DE809913C

DE809913C - Zwei- oder Mehrstufenkaeltemaschine

Info

Publication number: DE809913C
Application number: DES1179A
Authority: DE
Inventors: Tore Brandin
Original assignee: SVENSKA TURBINFAB AB
Current assignee: SVENSKA TURBINFAB AB
Priority date: 1949-02-03
Filing date: 1950-01-01
Publication date: 1951-08-02
Also published as: CH285257A; GB660771A

Description

Zwei- oder Mehrstufenkältemaschine In der Kältetechnik wird nunmehr in großem Umfange mit sehr niedrigen Temperaturen gearbeitet. Lebensmittel werden bei einer Temperatur von -30° bis zu -4o° C eingefroren, und in der chemischen Industrie ebenso wie in der Heilmittelindustrie sind noch niedrigere Temperaturen erforderlich. Um bei derart niedrigen Temperaturen annehmbare volumetrische Wirkungsgrade zu sichern, ist es notwendig, die Kompression auf zwei oder mehrere Stufen aufzuteilen. In einer einstufigen Kompressionskältemaschine nimmt die Kälteleistung schnell mit sinkender Verdampfungstemperatur ab. Auch der Kraftverbrauch nimmt ab, nachdem er zunächst einen Höchstwert passiert hat, der bei normaler Kondensationstemperatur einer sehr hohen Verdampfungstemperatur entspricht. Für gewöhnlich wählt man die Größe des Kompressormotors derart, daß er bei einer z. B. durch hohe Belastung beim Inbetriebsetzen und Abkühlen bedingten, sehr hohen Verdampfungstemperatur genügt. Bei niedriger Temperatur wird ein derart bemessener Kompressormotor nicht im vollen Umfange ausgenützt.
Die Erfindung hat zum-Zweck, eine Zwei- oder Mehrstufenkältemaschine zu schaffen, deren Hauptteile ein Kompressor, ein Kondensator und ein Verdampfer sind, wobei die zur Verfügung stehende Motorleistung derart verwertet wird, daß man eine einfache und hinsichtlich des Betriebes vorteilhafte Maschine erhält. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine oder mehrere der Kompressionsstufen durch zusätzliche Kompressoren geschaffen werden, die durch Expansionsmaschinen angetrieben werden, welche ihrerseits durch Kältemitteldampf getrieben werden, der nach erfolgter Arbeitsleistung wieder in den Kältemittelkreislauf zurückgeführt wird, und zwar an einer Stelle desselben, die einen niedrigeren Druck als denjenigen der Anzapfstelle aufweist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigen die Fig. i bis 3 der Zeichnung schematisch je eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung.
In sämtlichen Figuren bezeichnet i einen durch einen Motor angetriebenen Kompressor, der durch die Leitung 2 dem Kondensator 3 das Kältemittel zuleitet, von wo ab das Kältemittel durch das Expansionsventil 4'nach dem Verdampfer 5 weiterströmt. Das in 5 verdampfte Kältemittel wird durch eine Saugleitung 6 einem ersten Kompressor 7, hier als Zusatzkompressor bezeichnet, zugeführt und dort auf einen größeren Druck komprimiert, um dann dem Kompressor i wieder zugeleitet zu werden. Zwischen den beiden Kompressoren ist ein Kühler 8 eingeschaltet.
Der Zusatzkompressor 7 wird erfindungsgemäß durch der Leitung 2 entnommenen Hochdruckdampf getrieben, der durch die Leitung 9 der Expansionsmaschine io des Zusatzkompressors zugeführt wird, wo der Dampf expandiert, um dann dem Kältemittelkreislauf wieder zugeführt zu werden. Die zur Bewirkung der ganzen aufgeteilten Kompression erforderliche Energie wird somit der Welle des Kompressors i zugeführt. Das auf hohen. Druck und hohe Temperatur komprimierte Kältemittel überträgt die erforderliche Energie auf die Expansionsmaschine und den Zusatzkompressor. Zu bemerken ist, daß die thermodynamischen Verluste im Kompressor i in Nutzleistung in demjenigen Teil des Dampfes, der in der Expansionsmaschine expandiert, umgewandelt werden. Der Dampf kann entweder bis zu dem zwischen dem Zusatzkompressor und dem Kompressor i herrschenden Druck, wie in Fig. i durch die Leitung i i angedeutet ist, oder auch bis zu dem vor dem Zusatzkompressor herrschenden Druck expandieren, wie durch die Leitung 12 in Fig. 2 angedeutet ist. Im letzteren Falle muß der Zusatzkompressor sowohl den vom Verdampfer 5 kommenden Niederdruckdampf als auch den Abdampf aus der Expansionsmaschine auf einen Zwischendruck komprimieren, wonach der Druck durch den Kompressor i auf den Kondensatordruck erhöht werden soll. Dieser Fall ist daher für gewöhnlich ungünstiger als der erstgenannte Fall gemäß Fig. i.
Die punktierte Linie 13 in Fig. 2 bedeutet eine Umführungsleitung. Wenn man das Ventil 14 dieser Umführungsleitung öffnet und die Zufuhr des Anzapfdampfes zur Expansionsmaschine mit Hilfe eines Ventils 15 der Leitung 9 unterbricht, dann wird der Zusatzkompressor vorbeigeschaltet. Hierdurch kann die Maschine sowohl für eine niedrige als auch für eine hohe Verdampfungstemperatur eingestellt werden.
Unter den Kombinationen einer Expansionsmaschine und eines Zusatzkompressors können die nachstehenden Beispiele erwähnt werden: a) Expansionsdüse, Diffusor (Strahlkompressor oder Ejektor); b) Turbine, Turbokompressor; c) Turbine, Kolbenkompressor; d) Kolbenexpansionsmaschine (Dampfmaschine), Kolbenkompressor; e) Kolbenexpansionsmaschine, Turbokompressor.
Die beiden erstgenannten Kombinationen dürften dem Zweck der Erfindung am besten genug tun. Fig. 3 läßt einen Strahlkompressor mit Expansionsdüse io und Diffusor 7 erkennen. Der letztere, der keine beweglichen Teile aufweist, ist, besonders einfach und kann trotz seiner kleinen Abmessungen große Dampfmenge bedienen. Sein Wirkungsgrad ist niedrig, aber der gesamte Wirkungsgrad der Anlage wird durch den hohen Wirkungsgrad des Hauptkompressors i verbessert.
Fig.3 läßt auch eine entsprechende Verlegung eines Olabscheiders 16 erkennen, der eine selbsttätige Zurückleitung des Öles nach dem Kompressor i ermöglicht. Ein Rückschlagventil 17 verhindert das Kältemittel im Kondensator beim Stillstand der Maschine daran, durch die Leitung 9 dem niedrigen Druck zuzuströmen. Die kleine Menge des Hochdruckdampfes im System zwischen dem Rückschlagventil und dem Kompressor i dagegen strömt der Saugseite zu, wodurch die Druckventile des Kompressors entlastet werden, was von Vorteil ist, wenn der Kompressor aufs neue in Betrieb gesetzt werden soll.
Der Strahlkompressor kann, obschon mit schlechtem Wirkungsgrad, innerhalb sehr'weiter Druckgebiete arbeiten und dadurch zusammen mit dem Kompressor i eine Kühlwirkung auch bei solchen Verdampfungstemperaturen leisten, die so niedrig sind, daß man bei Verwendung nur von Kolbenkompressoren eine dreistufige Kompression wählen muß.
Die Verwendung einer Expansionsmaschine für angezapftes Kältemittel und eines durch dieselbe angetriebenen Zusatzkompressors stellt ,eine einfache Anlage ohne äußere Dichtungen dar. In manchen Fällen kann der Kompressor i mit einem Saugdruck (Kurbelgehäusedruck) arbeiten, der höher ist als der Außendruck, obgleich der Verdampfungsdruck erheblich niedriger ist, wodurch verhindert wird, daß Luft in das System eindringt. Das Zusatzaggregat kann ohne Schwierigkeit in schon befindliche Anlagen eingebaut werden, um die Kühlwirkung bei niedriger '\'erdampfungstemperatur zu erhöhen. Zu bemerken ist, daß, obschon nicht dargestellt, die Anlage mehr als einen einzigen motorgetriebenen Kompressor i ebenso wie mehr als ein Zusatzaggregat umfassen kann. Die Anlage kann, wie leicht ersichtlich, auch als Heizpumpe benutzt werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Eine Zwei- oder Mehrstufenkältemaschine, die als Hauptteile einen Kompressor, einen Kondensator und einen Verdampfer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Kompressionsstufen durch mittels Expansionsmaschinen (io) getriebene Zusatzkompressoren (7) gebildet werden, welche Expansionsmaschinen durch Kältemitteldampf getrieben werden, der nach Leistung von Arbeit in den Kältemittelkreislauf zurückgeleitet wird, und zwar an einer Stelle desselben, deren Druck niedriger ist als der an der Anzapfstelle herrschende Druck.