DE8020226U1 - DEVICE FOR EXPLOITING HEAT IN COMPRESSORS WITH OIL INJECTION - Google Patents

Description

Il I ■ I t · · · Il ! I ■ · · · «IIIl I ■ I t · · · Il ! I ■ · · · «II

(111 · · · fl I I(111 · · · fl I I

Vorrichtung zur Wärmeausnutzung bei Kompressoren mit öleinspritzungDevice for utilizing heat in compressors with oil injection

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeausnutzung bei Kompressoren mit Öleinspritzung, insbesondere Schraubenkompressoren, bei denan zur Schmierung und Kühlung Öl in den Verdichtungsraum eingespritzt und danach aus der Druckluft wieder abgeschieden wird.The invention relates to a device for utilizing heat in compressors with oil injection, in particular screw compressors, in the case of denan, oil is injected into the compression chamber for lubrication and cooling and then from the compressed air is deposited again.

Bei den bekannten Kompressoranlagen wird das aus dem Druckluftstrom abgeschiedene Öl in einem von Luft durchströmten Ölkühler abgekühlt, bevor es wieder in den Verdichtungsraum eingespritzt wird. Die am Ölkühler erzeugte Warmluft kann für Heizzwecke verwendet werden, jedoch ist der Transport der Warmluft in die zu heizenden Räume umständlich und mit Verlusten verbunden. Hinzu kommt, daß während der warmen Jahreszeit keine Heizung benötigtIn the known compressor systems, this is done from the compressed air flow separated oil is cooled in an oil cooler with air flowing through it before it is injected back into the compression chamber will. The warm air generated at the oil cooler can be used for heating purposes, but the transport of the warm air is in the rooms to be heated cumbersome and associated with losses. In addition, there is no heating during the warm season needed

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausnutzung der von einem Kompressor erzeugten Wärme zu verbessern und diese unabhängig von der Jahreszeit verwertbar zu machen.The invention is based on the object of improving the utilization of the heat generated by a compressor and of improving this to make usable regardless of the season.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Behälter mit dem aus der Druckluft abgeschiedenen Öl mit einem Wärmeaustauscher verbunden ist, welcher an einen Kreislauf mit zu erwärmendem Wasser angeschlossen ist, wobei in diesem Wärmeaustauscher die wasser- und ölführenden Leitungen durch ein wärmeleitendes Zwischenelement voneinander getrennt sind.This object is achieved in that a Container with the oil separated from the compressed air is connected to a heat exchanger, which is connected to a circuit with to be heated water is connected, in this heat exchanger the water and oil lines through a thermally conductive intermediate element are separated from each other.

Dadurch, daß anstelle der vom Ölkühler erzeugten Warmluft das Öl in einen gesonderten Wärmeaustauscher geleitet und zum Erwärmen von Wasser verwendet wird, ergabt sich einerseits eine bessere Ausnutzung der insgesamt vom Kompressor erzeugten Wärme und andererseits kann Warmwasser unabhängig von der Jahreszeit für die verschiedensten Zwecke verwendet werden.The fact that instead of the hot air generated by the oil cooler, the oil is passed into a separate heat exchanger and is used to heat water, there is on the one hand a better utilization of the total generated by the compressor Heat and, on the other hand, hot water can be used for a wide variety of purposes regardless of the season.

MM IlMM Il

"!"7.Xf: Γ"!" 7.Xf: Γ

Durch die Trennung der wasser- und ölführenden Leitungen im Wärmeaustauscher wird bei einer Leckage einer der Leitungen vermieden, daß Wasser durch Öl verschmutz wird, wie dd^s bei einem üblichen Wärmeaustauscher der Fall wäre, bei dem beispielsweise die ölführenden Leitungen in einem Wasserbehälter angeordnet sind. Durch diese Sicherung gegen Verschmutzung des Wassers durch Öl ist es auch möglich, die vom Kompressor erzeugte Wärme für die Brauchwassererwärniung zu verwenden, wodurch sich eine weitere Verwertbarkeit der vom Kompressor erzeugten Wärme ergibv.Due to the separation of the water and oil lines in the heat exchanger, one of the lines becomes in the event of a leak avoids that water is polluted by oil, as dd ^ s at a conventional heat exchanger would be the case in which, for example, the oil-carrying lines in a water tank are arranged. This safeguard against contamination of the water by oil also makes it possible to use the one generated by the compressor To use heat for domestic water heating, whereby The heat generated by the compressor can also be used again.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims reproduced.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained below with reference to the drawings, for example explained in more detail. Show it

