NO115239B - - Google Patents

Description

Kjøleanlegg forsynt med koldgasskuldemaskin.

Oppfinnelsen vedrører et kjøleanlegg med en koldgasskuldemaskin, ved hjelp av hvilken et hjelpemiddel som befinner seg i et ledningssystem kan kondenseres, hvoretter kondensatet fordampes i en fordamper og herved varme trekkes ut av en gjenstand som skal avkjøles, mens den frembrakte damp igjen føres tilbake til koldgasskuldemaskinen.

I denne sammenheng skal ved en koldgasskuldemaskin forståes en såkalt i henhold til det omvendte varmgasstempel-motorprinsipp arbeidende kuldemaskin. Disse kuldemaskiner kan være utført på forskjellig måte, f. eks. som fortrengermaskin, som dobbeltvirkende maskin eller som maskin hvis arbeidsrom er kombinert med arbeidsrommet i en varmgassmotor. Maskinene kan levere en kuldeeffekt in-nenfor et stort temperaturområde. Således er det f. eks. mulig å bygge maskiner som egner seg til å levere en kuldeeffekt ved -=-40°C. Det er imidlertid også mulig å bygge kuldemaskiner på en sådan måte at de gir kulde ved -^80° eller sogar ved -r-200°C.

Hvis den av koldgasskuldemaskinen leverte kulde skal anvendes på et annet sted,

så er det som nevnt mulig å befordre denne kulde til et annet sted ved hjelp av et hjelpemiddel.

Også ved husholdningskuldemaskiner anvendes ofte et middel som flyter gjennom et lukket ledningssystem, idet det ved fordampning trekkes varme fra en gjenstand som skal avkjøles, hvoretter den frembrakte damp kondenseres. Herunder blir som middel eller medium hyppig an-vendt det såkalte Freon 12. Ved disse husholdningskuldemaskiner er der i alminne-lighet en forholdsvis liten forskjell på

f. eks. 40 °C mellom fordamperens temperatur når anlegget er i drift og dens temperatur når anlegget ikke er i drift, idet fordamperens laveste temperatur f. eks. er 10°C.

Når imidlertid et kjøleanlegg er forsynt med en koldgasskuldemaskin som le-verer kulde ved lave temperaturer, mens den av koldgasskuldemaskinen leverte kul-

de ved hjelp av et hjelpemiddel befordres til et annet sted, må der som følge av de større temperaturforskjeller stilles spesielle krav til hjelpemidlet, slik som det er fun-net i henhold til oppfinnelsen. For det før-ste er det nødvendig at der ved lave temperaturer på f. eks. -i- 80°C eller lavere finnes en tilstrekkelig mengde kondensat i ledningssystemet, og for det annet er det ønskelig at trykket i ledningssystemet, når koldgasskuldemaskinen settes ut av drift, ikke er for høyt.

Derfor anvendes i henhold til oppfinnelsen som hjelpemedium en damp som ved 20 ato har et kokepunkt på mindre enn

20°C, mens rørsystemet for hjelpemediet har et slikt volum at ved 20 °C er høyst 1 mol grammolekyl) av dette hjelpemedium tilstede pr. dm<8> av rørsystemet. Som hjelpemedium kan f. eks. anvendes metan, etan, kvelstoff og CHF2C1.

I henhold til en utførelsesform for oppfinnelsen blir den til fordamperen førte kondensatmengde forandret ved forandring av koldgasskuldemaskinens kuldeeffekt. Kuldemaskinens kuldeeffekt kan forandres ved at maskinen settes i eller ut av drift, og at minst én av de etterfølgende maskin-størrelser forandres: omdreiningstall, ar-beidsmediets trykk, faseforskjell mellom de stempelformige legemer som beveger seg i maskinen eller maskinens dødrom.

I henhold til en fordelaktig utførelses-form for oppfinnelsen har ledningssystemet for hjelpemidlet et rom som ved hjelp av et overløp står i forbindelse med dette ledningssystem og er således anordnet at kondensatet tilføres rommet når væskenivået ved dette overløp stiger. Kondensat-mengden kan registreres f. eks. ved hjelp av en flottørinnretning, idet der kan være anordnet en mekanisme som ved stigning av væskenivået regulerer koldgasskuldemaskinen på en sådan måte at kuldeeffek-ten avtar.

