DE1964517A1 - Kuehlsystem - Google Patents

Description

ipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tischer

■ IHÜN-aRUNSWALO MÜNCHEN

8 München 2, d«n

^T·¹⁷¹ 2$, Dezember 1969

Pamapr. 990687

■ ' /in

American Air. Filter Company, Ine · X^uisville/Kentueky, V. St. A.

- Kühlsystem

Erfindung betrifft ein Kühlsystem, in dem ein gasförmiges Kühlmittel unter Druck gesetzt und im heißen Zustand zur unter Druck stehenden Flüssigkeit kondensiert wird, die dann in einer von Luft durchströmten Vorrichtung expandiert, so daß die Luft im Wärmetausch mit dem expandierten, gasförmigen Kühlmittel gekühlt wird.

Bestimmte Arbeitsvorgänge, beispielsweise das maschinelle Bearbeiten von kleinen Metallteilen mit Passungenj für die nur geringe Toleranzen zugelassen werden können, werden durch Staub oder andere Luftverönreinigungen in den Arbeitsräumen usw. beeinträchtigt, -üie Forderung nach einem hohen Saüberkeitsgrad in solchen Arbeitsräumen wird immer dringender gestellt. JJs war jedoch bisher aus verschiedenen Gründen; schwierig, die temperatur in einem abgeschlossenen Baum innerhalb eines sehr kleinen üchwankungsbereiohs zu halten. Bin Grund liegt darin, 'daß in solchen Bäumen sehr wenig Wärme erzeugt wird und ein

weiterer Grund ist durch uie Tatsache bedingt, daß der abgeschlossene itaum gewöhnlich innerhalb einer größeren .Räumlichkeit liegt, i'erner wird nur wenig oder gar keine wärme durch die Wände des abgeschlossenen xtaums geleitet, so daß es schwierig ist, -.'emperatur und Feuchtigkeit in einem sbl*- chen abgeschlossenen liaum innerhalb der üblicherweise festgelegten engen brenzen zu halten, jj'üt Destimmte .tirbeits vorgänge ist es Jedoch wesentlich, daß die Temperatur in einem abgeschlossenen Itaum. in einem bereich bleibt, eier durch eine üb- · weichung von nur 1/1o°G von der festgelegten Temperatur nach oben und unten gegeben ist» - ·

Zur Zeit erhältliche JeEiperaturregelsysteme sind nicht so wirksam, daß die Temperatur in einem ab_c;esc.alossenen Itaum innerhalb der festgelegten ^renzen aufrechterhalten wird,

Die aufgäbe der Erfindung liegt darin,, ein kühlsystem "aer eingangs erwähnten iirt 30 auszubilaen, daß die Temperatur in einem mit Luft versorgten abgeschlossenen Hauia innerhalb eines festgelegten sehr kleinen Bereichs verbleibt.

-üiese .aufgäbe wird erfindungsgeia&ß dadurch gelöst, daß im kühlsystem . ... -

,a) eine erste Leitung vorgesehen ist, die einen Teil des unter x/ruck gesetzten, heißen, gasförmigen Kühlmittels einem Vorrattsbehälter zuführt usd

b) eine zweite j-ieituiig vorgesehen ist, die das gasförmige iuihlmittel aus diesem /orrätsb ehält er einem !/ärmetau- ! scher zum »»leder erwärmen der .gekühlten Luft zuführt«

vielt ere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der/ nachfolgenden .Beschreibung in "Verbindung mit der Zeichnung;,

..00-W38/13ti .■"■"■'

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BAD ORiÖINAt

schematisch ein gemäß der ±.rfindung ausgebildetes Kühlsystem für einen abgeschlossenen Kaum veranschaulicht·

Das dargestellte Kühlsystem 11 -dient _rj&ü£ Regelung der Temperatur innerhalb eines ahgeschloELsibnen xtaums, der aurch einen Luftstrom in i-vichtung der I-feile ü beheizt oder gekühltwird und^ beis^pj.&lsi?elSe ein sauberer arbeitsraum oder

ist, in dem sich wenschen aufhalten.

Ein Kompressor 15, wie er üblicherweise in Kältemaschinen benutzt wird, verdichtet ein beliebiges gasförmiges Kühl-' mittel, das dem kompressor durch eine baugleitung 13 zuströmt. Jas kühlmittel, das beispielsweise Freon-22 sein kann, wird vom kompressor 15 auf einen vorbestimmten .uruck verdichtet, und uas. heiiie gasförmige Kühlmittel strömt dann vom Kompressor 15 durch, die Leitung 17 in einen üblichen Kondensator 1^, der mit einem Gebläse 21 versehen ist, das aurch einen" »iärmefühler 23 mit Schalter ΪΟ-1 gesteuert wird, besteuert üurch den .<ärmefühler 23 strömt vom Gebläse 21 Luft über die Kühlschlangen des Kondensators 1y, wenn die temperatur des Kühlmittels in der Leitung 25 einen vorbestimmten wert überschreitet. Im Kondensator 19 kondensiert das gasförmige kühlmittel zur j?iüssigkeit.

Das unter Druck stehende flüssige Kühlmittel fließt weiter durch die Leitung 25 und ein selbsttätig arbeitendes Druckregelventil TOV-3, das das Kühlmittel auf einem Druck innerhalb eines vorbestimmten ,Druckbereichs hält. Das flüssige Kühlmittel strömt iann in einen üblichen Aufnehmer bzw. Kamine 1-gefäB 2?. ■'■■■-■■-

dec oammelgefäS 2ψ flieBt das flüssige Kühlmittel durch die zeitung 2V, weiter aurch ein übliches thermisches Expansionsventil 5^ und dann in einen kühlflüssigkeitsverteiler 53»

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BAD ORtGlNAl.

der das Kühlmittel einer Kühlschlange 35 für direkte 'Expansion bzw. Verdampfung zuführt. Ein Saugleitungsfühler 37 ist mittels eines i'lüidums an das thermische Expansionsventil 31 angeschlossen, um es einzuregeln und zu steuern, Ferner ist in der Leitung 29 ein Druckschalter PS-2 vorgesehen, um den Druck in dieser Leitung zu überwachen.

Das flüssige Kühlmittel, das in die Kühlschlange 35 für direkte Expansion eintritt, steht unter einem erheblichen Druck, jedoch verdampft das flüssige Kühlmittel in der Kühlschlange 35 bei reduziertem Druck und reduzierter Temperatur und wird zu Kühldampf, wobei die Verdampfungswärme dem Kühlmittel entnommen wird. Das dampfförmige Kühlmittel verläßt . die Kühlschlange 35 durch die Leitung 13 und strömt wieder zum Kompressor 15, wo das dampfförmige Kühlmittel wieder verdichtet wird und damit der Kreislauf erneut beginnt.

Luft, die in dichtung der Pfeile B über die Kühlschlange 35 strömt,'gibt tfärme an die kalte Kühlschlange 35 ab» in der die Verdamjjfung des Kühlmittels stattfindet bzw. die das verdampfte Kühlmittel enthält. Die Luft wird auf eine Temperatur von etwa 7°C (45⁰F) abgekühlt, d.h. die Luft ist viel zu kalt, um unmittelbar in einen sauberen Baum oder einen Raum, in dem sich Lenschen aufhalten, eingeführt zu werden. Es ist daher erforderlich, diese kalte Luft auf eine Temperatur von etwa 19°C (66⁰^) zu erwärmen und gewöhnlich ist es erwünscht bzw. notwendig, die Luft auf einer Temperatur zu halten, die nach oben oder unten nur um etwa 1/1o Grad von der gewünschten Temperatur von 19°C oder irgend einem anderen gewählten wert abweicht. ....."

Bei bekannten, handelsüblichen Eeißgassystemen mit Umgehungsleitung wird nur Druck und Temperatur des PCühlmittels in

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BAD ORIGINAL

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der Kühlschlange 35 geregelt, i£in ütrom/ von heißem gasförmigem Kühlmittel zur Kühlschlange 35 wird durcheine Leitung 39 einem Umgehungsleitungsregler SOL-1 zugeführt» Von hier aus strömt das &eiße Kühlmittel durch ein« Leitung zu dem Druckventil PGV-2 und weiter durch die Leitungen 43, 13 und 4-5» die unmittelbar'mit dem heißen.Gas in dein Leitungsteil 47 des thermischen üxpaBsionsventils 31 in Verbindung stehen*

Im Handel befindliche. Umgehgungsleitungsregler für heißes Gas, beispielsweise SOL-1, haben einen Druckschwankungsbereich von etwa 0,15 bis 0,4 at. Dies ist ein zu weiter Bereich, um damit eine sehr feine^ Wärmeregelung in einem geregelten bzw. klimatisierten Eaüm zu bewirken, beispielsweise in einem Meßräum oder einem säuberen Baum der bereits erwähnten Art.

