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Verfahren zum Kühlen von Sperrflüssigkeit Die vorliegende Erfindung
betrifft eine Abscheide-, Sammel- und Kühlvorrichtung für Kompressionskältemaschinen,
die mit Flüssigkeitsablichtung in einem rotierenden Verdichter betrieben werden.
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Bei Kältemaschinen, die mit Betriebsflüssigkeit (Schmier-. Abdichtungs-
bzw. Sperrflüssigkeit) arbeiten, ist es bekannt, die Flüssigkeitsabscheide- und
Sammelräume, clen Kühler für die Betriebsflüssigkeit und Gien Kondensator zu vereinigen,
die Flüssigkeitssammelräume miteinander kommunizierend zu verbinden und ein solches
Gewichtsverhältnis und Trennvermögen der beiden Flüssigkeiten zu wählen, daß letztere
aufeinanderschwimmen. Desgleichen ist es be-I:annt. daß etwa in den Kondensator
gelangte Betriebsflüssigkeit aus diesem fallend die schwimmende Schicht der Kältemittelflüssig-I:eit
durchdringt und sich dem Kreislauf der Betriebsflüssigkeit wieder beimischt.
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Die erforderliche Abführung der Betriebsflüssigkeitswärine im Kühler
hat man bei diesen bekannten Vorrichtungen bisher durchweg mit Wasserkühlung erreicht.
Das hat den Nachteil, daß ein Teil der Kältemitteldämpfe schon im Kühler vorzeitig
niedergeschlagen wird. Da im Kondensator dann diese Teilmengen fehlen, diese vielmehr
sich im Zwange der Strömung mit der Betriebsflüssigkeit vermischen und mangels der
nötigen Zeit zur Wiedertrennung mit in den Verdichter gelangen, so ist ein störungsfreier
und wirtschaftlicher Betrieb solcher Art nicht möglich.
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Man hat deshalb vorgeschlagen, zwischen dem Kondensator und dem Kühler
ein bestimmtes Temperaturabhängigkeitsverhältnis dadurch zu schaffen, daß dieselbe
Kühlwassermenge zuerst den Kondensator und dann den Kühler durchfließt, womit erreicht
werden soll, daß die untere Abkühlungsgrenze der Betriebsflüssigkeit im Kühler höher
liegt als die Verflüssigungstemperatur im Kondensator. Das mit dieser Maßnahme erstrebte
Ziel, nämlich Vermeidung einer vorzeitigen Verflüssigung von Kältemitteldämpfen
im Kühler, oder mit anderen Worten, die Trennung der Kältemitteldämpfe in unverflüssigtem
Zustand von der Betriebsflüssigkeit, ist aber nicht erreichbar, weil es praktisch
gar nicht möglich ist, die Temperaturzonen des Kühlwasserstromes mit der erforderlichen
Genauigkeit auf Kondensator und. Kühler zu verteilen, sei es, weil die Kondensatorleistung
oder die durchfließende Kühlwassermenge oder die Kühlwassertemperatur Schwankungen
unterworfen sind, oder aus sonstigen Gründen.
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Die vorliegende Erfindung weicht von den bisher bekannten Vorrichtungen
vollkommen ab, indem sie vor allen Dingen für die Kühlung der Sperrflüssigkeit weder
Kühlwasser noch überhaupt ein besonderes Kühlmittel benötigt. In der nachfolgenden
Beschreibung ist die Abscheide-, Sarnmel- und Kühlvorrichtung
für
die von den verdichteten Kältemitteldämpfen herangeführte warme Sperrflüssigkeit
kurz. mit »Abscheider« und der !tommunizierend verbundene Sammler für Kältemittelflüssigkeit
und kalte Sperrflüssigl<eit kurz mit »Sammler« bezeichnet. Die Erfindung besteht
zunächst darin, daß der _ Abscheider als Wärmeaustauscher gestaltet und in das im
kommunizierenden Sammler auf der Sperrflüssigkeit schwimmende oder sie tragende
flüssige Kältemittel eingetaucht ist, so daß die warme Sperrflüssigkeit ihre Wärme
durch die Wandungen des Wärmeaustauschers hindurch an das flüssige Kältemittel abgibt
und es zur Verdampfung bringt, wodurch also die Sperrflüssigkeit abgekühlt wird.
Weiter besteht die Erfindung darin, daß die durch diesen Vorgang im Sammler entstehenden
Kältemitteldämpfe in den Kondensator geleitet und hier gleich den _ vom Verdichter
gelieferten Kältemitteldärnpfen verflüssigt werden, daß ;also der Kondensator im
Gegensatz zu den bisher bekannten Einrichtungen neben seiner eigentlichen unmittelbaren
Bestimmung noch die Aufgabe hat, mittelbar auch die Sperrflüssigkeitswärme abzuführen.
Es ist dabei gleichgültig, ob der Kondensator mit Wasserkühlung oder mit Luftkühlung
arbeitet, immer fallen ihm nach der Erfindung diese beiden Aufgaben zu. An der Erfindung
ändert es indessen nichts, wenn nicht ein gemeinsamer Kondensator, sondern zwei
einzelne Kondensatoren angeordnet sind, wovon der eine die vom Verdichter kommenden
Kältemitteldämpfe und der andere die vom vorstehend erwähnten Wärmeaustauscher kommenden
Kältemitteldämpfe verflüssigt. Weil nun die von der Sperrflüssigkeitswärme herrührende
Verdampfung der Kältemittelflüssigkeit im Sammler unter Kondensätordruck vor sich
geht und nach dem Verflüssigungsgebiet des Kondensators hin ein gewisses Temperaturgefälle
notwendig bestehen muß oder, mit anderen Worten, weil schon die im Sammler entstehenden
Kältemitteldämpfe keinen anderen Ort zur Verflüssigung finden als im Kondensator,
so ist es unmöglich, daß von den vom Verdichter gelieferten Kältemitteldämpfen auch
nur die geringste Menge vorzeitig im Gebiet des Abscheiders zum Niederschlag kommen
kann. Im Gegenteil: es gelangt im Abscheider sogar noch etwas von den verdichteten
Dämpfen in diesen mitgeführtes tropfbar flüssiges Kältemittel durch die Berührung
mit der warmen Sperrflüssigkeit restlos zur Verdampfung. Die schwimmende Ansammlung
der Kältemittelflüssigkeit auf der kalten Sperrflüssigkeit oder umgekehrt, im Sammler,
die Scheidung dieser Flüssigkeiten sowie ihre kommunizierende Verbindung untereinander
entsprechen an sich bekannten Anordnungen.
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Es geht aus dem Gesagten hervor, daß die gekühlte Sperrflüssigkeit,
wenn sie den Abscheider bzw. Sammler verläßt, keinerlei Beimengung von Kältemittel
enthält, daß dem Verdichter also stets reine Sperrflüssigkeit zugeführt wird. Hierin
besteht der Hauptvorteil der Erfindung, weil die Ansaugeleistung des Verdichters
nicht durch schädliche Verdampfung von Kältemittel aus der Sperrflüssigkeit vermindert
werden kann und es nicht vorkommt, daß der Bestand der Kältemittelfüllung im Kondensator
in Frage gestellt ist. Tatsächlich haben praktische Versuche ergeben, daß der Wirkungsgrad,
d. h: das Verhältnis des Kraftverbrauches zur nutzbaren Kälteleistung, nach der
Erfindung erheblich höher ist als bei den bisher bekannten Einrichtungen. Weitere
wesentliche Vorteile der Erfindung sind die große Einfachheit der Gesamtanordnung
und die sich daraus ergebenden geringen Baukosten derselben, was bei einem Vergleich
mit den bisher bekannten Anlagen und deren meist umständlichen Rohrschlangenkühlern
usw. leicht zu erkennen ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Die Druckleitung a führt das Gemisch vom rotierenden Verdichter zum
Abscheider, der aus dem oberen Abscheide- und Fallrohr b, dem Wärmeaustauscher c
und dem unteren Sammelraum d besteht. Dieser Abscheider b, c, d steht
oben und unten in offener Verbindung mit dem ihn umschließenden Sammler e. Beim
Austritt des Gemisches aus der Rohrmündung a entweichen die Kältemitteldämpfe in
den oberen Teil des Abscheiders und Sammlers, und die mitgeführte Sperrflüssigkeit
trennt sich von den Dämpfen nach bekanntem Abscheidev organg infolge des großen
Gewichtsunterschiedes zwischen Dampf und Flüssigkeit sowie des Stromrichtungswechsels
und der Ouerschnittserweiterung, fällt im Fallrohr b herab und sammelt sich im Wärmeaustauscher
c und Sammelraum d. Die Kältemitteldämpfe gelangen aus dem oberen Teil des Sammlers
e durch die Rohrleitung f nach dem Kondensator g, wo sie verflüssigt werden. Das
verflüssigte Kältemittel sammelt sich, nach unten durch Rohrleitung h fallend, im
Sammler e. Die Füllüngsrnengen der Sperrflüssigkeit und der Kältemittelflüssigkeit
im Abscheider und Sammler werden so gewählt, daß der untere Teil des Sammlers e,
der-mit dem Sammelraum d des Abscheiders in offener Verbindung steht, mit Sperrflüssigkeit
bis zu einer gewissen Höhe gefüllt ist, so daß die Kältemitteltlüssigkeit im Sammler
auf der spezifisch
schwereren Sperrflüssigkeit schwimmt. Im Sammler
e bestehen also zwei Flüssigkeitsspiegel, der untere Sperrflüssigkeitsspiegel n
und der obere Kälteinittelflüssigl:eitsspiegel L. Der Sperrflüssigkeitsspiegel
in. ini Abscheiderfallrohr h liegt im Verhältnis der beiden Füllhöhen im
Sammler sowie der spezifischen Gewichte beider Flüssigkeiten niedriger als der Kälteinittelflüssigkeitsspiegel
1. Der Abscheider h, c, d ist nun zum -rößten Teil in das flüssi-e Kältemittel
eingetaucht. Durch seine Rohrwandungen und vor allein durch die Wandungen des Wärtneaustauscliers
,- wird die Wärine der Sperrflüssigkeit auf die Kälteiliittelflüssigl:eit überfragen,
infolge des zwischen den Flüssigkeiten liier bestehenden Temperaturunterschiedes.
wodurch die Kälteniittelflüssigkeit zur Verdampfung gelangt. Die entstehenden Dämpfe
gelangen nun ebenfalls durch Rohrleitung f in den Kondensator- und werden hier verflüssigt.
und die Flüssigkeit sammelt sich ebenfalls inl Saininler e schwimmend auf der Sperrflüssigkeit
an. Sperrflüssigkeitsreste, die finit den Dämpfen etwa in den oberen Teil des Sammlers
e oder in den Kondensator g gelangen. sammeln sich, durch die schwiminende Schicht
der Kältemittelflüssigkeit hindurchfallend, im unteren Teil des Sammlers e und mischen
sich der hier befindlichen Sperrflüssigkeit bei. Die gekühlte, reine Sperrflüssigkeit
gelangt durch die Rohrleitung i zum Verdichter zurück. Die Entnahme des flüssigen
Kältemittels zum Verdampfer erfolgt durch die Rohrleitung h.
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Die Umschließung des Abscheiders h, c, d durch den Sammler e, die
Herstellung der weit offenen Verbindung, oben des Abscheiderfallrohres h und unten
des Abscheidersainitielrauines d, mit dem Innenraum des umschließenden Sammlers,
ferner die Abtrennung des Kältemittelflüssigkeitssanimlers vorn Kondensator zu dem
Zweck, eine einfache Gesamtanordnung der beschriebenen Vorrichtung und größtmögliche
Unabhängigkeit in der Lage dieser Vorrichtung zum Kondensator zu erreichen, sind
Bestandteile der Erfindung.
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Es entspricht nach bekanntem Vorgang der Anwendung der Erfindung,
daß die Flüssigkeiten aufeinandersch-,vimmen. In dein vorstehenden Ausführungsbeispiel
ist angenominen, daß die Kältemittelflfissigkeit auf der Sperrflüssigkeit schwimmt.
Ebensogut kann also umgekehrt ein solches Gewichtsverhältnis der beiden Flüssigkeiten
gewählt werden, daß die Sperrflüssigkeit auf der Kältemittelflüssigkeit schwimmt.