DESC002501MA - Verfahren zur Kälteerzeugung - Google Patents

Description

" St>arei s schrank.»"

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Spareisschrank mit elektrischem Antrieb

Es ist üblich für Kältemaschinen Gase zu verwenden die sich leicht verflüssige^lassen wie z.B. Ammoniak,Kohlensäuere oder

man G-ase

s ■ führt.Al ο Jd.ese Verfahren weisen voi^llem

den Mangel auf, daaider Energieverbraucli für die-Kälteerzeugung erheblich ist.

Der Zweck dieser Erfindung ist esyin.it einer verhältnismässig einfachen Maschine unter theoretisch geringstem Energieverbrauch dennoch sehr tiefe Temperaturon su erzeugen»

Sie ist durch die folgenden Hauptmerkmale gekennzeichnet: Die Kälteerzeugung wird durch einen Kreisproaess an Gasen durchgeführt j die unter den dabei herrschenden "Verhältnissen noch nicht flüssig werden»Dieser Kreisprozess stellt mit grosser Annäherung de#" theoretisch ^eBteerwrrte¹ günstigsten dar ,denn er besteht aus einer i so thermischen Ve/lichtung der sich eine ^diabatische Expansion anschliesst .worauf die Erwärmung isobar erfolgt und zwar so lange bis der Ausgangspunkt bezüglich Druck und 'Temperatur wieder erreicht worden k±säx ist» Das Arbeits™ gas ist nSmal gewöhnliche Luft,der «tee-sr die Feuchtigkeit weitgehend g>n-H<y_rr>gCTi 4asaJ5g&xttffpr] 'h<a_|qr>Wf^^T»f -Hn-Pn φ^τ-ηη^

Die Isotheritfe^TrSliiahezu ates^· verwirklicht ^dass daa Gas durch einen Strahlapparat von einer Flüssigkeit verdichtet wird, liierfür eignet sicli «ö^ffissiSsfeäKs^Sl, be sonders gut aber C>uecksilber oder l'Joo&oietall r::it jueckrilberztisatz« Die Adiabate kommt dadurch ziu;.tande,dass das .kalt verdichtete Gas

in einer Turbine arbeitleistend expandiert.Die isobare Erwärmung geschielit scltlios4lieh durch das abzukühlende Mittel selbst im Gegens/brom (Kühlspange) .Die beweglichen Teile bcstehen nur aus^ drehenden Maschinen^näinlich einer Kreiselpumpe, einer Turbine und einem Elektromotor die alle auf giiiclier Welle liegen. a&s>«&«äp&j$rbeit für den Artriob der Pumpe vrird dabei durch die Turbine geliefert und der Motor liefert nur die theoretisch erforderliche ««»ai* Mehrleistung so'vie die Leistung für die Deckung aller Reibungsverluste« Die angenähert isotherme Verdichtung im Strahlapparat v/ird dadurch erzielt,dass sich die Fangdüse nicht in der üblichen Weise mit etwa 8 Grad ^egelvrinkel erweitert sondern sich erst verengt dann nur sehr wenig und dann erst zunehmend starter erweitert berechnet nach einer mathematischen Kurve die eine · gleichmässige auf einen langen. Weg vorteile Verdichtung des Gases ergibt» Die umlaufende Flüssigkeit wird dauernd gekühlt ,rind da ihre spez ."''ärrae im Vc-rhältnir? zu der vom Gas sehr gross ist «β» behält sie fast konstante Scraperatür* Uanj^rrosse #Abeζw.Ka 11e 1 eistung^⁸* zu erzielen,erfolgt der

:"! an einem bereits möglichst hoch vorgespanr'teiu Gas· Zur ^eranschaulichung der Arbeitsweise und als Beispiel der Verwendungsmöglichkeit dieser Art Kälte zu erzeugen ist in Abbildung 1 in schematischer !/?eise ein Querschnitt durch einen so gekühlten Eisschrank dargestellt. Abbildung II zeigt den Kreisprozess und jtwe? ist der Masstab hierfür etwa so gewählt v/ie er für ein zweiatomiges Gas einem Verdichtungsverhältnis 1:11 zukommt.

