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Verfahren zur Reinigung des in einer Kältemaschinenanlage umlaufenden
Kältemittels. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des im Hauptpatent 459046
beschriebenen Verfahrens zur Kälteerzeugung, bei welchem das Kältemittel selbsttätig
während der Kälteerzeugungsarbeit gereinigt wird, und bei welchem die verfügbare
Wärme der aus dem Kondensator kommenden Flüssigkeit für die Reinigung der Kälteflüssigkeit
nutzbar gemacht wird, sowie einen Kälteerzeugungsapparat zur Ausführung dieses Verfahrens.
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In dem Kälteerzeugungssystem nach dem Hauptpatent wird eine nicht
verflüssigte Mischung von gasförmigen Verunreinigungen und etwas Dampf des Kühlmittels
vom Hauptkondensator durch einen wassergekühlten Hilfskondensator geführt, um den
Kältemitteldampf weiter zu verflüssigen, bevor die endgültige Trennung der gasförmigen
Verunreinigungen aus dem Kondensat erfolgt. Ferner wird zum Reinigen des flüssigen
Kältemittels und zum Abscheiden desselben in Dampfform aus Verunreinigungen, wie
0l, Wasser, Schmutz u. dgl., das flüssige Kältemittel während des Betriebes des
Systems der mittelbaren Heizwirkung eines aus dem Kondensator kommenden warmen Kältemittels
unterworfen.
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Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß Glas kalte, flüssige
Kältemittel, «-elches dem Reiniger zugeführt wird, vorteilhaft als Kühlmittel zum
Verflüssigen des Kältemitteldampfes aus den gasförmigen Verunreinigungen- verwendet
«-erden kann, indem der warme Dampf und die gasförmigen Verunreinigungen als Heizmittel
für den Reiniger benutzt werden, so claß der Hilfsverflüssiger fortfallen kann und
der Apparat vereinfacht wird. Es ist an sich bekannt, die Trennung von Kältemitteldampf
und den weniger flüchtigen Bestandteilen durch Wärme zu besorgen. Gemäß der Erfindung
wird nun die Wärme des aus dem Kondensator kommenden warmen Gemisches von Gas und
Dampf dazu nutzbar gemacht, das Kältemittel zu reinigen, welches seinerseits als
Kühlmittel zum Verflüssigen des Kältemitteldampfes von den nicht verflüssigbaren
L nreinlichkeiten dient; und ein und derselbe Teil des Apparates dient dem doppelten
Zweck als Hilfsverflüssiger und Reiniger. Durch dieVerwendung der warmen, nicht
verflüssigten Gase und Dämpfe aus dem Kondensator als Heizmedium im Reiniger wird
die latente Verdampfungswärme ebensowohl wie die Wärme der verflüssigten Kälteflüssib
keit zu Heizzwecken bei der Reinigung verwendbar,
so daß eine genügende
Reinigung mit einem verhältnismäßig geringen Volumen von Heizmedium gesichert ist.
Die Verflüssigung des Kältemitteldampfes im Gasgemisch wird ferner bei kleineren,
Wärme abgebenden Oberflächen bewirkt, als in einem @vassergekühlten Kondensator
nötig ist, da das flüssige Kältemittel aus dem Verdampfer eine niedrigere Temperatur
hat als das Kühlwasser.
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Die Erfindung bezweckt demnach, das Verfahren zur Kälteerzeugung in
den obener-,vähnten Hinsichten zu verbessern. Ferner soll die Erfindung ein Kälteerzeugungsverfahren
schaffen, nach welchem die Verflüssigung von Kältemitteldämpfen in einer Mischung
von Gas und Dampf, die aus dem Kondensator kommt, die Reinigung des flüssigen Kältemittels
ausführt, um dieses als Dampf aus den nicht verdampfbaren Verunreinigungen abzuscheiden.
