DE102007003989A1

DE102007003989A1 - CO2-Kälteanlage mit ölüberfluteten Schraubenverdichtern in zweistufiger Anordnung

Info

Publication number: DE102007003989A1
Application number: DE102007003989A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Mosemann; Peter Kolberg
Original assignee: Grasso GmbH Refrigeration Technology
Current assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-07-31
Also published as: GB2446062A; ITRM20070520A1; GB2446062B; JP2008185327A; GB0801330D0

Abstract

CO<SUB>2</SUB>-Kälteanlage mit ölüberfluteten Schraubenverdichtern in zweistufiger Anordnung. Aufgabe ist es, den COP zu verbessern. Das wird erreicht, indem die in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten ölüberfluteten Schraubenverdichter nur ein Ölabscheidesystem besitzen, welches nach dem Verdichter der oberen Druckstufe angeordnet ist, und für den Kältemitteldampf mehrere Entspannungsstufen vorgesehen sind, oder der Kältemittelstrom wird einstufig entspannt, nachdem er mehrere Unterkühlungsabschnitte durchlaufen hat, wobei durch Flüssigkeitsabzweige vor dem jeweiligen Flüssigkeitsunterkühlerabschnitt ein Teilstrom der Kältemittelflüssigkeit abgezweigt wird und im jeweiligen Flüssigkeitsunterkühler verdampft. Dieser Kältemitteldampf wird dem jeweiligen Economiseranschluss der Verdichter der oberen Stufe, dem Zwischendruckanschluss zwischen den Verdichtern der unteren und oberen Druckstufe und dem Economiseranschluss des Verdichters der unteren Druckstufe zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine CO₂-Kälteanlage mit zweistufiger Verdichtung und Regelung der Kälteanlage.
Bekannt sind sogenannte Kaskadenkälteanlagen mit zwei voneinander getrennten Kältekreisläufen, in denen CO₂ im unteren Temperaturbereich in einem eigenen geschlossenen Kältekreislauf verwendet wird und im oberen Temperaturbereich der Kaskadenkälteanlage ein anderes zweites Kältemittel, z. B. Ammoniak, in einem anderen zweiten geschlossenen Kältekreislauf verwendet wird, um das CO2 zu kondensieren. Siehe DKV-Tagungsbericht 2001, Ulm, Arbeitsabteilung II.2, Band II.2, Seite 45 ff. CO₂ wird im sogenannten Kaskadenkondensator verflüssigt, der den CO₂-Kondensator und den Verdampfer des zweiten Kältekreislaufes bildet. Die CO₂-Kondensationswärme verursacht die Verdampfung im zweiten Kältekreislauf des oberen Temperaturbereichs. Die Kondensationstemperatur von CO₂ liegt deutlich unterhalb des kritischen Punktes von CO₂. Beide Kälteanlagenteile mit ölüberfluteten Schraubenverdichtern besitzen neben dem Verdichter ein vollständiges Ölversorgungssystem, bestehend aus Ölabscheider, Ölkühler, Ölfilter, Armaturen, Rohrleitungen und Sensorik zur Druck- und Temperaturüberwachung, das auf das Kältemittel und auf die Betriebsbedingungen abgestimmt ist.
Nachteilig ist, dass die Kaskadenkälteanlage technisch sehr aufwändig und kostenintensiv ist, da zwei getrennte Kältekreis- Anlagenteile einschließlich der Schraubenverdichteraggregate mit zwei unterschiedlichen Kältemitteln und Schmierölen und den dafür erforderlichen Zusatzeinrichtungen des Ölsystems verwendet werden. Es sind zwei Ölabscheider, zwei Ölkühler, zwei Ölfilterbaugruppen und alle erforderlichen Rohrleitungen mit Armaturen und Sicherheitseinrichtungen und Steuerung in zweifacher Ausführung erforderlich, um die Verdichterstation für eine Kaskadenanlage zu bauen. Beide Schraubenverdichter sind mit Mitteln zur Änderung des Fördervolumens, z. B. mit je einem Regelschieber, ausgestattet, die teilweise in dem die Rotoren umfassenden Gehäuse angeordnet sind und weitere Hydraulikkomponenten und Steuerelemente zur Aktivierung benötigen. Die Dopplung dieser Komponenten in der Kaskadenanlage verursacht Kosten und verteuert damit diese Anlage.
Eine andere bekannte Lösung verwendet zwei Druckstufen mit dem Kältemittel CO₂ ohne einen Kaskadenkondensator. Siehe Sonderdruck aus „KK DIE KÄLTE und Klimatechnik", 57. Jahrgang, 2005. Das verdichtete Gas der ersten Stufe wird in einem Zwischenkühler auf Sattdampfbedingung abgekühlt. Die dazu benötigte Flüssigkeit wird von der Hochdruckseite der oberen Druckstufe durch Entspannung auf diesen Zwischendruck bereitgestellt. Der dabei entstehende „Flash dampf" und der aus der Rückkühlung resultierende Dampfanteil infolge Verdampfung der Flüssigkeit werden gemeinsam mit dem auf Sattdampfbedingung abgekühlten Kältemittel der unteren Druckstufe vom Verdichter der oberen Druckstufe angesaugt und auf den Enddruck der Kälteanlage bis über den kritischen Druck verdichtet. Zur Fortführung des Prozesses wird die Wärme in einem Gaskühler an die Umgebung abgeführt. Die untere und die obere Druckstufe verwenden zwar das gleiche Kältemittel CO₂, benötigen aber zwei vollständige Aggregate mit eigenen Ölversorgungssystemen, was auch sehr kostenintensiv ist.
Eine andere Lösung benutzt CO₂ in beiden Druckstufen die durch einen Zwischen-Wärmeübertrager ähnlich der Lösung einer Kaskadenkälteanlage – mit zwei unterschiedlichen Kältemitteln – miteinander gekoppelt sind. Nachteilig ist der Kostenaufwand dieser Lösung. Nachteilig ist in den letzten beiden Varianten die schlechtere Energieeffizienz als in Kaskadenkälteanlagen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen und eine CO₂-Kälteanlage zu schaffen, die eine effiziente Regelung besitzt, deren COP (Coefficient of Performance = Kälteleistung zu Antriebsleistung des Verdichters) verbessert ist.
Gemäß der Erfindung wird das Kältemittel CO₂ in einer zweistufigen Anlage mit direkt in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten ölüberfluteten Schraubenverdichtern verwendet. Das dem Verdichter der unteren Druckstufe zugeführte Öl zur Schmierung, Kühlung, Abdichtung der Rotoren verlässt gemeinsam mit dem CO₂ die Druckseite des Verdichters der unteren Stufe und wird zur Saugseite des Verdichters der oberen Druckstufe, der Hochdruckstufe, geführt, der ebenfalls zur Schmierung, Kühlung und Abdichtung mit Öl versorgt wird. Die Ölströme beider Verdichterstufen gelangen gemeinsam mit dem verdichteten CO₂ aus dem Verdichter der oberen Stufe in den Ölabscheider der nach dem Verdichter der oberen Druckstufe angeordnet ist. Im Ölabscheider wird das Öl vom CO₂ getrennt. Vorteilhaft ist das Enddruckniveau der unteren Druckstufe so gewählt, dass die COP-Werte der unteren und der oberen Druckstufe in etwa gleich groß sind. Der Ausgangs- oder Enddruck der oberen Stufe wird so weit angehoben, dass die Wärmeabfuhr an die Umgebung möglich ist. Dabei wird der kritische Punkt des Kältemittels überschritten. Im unteren Temperaturbereich bzw. in der unteren Druckstufe ist mindestens ein Schraubenverdichter ohne eigenes Ölaufbereitungssystem vorhanden und im oberen Temperaturbereich oder in der oberen Druckstufe ist mindestens ein Hochdruckverdichter angeordnet, der das CO₂ bis auf einen Druck oberhalb des kritischen Punktes verdichtet. Die Verdichter der unteren und der oberen Druckstufe sind Teil eines gemeinsamen Kältekreislaufes. Das Öl der unteren Druckstufe gelangt gemeinsam mit dem verdichteten CO₂ in die obere Druckstufe. Das Ölaufbereitungssystem, bestehend aus Ölabscheider, Ölkühler, Ölfilter ist gas- und ölseitig stromabwärts hinter dem Verdichter der oberen Druckstufe angeordnet. Der Ölabscheider hat einen Ölsumpf, von dem aus die untere und die obere Druckstufe mit in einem Wärmetauscher gekühlten und in einem Ölfilter gereinigtem Öl versorgt werden, die stromabwärts nach dem Ölabscheider hin zu den Verdichtern