DE1446C - Kontinuirlich wirkende Vakuum-Eismaschine - Google Patents

Description

1877.

Klasse 17.

FRANZ WINDHAUSEN in BERLIN. Continuirlich wirkende Vacuum-EismascHi

Patentirt im Deutschen Reiche vom 14. December 1877 ab.

Die Wirkungsweise der auf den Zeichnungen dargestellten Maschine beruht auf dem bekannten Princip der Kälte-Erzeugung durch directe Verdampfung des Wassers in entsprechend tiefem Vacuum.

Nachdem die praktische Möglichkeit der directen Eiserzeugung nach diesem Princip von Leslie mit Zuhülfenahme der dampfabsorbirenden Schwefelsäure experimental mit gewöhnlicher Luftpumpe längst nachgewiesen ist, sind von Edmond Carre in Paris und später von Eigel & Lesemeister in Cöln darauf basirende Eismaschinen, namentlich zum Gefrieren der Caraffes frappöes construirt und in die Praxis eingeführt. In diesen Maschinen wird bekanntlich mit gewöhnlicher Luftpumpe ein solcher luftververdünnter Raum erzeugt, dafs darin das Wasser bei unter o⁶ verdampfen kann, während die Dämpfe selbst von Schwefelsäure unter Erhitzung und bis nahe zur Erschöpfung ihrer . Wasseraufnahmefähigkeit absorbirt werden.

Da hier die Luftpumpe nur zur Herstellung des luftverdünnten Raumes, nicht aber zur Entfernung und Condensation der Dämpfe bestimmt ist, da ferner die verdünnte und dabei erhitzte Schwefelsäure jedesmal durch neue ersetzt werden mufs, so arbeiten diese Maschinen relativ theuer und nicht continuirlich. Sie sind deshalb zur Erzeugung von Eis in grofsem Mafsstabe. in ihrer bisherigen Form wenig geeignet.

, Meine Eismaschine hat dagegen die neuen Einrichtungen, dafs sie eine eigenthümliche zweicylindrige Luftdampfpumpe besitzt, welche zur Erzeugung des luftverdünnten Raumes, dann aber auch zur Entfernung und Condensation der Dämpfe dient und auf vortheilhafte Weise für sich allein oder auch mit Zuhülfenahme von Schwefelsäure Eis in Masse und continuirlich zu erzeugen vermag; dafs die Schwefelsäure während der Dampfaufnahme durch besondere Kühlvorrichtungen auf niedriger Temperatur erhalten und in besonderen Apparaten, die mit der Maschine in organischer Verbindung stehen, wieder concentrirt wird, so dafs sie nicht wieder erneuert zu werden braucht, und endlich, dafs sie, die Maschine, neue und eigenthümliche Dichtungen besitzt, welche die Erhaltung des Vacuums in zuverlässiger Weise sichern.

Anordnung und Wirkungsweise der
Maschine.

In hermetisch verschliefsbaren Gefrierschränken A Ai u. s. w., in welchen das zu gefrierende Wasser sich befindet, wird das entsprechende Vacuum durch die eigenthümliche Luftpumpe hergestellt und unterhalten.

Der sich bildende Wasserdampf wird von der Luftpumpe allein oder mit Hülfe von Schwefelsäure, die .sich in einem besonderen, mit den Gefrierschränken communicirenden Behälter B (Absorptionsgefäfs) befindet, entfernt und condensirt bezw. absorbirt. Die durch diesen Vorgang sich erhitzende Schwefelsäure wird continuirlich durch Kühlwasser gekühlt und in kleinen Mengen fort und fort nach Maafsgabe der Verdünnung in einen Behälter C (Concentrationsbehälter) gepumpt, um daselbst durch continuirliche Abdampfung wieder concentrirt zu werden. In dem Maafse, wie die verdünnte Säure dem Concentrationsbehälter zugeführt wird, fiiefst aus demselben concentrirte Säure in das Absorptionsgefäfs B zurück, wodurch hier die Säure auf nahezu gleichbleibendem Concentrationsgrade und Niveau erhalten wird.

