DE1900814A1 - Kuehlverfahren und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Kühlverfahren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zun Kühlen, bei denen ein fluides Kältemittel, das im iibrigen allgemein in einem geschlossenen Kreislauf umläuft, verdichtet und entspannt wird.
• Die Erfindung ist insbesondere aus bequeme und vorteilhaft arbeitende Einrichtungen gerichtet, die es erlauben, zumindest einen Teil des Kältemittels beim Durchlaufen der Verdichtungsphase abzukühlen.
• Ein erfindungsgemässes Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel, das zunächst verdichtet und anschliessend abgekühlt wird, z.B. bis etwa auf die Umgebungstemperatur, auf mehrere zueinander parallele Kreisläufe aufgeteilt wird, in denen es bis auf einen Druck entspannt wird, der in den verschiedenen Kreisläufen unterschiedlich hoch ist, wobei jede Fraktion des ältenitteis durch Wärmeaustauch mit einem abzukühlenden Medium in Dampf Übergeht und wobei der so entstandene Dampf dem Verdichter in einer Abgriffsstufe zugeführt wird, die dem Kreislaufdruck der genannten Fraktion entspricht; und bis auf einen.
• gemeinsamenEnddruck verdichtet wird, nachdem die Fraktion sich mit dem teilweise verdichteten Dampf gemischt hat, der an jeder niedriger liegenden Abgriffstufe zugeführt ist, was zur Folge hat, daß dieser Dampf abgekühlt und der Energieaufwand in Verdichter verringert wird.-Ziel der Erfindung ist ferner, eine- Einrichtung zu schaffen, die ein derartiges Verfahren in zweckmässiger Weise durchzuführen gestattet, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung und ihre besonderen Vorteile ergeben sich im übrigen aus der nachstehenden Beschreibungs die sich auf eine als Beispiel ausgewählte Ausführungsform bezieht und die in den Zeichnungen dargestellt ist, die folgende Bedeutung haben: Fig. 1 gibt schematisch eine erfindungsgemässe Einrichtung wieder Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in in Umwandlungszy-klen des Kältemittels in dieser Einrichtung lziedergegeben sind; Fig. 3 zeigt noch einmal diese Umwandlungsvorgänge an Hand eines Diagramms, in dem als Abszisse die Enthalphie aufgetragen ist; Fig. 4 stellt eine abgeänderte Form der Einrichtung nach Fig. 1 dar.
• Das gewählte und in Fig. 1 gezeichnete Ausffl'hrungsbeispiel zeigt eine dreistüfige Kältemaschine, die in einem geschlossenen Kteislauf arbeitet und einen Verdichter F aufweist, der in drei Behältern B1, B2 und B3 befindlichen Kältemitteldampf ansaugt; in den Behältern herrschen unterschiedliche Drücke, die jeweils einer Abgriffsstufe des Verdichters F entsprechen.
• Zur Verdichtung wird der Dampf in einem Konvektionswärmeaustauscher K gekühlt und kondensiert; der Dampf überträgt seine Wärme auf umlaufendes Wasser, das bei i in ein Röhrenbündel einströmt und dieses bei j wieder verläßt.
• Das in den Wärmeaustauscher K verflüssigte Kältemittel wird danach in drei zähnen R1, R2 und R 3 entspannt, die parallel zueinander angeordnet sind und die zugeordneten Verdampfer Ei, E2 und E3 speisen.
• Die Offnungsweite der Hähne wird individuell durch Niveauabtaster D1> D2, D3 derart geregelt, daß die Flüssigkeit in jedem Behälter B1, B2, B3 auf gleichbleibendem Niveau gehalten wird.
• Jedes Röhrenbündel Ei, E2, E3 bildet zusammen mit seinem Behälter B1, B2, B3 einen Kessel mit einer Rücklaufleitung L1, L2, L3, was unter anderem zur Folge hat, daß sich leichter ein stabiles Niveau in den Behältern einstellt.
• Die drei Verdampfer-Röhrenbündel E1, E2, E3 sind in einem Gehäuse U eingeschlossen, das von einem bei A eintretenden Luftstrom durchzogen wird. Diese Luft kUhlt sich ab, weil sie die Verdampfungswärme liefert, diedurch die R8hrentUndel auf das die Kältemaschine durchlaufende Kältemittel übertragen wird, und strömt bei S wieder ab.
• Fig. 2 erläutert die Arbeitsweise der kältemaschine in einem Temperatur-Entropie-riagramm T, s. In Wirklichkeit sind die jeder der drei Stufen entsprechenden Kreisläufe derart überlagert, daß die Entropieänderungen sich längs untersclliedlicher Transformationen nicht auf die gleiche Tasse beziehen.
• Die Abschnitte gi-b und b-a geben die Abkühlung und die von densation der Gesamtmasse des in der Kältemaschine umlaufenden Kältemittels wieder. Diese Vorgänge laufen in dem Wärmeaustauscher K ab.
• Durch a-e1, a-e2 und a-e3 sind, teilweise überlagert, die Entspannungsvorgänge durch das Drosseln in den Hähnen R1, R2 .
• und R3 nach Fig. 1 dargestellt.
• nie geradlinigen Abschnitte e1-f1 bzw. e2-f2 bzw. e3-f3 geben die Verdampfung der Kältemittelmassen wieder, die durch die Einrichtungen Ei bzw. E2 bzw. E3 strömen und die aufeinanderfolgenden Abkühlungsvorgänge der die Rdhrenbündel bestreichenden Luft bewirken.
