Ueber Kälteerzengungsmaschinen. Von Fr. Freytag in Chemnitz. (Schluss des Berichtes S. 121 d. Bd.) Mit Abbildungen. Ueber Kälteerzengungsmaschinen. Maschinen mit schwefliger Säure. Prof. Raoul Pictet in Genf lenkte im J. 1876 die Aufmerksamkeit betheiligter Kreise auf die Benutzung wasserfreier schwefliger Säure zu Kältezwecken. Die mit dieser Verdampfungsflüssigkeit arbeitenden Kältemaschinen bestehen, wie alle Compressionsmaschinen, aus einem Compressor (doppeltwirkend), einem Verdampfer, (Kondensator und regulirbarem Ueberströmhahn; sie besitzen den mittels Ammoniak betriebenen Kältemaschinen gegenüber den nicht zu unterschätzenden Vortheil, dass irgend welche Schmiermittel, wie Oel, Glycerin u. dgl., für den Compressor entbehrlich werden, demnach Oelfilter, Scheidebehälter u. dgl. Apparate in Wegfall kommen. Der Compressor ist, da die Dämpfe der schwefligen Säure sich bei der Compression stark überhitzen, von einem Mantel umgeben, in dem Kühlwasser circulirt, welches mittels einfacher Vorrichtung noch in die hohle Kolbenstange geleitet und nachdem in einem Behälter gesammelt wird; die Stopfbüchse des Compressors ist die bei Dampfmaschinen übliche, und zur Dichtung werden vorzugsweise mittels Talg getränkte Hanfzöpfe verwendet. Der Verdampfer setzt sich aus zwei wagerecht und parallel zu einander liegenden kupfernen Cylindern zusammen, die unter sich durch U-förmig gebogene Rohre, deren Anzahl von der erwünschten Verdampfungsoberfläche abhängt, in Verbindung stehen. Der Condensator besteht aus einem Cylinder mit senkrecht stehenden Kupferrohren, in denen Kühlwasser circulirt, welches danach in einen den Condensator umgebenden Blechmantel strömt und so auch die äusseren Wandungen des Röhrencylinders abkühlt. Ueber eine mittels schwefliger Säure arbeitende Kältemaschine neuerer Construction berichtet H. Faucher in dem Bulletin de la Société des Ingénieurs Civils vom April 1892 S. 443. Der Kühler (Verdampfer) besteht hier aus drei wagerechten Röhrencylindern, zwei im oberen und einer, zur Aufnahme des rückkehrenden flüssigen Gases dienend, im unteren Theile desselben liegend, welche durch parallel laufende U-förmige Rohre mit einander verbunden sind; letztere sind von Salzwasser umgeben, welches durch ein Schraubenrad in Bewegung erhalten wird. Bezüglich des unteren Cylinders ist zu bemerken, dass, um die grösste Nutzleistung in dem Verdampfer zu erzielen, ein Maximum an latenter Wärme behufs Verdampfung der Flüssigkeit nutzbar zu machen ist. Nun besitzt die vom Condensator kommende flüssige Säure eine Temperatur, welche erheblich höher liegt als diejenige im Verdampfer, so dass ein Temperaturabfall eintritt, wenn dieselbe in den unteren Theil der Rohre des Verdampfers eintritt, und zwar geschieht dies, ehe sie von neuem in den gasförmigen Zustand übergeht; hierdurch wird das Güteverhältniss des Verdampfers nicht unwesentlich beeinflusst. Der Ueberströmhahn zur Regelung der vom Condensator in den Verdampfer übertretenden Flüssigkeit arbeitet selbsthätig und ist am Boden des ersteren befestigt. Textabbildung Bd. 287, S. 145Versuchsmaschine der Maschinenbaugesellschaft Genf. Eine derartige Eismaschine diente am 23. Februar 1892 zu Versuchen, welche in den Werkstätten der Maschinenbaugesellschaft Genf zu Genf durch den Director dieser Gesellschaft Th. Turettini und den oben genannten Ingenieur H. Faucher vorgenommen wurden; die Ergebnisse dieser Versuche sind in den nachstehenden beiden Tabellen enthalten. Die durch die Abbildungen Fig. 10 und 11 veranschaulichte Versuchsmaschine vertritt das kleinste Modell der von der Maschinenballgesellschaft Genf in den Handel gebrachten Kältemaschinen, System Pictet, und ist für eine Leistung von 100 k Eis in der Stunde erbaut; ihre Hauptabmessungen sind die folgenden: Compressor: Cylinderdurchmesser 0,192 m Kolbenhub 0,300 m Vom Kolben beschriebener Raum 8,51 cbdm Motor: Cylinderdurchmesser 0,185 m Kolbenhub 0,300 m Vom Kolben