Die Gefrierschränke sind so construirt und angeordnet, dafs einzelne derselben abwechselnd behufs Herausnahme des Eises leicht geöffnet und geschlossen werden können, ohne dafs dadurch das Vacuum und der Gefrierprocefs in den anderen Schränken und dem Absorptionsgefäfs B aufgehoben wird.

Durch diese Anordnung der Maschine, sowie durch eigenthümliche Dichtungen zum leichten hermetischen Verschlufs aller Behälter ist ein continuirlicher Betrieb möglich und durch die Eigenthümlichkeit der einzelnen Theile und die Zusammensetzung der ganzen Maschine ein guter Gang derselben erreicht und gesichert.

Construction der Maschine,

Nach dem Vorstehenden besteht meine Maschine aus folgenden Haupttheilen:"

1. den Gefrierschränken AA₁...

2. dem Schwefelsäure-Absorptions-Behälter B,

3. dem Schwefelsäure-Concentrations-Behälter C,

4- der eigentümlichen Luft-Dampf-Pumpe.

Alle diese Theile stehen durch zweckentsprechende Rohrleitungen und Organe mit einander in Verbindung.

Die Theile unter ι bis incl. 3 sind auf Blatt I, Fig. ι, in theilweiser verticaler Ansicht und Durchschnitt, in Fig. 2 in Ansicht von oben und in horizontalem Durchschnitt dargestellt.

i. Die Gefrierschränke A A, sind mit Charnierthüren α versehene, hermetisch verschliefsba're Behälter (auf der Zeichnung als parallelepipedische Schranke dargestellt). Der hermetische Verschlufs ihrer Thüren wird auf folgende Art hergestellt. Auf der Schlufsfläche zwischen Thür und Schrank sind auf ersterer, in kleinem parallelen Abstande von einander, zwei in sich geschlossene, wenig vorstehende Gummibänder in entsprechend eingehobelte Nu then eingeklemmt, die zunächst als Dichtungsmittel zwischen Thür und Schrank dienen, sobald die Thür mittelst der Schrauben b ge-, schlossen.und an den Schrank geprefst ist. Zur weiteren Dichtung füllt sich der Raum zwischen den Gummibändern während der Evacuation des Schrankes mit Wasser, welches durch ein kleines Loch und die Rohrleitung bei d (Fig. 2) einläuft bezw. angesaugt wird.

In ähnlicher Weise, wie der Thürverschlufs hauptsächlich durch Wasser erfolgt, ist der hermetische Luftabschlufs bei allen Fugen und Poren in den Wandungen der Schränke dadurch erzielt, dafs die Schranke bis auf. die Thüröffnungen ganz von Wasser umgeben sind, welches sich in den die Schränke umgebenden Blechmänteln befindet.

'Die Gefrierschränke stehen mit einander, sowie mit dem Schwefelsäure-Absorptions-Behälter .Z? und der Luftpumpe durch die Rohrleitung E in ersichtlicher Weise in Verbindung, können aber auch einzeln oder auch alle durch die Ventile e von Hand des Wärters von der Rohrleitung und damit von dem Absorptions-Gefäfse und der Luftpumpe abgeschlossen werden, um, wenn erforderlich, einen oder mehrere Schränke öffnen zu können, ohne zugleich damit das Vacuum und den Gefrierprocefs in den anderen Schränken und Behältern aufzuheben.

Das Gefrieren des Wassers geschieht, wie dargestellt, in innerhalb der Schranke aufgestellten Blechkästen, kann aber auch durch Aufstellung von mit Wasser gefüllten, beliebig anders geformten Gefäfsen geschehen, sowie auch durch Einspritzung in die hohlen Schranke erfolgen, auf welch letztere Weise graduell dickes Blockeis erzeugt werden kann.

Die während des Gefrierprocesses sich entwickelnden Dämpfe gelangen durch die Rohrleitung F nach Pfeilrichtung 1 2 3 in die Luftpumpe und das Absorptionsgefäfs B, um daselbst condensirt bezw. von der Schwefelsäure absorbirt werden zu können.

Das leichte Oeffnen der Schränke geschieht durch Einströmen atmosphärischer Luft durch Oeffnen von an den Thüren befindlichen Lufthähnen c.

