DE2129949B2

DE2129949B2 - Einrichtung zum entfernen von nicht kondensierbaren gasen aus einem kuehlsystem

Info

Publication number: DE2129949B2
Application number: DE19712129949
Authority: DE
Inventors: Paul W. Medford Lakes N.J. Muench (V.StA.)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: York International Corp
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-16
Publication date: 1978-02-16
Also published as: GB1333186A; FR2095320A1; US3620038A; CA936007A; DE2129949C3; FR2095320B1; DE2129949A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der in Anspruch 1 angegebenen Gattung.

Bei Kühlsystemen kann die Anwesenheit von unerwünschten, praktisch nicht kondensierbaren Gasen, wie Luft, in dem System zu einem verminderten Wärmeaustausch an den Wärmetauscherflächen des Kondensators führen, wodurch der Wirkungsgrad des gesamten Systems herabgesetzt wird. Außerdem können derartige Gase zu schweren Konosionen führen. Sie sind insbesondere bei im ü'nterdruckbereich '"· arbeitenden Kühlsystemen nachteilig, da bei diesen eine erhöhte Gefahr besteht, daß Luft in das System eindringt. Es ist deshalb wichtig, alle nicht kondensierbaren Gase aus dem Kühlsystem zu entfernen, und zwar ohne daß zuviel Kältemittel verlorengeht, da für einen störungsfreien Betrieb des Systems eine bestimmte Mindestmenge an Kältemittel erforderlich ist.

Zum Entfernen von nicht kondensierbaren Gasen ist es bekannt, durch Druckerhöhung und Temperaturerniedrigung eines Gemisches aus Kältemitteldampf und ■"' nicht kondensierbaren Gasen das Kältemittel auszukondensieren, wobei ein kleiner Anteil an Kältemittel im Gemisch zurückbleibt. Dieses Gasgemisch kann dann mit geringen Kältemittelverlusten in die Atmosphäre geleitet werden, während das kondensierte flüssige

-" Kältemittel in das System zurückgeleitet wird. Zur Erzeugung der erforderlichen hohen Drücke ist ein Kolbenkompressor erforderlich, der jedoch kompliziert, aufwendig und störanfällig ist.

Bei der gattungsgemäßen Einrichtung (DT-AS

-"> 12 34 244) ist es für den Betrieb im Unterdruckbereich bekannt, in der Gasableitung am oberen Teil der Kammer ein Magnetventil und eine elektrische Flüssigkeitspumpe anzuordnen. Während des Betriebes werden sowohl die Pumpe als auch das normalerweise geschlossene Magnetventil über einen Druckschalter am oberen Teil der Kammer gesteuert. Zum Ableiten der nicht kondensierbaren Gase aus der Kammer wird die Pumpe in Betrieb gesetzt, sobald der absolute Druck im oberen Teil einen von dem Schalter ermittelten

'"' vorbestimmten Wert erreicht. Fällt der Druck ab, so schließt das Ventil und verhindert jeden weiteren Gasaustritt. Eine derartige Pumpe erfordert einen zusätzlichen konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand.

^w Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ohne derartigen zusätzlichen Aufwand das Entfernen von nicht kondensierbaren Gasen aus einem im Unterdruckbereich arbeitenden Kühlsystem zu verbessern.

··'> Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgeschlagen.

Eine Schmiermittelpumpe enthaltende Kreisläufe sind für Kühlsysteme bekannt (US-PS 29 56 730), doch

^r>» wird erfindungsgemäß das Schmiermittel mit Kältemitteldampf derart zusammengeführt, daß das unter Druck stehende Schmiermittel ausgenutzt werden kann, um das Gemisch aus Kältemitteldampf und nicht kondensierbaren Gasen zu komprimieren und die nicht

"'■'> kondensierbaren Gase aus dem Kühlsystem herauszudrücken. Das Schmiermittel für die Schmierung des Kompressors ist ein neutrales Medium, das völlig unabhängig von dem Arbeitsmedium keinerlei Einflüsse auf die Kühlkapazität des Kühlsystems ausübt. Der

W) Kompressor arbeitet mit unter Druck stehendem Schmieröl, das bei derartigen Systemen üblicherweise einen Überschuß in dem ölspeicher hat. Da die Schmierung durch die ölpumpe und nicht den Vorrat im Speicher gesteuert wird, ist das System keinerlei

h^r> Schwankungen ausgesetzt, sondern arbeitet gleichmäßig und ist auch in Abhängigkeit von der Kälteleistung gleichmäßig steuerbar. Die Ventileinrichtung zwischen dem Schmiermittelkreislauf und dem unteren Teil der

Kammer umfaßt ein einfaches Umschaltventil, das zweckmäßigerweise durch zwei Schwimmer und entsprechende Schalter gesteuert wird, die in unterschiedlicher Höhe innerhalb der Kammer angeordnet sind. Das Kühlsystem arbeitet deshalb voll automatisch. >

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, das anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird. Es zeigt

F i g. 1 ein bekanntes Kühlsystem mit der Einrichtung zum Entfernen von nicht kondensierbaren Gasen und ι<> F i g. 2 einen Ausschnitt der Schaltung.

Gemäß F i g. 1 umfaßt das Kühlsystem einen Verdampfer 10, einen Kondensator 11 und einen durch einen Elektromotor angetriebenen Kompressor 12. Das zu kühlende Medium wird durch ein Rohrbündel 13 in ι "> dem Verdampfer 10 geleitet, während ein Rohrbündel 14 in dem Kondensator 11 zum Hindurchleiten von Kühlwasser aus einer geeigneten Quelle vorgesehen ist, um das komprimierte Kältemittel abzukühlen und zur Kondensation zu bringen. Das kondensierte Haltemittel 2u wird in einer Kammer 15 gesammelt. Ein Drosselventi! 16 regelt den Strom des flüssigen Kältemittels aus der Kammer 15 zu dem Verdampfer 10. Der Kompressor 12 hat einen Antriebsmotor 18, gegebenenfalls ein Getriebe 17 und einen Rotor 20. ι^η·

Eine Pumpe 22, die mit einem Schmiermittelsumpf 19 in Verbindung steht, pumpt das Schmiermittel über eine Schmiermittelleitung 23 zu den Lagern des Rotors 20, zum Antriebsmotor 18 und zum Getriebe 17. Durch eine Ableitung 21 fließt das Schmiermittel in den Sumpf 19 so zurück. Durch eine Leitung 24 zwischen dem den Schmiermittelsumpf 19 enthaltenden Behälter und dem Eingang des Kompressors !2 oder einem anderen Teil des Systems, der einen niedrigeren Druck als der Kondensator U hat, wird das gasförmige Kältemittel in r den Kompressor 12 geleitet.

In einer Einrichtung 25 zum Entfernen der nicht kondensierbaren Gase, wie Luft, aus dem Kühlsystem werden die Kältemitteldämpfe zu einer Flüssigkeit und einem Gemisch aus flüssigem Kühlmittel und Schmier- 4i> mittel für den Kompressor kondensiert. Das Gemisch aus Schmiermittel, das gewöhnlich öl ist, und Kältemittel fließt dann in den Sumpf 19 zurück, und das Kältemittel wird verdampft und in das System zurückgeleitet. Die Einrichtung 25 weist ein aufrecht 4ί stehendes Wärmetauschergehäuse 26 mit einer Kammer 27 auf, die über eine Zuleitung 28 mit dem Kondensator 11 verbunden ist Durch diese Zuleitung 28 strömen die nicht kondensierbaren Gase und der Kältemitteldampf aus den Kondensator 11 in die ^r>o Kammer 27. In der Zuleitung 28 ist ein Rückschlagventil

29 vorgesehen, das ein Zurückfließen des Mediums in den Kondensator 11 verhindert. Durch eine Drossel 47 wird die Strömungsgeschwindigkeit des in die Kammer

27 eintretenden Gases geregelt. v>

Ein wendeiförmiges Wärmetauscherrohr 30 ist von dem Gehäuse 26 derart umschlossen, daß die Oberfläche des Wärmetauscherrohrs 30 einen großen Teil der Kammer 27 ausfüllt, wobei sich das Wärmetauscherrohr

30 in Längsrichtung der Kammer 27 erstreckt, wi Dementsprechend müssen das Schmiermittel, das Kältemittel und die Gase in der Kammer 27 über die Oberfläche des Wärmetauscherrohrs 30 streichen. Das flüssige Kältemittel strömt aus der Kammer 15 über eine Leitung 31 mit geregelter Geschwindigkeit durch h'i eine Drossel 48, durch das wendeiförmige Wärmetauscherrohr 30 und durch eine Leitung 32 zurück in den Verdampfer 10. Aufgrund der Drossel 48 in der Leitung 31 ist der Druck in dem Wärmetauscherrohr 30 im wesentlichen der gleiche wie in dem Verdampfer 10, so daß das Wärmetauscherrohr 30 während des Betriebs des Kühlsystems etwa auf die Temperatur des Verdampfers 10 abgekühlt wird.

Die Schmiermittelpumpe 22 des Kompressors 12 pumpt das Schmiermittel aus dem Sumpf 19 durch die Schmiermittelleitung 23 und eine Leitung 34 zu einem Dreiwege-Magnetventil 35. Das Ventil 33 verbindet in der ersten Stellung die Leitung 34 mit einer Flüssigkeitsleitung 37, so daß Schmiermittel in die Kammer 27 strömt. In der zweiten Stellung sperrt das Ventil 35 die Flüssigkeitsleitung 37 von der Leitung 34 ab und verbindet die Leitung 37 mit einer Leitung 36, durch die der Inhalt der Kammer 27 in den Sumpf 19 strömen kann. Ein elektromagnetisches Stellglied 49 ist mit dem Ventil 35 verbunden und bringt das Ventil von der ersten in die zweite Stellung. Wenn das Stellglied 49 stromlos ist, bringt eine Feder das Ventil 35 in die erste Stellung zurück.

in der Kammer 27 befinden sich zwei Schwimmer 38 und 40, die jeweils hermetisch abgeschlossene Schalter 39 und 41 betätigen. Der Schwimmer 38 und der Schalter 39 befinden sich am oberen Ende der Kammer 27, während sich der Schwimmer 40 und der Schalter 41 in der Nähe des Bodens der Kammer 27 befinden. Die Schalter 39 und 41 und das elektromagnetische Stellglied 49 sind in einer Schaltung gemäß F i g. 2 derart verbunden, daß beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels bis zum Schwimmer 40 das Stellglied 49 unter Strom gesetzt wird, wodurch das Schmiermittel in die Kammer 27 strömen kann. Ist der Flüssigkeitsspiegel bis zum Schwimmer 38 angestiegen, so wird das Ventil stromlos gemacht, so daß die Flüssigkeit aus der Kammer 27 in den Sumpf 19 abfließt. Das Ventil 35 und die Schwimmerschalter arbeiten also zyklisch, um die Kammer 27 mit Schmiermittel zu füllen bzw. zu entleeren.

An den oberen Teil der Kammer 27 ist eine Gasableitung mit einem druckgesteuerten Ventil 33 angeschlossen, das auf den Druck in der Kammer 27 anspricht und öffnet, wenn der Druck über einen bestimmten Wert, wie den Atmosphärendruck, angestiegen ist, und schließt, wenn der Druck unter diesen Wert gefallen ist.

Ist das Kühlsystem in Betrieb, so können der Kältemitteldampf und nicht kondensierbare Gase aus dem Kondensator 11 von unten in die Kammer 27 eintreten. Der Dampf und das Gas steigen in Blasenform durch das flüssige Schmiermittel in der Kammer 27 nach oben. Der Kältemitteldampf zeigt das Bestreben, sich in dem Schmiermittel aufzulösen oder an dem kalten Wärmetauscherrohr oberhalb des Schmiermittels 7U kondensieren, und fließt nach unten in das Schmiermittel ab. Das nicht kondensierbare Gas sammelt sich jedoch in der Kammer 27 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels.

Befindet sich das Ventil 35 in der zweiten Stellung und füllt sich die Kammer 27 mit Schmiermittel, so vermindert sich das Volumen des nicht kondensierbaren Gases oberhalb des Schmiermittels, wodurch der Druck in der Kammer 27 steigt. Ist der Druck in der Kammer 27 gleich dem Druck in dem Kondensator 11, so hört die Dampf- und Gasströmung in die Kammer hinein auf, und das Rückschlagventil 29 schließt. Strömt dann weiteres Schmiermittel in die Kammer 27, so wird das nicht kondensierbare Gas oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 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 nicht kondensierbaren Gase strömen in die Atmosphäre. Das Ablaßventil 33 ist auf einen Druckwert eingestellt, der etwas niedriger als der Druck des Schmiermittels ist. ■-, Das flüssige Schmiermittel steigt bis in den oberen Teil der Kammer 27, wobei es den größten Teil der nicht kondensierbaren Gase herausdrückt, worauf es den Schwimmer 38 und den Schalter 39 betätigt. Der Schalter 39 öffnet gemäß F i g. 2 den Stromkreis durch |₍₁ ein Relais R, öffnet die Schalter R) und /?2 und bringt das Dreiwege-Ventil 35 in die erste Stellung, wodurch die Schmiermittelzufuhr unterbrochen wird und die Schmiermittel/Kältemittel-Lösung aus der Kammer 27 in den Sumpf 19 abzufließen beginnt. ι ■-,

Wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer 27 fällt, schließt 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 Kondensator 11, so strömen die Dämpfe und :,, Gase aus dem Kondensator wieder in die Kammer 27. Die Schmiermittel/Kältemittel-Lösung läuft jedoch noch weiter ab, da der Druck in dem Sumpf 19 niedriger ist als in dem Kondensator 11. Das in dem Schmiermittel gelöste Kältemittel, das aus der Entlüftungsvorrichtung _:-, in den Sumpf 19 abgezogen wird, verdampft beim Erreichen des Sumpfes schnell, da in dem Sumpf eine hohe Temperatur herrscht. Das verdampfte Kältemittel strömt durch die Leitung 24 in das Kühlsystem zurück.

Die Flüssigkeit läuft noch so lange aus der Kammer 27 aus, bis der Schalter 41 durch den Schwimmer 4C betätigt wird, wodurch der Stromkreis durch R die Schalter R[ und /?2 geschlossen werden. Hierbei wird das Ventil 35 in die zweite Stellung gebracht, wodurch sich der ganze Vorgang wiederholt. Beim Anstieg des Flüssigkeitsspiegels öffnet sich zuerst wieder der Schalter 41, wobei aber das Relais noch durch den Schalter 39 geschlossen gehalten wird.

Dieser zyklische Betrieb dauert so lange, wie das System in Tätigkeit ist. Sind keine nicht kondensierbaren Gase im System vorhanden, so fließt nur der Kältemitteldampf durch die Zuleitung 28 in die Kammer 27 und dieser Dampf bewirkt keine Druckerhöhung über dem Schmiermittel, da er kondensiert, wodurch sich sein Volumen vermindert. Deshalb öffnet sich das Ablaßventil 33 nicht Das Einlaufen und Ablaufen des Schmiermittels in die Kammer 27 erfolgt jedoch weiter wie es vorstehend beschrieben ist.

Die Entfernung der nicht kondensierbaren Gase au: dem Kühlsystem erfolgt mit minimalen Kältemittelverlusten, da das Gas bei einem hohen Druck und bei einei niedrigen Temperatur aus dem System ausgetrieber wird. Unter diesen Bedingungen ist der Anteil de; Kältemittels im ausgetriebenen Gas ziemlich gering Wird die das Kühlsystem aufweisende Vorrichtung außer Betrieb gesetzt, so tritt auch selbsttätig die Entlüftungseinrichtung 25 außer Tätigkeit, da keir Schmiermitteldruck mehr vorhanden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Entfernen von nicht kondensierbaren Gasen aus einem im Unterdruckbereich arbeitenden Kühlsystem mit geschlossenem, einen Verdampfer, einen Kondensator und einen Kompressor aufweisenden Kältemittelkreislauf, die eine Kammer mit einer Zuleitung am unteren Ende zur Aufnahme der Kältemitteldämpfe und der nicht kondensierbaren Gase aus dem System, eine an den unteren Teil der Kammer angeschlossene Flüssigkeitsleitung zum Ableiten des verflüssigten Kältemittels, eine Gasableitung im oberen Teil und ein wendeiförmiges Wärmetauscherrohr innerhalb der Kammer zum Hindurchleiten des Kältemittels des Systems aufweist, um den von der Zuleitung einströmenden Kältemitteldampf τ\\ kondensieren, dadurch gekennzeichnet, daß die an den unteren Teil der Kammer (27) angeschlossene Flüssigkeitsleitung (37) über eine in Abhängigkeit vom Flüssigkeitspegel in der Kammer steuerbare Ventileinrichtung (35) wechselweise entweder mit der Druckseite oder mit dem Schmiermittelsumpf eines an sich bekannten, der Schmierung des Kompressors (12) dienenden und eine Schmiermittelpumpe enthaltenden Schmiermittelkreislaufes (19, 21, 22, 23, 34, 36) verbindbar ist, wobei die Ventileinrichtung (35) derart gesteuert ist, daß sie nach Absinken des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer (27) auf einen unteren Pegestand die Verbindung mit der Druckseite des Schmiermittelkreislaufes herstellt und bis zum Erreichen eines oberen Pegelstandes aufrechterhält und bei Erreichen de« oberen Pegelstandes in die andere Schaltstellung gebracht wird und in dieser verbleibt, bis der Flüssigkeitsspiegel wieder auf den unteren Pegelstand abgesunken ist, daß eine Leitung (24) den oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Schmiermittelsumpfes liegenden Gasraum des Schmiermittelkreislaufes mit der Saugleitung des Kältemittelkreislaufes verbindet und daß in der Gasableitung aus der Kammer (27) ein druckgesteuertes Ventil (33) angeordnet ist, das öffnet, wenn der Druck in der Kammer höher als der Atmosphärendruck, aber niedriger als der Öldruck ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kammer (27) in der Höhe des oberen und des unteren Pegelstandes jeweils ein in Abhängigkeit vom Flüssigkeitspegel in der Kammer (27) steuerbarer Schalter (39, 41) angeordnet ist, die die Ventileinrichtung (35) steuern.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (35) mit einem elektromagnetischen Stellglied (49) versehen ist, das in einem Stromkreis mit den Schaltern (39, 41) angeordnet ist, die jeweils einen Schwimmer (38,40) aufweisen, der in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitspegel in der Kammer (27) verstellbar ist.