DE16806C - Vacuumkühlmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Allgemeines.

Die Maschine hat die Abkühlung von flüssigen Stoffen zum Zweck. Sie beruht auf Verdampfung und Verdunstung im luftleeren Raum, ohne dafs dämpfeabsorbirende Materialien zu Hülfe genommen werden. Eigenthümliche Gesammt- und Detailanordnungen geben der Maschine eine compendiöse Form und lassen das gewünschte Resultat mit nur geringem Kraftaufwande, eventuell selbst mit Kraftabgabe erreichen.

Die Maschine findet in erster Linie Verwendung zur continuirlichen Herstellung von kaltem Wasser, nahe dem Gefrierpunkte, um damit in Röhrenkühlern oder anderen Kühlapparaten gewisse flüssige Stoffe, z. B. Bierwürze, Milch, Maische etc. indirect abzukühlen. In solchem Falle pumpt eine verhältnifsmäfsig nur kleine Maschine während längerer Zeit das zu einem Kühlprocefs nothwendige Kaltwasser vorräthig in ein Reservoir.

Man kann jedoch die abzukühlenden Flüssigkeiten direct in die Trommel der Maschine einfüllen, sofern sie sich hierzu eignen, und zwar läfst man sie, wie das Kaltwasser, mit passender Geschwindigkeit durch die Maschine strömen oder man füllt sie auf einmal ein. In letzterem Falle erleidet die Maschine gegen die Zeichnung einige kleine Abänderungen, die weiter unten näher beschrieben werden. Die nachfolgende Beschreibung betrifft zunächst eine solche Maschine, die dazu bestimmt ist, Wasser von seiner natürlichen Temperatur (8 bis 25⁰ C. im Sommer) bis zu etwa 2⁰ herab zu erkälten. Erklärung der Figuren auf der Zeichnung.

A Längsschnitt durch die Cylinder, Kolben mit den Druckventilen, Saugeventile, Einspritzpumpen und -Düsen, durch die Wassertrommel, Schwungradwelle und Rührwerk.

B Querschnitt durch einen der Cylinder und durch die Trommel.

C Längsansicht, von der Seite der Ventilsteuerung aus gesehen. Rechts Ansicht der Eingangskapselpumpe.

D Querschnitt zwischen den zwei Cylindern durch den Ueberfallkasten, die Lager der Balancierachse, durch ein Saugeventil der Einspritzung, durch die Achse der Ventilsteuerung und vordere Ansicht der Trommel mit der Schwungradwelle.

E links. Ansicht von oben, die eine Hälfte des Balanciers und die Druckventile im Kolben zeigend, sowie Grundschnitt durch die Lager der Balancierachse und durch das Gleitstück eines Einspritzkolbens. Die Schwungradwelle mit Schwungrad und Kurbelzapfen, sowie Antrieb des Rührwerks, . Herzscheibe und Riemscheibe für die Kapselpumpen.

E rechts. Grundschnitt durch einen Cylinder, theils durch den Ueberfallkasten, theils durch ein Ausgleichsventil. Ansicht der beiden Kapselpumpen nebst ihren Antrieben und Rohrleitungen.

F links. Grundschnitt durch den Untersatz der Cylinder unterhalb der Saugeventile.

F rechts. Grundschnitt durch den Einspritzringkasten, die Düsen und durch ein Saugeventilchen der Einspritzung.

Beschreibung der Maschine.

In einer liegenden Trommel mufs sich das Wasser in der Richtung der Pfeile, über und unter den Scheidewänden hinweg, dem Ausgange zu bewegen; es wird von der einen der beiden Kapselpumpen in gemessener Menge fortlaufend einbefördert und von der zweiten gleich grofsen Kapselpumpe wieder aufgenommen und durch ein Steigrohr in ein hochstehendes Reservoir zu weiterem Gebrauche gedrückt. Weil in der Trommel im Beharrungszustande Luftleere herrscht, so gebraucht die Eingangskapselpumpe keine Kraft zum Betriebe, giebt vielmehr solche und ist im Stande, ihre Schwesterpumpe zu betreiben, die mit ihr eine gemeinschaftliche Achse hat. Nichtsdestoweniger ist zur Sicherung der Fördermengen und zur Ueberwindung von Reibung.und Förderhöhe die gemeinschaftliche Achse durch Riemen mit der Hauptwelle in Verbindung gebracht (C E).

