DE2405300A1

DE2405300A1 - Dampfverdichtungs- und kuehlverfahren sowie kuehlanlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2405300A1
Application number: DE19742405300
Authority: DE
Inventors: Ralph Z Fanberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-05
Filing date: 1974-02-05
Publication date: 1974-08-08
Also published as: GB1436049A; JPS49111207A; IT1013050B

Description

PATENTANWÄLTE
Dr.phil. G. B. HAGEN

DipI.~Phys. W. KALKOFF 0 L Π ^ ^ Π Π

MÜNCHEN 71 (Solln) Z H U O O U U

Franz-Hals-Straße 21
Tel. (0811) 796213

^{FN 32}59 München, 31. Januar 1974

sch

Ralph Z. Fanberg

6908 Airway Avenue

Yucca Valley, Ca., V. St. A.

Dampfverdichtungs- und Kühlverfahren sowie Kühlanlage zur

Durchführung des Verfahrens

Priorität: 5. Feb. 1973; V. St. Α.; Nr. 329 548

Die Erfindung bezieht sich auf mechanische Kühlanlagen und Verfahren, bei denen das Kühlmittel abwechselnd verdampft und verflüssigt wird. Der in der Kühlanlage verwendete mechanische Verdichter kann ein Drehkolbenverdichter mit Schiebern, ein Kolbenverdichter od. dgl. sein.

Es besteht ein großer Bedarf nach sehr kleinen und leichten Kühlanlagen, z. B. für die Klimaanlagen kleiner Flugzeuge. Um mit einer solchen kleinen und leichten Kühlanlage eine große Kühlwirkung zu erzielen, ist es erforderlich, daß der Küalmittel-Verdichter mit Hochgesclrvindigkeit angetrieben wird. Dadurch

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wird wiederum viel Wärme erzeugt, so daß sich Probleme hinsichtlich Schmierung, Ausbildung von Kohlenstoff usw. ergeben. Eine Erwärmung des Verdichters bewirkt außerdem - was von großer Bedeutung ist - erstens eine Verringerung des Dampfvolumens, das vom Verdichter bei vorgegebener Geschwindigkeit verarbeitet werden kann, zweitens eine sehr hohe Überhitzung im Dampf und drittens ein Absinken der Kühlleistung. Daraus folgt, daß die Kühlung des Verdichters von besonderer Bedeutung ist; sie muß jedoch in solcher Weise wirksam erfolgen, daß der Betrieb des Verdichters oder anderer Teile der Anlage dadurch nicht beeinträchtigt wird.

Eine große Zahl von US-Patentschriften befaßt sich mit dem Problem der Kühlung des Verdichters in einer mechanischen Kühlanlage oder ähnlichen Problemen: 1 893 171; 2 178 425; 2 306 632; 2 470 655;

2 510 887; 3 105 633; 3 109 297; 3 111 820; 3 210 958; 3 250 460;

3 291 385; 3 402 571; und 3 423 013. Die meisten dieser Patente beziehen sich auf das unmittelbare Einspritzen von flüssigem Kühlmittel in die Verdichterkammer, wodurch'sich die Flüssigkeit in dieser Kammer ausdehnen und dadurch eine Kühlwirkung ausüben soll. Die hierbei erzielte Kühlwirkung ist jedoch nicht so kontinuierlich oder effektiv wie bei der Erfindung. Außerdem haben einige der üblichen Kühlmittel in flüssiger Form eine nachteilige Wirkung auf das in der Verdichterkammer vorhandene Schmiermittel.

Bei der US-PS 2 510 887 wird das flüssige Kühlmittel nicht in die Verdichterkammer eingespritzt, sondern strömt stattdessen um die Verdichterwandung herum und steht dabei in Wärmeaustausch mit der Verdichterkammer. Bei dieser Kühlanlage findet praktisch keine Verdampfung des flüssigen Kühlmittels im Wärmeaustausch-Kreislauf statt, und dies bedeutet, daß die Kühlwirkung auf den Verdichter gering ist. Außerdem wird die Flüssigkeit aus der Ver-

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dichterkammer mit erhöhter Temperatur in den Verdichterauslaß abgelassen, was eine nachteilige Wirkung auf die Kühlanlage ausübt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Kühlverfahren und -anlagen zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird flüssiges Kühlmittel in einer mechanischen Kühlanlage verdampft, während es in Wärmeaustausch mit der Verdichterkammer des Kühlmittel-Verdichters entlang einem Kühlweg strömt. Die gebundene Verdampfungswärme wird dazi; ausgenutzt, eine kontinuierliche und hochwirksame Kühlung zu erzeugen, die den Verdichter selbst dann relativ kühl hält, wenn dieser mit Hochgeschwindigkeit läuft. Nach Verdampfen des Kühlmittels wird . dieses in die Verdichterkammer so eingeführt, daß der Ansaugbetrieb des Verdichters praktisch nicht beeinträchtigt wird. Z. B. wird bei Drehkolbenverdichtern mit Schiebern der Kühlmitteldampf an einer Stelle in den Verdichter eingelassen, die der An-· Säugöffnung um einen oder mehrere Schieber beabstandet ist. Bei Kolbenverdichtern wird der Kühlmitteldampf z. B. an einer Stelle eingeführt, die nahe der Oberfläche des Kolbens liegt, wenn sich dieser in seiner untersten Arbeitsstellung befindet.

