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Verfahren zur Entlüftung einer Kälteanlage und Anlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entlüftung einer Kälteanlage mit einer Entlüftungseinrichtung, die einen Kompressor zum Fördern des zu entlüftenden Kältemittel/Luftgemisches enthält. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Kälteanlage mit einer Entlüftungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Besonders bei Verwendung von Niederdruckkältemittel, wie z. B. Freon 11 (Monofluor-Trichlor- Methan, CFCl3, Siedepunkt bei 1 ata ca. 23() C), stehen verschiedene Teile einer Kälteanlage in der Regel unter mehr oder weniger grossem Unterdruck (z. B. 0,6 bis 0,4 ata), so dass mit der Zeit etwas Luft durch irgendwelche undichte Stellen eindringen kann. Je nach dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft dringt auch etwas Wasser mit ein. Solche Kälteanlagen werden daher mit einer Entlüftungseinrichtung versehen.
Bei bisherigen Anlagen dieser Art wird das Kältemittel in dem Kühler kondensiert und flüssig in die Kälteanlage zurückgeleitet.
Demgegenüber besteht das erfindungsgemässe Verfahren dadurch, dass das Kältemittel nach Kondensation und Luftabzug verdampft wird und dabei Schmiermittel aus ihm abgeschieden wird, und dass das Kältemittel darauf gasförmig in den Kreislauf der Kälteanlage zurückgeleitet wird. Bei der Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist in weiterer Erfindung zwischen einen Kühler der Entlüftungseinrichtung und den Kreislauf der Kälteanlage eine Heizvorrichtung und danach ein Schmiermittelsam- melbehälter geschaltet. Das vom Entlüftungskompressor in das Kältemittel gebrachte Schmiermittel wird dadurch wieder vollständig aus dem Kältemittel entfernt.
Auch Schmiermittelreste, die ein in an sich bekannter Weise hinter den Entlüftungskompressor eingeschalteter Schmiermittelabscheider nicht zu trennen vermag, können aus dem in die Kälteanlage zurückzuführenden Kältemittel abgetrennt werden.
Bei einer Ausführungsgform des erfindungsge- mässen Verfahrens wird das in der Entlüftungseinrichtung gesammelte, flüssige Kältemittel entspannt und dem schon entspannten Teil soviel Wärme aus dem über dem flüssigen, noch nicht entspannten Kältemittel der Entlüftungseinrichtung liegenden Kältemittel/Luft-Gemisch übertragen, das einerseits der in dem Gemisch noch befindliche Kältemittelrest kondensiert und ausgeschieden, andererseits das entspannte Kältemittel verdampft wird und der flüssig zurückbleibende Schmiermittelrest abgeschieden werden kann.
Die Wärme des unkondensiert gebliebenen Gemischanteils wird somit sinnvoll verwertet; es findet eine gemeinsame Feinabscheidung von Kältemittel aus Luft und von Schmiermittel aus Kältemittel statt. Die in der Feinabscheidung ausgeschiedenen Kältemittelreste können in das bereits vorher kondensierte Kältemittel zurückgeführt werden. Die aus Kälteanlage und Entlüftungseinrichtung ins Freie abgelassene Luft ist praktisch frei von Kältemittel, das in die Kälteanlage zurückgeleitete Kältemittel ist praktisch frei von Schmiermittel.
Bei einer Bauart nach der Erfindung ist die Heiz- vorrichtung von einem Wärmeaustauscher gebildet, durch dessen Primärkanal der im Kühler unkonden- siert gebliebene Gemischanteil und durch dessen Sekundärkanal das im Kühler kondensierte Kältemittel geleitet ist.
Vorteilhaft bildet ein und derselbe Behälter unten den Kühler und darüber den Wärmeaus- tauscher. Zwischen Kühler und Wärmeaustauscher entsteht dann eine Temperaturdifferenz; unten, in der Nähe des Kühlers, herrscht höhere, oben, in der Nähe des Wärmeaustauschers tiefere Temperatur.
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Das Kältemittel/Luft-Gemisch wird also beim Aufsteigen in den Behälter allmählich abgekühlt, wodurch sich der Partialdruck des Kältemittels verringert, so dass in jeder horizontalen Schicht weitere Anteile kondensieren und die oberen Schichten kälte- mittelärmer sind als die unteren.
Die aus dem Wärmeaustauscher ins Freie abströmende Luft enthält jedenfalls weniger Kältemittel, als es der Durchschnittstemperatur des ganzen Behälters entsprechen würde. Der Kältemittelverlust beim Entlüften ist also besonders gering, was im Hinblick auf den hohen Preis des Kältemittels (z. B. Freons) von Vorteil ist.
Eine erfindungsgemäss ausgebildete Einrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren sind anhand der folgenden Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schema einer Kälteanlage, Fig. 2 eine Seitenansicht eines zugehörigen Einzelteils, Fig. 3 ein Schema der an die Kälteanlage angeschlossenen Entlüftungseinrichtung, Fig. 4 einen Teil einer weiteren Bauart der Entlüftungseinrichtung, und Fig. 5 eine Einzelheit einer abgewandelten Ausführungsform der Entlüftungseinrichtung.
Der Kompressor 12 der Kälteanlage (Fig. 1) ist mit seiner Druckseite über eine Leitung 22 an einen Kondensator 13 angeschlossen. Dieser enthält eine z. B. von Wasser durchströmte Kühlrohrschlange 14. Im unteren Teil des Kondensators 13 sammelt sich das kondensierte Kältemittel 15 (z. B. Freon 11, im folgenden kurz Freon genannnt). Es strömt über eine ein Druckreduzierorgan 16 enthaltende Leitung 17 in einen Verdampfer 18. Dieser enthält eine Rohrschlange 19, durch die ein Kälteträger, z. B. Sole gerührt ist.
Beim Verdampfen des Freons in dem Verdampfer 18 wird der Sole Wärme entzogen, so dass sie ihrerseits ebenfalls Wärme von dem nicht dargestellten, zu kühlenden Raum oder Gut (Kälteverbraucher) entzieht. Nach dem Verdampfer 18 strömt das Freon gasförmig über eine Leitung 21 wieder in den Kompressor 12.
An den Kondensator 13 ist über eine Leitung A (Fig. 1, 3) die Saugseite eines am Kolben geschmierten, z. B. mit Öl geschmierten, mit seinem Antriebselektromotor hermetisch gekapselten Kolbenkom- pressors 1 angeschlossen. Der Kompressor 1 wird lediglich durch aus seinem Kurbelgehäuse hochgespritztes Öl zwischen Zylinder und Kolben geschmiert. Die Leitung A enthält ein Absperrorgan 23. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Leitung A am Ende 13a des z.
B. trommelförmig ausgebildeten Kondensators 13 angeschlossen, während die vom Kompressor 12 kommende Kältemittelleitung 22 auf der anderen, in Fig. 2 linken Seite 13b des Konden- sators angeschlossen ist. Auf diese Weise sinken bereits im Kondensator 13 die Freondämpfe grossenteils nach unten ab, so dass über die Leitung A nur ein verhältnismässig freonarmes Kältemittel/Luft- Gemisch abströmt.
Die Druckseite des zur Entlüftungseinrichtung nach Fig. 3 gehörenden Kompressors 1 ist über eine Leitung 24 mit einem ölabscheider 2 verbunden. Dieser enthält unten ein von einem Schwimmer 25 gesteuertes Ventil 26 für den Auslass des Öls 27. Das gesammelte Öl wird über eine Leitung 28 in das Kurbelgehäuse des Entlüftungskompressors 1 zurückgeleitet.
Der Abscheider 2 ist mit einer Heizwick- lung 30 versehen, durch die das etwa unter dem hohen Druck zur Kondensation neigende Freon verdampft werden kann, so dass es nicht mit dem L51 27 in den Kompressor 1 gelangt und dort die Schmierfähigkeit des Öls beeinträchtigen kann.
Der Abscheider 2 ist über eine Leitung 40 mit einem Behälter 3 verbunden. Dieser enthält im unteren Teil einen von einem Schirm 20 überdeckten Kühler 11, der einerseits an eine ein Absperrorgan 28 enthaltende Zuführungsleitung F und andererseits an eine Abführleitung E angeschlossen ist. Durch den Kühler 11 kann z. B. Kühlwasser geführt werden, durch das die durch die Kompression in Kompressor 1 entstandene Wärme wieder abgeführt und durch das auch beim Anfahren der Anlage die erste Kondensation des Freonanteils des über Leitung 40 kommenden Gemisches herbeigeführt werden kann.
