DE1601051A1

DE1601051A1 - Waermeaustausch-Kreislaufsystem

Info

Publication number: DE1601051A1
Application number: DE19681601051
Authority: DE
Inventors: Norton John P
Original assignee: American Air Filter Co Inc
Current assignee: American Air Filter Co Inc
Priority date: 1967-01-24
Filing date: 1968-01-24
Publication date: 1970-05-21
Also published as: SE343381B; US3430453A; FR1562071A; GB1218063A; JPS5025178B1

Description

Patentanwälte

Dipi !ng. Walter Meissner München, 24-· Januar 1968

Dipl. Ing. Herbert Tischer

Büro München Cr

München 2, Tal 71

American Air PiIter Company Inc., Louisville, Kentucky (V.St.A·)

Wärmeaustausch-Kreislaufsystem

Die Erfindung "betrifft ein Wärmeaustausch-Kreislaufsystem, bei dem ein verdampfbares und kondensierbares Arbeit sfluidum in einem Kreislauf zirkuliert und abwechselnd verdampft und kondensiert wird. Solche Kreislaufsysteme sind beispielsweise bei Kompressionskältemaschinen vorgesehen·

In Kältesystemen dieser Art, wobei ein verdampf bares und kondensierbares Kältemittel in einem Kreislauf zirkuliert, der zusammenarbeitend einen Kompressor, einen Kondensator, eine Eacp ans ions vor richtung und einen Verdampfer enthält, stehen Druck, Temperatur und Durchflußgrad des Kältemittels durch den Kreislauf miteinander in Verbindung und beeinflussen die Leistung des Systeme als Ganzes* Dies ergibt sich daraus, daß der Druck des Kältemittels am Auslaß des Kompressors den Druck am Einlaß der Expansionsvorrichtung für das Kältemittel ausschlaggebend beeinflußt, so daß beispielsweise eine Druckverminderung den Durchflußgrad des Kältemittels durch die Expansionsvorrich^ung herabsetzt, wodurch die Kälteleistung des

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Systems absinkt· Ferner ist in diesen Kälte systemen der Druck des vom Kondensator abgegebenen Kältemittels von der Temperatur des Kühlmittels abhängig, mit dem der Kondensator gespeist wird» Ein unkontrolliertes Absinken der Temperatur des Kühlmittels, mit dem der Kondensator gespeist wird, ergibt mithin einen verminderten Druck des vom Kondensator abgegebenen Kühlmittels und umgekehrt, und zwar unabhängig von den an das Kältesystem gestellten Forderungen·

Bekannte Kältesysteme weisen verschiedene komplizierte und aufwendige Anordnungen auf, um einen optimalen Ausgangsdruck des Kompressors aufrechtzuerhalten·

Bei einer bekannten Anordnung sind Mittel vorgesehen, um den Druck des aus den Kompressor kommenden Kältemittels in Abhängigkeit von Temperaturänderungen des dem Kondensator für das Kältemittel zugeführten Kühlmittels zu regeln, während bei anderen Anordnungen der Ausgangsdruck des Kompressors direkt geregelt wird, unabhängig vom Kältemitteldruck an der Expansionsvorrichtung.

Bei anderen Verfahren wird dem Kältemittel Wärme zugeführt, um die Temperatur und den Druck des Kältemittels am Auslaß des Kompressors wahlweise zu erhöhen, oder die Temperatur oder der Durchflußgrad des dem Kondensator für das Kältemittel zugeführten Kühlmittels, beispielsweise Baumluft aus der üngebung, wird geregelt, un damit die Temperatur des Kältemittels innerhalb des Kondensators einzustellen·

In manchen Fällen sind Mittel vorgesehen worden, um ausgewählte Teile des Kondensators mit Kältemittel in Übereinstimmung mit dem Druck am Auslaß des Kompressors zu überfluten, ta* die wirksame Wärmeübertragungsflache des Kondensators zu vermindern und demgemäß

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auch den Wärmeverlust des Kältemittels herabzusetzen, um dadurch den Druck des Kältemittels zu erhöhen* Diese Anordnungen ergeben eine träge Regelung und das Ansprechen auf Zustandsänderungen ist deswegen langsam, weil der Kondensator gemäß den Änderungen des Kältemitteldrucks entleert oder' gefüllt werden muß und die für das Entleeren oder !Füllen des Kondensators benötigte Zeitspanne erheblich ist.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Regeln des Auslaßdrucks des Kältekompressors besteht darin, den vom Kompressor abgegebenen Kältemittelstrom auf wenigstens zwei getrennte Kondensatoren in Abhängigkeit von Druck am Auslaß des Kompressors zu verteilen«

