EP0260336B1 - Liquid separator for a set of air or water cooled refrigeration machines for permanent oil return - Google Patents

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EP0260336B1
EP0260336B1 EP19860112791 EP86112791A EP0260336B1 EP 0260336 B1 EP0260336 B1 EP 0260336B1 EP 19860112791 EP19860112791 EP 19860112791 EP 86112791 A EP86112791 A EP 86112791A EP 0260336 B1 EP0260336 B1 EP 0260336B1
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EP
European Patent Office
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nozzle
nipple
container
liquid separator
oil
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19860112791
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP0260336A1 (en
Inventor
Erwin Glorer
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Teko Gesellschaft fuer Kaeltetechnik mbH
Original Assignee
Teko Gesellschaft fuer Kaeltetechnik mbH
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006Accumulators

Definitions

  • the invention relates to a liquid separator for a refrigeration machine set, with a container provided with visual inspection, an inlet connection on the container for connecting one or more evaporators, a suction connection arranged on the top of the container for connecting the container to one or more compressors, a nozzle arranged in the suction connection and a calibrated riser pipe that extends from the bottom of the container into the nozzle.
  • the power regulation of the compression is only possible by changing the frequency or pole switching, since three-phase or alternating current operation is the rule.
  • thermodynamic basis is based on the Carnot process
  • HFC common refrigerants
  • CHF 2 CI diofluoromonochloromethane
  • R 22 difluorodichloromethane
  • azeotopic mixtures such as CHCIF 2 / C 2 CI 2 F 4 to be found particularly often.
  • the R 12 is often used instead of ammonia, especially where leaks can cause difficulties, e.g. in air conditioning systems in mines, in household refrigerators and commercial systems.
  • versions according to 3) and 4) are provided with: a separate gas compensation tube in each case.
  • the partially provided arrangement of sight glasses allows only a basically static but not a dynamic control, since in the end one does not necessarily have to recognize whether the oil is actually flowing even when the oil level remains the same.
  • This document relates to a liquid separator, which is characterized in that a suction tube opens into the outlet connection of different size and position designed or acting as a nozzle in the direction of the exiting suction stream, the position in the flow cross section being arbitrary and a central arrangement or contacting the channel wall represent two possible designs, with the purpose of a continuous suction of separated liquid or liquid mixtures via the suction tube into the outlet nozzle as a finely divided droplet by the operational suction gas flow.
  • FIG. 4 in conjunction with FIG. 1.
  • the liquid or mixed liquid opens into the delimited steam suction area of the nozzle, which re-enters the cooling circuit via the compressors and a condenser.
  • the suction connection has a nipple provided on the container and an angle adapter releasably attached to it, that the riser is centered over guide vanes in the nipple and the nozzle is arranged in the branch of the angle adapter adjoining the nipple so that it can be replaced in operation, the oil sucked in through the riser forms a boundary layer on the walls of the angle adapter which migrates in the direction of flow.
  • the design mentioned has the advantage that the nipple installed on the container between the riser pipe and the guide vanes attached to it can be non-positively exchangeably fixed, and that the angle adapter can also be exchanged in the branch adjoining the nipple is arranged.
  • This arrangement has the effect that, during operation, the oil sucked in through the riser pipe forms a boundary layer that migrates in the direction of flow along the inner periphery of the angle adapter.
  • the nipple is provided with an external thread
  • the branch of the angle adapter receiving the separating nozzle coaxially with the nipple being connected to the latter by a union nut, and that the internal formation of the branch with a stop pointing in the flow direction for the installation of the separating nozzle is provided.
  • the riser tube seen in the direction of the current, with a different dimensionable, interchangeable head piece is provided for adjusting the annular gap between the separating nozzle and the riser pipe.
  • the exchangeable separating nozzle be a double-cone nozzle consisting essentially of a nozzle and a diffuser, which, on the input side, has a wide, narrow cone section with its internal shape, i.e. forms the actual nozzle, to which a longer truncated cone section, which widens in the direction of flow, extends over a connecting cylindrical section, i.e. the actual diffuser, connects.
  • the separating nozzle completely separates and merges the remaining parts of the refrigerant that has not yet fully evaporated when the refrigerant flow is completely converted into vapor form.
  • the arrangement of the separating nozzle in the angle adapter allows it to be replaced in the simplest way in the event of changed or changing operating conditions.
  • the separating nozzle As a double-cone frustum nozzle, it should also be noted that this has proven to be particularly advantageous in the course of the development since, in addition to the complete separation performance after the media has passed through the cylindrical section, the pressure build-up takes place more slowly than the initial pressure reduction.
  • the entry angle of the short truncated cone section i.e. the nozzle
  • the exit angle of the long truncated cone section i.e. of the diffuser.
  • the compressors are arranged in a tier below the return collector.
  • This extremely space-saving design also allows a clear structure of the chiller set and an effective arrangement of the condenser and the condensing fans.
  • the large-sized return manifold provides a sight glass attached in its lower area with an embedded floating pearl, so that the optical observation of returning oil and undevaporated refrigerant can also be checked in a simple manner.
  • FIG. 1 shows that the refrigerant from the refrigerant tank 21 via the lines 22 u. Throttle valves 22.1, 22.2 and 22.3 are passed through the evaporators 23.1, 23.2 and 23.3 including the entrained lubricating oil components, and the flow thus composed is fed via the connections 4 to the return collector 2, which contains the multi-part separator 25.
  • a substantial part of the liquid-containing refrigerant fraction b) is mixed and swirled to such an extent by the flow passed through the inlet connections 4 during suction operation that the intermediate layer b) is more and more converted into vapor form during operation of the refrigeration machine set 1 and from the already evaporated refrigerant is recorded.
  • oil suction connections 5 are provided, the oil suction 6 assigned to them and the gas removed from the steam suction area 7 jointly feeding the angle adapter 10, in which a separating nozzle 11 separates the oil so that it acts as a migrating boundary layer adheres to the inner periphery of the angle adapter 13 and the suction line 5.1 leading to a compressor 8, while the refrigerant vapor flow is guided in the center of this line system.
  • This consists of a tier 9 frame, which - cf. the left figure - is assigned a condenser 20 that extends across the entire height of the frame, with the return collector 2, the compressor 8.1, the compressor 8.2, the compressor 8.3 and the compressor 8.4, as well as - over a partial height - the collecting container in the individual floors 21 are arranged.
  • the condenser fans 14.2 to 14.4 are assigned to the condenser 20 and the condenser fan 14.1 to both the condenser and the return collector 2, the tier 9 additionally holding the collecting container 21.
  • the direction of the flow of cooling air is indicated by the hollow arrows.
  • each compressor 8 an oil trap, not shown, is provided for separating the lubricating oil which, starting from the oil trap, is led to the crankcase.
  • FIG. 3 A significant advantage of the system can also be seen from FIG. 3, namely the possibility of an extremely compact, space-saving design.
  • FIG. 4 shows the design of the apparatus for separating the media to be removed from the return collector, the parts already mentioned being repeated for the sake of a better overview, provided they are shown in this compilation.
  • the oil connection is followed by the inside and outside differently calibrated riser pipe 6.1, the riser pipe being non-positively fixed in a sleeve-like nipple 10.1 by connected, equally spaced guide vanes arranged with it.
  • the nipple 10.1 emerges from the wall of the return collector 2 and is welded to it and provided with an external thread that the connection of the two parts of the angle adapter, i.e. 10 and 10.1, via a separable means, i.e. via a union nut 10.3.
  • the level of the exit 6.3 from the riser 6.1 is determined by the selected projection of the riser 6.1 over the guide vanes 6.2.
  • Another position securing which is also to be rated as a vibration damper, can be seen in the fact that a support ring 6.4 is provided in the entry region of the riser pipe 6.1, between which and the inner wall 2.1 of the separating container 2 a compression spring 6.5 is arranged.
  • the separating nozzle 11 is introduced, the collar of which is directed against the stop 10.4 formed in the branch 10.2.
  • the separating nozzle 11 it is noted that in the case of this example it is a double-cone frustum nozzle. In its internal shape, this provides a wide truncated cone section 11.1 narrowing over a short length, which is followed by a truncated cone section 11.3 which widens in the direction of flow via a connecting, short cylindrical section 11.2.
  • the entry angle of the short truncated cone section 11.1 is larger than the exit angle of the long truncated cone section 11.3, so that, with such a design, the pressure increase and thus the reduction in speed take place somewhat more slowly.
  • angles and lengths must be coordinated on a case-by-case basis in order to achieve a complete separation process of the oil from the vaporous coolant.
  • the suction line 5.1 leading to the respective compressor 8 goes at a right angle from the angle adapter.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider für einen Kältemaschinensatz, mit einem mit Sichtkontrolle versehenen Behälter, einem Eintrittsanschluß am Behälter zum Anschluß eines oder mehrerer Verdampfer, einem an der Oberseite des Behälter angeordneten Sauganschluß zur Verbindung des Behälters mit einem oder mehreren Verdichtern, einer im Sauganschluß angeordneten Düse und einem kalibrierten Steigrohr, das sich vom unteren Bereich des Behälters bis in die Düse hineinstreckt.The invention relates to a liquid separator for a refrigeration machine set, with a container provided with visual inspection, an inlet connection on the container for connecting one or more evaporators, a suction connection arranged on the top of the container for connecting the container to one or more compressors, a nozzle arranged in the suction connection and a calibrated riser pipe that extends from the bottom of the container into the nozzle.

