DE946196C

DE946196C - Hot gas piston machine

Info

Publication number: DE946196C
Application number: DEN10038A
Authority: DE
Inventors: Leendert De Lange
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-01-13
Filing date: 1955-01-11
Publication date: 1956-07-26

Description

Heißgaskolbenmaschine Die Erfindung bezieht sieh auf eine Heißgaskolbenmaschine mit einem Raum mit niedrigerer Temperatur und einem Raum mit höherer Temperatur; beide Räume stehen über einen Erhitzer, einen Regenerator und einen Kühler miteinander in offener Verbindung, wobei die Volumen dieser Räume durch einen. oder mehrere kolbenförmige Körper geändert werden können und in der Maschine ein Gas, das sogenannte Arbeitsmittel, einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf durchläuft, wobei das Gas immer in demselben Aggregatzustand bleibt.Hot gas piston machine The invention relates to a hot gas piston machine with a lower temperature room and a higher temperature room; both rooms are connected to one another via a heater, a regenerator and a cooler in open connection, the volumes of these spaces by one. or more piston-shaped bodies can be changed and in the machine a gas, the so-called Working fluid, runs through a closed thermodynamic cycle, whereby the gas always remains in the same physical state.

Unter einer Heißgaskolbenmaschine wird hier ein Heißgaskolbenmotor,- eine Kühlmaschine oder eine Wärmepumpe verstanden, wobei die beiden letzten, nach dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeiten. Die Kühlmaschine wird auch häufig als Kaltgaskühlmaschine bezeichnet. Die Heißgaskolbenmaschinen können bekanntlich auf verschiedene Weise ausgebildet werden, z. B. a!ls Verdrängermaschine, als doppelt wirkende Maschine, als Maschine, deren Zylinder einen Winkel miteinander einschließen, oder als Maschine, bei der der Arbeitsraum einer Kaltgaskühlmaschine mit dem eines Heißgasmotors vereiniget ist.A hot gas piston engine is used here under a hot gas piston machine, understood a chiller or a heat pump, the last two, according to work on the reverse hot gas engine principle. The refrigerator is also common referred to as a cold gas refrigerator. As is known, the hot gas piston machines can be formed in various ways, e.g. B. as a displacement machine, as a double acting machine, as a machine whose cylinders enclose an angle with each other, or as a machine in which the working area of a cold gas cooling machine corresponds to that of a Hot gas engine is combined.

Bei diesen Maschinen stellt der Erhitzer den Wärmeaustauscher dar, in dem dem Arbeitsmittel der Maschine Wärme zugeführt wird, während im Kühler vom Arbeitsmittel Wärme abgeleitet wird. Es ist ferner bekannt, daß in den Maschinen verschiedene Mittel verwendbar sind. Bei Heißgasmotoren und Wärmepumpen wird im allgemeinen Luft als Arbeitsmittel benutzt. 'Bei einer Kaltgaskühlmaschine kann Luft oder Stickstoff oder Sauerstoff, Wasserstoff oder Helium Artwendung finden, entsprechend dem Zweck, dem die Maschine dienen muß. Luft ist nur dann verwendbar, wenn die Temperatur, bei der die Kühlmaschine .eine Kälteleistung liefern muß, nicht zu niedrig ist, z. B. -1q.0° C nicht unterschreitet. Muß mit einer Kaltgaskühlmaschine eine Kälteleistung bei niedrigeren Temperaturen geliefert werden, so kann Wasserstoff oder Helium benutzt werden. In diesem Falle kann der Aufbau der Kü'hlmascJhi.ne derart sein, daß z. B. eine Temperatur von -2oo° C erreicht wird.In these machines, the heater is the heat exchanger, in which heat is supplied to the working fluid of the machine, while in the cooler from Working medium heat is derived. It is also known that in the machines different Means are usable. With hot gas engines and heat pumps air is generally used as a working medium. 'With a cold gas refrigerator air or nitrogen or oxygen, hydrogen or helium can be used, according to the purpose the machine must serve. Air can only be used if the temperature at which the cooling machine. a cooling capacity must deliver, not is too low, e.g. B. does not fall below -1q.0 ° C. Must be with a cold gas refrigerator If a cooling capacity can be delivered at lower temperatures, then hydrogen or helium can be used. In this case, the structure of the cooling mask be such that z. B. a temperature of -2oo ° C is reached.

