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Verfahren zum Füllen einer Kompressionskältemaschine mit dem Kältemittel
Die Erfindung bezieht sich auf Kompressionskältemaschinen und betrifft ein Verfahren
zum Beschicken der Kältemaschine mit Kältemittel.
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Bevor die Kältemittelumlaufleitung einer ,geschlossenen Kältemaschine
beschickt wird, ist es aus verschiedenen Gründen notwendig, alle nicht kondensierb.aren
Gase, z. B. Luft, aus dem System zu entfernen. Das Vorhandensein nicht kondensierbarer
Gase verursacht eine Drucksteigerung auf der Druckseite der Kältemaschine, wodurch
der Wirkungsgrad abfällt; sind :große Mengen nicht kondensierbarer Gase vorhanden,
so kann die Maschine zu arbeiten aufhören. Weiter können die nicht kondensierbaren
Gase und Luft in der Kältemaschine Oxydation und sonstige Verschlechterungen von
Teilen der Kältemaschine herbeiführen. Auch treten :die nicht konden-Bierbaren Gase
und Luft bisweilen in Reaktion mit dem Schmiermittel und Kältemittel und bilden
Wasser, das sich wiederum mit anderen Stoffen in der Kältemaschine verbinden und
Rosten oder sonstige Schädigungen herbeiführen kann. Bei Kältemaschinen, in denen
Motor und Kompressor in einem dicht geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, kann
das Vorhandensein von nicht kondensierbaren Gasen oder Luft zurr Entstehen chemischer
Verbindungen mit Kältemittel und Schmiermittel führen, die auch schädigend auf die
Isolation der Motorwicklungen usw. einwirken. Es ist daher notwendig, alle nicht
kondensierbaren Gase aus der Kältemaschine vor der Beschickung mit flüssigem Kältemittel
und Schmiermittel völlig zu entfernen.
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Bisher wurden die Kältemaschinen mit flüssigem Kältemittel in" der
Weise gefüllt,
daß man sie zunächst mit warmer Luft oder einem indifferenten
Gas trocknete und dann mit Hoclivalzuumgeräten evakuierte. Die Einrichtung zur Durchführung
des Evakuier verfahren ist teuer und sperrig. Sie arbei'fP langsam, und es ist ,äußerst
schwierig,Hrii diese Weise die nicht kondensierbaren Gast aus der Kältemaschine
völlig zu entfernen. Weiter enthalten aber Kältemittel und Schnvermittel, mit denen
die Kältemaschine danach beschickt wird, ebenfalls nicht kondensierbare Gase, die
durch die frühere- E.vakuierung nicht fortgeschafft werden können.
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Das Hauptziel der Erfindung ist hiernach, die nicht köndensierbaren
Gase aus der Kältemaschine durch Betrieb des. Kompressors der Kältemascbine fortzuschaffen
und auf diese Weise die teueren und sperrigen Evaküierungsvorrichtungen überflüssig
zu machenund dabei die Kältemaschine mit Kältemittel anzufüllen.
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Es ist bereits bei Kältemaschinen bekannt, einen Luftabscheide- und
Sammelbehälter dauernd in völlig freier Verbindung mit der Kältemaschine zu halten.
In diesen Behälter gelangen die komprimierten Kältemitteldämpfe und die nicht kondensierbaren
Gase. Durch das Kühlen des Behälters von außen werden die Kältemitteldämpfe kondensiert
und dem Kreislauf wieder zugeführt, während die nicht kondensierbaren Gase nach
außen entfernt werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Behälter
mit der für den Betrieb der Kältemaschine notwendigen Kältemittelflüssigkeit gefüllt
und abnehmbar mit der Kältemaschine verbunden. Nach erfolgtem Evakuieren der Maschine
durch den Kompressor, der im wesentlichen alle nicht kondensierbaren Gase aus der
Niederdruckseite an der Hochdruckseite in die Außenluft fördert, wird das flüssige
Kältemittel aus dem Behälter in die Hochdruckseite fließen .gelassen, worauf die
Kältemitteldämpfe und nicht kondensierbaren Gase in der oben als bekannt nachgewiesenen
Weise in den Behälter gelangen, aus welchem das Kältemittel in durch Kühlung des
Behälters verflüssigtem Zustande dem Kreislauf wieder zugeführt wird. Sind im wesentlichen
sämtliche kondensierbaren Gase im Behälter angesammelt, wird sein Verbindungsrohr
mit der Kältemaschine dicht verschlossen und der Behälter von dem Verbindungsrohr
gelöst.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung beschrieben, die zwei Ausführungsbeispiele
zeigt, und zwar ist FiG. i eine schematische Darstellung einer Kompressionskältemaschineä
bei der die Erfindung Anwendung findet, und Fig.2 eine schematische Darstellung
einer ähnlichen Maschine, bei der ein Schwimmerventil an Stelle des bei der Anordnung
nach Fi,g. i verwendeten Kapillarrohres die Strömung des flüssigen Kältemittels
regelt.
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.r- In einem dicht abgeschlossenen Gehäuse sind ein Kolbenkompressor
12 und ein triebsmotor 1.3 angeordnet. Der Kompres-@sör i2 treibt das Kältemittel
über eine Leitung i q. unter hohem Druck im gasförmigen, überhitzten Zustande zu
einem Kondensator 15. In dein Kondensator; über den ein motorisch angetriebener
Lüfter 16 Kühlluft hinwegtreibt, wird das unter hohem Druck stehende Kältemittel
kondensiert und gelangt zu einer Leitung 17, von der es über eine lange Leitung
engen Durchmessers, die gewöhnlich als Kapillarrohr bezeichnet wird, zu einem Verdampfer
i9 gelangt, in dem es aus dem flüssigen wieder in den dampfförmigen Zustand übergeht.
In diesem Zustande wird es durch eine Leitung 2 i in das Innere des dicht geschlossenen
Gehäuses ii übergeführt und durch die Einlaßleitung 22 in den Kompressor 12 geleitet,
worauf es den Kreislauf wiederholt. Offenbar unterliegt das Innere des abgeschlossenen
Gehäuses i i sowie die Motonvicklun:gen der Einwirkung des unter niederem Druck
stehenden Kältemitteldämpfes.
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Für die Zwecke der Erfindung wird nun in diesem bekannten Umlaufsystem
ein Reinigungs- und Beschickungsventil 23 in der Druckleitung i q. zwischen
Kompressor und Kondensator vorgesehen. In einer mit Muttergewinde versehenen Bohrung
24: des Ventilkörpers 23 ist ein Schraubstopfen 25 vorhanden, der zwecks Reinigung
der Kältemaschine entfernt werden kann. Zum Ventil 23 gehört.ein Standrohr 26, das
durch Löten, Hartlöten o. d;gl. an eine Öffnung 27 angeschlossen ist. Das obere
Ende des Standrohrs 26 weist eine mit Gewinde versehene öffnung a8 auf. In diese
Gewindeöffnung 28 kann ein Gebilde, das aus einem von Hand verstellbaren Hahn oder
Ventil 29 und einem geschlossenen Behälter 3 i besteht, über eine mit Gewinde versehene
Leitung 32 und einen Verbindungsstutzen 3o angeschlossen werden.
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Durch die Kältemaschine läßt man zunächst einen Strom warmer, trockner
Luft. oder warmen indifferenten Gases, z. B. Stickstoff, lange genug hindurchströmen,
um alle Feuchtigkeit aus dem System zu entfernen. Nach der Trocknung wird die Kältemaschine;
die nun noch mit Luft oder indifferentem Gas gefüllt ist, auf ein nicht dargestelltes
laufendes Band gebracht und mit der richtigen Menge von Schmiermittel durch eine
Leitung 20 (FiG. i, rechts oben) beschickt, die in das Motorkompressorgehäuse einmündet
und nach der Beschickung mit Schmiermittel abgeklemmt und zugeschmolzen wird. Inzwischen
ist das System mit der Atmosphäre einmal
durch die Leitung 20 und
zum zweiten durch das Standrohr 26 verbunden, da das - Ventil 28 und der Behälter
3i noch nicht angeschlossen sind. Die ganze Kältemaschine befindet sich dabei aber
über Raumtemperatur infolge der Erhitzung durch das warme Trocknungsgas, so daß
kaum irgendwelche Luft von außen wieder in die Kältemaschine einfließen kann.
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Die Kältemaschine befindet sich aber auf einem Druck, der im wesentlichen
dem Außendruck entspricht. Nach Füllung mit Schmiermittel und Abschließen des Rohrs
20 wird nun der Kompressor etwa 2 Minuten betrieben mit dem Ergebnis, daß an der
Niederdruckseite der Kältemaschine eine Selbstevakuierung ,eingetreten ist. Die
Luft oder das Gas, das auf der Niederdruckseite sich befand, zu der im besonderen
der Verdampfer i 9 und das Innere des dichten Gehäuses i i gehören, wird durch das.
offene Ende 28 des Standrohrs 26 nach außen getrieben. Man kann' den Druck auf der
Niederdruckseite auf diese Weise etwa 62 cm Wassersäule oder darunter bringen. Auf
der Hochdruckseite, also im besonderen im Kondensator 15 und den Leitungen 14 und
17, wird dabei noch der Atmosphärendruck herrschen, weil ja ein Abblasen
in die Atmosphäre durch das offene Standrohr 26 eintritt.
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Bei Verwendung eines Systems mit Kapillarrohr 18 gemäß Fig.
i wird nun durch die Gewindehülse 3o eine Verbindung des Standrohrs 26 mit der Leitung
32 bewirkt, während der Kompressor noch weiter arbeitet. In dem Behälter 31 ist
eine genügende Menge flüssigen Kältemittels vorhanden, um die Kältemaschine zu beschicken;
das Ventil 29 ist noch .geschlossen. In dieser Weise muß gearbeitet werden, weil
bei Stillsetzer des Kompressors Luft wieder rasch in die Niederdruckseite der Kältemaschine
einsikkern könnte. Dadurch würde der gerade vollendete Vorgang der Selbstevakuierung
wieder verschwinden. An der Hochdruckseite der Kältemaschine kann kein erheblicher
Druck entstehen, weil vorher die Niederdruckseite im wesentlichen evakuiert war
und sonach nur sehr kleine Gasmengen durch den Kompressor auf die Hochdruckseite
gefördert werden können.
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In diesem Augenblick befindet sich nun gewichtsmäßig die genau richtige
Kälteinittelmenge im Behälter 31. Der größte Teil der Menge unterliegt bei Raumtemperatur
einem genügenden Druck, bei dem er sich im flüssigen Zustande befindet; doch ist
auch eine kleine Menge von Kältemittelgas im Behälter 31 vorhanden. Die meisten
Kältemittel, wie Schwefeldioxyd oder Dichlorodifluormethan, befinden sich auf einem
höheren als Atmosphärendruck im Behälter 31, wenn sie Raumtemperaturen ausgesetzt
sind. Es ist aber nicht notwendig für die zweckmäßige Verwendung der Erfindung,
daß der Kältemitteldruck im Behälter 3 i., zu dieser Zeit über dem Atmosphärendruck
liegt.
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Nachdem der Hahn 29 und der Behälter 3 i an das Standrohr 26 angeschlossen
sind, wird durch Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor 13 der Kompressor stillgesetzt.
Nun wird der Hahn 29 geöffnet, und - das flüssige Kältemittel läuft -entweder nur
durch sein Gewicht oder unter Wirkung von Druckunterschied und Gewicht (falls der
Druck im BehUteZ 3 i höher liegt als der Druck an der Hochdruckseite der Kältemaschine)
in die Kältemaschine ein. Nunmehr wird das ganze Gebilde auf Urdichtheit geprüft,
und .wenn keine Undichtheiten gefunden werden, wird der Kompressor 12 erneut in
Gang gesetzt und läuft fortgesetzt etwa i Stunde lang. Während dieser Zeit pumpt
der Kompressor ein Gemisch nicht kondensierbarer Gase und gasförmigen Kältemittels
in die Leitung 14, und das Gemisch gelangt bei jedem Kompressorhub in den Behälter
3 i. Da dieser Behälter von verhältnismäßig kühler Außenluft umspült wird, während
sich das Kältemittelgas auf hohem Druck befindet, wird dieses Gas kondensiert in
die Kältemaschine durch den Hahn 29 und das Standrohr 26 durch sein Eigengewicht
zurückfließen. Die Leitungen 26, 28 'haben einen ausreichenden Durchmesser, so daß
das kondensierte Kältemittel deinerseits und das gasförmige Kältemittel und nicht
kondensierbare Gase andererseits im Gegenstrom hindurchfließen können. Die nicht
kondensierbaren Gase bleiben im Behälter 31, und dieser wird nach einer verhältnismäßig
kurzen Zeit alle nicht kondensierbaren Gase, die in d .er Kältemaschine nach der
Selbstevakuierung verblieben waren, und eine kleine Menge von Kältemitteldampf enthalten.
Nunmehr wird der Hahn 29 geschlossen und das Standrohr 26 abgeklemmt und sofort
dicht verschlossen. Danach wird der Hahn 29 von dem Gewindestutzen abg.esc'hraubt
und zusammen mit dem Behälter 31 zur Beschickung einer weiteren Kältemaschine verwendet.
