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Verfahren zum Betrieb von Kompressionskältemaschinen.
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Pentan, seinen Isomeren oder andern Kältemitteln, bzw. deren Mischungen, insbesondere mit Pentan, sofern die Dampfspannungskurve dieser Kältemittel mit ihrem kältetechnisch verwendbaren Bereich ganz oder zu einem erheblichen Teil im Unterdruckgebiet liegt. Bei solchen Kältemitteln verläuft die Kompressionslinie im Unterdruekgebiet sehr nahe der oberen Grenzkurve, so dass beim Verdampfen nasser Dampf entsteht und der Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Maschinenwand so stark zunimmt, dass ein richtiges Arbeiten der Maschine und ihr Lieferungsgrad stark beeinträchtigt wird.
Dieser Übergang ins Sattdampfgebiet kann so weit gehen, dass die Maschine überhaupt funktionsunfähig wird.
Zur Beseitigung dieser Nachteile sind zwei getrennt oder gleichzeitig anwendbare Mittel vorgesehen : a) der Kältemitteldampf, der (wie später gezeigt wird) vollkommen trockengesättigt aus dem Verdampfer abgesaugt wird. erfährt vor seinem Eintritt in den Kompressor eine derartige Überhitzung, dass die Kompression nicht mehr ins Nassdampfgebiet führen kann. Bei Kompressionskältemaschinen wurde zwar schon vorgeschlagen, dem Kältemitteldampf vor Eintritt in den Kompressor Wärme zuzuführen, jedoch zu dem Zweck, die in möglichst nassem Zustande aus dem Verdampfer abgezogenen Dämpfe zu trocknen. b) Der Kompressor wird so warm gehalten, dass er wohl Wärme an das Kältemittel abgeben, nie aber diesem entziehen kann.
Hiezn führt man dem Kompressor Wärme entweder von aussen zu oder man baut ihn, gegebenenfalls samt seinem Antriebsmotor (z. B. Elektromotor) in eine wärmedichte Umhüllung ein, so dass die beim Betrieb durch mechanische oder elektrische Widerstände entstehende Wärme auf den Kompressor übergehen muss.
Zahlreiche Versuche mit Verdunstungs-und Kondensationsbehältern aus Glas, welche die Möglich- keit gaben, das Verhalten des Kältemittels bei Änderung seines Aggregatzustandes zu beobachten, haben nach Angabe des Erfinders folgendes gezeigt :
Wenn der Kompressor arbeitet, so tritt bei Verwendung der eingangs genannten Kältemittel im Verdampfer so lange kein Sieden des flüssigen Kältemittels ein, als das Verhältnis der vom Kompressor in der Zeiteinheit abgesaugten Menge des Kältemittels zu der vom Kältemittel benetzten Oberfläche des Verdampfers den Wert 0'6 nicht überschreitet. Es bilden sich, wenn die Betriebsverhältnisse dieser Bedingung angepasst bleiben, weder an den Wänden noch im Innern der Flüssigkeit Blasen, sondern der Flüssigkeitsspiegel bleibt ebenso wie die gesamte Flüssigkeit ruhig.
Der Zustand ist völlig identisch mit dem beim Verdunsten einer Flüssigkeit. Auffällig und für das Erzielen einer hohen Kälteleistung günstig ist hier nur, dass, bezogen auf die Flächeneinheit des Flüssigkeitsspiegels, bedeutend grössere Flüssigkeitsmengen in Gaszustand übergehen und dementsprechend auch weit grössere Wärmemengen verbraucht werden, als beim gewöhnlichen Verdunstungsvorgang. Dabei ist die erzielte Kälteleistung in weiten Grenzen von der Maschinenleistung unabhängig und hängt lediglich von der Grösse der durch das flüssige Kältemittel berührten Gefässoberfläche ab, wobei direkte Proportionalität zwischen der Kälteleistung und dieser Gefässoberfläche herrscht. Die Grösse des Flüssigkeitsspiegels, an dem der Über-
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keine wie immer geartete Rolle.
