DE3245475A1

DE3245475A1 - Verfahren zur rezirkulation von oel in einer kuehlanlage

Info

Publication number: DE3245475A1
Application number: DE19823245475
Authority: DE
Inventors: Ludwig 60356 Norrköping Albert
Original assignee: Stal Refrigeration AB
Current assignee: Stal Refrigeration AB
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1983-07-07
Also published as: US4474019A; CA1205645A; JPS58106370A; GB2111661B; GB2111661A; FR2518719A1; FR2518719B1; SE8107601L

Description

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Patentanwalt und Rechtsanwalt !!

Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Joachim B oecker 6 Frankfurt /Main 1 , 6.12.1982

RalhenauplaU2-8 ß/th 21 205 P

Telefon: (0611) '28 2355 Telex: 4189 066 itax d

Stal Refrigeration AB, Norrköping/Schweden Verfahren zur Rezirkulation von Öl in einer Kühlanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rezirkulation von Öl in einer Kühlanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In Kühlanlagen mit einem ölgeschmierten Kompressor verläßt ein gewisser Teil des Öls den Kompressor zusammen mit dem Kältemittel, im vorliegenden Falle Ammoniak UH^, wenn dieses in Form eines Gases mit relativ hohem Druck und hoher Temperatur aus dem Kompressor in den Zirkulationskreis eintritt. Um dieses Öl dem Kompressor wieder zuzuführen, ist ein Ölabscheider vorgesehen, in welchem das meiste des mitgeführten Öls abgetrennt wird und dann zum Kompressor zurückgeführt wird. Geringe Mengen des Öls werden jedoch stets den Ölabscheider passieren und zusammen mit dem Kältemittel durch den Kondensator und das Expansionsventil in den Niederdruckbereich des Kreises transportiert. Dort ist gewöhnlich ein Flüssigkeitsabscheider an den Verdampfer angeschlossen, der die Aufgabe hat, Flüssigkeit aus dem vom Verdampfer zum Kompressor fließenden gasförmigen Kältemittelstrom abzusondern. In diesen Flüssigkeitsabscheider, in welchem das Kältemittel seine niedrigste Temperatur im Zirkulationskreis erreicht, sammelt sich Öl an. In Anlagen, die mit Ammoniak arbeiten, kann dieses Öl nicht nach gewöhnlichen Methoden in den Kreislauf wieder eingeführt werden, da die Viskosität des Öls bei der vorliegenden Temperatur zu groß ist. Der Zusammenhang zwischen der Viskosität des Öls und der Temperatur ist bei kommerziellen Schmierölen derart, daß das Öl bei -45⁰C kaum noch fließt, und -45⁰C ist eine übliche Temperatur in diesem Teil des Zirkulationskreises einer

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mit Ammoniak arbeitenden Kühlanlage. Die Viskosität des Öls bei dieser Temperatur liegt weit über dem oberen Grenzwert, bis zu dem eine Rezirkulation als möglich· in Betracht kommt. Eine solche Rezirkulation erfolgt in der Weise, daß das Öl kontinuierlich in dem Kältemittel zerstäubt wird, wobei das Öl kleine Tröpfchen oder ein Aerosol bildet, welches mit dem gasförmigen Kältemittel zum Kompressor gesaugt wird. In der schwedischen Patentschrift 198 732 wird eine Einrichtung an einem Verdampfer mit Flüssigkeitsabscheider zur Rezirkulation von Öl beschrieben, wobei das Öl in flüssiger Form im Kältemittel in diesem Teil der Kühlanlage zerstäubt wird. Diese Einrichtung besteht aus einem Wärmetauscher, der von relativ warmem flüssigen Kältemittel geheizt wird, welches vom Kondensator kommt. Ein Teilfluß des Kältemittels mit dispergiertem Öl wird durch den Wärmetauscher geleitet und dabei soweit er- · hitzt, daß das Kältemittel in den gasförmigen Zustand übergeht und das Öl in Form kleiner Tropfen oder eines Aerosols mit sich trägt bis zu dem Eintritt des Kältemittels in den Kompressor. Wenn es sich bei dem Kompressor um einen Kolbenkompressor handelt, dann kann Öl auch abgelassen werden und schubweise dem Kurbelgehäuse des Kompressors wieder zugeführt werden. ' ..'.·.

Zusätzlich zu dem. Nachteil, daß in mit Ammoniak arbeitenden Anlagen das Öl wegen seiner zu großen Viskosität nicht rezirkuliert werden kann, hat das Öl einen nachteiligen Einfluß auf den Wärmeübergang im.Verdampfer, da es dessen wärmeübertragenden Flächen überzieht. Hierdurch wird einerseits der Wärmedurchgang durch diese Flächen verschlechtert und andererseits deren Oberflächenrauheit geglättet, so daß die Wärmeübertragung beim Kochen des Kältemittels herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem bei einer mit Ammoniak oder einem vergleichbaren Kältemittel arbeitende Kühlanlage der ein-

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gangs genannten Art aus dem Kompressor herausgetragenes Öl diesem wieder zugeführt werden kann, wobei das Verfahren einfach, betriebssicher und ohne Nachteile in anderer Hinsicht sein soll.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei dem genannten dritten Medium kann es sich um Kohlen-Wasserstoffe mit niedrigem Siedepunkt bzw. einem Gemisch aus solchen Kohlenwasserstoffen handeln. Zu nennen sind beispielsweise Propan, η-Butan oder iso-Butan.

Gemäß der Erfindung bildet also das öl mit dem dritten Medium eine dünnflüssige Flüssigkeit, die bei den im Niederdruckbereich herrschenden Temperaturen frei fließend ist.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels einer Kühlanlage soll das Verfahren nach der Erfindung näher beschrieben werden. Zu der Kühlanlage gehört ein Kompressor 1, ein ölabscheider 2, ein Kondensator 3, ein Expansionsventil 4 und ein Verdampfer 5 mit einem Flüssigkeitsabscheider 6. Über eine Leitung 7 wird öl vom ölabscheider 2 zum Kompressor zurückgeführt. Der Verdampfer ist über die Leitungen 8 und 9 mit dem Flüssigkeitsabscheider 6 derart verbunden, daß ein Zirkulationskreis entsteht, in welchem der Verdampfer 5 und der Flüssigkeitsabscheider 6 liegen. Von diesem Zirkulationskreis geht eine ölrückführung in Gestalt einer Leitung 10 aus, die an die Leitung 11 angeschlossen ist, welche von dem Flüssigkeitsabscheider 6 zum Kompressor 1 führt. Die Leitung 10 ist über einen Wärmeaustauscher 12 geschaltet, welcher von einem Fluß

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geheizt wird, der durch eine Leitung 13 fließt, die relativ warmes Kältemittel vom Kondensator zum Expansionsventil leitet. Als Kältemittel wird Ammoniak (ΝΉ,) verwendet. Der Kompressor wird mit öl geschmiert. Eine kleine Menge eines Kohlenwasserstoffes mit relativ niedrigem Siedepunkt ist als drittes Medium zugefügt.

Die Kühlanlage arbeitet in folgender Weise:

Das komprimierte NH, verläßt, den Kompressor 1 zusammen mit ausgetretenem Öl, welches in dem Ölabscheider 2 im wesentlichen abgetrennt wird und über die Leitung 7 zum Kompressor zurückgeführt wird. Eine kleine Menge Öl jedoch begleitet das Ammoniak zum Kondensator und wandert ferner durch das Expansionsventil. 4 zu dem Zirkulationskreis, der den Verdampfer und den Flüssigkeitsabscheider 6 enthält.

Hier bildet der Kohlenwasserstoff und das Öl eine getrennte, relativ dünnflüssige Flüssigkeit, die im verteilten Zustand in dem flüssigen Ammoniak enthalten ist. Ein kleiner Teil dieses Flusses wird über den Wärmeaustauscher 12 geleitet, wo er durch relativ warmes Ammoniak, das vom Kondensator kommt, soweit aufgeheizt wird, daß das Ammoniak verdampft. Das verteilte (dispergierte) öl wird dann zusammen mit dem gasförmigen Ammoniak über die Leitung 11 zur Niederdruckseite des Kompressors transportiert.

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Als ein Betriebsbeispiel für das Verfahren gemäß der Erfindung kann angegeben werden, daß eine Anlage der in der Figur gezeigten Art mit zwei Tonnen Ammoniak gefüllt wurde. 120 kg Mineralöl wurden zum Zwecke der Schmierung dem Kompressor zugeführt, bei dem es sich um'einen Schraubenkompressor handelte. Ferner wurden 30 kg kommerziellen Butans zugeführt. ' - .

Während des Dauerbetriebs enthält das komprimierte Ammoniak etwa 100 ppm (parts per million) öl, welches fortlaufend dem Kompressor entzogen wird. Dieselbe Ölmenge muß wieder Über die Ansaugleitung zurückgeführt werden. Dies wird mit

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HiIfe des Ölrezirkulators 10, 12 erreicht, durch den etwa 1 % des Gases geleitet wird, welches vom Kompressor komprimiert werden soll. Dies bedeutet, daß die Ölkonzentration im Ammoniak im Niederdruckbereich der Anlage 10.000 ppm beträgt, was 20 kg Öl entspricht. Der Rest des Öl ist in der .Kompressoranlage vorhanden, und zwar hauptsächlich • im Ölseparator, wo die Temperatur etwa 85⁰C beträgt. Der gewöhnliche Gasdruck beträgt etwa 10 - 13 bar, was einer Kondensatortemperatur von 25 - 35⁰C entspricht. 10

Die Erfahrung zeigt, daß unabhängig von dem sehr niedrigen _• Partialdruck des Butans im Ölabscheider, die Butankonzentration im Öl 3 - 5 % beträgt, was in dem genannten Beispiel etwa 24 kg entspricht. Diese Verunreinigung hat kei- nen nachteiligen Einfluß auf die Schmiereigenschaften des Öls und ist voll akzeptierbar.

Der Rest des Butans, also 26 kg, befinden sich im Niederdruckbereich der Anlage, wo es eine Lösung mit dem Öl bildet, etwa 20 kg, die. dort anwesend ist. Diese Lösung enthält folglich mehr als 50 % Butan. Die Viskosität der Lösung ist selbst bei -45°C kleiner als 10 cSt. Die Dichte der Lösung ist etwas größer als die von flüssigem Ammoniak, was bedeutet, daß die Lösung sich hauptsächlich im unteren Teil des Flüssigkeitsabscheiders 6 ansammelt, von wo aus sie mit Hilfe des Ölrezirkulators 10, 12 in die Ansaugleitung rezirkuliert und dem Kompressor wieder zugeführt werden kann.

Das Ansauggas enthält, wie das Druckgas, 100 ppm öl und mehr als 100 ppm Butan. Die Menge an Öl und Butan in den Leitungen 11 und 13 und im Kondensator 3 kann vollständig vernachlässigt werden im Vergleich zu dem Gehalt in dem Ölabscheider 2, dem Flüssigkeitsabscheider 6 und dem Verdämpfer 5.

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Der Partialdruck des Ansauggases kann maximal einen Grenzwert erreichen, der bestimmt wird von der Kapazität des Ölrezirkulators und der Butankonzentration in dem flüssigen Ammoniak, d.h. er entspricht einem Prozent von 13.000 ppm oder 130 ppm. Das das Ansauggas begleitende Öl vereinigt sich mit dem Rest des Öl, welches der Schmierung des Kompressors dient. Trotz der Tatsache, daß das eintretende Öl mehr als 50 % Butan enthält, findet kein Anstieg der Butankonzentration im Ölabscheider statt, sondem das gesamte Butan wird im Ölseparator aus dem Öl ausgetrieben, wo die Konzentration etwa 3 - 5 % beträgt.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird nur ein Kompressor verwendet. Kühlanlagen für niedrige Temperaturen sind jedoch häufig als Zwei- oder Dreistufenanlagen aufgebaut, die das als Kältemittel dienende Gas, welches von dem Verdampfer oder seinem Flüssigkeitsabscheider kommt, in zwei oder drei Stufen mit Hilfe von zwei oder drei Kompressoren verdichten. Auch in solchen Anlagen ist das.

Verfahren gemäß der Erfindung mit Vorteil anwendbar.

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Claims

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Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Joachim Boecker -6 Frankfurt/ Main 1 ,, 6 „ 12.1982

Rathenauplatz2-8 ß/th 21 205

■ ■ Telefon: (0611) '2823 55

Tele«: 4189 06eilaxd

Patentansprüche

M.JVerfahren zur" Rezirkulation von Öl in einer Kühlanlage, die mindestens einen Kompressor (1), einen Kondensator (3)> ein Expansionsventil (4) und einen Verdampfer (5) enthält, die zu einem Kreis zusammengeschaltet sind, in welchem als Kältemittel (erstes Medium) Ammoniak verwendet wird, und zum Schmieren des Kompressors ein zweites Medium,· Öl, vorhanden ist, wobei ein Teil des Öls ständig zusammen mit dem komprimierten Ammoniakgas vom Kompressor in den Kreislauf abgeführt wird, bei welchem Verfahren kontinuierlich oder stufenweise dem Kompressor Öl aus dem Niederdruckbereich des Kreises, also dem Bereich zwischen dem Expansionsventil und dem Kompressor (2), wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß; ein drittes Medium, welches in flüssigem Ammoniak praktisch nicht löslich ist, in den Kreis eingeführt wird, daß der Teil des Öls, der in den Niederdruckbereich (5, 6, 8, 9, 10, "11) des Kreises befördert wird, zusammen mit dem dritten Medium eine flüssige Phase bildet, welche bei der im Niederdruckbereich des Kreises herrsehenden Temperatur relativ dünnflüssig ist, und daß dieⁱ se flüssige Phase, eventuell nach Trennung von dem dritten Medium, in an sich bekannter Weise dem Kompressor

(1) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Medium ein Kohlenwasserstoff mit relativ niedrigem Siedepunkt ist oder ein Gemisch aus solchen Kohlenwasserstoffen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff Propan, n-Bütan, iso-Butan oder ein Gemisch aus diesen Stoffen verwendet wird.

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