Verfahren zum Betrieb einer Kompressionskühlanlage mit mindestens zweistufiger Kompression und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Das vorliegende Patent betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kompressionskühlanlage mit minde stens zweistufiger Kompression eines in der Anlage umlaufenden Kühlmittels, wobei dem als mehrstufiger Eingehäuse-Turbokompressor ausgebildeten Kom pressor in zumindest einer höheren Druckstufe von einem zugehörigen Mitteldruckgefäss aus dampfförmi- ges Kühlmittel zugeleitet wird,
welches nach der Kompression in einem Kondensator verflüssigt, da nach in einem dem Mitteldruckgefäss zugeordneten Drosselventil entspannt und wieder dem Mitteldruck gefäss zugeführt wird, während die in dem in Strö mungsrichtung des Kühlmittels letzten Mitteldruck gefäss angesammelte Kältemittelflüssigkeit in einem Verdampfer verdampft und anschliessend als Dampf von der Niederdruckseite des Kompressors angesaugt wird und anschliessend sämtliche Druckstufen bzw. Laufräder desselben durchströmt.
Es ist bekannt, dass durch die Verwendung von mehrstufigen gegenüber der Verwendung von ein stufigen Kompressoren eine Erhöhung der Kältelei stung erzielt werden kann. Bei den bekannten Kühl- anlagen mit mehrstufigen, zum Beispiel zweistufigen Kompressoren, saugt die Niederdruckseite des Kom- pressors das Arbeitsmedium aus dem Verdampfer ab und führt es in ein Mitteldruckgefäss, wobei dieses Mitteldruckgefäss als ein Zwischenkühler oder nur als Dampfabscheider dient.
Von hier aus wird der ge sättigte Dampf von der zweiten Stufe des Kompres- sors abgesaugt und nach dessen Komprimierung in den Kondensator geführt, aus welchem die Kälte flüssigkeit zu einem ersten Regulierventil strömt. Beim Strömen der Flüssigkeit durch dieses Regulier ventil sinkt der Druck des Gemisches aus Dampf und Flüssigkeit auf den Druckwert, welcher im Mittel druckgefäss herrscht. Das Gemisch wird nun in das Mitteldruckgefäss geleitet, wo sich die Flüssigkeit von gesättigtem Dampf abscheidet.
Die Flüssigkeit wird sodann zu einem zweiten Regulierventil gebracht; hier wird der Druckwert so weit herabgesetzt, dass er iden tisch mit dem gewünschten Druck im Verdampfer ist, in welchen nunmehr das Kühlmedium geleitet wird. Wie bereits angeführt, wird bei diesen Kühlanlagen ein Kompressor mit zwei Stufen verwendet.
Der Nachteil einer solchen Anlage besteht in dem erhöhten Aufwand; weiterhin ist der zweistufige Kom pressor relativ kompliziert, da die beiden Stufen gut gegeneinander abgedichtet sein müssen. Ausserdem sind bei dieser Anlage ziemlich grosse Energieverluste zu verzeichnen, die durch erhöhten Widerstand in den Übergangsrohrleitungen entstehen, da zuerst die ganze Menge des Kühlmittels aus der ersten Stufe des Kom- pressors in das Mitteldruckgefäss befördert und in die zweite Stufe neuerdings eingesaugt wird.
Der dadurch entstehende Verlust trägt zur Verschlechterung des Wirkungsgrades der Kühlanlage bei.
Die Anwendung dieses zwei- oder mehrstufigen Kühlungsprinzipes bei einem Eingehäuse-Turbokom- pressor ist mit Rücksicht auf die grosse Anzahl von Ansaug- und Austrittstutzen bzw. auf die an dem Kompressorgehäuse angeordneten Kammern sehr schwierig. Mit steigender Anzahl der Kompressor laufräder wird diese Schwierigkeit noch erhöht.
Dem erfindungsgemässen Verfahren liegt die Auf gabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu besei tigen und zugleich den Wirkungsgrad der Kühlanlage durch eine möglichst wirksame und doch einfache Kompressorkühlung weiter zu verbessern.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet diese Nachteile weitgehend. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Kältemittelflüssigkeit unter Um gehung des Mitteldruckgefässes über eine Abzweig- Leitung einem Reduzierventil zugeführt wird, in wel chem sie entspannt und verdampft wird.
