DE4203983A1

DE4203983A1 - Vorrichtung und verfahren zur leistungszifferverbesserung im kaeltemittelkreislauf

Info

Publication number: DE4203983A1
Application number: DE19924203983
Authority: DE
Inventors: Ulf Greufe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-11
Filing date: 1992-02-11
Publication date: 1992-08-20
Also published as: AU1795292A; WO1993016340A1

Description

Stand der Technik

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.

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.

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 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.

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 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.

Das praktische Beispiel in Zahlen

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.

Leistungsziffervergleich im modifizierten Kreisprozeß

Kälteleistung alt = 38 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.

Weiterbildungen der Erfindung

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 dem neuen gegenüber.

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

Claims

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.