DE1551289A1 - Kaeltemaschine und Betriebsweise einer solchen - Google Patents

Description

Dr..ta* R Neoeadart, Kp).- !ng. N. HbMk

Di?!.Phyj.W.Sd;iGiii . 4. JUIi 1967

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Kältemaschine und Betriebsweise einer Bolchen«

Diese Erfindung betrifft Kältemaschinen· und eine Betriebsweise von solchen Maschinen» Insbesondere betrifft die Erfindung solche Kältemaschinen, in welchen das kondensierte Kältemittel tiefgekühlt wird« Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf Kältemaschinen mit einer Regelung des Kältemittelumlaufes_t die so beschaffen ist, dass der Wirkungsgrad des Tiefkühlaggregates gesteigert wird.

Bei Kältemaschinen grosser Leistung ist ein Kompressor vorgesehen! welcher gasförmige» Kältemittel aus dem Verdampfer absieht und das verdichtete Kühlmittel zu einem Kondensator pumpt, in welchem da« Kühlmittel abgekühlt und kondensiert wird« Das flüssige Kältemittel im Kondensator wird normalerweise durch eine Dosiervorrichtung him· durch zum Verdampfer geleitet« Der Verdampfer weist eine Vielzahl von Rohren auf, die gewöhnlich als Rohrbündel bezeichnet werden^ und durch welche das zu kühlende Strömungsmittel im Wärmeaustausch mit dem im Verdampfer befindlichen Kältemittel geleitet wird, dabei das Strömungsmittel abkühlt und das Kältemittel verdampft·

Zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrades der Kältemaschine ist es wünschenswert, das kondensierte Kühlmittel unterhalb der Kondensation« tempera tür abzukühlen bevor es zum Verdampfer gelangt« Zu diesen äweoke wird in einer Kammer am Boden dee Kondensators oder in einem abgeteiltes Abschnitt eis Rohrbündel angeordnet«, so daee kondensier«. Bas Kältemittel im Wär«mausta«sßh über das Rohrbündel strömen käme, in welchem ©in Kühlmittel fliese;to

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Zur Erzielung der grösstmöglichsten Tiefkühlung muss der Pegelstand des Kältemittels im Tiefkühlaggregat auf einer solchen Höhe gehalten werden, dass das darin befindliche Rohrbündel vollkommen bedeckt ist, ausserdem mußs die Durchflussrate des Kältemittels durch das Rohrbündel einen maximalen Wert annehmen· Bei Tiefkühlern bekannter Art erfolgt der Durchfluss des Kältemittels aufgrund der Schwerkraft.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Kältemaschine» Ein weiteres Ziel der Erfindung iet die Schaffung eines Tiefkühlaggregates für Kältemaschinen mit erzwungener Strömung· Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuen Dosiervorrichtung für Kältemittel, welche insbesondere für die erwünschte V/irkungsweiBe des Tiefkühlaggregates geeignet ist·

Die Erfindung soll aueserdem ein verbessertes Verfahren für den Betrieb einer Kältemaschine angeben, bei welchem der V/irkungegrad des Tiefkühlaggregates wesentlich gesteigert ist·

Die Aufgaben und Ziele der Erfindung werden dadurch gelöst, dass auf der Kondensatorseite des Tiefkühlaggregates eine auf den Pegelstand des Kältemittels ansprechende Vorrichtung angeordnet ist, welche auf eine Dosiervorrichtung auf der Verdampferseite des Tiefkühlaggregates einwirkt·

Die Erfindung soll im folgenden anhand der beiliegenden. Zeichnung ausführlich beschrieben werden» Die Figur zeigt ein Schema einer Kältemaschine, wobei der Wärmeauetauschteil in Perspektivischer Darstellung gezeigt ist und einzelne Teile der Übersichtlichkeit halber weggeschnit* ten worden sind·

In der Zeichnung wird ein Gehäuse 1 mit einer Zwischenwand 3 dar gestellt, welche das Gehäuse in einen Verdampfer 5 und einen

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7 unterteilt«

Im Verdampfer 5 befindet sich ein Rohrbündel 9 , durch welches das von der Kältemaschine zu kühlende Strömungsmittel geführt wird« Der Kondensator 7 weist ein Rohrbündel 11 für das von einer entsprechenden Quelle, wie z«B. einem (nicht gezeigten) Kühlturm kommende Kühlwasser auf. Ein Motor - Kompressor 13 ist vorgesehen um das unter niedrigem Druck stehende gasförmige Kältemittel vom Verdampfer zu komprimieren und in der Form von unter hohem Druck stehendes Kältemittelgas an den Kondensator 7 abzugeben. Eine Tiefkühlkammer 15 wird an ihrer Oberseite durch einen Teil der Zwischenwand 3, auf der einen Seite durch das Gehäuse 1, auf der anderen Seite durch die Seitenwand Ik und an ihrer Unterseite durch die Platte 16 gebildet· Ein Durchlass 21 in der Zwischenwand 3 stellt an einem Ende des Kondensators 7 eine Verbindung zwischen diesem und der Tiefkühlkammer 15 her» Am anderen Ende der Tiefkühlkammer 15 ist in der Platte 16 ein Durchlass 23 vorgesehen, welcher gestattet, dass das Kältemittel von der Tiefkühlkammer 15 in die Dosiervorrichtung 18 für das Kältemittel einströmen kann, wie noch beschrieben werden soll· In der Tiefkühlkammer 15 befindet sich ein Rohrbündel 19t durch welches Kühlwasser strömt um das kondensierte Kältemittel kühlen, das durch den Durchlass 21 vom Kondensator 7 in die Tiefkühlkammer 15 einströmt. Dieses Kühlwasser kann zuerst durch das Rohrbündel in der Tiefkühlkammer geleitet und dann durch das Rohrbündel im Kondensator geliitet werden oder die Rohrbündel von Tiefkühler und Kondensator können durch verschiedene Kreisläufe mit Kühlwasser beschickt werden· Infolge der grossen Anzahl von Rohren im Rohrbündel 19 und des Abstandee zwiechen den Durchlässen 21 und 23 tritt an dem Tiefkühlaggregat ein erheblicher Druckabfall auf. Eines der hauptächlichsten Merkmale dieser Erfindung besteht darin, dass dieser Druckabfall im Gegensatz zu einer Fallstrom-

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anordnung zur Erzielung einer erzwungenen Strömung des Kältemittels durch das Tiefkühlagrregat verwendet wird, wodurch der wirkungsgrad dieses Aggregates in einer noch zu beschreibenden '.Veise gesteigert wird. Die Dosiervorrichtung Io für das Kältemittel dient dazu, den Durchfluss des Kältemittels vom kondensator 7 durch das Tiefkühlaggregat 15 zum Verdampfer 5 ^zu steuern« Biese Dosiervorrichtung l8 enthält zwei Kammern . l8 A und l8 ß. Die untere Kammer l8 ü wird an ihrer Unterseite durch eine Platte 28, auf der einen Seite durch eine Verlängerung Ik' der Seitenv/and Ik der Tiefkühlkammer, auf der anderen Seite durch eine Seitenwand 29» auf der Rückseite durch die Seitenwand 30 und auf der Oberseite durch die Unterseite eines Teils der I latte l6 und deren Verlängerung l6' gebildet« In der Grundplatte 28 befindet sich eine Durchbrechung 31 und stellt eine Verbindung zwischen der Kammer l8 B und dem Kühlmittelkanal 32 dar, durch welchen das Kältemittel von der Kammer l8 ü zum Verdampfer fliesst. Lie obere Kammer l8 A wird an ihrer Oberseite durch eine ^x'latte 33» ^auf der Hinterseite durch die bereits genannte Seitenwand 3o und auf der Unterseite durch die oben liegende Seite der Verlängerung l6' , auf der einen Seite durch die bereits genannte Seitenv/and 29» auf der anderen Seite durch einen Abschnitt des Gehäuses 1 gebildet. Es soll hierbei darauf hingewiesen werden, dass ein Teil des Gehäuses 1, der sich von der Seitenwand 3o zur vorderen (nicht gezeigten) Seitenwand und von der Verbindungslinie der Zwischenwand 3 mit dem Gehäuse

erstreckt 1 bis zur Verbindungslinie des Gehäuses 1 mit der oberen Platte 33 / weggelasser, worden ist, so dass zwischen der oberen Kammer l8 A und dem Kondensator 7 ein Durchlass J>k mit grossem Querschnitt entsteht, durch welchen das Kältemittel vom Kondensator in die Kammer l8 A fliessen kann«, Zur Ausdehnung des Kältemittels ist ein Ventil 35 in der Durchbrechung 31 angeordnet und mit einer Betätigungevorrichtung (Schwimmer) 36 in der oberen Kammer l8 A durch eine Stange 37

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verbunden. Diese Vorrichtung steuert den Durchfluss deB Kältemittels vom i-ondensator durch das Tiefkühlaggxegat zum ^verdampfer.

