DE69308959T2 - Zweistufiger spiralförmiger Ölabscheider - Google Patents

Zweistufiger spiralförmiger Ölabscheider

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Ölabscheider und im besonderen einen mehrstufigen Ölabscheider zum Einsatz in einem Kältesystem, um Öl aus einem Öl-Kältemittel- Gasgemisch abzuscheiden.
  • Typischerweise benutzt ein Kältesystem einen Kompressor, um ein Kältemittelgas zu komprimieren, einen Kondensator, um das komprimierte Gas zu kühlen und das Gas zu einer Flüssigkeit zu kondensieren, und einen Verdampfer, um Hitze aus dem zu kühlenden Bereich zu absorbieren, wenn das flüssige Kältemittel sich ausdehnt und verdampft. In vielen derartigen Systemen wird Öl als Schmierstoff eingesetzt, und um eine wirksame Abdichtung in dem Kompressor herzustellen. Bei diesem Einsatz wird Öl mit dem Kältemittelgas in dem Kompressor gemischt und mit dem Kältemittel weitergetragen. Öl ist jedoch kein Kältemittel, es verringert die Wirksamkeit des Systems, wenn zugelassen wird, daß Öl mit dem Kältemittelgas vermischt bleibt, wenn es sich zu dem Kondensator bewegt.
  • Es ist daher bekannt, einen Ölabscheider in der Leitung zwischen dem Kompressor und dem Kondensator vorzusehen, um das Öl aus dem Kältemittelgas zu entfernen. Im allgemeinen enthält Kältemittelgas aus dem Kompressor Öl in Form eines Nebels, wenn es in den Ölabscheidereinlaß eintritt.
  • Verschiedene Anordnungen sind vorgesehen, um Öl aus dem Gas zu entfernen. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 3 778 984 eine Anordnung, um die Öl- und Gasmischung tangential in einen Abscheider einzuleiten, um das Öl aus dem Gas abzuzentrifugieren, so daß das Öl nach unten unter dem Einfluß der Schwerkraft in eine Sammelkammer am Boden des Abscheiders fällt. Das US-Patent 4 478 050 offenbart einen Ölabscheider, in welchem ein Fluid tangential in eine Kammer eingeführt wird, die durch ein Sieb begrenzt ist, auf dem sich die Ölteilchen sammeln. Die Öl- und Kältemittelmischung fließt in einem Wirbel, was eine zentrifugale Abscheidung der Ölpartikel bewirkt. Ablenkstreifen sind vorgesehen, um den Wirbel im unteren Abschnitt der Kammer oberhalb der Ölauslaßöffnung in Gang zu setzen und zu regenerieren. Das US- Patent 4 263 029 offenbart einen Ölabscheider, in welchem ein Fluid tangential in einen Durchgang eingeführt ist, der von einer Spiralwand mit einer einzigen Umdrehung gebildet ist. Das Fluid fließt dann in eine Kammer, die durch einen Ring begrenzt ist, und dann in eine Kammer, die durch eine trichterförmige Wand begrenzt ist, die eine zentrale Öffnung aufweist, der einen Durchgang für das gesammelte Öl bildet, und Flügel umfaßt, um das Öl zu der Öffnung zu führen. Das "ölfreie" Gas verläßt den Abscheider durch einen mittigen axialen Durchgang.
  • Das Patent 5 113 671 offenbart einen Ölabscheider, in welchem die Öl/Kältemittelmischung in einem allgemein spiralförmigen Strömungspfad entlang der Umfangswand der Ölabscheiderkammer fließt, um die wirksame Pfadlänge der Öl/Kältemittelmischung entlang der Umfangswand zu vergrößern. Ein Sieb ist entlang der Wand vorgesehen, um die Trennung des Öls aus der Mischung zu begünstigen, und um einen Sammelbereich für das abgetrennte Öl zu schaffen. Das abgeschiedene Öl tropft von dem Sieb zu einem umgekehrten Trichter oder einer Drossel mit einer Vielzahl von Ablaßlöchern darin, damit das abgetrennte Öl in eine Ölsammelkammer fließen kann. Eine Schwimmerventilanordnung ist in der Ölsammelkammer vorgesehen, die ein periodisches Ablassen des Öls von der Kammer in einen Öltank ermöglicht.
  • Obwohl einige bekannte Ölabscheider mehr als eine Filterart vorsehen, tun sie es jedoch nicht in einer einzigen Filterkammer. Folglich können derartige Filter Ölnebel in zunehmend feinen, getrennten Filterarten nicht ausfiltern. Weiter ist es in Abscheidern mit mehr als einem Filterelement unmöglich oder zumindest schwierig, Zugang zu den Filterelementen zur Wartung oder zum Ersatz zu schaffen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Öl aus einem Gas mit einer verbesserten Ölabscheidung zu schaffen.
  • Die Lösung der Aufgabe wird durch eine mehrstufige Vorrichtung zum Abscheiden von Öl aus einem Gas nach dem Anspruch 1 erreicht.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Öl/Kältemittelmischung vorteilhaft durch zwei verschiedene Filterelemente geführt. Jedes der Filterelemente ist in einer getrennten Kammer in dem Ölabscheider aufgenommen. Die vorliegende Erfindung schafft auch eine Ventilanordnung, die es ausgewählt ermöglicht, Öl von der ersten Kammer zu einem Ölsammelbereich in der zweiten Kammer fließen zu lassen. Die Ventilanordnung reguliert den Fluß des gesammelten Öls zu dem Sammelbereich derart, daß die Öl/Kältemittelmischung nicht aus der ersten Kammer gelangen kann, ohne durch das Filterelement der zweiten Kammer zu fließen.
  • Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen erwähnt.
  • Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der anliegenden Beschreibung eines Beispiels hervor, das in Verbindung mit der folgenden Zeichnung zu verstehen ist.
    • Zu der Zeichnung:
  • Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines Ölabscheiders, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert.
  • Figur 2 zeigt eine Draufsicht eines Ölabscheiders nach Figur 1.
  • Figur 3 zeigt eine Seitenansicht einer austauschbaren Filteranordnung nach Figur 1.
  • Figur 4 zeigt im Schnitt eine Einzelheit des dichtenden Eingriffs des austauschbaren Filterelements in dem Ölabscheider.
  • Figur 1 zeigt einen Ölabscheider 10, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert. Der Ölabscheider 10 umfaßt ein ringförmiges, allgemein zylindrisches Ölabscheidergehäuse 12, das durch einen unteren Enddeckel 14 und einen oberen Enddeckel 16 verschlossen ist. Eine Trennwand 18, die im Inneren des Ölabscheiders 10 angeordnet ist, teilt den Ölabscheider 10 in eine erste Filterkammer 20 und eine zweite Filterkammer 22. Der Ölabscheider 10 umfaßt eine Einlaßöffnung 24, die sich in die erste Filterkammer 20 öffnet, und einen Gasauslaß 26, der sich aus der zweiten Filterkammer 22 heraus öffnet. Ein feststehender Stangenbohrer 28 ist in der ersten Filterkammer 20 befestigt. Der feststehende Stangenbohrer 28 umfaßt eine spiralige Klinge oder Wand 30, die sich spiralig nach außen auf dem Äußeren des mittigen ringförmigen zylindrischen Durchgangs 32 erstreckt. Die spiralige Klinge 30 des feststehenden Stangenbohrers 28 ist so dimensioniert, daß sie eng benachbart oder in Kontakt mit einem Stahlsieb 34 ist, welches eine innere Oberfläche der ersten Filterkammer 20 auskleidet. Das Sieb 34 erstreckt sich zu der Trennwand 18. Die spiralige Klinge 30 ist von einer inneren Fläche des Ölabscheidegehäuses 12 beabstandet, so daß sich ein spiraliger Flüssigkeitspfad 36 zwischen dem Einlaß 24 und der Trennwand 18 ergibt. Die spiralige Klinge 30 beschreibt vorzugsweise zumindest zwei volle Umdrehungen und endet in einem nach außen weisenden Tropfring 37. Die Kammer 20 kann auch mit einem Druckentlastungsventil 38 versehen sein.
  • Ein poröser, austauschbarer Coalescer-Filter 40 ist in der zweiten Filterkammer 22 vorgesehen. Der Coalescer- Filter 40 nimmt die Öl/Kältemittelmischung aus der ersten Filterkammer 20 durch einen Gasdurchgangsteil 42 auf. Der Tropfring 37 ragt nach außen vor, um einen Ölfluß auf den Gasdurchgangsteil 42 zu verhindern. Ein Drosselteil 44 ist in der zweiten Filterkammer 22 zwischem den Coalescer-Filter 40 und dem Auslaß 26 vorgesehen. Ein Ölsammelbereich 46 ist in der Kammer 22 in der Nähe des unteren Enddeckels 14 vorgesehen. Das von den Filterelementen in beiden Kammern entfernte Öl wird in dem Sammelbereich 46 gesammelt, wie nachfolgend in Einzelheiten beschrieben ist. Der Ölsammelbereich 46 ist mit einem Ölablaß 48 versehen und kann mit einem Ölstandschalter 50 ausgerüstet sein, der benutzt werden kann, um die Betätigung eines Pumpenmechanismus (nicht gezeigt) zum Entfernen des Öls aus dem Sammelbereich 46 zu signalisieren.
  • Öl, welches auf dem Sieb 34 gesammelt wurde und welches von dem Sieb abtropft gelangt durch eine Ölablaßöffnung 52, die in der Trennwand 18 gebildet ist. Ein Ölablaßmechanismus 54 ist an der Trennwand befestigt, um Öl von der Ölablaßöffnung 52 aufzunehmen. Der Ölablaßmechanismus 54 umfaßt einen konischen oder trichterförmigen Ölablaß 56, der von einem ersten Ende nahe der Ölablaßöffnung zu einem zweiten offenen Ende konvergiert. Eine Klammer 58 ist vorgesehen, um den trichterförmigen Ölablaß 56 an dem Ölabscheidergehäuse 12 zu befestigen. Eine regulierte Ventilanordnung 60 steuert den Ölfluß von dem Ölablaß 56. Die Ventilanordnung 60 umfaßt ein Kugelventilelement 62, welches an einer Führungsstange 64 befestigt ist, die hin und hergehend auf der Klammer 58 montiert ist. Ein elastisches Teil, welches hier in Form einer Feder 66 gezeigt ist, umgibt konzentrisch die Führungsstange 64, und spannt das Kugelventilelement 62 zu einem Sitz mit einem Ventilsitz 68 vor, der am Boden des Ölablasses 56 angeordnet ist.
  • Wegen eines Druckabfalls über den Coalescer-Filter 40 ist der Druck in der ersten Filterkammer 20 höher als der Druck in der zweiten Filterkammer 24. Wenn das Öl in dem Ölablaß 56 ein vorbestimmtes Niveau 70 erreicht, ist der Druck, der auf die Oberfläche des Öls wirkt, ausreichend, um das Kugelventilelement 62 außer Eingriff mit dem Ventilsitz 68 zu bringen, wodurch Öl aus dem Ölablaß 56 zu dem Sammelbereich 46 fließt. Die Trichterform des Ölablasses 56 läßt den Oberflächenbereich des Öls in dem Ablaß 56 ansteigen, wenn das Öl sich sammelt und schafft damit eine größere Oberfläche, auf die der Druck in der ersten Kammer 20 wirken kann. Folglich wird die Ventilanordnung 60 sogar wirksam betätigt, wenn die Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern relativ klein ist. Die Feder 66 ist so ausgewählt, daß sie eine Vorspannkraft hat, die das Kugelventilelement in eine Sitzposition auf dem Ventilsitz 66 zurückkehren läßt, bevor alles Öl von dem Ölablaß 56 abgelassen ist. Diese Anordnung erlaubt, daß das Öl nur durch den Ölablaß 56 fließt und verhindert, daß die Öl/Kältemittelmischung durch den Ölablaß 56 gelangt. Folglich muß die gesamte Öl/Kältemittelmischung durch den Coalescer-Filter 40 fließen, um den Auslaß 26 zu erreichen.
  • Das oben erwähnte coalescer Filter 40 ist austauschbar und kann aus dem Ölabscheider 10 durch die Komponenten entfernt werden, die in den Figuren 2 bis 4 dargestellt sind. Der obere Enddeckel 16 des Ölabscheiders 10 ist mit einer abnehmbaren Kopfplatte 72 versehen, die auf dem oberen Enddeckel 16 durch geeignete Befestiger, wie Schraubenbolzen 74 befestigt ist. Eine Kopfplattendichtung 76 schafft eine Dichtung zwischen der Kopfplatte 72 und dem oberen Enddeckel 16.
  • Wie in Figur 3 gezeigt erstreckt sich ein T-Handgriff 78 durch den Gasdurchgangsteil 42 und den Coalescer-Filter 40, welcher lösbar an dem Filter 40 durch geeignete Befestiger, wie eine Flügelmutter 80 befestigt ist. Der Gasdurchgangsteil 42 ist an einem oberen Ende des Coalescer-Filters 40 befestigt und umfaßt eine zylindrische Wand 82, die mit Gasdurchgangslöchern 84 versehen ist. Die zylindrische Wand 82 ist durch einen Deckel 86 verschlossen. Wie aus Figur 1 hervorgeht erstreckt sich der Handgriff 78 von dem Filter 40 durch den mittigen, ringförmigen, zylindrischen Durchgang 32 des feststehenden Stangenbohrers zu einer Position nahe der Kopfplatte 72. Wie aus Figur 4 hervorgeht, ist in installiertem Zustand der Filter 40 in dichtendem Eingriff mit der Trennwand 18 durch Kontakt zwischen einem Montageflansch 88, der an der Trennwand befestigt ist, und einem Montagering 90, der an dem Filter und dem Gasdurchgangsteil 42 befestigt ist. Ein Austauschbarer O-Ring 94 schafft eine Dichtung zwischen dem Montagering 90 und dem Flansch 88.
  • Um den Coalescer-Filter 40 auszutauschen wird die Kopfplatte 72 von einer Zugangsöffnung 96 an dem oberen Enddeckel 16 des Ölabscheiders 10 entfernt. Dann ergreift eine Bedienungsperson den T-Handgriff 78 und benutzt den T-Handgriff, um eine leichte Zieh- und Drehbewegung auszuüben, um das Filterelement aus der zweiten Filterkammer 22, durch die erste Filterkammer 20, durch den mittigen ringförmigen zylindrischen Durchgang 32 zu entfernen. In dieser Hinsicht ist der zylindrische Durchgang 32 so beschaffen, daß er einen Durchmesser aufweist, der ein wenig größer ist als der Durchmesser des Montagerings 90.
  • Wenn der Filter entfernt ist, kann das gebrauchte Filterelement von dem Ende des Handhabungsteils entfernt werden und durch ein neues Filterelement ersetzt werden. Dann benutzt die Bedienungsperson den Handhabungsteil, um ein neues Filterelement in die zweite Kammer, durch die Zugangsöffnung, durch den Durchgang einzusetzen, wonach die Kopfplatte 72 wieder an dem oberen Enddeckel 16 befestigt wird. Wenn der Filter in seiner installierten Position ist, berührt das obere Ende des T-Handgriffs 78 leicht die Unterseite der Kopfplatte 72 und übt eine kleine, nach unten wirkende Kraft auf den Filter 40 und den Montagering 90 auf, um eine richtige Lage und eine richtige Dichtung sicherzustellen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine spezielle Ausgestaltung dargestellt ist, erkennen die Fachleute, daß Veränderungen hierzu möglich sind, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie in den anhängenden Ansprüchen dargelegt ist.

Claims (18)

1. Mehrstufige Vorrichtung (10) zum Abscheiden von Öl aus einem Gas, wobei die Vorrichtung ein allgemein zylindrisches Gehäuse (12) mit einer vertikalen Achse aufweist, wobei das Gehäuse eine Umfangswand der Vorrichtung bildet, einen oberen Enddeckel (16), einen unteren Enddeckel (14), eine Trennwand (18), die in dem Gehäuse so angeordnet ist, daß sie es in eine obere Kammer (20) und eine untere Kammer (22) teilt, ein Gasdurchgangsteil (42), das zwischen der oberen und unteren Kammer angeordnet ist, eine spiralförmige Wand (30), die in einer der Kammern ausgebildet ist, einen porösen, austauschbaren Coalescer-Filter (40), der in der anderen der Kammern angeordnet ist, eine Gaseinlaßöffnung (24) in die Kammer mit der spiralförmigen Wand, eine Gasauslaßöffnung (26) aus der Kammer mit dem Coalescer-Filter, und einen Ölsammelbereich (46), der an dem unteren Ende der unteren Kammer angeordnet ist, wodurch in die Vorrichtung eintretendes Gas axial entlang der spiralförmigen Wand strömt, durch den Gasdurchgangsteil in den Coalescer-Filter und aus der Vorrichtung heraus.
