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Verfahren und Einrichtung zum Tiefkühlen Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von Tieftemperaturen mittels
eines in Umlauf versetzten Kältemittels, das dabei verdichtet, verflüssigt und verdampft
wird.
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Bei Kälteanlagen zur Erzeugung von Tieftemperaturen, beispielsweise
für # Kühlschränke oder Kühlräume, entsteht im Kältemittelkreislauf zwischen Verdampfer
und Verflüssiger ein derart hohes Druckverhältnis, daß es in einem einzigen Verdichtungsvorgang
nicht mehr wirtschaftlich überwunden werden kann. Es war deshalb bei solchen Anlagen,
die verhältnismäßig tiefe Temperaturen erzeugen sollen und daher mit entsprechend
niedriger Verdampfungstemperatur und dem-U cl. mäß tiefem Druck arbeiten müssen,
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wendig, einen mehrstufigen Verdichter vorzusehen oder mehrere einstufige
Verdichter hintereinander zu schalten. Eine solche Anlage erfordert aber verhältnismäßig
hohe Anlage- und Betriebskosten und .eine umfangreiche Wartung und läßt somit hinsichtlich
ihrer Wirtschaftlichkeit zu wünschen übrig. Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren
und eine Anlage zu schaffen, mit der diese Nachteile soweit wie möglich vermieden
werden.
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Es ist bereits eine Kälteanlage bekanntgeworden, mit der ein Kühlraum
unterkühlt werden soll und bei der in normalem Betrieb der Verdichter über einen
Verflüssiger auf einen Soleverdampfer arbeitet; entfällt der Kältebedarf in dem
Kühlraum, so läßt man den Verdichter unter Abschaltung jenes Verdampfers über den
Verflüssiger auf einen Speicher arbeiten, der dadurch unterkühlt wird. Bei Auftreten
eines Kältebedarfs im Kühlraum schaltet man den Speicher bis zu seiner Erschöpfung
in der Weise in den Kältekreislauf
ein, daß der Verdichter zunächst
wieder auf den Verflüssiger arbeitet und das hier verflüssigte Kältemittel durch
den Speicher leitet, wo es unterkühlt wird. Nach Erschöpfung des Kältespeichers
arbeitet die Anlage wieder in normalem Betrieb, nämlich mit dem Verflüssiger und
dem Soleverdampfer. Mag auch diese Betriebsweise zu einer gewissen Verbesserung
des Wirkungsgrades der Anlage führen, so ist diese doch nur geringfügig; denn dadurch,
d,aß dort der Verflüssiger bei beiden Arbeitsstufen in Betrieb ist, bleiben die
Arbeitsbedingung,-n für den Verdichter stets die gleichen. Auch mit dieser bekannten
Arbeitsweise werden somit die obenerwähnten Nachteile nicht beseitigt.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung hingegen läßt sich dies erzielen,
und zwar grundsätzlich dadurch, daß ein Verdichter in der ersten Arbeitsstufe über
einen Verflüssiger auf den Verdampfer eines Kältespeichers arbeitet und dabei die
Speicherflüssigkeit unterkühlt (Speicherperiode) und in der zweiten Arbeitsstufe
nach genügender Unterkühlung unter Umgehung jenes Verflüssigers auf den Verdampfer
in einem Tiefkühlraum geschaltet wird (Tiefkühlperiode), wobei nunmehr der Verdampfer
des Kältespeichers als Verflüssiger wirkt. Dadurch wird der gesamte Druckunterschied
unterteilt, so daß der Verdichter bei jeder der beidem Verfahrensstufen nur einen
erheblich geringeren Druck zu überwinden braucht. Durch diese Unterteilung des gesamten
Druckverhältnisses wird es ermöglicht, mit nur einer Verdichtungsstufe und dadurch
mit einem einzigen Verdichter auszukommen. Der bisher erforderliche zweite Verdichter
oder die zweite Verdichtungsstufe fällt nunmehr fort, und dementsprechend erhöht
sich die Wirtschaftlichkeit. Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf eine Einrichtung
zur Durchführung des neuen Verfahrens. DieWirkung des hierbei verwendeten Speichers.
kann man erfindungsgemäß dadurch steigern, daß man als Speicherflüssigkeit eine
eutektische Sole verwendet, durch die das Speichervermögen erhöht und damit die
Wirtschaftlichkeit der Anlage noch weiter verbessert wird.
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Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert, das auf der Zeichnung in einem Schema veranschaulicht ist.
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Es ist i der Verdichter, der über Leitung 2 und Umschaltventil 3 mit
einem Verflüssige.r q. verbunden ist. Das verflüssigte Kältemittel fließt durch
Leitung 5 und Regulierventil 6 weiter zum Verdampfer 7. Letzterer ist in :einem
Kältespeicher 8 eingebaut, der mit Sole 9 gefüllt ist. Vom Verdampfer 7 führt die
Leitung io, in der ein Umschaltventil i i angeordnet ist, zurück zum Verdichter
i. Weiterhin führt eine Abzweigleitung 12 vom Ventil 3 zum Verdampfer 7 sowie eine
Leitung 13 über ein Regulierventil 1 ¢ zu einem im Tiefkühlraum 16 angeordneten
weiteren Verdampfer 15, der durch eine Leitung 17 über das U msch.altventil i i
mit dem Verdichter i verbunden ist.
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Erfindungsgemäß arbeitet der Verdichter i in dem ersten Abschnitt
des neuen Tiefkühlverfahrens über den Verflüssiger 4 und das Regulierventil 6 auf
den Verdampfer 7 im Kältespeicher 8, und zwar so lange, bis die Sole g im Speicher
genügend unterkühlt ist. Ist der Speicher 8 genügend aufgeladen, so erfolgt im zweiten
Abschnitt des Verfahrens die Umschaltung der Ventile 3 und i i, und der Verdichter
i - arbeitet nutzmehr auf den anderen Kältemittelkreislauf, dem der Verdampfer 15
für die Erzeugung von Tieftemperaturen im Kühlraum 16 angehört. Hierbei wirkt der
Verdampfer 7 als Verflüssiger. Mit dem neuen Verfahren ist es somit möglich, das
gesamte Druckverhältnis zu unterteilen und damit die für die Verdichtung aufzuwendende
Leistung zu verringern, indem nämlich der verhältnismäßig hohe Druckunterschied
zwischen dem Verdampfer 15 (mit einem Druck von z. B. o,5 atü) und dem Verflüssiger
q. (mit einem Druck von beispielsweise io atü) durch Zwischenschalten. des Kältespeichers
5 abgestuft wird und der Verdichter somit jeweils nur einen Bruchteil des Gesamtdruckes
zu überwinden hat. So beträgt in obigem Beispiel bei einem Druck von etwa 2,5 atü
im Speicher 7 in dem ersten Verfahrensabschnitt das Verdichtungsverhältnis 10:
2,5 = q. und im zweiten Abschnitt 2,5: 0,5 = 5, während es. anderenfalls 10:
0,5 = 2o sein würde.
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Nach der Erfindung wird also eine Verdichtungsstufe und damit unter
Umständen ein Verdichter eingespart, wodurch sich die Beschaffungs- und'Betriebskosten
der Anlage erheblich verringern und ihre Bedienung wesentlich vereinfacht wird.
Durch Einbaueines mit 18 bezeichneten Thermostaten, Pressostaten o. dgl. im Tiefkühlraum
ist es möglich, den Verdichter nach Erreichen der gewünschten Temperatur im Tiefkühlraum
durch Einwirkung des Thermostaten auf die beiden Schaltventile 3, 11 sofort wieder
auf den Speicher zu schalten, so daß dieser unverzüglich von neuem aufgeladen wird.
Dadurch läßt sich die Größe des Speichers ohne Beeinträchtigung der Kühlwirkung
im Tiefkühlraum wesentlich verringern. Auf diese Weise kann man auch die ganze Anlage
automatisch arbeiten lassen, indem der Thermostat nach genügender Aufladung des
Speichers den Verdichter wieder auf den Tiefkühlraum umschaltet.
Weiterhin
kann man erfindungsgemäß als Speicherflüssigkeit eine @eutektische Sole verwenden,
um durch Ausnutzung ihrer Kristallis:ationswärme eine für längere Zeit konstante
Speichertemperatur zu erhalten.