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Vollständig gekapselte Kältemaschine fur industrielle Anlagen.
Es ist bekannt, kleinere Kältemaschinen, wie z. B. Haushaltungsmasehinen. einschliesslich Antriebsmotor zu einem Block zusammenzubauen und vollständig zu kapseln. Auch grössere Maschinen sind vielfach zu einem Block zusammengebaut, jedoch hat man hiebei auf die Kapselung der Verdichtergruppe verzichtet.
Infolge der gedrängten Bauart der ganzen Maschine und der bisherigen Art des Zusammenbaues der Einzelteile ergeben sich sowohl hinsichtlich des Wärmeüberganges und der Materialdehnungen der von sehr unterschiedlichen Temperaturen umgebenen Teile als auch hinsichtlich der Lagerung und Befestigung der Einzelteile gewisse Mängel, welche sehr leicht zu unangenehmen Störungen im Betrieb Anlass geben können.
Zur Beseitigung dieser Mängel legt die vorliegende Erfindung innerhalb der Kapselung einen bestimmten Aufbau der ganzen Maschinenanlage und Zusammenbau der einzelnen Teile zugrunde, wobei auch die Verdichtergruppe vollständig mit eingekapselt ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme von Verdampfer und Verflüssiger vorgesehenen, gleichzeitig als Fundament für die Kältemaschine ausgebildeten Kasten, der zur Bildung einer festen Grundplatte für die Lagerung der Verdichtergruppe oberhalb der Verdampfer-Verflüssigeranordnung mit einer Anzahl Querbalken versteift ist und an dem oberen Rand mit einem Flansch zur Befestigung einer die Verdichtergruppe umschliessenden Haube versehen ist, wobei der von Kasten und Haube gebildete Raum durch an den Kasten angeschweisste Trennwände derart unterteilt ist, dass Verdampfer,
Verflüssiger, Antriebsmotor und Verdichter mit Getriebe in je einer Kammer getrennt untergebracht sind.
In diesem Aufbau bilden also der Verdampfer und der Verflüssiger das Fundament des ganzen, zusammengesetzten Blockes. Die übrigen Teile, Motor, Verdichter und Getriebe, sind hievon unabhängig angeordnet bzw. befestigt. Die Verbindungsöffnungen zur Aufrechterhaltung des Kältemittelkreislaufes von einer Kammer zur andern befinden sich in den Trennwänden, welche ihrerseits zur freien Ausdehnung mit elastischen Zwischenstücken versehen sind.
An Hand eines Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt die zu einem Block zusammengebaute, vollständig gekapselte Kältemaschine in Seitenansicht, zum Teil im Längsschnitt. Fig. 2 die Kältemaschine im Querschnitt, zum Teil in Ansicht, Fig. 3 eine Einzelheit.
1 ist ein als Fundament für die Kältemaschine ausgebildeter Kasten, der gleichzeitig zur Aufnahme des Verflüssigers 2 und Verdampfers. 3 dient. Oberhalb von Verdampfer und Verflüssiger ist der Kasten durch eine Anzahl Querbalken 4 versteift. Diese Querbalken dienen als feste Grundplatte für die Lagerung der Verdichtergruppe. Der Kasten ist am oberen Rand mit einem Flansch versehen, mit dem der Flansch einer die Verdichtergruppe umschliessenden Haube 6 verbunden wird. Der von Kasten und Haube gebildete Raum ist durch an dem Kasten angeschweisste Trennwände 7 a, b c derart unterteilt, dass der Verdampfer, der Verflüssiger, der Antriebsmotor 8 und der Verdichter 9 mit Getriebe 10 in je einer Kammer getrennt untergebracht sind.
Verdampfer, Verflüssiger und Verdichtergruppe werden zweckmässig waagrecht oder nahezu waagrecht und achsparallel zueinander angeordnet.
11 ist der aus dem Verdampfer kommende Saugstutzen, 12 der in den Verflüssiger führende Druckstutzen des Verdichters. 1. 3 ist ein am Ende des Verflüssigers angeordneter Verbindungsstutzen, durch welchen mit Hilfe der Ventilationswirkung des Antriebsmotors im Verflüssiger abgekühlte Kältemittel-
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dämpfe zur Kühlung des Motors angesaugt und durch Stutzen 14 wieder in den Verflüssiger zurückgeführt werden. Sämtliche Anschlussstutzen sind mit den Trennwänden 7 a, b des betreffenden Verflüssiger-, Verdampfer-und Antriebsmotorraumes verbunden.
Zum Ausgleich der durch verschiedene Temperaturen verursachten Materialdehnungen sind die Trennwände'7 a, b an zweckentsprechender
Stelle mit elastischen Zwischenstücken oder Dehnungswulsten 15 a, b versehen. Ausserdem ist die Blechdicke der Trennwände so gewählt, dass auch Dehnungen senkrecht zum Blech möglich sind, so dass auch den Dehnungen an den kalten Saugstutzen 11 und den warmen Druckstutzen 12 genügend Rechnung getragen wird.
