-
Kühlanlage Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, die insbesondere
da Verwendung finden soll, wo in erheblichen Zeitabständen nur während kurzer Zeitspannen
eine Kühlwirkung erforderlich ist. Solche Verhältnisse liegen beispielsweise bei
Milchkühlanlagen vor. Um bei solchen Anlagen mit einer kleinen Kompressoranlage
auskommen zu können, ist bereits der Vorschlag gemacht, die Kühlmaschine während
der Pausen so lange arbeiten zu lassen, bis die während der Kühlperiode erforderliche
Kälte gespeichert ist. Zu diesem Zweck hat man während der Speicherperiode Salzsole-
gekühlt, auf die während der Kühlperiode die 'Wärme des zu kühlenden Gutes, der
Milch, übertragen wird. Auch hat man bereits derartige Salzsole zum Gefrieren gebracht,
so daß während der Kühlperiode die Wärme des zu kühlenden Gutes der Speichermasse,
dem Eutektikum, als latente Wärme zugeführt wurde. Bei beiden Arbeitsvorgängen wird
die Wärme des zu kühlenden Gutes unmittelbar auf die Speicherflüssigkeit oder das
Eutektikum übertragen.
-
Die Verwendung nicht gefrierender Sole ist insofern mangelhaft, als
die während des Kühlvorganges stattfindende Wärmeaufnahme der Sole bedeutende Temperaturschwankungen
zur Folge hat. Außerdem erfordert die Speichervorrichtung große Abmessungen. Daraus
ergeben sich große Anschaffungs-, Transport-, Bau- und Betriebskosten. Auch ist
eine Pumpe erforderlich, um die Sole in Umlauf zu versetzen. Schließlich hört die
Kühlwirkung so gut wie vollständig auf, wenn die Sole ihre Kälte abgegeben hat.
-
Die unmittelbare Kühlung mittels eines Eutektikums hat man in der
Weise durchgeführt. daß der Verdampfer im Innern des Eutektikums angeordnet und
das Eutektikum unmittelbar auf den zu kühlenden Raum einwirkte, oder man hat umgekehrt
das Eutektikum in das Innere des Verdampfers verlegt, so daß der Verdampfer unmittelbar
auf den Kühlraum wirkte. Im ersten Fall leidet die Wirtschaftlichkeit der Anlage
dadurch, daß die gesamte Wärme durch das Eutektikum hindurch zum Verdampfer geleitet
werden muß und demgemäß die Verdampfertemperatur um so viel erniedrigt werden muß,
als dem Widerstand des Weges durch das Eutektikum entspricht. Ferner macht die dauernde
Erniedrigung der Verdampfertemperatur eine Vergrößerung des Kompressorvolumens notwendig,
wodurch -- die Wirtschaftlichkeit der Anlage leidet. Im zweiten Fall bildet der
Verdampfer eine Wärmeisolierung zwischen dem Eutektikum und dem zu kühlenden Gute.
Das Eutektikum muß daher sehr tiefe Temperaturen erhalten, um durch den isolierenden
Verdampfer hindurch wirksam zu werden. Die Kühlschranktemperatur ist höchst unerwünschten
starken Schwankungen unterworfen, da gegen Ende des Gefrierens des Eutektikums im
Verdampfer sehr tiefe Temperaturen erforderlich sind, um
das Eutektikum
bis in des Innere hinein zum Gefrieren zu bringen.
-
Die Erfindung besteht darin, daß das Kühlen des Kühlgutes während
der Kühlperiode durch Verdampfen des Kältemittels erfolgt und das verdampfte Kältemittel
durch das gefrorene Eutektikum verflüssigt wird, während die Kompressoranlage während
des Kühlvorganges nur in dem Maße an der Kälteerzeugung teilnimmt, wie ihrer Leistungsfähigkeit
entspricht.
-
Während also bei den bekannten Anlagen die Speichermasse unmittelbar
zur Kühlung des Kühlgutes dient, dient sie bei der neuen Anlage nur mittelbar zur
Kühlung, indem sie das für den Zweck der Kühlung verdampfte Kältemittel wieder verflüssigt.
-
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Kühlanlage
in schematischer Ansicht zum Teil im Schnitt.
-
Die Kühlanlage, die zum Kühlen von Milch bestimmt ist, besteht aus
einem Kühler, der im oberen Teil als Rieselkühler i ausgebildet ist, im unteren
Teil i' aber durch Verdampfung kühlt. Die Verdampferschlange i' ist durch ein durch
eine Thermostatpatrone 2a gesteuertes Expansionsventil e mit der Kompressoranlage
mittels eines Rohres 2o verbunden, von der sie durch ein Ventil g ohne Stopfbuchse
abgeschlossen werden kann. Die Kompressoranlage enthält einen Kompressor 3 mit Ölzusatzbehälter
4 und Antriebsmotor 6, einen Kondensator 5, einen selbsttätigen Schalter 7 und einen
Zusatzbehälter 8 für flüssige Kältemittel.
-
An den Zusatzbehälter 8 ist durch das Rohr 2o und dessen Verlängerung
21 ein isolierter Wärmespeicher io angeschlossen, in dem sich ein Eutektikum 13
befindet und der einen Behälter 14 für flüssiges Kältemittel enthält. In dem Eutektikum
13 befindet sich ein Hilfskondensator ii, der zwecks- schneller Wärmeübertragung
mit Rippen io versehen ist. Dieser Hilfskondensator ii steht einerseits durch ein
Rohr 22 mit der Verdampferschlange i' und andererseits an der Stelle 15 mit dem
Behälter 14 in Verbindung. Dieser steht außerdem durch ein an der Stelle 16 angeschlossenes
Rohr 23 mit dem Kompressor 3 in Verbindung.
-
Das Rohr 21 mündet in den Behälter 14 durch ein Schwimmerventil ig,
das durch seinen Schwimmer dann geöffnet wird, wenn sich keine oder nur wenig Kälteflüssigkeit
im Behälter 14 befindet. Der Olzusatzbehälter ¢ steht mit dem Behälter 14 durch
ein Rohr 18 in Verbindung, in dem ein Schwimmerventil 17 angeordnet ist und das
dazu dient, Öl aus dem Behälter 14 zum Ölbehälter 4 oder zur Kurbelwanne zurückzuleiten.
-
Die Anlage wird wie folgt benutzt: Wenn die Anlage erstmalig in Betrieb
genommen wird, befindet sich das Kältemittel im unteren Behälter 8, und das Ventil
g ist geschlossen. Da im Behälter 14 keine Kälteflüssigkeit ist, liegt der Schwimmer
ig am Boden, das zugehörige Ventil ist offen. Wird der Kompressor angelassen, so
steigt der Druck im Behälter 8, während im Rohr 23 und im Behälter 14 Unterdruck
entsteht. Die Kälteflüssigkeit wird durch das Rohr ao, 21 und das offene Ventil
ig in den Behälter 14 gedrückt, als wenn 14 der Verdampfer irgendeines nassen Kühlsvstems
wäre. Infolge des hier herrschenden Unterdruckes verdampft das Kältemittel, so daß
das Gefrieren des Eutektikums beginnt. Es wird sich nun am Boden eine gewisse Menge
des Kältemittels ansammeln. Wenn das Eutektikum gefroren ist, nimmt die Verdampfung
des Kältemittels ab. Infolge dessen stellt der Schalter 7 den Kompressor ab, da
Druck und Temperatur im Behälter 14 gefallen sind. Da der Druck im Behälter 8 höher
ist als im Behälter 14, strömt das Kältemittel weiterhin in den letzteren, und der
Spiegel des Kältemittels im Behälter 14 steigt, bis das Ventil ig geschlossen ist.
Ein Verdampfen des durch das Ventil ig tretenden Kältemittels tritt hierbei nicht
ein, da das Ventil von kaltem Kältemittel umgeben ist, das Kältemittel also schon
im Ventilkörper auf Verdampfertemperatur abgekühlt ist, und da ferner das Eutektikum
gefroren ist, also die zum Verdampfen erforderliche Wärme nicht mehr abgeben kann.
-
Wenn während der Ruhepausen eine Erwärmung des Speichers io stattfindet,
so springt die Anlage von selbst wieder an.
-
Soll gekühlt werden, so wird das Ventil g geöffnet. Das im Behälter
8 unter Druck stehende Kältemittel fließt dosiert in den Verdampfer i. Es verdampft
hier und entzieht der Milch die Wärme. Die entstehenden Dämpfe gelangen durch das
Rohr 22 in die Schlange ii. Sie werden hier verflüssigt. Da Druck und Temperatur
im Behälter 14 steigen, schaltet der Schalter 7 den Kompressor ein. Dieser sangt
einen Teil der Dämpfe aus dem Behälter 14 ab und führt diese verflüssigt dem Behälter
8 zu. Da seine Leistung im Verhältnis zur Kältewirkung gering ist, kann er nur einen
Teil der Dämpfe absaugen. Deren Hauptmasse wird durch das Eutektikum verflüssigt.
Das durch das Eutektikum verflüssigte Kältemittel sammelt sich im Behälter 14, und
das durch den Kompressor verflüssigte im Behälter B. Der Schwimmer ig steigt und
hält das von ihm gesteuerte Ventil geschlossen. Infolgedessen kann kein flüssiges
Kältemittel aus dem Behälter 8 in den Behälter 14 strömen. Andererseits kann aber
auch während des Speichervorganges, wenn das Schwimmerventil ig das Rohr 21 öffnet,
kein flüssiges Kältemittel durch das Rohrei nachunten fließen, dain diesem
Kondensatordruck
herrscht, während im Behälter 14 Verdampferdruck herrscht.
-
Wenn das Eutektikum verbraucht ist, der Verdampfer aber noch weiterhin
eingeschaltet ist, findet noch eine geringe, der geringen Leistung der Kältemaschine
entsprechende Kühlung statt.
-
`'Wird das Ventil g geschlossen, so beginnt die Speicherperiode, während
deren der Kompressor weiterläuft. Das im Behälter 14 befindliche Kältemittel wird
verdampft, es bringt das Eutektikum zum Gefrieren, und es wird durch die Kältemaschine
verflüssigt und in den Behälter 8 befördert. Der Flüssigkeitsspiegel im Behälter
i4 sinkt, bis das Eutektikum gefroren ist und demgemäß der Kompressor abgestellt
wird. Es befindet sich nun im allgemeinen noch so viel flüssiges Kältemittel im
Behälter 14, daß das Ventil ig geschlossen bleibt. Die Hauptmasse befindet sich
im Behälter B.
-
Sollte jedoch infolge Störung der richtigen Verteilung des . Kältemittels
der Spiegel im Behälter 14 so weit sinken, daß das Ventil ig sich öffnet, so drückt
der im Behälter 8 herrschende höhere Druck so viel Kältemittel aus dem Behälter
8 in den Behälter 14, daß das Ventil ig sich schließt.
-
Um eine weitere Kälteperiode einzuleiten, wird das Ventil g wieder
geöffnet. Es gelangt Kältemittel aus dem Behälter 8 in den Verdampfer i. Die hier
gebildeten Dämpfe treten in die Schlange ii, und der Kompressor springt wieder an.
-
Das verdampfende Kühlmittel läßt in Behälter 14 das mitgebrachte,
Öl zurück. Der Schwimmer des Ventils 17 schwimmt in flüssigem Kühlmittel, sinkt
aber in Öl ab. Der Weg nach Ölzusatzbehälter ¢ wird also erst freigegeben, wenn
der Spiegel des Kühlmittels hinreichend abgesunken ist, so daß nur das darauf schwimmende
Öl in 18 eintreten kann (Schwimmerventil wie bei Kühlkesseln des nassen Systems
üblich). Der Ölzusatzbehälter 4 ist so bemessen und angeordnet, daß die ziemlich
kurzzeitige Rückkehr des Öls keine ungebührliche Niveauschwankung in der Kurbelwanne
hervorruft.
-
Um die Aufstellung eines großen besonderen Tanks zur Aufnahme des
während der Milchkühlung anfallenden verdampften Kühlmittels zu vermeiden, wird
dieses in dem Hilfskondensator ii niedergeschlagen. Nur ein Teil geht sofort zum
Kompressor-Kondensator-Aggregat zurück. Es ist wichtig, daß der Kompressor durch
den Hilfskondensator und den Behälter 14 saugt, da sonst wegen ungenügender Gasbewegung
der Wärmedurchgang durch die Wandung des Hilfskondensators in das Speichermaterial
ein zu hohes Temperaturgefälle beanspruchen würde. Desgleichen ist wichtig, daß
das Eutektikum reichlich mit Flossen durchsetzt ist, die guten Kontakt mit dem Behälter
14 haben.
-
Der-Schwimmer zg kann vermieden werden; indem der Schwimmer 17 bei
weiterem Fallen des Spiegels zum Öffnen eines%Ventils herangezogen wird, durch welches
Kühlmittel eintreten kann.
-
Ist das verwandte Kühlmittel leichter als Öl, so muß das Ventil umgekehrt
werden, um bei fallendem Ölspiegel zu schließen. Auch könnte es an oder in !Behälter
4 vorgesehen werden. An Stelle eines Schwimmkörpers kann auch ein Ausdehnungsventil
(invertierter Kondenstopf) benutzt werden.. Ferner besteht die Möglichkeit, @ einen
Ölabscheider in der Hochdruckseite zu benutzen.
-
Das gleiche Speicherprinzig ist auch auf Speiseeisbereiter und andere
Vorrichtungen, deren Bedarf an Kühlung sich auf kurze Zeit zusammendrängt, übertragbar.