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Die
Erfindung betrifft eine Kälteanlage,
bestehend aus mindestens einem Schraubenverdichter, der einen Economiseranschluss
besitzt, der auf seiner Druckseite über andere Bauteile mit einem Verflüssiger srömungsmäßig verbunden
ist, einer ersten Drosselstelle, einem Zwischendruckabscheider,
der stromabwärts
nach der ersten Drosselstelle angeordnet ist und an den sich eine
Strömungsverbindung
zum Economiseranschluss anschließt und eine andere Strömungsverbindung
zu einer zweiten Drosselstelle, die stromabwärts mit einem Flüssigkeitsabscheider
verbunden ist. Der Flüssigkeitsabscheider
hat mindesten zwei Kältemittelrezirkulationsanschlüsse, die
strömungsmäßig mit
dem Verdampfer verbunden sind, und eine Strömungsverbindung zur Saugseite
des Verdichters aufweist. Am Verdichter auf der Saugseite ist Ansaugdruck,
auf der Druckseite Hochdruck und am Economiseranschluss Zwischendruck.
Der Economiseranschluss ist so am Verdichter angeordnet, dass bei
Volllastbetrieb des Verdichters die Zahnlückenräume des Schraubenverdichters,
die Arbeitskammern für
den Ansaugvorgang, den Verdichtungvorgang bilden und den Ausschub
des Kältemittels
infolge der Drehung der Rotoren bewerkstelligen, bei Volllastbetrieb
keine Verbindung zur Saugseite besitzen, wenn die Verbindung zum
Economiseranschluss besteht.
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Bei
solchen Kälteanlagen
ist der Schraubenverdichter zwecks Änderung des Ansaugvolumens mit
einem Regelschieber ausgerüstet,
der einen Umfangswandteil des die Rotoren umschließenden Gehäuses bildet,
der durch Verschieben eine Rückströmöffnung,
einen Bypassöffnung,
zur Saugseite freigibt, durch die das angesaugte Arbeitsmedium ohne
Verrichtung von Verdichtungsarbeit zur Saugseite zurückströmt. Wenn
der Verdichter bei Vollast betrieben wird, ist diese Rückströmfläche geschlossen.
Nach Abschluss des Ansaugvorganges wird Flashgas aus dem Zwischendruckabscheider
in die geschlossenen Arbeitskammern geführt. Es wird gemeinsam mit
dem angesaugten Arbeitsmedium auf Enddruck verdichtet. Das Flashgas
entsteht durch eine erste Entspannung von Kältemittelflüssigkeit aus dem Verflüssiger über die
erste Drosselstelle. Durch die Druckabsenkung entstehen im Nassdampfgebiet
des Kältemittels
Füssigkeit
und Dampf, das Flashgas, die im Zwischendruckabcheider voneinander
getrennt werden. Der Dampf, das Flashgas, wird am Economiseranschluss
in den Verdichters eingespeist. Der Flashgasdruck, der Zwischendruck, ist
größer als
der Saugdruck des Verdichters. Es verdichtet das in der betrachteten
geschlossenen Zahnlücke
vorhandene Gas auf Zwischendruckniveau. Die Kälteleistung vergrößert sich
durch diese Anlagenschaltung, und der COP-Wert verbessert sich deutlich.
Die Aufnahmefähigkeit
von Arbeitsmedium am Economiseranschluss hängt neben der konstruktiven
Gestaltung des Verdichters und der Lage dieser Öffnung in Bezug auf die Größe der Arbeitskammern vom
Ansaugdruck und vom Zwischendruck ab. Je niedriger der Ansaugdruck
und je höher
der Zwischendruck, desto mehr Arbeitsmedium kann am Economiseranschluss
aufgenomen werden. Umgekehrt ändert
sich bei der zweistufigen Entspannung der Kältemittelflüssigkeit der Flashgasanteil.
Er nimmt ab wenn der Zwischendruck ansteigt. Deshalb gibt es ein
Gleichgewicht zwischen „Schluckfähigkeit des
Economiseranschlusses" und
Flashgasaufkommen nach der ersten Entspannungsstufe, das den Punkt
beschreibt, bei dem die Kälteanlage
den größten Kälteleistungszuwachs
durch Economiserbetrieb verbuchen kann. Die Vergrößerung der
Kälteleistung im
Economiserbetrieb kann durchaus 50% betragen, die Verbesserung der
Wirtschaftlichkeit bis zu 30%.
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Beim
Betrieb einer solchen Kälteanlage
wird der Druck im Zwischendruckabscheider durch ein Konstantdruck-Regelventil
auf gleichbleibendem Druck gehalten.
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Nachteilig
ist, dass im Bereich zwischen der Kälteleistung bei Volllast mit
Economiserbetrieb und Vollast ohne Economiserbetrieb eine Lücke klafft,
bei der keine stufenlose Leistungsregelung möglich ist. Wenn die volle Leistung
nicht benötigt
wird, wird der Verdichter in Teillast betrieben, das heißt, der
Regelschieber wird aus seiner Volllaststellung herausgeschoben,
die Bypassöffnung öffnet sich,
und das Flashgas gelangt zur Saugseite, dem tiefsten Druckniveau
der Kälteanlage,
so wie beim Betrieb einer Kälteanlage
ohne Economiser.
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Der
Effekt der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit geht dabei vollständig verloren,
da das Flashgas vom untersten Druckniveau, dem Saugdruck des Verdichters,
wieder auf Kondensationsdruck verdichtet werden muss. Die Kälteanlage
arbeitet in diesem Bereich instabil, da der große Flashgasanteil unkontrolliert
durch die Bypassöffung
zur Saugseite zurückströmt.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, einen Übergangsbereich mit einer stufenlosen
Leistungsanpassung zwischen dem Betrieb mit Economiser und ohne
Economiser zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung
wird eine steuerbare Drosselstelle zwischen einem Zwischendruckabscheider
und einem Economiseranschluss angeordnet, deren Durchflussmenge
durch einen Betriebsparameter, z. B. den Saugdruck des Kältemittels
vor dem Verdichter der Kälteanlage
geregelt wird.
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Beispielhaft
steuert ein Dreipunktregler bei Abweichungen vom eingestellten Saugdruck-Sollwert
ein Stellglied, z. B. ein Ventil, das die steuerbare Drosselstelle öffnet, wenn
der Saugdruck zu groß ist (Dampfvolumenstrom
vom Verdampfer steigt an), d. h. wenn mehr Kälteleistung erforderlich ist.
Ist die steuerbare Drosselstelle vollständig geöffnet, sinkt der Druck im Zwischendruckabscheider
so weit, dass Gleichgewicht zwischen „Schluckfähigkeit des Economiseranschlusses" und Flashgasaufkommen
nach der ersten Entspannungsstufe erreicht ist.
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Andererseits
steuert der Dreipunktregler bei Abweichungen vom eingestellten Saugdruck-Sollwert
das Ventil derart, das die steuerbare Drosselstelle sich mehr und
mehr verkleinert, wenn der Saugdruck zu klein ist (Dampfvolumenstrom
vom Verdampfer sinkt ab), d. h., wenn weniger Kälteleistung erforderlich ist,
wodurch die Drosselwirkung an der steuerbaren Drosselstelle zunimmt
und der Druck im Zwischendruckabscheider ansteigt. Es entsteht weniger
Flashgas, und es strömt
weniger Flashgas in den Verdichter am Economiseranschluss , die Kälteleistung
sinkt. Ist die steuerbare Drosselstelle vollständig geschlossen, steigt der
Druck im Zwischendruckabscheider so weit, bis das Flashgasaufkommen
nach der ersten Entspannungsstufe gleich Null ist.
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In
dem beschriebenen Arbeitsbereich lässt sich die Kälteleistung
kontinuierlich verändern,
indem der Druck im Zwischendruckabscheider verändert wird. Die Wirtschaftlichkeit
der Kälteanlage
ist in diesem Bereich zwischen vollem Flashgasanteil, also Volllast
der Kälteanlage
mit Economiser, und reduziertem Flashgasanteil, also Teillastbetrieb
des Economisers, höher
als bei Kälteanlagen
ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung. Der
Regelschieber des Verdichters bleibt in diesem Betriebsbereich,
obwohl Teillastbetrieb der Kälteanlage,
in der Volllastposition, also Bypassöffnung geschlossen. Die Kälteleistung
der Kälteanlage
läßt sich
stufenlos regeln, indem der Druck im Zwischendruckabscheider geändert wird,
also angehoben wird, um die Kälteleistung
zu verkleinern oder abgesenkt wird, um die Kälteleistung zu vergrößern.
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Je
nach geodätischer
Anordnung der drei Bauteile Verflüssiger, Zwischendruckabscheider
und Niederdruck-Flüssigkeitsabscheider
können
Einschränkungen
im Druckbereich für
den Zwischendruckabscheider erforderlich sein, damit der Flüssigkeitstransport
in der Kälteanlage
gewährleistet
ist.
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Die
Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Kälteanlage
gemäß der Erfindung.
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Die
Kälteanlage
hat einen ölüberfluteten Schraubenverdichter 1 mit
einem Ölabscheider 13 mit
nicht weiter dargestelltem Ölkühler, Ölfilter,
Rohrleitungen, Regel- und Absperrarmaturen, Druck- und Temperatur-Messeinrichtungen,
einen Verflüssiger 2, eine
erste Drosselstelle 3, die als Hochdruckschmimmer ausgeführt ist
und Flüssigkeit
aus dem Verflüssiger 2 auf
Zwischendruck entspannt, einen Zwischendruckabscheider 4,
eine zweite Drosselstelle 5, die als Hochdruckschmimmer
ausgeführt
ist und Flüssigkeit
aus dem Zwischendruckabscheider 4 auf einen Druck entspannt,
bei dem in etwa die Verdampfung erfolgt.
