DE323950C - Hochdruckkaltluftmaschine - Google Patents

Description

• Hochdruckkaltluftmaschine. Bekannt sind- die sogenannten »offenen« Kaltluftmaschinen, die in früheren Zeiten zur Kühlung von Fleischräumen, hauptsächlich auf Schiffen, verwendet wurden. Hierbei wird die Raumluft unter atmosphärischem Druck von dem Verdichter der Maschine angesaugt und auf einen Druck von ungefähr 5 Atm. gebracht. Nachdem die Verdichtungswärme soweit wie möglich mittels Kühlwasser abgeleitet ist, wird die Luft in einem Entspannungszylinder unter Verrichtung mechanischer Arbeit auf atmospärischen Druck entspannt, wonach sie mit sehr tiefer Temperatur, in der Regel - 5o bis - 6o, in den Kühlraum zurückströmt.
• »Geschlossene« Kaltluftmaschinen, worin die als Kältemittel dienende Luft einen geschlossenen Kreislauf zwischen Verdichter, Kühlei, Entspannungszylinder und einem zweiten Rohrapparat, nämlich einem Luft- oder Flüssigkeitskühler, vollführt, sind zwar in Lehrbüchern der Thermodynamik erörtert, aber Ausführungen für den praktischen Betrieb sind nicht bekanntgeworden, weil ihnen, mehr noch als den offenen Kaltluftmaschinen, folgende Nachteile anhaften a) Infolge der geringen spezifischen Wärme und des geringen spezifischen Gewichtes der Luft bei den in Frage kommenden Drücken müssen für eine gegebene Kälteleistung sehr erhebliche Mengen Luft in Umlauf 'gebracht werden. Die dazu nötigen Maschinen weisen also schon für kleine Leistungen erhebliche Abmessungen auf.
• b) Infolge der geringen Übertragungsfähigkeit von Wärme a .n. Metallwände ergeben sich zu umfangreiche und teuere Apparate für die Aufnahme und Abgabe der Wärme.
• c) Infolge der tiefen Entspannungstemperatur, die weit unter der im Kühlraum benötigten liegt, gestaltet sich der Kreisprozeß naturgemäß sehr ungünstig.
• In der- Tat konnten diese Maschinen wegen ihrer Unwirtschaftlichkeit keine Verbreitung erlangen.
• Durch die im folgenden beschriebene Erfindung der Hochdruckkaltluftmaschine wird nun eine derartige Verbesserung der Wirtschaftlichkeit -und Ausführung erzielt, daB diese Maschine in vielen Fällen mit den sonst üblichen, mit CO, NI-1, oder anderen verflüssigten Gasen als Kältemittel arbeitenden neuzeitlichen Kältemaschinen erfolgreich in Wettbewerb treten kann. - Die Hochdruckkaltluftmaschine wird vorzugsweise dort zur Geltung kommen, wo sich bei den letztgenannten Maschinen durch Ausströmen von Gasen oder hinsichtlich der Beschaffungsdes Kältemittels Unzuträglichkeiten ergeben, z. B. bei bestimmten chemischen Verfahren,' in geschlossenen Räumen, in Bergwerken und auf Schiffen, insbesondere bei der Unterwasserfahrt.
• Nach der vorliegenden Erfindung besteht die Hochdruckkaltluftmaschine zwar in bekannter Weise aus Verdichter a, Entspannungszylinder b, Kühler c und einem®oder mehreren Kälteapparaten d, die als Luftkühler oder als Flüssigkeitskühler ausgebildet sind, doch findet die Entspannung nicht auf atmosphärischen Druck und die Verdichtung nicht auf ungefähr 5 Atm. statt, sondern der Kreislauf vollzieht sich mittels sehr stark verdichteter Luft zwischen ungefähr 250 und =5o Atm.
• In den Kühler c wird also Luft von ungefähr Zoo bis 25o Atm. gepreßt und im Apparat d wird die Luft nur so weit entspannt, z. B. auf =7o bis =5o Atm., daß ihre Temperatur nur wenige Grade, z. B. 5 bis io°, unter derjenigen liegt, die in der zu kühlenden Flüssigkeit oder Raumluft verlangt wird.
• Wesentlich ist hierfür der Wärmeaustauscher e, worin die zum Entspannungszylinder strömende Luft durch die aus dem Kühler d kommende Luft unter die Kühlwassertemperatur vorgekühlt wird. Hierdurch ergibt sich ein weitaus günstigerer thermischer Wirkungsgrad als bei der offenen Kaltluftmaschine. Da bei den hohen Drücken das spezifische Gewicht der Luft und auch ihre spezifische Wärme sehr viel ' größer als bei -niedrigen Drücken ist, sind für eine verlangte Kälteleistung geringere Gewichts- und insbesondere sehr viel geringere Raummengen Luft in Umlauf zu bringen, und der Wirkungsgrad wird weiter verbessert. Infolge des höheren Gewichtes und der größeren spezifischen Wärme der hochverdichteten Luft wird der Wärmeübergang an Metallwände fast. bis zu demjenigen einer Flüssigkeit gesteigert; es ergeben sich also sehr wirtschaftliche Abmessungen für die Apparate c, d und e.
• Die Ausführung solcher Maschinen ist erst durch die hochwertigen Baustoffe und die in der Verarbeitung hochverdichteter Gase gewonnenen Erfahrungen der letzten Jahre ermöglicht worden, und gemäß der vorliegenden Erfindung werden noch folgende Maßnahmen zur zweckentsprechenden und wirtschaftlichen Ausführung der Hochdruckkaltluftmaschine benutzt.
• Infolge der sehr hohen Kolbendrücke ist es nicht willkürlich, sondern unbedingt nötig, daß der einfach- oder doppeltwirkende Entspannungszylinder b mit dem ebenfalls einfach- oder doppeltwirkenden Verdichter a an einer Kolbenstange angreift, damit nur der Arbeitsunterschied beider Zylinder durch die Kurbelwelle geleitet wird. Zur Vermeidung von Temperaturverlusten werden im Entspannungszylinder b Eintritt und Austritt an verschiedenen Seiten getrennt angeordnet. Um an Steuerungsteilen zu sparen, ist die Einlaßsteuerung des Verdichters mit der Auslaßsteuerung des Entspannungszylinders vereinigt. Das Raumverhältnis der Zylinder a und b wird durch entsprechende Bemessung der Kolbenstange und der schädlichen Räume eingestellt; die weitere Regelung der Drücke und Temperaturen geschieht durch Veränderung der Füllung des Entspannungszylinders.
• Soll gleichzeitig Kälte bei verschiedenen Temperaturen erzeugt werden, so wird gemäß der Erfindung ein zweiter Verdichter f mit Entspannungszylinder g angewendet. Ein Teil der in b entspannten Luft erfährt in g unter Arbeitsleistung eine nochmalige Entspannung, und von dem der niedrigeren Temperatur entsprechenden niedrigeren Druck wird dieser Teil Luft mittels des zweiten Verdichters f dem Verdichter a zugeführt. Beispielsweise kann im Kühlapparat d Raumluft auf =o oder 2o° gekühlt werden, während gleichzeitig mittels Apparat h Salzlösung zur Eisbereitung oder Luft für einen Gefrierraum auf - =o° gekühlt wird. Die Zusatzzylinder f und g können nach Bedarf von derselben Kurbelwelle wie a und b betrieben oder unmittelbar an letztgenannte Zylinder angebaut werden.
• Der Antrieb der Steuerungsorgane beider Zylinder kann in zweckdienlicher Weise vereinigt und vereinfacht, und durch entsprechende Anordnung der Rohrleitungen kann die Möglichkeit geschaffen werden, daß im Bedarfsfalle beide Zylinder auf die gleiche Temperatur arbeiten, also die eine Maschine die andere unterstützt oder als Ersatz für sie dient. _ Gemäß der Erfindung ist ferner ein Behälter i mit hochgespannter Luft oder eine von der Maschine mitbetriebene mehrstufige Speisepumpe k mit Trockenzylinder l an der Stelle des niedrigsten -Druckes im Kreislauf angeschlossen, um die Maschine mit Luft zu füllen und auch die durch die Stopfbüchsen oder beim Ablassen von 01 aus den Abschei-, dern m, n, o -verlorene Luft zu ersetzen.