Diese Anordnungen erfordern zusammenarbeitende Ventilund Regelmittel am Kompressorauslaß, um die Menge des komprimierten Kältemittels zu regeln, die zu den ausgewählten Kondensatoren strömt· Diese Strömungsregelung des Kältemittels spricht nicht direkt und schnell auf änderungen im Kondensatordruck oder in der Kondensator temperatur an seinem Auslaß an_s noch haben diese Systeme Mittel, die Qualität oder den Durchflußgrad des der Expansionsvorrichtung zuströmenden Kältemittels zu regeln.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen einfachen, billig herzustellenden Kondensator mit Regelung zu schaffen, der in einem geschlossenen Kreislaufsystem benutzt werden kann, um den Zustand eines verdampfbaren und kondensierbaren, vom Kondensator abgegebenen Arbeitsfluidums in Abhängigkeit -"On den Zustandsänderungen des Arbeitsfluidums am Kondensat or auslaß wirksam su regeln.

Diese Aufgabe wird für ein Wärmeaufcausch-Kreislauf- •7·tem der erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Kondensator

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des Kreislaufsystems wenigstens zwei getrennte Durchgänge für das Arbeitsfluidum aufweist, und daß eine Regelvorrichtung für den Durchfluß im Kreislauf durch wahlweises öffnen oder Schließen der Durchgänge des Kondensators in Abhängigkeit vom Druck oder von der Temperatur des den Kondensator verlassenden Arbeitsfluidums vorgesehen ist„

Durch diese Ausbildung wird eine einfache Kältemittelregelung mit einem Minimum an beweglichen Teilen geschaffen, um gleichzeitig den Zustand des Kältemittels am Kondensatorauslaß abzutasten und den Durchflußgrad des Kühlmittels und die wirksame Kondensierfläche zu regeln, ohne daß aufeinander abgestimmte Ventil- und Regeleinrichtungen erforderlich sinde

Erfindungsgemäß wird ferner ein Ventil vorgesehen, das nicht nur das Arbeiten des Systems verbessert und die Qualität des der Expanionevorrichtung zugeführten Kältemittels gleichmäßig regelt, sondern zugleich auch den Druck dee Kältemittels am Kompreesorauslaß innerhalb bestimmter Grenzen hält.

Aueaer der Benutzung in Kälteanlagen können die Kreisläufe gemäß der Erfindung allgemein dort angewendet werden» wo eine verdampfbar· und kondensierbar· Arbeiteflüssigkeit kondensiert wird und es erwünscht ist, den Druck innerhalb eines ausgewählten Teile des Kreislaufs, den Kondensiergrad des Arbeitsfluidums und/oder den Zustand des Arbeitftfluidums am Aue laß des Kondensators zu regeln· Eine vorteilhafte Kondeafi a türanordnung gemäß der Erfindung kann beiepieieweiee benutzt werden, um den Zustand de* von einem Kondensator in einer Lufterhitzeranlage abgegebenen Arbeitsfluidunß zu regeln, wobei das erhitzte verdampfbarβ und kondeneierbare Arbeitetluidum im Kreislauf strömt und dabei einen Kondensator durchläuft, um einen Luftatroa zu erhitzen*

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:

Fig« 1 ein Schema eines Kältesystems mit

einer Kondensatoranordnung gemäß der Erfindung als Ausführungsbeispiel;

Fig« 2 ein Schema einer Erhitzeranlage für ein Fluidum mit einer Kondensator anordnung gemäß der Erfindung als Ausführungsbeispiel ;

Fig«, 5 und 4 Schnitte durch zwei Ausführungsformen eines Ventils für die Kondensatoranordnung gemäß der Erfindung.

Aus Fig. 1 sind ein Kondensator 2 und ein Ventil 3 ersichtlich, die in einem Kreislaufsystem angeordnet sind, das einen Kompressor 1, ein Kälte-Expansionsventil 4 und einen Verdampfer 5 enthält, der in dem zu klimatisierenden Raum 6 angeordnet ist. Im Betrieb des Kälte systeme nach Fig· Λ wird das Kältemittel vom Auslaß des Kompressors 1 zum Einlaßrohr des Kondensators 2 geführt und das komprimierte Kältemittel fließt dann durch die wahlweise geöffneten Durchgänge des Kondensators 2, so daß wenigstens ein Teil des Kältemittels kondensiert wird und das kondensierte Kältemittel in das Expansionsventil 4 gelangt· Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen, um die Kältemitteldurchflußmenge und die Kondensierfläche gleichzeitig zu regeln, so daß der Druck des dem Expansionsventil 4 zuströmenden Kältemittels verhältnismäßig konstant ist und die Kälteleistung des Kältesystems durch Zustände des dem Kondensator zufließenden Kältemittels verhältnismäßig unbeeinflußt bleibt·

