DE44838C - Innovations in machines for compressing gases and generating cold by means of carbon dioxide - Google Patents

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMTPATENT OFFICE

Kohlensäure.Carbonic acid.

Die Neuerungen beziehen sich auf Compressoren und insbesondere auf deren Anwendung bei Kohlensäure-Kältemaschinen, und in Combination mit denselben auf Anordnung von Expansionscylindern zur Speisung des Refrigerators (Verdampfers) mit flüssiger Kohlensäure aus dem Condensator.The innovations relate to compressors and in particular to their application in carbon dioxide refrigerators, and in combination with the same by arrangement of expansion cylinders for supplying the refrigerator (evaporator) with liquid carbon dioxide from the condenser.

Fig. ι stellt einen Compressor und Expansionscylinder mit einem bekannten Bewegungsmechanismus dar. Fig. Ι shows a compressor and expansion cylinder with a known movement mechanism.

Der Compressionscylinder besteht hier aus zwei unten durch den Kanal \ unter einander communicirenden Cylindern A und A.. In dem einen genau ausgebohrten Cylinder A befindet sich der Kolben B mit seiner durch, die Stopfbüchse k k₁ nach unten austretenden Kolbenstange B₁. The Compressionscylinder here comprises two downwardly through the channel \ among themselves communicirenden cylinders A and A .. In a precisely drilled cylinder A, the piston with its B through the gland kk ₁ after exiting the bottom piston rod _B1.

In den aufgeschraubten Verschlufsdeckeln der Cylinder A und A₁ befinden sich .die Saugventile α und U₁ und Druckventile b und O₁. In die Räume über den Saugventilen α und α, münden die Saugröhren d und d_l , während in den gemeinschaftlichen Raum über den Druckventilen b und bj das Druckrohr e mündet.In the screwed- on caps of cylinders A and A ₁ there are suction valves α and U ₁ and pressure valves b and O ₁ . The suction tubes d and d _l open into the spaces above the suction valves α and α, while the pressure tube e opens into the common space above the pressure valves b and bj.

In dem Raum unterhalb des Kolbens B, zwischen diesem und der Stopfbuchse k der Kolbenstange, sowie zum Theil auch in dem Cylinder A₁ befindet sich eine zugleich als Schmiermittel dienende Sperr- bezw. Druckflüssigkeit, über welcher im Cylinder A₁ die Kohlensäuredampfe aus dem Refrigerator angesaugt und comprimirt werden, während im Cylinder A das Ansaugen und Comprimiren der Gase unmittelbar über dem Kolben B stattfindet. Das Quantum der Sperr- bezw. Druckflüssigkeit ist so bemessen, dafs dieselbe beim tiefsten Stande des Kolbens den Raum des Cylinders A₁ bis unter die Ventile ausfüllt. In the space below the piston B, between it and the stuffing box k of the piston rod, and partly also in the cylinder A _1, there is a locking or locking device which also serves as a lubricant. Pressure fluid, via which the carbonic acid vapors are sucked in from the refrigerator in cylinder A ₁ and compressed, while in cylinder A the gases are sucked in and compressed directly above piston B. The quantum of the blocking resp. Hydraulic fluid is dimensioned so that when the piston is in its lowest position it fills the space of the cylinder A ₁ up to below the valves.

Die Kolbenstange ist in der Stopfbüchse bei k und Zf₁ doppelt abgedichtet und erhält zwischen diesen Dichtungen den Raum m, in welchen die durch die Dichtung eventuell entweichende Sperr- bezw. Druckflüssigkeit gelangt und von wo sie durch das Rohr g in den Raum m, in der Stopfbüchse des Expansionscylinders abströmt und aus dieser Stopfbüchse wieder in der nachstehend beschriebenen Weise in den inneren Kreislauf der Maschine zurückgeführt wird.The piston rod is double-sealed in the stuffing box at k and Zf ₁ and contains the space m between these seals, in which the blocking respectively escaping through the seal. Hydraulic fluid arrives and from where it flows through the pipe g into the space m, in the stuffing box of the expansion cylinder and from this stuffing box is returned to the internal circuit of the machine in the manner described below.

Der Expansionscylinder C hat den Zweck, die aus dem Condensator kommende flüssige Kohlensäure in den Refrigerator bezw. Verdampfer der Kältemaschine zu schaffen. Zu dem Zwecke strömt die flüssige Kohlensäure mit einer Spannung von ca. 60 Atmosphären durch das Rohr ο und das Expansionsventil h in den Cylinder ein, schiebt den Kolben ca. 0,1 bis 0,2 seines. Hubes fort, worauf das Expansions- bezw. Einlafsventil sich selbsttätig schliefst, während beim weiteren Fortgang des Kolbens ein Theil der flüssigen Kohlensäure (ca. Y₅ bis Y₃) verdampft und bis zum Druck im Refrigerator (20 bis 25 Atmosphären) expandirt, um danach beim Rückgang des Kolbens D durch den durch ein Excenter bewegten Auslafsschieber, entsprechend tief abgekühlt, in den Refrigerator ausgestofsen zu werden.The expansion cylinder C has the purpose of the liquid carbonic acid coming from the condenser BEZW into the refrigerator. To create evaporator of the chiller. For this purpose, the liquid carbonic acid flows with a tension of approx. 60 atmospheres through the pipe ο and the expansion valve h into the cylinder, pushing the piston approx. 0.1 to 0.2 of its. Hubes continued, whereupon the expansion resp. Einlafsventil is asleep automatically, whereas in the further course of the piston, a part of the liquid carbon dioxide (ca. Y ₅ to Y ₃₎ and evaporate until the pressure in the refrigerator (20 to 25 atmospheres) expandirt to thereafter in the decline of the piston D by the by an eccentric moving outlet slide, cooled accordingly, to be expelled into the refrigerator.

Das exacte Oeffnen und Schliefsen des Expansionsventils h geschieht durch Anstofs des Kolbens D an eine in dem röhrenförmigen Ventil emporschiebbare, mit kolbenförmigem Ansatz versehene Stange H₁. Diese Stange h_} ragt bei geschlossenem Ventil so tief in den Cylinder (ca. ο,ΐ bis ο,2 des Kolbenhubes), als derselbe mit flüssiger Kohlensäure gefüllt werden soll. Beim Emporgehen des Kolbens D schiebt derselbe nun die Stange Ji₁ zurück und öffnet damit, kurz vor dem höchsten Stande des Kolbens, durch Anstofs des oberen Endes der Stange H₁ das Ventil. Dasselbe bleibt beim Niedergang des Kolbens bei gleichzeitiger Zuströmung flüssiger Kohlensäure so lange geöffnet, bis der Ansatz h₂ an der Stange auf das Ventil trifft, damit dasselbe schliefst und den Zuflufs der Kohlensäure absperrt. Von da ab bis zum Ende des Kolbenhubes verdampft nun ein Theil der im Cylinder befindlichen flüssigen Kohlensäure auf Kosten der in dieser enthaltenen Wärme, und es expandiren diese Dämpfe bis nahezu auf die Spannung im Refrigerator, in welchen beim Rückgange des Kolbens durch den durch ein Excenter geöffneten Auslafsschieber flüssige und dampfförmige Kohlensäure tief abgekühlt ausgestofsen werden.The exact opening and closing of the expansion valve h takes place by pushing the piston D against a rod H ₁ provided with a piston-shaped extension and which can be pushed up in the tubular valve. This rod extends _h} with the valve closed so deeply into the cylinder (approx ο, ΐ to ο, 2 of the piston stroke), as the same with liquid carbon dioxide to be filled. When the piston D rises, it now pushes the rod Ji ₁ back and thus, shortly before the highest position of the piston, opens the valve by pushing the upper end of the rod H _1. When the piston descends with the simultaneous inflow of liquid carbonic acid, the same remains open until the approach h ₂ on the rod hits the valve, so that it closes and shuts off the inflow of carbonic acid. From then on to the end of the piston stroke, part of the liquid carbonic acid in the cylinder evaporates at the expense of the heat contained in it, and these vapors expand to almost the voltage in the refrigerator, in which when the piston is retracted through an eccentric When the outlet valve is open, liquid and vaporous carbonic acid can be expelled deeply cooled.

