DE10253738A1 - An oil separator for screw compressor refrigeration systems has a micro porous metallic strainer with graduated pore size and a metal mesh housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung insbesondere für Ölabscheider in Schraubenverdichteraggregaten und Kältemittelabscheider in Flüssigkeitskühlsätzen.The invention relates to a separating device especially for oil separators in screw compressor packages and refrigerant separators in liquid chillers.
Nach dem Stand der Technik ist bekannt, dass Kältemittel-Schraubenverdichteraggregate für den Betrieb mit ölüberfluteten Schraubenverdichtern einen Ölabscheider und Ölsammler besitzen. Flüssigkeitskühlsätze besitzen einen Verdichter ein Verdichteraggregat bzw. ein Drive-Line, einen Verflüssiget – je nach Bauart des Kondensators wasser- oder luftgekühlt bzw. verdunstungsgekühlt, einen Kältemittelsammler, einen Verdampfer und einen Kältemittelflüssigkeitsabscheider. Während des Verdichtungsvorganges wird dem Schraubenverdichter Kältemaschinenöl zur Schmierung, Abdichtung, Geräuschminderung und hauptsächlich zur Abführung der Verdichtungswärme in großen Mengen zugeführt. Bei dem Verdichtungsvorgang in den Schraubenrotorenkammern wird das Öl kurzzeitig von ca. 40 +/–10°C auf 80 +/–20°C erwärmt, mit Kältemittel mechanisch gemischt und/ oder gelöst und insbesondere mechanisch zerstäubt. Auf Grund des hohen Öltemperatur- und Druckpotentials bildet sich gleichzeitig ein hoher Öldampfanteil, der anschließend auf dem Weg zum Ölabscheider teilweise zu Aerosolen kondensiert. Im Verdichterdruckgehäuse und im Rohrleitungssystem vor dem Ölabscheider-Eintritt ergeben sich damit neben einem beträchtlichen Ölwandfilm vielfältige Ölfäden sowie neben Ölsprüh mit einem breiten Öltropfengrößenspektrum auch umfangreiche Aerosole. Das Öltropfenspektrun liegt im Durchmesserbereich von unter 0,01μm bis zu mehreren mm. Dieses Öl wird im Ölabscheider wieder vom Kältemittel getrennt und gesammelt und gelangt über Ölkühler, Ölfilter direkt und/oder über eine Ölpumpe wieder in den Schraubenverdichter.According to the prior art it is known that Refrigerant screw compressor packages for the Operation with oil-flooded Screw compressors an oil separator and oil collector have. Have chillers a compressor, a compressor unit or a drive line, one Liquefied - depending on Type of condenser water or air cooled or evaporative cooled, one Liquid receiver, an evaporator and a refrigerant liquid separator. While of the compression process, the screw compressor is refrigerated machine oil for lubrication, Sealing, noise reduction and mainly for the removal of the compression heat in large Amounts supplied. During the compression process in the screw rotor chambers the oil briefly from approx. 40 +/- 10 ° C to 80 +/- 20 ° C warmed with refrigerant mechanically mixed and / or dissolved and in particular mechanically atomized. Due to the high oil temperature and pressure potential, a high proportion of oil vapor forms at the same time, who then on the way to the oil separator partially condensed to aerosols. In the compressor pressure housing and in the piping system before the oil separator inlet In addition to a considerable oil wall film, this results in diverse oil threads as well next to oil spray with a wide range of oil drops also extensive aerosols. The oil drop spectrum lies in the diameter range from less than 0.01μm up to several mm. This oil is in the oil separator again from the refrigerant separated and collected and gets back via oil cooler, oil filter directly and / or via an oil pump in the screw compressor.
Die Ölabscheidung und Ölsammlung erfolgt in mehreren Stufen, in einer Ölhaupt- bzw. Ölvor- und in einer Ölfeinabscheidung jeweils mit Sammlung des abgeschiedenen Öls und deren Rückführung. (Patentschriften z. B.: AP DD 1186 98 und 227218).Oil separation and oil collection takes place in several stages, in a main oil or oil preliminary and in an oil fine separation each with collection of the separated oil and its return. (Patents z. E.g .: AP DD 1186 98 and 227218).
