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Kältemaschine mit elektrischem Antrieb. Es ist bekannt, daß die Abdichtung
vcn Wellen oder Kolbenstangen von Kältemaschinen, Vakuumpumpen u. dgl. große Schwierigkeiten
bereitet, sobald beispielsweise die Kältemaschinen von ungeschultem Personal zu
bedienen sind. Es sind bereits mehrere Vorschläge gemacht worden, die die Abdichtung
umgehen, indem entweder der Kompressor in einem umlaufenden Gehäuse eingeschlossen
ist oder der ungewickelte Anker des Antriebsmotors in einem dicht geschlossenen
Gehäuse läuft. Der erste Vorschlag führt zu einer verwickelten Ausführung, während
der zweite Vorschlag den Wirkungsgrad des Elektromotors verschlechtert.
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Schließlich hat man auch Gasverdichter für Kältemaschinen vorgeschlagen,
bei denen das Feldmagnetsystem des Motors ein geschlossenes Gehäuse bildet, das
mit dem Verdampfer unmittelbar in offener Verbindung steht. Bei dieser Anordnung
ist das Gehäuse mit Kältegasen gefüllt; letztere können beim Wechseln des Druckes
Kurzschluß erzeugen.
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Eine Kältemaschine, bei der die erwähnten Nachteile beseitigt sind
und eine völlige Abschließung der Kältegase erreicht wird, ist nachstehend beschrieben.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, den ganzen Elektromotor, der die Kältemaschine
antreibt, in ein dicht schließendes Gehäuse einzubauen und den Raum, in dem der
Motor sich befindet, mit einem neutralen Gase, beispielsweise trockener Luft, zu
füllen. Da die Kältegase je nach der Temperatur ihren Druck ändern, so muB der den
Motor enthaltende Raum einen sogenannten Ausgleichraum besitzen, der der eingeschlossenen
Luft erlaubt, sich entsprechend dem Druckwechsel auszudehnen oder sich zusammenzuziehen.
Die gegebenenfalls in die eingeschlossene Luft eindringenden Kältegase können somit
nur einen Teildruck der Mischung annehmen, ähnlich wie der Wasserdampf in der atmosphärischen
Luft. Dieser Teildruck entspricht der Temperatur der Umgebung, oder der Temperatur
des Kühlwassers. Da diese Temperatur aber ebenso den Gasdruck des Kälteträgers bestimmt,
so müßte der Teildruck der Kältegase, die in das Luftkissen eindringen, gleich dem
Gasdrucke der Kältegase werden, wenn der Teildruck die Sättigungsgrenze erreichen
soll. Dies ist jedoch nicht möglich, da die eingedrungenen Kältegase nur einen Teil
des Gesamtvolumens einnehmen können; die Kältegase befinden sich deshalb in der
Mischung stets in überhitztem, d. h. also gasförmigem Zustande. In dieser Eigenschaft
sind die Kälte=ase ohne Einfluß auf die Wicklungen des Motors; sie verhalten sich
genau so wie der in der atmosphärischen Luft eingeschlossene Wasserdampf. Das AusgleichgefäB,
das den Zweck hat, den Gesamtdruck der Mischung entsprechend der Druckänderung der
Kältegase zu ändern, kann entweder mit dem Druckraum des Verdichters oder mit dem
Saugraum des Verdichters in Verbindung stehen. Es ist vorteilhaft, den Ausgleichraum
derart zu gestalten, daß ein Mischen der Luft mit den Kältegasen möglichst verhindert
wird, was am besten durch eine zwischengelagerte Flüssigkeit, beispielsweise Öl,
geschehen kann.
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Zwei Ausführungsformen einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Kältemaschine
sind auf den Zeichnungen beispielsweise im senkrechten Schnitt dargestellt.
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Abb. z zeigt eine Ausführung, bei der das Ausgleichgefäß in den Verdampfer
eingebaut ist. Abb. 2 veranschaulicht eine Ausführung, bei der das Ausgleichgefäß
unterhalb des Elektromotors angeordnet ist.
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Gemäß Abb. z sind in dem dichtschließenden
Motorgehäuse
i die Statorbleche 3 mit den Wicklungen 4 eingeschlossen. 2 ist der Rotor des Motors,
5 ist der Luft- oder Gemischraum, der durch die Ausgleichleitung 6 mit dem Ausgleichraum
9 in offener Verbindung steht. Der Verdanipfer besteht aus drei verschiedenen Räumen,
die sowohl nebeneinander als ineinander angeordnet werden können; der Raum 9 ist
der erwähnte Ausgleichraum, io ist der Raum, in dem die verflüssigten Kältegase
niederfallen, die in dem Kondensatorraum i9 niedergeschlagen wurden und durch die
kleine Öffnung 14 in den Raum io gelängen. Raum ii ist der Verdampferraum, welcher
durch die Öffnung 13 mit dem Saugstutzen 12 des nicht gezeichneten Verdichters in
Verbindung steht. Der Verdichter wird durch die Motorwelle 8 angetrieben, die in
dem Halslager 7 läuft; 18 ist der Kühlwasserraum. 15 ist der Spiegel der flüssigen
Kältegase beim Stillstand der Maschine, während 16 den Stand der Kältegase während
des Betriebes anzeigt. Die in den Räumen 9 und io eingeschlossenen flüssigen Kältegase
besitzen eine Ölschicht 17, die auf den flüssigen Gasen schwimmt und ein Mischen
derselben mit der Luft, welche oberhalb der Ölschicht in dem Raum 9 eingeschlossen
ist, möglichst verhindert.
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Gemäß Abb. 2 ist in dem Gehäuse 2 i ein zweites Gehäuse 22 eingeschlossen,
das den Stator 24 mit seiner Wicklung enthält. Auf der Motorwelle 26 sitzt der Anker
25, der durch den Kurbelzapfen 27 den Kompressor antreibt. Dieser saugt durch die
Öffnungen 28 die Kältegase an und stößt sie durch den Druckkanal 29 aus, der durch
eine nichtgezeichnete Vorrichtung (Ventil oder Schieber) im geeigneten Zeitpunkt
abgeschlossen wird. Die Gase strömen in den Druckraum 30, in dem sie das mitgerissene
Öl niederschlagen, während die Gase an dem Kühlmantel 23 sich kondensieren und -
durch die kleine Öffnung 31 in den Verdampferraum 33 sich ergießen, um in dem Raum
34 wieder zu verdampfen und durch die Leitung 35 hochgesaugt zu werden. Oberhalb
des Druckraumes 30 ist der Ausgleichraum 38 angeordnet, der einerseits mit
dem Raum 37 und anderseits mit dem Raum 42 in offener Verbindung steht. In diesem
Ausgleichraum 38 ist eine Flüssigkeitsmenge 43, beispielsweise Öl, eingeschlossen,
die durch die Öffnung 39 ein-oder austreten kann. Der Raum 37 steht mit dem Saugraum
durch die Leitung 41 in Verbindung, die bezweckt, den Ölstand beständig auf einer
gewissen Höhe zu erhalten und den Druck in den Räumen 37, 38 und 42 dem Saugdruck
entsprechend zu ändern. Durch die feine Öffnung 44 und die Leitung 36 wird das in
dem Druckraum sich abscheidende Öl in den Raum 37 befördert, so daß ein gewisser
Ölumlauf entsteht. 48 ist der Ölspiegel während des Betriebes, 47 während des Stillsundes
der Maschine; 45 ist der Ölstand in dem Druckraum und 46 in dem Saugraum. Das Röhrchen
4o hat den Zweck, das Schmieröl ständig auf die Motorwelle 26 zu führen.
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Die Wirkungsweise der Maschine nach Abb. x ist folgende.
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Beim Einschalten des Stromes entsteht durch das * Arbeiten des nicht
gezeichneten Kompressors ein Druckabfall in dem Raum ii ; die flüssigen Gase steigen
auf die (in der Abb. i rechts gezeichnete) Höhe 16. Der Druckabfall pflanzt sich
zu den Räumen io und 9 und durch die Leitung 6 zu dem Raum 5 fort, so daß sich die
in dem Raum 5 eingeschlossene Luft ausdehnen kann. Diese Luft treibt die flüssigen
Gase in dem Raum 9 nieder, so daß dieselben die in der Abbildung rechts gezeichnete
Lage einnehmen. Die Öl-
schicht 17 verhindert ein Übertreten von Gasen in
die Luftschicht. Die in dem Raum 9 eingeschlossene Luft erhält mit dem Sinken des
Druckes in dem Raum ii einen Temperaturabfall, so daß der Teildruck der in die Luft
eindringenden Kältegase gleichzeitig sinken wird, wodurch dem Bestreben der Kältegase,
zu verdampfen, entgegengewirkt wird. Die Kältegase können bekanntlich nur dann verdampfen,
wenn der oberhalb der Ölschicht herrschende Druck niedriger ist als der Verdampferdruck;
dies ist hier aber nicht der Fall, da die Höhendifferenz der flüssigen Kältegase
in den Räumen ii und 9 den Gasdruck oberhalb der Ölschicht in dem Raum 9 etwas höher
hält als der Gasdruck in dem Raum ii selbst ist. Eine Verdampfung könnte auch eintreten,
wenn die Temperatur oberhalb der Ölschicht in dem Raum 9 höher wäre als die Verdampfungstemperatur
in den Räumen ii und io. Dieser Fall kann nicht eintreten, da die Temperatur in
den Räumen ii und io erst sinken kann, wenn die Temperatur in dem Raum _9 ebenfalls
gesunken ist. Die Zustände in dem Raum 9 sind somit derart, daß eine Möglichkeit
der Verdampfung ausgeschlossen ist, wobei die Ölschicht noch des weiteren die Verdampfung
verhindert: Die Wirkungsweise der Maschine nach Abb. 2 ist folgende Nach Einschalten
des elektrischen Stromes sinkt der Druck in den Räumen 33 und 34. Der Druckabfall
pflanzt sich durch die Leiteng 4i zu dem Rauire 37 fort, wobei die Ölschicht auf
die Höhe 48 steigt. Gleichzeitig hat sich die Luft in dem Raum 42 ausgedehnt, und
die Ölschicht ist von der Höhe 47 auf die in vollen Linien gezeichnete Höhe
gesunken.
Der Druck in dem Raum 42 ist etwas höher als in dem Raum 37, und zwar entsprechend
dem Unterschiede der Ölspiegel in den Räumen 37 und 38. Es ist unmöglich, daß die
in dem Raum 37 eingeschlossenen Kältegase durch die Ölschicht niedersteigen, um
in den Raum 38 zu gelangen. Das mit den verdichteten Gasen mitgerissene Schmieröl
schlägt sich in dem Raum 3o nieder und wird durch die Leitung 36, die mit einer
feinen Öffnung 44 versehen ist, in den Raum 37 befördert. Die etwa mitgerissenen
Kältegase verdampfen sofort nach Austritt aus dem Röhrchen 36; sie werden durch
die Leitung 41 wieder abgesaugt. Durch die Leitung 41 fällt das geförderte Öl wieder
in den Saugraum zurück, bis die Höhe 46 wieder erreicht ist.
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Beim Stillsetzen der Maschine nach Abb. i entsteht Druckausgleich
zwischen den Räumen 5, g, io, ir und ig; die flüssigen Kältegase nehmen die links
gezeichnete Lage ein. Die Temperatur des Verdampfers sinkt nicht so rasch, wie der
Druckausgleich stattfindet. Die Kältegase, die in die Luft in dem Raum g etwa eingedrungen
sind, schlagen sich sofort nieder, da der Gesamtdruck und somit auch der Teildruck
der Kältegase gestiegen ist, die Temperatur jedoch wenigstens für einige Zeit gleichgeblieben
ist.
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Beim Stillsetzen der Maschine nach Abb. 2 strömen die Kältegase durch
die Leitung 41 aufwärts und verdichten die Luft in dem Raum 38, bis der Ölspiegel
auf die Höhe 47 gestiegen ist. Der beim Stillstand in dem Raum 37 herrschende Druck
ist gleich dem Druck in dem Verdampfer, welch letzterer kühler gelagert ist als
der oberste Teil der Maschine, so daß auch beim Stillstand die eingeschlossenen
Kältegase des Raumes 37 sich in überhitztem Zustande befinden, wodurch jede Kondensation
verhindert wird.
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Die Anordnung nach Abb. 2 bezweckt, den Raum 42, der mit Luft oder
Gas gefüllt ist, mit einem Raum 37 und 43 zu umgeben, in dem entweder Öl oder Kältegase
sich befinden, damit die Verluste nach außen, die infolge nicht ganz dichten Materials
entstehen können, nicht die Luft- oder Gasladung beeinflussen können, sondern nur
die Kältegase; ein Abnehmen der Luft- oder Gasfüllung könnte störend wirken. Die
Abdichtung der Antriebswelle 26 wird durch eine Ölschicht erreicht, die das Bestreben
hat, in den Saugraum des Verdichters zurückzufließen, und welche durch das Steigrohr
36 während des Betriebes in konstanter Höhe gehalten wird. Beim Stillstand der Maschine
verhindert die Kapillaritätswirkung oder irgendeine geeignete Vorrichtung ein Abfließen
nach unten. Die neue Anordnung kann auch für Pumpen beliebiger Art Verwendung finden.