Ferner bezweckt die Erfindung, die Schaffung eines Kälteerzeugungsapparates zur
Ausführung jenes Verfahrens herzustellen, in welchem ein und dasselbe Element des
Apparates dem doppelten Zweck als Verflüssiger und Reiniger dient, und weiterhin,
ein Verfahren zur Kälteerzeugung vorzusehen, nach welchem eine Mischung von Gas
und Dampf von einem aufsteigenden Strom des Gemisches im Hauptverflüssiger abgezweigt
wird, um durch Gewichtsunterschiede eine Vortrennung des kondensierbaren von den
nicht kondensierbaren Mitteln zu bewirken, bevor dann die endgültige Trennung durch
Verflüssigung im Reiniger erfolgt; und schließlich, ein praktisches Verfahren und
einen zuverlässigen und empfindlichen Apparat zur selbsttätigen Aufrechterhaltung
einer wesentlich gleichmäßigen Reinigungsarbeit ohne Rücksicht auf den Grad der
Reinheit der Flüssigkeit im Reiniger aufrechtzuerhalten, und die Kälteerzeugungsverfahren
und Apparate in anderer, nachstehend beschriebener und in den Ansprüchen beanspruchter
Hinsicht zu verbessern.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist Abb. i eine schematische Draufsicht
auf einen Kälteerzeugngsapparat nach der Erfindung.
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Abb.2 ist eine senkrechte Schnittansicht durch den Kondensator des
Kälteerzeugungsapparates.
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Abb.3 ist eine Teilschnittansicht, welche den Verdampfer und den verbesserten
Reinigerverflüssiger zeigt.
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Abb. q. zeigt in Ansicht den Reiniger und in teilweiser Schnittansicht
den Verdampfer. Abb.5 ist eine Schnittansicht nach der Mittelebene durch das Dampfabsperrventil
für den, Reinigerverflüssiger. Abb. 6 zeigt in senkrechter Schnittansicht das Reglerventil
für den Reinigerverflüssiger.
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Abb.7 ist eine Schnittansicht nach Linie 7-7 der Abb. q..
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In den Zeichnungen ist A der Verdampfer, B der Kondensator, C der
Verdichter eines Kälteerzeugungsapparates, vorzugsweise für den Betrieb mit Kältemitteln,
wie Dichloräthylen u. dgl., unter Vakuum, sowohl im Verdampfer A wie in dem
Kondensator B,
jedoch auch unter Verwendung anderer Drucke, wie z. B. Unterdruck
im Verdampfer A und Überdruck im Kondensator B, oder mit anderen Kältemitteln. Die
Dämpfe des Kältemittels werden aus dem Verdampfer A durch einen Verdichter C geeigneter
Bauart, vorzugsweise jedoch einen Schleuderverdichter, abgenommen.
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Aus dem Verdichter C werden die Dämpfe des Kältemittels einschließlich
Luft oder anderer nicht kondensierbaren Gase, welche in dem Kältemittel als Verunreinigungen
enthalten sind, in den Verflüssiger B durch ein Einlaßrohr io unter einem vorzugsweise,
aber nicht notwendigerweise, geringeren Druck als eine Atmosphäre eingeführt. Die
kondensierbaren Kältemitteldämpfe werden mit Hilfe von Wasser unter normalen Temperaturen,
oder mit Hilfe eines anderen. geeigneten Verflüssigungsmediums, welches durch geeignete
Röhren i i im Kondensatorgehäuse 12 um= läuft, verflüssigt. . Das Verflüssigungswasser
fließt vorzugsweise durch ein Einlaßrohr 13 am Kopfende des Kondensators ein, dann
zurück und weiter durch aufeinanderfolgende Gruppen von Röhren i i und schließlich
durch ein nicht dargestelltes Auslaßrohr am unteren Ende des Kondensators aus, so
daß das Wasser durch diese Röhre im Gegensatze zu dem dichtesten Dampf in den Verflüssiger
fließt, wie nachstehend erläutert werden wird. Geeignete Scheidewände oder Prallplatten
14. und 15 sind im Verflüssigergehäuse vorgesehen, um den Kältemitteldampf, welcher
in den Verflüssiger eintritt, zuerst nach abwärts über einen Teil der Kühlrohre,
dann unter der Wand 15 entlang und aufwärts über die übrigen Rohre in den durch
die Scheidewand 15 gebildeten aufsteigenden Kanal zu leiten, so daß der nicht kondensierte
Dampf zusammen mit Luft oder anderen gasförmigen Verunreinigungen, die darin. enthalten
sein könnten, in diesem Kanal aufsteigen muß, um zu einem am woberen Ende dies Kanals
vorgesehenen Auslaß zu gelangen, durch welchen der Dampf und die Gase aus dem Kondensator
abgesaugt werden. Die Mischung von Luft und Dämpfen, im Verhältnis von ungefähr
95 Prozent Dampf zu 5 Prozent' Luft, ist leichter als der Dampf allein, so daß infolge
des Gewichtsunterschiedes durch
Schwergewicht der Kältemitteldampf
sich von der Luft scheidet, mit dem Ergebnis, daß eine geringere Menge Dampf mit
der Luft am oberen Ende des Kanals abgesaugt wird. In dem ersten oder absteigenden
Kanal des Kondensators zwischen den Scheidewänden 14 und 15 wird wegen der größeren
Geschwindigkeit, mit welcher die Kältemitteldämpfe durch diesen Teil des Verflüssigers
fließen und alle Luft mit sich nehmen, keine Luft sich sammeln.