.Venn die Kältemaschine in Betrieb genommen ?/ird sammelt sich der auf dem Rohrbündel 11 kondensierte Kältemitteldampf auf der Oberseite der Zwischenwand 3 ^an. Da sich in der Kammer 18 A kein Kältemittel befindet, hält der Schwimmer 3& das Ventil 35 geschlossen· Das auf der Zwischenwand 3 befindliche Kältemittel flieset durch den Durchlass 21 in die Tiefkühlkammer 15 und durch den Durchlass 3^ in die Kammer 18 A, liach und nach füllt das durch den Durchlass 21 strömende Kältemittel die Kammer 18 B, die Tiefkühlkammer 15 und die Kammer. 18 A bis zur Unterkante des Durchlasses JM auf. Wenn, nun weiteres Kältemittel kondensiert wird, sammelt es sich auf der Zwischenwand 3 an und bewirkt einen Anstieg des Kältemittels in der Kammer 18 A, so dass sich der Schwimmer 3& hebt und das Ventil 35 teilweise öffnet.

Von diesem Augenblick an bewirkt das durch den Schwimmer gesteuerte Ventil, dass nur so viel Kältemittel zum Verdampfer fliesst, so dass der Tiefkühler und das darin befindliche Rohrbündel von Kältemittel bedeckt bleibeno

ßs muss hervorgehoben werden, dass das flüssige Kältemittel durch den Tiefkühler in erzwungener Strömung fliesst, wenn das Ventil auf der Verdampferseite des Tiefkühlers und die auf den Fegelstand des Kältemittels ansprechende Vorrichtung (Schwimmer oder dergl.) wie in der Zeichnung dargestellt auf der Kondensatorseite angeordnet sind. Durch diese erzwungene Kaltemitteiströmung wird ein verbesserter Wärmeaustausch, des Kältemittels an dem Rohrbündel des Tiefkühlers erzielt, wodurch' im Vergleich zu Tiefkühlern mit Fallstrombewegung des Kältemittels der Wirkungsgrad des Wärmeaustausches wesentlich erhöht wird·

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Claims (2)

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uli 1967

j atentansprUch'e«

1« Zetriecs'.veise einer Kältemaschine, besteher.a aus ei: era . or.pressor, einem kondensator, einen liefkJ.hler für flüssiges Kältemittel und einen Verdampfer, ν,-elche eir.en geschlossenen :.reislauf miteinander bilden, dadurch crekennzeicr.net, dass flüssiges Kältemittel auf der .Hochdrucks ei te der Maschine ^fri)_ -esar:. elt und durch der. Tiefkühler (15) geleitet wird ur.d dass der Ac :'lus ε des i.ulter.-.itt eis von Tiefkühler (15/ zum V" er dampf er '>.·' in Abhär.gigkeit von einem vorbestimmten regelstand des im Kondensator (?) angesammelten Kältenittels geregelt wird»

2. Kältemaschine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tieflcühler (15) und dem Verdampfer (5) Vorrichtunger, zum Ausdehnen des Kältenittels vorgesehen sind, welche ein Ventil (35) enthalten, durch welches der Kältemittelfluss von den Tiefkühler (15) zu dea Verdampfer (5) gesteuert wird, dass eine Betätigungsvorrichtung ;3c/ ir.it dem Ventil verbunden ist und der liefklihler so r.it dem Kondensator (7) und dem Verdampfer (5) in Verbindung steht, dass das im Kondensator gebildete Kondensat durch den Tiefkühler zum Verdampfer fliessen kann und die Betätigungsvorrichtung (36) für das Ventil (35) ^auf den fegelstand des Kältenittels stromaufwärts des Tief- kühl ers (15) ansprechbar ist_t so dass der Fluss des zum Verdampfer

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gelangenden Kältemittels so gesteuert v/ird, daES unaufhörlich, eine vorbestinmte Kälterr^ttelmenge durch den Tiefkühler strömt·

⁷'« Kältemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (36) für das \^rentil (35) auf den 1-egelstand des flüssiger. Kältemittels im Kondensator (7) ansprechbar ist ·

h» Kältemaschine nach den Ansprüchen 2 und 3j dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiervorrichtung für das Kältemittel (18) vorgesehen ist_t welche mit dem Tiefkühler (15) in Verbindung steht und ein Ventil (35) enthält.

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