DE19743734A1 - Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf mit einer ein- oder mehrstufigen Verdichtereinheit, mit wenigstens einem Sammelbehälter, mit wenigstens einem Umlaufbehälter und mit wenigstens einem Saugabscheider mit Pumpverhütungsregelfunktion.

Derartige Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreisläufe werden für die Kältebereit­ stellung in einer Vielzahl von möglichen "Kälte-Verbrauchern", wie z. B. Wärme­ tauschern, in denen das Kältemittel oder Kältemittelgemisch gegen Verfahrensströme angewärmt und verdampft werden, benötigt.

Als Kältemittel oder Kältemittelgemisch kommen z. B. Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Ethan, Propan, Butan, etc., oder Kohlenwasserstoffgemische - mit oder ohne zusätzliche Komponenten, wie z. B. Stickstoff, - zur Anwendung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines konventionellen Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislaufes; im folgenden werden bei den Figurenbeschreibungen lediglich die Begriffe "Kältemittel" und "Kältemittelkreislauf" verwendet werden, wobei diese jedoch auch die Begriffe "Kältemittelgemisch" und "Kältemittelgemischkreislauf" umfassen sollen.

Bei einem derartigen Kältemittelkreislauf wird das am Kopf eines Saugabscheiders D1 über Leitung 1 abgezogene gasförmige Kältemittel in einem Verdichter bzw. einer Verdichtereinheit V verdichtet. Die Verdichtung kann hierbei ein- oder mehrstufig erfolgen. Im Falle einer mehrstufigen Verdichtung ist im Regelfall vor jeder weiteren Verdichterstufe ein separater Saugabscheider vorgesehen. Das verdichtete Kältemittel wird über Leitung 2 einem Kondensator K, der z. B. als Luftkühler ausgebildet sein kann, zugeführt und in diesem vollständig kondensiert.

Anschließend wird das kondensierte Kältemittel über Leitung 4 einem Sammel­ behälter S zugeführt. Aus diesem wird ein Teilstrom des kondensierten Kältemittels über Leitung 5, in der ein Regelventil b vorgesehen ist, dem Saugabscheider D1 zugeführt. Auf die Funktion dieses Saugabscheiders D1 sowie des Regelventils b wird im folgenden noch näher eingegangen werden.

Ein weiterer Teilstrom des kondensierten Kältemittels wird über Leitung 6, in der ein Regelventil c vorgesehen ist, dem Umlaufbehälter D2 zugeführt. Aus dem Sumpf dieses Umlaufbehälters D2 wird das Kältemittel abgezogen und über Leitung 7 einem - als sog. Black-Box dargestellten - Verbraucher W zugeführt. In diesem wird das Kältemittel angewärmt und gegebenenfalls verdampft und anschließend über Leitung 8 als Ein- oder Zweiphasenstrom wieder in den Umlaufbehälter D2 zurückgeführt.

Am Kopf des Umlaufbehälters D2 wird gasförmiges Kältemittel abgezogen und über Leitung 9 dem bereits erwähnten Saugabscheider D1 zugeführt, aus dem es - wie ebenfalls bereits erwähnt - wieder der Verdichtung V zugeleitet wird.

Über Leitung 3, in der ein Regelventil a vorgesehen ist, kann dem Saugabscheider D1 verdichtetes, noch nicht kondensiertes Kältemittel zugeführt werden. Diese Verfahrensführung ist zum Zwecke der Pumpverhütung notwendig, wenn der Kälte­ mittelkreislauf, z. B. aufgrund eines Anlagenstillstandes, im sog. "Stand-By-Betrieb" gefahren wird.

Das in der Leitung 3 vorgesehene Regelventil a wird mittels eines sog. Flow- Controllers (FC) geregelt; dargestellt durch die strichpunktierte Linie. Die in den Leitungen 5 und 6 vorgesehenen Regelventile b bzw. c hingegen werden mittels sog. Level-Controller (LC) geregelt; dargestellt durch die strichpunktierten Linien.

Dem Saugabscheider D1 wird über Leitung 5 und Regelventil b soviel Kältemittel aus dem Sammelbehälter S zugeführt, daß das verdampfende Kältemittel immer ersetzt wird und somit ein kontinuierlicher Kältemittelgasstrom zu dem Verdichter V gewährleistet werden kann. Das Aufrechterhalten eines derartigen kontinuierlichen Kältemittelgasstromes ist unbedingt erforderlich, da es ansonsten durch Pumpen zu einer Beschädigung bzw. zu der Zerstörung des Verdichters V kommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kältemittel- oder Kältemittel­ gemischkreislauf anzugeben, der den bzw. die Saugabscheider vor dem Verdichter eliminiert, weitere Nachteile des Standes der Technik vermeidet und zudem geringere Investitions- und Betriebskosten erfordert.

Dies wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf dadurch erreicht, daß die Funktion des Umlaufbehälters und die Funktion des Saugabscheiders in einem Abscheider realisiert werden.

Durch die erfindungsgemäße Zusammenlegung des bzw. der Saugabscheider D1 mit dem Umlaufbehälter D2 kann z. B. im Falle einer dreistufigen Verdichtereinheit, die drei Saugabscheider erfordern würde, auf eben diese drei Saugabscheider verzichtet werden. Ein Saugabscheider erfordert Engineering und Investitionskosten in einer Höhe von ca. 100.000,- DM. Da durch den Wegfall der Saugabscheider keine Fundamente für die Saugabscheider benötigt werden - der Platzbedarf also verringert wird -, weniger Meß- und Regelgeräte erforderlich sind und sich zudem das benötigte Rohrleitungsnetz verringert, kann durch den Wegfall dreier Saugabscheider von einer Investitionskostenersparnis in einer Höhe von ca. 500.000,- DM ausgegangen werden. Darüber hinaus verringern sich auch die Betriebskosten, da weniger Bauteile gewartet und überwacht werden müssen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislaufes ist in dem unteren Bereich des Innenraumes des Abscheiders, in dem die Funktion des Umlaufbehälters und die Funktion des Saugabscheiders realisiert werden, eine im wesentlichen vertikale Trennwand angeordnet.

Die in dem unteren Bereich des Innenraumes des Abscheiders angeordnete Trennwand weist - den erfindungsgemäßen Kältemittel- oder Kältemittelgemisch­ kreislauf weiterbildend -, vorzugsweise in ihrem unteren Bereich, wenigstens eine Öffnung auf.

Der erfindungsgemäße Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände von Unteransprüchen darstellen, seien anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Die Fig. 2 zeigt nunmehr einen Abscheider D, in den die Funktionen des Saugabscheiders D1 und des Umlaufbehälters D2 - wie sie in der Fig. 1 dargestellt sind - integriert sind. Aus diesem Grunde ist anstelle der in der Fig. 1 dargestellten Leitungen 5 und 6 - nebst den Regelventilen b und c - lediglich eine Leitung 11 sowie ein Regelventil e erforderlich. Während der in der Fig. 1 über Leitung 3 abgezogene verdichtete, jedoch noch nicht kondensierte Kältemittelstrom dem Saugabscheider D1 zugeführt wurde, erfolgt das Zuleiten dieses Kältemittelstromes bei dem erfindungs­ gemäßen Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf über Leitung 10, in der ein Regelventil d vorgesehen ist, in den Abscheider D.

Dieser Abscheider D kann, wie in der Fig. 3 dargestellt, gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreis­ laufes, in seinem unteren Bereich des Innenraumes eine im wesentlichen vertikale Trennwand T aufweisen. Mittels dieser Trennwand T wird verhindert, daß das über die Leitung 10 in den Abscheider D einströmende gasförmige Kältemittel oder Kältemittel­ gemisch ein Aufschäumen der gesamten Flüssigkeit, die sich in dem Abscheider D befindet, bewirkt. Dieses Aufschäumen hätte zur Folge, daß das aus dem Sumpf des Abscheiders D über Leitung 7 abgezogene Kältemittel Gasblasen enthielte, was zu einer Verschlechterung des Wärmeüberganges im Verbraucher W führt.

Ist eine Trennwand T vorgesehen, so empfiehlt es sich daher, flüssiges Kältemittel, das einem Verbraucher W zugeführt wird, aus demjenigen Flüssigkeitsraum, in den kein gasförmiges Kältemittel oder Kältemittelgemisch einströmt, abzuziehen.

Die in dem unteren Bereich des Innenraumes des Abscheiders angeordnete Trennwand T weist zudem, vorzugsweise in ihrem unteren Bereich, wenigstens eine Öffnung B auf. Diese Öffnung B ermöglicht ein Kommunizieren der Flüssigkeiten in den beiden durch die Trennwand T voneinander getrennten Flüssigkeitsräumen.

Claims (3)

1. Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf mit einer ein- oder mehrstufigen Verdichtereinheit, mit wenigstens einem Sammelbehälter, mit wenigstens einem Umlaufbehälter und mit wenigstens einem Saugabscheider mit Pumpverhütungsregelfunktion, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Umlaufbehälters und die Funktion des Saugabscheiders in einem Abscheider (D) realisiert werden.

2. Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Bereich des Innenraumes des Abscheiders (D) eine im wesentlichen vertikale Trennwand (T) angeordnet ist.

3. Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (T), vorzugsweise in ihrem unteren Bereich, wenigstens eine Öffnung (B) aufweist.