angeordnet sind. Das Öl wird den Funktionsstellen des Verdichters, z. B. den Lagern, und dem Arbeitsraum zwecks Kühlung des Verdichtungsvorganges, Schmierung und hydraulischer Abdichtung der den Arbeitsraum umgebenden Spaltflächen zugeführt. Die Schaubenverdichter beider Druckstufen haben vorteilhaft je eine an sich bekannte Zwischendrucköffnung, den sogenannten Economiseranschluss, der strömungsmäßig an die Zahnlücken der Rotoren im Gehäuse derart angrenzt, dass weder eine Strömungsverbindung zur Saugseite noch zur Druckseite besteht, solange der Economiseranschluss mit den Zahnlücken in Verbindung steht. Der Verdichter der oberen Druckstufe ist vorteilhaft wie in der deutschen Offenlegungsschrift 10334947 beschrieben, ausgeführt, d. h. die Economiser-Anschlussöffnung ist in Bezug auf die des Verdichters so angeordnet, dass eine Strömungsverbindung entsteht bevor das maximale Kammervolumen erreicht ist. In der Verbindungsleitung zwischen den Verdichtern beider Druckstufen ist vorteilhaft bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung ein Zwischendruckanschluss vorgesehen, über den „Flashdampf" aus einem Zwischendruckbehälter über eine Rohrleitung, die eine steuerbare Ventileinrichtung aufweist, zugeführt wird und möglicherweise auch eine Seitenlast in Form von Kältemitteldampf von einem anderen Verdampfersystem oder verdampftes Kältemittel aus einem Flüssigkeitsunterkühler zugeführt werden kann. Der Zwischendruckbehälter wird bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführung vorteilhaft von der Sumpfseite eines oberen Hilfsflüssigkeitsabscheiders über eine „mittlere" Drosselstelle gespeist, dessen Flashdampf über eine Rohrleitung mit einer steuerbaren Ventileinrichtung in einen Economiseranschluss des Verdichters der oberen Druckstufe eingespeist wird. Die Sumpfseite des Zwischendruckbehälters ist stromabwärts über Rohrleitungen und eine „untere" Drosselstelle zwecks Flüssigkeitszufuhr in einen unteren Hilfs-Flüssigkeitsabscheider verbunden. Der hinter der unteren Drosselstelle entstehende Flashdampf wird im Hilfsflüssigkeitsabscheider abgeschieden und über eine Rohrleitung mit einer steuerbaren Ventileinrichtung in einen Economiseranschluss des Verdichters der unteren Druckstufe eingespeist. Der obere Hilfsflüssigkeitsabscheider ist stromabwärts hinter dem Gaskühler über eine Rohrleitung mit einer „oberen" Drosselstelle verbunden. In diesem „oberen" Hilfsflüssigkeitsabscheider werden die beiden Phasen Flashdampf und Flüssigkeit, die im Ergebnis der ersten Entspannungsstufe entstehen, getrennt. Der Flashdampf wird dem Economiseranschluss des Verdichters der oberen Druckstufe über ein steuerbares Ventil, das vor dem Economiseranschluss angeordnet ist, zugeführt. Die Flüssigkeit wird über die „mittlere" Drosselstelle in den Zwischendruckbehälter, auch Zwischendruckabscheider genannt, entspannt. Dabei entsteht erneut Flüssigkeit und Dampf bei tieferen Temperatur- und Druckniveau, dem mittleren Druckniveau. Im Zwischendruckabscheider werden die Phasen Flüssigkeit und Flashdampf bei einem „mittleren" Druckniveau getrennt. Der Flashdampf wird vorteilhaft über eine steuerbare Ventileinrichtung dem Zwischendruckanschluss zugeführt, während die Flüssigkeit über eine „untere" Drosselstelle in den unteren Hilfsflüssigkeitsabscheider entspannt wird. Die dabei entstehenden Phasen Flashdampf und Flüssigkeit werden hier voneinander getrennt. Erst von dort gelangt die Flüssigkeit über die „unterste" Drosselstelle in das Verdampfer-Flüssigkeitsabscheidersystem, aus dem der Flashdampf der Saugseite des Verdichters der unteren Druckstufe gemeinsam mit dem durch Wärmezufuhr in den Verdampfern entstehenden Kältemitteldampf zugeführt werden.
