DE4202913A1 - Arbeitsstoffgemisch für Einrichtungen zur Erzeugung von Kälte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Kälte mit dem Kältemittel Ammoniak vorzugsweise in Anlagen kleinerer und mittlerer Kälteleistung.

Das Kältemittel Ammoniak gewinnt trotz bekannter toxischer Eigen­ schaften wegen seiner relativen Umweltverträglichkeit wieder stärker an Bedeutung. Es gefährdet nicht die Ozonschicht und hat auch wegen seiner kurzen atmosphärischen Lebensdauer praktisch kein Treibhauspotential. Durch die immer besser zu gewährleisten­ de Anlagendichtheit spielt die Gefährdung durch austretendes Ammoniak eine immer geringere Rolle. Eine gewisse Restgefährdung des Ammoniaks kann insbesondere bei kleinen und mittleren Kälte­ anlagen dadurch weiter herabgesetzt werden, indem eine Minimie­ rung der Füllmenge vorgenommen wird. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß im Verdampfer eine sogenannte troc­ kene Verdampfung angewendet wird, wie sie auch bei den Fluor- (Chlor-) Kohlenwasserstoffen üblich ist. Die Verdampfer dieses Verfahrens bestehen meist aus Rohren von Durchmessern kleiner als 10 mm oder auch aus Kanälen von lichten Weiten bis zu 1 mm, es sind auch schon geätzte Konstruktionen mit noch kleineren Abmes­ sungen bekannt geworden.

Ein entscheidendes Hemmnis für die Anwendung derartiger Verdamp­ fer in Ammoniak-Kreisläufen ist die Verölung. Trotz zwischen Verdich­ ter und Kondensator angeordnetem Ölabscheider, befindet sich eine gewisse Ölmenge im Kreislauf, die in den Verdichter zurückgeführt werden muß.

In herkömmlichen Ammoniakanlagen hat man, ermöglicht durch die großvolumige Bauart der Verdampfer, an deren Boden Ölablaßstutzen angebracht. Man kann so das spezifisch schwerere Öl ablassen und dem Verdichter zuführen. Bei überhitzten, kompakten Verdampfern ist dies nicht möglich. Es ist bekannt, daß sich im Verdampferin­ neren ein Ölfilm aufbaut, weil herkömmliches Kältemaschinenöl praktisch im Ammoniak unlöslich ist. Damit verschlechtert sich entscheidend der Wärmeübergang vom verdampfenden Kältemittel zur Verdampferwand.

Bei niedrigen Verdampfungstemperaturen kommt noch als weiterer Effekt erschwerend hinzu, daß die Ölviskosität bei tiefer Tempe­ ratur stark zunimmt. In Kälteanlagen mit Fluor-(Chlor-) Kohlen­ stoffen hingegen setzen diese wegen ihrer hohen Öllöslichkeit die Viskosität des Öles stark herab. Dadurch wird die Ölrückführung zum Verdichter garantiert.

Das Problem der Ölrückführung kann nur bedingt durch Verwendung niederviskoser Öle gelöst werden. Allerdings stößt das an Grenzen im Verdichter, in dem eine Mindestviskosität zur Aufrechterhal­ tung der hydrodynamischen Schmierung gewährleistet sein muß. Eine weitere Möglichkeit zur Viskositätserniedrigung wird z. B. in der DE-OS 32 45 475 beschrieben. Dem Öl-Ammoniak-Kreislauf wird ein Kohlenwasserstoff zugesetzt, der die Ölviskosität so weit ernie­ drigt, daß ein Rücktransport zum Verdichter möglich wird. Das Problem des Ölfilms im Verdampfer wird aber damit nicht gelöst, außerdem ist diese Erfindung auch wegen des zusätzlichen appara­ tiven Aufwandes nur bei großen Ammoniakanlagen sinnvoll einsetz­ bar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer mit Ammoniak betriebenen Kälteanlage eine Ölrückführung zu gewährlei­ sten und zu vermeiden, daß auf der Verdampferinnenseite kein den Wärmeübergang störender Ölfilm entsteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung vorgeschlagen, welche die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale aufweist, wobei weitere Merkmale in den Unteransprüchen genannt sind. Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Lösung auch bei mehrstu­ figen Kältekreisläufen oder auch im Parallelbetrieb von Verdichtern einzusetzen und somit alle vorteilhaften Anlagen­ schaltungen, wie bei Fluor-(Chlor-) Kohlenwasserstoffen bekannt, anzuwenden.

Im folgenden soll das Prinzip zur Verbesserung der Bedingungen im Ammoniak-Kälte-Kreislauf als Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Aufgrund der starken Polarität des Ammoniakmoleküles und des völlig anderen chemischen Charakters des Ammoniaks verglichen mit den Molekülen der üblichen Kältemaschinenöle ist es verständ­ lich, daß keine gegenseitige Löslichkeit erfolgt. Es muß daher ein weiterer Stoff gefunden werden, der in beiden Substanzen löslich ist und somit als Lösungsvermittler auftreten kann. Es stellte sich heraus, daß es ausreicht, ein Wasserstoffatom des Ammoniakmoleküls durch eine Methyl-Gruppe zu ersetzen (=Mono­ methylamin), um eine Mischbarkeit mit Mineralölen und dem Ammoni­ ak zu erreichen. Gleiche Effekte erzielt man, wenn die beiden weiteren H-Atome durch Methyl-Gruppen ersetzt werden (Di- und Trimethylamin). Die Amine wirken so als Lösungsvermittler.

Die in die Anlage einzufüllenden Mengenanteile an Aminen sind gering. Sie hängen von der Menge des vom Verdichter geförderten Öles ab. Die zirkulierende Ölmenge liegt selbst in sehr ungünsti­ gen Fällen unter 1%. Lediglich im Anfahrzustand sind höhere Konzentrationen denkbar. Es ist daher völlig ausreichend, eine Konzentration von 2 bis maximal 20 Gewichtsprozent des Amines zum Ammoniak zuzusetzen. Welches Amin nach den Unteransprüchen 2 bis 4 eingesetzt wird, hängt von der Ölsorte und der vorher zu be­ stimmenden Löslichkeit ab. Kältetechnisch sind die drei Amine gleichwertig, die Kälteleistung wird nur wenig beeinflußt. Beson­ ders vorteilhaft ist auch die Auswahl der Amine dahingehend, daß die chemische Verwandtschaft zu dem Ammoniak einerseits und über Methyl-Gruppen zu den Ölen andererseits bewirkt, daß keine zu­ sätzlichen Werkstoffprobleme im Kältekreislauf eintreten.

Claims (4)

1. Arbeitsstoffgemisch für Einrichtungen zur Erzeugung von Kälte, die aus einem Kältekreislauf mit Verdichter, Kondensator, Drosse­ lorgan und Verdampfer aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsstoff Ammoniak 2 . . . 20 Gewichtsprozent eines bei Raumtemperatur gasförmigen, in flüssigem Ammoniak löslichen Stoffes enthält, der bei den im Verdampfer auftretenden Tempera­ turen mit Kältemaschinenölen vorzugsweise auf Basis Alkylbenzen weitgehend mischbar ist, wobei es sich bei dem zugesetzten Stoff vorzugsweise um Methylderivate des Ammoniak handelt.

2. Arbeitsstoffgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits­ stoff Ammoniak 7 . . . 10% Dimethylamin enthält.

3. Arbeitsstoffgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits­ stoff Ammoniak 5 . . . 8% Trimethylamin enthält.

4. Arbeitsstoffgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits­ stoff Ammoniak 10 . . . 15% Monomethylamin enthält.