DE69629461T2

DE69629461T2 - Selbstreinigendes tieftemperaturkühlsystem

Info

Publication number: DE69629461T2
Application number: DE69629461T
Authority: DE
Inventors: A. William LITTLE
Original assignee: MMR Technologies Inc Mountain View; MMR Technologies Inc
Current assignee: MMR Technologies Inc Mountain View; MMR Technologies Inc
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: EP0820569B1; US5617739A; JP2005114354A; KR19980703402A; EP0820569A1; DE69629461D1; JP3686421B2; WO1996030695A1; EP0820569A4; KR100400535B1; JPH11503220A; JP3939725B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Tieftemperaturkühlsysteme mit geschlossenem Kreislauf, die Mehrkomponentenmischgaskältemittel und Öl geschmierte Kompressoren verwenden. Insbesondere betrifft sie Vorrichtungen und Verfahren zum Trennen von Öl und anderen Verunreinigungen aus den Betriebsfluiden in diesen Systemen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kühlsysteme zum Erzielen von Temperaturen von bis zu –40°C, wie beispielsweise jene, die in Haushaltskühlschränken und Tiefkühltruhen verwendet werden, werden basierend auf einem Dampfkompressionskreislauf betrieben. Im ersten Schritt dieses Kreislaufs wird ein Niederdruckkältemitteldampf mit Hilfe eines einfachen Öl geschmierten Kompressors, wie beispielsweise eines Drehschieberkompressors oder eines Kolbenkompressors, komprimiert. Der warme komprimierte Dampf tritt daraufhin in einen Luft gekühlten Kondensator ein, in dem er Wärme abgibt und kondensiert. Das kondensierte flüssige Kältemittel, das etwas darin gelöstes Öl mit sich führt, wird durch ein dünnes Kapillarröhrchen, eine Drossel oder eine Verengung in eine größere Kammer mit einem niedrigeren Druck geleitet, in der es verdampft und Wärme aufnimmt. Der Niederdruckkältemitteldampf und das Öl werden daraufhin zum Einlass des Kompressors zurückgeführt, womit der Kreislauf geschlossen ist.
Niedrigere Temperaturen bis in den Bereich von –50°C bis –100°C können durch Hintereinanderschalten von zwei Dampfkompressionskreislaufkühlsystemen erreicht werden. Das erste System kühlt, wie oben beschrieben, bis in den Bereich von –20°C bis –40°C, während das zweite System unter Verwendung eines Kältemittels mit niedrigem Siedepunkt weiter bis in den Bereich von –50°C bis –100°C kühlt. Damit solche hintereinandergeschalteten Kühlgeräte kontinuierlich betrieben werden können, muss die Ölkonzentration in dem Kältemittel mit niedrigem Siedepunkt niedrig genug gehalten werden, so dass es gelöst bleibt, damit die Niedertemperaturkapillare nicht verstopft und der Kältemittelfluss nicht blockiert wird. Obwohl mit diesen Verfahren Temperaturen unterhalb von –100°C erreicht werden können, weisen derartige hintereinandergeschaltete Kühlsysteme bei diesen niedrigeren Temperaturen Verstopfungsprobleme auf. Des Weiteren müssen entweder zusätzliche Kühlkreisläufe oder Kompressoren mit höheren Drücken verwendet werden, was beides die Kosten und die Komplexität des Kühlgeräts erhöht.
Temperaturen bis in den Bereich von –100°C bis –200°C wurden ebenfalls unter Verwendung eines einzelnen Kältemittelstroms mit einem Gemisch aus mehreren Kältemitteln, die unterschiedliche Siedepunkte aufweisen, erreicht. Bei diesem Kühlverfahren komprimiert ein einfacher Kompressor das Kältemittelgemisch, von dem ein Teil kondensiert, wenn es mit Hilfe eines luftgekühlten Kondensators auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Der flüssige Anteil wird daraufhin in einem Flüssigkeit-Dampf-Separator von dem Dampfanteil getrennt und dehnt sich durch ein Kapillarrohr aus, wodurch es verdampft und abkühlt. Die verdampfte Flüssigkeit strömt durch einen Wärmetauscher, in dem sie den Dampf kühlt, der vom Separator kommt, und strömt daraufhin zurück zum Kompressor. Während der Dampf, der vom Separator kommt, im Wärmetauscher gekühlt wird, verdampft ein Anteil desselben. Dieser verdampfte Anteil wird daraufhin von dem restlichen Dampfanteil getrennt, verdampft und wie zuvor zum weiteren Kühlen des restlichen Dampfanteils verwendet. Es werden mehrere dieser Stufen der Flüssigkeit-Dampf-Trennung und des Gegenstromwärmeaustausches verwendet, um die niedrigste Kühltemperatur zu erreichen.
Bei diesem Kühlsystemtyp ist das Öl vom Kompressor in der Flüssigkeitsfraktion des ersten Flüssigkeit-Dampf-Separators stark konzentriert und wird über den ersten Gegenstromwärmetauscher zum Kompressor zurückgeführt. Des Weiteren werden die Komponenten des Gemisches mit einem höheren Siedepunkt nach und nach aus dem Kältemittelstrom entfernt, während dieser die Stufen zur Stufe mit der niedrigsten Temperatur durchläuft, was bedeutet, dass diese Komponenten aus dem Strom entfernt werden, bevor sie in den Kapillarröhrchen mit der niedrigeren Temperatur gefrieren und das System verstopfen können. Dieses Kühlverfahren stellt jedoch kein effektives Mittel zur Reinigung des Kältemittelstroms von allen Verunreinigungen mit hoher relativer Molekülmasse bereit, die die Strömung bei niedrigen Temperaturen blockieren können.
Des Weiteren erhöhen die Phasenseparatoren die Kosten und die Komplexität des Kühlsystems.
Die Prinzipien dieser Einstrommischkältemittelsysteme wurden erstmalig von A. P. Kleemenko, „One Flow Cascade Cycle", Proceedings of the Xth International Congress on Refrigeration, Copenhagen, 1, 34–39, (1959), Pergamon Press, London, beschrieben. Danach wurden sie in Texten über Tieftemperaturkühlsysteme, wie beispielsweise in „Theory and Design of Cryogenic Systems", von A. Arkjarov, I. Marfenina und Ye. Mikulin, Mir Publishers, Moskau (1981), beschrieben. Eine wichtige Verbesserung des Kreislaufs wurde von D. J. Missimer in U.S.-Patent Nr. 3,768,273, ausgegeben im Jahr 1973, beschrieben. Missimer erreichte einen stabileren Betrieb bei niedrigerem Druck, indem er in jeder Stufe anstelle einer kompletten Flüssigkeit-Dampf-Trennung nur eine teilweise Trennung vornahm. Jedoch weist Missimers Verbesserung dieses Kühlsystemtyps aufgrund der Verunreinigungen mit hoher relativer Molekülmasse im Kältemittelstrom nach wie vor Verstopfungsprobleme bei Tieftemperaturen auf und erfordert nach wie vor die Verwendung mehrerer Phasenseparatoren.
Andere Autoren haben die Verwendung von Mischgaskältemitteln beschrieben, um Tieftemperaturen ohne die Verwendung von teuren Phasenseparatoren zu erreichen. Am beachtenswertesten sind die Kältemittelgemische, die eine Mischung aus Stickstoff und einigen der leichteren Kohlenstoffgase, wie beispielsweise Methan, Ethan, Propan und Isobutan, enthalten. Ähnliche Gemische, die zusätzlich einige der Freone enthalten, wurden von Alfeev, Brodyansky, Yagodin, Nikolsky & Ivantsov, Britisches Patent Nr. 1,336,892 (1973); W. A. Little, Proceedings of the 5th Cryocooler Conference, Monterey, (1988); W. A. Little, Advances in Cryogenic Engineering, 1305–1314 (1990); C. K. Chan, Proceedings of Interagency Cryocooler Meeting on Cryocoolers, S. 121 (1988); und R. Longsworth, U.S.-Patent Nr. 5,337,572 (1994) beschrieben.
Wie Chan und Little angemerkt haben, hat die Erfahrung gezeigt, dass obwohl ein Kühlsystem, das diese Kältemittelgemische verwendet, Tieftemperaturen ohne die Verwendung von Phasenseparatoren erreichen kann, eine fortwährende Kühlung bei diesen Temperaturen nur erreicht werden kann, wenn der Gasstrom von den kondensierungsfähigen Verunreinigungen gereinigt wird. Vorliegende Verfahren zur Reinigung des Betriebsfluids von Ölrückständen, Verunreinigungen und Wasserdampf umfassen die Integration von Filtern (z. B. ein Molekularsieb oder eine Reihe von Aktivkohleabsorptionsfiltern) in die Hochdruckleitung oder in Druckschwankungs-Dualadsorptionskolonnen. Diese Filter sind jedoch teuer und erhöhen die Komplexität des Systems. Des Weiteren vergrößern sie das Volumen des Kühlsystems wesentlich, was Kühlsysteme zur Folge hat, die groß und sperrig sind und Inbetriebnahmeprobleme aufweisen.
Verunreinigungen, die eine Verstopfung der Kapillarröhrchen oder der Expansionsventile verursachen können, werden in zwei allgemeine Klassen unterteilt. Die erste Klasse von Verunreinigungen umfasst das Restöl, das in dem Strom verbleibt, nachdem dieser den Ölseparator durchlaufen hat. Dieses Restöl kann bei den niedrigsten Temperaturen aus der Kältemittellösung ausscheiden und eine Verstopfung verursachen. Die zweite Klasse von Verunreinigungen umfasst Produkte aus Reaktionen zwischen dem Öl und den Kältemitteln sowie Rückstände mit hoher relativer Molekülmasse, die mit der Zeit aus den verschieden Quellen im Kompressor, wie beispielsweise der Kabelisolierung, dem Schmiermittel, das zum Wickeln des Drahts verwendet wurde, Kunststoffisolierungen, Gussteilen, dem Öl und dem Kompressorgehäuse, entzogen wurden. Obwohl ein einfacher Zyklonölseparator einen Großteil des mitgeführten Öls aus dem heißen Dampf, der aus dem Kompressor kommt, entfernen kann, ist er bei der Beseitigung der komplexeren Rückstände der zweiten Klasse von Verunreinigungen ineffektiv.
AUFGABEN UND VORTEILE DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf das oben Genannte besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein einfaches und kostengünstiges Kühlsystem zu schaffen, das fortwährend bei Tieftemperaturen betrieben werden kann, ohne zu verstopfen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Mittel zu schaffen, mit dem das Betriebsfluid eines Mischkältemitteltieftemperaturkühlgeräts fortwährend sowohl von Verunreinigungen mit hoher als auch mit niedriger relativer Molekülmasse gereinigt werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches Mittel zu schaffen, das einfach und kostengünstig ist, keine beweglichen Teile enthält und das Volumen des Kühlsystems nicht bedeutend vergrößert. Weitere Aufgaben und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst ein neuartiges Verfahren zum Trennen von Restverunreinigungen aus einem Kältemittelstrom. Es basiert auf der Tatsache, dass die Verunreinigungen in der Flüssigkeitsfraktion im Allgemeinen löslicher sind als in der Dampffraktion. Um diese Tatsache wirksam auf die Trennung anzuwenden, müssen die Flüssigkeitsfraktion und die Dampffraktion jedoch zueinander im Gleichgewicht gehalten werden, so dass eine wirksame Trennung zwischen den beiden Phasen stattfinden kann. Die vorliegende Erfindung erreicht dieses Gleichgewicht durch die Verwendung einer Miniaturfraktionierungskolonne, die eine Packung enthält, die dem Dampf einen großen Oberflächenbereich bietet. Diese Kolonne wird in die Hochdruckleitung, die vom Kompressor kommt, hinter dem luftgekühlten Kondensator eingesetzt, und wird von einer rückkehrenden Niederdruckdampfströmung vom Gegenstromwärmetauscher gekühlt. Wenn der Dampf durch die Kolonne aufwärts strömt, bildet sich an diesen gekühlten Plättchen ein Kondensat, das durch die Kolonne hindurch hinuntergewaschen wird. Folglich werden die Restverunreinigungen, die in dem flüssigen Kondensat löslicher sind als in dem Dampf, von der Dampffraktion getrennt, im unteren Teil der Kolonne gesammelt und weggewaschen. Die Einzelheiten dieses Verfahrens werden aus dem unten beschriebenen Kühlsystem deutlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines selbstreinigenden Kühlsystems gemäß der Erfindung.
2 ist ein Querschnitt einer Fraktionierungskolonne und eines Flüssigkeit-Dampf-Separators gemäß der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 1 gezeigt. Durch das System zirkuliert ein Kältemittelgemisch, das aus 8% Propan, 8% n-Butan, 12% Argon, 7% Stickstoff, 18,5% R14, 14,5% R134a, 17,5% R23 und 14,5% R123 besteht. Andere Kältemittelgemische unterschiedlicher Zusammensetzung, wie beispielsweise die Gemische, die von Missimer, Alfeev et al., Longsworth, Little und anderen beschrieben wurden, können ebenfalls verwendet werden. Ein einfacher Öl geschmierter Kompressor 12 verdichtet einen Niederdruckrückkehrstrom des Gemisches auf einen Druck von etwa 17 Bar. Dieser Kompressor kann beispielsweise ein herkömmlicher Kolbenkompressor oder ein Drehschieberkompressor sein. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet einen Danfoss FF8.5GX Kompressor mit einem Hubraum von 8 cm³, der bei 60 Hz (3600 U/min) betrieben wird, eine Leistungsaufnahme von etwa 300 W und eine Vollölschmierung mit einer Menge von 400 cm³ Polyolesteröl aufweist.
Das Kältemittelgemisch tritt als heißer Dampf aus dem Kompressox 12 aus und führt etwa 2% Öl von dem Kompressor mit, das als feine Tröpfchen in dem Dampf enthalten ist. Das Gemisch tritt daraufhin in einen Zyklonölseparator 14 ein, in dem die Tröpfchen gegen die Wand des Separators geschleudert werden, sich vereinigen und über ein feines Kapillarröhrchen 16 zurück zum Kompressor fließen. In der Zwischenzeit tritt der heiße Dampf, der von dem größten Teil des Öls gereinigt wurde, durch die Oberseite des Separators 14 aus. Daraufhin tritt er in einen luftgekühlten Kondensator 18 ein, in dem sich ein Teil des Dampfes verflüssigt. Die Flüssigkeitsfraktion und die Dampffraktion des resultierenden Kältemittelstroms werden daraufhin in einem Flüssigkeit-Dampf-Zykonseparator 20 voneinander getrennt.
Die Flüssigkeitsfraktion des Kältemittels strömt durch die Unterseite des Separators und in die Oberseite eines Gegenstromwärmetauschers 22, in dem er mit Hilfe eines Stroms von kaltem Dampf vorgekühlt wird, der von dem Tieftemperaturabschnitt des Systems zurückkehrt. Diese vorgekühlte Flüssigkeit, die unter hohem Druck steht, strömt daraufhin durch ein Expansionskapillarröhrchen 24, wodurch sie verdampft und weiter abkühlt. Daraufhin schließt sich die verdampfte Flüssigkeit teilweise dem zurückkehrenden kalten Dampfstrom durch den Wärmetauscher 22 an. Nachdem dieser Strom kalten Dampfes aus der Oberseite des Wärmetauschers 22 austritt, strömt er durch ein Rohr, das um die Außenseite einer Fraktionierungskolonne 26 gewunden und mit dieser verbunden ist, wo er die obere Hälfte der Kolonne abkühlt. Schließlich kehrt dieser kühle Dampfstrom zur Niederdruckseite des Kompressors zurück, wo sich der Zyklus wiederholt.
In der Zwischenzeit steigt die Hochdruckdampffraktion des Kältemittels in dem Flüssigkeit-Dampf-Separator 20 durch die gekühlte Fraktionierungskolonne 26 auf und strömt in den Wärmetauscher 22, wo er nach und nach abkühlt und kondensiert, wenn er den Wärmetauscher hinunterströmt. Die Hochdruckflüssigkeit dehnt sich daraufhin durch ein Kapillarröhrchen 28 aus und kühlt weiter ab, während sie verdampft. Bei der Stufe mit der niedrigsten Temperatur absorbiert der resultierende kalte Dampfstrom jetzt Wärme von einer kalten Platte 30, die beispielsweise zum Kühlen einer Ladung in einem thermisch isolierten Behälter oder einem Dewar-Gefäß (nicht gezeigt) verwendet wird.
2 zeigt einen Querschnitt der Fraktionierkolonne 26 und des Flüssigkeit-Dampf-Separators 20, die in 1 gezeigt sind. Ein Dampfstrom und ein flüssiges Kältemittel werden mit hoher Geschwindigkeit durch ein Einlassrohr 34 in eine Zyklonkammer 32 eingespritzt. In der Mitte der Kammer entsteht ein Wirbel, der die schwerere Flüssigkeitsfraktion nach außen und die leichtere Dampfphase näher zum Kern drückt. Die Flüssigkeit berührt die Wand und läuft einen konischen Abschnitt 36 hinunter und durch eine Flüssigkeitsleitung 38 hinaus.
In der Zwischenzeit bewegt sich die Dampfphase durch ein stützendes Drahtsieb 40 aufwärts und in eine Packung mit einer Vielzahl kleiner Metallplättchen 42. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die verwendete Packung „Pro-Pak protruded metal packing, 0,16" PMP, Type 316 Stainless Steel" von der Scientific Development Company, P.O. Box 795, Pennsylvania 16804. Diese Packung wird von einem Strom kalten Dampfes gekühlt, der durch ein Rohr 48 strömt, das um die Außenseite der Kolonne gewickelt und an diese hartgelötet ist. Wenn der Dampf hinauf durch die kühle Packung strömt, kondensiert ein Teil desselben an den Plättchen und läuft hinunter und durch die Flüssigkeitsleitung 38 an der Unterseite des Separators hinaus, wobei er Restverunreinigungen mitführt, die eventuell in dem Dampf vorhanden waren.
Die Zusammensetzung des Kältemittelgemisches ist so beschaffen, dass der Dampf bei einem festgelegten Druck über einen erweiterten Temperaturbereich (vorzugsweise im Bereich von Umgebungstemperatur bis hinunter zur Betriebstemperatur des Kühlgeräts) zu einer Flüssigkeit kondensiert. Wenn sich der Dampf durch die kühler werdende Packung aufwärts bewegt, kondensiert er folglich kontinuierlich an den Metallplättchen. Dieses Kondensat befeuchtet die Plättchen und läuft langsam die Kolonne hinunter. Da die befeuchteten Plättchen dem aufsteigenden Dampfstrom einen sehr großen Oberflächenbereich darbieten, kann der Austausch von Molekülen zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf sehr leicht stattfinden, wodurch das Gleichgewicht erreicht wird. Da Verunreinigungen mit hoher relativer Molekülmasse in der Flüssigphase des Kältemittels löslicher sind als in der Dampfphase, werden sie die Kolonne hinunterbefördert, tropfen mit dem Kondensat aus der Unterseite der Packung heraus, sammeln sich im Flüssigkeit-Dampf-Separator und werden mit der Flüssigkeitsfraktion durch die Flüssigkeitsleitung 38 hinausbefördert. Folglich wird der Dampf, der aus der Oberseite der Packung austritt, von allen Ölrückständen und Verunreinigungen gereinigt. Dieser gereinigte Kältemitteldampf steigt daraufhin durch ein oberes Sieb 44 auf, tritt durch eine Dampfleitung 46 aus und strömt zu den Abschnitten des Kühlsystems mit niedrigerer Temperatur.
Die Abmessungen der Kolonne sind so gewählt, dass die Geschwindigkeit des Dampfes durch die Packung niedrig genug ist, um der kondensierten Flüssigkeit zu ermöglichen, die Kolonne gegen die Dampfströmung hinab zu laufen anstatt hinauf zu laufen. Das Verhältnis der Höhe zur Breite der Kolonne sollte zwischen 3 : 1 und 10 : 1 liegen, um die größtmögliche Trennungseffizienz bei geringstmöglicher Behinderung der Strömung des Kältemittels zu erreichen. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet eine Kolonne mit einer Höhe von 4 Zoll und einem Durchmesser von 1 Zoll.
Ein Prototyp dieses Systems kühlte innerhalb von 45 Minuten bis auf 141 K und erreichte eine Kältemittelkapazität von 30 W bei 150 K. Es wurde kontinuierlich 1000 Stunden lang (42 Tage) ohne Anzeichen von Verstopfung betrieben. Dieses Verfahren der Tieftemperaturkühlung stellt daher ein einfaches Kühlsystem bereit, das bei Tieftemperaturen ohne Verstopfung kontinuierlich betrieben werden kann. Die Fraktionierkolonne reinigt das Kältemittelgemisch sowohl von Verunreinigungen mit hoher relativer Molekülmasse als auch von Verunreinigungen mit niedriger relativer Molekülmasse, sie enthält keine beweglichen Teile und erhöht das Volumen des Systems nicht bedeutsam.
ZWEIGGEBIETE UND UMFANG
Obwohl die oben genannte Beschreibung viele spezifische Angaben enthält, dient sie lediglich zur Veranschaulichung, wie das offenbarte Verfahren implementiert werden kann. Es sind zahlreiche Variationen bei der Zusammensetzung des Kältemittels sowie der Materialien und Komponenten, die in dem System verwendet werden, möglich. Dieses Verfahren kann ebenfalls bei Kühlsystemen verwendet werden, die andere Konstruktionen aufweisen. Obwohl das oben genannte System eine einzelne Fraktionierkolonne am wärmeren Ende eines Einstufenzyklus verwendet, ist es offensichtlich, dass beispielsweise in einem komplizierteren Mehrstufenzyklus zusätzliche Fraktionierkolonnen an den Stufen mit niedrigerer Temperatur integriert werden können. Diese zusätzlichen Fraktionierkolonnen würden an der Stelle integriert werden, an der normalerweise Flüssigkeit-Dampf-Separatoren der herkömmlichen Art verwendet werden, wie von Kleemenko und Missimer beschrieben. Diese zusätzlichen Kolonnen sind für einen kontinuierlichen Betrieb bei noch niedrigeren Temperaturen nötig, bei denen eine der Komponenten des Gemischs mit höherem Siedepunkt dazu neigt, aus der Lösung auszuscheiden und das System zu verstopfen. Darüber hinaus ist, wie Missimer ausgeführt hat, eine komplette Dampf-Flüssigkeit-Trennung weder nötig noch vorteilhaft. Indem der gesamten Flüssigkeit, die in dem Separator enthalten ist, ermöglicht wird, zusammen mit etwas zusätzlichem Dampf durch den Kapillarbegrenzer 24 zu strömen, kann sich keine Flüssigkeit im Zyklonseparator 20 sammeln und die Fraktionierkolonne 26 kann nicht geflutet werden.
Zusätzlich zu Metallplättchen kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Packungsmaterialien in der Fraktionierkolonne verwendet werden, wie beispielsweise Glaskügelchen, Glasspiralen, Porzellanstücke oder Keramiksplitter. Diese Materialien sind bei Zulieferern für wissenschaftliche Anwendungen für die Packung von Destillationskolonnen erhältlich. Obwohl das Kältemittelgemisch, das bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet wurde, spezifische Prozentanteile verschiedener Komponenten enthält, können diese Prozentanteile um bis zu 3% variiert werden, ohne die bedeutsamen Attribute des Gemisches zu ändern. Darüber hinaus kann dieses Verfahren mit anderen Mehrkomponenten-Kältemittelgemischen, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, verwendet werden. Im Hinblick auf diese und andere mögliche Variationen sollte der Bereich der Erfindung nicht von den Einzelheiten der oben genannten Beschreibung bestimmt werden, sondern von den folgenden Ansprüchen.

Claims

Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen mit einer hohen relativen Molekülmasse aus einer Dampffraktion eines Mehrkomponentenkältemittelgemisches in einem Tieftemperaturkühlsystem mit geschlossenem Kreislauf, das eine vorherbestimmte Betriebstemperatur aufweist, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Packungsmaterial (42), durch das die Dampffraktion aufwärts strömt; ein Kühlmittel (48), um das Packungsmaterial ausreichend unter die Temperatur der Dampffraktion zu kühlen, so dass auf der Oberfläche des Packungsmaterials ein Kondensat der Dampffraktion erzeugt wird, wobei die Oberfläche des Packungsmaterials für die Dampffraktion eine Fläche darstellt, die groß genug ist, um das Gleichgewicht zwischen dem Kondensat und dem Dampf aufrechtzuerhalten; und ein Sammelmittel (36) zum Sammeln einer Portion des Kondensats, die durch das Packungsmaterial heruntertropft, wobei die Verunreinigungen mit einer hohen relativen Molekülmasse aus dem Dampf extrahiert werden und mit der Portion des Kondensats ausgewaschen werden, die durch das Packungsmaterial heruntertropft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Packungsmaterial Metallplättchen umfasst, die von Drahtsieben (40) gestützt werden.
Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen mit einer hohen relativen Molekülmasse aus einer Dampffraktion eines Mehrkomponentenkältemittelgemisches in einem Tieftemperaturkühlsystem mit geschlossenem Kreislauf, das eine vorherbestimmte Betriebstemperatur aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufwärtsleiten der Dampffraktion durch ein Packungsmaterial (42), das eine Fläche für die Dampffraktion darstellt; ausreichendes Kühlen (48) des Packungsmaterials unter die Temperatur der Dampffraktion, so dass auf der Oberfläche des Packungsmaterials ein Kondensat der Dampffraktion erzeugt wird; Aufrechterhalten eines Gleichgewichts zwischen dem Kondensat und der Dampffraktion; und Sammeln (36) einer Portion des Kondensats, die durch das Packungsmaterial heruntertropft, wobei die Verunreinigungen mit einer hohen relativen Molekülmasse aus der Dampffraktion extrahiert werden und mit der Portion des Kondensats ausgewaschen werden_; die durch das Packungsmaterial heruntertropft.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Kältemittelgemisch bei einem festgelegten Druck oberhalb eines Temperaturbereichs kondensiert, der sich von der Temperatur der Dampffraktion hinunter zur vorherbestimmten Betriebstemperatur erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin das Hindurchtropfen des Kondensats durch das gekühlte Packungsmaterial unter dem Einfluss der Schwerkraft umfasst, während die Dampffraktion aufsteigt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Verunreinigungen mit einer hohen relativen Molekülmasse eine relative Molekülmasse aufweisen, die größer als eine relative Molekülmasse des Kältemittelgemisches ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Kältemittelgemisch Propan, n-Butan, Argon, Stickstoff, R14, R134a, R23 und R123 umfasst.