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Verdampfungskälteanlage Um bei Kompressionskälteanlagen sogenannte
Flüssigkeitsschläge den Kompressorzylindern fernzuhalten und auch zum Zweck der
Leistungssteigerung im Kompressor bei naß arbeitenden Verdampfern, wird dem Kompressor
auf der Saugseite ein Flüssigkeitsabscheider vorgeschaltet, in dem sich die aus
den Verdampfern mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen abscheiden sollen. Um diese dem
Kältemittelkreislauf entzogenen Flüssigkeitsteilchen und Mengen wieder zuzuführen,
ist es bereits bekannt, außer dem Flüssigkeitsabscheider bekannter Art einen oder
mehrere Flutbehälter anzuwenden, die sich über ein Flut- und Absperrorgan je nach
Art der Steuerung desselben abwechselnd aus dem Flüssigkeitsabscheider füllen und
zur Verdampferseite entleeren. Der patentbegründende Fortschritt des Erfindungsgegenstandes
gegenüber diesen bekannten Einrichtungen ist darin zu erblicken, daß die Entleerung
des Flüssigkeitsabscheiders und des Flutbehälters zur Verdampferseite nicht mechanisch
wie bei diesen bekannten Einrichtungen, sondern selbsttätig erfolgt. Die Art des
selbsttätigen Entleerens oder Ausstoßens richtet sich dabei wieder nach der Anzahl
und insbesondere Art der Anordnung der Verdampfer, ob dieselben hintereinander-
oder parallel geschaltet sind. Bei hintereinandergeschalteten Verdampfern wirkt
dem Entleeren des Flutbehälters kein nennenswerter Druck entgegen, und es genügt
bei dieser Verdampferschaltung ein einziger Flutbehälter und eine einmalige reichliche
Flüssigkeitszufuhr zu den Verdampfern bei jedem Betriebsbeginn des Kompressors bzw.
der Verdampfer. Geringe laufende Flüssigkeitsanreicherung in den Verdampfern während
des Kompressorbetriebes erzielt man durch einfachere Maßnahmen.
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Bei größeren Anlagen vorgenannter Art kann der Flutbehälter auch während
der ganzen Zeit des Kompressorbetriebes mit einfachen Mitteln abwechselnd auf Fluten
und Ausstoßen geschaltet werden. Bei Anlagen mit parallel geschalteten Verdampfern
ist
es schon zweckdienlich, z. B. zwei Flutbehälter vorzusehen, wovon der eine jeweils
auf Füllen und der andere auf Ausstoßen geschaltet ist, wodurch eine gleichmäßige
Flüssigkeitsförderung gewährleistet ist. Weil den parallel geschalteten Verdampfern
zwecks separater Steuerung des An- und Abstellens derselben und der richtigen Kältemittelverteilung
Absperr- und Regelventile vorgeschaltet sind und demzufolge dein Ausstoßen der Flutbehälter
ein höherer Druck entgegensteht, ist es zweckmäßig, durch entsprechende zusätzliche
Einrichtung dafür Sorge zu tragen, daß das Ausstoßen der Flutbehälter unter entsprechend
höherem Druck erfolgt.
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Das wechselweise Fluten der Behälter und Cntleeren derselben zu den
Verdampferil bzw. das Öffnen und Absperren der vom Flüssigkeitsabscheider kommenden
Flutleitung kann dabei in verschiedener Weise geregelt werden, z. B. in Abhängigkeit
von beim Stillsetzen und der Betriebsaufnahme des Verdichters erfolgendem Druckabfall
und Druckanstieg im Kondensator oder Verdampfer. Die Regelung kann ferner vom Steigen
bzw. Sinken des Flüssigkeitsstandes oder des Druckes in den Flutbehältern oder von
der Drehbewegung des Verdichters oder des Antriebsmotors eingeleitet werden oder
schließlich durch einen Zeitschalter usw. erfolgen.
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Wie die Vorgänge sich im einzelnen abwickeln, ist in den Abb. i, i
a und 2 der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In den Abb. 3 und q. ist eine
Kältemittelfördereinrichtung gemäß der Erfindung für hauptsächlich parallel geschaltete
Verdampfer in einer beispielsweisen Ausführungsform strichweise dargestellt.
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Die Kälteanlage- nach Abb. i ist mit nur einem oder mit mehreren hintereinandergeschalteten
Verdampfern ausgestattet. Der Kompressor i saugt bei Betrieb über die Leitung :2
aus dem bekannten Flüssigkeitsabscheider 3 und drückt über die Leitung d. in den
Kondensator @. Sämtliche im Kondensator 5 sich bildende Kältemittelflüssigkeit strömt
durch die Leitung 6 zum größten Teil über die Leitung 7 zum Hochdruckschwimmerregler
8 und von hier ohne Gasdurchlaß durch die Leitung g zu den mittels Umschaltventilen
io und i i hintereinandergeschalteten Verdampfern 12 und 13. Durch die Satigwirkung
des Koinpres sor s i strömen die Kältemitteldämpfe von den Verdampfern nebst etwa
überschüssiger Flüssigkeit zum Flüssigkeitsabscheider 3, woselbst sich die mitgerissene
Flüssigkeit abscheidet und die Dämpfe vom Kompressor abgesaugt werden. Ini Stillstand
des Kompressors ist der Druck im Kondensator 5 und den Verdampfern annähernd ausgeglichen,
und zwar sehr schnell nach dessem Stillsetzen, wenn der Schwimmerregler S auf einen
Dauermindestdurchlaß eingestellt ist. Die Folge dieses Druckausgleiches ist erfindungsgemäß
das Öffnen des Absperrorgans 15, welches in Abb. i a in einem größeren Maßstabe
dargestellt ist. Dadurch wird der erfindungsgemäß angeordnete Flutbehälter 16 sich
aus dem Flüssigkeitsabscheider 3 mit flüssigem Kältemittel füllen. Bei erneutem
Wiedereinschalten des Kompressors i steigt der Kondensatordruck sofort an. Der Druck
pflanzt sich demnach aus der Leitung 6 über Leitung 17 zu dem Druckkolben 1.8 fort;
dieser überwindet den Druck der Feder ig und schließt daher das Organ 2o dicht ab.
Durch die Saugwirkung des Kompressors sinkt gleichzeitig der Verdampferdruck. Die
Folge hiervon ist ein Abströmen der Flüssigkeit aus dein noch höher gespannten Flutbehälter
16 durch die Leitung -21 in die Leitung g zu den Verdampfern 12 und 13. Eine zusätzliche
Kältemittelfördereinriclltung ist z. B. bei automatisch gesteuerten Mehrraumkälteanlagen
mit mehreren hintereinandergeschalteten Verdampfern erforderlich, weil im Zuge einer
Kompressorbetriebsperiode die einzelnen Verdampfer wegen Eireichens der am Raumthermostaten
eingestellten Tiefsttemperaturen nacheinander außer Betrieb gesetzt werden, bis
auch der letzte Raum und somit auch der Kompressor stillgesetzt wird. Beim Wiedereinschalten
des Kompressors und sämtlicher Verdampfer würde sich zu wenig Kältemittelflüssigkeit
im Umlauf befinden, wodurch mit tiefen Verdampfungstemperaturen gerechnet werden
inizßte. Diesen Nachteilen wirkt die neue Kältemittelfördereinrichtung durch selbsttätiges
Fluten der Verdampfer bei Betriebsbeginn des Kompressors mit einfachen, betriebssicheren
Mitteln sinnvoll entgegen.
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In besonders gearteten Fällen, in denen es zweckmäßig ist, während
des Kompressorbetriebes die auf Betrieb geschalteten Verdampfer in kurzen Zeitabständen
wiederholt zu fluten, ist die Anordnung des Flutventils 22 (:ebb. 2) angemessen.
Hiernach ist in der Leitung 17 ein durch Zeitschalter o. dgl. gesteuertes Ventil
23 angeordnet, «-elches bei Kompressorbetrieb abwechselnd geschlossen und
geöffnet wird. Im geschlossenen Zustande gleicht sich der Druck zwischen Kammer
2.4 und dem Saugdruck im Abscheider 3 aus durch die Undichtigkeit des Kolbens oder
durch einen besonderen Kanal 25. Die Folge ist ein Öffnen des Ventils 2o durch die
Feder ig und mithin eile Fluten des Flutbehälters 16. Beim Öffnen des Ventils 23
schließt das Ventil 2o wieder. Das durch die Undichtigkeit des Kolbens
oder
durch den Kanal a5 durchwandernde hochgespannte Kältemittel drückt das im Behälter
16 befindliche Kältemittel durch die Leitung 2i und das hierbei erforderliche Rückschlagventil
26 in die Leitung 9 zu den Verdampfern i2 und 13.
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Zum gleichen Zweck kann auch die vom Kondensator kommende Leitung
6 schlangenförmig durch den Flutbehälter 16 zum Hochdruckschwimmerregler 8 geführt
werden, so daß durch den Wärmeaustausch zwischen Leitung 6 und der Füllung im Flutbehälter
16 eine Drucksteigerung in letzterem herbeigeführt wird.
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Bei einer Kältemittelfördereinrichtung gemäß der Erfindung für entweder
hintereinandergeschaltete oder insbesondere für parallel geschaltete Verdampfer
(Abb. 3 und 4) spielt sich der Vorgang wie folgt ab: Der Kompressor saugt bei Betrieb
durch die Leitung 27 aus dem Flüssigkeitsabscheider 3 trocken gesättigte Dämpfe
an, während die von den Verdampfern kommenden reichlich nassen Dämpfe durch die
Leitung 28 dem Flüssigkeitsabscheider 3 zuströmen. Die im Flüssigkeitsabscheider
3 befindliche Kältemittelflüssigkeit fließt durch die Leitung 29 dem beispielsweise
angeordneten doppelseitig wirkenden Kolbenschieber 30 zu, welcher seinerseits
durch getrennte Leitungen 31 und 32 mit den Flutbehältern 33 und 34 verbunden
ist.
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Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Beide Seiten des Kolbenschiebers
35 (Abb. 4) bzw. die Druckkammern 36 und- 37 sind durch Rohrleitungen 38 und 39
mit einem gemeinsamen Wechselventil oder, wie in der Zeichnung dargestellt, mit
je einem besonderen, z. B. elektrisch gesteuerten Absperrorgan 40 und 41 verbunden,
die ihrerseits mittels der Rohrleitung 42 an den beliebig angeordneten Hochdruckschwimmerregler
angeschlossen sind, welcher sämtliche im Kondensator sich bildende Kältemittelflüssigkeit
ohne Gasdurchlaß zu den Ventilen 4o und 41 durchwandern läßt. Die Ventile 4o und
41 werden, wie in der Zeichnung beispielsweise dargestellt ist, durch einen elektrischen
Umschalter 43 abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Die Betätigung des Umschalters
kann dabei erfolgen durch Zeitschalter, durch Druckanstieg und Abfall in den Flutbehältern
oder in Abhängigkeit vom Sinken und Steigen usw. des Flüssigkeitsspiegels in den
Flutbehältern oder durch andere Mittel oder Vorgänge.
