DE4203983A1 - Vorrichtung und verfahren zur leistungszifferverbesserung im kaeltemittelkreislauf - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur leistungszifferverbesserung im kaeltemittelkreislaufInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
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Description
Der gängige Kältemittelkreislauf wird aufrechterhalten durch den
Verdichter, von dem ausgehend der Kältemittelstrom über den
Verflüssiger, den Flüssigkeitssammler, das Expansionsventil, 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
Gesamtwirkungsgrad, bei relativ hoher Leistungsaufnahme.
Die Zuführung von zusätzlicher mechanischer Energie wird weder bei
Kolbenkaltwassersätzen in deren sämtlichen Leistungsbereich noch
bei Kühlprozeßanlagen durchgeführt.
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.
Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 oder
Anspruchs 2 gelöst.
Durch den Einbau einer Kältemittelpumpe wird eine Modifizierung
des Kreisprozesses erreicht. Es kann dabei nach dem
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 Statorwicklung
vermieden wird.
Wird das Expansionsventil in seiner Leistung gedrosselt, muß jedoch
ein Mindestvolumenstrom, der die Wärme vom 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 Verflüssigerdrücken 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 Verflüssiger. Der Verflüssiger, der in
den Wintermonaten immer zu groß ausgelegt ist, ist jetzt voll
nutzbar. Demgemäß können Leistungsziffern von 7, 8, 9 sogar bis
Leistungsziffer 10 gefahren werden. Das heißt mit 1 KW zugeführte
Leistung im Verdichter transportieren wir bis zu 10 KW
Kälteleistung über den Verdampfer.
Das Kältemittel aus dem Verflüssiger gelangt wieder in den
Flüssigkeitssammler 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.
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
11,72 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 Leistungsziffer
möglich ist.
Man kann also ganz generell die Feststellung treffen, daß jede
Tiefkühlanlage, 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.
Die eingebaute Kältemittelpumpe besitzt eine Aufnahmeleistung von 2
KW. Der Ist-Zustand der Anlage war Verdampfungstemperatur: - 18°C,
die Verflüssigungstemperatur 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 Verflüssigungstemperatur bei 32°C; die Nettokälteleistung
bei 83 KW; bei geringeren Aufnahmeleistungen des Verdichters.
Kälteleistung alt = 38 KW
Kälteleistung neu = 88 KW
Leistungsaufnahme alt = 22 KW
Leistungsaufnahme neu = 32 KW.
Kälteleistung neu = 88 KW
Leistungsaufnahme alt = 22 KW
Leistungsaufnahme neu = 32 KW.
Leistungsaufnahme neu = Leistungsaufnahme
(Verdichter + Kondensator + Kältemittelpumpe = 29,5 KW + 1,0 KW + 1,5 KW.
Die Zuführung der mechanischen Energie kann durch die gängigen
Methoden wie z. B. Elektromotor oder Turbolader erfolgen.
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 dem neuen
gegenüber.
Schließlich sind noch zwei Skizzen beigefügt, aus denen sich die
durch den Einbau des Motorkompressors erreichte Kälteleistung
ergibt.
Claims (2)
1. Geschlossener Kältemittelkreislauf, ausgehend vom Verdichter, über
den Verflüssiger, 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
Mindestvolumenstrom durch den Einbau einer Q-min-Blende
gewährleistet bleibt.
2. Mechanische Energie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese mittels eines Elektromotors oder nach dem
Turboladerprinzip zugeführt werden kann.
Priority Applications (3)
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DE19924203983 DE4203983A1 (de) | 1992-02-11 | 1992-02-11 | Vorrichtung und verfahren zur leistungszifferverbesserung im kaeltemittelkreislauf |
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Family Applications (1)
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- 1992-04-29 WO PCT/DE1992/000342 patent/WO1993016340A1/de active Application Filing
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Legal Events
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