beschriebener Raum 7,85 cbdm Verdampfer: Nutzbare Oberfläche 6,50 qm Condensator: Nutzbare Oberfläche 6,80 qm Eisgenerator: Länge 2,75 m Breite 1,60 m Höhe 1,10 m Der Compressor A wird durch die verlängerte Kolbenstange des Dampfcylinders betrieben und arbeitet mit acht Ventilen (vier Saugventilen T und vier Druckventilen F). Um genaue Unterlagen über das Arbeiten der Maschine zu bekommen, waren folgende Einrichtungen getroffen: Jede Stunde wurden am Motor mittels Indicatoren (von Gebr. Elliot in London), deren Federn unmittelbar vor und nach den Versuchen geprüft worden waren, Diagramme abgenommen. Die Menge des zur Condensation erforderlichen Wassers wurde mit Hilfe eines Siemens-Zählers und die Temperatur desselben beim Ein- und Austritt mittels Thermometer gemessen. Die zur Abkühlung des Compressors nöthige Wassermenge, sowie auch die bezüglichen Temperaturen wurden in derselben Weise wie beim Condensator ermittelt. Die beiden auf dem Saug- bezieh. Druckrohre des Compressors sitzenden, mit dem Verdampfer bezieh. dem Condensator in Verbindung stehenden Manometer, System Bourdon, wurden vor und nach den Versuchen auf ihre Richtigkeit untersucht; der Druck im Saugrohre wurde übrigens noch während der ganzen Versuchsdauer durch ein Quecksilbermanometer gemessen. Die zur Ermittelung der Temperaturen des angesaugten und comprimirten Gases dienenden Thermometer hatten in unmittelbarer Nähe des Compressors Aufstellung gefunden. Die Temperatur der Salzlösung wurde alle Stunden gemessen, die Wärmestrahlung von aussen in den Eisgenerator dagegen unberücksichtigt gelassen; letzterer war mit einer 100 mm dicken Korkschicht und einem Holzmantel von 30 mm Dicke belegt. Die specifische Wärme der Salzlösung wurde zu 1 angenommen. Zusammenstellung von Resultaten der am 23. Februar 1892 an einer Eismaschine, System Pictet, vorgenommenen Untersuchungen. Tabelle I. Textabbildung Bd. 287, S. 146 Manometerdruck; Condensationswasser; Salzlösung; Nummer; Stunden; Dampf; Condensator; Verdampfer; in Quecksilbersäule; Eintritt; Austritt; Unterschied; Volumen; Calorien; Temperatur; Kälteeinheiten; Atm. effect.; Atm. abs. m; Grad C. Tabelle II. Textabbildung Bd. 287, S. 146 Gastemperatur in Grad C.; Circulationswasser für den Compressor; Nummer; Saugen; Drücken; Umgebende Luft; Minutliche Umdrehungen; Ordinaten der Diagramme; Motor; Maasstab der Federn; Mittlerer Druck pro qc; Mittlerer Druck auf den Kolben; Leistung in ind. HP; Eintritt; Austritt; Unterschied; Volumen; Calorien; Kälteeinheiten für ind. HP; Grad C.; mm H. Faucher zieht aus den Untersuchungen, sowie früheren Beobachtungen die folgenden Schlüsse: 1) Die wasserfreie schweflige Säure (SO2) greift das Metall nicht an und ist unentzündbar. 2) Das vollständige Fehlen irgend welchen Schmiermittels für den Compressor ist von grossem Vortheil für den Betrieb und trägt zur Vereinfachung der Einzeltheile der Maschine bei. 3) Bei einer Temperatur von 50° unter Null z.B. besitzt die schweflige Säure nur eine Spannung von 3,96 k, während Ammoniak bei dieser Temperatur mit 10,30 k auf 1 qc drückt; hieraus folgt, dass Dichtungen bei den mittels SO2 betriebenen Kältemaschinen besser halten werden, als bei den Ammoniakcompressionsmaschinen. 4) Die effective Leistung für indicirtes Dampfpferd beträgt bei einer Temperatur der Salzlösung von – 9° – Maschinen mittlerer Grösse zu 2800 Kälteeinheiten in der Stunde vorausgesetzt – 28 k Eis. 5) Der Verbrauch an Condensationswasser stellt sich bei einer Temperatur der Salzlösung von – 9° auf 11 l für 100 entwickelte Kälteeinheiten oder für jedes Kilo Eis. 6) Der Verbrauch an schwefliger Säure wurde für eine Maschine zu 120000 Kälteeinheiten (in der Brauerei von Gruber et Cie. in Melun) während einer Betriebsperiode von 18 hinter einander folgenden Monaten zu 25 k ermittelt. 7) Die Maschine, System Pictet, genügt auch für den ausnahmsweisen Betrieb mit sehr niedrigen Temperaturen; bei einer Temperatur der Salzlösung von z.B. – 22° entwickelte dieselbe für indicirtes Dampfpferd 1720 Kälteeinheiten in der Stunde. In den Abbildungen Fig. 10 und 11 bedeuten noch die eingetragenen Buchstaben nachstehende Theile der Maschine: B Compressorkolben, C Saugleitung der gasförmigen Säure, D Druckleitung, „          „              „ E Verdampfer, F Eisgenerator, G Schraubenrad zur Belebung der Salzlösung, H Gefrierzellen, J Condensator, K Regulirventil, L Hahn zum Einlass des Condensationswassers, M Ausflussleitung       „                    „ P Rückkehrrohr für flüssiges Gas, R und S Manometer, X Kuppelung zwischen Dampf- und Compressorkolben. Nach Angabe von H. Faucher sollen übrigens praktische Rücksichten es vortheilhaft erscheinen lassen, reine schweflige Säure und nicht ein Gemisch derselben für industrielle Zwecke zu verwenden, da, wennschon sich mit Benutzung der sogen. „Flüssigkeit Pictet“, einem Gemisch von schwefliger Säure und Kohlensäure (1886 260 * 508), ein etwas höherer Nutzeffect gegenüber den Schwefligsäuremaschinen, namentlich für niedrigere Temperaturen herausstellt, doch die Schwierigkeit der Regulirung jeden Industriellen abhalten sollte, seine Anlage damit zu betreiben. Wir können durchaus nicht einsehen, worin die Schwierigkeit des Regulirens bei Benutzung der „Flüssigkeit Pictet“, die in besonderen Fabriken durch Zersetzung von Schwefelsäure mittels Kohle als Handelswaare erzeugt wird, liegen sollte, und verweisen bezüglich der Leistungsfähigkeit einer mit dieser Flüssigkeit betriebenen Eismaschinenanlage unter anderen auf die Ergebnisse eingehender Versuche, welche vom 28. October bis 8. November 1888 von den Professoren Gutermuth und Salomon auf Veranlassung des Prof. Pictet in der Aachener Exportbierbrauerei vorm. Dittmann und Sauerländer in Rothe Erde bei Aachen vorgenommen wurden. (Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1889 Nr. 12 S. 261.) Bei den bisherigen Compressionskältemaschinen werden die Gase der Kältemittel durch Druck unter Anwendung von Kühlwasser in flüssigen Zustand und die gewonnene Flüssigkeit mittels Expansion wieder in gasförmigen Zustand gebracht. Carl Zenker in Breslau schlägt nun vor (D. R. P. Nr. 62035), diejenige wasserfreie 100procentige schweflige Säure (SO2), welche als ein Product der Hüttentechnik gewonnen wird, in ihrem flüssigen Zustand durch nebelförmige Zerstäubung zur Verdampfung und Kälteabgabe zu bringen; dieselbe wird hierauf durch Druck und Abkühlung mittels der erzeugten Kälte wieder in flüssigen Zustand gebracht. Textabbildung Bd. 287, S. 147Fig. 12.Zenker's Kältemaschine mit schwefliger Säure. Die in der Abbildung Fig. 12 dargestellte Maschine besteht nach der Patentschrift aus dem Kessel k, in den die flüssige SO2 eingebracht wird, dem Kessel k1, der durch ein Rohr a mit ersterem verbunden ist, dem Kessel k2, der in den Kessel k1 eingebaut ist, dem Compressor v, der Flüssigkeitspumpe p, den Verbindungsrohren b, c, d, e und f, dem Gefrierer g, in welchem Kessel k1 und k2 liegen und das Salzwasser zur Kälteübertragung, sowie die Gefrierzellen untergebracht sind, den erforderlichen Ventilen, Manometern auf Kessel k und k1 und dem Flüssigkeitsanzeiger am Kessel k. Die Inbetriebsetzung der Maschine erfolgt durch Oeffnen der Ventile am Rohre a. Durch den eigenen Druck der SO2 wird diese von Kessel k nach Kessel k1 flüssig übergeleitet, tritt jedoch durch das in letzterem sich fortsetzende Rohr a, welches fein gelocht ist, nebelförmig zerstäubt in Dampfform unter Kälteabgabe aus. Diese Dämpfe werden mittels Rohres b durch Compressor v, welcher mit motorischer Kraft in Betrieb gesetzt wird, angesaugt und durch Rohr c in den Kessel k gedrückt; sie zeigen bei der Compression eine weit geringere Wärmesteigerung als gasförmig abgesaugte SO2. In Folge dessen wird schon ein erheblicherer Theil im Kessel k flüssig. Das Manometer auf Kessel k steigt unbedeutend, geht aber auf seinen Anfangstand zurück, sobald die Ventile am Rohr d geöffnet werden. Die hierbei übertretenden Dämpfe nach Kessel k2 werden in Folge der im Kessel k1 erzeugten Kälte flüssig gemacht und mittels Flüssigkeitspumpe p durch Rohr e und f nach Kessel K zurückgebracht; dasselbe geschieht auch mittels Zweigrohres von Kessel k1 aus, sofern flüssige SO2 in Kessel k1 zu reichlich eingelassen wird. Der Ueberschuss der erzeugten Kälte wird von dem Salzwasser im Gefrierer g bezieh. den Gefrierzellen aufgenommen. Es findet demnach während des Betriebes eine beständige Verdampfung von flüssiger SO2 und Condensation von comprimirter SO2 statt, wobei Kessel k1 und k2 den Zufluss getrennt erhalten und dieser auch in getrennten Rohrleitungen entfernt wird. Schliesslich mögen noch zwei durch Patente geschützte Neuerungen an Kältemaschinen hierunter Erwähnung finden. Eine Kolbenstangenschmierung mit consistenter Schmiere für Compressoren zur Kälteerzeugung wurde Wilhelm Gillmann in Strassburg unter D. R. P. Nr. 59097 vom 9. December 1890 patentirt. Es ist diese Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der in einem über der Stopfbüchse liegenden und durch einen Hahn mit einer mittleren Aussparung in derselben in Verbindung stehenden Schmierbehälter bewegliche, sowie durch die Verbindung mit der Druckseite des Compressors unter dem höchsten, in der Maschine herrschenden Druck stehende Kolben die durch einen Füllcylinder dem Schmierbehälter während des Betriebes zugeführte Schmiere in die Kolben Stangenstopfbüchse einpresst. Der Füllcylinder ist durch ein Rohr mit zwischengeschaltetem Verbindungshahn mit dem Schmierbehälter verbunden und mit einem durch eine Spindel bewegten Kolben, sowie einer Füllschüssel versehen, welche mit verschliessbarem Deckel ausgerüstet ist. Textabbildung Bd. 287, S. 148Fig. 13.Osenbrück's Stopfbüchse. Um Schmiere während des Betriebes der Maschine nach dem Schmierbehälter zu bringen, wird der genannte Verbindungshahn geschlossen, der Deckel der Füllschüssel geöffnet, dieselbe mit Schmiere angefüllt und hiernach der Kolben in dem Füllcylinder zurückgeschoben, wodurch die Schmiere nach dem letzteren gelangt; nun wird der Deckel der Füllschüssel wieder geschlossen, der Verbindungshahn geöffnet und der Kolben mittels der Spindel heruntergeschraubt. Durch den hiermit auf die im Füllcylinder befindliche Schmiere ausgeübten Druck wird dieselbe nach dem Schmierbehälter hinübergedrückt. Dieses Verfahren ist so oft zu wiederholen, bis der Behälter genügend mit Schmiere angefüllt ist. Die durch Undichtigkeiten der Kolbenstangenliderung in den Compressor eingedrungene Schmiere sammelt sich nach und nach in einem Schmierausscheider und kann von hier mittels einfachen Umschaltens von Hähnen wieder nach dem Schmierbehälter zurückgeführt werden. Um das Austreten von Gasen an den Stopfbüchsen der Compressoren von Kälteerzeugungsmaschinen zu verhindern, verbinden W. und A. Osenbrück in Henselingen bei Bremen (D. R. P. Nr. 62318 vom 1. September 1891) behufs Absaugen der mit der Kolbenstange des Compressors verschleichenden Gase eine kleine Pumpe derart mit der Stopfbüchse des Compressors, dass dieselbe gewissermaassen eine Verlängerung der letzteren bildet; ferner trägt, wie die Abbildung Fig. 13 erkennen lässt, die Compressorkolbenstange den Kolben A der Absaugepumpe. Letztere hat zwei Ventile a und b, von denen das erstere mit der Saugleitung des Compressors, das letztere mittels des Rohres c mit der dem Compressor zugekehrten Seite der Absaugepumpe in Verbindung steht, so dass Ventil a als Druck- und Ventil b als Saugventil wirkt. Bei jedem Kolbenspiel des Compressors werden sowohl die durch die Stopfbüchse B desselben tretenden Gase von dem Kolben der Absaugepumpe bei Ventil a in die Compressorsaugeleitung gedrückt, als auch die durch den Kolben der Absaugepumpe etwa noch vorhandenen Gase in den hinteren Raum (nach Ventil a zu) der genannten Pumpe zurückgesaugt und mit den ersteren Gasen fortgedrückt.