Fig. 1 schematisch eine Verdichteranlage und einen daran angeschlossenen Wärmeaustauscher undFig. 1 schematically shows a compressor system and a heat exchanger connected to it and

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform eines Wärmeaustauschgerätes.2 shows a modified embodiment of a heat exchange device in a perspective illustration.

In Fig. 1 ist bei 1 schematisch das Gehäuse einer Verdichteranlage angedeutet, in dem ein Schraubenverdichter 2 mit Antriebsmotor 3 und dazwischen angeordnetem Lüfterrad 4 angeordnet sind. An den Verdichter 2 ist ein Luftfilter 5 sowie ein Ölabscheider 6 angeschlossen, in dem das Öl aus der Druckluft abgeschieden wird, das zur Kühlung und Schmierung in den Verdichtungsraum eingespritzt wurde. Die Druckluft wird über einen Luftnacakühler 7 abgeführt. Das sich im Unterteil des Ölabscheiders sammelnde Öl wird über eine Leitung 8 zu einem ein Thermostatventil 9 enthaltenden Durchflußregler geführ der bei noch relativ kaltem Öl dieses über die Leitung 10 unmitt« bar in den Verdichter zurückleitet.In Fig. 1, the housing of a compressor system is schematically at 1 indicated, in which a screw compressor 2 with drive motor 3 and fan wheel 4 arranged between them is arranged are. To the compressor 2, an air filter 5 and an oil separator 6 is connected, in which the oil from the Compressed air is deposited, which was injected into the compression chamber for cooling and lubrication. The compressed air will Discharged via an air naca cooler 7. The oil that collects in the lower part of the oil separator is supplied via a line 8 a flow regulator containing a thermostatic valve 9 which, when the oil is still relatively cold, directs it via line 10 bar returns to the compressor.

Von dem Durchflußregler führt eine Leitung 11 zu einem inFrom the flow regulator a line 11 leads to an in

1 I · t ) : ι ι it ■1 I t ): ι ι it ■

• · · t · f • · · t · f

einem geschlossenen Gehäuse 12 angeordneten Wärmeaustauscher Das im Durchflußregler angeordnete Thermostatventil 9 leitet das vom Ölabscheider 6 kommende Öl zum Wärmeaustauscher 13, sobald die Temperatur des Öls so weit angestiegen ist_; daß sie für die Einspritzung in den Verdichtungsraum gekühlt werden muß.a closed housing 12 arranged heat exchanger. The thermostatic valve 9 arranged in the flow regulator directs the oil coming from the oil separator 6 to the heat exchanger 13 as soon as the temperature of the oil has risen so far _; that it must be cooled for injection into the compression chamber.

Die vom Wärmeaustauscher 13 zum Durchflußregelventil führende Rücklaufleitung 14 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an ein weiteres Thermostatventil 15 angeschlossen, das bei ausreichender Kühlung des Öls im Wärmeaustauscher die Rücklaufleitung 14 mit der Leitung 10 verbindet, so daß das gekühlte Öl dem Verdichter 2 wieder zugeführt wird.The leading from the heat exchanger 13 to the flow control valve In the illustrated embodiment, return line 14 is connected to a further thermostatic valve 15, which connects the return line 14 with the line 10 with sufficient cooling of the oil in the heat exchanger, so that the cooled oil is fed back to the compressor 2.

