DE102015016377A1

DE102015016377A1 - Kälteanlage-Umblaseventil und Kälteanlage

Info

Publication number: DE102015016377A1
Application number: DE102015016377.9A
Authority: DE
Inventors: Kolja Metz
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN108603695A; WO2017102122A1

Abstract

Kälteanlage-Umblaseventil (19), mit welchem in definierten Betriebsbedingungen durch einen Kompressor einer Kälteanlage verdichtetes, gasförmiges Kältemittel um den Kompressor umblasbar und damit von einer Hockdruckseite des Kompressors in Richtung auf eine Niederdruckseite des Kompressors rückführbar, wobei in das Kälteanlage-Umblaseventil (19) mindestens eine Einspritzdüse (20) integriert ist, über welche in das gasförmige Kältemittel flüssiges Kältemittel einspritzbar ist, welches stromabwärts der oder jeder Einspritzdüse (20) verdampft und das Kältemittel abkühlt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kälteanlage-Umblaseventil einer Kälteanlage und eine Kälteanlage.
1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau einer Kälteanlage, wobei die in 1 gezeigte Kälteanlage 10 einen Kältemitteltank 11 umfasst, in welchem flüssiges Kältemittel bereitgehalten wird. Das flüssige Kältemittel ist ausgehend vom Kältemitteltank 11 einem Entspannungsventil 12 zuführbar, in welchem das flüssige Kältemittel entspannt und dadurch abgekühlt werden kann, sodass demnach das Entspannungsventil 12 der Druck- und Temperaturabsenkung des flüssigen Kältemittels dient. Dem Entspannungsventil 12 ist ein Verdampfer 13 nachgelagert, in welchem das flüssige Kältemittel verdampft wird, also in einen gasförmigen Aggregatzustand überführt wird. Das verdampfte Kältemittel ist stromabwärts des Verdampfers 13 auf einen Kompressor 14 führbar, in welchem das gasförmige Kältemittel verdichtet wird, wobei sich hierbei Druck und Temperatur des gasförmigen Kältemittels erhöhen. Das den Kompressor 14 verlassende, gasförmige Kältemittel ist stromabwärts des Kompressors 14 über einen Kondensator 15 führbar, um das Kältemittel wieder in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen und dann dem Kältemitteltank 11 zuzuführen.
In definierten Betriebszuständen der Kälteanlage 10 kann es erforderlich sein, im Kompressor 14 verdichtetes Kältemittel stromaufwärts des Kondensators 15 vom eigentlichen Kälteprozess abzuzweigen und abgezweigtes, gasförmiges Kältemittel über einen Umblasebypass 16 zu führen, der stromabwärts des Kompressors 14, also von einer Hochdruckseite desselben, gasförmiges Kältemittel abzweigt und der Kältemittel über den Umblasebypass 16 in Richtung auf eine Niederdruckseite des Kompressors 14 führt.
In einen solchen Umblasebypass 16 ist ein Umblaseventil 17 integriert, wobei gemäß 1 stromabwärts des Umblaseventils 17 in den Umblasebypass 16 weiterhin Einspritzdüsen 18 integriert sind, über welche in das über den Umblasebypass 16 geführte, gasförmige Kältemittel flüssiges Kältemittel eingespritzt werden kann. Dieses flüssige Kältemittel, welches über die stromabwärts des Umblaseventils 17 positionierten Einspritzdüsen 18 im Bereich des Umblasebypasses 16 in das gasförmige Kältemittel eingespritzt wird, verdampft und bewirkt so eine Abkühlung des über den Umblasebypass 16 geführten, gasförmigen Kältemittels.
Das Führen von Kältemittel über den Umblasebypass 16 ist insbesondere im Fehlerfall der Kälteanlage 10, beim Anfahren und Abfahren der Kälteanlage 10 sowie dann von Bedeutung, wenn vom eigentlichen Kälteprozess weniger Kältemittel benötigt wird, als über den Kompressor 14 geführt wird. Im Fehlerfall der Kälteanlage 10, beim Abfahren sowie Anfahren derselben wird hierzu das Umblaseventil 17 nur in einem definierten Zeitintervall, also relativ kurzzeitig, geöffnet, um über den Umblasebypass 16 Kältemittel stromabwärts des Kompressors 14 abzuzweigen. Dann hingegen, wenn der Kälteprozess weniger Kältemittel benötigt, als über den Kompressor 14 geführt wird, kann ein Teil des Kältemittels permanent über eine entsprechende Ansteuerung des Umblaseventils 17 über den Umblasebypass 16 abgezweigt und abgeführt werden.
Wie bereits ausgeführt, sind bei aus dem Stand der Technik bekannten Kälteanlagen die Einspritzdüsen 18 als separate Baugruppen ausgeführt und stromabwärts des Umblaseventils 17 im Umblasebypass 16 positioniert. Zur Verdampfung des über die Einspritzdüsen 18 in das gasförmige Kältemittel eingebrachten flüssigen Kältemittels ist stromabwärts der Einspritzdüsen 18 eine Auslaufstrecke definierter Länge erforderlich.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Kälteanlage-Umblaseventil und eine Kälteanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kälteanlage-Umblaseventil einer Kälteanlage nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist in das Kälteanlage-Umblaseventil mindestens eine Einspritzdüse integriert, über welche in das gasförmige Kältemittel flüssiges Kältemittel einspritzbar ist, welches stromabwärts der oder jeder Einspritzdüse verdampft und das Kältemittel abkühlt.
Durch die Integration der oder jeder Einspritzdüse in das Kälteanlage-Umblaseventil kann Bauraum, der nach dem Stand der Technik für die separaten Einspritzdüsen benötigt wird, reduziert werden, sodass die Kälteanlage kompakter ausgeführt werden kann. Weiterhin kann durch die Integration der oder jeder Einspritzdüse in das Kälteanlage-Umblaseventil die zur Verdampfung des flüssigen Kältemittels benötigte Länge der Auslaufstrecke stromabwärts der oder jeder Einspritzdüse reduziert werden, da bei Integration der oder jeder Einspritzdüse ins Kälteanlage-Umblaseventil das Einspritzen des flüssigen Kältemittels ins gasförmige Kältemittel bei turbulenter Strömungsführung des gasförmigen Kältemittels im Bereich des Kälteanlage-Umblaseventils erfolgt. Hierdurch kann eine Kälteanlage dann noch kompakter ausgeführt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Kälteanlage-Umblaseventil als Eckventil ausgeführt, in welchem die Zuströmrichtung des gasförmigen Kältemittels in etwa senkrecht zur Abströmrichtung des gasförmigen Kältemittels verläuft. Dann, wenn das Kälteanlage-Umblaseventil mit den integrierten Einspritzdüsen als Eckventil ausgeführt ist, ist eine noch kompaktere Gestaltung der Kälteanlage möglich.
Vorzugsweise verläuft die Einspritzrichtung des flüssiges Kältemittels in Richtung der Abströmrichtung des gasförmigen Kältemittels. Auch diese Ausgestaltung dient der weiteren Erhöhung der Kompaktheit der Kälteanlage durch Reduktion der zur Verdampfung des eingespritzten, flüssigen Kältemittels benötigten Auslauflänge stromabwärts der oder jeder Einspritzdüse.
Die erfindungsgemäße Kälteanlage ist in Anspruch 4 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine Kälteanlage nach dem Stand der Technik;
2: eine erfindungsgemäße Kälteanlage mit einem erfindungsgemäßen Umblaseventil.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Kälteanlage sowie ein Kälteanlage-Umblaseventil einer solchen Kälteanlage.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälteanlage 10', die hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus der Kälteanlage 10 der 1 entspricht, sodass für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Auch die Kälteanlage 10' der 1 verfügt über einen Kältemitteltank 11, in dem flüssiges Kältemittel bereitgehalten wird. Das flüssige Kältemittel ist aus dem Kältemitteltank 11 entnehmbar und über ein Entspannungsventil 12 führbar, welches der Druck- und Temperaturabsenkung des flüssigen Kältemittels dient. Stromabwärts des Entspannungsventils 12 ist ein Verdampfer 13 positioniert, um das entspannte und abgekühlte Kältemittel nachfolgend zu verdampfen und stromabwärts des Verdampfers 13 über einen Kompressor 14 zu führen, in welchem das gasförmige Kältemittel unter Erhöhung von Druck und Temperatur verdichtet wird. Dem Kompressor 14 ist ein Kondensator 15 nachgelagert, um das Kältemittel zu verflüssigen und dann wiederum dem Kältemitteltank 11 zuzuführen.
Wie bereits ausgeführt, ist es in definierten Betriebszuständen, so zum Beispiel im Fehlerfall der Kälteanlage 10, beim Abfahren der Kälteanlage 10, beim Anfahren der Kälteanlage 10 und im Teillastbetrieb derselben erforderlich, vom Kompressor 14 verdichtetes, gasförmiges Kältemittel stromaufwärts des Kondensators 15 abzuzweigen und über den Umblasebypass 16 zu führen, in welchem das gasförmige Kältemittel durch Einspritzen flüssigen Kältemittels abgekühlt wird, um dasselbe dann als abgekühltes, gasförmiges Kältemittel der Niederdruckseite des Kompressors 14 zuzuführen.
In der erfindungsgemäßen Kälteanlage 10' der 2 ist in dem Umblasebypass 16 ein Umblaseventil 19 positioniert, wobei in das Umblaseventil 19 mindestens eine Einspritzdüse 20 integriert ist, über welche das flüssige Kältemittel in das gasförmige Kältemittel eingespritzt werden kann. Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, ein Kälteanlage-Umblaseventil 19 mit integrierten Einspritzdüsen 20 vorzuschlagen, welches in den Umblasebypass 16 der Kälteanlage 10' geschaltet ist.
Vorzugsweise ist, wie in 2 gezeigt, das Umblaseventil 19 als Eckventil ausgeführt, bei welchem eine Zuströmrichtung 21 des vom Kompressor 14 verdichteten, gasförmigen Kältemittels in etwa senkrecht zur Abströmrichtung 22 des gasförmigen Kältemittels verläuft. Die Einspritzrichtung 23 des flüssigen Kältemittels verläuft vorzugsweise in Richtung der Abströmrichtung 22. Hierdurch kann das flüssige Kältemittel besonders vorteilhaft in das gasförmige Kältemittel eingespritzt werden, nämlich bei hoher Turbulenz des gasförmigen Kältemittels, sodass das flüssige Kältemittel besonders vorteilhaft mit möglichst geringer Auslaufstrecke im gasförmigen Kältemittel zur Abkühlung desselben verdampft werden kann. Hierdurch lässt sich dann eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Kälteanlage 10' realisieren.
Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kälteanlage 10' verfügt der Kompressor 14 über eine einzige Kompressorstufe.
Im Unterschied hierzu ist es möglich, dass der Kompressor 14 über mehrere Kompressorstufen verfügt. Es ist dann möglich, dass den Kompressorstufen ein gemeinsamer Umblasebypass 16 mit einem gemeinsamen erfindungsgemäßen Kälteanlage-Umblaseventil 19 zugeordnet ist. Ferner ist es möglich, dass jeder Kompressorstufe eines mehrstufigen Kompressors 14 ein individueller Umblasebypass mit entsprechendem individuellem Kälteanlage-Umblaseventil 19 zugeordnet ist. Dann, wenn ein Kompressor 14 über mehrere Kompressorstufen verfügt, können die Kompressorstufen auch zu Gruppen zusammengefasst sein, wobei dann jeder Gruppe jeweils ein Umblasebypass mit erfindungsgemäßem Umblaseventil 19 zugeordnet ist. Dann zum Beispiel, wenn der Kompressor 14 vier Kompressorstufen umfasst, können jeweils zwei Kompressorstufen zu einer Gruppe zusammengefasst sein, wobei dann jeder Gruppe aus zwei Kompressorstufen jeweils ein Umblasebypass 16 mit entsprechendem Umblaseventil 19 mit integrierten Einspritzdüsen 20 zugeordnet ist.
Bezugszeichenliste

10: Kälteanlage
10': Kälteanlage
11: Kältemitteltank
12: Entspannungsventil
13: Verdampfer
14: Kompressor
15: Kondensator
16: Umblasebypass
17: Umblaseventil
18: Einspritzdüsen
19: Umblaseventil
20: Einspritzdüsen
21: Zuströmrichtung
22: Abströmrichtung
23: Einspritzrichtung

Claims

Kälteanlage-Umblaseventil (19), mit welchem in definierten Betriebsbedingungen durch einen Kompressor einer Kälteanlage verdichtetes, gasförmiges Kältemittel um den Kompressor umblasbar und damit von einer Hockdruckseite des Kompressors in Richtung auf eine Niederdruckseite des Kompressors rückführbar, dadurch gekennzeichnet, dass in dasselbe mindestens eine Einspritzdüse (20) integriert ist, über welche in das gasförmige Kältemittel flüssiges Kältemittel einspritzbar ist, welches stromabwärts der oder jeder Einspritzdüse (20) verdampft und das Kältemittel abkühlt.
Kälteanlage-Umblaseventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe als Eckventil ausgeführt ist, in welchem die Zuströmrichtung (21) des vom Kompressor verdichteten, gasförmigen Kältemittels in etwa senkrecht zur Abströmrichtung (22) des gasförmigen Kältemittels verläuft.
Kälteanlage-Umblaseventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzrichtung (23) des flüssigen Kältemittels in Richtung der Abströmrichtung (22) des gasförmigen Kältemittels verläuft.
Kälteanlage, mit einem Kältemitteltank (11) für Kältemittel, mit einem Entspannungsventil (12) zur Druck- und Temperaturabsenkung des Kältemittels, mit einem Verdampfer (13) zur Verdampfung des Kältemittels, mit einem Kompressor (14) zur Verdichtung des verdampften Kältemittels, mit einem Kondensator (15) zur Kondensation des verdichten Kältemittels, und mit mindestens einem um den Kompressor (14) herumgeführten Umblasebypass (16), in dem ein Umblaseventil (19) und mindestens eine Einspritzdüse (20) für flüssiges Kältemittel positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Einspritzdüse (20) in das Umblaseventil (19) integriert ist.
Kälteanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das das Umblasevetil (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.
Kälteanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (14) mehrere Kompressorstufen umfasst.
Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass um jede Kompressorstufe (14) ein individueller Umblasebypass (16) mit einem individuellen Umblaseventil (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 geführt ist.
Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass um alle Kompressorstufen ein gemeinsamer Umblasebypass (16) mit einem gemeinsamer Umblaseventil (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 geführt ist.
Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils um Gruppen von Kompressorstufen ein Umblasebypass (16) mit einem Umblaseventil (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 geführt ist, wobei mehr als zwei Gruppen aus jeweils mindestens einer Kompressorstufe ausgebildet sind.
Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils um Gruppen von Kompressorstufen ein Umblasebypass (16) mit einem Umblaseventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 geführt ist, wobei mehr als zwei Gruppen aus jeweils mindestens zwei Kompressorstufen ausgebildet sind.