CH425847A

CH425847A - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung einer Kammer

Info

Publication number: CH425847A
Application number: CH439263A
Authority: CH
Inventors: Grigoriewitsch Dubinsky Moisei; Konstantinowitsch Tuman Sergei
Original assignee: Grigoriewitsch Dubinsky Moisei; Tumansky Sergei Konstantinowit
Priority date: 1963-03-27
Filing date: 1963-04-05
Publication date: 1966-12-15
Also published as: DE1288615B; US3213640A; GB986778A; BE630682A

Description


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 Verfahren und    Vorrichtung      zur   Kühlung einer Kammer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum    Kühlen   einer Kammer mit durchströmender Luft als Kühlmittel unter Verwendung wechselweise einsetzbarer    Regeneratoren      zur   Erzeugung niedriger Temperaturen von -70  C bis -l60  C. 



  Es ist bekannt, dass Luftkühlanlagen eine ebenso lange Lebensdauer haben wie Kohlensäure- und    Ammoniakkühlanlagen.   



  Sie wurden jedoch infolge ihrer geringen Wirtschaftlichkeit bei Erzielung unbedeutender    Minus-      Temperaturen   (bis    -40    C), hervorgerufen durch den niedrigen Wirkungsgrad des    Kompressions-   und Expansionsvorganges,    fast      gänzlich   durch Dampfkühlanlagen verdrängt. 



  Durch Einschluss eines    Regenerationsvorgangs   in den Luftzyklus wurden die thermodynamischen    Eigenschaften   der    Luftkühlanlagen   wesentlich verbessert, insbesondere in    Fällen,   bei denen die Kühlanlage in einem weiten Bereich der    Grenztemperatu-      ren   betrieben werden soll. 



  Es sind unter anderem    Luftturbokompressor-      Kühlanlagen   bekannt, in welchen die Abkühlung durch eine Expansion der Atmosphärenluft in einer    (Expansions)-turbine   von Atmosphärendruck auf einen niedrigeren Druck erzeugt wird. In solchen Anlagen wird die    Atmosphärenluft   durch einen vorher abgekühlten    Regenerator   geleitet, wo sie auf der Aussenfläche des    Regeneratoreinsatzes   ihre Feuchtigkeit absetzt; danach wird sie auf eine gewisse negative Temperatur (beispielsweise bis zur Temperatur -50  C) abgekühlt und gelangt schliesslich in eine Expansionsturbine, in welcher eine Expansion der Luft auf einen niedrigeren    Druck   und somit eine weitere Abkühlung stattfindet. 



  Nach der    Expansionsturbine   wird die Luft zur Kühlkammer geleitet, wo sie durch die    zu   kühlenden Objekte wieder    Wärme   aufnimmt, beispielsweise eine Temperatur von -50  C erreicht. 



  Nach der Kühlkammer gelangt die Luft in einen zweiten    Regenerator,   in welchem sie den    Regenera-      toreinsatz   abkühlt und die hier früher abgesetzte Feuchtigkeit absorbiert. Aus dem    Regenerator   strömt die Luft in einen Kompressor, in dem sie auf Atmosphärendruck verdichtet und erwärmt wird, um in die Atmosphäre auszuströmen. Die    Regeneratoren   werden von Zeit zu Zeit umgeschaltet, wodurch der    rege-      nerative   Wärmeaustausch erzielt wird. 



  In einer    Kühlanlage,   nach obigem Schema betrieben, ist kein Lufttrockner und kein    Wärmeaustau-      scher   zur Wärmeabführung vorhanden., welche üblicherweise in    Kältemaschinen      verwendet   werden, da die durch den Kompressor angewärmte Luft in die Umgebung ausgestossen wird, sollte sie nicht für irgendwelche andere Zwecke nutzbar gemacht werden. 



  Der Nachteil eines solchen Betriebsverfahrens der Luftkühlanlagen besteht darin, dass in der Kühlkammer ein Unterdruck herzustellen ist, was die    Herstellung   von    Kühlkammern   grösseren    Umfangs      erschwert.   



  Falls eine nach dem oben beschriebenen Schema arbeitende Kühlanlage unter Druck betrieben wird, so kann ein Unterdruck in der Kühlkammer vermieden werden, jedoch    muss   dann zur Wärmeabführung nach dem Kompressor ein voluminöser    Wärmeaus-      tauscher,   gewöhnlich des    Luft-Wassertyps,   eingebaut werden. 



  Die vorliegende Erfindung bezweckt die obengenannten Schwierigkeiten beim    Betrieb   von    Luftkühl-      anlagen   mit    Regeneratoren   auf die Weise zu beseitigen, dass die Luft aus der Atmosphäre über einen 

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    vorgekühlten      Regenerator   durch    eine      Kühlkammer   geleitet und danach in einer arbeitsleistenden Maschine zur Expansion gebracht wird, worauf sie durch einen zweiten zu    kühlenden      Regenerator   von einem Kompressor angesaugt, auf Atmosphärendruck verdichtet und ausgestossen wird. 



  Ein    solches   Verfahren ermöglicht es, die Kühlanlage ohne Unterdruck in der    Kühlkammer      zu   betreiben, und es erübrigen sich der    Lufttrockner   für Atmosphärenluft und der    Wärmeaustauscher   zur Ableitung der    Wärme   aus dem    Kreislauf.   



  Die Erfindung ist    vorwiegend,   jedoch nicht    aus-      schliesslich,      für   die    Kälteerzeugung   bei verschiedenen    technologischen   Vorgängen z. B. für das Einfrieren von    Lebensmitteln,   insbesondere von    Fischen,   bestimmt. 



  Das -Verfahren kann sowohl    für      Anlagen   mit Axial- bzw.    Zentrifugalturbinen      und   Kompressoren    als   auch für    Anlagen,   welche zur Kompression    und   Expansion der Luft Kolben- oder Schraubenmaschinen nutzen,    verwendet   werden. 



  Als    Regenerator   kann ein beliebiger    Wärmeaus-      tauscher   genutzt werden, in welchem ein    regenerati-      ver      Wärmeaustausch   erfolgen    kann.   



     Abb.   1 zeigt ein schematisches    Beispiel   einer    Luftkühlanlage,   in welcher das Verfahren    ausgeführt      wirrt.   



     Abb.   2 stellt das    T-S-Diagramm   für das vorgeschlagene Verfahren dar. 



  Die    Kühlanlage   enthält: eine Entspannungsturbine 1, einen Kompressor 2, zwei    Regeneratoren   3 und 4, eine Kühlkammer 5, ein Getriebe 6, zwei Ventile 7 und 8 und einen    Umführungskanal   9. 



     Atmosphärenluft      .gelangt   durch den    Einlassstut-      zen   und durch das Ventil 7 zum bereits durch die    Ex-      pansionsturbine   abgekühlten    Regenerator   3; sie wird beim Durchgang desselben    gekühlt   und scheidet die in ihr enthaltene    Feuchtigkeit   auf dem Einsatz des    Regenerators   ab; danach gelangt die Luft über das Ventil 8    in   die    Kühlkammer   5, wo sie sich durch die    abzuführende      Wärme   bei der Abkühlung der darin    befindlichen   Gegenstände erwärmt.

   Nach der    Kühl-      kammer   gelangt    die   Luft in die Expansionsturbine 1    und   wird dem Expansionsvorgang unterzogen, entsprechend sinkt auch ihre Temperatur. Im    Idealfalle   wird der    Anwärmungsgrad   der    Luft   in der Kühlkammer dem Abkühlungsgrad in der Turbine gleichkommen. Die Turbine arbeitet    mit   einer Druckdifferenz vom Druck    in   der    Kühlkammer   zum Druck am Eintritt in den Kompressor 2. 



  Die in der Expansionsturbine 1 abgekühlte Luft gelangt über das Ventil 8 in den zweiten    Regenerator   4, um beim Durchströmen dessen Einsatz zu kühlen und die    früher   abgesetzte Feuchtigkeit zu absorbieren. 



  In Kompressor 2 wird    die   Luft bis zum    Atmo-      sphärendruck   verdichtet und in heissem Zustand über das Rohr 10    ausgestossen,   sofern der Wärmeeinhalt dieser    Luft   nicht für andere Zwecke ausgenutzt wird. Von Zeit zu Zeit werden die    Regeneratoren   umgeschaltet, wodurch ein regenerativer Wärmeaustausch und eine ununterbrochene    Zuführung   kalter Luft zur    Kühlkammer      gewährleistet   wird. 



  Die Leistung der Turbine 1 dient zum Antrieb des Kompressors 2; ausserdem wird über das Getriebe 6 die für den    Kompressorantrieb   zusätzliche Leistung von einer separaten Leistungsquelle der    Turbokühlanlage   zugeführt. 



  Bis zur Erreichung des Betriebspunktes, also    in   der Zeit,    in   der die    Kühlleistung   der Maschine    zur   Abkühlung der Konstruktionsteile der Maschine selbst verbraucht wird, bleibt die Kühlkammer 5 abgeschaltet und die    Luft   strömt aus dem    Regenerator   3 über den    Umfühningskanal   9 direkt zu der Turbine 1. Der    Umführungskanal      ermöglicht      somit,      innerhalb      kurzer   Zeit die Maschine auf das notwendige Temperaturniveau am Eintritt der Kühlkammer zu bringen. 



  Ausserdem    gewährt   der    Umführungskanal   während des    Betriebes   die    Möglichkeit,   die Arbeit des Turbokompressors in Abhängigkeit von der    Wärme-      belastung   der    Kühlkammer   zu regeln. 



  Zur Druckregelung in der    Kühlkammer   und    ins-      besondere   zum Ausgleich der pneumatischen Druckverluste auf dem Wege vom Eintritt in die    Maschine   bis zur Kühlkammer wird vor dem Ventil 7 oder vor der    Kühlkammer   5, falls benötigt, ein    zusätzlicher   Ventilator eingebaut. 



     Abb.   2    veranschaulicht   im    T-S-Diagramm   den Arbeitsverlauf der Anlage nach dem vorgeschlagenen Verfahren. 



  Wie aus    Abb.   2 ersichtlich ist, entspricht der    Ab-      kühlungsverlauf   der Luft in dem zuerst zu durchströmenden    Regenerator   dem Abschnitt    a-b   der schematischen    Darstellung.   Der    Abschnitt      b-c   entspricht der    Anwärmung   der Luft in der    Kühlkammer   bei    Abkühlung   verschiedener Gegenstände. Der Abschnitt    c-d   gibt die Expansion der    Luft   in der Turbine wieder.

   Der Abschnitt    d-e   entspricht der Anwärmung der Luft im zweiten    Regenerator   bei Abkühlung des    Regeneratoreinsatzes;   der Abschnitt    e-g   entspricht der Kompression der Luft im Verdichter. In dem Punkt g erfolgt das    Ausstossen   der aufgeheizten Luft aus der Anlage und somit die    Ableitung   der    Wärme   aus dem Kreislauf. 



  Unter Berücksichtigung der obigen, bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung ergeben sich für eine    ausgeführte   Anlage als Beispiel folgende Kennwerte: 
 EMI2.134 
 
<tb> Kälteleistung <SEP> I <SEP> 26 <SEP> 000 <SEP> kGal/Stunde
<tb> Eintrittstempenatur <SEP> bei <SEP> der <SEP> von.

   <SEP> -70  <SEP> C
<tb> Kühlkammer <SEP> bis <SEP> --130  <SEP> C
<tb> Anwärmung <SEP> der <SEP> Luft <SEP> A <SEP> .t <SEP> = <SEP> 30 
<tb> in <SEP> der <SEP> Kühlkammer
<tb> Luftverbnauch <SEP> ,der <SEP> Anlage <SEP> 1 <SEP> kg/sec
<tb> Leistungsaufwand <SEP> N <SEP> = <SEP> 55 <SEP> bis, <SEP> 70 <SEP> kw 
 Es soll darauf    hingewiesen   werden, dass infolge der hohen    Wirkungsgrade   des    Kompressors   und der Turbine ein    Kältezustand   von -80  C und tiefer am 

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    Kühlkammereintritt      gewährleistet   wird, wobei die Werte der Leistungsziffer    günstiger   liegen als bei den üblichen zweistufigen    Dampfkältemaschinen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Kühlen einer Kammer mit durchströmender Luft als Kühlmittel unter Verwen- dung wechselweise einsetzbarer Regeneratoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft aus der Atmosphäre über einen vorgekühlten Regenerator (3) durch eine Kühlkammer (5) geleitet und danach in einer arbeitsleistenden Maschine zur Expansion gebracht wird, worauf sie durch einen zweiten zu kühlenden Regenerator (4) von einem Kompressor (2) angesaugt, auf Atmosphärendruck verdichtet und ausgestossen wird.

II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus wechselweise über die Ventile (7, 8) einsetzbaren Regeneratoren (3, 4) einer Kühlkammer (5), einer Expansionsturbine (1) und einem Kompressor (2) sowie einem Antrieb (6) besteht.