DE857203C - Kaltgaskuehlmaschine - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. NOVEMBER 1952

N4422Ia/17g

Kaltgaskühlmaschine

Die Erfindung betrifft eine Kaltgaskühlmaschine mit zwei Raumteilen, die sich dauernd mit gegenseitigem, nahezu konstantem Phasenunterschied hinsichtlich des Volumens ändern, deren einer eine niedrigere Temperatur und deren anderer eine höhere Temperatur aufweist, wobei diese Raumteile mittels eines Gefrierers, Regenerators und Kühlers miteinander in Verbindung stehen und in ihnen ein Gas mit unveränderlicher chemischer Zusammensetzung einem geschlossenen thermodynamischen Kreislauf unterworfen wird, bei dem es sich stets im gleichen Aggregatzustand befindet.

Solche an sich bekannten Kaltgaskühlmaschinen werden zuweilen auch als nach dem umgekehrten Heißgaskolbenmotorprinzip arbeitende Kühlmaschinen bezeichnet.

Von der Patentinhaberin wurde bereits vorgeschlagen, eine solche Kaltgaskühlmaschine derart zu bauen, daß ein gasförmiges Mittel bis auf — 150⁰C gekühlt und bei dieser Temperatur kondensiert wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß besondere Maßnahmen bei dieser Kaltgaskühlmaschine es ermöglichen, eine verhältnismäßig große Gasmenge zu verflüssigen. Es ist nämlich von der Patentinhaberin gefunden worden, daß., wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, sich ein Teil des verflüssigten Mittels sofort wieder verflüchtigt.

Zur Behebung dieses Nachteils weist die Masch ine nach der Erfindung weiter das Merkmal auf, daß das zu kondensierende Mittel sich auf jener

Wand des Gefrierers kondensiert, durch die hindurch sich der Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmittel vollzieht, wobei die Kondensation auf wenigstens nahezu dem ganzen für den Wärmeaustausch wirksamen Teil dieser Wand stattfindet und der Gefrierer mit einem Schirm mit Wärmeisoliereigenschaften umgeben ist, der sich auf mindestens nahezu der ganzen Länge des Gefrierers erstreckt, wobei zwischen diesem Isolierschirm und ίο der mit dem Arbeitsmittel der Maschine in Wärmeaustauschkontakt befindlichen Oberfläche des Gefrierers ein gegebenenfalls unterteilter Raum für das zu kondensierende Mittel vorhanden ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Gasdruck des zu kondensierenden Mittels innerhalb des Schirms mit Wärmeisoliereigenschaften um höchstens 0,2 Atm. vom Atmosphärendruck verschieden. Zum Unterschied gegenüber den bekannten Maschinen zum Verflüssigen gasförmiger Mittel erübrigt es sich dadurch, das gasförmige Mittel zu komprimieren, was einen erheblichen Vorteil darstellt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das zu kondensierende Mittel unter »5 Zuhilfenahme des Druckunterschieds infolge des auftretenden Temperaturunterschieds in dem gekühlten und dem noch nicht gekühlten Mittel dem Gefrierer zugeführt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das zu kondensierende Mittel infolge hydrostatischer Druckunterschiede im kondensierten Mittel dem Gefrierer zugeführt. Bei beiden Ausführungsformen können somit andere Hilfsmittel zum Zuführen des Mittels, wie Ventilatoren, unterbleiben. Besonders dann, wenn ein anderes Gas als Luft verflüssigt werden soll, ist es erwünscht, daß, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die Maschine mit einem Abfüh rungs rohr für das kondensierte Mittel versehen ist, das ein Flüssigkeitsschloß enthält, wobei dieses Ableitungsrohr vor und nach diesem Flüssigkeitsschloß so breit ist und eine solche Lage hat, daß das kondensierte Mittel nirgendwo diese Rohrteile füllen kann.

♦5 Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen von Kaltgaskühlmaschinen nach der Erfindung veranschaulicht.

In Fig. ι ist eine Kaltgaskühlmaschine dargestellt, die mit einem Schirm mit Wärmeisoliereigenschaften versehen ist;

In Fig. 2 ist der Gefrierer der Kühlmaschine dargestellt, wobei der Schirm am oberen Teil ganz offen ist;

In den Fig. 3, 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen von Gefrierern gemäß der Erfindung dargestellt.

Die Kaltgaskühlmaschine nach Fig. 1 ist mit einem Zylinder 1 versehen, in dem sich ein Verdrängerz und ein Kolben 3 mit konstantem Phasenunterschied auf- und abwärts bewegen. Der Verdränger 2 und der Kolben 3 sind mittels Pleuelstangen 4 bzw. 5 mit den Kurbeln der Kurbelwelle 6 der Maschine verbunden. Der Raum 7 über dem Verdränger ist der sog. Gefrierraum der Maschine. Dieser Gefrierraum steht über den Gefrierer 8, den Regenerator 9 und den Kühler 10 mit dem gekühlten Raum 11 zwischen dem Kolben und dem Verdränger in Verbindung. Die in. dieser Figur dargestellte Kühlmaschine ist derart gestaltet, daß in einer einzigen Stufe von Zimmertemperatur an besonders niedrige Temperaturen erzielt werden können. Ist z. B. die Temperatur des gekühlten Raums + 30⁰C, so wird z. B. die Temperatur des Gefrierraums und des Gefrierers — 190⁰ C betragen. Der Gefrierer 8 ist mit einer Wand 12 versehen, durch die hindurch sich der Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Mittel vollziehen muß. Der Gefrierer ist mit einem Schirm 13 mit Wärmeisoliereigenschaften umgeben. Das zu kühlende Mittel, z. B. Luft, wird dem oberen Teil des Schirms durch die öffnung 14 hindurch zugeführt. Diese Luft kondensiert sich auf nahezu der ganzen Oberfläche der für den Wärmeaustausch wirksamen Wand 12. Der Druck des Gases in dem Raum zwischen dem Schirm 13 und der Wand 12 ist um höchstens 0,2 Atm. vom Atmosphärendruck verschieden. Die Luft wird unter Zuhilfenahme des infolge des Unterschieds in der Temperatur zwischen dem gekühlten und dem noch nicht gekühlten Mittel auftretenden Druckunterschieds der Wand zugeführt. Der Gefrierer ist an seinem unteren Teil mit einem Ringkanal 15 versehen, in dem die flüssige Luft gesammelt wird. .Diese flüssige Luft wird mittels der Abführungsleitung 16 abgeleitet. In dieser Ableitung 16, die eine solche Lage hat und so breit ist, daß das kondensierte Mittel nirgendwo das Rohr füllen kann, ist ein Flüssigkeitsschloß enthalten.

Dieses Flüssigkeitsschloß ist mit einer Hülle 17 versehen, in die das Rohr 16 mündet. Die Mün- ion dungsöffnung umgebend ist eine kleine Mulde 18 vorgesehen, in der die aus dem Rohr 16 heraus tröpfelnde Flüssigkeit gesammelt wird. In der Mulde 18 wind auf diese Weise ein Flüssigkeitsschloß gebildet, und das kondensierte Mittel wird durch das Rohr 19 abgeleitet. Dieses Rohr ist so breit, daß es nirgendwo mit Flüssigkeit gefüllt ist. Dieses Flüssigkeitsschloß kann besonders dann benutzt werden, wenn ein anderes Gas als Luft kondensiert werden soll. no

Die Kühlmaschine wird von einem gestrichelt angegebenen Elektromotor 20 getrieben.

In Fig. 2 ist ein Gefrierer einer Kaltgaskühlmaschine dargestellt, bei dem der Schirm mit Wärmeisoliereigenschaften etwas anders gestaltet ist. In dieser Figur sind die der Fig. 1 entsprechenden Teile mit einander entsprechenden Ziffern bezeichnet. Die Wand 12 des Gefrierers 8 ist mit den Wärmeaustausch fördernden Rippen, Ansätzen od. dgl. 21 versehen. Die dargestellten iao Rippen verlaufen vertikal, es ist aber auch möglich, daß sie anders, z. B. in Form dachziegelartig einander übergreifender Ringe gestaltet sind, die um die Wand 12 des Gefrierers gelegen sind. Der Gefrierer ist mit einem zylindrischen Schirm 22 versehen, der am oberen Teil offen ist. Die Zuführung

des zu verflüssigenden Mittels vollzieht sich bei dieser Ausführungsform in der gleichen Weise wie dies in Fig. ι angegeben ist, und auch die Ableitung vollzieht sich in entsprechender Weise. Der Schirm 22 braucht nicht nur eine zylindrische Form zu haben, sondern kann auch einen entweder nach innen oder nach außen kegelförmigen Verlauf haben.

