DE10118923A1

DE10118923A1 - Zwischenkühler für mehrstufige Turboverdichter

Info

Publication number: DE10118923A1
Application number: DE2001118923
Authority: DE
Inventors: Bodo Burandt; Rainer Apley
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft die Zwischenkühlung eines mehrstufigen Turboverdichters, der insbesondere in Kälteanlagen mit dem Kältemittel Wasser Anwendung findet. DOLLAR A Mit der Erfindung soll eine Kühlung des Kältemittels nahe der Sättigungstemperatur zwischen den Verdichterstufen gewährleistet werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Zwischenkühlung ausschließlich durch Verdampfung eines Teilstroms des Kühlwassers realisiert. Es muß keine Wärme extern aus dem Kühlwasserkreislauf ausgekoppelt werden. Der verdampfte Anteil des Kühlwassers muß periodisch oder stetig zurückgeführt werden. Der Zwischenkühlerkreislauf befindet sich gem. Fig. 2 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 11. Am Gehäuse 1 des Zwischenkühlers ist der Zulauf 4 und der Rücklauf 5 mit der zwischengeschalteten Kühlwasserpumpe 7 angeordnet. In den Rücklauf 5 ist eine Verbindungsleitung 8 mit einem Magnetventil 9 zur dosierten Zumischung von Kühlwasser aus dem Kondensatorkreislauf eingebunden.

Description

Die Erfindung betrifft die Zwischenkühlung eines mehrstufigen Turboverdichters, der insbe sondere in Kälteanlagen mit dem Kältemittel Wasser Anwendung findet.

Die Zwischenkühlung mehrstufiger Turboverdichter ist in vielfältigen Formen bekannt. So wird z. B. in DE 42 02 226 C2 ein Verfahren zur Überwachung eines mehrstufigen, zwi schengekühlten Turboverdichters beschrieben. Dieses Verfahren geht davon aus, daß die Stufeneintrittstemperatur wesentlichen Einfluß auf die Lage der Pumpgrenze hat. Die Zwi schenkühlung erfolgt über separate Wärmetauscher, die sich zwischen den Verdichterstu fen befinden.

In DE 43 36 143 A1 wird ein Kühlverfahren für Turbomaschinen, insbesondere Axialver dichter, bei dem das Arbeitsmittel in der Turbomaschine verbleibt und nicht zu einem exter nen Wärmetauscher geführt werden muß. Der Wärmeinhalt des Arbeitsmittels wird über Wärmeleitung durch nicht rotierende Teile der Turbomaschine nach außen geleitet und an schließend mittels Kühlmittel konvektiv abgeführt.

DE 195 39 774 A1 beschreibt einen zwischengekühlten Verdichter, bei dem der erste Ver dichterteil mit einer Mehrzahl von Wassereinspritzungen versehen ist. Ein Kühler besitzt Mittel zur Wasserrekuperation, welche über eine Förderpumpe mit den Wassereinspritzun gen verbunden sind.

Diese Ausführungsformen sind für die besonderen Bedingungen für Kältemaschinen, die mit dem Arbeitsstoff Wasser arbeiten, nicht geeignet. Prinzipiell hat eine Kälteanlage mit dem Arbeitsstoff Wasser folgende Wirkungsweise:
In einem Direktverdampfer wird Kaltwasser im Vakuum auf Verdampfungsdruck entspannt. Der verdampfende Anteil des Kaltwasserstromes wird durch diesen Vorgang zu Kältemittel. Die Verdampfungswärme kühlt den übrigen Kaltwasserstrom ab. Mit einer Pumpe wird das Kaltwasser auf Netzdruck gebracht und zum Kälteverbraucher, z. B. einer Klimaanlage, ge fördert, wo Wärme aufgenommen wird. Der Kaltwasserkreislauf wird danach mit Kältemittel aus dem Kühlwasserkreislauf ergänzt, um den durch den Abtransport von Dampf aus dem Verdampfer entstandenen Masseverlust wieder auszugleichen. Das Kältemittel wird im Ver dichter der ersten Stufe auf Mitteldruck verdichtet. Danach ist es erforderlich, das Kältemit tel durch Zwischenkühlung bis in die Nähe der Sättigungstemperatur zu kühlen. Nach der zweiten Verdichterstufe ist der Verflüssigungsdruck erreicht. Der Dampf wird im direkten Kontakt mit Kühlwasser verflüssigt. Am Ende des Verflüssigungsvorganges haben Käl temittel und Kühlwasser den gleichen Zustand. Der aus dem Verflüssiger austretende Was sermassenstrom ist um den Kältemittelanteil größer als der eintretende. Nach der Abküh lung in einem Kühlturm wird ein Wasserteilstrom (Kältemittel) in den Kaltwasserkreislauf zurückgefördert, um auf diese Weise den Kältekreislauf zu schließen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zwischenkühler zu schaffen, der einfach in seinem Aufbau ist und die erforderliche Kühlung des Kältemittels nahe der Sättigungstemperatur gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. Anspruchs gelöst. Durch die erfindungsge mäße Lösung, die Zwischenkühlung ausschließlich durch Verdampfung eines Teilstroms des Kühlwassers zu realisieren, muß keine Wärme extern aus dem Kühlwasserkreislauf ausgekoppelt werden. Durch den geschlossenen Kreislauf geht die Entspannungsver dampfung, Abkühlung des eintretenden Kühlwassers auf Sättigungstemperatur, auf ein Minimum nahe 0 zurück, so daß der Verdichter der nächsten Stufe vergleichsweise zum Fahren mit Kühlwasser aus dem Kondensatorkreislauf weniger Dampf fördern und ver dichten muß. Der verdampfte Anteil des Kühlwassers muß periodisch oder stetig zurück geführt werden.

