Onderzoek naar een kleploze swingcompressor voor airconditioningsystemen

10 augustus 2018

(expertartikel) In airconditioningsystemen worden de klassieke zuigercompressoren geleidelijk vervangen door roterende scroll- en rolcilindercompressoren. Zij presteren beter op het gebied van geluid en wrijving.

De swingcompressor behoort tot de familie van roterende compressoren. Hij lijkt op een rolzuigercompressor, waarbij een excentrisch geplaatste ronde zuiger beweegt in de cilinder. Een swingcompressor heeft echter een niet-draaiende zuiger die door een excentrische as in een kringvormige beweging wordt gebracht. Een vast aan deze zuiger bevestigd schot kan gasdicht in de cilinderwand de excentrische beweging van de zuiger volgen en scheidt de aanzuigruimte van de compressieruimte.

Afvoerklep hindert prestatieverbetering
Swingcompressoren bevatten slechts een klein aantal bewegende delen. Dit resulteert in minder trillingen en een geringere wrijving, en daardoor in grotere betrouwbaarheid en efficiëntie. De laatste decennia is de snelheid van rolzuigercompressors steeds hoger geworden. Die hogere snelheid van de aandrijfas zorgt voor problemen met de beweging van de afvoerklep. Onderzoeken hebben aangetoond dat de afvoerklep een van de significante factoren is die de prestaties van de compressor hinderen. Ook behoeft de olieafscheiding verbetering. In hun paper presenteren Chinese onderzoekers een nieuwe swingcompressor zonder kleppen, die werkt met een vooraf bepaalde drukverhouding en kan worden gebruikt in airconditioningsystemen. Bovendien kan de oliehuishouding van de compressor de olie van het olie-koudemiddelmengsel scheiden door een centrifugale kracht binnen de verticale excenteras.

Ander type koudemiddelafvoer
Het werkprincipe, het thermodynamische proces en de oliehuishouding van deze nieuwe swingcompressor zijn in detail geanalyseerd. De koudemiddelafvoer van deze swingcompressor verloopt niet via een beweegbare klep, maar via een poort in het zuigerlichaam die bij een bepaalde stand in de cyclus vrijkomt, waardoor het samengeperste gas via de (holle) excenteras kan worden afgevoerd. Eenmaal in de afvoerruimte van de excenteras wordt de door het koudemiddel meegezogen smeerolie door de centrifugale krachten gescheiden en teruggevoerd.
Een van de conclusie van de onderzoekers is dat vergeleken met de conventionele swingcompressor het onderzochte type zonder kleppen een lager energiegebruik heeft bij het ontladingsproces. De aangegeven adiabatische efficiëntie bedraagt 98,5 procent. Vergeleken met de conventionele swingcompressor heeft het nieuwe type een vooraf bepaalde drukverhouding. Bovendien kan het ontladingsvolume van deze nieuwe swingcompressor aanzienlijk worden verminderd.

Voordelen van de kleploze swingcompressor
Verder constateren de onderzoekers dat ze een nieuwe methode ebben gevonden om centrifugale kracht te gebruiken om olie en koudemiddel in de uitlaatkamer te scheiden. De retourleiding is ontworpen als het stroomkanaal van de olie. De druk in het onderste uiteinde van de leiding wordt bepaald door de viscositeit van de olie in de uitlaatkamer, en door de persdruk. Samenvattend: voordelen van de swingcompressoren zonder kleppen zijn het lage gewicht en de eenvoudigere componentgeometrieën die ze beter geschikt maken voor airconditioningsystemen. Als een volgende stap wordt onderzoek naar de thermodynamische prestaties aanbevolen, als richtlijn voor de praktische ontwikkeling van deze compressor.

De vier stadia van het werkingsprincipe van de kleploze swingcompressor. De draairichting is tegen de wijzers van de klok.

> Leestip: Een van de belangrijkste oorzaken van de explosief groeiende elektriciteitsvraag is de toenemende populariteit van airconditioning, zo blijkt uit een recent rapport.