WO2013092401A1 - Hubkolbenverdichter und verfahren zum abscheiden von flüssigkeiten, insbesondere öl - Google Patents

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WO2013092401A1
WO2013092401A1 PCT/EP2012/075479 EP2012075479W WO2013092401A1 WO 2013092401 A1 WO2013092401 A1 WO 2013092401A1 EP 2012075479 W EP2012075479 W EP 2012075479W WO 2013092401 A1 WO2013092401 A1 WO 2013092401A1
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WO
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chamber
machine shaft
reciprocating compressor
gas
oil
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/075479
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English (en)
French (fr)
Inventor
Armin Hafner
Petter NEKSAR
Peter Giese
Christian SCHMÄLZLE
Frank Obrist
Original Assignee
Obrist Engineering Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component 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
    • F04B39/16—Filtration; Moisture separation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component 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
    • F04B39/04—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/026—Lubricant separation

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating compressor with a separator and a method for separating oil in a reciprocating compressor.
  • the invention relates in particular to reciprocating compressors for compressing C0 2 , which is used as a working medium for a cooling system or air conditioning.
  • the object of the invention is to provide a reciprocating compressor, which avoids contamination of the working medium to be compressed, in particular C0 2 gas, or at least reduced. Furthermore, an efficient method for separating oil is to be specified.
  • a reciprocating compressor with a housing which encloses a drive space and a compressor space and has a gas inlet open to the drive chamber.
  • the gas inlet opens coaxially to a machine shaft in a separator rotor, which is arranged within a cylindrical deposition chamber.
  • the separator rotor further comprises at least one rotatably connected to the machine shaft annular flange which carries a plurality of separation plates. These extend substantially radially and parallel to the machine shaft in the deposition chamber. Between the separation plates and an inner circumferential wall of the separation chamber, a gap for discharging oil is provided.
  • the object is achieved in that a gas-oil mixture introduced into the deposition chamber via the gas inlet is guided by the rotating separation rotor along the separation plates into a helical flow path such that the oil is centrifugally displaced to the inner peripheral Wall of the deposition chamber is urged and is discharged against a flow direction of the gas-oil mixture from the deposition chamber.
  • gas flowing into the drive space is directed into a helical flow path.
  • the case acting on the gas or gas-oil mixture centrifugal force causes impurities, especially oil, are urged against the inner peripheral wall of the deposition chamber.
  • the gas can flow freely to a gas outlet.
  • the components forced against the inner wall are conducted in the direction of the gap formed between the separating rotor and the separating chamber due to gravity or due to flow influences and leave the separating chamber via this.
  • Fig. 1 a cross-sectional view of a reciprocating compressor according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view of the drive space of the reciprocating compressor according to FIG. 1;
  • Fig. 3 a perspective view of the separator rotor of the reciprocating compressor according to FIG. 1;
  • Fig. 4 a side view of a machine shaft of the reciprocating compressor according to FIG. 1, wherein the machine shaft is cut at the level of a through hole;
  • Fig. 5 shows a sectional view of the machine shaft according to FIG. 4 along the line AA; and 6 shows a perspective view of a separator rotor of the reciprocating compressor according to an alternative embodiment.
  • Fig. 1 shows a reciprocating compressor in a preferred embodiment as a radial piston compressor according to an embodiment of the invention.
  • the reciprocating compressor has a housing 1 designed for CO 2 compressor pressures, which encloses a drive chamber 10 and a compressor chamber 20.
  • the drive chamber 10 and the compressor chamber 20 are separated by a partition wall 6 of the housing 1 from each other.
  • Through the drive chamber 10 and the compressor chamber 20 extends a machine shaft 2, which is rotatably mounted in three shaft bearings 23.
  • the shaft bearings 23 are associated with the compressor chamber 20 and spaced from each other in the housing 1 integrated. By this three-point bearing acting on the machine shaft 2 strong bending loads are safely absorbed.
  • the cylinders 21 of the reciprocating compressor are arranged, in which with the machine shaft 2 articulated piston 22 run.
  • the compression work is performed, ie, the working fluid, such as C0 2 gas, is compressed.
  • a drive motor 12 is arranged, which is preferably designed as an electric motor, in particular permanent magnet motor.
  • a cylindrical Abscheidehunt 30 is provided within the drive motor 12.
  • the deposition chamber 30 extends at least partially through the drive motor 12 and is arranged coaxially thereto, which contributes to the compact design of the reciprocating compressor.
  • the housing 1 further has a gas inlet 11, which is open to the drive chamber 10.
  • the gas inlet 11 opens into the separation chamber 30 within the drive chamber 10.
  • the gas inlet 11 is arranged coaxially with the engine shaft 2 and terminates in a separation rotor 31 arranged in the separation chamber 31.
  • a separation rotor 31 arranged in the separation chamber 31.
  • the baffle plate 15 is disposed downstream of the end of the gas inlet 11.
  • the separator rotor 31 is non-rotatably connected to the machine shaft 2, so that the separator rotor 31 with the machine shaft 2 due to the drive motor 12th rotates.
  • the arrangement of the separator rotor 31 within the separation chamber 30 is well visible in the detail view of FIG.
  • the separator rotor 31 at least a first annular flange 32 and a second annular flange 34, which are interconnected by Abscheideplatten 33, wherein the Abscheideplatten 33 are oriented radially to a rotational axis of the Abscheiderotors 31.
  • the first annular flange 32 When installed, the first annular flange 32 is fixedly connected to the machine shaft 2 and carries a plurality of separation plates 33 and Abscheidehoffl which extend substantially radially into the deposition chamber 30 and are oriented radially and parallel to the axis of the machine shaft 2.
  • the separating plates 33 connect the first annular flange 32 to a second annular flange 34.
  • the second annular flange 34 faces the gas inlet 1.
  • the outlet openings 37 provided on the machine shaft 2 facing the first annular flange 32.
  • FIG. 6 An alternative variant of the separator rotor 31 or impeller is shown in FIG. 6 shown.
  • This separator rotor 31 is designed as a sheet metal impeller, wherein the separating plates 33 and separating wings are formed by edge edges 39 of the annular flange 32.
  • the annular flange 32 is cut out on its circumference substantially L-shaped.
  • the L-shaped cut edge portions 39 are bent perpendicular to the annular flange 32 and on the one hand form the separation plates 33 and on the other hand, the outlet openings 37 free.
  • the outlet openings 37 are formed in this type of separating rotor 31 by opening to the periphery of the annular flange 32 Ausappelu.
  • the annular flange 32 is rotatably connected in the installed state of the impeller coupler with the machine shaft 2.
  • the separation wings or separation plates 33 point in the installed state in the direction of the gas inlet 11.
  • the separator rotor 31 is connected to the machine shaft 2 such that at least one of the outlet openings 37 is aligned with a gas outlet 13.
  • a plurality of gas outlets 13 are preferably arranged, each of which 37 are aligned with a Auslassöffnu.
  • Each of the gas outlets 13 is, as shown in Fig. 2, arranged eccentrically to the machine shaft 2 in the rotor 16 of the drive motor 12. In operation, the gas outlet 13 rotates together with the engine shaft 2 and the separator rotor 31, so that the aligned arrangement between the outlet port 37 and the gas outlet 13 is maintained.
  • the gas outlet 13 has a distance to an inner peripheral wall 35 of the deposition chamber 30.
  • a step 38 is formed between the gas outlet 13 and the inner peripheral wall 35 of the deposition chamber 30.
  • the step 38 prevents accumulating deposited substances on the inner peripheral wall 35 from entering the gas outlet 13 and thus the gas circulation.
  • the gas outlet 13 carries the purified gas from the separation chamber 30 into the working space 10. From there, the gas passes via a gas line into the cylinders 21 in the compressor space 20.
  • the separator rotor 31 thus has an outer diameter which is smaller than the inner diameter of the deposition chamber 30.
  • the gap 36 formed between the separator rotor 31 and the deposition chamber 30, which is present in particular in the form of an annular gap, enables deposited substances to run along the inner wall 35 against the flow direction of the gas out of the separation chamber 30. Via a return opening 7 provided in the partition wall 6, the separated oil, including any impurities, can flow back into an oil collecting area of the compressor chamber 20.
  • the separator rotor 31 or oil separator works as follows:
  • the gas flowing in via the gas inlet 11, which is mixed with oil particles, is guided by the rotation of the separator rotor 31 into a helical flow path.
  • the solids or liquid substances contained in the gas, in particular the oil are forced outward against the inner circumferential wall 35.
  • the oil freed from the gas flows via the Auslassöffnu lengths 37 in the first annular flange 32 and the gas outlet 13 to the cylinders 21 in the compressor chamber 20.
  • the separated oil flows along the inner peripheral wall 35 against the flow direction of the gas and leaves the deposition chamber 30 at the machine shaft. 2 opposite end.
  • an additional oil separator may be provided, which is preferably designed in the form of a bore 3 guided through the machine shaft 2.
  • the guided through the machine shaft 2 bore 3 comprises a radial portion 4 and a connecting portion 5.
  • the radial portion 4 opens into the compressor chamber 20 and extends radially through the machine shaft 2.
  • the connecting portion 5 of the bore 3 extends obliquely through the machine shaft 2 and opens in the drive space 10.
  • two holes 3 are provided with a common radial portion 4.
  • the radial section 4 strikes within the machine shaft 2 on two obliquely extending connecting sections 5, as shown in FIG. 5 is clearly visible.
  • the separator rotor 31 in conjunction with the bore 3 guided through the machine shaft 2 it is achieved that the gas introduced into the cylinders 21 of the reciprocating compressor is substantially free of oil or oil mist.
  • the rotation of the machine shaft 2 generated by the drive motor 12 is advantageously used.
  • the amount of oil is reduced on the suction side of the reciprocating compressor, so that the proportion of oil or other foreign matter in the gas cycle of the entire system minimized and the overall efficiency is increased.
  • the reciprocating compressor is preferably designed as a six-cylinder radial piston compressor. This radial piston compressor has three radially offset cylinder banks, each with two cylinders 21.
  • the cylinder bank angle may be between 50 degrees and 70 degrees, preferably 60 degrees.
  • the drive motor 12 may be designed for an electrical line of at least 50 kW, in particular at least 60 kW, in particular at least 70 kW, in particular at least 75 kW.
  • the speed range in operation between 300 U / min and 5000 U / min, in particular between 400 U / min and 4500 U / min, in particular between 500 U / min and 4000 U / min.
  • the compression ratio may vary between 1: 5 and 1:10 and preferably be 1: 8.
  • the reciprocating compressor is advantageously used as part of an air conditioner, a refrigerator or a heat pump.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenverdichter mit einem Gehäuse (1), das einen Antriebsraum (10) und einen Verdichterraum (20) umschließt und einen zum Antriebsraum (10) geöffneten Gaseinlass (11) aufweist, der koaxial zu einer Maschinenwelle (2) in einen Abscheiderotor (31) mündet, der innerhalb einer zylinderförmigen Abscheidekammer (30) angeordnet ist und wenigstens einen, mit der Maschinenwelle (2) drehfest verbundenen Ringflansch (32) aufweist, der mehrere Abscheideplatten (33) trägt, die sich im Wesentlichen radial und parallel zur Maschinenwelle (2) in die Abscheidekammer (30) erstrecken, und wobei zwischen den Abscheideplatten (33) und einer Innenumfangswandung (35) der Abscheidekammer ein Spalt (36) zum Abführen von abgeschiedenem Öl vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden von Öl aus einem Gas-Öl-Gemisch.

Description

Hubkolbenverdichter u nd Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeiten,
insbesondere Öl
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenverdichter mit einem Abscheiderotor sowie ein Verfahren zum Abscheiden von Öl in einem Hubkolbenverdichter. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Hubkolbenverdichter zum Verdichten von C02, das als Arbeitsmedium für eine Kühlanlage bzw. Klimaanlage genutzt wird.
Bekanntermaßen werden bewegliche Teile eines Hubkolbenverdichters mit Öl geschmiert, das teilweise durch das im Gehäuse des Hubkolbenverdichters strömende Arbeitsmedium in den Verdichterkreislauf eingetragen wird . Dies verschlechtert den Wirkungsgrad des Hubkolbenverdichters bzw. der gesamten Klimaanlage.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hubkolbenverdichter anzugeben, der eine Verunreinigung des zu verdichtenden Arbeitsmediums, insbesondere C02-Gases, vermeidet oder zumindest reduziert. Ferner soll ein effizientes Verfahren zum Abscheiden von Öl angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hubkolbenverdichter mit einem Gehäuse gelöst, das einen Antriebsraum und einen Verdichterraum umschließt und einen zum Antriebsraum geöffneten Gaseinlass aufweist. Der Gaseinlass mündet koaxial zu einer Maschinenwelle in einen Abscheiderotor, der innerhalb einer zylinderförmigen Abscheidekammer angeordnet ist. Der Abscheiderotor weist ferner wenigstens einen drehfest mit der Maschinenwelle verbundenen Ringflansch auf, der mehrere Abscheideplatten trägt. Diese erstrecken sich im Wesentlichen radial und parallel zur Maschinenwelle in die Abscheidekammer. Zwischen den Abscheideplatten und einer Innenumfangswandung der Abscheidekammer ist au ßerdem ein Spalt zum Abführen von Öl vorgesehen.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein über den Gaseinlass in die Abscheidekammer eingeleitetes Gas-Öl-Gemisch durch den rotierenden Abscheiderotor entlang der Abscheideplatten in eine helixförmige Strömungsbahn geleitet wird derart, dass das Öl zentrifugal an die Innenumfangs- wandung der Abscheidekammer gedrängt wird und entgegen einer Strömungsrichtung des Gas-Öl-Gemischs aus der Abscheidekammer abgeführt wird .
Durch den mit der Maschinenwelle drehfest verbundenen Abscheiderotor, der folglich mit der Maschinenwelle rotiert, wird in den Antriebsraum einströmendes Gas in eine helixförmige Strömungsbahn gelenkt. Die dabei auf das Gas bzw. Gas- Öl-Gemisch einwirkende Zentrifugalkraft bewirkt, dass Verunreinigungen, insbesondere Öl, gegen die Innenumfangswandung der Abscheidekammer gedrängt werden. Das Gas kann hingegen frei zu einem Gasauslass strömen. Die an die Innenwandung gedrängten Bestandteile werden aufgrund der Schwerkraft oder durch Strömungseinflüsse in Richtung des zwischen dem Abscheiderotor und der Abscheidekammer gebildeten Spalts geleitet und verlassen über diesen die Abscheidekammer.
Bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen :
Fig . 1 : eine Querschnittsansicht eines Hubkolbenverdichters nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig . 2 : eine Detailansicht des Antriebsraums des Hubkolbenverdichters gemäß Fig . 1;
Fig . 3 : eine perspektivische Ansicht des Abscheiderotors des Hubkolbenverdichters gemäß Fig. 1;
Fig . 4: eine Seitenansicht einer Maschinenwelle des Hubkolbenverdichters gemäß Fig . 1, wobei die Maschinenwelle auf Höhe einer Durchgangsbohrung geschnitten ist;
Fig . 5 : eine Schnittansicht der Maschinenwelle gemäß Figur 4 entlang der Linie A-A; und Fig. 6: eine perspektivische Ansicht eines Abscheiderotors des Hubkolbenverdichters nach einem alternativen Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt einen Hubkolbenverdichter in bevorzugter Ausgestaltung als Radialkolbenverdichter nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Der Hubkolbenverdichter weist ein für C02-Verdichterdrücke ausgelegtes Gehäuse 1 auf, das einen Antriebsraum 10 und einen Verdichterraum 20 umschließt. Der Antriebsraum 10 und der Verdichterraum 20 sind durch eine Trennwand 6 des Gehäuses 1 voneinander separiert. Durch den Antriebsraum 10 und den Verdichterraum 20 erstreckt sich eine Maschinenwelle 2, die in drei Wellenlagern 23 rotierend gelagert ist. Die Wellenlager 23 sind dem Verdichterraum 20 zugeordnet und voneinander beabstandet in das Gehäuse 1 integriert. Durch diese Dreipunkt- Lagerung werden auf die Maschinenwelle 2 einwirkende starke Biegebelastungen sicher aufgenommen. Zwischen den Wellenlagern 23 sind die Zylinder 21 des Hubkolbenverdichters angeordnet, in welchen mit der Maschinenwelle 2 gelenkig verbundene Kolben 22 laufen. Innerhalb der Zylinder 21 wird die Verdichtungsarbeit verrichtet, d.h. das Arbeitsmedium, beispielsweise C02-Gas, wird verdichtet.
Im Antriebsraum 10 ist ein Antriebsmotor 12 angeordnet, der vorzugsweise als Elektromotor, insbesondere Permanentmagnetmotor, ausgebildet ist. Innerhalb des Antriebsmotors 12 ist eine zylinderförmige Abscheidekammer 30 vorgesehen. Die Abscheidekammer 30 erstreckt sich zumindest teilweise durch den Antriebsmotor 12 und ist koaxial zu diesem angeordnet, was zur kompakten Bauweise des Hubkolbenverdichters beiträgt.
Das Gehäuse 1 weist ferner einen Gaseinlass 11 auf, der zum Antriebsraum 10 geöffnet ist. Der Gaseinlass 11 mündet in die Abscheidekammer 30 innerhalb des Antriebsraums 10. Der Gaseinlass 11 ist koaxial zur Maschinenwelle 2 angeordnet und endet in einem in der Abscheidekammer 30 angeordneten Abscheiderotor 31. Um die Einleitung des über den Gaseinlass 11 einströmendne Gases in den rotierenden Abscheiderotor 31 zu verbessern, weist der Gaseinlass 11 am der Maschinenwelle 2 zugewandeten Ende Seitenöffnungen 14 und eine kegelförmige Prallplatte 15 auf. Die Prallplatte 15 ist strömungsabwärts am Ende des Gaseinlasses 11 angeordnet.
Der Abscheiderotor 31 ist drehfest mit der Maschinenwelle 2 verbunden, so dass der Abscheiderotor 31 mit der Maschinenwelle 2 aufgrund des Antriebsmotors 12 rotiert. Die Anordnung des Abscheiderotors 31 innerhalb des Abscheideraums 30 ist gut in der Detailansicht gemäß Fig. 2 erkennbar.
Die Konstruktion des Abscheiderotors 31 ergibt sich aus Fig . 3. Demnach weist der Abscheiderotor 31 wenigstens einen ersten Ringflansch 32 und einen zweiten Ringflansch 34 auf, die durch Abscheideplatten 33 miteinander verbunden sind, wobei die Abscheideplatten 33 radial zu einer Rotationsachse des Abscheiderotors 31 orientiert sind .
Im eingebauten Zustand ist der erste Ringflansch 32 mit der Maschinenwelle 2 fest verbunden und trägt mehrere Abscheideplatten 33 bzw. Abscheideflügel, die sich im Wesentlichen radial in die Abscheidekammer 30 erstrecken bzw. radial und parallel zur Achse der Maschinenwelle 2 orientiert sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 verbinden die Abscheideplatten 33 den ersten Ringflansch 32 mit einem zweiten Ringflansch 34. Der zweite Ringflansch 34 ist dem Gaseinlass 1 zugewandt. Gut erkennbar sind in Fig. 3 die am der Maschinenwelle 2 zugewandten ersten Ringflansch 32 vorgesehenen Auslassöffnungen 37.
Eine alternative Variante des Abscheiderotors 31 bzw. Impellers ist in Fig . 6 dargestellt. Dieser Abscheiderotor 31 ist als Blechimpeller ausgeführt, wobei die Abscheideplatten 33 bzw. Abscheideflügel durch Umkanten von Randabschnitten 39 des Ringflanschs 32 gebildet sind. Mit anderen Worten ist der Ringflansch 32 auf seinem Umfang im Wesentlichen L-förmig ausgeschnitten. Die L-förmig freigeschnittenen Randabschnitte 39 sind senkrecht zum Ringflansch 32 umgebogen und bilden einerseits die Abscheideplatten 33 und legen andererseits die Auslassöffnungen 37 frei. Die Auslassöffnungen 37 sind bei dieser Art des Abscheiderotors 31 durch zum Umfang des Ringflanschs 32 geöffnete Ausnehmu ngen gebildet. Der Ringflansch 32 ist im eingebauten Zustand des Impel lers mit der Maschinenwelle 2 drehfest verbunden. Die Abscheideflügel bzw. Abscheideplatten 33 weisen im eingebauten Zustand in Richtung des Gaseinlasses 11.
Innerhalb des Hubkolbenverdichters ist der Abscheiderotor 31 derart mit der Maschinenwelle 2 verbunden, dass wenigstens eine der Auslassöffnungen 37 mit einem Gasauslass 13 fluchtet. Innerhalb des Antriebsmotors 12 sind vorzugsweise mehrere Gasauslässe 13 angeordnet, die jeweils mit einer Auslassöffnu ng 37 fluchten. So ist ein ununterbrochener Gasstrom durch die Abscheidekammer 30 gewährleistet. Jeder der Gasauslässe 13 ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, exzentrisch zur Maschinenwelle 2 im Läufer 16 des Antriebsmotors 12 angeordnet. Im Betrieb rotiert der Gasauslass 13 gemeinsam mit der Maschinenwelle 2 und dem Abscheiderotor 31, so dass die fluchtende Anordnung zwischen der Auslassöffung 37 und dem Gasauslass 13 beibehalten wird . Der Gasauslass 13 weist zu einer Innenumfangs- wandung 35 der Abscheidekammer 30 einen Abstand auf. Mit anderen Worten ist zwischen dem Gasauslass 13 und der Innenumfangswandung 35 der Abscheidekammer 30 eine Stufe 38 gebildet. Die Stufe 38 verhindert, dass sich an der Innenumfangswandung 35 sammelnde abgeschiedene Stoffe in den Gasauslass 13 und somit in den Gaskreislauf gelangen. Der Gasauslass 13 führt das gereinigte Gas von der Abscheidekammer 30 in den Arbeitsraum 10. Von dort gelangt das Gas über eine Gasleitung in die Zylinder 21 im Verdichterraum 20.
Zwischen den Abscheideplatten 33 und der Innenumfangswandung 35 der Abscheidekammer 30 ist ein Spalt 36 gebildet. Der Abscheiderotor 31 weist also einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmesser der Abscheidekammer 30 ist. Der zwischen dem Abscheiderotor 31 und der Abscheidekammer 30 gebildete Spalt 36, der insbesondere in Form eines Ringspalts vorliegt, ermöglicht es, dass abgeschiedene Stoffe entlang der Innenu mfangswandung 35 gegen die Strömungsrichtu ng des Gases aus der Abscheidekammer 30 ablaufen. Über eine in der Trennwand 6 vorgesehene Rückführöffnung 7 kann das abgeschiedene Öl einschließlich etwaiger Verunreinigungen in einen Ölsammelbereich des Verdichterraums 20 zurückfließen.
Der Abscheiderotor 31 bzw. Ölabscheider funktioniert wie folgt:
Das über den Gaseinlass 11 einströmende Gas, das mit Ölpartikeln versetzt ist, wird durch die Rotation des Abscheiderotors 31 in eine helixförmige Strömungsbahn geleitet. Durch die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte werden die im Gas enthaltenen Fest- oder Flüssigstoffe, insbesondere das Öl, nach außen gegen die Innenumfangswandung 35 gedrängt. Das vom Öl befreite Gas strömt über die Auslassöffnu ngen 37 im ersten Ringflansch 32 und den Gasauslass 13 zu den Zylindern 21 im Verdichterraum 20. Das abgeschiedene Öl fließt entlang der Innenumfangswandung 35 gegen die Strömungsrichtung des Gases und verlässt die Abscheidekammer 30 an dem der Maschinenwelle 2 gegenüberliegenden Ende. Unter Einfluss der Schwerkraft gelangt das abgeschiedene Öl durch die Rückführöffnung 7 in der Trennwand 6 in den Verdichterraum 20, insbesondere in einen Ölsammelbereich des Verdichterraums 20. Um zu verhindern, dass aus dem Verdichterraum 20 Öl in den Antriebsraum 10 gelangt, kann ein zusätzlicher Olabscheider vorgesehen sein, der vorzugsweise in Form einer durch die Maschinenwelle 2 geführten Bohrung 3 ausgeführt ist.
In den Figuren 4 und 5 ist diese Art des zusätzlichen Ölabscheiders dargestellt. Die durch die Maschinenwelle 2 geführte Bohrung 3 umfasst einen radialen Abschnitt 4 und einen Verbindungsabschnitt 5. Der radiale Abschnitt 4 mündet in den Verdichterraum 20 und erstreckt sich radial durch die Maschinenwelle 2. Der Verbindungsabschnitt 5 der Bohrung 3 verläuft schräg durch die Maschinenwelle 2 und mündet in den Antriebsraum 10. Vorzugsweise sind zwei Bohrungen 3 mit einem gemeinsamen radialen Abschnitt 4 vorgesehen. Der radiale Abschnitt 4 trifft innerhalb der Maschinenwelle 2 auf zwei schräg verlaufende Verbindungsabschnitte 5, wie in Fig . 5 gut erkennbar ist.
Durch die Bohrung in der Maschinenwelle 2 besteht eine Fluidverbindung zwischen dem Verdichterraum 20 und dem Antriebsraum 10. Unter Einfluss der Zentrifugalkraft, die innerhalb des mit der Maschinenwelle 2 um deren Achse rotierenden radialen Abschnitts 4 der Bohrung 3 wirkt, werden Fest- oder Flüssigstoffe aus dem durch die die Bohrung 3 strömenden Gases abgeschieden. Die abgeschiedenen Stoffe bzw. die abgeschiedenen Ölpartikel verlassen die Bohrung 3 über die Mündung in den Verdichterraum 20. Somit besteht innerhalb der Bohrung 3 im Betrieb des Hubkolbenverdichters eine gegenläufige Strömung von Gas und abgeschiedenem Öl . Während das Gas über den radialen Abschnitt 4 durch die Verbindungsabschnitte 5 in den Antriebsraum 10 gelangt, wird das Öl innerhalb der Bohrung 3 aus dem Gas gelöst und vom Verbindungsabschnitt 5 über den radialen Abschnitt 4 in den Verdichterraum 20 zurückgeführt.
Durch die zuvor beschriebene Konstruktion, insbesondere den Abscheiderotor 31 in Verbindung mit der durch die Maschinenwelle 2 geführten Bohrung 3, wird erreicht, dass das in die Zylinder 21 des Hubkolbenverdichters eingeleitete Gas im Wesentlichen öl- bzw. ölnebelfrei ist. Für die Ölabscheidung wird die vom Antriebsmotor 12 erzeugte Rotation der Maschinenwelle 2 vorteilhaft genutzt. Dabei wird die Ölmenge auf der Saugseite des Hubkolbenverdichters reduziert, so dass der Anteil an Öl oder sonstigen Fremdstoffen im Gaskreislauf des Gesamtsystems minimiert und der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird. Der Hubkolbenverdichter ist vorzugsweise als Sechs-Zylinder-Radialkolbenverdichter ausgeführt. Dieser Radialkolbenverdichter weist drei radial versetzte Zylinderbänke mit jeweils zwei Zylindern 21 auf. Der Zylinderbankwinkel kann zwischen 50 Grad und 70 Grad, vorzugsweise 60 Grad betragen. Der Antriebsmotor 12 kann für eine elektrische Leitung von wenigstens 50kW, insbesondere wenigstens 60kW, insbesondere wenigstens 70kW, insbesondere wenigstens 75kW, ausgelegt sein. Vorzugsweise beträgt der Drehzahlbereich im Betrieb zwischen 300 U/min und 5000 U/min, insbesondere zwischen 400 U/min und 4500 U/min, insbesondere zwischen 500 U/min und 4000 U/min. Das Verdichtungsverhältnis kann zwischen 1 : 5 und 1 : 10 variieren und vorzugsweise 1 :8 betragen. Der Hubkolbenverdichter wird vorteilhaft als Teil einer Klimaanlage, eines Kühlgeräts oder einer Wärmepumpe eingesetzt.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Maschinenwelle
3 Bohrung
4 radialer Abschnitt
5 Verbindungsabschnitt
6 Trennwand
7 Rückführöffnung
10 Antriebsraum
11 Gaseinlass
12 Antriebsmotor
13 Gasauslass
14 Seitenöffnung
15 Prallplatte
16 Läufer
20 Verdichterraum
21 Zylinder
22 Kolben
23 Wellenlager
30 Abscheidekammer
31 Abscheiderotor
32 erster Ringflansch
33 Abscheideplatte
34 zweiter Ringflansch Innenumfangswandung Spalt
Auslassöffnung
Stufe
Randabschnitt

Claims

Ansprüche
1. Hubkolbenverdichter mit einem Gehäuse (1), das einen Antriebsraum (10) und einen Verdichterraum (20) umschließt und einen zum Antriebsraum (10) geöffneten Gaseinlass (11) aufweist, der koaxial zu einer Maschinenwelle (2) in einen Abscheiderotor (31) mündet, der innerhalb einer zylinderförmigen Abscheidekammer (30) angeordnet ist und wenigstens einen, mit der Maschinenwelle (2) drehfest verbundenen Ringflansch (32) aufweist, der mehrere Abscheideplatten (33) trägt, die sich im Wesentlichen radial und parallel zur Maschinenwelle (2) in die Abscheidekammer (30) erstrecken, wobei zwischen den Abscheideplatten (33) und einer Innenumfangswandung (35) der Abscheidekammer ein Spalt (36) zum Abführen von abgeschiedenem Öl vorgesehen ist.
2. Hubkolbenverdichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf einer dem Verdichterraum (20) zugewandten Seite der Abscheidekammer (30) und exzentrisch zur Maschinenwelle (2) ein Gasauslass (13) vorgesehen ist, der beabstandet von der Innenumfangswandung (35) der Abscheidekammer (30) angeordnet ist.
3. Hubkolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringflansch (32) mehrere Auslassöffnungen (37) aufweist, die jeweils fluchtend mit dem Gasauslass (13) angeordnet sind.
4. Hubkolbenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Abscheidekammer (30) zumindest teilweise durch einen Antriebsmotor (12) erstreckt.
5. Hubkolbenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antriebsraum (10) und der Verdichterraum (20) durch eine durch die Maschinenwelle (2) geführte Bohrung (3) fluidverbunden sind, die sich im Verdichterraum (20) zumindest abschnittsweise radial durch die
Maschinenwelle (2) erstreckt.
6. Hubkolbenverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Maschinenwelle durch wenigstens drei Wellenlager (23) gestützt ist, die beabstandet zueinander im Verdichterraum (20) angeordnet sind.
7. Verfahren zum Abscheiden von Öl in einem Hubkolbenverdichter nach
einem der Ansprüche 1-6, wobei ein über den Gaseinlass (11) in die Abscheidekammer (30) eingeleitetes Gas-Öl-Gemisch durch den
rotierenden Abscheiderotor (31) entlang der Abscheideplatten (33) in eine helixförmige Strömungsbahn geleitet wird derart, dass das Öl zentrifugal an die Innenumfangswandung (35) der Abscheidekammer (30) gedrängt wird und entgegen einer Strömungsrichtung des Gas-Öl-Gemischs aus der Abscheidekammer (30) abgeführt wird.
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