• Das aufeinanderfolgende Verdichten in F wird durch Abschnitte von Kurven wiedergegeben, die schwach gegen die Vertikale geneigt sind und an den Punkten enden, die durch die Buchstaben g3 bzw. g2 bzw. g1 angedeutet sind.
• Nach jedem Eintreffen von gesättigtem, aus den Behältern 132 und B1 kommendem Dampf beim Verdichter F erleidet das bereits gekühlte Kältemittel eine Abkühlung längs zugehöriger Isobaren g3-f2 und g2-f1, so daß der Kompressionskurvenabschnitt jedes derart entstandenen Gemischs in Richtung auf abnehmende flntropie verschoben ist.
• Das Vorgehen in Stufen bei der Verdampfung hat daher die vorteilhafte Wirkung, daß die Erwärmung am Ende der Verdichtung, d.h. am Punkte g1, verringert wird, und daß der Gesamtkreislauf der Kältemaschine einem Carnot'schen Kreisprozeß nahekommt.
• Das niagramm nach Fig. 3 gibt füir die gleiche Einrichtung, wie sie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, den Verlauf der Temperaturen T in Abhängigkeit von Enthalpieänderungen tmh mit den gleichen Symbolen wieder, die in Fig. 2 benutzt wurden. Man erkennt in el-fl, e2-f2 und e3-f3 die drei Verdampfungsstufen des Hilfsmediums, das seine Wärme aus dem Massendurchsatz ma von Luft empfängt, deren Temperatur von T1 auf Tf abnimmt, wobei sie eine Enthalpieabnahme #ha je kg erfährt. Die Wärmemenge #maha, die so bei einem mittleren Temperaturunterschied bTf übertragen wird, entspricht dem Abziessenabschnitt, der die Summe der drei Verdampfungsstufen angibt.
• Im rechten Teil des Diagramms sind die drei Verdichtungsstufen f3-g3, i3-g2 und i2-C1 wiedergegeben, wobei die Abschnitte g1-b bzw. b-a die Abkühlung und die Kondensation des Kältemittels wiedergeben, dessen Enthalpieverminderung kompensiert wird durch die Erwärmung der Zirkulationswassermenge. Die Temperatur dieses Wassers folgt der strichpunktierten Linie T1-T2. iTan sieht, daß der Temperaturunterschied A T1 zwischen der Kondensationsstufe a-b und der Umgebungstemperatur T1 grösscr ist als der tatsächliche Temperaturunterschied bei der Wärmeübertragung. Dieser letztgenannte Unterschied zeigt einen lCleinstwert (pincement) in der Gegend des Punkts b, der den übergang von Abkühlung zu kondensation angibt.
• Bei der schematisch in Fig. 4 dargestellten Einrichtung speisen die Entspannungshähne Rn unmittelbar die Behälter Bn, wobei das derarzt eingespeisted Kältemittel über Rücklaufleitungen Ln in die Röhrenbündel En gelangt.
• Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und gezeichneten Ausführungs-formen beschränkt; sie erstreckt sich auch auf alle Abänderungen von Einzelheiten und auf Varianten der Ausführungsbeispiele.
• Patentansprüche:

Claims (6)

1. P a t e n t a n s 2 r ü c h e 1. erfahren zum Kühlen durch Entspannen und Verdampfern eines fluiden Mittels, das zunEchst verdichtet und anschliessend abgekühlt wird, z.B. auf Umgebungstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete und abgekühlte fluide mittel auf mehrere einander parallele Kreisläufe aufgeteilt wird, in denen es jeweils bis auf einen Druck entspannt wird, der in den verschiedenen Kreisläufen unterschiedlich hoch ist, und durch Wärmeaustausch mit einem zu kühlenden Medium verdampft wird, wobei der solcherart erzeugte Dampf wiederum dem Verdichter zugeführt wird, der mehrere, den genannten Kreisläufen jeweils zugeordnete Stufen aufweist, derart, daß der dem Verdichter in einer Zwischenstufe zugeführte Dampf eine Abkühlung des teilweise verdichteten Dampfs herbeiführt, der in ieder tieferliegenden Stufe zugeführt wurde.
2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das sie einen Verdichter (F) mit mehreren Abgriffstufen aufweist, einen Wärmeaustauscher (K) zum Abkühlen des verdichteten fluiden Mittels sowie mehrere Parallelkreisläufe (L, E), die jeweils den Rücklauf des verdiclteten und abgekühlten fluiden mittels in die Cenannten Abgriffstufen herbeiführen, wobei jeder Kreislauf einen Entspannungshahn (R1, R2, R3) aufweist und einen Verdampfer (E1, E2, E3), der in das zu kühlende Medium eintaucht.
3. 3, Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreislauf ausserdem einen Behälter (B1, B2, B3) aufweist, der das fluide Mittel in -flüssiger und in ,flampfphase enthält.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet; daß Regler (D1, D2, D3) für das Niveau in den Behältern (B1, B2, B3) den Öffnungsgrad der jeweils zugeordneten Entspannungshähne (R1, R2> R3) steuern.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen (L1, L2, L3) vorgesehen sind, die jeweils eine geschlossene Bahn des fluiden Mittels zwischen dem Behälter (B1, B2, B3) und dem zugeordneten Verdampfer (E1, E2, E3) herstellen.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Hahn (R1, R2, R3) austretende fluide Mittel unmittelbar in den zugeordneten Behälter (B1, B2, B3) gelangt.