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Kältemaschine mit mehreren Verdampfern Es ist bekannt, bei Kältemaschinen
auf zwei oder mehrere Verdampfer gleichzeitig oder zeitlich hintereinander zu arbeiten.
In Abb. i ist die Schaltweise einer Kältemaschine, die beispielsweise auf zwei Verdampfer
gleichzeitig oder zeitlich hintereinander arbeitet, schematisch dargestellt.
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Der Kompressor a fördert das verdichtete Kältemittel in den Kondensator
b. Es tritt durch die Leitung f aus, die sich in zwei Leitungen, f1 und f2, verzweigt.
In den Regulierventilen v1 und v, entspannt sich das Kältemittel auf den Verdampfungsdruck
und tritt in den Verdampfer i bzw. a ein. Die zwei Saugeleitungen g1 und g2 vereinigen
sich in der Leitung g, welche zum Kompressor führt. In die Saugeleitungen g1 und
g2 sind Absperrventile hl und h2 eingebaut. Sind beim Betrieb der Kältemaschine
die Regulierventile v1 und v2 sowie die Absperrventile hl und h2 geöffnet, dann
herrscht in den beiden Verdampfern i und a der gleiche Dampfdruck und damit die
gleiche Verdampfungstemperatur. Die im Kreislauf der Kältemaschine umlaufende Kältemittelmenge
L setzt sich zusammen aus der Menge A im Kompressor, B im Kondensator, C
und D in den Verdampfern i und a und Z' in den Leitungen oder sonstigen Teilen
der Kältemaschine.
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Soll nun die Maschine nur auf den Verdampfer i arbeiten, dann wird
das Ventil v@ geschlossen. Die Absperrventile hl und h2 sind geöffnet. In den Verdampfern
i und z herrscht also der gleiche Druck. Gegenüber dem gleichzeitigen Betrieb mit
zwei Verdampfern kann sich nun die Verdampfungstemperatur erniedrigen, da zur Abführung
der
Kälteleistung die Differenz zwischen der Temperatur des Kälteträgers oder Kühlgutes
und der Verdampfungstemperatur größer wird. Dies setzt voraus, daß alle anderen
Faktoren, von welchen der Wärmeübergang abhängig ist, die Erniedrigung der Verdampfungstemperatur
nicht verhindern. Anderseits kann trotz der Vergrößerung der Temperaturdifferenz
sich die Verdampfungstemperatur erhöhen. Dies setzt voraus, daß beispielsweise die
Temperatur des Kälteträgers oder Kühlgutes höher ist als beim gleichzeitigen Arbeiten
auf beide Verdampfer.
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Beim Betrieb des Verdampfers i kann der Verdampfer 2 Wärme aufnehmen,
sofern- in den beiden Verdampfern die Verdampfungstemperatur niedriger ist als die
Temperatur des Kälteträgers oder Kühlgutes, welches den Verdampfer 2 umgibt. In
diesem Fall verdampft die Kältemittelmenge D des Verdampfers 2. Das Kältemittelgas
gelangt in die Leitung g2 und vereinigt sich mit dem aus dem Verdampfer i austretenden
Kältemittelgas. Der Verdampfer 2 wird demnach entleert, indem nun seine Kältemittelmenge
D in den eigentlichen Kreislauf der Kältemaschine eintritt und hier die umlaufende
Kältemittelmenge vergrößert. Die Füllung des Verdampfers i erhöht sich praktisch
um die Menge D. Dies bedeutet eine unzulässige Erhöhung der Füllung im Verdampfer
i, was dazu führt, daß der Kompressor ein Flüssigkeitsdampfgemisch ansaugt und die
bekannten Nachteile auftreten.
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Beim Betrieb des Verdampfers i kann der Verdampfer 2 Wärme abgeben,
sofern in den beiden Verdampfern die Verdampfungstemperatur höher ist als die Temperatur
des Kälteträgers oder Kühlgutes, welches den Verdampfer 2 umgibt. In diesem Fall
kondensiert das Kältemittelgas, welches sich im Verdampfer 2 befindet. Durch die
Kondensation von Kältemittelgas im Verdampfer 2 entsteht eine Volumenverminderung,
die ein Nachströmen von Kältemittelgas aus der Leitung g über die Leitung g2 in
den Verdampfer 2 bewirkt. Dadurch wird dem eigentlichen Kreislauf der Kältemaschine
beim Arbeiten auf den Verdampfer i Kältemittel entzogen. Die Füllung im Verdampfer
i wird also kleiner, solange im Verdampfer 2 Kältemittelgas kondensiert. Die Folge
ist eine Erniedrigung der Verdampfungstemperatur. Die Kondensation von Kältemittelgas
im Verdampfer 2 setzt erst dann aus, wenn die Verdampfungstemperatur infolge des
Füllungsverlustes im Verdampfer i auf die Temperatur des Kälteträgers des Verdampfers
:2 abgefallen ist.
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Die Kondensation von Kältemittelgas kommt auch dann zum Stillstand,
wenn sich der Verdampfer :2 gänzlich mit flüssigem Kältemittel gefüllt hat. In diesem
Fall sinkt die Verdampfungstemperatur durch den Füllungsverlust im Verdampfer nur
so lange, bis der Verdampfer 2 gänzlich überflutet ist. In den meisten praktischen
Fällen wird jedoch der Füllungsverlust im Verdampfer i so groß sein, daß bei der
Überflutung des V erdanipfers 2 ein wirtschaftlicher Betrieb nicht möglich ist.
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Man hat nun vorgeschlagen, den Verdampfer mit niederer Temperatur,
der außer Betrieb gesetzt werden soll, zusätzlich mit flüssigem Kältemittel zu füllen.
Dadurch wird verhindert, daß aus dem Verdampfer mit höherer Temperatur Kältemittelgas
in den Verdampfer mit niederer Temperatur übertritt und dort kondensiert. Die zusätzliche
Füllung des Verdampfers mit niederer Temperatur geschieht mit Hilfe eines Flüssigkeitssammlers,
der in die Leitung zwischen Kondensator und Verdampfer eingeschaltet ist. Der Flüssigkeitssammler
ist auf der einen Seite durch eine Leitung mit dem Kondensator verbunden. Auf der
anderen Seite sind eine absperrbare und eine nichtabsperrbare Leitung angeschlossen,
die sich vereinigen und gemeinsam zu den Verdampfern geführt werden. Die absperrbare
Leitung mündet in den Boden des Flüssigkeitssammlers, während die nichtabsperrbare
Leitung in den Behälter hineinragt. Ist die absperrbare Leitung geschlossen, dann
sammelt sich im Flüssigkeitssammler eine gewisse Menge an Kältemittel an. Der Verdampfer
mit niederer Temperatur hat in diesem Zustande die richtige Füllung. Die beiden
Verdampfer sind jedoch sowohl bei Parallel- als auch bei Hintereinanderschaltung
so angeordnet, daß das im Verdampfer mit niedriger Temperatur entstandene Kältemittelgas
durch den Verdampfer mit hoher Temperatur zum Kompressor zurückgeführt wird.
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Wenn auch im Flüssigkeitssammler so viel Kältemittel zurückgehalten
werden kann, daß aus dein Verdampfer mit niederer Temperatur trocken gesättigtes
Kältemittelgas austritt, d. h. der Verdampfer mit hoher Temperatur keine Füllung
an flüssigem Kältemittel besitzt, so wird trotzdem im Verdampfer mit hoher Temperatur
eine Kühlwirkung entstehen, indem das Gas überhitzt wird. Eine vollkommene Abschaltung
des Verdampfers mit hoher Temperatur ist daher nicht möglich.
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Soll nun der Verdampfer mit niederer Temperatur außer Betrieb gesetzt
werden, dann wird die absperrbare Leitung am Flüssigkeitssammler geöffnet. Der Flüssigkeitssammler
gibt nun so viel Kältemittel an den Kreislauf frei, daß der Verdampfer mit niederer
Temperatur
vollkommen ersäuft und der Verdampfer mit hoher Temperatur die normale Füllung erhält.
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Das Arbeiten auf den Verdampfer mit hoher Temperatur allein ist bei
dieser Anordnung nur möglich, wenn die Verdampfungstemperatur höher ist als die
Temperatur des Kälteträgers oder Kühlgutes des überfluteten Verdampfers mit niederer
Temperatur. Ist jedoch die Verdampfungstemperatur beim Arbeiten auf den Verdampfer
mit hoher Temperatur niedriger als die Temperatur des Kälteträgers oder Kühlgutes
des überfluteten Verdampfers, dann ist ein Stillsetzen 'dieses-Verdampfers nicht
möglich. Es verdampft in diesem Falle auch im überfluteten Verdampfer Kältemittel.
