Nach dem Kompressionssystem arbeitende Kälteanlage. Bei Kompressions-Kälteanlagen ist es be kannt, bei mehrstufigen Verdichtern die Ent spannung des flüssigen Kältemediums in so viele Stufen zu unterteilen, als Verdichter stufen vorhanden sind. Dabei werden die bei der Expansion der Flüssigkeit am Ende jeder Stufe gebildeten Dämpfe von der unter dem selben Drucke ansaugenden Verdichterstufe übernommen. Der Vorteil dieser stufenweisen Entspannung mit Zwischenabsaugen der Ex pansionsdämpfe besteht bekanntlich in einer vergrösserten Kälteleistung und verbesserten Wirtschaftlichkeit der Anlage.
Die Anwendung der Stufenentspannung mit Zwischenabsaugen der in jeder Stufe ge bildeten Expansionsdämpfe war bisher an die Verwendung von zwei- oder mehrstufigen Verdichtern. gebunden. Es konnten im Maxi mum nur so viel Entspannungsstufen vor gesehen werden, als Verdichterstufen vorhan den waren. Damit mussten aber zur Errei chung des durch die Stufenentspannung resultierenden Vorteils die erhöhten Ventil- widerstände des Mehrstufenkompressors in Kauf genommen werden.
Zweck der Erfindung ist nun, diesen Nachteil zu beseitigen und die stufenweise Entspannung des flüssigen Kältemediums um abhängig zu machen von der Stufenzahl des Verdichters.
Die Erfindung betrifft eine nach dem. Kompressionssystem arbeitende Kälteanlage mit stufenweiser Entspannung des flüssigen Kältemediums und Zwischenabsaugen der bei der Entspannung gebildeten Dämpfe. Die Erfindung besteht darin, dass zur vermehrten Unterteilung der Stufenentspannung neben dem Hauptverdichter mindestens ein Absaug- verdichter vorgesehen ist, wobei jeder Ab saugverdichter die von einer zusätzlichen Entspannungsstufe gebildeten Dämpfe über nimmt.
Durch die Erfindung wird in erster Linie ermöglicht, die Stufenexpansion selbst bei einstufigem Verdichter anzuwenden und daher die Vorteile des Einstufen-Verdichters mit den Vorteilen der Stufenentspanntiug zu vereinen. Die Erfindung ermöglicht es, die bekannten Vorteile der stufenweisen Flüssig keitsentspannung mit Zwischenabsaugen der Expansionsdämpfe mit den Vorteilen mög lichst geringstufiger Verdichter zu paaren und dabei eine weitere Erhöhung der Kälte leistung und Verminderung des spezifischen Kraftverbrauches zu erreichen.
Die vom Absaugverdichter übernommenen gältemediumdämpfe können bei einstufigem Hauptverdichter auf den Verflüssigungs druck bei mehrstufigem Hauptverdichter auf den nächsthöheren Enddruck einer Haupt verdichterstufe verdichtet werden. Die vom Absaugverdichter verdichteten Dämpfe kön nen bei mehrstufigem Hauptverdichter vor der Übernahme durch eine Hauptverdichter- stufe im Zwischendruck-Receiver des Haupt verdichters eine Abkühlung bis nahe der Sät tigungstemperatur erhalten.
Mit einem solchen Absaugverdichter lässt sich bei einstufigem Hauptverdichter eine zweistufige Flüssigkeitsentspannung, bei zweistufigem Hauptverdichter eine drei stufige Flüssigkeitsentspannung und bei drei stufigem Hauptverdichter eine vierstufige Flüssigkeitsentspannung mit Zwischenabsau- gen der Expansionsdämpfe erreichen.
Prak tisch wird meist mit einem einzigen solchen Absaugverdichter auszukommen sein, für anomale Verhältnisse könnten aber auch zwei oder mehr als zwei Absaugverdichter vorgesehen werden, die die Expansions dämpfe unter verschiedenen Drücken über nehmen und auf gleiche oder verschiedene Enddrücke komprimieren.
Die Verdichtung der Absaugdämpfe erfolgt zweckmässiger- -tveise auf den nächsthöheren Saugdruck einer Hauptverdichterstufe, wobei die Mög lichkeit besteht, diese über den Zwischen druck-Receiver des Hauptverdichters zu lei ten, zum Zwecke einer wirksamen Abkühlung vor der Übernahme durch den Hauptverdich ter. Es ist aber auch möglich, diese Dämpfe mittels des Absaugverdichters direkt auf den Hauptverdichter-Enddruck zu verdichten.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbei spiel des Erfindungsgegenstandes mit einem einstufigen, doppeltwirkenden Kolbenver dichter. Fig. 2 ist das zugehörige Mollier- Diagramm.
Es bedeuten in Fig. 1: 1 der Hauptver dichter, 2 der Kondensator, 3 der Verdamp fer der Kühlanlage, 4 ist das erste Entspan nungsorgan, 5 der Absaugverdichter, 6 eine Absaugflasche und 7 das zweite Entspan nungsorgan. Das Fördervolumen dieser Ab- sau-Verdichter ist ist gering und beträgt. je nach Betriebsverhältnissen nur etwa 5 bis 15 % der Förderleistung des Hauptverdichters.
Für eine Normalanlage ohne Absaugver- dichter würde sich der Kältemittelkreislauf wie folgt gestalten: Die im Verdampfer 3 gebildeten Kälte mitteldämpfe werden unter dem Verdamp- ferdruck p,, das heisst unter Zustand a (siehe Mollier-Diagramm) durch eine Leitung 8 vom Verdichter 1 angesogen.
In diesem werden sie annähernd adiabatisch auf den Verflüssi- gungsdruclz. p;, (Linie a-b im Mollierdia- gramm) verdichtet. Diese unter Zustand b stark überhitzten Dämpfe treten durch die Leitung 9 in den Kondensator ? über, wo durch Wärmeabfuhr eine restlose Verflüssi gung dieser Dämpfe stattfindet.
Die reine Kältemediumflüssigkeit, immer noch unter Verflüssigungsdruck p, . verlässt mit Zustand c den Kondensator und gelangt durch die Leitung 10 vor das Ent#pannungso.rgan 4, wo die Entspannung dieser Flüssigkeit von Druck p,, auf den Verda.mpferdruck p, ent sprechend dein Linienzug e-d des Mollier- Diagramm.es stattfindet.
Die so entspannte Flüssigkeit, die einen Anteil (:r@) Dampf ent hält, tritt durch die strichpunktierte Leitung 11 und die Leitung 12 wieder in den Ver dampfer 3 über, wo durch Wärmeeinfall von aussen, das heisst durch Wärmeentzug aus dem zu kühlenden Mittel eine restlose Ver dampfung vom Zustandspunkte d auf den Zustand a erfolgt. Der Kreislauf beginnt hier von neuem. Bei den bisherigen Verfahren wird pro Kilo umgepumpte Kältemediumflüssigkeit aus dem Verdampfer eine Wärmemenge ent- sprechend der Distanz<I>d i</I> zwischen Punkt<I>d</I> und a entzogen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel erfolgt, in Abweichung vom oben beschrie benen Kreislauf, im ersten Entspannungs organ 4 eine Entspannung des unter dem Zustandspunkt c anfallenden flüssigen Kälte mediums auf den Zwischendruck p4 (Linie c-e im Mollier-Diagramm). Die so ent spannte Flüssigkeit wird in die Absaug- flasche 6 eingespritzt, wo eine Trennung zwi schen der reinen Flüssigkeit und der bei der Expansion gebildeten Dämpfe vollzogen wird.
Die reine Flüssigkeit unter dem Zustand f sammelt sich am Boden der Ahsaugflasche 6, während die Gase unter dem Zustand h darüber sich ansammeln. Die reine Flüssig keit gelangt nun vor das zweite Entspan nungsorgan 7 und erfährt darin eine Ent spannung vom Zwischendruck p. auf den Verdampferdruck p, entsprechend der Linie f-g (Fug. 2). Diese entspannte Flüssigkeit gelangt durch die Leitung 12 in den Ver dampfer 3, wo wiederum die restlose Ver dampfung auf Zustandspunkt a erfolgt.
Die in der Entspannungsflaszhe 6 ausgeschie, denen Gase gelangen durch die Leitung 13 zum Ahsaugverdichter 5 und werden in @die- sern vom Zustandspunkte h, das heisst vom Zwischendruck p,, auf den Enddruck p3 (Zu standspunkt k), also auf den @erfl'üssib@-ungs- druck des Hauptverdichters verdichtet und durch die Leitung 14 der Druckleitung 9 des Hauptverdichters zugeführt.
Sie gelangen ge meinsam mit den vom Hauptverdichter an kommenden Kältemediumdämpfen zum Kon densator 2.
Gemäss Fig. 2 wird pro 1 Kilo verdamp fendes Kältemedium eine Wärmemenge ent sprechend der Distanz 4i' zwischen g und a entzogen. Es geht daraus ohne weiteres der Vorteil der Stufenentspannung hervor, indem mit dieser bei gleichbleibendem Förder- volumen des Hauptverdichters im Verdamp fer eine vermehrte Kälteleistung produziert wird.