En ytterligere meget enkel regulering kan oppnås når i henhold til nok en ut-førelsesform for oppfinnelsen det nevnte rom tilføres varme, så at det kondensat som befinner seg i dette rom igjen fordamper.

Ved denne fremgangsmåte kan koldgasskuldemaskinens kuldeeffekt forbli konstant når den kuldemengde som i fordamperen er trukket ut av hjelpemidlet forandrer seg. Dette rom kan tilføres varme på forskjellige måter, f. eks. ved hjelp av en elektrisk hetetråd.

I henhold til en fordelaktig utførelses-form for oppfinnelsen blir rommet ved ledning tilført varme over et element, hvis ene ende har en temperatur som er høyere enn kondensatets temperatur. Denne ende kan f. eks. stå i varmeutvekslende berøring med atmosfæreluften. En ulempe er her den at der på elementet kan avsette seg rim, hvorved varmeoverføringen til elementet forminskes. Det er derfor ønskelig at i henhold til nok en utførelsesform for oppfinnelsen en ende av elementet står i varmeutvekslende berøring med kuldemaskinens kjølevann, så at rim- eller isdannelse unngåes.

I henhold til en ytterligere utførelses-form for oppfinnelsen kan ved kuldemaskinens drift ledningssystemet forminskes, hvorved pr. dm<3> av ledningssystemet en større mengde væske deltar i kretsløpet. Ved stansing av maskinen må da ledningssystemet forstørres.

I dette øyemed kan ledningssystemet ved stansing av maskinen ved hjelp av to ledninger tilsluttes et hjelperom, i hvilket der er anordnet en tilbakeslagsventil på en sådan måte at hjelpemiddel bare kan flyte til dette rom, mens der i den annen ledning er anordnet en regulerbar avsten-gingsventil.

Forskjellige eksempler på oppfinnel-sens utførelse er beskrevet i det følgende under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser en utførelsesform ved hvilken hjelpekretsen har et ekstra rom, i hvilket overflødig kondensat kan fordampes.

Ved konstruksjonen i henhold til fig. 2 kan hjelpekretsens volum forstørres ved tilkobling av et hjelperom, mens koldgasskuldemaskinens kuldeeffekt kan forandres ved forandring av omdreiningstallet.

Anlegget i henhold til fig. 1 omfatter en koldgasskuldemaskin 1, som er utført som en såkalt fortrengermaskin. Denne koldgasskuldemaskin har en sylinder 2 i hvilken en fortrenger 3 og et stempel 4 beveges opp og ned med nesten konstant faseforskjell. I dette øyemed er fortrengeren ved hjelp av et drivstangsystem 5 koblet med en veiv på en veivaksel 6, mens stemplet ved hjelp av et drivstangsystem 7 likeledes er koblet med en veiv på denne veivaksel. Rommet 8 over fortrengeren 3 er maskinens fryserom, og dette rom står over en fryser 9, en regenerator 10 og en kjøler 11 i forbindelse med et rom 12, det såkalte kjølte rom. Kuldemaskinen drives ved hjelp av en elektromotor 13. Fryseren 9 er om-gitt av et rom 14, i hvilket et hjelpemiddel kan kondenseres. Det frembrakte kondensat samles i en ringformig renne 15 og kan ved hjelp av en ledning 16, i hvilken der kan være anordnet en pumpe 17, befordres til en fordamper 18. Fordamperen 18 befinner seg i et rom 19, som må holdes på en lav temperatur og danner den gjenstand som skal avkjøles. Det fordampede hjelpemiddel flyter gjennom en ledning 20 igjen tilbake til rommet 14.

Over et overløp som dannes av den øvre kant 21 av den ringformige renne 15, står rommet 14 i forbindelse med et hjelperom 22. I dette hjelperom befinner der seg et antall ribber 23, som er forbundet med en stav 24 av ledende material, f. eks. av kobber: Den nedre ende 25 av staven 24 er anordnet i tilledningen 26 for kjølevannet. Anleggets ledningssystem består altså her av rommet 14 med rommet 22, ledningen 16, fordamperen 18 og ledningen 20.

