(13) B1 RZECZPOSPOLITAPOLSKA(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) PL B1. (51) In lc l5: F25B 43/02

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITAPOLSKA(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1 (21) N um er zgłoszenia: Urząd Patentow y (22) D ata zgłoszenia : Rzeczypospolitej Polskiej (51) In lc l5: F25B 43/02 (54) Sprężarkowy układ chłodniczy z oddzielaczem oleju (30) Pierwszeństwo: , DK,1563/89 (76) Uprawniony i twórca wynalazku: Aage B. Winther, Caracas, VE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 16/91 (74) Pełnomocnik: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: PHZ POLSERVICE WUP 06/94 PL B1 (57) 1. Sprężarkowy układ chłodniczy z oddziela czem oleju zawierający sprężarkę z silnikiem napędowym sprężającą czynnik chłodniczy, połączoną ze skraplaczem tego czynnika i jego odbiornikiem, skąd ten czynnik podawany jest do parownika, posiadający oddzielacz do oddzielania zanieczyszczeń z czynnika chłodniczego, znamienny tym, że oddzielacz oleju zawiera zbiornik (1) z wbudowanym wstępnym wymiennikiem ciepła (3), który połączony jest od strony zasilania za pośrednictwem przewodu (16) z wylotowym króćcem odbiornika (13) ciekłego czynnika chłodniczego, a od strony wylotowej, za pośrednictwem zasilającego przewodu (6), z parownikiem, przy czym do zbiornika (1) podłączona jest spustowa rura olejowa (11), połączona z olejowym osadnikiem (14) umieszczonym w części dennej odbiornika (13), rura ssąca (15) podłączona do sprężarki od strony ssącej oraz spustowa rura olejowa (12) z zaworem odcinającym (12a) podłączona do dolnej części pojemnika (1). fig 2

2 Sprężarkowy układ chłodniczy z oddzielaczem oleju Zastrzeżenia patentowe 1. Sprężarkowy układ chłodniczy z oddzielaczem oleju zawierający sprężarkę z silnikiem napędowym sprężającą czynnik chłodniczy, połączoną ze skraplaczem tego czynnika i jego odbiornikiem, skąd ten czynnik podawany jest do parownika, posiadający oddzielacz do oddzielania zanieczyszczeń z czynnika chłodniczego, znamienny tym, że oddzielacz oleju zawiera zbiornik (1) z wbudowanym wstępnym wymiennikiem ciepła (3), który połączony jest od strony zasilania za pośrednictwem przewodu (16) z wylotowym króćcem odbiornika (13) ciekłego czynnika chłodniczego, a od strony wylotowej, za pośrednictwem zasilającego przewodu (6), z parownikiem, przy czym do zbiornika (1) podłączona jest spustowa rura olejowa (11), połączona z olejowym osadnikiem (14) umieszczonym w części dennej odbiornika (13), rura ssąca (15) podłączona do sprężarki od strony ssącej oraz spustowa rura olejowa (12) z zaworem odcinającym (12a) podłączona do dolnej części pojemnika (1). 2. Układ według zastrz. 1, znam ienny tym, że posiada ponadto zbiornik (33) stanowiący pierwszy stopień oddzielania oleju, który połączony jest przewodem zasilającym (34) z wylotem skraplacza (39), przewodem spustowym (35) z odbiornikiem (13) czynnika chłodniczego oraz olejowym przewodem spustowym (36) z zaworem odcinającym (36a) ze spustowym przewodem olejowym (11) natomiast zbiornik (1) z wbudowanym wymiennikiem ciepła (3) stanowi drugi stopień oddzielania. 3. Układ według zastrz. 1, znam ienny tym, że zbiornik (1) z wymiennikiem ciepła podzielony jest na dwie części (la, 2) oddzielone przegrodą (18) przenoszącą ciepło, przy czym pierwsza część (la), zawierająca wstępny wymiennik ciepła (3) stanowi oddzielacz oleju, natomiast druga część (2), która stanowi oddzielacz powietrza i nieskroplonego gazu, zawiera wtórny wymiennik ciepła (4) połączony z jednej strony z głównym wymiennikiem ciepła (3), a z drugiej strony, za pośrednictwem przewodu (11) z osadnikiem olejowym (14) odbiornika (13) czynnika chłodniczego, przy czym do pierwszej części (la ) zbiornika (1) podłączony jest przewód (4a), zaś druga część (2) podłączona jest w części dolnej przewodem (9) z górną częścią odbiornika (13) czynnika chłodniczego, a w górnej części powietrznym przewodem odprowadzającym (8) z atmosferą i przewodem powrotnym (10) z odbiornikiem (13). 4. Układ według zastrz. 3, znam ienny tym, że wielostopniowy oddzielacz oleju posiada główny zbiornik (33), stanowiący pierwszy stopień oddzielania, połączony przewodem (34) z wylotem skraplacza (39) i przewód spustowy (35) połączony z odbiornikiem (13), zaś olejowy przewód spustowy (36) jest połączony ze spustowym przewodem olejowym (11), natomiast pierwsza część (la ) z wymiennikiem ciepła (3) stanowi drugi stopień oddzielania oleju. 5. Układ według zastrz. 4, znam ienny tym, że główny zbiornik (33) oddzielacza oleju umieszczony jest nad odbiornikiem (13) czynnika chłodniczego, przy czym przewód zasilający (34) wprowadzony jest do zbiornika (33), w kierunku jego dna, zaś przewód spustowy (35) wyprowadzony od góry w jednej trzeciej wysokości zbiornika (33) przechodzi przez odbiornik (13) czynnika chłodniczego do dolnej części zbiornika (1), a ponadto górna część głównego zbiornika (33) i odbiornika (13) czynnika chłodniczego połączone są przewodem (37) dla oddzielenia powietrza i nieskroplonego gazu, natomiast druga część (2) zbiornika (1) połączona jest przewodem (9) z zaworem (9a) odcinającym z górną częścią głównego zbiornika (33). 6. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że zbiornik (1) wymiennika ciepła otulony jest termoizolacyjną warstwą (19) oraz osłonięty jest od zewnątrz metalowym płaszczem (20). 7. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znam ienny tym, że pojemnik (1) wymiennika ciepła posiada nieizolowaną cieplnie rurkę ciśnieniową (40) stanowiącą wskaźnik poziomu cieczy w zbiorniku.

3 Układ według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że pierwsza część (la ) posiada elektryczny regulator (17) napełniania sterujący elektrozaworem (11 b) zamontowanym w przewodzie (11) połączonym z pierwszą częścią ( 1a). 9. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że pierwsza część (1a) zbiornika (1) posiada elektroniczny regulator (17) napełnienia, który za pomocą przekaźnika czasowego steruje dwoma elektrozaworami (11b, 11c) zamontowanymi odpowiednio, w przewodzie (11 i 36) głównego zbiornika (33). 10. Układ według zastrz. 2 albo 3 albo 4, znam ienny tym, że pierwsza część ( 1a) zbiornika (1) posiada rurkę ciśnieniową (40) z termostatem (21) mającą pierwszy czujnik (22) i drugi czujnik (23) osadzone w rurce ciśnień (40), przy czym termostat (21) steruje elektrozaworem (24) zamontowanym w spustowym przewodzie olejowym (12). 