Der Verdampfer mit höherer Temperatur kann daher nur dann allein arbeiten, wenn
seine Verdampfungstemperatur höher ist als die Temperatur des Kälteträgers oder
Kühlgutes des überfluteten Verdampfers. Vor dem Arbeiten mit dem Verdampfer höherer
Temperatur muß daher stets der Kälteträger des Verdampfers mit niederer Temperatur
auf eine Temperatur gebracht `-erden, die niedriger ist als die Verdampfungstemperatur
im Verdampfer mit hoher Temperatur. Die Verdampfer können auch nicht gleichzeitig
# arbeiten, da entweder so viel flüssiges Kältemittel aus dem Sammelbehälter zugeführt
wird, daß ein Verdampfer vollkommen ersäuft, oder so viel Kältemittel zurückgehalten
wird, daß nur ein Verdampfer genügend Füllung hat.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung gemäß Abb. 2 sind diese Nachteile
beseitigt. Die Flüssigkeitsleitung f mündet in einen Kälternittelausgleichsbehälter
i. Von diesem Behälter aus führen die Leitungen f, und f2 zu den Regulierventilen
vi und v2. Die beiden Leitungen f1 und f2 ragen mit verschiedenen Längen in den
Behälter i. Die Leitung f2 ist beispielsweise länger als die Leitung f1. Der Verdampfer
i arbeitet mit einer höheren Verdampfungsteniperatur als der Verdampfer 2.
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Beim Arbeiten auf den Verdampfer 2 ist das Regulierventil v1 geschlossen.
Die Ventile v2, lal und l7, sind geöffnet. Aus dem Verdampfer i mit hoher Temperatur
verdampft das Kältemittel ganz oder teilweise und gelangt in den eigentlichen Kreislauf.
Durch die verschiedenen Längen der Leitungen f1 und f2 im Behälter i wird jedoch
eine gewisse Kältemittelmenge L, dem eigentlichen Kreislauf entzogen. Wird L, gerade
so groß gewählt wie die Kältemittelmenge, welche aus Verdampfer i verdampft, dann
kann keine Vergrößerung der Füllung von z ererfolgen.
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Beien Arbeiten auf den Verdampfer i mit höherer Verdampfungstemperatur
werden die Ventile v., und lag geschlossen. Die Ventile v1 und lal
sind geöffnet. Die aus dem Verdampfer i verdampfte Kältemittelmenge L, gelangt nun
wieder in den Verdampfer i.
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Die Temperatur des Kälteträgers oder Kühlgutes von 2 kann beim Betrieb
des Verdampfers i dessen Verdampfungstemperatur und Füllung nicht beeinflussen,
da ja die Ventile v2 und: lag geschlossen sind. Der Verdampfer mit niederer
Temperatur wird daher beim Betrieb des Verdampfers mit höherer Temperatur nicht
überflutet. Er behält vielmehr seine normale Füllung.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, den Behälter i als Ausgleich
vorzusehen, der das aus dem stillgesetzten Verdampfer austretende Kältemittel aufnimmt.
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Anderseits wird dem im Betrieb befindlichen Verdampfer die richtige
Füllung zugeführt, indem ein Überschuß an Füllung im Behälter i zurückgehalten wird.
Jeder Verdampfer hat demnach zwangsläufig bei der Inbetriebsetzung die richtige
Füllung. Jeder Verdampfer erhält vom Behälter i aus immer die gleiche Kältemittelmenge.
Die Saugeleitungen sind getrennt mit dem Kompressor in Verbindung. Der zwangsläufige
Ausgleich im Behälter i kann nur stattfinden, wenn jeder Verdampfer für sich mit
dem Behälter i einerseits und anderseits mit dem Kompressor a unmittelbar durch
absperrbare Leitungen in Verbindung steht.
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Statt eines Kältemittelausgleichsbehälters i können mit derselben
Wirkung verschiedene Behälter angeordnet werden. Man kann den Kältemittelausgleichsbehälter
auch unterteilen oder anders ausbilden, ohne die Wirkung, Kältemittel zurückzuhalten,
auszuschalten, wenn die Zu- und Ableitungen die gleiche Anordnung aufweisen.
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Der Kältemittelausgleichsbehälter kann an jeder beliebigen Stelle
des Kältemittelkreislaufes angeordnet werden. Er kann beispielsweise auch parallel
zum Kreislauf angeordnet sein. Der Kältemittelausgleichsbehälter kann auch konstruktiv
mit einem der Apparate der Kältemaschine vereinigt werden. Die Erfindung beschränkt
sich nicht darauf, daß nur zwei Verdampfer Anwendung finden, sondern es können beliebig
viele Verdampfer nach dein gleichen Erfindungsgrundsatz parallel oder hintereinandergeschaltet
sein.
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Mit der beschriebenen Einrichtung kann auch gleichzeitig mit beiden
Verdampfern gearbeitet werden. In diesem Fall sind die Ventile lai und 1a, geöffnet.
Die Öffnungen der Regulierventile v, und v2 sind jedoch gegenseitig so abgestimmt,
daß beide Verdampfer flüssiges Kältemittel erhalten. In diesem Fall besitzen die
beiden Verdampfer die gleiche Verdampfungstemperatur.