DE1227485B - Kaeltemittelverdichter - Google Patents

Kaeltemittelverdichter

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DE1227485B
DE1227485B DED40560A DED0040560A DE1227485B DE 1227485 B DE1227485 B DE 1227485B DE D40560 A DED40560 A DE D40560A DE D0040560 A DED0040560 A DE D0040560A DE 1227485 B DE1227485 B DE 1227485B
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DE
Germany
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pressure
valve
suction pressure
suction
refrigerant compressor
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DED40560A
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English (en)
Inventor
Knud Vagn Valbjorn
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Danfoss AS
Original Assignee
Danfoss AS
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00Compressor arrangements
    • F25B31/02Compressor arrangements of motor-compressor units

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Description

  • Kältemittelverdichter Die Erfindung betrifft einen motorisch angetriebenen Kältemittelverdichter mit saugdruckabhängiger Steuerung des Füllgrades, - wie er z. B. bei einer hermetisch gekapselten Kleinkältemaschine Verwendung finden k Bei der Auslegung solcher Kältemittelverdichter ist darauf zu achten, daß sowohl der Antriebsmotor als auch der Verdichter so ausgelegt sind, daß sie auch unter extremen Betriebsbedingungen einwandfrei arbeiten. Maßgebend für die Auslegung des Verdichters ist die tiefste Verdampfertemperatur, bei der der Verdichter arbeiten soll, z. B. Low Back Pressure-Maschinen -40'C, Medium Back Pressure-Maschinen -20'C und High Back Pressure-Maschinen -5'C bzw. der ihr zugeordnete niedrigste Sangdruck. Hubraumgröße und Hubzahl müssen so be- messen sein, daß bei diesen Bedingungen noch eine ausreichende Menge des Kältemittels mit Verflüssigungsdruck gefördert wird. Maßgebend für die Auslegung des Motors ist eine höchste Verdampfertemperatur bzw. der ihl zugeordnete Saugdruck. Er muß nämlich diejenige Leistung aufbringen können, die der für den anderen Extremwert ausgelegte Verdichter bei diesem extremen Wert verbraucht.
  • Es ist ein motorisch angetriebener Kältemittelverdichter bekannt, der ein in die Saugleitung geschaltetes Widerstandsorgan besitzt, das beim überschreiten eines bestimmten Saugdruckes wirksam wird, indem es aus einer ersten in eine zweite Stellung umschnappt. Mit dieser Maßnahme kann eine Entlastung des Antriebsmotors des Kältemittelverdichters bei zu hohem Saugdruck und entsprechend hoher Dichte des Kältemittels erzielt werden. Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der zwei Verdichter verwendet werden, von denen der eine dauernd und der andere nur bei Bedarf eingeschaltet wird, wobei das Einschalten erfolgt, wenn ein vorbestimmter Saugdruck überschritten wird.
  • Nachteilig ist im ersten Fall, daß lediglich zwei Betriebszustände berücksichtigt werden können, was nur eine unzureichende Anpassung an die gegebenen Betriebsbedingungen ermöglicht. Zu diesem Nachteil tritt im zweiten Fall noch der erhöhte bauliche Aufwand durch den zweiten Verdichter hinzu.
  • Des weiteren ist ein Kältemittelverdichter bekannt, der mit einem Nebenschlußpfad zwischen Hubraum und Ansaugraum versehen ist, in welchem sich ein während des Anfangsabschnittes des Druckhubes wirksames Ventil befindet. Dieses Ventil ist als zylindrischer Schieber ausgebildet, der durch ein Zentrifugalgewicht gesteuert wird. Eine solche drehzahlabhängige Steuerung vermag zwar eine Anlaufentlastung zu bieten, nicht aber eine überlastung des Motors im normalen Betrieb zu verhindern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine saugdruckabhängige Steuerung des Füllgrades bei einem motorisch angetriebenen Kältemittelverdichter anzugeben, die eine kontinuierliche Regelung in Ab- hängigkeit vom Saugdruck gestattet.
  • Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß in an sich bekannter Weise ein Nebenschlußpfad zwischen Hubraum und Ansaugraum mit während des Anfangsabschnittes des Druckhubes wirksamem Ventil vorgesehen ist und daß die öffnungszeit des Ventils mit steigendem Saugdruck steigt.
  • Mit Hilfe der Erfindung wird von einer bestimmten Saugdruckgröße an ein Teil des Kältemittels über den Nebenschlußpfad wieder abgeführt, bevor es in wesentlichem Maße verdichtet wird. Auf diese Weise läßt sich unter sonst gleichen Verhältnissen ein wesentlich kleinerer und daher billigerer Motor als bisher verwenden. Hierbei erfolgt die Regelung des den Füllgrad beeinflussenden Ventils zeitabhängig. Man kann daher ein normales Auf-Zu-Ventil durch die Zeitabhängigkeit dem steigenden Saugdruck anpassen. Es ergibt sich dann ein Kältemittelverdichter, bei dem der Füllgrad nicht nur zwischen zwei Werten umgeschaltet werden kann, sondern insgesamt mit steigendem Saugdruck abnimmt. Dies macht es möglich, den Motor noch besser als bisher auszunutzen.
  • Zumindest bei Low and Medium Back Pressure-Maschinen ist ein Betrieb mit dem maximalen Grenzwert der Verdampfertemperatur recht selten. Der Hauptarbeitsbe,reich für einen solchen Kältemittelverdichter liegt bei den tiefen bis mittleren Verdampfertemperaturen. Das entspricht bisher dem unteren Viertel oder Drittel des Leistungsbereichs des Motors; der Motorverbrauch war daher zu einem erheblichen Prozentsatz durch die Leerverluste ge- geben. Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Verdichters kann der Motor so weit verkleinert werden, daß der durch die Verdampfertemperaturen gekennzeichnete Hauptarbeitsbereich einem sehr viel größeren Teil des Motorleistungsbereichs entspricht, so daß die Motorverluste einen entsprechend geringeren Prozentsatz des Verbrauchs ausmachen.
  • Das Ventil muß nicht direkt vom Saugdruck beeinflußt werden, es kann auch von einer saugdruckabhängigen Größe, z. B. dem Verdampferdruck gesteuert sein.
  • Eine besonders einfache zeitabhängige Beeinflussung des Ventils ergibt sich, wenn es in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Hubraumdruck und Saugdruck gesteuert ist. Diese Steuerungsart macht von der Tatsache Gebrauch, daß mit steigendem Saugdruck der Druckanstieg im Hubraum ebenfalls anwächst, so daß das Ventil um so früher öffnet, je höher der Saugdruck ist. Außerdem kann das Ventil in seiner einfachsten Form als den Nebenschlußpfad im Saugraum abschließendes, federbelastetes Ventilplättchen ausgebildet sein, so daß der für die Steuerung benötigte Mehraufwand minimal ist.
  • Es wurde bereits betont, daß das Ventil nur im Anfangsabschnitt des Druckhubes wirksam sein soll, d. h. der Nebenschlußpfad während des Endabschnitts des Druckhubes in jedem Fall geschlossen gehalten werden muß. Dies kann auf vielerlei Weise geschehen, beispielsweise durch ein zweites, in Ab- hängigkeit von der Kolbenbewegung gesteuertes Ventil. Wesentlich einfacher ist es jedoch, wenn der Nebenschlußpfad in an sich bekannter Weise als Öffnung in der Zylinderwand angeordnet ist und vom Kolben während des Hubes abgedeckt wird.
  • Eine weitere Absenkung der maximal erforderlichen Motorleistung kann man erreichen, wenn man das Grundprinzip der Erfindung mehrmals anwendet, also mindestens ein weiteres, während eines größeren Anfangsabschnittes des Druckhubes wirksames Ventil vorsieht, das einen weiteren Nebenschlußpfad bei steigendem größeren Saugdruck bzw. größerer Hubraumdruck-Saugdruck-Differenz öffnet (alles im Vergleich zum eingangs erwähnten ersten Ventil).
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdichters mit zugehöri '-ein P-V-Diagr F i g. 2 in einem Diagramrn die Leistungsaufnahme N des Motors über dem Saugdruck PS, F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung mit zwei Ventilen und zugehörigem P-V-Diagramm und F i g. 4 die konstruktive Ausgestaltung eines Verdichters gemäß der Erfindung.
  • In F i g. 1 ist schematisch der Zylinder 1 mit Ventildeckel 2 und Kolben 3 veranschaulicht. Vom Hubraum 4 führt ein Nebenschlußpfad 5 zurück in den Saugraum 6 außerhalb des Zylinders. Der Nebenschlußpfad 5 ist außer mit einem Ventilsitz 7 versehen, der von einem mit der Feder 8 belasteten Ventilplättchen 9 abgedeckt ist. Auf das Ventilplättchen wirkt von innen der Hubraumdruck und von außen der Saugdruck. Die Kraft der Feder sei A p. Im Betrieb ist normalerweise der Kondensatordruck pK vorgegeben, während der Saugdruck PS in weiten Grenzen schwanken kann. Bei einem niedrigen Saugdruckps, ergibt sich der bekannte LinienzugI im P-V-Diagramm. Bis zu dem Zeitpunkt, in dem das Ventil 9 durch Abdecken des Nebenschlußpfades 5 unwirksam gemacht worden ist, war der Anstieg des Hubraumdruckes noch so gering, daß er nicht zur überwindung der Federkraftd p ausreicht. Bei einem Saugdruck PS, und bei kleineren Sangdrücken arbeitet also der veranschaulichte Verdichter in üblicher Weise.
  • Steigt jedoch der Saugdruck über den Wert PS , hinaus, beispielsweise auf den Wert PS 2, so wird der übliche Linienzug II abgewandelt in den Linienzug III, bei jedem Hub also eine der gestrichelten Fläche F entsprechende Arbeit eingespart. Dies geschieht deshalb, weil bei steigendem Saugdruck nicht nur der Absolutwert dieses Druckes, sondern auch die Anstiegsgeschwindigkeit des Hubraumdrucks anwächst. Die Differenz A p zwischen Hubraumdruck und Saugdruck, die zur überwindung der Feder 8 ausreicht, tritt schon zu einem Zeitpunkt ein, in welchem der Nebenschlußpfad 5 noch nicht übersteuert ist. Während des Hubabschnittes a wird daher Kältemittel aus dem Hubraum herausgedrückt.
  • Wenn man annimmt, daß die beiden eingetragenen Linienzüge 1 und III die Grenzwerte des Saugdruckbereichs darstellen, in welchem das Ventil 9 tätig wird, so ist leicht einzusehen, daß die öffnungszeit des Ventils 9 und daher auch das ausgeblasene Kältemittelvolumen von dem Wert null beim Saugdruck PS , auf einen der Strecke a entsprechenden Wert beim Saugdruck PS 2 kontinuierlich ansteigt. Die veranschaulichte Konstruktion ergibt also nicht nur eine Auf-Zu-Steuerung in Abhängigkeit vom Saugdruck, sondern außerdem eine vom Saugdruck abhängige Mengenregelung.
  • Bei den bekannten Motorverdichtem hat die Leistungsaufnahme N des Motors in Abhängigkeit vom Saugdruck PS den Verlauf der Kurve N., die sich aus den Abschnitten NI' (voll ausgezogen) und N,_"' (gestrichelt gezeichnet) zusammensetzt. Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, den Leistungsbedarf im Bereich höherer Saugdrücke abzusenken, so daß sich die Kurve N2 mit dem unteren Abschnitt N2' = Nl' und dem oberen AbschnittN." ergibt. Dies wiederum bedeutet, daß man statt eines Motors mit der maximalen Belastbarkeit NJ ..x mit einem Motor mit der wesentlich geringeren BelastbarkeitN2"", auskommt. Besonders wichtig ist hierbei, daß in dem Hauptarbeitsbereich b, der bei einem Haushaltskühlschrank beispielsweise den Verdampfertemperaturen von - 25 bis - 15' C entspricht, überhaupt keine Änderungen gegenüber dem normalen Betrieb auftreten. Nur in den relativ seltenen Fällen einer extremen Belastung zwischen den höheren Saugdruckwerten PS , und PS 2 tritt das erfindungsgemäße Nebenschlußventil in Tätigkeit.
