Verfahren zumKÜlteerzeugung und dazu geeignete Hochdruckkaltluftmaschine. Bekannt sind die sogenannten ,,offenen" Kaltluftmascliinen, die in früheren Zeiten zur Kühlurig von Fleischräumen, haupt sächlich auf Schiffen, verwendet. wurden.
Hierbei wird die Raumluft unter atmosphä rischem Drucke von dein Verdichter der Ma schine angesaugt und auf einen Druck von ungefähr 5 Atm. gebracht. Nachdem die Verdichtungswärme so weit wie möglich mittelst Kühlwasser abgeleitet ist, wird die Luft in einem Entspannungszylinder unter Verrichtung mechanischer Arbeit auf at mosphärischen Druck entspannt, wonach sie finit sehr tiefer Temperatur, in der Regel 50 bis<B>60</B> , in den Kühlraum zurückströmt.
"Geschlossene" Kaltluftmaschinen, worin die als Kältemittel dienende Luft einen ge schlossenen Kreislauf zwischen Verdichter. Kühler, Entspannungszylinder und einem zweiten Rohrapparate, nämlich einem Luft- oder Flüssigkeitskühler, vollführt, sind zwar in Lehrbüchern der Thermodynamik erör tert, aber Ausführungen für den praktischen Betrieb sind nicht bekannt geworden, weil ihnen, mehr noch als den offenen KaltInft- niascfiinen,
folgende Nachteile anhaften: nj Infolge der geringen spezifischen Wärme und des geringen spezifischen Ge wichtes der Luft hei den in Frage kommen den Drücken müssen für eine gegebene Kälteleistung sehr erhebliche Mengen Luft in Umlauf gebracht werden. Die dazu nö tigen Maschinen weisen also schon für kleine Leistungen erhebliche Abmessungen auf.
G) Infolge der geringen CbertrF.gungs- fähigkeit von Wärme an Metallwände er geben sich zu umfangreiche und' teure Ap parate für clie A.ufnalime und _lbgabe- der Wärme.
Infolge der tiefen Entspannungstem- peratur, die weit unter der ini Kühlraume benötigten liegt, gestaltet sich der Kreispro zess naturgemäss sehr ungünstig.
In der Tat konnten,diese Maschinen wegen ihrer Unwirtschaftlichkeit keine Verbrei tung erlangen. Durch das im Folgenden beschriebene Verfahren zur Kälteerzeugung und eine da zu -seignete Hochdruck-Kaltluftmaschine wird nun eine derartige Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. und Ausführung erzielt, dass diese Maschine in vielen Fällen.
m#'f den sonst üblichen, mit CO., NH" oder andern verflüssigten Gasen als Kältemittel arbeiten den neuzeitlichen Kältemaschinen erfolg reich in Wettbewerb treten kann.
Die Hoch- cIruel@-Kalt.luftmaschine wird vorzugsweise dort zur Geltung kommen, wo sich bei den letztgenannten Maschinen durch Ausströ- rlren@ von Gasen oder hinsichtlich der Be- sclraffung des Kältemittels Unzuträglichkei ten ergeben, zum Beispiel bei bestimmten chemischen Verfahren, in geschlossenen Räumen, in Ber,-werken und auf Schiffen, irisbe-#onder-e bei der Unterwasserfahrt.
N@cch dem vorliegenden Verfahren wird zwar eine Hochdruck-Kaltluftmaschine be- karznter Art, mit. Verdichter, Entspannungs zylinder, Kühler und mindestens einem Kälteapparate, der als Luftkühler oder als h'liissi#,keitskülcler ausgebildet sein kann, verwendet, doch findet die Entspannung nicht. auf atmosphärischen Druck und die Verdichtung nicht. auf ungefähr 5 Alm.
statt, sondern der Kreislauf vollzieht sich unter Anwendung- sehr stark verdichteter Luff. zwischen ungefähr 150 und 250 Atm, E:4 -wird also Luft von ungefähr 200 bis 250 Atrn. in den Kühler gepresst und im Kälteapparate zum Beispiel auf 1'i0 bis i.50 Alm. entspannt.
Es ist hierfür -vesent . ]ich, einen Wärmeaustauscher anzuwenden, worin die zum Entspannungszylinder strö mende Luft drirch die aus dem Kälteappa- raf.e kommende Luft unter die Kühlwasser temperatur abgekühlt wird. Bekanntlich kommt e:
bei Jeder Kältemaschine darauf an, die bei niedriger Temperatur aus der zu kühlenden Luft. oder Flüssigkeit aufge- nomrriene Wärme (geleistete Kälte) auf eine höhere Temperaturstufe zu heben, damit sie mittelst Kühlwassers abgeleitet werden kann. Im Kälteapparate kann die Kaltluft nur bis zu der für die zu kühlende Luft. oder Flüssigkeit festgelegten Temperatur Wärme aufnehmen.
Sie muss dann mittelst des Wärmeaustauschers auf eine höhere Temperatur gehoben werden, -damit nach der Verdichtung eine gleiche Wärmemenge abgeleitet werden kann, deren untere Tem- peraturgrenze durch die Temperatur des je weils verfügbaren Kühlwassers festgelegt ist. Gleichzeitig wird dann die Temperatur der verdichteten Luft vor der Entspannung um das entsprechende Temperaturgefälle abge senkt.
Das spezifische Gewicht der Luft und auch ihre spezifische Wärme sind bei den hohen Drücken sehr viel grösser als bei nie drigen Drücken, und man braucht. deshalb für eine verlangte Kälteleistung geringere Gewichts- und insbesondere sehr viel ge ringere Raummengen Luft. in Umlauf zu bringen. Dadurch wird der Wirkungsgrad gegenüber offenen Kaltluftmasehinen er heblich verbessert, und diese Wirkung wird auch noch durch den viel besseren Wärme übergang der hochverdichteten Luft an Me tallwänden gesteigert.
Durch das höhere Gre- wicht und die grössere spezifische Wärme der hochverdichteten Luft steigert sich näm lich der Wärmeübergang fast bis zu dem Mass einer Flüssigkeit., und man erhält des halb sehr wirtschaftliche Abmessungen für den Kühler, die Kälteapparate und den Wärmea.ustauscher.
Die Ausführung derartiger Maschinen ist erst in der letzten Zeit möglich geworden. nachdem man genügende Erfahrungen in der Verarbeitung hochverdichteter Gase ge wonnen hatte und auch die erforderlichen troc.hwertigen Baustoffe zur Verfügung ge stellt werden konnten.
Auf beiliegender Zeichnung ist der Er findungsgegenstand in einer beispielsweisen Ausführung dargestellt.
a bezeichnet den Verdichter, h den Entspannungszylinder, den Kühler, und d. den Kälteapparat; e ist. der Wä.rmea.usta.uscher. Der Entspannungszylinder b greift mit dem Verdichter a an einer Kolbenstange an.
Dadurch wird nur der Arbeitsunterschied beider Zylinder durch die Kurbelwelle ge leitet, was infolge der sehr hohen Kolben drücke unbedingt nötig ist. Eintau! und Austritt im Entspannungszylinder b werden an verschiedenen Seiten getrennt angeord- net, uni Temperaturverluste zii vermeiden. Die Einlassst.euerung des Verdichters und die Auslasssteuerung des Ent.spannungs- zylin.ders sind miteinander vereinigt.
Der Verdichter a ist oben mit einem selbst tätigen, d. h. finit einem federbelasteten Aus lassventil versehen, während der Entspan nungszylinder b einen Einlassschieber be <B>sitzt,</B> der durch bekannte Einrichtungen auf verschiedene Füllungen eingestellt werden kann, ähnlich wie bei Dampfmaschinen mit Expansionsteuerung.
Wenn gleichzeitig Kälte bei verschie'le- nen Temperaturen erzeugt werden soll, so wird ein zweiter, eventuell dritter VFrdich- ler f mit Entspannungszylinder, g ange wandt. Ein Teil der in b entspannten Luft erfährt in g unter Arbeitsleistung eine noch malige Entspannung. und die3er Teil Luft wird mittelst des zweiten Verdichters f dem Verdichter a zugeführt.
Es kann beispiels weise im Kühlapparate d Raumluft auf 10 oder 201 gekühlt. werden, während gleich zeitig durch den Apparat h Salzlösung zur Eisbereitung oder Luft für einen Gefrier- raum auf -10 gekühlt wird. Die Zusatz zylinder f und können entweder von der selben Kurbelwelle wie Verdichter a und Spannungszylinder b betrieben oder unmit. telbar an den Zylinder b angebaut werden.