Dem Einlaßrohr 3 des Kondensators 2 strömt das vom Auslaß des Hompr©ssors- kommende, komprimierte Kältemittel durch eine Lsitung 7 zu. 009821/0853

Gemäß einem Merkmal der Erfindung enthält der Kondensator 2 wenigstens zwei getrennte Durchgänge. Bei dem in ]?ig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier getrennte Durchgänge 9>11»12 und 13 vorhanden. Jeder Durchgang ist für sich an das Einlaßrohr 8 angeschlossen· Die Auslässe der Durchgänge sind mit einem Ventil 3 verbunden, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Eine Leitung 15 verbindet den Auslaß 14 des Ventils mit dem Expansionsventil 4-, so daß das expandierte, gekühlte Kältemittel der Rohrschlange des Verdampfers 5 zuströmt, der im Raum 6 angeordnet ist. Das Kältemittel wird vom Verdampfer 5 mittels einer Rückleitung 17 wieder zum Einlaß des Kompressors 1 geführt.

Das in Pig. 3 dargestellte Ventil 3 kann beispielsweise in Verbindung mit dem Kondensator 2 benutzt werden. Es hat ein längliches, zylindrisches Gehäuse 1o mit Einlassen 9a, 11a,12a und 13a für das Kältemittel, die in Längsrichtung des Gehäuses seitlich in Abstand angeordnet sind. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist jeder Einlaß 9a,11a,12a und 13a mit dem Auslaß 14 eines Durchgangs 9ιΊΊ|'¹«2 und 13 des Kondensators 2 verbunden.

Ein Kolben bzw» Schieber 21 ist verschiebbar im Gehäuse 1o angeordnet, ua daa öffnen und Schlitzer* einsaß Inxahi der Einlasse zu steuern. Der Kolben 21 unterteilt das Gehäuse 1o in eine erste und eine zweite Kammer 27 und 28 auf seinen beiden Seiten entsprechend seiner Stellung im Gehäuse 1o· Die Kammer 28 nimmt den Kolben 21 unter ausgewählten Bedingungen auf, so daß entweder kein Einlaß abgedeckt bzw· geschlossen ist oder entsprechend bestimmte Stellungen des Solbens 21, der sich aus der Kammer 28 herausbewegen kann, nur einzelne ausgewählte Einlasse abgedeckt sind* Bei der Ausführung des Ventils 3 nach Fig· 3 kenn der Kolben 21 vorzugsweise so lang ausge-

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führt werden, daß er nur die Einlasse 9a,i1a und 12a abdeckt und ein Anschlag 2o kann im Gehäuse 1o vorgesehen sein, um die Längsverschiebung des Kolbens 21 zu begrenzen, so daß der Einlaß 13a niemals abgedeckt werden kann und immer eine bestimmte Mindestdurchflußmenge an Kältemittel vorhanden ist.

Der Kolben 21 kann von einfacher Konstruktion sein, indem er aus einem zylindrischen Abschnitt bestimmter Länge besteht, die von der Entfernung zwischen den Einlassen 9a_>11a,12a und 13a und der Zahl dieser Einlasse abhängt, die zu irgend einem Zeitpunkt vom Kolben geöffnet oder geschlossen werden sollen· Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figo 3 weist der Kolben 21 Umfangsnuten auf, die durch spanabhebende Bearbeitung oder durch Yialzen erzeugt sind und im Cjuerschnitt kreisförmige Dichtungsringe 22 aufnehmen. Die Dichtungsringe 22 bestehen .beispielsweise aus Biytetrafluoräthylen (Teflon.) und verhindern, ein Durchlecken des komprimierten Kältemittels hinter den Kolben 21·

Dar Kolben 21 bewegt sich vorzugsweise frei im Gehäuse 1o, um aaage^äblte Einlasse für das komprimierte Kältemittel zu schließen oder zu öffnen, und zwar entsprechend der "Anordnung der Einlasse und der Stellung des Kolbens 21 im Gehäuse 1o· Es sind Mittel» beispielsweise in Form einer Feder 23? vorgesehen, um auf ein. Ende des Kolbens 21 eine bestimmte Kraft auszuüben· Beim dar» gestellten Ausfuhrungsfceispiel- ist die feder 23 ein· Druckfeder, deren Federdruck sich entsprechend dem Aus-Baß der Zusam-mdrückung derselben ändert, ao daß auf •ine Seite des Kolbens eine veränderliche Kraft ausgeübt wird, die den Kolben 21 im Gehäuse 1o gegen den Auslafl 14 desselben hin vordrückt.

