-
Verfahren zum Betrieb von Kompressionskälte-maschinen Bei den meisten
Kompressionskältemaschinen wird das Kältemittel, z. B. Ammoniak, nach erfolgter
Verflüssigung im Kühler (Verdampfer) verdampft, wobei die der Verdampfungswärme
entsprechende Kälte im Verdampfer erzeugt wird. Der Dampf wird vom Kompressor wieder
angesaugt. Entsprechend dem großen Gasvolumen müssen die Saugleitungen des Kompressors
einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisen. Ist der Kühler vom Kompressor
weit entfernt, so bilden die mit Kälteisolation versehenen Saugleitungen einen erheblichen
Baukostenanteil. Außerdem muß der schwere Flüssigkeitsabscheider für das flüssig
Kältemittel zur Erzielung des erforderlichen Druckes an erhöhter Stelle angebracht
werden, was eine weitere Baukostenerhöhung bedingt. Wird ein Kühlsolekreislauf angewendet,
so kann der Verdampfer in der Nähe des Kompressors angeordnet werden. Indessen verteuert
ein solcher Kreislauf die Anlage. Es wurde daher schon vorgeschlagen, das verflüssigte
kalte Kältemittel durch den Kühler unter einem Druck zu schicken, der oberhalb des
Verdampfungsdruckes bei der höchsten im Kühler vorhandenen Kältemitteltemperatur
liegt. Bei dieser Arbeitsweise wird ,das im Kondensator verflüssigte Kältemittel
entspannt, dabei abgekühlt und durch eine Flüssigkeitspumpe durch den Kühler zum
Verdampfer zurückbefördert. Im Kühler wird die abzuführende Wärme von dem kalten,
flüssigen Kältemittel aufgenommen. Das flüssige Kältemittel übernimmt gleichzeitig
die Aufgaben einer Kühlsole.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betrieb von zwei- und mehrstufigen Kompressionskältemaschinen, bei denen das
Kältemittel wärmeaufnehmend den Kühler durchströmt, ohne dabei zu verdampfen. Dieses
Verfahren zum Betrieb von Kompressionskältemaschinen, wobei das verflüssigte, kalte
Kältemittel den Kühler unter einem Druck durchströmt, der oberhalb ,des Verdampfungsdruckes
bei der höchsten im Kühler vorhandenen Kältemitteltemperatur liegt, und das unter
Kondensatordruck verflüssigte alsdann entspannte kalte Kühlmittel durch eine Flüssigkeitspumpe
unter Druckerhöhung dem Kühler zugeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß bei
einer zwei- oder mehrstufigen Kältemaschine das im Kühler ererwärmte flüssige Kältemittel
zuerst in dem Flüssigkeitsabscheider einer höheren Verdichtungsstufe und sodann
in dem Flüssigkeitsabscheider einer tieferen oder der tiefsten Verdichtungsstufe
entspannt wird.
-
Gerade bei Kältemaschinen für sehr tiefe Temperaturen, die zwei- oder
mehrstufig arbeiten müssen, weist das Verfahren, das Kältemittel im Kühler nicht
verdampfen zu lassen, LesondereVorteile auf. Die zumeist als Kühlsolen verwendeten
wäßrigen Salzlösungen sind bei sehr tiefen Temperaturen ungeeignet. Aber selbst
wenn eine organische Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt als Kühlsole verwendet
würde, wäre ein besonderer Kühlsolekreislauf erforderlich. Der Wärmeübergang vom
verdampfenden Kältemittel an die Kühlsole im Verdampfer verlangt eine, wenn auch
kleine Temperaturdifferenz. Diese Temperaturdifferenz spielt bei tiefen Temperaturen
eine erheblichere Rolle als bei Temperaturen, die mit einstufigen Maschinen erreicht
werden können. Denn der Arbeitsaufwand für die erzeugte Kälte steigt mit sinkender
Temperatur. Übernimmt das Kältemittel gleichzeitig die Aufgaben der Kühlsole, so
entfällt die durch den Wärmeübergang bedingte Temperaturdifferenz; dadurch steigt
:der Wirkungsgrad der Anlage.
-
Bei einer besonders zweckmäßigen Abart des Verfahrens nach .der Erfindung
wird ein Teil des flüssigen Kältemittels unter Zwischendruck entnommen und durch
eine Flüssigkeitspumpe unter Druckerhöhung dem Kühler zugeführt. Diese Abart ist
sehr vorteilhaft, wenn die von der Kältemaschine abzuführende Wärme in einem weiten
Temperaturbereich aufgenommen werden muß. Denn es braucht lediglich ein Teil der
Kälte bei der tiefsten Temperatur erzeugt zu werden. Der andere Teil der Kälte kann
bei höherer Temperatur, eben der Temperatur des unter Zwischendruck siedenden Kältemittels
geliefert werden.
-
An Hand der schematischen Abbildung wird ein Ausführungsbeispiel für
das Verfahren nach der Erfindung bei einer zweistufigen Kompressionskältemaschine
beschrieben.
-
Der Niederdruckkompressor i saugt .durch Leitung i2a aus dem Niederdruckabscheider
4 gasförmiges Kältemittel an und drückt es in den Hochdruckabscheider 4a. Von hier
saugt der Hochdruckkompressor ja durch. Leitung 12 das gasförmige Kältemittel ab
und verdichtet es. Im Verflüssiger 2 kondensiert das Kältemittel und wird anschließend
im Ventil 3 entspannt, um größtenteils verflüssigt in Abscheider 4a zu strömen.
Aus Abscheider 4a gelangt die Flüssigkeit durch Entspannungsventil 3a in Abscheider
4. Da im Abscheider 4. ,der Saugdruck des Niederdruckkompressors i und im Abscheider
4a der Saugdruck des Hochdruckkompressors herrscht, ist die Temperatur des flüssigen
Kältemittels im Abscheider 4 entsprechend niedriger als im Abscheider 4a. Flüssigkeitspumpe
6 fördert durch Leitung 5 die kalte Flüssigkeit aus Abscheider 4 und komprimiert
sie auf einen Druck, der über dem im Abscheider 4a herrschenden Druck liegt. Unter
diesem erhöhten Druck strömt die Flüssigkeit durch Leitung 7, Kühler 8 (wo sie einem
durch Spirale 9 strömenden und zu kühlenden Mittel Wärme entzieht und sich dabei
selbst erwärmt) und Leitung io zum Entspannungsventil i i. Hier wird das flüssige
Kältemittel auf den Druck des Hochdruckabscheiders entspannt. Die bei dieser Entspannung
entstehenden Dämpfe werden wieder vom Hochdruckkompressor ja angesaugt.
-
Der Druck, mit dem das flüssige Kältemittel durch den Kühler 8 strömt,
wird so hoch gewählt, daß keine Flüssigkeit verdampft. Die angewärmte Flüssigkeit
kühlt sich beim Entspannen im Ventil i i unter teilweiser Verdampfung ab. Da in
den Leitungen 7 und io nur Flüssigkeit strömt, können sie erheblich enger sein,
als wenn das flüssige Kältemittel im Kühler 8 verdampfen würde.
-
Soll Kühler 8 in einem größeren Temperaturgefälle arbeiten, was z.
B. der Fall ist, wenn Gase tiefgekühlt werden und am wärmeren Ende des Kühlers 8
Wasserdampf ausfriert, so ist es vorteilhaft, den Kühler mit zwei Kältemittelströmen
verschiedener Temperatur zu beschicken. Pumpe 6a saugt dann das im Hochdruckabscheider
4a befindliche wärmere flüssige Kältemittel durch Leitung 5a an und komprimiert
es auf den imLeitungssYstem 7, io herrschenden Druck; Pumpe 6a hat dabei eine kleinere
Druckdifferenz zu überwinden als Pumpe 6. Durch Leitung 7a wird dieser K.ältemittelstrom
im Kühler 8 unterhalb der Stelle eingespeist, an der zusätzlicher Kältebedarf bei
höherer Temperatur auftritt. So braucht nicht die gesamte Kältemittelmenge auf die
tiefste in Kühler 8 auftretende Temperatur abgekühlt zu werden. Gerade diese Abart
des Verfahrens nach der Erfindung birgt große wirtschaftliche Vorteile.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, bei Kältemaschinen mit mehr als
zwei Druckstufen weitere Abscheider und Flüssigkeitspumpen vorzusehen, so daß die
erzeugte Kälte bei ebensoviel Temperaturstufen abgegeben werden kann, wie Druckstufen
vorhanden sind.