DE10109236A1 - CO¶2¶-Kälteanlage - Google Patents

CO¶2¶-Kälteanlage

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DE10109236A1
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Karsten Schreiner
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine CO¶2¶-Kälteanlage mit einem Verdichterkreislauf und einem Verdampferkreislauf, wobei der Verdichterkreislauf aus einer Kaskade oder einem einstufigen Verdichter bestehen kann. DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen CO¶2¶-Kälteanlage sind die beiden Kreisläufe über einen Abscheider thermisch miteinander verbunden, wobei der Abscheider als Abscheider (3) mit integriertem Wärmetauscher (4) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine CO2-Kälteanlage mit einem Verdichterkreislauf und einem Verdampferkreislauf, wobei der Verdichterkreislauf aus einer Kaskade oder einem einstufigen Verdichter bestehen kann.
Eine solche Anlage ist beispielsweise aus der DE 43 32 917 bekannt. Es wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Kälteerzeugung mit in Kaskade geschalteten Kühlmittelkreisläufen beschrieben, bei dem einen in sich geschlossenen, mit einem FCKW-freien Kühlmittel befüllten Lagertemperatur-Kreislauf zur Erzeugung einer Schockgefrier- oder Tiefkühltemperatur ein weiterer in sich geschlossener, mit CO2- Kältemittel versehener Kühlmittelkreislauf zugeschaltet wird.
Aus dem DE 44 15 326 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Gasen und Gasgemischen mit CO2, bei dem unter Druck stehendes CO2 in einem geschlossenen Kreislauf entspannt und somit abgekühlt zum Wärmetausch mit dem zu kühlenden Gas oder Gasgemisch in Kontakt gebracht und nach Beendigung des Wärmeaustausches in zwei Stufen mit jeweils anschließender Kühlung verdichtet wird, wobei das CO2 vor seiner Entspannung gespeichert wird und während des Kreislaufs gasförmig bleibt.
Bei den bekannten Lösungen erfolgt die Kopplung von Verdichter- und Verdampferkreislauf über einen Flüssigkeitsabscheider.
Wesentlicher Nachteil ist dabei, daß das gasförmige CO2, welches aus dem oberen Teil des Abscheiders abgesaugt wird, keinen Ölanteil enthält. Dieser Ölanteil ist jedoch für die Schmierung des CO2-Verdichters notwendig. Ursache für das Ölproblem ist die Tatsache, daß sich das Kältemaschinenöl im flüssigen CO2 wesentlich besser bindet als in der gasförmigen Phase, und damit in der gasförmigen Phase zur Verdichterschmierung fehlt (Entmischung bzw. Mischungslücke).
Versuche das Öl, welches sich am Boden des Abscheiders in einer höher konzentrierten Mischungsphase mit dem CO2 befindet, dort durch spezielle Anlagen-(zusatz)-schaltungen abzuscheiden und dem Verdichter wieder zuzuführen, funktionieren bisher nicht zuverlässig.
Zur Lösung des Problems wird in der DE 41 22 889 eine Kühlvorrichtung für einen Drehkolbenverdichter, insbesondere einen Schraubenverdichter, vorgeschlagen, der zusammen mit einem Verflüssiger und einem Verdampfer Teil eines Kältemittelkreislaufes ist, wobei in dem Schraubenverdichter ein Teilstrom des Kältemittels der Kälteanlage und ein der Schmierung von Lagerstellen sowie der Kühlung und Abdichtung des Schraubenverdichters dienenden Öl einspritzbar sind.
Zur Kühlung des Öls wird ein abgezweigter Kältemittelstrom verwendet, der anschließend dem Schraubenverdichter zugeleitet wird, wobei nur der Schmierung der Lagerstellen des Schraubenverdichters dienende Teil des Öls in Abhängigkeit von der an den Lagerstellen abgeführten Öltemperatur gekühlt wird.
Diese Lösung ist konstruktiv sehr aufwendig, da ein zusätzlicher Kreislauf mit weiteren Aggregaten benötigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine CO2-Kälteanlage mit Verdichter- und Verdampferkreislauf, die über einen Flüssigkeitsabscheider gekoppelt sind, zu schaffen, wobei die vorbekannten Nachteile beseitigt werden und jederzeit der für die Schmierung des CO2-Verdichters notwendige Ölanteil vorhanden ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Die Fig. 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen CO2-Kälteanlage. Diese besteht aus einem Verdichterkreislauf 1 und einem Verdampferkreislauf 2, die über den Abscheider 3 gekoppelt sind. Der Abscheider 3 ist als Abscheider mit integriertem Wärmetauscher 4 ausgebildet. Der Verdichterkreislauf 1 besteht aus dem Verdichter 8, dem Verflüssiger 9 und dem Expansionsventil 6. Dieser ist über entsprechende Leitungen mit dem im Abscheider 3 integrierten Wärmetauscher 4 verbunden. Der Verdampferkreislauf besteht im wesentlichen aus einer Pumpe 5 und dem Verdampfer 7. dieser ist ebenfalls über entsprechende Leitungen mit dem Abscheider 3 verbunden.
Das flüssige CO2 wird im Verdampferkreislauf 2 durch die Pumpe 5 im Umlauf versetzt. Das aus dem Verdampfer 7 zurückfließende erwärmte CO2 wird über den Wärmetauscher 4 des Abscheiders 3 wieder abgekühlt.
Im Wärmetauscher 4, der sich im Innenraum des Abscheiders 3 befindet, wird das mittels eines Expansionsventils 6 verdampfte CO2 für den Verdichterkreislauf 1 wieder verflüssigt.
Im Wärmetauscher verdampft das CO2 aus dem Verdichterkreislauf 1. Das CO2, daß sich im Inneren des Abscheiders 3 befindet, gehört zum Verdampferkreislauf 2.
Beide CO2-Ströme sind voneinander getrennt, d. h., es erfolgt keine Vermischung. Demzufolge kann der Verdampferkreislauf ohne Zusatz von Kältemaschinenöl betrieben werden.
Aufgrund der Strömungsverhältnisse im Wärmetauscher erfolgt ständig eine Mitnahme des Kältemaschinenöls.
Der notwendige Ölanteil im CO2 zur Schmierung des CO2-Verdichters wird somit ständig gewährleistet. Eine Entmischung bzw. eine Mischungslücke wird vermieden. Für die erfindungsgemäße Lösung ist es unerheblich, ob der Verdichterkreislauf 1 aus einer Kaskade (beliebiges Kältemittel in der Vorstufe) oder aus einem einstufigen Verdichter besteht.

Claims (7)

1. CO2-Kälteanlage mit einem Verdichterkreislauf (1) und einem Verdampferkreislauf (2), wobei beide Kreisläufe über einen Abscheider gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider, über den Verdichter (1)- und Verdampferkreislauf (2) miteinander gekoppelt sind, als Abscheider (3) mit integriertem Wärmetauscher (4) ausgebildet ist.
2. CO2-Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmetauscher (4), der im Innenraum des Abscheiders (3) angeordnet ist, das CO2 mittels eines Expansionsventils (6) verdampfbar und ein Verdichterkreislauf (1) wieder verflüssigbar ist.
3. CO2-Kälteanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige CO2 im Verdampferkreislauf (2) durch eine Pumpe (5) in Umlauf versetzbar ist.
4. CO2-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Verdampfer (7) zurückfließende erwärmte CO2 über dem im Abscheider (3) integrierten Wärmetauscher (4) abkühlbar ist.
5. CO2-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkreislauf (1) aus einer Kaskade besteht.
6. CO2-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkreislauf (1) aus einem einstufigen Verdichter besteht.
7. CO2-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenströme des Verdichterkreislaufes (1) und des Verdampferkreislaufes (2) voneinander getrennt sind und nur thermisch miteinander gekoppelt sind.
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