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Der dargestellte Kondensator B hat einen Sättiger 16, wie er im Hauptpatent
beschrieben ist, für den in den Kondensator eintretenden Dampf, der die Arbeit des
Kondensators erleichtert. Das verflüssigte Kältemittel fließt dann aus dem Kondensator
durch die Sättigungsvorrichtung 16 aus, durch welche der Kältemitteldampf von dem
Verdichter in den Kondensator geht. Wenn die den Kondensator verlassende gekühlte
Flüssigkeit den warmen Dampf trifft, welcher vom Verdichter durch den Sättigerkanal
16 fließt, kühlt und sättigt sie den Dampf so, daß, wenn der Dampf die Verflüssigerrohre
des Kondensators erreicht, er bereits abgekühlt und zu einem gewissen Grade verflüssigt
ist, so daß also die Arbeit des Kondensators insoweit erleichtert wird. Das verflüssigte
Kältemittel fließt vom Hauptkondensator durch Ausflußrohr i2a ab und wird dann wieder
in den Verdampfer A zurückgeführt.
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Gemäß dem Hauptpatent ist in dem oberen Teile des aufsteigenden Kanals
im Kondensatorgehäuse 12 ein wassergekühlter Hilfskondensator angeordnet, um den
nicht kondensierten Teil des Kältemitteldampfes aus der Luft oder anderen gasförmigen
Verunreinigungen zu verflüssigen und auszuscheiden. Es hat sich indessen herausgestellt,
daß diese Verflüssigungswirkung vorteilhaft unter For tlassung dieses Hilfskondensators
dadurch erzielt werden kann, daß der Reiniger nach der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, welcher die kalte Kälteflüssigkeit aus dem Verdampfer als Kühlmittel verwendet.
Dieses flüssige Kältemittel hat eine niedrigere Temperatur als Wasser von Normaltemperatur,
und folglich ist es möglich, eine kleinere Wärmeaustauschfläche und eine solche
von einfacherer Bauart für die gleiche Verflüssigungswirkung zu verwenden und zur
gleichen Zeit die Wärme, die in den aus dem Kondensator kommenden Gasen enthalten
ist, zur Reinigung der Kälteflüssigkeit und zur Abscheidung dieser Kälteflüssigkeit
alsDampf aus den nicht flüchtigen flüssigen Verunreinigungen, wie z. B. 01, Wasser
u. dgl., zu verwenden.
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Ein Dampfauslaßrohr 23 ist mit dem oberen Ende des aufsteigenden Kanals
des Kondensators B zu dem Zweck verbunden, die nicht kondensierten Kältemitteldämpfe
und gasförmigen Verunreinigungen mit Hilfe einer geeigneten Absaugvorrichtung aus
dem Kondensator abzusaugen. Diese Vorrichtung enthält eine Luft- und Dampfabscheidekammer
24, die neben dem Verdampfergebäuse angeordnet ist, und einen auf dieser Kammer
vorgesehenen Motor 25, welcher eine Pumpe antreibt, die Kältemittelflüssigkeit durch
einen Ejektor und Abscheider in dieser Kammer hindurchbewegt. Das Rohr 23 ist mit
diesem Ejektor verbunden, welcher den Dampf und die gasförmigen Verunreinigungen
aus dein Kondensator durch das Rohr 23 absaugt. Die nicht verflüssigten Bestandteile
an Luft und Gasen entweichen in die Atmosphäre aus der Ausscheidekammer 24 durch
ein Auslaßrohr 26, und das flüssige Kältemittel, welches in dieser Kammer 24 verflüssigt
und ausgeschieden wird, wird durch eine geeignete Einrichtung dem Verdampfer wieder
zugeführt. Auch andere geeignete Luftabsauge- und -abscheidemittel können verwendet
werden.
