DE60109234T2

DE60109234T2 - Kompressionsverfahren zur kryogenischen Kühlung mit einem Mehrkomponenten-Kühlmittel und einem Schmiermittel

Info

Publication number: DE60109234T2
Application number: DE60109234T
Authority: DE
Inventors: Bayram Grand Island Arman; Dante Patrick Grand Island Bonaquist
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2007078343A; ATE290677T1; HUP0102633A2; EP1167903A1; CA2351851A1; AU775902B2; HU0102633D0; DE60109234D1; TW505771B; BR0102616A; PL348346A1; MXPA01006677A; ZA200105360B; JP4787916B2; NO20013246D0; EP1167903B1; JP2002061971A; HUP0102633A3; NO20013246L; CA2351851C

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bereitstellen von Kälte gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-6 041 621 und US-A-5 441 658 bekannt.
Stand der Technik
In einem typischen Kühlsystem wird ein Kältemittelfluid wie z.B. R-12, R-134a oder ein anderes Freonkältemittel komprimiert, zur Erzeugung von Kälte expandiert, und anschließend erwärmt, wodurch Kälte von dem Kältemittel zu einem Kälteempfänger geführt wird. Anschließend wird das erwärmte Kältemittel zu dem Kompressor zurückgeführt und der Kühlzyklus wird wiederholt.
Der in dem Kühlzyklus verwendete Kompressor wird typischerweise mit Öl geschmiert und ein Teil dieses Schmiermittels tritt mit dem komprimierten Kältemittel aus dem Kompressor aus. Im Allgemeinen stellt die Verwendung eines Schmieröls wie z.B. eines Öls auf Polyolester-Basis, das in dem Kältemittel hoch löslich ist, eine gute Praxis dar. Auf diese Weise wird im wesentlichen das gesamte Schmieröl, das zusammen mit dem komprimierten Kältemittel aus dem Kompressor austritt, mit dem umgewälzten erwärmten Kältemittel zu dem Kompressor zurückgeführt. Würde ein signifikanter Anteil des Schmieröls, das aus dem Kompressor austritt, in dem Kühlkreislauf zurückgehalten und nicht zu dem Kompressor zurückgeführt werden, könnte sich in dem Kompressor eine unzureichende Menge an Schmieröl befinden, was zu einem Verlust der Kompressoreffizienz und möglicherweise sogar zu einem Versagen des Kompressors führen könnte.
Sehr niedrige Temperaturpegel bzw. kryogene Kälte werden zunehmend wichtiger, beispielsweise in solchen Gebieten wie der Energieerzeugung, Energieübertragung und in der Elektronik. Jegliche Verbesserung von Kühlsystemen, die das Vermögen zur Erzeugung und Bereitstellung von Kälte bei einer kryogenen Temperatur verbessern würde, wäre daher sehr erwünscht.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe dieser Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten Systems für die Erzeugung und Bereitstellung von Kälte bei einer kryogenen Temperatur.
Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Aufgabe ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Kälte gemäß Anspruch 1.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "indirekter Wärmeaustausch" das Verbringen von zwei Fluiden in eine Wärmeaustauschbeziehung ohne jeglichen physikalischen Kontakt oder ein Vermischen der Fluide miteinander.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Expansion" die Bewirkung einer Druckreduktion.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Kältemittel mit variabler Last" ein mehrkomponentiges Kältemittel, d.h. ein Gemisch aus zwei oder mehreren Komponenten in solchen Anteilen, dass die Flüssigphase dieser Komponenten eine kontinuierliche und zunehmende Temperaturveränderung zwischen dem Blasenpunkt und dem Taupunkt des Gemisches durchläuft. Der Blasenpunkt des Gemisches ist diejenige Temperatur bei einem gegebenen Druck, wo sich das Gemisch vollständig in der Flüssigphase befindet, eine Zufuhr von Wärme jedoch die Ausbildung einer Dampfphase auslöst, die sich im Gleichgewicht mit der Flüssigphase befindet. Der Taupunkt des Gemisches ist diejenige Temperatur bei einem gegebenen Druck, wo sich das Gemisch vollständig in der Dampfphase befindet, eine Extraktion von Wärme jedoch die Ausbildung einer Flüssigphase auslöst, die sich im Gleichgewicht mit der Dampfphase befindet. Somit ist der Temperaturbereich zwischen dem Blasenpunkt und dem Taupunkt des Gemisches derjenige Bereich, in dem sowohl die Flüssig- wie die Dampfphasen im Gleichgewicht koexistieren. In der Praxis dieser Erfindung betragen die Temperaturunterschiede zwischen dem Blasenpunkt und dem Taupunkt für das mehrkomponentige Kältemittelfluid im Allgemeinen mindestens 10°C, vorzugsweise mindestens 20°C und am bevorzugtesten mindestens 50°C.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "atmosphärisches Gas" einen der folgenden Stoffe: Stickstoff (N₂), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Neon (Ne), Kohlendioxid (CO₂), Distickstoffoxid (N₂O), Sauerstoff (O₂) und Helium (He).