Wie festgestellt wurde, muß beim Kühler das Verhältnis zwischen der Länge und dem inneren hydraulischen Durchmesser der Kanäle innerhalb bestimmter Grenzen liegen. Wäre das Verhältnis kleiner als die nachstehend angegebenen Werte, so ergibt sich eine so geringe Kühlwirkung des Kühlers, daß die Wärmeübertragung vom Arbeitsmittel in der Masc'h'ine auf die Wände der Kanäle unzureichend wird. Wird dagegen das Verhältnis vergrößert, so nehmen, die Strömungsverluste dermaßen zu, daß die Wärmeübertragung allerdings wesentlich verbessert, die spezifische Leistung der Maschine aber verringert ist.As has been established, the ratio between the Length and the internal hydraulic diameter of the channels within certain There are limits. If the ratio were smaller than the values given below, so the cooling effect of the cooler is so low that the heat transfer from working equipment in the masc'h'ine to the walls of the ducts becomes inadequate. If, on the other hand, the ratio is increased, the flow losses decrease accordingly admittedly that the heat transfer significantly improves the specific power the machine is reduced.

Es wurde ferner festgestellt, daß die: Grenzen von der Art des Gases abhängig sind, das. in-der Maschine einen thermodynamischen Krei§räuf durchläuft.It was also found that the: Limits on the nature of the gas are dependent that. In-the machine goes through a thermodynamic cycle.

Nach der Erfindung gilt für die Gesamtlänge L der Kanäle im Kühler, d.aß L wenigstens 2o M°,19 dh und höchstens 55 M0,19 dl, beträgt, wobei M =das Molekulargewicht des Gases in der Maschine, dh- =j der innere hydraulische Durchmesser der Kanäle für das Gas im Kühler.According to the invention applies to the total length L of the channels in the cooler, i.e. L at least 2o M °, 19 dh and at most 55 M0.19 dl, where M = the molecular weight of the gas in the machine, ie- = j der internal hydraulic diameter of the channels for the gas in the cooler.

Der hydraulische Durchrilesser ist ein Vierfaches des Quotienten der Oberfläche und des Umfanges des Durchgangs eines Kanals. Wenn der Kühler aus zwei oder mehreren, hintereinanderliegendlen Teilen besteht, so ist L gleich dem Gesamtabstand zwischen der Eintrittsdberfläche eines Kühlers und der Austrittsoberfläche des anderen Kühlers.The hydraulic diameter is four times the quotient of Surface and perimeter of the passage of a channel. When the cooler consists of two or several parts lying one behind the other, L is equal to the total distance between the entry surface of one cooler and the exit surface of the other Cooler.

Das Molekulargewieht ist naturgemäß für die verschiedenen Gase verschieden. So beträgt das Molekulargelvicht 2 für Wasserstoff und 4 für Helium, während für Luft ein Molekulargewidht von 29 angenommen werden kann.The molecular weight is naturally different for the various gases. The molecular weight is 2 for hydrogen and 4 for helium, while for Air a molecular weight of 29 can be assumed.

Die oben angegebenen Grenzen gelten für verschiedenartige Kühler, z. B. für Rohrkühler, aber auch für Kühler mit Flügeln.The limits given above apply to various types of cooler, z. B. for pipe coolers, but also for coolers with wings.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail.

Fdg. i zeigt eine Kaltgaskühlmaschine der Verdrängerart, und Fi.g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Horizontalschnitt durch einen Teil eines Kühlers. Die Kühlmaschine besitzt .einen Zylinder i, in dem sieh eist Verdränget 2 und ein Kolben 3 mit nahezu konstantem Phasenunterschied auf und ab bewegen können. Der Verdränger beeinflußt dabei das Vollumen eines Raumes 4, der über einen Gefrierer 5, einen Regenerator 6 und einen Kühler 7 mit einem Raum 8 in offener Verbindung steht. Der Raum 4 wird häufig als Gefrierraum und der Raum 8 als gekühlter Raum bezeichnet.FIG. I shows a positive displacement type cold gas refrigerator, and FIG. 2 shows, on an enlarged scale, a horizontal section through part of a cooler. The cooling machine has .ein cylinder i, in which you can see eist 2 and a Piston 3 can move up and down with an almost constant phase difference. Of the Displacer influences the full volume of a room 4, which has a freezer 5, a regenerator 6 and a cooler 7 with a space 8 in open communication stands. Room 4 is often used as a freezer room and room 8 as a refrigerated room designated.

Der Verdränger ist .mittels eines Triebstangensystems 9 mit einer Kurbel einer Kurbelwelle io gekuppelt, während der Kolben mittels eines Triebstangensystems ii mit Kurbeln derselben Kurbelwelle io gekuppelt ist.The displacer is. Means of a drive rod system 9 with a Crankshaft coupled to a crankshaft, while the piston is coupled by means of a drive rod system ii is coupled with cranks of the same crankshaft io.

Die Kühlmaschine wird von einem Motor 12 angetrieben, so dnß der Kolben und der Verdränger auf und ab bewegt werden, wobei im Raum 4 im wesentlichen eine'Ausdehnung und im Raum 8 im wesentlichen eine Kompression auftritt. Ein zu kühlendes Gas, z. B. Luft, kann längs der Flügel auf der Außenseite des Gefrierers 5 geleitet werden, wobei das etwa entstandene Kondensat aus der Maschine abgeführt werden kann. Als Arbeitsmittel in der Maschine .selbst kann z. B. Wasserstoff dienen. Der Kühler 7 ist als Flügelkühler ausgebildet. Das Kühlwasser wird über eine Leitung 13 dem Kühler zugeführt und über eine Leitung 14 vom Kühler abgeführt.The refrigerator is driven by a motor 12, as is the piston and the displacer can be moved up and down, whereby in the space 4 there is essentially an expansion and compression essentially occurs in space 8. A gas to be cooled, e.g. B. air, can be directed along the wings on the outside of the freezer 5, any condensate that may have formed can be discharged from the machine. as Work equipment in the machine .self can, for. B. serve hydrogen. The cooler 7 is designed as a wing cooler. The cooling water is through a line 13 to the The cooler is supplied and discharged from the cooler via a line 14.

In der dargestellten Kühlmaschine wird Wasserstoff als Arbeitsmittel verwendet. Beträgt der hydraulische Durchmesser eines Kanals o,r cm, so folgt daraus, daß L wenigstens 20.2°,1s 0,1 cm = 2,3 cm und höchstens 5-5.2e19 o,1 cm = 6,3 cm sein muß.In the cooling machine shown, hydrogen is used as the working fluid. If the hydraulic diameter of a canal is 0.1 cm, it follows that L must be at least 20.2 °, 1s 0.1 cm = 2.3 cm and at most 5-5.2e19 0.1 cm = 6.3 cm.

Wird dagegen die Kühlmaschine mit Luft betrieben, so muß L zwischen anderen Grenzen liegen. In diesem Falle beträgt L wenigstens 2o.299.19 0;1 cm = 3,8 cm und höchstens 55.29°19 o,1 cm = 10,45. cm.If, on the other hand, the cooling machine is operated with air, L must be between other limits. In this case L is at least 2o.299.19 0; 1 cm = 3.8 cm and at most 55.29 ° 19 o, 1 cm = 10.45. cm.

Bemerkt wird, daß ein Kanal mit einem hydraulischen Durchmesser von o,i cm erzielt wird, wenn die Breite i5 = 62,5 Mikron .und die Länge 16 =,25o Mikron beträgt, wie bei einem Kanal nach Fig. z. Bei dieser Ausführungsform, bei der eine größere Flügelzahl vorhanden ist, kann der Durchgang unbedenklich gleich einem Rechteck gesetzt werden.It is noted that a channel with a hydraulic diameter of 0.1 cm is obtained when the width i5 = 62.5 microns and the length 16 = .25o microns is, as in a channel according to FIG. In this embodiment, in the one If there is a larger number of wings, the passage can safely be equal to a rectangle be set.

Stillte aber die Flügelzahl oder der Krümmungsradius der Zylinderwand klein sein, so wird vorzugsweise die Oberfläche und der Umfang des wirklichen Durchgangs berechnet.But the number of wings or the radius of curvature of the cylinder wall satisfied be small, the surface area and perimeter of the actual passage will preferably be calculated.

Bei Rohren mit einem kreisförmigen Durchgang ist naturgemäß der hydraulische Durchmesser gleich dem wirklichen Durchmesser des Rohres.In the case of pipes with a circular passage, the hydraulic one is of course Diameter equal to the real diameter of the pipe.

Claims

Claim: hot gas piston machine with a room with a lower temperature and a room with a higher temperature, which are in open communication with one another via a heater, a regenerator and a cooler; The volumes of these spaces can be changed by one or more piston-shaped bodies and a gas of unchangeable chemical composition runs through a closed thermodynamic cycle in the machine, characterized in that for the total length L of the ducts in the cooler it applies that L is at least 20 MO- 19 dh and at most 55 M0.19 dh, where M = the molecular weight of the gas in the machine, dh = the hydraulic diameter of the ducts for the gas in the cooler.