DE530406C - Verfahren zur Kaelteerzeugung - Google Patents

Description

Kompressionskältemaschinen, wie sie in Kälteanlagen vielfach, insbesondere zum Betriebe von Haushaltkühlschränken, benutzt werden, werden in der Regel so betrieben, daß verhältnismäßig kurze Arbeitsperioden des Kompressors mit verhältnismäßig langen Betriebspausen abwechseln. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Kälte, z, B. mittels Sole, zu speichern, wenn man ein allzu häufiges Ein- und Ausschalten des Maschinensatzes und damit allzu kurze Arbeits- und Stillstandsperioden vermeiden will. Die hiermit zusammenhängenden Nachteile (z. B. die indirekte Kühlwirkung und die damit verbundene Notwendigkeit tieferer Verdampfertemperatur, die Beschränkung der Wärmeabgabe des Kondensators auf die Arbeitsperioden des Kompressors und die damit verbundene Notwendigkeit intensiver Konden-

ao satorkühlung) zu vermeiden und eine Kälteanlage mit Kompressionskältemaschine zu schaffen, die bei einfacher Bauart und wirt-. schaftlicher Arbeitsweise eine lückenlose Kälteleistung des Verdampfers ermöglicht, ist

&5 der Zweck der Erfindung.

Gemäß der Erfindung wird der angegebene Zweck mittels eines intermittierend betriebenen Kompressors und eines zur vorübergehenden Aufnahme von gasförmigem Arbeitsmittel während des Kompressorstillstandes dienenden Absorptionsgefäßes dadurch erreicht, daß das gasförmige Arbeitsmittel aus der Absorptionsflüssigkeit infolge der mit der Kompressortätigkeit und dem Sinken der Verdampfertemperatur verbundenen Druckab-Senkung ausdampft und die Absorptionslösung durch die beim Prozeß der Kompressionskältemaschine selbst frei werdende Wärme allein oder in Verbindung mit der Wärme der Umgebung'beheizt wird. Das Absorptionsgefäß kann dabei im Zuge einer im Betriebe dauernd offenen Leitung liegen, durch welche das gasförmige Arbeitsmittel vom Verdampfer zum Kompressor gelangt. Eine besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich, wenn man den Kompressor oder besser noch das aus Kompressor und Antriebsmotor bestehende Maschinenaggregat in die Absorptionsflüssigkeit hineinlegt, wodurch in erster Linie eine erhebliche Geräuschverminderung beim Arbeiten des Kompressors, daneben aber noch andere Vorteile erzielt werden, von denen später die Rede sein wird. Um die infolge der Ausdampfung von gasförmigem Arbeitsmittel eintretende Temperaturabsenkung der Absorptionsflüssigkeit zu verringern, versieht man das Gefäß, das die Absorptionsflüssigkeit enthält, zweckmäßig mit besonderen Wärmeaustauschflächen (Rippen o. dgl.). Auch kann es vorteilhaft sein, den Kondensator in der Absorptionsflüssigkeit anzuordnen. Man kommt dann

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Paul Scholl in Berlin-Siemensstadt.

mit einer wesentlich kleineren Kondensatoroberfläche aus, als - wenn der 'Kondensator unmittelbar durch Luft gekühlt würde.

In der- Zeichnung- ist- die Erfindung durch zwei Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht, deren jedes eine mit einem Kühlschrank zusammengebaute Kompressionskältemaschine wiedergibt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach, Abb. ι ίο befindet sich im oberen Teile des Kühl-. schrankes ι der in Form einer Rohrschlange ausgebildete Verdampfer 2. An das obere Ende des Verdampfers 2 schließt sich eine Leitung 3 an, die in ein nach allen Seiten abgeschlossenes, auf dem Kühlschrank 1 angeordnetes Gefäß 4 hineingeführt ist und unter dem Spiegel einer in diesem Gefäß enthaltenen Absorptionsflüssigkeit 5 (z. B. wässeriger Ammoniaklösung) endet. Das Absorptionsso gefäß 4 ist an seinem Umfange mit rippenförmigen Wärmeaustauschflächen 6 versehen. Die Absorptionslösung 5 füllt den Irmenraum des Gefäßes 4 nicht vollständig aus, sondern läßt einen Gasraum frei, der mittels einer Leitung 7 mit einem kleinen,, als Flüssigkeitsabscheider dienenden Gefäß 8 verbunden ist. Von dem Flüssigkeitsabscheider 8 führt eine Gasleitung 9 zur Saügseite°des Kompressors 11, der mitsamt seinem Antriebsmotor 10 innerhalb der Absorptionsflüssigkeit 5 angeordnet ist. Die gemeinsame Welle des Maschinensatzes ist durch Stopfbuchsen hindurchgeführt. Von der Druckseite des Kompressors 11 führt eine Leitung 12 zu einem auf die Rippen 6 schraubenförmig aufgewickelten Rohr 13, das den Kondensator der Kältemaschine darstellt. Das Ende des Rohres 13 ist an eine Leitung 14 angeschlossen, die in einem Reduzierventil 15 endigt. Durch dieses Ventil kann das durch die Leitung 14 zugeführte flüssige Arbeitsmittel in den Verdampfer 2 übertreten und bei dem dort herrschenden geringeren Druck verdampfen. Die beigefügten Pfeile geben die Richtung an, in welcher das^ Arbeitsmittel die Kältemaschine im Kreislauf durchströmt. An den Verdampfer 2 ist noch eine in der Stromzuführung zum Kompressormotor 10 liegende, in der Zeichnung nicht dargestellte, selbsttätig wirkende Schaltvorrichtung angeschlossen, die in bekannter Weise so eingerichtet ist, daß der Kompressormotor beim Erreichen einer bestimmten oberen bzw. unteren Druckgrenze ein- bzw. ausgeschaltet wird. Die beschriebene Kompressionskältemaschine wird in folgender Weise betrieben: Sobald im Verdampfer die obere Grenze des zur Betätigung des Druckschalters erforderlichen Druckes erreicht ist, schaltet sich der Kompressormotor 10 selbsttätig .ein, und der Kompressor 11 beginnt zu arbeiten. Er saugt ] dabei durch die Leitung 9 gasförmiges Arbeitsmittel (Ammoniak) an. Dieses wird über den Flüssigkeitsabscheider 8 und das Rohr 7, durch welches mitgerissene Flüssigkeit zurückläuft, aus dem Gasraum des Absorptionsgefäßes 4, in dem etwa derselbe niedrige . Druck wie im Verdampfer herrscht, entnommen und durch gasförmiges Arbeitsmittel (Ammoniak) ersetzt, das vom Verdampfer 2 her über die Leitung 3 unterhalb des Spiegels der Absorptionsflüssigkeit 5 in das Gefäß 4. eintritt. Das vom Kompressor. 11 angesaugte und verdichtete Arbeitsmittel gelangt durch die Leitung 12 in den Kondensator 13 und wird hier unter Wärmeabgabe an die Umgebung verflüssigt. Die Leitung 14 führt das Kondensat dem Reduzierventil 15 zu. Die durch das Ventil 15 hindurchtretenden und entspannten Kondensatmengen verdampfen im Verdampfer 2 unter Kälteleistung, und zwar wird zunächst, wie bei derartigen Kompressionskältemaschinen üblich, etwas mehr Kälte erzeugt, als dem durchschnittlichen Bedarf des Kühlraumes entspricht. Das verdampfte Arbeitsmittel gelangt über die Leitung 3 und durch die Absorptionsflüssigkeit 5 hindurch in den Gasraum des Absorptionsgefäßes 4 zurück. Eine Absorption findet dabei nicht statt, weil der über der Absorptionsflüssigkeit vorhandene Gasdruck bei der herrschenden Konzentration kleiner ist als der Lösungsdruck des Arbeitsmittels in der Ab- · Sorptionsflüssigkeit. Je mehr nun infolge der lebhaften Verdampfertätigkeit die Temperatur des Verdampfers 2 und damit der Druck in diesem sich verringert, desto mehr nimmt infolge der fortgesetzten Ausdampfung der Absorptionsflüssigkeit deren Konzentration an gasförmigem Arbeitsmittel ab. Hierbei findet eine Abkühlung der Absorptionslösung statt, doch wird diese Abkühlung bis zu einem gewissen Grade dadurch aufgehoben, daß der Absorptionsflüssigkeit aus der Umgebung Wärme zuströmt. Diese Wärmemengen werden zum Teil dem Kompressoraggregat 10, 11, zum Teil der an den Kühlrippen 6 entlang streichenden Luft entnommen. Infolgedessen erfährt die Absorptionslösun'g 5 bei ihrer Ausdampfung die gewünschte Konzentrationsverminderung, die nicht eintreten würde, wenn ihr aus der Umgebung keine Wärme in genügender Menge zuströmen könnte. Während die Kältemaschine in der angegebenen Weise arbeitet, verdichtet der Kompressor sowohl die unmittelbar vom Verdampfer stammenden als auch die aus der Absorptionsflüssigkeit ausgedampften Mengen gasförmigen Arbeitsmittels.

Ist nun die Kühlraumtemperatur und damit auch der Druck im Verdampfer 2 bis auf die vorgesehene untere Grenze herabgesunken, so

wird durch den Druckschalter der Kompressormotor io selbsttätig abgeschaltet, und die Arbeit des Kompressors 11 hört auf. Obwohl nun keine Absaugung von Arbeitsmittel aus dem Gasraum des Absorptionsgefäßes 4 mehr stattfindet, geht die Verdampfertätig-• keit, wenn auch in etwas verringertem Grade, weiter, da das verdampfte Arbeitsmittel nunmehr von der Absorptionsflüssigkeit 5 absorbiert wird. Die hierzu erforderliche Druckerhöhung kommt dadurch zustande, daß die dem Verdampfer 2 aus seiner Umgebung zuströmende Wärme die Verdampfertemperatur und damit den Druck im Verdampfer allmählieh heraufsetzt. Dies tritt aber ein, sobald die infolge der verminderten Verdampfung vom Verdampfer abgegebene Kälte den Durchschnittsbedarf des Kühlraumes an Kälteleistung unterschreitet. Die geschilderte Tätigkeit des Verdampfers hält bei genügendem. Vorrat an Arbeitsmittelkondensat so lange an, bis die obere Druckgrenze, auf die der selbsttätige Motorschalter eingestellt ist, wieder erreicht ist und der Kompressor wieder in Gang gesetzt wird. Das Spiel beginnt dann von neuem, d. h. es wird wieder gasförmiges Arbeitsmittel aus der Absorptionslösung 5 ausgedampft, vom Kompressor 11 angesaugt und in diesem verdichtet. Infolge der intensiven Absaugung des gasförmigen Arbeitsmittels durch den Kompressor 5 steigt die Kälteleistung des Verdampfers wieder über den durchschnittlichen Kältebedarf des Kühlraumes an. Damit ist dann wieder eine während der Laufzeit 'des Kompressors anhaltende Druck- und Temperaturabsenkung im Verdampfer verbunden. Es wechseln auf diese Weise dauernd Arbeitsperioden und Betriebspausen des Kompressors bei ununterbrochener Kälteerzeugung im Verdampfer. Die während des Kompressorstillstandes im Gefäß 4 erzeugte Absorptionswärme wird durch die Kühlrippen 6 nach außen abgeführt. Dabei findet, solange sich noch kein Gleichgewicht zwischen erzeugter und nach außen abgegebener Wärme hergestellt hat, eine Temperaturerhöhung statt. Die Wärmeabgabe des Maschinensatzes setzt sich also auch während der Betriebspausen des Kompressors fort. Um einen etwa gleich großen Betrag ist während der Laufzeit des Kompressors wegen des gleichzeitig stattfindenden Wärmeverbrauchs der Absorptionslösung 5 die Wärmeabgabe an die Umgebung geringer. Diese Vergleichmäßigung bedeutet wegen der damit verbundenen Möglichkeit der Verringerung der Wärmeaustauschflächen einen nicht zu unterschätzenden Vorteil.

Ein weiterer Vorteil ist der, daß man den Verdampfer wegen der Erhöhung seiner Betriebsdauer auf etwa das 3- bis 4fache des bisher üblichen Maßes erheblich kleiner ausführen kann. Man spart also bei der gesamten Einrichtung an Material und Gewicht und gewinnt durch den Fortfall des Kältespeichers nutzbaren Kühlraum.

Die Anordnung des Maschinensatzes in der · Absorptionsflüssigkeit schafft besonders, günstige Verhältnisse für die Abführung der im Kompressormotor infolge der elektrischen und mechanischen Energieverluste auftretenden Wärme. Dieser Umstand macht es mög-' Hch, bei gleicher Motorleistung mit einem kleineren Motormodell auszukommen und auch auf diese Weise Ersparnisse zu erzielen.

Die angegebenen Vorteile lassen sich noch steigern, wenn man, wie Abb. 2 zeigt, nicht nur den Kompressormaschinensatz, sondern auch den Kondensator in die Absorptionsflüssigkeit hinein verlegt. (In Abb. 2 sind nur die geänderten bzw.. anders angeordneten Teile mit neuen Bezugsziffern versehen, während gleichartige Teile dieselben Bezugsziffern wie in Abb. 1 erhalten haben.) Die· Motorwelle ist hier im Gegensatz zu Abb. 1 nicht durch Stopfbüchsen hindurchgeführt, sondern innerhalb eines Zwischenstückes 21 angeordnet, durch welches das Gehäuse des Kompressors 23 mit dem des vollständig gekapselten Motors 22 in Gasverbindung steht. Man erhält auf diese Weise eine völlig sichere Abdichtung des Motors gegen die Absorptionsflüssigkeit und vermeidet außerdem die wegen ihrer bekannten Nachteile unerwünschten Stopfbuchsen. Natürlich wird man diese Anordnung nur dann wählen, wenn eine schädliche Einwirkung des gasförmigen Arbeitsmittels und etwa von diesem mitgeführten Lösungsmittels auf den Motor nicht zu befürchten ist.

Durch die Anordnung des Kondensators 24 innerhalb der Absorptionsflüssigkeit 5 werden zunächst die Kühlungsverhältnisse des Kondensators selbst verbessert. Ferner wird die Ausdampfung des Arbeitsmittels aus der Absorptionslösung beschleunigt, da ja von der Absorptionsflüssigkeit außer der vom Motor und Kompressor stammenden Abwärme die gesamte Kondensationswärme aufgenommen wird, was sich durch verstärkte Gasentwicklung bemerkbar macht. Eine solche verstärkte Gasentwicklung kann z. B. erwünscht sein, wenn es sich darum handelt, eine möglichst große Kälteleistung zu erzielen, was auf dem angegebenen Wege allerdings nur auf Kosten einer Verkleinerung des nutzbaren Konzentrationsbereiches der Absorptionslösung möglich ist und infolgedessen eine größere Menge Absorptionsflüssigkeit erfordert. Die verstärkte Ausdampfung ermöglicht aber, bei gleicher Kälteleistung mit einer geringen Menge an Absorptionslösung auszukommen.

Unter sonst gleichen Verhältnissen kann nämlich bekanntlich aus einer Absorptionslösung um so mehr gasförmiges Arbeitsmittel ausgedampft werden, je weniger beim Ausdampfen ihre Temperatur absinkt, und es kann andererseits von der Lösung um so mehr Arbeitsmittel absorbiert werden, je weniger während des Absorptionsvorganges ihre Temperatur ansteigt. Die'zusätzliche Erwärmung

ίο der Absorptionslösung durch die vom Kondensator 24 abgegebene Wärme bewirkt also eine Verschiebung der unteren Konzentrationsgrenze der Absorptionsflüssigkeit nach unten. Andererseits tritt, bei genügend großen Wärmeaustauschflächen 6 auch eine Verlagerung der oberen Konzentrationsgrenze nach oben ein. Dies bedeutet einen besonderen Vorteil des Erfindungsgegenstandes. Denn während sonst bei Kompressionskältemaschinen wegen der Notwendigkeit, die gesamte Kondensationswärme während der Arbeits- -periode des Kompressors abzuführen, ent-

• sprechend große Wärmeaustauschflächen am Kondensator und gegebenenfalls Mittel zur künstlichen Kühlung (z. B. ein Ventilator) vorgesehen werden mußten, kann man bei einer gemäß Abb. 2 ausgebildeten Einrichtung infolge der Verteilung der Wärmeabgabe auf eine längere Zeit die für die Kondensatorkühlung erforderlichen Mittel einschränken.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι . Verfahren, zur Kälteerzeugung unter Verwendung einer Kompressionskältemaschine mit intermittierend betriebenem Kompressor und eines zur vorübergehenden Aufnahme von gasförmigem Arbeitsmittel während des Kompressorstillstandes dienenden Absorptionsgefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Arbeitsmittel aus der Absorptionsflüssigkeit infolge der mit der Kompressortätigkeit und dem Sinken der Verdampfertemperatur verbundenen Druckabsenkung ausdampft und die Absorptionslösung durch die beim Prozeß der Kompressionskältemaschine selbst frei werdende Wärme allein oder in Verbindung mit der Wärme der Umgebung beheizt wird.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsgefäß im Zuge derjenigen im Betriebe dauernd offenen Leitung liegt, durch welche das gasförmige Arbeitsmittel vom Verdampfer zum Kompressor gelangt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine das Absorptionsgefäß (4) mit dem Verdampfer (2) ver- bindende Gasleitung (3), die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mündet, und durch eine zweite Gasleitung (9), die den Gasraum, des Absorptionsgefäßes (4) mit der Saugseite des Kompressors (11) verbindet.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor und gegebenenfalls auch dessen Antriebsmotor zur Abdämpfung des Betriebsgeräusches und zur Wärmeabgabe in der Absorptionsflüssigkeit angeordnet ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Absorptionsflüssigkeit enthaltende Gefaß (4) zwecks Verringerung der bei der Ausdampfung sowie bei der Absorption des gasförmigen Arbeitsmittels eintretenden Temperaturänderungen mit besonderen Wärmeaustauschflächen (Rippen 6 o. dgl.) versehen ist.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche ι bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (24) in der in dem Absorptionsgefäß (4) enthaltenen Flüssigkeit (s) angeordnet ist.

   Hierzu ϊ Blatt Zeichnungen