Der Antrieb der Steuerungsorgane beider Zylinder kann in zweckdienlicher Weise vereinfacht werden, und man erhält. durch entsprechende Anordnung der Rohrleitun gen die Möglichkeit, im Bedarfsfalle beid, Zylinder auf die gleiche Temperatur arbei ten zu lassen, so dass die eine Maschine die andere unterstützt oder als Ersatz für sie dient.
nz, <I>n</I> und o sind Abscheider für Öl und dergleichen; 1i ist eine mehrstufige Auffüll- pumpe, welche zweckmässig an das Trieb- werk der Raltluftmaschine angeschlossen und mit Wasserkühlung versehen ist.
Sie fördert durch einen Kühler Z in eine Rohr leitung, die einerseits in den Druckluft- behälter i, anderseits durch Absperrun;
- (1 in den Kreislauf vor dem Einlassschieher des Entspannungszylinders b mündet. Der Kühler I ist bei n oder sinngemäss hei o ein- ge4aut und mit einem Wasserablassventil versehen. 1) ist eine Wendeklappe. durch die der Kühler zum Zwecke des Abstauens ausgeschaltet. werden kann.
Die Zusatzluft wird somit. bevor sie in den Kreislauf ge langt, dem höchsten in der Maschine vor- keinmenden Druck und zu;leich der nie- < Irigst.en in der Maschine vorkommenden Temperatur ausgesetzt. und dadurch so weit entfeuchtet. dass Eis oder Tauwasser sich in keinem Teil der Maschine ausscheiden kann.
Diese weitgehende Entfeuchtung der Luft wird durch die Maschine selbst herbei- geführt.
Zur Entfernung des Eises aus dem Ab scheider 1 wird dieser mittelst des Vierwe!'- halines p aus dem Kaltluftstrom ausgeschal tet, Absperrung (1 und Luftbehälter i wer den geschlossen und der Abscheider 1 nun mehr mittelst. der von der Auffüllpumpe 7; eingepressten Luft ausgeblasen.
Im Behälter 7, der während des Betriebes niit der Auffüllpumpe verbunden ist, wird hochgespannte getrocknete Luft. zum jewei ligen Anlassen der Maschine aufgespeichert.
Die Leitung für die Fülluft ist, also so an die Maschine angeschlossen, dass diese dem höchsten vorkommenden Druck und der niedrigsten in der Maschine auftreten- den Temperatur auszesetzt ist, dadurch vor ihrem Eintritt. in die Maschine vollkommen entfeuchtet. wird und keine Störungen im Betriebe durch die Abscheidung von Schnee und Eis auftreten können.
Es stehe Kühlwasser von 20 " 7111' Vera fügung, womit die vom Verdichter a mit 250 Ahn. und etwa<B>50'</B> in den Kühler c ge- presst.e Luft auf ?5<B>1</B> gekühlt. wird.
Mit die- ser Temperatur gelangt sie in den Mantel raum des Wärmeaustauschers e und verlässt ihn oben mit 4- 0 infolge der durch die engen Rohre strömenden kalten Luft, wel che aus dein Kälteapparate d mit. ---5 kommt und sich in e auf ; 20 erwärmt, mit welcher Temperatur sie also vom Ver dichter a angesaugt wird.
Im Zylinder<I>b</I> wird die Luft von 250 Alm. und 0 auf 200 Atm. entspannt, wobei sie sich auf - 15" abkühlt. Mit dieser Temperatur gelangt sie in den Kälteapparat c1 und kühlt darin bei spielsweise Ratimlu ft von + 5 auf - 5 , in dem sie sich von -15 auf - 5 " erwärmt. (i. i. die Temperatur, mit Gier sie in den W ärmeaustauscher e eintritt.
Zii dieser Maschine kann die Zusatz maschine /, f/ und der hälteaj)parat h pa rallel geschaltet werden, und zwar mittelst der gestiichelten Leitungen. Soll dagegen in<I>h</I> Kälte bei tieferer Temperatur als in<I>d</I> vorhanden geleistet werden, so gelten die ausgezogenen Rohrleitungen.
