DE2063556C3 - Kältemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kältemaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem zwei kolbenförmige Körper hin und her bewegber sind zum Ändern der Volumina eines Expansionsraumes niedrigerer mittlerer Betriebstemperatur und eines Kompressionsraumes höherer mittlerer Betriebstemperatur, welche Räume miteinander verbunden si.id, wobei in der Verbindung zwischen diesen Räumen ein Regenerator angeordnet ist, durch den ein Arbeitsr. edium zwischen den beiden Räumen hin und her strömen kann, wobei der Expansionsraum durch ein Endstück des Zylinders und durch ein das freie Ende des Endstückes hermetisch verschließendes Verschlußglied aus gut wärmeleitendem Material gebildet wird und erzeugte Kälte lediglich durch das Verschlußglied hindurch dem Expansionsraum entzogen werden kann.

Bei der aus der DE-OS 14 26 985 bekannten Kältemaschine der erwähnten Art besteht das Abschlußglied aus einer massiven Platte mit einer verhältnismäßig großen Masse.

Ein Nachteil besteht darin, daß infolge dieser verhältnismäßig großen Masse die Abkühlzeit der Maschine verhältnismüßig lang ist Für Anwendungen, die eine kurze Abkühlzeit erfordern, z. B. bei plötzlich verlangter Kühlung von Infrarotdetektoren an Bord von Militärflugzeugen, sind diese Maschinen daher weniger geeignet.

Ein weiterer Nachteil ist das der massiven Platte inhärente verhältnismäßig hohe Gewicht.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Maschine zu schaffen, bei der die zum Erreichen der Betriebstemperatur erforderliche Abkühlzeit erheblich herabgesetzt wird und bei der außerdem das Gewicht verringert wird. Um dies zu erzielen, ist die Maschine nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das VerschluBglied aus einer dünnen Scheibe besteht.

Die mindestzulässige Dicke der Scheibe wird durch den über die Scheibe vorherrschenden Druckunterschied zwischen der Umgebung und dem Expansionsraum bestimmt Die mechanische Festigkeit der Scheibe muß genügend groß sein, um unter Beibehaltung der hermetischen Abdichtung des Expansionsraumes die sich unter der Einwirkung dieses Druckunterschiedes ergebende Kraft aushalten zu können.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei

■ο Maschinen mit einer verhältnismäßig geringen Kühlkapazität anwenden, bei denen das Verhältnis zwischen der Oberfläche der Expansions-Zylinderendfläche und dem Expansionsvolumen größer als bei großen Maschinen mit hoher Kühlkapazität ist

is Weiter läßt sich die Erfindung nicht nur in Maschinen, in denen sich der thermodynamische Kreislauf, der unter der Bezeichnung »Stirling-Zyklus« bekannt ist, vollzieht, sondern auch in den Vorrichtungen anwenden, in denen sich z. B. der Gifford-Mc. Mahon-, der

μ Vuilleumier- oder Solvay-Zyklus vollzieht

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt die Figur eine Ausführungsform im Längsschnitt der Maschine nach der Erfindung.

2s Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Zylinder bezeichnet In diesem Zylinder sind ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 bewegbar, die mittels einer Kolbenstange 4 bzw. einer Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Triebwerk verbunden sind. Der Verdränger 3 besteht aus einem Basisteil 6 und einem Teil 7, in dem ein Regenerator 8 aufgenommen ist Zwischen dem Kolben und dem Verdränger befindet sich ein Kompressionsraum 10, in dem ein Kühler 11 untergebracht ist Der Kompressionsraum 10 steht über Kanäle 12 im Basisteil 6 des Verdrängers und den Regenerator 8 mit dem Expansionsraum IS in Verbindung.

Der Expansionsraum 15 ist auf der Oberseite durch eine auf das Endstück 19 des Zylinders 1 befestigte dünne Scheibe 20 hermetisch verschlossen.

Die Scheibe 20 hat eine Nenndicke, die genügend ist, um den Druckunterschied zwischen der Umgebung und dem Expansionsraum 15 aushalten und den hermetischen Verschluß des Expansionsraumes beibehalten zu können. In der Praxis kann diese Dicke für eine Maschine mit einem Verdrängerhub von etwa 7,5 mm und einem Verdrängerdurchmessser von etwa 10 mm etwa 2,5 mm betragen.

Der Verdränger 3 ist mit einer Endplatte 21 versehen, in der sich Kanäle 22 befinden, durch die Arbeitsmedium in axialer Richtung vom Regenerator 8 zum Expansionsraum 15 und umgekehrt strömen kann.

Es hat sich gezeigt, daß — ausgehend von Zimmertemperatur — die betreffende Maschine mit den vorerwähnten Abmessungen für den Verdränger und die Scheibe eine Betriebstemperatur von 77" K innerhalb 3 Minuten erreicht Die Kälteerzeugung beträgt dann etwa 1 W bei der erwähnten Temperatur von 77° K. Selbstverständlich sind viele andere Ausführungsformen der Maschine möglich. Dabei kann z. B. auch der Kompressionsteil physikalisch von dem Expansionsteil getrennt sein und unabhängig von diesem Teil angetrieben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kältemaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem zwei kolbenförmige Körper hin und her bewegbar sind zum Ändern der Volumina eines Expansionsraumes niedrigerer mittlerer Betriebstemperatur und eines Kompressionsraumes höherer mittlerer Betriebstemperatur, welche Räume miteinander verbunden sind, wobei in der Verbindung zwischen diesen Räumen ein Regenerator angeordnet ist, durch den ein Arbeitsmedium zwischen den beiden Räumen hin und her strömen kann, wobei der Expansionsraum durch ein Endstück des Zylinders und durch ein das freie Ende des Endstückes hermetisch verschließendes Verschlußglied aus gut wärmeleitendem Material gebildet wird und erzeugte Kälte lediglich durch das Verschlußglied hindurch dem Expansionsraum entzogen werden kann, dadurch g-ckennzeichnet, daß das Verschlußglied aus einer dünnen Scheibe besteht.