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Wasserdampfkältemaschine, insbesondere zur Erzielung tiefer Temperaturen
Die Erfindung betrifft eine Wasser:dampfkältem:aschine, mittels deren große Temperaturunterschiede
ökonomisch erzielt werden sollen.
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Die folgende Beschreibung bezieht sich zwar insbesondere auf Kältemaschinen
mit unmittelbarer Verdampfung :einer Flüssigkeit im Vakuum, doch ist die Erfindung
auch auf alle anderen Typen von Kältemaschinen anwendbar.
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Der Vorteil, den die bei großen TemperaturLinterschie-den angewendete
K.askad:enkühlung aufweist, ist wohlbekannt und erklärt sich durch den Gewinn an
Kraft, den man für das Arbeiten von Verdichtungsvorrichtungen erzielt, die mit so
vielen Elementen versehen sind, als die Kaskade Stufen hat, woraus sich eine beträchtliche
Verminderung des Verdichtungsverhältnisses von Organen für diesen Zweck ergibt.
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Es sind bereits Einrichtungen zur Konzentrierung von Flüssigkeiten
bekannt, welche aus hintereinandergeschalteten Konidensatoren und hintereinandergeschalteten
Verdampfern bestehen, wobei der Verdampfer mit der höchsten Temperatur mit dem Kondensator
höchster Temperatur verbunden ist und der Verdampfer mit der niedrigsten Temperatur
mit dem Kondensator niedrigster Temperatur. Eine derartige Konzentriereinrichtung
unterscheidet sich jedoch grundsätzlich sowohl durch ihren Zweck als auch durch
ihre Arbeitsweise von einer Kältemaschine, welche den Gegenstand der Erfindung bildet.
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In einer Konzentriereinrichtung hängt .die Verdampfung der zu konzentrierenden
Flüssigkeit von der Höhe der Temperatur dieser Flüssigkeit über der Temperatur des
zur Kondensation verwendeten Kühlwassers ab, und infolgedessen ist regelmäßig die
Temperatur der in den Verdampfer eintretenden, zu konzentrierenden Flüssigkeit erheblich
höher als .die Temperatur des zur Verfügung stehenden Leitungswassers, welches für
das Verfahren die Kältequelle darstellt; mit anderen Worten, die Temperatur, welche
in irgendeinem Verdampfer einer derartigen Einrichtung herrscht, ist stets höher
als die Temperatur in irgendeinem der Kondensatoren, mit denen die Verdampfer verbunden
sind, In einer Kältemaschine aber muß genau das umgekehrte Verhältnis Platz ,greifen,
d. .h. man muß in fdem Verdampfer eine Temperatur herbeiführen, welche unterhalb
der Temperatur bleibt, welche in den durch irgendwelche zur Verfügung stehende Mittel,
wie z. B. das an Ort und Stelle vorhandene Leitungswasser, gekühlten Kondensatoren
herrscht.
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Eine solche in Abb. r schematisch dargestellte
Einrichtung,
die bereits praktisch ausgeführt worden ist, hat drei Verdampfer a, b, c, in deren
-ersten die zu kühlende Flüssigkeit bei d eintritt und nach der ersten Kühlstufe
anittels einer Pumpe e herausbefördert wird, die sie in den Verdampfer b drückt;
beim Austritt aus diesem wird die Flüssigkeit nach Passieren einer zweitem Kühlstufe
wieder von einer Pumpe f übernommen und in den Verdampfer e gedrückt, aus dein sie
vollständig gekühlt von einer Pumpe g herausbefördert wird, die sie durch die Verwendungsapparate
h hindurchrdrückt, in denen sie nach ihrer Wiedererwärmung von- neuem durch den
Verdampfer durch das Röhr d hindurchgedrückt wird.
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Die Verdichtungsvorrichtungen i, j, k (Dampfej ektoren oder Kompressoren)
drikken in unabhängige Kondensatoren 1, mz, n, die vom Sammelrohr o parallel
mit Wasser gespeist werden.
