DE644709C

DE644709C - Verfahren und Vorrichtung zum Kuehlen einer Fluessigkeit

Info

Publication number: DE644709C
Application number: DES122224D
Authority: DE
Original assignee: Rateau SA
Current assignee: Rateau SA
Priority date: 1935-06-20
Filing date: 1936-04-04
Publication date: 1937-05-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlverfahren für eine Flüssigkeit, wobei über ihr ein Druck erzeugt wird, der gleich der Dampfspannung ist, welche der gewünschten Kühltemperatur entspricht. Die Umwandlung eines Teiles der Flüssigkeit in Dampf vollzieht sich auf Kosten der Flüssigkeitswärme, deren Temperatur somit die gewünschte Senkung erfährt.

Der Dampf, welcher durch die Saugwirkung in der Verdämpfungsvorrichtung der Flüssigkeit entsteht, kann durch einen Kompressor in die Außenluft geschafft werden. In diesem Falle hat jedoch der Saugkompressor den 'Dampf vom Ansaugdruck bis mm Atmosphärendruck zu verdichten. Um die erforderliche Arbeit zu verringern, drückt der Kompressor den Dampf in der Regel in einen Kondensator, in welchem ein Druck herrscht, der von der Temperatur des verfügbaren Wassers abhängt. Da diese Temperatur in der Regel gleich der Anfangstemperatur der zu kühlenden Flüssigkeit ist, verdichtet der Kompressor somit von der Dampfspannung der gekühlten Flüssigkeit auf den im Kondensator herrschenden Druck.

Eine weitere Arbeitsersparnis kann durch das als fraktionierte Verdampfung bekannte Verfahren erreicht werden.

In diesem Falle geht die Verdampfung in mehreren Stufen vor sich. Die Flüssigkeit durchläuft hintereinander angeordnete Räume des Verdampfers, und der Kompressor ist entsprechend in mehrere hintereinander angeordnete Radsätze unterteilt, von denen jeder aus dem zugehörenden Raum saugt, wobei die aufeinanderfolgenden Radsätze von dem Dampf hintereinander durchströmt werden, entsprechend wie dieser bis zum Enddruck, dem des Kondensators, verdichtet wird.

Da das spezifische Gewicht des anzusaugenden Dampfes im allgemeinen sehr klein ist, so sind die angesaugten Fördermengen volumenmäßig recht hoch. Hieraus ergibt sich, daß in Kühlanlagen für Flüssigkeiten Kreiselkornpressoren sich ganz besonders zur Verdichtung des Dampfes eignen (namentlich bei größeren Kühlanlagen); denn diese Maschinen können sehr große Fördermengen ansaugen und verarbeiten, wobei die Verdichtung mit recht günstigem Wirkungsgrad erfolgt.

Aber selbst wenn der verdichtete Dampf in einen Kondensator gedrückt wird, macht das zu erreichende Verdichtungsverhältnis in der Regel eine große Anzahl hintereinandergeschalteter Räder erforderlich. Hierdurch kommt man zu verhältnismäßig teueren und ziemlich viel Platz beanspruchenden Kreisel-

kompressoren. Die fraktionierte Verdampfung nach dem im vorstehenden bereits erwähnten bekannten Verfahren ermöglicht wohl den Arbeitsverbrauch zu verringern, es hat aber keinen Einfluß auf die Radzahl des Kon}-' pressors. '''"-■■;

Die Erfindung setzt sich in erster Linie zum Ziel, diesen Nachteil zu beheben und die Radzahl des Kompressors zu verringern, ίο wobei zugleich die Vorteile der fraktionierten Verdampfung voll ausgenutzt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, in ein und demselben Verdampfungsraum zeitlich nacheinander mit Hilfe ein und derselben Kompressorstufe mehrere Temperaturerniedrigungen zu erzeugen.

Auf der Zeichnung stellt Fig. ι schematisch eine Anlage bekannter Art zur fraktionierten Verdampfung einer Flüssigkeit in nacheinandergeschalteten Räumen dar.

Fig. 2 zeigt schematisch und als Beispiel eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur zeitlich nacheinander erfolgenden fraktionierten Verdampfung.