2. Mehrstufige Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (18) eine Ölablaßöffnung (52) einschließt.
3. Mehrstufige Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Wand (30) in der oberen Kammer (20) ausgebildet ist und der Coalescer-Filter (40) in der unteren Kammer (22) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter Filterentnahmemittel (32, 72, 74, 76, 78) aufweist, die in der oberen Kammer (20) zum Erleichtern der Entnahme des Coalescer-Filters (40) aus der Vorrichtung angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterentnahmemittel eine Kopfplatte (72) aufweist, die lösbar an dem oberen Enddeckel (16) befestigt ist, einen zentralen ringförmigen zylindrischen Durchgang (32), der konzentrisch von der spiralförmigen Wand (30) in der oberen Kammer (20) umgeben ist, wobei der Durchgang einen inneren Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als der äußere Durchmesser des Coalescer-Filters (40), und einen langgestreckten Handhabungsteil (78), dessen erstes Ende an dem Coalescer-Filter befestigt ist und dessen zweites Ende nahe der Kopfplatte angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterentnahmemittel weiter einen ringförmigen Montageflansch (88) aufweist, der an der Trennwand (18) befestigt ist, einen Montagering (90), der an einem oberen Ende des Coalescer-Filters (40) befestigt ist, wobei der Ring konzentrisch in dem Montageflansch befestigbar ist, wenn der Coalescer-Filter in dem Gehäuse (12) montiert ist, und einen O- Ring (94), der in dichtendem Eingriff mit dem Montagering und dem Montageflansch angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasdurchgangsteil (42) eine allgemein zylindrische Wand (82) aufweist, die ein geschlossenes oberes Ende (86) aufweist und dessen unteres Ende an dem Coalescer-Filter (40) befestigt ist, und zumindestens ein Gasdurchgangsloch (84), das in der allgemein zylindrischen Wand angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter einen Ölablaßmechanismus (54) aufweist, der an der Trennwand (18) befestigt ist, und der Öl von der Ölablaßöffnung (52) der Trennwand aufnimmt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölablaßmechanismus (54) einen trichterförmigen Ölablaß (56) aufweist, der von einem ersten Ende nahe der Ölablaßöffnung (52) zu einem zweiten offenen Ende (68) konvergiert, und eine Ventilanordnung (60), die ausgewählt Öl von dem zweiten Ende des trichterförmigen Ölablasses zu dem Ölsammelbereich (46) in der unteren Kammer (22) fließen läßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (60) einen Ventilsitz (68) aufweist, der auf dem zweiten Ende des trichterförmigen Ölablasses (56) ausgebildet ist, ein Kugelventilelement (62), das in ausgewählt dichtendem Eingriff mit dem Ventilsitz bringbar ist, und elastische Mittel (66), um das Kugelventilelement in Richtung des Ventilsitzes vorzuspannen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (60) weiter eine Klammer (58) aufweist, die an dem Gehäuse (12) befestigt ist, und eine Ventilführungsstange (64), die an dem Kugelventilelement (62) befestigt ist, wobei die Führungsstange für eine hin und her gehende Bewegung durch die Klammer gelagert ist, wobei das elastische Mittel (66) eine Feder aufweist, die zwischen dem Kugelventilelement und der Klammer angeordnet ist, wobei die Feder die Führungsstange konzentrisch umgibt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Drosselteil (42) aufweist, das in der unteren Kammer (22) zwischen dem Coalescer-Filter (40) und dem Gasauslaß (26) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Entlastungsventil (38) aufweist, das an dem Gehäuse (12) in Verbindung mit der oberen Kammer (20) befestigt ist.
14. Mehrstufige Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Mitteln (18, 46) zum Sammeln des abgeschiedenen Öls in jeder Kammer, Verbindungsmitteln (52) zwischen den Kammern, um dem abgetrennten Öl in einer ersten der Kammern (20) ein Übertreten in eine zweite der Kammern (22) zu ermöglichen, und Ventilmitteln, die mit den Verbindungsmitteln verbunden sind, um einen Ölfluß von der ersten Kammer in die zweite Kammer nur bei Vorliegen einer ausgewählten Bedingung zu ermöglichen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel Mittel (62) aufweist, um einen Gasfluß durch dasselbe zu verhindern.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel einen trichterförmigen Ölablaß (56) aufweist, der von einem ersten offenen Ende (52) nahe der Trennwand (18) zu einem zweiten offenen Ende (68) konvergiert, und daß das Ventilmittel eine Ventilanordnung (60) aufweist, die einen ausgewählten Ölfluß vom zweiten Ende des trichterförmigen Ölablasses zu einem Ölsammelbereich (46) in der zweiten Kammer (22) erlaubt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (60) einen Ventilsitz (68) aufweist, der auf einem zweiten Ende des trichterförmigen Ölablasses (56) ausgebildet ist, ein Kugelventilelement (62) zum ausgewählten dichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz und elastische Mittel (66) zum Vorspannen des Kugelventilelements in Richtung des Ventilsitzes.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung weiter eine Klammer (58) aufweist, die an dem Gehäuse (12) befestigt ist, und eine Ventilführungsstange (64), die an dem Kugelventilelement (62) befestigt ist, wobei die Ventilstange zur hin und her gehenden Bewegung durch die Klammer gelagert ist, wobei das elastische Mittel eine Feder (66) aufweist, die zwischen dem Kugelventilelement und der Klammer angeordnet ist, wobei die Feder die Führungsstange konzentrisch umgibt.
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