DE857203C

DE857203C - Cold gas cooling machine

Info

Publication number: DE857203C
Application number: DEN4422A
Authority: DE
Inventors: Jacob Willem Laurens Koehler
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-05-31
Filing date: 1951-09-12
Publication date: 1952-11-27
Also published as: NL85467C; CH307105A; US2745262A

Description

(WiGBL S. 175)(WiGBL p. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. NOVEMBER 1952ISSUED NOVEMBER 27, 1952

N4422Ia/17gN4422Ia / 17g

KaltgaskühlmaschineCold gas refrigerator

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.The invention relates to a cold gas cooling machine with two space parts, which are continuously with mutual, change almost constant phase difference in terms of volume, one of which is a lower temperature and the other has a higher temperature, these parts of the room communicate with one another by means of a freezer, regenerator and cooler and enter them into one Gas with unchanging chemical composition a closed thermodynamic Cycle is subjected, in which it is always in the same physical state.

Solche an sich bekannten Kaltgaskühlmaschinen werden zuweilen auch als nach dem umgekehrten Heißgaskolbenmotorprinzip arbeitende Kühlmaschinen bezeichnet.Such cold gas cooling machines, known per se, are sometimes also used as the reverse Cooling machines working on the hot gas piston engine principle.

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.By the patentee has already been proposed to build such a cold gas cooling machine in such a way that a gaseous medium to on - is cooled 150 ⁰ C and condensed at that temperature.

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.The invention is based on the knowledge that special measures in this cold gas refrigerator make it possible to liquefy a relatively large amount of gas. Because it is it has been found by the patent proprietor that if no special measures are taken, part of the liquefied agent evaporates again immediately.

Zur Behebung dieses Nachteils weist die Masch ine nach der Erfindung weiter das Merkmal auf, daß das zu kondensierende Mittel sich auf jenerTo remedy this disadvantage, the machine according to the invention also has the feature that the agent to be condensed is based on that

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.Wall of the freezer condenses, through which the heat exchange with the working medium takes place takes place, with the condensation on at least almost the whole for the heat exchange effective part of this wall takes place and the freezer is surrounded by a screen with heat insulating properties, which is on extends at least almost the entire length of the freezer, between this insulating screen and ίο that is in heat exchange contact with the machine's work equipment located surface of the freezer, an optionally subdivided space for the agent to be condensed is available.

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.According to one embodiment of the invention is the gas pressure of the agent to be condensed inside the screen with thermal insulation properties by 0.2 atm or less. from atmospheric pressure different. In contrast to the known machines for liquefying gaseous Agent it is unnecessary to compress the gaseous agent, which is a considerable Represents advantage.

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.According to a further embodiment of the invention, the agent to be condensed is under »5 Use of the pressure difference as a result of the temperature difference occurring in the cooled one and fed to the not yet cooled medium to the freezer.

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.In another embodiment of the invention, the agent to be condensed is as a result hydrostatic pressure differences in the condensed medium supplied to the freezer. In both embodiments This means that other aids for supplying the agent, such as fans, can be omitted. Especially when a gas other than air is to be liquefied, it is desirable that, According to a further embodiment of the invention, the machine with a discharge pipe for approximately the condensed medium is provided containing a liquid lock, this drainage pipe before and after this liquid lock is so wide and has such a position that it condenses Agent nowhere can fill these pipe parts.

♦5 Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen von Kaltgaskühlmaschinen nach der Erfindung veranschaulicht.♦ 5 The invention is in the drawing in some Illustrated embodiments of cold gas cooling machines according to the invention.

In Fig. ι ist eine Kaltgaskühlmaschine dargestellt, die mit einem Schirm mit Wärmeisoliereigenschaften versehen ist;In Fig. Ι a cold gas refrigerator is shown, which is provided with a screen with heat insulating properties;

In Fig. 2 ist der Gefrierer der Kühlmaschine dargestellt, wobei der Schirm am oberen Teil ganz offen ist;In Fig. 2 the freezer of the refrigerator is shown, with the screen at the top entirely is open;

In den Fig. 3, 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen von Gefrierern gemäß der Erfindung dargestellt. 3, 4 and 5 show further embodiments of freezers according to the invention.

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.The cold gas cooling machine according to FIG. 1 is provided with a cylinder 1 in which a displacer and a piston 3 move up and down with a constant phase difference. The displacer 2 and the piston 3 are connected to the cranks of the crankshaft 6 of the machine by means of connecting rods 4 and 5, respectively. The space 7 above the displacer is the so-called freezer compartment of the machine. This freezer space is connected to the cooled space 11 between the piston and the displacer via the freezer 8, the regenerator 9 and the cooler 10. The cooling machine shown in this figure is designed in such a way that particularly low temperatures can be achieved in a single step from room temperature. Is z. B. the temperature of the cooled room + 30 ⁰ C, z. B. the temperature of the freezer and the freezer - 190 ⁰ C. The freezer 8 is provided with a wall 12 through which the heat exchange with the medium to be cooled must take place. The freezer is surrounded with a screen 13 having heat insulating properties. The agent to be cooled, e.g. B. air, is supplied to the upper part of the screen through the opening 14. This air condenses on almost the entire surface of the effective heat exchange wall 12. The pressure of the gas in the space between the screen 13 and the wall 12 is at most 0.2 atm. different from atmospheric pressure. The air is supplied to the wall with the aid of the pressure difference occurring as a result of the difference in temperature between the cooled and the not yet cooled medium. The freezer is provided at its lower part with an annular channel 15 in which the liquid air is collected. This liquid air is discharged by means of the discharge line 16. In this discharge line 16, which has such a position and is so wide that the condensed agent has nowhere to fill the pipe, a liquid lock is contained.

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. noThis liquid lock is provided with a sleeve 17 into which the tube 16 opens. The münion Application opening surrounding a small trough 18 is provided in which the pipe 16 out dripping liquid is collected. In this way, a liquid lock winds in the trough 18 is formed, and the condensed agent is discharged through the pipe 19. This pipe is like this wide that it is nowhere filled with liquid. This liquid lock can especially then used when a gas other than air is to be condensed. no

Die Kühlmaschine wird von einem gestrichelt angegebenen Elektromotor 20 getrieben.The chiller is dashed by a specified electric motor 20 driven.

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 ZuführungIn Fig. 2, a freezer of a cold gas refrigerator is shown in which the screen with Thermal insulation properties is designed slightly different. In this figure are those of FIG. 1 corresponding Parts designated with corresponding numbers. The wall 12 of the freezer 8 is provided with ribs, lugs or the like that promote heat exchange. The illustrated iao Ribs run vertically, but it is also possible that they are different, e.g. B. each other in the form of roof tiles overlapping rings located around the wall 12 of the freezer. The freezer is provided with a cylindrical screen 22 which is open at the top. The feed

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.of the agent to be liquefied takes place in this embodiment in the same way as this is indicated in Fig. ι, and the derivation takes place in a corresponding manner. Of the Screen 22 need not only have a cylindrical shape, but can also have either one have a conical course inside or outside.

In Fig. 3 ist ein Gefrierer dargestellt, bei demIn Fig. 3, a freezer is shown in which

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-ίο the channels for the medium to be condensed in Freezer bodies are arranged themselves. For this purpose the freezer is provided with a wall 30, in which the channels 31 are recessed, which in the lower part in a common annular channel 32 flow out. This annular channel 32 is provided with a discharge line 16. The wall 30 is with a Surrounding heat insulating screen 33, which has an opening 34 on the upper part. The one to be condensed Agent occurs at point 34, through-

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 zwischenao flows through the parallel channels 31 and leaves in the liquid state through the channel 16, the cold gas cooling machine. Also in this embodiment the freezer is surrounded with a screen with heat insulating properties, and between

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.as this umbrella and the one with the work equipment of the Machine in heat exchange contact surface of the freezer is a space for the too condensing agents present.

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.FIG. 4 is a section taken along the line IV-IV of FIG. 3, while FIG. 3 is a section along the line Line III-III of Fig. 4 is a section taken.

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.In Fig. 5, a freezer is shown which is designed as a tube freezer. To this end stands the freezer compartment 7 is connected to the regenerator 9 via the pipes 40. The tubes 40 are Surround with a screen with thermal insulation properties. The agent to be condensed will be the The upper part of the screen is fed through the opening 42. The discharge line 16 is arranged on the lower part, via which the condensed agent can be discharged.

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.Even if the liquefaction of the air was explained as an example in these embodiments, it can be seen that the cold gas refrigerator can also be used to liquefy other gases, e.g. B. des Nitrogen or argon. The Umbrella have the further advantage that the condensation process takes place in one of the outside air closed space takes place. The machine according to the invention can not only be vertical, such as this is shown in the drawing, but can also be arranged horizontally.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Cold gas refrigeration machine with two parts of the space that change continuously with mutual, almost constant phase difference in terms of volume, one of which has a lower temperature and the other of which has a higher temperature, these parts of the space being connected to one another by means of a freezer, regenerator and cooler and in them a Gas with unchangeable chemical composition is subjected to a closed thermodynamic cycle in which it is always in the same physical state, characterized in that this machine is used to condense a gaseous agent, e.g. B. air, at least - 150 ⁰ C, this temperature is reached by the process taking place in the refrigerator in a single stage, and this agent condenses on that wall of the freezer through which the heat exchange with the working medium takes place, wherein the condensation takes place on at least almost the entire effective heat exchange part of this wall, and the freezer is surrounded by a screen with heat insulating properties, which extends over at least almost the entire length of the freezer, between this insulating screen and with the Working equipment of the machine in heat exchange contact is the surface of the freezer, an optionally subdivided space for the agent to be condensed is available.

2. Cold gas refrigerator according to claim 1, characterized in that the gas pressure of the agent to be condensed within the screen with heat insulating properties at most 0.2 atm. is different from atmospheric pressure.

3. Cold gas refrigerator according to one of the claims 1 or 2, characterized in that the agent to be condensed with the aid of the pressure difference as a result of the Temperature difference in the cooled and not yet cooled means is fed to the freezer.

4. Cold gas cooling machine according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that that the agent to be condensed is fed to the freezer as a result of hydrostatic pressure differences in the condensed agent will.

5. Cold gas cooling machine according to one of the preceding claims, characterized in that that the machine is provided with a discharge pipe for the condensed agent that contains a liquid lock, this discharge pipe before and after this liquid lock is so wide and so positioned that the condensed agent has nowhere to fill these parts of the tube.

1 sheet of drawings