In Fig. 3 ist ein Gefrierer dargestellt, bei dem

ίο die Kanäle für das zu kondensierende Mittel im Gefriererkörper selbst angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist der Gefrierer mit einer Wand 30 versehen, in der die Kanäle 31 ausgespart sind, die am unteren Teil in einen gemeinsamen Ringkanal 32 münden. Dieser Ringkanal 32 ist mit einer Ableitung 16 versehen. Die Wand 30 ist mit einem Wärmeisolierschirm 33 umgeben, der am oberen Teil eine öffnung 34 aufweist. Das zu kondensierende Mittel tritt an der Stelle 34 ein, durch-

ao strömt die parallel geschalteten Kanäle 31 und verläßt in flüssigem Zustand durch den Kanal 16 die Kaltgaskühlmaschine. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Gefrierer mit einem Schirm mit Wärmeisoliereigenschaften umgeben, und zwischen

as diesem Schirm und der mit dem Arbeitsmittel der Maschine in Wärmeaustauschkontakt befindlichen Oberfläche des Gefrierers ist ein Raum für das zu kondensierende Mittel vorhanden.

Fig. 4 ist ein längs der Linie IV-IV der Fig. 3 geführter Schnitt, während Fig. 3 ein längs der Linie III-III der Fig. 4 geführter Schnitt ist.

In Fig. 5 ist ein Gefrierer dargestellt, der als Rohrgefrierer gestaltet ist. Zu diesem Zweck steht der Gefrierraum 7 über die Rohre 40 mit dem Regenerator 9 in Verbindung. Die Rohre 40 sind mit einem Schirm mit Wärmeisoliereigenschaften umgel>en. Das zu kondensierende Mittel wird dem oberen Teil des Schirms durch die öffnung 42 zugeführt. Am unteren Teil ist die Ableitung 16 angeordnet, über welche das kondensierte Mittel abgeführt werden kann.

Wenn auch bei diesen Ausführungsformen als Beispiel die Verflüssigung der Luft erläutert wurde, so ist ersichtlich, daß die Kaltgaskühlmaschine auch zum Verflüssigen sonstiger Gase, z. B. des Stickstoffs oder des Argons, benutzt werden kann. Besonders bei diesen Anwendungen wird der Schirm den weiteren Vorteil aufweisen, daß der Kondensiervorgang in einem von der Außenluft abgeschlossenen Raum stattfindet. Die Maschine nach der Erfindung kann nicht nur vertikal, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, sondern auch horizontal angeordnet werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Kaltgaskühlmaschine mit zwei Raumteilen, die sich dauernd mit gegenseitigem, nahezu konstantem Phasenunterschied hinsichtlich des Volumens ändern, deren einer eine niedrigere Temperatur und deren anderer eine höhere Temperatur aufweist, wobei diese Raumteile mittels eines Gefrierers, Regenerators und Kühlers miteinander in Verbindung stehen und in ihnen ein Gas mit unveränderlicher chemischer Zusammensetzung einem geschlossenen thermodynamischen Kreislauf unterworfen wird, bei dem es sich stets in gleichem Aggregatzustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß diese Maschine zur Kondensierung eines gasförmigen Mittels, z. B. Luft, bei wenigstens — 150⁰ C dient, wobei diese Temperatur durch den in der Kühlmaschine sich vollziehenden Vorgang in einer einzigen Stufe erreicht wird, und dieses Mittel sich auf jener Wand des Gefrierers kondensiert, durch die hindurch sich der Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmittel vollzieht, wobei die Kondensation auf wenigstens nahezu dem ganzen für den Wärmeaustausch wirksamen Teil dieser Wand stattfindet, und der Gefrierer mit einem Schirm mit Wärmeisoliereigenschaften umgeben ist, der sich auf wenigstens nahezu der ganzen Länge des Gefrierers erstreckt, wobei zwischen diesem Isolierschirm und der mit dem Arbeitsmittel der Maschine in Wärmeaustauschkontakt befindliehen Oberfläche des Gefrierers ein gegebenenfalls unterteilter Raum für das zu kondensierende Mittel vorhanden ist.
2. 2. Kaltgaskühlmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck des zu kondensierenden Mittels innerhalb des Schirms mit Wärmeisoliereigenschaften um höchstens 0,2 Atm. vom Atmosphärendruck verschieden ist.
3. 3. Kaltgaskühlmaschine nach einem der An-Sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kondensierende Mittel unter Zuhilfenahme des Druckunterschieds infolge des auftretenden Temperaturunterschieds in dem gekühlten und dem noch nicht gekühlten Mittel dem Gefrierer zugeführt wird.
4. 4. Kaltgaskühlmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kondensierende Mittel infolge hydrostatischer Druckunterschiede im kondensierten Mittel dem Gefrierer zugeführt wird.
5. 5. Kaltgaskühlmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit einem Abfüh rungs rohr für das kondensierte Mittel versehen ist, das ein Flüssigkeitsschloß enthält, wobei dieses Abführungsrohr vor und nach diesem Flüssigkeitsschloß so breit ist und eine solche Lage hat, daß das kondensierte Mittel nirgendwo diese Teile des Rohrs füllen kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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