Das Kältesystem mit Admission (Economizer) mit besonderer Betrachtung nach Vorhees

Die Dissertation mit dem Titel: „Das Kältesystem mit Admission (Economizer)“ ist eine umfang­reiche Aufarbeitung von Dampfkompressionskältesystemen, bei denen bei der Entspannung ein Gasstrom über Verdampfungsdruck erzeugt wird welcher schließlich der Verdichtung bei diesem erhöhten Druck zugeführt wird. Diese Art von Systemen wird in der Arbeit als Admissionssysteme, der Zugabeprozess von Gas in den fortschreitenden Verdichtungsprozess eines Verdrängungs­verdichters als innere Admission bezeichnen. Die Schrift besteht aus vier weitestgehend auto­nomen wissenschaftlichen Arbeiten.
Die erste Arbeit ist ein umfangreicher Review zum Thema Admissionssysteme und Verdichter mit innerer Admission um das veröffentlichte Wissen zum Thema zusammenzutragen und durch die geschaffene Terminologie in einen strukturierten Bezug zu setzen. In diesem Zusammenhang wer­den allgemeine, vom Autor erarbeitete, Berechungsmodelle vorgestellt und deren Ergebnisse für alle üblichen Kältemittel präsentiert.
Einem weiteren Schwerpunkt, der Definition von Kennzahlen, die das Verhalten des Verdichters mit innerer Admission eindeutig beschreiben, ist ein eigenständiges Kapitel gewidmet. Es zeigt sich, dass es, anders als beim den Sauggasmassenstrom beschreibenden Liefergrad eines Verdichters, keine direkt mit geometrischen Verdichtergrößen und aus Messwerten resultierenden thermodynamischen Zustandsgrößen darstellbare Bezugsgröße zur Definition eines den Admis­sionsgasmassenstrom be­schreibenden Liefergrades gibt. Daher werden mehrere mögliche Vergleichsprozesse zur Definition einer solchen Kennzahl vorgeschlagen und gegen­übergestellt. Darauffolgend wird diskutiert, welche Einflussfaktoren eine Reduktion des den zugeführten Gasstrom beschreibenden Admissions­liefergrades zur Folge haben.
In einem weiteren Abschnitt wird die innere Admission der verschiedenen gängigen Verdichter­bau­arten (Schraubenverdichter, Spiralverdichter, Hubkolbenverdichter) unter­sucht. Aus Mangel an vergleichbarem Datenmaterial erfolgt die Gegenüberstellung vor allem qualitativ. In diesem Abschnitt werden die bereits erwähnten Einflussfaktoren für die verschiedenen Verdichterbauarten diskutiert. Es folgt eine vergleichende Diskussion der Verdichterbauarten mit Blick auf den inneren Verdichtungs­prozess mit innerer Admission anhand von Indikatordiagrammen.
Basierend auf den Erkenntnissen der zuvor gemachten Studien wird die innere Admission eines Hubkolbenverdichters, wie 1905 von Voorhees patentiert, theoretisch, wie auch experimentell unter­sucht. Eine grundlegende thermodynamische Studie des Verdichtungs­prozesses resultiert in einem Berechnungsverfahren zur Bestimmung des theoretisch maximal zu erzielenden Admissionsmas­senstroms nach Ergänzung eines gegebenen Verdichters mit einer Admissions­öffnung in der Zylinder­wandung und der hierzu aufzu­bringenden erhöhten Leistungsaufnahme.
Der gewählte Ansatz basiert lediglich auf dem als bekannt vorausgesetzten Liefergrad und Güte­grad des um die Admission erweiterten Ausgangsverdichters. Jedoch erhöhen Infor­mationen über den Motorwirkungsgrad und den relativen Schadraum die Genauigkeit der Berechnung.
Im experimentellen Teil werden drei CO2-Hubkolbenverdichter untersucht, welche zur Ermög­lichung der inneren Admission mit verschiedenen Admissionsöffnungen versehen sind. Der für diesen Zweck errichtete Versuchsstand erlaubt die Messungen der Massen­ströme, Temperaturen, Drücke und Lei­stungsaufnahme des untersuchten Verdichters. Eine weitere Messvorrichtung ermöglicht Hochge­schwindigkeitsdruckmessungen in der Ver­dichtungskammer sowie in den Saug- und Druckkammern bei variierenden Admissions­bedingungen.
Zum einen werden die in der Arbeit definierten Güte- und Liefergrade der Verdichter bestimmt. Zum anderen werden die mit den Druckmessungen in den Vorkammern und in der Verdich­tungskammer erstellten Indikatordiagramme genutzt um den Einfluss der drei verschiedenen, ver­wirklichten Varianten der Admissionsöffnung auf den Admissionsvor­gang zu analysieren. Mit dem Verfahren lassen sich die richtigen Dimensionen der Admissions-öffnung abschätzen.