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Zwischen dem Kondensatorgehäuse 12 und der Ausscheidekämmer 24 ist
mit dem-Rohr 23 eine Verflüssigerschlange 27 verbunden,. oder aus dem Rohr 23 gebildet,
in solcher Anordnung, daß sie eine Reinigerkammer 28 heizt, welche vorzugsweise,
aber nicht notwendigerweise, von zylinderförmiger Gestalt ist und einen Deckel 29
hat. Ein Rückschlagventil D ist in der Rohrleitung 23, vorzugsweise zwischen dem
Kondensatorgehäuse a2 und der Reinigerkammer 28, angeordnet, damit diese Leitung
abgeschlossen wird, wenn der Apparat zum Stillstand kommt, aber selbsttätig geöffnet
wird beim Anlassen des Motors 25. Dieses Rückschlagventil kann von beliebiger Bauart
sein. Wie gezeigt, besitzt es einen Absperrkörper 30, welcher durch einen unter
der Wirkung einer Feder stehenden Kolben 31 gegen einen Ventilsitz 32 gedrückt
wird. Wenn an der Saugöffnung 33 des Rückschlagventils D ein Vakuum geschaffen wird,
so zieht sich eine balgförmige Membran 34 zusammen, und eine Stange 35 zwischen
dem Kopf der Membran und dem Ventilkörper 30 schiebt den Absperrkörper 3o
in die Öffnungsstellung, so daß Dampf durch das Rohr 23 und das Rückschlagventil
aus dem Kondensator B abgesaugt werden kann.
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Das flüssige Kältemittel wird dem Reiniger zwecks Reinigung während
der Arbeit des Kälteerzeugungsapparates vorzugsweise wie folgt zugeführt. Der Verdampfer
B (Abb. 4) hat ein Gehäuse 38 und eine große Zahl von Wärmeaustauschrohren 39, durch
welche Wasser oder ein anderes zu kühlendes Mediüm
fließt. Dieses
zu kühlende Medium wird in die Rohrschlange durch ein Einlaßrohr 4o geleitet und
durch ein Ausflußrohr 4o« abgeführt. In dem Verdampfergehäuse 38 ist oberhalb der
Röhren 39 eine Kammer 41 angeordnet, in welche die zu verdampfende Kälteflüssigkeit
aus dem Kondensator eingeführt wird. Die Kammer 41 hat eine siebförmige Bodenplatte
42, durch welche das flüssige Kältemittel auf die Röhren 39 in zahlreichen dünnen
Strahlen fließt. Eine Überlaufkammer 44 wird durch eine Zwischenwand 45 in der Kammer
41 gebildet, und das obere Ende eines Überlaufrohres 46 ist über dem Boden der überlaufkammer
so angeordnet, daß, wenn die Kälteerzeugungsanlage arbeitet, ein Teil der Kälteflüssigkeit
fortgesetzt aus der Kammer 44 in das Rohr 46 überfließt. Dieses Rohr 46 führt die
Kälteflüssigkeit in einen Trichter 48 am oberen Ende des Standrohres 49. Quer über
das obere Ende dieses Trichters ist ein feines Drahtgewebe 5o gespannt, um das überspritzen
von schmutziger Flüssigkeit aus dem Standrohr 49 in das Verdampfergehäuse 38 zu
verhindern. Das Standrohr 49 ist am unteren Ende mit einem Rohr 4911 verbunden,
welches aus dem Verdampfergehäuse 38 hinausführt und in den Boden der Reinigerkammer
28 mündet.
