CH644442A5 - Vorrichtung zum erzeugen von kaelte. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte, mit einem Kältemittelbad für einen Kälteverbraucher und einen Kältekreislauf mit Kompressor und Kühlstufen zum mindestens teilweisen Verflüssigen des vom Kompressor aus dem Raum des Kältemittelbades abgesaugten, verdampften Kältemittels.

Bekanntlich hängt die Temperatur des Kälteverbrauchers eng mit dem Druck im Dampfraum des Kältemittelbades zusammen, wie durch die Dampfdruckkurve des Kältemittels zum Ausdruck kommt. In vielen Anwendungsfällen ist es sehr wichtig, dass die Temperatur des Verbrauchers einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet. Ein Beispiel dafür ist ein supraleitender Magnet, der bei zu hoher Temperatur normalleitend wird. Ein anderes Beispiel ist eine Kryopumpe, deren angefrorene Gasmoleküle bei zu hoher Temperatur desor-bieren und das Hochvakuum verderben.

Nun entsteht beim vielen Verbrauchen die Wärme nicht immer gleichförmig, sondern es treten Spitzen in der Wärmeentwicklung auf, die kurzzeitig die Kälteleistung der Kältevorrichtung übersteigen. Doch ist es wichtig, dass auch und gerade bei diesen Belastungsspitzen der Vorrichtung der Verbraucher seine vorgeschriebene Arbeitstemperatur beibehält, das heisst, dass der Druck im Dampfraum des Kältemittelbades möglichst konstant bleiben muss, damit er weiter der vorgeschriebenen Arbeitstemperatur des Verbrauchers entspricht.

Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, dem Dampfraum des Kältemittelbades ein grosses Volumen zu geben, so dass kein schneller Druckanstieg auftreten kann. Die Nachteile dieser Massnahme bestehen darin, dass sie baulich aufwendig ist und eigentlich nur eine Dämpfung der Temperaturerhöhung bei Belastungsspitzen der Kältevorrichtung bewirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte der eingangs definierten Art zu schaffen, bei der bei Belastungsspitzen unmittelbar kein Druckanstieg im Dampfraum stattfindet, so dass die Temperatur des Verbrauchers nicht ansteigt. Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfmdungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Nebst der Lösung der gestellten Aufgabe bietet die Erfindung noch den Vorteil, dass es möglich ist, bei Belastungsspit-5 zen eine kurzzeitige Druckerniedrigung im Dampfraum zu bewirken.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

io Fig. 1 eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte gemäss der Erfindung;

Fig. 2 eine abgewandelte Vorrichtung.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist ein Kältemittelbad (Bad) 1 mit einem Kälteverbraucher (Verbraucher) 2 auf, das 15 durch eine Kälteanlage 3, im wesentlichen bestehend aus einem Kompressor 4 und Kühlstufen 5, mit flüssigem Kältemittel 6 gespeist wird. Der Dampfraum 7 des Bades 1 steht über eine Leitung 8 und die Kühlstufen 5 mit der Saugseite 9 des Kompressors 4 in Verbindung. Der Dampfraum 7 ist wei-2oterhinüber ein Ventil 15 mit einem Pufferbehälter 16 verbunden, der seinerseits über eine Vakuumpumpe 17 mit der Saugseite 9 des Kompressors 4 verbunden ist. Das Ventil 15 wird mittels einer Regelvorrichtung 18 in Abhängigkeit des Druk-kes im Dampfraum 7 gesteuert. Im normalen Betrieb ist das 25 Ventil 15 geschlossen. Die Vakuumpumpe 17 hält einen sehr niedrigen Druck im Pufferbehälter 16 aufrecht. Tritt nun eine Belastungsspitze, d.h. eine erhöhte Wärmeentwicklung im Verbraucher 2 auf, und kann der Kompressor 4 den Druck im Dampfraum 7 des Bades 1, der von der Regelvorrichtung 18 30 überwacht wird, nicht allein auf dem vorgeschriebenen Wert halten, so wird das Ventil 15 von der Regelvorrichtung betätigt. Der Dampf strömt nun zusätzlich durch das Ventil 15 aus dem Dampfraum 7 und in den Pufferbehälter 16, da in diesem sehr niedriger Druck herrscht. Der Druck im Dampf-35 räum 7 und somit auch die Temperatur des Kältemittels 6 im Bad 1 bleiben konstant. Beim Verbraucher 2 steigt somit nicht die Temperatur. Ist die Kältebelastungsspitze vorbei, d.h. kann der Kompressor 4 den anfallenden Dampf wieder allein bewältigen, so schliesst die Regelvorrichtung 18 das 40 Ventil 15 wieder. Die Vakuumpumpe 17 pumpt den Dampf aus dem Pufferbehälter 16 ab und bringt den Druck in diesem auf das vorherige tiefe Niveau. Der evakurierte Dampf wird vom Kompressor 4 angesaugt.

