruck in dem Hilfsvolumen (5) gleich dem Arbeitsdruck in der Kühlanlage ist und
    - in einen vierten Zustand bringbar ist, in dem das Hilfsvolumen (5) mit einer mit einem Recyclingbehälter verbundenen Auslassleitung verbunden ist, so dass der Vordruck im Hilfsvolumen gleich dem Arbeitsdruck in dem Recyclingbehälter ist.
  2. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) und die Zylinderabschnitte (41,42) rotationssymmetrisch ausgebildet sind, wobei die Rückschlagventile (10,11,12) und der Strömungskanal (8) auf der Mittellängsachse des Kolbens (7) und der Zylinderabschnitte (41,42) angeordnet sind.
  3. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderabschnitte (41,42) derart voneinander beabstandet sind, dass ein Bereich des Kolbens (7) von außerhalb der Zylinderabschnitte (41,42) frei zugänglich ist.
  4. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil des Kolbens (7) in der Hochdruck-Kompressionsfläche ausgebildet ist.
  5. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zylinderabschnitt (41,42) als inverser Kolben (23) in dem Kolben (7) geführt ist.
  6. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) berührungslos durch zwei gegenläufig arbeitende Elektromagnete angetrieben wird.
  7. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) über eine Exzenterführung (61) durch einen Kurbeltrieb angetrieben wird.
  8. Doppeltwirkender Kältemittelkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) mit einer Kulissenbahn (73) in Form einer "8" versehen ist, in welche eine Nase (72) eines Rotationsantriebs (71) zum Antreiben des Kolbens (7) greift.
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