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Die Kälteflüssigkeit steigt daher in der Reinigerkammer 28 um die
Verflüssigerschlange 27 bis zu einem Spiegel auf, welcher vom Flüssigkeitsstand
im Standrohr 49 und ferner vom Dampfdruck oberhalb der Flüssigkeit in der Reinigerkammer
abhängig ist, da, sobald der Druck in der Reinigerkammer28 eine gewisse Höhe erreicht,
die aus dem Röhr 46 überfließende Flüssigkeit über den Trichter 48 fließen wird,
weil das Standrohr 49 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Ein Dampfrückführungsrohr 53
verbindet das obere Ende der Reinigerkammer 28 mit dem Verdampfergehäuse 38 und
ist mit einem von Hand zu bedienenden Abschlußventil 52 bekannter Bauart ausgestattet.
In dem Dampfrohr 51 ist eine Drosselungsvorrichtung 53 (Abb. 7) zwischen dem Ventil
52 und der Reinigungskammer 28 vorgesehen, welche aus einer im Rohr auswechselbaren
Ouerplatte 54 besteht, mit einer Öffnung 55 für den Durchtritt des Dampfes. Der
Dampfdruck in der Reinigerkammer 28 hängt von der Größe dieser Drosselöffnung ab,
und jeder gewünschte Druck kann erreicht werden, indem man eine Platte mit einer
Öffnung geeigneter Größe verwendet.
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In dem vom Standrohr 49 zum Boden der Reinigerkammer 28 führenden
Rohr 49a ist ein empfindliches Reglerventil 56 angeordnet, welches vorzugsweise
wie folgt gebaut ist: Eine biegsame Membran 57, welche das Ventilgehäuse in eine
obere und untere Kammer unterteilt, trägt einen Ventilsitz 58 mit einem Flüssigkeitskanal
58d in der Mitte. Der Absperrkörper 59 hat eine genutete Führungsstange 6o, die
in dem Kanal 58a geführt und normal zwischen einer Anschlagschraube 61 über dem
oberen Ende der Stange und einer unter Federwirkung stehenden Sicherheitsanschlagschraube
62 unter dem unteren Ende des Ventilkörpers ruht. Das Ventilgehäuse hat eine Einläßöffnung
63 unterhalb der Membran 57 und eine Auslaßöffnung 64 oberhalb der Membran. Das
Ventil verhindert den Rückfluß von Flüssigkeit aus der Reinigerkammer 38. Sobald
indessen der Flüssigkeitsstand im Standrohr 49 groß genug wird, um den Druck des
Dampfes in der Reinigerkammer 28 zu überwinden, wird die Membran 57 nach aufwärts
durchgebogen, so daß sie den Ventilsitz von dem Absperrkörper abhebt und Flüssigkeit
aus dem Standrohr 49 in die Reinigerkammer 28 einlaufen läßt. Im Falle eines ungewöhnlichen
hohen Druckes in der Reinigerkammer gestattet die Sicherheitsschraube, daß das Ventil
mit dem Ventilsitz in der Richtung nach unten nachgibt, so daß, obgleich das Ventil
geschlossen gehalten wird, jegliche Beschädigung für das Ventil oder dessen Sitz
vermieden ist.
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Es ist wünschenswert, daß die Kälteflüssigkeit in wesentlich gleichmäßigem
Grad gereinigt wird, auch wenn seine Reinheit verschieden ist, und die beschriebene
Einrichtung ist für diesen Zweck besonders geeignet. Die warmen Dämpfe aus dem Kondensator
B geben beim Durchgang durch die Verflüssigerschlange 27 Wärme durch die Wand dieser
Schlange an die Kälteflüssigkeit in der Reinigerkammer ab, welche diese Schlange
umgibt, und bringen so diese Kälteflüssigkeit zum Sieden, so daß Dämpfe aus der
Kälteflüssigkeit entwickelt werden, welche durch die Drosselöffnung 55 und das Rückleitungsrohr
51 in das Verdampfergehäuse 38 strömen. Nach längerer Betriebsdauer wird die Flüssigkeit
in der Reinigungskammer 28 mehr und mehr durch Beimischungen, wie Öl, Wasser u.