Bevor auf den Stand der Technik eingegangen wird, soll zunächst auf die "Thermodynamischen Grundlagen" von Anlagen mit mechanischen Verdichtern hingewiesen werden.Before going into the state of the art, reference should first be made to the "thermodynamic fundamentals" of systems with mechanical compressors.

Die Leistungsregelung der Verdichtung ist nur durch Änderung der Frequenz oder Polumschaltung möglich, da Dreh- oder Wechselstrombetrieb die Regel ist.The power regulation of the compression is only possible by changing the frequency or pole switching, since three-phase or alternating current operation is the rule.

Man regelt durch Stillsetzung, durch Zuschalträume oder mehr oder minder langes Offenhalten der Ansaugventile. Bei großen Kälteleistungen werden, wie erwähnt, oft aus Sicherheitsgründen, zwecks einfacher Regelung, mehrere, parallel arbeitende Verdichter verwendet.One regulates by shutting down, by switching rooms or by keeping the intake valves open for more or less long. For high cooling capacities, as mentioned, several compressors working in parallel are often used for safety reasons, for the purpose of simple regulation.

Die thermodynamische Ausgangsbasis bezogen auf den Carnot-Prozeß ist

Figure imgb0001
The thermodynamic basis is based on the Carnot process
Figure imgb0001

Statt des Carnot-Prozesses, der einen Verdichter und eine Entspannungsmaschine benötigen würde, verwendet man in der Praxis Verfahren, bei denen die Entspannungsmaschine durch ein meist automatisch arbeitendes Regel- oder Drosselventil ersetzt ist.Instead of the Carnot process, which would require a compressor and an expansion machine, methods are used in practice in which the expansion machine is replaced by a control or throttle valve that operates mostly automatically.

Bezeichnet man die indizierte Leistung des Verdichters mit Pi in kW, die Wärmezufuhr, d.h. die Verflüssigungswärme im Kondensator bei mit Q in kJ/h und die Wärmezufuhr im Verdampfer bei mit

  • Q in kJ/h und die Wärmezufuhr im Verdampfer bei
  • To zur Wiederverdampfung des Kältemittels mit Po Qo in kJ/h, so ist nach dem erstenn Hauptsatz der Wärmelehre
  • Qo in kJ/h, so ist nach dem ersten Hauptsatz der Wärmelehre
  • Q = Qo + 860 * 4,187 * Pi (kJ/h)
  • T ist die Temperatur im Kondensator,
  • P ist der Druck im Kondensator,
  • To ist die Temperatur im Verdampfer,
  • Po ist die Temperatur im Verdichter.
One designates the indicated power of the compressor with Pi in kW, the heat supply, ie the condensation heat in the condenser at with Q in kJ / h and the heat supply in the evaporator at with
  • Q in kJ / h and the heat input in the evaporator
  • T o for re-evaporation of the refrigerant with P o Q o in kJ / h, then according to the first principle is the theory of heat
  • Q o in kJ / h, then after the first law is the theory of heat
  • Q = Q o + 860 * 4.187 * Pi (kJ / h)
  • T is the temperature in the condenser,
  • P is the pressure in the condenser,
  • To is the temperature in the evaporator,
  • Po is the temperature in the compressor.

Unter der Vielzahl der gebräuchlichen Kältemittel (FKW) ist u.a. das im Handel mit R 22 bezeichnete Diofluormonochlormethan (CHF2CI), das R 12 Difluordichlormethan (CF2C12), sowie azeotope Gemische wie z.B. CHCIF2/C2CI2F4 besonders häufig anzutreffen.Among the large number of common refrigerants (HFC) are, among others, the diofluoromonochloromethane (CHF 2 CI) known in the trade with R 22, the R 12 difluorodichloromethane (CF 2 C1 2 ), as well as azeotopic mixtures such as CHCIF 2 / C 2 CI 2 F 4 to be found particularly often.

Das R 12 wird häufig anstelle von Ammoniak verwendet, insbesondere wo Undichtigkeiten zu Schwierigkeiten führen können, so z.B. bei Klima-Anlagen in Bergwerken, in Haushaltskühlschränken und gewerblichen Anlagen.The R 12 is often used instead of ammonia, especially where leaks can cause difficulties, e.g. in air conditioning systems in mines, in household refrigerators and commercial systems.

So viel zu der Ausgangsbasis der Verfahren, die auf Verdampfung eines Kältemittels beruhen.So much for the starting point of the processes based on the evaporation of a refrigerant.

Der eingangs genannte Gattungsbegriff umreißt im wesentlichen den Stand der Technik, wobei im einzelnen folgende Ausgleichssysteme verfügbar sind:

  • 1) das Ölreguliersystem nach AC + R (U.S. Fabrikat bzw. Entwicklung);
  • 2) das Ölreguliersystem nach LINDE;
  • 3) das Ölreguliersystem mittels Ölausgleichsrohren zwischen den Verdichtern mit separatem Gasausgleich;
  • 4) das Ölreguliersystem über den Ölschauglasanschluß am Verdichter (ohne Gasausgleichsrohr).
The generic term mentioned at the outset essentially outlines the state of the art, the following compensation systems being available in detail:
  • 1) the oil control system according to AC + R (US make or development);
  • 2) the LINDE oil control system;
  • 3) the oil control system by means of oil compensation pipes between the compressors with separate gas compensation;
  • 4) the oil control system via the oil sight glass connection on the compressor (without gas compensation tube).

Im einzelnen ist hierzu zu bemerken, daß

  • zu 1) die Ölabscheidung mittels einem Ölabscheider in einem im Kreislauf angeordneten Ölsammelbehälter erfolgt und von dort über einen Verteiler auf die an den Verdichtern angebrachten Ölspiegelregulatoren, die in aller Regel eine durch Schwimmerventile beherrschte Zuleitung vorsehen. Die Anordnung der Verdichter ist beliebig. Das System erfordert jedoch einen hohen Geräte- und Montageaufwand;
  • zu 2) die Ölverteilung zu den einzelnen Verdichtern erfolgt aus einem auf der Saugseite im Kreislauf liegenden Ölsammelbehälter. Die zu den Verdichtern zurückfliessende Ölmenge führt dabei über fest eingestellte Ventile. Die Anordnuwg der Ve, dichter erfolgt auf einer Ebene, so daß ein relativ großer Platzbedarf erforderlich ist;
  • zu 3) der Ölausgleich zwischen den Verdichtern erfolgt über ein Ausgleichsrohr. Um eine Gleichmäßigkeit in der vorbestimmten Verteilung zu erreichen, muß ein über dem Ölspiegel liegender Gasausgleich vorgesehen sein und erfolgt in gleicher Ölspiegelhöhe auf einer Ebene, auch hier ist ein großer Platzbedarf erforderlich;
  • zu 4) der Ölausgleich erfolgt jeweils über den Ölschauglasanschluß am Verdichter und ein Ausgleichsrohr, wobei die übrige Installation entsprechend den Ausführungen zu 3) vorzunehmen ist.
In particular, it should be noted that
  • to 1) the oil is separated by means of an oil separator in an oil collecting tank arranged in the circuit and from there via a distributor to the oil level regulators attached to the compressors, which generally provide a supply line controlled by float valves. The arrangement of the compressors is arbitrary. However, the system requires a lot of equipment and assembly;
  • to 2) the oil distribution to the individual compressors takes place from an oil collecting tank located on the suction side in the circuit. The amount of oil flowing back to the compressors is via fixed valves. The arrangement of the Ve, denser takes place on one level, so that a relatively large Space is required;
  • to 3) the oil compensation between the compressors takes place via a compensation pipe. In order to achieve uniformity in the predetermined distribution, a gas compensation located above the oil level must be provided and takes place at the same oil level on one level. Here too, a large amount of space is required;
  • to 4) the oil compensation takes place in each case via the oil sight glass connection on the compressor and a compensating tube, whereby the rest of the installation must be carried out in accordance with the explanations to 3).

Ergänzend ist noch festzuhalten, daß Ausführungen nach 3) und 4) fallweise mit: jeweils einem separaten Gasausgleichsrohr vorgesehen sind.In addition, it should also be noted that versions according to 3) and 4) are provided with: a separate gas compensation tube in each case.

Die genannten Verfahren haben sich mehr oder weniger bewährt, wobei selbstverständlich die ausgewiesenen Systeme jeweils in Verbindung mit dem vorgesehenen Anwendungsfall zu betrachten und zu werten sind. Die bekannte Leistungsstufung durch den Verbund verschiedener Verdichtergrößen ist im Grunde genommen montageaufwendig und unübersichtlich.The methods mentioned have more or less proven themselves, although the systems shown must of course be viewed and evaluated in connection with the intended application. The well-known performance level through the combination of different compressor sizes is basically assembly-intensive and confusing.

Eventuelle Störungen der Ölversorgung eines Verdichters sind nicht ohne weiteres sofort erkennbar.Any malfunctions in the oil supply to a compressor cannot be recognized immediately.

So kann z.B. eine Schwimmerregulierung, die durch eine verstopfte Zuführung oder aber auch durch irgendeinen mechanischen Fehler gestört ist, blockieren, so daß Verdichterschäden durch mangelnde Schmierung auftreten können.For example, block a float regulation, which is disturbed by a blocked supply or also by some mechanical fault, so that compressor damage can occur due to insufficient lubrication.

Unabhängig von dieser Aussage bei hermetisch oder halb-hermetischen Systemen die Anordnung einfacher Schwimmerregelungen nicht immer möglich, wobei ein besonderes Problem ist, daß auch erkannte, in ihrem Umfang wachsende Gefahren aufgrund der nicht gegebenen Überwachung des Ölkreislaufes nicht signalisiert werden können.Irrespective of this statement in the case of hermetic or semi-hermetic systems, the arrangement of simple float control systems is not always possible, a particular problem being that even recognized, increasing risks cannot be signaled due to the lack of monitoring of the oil circuit.

Die teilweise vorgesehene Anordnung von Schaugläsern ermöglicht nur eine im Grunde statische aber keine dynamische Kontrolle, da man letztlich auch bei gleichbleibendem Ölstand nicht unbedingt erkennen muß, ob das Öl tatsächlich fließt.The partially provided arrangement of sight glasses allows only a basically static but not a dynamic control, since in the end one does not necessarily have to recognize whether the oil is actually flowing even when the oil level remains the same.

Das Erkennen einer Unregelmäßigkeit bleibt letztlich nur dem ausgesprochenen Kältefachmann mit einiger Sicherheit vorbehalten.In the end, the detection of an irregularity is reserved with certainty only by the cold specialist.

Abschließend wird noch auf die DE-A 2 602 582, die nächstliegender Stand der Technik ist, hingewiesen.Finally, reference is made to DE-A 2 602 582, which is the closest prior art.

Diese Schrift betrifft einen Flüssigkeitsabscheider, der sich dadurch auszeichnet, daß hierbei ein Saugröhrchen in dem als Düse ausgebildeten oder wirkenden Austrittsstutzen unterschiedlicher Größe und Lage in Richtung des austretenden Saugstromes einmündet, wobei die Lage im Strömungsquerschnitt beliebig sein kann und eine zentrische oder die Kanalwand berührende Anordnung zwei mögliche Ausführungen darstellen, mit dem Zweck einer kontinuierlichen Absaugung abgeschiedener Flüssigkeit oder Flüssigkeitsgemische über das Saugröhrchen in den Austrittsstutzen als nebelfein verteilte Tröpfchen durch den betrieblichen Sauggasstrom. Der Inhalt dieser Schrift wird durch die Figur 4 in Verbindung mit Figur 1 näher erläutert.This document relates to a liquid separator, which is characterized in that a suction tube opens into the outlet connection of different size and position designed or acting as a nozzle in the direction of the exiting suction stream, the position in the flow cross section being arbitrary and a central arrangement or contacting the channel wall represent two possible designs, with the purpose of a continuous suction of separated liquid or liquid mixtures via the suction tube into the outlet nozzle as a finely divided droplet by the operational suction gas flow. The content of this document is explained in more detail by FIG. 4 in conjunction with FIG. 1.

Bei diesen Flüssigkeitsabscheidern mündet die Flüssigkeit bzw. Mischflüssigkeit in den abgegrenzten Dampfabsaugebereich der Düse ein, der über die Verdichter und einen Kondensator wieder in den Kühlkreislauf eintritt.In these liquid separators, the liquid or mixed liquid opens into the delimited steam suction area of the nozzle, which re-enters the cooling circuit via the compressors and a condenser.

Diese Sachlage berücksichtigend, ist es Aufgabe dieser Erfindung, eine saugseitig im Kreislauf anzuordnende Flüssigkeitsabscheidung so auszubilden, daß die einzelnen Verdichter durch ihnen jeweils verbundene Saugleitungen mit ÖI in der notwendigen Menge versorgt werden.Taking this situation into account, it is the object of this invention to design a liquid separation to be arranged in the circuit on the suction side in such a way that the individual compressors are supplied with oil in the necessary amount through suction lines connected to them.

Mechanisch bewegte Teile, wie z.B. ein Schwimmerventil, sollen dabei weitgehend vermieden werden, und durch einfache Auswechselung von Einsatzteilen eine eventuell notwendig werdende Anpassung der Ölrückführung an ein geändertes Verdiqhtervolumen durchführbar sein.Moving parts, such as a float valve should be largely avoided, and by simple substitution of inserts a possibly necessary, the adjustment of the oil return to a changed Verdi q htervolumen be feasible.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß der Sauganschluß einen am Behälter vorgesehenen Nippel und einen daran lösbar befestigten Winkeladapter aufweist, daß das Steigrohr über Leitflügel im Nippel zentriert und die Düse in dem an den Nippel anschließenden Zweig des Winkeladapters auswechselbar angeordnet ist, so daß im Betrieb das durch das Steigrohr angesaugte Öl eine in Strömungsrichtung wandernde Grenzschicht an den Wandungen des Winkeladapters bildet.The solution to this problem according to the invention provides that the suction connection has a nipple provided on the container and an angle adapter releasably attached to it, that the riser is centered over guide vanes in the nipple and the nozzle is arranged in the branch of the angle adapter adjoining the nipple so that it can be replaced in operation, the oil sucked in through the riser forms a boundary layer on the walls of the angle adapter which migrates in the direction of flow.

