DE2209883B2

DE2209883B2 - Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung für eine Kälteanlage

Info

Publication number: DE2209883B2
Application number: DE2209883A
Authority: DE
Inventors: John J. Dearborn Heights Mich. Lawser (V.St.A.)
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1971-03-02
Filing date: 1972-03-01
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2209883A1; US3778984A; DE2209883C3; JPS5510300B1; CA955765A; GB1346514A

Description

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung, die bei einfachem Aufbau eine hohe Trennwirkung ergibt

Diese Aufgabe wird, ausgehend ve: einer Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß die Siebeinrichtung aus einem zylindrischen Drahtnetz gebildet ist das innerhalb der Prallfläche konzentrisch und mit Abstand zu dieser angeordnet, an seinem unteren Ende durch ein an dem Drahtnetz befestigtes Endabsperrglied verschlossen und an seinem oberen Ende mit einem zylindrischen Einsatzstück verbunden ist das an der oberen Stirnwand des Gehäuses befestigt ist und eine koaxial zum zylindrischen Gehäuse angeordnete, den Gasauslaß aufnehmende öffnung aufweist, wobei innerhalb des zylindrischen Drahtnetzes eine Schraubenfeder angeordnet ist, die sich einerseits an dem Endabsperrglied und andererseits an dem Einsatzstück abstützt und deren Außendurchmesser wenigstens nahezu gleich dem Innendurchmesser des zylindrischen Drahtmetzes ist, das ferner die Prallfläche mit ihrem oberen Rand an einer zylindrischen Ausprägung der oberen Stirnwand des Gehäuses anliegt und befestigt ist, und daß ein zweites Sieb im Schmiermittel-Sammelraum vorgesehen ist das sich quer über die Grundfläche des Sammelraumteils erstreckt.

Die Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung der Erfindung erzielt bei einfacher Anordnung selbst bei relativ großen ölmengen, die für Drehkompressoren erforderlich sind, eine hervorragende Trennwirkung.

Die verbesserte Trennvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt zwei Hautkammern, von denen eine eine Wirbelkammer ist, die das Gemisch aus öl und Kältemittel aufnimmt.

Direkt unterhalb der Wirbelkammer ist ein Sammelraum angeordnet, der in der Wirbelkammer abzentrifugiertes öl aufnimmt. Ein zylindrisches Drahtnetz befindet sich im Zentralbereich der Wirbelkammer, wo es durch die Zentrifugierwirkung der Wirbelkammer abgetrenntes Kältemittelgas sammeln kann. Über dem Drahtnetz ist eine Prallfläche konzentrisch angeordnet, um Kurzschluß oder Sekundärfluß der Flüssigkeit direkt von der Einlaßseite der Trennvorrichtung zu dem Drahtnetz zu verhindern. Die Axialabmessungen der Prallfläche und des Drahtnetzes sind so gewählt, daß sie zu keiner Zeit niedriger sind als das Flüssigkeitsniveau in dem Sammelraum.

Wenn sich der Cyclus in Ruhestellung befindet, sammeln sich Kältemittel in flüssiger Form und öl in flüssiger Form in dem Sammelraum. Das Kältemittel besitzt ein höheres spezifisches Gewicht als öl. Daher steigt das öl zu einem Niveau in Nähe des einen Endes des Drahtnetzes und der Prallfläche. Die Prallfläche und das zylindrische Drahtnetz können so ausgebildet sein, daß ihre Kapazität ausreicht, um sich der Wirbelwirkung anzupassen, während gleichzeitig ein direktes Eintauchen der Prallfläche und des Drahtnetzes in das oberste Flüssigkeitsniveau in dem Sammelraum verhindert werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert, in denen

F i g. 1 in schematischer Form einen Kühlcyclus für ein Autoklimaanlagesystem unter Verwendung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung,

Fig.2 die erfindungsgemäße Trennvorrichtung im Querschnitt,

Fig.3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, welche die Trennvorrichtung der F i g. 2, gesehen von der Ebene der Schnittlinie 3-3 der F i g. 2 zeigt und

Fig.4 einen Querschnitt längs der Ebene der Schnittlinie 4-4 der F i g. 3 wiedergeben.
Fig. 1 gibt bei 10 einen Drehkolbenkompressor wieder, der aufeinanderpassende rotierende Getriebeelemente aufweist, wodurch eine Gasverschiebung von der Einlaßleitung 12 zur Auslaßleitung 14 herbeigeführt wird Leitung 12 nimmt Niederdruck-Kältemittelgas vom Verdampfer 16 auf, und Leitung 14 nimmt

