DE69510097T2

DE69510097T2 - Lagerschmierung von Kältemittelkompressor

Info

Publication number: DE69510097T2
Application number: DE69510097T
Authority: DE
Inventors: Arthur Butterworth; Henk Dolfsma; Jacobson; Frank Wardle
Original assignee: SKF USA Inc
Current assignee: SKF USA Inc
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2015-01-20
Also published as: DE69510097D1; US5469713A; EP0664424A2; EP0664424B1; EP0664424A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Schmieren von Lagern in Kältekompressoren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren, bei dem ein in einem flüssigen Kältemittel aufgelöstes Schmiermittel in ausreichender Menge auf einem Lager abgeschieden wird, um dessen Schmierung durch Verdampfen des flüssigen Kältemittels an einer Stelle in der Nähe des zu schmierenden Lagers zu gewährleisten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Derzeit werden bei den meisten Kühlsystemen zwei teilweise mischbare Kältefluide, ein Kältemittel zur Wärmeübertragung und ein Schmiermittel zum Schmieren der Maschinenteile wie Lager und dergleichen, im Kompressor eingesetzt. Das Schmiermittel ist notwendig, weil Kältemittel für Schmierzwecke typischerweise keine angemessene Viskosität oder Gleitfähigkeit besitzen. Da ein kompletter Abschluß der beiden Fluide voneinander in dem Kompressor nicht praktikabel ist, sind die Kühlsysteme dazu ausgelegt, mit dem Ausmaß und den Stellen, an denen ein Mischen dieser beiden Fluide erfolgen kann, umzugehen. Typischerweise besitzen die Kompressoren für das Schmieröl einen separaten Sumpf, eine separate Pumpeinrichtung und ein separates Verteilersystem, die alle isoliert, jedoch vom Kältemittel nicht hermetisch abgeschlossen sind. Typischerweise werden Druck, Temperatur und mechanische Trenneinrichtungen angewandt, um im Sumpf zur verläßlichen Schmierung ein ausreichend ölreiches Gemisch, typischerweise nicht mehr als 20 Gew.-% des Kältemittels, aufrechtzuerhal ten. Zudem sind die Kühlsysteme so ausgelegt, daß die an die Wärmeaustauschvorrichtungen, wie den Verdampfer, abgegebene Ölmenge begrenzt ist, um eine Schmutzablagerung und einen damit einhergehenden Verlust des systemischen Wirkungsgrades zu vermeiden. Die Löslichkeitseigenschaften zwischen den Fluiden sind aufeinander abgestimmt, um die Menge des im Ölsumpf aufgelösten Kältemittels zu minimieren und dennoch eine ausreichende Löslichkeit im Verdampfer, Kondensator und dem verbindenden Rohrsystem bereitzustellen, um die Rückkehr des aus dem Kompressor austretenden Öls in das umlaufende Kältemittel über ein Mitreißen zu gewährleisten.
Das Erfordernis, über den breiten Bereich der in Kühlsystemen üblichen Betriebsbedingungen im Sumpf ein ölreiches Fluid aufrechtzuerhalten und im Verdampfer den Aufbau von Öl zu begrenzen, macht im allgemeinen komplexe und kostspielige Kontrollsysteme und Fluidtrennzusatzeinrichtungen erforderlich. Der Verlust der Kontrolle über die beiden Fluide während extremer Systembetriebsbedingungen ist eine häufige Ursache für Kompressorausfälle, insbesondere Kompressorlagerausfälle aufgrund eines übermäßigen Kältemittelaufbaus im Sumpf. Aus diesen Gründen haben sich die Anstrengungen bisher darauf konzentriert, das Erfordernis einer Öltrennung abzuschaffen und Kältemittel-reiche Schmierfluide, die natürlich im Verdampfer oder Kühler zu Schmierzwecken vorhanden sind, zu verwenden.
Ein typisches Kühlsystem umfaßt einen Kompressor, einen Kühler, ein Expansionsventil und einen Verdampfer. Das komprimierte Kältemittel-reiche Gas, das typischerweise weniger als 2% Öl enthält, wird vom Kompressor an einen Kühler abgegeben, wo ein Wärmeentzug das Kältemittel in eine Flüssigkeit umwandelt. Anschließend läuft das Gemisch durch ein Expansionsventil in den Verdampfer, wo die absorbierte Wärme das Flüssigkeitsgemisch wieder in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Öl zurückverwandelt. Bei Austritt des Gemisches aus dem Kompressor wird das Öl mechanisch in einen Sumpf aufgetrennt, und das Kältemittel wird dem Kompressionsprozeß zugeführt. Im speziellen Fall von ölgefluteten Schraubenkompressoren passiert das aus dem Kompressor abgegebene Gemisch aus Öl und Kältemittel einen Ölabscheider, in dem Tröpfchen, die 80% Öl/20% Kältemittel enthalten, zu Schmier- und Ölabdichtungszwecken gesammelt werden.
In der bisherigen Technik werden verschiedene Versuche zur Verwendung von Gemischen aus Öl und Kältemittel als Teil eines Schmiersystems beschrieben. Zimmern et al., U.S.-Patentschrift Nr. 4 589 826, schlagen ein Verfahren zum Schmieren der Lager in einem Kompressor vor, in dem ein mit Öl beladenes Kältegas in Form eines feinen Nebels an die Lager abgegeben wird. Bei diesem System ist ein Zweiphasensystem aus gasförmigem Kältemittel und Öltröpfchen und eine Apparatur zum Einmischen einer bekannten Menge Öl in ein Kältegas erforderlich.
Die Anmeldung von Zimmern et al., Noda et al., U.S.-Patentschrift Nr. 4 553 399, die den Stand der Technik repräsentiert, wie in der Präambel von Anspruch 1 geschildert, offenbart das Überführen eines flüssigen Kältemittels, in dem Öl gelöst ist, in einen Behälter im Kompressormotor, um das Kältemittel zu verdampfen und um ein Zweiphasengemisch mit Öltröpfchen in einem Gasgemisch zu bilden. Anschließend wird das Zweiphasengemisch auf die Lager oder auf andere Teile, die einer Schmierung bedürfen, übergeführt. Bei einer alternativen Ausführungsform wird das Öl selbst auf die Lager übergeführt, nachdem das gasförmige Kältemittel durch Verdampfen unter Anwendung der Motorwärme entfernt worden ist. Sowohl bei Noda et al. als auch bei Zimmern et al. werden Versuche unternommen, die Lager mit gasförmigen Kältemitteln und Schmieröl-Tröpfchen, typischerweise in Konzentrationen von weniger als 2 Vol.-% oder 3 Vol.-% Öl, zu schmieren.
Eine der frühesten Konstruktionen für Kältemaschinen mit Schmierung ist bei Stair, U.S.-Patentschrift Nr. 1 195 162, offenbart. In der Patentschrift von Stair wird das Schmiermittel vom Kältemittel durch Zentrifugalkraft abgetrennt, eines der vielen Mittel zur Trennung von Öl und Kältemittel, die eingesetzt werden können.
Schließlich offenbaren zwei Patentschriften von Shaw, die U.S.-Patentschrift Nrn. 4 375 156 und 4 439 121 die Überführung von Öl in die Form eines feinen Nebels, die ein Zweiphasengemisch eines feinen Ölnebels in einem gasförmigen Kältemittel darstellt.
Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines vereinfachten Schmierverfahrens. Dieses Ziel wird durch den Schritt des Verdampfens von wenigstens einem Teil des flüssigen Kältemittels in der Nähe des Lagers allein durch die Lager- Reibungswärme erreicht, um das Schmiermittel auf dem Lager abzuscheiden, um in dem flüssigen Kältemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der auf dem Lager abgeschiedenen Flüssigkeit, eine Schmiermittel-Konzentration von wenigstens 75% Kältemittel zu erzeugen, wobei das Schmiermittel von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-% des Gewichts des flüssigen Kältemittels reicht.