Die Regelvorrichtung kann so ausgelegt sein, dass bei ei-45 ner plötzlichen und starken Kälteleistungsspitze des Bades 1, das Ventil 15 ruckartig voll geöffnet wird. Jetzt fliesst ein grosses Dampfvolumen schnell zum Pufferbehälter 16, so dass der Druck im Dampfraum 7 schnell sinkt, und zwar so schnell, dass eine Temperaturerniedrigung des Bades 1 ein-50 tritt. Für manche Anwendungsfälle der Kältevorrichtung ist dies ein erwünschter Vorgang. Es ist in diesem Fall ratsam, in der Leitung 8 zur Kälteanlage 3 ein Rückschlageventil 23 anzubringen, das verhindert, dass der Pufferbehälter 16 Kältemittel aus der Kälteanlage 3 ansaugt.

55 Selbstverständlich kann der Befehl zum Öffnen des Ventils 15 auch durch andere Indikationen als die Regelvorrichtung 18 erteilt werden, z.B. wenn durch gewisse Signale, die vom System abhängen, klar ist, dass eine Spitze in der Wärmeentwicklung des Verbrauchers bevorsteht.

6o Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung liegt darin, dass bei Ausfall der Kälteanlage 3, der Pufferbehälter während einer gewissen Weile durch Aufnahme von Dampf aus dem Dampfraum des Bades, die Kühlung des Verbrauchers aufrechterhält, bis entweder die Kälteanlage wieder in Betrieb 65kommt oder der Verbraucher sicher abgestellt ist.

Das Volumen des Pufferbehälters 16 kann kleiner gewählt werden, wenn die Temperatur darin unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Die Temperatur kann gar auf die

Temperatur des Kältemittelbades verringert werden. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Pufferbehälter in wärmeleitendem Kontakt mit dem Bad 1 steht. Oder der Pufferbehälter ist von einem Kühlmantel 20 umgeben, der über eine Leitung 21 mit Ventil 22 mit dem Ausgang der Kühlstufen 5 verbunden ist, und daraus Kältemittel bezieht, das über eine Leitung 24 zur Kälteanlage 3 zurückfliesst.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Pufferbehälter 16 ganz oder teilweise gefüllt mit einem Adsorptionsmate-

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rial 25, z.B. Aktivkohle. Das Adsorptionsmaterial erlaubt, dass bei gegebenen Abmessungen des Pufferbehälters 16 eine viel grössere Menge Kältemitteldampf gespeichert werden kann. Die Entleerung des Pufferbehälters 16 und Regenera-5 tion des Adsorptionsmaterials 25 geschieht mittels der Vakuumpumpe 17 bei geschlossenem Ventil 15. Zur Unterstützung der Regeneration kann eine Heizwicklung 26 vorgesehen sein, die kurzzeitig eingeschaltet wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

644442 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte, mit einem Kältemittelbad für einen Kälteverbraucher und einem Kältekreislauf mit Kompressor und Kühlstufen zum mindestens teilweisen Verflüssigen des vom Kompressor aus dem Dampfraum des Kältemittelbades abgesaugten verdampften Kältemittels, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfraum (7) des Kältemittelbades (1) über ein Ventil (15) mit einem Pufferbehälter

(16) verbunden ist, der seinerseits über eine Vakuumpumpe

(17) mit der Saugseite (9) des Kompressors (4) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelvorrichtung (18) vorgesehen ist, die das Ventil (15) in Abhängigkeit des Druckes im Dampfraum (7) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (16) mit einem Adsorptionsmittel (25) gefüllt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (16) in Verbindung steht mit einem wärmeleitenden Körper, dessen Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (16) mit einem Teil des Kältemittels gekühlt ist.