Aus der Lei tung zwischen<I>b</I> und<I>d</I> gelangt ein Teil der Luft von 200 Alm. und --15 vor den Ein lassschieber des Entspannungszylinders g, worin sie beispielsweise auf<B>170</B> Alm, und <B>-25'</B> entspannt wird, um bei Erwärmung bis auf -- 201 im Kälteapparate h eine Salz lösung ständig von - 13 auf - 18 zu küh len. Der Verdichter f fördert die --20 Luft von 170 Alm. auf 200 Alm. in den Kreislauf der ersten Maschine zurück.
Process for generating cold and suitable high-pressure cold air machine. The so-called "open" cold air machines, which were used in earlier times to cool meat rooms, mainly on ships, are known.
Here the room air is sucked in under atmospheric pressure by your compressor of the machine and to a pressure of about 5 atm. brought. After the heat of compression has been dissipated as far as possible by means of cooling water, the air is relaxed in an expansion cylinder while performing mechanical work to atmospheric pressure, after which it finitely very low temperature, usually 50 to <B> 60 </B>, in flows back into the refrigerator.
"Closed" cold air machines, in which the air used as refrigerant forms a closed circuit between the compressor. Coolers, expansion cylinders and a second tube apparatus, namely an air or liquid cooler, are discussed in textbooks on thermodynamics, but explanations for practical operation are not known because they, even more than the open cold infiniascfiinen,
The following disadvantages are inherent: nj As a result of the low specific heat and the low specific weight of the air, the pressures in question have to circulate very considerable amounts of air for a given cooling capacity. The machines required for this have considerable dimensions even for small capacities.
G) As a result of the low capacity of heat to transfer to metal walls, there are too extensive and expensive devices for the application and transfer of heat.
As a result of the low relaxation temperature, which is far below that required in the refrigeration room, the cycle process is naturally very unfavorable.
In fact, these machines have not been able to gain popularity because of their inefficiency. The method described below for generating cold and a high-pressure cold-air machine that is suitable there now results in such an improvement in economic efficiency. and execution achieved that this machine in many cases.
If modern refrigeration machines work successfully with CO., NH "or other liquefied gases as refrigerants, they can compete successfully.
The high-pressure cold air machine will preferably come into its own where in the last-mentioned machines there are inconveniences due to the leakage of gases or with regard to the cooling of the refrigerant, for example in certain chemical processes in closed Rooms, in works and on ships, irisbe- # onder-e when underwater.
According to the present method, a high-pressure cold-air machine is a cankered type, with. Compressor, expansion cylinder, cooler and at least one refrigeration device, which can be designed as an air cooler or as a h'liissi #, keitskülcler, is used, but the expansion does not take place. on atmospheric pressure and compression not. on about 5 Alm.
instead, but the cycle takes place using very strongly condensed loof. between about 150 and 250 atm, E: 4 - becomes air of about 200 to 250 atm. Pressed into the cooler and relaxed in the refrigerator, for example on 1'i0 to i.50 Alm.
It is -vesent for this. ] I use a heat exchanger in which the air flowing to the expansion cylinder is cooled to below the cooling water temperature by the air coming from the cooling apparatus. As is well known, comes e:
With every refrigeration machine, it is important to remove the air to be cooled at a low temperature. or to raise the heat absorbed by the liquid (cold produced) to a higher temperature level so that it can be dissipated by means of cooling water. In the refrigeration apparatus, the cold air can only be as high as that for the air to be cooled. or liquid absorb heat at a specified temperature.
It must then be raised to a higher temperature by means of the heat exchanger, so that, after compression, the same amount of heat can be dissipated, the lower temperature limit of which is determined by the temperature of the cooling water available at any given time. At the same time, the temperature of the compressed air is then lowered by the corresponding temperature gradient before expansion.
The specific weight of the air and its specific heat are much greater at high pressures than at low pressures, and you need it. therefore, for a required cooling capacity, lower weight and, in particular, very much lower spatial amounts of air. to circulate. This significantly improves the efficiency compared to open cold air machines, and this effect is also increased by the much better heat transfer of the highly compressed air on metal walls.
Because of the greater weight and the greater specific heat of the highly compressed air, the heat transfer increases almost to the extent of a liquid, and you get very economical dimensions for the cooler, the refrigeration apparatus and the heat exchanger.
The execution of such machines has only recently become possible. after gaining sufficient experience in the processing of highly compressed gases and also being able to provide the necessary high-quality building materials.