Der Kammer 28 ist ein Gasauslaß 16 zugeordnet, um

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das komprimierte Kältemittel abzuführen, das doch noch hinter den Kolben 21 durchleckt, im Auslaß kann ein auf Druck ansprechendes Eückschlagventil 16a vorgesehen sein, um den Ausfluß des Kältemittels aus der Kammer 28 zu steuern und einen verhältnismäßig konstanten Eückdruck innerhalb der Kammer 28 vorzusehen, wodurch die Bewegung des Kolbens 21 im Gehäuse von der Menge des hinter den Kolben 21 durchleckenden Kältemittels nicht beeinträchtigt wird. Wenn ein auf Druck ansprechendes Ventil nach Fig« in den Kältekreislauf nach Pig· 1 eingeschaltet ist, übt das in die Kammer 27 eintretende Kältemittel einen Druck auf das untere Ende des Kolbens 21 aus, so daß dieser sich in einer Richtung vorschiebt, bei der die Feder 23 zusammengedrückt und die Einlasse geöffnet werden, wenn die von der Feder ausgeübte Kraft mit steigendem Kältemitteldruck ebenfalls ansteigt, so daß der Kolben eine ausgeglichene Lage im Gehäuse 1o annimmt, die vom Druck in der Kammer 27 abhängt, in die das Kältemittel eintritt·

Durch die Auswahl einer mechanischen Feder 23 mit bekannter Belastungscharakteristik wird eine Anordnung geschaffen, bei der der Kolben 21 imGehäuse 1o in eine vorbestimmte Lage entsprechend dem ausgewählten Kältemitteldruck, in der Kammer 27 gelangt und der Kolben dementsprechend auf einen Druckwechsel des Kältemittels anspricht, um die Kältemi tteleinlässe 9a,11a und 12a zu öffnen oder zu schließen· Wenn beispielsweise der Druck des komprimierten, vom Kondensator 2 abgegebenen Kältemittels absinkt, so vermindert sich der auf das Ende des Kolbens 21 von dem in die Kammer 27 eintretenden Kältemittels ,ausgeübte Druck, wodurch sich der Kolben 21 unter der Wirkung der Kraft der Feder 23 im Gehäuse 1o verschiebt und zusätzliche Kältemitteleinlässe abdeckt« Der Durchfluß des Kältemittels durch die zugehörigen Durchgänge des Kondensators 2 wird also abgeschnitten·

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Demgegenüber wird der Kolben 21 bei steigendem Druck des Kältemittels im Kondensator 2 in der entgegengesetzten Riciitimg verschoben und öffnet zusätzliche Einlasse, so daß weitere Durchgänge des Kondensators 2 freigegeben werden, um den Durchfluß des Kältemittels zu erhöhen* Zu bemerkea ist, daß bei der Freigabe zusätzlicher Durchgänge in Abhängigkeit von steigendem Kältemitteldruck der Druckabfall durch den Kondensator absinkt und die Kondensierfläche des Kondensators 2 gleichzeitig vergrößert wtr&o Es wird daher eine zusätzliche Wärmeübe rtragungsflache freigegeben, so daß das Kältemittel gekühlt wird, um den Kaltemitteldruck am Auslaß des Kondensators 2 und des Kompressors 1 zu vermindern.

In Fig, 4- ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Ventils 3 dargestellt, das in Verbindung mit dem Kondensator gemäß der Erfindung benutzt werden kann» Hier ist das Ventil 4 von der Temperatur des in die Kammer 37 vom Kondensator 2 des Kältemittelsystems der Fig· 1 eingeführten Kältemittels abhängig· Dieses Ventil ähnelt in gewisser Hinsicht dem auf Druck ansprechenden Ventil nach Fig. 3, indem es auch ein längliches, zylindrisches Gehäuse 1oa mit in Längerichtung verteilt angeordneten Einlassen 9b, 11b, 12b und 13b aufweist, die mit den Durchgängen 11,12 und 13 des Kondensators 2 verbunden sind_o Ein Kolben 31 im Gehäuse 1oa schließt oder öffnet eine bestimmte Anzahl von Einlassen und teilt das Gehäuse 1oa in die Kammern 37 und 38 auf, von denen die zweite Kammer 38 bei bestimmten Bedingungen den Kolben aufnimmt, so daß kein Einlaß geschlossen ist.

