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Verfahren zur Regelung der Leistung von Kältemaschinen mit Schleuderverdichter.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Kälteerzeugungsanlagen mit
Schleuderverdichtern, die verhältnismäßig große Gasmengen (wie Äthylchlorid, Tetrachlorkohlenstoff,
schweflige Säure usw.) bei niedrigen Drücken und verhältnismäßig geringenDruckstufen
verdichten. Die Regelung geschieht in der Weise, daß bei konstanter Drehzahl des
Verdichters das flüssige Kältemittel im Verdampfer einem durch eine besondere Pumpe
bewirkten Umlauf über die Wärmeaustauschflächen unterworfen wird und daß dieser
Umlauf hinsichtlich seiner Menge geregelt wird.
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Die neue Regelung macht dabei von der bemerkenswerten Eigenschaft
der Schleuderverdichter Gebrauch, ciaß deren Betrieb insofern nachgiebig und unstarr
ist, als ihr Einlaß oder Auslaß ohne übermäßige Drucksteigerung und ohne jede Steigerung
der Betriebskraft, ja sogar unter Ersparnis an Antriebskraft geschlossen werden
kann, und Insofern, als die Leistung der Maschine selbsttätig ab- -oder zunimmt,
je nach den Erfordernissen und der Belastung bis zu voller Leistung oder noch etwas
darüber hinaus bei nur ganz geringen Druckänderungen, d. h. mit nur ganz geringer
Änderung des Temperaturgefälles zwischen Verdampfer und Kondensator.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Maschine zur Ausübung des neuen Verfahrens
ist in der Zeichnung in einem senkrechten Schnitt dargestellt. A ist der
Verdampfer, B der Kondensator und C der Schleuderverdichter, der das verdampfte
Kühlmittel aus dem Verdampfer ansaugt und es unter höherem Druck in den Kondensator
befördert.
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Der Verdampfer A ist folgendermaßen aufgebaut: i ist ein oberer, 2
ein unterer Sammelraum für die zu kühlende Flüssigkeit (Wasser, Salzlösung o. dgl.).
Beide Sammelräume sind durch eine große Anzahl von senkrechten Röhren 3 miteinander
verbunden. Die zu kühlende Flüssigkeit tritt durch ein Rohr q. in den unteren Sammelraum
ein, fließt aufwärts durch die Röhren 3 auf der einen Seite einer Trennwand 3 im
unteren Sammelraum, durchfließt dann den oberen Sammelraum i und fließt durch die
übrigen Röhren 3 wieder heraus nach dem Rohr 6. Unmittelbar unter dem oberen Sammelraum
i befindet sich ein Hohlraum 7, der von den Röhren 3 durchsetzt wird. Von dieser
Kammer 7 erstrecken sich Röhren 8 nach unten, wobei jede Röhre8 eine der Röhren
3 umgibt und am unteren Ende offen ist. Diese Röhren verjüngen sich zweckmäßig allmählich
nach oben. Ein Sammelraum E für die Kühlflüssigkeit befindet sich im GehäuseD unterhalb
des Verdampfers. Die Kühlflüssigkeit wird aus diesem Sammelraum mit einer Pumpe
F durch ein Rohr g nach dem Sammelraum 7 gefördert und fließt aus diesem Sammelraum
7 in dünnen Schichten an den inneren Röhren 3 innerhalb der kegeligen Röhren 8 herab.
Alle aus den unteren,
offenen Enden der Röhre 8 austretende Flüssigkeit
fließt in den Sammelbehälter E über den Rand des unteren Sammelbehälters 2 des Verdampfers
herab.
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Zweckmäßig wird einMehrstufenschleuderverdichter benutzt mit einer
Mehrzahl von Läufern 11, 12, 13 und 1q., -deren Zahl entsprechend dem. gewünschtenDruckunberschied
zu wählen ist. Diese Läufer sind auf einer senkrechtenWelle 15 befestigt, die sich
durch die Mitte der Maschine erstreckt.
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Der Verdichter arbeitet in der üblichen Weise, wobei der in der Mitte
des ersten Läufers i i eintretende Dampf durch dessen Kanäle am Umfang in die Kammer
16 dieses Läufers austritt, dann in ähnlicher Weise durch die nächstfolgenden Läufer
und Kammern strömt und endlich aus der letzten Kammer 16 durch geeignete Auslaßöffnungen
i9 im Verdichtergehäuse 17 in den es umgebenden ringförmigen Kondensator B ausströmt.
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Zwischen der zweiten und dritten und zwisehen -der dritten und vierten
Stufe des Verdichters sind Kühlschlangen 24 bzw. 25 angeordnet, um die Temperaxunzunahme
des Dampfes im Verdichter infolge der Verdichtung zu verringern. Diese Kühlschlangen
können in irgendeiner geeigneten oder gebräuchlichen Weise ausgeführt sein.