Die Anordnung von mehreren Entspannungsstufen führt zu einer enormen Prozessverbesserung, da die Entspannung des Hochdruckdampfes nach Verlassen des Gaskühlers nicht einstufig, sondern mehrstufig auf vier unterschiedlich hohe Druckniveaus entspannt wird und der Flashdampf von diesen Druckniveaus auf den Enddruck der oberen Druckstufe verdichtet werden kann.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung wird der dem Verdampfersystem zugeführte Kältemittelstrom einstufig entspannt nachdem er mehrere Unterkühlungsabschnitte durchlaufen hat. Zur Abkühlung des Kältemittelstromes in einem „oberen" Hilfsflüssigkeitsunterkühler, einem „mittleren" Flüssigkeitsunterkühler und einem „unteren" Hilfsflüssigkeitsunterkühler, die in einem Strömungspfad für den Kältemittelhauptstrom angeordnet sind, wird durch Flüssigkeitsabzweige vor dem jeweiligen Flüssigkeitsunterkühlerabschnitt ein Teilstrom der Kältemittelflüssigkeit abgezweigt und im jeweiligen Flüssigkeitsunterkühler verdampft. Dieser Kältemitteldampf wird dem jeweiligen Economiseranschluss der Verdichter der oberen Stufe, dem Zwischendruckanschluss zwischen den Verdichtern der unteren und oberen Druckstufe und dem Economiseranschluss des Verdichters der unteren Druckstufe zugeführt. In dieser erfindungsgemäßen Anordnung sind hinter Kältemittelausgang des Gaskühlers stromabwärts mindestens zwei Flüssigkeitsunterkühler in einem Strömungspfad nacheinander angeordnet, die das unter hohem Druck stehende CO₂ mit einem verdampfenden CO₂-Teilstrom, der dem zu unterkühlenden Hauptstrom entnommen wird, abkühlen und dadurch verflüssigen oder unterkühlen, wobei der verdampfende CO₂-Teilstrom in den jeweiligen Economiseranschluss oder in den Zwischendruckanschluss eingespeist wird. Die Flüssigkeitsunterkühler werden vorteilhaft in einer Wärmetauscherbaugruppe zusammengefasst, in der der zu unterkühlende CO₂-Hauptstrom ein Rohrsystem mit Abzweigen an den Umlenkdeckeln zur Entnahme Teilströme angeordnet sind. Zumindest vor Eintritt in den Verdichter der oberen Druckstufe ist vor Eintritt in den Verdichter der oberen Druckstufe ist erfindungsgemäß ein Rückschlagventil angeordnet, um die Druckbereiche der unteren und oberen Stufen abzugrenzen, wobei der Zwischendruckanschluss in Strömungsrichtung nach dem Rückschlagventil angeordnet ist. So könnte der Verdichter der unteren Druckstufe zum Beispiel auf 52 bar begrenzt werden, während der Verdichter der oberen Druckstufe zum Beispiel auf 130 bar begrenzt wäre. Außerdem ist bei der Ausführung mit einem Zwischendruckabscheider ein zwangsgesteuertes Ventil in der Ölzuführungsleitung zum Verdichter der unteren Druckstufe angeordnet, das nur beim Betrieb des Verdichters der unteren Druckstufe geöffnet ist und beim Stillstand dieses Verdichters geschlossen wird. Zusätzlich besitzt die zweistufige Verdichteranlage bekannte Mittel, um einen Betriebsparameter auf der Verbraucherseite, z. B. den Druck am Verdampferaustritt oder auf der