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Gasdicht geschlossene umlaufende Kompressionskältemaschine.
Die Erfindung betrifft eine umlaufende Kältemaschine mit durch eine hohle Welle verbundenem Verdampfer und Kondensator, in welch letzterem der Kompressor eingeschlossen ist.
Bei bekannten Maschinen dieser Art muss das Gas auf seinem Wege vom Verdampfer zum Kom- pressor Steuerleitungen durchziehen, die grosse Längenausdehnung haben und deren Wandungen heiss sind. Dadurch erhöht sich die Temperatur des durchziehenden Gases, wodurch es sich vor seinem Eintritt in den Kompressor ausdehnt, so dass das Gewicht des bei jedem Zylinderhub angesaugten und verdichteten Gases ein geringeres ist als es wäre, wenn das Gas kälter bliebe ; dadurch vermindert sich in gleichem Masse auch die Leistung der Maschine.
Erfindungsgemäss wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, dass man den beweglichen Teil des Kom- pressors unmittelbar durch ein Exzenter antreibt, das gleichzeitig die Steuerung dadurch bewirkt, dass es mit einem oder mehreren Kanälen versehen ist, durch die hindurch das Gas vom Verdampfer durch die hohle Welle zum Kompressor streicht.
Bei den bekannten Maschinen wird ferner das im Kondensator verflüssigte und an dessen Innen- seite wieder aufgefangene Gas in einem in Ruhe befindlichen Behälter gesammelt, von dem es unmittel- bar zum Verdampfer zurückkehrt. Unter diesen Verhältnissen befindet sich das verflüssigte Gas bei seinem Eintritt in den Verdampfer auf einer verhältnismässig hohen Temperatur, was den thermischen
Wirkungsgrad der Maschine herabsetzt.
Nach der Erfindung wird nächst einer der Stirnflächen des
Kondensators ein umlaufender und gekühlter Behälter vorgesehen, von dem das verflüssigte Gas unter
Steuerung durch eine in diesem Behälter angeordnete Einrichtung zum Verdampfer zurückkehrt, nach- dem es neuerlich abgekühlt und durch Zentrifugalwirkung von dem mitgerissenen Schmieröl bzw. von dem Rest dieses Schmieröles getrennt wurde.
Durch Anordnung der Steuereinrichtung für den Rückfluss des verflüssigten Gases zum Ver- dampfer im Gegensatz zu ihrer Anordnung im Kondensator wird eine Verbesserung der Leistung der Maschine erzielt. Wenn die Steuereinrichtung im Kondensator untergebracht ist, so beginnt sich das verflüssigte Gas bereits in der hohlen Welle auszudehnen und kühlt diese unnütz stark ab. Dadurch entsteht ein Verlust an Kältewirkung, die bei Unterbringung des Reglers im Verdampfer vermieden wird.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Kältemaschine nach der Erfindung veranschaulicht, u. zw. ist Fig. 1 ein Längsschnitt durch den Verdampfer, Fig. la ein Längsschnitt nach einer horizontalen Ebene durch den Kondensator, Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie, 3'-2'der Fig. 1, Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie. 3-3 der Fig. 1 a, Fig. 4 eine weitere Ausführungsart der Einrichtung nach Fig. 3, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Verdampfers und Fig. 6 eine Ausgestaltung des
Kondensators nach Fig. la.
Kondensator 1 und Verdampfer 2 sind durch eine Antriebswelle 3'verbunden, die über ihre ganze Länge oder einen Teil hohl ausgeführt ist und in Lagern 4, 5 umläuft.
Auf der Welle 3'sitzt lose innerhalb des Kondensators ein mit Öl gefülltes Gehäuse 7 mit Absetzkammer 8, das durch ein Gegengewicht 9 (Fig. 3.) belastet ist und einen Kompressor 10 umschliesst.
Dieser Kompressor 10 (Fig. la und 3) besteht aus zwei Zylindern, die einander gegenüber angeordnet sind und von einem zentralen Exzenter 13 unmittelbar betätigt werden, während die Kolben 12, die untereinander mittels Rundstangen 42a verbunden sind, eine Einheit bilden, die um eine Achse if des Gehäuses 7 schwingt. Beide Zylinder können gegebenenfalls auch aus einem Stück gegossen sein ; man kann aber auch nur einen einzigen Zylinder verwenden, der um die Achse 43a schwingt.
Die Kolben 12 verschieben sich unter der Einwirkung des Exzenters 13 in den Zylindern 11 (Fig. 4), die miteinander vereint und gemeinsam um 43a schwingbar sind. Statt eines einzigen Kompressors kann man auf der Welle 3 auch mehrere nebeneinander anordnen.
Das Exzenter 13 bildet gleichfalls einen umlaufenden Steuerschieber für das Gas, das vom Kompressor aus dem Verdampfer durch das zentrale Rohr 14 angesaugt wird, dessen beide Enden an den Innenwandungen der Hohlwelle befestigt sind. Das Exzenter besitzt eine Bohrung 15, die seine Um- fläche mit dem Kanal der Hohlwelle in Verbindung setzt ; ferner ist es über einen Teil seiner Umfläche mit einer Nut oder Ausnehmung 16 versehen (Fig. 3).