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Kompressor" eine Vorrichtung, die den Druck eines Gases erhöht.
Wie hier verwendet ist der Begriff "geschmiert" für eine derartige Vorrichtung charakteristisch, bei der eine Substanz Reibung, Wärme und Verschleiß verringern kann und als ein Film zwischen festen Oberflächen der Vorrichtung vorgesehen wird.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Polyalphaolefin" ein lineares Alphaolefin mit sechs oder mehr Kohlenstoffatomen.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Öl auf Polyalphaolefin-Basis" einen Ölansatz unter Verwendung von einem oder mehreren Polyalphaolefinspezies in seinem Trägermaterial.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "mischbar" löslich, wenn auf die Interaktion von Dampf- und Flüssigphasen Bezug genommen wird, und er bedeutet mischbar, wenn auf die Interaktion von zwei Flüssigkeiten Bezug genommen wird.
Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff "Mischbarkeit" Löslichkeit, wenn auf die Interaktion von Dampf- und Flüssigphasen Bezug genommen wird, und er bedeutet Mischbarkeit, wenn auf die Interaktion von zwei Flüssigkeiten Bezug genommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung, in der die Erfindung angewendet werden kann.
Ausführliche Beschreibung
Im Allgemeinen weist die Erfindung die Verwendung eines mehrkomponentigen Kältemittels zur Erzeugung von Kälte bei einer kryogenen Temperatur, d.h. einer Temperatur von weniger als 220 K, und die Verwendung eines Kompressors zum Verdichten dieses Kältemittels auf, der mit einem Öl auf Polyalphaolefin-Basis geschmiert wird. Dieses Öl verfügt über eine sehr geringe Mischbarkeit mit dem Kältemittel, sodass im wesentlichen das gesamte Schmieröl, das mit dem komprimierten Kältemittel aus dem Kompressor austritt, relativ einfach von dem Kältemittel getrennt werden kann, bevor das Kältemittel in den kryogenen Temperaturabschnitt des Kühlzyklus eintritt. Auf diese Weise wird ein Gefrieren des Schmieröls innerhalb des Kühlzyklus vermieden, was andernfalls aufträte, wenn das Schmieröl mit dem Kältemittel vermischt werden würde. Das Schmieröl, das von dem mehrkomponentigen Kältemittel stromauf von dem kryogenen Temperaturabschnitt abgetrennt wird, wird getrennt von dem Kältemittel zu dem Kompressor zurückgeführt.
Die begrenzte Mischbarkeit des Kältemittels (eine geringe Mischbarkeit der Flüssigphase entspricht üblicherweise einer geringen Löslichkeit zwischen Dampf und Flüssigkeit) mit dem Schmiermittel fördert weiterhin eine höhere Wirksamkeit von Schraubenkompressoren, da es die begrenzte Löslichkeit des Kältemittels in Öl verhindert, dass das Kältemittel von dem Auslass vorbei- und zu der Ansaugung geleitet wird. Zusätzlich wird ein Vorbeileiten von Kältemittel durch eine Zirkulation mit Öl verringert bzw. beseitigt. Ebenfalls ist es erwünscht, dass in den Wärmetauschern kein Öl vorliegt, damit sich die Wirksamkeit des Wärmeaustausches nicht über die Zeit hinweg verschlechtert. Im Wesentlichen existieren zwei Mechanismen, durch die Öl transportiert werden könnte: (1) als kleine Aerosoltröpfchen und (2) als Dampf aufgrund seines Dampfdrucks. Das bevorzugte Schmiermittel verfügt über nahezu keinen Dampfdruck, sodass in dem Kältemitteldampf keine signifikante Menge an Schmiermittel vorliegt. Das bevorzugte Schmiermittel weist eine sehr hohe Reinheit auf, d.h. es verfügt nur über sehr wenige Verunreinigungen in kleinen Mengen.
Die Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden. Nun auf die Figur Bezug nehmend wird ein mehrkomponentiges Kältemittelfluid 1 zu einem Kompressor 10 geleitet, wo es auf einen Druck komprimiert wird, der im Allgemeinen in dem Bereich von 3,45·10⁵ bis 68,94·10⁵ Pa (50 bis 1000 pound pro Quadratinch absolut (psia)) liegt. Das mehrkomponentige Kältemittel 1 weist vorzugsweise mindestens zwei Komponenten aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Chlorfluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern, Hydrofluorethern, atmosphärischen Gasen und Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe auf. Vorzugsweise ist das in der Praxis dieser Erfindung nützliche mehrkomponentige Kältemittel ein Kältemittel mit variabler Last.
Das in der Praxis dieser Erfindung nützliche mehrkomponentige Kältemittel weist vorzugsweise mindestens eine Komponente aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern und Hydrofluorethern bestehenden Gruppe sowie mindestens eine Komponente aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Chlorfluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern, Hydrofluorethern, atmosphärischen Gasen und Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel weist mindestens zwei Komponenten aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern und Hydrofluorethern bestehenden Gruppe und mindestens eine Komponente aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Chlorfluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern, Hydrofluorethern, atmosphärischen Gasen und Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel weist mindestens einen Fluorkohlenstoff und mindestens eine Komponente aus der aus Fluorkohlenwasserstoffen und atmosphärischen Gasen bestehenden Gruppe auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel weist mindestens einen Fluorkohlenwasserstoff und mindestens ein atmosphärisches Gas auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel weist mindestens drei Komponenten aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern und Hydrofluorethern bestehenden Gruppe und mindestens eine Komponente aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Chlorfluorkohlenwasserstoffen; Fluorethern, Hydrofluorethern, Kohlenwasserstoffen und atmosphärischen Gasen bestehenden Gruppe auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel weist mindestens zwei Komponenten aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern und Hydrofluorethern bestehenden Gruppe und mindestens ein atmosphärisches Gas auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel weist mindestens zwei Komponenten aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern und Hydrofluorethern bestehenden Gruppe auf, sowie mindestens ein atmosphärisches Gas und mindestens eine Komponente aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Chlorfluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern, Hydrofluorethern, Kohlenwasserstoffen und atmosphärischen Gasen bestehenden Gruppe auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel weist mindestens zwei Komponenten aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern und Hydrofluorethern bestehenden Gruppe und mindestens zwei atmosphärische Gase auf.
Ein weiteres bevorzugtes und in dieser Erfindung nützliches mehrkomponentiges Kältemittel beinhaltet mindestens ein Fluorether, d.h. es weist mindestens einen Fluorether und mindestens eine Komponente aus der aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern, Hydrofluorethern, Chlorfluorkohlenwasserstoffen, Kohlenwasserstoffen und atmosphärischen Gasen bestehenden Gruppe auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mehrkomponentige Kältemittel ausschließlich aus Fluorkohlenstoffen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mehrkomponentige Kältemittel ausschließlich aus Fluorkohlenstoffen und Fluorkohlenwasserstoffen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mehrkomponentige Kältemittel ausschließlich aus Fluorethern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mehrkomponentige Kältemittel ausschließlich aus Fluorethern und Hydrofluorethern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mehrkomponentige Kältemittel ausschließlich aus Fluorkohlenstoffen, Fluorkohlenwasserstoffen, Fluorethern und Hydrofluorethern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mehrkomponentige Kältemittel ausschließlich aus Fluorkohlenstoffen, Fluorethern und atmosphärischen Gasen. Am bevorzugtesten ist jede Komponente des mehrkomponentigen Kältemittels entweder ein Fluorkohlenstoff ein Fluorkohlenwasserstoff ein Fluorether, ein Hydrofluorether oder ein atmosphärisches Gas.
Ein zur Verwendung in der Praxis dieser Erfindung besonders bevorzugtes mehrkomponentiges Kältemittel weist etwa 12 Molprozent Dichlortrifluorethan, etwa 36 Molprozent Pentafluorethan, etwa 39 Molprozent Tetrafluormethan und etwa 13 Molprozent Stickstoff auf.
Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass das in der Praxis dieser Erfindung nützliche mehrkomponentige Kältemittel eine oder mehrere Komponenten aus der aus Dichlortrifluorethan, Pentafluorethan, Tetra fluormethan, Stickstoff, Perfluorbutoxy-methan, Decafluorpentan, Dichlorpentafluorpropan, Perfluorpropoxymethan, Dichlorfluorethan, Pentafluorpropan, Hexafluorpropan, Hexafluorbutan, Pentafluorbutan, Tetrafluorethan, Ammoniak, Pentafluorethan, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorpentan, Perfluorhexan, Difluormethan, Perfluorethan, Trifluormethan, Tetrafluormethan, Chlortetrafluorethan, Argon, Neon, Helium, Kohlendioxid und Distickstoffoxid bestehenden Gruppe aufweist.
Der Kompressor 10 wird mit einem Öl auf Polyalphaolefin-Basis geschmiert. Bevorzugte Polyolefine, die in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden können, weisen die Formel C_nH_2n+2 auf, wobei n zwischen 10 und 120 sein kann. Beispiele beinhalten C₂₀H₄₂, C₃₀H₆₂, C₄H₈₂, C₅₀H₁₀₂, C₆₀H₁₂₂, und C₇₀H₁₄₂.
Die Löslichkeit eines Gases ist eine Funktion der Temperatur, des Drucks, des Dipolmoments und der Natur der Wechselwirkung zwischen dem Lösungsmittel und dem Lösungsprodukt. Die Löslichkeit eines Gases kann gesteigert werden, wenn eine Lewis-Säure-Base-Interaktion, eine spezifische chemische Interaktion zwischen Quadrupolmomenten, oder eine Wasserstoffbindung vorliegt. Ebenso nimmt die Löslichkeit mit der Mischbarkeit der Flüssigphase zu. Ein Polyalphaolefin ist ein geradkettiger gesättigter Kohlenwasserstoff, der nichtpolar ist und im Allgemeinen einen neutralen Säuregrad aufweist. Ebenfalls sind die Komponenten der bevorzugten Kältemittelgemische nichtpolar oder verfügen über eine nur geringe Polarität. Ihre Löslichkeit wird durch Interaktionen zwischen dem Lösungsprodukt und dem Lösungsmittel nicht erhöht werden und infolgedessen wird die Konzentration dieser Komponenten in der Ölphase sehr gering ausfallen, d.h. typischerweise weniger als ein 1% betragen, wobei sie auch weniger als 300 ppm betragen kann. Eine nur geringe oder gar keine Konzentration von Kältemitteln in dem Öl (1) minimiert die Ölnebelausbildung des Kompressorauslasses, (2) ermöglicht die Ausbildung größerer Öltröpfchen an dem Kompressorauslass, (3) ermöglicht eine bessere mechanische Abtrennung aufgrund der höheren Aerosolgrößen, und (4) erhöht die Koaleszenzrate der Tröpfchen, da die Tröpfchen nicht aufbrechen.
Die Komponenten des mehrkomponentigen Kältemittels und des/der jeweiligen Polyalphaolefins(e), die in dem Schmieröl verwendet werden, werden derart ausgewählt, dass die Mischbarkeit des Öls in dem Kältemittel 500 ppm nicht überschreitet.
Das mehrkomponentige Kältemittel und das Schmieröl werden zusammen in dem ölgefluteten Kompressor 10 komprimiert und treten aus dem Kompressor 10 als ein komprimiertes Kältemittel-Öl-Fluid 2 aus, das im Allgemeinen von etwa 10 bis 20 Gew.-% Öl aufweist. Das Kältemittel-Öl-Fluid 2 wird in einen Rohölseparator 20 eingeleitet, der ein Schwerkraft-Absetztank oder ein Zyklon-Separator ist. In dem Separator 20 wird aufgrund der sehr niedrigen Mischbarkeit des Öls in dem Kältemittel der größte Anteil des Öls in dem Kältemittel-Öl-Fluid 2 von dem Fluid abgetrennt, in einem Strom 3 aus dem Separator 20 herausgeleitet, und in einem Schmierölumwälzstrom 4 zurück zu dem Kompressor 10 geführt.
Ein an Öl abgereicherter Kältemittelfluidstrom 5, der im Allgemeinen etwa 0,01 bis 5 Gew.-% und typischerweise etwa 1 Gew.-% Schmieröl aufweist, wird von dem Separator 20 zu einem Grobkoaleszenzfilter 25 geführt, wo der Ölgehalt auf einen Bereich von 50 bis 100.000 Teilen pro Milliarde (ppb) verringert wird, wobei der Bereich im Allgemeinen etwa 7500 ppb beträgt, und anschließend wird dieser Strom in einem Strom 6 zu einem Feinkoaleszenzfilter 26 geleitet, wo der Ölgehalt auf weniger als 5 ppb verringert wird; und wobei die mechanischen Koaleszenzfilter 25 und 26 arbeiten, indem sie die Aerosolölteilchen aufnehmen und zur Ausbildung größerer Öltröpfchen innerhalb eines Filterelements nieder schlagen. Da das Öl über eine höhere Dichte als diejenige des mehrkomponentigen Kältemittels verfügt, das in dieser Stufe in der Dampfphase vorliegt, sinkt das Öl per Gravitation nach unten, wenn die Öltröpfchen größer werden. Die Öltröpfchen werden von dem mehrkomponentigen Kältemitteldampf abgetrennt und zu dem Kompressor zurückgeführt. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird Schmieröl von dem Koaleszenzfiltersystem 25 in einem Strom 7 und von dem Koaleszenzfiltersystem 26 in einem Strom 8 abgezogen und miteinander kombiniert, um einen Strom 9 auszubilden, der in einem Umwälzstrom 4 zwecks Rückführung zu dem Kompressor 10 geleitet wird. Das Schmieröl kann zu dem Kompressor durch eine interne Schwimmerventilbaugruppe zurückgeführt werden. Andere Verfahren zum Rückführen des Öls beinhalten die Verwendung einer festen Öffnung oder Einfangvorrichtung zwischen der Ölauslassverbindung und dem Kurbelgehäuse des Kompressors. Die Ölrückführung kann mit einem Magnetventil und einem Zeitgeber oder mit einem Magnetventil und einem Niveauschalter elektronisch gesteuert werden. Auf Wunsch kann/können einer oder mehrere zusätzliche Koaleszenzfilter benutzt werden, um den Ölgehalt des mehrkomponentigen Kältemittelfluids weiter zu verringern, obgleich jeder zusätzlich verwendete Filter den Druckabfall des Systems erhöht.
Der mehrkomponentige Kältemitteldampf, der im wesentlichen kein Öl enthält, wird in einem Strom 11 zu einem Nachkühler 30 geführt, wo die Kompressionswärme durch indirekten Wärmeaustausch mit Kühlfluid abgeführt wird, um einen komprimierten mehrkomponentigen Kältemittelstrom 12 auszubilden. Wenn in dem Strom 12 ein gewisses Maß an Kompensation auftritt, wird er zu einem Dampf-Flüssigkeits-Separator 40 geführt. Der zweiphasige Strom 12 wird in Flüssigkeits- und Dampfteile getrennt, die zu dem Wärmetauscher üblicherweise unter Verwendung von getrennten Sammelrohren eingeleitet werden, um für eine gleichförmige Verteilung über den unterschiedlichen Rohren oder Durchlässen zu sorgen. In einigen Wärmetauscherkonfigurationen und Betriebsbedingungen muss der Separator 40 nicht erforderlich sein und der Strom 12 kann direkt in den Wärmetauscher 50 eingeleitet werden.
Mehrkomponentiges Kältemittel wird dem Wärmetauscher 50 zugeführt und dort mittels indirektem Wärmeaustausch mit sich erwärmendem mehrkomponentigem Kältemittel gekühlt, was nachstehend erläutert werden wird, um gekühltes mehrkomponentiges Kältemittel in einem Strom 31 auszubilden, der im Allgemeinen eine Temperatur in dem Bereich von 250 K bis 80 K aufweist. Anschließend wird das mehrkomponentige Kältemittel 31 zu einer Expansionsvorrichtung wie z.B. zu einem Joule-Thomson-Expansionsventil 45 geleitet, wo es zur Erzeugung von Kälte expandiert wird, was zu einem Kälte führenden mehrkomponentigen Kältemittelstrom 32 mit einem im Allgemeinen in dem Bereich von 10 bis 200 psia liegenden Druck und einer Temperatur von weniger als 220 K führt, die im Allgemeinen jedoch in dem Bereich von 80 bis etwa 220 K liegt. Sollte die Expansion des Stroms 31 zu einer Kondensation eines Teils dieses Stroms führen, kann der Strom 32 in dem Dampf-Flüssigkeits-Separator 41 wie in der Zeichnung dargestellt verarbeitet werden.
Das Kälte führende mehrkomponentige Kältemittel, das bei einer kryogenen Temperatur vorliegt, wird zu dem Wärmetauscher 50 geleitet, wo es erwärmt wird, um die Kühlung des mehrkomponentigen Kältemittels zu bewerkstelligen, wie zuvor beschrieben, und ebenfalls, um einem Kälte aufnehmenden Objekt Kälte bereitzustellen. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Kälte aufnehmende Objekt Fluid in einem Strom 51, der mittels indirektem Wärmeaustausch mit dem sich erwärmenden mehrkomponentigen Kältemittel gekühlt, verflüssigt und/oder unterkühlt wird. Die Bereitstellung der Kälte von dem mehrkomponentigen Kältemittel zu dem Kälte aufnehmenden Objekt könnte durch die Verwendung des gleichen Wärmetauschers, der zur Abkühlung des mehrkomponentigen Kältemittels vor seiner Expansion benutzt wird, erfolgen, was in der Zeichnung dargestellt ist, oder sie könnte durch die Verwendung einer unterschiedlichen Wärmetauscheranordnung erfolgen. Andere Kälte aufnehmende Objekte, die Kälte von dem sich erwärmenden mehrkomponentigen Kältemittel aufnehmen könnten, beinhalten die Atmosphäre eines Kühl- oder Gefriersystems, sowie feste Strukturen wie z.B. Wände oder Gestelle.
Das aus dem Wärmetauscher 50 austretende resultierende erwärmte mehrkomponentige Kältemittel wird in einem Strom 52 zu einem Druckausgleichbehälter 46 geführt, der sicherstellt, dass keine Flüssigkeit in den Kompressor eintritt, und von dem Druckausgleichbehälter 46 wird der Strom als Strom 1 in den Kompressor 10 geleitet, womit der Kühlzyklus von neuem beginnt.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Kälte, wobei ein Kältemittelfluid (1) komprimiert wird, expandiert wird, um Kälte zu erzeugen, und anschließend erwärmt wird, um einem Kälte aufnehmenden Objekt (51) Kälte zuzuführen, wobei im Zuge des Verfahrens: (A) ein mehrkomponentiges Kältemittel als das Kältemittelfluid verwendet wird; (B) das mehrkomponentige Kältemittel unter Verwendung eines Kompressors (10) komprimiert wird, der unter Verwendung eines Öls geschmiert wird; und (C) die Kälte bei einer Temperatur von weniger als 220 K bereitgestellt wird; wobei Öl (3, 4, 7, 8, 9) von dem komprimierten mehrkomponentigen Kältemittel (2, 5, 6) getrennt wird, bevor das mehrkomponentige Kältemittel (31) expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl ein Öl auf Polyalphaolefin-Basis ist und das abgetrennte Öl (3, 4, 7, 8, 9) separat von dem mehrkomponentigen Kältemittel (52) zu dem Kompressor (10) geleitet wird, wobei das Öl eine Mischbarkeit in dem Kältemittel aufweist, die 500 ppm nicht übersteigt, und wobei das Öl von dem Kältemittel mittels eines Schwerkraft-Absetztanks (20) oder eines Zyklon-Separators (20), gefolgt von einem Grobkoaleszenzfilter (25) und anschließend einem Feinkoaleszenzfilter (26), getrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das sich erwärmende mehrkomponentige Kältemittel (52) ferner Kälte bereitstellt, um das komprimierte mehrkomponentige Kältemittel (31) zu kühlen, bevor das mehrkomponentige Kältemittel expandiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das mehrkomponentige Kältemittel (1) mindestens zwei Komponenten aufweist, die aus der aus Fluorkohlenwasserstoffen, Hydrofluorkohlenwasserstoffen, Hydrochlorfluorwasserstoffen, Fluorethern, Hydrofluorethern, atmosphärischen Gasen und Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das mehrkomponentige Kältemittel (1) ausschließlich aus Fluorkohlenwasserstoffen besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das mehrkomponentige Kältemittel (1) ausschließlich aus Hydrofluorethern besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das mehrkomponentige Kältemittel (1) mindestens ein atmosphärisches Gas aufweist.