The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment on the accompanying drawing.
a denotes the compressor, h the expansion cylinder, the cooler, and d. the refrigeration machine; e is. der Wä.rmea.usta.uscher. The expansion cylinder b engages with the compressor a on a piston rod.
As a result, only the difference in work between the two cylinders is passed through the crankshaft, which is essential due to the very high piston pressures. Dew! and the outlet in the expansion cylinder b are arranged separately on different sides in order to avoid temperature losses zii. The inlet control of the compressor and the outlet control of the expansion cylinder are combined.
The compressor a is up with a self-acting, d. H. finitely provided with a spring-loaded outlet valve, while the expansion cylinder b has an inlet slide which can be set to different fillings by known devices, similar to steam engines with expansion control.
If cold is to be generated at different temperatures at the same time, a second, possibly third VFrdichler f with expansion cylinder g is used. A part of the air relaxed in b experiences another relaxation in g under work performance. and this part of air is fed to the compressor a by means of the second compressor f.
For example, room air can be cooled to 10 or 201 in the cooling apparatus. while at the same time salt solution for ice making or air for a freezer compartment is cooled to -10 by the apparatus h. The additional cylinder f and can either be operated by the same crankshaft as compressor a and voltage cylinder b or unmit. directly attached to the cylinder b.
The drive of the control members of both cylinders can be simplified in an expedient manner, and one obtains. By arranging the pipes accordingly, it is possible, if necessary, to have both cylinders work at the same temperature so that one machine supports the other or serves as a replacement for them.
nz, <I> n </I> and o are separators for oil and the like; 1i is a multi-stage top-up pump, which is conveniently connected to the engine of the air engine and is provided with water cooling.
It promotes through a cooler Z in a pipe, which on the one hand in the compressed air tank i, on the other hand by shut-off;
- (1 opens into the circuit in front of the inlet valve of the expansion cylinder b. The cooler I is built in at n or, analogously, hot o and provided with a water drain valve. 1) is a reversible flap. by which the cooler is switched off for the purpose of thawing. can be.
The additional air is thus. before it enters the circuit, it is exposed to the highest pressure in the machine and to the lowest temperature in the machine. and thereby dehumidified so far. that ice or condensation water cannot precipitate in any part of the machine.
This extensive dehumidification of the air is brought about by the machine itself.
To remove the ice from the separator 1, it is switched off from the cold air flow by means of the four-way haline p, the shut-off (1 and air tank i are closed and the separator 1 is now more using the air injected by the filling pump 7;) blown out.
In the container 7, which is connected to the topping-up pump during operation, there is high-pressure, dried air. stored for each start-up of the machine.
The line for the filling air is connected to the machine in such a way that it is exposed to the highest occurring pressure and the lowest temperature occurring in the machine, thus before it enters. completely dehumidified in the machine. and no disruptions in operations due to the separation of snow and ice can occur.
Cooling water of 20 "7111 'is available, which means that the air from compressor a with 250 Ahn. And about <B> 50' </B> is pressed into cooler c. 5 <B> 1 </ B> is cooled.
At this temperature it gets into the jacket space of the heat exchanger e and leaves it at the top at 4–0 owing to the cold air flowing through the narrow pipes, which comes out of your refrigeration apparatus d. --- 5 comes up and turns into e; 20 heated, at what temperature it is sucked in by the Ver denser a.
In the cylinder <I> b </I> the air is from 250 Alm. And 0 to 200 Atm. relaxes, where it cools down to - 15 ". At this temperature it enters the refrigeration unit c1 and cools it down, for example, from +5 to -5, by warming up from -15 to -5". (i.i. the temperature with greed it enters the heat exchanger e.
The additional machine /, f / and the holding aj) parat h can be connected in parallel to this machine using the dashed lines. If, on the other hand, you want to work in <I> h </I> cold at a lower temperature than in <I> d </I>, the extended pipelines apply.
From the line between <I> b </I> and <I> d </I>, part of the air from 200 Alm. And -15 comes in front of the inlet slide of the expansion cylinder g, in which it is, for example, on <B> 170 </B> Alm, and <B> -25 '</B> is relaxed in order to constantly cool a salt solution from -13 to -18 when it is heated up to -201 in the refrigerator. The compressor f conveys the -20 air from 170 Alm. To 200 Alm. Back into the circuit of the first machine.