An das Thermostatventil 15 ist ein Ölkühler 16 in der Weise angeschlossen, daß das wärme, vom Ölabscheider 6 kommende Öl durch den Ölkühler 16 geleitet wird, wenn das im Durchflußregler enthaltene Thermostatventil die Verbindung zum Wärmeaustauscher 13 absperrt, falls im Wärmeaustauscher 13 keine Kühlung des Öls mehr erfolgt. Bei geöffnetem Thermostatventil 15 ist zwar auch der Ölkühler 16 über die Leitungs-.schleife 17 an den Kreislauf des Öls durch den Wärmeaustauscher angeschlossen, jedoch strömt das Öl nur bei abgetrenntem Wärmeaustauscherkreislauf durch den Ölkühler 16, der bei offenem Wärmeaustauscherkreislauf einen größeren Strömungswiderstand bietet als das Durchflußregelventil.To the thermostatic valve 15 is an oil cooler 16 in the way connected that the warm oil coming from the oil separator 6 is passed through the oil cooler 16, if that is in the flow regulator contained thermostatic valve closes the connection to the heat exchanger 13, if in the heat exchanger 13 there is no longer any cooling of the oil. When the thermostat valve 15 is open, the oil cooler 16 is also via the line loop 17 is connected to the oil circuit through the heat exchanger, but the oil only flows when it is disconnected Heat exchanger circuit through the oil cooler 16, which is larger when the heat exchanger circuit is open Provides flow resistance as the flow control valve.

Im Wärmeaustauscher 13 ist räumlich getrennt von der ölführenden Leitung 18 eine wasserführende Leitung 19 vorgesehen. Zur Wärmeübertragung zwischen den räunJich getrennten Leitungen 18 und sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schematisch Lamellen 20 angedeutet. Durch die räumliche Trennung der ölführenden Leitung 18 und der wasserführenden Leitung 19 im Wärmeaustauscher wird gewährleistet, daß bei einer Leckage einer Leitung das Wasser nicht durch öl verschmutzt wird. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs sind die Leitungen 18 und in Schlangenlinien durch das Lamellenpaket geführt.A water-carrying line 19 is provided in the heat exchanger 13, spatially separated from the oil-carrying line 18. For heat transfer between the räunJich separated lines 18 and lamellae 20 are indicated schematically in the illustrated embodiment. Due to the spatial separation of the oil-carrying Line 18 and the water-carrying line 19 in the heat exchanger ensures that in the event of a leak a pipe the water is not contaminated by oil. To improve the heat transfer, the lines 18 and guided in serpentine lines through the lamella pack.

— 6 —- 6 -

Zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs zwischen den Leitungen 18 und 19 haben die Lamellen nur einen sehr geringen Abstand voneinander, bspw. 0,5 - 2 mm. Damit im Falle einer Leckage diese sofort festgestellt werden kann, wird das Lamellenpaket zweckmäßigerweise senkrecht angeordnet, so daß die aus · tretende Flüssigkeit sofort nach unten ablaufen kann.'In order to achieve good heat transfer between the lines 18 and 19, the lamellae have only a very small amount Distance from one another, e.g. 0.5-2 mm. So that in the event of a leak this can be detected immediately, the lamella pack expediently arranged vertically so that the escaping liquid can run down immediately.

Nach einer anderen Ausgestaltung können die räumlich getrennten Leitungen 18 und 19 in einem gegossenen Block aus einem geeigneten wärmeübertragenden Material ausgebildet sein. Hierfür kann ein gegossener Metallblock oder auch ein geeignetes Kunststoffmaterial vorgesehen v/erden.According to another embodiment, the spatially separate lines 18 and 19 can be in a cast block from a suitable be formed heat-transferring material. Therefor a cast metal block or a suitable plastic material can be provided.

