DE366456C - Verfahren zur Erzeugung von Kaelte - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Kaelte

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DE366456C
DE366456C DEB93322D DEB0093322D DE366456C DE 366456 C DE366456 C DE 366456C DE B93322 D DEB93322 D DE B93322D DE B0093322 D DEB0093322 D DE B0093322D DE 366456 C DE366456 C DE 366456C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

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Description

  • Verfahren zur Erzeugung von Kälte. Bei den bekanntenVerfahren zurErzeugung von Kälte ändert das- Kühlmittel infolge der Wärmeaufnahme aus dem Kälteträger seinen Aggregatzustand, es wird dampfförmig. Deshalb ist die auf die Verdampfung folgende Wiederverdichtung mit einem erheblichen Aufwand an äußerer Arbeit verbunden, die im Verhältnis zur Kälteleistung um .so größer ist, je geringer die VerUmpfertemperatur ist. Das Grundsätzliche dieses Verfahrens,, nämlich, d.aß die Verdampfungswärme des Kühlmittels das Äquivalent für die Kälteleistung ist, macht eine wesentliche Beschränkung der Verdichtungsarbeit und damit eine namhafte Verbesserung der Wirtschaftlichkeit unmöglich.
  • Das Bestreben, die Verdichtungsarbeit für das Kühlmittel erheblich einzuschränken, ist hiernach nur ausführbar, wenn; das Kühlmittel auch nach der Wärmeaufnahme flüssig bleibt. Es muß also vor der Wärmeaufnahme wesentlich unter seine Siedetemperatur abgekühlt werden. Da Flüssigkeiten im Vergleich zu Gasen oder Dämpfen nur in geringem Maße zu:sammendrüekbar sind, so ist auch der Arbeitsaufwand wesentlich geringer; die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird beträchtlich verbessert, die Möglichkeit seiner Anwendung erweitert. Wegen der ,größeren Dichtigkeit des flüssigen Kühlmittels gegenüber -dem dampfförmigen werden die Abmessungen .der Umlaufpumpe beträchtlich geringer als die des Kompressors, bezogen auf gleiche Kälteleistungen. Das. im folgenden beschriebene und begründete Verfahren verwendet als Kühlmittel solche Flüssigkeiten, deren spezifische Wärmen auf Linien gleicher Temperatur mit dem Druck ansteigen.
  • Als Beispiel kann Kohlendioxyd dienen. Nach Beobachtungen von L u s a n n a (Nuovo Cimento 1896, 3, S. 92) ändert diese Flüssigkeit z. B. auf der Isotherme i3,2° C ihre spezifische Wärme in Abhängigkeit vom Druck wie folgt:
    Weiter beobachtete Lus.anna, daß c" auf den Linien gleichen Druckes mit fallender Temperatur ansteigt.
  • Diese Beobachtungen beweisen, daß auch die Molekularenergie des flüssigen Kohlendioxyds, wie dieses u. a. von T h o m -s o n und J o u 1 e bei gasförmigetn beobachtet worden ist, sich mit dem äußeren Druck ändert. Diese Änderung äußert sich durch ein Ansteigen der Temperatur bei Druckerhöhungen, durch ein Abfallen derselben bei Drucksenkungen.
  • Durch Versuche konnte in erster Annäherung festgestellt werden, .daß eine Druckänderung von eine Temperatur änderung von rund i ° C ergibt. Auf diese Tatsache gründet sich das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren..
  • In der inneren Schlange eines. Gegenstromkühlers, die mit einem: Vorkühler verbunden ist, befindet sich. Kohlendioxyd von hohem Druck, z. B. Zoo Atm., in der äußeren Rohrschlange strömt Kohlendioxyd von wesentlich geringerem Druck, z. B. 5o Atm., der aber höher als der Siededruck sein muß. Die Gleichhaltung der Drücke kann durch Druckregler bekannter Art erfolgen.
  • Der Hochdruckraum des Gegenstromkühlers mit dem Vorkühler und der Niederdruckraum des Gegenstromkühlers werden wechselweise mit dem Kalben einer Umlaufpumpe verbunden, und zwar so, daß bei jeder Kolbenbewegung eine dem Kolbenvolumen entsprechende Flüssigkeitsmenge aus dem Hochdruck- in den Niederdruckraum oder umgekehrt geschoben wird.
  • Für die umschichtige Verbindung beider Kolbenseiten mit den beiden Räumen des Kühlers sorgen geeignete Steuerorgane, etwa gesteuerte o-ler selbsttätig wirkende Ventile.
