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Kältemaschine mit umlaufendem, den Verdichter enthaltendem Kondensatorgehäuse
Bei den bekannten umlaufenden Wärmeaustauschvorrichtungen für Kältemaschinen hat
man bisher das aus dem- Verdichter bzw. aus der Einspritzleitung austretende Kältemittel
frei in das umlaufende Gehäuse des Kondensators oder des Verdampfers eingeführt.
Die freie Einführung des Kältemittels in das Gehäuse hat den Nachteil, daß die jeweilig
eingeführte Kältemittelmenge sich mit der Kältemittelmenge vermischt, welche bereits
vorher eingeführt ist und das umlaufende Gehäuse anfüllt.
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So mischen sich bei einem umlaufenden Kondensator die hoch überhitzten,
aus dem Vex,-dichter austretenden Dämpfe mit den im Kondensatorgehäuse vorhandenen,
teilweise kondensierten Dampfmengen, so daß durch den Mischvorgang die für den Wäriiieaustausch
wichtige Temperaturdifferenz zwischen Kälte- und Kühlmittel sinkt. Bei einem umlaufenden
Verdampfer macht sich dieser übelstand insofern bemerkbar, als die einge;-spritzte
Flüssigkeit dauernd die Verdampfungsendtemperatur im Verdampfer herabsetzt, so daß
die erwünschte Überhitzung der in den Verdichter eintretenden Dämpfe nicht eintreten
kann. Ein weiterer wesentlicher Übelstand der freien Einführung des Kältemittels
liegt darin, daß die kinetische Energie des aus - dem Verdichter austretenden Kältemittels
für seine Förderung verlorengeht.
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Diese Übelstände werden erfindungsgemäß dadurch vermieden,. daß das
von dem Verdichter umgewälzte Kältemittel unmittelbar in Kanäle einer umlaufenden
Wärmeaustauschvorrichtung eingeführt wird, durch die es unter der Wirkung des Verdichterdruckes
zwangsläufig in ununterbrochenem Strom bis zur Einführung in das umlaufende Kondensatorgehäuse
bzw. Verdampfergehäuse getrennt vom Gehäuseinnern hindurchgedrückt wird. Infolge
dieser Abschließung der übe-rtrittsstelle für das Kältemittel in die Wärmeaustauschvorrichtung
gegen das Innere des umlaufenden Gehäuses ist ausgeschlossen, daß das aus dem Verdichter
austretende Kältemittel sich mit ' schon vorher ausgetretenem Kältemittel mischt,
das dem Wärmeaustausch schon teilweise unterworfen war. Es tritt daher das komprimierte
Kältemittel aus dem Verdichter mit der günstigen überhitzungstemperatur in die umlaufende
Wärrneaustauschvorrichtung ein, so daß ein wesentlich wirksamerer Wärmeaustausch
erzielt ist. Beim Verdampfer tritt das frisch eingespritzte Kältemittel an einer
Seite des geschlossenem Kanalsystems der Wärmeaustauschvorrichtung ein, von deren
anderer Seite getrennt die überhitzten Dämpfe zu dem Verdichter zurückgeleitet werden.
Es tritt also keine schädliche Beeinflussung der Verdampfungsendtemperatur durch
das noch flüssige Kältemittel ein.
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Ferner kann infolge der Abschließung der Übertrittsstelle für die
Förderung des Kältemittels durch die WärmeaustauschvoTrichtung die Geschwindigkeit
der aus dem Verdichter
tretenden Gase ausgenutzt werden, so ääß
wesentlich höhere Fördergeschwindigkeiten in. der Wärmeaustauschvorrichtung erzielbar
sind.
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Bei Verwendung eines feststehenden Verdichters bereitet der unmittelbare
Anschluß der umlaufenden Wärmeaustauschvorrichtung an den Verdichter bezüglich der
Abdichtung an der Anschlußstelle Schwierigkeiten. Erfindungsgemäß sind diese Schwierigkeiten
dadurch behoben, daß als Verdichter ein Verdichter mit umlaufenden Zylindern dient,
an welche die Kanäle der umlaufenden Wärmtaustauschvorrichtung unmittelbar angeschlossen
sind. Bei -dieser Ausbildung der Kältemaschine erübrigt sich die Abdichtung zwischen
Verdichter und Wärmeaustauschvorrichtung durch Stopfbuchsen. Auch kann dabei das
Verdichtergehäuse und das als Sammelraum für das flüssige Kältemittel dienende Kondensatorgehäuse
zu einem Stück vereinigt, also zusammengegossen werden.
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Die Wärmeaustauschvorrichtung kann ausschließlich durch Kanäle in
dem gemeinsamen Gußstück gebildet sein. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß radiale
Zylinder axial neben dem Kondensatorgehäuse angeordnet, und das verdichtete, dampfförmige
Kältemittel wird unmittelbar in einen zwischen den Zylindern vorgesehenen, vom Kühlmittel
umspülten Ringkanal gedrückt, der durch einen oder mehrere axiale Kanäle mit dem
Kondensatorgehäuse in Verbindung steht. Infolge der Anordnung des als Wärmeaustauschvorrichtung
dienenden Ringkanals in dem gemeinsamen Gußstück werden die aus dem Verdichter austretenden
überhitzten Kältemitteldämpfe in, diesem vor ihrem Eintritt in das Kondensatorgehäuse
so gekühlt, daß sie stark gesättigt sind. Es reicht dann die Kühlung des Kond'ensatorgehäuses
aus, um die völlige Verflüssigung des Kältemittels herbeizuführen. Die erforderliche
Wärmcaustauschvorrichtung kann daher ausschließlich aus in dem Gußstück angeordneten
Kanälen bestehen. Auch die dichte Befestigung der W ärmeaustauschrohre o. dgl. am
Gehäuse kommt hierbei in Fortfall.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Kältemaschine
nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Kältemaschine.
Abb.2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Abb. i und Alb. 3 ein Längsschnitt
durch eine andere Ausführungsform der Maschine. Abb.4 ist ein Längsschnitt durch
eine weitere Ausführungsform und Abb. 5 eine teilweisse im Schnitt nach-. der Linie
C-D - der Abb. 4 gezeichnete Seitenansicht, und Abb. 6 zeigt einen Teil der Abb.
4 im Schnitt nach der Linie E-F der Abb. 5. -Bei der Ausführungsform der Maschine
nach Abb. i und 2 ist in dem Lager i ein Wellenstununel 2 und in dem Lager 3 ein
Hohlwellenstummel 4 gelagert. Auf diesen Wellenstummeln ruht lose der durch das
Gewicht 5 belastete Verdichter mit seinen Zylindern 6, in denen die Kolben 7 spielen.
Diese Kolben werden durch einen Exzenter 8 des Wellenstummels 2 bewegt.
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Auf den Wellenstummeln 2 und 4 ist das Gehäuse 9 befestigt, das den
Verdichter umgibt. An der linken Stirnwand des Gehäuses ist außen ein spiraliges
Rohr io befestigt, dessen inneres Ende i i in eine Ringkammer 12 mündet, die durch
die Nabe 13 und einen Ringflansch 14 gebildet ist. Dieser Flansch greift möglichst
dicht über einen am Verdichter vorgesehenen Nabenteil 15, in dessen Stirnwand die
Druckleitungen 16 des Zylinders 6 münden. Das äußere Ende 17 des Rohrs i o mündet
am Umfang des Gehäuses 9 in dessen Inneres.
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Das Kältemittel sammelt sich in flüssiger Form am inneren Umfang des
Gehäuses 9 an, wird in üblicher Weise durch einen Abstreifer 18 entnommen und durch
das Einspritzrohr ig dem Verdampfer zugeführt.
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Die Saugleitung 2o des Verdichtungszylinders 6 steht mit .dem Innern
des @Hohlwellenstummels 4 in Verbindung, der in den Verdampfer mündet.
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Der Verdampfer besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus der
auf dem Hohlwellenteil 4 befestigten Stirnwand 2i, die mit einem Rand 22 versehen
ist. An. diesem Rand ist ein Wellblech 23 befestigt, in das ein spiraliger Kanal
24 eingedrückt ist. Dieser Kanal ist nach innen zu durch eine Scheibe 25 abgedeckt,
die jedoch nicht bis ganz an den Rand 22 reicht, so da.ß das äußere Ende 26 des
Kanals 24 in das Innere des Verdampfergehäuses mündet. Das innere Ende 27 des Kanals
24 mündet in eine mittlere Kammer 28, in die auch die Einspritzleitung ig hineingeführt
ist. Diese feststehende Leitung ist mittels einer Stopfbüchse 29 durch die sich
,drehende Scheibe 25 dicht hindurchgeführt. Der an der Außenseite des Wellbleches
23 entstehende , spiralige Kanal, 30 wird von ;dem zu kühlenden Mittel, z. B. der
Sole 31, oder auch von Luft umspült, die sich in dem Gehäuse 32 befindet.
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Beim Betriebe der Kältemaschine steht der Zylinder 6 des Verdichters
fest, während das Kondensatorgehäuse 9 und das Verdampfergehäuse 21, 22, 23 umlaufen.
;Die von den Kolben 7 angesaugten, durch die-Leitungen 20 zuströmenden Kältemitteldämpfe,
z. B. Schwefeldioxyddämpfe, treten ;durch- die Druckleitungen 1.6 in die Kammer
12, aus der sie unmittelbar in das innere Ende i i des Rohrs
io
eintreten. Dieses Rohr wird beim Umlauf von der kühleren Außenluft umspült, so daß
die Dämpfe darin niedergeschlagen werden. Das Wärmeaustauschrohr ist dabei so bemessen,
daß die jeweilig von dem Verdichter gelieferte Dampfmenge in ununterbrochenem Strom
unter dem Einfluß des Verdichterdruckes bis zum Austritt aus dem äußeren Ende 17
gefördert wird.
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Da die aus dem Zylinder 6 austretenden überhitzten Schwefeldioxyddämpfe
infolge der Abdichtung zwischen den Teilen 15 und 14 an der übertrittsstelle in
das Wärmeaustauschrohr i o nicht in das Innere des Kondensatorgehäuses 9 eintreten
können, in welchem sich die schon kälteren, mit Flüssigkeit stark angereicherten
Dämpfe befinden, so ist ein sehr wirksamer Wärmeaustausch erzielt. Insbesondere
ist aber durch den Abschluß der tibertrittsstelle gegen das Innere des Gehäuses
9 erreicht, daß die Geschwindigkeit der aus dem Verdichter tretenden Dämpfe zu ihrer
Förderung durch das Wärmeaustauschrahr i o ausgenutzt wird und somit höhere Strömungsgeschwindigkeiten
in diesem Rohr erreicht werden können.
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Das gleiche gilt für den Verdampfer, bei dem das flüssige Schwefeldioxyd
in die Kammer 28 eingespritzt wird, die gegen !das Innere des Gehäuses z i, 22,
23 durch die Stopfbüchse 29 abgeschlossen ist. Das Kältemittel kann daher unter
dem Einfluß der durch den Kompressor erzeugten Druckdifferenz durch den spiraligen
Kanal 24 hindurchtreten, wobei es mit dem wärmeren, in dem Gehäuse 32 enthaltenen
zu kühlenden Mittel in Wärmeaustausch tritt, das unter der Wirkung der Fliehkraft
durch den spiraligen Kanal 3o strömt.
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Infolge des Abschlusses der Kammer 28 durch die Stopfbüchse 29 gegen
das Innere des Verdampfergehäuses kann ferner das bereits in Dampf verwandelte Kältemittel,
welches aus dem Ende 26 des Kanals 24 in das Innere des Verdampfergehäuses eintritt,
keine schädliche Beeinflussung durch das noch kühlere, flüssige Kältemittel erleiden.
