WO1993016340A1

WO1993016340A1 - Vorrichtung und verfahren zur leistungszifferverbesserung im kältemittelkreislauf

Info

Publication number: WO1993016340A1
Application number: PCT/DE1992/000342
Authority: WO
Inventors: Ulf Greufe
Original assignee: Ulf Greufe
Priority date: 1992-02-11
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1993-08-19
Also published as: AU1795292A; DE4203983A1

Abstract

Beim herkömmlich betriebenen Kältemittelkreislauf kommt es insbesondere in den Wintermonaten zu Störungen, da der Verflüssiger in dieser Zeit zu gross ausgelegt ist. Desweiteren hielt sich der Gesamtwirkungsgrad der Anlagen in relativ niedrigen Grenzen. Zur Lösung dieser technischen Probleme wurde zwischen dem Flüssigkeitssammler und dem Expansionsventil mechanische Energie durch eine pumpe in den Kreislauf eingeführt. Zur Absicherung der Energiequelle wurde eine Q-max-Blende sowie eine Q-min-Blende eingebaut. Alternativ zur Pumpe kann die mechanische Energie auch in anderer Form z.B. nach dem Turboladerprinzip zugeführt werden. Das genannte Verfahren bzw. die Vorrichtung kann bei sämtlichen Kolbenkaltwassersätzen sowie Kühlprozessanlagen Verwendung finden.

Description

B e s c h r e i b u n

Vorrichtung und Verfahren zur Leistungszifferverbesseπing im Kältemittelkreislauf .

Stand der Technik

Der gängige Kältemittelkreislauf wird aufrechterhalten durch den

Verdichter , von dem ausgehend der Kältemittelstrom über den

VerflUssiger , den FlUssigkeitssammler , das Expansionsvenlll , den Verdampfer und wieder zurück zum Verdichter fließt .

Bei Anlagen gemäß diesem Aufbaumuster kommt es insbesondere in den Wintermonaten häufiger zu Störungen , da gerade in dieser

Zeitperiode der Verflüssiger zu groß ausgelegt ist . Im übrigen haben die Anlagen herkömmlicher Bauart einen relativ niedrigen Gesam twirkungsgrad , bei relativ hoher Leistungsaufnahme .

Die Zuführung von zusätzlicher mechanischer Energie wird weder bei Kolbenkaltwassersätzen in deren sämtlichen Leistungsbereich noch bei KUhlprozeßanlagen durchgeführt .

Problem

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde , den Kältemittelkreislauf insbesondere in den kalten Wintermonaten störungsfrei aufrechtzuerhalten , sowie eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage bei gleichzeitiger Verringerung der Leistungsaufnahme zu erreichen . E r f i n d u n g

Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2 gelöst.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Durch den Einbau einer Kältemittelpumpe wird eine Modifizierung des Kreisprozesses erreicht. Es kann dabei nach dein Flüssigkeitssammler eine Hermetic-Pumpe eingebaut werden. Diese Pumpe muß derart angeordnet sein, daß sie immer mit ausreichend Kältemittel versorgt wird. Nach der Kältemittelpumpe auf der Druckseite ist eine Q-max-Blende, die derart eingebaut und berechnet werden muß, daß ein Überlasten der Statorwicklυng vermieden wird.

Wird das Expansionsventil in seiner Leistung gedrosselt, muß jedoch ein Mindestvolumenstro , der die Wärme vorn Stator abführt, erhalten bleiben. Dafür ist die Q-min-Blende vorgesehen.

Durch den Einbau der Hermetic-Pumpe ergibt sich die Möglichkeit, daß mit sehr geringen VerflUssigerdrücken das Expansionsventil mit ausreichend Kältemittel versorgt wird. Das heißt, der Kältemittelmassenstrom der durch den Verdampfer gesetzt wird bleibt konstant. Aus dem Verdampfer wird der

Kältemittelmassenstrom gasförmig über die Sauleitung zum Verdichter bewegt. Der Verdichter verdichtet das Kältemittelgas auf ein recht niederes Druckniveau, dies bedeutet, daß nur eine sehr geringe Verdichterarbeit zu leisten ist. Die Druckleitung geht zum VerflUssiger, Der VerflUssiger, der in den Wintermonaten immer zu groß ausgelegt ist, ist jetzt voll nutzbar. Demgemäß können Leistungsziffern von 7,0,9 sogar bis Leistuπgsziffer 10 gefahren werden. Das heißt mit 1 KW zugeführte Leistung im Verdichter transportieren wir bis zu lo KW Kälteleistung über den Verdampfer. Das Kältemittel aus dem VerflUssiger gelangt wieder in den Flüssigkeitssamπiler mit einer sehr starken Unterkühlung . Dies hat zur Folge , daß - vom Kreisprozeß her gesehen - recht hohe Entalphydifferenzen entstehen. Man kann generell davon ausgehen, daß im Jahresmittel

Leistungszifferverbesserungen erreicht werden können, die zwischen 5 und 6 im Klimabereich liegen, was man früher nicht für möglich gehalten hat.

Unter Leistungsziffer verstehe ich das Verhältnis zwischen der aufgenommenen Leistung der Kälteanlage und dem Wärmetransport im

Verdampfer.

Die hauptsächliche Verwendungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin , daß die oben genannten Probleme bei allen prozeß- und klimatechnischen Anlagen gelöst werden können.

Beschreibung einer Anlage als Beispiel aus der Praxis

Bei der Anlage eines Kunden wurde eine Kältemittelpumpe zum Einsatz gebracht, um mit einem geringeren Druck auf der Kondensatorseite dennoch einen ausreichenden Kältemittelmassenstrom durch die Anlage zu gewährleisten. Hierbei wurde ein Bock Motorkompressor der Type DAM 5/724-4, Kältemittel R22 verwendet.

Bei der vorbezeichneten Anlage handelt es sich um eine Anlage mit 2 Verdichtern.

Wie aus der beigefügten Anlagenskizze sowie dem Bock Diagramm entnommen werden kann, wurden enorme Leistungssteigerungen verzeichnet . Die Anlage ist nunmehr seit fast einem Jahr in Betrieb und arbeitet ohne Störungen , bei einer Leistungsziffersteigerung von

1.72 auf 2,75.

Eine weitere Drosselung des Hochdrucks auf der Verdichterseite war in diesem Falle nicht möglich , da mit einem Ausfall des Verdichterantriebs infolge Überlastung zu rechnen war . Generell ist die Feststellung zu treffen, daß durch diese Modifizierung des Kreisprozesses, eine variable Letstungsziffer möglich ist.

Man kann also ganz generell die Feststellung treffen, daß jedr. TiefkUhlanlage, das heißt jede Direktverdampfung ebenfalls mit diesem modifizierten Kreisprozeß betrieben werden kann, was neben einem störungsfreien Lauf im Winter, den effekt der enormen Energiekosteneinsparung hätte. Darüberhinaus ergibt sich die Möglichkeit, die Größe der entsprechenden Anlagen zu verringern, das heißt mit anderen Worten, es verringern sich auch noch die

Maschineninvestitionskosten usw.

Das praktische Beispiel in Zahlen

Die eingebaute Kältemittelpumpe besitzt eine Aufnahmeleistung von 2 KW. Der Ist-Zustand der Anlage war Verdampfungstemperatur: - 10° C; die VerflUsslgungstemperatur war bei 53 ° C; das

Druckverhältnis der Anlage war ca. bei 11; die Nettokälteleistung betrug 37 KW.

Nach der Modifizierung lag die Verdampfungstemperatur bei + - 0 C; die VerflUsslgungstemperatur bei 32° C; die Nettokälteleistung bei 83 KW; bei geringeren Aufnahmeleistungen des Verdichters.

Leistungsziffervergleich im modifizierten Kreisprozeß

Kälteleistung alt = 38 KW Kälteleistung neu = 88 KW Leistungsaufnahme alt = 22 KW Leistungsaufnahme neu = 32 KW Leistungsziffer alt

Kälteleistung alt 38 KW 1 , 72

Leistungsauf¬ 22 KW nahme alt

Leistungsziffer neu =

Kälteleistung neu 88 KW 2 , 75

Leistungsauf¬ 32 KW nahme neu

Leistungsaufnahme neu = Leistungsaufnahme (Verdichter + Kondensatorlüfter + Kältemittelpumpe = 29 , 5 KW + 1 ,0 KW + 1 , 5 KW .

Weiterbildungen der Erflngung

Die Zuführung der mechanischen Energie kann durch die gängigen Methoden wie z.B. Elektromotor oder Turbolader erfolgen.

Darstellung der Erfindung

Das Beispiel einer Ausführung ist anhand der Darstellung des

Kältemittelkreislaufs zu entnehmen. Es wird deutlich gezeigt , daß die entsprechende Pumpe nach dem Flüssigkeitssammler unterhalb von dessen Niveau eingebaut werden muß . Desweiteren sind die

Stellen deutlich angezeigt wo die Q-min-Blende beziehungsweise die Q-max-Blende einzubauen sind .

Darüberhinaus ist beigefügt ein Diagramm , das einen Vergleich des alten mit dem neuen inneren Wirkungsgrad zeigt . Ein weiteres Diagramm stellt den alten Liefergrad dorn neuen gegenüber.

Schließlich sind noch zwei Skizzen beigefügt, aus denen sich dir durch den Einbau des Motorkompressors erreichte Kälteleistung ergibt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Geschlossener Kältemittelkreislauf, ausgehend vom Verdicliter, über den VerflUssiger, den Flüssigkeitssammler, über das

Expansionsventil, den Verdampfer wieder zum Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flüssigkeitssammler und das Expansionsventil zusätzliche Energie durch eine Pumpe in den Kreisprozeß eingeführt wird. Die Überlastung dieser Pumpe wird durch eine Q-max-Blende verhindert, während bei Drosselung des Expansionsventil ein Mindestvoϊumenstrom durch den Einbau einer Q-min-BleTTde gewährleistet bleibt.

2. Mechanische Snergfe nach Anspruch 1

^' Dadurch gekennzeichnet, daß diese mittels eines Elektromotors oder nach de Turboladerprinzip zugeführt werden kann.