Die Apparatur arbeitet nach Abbildung I vde folgt: Der Eisschrank besteht aus den "hantel 1 ,der Isolation 2 und dem Iimenblech 3 «Das ^u kühlonde Gut iot auf den booten 5 ge~ lagert .^erschlossen 'virti er durch die ebnfallr- ißoliei-be 'Mre

4» Vor der Rückwand scheidet das Blech. 6 die Kühlkammer in. der die Kühlschlange 7 Iiept vom Eisschrank so ab,dass die Luft infolge Thermo syphon^/irlcung im ^ü- gen st rom zu der in der Kühlschlange 7 streicht »Die übrige Apparatux· int über dem Eis sehr aid in der Kammer 8 untergebracht die druckfest ist und gegen den Eisschrank und nach aussenhin luftdicht abgeschlossen ist« Darin befindet sich das Gefäss für die Flüssigkeit 9 mit dem -vorgeschalteten ,Strahlapparat 10.dem Motor 11 der Kreiselpumpe 12 und der Turbine 13-3uin Sntzup; der Feuchtigkeit befindet in der Kammer S noch das Gefäss IA'- das z.B.Chlorkalk oder Schwefelsauere oder Fhosphonpentoxyd oder ein andere,?, Mittel enthält das die Lugt entfeuchtet »Das Päickschlanrventil 15 (an der Leitung 24·) sor^t dafür dass beim Betrieb ein Teil der Luft (oder des Gases) aus der Kammer 8 angesaugt werden kann um die Vorspannung des ,den Kreisprozess durchführen&en.jG-ases 7,ύ. erhöhen.^ei Stillrtand kann, dieses dann durch Undichtigkeiten der stopfbuchse der Turbine allmählich mieder in die Kammer Q gelangen.In der Kühlschlange IG befindet sich eine Flüsr igkeit_tz«B. Wasser,das| durch die Aucrjenluft durch den Kühler 17 abgeioLilt v.*ird,dann dem G fass 9 zuläuft und hier dann die durch die Heibung und die Kompression entstandene Wärme aufnimmt .Iuan kann natürlich auch mit Frischwasser lriililen.18 ist ein Ausfileichgefäss für die Flüssigkeit der Kühlschlange 16.

19 ist ein Manometer,21 ein Ventil.20 ein Einfülltrichter für

ds

das Bie^a^eÄÄ^sipl bezv/. "quecksilber etc «22 ist die Leitung für das verdichtete Gas von.z.E. 27 Grad C (300 Grad K).2J ist die Leitimg für das entspannte und sehr kalte Gas_aaÄeeJia^#«

2A ist die L-;itun?-': für das entspannte aber d.urch den Schrankinhalt v-'ieder aufgev/ärnte i*i#lAeÄi* Gas.25 ist die Druckleitung

für das Eifimas--hinonol(oder das ueckvilber).

Beiiü Ein schalt en des luotors Gäu;»;^J: die liimp¹⁵ 12 Flüsnigkeit

an und presst sie in den Strahlapparat .Dadurch wird aus der leitung 24 und damit auch über das Rückschlagventil 15 auch aus der Kammer 8 Luft oder- Gas angesaugt.Der Druck im Gefäss 9 steigt; also.Die !flüssigkeit läuft mit diesem erhöhten Druck der Pumpe 12 wieder zu.Die ßtrahlgeschwindigkeit im Strahlapparat wird dadurch erhöht der Druck steigt also nochmehr οHierdurch schaukelt sich der Druck allmählich auf bis der Arbeitsdruck erreicht ist,was am Manometer 19 su erkennen ist.Die I¹UTbine 13 liefert nunmehr den Hauptteil der von der Pumpe benötigten Leistung in ihr kühltφ eich das Gas rein adiabatisch sehr stark ab,1Vu-Et in die Kühlschlange 7?nimmt dort £*»*-) die ''.'arme auf |den Eisschrank kühlend^ und gelangt über die leitung 24- zum Strahlapparat 10 zurück in dessen Schlanker langer i'angdüse sie wieder isotherm (annähernd) verdichtet wird worauf sich der Vorgang wiederholt »Die '.7arme wird also.'aus dem i»'i shrank kontinuierlich .Cerausgepumpt und durch den Kühler

nach aus;?en hin abgegeben.νρ-tai-gfrrcr und "el im/i«

i-'-tgagg—%

Diese I_nctallation ist einfach.,darum billig,da reibende Metallteile fehlen.bedtirf aie keiner Schi-iiorung und kaum einer ''€Ctung und die aufgewendete Arbeitsleistung int verblüffond gering» Du:r eh cntnpreciiende jyr>.derungen läsnt sie sich auch ..üi' andere Sis-und Kältemaschinen,ausr-er für Eisschränke verv; end en

Die beschriebene Apparatur und ihre Arbeitsweise läsrt nich,allerdings auf Konten dor Einfachheit«,noch et\7as umgestalten.Eg ist nämlich möglich,was bis heute aber noch nicht bekannt ist,."itrahlapparate nicht nur zur Verdichtung,sondern auch ζ,ητ Entspannung von Gasen zu benützen»Ähnlich wie. die Verdichtiang in der ο bon. beschriebenen Weise annähernd isotherm geschah .so kann dann auch die Entspannung annäliernd isotherm vorgenomnen 'werden .JTiez'durch erhält man dann einen Kreisprozess der zwischen zwei Isothermen und zvrei Isobaren liegt .AMjQJ dieser hat aber,einen guten V/ärmeaustauscher vorausgesetzt, den gleichen Wirkungsgrad v/ie der Carnotprozess.