  • Wenn die im Zylinder befindliche Niederdruckflüssigkeit durch die Steuerorgane mit dem Hochdruckraum des Kühlers verbunden wird, erfährt sie infolge der Druckerhöhung eine Temperatursteigerung, die ihr aber, während sie den V orkühler durchströmt, wieder entzogen wird. Wird darauf bei der entgegengesetzten die Hoch-, druckflüssigkeit mit dem druckraum verbunden, so erfährt die vorher schon im Vorkühler gekühlte Flüssigkeit eine der Drucksenkung entsprechende weitere Temperaturverminderung. Die kältere entspannte Flüssigkeit tritt im Gegenstromkühler in Wärmeaustausch mit der wärmeren hochgespannten, wobei diese entsprechend gekühlt, jene dagegen erwärmt wird, sie den da Zylinder der Umlaufpumpe mit einer Temperatur erreicht, die fast derjenigen gleich ist, mit der .die hochgespannte Flüssigkeit in den Hochdruckraum des Gegenstromkühlers eintritt.
  • Bei Fortdauer des vorbes.chriebenen Kreislaufes wird der kreisenden Flüssigkeit im Torkühler dauernd Wärme entzogen. Die Temperaturen der den Hochdruckraum verlassenden und in den Zylinder der Umlaufpumpe eintretenden und der .den Zylinder verlassenden, in den Niederdruckraum des Kühlers eintretenden Flüssigkeit immer geringer.
  • Wenn diese Temperaturen, nachdem sie einen bestimmten, vom jeweiligen Zweckhängigen Wert erreicht haben, weiterhin gleichbleibend verlaufen sollen, kann die entspannte, den Zylinder der Umlaufpumpe verlassende Flüssigkeit, ehe in den Niederdruckraum des Gegenstromkühlers tritt, so viel Wärme aufnehmen, als der hachgespannten Flüssig eit im orlcühler entzogen ist. Es kann beispielsweise die mit Hilfe des vorstehend gekennzeichneten Verfahrens gekühlte Flüssigkeit als Kühlmittel für die einer Kälteanlage, oder als Kühlmittel für den Kondensator einer mit Kaltdämpfen, z. B. Kohlendioxyd, arbeitenden Kraftmaschine dienen.
  • In .der Zeichnung ist eine zur Ausführung des vorstehend gekennzeichneten Verfahrens dienende Anlage beispielsweise dargestellt.
  • Oben auf dem. Gestell eines Motors a ist ein Zylinder b gelagert, in welchem ein Kolben c arbeitet. Die Räume d und k oberhalb und unterhalb .des Kolbens c werden beim Kolbenaufgang durch geeignete Steuerorgane, z. B. Rückschlagventil für die obere und ein gesteuertes Organ L für die untere Kolbenseite mit den. Bahren e und ve verbunden. Beim Abwärtsgan:g wird die Verbindung der Räume d und k mit den Rohren und m hergestellt, wobei für den Raum d wieder ein Rückschl.agventil, für den Raum k aber das gesteuerte Organ l als Steuerorgan dienen kann.
  • Die Bahre e und n stehen durch die Rohrschlange f des Vorkühlers g und die inneren Rohre h des Gegenstromkühlers i miteinander in Verbindung, wohingegen die Rohre und' m durch. den äußeren Ringraum. des Gegenstromkühlers verbunden sind. Die Rohre f und h sind mit hochgespanntem, flüssigem Kohlendioxyd, der Ringraum des Gegenstromkühlers i mit niedriggespanntem, ebenfalls flüssigem Kohlendioxyd gefüllt.
  • An das Gehäuse des Steuerorgans. L schließen die Rohre m und n an, von denen das erstere an ein zwei Umschaltorgane umschließendes Gehäuse o, das Rohr n hingegen unten an die Rohrschlange lt des Kühlers i anschließt.
  • Durch. das Steuerorgan l und die in. die Rohre e und, p eingesetzten Rückschlagventile werden die Räume d und k des Zylinders b gleichzeitig und abwechselnd einmal mit der hochgespannten und darauf mit der niedrig gespannten Kühlflüssigkeit verbunden, und zwar so, daß beim Kolbenaufgang die hochgespannte Flüssigkeit über und unter den Kolben, beim Kolbenniedergang die niedriggespannte Flüssigkeit über und unter den Kolben gelangt. Beim Kolbenaufgang wird die hochgespannte, beim Niedergang desselben die niedriggespannte Kühlflüssigkeit verschoben.
