DE2129949A1

DE2129949A1 - Vorrichtung zur Entfernung von nichtkondensierbaren Gasen aus einem Kuehlsystem

Info

Publication number: DE2129949A1
Application number: DE19712129949
Authority: DE
Inventors: Muench Paul W
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: York International Corp
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-16
Publication date: 1971-12-23
Also published as: DE2129949B2; GB1333186A; FR2095320B1; CA936007A; DE2129949C3; FR2095320A1; US3620038A

Description

Vorrichtung zur Entfernung von nichtkondenaierbaren Gasen aus einem Kühlsystem

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von nichtkondensierbaren Gasen aus einem Kühlsystem mit Kühlmitteldampfumwälzung.

In einer Kühlmaschine kann die Anwesenheit von unerwünschten, praktisch nichtkondensierbaren Gasen im System einen starken Abfall des Wirkungsgrades an der Wärmeaustauschfläche des Kühlers oder Kondensators hervorrufen, wodurch die !Leistungsfähigkeit der gesamten Maschine herabgesetzt wird. Diese unerwünschten Gase können auch schwerwiegende Korrosionen in der Maschine verursachen.

Die nichtkondensierbaren Gase sind in jedem Kühlsystem mit Kühlmitteldampfumwälzung unerwünscht; besonders nachteilig sind sie jedoch in Systemen, die bei Unterdruck arbeiten, da in diesen Systemen beim Auftreten einer undichten Stelle

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- 2 Luft in das System eindringen kann.

Es ist deshalb wichtig, alle nichtkondensierbaren Gase aus einem Kühlsystem zu entfernen. Bei der Entfernung dieser unerwünschten Gase ist es wichtig, möglichst wenig Kühlmittel aus dem System zu entfernen, da für ein einwandfreies Arbeiten des Systems eine bestimmte Menge Kühlmittel erforderlich ist.

Es sind bereits einige Vorschläge zur Entfernung von nichtkondensierbaren Gasen aus Kühlsystemen bekannt. Die meisten von ihnen beruhen auf den physikalischen Gesetzen, nach denen durch Druckerhöhung und Temperaturerniedrigung eines Gemisches aus Kühlmitteldampf und nichtkondensierbaren Gasen das Kühlmittel auskondensiert, wobei ein kleinerer Anteil des Kühlmittels im Gemisch hinterbleibt. Dieses Gasgemisch kann dann mit geringen Kühlmittelverlusten in die Atmosphäre geleitet werden, während das kondensierte flüssige Kühlmittel in das System zurückgeleitet wird.

Bei den meisten bekannten Vorschlägen zur Entfernung von nichtkondensierbaren Gasen wird ein motorisch angetriebener Reinigungskompressor oder eine mit mechanischer Kolbenkraft wirkende Vorrichtung zur Erzeugung des gewünschten hohen Druckes verwendet. Diese Vorrichtungen sind jedoch kompliziert, aufwendig und störanfällig.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zur Entfernung von nichtkondensierbaren Gasen aus einer Kühlmaschine.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Reinigungsvorrichtung für Kühlsysteme, bei der eine übliche Kompressor-Schmiermittelpumpe verwendet wird, die ein unter

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Druck stehendes Schmiermittel liefert, die Gemische aus Kühlmitteldampf und nichtkondensierbaren G-asen komprimiert und die nichtkondensierbaren Gase aus dem System entfernt.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zur Entfernung von nichtkondensierbaren Gasen aus einem Kühlsystem, wobei die Kühlmitteldämpfe zu einer Flüssigkeit kondensiert werden, und wobei ein Gemisch aus Flüssigkeit und Schmiermittel für den Kompressor des Systems erzeugt und das Gemisch in den Schmiermittelsumpf zurückgeleitet wird, wo das Kühlmittel verdampft und in das System zurückgeleitet wird.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Reinigungsvorrichtung für Kühlsysteme, die nach Bedarf automatisch ohne Bedienungspersonal arbeitet und die ohne Änderungen, Abwandlungen oder Neukonstruktion des Systems in verschiedenen Systemen verwendet werden kann.

Andere Zwecke der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die nachstehend anhand der Zeichnung erläutert ist. In der Zeichnung bedeuten:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer üblichen KÜhlmaschine in Verbindung mit der verbesserten Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei einige Teile im Schnitt dargestellt sind; und

Figur 2 eine Schaltskizze des elektrischen Steuerkreises.

In Figur 1 ist eine Kühlmaschine mit einem Verdampfer 10, einem Kühler 11 und einem motorisch angetriebenen Kompressor 12 dargestellt. Durch das Rohrbündel 13 im Verdampfer 10 wird das zu kühlende Medium hindurchgeleitet, während

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das Rohrbündel 14 im Kühler 11 zum Hindurchleiten von Kühlwasser aus einer geeigneten Quelle durch den Kondensator dient, um das komprimierte Kühlmittel abzukühlen und zur Kondensation zu bringen. Das kondensierte Kühlmittel wird in einer Kammer 15 gesammelt. Ein Drosselventil regelt den Strom des flüssigen Kühlmittels aus der Kammer 15 zum Verdampfer 10. Die Kompressoreinheit 12 enthält einen Antriebsmotor 18, gegebenenfalls ein Getriebe 17 und einen Kompressor 20.

Eine Pumpe 22, die mit dem Schmiermittelsumpf 19 in Verbindung steht, pumpt das Schmiermittel über eine Schmier-

zu den Lagern
mittelleitung 23 ' im Kompressor 20, zum Antriebsmotor und zum Getriebe 17· Durch die Schmiermittelableitung geht das öl in den Sumpf zurück* Durch eine Ableitung zwischen dem Sumpf und dem Eingang des Kompressors oder einem anderen Teil der Maschine, der einen niedrigeren Druck als der Kühler hat, wird das gasförmige Kühlmittel in den Kompressor geleitet.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Reinigungs- * vorrichtung 25, die zur Entfernung der nichtkondensierbaren Gase, wie Luft, aus dem Kühlsystem dient, wobei die Kühlmitteldämpfe zu einer Flüssigkeit und einem Gemisch aus flüssigem Kühlmittel und Schmiermittel für den Kompressor kondensiert werden. Das Gemisch aus Öl und Kühlmittel geht dann in den Sumpf 19 zurück, und das Kühlmittel wird verdampft und in das System zurückgeleitet. Die Vorrichtung 25 enthält einen aufrechtstehenden Wärmeaustauschermantel 26 mit einer Kammer 27, die über eine kleine Leitung 28 mit dem Kühler 11 verbunden ist; durch diese Leitung strömen die nichtkondensierbaren Gase und der Kühl mitteldampf aus dem Kühler 11 in die Kammer 27· In der

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Leitung 28 ist ein Rückschlagventil 29 vorgesehen, das ein Zurückfließen des Mediums in den Kühler verhindert. Durch die Verengung 47 wird die Strömungsgeschwindigkeit des in den Mantel 26 eintretenden Gases geregelt.

Eine Färmeaustauschspirale 30 ist innerhalb des Mantels so angeordnet, daß die Oberfläche der Spirale einen großen Teil der Kammer 27 beansprucht} die Spirale erstreckt sich in Längsrichtung zur Kammer. Dementsprechend müssen das öl, das Kühlmittel und die Gase in der Kammer 27 über die Oberflächen der Spirale gehen.

Das flüssige Kühlmittel aus der Kammer 15 strömt mit geregelter Geschwindigkeit durch die Verengung 48, durch die Wärmeaustauscherspirale 30 und durch die Leitung 32 zurück in den Verdampfer 10. Aufgrund der Verengung ist der Druck in der Spirale 30 praktisch der gleiche wie im Verdampfer, so daß die Spirale während des Betriebs der Maschine etwa auf die Temperatur des Verdampfers abgekühlt wird.

Die Schmiermittelpumpe 22 des Kompressors pumpt das Schmieröl aus dem Sumpf 19 durch die Leitung 34 im Versorgungskreis 23 zu einem Dreiwege-Solenoidventil 35. Das Ventil verbindet in der ersten Stellung die Leitung 34 mit der Leitung 37, wodurch öl in die Kammer 27 strömt. In der zweiten Stellung sperrt das Ventil die Leitung 37 vpn der Leitung 34 ab und verbindet die Leitung 37 mit der Leitung 36, wodurch die Kammer in den Sumpf 19 entleert wird. Der Solenoid-Betätigungsmechanismus 491 der mit dem Ventil 35 verbunden ist, bringt das Ventil von der ' ersten in die zweite Stellung, Wenn das Solenoid etroa&oe ist, bringt eine Seder das Ventil in die erste Stellung zurück,

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In der Kammer 27 "befinden sich zwei Schwimmer 38 und 40, welche die hermetisch eingeschlossenen Schalter 39 bzw. 41 betätigen. Der Schwimmer 38 und der Schalter 39 befinden sich am oberen Ende der Kammer, während sich der Schwimmer 40 und der Schalter 41 in der Nähe des Bodens der Kammer befinden. Die Schalter 39 und 41 und der Solenoid-Betätigungsmechanismus 49 sind miteinander verbunden, wie es in der Schaltskizze von Figur 2 dargestellt ist, derart, daß beim Absinken des ITüssigkeitspiegeis bis zum Schwimmer 40 der Betätigungsmechanismus unter Strom gesetzt wird, wodurch das öl in die Kammer strömen kann. Ist der Flüssigkeitsspiegel bis zum Schwimmer 38 angestiegen, so wird das Ventil stromlos gemacht, wodurch die Flüssigkeit in der Kammer in den Sumpf 19 ablaufen kann. Das Solenoid-Yentil und die Schwimmerschalter arbeiten also zyklisch, um die Kammer 27 mit öl zu füllen bzw. zu entleerenο

Ein auf Druck ansprechendes Ablaßventil 33 ist oben am Mantel 26 angebracht und steht mit der Kammer 27 in Verbindung. Das Ventil spricht auf den Druck in der Kammer ^ an, wobei es sich öffnet, wenn der Druck über einen bestimmten Wert angestiegen ist, und sich wieder schließt, wenn der Druck unter diesen Wert abgefallen iat.

Ist die Kühlmaschine in Betrieb, so können der Kühlmitteldampf und niohtkondensierbare Gase aus dem Kühler 11 von unten in die Kammer 27 eintreten· Der Dampf und das Gras steigen in Blasenform durch das öl in der Kammer ne,ch oben. Der Kühlmitteldampf löst sich in öl auf oder kondensiert an der kalten Spirale oberhalb des Öls und fließt in das öl zurück· Däa niohtkondensierbare Gras sammelt sich dagegen in der Kammer oberhalb des Öls.

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Befindet sich das Ventil 35 in der zweiten Stellung und füllt sich die Kammer 27 mit öl, so vermindert sich das Volumen des nichtkondensierbaren Gases oberhalb des Öls. Hierdurch steigt der Druck in der Kammer 27.

Ist der Druck in der Kammer 27 gleich dem Druck im Kühler 11, so hört der Dampf- und Gasstrom in die Kammer auf, und das Rückschlagventil 29 schließt sich. Strömt dann weiteres öl in die Kammer, so wird das nichtkondensierbare Gas über dem öl in der Kammer 27 komprimiert. Steigt der Druck in der Kammer 27 über den eingestellten Wert am Ablaßventil 33, so öffnet sich dieses, und die nichtkondensierbaren Gase strömen in die Atmosphäre. (Das Ablaßventil 33 wird auf einen Druckwert eingestellt, der etwas niedriger als der Öldruck ist). Das öl steigt bis fast an das obere Ende der Kammer, wobei es den größten Teil der nichtkondensierbaren Gase herausdrückt, worauf es den Schwimmer 38 und den Schalter 39 betätigt. Hierdurch wird der Stromkreis (Fig. 2) durch das Relais R geöffnet, dann werden die Schalter R- und R₂ geöffne¹1, und das Ventil 35 wird in seine erste Stellung gebfacht, wodurch die Ölzufuhr unterbrochen wird und die Öl-Kühlmittel-Lösung aus der Kammer 27 in den Sumpf 19 auszufließen beginnt.

Wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer 27 fällt, schließt sich der Schalter 39» und der Druck nimmt ab, da sich die kleine Restmenge des eingeschlossenen Gases ausdehnt. Fällt der Druck in der Kammer 27 unter den Druck im Kühler 11, so strömen die Dämpfe und Gase aus dem Kühler wieder in die Kammer 27. Die Öl-Kühlmittel-Lösung läuft jedoch noch weiter ab, da der Druck im Sumpf 19 niedriger ist ale im Kühler. Das Iu öl gelöste Kühlmittel, das aus der Reinigungsvorrichtung in den Sumpf 19 abgezogen wird, verdampft beim Erreichen des Sumpfes schnell» da im Sumpf eine hohe

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Temperatur herrscht. Das verdampfte Kühlmittel geht durch die Ableitung 24 in das Kühlsystem zurück. Die Flüssigkeit ' läuft noch solange aus der Kammer 27 aus, bis der Schalter 41 durch den Schwimmer 40 betätigt wird, wodurch der Stromkreis durch R sowie die Schalter R₁ und Rp geschlossen werden; hierbei wird das Solenoidventil 35 in die zweite Stellung gebracht, wodurch sich der ganze Vorgang wiederholt. Beim Anstieg des Flüssigkeitsspiegel öffnet sich zuerst wieder der Schalter 41, wobei aber das Relais noch durch den Schalter 39 geschlossen gehalten wird.