Der Kolben 31 hat eine bestimmte Länge, um eine bestimmte Zahl von Einlassen abdecken zu können« Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Kolben 31 so lang, daß er die Einlasse 9b,11b und 12b zusammen abdecken kann. Ferner kann wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig, 3 ein.

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Anschlag 36 im Gehäuse 1oa vorgesehen sein, um zu verhindern, daß der Kolben alle Einlasse abdeckt, wodurch der Durchfluß des Kältemittels durch den Kondensator 2 völlig gesperrt würde.

Der Kolben 31 ähnelt dem Kolben 21 nach Fig« 3 und kann von einfacher Konstruktion sein, indem er aus einem zylindrischen Abschnitt bestimmter Länge besteht und mit Umfangsnuten versehen ist, die durch spanabhebende Bearbeitung oder durch Walzen erzeugt sind und im Querschnitt kreisförmige Dichtungsringe 32 aus entsprechendem Material, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen (Tej^fon), aufnehmeno Die Dichtungsringe 32 dienen dazu, das Durchlecken von Kältemittel hinter den Kolben 31 zu beschränken, jedoch kann ein geringes Durchlecken vorkommen, so daß wieder der Auslaß 16 vorgesehen ist, der mit der Einlaßseite des Kompressors 1 durch eine Leitung 18 (Pig· 1) in Verbindung steht β Es ist erwünscht, einen Grasauslaß wie den Auslaß 16 mit Leitung 18 auf jeden Fall vorzusehen, selbst· wenn kein Durchlecken des Kältemittels hinter den Kolben 31 stattfindet, weil die Bewegungen des Kolbens 31 in der Kammer 37 eine relative Ausdehnung und Zusammendrückung des Rauminhalts der Kammern 37 uncL 38 verursachen und der aus den Raumänderungen der Kammern resultierende Gasdurchfluß sich ausgleichen muß, ohne daß die Bewegungen des Kolbens 31 beeinträchtigt werden. Da eine geringe Menge an durchleckendem Kältemittel zugelassen werden kann und im querschnitt kreisförmige Dichtungsringe benutzt werden können, spielt die Bearbeitungstoleranz für den Kolben 31 und das Ventilgehäuse 1oa keine ausschlaggebende Rolle und der Kolben kann einfach so ausgebildet werden, daß er sich frei im Gehäuse 1oa bewegen kann·

Bei dem Ventil 3 nach Fig· 4 wird der Kolben 31 im Gehäuse 1oa durch eine auf Temperaturänderungen ansprechende

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Stellvorrichtung 34- bewegt. Als Stellvorrichtung kann beispielsweise das unter dem Warenzeichen "Elac" von der Firma Standard Thompson, Y.St.A. vertriebene Gerät benutzt werden, bei dem 3?eiaperaturäiaderungen des in das Ventil einströmenden Kältemittels eine Änderung in linearier Richtung der Stellvorrichtung 34· bewirken, um den Kolben 31 zu verschieben.

Die Stellvorrichtung 34- wird im Gehäuse 1oa von einem Sockel 37 getragen* und der Kolben 31 kann an der Stellvorrichtung 3*5- befestigt sein.

Die auf Temperaturänderungen ansprechende Stellvorrichtung 34· des Ventils nach Fig. 4- enthält einen Stößel 34-a, der bei steigender Temperatur aus einem Rohr 34-b herausgedrückt wird. Das Bohr enthält eine Substanz mit einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, damit schon bei verhältnismäßig geringen Eemperaturänderungen eine erhebliche Bewegung des Stößels 34-a erhalten wird. Einige auf Temperaturänderungen ansprechende Stellvorrichtungen dieser Art wie beispielsweise auch die hier vorhandene Stellvorrichtung mit dem Stößel 34-b, die mit einer Substanz von hohem "Wärmeausdehnungskoeffizienten gefüllt sind, haben keine Einrichtung, um den Stößel 34-b bei sinkender Temperatur wieder in das Rohr zurückkehren zu lassen, so daß eine Feder 23 vorgesehen ist, um die notwendige Rückstellkraft zu liefern, die für das gleichzeitige Zurückstellen des Stößels 34-a im Rohr 34- und des Kolbens 31 im Gehäuse 1oa notwendig ist· Zum Unterschied von der Feder 23 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, die vorzugsweise die Bewegung des Kolbens 21 bewirkt, verhindert die Feder 23 jede Bewegung des Kolbens 31 im Gehäuse 1oa bei Druckänderungen des Kältemittels in der Kammer 37·-

