KOUDE & LUCHTbehandelingR

CC

REF

RIG

ERA

TIO

N &

CLI

MA

TE C

ON

TRO

L

Er wordt gesproken van koudesyste-men met natuurlijke circulatie als hetkoudemiddel zonder pomp of andereexterne energie door de warmtewisse-laar circuleert. De drijvende kracht voornatuurlijke circulatie is een combina-tie van:

* het verschil in soortelijk gewicht vanvloeistof in de valleiding en van hetgas/vloeistofmengsel in de retour-leiding;

* de gemiddelde oppervlaktetempera-tuur van de platen en de verdam-pingstemperatuur.

Een verdamper met natuurlijke circu-latie is zonder tijdvertraging traploosregelbaar tussen 0 en 100%. De stabili-teit van het verdampingsproces wordtnauwelijks beïnvloed door expansie-ventielen of wijziging van de conden-satiedruk. Doordat het oppervlak vol-ledig met vloeistof in contact kan zijnis de gemiddelde warmteoverdrachthoog.Bij natuurlijke circulatie is in de mees-te gevallen een afscheider nodig om demet het verdampingsgas meekomendevloeistof af te scheiden voordat het gasbij de compressor komt. De verdamperkan daarbij direct onder een horizon-tale of een vertikale afscheider wordengemonteerd. Deze afscheider kan ookeen functie hebben als tussenkoeler ofals afscheider voor een pompsysteem.

Zie afbeelding 1a en 1b.

Er kunnen meerdere verdampers pa-rallel op één afscheider worden aange-sloten, zie afbeelding 2.De keuze van de uitvoering hangt vanzeer veel verschillende factoren af waarhier niet verder op wordt ingegaan.

Koudesystemen met natuurlijke circulatie

Flooded systems (gravity feed)

Bron:Ingenieurs- enHandelsburo Wijbenga BV

Beesd

UitvoeringenNiet alle mogelijke uitvoeringen kun-nen in dit artikel worden behandeld.Het aantal principe-oplossingen encombinaties groeit nog steeds. De ba-sisprincipes gelden echter in bijna allegevallen.De afmetingen van de afscheider wor-den niet alleen bepaald voor de afschei-ding van gas/vloeistof maar ook, envaak in grote mate, door de op te ne-men vloeistofhoeveelheid tijdens stil-stand. Dit speelt met name bij systemenmet een hogedrukvlotter en luchtge-koelde- of verdampingscondensors. Lethierbij specifiek op de wintervullingvan deze condensors. In offertes enopdrachtbevestigingen wordt dit de toe-laatbare vloeistoffluctuatie genoemd.

Het is de verantwoordelijkheid van deinstallateur om te bepalen of dit volumevoldoende is voor het concrete systeem.

De verdampers met natuurlijke circu-latie kunnen als volgt worden onderver-deeld:

Interne circulatieBij deze verdampers wordt geen valpijptoegepast. Het geeft de meest compac-te bouwvorm. De principes van de op-bouw zijn aangegeven in fig. 10.3. Deafscheider kan zowel verticaal als ho-rizontaal uitgevoerd worden. ln de aan-sluiting tussen de verdamper en de af-scheider stroomt vloeistof naar bene-den en gas omhoog. Ook kan vloeistofopkoken waardoor vloeistof tijdelijkemet gas omhoog stroomt. ln principe isdit systeem een badverdamper met af-scheider. Er is geen sprake van eenspecifiek circulatievoud van de vloei-stof.Om de invloed van het opkoken op dewerking van de afscheider te beperkenmoet een spatplaat boven deze aanslui-

KOUDE & LUCHTbehandeling

RC

CR

EFR

IGER

ATI

ON

& C

LIM

ATE

CO

NTR

OL

ting worden geplaatst.De vloeistof voor de verdamping moettussen het plaatpakket en de mantelnaar beneden stromen. Hiertoe moetvoldoende ruimte tussen plaatpakketen mantel beschikbaar zijn. Er wordengeen afdichtingen tussen plaatpakket enmantel toegepast.

De verdamper met interne circulatieleent zich minder goed voor combina-ties met andere afscheiderfuncties. Deandere functies bepalen meestal deminimale vulling wat de interne circu-latie van de verdamper kan benadelen.Voor een optimale werking mag hettemperatuurverschil tussen in/uittredevan het te koelen medium en de ver-dampingstemperatuur niet te groot zijn.

Externe valpijpBij deze verdampers stroomt de vloei-stof via een externe valpijp naar de on-derzijde van de verdamper. Daarbij kande verdamper onder of naast de af-scheider worden geplaatst. De princi-pes van de opbouw zijn aangegeven inafbeelding 3. Ook hierbij kan de af-scheider verticaal of horizontaal wor-

den uitgevoerd. Aan de horizontale af-scheider kunnen meerdere verdampersworden aangesloten. Deze opbouw iszeer geschikt voor combinaties met an-dere afscheiderfuncties. Door het circu-latieprincipe van de vloeistof en de toete passen statische vloeistofhoogte kanin theorie meer vloeistof naar de ver-damper stromen dan voor de verdam-ping strikt noodzakelijk is; het circula-tievoud is > 1.

Om te bereiken dat er een éénduidigestroming dóór de platen ontstaat, engeen kortsluitstromingen, moet deruimte tussen het plaatpakket en demantel gedeeltelijk worden afgesloten.Hiervoor worden roestvrijstalen platenmet stoppers in de verdamper ge-plaatst.Boven de valpijp moet een spatplaatworden aangebracht om opkoking bij

Afbeelding 1a (boven en 1b (beneden) – Verdamper met afscheiders

Verticaleafscheider

Verticale afscheider met valpijp met verticaletussenkoeler

horizontale afscheider,interne circulatie

horizontale afscheider met valpijp met horizontale tussenkoelerhorizontale afscheider/

pompsysteem

Afbeelding 2 - Meerdere verdampers onder één afscheider

verdampers naast afscheider verdampers onder afscheider

KOUDE & LUCHTbehandelingR

CC

REF

RIG

ERA

TIO

N &

CLI

MA

TE C

ON

TRO

L

het opstarten te beperken en ‘nat’-draaien van de compressor(en) te voor-komen. De intrede van de valpijp moetworden voorzien van een kolkbreker.Afhankelijk van de uitvoering wordteen aftapafsluiter aan de onderzijdevan de valpijp aanbevolen.Over het algemeen is de effectieve kou-demiddelvulling bij deze opbouw hogerdan bij verdampers met interne circu-latie.

Externe circulatie zonder afscheider:Dit systeem wordt o.a. veelvuldig toe-gepast bij

* oliekoelers voor (schroef-)compres-soren, vloeistof- of gaskoelers;

* persgaskoelers bij condensors.

Bij circulatie zonder afscheider moeterop gelet worden dat:

* vloeistof gemakkelijk naar de ver-damper kan stromen, toevoer aan deonderzijde, intredesnelheid ca. 0,3m/sec, de hoogte ‘h’ volgens afbeel-ding 4 volgt uit h > ∆p1-2 ;

* olie niet tussen de platen kan komen,vóór intrede in de koeler afgetaptwordt of eenvoudig uit de koeler afte tappen is. Zie ook afbeelding 3;

* de zuiggasleiding ruim wordt gedi-mensioneerd en ontgassend wordtgemonteerd. Buro Wijbenga advi-seert een gassnelheid van maximaal6 m/sec. Ontgassende montage houdtin dat de leiding niet horizontaal magliggen maar minimaal 15° stijgendwordt gelegd.

Als bij oliekoelers of bij vloeistof/gas-koelers de zuigleiding wordt aangeslo-ten op de hoofdpersgasleiding dan moetdeze aansluiting meestromend wordenaangebracht of voorzien zijn van een

inwendige bocht voor venturiewerking.Dit geldt echter ook voor de aansluitingvan de ontgassingsleiding van een voor-keurvat, zie afbeelding 4.

Als de oliekoeler niet werkt dan is ditin de meeste gevallen terug te voerenop een verkeerde leidingloop.

Regeling van oliekoelers:De temperatuur van de olie kan gere-geld worden door:* drieweg-regelventiel in de olie-

stroom, direct temperatuurgeregeldof via een motorgestuurd drieweg-regelventiel;

* regeling van de koudemiddeltoevoermet magneetventiel of motorge-stuurd tweeweg-regelventiel;

* regeling van de koudemiddel-gas-stroom met magneetventiel of motor-gestuurd tweewegregelventiel. Ver-mijd deze regeling zoveel mogelijk;het ventiel wordt groot en de gas-stroom kan geblokkeerd wordenwaardoor de capaciteit te kleinwordt.

Verdampers met ’hogedruk’ -vloeistof-toevoer:Dit type verdamper wordt toegepast alseen afscheider aanwezig is met een ge-lijke of lagere verdampingstempertuurdan in de verdamper. De vloeistof wordttoegevoerd via een pomp of vanuit eensysteem met een hogere druk dan deverdampingsdruk. Hierbij valt te den-ken aan vloeistoftoevoer vanuit de ho-gedrukleiding.

Belangrijke uitgangspunten voor detoepassing:* de verdampingstemperatuur in de

verdamper is hoger of gelijk aan deverdampingstemperatuur van hetachterliggend systeem;

* de verdampingstemperatuur in deverdamper is lager dan de druk inhet toevoersysteem;

* afvoer van ‘nat’-gas is geen probleemi.v.m. nageschakelde afscheider;

* minimaal is een enkelvoudige circu-latie nodig. Overmaat van toegevoer-de vloeistof mag geen probleem op-leveren voor de rest van het systeem.Bijvoorbeeld: als de toevoerleidingaangesloten is op het hogedruksys-teem dan kan overmaat vloeistof deafscheider ongecontroleerd overvul-len; let hierop speciaal bij deellast-bedrijf.

Zie ook afbeelding 5.

Afbeelding 3 - Natuurlijke circulatie

verdampers met interne circulatie(geen stromingsgeleiders)

verdampers met externe circulatie(inclusief stromingsgeleiders)

KOUDE & LUCHTbehandeling

RC

CR

EFR

IGER

ATI

ON

& C

LIM

ATE

CO

NTR

OL

NiveauregelingenBij verdampers met natuurlijke circu-latie moet voldoende vloeistof in deverdamper aanwezig zijn. Daarom maghet minumum niveau niet lager komendan de bovenste aansluiting van deplaatzijde. Zie afbeelding 6.

Het werkelijke niveau kan, afhankelijkvan de uitvoering, worden afgelezenvia:* Berijping van de standpijp of een

rijpbuis. Let op! Het werkelijke ni-veau in de verdamper kan veel la-ger zijn dan op de standpijp wordtopgemerkt. Afwijkingen van 10 cmof meer zijn niet ongewoon.

* Een elektronische niveau-opnemerdie in de standpijp wordt gemon-teerd. De standpijp moet daarbij tus-sen afsluiters worden geplaatst enzijn voorzien van een aftapafsluiter.

* Kijkglazen. Bij verdampingstempe-raturen boven 0°C worden deze tensterkste aangeraden. Een standpijpzonder niveau-opnemer of kijkglasheeft > 0°C geen functie.

* een combinatie van bovenstaande.

Een standpijp met een niveau-opne-mer moet altijd worden geïsoleerd omopkoking in de standpijp, en daardoorverkeerde signalen, tot een mimimumte beperken.Een olieretoursysteem met persgas-pulspomp mag niet op de standpijpworden aangesloten.

Het wordt aanbevolen om een maxi-maalniveau-schakelaar op de afschei-

der toe te passen die bij overschrijdingvan het maximum toelaatbaar niveaude compressor(en) uitschakelt. Ge-bruik hiervoor een ‘hard’ signaal vanbijvoorbeeld een vlotterschakelaar engeen ‘zacht’ (elektronisch) signaal. Eenhard signaal kan niet eenvoudig doorderden worden versteld.Als het systeem nooit overvuld kan ra-ken, bijvoorbeeld bij systemen met eenbeperkte vulling (hogedrukvlotters)dan is deze schakelaar niet strikt nood-zakelijk.Voor de instructies van expansiesyste-men, standpijpen, niveauschakelaars,niveau-opnemers, kijkglazen etc. wordtverwezen naar de specifieke instruc-ties van de betreffende leverancier.

Voor de niveauregeling kan onder-scheid gemaakt worden tussen:

Hogedruk-niveauregeling:Er moet altijd voldoende vloeistof in de

verdamper aanwezig zijn. De hoeveel-heid vloeistof kan meer zijn dan mini-maal noodzakelijk is. Dit geldt metname voor systemen met beperkte vul-ling en een hogedrukvlotter als expan-sieventiel: een systeem wat veelvuldigwordt gebruikt bij enkelvoudige syste-men zonder een hogedruk-vloeistofre-servoir. De fluctuatie van de vloeistofin het systeem, b.v. door het tijdelijkopvullen van de condensor of tijdensstilstand, moet in de afscheider kun-nen worden opgevangen.

Als expansiesystemen komen in aan-merking:* hogedrukvlotters;* magneetventiel met handregelaf-

sluiter, aangestuurd via een niveau-schakelaar op het hogedrukreser-voir. In verband met de ongelijkma-tige toevoer van expansiegas kan ditaanleiding geven tot een zeer onrus-tig werkende compressor en een on-

Afbeelding 4 - Oliekoelers

verdampt koudemiddel naar voorkeurvat verdampt koudemiddel naar persgasleiding

Afbeelding 5 - Verdampers met ‘hogedruk’-vloeistoftoevoer

KOUDE & LUCHTbehandelingR

CC

REF

RIG

ERA

TIO

N &

CLI

MA

TE C

ON

TRO

L

gelijkmatige verdampingstempe-ratuur. Dit wordt niet aanbevolen.

* puls/pauze-magneetventiel aange-stuurd via een niveauopnemer op hethogedrukreservoir. Overdimensio-nering kan hetzelfde effect geven alsbovengenoemd.

* motorgestuurd expansieventiel(elektrisch of pneumatisch) aange-stuurd via een niveauopnemer op hethogedrukreservoir.

Voor de regeling is geen niveauschake-laar of niveauopnemer op de afschei-der/verdamper aan de lagedrukzijdenodig.

Lagedruk-niveauregeling:Hierbij wordt het niveau in de verdam-per of de afscheider geregeld. De fluc-tuatie van de vloeistof in het systeem,

b.v. door het tijdelijk opvullen van decondensor, moet in een hogedrukvloei-stofreservoir kunnen worden opgevan-gen. Het niveau kan afhankelijk van hetcirculatiesysteem van het koudemiddelin de verdamper of in de afscheiderworden geregeld, zie afbeelding 8.

Als expansiesystemen komen in aan-merking:* magneetventiel met handregelaf-

sluiter, aangestuurd via een niveau-schakelaar op de afscheider of deverdamper. In verband met de onge-lijkmatige toevoer van expansiegaskan dit aanleiding geven tot een zeeronrustig werkende compressor eneen ongelijkmatige verdampings-temperatuur. Dit wordt niet aan-bevolen.

- puls/pauze magneetventiel aange-stuurd via een niveauopnemer op de

afscheider of de verdamper. Overdi-mensionering kan hetzelfde affectgeven als bovengenoemd.

- motorgestuurd expansieventiel(elektrisch- of pneumatisch) aange-stuurd via een niveauopnemer op deafscheider of de verdamper.

Bij systemen met lagedruk niveaurege-ling is, aan of op de afscheider/verdam-per, altijd een niveauschakelaar of eenniveauopnemer noodzakelijk.

OlieretoursystemenBij koudesystemen en warmtepompenmet natuurlijke of pompcirculatie moetde olie die vanuit de compressoren inde lagedrukzijde komt naar de com-pressoren teruggevoerd worden.Bij systemen met oplosbare olie moetzoveel koudemiddel/oliemengsel uit delagedrukzijde worden teruggevoerd datde hieruit uitgedampte hoeveelheid oliegelijk is aan de door de olieafscheiderdoorgelaten hoeveelheid olie. Hierbij ishet gebruikelijk om uit te gaan van ca.3% olie in het koudemiddel waarbij dewarmte-overdracht nauwelijks nadeligbeïnvloed wordt en de mengverhoudingbinnen het oplosbare gebied van hetolie/koudemengsel blijft.

Het wordt aanbevolen om tijdens het vul-len van het systeem reeds 3% van het kou-demiddel als olie in de lagedruk te vul-len, bij NH3-systemen tenminste de olie-aftapdom. Hierdoor is het niet nodig omna het opstarten lang te wachten om tezien of het olieretoursysteem naar beho-ren werkt. Ook wordt hierdoor voorko-

Afbeelding 6 - Minimaal niveau in badverdampers

algemene niveau-informatie niveaus bij internecirculatie

niveaus bij externecirculatie

Afbeelding 7 - Hogedruk-niveauregeling

KOUDE & LUCHTbehandeling

RC

CR

EFR

IGER

ATI

ON

& C

LIM

ATE

CO

NTR

OL

men dat kort na het inbedrijfstellen decompressor uitvalt op oliegebrek.

In ammoniaksystemen wordt meestalonoplosbare olie gebruikt. Deze, ge-woonlijk minerale, olie zakt naar hetlaagste punt van verdampers en af-scheiders; er behoeft slechts een gerin-ge massa teruggevoerd te worden.

Oe olieretoursystemen met persgas-pomp (zoals WITT-BOP), of met pers-gasventurie, (ORVW), kunnen wordengebruikt om automatisch olie vanuit delagedrukzijde naar de compressor(en)terug te voeren.Voor de basis-uitvoeringen zie de af-beeldingen 9 en 10.Voor uitgebreide informatie en instruc-ties wordt verwezen naar de betreffen-de specificatiebladen.

Belangrijke uitgangspunten voor eengoede oliehuishouding:* controleer of de olie mengbaar is met

het koudemiddel ter plaatse van hetaftappunt of dat de olie zwaarder oflichter is dan het koudemiddel;

* vermijd dat olie in de verdamper kankomen door de olie zoveel mogelijkbij hogere temperatuur af te tappenb.v. vanuit het hogedrukreservoir ofde tussenkoeler;

* gebruik bij NH3 een olie-verzamel-dom op het laagste punt;

* selecteer de olieafscheider voldoen-de groot, selecteer een ‘commerciële’olieafscheider op 2-3 x het koelver-mogen van het systeem;

* plaats voldoende kijkglazen om dewerking van het olieretoursysteem tekunnen volgen.

�

Afbeelding 8 - Lagedruk-niveauregelring

interne circulatie externe circulatie

Verklaring: 1 = BDP; 2 = tijdklok of ONG-regelaar; (2a + 2b) = ONG-regelaar; 3 = warmtewisselaar, evt. met filter; 4 = aansluiting op zuigzijde; 5 = HD-vlotter; 6 = magneetventiel ln persgas; 7 = verwarmd oliereservoir met overdrukventiel (1 bar), eventueelmet filter.

Verklaring: 1 = ORVW; 2 = tijdklok of ONG-regelaar;(2a + 2b) = ONG-regelaar; 3 = warmtewisselaar; 4 = aansluiting op zuigzijde; 5 = magneetventiel in pers-gas; 6 = magneetventiel in oliemengsel; 7 = handregelafsluiter; 8 = kijkglas; 9 = filter; 10 = verwarmdoliereservoir met overdrukventiel, eventueel met filter; 11 = thermostaat

Afbeelding 9 - Olieretoursysteem met persgaspomp BOP

Afbeelding 10 - Olieretoursysteem met venturie ORVW