Anderseits müssen die bei der Stufen entspannung in Punkt e, das heisst in der Ab saugflasche 6 bereits abgeschiedenen Gase lediglich vom Zwischendruck p2 auf den End- druck p3 verdichtet werden, während ohne diese Zwischenentspannung diese selben Gase vom Verdampferdruck p3 verdichtet we Erden müssen. Daraus resultiert die grössere Wirt schaftlichkeit der beschriebenen Kälteanlage.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbei spiel des Erfindungsgegenstandes mit einem zweistufigen Kolbenverdichter und einem Ab saugverdichter zur Erhöhung der Expan sionsunterteilung auf drei Stufen. Fig. 4 ist das zu diesem Beispiel gehörende Mollier-Dia- gramm.
Es bedeuten in Fig. 3 (in Anlehnung an Fig. 1) 1' der Hauptverdichter, 2 der Kon densator und 3 der Verdampfer der Kälte anlage, 4 ist das erste, 18 das zweite und 7 das dritte Entspannungsorgan für das flüs sige Kältemedium. Ferner bedeutet 6 die Ent spannungsflasche am Ende der zweiten Ent spannungsstufe, 5 der Absaugverdichter und 15 der zum Zweistufen-Hauptverdichter 1' gehörende Zwischendruck-Receiver.
Der Kreislauf des Kältemediums ist für dieses Beispiel folgender: Die im Verdampfer 3 durch Wärmeein fall .gebildeten Kälteme@diumdämpfe werden durch die Leitung 8 in trockengesättigtem Zustand ä unter Druck p1 vom Hauptverdich ter 1' angesaugt.
In der ersten Verdichter stufe werden diese annähernd adiabatisch auf den Zwischendruck p3 komprimiert (Linie a'-b'). Die Kältemitteldämpfe treten durch die Leitung 19 in den Zwischendruckreceiver 15 über, wo durch Einspritzung von Kälte- mediumflüssigkeit eine Abkühlung beispiels weise auf -die Sättigungstemperatur Punkt c' erfolgt.
In diesem gekühlten Zustande ge langen diese Dämpfe durch die Leitung 20 in die zweite Stufe des Hauptverdichters, um hier auf den Verflüssigungsdruck, das heisst auf Druck p, (Zustand<I>d')</I> verdichtet zu werden.
Diese stark überhitzten Dämpfe werden durch die Leitung 9 in den Kondensator 2 gefördert, in welchem durch Wärmeentzug eine restlose Verflüssigung vor sich geht. Die gebildete reine Flüssigkeit unter Druck p4 (Zustande') verlässt den Kondensator 2 durch die Leitung 10 und erreicht das erste Ent spannungsorgan 4 zur Entspannung auf den Zwischendruck p3 (e'-f')
. Sie wird mitsamt den bei dieser Entspannung gebildeten Dämpfen durch die Düse 16 in den Zwi- schendruckreceiver 15 eingespritzt und be wirkt durch zusätzliche Verdampfung von Flüssigkeit die gewünschte Abkühlung der vom Hauptverdichter 1' durch die Leitung 19 ebenfalls in den Receiver eingeführten Gase.
Das Einspritz-Flüssigkeitsgasgemisch erhält in diesem Receiver eine Trennung, wo bei die reine Flüssigkeit unter dem Zustande g' sich am Boden ansammelt, während der Gasanteil unter Zustand c', vermengt mit den von der ersten Verdichterstufe ankommen den Verdichtergasen, von der zweiten Ver- dichterstufe durch die Leitung 20 abgesaugt wird.
Die Kältemediumflüssigkeit vom Zustand gelangt durch die Leitung 17 vor das zweite Entspannungsorgan 18 und erfährt hier eine Entspannung auf den weiteren Zwischendruck p. (g'-h'). In der Absaug- flasche 6 trennen sich wiederum die bei die ser zweiten Expansion gebildeten Dämpfe von der Flüssigkeit, so dass am Boden der Absaugflasche 6 reine Flüssigkeit vom Zu stand k' und im obern Teil reines Gas vom Zustand l' sich ansammeln.
Erstere fliesst zum dritten Entspannungsorgan 7 und er fährt dabei die Expansion auf den Verdamp- ferdruck p, (Zustand W<I>),</I> unter welchem die Überleitung ,durch Ü'en Leitungsstrang 12 in den Verdampfer 3 erfolgt, von wo der Kreis lauf von neuem beginnt.
Aus der Absaugflasche 6 gelangen die separierten Dämpfe im Zustand l' durch die Leitung 13 zum Absaugverdichter 5, werden darin auf den Zwischendruck p3 verdichtet und nun mit Zustand n durch die Leitung 14 ebenfalls in den Zwischendruckreceiver 15 geleitet.
Sie erhalten hier wie die Verdichter- dämpfe von der ersten Hauptverdichterstufe eine Abkühlung von 7i auf c', das heisst bis nahe an die Sättigungstemperatur und gelan- gen darauf durch die Leitung 20 zur zweiten Stufe des Hauptverdichters 1'.