  • In F i g. 3 ist veranschaulicht, daß man zusätzlich zu der in F i g. 1 geschilderten Anordnung emien weiteren Nebenschlußpfad 5' mit Ventil 9' und Feder 8' vorsehen kann. Dieses Ventil ist während eines größeren Anfangsabschnitts des Druckhubes wirksam, da der Pfad 5' erst später als der Pfad 5 vom Kolben 3 übersteuert wird. Außerdem ist die Feder 8' stärker als die Feder 8, d. h., das Ventil 9' öffnet erst bei einer größeren Differenz A p' als das Ventil 9. Auf diese Weise ergibt sich der im P-V-Diagramm der F i g. 3 veranschaulichte Linienzug IV, der keiner näheren Erläuterung bedarf.
  • In F i g. 4 ist in der Kapsel 10 an Federn 11 ein Motorverdichter gehalten. Der Elektromotor 12 treibt über die Kurbelwelle 13, den Gleitstein 14 und die Gleitsteinführung 15 den Kolben 16 an. Der Zylinder 17 ist in üblicher Weise durch Ventilplatte 18 und Ventildeckel 19 abgedeckt. Die nicht zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile sind nur angedeutet oder überhaupt weggelassen.
  • Außen auf den Zylinder 17 ist ein Deckel 20 aufgesetzt, der zusammen mit dem Zylinder eine Kammer 21 bildet. Diese steht mit dem Saugraum 22 innerhalb der Kapsel über das Rohr 23 in Verbindung. In der Kammer ist ein Haltebügel 24 für die Blattfeder 25 vorgesehen, die das Ventilplättchen 26 auf seinen Sitz 27 am Ausgang der Nebenschlußpfadbohrung 28 in der Zylinderwand drückt. Die Feder 25 kann mit Hilfe der Justierschraube 29 auf den gewünschten Vorspanndruck eingestellt werden. Die Kammer 21 dient hauptsächlich der Dämpfung des Schalls beim Austritt des Kältemittels aus dem Ventil 26. Sie ist für die erfindungsgemäße Funktion nicht unbedingt erforderlich. Man kann sie auch dadurch einsparen, daß man das über das Ventil austretende Kältemittel in eine bereits aus anderen Gründen vorhandene, dem Saugventil vorgeschaltete Saugschalldämpferkammer abbläst.
  • Die Erfindung ist überall da anwendbar, wo ein Kältemittelverdichter in einem Kreislauf arbeitet, in welchem das Sauggas unterschiedlich hohe Temperatur, also unterschiedlich hohen Druck besitzt. Sie ist also nicht auf Verdichter mit hin und her gehendem Kolben beschränkt oder auf hermetisch gekapselte Kältemaschinen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Motorisch angetriebener Kältemittelverdichter mit saugdruckabhängiger Steuerung des Füllgrades, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Nebenschlußpfad zwischen Hubraum und Ansaugraum mit während des Anfangsabschnittes des Druckhubes wirksamem Ventil vorgesehen ist und daß die öffnungszeit des Ventils mit steigendem Saugdruck steigt.
  2. 2. Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in Ab- hängigkeit von der Differenz zwischen Hubraumdruck und Saugdruck gesteuert ist. 3. Kältemittelverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußpfad im Saugraum mit einem federbelasteten Ventilplättchen abgeschlossen ist. 4. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet durch mindestens ein weiteres, während eines größeren Anfangsabschnittes des Druckhubes wirksamen Ventil, das einen weiteren Nebenschlußpfad bei steigender größerer Hubraumdruck-Saugdruck-Differenz öffnet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 693 229; USA.-Patentschriften Nr. 2 477 093, 2 943 638,
DED40560A 1962-12-20 1962-12-20 Kaeltemittelverdichter Pending DE1227485B (de)

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