DE7735646U1

DE7735646U1 - Geschlossener behaelter mit einem fluessigkeitsbad und einer kuehlvorrichtung fuer das fluessigkeitsbad

Info

Publication number: DE7735646U1
Application number: DE19777735646
Authority: DE
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 1976-11-24
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1979-05-17
Also published as: FR2372404B1; IT1087902B; DE2752005A1; FR2372404A1; DK522377A

Description

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Patentanwalt

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7465/05/Ch/Fr Augsburg, 21. November 1977

CENTRE TECHNIQUE DES INDUSTRIES MECANIQUES 52 Avenue Felix Louat
F-60304· SENLIS, Frankreich

Verfahren zum Kühlen von Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter und Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter und betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zum Kühlen von Schmierflüssigkeit bei Maschinen, insbesondere zum Kühlen des Ölbads bei hermetisch verschlossenen Kompressoren von Kühlanlagen, beispielsweise von hermetisch verschlossenen Kompressoren mit symmetrischem Kühlkreislauf.

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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß zur Sicherstellung der thermischen Selbstregulierunq eines Flüssigkeitsbades, welches Energieverluste in einem geschlossenen Behälter absorbiert, man eine partielle Verdampfung einer verdamp'"-baren Flüssigkeit bewirkt durch Wärmeaustausch über eine in das Flüssigkeitsbad eingetauchte Wärmeaustauscherfläche, wobei durch die Verdampfungswärme mindestens die gesamte vom Flüssigkeitsbad aufgenommene maximale Verlustleistung übertragbar und absorbierbar ist, und wobei die verdampfbare Flüssigkeit in einer Richtung durch Schwerkraft in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dieser Wärmeaustauscherfloche und einem Kondensator für die verdampfte Flüssigkeit zi rkuliert.

Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem Kreislauf einer verdampfbaren Flüssigkeit, bestehend aus einem in das Flüssigkeitsbad eingetauchten Verdampfer, dessen Wärmeaustauscheroberfl-äche ausreichend ist, um bei einem Zustand der teilweisen Verdampfung der Flüssigkeit einen thermischen Fluß zu übertragen, der mindestens äquivalent ist der maximalen vom Flüssigkeitsbad aufgenommenen Verlustleistung, einem Kondensator für die verdampfte Flüssigkeit, sowie einer Flüssigkeitsleitung, durch welche die flüssigkeit infolge ihrer Schwerkraft vom Kondensator zum Verdampfer gelangt, wobei in diese Leitung ein Einwegventil geschaltet ist.

In einem besonderen Anwendungsbexspiel handelt es sich bei dem Flüssigkeitsbad, in welches der Verdampfer ein-

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taucht, um das Schmierflüssigkeitsbad einer Maschine, das zur Abkühlung der Maschine während deren Betrieb dient, wobei Verlustenergie in thermischer Form abgeführt wird. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise anwendbar auf das Kühlen von anderen Flüssigkeiten, welche sich in einem geschlossenen Behälter befinden, beisi ielsweise ist die Erfindung anwendbar auf das Abkühlen von Schmieröl in einem Motorgehäuse, einem Getriebegehäuse und anderen ähnlichen Geräten.

Die Erfindung ermöglicht ein Kühlen mittels einer einfachen Vorrichtung, deren Betrieb sich selbst regelt in Abhängigkeit des abzuführenden thermischen Flusses, also insbesondere in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Haschine, deren Schmier flüssigkeit al zukühlen ist.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist weiterhin von Vorteil, daß der Kreislauf zum Abkühlen des Flüssigkeitsbades, insbesondere zum Abkühlen des Ölbads bei einem hermetisch geschlossenen Kompressor unabhängig ist vom Kühlkreislauf einer Kälteanlage, bei welcher der Kreislauf der verdampf baren Flüssigkeit zur Kühlung des Öls im hermetisch abgeschlossenen Kompressor dient. Es ist weiterhin möglich, je nach Anwendungsfall eine geeignete verdampfbare Flüssigkeit zu wählen. Weiterhin ist es möglich, daß der herrschende Druck im Kreislauf der verdampfbaren Flüssigkeit weitaus geringer gehalten werden kann als in den anderen Kreisläufen der Anlage. Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Vermeidung von Druckverlusten von Kreisläufen, wie sie sonst zur Abkühlung der Kompressoren bei einer Kälteanlage

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verwendet werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Kompressors erhöht und der Gesamtenergieverbrauch vermindert.

Für das einwandfreie Funktionieren der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es erforderlich, daß im geschlossenen Kreislauf der verdampfbaren Flüssigkeit stets eine Flüssigkeitsmenge im Gleichgewicht mit deren gesättigtem Dampf in Zirkulation sich befindet, wobei diese Menge ausreichend sein muß, um den Verdampfer zu speisen und um die thermische Verlustleistung zu absorbieren, wobei die Füllung ausreichend sein muß, damit eine durch die Schwerkraft bedingte Zirkulation aufrechterhalten werden kann. Diese Bedingungen sind einfach zu realisieren durch entsprechende Dimensionierung des geschlossenen Kreislaufes, insbesondere durch entsprechendes Auslegen der Verdampferoberfläche und der Kondensatoroberfläche, der Menge der in den geschlossenen Kreislauf eingebrachten Flüssigkeit des Abkühlverhaltens des Kondensators, in Abhängigkeit von der erlaubten Maximaltemperatur des abzukühlenden Flüssigkeitsbades und in Abhängigkeit von der maximal abzuführenden Wärmeenergie. Ein entsprechend dimensionierter Kreislauf regelt sich automatisch in Abhängigkeit der abzuführenden thermischen Energie und damit in Abhängigkeit des Betriebszustandes der zugehörigen Maschine. Beim Betrieb wird die im Kondensator abgekühlte Flüssigkeit im Verdampfer erwärmt, wobei sie teilweise verdampft und ihr Dampfdruck sich entsprechend ebenso wie die Zirkulationsgeschwindigkeit erhöht. Steigt die Temperatur.des zu kühlenden Flüssigkeitsbades, dann erhöht sich auch die abzuführende thermische Leistung, so daß also mehr Flüs-

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sigkeit verdampft wird, wobei die Grenzen gesetzt sind durch den maximalen thermischen Fluß, der durch die Austauscherflache des Verdampfers bestimmt ist.

Für die Vorrichtung sind keine Sondermaterialien erforderlich. Der Verdampfer, der in das zu kühlende Bad eintaucht, kann aus einer Rohrwendel mit rundem, ovalem oder abgeplattetem Rohrquerschnitt, eventuell mit Rippen oder aus einem Flächenaustauscher oder einer Röhrenbatterie bestehen. Der Kondensator ist ebenfalls üblicher Bauart, wobei die Abkühlung dort durch Luft oder durch Konvekcion erfolgen kann. Am einfachsten ist es, den Kondensator der Umgebungsluft auszusetzen.

Die verdampfbare Flüssigkeit wird in den geschlossenen Kreislauf eingebracht, nachdem dieser luftleer gemacht wurde. Die Flüssigkeit wird in einer solchen Menge eingebracht, daß sie im Gleichgewicht steht mit dem gesättigten Dampf während jedes Betriebszustands der Vorrichtung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Kühlanlage herkömmlicher

Bauart mit einem hermetisch abgeschlossenen Kompressor und einem Vorkondensator;

Fig. 2 eine Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung zur Kühlung des Öls eines Kompressors einer Kühlanlage und

Fig. 3 ein Wellenlager, dessen öl zu kühlen ist.

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In den Fig. 1 und 2 ist jeweils schematisch eine Kühlanlage dargestellt, bestehend aus einem Kühlschrank 1, und einem Kühlflüssigkeitskreislauf, bestehend aus einem Verdampfer 2 im Kühlschrank 1, einem Kompressor 3, einem Kondensator 4 und einem Druckminderventil 5. Der geschlossene Leitungskreislauf für die Kühlflüssigkeit verläuft hierbei vom Verdampfer 2 zum Kompressor 3, wo die im Verdampfer verdampfte Flüssigkeit komprimiert wird, zum Kondensator 4·, wo die komprimierte Flüssigkeit durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft kondensiert wird und zum Druckminderventil 5. bei welchem es sich um ein Kapilarventil handelt.

Der Kompressor 3 ist ein hermetisch abgeschlossener Kompressormit einem symmetrischen Kühlkreislauf» Das den Kompressor umschließende Gehäuse schließt ein Ölbad 6 mit ein, welches in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Kompressors dessen Energieverluste in Form von thermischer Energie aufnimmt.

Um die vom Bad 6 aufgenommene Verlustenergie abführen zu können, ist bei der bekannten Anlage nach Fig. 1 ein Kühler 7 vorgesehen, der in das Ölbad 6 eintaucht, sowie ein Austauscher θ, der auch Vorkondensator genannt wird und der der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Die Abkühl flüssigkeit ist die gleiche, wie sie für die Kühlanlage insgesamt verwendet wird. Die Kühlvorrichtung 7 und der Vorkondensator 8 sind in den Kühlflüssigkeitskreislauf hintereinander geschaltet zwischen dem Kompressor 3 und dem Kondensator 4- .

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Bei einer solchen Anlage wird also die Kühlflüssigkeit für das Ölbad des Kompressors von dem Kompressor selbst gefördert. Hierbei entstehen unvermeidbar Druckverluste in den Kühlschlangen im Ölbad und im Vorkondensator, die den Wirkungsgrad des Kompressors reduzieren. Diese Di^ckverluste entsprechen in gleicher Weise einem zusätzlichen Verbrauch an elektrischer Energie und erhöhen weiterhin das Kompressionsverhältnis durch Erhöhung der Temperatur am Ende der Kompression. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß nach dem Stillstand des Kompressors eine weitere Abkühlung des Ölbades nicht erfolgt, so daß das Ölbad warm bleibt, während der Kompressor angehalten ist.

Bei der - erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 2 jedoch wird die Abkühlung des Ölbades 6 des Kompressors bewirkt durch einen geschlossenen Kreislauf, welcher unabhängig ist vom übrigen Kühlkreislauf. Der geschlossene Kreislauf enthält eine mit ihrem gesättigten Dampf in Gleichgewicht stehende Flüssigkeit. Bei der Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Freon, das in den geschlossenen Kreislauf eingebracht wird, nachdem von diesem Luft entfernt wurde.

Der Kreislauf gemäß der Erfindung umfaßt einen Verdampfer 11, in welchem die Flüssigkeit teilweise verdampft durch Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Ölbad. Der Ver· dämpfer weist Rohrschlangen auf, die i das Ölbad ragen, entsprechend dem Kühler 7 in Fig. 1. Um die transportierte Wärme abführen zu können, ist ein Kondensator 12 vorgesehen, wo die verdampfte Flüssigkeit kondensiert wird. Der Kondensator besteht vorzugsweise aus gerippten Rohr-

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schlangen, die der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Dieser Kondensator ist oberhalb des Kompressors 6 angeordnet. Hierdurch wird ein Rohrzweig 13 gebildet, in welchem der Dampf aufsteigt, dur zuvor im Verdampfer 11 verdampft wurde und der sodann im Kondensator 12 kondensiert. Weiterhin wird eine absteigende Rohrleitung 14 gebi.'.det, durch welche die kondensierte Flüssigkeit zum Verdampfer 11 infolge der Schwerkraft zurückfließt. In diese Rückführleitung 14 ist ein Bauteil angeordnet, welches eine Flüssigkeitsströmung in andere Richtung verhindert. Im gezeigten Beispiel handed es sich um eine Rohrschleife, die ein Sifon bildet. Hierbei kann natürlich jedes andere Einwegventil Anwendung finden, wie beispielsweise ein Klappen- oder ein Schwimmerventil .

Im gezeigten Beispiel weist der Kältekompressor eine Leistungsaufnahme von 200 W auf. Die auf das Ölbad während des Betriebs übertragene Leistung liegt in der Größenordnung von 4-0 bis 50 W.

Die Flüssigkeit im Kühlkreislauf für das Ölbad besteht aus Freon 113, einem Trifluortrichlorethan. Die in den Kreislauf eingebrachte Freonmenge betrug 30 cm bei Umgebungstemperatur und 1 Bar Druck. Die Siedetemperatur unter diesen Bedingungen betrug 4-7 C.

Die innere Oberfläche der Rohrschlangen des Verdampfers 11, die in das Ölbad eintauchen, betrug 140 cm , die innere Oberfläche der Rohrschlangen des Kondensators 12 betrug 2000 cm . Das Rohr des Verdampfers 11 hatte einen Außendurchmesser von 6 mm und einen Innendurchmesser von

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4 mm, während beim Kondensator der Rohr-Außendurchmesser 12 mm und der Rohrinnendurchmesser 10 mm betrug. Der Innendurchmesser des Rohres 13 betrug 8 mm und derjenige des Rohres I^ 6 mm. Die hydraulische Einweg.verbindung 15 war in einer Höhe von 20 cm oberhalb des Verdampfers 11 angeordnet. Während des Betriebs der Kühleinrichtung stellte sich eine stabile Zirkulation der verdampfbaren Flüssigkeit im geschlossenen Kreislauf ein. Im Gleichgewicht, d. h., wenn der Kompressor in Betrieb ist, betrug die Temperatur in Höhe des Verdampfers 11 etwa 60 bis 70 , was einem Druck des gesättigten Freondampfes im geschlossenen Kreislauf von 2 bis 3 Bar entsprach. Während des Stillstands des Kompressors während einer Zeit- ' dauer von etwa 10 Minuten, was normalerweise der Unterbrechungsdauer bei einer Kühlanlage entspricht, wurde die Temperatur in Höhe des Verdampfers 11 abgesenkt auf ungefähr 50 C. Bei länger anhaltenden Betriebsunterbrechungen setzte sich der Kreislauf der verdampf baren Flüssigkeit for': und es fand eine Abkühlung bis auf Umgebungstemperatur statt, wobei der Druck im geschlossenen Kreislauf auf einen Wert in der Größenordnung von 0,^ 8ar absank.

Die Fig. 3 zeigt einen weiteren Anwendungsfall zur Ölabkühlung. Diese Figur zeigt ein Lager 21, in welchem ein Ölkühler 22 angeordnet ist, welcher aus in ein Ölbad eingetauchten Rohrschlangen besteht und der Teil eines geschlossenen Kreislaufes ist, welcher u. a. einen Kondensator 23 aufweist, welcher der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Dieser Kondensator ist oberhalb des Ölbades angeordnet und eine Leitung 2^ verbindet den Kühler 22

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mit dem Kondensator 23. In der Rücklaufleitung zwischen dem Kondensator 23 und dem Kühler 22 ist ein hydraulischer Verschluß 25 angeordnet, der bewirkt, daß die kon densierte Kühlflüssigkeit unter der Schwerkraft nur in
einer Richtung, das heißt zurück zum Kühler 22 zu flies sen vermag .

Claims

Schutzansprüche

]y Geschlossener Behälter mit einem Flüssigkeitsbad und einer Kühlvorrichtung für das Flüssigkeitsbad^dadurch gekennzeichnet· daß der Behälter (3, 21) im Bereien des FVüssigkeitsbads (6; einen Verdampfer (11, 22) für eine verdampfbare Flüssigkeit aufweist, außerhalb des Behälters (3, 21) und oberhalb des Verdampfers (11, 22) ein mit diesem über Leitungsrohre (13, 14, 24) verbundener Kondensator (12, 23) angeordnet ist und die Rücklaufleitung (14, 24) ein Organ (15, 25) aufweist, welches die Flüssigkeit nur vom Kondensator (12, 23) zum Verdampfer (11, 22) strömen läßt.
2. Behälter mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12, 23) Kühlrippen aufweist.
3. Behälter mit Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (11, 22) aus Rohrschlangen besteht.
4. Behälter mit Kühlvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (15) eine Rohrleitungsschleife der Rücklaufleitung (14) ist.