Um diese Bruckschweßikungen auszugleichen, ist ein druckbetätigtes, selbsttätig ableiteiädBs Ventil iOV*1 in eine Leitung 49 eingeschaltet, die mit der Leitung 39 und einem Vorratsbehälter 51 für heißes,gasförmiges Kühlmittel verbunden ist*

Diesem Vorratsbehälter 51 füi" Jaöißes, gasförmiges Kühlmittel ist eine einseitig angeschlossene Hege!vorrichtung KJ-i zugeordnet, di« mit dem Ventil I³CV-I und dem Vorratsbehälter verbunden ist, um den Brück im Vorratsbehälter 51 dauernd im Gleichgewicht zuhalteil*

In manchen Mllen können die Ventile äÖL-1: uad PCV-I rekt oder durch Fühler bzw;» automatisch betätigte > ^durch D verstellte Ventile für eine Regelung Von 0 bis I00..70 Durcih ilußmenge sein» ; .

Ventile üüL-1 und POV-1 können auch pneumatisch el«fetMscia betätigt werden, vorausgesetzt·^ daß aer benutzte

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BAD ORIGINAL

Wühler einen .«.e ge Tb ere ich von Ö bis 1oo >o ermöglicht.

Heißes, gasförmiges Kühlmittel strömt aus dem Vorrats-behälter 51 durch leitungen 53 und 55 zu einem iemperaturregelventil TGV-I und weiter durch eine Leitung 57 in. eine wietfer— erwärmungs schlange 59* Sin inickschlagventil UKV- 1 verhindert ein einströmen von heiüem kühlmittel aus der Leitung 4-1 - in den Vorratsbehälter 51» -^ie "iedererwärmungsschlange 59 kann ' auch als Vorwärmestufe für eine zweite »/iedererwärmüngsstufe mit einer ochlange ähnlich der wiedererwärmungsschlange 59 dienenj wobei in der zweiter wiederervyärinungsstufe das endgültige aufheizen der temperierten Luft stattfindet, bevor sie in den abgeschlossenen itaum gelangt«

-Ci's flieiit · also heiüea, gasförmiges kühlmittel durch die »Kiedererv.ärmungsschlange 59 und übertragt »iärme auf die kalte Luft," die an den >*ärmeübertragungsf lachen vorbeiströmt» iJie aus der ,VieaererWariaungsschlange 59 in -Achtung der pfeile a austretende Luft befindet sich auf einer Temperatur von 19 G (66⁰F). ' ..

Das kondensierte, flüssige Kühlmittel strömt aus der «»iedererwärmungs-schlänge 59 durch eine Leitung 61 in die' Leitung 25» '.'..- .;. ■■■.■■'.""■

i)er Y/i-edererwariaungsschlange 59 sind ein -i-emperaturfüh^· ' 1er 63 und ein Temperaturregler ¹I¹U-I zugeordnet, um die Tem--" peratur der die »nie der erwärmungs schlange 59 verlassenden Luft' einzuregeln» Jer iü'ühier 65 und der temperaturregler u^ii^i wirketi auf das ■j.'emperaturregelventil ¹X¹CV-I ein, so daii die der die mieder erwärmungs schlänge 59 verlassenden Lui"t halb eiaes engen iefflperaturbereichs gehalten wir-d^ d_sh* mit ^:'° einer Abweichung von 1/1ö°G von der gewählteil temperatur "iiä-öit^;* us.ten* ^Ur aen hier beschriebenen jfäll ist diese ' ij\) angenöBimen*

jiiedererwäriuungsschlange 59 wirkt als xeriiperaturstabilisator infolge der ^asse der schlange, aie plötzliche oder schnelle änderungen der 'temperatur eier die «iiedererwärmungsschlange 59 verlassenden Luft nicht zuläit.

In einer '-'onderausführung der ünlage, wo eine sehr feine ■!temperaturregelung notwendig bzw. erwünscht ist und eine zweite Hiedererwärmungsschlange benutzt wird, kann diese zweite wiederei^wärmungaschlange entweder mit Dampf odex* heiiiem wasser beläzt werden, oder es.wird ein elektrisch beheizter wärmetauscher vorgesehen, je nach dem für den abgeschlossenen Raum erforderlichen Feinheitsgrad der Temperaturregelung.