In der ersten Stufe soll eine Vorabscheidung des Ölwandfilmes der Ölfäden und des Ölsprühs bis mindestens zu einem Öltropfendurchmesser von ≥ 5μm und mindestens mit einem Abscheidegrad von 99,9% durch Umlenkung, durch Pralleinrichtungen, durch Schwerkraftabscheidung, durch Tropfenabscheider insbesondere Demister oder in einem kombinierten Agglomerator – Tropfenabscheider – Demister erfolgen. Das hier abgeschiedene Öl wird im Sammler des Abscheiders zusammengeführt und als Funktions- und Injektionsöl dem SSchraubenverdichter wieder zugeführt.In the first stage, the oil wall film should be pre-separated of oil threads and of oil spray until at least to an oil drop diameter of ≥ 5μm and at least with a degree of separation of 99.9% by deflection, by impact devices, by Gravity separation, using droplet separators, in particular demisters or in a combined agglomerator - droplet separator - demister respectively. The oil separated here is in the collector of the separator together and as a functional and injection oil the SScrew compressor fed again.
In der zweiten Stufe des Ölabscheiders soll eine Feinabscheidung des Öltropfenspektrums mit einem Durchmesser ≤ 5μm des Ölnebels und des überwiegend aerosolen Ölanteils aus dem Kältemittel mit Hilfe von Faserbettabscheidern von Ölfeinabscheiderpatronen möglichst zu 100% erfolgen.In the second stage of the oil separator is intended for fine separation of the oil drop spectrum with a diameter ≤ 5μm of the oil mist and mostly aerosol oil content from the refrigerant with the help of fiber bed separators from oil separator cartridges if possible 100% done.
Das im Feinabscheiderteil des Ölabscheiders abgeschiedene Öl wird separat zum Schraubenverdichter in einen Verdichtungsraum, in dem der Saugvorgang abgeschlossen ist, zurückgeführt und wo dennoch ein genügend niedriges Druckpotential vorhanden ist.That in the fine separator part of the oil separator separated oil becomes separate to the screw compressor in a compression room, in which the suction process is completed, returned and where nevertheless a sufficiently low one There is pressure potential.
Ein Restölgehalt von sehr wenigen ppm und der nichtkondensierte verbleibende Öldampfanteil passiert den Ölabscheider.A residual oil content of very few ppm and the uncondensed remaining portion of oil vapor passes through the oil separator.
Im Kältemittelkreislauf einer Flüssigkeitskühlsatzes saugt zum Beispiel der Schraubenverdichter das Kältemittel aus dem Flüssigkeitsabscheider ab und verdichtet es auf Verflüssigungsdruck. Unter Wärmeentzug kondensiert das Kältemittel und verdampft anschließend über eine Entspannungseinrichtung wieder im Verdampfer und teilweise im Flüssigkeitsabscheider insbesondere in deren Kombination unter Wärmeaufnahme aus dem Kälteträgermedium. Im Flüssigkeitsabscheider erfolgt die Trennung vom Flüssigkältemittel und den siedenden Kältemittelflüssigkeitsanteilen in einem großen Kältemitteltropfendurchmesserbereich von Sprüh bis zu Aerosolen und vom Kältemitteldampf.In the refrigerant circuit of a chiller For example, the screw compressor sucks the refrigerant out of the liquid separator and compresses it to condensing pressure. Under heat extraction the refrigerant condenses and then vaporizes through one Expansion device again in the evaporator and partly in the liquid separator especially in their combination with the absorption of heat from the refrigerant. In the liquid separator the liquid refrigerant is separated and the boiling parts of the refrigerant liquid in a big one Refrigerant droplet diameter range of spray down to aerosols and from refrigerant vapor.
Der Restölwurf und der Restöldampfgehalt aus dem Verdichteraggregatölabscheider gelangt über den Verflüssiget, den Sammler, den Verdampfer, in den Flüssigkeitsabscheider bzw. den kombinierten Verdampfer-Kältemittelabscheider. Ein spezielles Ölrückführsystem führt dieses restliche Öl wieder in den Schraubenverdichter zurück.The residual oil throw and the residual oil vapor content the compressor oil separator gets over the liquefied the collector, the evaporator, in the liquid separator or the combined evaporator-refrigerant separator. A special oil return system leads this remaining oil back into the screw compressor.