Claims (1)

1. PATENT-ANsPRÜcHE: i. Hochdruckkaltluftmaschine; bei welcher die Verdichtung und Entspannung der im Kreislauf geführten Luft in einer über dem Atmosphärendruck liegenden Drucklage erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in einer Drucklage über 5o Atmosphären verdichtet und entspannt wird, um die bei diesen Drücken auftretende unverhältnismäßig höhere spezifische Wärme der Luft zur Erhöhung der Kälteleistung und des Wirkungsgrades der Maschine zu benutzen. z. Hochdruckkaltluftmaschine nach Anspruch i für gleichzeitige Kälteleistung -bei verschiedenen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß für jede niedrigere Temperaturstufe ein zusätzlicher Entspannungszylinder mit Kälteapparaten und Verdichter hinter die Hauptmaschine geschaltet wird. 3. Hochdruckkältluftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verbindnng von Rohrleitungen die Zusatzmaschine im Bedarfsfalle die Wirkung der Hauptmaschine übernehmen kann und umgekehrt. q.. Ausführungsform der Hochdruckkaltluftmaschine nach Anspruch x bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Entspannungszylinder an eine gemeinsame Kolbenstange angebaute Verdichter ein selbsttätiges Auslaßventil, der Entspannungszylinder eine zwangläufige, auf verschiedene Füllung regelbare Einlaßsteuerung besitzt und dessen Auslaß mit dem Einlaß des Verdichters zu einer gemeinsamen Steuerung vereinigt ist.