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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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