DE454891C - Kompressionskaeltemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompressionskältemaschine, bei der das aus dem Kondensator kommende verflüssigte Kältemittel im Verdampfer bei einem unterhalb des Atmo-Sphärendruckes liegenden Druck verdampft. Gemäß der Erfindung wird an Stelle der sonst durch den oder die Nutzkühler geführten besonderen Flüssigkeit (Salzlösung o. dgl.) ein Teil des im Verdampfer befindliehen flüssigen Kältemittels durch eine Pumpe in den Nutzkühler gedrückt, wo es unter höherem als Atmosphärendruck steht und somit flüssig bleibt, während es durch Abführung der Nutzkälte bis nahe an seinen diesem Druck entsprechenden Siedepunkt erwärmt wird. Sodann gelangt dieser Teil der Kälteflüssigkeit in den Verdampfer, wird dort entspannt und mindestens teilweise verdampft. Der verdampfte Teil strömt zum

ao Verdichter, während der flüssig bleibende Teil sich mit dem im Verdampfer befindlichen flüssigen Kältemittel vermischt.

Diese zweifache Verwendung des verdampften Kältemittels, einmal zur Kälte-

S5 gewinnung durch Verdichtung, Kondensation und Verdampfung und zweitens zum Kältetransport nach dem Nutzkühler als nicht zur Verdampfung gelangende Flüssigkeit, ergibt besondere Einfachheit des Systems bei besonders günstigem Wirkungsgrad.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Abb. ι zeigt einen senkrechten Schnitt durch die ganze Kältemaschine.

Abb. 2 zeigt in senkrechtem Schnitt in größerem Maßstab den Flüssigkeitsabschluß am oberen Teil des Verdampfers.

Abb. 3 ist ein wagerechter Schnitt nach Linie 3-3 der Abb. 2.

Abb. 4 ist ein Schnitt nach Linie 4-4 der Abb. ι in größerem Maßstab.

Abb. 5 ist ein Achsialschnitt in größerem Maßstab durch den Verdampfer.

Der Verdampfer ist mit A bezeichnet; B ist der Kondensator, C ein Kreiselverdichter, der das verdampfte Kältemittel aus dem Verdampfer saugt und ihn unter höherem Druck dem Kondensator zuführt, der es wieder verflüssigt und in flüssigem Zustand dem Verdämpfer erneut zuführt. Eine Pumpe E fördert die im Verdampfer sich ansammelnde Kältemittelflüssigkeit durch eine oder mehrere Kühlschlangen F oder ein geschlossenes Röhrensystem zurück in den Verdampfer.

Der Kondensator B und der Verdichter C, welcher das verdampfte Kältemittel aus dem Verdampfer saugt und es dem Kondensator zuführt, kann in irgendeiner geeigneten Weise durchgebildet und angeordnet sein.

G ist der Antriebsmotor für den Verdichter.

Der dargestellte Kondensator B besitzt beiderseits Kopfstücke oder Sammelräume 5 und 6, die miteinander durch wagerechte Röhren für das Kühlwasser oder das Kühlmittel verbunden sind. Diese Röhren sind in einem die beiden Kopfstücke verbindenden Gehäuse 7 eingeschlossen. Das Kühlwasser wird dem Kopfstück 5 durch einen Stutzen 8 zugeführt und fließt durch die unterhalb einer Scheidewand 9 in dem Kopfstück 5 angeschlossenen Röhren, durchströmt sodann das andere Kopfstück 6 und die übrigen Röhren zurück zu dem Kopfstück 5 nach einem Ausfluß stutzen 10. Das verdampfte Kältemittel wird im Kondensator bei Berührung mit den Röhren kondensiert und das unten im Kondensatorgehäuse sich ansamao melnde Kondensat wird durch den Druckunterschied im Verdampfer und Kondensator durch ein Rohr 11 in den unteren Raum des Verdampfers zurückgeführt, wo es sich ansammelt. Das flüssige Kältemittel expandiert bei der Ausströmung aus dem Rohr 11 in den Verdampfer und bringt dadurch eine Temperaturabnahme zustande. Die Ausströmung aus dem Rohr 11 in den Verdampfer ist zweckmäßig der Regelung durch ein Schwimmerventil 12 unterworfen zwecks Aufrechterhaltung eines bestimmten Flüssigkeitsspiegels im Verdampfer. Das Schwimmerventil kann in irgendeiner geeigneten Weise ausgebildet sein.

Die Verdampferkammer besteht vorzugsweise aus einem aufrechtstehenden zylindrischen Geträ^ise 14. Die Umlaufpumpe E für das flüssige Kältemittel und ein Turbinenoder Zerstäuberrad / sind in dieser Kammer auf einem Gerüst 15 angeordnet, das mittels geeigneter Tragorgane von oben in das Gehäuse hineingehängt ist. Die vertikale Pumpenwelle 16 ist in einem geeigneten Lager 17 am Gerüst 15 gelagert, oben in einem Lager 18 am stillstehenden Gehäuse und zweckmäßig mit der Welle eines kleinen Antriebselektromotors 19 gekuppelt, der oben auf dem Gehäuse 14 befestigt ist.

