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Kompressionskältemaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompressionskältemaschine,
die zum Kühlen von Flüssigkeit dient. Bei den bekannten Maschinen dieser Art umspült
die zu kühlende Flüssigkeit die Wärmeaustauschflächen des Verdampfers, in welchem
das flüssige Kältemittel, z. B. Ammoniak, verdampft. Auch ist es bekannt, Flüssigkeit,
die auf diese Weise abgekühlt ist, zu benutzen, um in Wärmeaustauschvorrichtungen
beliebiger Art wieder andere Flüssigkeiten zu kühlen.
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Die bekannten Einrichtungen befriedigen nicht, wenn es nachteilig
ist, die zu kühlende Flüssigkeit mit den Wärmeaustauschflächen des Verdampfers in
unmittelbare Berührung zu bringen, z. B. weil die zu kühlende Flüssigkeit die Verdampfrohre
angreift, die des Ammoniaks wegen aus Eisen sein müssen, oder weil die Flüssigkeit
Salzkrusten auf den Verdampfrohren ausscheidet. Wird aber eine Zwischenflüssigkeit
benutzt, die ihre Wärme im Verdampfer an das verdampfende Kältemittel abgibt, während
sie der zu kühlenden Flüssigkeit die Wärme entzieht, so beeinflußt diese Unterteilung
des Temperaturgefälles den Kraftbedarf und die erforderliche Oberfläche ungünstig.
Auch wird bei Salzkrusten ausscheidenden Flüssigkeiten die Schwierigkeit nicht beseitigt,
sondern nur von dem einen Kühler (Verdampfer) in den anderen verschoben. Bei der
Erfindung werden die Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß in an sich bekannter
Weise die abzukühlende Flüssigkeit in einen Unterdruckraum gebracht und die dabei
aus ihr entstehenden Dämpfe an Kühlflächen eines Kondensators kondensiert werden.
Während bei den bekannten Einrichtungen jedoch eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser
oder Lauge, durch das Kühlrohrsystem des Kondensators gepumpt wird, werden der Erfindung
gemäß die Wärmeaustauschflächen des Verdampfers des Kältemittels einer Kompressionskältemaschine
im dampferfüllten Teil von Unterdruckräumen angeordnet, in welchen die zu kühlende
Flüssigkeit unter dem Einfluß der geringen Spannung Dämpfe abgibt, die an den Wärmeaustauschflächen
des Verdampfers kondensieren. Auf diese Weise kommt die zu kühlende Flüssigkeit
mit den Verdampferflächen nicht in Berührung, und das Temperaturgefälle wird nicht
unterteilt.
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Man hat zwar vorgeschlagen, an den Kühlflächen eines Verdampfers einer
Kältemaschine Dämpfe zu kondensieren. Dies sollten jedoch die Dämpfe eines zweiten
Kältemittels sein, nicht diejenigen einer Flüssigkeit, deren Abkühlung Zweck der
Kühlanlage ist. Es fand also auch hier eine Unterteilung des Temperaturgefälles
statt. Auch war bei der bekannten Einrichtung nicht vorgesehen,
daß
sich die Dämpfe, die an den Kühlflächen des Verdampfers kondensiert werden sollen,
in einem Unterdruckraume bilden.
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Abb. i stellt schematisch eine Anlage nach der Erfindung dar.
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Abb. 2 und 3 zeigen eine besondere Ausführung des Verdampfers im senkrechten
und waagerechten Schnitt.
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Abb. 4 stellt schematisch eine weitere Ausgestaltung der in Abb. i
dargestellten Anlage.für einen stufenweisen Wärmeaustausch unter verschiedenen Spannungen
dar und Abb. 5 eine Abänderung der Anlage nach Abb. 4.
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Das im Kompressor i komprimierte Kältemittel wird im Kondensator 2
kondensiert, durchströmt dann das Regelventil 3 und gelangt in den Verdampfer 4,
von wo es zum Kompressor zurückströmt.
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Der Verdampfer 4 befindet sich im dampferfüllten oberen Teil des Unterdruckraumes
5, dessen unteren Teil die zu kühlende Flüssigkeit durchfließt oder in dem sie sich
befindet. Unter dem Einfluß der geringen Spannung gibt die Flüssigkeit Dämpfe ab,
die an den Wärmeaustauschflächen des Verdampfers 4 kondensieren. Der Verdampfer
4 ist also gleichzeitig Kondensator für die im Raume 5 sich entwickelnden Dämpfe.
An den Stutzen 6 des Unterdruckraumes ist eine Entlüftungsvorrichtung beliebiger,
bekannter Art angeschlossen. Besonders vorteilhaft ist ein Strahlapparat, dessen
Treibflüssigkeit durch das Kältemittel der Kältemaschine gekühlt wird, wie es in
Abb. i schematisch dargestellt worden ist. Das Abwasser des Strahlapparates 31 gelangt
in den Behälter 32, in welchem es entlüftet und gekühlt wird, um dann durch die
Pumpe 33 dem Strahlapparat 31 wieder zugeführt zu werden. Luftabscheidung und Kühlung
können auch in getrennten Behältern vorgenommen werden. Das Kondensat, welches sich
an den Wärmeaustauschflächen 4 bildet, kann entweder in die Flüssigkeitsmasse im
unteren Teil des Raumes 5 zurückfallen oder kann für sich aufgefangen und durch
die Leitung" in bekannter Weise abgeführt werden.
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Die durch Abdampfen im unteren Teil des Raumes 5 gekühlte Flüssigkeit
verläßt den Raum nach unten und gelangt in das unter der Spannung der Außenluft
stehende Gefäß B. Dieses kann als Salzabscheider, ausgebildet sein, sofern die Flüssigkeit
bei der Abkühlung im Raume 5 Salz ausscheidet. Der Salzbrei kann dann unten aus
dem Gefäß 8 einem Filter 9 zugeführt werden, während die vom Salz befreite Flüssigkeit
oben aus dem Gefäß abfließt.
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Die kalte Flüssigkeit kann, besonders wenn sie hinterher wieder erwärmt
werden muß, allein oder neben anderen Kühlmitteln benutzt werden, um das komprimierte
Kältemittel zu kondensieren. Eine Pumpe io fördert die kalte Flüssigkeit unmittelbar
oder über ein hochliegendes Ausgleichsgefäß durch den Kondensator 2. Es wurde bereits
vorgeschlagen, das vom Verdampfer einer Kompressionskältemaschine gekühlte Kühlgut
nachher zur Kühlung des komprimierten Kältemittels zu verwenden.
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Um bei dem im oberen Teil des Raumes 5 untergebrachten Verdampfer
4, der in der Abb. i nur schematisch angedeutet ist, eine möglichst gute Wirkung
zu erzielen, empfiehlt es sich, ihn so auszubilden, wie Abb. 2 und 3 dieses zeigen.
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Nach diesen Abbildungen besteht der Verdampfer aus einem mehrreihigen
Kranz von steil stehenden, z. B. senkrechten, engen Rohren 12 und einem weiten Rohr
13, die oben durch das Verbindungsstück 14 und unten durch das Verbindungsstück
15 miteinander verbunden sind. Um außen sichtbar zu machen, wie hoch das flüssige
Kältemittel im Rohr 13 steht, sind die Räume 14 und 15 mit dem außenliegenden Rohr
16 verbunden, das Schaugläser besitzt. Für den Zufluß des Kältemittels kann entweder
ein in üblicher Weise von Hand bedientes Regelventil oder ein von einem Schwimmer
17 beeinflußtes Ventil 18 vorgesehen sein, durch das das zu verdampfende, noch flüssige
Kältemittel auf gleichbleibender Höhe gehalten wird.
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Das durch das Regelventil 18 zugeführte Kältemittel füllt die Rohre
12 und 13 nur auf einem Teil ihrer Länge, solange keine Wärme von außen diesen Rohren
zugeführt wird. Sobald sich jedoch Dämpfe an den Rohren niederschlagen und ihre
Wärme abgeben, verdampft die Flüssigkeit in den Rohren. Die Folge ist, daß die sich
bildenden Dampfblasen in den engen Rohren 12 beim Aufsteigen das noch flüssige Kältemittel
hochtreiben in den Raum 14. Aus diesem Raum stürzt das flüssige -Kältemittel in
das weite Rohr 13, durch welches es abwärts fällt und in den Raum 15 gelangt, um
dann den Kreislauf aufs neue anzutreten. In dem weiten Rohre 13 verdampft zwar auch
ein Teil des Kältemittels, ohne daß jedoch wegen der im Verhältnis zum Ouerschnitt
geringen heizenden Oberfläche ein aufsteigender Flüssigkeitsstrom hervorgerufen
wird. Die aus dem flüssigen Kältemittel im Raume 14 frei werdenden Dämpfe gelangen
durch das Rohr i9 zum Stutzen 2o und von da zum Kompressor.
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Die aus dem unteren Teil des Raumes 5 aufsteigenden Dämpfe, die an
den Rohren i2 kondensiert werden sollen, durchströmen den Kranz von Rohren 12 radial
von außen nach innen, wobei sie kondensiert werden. Die
restliche
dampfhaltige Luft gelangt in den Ringraum, der das Rohr 13 umgibt, und von hier
mit dem Kondensat zusammen durch die Rohre 21 zum Rohr 22, welches das Kondensat
durch den Stutzen 23 und die Luft durch den Stutzen 24 verlädt. Zur Nachkühlung
der Luft kann dabei im Rohre 22 eine Rohrschlange 25 vorgesehen sein, die von der
Kälteflüssigkeit auf ihrem `rege zum Regelventil 18 durchflossen wird. Vom Stutzen
24 gelangt die Luft zur Luftpumpe beliebiger Art.
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In solchen Fällen, in denen die zu kühlende Flüssigkeit um einen erheblichen
Temperaturunterschied abzukühlen ist, empfiehlt sich, sie in zwei Stufen abzukühlen
und die in jeder Stufe sich bildenden Dämpfe für sich der Erfindung gemäß zu kondensieren,
um die Kompressionsarbeit zu verringern.
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Eine solche Anlage ist in Abb.4 dargestellt. Die zu kühlende Flüssigkeit
gelangt zunächst in den Raum 5', in dessen oberem Teil sich der Verdampfer q.' befindet,
und dann in den Raum 5 mit dem Verdampfer 4. Temperatur und Spannung im Raume 5'
sind höher als im Raume 5. Im Raume 5' kühlt sich die Flüssigkeit beispielsweise
von 5o auf 35° und im Raume 5 von 35 auf 20° C ab. Demgemäß kann auch die Kälteflüssigkeit
im Verdampfer q.' unter höherer Spannung verdampft werden als im Verdampfer 4. Sollen
die Dämpfe des Kältemittels, die den beiden Verdampfern 4 und 4' entströmen, nach
der Kompression in einem gemeinsamen Kondensator kondensiert werden, so erfolgt
die Kompression der Kältemitteldämpfe des Verdampfers ,4 zweckmäßig zweistufig,
derart, daß die Dämpfe zunächst auf die Spannung gebracht werden, die die aus dem
Verdampfer 4' entweichenden Dämpfe haben, um dann mit diesen zusammen bis auf Kondensatorspannung
komprimiert zu werden. Einen solchen zweistufigen Kompressor zeigt die Abb. 4..
Die aus dem Verdampfer 4 entweichenden Dämpfe werden im Niederdruckzylinder 27 vorkomprimiert,
um dann mit den Dämpfen des Verdampfers 4' zusammen im Hochdruckzylinder bis auf
die Spannung des Kondensators komprimiert zu werden und hinterher gemeinsam in den
Kondensator zu gelangen.
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Statt der zweistufigen Kompression und gemeinsamen Kondensation der
Dämpfe der beiden Verdampfer q. und ¢' kann man die Dämpfe auch getrennt unter verschiedener
Spannung kondensieren und dementsprechend auch getrennt komprimieren. Eine solche
Anlage weist gegenüber einer Anlage nach Abb. 4 Abweichungen auf, die in Abb. 5
schematisch dargestellt sind. Die im Zylinder 29 der weniger hoch komprimierten
Dämpfe des Verdampfers 4 müssen mit kälterem Kühlwasser kondensiert «erden als die
im Zylinder 30 höher komprimierten Dämpfe des Verdampfers 4'. Das Kühlwasser
muß daher, wenn es möglichst gut ausgenutzt werden soll, zunächst den Kondensator
2 und dann den Kondensator 2' durchfließen.