Erfindungsgemäß wird der Schritt des Zuführens einer ölreichen Flüssigkeit aus einer getrennten Wärmequelle auf das Lager weggelassen. Dadurch wird eine direkte und verläßliche Schmierung des Lagers erreicht.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kältemittel. Bei dem Kältemittelsystem vom Stand der Technik wird ein Kältemittel, das ein Schmiermittel enthält, in einem Standard-Druck- Enthalpie-Kreisprozeß geführt, der folgendes umfaßt:
einen auf Lagern montierten Kompressor und einen Verdampfer;
einen Kältemittel-Fließweg in dem System mit wenigstens einem Lager in einem Teil des Kältemittel-Fließweges;
ein Gemisch aus einem flüssigen Kältemittel und einem Schmiermittel.
Erfindungsgemäß ist das System gekennzeichnet durch das Schmiermittel im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-% des flüssigen Kältemittels in dem Gemisch und durch Mittel zum Verdampfen von wenigstens einem Teil des flüssigen Kältemittels in der Nähe des Lagers ausschließlich durch die Lager-Reibungswärme, um das Schmiermittel auf dem Lager abzuscheiden, um, bezogen auf das Gesamtgewicht der auf dem Lager abgeschiedenen Flüssigkeit, in dem flüssigen Kältemittel eine Schmiermittel-Konzentration von wenigstens 75% zu erzeugen.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung, die folgendes enthält:
ein Gehäuse;
wenigstens ein drehbares Element, das in dem Gehäuse auf wenigstens einem Lager gelagert ist;
eine Aufpralleinrichtung, die einen Fließweg in dem Gehäuse für ein Kältemittel definiert, in dem ein Schmiermittel aufgelöst ist.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch einen Kältemittelbereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-% des flüssigen Kältemittels;
eine Verdampfungseinrichtung zum Verdampfen von wenigstens einem Teil des flüssigen Kältemittels in der Nähe des Lagers ausschließlich durch die Lager-Reibungswärme, um das Schmiermittel auf dem Lager abzuscheiden, um, bezogen auf das Gesamtgewicht der auf dem Lager abgeschiedenen Flüssigkeit, in dem flüssigen Kältemittel eine Schmiermittelkonzentration von wenigstens 75% Schmiermittel zu erzeugen.
Die Erfindung stellt eine Einrichtung zum verläßlichen Schmieren von Wälzlagern in Kältekompressoren mit Kältemittel/Ölgemischen, die normalerweise eine für solche Zwecke ungeeignete Viskosität besitzen, bereit. Es wurde festgestellt, daß allgemein ausgedrückt Gemische, die weniger als etwa 75 Gew.-% Öl enthalten, in den Wälzelementlagern keinen Ölfilm aufrechterhalten können und darum für Schmierzwecke ungeeignet sind. Im Gegensatz zu dieser Anforderung steht die Notwendigkeit, die Ölkonzentration in den Wärmeaustauschern eines Kühlsystems auf 5% oder weniger zu begrenzen. Die Gegenwart von Öl in einem Wärmeaustauscher beeinflußt den Wärmeaustausch und den Wirkungsgrad des Gesamtsystems negativ. Die Erfindung stellt eine Einrichtung zur Verwendung eines Kältemittel-reichen Gemisches bereit, die entweder von einem Verdampfer oder Kühler gespeist wird, um Wälzelementlager durch ein Verfahren zu schmieren, bei dem das Öl auf einen für die Schmierung solcher Lager geeigneten Gehalt konzentriert wird. Die Konzentration des Öls wird erreicht durch die Bewegung des Gemisches im Zweiphasenbereich seines Druck-Enthalpie-Bereiches, um auf dem Lager ein ölreiches Fluid für Schmierzwecke freizusetzen.
Der Erfolg der Erfindung kann auf zwei Wegen erreicht werden. Auf dem ersten wird das Gemisch aus einem Hochdruckkühler "geflashed", wobei der Druck schnell absinkt, beispielsweise indem er über eine Fließbegrenzungsblende dosiert wird, wodurch Kältemittel verdampft und ein ölreiches Fluid für Schmierzwecke freigesetzt wird. Auf dem anderen Weg besitzt, ausgehend von einer Niederdruckflüssigkeit aus einem Verdampfer, die Zufuhr von Wärme dieselbe Wirkung.
Die Lager-Reibungswärme spielt bei dem Anreicherungsprozeß eine wesentliche Rolle, wenn die Fließgeschwindigkeiten auf die niedrigen Niveaus begrenzt sind, die typisch sind für Tüpfel- oder Nebelschmiermethoden (Zentiliter statt Liter pro Minute). Bei solchen niedrigen Fließgeschwindigkeiten ist die Lager-Reibungswärme oder die Lager-Reibungswärme in Verbindung mit der Druckverminderung zur Verdampfung des Kältemittels ausreichend. Der Aufbau von flüssigem Kältemittel im Lagerhohlraum sollte begrenzt sein, um ein effizientes Verdampfen und dadurch die Konzentrierung des Öls zu erleichtern.
Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Verwendung von Schmierfluiden, die natürlich entweder in einem Niederdruckverdampfer oder einem Hochdruckkühler vorhanden sind, die Notwendigkeit teurer und komplizierter mechanischer Ölabscheider und die Notwendigkeit eines getrennten Ölsumpfes und der damit verbundenen Dichtungselemente vermieden wird. Dies trifft insbesondere auf Schraubenkompressoren zu, die zur Kühlung und Abdichtung des Kompressionsprozesses anstelle der Ölinjektion die Kälteflüssigkeitsinjektion verwenden, da ein Ölabscheider nur zur Lagerschmierung benötigt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß aufgrund des geringen Ölflusses eine deutlich verminderte Lagerreibung erzielt wird, die so niedrig sein kann wie diejenige, die bei der Tüpfel- oder Nebelschmierung eingesetzt wird.
Die Erfindung erfordert, daß Temperatur, Druck und Fließgeschwindigkeit für das Gemisch kontrolliert werden, um die Verdampfung des Kältemittels aus dem Gemisch und die Abscheidung des verbleibenden Öls auf dem Lager zu erreichen. Erfindungsgemäß gewährleistet eine exakte Kontrolle dieser Variablen eine gute Schmierung. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lager-Reibungswärme allein oder die Lager-Reibungswärme zusammen mit einem Druckabfall eingesetzt, um Kältemittel zu verdampfen und Öl auf dem Lager abzuscheiden.
Das Volumen des in dem flüssigen Kältemittel aufgelösten Öls ist klein, typischerweise im Bereich von 0,5 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-%. Vorzugsweise sollte die Konzentration des Öls in dem flüssigen Kältemittel, das mit dem Lager in Kontakt ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Flüssigkeit, wenigstens 75 % Öl betragen.
Die Erfindung kann auch in komplizierten Konstruktionen eingesetzt werden, bei denen beispielsweise Druck-, Temperatur- und Fließsensoren und Heizungen am Ort des Lagers eingesetzt werden, um die Verdampfung des Kältemittels zur Anreicherung der Ölkonzentration auf 75% oder mehr zu überwachen und zu steuern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Ziele der Erfindung und die verschiedenen Merkmale und Details über deren Betrieb und Aufbau sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher dargelegt, worin:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines typischen Kühlsystems darstellt, bei dem die Konzepte der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden;
Fig. 2 ein Druck-Enthalpie-Diagramm für ein bestimmtes Kältemittel ist, das einen typischen Kühlkreislauf darstellt;
Fig. 3 eine schematische Erläuterung der Lager-Anhubgeschwindigkeit als Funktion von Temperatur- und Druckvariationen ist;
Fig. 4 die Gleichgewichtsbeziehung zwischen einem Kältemittel/Ölgemisch und verschiedenen Drücken und Temperaturen erläutert;
Fig. 5 den Einfluß von Gemischzusammensetzung und Temperatur auf die Viskosität zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt ein typisches Kühlsystem, bestehend aus einem Kompressor 31, einem Kühler 32, einem Expansionsventil 33, einem Verdampfer 34 und dem dazugehörigen verbindenden Leitungssystem. Die Kältemittel/Ölgemische liegen typischerweise sowohl im Verdampfer als auch im Kühler in der flüssigen Form vor. Typische Verdampferbedingungen mit R134a sind: 3,10 kPa (45 psia) und -1ºC. Typische Kühlerbedingungen sind: 1103 kPa (160 psia) und 100ºC. Die Systeme sind üblicherweise so ausgelegt, daß das über die Ansaugleitung 35 zum Kompressor zurücklaufende Fluid aus dem verdampften Kältemittel besteht, das Öltröpfchen enthalten kann oder nicht. Im Falle des gefluteten Typs von Verdampfern, die üblicherweise mit Zentrifugalkompressoren eingesetzt werden, neigt das Öl dazu, in der Lösung im Verdampfer zu verbleiben, statt in die Tröpfchenform zurückzukehren. In den Direktexpansionsverdampfern, die üblicherweise mit Umkehr-, Schrauben- und Rollkompressoren eingesetzt werden, kehren die im verdampften Kältemittel mitgerissenen Öltröpfchen in den Kompressor zurück und zirkulieren durch das gesamte System. Ein typischer gefluteter Verdampfer 34 enthält ein Bad aus Kälteflüssigkeit, durch das eine zweite, auf den Übertragungswegen isolierte Flüssigkeit fließt. In einem Direktexpansionsverdampfer fließt das Kältemittel über die Übertragungswege, die von dem zweiten Fluid isoliert und von ihm umgeben sind. In beiden Fällen verdampft die Wärmeübertragung von dem zweiten Fluid das flüssige Kältemittel.
Fig. 2 erläutert das Verfahren anhand eines Standard-Druck- Enthalpie-Diagramms für das Kältemittel R-134a und beschreibt einen Kreisprozeß, der für die meisten Kältesysteme typisch ist. Der Kältemitteldampf wird im Kompressor von Zustandspunkt G nach F komprimiert. Dem Kühler wird Wärme von F nach A entzogen, wobei der Dampf wieder zu einer flüssigen Phase kondensiert. Die erneute Expansion A nach B tritt ein, wenn das Fluid eine Dosiervorrichtung passiert, die den Druck vom hohen Druck im Kühler zum niedrigen Druck im Verdampfer erniedrigt. Bei diesem Prozeß bleibt der größte Teil des Fluides am Zustandspunkt D flüssig, und ein Teil verdampft am Zustandspunkt E zu einem Gas. Die im Verdampfer absorbierte Wärme verdampft das restliche Kältemittel nach Zustandspunkt E. Um zu gewährleisten, daß keine inkomprimierbaren Fluide in den Kompressor zurücklaufen, wird das verdampfte Gas oft nach Zustandspunkt G überhitzt.
Ein Ölfilm, der ein Wälzelement von einem Laufring trennt, ist für eine verläßliche Schmierung der Wälzelementlager unerläßlich. Bei Laboruntersuchungen wurde das Vorhandensein eines solchen Ölfilms unter Anwendung der Abhubgeschwindigkeit als Kriterium herangezogen. Die Bildung eines Ölfilmes ist stark abhängig von der Schmiermittelviskosität und der Lager-Drehgeschwindigkeit; eine höhere Viskosität und Geschwindigkeit verbessern die Filmbildung und -dicke. Der Abhub ist definiert als die minimale Geschwindigkeit, die zur Verhinderung des Metallauf-Metall-Kontaktes zwischen Laufring und Wälzelement erforderlich ist. Eine niedrige Abhubgeschwindigkeit ist ein Kriterium für eine wirksame Filmbildung. Anhand der Messungen der Abhubgeschwindigkeit als Funktion des Lagerhohlraumdruckes und der Außenringtemperatur war es möglich, das Verzeichnis der Abhubgeschwin digkeit als Funktion dieser Variablen zu entwickeln, das in Fig. 3 gezeigt ist.
Zum Verständnis von Fig. 3 ist es notwendig, zunächst zu betrachten, wie Druck und Temperatur die Zusammensetzung des Kältemittel/Ölgemisches beeinflussen, Fig. 4, und zweitens, wie Gemischzusammensetzung und Temperatur die Viskosität beeinflussen, Fig. 5. Um niedrige Abhubgeschwindigkeiten zu erzielen, muß das Kältemittel eine ausreichend hohe Viskosität besitzen. In dem Zweiphasenbereich des Druck-Enthalpie- Diagramms, Fig. 2, ist jedes Gemisch von Gas und Kältemittel mit einer Dampfphase des Kältemittels im Gleichgewicht, so daß die Gleichgewichtskonzentration des Kältemittels in dem Öl stark von Druck und Temperatur abhängig ist. Fig. 2 bezieht sich ausschließlich auf Kältemittel, allerdings kann sie zur ungefähren Beschreibung des Verhaltens von Kältemittel-reichen Lösungen von sowohl Öl als auch Kältemittel angewandt werden. Fig. 4 ist die Ergänzung zu Fig. 2 und zeigt die Abhängigkeit der Gemischzusammensetzung von Druck und Temperatur für die ölreichen, zur Bereitstellung einer guten Lagerschmierung notwendigen Fluide. Fig. 5 zeigt den Einfluß von Gemischzusammensetzung und Temperatur auf die Viskosität.
Die in Fig. 3 gezeigten experimentellen Beobachtungen können durch Betrachten spezieller Kombinationen von Lager-Außenringtemperatur und Abhubgeschwindigkeit aus Fig. 3 in Beziehung mit den Gleichgewichtskonzentrationen in Fig. 4 erklärt werden. In den Experimenten wurde ein Kugellager der Größe 6204 eingesetzt. Um die experimentellen Ergebnisse von der Lagergröße unabhängig zu machen, ist das NDM-Geschwindigkeitskonzept maßgeblich. Dies erfolgt durch Multiplizieren des mittleren Lagerdurchmessers DM mit der Lagergeschwindigkeit N. Der mittlere Durchmesser für die Lagergröße 6204 beträgt 33,5 mm, darum beträgt bei 1 000 U/min die NDM-Ge schwindigkeit 33 500. Die experimentellen Daten gelten für Polyolesteröl und das Kältemittel R134a. Die Daten in der Tabelle darunter sind Fig. 3 und Fig. 4 entnommen.
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Ölfilmbildung auf dem Lager bei einer Kältemittelverdünnung von ungefähr 25% oder mit anderen Worten bei einer Ölkonzentration von 75% erreicht wurde.
Wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen, so ist eine Ausführungsform der Erfindung, Alt 1, gezeigt, die auf Systeme mit Öl, das im Kühler vorhanden ist, zutrifft, wie Schraubenkompressor-Antriebssysteme. Das Kältemittel-reiche Gemisch aus dem Kühler, Zustandspunkt A, wird über Öffnung 36 in Lagerhohlraum 37 und Zustandspunkt B entspannt. Dieses Verfahren allein setzt etwas ölreiches Fluid zu Schmierzwecken frei. Die Reibungswärme von Lager 38 verdampft zusätzliches Kältemittel und setzt zusätzliches Öl frei. Der gesamte Fluß und die gesamte Fluidmenge in dem Lagerhohlraum muß niedrig genug gehalten werden, derart, daß die Lager-Reibungswärme und die Wärme von den danebenliegenden Bauteilen ausreichen, um das flüssige Kältemittel zu verdampfen, um das Öl auf 75% oder mehr zu konzentrieren. Für Systeme mit großen Fluktuationen in den Betriebsbedingungen oder in der Wellengeschwindigkeit können eine Hilfswärmequelle 39 und die Durchflußreglervorrichtungen 16 und 17 hinzugefügt werden, um unter allen Betriebsbedingungen eine angemessene Verdampfung sicherzu stellen. Die Kontrolle des Flusses wird mit Durchflußregler 16 und Durchflußregelventil 17 erreicht. Eine Hilfswärmezufuhr könnte unter Verwendung von Drucksensor 40 und Temperatursensor 41 kontrolliert werden, um die Bedingungen zu gewährleisten, die für die Verdampfung und Abscheidung von Öl auf den Lagern günstig sind. Der Lagerhohlraum 37 wird über Leitung 42 zurück zur Saugleitung entlüftet. Bei dieser Ausführungsform können die natürlich auftretenden Systemdruckunterschiede zur Zirkulierung des Schmiermittels eingesetzt werden, wodurch die Notwendigkeit einer Schmiermittelpumpe vermieden wird.
Eine alternative Ausführungsform, Alt 2, der Erfindung ist ebenfalls in Fig. 1 gezeigt. In Alt 2 befindet sich Öl im Verdampfer und läuft nicht durch den Kompressor in den Kühler, wie ein gefluteter Verdampfer in Kombination mit einem Zentrifugalkompressor. In diesem Fall wird das gesamte Öl am Zustandspunkt D mit dem flüssigen Kältemittel in dem Verdampfer vermischt. Pumpe 43 gibt das Kältemittel-reiche Gemisch über Strömungsmesser 18 und Öffnung 36 an Lagerhohlraum 37 ab. In diesem Falle können die Pumpengeschwindigkeit und Fließgeschwindigkeit durch den Strömungsmesser 18 kontrolliert werden. Die einzige Funktion von Öffnung 36 besteht in der Zerstäubung des Gemisches zur besseren Verteilung innerhalb des Lagerhohlraums. Die Lager-Reibungswärme, die Wärme von den danebenliegenden Bauteilen und eine Hilfswärmequelle 39 werden zur Verdampfung von flüssigem Kältemittel vom Zustandspunkt D nach E vereinigt. Diese Alternative erfordert eine für die Verdampfung größere Wärmemenge, da statt von B wie bei der Hochdruckseitenalternative oben von Punkt D ausgegangen wird. Zu Kontrollzwecken können die Druck- und Temperatursensoren 40 und 41, wie vorstehend beschrieben, eingesetzt werden.
Leitung 45 ist vorgesehen, um Schmiermittel zu mehreren Lagern des Kompressors 31 zu transportieren, ohne Rücksicht darauf, welche alternative Quelle, Kühler 32 oder Verdampfer 34, eingesetzt wird.
Zusammenfassend stellt die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes System und Verfahren zum Schmieren bereit, wobei eine kleine Menge eines Kältemittel/Ölgemisches in die Zone in der Nähe eines Lagers unter Fließgeschwindigkeits-, Temperatur- und Druckbedingungen eingebracht wird, die das Kältemittel verdampfen und ein Schmiermittel, das wenigstens 75 Vol.-% Öl enthält, auf dem Lager (den Lagern) abscheiden. Die durch das Lager (die Lager) erzeugte Wärme stellt die Kältemittel-Verdampfungseinrichtung bereit, je nach Kompressorsystemkonfiguration entweder allein oder zusammen mit Hilfswärmeeinrichtungen oder Druckkontrolleinrichtungen.

Claims

1. Verfahren zum Schmieren eines Lagers in einer Kühlvorrichtung, das die folgenden Schritte umfaßt:

Bereitstellen eines Kältemittel-Fließweges, wobei das Lager in einem Teil des Fließweges angeordnet ist;

Zirkulieren eines flüssigen Kältemittels in dem Teil des Fließweges, wobei das flüssige Kältemittel ein Schmiermittel enthält, das mit dem flüssigen Kältemittel mischbar ist, gekennzeichnet durch Verdampfen von wenigstens einem Teil des flüssigen Kältemittels in der Nähe des Lagers ausschließlich durch die Lager-Reibungswärme, um das Schmiermittel auf dem Lager abzuscheiden, um in dem flüssigen Kältemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der auf dem Lager abgeschiedenen Flüssigkeit, eine Schmiermittel-Konzentration von wenigstens 75% Schmiermittel bereitzustellen, wobei das Schmiermittel von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-% des flüssigen Kältemittels reicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das die Stufe der Verminderung des Druckes des flüssigen Kältemittels von einem ersten Druck oberhalb des Verdampfungsdruckes des Kältemittels zu einem zweiten Druck unterhalb des Verdampfungsdruckes des Kältemittels umfaßt, um dadurch das Schmiermittel abzuscheiden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das die Stufe der Verdampfung des flüssigen Kältemittels bei einer im wesentlichen konstanten Temperatur umfaßt.

4. Kältemittelsystem, in dem das Kältemittel, das ein Schmiermittel enthält, in einem Standard-Druck-Enthalpie- Kreisprozeß geführt wird, der folgendes einschließt:

einen auf Lager montierten Kompressor und einen Verdampfer;

einen Kältemittel-Fließweg in dem System mit wenigstens einem Lager in einem Teil des Kältemittel-Fließweges;

ein Gemisch aus einem flüssigen Kältemittel und einem Schmiermittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel von etwa 0,5 bis etwa 5,0 Gew.-% des flüssigen Kältemittels in dem Gemisch reicht; und

eine Einrichtung zum Verdampfen von wenigstens einem Teil des flüssigen Kältemittels in der Nähe des Lagers ausschließlich durch die Lager-Reibungswärme, um das Schmiermittel auf dem Lager abzuscheiden, um, bezogen auf das Gesamtgewicht der auf dem Lager abgeschiedenen Flüssigkeit, in dem flüssigen Kältemittel eine Schmiermittelkonzentration von wenigstens 75% zu erzeugen.

5. System nach Anspruch 1 einschließlich der Überwachungseinrichtung zur Messung und Kontrolle von Temperatur- und Druckbedingungen bei der Verdampfungseinrichtung.

6. Kühlvorrichtung, die folgendes einschließt:

ein Gehäuse;

wenigstens ein drehbares Element, das in wenigstens einem Lager in dem Gehäuse gelagert ist;

eine Aufpralleinrichtung, die in dem Gehäuse einen Fließweg für ein Kältemittel definiert, in dem ein Schmiermittel aufgelöst ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-% des flüssigen Kältemittels reicht;

eine Verdampfungseinrichtung zum Verdampfen von wenigstens einem Teil des flüssigen Kältemittels in der Nähe des Lagers ausschließlich durch die Lager-Reibungswärme, um das Schmiermittel auf dem Lager abzuscheiden, um in dem flüssigen Kältemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der auf dem Lager abgeschiedenen Flüssigkeit, eine des Schmiermittelkonzentration von wenigstens 75% Schmiermittel zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verdampfungseinrichtung eine Einrichtung enthält, um den Druck des flüssigen Kältemittels von einem ersten Druck oberhalb des Verdampfungsdruckes des Kältemittels auf einen zweiten Druck unterhalb des Verdampfungsdruckes des Kältemittels zu vermindern, um dadurch das Schmiermittel abzuscheiden.