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Zwischen
Zwischendruckabscheider 4 und Economiseranschluss 9 am
Verdichter 1 ist die steuerbare Drosselstelle 8 angeordnet.
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Der
Schraubenverdichter 1 besitzt einen Economiseranschluss 9,
der auf seiner Druckseite über
einen Ölbscheider 13,
nicht dargestellte Rückschlag-
und Absperrventile mit einem Verflüssiger 2 verbunden
ist. Ein Zwischendruckabscheider 4 ist stromabwärts nach
einer ersten Drosselstelle 3 angeordnet und hat eine Strömungsverbindung
zum Economiseranschluss 9 und eine andere Strömungsverbindung über eine
zweite Drosselstelle 5, stromabwärts zum Flüssigkeitsabscheider 6,
wobei der Flüssigkeitsabscheider 6 mindesten
zwei Kältemittelrezirkulationsanschlüsse besitzt,
die strömungsmäßig mit
Verdampfern 7 verbunden sind, und eine Strömungsverbindung
zur Saugseite des Verdichters 1 aufweist, wobei die Durchflussmenge
einer steuerbaren Drosselstelle 8 in Abhängigkeit
eines Betriebsparameters der Kälteanlage
geregelt wird.
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Gemäß der Erfindung
wird die steuerbare Drosselstelle 8 durch einen Betriebsparameter,
z. B. den Saugdruck des Kältemittels
vor dem Verdichter der Kälteanlage
geregelt.
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Beispielhaft
steuert ein Dreipunktregler 10 bei Abweichungen vom eingestellten
Saugdruck-Sollwert das Stellglied der steuerbaren Drosselstelle 8 derart,
dass diese weiter öffnet,
wenn der Saugdruck zu groß ist
(Dampfvolumenstrom vom Verdampfer steigt an), d. h. wenn mehr Kälteleistung erforderlich
ist. Ist die steuerbare Drosselstelle 8 vollständig geöffnet, sinkt
der Druck im Zwischendruckabscheider so weit, dass Gleichgewicht
zwischen „Schluckfähigkeit
des Economiseranschlusses" und
Flashgasaufkommen nach der ersten Entspannungsstufe erreicht ist.
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Andererseits
steuert der Dreipunktregler 10 bei Abweichungen vom eingestellten
Saugdruck-Sollwert das Stellglied der steuerbaren Drosselstelle 8 derart,
dass die steuerbare Drosselstelle 8 sich mehr und mehr
schließt,
wenn der Saugdruck zu klein ist (Dampfvolumenstrom vom Verdampfer
sinkt ab), d. h., wenn weniger Kälteleistung
erforderlich ist, wodurch die Drosselwirkung an der steuerbaren Drosselstelle 8 zunimmt
und der Druck im Zwischendruckabscheider 4 ansteigt. Es
entsteht weniger Flashgas, und es strömt weniger Flashgas in den Verdichter
am Economiseranschluss 9, die Kälteleistung sinkt. Ist die
steuerbare Drosselstelle 8 vollständig geschlossen, steigt der
Druck im Zwischendruckabscheider 4 so weit, bis das Flashgasaufkommen
nach der ersten Entspannungsstufe gleich Null ist.
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In
dem beschriebenen Arbeitsbereich lässt sich die Kälteleistung
kontinuierlich verändern,
indem der Druck im Zwischendruckabscheider 4 verändert wird.
Die Wirtschaftlichkeit der Kälteanlage
ist in diesem Bereich zwischen vollem Flashgasanteil, also Volllast
der Kälteanlage
mit Economiser, und reduziertem Flashgasanteil, also Teillastbetrieb
des Economisers, höher
als bei Kälteanlagen
ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung. Der
Regelschieber des Verdichters bleibt in diesem Betriebsbereich im
Teillastbetrieb der Kälteanlage,
in der Volllastposition, also Bypassöffnung geschlossen.
-
Die
Kälteleistung
der Kälteanlage
läßt sich stufenlos
regeln, indem der Druck im Zwischendruckabscheider 4 geändert wird,
also angehoben wird, um die Kälteleistung
zu verkleinern oder abgesenkt wird, um die Kälteleistung zu vergrößern. Je nach
geodätischer
Anordnung der drei Bauteile Verflüssiger 2, Zwischendruckabscheider 4 und
Flüssigkeitsabscheider 6 können Einschränkungen
im Druckbereich für
den Zwischendruckabscheider 4 erforderlich sein, damit
der Flüssigkeitstransport
in der Kälteanlage
gewährleistet
ist.
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- 1
- Schraubenverdichter
- 2
- Verflüssiger
- 3
- Erste
Drosselstelle
- 4
- Zwischendruckabscheider
- 5
- Zweite
Drosselstelle
- 6
- Flüssigkeitsabscheider
- 7
- Verdampfer
- 8
- Steuerbare
Drosselstelle
- 9
- Economiseranschluß
- 10
- Dreipunktregler
- 11
- Ölabscheider