-
Selbsttätige Regulierung einer Kälteanlage mit Kreiselverdichter Veränderliche
Kälteleistung oder Änderung der Kühlwassertemperatur -im Verflüssiger bedingt einerseits
die Anpassung des Kompressors an die neuen Verhältnisse zwecks Gleichhaltung der
Verdamp-fertemperatur und andererseits die Verstellung des Drosselventils zwecks
Gleichhaltung des Flüssigkeitsstandes im Verdampfer und Verflüss:iger, was für einegleichbleihende,
möglichstivirtschaftliche Flächenbelastung notwendig ist.
-
Es sind nun Regulierungen vorgeschlagen worden, bei welchen die Drehzahl
des Kreiselverdichter@s beeinflußt wird von: a) Verda.mpferdruck und Flüssigkeitsstand
im Verdampfer oder Verflüssiger, b) Verflüs.sigerdruck.
-
Für die Verstellung des Drosselventils wurde vorgeschlagen, entweder
den Flüssigkeitsstand im Verdampfer oder Verflüssiger oder den Verdarnpferdruck
zu benutzen.
-
Die Regulierung unter a, kombiniert mit der letztgenannten selbsttätigen
Verstellung (les Drosselventils, kommt den eingangs erwähnten Forderungen am nächsten.
Sie hat aber den Nachteil, daß sowohl die Drehzahl als auch die Stellung des Drosselventils
von der gleichen Stelle aus betätigt werden, also z. B. vom Verdampferdruck oder
vom Flüssigkeitsstand, was Pendelungen zur Folge haben muß.
-
Die Regulierart unter b weist denselben ,Tuchteil auf und kann außerdem
die Verdampfertemperatur nicht konstant halten.
-
Vorliegende Erfindung weist diese Nachteile nicht auf. Sie besteht
darin, daß der Verdichter gleichzeitig vorn Verdampfer- und Verflüssigerdruck sinngemäß
beeinflußt wird, während das Drosselventil vom Flüssigkeitsstand im Verdampfer oder
Verflüssiger betätigt wird. Die beiden getrennten Regulierungen, nämlich die Anpassung
des Verdichters und diejenige des Drosselventils an den jeweiligen Kältebedarf oder
an die Kühlwassertemperatur im Verflüssigen werden somit bei dieser Anordnung von
getrennten Stellen aus betätigt, und zwar von solchen, die eine möglichst direkte
Auswirkung ergeben.
-
Die Steuerung trägt so den besonderen Eigenschaften einer Kälteanlage
Rechnung. Sowohl steigender Konden.satordruck als euch steigender Verdampferdruck
sollen die Drehzahl erhöhen, damit der Kompressor gegen den höheren Kondensatordruck
eine gleichbleibende Menge umwälzen kann bzw. bei zunehmendem Kältebedarf eine größere
Menge fördert bei gleichbleibendem bzw. nur wenig ansteigendem Verdampferdruck.
Beide Forderungen würden durch einen einfachen, vom Verdampferdruck abhängigen Druckregler
erfüllt, d. h. bei veränderlicher Verflüssigungstempera.tur würde dieser Regler
nicht vom steigenden Verflüssigungsidruck, sondern von dein infolge abnehmender
Fördermenge zunehmenden Verdampferdruck geregelt. Der Kompressor würde also indirekt
den neuen Verhältnissen angepaßt. Bei der Anordnung gemäß vorliegender Erfindung,
bei welcher nebst dem Verdampferdruck auch der Verflüssigerdruck
auf
den Druckregler einwirkt, wird der Hauptreguliervorgang durch direkte Einwirkung
erzielt. Dabei muß allerdings berücksichtigt werden, daß der vom Verflüssigerdruck
abhängige Regler nicht auf gleichbleibenden Verflüssigerdruck regulieren darf, sondern
er muß im Gegenteil den Verdachter der momentanen Verflüssigertemperatur bzw. dem
zugehörigen Druck anpassen. Er kann also nicht auf einen bestimmten gleichbleibenden
Wert regulieren und bedarf deshalb eines zweiten Hilfsorgans, nämlich des vom Verdampferdruck
abhängigen Druckreglers, welcher die endgültige Feinregulierung übernimmt. Dieser
Regler kann auch mit einem Zentrifugalregler kombiniert werden, welcher die Drehzahl
der Antriebsturbine unabhängig vom Dampfdruck konstant hält. Dieser Regler muß aber
so eingerichtet sein, daß er dem Druckregler nachlaufen kann, welcher allein die
jeweils notwendige Drehzahl vorschreibt, während der Zentrifugalregler jede beliebige
Zwischendrehzahl konstant halten soll, so daß Dampfdruckschwankungen nicht durch
Änderungen im Kältekreislauf über die entsprechenden Regulierorgane ausgeglichen
werden müssen. Die Kombination eines Druckreglers irgendwelcher Art mit einem Zentrifugalregler
ist bereits bekannt durch das Patent 304531.
-
Abb. i zeigt das Schema einer vollständig selbsttätigen Regulierung
einer Kälteanlage. Es bedeutet: i der Kreiselverdichter, 2 Druckleitung des Verdichters
bis Verflüssiger, 3 Verflüssiger, 4 Flüssigkeitsleitung vom Verflüssiger bis Verdampfer,
5 Niveauregler mit 6 Drosselventil und Schwimmer 6', 7 Verdampfer, 8 Saugleitung
vonVerdaxnpfer 7 über Niveauregler 5 bis Verdichter i, 9 Antriebsmaschine, i o Regelventil
zu g, i i Kraftkolben zu i o, 12 Relaisbüchse des Druckreglers, 13 Relaisbüchse
des Zentrifugalreglers, 14 Zentrifugalregler, 15 Antrieb zu 1q., 16 Treibmittel
für Kraftkolben i i, 17 durch Relaisbüchsen 12, 13 gesteuerte Treibanitteknenge,
18 Druckreglergehäuse, i9 unter Verdampferdruck stehender Druckkolben, 2o unterVerflüss
igerdruck stehender Druckkolben, 21 Feder, 22 Verstellvorrichtung, 23 Zuleitung
für Verdampferdr,uck, 24 Zuleitung für Verflüssigerdruck.
-
Zum Schema ist allgemein zu sagen, daß die Anordnung der Flüssigkeitsleitung
und der Saugleitung 8 beispielsweise so getroffen ist, daß beide Leitungen sich
in dem Gehäuse des Niveaureglers 5 kreuzen. Diaamt bezweckt ran bekanntlich einerseits
eine Trocknung 3es vom Verdampfer zum Verdichter fließen-3en Dampfes, und zweitens
gibt man der vom Verflüssiger kommenden Flüssigdeeit (Leitung 4) Gelegenheit, den
sich im Drosselventil 6 bildenden Dampf direkt dem Kompressor zuzuführen, während
er anderseits unnötigerweise durch den Verdampfer gehen müßte. In der gezeichneten
Form hält nun dieser Niveauregler den Flüssigkeitsstand im Verdampfer, mit welchem
er kommuniziert, konstant. Steigender Flüsigkeitsstand schließt das Drosselventil
6 mittels Schwimmer 6'.
-
Die Auswirkung der Regulierung wird in drei Beispielen erläutert:
A. Der Wärmeanfall 0 im Verdampfer steigt bei gleichbleibender Verflüssigertemperatur
i. Der V@rdampferdruck steigt; 2. die Durchflußmenge durch das Drosselventil 6 sinkt
.infolge des verkleinerten Druckgefälles; 3. das Flüssigkeitsniveau in 5 sinkt;
4. das Drosselventil 6 öffnet und stellt das Gleichgewicht zwischen Verdichter und
Drosselventil her; 5. der erhöhteVerdampferdruck öffnet über Leitung 23, Kolben
i9 und Relaisbüchse 12, Kolben i i das Ventil i o der Antriebsturbine 9; 6. die
Drehzahl des Verdichters wird erhöht, bis der Verdampferdruck trotz gestei-;erten
i Wärmeanfall 0 wieder auf den ursprünglichen Wert gesunken ist.
-
Im Diagramm der Fig.2 ist dieser Vor-;ang durch die Punkte ff und
D ,dargestellt. Der ursprüngliche Betriebspunkt A als Schnittpunkt der Druckvolumenkurve
n mit ler Widerstandsparabel o des Drosselventils jerschiebt sich bis zum Punkt
D als Schnitt-)unkt der neuen Druckvolumenkurve n und ler neuen Widerstandsparabel
2 des Drossel-7fentils. Das Fördervolumen des Verdichters i lat also von V zu V'
zugenommen.
-
B. Die Kühlwassertemperatur im Verflüssiger steigt bei gleichbleiibender
Kälteleistung i. Der Verflüssigeridruck steigt; 2. die Durchfllußmenge durch das
Drosselrentil vergrößert sich infolge des höheren )ruckg efälles ; 3. das Flüssigkeitsniveau
in 5 steigt; 4. :das Drosselventil 6 schließt und stellt das ileichge-,vicht her
zwischen Verdichter und )ross-elventil; 5. der erhöhteVerflüssigerdruck öffnet über
:eitung 24, Kolben 20, Relais 12, Kraftkol- i >en ii das Ventil i o; 6. die Drehzahl
des Verdichters wird eriöht, und zwar um einen ganz bestimmten, furch die Regulierverhältnisse
festgelegten Jetrag. Der Betriebspunkt A verschiebt sich i Maibei auf den PunktB,
welcher einerseits dem Lauen Verflüssngerdruck p2' und anderseits
der
neuen Drosselventilstellung i' entspricht (Fig. 2). Diese neue Gleichgewichtslage
tritt nun allerdings bei verminderter Umlaufmenge Vr statt LT ein, so daß bei gleichbleibender
Kälteleistung der Verdampferdruch steigen muß 7. der steigende Verdam fer druck
erhöht die Drehzahl von tax auf n', bei -welcher Drehzahl im Punkte C auch die ursprüngliche
Kälteleistung wieder erreicht wird, nachclean auch der 'Niveauregler Idas Drosselventil
von der Stellung i' in die Stellung i nachreguliert hat. Der vom Verflüssigerdruck
abhängige Druckregler 2o hatte also lediglich die Aufgabe, auf direktem Wege den
Verdichter bzw. dessen Antriebsmaschine dem erhöhten V erflüssigerdruck möglichst
gut anzupassen, während der vom Verdampferdruck abhängige Druckregler i9 die endgültige
Einstellung für gleichbleibende Kälteleistung bei gleichbleibendem Verdampferdruck
besorgt hat.
-
Gleichzeitige Betriebsänderungen gemäß A und B ergeben natürlich eine
verstärkte Regulierwirkung im vorgenannten Sinne.
-
C. Der Kältebedarf sinkt, und die Verflüssigertemperatur steigt i.
Der Verdampferdruck sinkt, und der Verflüssigerdruck steigt; 2. die Durchflußmenge
durch das Drosselventil steigt infolge des vergrößerten Druckgefälles; 3. das FlüssiglLeitsniveau
in 5 steigt; q.. das Drosselventil 5 schließt und stellt das Gleichgewicht zw ischen
Verdampfer und Drosselventil her; 5. wenn die Drucksenkung im Verdampfer gegenüber
der Druckerhöhung imVerflüssiger sich @im Druckregler 18 (Kolben i9 und 2o) aufhebt,
bleibt die Drehzahl .des Verdichters unverändert, d. h. in diesem Falle genügt der
Druckanstieg derDruckvolumenkurve (Fig.2), wie er bei abnehmendem Volumen und gleichbleibender
Drehzahl in der Regel auftritt, für die Überwindung des vergrößerten Druckgefälles,
oder, mit anderen Worten, das den kleineren Kältebedarf entsprechend geringere Volumen
und der höhere Flüssigkeitsdruck liegen auf einer Linie bleicher Drehzahl; 6. überwiegt
d ieZunahme.desVerflüssigung sdruckes die Abnahme des Verdampferdruckes, so erhöht
sich die Drehzahl, und umgekehrt.
-
Die Regulierung paßt somit sowohl den Verdichter als auch das Drosselventil
allen Betriebsverhältnissen an und dies auf möglichist direktem-Wege. Mittels Hähnen
oder Blenden 25 und 26 läßt sich der Druck auf Kolben 2o beliebig einstellen. An
Stelle der beiden Kolben kann auch ein einiger Kolben benutzt werden gemäß Fig.3,
an welchem V erdamp@fer und Verflüssiger mittels Leitung <3 und 24 und Hähnen
2,5 und 26 -angeschlossen sind.