Saugseite der unteren Stufe in der Nähe eines vorgegeben Wertes zu halten, um z. B. die Verdampfungstemperatur konstant zu halten und damit die Temperatur auf der „Verbraucherseite" zu regeln. Der Verdichter der unteren Druckstufe ist zwecks Änderung des Förderstromes zur Anpassung an den Dampfvolumenstrom aus dem Verdampfer mit bekannten Mitteln zur Leistungsregelung, z. B. mit einem Regelschieber oder einem Antrieb mit variabler Drehzahl ausgestattet, wobei der Regelschieber einen Umfangswandteil des die Rotoren umschließenden Gehäuses bildet und zwecks Änderung der Fördermenge des Verdichters eine Bypassöffnung im Gehäuse freigibt, durch die ein Teil der angesaugten Fördervolumens zurück zur Saugseite des Verdichters geführt wird. Dadurch ändert sich der durch den Verdichter geförderte Massenstrom, der mit der Enthalpiedifferenz multipliziert, die Kälteleistung ergibt.
1 zeigt ein vereinfachtes Rohrleitungsdiagramm einer Kälteanlage gemäß der Erfindung mit einem zweistufigen Schraubenverdichteraggregat mit 4-facher Entspannung
2 zeigt ein vereinfachtes Rohrleitungsdiagramm einer Kälteanlage gemäß der Erfindung mit einem zweistufigen Schraubenverdichteraggregat mit einstufiger Entspannung und mehrstufiger Abkühlung und Kondensation des CO₂ nach dem Gaskühleraustritt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß 1 wird das Kältemittel CO₂ in einer zweistufigen Anlage mit direkt in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten ölüberfluteten Schraubenverdichtern 1 und 2 verdichtet. Zwischen den Schraubenverdichtern 1 und 2 ist ein Rückschlagventil 10 angeordnet, das beim Abschalten der Schraubenverdichter einen unzulässigen Druckanstieg infolge von Rückströmung verhindert. Das dem Schraubenverdichter 1 der unteren Druckstufe über das Ölstoppventil 16 zugeführte Öl zur Schmierung, Kühlung, Abdichtung der Rotoren verlässt gemeinsam mit dem CO₂ die Druckseite des Schraubenverdichters 1 und wird zur Saugseite 13 des Schraubenverdichters 2 geführt, der ebenfalls zur Schmierung, Kühlung und Abdichtung mit Öl versorgt wird. Die gestrichelte Linie deutet den Ölkreislauf für beide Schraubenverdichter an. Die Ölströme beider Schraubenverdichter 1 und 2 gelangen gemeinsam mit dem verdichteten CO₂ aus dem Schraubenverdichter 2 in den Ölabscheider 3. Das Ölaufbereitungssystem, bestehend aus Ölabscheider 3, Ölkühler 37, und nicht dargestelltem Ölfilter ist gas- und ölseitig stromabwärts hinter dem Schraubenverdichter 2 angeordnet. Die Schraubenverdichter 1 und Schraubenverdichter 2 werden mit gekühltem und gefiltertem Öl versorgt. Das Öl wird den Funktionsstellen der Schraubenverdichter 1 und 2, z. B. den Lagern und dem Arbeitsraum zwecks Kühlung des Verdichtungsvorganges, Schmierung und hydraulischer Abdichtung der den Arbeitsraum umgebenden Spaltflächen zugeführt. Die Schraubenverdichter 1 und 2 sind Teil des gemeinsamen Kältekreislaufes. Das Enddruckniveau der unteren Druckstufe ist so gewählt, dass die COP-Werte der unteren und der oberen Druckstufe in etwa gleich groß sind. Der Enddruck der oberen Stufe ist höher als der Druck am kritischen Punkt des Kältemittels. Die Schaubenverdichter 1 und 2 haben vorteilhaft je eine Kältemittels. Die Schaubenverdichter 1 und 2 haben vorteilhaft je eine Zwischendrucköffnung 25 und 26, den sogenannten Economiseranschluss, der strömungsmäßig an die Zahnlücken der Rotoren im Gehäuse derart angrenzt, dass weder eine Strömungsverbindung zur Saugseite noch zur Druckseite besteht, solange der Economiseranschluss mit den Zahnlücken in Verbindung steht. Der Schraubenverdichter 2 ist vorteilhaft wie in der deutschen Offenlegungsschrift mit der Nr. OS 10334947 beschrieben, ausgeführt. In der Verbindungsleitung zwischen den Schraubenverdichtern 1 und 2 ist ein Zwischendruckanschluss 27 vorgesehen, über den „Flashdampf" aus einem Zwischendruckbehälter 5 über eine Rohrleitung 12 mit einer steuerbaren Ventileinrichtung 20 zugeführt wird. Der Zwischendruckbehälter 5 wird von der Sumpfseite eines oberen Hilfsflüssigkeitsabscheiders 17 über eine „mittlere" Drosselstelle 28 gespeist, dessen Flashdampf über eine Rohrleitung 6 mit einer steuerbaren Ventileinrichtung 19 in einen Economiseranschluss 26 des Schraubenverdichters 2 eingespeist wird. Die Sumpfseite des Zwischendruckbehälters 5 ist stromabwärts über eine Rohrleitung zwecks Flüssigkeitszufuhr in einen unteren Hilfs-Flüssigkeitsabscheider 18 verbunden. In dieser Rohrleitung sind Stoppventil 23 und eine „untere" Drosselstelle 29 angeordnet. Das Stoppventil 23 ist nur beim Betrieb beider Verdichter geöffnet. Der hinter der unteren Drosselstelle 29 entstehende Flashdampf wird im Hilfsflüssigkeitsabscheider 18 abgeschieden und über eine Rohrleitung 7 mit der steuerbaren Ventileinrichtung 21 in den Economiseranschluss 25 des Schraubenverdichters 1 eingespeist. Der obere Hilfsflüssigkeitsabscheider 17 ist stromabwärts hinter dem Gaskühler 4 über eine Rohrleitung 30, in der die „obere" Drosselstelle 22 angeordnet ist, verbunden. In diesem „oberen" Hilfsflüssigkeitsabscheider 17 werden die beiden Phasen Flashdampf und Flüssigkeit, die im Ergebnis der ersten Entspannungsstufe entstehen, getrennt. Die Flüssigkeit wird über die „mittlere" Drosselstelle 28 in den Zwischendruckbehälter 5 entspannt. Aus dem Sumpf des unteren Hilfsflüssigkeitsabscheiders 18 gelangt die Flüssigkeit über die „unterste" Drosselstelle 24 in das Verdampfer des Schraubenverdichters 1 der unteren Druckstufe gemeinsam mit dem durch Wärmezufuhr in den Verdampfern 9 entstehenden Kältemitteldampf zugeführt werden.
Die Anordnung von mehreren Entspannungsstufen führt zu einer Prozessverbesserung, da die Entspannung des Hochdruckdampfes nach Verlassen des Gaskühlers nicht einstufig, sondern mehrstufig nacheinander auf vier Druckniveaus entspannt wird und der Flashdampf der einzelnen Abscheider nur von den jeweiligen Druckniveaus auf den Enddruck der oberen Druckstufe verdichtet werden muss.
Eine andere erfindungsgemäße Lösung gemäß 2 hat ebenfalls zwei Schraubenverdichter 1 und 2. Der dem Verdampfersystem zugeführte Kältemittelstrom wird jedoch einstufig entspannt, nachdem er mehrere Unterkühlungsabschnitte durchlaufen hat. Zur Abkühlung des Kältemittelstromes in einem „oberen" Hilfsflüssigkeitsunterkühler31, einem „mittleren" Flüssigkeitsunterkühler 32 und einem „unteren" Hilfsflüssigkeitsunterkühler 33, die in einem Strömungspfad 30 für den Kältemittelhauptstrom angeordnet sind, wird durch Flüssigkeitsabzweige vor dem jeweiligen Flüssigkeitsunterkühlerabschnitt ein Teilstrom der Kältemittelflüssigkeit abgezweigt, in den Drosselventilen 34, 35, 36 auf den jeweiligen Zwischendruck entspannt und im jeweiligen Hilfsflüssigkeitsunterkühler 31, 32, 33 verdampft. Dieser Kältemitteldampf wird dem jeweiligen Economiseranschluss 26 des Schaubenverdichters 2, dem Zwischendruckanschluss 27 zwischen den Schraubenverdichtern 1 und 2 und dem Economiseranschluss 25 des Schraubenverdichters 1 zugeführt. Das Stoppventil 23 in der Kältemittelleitung 30 ist nur geöffnet, wenn der Schraubenverdichter 2 in Betrieb ist und der Saugdruck dieses Verdichters einen vordefinierten Wert, z. B. 52 bar unterschreitet.
Die beschriebene erfindungsgemäße Lösung mit mehreren Entspannungsstufen von Kältemittelteilströmen zur Abkühlung des Kältemittelhauptstromes bei hohen Druckniveau ermöglicht die Vergrößerung der Kälteleistung und Effizienzverbesserungen nahezu so wie im ersten Ausführungsbeispiel.

1: Schraubenverdichter
2: Schraubenverdichter
3: Ölabscheider
4: Gaskühler
5: Zwischendruckbehälter
6: Rohrleitung
7: Rohrleitung
8: Flüssigkeitsabscheidesystem
9: Verdampfer
10: Rückschlagventil
13: Saugseite
16: Ölstoppventil
17: Hilfsflüssigkeitsabscheider
18: Hilfsflüssigkeitsabscheider
19: Ventileinrichtung
20: Ventileinrichtung
21: Ventileinrichtung
22: Drosselstelle
23: Stoppventil
24: Drosselstelle
25: Economiseranschluß
26: Economiseranschluß
27: Zwischendruckanschluß
28: Drosselstelle
29: Drosselstelle
30: Strömungspfad
31: oberer Hilfsflüssigkeitskühler
32: mittlerer Hilfsflüssigkeitskühler
33: unterer Hilfsflüssigkeitskühler
34: Drosselventil
35: Drosselventil
36: Drosselventil
37: Ölkühler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10334947 A [0007, 0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DKV-Tagungsbericht 2001, Ulm, Arbeitsabteilung II.2, Band II.2, Seite 45 ff [0002]
- „KK DIE KÄLTE und Klimatechnik", 57. Jahrgang, 2005 [0004]

Claims

CO₂-Kälteanlage mit ölüberfluteten Schraubenverdichtern in zweistufiger Anordnung, wobei die ölüberfluteten Schraubenverdichter 1 und 2 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind und jeweils einen Economiseranschluss aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schraubenverdichtern ein Rückschlagventil angeordnet ist, und dass vor dem Schraubenverdichter der unteren Druckstufe ein Ölstoppventil angeordnet ist und beide Schraubenverdichter einen gemeinsamen Ölkreislauf haben, bestehend aus Ölabscheider, Ölkühler und Ölfilter, wobei die genannten Komponenten gas- und ölseitig stromabwärts hinter dem Schraubenverdichter der oberen Druckstufe angeordnet sind und der Economiseranschluss beider Schaubenverdichter der unteren und der oberen Druckstufe strömungsmäßig an die Zahnlücken der Rotoren im Gehäuse derart angrenzen, dass weder eine Strömungsverbindung zur Saugseite noch zur Druckseite besteht, solange der Economiseranschluss mit den Zahnlücken in Verbindung steht und in der Verbindungsleitung zwischen den Schraubenverdichtern der beiden Druckstufen ein Zwischendruckanschluss vorgesehen ist, der mit einem Zwischendruckbehälter über eine Rohrleitung, die eine steuerbare Ventileinrichtung aufweist, kommunizierend