Infolge dieser Anordnung gelangt das angesaugte Gas nicht mehr mit den warmen Leitungen in Berührung, wie dies bei den bestehenden Maschinen der Fall ist, und daher findet auch keine weitere Ausdehnung statt.
Naeh einem sehr kurzen Weg tritt das Gas in die Zylinder 11 durch eine Öffnung 17 ein, die im Boden der letzteren vorgesehen ist ; nach Verdichtung wird das Gas durch eine Öffnung 18 und durch ein Ventill9ausgestossen. Das Gaskühltsieherstmaligab und wirdan der kalten Wandung des Kondensators verflüssigt, u. zw. gemischt mit dem Öl, das konstant durch eine Öffnung 20 im Gehäuseboden abfliesst.
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Dieses Gemenge bildet entlang der Kondensatorwandung beim Umlaufen der Maschine einen Flüssigkeitsring 21, in den eine ortsfeste Schaufel 22 eintaucht, die das Gemisch zur Absetzkammer 8 fördert, wo eine erste Trennung der beiden Flüssigkeiten durch Absetzen infolge ihrer verschiedenen Dichten vor sich geht. Das oben schwimmende Öl tritt durch eine Öffnung 28 wieder in das Gehäuse über, während die Kühlfüssigkeit, statt, wie üblich, in einem unbeweglichen Teile des Gehäuses gesammelt zu werden, durch ein feststehendes Rohr 24 hinter eine Scheidewand 2. 3 abgeführt wird.
Diese Scheidewand bildet zusammen mit einer der Stirnwände des Kondensators eine umlaufende Kammer 25', in der sich ein zweiter Flüssigkeitsring bildet, der einer zweiten Kühlung sowie einer neuerlichen Abscheidung des Öles infolge Zentrifugalwirknng unterliegt.
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keitsringes zu und fliesst in den Kondensator durch die zentrale Öffnung der Scheidewand 25 zurück.
In diesen zweiten Flüssigkeitsring taucht ein ortsfestes Sammelrohr 26, dessen oberer, in die Zone des reinen verflüssigten Gases reichender Teil eine Öffnung 27 besitzt, durch die die in Rotation befindliche und unter Druck stehende Flüssigkeit eintritt und zur Bohrung 28 getrieben wird, die abo während des Betriebes stets mit rückfliessender Flüssigkeit gefüllt ist und sieh entlang des mittleren Rohres 14 erstreckt. Diese Bohrung 28 steht mit dem Kondensator nur durch das Sammelrohr 26 und
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öffnung 27 des Sammelrohres 26 höher liegt als die Schaufel 22, kann sie nur verflüssigtes Gas aufnehmen, wogegen die Schaufel 22 nur Öl fasst.
Im Verdampfer ist ein selbsttätig wirkender Spannungsregler angeordnet, der gleichzeitig dazu dient, den Druck im Verdampfer und im Kondensator auszugleichen, sobald die Maschine angehalten wird. Dieser Regler besteht im Wesen aus dem Rückflussrohr 30 für das verflüssigte Gas, welches Rohr vermittels der Bohrung 28, die mit dem nicht umlaufenden Rohr 26 verbunden ist, das verflüssigte Gas aus dem Kondensator schöpft. Das Rohr 30 trägt an seinem Ende eine haubenartig Masse 31, die die Rohraustrittsöffnung steuert, u. zv. durch blosses Aufliegen auf dem Rohrende oder mit Hilfe einer Nadel 42, die sieh in einen konischen Sitz einlegt, wie dies die Zeichnung veranschaulicht.
Die Nadel ist im Inneren des Rohres 30 verschiebbar, das als Führung dient. An ihrem unteren Ende besitzt die Nadel einen Bund 43 mit Nuten, durch welche hindurch die Flüssigkeit in den oberhalb der Nadel befindlichen Raum eintritt, um hierauf durch die Öffnungen 44 in ein Rohr 46 überzutreten, das immer in den Flüssigkeitsring aus verflüssigtem Gas eintaucht, der sich beim Umlaufen im Verdampfer bildet. Das Rohr 46 läuft mit dem Verdampfer um, und seine Anordnung verhindert, dass verflüssigtes Gas zur Mitte der Vorrichtung gelange, die von Gas erfüllt ist.
Die Masse 31 und die Nadel, die beide unter der Wirkung der Zentrifugalkraft stehen, sind mittels eines Bügels 32 mit einer kleinen Wanne 33 verbunden, die längs einer Führung 34 verschiebbar ist, die dem Rohr diametral gegenüberliegt. Der Boden der Wanne besitzt eine Durchbrechung 35.
Die Gewichte der Masse 31 und der Wanne sind so gewählt, dass bei leerer Wanne die Masse schwerer ist, wogegen das Gewicht der mit Kühlflüssigkeit gefüllten Wanne jenes der Masse übersteigt.
Die Wanne 33 wird von einem nicht umlaufenden Rohr 36 aus gespeist, das mit einer schaufelartigen Mündung in den Ring von verflüssigtem Gas taueht, der sich beim Umlaufen im Verdampfer bildet. Dieses Rohr 36 führt das verflüssigte Gas zu einem Sammelbehälter, der lose auf der Hohlwelle
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gelangt die Flüssigkeit während der ganzen Dauer des Umlaufens in die Wanne 33.
Die Kälteflüssigkeit könnte im übrigen auch unmittelbar zur Exzenterrinne, also oline den Umweg über den Behälter 37, gelangen, indem man das Rohr 36 derart anordnet, dass es mittels eines Ballastgewichtes in der in Rotation befindlichen Flüssigkeit stillsteht.
Wie immer dies auch sei, wird die Schaufel 36, wenn die Masse. 3. ? zu viel Kühlflussigkeit durchtreten lässt, diese überschüssige Flüssigkeit zur Wanne 33 führen, deren Gewicht dadurch überwiegt und unter der Wirkung der Zentrifugalkraft die Masse 31 zwingt, den Zufluss von verflüssigtem Gas aus dem Kondensator zu verringern bzw. gänzlich abzusperren.
Wenn dagegen das verflüssigte Gas in zu geringer Menge einlangt, gleicht der Inhalt der Wanne nicht mehr die Wirkung der Masse. 34 aus und lässt diese überwiegend werden, so dass das Austrittsende des Rücklaufrohres für verflüssigtes Gas vollständig freigegeben wird.
In der Praxis stellt sich im übrigen selbsttätig ein solcher Zustand ein, dass der Querschnitt der Rückleitung für das verflüssigte Gas im Verhältnis zur Leistung der Maschine genau eingestellt und auf diese Weise der Kreislauf der Gase und der Flüssigkeiten geregelt wird.
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Wenn die Maschine angehalten wird, entleert sich die Wanne 33 durch die Öffnung 35 zur Gänze und wegen des im Kondensator herrschenden Überdruckes und des Aufhören der Zentrifugalkraftwirkung gleitet die Masse 31 ungehindert längs des Rohres 30 und gibt dessen Mündung frei. Es kann sich daher ein Gleichgewicht der Drücke zwischen Verdampfer und Kondensator selbsttätig herstellen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 läuft der selbsttätige Regler nicht mit der Hohlwelle um,
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an ihrem Boden ist unterhalb der Mündung eines Abflussrohres 39 am Ende eines Schwingarmes 32 ( (, angeordnet. Dieser Arm trägt am entgegengesetzten Ende eine Masse 31a mit einer Nadel, die die Aus- flussöffnung der verflüssigten Gase in den Verdampfer steuert.
Bei den bekannten Maschinen dieser Art erfährt das auf der Antriebswelle aufgehängte Gehäuse während der unregelmässigen Arbeit zur Kompression des Gases trotz seines als Ballast wirkenden Gegengewichtes und trotz der Zylinderanordnung ein der Leistung äusserst abträgliches Schwingen, das sich so weit steigern kann, bis das Gegengewicht beim Drehen der Maschine mitgenommen wird. Um dies zu verhindern und die Stabilität des Gegengewichtes, sowie die Unveränderlichkeit der verdichteten Gasmenge zu sichern, erhält das Gehäuse 7 ein durch seine Trägheit schwingungsdämpfend wirkendes Rad 44a zugeordnet, das lose entweder auf der Nabe 45a des Gehäuses oder auch lose auf die Antriebswelle selbst aufgesetzt wird.
In diesem Dämpfrad ist eine Nut 46 ausgespart, in die ein oder mehrere starre oder elastische Finger 47 mit oder ohne dämpfend wirkender Bremse eintreten, die am Gehäuse sitzen. Diese Finger sind derart angeordnet, dass zwischen Rad und Gehäuse im Sinne des Umlaufens der Maschine ein gewisser Spielraum besteht.
Im Verdampfer kann man nächst dem mit Gegengewicht versehenen Organ 37 gleichfalls ein schwingungsdämpfend wirkendes Rad 44b anordnen.
Sobald ein Schwingen des Gehäuses beginnt, stösst der von ihnen getragene Finger gegen das Ende der Nut und die Trägheit des Rades, die sich sofort einer Vergrösserung dieses Schwingens entgegensetzt, stellt bei der ersten Berührung und nach einer geringen Zahl kleiner werdender Schwingungen die
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dass in einem, den beweglichen Teil des Kompressors (10) unmittelbar betätigenden und den Gaseintritt steuernden Exzenter (13) der Hohlwelle (, 3) ein oder mehrere Kanäle (15) vorgesehen sind, durch die hindurch das vom Verdampfer kommende Gas zum Kompressor übertritt.