Dieser zyklische Betrieb dauert solange, wie die Maschine in Betrieb ist. Sind keine nichtkondensierbaren Gase im System vorhanden, so geht nur der Kühlmitteldampf durch die leitung 28 in die Kammer 27 und dieser Dampf bewirkt keine Druckerhöhung über dem Öl, da er kondensiert, wodurch sich sein Volumen vermindert. Deshalb öffnet sich das Ablaßventil nicht. Das Einlaufen und Ablaufen des Öls in der Kammer erfolgt jedoch weiter wie es vorstehend beschrieben ist.

Die Entfernung der nichtkondensierbaren Gase aus dieser Vorrichtung erfolgt mit minimalen Kühlmittelverlusten, da das Gas bei einem hohen Druck und bei einer niedrigen Temperatur aus dem System ausgetrieben wird. Dieses sind die Bedingungen, die erfüllt sein müssen, um den Anteil des Kühlmittels im ausgetriebenen Gas möglichst gering zu halten.

Der beschriebene Zyklus läuft während des Betriebes der Kühlmaschine. Wenn die Kühlmaschine, einschließlich der Schmiermittelpumpe, außer Betrieb gesetzt wird, so wird auch die Reinigungsvorrichtung 25 automatisch außer Betrieb gesetzt, da kein Öldruck mehr vorhanden ist.

- Patent;ansprüche 109852/1386

Claims

- 9 Patentansprüche

\1^)Kühlsystem mit geschlossenem Kühlmittelkreis, enthaltend einen Verdampfer, einen Kühler und einen angetriebenen Kompressor, die im Kühlmittelkreis miteinander in Verbindung stehen? Einrichtungen zum Zuleiten von Schmiermittel unter Druck zum Kompressor, einschließlich eines Schmiermittelkreises j und Einrichtungen zur Entfernung der nichtkondensierbaren Gase aus dem System, die eine Kammer mit einer Zuleitung am unteren Ende zur Aufnahme der Kühlmitteldämpfe und der nichtkondensierbaren Gase aus dem System, eine Flüssigkeitsleitung im unteren Teil und eine Gasableitung im oberen Teil enthalten; und Einrichtungen, einschließlich einer Wärmeaustauscherspirale in der Kammer, zum Hindurchleiten des Kühlmittels des Systems durch die Kammer, um den von der Zuleitung einströmenden Kühlmitteldampf zu kondensieren, gekennzeichnet durch Einrichtungen (35) zur Steuerung des Schmiermittelflusses durch den Sohmiermittelkreis (21, 23, 36) und zum Ableiten des unter Druck stehenden Schmiermittels aus dem Schmiermittelkreis durch die Flüssigkeitsleitung (37) in die Kammer

(26) zur Kompression der niohtkondensierbaren Gase in der Kammer (26)| und Einrichtungen (33) zur Steuerung der Entfernung des komprimierten Gases durch die Gasableitung in die Atmosphäre.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung des Schmiermittelflussea ein Ventil (35) im Schmiermittelkreis darstellt, wobei das Ventil in der ersten Betriebsstellung das unter Druck stehende Schmiermittel aus diesem Kreis in die Kammer

(27) leitet und in einer zweiten Betriebestellung einen Schmiermittelfluß durch diesen Kreis erzeugt, wodurch

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- ίο -

das kondensierte Kühlmittel und das abgekühlte Schmiermittelgemisch aus der Kammer (27) in den Schmiermittelkreis abgezogen werden, weiterhin gekennzeichnet durch Einrichtungen (37, 35, 36) zum Zurückleiten des kondensierten Kühlmittels aus dem Schmiermittelkreis in das System.

3· Kühlsystem naoh Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Steuereinrichtungen (39, 41) für das Ventil (35), die auf die Höhe des kondensierten Kühlmittel-Schmiermittel-Gemisches in der Kammer (26) ansprechen und die das Ventil in die erste oder in die zweite Stellung bringen.

4* Kühlsystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuereinrichtung ein mit dem Ventil (35) verbundenes Solenoid (49)» einen elektrischen Stromkreis (Pig. 2) für das Solenoid mit Schaltern (39, 41), die das Solenoid unter Strom setzen, und Schwimmer (38, 40) in der Kammer (27) enthält, die die Schalter in Abhängigkeit von dem Niveau des Gemisches in der Kammer betätigen·

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