Ein das Verdunstungsgefäss umschliessendes Wärmeübertragungsmittel, wie Wasser oder Sole, braucht somit von dessen Aussenmantel nur die innen vom Kältemittel benetzte
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wie immer gearteter thermodynamischer Erfolg erzielbar, im Gegenteil : steigt sie über eine gewisse Grösse im Verhältnis zu der wirksamen (vom flüssigen Kältemittel berührten) Oberfläche des Verdampfers (Verdunstungsgefässes), so sinkt der Druck weit unter denjenigen, der zur jeweiligen Verdampfungstemperatur gehört, was den mechanischen Leistungsaufwand der Maschine zwecklos erhöht.
Diese Eigenschaften sind von besonderer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Betriebes, da der gesamte Entzug von Wärme infolge Änderung des Aggregatzustandes in dem zu kühlenden Raum konzentriert werden kann. Die vollständig trockenen Dampf liefernde Verdunstung schliesst ein Nachverdampfen in den abgehenden Leitungen und im Kompressor aus, so dass in der Regel ein Bereifen der vom Verdampfer abgehenden Leitungen nicht eintritt.
Auch auf der Kondensatorseite ist vollkommene Ruhe des Flüssigkeitsspiegels wichtig ; andernfalls hat man mit einem starken Kondensverzug zu rechnen. Im Kondensator tritt nämlich die Über-
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Tröpfchen- oder Nebelbildung ist nicht zu beobachten. Im Gegensatz zu den Verhältnissen bei der Verdunstung hängt daher die Kondensation sehr von der Grösse der Flüssigkeitsoberflächen ab.
Es zeigt sich, dass eine horizontale Gefässdecke wie eine zusätzliche Kondensoberfläche wirkt.
Die niedergeschlagene Flüssigkeit kann dort nicht ohne weiteres abfliessen und bildet grosse hängende Tropfen, die schliesslich durch die Schwere abreissen und sich wieder neu bilden. Versuche haben ergeben, dass auch diese Oberfläche des Gefässes zur wirksamen Kondensoberfläche zu zählen ist. Die Wirkung der horizontalen Decke kann noch durch parallele, horizontale Platten im Gasraum vervielfacht werden.
Um diese wirksamen Oberflächen vor Beunruhigung zu schützen, muss der aus der Förderleitung ankommende Gasstrahl so gelenkt werden, dass er die Seitenwände des Gefässes trifft. Dadurch wird wieder die Flüssigkeitsausseheidung angeregt und die nass werdende Gefässwand fördert ihrerseits die weitere Kondensation.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb von Kompressionskältemaschinen mit Pentan oder andern Kältemitteln, deren Dampfspannungskurve mit dem kältetechnisch verwendbaren Bereich ganz oder grösstenteils im Unterdruekgebiet liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsverhältnisse so gewählt werden, dass das Verhältnis der vom Kompressor in der Zeiteinheit abgesaugten Menge des Kältemittels zu der vom Kältemittel benetzten Oberfläche des Verdampfers den Wert 0'6 nicht überschreitet, wodurch aus dem Verdampfer durch blosses Verdunsten (ohne Auftreten von Siedeerscheinungen) vollkommen trocken gesättigter Dampf abgezogen wird.
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Method for operating compression refrigeration machines.
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Pentane, its isomers or other refrigerants, or mixtures thereof, in particular with pentane, provided that the vapor tension curve of these refrigerants with their range that can be used for refrigeration is wholly or to a considerable extent in the negative pressure area. With such refrigerants, the compression line in the low pressure area runs very close to the upper limit curve, so that wet vapor is produced when it evaporates and the heat exchange between the refrigerant and the machine wall increases so much that the machine and its degree of delivery are severely impaired.
This transition to the saturated steam area can go so far that the machine becomes inoperable at all.
