DD270359A1

DD270359A1 - Mehrstufige kaltluft-kaeltemaschine

Info

Publication number: DD270359A1
Application number: DD31393988A
Authority: DD
Inventors: Alfred Henatsch; Peter Zeller
Original assignee: Verkehrswesen Hochschule
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1989-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kaltluftkaeltemaschine zum Klimatisieren von Raeumen zur verlustarmen Lagerung leichtverderblicher Nahrungsgueter, wobei durch thermische, mechanische und stoffliche Regeneration eine energetische Gleichwertigkeit zur Kaltdampfkaeltemaschine erzielt werden kann. Als besonders wichtig ist hierbei die stoffliche Regeneration anzusehen, die durch Rueckgewinnung der in der feuchten Luft enthaltenen Wassermenge durch Taupunktunterschreitung in einem Kuehler eingeleitet und durch Wiedereinspritzen in einen Schraubenverdichter dem Prozess zurueckgefuehrt wird, wobei eine isotherme Verdichtung und damit eine wirksame Reduzierung des Energieaufwandes fuer Kaltluftkaeltemaschinen moeglich ist. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Kaltluftkältemaschine, die besonders günstig im Temperaturbereich von 20 bis -7O⁰C betrieben wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Es sind Kaltluftkältemaschinen mit den verschiedensten Verdichtern und Expansionsmaschinen in ein- und mehrstufiger Ausführung bekannt. Zur Komprimierung können Schraubenverdichter, die günstigerweise öiüberflutet sind, aufgrund ihres

günstigen Masse-Leistungsverhältnisses Anwendung finden. Sie erfordern aber ein aufwandiges Ölaufbereitungssystem und

einen sicheren Ölabscheider, wenn die kalte Luft direkt zur Kühlung benutzt werden soll.

Zusätzlich ist eine Einrichtung, die der Luft das Wasser entzieht, um ein Vereisen bei der Expansion zu verhindern, erforderlich. Bei der Kühlung leichtverderblicher Nahrungsgüter muß die Luft jedoch einen bestimmten Feuchtigkeitsgrad aufweisen, also

nach der Expansion wieder kalt befeuchtet werden.

Mit den bekannten Lösungen ist os schwierig, ohne größere Aufwände, die Leistungszahl der Kaltluftkältemaschine durch

nahezu isotherme Verdichtung zu erhöhen (vgl. D0145560, Jungnickel, H., „Grundlagen der Kältetechnik", Verlag Technik

Berlin, 1985,3. Aufl.) und besonders im Bereich der Klimatechnik (etwa 20⁰C bis -70°C) eine höhere Effektivität aufweisen zu

können.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kaltluftkältemaschine, insbesondere zum Klimatisieren von Räumen zur Verbesserung der Lagerungsbedingungen für leichtverderbliche Nahrungsgüter.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfir.dung ist es, eine Kaltluftkältemaschine, insbesondere zum Klimatisieren von Räumen zur verlustlosen Lagerung leichtverderblicher Nahrungsgüter, zu schaffen, bei der zum Erreichen einer energetischen Gleichwertigkeit mit der Kaltdampfkältemaschine eine thermische und mechanische Regeneration sowie eine nahezu isothermische Verdichtung mit einem wasserüberfluteten Schraubenverdichter realisiert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer zweistufigen Kalt luft kältemaschine gelöst. In dem Vorvordichter der Anlage wird ein Um- oder Mischluftmassenstrom mit Umgebungsdruck auf einen Zwischendruck vorverdichtet und anschließend in einem Kühler auf Umgebungstemperatur zurückgekühlt. Seine Antriebsenergie bezieht der Vorverdichter durch mechanische Kopplung direkt von der Expansionsmaschine der Anlage, wodurch die mechanische Regeneration verwirklicht wird. Die auf den Zwischendruck vorverdichtete und auf Umgebungstemperatur zurückgekühlte Luft wird in oinem wassnrüberfluteten Schraubenverdichter, dem die Antriebsenergie der Kaltluftkältemaschine über ein Antriebssystem von außen zugeführt wird, annähernd isotherm auf den maximalen PRozeßdruck nachverdichtet. Das zur Überflutung notwendige Wassor wird der verdichteten feuchten Prozeßluft in einem dem Schraubenverdichter nachgeschalteten zweiten Kühler durch Taupunktunterschreitung entzogen und in einem Druckwasserbehälter gesammelt. Von diesem aus wird über ein Regelorgan ein Teil des Druckwassers dem Schraubenverdichter und ein andeierTeil einer zur Kaltluftkältemaschine gehörenden Mischkammer durch das vorhandene Druckgefälle zugeführt. Dieser als stoffliche Regeneration zu bezeichnende Vorgang ermöglicht eine isotherme Zustandsänderung beim Verdichten der Luft im Schraubenverdichter, wodurch die Antriebsenergie der Kaltluftkältemaschine wirksam herabgesetzt und die Leistungszahl der Kaltluftkältemaschine in dem für die Klimatisierung interessanten Temperaturbereich von 20 bis -70°C angehoben wird.

Außerdem sind ein Betreiben der Expansionsmaschine mit trockener Luft, womit ein störungsfreies Arbeiten durch Vermeiden von Vereisungen bei der Expansion der Luft garantiert ist, sowie eine gezielte Befeuchtung der von der Expansionsmaschine kommenden trockenen Kaltluft in der Mischkammer dor Anlage möglich, die zusammen mit Umluft aus dem Kühlraum zum notwendigen Zuluftmassenstrom für die thermische Lastabdeckung im Kühlraum aufbereitet wird. Bei extrem hohen Umgebungslufttemperaturen kann die Anlage mit einem dem zweiten Kühler nachgeschalteten Wärmeübertrager betrieben werden, in dem mit dem aus dem Kühlraum vom Vorverdichter abgesaugton kalten Umluftmassenstrom zunächst die auf den maximalen Prozelidruck verdichtete relativ warms Luft unterhalb der Umgebungstemperatur vor Eintritt in die Expansionsmaschine weiter herabgekühlt wird. Dieser Prozeß ist als thermische Regeneration bekannt und beeinflußt den Energieumwandlungswirkungsgiad einer Kaltluftkältemaschine positiv.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1 näher erläutert werden. In dem Vorverdiuhter 1 der Anlage wird über eine Ansaugstelle 2 ein Um- oder Mischluftmassenstrom mit Umgebungsdruck auf einen Zwischendruck vorverdichtet und anschließend in einem Kühler 3 auf Umgebungstemperatur zurückgekühl⁴. Seine Antriebsenergie bezieht der Vorverdichter 1 durch mechanische Kopplung direkt von der Expansionsmaschine 4 der Anlage, wodurch die mechanische Regeneration verwirklicht wird. Die auf den Zwischendruck vorverdichtete und auf Umgebungstemperaturzurückgekühlte Luft wird in einem wasserüberfluteten Schraubenverdichter 5, dem die Antriebsenergie der Kaltluftkältemaschine über ein Antriebssystem 6 von außen zugeführt wird, annähernd isotherm auf den maximalen Prozeßdruck nachverdichtet. Das zur Überflutung notwendige Wasser wird der verdichteten feuchten Prozeßluft in einem dem Schraubenverdichter 5 nachgeschalteten zweiten Kühler 7 durch Taupunktunterschreitung entzogen und in einem Druckwasserbehälter 8 gesammelt. Von diesem aus wird über ein Regelorgan 9 ein Teil des Oruckwassars dem Schraubenverdichter 5 und ein anderer Teil der zur Kaltluftkältemaschine gehörenden Mischkammer 10 zugeführt. Dieser als stoffliche Regeneration zu bezeichnende Vorgang ermöglicht eine isotherme Zustandsänderung beim Verdichten der Luft im Schraubenverdichter 5, wodurch die Antriebsenergie der Kaltluftkältemaschine wirksam herabgesetzt wird, oin Betreiben der Expansionsmaschine 4 mit trockener Luft, womit ein störungsfreies Arbeiten durch Vermeidung von Vereisungen bei der Expansion der Luft garantiert ist, sowie eine gezielte Befeuchtung der von der Expansionsmaschine 4 kommenden trockenen Kaltluft in der Mischkammer 10 der Anlage, die zusammen mit Umluft mit Hilfe eines Lüfters 11 aus df in Kühlraum 12 zum notwendigen Zuluftmassenstrom für die thermische Lastabdeckung im Kühlraum 12 aufbereitet wird. Bei extrem hohen Umgebungslufttemperaturen kann die Anlage mit einem dom zweiten Kühler 7 nachgeschalteten Wärmeübertrager 13 betrieben werden, in dem mit dem aus dem Kühlraum 12 vom Vorverdichter 1 abgesaugten kalten Umluftmassenstrom zunächst die auf den maximalen Prozeßdruck verdichtete warme Luft unterhalb Umgebungstemperatur vor Eintritt in die Expansionsmaschine 4 abgekühlt wird. Dieser Prozeß ist als thermische Regeneration bekannt und beeinflußt den Energieumwandlungswirkungsgrad einer Kaltluftkältemaschine positiv.

Claims

1. Mehrstufige Kaltluftkältemaschine, gekennzeichnet dadurch, daß an eine Vo. Verdichtungsstufe ein wasserüberfluteter Schraubenverdichter (5) in einer zweiten Verdichtungsstufe angeschlossen ist und diesem wiederum ein Kühler (7) mit kaltluftseitigem Anschluß zur Expansionsmaschine (4) und einem Anschluß für kondensiertes Wasser an einem Druckwasserbehälter (8) nachgeschaltet ist und von diesem Druckwasserbehälter (8) über ein Regelorgan (9) Verbindungen zum Schraubenverdichter (5) und zu einer Mischkammer (10), die die Aufbereitung der Kühlluft vor dem zu kühlenden Raum (12) realisiert, bestehen.

2. Mehrstufige Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Vorverdichtungsstufe (1) und dem Schraubenverdichter (5) ein Kühler (3) angeordnet ist.

3. Mehrstufige Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Kühler (7) und der Expansionsmaschine (4) ein Wärmeübertrager (13) angeordnet ist.