verbunden ist und der Zwischendruckbehälter mit der Sumpfseite eines oberen Hilfsflüssigkeitsabscheiders über eine „mittlere" Drosselstelle kommunizierend verbunden ist, dessen Kopfteil über eine Rohrleitung, die eine steuerbare Ventileinrichtung aufweist, mit dem Economiseranschluss des Schraubenverdichters der oberen Druckstufe verbunden ist und seine Sumpfseite stromabwärts über eine Rohrleitung mit einem unteren Hilfsflüssigkeitsabscheider verbunden ist, wobei in dieser Rohrleitung ein steuerbares Stoppventil und eine „untere" Drosselstelle angeordnet sind, wobei der untere Hilfsflüssigkeitsabscheider über eine Rohrleitung, die eine steuerbare Ventileinrichtung aufweist, mit dem Economiseranschluss des Schraubenverdichters der unteren Druckstufe verbunden ist, während der obere Hilfsflüssigkeitsabscheider über eine Rohrleitung stromabwärts hinter dem Gaskühler angeordnet ist, und in der Rohrleitung eine „obere" Drosselstelle angeordnet ist, wobei der „obere" Hilfsflüssigkeitsabscheider auf seiner Sumpfseite über die „mittlere" Drosselstelle mit dem Zwischendruckbehälter verbunden ist und der Sumpf des unteren Hilfsflüssigkeitsabscheiders über die „unterste" Drosselstelle mit dem Verdampfer-Flüssigkeitsabscheidersystem kommunizierend verbunden ist.
CO2-Kälteanlage mit einem zweistufigen Schraubenverdichteraggregat, wobei die ölüberfluteten Schraubenverdichter der unteren und oberen Druckstufe in zweistufiger Anordnung in Strömungsrichtung hintereinander angeordnetet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schraubenverdichtern ein Rückschlagventil angeordnet ist, und dass vor dem Schraubenverdichter der unteren Druckstufe ein Ölstoppventil angeordnet ist und beide Schraubenverdichter einen gemeinsamen Ölkreislauf haben, bestehend aus Ölabscheider, Ölkühler und Ölfilter, wobei die genannten Komponenten gas- und ölseitig stromabwärts hinter dem Schraubenverdichter der oberen Druckstufe angeordnet sind und dass zwischen Gaskühleraustritt und Eingang Verdampfersystem in dem kältemittelführenden Verbindungsrohr, das einen Strömungspfad für den Kältemittelhauptstrom bildet, eine Drosseleinrichtung vorhanden ist und mindestens drei Wärmetauscher in Bezug auf diesen Strömungspfad seriell angeordnet sind, wobei die Wärmetauscher als „oberer" Hilfsflüssigkeitsunterkühler, „mittlerer" Flüssigeitsunterkühler und „unterer" Hilfsflüssigkeitsunterkühler ausgebildet sind, wobei diese Wärmetauscher auf der einen Seite ihrer wärmetauschenden Flächen Teile dieses Strömungspfades bilden, und auf der anderen Seite mit Flüssigkeitsabzweigen vom Strömungspfad über Drosselventile verbunden sind und die Ausgänge dieser Wärmetauscherseiten mit dem Economiseranschluss des Schaubenverdichters der oberen Stufe, dem Zwischendruckanschluss zwischen den Schraubenverdichtern der unteren und oberen Stufe oder dem Economiseranschluss des Schraubenverdichters der unteren Stufe verbunden sind.
Kälteanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenverdichter der oberen Druckstufe wie in der deutschen Offenlegungsschrift mit der Nr. OS 10334947 beschrieben, ausgeführt ist und in der Verbindungsleitung zwischen den Schraubenverdichtern der beiden Druckstufen ein Rückschlagventil und ein Zwischendruckanschluss vorhanden sind.
Kälteanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Enddruckniveau der unteren Druckstufe so ausgestaltet ist, dass die COP-Werte der unteren und der oberen Druckstufe in etwa gleich groß sind.
Kälteanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Enddruck der oberen Stufe höher ist als der Druck am kritischen Punkt des Kältemittels.
Kälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seriell angeordneten Wärmetauscher eine einzige Wärmetauscherbaugruppe bilden.