ίο komprimiertes Kältemittelgas und verspiühtes öl auf. Das öl wird durch Ölleitung 18 zu dem Drehkolbenkompressor geführt, der mit der Auslaßseite eines ölkühlers 20 verbunden ist Dieser ölkühler kann angrenzend an den Kondensator 23 angeordnet sein, der einen Teil des Kältemittelkreislauf bildet Teile der Kühlschlange für den Kondensator 23 können aus dem Kältemittelkreislauf isolier: werden und stattdessen als ein ölkühlkreislauf verwendet werden. Dadurch wird die Notwendigkeit beseitigt einen getrennten ölkühler 20 vorzusehen. In jedem Fall wird das an die Ölleitung gelieferte öl dadurch gekühlt daß Luft über Kühlschlangen geleitet wird, durch die das öl fließt

Die von dem Kompressor führende Abzugsleitung erstreckt sich zu der Trennvorrichtung gemäß der Erfindung, die schematisch in Fig. 1 durch die Bezugszahl 22 wiedergegeben ist. Das von öl gereinigte Kältemittelgas wird durch Leitung 24 zu der Einlaßseite des Kondensators 23 geleitet. Die Auslaßseite des Kondensators 23 steht über Leitung 24 mit dem

jo Verdampfer 16 in Verbindung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden etwa 3,8 bis 5,71 öl je Minute von der Trennvorrichtung zu der Einlaßseite des ölkühlers durch Leitung 26 geleitet. In dieser Leitung kann gegebenenfalls ein Filter 28 angeordnet sein.

Das zu dem Komßressor über die Leitung 12 geleitete Niederdruckgas kann eine Temperatur von etwa 18°C aufweisen. Wenn es komprimiert und mit dem öl vermischt wird, erhöht sich seine Temperatur auf 93° C und sein Druck steigt auf etwa 14 Bar bei 500 Upm. Ein leichter Temperaturabfall tritt auf, wenn das öl abgetrennt und durch Leitung 26 zu der Einlaßseite des Ölkühlers rückgeführt wird. Die Temperatur des Öls an der Auslaßseite des ölkühlers kann etwa 74⁰C betragen.

Die Kondensator-Einlaßtemperatur liegt etwa 2 bis 3°C niedriger als die Auslaßtemperatur des Kompressors. Die Auslaßtemperatur für den Kondensator ist etwa 33° C niedriger als seine Einlaßtemperatur. Das Kondensat wandert unter Druck durch die in Leitung 24 befindliche Strömungsverengungsöffnung 30, wodurch der Druck vermindert wird und die Flüssigkeit in den Verdampfer 16 verdampfen kann.

Im Gegensatz zu hin- und hergehenden Kolbenkompressoren, die lediglich etwa 1 bis 4% öl im Kältemittel enthalten, wird in dem in F i g. 1 erläuterten Kreislauf eine relativ große Menge öl in verdampfter Form verwendet. Eine größere Menge öl ist in dem Kreislauf wegen des Drehkolbenkompressors erforderlich, der einen Bedarf an einer größeren Menge öl zur

Abdichtung erfordert. Das öl selbst ist vorzugsweise ein synthetisches Schmiermittel mit geringer Löslichkeit für das Kältemittel. Wegen der für irgendein gegebenes Volumen Kältemittel erforderlichen größeren Menge Ol wird das Problem der Abtrennung wichtiger. Dieser

b5 Abtrennungsvorgang wird aufgrund der Erfindung ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung enthält ein Gehäuse 32, das in zwei Teilen 34 und 36 ausgebildet

sein kann. Jeder Teil bildet einen Teil eines Zylinders. Sie sind überlappt angeordnet, um eine Schweißverbindung bei 38 zu ermöglichen.

Eine Einlaßdüse 40 steht in Verbindung mit der Leitung 14 für Hochdruckgas und öl, wobei eine geeignete Fassung 42 für diesen Zweck vorgesehen ist. Das Mündungsende der Düse ist abgeflacht, wie aus F i g. 4 bei 44 ersichtlich, und der Winkel zu der Düse verläuft im wesentlichen tangential zu der inneren zylindrischen Wand 45 des Gehäuseteils 34. ι ο

Eine zylindrische Prallfläche 48 ist innerhalb des Gehäuseteils 34 befestigt und bei 50 mit der Stirnwand 52 des Gehäuseteils 34 verschweißt. Die Stirnwand 52 ist mit einer öffnung 54 ausgebildet, die mit einem zylindrischen Drahtnetz 56 in Verbindung steht. Das Drahtnetz weist eine lichte Maschenweite von 0,15 mm auf. Eine Schraubenfeder 58 ist innerhalb des Drahtnetzes 56 angeordnet, um ein Zusammenfallen zu verhindern. Ein Endabsperrglied 60 ist in dem unteren Ende des Drahtnetzes 56 befestigt. Ein zylindrisches Einsatzstück 62 ist innerhalb der öffnung 54 und innerhalb des umgebenden Endes des Drahtnetzes 56 angeordnet. Das Einsatzstück 62 weist eine mit Gewinde versehene öffnung auf, die einen Gasauslaß 64 aufnimmt, der einen Teil der vorstehend beschriebenen Leitung 24 bildet.

