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Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf
Kälteanlagen und insbesondere auf einen Schraubenverdichter
zur Verwendung in solchen Anlagen. Mehr insbesondere, jedoch
ohne Einschränkung auf die besonderen Ausführungsbeispiele,
die im Späteren bei der Beschreibung der besten
Ausführungsform der Erfindung erläutert werden, betrifft
diese Erfindung ein Ölführungssystem für das Einlassrohr
eines Schraubenverdichters, der in einer Kälteanlage des
Kühlertyps verwendet wird.
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Schraubenverdichter werden allgemein benutzt in einer
Vielzahl von Anwendungen, die von der Drucklufterzeugung für
pneumatische Werkzeuge bis zur Umwälzung eines Kühlmittels
durch den Kühlkreislauf in einem Kühlsystem reichen. Eine
besondere Anwendung des Schraubenverdichters ist in einem
Kältesystem, welches in geläufiger Weise als Kühler
bezeichnet wird. Ausser dem Schraubenverdichter hat der
typische Kühler auch einen Verflüssiger, einen Verdampfer
odr Kühler, einen Ölabscheider, einen
Rühlmittelvorratsbehälter und ein Drosselventil. Diese
Bauteile sind miteinander verbunden durch eine Rohrleitung,
welche das Kühlmittel durch das System leitet. Der Verdampfer
hat üblicherweise eine Vielzahl von Röhren, welche das Wasser
in einem geschlossenen Kreislauf zu einem anderen
Wärmetauscher oder einer Kühlschlange leiten. In der
Kühlschlange wird zirkulierende Raumluft mittels eines
Gebläses über die Kühlschlange geleitet, damit Wärme von der
zirkulierenden Raumluft abgeleitet wird.
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Die Bauteile des Kühlers sind üblicherweise so in Bezug
aufeinander angeordnet damit das Einlasssaugrohr des
Schraubenverdichters nach unten in den Verdampfer ragt. Der
Schraubenverdichter wird zum Teil geschmiert durch Lecköl aus
den Verdichterlagern, das mit dem zwischen die
Verdichterrotore einströmenden Sauggas mitgeführt wird. Das
kombinierte Öl- und Rühlmittelgemisch wird durch den
Verdichter geführt und dann in den Ölabscheider des Systems
eingeleitet, wo das Öl von dem Kühlmittel getrennt wird.
Während dem Schwachlastbetrieb des Kühlers ist die
Gasgeschwindigkeit unzureichend, um dieses Öl wirksam mit der
in den Verdichter eintretenden Gasströmung mitzuführen. Bei
dieser Betriebsweise strömt das Schmieröl üblicherweise
kontinuierlich nach unten in den Saugeinlass und gelangt in
den Verdampfer wo es sich in unerwünschter Weise mit dem
Kühlmittel vermischt. Auf diese Weise geht Öl aus dem
Verdichter verloren, wodurch der Verdichter unzureichend
geschmiert wird und eine Herabsetzung der Leistungsfähigkeit
des Kühlers bedingt ist, infolge des Vorhandenseins von
grossen Ölmengen in dem Rühlmittelkreislauf.
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Es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um das
Problem des Ölverlustes in dem mit verminderter Last
betriebenen Schraubenverdichter zu lösen. Die
Lösungsvorschläge sehen vor eine Betriebsweise des
Verdichters unter so kleinen Belastungen wobei der erwähnte
Ölverlust eintreten kann einfach auszuschliessen, eine
Ablenkeinrichtung einzubauen zum Auffangen des Öls, um es
mittels eines Injektorsystems in den Verdichter
zurückzuführen, wie im allgemeinen beschrieben ist in der US-
A-5,086,621, auf welche die zweiteilige Form des unabhängigen
Anspruches 1 sich stützt, oder ein Destillationsprozess
einzubinden zum Entfernen von überschüssigem Öl aus dem
Kühlkreislauf. Der erste Lösungsvorschlag ist in vielen
Fällen ungeeignet, wo ein Schwachlastbetrieb des
Schraubenverdichters erforderlich ist. Die zwei letzten
Lösungsvorschläge sind Beispiele für teure konstruktive
Abänderungen, welche die Herstellungskosten der Kälteanlage
wesentlich erhöhen.
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Es wird ebenfalls verwiesen auf die US-A-1, 978, 027, die
eine Ölabscheideeinrichtung für Verdichter in Kühlanlagen
beschreibt. Eine Verdichtereinlasssaugleitung ragt in eine
Verdampferkammer und ein kappenförmiger Bauteil ist
benachbart zur Einlassöffnung der Saugleitung angeordnet.
Öffnungen sind in dem kappenförmigen Bauteil vorgesehen,
damit Rühlmittelgas aus der Verdampferkammer in die
Saugleitung strömen kann. Öl strömt auch aus der
Verdampferkammer durch die Öffnungen in das kappenförmige
Bauteil, um sich darin zu sammeln. Wenn das angesammelte Öl
die Einlassöffnung der Saugleitung erreicht wird es durch die
Saugleitung mit in den Kompressor angesaugt.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte
Kälteanlage zu schaffen mit einer einfachen Einrichtung zur
Wiedereinführung von Verlustöl aus dem Verdichter durch die
Einlasssaugleitung während dem Schwachlastbetrieb des
Verdichters.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine
Kälteanlage des Typs mit einem Schraubenverdichter, der einen
Einlaß hat zum Verdichten und Umwälzen von Kältemittel durch
die Anlage und mit einem Verdampfer, der ein Gehäuse hat,
das eine Kammer umschließt in der eine Zustandsänderung des
Kältemittels erfolgen kann; wobei eine Saugleitung die
Verdampferkammer mit dem Einlaß des Verdichters verbindet,
welche Saugleitung in einer Öffnung in dem Gehäuse
abgedichtet ist und ein offenes Distalende aufweist, und eine
Behältereinrichtung innerhalb der Kammer und unterhalb der
Saugleitung angeordnet ist zum Sammeln von Schmieröl, das
beim Schwachlastbetrieb des Verdichters vom Verdichtereinlaß
längs der Saugleitung nach unten strömt und zum Zurückführen
des Öls zu dem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß die
Saugleitung sich in die Kammer unterhalb der Abdichtung
erstreckt und die Behältereinrichtung in der Nähe des offenen
Distalendes der Saugleitung befestigt ist, damit wenn der
Ölstand in der Behältereinrichtung eine vorbestimmte Höhe
erreicht, die Öffnung in dem Distalende der Leitung eingeengt
wird zur Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe
der Öffnung, wodurch die Zurückführung des Öls in den
Verdichter erfolgt, und daß die Behältereinrichtung einen
kappenförmigen Teil aufweist mit einer Bodenfläche und einer
nach oben ragenden Seitenwand mit einem oberen Rand, wobei
der obere Rand des kappenförmigen Teiles oberhalb des
Distalendes der Saugleitung liegt und radial davon
beabstandet ist zum Bilden eines Fluiddurchlaßes mit einem
ringförmigen Einlaß zwischen dem oberen Rand des
kappenförmigen Teiles und der Saugleitung.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung und dadurch
erhaltene Vorteile sind aus der nun folgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung zu
entnehmen, das in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt
ist. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Vorderansicht eines Kühlers mit einem
Schraubenverdichter gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei
der Verdampfer des Kühlers aufgebrochen dargestellt ist, um
die erfindungsgemässe Verbesserung zu zeigen;
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Fig. 2 eine Querschnittansicht der vorliegenden
Erfindung längs der Schnittlinie 2-2 nach Fig. 1, wobei die
Fig. 2 den Ölbehälter gemäss der Erfindung ausführlich
zeigt;
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Fig. 3 eine schematische Darstellung der vorliegenden
Erfindung zur Erläuterung der Betriebsweise des Ölbehälters;
und
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Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 wobei der
Ölbehälter gemäss der Erfindung bis zu seinem
Fassungsvermögen gefüllt ist.
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Es wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen und zuerst
auf die Fig. 1, welche einen Kühler 10 gemäss der
vorliegenden Erfindung zeigt. Der Kühler 10 hat einen
Schraubenverdichter 12, einen Verdampfer oder Kühler 14,
einen Verflüssiger 16, und einen Ölabscheider 18. Der Kühler
10 hat auch zwei Flanschanschlüsse 20-20, die an geeignete
Leitungen anzuschliessen sind zur Zirkulation des gekühlten
Wassers vom Kühler 10 zu einem Fernwärmetauscher. Der
Schraubenverdichter 12 hat ein Einlasssaugrohr 22, das in den
Verdampfer 14 durch eine in dem Verdampfer vorgesehene
Öffnung 24 ragt. Das Einlassrohr 22 endet innerhalb des
Verdampfers an einem Distalende 26 desselben. Ein
kappenförmiger Ölbehälter 28 ist am Distalende 26 des
Einlassrohres 22 befestigt, unter Freilassung eines
Durchlasses oder Spaltes 26 mit einem ringförmigen Einlass
zwischen dem Distalende und dem Einlassrohr 22, um eine
geeignete Kühlmittelströmung durch das Einlassrohr 22 zu
gewährleisten. Das Einlassrohr 22 hat auch ein Proximalende
30, das an einer Befestigungsplatte 32 festgeschweisst ist,
die ihrerseits am Schraubenverdichter 12 mittels
Schraubenbolzen 34 befestigt ist.
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Bezugnehmend nun auf die Fig. 2, aus welcher ersichtlich
ist, dass der Verdampfer 14 ein Verdampfergehäuse 36 aufweist
mit zwei horizontalen Tragflanschen 38-38, die an der
Innenseite des Gehäuses 36 festgeschweisst sind, wie in der
Figur dargestellt. Das Verdampfergehäuse 36 umschliesst eine
innere Kammer 37 in dem Gehäuse, die gegenüber der äusseren
Umgebung abgedichtet ist. Ein Röhrenträger 40 ist in der
inneren Kammer 37 vorgesehen und darin aufgehängt mittels
zwei länglichen Winkelkonsolen 42-42, die an dem
Röhrenträger 40 und an den Tragflanschen 38-38 befestigt
sind. Der Röhrenträger 40 trägt eine Vielzahl von
Wasserröhren 44, die sich horizontal durch den Verdampfer
erstrecken. Während dem Betrieb des Kühlers 10 fliesst
verhältnismässig kühles, flüssiges Kühlmittel aus dem
Verflüssiger 16 in den Verdampfer 14 durch ein
Einlassrohrstück 45. Die den Verflüssiger 16 verlassende
Flüssigkeit ist verhältnismässig warm. Sie kühlt ab beim
Durchströmen eines Ventils bevor sie in den Verdampfer 14
eintritt. Der Druckabfall am Ventil bewirkt, dass ein Teil
des kondensierten, flüssigen Kühlmittels in einen gasförmigen
Zustand übergeht, wodurch der Rest der Flüssigkeit abgekühlt
wird. Das flüssige Kühlmittel kommt dann in Berührung mit den
Wasserröhren 44, in welchen warmes Wasser fliesst. Die Wärme
des warmen Wassers tritt durch die Wasserröhren 44 hindurch
und wird vom flüssigen Kühlmittel aufgenommen, das dann
verdampft und in seiner Temperatur zunimmt. Das Kühlmittel
liegt nun in gasförmigem Zustand vor und wird durch den
Saugeinlass 22 in den Verdichter 12 angesaugt. In dem
Verdichter 12 werden dann der Druck und die Temperatur des
gasförmigen Kühlmittels erhöht infolge der Kompression in dem
Verdichter. Der Verdichter gibt dann das Kühlmittel ab in den
Verflüssiger 16, wo das Kühlmittel abkühlt und sich
verflüssigt unter Wärmeabgabe auf die kühlere Luft, die über
die Kühlschlangen (nicht dargestellt) strömt. Der
Verflüssiger 16 hat auch ein Gehäuse, welches Wasserröhren
umschliesst. Das durch die Verflüssigerröhren strömende
Wasser nimmt Wärme auf vom verdichteten Kühlmittel, wodurch
das Kühlmittel kondensiert. Dieses Wasser vom Verflüssiger
wird dann zu einem Kühlturm geleitet zur Abgabe der
aufgenommenen Wärme an die Umgebungsluft.
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Damit der Schraubenverdichter 12 richtig arbeiten kann
muss Öl aus den Verdichterlagern in das Rühlmittelgas
abgegeben werden, das zwischen die Rotoren des
Schraubenverdichters 12 einströmt. Das Öl vermischt mit dem
Kühlmittel wird dann in dem Schraubenverdichter 12
verdichtet. Bevor das erhitzte und verdichtete Öl-
Kühlmittelgemisch in den Verflüssiger eingeleitet werden
kann, wird es durch einen Abscheider 18, siehe Fig. 1,
hindurchgeleitet, wo das Öl entfernt wird und zu dem
Verdichter 12 zurückgeleitet wird. Das Kühlmittel, ohne jedes
Öl, fliesst dann von dem Abscheider 18 in den Verflüssiger 16
und der Kühlkreislauf wird wiederholt.
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Während dem Hochlastbetrieb des Kühlers 10, liegt eine
ausreichend hohe Gasgeschwindigkeit in dem Einlasssaugrohr 22
vor, damit kein Öl aus dem Verdichter nach unten durch den
Saugeinlass 22 in den Verdampfer gelangen kann. Beim
Schwachlastbetrieb des Kühlers 10 kann aber Schmiermittelöl
aus dem Schraubenverdichter 12 in dem Einlassrohr nach unten
fliessen und anfangen sich in dem Ölbehälter 28 anzusammeln,
wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der. Ölbehälter 28 ist benachbart
zu dem Distalende 26 des Einlasssaugrohres 22 mittels L-
förmigen Haltekonsolen 46 befestigt, wie in Fig. 2 gezeigt.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen hat der Ölbehälter 28 einen
Bodenplattenteil 48 und eine nach oben ragende Seitenwand 50,
die an einem oberen Rand 52 endet, der radial beabstandet ist
von der Saugleitung 22 zum Bilden des ringförmigen Einlasses
zwischen dem oberen Rand 52 des Ölbehälters 28 und dem
Saugrohr 22. Die L-förmigen Haltekonsolen 46 werden benutzt
zum Einstellen des oberen Randes 52 der Seitenwand 50
oberhalb der Öffnung des Distalendes 26 des Einlasssaugrohres
22, wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt ist. Wie in Fig. 3
dargestellt, beim Betrieb des Kühlers 10 mit sehr geringer
Last, sammelt der Behälter 28 das Schmiermittelöl, das in dem
Saugrohr 22 nach unten fliesst. Der Ölstand in dem Behälter
28 steigt an bis er sich dem Distalende 26 des Einlassrohres
22 nähert, wie in Fig. 4 gezeigt. Wenn das Öl diesen Stand
erreicht wird eine Flüssigkeitsdichtung gebildet zwischen dem
Öl und dem Einlasssaugrohr 22. Bei anhaltendem Betrieb des
Verdichters wird dann ein relativer Unterdruck in dem
Saugrohr 22 erzeugt. Das Gasvolumen in dem Saugrohr 22 ist
klein im Verhältnis zur Saugkapazität des Verdichters 12,
selbst bei Schwachlastbetrieb. Dieser relativer Unterdruck
wird dementsprechend sehr rasch erzeugt und erwirkt die
rasche Zurückführung des in dem Behälter aufgefangenen Öls in
den Schraubenverdichter 12.
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Gemäss der besten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist die Bemessung des Behälters 28 und ihre
geometrische Zuordnung zu dem Ansaugrohr 22 für jeden
besonderen Kühler 10 so bestimmt, dass, wenn der
Schraubenverdichter 12 mit Volllast betrieben wird, der
Ölbehälter 28 die Kühlmittelströmung nicht einschränkt oder
die Gasgeschwindigkeit erhöht, wodurch ein erhöhter
Druckabfall entstehen würde, der die Leistungsfähigkeit des
Kühlers herabsetzen würde. Das Fassungsvermögen des Behälters
wird dementsprechend auf einem Minimum gehalten, um die
Möglichkeit einer unerwünschten Verengung der
Einlassleitung 22 herabzusetzen wenn der Kühler mit Hochlast
betrieben wird. Gleichzeitig muss aber der Behälter 28 gross
genug bemessen werden, um eine vorbestimmte Ölmenge zu
sammeln, die durch das Saugrohr 22 bei Schwachlastbetrieb
zurückfliesst und um eine Ausdehnung des Öls zuzulassen durch
Aufnahme von Rühlmittelgas, wenn der Kühler zu einem
Zeitpunkt abgeschaltet wird wo der Ölbehälter fast
vollständig gefüllt ist. Das optimale Fassungsvermögen des
Ölbehälters ist deswegen so ausgelegt, damit die darin
enthaltene Ölmenge verhältnismässig klein ist im Verhältnis
zu der Gesamtkühlmittelladung des Kühlers, damit
irgendwelches Überlaufen von Öl aus dem Ölbehälter nicht zu
einer messbaren Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des
Kühlsystems führen kann.
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Die Erfindung schafft dementsprechend ein einfaches,
jedoch wirksames Ölführungssystem für einen Kühler mit einem
Schraubenverdichter. Das beschriebene Ölführungssystem ist
wirtschaftlich, wirksam und verlangt keine wesentlichen
Veränderungen der Bauteile des Kühlers.