2. Das Schwefelsäure-Absorptions-Gefäfs B ist ein Behälter, der zur Aufnahme von Schwefelsäure bestimmt und demgemäfs mit Blei dicht ausgekleidet ist. Oben communicirt dieser Behälter durch die Rohrleitung E mit den Gefrierschränken, andererseits durch das Rohr F mit der Luftpumpe. Beide Rohre haben nach oben gehende Krümmungen, um Säurepartikelchen zurückzuhalten.

Die Schwefelsäure hat den Zweck, die sich in den Gefrierschränken entwickelnden Dämpfe zum Theil oder ganz aufzunehmen.. Um diesen Zweck zu fördern, ist im Absorptionsgefäfse ein rotirender Apparat f angebracht. Derselbe besteht aus mehreren unten offenen, nach oben ausgebogenen und daselbst siebartig durchlochten Bleiröhren mit darüber befindlichem Ventilator aus Bleiblech. Dieses System ist symmetrisch an einer verticalen Welle befestigt. Bei rascher Drehung derselben werden durch den Ventilator die Dämpfe angesaugt und mit der durch die Bleiröhren in feinstem Sprühregen centrifugal ausspritzenden Säure in innige Berührung gebracht. Die Welle dieses Spritz-Apparates wird oben durch Stopfbüchse und darüber stehendes Wasser hermetisch gedichtet. Um etwa doch durch die Stopfbüchse eindringendes Wasser von der Schwefelsäure abzuhalten, befindet sich unter der Stopfbüchse auf der Welle eine runde Scheibe in einer diese umschliefsenden Kammer, auf welche das durchdringende Wasser zunächst fällt und centrifugal an die Innenfläche der Kammer geschleudert wird. Aus dieser wird das Wasser dann durch ein dünnes Rohr g in einen geschlossenen Sammelbehälter h abgeführt, während in diesem Behälter durch das Verbindungsrohr i das gleiche Vacuum, wie im Absorptionsbehälter B₁ erhalten wird.

Die durch Aufnahme der Dämpfe sich erwärmende Säure wird fortwährend gekühlt, indem einerseits das ganze Absorptionsgefäfs mit Kühlwasser »umgeben ist, andererseits eine Bleirohr-Kühlstange K im Apparate in ersichtlicher Weise angeordnet ist, durch welche fortwährend Kühlwasser fliefst.

Das Absorptionsgefäfs soll nur theilweise, etwa bis zur halben Höhe, mit Säure gefüllt erhalten werden.

Es befindet sich deshalb in der bestimmten Niveauhöhe ein Abflufsrohr /, durch welches der Ueberschufs der Säure mittelst einer bei P angebrachten (hier nicht mit gezeichnetenjPumpe^ nach dem Concentrationsgefäfse C gefördert wird, während in gleichem Maafse durch das Rohr m concentrate Säure dem Absorptionsgefäfse B zufliefst.

Der Zu- und Abflufs der Säure geschieht so, dafs die fortgepumpte verdünnte kalte Säure die Wärme der zufliefsenden concentrirten heifsen Säure aufnimmt, bevor sie in den Concentrationsbehälter tritt, und dafs die concentrirte Säure bereits vollständig abgekühlt ist, wenn sie bei Ot₁ in das Absorptionsgefäfs einströmt. Zu dem Zwecke sind zwei Behälter G und H angeordnet. Durch diese Behälter geht die Bleirohrleitung m (welche die concentrate Säure enthält) in Spiralwindungen hindurch, während entgegengesetzt die Säureströmung die verdünnte Säure durch den Behälter G von unten nach oben durchströmt und weiter bei I₁ in'¹ den Concentrations-Apparat gelangt, wodurch ein Austausch der Wärme stattfindet.

Im Gefäfse H wird die concentrirte Säure dann noch weiter abgekühlt, indem durch das Rohr η Kühlwasser zu- und durch das Rohr », wieder abfliefst.

Die Rohrleitungen / und ;«, haben beide so tief nach unten gehende heberartige Krümmungen, dafs in keinem Falle Luft oder Dämpfe durch diese Rohrleitungen in das Absorptionsgefäfs B treten können.