Abbildung III schildert das Schalt schema, hierfür. Linksseitig ist die Apparatur genau die gleiche v.do in Abbildung I schon dargestellt und er laut rt.otatt der 'J.Hirbine 13 tritt nunmehr die Turbine 27 auf ₈ die nicht mehr durch das Gas sondern durch Flüssigkeit (der etvras Gas beigemengt ist,v,^raa aber gericht massig ohne Bedeutung bleibt) an.getrieben wirdoDanu tritt darm iioch eine vreitere Erciselpuripe i'*.ir Flüssi'^koit^S? ein Gefäss 23,da? die Umkehrung ο ir er übliclien F^iigdiise darstellt ,sich also in >v.tro!a\m£f.-.richtun£ nicht ervreitert^ sondern verjong-b . Ausserden tritt noch der ^:.7äiineauntausclier 29 hinzu,eine "fcrau— seiiartige V^rteilungsduse ;32(i:ri G-efass 23) ντκι versciiieci-eiie anders geführte Leitungen ;~o'₉ 31 »33» ^»35*30. Die Kühlschlange 7 wird ntmicehr,!!!: ^uegensatz zn früher,von einer kalten Flüssigkeit durcJ'iflossen,die ,v/egen der viel .^vrösseren spea/^änne einer solchen gegenüber einen Gas,an:-äliernd gleiche ■'•eroperatur behält .dadurch -viru die ' äi⁵H.eüber:-^!:iAngG3ahl und der ^:';ärmeübergang in dei Lühlschlange 7 ntark immMnmikt verii;rössert»Der Kreisproses. vollzieh".· :-.ich i-u.n "Io fol.-:t:

Ir.othorKe '^or-cIc,,tiuir. 'ie früher beschrieben, in -"'traal

rat 10 und dem anschluss en 1~;n ef/;-?a 9»-am klangt das G_as(od.er Luft) aurcI^vL-'-itua ' 30 in ·'■--n 'airmeaustauGchcr 29 liier küalt es isobar durch uon ^u -gea- trou mit kaltein Gas,ab. xi'un gelangt es durch die Leitung 31 in dio te-swersenförmi^e Düse 32.Da es an dieser Stelle gegenüber der Flüssigkeit an der gleichen Stelle des Gefässes 28,einen geringen Überdruck haben soll dringt es in das '^efäss 23 ein und vermischt sich,\7egen der Düsen,im-ig mit der Flüssigkeit.Die^FJ-üssif^kei^. strömt- ¥#§^;ΐιΐτ s'canai^ g±oici.mas<ixg..2unaimencier ^escliwindigkeTi^ sur Turbine 26.i^¹-" -f^it; 'V bekanntr-———

Sie gelangt fct&!24glx^^ . ^_nrhr-r

^ entspannt in die Turbine,die

radälüilicli gestaltet sein kann» Die in ihr verteilten Gasblaser entspannen) dabei aber auch. und.da die speζ<.■■'arme der Plus^iR-keit gegenüber α eic vom Gas sehr gross ist ,««ss«^ /QaUe ι dauernd aus der Flüssigkeit Wärme auf»Das Gas entspannt also auf'dem v/eg von der Brausendüse 32 bis zur turbine 26 annähernd isotherm.'-^s leistet hierbei Arbeit ,da es in zunehmendem Masse Flüssigkeit verdrängt ,diese in Flies.Sx¹IcIitung beschleunigende Die Flüssigkeit gelangt daher mit viel grös'.'erer Geschwindigkeit in die Turbine als durch die Pumpe 27 bedini^wäre.Die Turbine leistet darum mehr Arbeit als durch die Pumpe 27 verbraucht v/ird und gibt den Überschuss an die -'/eile und damit j an die Pumpe 12 ab.Durch die Gasexpansion kühlt)die Flüssigkeit im Gefäss 28 υχα ebensoviel ab^als sie In der Kühlschlange 7 :&ifcS!t, erwärmt hatte.Aus der ■I'urbiri'VTlies^t die Flüssigkeit nach imten ab »gelangt aur Pu::ipe 27 Leitung 34- usw.Das Gas

flies t nach oben ab,'"dangt über Leitung 36 in den 7/äraneauntauscher J|9 und vollzieht hier die Isobare Sii^tandsändeinxrig

ervrärmt sich also im ßloic\m&Qr,ir. entspannten Zustand »hierauf folgt a^;ietler die ^/rdichtuiig unö der Yor'-;ang wiederholt siehe

Claims (1)

1. vorgenommen wird undXdie inobare Aufwärmung in einer H ohr schlange (7) vorpi einseht die im öegenstrom mit dem abzukühlenden Mittel steht.