Die erfindungsgemäße Kühlanlage hat einen mechanischen Kühlmittel-Verdichter, einen Verflüssiger, eine Regeleinrichtung, einen Verdampfer, Kühlkanäle, die mit der Verdichterkammer des Verdichters in Wärmeaustausch stehen, eine Einrichtung zum Verdampfen des flüssigen Kühlmittels, während dieses durch die Kühlkanäle strömt, und eine Einrichtung zum Einführen des gebildeten Dampfes aus den Kühlkanälen in die Verdichterkammer zum anschließenden Verdichten des Dampfes. Diese letztgenannte Einrichtung ist so angeordnet, daß der Ansaugbetrieb des Verdichters dadurch praktisch nicht beeinträchtigt wird.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer ersten Ausführungsform des in der erfindungsgemäßen Kühlanlage benutzten Verdichters;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2, wobei der gewunden verlaufende Weg für das verdampfende Kühlmittel dargestellt ist;

Fig. 4 einen Aufbauplan der Kühlanlage;

Fig. 5 eine isometrische Darstellung des Verdichters einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei einige Innenkanäle nicht dargestellt'sind;

Fig. 6 einen Horizontalschnitt entlang der Linie 6-6 von Fig. 5; und

Fig. 7 einen Aufbauplan der Kühlanlage mit dem Verdichter gemäß Fig. 5.

Fig. 1 zeigt einen Elektromotor 10; es können jedoch, falls erwünscht, auch andere Antriebsmaschinen verwendet werden. Der Läufer (nicht dargestellt) des Motors 10 treibt eine Welle (Fig. 2) eines zylindrischen Rotors 12 eines Drehkolben-Kälteverdichters 13.

Der Rotor 12 läuft in einer zylindrischen Kammer 14 um, die im Mittelteil 16 des ortsfesten Verdichters 13 ausgebildet ist.

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Die Kammer 14, insbesondere der außerhalb des Rotors 12 liegende Teil, wird als Verdichterkammer des Drehkolbenverdichters 13 bezeichnet.

Der Rotor 12 hat, wie üblich, mehrere radialverschiebbare Schieber 17, deren Umfangsränder entlang der inneren Zylinderfläche des Mittelteils 16 verschiebbar sind. Es können nicht dargestellte Vorrichtungen vorgesehen werden, die sicherstellen, daß die Schieber 17 so weit nach außen geführt sind, wie dies die Innenfläche des Mittelteils 16 gestattet.

Der Einlaß zum Verdichter 13 erfolgt durch eine Leitung 18, die mit einer sichelförmigen Ansaugöffnung oder Kammer 19 in Verbindung steht, die im Mittelteil 16 ausgebildet ist und mit einem großen Teil der Verdichterkammer 14 in Verbindung steht. Der Auslaß vom Verdichter erfolgt durch drei Auslaßöffnungen 21 (Fig. 2 und 3), die im Mittelteil 16 ausgebildet sind und sich radial nach außen zu einem Verteilerkanal 22 erstrecken. Ein Ende des Kanals 22 ist blind, und das andere Ende steht mit · einer Öffnung 23 (Fig. 1 und 3) in Verbindung, die der Förderoder Auslaßleitung 24 des Verdichters zugeordnet ist. Die Öffnung 23 ist in einer von zwei scheibenförmigen Endplatten 26 und 27 des Verdichter-Mittelteils ausgebildet, und diese Platten sind in geeigneter Weise (z. B. durch nicht gezeigte Bolzen) an gegenüberliegenden Endflächen des Mittelteils 16 befestigt.

Es ist zu beachten, daß die Endplatte 27 zwischen'-dem Mittelteil 16 des Verdichters und dem Motor 10 vorgesehen ist urdeine mittlere öffnung und Lager (nicht dargestellt^ für die Rotorwelle 11 aufweist. Die äußere Endplatte 26 kann ebenfalls Lager (nicht dargestellt) für die Welle 11 aufweisen.