Bei dem in lig. 4- dargestellten Ventil mit Steuerung der Kolbenbewegung durch die thermostatische Stellvorrichtung J4-

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entgegen der Wirkung der Feder 33 ist es nicht notwendig, eine absolute Kontrolle des/Gasdrucks in der Kammer 38 auf der unaktiven Seite des Kolbens 31 vorzusehen, weil die Stellvorrichtung 34 auf Temperaturänderungen anspricht und eine erhebliche Stellkraft entwickelt, die eine geringe Unbalance des auf den Kolben wirkenden Gesamtdrucks überwinden kann, jedoch können - wie schon beschrieben Mittel wie ein Auslaß 16 vorgesehen sein, um den Aufbau eines erheblichen Gasdrucks oder Vakuums in der Kammer 38 zu verhindern, der sonst immerhin eine genügende Kraft entwickeln kann, um das Ansprechen des Kolbens 31 auf Temperaturänderungen des in das Gehäuse 1oa eintretenden Kältemittels ungünstig zu beeinflussen.

In dem Kältemittelsystem nach Pig, 1, das ein Ventil gemäß Fig. 4 enthalten kann, wird der Durchfluß des Kältemittels durch den Kondensator 2 von der Temperatur des Kältemittels gesteuert, das den Kondensator 2 verläßt· Zu bemerken ist, daß die Temperatur des den Kondensator 2 verlassenden Kältemittels bei einer Verminderung der Temperatur des Kühlmittels, beispielsweise Luft, mit dem der Kondensator 2 gespeist wird, oder bei einer Temperaturverminderung des den Kompressor 1 verlassenden Kältemittels absinkt. Eine Verminderung der Kältemitteltemperatur wird von der thermostatischen Stellvorrichtung 34· des Ventils 3 abgetastet, wodurch ein Zurückziehen des Kolbens 31 im Gehäuse 1oa ermöglicht wird, so daß zusätzliche Einlasse des Gehäuses 1oa geschlossen werden· Der Durchfluß des Kältemittels durch den Kondensator 2 wird dadurch beschränkt, so daß der Auslaßdruck des Kompressors 1 steigt und die wirksame Kondensierfläche des Kondensators 2 vermindert wird, wodurch, die Temperatur und der Druck des den Kondensator 2 verlassenden Kältemittels erhöht werden· Wenn andererseits die Temperatur des Kältemittels steigt, dehnt sich die thermostatisch»-- Stellvorrichtung 34 aus und der Kolben 31 wträ in entgegengesetzter. Richtung im Gehäuse 1oa verschoben, so daß zusätzliche Durchgänge des Kondensators 2

freigegeben werden, um den Durchfluß des vom Kompressor kommenden Kältemittels zu erhöhen und Druck sowie !temperatur des Kältemittels zu vermindern·

Wie bereits angegeben, kann die Anordnung gemäß der Erfindung in ä.len Fällen benutzt werden, wo ©in Arbeits=» mittel in einem Kreislaufsyst©m verdampft und kondensiert wird«, Figo 2 veranschaulicht ein Schema eines Lufterhitzers, der eine Kondensatoranordnung gemäß der Erfindung enthält» Der Lufterhitzer nach Fig_o 2 enthalt einen Generator 41 zum Verdampfen voa Arbeitsflüssigkeit mit einer eingebauten Heilquelle und einem Kessel zum Erzeugen des verdampften Arbeitsmittels von bestimmten Druck. Der Lufterhitzer enthält ferner eine Maschine 42₉ die von dem unter Druck stehenden₉ vom Generator 41 kommenden Arbeitsmittel angetrieben wird, wie weiter unten noch besehrieben wird. Gemäß der Erfindung erhält ein Konden sator 4o erhitztes Arbeitsmittel und überträgt dessen Wärme auf die durch den Kondensator im Wärmetausch strömende Luft.

Der Lufterhitzer nach Fig« 2 arbeitet mit eigenem Antriebj so daß eine Hilfskraftquelle abgesehen von dem verdampftes Arbeitsüattel erzeugenden Generator nicht notwendig ist. Der mit Selbstantrieb arbeitende Lufterhitzer nach Fig. 2 enthält eine Kraftübertragungseinrichtung 43, die ihre Kraft von der Maschine 42 erhält, um mehrere Hilfsvorrichtungen anzutreiben, nämlich ein Verbrennungsluft gebläs a 44, einen Ventilator 47, eine angetriebene Pumpe 53 für das Arbeitsmittel und eine Brennstoffpumpe Jede dieser Vorrichtungen ist mit der Kraftübertragungseinrichtung 43 durch Antriebswellen 44a,47a,48a und 53a verbunden.

