Oelfreier CO2-Kleinkompressor

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 37570

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0074;F-Wärmepumpen und Kälte

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Oelfreier CO2-Kleinkompressor

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Zugehörige Dokumente

• Ölfreier CO2-Kleinkompressor - Jahresbericht 2000 [PDF] 15 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Publikation ist auch in englisch erhältlich unter der Publikation Nr. 210124.ZusammenfassungZiel des Projektes war der Machbarkeitsnachweis für einen ölfreien semi-hermetischen CO2-Kompressor für überkritische Wärmepumpprozesse mit grossen Temperaturhüben. Diese Prozesse sind verbunden mit hohen Drücken, z.B. 35 bar Saugdruck und 80 - 150 bar Enddruck.Der Nachweis erfolgte über die Auslegung, Konstruktion und Anfertigung eines Funktionsmusters, mit anschliessender Ermittlung der Kenndaten des Kompressors mittels Tests auf einer speziell aufgebauten Testanlage.Der Kompressor wurde konzipiert als Brauchwasser-Wärmepumpe, ohne externe Kühlung. Die Kühlung des Motors erfolgt über das angesaugte CO2-Gas, das zuerst den Motor durchströmt, dann durch das Kurbelgehäuse und die Zylinderköpfe zu den Saugventilen gelangt.Die Tests haben bestätigt, dass die eingesetzte Technik geeignet ist für den Einsatz in kleinen ölfreien CO2-Kompressoren. Der Kompressor läuft aufgrund des Kreuzschleifenantriebes sehr ruhig und vibrationsarm. Es können problemlos Drücke bis 150 bar und Endtemperaturen bis 200 _C erreicht werden, ohne dass irgendwelche Komponenten Schaden nehmen.Um den Einfluss der Wärmeleitung und den Wärmeaustausch zwischen Gas und Zylinder zu ergründen wurden Zylinderköpfe aus rostfreiem Stahl sowie aus Kunststoff getestet und die Resultate verglichen. Der rostfreie Zylinderkopf leitet viel Wärme an das Kurbelgehäuse, was zum beträchtlichen Aufheizen des durch das Kurbelgehäuse angesaugten Gases führt. Entsprechend ist der Prozessverlauf bei den beiden Zylinderkopf-Materialien sehr verschieden (siehe Diagr. 5); die Kenngrössen der Verdichtung sind im Endeffekt jedoch praktisch identisch (siehe Diagr. 8 - 12). Der Isentrope Wirkungsgrad (siehe Diagr. 10) liegt trotz der Kleinheit der Zylindervolumina (1.25 cm3) im Rahmen von handelsüblichen ölgeschmierten Kompressoren. Der Volumetrische Wirkungsgrad (siehe Diagr. 12) fällt ab, als Folge des konstruktionsbedingten hohen Schadraumanteils von 18%.Die wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten für diese noch weiterzuentwickelnde Technologie sind dieFahrzeugklimatisierung (Kühlen/ Heizen)BrauchwassererwärmungLebensmittelindustrie, wo ölfreie Verdichtung zwingend ist.Voraussetzung für die meisten Anwendungen sind konkurrenzfähige Kosten (in Konkurrenz zu ölgeschmierten Systemen). Um dies zu erreichen sind noch weitere Entwicklungsschritte notwendig.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:


Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Baumann,Heinz

Zugehörige Dokumente

• Ölfreier CO2-Kleinkompressor - Schlussbericht [PDF] 1'143 kB

Schlussbericht (Englisch)

The publication is available in German. The number is 210125.AbstractThe objective of the project is to prove the feasibility of a small oilfree semi hermetic piston type CO2 compressor for supercritical heatpump applications with large temperature spans. These processes involve high pressures like 35 bar suction pressure and 80 to 150 bar delivery pressure. The compressor design is based on two key elements which are :_ clearance seal piston/cylinder combination and_ PEEK-plate valves with flat valve springsThe feasibility study covers :_ design and manufacturing of a functional model_ performance tests over the full range of speed and pressure_ manufacturing cost estimate for a modified serial model design.The compressor was designed for domestic water heating applications and has therefore no external cooling. The cooling of the motor is effected by the suction CO2-gas flow through the motor, crankcase and cylinder head to the suction valves.The tests confirmed the feasibility of the technology for the use in small oilfree compressors. The compressor which has a scotch yoke drive operates very quietly and without vibrations. It is able to handle outlet pressures up to 150 bar and outlet temperatures up to 200 _C .Two kinds of cylinder-heads from stainless steel and from plastic were tested in order to find out the influence of heat exchange and heat conduction. The stainless steel cylinder-heads conduct a lot of heat to the compressor housing which results in a considerable preheating of the suction gas (see Diagr.4). The process of preheating and compression follows different courses for the two cylinder head materials (see Diagr.5). However, the characteristic values of compression are practically the same for both (see Diagr.8-12).The Isentropic Efficiency (see Diagr.10) is comparable to the efficiency of oil-lubricated compressors on the market, despite the very small cylinder volume of 1.25 cm3. The Volumetric Efficiency (see Diagr.12) is rather low due to the large design-related dead volume of 18%.This CO2 compressor technology is a possible alternative to oil lubricated compres-sion systems in _ automotive air conditioning (heating and cooling)_ domestic water heating_ applications in the food industry where oilfree compression is a must.Precondition for most of the applications however are competitive costs in comparison to oil-lubricated systems. In order to reach this target further development steps will be needed.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:


Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Baumann,Heinz

Zugehörige Dokumente

• Small oilfree CO2-compressor - Final Report [PDF] 1'131 kB