CN109072920A - 从冷却剂流体中分离流体，特别是润滑剂的分离器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于从冷却剂流体中分离流体，特别是润滑剂的分离器装置，该分离器装置包括：分离气缸(6、60)，其具有包含用于冷却剂流体的至少一个入口(4、40)的入口区域(5)和在轴向方向上与该入口区域间隔开的用于经分离的流体的出口区域(3)；以及同轴布置在分离气缸(6、60)中的分离管(7)，该分离管至少在分离气缸(6、60)的入口区域(5)上延伸，使得分离管(7)在入口区域(5)中在径向方向上与分离气缸(6、60)间隔开，其特征在于布置在入口区域(5)中的弹簧加载的闭锁元件(8、80)，该闭锁元件被构造用于自动调节流经至少一个入口(4、40)的冷却剂流体的体积流的流速。

Description

从冷却剂流体中分离流体，特别是润滑剂的分离器装置

本发明涉及用于从冷却剂流体中分离流体，特别是润滑剂的分离器装置，该分离器装置包括分离气缸和同轴布置在其中的分离管。分离气缸具有包含用于冷却剂流体的至少一个入口的入口区域和在轴向方向上与该入口区域间隔开的用于经分离的流体的出口区域。分离管至少在分离气缸的入口区域上延伸，使得分离管在入口区域中在径向方向上与分离气缸间隔开。

例如冰箱或空调的冷却循环系统通常包括用于压缩冷却剂的压缩机，其机械部件在运行期间必须借助润滑剂来润滑。这会导致在压缩机中压缩的冷却剂不可避免地被润滑剂，特别是油所污染。润滑剂通常以油雾的形式存在，因此与冷却剂一起形成冷却剂流体。不言而喻，冷却循环系统的其余部件不允许被润滑剂所污染，因此在压缩机的出口侧通常设置分离器装置或油分离器以用于分离包含在冷却剂流体中的润滑剂。

从现有技术中已知用于压缩机的分离器装置，其中分离管(或潜管)设置在分离气缸内，该分离气缸通常是压缩机壳体的一部分。这种类型的分离器装置具有用于基本上没有润滑剂的冷却剂的出口和另一出口，该另一出口与润滑剂或油的收集箱流体连通。

为了分离冷却剂与润滑剂，将压缩的冷却剂流体通过入口引入到分离气缸中。冷却剂流体在分离气缸内围绕分离管循环，其中离中力或离心力作用在流动的冷却剂流体的组分上。润滑剂的一部分通常具有比一般为气态的冷却剂更高的质量，使得润滑剂可以通过作用在冷却剂流体上的离中力或离心力与冷却剂分离。在这种情况下，润滑剂由于其较高的质量首先聚集在分离气缸或分离管的内壁上并向下流动，然而气态的冷却剂可以在相反方向上穿过分离管漏出。从分离管漏出的冷却剂被输送到冷却循环系统的其他组件。分离的润滑剂流入到收集箱中，因此可以回引以用于润滑压缩机的机械部件。

公开文献DE 10 2008 013 784 A1示出了具有用于从冷却剂中分离油的油分离器的压缩机。该油分离器包括具有入口开口和出口开口的分离气缸。在分离气缸内设置有分离管。在分离气缸的上部设置了用于冷却剂的出口，在润滑剂或油被去除后，冷却剂被输送至冷却剂循环系统。润滑剂或油经由分离气缸的下部被输送至存储容器。

在这种分离器装置操作时出现的问题在于，在操作条件变化时常常不能实现恒定的良好的分离结果。

本发明的任务在于，如下进一步改进前述类型的分离器装置，使得即使在操作条件变化时也能够实现润滑剂和冷却剂的充分分离。

该任务通过具有权利要求1的其他特征的分离器装置得以解决。有利的实施形式和改进方案从从属权利要求中获悉。

用于从冷却剂流体中分离流体，特别是润滑剂的分离器装置包括：

-分离气缸，其具有包含用于冷却剂的至少一个入口的入口区域和在轴向方向上与该入口区域间隔开的用于经分离的流体的出口区域，以及

-同轴布置在分离气缸中的分离管，该分离管至少在分离气缸的入口区域上延伸，使得分离管在入口区域中在径向方向上与分离气缸间隔开。

根据本发明，弹簧加载的闭锁元件(Verschlusselement)布置在入口区域中，该闭锁元件被构造用于自动调节流经至少一个入口的冷却剂气溶胶的体积流的流速。

本发明基于以下观察，即分离程度决定性地取决于冷却剂流体在分离气缸内的流速。该流速取决于进入到分离器装置中的体积流，因此取决于压缩机的转速。如果转速变化，则分离管处的冷却剂流体的流速也相应地改变，由此，可能对分离过程产生不利影响。因此，期望流速独立于转速保持在恒定的范围内，优选保持在恒定的高速范围内。

至少一个入口的有效通流截面(Durchlassquerschnitt)可以借助弹簧加载的闭锁元件来改变。有效通流截面根据在入口处占主导的入口压力而自动变化。为此，不需要复杂的、可能需要电子部件的控制和/或调节。对此，闭锁元件能够自动调节分离气缸内的分离过程，使得即使在压缩机的转速改变的情况下冷却剂流体在分离器装置中的流速也至少近似地保持在恒定的高速水平。这是通过在低压下限制闭锁元件的入口的有效通流截面而在较高的入口压力下闭锁元件自动地进一步打开来实现的。这导致流经入口的体积流发生变化，使得冷却剂流体的流速在分离管周围几乎是恒定的。

另一优点在于，当压缩机停止时，在没有体积流的情况下，通过闭合入口来防止或至少减少冷却剂流体回流到压缩机中。

在本说明书中的流体可以是气体或液体。优选地，二氧化碳(CO₂)用作冷却剂。冷却剂流体例如可以是气溶胶(Aerosol)，该气溶胶包含冷却剂和润滑剂的组分。在其他应用中，润滑剂完全或部分地溶解在冷却剂流体中。

优选地，弹簧加载的闭锁元件根据入口压力自动地调节入口的横截面积，并从而调节冷却剂气溶胶的体积流的流速。进入的冷却剂流体向弹簧加载的闭锁元件施加力，以使其相应地偏转。该闭锁元件不必一定构造用于完全闭合入口。重要的是，借助闭锁元件可以根据入口压力来自动地改变调节进入的体积流的通流截面，其中入口特性基本上由闭锁元件的弹簧特性来指定。因此，至少一个入口根据随着压缩机的转速而变化的入口压力自动地至少部分地打开或再次闭合。由此，在分离气缸内占主导的流量比几乎与压缩机的入口压力或转速无关，使得可以确保良好的分离结果在几乎恒定的高水平上。

根据本发明的可能的实施例，闭锁元件被构造用于使得至少一个入口可以完全闭合。如果入口压力低于基本上由弹簧加载的闭锁元件的弹簧特性指定的阈值，则没有冷却剂流体穿过入口流入到分离器中。因此，冷却剂流体流在分离器装置内的流速总是高于最小值，以确保冷却剂和润滑剂的充分分离。

原则上，弹簧加载的闭锁元件可包括具有闭锁元件和弹簧元件的多部件结构。然而，优选地，弹簧加载的闭锁元件被设计成弯曲的片簧。因此，换句话说，给定了弹性的闭锁元件的单件式结构形式。这种结构形式特别具有鲁棒性、耐磨，因此特别适合长期使用。

特别优选地，片簧具有小于分离气缸的内径的一半的曲率半径。优选地，片簧被置入到分离气缸中，使得至少一个入口的有效通流截面可以在内侧由片簧限定。

在另一有利的实施形式中，片簧的曲率半径是可变的。有利地，片簧相对于开口的位置由流入的流体的压力来确定，该压力作用在片簧上。可调节性受到片簧刚度的影响。优选的弹簧刚度位于实现0.1bar/mm至5bar/mm的偏转的范围内。在具体的实施例中，片簧被构造成螺旋形。有利地，曲率半径可以适配于入口的调节程度和入口的数量。通过改变片簧的曲率半径，例如可以形成渐进的弹簧特性曲线，该弹簧特性曲线可以特别用于在特别高和/或低的入口压力时适当地调节分离器装置内的流动行为。此外，片簧或闭锁元件的螺旋形构造还具有另一优点，即由此有效地限定了流动通道，这些流动通道使进入的体积流在切线方向上偏转。这会导致围绕分离管流动的冷却剂流体流的流速的切向分量最大化并从而使产生的离心力最大化。因此，给出了特别有效的分离。

在优选的实施例中，至少一个入口具有引导通道，该引导通道至少部分地在偏离径向方向的方向上延伸，使得体积流基本上在切线方向上流入到分离气缸中。在切线方向上引入体积流有利于体积流围绕分离管循环，因此有利于在出现的离中力或离心力的作用下分离包含在冷却剂流体中的组分。

此外，还优选地设置了在分离气缸周围周向布置的多个入口。通过多个入口可以更精确地调节体积流穿过闭锁元件的流速。例如，也可以在有四个入口的情况下仅闭合第一入口，以便影响流速。

有利地，入口被布置成垂直于轴向方向延伸的排列。这有利于体积流在切线方向上流入到分离气缸中。

优选地，全部入口可以在内侧由弹簧加载的闭锁元件闭合。因此，有利地，可以防止在压缩机断开的情况下冷却剂气溶胶回流。

此外，本发明还涉及具有这种分离器装置的压缩机，例如空调的压缩机，特别是机动车的压缩机。与此相关的优点直接从上面的描述中得出，特别是即使在压缩机的转速变化时也可以确保润滑剂的足够良好的分离。

在另一实施例中，设置了具有用于将流体从含有流体的气溶胶中分离出来的分离器装置的压缩机。

优选地，该压缩机被构造用于使得分离器装置可以作为单独的单元布置在压缩机壳体内并且可以可拆卸地与该压缩机壳体连接。换句话说，分离器装置构成可以置入到压缩机中的单独模块。这以特别有利的方式简化了分离器装置或压缩机的功能测试或维护。

下面将根据对实施例的描述并参考所附示意图对本发明的其它特征和优点进行更详细的阐述。其中：

图1以俯视图示出了包括根据实施例的分离器装置的压缩机壳体的壳体盖，

图2示出了图1的壳体盖的侧视图，

图3A以侧视图示出了根据实施例的具有弹簧加载的闭锁元件的分离器装置，

图3B以剖视图示出了图3A的分离器装置，

图3C以透视图示出了图3A的分离器装置，其中为了清楚起见透明地示出了分离气缸，

图4以另一个剖视图示出了分离气缸的俯视图，

图5以透视图示出了弹簧加载的闭锁元件，

图6示出了根据另一实施例的具有闭锁元件的分离气缸的俯视图，

图7以透视图示出了图6的弹簧加载的闭锁元件。

在所有附图中，彼此相应的部件用相同的参考标记来表示。

图1和图2示出了根据实施例的具有分离器装置1的壳体盖2。图2中所示的剖面II的位置可以从图1的俯视图中获悉。壳体盖2是压缩机20的一部分，该压缩机20在冷却剂循环系统内部以用于压缩含有润滑剂和冷却剂的冷却剂流体。在此，冷却剂流体在至少一个具体的应用中是由冷却剂和润滑剂构成的异质混合物。在其它应用中，特别是当将二氧化碳(CO₂)设置为冷却剂时，润滑剂也可以至少部分地溶解在冷却剂中。润滑剂通常是油，该油被设置用于持续地润滑压缩机的机械部件。该油通常以雾的形式被引入到冷却剂流体中。

分离器装置1包括具有多个入口4的分离气缸6，这些入口与压缩机20的内部区域流体连通。冷却剂流体从压缩机经由入口4流入到分离器装置1的入口区域5中。分离气缸6例如借助间隙配合被布置在壳体盖2的空心圆柱形区段13内。特别地，出于维护或修理的目的，置于空心圆柱形区段13中的分离器装置1可以作为单独的模块移除，为此，至多需要松开可逆连接，例如特别是螺纹连接。此外，壳体盖2还包括出口区域3，该出口区域经由收集箱接口9与收集箱(未示出)连接以用于收集经分离的流体。

区段13经由冷却剂接口12与未示出的冷却循环系统有效连接。例如，该冷却循环系统可以是冰箱或空调的冷却循环系统。为了避免含有润滑剂的冷却剂流体进入冷却循环系统，必须事先分离润滑剂或油。

分离管7同轴地布置在分离气缸6中，该分离管具有直径减小的管段10，该管段在出口区域3的方向上延伸。在面向冷却回路接口12的那一侧上布置有分离管段14，该分离管段具有比管段10大的横截面。在所示出的非限制性理解的实施例中，管段10的直径大约是分离气缸6的一半。分离管段14具有大约对应于该区域中的分离气缸6的横截面的总横截面。直径减小的管段10在入口区域5之上延伸，使得分离气缸6和分离管7在该区域中在径向方向上彼此间隔开。流经入口4的冷却剂流体在分离气缸6的内壁和分离管7的外壁之间在圆周方向上流动，其中离心力作用在冷却剂流体上。换句话说，分离器装置根据离心力分离器的方式运行。

如图3A至图3C所示，可以在分离气缸6上布置多个入口4。在所示出的实施例中，入口4被布置成垂直于轴线A1延伸的排列。

图3B中所示的剖面IIIB的位置和图4中所示的剖面IV的位置可以从图3A中获悉。

图2、图3A至图3C和图5示出了根据实施例的闭锁元件8。该闭锁元件8包括弹簧元件，该弹簧元件被设计成片簧11。在本实施例中，片簧11具有曲率半径，其小于分离气缸6的内径的一半。片簧11的曲率半径略有变化，使得在在分离气缸6的入口区域5中的片簧11限定用于流入的冷却剂流体的流动通道，该流动通道有助于冷却剂流体在切线方向上围绕分离管7循环。

闭锁元件8在分离气缸6内布置在分离管7周围，特别是布置在管段10的区域中。在这种情况下，片簧11被布置成使得其根据侵入的体积流的入口压力而部分地、完全地闭合或根本不闭合一个或更多个入口4。

冷却剂流体作为体积流经由入口区域5被引入到分离器装置1中。在压缩机侧产生的入口压力向闭锁元件8的弹簧元件或片簧11施加力，并由此打开闭锁元件8。因此，通过压力对片簧11相对于开口的位置的影响，即通过影响片簧11端部与分离气缸的密封边缘的距离，使得入口压力对闭锁元件8打开到何种程度产生影响。公式弹簧刚度C＝压力p/路径s就是基于这种关系。优选地，弹簧刚度可以设置在0.1bar/mm至5bar/mm的范围内。取决于入口压力的有效通流截面决定冷却剂流体以何种流速流入到分离气缸6中。因此，分离过程通过体积流的流速来调节。在这种情况下，分离器装置1内占主导的流动比基本上独立于压缩机的转速。如图4所示，入口4和入口的引导通道15被片簧11至少部分地在内侧闭合和打开，从而调节冷却剂流体的进入，使得冷却剂流体在分离气缸6内的恒定的高流速独立于压缩机的转速。这能够通过借助于片簧11来改变入口4的通流截面来实现，持续流动的体积流向该片簧施加力。因此，闭锁元件8提供了自主地调节进入的流速的元件。

在示出的实施例中，冷却剂流体在切线方向Z上类似于旋风般地围绕分离管7的管段10循环。由于受到作用在冷却剂流体上的离心力或离心力的影响，润滑剂或油由于其质量较高而被从流中抛向分离气缸6的内壁并积聚在那里。然后，油颗粒在分离气缸6内部沿方向A流动或移动到出口区域3，并经由收集箱接口9被引导到收集箱中。然而，较轻的冷却剂却穿过分离管7上升，并且在方向R上经由冷却回路接口12被引导至冷却回路。之后，位于收集箱中的油再次与冷却剂混合以重新形成冷却剂气溶胶，并且又可以再次输送至压缩机部件。

此外，每个入口4还可包括引导通道15，该引导通道15在不同于径向方向的方向上延伸，使得体积流基本上在切线方向上流入到分离气缸中。

此外，还可以在压缩机20停止的情况下，在入口4闭合时防止冷却剂流体回流到压缩机中。为此，例如，可以设置图2和图3A至图3C中所示的过压阀25，该过压阀布置在分离气缸6和用于油的收集箱之间。由于分离期间占主导的压力，过压阀25通常是打开的，以排出油。由于在设备不运行或停止时不存在压力差，因此过压阀25闭合，从而防止冷却剂流体回流到压缩机20中。

图6示出了具有分离气缸60和闭锁元件80的压缩机壳体20的俯视图。闭锁元件80在图7中透视示出。

根据另一实施例的闭锁元件80包括片簧110，并且布置在分离气缸60中或布置在分离气缸60上，使得它能打开或闭合入口40，以便调节通过引导通道150的体积流的流速。在本实施例中，片簧110的定位或弯曲可以改变直到它在最大偏转时靠在止动件30上为止。换句话说，片簧110可以向后弯曲到最大程度，直到片簧110到达止动件30，并且入口40完全打开。与入口压力有关的片簧110的偏转由弹簧刚度指定。

随着压力降低，片簧110在相反的方向上移动。片簧110的弹簧边缘111终止于分离气缸60的密封边缘112，并且当压力低于由弹簧刚度确定的极限值时，该弹簧边缘完全闭合入口40或引导通道150。因此，片簧110的偏转取决于压力，从而给出流速的自调节。

本发明并不局限于附图中所示的分离器装置的实施方式，而是得自本文中公开的所有特征的概要。

参考标记列表

分离器装置 1

压缩机壳体 2、20

出口区域 3

入口 4、40

入口区域 5

分离气缸 6、60

分离管 7

闭锁元件 8、80

收集箱接口 9

管段 10

片簧 11、110

冷却回路接口 12、120

区段 13

分离管段 14

引导通道 15、150

压缩机 20

过压阀 25

止动件 30

弹簧边缘 111

密封边缘 112

冷却剂回流 R

分离油 A

切线方向 Z

剖面 II

剖面 IIIB

剖面 IV

Claims (11)

1.一种用于从冷却剂流体中分离流体，特别是润滑剂的分离器装置，包括：

-分离气缸(6、60)，所述分离气缸具有包含用于冷却剂流体的至少一个入口(4、40)的入口区域(5)和在轴向方向上与所述入口区域间隔开的用于经分离的流体的出口区域(3)，以及

-同轴布置在所述分离气缸(6、60)中的分离管(7)，所述分离管至少在所述分离气缸(6、60)的所述入口区域(5)上延伸，使得所述分离管(7)在所述入口区域(5)中在径向方向上与所述分离气缸(6、60)间隔开，

其特征在于布置在所述入口区域(5)中的弹簧加载的闭锁元件(8、80)，所述闭锁元件被构造用于自动调节流经所述至少一个入口(4、40)的冷却剂流体的体积流的流速。

2.根据权利要求1所述的分离器装置，其特征在于，所述至少一个入口(4、40)的有效通流截面能够借助所述弹簧加载的闭锁元件(8、80)根据在所述至少一个入口(4、40)处占主导的入口压力而改变。

3.根据权利要求1或2所述的分离器装置，其特征在于，所述弹簧加载的闭锁元件(8、80)被设计成弯曲的片簧(11、110)。

4.根据权利要求3所述的分离器装置，其特征在于，所述片簧(8、80)具有曲率半径，该曲率半径小于所述分离气缸(6、60)的内径的一半。

5.根据权利要求4所述的分离器装置，其特征在于，所述片簧(11、110)的曲率半径是可变的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的分离器装置，其特征在于，所述至少一个入口(4、40)具有引导通道(15、150)，所述引导通道至少部分地在偏离所述径向方向的方向上延伸，使得所述体积流基本上在切线方向上流入到所述分离气缸(6、60)中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的分离器装置，其特征在于，设置了在所述分离气缸(6、60)周围周向布置的多个入口(4、40)。

8.根据权利要求7所述的分离器装置，其特征在于，所述入口(4、40)被布置成垂直于所述轴向方向延伸的排列。

9.根据权利要求7或8所述的分离器装置，其特征在于，全部所述入口(4、40)能够在内侧由所述弹簧加载的闭锁元件(8、80)闭合。

10.一种压缩机，具有根据前述权利要求中任一项所述的分离器装置(1)。

11.根据权利要求10所述的压缩机，其特征在于，所述分离器装置(1)能够作为单独的单元布置在压缩机壳体(2、20)内并且能够可拆卸地与所述压缩机壳体连接。