Die erste Stufe der Ölabscheidung die Grobabscheidung und die Kältemittelabscheidung insbesondere bei Kompaktkältemittelabscheidern im Bereich der Tröpfchengröße um 0,1 mm Durchmesser erfolgt nach dem Stand der Technik überwiegend durch Schwerkraftabscheidung oder mit Drahtgestrick-, Drahtgeflechtabscheidern mit Demister. Das verwendete Gestrick, Geflecht ist zweidimensional und besteht aus Rund-, Flach- und drillierten Drähten, Litzen mit Querschnitten von ca. 0,05 bis 0,80 mm. Die vorwiegend zu Schläuchen gestrickten Drähte haben Breiten von ca. 10 bis 1000 mm. Es gibt ein- und mehrfädige Gestricke auch mit Schräg- und Pfeilwellungsausführung, wobei Wellhöhe, -teilung und -winkel variiert werden können. Die Maschenlänge kann von ca. 1,5 bis 15 mm variieren, die Maschenteilung kann zwischen ca. 2 bis 30 mm gewählt werden und die Maschengröße, die kleinste lichte Weite der Stegmasche kann ca. 1,5 × 1,5 mm ausgeführt werden. An dieser im Prinzip zweidimensionalen, flächenartigen Struktur des Gestricks wird das Öl insbesondere in dem oben beschriebenem Tropfengrößenspektrum an den Drähten und deren Kreuzungen durch Trägheit, Sperrwirkung und durch Diffusion abgeschieden und koalesziert.The first stage of oil separation coarse separation and refrigerant separation especially with compact refrigerant separators in the area of droplet size by 0.1 mm diameter takes place mainly according to the prior art Gravity separation or with wire mesh or wire mesh separators with demister. The knitted fabric, braid is two-dimensional and consists of round, flat and twisted wires, strands with cross sections from approx. 0.05 to 0.80 mm. Which mainly have wires knitted into tubes Widths from approx. 10 to 1000 mm. There are single and multi-thread knitted fabrics also with oblique and Pfeilwellungsausführung, where well height, -Division and angle can be varied. The stitch length can vary from approx. 1.5 to 15 mm, the stitch division can be between approx. 2 to 30 mm selected and the mesh size that smallest clear width of the bridge mesh can be made approx. 1.5 × 1.5 mm. This is basically a two-dimensional, surface-like structure of the knitted fabric becomes the oil especially in the drop size spectrum described above on the wires and whose crossings by inertia, Barrier effect and deposited by diffusion and coalesced.
Nachteilig ist bekannt, dass auf Grund der technisch möglichen Gestrickausführungen, der erschwerten Möglichkeiten räumliche und unterschiedliche Flächen-Volumensstrukturen (Offenporigkeiten) zu fertigen, eine optimale Tropfenabscheidung, Vorabscheidung mit Demister nicht möglich ist. Die Randprobleme, die Befestigung der Demister an glatten Oberflächen Blechen, Behälterinnenwänden und der mögliche Bypaßölvolumenstrom an diesen Randzonen erhöhen den Fertigungsaufwand und vermindern zumeist den Abscheidegrad der Demister (Patentschrift zum Beispiel: AS DD 205 978). Weiterhin ist die Fertigung einer dauerhaft haltbaren kontinuierlichen Drahtgestrickpackung, die weder durch die hindurchströmenden Medien noch durch Impuls- und/oder Dauerschwingungsbelastungen verändert und beschädigt werden kann, nicht möglich. Unter diesen Bedingungen können auch keine kompakten Drahtgestrickelemente erzeugt werden, die in räumlich entgegengesetzten Richtungen dauerhaft gesicherte unterschiedliche Eigenschaften besitzen.The disadvantage is that on Because of the technically possible Fabric designs, the difficult possibilities spatial and different surface volume structures To produce (open pores), an optimal droplet separation, Pre-separation with demister is not possible. The marginal problems the fastening of the demister to smooth surfaces of sheet metal, inner walls of the container and possible Bypaßölvolumenstrom increase at these marginal zones the manufacturing effort and mostly reduce the degree of separation of the Demister (patent specification for example: AS DD 205 978). Furthermore is the production of a durable, durable wire mesh pack, that neither through those flowing through Media still changed by impulse and / or permanent vibration loads and damaged can not be possible. Under these conditions you can also no compact wire mesh elements are produced, which in spatial opposite directions permanently secured different Possess properties.
