DE69007231T2

DE69007231T2 - Kompressorkälteanlage mit Bedarfskühlung.

Info

Publication number: DE69007231T2
Application number: DE69007231T
Authority: DE
Inventors: Tariq Abdel Rahim Diab
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland Corp LLC
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2010-10-05
Also published as: ES2043578T3; JP3058908B2; BR9005190A; KR910008352A; CN1052535C; RU2096697C1; AU641684B2; CN1051080A; JPH03140755A; ES2043578T1; EP0423976B1; AU6301090A; EP0423976A1; US4974427A; MX169289B; DE69007231D1; KR0153441B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kühlsysteme und insbesondere Kühlsysteme mit Einrichtungen zur Verhinderung von Überhitzung des Kompressors durch selektive Einspritzung von flüssigem Kältemittel in den Ansaugkrümmer.
Aufgrund der in jüngster Zeit laut werdenden Bedenken hinsichtlich eines Abbaus der Ozonschicht durch die Freisetzung verschiedener Arten von Kältemitteln wie etwa R12 wurden seitens der Regierung zunehmend strengere Einschränkungen hinsichtlich des Einsatzes dieser Kältemittel verfügt. Diese Einschränkungen erfordern für zukünftige Kälteanlagen den Einsatz von Ersatzkältemitteln. Die derzeit verfügbaren Ersatzstoffe für übliche Kältemittel wie R-12 und R-502 sind für Niedrigtemperaturanwendungen wenig geeignet, da sie zu hohen Austrittstemperaturen führen, die insbesondere unter hohen Lastbedingungen und bei hohen Verdichtungsverhältissen Schäden bzw. eine Verkürzung der Lebensdauer des Kompressors zur Folge haben.
Flüssigkeits-Einspritzsysteme werden seit langem in Kühlsystemen verwendet, um eine übermäßige Temperatur des Austrittsgases zu begrenzen oder zu regeln, die anderenfalls zur Überhitzung des Kompressors oder zum Versagen des Schmiermittels für den Kompressor führen könnte. Diese dem Stand der Technik entsprechenden Systeme verwenden typischerweise Kapillarröhren oder thermische Expansionsventile zur Steuerung der Flüssigkeitseinspritzung. Systeme dieser Art waren jedoch sehr ineffizient und die Kapillarröhren bzw. die thermischen Expansionsventile zeigten Leckagen während der Zeiträume, in denen die Einspritzkühlung nicht benötigt wurde. Diese Leckagen können zur Überflutung des Kompressors führen. Darüberhinaus kann bei stillgesetztem Kompressor die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit durch die Kapillarröhren bzw. die Expansionsventile vom Sammelbehälter zur Niederdruck-Ansaugseite gelangen und so Flüssigkeitsschläge nach dem Anlauf des Kompressors hervorrufen. Zudem waren die bei diesen dem Stand der Technik entsprechenden Systemen verwendeten Temperatursensoren üblicherweise in der Förderleitung zwischen Kompressor und Kondensator angeordnet. Diese Position des Sensors führt oftmals zu einer unzureichenden Kühlung, da die gemessene Temperatur aufgrund einer Vielzahl von Faktoren wie etwa der Umgebungstemperatur um die Förderleitung sowie dem Massenstrom des geförderten Gases weit von der tatsächlichen Temperatur des Gases aus der Druckkammer abweichen kann. Damit kann eine Überhitzung des Kompressors aufgrund einer fehlerhaften Temperaturmessung des Austrittsgases auftreten. Ein typisches Beispiel für ein solches System nach dem Stand der Technik ist in der Veröffentlichung US-A-4 049 410 beschrieben, welche die Grundlage für den aberbegriff von Anspruch 1 bildet.
