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Dampfsättigungs- *und Regelvorrichtung für mehrstufige Kältemaschinen
Zweistufige Kälteanlagen arbeiten iri der Regel so, daß das nach der zweiten Verdichterstufe
verflüssigte Kältemittel oder ein Teil davon in den zwischen den beiden Stufen liegenden
Zwischenkühler oder Zwischenverdampfer eingespritzt wird, hier verdampft und dabei
den von der ersten Stufe kommenden überhitzten Dampf bis auf seine Sättigungstemperatur
abkühlt. Es ist weiter bekannt, bei solchen zweistufigen Anlagen auch die Abdrosselung
des Kältemittels vom Verflüssigen zum Verdampfer in zwei Stufen vorzunehmen, wobei
der bei der ersten Drosselung entstehende Dampf nicht mit nach dem Niederdruckteil
hinübergenommen, sondern unter Mitteldruck von der zweiten Verdichterstufe angesaugt
wird. Wenn die Anlage wirtschaftlich und betriebssicher arbeiten soll, so müssen
die in den Zwischenverdampfer eingespritzte Flüssigkeitsmenge und die Drosselungen
an den beiden Stufen sehr genau geregelt werden. Es ist bekannt, den Zufluß der
vom Verflüssigen zum Zwischenverdampfer strömenden Kälteflüssigkeit durch einen
Schwimmer zu regeln.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die gleichzeitig
als Zwischenverdampfer und als Zwischenbehälter für mehrstufige Drosselung dient
und bei der der Zufluß des flüssigen Kältemittels durch einen Schwimmer geregelt
wird. Gemäß der Erfindung ist der Aufnahmebehälter in zwei Kammern unterteilt; hierdurch
wird die Betriebssicherheit wesentlich erhöht. Wenn der Schwimmer und mit ihm die
ganze Anlage nämlich ruhig arbeiten soll, ist es nötig, das Schwimmergefäß verhältnismäßig
groß zu machen, es enthält also einen erheblichen Vorrat an flüssigem Kältemittel.
Müssen nun infolge irgendeiner Störung am Verdichter, z. B. eines Schadens an einem
Ventil, wie er gelegentlich in jeder Anlage einmal vorkommt, die Leitungen aufgemacht
werden, so müßte ohne diese Unterteilung zunächst die ganze im Zwischenbehälter
befindliche Flüssigkeitsmenge abgesaugt werden, oder wenn das gerade infolge des
Maschinenschadens nicht möglich wäre, müßte man die ganze Menge etwa in Wasser ablassen
und verlieren. Das wäre um so unangenehmer, als erfahrungsgemäß bei Instandsetzungsarbeiten
häufig mehrmals hintereinander die Leitungen auseinandergenommen werden müssen.
Da gemäß der Erfindung die Schwimmerkammer von der Mischkammer getrennt und nur
durch eine absperrbare Leitung mit ihr verbunden ist, so kann man schnell die große
Flüssigkeitsmenge abtrennen und weiter unter Druck halten, während die auf zwei
Seiten mit dem Verdichter in Verbindung stehende Mischkammer mit der Außenluft in
Verbindung gebracht wird; in dieser ist nur eine so geringe Menge von Kältemittel
vorhanden, daß man es unbedenklich entweichen lassen kann.
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Gemäß der Erfindung dient der Aufnahmebehälter auch noch als ölabscheider
und als
Meßgerät für die Kälteleistung. Die Wirkungsweise sei an
Hand der beigegebenen Zeichnung im folgenden näher erläutert.
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Das flüssige Kältemittel kommt durch die Leitung a vom Verflüssiger
her und tritt durch das von einem Schwimmer b gesteuerte Drossel- und Regelorgan
c; es wird dann durch das Rohr d in die Leitung e eingespritzt. Als Regelorgan ist
in der Abbildung ein Hahn angenommen, es kann aber natürlich an dessen. Stelle z.
B. auch ein Ventil oder ein Schieber treten. Durch die Leitung e treten die von
der ersten Verdichterstufe kommenden überhitzten Dämpfe ein; in der Leitung und
in der daran anschließenden Kammer f vermischen sich Flüssigkeit und überhitzte
Dämpfe, wodurch ein Teil der Flüssigkeit verdampft und die Dämpfe sich bis auf ihre
Sättigungstemperatur abkühlen. Die gesättigten Dämpfe strömen dann durch die Leitung
g der zweiten Druckstufe des Verdichters zu, die Flüssigkeit dagegen strömt durch
die mit einem Absperrorgan k versehene Leitung lz zu der unteren Kammer m, an deren
Boden sie sich ansammelt; in dieser Flüssigkeit schwimmt der erwähnte Schwimmer
b, welcher das Regelorgan c steuert. Von hier wird das flüssige Kältemittel durch
das Absperrorgan n und die Leitung -P entnommen und fließt durch ein oder mehrere
Regelventile bekannter Bauart dem oder den Verdampfern zu. Hier verdampft es in
bekannter Weise, liefert dabei die Kälte und wird wieder von der ersten Stufe des
Verdichters angesaugt. Dampf, der sich etwa noch in der unteren Kammer m bildet,
kann durch die mit einem Absperrorgan g versehene kleine Hilfsleitung r nach der
oberen Kammer f zurückgelangen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nun die folgende. Die Regelung
der gesamten Kälteanlage erfolgt in bekannter Weise durch die schon erwähnten, an
die Leitung p anschließenden Regelventile, d. h. entweder von Hand oder mit Hilfe
einer der bekannten selbsttätigen Regeleinrichtungen. Es wird also eine ganz bestimmte
Menge von Flüssigkeit in der Zeiteinheit aus der Kammer m entnommen; fließt dieser
nun mehr zu als entnommen wird, so steigt der Flüssigkeitsspiegel, und der Schwimmer
schließt das Absperrorgan c, für umgekehrten Falle öffnet er es. Es wird sich also
ein Gleichgewichtszustand herausbilden: einer bestimmten, durch das Absperrorgan
c strömenden Flüssigkeitsmenge muß ein bestimmter Stand des Flüssigkeitsspiegels
und somit auch des Schwimmers entsprechen. Die Stellung des Schwimmers kann man
nun - leicht nach außen sichtbar machen, etwa indem man in der angedeuteten Weise
einen Zeigers mit einer Skala t anbringt, oder falls man eine Stopfbüchse' zu vermeiden
wünscht, kann man in bekannter Weise an der Kammer m ein Flüssigkeitsstand,-las
anbringen. Der Stand des Flüssigkeitsspiegels bzw. des Schwimmers b gibt ein Maß
für die verflüssigte Kältemittelmenge, d. h. für die Verflüssigerleistung; diese
steht in einem bestimmten, von den Arbeitsbedingungen der Kälteanlage abhängigen
Verhältnis zur tatsächlichen nutzbaren Kälteleistung. Sofern also die Anlage stets
unter den gleichen oder nur wenig verschiedenen Bedingungen zu arbeiten hat, kann
man auf der Skala t gleich eine Teilung anbringen, die unmittelbar, die Kälteleistung
angibt; schwanken die Arbeitsbedingungen jedoch wesentlich, so muß man entweder
die Kälteleistung aus der Verflüssigerleistung durch Rechnung ermitteln, oder man
muß mehrere Skalen bereithalten, oder eine Skala in bekannter Weise mit einer Schar
von Kurven versehen, die den verschiedenen Verhältnissen Rechnung tragen. Es sei
dabei bemerkt, daß dies nicht etwa ein besonderer Nachteil der neuen Einrichtung
ist, sondern daß jede Messung der Kälteleistung, die auf eine Messung der Flüssigkeitsmenge
zurückgeht, diese Notwendigkeit einer Umrechnung mit sich bringt.
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Ein nicht zu unterschätzender Vorzug der Erfindung ist, daß die unbedingte
Gewißheit geschaffen wird, daß durch die Leitung p nur reineFlüssigkeit ohne Dampfblasen
derRegelstelle zufließt. Ferner wird sich das aus dem Verdichter mitgerissene Öl,
soweit es nicht schon im Druckstutzen oder im Verflüssiger abgeschieden wird, nahezu
restlos auf dem Boden der Kammer m ansammeln; es kann hier von Zeit zu Zeit durch
die Leitung u entnommen werden. -Das Absperrorgan k dient nicht zum Drosseln oder
Regeln, sondern ist im normalen betrieb voll geöffnet. Sein Zweck ist nur, gegebenenfalls
die Mischkammer f von der Schwimmerkammer na zu trennen. Wie schon oben erwähnt,
ist dies z. B. bei Instandsetzungsarbeiten am Verdichter erwünscht. Es brauchen
dann bloß die Absperrorgane k, q und n (oder statt dessen das Regelventil der Anlage)
geschlossen zu werden - c hat sich von selbst gleich nach dem Abstellen geschlossen
-, dann können die Leitungen unbesorgt auseinandergenommen werden, da sich in der
Kammer f keine große Menge von Flüssigkeit angesammelt haben kann.
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Sollte man befürchten, daß am Schwimmer b bzw. dem Hahn c (etwa durch
Verschmutzen und Hängenbleiben) Störungen auftreten könnten, und sollte man daher
wünschen, daß man diese Teile ausbauen kann, ohne im übrigen den Betrieb der Kälte-
i anlage zu stören, so können die in der Abbildung gestrichelt angedeuteten Absperrorgane
v
und w und die Umführungsorgane x
und y vorgesehen werden: Es kann dann
v, w,
k, q und n geschlossen und x und y geöffnet werden;
dann ist die Kammer m ausgeschaltet, und es kann während der Instandsetzungsarbeiten
eine Regelung von Hand erfolgen.
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Die Erfindung kann auch für drei- oder mehrstufige Kälteanlagen verwendet
werden. Es werden dann zwei oder mehr der beschriebenen Vorrichtungen hintereinandergeschaltet.
Die jeweiligen Dampfeintrittsstutzen e1, e2 usw. stehen mit den Druckstutzen der
ersten, zweiten usw. Verdichterstufe, die Sattdampferaustrittsstutzen g1, g2 usw.
mit den Saugstutzen der zweiten, dritten usw. Verdichterstufe in Verbindung; vom
Verflüssiger wird die Kälteflüssigkeit dem letzten (in der vorletzten Druckstufe
liegenden) Sättiger durch die Flüssigkeitseintrittsleitung a"-, zugeführt. Die aus
der Flüssigkeitsaustrittsleitung diesesSättigerspn 1 entnommene Flüssigkeit wird
zum Flüssigkeitseintritt,an 2 des in der nächst niederen Druckstufe liegenden Sättigers
geleitet usw. Erst die Flüssigkeit des in der niedersten Druckstufe liegenden Sättigers
strömt aus der Leitung p1 dem Verdampfer zu.
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Wenn Kälte bei verschiedenen Temperaturen gebraucht wird, so können
sowohl bei zwei- als auch bei mehrstufigen Anlagen in bekannter Weise mehrere Verdampfer
angeordnet werden, die mit verschiedenen Verdampfungstemperaturen arbeiten. Es werden
dann die wärmer arbeitenden Verdampfer durch Anzapfungen aus den Sättigern der höheren
Druckstufen gespeist; entweder erhält die Kammer in mehrere Anschlüsse, oder die
Leitung p verzweigt sich entsprechend. Die entwickelten, unter dem Druck einer höheren
Stufe stehenden Kaltdämpfe werden einer höheren Druckstufe des Verdichters zugeleitet,
und zwar kann dies in der Leitung e zwischen Druckstutzen' und Sättiger geschehen,
was namentlich dann zweckmäßig ist, wenn die Dämpfe feucht sind.
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Zwischen den Austrittsstutzen des Verdichters und den Eintrittsstutzen
des Sättigers kann natürlich in bekannter Weise noch ein Wasserkühler eingeschaltet
werden, in dem ein Teil der überhitzungsw ärme vom Kühlwasser aufgenommen wird.
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Alle Teile, in denen Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur
herrschen, werden selbstverständlich in bekannter Weise gegen Wärmeeinstrahlung
geschützt, was der Einfachheit halber in der Abbildung nicht gezeichnet ist; es
sind dies in der Regel die Vorrichtung selbst, die Einspritzleitung vom Hahn c ab,
die Sattdampfleitung g und die Flüssigkeitsableitung p.