   ■.'rfähigen nach Anspruch 1,da&urch gekennzeichnet,dass die Kälteleistung durch Regelung des Druckes des Gases oder der Luft ins: einer öj/uckfesten Kaiaiaer(S) geschieht mit der der Strahlapparat(10) durch ein edjiregelbares

   - 7

   Rückschlagventil (15) v/rbunden ist»

   >) Verfahren nach Ansp/ucli 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung/tiefer temperaturon insbesondere zum

   k der Luftv-arjflüssigung für den Kreisprozess ein. einatomiges Gas herangezogen v/irdt

   Vorrichtun?-¹: sur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 £ϊ±ζζ=ρ> ,dadurch sekennaGichnet_fdass der Antriebsmotor(11) auf cor einen ßeite die l.reiselpumpe(12) iür die Flüssigkeit, auf eier anderen ^eite aber die ^r.I?urbine(i3) fliegend trä'ic.

   r. ) Vorrichtung η ach Anspruch #_sdi:d.urtiii ^kennzeichnet, dass das Gefäss für die umlauf r-d-i i-'lür^i.^keit eine waßserdurciiilossene Ei! localan^eCiG) besitzt die mit einem ausserhalb der Kamrier(S) befindlichen Kühler(i7) in Verbindung steht und ein von au α per -^u "an cliches 4us

   (1B)
   p'loichs^efäsr, besitzt.

   5») Vorrichtung nach Anspruch k bi;, ρ dadurch gekennzeic] daß.¹ die Saucieituny; der Pmrape(i2) durch Verwendung grosser ^eitim^squerschnit/te atlits unter nloichera Drucl

   wie exe l'lUGrx^koit xr:i Gefäße ^v) .irrccnt·

   I₁-Q₁₁₁ -ry-f^ 4- r>..1.,..^2£*4*""!^rt'^ ^ Π ffiι/ΓίΤΤ? ..

   aus swoi' Inojrhermen und zwei Irobaren besteht iadurch gelconnzeichnot/dasf' die isobare Ablcühlung und Vorwärmung in einem gemeinsamen Wärmeaustauscher^ vorgenommen wird,die isotherme Verdichtung und Entspannung aber in $ö einem !.Teschlosnenen uralrj.ui'enden PlüsF.i'^ceit— STstem bewirkt v/ird von denen ü^p eine durch die Aussen-

   luft dauernd gelcünX5,das andere aber durch das abzuwählende Gut dauernd erwärmt Vv"ird(7)·
   ψ.) Vorfahren nach Anspruch ^dadurch gekennzeichnet,dass die isotherme Entspannung; dadurch bewirkt wird,dass einer PlüssiRkeit,die durch ein sich verjüngendes Gefäsa in der Richtung von ^rosnen zum kl·-.·inen .'.uersclinitt fliesst um von dort in die Antriobsduse einer Turbine! au gelanp;en_?an der Stelle der gering:-ten Flüssigkeitsgeschv/indifckeit dar. Gas suneretst und an der Gteile der jös: ten Geycliv.'indi^keit e:n.tnoiMiJ'->n vird·

   .) Vorrichtung zur' Ausawfesraapf des Verfahrens nach Anspruch ψ und ^dadurch gekennzeichnet,dass die Flüssigkeit in der die Gasexpansion stattfindet durch eine Pumpe(27) venlnnn reisuf au ve^i-iign■'fcifr-aaa dop . ( -in eine Kühlschlange (7)V3amo.

   in ein sich verjüngendes Gefäps (2SJrdann Ίη eine !Turbine

   & 7/ieaer zur irUmpe^V) zurückgelangt ο Ό Vorrichtung nach Anspruch f^dadurch gekennzeichnet,dass die Turbine(26) eine BinlauJTdüse besitzt die im Verhältnis zum Durchmesser lang ist und einen Lavaldüsenförmigen Auslauf besitzt und dass ax\s ihr die entspannte^ Flüssigkeit nach unten,das entspannte Gas aber nach oben austritt welch letzteres in einer isolierten Leitung(36) zum kalten Sfc.de eines Gegenstromwärmeaustauschers(29) strömt®

   Vorrichtung nach Anspruch |#bis TQ₅₁ dadurch gekennzeichnet ,dass die Zumischung des bereits kalten Gases zur bereits, kalten Flüssigkeit im sich verjüngenden Gefäss(28) durch feine Düsen (32) die brausenförmig angeordnet sind,

   Vorrichtung nach Anspruch i bis 11_?dadurch gekennzeichnet!

   J
   dass die Grosse der Pumpe(2Ί) so gewählt und deren Arbeit so garegelt wird,dass die HLüssigkeit so schnell strömt dass sie an SÄSSixStelle Annähernd konstante Temperatur besitzt so dass die iempef-aturdifferensen derselben höchstens 5 Grad C betragen^