11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że druga część (2) zbiornika (1) posiada termostat różnicowy (25), który ma jeden czujnik (26) umieszczony w części (2) zbiornika (1), oraz drugi czujnik (27) wstawiony w przewód główny (16) między odbiornikiem (13) czynnika chłodniczego i wstępnym wymiennikiem ciepła (3) przy czym termostat (25) steruje otwieraniem i zamykaniem elektrozaworu (28), zamontowanym w upustowym przewodzie powietrznym (8). * * * Przedmiotem wynalazku jest sprężarkowy układ chłodniczy z oddzielaczem oleju. Sprężarki chłodnicze wymagają smarowania olejem, który szczelinami przedostaje się do komór wypełnionych sprężonym czynnikiem chłodniczym. W ciągłym cyklu roboczym użyty do smarowania olej pojawia się w czynniku chłodniczym w znacznych ilościach, wpływając równocześnie na zmniejszenie wydajności chłodniczych układu. Względy ekonomiczne wpływają skutecznie na dążenie do maksymalnego oddzielenia z czynnika chłodniczego oleju i innych niepożądanych zanieczyszczeń. Z opisu zgłoszenia patentowego US nr znany jest sprężarkowy układ chłodniczy, z oddzielaczem oleju z gazowego czynnika chłodniczego, ale okazało się to jednak mniej skuteczne od oddzielania oleju z czynnika chłodniczego w stanie ciekłym. Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego US nr układ chłodniczy, w którym olej jest oddzielany z ciekłego czynnika chłodniczego przy jego przejściu przez wymiennik ciepła, w którym w skomplikowany sposób, za pomocą termostatowego zaworu regulacyjnego utrzymuje się temperaturę mieszaniny czynnika chłodniczego z olejem na takim poziomie, aby oddzielanie oleju było łatwiejsze. Z opisu europejskiego zgłoszenia patentowego nr znany jest układ chłodniczy, w którym olej jest oddzielany z czynnika chłodniczego w stanie gazowym, przy czym oddzielacz oleju wbudowany jest w układ między skraplaczem a sprężarką po stronie ciśnieniowej. Również znany jest z opisu duńskiego zgłoszenia patentowego nr B układ chłodniczy lub zamrażarkowy z oddzielaczem oleju, w którym oddzielacz jest usytuowany w tym układzie pod parownikiem, ale mimo skomplikowanej konstrukcji jest on w stanie obsłużyć tylko część urządzenia chłodniczego. Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie układu chłodniczego, w którym czynnik chłodniczy byłby oczyszczany w ekonomiczny sposób, w stanie ciekłym i w normalnym cyklu roboczym tego układu. Sprężarkowy układ chłodniczy z oddzielaczem oleju zawiera sprężającą czynnik chłodniczy sprężarkę z napędowym silnikiem połączoną ze skraplaczem tego czynnika i jego odbieralnikiem, z którego podawany jest ten czynnik do parownika. Układ ten korzystnie do oddzielania zanieczyszczeń z czynnika chłodniczego posiada wbudowany oddzielacz. W rozwiązaniu według wynalazku oddzielacz oleju zawiera pojemnik z wbudowanym wstępnym wymiennikiem ciepła, którego strona zasilająca połączona jest za pośrednictwem przewodu z wylotowym króćcem odbieralnika ciekłego czynnika chłodniczego, a strona odbiorcza tego wymiennika ciepła, za pośrednictwem zasilającego przewodu połączona jest z parownikiem. W części pojemnika zabudowana jest rura wypędowa oleju połączona z olejowym osadnikiem zabudowanym w części dennej odbieralnika, a za pośrednictwem rury ssącej

4 połączony jest ze stroną ssącą sprężarki, zaś w części dolnej pojemnika zabudowana jest rura spustowa oleju z zaworem odcinającym. W innej postaci wykonania oddzielacz oleju ma zbiornik dostosowany do prowadzenia wielostopniowego oddzielania oleju. Korzystnie, za pośrednictwem włączenia do układu zbiornika pierwszego stopnia oddzielania oleju, połączonego z przewodem spustowym wyprowadzonym ze skraplacza, natomiast przewodem przelewowym połączonym z odbieralnikiem czynnika chłodniczego, a przewodem spustowym oleju z zaworem odcinającym i dalej połączonym z przewodem spustowym, zaś końcowa faza oddzielania prowadzona jest w odbieralniku oleju. W układzie chłodniczym uzyskuje się spadek temperatury, w pojemniku wymiennika ciepła oddzielacza olejowego, jaki wynika z odparowania mieszaniny czynnika chłodniczego i oleju w trakcie jego oddzielania, wykorzystuje się do schładzania płynnego czynnika chłodniczego, wymiennika ciepła, w czasie jego przepływu do parownika. Korzystnie rozwiązanie układu chłodniczego według wynalazku zawiera wielostopniowe oddzielanie oleju. Pierwszy stopień oddzielania oleju prowadzi się w zbiorniku, a końcowy stopień oddzielania oleju prowadzi się w pojemniku wymiennika ciepła. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie sprężarkowy układ chłodniczy z jednostopniowym oddzielaczem oleju, fig. 2 - schematycznie drugą postać sprężarkowego układu chłodniczego z fig. 1 z wielostopniowym oddzielaczem oleju, fig. 3 - schematycznie trzecią postać układu chłodniczego z fig. 1 z kombinowanym oddzielaczem oleju i powietrza, oraz fig. 4 - schematycznie kolejną postać układu chłodniczego z fig. 1 z wielostopniowym oddzielaczem oleju i powietrza z układem regulacyjnym samoczynnego oddzielania oleju, powietrza i nie skondensowanego gazu. Na figurze 1 przedstawiono w przekroju schematycznie część układu chłodniczego według wynalazku z połączeniami między skraplaczem, odbiornikiem 13 czynnika chłodniczego i oddzielaczem 1 oleju. Oddzielacz oleju ma postać zbiornika 1, otulonego warstwą 19 materiału termoizolacyjnego, pokrytego zewnętrznym płaszczem 20 metalowym. W zbiorniku 1 zabudowany jest wymiennik 3 ciepła, który składa się z rur, którymi przepływa ciekły czynnik chłodniczy z odbiornika 13 głównym przewodem 16, a następnie połączony jest z przewodem 16 włączonym do przewodu 6 zasilającego parownika. Odbiornik 13 czynnika chłodniczego zaopatrzony jest w części dolnej w osadnik 14 olejowy, w którym zbiera się część czynnika chłodniczego zawierającego olej, następnie odprowadzana do górnej części oddzielacza 1 oleju przez przewód 11 spustowy z zaworem 11 a odcinającym i elektrozaworem 11 b, którego działanie opisane jest dalej. Przy swobodnym spadku w zbiorniku oddzielacza następuje oddzielenie się oleju i czynnika chłodniczego, przy czym olej zbiera się na dnie zbiornika, skąd może on być usuwany przewodem 12 z zaworem 12a spustowym. Czynnik chłodniczy w mieszaninie odparowuje, przy czym temperatura w zbiorniku spada do około -10 C. Ten spadek temperatury wykorzystywany jest do schładzania czynnika chłodniczego przepływającego do parownika poprzez główny wymiennik 3 ciepła. Czynnik chłodniczy odparowany z mieszaniny, odprowadzany jest ze zbiornika 1 do sprężarki od strony ssania przez przewód 15 ssawny, i w ten sposób wraca do układu chłodniczego. Dla zapewnienia kontroli poziomu mieszaniny oleju i czynnika chłodniczego zamontowany jest w zbiorniku 1 oddzielacza oleju regulator 17 elektryczny poziomu napełnienia, który za pośrednictwem przekaźnika steruje pracą elektrozaworu 11 b na przewodzie 11 w ten sposób, że określona ilość mieszaniny - zależnie od okoliczności - podawana jest do zbiornika 1 oddzielacza oleju. W układzie chłodniczym, fig. 2, oddzielanie oleju zachodzi