Zur Verminderung der Wärmeabgabe des Lamellenpakets 20 oder eines entsprechenden Gußblockes an die Umgebung wird der Wärmeaustauscher 13 von dem Gehäuse 12 dicht umgeben. Gegebenenfalls kann dieses Gehäuse 12 auch mit einer Wärmeisolierung versehen sein. Es ist auch möglich, auf dem Außenumfang des Lamellenpakets 20 eine Wärmeisolierung vorzusehen.To reduce the heat dissipation of the lamellar core 20 or a corresponding cast block to the environment, the Heat exchanger 13 is tightly surrounded by housing 12. Possibly this housing 12 can also be provided with thermal insulation. It is also possible, on the outer circumference of the Lamella pack 20 to provide thermal insulation.

Die wasserführende Leitung 19 kann an einen geeigneten Warmwasserspeicher oder einen anderen Verbraucher, beispielsweise eine Heizung, angeschlossen werden. In dem Gehäuse 12 des Wärmea.ustausche±'s 13 ist eine Pumpe 21 für den Wasserkreislauf und eine nicht dargestellte elektrische Steuerungseinheit für die Pumpe angeordnet. Dieses in dem Gehäuse 12 angeordnete Wärmeaustauschgerät kann als fertige, abgeschlossene Einheit bei geringem Platzbedarf ohne große Investitionskosten aufgestellt und in einfacher Weise an eine vorhandene Verdichteranlage angeschlossen werden.The water-carrying line 19 can be connected to a suitable hot water tank or another consumer, for example a heater, can be connected. In the housing 12 of the Heat exchanges ± 's 13 is a pump 21 for the water circuit and an electrical control unit (not shown) for the pump is arranged. This arranged in the housing 12 The heat exchange device can be set up as a finished, self-contained unit with little space requirement and without high investment costs and can be easily connected to an existing compressor system.

Bei einer Verdichtertemperatur von beispielsweise 85 C kann ohne weiteres eine Temperatur des austretenden Warmwassers von 75 bis 8C⁰C erzielt werden. Berücksichtigt man, daß üblicherweise etwa 82 % der der Antriebswelle zugeführten Leistung über den Ölkühler abgeführt werden muß, so kann man daraus den Gewinn an Wärmeenergie ermessen, den man durch das ·At a compressor temperature, for example 85 C C can be easily achieved a temperature of the outgoing hot water of 75 to 8C ^0th If one takes into account that usually about 82 % of the power supplied to the drive shaft has to be dissipated via the oil cooler, then one can measure the gain in thermal energy from this, which is achieved through the

III ··· · t · *III ··· · t · *

11(111 ·■ · ft ·■11 (111 · ■ · ft · ■

beschriebene Wärmeaustauschgerät erzielt.heat exchange device described achieved.

Üblicherweise sind zwei oder mehrere Verdichteranlagen nebeneinander aufgestellt, wobei die einzelnen Verdichteranlagen f im Wechselbetrieb arbeiten. Damit bei der Umschaltung von einer jj Verdichteranlage auf die andere keine Umschaltung des ölkreis- | laufs auf den Wärmeaustauscher vorgenommen werden 'sUsually there are two or more compressor systems next to each other set up, with the individual compressor systems f work in alternation. So that when switching from a yy Compressor system to the other no changeover of the oil circuit | run on the heat exchanger