Die bei etwaiger Undichtigkeit des Kolbens D entweichende Kohlensäure gelangt in den die Kolbenstange D₁ umgebenden Ringraum und wird beim Niedergang des Kolbens durch das in demselben befindliche Ventil r wieder über den Kolben zurückgeführt, und ebenso wird auf demselben Wege die in der Stopfbüchsenkammer m, eventuell aus der Stopfbüchsenkammer m am Compressionscylinder übergegangene Druckflüssigkeit durch das Saugventil s in den Ringraum t und von da über den Kolben D geführt. Ferner kann auch durch das Saugrohr / und den Hahn Z₁ sowohl gasförmige Kohlensäure aus einem Kohlensäure-Entwickler, sowie eventuell auch Sperr- oder Druckflüssigkeit (Glycerin) angesaugt und in den inneren Kreislauf der Maschine eingeführt werden.The carbon dioxide escaping in the event of a leak in the piston D reaches the annular space surrounding the piston rod D ₁ and is returned to the piston through the valve r located in the piston when it descends Hydraulic fluid that has passed over from the stuffing box chamber m on the compression cylinder is passed through the suction valve s into the annular space t and from there via the piston D. Furthermore, both gaseous carbon dioxide from a carbon dioxide developer and possibly also sealing or pressure fluid (glycerine) can also be sucked in through the suction pipe / and the tap Z _{1 and introduced into the internal circuit of the machine.}

Der Bewegungsmechanismus der Kolben B und D bietet nichts Neues und kann in bekannter Weise, ohne Aenderung der inneren Functionen, auch anders angeordnet werden.The movement mechanism of pistons B and D offers nothing new and can be arranged differently in a known manner without changing the internal functions.

Ohne Aenderung des Constructionsprincips und der inneren Functionen kann die Compression der Gase in dem vorbeschriebenen Compressionscylinder in zwei Stadien geschehen, indem an Stelle des Druckventils b₁ das Saugventil α, und umgekehrt das Druckventil b_i an Stelle des Saugventils a_x gesetzt wird, und das Saugrohr d₁ mit dem Condensator verbunden wird. Es wird dann beim - Gange der Maschine aus dem Refrigerator das Kohlen- säuregas durch das Rohr d angesaugt, beim Aufgang des Kolbens durch das Ventil b₁ und Ci₁ in den Cylinder A₁ über die Druckflüssigkeit verdrängt und sodann beim Niedergang des Kolbens durch das Ventil b_x und das Rohr d₁ in den Condensator gedrückt..Without changing the construction principle and the inner functions, the compression of the gases in the above-described compression cylinder can take place in two stages, by replacing the pressure valve b _{1 with} the suction valve α, and vice versa, the pressure valve b _i instead of the suction valve a _x , and that Suction pipe d _{1 is} connected to the condenser. When the machine goes out of the refrigerator, the carbonic acid gas is then sucked in through the pipe d, when the piston rises through the valve b ₁ and Ci ₁ into the cylinder A _{1, it} is displaced via the hydraulic fluid and then when the piston descends through the Valve b _x and tube d ₁ pressed into the condenser.

Ohne Aenderung der inneren Functionen kann an Stelle des in Fig. ι dargestellten Compressionscylinders auch der in Fig. 2 dargestellte Cylinder gesetzt werden. Derselbe besteht aus einem inneren, genau ausgebohrten Cylinder A mit Kolben B und Kolbenstange B₁ und einem den Cylinder A in geringem Abstande umscbliefsenden Cylinder A₁. Die Cylinderräume communiciren unten durch die Löcher η η mit einander, durch welche die zwischen Kolben und Stopfbüchse befindliche Druck- bezw. Sperrflüssigkeit bei Bewegung des Kolbens vor- und zurückströmt. Es findet' auch hier das Ansaugen und Comprimiren der Gase einerseits über dem Kolben B durch die Ventile α und b und sodann weiter über der Druckflüssigkeit in dem Cylinder A₁ und durch das Druckventil c und das Rohr e nach dem Condensator statt.Without changing the internal functions, the cylinder shown in FIG. 2 can also be used in place of the compression cylinder shown in FIG. It consists of an inner, precisely drilled cylinder A with piston B and piston rod B ₁ and a cylinder A _{1 surrounding} cylinder A at a small distance . The cylinder spaces communicate with one another at the bottom through the holes η η through which the pressure resp. Barrier fluid flows back and forth when the piston moves. Here, too, the gases are sucked in and compressed on the one hand via the piston B through the valves α and b and then further via the pressure fluid in the cylinder A ₁ and through the pressure valve c and the pipe e after the condenser.

Die Stopfbüchse hat die gleiche Anordnung, wie bei Fig. 1 beschrieben, und es findet die Ueberströmung der eventuell durchgelassenen Kohlensäure aus der Kammer m durch das Rohr g nach dem Expansionscylinder in beschriebener Weise statt.The stuffing box has the same arrangement as described in FIG. 1, and the overflow of any carbon dioxide that may have passed through from the chamber m through the pipe g after the expansion cylinder takes place in the manner described.

Es kann der Compressor ohne Aenderung seiner inneren Functionen auch horizontal, wie in Fig. 3 dargestellt, angeordnet werden. Bei dieser Anordnung stehen die Cylinder A und A₁ unter rechtem Winkel zu einander, so dafs in dem aufrechtstehenden Cylinder A₁ und zwischen Kolben und Stopfbüchse im liegenden Cylinder A die Sperrflüssigkeit angeordnet ist.The compressor can also be arranged horizontally, as shown in FIG. 3, without changing its internal functions. In this arrangement, the cylinders A and A _{1 are} at right angles to each other, so that the sealing liquid is arranged in the upright cylinder A ₁ and between the piston and the stuffing box in the lying cylinder A.

Durch das Rohr d und Ventil α werden die Gase zunächst in den Cylinder A angesaugt, comprimirt und durch das Ventil b und das Rohr f in den Cylinder A, über die Sperrbezw. Druckflüssigkeit verdrängt, worauf beim Rückgang des Kolbens die zum Theil schon comprimirten Gase in dem Cylinder A₁ weiter comprimirt und durch das Ventil c und das Rohr e in den Condensator ausgestofsen werden.The gases are first sucked into the cylinder A through the pipe d and valve α , compressed and through the valve b and the pipe f into the cylinder A, via the Sperrbezw. Pressure fluid is displaced, whereupon the gas, some of which has already been compressed, is further compressed in the cylinder A ₁ and expelled through the valve c and the tube e into the condenser when the piston retracts.

Die eventuell in die Stopfbüchsenkammer m durch undichte Stellen theilweise entweichende Sperrflüssigkeit kann entweder durch eine mit dem Bewegungsmechanismus verbundene kleine Pumpe in den Compressor zurückgeführt oder in beschriebener Weise dem eventuell auch horizontal gelagerten Expansionscylinder zugeführt werden, falls ein solcher angebracht ist.The sealing liquid which may partially escape into the stuffing box chamber m through leaks can either be fed back into the compressor by a small pump connected to the movement mechanism or fed in the manner described to the expansion cylinder, which may also be stored horizontally, if one is attached.

Endlich kann die Anordnung des Compressionscylinders auch wie in Fig. 4 getroffen werden, indem in gleicher Weise, wie in der Anordnung nach Fig. 3 beschrieben, auch hier die Cylinder A und A₁ unter rechtem Winkel zu einander liegen, während beide Cylinder mit gleichen Verschlufsdeckeln undFinally, the arrangement may of Compressionscylinders also shown in Fig. 4 are taken by describing in the same manner as in the arrangement of FIG. 3, the cylinders A and A ₁ are also at right angles to each other, while both cylinders with the same Sealing lids and

gleichen darin angeordneten Saugventilen a und O₁ und Druckventilen b und b₁ versehen sind, so dafs sowohl in dem Cylinder A₁ über der darin befindlichen Druckflüssigkeit, als auch im Cylinder A die Kohlensäuredämpfe direct aus dem Refrigerator durch die Röhren d und (I₁ angesaugt und durch die Röhren e und e_x in den Condensator verdrängt werden können. Andererseits können aber auch die Gase mit diesem Compressor ebenfalls in zwei Stadien comprimirt und in den Condensator geprefst werden, wenn man an Stelle der beiden punktirt'en Röhren β_λ und (I₁ das Verbindungsrohr f, wie dargestellt, anbringt. Dieses Rohr verbindet die Kammer über dem Druckventil b mit der Kammer über dem Saugventil a₁ im Cylinder. A₁. The same suction valves a and O ₁ and pressure valves b and b ₁ arranged therein are provided, so that the carbonic acid vapors directly from the refrigerator through tubes d and (I ₁ both in cylinder A ₁ above the pressure fluid located therein and in cylinder A can be sucked in and displaced through the tubes e and e _x into the condenser. On the other hand, the gases can also be compressed in two stages with this compressor and forced into the condenser, if instead of the two punctured tubes β _λ and (I ₁ attach the connecting pipe f, as shown. This pipe connects the chamber above the pressure valve b with the chamber above the suction valve a ₁ in the cylinder. A ₁ .

Zur Zurückführung der eventuell entwichenen Druckflüssigkeit ist mit dem Cylinder A central ein Cylinder von kleinerem Durchmesser A₂ verbunden. In diesem bewegt sich dichtschliefsend ein auf der Kolbenstange B₁ befestigter Kolben B₂. In den zwischen diesem und der Stopfbüchse befindlichen Raum t tritt zunächst die durch den Kolben B₂ eventuell entweichende Druckflüssigkeit, und wird diese beim Rückgange des Kolbens B₂ durch das Ventil ρ in den Cylinder A₁, wie dargestellt, oder auch in den Raum über den Ventilen CL₁ und b₁ zurückgeprefst. In gleicher Weise wird auch aus der Stopfbüchsenkammer m eventuell mit übergetretene Druckflüssigkeit durch das Saugrohr ο in den Ringraum t vor dem Kolben B₂ und von da durch das Ventil ρ und q in den Cylinder A₁ zurückgeführt. A cylinder with a smaller diameter A _{2 is} connected to the cylinder A central to return any pressure fluid that may have escaped. A piston B ₂ fastened to the piston rod B ₁ moves tightly in this area. In the space t located between this and the stuffing box, the pressure fluid that may escape through the piston B ₂ first enters, and when the piston B ₂ retreats through the valve ρ it is transferred into the cylinder A ₁ , as shown, or into the space the valves CL ₁ and b ₁ pressed back. In the same way, any pressure fluid that may have passed over from the stuffing box chamber m is also returned through the suction pipe ο into the annular space t in front of the piston B ₂ and from there through the valve ρ and q into the cylinder A ₁ .

Ferner ist noch zu erwähnen, dafs der Compressor in den dargestellten verschiedenen Formen zur Abführung der Compressionswärme mit Kühlwasser umgeben ist, welches durch die Rohre χ und y zu- und abfliefst.It should also be mentioned that the compressor in the various forms shown is surrounded by cooling water to dissipate the heat of compression, which flows in and out through pipes χ and y.

Schliefslich wird noch bemerkt, dafs die beschriebene Construction des Compressors ohne den Expansionscylinder nicht nur als Compressor für Compressions-Kältemaschinen, sondern mit Vortheil auch als Compressor für Luft und Gase jeder Art verwendet werden kann.Finally, it is also noted that the construction of the compressor described without the expansion cylinder not only as a compressor for compression refrigeration machines, but can also be used with advantage as a compressor for air and gases of all kinds.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:Patent Claims: ι . Ein Compressionscylinder zum Comprimiren von Gasen, insbesondere von Kohlensäure bei Kohlensäure - Kältemaschinen, in verticaler (Fig. ι und 2) oder horizontaler (Fig. 3 und 4) Anordnung, in welchem die Gase nicht nur vor dem Kolben B angesaugt und comprimirt werden, sondern auch hinter dem Kolben, und zwar über einer zwischen diesem und der Stopfbüchse der Kolbenstange befindlichen Druckflüssigkeit, welche sich in einem verticalen, mit dem Cylinder A communicirenden Cylinderraum A₁ entsprechend der Kolbenbewegung auf- und abbewegt, wodurch die directe Berührung der Gase mit Kolben- und Stopfbüchsenliderung verhindert wird.ι. A compression cylinder for compressing gases, especially carbonic acid in carbonic acid refrigeration machines, in a vertical (Fig. 1 and 2) or horizontal (Fig. 3 and 4) arrangement, in which the gases are sucked in and compressed not only in front of the piston B, but also behind the piston, namely above a pressure fluid located between it and the stuffing box of the piston rod, which moves up and down in a vertical cylinder space A ₁ communicating with the cylinder A according to the piston movement, whereby the direct contact of the gases with the piston - and stuffing box loosening is prevented. 2. In Verbindung mit diesem Compressionscylinder bei Kohlensäure - Kältemaschinen (Anspruch 1) derExpansionscylinderC(Fig. 1), in welchen oberhalb des Kolbens D die flüssige Kohlensäure periodisch aus dem Condensator eintritt, und theilweise verdampfend und bis auf die Spannung im Verdampfer expandirend, bei gleichzeitiger Abkühlung motorische Arbeit ausübt, welche durch den Kolben D auf den Bewegungsmechanismus des Compressors übertragen wird.2. In connection with this compression cylinder in carbonic acid refrigeration machines (claim 1) the expansion cylinder C (Fig. 1), in which above the piston D the liquid carbonic acid enters periodically from the condenser, and partly evaporates and expands up to the voltage in the evaporator simultaneous cooling exerts motor work, which is transmitted by the piston D to the movement mechanism of the compressor. 3. An diesem Expansionscylinder C (Fig. 1; Anspruch 2):3. On this expansion cylinder C (Fig. 1; Claim 2): a) das Einlafsventil h, welches durch Anstofs des Kolbens D an eine in dem Ventil bewegliche Stange H₁ sich öffnet und schliefst;a) the inlet valve h, which opens and closes by contact of the piston D with a rod H ₁ movable in the valve; b) zur Zurückführung der eventuell aus dem Compressor entweichenden Druckflüssigkeit über den Kolben D die Verbindung des Saugraumes ί, der Ventile ν und r, sowie des Stopfbüchsensammelraumes Jn₁ mit der Stopfbüchsenkammer m des Compressionscylinders durch das Rohr g\ b) to return any pressure fluid that may escape from the compressor via the piston D, the connection of the suction chamber ί, the valves ν and r, as well as the stuffing box collecting _{chamber Jn 1} with the stuffing box chamber m of the compression cylinder through the pipe g \ c) die Anordnung des Zweigrohres I mit Hahnverschlufs Z₁ zum Ansaugen von gasförmiger Kohlensäure aus einem Kohlensäure - Entwickler in die Maschine. c) the arrangement of the branch pipe I with a tap Z ₁ for sucking in gaseous carbon dioxide from a carbon dioxide developer into the machine. 4. An dem in Fig. 4 dargestellten Compressor:4. On the compressor shown in Fig. 4: a) die Einrichtung zur Zurückführung der eventuell entweichenden Druckflüssigkeit durch Anordnung des Saugraumes t zwischen dem auf der Kolbenstange B₁ angebrachten Kolben B₂ und der Stopfbüchse in Verbindung mit dem Raum m, dem Saugventil 0, dem Druckventil ρ und der Rohrleitung q\ a) the device for returning any escaping pressure fluid by arranging the suction space t between the piston B ₂ mounted on the piston rod B ₁ and the stuffing box in connection with the space m, the suction valve 0, the pressure valve ρ and the pipeline q \ b) die Verbindung der Kammer über dem Saugventil in dem Cylinder A mit dem Cylinderraum A₁ mittelst des Rohres^/", um die Compression der Gase in zwei Stadien: aus dem Cylinder A in den Cylinder A₁ und von da in den Condensator, erfolgen zu lassen.b) the connection of the chamber above the suction valve in the cylinder A with the cylinder space A _{1 by} means of the pipe ^ / "to compress the gases in two stages: from the cylinder A into the cylinder A ₁ and from there into the condenser, to be done. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.For this purpose 2 sheets of drawings.