stopniowo. Do układu dołączono zbiornik 33, połączony przewodem 34 zasilającym z wylotem skraplacza 39 ciekłego czynnika chłodniczego, a przewodem 35 spustowym z odbiornikiem 13 czynnika chłodniczego. Przewód 34 zasilający wprowadzony jest do głównego zbiornika i zależnie od okoliczności - zachowany jest jego dystans od dna, podczas gdy przewód 35 przelewowy połączony jest na odpowiednim poziomie w górnej, trzeciej części głównego zbiornika 33, przy czym poziom ten jest odpowiedni dla stworzenia miejsca na olej i czynnik chłodniczy do grawitacyjnego oddzie-

5 lania warstwowego zanim oddzielony czynnik chłodniczy z pomniejszoną ilością oleju wypłynie do góry i zostanie odprowadzony do dna odbiornika 13 czynnika chłodniczego. Olej nagromadzony w obszarze dna głównego zbiornika 33 może być odbierany przewodem 11, ściekowym za pośrednictwem głównego przewodu 36 odprowadzającego olej z zabudowanym na nim zaworem 36a odcinającym i elektrozaworem 11 c. W ten sposób drugi stopień oddzielania oleju zachodzi w zbiorniku 1 wymiennika ciepła. Poziom mieszaniny oleju z czynnikiem chłodniczym w zbiorniku 1 wymiennika ciepła jest utrzymywany za pośrednictwem regulatora 17 sterującego elektrycznie napełnianiem poprzez przekaźnik czasowy sterujący dwoma elektrozaworami 11b i 11c odpowiednio zamontowanymi na głównym przewodzie 36 połączonym z przewodem 11 i dalej spustowym oleju, stąd następuje odprowadzenie mieszaniny z odbiornika 13 czynnika chłodniczego i z głównego zbiornika 33 w określonym zakresie. Na figurze 3 przedstawiono kolejny przykład rozwiązania układu chłodniczego według wynalazku, w którym zbiornik z wymiennikiem ciepła zawiera oddzielacz oleju podzielony na dwie oddzielne części 1a, 2 ścianką 18 dzielącą wymiennik ciepła. Pierwsza część 1a, zawiera główny wymiennik 3 ciepła, stanowiący oddzielacz oleju, a druga część 2 stanowi oddzielacz powietrza i nie skondensowanego gazu, będący wtórnym wymiennikiem 4 ciepła, który podłączony jest za pośrednictwem głównego i odgałęzionego przewodu 16' i 16 skierowanego do głównego wymiennika 3 ciepła oraz odbiornika 13 czynnika chłodniczego. W ten sposób ciekły czynnik chłodniczy przepływa z odbiornika 13 poprzez główny wymiennik 3 ciepła i wtórny wymiennik 4 ciepła do przewodu 6 zasilającego parownik układu. Wtórny wymiennik 3 ciepła jest połączony przewodem 11 zasilającym z osadnikiem 14 olejowego odbiornika czynnika chłodniczego, a następnie połączony przewodem 4a wewnętrznym - z pierwszą częścią pojemnika 1a wymiennika ciepła. W ten sposób ciekła mieszanina oleju i czynnika chłodniczego przepływa z osadnika 14 olejowego poprzez wtórny wymiennik 4 ciepła i przewodem 4a wewnętrznym grawitacyjnie do pierwszej części pojemnika wymiennika ciepła, zaś druga jego strona stanowi oddzielacz oleju, z fig. 1. Druga część zbiornika 2 wymiennika ciepła jest w części dolnej połączona z górną częścią odbiornika 13 czynnika chłodniczego za pośrednictwem przewodu 9, z wmontowanym zaworem 9a odcinającym. Część górna natomiast połączona jest poprzez filtr 7 wodny z przewodem 8 i zaworem 8a z atmosferą. Część pojemnika 2 jest ponadto w obszarze dolnym połączona przewodem 10 powrotnym z dolną częścią odbiornika 13 czynnika chłodniczego. W ten sposób mieszanina powietrza, czynnika chłodniczego i ewentualnie nie skondensowanego gazu przepływa od odbiornika czynnika chłodniczego do tej części oddzielacza oleju, w której oddzielane jest powietrze na skutek schładzania we wtórnym wymienniku 4 ciepła poprzez ściankę wymiany ciepła między tymi częściami zbiornika la i 2. Czynnik chłodniczy gromadzi się w obszarze dna tej części pojemnika 2 i jest odprowadzany do odbiornika tego czynnika, podczas gdy powietrze i nie skondensowany gaz unoszą się i są odprowadzane do atmosfery. Układ chłodniczy według wynalazku z fig. 4, stanowi kombinację rozwiązań uwidocznionych na fig. 2 i 3, w których następuje dwustopniowe oddzielanie oleju, stąd pojemnik wymiennika ciepła podzielony jest na dwie części la i 2, a w ten sposób następuje oddzielenie zarówno oleju jak również powietrza oraz nie skondensowanego gazu. W tej kombinacji rozwiązań druga część pojemnika 2 wymiennika ciepła połączona jest przewodem 9 z wbudowanym zaworem 9a odcinającym z górną częścią głównego zbiornika 33, a za jego pośrednictwem połączona z górną częścią odbiornika 13 czynnika chłodniczego, połączonego z górną częścią zbiornika 33 głównym przewodem 37. Mieszanina powietrza i czynnika chłodniczego może przepływać z odbiornika 13 do zbiornika 33 głównego, a następnie wspólnie z mieszaniną powietrza i czynnika chłodniczego, nagromadzoną w tym zbiorniku przepływać do oddzielacza powietrza. Układ ten stanowi samoczynne oddzielanie oleju oraz powietrza i nie skondensowanego gazu. Takie samoczynne oddzielanie oleju uzyskuje się dzięki wyposażeniu pierwszej części 1a pojemnika wymiennika ciepła w nieizolowaną, stalową rurkę 40 ciśnieniową kontrolującą poziom cieczy w pojemniku wraz z termostatem 21 różnicowym i dwoma czujnikami 22 i 23, włączonymi w rurkę ciśnieniową, wykorzystując zmiany poziomu napełnienia oleju, wytwarza-

6 jącą jednocześnie dostrzegalną różnicę temperatur cieczy w rurce pozwalającej ciśnieniowo sterować otwieraniem i zamykaniem elektrozaworu 24 w przewodzie 12 spustowym oleju. Samoczynne oddzielanie powietrza i nie skondensowanego gazu uzyskuje się przez zaopatrzenie drugiej części 2 zbiornika wymiennika ciepła w termostat 25 różnicowy z jednym czujnikiem 26 zamontowanym w drugiej części 2 zbiornika wymiennika ciepła i z drugim czujnikiem 27 włączonym w główny przewód 16 między odbiornikiem 13 czynnika chłodniczego i głównym wymiennikiem 3 ciepła. Termostat ten steruje za pomocą przekaźnika trzecim elektrozaworem 28, włączonym w przewód 8, w ten sposób zawór ten otwiera się, gdy powietrze i nie skondensowany gaz oddziaływuje na pierwszy czujnik 26, zaś zamyka się, gdy przestrzeń ta jest przewietrzona przez cieplejszy czynnik chłodniczy w głównym przewodzie 16, co wykrywa drugi czujnik 27. W rozwiązaniu fig. 3 i 4 jest możliwe przy dobrym przewietrzaniu układu, aby sam oddzielacz oleju działał przy zamkniętych obu zaworach 9a, 10a odcinających odpowiednio w przewodzie 9 łączącym główny zbiornik 33 z drugą częścią 2 zbiornika wymiennika ciepła i w przewodzie 10 łączącym wymienioną część zbiornika z odbiornikiem 13 czynnika chłodniczego. Dzięki temu osiąga się bardziej ekonomiczną pracę całego urządzenia, zaś schładzanie powodowane jest przez odparowanie czynnika chłodniczego w mieszaninie z olejem wykorzystywanym w pełni do schładzania czynnika chłodniczego, gdy ten przepływa do parownika przez główny wymiennik ciepła.

7 Fig

8 Fig 3

9

10 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł