DK177037B1 - Kølekompressor med system til minimering af olieudkast - Google Patents

Abstract

Ved opfindelsen tilvejebringes et system der udskiller oliedråber fra kompressorens trykudligningsgasstrem mellem kompressorens krumtaphus og sugeside, således at kompressorens olieudkast reduceres. Den derved udskilte olie drænes til kompressorens oliesurnp. I en foretrukken udførelsesform udmunder systemets drænledning under oliesumpens olieniveau, således at der ikke ad den vej suges trykudligningsgas ind i systemets væskeudskilnings område. Systemet er samtidig i stand til at dræne kølemiddel og olie, der transporteres med sugegassen til kompressorens sugeside, til kompressorens oliesuxnp.

Description

DK 177037 B1 Kølekompressor med system til minimering af olieudkast.

Ved kompressorkøleanlæg er det et velkendt problem, at den olie, som er beregnet til smøring af kompressorens bevægelige 5 dele, forlader kompressoren i større eller mindre mængder.

Dette fænomen omtales i det følgende som kompressorens olieudkast.

Olieudkastet fra en kølekompressor er den mængde kompressor-10 smøreolie der utilsigtet forlader kompressoren sammen med kølemiddeltrykgassen på kompressorens afgangsside.

Olieudkast fra kompressorer til køleanlæg er generelt et stort problem, idet den udkastede olie forringer varmeovergangen i 15 køleanlæggets fordampere og kondensatorer. Det er derfor ønskeligt at begrænse olieudkastet mest muligt.

Når kompressorolien kastes ud i køleanlægget, giver dette forskellige uheldige indvirkninger på køleanlæggets drift, afhængigt af kølemiddeltype, anlægstype og -opbygning samt den 20 anvendte olietype.

På industrielle køleanlæg, hvor ammoniak anvendes som kølemiddel og olien ikke er opløselig i kølemidlet, giver olieudkast fra kompressoren særligt store problemer. Olien kan 25 ikke automatisk returneres til kompressoren sammen med kølemiddelgassen, men ophobes i køleanlæggets lavtryksdel, hvor den må aftappes, enten manuelt ved selve fordamperne eller ved hjælp af et omfattende og kostbart automatisk system til returnering af olien, der typisk er ophobet i bunden af 30 fordampere. Et sådant automatisk system er f.eks. kendt fra EP 0481988.

Det er kendt, at åbne og semihermetiske stempelkompressorer, som anvendes i industrielle køleanlæg er udstyret med en 35 trykudligningsforbindelse mellem kompressorens krumtaphus og kompressorens sugeside.

Denne trykudligningsforbindelse tjener to formål: 1. at udligne krumtaphusets tryk til sugetrykket.

40 Dermed undgås en trykopbygning i kompressorens krumtaphus, som ellers ville forekomme pga. utætheder ved stempelringe eller ved afkogning af kølemiddel fra krumtaphusets oliesump.

2. at forebygge væskeslag ved at fungere som drænkanal mellem 45 kompressorens sugeside og krumtaphus, således at væske (kølemiddel og olie), der rives med kølemiddelgassen fra køleanlæggets lavtryksside og kunne forårsage væskeslag, drænes gennem trykudligningskanalen til krumtaphuset.

Olie og kølemiddelvæske, der transporteres med sugegassen mod 50 kompressoren, vil dermed blande sig med olien i krumtaphusets DK 177037 B1 oliesump, hvor det meste af kølemiddelindholdet vil fordampe pga. den høje temperatur i krumtaphuset.

I forbindelse med denne afkogning af kølemiddel i krumtaphuset 5 og lækager ved stempelringene er det dog et problem, at strømmen af gasformigt kølemiddel fra kompressorens krumtaphus til sugesiden kan medrive oliedråber fra krumtaphuset, som dermed bliver suget ind gennem kompressorens sugeventiler. Jo større lækager, der er ved stempelringene, desto større vil 10 hastigheden være af den gas, der strømmer til kompressorens sugeside gennem disse kanaler. Dette vil forøge mængden af olie, der medrives af gassen.

Den olie, som på denne måde kommer ind i kompressorens kompressionsrum, bliver ved den efterfølgende kompression 15 opvarmet til en høj temperatur, inden den forlader kompressoren sammen med trykgassen. Den høje temperatur bevirker, at en del af olien fordamper og dermed ikke efterfølgende kan udskilles fra kølemiddelgassen af en traditionel olieudskiller og derfor fortsætter på gasform ud i 20 køleanlægget.

Hermetiske kompressorer, som fortrinsvis anvendes i kommercielle køleanlæg, leder ofte sugegassen gennem elmotoren, som derved bliver kølet. Samtidig bliver den 25 eventuelle kølemiddelvæske, der følger med sugegassen, fordampet ved opvarmningen i elmotoren.

Olie, der ligeledes kommer med sugegassen, udfældes og ledes til kompressorens krumtaphus, som ofte har forbindelse med bunden af elmotoren.

30 Disse hermetiske kompressorer har ofte det samme problem med, at olie kan suges med fra motor og krumtaphus ind i kompressorens sugeventiler og dermed bidrage til et øget olieudkast.

Dette problem er blevet særligt aktuelt efter, at hermetiske 35 kompressorer er blevet udviklet til anvendelse i køleanlæg med C02 som kølemiddel. C02 har væsentligt højere tryk og massefylde ved sugetrykket end andre, hidtil anvendte kølemidler. Det højere tryk og massefylde gør C02-gassen i stand til at transportere langt flere og større oliedråber med 40 sugegassen og dermed fra oliesumpområdet og ind i sugeventilerne. Dette medfører ofte et uacceptabelt stort olieudkast fra disse kompressorer.

Den samme problemstilling gør sig gældende med de nyere syntetiske højtrykskølemidler f.eks. R404a, R410, R507, omend 45 i mindre grad end med C02.

Opfindelsen angår et system til udskilning af olie fra trykudligningsgassen, dvs. den gas, der strømmer gennem trykudligningsledningen fra en kølekompressors krumtaphus til 50 dens sugeside.

2 DK 177037 B1 I systemet indgår en væskeudskiller, som kan omfatte et eller flere demisterelementer eller filtre.

Den nævnte væskeudskiller kan være udformet til at benytte et 5 eller flere kendte væskeudskilningsprincipper f.eks. cyklonprincippet eller filtreringsprincippet.

Væskeudskilleren kan tillige være forsynet med dræn, som i en foretrukken udførelsesform udmunder under olieoverfladen i 10 kompressorens oliesump, for at dræne den udskilte olie tilbage til oliesumpen.

En vigtig funktion ved denne opfindelse er, at væske, der med sugegassen transporteres til kompressorens sugeside, stadig 15 uhindret kan drænes til kompressorens oliesump gennem kompressorens trykudligningskanaler.

Systemet kan indbygges i kompressoren, hvis pladsforholdene tillader det, eller alternativt monteres udenfor kompressoren.

20

Systemet kan også udføres med et separat dræn for kølemiddelvæske og olie fra kompressorens sugeside ved hjælp af en kanal, der udmunder under olieniveauet i kompressorens oliesump samt en separat gasudligningskanal til kompressorens 25 sugeside.

På kendte åbne stempelkompressorer til køleanlæg er der mellem kompressorens sugeside og dens krumtaphus i det væsentlige en trykudligningskanal uden aktiv væskeudskilning.

30

Dette virker tilfredsstillende, forudsat at gashastigheden i trykudligningskanalen er så lav, at der ikke medrives oliedråber til kompressorens sugeventiler.

35 Ved forhold, der medfører en højere gashastighed i trykudligningskanalen, kan oliedråber medrives af trykudligningsgassen til kompressorens sugeside og via sugeventilerne passere med gassen gennem kompressorens kompressionsrum.

40 Disse forhold kan f.eks. være slidte stempelringe og cylindre, gas passage gennem olieudskillerens oliereturledning, eller opkog af kølemiddel i kompressorens oliesump.

Et yderligere væsentligt forhold kan være anvendelse af højtrykskølemidler som C02, R410 etc. hvor det højere tryk og 45 kølemiddel gassens større massefylde gør trykudligningsgassen i stand til at bære flere og større oliedråber med sig og dermed forøge kompressorens olieforbrug.

3 DK 177037 B1

Ved forbrændingsmotorer kendes indretninger til udskilning af olie fra krumtaphusets udluftningskanal, som af miljøhensyn er ført til forbrændingsmotorens indsugnings system.

Eksempler på sådanne systemer er beskrevet i DE 1978048, DE 5 4214324 og DE 19628812

Disse indretninger angår udskilning af motorolie fra de gasser, der er lækket fra en forbrændingsmotors forbrændingskammer til dens krumtaphus og oliesump. De nævnte skrifter 10 forholder sig imidlertid ikke til stempelkompressorer, hvor der samtidig skal kunne ledes væske fra kompressorens sugeside til oliesumpen.

På stempelkompressorer til køleanlæg er dette forhold af afgørende betydning, da olie og kølemiddel på væskeform fra 15 sugesiden skal kunne drænes til oliesumpen, da disse inkompressible væsker ved indsugning i kompressorens kompressionsrum kan forårsage ødelæggende væskeslag i kompressoren.

I køleanlæg, hvor olien kan opløses i kølemidlet, er det 20 ligeledes normalt, at en mindre mængde olie kastes ud af kompressoren og kommer med sugegassen tilbage til kompressorens oliesump.

25

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende med henvisning til skitserne.

30 Positionsnummer forklaring til figur 1.

Positionsnummer 1. trykudligningskanal.

Positionsnurrmer 2. gasindtag.

Positionsnummer 3. væskeseparationsområde.

35 Positionsnummer 4. drænledning.

Positionsnummer 5. oliesump.

Positionsnurrmer 6. demisterelement.

Figur 1 viser et system i følge opfindelsen til indbygning i 40 en kølekompressor, hvor forbindelsen 1 (trykudlignings kanal) føres til kompressorens sugeside.

Forbindelsen 1 kan udføres således, at olie og kølemiddelvæske drænes fra kompressorens sugeledning til oliesumpen gennem trykudligningsforbindelsen 1 imod trykudligningsgassens 45 strømningsretning videre til drænkanalen 4 hvor den ledes til oliesumpen.

Ved gasindtaget 2 suges trykudligningsgassen med sit indhold af olie ind i systemets væskeseparationsområde 3 gennem 50 demisterelementet 6, som samler olietågen til større dråber, som i den viste udførelsesform udskilles fra kølemiddelgassen 4 DK 177037 B1 i væskeseparationsområdet 3, hvorfra olien drænes til oliesumpen 5 gennem drænledningen 4.

I væskeseparationsområdet 3 er den lave hastighed opnået ved 5 et øget strømningstværsnit og i den viste udførelse tillige ved at fordele gasstrømmen på to kanaler.

Drænledningen 4 udmunder under oliesumpens 5 olieniveau, som derved danner en væskelås, der forhindrer, at kølemiddelgas 10 suges ind i væskeseparationsområdet 3 gennem drænledningen 4.

Positionsnummer forklaring til figur 2.

Positionsnummer 1. trykudligningskanal.

15 Positionsnummer 2. gasindtag.

Positionsnummer 3. væskeseparationsområde Positionsnummer 4. drænledning.

Positionsnummer 5. oliesump.

Positionsnummer 6. demisterelement.

20 Positionsnummer 7. forkammer.

Positionsnummer 8. kompressor.

Positionsnummer 9. sugeledning.

Positionsnummer 10. trykledning.

25 Figur 2 viser et system i følge opfindelsen til påbygning eksternt på en kølekompressor, hvor trykudligningskanalen 1 er forbundet til kompressorens sugeside.

Trykudligningskanalen 1 kan udføres således, at eventuel olie 30 og kølemiddelvæske drænes fra kompressorens sugeledning til oliesumpen gennem trykudligningskanalen 1 og drænkanalen 4.

Ved gasindtaget 2 suges trykudlignings gassen med sit indhold af oliedråber ind i systemets væskeseparationsområde 3 gennem 35 forkammeret 7 og demisterelementet 6, som samler olietågen til større dråber, som i den viste udførelsesform udskilles fra kølemiddelgassen i væskeseparationsområdet 3, hvorfra olien drænes til oliesumpen 5 gennem drænledningen 4.

40 I forkammeret 7 opnås den første grove olieudskillelse ved lav gashastighed, før trykudligningsgassen passerer gennem demisteren pos 6.

Drænledningen 4 udmunder under olie sumpens 5 olieniveau, som 45 derved danner en væskelås, der forhindrer, at gas suges ind i forkammeret 7 gennem drænet.

5

Claims (1)

1. 5 Stempelkompressor med en oliesump, som via en trykudligningsforbindelse er forbundet med den nævnte stempelkompressors sugeside, kendetegnet ved, at den nævnte trykudligningsforbindelse indeholder en væskeudskiller med en væskeafgangskanal, som udmunder i den nævnte oliesump. 10 2. Stempelkompressor i følge krav 1 kendetegnet ved, at den nævnte væskeafgangskanal udmunder under oliesumpens olie niveau. 15 3. Stempelkompressor i følge krav 1 eller 2 kendetegnet ved, at den nævnte væskeudskiller indeholder mindst et demisterelement. 20 4. Stempelkompressor i følge et eller flere af kravene 1-4 kendetegnet ved, at den nævnte væskeudskiller fungerer efter cyklonprincippet. 25 5. Stempelkompressor i følge et eller flere af kravene 1-2 kendetegnet ved, at den nævnte væskeudskiller fungerer efter filterprincippet. 6