DE1601058C2

DE1601058C2 - Motor-Kompressor-Einheit mit Ölabscheider für eine Kälteanlage

Info

Publication number: DE1601058C2
Application number: DE1601058A
Authority: DE
Inventors: James R. Coventry Conn. Blatt; Clark B. Wethersfield Conn. Hamilton; Harold Farmington Conn. Moody; Henri West Hartford Conn. Soumerai
Original assignee: DUNHAM-BUSH Inc WEST HARTFORD CONN US
Current assignee: DUNHAM-BUSH Inc WEST HARTFORD CONN US
Priority date: 1967-01-27
Filing date: 1968-01-24
Publication date: 1981-10-15
Also published as: US3408826A; SE342501B; GB1220132A; DE1601058A1; GB1220133A; GB1220131A; DE1728619A1; DK122415B; BE709704A; FR1553294A; CH483607A; NL6801229A

Description

Die Erfindung betrifft eine Motor-Kompressor-Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine vorbekannte Einheit dieser Art ist in der US-PS 13 912 offenbart. Bei dieser Einheit wird das öl aus dem den Elektromotor durchströmenden Nebel aus Kältemittel und öl dadurch ausgeschieden, daß der Nebel im wesentlichen durch einen Ringkanal gefördert wird, der relativ weit von der Drehachse des Elektromotors entfernt liegt und durch die Gehäusewandung der Einheit und den außenliegenden Rotor des Elektromotors gebildet ist. Durch die somit erhöhte Zentrifugalkraft wird der wesentliche Anteil des Öls während der Axialströmung des Nebels durch den Ringkanal entfernt. In Strömungsrichtung hinter dem Elektromotor befindet sich eine Ölfangplatte, deren wesentliche Aufgabe darin besteht, daß das ausgeschiedene und sich an der Gehäusewand der Einheit sammelnde Öl nicht durch die Strömungskraft des nun zum größten Teil vom öl befreiten, gasförmigen

iü Kältemittel in den Auslaßstutzen der Einheit mitgerissen wird. Zu einem sehr geringen Anteil bewirkt die ölfangplatte selbst eine Ausscheidung von Restöl aus dem den Ringkanal verlassenden Nebel.

Nachteilig bei dieser Einheit ist, daß das aus dem Auslaßstutzen der Einheit austretende Kältemittel immer noch einen zu hohen Anteil an öl enthält.

Demzufolge besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Motor-Kompressor-Einheit mit ölabscheider für eine Kälteanlage, bei der die Restölabscheidung aus dem Kältemittel-Öl-Nebel nach Durchströmung des den Kompressor antreibenden Elektromotors weiter verbessert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Durch diese Lösung wird das nach der Durchströmung des Elektromotors noch im Nebel vorhandene Restöl in wesentlich gesteigertem Maße als bisher ausgeschieden. Dies ist auf den dreistufigen Abscheideprozeß zurückzuführen, der in üblicher Weise im Elektromotor beginnt, mittels der Prallplatte aktiv fortgeführt wird und in einem speziell nachgeordneten und ausgebildeten Metallnetzwerk endet. Vom Rotor des Elektromotors wird der noch restölbeladene Nebel vollständig auf die Prallplatte gerichtet und durch diese zentrifugiert abgelenkt sowie danach am Plattenumfang wieder in axiale Richtung gezwungen, wodurch eine erste Restölabscheidung erfolgt. Eine zweite Restölabscheidung erfolgt dann in dem Netzwerk, so daß das schließlich aus der Einheit austretende Kältemittel frei oder praktisch frei von Restöl ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beispielsweise näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Kältemittelkreislauf mit einer Motor-Kompressor-Einheit nach der Erfindung in teilweisem Axialschnitt.

Nach dem zeichnerischen Ausführungsbeispiel enthält eine Kälteanlage 2 einen Schraubenkompressor 4 mit Entlaster 5 und mit einem Elektromotor 6 als Antrieb, einen ölseparator 8, eine Kältemittelauslaßleitung 10, einen wassergekühlten Kondensator 12, eine Leitung 14 für das flüssige Kältemittel, die zu einem als Überhitzereinheit arbeitenden Wärmetauscher 16 verläuft, ein Trockenfilter 18 für das flüssige Kältemittel, eine Steueranordnung 20 für die Kältemittelzufuhr, durch die das Kältemittel zu einem Verteilerkopf 22 mit mehreren Verteilerrohren 24 strömt, einen Verdampfer 26 und eine zum Kompressor 4 zurückführende Rücklaufleitung 32 für das gasförmige Kältemittel.

Die Anlage enthält auch ein Ölumlaufsystem mit folgenden hintereinandergeschalteten Teilen, nämlich eine ölwanne 34, eine durch einen Elektromotor 37 angetriebene ölpumpe 36, einen ölkühler 38 mit Wassereinlaß 40 und Wasserauslaß 42, sowie ein ölfilter 44. Eine ölspeiseleitung 46 liefert öl unter Druck über

die Verteilerleitungen 48 zu den Lagern 50 des Elektromotors 6 und über die Leitungen 52, 54 und 56 zum Kompressor 4. öl wird weiterhin aus der Leitung 46 über eine Leitung 58 dem Entlaster 5 und über eine

16 Ol

Leitung 59 einer Belastungssteuerung 60 zugeführt.

Während des Betriebes wird die unter hohem Druck stehende Mischung aus gasförmigem Kältemittel und öl aus dem Kompressor 4 über eine Kammer 62 durch den Elektromotor 6 geleitet, wonach es axial gegen eine scheibenförmige Prallplatte 64 strömt. Diese Mischung kühlt den Stator und den Rotor des Motors 6, wobei der Motor in erster Stufe als ölabscheider dient und durch Zentrifugalwirkung den Hauptanteil der in der Mischung enthaltenen ölmenge entfernt. Es wurde festgestellt, daß etwa 95% des Öles durch den Motor abgeschieden wird, wobei sich das öl bei 66 im Unterteil des Gehäuses der aus Kompressor 4 und Motor 6 gebildeten Einheit sammelt, von wo es über eine Leitung 35 zur ölpumpe 36 strömt. Der zurückbleibende, feine ölnebel wird dann durch die Wirkung der Prallplatte 64 und den nachfolgenden ölabscheider 70 aus dem gasförmigen Kältemittel herausgetrennt.

Die sich quer zur Rotorachse erstreckende Prallplatte 64 lenkt das noch restölbeladene Kältemittel radial nach außen zur Gehäusewandung. Durch einen ringförmigen · Durchgang 68 hindurch, der zwischen der Umfangskante der Prallplatte und der Gehäusewandung ausgebildet ist, strömt das Kältemittel dann axial über die Kante der Prallplatte, wobei in weiterer Abscheidestufe öl abgeschieden wird. In axialer Ausrichtung zum Durchgang 68 liegt ein ringförmiger Separator 70 als letzte Abscheiderstufe, der das noch verbliebene Restöl aus dem Kältemittel wirkungsvoll entfernt. Der Separator ist ein locker geformter Ring aus einem gewebten Metallnetzwerk, das auf einem perforierten, rohrförmigen Dorn 72 aufgewickelt ist. Der Dorn 72 bildet einen zentralen, der Prallplatte 64 koaxial und mit Abstand nachgeordneten Abgangskanal 74, durch den bereits ölfreies Kältemittel zu einem Auslaßrohr 73 und dann über ein Absperrventil 75 zu der Kältemittelauslaßleitung 10 strömt. Das konzentrisch zum Kanal 74 angeordnete Auslaßrohr 73 gewährleistet, daß nur ölfreies Kältemittel zur Leitung 10 strömt.

Das Metallnetzwerk 70 weist einen axialen Abstand von der Prallplatte 64 auf und sein den Abgangskanal 74 bildender Innendurchmesser ist kleiner als der Durchmesser der Prallplatte, so daß ein radial einwärts gerichteter Strömungskanal 76 gebildet ist, durch den ein Anteil des Kältemittels frei radial einwärts strömen kann. Weiter liegt das Netzwerk mit einem Teilbereich dem äußeren ringförmigen Durchgang 68 axial gegenüber, so daß vom Durchgang 68 Kältemittel in axialer Richtung weiterströmen und in das Netzwerk 70 gelangen kann. Hier tritt eine letzte ölabscheidung ein, und das ölfreie Kältemittel gelangt dann über den perforierten Dorn 72 in den Abgangskanal 74. Schließlich strömt das insgesamt vollständig von öl befreite Kältemittel aus dem zentralen Kanal 74 durch das Auslaßrohr 73 in die Auslaßleitung 10.

Es besteht die Tendenz, daß wegen der zweiphasigen Strömung die schwerere Mischung aus Kältemittel und Öl entlang der Gehäusewandung fließt, während das ölfreie Kältemittel in Nähe der Umfangskante der Prallplatte 64 strömt. Damit trifft das mit öl beladene Kältemittel gegen das Netzwerk 70 und tritt darin ein, während das leichtere und ölfreie Kältemittel eine scharfe Wendung um die Kante der Prallplatte herum durchführt und durch den Kanal 76 radial nach innen und dann zum Kanal 74 strömt. Das noch restölbeladene, in das Netzwerk 70 eindringende Kältemittel bewegt sich dann langsamer. Das öl im Netzwerk 70 haftet zunächst an dessen freien Oberflächen, fließt dann abwärts und sammelt sich unten im Gehäuse der Einheit, von wo es dann über die Leitung 35 zur Pumpe 36 abgeleitet wird.

Es wurde oben angeführt, daß das flüssige Kältemittel über Verteilerrohre 24 in den Verdampfer 26 gefördert wird. Von dort gelangt es über den Wärmetauscher 16 und die Leitung 32 zurück zum Kompressor 4.

Das Gehäuse 98 des Verdampfers 26 wird über Leitungen 100 und 102 von Wasser oder einer anderen zu kühlenden Flüssigkeit durchströmt.

Über die Leitung 14 strömt flüssiges Kältemittel in die Windungen 104 des Wärmetauschers 16 und wird von dem aus dem Verdampfer 26 ankommenden gasförmigen Kältemittel gekühlt. In der Rücklaufleitung 32 befinden sich zwei Steuerkolben 108 und 110, die über Steuerungen 116und 118zwei Regelventile 112und 114 steuern. Das Ventil 114 ist bei niedrigen Belastungen, z. B. bei Belastungen von 35% der Vollast, geschlossen, so daß das Ventil 112 die Zufuhr des flüssigen Kältemittels zum Verdampfer 26 unterhalb 35% bestimmt. Bei Belastungen oberhalb von 35% der Vollast ist das Ventil 112 voll geöffnet, und die Steuerung wird durch das Ventil 114 ausgeübt.

Wie oben erwähnt, bewirkt der Entlaster 5 den Betrieb des Kompressors so, daß er die Menge des Kältemittels komprimiert, die für die jeweilige Belastung erforderlich ist. Dementsprechend besitzt der Kompressor 4 ein Schieberventil 120 zur Kapazitätssteuerung, das in der Vollaststellung dargestellt ist. Dieses Ventil ist über eine Betätigungsspindel 124 mit einem Kolben 126 verbunden, der in einem Zylinder 128 verschiebbar ist. Die Verschiebung des Kolbens erfolgt durch die bereits erwähnte Steuerung 60. Eine weitere Funictionserläuterung des Kompressors erscheint nicht erforderlich, da dieser hier nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Der Öldruck in der Leitung 46 unterliegt einer Steuereinheit 146, die ein Ventil 148 in einer Leitung 150 aufweist, die von der Leitung 46 zur ölwanne 34 verläuft. Eine Steuerleitung 152 verläuft von der Einheit 146 zur Auslaßkammer 62 des Kompressors 4, so daß die Einheit 146 auf den Kompressorauslaßdruck anspricht. Die Einheit 146 und deren Ventil 148 arbeiten als Rückschlagventil, um einen Druck in der Leitung 46 aufrechtzuerhalten, der um einen bestimmten Betrag oberhalb des Druckes in der Kammer 62 liegt. Wenn der Druck des komprimierten Kältemittels in der Kammer 62 etwa bei 14 bar liegt, hat der Druck in der Leitung 46 einen Wert von etwa 18 bar. Somit wird das öl, das durch die Leitungen 48,52,54 und 56 dem Elektromotor (6) bzw. dem Kompressor 4 und durch die Leitungen 58 und 59 dem Entlaster 5 geliefert wird, auf einem¹ bestimmten Wert oberhalb des Kompressorauslaßdrukkes gehalten. Dies gewährleistet eine zuverlässige ölzufuhr zu den Motorlagern und zum Kompressor und eine sichere Funktion des letzteren.

Eine Nebenschlußleitung 11 für heißes Kältemittel verbindet die Auslaßleitung 10 mit der den Verdampfer 26 speisenden Leitung 21, so daß das flüssige Kältemittel aus den Ventilen 112 und 114 zum Verdampfer strömt. Die Leitung 11 enthält ein Abschaltventil 23 und eine Drossel 15. Das Ventil 23 wird gegebenenfalls geöffnet, um heißes Kältemittel unter Steuerung durch die Drossel 15 zuzuführen und dadurch eine Schichtung der flüssigen Phase und einen unstabilen Betrieb der Kältemittelsteuerungen zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Motor-Kompressor-Einheit mit ölabscheider für eine Kälteanlage, bestehend aus einem Rotationskompressor für das Kältemittel, einem diesem axial nachgeordneten und ihn antreibenden Elektromotor, wobei Kompressor und Motor in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, einem ölkreislauf zur Schmierung und Kühlung des Kompressors und des Motors, wobei der zur Kühlung bestimmte Anteil des Öls dem den Kompressor und nachfolgend den Motor durchströmenden Kältemittel in Nebenform zugesetzt und nach Leistung der Kühlung zu einem wesentlichen Teil durch die Fliehkraftwirkung des Elektromotors wieder aus dem Kältemittel ausgeschieden wird, und aus einer Abscheidefläche zur zusätzlichen ölabscheidung, die innerhalb des Gehäuses des Motor-Kompressors im Strömungsweg des vom Elektromotor axial ankom-* menden, restölbeladenen Kältemittels angeordnet ist und sich quer zur axialen Strömung des Kältemittels erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskompressor ein Schraubenkompressor (4) ist, daß die mit Abstand stromab des Elektromotors (6) angeordnete Abscheidfläche aus einer geschlossenen Prallplatte (64) besteht, deren Umfangskante vom Gehäuse des Motor-Kompressors zur Bildung eines äußeren ringförmigen Durchganges (68) für restölbeladenes Kältemittel beabstandet ist, daß der Prallplatte (64) innerhalb des Gehäuses des Motor-Kompressors eine weitere ölabscheiderstufe nachgeordnet ist, die aus einem an sich bekannten Metallnetzwerk (70) besteht, daß das Netzwerk einen durchgehenden axialen und koaxial zu der Prallplatte angeordneten Abgangskanal (74) für bereits ölfreies Kältemittel aufweist, der zur Bildung eines radial einwärts gerichteten Strömungskanals (76) zwischen dem Netzwerk und der Prallplatte im Durchmesser kleiner ist als die Prallplatte und von dieser einen Abstand aufweist, daß das Metallnetzwerk (70) mit einem Teilbereich dem äußeren ringförmigen Durchgang (68) axial gegenüberliegt und daß das Innere des Netzwerkes einerseits mit dem Abgangskanal (74) und andererseits mit einem Auslaß des ölkreislaufs kommuniziert.

2. Motor-Kompressor-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Austrittsbereich des Abgangskanals (74) ein zu diesem konzentrisches Kältemittelauslaßrohr (73) vorgesehen ist, das von der Innenwand (72) des Kanals (74) beabstandet ist.