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Diese Anordnung bedeutet bereits eine Verbesserung, indem nur die
Verdichtungsvorrichtung k mit der niedersten Temperatur ansaugt, während die Verdichtungsvorrichtungen
j und i unter höheren Ansaugtemperaturen und infolgedessen wirksamer arbeiten: Trotzdem
ist diese Ausführungsform kompliziert und wenig ökonomisch infolge der zwischen
den Verdampfern vorhandenen Saugpumpen, die für ihre Betätigung eine Triebkraft
erfordern. Mit anderen Worten, diese Anordnung erfordert eine beträchtliche Zufuhr
von Kondenswasser, das für sein Herausbefördern eine bedeutende Triebkraft benötigt,
selbstverständlich mit Ausnahme des Falles, wo der Ausfluß unter der Wirkung des
Luftdrucks, stattfinden kann.
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Die Erfindung hat den ausdrücklichen Zweck; die ,genannten Übelstände
zu beheben, d. h. .große Kühlungsunterschiede durch einen verminderten Verbrauch
von Antriebskraft (oder von Dampf, wenn es sich um Ejektoren handelt) und durch
eine geringe Menge von Kondenswasser zu ermöglichen.
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Abb. a veranschaulicht schematisch die Einrichtung einer solchen Kältemaschine
gemäß der Erfindung. Wie bei der in Abb. a dargestellten Anordnung sind auch hier
die Verdampfer a, b, c und die Kondensatoren 1,
m, n; die beispielsweise
als Dampfejektoren dargestellten Verdichtungsvorrichtungen i, j, k
können
auch von beliebig anderer Art sein, z. B:. rotierende Kompressoren. Bei dieser Anordnung
sind die Verdampfer a, b, c in besonderer Weise übereinander angeordnet,
um den Ausfluß der zu kühlenden Flüssigkeit aus einem Verdampfer in (den ,anderen
infolge ihres Gewichtes zu ermöglichen, wodurch die Pumpen e und f der Anordnung
nach Abb. r überflüssig werden. Zwischen je zwei Verdampfern sind Einrichtungen
eingeschaltet, die den freien Auslauf der zu kühlenden Flüssigkeit aus einem Verdampfer
zum anderen ermöglichen und dabei das jeweils für jede der bezüglichen Stufen erforderliche
besondere Vakuum aufrechterhalten. Diesem Zweck entspricht beispielsweise eine Einrichtung
in der Art von Siphons p, q vollkommen: Beim Austritt aus dem unteren Verdampfer
c kann die vollständig gekühlte Flüssigkeit @durch die üblichen Mittel, z. B: durch
die Pumpe r, zum Abfluß gebracht werden.
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Wie die Verdampfer sind auch die zur Verwendung gelangenden Kondensatoren
1, in, n übereinander angeordnet; wodurch es möglich wird, daß ein und <dieselbe
Wassermenge hintereinander durch diese Kondensatoren hindurchtritt. Sind die Kondensatoren,
wie dies Abb:2 als Ausführungsbeisgiel zeigt, Mischkondensatoren, so wird der freie
Abfluß des Kondenswassers aus einem Kondensator in den anderen mittels einer analogen
Einrichtung wie für den Ausfluß der zu kühlenden Flüssigkeit durch die Verdampfer
hindurch gewährleistet, z. B. durch Siphons p@, q1.
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Diese Anordnung schließt die Möglichkeit nicht aus, an einer beliebigen
I@andenisationsstufe .einen Zuschuß frischen. Wassers in .dem Falle vorzusehen,
wo es nötig wird, die. in dein einen oder .dem anderen Kondensator herrschende Spannung
herabzusetzen.
