Stirlingkühler
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Grundlagen: |
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Das Schema zeigt die verschiedenen
Möglichkeiten des Aufbaus eines Stirlinkühlers. Ganz links der
einfachste Aufbau mit Verdichter, Verdränger und Regenerator. Etwas
kompakter wird der Aufbau wenn die Regeneratormatrix in den Verdrängerkolben
integriert wird. Ganz rechts die Art wie die meisten kommerziellen Kühler
aufgebaut sind. Hier wird nur noch der Verdichterkolben vom Motor angetrieben.Der
Verdrängerkolben mit Regenerator kann frei schwingen und wird durch
die Druckstöße des Verdichters angetrieben. Um die erforderliche
Phasenverschiebung zu gewährleisten wird der Verdrängerkolben
mit einer Frequenz angeregt die etwas schneller ist als seine mechanische
Resonanzfrequenz, die durch die Rückholfeder und die Masse des Kolbens
bestimmt wird. Um Je nach Art der Erzeugung der Druckwellen spricht man von einem Stirling- oder Gifford-McMahonkühler.Beim Stirlingkühler werden die Druckwellen wie im obigem Schema mit einem beweglichem Kolben erzeugt.Der Antrieb des Kolbens erfolgt mit einer Kurbelwelle oder einem Tauchspulensystem das im einfachsten Fall mit 50 Hz Wechselstrom erregt wird. Bei GM-Kühler verwendet man ein statisches Druckreservoir und generiert die Druckwellen mit periodisch schaltenden Magnet- oder mechanischen Ventilen. Sehr große Anlagen wie sie z.B. zur Erzeugung von Flüssiggas gebraucht werden verwenden auch einen thermoakustischen Generator, der ähnlich wie der >>thermoakustische Motor<< arbeitet und periodische Druckwellen nur mit thermischer Energie erzeugen kann |
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Aufbau: Der Kühler ist wie ein üblicher Stirlingmotor aufgebaut. Als Arbeitszylinder und -Kolben dient eine Injektionsspritze. Der Verdängerzylinder ist aus Glas. Der Verdrängerkolben aus einem Plexiglasrohr das mit Stahlwolle zur Regeneratorfunktion gefüllt ist. Angetrieber wird der Kühler mit einem Elektromotor. Der Hub des Arbeits- und Verdängerkolbens sind um 90° phasenverschoben. Der Verdrängerkolben läuft um 90° vor dem Arbeitskolben. So wird erreicht der der Druckverlauf und der Massenfluß die erforderliche Phasenverschiebung haben. Der Hub des Arbeitskolben beträgt 1,5 cm, der des Verdrängers 2 cm. Der der Arbeitskolben einen etwas größeren Durchmesser hat ist der Hubraum in beiden Fällen etwa gleich |
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Wesentlich bessere Ergebnisse erhält man durch eine
deutliche Erhöhung des Fülldrucks der Anlage. Mit dem obigem
Modell ist das aber nicht zu machen da zu viele Lecks vorhanden sind,
vorallem die Durchführung der Verdrängerkolbenstange ( Sintergleitlager)
leckt stark. Deshalb wurde ein neuer Stirlingkühler vollkommen in
ein dickwandiges, gasdichtes Plexiglasgehäuse eingebaut.
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