DE2515605A1 - Vorrichtung zur automatischen anreicherung und abscheidung von inertgasen aus gasgemischen - Google Patents

Description

25156Q5

Dipl.-Ing. Alois JlIy Ümburgerhof, den 7.4.1975

6703 Limburgerhof
Heidelberger Sfr. 5

Vorrichtung zur automatischen Anreicherung und Abscheidung von Inertgasen aus Gasgemischen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Anreicherung und Abscheidung von Inertgasen aus Gasgemischen insbesondere bei Kälteanlagen, die mit einer Einrichtung zur Kühlung des zu trennenden Gasgemisches und mit Ventilen zur Ableitung des angereicherten inertgases sowie des anfallenden Kondensates versehen ist.

Bei Kälteprozessen ist es erforderlich, die sich im Kältemittelkreislauf bildenden bzw. eindringenden Inerfgase abzuscheiden, da sich diese im Kondensationsbereich sammeln und dadurch eine Erhöhung des Kondensationsdruckes, eine Verschlechterung des Wärmeüberganges sowie chemische Reaktionen (durch eindringenden Luftsauersfoff)· bewirken. Die Folgen sind höhere Energiekosten und geringere Lebensdauer der Anlage. Dabei ist es wichtig, daß die Abscheidung einerseits bei möglichst geringer Konzentration der Inertgase im Kondensationsbereich der Anlage erfolgt, um der. Kondensationsdruck niedrig zu halten und andererseits das abzuscheidende Gasgemisch einen möglichst geringen Anteil an teuren bzw. umweltschädlichen Kältemitteln enthält.

Es sind mit Kühlschlangen ausgerüstete Geräte bekannt, die jedoch zur Erfüllung dieser Erfordernisse Bedienung und Überwachung erfordern, da sie nur unter bestimmten Randbedingungen angereichertes Inertgas ableiten. Sie gehen davon aus, daß bei Einstellung eines bestimmten fhermodynamischen Zustandes im Gerät eine thermodynamische Größe bei Nichfvorhandensein von Inertgas innerhalb gewisser Grenzen durch die festgelegten Randbedingungen (Oberfläche der Kühlschlange, Kühlmitteldurchfluß, Flüssigkeitsstand im Gerät usw.) konstant bleibt. Bei Ansammlung von Inertgas im Gerät verändert sich diese Größe und wird als Steuergröße für die Betätigung des Inertgas-Ab lasses verwendet.

Der Nachteil liegt darin, daß sich bei Abweichungen von den festgelegten Randbedingungen diese Größe auch ohne Anwesenheit von Inertgas verändert.

Der Gegenstand nach der DT-AS 1 202 296 verwendet den Gesamtdruck im Gerät als Steuergröße. Ist kein Inertgas vorhanden, so ist der Druck bei eingeschalteter Kühlung durch die vorgegebene Anordnung begrenzt. Sammelt sich Inertgas an, so

-2-8Q3843/0S6Q

steigt der Druck um den Partialdruck des Inertgases. Bei Erreichen eines am Überdruck-Ablaßventil eingestellten Grenzdruckes wird der Auslaß freigegeben. Fällt bei diesem Gerät durch Fehlbedienung oder Störung z.B.die Kühlung aus, so steigt der Druck auch ohne Vorhandensein von Inertgas an, da an der Kühlschlange keine Kondensation mehr erfolgt. Aus dem Gerät wird somit Kältemittel abgelassen. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich, wenn die Flüssigkeitsableitung aus dem Gerät gestört ist.

Das Funktionsprinzip des Gerätes der Firma Armstrong/USA beruht darauf, daß im Betriebszustand im Gerät verflüssigtes Kältemittel vorhanden ist. Strömt weiteres Kältemittel mit Inertgasanteilen zu, so kondensiert das Kältemittel, während das Inertgas nach oben steigt und über einen Schwimmerabieiter abgeführt wird. Ein Ausfall der Kühlung der Kühlschlange führt zur Erwärmung des Kältemittels im Gerät und damit zur Dampfbildung und zum Ausströmen von Kältemittel, da der Schwimmerableiter das Ablaßventil freigibt. Sinkt der Kältemittelstand im Gerät aus irgend einem anderen Grunde, so bev/irkt dies ebenfalls einen Kältemittelverlust.

In- und Außerbetriebnahme der beiden beschriebenen Geräte erfordern sachkundiges Personal, um eine Fehlbedrenung zu vermeiden. Während des Betriebes ist eine ständige Überwachung erforderlich. Werden Störungen der Funktion nicht rechtzeitig durch den Überwachenden bemerkt, so können beträchtliche Kältemittelverluste eintreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine wenig aufwendige Anordnung zu finden, die ohne Bedienung bzw. Überwachung für eine Ableitung des angereicherten Inertgases sorgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das an den Kühlschlangen anfallende Kondensat über einen geschlossenen Balg geleitet wird, der ein nur teilweise verflüssigtes Kondensat der gleichen Zusammensetzung wie das an den Kühlschlangen anfallende Kondensat enthält und der sich unterhalb der Kühlschlangen im Inertgassammelraum und oberhalb des Kondensatsammeiraumes mit den Anschlüssen für das zuströmende Gasgemisch und für das abzuleitende Kondensat befindet und in Abhängigkeit vom Partialdruck des Inerfgases das im Inertgassammelraum befindliche und mit Vorspannung am Ventilsitz anliegende fnertgas-Ab laß ventil steuert.

Die weitere Ausgesfaltung der Erfindung steht vor, daß im KondensatsammeIraum ein Schwimmerventil angeordnet ist, das bei zu hohem Flüssigkeitsstand den Kondensatsammeiraum gegenüber dem frierfgassammelraum und bei zu niedrigem Flüssigkeitsstand den Kondensatablaß absperrt.

60S843/O5SÖ

-3-

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß das Gerät durch die Verwendung des Partialdruckes des Inertgases als Steuergröße für das Inertgasablaßventil von den eingangs erwähnten Randbedingungen unabhängig ist und somit keinen Bedienungs- und Überwachungsaufwand erfordert, auch nicht bei der In- bzw. Außerbetriebnahme, weil der Partialdruck des Inertgases eine direkte Meßgröße für den Inertgasanteil ist.

Die Anreicherung von Inertgas erfolgt durch die Kondensation des Kältemittels an der Kühlschlange, wobei das flüssige Kältemittel aus dem Gerät über ein Schwimmerventil abgeleitet wird, während das inertgas durch die vom Schwimmerventil gebildete Flüssigkeitsvorlage am Abströmen gehindert wird. Während dieses Vorganges strömt die dem kondensierten Anteil entsprechende Menge an Gasgemisch (Kältemitteldampf und Inertgas) nach. Durch diesen sich ständig wiederholenden Vorgang erfolgt somit eine Anreicherung von Inertgas.

Wird dieser Vorgang z.B. durch eine Unterbrechung der Flüssigkeitsableitung gestört, so sperrt bei steigendem Flüssigkeitsstand ein Schwimmerventil den Kondensat- vom Inertsammelraum ab. Eine Überflutung des Gerätes mit ehern dabei möglichen Kältemittelverlust ist somit ausgeschlossen.

Durch die Zunahme des Inertgasanteiles steigt der Partialdruckanteil des Inertgases im Gerät an, während der Partialdruckanteil des Kältemittels entsprechend zurückgeht. Der Grad der erreichbaren Absenkung des Kältemittel-Partialdruckes (bzw. der entsprechenden Erhöhung des Inertgas-Partialdruckes) hängt von der Temperatur des Kühlmittels ab. Je niedriger diese Temperatur ist, desto niedriger ist der Anteil des Kältemittels in der Gasphase.

Das an der Kühlschlange kondensierende Kältemittel besitzt eine Temperatur, die dem Partialdruck des Kältemittels in der Gasphase gemäß der Dampfdruckkurve entspricht. Beim Überleiten des an der Kühlschlange anfallenden Kondensates über den Balg nimmt dieser und das darin befindliche Kältemittel die Temperatur des Kondensates an. Im Balginneren herrscht somit der dieser Temperatur entsprechende Partialdruck des Kältemittels, während von außen der Gesamtdruck als Summe der Partialdrücke von Kältemittel und Inertgas wirkt, so daß der Balg resultierend von außen durch den Partialdruck des Inertgases belastet wird.

Das Inertgas-Ablaßventil öffnet, wenn die Belastung durch den stetig ansteigenden Partialdruck des Inertgases so hoch angestiegen ist, daß sie die Vorspannung überwindet mit der das Inertgas-Ablaßventil auf seinen Sitz gepreßt wird. Diese Vorspannung wird durch die Eigenfederung des Balges oder durch eine zusätzliche Feder erzeugt. Die Höhe der Vorspannung ist so abgestimmt, daß das Ablaßventil erst öffnet, wenn der durch die Temperatur des Kühlmittels bestimmte geringst mögliche Partialdruck des Kältemittels annähernd erreicht ist. Ein Ausfall der Kühlung bewirkt bei dieser Anordnung keinen Kai te-

609843/0580

mittelverlust durch eine Fehlfunkfion, da bei fehlender Kühlung keine Kondensation erfolgt und somit der Balginnendruck nicht abgesenkt werden kann.

Auch ein Undichtwerden des Balges hat keinen Kältemittelverlust zur Folge, da das Inertgas-Ablaßventil resultierend nur durch die Vorspannung belastet wird und somit geschlossen bleibt.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Gasgemisch mit dem abzuscheidenden Inertgasanteil wird der Vorrichtung über Anschluß 1 zugeleitet. Es strömt durch äen Kondensatsammei raum 2 und die Öffnung 3 in den Inertgassammelraum 4. Im Inertgassammelraum 4 ist eine Kühlschlange 5 angeordnet, die von einem Kühlmittel durchströmt wird. An der Oberfläche der Kühlschlange 5 kondensiert der Kältemittelanteil des Gemisches, während das Inertgas gasförmig bleibt.

Das Kondensat wird durch ein Leitblech 6 über den Balg 7 geleitet, gelangt durch die Öffnung 3 in den Kondensatsammeiraum 2 und wird vom Schwimmerventil 8 über den Kondensatablaß 9 in den Kreislauf der Kälteanlage abgeleitet.

Das Inertgas-Ablaßventil 10 öffnet, wenn der Partialdruck des Inertgases so hoch angestiegen ist, daß er die Vorspannung überwindet mit der das Inertgas-Ablaßventil 10 auf den Sitz gepreßt wird. Das angereicherte Inertgas strömt über den Anschluß 11 ab.

Die Öffnung 3 ist als Ventilsitz ausgebildet, so daß sie bei ansteigendem Flüssigkeitsspiegel im KondensatsammeIraum 2 durch den Schwimmer 8 verschlossen wird und eine Überflutung des Inertgassammelraumes verhindert.

809843/05SO

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   [ 1 . ; Vorrichtung zur automatischen Anreicherung und Abscheidung von Inertgasen v-x' aus Gasgemischen, insbesondere bei Kälteanlagen, die mit einer Einrichtung zur Kühlung des zu trennenden Gasgemisches und mit Ventilen zur Ableitung des angereicherten Inertgases sowie des anfallenden Kondensates versehen ist dadurch gekennzeichnet, daß das an den Kühlschlangen (5) anfallende Kondensat .über einen geschlossenen Balg (7) geleitet wird, der ein nur teilweise verflüssigtes Kondensat dergleichen Zusammensetzung wie das an den Kühlschlangen (5) anfallende Kondensat enthält und der sich unterhalb der Kühlschlangen (5) im Inertgassammelraum (4) und oberhalb des Kondensafsammelraumes (2) mit den Anschlüssen (1) und (9) für das zuströmende Gasgemisch und für das abzuleitende Kondensat befindet und in Abhängigkeif vom Parfialdruck des Inerfgases das im inertgassammelraum (4) befindliche und mit Vorspannung am Ventilsitz anliegende Inertgas-Ablaßventil (10) steuert.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Kondensatsamme 1-

   raum (2) ein SchwimmerventiI (8) angeordnet ist, das bei zu hohem Flüssigkeitsstand den Kondensatsammeiraum (2) gegenüber dem Inerfgassammelraum (4) und bei zu niedrigem Flüssigkeitsstand den Kondensatablaß (9) absperrt.

   609843/05*0

   Le e rs e r te