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Verfahren zum Kühlen der Verdichter in Wärmepumpenanlagen.
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Es ist bekannt, Verdichter zu kühlen, um die Verdichtungsarbeit zu
verringern. Werden kondensierbare Dämpfe verdichtet, so ist die Verdichtungstemperatur
möglichst in der Nähe der dem Druck entsprechenden Verdampfungstemperatur zu halten.
Bei den rotierenden Verdichtern, weiche zur Verdichtung von Dämpfen, z. B. als Wärmepumpen
verwendet werden, geschah diese Kühlung bisher durch Einspritzen von Kühlflüssigkeit
in den Verdichter oder durch Oberflächenkühlung. Dabei kann bekanntlich in beiden
Fällen als Kühlmittel die einzudampfende Flüssigkeit selbst dienen. Mit diesen Verfahren
sind jedoch gewisse Nachteile verbunden. Bei Einspritzkühlung gelingt es nicht,
die einzuspritzende Flüssigkeit so gleichmäßig und fein zu verteilen, daß sie bei
der hohen Dampfgeschwindigkeit genügend rasch verdampft. Sie wird dann als Dampffeuchtigkeit
mitgerissen, ohne die gewünschte Kühlung und damit eine Verminderung der Verdichtungsarbeit
zu bewirken, im Gegenteil, es wird der Kraftbedarf sogar noch entsprechend der Erhöhung
des Dampfgewichtes vermehrt. Die Oberflächenkühlung läßt sich im Wärmepumpenprozeß
sehr oft mit der einzudampfenden Flüssigkeit nicht durchführen, da die Flüssigkeit
oft schon zu stark erwärmt an die Kühler gelangt. Dies trifft besonders dann zu,
wenn die einzudampfende Fffissigkeit zwecks Rückgewinnung der Flüssigkeitswärme
aus dem Kondensat durch das Kondensat bereits vorgewärmt wurde.
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Hier soll nun die vorliegende Erfindung einsetzen. Statt die Kühlflüssigkeit
lediglich bis zu ihrer Verdampfungstemperatur Wärme aufnehmen zu lassen, soll sie
vielmehr gemäß vorliegender Erfindung - dadurch wärmleentziehend wirken, daß sie
im Kühler bereits teilweise verdampft wird. Das Temperaturgefälle zwischen den zu
verdichtenden Dämpfen
und der Kühlflüssigkeit wird hierbei allerdings
geringer als bei Verwendung von kalter Flüssigkeit. Da aber siedende Flüssigkeit
einen besseren Wärmeübergangswert besitzt als niclhtsiedende, so wird der Nachteil
des geringeren Temperaturgefälles ganz oder zum Teil wieder ausgeglichen. Die Kühler
werden mit Rücksicht auf die teilweise Eindampfung der Flüssigkeit gut zugänglich
gebaut und ersetzen einen Teil der eigentlichen Eindampfgefäße, die um den entsprechenden
Betrag kleiner gehalten werden können.
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Um stets ein genügendes Wärmegefälle im Kühler zu sichern, muß die
Verdampfungstemperatur der Kühlflüssigkeit um einen gewissen Betrag niedriger gehalten
werden als die Sättigungstemperatur der zu kühlenden Dämpfe. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß der Raum des Kühlers, in welchem die Kühlflüssigkeit verdampft wird,
mit einer Stufe des Verdichters verbunden wird, in welchem der Druck niedriger ist
als der Druck des in diesem Kühler zu kühlenden Dampfes.
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In jedem Falle können die im Kühler entwickelten Dämpfe vom Verdichter
sofort angesaugt werden, ohne erst in die eigentlichen Eindampfgefäße zu gelangen.
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Die Vorwärmung der Kühlflüssigkeit durch das Kondensat wird in vielen
Fällen empfehlenswert sein, ist jedoch zur Durchführung der vorliegenden Erfindung
nicht unbedingt erforderlich. Bei warmer Flüssigkeit, niedrigen Eindampfdrucken
oder groben Verdichtungswärmen bzw. -verlusten kann die Kühlflüssigkeit bereits
ohne Vorwärmung nahe an ihre Verdampfungstemperatur herankommen, so daß in den Kühlern
sofort ein Kochen eintritt. Ist die Eindampftemperatur niedrig, so erübrigt sich
ohnehin die Ausnutzung der Kondensatwärme, um so wichtiger ist aber dann die teilweise
Verdampfung zum Zwecke der Kühlung.
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Die Durchführung des Verfahrens sei an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht.
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Es bedeutet A den Verdichter (Wärmepumpe) mit drei Zwischenkühlern
B1, B2 und B3, C ist das Eindampfgefäß und D der Vorwärnier. Die einzudampfende
Flüssigkeit tritt (beispielsweise) bei E ein, durchsetzt den Vorwärmer und gelangt,
fast bis an ihre Verdampfungstemperatur vorgewärmt, zu den Kühlern, die sie der
Reihe nach durchströmt.
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Durch Entzug der Verdichtungswärme der Heizgase erwärmt sich hier
die Kühlflüssigkeit ljis zur Siedetemperatur. Die sich entwickelnden Dämpfe ziehen
durch Leitung F ab und werden vom Verdichter angesaugt.
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Die übrigbleibende Flüssigkeit strömt zum Eindampfgefäß C, wo sie
durch die Heizgase weiter verdampft wird. Die bei G abgesaug ten Brüdendämpfe werden
in dem Verdichter A verdichtet, in den Zwischenkühlern B1, B, und 33 möglichst bis
auf die der jeweiligen Stufe entsprechende Sättigungstempera tur herabgekühlt und
gelangen dann als Heizdämpfe zurück in die Heizrohre des Eindampfgefäßes, wo sie
kondensieren. In dem Vorwärmer D geben sie den letzten Rest ihrer Wärme an die neue
zuströmende Flüssigkeit ab. Bei H befindet sich ein Ventil, um den Auslauf entsprechend
dem im Heizraum vorherrschenden Druck zu regeln. Wird auf die Vorwärmung verzichtet,
so tritt die frische Flüssigkeit durch J in die Kühler.