-
Kompressionskühlanlage Die Erfindung bezieht sich auf Kompressionskühlanlagen,
in deren Kältemittel-Kreislauf ein Verdichter, ein Kondensator und ein Verdampfer
zusammen mit einer Zuleitung für die flüssige Phase des Kältemittels vom Kondensator
zum Verdampfer und mit einer Rückleitung für die gasförmige Phase vom Verdampfer
zum Verdichter liegen, mit einem in die Rückleitung eingeschalteten Behälter, der
diese in zwei Teile unterteilt, von denen der erstere in den Behälter mündet und
der letztere aus dem oberen Teil des Behälters austritt.
-
Die bekannten Kühlanlagen dieser Art besitzen mechanisch arbeitende
Regeleinrichtungen für die Entspannung des Kühlmittels. Diese mechanischen Vorrichtungen,
die auf den Zufluß des Kühlmittels zum Verdampfer durch Veränderung des Querschnitts
- der Zuleitung wirken, sind wegen ihres komplizierten Aufbaues und ihrer Empfindlichkeit
die Ursache der meisten Störungen. Dies gilt besonders für gewerbliche und industrielle
Anlagen, die bei großen und schroffen Temperaturwechseln arbeiten müssen und bei
denen man die größten Schwierigkeiten hat,-Entspanner zu finden, die imstande sind,
diesen schroffen Wechseln standzuhalten. Ferner ist auch die Trägheit, die allen
bekannten Regelsystemen mehr oder weniger eigen ist, ein Übelstand der bekannten
mechanischen Regler.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
Kompressionskühlanlagen der in Frage stehenden Art eine Regeleinrichtung ohne bewegliche
mechanische Teile für den Zufluß an Flüssigkeit zum Verdampfer zu schaffen, die
selbsttätig in Abhängigkeit von der. Wärmebelastung der Kühlanlage arbeitet, aber
nicht den Querschnitt der Kühlmittel-Leitung beeinflußt, weder vor dem Verdampfer
noch an irgendeiner anderen Stelle des Kreislaufs, sondern die Menge der vom Verdichter
angesaugten dampfförmigen Phase und damit die Menge der von ihm über den üblichen
Kondensator und Receiver zum Verdampfer geförderten flüssigen Phase des Kältemittels
bestimmt.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der erste Teil der
die gasförmige Phase vom Verdampfer zum Verdichter führenden Rückleitung, die durch
den' in sie eingeschalteten Behälter in zwei Teile unterteilt ist, sich im Innern
des Behälters in einem Wärmeaustauscher fortsetzt, dessen Wände von einem Vorrat
an flüssigem Kältemittel umgeben sind und der über dem Flüssigkeitsspiegel in den
oberen Behälterteil mündet.
-
Zweckmäßig wird der Wärmeaustauscher durch eine Anzahl von Rohrschlang'en
gebildet, in die sich der erste Teil der genannten Rückleitung aufteilt. Gute Ergebnisse
wurden erzielt mit einem Wärmeaustauscher, der innerhalb der Flüssigkeit des in
die Rückleitung eingeschalteten Behälters eine Oberfläche hat, die mindestens das
5oofache des Querschnittes des in den Wärmeaustauscher übergehenden ersten Teiles
der Rückleitung beträgt.
-
Innerhalb des oberen Teiles des Behälters über der Mündung oder den
Mündungen des Austauschers und unterhalb des Anschlusses des zweiten Teiles der
Rückleitung kann eine Auffangvorrichtung in Form einer Schale angeordnet sein, die
sich durch eine. Leitung in einen Ölabscheider entleert.
-
Im nachstehenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung, die
ein Ausführungsbeispiel der Kompressionskühlanlage veranschaulicht, in ihrem Aufbau
und ihrer Wirkungsweise erläutert, wobei gleichzeitig die mit der Verbesserung gegenüber
dem Bekannten erzielten Vorteile angegeben sind.
-
Das wichtigste Bauteil der Kühlanlage, mit dem die Aufgabe gelöst
wird, ist die Regeleinrichtung, welche aus einem Behälter 4 mit den Rohrschlangen
5 besteht, die an die vom Verdampfer :z kommende Leitung 3 angeschlossen sind und
bei 6 in den oberen Teil des Behälters und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des
im Behälter befindlichen Vorrats an Kältemittelflüssigkeit 8 münden. Die gesamte,
vom Verdampfer herkommende Flüssigkeit strömt als Saftdampf durch den ersten Teil
3 der von dem Behälter 4 in zwei Teile geteilten Rückleitung- und verteilt sich
in den Rohrschlangen 5. Über dem Behälter 4 liegt die Flüssigkeitsabscheidekammer
9, aus der der zweite Teil io der Rückleitung zum Verdichter i führt. Oben im Behälter
4 unter der Kammer 9 ist eine Auffangvorrichtung ii in Form einer Schale angeordnet,
an deren Boden r2 eine Leitung 13 angeschlossen ist, welche in den oberen Teil eines
ölabscheiders 14 mündet. Letzterer besteht im wesentlichen aus einem Zylinder, durch
den ein Teil 15 der Zuleitung 16 'vom Verdichter i zum Verdampfer 2 verläuft. Nach
dem Verlassen des Abscheiderkessels ist die Leitung in einer Schlange s um die Flüssigkeitsabscheidekammer
9 geführt und setzt sich dann in einer dünnen, aber nicht kapillaren Rohrleitung
i9 fort, deren Querschnitt (praktisch i bis 2 mm Durchmesser) so berechnet ist,
daß der Durchtritt des flüssigen Kältemittels gedrosselt wird. Die Rohrleitung mündet
bei 2o in eine Kammer 21, von deren Boden sich ein zweites Rohr 22, vorzugsweise
gleichen Durchmessers, nach oben erstreckt, das außerhalb der Kammer an eine Leitung
24 zum-Verdampfer 2 angeschlossen ist.
-
Das am Boden des Ölabscheiders 14 angesammelte Öl - der Abscheidevorgang
wird weiter unten erläutert - fließt durch die Leitung 18 zum Verdichter zurück.
-
Der Kreislauf des flüssigen Kältemittels ist folgender: Die vom Verdichter
i komprimierte gasförmige Phase wird im Kondensator c verflüssigt, passiert den
Receiver r und strömt durch die Leitung 16, dabei auf deren Abschnitt 15 durch den
Ölabscheider 14 und durch die Schlange s um die Kammer 9, wird in der dünnen Rohrleitung
i9 gedrosselt und. tritt schließlich in den Behälter 21, der sich zum Teil mit Flüssigkeit
und darüber mit Sattdampf füllt. Aus dem Behälter 21 tritt die Flüssigkeit durch
das dünne Rohr 22 und die Leitung 24 in den Verdampfer :2 über, wo sie sich in die
gasförmige Phase gesättigten Dampfes entspannt. Der Dampf strömt durch den Leitungsteil
3 und die Rohrschlange 5, die in dem Flüssigkeitsvorrat 8 im Behälter 4 stehen,
und entweicht durch ihre Öffnungen 6 in den oberen Teil des Behälters 4, umspült
die Schale ii und strömt unter der Wirkung des vom Verdichter erzeugten Unterdrucks
in die Kammer 9; von dort gelangt er durch den Leitungsteil io unmittelbar zum Verdichter
zurück.
-
Die Wirkungsweise des Behälters 4 mit den Rohrschlangen 5 zur automatischen.
Regelung der Flüssigkeitszufuhr zum Verdampfer- ist folgende: Wie schon erwähnt,
durchströmt die gesamte im Verdampfer entstehende Dampfmenge sämtliche Rohrschlangen
5. Ihre Zahl und Anordnung ist so gewählt, daß sie mit möglichst großer Oberfläche
mit der Flüssigkeit 8 im- Behälter 4 in Berührung sind, wobei gleichzeitig dem durchströmenden
Dampf ein möglichst kleiner Widerstand entgegengesetzt wird, um unnötige und nachteilige
Verluste zu- vermeiden.
-
Wird nun der Anlage Wärme zugeführt, dann tritt der Saftdampf in wärmerem
Zustand in die Rohrschlangen 5 ein und erwärmt durch . den Wärmeaustausch über deren
Wandungen den Flüssigkeitsvorrat B. Der Unterdruck im oberen Teil des Behälters
bleibt unverändert, aber die Temperatur der Flüssigkeit steigt an. mit der Folge,
daß sie zu verdampfen beginnt, und zwar um so stärker, je bedeutender der Temperatui#anstieg
war. Infolgedessen wird ein größeres Volumen der gasförmigen
Phase
angesaugt, gelangt durch die Leitung io zum Verdichter i, wird komprimiert und verflüssigt,
d. h. der Verdampfer wird mit einer größeren Flüssigkeitsmenge gespeist. Der Flüssigkeitsspiegel
im Behälter 4 sinkt entsprechend ab.
-
Geht umgekehrt die Wärmebelastung zurück, so wird der aus dem Verdampfer
kommende Dampf kälter und kühlt, während er die Rohrschlangen durchströmt, den Flüssigkeitsvorrat
ab. Die zusätzliche Verdampfung läßt nach, damit verringert sich das vom Verdichter
angesaugte Dampfvolumen und ebenso die zum Verdampfer strömende Flüssigkeitsmenge.
Der Sattdampf vom Verdampfer enthält eine größere Menge Flüssigkeitströpfchen, die
nicht über die Abscheidekammer g abgesaugt werden, sondern in den Behälter 4 zurückfallen,
so daß der Flüssigkeitsspiegel wieder steigt.
-
Diejenigen Flüssigkeitsteilchen, die dennoch vom Dampfstrom in die
Kammer 9 mitgerissen werden, fallen in die Schale i i (deren Aufgabe noch erläutert
werden wird) oder verdampfen in der Kammer wieder, da diese durch die Schlange s
der vom Verdichter kommenden Leitung 16 erwärmt wird.
-
Die Entspannung des Kältemittels wird also im Flüssigkeitsstrom zum
Verdampfer, sondern nicht durch Änderung irgendwelcher Querschnitte durch Änderung
der Ansaugmenge selb.-ttätig geregelt, und zwar bewirkt dies der Wärmeaustausch
zwischen der vom Verdampfer kommenden gasförmigen Phase und dem Vorrat an flüssiger
Phase im Behälter 4 über die Wände der Rohrschlangen 5.
Diese stellen einen
Wärmeaustauscher dar; sie könnten daher durch jede andere derart wirkende Vorrichtung
ersetzt werden, wie Wellrohre, mit Flügeln versehene Rohre u. dgl.
-
Die Kühlanlage mit der erfindungsgemäßen Einrichtung besitzt also
eine selbsttätige Regelung der Entspannung in Abhängigkeit von der Kühlleistung,
ohne daß weder eine mechanische Vorrichtung mit beweglichem Organ noch ein Kapillarrohr
vorhanden wären; sie ist in der Technik des Kesselbaus zu fertigen und weist keine
empfindlichen Teile auf. Insbesondere besteht nicht die Gefahr des Auftretens von
Flüssigkeitsschlägen als Folge plötzlicher und starker Belastungsänderungen, wie
sie bei bekannten Anlagen, die mit üblichen mechanischen Reglern ausgestattet sind,
wegen der Trägheit dieser Vorrichtungen nicht zu vermeiden sind. Beim Stillstand
der Anlage stellt sich in ihrem Kreissystem ein Druckgleichgewicht ein, da das System
an keiner Stelle abgesperrt wird, mit der Folge, daß nach dem Einschalten der Verdichter
im Leerlauf und nicht unter Last anläuft. Er verschleißt also weniger schnell, und
die ganze Anlage arbeitet viel weicher als die bekannten. Die Unterhaltungskosten
einer mit der Erfindung ausgerüsteten Anlage sind praktisch Null, und sie braucht
nur auf ihre Dichtigkeit überwacht zu werden.
-
Schließlich gestattet die Vorrichtung nach der Erfindung vermittels
der im oberen Teil des Behälters 4 und unter der Kammer 9 angeordneten Auffangvorrichtung
i i eine rationelle Abscheidung der Schmieröltröpfchen, die das Kältemittel vom
Verdichter aus mitführt. Wie bereits erörtert wurde, siedet die Flüssigkeit 8 im
Behälter immer mehr öder weniger, je nach der Wärmebelastung der Anlage. Gleichzeitig
und in derselben Abhängigkeit ist der aus den Öffnungen 6 austretende Dampf mehr
oder weniger mit flüssigen Teilchen geladen. Diese Teilchen ebenso wie die aus der
siedenden Flüssigkeit hochgeschleuderten bestehen aus einem Gemisch von Kältemittel
und Schmieröl, das vom Verdichter herrührt, wenn nicht zwischen Verdichter und Verdampfer,
d. h. im Überdruckteil der Anlage, ein Abscheider vorgesehen wird. Solange diese
Teilchen nicht zahlreich sind, werden sie auf . den Flüssigkeitsspiegel zurückfallen,
sobald es aber mehr werden, werden sie mitgerissen, umströmen die Schale i i und
gelangen in die Kammer 9, die von der Rohrschlange s der Zuleitung 16 erwärmt wird.
Der größte Teil der aus Kälteflüssigkeit bestehenden Tröpfchen wird also verdampft
und in Gasform vom Verdichter abgesaugt, während die Öltröpfchen und- der Rest der
Flüssigkeitsteilchen in die Schale i i zurückfallen und von dort durch die Leitung
13 in den Ölabscheider 14 gelangen, der seinerseits ebenfalls, und zwar durch
das Leitungsstück 15 der Zuleitung 16 geheizt wird. Dort wird der kleine Rest an
Kälteflüssigkeit, der hineingelangen konnte, endgültig verdampft und gelangt durch
dasselbe Rohr 13 wieder in die Kammer g zurück, während das Schmieröl, das infolge
der Erwärmung dünnflüssiger geworden ist, auf den Boden des Abscheiders herabsinkt
und von dort durch die Rohrleitung 18 zum Verdichter zurückfließt.
-
Das für die Ölabscheidung wesentliche Bauelement ist also die Auffangvorrichtung
i i, die im Behälter 4 angeordnet ist, also im Unterdruckteil der Anlage, während
die Leitung 16 des Überdruckteiles nur zur Erwärmung des Ölabscheiders und der Kammer
9 dient.
-
Die Regeleinrichtung aus Behälter 4 mit Kammer 9, der Schmierölabscheider
14 und die Kammer 21 mit den Drosselleitungen ig und 22 lassen sich als ein Ganzes
ausbilden, das in irgendeine. bestehende Kühlanlage gegebener Leistung eingebaut
werden kann, ohne daß mehr zu ändern wäre, als die überflüssig gewordenen mechanischen
Regelvorrichtungen abzuschalten. Die dünnen Röhrchen ig und 22 könnten auch
in einen gemeinsamen Behälter eingeschlossen sein, der unmittelbar am Eingang des
Verdampfers anzubringen wäre.