Die durch den Gehäuseteil 34 und die zylindrische, konzentrische Prallfläche 48 begrenzte Kammer wirkt als eine Wirbelkammer für das Gas- und ölgemisch, das in tangentialer Richtung von der Düse 40 dorthin abgegeben wird. Die so erzeugte Zentrifugierwirkung führt eine Abtrennung des Öls herbei, und das öl strömt infolge der Schwerkraft in einen durch den unteren Sammelraumteil 36 begrenzten Sammelraum. Ein zweites Sieb 66 befindet sich auf der Grundfläche des Sammelraumteils 36, so daß es als eine Koalesziervorrichtung für die Flüssigkeit dienen kann. Das von dem Gemisch abgetrennte verflüssigte öl wird gesammelt und durch die in der Grundfläche des Sammelraumteils 36 gebildete Öffnung 68 ausgetragen. Diese öffnung bildet einen Teil der vorherbeschriebenen Leitung 26.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in dem geschlossenen Kreislauf etwa 1360 g flüssiges Kältemittel und etwa 680 g öl verwendet. Die Länge der Prallfläche 48 ist etwas größer als die entsprechende axiale Abmessung des zylindrischen Drahtnetzes 56. Die Länge der Prallfläche beträgt etwa 1 Drittel der Gesamtlänge des Gehäuses 32. In jedem Fall wird die Länge so gewählt, daß sie jederzeit vollständig oberhalb der Flüssigkeitshöhe, die in dem Gehäuse 32 auftreten kann, bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung für eine Kälteanlage zur Abscheidung des Schmiermittels aus einem Gemisch von Kältemitteldampf und Schmiermittel geringer Löslichkeit für das Kältemittel, die in der Hochdruckleitung der Kälteanlage zwischen dem Kompressor-Auslaß und dem Kondensator-Einlaß angeordnet ist und ein zylindrisches Gehäuse aufweist, dessen oberer Teil einen Gemiseh-Einlaß nahe der oberen Gehäuse-Stirnwand in Form einer im wesentlichen tangential zur inneren Oberfläche des zylindrischen Gehäuses verlaufenden Düse und innerhalb des Gehäuses eine konzentrisch zur Gehäusewand angeordnete zylindrische Prallfläche zur Bildung einer Wirbelkammer sowie eine innerhalb des von der Prallfläche umschlossenen Raumes angeordnete Siebeinrichtung und einen Gasauslaß aufweist, und dessen unterer Teil einen Sammelraum für Schmiermittel bildet und mit einem Schmiermittelauslaß versehen ist, wobei die Prallfläche und die Siebeinrichtung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Sammelraum enden, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebeinrichtung aus einem zylindrischen Drahtnetz (56) gebildet ist, das innerhalb der Prallfläche (48) konzentrisch und mit Abstand zu dieser angeordnet, an seinem unteren Ende durch ein an dem Drahtnetz befestigtes Endabsperrglied (60) verschlossen und an seinem oberen Ende mit einem zylindrischen Einsatzstück (62) verbunden ist, das an der oberen Stirnwand (52) des Gehäuses (32) befestigt ist und eine koaxial zum zylindrischen Gehäuse angeordnete, den Gasauslaß (64) aufnehmende Öffnung aufweist, wobei innerhalb des zylindrischen Drahtnetzes (56) eine Schraubenfeder (58) angeordnet ist, die sich einerseits an dem Endabsperrglied (60) und andererseits an dem Einsatzstück (62) abstützt und deren Außendurchmesser wenigstens nahezu gleich dem Innendurchmesser des zylindrischen Drahtnet- ίο zes (56) ist, daß ferner die Prallfläche (48) mit ihrem oberen Rand an einer zylindrischen Ausprägung (50) der oberen Stirnwand (52) des Gehäuses (32) anliegt und befestigt ist, und daß ein zweites Sieb (66) im Schmiermittel-Sammelraum vorgesehen ist, das sich **> quer über die Grundfläche des Sammelraumteils (36) erstreckt.

2. Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Drahtnetz (56) mehrere Schichten aufweist. w

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Gas-Trenn- ^ vorrichtung für eine Kälteanlage zur Abscheidung des Schmiermittels aus einem Gemisch von Kältemitteldampf und Schmiermittel geringer Löslichkeit für das Kältemittel, die in der Hochdruckleitung der Kälteanlage zwischen dein Kompressor-Auslaß und dem <>·> Kondensator-Einlaß angeordnet ist und ein zylindrisches Gehäuse aufweist, dessen oberer Teil einen Gemisch-Einlaß nahe der oberen Gehäuse-Stirnwand in Form einer im wesentlichen tangential zur inneren Überfläche des zylindrischen Gehäuses verlaufenden *>^r> Düse und innerhalb des Gehäuses eine konzentrisch zur Gehäusewand angeordnete zylindrische Prallfläche zur Bildung einer Wirbelkammer sowie eine innerhalb des von der Prallfläche umschlossenen Raumes angeordnete Siebeinrichtung und einen Gasauslaß aufweist, und dessen unterer Teil einen Sammclraum für Schmiermittel bildet und mit einem Schmiermittelauslaß versehen ist, wobei die Pralifläche und die Siebeinrichtung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Sammetraum enden.

Diese Trennvorrichtung kann in einem Kältemittelkreislauf mit einem Drehkolben- bzw. Kreiselkompressor, in dem das öl mit dem Kältemittel, wenn dieses durch den Kühlcyclus zirkuliert, vermischt wird, angewendet werden.

Es ist bei Anordnungen dieser Art notwendig, ein Gemisch von Öl mit dem Kältemittel vorzusehen, um eine richtige Abdichtung zwischen der Hochdruckseite des Kompressors und dessen Niederdruckseite herbeizuführen. Öl ist auch zur Schmierung der Kompressorzahnradelemento und zur Kühlung des Kompressors während des Betriebs des Kühlcyclus erforderlich.

Bei Verwendung eines Drehkolbenkompressors in einem Kreislauf dieses Typs werden bevorzugt zwei Teile Kältemittel je Teil öl verwendet Das öl und das komprimierte Kältemittelgas an der A.usstoßseite des Kompressors liegt in Form eines Gemischs vor. Da das Öl durch das Gas dispergiert oder zerstäubt ist, muß das öl entfernt werden, bevor das Kältemittel verwendet werden kann. Aus diesem Grund wird das Gemisch durch eme Trennvorrichtung geleitet, in der das öl von dem Kältemittel abgetrennt wird, ehe das Kältemittel zu einem Kondensator geführt wird, in dem das unter Druck befindliche Gas in den flüssigen Zustand umgewandelt werden kann.

Es ist bereits ein ölabscheider für eine Kälteanlage zur Trennung von Schmiermittel und Kältemittel bekannt, der zwischen Kompressorausgang und Kondensatoreingang angeordnet ist und ein zylindrisches Gehäuse aufweist mit tangential dazu verlaufender Einlaßdüse für das Gemisch und konzentrisch zur Gehäusewand angeordneter Prallfläche unter Bildung eines umschlossenen Innenraums, der unterteilt ist und weitgehend mit Filtermaterial aus porösem Kunststoff gefüllt ist, während im unteren Teil eine Siebeinrichtung angeordnet ist. Das komprimierte Kältemittel wird gegen die Prallfläche gerichtet und wandert zur Filtrierung und Abtrennung von öl in den Kunststoffschaum.

In einem anderen bekannten ölabscheider, der im oberen Wirbelkammerteil weder eine Prallfläche noch eine Siebeinrichtung aufweist, wird ein mehrschichtiges zylindrisches Sieb im unteren Teil eingesetzt. Auch hat man bei der Ausführung eines selbsttätigen Ventils zur Entleerung eines ölabscheiders am Boden eines Ölsammelbehälters ein Filtersieb angeordnet, durch das das öl hindurchfließt.

Ferner ist eine Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung mit kegelstumpfförmigem Gehäuse und darin konzentrisch angeordneter Prallfläche bekannt, wobei eine Wirbelströmung durch einen mit Leitflächen versehenen Einsatz erfolgt.

In einem in Trockenreinigungsvorrichtungen zur Abtrennung von Filterhilfsmitteln und mitgenommenen Feststoffen von den dort verwendeten Lösungsmitteln angewandten Filter hat man zur Versteifung des Filtersiebes einen schraubenförmig gewundenen Draht eingesetzt. Die erfindungsgemäße Gesamtkonzeption einer Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtung für eine Kälteanlage konnte aus diesen Einzelmerkmalen nicht abgeleitet werden.