  • Die Arbeitsweise nach dem Verfahren ist folgende: iWenn .der Kolben c seinen Aufwärtshub beginnt, wird die in den Räumen d und k befindliche niedriggespannte Kühlflüssigkeit durch die Steuerorgane mit dem Hochdruckraum verbunden. - Die in d befindliche Flüssigkeit erfährt durch die Druckerhöhung eine Temperatursteigerung. Der Kolben schiebt diese Flüssigkeit aus dem Zylinder in den Vorkühler, wo sie, bei gleichbleibendem. Druck, eine Abkühlung durch Kühlwasser oder ein sonstwie geeignetes Kühlmittel erfährt. Die vom Kolben c verschobene Flüssigkeitsmenge bewegt sich durch die Rohre la des Gegenstromkühlers i, ferner durch Rohr n und Steuerorgan l und füllt den Raum k unter dem Kolben.
  • Diese hochgespannte Flüssigkeit wird, wenn der Kolben seinen Abwärtshub beginnt, durch Umsteuerung des. Organs l mit -dem Niederdruckraum .des, Kühlers i iri Verbindung gesetzt; sie erfährt infolge der Drucksenkung auch eine Temperatursenkung. Die von dem Kolben c verschobene - gekühlte -Flüssigkeit bewegt sich. durch die Rohre m und s, ferner durch den Ringraum des Gegenstromkühlers, wo sie mit der in h fließenden hochgespannten und wärmeren Kühlflüssigkeit in Wärmeaustausch tritt und schließlich durch Rohr p und das in diesem eingebaute Rückschlaggventil in den Raum d gelangt, diesen ausfüllend.
  • Durch den Wärmeaustausch im Gegenstromkühler i wird die Niederdruckflüssig keit Abis fast auf die Temperatur erwärmt, mit der die .hochgespannte wärmere Flüssigkeit in die Rohrschlange h eintritt, während diese eine entsprechende Abkühlung erfährt.
  • Bei fortgesetzter Kolbenbewegung wird die durch das Rohr s in den Ringraum des Kühlers eintretende Kühlflüssigkeit immer kälter, weil im. Vorkühler g dauernd- Wärme abgeführt wird.
  • Hat die Abkühlung das. erforderliche Maß erreicht, so werden die Umschaltorgane im Gehäuse o @so umgestellt, daß die kalte, durch Rohr m strömende Flüssigkeit in den Wärmeaustauscher r gelangt, der, in einem Behälter r' liegend, vom Kälteträger umströmt wird. Hierbei nimmt die Kühlflüssigkeit so viel Wärme aus dem Kälteträger auf, als im Vorkühler g dauernd abgeführt wird. Die entsprechend erwärmte Kühlflüssigkeit gelangt wie bisher durch s in den Ringraum des Gegenstromkühlers. " Infolge der Wärmeaufnahme sinkt ihre Temperatur aber nicht mehr, sondern; verläuft fernerhin stationär.
  • Liegt die Temperatur, auf die der Kälteträger in r gekühlt werden soll, nur wenig unter der Kühlwassertemperatur des Vorkühlers, g, so ist die schrittweise Abkühlung im Gegenstromkühler i entbehrlich. Dann werden die Rohre f und n und r und. p unmittelbar miteinander verbunden, so daß i ausgeschaltet ist.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren: zur Erzeugung von Kälte, dadurch gekennzeichnet, daß ein, dauernd flüssiges Kühlmittel in einem geschlossenen Kreisprozeß zunächst eine Druck-und damit eine Temperaturerhöhung erfährt, welch letztere ihm: in einem Kühler wieder entzogen wird, und darauf durch Entspannung noch eine weitere Temperaturabnahme erleidet, die durch Wärmeaufnahme von außen wieder ausgeglichen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel, ehe die Wärmeaufnahme von außen beginnt, in einem Kühler schrittweise bis auf eine gewünschte Temperatur heruntergekühlt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch r und 2, ,dadurch gekennzeichnet, daß die hochgespannte Flüssigkeit zur Leistung der Pumparbeit mit herangezogen wird.
DEB93322D 1920-03-25 1920-03-25 Verfahren zur Erzeugung von Kaelte Expired DE366456C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1264197B (de) * 1964-04-16 1968-03-21 Beteiligungs & Patentverw Gmbh Als Verdraengermaschine ausgebildete Umwaelzeinrichtung fuer hydrostatische Getriebe
EP1389720A1 (de) * 2002-08-12 2004-02-18 Praxair Technology, Inc. Überkritische Kühlanlage

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1264197B (de) * 1964-04-16 1968-03-21 Beteiligungs & Patentverw Gmbh Als Verdraengermaschine ausgebildete Umwaelzeinrichtung fuer hydrostatische Getriebe
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