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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sammeln und
Rückführen von Schmierstoff
und Kältemittel
in den Kältemittelkreislauf
einer Kälteanlage,
mit einem Sammelbehälter, einem
Einlass für
Kältemittel
und Schmierstoff und einer sich durch den Sammelbehälter hindurch
erstreckenden Saugleitung, die ein oberhalb des üblichen Flüssigkeitspegels liegendes offenes
Ende zum Einströmen
gasförmigen
Kältemittels,
einen Ansaugbereich für
Kältemittel
und Schmierstoff und einen aus dem Sammelbehälter führenden Auslass für eine Mischung
aus Kältemittel
und Schmierstoff aufweist, wobei der Ansaugbereich der Saugleitung
derart ausgebildet und angeordnet ist, dass über den Ansaugbereich der im
Sammelbehälter
befindliche Schmierstoff und ggf. Kältemittel in jedem Betriebszustand
der Kälteanlage
ansaugbar und dem Kältemittelkreislauf
zuführbar
ist,
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Vorrichtungen
der gattungsbildenden Art finden im Kältemittelkreislauf von Klimaanlagen
bzw. Klimageräten
Verwendung. Eine solche Vorrichtung wird oftmals auch als Sammler
oder Akkumulator bezeichnet und dient insbesondere zur Rückführung von Öl in den
Kältemittelkreislauf,
wobei das Öl
wiederum als Schmierstoff dient.
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Bislang
wurden in den bekannten Kältemittelanlagen
zur Schmierung dienende Öle
und Kältemittel
verwendet, bei denen das Öl
stets eine höhere Dichte
als das verflüssigte
Kältemittel
aufweist. Aufgrund der höheren
Dichte des Öls
hat sich dieses im Sammelbehälter
abgesetzt und konnte von dort aus – ungeachtet der vorhandenen
Menge an Öl – aus dem
untersten Bereich des Sammelbehälters
abgesaugt werden. Auch bei sehr geringem Pegelstand des Öls lässt sich
dieses hinreichend absaugen, so dass eine sichere Ölabsaugung
insoweit unabhängig vom
Betriebszustand der Kälteanlage
weitestgehend gewährleistet
ist. Das Öl
kann dabei stets dem Kompressor zugeführt werden.
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Insbesondere
bei neuen Kälteanlagen
ist es durch Verwendung neu entwickelter Schmierstoffe bzw. Öle und Kältemittel
nicht auszuschließen,
dass eine Kombination von Öl
und Kältemittel
gewählt wird,
bei der das Öl
eine geringere Dichte als das flüssige
Kältemittel
hat und somit das Öl
leichter als das Kältemittel
ist. Folglich schwimmt das Öl
nunmehr obenauf und kann nicht in konventioneller Weise – vom Bodenbereich
des Sammelbehälters – abgesaugt
werden. Bei sich stets ändernden
Betriebszuständen ändert sich
auch der Pegelstand des Kältemittels
und des Öls
im Sammelbehälter,
so dass ein definiertes Absaugen von Öl nicht mehr möglich ist.
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Insoweit
besteht die Gefahr, dass ein zu geringer Anteil an Schmierstoff
rückgeführt wird,
so dass eine hinreichende Schmierung des Systems in Frage gestellt
ist.
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Außerdem ergibt
sich ein weiteres Risiko dahingehend, dass bei einem zu hohen Anteil
an aus dem Sammelbehälter
strömendem
flüssigem
Kältemittel
es im Kompressor bzw. in der Kälteanlage
insgesamt zu sogenannten Flüssigkeitsschlägen kommt,
wodurch eine enorme Beeinträchtigung
der Anlage und damit einhergehend ein erhöhter Verschleiß auftritt.
Vor allem aber ist ein hinreichender Ölrückfluss an Öl – in allen Betriebszuständen der Anlage – nicht
gewährleistet.