3. Der Concentrations-Behälter C ist bestimmt, die im Absorptionsgefäfse B verdünnte Säure wieder zu concentriren. Demgemäfs ist dieser Behälter ein mit Blei ausgefütterter, in schlechte Wärmeleiter gehüllter, hermetisch geschlossener Kessel.

Dieser Kessel enthält etwa bis zur halben Höhe spiralförmig gewundene Bleiröhren, welche ganz von der zu concentrirenden Säure umgeben sind.

In dieser Bleirohrleitung circulirt gespannter Dampf, der seine latente Wärme durch Contact-Erwärmung an die Säure zur Abdampfung derselben abgiebt. Der gespannte Dampf wird durch das Rohr 0 von dem Betriebs-Dampfkessel zu- und durch das Rohr/ dahin zurückgeführt.

Da nun aber die Abdampfung für gleichen Concentrationsgrad der Säure im Vacuum bei geringerer Temperatur erfolgen kann, als wenn dieser Procefs unter Atmosphärendruck sich vollzieht, so steht mit dem Concentrationsbehälter mittelst der nach oben gebogenen Rohrleitung q der Dampf-Condensator J in Verbindung. In diesem werden die abgehenden Dämpfe der Säure durch Contactkühlung oder injicirtes Wasser condensirt. Das Condensationswasser wird durch das Rohr r in . bekannter Weise abgeführt, während andererseits durch das Rohr ί das entsprechende Vacuum mittelst der Betriebs-Luft-Dampfpumpe erzeugt und erhalten wird.

Um eventuell die Säuredämpfe auch frei abströmen zu lassen, ist das von der Hand des Wärters zu öffnende Ventil / angebracht, welches, wenn offen, die Dämpfe durch das Rohr u in das Freie treten läfst, zugleich aber auch als Sicherheitsventil dient, wenn die Condensationsvorrichtung zeitweise nicht functionirt.

Der Zu- und Abflufs der Säure wird, wie schon unter 2. erwähnt, durch die Rohrleitung / und m vermittelt. Da nun die abfliefsende Säure die möglichst concentrirte sein mufs, so findet der Abflufs derselben durch die doppelt heberartig gebogene Rohrleitung w am Boden des Concentrationsgefäfses statt. Damit ferner der Abflufs der Säure nicht unter der bestimmten Niveauhöhe erfolgt, ist in der oberen Biegung des Rohres w ein dünnes, oben offenes Ansatzrohr angebracht. Die heberartige Biegung des Rohres w nach unten soll vermitteln, dafs, falls das Abflufsrohr m theilweis von Säure leer ist, nicht Abdämpfe aus dem Concentrationsbehälter B eintreten können, die sonst hier sich condensiren und die abfliefsende Säure verdünnen würden.

4. Die Luft-Dampf-Pumpe, dargestellt auf Blatt II. Dieselbe hat den Zweck, in den vorbeschriebenen Gefrierschränken A und dem Absorptionsgefäfse B mit möglichst geringer Betriebskraft einen absoluten Druck bis unter 4,6 mm Quecksilbersäule zu erzeugen und zu unterhalten; sodann ganz oder theilweise die sich bei diesem Druck entwickelnden Dämpfe continuirlich abzuführen. Sie hat den weiteren Zweck, auch in dem Concentrationsgefäfse C ein entsprechend hohes Vacuum zu unterhalten.

Die Luft-Dampf-Pumpe besteht aus einem gröfseren und einem kleineren Cylinder mit eigenthümlichen Kolben, Saug- und Druckventilen, sowie einem Condensator, die durch Rohrleitung, Gestelltheile und Bewegungsmechanismen mit einander verbunden sind.

In dem gröfseren Cylinder werden bei dem Betriebe aus den Gefrierschränken die Luft und die Dämpfe angesaugt und bis zu der Spannung comprimirt, bei welcher mit Kühlwasser bei gewöhnlicher Temperatur die Dämpfe condensirt werden können. Die so schwach, etwa auf '/₁₀ bis auf y,._o Atmosphäre comprimirte Luft und Dämpfe strömen zunächst in den Condensator, in welchem die Condensation der Dämpfe stattfindet. Der Ueberschufs von Luft und Dampf geht mit dem Condensations wasser von da in den kleineren Cylinder, in welchem die Compression weiter bis Atmosphärenspannung erfolgt, um sodann mit dem Condensationswasser ins Freie gefördert zu werden.

Auf Blatt II ist in Fig. 1 und 2 eine gröfsere derartige Luft-Dampfpumpe in verticalem Durchschnitt und in Ansicht dargestellt. A bezeichnet den grofsen und B den kleinen Cylinder; C den den letzteren umschliefsenden Condensator, D das beide Cylinder und den Condensator verbindende Druckrohr, E das nach dem Absorptionsgefäfse bezw. nach den Gefrierschränken führende Saugerohr, G den Bewegungsmechanismus der Kolben.

/ί

Der Kolben A ist durch Boden und Deckel nach aufsen hermetisch verschlossen. In letzteren befinden sich die Kanäle zum Durchgangs für die eingesaugte und comprimirte Luft und Dämpfe, ^vährend durch Saugventile α und Druckventile b die Communication mit den Cylinderräumen über und unter den Kolben c vermittelt und unterbrochen wird. Die Saugventile sind möglichst leicht und werden oben durch ihr eigenes Gewicht und unten durch den Auftrieb einer Feder geöffnet. Der Schlufs der Saugventile geschieht beim Auf- und Niedergange des Kolbens durch Anstofs einer durch den Kolben dicht schliefsend und mit Reibung gehende Stange d. Die Druckventile liegen durch Feder- und Eigengewicht leicht geschlossen an ihren Sitzen und öffnen sich in gewöhnlicher Weise durch den Ueberdruck im Cylinder, wenn Luft und Dampf comprimirt werden. Der Kolben c ist bis zur Liderungsfuge hohl und mit doppelwandiger hohler Kolbenstange versehen. Derselbe hat bekanntlich die Bestimmung, über und unter sich Luft und Dämpfe in den Cylinder anzusaugen und zu comprimiren. Der Kolben mufs demnach mit möglichst dicht schliefsender Liderung versehen sein und der Arbeitsersparnifs wegen mit wenig Reibung arbeiten.

Zu diesem Zwecke hat derselbe eine eigenartige, in Fig. 3 im Bruchdurchschnitt und in vergröfsertem Maafse dargestellte Liderung, e bezeichnet den an die Cylinderwand leicht federnden und in der Ringfuge des Kolbens leicht beweglichen Liderungsring. Hinter letzterem liegt eine in sich geschlossene Gummi-Membran f, die zwischen Ober- und Untertheil des Kolbens c mittelst des eingelegten concentrischen Ringes g hermetisch abschliefsend eingeklemmt ist. Im Hohlräume des Kolbens wird nun ein etwas höherer Druck, als der Maximaldruck im Cylinder ist, unterhalten, wodurch die Gummikappe fest an den Liderungsring und dieser an die Cylinderwand geprefst wird. In ähnlicher Weise wird die dicht abschliefsende Reibung der Stange d mittelst Lederkappe in ersichtlicher Weise erreicht.

Die Regulirung des Druckes im Innern des Kolbens geschieht durch ein Druck-Reductions-Ventil h (s. Fig. 4), was sich auf einem kurzen Ansatzrohre k am oberen Ende der hohlen Kolbenstange befindet und in Fig. 4 im Bruchdurchschnitt dargestellt ist. Dieses Ventil wird, mit durch die Schraube i regulirbarem Spiralfederdruck an der inneren Sitzfläche gehalten und öffnet sich durch Atmosphärendruck nach innen, wenn und sobald der Luftdruck im Innern des Kolbens geringer geworden, wie festgestellt ist. Infolge dessen strömt Luft so lange ein, bis der bestimmte Druck im Innern erreicht ist, wonach das Ventil h sich selbsttätig wieder schliefst.

Der Condensator C und die Pumpe B bieten in ihrer Construction nichts Neues und arbeiten in gewöhnlicher bekannter Weise mit regulirbarer Wassereinspritzung durch das Rohr /.

Die Kolben beider Cylinder sind in ersichtlicher Weise durch Lenkstangen mit dem einarmigen Balancier und dieser mit dem Kurbelmechanismus verbunden.

Der Bewegungsmechanismus bietet an sich nichts Neues, kann mit ein- und doppelarmigem Balancier, wie in Fig. 1 und 5 dargestellt, sowie auch direct wirkend, wie Fig. 6 und 7 zeigen, und endlich auch durch jede andere bekannte und entsprechende Bewegungsart bewirkt werden, wenn nur dadurch die Functionen der Kolben und Cylinder zu einander nicht beeinträchtigt werden.

Für Fälle, in welchen wenig oder gar kein Condensationswasser zu Gebote steht, kann der Condensator C wegbleiben und der Cylinder i? zweckmäfsig doppeltwirkend sein. In diesem Falle ist das Volumenverhältnifs des Cylinders A zu dem des Cylinders B am besten so zu wählen, dafs die Anfangsspannung der angesaugten Dämpfe und Luft zu der Endspannung derselben in beiden Cylindern nahezu gleich ist, dafs also im Cylinder A die Compression der angesaugten Luft bis auf circa '/₁₄ Atmosphäre geht und von dieser Spannung ab im Cylinder B die Compression bis zur vollen Atmosphärenspannung bewirkt wird.

In Fig. 6 und 7 ist endlich noch der Fall in Form einer fahrbaren Eismaschine dargestellt, in welchem bei kleinen Maschinen ohne Mithülfe von Schwefelsäure die directe Verdampfung von Wasser bezw. dessen Abkühlung und Gefrierung durch Wirkung der doppelcylindrigen Luftpumpe ohne Anwendung von Kühlwasser erfolgt.

Der hermetisch verschliefsbare Gefrierkasten ist hier unmittelbar unter den Cylindern und in fester Verbindung mit diesen angeordnet. Die Bewegung der Kolben geschieht durch zwei auf einer Welle festgekeilte Schwungräder, die eventuell zugleich als Fahrräder für die ganze Maschine dienen, mittelst zweier Lenkstangen und Corset in entsprechender Gradführung. Im Corset ist die Stange vom Kolben des kleinen Cylinders festgekeilt, während die hohle Kolbenstange vom Kolben des grofsen Cylinders durch losen Gabelkeil bei y von Hand des Wärters leicht gelöst und festgestellt werden kann. Diese Einrichtung hat den Zweck, dafs zunächst durch das Arbeiten mit dem kleinen Cylinder das Vacuum bis zu etwa ¹J_1A Atmosphäre leicht erzeugt und sodann das nöthige höhere Vacuum durch Einrücken des Kolbens im grofsen Cylinder ohne Schwierigkeit bewirkt und erhalten werden kann.

Der Gang der Maschine erfolgt in der Ruhe durch Motor und Riemenbetrieb oder beim Transport durch Adhäsion der als Fahrräder dienenden Schwungräder.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Die dargestellte Anordnung und Construction der Gefrierschränke, Schwefelsäure-, Absorptions- und Concentrations - Behälter in Verbindung mit der doppelcylindrigen Luft-Dampfpumpe zu einer Eiserzeugungs - Maschine von continuirlicher Wirkung.
2. 2. Die constructive Anordnung der Luft-Dampfpumpe mit zwei ungleich grofsen Cylindern und Condensator, und deren vorteilhafte Verwendung zur Abkühlung von Wasser und anderen Flüssigkeiten, sowie zur directen Gefrierung des ersteren mit oder ohne Zuhülfenahme von Schwefelsäure. Insbesondere die neue Kolbenliderung mit von aufsen regulirbarer Luftspannung.

   Die continuirliche Abkühlung der Schwefelsäure bei Aufnahme der Wasserdämpfe.

   Die besondere Art der Wasserdichtung an den Gefrierschränken und Schwefelsäure-Absorptions - Behältern. Insbesondere die Wasserdichtung an den Thürverschlüssen der Gefrierschränke.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.