Der Motor 10 treibt den Rotor 12 im Gegenuhrzeigersinn (Fig. 2). Die Auslaßöffnungen 21 sind winkelmäßig in großem Abstand (in

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Drehrichtung des Rotors) von der Ansaugöffnung 19 vorgesehen (z. B. in diesem Fall wenigstens 180° vom untersten Ende der Ansaugöffnung 19). Außerdem ist in bei Drehkolbenverdichtern oder -pumpen üblicher Weise der den Auslaßöffnungen 21 benachbarte Bereich des Rotors 12 relativ nahe diesen öffnungen ' vorgesehen, berührt diese jedoch nicht, wogegen der diametral gegenüberliegende Rotorbereich einen beträchtlichen Abstand von der gegenüberliegenden zylindrischen Innenwand des Mittelteils 16 hat.

Während der Rotor 12 im Gegenuhrzeigersinn umläuft (Fig. 2), schieben die Schieber 17 Dampf durch die Verdichterkammer 14 vor sich her. Da der außerhalb des Rotors 12 liegende Kammerbereich zunehmend kleiner wird bei Näherung an die Auslaßöffnungen 21, wird der Dampf verdichtet und dann durch die Auslaßöffnungen 21 zum Verteilerkanal 22 und von dort zur Auslaßleitung 24 geleitet.

In der Wand des Mittelteils 16 sind mehrere parallele Kanäle 29-35 ausgebildet, deren jeder zur Achse des Mittelteils parallel verläuft. Zwei dieser Kanäle, 29 und 30, sind an gegenüberliegenden Seiten des Verteilerkanals 22 angeordnet , durch den das verdichtete Kühlmittel gefördert wird. Die übrigen Kanäle, 31-35, sind in allmählich abnehmender Höhe (Fig. 2) in der rechten Wand des Mittelteils 16 vorgesehen. So sind die Kanäle 29-35. im wesentlichen den Bereichen des Verdichters benachbart vorgesehen, die während schneller Umdrehung des Rotors 12 im Gegenuhrzeigersinn am wärmsten werden.

Die Kanäle 29-35 sind untereinander verbunden, und zwar durch eine Reihenverbindung mit Verbindungskanälen 36-41 (Fig. 3). Die Verbindungskanäle 36-41 sind in den Innenflächen der Endplatten 26 und 27 vorgesehen, und jeder Verbindungckanal verbindet zwei benachbarte der Kanäle 29-35 untereinander. So verbindet z. B. der Verbindungskanal 36 die rechten Enden der Kanäle 29 und 30; der Verbindungskanal 37 verbindet die linken Enden der Kanäle 30 und 31 , usw.

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Flüssiges Kühlmittel wird in den Kanal 29 durch eine Leitung 43 eingeführt, die mit einer zu diesem Kanal führenden Einlaßöffnung 44 in Verbindung steht. Auf dem Weg von der Leitung 43 zum Kanal 29 fließt die Flüssigkeit durch ein Regelventil 46, eine Mündungsöffnung oder eine andere Vorrichtung, die vorzugsweise die Strömungsrate der durchfließenden Flüssigkeit regelt.

Da die Flüssigkeit bei Eintritt in den Kanal 29 gerade das Regelventil 46 durchströmt hat, verdampft sie fortschreitend auf ihrem Weg entlang dem langen und gewunden verlaufenden Weg, der durch'die Kanäle 29, 36, 30, 37, 31, 38, 32, 39, 33, 40, 34, 41 und 35 führt. Die Zahl und Größe solcher Kanäle und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch diese werden vorzugsweise so gewählt, daß das Kühlmittel vollständig verdampft ■ ist, wenn es den aus dem Kanal 35 herausführenden Auslaß erreicht. Dadurch wird vorzugsweise kein flüssiges Kühlmittel in die Verdichterkammer 14 eingespritzt.

Der Auslaß aus dem Kanal 35 in die Verdichterkammer 14 ist eine Öffnung 47, die mit der Kammer 14 an einem von der Ansaugöffnung 19 getrennten Bereich in Verbindung steht, so daßder Ansaugbetrieb des Verdichters nicht durch Einspritzen von Dampf aus dem Kanal 35 beeinträchtigt"wird. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß zwei Schieber 17 zwischen der Öffnung 47 und dem benachbarten Teil der Ansaugöffnung 19 angeordnet sind. Selbst nach Umdrehung des Rotors 12 im Gegenuhrzeigersinn, bis einer der Schieber 17 sich an der Öffnung 47 vorbeibewegt hat, befindet sich immer noch ein Schieber 17 zwischen der öffnung 47 und der Ansaugöffnung 19, so daß der Ansaugbetrieb an der Ansaugöffnung 19 zu keinem Zeitpunkt nachläßt.

Zum Schmieren des Rotors 12 und der Wand des Mittelteils 16 ist ein Ölbehälter 48 (Fig. 1 und 3) vorgesehen, der mit einem Kanal 49 im Mittelteil 16 und somit mit einem Kanal 50 kleinen Durchmessers in Verbindung steht, der zu einem mittleren Bereich der

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zylindrischen Innenwand des Mittelteils 16 führt. Unter Druck stehendes Öl wird aus dem Behälter 48 durch Kanäle 49 und 50 zur Verdichterkammer geführt und bewirkt ein Schmieren der verschiedenen Flächen sowie einen effektiven dichten Kontakt zwischen den Außenkanten der Schieber 17 und der gegenüberliegenden Wand.

Fig. 4 zeigt den Drehkolbenverdichter 13 in einer Kühlanlage, bestehend aus einem Verflüssiger 51» einem Flüssigkeitsbehälter 52 und einem Verdampfer 53. Die Auslaßleitung 24 vom Verdichter 13 ist mit einem Ende des Verdampfers 51 verbunden, und das andere Ende des Verdampfers 51 ist mit dem Flüssigkeitsbehälter 52 verbunden. Eine Leitung 54 verbindet den unteren Teil des Flüssigkeitsbehälters 52 mit einem Regelventil 56 od dgl., aus dem eine Förderung in den Verdampfer 53 stattfindet. Dieser ist über eine Leitung 57 mit der Einlaßleitung 18 zum Verdichter verbunden.

Die Leitung 43 stellt eine Verbindung zwischen der Leitung 54 und und dem Regelventil 46 od. dgl. her. Daher strömt flüssiges Kühlmittel parallel von beiden Regelventilen 46 und 56 zum Verdampfer und von dort zur Verdichterkammer.

Das Verfahren und die Anlage gemäß der Erfindung sind mit praktisch jedem herkömmlichen Kühlmittel, das abwechselnd verdampft und verflüssigt wird, verwendbar. So kann das Kühlmittel z. B. ein Freon (fluorierter Kohlenwasserstoff) sein.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läuft unter Benutzung der gemäß Fig. 1-4 beschriebenen Anlage wie folgt ab: Die Hauptmenge des flüssigen Kühlmittels vom Aufnahmebehälter 52 strömt durch das Regelventil 56 zum Verdampfer 53, wo sie verdampft und eine Kühlung irgendeines gewünschten Raumes oder Objekts bewirkt. Diese Hauptmenge von verdampftem Kühlmittel wird dann durch die Leitung 57 und die Eirilaßleitung 18 zur Ansaugöffnung 19 geleitet, woraufhin das Kühlmittel in der Verdichterkammer 14 verdichtet und anschließend durch die Aus-

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laßöffnungen 21 in den Verteilerkanal 22 und von dort zur Auslaßleitung 24 geleitet wird.

Ein Teil des flüssigen Kühlmittels vom Aufnahmebehälter 52 wird durch die Leitung 43 und das Regelventil 46 zu dem gewunden verlaufenden Strömungsweg (Fig. 3) durch das Verdichtergehäuse geleitet. Wie bereits erläutert, werden die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, der gewundene Strömungsverlauf usw. so geregelt, daß das Kühlmittel fortschreitend verdampft, während es diesen Weg entlang geleitet wird, und vorzugsweise 100 % Dampf ist, wenn es aus der Öffnung 47 in die Verdichterkammer 14 gelangt. Der so in die Verdichterkammer 14 eingespritzte Dampf wird vom Verdichter zusammen mit dem durch dje Einlaßleitung 18 und die Ansaugöffnung 19 eingeführten Dampf verdichtet. So wird auch der vom gewunden verlaufenden Kühlweg durch den Verdichter geleitete Dampf durch die Öffnungen 21, den Verteilerkanal 22 und die Auslaßleitung 24 gefördert.

Der Dampf vom Hauptpumpenkreis und vom Hilfspumpen-Kühlkreis wird daher gleichzeitig dem Verflüssiger 51 zugeleitet und dort verflüssigt, z. B. durch geeignete Luft- oder Wasserkühlung od. dgl. Das Kühlmittel wird dann in den Aufnahmebehälter 52 geleitet, woraufhin der Kreislauf von neuem beginnt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die gebundene Wärme der Verdampfung zum Ausgleich für die in der Verdichterkammer 14 erzeugte Wärme verwendet. Diese gebundene Wärme wird jedoch nicht durch Verdampfen in der Kammer 14 ausgenutzt, sondern durch Verdampfen auf dem gewundenen Strömungsweg, der mit der Kammer 14 in Wärmeaustausch steht.

Der Drehkolbenverdichter arbeitet somit mit relativ niedriger Temperatur. Wenn der Verdichter mit Hochjeschwindijkeit läuft, kann im Vergleich zu seiner Größe das durch ihn geleitete Kühl-

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mittelvolumen sehr groß sein. Der Verdichter kann also sehr klein und leicht gebaut werden. Da der Verdichter im übrigen relativ kühl bleibt, ergeben sich keine Schmierungsprobleme, und die Erzeugung großer Kohlenstoffmengen wird vermieden.

Aufgrund der relativ niedrigen Temperatur des Verdichters wird in diesem nur eine geringe' Überhitzungswärme entwickelt. Da bei der bevorzugten Ausführungsform kein flüssiges Kühlmittel in die Verdichterkammer eingespritzt wird, haben Kühlmittel wie Freon, die häufig für das Schmiermittel vom Ölbehälter schädlich sind, keinen nachteiligen Effekt, wie es der Fall sein würde, wenn die Kühlmittel in flüssiger Form eingespritzt würden.

Es ist zu beachten, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren eine konstante Kühlung des Verdichters erfolgt und die Flüssigkeit vollständig verdampfen kann.Bei bekannten Künlanlagen wird das flüssige Kühlmittel unmittelbar in die Verdichterkammer eingespritzt und verbleibt nur so kurz in dieser, daß nicht immer eine angemessene Kühlwirkung erreicht wird. Weiter ist zu beachten, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren relativ große Kühlflächen benutzt werden, nämlich die zylindrischen Flächen der verschiedenen Kanäle; dadurch wird eine sehr große Wärmeableitung in bezug auf die in der Verdichterkammer 14. erzeugte Wärme bewirkt.

Obwohl das im gewunden verlaufenden Strömungsweg verdampfte Kühlmittel zwangläufig in der Verdichterkammer 14 wieder verdichtet und dann im Verflüssiger 51 verflüssigt wird, ergibt sich eine Steigerung des Wirkungsgrades gegenüber dem dann erreichbaren Wirkungsgrad, wenn das hier angewandte Verdichter-Kühlverfahren nicht benutzt wird.

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Vorzugsweise ist das Regelventil 46 unmittelbar benachbart dem durch den Mittelteil des Verdichters gewunden verlaufenden Strömungsweg angeordnet. Dieses Ventil kann jedoch auch einen Abstand vom Verdichter haben, und zwar insbesondere dann, wenn die Verbindungsleitungen ausreichend gegen Wärmeübertragung isoliert sind.

Wie bereits erläutert, regelt jedes Regelventil 46 und 56 die Strömungsmenge durch jede der'beiden parallelen Leitungen. Alternativ kann auch eine andere Regeleinrichtung vorgesehen sein.

Es ist auch möglich, nur eines der Regelventile 46 und 56 vorzusehen und das Kühlmittel durch ein T-Stück zu leiten, dessen einer Teil mit dem Verdampfer 53 und dessen anderer Teil mit dem gewunden verlaufenden Weg durch den Mittelteil des Verdichters verbunden ist. In diesem Fall werden der Verdampfer 53 und der gewunden verlaufende Strömungsweg nahe dem gemeinsamen Regelventil vorgesehen.

Es wird jetzt die Ausführungsform gemäß Fig. 5-7 erläutert. Ein Elektromotor 58 oder eine andere Antriebsmaschine treibt ■ eine Kurbel 59 (Fig. 7), die drehbar in einem Gehäuse 60 angeordnet und über eine Kolbenstange 61 mit einem Kolben 62 verbunden ist. So wird der Kolben 62 senkrecht in einem Zylinder 63 (und in einer oberen Verlängerung des Gehäuses 60) hin- und herbewegt. Das obere Ende des Zylinders 63 ist durch eine Ventilplatte 64 verschlossen.

Auf der Ventilplatte 64 sind zwei geeignete Rückschlagventile angeordnet. Eines der Rückschlagventile, 66, ist an der Innenseite des Zylinders angeordnet, und das andere Rückschlagventil 67 ist an der Zylinderaußenseite angeordnet. Das äußere Rückschlagventil 67 befindet sich in einem Hilfsgenäuse 68.

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Eine Leitung 6S von einem Verdampfer 70 verläuft durch die /entilplatte 64 zum inneren Rückschlagventil 66, und infolgedessen wird Dampf in den Zylinder 63 eingelassen, wenn sich der Kolben 62 nach unten bewegt und so das innere Rückschlagventil 66 öffnet.

Mit dem Hilfsgehäuse 68 für das äußere Rückschlagventil 67 ist eine mit einem Verflüssiger 73 in Verbindung stehende Leitung 72 verbunden. Das äußere Rückschlagventil 67 wird bei jedem Aufwärtshub des Kolbens 62 geöffnet, und dabei wird verdichtetes Gas durch eine Auslaßöffnung 74 abgegeben.

Die Kühlanlage weist weiter einen mit dem Verflüssiger 7 3 verbundenen Aufnahmebehälter 76 auf sowie eine Leitung 77, die vom Aufnahmebehälter 76 zu einem zum Verdampfer 70 führenden Regelventil 78 führt.

Gemäß der Erfindung ist eine Leitung 80 mit der Leitung 77 und mit einem Regelventil 81 od. dgl. nahe der Ventilplatte 64 verbunden. Der Auslaß vom Regelventil 81 ist mit einer senkrechten Bohrung oder einem Kanal 82 verbunden und verläuft dann nacheinander durch eine relativ große Zahl von Kanälen, die in Windungen hintereinander im wesentlichen so verlaufen, wie dies bereits erläutert wurde. Diese Kanäle, die sämtlich durch die Zylinderwand parallel zur Zylinderachse verlaufen, sind in Fig. 6 mit 83-96 bezeichnet.

Die Verbindung zwischen den Unterenden der Kanäle^ 62 und 83 erfolgt durch einen durch eine Platte 101 (Fig. 5) verlaufenden Kanal 100; die Platte 101 liegt auf dem obersten Teil des Gehäuses 60 auf. In gleicher Weise erfolgt die Verbindung zwischen den Oberenden der Kanäle 95 und 96 durch einen Kanal 102, der in der Unterseite der Ventilplatte 64 ausgebildet ist.

Ebenso sind die Unterenden der Kanäle 84-85, 86-87, 88-89, 90-91, 92-93, 94-95 miteinander verbunden. Auch sind die Ober-

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enden der Kanäle 83-84, 85-86, 87-88, 89-90, 91-92 und 93-94 miteinander verbunden. Gemäß Fig. 6 ist abwärts strömendes Kühlmittel durch einen Punkt in der Mitte jedes Kanals bezeichnet, während aufwärts strömendes Kühlmittel durch einen kleinen Kreis bezeichnet·ist.

Das Unterende des Kanals 96 steht über eine Öffnung 97 mit dem Zylinderbereich in Verbindung, der sich unmittelbar über der Oberfläche des Kolbens 62 befindet, wenn sich dieser im untersten Teil seines Hubs befindet (Fig. 7). Somit wird die Öffnung 97 durch die Seitenwand des Kolbens 62 immer blockiert, außer wenn sich der Kolben im letzten Teil seines Arbeitshubs befindet. Aus diesem Grund beeinträchtigt die Einführung von Dampf aus dem gewunden verlaufenden Strömungsweg durch die öffnung 97 den Ansaugbetrieb des Zylinders, bei dem Dampf aus der Leitung 69 und durch das Rückschlägventil 66 angesaugt wird, nicht wesentlich.

Bei dem unter Verwendung der Anlage gemäß· Fig. 5-7 durchgeführten Verfahren expandiert das flüssige Kühlmittel durch das Regelventil 81 od. dgl. und verdampft fortlaufend, während es den gewunden verlaufenden Strömungsweg durchströmt. Bei Erreichen der Einlaßöffnung 97 ist das Kühlmittel bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im wesentlichen vollständig verdampft. Der so in den Zylinder 63 eingeführte Dampf wird beim nächsten Rückhub des Kolbens 62 verdichtet, so wie auch der durch das Rückschlagventil 66 eingeführte Dampf verdichtet wird. Beide zugeführten Dampfmengen werden durch die Auslaßöffnung 74 und das Rückschlagventil 67 zur Leitung 72 und von dort zum Verflüssiger 73 abgeleitet.

Das Verfahrensprinzip unter Verwendung der Anlage gemäß Fig. 5-7 entspricht dem unter Bezugnahme auf Fig. 1-4 beschriebenen. So bewirkt das verdampfende Kühlmittel in dem gewunden verlaufenden Strömungsweg eine Absorption der bei der Verdichtung im Zylinder (der Verdichterkammer) erzeugten Wärme, und auch

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die vorher erläuterten weiteren Vorteile sind die gleichen.

Bezüglich der Ausführungsform gemäß Fig. 5-7 ist zu beachten, daß die Ventilplatte 64 und das Oberende des Verdichters in hohem Maße erwärmt werden. Gemäß der Erfindung ist der gewunden verlaufende Strö.-nungsweg so verlängerbar, daß er durch öle Ventilplatte und das Verdichteroberende führt, so daß das verdampfende Kühlmittel auch eine effektive Kühlung dieser Teile bewirkt.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche

ί Iy Dampfverdichtungsverfahren unter Anwendung eines mechanischen Verdichters mit einer Verdichterkammer und in dieser angeordneten mechanischen Vorrichtungen zur Dampfverdichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Einführen von Dampf durch den Verdichtereinlaß zum Verdichten in der Verdichterkammer und anschließenden Ab-

• geben durch den Verdichterauslaß;

b) Zuführen einer Flüssigkeit in die Nähe der Verdichterkammer;

c) Verdampfen der Flüssigkeit, während diese sich in Wärme- · austausch mit der Verdichterkammer, jedoch nicht in dieser befindet, wobei die gebundene Verdampuungswärme der verdampfenden Flüssigkeit die Verdichterkammer kühlt und die infolge der Verdichtung des in den Verdichtereinlaß eingeführten Dampfes erzeugte Wärme ausgleicht; und

d) Mischen des bei der Verdampfung gebildeten Dampfes mit dem in den Verdichtereinlaß eingeführten Dampf.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Ausführen von Schritt (d) durch Einführen des bei der Verdampfung gebildeten Dampfes in die Verdichterk-aTuner.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch Einführen des Dampfes an einem so gewählten Bereich der Verdichterkammer, daß die Dampfeinführung den Ansaugbetrieb am Verdichtereinlaß im wesentlichen nicht beeinträchtigt.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Verdichter ein Drehkolbenverdichter mit Schiebern ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (47) der Verdichterkammer und die Schieber (17) so aufeinander abgestimmt sind, daß immer wenigstens ein Schieber (17) zwischen dem Bereich (47) und dem Verdichtereinlaß (19) vorgesehen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Verdichter einen hin- und herbeweglichen Kolben hat,

dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Verdichterkammer so auf die unterste Stellung des Kolbens (62) abgestimmt ist, daß der Bereich nahe dem Oberende des Kolbens (62) liegt, wenn dieser die unterste Stellung seines Arbeitshubes erreicht.
6. Verfahren nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch fortgesetztes Verdampfen der Flüssigkeit, bis vor Einführung in die Verdichterkammer sämtliche Flüssigkeit verdampft ist, wodurch ein Einführen von flüssigem Kühlmittel in die Verdichterkammer verhindert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Leiten der Flüssigkeit durch eine Regeleinrichtung (46; 81) an einem der Verdichterkammer benachbarten Bereich, und anschließendes Leiten der vei^dampfenden Flüssigkeit entlang einem langgestreckten Strömungsweg, der mit der Verdichterkammer in Wärmeaustausch steht.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Durchführen der Verfahrensschritte in einer den mechanischen Verdichter aufweisenden Kühlanlage durch Ansaugen des Dampfes

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gemäß Schritt (a) aus dem Verdampfer (53; 70) der Anlage, Fördern der gemäß Schritt (d) gemischten Dampfmenge zum Verflüssiger (51; 73) der Anlage, und Zuführen der Flüssigkeit gemäß Schritt (b) aus dem Aufnahmebehälter (52; 76) der Anlage.
9. Kühlverfahren,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) mechanisches Verdichten eines verdampfbaren Kühlmittels durch Einführen des Dampfes des Kühlmittels in den Einlaß eines mechanischen Verdichters;

b) Fördern des verdichteten Kühlmittels vom Verdichterauslaß zu einem Verflüssiger;

c) Leiten des flüssigen Kühlmittels aus dem Verflüssiger durch eine Regeleinrichtung zu einem mit einem zu kühlenden Objekt in Wärmeaustausch stehenden Verdampferία) Leiten von verdampftem Kühlmittel aus dem Verdampfer zum Verdichtereinlaß zum Verdichten gemäß Schritt (a);

e) Zuführen von flüssigem Kühlmittel vom Verflüssiger in die Nähe des mechanischen Verdichters;

f) Verdampfen des Kühlmittels von Schritt (e), während dieses mit der Verdichterkammer in Wärmeaustausch steht, wobei die gebundene Verdampfungswärme dieses Kühlmittels die in der Verdichterkammer erzeugte Verdichtungswärme ausgleicht; und

g) Einführen des gemäß Schritt (f) gebildeten Dampfes in . die Verdichterkammer an einem so gewählten Kammerbereich, daß der am Einlaß erfolgende Ansaugbetrieb des Verdichters im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird, wobei der gemäß Schritt (f) gebildete Dampf im Verdichter zusammen mit dem Verdichter vom Verdampfer zugeführtem Dampf verdichtet wird.

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10. Kühlverfahren nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch Leiten des flüssigen Kühlmittels gemäß Schritt (e) durch eine nahe dem Verdichter angeordnete Regeleinrichtung (46;· 81) und anschließend entlang einem lang- · gestreckten Weg durch die Wand der Verdichterkammer.
11. Kühlverfahren nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch im wesentlichen vollständiges Verdampfen des flüssigen Kühlmittels gemäß Schritt (e) vor Ausführung von Schritt (g), wodurch in die Verdichterkammer im wesentlichen kein flüssiges Kühlmittel gelangt.
12. Kühlanlage, mit einem mechanischen Verdichter, der eine Verdichterkammer aufweist, mit einem Verflüssiger, dessen Einlaß mit der Abgabeöffnung des Verdichters verbunden ist, mit einem Verdampfer, dessen Auslaß mit der Ansaugöffnung des Verdichters verbunden ist, mit den Verflüssigerauslaß mit dem Verdampfereinlaß verbindenden, eine Regeleinrichtung aufweisenden Mitteln, und mit einem im Verdichter, Verflüssiger, Verdampfer und den Verbindungsmitteln enthaltenen verdampfbaren Kühlmittel, das im Verdampfer verdampft und im Verflüssiger verflüssigt wird,

gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung zum Zuführen eines Teils des flüssigen Kühlmittels zum Verdichter und'Verdampfen dieses Teils, während dieser sich in Wärmeaustausch mit der Verdichterkammer, jedoch nicht in dieser befindet, wodurch die gebundene Verdampfungswärme des Kühlmittelteils die in der Verdichterkammer erzeugte Verdichtungswärme ausgleicht; und

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b) eine Einrichtung zum Mischen des durch Verdampfen des Kühlmittelteils gebildeten Dampfes mit dem vom Verdampfer durch den Verdichter zum Verflüssiger geleiteten Dampf.
13. Kühlanlage nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung Mittel aufweist zum Einführen des dampfförmigen 'Kühlmittelteils in die Verdichterkammer.
14. Kühlanlage nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einführmittel in bezug auf die Kammer so angeordnet sind, daß der Ansaugbetrieb an der Ansaugöffnung im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird.
15. Kühlanlage nach Anspruch 14, wobei der Verdichter ein Drehkolbenverdichter mit Schiebern ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführöffnung (47) mit der Verdichterkammer (14) so in Verbindung steht, daß immer wenigstens einer der Schieber (17) zwischen der Einführöffnung (47) und der Ansaugöffnung (19) liegt.
16. Kühlanlage nach Anspruch 14, wobei der Verdichter einen hin- und herbewegbaren Kolben hat, dadurch' gekennzeichnet, daß die Einführöffnung mit -der Verdichterkammer an einer Stelle in Verbindung steht, die dem Oberende des Kolbens (62) benachbart ist, wenn dieser sich im unteren Teil seines Hubes befindet.

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17· Kühlanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, .daß die Zuführeinrichtung eine Regeleinrichtung (46; 81) aufweist, durch die der Kühlmittelteil strömt, wodurch die Verdampfung des Kühlmittelteils ausgelöst wird.
18. Kühlanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (46; 81) nahe dem Verdichter angeordnet ist.
19. Kühlanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (46; 81) zusätzlich vorgesehen ist, und daß Mittel (43; 80) vorgesehen sind zum Zuführen von flüssigem Kühlmittel vom Verflüssiger zur zusätzlicnen Regeleinrichtung.
20. Kühlanlage nach Anspruch 12, ' dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung einen langgestreckten Kanal aufweist, der durch die Wand der Verdichterkammer verläuft.
21. Kühlanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal gewunden verläuft und hinreichend lang ist, so daß im wesentlichen der gesamte Kühlmittelteil verdampft ist vor Vermischen mit dem vom Verdampfer (53; 70) durch den Verdichter zum Verflüssiger (51; 73) geleiteten Dampf.
22. Kühlanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung durch die Wand der Verdichter-

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kammer verlaufende langgestreckte Kanäle (29-35; 83-96) aufweist, wobei ein Ende der Kanäle mit dem Auslaß des Verflüssigers (51; 73) in Verbindung steht, und daß die Mischeinrichtung eine die Verdichterkammer und das andere Ende der Kanäle verbindende Öffnung hat.
23. Kühlanlage nach Anspruch 22, wobei der Verdichter ein Drehkolbenverdichter mit Schiebern ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (47) so weit von der Ansaugöffnung (19) entfernt liegt, daß immer wenigstens ein Schieber (17) zwischen der Öffnung (47) und der Ansaugöffnung (19) liegt.
24. Kühlanlage nach Anspruch 22, wobei der Verdichter ein Kolbenverdichter ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (97) mit der Verdichterkammer nahe dem Oberende des Verdxchterkolbens (62) in Verbindung steht, wenn sich der Kolben (62) am Unterende seines Hubes be-' findet.
25. Verfahren zum Kühlen eines Bereichs oder Gegenstandes, unter Anwendung eines eine Verdichterkammer aufweisenden mechanischen Verdichters und eines verdampf- und verdichtbaren flüssigen Kühlmittels,
gekennzeichnet durch

a) Teilen des flüssigen Kühlmittels in zwei Teile;

b) Leiten eines Kühlmittelteils durch einen ersten Verdampfer und Leiten des resultierenden Dampfes in,die Verdichterkammer zum Verdichten desselben;

c) Führen des ersten Dampfvolumens in Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Bereich oder Gegenstand;

d) Leiten des zweiten Kühlmittelteils durch einen zweiten. Verdampfer und Leiten des resultierenden Dampfes zum Verdichten in die Verdichterkammer;·

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e) Führen des zweiten DampfVolumens in Wärmeaustausch mit der Verdichterkammer; und

■ £) Verflüssigen des aus dem Auslaß der Verdichterkammer austretenden verdichteten Dampfes und Wiederverwenden, der Flüssigkeit im Verfahren.

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