Das Verbrennungsluftgebläse 44 fördert Verbrennungsluft in die Wärmequelle (Feuerung) des Dampfgenerators 41, während der Ventilator 47 den zu erhitzenden Luftstrom durch den Kondensator 4o treibt. Die Pumpe 53 dient dazu, dae kondensierte

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I¹IuId^-Um aus einem Aufnehmer 54 zum Dampf gener at or 41 zurückzuführen· Der im Generator 41 zur Verbrennung kommende Brennstoff wird mittels der Pumpe 48 gefördert, derem Einlaß 52 der Brennstoff von einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt) zugeführt wird. Zu bemerken ist, daß ein Brennstoff rege !ventil 49 vorgesehen ist, um den Brennstoffstrom zum Dampfgenerator 41 in Abhängigkeit von den gewählten Bedingungen au regeln_$ beispielsweise von der Temperatur der aus dem Kondensator 4o abströmenden Luft, indem die Temperatur durch ein Thermoelement 51 gemessen wird« Eine Kondensatoranordnung gemäß der Erfindung kann benutzt werden, um Druck und Temperatur des Arbeitsmittels zu regeln· Zu bemerken ist, daß die Stärke des dem Generator 41 zügeführten Brennstoffstroms die Stärke der Verdampfung des Arbeitsmittels bei ausgewähltem Druck und die Wärmemenge, di© zum Erhitzen des durch den Kondensator 4o strömenden Fluidums zur Verfugung steht, bestimmt·

Wie bereits beschrieben, erhält die Maschine 42 verdampftes Antriebsfluidum vom Generator 41, um einen Teil der Druckenergie des Arbeitsfluidums in Drehbewegung zum Antrieb der Kraftübertragungseinrichtung 43 umzuwandeln. Das Antriebsfluidum mit dem verminderten Druck wird dann aus der Maschine 42 zum Kondensator 4o hin abgezogen· Ein Teil des verdampften Antriebsfluidums vom Generator 41 kann durch eine Umgehungsleitung 45? um die Maschine 42 herum geleitet werden, um innerhalb der Maschine 42 eine konstante Druckdifferenz aufrechtzuerhalten und die Ausgangsleistung der Haschine 42 wahlweise zu steuern, indem die Umgehungsleitung 45 ein auf Druck ansprechendes Ventil enthält, das die Druckdifferenz der Maschine 42 bzw· Turbine 42 und den Druck am Auslaß des Generators 41 einregelt· Das durch die Umgehungsleitung 45 strömende Fluidum und das durch die Maschin· 42 gehende Fluidum werden wieder vereinigt und strömen gemeinsam zum Kondensator 4o, um Wärme an die Luft

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abzugeben! die durch, den Kondensator 4o für den Wärmeaustausch geleitet wird. Sas Abströmen des Fluidums vom Kondensator 4o wird durch das Ventil 3 geregelt und das IFluidum gelangt dann in den Aufnehmer 541 ^m von diesem zum Generator 41 zurückzuströmen.

Wie beim Ausführungsbeispiel nach Figo 1 bereits erläutert wurde, kann der Erhitzer bzw. Kondensator nach Fig« 2 auch eine Anzahl von getrennten Durchgängen aufweisen, beispielsweise 9c»11c,12e und 13e_e Diese Durchgänge sind jeweils für sich an getrennte Einlasse des Ventils 3 angeschlossen. Wenn ein auf Druck ansprechendes Ventil nach Fig. 3 benutzt wird, zeigt eine Druckerhöhung des Fluidums in der Kammer 27 des Gehäuses 1o einen erhöhten Druck des Fluidums im Kondensator 4o an. Dies kann beispielsweise das Ergebnis eines verminderten Kondensiergrads des Arbeitsfluidums sein· Dieser verminderte Kondensiergrad des Arbeitsfluidums kann seinerseits wieder das Ergebnis mehrerer Faktoren sein, darunter eine Erhöhung der Temperatur der dem Kondensator zum Erhitzen zugeführten Luft ohne eine entsprechende Änderung der dem Generator 41 zugeführten Brennstoffmenge, wie bereits beschrieben» Die Erfindung sieht vorzugsweise eine Anordnung vor, den Druck des Arbeitsfluidums in einem solchen Lufterhitzer aufrechtzuerhalten, um stabile Betriebsvorgänge zu bewirken, während die zugeführte Brennstoffmenge korrigiert wird. In Abhängigkeit von einer Erhöhung des Drucks des Arbeitsfluidums bewegt sich der Kolben 21 des Ventils 3 ia solcher Richtung, daß zusätzliche Durchgänge des Kondensators 4o freigegeben werden, so daß die wirksame Wärmeübertragungsfläche und der Kondensiergrad des Fluidums im Kondensator 4o erhöht werden. In gleicher Weise verursacht ein absinkender Druck des Arbeitsfluidums, der sich durch verminderten Kondensiergrad ergibt, was eine Folge verminderter Temperatur der durch den Kondensator 4o strömenden;^/Luft s»±n:kann, dasVentil 3, mehr:, Durchgänge zu, schließen,, so daß: die Wärmeübertragungs·-

fläche geringer und der Druck des Arbeitsfluidums größer wird.

Bei der in Pig. 2 dargestellten Anordnung kann das Ventil 3 entweder auf Druck oder auf Temperatur ansprechen, es kann vorteilhaft so eingestellt werden, daß ausgewählte Kühlbedingungen, beispielsweise vollständige Kondensation des Arbeitsfluidums im Kondensator 4o oder ein konstanter Druck am Auslaß des Kondensators 4o, aufrechterhalten werden«

Claims

' Patentanwalts Dipl. Ing. Walter Meissne? München, 24·. Januar 1968 Dipl. Ing. Herbert Tischer BüroMünchen München 2, Tal 71 Patentansprüche

1. Wärmeaustausch-Kreislaufsystem, bei dem ein verdampfbares und kondensierbares Arbeit*fluidum in einem Kreislauf zirkuliert und abwechselnd verdampft und kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator des Kreislaufsystems wenigstens zwei getrennte Durchgänge für das Arbeitsfluidum aufweist, und daß eine Regelvorrichtung für den Durchfluß im Kreislauf durch wahlweises Öffnen oder Schließen der Durchgänge des Kondensators in Abhängigkeit vom Druck oder von der Temperatur des den Kondensator verlassenden Arbeitsfluidums vorgesehen ist.

2· Wärmeaustausch-Kreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung für den Durchfluß des Arbeitsfluidums aus einem Ventil (3) mit einem Gehäuse (io,1oa) und einem darin verschiebbaren Kolben ^21,31) besteht, der das Gehäuse (io,1oa) in eine erste und zweite Kammer (27,28}37»38) unterteilt, und daß das Gehäuse (io,1oa) getrennte Einlasse (9a,11a,12a}9b,11b,12b,13b) für jeden Kondensatordurchgang (9»11*12,13) aufweist und der Kolben im Gehäuse in Abhängigkeit von Druck oder Temperatur des Arbeitsfluidums am Kondensatorauslaß eine Stellung einnimmt, bei der er wahlweise die Einlasse des Ventils abdeckt oder freigibt, wodurch der Zufluß des Arbeitsfluidums zur ersten Kammer (27,37) geregelt wird,

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3· Wärmeaustausch-Kreislaufsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf Druck ansprechende Kolben (21) andererseits unter Wirkung der Kraft einer Feder (23) steht, die in der zweiten Kammer (28) angeordnet ist und den Kolben in eine Stellung drückt, lsi der alle Einlasse ausser einem Einlaß (13a) geschlossen sind·

4. Wärmeaustausch-Kreislaufsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf Temperatur ansprechende Kolben (31) mit einer thermostatischen Stellvorrichtung (34-) versehen ist, die in der ersten Kammer (37) angeordnet ist·

5· Wärmeaustausch-Kreislaufsystem nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (28,38) mit einem Auslaß (16) für zwischen Kolben (21,31) und Gehäuse (io_f1oa) durchleckendes Arbeitsfluidum versehen ist»

6» Kälteerzeuger mit einem Wärmeaustausch-Kreislaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

7· Arbeitsfluidum-Kreislaufsystem, dadurch gekennzeichnet , daß es eine Pumpe zum umwälzen des Arbeitsfluidums, einen Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsfluidums, eine mit verdampften Arbeitsfluidum gespeiste Maschine zum Umwandeln eines Teils der Energie des verdampften Arbeitsfluidums zur Gewinnung mechanischer Kraft und einen Kondensator zum Kondensieren eines Teils des verdampften Arbeitsfluidums sowie einen Kreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält.

009821/0653

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