dgl, verunreinigt, so, da.B die Verdampfungsleistung, bezogen auf die Wärineaustauschfläche,
sich allmählich verringert. Solange die Kälteflüssigkeit in der Reinigerkammer 28
frisch ist, entwickeln sich die Dämpfe schnell, und der verhältnismäßig hohe Dampfdruck,
welcher in der Reinigerkammer durch die Drosselöffnung 55 erzeugt wird, überwiegt
den Druck der Flüssigkeitssäule in dem Standrohr 49, so daß das Ventil 59 geschlossen
bleibt und den Flüssigkeitsstand 65 in der Reinigungskammer 28 verhältnismäßig
niedrig
erhält, wobei ein kleinerer Teil der Verflüssigerschlange 27 in Berührung mit dieser
Flüssigkeit ist, also eine Verminderung der Verdampfung verursacht wird. Je mehr
aber die Flüssigkeit verunreinigt wird, um so langsamer erfolgt die Verdampfung,
so daß der Dampfdruck sich verringert und das Ventil 59 sich öffnen kann, so daß
die Flüssigkeit in der Reinigerkammer 28 höher steigt, in Übereinstimmung mit der
Flüssigkeitssäule im Standrohr .t9. Somit wird die effektive Verdampfung pro Zeiteinheit
des Kältemitteldampfes, welcher durch das Rohr 51 fließt, selbsttätig wesentlich
gleichmäßig erhalten, unabhängig von der Reinheit der Flüssigkeit in dieser Reinigerkammer.
Die beschriebenen Regelungseinrichtungen für den Reiniger sind sehr empfindlich.
Das Reglerventil wird sich bei sehr geringen Veränderungen in der Höhe der Flüssigkeitssäule
im Standrohr öffnen und schließen und eine wesentlich gleichmäßige Wirkung des Reinigers
aufrechterhalten.
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Wenn das öl, Wasser und andere Verunreinigungen sich in einer
genügenden Menge in der Reinigerkammer gesammelt haben, wird diese Flüssigkeit aus
der Reinigerkammer abgelassen. Zu diesem Zwecke ist ein Abzugsrohr 66 mit Handventil
67 in der Bodenplatte des Reinigers angeordnet und ein. Lüftungsrohr 68 mit Ventil
69 am oberen Ende der Reinigerkammer 28. Zum Abziehen der verunreinigten Flüssigkeit
aus der Reinigerkammer 28 wird das Danipfauslaßventil 52 zuerst geschlossen und
das Lüftungsventil 69 geöffnet, so daß das teilweise Vakuum in der Reinigerkammer
28 gestört und der Druck in dieser Kammer so erhöht wird, daß sich das Reglerventil
56 schließt. Das Abzugsventil 67 wird dann geöffnet und die Flüssigkeit abgelassen,
worauf die Ventile 67 und 69 geschlossen werden und das Ventil 52 wieder geöffnet
wird, wodurch der Apparat wieder beginnt, seine zweifache Aufgabe als Reiniger und
Kondensator zu erfüllen. Ein Flüssigkeitsstandglas 70 bekannter Bauart kann
zwischen das Rohr 51 und das Rohr .1.9d eingeschaltet werden, uni den Flüssigkeitsstand
in der Reinigerkammer 28 anzuzeigen, ebenso wie die Farbe und Reinheit der Flüssigkeit.
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Durch die Verwendung des Reinigers als Hilfsverflüssiger für den dem
Hauptkondensator entnommenen Dampf und durch Verwendung der kalten Kälteflüssigkeit
aus dein Verdampfer als Kühlmittel in dem Hilfsverflüssiger wird die Verflüssigersclilange,
welche für die gewünschte Kondensationswirkting nötig ist. wesentlich kleiner als
bei der Verwendung von Kühlwasser, (Ja die Temperatur dieses K-ltemittels wesentlich
niedriger-ist als die Normaltemperatur von Kühlwasser, so daß die Kondensation wirksamer
und vollständiger wird. Andererseits wird durch die Verwendung der Dämpfe aus dem
Hauptkondensator als Heizmittel für den Reiniger an Stelle von warmer Kälteflüssigkeit
aus dem Kondensator die gebundene Verdampfungswärme der kondensierten Dämpfe in
der Verflüssigerschlange 27 frei für die Reinigung der Kälteflüssigkeit in der Reini`erkammer
28, während bei Verwendung von Kälteflüssigkeit aus dem Kondensator nur die Wärme
der Flüssigkeit für die Reinigung zur -Verfügung steht und eine große Menge der
Flüssigkeit in Umlauf gebracht werden müßte, nur um den gewünschten Reinigungsgrad
zu erzielen.