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Infolge der vorherigen Selbstevakuierung der Kältemaschine von nicht
kondensierbaren Gasen kann der Behälter 31 verhältnismäßig klein sein; immerhin
muß er groß genug sein, um die ;genaue Kältemittelbeschickung aufzunehmen, die .die
Kältemaschine verlangt. Weiter -liegt offenbar der Behälter 31 vorzugsweise oberhalb
des höchsten Flüssigkeitsstandes der Kältemaschine, da er ja finit der Hochdruckseite
verbunden wird und es erwünscht ist, daß kondensiertes flüssiges
Kältemittel
aus ihm infolge Eigengewichtes in die Kältemaschine zurückfließt, wenn der Kompressor
12 arbeitet. Die vollkommene Evakuierungs- und Beschickungsarbeit kann begonnen
und vollendet werden, sobald die Trocknung erfolgte, und die Kältemaschine braucht
zu keiner Zeit vom laufenden Band abgenommen zu werden. Der Behälter 31 kann viel
kleiner sein als das geschlossene Gehäuse, und er nimmt offenbar nicht viel Raum
oberhalb der Leitung 1¢ in Anspruch.
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Bei der Ausführung nach Fig. 1 mit Kapillarrohr sammeln sich die nicht
kondensierbaren Gase in der Leitung 14 und oberhalb des Kondensators, so daß der
Behälter 3 i mit der Druckleitung 1¢ verbunden ist. - Bei der Ausführung nach Fig.2
findet dagegen zur Regelung der übertragung flüssigen Kältemittels aus der Hochdruckseite
zur Niederdruckseite ein Schwimmerventil 3 5 Anwendung. Zu diesem gehört ein Gehäuse
36, in das das flüssige Kältemittel vom Kondensator 15 durch eine Leitung 37 fließt.
Das flüssige Kältemittel wirkt auf eine Schwimmerkugel 38, die bei ¢o =gelenkt
ist und auf das eigentliche Ventil 39 mit Nadel 41 und Ventilsitz 42 wirkt und je
nach dem Flüssigkeitsstande den Auslaß zum Verdampfer 19 öffnet oder schließt. Weiter
ist der Schwimmerbehälter 36 mit einer Reinigungsöffnung 43 versehen, die durch
einen Schraubstopfen 44 verschlossen ist.
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Da sich bei dieser Anordnung die glicht kondensierbaren Gase im Oberteil
der Schwimmerkammer 36 sammeln, ist hier ein dem Behälter 31 entsprechender Behälter
4.5 zur Beschickung des Systems durch ein Standrohr q.6 mit der Oberseite dieses
Behälters 36 verbunden. Das Standrohr 4.6 ist durch Einschweißen oder Löten an die
ö ffnung .17 im Deckel der Sch-vzmmerkammer angeschlossen. Am oberen Ende weist
das Standrohr wieder einen Gewindestutzen 48 auf, und es kann an diesen eine Rohrleitung
¢9 durch eine Muffe 51 angeschlossen werden. Die Leitung q.9 verbindet über einen
Hahn 52 mit dem Behälter 45. Der Behälter ¢5 liegt hiernach nieder über dem höchsten
Flüssigkeitsspiegel der Kältemasctlme, weil es auch bei dieser Ausführungsform zweckmäßig
ist, daß das flüssige Kältemittel durch Eigengewicht bei arbeitendem Kompressor
in die Kältemaschine einfließt.
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Die Kältemaschine bei der Ausführung nach Fig. 2 wird in genau den
gleichen Verfahrensstufen getrocknet und mit flüssigem Kältemittel beschickt, wie
es bei der Anordnung nach Fig. 1 geschildert war. Offenbar wird, sobald das flüssige
Kältemittel in die Kältemaschine einfließt und Kältemitteldampf kondensiert wird,
wieder flüssiges Kältemittel in den Schwimmerbehälter 36 einfließen und das Ventil39
öffnen, so daß die Beschickung in der Kältemaschine richtig verteilt wird. Beim
Arbeiten des Kompressors 12 wird ein Gemisch von Kältemitteldampf und nicht kondensierbaren
Gasen in den Behälter 45 getrieben. Hiervon gelangt nach Kondensation nur das Kältemittel
über den Hahn 52, die Leitung 49 und das Standrohr 46 in die Kältemaschine zurück,
während die nicht kondensierbaren Gase im Behälter ¢5 bleiben. Hat dieser alle nicht
kondensierbaren Gase aufgenommen und ist die Kältemaschine mit Kältemittel beschickt,
wird wieder das Standrohr 46 abgeklemmt und sofort dicht abgeschlossen, und Hahn
52 mit Behälter 45 können zur Füllung einer anderen Kältemaschine weiterverwendet:
werden.
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Es ergibt sich hiernach, daß durch das neue Verfahren zur Beschickung
von Kältemaschinen mit Kältemittel die teuren Evah-uiergeräte in Förtfall kommen
und daß das Verfahren sowohl in der Fabrik als auch außerhalb Anwendung finden kann.