DE3828514A1 - Verfahren zum betreiben einer kaelteanlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer kaelteanlage

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf, in dem ein Gemisch aus einem Kältemittel und einem Kältemaschinenöl verdichtet, verflüssigt, entspannt, verdampft und anschließend wieder der Verdichtung zugeführt wird.
Kälteanlagen dienen dazu, Wärme aus einem Raum, der auf niedrigem Temperaturniveau gehalten werden soll, an die Umgebung, in der eine höhere Temperatur herrscht, abzugeben. Haupteinsatzgebiet ist die Kühlung von Lebensmitteln, beispielsweise in Kühlmöbeln oder in Kühlräumen. In einem Kältemittelkreislauf wird ein Kältemittel bei niedrigem Druck verdampft, um Wärme bei niedriger Temperatur aufzunehmen, und bei hohem Druck verflüssigt, um bei höherer Temperatur Wärme an die Umgebung abzugeben.
Zwischen Verdampfen und Verflüssigen muß das Kältemittel verdichtet werden. Dazu verwendete Verdichter benötigen ein Kältemaschinenöl als Schmiermittel, um die Reibung zwischen aneinander gleitend bewegten Teilen möglichst niedrig zu halten. Das Kältemaschinenöl sollte im Kältemittel löslich sein, um Ablagerungen innerhalb des Kältemittelkreislaufs zu vermeiden und eine gleichbleibend effektive Schmierung zu gewährleisten. Aus dem Verdichter abgeschiedenes Kältemaschinenöl wird dabei gemeinsam mit dem Kältemittel umgewälzt und wieder dem Verdichter zugeführt.
Beim Betreiben einer Kälteanlage ist es entscheidend, das Verdichten möglichst effektiv durchzuführen, da zum einen der größte Teil der während des Betriebes zugeführten Energie zum Verdichten aufgewendet wird und zum anderen in die Einrichtungen zum Verdichten ein großer Anteil der Kapitalkosten einer Anlage fließt.
Der wichtigste Parameter für die Effektivität des Verdichtungsvorgangs ist die maximal erreichbare Druckerhöhung pro Verdichtungsstufe, durch die auch die für die jeweilige Auslegung der Kälteanlage benötigte Anzahl an Verdichtungsstufen festgelegt wird. Diese Druckdifferenz ist physikalisch an eine Temperaturdifferenz des Kältemittel-Kältemaschinenöl- Gemisches gekoppelt. Der Temperaturbereich, über den sich diese Differenz erstrecken kann, wird durch die Stabilität des Kältemittel-Kältemaschinenöl-Gemisches bestimmt. Die wichtigsten Daten sind dabei die chemische Stabilität des Gemisches bei hohen Temperaturen und die geringer werdende Löslichkeit des Kältemaschinenöls im Kältemittel bzw. Mischungslücken bei niedrigen Temperaturen.
Bei bisher bekannten Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage werden im Kältemittelkreislauf mineralische oder synthetische Kohlenwasserstofföle als Kältemaschinenöl verwendet. Dabei tritt der Nachteil auf, daß durch die begrenzte thermische Stabilität des Kältemittel-Kältemaschinenöl-Gemisches bzw. durch bei tiefen Temperaturen auftretende Mischungslücken die innerhalb einer Verdichtungsstufe erreichbare Druckerhöhung für bestimmte Anwendungszwecke nicht zufriedenstellend ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Effektivität beim Verdichten des Kältemittel- Kältemaschinenöl-Gemisches zu verbessern, insbesondere dadurch, daß eine größere Druckdifferenz pro Verdichtungsstufe erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Kältemaschinenöl Fluorsiloxane mit dem im Anspruch 1 beschriebenen chemischen Aufbau verwendet werden.
Besonders vorteilhafte Eigenschaften weisen Verbindungen mit der allgemeinen Formel
T aM bDF cD d
mit
auf, wenn
a vorzugsweise etwa 3,
b vorzugsweise etwa 5,
c vorzugsweise etwa 5 und
d vorzugsweise etwa 50 beträgt.
Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen oder Ammoniak als Kältemittel.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann innerhalb einer Verdichtungsstufe auf einen besonders hohen Enddruck komprimiert werden, und damit ein günstiger Gesamtwirkungsgrad der Kälteanlage erzielt werden. Dieser Vorteil wird durch eine höhere Verdichtungsendtemperatur erreicht, die durch die hohe thermische Stabilität der Fluorsiloxane ermöglicht wird. Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß sich ein Gemisch aus Ammoniak oder Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) als Kältemittel und den erfindungsgemäß verwendeten Fluorsiloxanen als Kältemaschinenöl auch oberhalb von 150°C chemisch stabil ist. Diese Temperatur wurde bisher als oberste Grenze angesehen, bis zu der beim Betrieb von Kälteanlagen gearbeitet werden kann. Das Hauptproblem bei hohen Temperaturen, die Zersetzung von Kältemittel in Gegenwart von Kältemaschinenöl und metallischen Werkstoffen, tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren nur in stark vermindertem Umfang auf. Die dafür maßgebliche Meßgröße, die Kältemittelumwandlungsrate, ist beispielsweise bei FCKW unter Verwendung von Fluorsiloxanen als Kältemaschinenöl nur etwa 1/8 derjenigen, die bei Verwendung von üblichen Kohlenwasserstoffölen auftritt. Dadurch kann die Verdichtungstemperatur, die bisher je nach verwendetem Kältemittel 120°C (bei R12) bis 150°C (bei R22, R502) nicht überschreiten durfte, bei bis zu 180°C liegen.
Dieser Effekt läßt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auf zweierlei Weisen zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Gesamtprozesses einsetzen. Einerseits läßt sich die Temperatur beim Verflüssigen gegenüber einem üblichen Verfahren mit ansonsten gleichen Parametern erhöhen, wodurch mehr Wärme auf dem hohen Temperaturniveau abgeführt wird. Andererseits kann bei gleichbleibender Verflüssigungstemperatur die Temperatur beim Verdampfen erniedrigt werden, so daß die Kälte auf einem niedrigeren Temperaturniveau zur Verfügung steht. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der beiden Maßnahmen möglich. Bei der Verwendung von mehrstufigen Verdichtern kann unter Umständen die Anzahl der Stufen verringert werden. Bei manchen Anlagen, bei denen bisher R502 als Kältemittel eingesetzt wird, kann statt dessen wesentlich kostengünstigeres R22 verwendet werden.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren bei Verwendung von FCKW- Kältemitteln, beispielsweise R13, R503, R13B1, R502, R500, R22, R12, keine Mischungslücke auftritt, d. h. daß bei allen auftretenden Temperaturen das Kältemittel- Kältemaschinenöl-Gemisch in einer einzigen Phase vorliegt. Diese Beständigkeit der Lösung äußert sich auch darin, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Verölung im Verdampfer auftritt und damit ein sehr guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Dadurch kann der Verdampfer kompakter ausgeführt werden, da Einrichtungen zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche eingebaut werden können.
Weiterhin gewährleisten die verwendeten Fluorsiloxane eine besonders gleichbleibende und zuverlässige Schmierung des Verdichters, da ihre Viskosität nur sehr schwach von der Temperatur abhängt. Dadurch kann bei Kälteanlagen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, auf Kühleinrichtungen wie Öl- oder Zylinderkühler verzichtet und die Oberflächentemperatur von im Verdichter angeordneten Ölheizungen erhöht werden. Zur Erhöhung der Kälteleistung trägt ein sehr geringer Druckabfall zwischen Verdampfen und Verdichten bei.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf, in dem ein Gemisch aus einem Kältemittel und einem Kältemaschinenöl verdichtet, verflüssigt, entspannt, verdampft und anschließend wieder der Verdichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemaschinenöl Fluorsiloxane mit der allgemeinen Formel T aM bDF cD dverwendet werden, wobeiT für Alkyltrisiloxygruppen, insbesondere Methyltrisiloxygruppen,
M für Trialkylmonosiloxygruppen, insbesondere Trimethylsiloxygruppen,
D für Dialkyldisiloxygruppen, insbesondere Dimethyldisiloxygruppen, und
DF für Alkyldisiloxygruppen, insbesondere Methyldisiloxygruppen mit einem fluorierten Rest RF=C nF2n+1-CH₂-CH₂-(n=2-10) stehenund wobeia Werte von 1-5,
b Werte von 3-7,
c Werte von 3-7 und
d Werte von 30 bis 70annehmen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemittel Fluorchlorkohlenwasserstoffe verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemittel Ammoniak verwendet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0626443A1 (de) * 1992-11-27 1994-11-30 Japan Energy Corporation Ammoniakkühlaggregat, arbeitsfluidumzusammensetzung zur verwendung im aggregat und schmierung eines ammoniakkompressor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0626443A1 (de) * 1992-11-27 1994-11-30 Japan Energy Corporation Ammoniakkühlaggregat, arbeitsfluidumzusammensetzung zur verwendung im aggregat und schmierung eines ammoniakkompressor
EP0626443A4 (de) * 1992-11-27 1995-11-15 Japan Energy Corp Ammoniakkühlaggregat, arbeitsfluidumzusammensetzung zur verwendung im aggregat und schmierung eines ammoniakkompressor.

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