DD215148A1 - Oelkreislauf in einer kaelteanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Oelkuehlung und zur Trennung von Kaeltemittel und Oel in einer ein- oder mehrstufigen Kaelteanlage mit mindestens einem Verdichter, vorzugsweise oelueberflutetem Schraubenverdichter. Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Herstellungs- und Betriebskosten zu senken, den benoetigten Raumbedarf der Kaelteanlage zu verringern, den Wartungsaufwand zu reduzieren, die Abscheidequalitaet zu erhoehen und den Oelkreislauf zu vereinfachen, so dass sich durch verbesserte Funktion ein hoeherer Gebrauchswert der Kaelteanlage ergibt. Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass das im dampffoermigen Arbeitsmedium in fluessiger Phase mitgefuehrte Oel ueber eine Druckleitung in einen Feinabscheider gefuehrt wird, in welchem sich im unteren Bereich Oel- und Kaeltemittelfluessigkeit in einem Fluessigkeitsreservoir befinden und das Arbeitsmedium gemeinsam mit dem Oel in dieses Fluessigkeitsreservoir gefuehrt wird. Der Feinabscheider ist im Kopfbereich, indem sich vorwiegend Dampf befindet, mit dem geodaetisch hoeher gelegenen Kondensator mit dessen Dampfeintritt durch eine Dampfleitung verbunden. Weiterhin ist der Feinabscheider ueber eine Kondensatleitung mit dem Kondensator oder mit dem Kaeltemittelsammler fluessigkeitsseitig verbunden und letztlich ist die untere Zone des Fluessigkeitsreservoirs des Feinabscheiders stroemungsmaessig mit dem Verdichter zur Oelversorgung und/oder Kuehlung ueber eine Rueckfuehrleitung verbunden.

Description

Erfinder: Dieter Mosemann, Berlin Berlin, den II.3.I983 Helmut Rische, Berlin

Z.-Bevollmächtigterj Patent-Ing. U.Scheffler

VEB Kühl automat

Titel der Erfindung

ölkreislauf in einer Kälteanlage

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur ölkühlung und zur Trennung von Kältemittel und öl in einer ein- oder mehrstufigen Kälteanlage mit mindestens einem Verdichter, vorzugsweise ölüberflutetem Schraubenverdichter, in dem zum Zwecke der Schmierung, Abdichtung und größtenteils auch zur Kühlung ein Hilfsmedium, zum Beispiel öl, zugeführt wird, mit mindestens einem Kondensator und Einrichtungen zur Führung und Speicherung des Öles und des Kältemittels.Das Arbeitsmedium Kältemittel ist dabei nicht oder nur wenig im öl löslich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei bekannten Kälteanlagen erfolgt die ölabscheidung in Einrichtungen, die von dampfförmigem Arbeitsmedium vor der Kondensation durchströmt werden, durch Richtungsänderung des mit ölbeiadenen Arbeitsmedienstromes unter Ausnutzung der Schweroder Zentrifugalkräfte oder durch Kontakt der öltropfen mit großflächigen, engmaschigen Geweben, zum Beispiel Faserfilterwerkstoffen, abscheiden.

Die Kühlung des abgeschiedenen ölstromes erfolgt bei Bedarf in Oberflächenübertragern, die durch Wasser, "Luft oder Kältemittel beaufschlagt werden.

•22.^11983*077478

Nachteilig ist an solchen Kälteanlagen, daß zur ölabscheidung meist mehrstufige relativ große und aufwendige Abscheideeinrichtungen erforderlich sind, die einen relativ hohen Bau- und Kostenaufwand verursachen und durch ihre Größe den spezifischen Raumbedarf einer Kälteanlage negativ beeinflussen. Mit zunehmenden Anforderungen an den Abscheidegrad steigen die Kosten für den ölabscheider an. Darüber hinaus verursachen die bisher bekannten Abscheidesysteme der ölfeinabscheider Drückverluste, die die Betriebskosten zur Erzeugung der geforderten Kälteleistung erhöhen. Um höhere Abscheidewirkungsgrade zu erreichen, wird oftmals eine ölfeinabscheidestufe aus Faserfilterwerkstoffen nachgeschaltet. Diese Werkstoffe müssen nach einer bestimmten Betriebszeit gereinigt, meist gewechselt werden, da sonst die Abscheideleistung unerwünscht nachläßt und die Druckabfälle zu sehr ansteigen. Außerdem sind im Bedarfsfall separate Wärmetauscher zur ölkühlung erforderlich, mit deren Hilfe das öl von einer Temperatur nahe der Verdichtungsendtemperatur auf die gewünschte Zuführungstemperatur zum Verdichter gebracht wird.

Die dazu erforderlichen Wärmeübertrager sind materialintensiv und fertigungsauf wendig,¹ da die Wärmeübergangszahl auf der Ölseite relativ klein ist und die abzuführende Wärmemenge relativ groß sein kann. Da die ölkühlung meist mit Wasser erfolgt, sind gesonderte Wasserzu- und -ablaufleitungen erforderlich. Die mit Wasser beaufschlagten Flächen der Wärmeübertrager müs-'sen in bestimmten Zeitabständen gereinigt werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Herstellungs- und Betriebskosten zu senken, den benötigten Raumbedarf der Kälteanlage zu verringern, den Wartungsaufwand zu reduzieren, die Abscheidequalität zu erhöhen und den ölkreislauf zu vereinfachen, so daß sich dur£h verbesserte Funktion ein höherer Gebrauchswert der Kälteanlage ergibt.

Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der, Erfindung "besteht darin,; die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Kälteanlage zu schaffen, bei der trotz großer zugeführter ölmengen in den Verdichter keine aufwendigen Abscheideeinrichtungen und keine separaten Einrichtungen zur ölkühlung erforderlich

Durch eine neuartige Anordnung bei Anlagen der bestehenden Art ist das Problem wie folgt zu lösen. Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß das im, dampfförmigen Arbeitsmedium in flüssiger Phase mitgeführte öl über eine Druckleitung in einen Feinabscheider geführt wird, in welchem sich im unteren Bereich öl- und Kältemittelflüssigkeit in einem Flüssigkeitsreservoir befinden und das Arbeitsmedium gemeinsam mit dem öl in dieses Flüssigkeitsreservoir geführt wird._; Der Feinabscheider ist im Kopfbereich, indem sich vorw^QSQ¹¹^ Dampf befindet, mit dem geodätisch höher gelegenen Kondensator mit dessen Dampfeintritt durch eine Dampfleitung verbunden. Weiterhin ist der Feinabscheider über eine Kondensatleitung mit dem Kondensator oder mit dem Kältemittelsammler flüssigkeitsseitig verbunden,und letztlich-ist die untere Zone des Flüssigkeitsreservoirs des Feinabscheiders strömungsmäßig mit dem Verdichter zur Ölversorgung und/oder Kühlung über eine Rückführleitung verbunden.

Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführung befindet sich in der Kondensatleitung ein in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsniveau im Feinabscheider öffnendes und schließendes Regelventil, so daß sich dadurch immer im Fein'abscheider eine bestimmte Flüssigkeitsmenge befindet. Die Druckleitung.mündet im Feinäbscheiderinnenraum unterhalb des Flüssigkeitsniveaus. Das in der Druckleitung geführte Gemisch aus Kältemitteldampf und Öl wird in die Flüssigkeit eingeleitet. Dabei findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemitteldampf und der von ihm durchströmten Flüssigkeit sowie dem zugeführtem öl und der Flüssigkeit statt.