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Aus
der
EP 0 854 328 A2 ist
ein Sammelbehälter
für Schmierstoff
und Kältemittel
bekannt. Der Einlass des rückgeführten Kältemittels
liegt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels.
In einer J-förmigen
Ansaugleitung ist eine Ansaugöffnung
für flüssiges Kältemittel/Öl-Gemisch
vorgesehen. Ein freies Ende der Saugleitung liegt im Gasraum des
Sammelbehälters und
saugt verdampftes Kältemittel
an.
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Die
US 5 282 370 A zeigt
eine Vorrichtung zum Sammeln und Rückführen von Schmierstoff und Kältemittel.
Der Einlass für
das rückgeführte Kältemittel
und den Schmierstoff ist als Tauchrohr ausgebildet, so dass der
Eintritt des Kältemittels
in den Sammelbehälter
unterhalb des zu erwartenden Flüssigkeitsspiegels
erfolgt. Zum Absaugen der Kältemittel/Öl-Mischung
ist eine U-förmige
Saugleitung mit einem im Gasraum befindlichen freien Ende und mindestens
einer im Flüssigkeitsraum
befindlichen Ansaugöffnung
vorgesehen. Darüber
hinaus ist im Bereich der Flüssigkeit
ein Trockenmittel vorgesehen, dass das Kältemittel von mitgeschlepptem
Wasser befreien soll.
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Aus
Patent Abstracts of
Japan
06 137 719 A ist eine Vorrichtung zum Sammeln und Rückführen von
Schmierstoff bekannt, die eine Saugleitung umfasst, in der über einen
großen
Teil ihrer Länge
mehrere Öffnungen
vorgesehen ist. Dadurch kann an mehreren unterschiedlichen Stellen
der Saugleitung flüssiges
Kältemittel/Öl-Gemisch
angesaugt werden.
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Patent
Abstracts of
Japan
07 280 394 A zeigt einen Sammelbehälter für Kältemittel innerhalb eines Kältekreislaufs,
bei dem der Einlass für
das Kältemittel
im Bodenbereich des Sammelbehälters
ausgebildet ist.
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Eine
gattungsbildende Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus
der
DE-AS 25 36 817 bekannt.
Die Vorrichtung verfügt über eine
J-förmige Saugleitung,
die neben einem offenen Ende zum Einströmen gasförmigem Kältemittels drei Ansaugöffnungen
für flüssiges Kältemittel
und Schmierstoff aufweist, wobei die Ansaugöffnungen in unterschiedlicher
Pegelhöhe
und mit verschieden großem
Durchmesser ausgebildet sind. Dadurch wird in der gattungsbildenden
Vorrichtung je nach Dichteunterschied zwischen dem flüssigen Kältemittel
und dem verwendeten Öl
ein Kältemittel/Öl-Gemisch
variierender Zusammensetzung angesaugt.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Sammeln
und Rückführen von
Schmierstoff und Kältemittel
in den Kältemittelkreislauf
einer Kältemittelanlage
derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine zur Schmierung
erforderliche Ölrückführung in
den Kältemittelkreislauf zum
Kompressor hin gewährleistet
ist, und zwar ungeachtet des Betriebszustandes der Anlage sowie ungeachtet
etwaiger Dichteunterschiede zwischen dem flüssigen Kältemittel und dem Schmierstoff.
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Erfindungsgemäß ist die
voranstehende Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Sammeln und Rückführen von
Schmierstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach
ist die Vorrichtung zum Sammeln und Rückführen von Schmierstoff derart
ausgestaltet und weitergebildet, dass der Einlass im Bodenbereich
des Sammelbehälters
ausgebildet ist, dass die Saugleitung nahe dem Einlass mindestens
eine Ansaugöffnung
aufweist und dass oberhalb des Einlasses und unterhalb der Ansaugöffnung eine gelochte
Platte, ein Sieb, ein Perlator oder dgl. angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass vorhandene oder nicht vorhandene Dichteunterschiede
zwischen dem Öl
und dem Kältemittel
dann jedenfalls keine Rolle mehr spielen, wenn sichergestellt ist,
dass über
den Ansaugbereich das im Sammelbehälter befindliche Öl und ggf.
Kältemittel
in jedem Betriebszustand der Kälteanlage
ansaugbar und dem Kältemittelkreis
zuführbar
ist. Voraussetzung dafür
ist selbstverständlich,
dass im Sammelbehälter
hinreichend viel Öl
vorhanden ist. Eine Ölrückführung wird
in erfindungsgemäßer Weise
auch dann erreicht, wenn das Öl
eine geringere Dichte als das flüssige
Kältemittel
hat, nämlich
dadurch, dass der Einlass und/oder der Ansaugbereich der Saugleitung ganz
besonders ausgebildet und angeordnet ist bzw. sind, nämlich derart,
dass eine Vermischung von Öl und
Kältemittel
vor dem eigentlichen Ansaugen stattfindet, so dass das angesaugte
Fluidum stets hinreichend viel Öl
zum Zwecke der Schmierung mit sich führt.
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Dazu
ist der Einlass im Bodenbereich des Sammelbehälters ausgebildet, wobei sichergestellt sein
muss, dass durch das einströmende
Fluidum eine hinreichende Verwirbelung und somit Vermischung von Öl und Kältemittel
stattfindet. Nur dann ist das Absaugen bzw. Ansaugen einer hinreichenden
Menge an Öl
zu Schmierzwecken gewährleistet.
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Des
Weiteren ist oberhalb des Einlasses und unterhalb der Ansaugöffnung bzw.
der Ansaugöffnungen
eine gelochte Platte, ein Sieb, ein Perlator oder dergleichen angeordnet.
Auch durch diese Maßnahme
findet eine Durchmischung von Öl
und Kältemittel
statt, so dass die so entstehende Mischung über die Ansaugöffnung in
die Saugleitung gelangt.
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Im
Konkreten könnte
sich dazu die Saugleistung zumindest bereichsweise vertikal durch
den Sammelbehälter
hindurch erstrecken, wobei diese zumindest über einen Teil ihrer Länge Ansaugöffnungen
aufweist. Die Ansaugöffnungen
könnten
auch bereichsweise – einzeln
und/oder in Gruppen – ausgebildet
sein. Ebenso ist es denkbar, dass Ansaugöffnungen im Wesentlichen über die
gesamte Länge der
Saugleitung hinweg vorgesehen sind. Die voranstehend genannten Ausgestaltungsvarianten
haben zur Folge, dass Öl
und/oder flüssiges
Kältemittel
bei unterschiedlichen Pegeln im Sammelbehälter entnehmbar ist bzw. sind,
und zwar ungeachtet der konkreten Lokalisierung des Öls. Aufgrund
der vorzugsweise untereinander angeordneten Ansaugöffnungen
wird stets hinreichend viel Öl
angesaugt, nämlich gerade
dort, wo Öl
vorhanden ist, und zwar ungeachtet der konkreten Dichte des Öls im Verhältnis zur Dichte
des Kältemittels.
Sofern sich die Ansaugöffnungen über die
gesamte Höhe
des Sammelbehälters
hinweg erstrecken, wird stets dann Öl angesaugt, wenn überhaupt Öl im Sammelbehälter vorhanden
ist. Der konkrete Füllstand
im Sammelbehälter
spielt dabei keine Rolle. Über
die oberhalb des Flüssigkeitspegels
angeordneten Ansaugöffnungen wird – wie über das
offene Ende der Saugleitung – gasförmiges Kältemittel
abgesaugt, wobei dies im Hinblick auf die sonstige Absaugung des
Fluidums unproblematisch ist.
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Die
hier erforderliche Verwirbelung bzw. Vermischung des Fluidums kann
dadurch erreicht werden, dass der Einlass im Wesentlichen tangential
in den Sammelbehälter
hinein mündet,
wodurch eine Mischung des Fluidums begünstigt wird. Letztendlich führt bereits
die Einleitung von Öl
und Kältemittel
unterhalb des Flüssigkeitspegels
dazu, dass das sich im Sammelbehälter
befindliche Fluidum sowie das einströmende Fluidum mischen und somit
eine Durchmischung von Öl
und Kältemittel
stattfindet. Eine besondere Ausgestaltung des Einlasses, sowohl
in Bezug auf die Form des Einlasses wie auch in Bezug auf dessen
Orientierung – begünstigen
die Vermischung abermals. Eine hinreichende Verwirbelung wird erreicht,
so dass beim Absaugen über
die Saugleitung stets hinreichend viel Öl rückgeführt wird.
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Des
Weiteren könnten
zwei oder mehrere Einlässe
vorgesehen sein, die derart zueinander ausgerichtet und angeordnet
sind, dass sich das einströmende
Fluidum vorzugsweise durch Verwirbelung – abermals – mischt. So könnten die
Einlässe
bspw. unter einem vorgegebenen Winkel aufeinander zugerichtet sein,
so dass insoweit ein zusätzlicher
Verwirbelungseffekt auftritt.
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Des
Weiteren ist es von Vorteil, wenn dem Einlass eine die Strömung beeinflussende,
insbesondere verwirbelnde bzw. die Flüssigkeit vermischende Leiteinrichtung
nachgeordnet ist. Leitelemente der Leiteinrichtung sind vorzugsweise
der Innenwandung des Sammelbehälters
zugeordnet, könnten
jedoch ebenso – alternativ
oder zusätzlich – der Außenwandung
der Saugleitung zugeordnet sein.
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Des
Weiteren ist es denkbar, dass innerhalb der Saugleitung Leiteinrichtungen
zur Vermischung des Fluidums angeordnet sind, die ein nachhaltiges Vermischen
innerhalb der Saugleitung erzwingen. Dabei ist jedoch sicherzustellen,
dass ein hinreichend großer
Anteil an Öl
in die Saugleitung gelangt, nämlich
durch eine der voranstehend genannten Maßnahmen.
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Die
Saugleitung erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Sammelbehälters durch
diesen hindurch und könnte
dabei gekrümmt, gewunden,
gebogen, spiralförmig
ausgestaltet oder sonst wie geformt sein. Dabei ist sicherzustellen, dass
sich die Saugleitung durch all diejenigen Bereiche des Sammelbehälters hindurch
erstreckt, in denen Öl
gelagert sein kann, und zwar unter Berücksichtigung der jeweiligen
Dichteverhältnisse
zwischen Öl
und Kältemittel.
Im Konkreten könnte
sich die Saugleitung von deren offenem Ende bis hin zu deren Auslass
mit einem im wesentlichen U-förmigen Verlauf
erstrecken, wobei der Auslass vorzugsweise im oberen Bereich des
Sammelbehälters
derart ausgestaltet ist, dass sich die Saugleitung von dort aus durch
die Gehäusewandung
des Sammelbehälters hindurch
nach außen
erstreckt. Das innerhalb des Sammelbehälters offene Ende der Saugleitung
sowie der Auslass könnten
in etwa auf gleicher Höhe
liegen.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Ansprüche,
andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der
Zeichnung zeigt
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die
einzige Fig. ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei der Einlass im unteren Bereich des Sammelbehälters angeordnet
und darüber
ein Perlator vorgesehen ist.
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Die
einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Sammeln und Rückführen von Öl 1 und
Kältemittel 2 in
den Kältemittelkreislauf 3 einer
in der Figur nicht gezeigten Kälteanlage,
wobei die Vorrichtung einen Sammelbehälter 4 umfasst. Dem
Sammelbehälter 4 ist
ein Einlass 5 für
Kältemittel 2 und Öl 1 zugeordnet. Innerhalb
des Sammelbehälters 4 erstreckt
sich – durch
den Sammelbehälter 4 hindurch – eine Saugleitung 6,
die zur Rückführung von Öl 1 und
Kältemittel 2 in
den Kältemittelkreislauf 3 dient.
Oberhalb des üblichen
Flüssigkeitspegels 7 beginnt
die Saugleitung 6 mit einem offenen Ende 8 zum
Einströmen gasförmigen Kältemittels 9,
wobei dieses lediglich symbolisch durch einen Pfeil dargestellt
ist. Des Weiteren ist ein Ansaugbereich 10 für Kältemittel 2 und Öl 1 vorgesehen,
der zum Ansaugen von Öl 1 und Kältemittel 2 in
die Saugleitung 6 hinein dient. Ein Auslass 11 führt aus
dem Sammelbehälter 4 heraus und
leitet die Mischung aus Kältemittel 2 und Öl 1 zurück in den
Kältemittelkreislauf 3.
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Es
sind konstruktive Maßnahmen
vorgesehen, denen zugrunde liegt, dass das Öl 1 eine geringere
Dichte als das flüssige
Kältemittel 2 hat
oder dass nur unwesentliche Dichteunterschiede zwischen dem Öl 1 und
dem Kältemittel 2 vorhanden sind.
Dabei ist der Sammelbehälter 4,
insbesondere der Einlass 5 und/oder der Ansaugbereich 10 der Saugleitung 6,
derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass über den Ansaugbereich 10 das
im Sammelbehälter 4 befindliche Öl 1 und
ggf. Kältemittel 2 in
jedem Betriebszustand der Kälteanlage
ansaugbar und dem Kältemittelkreislauf 3 zuführbar ist.
Letztendlich kommt es darauf an, dass stets hinreichend viel Öl rückgeführt wird
und somit die Schmierung sichergestellt ist.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Saugleitung 6 im Wesentlichen vertikal
durch den Sammelbehälter 4 hindurch
und ist dabei U-förmig
ausgebildet.
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Des
Weiteren ist der Einlass 5 im unteren Bereich des Sammelbehälters 4 ausgebildet,
nämlich im
Konkreten im Bodenbereich. Oberhalb des Einlasses 5 ist
ein Perlator 13 angeordnet, wobei es sich dabei schlechthin
um eine gelochte Platte handelt. Der Perlator 13 sorgt
für eine
Verwirbelung und somit Vermischung von Öl 1 und Kältemittel 2,
so dass über die
dort singulär
vorgesehene Ansaugöffnung 12 eine
Mischung aus Öl 1 und
Kältemittel 2 in
die Saugleitung 6 hinein saugbar ist. Das im Sammelbehälter 4 befindliche Öl ist durch
die Vorkehrung des Perlators 13 mit dem Kältemittel
vermischt und wird mit Kältemittel 2 abgesaugt.
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Weiter
sei angemerkt, dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ganz besonders
für den Einsatz
in einer Kälteanlage
mit einem der Vorrichtung bzw. dem Sammler nachgeschalteten inneren Wärmetauscher
eignet. Der innere Wärmetauscher kann
das aus der beanspruchten Vorrichtung strömende flüssige Kältemittel verdampfen und so
die Ansaugung flüssigen
Kältemittels
durch den Kompressor verhindern. Des Weiteren kann durch Ausnutzung
der Verdampfungswärme
des flüssigen
Kältemittels
im inneren Wärmetauscher
eine geringere Eintrittstemperatur in den Kornpressor erreicht werden.
Dies hat zur Folge, dass eine höhere
Dichte des Kältemittels
am Kompressoreingang einen besseren volumetrischen Wirkungsgrad
ergibt. Eine niedrige Verdichtungsendtemperatur ist darüber hinaus
für die thermische
Sta bilität
von Schmierstoff, Elastomeren und Metallen, wie bspw. Aluminium,
von vorteilhafter Bedeutung.
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Schließlich sei
angemerkt, dass das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel zur Beschreibung
der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel
einschränkt.