Während des Dauerbetriebs kann das Kühlwasser im Kühler 11 gegebenenfalls mittels des Organs 28' reduziert werden, wenn das Freon auf dem Weg durch Leitung 40 und durch die Wandung des Behälters 3 selbst genügend abgekühlt wird.
Im unteren Teil des Behälters 3 ist ein Schwimmer 4 eingebaut, von dem aus ein Entspannungsventil 31 betätigt ist, das in dem Behälter selbst nach oben geführte Steigleitung 32 mehr oder weniger zu öffnen vermag. Leitung 32 führt zu einem Sekundärkanal 5 eines Wärmeaustauschers 33. Der Primär- kanal 34 des Austauschers 33 wird von in dem Behälter 3 aufwärtsströmendem, gasförmigem Freon/ Öl-Gemisch durchströmt.
Der Sekundärkanal 5 wird, wenn das Ventil 31 infolge eines genügend hohen Freonspiegels bei 29 geöffnet wird, von flüssigem Freon unter Expansion vom Druck des Kompres- sors 1 auf den Druck des Verdampfers 18 der Kälteanlage durchströmt.
Oben in Fig. 3 hat der Primärkanal 34 bzw. der Behälter 3 selbst eine Luftaustrittsleitung C, die ein Druckmessgerät 36 und ein einen einstellbaren Durchlassquerschnitt aufweisender Absperrorgan 7 besitzt.
Der Sekundärkanal 5 setzt sich in eine Leitung 35 fort, die in einen Ölsammelbehälter 6 mündet. Dieser hat eine mit einem Absperrorgan 8 ausgestattete ölablaufleitung G sowie eine mit einem Absperrorgan 37 versehene Freonabströmleitung B, die in den Verdampfer 18 der Kälteanlage führt. An dem Behälter 6 sind zwei Schaugläser 10 angebracht.
Der untere Teil des Behälters 3, der ebenfalls mit zwei Schaugläsern 10a ausgestattet ist, enthält eine Wasserabströmleitung D, die mit einem Absperrorgan 9 ausgerüstet ist.
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Das Verfahren (Wirkungsweise), wonach die Anlage arbeitet, verläuft folgendermassen. Das im Kondensator 13 beispielsweise unter ca. 1,8 ata stehende, Luft enthaltende und zu entlüftende Freon wird von dem Kompressor 1 auf ca. 8011 C und 11 ata gebracht. In dem Abscheider 2 sammeln sich unten z. B. ca. 90 bis 95 % des Öls (Grobabscheidung von Öl aus Freon), das aus dem Kompressor 1 stammt.
Das über die Leitung 40 weiterströmende, geringe Reste von Öl enthaltende Freon/Luft-Gemisch kühlt sich auf dem Weg durch Abstrahlung etwas ab. Durch den Kühler 11 wird kaltes Wasser strömen gelassen. Ein Teil des durch Leitung 40 in den Behälter 3 kommenden Freons wird z. B. bei 300 C kondensiert und unten bei 29 gesammelt (Grobab- scheidung von Freon aus Luft). Die restlichen, zunächst nicht kondensierenden Freondämpfe steigen zusammen mit der in die Kälteanlage durch undichte Stellen eingetretenen Luft im Behälter 3 nach oben.
Wenn der Spiegel des kondensierten Freons bei 29 genügend hoch ist, wird das Ventil 31 durch den Schwimmer 4 geöffnet, und das flüssige Freon 29 wird durch Leitung 32 von oben in den Sekundärkanal 5 des Wärmeaustauschers 33 gedrückt. Hier steht es in Wärmeaustausch mit dem im Primärkanal 34 strömenden Freon/Luft-Gemisch.
Der Sekundärkanal ist zweckmässig als Rohrschlange von relativ geringem Gefälle und grossem Querschnitt ausgebildet, damit die Flüssigkeit in ihm, ohne zerstäubt zu werden, ruhig herabrieselt. Da der Druck in dem Verdampfer 18 der Kälteanlage und damit auch in Leitung B und Behälter 6 ca. 0,4 ata beträgt, so verdampft das flüssige Freon im Kanal 5 unter Aufnahme von Wärme, die dem in Kanal 34 aufsteigenden Gemisch entzogen wird.
Der Freon- anteil in Kanal 34 kondensiert dabei - soweit nicht schon weiter unten geschehen - aussen an der Rohrschlange 5 vollkommen (Feinabscheidung von Freon aus Luft) und tropft im Behälter 3 nach unten auf den Schirm 20 und läuft in das bereits kondensierte Freon 29. Das Überdruckventil 7 ist so eingestellt, dass es bei Überschreitung von 11 ata öffnet, so dass die von Freon getrennte Luft durch Leitung C ins Freie abströmen kann.
Das über Leitung 35 aus der Schlange 5 austretende, erneut verdampfte Freon tritt zusammen mit dem restlichen, flüssig gebliebenen Öl in Behälter 6 (Feinabscheidung von Öl aus Freon). Über Leitung B gelangt das gasförmige Freon aus dem Behäler 6 zurück in den Verdampfer 18. Die Ölreste sammeln sich unten im Behälter 6. Sie können über Leitung G unter Öffnen des Ventils 8 von Zeit zu Zeit abgelassen, gegebenenfalls in den Kompressor 1 zurückgeführt werden.
Während des Dauerbetriebs stellt sich in dem Behälter 3 ein Aufwärtsstrom des Freon/Luft-Ge- misches ein, der - auf Grund der höheren Temperatur unten und der tieferen Temperatur oben und der dadurch bedingten Freonpartialdruckabnahme von unten nach oben - von unten nach oben sukzessive abnehmenden Freongehalt aufweist. Wenn die auf Grund von Undichtheit der Kälteanlage aus der Umgebung eingedrungene Luft höheren Wassergehalt hat, so wird in dem Behälter 3 unten auch Wasser 37' kondensiert. Es schwimmt infolge seines geringeren spezifischen Gewichtes oberhalb des Freons 29. Das Wasser 37' kann unter öffnen vom Organ 9 über die Leitung D von Zeit zu Zeit abgelassen werden.
Bei Revision oder bei Stillstand der Kälteanlage 12, 13, 18 können die Organe 23, 37 geschlossen werden, so dass die Entlüftungseinrichtung nach Fig. 3 von der Kälteanlage nach Fig. 1 getrennt ist.
Bei der Bauart nach Fig. 4 sind der Kühler 11 und der Wärmeaustauscher 33 zwei örtlich voneinander getrennte Teile. Aus dem Kühler 11 ist oben eine Verbindungsleitung 42 weggeführt, die eine Pumpe 43 enthält und in den Wärmeaustauscher 33 mündet, und zwar in dessen Primärkanal 34. Unten aus dem Kühler 11 ist eine Kondensationsleitung 32' zu dem Sekundärkanal 5 des Wärmeaustauschers 33 geführt. Weiter ist unten aus dem Wärmeaustauscher 33 eine Kondensatrückführleitung 43' zu dem Kühler 11 geführt, die eine Pumpe 44 enthält.
In dem Kühler 11 findet die Grobabscheidung von Freon aus Luft bzw. dem über Leitung 40 zugeführten Freon/Luft-Gemisch statt. Das kondensierte Freon 29 gelangt nach Entspannung durch das Ventil 31 über Leitung 32' in den Wärrneaustauscher 33, und zwar in den Sekundärkanal 5. Durch Pumpe 43 werden die im Kühler 11 aufsteigenden, unkon- densiert gebliebenen Dämpfe über Leitung 42 in den Wärmeaustauscher 33 geleitet. Hier stehen sie beim Aufwärtsströmen mit dem in der Schlange 5 abwärtsströmenden, kondensierten Freon in Wärmeaustausch.
Im Wärmeaustauscher 33 findet - im Primärkanal 34 - die Feinabscheidung von Freon aus Luft und - im Sekundärkanal 5 und Behälter 6 - die Feinabscheidung von Öl aus Freon statt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Leitung 32' zu einer z. B. mit elektrischer Heizwick- lung 44 ausgerüsteten Heizvorrichtung 33' geführt, in deren Kanal 5' das kondensierte Freon 29 durch Heizen auf elektrischem Wege zum Verdampfen gebracht wird. Die Heizvorrichtung 33' entspricht also dem Wärmeaustauscher 33 bei den Bauarten nach Fig. 3, 4.