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Umlaufende Kältemaschine. Bei Vergleichen der Kreisläufe von Dampfmaschinen
und Kältemaschinen ist festgestellt worden, daß der Kreislauf der einen die Umkehrung
des Kreislaufes der anderen ist, und es ist bereits die Möglichkeit ins Auge gefaßt
,vorden, durch Einbau einer negativen Speisepumpe in eine Kältemaschine diese als
Kraftmaschine verwenden zu können. Zu praktischen Lösungen dieser Möglichkeit ist
es je-
doch bisher noch nicht gekommen.
Gegenstand der Erfindung
ist nun eine umlaufende Kältemaschine mit starr miteinander verbundenem Verflüssiger
und Verdampfer, die durch den vorgeschlagenen Einbau einer Pumpe als Krafterzeuger
praktisch verwendbar ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Betriebsmittel durch Erwärmung
des bei der Benutzung der Maschine zur Kälteerzeugung als Verflüssiger dienenden
Behälters verdampft wird und in den einen Teil von durch Schieber gesteuerten Zylindern
eines radial um die feststehende Maschinenacbse angeordneten Kolbenmotors gelangt
und diesen dadurch in Drehung setzt, während gleichzeitig der in dem anderen Teil
der Zylinder befindliehe Dampf nach Arbeitsleistung in den bui der Kälteerzeugung
als Verdampfer wirkenden Behälter gelangt, in welcheni er durch Kühlung sich verflüssigt,
worauf das verflüssigte Betriebsmittel durch eine mit Schiebersteuerung versehene
PumFe in den erstgenannten Behälter zurückgefördert wird, wo es von neuem verdampft.
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Durch die jeweilig leicht herbeizuführende Umkehrung des Ganges der
Maschine kann man sie ohne Schwierigkeit als Kälte- oder Krafterzeuger arbeiten
lassen. In Anbetracht der niedrigen Verdampfungstemperatur des benutzten Betriebsmittels
(Scliwefelsäureanhydrid, Methylchlorid o. dgl.) kann die Ingangsetzung der Maschine
durch niedrige Temperaturen, z. B. durch Sorinenbitze, herbeigeführt werden, wobei
die Senkung der Temperatur des Verflüssigers durch Verdampfung einer dünnen Schicht
Wassers erreicht wird, die auf der Oberfläche des Verflüssigers lagert. Zur Herbeiführung
dieser Verdampfung wird gemäß der Erfindung ein Ventilator benutzt, der bei der
Verwendung der Maschine zur Kälteerzeugung an dem Gehät se des Verflüssigeis und
bei der Verwendung der Maschine zur Krafterzeugung an dem Gehäuse des Verdampfers
angebracht ist.
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In der Zcichnung ist der Erfindungsgcgenstand beispielsweise dargestellt.
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Es ze#,t Abb. i einen senkrechten Längsschnitt durch die Maschine,
Abb. 2 eine Einzelansicht des Daumenantriebes eines dtr Schieber der Flüssigkeitspumpe,
Abb. 3 eine ähnliche Ansieht des Antriets des anderen Pumpenschiebers, Abb-
3 einen Schnitt durch die Flüssigkeitspumpe und ihren Antrieb und Abb.
5 eine Arsicht einer Maschine mit senkrecht stehender Achse.
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Gemäß Abb. i bilden die beiden Zylinder i und ja in Wirklichkeit einen
einzigen Zylinder, der in zwei Teile geteilt ist, welche die Kölben 2, 2a aufnehmen,
die ebenfalls einen gemeinsamen Kolben mit doppelter Wirkung bilden. Die Zylinder
i, ja verschieben sich auf den festsitzenden Kolben und sind an ihren Enden durch
Böden ib, ic geschlossen.
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Die Maschine kann auch eine größere Anzahl von Zylindern und Kolben
umfassen, deren Tätigkeit dieselbe sein würde, wie die im folgenden für die beiden
gezeigten Zylinder beschriebene. Das eine Ende des Doppelkolbens ist durch eine
Stange 3 mit dem Arm 4 einer Kurbel-,velle 5 verbunden, die durch
ein Gegengewicht 6 in fester Lage gehalten wird. Das Gewicht 6 sitzt
in einer Muffe 18, die durch einen Keil ig auf die Achse 5 aufgekeilt ist.
Die anderen Teile der Maschine drehen sich um die festliegende Achse 5.
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Der Zylinder i, ja trägt in der Mitte auf seiner Außenseite
eine Büchse 7, die mittels eines Anschlußflansches durch Bolzen
8 auf dem Zylinder befestigt ist und ein Ende der Achse 5 aufnimmt,
um welche die Büchse sich in einem Schmierlager 9 dreht. Dieses Lager wird
von einem Querbalken T eines starren Rahmens C getragen, der auf einem anderen
Querbalken Tr das andere Lager 33
trägt. Die ganze Maschine wird von dem starren
Rahmen C getragen, mittels welchem sie schnell an irgendeiner Stelle angebracht
werden kann. Eine auf die Büchse 7 aufgekeilte Scheibe io dient zur Abgabe
oder Aufnahme der Antriebskraft. Neben der Scheibe io sitzt eine Schnurscheibe 45,
die mittels einer endlosen Schnur 43 und einer Schnurscheibe 44 einen Ventilator
42 antreibt.
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An der der Büchse 7 gegenüberliegenden Seite ist der Zylinder
i, i', an eine Scheibe ii angelehnt, mit der er zu einem Gebilde vereinigt ist.
An der Scheibe ii ist ein Zylindermantel 12 gebildet, auf dem mittels Schrauben
14 ein Deckel 13 befestigt ist, der auf eine Welle 32 aufgeschweißt ist,
wodurch ein luftdicht geschlossener Raum A geHdet wird.
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Dieser Behälter A dient als Dampferzeuger (Verdarnpfer), wenn
die Maschine als Motor arbeitet. und als Kondensator, wenn sie als Kälteerzeuger
wirkt.
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Im Innern des Behältcrs A sind auf der Scheihe ii zwei Dampfverteilungsschieber
15, 15," angebracht, wclche sich in Kästen 16, 16a befinden, die den Dämpfen erst
nahe der Mitte des Behälters A durch die Öffnungen 16b, 16c Zutritt gewähren.
Die Kästen besitzen außerdem Füh-ungsöffnungen für die Antriebsstangen der Schieber
15. Diese Stangen sind an einem Exzenterbil-el ähnlich dem in Abb fest
- 4 dargestellten be igt, der ein Exzenter 17 umgibt, weiches von der Muffe
18 gebildet ist.
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An dem and ren Ende der Muffe 18 sitzen,
durch eine
Schräube oder sonstwie gehalten, zwei Daumen 22, 22a, zwischen- welchen sich ein
Exzenter 23 befindet. Die Daumen 2z, 22a (Abb. ?. und 3) wirken auf
die rechtwinkligen Ringflanschen von Verteilungsschiebern 24, 24#a eilier Speisepumpe
P. Der Kolben 25
der letzteren wird von einer Stange 2511 bewegt, die an dem
BÜgel 25b des Exzenters 23
sitzt (Abb. 4). Durch einen Kanal
26, der unter der Kontrolle der Schieber 24, 24a steht, kann der Zylinder
27 der Pumpe P in Vcrbindung gesetzt werden, entweder mit dem Innern des
Behälters A (Unterdrucksetzung der vom Kondensator gekommenen Flüssigkeit
' offener Schieber 24 und geschlossener Schieber 24#1) durch die in dem Pfropfen
28
enthaltene Bohrung, oder mit dem Behälter B (Unterdrucksetzung der von
A in den Zylinder 27 gelangten Flüssigkeit in B, bei geschlossenem
Schieber 24 und offenem Schieber 24 a) durch den im Kniestück 2.9 befindlichen
Kanal, die Leitung 35, Kanal 34 der Welle 32 und Leitung
36, die auf der Welle 32 befestigt ist. Die Pumpe P ist durch ihren
Träger 3o mittels Bolzen 31 auf einem Arm der Welle 32 befestigt, die eine
Längsbohrung zur Aufnahme und Lagerung der Achse 5 besitzt, um welche sich
die Welle 32 dreht. - Die Stücke 30, 32 sind an ihrer Verbindungsstelle
mit Führungsöffnungen für die Kolbenstange 25 und die ScHeberstangen. 24,
2V versehen, auf welch letzteren Gewichte oo, ooa befestigt sind, die durch
ihre Zentrifugalkraft die Wirkung der Schieber 24, 24" sichern, wenn sie von den
Daumen 22, 22a freigegeben werden, um entweder den Kanal im Pfropfen 28 oder
in dem Kniestück 29 abzusperren. Die Schieber werden zur gegebenen Zeit in Offenstellung
durch ihre Ringflanschen geführt, wenn diese unter die Daumen 22, 22a (Abb. ?"
3)
treten, die ein festes Stück mit der Achse 5
bilden, Die Leistung
der Pumpe P ist derart, daß, wenn die Maschine als Motor (mit Höchstdruck) arbeitet,
sie von dem Kondensator B in den Dampferzeuger A eine kondensierte Flüssigkeitsmünge
fördert, die zurn mindesten gleich der Menge ist, die durch die Kondensation der
Dämpfe erzeugt wird, die in der gleichen Zeit durch die Zylinder i, ia gehen. so
daß bei dieser Arbeitsweise fast die ganze Flüssigkeitsmenge beständig in dem Behälter
A
(Dampferzeuger) ist.
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Wenn dagegen die Maschine (umgekehrt laufend) als Kälteerzeuger wirkt,
saugt die Purnpe P die Flüssigkeit aus dem BehälterA an und drückt sie in den Behälter
B; da nun ihre Leistung wesentlich größer ist als die durch die Kondensation erzeugte
Flüssigkeitsmenge, strömt nicht nur die ganze Flüssigkeit in den Behälter B, sondern
es gehtauch noch eine kleine Menge von Dämpfen durch, die die Kälteleistung ein
wenig vermindert. Um diesen -Nachteil zu vermeiden, wenn die Maschine.:ausschließlich
als Eismaschine läuft, muß die Leistungsfähigkeit des Zylinders 27 auf ein genaues
Volumen herabgesetzt werden. In diesem Falle braucht kein Kolben vorhanden zu sein,
da der Druck in dem Kondensator A stets stärker ist als in dem Verdampfer
B. Es genügt, dem Zylinder 27 solche Abmessungen zu geben, daß sein Volumen
demjenigen der Flüssigkeit entspricht, die von den aus dem Behälter A
in der
gleichen Zeit durch das Kolben- und Zylinderspiel j:, 1% 2, 2a entnommenen Dämpfen
erzeugt wird. Der Druck füllt den Zyl-Inder 27 bei offenem Schieber 24 und
geschlossenem Schieber 24a selbsttätig, worauf die Flüssigkeit, bei Schließen des
Schiebers 24 und Öffnen des Schiebers -,24a, in den Behälter B strömt, wo der Druck
geringer ist.
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Die Welle 32 ist mit einem weiteren Kanal 37 versehen,
durch den Verbindung zwischen dem Innern des Behälters B und den Schiebern
,5, 15" mittels Leitungen 38, 3811 hergestellt werden kann, die durch
ein Anschlußstück 38b
voneinander abzweigen. Der Kanal 37 verlängert
sich gegen den Behälter A hin, in welchen er mündet. In der Mündung ist ein
Sicherheitsventil S angeordnet, weIcbes aut den Höchstdruck eingestellt ist,
bei welchem der Motor arbeiten soll. Bei Überschreitung dieses Höchstdruckes öffnet
sich das Ventil nach innen, um den überschüssigen Dampf durchzulassen, der sofort
von dem Behälter A
in den Behälter B strömt.
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Der Behälter B ist auf die Welle 32 aufgeschweißt. Er besteht
aus zwei Kappen, die durch einen mittleren zylindrischen Teil, auf dem sie aufgeschweißt
sind, verbunden sind. Der Behälter ist durch eine innere Nabe io6 verstärkt, der
das Ende der Welle 32 umgibt.
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Der Behälter A so*ie die starr mit ihm verbundenen Zylinder
und Leitungen drehen sich in dem Wasser, welches in einem Bottich 39 enthalten
ist, der Öffnungen 40, 4o11 für die Zirkulation von warmem oder kaltem Wasser besitzt,
je nachdem die Maschine als Kraft- oder Kälteerzeuger wirken soll. Der Behälter
B dreht sich in dem in einem Bottich 41 enthaltenen Wasser oder in Salzlauge, wenn
die Maschine als Kälteerzeuger arbeitet. Der Bottich 41 besitzt Öffnungen 42,- 42'#
für den Umlauf des Wassers bzw. der Salzläuge.
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Die Bottiche 39 und 41 sind mit Hauben 39", 41" versehen,
die das durch die Drehung der Behälter A und B hochgeschleuderte Wasser auffangen.
Oberhalb von Offnungen 39', 41b
der Hauben kann ein Ventilator 42 angebracht
werden, und zwar jeweils auf der Haube desjenigen
Behälters, der
als Kondensator dienen soll, während die Öffnung der anderen Haube durch eine geeignete
Platte geschlossen wird.
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Die Abb. 5 zeigt eine Ausführung einer Maschine mit stehender
Achse. Das innere Gegengewicht ist hier nicht mehr erforderlich. Die Achse
5 ragt nach oben durch eine auf dem Ende des Stückes 7 sitzende Stopfbüchse
46 heraus und wird durch einen fest am Rahmen C sitzenden Bolzen 107 gehalten.
Auf Querbalken T des Rahmens C sind die Lager 9 und 33 angeordnet.
Die Welle 32
ragt nach unten aus dem Behälter B hinaus und ruht in einem Zapfenlager
des Rahmens C.
Das Kühlwasser wird durch eine Leitung 0
auf den Behälter
geleitet, der als Kondensator dienen soll und der ebenfalls unter der Wirkung des
Ventilators 42 steht. Die Nabe des letzteren besteht aus zwei Teilen, die durch
Bolzen miteinander verbunden werden können, um sie an der geeigneten Stelle anzubringen.
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Zwischen den beiden Behältern A und B ist ein Schirm
E angeordnet, der als Reflektor oder Verdichter der Sonnenstrahlen für den
Behälter A ausgebildet ist, wenn die Maschine als Motor durch Sonnenhitze
laufen soll. Diese Ausführungsart der Maschine kann auch liegend gebaut werden.
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Die Maschine kann in der stehenden Ausführung auch als Kälteerzeuger
laufen, wobei A den Kondensator und B den Verdampfer bildet, um z.
B. in Gärkammern, Aufbewahrungsräumen von Schiffen, Waggons usw. automatisch eine
konstante Temperatur zu erhalten. Da der Behälter A als Kondensator wirkt
und auf niedriger Temperatur gehalten wird, wirken, wenn die Temperatur der Umgebung
von B steigt, die durch diese Temperatursteigerung erzeugten Dämpfe auf das Innere
der Zylinder r, ia und rufen die Drehung der Maschine hervor, wodurch der Ventilator
in Tätigkeit gesetzt wird. - Die Verdampfung der nassen Oberfläche von
A bewirkt dessen Ab-
kühlung und die Kondensation der durch die Zylinder
i, v' eingeführten Dämpfe. Die Arbeit der Pumpe P sendet diese Flüssigkeit in den
Behälter B, wo ihre fortgesetzte Verdampfung eine Senkung der Temperatur der Umgebung
von B herbeiführt, bis die Temperatur von B ungefähr gleich der von A ist.
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Die Arbeitsweise der Maschine ist folgende: Die Ladung der Maschine
mit Schwefelsäureanhydrid, Methylchlorid o. dgl. erfolgt durch eine einfache, nicht
gezeigte Einrichtung. Dieselbe besteht aus einer in der Scheibe ii vorgesehenen
Gewindeöffnung, in welche ein Ventil eingeschraubt wird, das zunächst durch eine
biegsame Leitung an eine Vakuumpumpe angeschlossen wird. Durch diuses -Ventil entleert
man zunächst die Maschine, indem man dieselbe in einige Schwingungen versetzt, um
die Luft aus den Zy-
lindern und dem Behälter B herauszubringen, worauf das
Ventil geschlossen wird. Nachdem man dann das Ventil mit einem Behälter verbunden
hat, dessen Niveau höher als die Maschine liegt und welcher unter Druck das Mittel
enthält, welches zur Ladung dienen soll, wird das Ventil von neuem geöffnet, um
die Maschine zu laden, wobei man die letztere nötigenfalls in eine Kühlmischung
eintaucht. Nachdem die Maschine geladen und auf niedriger Temperatur gehalten ist,
nimmt man das Ventil ab und ersetzt es durch einen einen dichten Verschluß bildenden
Gewindepfropfen.
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Um die Maschine als Krafterzeuger (Motor) arbeiten zu lassen, werden
die Bottiche 39, 41 mit Wasser gefüllt und mit ihren Hauben 39a, 4V versehen.
Der Ventilator wird auf die Haube 41' gesetzt und die Öffnung der Haube
39"
mit ihrer Verschlußplatte versehen. Wenn nun durch irgendein Mittel die
Temperatur des Wassers im Bottich 3o gesteigert wird, wächst die Spannung der Dämpfe
im Behälter A. Diese Dämpfe üben nun einen Druck im Innern desjenigen Zylinders
aus, der in diesem Augenblick mit dem Innern des Behälters A in Verbindung
steht, während der andere gleichzeitig mit dem Behälter B verbunden ist, in welchem
ein kleinerer Druck herrscht. Infolge des Druckunterschiedes im Innern der beiden
Zylinder und des Widerstandes, welcher der Drehung der Achse 5
mit dem Kurbelzapfen
4 entgegengesetzt wird, tritt die Maschine um die Achse 5 in Drehung. Wenn
dann der erste Zylinder vollständig mit Dampf gefüllt und der entgegengesetzte Zy
linder leer ist, stellt der Schieber des letzteren die Verbindung mit dem Innern
des Behälters A
her, während der erste Zylinder zwecks Entweichenlassens der
Dämpfe mit dem Behälter B in Verbindung gesetzt wird, in welchem die Kondensation
der Dämpfe stattfindet. Auf diese Weise wird die Drehung der Maschine durchgeführt.
Durch diese Drehung tritt der Ventilator in Tätigkeit, welcher die Verdampfung der
Wasserschicht hervorruft, die auf der Außenfläche des Behälters B lagert, in dessen
Innern infolge der Temperaturverminderung die Dämpfe kondensieren.
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Zur gleichen Zeit arbeitet auch die Pumpe P. Wenn sich der Kolben
25 in den Zylinder 27
hineinbewegt, ist der Schieber 24a durch Zentrifugalwirkung
geschlossen und der Schieber 24 offen, indem sein Ringflansch durch den Daumen .12
gehalten wird, um den Austritt der Kondensflüssigkeit in das Innere des Behälters
A zu gestatten. Ist die Flüssigkeit aus dem Zylinder 27 hinausgedrückt
und der Kolben -95 beginnt seinen Saughub, so schließt
der
Schieber 24 von dem Daumen 22 freigegeben unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
den Kanal 26 gegen die Bohrung d(s Pfropfens 28 ab, während der Schieber
24' von dem Daumen 22a erfaßt und zur Mitte hin zurückgezogen wird, um die Verbindung
zwischen dem Behälter B und dem Zylinder 27 herzustellen, welch letzterer
sich mit Flüssigkeit füllt. Diese verschiedenen Bewegungen der Kolben, Dampfverteilungsschieber
und Pumpenteile wiederholen sich bei jeder Umdrehung, und der Lauf der Maschine
dauert so lange an, als die Temperatur in A höher als in B ist. Leicht einzubauende
Temperaturregler regeln die Wärme und damit den Lauf der Maschine.
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Um als Kälteerzeuger züi arbeiten, enthält die Maschine Antrieb durch
die Scheibe io, die sie in umgekehrte Drehung versetzt, als wenn -sie als Motor
(Krafterzeuger) läuft. Die vorangegebenen Bewegungen erfolgen demnach im umgekehrten
Sinne. Das Spiel der Kolben und Schieber bewirkt die Ansaugung der Dämpfe aus dem
als Verdampfer wirkenden Behälter B und ihre Verdrängung in den Behälter
A, der als Kondensator wirkt und auf dessen Gehäuse 39a der Ventilator 42
aufgesetzt worden ist. Infolge der umgekehrten Bewegung der Verteilungsschieber
24, 24 a saugt die Pumpe P die im Behälter A kondensierte Flüssigkeit an
und verdrängt sie in den Behälter B, wo ihre beständige Verdampfung Kälte erzeugt.
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Als. Motor kann die Maschine dieselbe Verwendung finden wie die anderen
Motoren. Auf Automobile angewandt, kann ein Teil der aus dem Gewicht des Wagens
sich ergehenden Kraft ausgenutzt werden, wenn dieser eine Schräge hinunterfährt.
Es genügt, in diesem Augenblick mit Hilfe einer besonderen Kupplung die Mascbine
im -umgekehrten Sinne wie als Motor, d. h. als Kälteerzeuger, laufen zu lassen.
Dabei dient die Maschine gleichzeitig zur Verlangsamung der Wagengeschwiridigkeit
infolge des Widerstandes, den die Dämpfe ihrer Kompression entgegensetzen. Es findet
dann eine Produktion von Wärmeeinheiten statt, die von dem Wasser desjenigen Bottichs
aufgespeichert werden, der vorher zur Erwärmung des Verdampfers diente; ebenso findet
eine Produktion von Kälteeinheiten statt, die von dem Wasser desjenigen Bottichs
absorbiert werden, der vorher für die Kondensation benutzt wurde. Der dadurch hervorgerufene
Unterschied zwischen den Temperaturen des Wassers der beiden Bottiche wird. dann
nachher für den Antrieb des Wagens ausgenutzt. Dieser Unterschied ist durch eine
Verbindung zwischen den beiden BottieVen regelbar, durch die Wasser von einem zum
anderen strömen kann. Mit Hilfe von Ventilen stellt man in den beiden Bottichen
Temperaturen her, die den Drücken proportional sind, welche man in den beiden Behältern
A, B erhalten will, und von denen die als Bremse wirkende Widerstandskraft
der Kolben abhängt.
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Die Achse 5 kann auch drehbar und die anderen als beweglich
angegebenen Teile können feststehend ausgeführt werden.