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Verfahren zum Betrieb von Kompressionskältemaschinen.
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Pentan, seinen Isomeren oder andern Kältemitteln, bzw. deren Mischungen, insbesondere mit Pentan, sofern die Dampfspannungskurve dieser Kältemittel mit ihrem kältetechnisch verwendbaren Bereich ganz oder zu einem erheblichen Teil im Unterdruckgebiet liegt. Bei solchen Kältemitteln verläuft die Kompressionslinie im Unterdruekgebiet sehr nahe der oberen Grenzkurve, so dass beim Verdampfen nasser Dampf entsteht und der Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Maschinenwand so stark zunimmt, dass ein richtiges Arbeiten der Maschine und ihr Lieferungsgrad stark beeinträchtigt wird.
Dieser Übergang ins Sattdampfgebiet kann so weit gehen, dass die Maschine überhaupt funktionsunfähig wird.
Zur Beseitigung dieser Nachteile sind zwei getrennt oder gleichzeitig anwendbare Mittel vorgesehen : a) der Kältemitteldampf, der (wie später gezeigt wird) vollkommen trockengesättigt aus dem Verdampfer abgesaugt wird. erfährt vor seinem Eintritt in den Kompressor eine derartige Überhitzung, dass die Kompression nicht mehr ins Nassdampfgebiet führen kann. Bei Kompressionskältemaschinen wurde zwar schon vorgeschlagen, dem Kältemitteldampf vor Eintritt in den Kompressor Wärme zuzuführen, jedoch zu dem Zweck, die in möglichst nassem Zustande aus dem Verdampfer abgezogenen Dämpfe zu trocknen. b) Der Kompressor wird so warm gehalten, dass er wohl Wärme an das Kältemittel abgeben, nie aber diesem entziehen kann.
Hiezn führt man dem Kompressor Wärme entweder von aussen zu oder man baut ihn, gegebenenfalls samt seinem Antriebsmotor (z. B. Elektromotor) in eine wärmedichte Umhüllung ein, so dass die beim Betrieb durch mechanische oder elektrische Widerstände entstehende Wärme auf den Kompressor übergehen muss.
Zahlreiche Versuche mit Verdunstungs-und Kondensationsbehältern aus Glas, welche die Möglich- keit gaben, das Verhalten des Kältemittels bei Änderung seines Aggregatzustandes zu beobachten, haben nach Angabe des Erfinders folgendes gezeigt :
Wenn der Kompressor arbeitet, so tritt bei Verwendung der eingangs genannten Kältemittel im Verdampfer so lange kein Sieden des flüssigen Kältemittels ein, als das Verhältnis der vom Kompressor in der Zeiteinheit abgesaugten Menge des Kältemittels zu der vom Kältemittel benetzten Oberfläche des Verdampfers den Wert 0'6 nicht überschreitet. Es bilden sich, wenn die Betriebsverhältnisse dieser Bedingung angepasst bleiben, weder an den Wänden noch im Innern der Flüssigkeit Blasen, sondern der Flüssigkeitsspiegel bleibt ebenso wie die gesamte Flüssigkeit ruhig.
Der Zustand ist völlig identisch mit dem beim Verdunsten einer Flüssigkeit. Auffällig und für das Erzielen einer hohen Kälteleistung günstig ist hier nur, dass, bezogen auf die Flächeneinheit des Flüssigkeitsspiegels, bedeutend grössere Flüssigkeitsmengen in Gaszustand übergehen und dementsprechend auch weit grössere Wärmemengen verbraucht werden, als beim gewöhnlichen Verdunstungsvorgang. Dabei ist die erzielte Kälteleistung in weiten Grenzen von der Maschinenleistung unabhängig und hängt lediglich von der Grösse der durch das flüssige Kältemittel berührten Gefässoberfläche ab, wobei direkte Proportionalität zwischen der Kälteleistung und dieser Gefässoberfläche herrscht. Die Grösse des Flüssigkeitsspiegels, an dem der Über-
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keine wie immer geartete Rolle.
Ein das Verdunstungsgefäss umschliessendes Wärmeübertragungsmittel, wie Wasser oder Sole, braucht somit von dessen Aussenmantel nur die innen vom Kältemittel benetzte
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wie immer gearteter thermodynamischer Erfolg erzielbar, im Gegenteil : steigt sie über eine gewisse Grösse im Verhältnis zu der wirksamen (vom flüssigen Kältemittel berührten) Oberfläche des Verdampfers (Verdunstungsgefässes), so sinkt der Druck weit unter denjenigen, der zur jeweiligen Verdampfungstemperatur gehört, was den mechanischen Leistungsaufwand der Maschine zwecklos erhöht.
Diese Eigenschaften sind von besonderer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Betriebes, da der gesamte Entzug von Wärme infolge Änderung des Aggregatzustandes in dem zu kühlenden Raum konzentriert werden kann. Die vollständig trockenen Dampf liefernde Verdunstung schliesst ein Nachverdampfen in den abgehenden Leitungen und im Kompressor aus, so dass in der Regel ein Bereifen der vom Verdampfer abgehenden Leitungen nicht eintritt.
Auch auf der Kondensatorseite ist vollkommene Ruhe des Flüssigkeitsspiegels wichtig ; andernfalls hat man mit einem starken Kondensverzug zu rechnen. Im Kondensator tritt nämlich die Über-
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Tröpfchen- oder Nebelbildung ist nicht zu beobachten. Im Gegensatz zu den Verhältnissen bei der Verdunstung hängt daher die Kondensation sehr von der Grösse der Flüssigkeitsoberflächen ab.
Es zeigt sich, dass eine horizontale Gefässdecke wie eine zusätzliche Kondensoberfläche wirkt.
Die niedergeschlagene Flüssigkeit kann dort nicht ohne weiteres abfliessen und bildet grosse hängende Tropfen, die schliesslich durch die Schwere abreissen und sich wieder neu bilden. Versuche haben ergeben, dass auch diese Oberfläche des Gefässes zur wirksamen Kondensoberfläche zu zählen ist. Die Wirkung der horizontalen Decke kann noch durch parallele, horizontale Platten im Gasraum vervielfacht werden.
Um diese wirksamen Oberflächen vor Beunruhigung zu schützen, muss der aus der Förderleitung ankommende Gasstrahl so gelenkt werden, dass er die Seitenwände des Gefässes trifft. Dadurch wird wieder die Flüssigkeitsausseheidung angeregt und die nass werdende Gefässwand fördert ihrerseits die weitere Kondensation.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb von Kompressionskältemaschinen mit Pentan oder andern Kältemitteln, deren Dampfspannungskurve mit dem kältetechnisch verwendbaren Bereich ganz oder grösstenteils im Unterdruekgebiet liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsverhältnisse so gewählt werden, dass das Verhältnis der vom Kompressor in der Zeiteinheit abgesaugten Menge des Kältemittels zu der vom Kältemittel benetzten Oberfläche des Verdampfers den Wert 0'6 nicht überschreitet, wodurch aus dem Verdampfer durch blosses Verdunsten (ohne Auftreten von Siedeerscheinungen) vollkommen trocken gesättigter Dampf abgezogen wird.