To eliminate these disadvantages, two means that can be used separately or simultaneously are provided: a) the refrigerant vapor, which (as will be shown later) is sucked out of the evaporator in a completely dry state. experiences such overheating before it enters the compressor that the compression can no longer lead into the wet steam area. In the case of compression refrigeration machines, it has already been proposed to add heat to the refrigerant vapor before it enters the compressor, but for the purpose of drying the vapors drawn off from the evaporator in as wet a state as possible. b) The compressor is kept so warm that it can give off heat to the refrigerant, but can never remove it.
Here, heat is either supplied to the compressor from the outside or it is built into a heat-tight casing, possibly including its drive motor (e.g. electric motor), so that the heat generated during operation by mechanical or electrical resistances must be transferred to the compressor.
Numerous experiments with evaporation and condensation containers made of glass, which made it possible to observe the behavior of the refrigerant when its physical state changes, have shown the following, according to the inventor:
When the compressor is working, when the refrigerants mentioned above are used in the evaporator, the liquid refrigerant does not boil as long as the ratio of the amount of refrigerant sucked off by the compressor in the unit of time to the surface of the evaporator wetted by the refrigerant is 0'6 does not exceed. If the operating conditions remain adjusted to these conditions, bubbles do not form either on the walls or in the interior of the liquid, but rather the liquid level, like the entire liquid, remains steady.
The state is completely identical to that when a liquid evaporates. The only thing that is noticeable and beneficial for achieving a high cooling capacity is that, in relation to the unit area of the liquid level, significantly larger amounts of liquid are converted into a gas state and, accordingly, much larger amounts of heat are consumed than in the usual evaporation process. The achieved cooling capacity is largely independent of the machine output and depends only on the size of the vessel surface in contact with the liquid refrigerant, with direct proportionality between the cooling capacity and this vessel surface. The size of the liquid level at which the excess
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no role whatsoever.
A heat transfer medium surrounding the evaporation vessel, such as water or brine, therefore only needs the inside of its outer jacket that is wetted by the refrigerant
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Whatever kind of thermodynamic success can be achieved, on the contrary: if it rises above a certain size in relation to the effective surface of the evaporator (which is in contact with the liquid refrigerant), the pressure falls far below that which belongs to the respective evaporation temperature, which is the mechanical performance of the machine increased pointless.
These properties are of particular importance for the economic efficiency of the operation, since the entire extraction of heat as a result of a change in the physical state can be concentrated in the room to be cooled. The evaporation, which delivers completely dry steam, excludes re-evaporation in the outgoing lines and in the compressor, so that the lines outgoing from the evaporator usually do not become frosted.
On the condenser side, too, it is important that the liquid level is completely at rest; otherwise one has to reckon with strong condensation. In the condenser the transfer
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The formation of droplets or mist is not observed. In contrast to the conditions in evaporation, the condensation depends very much on the size of the liquid surface.
It turns out that a horizontal vessel cover acts like an additional condensation surface.
The precipitated liquid cannot easily flow off there and forms large hanging drops, which finally tear off due to the weight and form again. Tests have shown that this surface of the vessel should also be included in the effective condensation surface. The effect of the horizontal ceiling can be multiplied by parallel, horizontal panels in the gas space.
In order to protect these effective surfaces from disturbance, the gas jet arriving from the conveying line must be directed so that it hits the side walls of the vessel. As a result, the liquid secretion is stimulated again and the vessel wall, which becomes wet, in turn promotes further condensation.
PATENT CLAIMS:
1. A method for operating compression refrigeration machines with pentane or other refrigerants whose vapor tension curve with the range that can be used for refrigeration is wholly or largely in the low pressure area, characterized in that the operating conditions are selected so that the ratio of the amount of refrigerant extracted by the compressor in the unit of time to the surface of the evaporator wetted by the refrigerant does not exceed the value 0'6, as a result of which completely dry, saturated vapor is withdrawn from the evaporator by simple evaporation (without occurrence of boiling phenomena).