Koldgasskuldemaskinens fryser opp-viser ved denne utførelsesform under normal drift en temperatur på f. eks. h- 120°. I ledningssystemet anvendes et hjelpemiddel, som ved 20 kg/cm<2> overtrykk har et kokepunkt på mindre enn 20°C, f. eks. metan, mens ved denne temperatur høyst 1 mol av dette hjelpemiddel finnes pr. dm<3 >av ledningssystemet. Hvis koldgasskuldemaskinens fryser ved normal drift har en temperatur på f. eks. 120 °C, så er ved dette utførelseseksempel altså pr. dm<3 >høyst 16 g metan tilstede i ledningssystemet, og når ledningssystemets volum f. eks. er 10 dm<:i>, er således den totale mengde av middel som finner anvendelse i ledningssystemet, 160 g.

Anlegget virker på følgende måte: Før anlegget settes igang blir ledningssystemet der som sagt består av ledningene 16 og 20, rommene 14 og 22 og fordamperen 18 fylt med metan, nemlig slik at f. eks. 0,6 mol eller 9,6 g finnes pr. dm<3 >av ledningssystemet. Trykket i ledningssystemet er da 14,5 kg/cm<a> ved 20°C. Hvis nå koldgasskuldemaskinen settes i drift, så blir varme trukket ut av hjelpemidlet, hvorved hjelpemidlets temperatur og trykk nedsettes. Dette foregår inntil der er oppnådd likevekt mellom de varmemengder som uttrekkes av midlet ved hjelp av koldgasskuldemaskinen, og den varmemengde som tilføres hjelpemidlet i fordamperen. Hvis dette er tilfelle, så er der oppnådd en stasjonær tilstand, ved hvilken hjelpemidlets temperatur og trykk er fastlagt. Hvis imidlertid den til fordamperen førte varmemengde ble nedsatt, så ville der frembrin-ges mindre damp, slik at kondensatmeng-den ville tilta, idet som følge av kuldemaskinens kuldeeffekt, kondensatets temperatur samtidig ville nedsettes, hvis der ikke ble truffet noen særskilte forholds-regler. Som følge av tilstedeværelsen av rommet 22 kan imidlertid hjelpemidlets temperatur holdes konstant i vidtgående grad. Overskuddet av kondensat flyter da nemlig over kanten 21 til rommet 22. I dette rom står kondensatet i varmeutvekslende berøring med de til staven 24 hø-rende ribber 23. Temperaturen av denne stavs nedre ende 25 som er anordnet i kjøle vannledningen 26, er forholdsvis høy, hvorved kondensatet over staven tilføres varme, hvorved det fordamper. Den frembrakte damp blir igjen kondensert ved hjelp av koldgasskuldemaskinen. Fordi ved denne utførelsesform en del av kondensatet ikke fordamper i fordamperen men på et annet sted, forandrer midlets temperatur og trykk seg ikke, eller nesten ikke.

Fig. 2 viser en annen utførelsesform, og i denne figur har de deler som svarer til fig. 1 samme henvisningstall. Anlegget er forsynt med en koldgasskuldemaskin 1, ved hjelp av hvilken et hjelpemiddel kondenseres. Dette hjelpemiddel flyter gjennom ledningen 16 til en fordamper 18, som er anordnet i et rom 19. Den i denne

fordamper frembrakte damp flyter gjennom en ledning 20 tilbake til koldgasskuldemaskinen, ved hjelp av hvilken den kondenseres påny. Da fordamperen ligger under kuldemaskinens kondensrom, behø-ver der ved denne utførelsesform ikke å være anordnet noen sirkulasjonspumpe.

Over ledningene 31 og 32 står et rom 30 i forbindelse med ledningen 20. Ledningen 31 inneholder en tilbakeslagsventil 33, som er således anordnet at middel fra ledningen 20 bare kan flyte inn i rommet 30. Ledningen 32 inneholder en avstengnings-ventil 34, som kan avstenge forbindelsen mellom rommet 30 og ledningen 20. Videre har ledningssystemet en måleinnretning 35, ved hjelp av hvilken enten temperaturen eller trykket av hjelpemidlet kan må-les. En forandring av den målte størrelse kan over en servomekanisme 36,37 bevirke en forandring av kuldemaskinens kuldeeffekt, f, eks. ved forandring av motorens 13 omdreiningstall, eller ved forandring av trykket av det arbeidsmiddel som i koldgasskuldemaskinen sirkulerer i et lukket kretsløp.

Anlegget virker på følgende måte: Før kuldemaskinen settes i drift, blir ledningssystemet, som består av kondensatrommet i kuldemaskinen 1, ledningen 16, fordamperen 18, ledningen 20 og rommet 30 med ledningene 31 og 32, fylt med et hjelpemiddel, f. eks. kvelstoff, så at heri ved værelsestemperatur høyst 1 mol av dette hjelpemiddel finnes pr. dm<3> av systemet. Samtidig åpnes avstengningsventilen 34. Når koldgasskuldemaskinen settes i drift, blir på lignende måte som foran beskrevet under henvisning til fig. 1, hjelpemidlets temperatur og trykk nedsatt inntil der er oppnådd likevekt mellom den varme som er trukket ut av midlet ved hjelp av kuldemaskinen og den varme som er tilført hjelpemidlet ved hjelp av fordamperen. Derpå kan avstengningsventilen 34 lukkes, så at rommet 30 ikke lenger hører til ledningssystemet. I dette tilfelle finnes altså en større mengde middel i ledningssystemet, enn det ville være ønskelig av hensyn til det ved værelsestemperatur i ledningssystemet tillatelige trykk. Hvis koldgasskuldemaskinen stanses, så hører, også når avstengningsventilen 34 forblir lukket, som følge av tilstedeværelsen av tilbake-slagsventilen 33, hjelperommet 30 direkte til ledningssystemet.

Når under anleggets drift den til fordamperen førte varmemengde avtar, blir på lignende måte som foran beskrevet, sy-stemets trykk og temperatur nedsatt. Som følge av måleinnretningen 35 med servo-mekanismene 36 og 37 blir nå koldgasskuldemaskinens kuldeeffekt forminsket

inntil likevekten igjen er etablert. I likhet

med det som foran er beskrevet med hensyn til omdreiningstallet, kan trykket av

arbeidsmediet i koldgasskuldemaskinen

nedsettes; i dette øyemed kan de hittil

kjente innretninger til regulering av trykket i varmgasstempelmaskiner anvendes.

Claims (8)

1. Kjøleanlegg omfattende en koldgasskuldemaskin ved hjelp av hvilken et hjelpemedium som er anbrakt i rørsyste-met kan kondenseres, hvoretter kondensatet gjenfordampes i en fordamper og varme uttas fra en gjenstand som skal av-kjøles, mens den frembrakte damp føres tilbake til koldgasskuldemaskinen, karakterisert ved at rørsystemet inneholder et hjelpemedium med et kokepunkt som er lavere enn 20°C ved et trykk på 20 ato, mens rørsystemet har et slikt volum at ved 20 °C er høyst 1 grarri-molekyl av dette hjelpemedium tilstede pr. dm<3> av rørsyste-met.

2. Kjøleanlegg som angitt i påstand 1, karakterisert ved at den til fordamperen førte kondensatmengde kan forandres ved forandring av koldgasskuldemaskinens kuldeeffekt.

3. Kjøleanlegg som angitt i påstand 1 eller 2, karakterisert ved at ledningssystemet for hjelpemidlet har et rom som ved hjelp av et overløp står i forbindelse med dette ledningssystem, og er således anordnet at når væskenivået stiger over dette overløp, blir kondensatet tilført rommet.

4. Kjøleanlegg som angitt i påstand 3, karakterisert ved at rommet tilføres varme, så at det kondensat som befinner seg i dette rom igjen fordamper.

5. Kjøleanlegg som angitt i påstand 4, karakterisert ved at rommet tilføres varme ved ledning over et element, idet temperaturen av en ende av elementet er høyere enn kondensatets temperatur.

6. Kjøleanlegg som angitt i påstand 5, karakterisert ved at en ende av elementet står i varmeutvekslende berøring med koldgasskuldemaskinens kjølevann.

7. Kjøleanlegg som angitt i en hvil-kensomhelst av foregående påstander, karakterisert ved at ledningssystemet under kuldemaskinens drift kan forminkes.

8. Koldgasskuldemaskin for anvendelse i et kjøleanlegg som angitt i påstand 7, karakterisert ved at ved stansing av maskinen tilsluttes ledningssystemet et hjelperom ved hjelp av to ledninger, i den ene av hvilke der er anordnet en tilbakeslagsventil på en sådan måte at bare hjelpemiddel kan flyte til dette rom, mrns der i den annen ledning er anordnet en av-stengningsventil.