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In manchen Fallen kann auch ein jintüberhitzungsvpletil 12X— 2 mit der Saugleitung 15 verbunden werden, das nur dazu dient, den Kompressor 15 gegen hohe Temperaturen des Kühlmittels in der .tinsäugleitung zu schützen, die vorkommen können, wenn das Ventil 30L-1 in der offenen btellung versagen sollte.

Die beschriebene Anordnung enthält die wesentlichen Einzelheiten bzw. Vorteile,

daß ein ΐβϋ des heißen, unter Druck stehenden, gasförmigen kühlmittels in einen Wärmesenkun^s- und:Kühlmitteldruck-AUsgleicher strömt, wodurch die übliche Kühlschlange mit fast genauem,-nicht schwankendem Druck und ebenso genauer, nicht schwankender temperatur arbeitet, was fur die Vollkommenheit einer feinen 'Temperatur- und Fe\ichtigke its rege lung aus·* schlaggebend ist;

daß mit der V/ärme, die das heiße unter Druck stehende gasförmige Kühlmittel enthält, die abgekühlte Luft erheblich erwärmt wird, wodurch die iSnergiekosten gegenüber den üblichen Systemen mit abschließenden wiederaufwärmen durch Dampf, heißes Wasser oder elektrischen. Strom verhindert werden· ^:

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da,-, -ie üecaiütkülille istung des i.ondensatora, uie früher für uie j.üiilsciilange aufgewendet werden muiite, bedeutend VO .."'i..injsrt is ν \

uiiu iia-i iboiriieislicli <;ei.;ä-:> aer ^rrinaun.;, falls die (ie— .jair.^KÜi'illeisturi_rr- infolge eines ^bschalteus aes abgesclilossenen .tiVuiao ::icht erf oraeriicii_s io j , ü.ie ü.bursc3aüi;si,;e xjeistung aes j-ouii"reεt;ors öb^sienkt bzv;.. abgezogen vyix'a, um aie üühlv/irkung uer -c--lan ;e aui-ziigleiciion, v/odurcli aas ^yG ceiü weniger auf— unJ aui.-roraerx1;liG^ v/irtsci;aftlicxi arbeitet..

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BAD

Claims (1)

- 9 - -■■■.. . - '..-;■■■. La t e nt a η s ρ r ü c h e

1.) Lühlsjfstein, in dem.ein gasförmiges ki unter Druck gesetzt und iia beißen !zustand zur unter- Druck stellenden Flüssigkeit kondensiert wird, die dann in einer ■von Luft durchströmten Vorrichtung expandiert, so daß die Luft im .«»'ärmetausch'mit dem expanaierten, gasförmigen L.ahA-mittel gekühlt; wird, - dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß -.'■'_ ;

a) eine erste -ueibung vorgesehen ist, die einen Jeil - des unter Druck gesetzten, heißen, gasförmigen kühlmittels einem. Vorratsbehälter zuführt und

b) eine zweite -Leitung vorgesehen ist, die das gas-

^Ί ferdige kühlmittel aus die sera vorratsbehälter einem wärmetauscher zura "iedererVarmen der gekühlten uuft zuführt. - ' .

kc Lühlsystem nach -Anspruch 1, ά a d\u r c h g e ic e η η ζ e i c Ii η e t, daß aer ersten Leitung ein" ^ruckregelventil für a^s -in d^r -üeitung strömenden gasförmigen ivühliüi-Gtels und uea /orratsbehälter ein ^egler zum -&innai"uen eines festgelegten gleichmäßigen trucks im YorratabehälTrer zugeordnet ist, " .

y. iCuhlaysteifl nach den Ansprüchen 1 und 2, -dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß der zweiten Jjei'nung ein ^eyelveiitii zuiu xie^eln der ^;Jemperatur . des gasf urmigen i.uiilLjiitels zugeordnet ist, das durch, den «('ariaetausch^r zum .viederörv/äriaen aer p-ekühlten xjuft"strömt und ein '^eiiipea^aturfühlerinit der uen Wärmetauscher verlassenden Luft in kontakt i.3t, der üas Kegelventil· beeinflußt, wenn die 'Temperatur der Luft sich ubör einen festgelegten riereich hinaus ändert»

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