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In der gezeichneten Stellung des Umschalters 43 wird der Betätigungsstrom
vom mittleren Zuleitungskontakt nach links geschaltet. Infolgedessen ist das Ventil
41 eingeschaltet bzw. geöffnet, während das Ventil 4o ausgeschaltet bzw. geschlossen
ist. Die vom Kondensator bzw. Hochdruckschwimmerregler kommende hochgespannte Kältemittelflüssigkeit
strömt dabei ungehindert aus der Leitung 42, Ventil 41 und Leitung 38 in die Druckkammer
37. Durch den eintretenden Druck wird der Kolbenschieber 35 in die rechte Endlage
geschoben und gehalten. Hierdurch gibt der Kohlenschieber 35 den Hilfsauslaß
44 frei, so daß das Kältemittel ungehindert durch die Leitung 32 dem unterkühlten
und dabei auch niedriger gespannten, aus der vorausgegangenen Schaltung mit flüssigem
Kältemittel gefüllten Flutbehälter 34 zuströmen kann. Gegenüber dem Verdampferdruck
herrscht nunmehr im Flutbehälter ein etwas höherer Druck, demzufolge die im Flutbehälter
34 befindliche Flüssigkeit durch das Rückschlagventi145 und Leitung 46 zu den Verdampfern
bzw. deren Kälteinittelabsperr- und Regelventilen oder Umschaltventilen ausgestoßen
wird. Während dieser Zeit des Ausstoßvorganges aus dem Flutbehälter 34 vollzieht
sich für den Flutbehälter 33 der Vorgang des Füllens mit Kältemittel. In der gezeichneten
rechten Endstellung des Kolbens 35 verbindet dessen Ringnut 47 das Rohr 29 mit dem
Rohr 31 bzw. den Flüssigkeitsabscheider 3 mit dem Flutbehälter 33, so daß letzterer
sich mit Flüssigkeit füllen kann und etwaige Gasentwicklung im Flutbehälter 33 in
den Abscheider 3 hochsteigen kann. Nach einer entsprechenden Zeit schaltet der Umschalter
43 den Ventilsteuerstrom von Ventil 41 auf Ventil 40 um; das Ventil 41 schließt
daher. Der Druck in der Kammer 37 gleicht sich durch Leitung 46 und Undichtigkeit
des Kolbens 35 mit dem Verdampferdruck annähernd aus, so daß der Kolbenschieber
durch das über die Leitung 42, Ventil 40, Rohr 39 in die Druckkammer 36 einströmende
gespannte Kältemittel jetzt aus der rechten Endlage in die linke Endlage geschoben
wird. Hierdurch wird durch die Ringnut 47 der Abscheider 3 und Rohr 29 mit Rohr
32 und Flutbehälter 34 verbunden, so daß letzterer sich wieder füllen kann, während
rechts die Verbindung 29-31 unterbrochen und der Hilfsauslaß 48. freigegeben wird,
so daß das hochgespannte Kältemittel durch Rohr 3 r in den Flutbehälter 33 gelangen
und diesen über das Rückschlagv entil 49 und Leitung 46 zu den Verdampfern entleeren
kann. Damit bei parallel geschalteten Verdampfern bei geringerem Kältemittelbedarf
infolge Ausschaltens einzelner Verdampfer im Kondensator keine nachteilige Ansammlung
von Kältemittelflüssigkeit entstehen kann, ist in der Leitung 46 ein Überdruckventil
So angeordnet, welches bei einem bestimmten Überdruck in
der Ausstoßleitung
die Füllung des jeweiligen Flutbehälters und die vom Kondensator kommende Flüssigkeit
in den Abscheider 3 übertreten läßt.
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Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich, handelt es sich
bei dem Erfindungsgedanken um eine einfache, mit normalen Mitteln durchführbare
Flüssigkeitsfördereinrichtung, mittels derer man mit geringem Energieaufwand größere
Kältemittelmengen fördern kann, die auch einfach und in der Arbeitsweise sehr zuverlässig
ist, wobei es auf unbedingtes Dichthalten innerhalb der einzelnen Organe nicht ankommt,
diese daher leicht gängig gehalten werden können. Verluste durch derartige Undichtigkeiten
können auch nicht entstehen, da es an und für sich nicht nachteilig ist, wenn etwa
Kältemitteldämpfe der vom Kondensator kommenden Flüssigkeit statt durch den Verdampfer
z. B. durch geringe Spaltverluste am Kolbenschieber 35 vorbei in das Rohr 29 und
damit unmittelbar in den Abscheider 3 gelangen. Für die Ausführung des Erfindungsgegenstandes
ist es an sich gleichgültig, welcher Art der Umschalter .13 oder dessen Betätigung
ist; ebenso gleichgültig ist die Art der Ventile 4o und 41 oder die Ausführung der
Absperr- und Fluteinrichtung 15, 22, 3o. Hier können statt der Kolben auch Membranen,
Federungskörper o. dgl. angeordnet sein. An Stelle der beiden Ventile 40 und 41
genügt auch nur ein einziges Ventil, wenn die dann ventillose Druckkammer mit einer
Druckfeder ausgerüstet ist, die den Kolben beim Ausbleiben des Gegendruckes in die
entgegengesetzte Endlage schiebt. Schmutzfilter in den einzelnen Zuleitungen bedeuten
ebenfalls nur allgemein bekannte Maßnahmen. Der Vollständigkeit halber sei noch
erwähnt, daß die Kolbenschieber 18 bzw. 3 ,5, wie in den Abb. z a und 2 angedeutet,
mittels handbetätigter Spindeln 51 bewegt werden können.
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Bei zusätzlichen Kältemittelfördereinrichtungen mit nur einem Flutbehälter
und Betätigung des Flutorgans durch beim Stillsetzen und der Wiederbetriebsaufnahme
des Verdichters erfolgenden Druckabfall und Wiederanstieg im Kondensator oder Verdampfer
kann die Anordnung auch derart erfolgen, daß beim Betrieb des Verdichters zwecks
gleichmäßig anhaltender Anreicherung von Kältemittelflüssigkeit auf der Verdampferseite
die vom Kondensator kommende warme Kältemittelflüssigkeit zwecks Wärmeaustausches
durch eine im Flüssigkeitsabscheider angeordnete geschlossene Rohrleitung durch
das im Abscheider befindliche unterkühlte Kältemittel geleitet wird. Zum gleichen
Zweck kann die von der Verdampferseite in den Flüssigkeitsabscheider mündende Saugeleitung
bzw. deren etwa überhitzten Dämpfe in die Kältemittelflüssigkeit hineingeleitet
werden. Auch kann die in dieKältemittelflüssigkeiteintauchende,van der @"erdampferseite
kommende Sangeleitung im Gasraum des Flüssigkeitsbehälters mit einer Ausgleichöffnung
versehen sein. Schließlich läßt sich auch die Ausstoßleitung der Flutbehälter mit
einem Überdruckventil versehen, welches durch eine Rohrleitung mit dem Flüssigkeitsabscheider
verbunden ist.
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Ein Hauptvorteil dieser neuen Einrichtung bedeutet der Umstand, daß
neben einfachster, jedem Maschinenwärter leicht verständlicher und kontrollierbarer
Arbeitsweise nach außen gehende bewegliche Teile, angetriebene Wellen o. dgl., die
durch Stopfbuchsen gedichtet werden müssen und erfahrungsgemäß leicht undicht werden,
im vorliegenden Fall vermieden sind, so daß sich diese Einrichtung in hervorragender
Weise für wartungsfrei arbeitende, d. h. vollautomatisch gesteuerte Kälteanlagen
jeder Art eignet.
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Um zwecks einfacher Überwachung der Anlage das vorschriftsmäßige Arbeiten
der Flutbehälter von außen kenntlich zu machen, können diese mit geschlossenen ,Standrohren
51, 52 versehen sein, die, außerhalb der Isolierung (Abb. 3) angeordnet,
den jeweiligen Füllungsgrad der Behälter mit flüssigem Kältemittel durch entsprechenden
Reifansatz anzeigen.
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Der Aufbau der Einrichtung kann vereinfacht werden, wenn Flüssigkeitsabscheider
und Flutbehälter von einem gemeinsamen Mantel umschlossen werden, wodurch wesentliche
Raum-, Baustoff-, Fertigungs- und Isolierkostenersparnisse erzielt werden.