DE69714921T2 - Ölabscheider mit zwei Eingängen für einen Kühler - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Kältesysteme und insbesondere auf Ölabscheider für Kältesysteme der Kühlerbauform.
• Kältesysteme der Kühlerbauform umfassen üblicherweise einen Scshraubenverdichter, einen Öl-Kühlmittelabscheider, einen Verflüssiger, einen Economizer mit einem Expansionsventil und einen Verdampfer oder Kühler. Diese Komponenten sind miteinander verbunden durch Rohrleitungen, welche das Kühlmittel durch das System leiten. Der Verdampf er hat üblicherweise eine Vielzahl von Röhren, welche Wasser in einem geschlossenen Kreislauf zu einem anderen Wärmetauscher oder Kühlschlange leiten. An der Kühlschlange wird zirkulierende Raumluft durch ein Gebläse über die Kühlschlange geleitet, um Wärme aus der zirkulierenden Raumluft aufzunehmen. Der Schraubenverdichter wird durch mit dem Kühlmittel vermischtes Öl geschmiert. Das zusammengesetzte Öl- und Kühlmittelgemisch wird durch den Kompressionszyklus geführt und dann in den Ölabscheider abgegeben, wo das Öl vom Kühlmittel getrennt wird. Vom Ölabscheider strömt das Kühlmittel in den Verflüssiger.
• Gemäss dem Stand der Technik hatten die Ölabscheider einen einzigen Einlass zur Aufnahme des Kühlmittels von einem oder mehreren Verdichtern in einem Kreislauf. Dies verlangte einen Ölabscheider mit grösserem Durchmesser als notwendig, was zu unerwünscht hohen Herstellungskosten führte.
• Ölabscheider für Kühler weisen im Allgemeinen zwei verschiedene Bauformen auf, d. h. vertikal und horizontal. Ein bekannter, vertikaler Ölabscheider ist in der US-A-3,633,377 beschrieben, auf die die zweiteilige Form des unabhängigen Anspruches 1 sich stützt. In diesem bekannten Abscheider sind eine Vielzahl von Einlassöffnungen für das Öl- und Kühlmittelgemisch mit einem oberen Teil des Abscheidergehäuses verbunden und sind um eine Abscheideeinrichtung herum angeordnet, die sich an einem Ende einer Kühlmittelauslassleitung befindet, die mittig in dem Abscheidergehäuse angeordnet ist und einen Ölauslass aufweist, der an ein unteres Ende des Abscheidergehäuses angeschlossen ist. Ein ähnlicher vertikaler Ölabscheider ist beschrieben in der US-A-3,304,697 mit Öl- und Kühlmitteleinlassöffnungen in einem Zwischengehäuseteil und Öl- und Kühlmittelauslassöffnungen am oberen und am unteren Ende des Gehäuses. Horizontale Ölabscheider sind im Allgemeinen zylindrisch mit einer Einlassöffnung an einem Ende. In einem horizontalen Abscheider tritt das kombinierte Öl- und Kühlmittelgemisch durch die Einlassöffnung ein. Das Gemisch wird gegen das Ende des Ölabscheiders eingeleitet, wodurch ein Teil des Öls sich vom Kühlmittel trennt. Das Gemisch strömt dann weiter mit geringer Geschwindigkeit, vorzugsweise etwa 0,3-1,2 m pro Sekunde (1 bis 4 Fuss pro Sekunde) durch den Abscheider. Bei dieser Geschwindigkeit trennt sich weiteres Öl von dem Kühlmittel in Folge der Schwerkraft. In der letzten Trennphase strömt das Gemisch durch Maschenabscheider wodurch sämtliches Öl bis auf 500 Partikel pro Million aus dem Kühlmittel abgeschieden wird. Das Kühlmittel verlässt dann den Ölabscheider auf der oberen Seite und das Öl fliesst unten ab. In der Vergangenheit wurde das Öl-Kühlmittelgemisch von zwei Verdichtern in einem Kreislauf durch eine einzige Einlassöffnung oder eine Vielzahl von Einlassöffnungen am gleichen Ende in den Ölabscheider eingeleitet.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Ölabscheider zum Trennen von Öl und Kühlmittel in einem Kühler, mit einem langgestreckten Gehäuse; einem ersten Einlass in das Gehäuse für einen ersten Strom eines Öl- und Kühlmittelgemisches; einem zweiten Einlass in das Gehäuse für einen zweiten Strom eines Öl- und Kühlmittelgemisches; einer Einrichtung zum Trennen des Öls von dem Kühlmittel in dem ersten und dem zweiten Strom; einem Ölauslass zum Ableiten des Öls aus dem Gehäuse; und einem Kühlmittelauslass zum Ableiten des Kühlmittels aus dem Gehäuse; dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse horizontal angeordnet ist, und dass der erste und der zweite Einlass sich an gegenüberliegenden Enden des Abscheidergehäuses befinden und auf gegenüberliegenden Seiten der Einrichtung zum Trennen.
• Es wurde festgestellt, dass durch Vorsehen von zwei Einlassöffnungen in einem Ölabscheider mit einem horizontal angeordneten langgestreckten Gehäuse, wobei sich je eine Einlassöffnung an jedem Ende des Abscheidergehäuses und auf gegenüberliegenden Seiten der Abscheidereinrichtung befindet, ein Abscheider mit einem kleineren Durchmesser vorgesehen werden kann, um die gleiche bevorzugte Strömungsgeschwindigkeit des Öl-Kühlmittelgemisches zu erreichen. Der Durchmesser eines Abscheiders mit einem einzigen Einlass wäre 1.4 mal grösser als der Durchmesser des Abscheiders mit zwei Einlässen mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches. Obschon der Abscheider mit einem einzigen Einlass 30% kürzer wäre als der Behälter mit doppeltem Einlass verringert ein längerer Behälter mit kleinerem Durchmesser die Herstellungskosten.
• Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug genommen auf die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Darstellung eines Kühlers mit dem Abscheider gemäss der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine Darstellung der Zustandsformen des Kühlmittels in dem System;
• Fig. 3 eine Querschnittansicht des Ölabscheiders der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 4 eine Darstellung in Perspektive des Ölabscheiders der vorliegenden Erfindung.
• Es wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, und zuerst auf die Fig. 1, die einen Kühler 10 gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Kühler 10 hat zwei Schraubenverdichter 12 und 13, einen Verdampf er oder Kühler 14, einen Verflüssiger 16, einen Ekonomiser 20 mit einem Expansionsventil, und einen Öl-Kühlmittelabscheider 50.
• Der Betrieb des Kühlers 10 wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 kurz beschrieben. Die Flüssigkeit, welche den Verflüssiger 16 verlässt ist verhältnismässig warm. Sie kühlt sich ab in Folge ihrer Strömung durch das Expansionsventil 30 bevor sie in den Verdampf er 14 gelangt. Der Druckabfall an diesem Ventil 30 bewirkt, dass sich ein Teil des kondensierten flüssigen Kühlmittels in einen gasförmigen Zustand verwandelt, wodurch der Rest der Flüssigkeit abgekühlt wird. Das flüssige Kühlmittel kommt dann in Berührung mit den Wasserröhren 44, die Warmwasser führen. Die Hitze des warmen Wassers, das durch die Röhren 44 strömt wird von dem flüssigen Kühlmittel absorbiert, das dann verdampft und an Temperatur zunimmt. Das Kühlmittel, das jetzt in dampfförmigen Zustand vorliegt, wird in die Verdichter 12 und 13 gesaugt. In den Verdichtern 12 und 13 wird dann der Druck und die Temperatur des verdampften Kühlmittels erhöht in Folge der Kompression in den Verdichtern. Die Verdichter geben dann das Kühlmittel in den Ölabscheider 50 ab, der im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Vom Ölabscheider 50 strömt das Kühlmittel zu dem Verflüssiger 16, wo das Kühlmittel sich abkühlt und verflüssigt bei Wärmeabgabe auf kältere Luft, die über die Kühlschlangen strömt. Der Verflüssiger 16 hat Kühlrippen 38. Die Luft, welche über die Verflüssigerkühlrippen strömt absorbiert Wärme von dem verdichteten Kühlmittel und bewirkt die Verflüssigung des Kühlmittels. Das schematisch dargestellte Kältesystem kann vorzugsweise, gemäss geläufiger Praxis, eine auswählbare Anzahl von Verdichtern und/der Verdichterstufen und eine auswählbare Anzahl von Verflüssigern und/oder Verflüssigerstufen aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist anzuwenden bei einer Vielzahl von Systemgestaltungen.
• Der thermodynamische Kreislauf des Kühlsystems gemäss der Erfindung wird nun mit Bezug auf die Fig. 2 erklärt, welche die Zustandsänderungen des Kühlmittels beim Durchlaufen den Kältekreislauf es zeigt. Die Kühlmittelsättigungskurve 91 ist dargestellt, wobei der Druck über der Enthalpie aufgetragen ist. Die Flüssigkeitslinie 92 befindet sich auf der linken Seite der Kurve während die Dampflinie 63 sich auf der rechten Seite der Kurve befindet. Anfangs strömt gesättigter Dampf in die Saugseite der Verdichter 12 und 13 aus dem Verdampfer am Zustandspunkt 1 und wird adiabatisch verdichtet auf einen höheren Druck, dargestellt durch den Zustandspunkt 2'. Dampf von Ekonomiser 20 wird in die Verdichter 12 und 13 eingeleitet am Zustandspunkt 7 wo er mit dem Verdichterprozessdampf vermischt wird zum Wiederausgleichen der Kühlmittelenthalpie an dem Zustandspunkt 2. Die Verdichter 12 und 13 bewirken eine weitere Verdichtung des kombinierten Dampfes, bis der Dampf den Auslassdruck an dem Zustandspunkt 3 erreicht.
• Der verdichtete Dampf strömt dann in den Ölabscheider 50 an dem Zustandspunkt 3, in welchem das Öl aus dem Kühlmittel abgeschieden wird und zu den Verdichtern 12 und 13 zurückgeführt wird. In Folge des Ölabscheidevorgangs fällt der Druck des Kühlmitteldampfes leicht ab zum Zustandspunkt 4 am Einlass des Verflüssigers.
• Um eine gute Wirkungsweise des Schraubenverdichters zu gewährleisten müssen 20 bis 30 Gewichtsprozent Öl in das Kühlmittel eingeleitet werden. Um eine gute Wirkungsweise der Wärmetauscher zu gewährleisten muss das Öl abgeschieden werden bis auf etwa 500 Partikel pro Million oder weniger.
• In dem Verflüssiger 16 wird das Kühlmittel von einem überhitzten Dampf zu einer Flüssigkeit zurückgeführt an dem Zustandspunkt 5 und die Verflüssigungswärme wird auf die Luft übertragen, die über die Kühlschlangen strömt. Flüssiges Kühlmittel gelangt in den Ekonomiser 20 an dem Zustandspunkt 5 und erfährt eine erste adiabatische Ausdehnung an dem Zustandspunkt 6 beim Durchströmen des Expansionsventils 30. Infolgedessen wird ein Teil des Kühlmittels verdampft und zu den Verdichtern 12 und 13 durch die Verdichtermotore zurückgeführt, wo es zur Kühlung derselben beiträgt. Das durch Entspannung verdampfte Gas gelangt in die Verdichter 12 und 13 an dem Zustandspunkt 7 und vermischt sich mit dem Verdichterprozessdampf an dem Zustandspunkt 2.
• Die restliche Flüssigkeit in den Ekonomiser 20 wird gedrosselt durch schwimmergesteuerte Drosselöffnungen und wird an da Einlass des Verdampfers 14 an da Zustandspunkt 8 abgegeben. Hier absorbiert die unterkühlte Flüssigkeit Wärme von der zu kühlenden Flüssigkeit und wird in einen dampfförmigen Zustand an da Zustandspunkt 9 überführt. Der Kühlmitteldampf an da Zustandspunkt 9 wird da Ansaugdruck des Verdichters 12 und 13 ausgesetzt zum Vervollständigen des Kreislaufes.
• Damit die Schraubenverdichter 12 und 13 richtig arbeiten müssen die Verdichter mit Öl geschmiert werden. Das Öl vermischt sich mit da Kühlmittelgas, das in die Rotore der Schraubenverdichter 12 und 13 einströmt. Das mit Öl vermischte Kühlmittel durchläuft dann den Verdichtungszyklus innerhalb der Schraubenverdichter 12 und 13. Bevor das erhitzte und verdichtete Öl-Kühlmittelgemisch in den Verflüssiger 16 eingeleitet werden kann, wird es durch den Abscheider 50 hindurchgeführt, wo das Öl abgeschieden und in die Verdichter 12 und 13 zurückgeleitet wird. Das Kühlmittel wird dann vom Abscheider 50 in den Verflüssiger 16 abgegeben und der Kältekreislauf wird wiederholt.
• In Fig. 3 ist der Ölabscheider 50 dargestellt. Vorzugsweise hat der Ölabscheider 50 ein zylindrisches Gehäuse 52, aber auch andere Formgebungen sind möglich. Der Ölabscheider 50 hat einen ersten Einlass 54 und einen zweiten Einlass 56 zum Empfangen des Öl und Kühlmittelgemisches von den Verdichtern 12 und 13, wie durch die Pfeile 80 dargestellt ist. Das Gemisch 80 strömt durch die Einlassöffnungen 54 und 56 und wird auf die Abscheiderwände 60 und 62 abgegeben. Das Gemisch 80 vom Einlass 54 wird auf die Wand 60 und das Gemisch vom Einlass 56 wird auf die Wand 62 abgegeben. Die Aufprallkraft zwischen dem Gemisch und den Wänden 60 und 62 bewirkt das Abscheiden eines Teiles des Öls 82 aus dem Gemisch 80. Das Öl 82 strömt längs den Wänden 60 und 62 nach unten und sammelt sich am Boden 64 des Abscheiders 50 an. Das Gemisch 80 strömt weiter durch den Abscheider 50 in Richtung zu dem Zentrum 66 desselben. Dabei wird weiteres Öl 82 durch Schwerkraft aus dem Gemisch abgeschieden. Dieses Öl 82 sammelt sich auch am Boden 64 des Abscheiders 50 an.
• Das Gemisch 80 strömt dann durch die Maschenabscheider 70 und 72, welche weiteres Öl 82 aus dem Gemisch 80 abscheiden. Das Öl 82 verlässt den Abscheider 50 durch den Auslass 74 am Boden 64 des Abscheiders 50. Das Kühlmittel, dargestellt durch den Pfeil 84, verlässt den Abscheider 50 durch den Auslass 76 auf der oberen Seite 78 des Abscheiders. Das Öl 82 strömt zu den Verdichtern 12 und 13 zurück und das Kühlmittel 84 strömt zu dem Verflüssiger und der Kreislauf wird wiederholt.

Claims (3)

1. Ölabscheider zum Trennen von Öl und Kühlmittel in einem Kühler (10), mit:

einem langgestreckten Gehäuse (52);

einem ersten Einlass (54) in das Gehäuse (52) für einen ersten Strom eines Öl- und Kühlmittelgemisches;

einem zweiten Einlass (56) in das Gehäuse (52) für einen zweiten Strom eines Öl- und Kühlmittelgemisches;

einer Einrichtung (70, 72) zum Trennen des Öls von dem Kühlmittel in dem ersten und dem zweiten Strom;

einem Ölauslass (74) zum Ableiten des Öls aus dem Gehäuse (52); und

einem Kühlmittelauslass (76) zum Ableiten des Kühlmittels aus dem Gehäuse (52);

dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) horizontal angeordnet ist, und dass der erste und der zweite Einlass (54, 56) sich an gegenüberliegenden Enden (60, 62) des Abscheidergehäuses (52) befinden und auf gegenüberliegenden Seiten der Einrichtung (70, 72) zum Trennen.

2. Ölabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse im Wesentlichen zylindrisch ist.

3. Ölabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (70, 72) zum Trennen des Öls von dem Kühlmittel einen ersten Maschenabscheider (70) zwischen dem ersten Einlass (54) und dem Kühlmittelauslass (76) und einen zweiten Maschenabscheider (72) zwischen dem zweiten Einlass (56) und dem Kühlmittelauslass (76) aufweist.