DE69417545T2

DE69417545T2 - Kühlmittelaufbereitungsverfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE69417545T2
Application number: DE69417545T
Authority: DE
Inventors: Kevin J. Zugibe
Original assignee: Hudson Technologies Inc
Current assignee: Hudson Technologies Inc
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2014-12-09
Also published as: IL111899A0; RU2134851C1; DK0682218T3; EP0682218A1; CR5042A; PL176518B1; IL111899A; CN1080862C; PL306125A1; DE69417545D1; US5377499A; ES2081272T3; ES2081272T1; CA2137771A1; JP3671064B2; DE682218T1; CN1118867A; CA2137771C; RU94044494A; EP0682218B1

Description

Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Kältemittelrückgewinnungssysteme und, mehr insbesondere, auf Systeme dieser Art, bei denen Kühlwasser oder äußere elektrische Heizelemente nicht notwendig sind.
Es ist üblich, in Systemen, die zum Rückgewinnen von Kältemitteln verwendet werden, Einrichtungen für wasser- oder luftgekühlte Kondensatoren vorzusehen, um den Prozeß zu unterstützen. Normalerweise sind Gebrauchserfordernisse (Luft, Wasser, Wärme aus äußeren elektrischen Heizelementen, usw.) wegen der üblichen geringen Größe und Kapazität von Rückgewinnungseinheiten in der Industrie heutzutage nicht ein besonderer Gesichtspunkt. Diese Gebrauchserfordernisse stellen jedoch eine definitive Begrenzung dafür dar, wie groß eine Einheit unter Praktikabilitätsgesichtspunkten hergestellt werden kann. Die Geschwindigkeit der Kältemittelrückgewinnung ist bei solchen Systemen auch von besonderer Wichtigkeit.
Mehr insbesondere, in heutigen Kältemitteldestillations- und -rückgewinnungssystemen führt ein Einlaß für kontaminiertes Kältemittel in eine Destillationskammer, in welcher elektrische Heizelemente, gesteuert durch eine äußere elektrische Quelle und einen Thermostaten, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer, der durch den Strom von kontaminiertem Kältemittel gebildet wird, angeordnet sind. Selbstverständlich ist in der Kammer auch ein Ablaß für den Schmutzstoff vorgesehen. Die Heizelemente bewirken, daß das kontaminierte Kältemittel siedet und einen Dampf oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer bildet. Der heiße Dampf strömt in einen Kompressor und dann in einen wassergekühlten Kondensator, welcher destilliertes Kältemittel abgibt. Der wassergekühlte Kondensator wird betrieben und gesteuert durch das Vorsehen eines Wassereinlasses und eines Wasserauslasses für Kühlzwecke. Es sind somit Wasser (oder Luft) zum Kühlen und externe elektrische Energie in großen Mengen erforderlich, um das kontaminierte Kältemittel in diesen heutigen Systemen zu verdampfen; und je größer die Einheit ist, um so mehr derartige Gebrauchshilfsmittel (Wasser, Luft und/oder Elektrizität) werden verlangt, was zu einer praktischen Grenze für die Größe der Einheit führt, die effizient und praktisch gebaut werden kann.
Beispiele von solchen heutigen Systemen sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 4 646 527 von Taylor dem US-Patent Nr. 4 539 817 von Staggs, dem US-Patent Nr. 5 243 832 von Van Steenburgh, dem US-Patent Nr. 4 856 289 von Lofland, dem US- Patent Nr. 4 766 733 von Scuderi und dem US-Patent Nr. 3 145 543 von Miner. Die vorgenannten Patente repräsentieren Beschreibungen von Systemen, die an einer oder mehreren der Unzulänglichkeiten und/oder Beschränkungen leiden, die oben angegeben sind.
Die Patentschrift US-A-5 263 331 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4.
Es ist demgemäß ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Destillationssystem zu schaffen, bei dem äußere elektrische Heizelemente nicht erforderlich sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Destillationsprozeß zum Rückgewinnen von Kältemittel zu schaffen, in welchem luft- und wassergekühlte Kondensatoren zum Kondensieren durch Kältemittel nicht erforderlich sind.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Prozeß und eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von Kältemittel zu schaffen, bei denen der Kältemitteldampf gedrosselt wird, um die Destillationstemperatur zu steuern.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht mit einer Vorrichtung und einem Verfahren nach den Ansprüchen 4 bzw. 1. Ein Temperatursteuerventil teilt wahlweise den Strom aus dem Kompressor zwischen dem Wendelrohr in der Destillationskammer und einem Bypass auf, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur in der Destillationskammer. Die Bypasstemperatursteuerung hält die Temperatur auf einem Wert, welcher einen Feuchtigkeitsübertrag mit dem Dampf destillierten Kältemittels verhindert, und hält außerdem einen exakten Flüssigkeitsspiegel in der Destillationskammer aufrecht. Der Spiegel flüssigen Kältemittels ist eine Funktion der Temperatur und des Druckes und ist hinsichtlich der Steuerung sowie zum Verhindern von Flüssigkeitspfropfenbildung in dem Kompressor kritisch.
Ein Hilfskondensator wird sowohl mit der Flüssigkeit in dem Wendelrohr als auch mit der Bypassströmung versorgt, um die Kompressorwärme zu beseitigen, die durch den Kompressor geliefert wird. Der Kondensator produziert destilliertes Kältemittel über ein Druckregelventil. Demgemäß bildet die Wärme des von dem Kompressor gelieferten Gases die Wärme für die Destillation in einem Wendelrohr in der Destillationskammer. Das kontaminierte Kältemittel wird so durch das Wendelrohr erhitzt und produziert den Dampf oberhalb der Flüssigkeit in der Destillationskammer, um den Kompressor kontinuierlich zu versorgen, der seinerseits kontinuierlich heißes Gas durch das Wendelrohr schickt.
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten, aber trotzdem lediglich illustrativen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung deutlich werden:
Die Zeichnung zeigt ein Schema eines Systems, das eine Vorrichtung aufweist zum Ausführen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in der Lage sind, kontaminiertes Kältemittel in einer Destillationskammer zum Sieden zu bringen, ohne daß äußere elektrische Heizelemente notwendig sind. Weiter ermöglichen die Vorrichtung und das Verfahren das Kondensieren des komprimierten Kältemitteldampfes ohne Kühlwasser und können die Destillationstemperatur durch Drosseln des Kältemitteldampfes steuern.
Die Destillation erfolgt duch Zuführen von irgendeinem kontaminierten Kältemittel, dargestellt durch einen Richtungspfeil 10, über einen Einlaß 12 und ein Druckregelventil 14. Das kontaminierte Kältemittel strömt in die Destillationskammer, die insgesamt mit 16 bezeichnet ist, um einen Flüssigkeitsspiegel 18 von kontaminierter Kältemittelflüssigkeit 20 zu bilden. Ein Ablaß 21 für kontaminierte Flüssigkeit ist ebenfalls vorgesehen und mit einem Ventil 23 versehen. Ein Wendelrohr 22 ist unter den Spiegel 18 des flüssigen kontaminierten Kältemittels untergetaucht, und ein Thermoelement 24 ist in oder nahe der Mitte des Wendelrohrs 22 plaziert, um die Destillationstemperatur für die Zwecke einer Temperatursteuereinheit 26 zu messen. Die Temperatursteuereinheit steuert ihrerseits die Position eines Dreiwegeventils 28, so daß die Destillationstemperatur auf einen konstanten Wert von ungefähr -1,1ºC (30 Grad Fahrenheit) eingestellt wird. Das Temperatursteuerventil 28 arbeitet mit einer Bypassleitung 30 derart, daß, wenn sich Dampf in dem Teil 32 der Destillationskammer 16 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 18 ansammelt, der Dampf über eine Leitung 34 zu einem Kompressor 36 geleitet wird. Das erzeugt die Abgabe von heißem Gas an dem Auslaß 38 des Kompressors 36, so daß diese heißen Gase unter der Steuerung der Temperatursteuerung 26 durch das Dreiwegeventil 28 hindurchgeleitet werden. In denjenigen Situationen, in denen das Thermoelement 24 eine Destillationstemperatur über -1,1ºC (30 Grad Fahrenheit) anzeigt, als ein Beispiel, wird die Bypassleitung 30 eine gewisse Strömung von heißen Gasen aus dem Kompressor 36 empfangen. Umgekehrt, in denjenigen Situationen, in denen das Thermoelement 24 eine Temperatur unter -1,1ºC (30 Grad Fahrenheit) anzeigt, als ein Beispiel, wird die Strömung von heißen Gasen weiterhin in das Wendelrohr 22 gehen, wie durch einen Pfeil 40 gezeigt.
Es ist aus der Zeichnung und aus dieser Beschreibung auch zu erkennen, daß, wenn das Thermometer 24 gewisse Werte der Temperatur in der Nähe von -1,1ºC (30 Grad Fahrenheit) anzeigt, als ein Beispiel, heiße Gase aus dem Kompressor teilweise durch die Bypassleitung und teilweise in das Wendelrohr strömen werden, um die Temperatur von dreißig Grad aufrechtzuerhalten.
In allen Situationen wird die gesamte Strömung in der Bypassleitung 30 und aus dem Wendelrohr 22 in Richtungen 42 bzw. 44 durch einen Hilfskondensator 46 und ein Druckregelventil 48 hindurchgehen, um am Auslaß ein destilliertes Kältemittel zu erzeugen, wie es durch einen Richtungspfeil 50 gezeigt ist. Alternativ wird der Kondensator 46 durch eine zusätzliche Temperatursteuereinheit gesteuert, die durch die Kondensatorauslaßtemperatur gesteuert wird.
Somit, insbesondere in Fällen, in denen es sich um eine extrem große Rückgewinnungseinheit handelt und es unökonomisch und ineffizient wäre, den Bedarf an Elektrizität und Wasser oder Luft zu decken, ermöglicht die Destillationstemperatursteuerung, den Dampf in der Destillationskammer nach der Erfindung zum Erhitzen der kontaminierten Flüssigkeit mit Hilfe des Wendelrohres 22 zu verwenden, um mehr Dampf und weiteres abgegebenes heißes Gas aus einem Kompressor zu erzeugen, um den Prozeß nach der vorliegenden Erfindung fortzusetzen. Äußere elektrische Heizelemente sind nicht notwendig, und es erfolgt ausreichend Kondensation des Kältemitteldampfes in der Destillationskammer nach der Erfindung, so daß lediglich ein kleiner, luftgekühlter Hilfskondensator 46 erforderlich ist, um die Wärme aufgrund des Arbeitens des Kompressors 36, der einen Ölabscheider enthält, abzuführen. Luft- oder wassergekühlte Kondensatoren zum Kondensieren des Kältemittels sind demgemäß unnötig.
Durch Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung können ungefähr 8,2 bis 45 Tonnen (achtzehn bis einhunderttausend Pfund) Kältemittel an einem achtstündigen Arbeitstag rückgewonnen werden, im Unterschied zu der Kapazität im Stand der Technik von etwa 0,68 Tonnen (fünfzehnhundert Pfund) pro achtstündigem Arbeitstag.

Claims

1. Verfahren zum Rückgewinnen von Kältemittel, beinhaltend die Schritte:

(a) Einbringen von kontaminiertem, flüssigem Kältemittel (20) in eine Destillationskammer (16);

(b) Sieden des flüssigen Kältemittels, um zu bewirken, daß sich oberhalb des Kältemittels in der Kammer ein Dampf bildet;

(c) Leiten des Dampfes zu einem Kompressor (36), um heiße Gase zu bilden; und gekennzeichnet durch die Schritte:

(d) Leiten der heißen Gase entweder zu einem Wendelrohr (22) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (18) innerhalb der Kammer oder zu einem Bypass der Kammer;

(e) Vorsehen eines Temperatursensors (24) für die Flüssigkeit innerhalb der Kammer und Verwenden der erfaßten Temperatur zum Steuern eines Ventils (28) zum Wählen einer Strömung der heißen Gase entweder zu dem Wendelrohr oder zu dem Bypass; und

(f) Verursachen einer Strömung aus dem Wendelrohr und dem Bypass zu einem Kondensator (46) zur Gesamtabgabe von destilliertem Kältemittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als zusätzlicher Schritt selektives Ablassen des flüssigen Kältemittels vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kondensator durch eine zusätzliche Temperatursteuereinheit gesteuert wird, indem eine Temperatur verwendet wird, die an dem Ausgang des Kondensators erfaßt wird.

4. Vorrichtung zur Kältemittelrückgewinnung, mit einer Destillationskammer (16), die sowohl einen Flüssigkeits- als auch einen Dampfteil hat; einer Einrichtung (12, 14) zum Versorgen des Flüssigkeitsteils mit Flüssigkeit, einer Einrichtung (34), die bewirkt, daß Dampf in dem Dampfteil aus der Kammer hinausströmt, einem Kompressor (36) zum Empfangen des Dampfes und zum Komprimieren des Dampfes, einer Wendelleitung (22) innerhalb der Kammer, wobei die Leitung mit dem Ausgang (36) des Kompressors verbunden ist, um heiße Gase aus demselben zum Erhitzen der Flüssigkeit zum Bilden des Dampfes zu empfangen,

gekennzeichnet durch

eine Temperaturerfassungseinrichtung (24) für die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsteil, eine Temperatursteuereinheit (26), deren Betrieb durch die Temperaturerfassungseinrichtung gesteuert wird, ein Ventil (28), das zwischen dem Ausgang (38) des Kompressors und der Wendelleitung angeordnet ist, wobei das Ventil durch die Temperatursteuereinheit gesteuert wird, eine Bypassleitung (30), die von dem Ventil wegführt, um die Destillationskammer zu umgehen, und einen Kondensator (46) zum Empfangen der Strömung von heißen Gasen sowohl aus der Wendelleitung als auch aus der Bypassleitung und zum Abgeben von destilliertem Kältemittel.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Flüssigkeitsablaßeinrichtung (21) für die Kammer vorgesehen ist.