Die Aufgabe der Erfindung gewährleistet, dass Abscheideeinrichtungen insbesondere für Öfabscheider in Schraubenverdichter-Aggregaten zur Vorabscheidung und in Kältemittelkompaktflüssigkeitsabscheider in Flüssigkeitskühlsätzen funktionstechnisch, volumenbedarfsmäßig und kostengünstig optimal ausgelegt und gefertigt werden können.The object of the invention ensures that Separation devices, in particular for oil separators in screw compressor units Pre-separation and in refrigerant compact liquid separators functional in liquid chillers, in terms of volume and economical can be optimally designed and manufactured.
Nach den Merkmalen der Erfindung können durch Einsatz und durch besonders zugeschnittenes Design von sogenannten offenporigen metallischen Schäumen z. B. „m·pore" oder „Metalfoam" auch in einem Körper unterschiedliche räumliche Strukturen gestaltet werden. Das Material, das an aufgeschäumtes Metall oder an schwammartiges Material mit einer Vielzahl an offenen Poren erinnert, hat bei hoher Steifigkeit ein geringes Gewicht und darüber hinaus eine gute Energieabsorption. Diese Schäume zeichnen sich durch eine Gitterstruktur und eine frei wählbare unterschiedliche Anzahl der Poren je Volumeneinheit (pores per inch) aus. Die Struktur bildet ein vollkommen durchlässiges Netzwerk mit großer innerer Oberfläche und geringem Strömungswiderstand. Die zu verwendenden Legierungen sind wählbar. Für Abscheiden in Kälteanlagen mit verschiedenen Kältemitteln FCKW, HFCKW, Kohlendioxyd oder Ammoniak sind Legierungen z. B. Cu, Sn, Fe und insbesondere Al denkbar. Bei offenporigem Aluminiumschaum beträgt die Dichte zum Beispiel ca. 0,13 g/cm3, ca. 5% Volumenanteil oder 10 bis 20 ppi. Die Struktur setzt sich aus knotenförmig zusammenlaufenden Stegen mit annähernd gleichmäßiger Querschnittsfläche zusammen und ist durch statische Unregelmäßigkeiten geprägt. Die inneren Parameter des Gitters wie Stegdicke, Oberfläche der Stege und die Anzahl der Poren lassen sich an die vorgesehene Funktion anpassen. Unterschiedliche Formen und Übergänge zu massiven Materialien sind möglich wie zum Beispiel zu platten-, zylinder-, kegel- oder kugelförmige Bauteile oder Bauteilabschnitten. Weiterverarbeitungen der Bauteile durch Löten, Schweißen und/oder durch mechanische Bearbeitungen und Verbindungen mit zum Beispiel Schraubflanschen und mit verschiedenen Abdichtsystemen – Flachdichtung, O-Ring insbesondere gekammerte Dichtsysteme – sind möglich. Vorteilhaft ist weiter, dass mit diesen offenporigen Metallschäumen sich nunmehr Abscheiden und Abscheiderstufen auf die entsprechenden Betriebsbedingungen und Aufgaben exakt auslegen lassen. Je nach Aufgabe lassen sich Agglomeratoren/Koaleszierstufen, Tropfenabscheider oder Kombinationen aus Agglomeratoren und Tropfenabscheidern mit Zusatzwirkungen hinsichtlich Schwingungs-, Körperschall, und Gas/Mediums schalldämpung angepaßt gestalten und fertigen. Durch Festlegungen der Kenngrößen ppi und der räumlichen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) durch Verteilungs- und Staubereiche und durch Dämpfungsbereiche lassen sich Abscheiden erstellen, die je nach Erfordernis in Wirkung und Richtung unterer und oberer Betriebspunkte, -bereiche sowie der Flutgrenzpunkte, -bereiche und Dämpfungsbereiche lagemäßig besitzen, die der Aufgabe funktionell exakt entsprechen und darüber hinaus fertigungstechnisch ökonomisch sind. Auf Grund der hohen Festigkeit und Steifigkeit ist die Fertigung einer dauerhaft haltbaren Metallschaumstruktur möglich, die weder durch die hindurchströmenden Medien noch durch Impuls-und/ oder Dauerschwingungsbelastungen verändert und beschädigt werden kann.According to the features of the invention can be used and specially tailored design of so-called open-pore metallic foams z. B. "m · pore" or "Metalfoam" can also be designed in a body different spatial structures. The material, which is reminiscent of foamed metal or sponge-like material with a large number