Die Trommel ist nach Mafsgabe der Scheidewände etwa zur Hälfte gefüllt. Das Wasser giebt bei seiner langsam erfolgenden Bewegung nach und nach Wärme an den Dampf ab, der sich in der Luftleere theils im Innern des Wassers, theils als Dunst an der Oberfläche desselben bildet. Durch Schaufeln wird das Wasser beständig umgerührt und dadurch seine Temperatur gleichmäfsig vertheilt, so dafs an keiner Stelle ein Gefrieren eintreten kann; ferner befördern die Schaufeln die Verdunstung, indem ihre rauhen Wände beim Austreten aus dem Wasser benetzt sind und so die Oberfläche vermehren (A B).

Zum Schütze gegen äufsere Wärme ist die Trommel gut eingehüllt.

Die Achse des Rührwerks reicht durch eine Stopfbüchse nach aufsen und wird mittelst konischer Räder von der Schwungradwelle angetrieben, die in gleicher Höhe mit ihr quer -vor der Trommel gelagert ist.

Die genannte Welle trägt an ihrem einen Ende das Schwungrad mit Kurbelzapfen, das zugleich als Hauptantriebsriemscheibe dient, am anderen Ende die Herzscheibensteuerung für die Saugeventile und die Riemscheibe für die Kapselpumpen (C E).

Unmittelbar auf der Trommel ist ein Pumpwerk für Luft und Dampf angebracht; dasselbe besteht aus zwei einfach wirkenden, oben offenen Cylindern, deren Kolben an den Enden eines Balanciers hängen. Dieser findet seine solide Lagerung auf den Seitenwänden eines Ueberfallkastens, welcher die beiden Cylinder oberhalb verbindet (A D E). Aufserhalb dieses Kastens sitzt auf der Balancierachse ein gekröpfter Hebel, der 'mit dem Kurbelzapfen durch eine Pleuelstange verbunden ist.

In jedem Kolben befinden sich eine gröfsere Anzahl kleiner und leichter Druckventil, die selbstthätig sind und unter sich nur einen geringen schädlichen Raum belassen. Die Kolben selbst können durch ihre stellbaren Lenkstangen möglichst nahe auf die Böden der Cylinder herabgelassen werden, wodurch der schädliche Raum auf ein Minimum reducirt wird. Ueberdies füllt sich derselbe durch das Einspritzwasser an, das ferner die Kolbendichtung und die Druckventile beständig bedeckt (A).

Im Mittelpunkt des Bodens eines jeden Cylinders ist ein grofses Saugeventil angebrächt, das der Luft und den Dämpfen .einen möglichst freien Eintritt gewährt. Damit hierzu unterhalb der Saugeventile keine Spannung zu herrschen braucht, so werden dieselben künstlich gesteuert, und zwar derart, dafs sie mit sinus versus Geschwindigkeit auf- und niedergehen und auf ihrem höchsten Stand einige Zeit ruhen bleiben.

Zu diesem Zwecke ist innerhalb des Untersatzes, welcher die Cylinder trägt, ein doppelarmiger Hebel gelagert. Dieser Hebel berührt in seiner mittleren waagrechten Lage, die mit den todten Punkten der Kolben correspondirt, gerade die Stifte beider geschlossenen Ventile; er hebt jeweils ein' Ventil hoch und läfst es nieder, währenddem das andere geschlossen in Ruhe bleibt. Damit die Ventile, namentlich beim schnellen Gange, dem Hebel sicher folgen, werden sie durch Spiralfedern auf ihre Sitze niedergezogen. Die flachen Fortsetzungen der Stifte sind durch die gegabelten Enden des Hebels am Drehen gehindert, was für die bleibende Dichtheit der Ventile von Werth ist.

Die Achse des Hebels tritt durch eine Stopfbüchse aus dem Untersatze heraus und hat daselbst einen gekröpften, einfachen Hebel, der seine Bewegung von der Herzscheibe auf der Schwungradwelle empfängt (CD). Ein jeder Hub des Hebels ist aus zwei hinter einander folgenden sinus versus Bewegungen von je einem halben Hub Länge zusammengesetzt. Hierdurch wird ein sanfter Angriff des Doppelhebels in seiner mittleren Stellung an den Ventilstiften erzielt, ebenso ein sanftes Hoch- und Niedergehen der Ventile selbst. Die Herzscheibe nimmt hierbei die in Fig. C angedeutete einfache Form an.