In dem bekannten Verfahren zur fraktionierten Verdampfung durchfließt die Flüssigkeit mit einer Anfangstemperatur von beispielsweise 40⁰C den ersten Raum« (Fig. 1) eines Verdampfers, in welchem sich ein Teil der Flüssigkeit unter Absaugen durch den Radsatz b des Kompressors in Dampf von beispielsweise 30' C und einem entsprechenden Druck von 43 g/cm- verwandelt. Dieser Dampf wird durch den Radsatz b z. B. auf den Druck von 100 g/cm-' verdichtet und wird dann in dem Kondensator c niedergeschlagen, dem Wasser mit der zur Verfügung stehenden Temperatur von 40" zuströmt. Die Flüssigkeit gelangt dann nacheinander in den Raum a_u in dem z. B. 20⁰ C und ein Druck von 24 g/cm² herrscht, und dann in einen Raum i/o mit der gewünschten Endtemperatur von 10 bei einem Druck von 12,5 g,'cm². Der Dampf wird hierbei aus« dem Raum a_x durch den Radsatz ö, abgesaugt, der ihn von 24 auf 43 g/cm² verdichtet, bzw. durch den Radsatz b.,, der den Dampf von 12,5 auf 24 g/cm² verdichtet. Bei der nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtung setzt sich jedoch der Kompressor, wie man erkennt, aus drei Radsätzen oder Stufen zusammen, und der aus den Räumen a.> und α_λ kommende Dampf muß bis zum Enddruck von 1 oog'cm-' verdichtet werden.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitende, in Fig. 2 veranschaulichte Erfindung besitzt einen Verdampfer mit nur einem einzigen Raum a, einen Kompressor b mit nur einer Radgruppe und den Kondensator c. Ein Ejektor d ist zum Zweck des . Ansaugens beim Betriebsbeginn mit dem Kon-,, die.nsator durch eine geeignete Rohrleitung 1 ~V!Jsrbunden, in der ein Hahn 2 liegt. Ferner iSiirid Hähne 3 und 4 zwischen α 'und b bzw. zwischen b und c angeordnet. Weitere Hähne 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 liegen in Rohrleitungen, durch welche der Kondensator und der Verdämpfer miteinander sowie mit der Zuleitung der zu kühlenden Flüssigkeit und der Ableitung der abgekühlten Flüssigkeit verbunden werden können.

Beim Ingangsetzen der Anlage werden die in den Leitungen 23 und 24 angebrachten Hähne 5 und 6 geöffnet, und man läßt in den Verdampfern und den KondensatorC die gewünschte Menge Wasser einströmen. Dieses Wasser wird durch die Leitung 12 beispielsweise einem Stadtwassernetz entnommen, um es zu kühlen. Gegebenenfalls kann eine Pumpe 13 in die Leitung 12 geschaltet werden. Wenn nun alle Hähne geschlossen sind, so öffnet man die Hähne 2, 3 und 4 und erzeugt mit Hilfe des Ejejctors£? in a, b und c ein Teilvakuum, bis zu dem Unterdruck, der durch die Temperatur des zur Speisung des Kondensators verfügbaren Wassers bedingt ist. Wenn diese Temperatur z. B. 40⁰ beträgt, so hat dieser Druck die Größenanordnung von 100 g/cm².

Nun wird der Hahn 2 geschlossen und der Kompressor b in Betrieb genommen. Der Dampf aus dem Verdampfer« wird mittels der Leitung 14 durch den Kompressor b angesaugt, bis sich der Druck in dem Verdampfer auf beispielsweise 43 g/cm² verrin- : gert hat, wobei das Wasser in dem Verdamp fer auf diese Weise auf die entsprechende too Temperatur von 30⁰ abgekühlt worden ist. Der Dampf wird dann durch die Leitung 15 in den Kondensator ι ο gedrückt, wo er sich niederschlägt, wobei die Temperatur in diesem Kondensator z. B. auf 45⁰ ansteigen kann, wenn das Wasser nicht ergänzt oder erneuert wird.

In diesem Zeitpunkt wird der Kondensator durch Öffnen der Hähne 8 und 9 entleert, wobei das Wasser beispielsweise mittels einer Pumpe 18 aus der Leitung 16 in die Leitung 17 gedrückt wird. Ein Teil des im Verdampfern befindlichen Wassers von 30⁰ wird nun nach Schließen des Hahnes 8 mittels einer Pumpe 20 durch die mit dem Hahn 7 ausgerüstete Leitung 19 in den Kondensator c gedrückt. Nun wird von neuem der Dampf vom Kompressor 6 aus dem Verdampfer β angesaugt und nach Verdichtung durch den Kompressor in den Kondensator c gedrückt. iao Die Temperatur im Verdampfer Λ senkt sich dadurch beispielsweise bis auf 20⁰ und der

Druck ajuf 24 g/cm². Die Temperatur im Kondensator steigt beispielsweise auf 35 oder 40. Nun entleert man wieder das Wasser des Kondensators und drückt noch einen Teil des Wassers aus dem Verdampfer hinein, das etwa 2 o° hat.

In dem nun folgenden dritten Verdichtungszeitabschnitt senkt sich die Wassertemperatur im Verdampfer bis auf 10°, der Druck in ihm fällt auf 12,5 g/cm². Dieses Wasser wird nach Öffnen des Hahnes 11 mittels einer Pumpe 21 abgezogen und durch die Leitung 22 in das das gekühlte Wasser verbrauchende Gerät gefördert. In dem Kondensatore hat sich die Wassertemperatur beispielsweise auf 25 Oder 30⁰ erhöht. Um die Kältemenge auszunutzen, die in diesem Wasser enthalten ist, zieht man das Wasser aus c durch den in der Leitung 27 angeordneten Hahn 10 in den Verdampfer hinüber, um in α kälteres Wasser zu haben als das aus dem Leitungsnetz zur Verfügung stehende Wasser, um nun den Arbeitsgang von neuem zu beginnen, beispielsweise dadurch, daß man diesem Wasser solches von 40⁰ beimischt, welches durch den Hahn 5 aus der Leitung 12 kommt.

Das dem Kondensator nach jedem Zeitabschnitt entzogene Wasser kann auch unmittelbar zum Kühlen benutzt oder in den Kondensator zurückgeschafft werden, um mit dem Kühlvorgang nochmals zu beginnen. Gegebenenfalls kann dieses Wasser auch in einem von der Pumpe 18 gespeisten Behälter aufgespeichert werden, wobei die Pumpe das Wasser durch die Leitung 25 und den Hahn 26 drückt.

Es ist natürlich auch möglich, die Gesamtwassermenge λ:, welche der Verdampfer zu Beginn enthalten soll, so zu bemessen, daß nach der mehrfachen Entnahme und Lieferung in den Kondensator b die verlangte Wassermenge, beispielsweise 1000 kg, im Verdampfer α verbleibt.

Während bei dem bekannten Verfahren nach Fig. 1 die verschiedenen Verdampfungsvorgänge einander räumlich folgen, werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Vorgänge zeitlich nacheinander mit Hilfe ein und desselben Verdampfers und nur einer Kompnessorradgruppe durchgeführt. Die fraktionierte Verdampfung geht also erfindungsgemäß nicht im Raum, sondern zeitlich nacheinander vor sich. Statt den Kompressor die Verdichtung des Gesamtdruckgefälles, also in dem gewählten Beispiel von 12,5 bis g/cm², durchführen zu lassen, verdichtet man nun nacheinander zwischen den Drücken und 43, hierauf zwischen 43 und 24 und dann zwischen 24 und 12,5 g/cm². Durch hinreichend viele nacheinander durchlaufene Arbeitsstufen läßt sich die Zahl der Kompressorräder und auch der Kraftaufwand des Kompressors vermindern. Der Wirkungsgrad einer solchen Kühlanlage ist ebenso hoch wie der einer Anlage, die auf Verwendung von räum-Hch hintereinandergeschalteten Stufen fraktionierter Verdampfung beruht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen einer Flüssigkeit durch Ansaugen und Verdichten ihres Dampfes in einem Kompressor, dadurch gekennzeichnet, daß durch nur eine Kompressorstufe zwischen dem Kondensator und ein und demselben Verdampfungsraum in zeitlich einander folgenden Kühlabschnitten nacheinander die Temperaturen im Verdampfungsraum schrittweise gesenkt werden und daß nach jeder Teiltemperatursenkung im Verdampfer ein Teil seiner Flüssigkeit in den Kondensator geschafft und hier beim darauffolgenden Kühlabschnitt zur Senkung der Temperatur im Verdampfer als Kühlmittel dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kondensator mit einer unter der Anfangstemperatur liegenden Temperatur verfügbare Wasser entweder unmittelbar benutzt wird oder in den Verdampfer übergeführt wird oder zur Speisung des Kondensators während des folgenden Arbeitsganges dient.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Verdampfer, einen Kondensator und nur eine Kompressorstufe sowie durch Rohrleitungen mit entsprechenden Hähnen, durch welche das teilweise gekühlte Wasser vom Verdampfer in den Kondensator während einander zeit- ioo lieh folgender Kühlabschnitte geschafft und der Verdampfer nach Erreichen des endgültigen Kältegrades entleert werden kann.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen