DE2536817C3 - Flüssigkeitsfalle und -sammler, insbesondere zum Schutz des Kompressors in einer Kühlanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsfalle und einen Flüssigkeitssammler, insbesondere zum Schutz des Kompressors in einer Kühlanlage, mit einer Kammer, die durch einen einen Einlaßanschluß und einen Auslaßanschluß aufweisenden Deckel verschlossen ist, und in der aufrecht ein J-förmiges Rohr befestigt ist, dessen langer Schenkel mit dem Auslaßanschluß verbunden ist, dessen kurzer Schenkel im Abstand oberhalb des Kammerbodens endet und das im Krümmungsbereich des Rohres eine Flüssigkeitsrückführöffnung aufweist

Mit einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 37 54 409) ist bereits ein verhältnismäßig guter Schutz eines Kompressors möglich, wenn die Vorrichtung in einer Kühlanlage zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer angeordnet wird, so daß ein »schubartiges« Rückführen von flüssigem Kältemittel zum Kompressor vermieden wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht jedoch einerseits der Nachteil, daß in den Einlaßanschluß eintretendes versprühtes Kältemittel direkt in die Einlaßöffnung des kurzen Schenkels des J-förmigen Rohres gelangen kann und so direkt weiter befördert wird, und daß andererseits bei verhältnismäßig hohem Füllstand, etwa nach einer längeren fco Betriebsunterbrechung, flüssiges Kältemittel nur aus einem Schichtbereich der angesammelten Flüssigkeit befördert wird, nämlich aus dem Schichtbereich, der sich gerade auf Höhe der Einlaßöffnung des kurzen Schenkels des J-förmigen Rohres befindet. Da sich aber das im Kältemittel enthaltene öl üblicherweise an der Oberfläche ansammelt, wird bei hohem Flüssigkeitsstand zunächst Käitemitie! mit geringem öigehalt und bei sinkendem Flüssigkeitsstand Kältemittel mit einem hohen öigehalt gefördert, so daß also die Zusammensetzung des geförderten Kältemittels nicht gleichförmig ist

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkeitsfalle und einen Flüssigkeitssammler zu schaffen, bei dem bei minimalem Druckabfall der direkte Eintritt von versprühten Kältemitteltröpfchen in das J-förmige Rohr vermieden sowie flüssiges Kältemittel gleichförmiger Zusammensetzung gefördert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß der kurze Schenkel des J-förmigen Rohres aus einer senkrecht fluchtenden Lage mit dem Einlaßanschluß herausgebogen ist und daß zusätzlich zur Flüssigkeitsrückführöffnung im kurzen Schenkel des J-förmigen Rohres weitere öffnungen vorgesehen sind, deren Durchmesser mit der Verringerung ihres Abstandes vom offenen Ende des J-förmigen Rohres zunimmt

Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung des kurzen Schenkels des J-förmigen Rohres wird sichergestellt, daß bei minimalem Druckabfall keine Kältemitteltröpfchen vom Einlaß direkt in das Rohr gelangen, während durch die Anordnung der zusätzlichen öffnungen im kurzen Schenkel des J-förmigen Rohres erreicht wird, daß flüssiges Kühlmittel gleichförmiger Zusammensetzung gefördert wird. Da nämlich der Druck im J-förmigen Rohr mit zunehmendem Abstand von seiner Einlaßöffnung zunimmt, wird durch die entsprechende Dimensionierung der Durchmesser der Öffnungen im J-förmigen Rohr erreicht, daß durch jede dieser öffnungen etwa die gleiche Flüssigkeitsmenge in das J-förmige Rohr gelangt Das bedeutet aber, daß bei hohem Flüssigkeitsstand aus unterschiedlichen Schichten gleiche Flüssigkeitsmengen durch das J-förmige Rohr gefördert und damit eine gleichförmige Zusammensetzung des Kältemittels erreicht wird. Darüber hinaus erfolgt bei hohem Flüssigkeitsstand der Abtransport einer größeren Flüssigkeitsmenge als bei niedrigem Flüssigkeitsstand.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der kurze Schenkel des J-förmigen Rohres nach oben bis über die Mitte der Kammer, und dadurch wird selbst bei längeren Betriebsunterbrechungen sichergestellt, daß der Flüssigkeitsstand in der Kammer nicht so weit ansteigen kann, daß er sich auf Höhe oder oberhalb der Eintrittsöffnung des kurzen Schenkels befindet, während andererseits die infolge der Abmessung des kurzen Schenkels verringerte Saugwirkung an der Eintrittsöffnung des Schenkels durch die Abmessungen der zusätzlichen öffnungen kompensiert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher erläutert

F i g. 1 zeigt schematisch eine mit einem verdampfenden und kondensierenden Kältemittel arbeitende Kühlanlage.

Fig.2 zeigt vergrößert einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Flüssigkeitsfalle und den Flüssigkeitssammler.

Fig.3 zeigt vergrößert einen Schnitt entlang der Linie 3-3 aus F i g. 2.

Fig.4 zeigt in perspektivischer Darstellung das Äußere des Flüssigkeitssammlers.

F i g. 5 zeigt vergrößert in einem Teilschnitt die Verbindung des Auslasses des J-förmigen Rohres mit dem Auslaßanschluß des Sammlers.

F i g. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 6-6 aus

Fig. 5.

F i g. 1 zeigt schematisch eine mit einem verdampfenden und kondensierenden Kältemittel arbeitende Kühlanlage, bei der ein Sammler IQ gemäß der Erfindung ein zylindrisches Gehäuse 12 aufweist, das einen Deckel 14 und einen Boden 16 hat Zum Anschluß an die Anlage ist ein Einlaß 18 und ein Auslaß 20 vorgesehen. Die Anlage enthält, wie bei derartigen Anlagen üblich, einen Verdampfer 22 und einen Kompressor 24, zwischen denen der Sammler 10 angeordnet ist Ferner weist die Anlage einen Kondensator 26 auf. Der Einlaß 18 ist über eine Leitung 28 an den Verdampfer 22 angeschlossen, während zwischen dem Sammler 10 und dem Kompressor 24 eine Leitung 30 und zwischen dem Kompressor 24 und dem Kondensator 26 eine Leitung 32 verläuft Wie schematisch bei 36 angedeutet, kann in der Leitung zwischen Kondensatorauslaß und Verdampfereinlaß eine Expansions- oder eine Verengungseinrichtung angeordnet sein. Die Strömungsrichtungen sind in F i g. 1 durch Pfeile angedeutet

Der in den F i g. 2 bis 6 dargestellte Sammler weist einen Deckel 14 auf, in dem ein Einlaßanschluß 18 und ein Auslaßanschluß 20 angeordnet ist Ein Befestigungsansatz 38 kann mit entsprechenden Halterungen verbunden werden und trägt eine entfernbare Gewindeschutzkappe 40. Für den Einlaßanschluß 18 und den Auslaßanschluß 20 sind entfembare Dichtungsstopfen 42 und 44 vorhanden, die aus elastischem Kunststoff o. ä. bestehen. Im inneren des zylindrischen Gehäuses 12 ki ein J-förmiges Rohr 46 mittels einer unteren Halterung 48 befestigt

Der lange Schenkel des J-förmigen Rohres 46 weist an seinem oberen Ende eine Erweiterung oder Vergrößerung 62 auf, die mittels eines Paßsitzes (F i g. 5 und 6) im Auslaßanschluß gehalten ist, durch den ein Ringraum 66 zum Austritt von Gas gebildet wird. Der kürzere Schenkel 52 des J-förmigen Rohres 46 erstreckt sich von der unteren Krümmung 54, in der eine kleine öffnung 56 zur Kontrolle des Rückflusses von kleinen öl- und/oder Kältemittelflüssigkeitsmengen vorhanden ist, nach oben. Durch die dargestellte Anordnung der öffnung des J-förmigen Rohres bezüglich dem Einlaßanschluß ergibt sich ein minimaler Druckabfall, während gleichzeitig der Kompressor geschützt ist Dies wird durch die Länge des kurzen Schenkels 52 bezüglich der Gesamtlänge des Sammlers und bezüglich des Abstandes des unteren Teils des Rohres vom Abstand des Einlasses erreicht Gegenüber dem J-förmigen Rohr gemäß US-PS 37 54 409 ist der kurze Schenkel 52 der erfindungsgemäßen Anordnung erheblich verlängert Dadurch erhält man eine zusätzliche Sicherheit gegen den Austritt zu großer Flüssigkeitsmengen ars dem Sammler und deren Zufuhr zum Kompressor in schädigenden Mengen beim Anlaufen der Anlage und/oder beim Betrieb mit hohem Flüssigkeitsstand im Sammler. Der kurze Schenkel des J-förmigen Rohres bzw. dessen Eingangsseite ist geringfügig gebogen, wie dies bei 58 angedeutet ist, um eine genaue Ausrichtung des Einlasses 60 des Rohres auf den Einlaßanschluß 18 des Sammlers zu vermeiden. Hierbei kann es sich um eine einfache Biegung oder auch um die Versetzung der beiden Rohrabschnitte handeln, wodurch eine bessere Flüssigkeitstrennung bei Betrieb unter gleichen Bedingungen erreicht wird. Versuche haben gezeigt, daß diese Abwandlungen keinen nachteiligen Einfluß auf den Druckabfall im Sammler haben.

Der kurze Schenke! 52 des J-förniigen Rohres weist

weitere kleine öffnungen 70, 92 in unterschiedlichen Abständen vom Biegebereich auf, wodurch sichergestellt wird, daß rückgeführte Flüssigkeit aus der oberen Schicht stammt, in der sich die mit öl angereicherte s Phase befindet Die Durchmesser derartiger öffnungen nehmen zum offenen Ende des J-förmigen Rohres allmählich zu, um in etwa gleiche Strömungen von den öffnungen zu erhalten. Ferner kann eine kleine Belüftungsöffnung eben unterhalb des Halses des

to Austrittes des J-förmigen Rohres vorgesehen werden, deren Durchmesser mindestens gleich dem der am tiefsten liegenden öffnung im Rohr ist

Die versetzte Stellung des kurzen Schenkels 52 ist in Fig.3, bezogen auf einen gestrichelt gezeichneten

is Kreis 59 angedeutet, der die Innenfläche des Einlaßanschlusses 18 bezeichnet

Die Länge des kurzen Schenkels 52 und damit der Abstand der Einlaßöffnung 60 vom Boden des Sammlers kann verändert werden. Wie in den Figuren dargestellt, erstreckt sich der kurze Schenkel beispielsweise bis über die senkrechte Mitte des Sammlers und kann etwa bis zu einem Abstand in der Größe des 2- bis 3fachen des Durchmessers des Einlaßanschlusses 18 von diesem verlängert werden,

Mittels der Erfindung wird außerdem eine sichere Entfernung von angesammeltem öl und/oder flüssigem Kältemittel aus der Kammer möglich, ohne daß eine schubweise Förderung auftritt Fig.2. 5 und 6 zeigen typische Einzelheiten des J-förmigen Rohres 46 mit der Flüssigkeitsrückführöffnung 56, die vier Nasen 64 aufweist Während im vorliegenden Fall vier Nasen 64 dargestellt sind, sind zur zentrischen Anordnung der Außenfläche des Auslasses des J-förmigen Rohres im Auslaßanschluß mindestens drei Nasen erforderlich.

Man erkennt, daß der durch die Höhe der nach innen gerichteten Nasen 64 gebildete Durchmesser einen Festsitz mit dem Auslaßende 62 des J-förmigen Rohres bewirkt, wenn diese beiden entsprechend Fig.5 aneinander angepaßt sind. Dadurch wird eine starre Halterung des oberen Endes des J-förmigen Rohres erzielt, wenn dieses innerhalb des Sammlers befestigt ist Außerdem stellt der Querschnittsbereich zwischen dem äußeren Umfang des Rohres 62 und dem inneren Umfang des Auslaßanschlusses 20 sowie den Nasen 64, der durch den punktierten Bereich 66 bezeichnet ist, einen vorbestimmten Bereich bzw. eine Ringöffnung für austretendes Gas dar, was später erklärt werden wird.

Wird flüssiges Kältemittel oder öl in die Sammlerkammer »gesprüht«, so trifft der überwiegende Teil der

so Tröpfchen entweder auf die Sammlerinnenwände und läuft an ihnen herab oder fällt ohne zu schaden auf den Boden, wo sich die Flüssigkeit sammelt Setzt sich dieser Betrieb über eine längere Zeitspanne fort, so steigt der Flüssigkeitsspiegel bis zu einem Punkt eben unterhalb der Flüssigkeitsrückführöffnung 56. Dann erzeugt der durch das J-förmige Rohr zurückströmende Dampf infolge seiner hohen Strömungsgeschwindigkeit an der öffnung einen Bereich geringen Druckes, und es wird Flüssigkeit angesaugt, durch die öffnung befördert und

mit dem Gas zurückbewegt Die kleine öffnung 56 sowie die öffnungen 70 und 92 dienen als Meßöffnungen, die den Flüssigkeitsstrom in das J-förmige Rohr und zum Kompressor begrenzen.
Während die öffnung so ausgebildet sein kann, daß sie während des Betriebs der Anlage den Eintritt von zu großen Flüssigkeitsmengen in das J-förmige Rohr sicher verhindert, kann sie bei Stillstand der Anlage, wenn kein Dampf durch die Krümmung des J-förmigen

Rohres strömt, nicht das Eintreten von öl und flüssigem Kältemittel in dieses Rohr verhindern. Es kann dann so viel Flüssigkeit durch die öffnung in das Rohr eintreten, daß dessen Krümmungsbereich bzw. Knie vollständig gefüllt wird Dieser Zustand ergibt sich sehr häufig und muß berücksichtigt werden. Wenn das Rohr der einzige Weg für das zum Kompressor zurückkehrende Gas wäre, dann würde durch den gefüllten unteren Bereich des Rohres ein Schub eingeschlossener Flüssigkeit auf einmal zurückgeführt werden, was möglicherweise Schaden am Kompressor hervorrufen würde.

Bisher bekannte Sammler wiesen kleine Belüftungsöffnungen nahe dem oberen Ende der ölrückführrohre auf. um einen Nebenschluß für das Gas zu bilden, wenn das ölrijckführrohr gesperrt und durch den Flüssigkeits- 1 ^r> spiegel abgedichtet war, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Der Grund dafür besteht in einem Druckausgleich in der ganzen Anlage, wenn diese für längere Zeit zum Stillstand kommt, wobei dann das Kältemittel kondensiert und in der Kammer gesammelt wird. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig hoher Sättigungsdruck des Kältemittels an der Ansaugseite, also auch im Sammler. Unmittelbar nach Wiederanlaufen des Kompressors wird die Ansaugleitung auf einen erheblich niedrigeren Druck heruntergepumpt Infolge der in dem ölrückführrohr eingeschlossenen Flüssigkeit bleibt der Druck in Strömungsrichtung vor dem Sammler im wesentlichen gleich, also hoch, während der Druck stromabwärts erheblich verringert wird. Wäre keine eine innere Verbindung bildende Belüftungsöff- 3<i nung zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßanschluß vorhanden, so könnte der hohe Druck hinter der Flüssigkeitsansammlung die Flüssigkeit in einem Schub zum Kompressor befördern. Eine übliche Belüftungsöffnung bildet eine Verbindung zwischen der auf hohem Druck liegenden Seite und dem auf niedrigem Druck liegenden Rohranschluß und erzeugt dadurch einen zeitweisen Nebenschluß über dem ölrückführrohr für das unter Druck stehende Gas, bis der hohe Druck durch Pumpwirkung des Kompressors abgebaut ist Bei einigen bisherigen Anordnungen konnten unter gewissen Bedingungen keine ausreichenden Gasmengen fließen, um den Druck auszugleichen. Dadurch wurde ein Teil der Flüssigkeit im Rohr stromabwärts gepreßt, um zeitweise Platz für das unter hohem Druck stehende Gas zu schaffen.

Durch die Befestigung des J-förmigen Rohres im Auslaßanschluß, wie dies in Fig.5 dargestellt ist wird eine Einstellung der Größe der Belüftung in Abhängigkeit von den übrigen Konstruktionswerten möglich. Um w eine zuverlässige Belüftung sicherzustellen, sollte der Querschnittsbereich 66 des Nebenschlusses eine Größe von 5% bis 50% des gesamten Querschnittes der Saugleitung haben, wobei der wirklich gewählte Nebenschlußquerschnitt von vielen unterschiedlichen Betriebsbedingungen abhängt Es sei darauf hingewiesen, daß es eine Anzahl von Möglichkeiten zur Ausbildung eines geeigneten Belüftungsquerschnittei gibt Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß eine sichere Belüftung unter minimaler Störung des Gasstromes sowohl während des Belüftens als auch insbesondere während des normalen Betriebes erreicht wird, se daß der Druckabfall sehr gering ist Der Bereich kann selbstverständlich bei richtiger Anpassung des Durchmessers des Auslasses 62 des J-förmigen Rohre; bezüglich der inneren Querschnittsfläche des Auslaßan Schlusses 20 und der Höhe der Nasen oder Vorsprünge auf die gewünschten optimalen Bedingungen eingestellt werden.

Ein weiteres Merkmal der Auslaßanschlußanordnung besteht in einem stromlinienförmigen Abschnitt, dei eine Venturi-Wirkung am Auslaßanschluß hervorruft wie dies in der US-PS 34 83 714 erwähnt ist Diese Venturi-Wirkung entsteht bei Beschleunigung des durch den Sammler fließenden Kältemitteldampfes in dem Bereich geringen Querschnittes 66. Durch das mit hohei Geschwindigkeit strömende Gas entsteht am Auslaß 6t des J-förmigen Rohres ein Bereich geringeren Druckes der eine Verdampfung von KältemittelflUssigkeit im Rohr fördert und die Entfernung von öl und/odei flüssigem Kältemittel unterstützt, indem die Flüssigkeil durch Pumpwirkung nach oben durch das Rohi gedrückt wird Durch die stromlinienförmige Ausbildung des Venturi-Bereiches wird ein wirksamere; Pumpen erreicht ohne daß erhöhte Verluste ar kinetischer Energie entstehen, so daß die Kapazitätsverluste der Anlage verringert werden. Eine gute Venturi-Wirkung hängt vom Querschnittsbereich ab durch den das beschleunigte Gas strömen muß. Dahei ist eine richtige Dimensionierung und Formung dei Venturi-Verengung ebenfalls erforderlich. Dies läßt sich wiederum durch den Aufbau des Auslaßanschlusses und des J-förmigen Rohres erreichen. Man erkennt da£ eine optimale Anpassung erforderlich ist, und daß bei dem erfindungsgemäßen Aufbau diese für einer gegebenen Zustand sehr leicht durch entsprechende Ausbildung der Größe des Venturi-Bereichs und des Nebenschlusses erzielt werden kann.

Der vorstehend beschriebene Sammler wurde sehi ausführlich unter unterschiedlichsten und schwerster Bedingungen geprüft Diese Prüfungen zeigten, daß sich bei dem erfindungsgemäßen Sammler ein Druckabfall ergab, der geringer war, als die Hälfte des Druckabfall! bei dem besten zur Zeit auf dem Markt befindlicher Sammler. Die ölrückführversuche waren unter aller Bedingungen gut Flüssigkeitsfüllprüfungen, bei dener flüssiges Kühlmittel vor dem Wiederanlassen de; Sammlers im Inneren der Kammer bis auf unterschiedliche Höhen angesammelt wurden, wurden durchgeführt wobei die Behälter bis zu 80% mit flüssigem Kältemitte gefüllt waren und der Einlaß 56 des J-förmigen Rohre: sich erheblich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befand Beim Wiederanlassen des Kompressors ergab siel keinerlei schubartige Förderung von Flüssigkeit

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsfalle und -sammler, insbesondere zum Schutz des Kompressors in einer Kühlanlage, mit einer Kammer, die durch einen einen Einlaßan- a schluß und einen Auslaßanschluß aufweisenden Deckel verschlossen ist, und in der aufrecht ein J-förmiges Rohr befestigt ist, dessen langer Schenkel mit dem Auslaßanschluß verbunden ist, dessen kurzer Schenkel im Abstand oberhalb de« to Kammerbodens endet und das im Krümmungsbereich des Rohres eine Flüssigkeitsrückführöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze Schenkel (52) des J-förmigen Rohres (46) aus einer senkrecht fluchtenden Lage mit dem Einlaßanschluß (18) herausgebogen ist, und daß zusätzlich zur Flüssigkeitsrückführöffnung (56) im kurzen Schenkel (52) des J-förmigen Rohres (46) weitere öffnungen (70, 92) vorgesehen sind, deren Durchmesser mit der Verringerung ihres Abstandes vom offenen Ende des .I-förmigen Rohres (46) zunimmt

2. Flüssigkeitsfalle und -sammler nach Anspruch l.„ dadurch gekennzeichnet, daß sich der kurze Schenkel (52) des J-förmigen Rohres (46) nach oben bis über die Mitte der Kammer erstreckt

3. Flüssigkeitsfalle und -sammler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der kurze Schenkel (52) des J-förmigen Rohres (46) bis zu einem Abstand des doppelten oder dreifachen! Durchmessers des Einlaßanschlusses (18) von diesem nach oben erstreckt