Die nach dem eingangs definierten Gegenstand der Erfindung, d.h. eines Flüssigkeitsabscheiders für einen Kältemaschineneinsatz, genannte Ausbildung hat den Vorteil, daß durch den am Behälter installierten Nippel, zwischen dem Steigrohr über die an ihm befestigten Leitflügel, dieses kraftschlüssig auswechselbar fixiert werden kann, und daß in dem an den Nippel anschließenden Zweig der Winkeladapter ebenfalls auswechselbar angeordnet ist.According to the subject matter of the invention defined at the outset, i.e. A liquid separator for use in a refrigerator, the design mentioned has the advantage that the nipple installed on the container between the riser pipe and the guide vanes attached to it can be non-positively exchangeably fixed, and that the angle adapter can also be exchanged in the branch adjoining the nipple is arranged.

Diese Anordnung bewirkt, daß im Betrieb das durch das Steigrohr angesaugte Öl eine in Strömungsrichtung wandernde Grenzschicht entlang der Innenperipherie des Winkeladapters sich ausbildet.This arrangement has the effect that, during operation, the oil sucked in through the riser pipe forms a boundary layer that migrates in the direction of flow along the inner periphery of the angle adapter.

Die eigentliche Aufgabe der Leitflügel ist neben der Fixierung darin zu sehen, daß sie das unangenehme Pfeifen der abgesaugten Dämpfe verhindern.The actual task of the guide vanes is to be seen in addition to the fixation in that they prevent the unpleasant whistling of the extracted vapors.

Des weiteren wird vorgeschlagen, daß der Nippel mit einem Außengewinde versehen ist, wobei der die Trenndüse achsgleich zum Nippel aufnehmende Zweig des Winkeladapters mit diesem durch eine Überwurfmutter verbunden ist, und daß die Innenausbildung des Zweiges mit einem in Strömungsrichtung weisenden Anschlag für die Anlage der Trenndüse versehen ist.Furthermore, it is proposed that the nipple is provided with an external thread, the branch of the angle adapter receiving the separating nozzle coaxially with the nipple being connected to the latter by a union nut, and that the internal formation of the branch with a stop pointing in the flow direction for the installation of the separating nozzle is provided.

Darüberhinaus ist vorgesehen, daß das Steigrohr, in Stromrichtung gesehen, mit einem verschieden dimensionierbaren, auswechselbaren Kopfstück zur Einstellung des Ringspaltes zwischen der Trenndüse und dem Steigrohr versehen ist.In addition, it is provided that the riser tube, seen in the direction of the current, with a different dimensionable, interchangeable head piece is provided for adjusting the annular gap between the separating nozzle and the riser pipe.

Zur Konzeption der Trenndüse wird vorgeschlagen, daß die auswechselbare Trenndüse, eine im wesentlichen aus Düse und Diffusor bestehende Doppelkegelstumpfdüse ist, die eingangsseitig mit ihrer Innenformgebung einen weiten, über eine kurze Länge sich verengenden Kegelstumpfabschnitt, d.h. die eigentliche Düse bildet, dem sich über einen verbindenden zylindrischen Abschnitt ein in Strömungsrichtung sich erweiternder längerer Kegelstumpfabschnitt, d.h. der eigentliche Diffusor, anschließt.For the design of the separating nozzle, it is proposed that the exchangeable separating nozzle be a double-cone nozzle consisting essentially of a nozzle and a diffuser, which, on the input side, has a wide, narrow cone section with its internal shape, i.e. forms the actual nozzle, to which a longer truncated cone section, which widens in the direction of flow, extends over a connecting cylindrical section, i.e. the actual diffuser, connects.

Die Trenndüse bewirkt die vollkommene Trennung und Zusammenführung der Restteile des noch nicht vollständig verdampften Kältemittels bei vollständiger Überführung des Kältemittelstromes in Dampfform.The separating nozzle completely separates and merges the remaining parts of the refrigerant that has not yet fully evaporated when the refrigerant flow is completely converted into vapor form.

Die Anordnung der Trenndüse im Winkeladapter läßt deren Auswechselung bei geänderten bzw. sich ändernden Betriebsbedingungen auf einfachste Weise zu.The arrangement of the separating nozzle in the angle adapter allows it to be replaced in the simplest way in the event of changed or changing operating conditions.

Zur Ausbildung der Trenndüse als Doppelkegelstumpfdüse ist noch zu bemerken, daß sich diese im Verlauf der Entwicklung als besonders vorteilhaft erwiesen hat, da neben der vollständigen Trennleistung nach dem Durchtritt der Medien durch den zylindrischen Abschnitt der Druckaufbau sich langsamer vollzieht als der eingangs gegebene Druckabbau.For the formation of the separating nozzle as a double-cone frustum nozzle, it should also be noted that this has proven to be particularly advantageous in the course of the development since, in addition to the complete separation performance after the media has passed through the cylindrical section, the pressure build-up takes place more slowly than the initial pressure reduction.

Auch dies trägt zur Beruhigung und zur Vergleichmäßigung der Strömung bei.This also contributes to calming and smoothing the flow.

Grundsätzlich muß noch dazu bemerkt werden, daß der Eintrittswinkel des kurzen Kegelstumpfabschnittes, d.h. der Düse, größer als der Austrittswinkel des langen Kegelstumpfabschnittes, d.h. des Diffusors, ist.Basically, it must also be noted that the entry angle of the short truncated cone section, i.e. the nozzle, larger than the exit angle of the long truncated cone section, i.e. of the diffuser.

Im Rahmen des weiteren Aufbaues ist vorgesehen, daß die Verdichter in einem Etagengestell unterhalb des Rücklaufsammlers angeordnet sind.As part of the further construction, it is provided that the compressors are arranged in a tier below the return collector.

Dieser außerordentlich raumsparende Aufbau erlaubt gleichfalls eine übersichtliche Gliederung des Kältemaschinensatzes und eine wirkungsvolle Anordnung des Kondensators und der Verflüssigungsventilatoren.This extremely space-saving design also allows a clear structure of the chiller set and an effective arrangement of the condenser and the condensing fans.

Der groß zu dimensionierende Rücklaufsammler sieht ein in seinem unteren Bereich angebrachtes Schauglas mit einliegender Schwimmperle vor, so daß die optische Beobachtung von rückfließendem Öl und unverdampftem Kältemittel ergänzend auf einfache Weise überprüft werden kann.The large-sized return manifold provides a sight glass attached in its lower area with an embedded floating pearl, so that the optical observation of returning oil and undevaporated refrigerant can also be checked in a simple manner.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Systemdarstellung und Zeichnungen einer beispielsweisen Ausführung näher erläutert.

  • Figur 1 zeigt schematisch einen Kältekreislauf bei dem der Rücklaufsammler leistungsabgestuften Verdichtern verbunden ist.
  • Figur 2 zeigt die Verbundanordnung von leistungsabgestuften Verdichtern, wobei die Leistung in Abhängigkeit von der Dichte des Kältemitteldampfes dargestellt ist.
  • Figur 3 zeigt die Anordnung von vier Verdichtern in einem mehretagigen Gestell, dem ein Kondensator, d.h. ein Verflüssiger zugeordnet ist.
  • Figur 4 zeigt eine der zum Behältergrund des Abscheidebehälters ragende Ölabsaugung, sowie den Dampfabsaugebereich mit der in einem Winkeladapter angeordneten Trenndüse.
The invention is explained in more detail by the attached system diagram and drawings of an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows a refrigeration cycle in which the return collector is connected to performance-graduated compressors.
  • FIG. 2 shows the composite arrangement of performance-staged compressors, the performance being shown as a function of the density of the refrigerant vapor.
  • FIG. 3 shows the arrangement of four compressors in a multi-day frame, to which a condenser, ie a condenser, is assigned.
  • Figure 4 shows one of the oil extraction projecting to the bottom of the separator container and the steam extraction area with the separating nozzle arranged in an angle adapter.

Dem Schaubild nach Figur 1 ist zu entnehmen, daß aus dem Kältemittelsammelbehälter 21 das Kältemittel über die Leitungen 22 u. Drosselventile 22.1, 22.2 und 22.3 durch die Verdampfer 23.1, 23.2 und 23.3 einschließlich der mitgeschleppten Schmierölanteile geführt wird, und die so zusammengesetzte Strömung über die Anschlüsse 4 dem Rücklaufsammler 2, die mehrteiligen Abscheider 25 enthaltend, zugeführt wird.The diagram of Figure 1 shows that the refrigerant from the refrigerant tank 21 via the lines 22 u. Throttle valves 22.1, 22.2 and 22.3 are passed through the evaporators 23.1, 23.2 and 23.3 including the entrained lubricating oil components, and the flow thus composed is fed via the connections 4 to the return collector 2, which contains the multi-part separator 25.

Hier findet zunächst die schwerkraftbedingte Trennung der strömenden Mischflüssigkeit statt, wobei sich - vgl. Figur 4 - von unten nach oben folgende Schichtung einstellt:

  • a) Öl
  • b) flüssiges Kältemittel
  • c) verdampftes Kältemittel
The gravitational separation of the flowing mixed liquid takes place here first, whereby - cf. Figure 4 - sets the following stratification from below
  • a) Oil
  • b) liquid refrigerant
  • c) evaporated refrigerant

Ein wesentlicher Teil des flüssig einlagernden Kältemittelanteiles b) wird durch die beim Saugbetrieb durch die Eintrittsanschlüsse 4 geführte Strömung in einem solchen Maße vermischt und verwirbelt, daß bei Betrieb des Kältemaschinensatzes 1 die Zwischenschicht b) mehr und mehr in Dampfform überführt und von dem bereits verdampften Kältemittel aufgenommen wird.A substantial part of the liquid-containing refrigerant fraction b) is mixed and swirled to such an extent by the flow passed through the inlet connections 4 during suction operation that the intermediate layer b) is more and more converted into vapor form during operation of the refrigeration machine set 1 and from the already evaporated refrigerant is recorded.

An mehreren Stellen, beispielsweise nach Figur 1 sind Ölansauganschlüsse 5 vorgesehen, wobei die ihnen jeweils zugeordnete Ölabsaugung 6 und die das jeweils aus dem Dampfabsaugebereich 7 entnommene Gas gemeinsam demWinkeladapter 10 zuführt, in dem eine Trenndüse 11 das Öl so separiert, daß dieses als wandernde Grenzschicht der Innenperipherie des Winkeladapters 13 und der zu einem Verdichter 8 führenden Saugleitung 5.1 anhaftet, während der Kältemitteldampfstrom im Zentrum dieses Leitungssystems geführt ist.At several points, for example according to FIG. 1, oil suction connections 5 are provided, the oil suction 6 assigned to them and the gas removed from the steam suction area 7 jointly feeding the angle adapter 10, in which a separating nozzle 11 separates the oil so that it acts as a migrating boundary layer adheres to the inner periphery of the angle adapter 13 and the suction line 5.1 leading to a compressor 8, while the refrigerant vapor flow is guided in the center of this line system.

Im Verdichter 8 wird beispielsweise durch eine Ölfalle das zugeführte Öl aufgenommen und im weiteren in dessen Kurbelwanne überführt.

  • Das System nach Figur 1 sieht vier getrennte Verdichter 8.1 bis 8.4 vor, die über vier aus dem Rücklaufsammler 2 führende Ölabsaugungen 6, mit jeweils zugeordnetem Dampfabsaugebereich 7, die Verdichter mit dem Schmier- und Kältemittel getrennt versorgen. Die Verdichter 8.1 bis 8.4 sind über einen Verteiler miteinander verbunden, dessen abzweigende Sammelleitung den Kondensator 20 von oben nach unten durchströmt. Dem Kondensator selbst sind untereinander die Ventilatoren 14.1 bis 14.4 zugeordnet, wobei der Austritt aus dem Kondensator in den Sammelbehälter 21 führt und sich im weiteren, wie beschrieben, der Kältekreislauf schließt.
  • Figur 2 ist bereits hinreichend durch die hierzu eingangs gegebene Legende beschrieben.
  • Die Figur 3 zeigt den Kältemaschinensatz 1 in Front- und Seitenansicht.
In the compressor 8, for example, the supplied oil is taken up by an oil trap and then transferred into its crankcase.
  • The system according to FIG. 1 provides four separate compressors 8.1 to 8.4, four of them from the rear barrel collector 2 leading oil suction 6, each with assigned steam extraction area 7, supply the compressor with the lubricant and refrigerant separately. The compressors 8.1 to 8.4 are connected to one another via a distributor, the branching branch line of which flows through the condenser 20 from top to bottom. The fans 14.1 to 14.4 are assigned to one another of the condenser, the outlet from the condenser leading into the collecting container 21 and the cooling circuit closing further, as described.
  • Figure 2 has already been sufficiently described by the legend given at the beginning.
  • Figure 3 shows the refrigerator set 1 in front and side view.