Die Sitze der Saugeventile sind etwas über die Böden der Cylinder erhöht, damit das Einspritzwasser nicht in die Trommel einlaufen kann. Wenn trotzdem eine geringe Menge durchkommt, so ist dies von keinem Belang auf die Wirkung.

Beim Herabgang der Kolben wird in die Cylinder Kühlwasser gewöhnlicher Temperatur eingespritzt. Es sind die Saugeventile von zwei hohlen Ringräumen umgeben, die sich nach dem Maschinenmittel verlängern, dort an einander stofsen, aber durch eine Querwand von einander getrennt sind (A F). Diese Räume

bilden gleichsam die Ventilkasten für die beiden kleineren Plungerpumpen, die, gegen einander gewendet, an die Cylinderwände angegossen sind (A). Ihre beiden Plunger erhalten ihre Bewegung in gleichem Sinne, wie die Hauptkolben von näher an der Achse liegenden Zapfen des Hauptbalanciers. Drehbare Gleitstücke auf den Zapfen finden ihr Spiel in den auf den Plungem angebrachten Gehäusen.

Seitlich an den Ringräumen (bei ihrem Zusammenstofse) sind zwei Saugeventilchen angesetzt (D F), durch welche beim Hochgange der Plunger Wasser in die Ringräume eingesaugt wird, welches beim Niedergange durch je drei gleichmäfsig vertheilte Einspritzdüsen in die Cylinder eingeprefst wird (A F).

Diese Düsen sind ganz dieselben, wie sie auch bei der Kaltluftmaschine P. R. No. 12604 zu gleichem Zwecke angewendet sind; es wird daher auf jene Patentschrift verwiesen und hier nur erwähnt, dafs sich diese Düsen unter dem Wasserdruck selbstthätig öffnen und schliefsen, und das Wasser in feinster Vertheilung eintreten lassen.

Das Einspritzwasser sammelt sich am Boden der Cylinder, tritt durch die Druckventile über die Hauptkolben, wo es zur Dichtung dient, und wird schliefslich in den gemeinschaftlichen Ueberfallkasten geworfen, aus dem es durch ein Rohr ins Freie abfiiefst (A D).

Auf der Zeichnung sind noch zwei von Hand stellbare Ventilchen zu ersehen, die seitlich an den beiden Cylindern nahe dem Boden sitzen und durch ein gemeinschaftliches Rohr verbunden sind; sind diese Ventile geöffnet, so ist dadurch zwischen beiden Cylinderräumen eine Verbindung hergestellt, die aber aufgehoben wird, wenn der eine oder der andere Kolben eine der Ventilöffnungen bedeckt. Dies ist nur eine Hülfsvorrichtung, die im Beharrungsznstande der Maschine aufser Thätigkeit bleibt.

Wirkungsweise.

Vergegenwärtigt man sich den Gang der Maschine im Beharrungszustande, dann hat sie mit der äufseren atmosphärischen Luft eigentlich nichts mehr zu thun, sobald einmal die Luftleere in der Trommel hergestellt ist, es sei denn, dafs, durch Undichtigkeiten und im Wasser absorbirt, Luft eindringt. Undichtigkeiten können aber vermieden werden; was absorbirt eindringt, ist unbestimmbar. Sieht man daher von beiden ab, so hat man nur die sich entwickelnden Wasserdämpfe zu berücksichtigen. Im freien Raum der Trommel wird die mittlere Temperatur des durchlaufenden Wassers herrschen. Von dieser Temperatur hängt die Spannung und die Dichte des gebildeten Dampfes ab. Die Calorien, welche er bindet, entzieht er dem Wasser. Die Capacität des Pumpwerkes be-. stimmt die in der Zeiteinheit sich bildende Dampfmenge und damit die Anzahl der Calorien, welche in dieser Zeit dem Wasser entzogen werden. Die Fördermengen der Kapselpumpen müssen im richtigen Verhältnifs zu diesen pro Zeiteinheit entzogenen Calorien stehen, wenn eine bestimmte Temperaturerniedrigung des durchlaufenden Wassers erzielt werden soll.

Aufwärts werden die Kolben durch die Dampfspannung in der Trommel getrieben, wobei der auf beiden Kolben lastende Atmosphärendruck nicht zu berücksichtigen ist, weil er sich gegenseitig aufhebt. Abwärts hängt die Dampfspannung von der Menge und der Temperatur des Einspritzwassers ab; sie kann kleiner oder gröfser sein wie die Aufwärtsspannung, je nachdem die Temperatur des abzukühlenden Wassers oder eines anderen Stoffes niedriger oder höher ist wie die des Einspritzwassers, so dafs unter Umständen die Maschine keine Betriebskraft gebraucht, sondern solche hergiebt.

Die Wirkung der Maschine wird wesentlich von guten Dichtungen und von der Vermeidung schädlicher Räume abhängen, namentlich bei niedrigen Temperaturen; deshalb ist die beschriebene Anordnung des Pumpwerks gewählt, welche die Abdichtung von Kolben und Ventilen durch Wasser und die Reducirung des schädlichen Raumes auf ein Minimum ermöglicht.

Die erstmalige Herstellung der Luftleere verursacht für die ersten Umdrehungen der Maschine einen so bedeutenden Widerstand, dafs die in Aussicht genommene, verhältnifsmäfsig geringe Betriebskraft denselben nicht zu bewältigen im Stande ist. Es mufs deshalb dieser Procefs auf eine längere Zeit ausgedehnt werden, um den Widerstand pro Zeiteinheit zu vermindern. Dies kann auf zweierlei Weise geschehen. Entweder man füllt die Maschine zu Beginn bis unter die Kolben mit Wasser an, setzt sie in Thätigkeit und läfst die Eingangskapselpumpe durch Abschlufs ihres Saugerohres so lange aufser Wirkung, bis das Wasser in der Trommel seine normale Höhe angenommen hat. In diesem Falle verrichtet eigentlich die zweite Kapselpumpe die Herstellung der Luftleere, und es wird die Zeit dazu von der Capacität dieser Pumpe abhängen. Oder man setzt beide Cylinder mit einander in Verbindung, indem man die seitlich angebrachten Ventilchen öffnet. Dann befördern die Kolben jeweils nur diejenige geringe Menge Luft ins Freie, welche nach Bedeckung der Ventilöffnung nicht mehr zurückweichen kann, sondern durch die Druckventile der Kolben austreten mufs. Ein mehr oder weniger weites Oeffnen der von Hand stellbaren Ventilchen Wird auf die Länge der Zeit aufserdem· Einwirkung haben.

Von der zweiten Weise wird man dann Gebrauch machen müssen, wenn die abzukühlende Flüssigkeit sich zur Anfüllung nicht eignet.

Abänderungen.

Sollen Flüssigkeiten, anstatt indirect durch kaltes Wasser, in der Maschine direct erkältet werden, so mufs eventuell die Trommel eine andere Form annehmen, z. B. als aufrechter Cylinder etc.; die Scheidewände und das Rührwerk können in Wegfall kommen, und die Trommel kann mit der ganzen abzukühlenden Flüssigkeit auf einmal oder in mehreren Partien beschickt werden, wobei dann die Erkältung ebenfalls durch Wasserverdampfung stattfindet.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:
   Eine Maschine zum Abkühlen von flüssigen Stoffen, beruhend auf Verdampfung im luftleeren Raum, ohne Zuhülfenahme von dampfabsorbirenden Materialien; im wesentlichen bestehend aus einem luftdicht verschlossenen Gefafse mit oder ohne Rührwerk, mit oder ohne Scheidewände, das entweder continuirlich von der abzukühlenden Flüssigkeit durchströmt oder welches auf einmal damit beschickt wird; darauf unmittelbar aufsitzend ein Pumpwerk zum Wegschaffen der Dämpfe, bestehend aus zwei einfach wirkenden, aufrechten, oben offenen Cylindern, deren Kolben und Druckventile beständig von Wasser bedeckt sind, deren Saugeventile gesteuert werden, deren schädliche Räume auf ein Minimum reducirt sind und in welche beim Abwärtsgang der Kolben direct eingespritzt wird.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen.