DE102005019795A1 - Klimakompressor - Google Patents

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DE102005019795A1
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Tilo SCHÄFER
Thomas Di Vito
Frank Obrist
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Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/16Filtration; Moisture separation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00Compressor arrangements
    • F25B31/002Lubrication
    • F25B31/004Lubrication oil recirculating arrangements

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Abstract

Klimakompressor mit einem Kältemittel-Ansaugstrom und einem Kältemittel-Auslassstrom und mit einem Ölabscheider, welcher im Auslassstrombereich angeornet ist und wobei im Bereich des Ölabscheiders ein Kältemittelstrom vom Auslassstrom abgezweigt und dem Triebraum zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Klimakompressor mit einem Kältemittel-Ansaugstrom und einem Kältemittel-Auslassstrom und mit einem Ölabscheider, welcher im Auslassstrombereich angeordnet ist, wobei im Bereich des Ölabscheiders ein Kältemittelstrom vom Auslassstrom abgezweigt und dem Triebraum zugeführt wird.
  • Derartige Klimakompressoren sind bekannt. Das heiße Auslassgas der Klimakompressoren enthält Schmierstoff, der mit einem Abscheider vom Hauptauslassstrom getrennt werden kann. Das dort abgeschiedene heiße, unter hohem Druck stehende Schmierstoff Gas-Gemisch wird beispielsweise einem Regelventil zugeführt, in welchem es auf das Triebraumdruckniveau gedrosselt wird. Dabei kühlt sich das Schmierstoff Gas-Gemisch zwar ab, wird aber aufgrund der vorhandenen Restwärme immer noch zu einer erheblichen Erwärmung des Triebraumes beitragen.
  • Alternativ gibt es Klimakompressorkonzepte, wo man versucht, größere Teile der Maschine direkt mit dem kalten Sauggas in Verbindung zu bringen. Dies hat den Nachteil, dass sich das Sauggas zu stark erwärmt, was zur Wirkungsgradreduzierung beiträgt und die Temperatur des Auslassgases deutlich steigen lässt. Dadurch wird der erzielte Kühleffekt zum Teil wieder zunichte gemacht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Klimakompressor zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Klimakompressor mit einem Kältemittel-Ansaugstrom und einem Kältemittel-Auslassstrom und mit einem Ölabscheider, welcher im Auslassstrombereich angeordnet ist und wobei im Bereich des Ölabscheiders ein Kältemittelstrom vom Auslassstrom abgezweigt und dem Triebraum zugeführt wird, wobei der Triebraumstrom mittels einer Wärmetauscher-Vorrichtung vom Ansaugstrom gekühlt wird. Das hat den Vorteil, dass nur ein kleiner Gasstrom, nämlich der Triebraumstrom, vom kühlen Ansaugstrom gekühlt wird.
  • Ein erfindungsgemäßer Klimakompressor zeichnet sich dadurch aus, dass die Wärmetauschervorrichtung zwischen dem Ölabscheider und einem Widerstand im zugeführten Triebraumstrom angeordnet ist. Bevorzugt wird ein Klimakompressor, bei welchem der Widerstand verstellbar dargestellt ist und beispielsweise durch ein Ventil, insbesondere ein Regelventil, dargestellt ist. Das hat den Vorteil, dass dem Regelventil ein kühleres Schmierstoff Gas-Gemisch zugeführt wird und das Ventil dadurch eine höhere elektrische Leistung umsetzen kann, da durch die niedrigeren Temperaturen der elektrische Widerstand beispielsweise von Magnetspulen niedriger ist und deswegen für die gleiche Leistung niedrigere Ströme genügen. Bevorzugt wird weiterhin ein Klimakompressor, bei welchem der restliche Auslassstrom gegenüber dem Ansaugstrom im Wesentlichen thermisch isoliert aus dem Kompressor abgeführt wird.
  • Das hat den Vorteil, dass ein schädliches Aufwärmen des Ansauggases durch die Wärmemenge des Auslassgases verhindert werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßer Klimakompressor zeichnet sich dadurch aus, dass die Wärmetauschervorrichtung durch eine separate Leitung, beispielsweise durch ein Röhrchen oder eine Nut oder einen Kanal, in den Gehäuseteilen des Klimakompressors dargestellt ist. Das hat den Vorteil, dass durch diese separate Leitung, welche an die vom kühlen Ansauggas durchströmten Klimakompressorbereiche angrenzt oder innerhalb dieser Bereiche angeordnet ist, ein optimaler Wärmeübergang ermöglicht wird, ohne dass sich die beiden Gasbereiche miteinander vermischen. Auch ergibt sich der Vorteil, dass eine ausreichende Streckenlänge für die Wärmetauschereinrichtung bereitgestellt werden kann und das gekühlte Gemisch, welches dem Triebraum zugeführt wird, dort erheblich zur Senkung der Betriebstemperatur des Klimakompressors beiträgt.
  • Weiterhin wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem der zugeführte Triebraumstrom durch den Widerstand, beispielsweise durch das Ventil, auf den Triebraumdruck gedrosselt wird. Das bedeutet, dass das auf diese Weise gekühlte Schmierstoff-Gas-Gemisch durch isenthalpe Expansion des enthaltenen Gasanteils weiter abkühlt und somit erheblich zur Senkung der Betriebstemperatur beiträgt.
  • Auch wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem der zugeführte Triebraumstrom eine besonders schmierstoffreiche Phase des Gases aufweist (höhere Dichte). Das hat den Vorteil, dass der Schmierstoff entschieden kühler als bei bekannten Maschinen ist und deswegen mit besseren Schmiereigenschaften im Triebraum der Maschine wirksam werden kann.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
  • 1 zeigt schematisch einen Klimakompressor mit der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung.
  • 2 zeigt ein Bauteil eines Klimakompressors mit der erfindungsgemäßen Wärmetauschervorrichtung.
  • In 1 ist ein Klimakompressor 1 schematisch dargestellt, welcher einen Kältemittel-Ansaugstrom 3 ansaugt und nach Verdichtung einen Kältemittel-Auslassstrom 5 in einen schematisch dargestellten Ölabscheider 7 leitet. Im Ölabscheider 7 wird der Auslassstrom in einen Hauptstrom 9 aufgeteilt, welcher der Klimaanlage zugeführt wird, und einen entschieden kleineren Triebraumstrom 11, welcher das in dem Ölabscheider 7 abgeschiedene Schmiermittel aufnimmt und in den schematisch dargestellten Triebraum 13 des Kompressors 1 leitet. Im Leitungsbereich des Triebraumstromes 11 ist ein Strömungsmittelwiderstand wie z. B. ein schematisch dargestelltes Regelventil 15 angeordnet. Im Triebraumstrombereich 11 zwischen dem Ölabscheider 7 und dem Regelventil 15 ist eine Wärmetauschervorrichtung 17, hier durch ein gestricheltes Oval dargestellt, angeordnet, in welcher ein Leitungsteil 19 des Triebraumstromes 11 gemeinsam mit einem Leitungsteil 21 des Ansaugstromes 3 über eine Wärmeaustauschstrecke verläuft, so dass das etwa mit einer Temperatur von 30° Grad Celsius angesaugte Kältemittel den entschieden kleineren Kältemittelstrom, welcher in den Triebraum geleitet wird, abkühlen kann. Das auf diese Weise gekühlte Schmierstoff Gas-Gemisch wird im Regelventil 15 auf Triebraumdruckniveau gedrosselt, wobei es sich dort durch die isenthalpe Expansion des enthaltenen Gasanteils weiter abkühlt. Dieses gekühlte Gemisch wird dem Triebraum 13 zugeführt und trägt dort erheblich zur Senkung der Betriebstemperatur bei. Durch eine niedrigere Temperatur im Ölsumpf der Maschine wird auch der Verschleiß minimiert und die thermische Alterung des Schmierstoffes verringert. Somit wird die Wärme nur selektiv zwischen dem Medium, das dem Verdichter zugeführt wird, also dem Ansaugstrom, und dem Medium, das als Phase höherer Dichte eine Einrichtung zum Abscheiden von Öl verlässt, also dem Triebraumstrom, ausgetauscht.
  • In 2 ist beispielhaft ein Bauteil des erfindungsgemäßen Kompressors im Querschnitt dargestellt, welches beispielsweise einen Zylinderkopf eines Kompressors darstellen kann. Der Zylinderkopf weist im Schnitt eine Außenwand 30 auf, innerhalb der sich ein Druckbereich für das Ansauggas, der Bereich 32, befindet. Der Ansauggasbereich 32 wird radial nach innen durch eine weitere Wand 34 abgetrennt. Innerhalb der Trennwand 34 befindet sich ein Bereich 36, durch welchen der Auslassstrom des Klimakompressors geleitet wird. Nach innen wird der Auslass-Gasbereich 36 durch eine weitere Zwischenwand 38 abgetrennt. Innerhalb der Trennwand 38 befindet sich ein dritter Gasbereich 40, in welchem der Triebraumdruck weitergeleitet wird. Innerhalb des Ansaug-Gasdruckbereiches 32 ist nun erfindungsgemäß eine Leitung 42, hier in Gestalt eines Röhrchens, dargestellt, welche beispielsweise über einen Anschluss 44 vom Öl abscheider 7 aus 1 hergeleitet ist und nach einer gewissen Länge innerhalb des Ansaug-Gasbereiches 32 durch den Anschluss 46 dem Regelventil 15 aus 1 zugeführt wird. Dieses Röhrchen 42 bildet also mit dem Ansaug-Gasbereich 32 eine Wärmetauschervorrichtung, durch welche das kühle Ansauggas im Bereich 32 den geringen Massenstrom des Triebraumstromes im Röhrchen 42 kühlen kann. Der Auslassdruckbereich 36, der sich innerhalb der Trennwand 34 befindet, hat mit etwa ≥ 100° Celsius eine erheblich höhere Temperatur und kann durch die geringe Umfangslänge der Wandung 34 vorteilhaft durch entsprechende Maßnahmen thermisch vom Ansaugbereich 32 abgetrennt werden, wie z. B. durch Isolierbeschichtungen oder Ähnliches, und verhindert damit eine unnötige Aufheizung des Ansauggasstromes 32. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird also der kleine Ölabscheider-Gasstrom 11, also der Gasstrom zum Triebraum 13, das Ansauggas nicht wesentlich aufheizen, während der Hauptgasstrom 5 zum Auslass möglichst gut von diesem Medium isoliert sein sollte, um ein schädliches Aufwärmen des Ansauggases zu verhindern.
  • Bei Maschinen aus dem Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass die Drosseleinrichtungen das abgeschiedene Öl-Gasgemisch direkt dem Triebraum 13 zuführen, wobei das heiße Gemisch nicht vor der Drosselung gekühlt wird. Dabei ergeben sich nach der Drosselung erheblich höhere Temperaturen im Triebraum 13 als bei der Erfindung.
  • Bei der Erfindung ist auch besonders vorteilhaft, dass das heiße Triebraum-Ölgasgemisch vor der Drosselung gekühlt wird und damit auch das Regelventil 15, welches in den meisten Fällen ein Elektromagnetventil ist, durch den kühleren Arbeitsbereich mit einem besseren Wirkungsgrad und mit einer besseren Ausnutzung der elektrischen Leistung arbeiten kann.
  • 3
    Kältemittel-Ansaugstrom
    5
    Kältemittel-Auslassstrom
    7
    Ölabscheider
    9
    Auslass-Hauptstrom
    11
    Triebraumstrom
    13
    Triebraum
    15
    Regelventil
    17
    Wärmetauschervorrichtung
    19
    Leitungsteil Triebraumstrom
    21
    Leitungsteil Ansaugstrom
    30
    Außenwand Zylinderkopf
    32
    Druckbereich Ansauggas
    34
    Trennwand
    36
    Druckbereich Auslassgas
    38
    Trennwand
    40
    Triebraumdruck-Bereich
    42
    Leitung Triebraumdruck
    44
    Anschluss Ölabscheider
    46
    Anschluss Regelventil

Claims (7)

  1. Klimakompressor mit einem Kältemittel-Ansaugstrom (3) und einem Kältemittel-Auslassstrom (5) und mit einem Ölabscheider (7), welcher im Auslassstrombereich angeordnet ist und wobei im Bereich des Ölabscheiders (7) ein Kältemittelstrom (11) vom Auslassstrom (5) abgezweigt und dem Triebraum (13) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebraumstrom (11) mittels einer Wärmetauschervorrichtung (17) vom Ansaugstrom (3) gekühlt wird.
  2. Klimakompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschervorrichtung (17) zwischen dem Ölabscheider (7) und einem Widerstand in dem zugeführten Triebraumstrom (11) angeordnet ist.
  3. Klimakompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand verstellbar ausgeführt ist, insbesondere, dass der Widerstand durch ein Ventil, beispielsweise ein Regelventil (15), dargestellt ist.
  4. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der restliche Auslassstrom (9) gegenüber dem Ansaugstrom (3) im Wesentlichen thermisch isoliert aus dem Kompressor (1) abgeführt wird.
  5. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschervorrichtung (17) durch eine separate Leitung, beispielsweise ein Röhrchen (42) oder eine Nut oder einen eingelassenen Kanal, in den Gehäuseteilen des Klimakompressors dargestellt ist
  6. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Triebraumstrom (11) durch den Widerstand, beispielsweise durch das Ventil (15), auf den Triebraumdruck gedrosselt wird.
  7. Klimakompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Triebraumstrom (11) eine besonders schmierstoffreiche Phase des Gases aufweist (höhere Dichte).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2221559A1 (de) * 2009-02-19 2010-08-25 Airwell Industrie France SAS Thermodynamische Anlage mit verbesserter Schmierung

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