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Ein anderes wichtiges Merkmal der Maschirre beruht auf der zweckmäßigen
Reihenfolge, in der die Verdampfer über die Verdichtungsvorrichtungen mit !den I--ondensatoren
verbunden snrvd, wobei diese Reihenfolge so gewählt ist, daß die Verdichtungsvorrichtungen
für jeden Verdampfer an den für den Druck ,in Betracht komnnenden bestgelegenen
Stellen münden. Dies geschieht in,der Weise, daß die an dem kältesten Verdampfer
c ansaugende Verdichtungsvorrichtung k in .den am wenigsten warmen Kondensator 1
,drückt, wobei > eine bedeutende Verminderung des Verdichtungsverhältnisses erreicht
wird, und daß die mit dem am wenigsten kalten Verdampfer in Verbindung stehende
Verdichtungsvorrichtung i .in den wärmsten Kondensator mündet.
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Die Verdichtungsvorrichtungen für die Zwischenverdampfer sind nach
demselben Grundsatz verbunden; besonders wenn es sich um eine Maschine mit drei
Verdampfern handelt, wird die Verdichtungsvorrichtung j für -den mittleren Verdampfer
b unmittelbar in den mittleren Kondensator m münden.
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Beim Austritt aus dem unteren Kondensator n wird das warme Wasser
mittels
irgendeines der bekannten Mittel, wie z. B. mittels einer
Pumpe s, herausbefördert.
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Das Vakuum in den Konidensatoren wird mittels entsprechender Luftsauger,
z. B. Dampfejektoren, gesichert. Diese Ejektoren arbeiten parallel und mit merklich
gemeinsamem Druck, der durch eine den verschiedenen Ejektoren gemeinsame Verdichtungsstufe
w unterhalten wird, eine Kombination, die es ermöglicht, .das Vakuum in den verschiedenen
Kondensationsstufen ;auf ökonomische Weise aufrechtzuerhalten.
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Der so angeordnete Luftsauger kann gegebenenfalls mit beliebig gespeisten
Hilfskondensatoren verbunden sein.
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Ebenso kann ein beliebiger einzelner Luftsauger verwendet werden,
um das Vakuum in allen vorgesehenen Kondensatoren zu erzeugen. Der Luftsauber saugt
in diesem Falle unmittelbar aus .dem kältesten Kondensator an, und,die aus dem wärmsten
Konidensator herauszuziehende Luft erreicht den kältesten Kondensator, indem sie
durch den bzw. die dazwischenliegenden hindurchtritt, in denen sie sich abkühlt.
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Die beschriebene Anordnung ist demnach mit einer beträchtlichen Ersparnis
an Triebkraft, Dampf und Wasser verbunden und braucht keineswegs genau nach dem
gezeichneten Ausführungsbeispiel ausgeführt zu werden. Insbesondere kann die Zahl
der Verdampfer und Kondensatoren der Maschine beliebig sein.
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Die Verwendung der beschriebenen Anordnung für Kältemaschinen für
zu verflüssigendes Gas ist sehr einfach; die Anordnung ist so gedacht, ,daß die
zu kühlende Flüssigkeit (z. B. Sole) infolge -ihrer Schwere aus einem Verdampfer
in den anderen fließt, wobei sie bei dem unter der höchsten Temperatur arbeitenden
beginnt; das Drücken der Verdichtungsvorrichtungen für jeden Verdampfer ist gegen
die ,geeignetste KondensatIonsstufe gerichtet, und (die verschiedenen Kondensationsstufen
werden hintereinander vom Zirkulationswasser ,gespeist, so daß die gewünschte Ersparnis
erzielt wird.
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Selbstverständlich können die beschriebenen Mittel zusammen odereinzeln
zur Anwendung kommen, ohne aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung zu fallen.
Ebenso können die Verdichtungsvorrichtungen, Verdampfer und Kondensatoren von beliebiger
Form sein. und die beiden letzteren Apparate statt aus lotrechten aus waagerechten
Körpern bestehen; auch die Anzahl jeder .dieser Vorrichtungen kann beliebig sein.