DE46651C - Neuerungen an Kältemaschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es ist schon der Vorschlag gemacht worden, Kältemaschinen aus zwei Gefäfsen herzustellen, welche einem starken Druck zu widerstehen vermögen und am oberen Theil durch ein Rohr mit einander verbunden sind. In eines dieser Gefäfse wurde eine Flüssigkeit oder Substanz eingeführt, welche ein Gas absorbirt hatte (etwa Ammoniaklösung) und dieses Gefäfs wurde erwärmt, wodurch das Ammoniak ausgetrieben und im zweiten Gefäfs, welches kühl gehalten wird, durch den Druck in den flüssigen Aggregatzustand übergeführt wird. Hierauf wird das erwärmte Gefäfs, welches das Wasser enthält, aus dem das Ammoniak ausgetrieben wurde, abgekühlt, wodurch der Druck sich verringerte; infolge dessen verflüchtigte sich das comprimirte Ammoniak im zweiten Gefäfs und wurde von dem im zweiten Gefäfs zurückgebliebenen Wasser wieder absorbirt. Hierbei wurde die Temperatur in dem zweiten Gefä'fs, welches das durch Druck flüssig gemachte Ammoniak enthielt, bedeutend erniedrigt.

Kälteapparate dieser Art, wie sie bisher construirt wurden, weisen viele Uebelstände auf und konnten nicht in allgemeine Aufnahme kommen.

Wenn sie überhitzt wurden, und wenn demzufolge nicht nur das Ammoniak, sondern auch das Wasser aus dem erhitzten Gefäfs ausgetrieben wurde, so entstand die Gefahr einer Explosion. Die Apparate benöthigten Ventile und Pumpen oder mufsten, wenn sie klein waren, umgewendet werden, um W^rasser, das. etwa ins Kühlgefäfs gelangt war, in das erste oder Erwärm ungsgefäfs zurückzutreiben.

Die Erwärmungsweise war gleichfalls mangelhaft und ebenso die Vorsichtsmafsregeln zur Verhütung des Abziehens des Wasserdampfes aus dem erwärmten Gefäfs und zur Erzielung der nachherigen raschen Absorption des Gases durch die Flüssigkeit, welche in diesem Gefäfs zurückblieb. Alle diese Mängel werden bei den im folgenden beschriebenen Apparat beseitigt. Derselbe besteht aus einem System hermetisch geschlossener Röhren, welche derart angeordnet sind, dafs Wasser oder Flüssigkeit, welche aus jenem Theil des Apparates, der zeitweilig erhitzt wird, entweicht, sich von dem comprimirten Gas am kühleren Ende des Apparates trennen und vermöge der Schwere zu jenem Theil des Apparates zurückgehen kann, der 'erwärmt wird, so dafs der Apparat durch Ueberhitzung keinen Schaden leiden kann, da alles mit dem Gas aus dem Kessel oder erhitzten Theil übergehende Wasser wieder zurückfliefst, nachdem alles Ammoniak oder Gas an diesem Ende des Apparates ausgetrieben worden ist. Es wird so eine continuirliche Circulation in dem Apparat aufrecht erhalten. Der einzige Mifsstand, der entstehen könnte, wäre der, dafs der Apparat dann als Erwärmungsapparat fungirt, der Apparat selbst aber würde unbeschädigt bleiben und könnte sofort wieder als Abkühlungsapparaf fungiren, sobald man die Erwärmung des Kessels unterbricht und denselben abkühlen läfst.

Wie nachstehend beschrieben, construirt der Erfinder den Kessel (d. h. jenen Theil des Apparates, der zeitweilig erwärmt wird) auch in der Weise, dafs das Abziehen von Wasserdampf aus demselben verhindert und die Absorption des Ammoniaks durch das darin zurückgebliebene Wasser erleichtert wird, wenn sich letzteres abkühlt.

In den beiliegenden Zeichnungen ist Fig. ι ein Längsschnitt eines Apparates zur Erzielung einer niedrigen Temperatur in einem Zimmer oder einer eingeschlossenen Kammer. Fig. 2 ist ein Verticalschnitt und Fig. 3 eine Draufsicht desselben, Fig. 4 ein Aufrifs des Erwärmungsapparates, Fig. 5 ein Verticalschnitt einer Abtheilung des Kühlapparates in gröfserem Mafsstabe, Fig. 6 ein Aufrifs, zum Theil Schnitt des Apparates, zum Kühlen von Flüssigkeiten in einem Bad oder einem Gefäfs, Fig. 7 eine Draufsicht desselben, Fig. 8 ein verticaler Querschnitt durch den Behälter, Fig. 9 ein Querschnitt durch einen Theil des Kessels bezw. erhitzten Endes des Apparates, Fig. 10 ein Querschnitt und Fig. 11 ein Längsschnitt einer der Scheidevorrichtungen, durch welche das in den Kühlröhren circulirende Wasser von dem flüssigen Ammoniak in diesen Röhren getrennt und zum erwärmten Ende des Apparates zurückgeleitet wird.

In Fig. ι bis 5 ist A eine allseitig eingeschlossene Kammer mit einer Thür B. Innerhalb der Kammer und gerade unterhalb der Decke derselben befinden sich geschlossene horizontale Röhren C. Von einem Ende jeder dieser Röhren geht ein Rohr D zu einer oder mehreren Reihen horizontaler Röhren E, welche niedriger liegen als die Röhren C. An den Röhren E ist eine Anzahl kurzer, verticaler Röhren i⁵" angebracht, welche in die horizontalen Röhren G münden. Die unteren Enden derselben münden beiläufig in der Mitte der Röhren G. Durch die Röhren G sind Röhren H von kleinerem Durchmesser gezogen, deren Enden durch Röhren H¹ mit den beiden Enden eines Schlangenrohres H- verbunden sind, das sich in einem Ofen / befindet. Die Röhren HH¹ und das Schlangenrohr H² enthalten Wasser und bilden ein geschlossenes System zur Uebertragung der Wärme vom Ofen auf die in den Röhren G enthaltene Flüssigkeit. Die Details der Construction dieses Systems von Warmwasserröhren sind nicht dargestellt, da sie allgemein bekannt sind und das geschlossene System von Warmwasserröhren zur Uebertragung von Wärme für verschiedene Zwecke benutzt wird.

Bei H^a (s. Fig. 3 und 4) befinden sich Ventile, mittelst welcher die Verbindung zwischen den Röhren H¹ und irgend einem der Rohre H unterbrochen werden kann, während die Verbindung zwischen den Röhren H¹ und den anderen Röhren H offen bleibt, so dafs jedes der Rohre erwärmt werden kann, ohne die übrigen zu erwärmen; es können aber auch alle Röhren auf einmal erwärmt werden.

Die Röhren C, welche sich im Innern der kalten Kammern befinden, sind an einem Ende mit den Röhren D verbunden, wie vorstehend erwähnt wurde. Am anderen Ende tragen sie einen kurzen Rohrstutzen J, der in ihr Inneres hineinragt. Die Rohrstutzen sind unten geschlossen, oben offen und reichen bis nahe an die obere Wand der Röhren C, Fig. 10 und 11, an den Seitenwänden, dagegen haben sie gerade oberhalb der unteren Grenzfläche der Röhren C Oeffhungen J¹. Durch den geschlossenen Boden der Rohrstutzen J sind verticale Röhren K gezogen, deren obere offene Enden beiläufig in der Achse der Röhren C gelegen sind. Ihre unteren Enden sind durch U-förmig gebogene Rohre K¹, Fig. 1, mit den Röhren E verbunden. Der Apparat wird in folgender Weise benutzt:

Jedes Rohr G wird vollständig oder nahezu vollständig mit einer gesättigten Ammoniaklösung gefüllt, welche angenähert so viel flüssiges Ammoniak -enthält, als erforderlich ist, um das Rohr C zu füllen. Um die Füllung des Rohres G zu erleichtern, führt von oben ein kleines Rohr in dasselbe, dessen Ende durch einen Schraubenstöpsel G¹, Fig. 6, geschlossen ist. Durch Los- . schrauben dieses Stöpsels kann man alle Luft aus dem Rohr austreiben. Wenn nun im Ofen / ein Feuer angemacht und das Schlangenrohr HK erhitzt wird, so kann man die Circulation des erwärmten Wassers in den Röhren HH¹ derart einleiten, dafs das warme Wasser durch das eine oder das andere der Rohre H fliefst. Wie sich nun ein solches Rohr erwärmt, so wird auch die Ammoniaklösung im Rohr G, von welchem es umgeben ist, erwärmt. Es entsteht hierdurch ein geringer Druck in diesem Rohr und die Hälfte der .in demselben enthaltenen Flüssigkeit wird in die Röhren F und E hinaufgeprefst. Das aus der Flüssigkeit im Rohr G ausgetriebene Gas mufs dann durch die verticalen Röhren F in das Rohr E emporsteigen und durch die Flüssigkeit in diesen Röhren in Gestalt von Blasen hindurchgehen. Etwa vom Gas mitgerissener Wasserdampf wird auf diese Weise condensirt und es gelangt blos Gas in das Rohr C. Wenn der Druck wächst, wird das Ammoniak im Rohr C flüssig gemacht', weil diese Röhren sich in der Kühlkammer befinden.

Wenn das gesammte Ammoniak oder der gröfste Theil desselben aus dem Wasser im Rohr G ausgetrieben worden ist, kann der Zufiufs von warmem Wasser in dasjenige Rohr H, welches durch dasselbe hindurchgeht, abgesperrt werden; dagegen kann man warmes Wasser durch ein anderes Rohr leiten und dies continuirlich fortsetzen, so dafs ein Rohr nach

dem anderen erhitzt wird, und das Feuer im Öfen / kann continuirlich unterhalten werden. Da sich nun jedes Rohr G, nachdem es erhitzt worden ist, allmälig abkühlt, so verringert sich der Druck in demselben und es entsteht ein Vacuum im oberen Theil desselben; das flüssige Ammoniak verflüchtigt sich allmälig und etwas davon geht durch die Röhren F nach abwärts in die Flüssigkeit, welche' im unteren Theil der Röhren G zurückgeblieben ist, und steigt in Form von Blasen durch die Flüssigkeit auf, um das Vacuum im oberen Theil des Rohres auszufüllen. Hierdurch wird die Flüssigkeit in lebhafte Bewegung versetzt, so dafs sie das Gas rasch absorbirt. Die Verdampfung des Ammoniaks geht rasch von statten, wodurch wieder die Temperatur des Rohres C rasch erniedrigt wird.

Will man die Absorption des Ammoniaks -durch das in den Röhren G zurückgebliebene Wasser und hierdurch auch die Abkühlung des Rohres G beschleunigen, so kann man dies dadurch erreichen, dafs man kaltes Wasser auf die Aufsenseite der Röhren G träufeln läfst oder einen Strom kalten Wassers durch ein Rohr hindurchströmen läfst, das durch die Röhren G gezogen ist.

. Uebrigens kann die Absorption auch in anderer zweckdienlicher Weise beschleunigt werden.

Wenn beim Erhitzen eines der Röhren G die Erhitzung zu lange fortgesetzt und das in demselben enthaltene Wasser verdampft und im Rohr C condensirt wird, so steigt das Niveau der Flüssigkeit in diesen Röhren am oberen Ende des Rohres C bis zur Oeffnung des Rohres J und strömt durch das abwärts gerichtete Rohr K¹ und durch den U-förmig gebogenen Theil desselben in das Rohr E und von da in das Rohr G. Wird deshalb eines der Rohre G zu lange Zeit erhitzt, so fliefst aus den Röhren C beständig Flüssigkeit in dasselbe zurück, und diese Flüssigkeit besteht aus einer wässerigen Lösung von Ammoniak; da nun die wässerige Ammoniaklösung ein beträchtlich gröfseres specifisches Gewicht hat als flüssiges Ammoniak, so trennt sich die wässerige Ammoniaklösung von selbst .von dem flüssigen Ammoniak und sinkt in diesen Röhren zu Boden. Folglich wird der Apparat, selbst wenn die Erwärmung desselben durch lange Zeit fortgesetzt wurde, noch immer in den Röhren C Kälte erzeugen können, wenn die Röhren E und G sich abkühlen.

Ein anderer Vortheil ist der, dafs, wenn die Röhren G durch directes Feuer erhitzt werden, die. Gefahr der Ueberhitzung der Röhren und aller daraus folgenden Mifsstände beseitigt ist, indem stets Flüssigkeit zu den Röhren zurückfliefst und hierdurch eine Circulation der Wärme durch die Röhren C eingeleitet wird.

Die Ammoniaklösung ist nicht die einzige, welche in dem Apparat benutzt werden kann; andere Lösungen, welche in ähnlicher Weise wirken, können gleichfalls benutzt werden. Wenn die Lösung von derartiger Beschaffenheit ist, dafs die Flüssigkeit, welche zuletzt überdestillirt, leichter ist als die Flüssigkeit, welche zuerst überdestillirt, so braucht man die Röhren JK nicht zu benutzen, aber das Rohr K¹ könnte hinaufgeführt werden, wie dies durch punktirte Linien, Fig. 5, angedeutet ist, und wirkt dann als Ueberlauf vom oberen Theil des Rohres C.

Damit das in die Röhren C eintretende Ammoniakgas verhältnifsmäfsig kühl ist, wird das Rohr D von einem Wassermantel L umgeben, durch welchen Wasser strömt.

Kammern oder Räume, welche durch den in obiger Weise construirten Apparat gekühlt. werden, können verschiedenen Zwecken dienen. Sie können beispielsweise zur Aufbewahrung von Fleisch oder als Kühlkeller für Brauereien oder zur Fabrikation von Eis benutzt werden.

In diesem letzteren Falle ist es vortheilhaft, in der Kammer oder dem Raum eine innere Kammer anzuordnen, in welcher die Temperatur erheblich niedriger ist als in der äufseren Kammer. In dem inneren Raum können metallene Schalen oder andere Gefäfse, welche Wasser enthalten, behufs Erzeugung von Eis aufgestellt werden; ist das Wasser gefroren, so kann man das Eis herausnehmen und in der äufseren Kammer aufbewahren.

Der Erfinder hat die Beobachtung gemacht, dafs, wenn Wasser auf diese Weise einer sehr niedrigen Temperatur ausgesetzt wird und sich vollkommen in Ruhe befindet, vollkommen durchsichtige krystallklare Eisblöcke ohne alle Blasen erhalten werden.

Bei dem in Fig. 6 bis 10 dargestellten Apparat sind zwei Röhren C in Salzwasser oder nicht frierbare Flüssigkeit in einem Behälter M eingetaucht. Jedes Rohr C ist, wie in dem eben beschriebenen Apparat, durch ein Rohr D mit anderen Röhren EFG verbunden; es sind auch ähnliche Einrichtungen getroffen, um die Röhren zu erwärmen; sie werden nach der Zeichnung durch drei Röhren H erwärmt, welche durch dieselben hindurchgehen. Es sind auch Vorkehrungen getroffen, um die wässerige Lösung, welche sich im Rohr C ansammeln mag, in das Rohr G zurückzuleiten. Die ^Wirkungsweise des Apparates ist dieselbe, wie vorstehend beschrieben. Das in M gekühlte Salzwasser kann durch zu kühlende Gefäfse circuliren oder in mannigfacher anderer Weise benutzt werden. Aus der Zeichnung ist auch ersichtlich, wie ein Theil D^x des Rohres D eines der Rohre C einen Theil des Rohres -D des anderen Rohres C umgiebt, so dafs an dieser Stelle ein Ausgleich der Temperaturen

zwischen dem kalten Gas, das durch eines der Rohre streicht, und dem warmen Gas, das durch das andere Rohr streicht, stattfindet.

Der'Erfinder beschränkt sich nicht auf die Benutzung von Ammoniaklösung, da auch andere Gaslösungen an Stelle des ersteren benutzt werden können.

Der Apparat kann zum Abkühlen und zur Kälteerzeugung in mannigfacher Weise benutzt werden, z. B. wenn er im kleinen Mafsstab construirt ist, zum Abkühlen der gewöhnlichen Eiskästen. Die Röhren C sind im oberen Theil des Eiskastens angeordnet und der übrige Theil an der Aufsenseite. In diesem Falle kann das Erhitzen der Röhren G sehr vortheilhaft durch Gasflammen bewerkstelligt werden, so dafs, um den Eiskasten kalt zu erhalten, es nur nothwendig ist, ein- oder zweimal im Tag die Flammen anzuzünden. Wenn man will, kann man auch einen automatisch wirkenden Apparat benutzen, um den Gaszuflufs abzusperren, sobald die Röhren G hinreichend erhitzt sind.
• Fig. 12 zeigt eine einfache Form, in welcher der Apparat construirt werden kann. In diesem Falle besteht der Apparat aus einem an seinen Enden geschlossenen Rohr, das vertical aufgestellt und zweimal gebogen ist. Das herabgebogene Ende des Rohres bildet den zu kühlenden Theil C; in dasselbe sind die Röhren / und K eingesetzt, um die gesättigte Lösung von dem flüssigen Ammoniak zu trennen und die Lösung in das untere Ende des Rohres (in die untere Biegung) zurückzuführen ; dies ist der Theil des Rohres, welcher erwärmt wird.

Die untere Biegung wird mit Ammoniaklösung gefüllt, und wenn diese Biegung erhitzt wird, so wird das Ammoniak entbunden und im Theil C verflüssigt. Wenn man darauf die untere Biegung abkühlen läfst, so wird das Wasser infolge des entstehenden Vacuums in das von der Biegung aufsteigende Ende des Rohres gezogen, das flüssige Ammoniak verdampft, steigt in Gestalt von Blasen durch das Wasser auf und wird von demselben rasch absorbirt. Die Verdampfung des Ammoniaks geht deshalb rasch vor sich, und es wird im Ende C des Rohres,- wo sich das flüssige Ammoniak befindet, eine intensive Kälte erzeugt.

Dauert die Einwirkung der Wärme auf die untere Biegung des Rohres zu lange, so wird das in derselben befindliche Wasser verdampft, condensirt sich im Ende C und geht durch die Röhren / und K an die erwä'rmte Stelle zurück, wie bei den weiter oben beschriebenen Modificationen des Apparates, so dafs dann eine continuirliche Circulation erzielt und jede Gefahr der Ueberhitzung des Apparates vermieden wird.

Wenn die im Theil G des Apparates verdampfte Lösung von derartiger Beschaffenheit ist, dafs die flüchtigere Flüssigkeit eine gröfsere Dichte hat als die Flüssigkeit, welche zuletzt verdampft wird, so sind die Röhren / und K zum Zurückleiten der Flüssigkeit aus dem Theil C in den Theil G überflüssig, die Flüssigkeit kann aber durch ein Ueberlaufrohr zurückgeleitet werden, wenn die Flüssigkeit im Theil C zu hoch steigt, wie dies oben erläutert wurde.

Claims (3)

Pa tent-Ansprüche-:

1. Eine Kühlvorrichtung, bestehend aus einer oder mehreren Röhren G, in welchen eine Lösung, z. B. von Ammoniak in Wasser, erwärmt und das Ammoniak oder sonstige Gas ausgetrieben wird, und einem oder mehreren höher gelegenen Röhren C, in welchen das Ammoniak condensirt und in den flüssigen Aggregatzustand übergeführt wird, und ferner aus einem an den Röhren C angebrachten Ueberlaufrohr K, durch welches in den letzteren sich ansammelndes Wasser in die Röhren G zurückströmen kann, wobei das Ganze ein System von hermetisch geschlossenen Röhren oder Kammern ohne Pumpen oder Ventile bildet (Fig. ι bis 7 und Fig. 12).

2. Bei der durch Patent-Anspruch 1. gekennzeichneten Kühlvorrichtung die Anordnung der über einander befindlichen Röhren E G mit Röhren F, welche von den Röhren E bis beiläufig zur Mitte der Röhren G herabreichen (Fig. ι bis 7).

3. Bei der durch Patent-Anspruch 1. gekennzeichneten Kühlvorrichtung die Anwendung zweier neben einander angeordneten Sätze von Röhren C und G, wobei ein Theil eines Rohres D, das von einem Rohr C zu einem Rohr G geht, einen Theil des Rohres D umgiebt, das vom anderen Rohr C ausgeht (Fig. 6 bis n), so dafs ein Ausgleich der Temperatur zwischen dem kalten durch das eine und dem warmen durch das andere Rohr streichenden Gas stattfinden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen.