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Flüssigkeits- und Ulabscheider in Kälteanlagen Bei Kälteanlagen ist
es unvermeidlich, daß ein Teil des Kompressorschmieröls vom Kältemittel mitgerissen
wird und an dessen Kreislauf durch die Anlage teilnimmt. Zwar wird der Kältemitteldampf
sogleich nach Verlassen des Kompressors durch Fliehkraft oder Prallflächenabscheider
entölt und das abgeschiedene 01 zum Kompressor zurückgeführt, aber kein bekannter
derartiger Entölev arbeitet mit tooo!oiger Wirkung, so daß ständig eine gewisse
Ölmenge mit dem Kältemittel auf die Kaltseite der Anlage übertritt. Dies hat den
doppelten Nachteil, dafä das öl dem Kompressor entzogen wird, dort also durch neues
öl ersetzt werden muß, und daß es die Kühlflächen des Verdampfers verölt und ihren
Wärmeaustausch beeinträchtigt, so daß die Kälteleistung der Anlage nachläßt.
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Diesem Übelstand sucht man durch Kälte:mittelregelventile, sogenannte
Thermoexpansionsventile, zu begegnen, welche nur so viel Kältemittel in den Verdampfer
einspritzen lassen, daß den Verdampfer am Ausgang trocken gesättigte Dämpfe verlassen,
die dann das öl aus dem Verdampfer mit in den Kompressor hinüberreißen. In überfluteten
Verdampfern versagt jedoch diese Regelungsart der Ölrückführung zum Kompressor.
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Der durch das Verhalten des Schmieröls in Kälteanlagen erzwungene
Rückgriff auf Thermoexpansionsventile als Regelorgane stellt im Hinblick auf deren
Empfindlichkeit gegen Unreinigkeit und innere Feuchtigkeit sowie auf ihre schwierige
Einregulierung bei weitem keinen Idealzustand dar. Erstrebenswert sind auch für
die übrigen Kältemittel einfachere und bessere Regelmethoden, wie diese für das
Kältemittel Ammoniak für Ein- und Mehrverdampferanlagen bekanntgeworden sind. Dieses
setzt jedoch ebenso wie in Ammoniak-Kälteanlagen den Einbau eines Öl- und Kältemittelflüssigkeitsabscheiders
zwischen
Kompressor und Verdampfer in an und für sich bekannter Weise voraus, der jedoch
bei jedem Kältemittel den besonderen Anforderungen genügen muß. Aufgabe dieses Abscheiders
ist es, die Kältemittelflüssigkeit aus dem zugeführten Dampf-Flüssigkeits-Gemisch
auszuscheiden und dein Kompressor trocken gesättigten Kältemitteldampf zuzuführen.
Zugleich mit der Abscheidung der Kältemittelflüssigkeit findet auch eine solche
des Öles statt. Aber die Trennung des Öles von der Kältemittelflüssigkeit und die
Entfernung dieses Öles aus dem Abscheiderbehälter und seine Rückführung zum Kompressor
begegnet gewissen Schwierigkeiten und erfordert in jedem Falle sehr sachverständige
und gewissenhafte Bedienung der Anlage. Verhältnismäßig einfach ist die Aufgabe
noch, wenn die Kältemittelflüssigkeit ein geringeres spezifisches Gewicht als Öl
hat, in bezug auf dieses also leicht ist (sie wird im folgenden der Kürze halber
einfach auch als leicht, im umgekehrten Fall alsoi als schwer bezeichnet). Dann
sinkt das öl zu Boden und kann aus einem dort angeordneten Sammelgefäß nach Bedarf
abgezogen und in das Kurbelgehäuse des Kompressors zurückgefüllt werden. Ist aber
die Flüssigkeit schwer, so ist das Öl leicht und schwimmt auf dein hinsichtlich
der Höhe ständig schwankenden Spiegel der Kältemittelflüssigkeit, ist also kaum
zu erfassen.
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Hier setzt die Erfindung ein" der die Aufgabe zugrunde liegt, die
Abscheidung des flüssigen Kältemittels und des Öles zu verbessern und, gleichgültig
ob die flüssige Phase des Kältemittels in bezug auf das Öl leicht oder schwer ist,
mit einer Einrichtung, allenfalls bei geringfügigen baulichen Abweichungen, das
abgeschiedene Öl an vorgeschriebener, unveränderlicher Stelle zu sammeln und dem
den Sauganschluß des Kompressors durchströmenden trockenen Kältemitteldampf zuzusetzen,
so daß es wieder der Maschine zugeführt wird.
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Dieser Erfolg wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Abscheidergefäß
in zwei über-' einanderliegende Räume aufgeteilt wird, die gasend flüssigkeitsleitend
miteinander in Verbindung stehen und an deren oberen die Zuleitung des Dampfflüssigkeitsölgemisches
vom Verdampfer und die Saugleitung zum Kompressor angeschlossen sind. In diesem
oberen Raum kann die abzuscheidende Flüssigkeit nur bis zu einer bestimmten Höhe
steigen, die bei Betriebsbeginn bald erreicht ist und dann ständig gehalten wird.
Alle weiter anfallende Flüssigkeit geht durch einen überlauf in den unteren Raum.
Bei leichter Flüssigkeit setzt sich nunc beim Aufenthalt derselben im oberen Raum
das Öl am Boden ab und kann von hier durch eine regelbare Leitung abgezogen werden,.
Bei Verwendung schwerer Flüssigkeit würde das Öl auf dem Flüssigkeitsspiegel schwimmen
und als erstes durch den überlauf abfließen. Um es im oberen Gefäß zurückzuhalten,
ist in dem Falle vor dem überlauf ein bis nahe zum Gefäßboden reichendes Tauchrohr
(Siphon, Schleuse) anzuordnen, welches bewirkt, daß nun nur entölte Flüssigkeit
vom Grunde des oberen Gefäßes in das untere gelangt, während sich im oberen Gefäß
auf dem Flüssigkeitsspiegel in der Höhe des Überlaufs eine ölsatte Schicht bildet,
die dort wiederum durch eine drosselbare Leitung abgezogen werden kann. In beiden
Fällen ist also ein unveränderlicher Ölstand im oberen Gefäß, das eine Mal an seinem
Grunde, das andere Mal in der Höhe des überlaufs, erreicht. Es ist aber, was für
die Erfindung gleichfalls wichtig ist, überhaupt ein Flüssigkeitsspiegel von unveränderlicher
Höhe im oberen Gefäß gewährleistet. Durch diesen unveränderlichen Spiegel wird nämlich
eine Druckhöhe bestimmt, unter deren Einfluß das Ö1 in einen entsprechend tief geführten
Teil der Saugleitung, etwa den Scheitelpunkt einer Rohrschleife, einströmen kann,
um von hier, wie bereits erwähnt, unmittelbar zum Kompressor zurückzugelangen. Die
Einstellung des Durchlasses dieser ölrückleitung kann von Hand erfolgen. Es ist
dann sorgfältige Betriebsbeobachtung nötig, jedoch dürfte eine einmal erprobte Ein=
stellung für längere Zeit ausreichen. Anzustreben ist hierfür aber die selbsttätige
Regelung der Ölrückführung zum Kompressor durch besondere Einrichtungen, beispielsweise
durch Anordnung eines temperaturbeeinflußten Absperrventils, wo ein thermostatisches
Ventil in bekannter Weise durch einen Wärmefühler gesteuert wird.
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Die Trennung von Ö1 und Kältemittelflüssigkeit irfolgt in erster Linie
infolge des Unterschiedes der spezifischen Gewichte beider Mittel. Im Falle schwererer
Flüssigkeit, also schwimmenden Öls, kann sie erfindungsgemäß dadurch unterstützt
werden, daß die vom Verdampfer zum Kompressor führende, von überhitztem Dampf durchströmte
Saugleitung oder auch die vom Kondensator zum Schwimmerventil führende Flüssigkeitsleitung
als Schlangenrohr durch die Kältemittelflüssigkeit im oberen Abscheideraum geführt
wird. Durch den hier stattfindenden Wärmeaustausch bilden sich. Dampfbläschen, die
nach oben steigen und dabei Öltröpfchen bis zur Oberfläche mitnehmen.
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Bei Mehrverdampferkälteanlagen ist es erforderlich, flüssiges Kältemittel
aus dem Abscheider mittels einer Kältemittelfördereinrichtung, z. B. einer Pumpe,
in den Kreislauf zurückzuführen. Bei einer Anlage nach der Erfindung hätte die Kältemittelpumpe
aus dem unteren Raum des Abscheiders zu saugen, wo sich ölfreie Flüssigkeit aufhalten
soll. Da aber auch bei der hier in Rede stehenden Ölabfangeinrichtung eine ioo%ige
Wirkung nicht zu .erwarten ist, wird sich im Verlauf der Zeit auch im unteren Gefäß
eine geringe Menge Öl einstellen. Im Falle schwerer Flüssigkeit wird das Öl als
dünne Schicht auf derselben schwimmen. Erfindungsgemäß wird dies wenige Ö1 fortlaufend
dadurch entfernt und durch die Verdampfer in das obere Gefäß zurückbefördert, daß
der trichterförmige Einlaufstutzen der Pumpensaugleitung mit schräg gestellten Flügeln
ausgestattet ist, durch die der durch den Sog entstehende natürliche Drall noch
erheblich verstärkt wird. Es bildet sich also ein bis zum Flüssigkeitsspiegel hinaufreichender
Strudel
aus, der in erster Linie etwa dort vorhandenes Öl in sich
hineinzieht.
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Zur Anzeige des Flüssigkeitsstandes im unteren Raum dient erfahrungsgemäß
ein nahe dem Boden und nahe der Decke angeschlossenes kommunizierendes Rohr, welches
bis zur. jeweiligen Höhe des Flüssigkeitsspiegels bereift, dagegen im Dampfteil
eisfrei ist.
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Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich bei der Erörterung der Zeichnung,
welche enthält in Abb. i ein Ausführungsbeispiel des Abscheiders nach der Erfindung,
Abb. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für leichtes Kältemittel, Abb.3 desgleichen
für schweres Kältemittel, Abb.4 eine Einzelheit.
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Das in der Kälteanlage kreisende Kältemittel tritt nach der Wärmeaufnahme
in den Verdampferschlangen als Dampf-Flüssigkeits-Öl-Gemisch durch die Leitung i
in den Abscheider 2 ein, der in Abb. i in zwei getrennte Gefäße 2a, 26 zerlegt ist.
Im oberen Gefäß 2- findet in bekannter Weise die Trennung von Dampf und Flüssigkeit
statt, und der Dampf tritt aus dem Dom des Gefäßes in die zum Kompressor führende
Saugleitung 3 über. Die Flüssigkeit sammelt sich im oberen Gefäß 2a bis zur Höhe
des überlaufrohres 4 und strömt durch dieses in das untere Gefäß 2b über. Das in
der Flüssigkeit enthaltene mitgerissene Kompressoröl scheidet sich hierbei in Gefäß
2a, wenigstens zum größten Teil, aus, indem es je nach dem Unterschied der spezifischen
Gewichte zum Spiegel emporsteigt oder zu Boden sinkt. In Abb. i ist der Fall der
schwereren Flüssigkeit dargestellt. Dem überlauf 4 ist hier noch ein Tauchrohr 5
vorgeschaltet, durch welches die entölte Flüssigkeit vom Boden des Gefäßes abgezogen
wird. Ein Druckausgleichrohr 7 verhütet Leersaugen des Gefäßes 2a infolge Heberwirkung
des Tauchrohres 5. In gleicher Höhe mit dem überlauf 4 tritt eine durch ein Drosselventil
regelbare Leitung 6 aus dem Gefäß 2a aus, durch die das Öl abfließt, und diese Leitung
mündet in eine genügend tief herabgezogene Rohrschleife der Saugleitung 3, so daß
von hier aus das Öl vom Dampf zum Kompressor mitgerissen wird. Bei Verwendung leichter
Kältemittelflüssigkeit sammelt sich das Öl am Boden des Gefäßes 2a; in diesem Falle
entfällt das Tauchrohr 5, die entölte Flüssigkeit strömt unmittelbar in den Überlauf
4, und der Ölaustritt erfolgt am Boden des Gefäßes durch Leitung 6a.
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Für die Auslegung der Gesamtanlage ist es vorteilhaft, in jedem Falle
die gedrosselten Leitungen 6 und 6a beide anzuordnen. Durch die jeweils nicht für
die Ölrückführung benutzte Leitung kann dann eine geringe Menge Kältemittelflüssigkeit
dem Dampfstrom zugesetzt werden, falls dies aus Gründen der Regelung der Gberhitzungstemperatur
am Kompressordruckrohr zweckmäßig erscheint.
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Sehr 'zweckdienlich ist es, die vom Kondensator zum Kältemittelreg-elventil
(Hochdruckschwimmerregler) führende Flüssigkeitsleitung durch eine im oberen Gefäß
2a verlegte Heizschlange 9 zu führen. Unter anderem werden im Kältemittel treibende
Ölteilchen durch die sich infolge Wärmeaustausches bildenden Dampfbläschen mit an
die Oberfläche geführt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 und 3 ist das einzige Abscheidergefäß
2 durch einen schrägen Zwischenboden i i in zwei Räume 2a und 2b zerlegt. Diese
stehen durch einen überlaufzylinder 12 miteinander so in Verbindung, daß sich im
oberen Raum ein Flüssigkeitsspiegel in gleichbleibender Höhe einstellen und zugleich
der Druckausgleich vollziehen kann. Bei Verwendung schweren Kältemittels ist dem
überlauf 12 ein Tauchrohr 13 vorgeschaltet (Abb.3), das die entölte Flüssigkeit
nur durch eine an seiner tiefsten Stelle angebrachte Öffnung 14 entweichen läßt.
Das Absaugen der trocken gesättigten Dämpfe durch den Kompressor erfolgt durch eine
Anordnung, die durch den überlaufzylinder 12 hindurch bis in den unteren Raum des
Abscheidergefäßes 2 hinabreicht und die die Rohrschleife der Einrichtung nach Abb.
i ersetzt: Zwei konzentrische Rohre 15, 16 sind zu einem Doppelrohr vereinigt, das
äußere Rohr 15 ist unten geschlossen, und das innere Rohr 16 taucht bis nahe über
den Boden 'hinein. Das Rohr 16 ist oben im Dom des Abscheidergefäßes gegen den übrigen
Dampfraum abgedichtet, so daß der Dampf das Außenrohr 15 von obere nach unten, das
Innenrohr 16 von unten nach oben durchströmen muß. Diese Einrichtung hat vor der
einfachen Rohrschleife den Vorzug eines wirtschaftlichen und gefälligen Zusamm,enbaues
der Anlage und des Vermeidens von Kälteverlusten. In das unten geschlossene Rohr
15 münden sinngemäß hier die Ölleitungen 6 und 6a. An Stelle der Handregelung für
die Ölleitung 6 ist in Abb. 3 beispielsweise eine Einrichtung zur selbsttätigen
Regelung des Ölabflusses dargestellt. Ein thermostatisches Ventil io wird in bekannter
Weise von einem Wärmefühler i i o gesteuert.
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Durch die ganze Höhe des Gefäßes 2 ist ein Rohr 17 hindurchgeführt,
das oben mit einem Luftablaßhahn ausgestattet und unten an das Hochdruckschwimmerventil
18 der Kälteanlage angeschlossen ist. Es ist bekannt, die sich in diesem Ventil
ansammelnde Luft von Zeit zu Zeit abzulassen. Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet
i. den Vorteil eines besonders zweckmäßigen Zusammenbaues der Teile und 2. den Vorzug,
daß beim Durchgang durch das kalte Gefäß 2 die Kältemitteldämpfe ausgeschieden werden
und flüssig in das Ventilgehäuse 18 zurückfallen, so daß nur reine Luft durch Lufthahn
22 entweicht.
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Von unten her ist an das Abscheidergefäß eine zur Umlaufpumpe fühi#ende
Rohrleitung angeschlossen, deren Saugstutzen i9, wie in Abb.4näher dargestellt,
mit Rippen oder Flügeln 2o besetzt ist, um einen kräftigen Strudel zu erzeugen,
der die Ölschicht auf dein Flüssigkeitsspiegel an sich zieht. Diese Einrichtung
bietet nur bei schwerer Flüssigkeit besondere Vorteile und ist bei leichter nicht
erforderlich, weil in diesem Falle das sich am, Boden sanunelnde öl ohnehin in den
Saugstutzen gelangt, der darum keiner besonderen Gestaltung bedarf.
Am
unteren Raute des Abscheidergefäßes 2 ist ein Füllungsanzeiger 21 angebracht, der
aus einem vom Boden bis zur Schrägdecke reichenden kommunizierenden Rohr besteht,
dessen Anschlußschenkel den durch feine Strichelung angedeuteten Kälteschutzmantel
durchdringen. An der Höhe der Vereisung dieses Rohres erkennt man den Stand der
Flüssigkeit im Gefäß.