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Zum Antrieb des Verdichters dient ein Elektromotor G o. dgl., der
sich über dem Gehäuse D befindet und dessen Welle in geeigneter Weise mit dem oberen
Ende der Verdichterwelle 15 gekuppelt ist.
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Die PumpeF für das Kühlmittel ist zweckmäßig in wagerechter Lage in
dem Sammelraum E angeordnet und unmittelbar auf das untere Ende der Verdichterwelle
15 aufgesetzt.
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Der Kondensator B ist zweckmäßig aus ringförmig gewundenen Röhren
aufgebaut, welche das Verdichtergehäuse innerhalb (lcs Gehäuses D umgeben.
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Wenn die Maschine arbeitet, so wird das flüssige Kühlmittel aus dem
Sammelraum E mittels der Pumpe F durch das Rohr 9 in den Sammelraum 7 des Verdampfers
gefördert und fließt zwischen :den inneren und den äußeren Röhren des Verdampfers
herab, wobei es infolge Wärmeaufnahme aus der zu kühlenden Flüssigkeit im Innern
der Röhren 3 verdampft wird. Der nicht verdampfte Rest des Kühlmittels fließt in
den Sammelraum E zurück, während der aus den unteren Enden der :Röhren 8 ausströmende
Dampf aus dem oberen Teil -des Gehäuses D durch den Verdichter unter Drucksteigerung
in den Kondensator B befördert wird. Bei Berührung mit den Kühlröhren wird der-
Kühlmitteldampf kondensiert und das Kondensat sammelt sich dichtamBoden desKondensators
und fließt infolge seines Eigengewichtes und des Druckunterschiedes zwedkmäßig durch
ein von einem Schwimmer betätigtes Ventil 33 in den Sammelraum E zurück.
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Zur Regelung des Zuflusses der Kühlflüssigkeit zum Verdampfer dient
ein in Abhängigkeit von der Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit stehender Thermostat
36, der in Wirkungsverbindung steht mit dem thermostätisch geregelten Ventil
37 in dem Ausiaßrohr 9 dies Umlaufes für das Kühlmittel. Dieses Ventil kann
von einer Feder geschlossen werden, wenn die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit
unter die erwünschte, vorbestimmte Temperatur sinkt, für welche der Thermostat eingestellt
ist, und das Ventil wird zur Freigabe des Durchtrittes des Kühlmittels zum Verdampfer
geöffnet durch den Dampf im Thermostaten, wenn die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit
über eine vorbestimmte Grenze steigt. Die Regelung verändert die Belastung entsprechend
der Größe der zugelassenen Verdampfung und -der Größe der .im Verdampfer oder "Kühler
zustande kommenden Kühlwirkung, was wesentlich ist mit Rücksicht auf die Verwendung
von Flüssigkeiten, die sich ähnlich wie Wasser 'verhalten, so daß die Gefahr eines
Einfrierens vermieden ist. Vom Standpunkt der mechanischen Ausführung aus hat sie
den Vorteil eines äußerst einfachen Regelungsmittels in Gestalt eines thermostatischen
V entiles, das gegen geringe Drücke wirkt und einen besonders dichten Abschluß nicht
erfordert.
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Ein wesentliches Merkmal bei dieser Art, das Kühlmittel zur Oberflächenkühlung
zu verwenden, liegt darin, daß es eine sehr einfache Sache ist, die thermostatische
selbsttätigeRegelungeinzuführen, welchedieZufuhr des Kühlmittels zu den Kühlflächen
absperrt und -die Größe der Kühlwirkung so begrenzt, daß jede gewünschte Temperatur
im Verdampfer oder Kühler erhalten werden kann, wobei der Verdichter in der Weise
mitwirkt, daß er die Leistung und den Energiebedarf in der vorher erläuterten Weise
vermindert. Sie bietet auch noch den Vorteil, daß beim Abschalten des Verdichters
praktisch jede weitere Kühlwirkung aufhört, da keine erheblicheMenge vonKühlflüssigkeit
vorhanden ist, um weiter zu verdampfen. Ein weiterer Vorzug liegt in dem kleinen
Gesamtvolumen der benötigten Kühlmittelmenge.
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Regelungseinrichtungen der beschriebenen Art sind nur bei den Kühlsystemen
anwendbar, bei denen ein Kreiselverdichter, -gebläse oder -kompressor verwendet
wird, der im wesentlichen gleichbleibenden Druckunterschied liefert. Bei jedem der
genannten Verdichter
vermindert sich der Energiebedarf selbsttätig
mit derBelastung, ohne daß irgendeine Geschwindigkeitsregelung nötig wäre, wie man
sie bei starrwirkenden Kompressorrri oder Vakuumpumpen benötigt.
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Die beschriebene Regelung kann ergänzt werden durch eine Regelung
des Küblwasserdurchflusses.