An nachfolgendem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Zwischenkühler

Fig. 2 zeigt schematisch einen Wasserkühler mit dem erfindungsgemäßen Zwischenkühler und einem zweistufigen Verdichter

Gemäß Fig. 1 ist der gesamte Querschnitt des Gehäuses 1 mit Rieseleinbauten 2 ausge füllt. Über den Zulauf 4 und die halbkreisförmige Sprüheinrichtung 3 wird das Kühlwasser möglichst gleichmäßig über die Rieseleinbauten 2 verteilt. Im unterem Bereich befinden sich Trennwände 6, zwischen denen das Kühlwasser gesammelt und über den Rücklauf 5 zu rück in den Kreislauf gefördert wird.

In Fig. 2 ist der gesamte Zwischenkühlerkreislauf dargestellt, der sich zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 11 befindet. Am Gehäuse 1 des Zwi schenkühlers ist der Zulauf 4 und der Rücklauf 5 mit einer zwischengeschalteten Kühlwasserpumpe 7 angeordnet. In den Rücklauf 5 ist eine Verbindungsleitung 8 mit einem Ma gnetventil 9 zur dosierten Zumischung von Kühlwasser aus dem Kondensatorkreislauf ein gebunden. Über diese Verbindungsleitung 8 wird das im Zwischenkühler verdampfte Kühl wasser zurückgeführt.

In bekannter Weise befindet sich gemäß Fig. 2 vor der ersten Verdichterstufe 10 der Ver dampfer 12, an dem der Kälteverbraucher 14, z. B. eine Klimaanlage, über eine Kaltwas serpumpe 13 angeschlossen ist. Nach der zweiten Verdichterstufe ist der Kondensator 15 angeordnet, der mit einem Rückkühler 16, z. B. einem Kühlturm, über die Kühlwasserpum pe 17 verbunden ist. Die Kältemittelrückführung erfolgt über das Ventil 18.

Claims

1. Zwischenkühlung für mehrstufige Turboverdichter, insbesondere bei Kälteanlagen mit Wasser als Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkühler mit einem internen Wasserkreislauf ausgerüstet ist und die Zwischenkühlung durch Direktver dampfung erfolgt, wobei die verdampfte Wassermenge aus dem Kühlkreislauf der Käl teanlage zurückgeführt wird.

2. Zwischenkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkühler über den gesamten Strömungsquerschnitt mit Rieseleinbauten (2) ausgerüstet ist und sich im oberen Bereich der Zulauf (4) des internen Wasserkreislaufes mit der Sprühein richtung (3) befindet und im unteren Bereich der Rücklauf (5) mit der Kühlwasserpumpe (7) angeordnet ist.

3. Zwischenkühlung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Zwischenkühlers durch Trennwände (6) ein Sammelbehälter für das rück zuführende Kühlwasser gebildet wird.

4. Zwischenkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der interne Wasser kreislauf des Zwischenkühlers über eine Verbindungsleitung (8) und ein Magnetventil (9) mit dem Kondensatorkreislauf verbunden ist.