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Einrichtung zum Rückführen von Öl aus dem Verdampfer in den Kompressor
von Kältemaschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rückführen von Öl
aus dem Verdampfer in den Kompressor von Kältemaschinen, insbesondere solchen, die
mit Drehkompressoren versehen sind. Bei diesen Maschinen hat das Öl nicht nur als
Schmiermittel, sondern auch als Sperrmittel zu wirken, das die zwischen den gleitenden
Teilen bestehenden Spielräume ausfüllt und abdichtet, welche sonst so große Undichtheitsverluste
zur Folge hätten, daß sie den Kompressor unbrauchbar machen würden. Es findet somit
bei solchen Maschinen ein kräftiger Ölumlauf statt, bei dem bedeutende Ölmengen
in den Kompressor gelangen und von diesem mit dem Gas vermischt in den Druckraum
gefördert werden, worauf sie in einem ülabscheider vom Gas wieder getrennt werden
müssen, bevor das letztere zur Verflüssigung in den Kondensator übertritt.
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Eine vollkommene Abscheidung des Öls vom Gas ist aber bei gewissen
Kälte- und Sperrmitteln schwierig, wenn nicht unmög-!ich, sobald es sich um verhältnismäßig
große Ölmengen handelt, die in den spaltförmigen Spielräumen des Kompressors zum
Teil noch fein zerstäubt werden. Noch schwieriger gestaltet sich die Olabscheidung,
wenn die Maschinen infolge Verwendung von gewissen Kältemitteln mit starker Überhitzung
arbeiten müssen, wie dies in. Ammoniakmaschinen z. B. der Fall ist, wo das Öl nur
bei vollkommener Abwesenheit von flüssigem Ammoniak richtig als Sperrmittel wirken
kann. - Hohe Überhitzungstemperaturen haben nämlich eine teilweise Verdunstung des
Öls zur Folge. Die so gebildeten Öldämpfe können zwar durch Abkühlung kondensiert
werden, aber es können sich dabei Ölnebel bilden, die nur schwer aus dem Gas auszuscheiden
sind.
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Es besteht somit die Gefahr, daßinfolge unvollkommener Abscheidung
01 mit dem Gas auf dem Wege über Kondensator und Regler in den Verdampfer
tritt und dort verbleibt, besonders dann, wenn die Maschine mit Überhitzung arbeitet,
bei der nur trockenes-Gas aus dem Verdampfer abgesaugt wird. Es besteht mit anderen
Worten die Gefahr, daß sich auf die Dauer alles Öl im Verdampfer ansammelt, im Ölabscheider
also Ölmangel herrscht, der Kompressor kein 01 mehr erhält und die Abdichtung
und Schmierung der arbeitenden Teile nicht mehr stattfindet, so daß die Maschine
nicht mehr richtig arbeiten kann. Außerdem kann das Öl im Verdampfer auch störend
sich bemerkbar machen. Durch die Benetzung seiner Innenfläche mit Öl -geht nämlich
die Wärmeleitfähigkeit des Verdampfers erheblich zurück. Auch könnten große Anhäufungen
des spezifisch schwereren Öls ganze Teile des Verdampfers vollständig unwirksam
machen. Das Kältemittel würde im Verdampfer überhaupt nicht mehr genügend Platz
finden, und die Anlage würde, statt überhitzt, naß arbeiten.
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Mit der Erfindung wird die Beseitigungdieser Übelstände bezweckt.
, Die Erfindung besteht darin, daß die An=
schlüsse des Verdampfers
und des Ölsammlers an den Kompressor so ausgebildet sind, daß der Ölsammler in einen
unter niedrigerem Druck als Verdampferdruck stehenden Raum des Kompressors einmündet.
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In den Anschluß des Verdampfers an den Kompressor kann ein ein Druckgefälle
er zeugendes Zlberströmorgan eingeschaltet sein.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
schematisch zur Darstellung gebracht.
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Abb. i ist eine Kältemaschine mit im Axialschnitt gezeichnetem Umlaufkompressor
und Abb. 2 ein Schnitt nach der Linie II-11 der Abb. i.
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In Abb. 3 ist ein zweites, in Abb. a. ein drittes und in Abb.5 ein
viertes Ausführungsbeispiel dargestellt.
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i ist der Kompressor, 2 der Kondensator, 3 das Drosselorgan, 4 der
Verdampfer, und 5, 6, ,~- und 8 sind die ,diese verbindenden Kältemittelleitungen
einer an sich bekannten Kompressionskältemaschine, in der das Kältemittel gemäß
den ausgezogenen Pfeilen in Umlauf gehalten wird. In die Leitung 5 ist in ebenfalls
bekannter Weise ein Ölabscheider 9 eingeschaltet, der das vom Kältemittel aus dem
Kompressor mitgerissene Öl, welches spezifisch schwerer als das Kältemittel ist,
sammelt und durch die Leitung io-dem Kompressor wieder zudrückt.
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Der Kompressor ist als mehrschaufliger Drehkompressor mit sichelförmigem
Arbeitsraum ausgebildet. Seine Antriebswelle ist mit. i i, der in der Pfeilrichtung
umlaufende Rotor mit ia, die Schaufeln mit 13, der Arbeitsraum mit 14 und die das
Gehäuse abschließenden Deckel mit 15 bezeichnet. Der Arbeitsraum ist am Umfang von
einer exzentrisch ausgebohrten Laufbüchse 16 und seitlich von zwei Scheiben 17 begrenzt,
in :denen als Kugellager ausgebildete Wellenlager 18 angeordnet sind.
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Zwischen dem Kompressorgehäuse und den Deckeln einerseits und den
den Arbeitsraum umgrenzenden Kompressorteilen andererseits sind Oldruckräume ig
und 2o ausgespart, die durch die Ölleitung io an den Ölraum,des Ölabscheiders angeschlossen
und durch die Bohrungen 21, 22, 23, unter sich verbunden sind. Das vom Ölabscheider
-in diese Räume gedrückte Öl .dringt durch die Spielräume zwiscben den arbeitenden
Teilen, unter Schmierung und Abdichtung derselben, in ,den Arbeitsraum ein, um von
diesem raus den durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Kreislauf. über den
Olabscheider zu beschreiben. Der rechte Oldruckraum 2o ist dabei durch eine verschiebbare
und#dichtend auf der Welle angeordnete Scheibe 24 gegen außen abgedichtet, die durch
die Feder 25 dichtend gegen eine Gleitfläche des Gehäuses angedrückt wird.
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Infolge der doppelten Funktion des Öls als Schmier- und Abdichtungsmittel
müssen bei solchen Maschinen ziemlich große Ölmengen in Umlauf gehalten werden.
Damit sich im Verdampfer infolge unvollkommener Ölabscheidung kein Öl ansammeln
kann, ist gemäß der Erfindung ein im Verdampfer angeordneter Ölsammelraum 26, in
welchem das Öl infolge seiner Schwere zu Boden sinkt, durch eine besondere, von
der Kältemittelableitung des Verdampfers getrennte Leitung 27 an einen unter niedrigerem
Druck als der Verdampfer stehenden Saugraum 28 des Kompressors angeschlossen.
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Bei dein Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist der Saugraum 28 dadurch
unter niedrigerem Druck als der Verdampfer gebracht, daß er clurch ein einen Druckabfall
erzeugendes überströmorgan 29 an die Kältemittelableitung 8 des Verdampfers 4 angeschlossen
ist.
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In der Leitung 27 ist ein zusätzlicher Verdampfer 30 und ein
Absperrorgan 31 angeordnet. Bereift sich der V_ erdampfer 30, dann kann das
Abschlußorgan geschlossen werden, weil dies ein Zeichen ist, .daß anstatt Öl Kälteflüssigkeit
durch die Leitung 27 in den Kompressor übertritt und somit kein Öl mehr in den Verdampfern
sich befindet. Anstatt das Abschlußor gan ganz zu schließen, könnte es natürlich
auch auf einen entsprechend kleineren Durchflußquerschnitt eingestellt werden, derart,
daß zeitlich stets nur so viel öl
abgeführt wird, als in den Verdampfer eintritt.
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Das Überströinorgan 29 ist als Rückschlagventil ausgebildet; dadurch
hat es außer der Erzeugung eines Druckabfalles die weitere Wirkung, daß es nach
Abstellen der Maschine ein Rückwärtsdrehen des Kompressors durch rückströmende Gase
sowie ein Rückströmen von 01 aus dem Kompressor in den Verdampfer unmöglich
macht. Zum gleichen Zweck ist auch in die Leitung 27 ein Rückschlagorgan 32 eingebaut.
Durch eine regelbare Feder des Rückschlagventils 29 wird erreicht, daß -die Höhe
des Druckgefälles zwischen Verdampfer und Kompressorsaugraum nach Bedarf eingestellt
werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist der Ölsammler 26 als ein
hinter und über dem Verdampfer angeordneter Flüssigkeitsabscheider ausgebildet,
dem aus dem Verdampfer außer Dampf auch überschüssige Kälteflüssigkeit zugeführt
wird. Durch diesen Überschuß, der in dem Abscheider verdampft, wird in den Verdampfer
4 eingedrungenes
Öl in den Abscheider mitgerissen, wo es infolge
seiner Schwere zu Boden sinkt, um hernach durch die unten an den Abscheider angeschlossene
Leitung 27 in rlen Kompressor zu entweichen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. ,; ist der Ölsammler als ein
vor und unter dein Verdampfer in die Leitung eingebauter sackförmiger Behälter 26
ausgebildet., durch welchen das vom Kältemittel mitgerissene Öl schon beim Eintritt
in den Verdampfer .4 gesammelt und unter Umgehung desselben durch die Leitung 27
dem Kompressor zugeführt wird.
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Außerdem ist hier die Leitung 27 nicht an den Hauptsaugraum 28, sondern
an einen besonderen Saugraum 33 des Kompressors angeschlossen. der dadurch gebildet
ist, daß die Dampfeinlaßöffnung 34 in der Laufbüchse 16 nicht bis an die saugseitige
Spitze des sichelförmigen Arbeitsraumes herangeführt, sondern um mindestens die
Ausdehnung einer Schaufelteilung davon entfernt ist. Ein Druckabfall wird hier durch
das Organ 29 nicht erzeugt.
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Durch diese Anordnung wird das Folgende erreicht: Während bei der
Ausführung nach Abb. 1 der Druckunterschied zwischen den Leitungen 8 und 27 durch
die Belastung des Rückschlagventils gegeben, die Saugwirkung auf den Verdampfer
4 also genau bestimmt und begrenzt, das aus dem Zusatzverdampfer angesaugte Volumen
dagegen im Verhältnis zu dem aus dem Hauptverdampfer angesaugte Volumen nicht begrenzt
ist, liegen die Verhältnisse bei der Vorrichtung nach Abb.3 gerade umgekehrt. Hier
ist im Gegenteil das aus dem zusätzlichen Verdampfer 3o angesaugte Volumen begrenzt,
während der Druckunterschied zwischen beiden Saugleitungen nicht begrenzt ist. Es
kann daher der Kompressor immer so kräftig aus dem Zusatzverdampfer ansaugen, als
die Verhältnisse es verlangen (mehr oder weniger tiefe Lage des Hauptverdampfers).
Dagegen kann im Kompressor nicht mehr als ein bestimmtes Volumen angesaugt werden.
Die Gefahr der Flüssigkeitsschläge oder des nassen Arbeitens ist daher bei der Ausführung
nach Abb. 3 geringer als bei derjenigen nach Abb. r. Der Saugdruck wird sich immer
so hoch oder so tief einstellen (natürlich immer etwas unter demjenigen des Verdampfers
d.), daß gerade so viel Kältemittel in flüssiger Form mit dem etwa anwesenden Öl
hochgesaugt wird, daß durch Verdampfung einer gewissen Kältemittelmenge immer das
richtige Volumen entsteht, um die an der Öffnung vorbeigehenden Schaufelräume mit
Gas von richtigem Druck zu füllen.
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Der Zusatzverdampfer kann so- groß bemessen sein, daß für die Bildung
dieser bestimmten Gasmenge der Verdampfer nicht bis unten überflutet zu sein braucht.
Aus dem Verdampfer werden somit trockene Gase abgesaugt, obwohl der Verdampfer von
oben gespeist wird. Der Verdampfer wird natürlich -von oben nach unten durchlaufen,
damit das Öl sicher durchgeht und nicht auch dort zurückbleibt, wie im Hauptverdampfer.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 ist der Ölabscheider 9 durch eine
Überlaufleitung 35 unmittelbar an die vom Kondensator zum Drosselorgan führende
Leitung 6 angeschlossen. Durch diese Überlaufleitung wird dem Verdampfer unter Gleichhaltung
des Ölniveaus im Abscheider 9 und unter Umgehung des Kondensators beständig ein
Ölüberschuß zugeführt, der das Ölniveau im Sammler 26 stets auf solcher Höhe über
der Eintrittsöffnung der Leitung 27 hält, daß durch diese nur reines Öl und kein
Kältemittel in den Kompressor eingeführt werden kann. Auf diese Weise besteht keine
Gefahr, daß die Maschine naß arbeitet. Sodann ist die ständige Ölzufuhr zu dem Kompressor
durch die Leitung 27 von wesentlich günstigem Einfluß auf die Schmierung der arbeitenden
Teile und auf die Vermeidung von Undichtheitsverlusten.
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Der Behälter 26 kann bei dieser Ausführungsform zur Aufnahme eines
großen Ölvorrats ausgebildet sein, derart, daß bei etwaigen Ölverlusten (z. B. durch
die Stopfbüchse) ein Ölmangel sich nicht sofort bemerkbar macht. Endlich ist die
Anordnung eines Verdampfers in der Leitung 27 überflüssig, weil normalerweise kein
Kältemittel durch sie hindurchgeht, also keine Verdampfung in ihr stattfinden kann.
Wenn sie sich bereift, so ist dies ein Zeichen, daß in der Maschine Ölmangel herrscht.
Sobald also hier eine Bereifung auftritt, muß Öl in die Maschine nachgefüllt werden.
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Bei dr Maschine nach Abb.5 wird der Verdampfer 4 in Richtung von oben
nach unten vom Kältemittel durchströmt. Der hinter und unter ihm angeordnete Ölsammler
26 wirkt außer als Ölabscheider auch als Flüssigkeitsabscheider, in welchem die
vom Verdampfer abgegebenen Überschüsse an flüssigem Kältemittel über dem Öl sich
sammeln, durch Wärmeaufnahme aus der Umgebung verdampfen, um durch die Leitung 8
mit dem übrigen Dampf vom Kompressor angesaugt zu werden.
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Die Maschine könnte auch als Kombination der gezeichneten Ausführungsform,
z. B. so ausgeführt sein, daß das Kältemittel zuerst eine Verdampferschlange von
oben nach unten, dann einen mit einer Ölableitung versehenen Ölsammler und darauf
eine zweite
Verdampferschlange von unten nach oben durchströmt,
der erforderlichenfalls ein weiterer mit einer-Ölableitung-versehener-Ölsammler
nachgeschaltet sein kann.