Dieser besteht aus einem etagenförmigen Gestell 9, dem - vgl. die linke Figur - ein über die ganze Gestellhöhe greifender Kondesator 20 zugeordnet ist, wobei in den einzelnen Etagen untereinander der Rücklaufsammler 2, der Verdichter 8.1, der Verdichter 8.2, der Verdichter 8.3 und der Verdichter 8.4, sowie - über eine Teilhöhe greifend - der Sammelbehälter 21 angeordnet sind.This consists of a tier 9 frame, which - cf. the left figure - is assigned a condenser 20 that extends across the entire height of the frame, with the return collector 2, the compressor 8.1, the compressor 8.2, the compressor 8.3 and the compressor 8.4, as well as - over a partial height - the collecting container in the individual floors 21 are arranged.

Die Verflüssiger-Ventilatoren 14.2 bis 14.4 sind dem Kondensator 20 und der Verflüssiger-Ventilator 14.1 sowohl dem Kondensator als auch dem Rücklaufsammler 2 zugeordnet, wobei das Etagengestell 9 zusätzlich den Sammelbehälter 21 mit aufnimmt.The condenser fans 14.2 to 14.4 are assigned to the condenser 20 and the condenser fan 14.1 to both the condenser and the return collector 2, the tier 9 additionally holding the collecting container 21.

Die Kühlluftströmung ist dabei durch die hohl gezeichneten Pfeile in ihrer Richtung ausgewiesen.The direction of the flow of cooling air is indicated by the hollow arrows.

Die Versorgung der einzelnen Verdichter 8.1 bis 8.4 mit Schmieröl und Kälternittel erfolgt ausgehend von dem Rückaufsammler 2 jeweils für jeden Verdichter 8.1 bis 8.4 über der Ölansauganschluß 5, die Ölabsaugung 6, den Kältemitteldampfabsaugungsbereich 7, den Winkeladapter 10 mit Trenndüse 11 über die Leitung 5.1, wobei durch die Trenndüse 11 das Öl vollständig separiert und an der Peripherie der Wandungen des Winkeladapters 10 und der Saugleitung 5.1 eine in Richtung des verbundenen Verdichters 8 wellenförmig sich bewegende Grenzschicht bildet, während im Zentrum dieser Leitungen das vollständig verdampfte Kühlmittel geführt wird.The supply of the individual compressors 8.1 to 8.4 with lubricating oil and refrigerant takes place starting from the back collector 2 for each compressor 8.1 to 8.4 via the oil suction connection 5, the oil suction 6, the refrigerant vapor suction area 7, the angle adapter 10 with separating nozzle 11 via line 5.1, whereby through the separating nozzle 11, the oil is completely separated and on the periphery of the walls of the angle adapter 10 and the suction line 5.1 forms a wavy boundary layer in the direction of the connected compressor 8, while the completely evaporated coolant is guided in the center of these lines.

In jedem Verdichter 8 ist eine nicht gezeichnete Ölfalle zur Abscheidung des Schmieröles vorgesehen, das von der Ölfalle ausgehend, zum Kurbelgehäuse geführt wird.In each compressor 8, an oil trap, not shown, is provided for separating the lubricating oil which, starting from the oil trap, is led to the crankcase.

Die Anordnung der einzelnen, zu den Verdichtern 8.1 bis 8.4 führenden Saugleitungen 5.1 ist raumsparend und übersichtlich, so daß der gesamte Kältemaschinensatz als außerordentlich kontroll- und wartungsfreundlich bezeichnet werden muß.The arrangement of the individual suction lines 5.1 leading to the compressors 8.1 to 8.4 is space-saving and clear, so that the entire refrigerating machine set must be described as extremely easy to check and maintain.

Aus Figur 3 ist weiter ein wesentlicher Vorteil des Systemes zu erkennen, und zwar, die Möglichkeit einer äusserst kompakten raumsparenden Bauweise.A significant advantage of the system can also be seen from FIG. 3, namely the possibility of an extremely compact, space-saving design.

Figur 4 zeigt die apparative Konzeption zur Trennung der aus dem Rücklaufsammler zu entnehmenden Medien, wobei der beßeren Übersicht halber, bereits erwähnte Teile sofern sie in dieser Zusammenstellung dargestellt sind, wiederholt werden. Wie erwähnt, schließt sich dem Ölanschluß das innen und außen unterschiedlich kalibrierte Steigrohr 6.1 an, wobei das Steigrohr durch mit ihm verbundene, in gleicher Teilung angeordnete, gleichdimensionierte Leitflügel in einem hülsenartigen Nippel 10.1 kraftschlüßig fixiert ist. Der Nippel 10.1 ist in diesem Fall aus der Wandung des Rücklaufsammlers 2 heraustretend und mit diesem verschweißt sowie mit einem Außengewinde versehen, daß die Verbindung der beiden Teile des Winkeladapters, d.h. 10 und 10.1, über ein trennbares Mittel, d.h. über eine Überwurfmutter 10.3, ermöglicht.FIG. 4 shows the design of the apparatus for separating the media to be removed from the return collector, the parts already mentioned being repeated for the sake of a better overview, provided they are shown in this compilation. As mentioned, the oil connection is followed by the inside and outside differently calibrated riser pipe 6.1, the riser pipe being non-positively fixed in a sleeve-like nipple 10.1 by connected, equally spaced guide vanes arranged with it. In this case, the nipple 10.1 emerges from the wall of the return collector 2 and is welded to it and provided with an external thread that the connection of the two parts of the angle adapter, i.e. 10 and 10.1, via a separable means, i.e. via a union nut 10.3.

Des weiteren wird durch den gewählten Überstand des Steigrohres 6.1 über die Leitflügel 6.2 die Ebene des Austrittes 6.3 aus dem Steigrohr 6.1 festgelegt. Auch eine weitere Lagesicherung, die gleichzeitig als Schwingungsdämpfer zu werten ist, ist darin zu sehen, daß im Eintrittsbereich des Steigrohres 6.1 ein Stützring 6.4 vorgesehen ist, zwischen dem und der Innenwandung 2.1 des Abscheidebehälters 2 eine Druckfeder 6.5 angeordnet ist.Furthermore, the level of the exit 6.3 from the riser 6.1 is determined by the selected projection of the riser 6.1 over the guide vanes 6.2. Another position securing, which is also to be rated as a vibration damper, can be seen in the fact that a support ring 6.4 is provided in the entry region of the riser pipe 6.1, between which and the inner wall 2.1 of the separating container 2 a compression spring 6.5 is arranged.

In dem im Steigrohr 6.1 achsgleich angeordneten Zweig 10.2 des Winkeladapters 10 ist die Trenndüse 11 eingebracht, deren Bund gegen den in den Zweig 10.2 ausgebildeten Anschlag 10.4 gerichtet ist. Zur Ausbildung der Trenndüse 11 wird festgehalten, daß es sich im Falle dieses Beispieles um eine Doppelkegelstumpfdüse handelt. Diese sieht in ihrer Innenformgebung einen weiten, über eine geringe Länge sich verengenden Kegelstumpfabschnitt 11.1 vor, dem sich über einen verbindenden, kurzen zylindrischen Abschnitt 11.2 ein in Strömungsrichtung sich erweiternder Kegelstumpfabschnitt 11.3 anschließt. Der Eintrittswinkel des kurzen Kegelstumpfabschnittes 11.1 ist dabei größer als der Austrittswinkel des langen Kegelstumpfabschnittes 11.3, so daß, bei einer solchen Ausbildung, die Druckzunahme und damit die Reduzierung der Geschwindigkeit etwas langsamer stattfindet. Selbstverständlich sind Winkel und Längen fallweise abzustimmen, um einen vollständigen Trennprozess des Öles von dem dampfförmigen Kühlmittel zu erreichen.In the branch 10.2 of the angle adapter 10, which is arranged in the ascending pipe 6.1 with the same axis, the separating nozzle 11 is introduced, the collar of which is directed against the stop 10.4 formed in the branch 10.2. For the formation of the separating nozzle 11, it is noted that in the case of this example it is a double-cone frustum nozzle. In its internal shape, this provides a wide truncated cone section 11.1 narrowing over a short length, which is followed by a truncated cone section 11.3 which widens in the direction of flow via a connecting, short cylindrical section 11.2. The entry angle of the short truncated cone section 11.1 is larger than the exit angle of the long truncated cone section 11.3, so that, with such a design, the pressure increase and thus the reduction in speed take place somewhat more slowly. Of course, angles and lengths must be coordinated on a case-by-case basis in order to achieve a complete separation process of the oil from the vaporous coolant.

Die zu dem jeweiligen Verdichter 8 führende Saugleitung 5.1 geht rechtwinklig von dem Winkeladapter ab.The suction line 5.1 leading to the respective compressor 8 goes at a right angle from the angle adapter.

Claims (5)

1. A liquid separator for a refrigerating machine set comprising a container (2) provided with a visual control, an input connection (4) on the container for connecting one or several vaporizers, an intake connection (5) disposed on the upper side of the container for connecting the container to one or more compressors, a nozzle (11) disposed in the intake connection (5), and a calibrated ascending pipe (6.1) extending from the bottom area of the container (2) into the nozzle, characterized in that the intake connection (5) comprises a nipple (10.1) provided on the container, and an angular adapter (10) detachably secured thereto, that the ascending pipe (6.1), through master vanes (6.2), is centered in the nipple (10.1) and the nozzle (11), in the branch of the angular adapter (10) coupled to the nipple (10.1) is replaceably dis- cured thereto, that the ascending pipe (6.1), through master vanes (6.2), is centered in the nipple (10.1) and the nozzle (11), in the branch of the angular adapter (10) coupled to the nipple (10.1) is replaceably disposed such that, during operation, the oil taken in through the ascending pipe, along the walls of the angular adapter, forms a boundary layer migrating in the direction of flow.
2. A liquid separator according to claim 1, characterized in that the nipple (10.1) is provided with a male thread (10.4), with the branch (10.2) of the angular adapter (10) accommodating the separating nozzle (11) in a manner axially conforming to the nipple, through a sleeve nut, being connected to the angular adapter (10), and that the internal configuration of the branch (10.2) is provided with a stop (10.5) pointing in the direction of flow, for abutment of the separating nozzle (11).
3. A liquid separator according to claim 1, characterized in that the ascending pipe (6.1) - viewed in the direction of flow - is provided with a replaceable header (13) of varying dimension for adjustment of the annular gap (12) between the separating nozzle (11) and the ascending pipe (6.1).
4. A liquid separator according to claim 1, characterized in that the replaceable separating nozzle (11) is a dual-truncated nozzle substantially composed of nozzle and diffuser and, at the inlet side, with the internal shaping thereof, forms a wide truncated section restricted throughout a short length, i.e. the actual nozzle (11.1), followed, through a connecting cylindrical section (11.2), by an extended truncated section expanding in the direction of flow, i.e. the actual diffuser (11.3).
5. A liquid separator according to claim 4, characterized in that the input angle (11.4) of the short- length truncated section, i.e. of nozzle (11.1), is larger than the output angle (11.5) of the extended truncated section, i.e. of diffuser (11.3).
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