DE2225816B2

DE2225816B2 - Kühlanlage

Info

Publication number: DE2225816B2
Application number: DE2225816A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kamakura Kanagawa Ishizaki (Japan)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2225816A1; DE2225816C3; FR2139964A1; SU473377A3; FR2139964B1; US3803857A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage, bestehend aus mindestens einem von einem Expansionszylinder und einem Expansionskolben gebildeten Expansionsraum, aus mindestens einem vom Expansionszylinder abgesonderten, von einem Kompressiunszylinder und einem Kompressionskolben gebildeten Kompressionsraum, ■> aus einer den Kompressionsraum und den Expansionsraum verbindenden Leitung, aus einem in der genannten Leitung nahe dem Kompressionsraum angeordneten Wärmetauscher, aus einer in der genannten Leitung nahe dem Expansionsraum angeordneten Kältestation

ι" aus einem in der Leitung zwischen dem Wärmetauscher und der Kältestation angeordneten Regenerator, aus einer mit dem Expansionskolben und dem Kompressionskolben in einer bestimmten Winkelbeziehung verbundenen Kurbelwelleneinrichtung für den Antrieb der Kolben und aus jeweils zwischen Expansionskolben und Kurbelwelleneinrichtijng und Kompressionskolben und Kurbelwelleneinrichtung eingefügten Führungskolben, die mit dem Expansionskolben und dem Kompressionskolben in Führungszylindern hin- und herbewegbar

μ sind.

Es ist eine Kühlanlage der genannten Art bekannt (US-PS 31 28 605), bei welcher jeweils der Expansionskolben bzw. der Kompressionskolben einen im Durchmesser vergrößerten Teil aufweist, der als Führungskolben wirkt und der zur Abdichtung gegen das Kurbelwellengehäuse mit Kolbenringen versehen ist. Mit einer solchen Anordnung ist eine sehr wirksame Isolation zwischen Expansionsraum und Kompressionsraum einerseits und Kurbelwellengehäuse andererseits

^J0 nicht erreichtbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage der eingangs genannten Art bezüglich der Isolation zu verbessern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Führungskolben jeweils mit dem Expansionskolben und dem Kompressionskolben durch Kolbenstangen verbunden sind, die durch stationäre Dichtungen hindurchführen, welche den Expansionszylinder und den Kompressionszylinder von den Führungszylindern und somit auch von dem die Kurbelwellen enthaltenden Raum isolieren. Diese besondere Anordnung der Kolbenstangen zwischen Expansionskolben und Kompressionskolben und Führungskolben ermöglicht die Anwendung von Dichtungen mit viel geringerem Durchmesser als die Kolben, so daß eine wirksame Abdichtung und Isolierung möglich ist, wobei die Lebensdauer der Dichtungen stark erhöht werden kann. Außerdem wird durch die Anwendung der Kolbenstangen ein Abstand zwischen Expansionskolben und Kompressionskolben einerseits und Führungskolben andererseits geschaffen, der weiter zu einer Erhöhung der Isolation zwischen dem Expansionsraum und dem Kompressionsraum und den Führungszylindern beiträgt. Außerdem wird es durch die Kolbenstangen ermöglicht, den Expansionskolben und den Kompressionskolben doppelt wirkend auszubilden, so daß zusätzliche Expansionsräume und Kompressionsräume geschaffen werden können, wodurch die Kapazität der Kühlanlage wesentlich erhöht werden kann.

^wl Die die Kolbenstangen umgebenden Dichtungen können als Stopfbuchsen ausgebildet sein. Zweckmäßig sind den Dichtungen benachbart koaxiale Gasdichtungsringe zugeordnet. Ferner können den Dichtungen benachbart koaxiale Führungsbuchsen zugeordnet sein.

^hl Vorzugsweise sind die Dichtungen durch eine Leitung mit dem Inneren des Kurbelwellengehäuses verbunden, wobei in der die Dichtungen mit dem Kurbelwellengehäuse verbindenden Leitung ein Gasreiniger und

gegebenenfalls auch ein Druckregulator vorgesehen sein kann. Zusätzlich zu den Dichtungen können die Führungskolber» auch mit Dichtungsringen versehen sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Stirnansicht in Richtung der Kurbelwellenachsen eines praktischen Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem Längsschnitt.

Bei dem dargestellten praktischen Ausführungsbeispiel enthält der Kompressionsmechanismus im wesentlichen eine von einem nicht dargestellten. Motor angetriebene Kurbelwelle K\, einen Führungskolben 71, eine Verbindungsstange B, welche den Kurbelzapfen der Kurbelwelle K\ und einen Anlenkbolzen des Führungskolbens 71 verbindet, einen Kompressionskolben P_c und eine Kolbenstange 72, die den Führungskolben 71 mit dem Kompressionskolben P_c verbindet. Der Kompressionskolben P_cund der Führungskolben 71 sind in vertikalen und koaxialen Zylindern gleitend gelagert, die an seitlichen Teilen des Zylinderblocks CB ausgebildet sind. Die Kurbelwelle K\ ist horizontal und drehbar in einem Kurbelgehäuse angebracht, welches unterhalb und neben dem Zylinderblock CB liegt. Die Kurbelwelle K\ überträgt auf den Kompressionskolben P₁- eine Hin- und Herbewegung und ändert damit das Volumen des Kompressionsraumes V₀ zwischen dem Kopf des Kolbens /^unddem Kopf des Zylinders.

Ein fest an der Kurbelwelle K\ angebrachtes Zahnrad G] greift in ein Zahnrad G2 ein, das die gleiche Anzahl von Zähnen besitzt und an einer zweiten Kurbelwelle K2 parallel zur ersten Kurbelwelle ATi befestigt ist, wodurch die Kurbelwelle K2 angetrieben wird. Diese Kurbelwelle K2 stellt einen Teil eines Expansionsmechanismus dar, dessen Aufbau dem oben beschriebenen Kompressionsmechanismus ähnlich ist und der an der entgegengesetzten Seite des Zylinderblocks Cßund des Kurbelgehäuses angeordnet ist. Die Rotation der Kurbelwelle K2 wird durch eine Verbindungsstange B_a, einen Führungskolben 73 und eine Kolbenstange 74 auf einen Expansionskolben P_c übertragen und bewirkt eine Hin- und Herbewegung dieses Expansionskolbens, wodurch ein Expansionsraum V_c zwischen dem Kopf des Kolbens P_e und dem Kopf des Zylinders variiert wird.

Es ist offensichtlich, daß die Phasendifferenz zwischen dem variierbaren Kompressionsraum Vr und dem variierbaren Expansionsraum V_t. geeignet gewählt werden kann, in dem man die die Winkel festlegenden Stellungen der Zahnräder C\ und C2 an deren Kurbelwellen K\ und K2 verstellt.

In dem Zylinderblock CB sind rund um die Zylinderteile Kühlwasserführungen 75 ausgebildet, die die Kompressions- und Expansionskoiben P_c und P₁. aufnehmen, um Kühlwasser für die Abführung der Wärme hindurchzuleiten, die in dem variablen Kompressionsraum V₁- während dei Kompression des Arbeitsmittels erzeugt wird. Das Kühlwasser bewirkt außerdem eine Kühlung eines Wärmetauschers H, der in dem Zylinderblock CB über dem Kompressionszylinder angebracht ist.

Die Führungskolben 71 bzw. 73 sind mit Kolbenringen 76 versehen, während die Kompressions- und Expansionskolben P_c bzw. P₁. mit Gasdichtungsringen 77 versehen sind. Stopfbüchsen 78 und 79 sind in den Wandteilen des Zylinderblocks CjS zwischen den Kompressionszylinder und dem Führungszylinder des FührungsKolbens 71 und zwischen dem Expansionszvlinder und dem Führungszylinder des Führungskolbens 73 angebracht und umgeben die Kolbenstangen 72 bzw. 74. Über diesen Stopfbuchsen sind koaxial Gasdichtungsringe 80 vorgesehen. Unter den Stopfbüchsen sind koaxial Führungsbuchsen 81 vorgesehen.