of open pores, is light in weight with high rigidity and, moreover, has good energy absorption. These foams are characterized by a lattice structure and a freely selectable different number of pores per unit volume (pores per inch). The structure forms a completely permeable network with a large inner surface and low flow resistance. The alloys to be used can be selected. For separating in refrigeration systems with different refrigerants CFC, HCFC, carbon dioxide or ammonia, alloys are e.g. B. Cu, Sn, Fe and in particular Al conceivable. In the case of open-pore aluminum foam, the density is, for example, approximately 0.13 g / cm 3 , approximately 5% by volume or 10 to 20 ppi. The structure is made up of webs converging in a knot shape with an almost uniform cross-sectional area and is characterized by static irregularities. The internal parameters of the lattice such as web thickness, surface of the webs and the number of pores can be adapted to the intended function. Different shapes and transitions to solid materials are possible, such as plate, cylinder, cone or spherical components or component sections. Further processing of the components by soldering, welding and / or by mechanical processing and connections with, for example, screw flanges and with various sealing systems - flat seal, O-ring, in particular chambered sealing systems - is possible. Another advantage is that with these open-pored metal foams, separators and separator stages can now be designed precisely for the corresponding operating conditions and tasks. Depending on the task, agglomerators / coalescing stages, droplet separators or combinations of agglomerators and droplet separators with additional effects with regard to vibration, structure-borne noise and gas / medium sound damping can be designed and manufactured in a customized manner. By defining the parameters ppi and the spatial dimensions (length, width, height) by means of distribution and storage areas and by means of damping areas, separations can be created which, depending on requirements, affect the effect and direction of lower and upper operating points, areas and flood limit points, areas and have damping areas in terms of position that correspond functionally exactly to the task and are also economical in terms of production technology. Due to the high strength and rigidity, it is possible to manufacture a durable, durable metal foam structure that cannot be changed or damaged either by the media flowing through it or by impulse and / or permanent vibration loads.
Die offenporigen Metallschäume z. B. „m·pore" oder „Metalfoam" können in der flüssigen Phase des Kältekreislaufes zur alternativen Ölabscheidung zum Beispiel in einem kombinierten Kondensator-Sammler eingesetzt werden.The open-pore metal foams z. B. "m · pore" or "Metalfoam" can in the liquid Phase of the refrigeration cycle for alternative oil separation to Example can be used in a combined capacitor collector.
Nach dem Ausführungsbeispiel besteht die Abscheideeinrichtung für Ölabscheider und Kältemittelabscheider aus einem Anschluß/Eintritt Pos.1, einer Halterung Pos. 2 und aus einer offenporigen kompakten Metallgitternetzstruktur – zum Beispiel „m ·pore" oder „Metalfoam" – mit an die Betriebsbedingungen und an die Funktionsanforderungen angepaßter Geometrie und unterschiedlichen ppi-Werten mit Übergängen zu Vollmetallbereichen Pos. 3.According to the exemplary embodiment, there is the separating device for oil separators and refrigerant separators from a connection / entry Item 1, a bracket item 2 and an open-pore compact Metal grid structure - for Example "m · pore" or "Metalfoam" - with the operating conditions and adapted to the functional requirements geometry and different ppi values with transitions too Full metal areas item 3.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GEA GRASSO GMBH, 13509 BERLIN, DE |
|
| R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20110804 |