Sowohl die Pumpe als auch die Turbine oder die Zerstäubungseinrichtung für das flüssige Kältemittel sind im Verdampfergehäuse untergebracht und oben am Gehäuse ist ein Flüssigkeitsabschluß für die Welle vorgesehen. Das Turbinenrad / ist auf dem unteren Teil der Welle oberhalb der Pumpe gasdicht befestigt. Über dem Schaufelrad wird die Welle von einem Rohr 25 umgeben, das unten mit einem Flansche 26 ausgestattet ist. Das untere Ende des Rohres ist durch eine Scheibe 27 abgeschlossen, welche die Welle über einer nach oben gerichteten Schulter 28 auf dieser Welle umgibt. Der Flansch 26 ist mit dem Schaufelrad dicht verbunden, beispielsweise mittels Bolzen 29, welche diese Teile durchdringen, und die Verbindung zwisehen den sich berührenden Flächen der Scheiben 27 und des Schaufelrades ist in irgendeiner geeigneten Weise gasdicht gemacht, z. B. durch Packungen 30 in Nuten zwischen den sich berührenden Flächen und zwischen der Scheibe 27 und der Schulter 28 der Welle. Das Rohr 25 besitzt größere lichte Weite als dem Durchmesser des von ihm umgebenden Wellenteiles entspricht, so daß ein ringförmiger Zwischenraum in dem Rohr um die Welle freibleibt, und in diesem Zwischenraum befindet sich gleichfalls ein stillstehendes Abschlußrohr 32, das jenen Zwischenraum in eine innere und äußere ringförmige Abschlußkammer 33 bzw. 34 abteilt. Dieses Abschlußrohr 32 ist' oben an dem unteren Ende eines Rohres 35 befestigt, das durch Lötung oder in irgendeiner anderen Weise gasdicht in der Durchlaßöffnung 36 des Gehäusedeckels für die Pumpenwelle festgemacht ist und sich nach unten erstreckt. Die Röhren 32 und 35 sind miteinander ebenfalls durch Lötung oder in irgendeiner anderen Weise gasdicht verbunden. Die Abschlußkammern 33 und 34 sind lang genug und enthalten genügend Quecksilber, um eine Quecksilbersäule von mindestens 800 mm in der äußeren Abschlußkammer 34 zu ergeben. Auf diese Weise ist ein Quecksilberabschluß geschaffen, der im Verdampfergehäuse ein gutes Vakuum zu erhalten gestattet. Unten ist das . Abschlußrohr 32 zweckmäßig umgebördelt oder mit einem Flansch 37 versehen, der in eine ringförmige Erweiterung 37° der Bohrung des Rohres 25 sich erstreckt. Ein Expansionsgefäß 38 für die äußere Abschlußkammer 34 wird zweckmäßig durch eine abnehmbare Kappe 38" gebildet, die auf das obere Ende des Rohres 25 geschraubt ist. Auf dem unteren Ende des Rohres 35 ist ein stillstehender Schaufelkranz 39 befestigt, dessen Schaufeln in die Expansionskammer 38 hineinragen. Die Verbindung zwischen der Kappe 38« und dem oberen Teil des äußeren Rohres 25 ist durch irgendeine Packung abgedichtet.

Wenn die Pumpe umläuft, so verursacht die Zentrifugalwirkung des Quecksilbers in dem umlaufenden Rohr 25 und die Druckdifferenz in der inneren und der äußeren Ab-Schlußkammer ein Steigen des Quecksilbers in der äußeren Kammer 34 bis zu einer Höhe, die abhängig ist von der Höhe des Vakuums oder der Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Verdampfergehäuses und der Umgebung. Die Expansionskammer 38 oben auf der Abschlußkammer bietet eine Erweiterung

dar, in welcher sich das Quecksilber ansammeln kann, falls es über den Rand der äußeren Kammer hinaussteigt, und die stillstehenden Schaufeln 39 in jener Kammer verhindern den Umlauf des Quecksilbers in der Kammer und verhüten somit auch, daß das Quecksilber durch Zentrifugalwirkung ausgeschleudert wird.

Das Rohr 25, das mit der Pumpenwelle 16 ίο und dem Schaufelrad umläuft, ist zweckmäßig oben und unten in Kugellagern 40 und 41 gelagert, die von Armkreuzen 42 und 43 getragen werden, die sich von dem Traggerüst 15 nach innen erstrecken. Die Pumpe E, welche das flüssige Kältemittel vom Bodenteil des Verdampfergehäuses 14 ansaugt, fördert es durch ein Rohr 62 nach dem Nutzkühler F, wo es unter mehr als Atmosphärendruck steht und nicht ganz bis zu dem jenem Druck entsprechenden Siedepunkt erwärmt wird. Dann gelangt es, und zwar unter Druck durch ein Rohr 63, zu einer oder mehreren Düsen 64, aus denen es gegen das Schaufel- oder Zerstäuberrad / ausströmt, wobei eine geradezu vollständige Zerstäubung des Kältemittels und augenblickliche Verdampfung mit entsprechender Temperaturabnahme im Verdampfer herbeigeführt wird. Die Flüssigkeitsteilchen, welche zu Boden fallen und sich unten im Verdampfergehäuse 14 ansammeln, um erneut durch die Pumpe E dem Umlauf zugeführt zu werden, haben dieselbe Temperatur wie die verdampfte Flüssigkeit. Das Ausströmen der Flüssigkeit gegen das Schaufelrad / ruft ein Drehmoment an diesem Schaufelrad hervor, das den Motor 19 beim Antrieb der Pumpe E unterstützt, so daß nur ein verhältnismäßig kleiner Antriebsmotor für die Pumpe nötig ist.

Ein zusätzliches Ventil 65 irgendeiner geeigneten Bauart ist in dem Rücklaufrohr 63 vorgesehen. Dieses Ventil kann in Abhängigkeit vom Druck im Umlaufsystem des Kältemittels geöffnet werden, wenn ein bestimmter Höchstdruck erreicht wird, um einen Rückdruck auf das Umlaufsystem zu verhüten. Zweckmäßig befindet sich dieses zusätzliche Hilfsventil in einer Abzweigung 66 des Rücklaufrohres, und diese Abzweigung ist mit einer Düse versehen, die gegen das Schaufelrad I gerichtet ist. Auf diese Weise wird jeglicher dampfförmige oder flüssige Teil des Kältemittels, der durch das zusätzliehe Hilfsventil gelangt, für den Antrieb des Turbinenrades nutzbar gemacht. Der Siedepunkt des verwendeten Kältemittels bei atmosphärischem Druck liegt stets oberhalb jeder natürlicherweise vorkommenden Temperatur der Atmosphäre. Somit kommt im Nutzkühler oder den Röhren des Umlaufsystems kein Dampf zustande. Im Nutzkühler herrscht ein verhältnismäßig niedriger Druck, zweckmäßig nicht mehr als eine Atmosphäre Überdruck.

Wenn der Nutzkühler F zum Kühlen einer Flüssigkeit wie z. B. Wasser benutzt wird, wie in den Zeichnungen dargestellt, so wird zweckmäßig eine selbsttätige Regelung vorgesehen, die das Gefrieren des Wassers verhütet. Für diesen Zweck ist ein Dampfdruckthermostat 67 in dem Wasserausflußrohr 68 des Kühlers dargestellt, der mit einem Ventil 69 im Rücklauf rohr für das Kältemittel in Wirkungsverbindung steht. Sinkt die Temperatur des Wassers unter diejenige Temperatur, für welche der Thermostat eingestellt ist, so wird am Ventil 69 eine Absperrung oder eine Drosselung des Umlaufes des Kältemittels durch die Kühlschlange-F hervorgebracht und so weiterer Rückgang der Temperatur des Wassers verhütet.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Kompressionskältemaschine, bei der das aus dem Kondensator kommende verflüssigte Kältemittel im Verdampfer bei einem unterhalb des Atmosphärendruckes liegenden Druck verdampft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des im Verdampfer befindlichen flüssigen Kältemittels durch eine Pumpe in einen Nutzkühler, in dem ein über dem Atmo- sphärendruck liegender Druck herrscht, gedrückt wird, hier durch Abführung der Nutzkälte bis nahe an seinen dem Druck entsprechenden' Siedepunkt erwärmt und sodann wieder in dem Verdampfer entspannt wird, worauf der verdampfe Teil in den Verdichter gelangt, während der flüssig bleibende Teil sich mit dem im Verdampfer befindlichen flüssigen Kältemittel vermischt.
2. 2. Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Nutzkühler kommende Kälteflüssigkeit beim Eintritt in den Verdampfer gegen ein Schaufelrad entspannt wird, welches die nutzbare Strömungsenergie der Kälteflüssigkeit einschließlich der im Nutzkühler aufgenommenen Wärmeenergie dem Antrieb der Pumpe zuführt, die die Kälteflüssigkeit in den Nutzkühler drückt.
3. 3. Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Zerstäuberschaufelrad auch die Pumpe für das Hineindrücken der Kälteflüssigkeit in den Nutzkühler im Verdampfergehäuse untergebracht ist.

   4- Kältemaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das die Pumpe und das Zerstäuberrad umgebende Verdampfergehäuse in einem mit Sperrflüssigkeit gefüllten Behälter eingetaucht ist, wobei die Durchtrittsstelle der senkrechten Pumpenwelle durch . das Verdampfergehäuse von einer Ringwand (60) umgeben ist, welche den Flüssigkeitsspiegel der Sperrflüssigkeit überragt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.