Die Stopfbüchsen 78 und 79 sind durch eine Leitung mit dem Inneren des Kurbelwellengehäuses verbunden, wobei in einem Zwischenteil der Leitung ein Gasreiniger 82 und ein Druckregulator vorgesehen sind,

wodurch ein? Verunreinigung und eine Übertragung des Arbeitsmittels zwischen den variablen Kompressions- und Expansionsräumen verhindert und das Arbeitsmittel gereinigt und gleichzeitig der Druck innerhalb der Stopfbüchsen und des Kurbelgehäuses

Ji) reguliert wird.

In einem Zwischenteil der die variablen Kompressions- und Expansionsräume V_c und V_e verbindenden Rohrleitung ist ein Regenerator R vorgesehen, der den Wärmeaustausch bewirkt. Dieser Regenerator R ist mit

J5 Metallnetzen oder Metallkugeln gefüllt. In der obenerwähnten Rohrleitung und in der Nähe des Ausganges des Raumes V_c ist ein Puffertank 84 mit einem dazwischenliegenden druckregulierenden Ventil 83 vorgesehen. Dieser Puffertank 84 soll den Druck des Arbeitsmittels in Übereinstimmung mit der Kühltemperatur und der KUhlkapazität der Kühlanlage regulieren. Der Kopf des Expansionszylinders Ae ist mit einer Kältestation Q versehen.
Die Durchmesser und die Hubräume der Kompressions- und Expansionskolben sind nicht notwendig gleich groß und sind, ähnlich wie bei dem Problem der Festlegung der Differenz der entsprechenden Phasen durch Faktoren festgelegt, wie Beschaffenheit des Arbeitsmittels, Belastungsdruck des Arbeitsmittels, Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwellen, Kühhemperatur und Kühlkapazität. Gewöhnlich wird der Durchmesser des Expansionskolbens kleiner gemacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlanlage, bestehend aus mindestens einem von einem Expansionszylinder und einem Expansionskolben gebildeten Expansionsraum, aus mindestens einem vom Expansionszylinder abgesonderten, von einem Kompressionszylinder und einem Kompressionskolben gebildeten Kompressionsraum, aus einer den Kompressionsraum und den Expansionsraum verbindenden Leitung, aus einem in der genannten Leitung nahe dem Kompressionsraum angeordneten Wärmetauscher, aus einer in der genannten Leitung nahe dem Expansionsraum angeordneten Kältestation, aus einem in der Leitung zwischen dem Wärmetauscher und der Kältestation angeordneten Regenerator, aus einer mit dem Expansionskolben und dem Kompressionskolben in einer bestimmten Winkelbeziehung verbundenen Kurbelwelleneinrichtung für den Antrieb der Kolben und aus jeweils zwischen Expansionskolben und Kurbelwelleneinrichtung und Kompressionskolben, und Kurbelwelleneinrichtung eingefügten Führungskolben, die mit dem Expansionskolben und dem Kompressionskolben in Führungszylindern hin- und herbewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskolben (71, 73) jeweils mit dem Expansionskolben und dem Kompressionskolben (Pe, /⁵C,)durch Kolbenstangen (72,74) verbunden sind, die durch stationäre Dichtungen (78, 79) hindurchführen, welche den Expansionszylinder und den Kompressionszylinder von den Führungszyündern und somit auch von dem die Kurbelwellen enthaltenden Raum isolieren.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen als die Kolbenstangen (72, 74) umgebende Stopfbüchsen (78, 79) ausgebildet sind.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder .?, dadurch gekennzeichnet, daß den Dichtungen (78, 79) benachbart koaxiale Gasdichtungsringe (80) zugeordnet sind.

4. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Dichtungen (78, 79) benachbart koaxiale Führungsbuchsen (81) zugeordnet sind.

5. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (78, 79) durch eine Leitung mit dem Inneren des Kurbelwellengehäuses verbunden sind.

6. Kühlanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Dichtungen (78, 79) mit dem Kurbelwellengehäuse verbindenden Leitung ein Gasreiniger (82) vorgesehen ist.

7. Kühlanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Dichtungen (78, 79) mit dem Kurbelwellengehäuse verbindenden Leitung ein Druckregulator vorgesehen ist.

8. Kühlanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskolben (71, 73) zusätzlich mit Dichtungsringen (76) versehen ist.