Der Vorteil der Zuordnung eines Absa.ug- verdicliters und der weiteren Unterteilung der Entspannungsstufen ist auch für dieses Bei spiel aus dem Mollier-Diagramm (Fix. 4) er sichtlich. Es wird einmal eine im Verhältnis di, <I>:</I> 4i,; vergrösserte Kälteleistung erzeugt, anderseits eine für den im Zustandspunkt<I>lt'</I> enthaltenen Gasanteil im Verhältnis di.j <I>:</I> Ai,, verminderte Verdiehterarbeit erforderlich.
Es wäre auch möglich, in dem geschilder ten zweiten Ausführungsbeispiel die vom Ab saugverdichter übernommenen Gase statt auf den Zwischendruck p", direkt auf den End- druck p., zu komprimieren, gemäss Linienzug l'-n'. In diesem Falle würden die Förder- gase des Absaugverdichters durch die strich punktierte Leitung 14' direkt in die Druck leitung 9 bezw. zum Kondensator 2 über geleitet. Die erzielten Vorteile bleiben sich praktisch die gleichen.
Wie bereits erwähnt, lässt sich der Ab saugverdichter auch ziz drei-, vier- und mehr stufigen Verdichteranlagen zuordnen zur Entspannung des flüssigen Kältemediums in vier, fünf und mehr Stufen.
Durch die Erfindung lasen sich mit Vor teil bestehende Kälteanlagen alter Bauweise mit einstufigem Verdichter durch Zuordnung eines kleinen Absaugverdiehters in eine An lage mit zweistufiger Entspannung umbauen.
Vorhanden ist beispielsweise eine Kälte anlage nach dem Ammoniakkompressions- system mit einstufigem Verdichter von 100 000 cal. Kälteleistung pro Stunde bei einer Verdampfungstemperafur von -15 C und einer Verflüssigungstemperatur von 30" C. Da:s effektive Fördervolumen des Kompressors beträgt<B>191.5</B> m'h und der theoretische Kraftbedarf 33,? PS, die theo retische spezifische Kälteleistung 3013 cal/PS.
Durch Zuordnung eines kleinen Absaug- verdichters mit einem effektiven Förder- volumen von beispielstveise 13,9 m'Jh lässt sich nun eine erste Stufenentspannung von 30 auf = 0 C und nachfolgend eine zweite Stufenentspannung des flüssigen Kälte- mediums von 0 auf -15 C ermöglichen. Die nach der ersten Entspannung gebildeten Dämpfe (13,9 ms/h) werden vom Absaug- verdichter übernommen und auf den Verflüs sigungsdruck -f- 30 C verdichtet.
Der theo retische Kraftaufwand des Absaugverdich- ters beträgt dabei 2,5 PS.
Der Hauptverdichter fördert das unver änderte Ammoniakgewicht wie vor dem Um bau, aber pro verdampfendes Kilo Ammoniak werden nunmehr 297,7 cal. im Verdampfer aufgenommen, gegenüber 264 cal. vor dem Umbau, so dass sich die Kompressorkälte- leistung nunmehr bei gleichbleibendem theo retischem Kraftbedarf von 33,2 PS auf 113 000 cal/h erhöht.
Der Gesamtenergiever brauch der umgebauten Anlage stellt sich einschliesslich Absaugverdichter theoretisch auf 33,2 + 2,5 = 35,7 PS, so dass daraus eine theoretische Kälteleistung von 3170 cal/PSe resultiert. Der Umbau ergibt @somit mit relativ geringen Kosten eine Erhöhung der Kälteleistung um<B>13%</B> und eine Verbes serung der Wirtschaftlichkeit um zirka 5%.
Auch bei vorhandenen zwei- oder Brei- oder mehrstufigen Verdichtern kann durch Ausbildung eines Absaugverdichters und Er höhung der Expansionsunterteilung auf drei bezw. vier Stufen der gleiche Vorteil erreicht werden. Die Erfindung ermöglicht aber auch, neue Anlagen mit Einstufen-Hauptverdich- ter sehr wirtschaftlich zu gestalten.
Statt den in den aufgezeichneten Ausfüh rungsbeispielen dargestellten Kolbenkompres soren können natürlich auch Turboverdichter oder Drehko.lbenverdichter, sowohl als Haupt- wie auch als Absaugverdichter zur Installa tion gelangen. Der Hauptverdichter kann aus einem oder mehreren Zylindern mit gemein samem oder separatem Antrieb vorgesehen sein. Es können auch mehrere Absaugver- dichter unter dem gleichen oder verschiedenen Zwischendrücken Kältemediumdämpfe ab saugen und auch höhere Zwischendrücke bezw. den Enddruck des Hauptverdichters fördern.