muß, wird eine Ausführungsform nach Fig. 2 vorgesehen, bei der ein mi.t nur einem Wasserkreislauf versehener Wärmeaustauscher mit zwei oder mehreren Ölkreisläufen versehen ist. Tn dem Gehäuse 12 ist ein mit einem Lamellenpaket oder einem entsprechenden Gußblock versehener Wärmeaustauscher angeordnet, der mit nur einem bei 19 angedeuteten Wasserkreislauf und mit beispielsweise zwei getrennt voneinander angeordneten Ölkreisläufen 11, 14 und 11', 14· versehen ist. An jeden Ölkreislauf ist eine in Fig. 1 wiedergegebone Verdichteranlage mit zwei in Reihe geschalteten Thermostatventilen, das im Durcbflußregler angeordnete, in Strömungsrichtung des Öls erste Thermostatventil 9,das vor dem Wärmeaustauscher 13 im Ölkreislauf liegt, und dem zweiten Thermostatventil 15_t das nach dem Wärmeaustauscher 13 in den ölkreislauf pingeschaltet ist, angeschlossen. In jedem Ölkreislauf wird mittels des Druckreglers der Ölkreislauf vom ölabscheider zum Kompressor kurzgeschlossen» solange die Öltemperatur den vorbestimmten Wert noch nicht erreicht hat. Die Kühlung des öls durch den'Wärmeaustauscher kann durch einen Teilstrom des Öls durch· den Wärmeaustauscher bereits einsetzen, bevor das im Verdichter eingespritzte Öl die volle vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Diese Aufteilung wird vom ersten Thermostatventil vorgenommen. Das zweite Thermostatventil 15. leitet dr_As Öl über den Ölkühler 16 unter Abschaltung des Wärmeaustauschers 13» wenn das Öl durch das Warmwasser nicht mehr gekühlt werden kann.must, an embodiment according to FIG. 2 is provided in which a heat exchanger provided with only one water circuit is provided with two or more oil circuits. A heat exchanger provided with a plate pack or a corresponding cast block is arranged in the housing 12 and is provided with only one water circuit indicated at 19 and with, for example, two oil circuits 11, 14 and 11 ', 14 arranged separately from one another. At each oil circuit there is a compressor system shown in Fig. 1 with two thermostatic valves connected in series, the first thermostatic valve 9 in the flow direction of the oil, which is arranged in the flow direction of the oil and which is upstream of the heat exchanger 13 in the oil circuit, and the second thermostatic valve 15 _t after the heat exchanger 13 is connected to the oil circuit. In each oil circuit, the oil circuit from the oil separator to the compressor is short-circuited using the pressure regulator »as long as the oil temperature has not yet reached the predetermined value. The cooling of the oil by the heat exchanger can already begin by a partial flow of the oil through the heat exchanger before the oil injected in the compressor has reached the full predetermined temperature. This division is made by the first thermostatic valve. The second thermostatic valve 15 passes dr _A s oil through the oil cooler 16 by switching off the heat exchanger 13 'where the oil through the hot water can not be cooled.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann das aus Metallplatten gebildete Lamellenpaket 20 auch mit einem veniger gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kunststoffmaterial, ausgegossen sein, so daß eine Konvektion zv;ischen den LamellenAccording to a further embodiment, the plate pack 20 formed from metal plates can also conduct heat well with a veniger Material, for example plastic material, poured out so that a convection between the lamellas

Il I* ·■#·#· ·Β · IIl I * · ■ # · # · · Β · I

ι > ι ι ■ ■ · · t ■ ·ι> ι ι ■ ■ · · t ■ ·

■ II Il t III!■ II Il t III!

ι ι· til Il · ι (ι ■ι ι · til Il · ι (ι ■

111 I I I I111 I I I I

- I I I I . ι- I |- , ■ , ,- I I I I. ι- I | -, ■,,

- 8 verhindert und damit die Wärmeabgabe verringert wird.- 8 prevented and thus the heat emission is reduced.

Anstelle der in Reihe geschalteten Thermostatventile kann auch eine vereinfachte Schaltung des ölkreislaufs vorgesehen werden, wobei vom Ölbehälter bzw. ölabscheider 6 eine Leitung direkt zum Wärmeaustauscher 13 führt und die Rücklaufleitung an einen üblichen Durchflußregler angeschlossen ist, wie er in der DE-OS 25 00 046 beschrieben ist. An diesem Durchflußregler wird der Ölkühler 16 angeschlossen. Bei dieser Schaltung wird das vom Ölabscheider kommende Öl in jedem Falle durch den Wärmeaustauscher geleitet, während im Durchflußregler der Ölstrom entweder direkt und/oder über den Ölkühler 16 zum Verdichter geleitet wird.Instead of the series-connected thermostatic valves, a simplified circuit of the oil circuit can also be provided be, with a line from the oil tank or oil separator 6 leads directly to the heat exchanger 13 and the return line is connected to a conventional flow regulator, as described in DE-OS 25 00 046. On this flow regulator the oil cooler 16 is connected. With this circuit, the oil coming from the oil separator is always passed through the Heat exchanger passed, while the flow of oil in the flow controller either directly and / or via the oil cooler 16 to the compressor.

Im Wärmeaustauscher können die Leitungsabschnitte 18 und 19 in versetzt zueinander liegenden Schlangenlinien geführt sein. In dem Gehäuse 12 des Wärmeaustauschers können weitere Geräte angeordnet sein, beispielsweise ein bei 22 angedeutetes Überströmventil, ein Membran-Ausdehnungsgefäß im Falle eines geschlossenen Kreislaufs und dergleichen.In the heat exchanger, the line sections 18 and 19 be guided in mutually offset serpentine lines. Further devices can be installed in the housing 12 of the heat exchanger be arranged, for example an overflow valve indicated at 22, a membrane expansion vessel in the case of a closed circuit and the like.

Claims (6)

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. As$mähn -pij.'fy K<?pnigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. ft.lflingseiisbri - D.n.:F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE München 2 · BrauhausstraQe 4 ■ Telefon Sarnmel-Nr. 22 S3 41 · Telegramme Zumpat ■ Telex B 29 979 S 1756 40/m ISARTALER Schraubenkompressoren GmbH Wallensteinstraße 20, 8192 Geretsried 1 SchutzansprücheDr. F. Zumstein Sr. - Dr. E. As $ mähn -pij.'fy K <? Pnigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. ft.lflingseiisbri - D.n.:F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE Munich 2 · BrauhausstraQe 4 ■ Telephone Sarnmel no. 22 S3 41 · Telegrams Zumpat ■ Telex B 29 979 S 1756 40 / m ISARTALER screw compressors GmbH Wallensteinstrasse 20, 8192 Geretsried 1 Protection claims 1. Vorrichtung zur Wärmeausnutzung bei Komprssoren mit ölkühlung, insbesondere Schraubenkompressoren, dadurch ge-1. Device for utilizing heat in compressors with oil cooling, especially screw compressors, thereby t> kennzeichnet, t> indicates . daß in einem an eine Kompressoreinheit angeschlossenen Wärmeaustauscher (13) die wasser- und ölführenden Leitungen räumlich getrennt voneinander angeordnet und durch ein wärmeleitendes Zwischenelement (20) miteinander verbunden sind.. that in one connected to a compressor unit Heat exchanger (13), the water and oil lines arranged spatially separated from each other and are connected to one another by a thermally conductive intermediate element (20). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,2. Device according to claim 1, characterized in that daß als wärmeleitendes Zwischenelement ein dichtes Lamellenpaket (20) vorgesehen ist.that a tight disk pack (20) is provided as a heat-conducting intermediate element. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,3. Device according to claim 1, characterized in that daß als wärmeleitendes Zwischenelement ein Gußteil vorgesehen ist, in dem die räumlich voneinander getrennten Leitungen für den Wasser- und Ölkreislauf ausgebildet sind.that a cast part is provided as a thermally conductive intermediate element in which the spatially separated Lines for the water and oil circuit are formed. 4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (13) von einem geschlossenen Gehäuse (12) umgeben ist.4. Device according to the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (13) of one closed housing (12) is surrounded. 5. Vorrichtlang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,5. Vorrichtlang according to claim 4, characterized in that daß das Gehäuse (12) des Wärmeaustauschers wärmeisoliert ist.that the housing (12) of the heat exchanger is thermally insulated. 6. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß an die vom Wärmeaustauscher kommende Rücklaufleitung (14) über ein Durchflußregelventil ein ölkühler (16) anschließbar ist.6. Device according to the preceding claims, characterized in that the coming from the heat exchanger Return line (14) via a flow control valve oil cooler (16) can be connected.