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Kühlaggregat Das Patent bezieht sich auf ein Kühlaggregat mit einem :Motor und einer Kaltgaskühl- masehine, die einen Expansionsraum und einen Kompressionsraum aufweist, welche Räume durch einen Wä.rmeaustauseher zur Wärmezufuhr an das Arbeitsmedium, einen Itegeneratoi- und einen Kühler in offener Verbindung stehen und deren Volumina dureb. mindestens einen kolbenförmigen Körper ver- o-inderlieh sind, wobei im stationären Betriebszustand des Aggregates,
in dem das immer gasförmig bleibende Arbeitsmedium in der Kühlmaschine einen thermodynamischen Kreisprozess durchläuft, im Kühler eine Tempera- iur T, und im -'ViTärmeaust.auseher eine Temperatur T2 herrscht. Eine Kaltgaskühlma- sehine wird auch oft. als eine nach dem umgelcehrten Heissgaskolbenmotorprinzip arbeitende Kühlmaschine bezeichnet.
Eine Kaltgaskühlmaschine kann auf versehiedene Weise ausgebildet sein, z. B. als Verdrängermasehine, als Maschine mit auf beiden Seiten eines Kolbens vorhandenen Arbeitsräumen oder als Maschine, bei der zwei Zvliiider einen Winkel miteinander einschlie- L>en. Mit einer solchen Kühlmaschine ist es möglich, in einem einzigen Schritt einen gro- ssen Temperaturunterschied, z. B. 100 , in gewissen Fällen sogar noch mehr, z. B. 230 , zu überbrücken. Kaltgaskühlmaschinen kommen oft mit den Motoren zu Kühlaggregaten zusammengebaut auf den Markt. Ein solches Aggregat hat eine bestimmte Normaldrehzahl, die z.
B. durch die Netzfrequenz und die Polzahl gegeben ist, wenn die Kühlmaschine durch einen Elektromotor angetrieben wird. Setzt man ein solches Aggregat in Betrieb, kann man eine Zeitlang an Thermometern, die im Expan- sions- und im Kompressionsraum eingebaut sind, beobachten, dass sich die Temperaturen in diesen Räumen ändern, bis schliesslich nach einiger Zeit ein stationärer Zustand erreicht wird, bei welchem die Temperaturen konstant bleiben.
Die Anmelderin fand, nachdem sie zahlreiche Kühlmaschinen mit verschiedenen Eigenschaften gebaut und auf dem Prüfstand untersucht. hatte, dass der Nutzeffekt des Kreisprozesses wesentlich davon abhängt, in welcher Beziehung der aus dem Hubvoliunen VC des Kompressionsraumes und dem Hubvolumen VE des Expansionsraumes gebildete Quotient zum Quotienten der sich im stationären Betriebszustand einstellenden Temperaturen T1 des Kühlers T2 des W ärmeaustauschers steht.
Wird der durch die nachstehenden Un- gleichungen umschriebene Bereich dieser Beziehung verlassen, so sinkt, wie sich aus den Messungen ergeben hat, der Nutzeffekt der
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Kühlmaschine und damit des ganzen Kühlaggregates erheblich.
Gemäss der Erfindung ist das Aggregat dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bezie- bung zwischen den vorerwähnten Temperaturen und Hubvolumina erfüllt ist:
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Die Erfindung wird anschliessend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Die Zeichnung zeigt im Schnitt ein eine als Ver- drängermaschine ausgebildete Kaltgaskühlma- schine aufweisendes Kühlaggregat.
Die Ver- drängerbauart der Kaltgaskühlmaschine eignet sich vorzüglich zum Bau von Maschinen mit verschiedenen Verhältnissen der Hubvolumina, da die beiden kolbenförmigen Körper, nämlich der Verdränger 2 und der Kolben 3, die sich im Zylinder 1 mit konstantem Phasenunterschied auf und ab bewegen, nicht den Bleiehen Hub zu haben brauchen und man das Verhältnis der Hubvolumina durch die Wahl der Kurbellängen festlegen kann.
Der Ver- dränger \? verändert dabei das Volumen eines Raumes 4 mit niedriger Temperatur, der als Expansionsraum bezeichnet wird, während der V erdränger 2 und der Kolben 3 zusammen das Volumen eines Raumes 5, wo die Temperatur höher ist und welcher Kompressions- raum heisst, verändern.
Die Räume 4 und 5 bilden zusammen mit einem sie verbindenden Ringkanal, in welchem keine Ventile oder Schieber eingebaut sind und der deshalb als offene Verbindung bezeichnet wird, den Arbeitsraum der Kühlmaschine, in welchem ein immer im gasförmigen Aggregatzustand bleibendes Arbeitsmedium, z. B. Wasserstoff, welches im Raum 4 im wesentlichen expandiert und im Raum 5 im wesentlichen komprimiert wird, einen thermodynamischen Kreisprozess durchläuft. Der diese Räume 4 und 5 verbindende Ringkanal enthält einen Wärmeaustauseher 6 zur Wärme- zufuhr an das Arbeitsmedium, einen Regene- rator 7 und einen Kühler 8, der dem Arbeitsmedium Wärme entzieht.
Der Verdränger 2 ist. durch ein Triebstan- gensy stem ;9 mit einer Kurbel einer Kurbelwelle 10 und der Kolben 3 durch ein Triebstangen- s.#stem 11 mit andern Kurbeln derselben Kurbelwelle 10 verbunden. Die Kühlmaschine wird durch einen Elektromotor 12 angetrieben.
Infolge des thermodynamischen Kreisprozesses, den das Arbeitsmedium durchläuft, herrscht im Wärmean5tauseher 6 eine niedrige Temperatur, so dass es möglich ist, durch ihn ein sieh ausserhalb des Arbeitsraumes der Maschine befindendes Mittel zu kühlen. Dieses Mittel, z. B. Luft, kann durch eine Öffnung 13 einem Kondensorraum 14 zuströmen, wo es an den Rippen 1.5 des Wärmeaustau- schers 6 kondensiert und von wo das Kondensat durch eine Leitung 16 abgezogen werden kann.
Wenn man den Elektromotor 12 an das Netz legt und dadurch das Aggregat in Betrieb setzt, stellt sieh nach einiger Zeit ein stationärer Betriebszustand ein. Dann herrscht z. B. im Kühler 8 eine Temperatur T1 von 300 K und im Wärmeaustauseher 6 eine Temperatur T2 von 75 K; der Quotient
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beträgt somit
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Das Kühlaggregat fällt somit unter dieses Patent, wenn für den Quotienten der Hubvolumina Ve. des Kompressionsraumes 5 und 6'r des Expansionsraumes 4 gilt
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Im bevorzugten Bereich liegt das Aggregat, wenn gilt:
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Cooling unit The patent relates to a cooling unit with a: Motor and a Kaltgaskühl- masehine, which has an expansion space and a compression space, which spaces are in open connection with a heat exchanger for supplying heat to the working medium, an itegeneratoi- and a cooler their volumes dureb. at least one piston-shaped body are rotated, whereby in the stationary operating state of the unit,
in which the working medium, which always remains gaseous, runs through a thermodynamic cycle in the cooling machine, a temperature T in the cooler, and a temperature T2 prevails in the cooling machine. A cold gas cooler is also often used. referred to as a cooling machine working according to the hot-gas piston engine principle.
A cold gas cooling machine can be designed in various ways, e.g. B. as a displacement machine, as a machine with working spaces on both sides of a piston or as a machine in which two cells enclose an angle with one another. With such a cooling machine, it is possible to achieve a large temperature difference, e.g. B. 100, in certain cases even more, e.g. B. 230 to bridge. Cold gas cooling machines often come onto the market with the motors assembled into cooling units. Such a unit has a certain normal speed that z.
B. is given by the network frequency and the number of poles when the cooling machine is driven by an electric motor. If you put such a unit into operation, you can observe for a while on thermometers that are installed in the expansion and compression rooms that the temperatures in these rooms change until a steady state is finally reached after a while which the temperatures remain constant.
The applicant found after having built numerous cooling machines with different properties and examined them on the test bench. had that the efficiency of the cycle essentially depends on the relationship between the quotient formed from the displacement volume VC of the compression space and the displacement volume VE of the expansion space to the quotient of the temperatures T1 of the cooler T2 of the heat exchanger that are established in the steady-state operating state.
If the area of this relationship circumscribed by the following inequalities is left, then, as has been shown from the measurements, the efficiency of the
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Cooling machine and thus the entire cooling unit considerably.
According to the invention, the unit is characterized in that the following relationship is met between the aforementioned temperatures and stroke volumes:
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The invention is then explained using the drawing, for example. The drawing shows in section a cooling unit having a cold gas cooling machine designed as a displacement machine.
The displacement design of the cold gas cooling machine is ideally suited for the construction of machines with different ratios of the stroke volumes, since the two piston-shaped bodies, namely the displacer 2 and the piston 3, which move up and down in the cylinder 1 with a constant phase difference, are not the lead Need to have stroke and you can determine the ratio of the stroke volumes by choosing the crank lengths.
The displacer \? changes the volume of a space 4 with a low temperature, which is referred to as the expansion space, while the displacer 2 and the piston 3 together change the volume of a space 5, where the temperature is higher and which is called the compression space.
The spaces 4 and 5, together with an annular channel connecting them, in which no valves or slides are installed and which is therefore referred to as an open connection, form the working space of the cooling machine, in which a working medium that always remains in the gaseous state of aggregation, e.g. B. hydrogen, which expands in space 4 and is essentially compressed in space 5, goes through a thermodynamic cycle. The ring channel connecting these spaces 4 and 5 contains a heat exchanger 6 for supplying heat to the working medium, a regenerator 7 and a cooler 8 which extracts heat from the working medium.
The displacer 2 is. The piston 3 is connected to a crank of a crankshaft 10 by a pinion system 9 and the piston 3 is connected to other cranks of the same crankshaft 10 by means of a pinion system 11. The cooling machine is driven by an electric motor 12.
As a result of the thermodynamic cycle through which the working medium passes, the temperature in the heat exchanger 6 is low, so that it is possible to use it to cool a medium located outside the working space of the machine. This means, e.g. Air, for example, can flow through an opening 13 to a condenser space 14, where it condenses on the ribs 1.5 of the heat exchanger 6 and from where the condensate can be drawn off through a line 16.
If the electric motor 12 is connected to the network and the unit is thereby put into operation, a steady operating state is established after some time. Then z. B. in the cooler 8 a temperature T1 of 300 K and in the heat exchanger 6 a temperature T2 of 75 K; the quotient
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is thus
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The cooling unit therefore falls under this patent if for the quotient of the stroke volumes Ve. of the compression space 5 and 6'r of the expansion space 4 applies
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The unit is in the preferred range if:
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