Das Patent betrifft auch eine Einrichtung an einer Kompressionskühlanlage zur Durchführung des Ver fahrens, welche Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gehäuse des mehrstufigen Eingehäuse- Turbokompressors mindestens eine Kammer aufweist, die mit einem Mitteldruckgefäss verbunden ist und über eine Durchlassöffnung mit einem Kanal verbunden ist, durch welchen das von einer Stufe des Kompressors kommende Medium der nächst höheren Druckstufe zuströmt.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die eben falls erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sollen anschliessend anhand der bei liegenden Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden; dabei zeigen: Fig. 1 das Schema einer Kühleinrichtung mit einem zweistufigen Kompressor, Fig.2 das Schema einer Kühleinrichtung mit einem fünfstufigen Kompressor und Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil eines mehrstufigen Eingehäuse-Turbokompressors, der bei den Einrichtungen nach Fig. 1 und 2 verwendet wer den kann.
Bei der Kälteanlage nach der Fig. 1 ist mit 1 der Verdampfer des Kühlmediums bezeichnet. Als Kühl medium bzw. Arbeitsmedium kann zum Beispiel Ammoniak oder ein aliphatischer Fluorchlorkohlen wasserstoff verwendet werden. In dem Verdampfer 1 befindet sich eine Kühlleitung l a, durch welche das zu kühlende Medium fliesst. Das Arbeitsmedium wird aus dem Verdampfer 1 durch die erste Stufe des zwei stufigen eingehäusigen Turbokompressors 2 ab gesaugt, welcher durch einen Elektromotor 2a an getrieben wird. Die ganze angesaugte Menge des Kühl mittels strömt durchlaufend durch die beiden Lauf räder des Kompressors 2, wo es verdichtet und in den Kondensator 3 und anschliessend in den Nachkühler 4 befördert wird.
In dem Kondensator 3 wird die Wärme durch eine Kühlschlange 3a und in dem Nachkühler 4 durch die Kühlschlange 4a abgeführt. Das verflüssigte und abgekühlte Kühlmittel wird zum Regulierventil 5 geleitet, wo es entspannt und in ein Gemisch von Dampf und Flüssigkeit umgewandelt wird, welches einen mittleren Druck, den Mitteldruck, besitzt.
Das Kühimittelgemisch gelangt in das Mittel druckgefäss 6. Hier scheidet sich der Dampf von der Flüssigkeit ab; die Flüssigkeit wird zum zweiten Re gulierventil 7 befördert, wo sie nochmals entspannt wird, so dass erneut ein Flüssigkeits- und Dampf gemisch entsteht, das jedoch unter einem Druck steht, der niedriger als der Druck in dem Mittel druckgefäss 6 ist. Das Gemisch wird nun in den Ver dampfer 1 (Fig. 1) zurückgeführt.
Der Dampf aus dem Mitteldruckgefäss 6 wird von der zweiten Stufe des Kompressors 2 angesaugt, wobei der Druckwert dieser Stufe dem Druckwert des Mitteldruckgefässes 6 entspricht. Wie aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, führt eine Abzweigleitung für einen Teil des verflüssigten Kühlmittels von einer vor dem Regulierventil 5 be findlichen Stelle der Kältemittelleitung über ein wei teres Regulierventil 14 zu der vom Mitteldruck- gefäss 6 zum Kompressor 2 führenden Leitung 18.
Diese Abzweigleitung dient zur zusätzlichen Einsprit zung von Nassdampf von im Regulierventil 14 ent spannten und dabei verdampften Kühlmedium in die vom Mitteldruckgefäss 6 zum Kompressor 2 führende Leitung 18 unter Umgehung des Mitteldruckgefä- sses 6, wodurch der vom Mitteldruckgefäss 6 kom mende Dampf des Kühlmediums eine wirksame Ab- kühlung erfährt.
Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Anlage ar beitet ähnlich wie die Anlage gemäss Fig. 1. Das den Nachkühler 4 verlassende kondensierte Arbeits medium wird in einem ersten Regulierventil 5 ent spannt und das daraus entstehende Gemisch einem ersten Mitteldruckgefäss 6 zugeführt. Die dampfför- mige Komponente des Gemisches gelangt aus dem ersten Mitteldruckgefäss 6 in die letzte Stufe des fünf stufigen eingehäusigen Turbokompressors 2.
Das das erste Mitteldruckgefäss 6 in flüssiger Form verlassende Kühl- bzw. Arbeitsmedium wird in einem zweiten Regulierventil 7 entspannt und einem zweiten Mittel druckgefäss 8 zugeführt, von welchem die gasförmige Komponente einer einen tieferen Druck als derjenige der vorgenannten Stufe aufweisenden Stufe des Kom- pressors 2 zugeführt wird. In gleicher Weise gelangt die flüssige Komponente anschliessend zu dem Re gulierventil 9, dem Mitteldruckgefäss 10, dem Regu lierventil 11, dem Mitteldruckgefäss 12, dem Regulier ventil 13 und schliesslich dem Verdampfer 1.
Alle Mitteldruckgefässe 6, 8, 10 und 12 sind je mit einer dem betreffenden Druckniveau angepassten Stufe des Kompressors 2 verbunden. Die einzelnen Mitteldruck gefässe 6, 8, 10 und 12 können entweder nur als Dampfabscheider ausgebildet sein oder bereits als Wärmeaustauscher, die beispielsweise einem Wärme austauschmedium Wärme entziehen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Kühlmittel kreislauf durch je eine Zusatzeinspritzung von Nass- dampf in die zum Kompressor 2 führenden Ansaub Leitungen 18, 19, 19a und 19b für die Mitteldruck gefässe 6, 8, 10 und 12 ergänzt. So wird zum Beispiel aus dem Mitteldruckgefäss 6 die Flüssigkeit über das Regulierventil 15 der Ansaugleitung 19 zugeführt, wo die fein zerstäubte und verdampfte Flüssigkeit sich mit gesättigtem Dampf des Kühlmediums ver mischt, welcher aus dem Mitteldruckgefäss 8 ab gesaugt wird.
Gleiche Einspritzungen erfolgen auch in die weiteren Ansaugleitungen, die von den übrigen Mitteldruckgefässen 6, 10 und 12 zum Kompressor 2 führen, und zwar jeweils über eines der Regulier ventile 14, 16 und 17.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen mehrstufi gen Eingehäuse-Turbokompressor, welcher in den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anlagen verwendet werden kann. Mit der Kompressorwelle 30 sind die aufeinanderfolgenden Laufräder 31 und 32 verbun den, die in den Statoranordnungen 31a, 31b bzw. 32a und 32b laufen. Am äussern Umfang des Kom- pressors sind Kammern 23 angeordnet, die mit den Mitteldruckgefässen verbunden sind.
Für den Fall, dass, wie in Fig. 1 dargestellt, nur ein Mitteldruck gefäss 6 vorhanden ist, muss nur eine Kammer 23 vor gesehen sein, die dann mit diesem Mitteldruckgefäss 6 verbunden ist. Das beispielsweise in dem Laufrad 31 radial beschleunigte und somit komprimierte dampf- förmige Kühlmedium gelangt über die in dem Lauf rad 31 befindlichen Schaufelkanäle 20 in die Stator- kanäle 21, wird in dem Kanalstück 22 umgelenkt und gelangt durch den Kanal 25 zu den in dem Laufrad 32 befindlichen Kanälen 26.
Am Ende des Umlenk- kanals 22 ist eine Durchlassöffnung 24 vorgesehen, die die Verbindung mit der Kammer 23 darstellt und das von dem Mitteldruckgefäss 6 kommende gasför mige Kühlmedium in den Kanal 25 eintreten lässt, wo es sich mit dem aus dem Kanal 22 austretenden gasförmigen Medium vermischt.
Durch die beschriebene Anlage wird insbesondere erreicht, dass bei den Stufen des Kompressors, die bei niedrigem Druck arbeiten, nur relativ kleine Mengen des Mediums komprimiert werden müssen, während die bei höherem Druck arbeitenden Stufen eine grö ssere Menge des Mediums komprimieren, was der Charakteristik von derartigen Turbokompressoren entspricht.