Die Rohrböden des Verflüssigers und des Verdampfers bilden zugleich die Stirnflächen des Fundamentkastens 1 und sind mit dessen Mantel gasdicht verschweisst. Der Boden 16 des Kastens ist wellenförmig (s. Fig. 2) ausgeführt, um die Flüssigkeitsräume des Verflüssigers und Verdampfers voneinander zu trennen und dadurch einen schädlichen Wärmefluss zu vermeiden. Die Dampfräume selbst werden durch Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen den Trennwänden 7 a, b mit Wärmeschutzmittel gegeneinander isoliert.
Sämtliche Anschlüsse für Stromzuführung 17 nach dem Motor, für Kühlwasser und Kälteträger 18, für Füllung und Entleerung 19, für Entlüftung 20, für die Ölstände 21 und für die Flüssigkeitsstände 22 in Verdampfer und Verflüssiger werden zweckmässig am Kasten angebracht, so dass das Lösen der Anschlüsse bei einem etwa erforderlichen Abheben der Haube nicht erforderlich ist.
Das zwischen Verflüssiger und Verdampfer vorgesehene Flüssigkeitsregelventil 23 (Fig. 2) ist als Schwimmerventil ausgebildet. Sein Gehäuse 24 ist seitlich des Fundamentkastens angeschweisst und mit einem abnehmbaren Deckel 25 versehen. Das Ventil ist dadurch der Kontrolle zugänglich gemacht, ohne dass die Haube abgenommen werden muss.
Die Umwälzpumpe 26, welche die nicht dargestellte Berieselung des Verdampfers in mehrfacher Umwälzung bewerkstelligt, ist mitsamt den Lagerträgern 27 von oben her durch die zum Verdampfer gehörende Trennwand 7 a derart eingesetzt, dass sie ohne besondere Verschraubungen mittels federnder Scheiben 28 od. dgl. gegen die Druckunterschiede der mit der Pumpe in Verbindung stehenden Kammern und der von dem Pumpentragkörper durchsetzten Räume abdichtet. Das Förderrad der Pumpe ist in eine Vertiefung des Verdampferbodens eingesetzt, wodurch eine grössere Zulaufhöhe für das zu fördernde Kältemittel erzielt wird.
Der Antrieb der Pumpe erfolgt durch die waagrechte Getriebewelle, Die ganze Anordnung der Vertikalpumpe ist derart, dass sie bei der Montage einfach von oben her eingehängt werden kann und durch ihr Eigengewicht die federnden Ringe derart zusammenpresst, dass neben der Befestigung auch gleichzeitig eine Dichtung bewirkt wird ; besondere Versebraubungen fehlen hier ganz.
Die inneren Wärmeverluste einer solchen gekapselten Kältemaschine können dadurch verkleinert werden, dass die einzelnen Teile so angeordnet werden, dass sich zwischen diesen nicht übermässige Temperaturunterschiede ergeben. Z. B. werden bei einer mehrstufigen Verdampfung oder Verflüssigung die einzelnen Apparate nach steigender oder fallender Temperatur neben-oder übereinander angeordnet, so dass der heisseste Teil auf der einen und der kälteste Teil auf der gegenüberliegenden Seite liegt ; das Temperaturgefälle zwischen den benachbarten Teilen wird dadurch ein Minimum.
Die zwischen Kasten 1 und Haube 6 befindliche Flanschverbindung sowie sämtliche Anschlussstellen sind mit einer Flüssigkeitssperrung gegen Lufteintritt und Gasaustritt versehen. Zu diesem Zweck sind Sperrinnen 29 vorgesehen, die selbsttätig aus einem mit Kältemittel gefüllten Hochbehälter 30 gefüllt werden.
Die Entlüftung der Gruppe wird durch eine neben der Hauptgruppe aufgestellte Hilfsgruppe bewirkt, welche aus Motor 31, Pumpe 32 und Hilfskondensator 33 besteht. Die Entlüftung kann je nach Bedarf vorgenommen werden, wobei die Entlüftungsleitung 34 mit einem selbsttätig wirkenden, unter Flüssigkeitsabschluss stehenden Ventil 35 versehen ist. Dieses Ventil unterbricht nach erfolgter Entlüftung selbsttätig die Verbindung mit der Hauptmaschine. Auf diese Weise ist ein Rückströmen von Luft aus der Entlüftungsleitung in die Hauptgruppe unterbunden. Es erscheint zweckmässig, die Entlüftungspumpe als Hochvakuumpumpe zu bauen, so dass diese Pumpe nach Fertigstellung der Montage gleichzeitig zur Erzeugung eines Vakuums in Betrieb genommen werden kann.
Hiebei kann die Maschine auch gefüllt werden, indem die luftleer gepumpte Maschine die Flüssigkeit durch Leitung 19 aus einem tiefer stehenden Behälter selbsttätig nachsaugt. An der Entlüftungsleitung ist eine Luftanzeigevorrichtung 36 vorgesehen, welche die jeweils vorhandenen Luftverhältnisse anzeigt.
Wie die Fig. 3 in schematischer Darstellung zeigt, können der Verflüssiger 2 und Verdampfer 3 wohl nebeneinander, in der Höhenlage jedoch mehr oder weniger verschieden angeordnet sein. Der Trennflansch und die Haube erhalten hiedurch gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 eine geneigte Lage. Die Haube 6 kann in zweckmässiger Weise umklappbar angeordnet sein.
In Anlagen vorliegender Art ist grosse Sorgfalt auf die Wärmeisolation der verschiedenen Trennwände zu verwenden, ganz besonders auch darum, weil das ganze Gehäuse mit dampfförmigem Kältemittel angefüllt ist und eine Isolation durch Luftschichten vollkommen fehlt. Irgendein Maschinenteil oder eine Wand im Innern der Maschine, welche eine Temperatur kleiner als die Sättigungstemperatur des berührenden Dampfes aufweist, wird zu einer Kondensationsfläehc. Da nun die Wärmeübertragung
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des kondensierenden Dampfes eine sehr gute ist, kann dies sehr grosse Wärmeverluste zur Folge haben.
Solche kondensierende Flächen gegen Wärmetransport durch übliche Isolation zu schützen wäre ver- fehlt, denn normale,
an der Atmosphäre hochwertige Wärmeisolationsmaterialien werden in der Maschine in den meisten Fällen praktisch unwirksam. Dies hat seinen Grund darin, dass solche Materialien fast immer poröse Stoffe sind, welche gerade durch ihre feinverteilten Lufteinschlüsse eine sehr gute Isolation bewirken. In einer Dampfatmosphäre, wie sie in der vorliegenden Maschinenart herrscht, nützen diese
Poren aber in keiner Weise, da sie sich mit Dampf füllen, welcher bei tiefen Temperaturen doch konden- siert. Die Isolationsschicht wird vollkommen mit Kälteflüssigkeit getränkt und die Isolationswirkung erheblich verschlechtert. Dieses Verhalten der Isolationsstoffe lässt sich durch Imprägnierungen nicht verhüten, da fast alle dazu verwendeten Mittel in Kältestoffen löslich sind, so dass sie aus dem Isolations- material herausgespült werden.
Diese verschiedenen Übelstände werden in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch beseitigt, dass die Räume, in denen sich-Wärmeisoliermaterial befindet, auf dem niedrigsten in der Maschine herrschenden Druck, d. h. unter Verdampferdruck, gehalten werden. Der Gasdruck in den Poren des
Isoliermaterials ist der Sättigungsdruck, welcher zu der tiefsten in der Maschine vorkommenden Temperatur gehört. Da nun aber das Isoliermaterial infolge seiner Lage zwischen kalten und wärmeren Räumen sicher eine höhere Temperatur hat als die obengenannte, wird keine Kondensation auftreten. Die Poren werden also mit überhitztem Dampf gefüllt sein, dessen isolierende Wirkung bekanntlich eine sehr gute ist.
In der vorliegenden Konstruktion lässt sich diese Wirkung am besten dadurch erreichen, dass der Raum, in dem Verdichter 9 und Getriebe 10 aufgestellt sind, mit Hilfe einer Öffnung 37 in der Trennwand 7 a unter Verdampferdruck gebracht wird. Die Isolierschichten 38, welche sich sämtlich in diesem Raume befinden, benetzen sich jetzt aus den obenerwähnten Gründen nicht und erzielen die dauerhafte Schutzwirkung. Der Motor bleibt unter Verflüssigerdruek, da es vorteilhaft ist, den Ventilationskreislauf des Motors an den Verflüssiger anzuschliessen, so dass die Wicklungen mit Kältemittel unter Verflüssigerdruck gekühlt werden und die Motorverlustwärme direkt vom Kühlwasser des Verflüssigers mit abgeführt werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vollständig gekapselte Kältemaschine für industrielle Anlagen, gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme von Verdampfer und Verflüssiger vorgesehenen, gleichzeitig als Fundament für die Kältemaschine ausgebildeten Kasten (1), der zur Bildung einer festen Grundplatte für die Lagerung der Verdichtergruppe oberhalb der Verdampfer-Verflüssigeranordnung mit einer Anzahl Querbalken (4) versteift ist und an dem oberen Rand mit einem Flansch zur Befestigung einer die Verdichtergruppe umschliessenden Haube (6) versehen ist, wobei der von Kasten und Haube gebildete Raum durch an den Kasten angeschweisste Trennwände (7 a, 7 b, 7 e) derart unterteilt ist, dass Verdampfer, Verflüssiger,
Antriebsmotor und Verdichter mit Getriebe in je einer Kammer getrennt untergebracht sind.