Die überhitzten Dämpfe ziehen daher mit einer höheren Temperatur durch den Wellenstummel
4 zu der Saugleitung 2o des Zylinders 6.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 sind in den Lagern 33 und 34 die
Wellenstummel 35 und 36 gelagert, auf denen das Verdichtergehäuse 37 und das Kondensatorgehäuse
38 befestigt sind. Diese beiden Gehäuse sind durch einen zylindrischen Sattelteil
39 miteinander verbunden. Die in den umlaufenden radialen Zylindern 40 spielenden
Kolben 41 werden durch die Führung ihrer Pleuelstangen 42 auf einen Exzenter 43
bewegt, der an einer Achse 44 vorgesehen ist. Diese Achse ist mit einem Ende in
dem Verdichtergehäuse 37 und mit dem anderen Ende in dem Wellenstummel 36 gelagert
und wird durch .ein Gewicht 45 in ihrer Ruhelage gehalten, welches an demTeil 46vorgesehen
ist, der zur Überführung des flüssigen Kältemittels in den Verdampfer dient. Dieser
Teil 46 ist auf der Achse 44 befestigt.
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Zwischen den Gehäusen 37 und 38 ist über den Sattelteil 39 ein Schlangenrohr
47 gewickelt, dessen inneres Ende 48 an einen Ringraum 49 angeschlossen ist, in
den die mit den Druckkammern 5o der Zylinder 40 in Verbindung stehenden radialen
Kanäle 51 münden. Die Saugleitungen 52 der Zylinder führen in einen Raum 53, in
den eine Längsbohrung 54 der Achse 44 mündet. An das andere Ende dieser Bohrung
schließt sich ein Rohr 55 an, das in das Innere des Verdampf ergehäuses 2 1, 22,
23 hineingeführt ist. Durch die umlaufende Scheibe 25 des Verdampfers ist es dabei
ebenso wie das Einspritzrohr i9 bei der Ausführungsform nach Abb. i und 2 mittels
einer Stopfbüchse 29 dicht hindurchgeführt. Das .äußere Ende 56 des *Schlangenrohrs
47 mündet am Umfang des Kondensatorgehäuses 38 in dessen Inneres.
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Das flüssige Kältemittel wird aus dem rotierenden -Gehäuse 38 durch
die feststehende Leitung i8 dem feststehenden Teil 46 zugeleitet und tritt nach
Passieren eines Schwimmerventils in den Ringraum 58 zwischen dem hohlen Wellenstummel
36 und dem Absaugerohr 55. Dieser Ringraum mündet in die Kammer 28 des Wärmeaustauschkanals
24.
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Während bei der Ausführungsform nach Abb. i der unmittelbare Eintritt
der aus den feststehenden Verdichterzylindern austretenden Kältemitteldämpfe in
das Kondensatorgehäuse dadurch verhütet ist, daß das Gehäuse 9 mit dem Ringflansch
14 auf der Nabe 15 abdichtet, ist dies bei der Ausführungsform nach Abb.3 dadurch
verhindert, daß die Zylinder 4o des Verdichters mit umlaufen. Das Wärmeaustauschrohr
47 kann dann unmittelbar an die Druckleitungen 51 der Zylinder 40 ohne Zuhilfenahme
einer Stopfbüchse o. dgl. angeschlossen sein. Auch ist die Bauart dadurch vereinfacht,
daß Verdichtergehäuse 37 und Kondensatorgehäuse 38 zu einem Stück vereinigt, also
zusammengegossen werden können.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 bis 6 ist dieser Vorteil ohne
Zuhilfenahme von Wärmeaustauschv orrichtungen, wie Rohren o. dgl., die besonders
an das Verdichterge'.iäuse und das Kondensatorgehäuse anzuschließen sind, ausschließlich
mit Hilfe von Kanälen erreicht, die in dem gemeinsamen Gußstück vorgesehen sind.
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Die Zylinder 40 sind wie bei der Ausführungsform
nach
Abb. 4 radial angeordnet und laufen mit dem Kondensatorgehäuse 38 um. Die Kolben
41 werden ebenfalls durch die Führung einer Pleuelstange 42 auf dem Exzenter 43
der feststehenden Achse 44 bewegt. In der Ebene, welche durch die Längsmitten der
Zylinder 40 geht und senkrecht auf der Achse 44 steht, ist an die Zylinder ein Ringkana157
angegossen, wobei zwischen dem inneren Umfang dieses Kanals und dem Sattelteil 39
Lufträume 65 belassen sind. Die Auslaßöffnungen 59 der Zylinder 40 münden bei der
Ausführungsform nach Abb.5 in eine Druckkammer 5o, die durch Öffnungen 6o mit dem
Ringkanal 57 in Verbindung steht. Jede zwischen den Zylindern ¢o liegende Hälfte
des Ringkanals 57 ist durch je einen' axialen Kanal 61 mit dem Innern des Kondensatorgehäuses
38 an dessen Umfang in Verbindung gesetzt. Dabei sind der Ringkanal 57, die axialen
Kanäle 61 und das Kondensatorgehäuse 38 zusammengegossen. Der Ringkanal 57 ist mit
umlaufenden Rippen 62 versehen, von denen jede zweite einerseits in den Nabenteil63
des Verdichtergehäuses 3,7 übergeht und sich anderseits bis zum Kondensatorgehäuse
38 erstreckt. Die Zwischenräume zwischen den Rippen bilden radiale Kanäle, durch
welche die Luft im Sinne der in Abb.4 eingezeichneten Pfeile von außen nahe der
Achse 4 eintreten und zwischen dem Verdichtergehäuse 37 und dem Kondensatorgehäuse
38 an einer von der Achse 44 weiter entfernt gelegenen Stelle austreten kann. Das
Kondensatorgehäuse 38 ist an der Stirnfläche mit radialen Rippen 64 versehen.
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Die überhitzten Kältemitteldämpfe, welche durch die Auslaßöffnungen
59 der Verdichterzylinder austreten, strömen durch die Öffnungen 6o in den Ringkanal
57 und treten durch die axialen Kanäle 61 in das Kondensatorgehäuse 38. Beim Durchtritt
durch den Ringkanal 57 werden diese Dämpfe schon so gekühlt, daß sie bei ihrem Eintritt
in das Kondensatorgehäuse 38 stark gesättigt sind. Dabei wirkt der Ringkanal
57 als Wärmeaustauschvorrichtung, die besonders günstig ist, da dieser Kanal
allseitig umspült wird. An diesen Kanal kann nicht nur die Luft von außen herantreten,
sondern auch den inneren Umfang umspülen, da sie durch die radialen Kanäle hindurchtritt,
welche durch die Rippen 62 gebildet sind. Diese Luft umspült auch wirksam die radialen
Kanäle 61. Da nun das Kondensatorgehäuse 38 durch die Anordnung der Schaufeln 64
noch besonders gekühlt ist, verflüssigen sich die stark gesättigten Kältemitteldämpfe
in dem Gehäuse 38 und sammeln sich an dessen Umfang innen. an.
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Die durch :den -Ringkanal 57, die axialen Kanäle 61 und auch die Rippen
64 gebildete Wärmeaustauschvorrichtung kann mit dem Verdichtergehäuse 37 und dem
Kondensatorgehäuse 38, welches als Sammelraum für das flüssige Kältemittel dient,
in einem Stück gegossen werden. Dadurch sind alle Undichtigkeiten vermieden, die
an den Anschlußstellen eintreten könnten, wenn als Wärmeaustauschvorrichtung Schlangenrohre
o. dgl. Verwendung finden. Auch können das Verdichtergehäuse 37 und das Kondensatorgehäuse
38 axial ziemlich nahe aneinandergerückt werden, so daß der Kondensator nur einen
sehr kleinen Raumbedarf hat.
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Es kann natürlich ein nach der Erfindung gebauter Kondensator mit
einem nichtumlaufenden Verdampfer beliebiger Bauart bzw. ein erfindungsgemäß gebauter
umlaufender Verdampfer mit einem nichtumlaufenden Kondensator zusammenwirken.