Durch diesen Wärmeaustausch wird Kältemittel verdampft. Der dem Feinabscheider zugeführte überhitzte Dampf erreicht ebenso wie das verdampfende Kältemittel den dem vorliegenden Druck entsprechenden Sattdampfzustand und wird gemeinsam mit dem verdampfen Kältemittel über die Dampfleitung zum Kondensator geführt. Dort kondensiert der Dampf. Die iinP ein ab scheider verdampfende Kältemittelmenge wird vom Flüssigkeitssammler oder vom Kondensator infolge der vorhandenen geodätischen Höhendifferenz zwischen Kondensator und Feinabscheider über die Kondensatleitung in den Feinabscheider zurückgeführt, da das Flüssigkeitsniveau im Feinabscheider auf etwa konstante Höhe gehalten wird. Der Feinabscheider besitzt neben den genannten Zu- und Abführungsleitungen keine herkömmlichen Abscheideeinrichtungen. Es handelt sich um einen sehr einfachen, wartungsfreien Behälter, der kostengünstig produziert werden kann. Der ölabscheidegrad ist. dabei sehr hoch, da die im Dampfstrom mitgeführten öltropfen im Feinabscheider durch die dort vorhandene Flüssigkeit festgehalten werden. Zwischen dem flüssigen Kältemittel und dem öl erfolgt eine Trennung durch vorhandene Dichteunterschiede. Bei dem Arbeitsmedium NHo zum Beispiel sammelt sich „ das öl im untersten Teil des Feinabscheiders. Deshalb ist die Rückführleitung zum Verdichter vorteilhaft am tiefsten Punkt des Feinabscheiders angeschlossen. Ebenso ist die Anschlußöffnung der Kondensatleitung am tiefsten Punkt des Kondensators oder des Flüssigkeitssammlers mit diesem verbunden. Besonders einfach und kostengünstig wird die erfindungsgemäße Ausführung, wenn der Druckstutzen des Verdichters als Druckleitung direkt in den Feinabscheider mündet, ohne daß vorher eine Grobabscheidung des Öles stattfindet.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Feinabscheiders hat das im untersten Teil befindliche öl die dem Pruck entsprechende Siedetemperatur des Kältemittels. Dadurch ist eine zusätzliche Ölkühlung nicht erforderlich.

In einer anderen erfindungsgemäßen vorteilhaften Ausführung wird vorgeschlagen, im Plüssigkeitsbereich des Peinabscheiders einen Oberflächenwärmeübertrager anzuordnen, der von öl durchströmt wird, so daß die ölkühlung erfolgt, indem einTeil des flüssigen Kältemittels verdampft, das über die Dampfleitung zum Kondensator geführt wird. Neben den genannten Vorteilen können zwischen dem !Feinabscheider und Verdichter und Grobabscheider größere Entfernungen vorhanden sein, ohne daß eine Punktionsfähigkeit der Peinabseheidung dadurch gestört wird. Es sind zur ölkühlung keine gesonderten Kühlmedienströme erforderlich, auch kann durch die Einspeisung von flüssigem Kältemittel und öl aus dem Peinabscheider über die Rückführungsleitung in den Arbeitsraum des Verdichters oder durch die aus dem Peinabscheider über diese Leitung geführte ölreiche Flüssigkeit sphase gänzlich auf ölkühler verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösungen liegt darin, daß sowohl der ölabscheider als auch die ölkühlung völlig wartungsfrei betrieben werden können.

Ausführungsbeispiel

Pigur 1 zeigt einen Kälteanlagenteil gemäß der Erfindung im Blockschaltbild

Pigur 2 zeigt eine sehr einfache Ausführung eines Kälteanlagenteiles gemäß der Erfindung im Blockschaltbild

Pigur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Kälteanlagenteiles gemäß der Erfindung mit Oberflächenwärmeübertrager/;im Peinabscheider

Die Kälteanlage gemäß Pigur 1 ist nur teilweise dargestellt. Es sind dargestellt: ölüberfluteter Schraubenverdichter 1, ölgrobabscheider 2, Druckleitung 3 mit Rückschlagventil 5, Peinabscheider 12, Dampfleitung 14, Kondensator 6, Kondensatleitung 10 mit Regelventil 9» Rückführleitung 11 mit thermostatischem Expansionsventil 8 und ölpumpe 7·

Der Feinabscheider besitzt ein Flüssigkeitsreservoir 4, dessen Flüssigkeitsniveau 13 durch, ein Regelventil 9 auf konstanter Höhe gehalten wird.

Der Schraubenverdichter· 1 wird über einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. Das im Arbeitsraum verdichtete Gemisch aus öl und Kältemitteldampf wird in den ölgrobabscheider

2 geführt. Das zunächst abgeschiedene öl wird über ölpumpe 7 zu den Lagerstellen des Verdichters und in den Arbeitsraum geführt, wo es gemeinsam mit dem Kältemitteldampf verdichtet wird. Aus dem ölgrobausscheider 2 gelangt der Kältemitteldampf mit dem noch nicht abgeschiedenen ölanteil in die Druckleitung

3 mit dem Rückschlagventil 5» die im Feinabscheider 12 unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 13 endet. Der überhitzte Kältemitteldampf wird bis auf den Sattdampfzustand abgekühlt. Die Überhitzungswärme wird der im FlüssigkeitsreservoirVbefindlichen Kältemittelflüssigkeit entzogen, indem ein Teil der Kältemittelflüssigkeit verdampft. Der abgekühlte Kältemitteldampf und das verdampfte Kältemittel gelangen gemeinsam über die Dampfleitung 14 zum-höher gelegenen Kondensator 6, in dem der Kältem^tteldampf kondensiert. Mitgerissene öltröpfchen sammeln sich gemeinsam mit der Kältemittelflüssigkeit im unteren Bereich des Kondensators 6; aufgrund der unterschiedlichen Dichte von öl und Kältemittel tritt eine Trennung ein. Da die Kondensatleitung 10 dort angeschlossen ist, wo sich eine ölreiche Phase bildet, wird das im Kondensator 6 befindliche öl gemeinsam mit dem Kältemittel über die Kondensatleitung 10 und das Regelventil 9 in den Feinabscheider 12 geführt. Das Flüssigkeitsniveau 13 des Feinabscheiders 12 wird durch das Regelventil 9 auf'konstanter .Höhe gehalten.

Das Flüssigkeitsreservoir 4 des Feinabscheiders 12 ist genügend groß, so daß die Zeit zur Trennung des Öles vom Kältemittel aufgrund der unterschiedlichen Dichte ausreicht. Das öl sammelt sich im unteren Bereich des Flüssigkeitsreservoirs 4, das Kältemittel befindet sich darüber, über die Rückführleitung 11 wird über das thermostatische Expansionsventil 8 dem

Verdichter 1 soviel Flüssigkeit zugeführt, daß die festgelegte Druckstutzentemperatur des Verdichters 1 nicht überschritten wird. Dazu wird soviel Flüssigkeit benötigt, daß öl und Kältemittelflüssigkeit zum Verdichter 1 geführt werden. Der Kälteanlagenteil ist einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Die ölabscheidung erfolgt mit hoher Qualität im Feinabscheider 12, bei dem es sich um einen billigen Behälter handelt. Ein ölabscheider ist nicht erforderlich. Die Verdichtungswärme wird dabei vom Kondensator abgeführt.

Der Kälteanlagenteil gemäß Figur 2 ist einfacher als gemäß Figur 1. Der im Arbeitsraum des Schraubenverdichters 1 verdichtete Kältemitteldampf gelangt gemeinsam mit dem öl über die Druckleitung 3 direkt in den Feinabscheider 12, wird in das Flüssigkeitsreservoir 4 eingeleitet und auf Sattdampfzustand gekühlt. Das öl verbleibt im unteren Teil des Flüssigkeitsreservoirs 4 und wird von dort über eine ölpumpe 7 und die Rückführleitung 11 in den Verdichter 1 gebracht. Der Sattdampf gelangt über die Dampfleitung 14 zum Kondensator 6, von_ifwo ein Teilstrom wie gemäß Figur 1 über die Kondensatleitung 10 in den Feinabscheider 12 geführt wird. Ein zweiter Teilstrom gelangt zum Verdampfer, während der dritte Teilstrom über die Leitung 15 zur Kühlung des Verdichtungsvorganges wi& bereits oben beschrieben, benutzt wird. Diese Kälteanlage ist sehr einfach und billig. Im Gegensatz zu bisher bekannten Lösungen ist nur ein sehr einfacher Feinabscheider 12 ohne zusätzlichen ölkühler erforderlich.

Der Kälteanlagenteil gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der in Figur 1 beschriebenen dadurch, daß das im ölgrobabscheider 2 abgeschiedene öl über ölpumpe 7 durch eine im Flüssigkeit sreservoir 4 angeordnete Rohrschlange 16 geführt wird, so daß das öl auf diese Weise gekühlt wird. Dadurch wird die über die Rückführleitung 11 strömende Kältemittelmenge reduziert und die Leistungsziffer der Anlage verbessert.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch

   1. Anordnung zur ölkühlung und zur Trennung von Kältemittel und öl -Jin einer ein- oder mehrstufigen Kälteanlage mit mindestens einem Verdichter, vorzugsweise ölüb erflutet em Schraubenverdichter, in dem zum Zwecke der Schmierung, Abdichtung und größtenteils auch zur Kühlung ein Hilfsmedium, zum Beispiel öl, eingespritzt wird, mit mindestens einem Kondensator und Einrichtungen zur Führung und Speicherung von Kältemittel und öl, gekennzeichnet dadurch, daß ein Feinabscheider (12), in dem öl und Kältemittel in flüssiger Phase in einem Flüssigkeitsreservoir (4) und dampfförmiges Kältemittel vorhanden sind, direkt oder über weitere Abscheider durch eine Druckleitung (3) strömungsmäßig mit dem Druckstutzen des Verdichters (1) verbunden ist und diese im Flüssigkeitsreservoir (4) endet, daß der Feinabscheider (12) in seinem Kopfbereich über eine Dampfleitung (14) mit dem Dampfeintritt das höher gelegenen Kondensators (6) verbunden ist, daß der Feinabscheider (12) über eine Kondensatleitung (10) mit dem Kondensator (6) flüssigkeitsseitig oder mit einem Kältemittelsammler verbunden ist und daß die untere Zone des Flüssigkeitsreservoirs (4) strömungsmäßig mit dem Verdichter (1) zur Ölversorgung und/oder Kühlung über eine Rückführleitung (11) verbunden ist. .
2. 2. Anordnung zur Ölkühlung und zur Trennung von Kältemittel und öl nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch , daß in der Kondensatleitung (10) ein in Abhängigkeit vom, Flüssigkeitsniveau (13) des Flüssigkeitsreservoirs (4) im Feinabseheider (12) öffnendes und schließendes Regelventil (9) angeordnet ist.
3. 3. Anordnung zur Ölkühlung und zur Trennung von Kältemittel und öl nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet d a,d u r c h , daß die Rückführleitung (11) am untersten Teil des Flüssigkeitsreservoirs (4) am Feinabscheider (12) angeschlossen ist.
4. 4. Anordnung zur ölkühlung und zur Trennung von Kältemittel und öl nach Punkt 1 bis 3i gekennzeichnet dadurch , daß im I¹IUssigkeitsreservoir (4) ein
   Oberflächenwärmeübertrager angeordnet ist, der mit einem ölgrobabscheider (?) über Leitungen und mit dem Verdichter in strömungsmäßiger Verbindung steht.
5. 5. Anordnung zur ölkühlung und zur !Trennung von Kältemittel und öl nach Punkt i bis 4, gekennzeichnet dadurch , daß die Kondensatleitung (10) am untersten Teil des Kondensators oder des Kältemittelsammlers
   angeschlossen ist.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen