EP1416234A1 - Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine Download PDF

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EP1416234A1
EP1416234A1 EP03405707A EP03405707A EP1416234A1 EP 1416234 A1 EP1416234 A1 EP 1416234A1 EP 03405707 A EP03405707 A EP 03405707A EP 03405707 A EP03405707 A EP 03405707A EP 1416234 A1 EP1416234 A1 EP 1416234A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lubricant
container
refrigerant
area
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03405707A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Beat Schuppisser
Jean-Claude Logel
Beatrice Klotz
Holger König
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Engie Refrigeration GmbH
Original Assignee
Axima Refrigeration GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Axima Refrigeration GmbH filed Critical Axima Refrigeration GmbH
Priority to EP03405707A priority Critical patent/EP1416234A1/de
Publication of EP1416234A1 publication Critical patent/EP1416234A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006—Accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F25B31/002—Lubrication
    • F25B31/004—Lubrication oil recirculating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

Definitions

  • the invention relates to a device for returning lubricant for a Chiller according to the preamble of independent claim 1, as well as a refrigerator with such a device.
  • Refrigeration systems with refrigerants are usually considered closed Refrigerant circuits operated in which a compressor is gaseous Draws refrigerant directly or indirectly from an evaporator, compresses it and passes on to a condenser in which the compressed refrigerant is liquefied while releasing heat. The liquid refrigerant is then almost relaxed to evaporation pressure via a throttle then in the evaporator with absorption of heat of vaporization to go back into the gaseous state.
  • compressors or centrifugal compressors can be used as compressors, whereby frictional losses can occur, among other things, at bearings and dynamic sealing points.
  • refrigeration systems that use carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant were practically only operated with oil-free compressors, that is, without appropriate lubricants.
  • lubricated compressors are also known which use, for example, soluble ester oil as a lubricant which, as is customary, for example, with CFC refrigerants, can be returned via a thermosiphon pump.
  • non-soluble ones are often more suitable for the refrigerant circuit Oils and lubricants.
  • Insoluble oils such as PAO oils, which are generally lighter than the liquid refrigerant, such as the liquid refrigerant CO 2 , collect on the surface. This type of lubricant naturally also causes the problems already detailed above in the coolant circuit and must therefore be constantly removed from the coolant circuit.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for Propose lubricant return for a chiller that does it allowed a lubricant with a lower density than that in the Refrigerant used refrigerant from the coolant circuit due.
  • a device for returning lubricant is thus according to the invention proposed for a chiller.
  • the lubricant return includes a container with at least one divider, which divider the Containers in at least a first section and a second section divided, and one for separating lubricant in the second Partition plate arranged. It is in the second section a removal device in relation to the separating plate arranged and designed that the deposited on the separating plate Lubricant can be removed from the container by means of the removal device is.
  • the proposed lubricant return allows for a refrigeration machine it, therefore, a lubricant that is lighter than that in the refrigerator
  • the refrigerant used is simple and safe from the actual one To separate refrigerant.
  • the lubricant device according to the invention includes a container that acts as a liquid separator and in the Coolant circuit is integrated.
  • the liquid separator serves (how common in refrigeration systems) for the separation of liquids in the wet Suction gases from the evaporators of the chiller are included.
  • the container for example as a hollow cylinder closed on both sides can be formed by at least one partition in a first Sub-area and a second sub-area divided.
  • the second section is via a feed line, preferably directly from an evaporator Chiller, a mixture of refrigerant and lubricated Lubricant supplied, as will be explained in more detail below is separated in the second part of the container, so that in the first portion of the container is essentially lubricant-free Refrigerant arrives and is collected there in liquid form in the container.
  • the first sub-area can be suitable arranged connecting lines the liquid refrigerant from Coolant circulation pumps are sucked off again.
  • the gaseous Coolant phase is from the first portion of the container from a compressor of the refrigerator aspirated and returned to the coolant circuit.
  • the above-mentioned divider that divides the container into first and second Sub-area divided, is designed and arranged in the container, that a liquid that is fed to the second portion of the container can initially only fill the second part of the container, i.e. a certain - which can be specified by the design of the separating plate -
  • the amount of liquid supplied to the second section is determined by the Partition plate held back in the second section. Only when one through that Divider and the geometry of the container in the second section predetermined volume of supplied liquid can be reached overcome the additional amount of liquid supplied to the divider and thus reaches the first section of the container. This can do that Fluctuate the refrigerant level in the first part of the tank, which always ensures an optimal filling level of the coolant circuit Chiller is guaranteed.
  • the divider can either only over part of the Cross section of the container, or else the entire Cover the cross-section of the container, in which case the divider must have one or more suitably placed openings that it allow liquid from the second subspace into the first subspace can reach.
  • the liquid mentioned above is used naturally a refrigerant contaminated with lubricant.
  • the lubricant is essentially insoluble in the refrigerant Oil, used as a refrigerant in special carbon dioxide place.
  • the second is to separate the lubricant from the refrigerant Sub-area arranged a separating plate such that the second Sub-area divided into a separation area and an overflow area which ensures that liquid from the separation area into the Overflow area.
  • a separating plate such that the second Sub-area divided into a separation area and an overflow area which ensures that liquid from the separation area into the Overflow area.
  • the overflow area is between the divider and separation plate, while the separation area is covered by the remaining Part of the second section is defined.
  • the separating plate is designed and arranged in such a way that Separation area and in the overflow area an essentially identical Liquid level sets, the liquid level by the Design and the arrangement of the partition plate in the container is.
  • a mixture of refrigerant and Lubricant that, as described above, the separation area in the second Part of a supply line from an evaporator of the refrigerator is separated in the separation area due to the different density of lubricants and refrigerants under the influence gravity in two stratified liquid phases.
  • the lubricant collects because it is less dense than that Has refrigerant in a substantially single phase Lubricant layer in the deposition area on the liquid surface the lake of the refrigerant forms, and is thus by the separating plate on it prevented in the overflow area and thus in the first section reach.
  • the lubricant floats on top of the refrigerant liquid and remains in the second section.
  • the separating plate thus represents the Gravity separation in the second section safely and serves as Abscheide Anlagen. Dry gaseous refrigerant used in the second Partial area reaches, can flow freely into the first partial area and be sucked off by compressors there as usual.
  • the divider ensures a constant level of the Liquid level in the second section, that is, the location of the Liquid surface that the lake of the refrigerant in the second section forms. An excess of fluid caused by the The amount of liquid in the injected refrigerant becomes very small Overrun speed in the first section.
  • a removal device is provided with the lubricant separated from the container on the separating plate is dissipatable.
  • the removal device comprises Inclusion of the lubricant a tapping nozzle, which in particular Can be arranged eccentrically with respect to a longitudinal axis of the container. It can also be advantageous between the separating plate and the Removal device, in particular between separating plate and Extraction nozzle, a lubricant catch plate may be arranged, the in particular an angled, preferably approx. 5mm to 10mm wide area which also has the removal of the Lubricant supports.
  • the removal device can Include collection container for the lubricant, the extraction nozzle via a line with the collection container for the lubricant in Connection is established.
  • the collecting container can further comprise means and be designed so that any residues of the refrigerant from Lubricants are separable and refrigerants or lubricants are separated the collection container in the lubricant circuit or in the Coolant circuit of the refrigerator can be traced.
  • a device for Lubricant return comprises the extraction device for control and / or regulating the amount of lubricant to be discharged from the Container a valve, which valve in the line between the extraction nozzle and collecting container is provided and, if necessary, via a Control unit can be actuated.
  • a Pump can be provided, the removal of the lubricant from the Separation area of the container supported in the collection container, the Pump of course also control and / or control unit or is adjustable.
  • the invention further relates to a refrigeration machine that has an inventive Lubricant return as previously preferred on some Embodiments has been explained.
  • the invention relates to a refrigeration machine with a Compressor and an evaporator, the lubricant return is arranged between the compressor and the evaporator.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of essential parts of a Refrigeration machine K with a device for returning lubricant, which in the following is designated as a whole by reference number 1.
  • the Refrigeration machine K comprises a compressor 17 as essential system components, a condenser, not shown here, and one also not shown Throttle device, an evaporator 18, and one Lubricant return 1, which is between the compressor 17 and the evaporator 18th is arranged.
  • the lubricant device 1 comprises a container 2, as here shown as an example, is designed as a hollow cylinder closed on both sides and through at least one partition plate 3 into a first partial area 4 and a second section 5 is divided. It is understood that the container 2 need not of course be in the form of a hollow cylinder, but can basically have any other suitable shape.
  • the second sub-area is via a feed line 181 from an evaporator 18 of the refrigerator K from a mixture loaded with lubricant 6 Refrigerant 16 and lubricant 6 supplied, which in the second section 5 of the Container 2 is separated so that in the first portion 4 of the container 2nd essentially lubricant-free refrigerant 16 arrives and there in liquid Form is collected in container 2.
  • a separating plate 7 arranged such that the second Subarea 5 into a separation area A and an overflow area U is divided, ensuring that refrigerant 16 from Separation area A can reach the overflow area U. That will be in the preferred embodiment shown here achieved in that the partition plate 3 designed and in the hollow cylindrical Container 2 is arranged in the middle so that the refrigerant 16 as shown only below the separating plate 7 from Separation area A can reach the overflow area U.
  • gaseous Refrigerant 161 can be freely above the separating plate 7 from Separation area A into the overflow area U and the first partial area 4 flow and is sucked there as usual by the compressor 17.
  • the overflow area U is between partition plate 3 and Separation plate 7, while the separation area A through the remaining Part of the second section 5 is defined.
  • a substantially identical liquid level the liquid level by the design of the partition plate 3, so essentially by its Height H, is specified.
  • the mixture loaded with lubricant 6 Refrigerant 16 and lubricant 6 separate in the separation area A. due to the different density of lubricant 6 and refrigerant 16 under the influence of gravity in two stratified liquid phases.
  • the lubricant 6 collects due to its lower density in an essentially single-phase lubricant layer 61 in the separation area A on the liquid surface which the lake 162 des Forms refrigerant 16, and is thus prevented by the separating plate 7 to get into the overflow area U and thus into the first partial area 4.
  • a removal nozzle 9 arranged with respect to a longitudinal axis L of the container 2 is arranged eccentrically.
  • the removal nozzle 9 of course also differently in a suitable manner with regard to the Longitudinal axis L may be arranged.
  • the extraction nozzle 9 is suitable for remove the lubricant 6 from the lubricant layer and over the To drain line 11 from the container 2.
  • FIG. 2 schematically shows a preferred embodiment of a Device according to the invention for lubricant return 1 shown.
  • a lubricant catch plate 10 is arranged, which in particular as a Brim 101 executed, preferably about 5mm to 10mm wide angled area which additionally has the removal of the Lubricant 6 supports or facilitates.
  • the The removal device 8 has a collecting container 12 for the lubricant 6, the extraction nozzle 9 via the line 11 with the collecting container 12 communicates.
  • the collecting container 12 also has a first one Derivation 14 for residues of the refrigerant 16, which in the collecting container 12th were separated from the lubricant 6 in the coolant circuit attributable, and a second derivative 15 through which the lubricant 6th can be returned to the lubricant circuit of the refrigeration machine K.
  • the removal device 8 advantageously comprises for control and / or Regulation of the amount of lubricant 6 to be discharged from the container 2 a valve 13, which valve 13 in line 11 between Extraction nozzle 9 and collection container 12 is provided, as well as a Control unit 131 for actuating valve 13.
  • a pump 132 is provided in line 11, which Removing the lubricant 6 from the separation area A of the container 2 supported in the collection container 12.
  • the proposed lubricant return allows for a refrigeration machine it, therefore, a lubricant that is lighter than that in the refrigerator
  • the refrigerant used is simple and safe from the actual one Separate refrigerant and at the same time optimizes the refrigerant charge Chiller.

Abstract

Erfindungsgemäss wird eine Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine (K) vorgeschlagen. Die Schmiermittelrückführung umfasst einen Behälter (2) mit mindestens einem Trennblech (3), welches Trennblech (3) den Behälter (2) in mindestens einen ersten Teilbereich (4) und einen zweiten Teilbereich (5) unterteilt, sowie ein zum Abscheiden von Schmiermittel (6) in dem zweiten Teilbereich (5) angeordnetes Abscheideblech (7). Dabei ist im zweiten Teilbereich (5) eine Entnahmeeinrichtung (8) in Bezug auf das Abscheideblech (7) derart angeordnet und ausgebildet, dass das am Abscheideblech (7) abgeschiedene Schmiermittel (6) mittels der Entnahmeeinrichtung (8) aus dem Behälter (2) abführbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, sowie eine Kältemaschine mit einer solchen Vorrichtung.
Kälteanlagen mit Kältemitteln werden gewöhnlich als geschlossene Kältemittelkreisläufe betrieben, in denen ein Verdichter gasförmiges Kältemittel direkt oder indirekt aus einem Verdampfer ansaugt, komprimiert und an einen Verflüssiger weitergibt, in dem das komprimierte Kältemittel unter Wärmeabgabe verflüssigt wird. Das flüssige Kältemittel wird sodann über eine Drossel nahezu auf Verdampfungsdruck entspannt um anschliessend im Verdampfer unter Aufnahme von Verdampfungswärme wieder in den gasförmigen Zustand überzugehen.
Als Verdichter können zum Beispiel je nach Fördermenge volumetrisch fördernde Verdichter oder Zentrifugalkompressoren eingesetzt werden, wobei jeweils Reibungsverluste, unter anderem an Lagern und dynamischen Dichtstellen auftreten können. Dabei wurden Kälteanlagen, die beispielsweise Kohlendioxid (CO2) als Kältemittel verwenden, in der Vergangenheit praktisch nur mit ölfreien Verdichtern, das heisst ohne entsprechende Schmiermittel betrieben. Darüber hinaus sind auch geschmierte Verdichter bekannt, die beispielsweise lösliches Esteröl als Schmierstoff verwenden, das, wie beispielsweise bei FCKW - Kältemitteln üblich, über eine Thermosyphonpumpe zurückgeführt werden kann.
Für den Kältemittelkreislauf häufig besser geeignet sind jedoch nicht-lösliche Öle und Schmiermittel.
So ist es beispielsweise bekannt, Kälteanlagen, die Ammoniak als Kältemittel verwenden, mit verschiedenen Mineralölen, die praktisch in Ammoniak unlöslich sind, zu betreiben. Diese Mineralöle weisen jedoch bei tiefen Temperaturen in der Regel eine grosse Zähigkeit auf, was dazu führt, dass das Ausscheiden von Mineralöl, das im Ammoniakstrom aus dem Verdichter mitgerissen wird, über aufwendige Ölabscheider aus dem Kältemittel wieder entfernt werden muss, da es sich an kalten Benetzungsflächen absetzt, den Wärmeübergang in den Wärmetauschern verschlechtert, sich in Ventilen, Regeleinheiten und dergleichen störend auswirkt und schliesslich dazu neigt, da leichter als das flüssige Kältemittel, sich im Sumpf des Verdampfers abzusetzen.
Nicht-lösliche Öle, wie beispielsweise PAO-Öle, die in der Regel leichter sind als das flüssige Kältemittel, etwa als das flüssige Kältemittel CO2, sammeln sich an der Oberfläche. Auch diese Art von Schmiermitteln verursachen im Kühlmittelkreislauf selbstverständlich die oben bereits ausführlich dargestellten Probleme und müssen somit ständig aus dem Kühlmittelkreislauf entfernt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine vorzuschlagen, die es gestattet, ein Schmiermittel mit einer geringeren Dichte als das in der Kältemaschine eingesetzte Kältemittel aus dem Kühlmittelkreislauf zurückzuführen.
Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäss wird somit eine Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine vorgeschlagen. Die Schmiermittelrückführung umfasst einen Behälter mit mindestens einem Trennblech, welches Trennblech den Behälter in mindestens einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich unterteilt, sowie ein zum Abscheiden von Schmiermittel in dem zweiten Teilbereich angeordnetes Abscheideblech. Dabei ist im zweiten Teilbereich eine Entnahmeeinrichtung in Bezug auf das Abscheideblech derart angeordnet und ausgebildet, dass das am Abscheideblech abgeschiedene Schmiermittel mittels der Entnahmeeinrichtung aus dem Behälter abführbar ist.
Die vorgeschlagene Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine erlaubt es somit, ein Schmiermittel, das leichter als das in der Kältemaschine verwendete Kältemittel ist, auf einfache Weise und sicher vom eigentlichen Kältemittel zu trennen. Die erfindungsgemässe Schmiermittelvorrichtung umfasst dabei einen Behälter, der als Flüssigkeitsabscheider fungiert und im Kühlmittelkreislauf integriert ist. Der Flüssigkeitsabscheider dient dabei (wie üblich in Kälteanlagen) zur Abscheidung von Flüssigkeiten, die in den nassen Sauggasen von den Verdampfern der Kältemaschine enthalten sind.
Der Behälter, der beispielsweise als beidseitig geschlossener Hohlzylinder ausgebildet sein kann, wird durch mindestens ein Trennblech in einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich unterteilt. Dem zweiten Teilbereich wird dabei über eine Zuleitung, bevorzugt direkt von einem Verdampfer der Kältemaschine, ein mit Schmiermittel belastetes Gemisch aus Kältemittel und Schmiermittel zugeführt, das, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, im zweiten Teilbereich des Behälters getrennt wird, so dass in den ersten Teilbereich des Behälters im wesentlichen schmiermittelfreies Kältemittel gelangt und dort in flüssiger Form im Behälter gesammelt wird. Aus dem ersten Teilbereich kann im Betriebszustand über geeignet angeordnete Verbindungsleitungen das flüssige Kältemittel von Kühlmittelumwälzpumpen wieder abgesaugt werden. Die gasförmige Kühlmittelphase wird dabei über eine weitere Verbindungsleitung aus dem ersten Teilbereich des Behälters von einem Verdichter der Kältemaschine abgesaugt und so dem Kühlmittelkreislauf wieder zugeführt.
Das oben erwähnte Trennblech, das den Behälter in einen ersten und zweiten Teilbereich unterteilt, ist dabei so ausgebildet und im Behälter angeordnet, dass eine Flüssigkeit, die dem zweiten Teilbereich des Behälters zugeführt wird, zunächst nur den zweiten Teilbereich des Behälters ausfüllen kann, d.h. eine bestimmte - durch die Ausgestaltung des Trennblechs vorgebbare - Menge der dem zweiten Teilbereich zugeführten Flüssigkeit wird durch das Trennblech im zweiten Teilbereich zurückgehalten. Erst wenn ein durch das Trennblech und die Geometrie des Behälters im zweiten Teilbereich vorgegebenes Volumen an zugeführter Flüssigkeit erreicht ist, kann eine zusätzlich zugeführte Flüssigkeitsmenge das Trennblech überwinden und gelangt so in den ersten Teilbereich des Behälters. Dadurch kann das Kältemittelniveau im ersten Teilbereich des Behälters frei schwanken, wodurch immer ein optimaler Füllgrad des Kühlmittelkreislaufs der Kältemaschine gewährleistet ist.
Dabei kann sich das Trennblech entweder nur über einen Teil des Querschnitts des Behälters erstrecken, oder aber auch den gesamten Querschnitt des Behälters überdecken, wobei in diesem Fall das Trennblech eine oder mehrere geeignet angebrachte Öffnungen aufweisen muss, die es gestatten, dass Flüssigkeit vom zweiten Teilraum in den ersten Teilraum gelangen kann.
Bei einer Kältemaschine handelt es sich bei der zuvor erwähnten Flüssigkeit natürlich um ein mit Schmiermittel verunreinigtes Kältemittel. Bevorzugt ist im Betriebszustand das Schmiermittel ein im Kältemittel im wesentlichen nicht-lösliches Öl, wobei als Kältemittel im speziellen Kohlendioxid Verwendung findet.
Zum Abscheiden des Schmiermittels vom Kältemittel ist im zweiten Teilbereich ein Abscheideblech derart angeordnet, dass der zweite Teilbereich in einen Abscheidebereich und einen Überlaufbereich eingeteilt wird, wobei gewährleistet ist, dass Flüssigkeit vom Abscheidebereich in den Überlaufbereich gelangen kann. Bevorzugt, jedoch nicht notwendig, sind dabei das Trennblech und das Abscheideblech parallel zueinander angeordnet. Der Überlaufbereich befindet sich dabei zwischen Trennblech und Abscheideblech, während der Abscheidebereich durch den verbleibenden Teil des zweiten Teilbereichs definiert ist.
Das Abscheideblech ist dabei so ausgestaltet und angeordnet, dass sich im Abscheidebereich und im Überlaufbereich ein im wesentlichen identisches Flüssigkeitsniveau einstellt, wobei das Flüssigkeitsniveau durch die Ausgestaltung und die Anordnung des Trennblechs im Behälter vorgegeben ist. Ein mit Schmiermittel belastetes Gemisch aus Kältemittel und Schmiermittel, das wie oben beschrieben dem Abscheidebereich im zweiten Teilbereich über eine Zuleitung von einem Verdampfer der Kältemaschine zugeführt wird, trennt sich im Abscheidebereich aufgrund der unterschiedlichen Dichte von Schmiermittel und Kältemittel unter Einwirkung der Schwerkraft in zwei geschichtete Flüssigkeitsphasen.
Somit sammelt sich das Schmiermittel, weil es eine geringere Dichte als das Kältemittel aufweist, in einer im wesentlichen einphasigen Schmiermittelschicht im Abscheidebereich auf der Flüssigkeitsoberfläche, die der See des Kältemittels bildet, und wird somit vom Abscheideblech daran gehindert, in den Überlaufbereich und damit in den ersten Teilbereich zu gelangen. Das Schmiermittel schwimmt oben auf der Kältemittelflüssigkeit und bleibt im zweiten Teilbereich. Das Abscheideblech stellt somit die Schwerkraftabscheidung im zweiten Teilbereich sicher und dient als Abscheidehilfe. Trockenes gasförmiges Kältemittel, das in den zweiten Teilbereich gelangt, kann ungehindert in den ersten Teilbereich strömen und dort wie üblich von Verdichtern abgesaugt werden.
Dabei gewährleistet das Trennblech eine konstante Niveauhaltung des Flüssigkeitsspiegels im zweiten Teilbereich, das heisst der Lage der Flüssigkeitsoberfläche, die der See des Kältemittels im zweiten Teilbereich bildet. Ein Überschuss an Flüssigkeit, hervorgerufen durch die Flüssigkeitsmenge des eingespritzen Kältemittels, wird mit sehr kleiner Geschwindigkeit in den ersten Teilbereich überlaufen.
Im Abscheidebereich in Höhe der Flüssigkeitsoberfläche, deren Lage durch das Trennblech bestimmt ist, ist eine Entnahmeeinrichtung vorgesehen, mit dem das am Abscheideblech abgeschiedene Schmiermittel aus dem Behälter abführbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Entnahmeeinrichtung zur Aufnahme des Schmiermittels einen Entnahmestutzen, der insbesondere in Bezug auf eine Längsachse des Behälters exzentrisch angeordnet sein kann. Dabei kann vorteilhaft zusätzlich zwischen dem Abscheideblech und der Entnahmeeinrichtung, im speziellen zwischen Abscheideblech und Entnahmestutzen, ein Schmiermittelfangblech angeordnet sein, das insbesondere einen als Krempe ausgeführten, abgewinkelten, bevorzugt ca. 5mm bis 10mm breiten Bereich aufweist der zusätzlich das Abführen des Schmiermittels unterstützt. Zusätzlich kann die Entnahmeeinrichtung einen Sammelbehälter für das Schmiermittel umfassen, wobei der Entnahmestutzen über eine Leitung mit dem Sammelbehälter für das Schmiermittel in Verbindung steht. Der Sammelbehälter kann weiter Mittel umfassen und derart ausgestaltet sein, dass eventuelle Rückstände des Kältemittels vom Schmiermittel abtrennbar sind und Kältemittel bzw. Schmiermittel getrennt aus dem Sammelbehälter in den Schmiermittelkreislauf bzw. in den Kühlmittelkreislauf der Kältemaschine zurückführbar sind.
In einer weiteren Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung umfasst die Entnahmeeinrichtung zur Steuerung und / oder Regelung der Menge des abzuführenden Schmiermittels aus dem Behälter ein Ventil, welches Ventil in der Leitung zwischen Entnahmestutzen und Sammelbehälter vorgesehen ist und gegebenenfalls über eine Ansteuereinheit betätigbar ist.
Darüber hinaus kann zwischen Entnahmestutzen und Sammelbehälter eine Pumpe vorgesehen sein, die das Abführen des Schmiermittels aus dem Abscheidebereich des Behälters in den Sammelbehälter unterstützt, wobei die Pumpe selbstverständlich ebenfalls über eine Ansteuereinheit steuer- und / oder regelbar ist.
Die Erfindung betrifft weiter eine Kältemaschine, die eine erfindungsgemässe Schmiermittelrückführung, wie sie zuvor an einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert wurde, umfasst. Für die Praxis von besonderer Bedeutung betrifft die Erfindung eine Kältmemaschine mit einem Verdichter und einem Verdampfer, wobei die Schmiermittelrückführung zwischen dem Verdichter und dem Verdampfer angeordnet ist.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
in schematischer Darstellung wesentliche Teile einer Kältemaschine mit einer Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung;
Fig. 2
schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung wesentliche Teile einer Kältemaschine K mit einer Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung, die im folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird. Die Kältemaschine K umfasst als wesentliche Anlageteile einen Verdichter 17, einen hier nicht gezeigten Kondenser und eine ebenfalls nicht gezeigte Drosseleinrichtung, einen Verdampfer 18, sowie eine Schmiermittelrückführung 1, die zwischen Verdichter 17 und Verdampfer 18 angeordnet ist.
Die Schmiermittelvorrichtung 1 umfasst einen Behälter 2, der wie hier beispielhaft gezeigt, als beidseitig geschlossener Hohlzylinder ausgebildet ist und durch mindestens ein Trennblech 3 in einen ersten Teilbereich 4 und einen zweiten Teilbereich 5 unterteilt ist. Es versteht sich, dass der Behälter 2 selbstverständlich nicht in Form eines Hohlzylinders ausgebildet sein muss, sondern grundsätzlich jede andere geeignete Form aufweisen kann. Dem zweiten Teilbereich wird dabei über eine Zuleitung 181 von einem Verdampfer 18 der Kältemaschine K ein mit Schmiermittel 6 belastetes Gemisch aus Kältemittel 16 und Schmiermittel 6 zugeführt, das im zweiten Teilbereich 5 des Behälters 2 getrennt wird, so dass in den ersten Teilbereich 4 des Behälters 2 im wesentlichen schmiermittelfreies Kältemittel 16 gelangt und dort in flüssiger Form im Behälter 2 gesammelt wird. Aus dem ersten Teilbereich 4 kann im Betriebszustand über eine Verbindungsleitung 191 das flüssige Kältemittel 16 von einer Kühlmittelumwälzpumpe 19 wieder abgesaugt werden und in den Kühlmittelkreislauf der Kältemaschine K zurückgeführt werden. Eine gasförmige Kältemittelphase 161, die sich über dem flüssigen Kältemittel 16 im Behälter 2 ausbildet, wird dabei über eine weitere Verbindungsleitung 171 aus dem ersten Teilbereich 4 des Behälters 2 vom Verdichter 17 der Kältemaschine K abgesaugt und so dem Kühlmittelkreislauf wieder zugeführt.
Das Trennblech 3, das den hohlzylinderförmigen Behälter 2 in einen ersten und zweiten Teilbereich unterteilt, ist darstellungsgemäss unten im Behälter 2 so angeordnet, dass das Kältemittel 16, das dem zweiten Teilbereich 5 des Behälters 2 zugeführt wird, durch das Trennblech 3 im zweiten Teilbereich 5 zunächst zurückgehalten wird. Erst wenn der Flüssigkeitsspiegel des in den zweiten Teilbereich 5 des Behälters 2 eingebrachten Kältemittels 16 die Höhe H des Trennblechs 3 erreicht hat, kann das Kältemittel 16 das Trennblech 3 überwinden und gelangt so in den ersten Teilbereich 4 des Behälters 2. Dadurch kann das Kältemittelniveau im ersten Teilbereich 4 des Behälters 2 frei schwanken, wodurch immer ein optimaler Füllgrad des Kühlmittelkreislaufs der Kältemaschine K gewährleistet ist.
Zum Abscheiden des Schmiermittels 6 vom Kältemittel 16 ist im zweiten Teilbereich 5 ein Abscheideblech 7 derart angeordnet, dass der zweite Teilbereich 5 in einen Abscheidebereich A und einen Überlaufbereich U eingeteilt wird, wobei gewährleistet ist, dass Kältemittel 16 vom Abscheidebereich A in den Überlaufbereich U gelangen kann. Das wird in dem hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeipiel dadurch erreicht, dass das Trennblech 3 derart ausgestaltet und in dem hohlzylinderförmigen Behälter 2 so mittig angeordnet ist, dass das Kältemittel 16 darstellungsgemäss nur unterhalb des Abscheideblechs 7 vom Abscheidebereich A in den Überlaufbereich U gelangen kann. Gasförmiges Kältemittel 161 kann dagegen frei oberhalb des Abscheideblechs 7 vom Abscheidebereich A in den Überlaufbereich U und den ersten Teilbereich 4 strömen und wird dort wie üblich vom Verdichter 17 abgesaugt.
Bevorzugt, jedoch nicht notwendig, sind dabei das Trennblech 3 und das Abscheideblech 7, wie in Fig. 1 dargestellt, parallel zueinander angeordnet. Der Überlaufbereich U befindet sich dabei zwischen Trennblech 3 und Abscheideblech 7, während der Abscheidebereich A durch den verbleibenden Teil des zweiten Teilbereichs 5 definiert ist.
Im Überlaufbereich U und im Abscheidebereich A stellt sich ein im wesentlichen identisches Flüssigkeitsniveau ein, wobei das Flüssigkeitsniveau durch die Ausgestaltung des Trennblechs 3, also im wesentlichen durch seine Höhe H, vorgegeben ist. Das mit Schmiermittel 6 belastete Gemisch aus Kältemittel 16 und Schmiermittel 6, trennt sich im Abscheidebereich A aufgrund der unterschiedlichen Dichte von Schmiermittel 6 und Kältemittel 16 unter Einwirkung der Schwerkraft in zwei geschichtete Flüssigkeitsphasen.
Somit sammelt sich, wie dargestellt, das Schmiermittel 6 aufgrund seiner geringeren Dichte in einer im wesentlichen einphasigen Schmiermittelschicht 61 im Abscheidebereich A auf der Flüssigkeitsoberfläche, die der See 162 des Kältemittels 16 bildet, und wird somit vom Abscheideblech 7 daran gehindert, in den Überlaufbereich U und damit in den ersten Teilbereich 4 zu gelangen.
Im Abscheidebereich A ist auf der Höhe H der Flüssigkeitsoberfläche, deren Lage durch die Höhe H des Trennblechs 3 bestimmt ist, ein Entnahmestutzen 9 angeordnet, der in Bezug auf eine Längsachse L des Behälters 2 exzentrisch angeordnet ist. Dabei kann der Entnahmestutzen 9 selbstverständlich auch anders in geeigneter Weise in Bezug auf die Längsachse L angeordnet sein. Der Entnahmestutzen 9 ist dazu geeignet, das Schmiermittel 6 aus der Schmiermittelschicht zu entnehmen und über die Leitung 11 aus dem Behälter 2 abzuführen.
In Fig. 2 ist schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung 1 dargestellt. Zwischen dem Abscheideblech 7 und dem Entnahmestutzen 9 ist zusätzlich ein Schmiermittelfangblech 10 angeordnet, das insbesondere einen als Krempe 101 ausgeführten, bevorzugt ca. 5mm bis 10mm breiten abgewinkelten Bereich aufweist der zusätzlich das Abführen des Schmiermittels 6 unterstützt bzw. erleichtert. Darüber hinaus weist die Entnahmeeinrichtung 8 einen Sammelbehälter 12 für das Schmiermittel 6 auf, wobei der Entnahmestutzen 9 über die Leitung 11 mit dem Sammelbehälter 12 in Verbindung steht. Der Sammelbehälter 12 hat weiter eine erste Ableitung 14 um Rückstände des Kältemittels 16, die im Sammelbehälter 12 vom Schmiermittel 6 abgetrennt wurden, in den Kühlmittelkreislauf zurückzuführen, sowie eine zweite Ableitung 15, über die das Schmiermittel 6 in den Schmiermittelkreislauf der Kältemaschine K zurückführbar ist.
Vorteilhaft umfasst die Entnahmeeinrichtung 8 zur Steuerung und / oder Regelung der Menge des abzuführenden Schmiermittels 6 aus dem Behälter 2 ein Ventil 13, welches Ventil 13 in der Leitung 11 zwischen Entnahmestutzen 9 und Sammelbehälter 12 vorgesehen ist, sowie eine Ansteuereinheit 131 zur Betätigung des Ventils 13.
Darüber hinaus ist in der Leitung 11 eine Pumpe 132 vorgesehen, die das Abführen des Schmiermittels 6 aus dem Abscheidebereich A des Behälters 2 in den Sammelbehälter 12 unterstützt.
Die vorgeschlagene Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine erlaubt es somit, ein Schmiermittel, das leichter als das in der Kältemaschine verwendete Kältemittel ist, auf einfache Weise und sicher vom eigentlichen Kältemittel zu trennen und optimiert gleichzeitig die Kältemittelfüllung der Kältemaschine.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung für eine Kältemaschine (K) umfassend einen Behälter (2) mit mindestens einem Trennblech (3), welches Trennblech (3) den Behälter (2) in mindestens einen ersten Teilbereich (4) und einen zweiten Teilbereich (5) unterteilt, sowie ein zum Abscheiden von Schmiermittel (6) in dem zweiten Teilbereich (5) angeordnetes Abscheideblech (7), wobei im zweiten Teilbereich (5) eine Entnahmeeinrichtung (8) in Bezug auf das Abscheideblech (7) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das am Abscheideblech (7) abgeschiedene Schmiermittel (6) mittels der Entnahmeeinrichtung (8) aus dem Behälter (2) abführbar ist.
  2. Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung nach Anspruch 1, bei welcher die Entnahmeeinrichtung (8) zur Aufnahme des Schmiermittels (6) einen Entnahmestutzen (9) umfasst.
  3. Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem Abscheideblech (7) und der Entnahmeeinrichtung (8) ein Schmiermittelfangblech (10) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Entnahmeeinrichtung (8) einen mit dem Entnahmestutzen (9) über eine Leitung (11) verbundenen Sammelbehälter (12) für das Schmiermittel (6) umfasst.
  5. Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung nach Anspruch 4, wobei zur Steuerung und / oder Regelung der Menge des abzuführenden Schmiermittels (6) aus dem Behälter (2) ein Ventil (13) in der Leitung (11) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Sammelbehälter (12) Mittel (14, 15) umfasst und derart ausgestaltet ist, dass Rückstände eines Kältemittels (16) vom Schmiermittel (6) abtrennbar sind.
  7. Vorrichtung zur Schmiermittel rückführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Betriebszustand das Schmiermittel (6) ein im Kältemittel (16) im wesentlichen nicht-lösliches Öl ist.
  8. Vorrichtung zur Schmiermittelrückführung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kältemittel (16) Kohlendioxid ist.
  9. Kältemaschine (K) mit einer Schmiermittelrückführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Kältmemaschine (K) nach Anspruch 9 mit einem Verdichter (17) und einem Verdampfer (18), wobei die Schmiermittelrückführung zwischen dem Verdichter (17) und dem Verdampfer (18) angeordnet ist.
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