Gemäß Anspruch 1 beseitigt die vorliegende Erfindung diese Probleme durch die Bereitstellung eines Flüssigkeitseinspritzsystems, das über einen Temperatursensor in der Austrittskammer des Kompressors verfügt, der in unmittelbarer Nähe und in direktem Kontakt mit dem komprimierten Gas aus der Druckkammer angeordnet ist. Auf diese Weise erhält man eine genauere Anzeige der Kompressorerwärmung, die keinen Fehlern aufgrund externer Einflußgrößen unterliegt. Desweiteren verwendet die vorliegende Erfindung in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ein zwangsgesteuertes Magnet-Absperrventil, das mit einer geeignet gewählten Düse gekoppelt ist, so daß Leckagen der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit während der Zeiten, in denen keine Kühlung benötigt wird, unterbunden werden. Zusätzlich ist diese Düse für einen maximalen Durchsatz bemessen, der einerseits den Anforderungen an die Kühlung gerecht wird, andererseits aber auch ein Überfluten des Kompressors verhindert. Der Begriff "Flüssigkeitseinspritzung" wird hierin verwendet, um auszudrücken, daß in diesen Systemen flüssiges Kältemittel aus dem Kondensator entnommen wird, wobei jedoch in Wirklichkeit ein Teil dieser Flüssigkeit bei der Durchströmung der Kapillarröhre bzw. des Expansionsventils oder einer anderen Düsenöffnung verdampft, wodurch ein Zweiphasengemisch (Flüssigkeit und Dampf) entsteht, das in den Kompressor eingespritzt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls Fluid (d.h. Zweiphasengemisch) direkt in die Ansaugkammer eingespritzt, wobei die Einspritzstelle so gewählt ist, daß eine gleichförmige Zuströmung der eingespritzten Flüssigkeit in jede Druckkammer gewährleistet ist, wodurch ein maximaler Kompressorwirkungsgrad sowie ein bestmöglicher und gleichförmiger Kühleffekt sichergestellt wird.
Obwohl GB-A-1 327 055 die Bereitstellung eines Temperatursensors in der Austrittskammer eines Kältemittelkompressors beschreibt, betrifft dies ein System, bei dem eine Vielzahl von Sensoren vorgesehen sind, einer für jede Druckkammer, und wobei diese so angeordnet sind, daß ein Betrieb des Kompressors unmöglich ist, wenn eine der Kammern überhitzt. Es werden keine Vorschläge gemacht, die die aktive Kühlung des Kompressors oder der speziellen Ventil/Düsenanordnung betreffen, die für die vorliegende Erfindung erforderlich ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Kältemittel direkt in die Druckkammer, vorzugsweise unmittelbar nach dem Schließen der Ansaugöffnungen oder des Ventils eingespritzt, wodurch sowohl die Druckkammer als auch das darin enthaltene Sauggas gekühlt werden. Obwohl diese Anordnung einen höheren Betriebswirkungsgrad erreicht, ist sie meist kostenaufwendiger, da zusätzliche Regeleinrichtungen und sonstige Komponenten für ihre Realisierung erforderlich sind.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verdeutlicht; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems mit einem bedarfsgeregelten System zur Einspritzung von Kühlflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Kühlkompressors mit einem installierten Einspritzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, das vollständig der vorliegenden Erfindung entspricht;
Fig. 3 einen Teilschnitt des Kühlkompressors von Fig. 1, wobei der Schnitt entlang der Linien 3-3 von Fig. 2 und 4 verläuft;
Fig. 4 eine Draufsicht des Kühlkompressors von Fig. 2 mit abgenommenem Kopf;
Fig. 5 eine beispielhafte Auftragung der Austrittstemperatur über der Zeit für einen Kompressor unter Anwendung des Einspritz-Kühlsystems der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittansicht entsprechend der von Fig. 4, wobei jedoch ein anderer Kühlkompressor gezeigt ist, der mit dem bedarfsgeregelten Kühlflüssigkeits-Einspritzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist; und
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Kühlsystems entsprechend demjenigen der Fig. 1, die jedoch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und hier insbesondere auf die Fig. 1 wird nun ein typischer Kühlkreislauf mit einem Kompressor 10 mit einer daran angeschlossenen Saugleitung 12 und einer Förderleitung 14 beschrieben. Die Förderleitung 14 führt zu einem Kondensator 16, dessen Austrittsstrom wiederum über die Leitungen 20, den Behälter 22 und die Leitung 24 einem Verdampfer 18 zugeführt wird. Der Austrittsstrom des Verdampfers 18 wird von dort über die Leitung 28 an einen Sammler 26 geleitet, dessen Ausgang mit der Saugleitung 12 verbunden ist. In der beschriebenen Form ist der Kühlkreislauf typisch für Systeme, wie sie sowohl für Klimaanlagen als auch für andere Kühlsysteme eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt jedoch ein einzigartiges bedarfsgeregeltes Kältemittel-Einspritzsystem (in seiner Gesamtheit mit 30 bezeichnet) bereit, das einer potentiellen Überhitzung des Kompressors entgegenwirkt. Das Flüssigkeits-Einspritzsystem beinhaltet einen Temperatursensor 32, der im Kompressor 10 angeordnet ist, und der ein Signal an eine elektronische Regelung 34 liefert, wobei dieses Signal die Temperatur des vom Kompressor 10 gelieferten komprimierten Gases angibt. Weiter ist eine Fluidleitung 36 vorgesehen, die mit einem Ende mit der Leitung 20 am oder in der Nähe des Ausgangs des Kondensators 16 verbunden ist. Das andere Ende der Fluidleitung 36 ist mit einem Magnetventil 38 verbunden, das vom Regler 34 angesteuert wird. Der Austrittsstrom vom Magnetventil 38 wird durch eine Drosseldüse 40 und über die Leitung 42 einem im Kompressor 10 angeordneten Einspritzanschluß zugeführt.
Wie am besten anhand von Fig. 2 bis 4 zu sehen ist, handelt es sich beim Kompressor 10 um eine halbhermetische Ausführung mit hin- und hergehenden Kolben, die ein Gehäuse 44 mit zwei Kompressionszylindern 46, 48 umfaßt, die in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Das Gehäuse 44 verfügt über einen Ansaugstutzen 50, der an einem Ende angeordnet ist, und durch den Sauggas zugeführt wird. Das Sauggas strömt dann durch eine im Gehäuse vorgesehene Motorkammer und aufwärts zu einem Ansaugkrümmer 52 (durch die gestrichelten Linien in Fig. 4 angedeutet), der sich nach vorne erstreckt und dabei im allgemeinen die Zylinder 46, 48 umschließt. Mehrere Durchlässe 54 dienen dazu, das Sauggas nach oben durch eine Ventilplattenanordnung 56 zu leiten, von wo es zur Kompression in die jeweiligen Zylinder 46, 48 gesaugt wird. Nachdem das Sauggas in den Zylindern 46, 48 komprimiert wurde, wird es durch die Ventilplattenanordnung 56 in eine Austrittskammer 58 ausgestoßen, die durch den darüber angeordneten Kopf 60 gebildet wird.
Wie am besten anhand von Fig. 3 und 4 zu sehen ist, ist die Leitung 42 mit einem Einspritzanschluß 62 verbunden, der in der Seitenwand des Gehäuses 44 vorgesehen ist, und der an einem Punkt im wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden Zylindern 46, 48 und unmittelbar unter dem Überströmkanal 54 in den Ansaugkrümmer 52 eintritt. Die Anordnung dieses Einspritzanschlusses wurde experimentell bestimmt, um einen bestmöglichen Wirkungsgrad und gleichförmige Kühlung eines jeden der beiden Zylinder sicherzustellen. Für ein bestimmtes Kompressormodell wird die betreffende Anschlußstelle vorzugsweise so gewählt, daß das aus den jeweiligen Druckkammern austretende komprimierte Gas innerhalb eines festgelegten Bereichs (d.h. obere bis untere Temperatur) bleibt, wobei im günstigsten Fall diese Temperaturen etwa gleich sein sollten. Es ist zu beachten, daß die Einspritzung der Flüssigkeit so nahe wie möglich bei den Zylindern erfolgen sollte, um den Betriebswirkungsgrad zu optimieren.
Wie außerdem anhand von Fig. 2 und 3 am besten zu sehen ist, reicht der in einer im Kopf 60 vorgesehenen Öffnung 64 angeordnete Temperatursensor 32 in die Austrittskammer 58, so daß er in direktem Kontakt mit dem von den jeweiligen Zylindern 46, 48 zuströmenden Austrittsgas steht. Der Sensor 32 wird vorzugsweise an einer Stelle angeordnet, die ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Zylindern 46, 48 und so nahe wie möglich beim Austrittsventilmechanismus 66 liegt, um eine genaue Temperaturmessung für jeden der beiden Zylinder sicherzustellen. Es wird angenommen, daß bei dieser Anordnung der Temperatursensor am nächsten zum heißesten komprimierten Gas aus den Druckkammern angebracht ist.
Das Magnetventil 38 wird vorzugsweise als ein Absperrventil mit einer sehr hohen Anzahl möglicher Arbeitszyklen gewählt, das gleichzeitig eine zuverlässig dichtende Schließposition sicherstellt, um die Möglichkeit einer Überflutung bzw. von Flüssigkeitsschlägen des Kompressors auszuschließen. Alternativ kann das Magnetventil durch ein Ventil mit der Fähigkeit zur Regelung des Flüssigkeitsstromes zum Ansaugkrümmer 52 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des Austrittsgases ersetzt werden. Zum Beispiel könnte ein durch einen Schrittmotor betätigtes Ventil verwendet werden, das mit steigender Austrittstemperatur zunehmend größere Durchsätze freigibt. Eine andere Alternative wäre der Einsatz eines impulsbreitenmodulierten Ventils, das eine Änderung des eingespritzten Fluidstroms durch eine Regelung der Impulsdauer oder -frequenz in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur zuläßt.
Zur Begrenzung des maximalen Fluidstroms in den Ansaugkrümmer 52 durch den Einspritzanschluß 62 sowie zur Reduzierung des Fluiddruckes auf etwa den des Sauggases aus dem Verdampfer ist auf der Abströmseite des Ventils 38 eine Drosseldüse 40 vorgesehen. Die Drosseldüse 40 wird vorzugsweise so bemessen, daß sich bei einem Differenzdruck von etwa 20 bar (300 psi) entsprechend einer Verdampfertemperatur von etwa -40ºC (-40ºF) und einer Kondensatortemperatur von etwa 54ºC (130ºF) ein maximaler Fluidstrom durch diese einstellt, bei dem ein ausreichender Kühlflüssigkeitsstrom zum Kompressor 10 zur Vermeidung von Überhitzung desselben sichergestellt ist. Die Verdampfertemperatur entspricht der Sättigungstemperatur des Kältemittels, wie es nach Durchströmen des Expansionsventils in den Verdampfer eintritt. Die Kondensatortemperatur entspricht der Sättigungstemperatur des Kältemittels beim Austritt aus dem Kondensator. Dies stellt die Auslegungskriterien für einen ungünstigsten Betriebszustand dar. Der maximale Durchfluß variiert für verschiedene Kompressoren, und er muß ausreichend sein, um die Austrittstemperatur des Kompressors nicht zu weit ansteigen zu lassen und trotzdem nicht so hoch, daß Überflutung oder Flüssigkeitsschläge des Kompressors verursacht werden. Es sei darauf hingewiesen, daß es wichtig ist, die Drosseldüse 40 für einen Druckabfall zu bemessen, der weitgehend gleich dem über dem Verdampfer zwischen Kondensatoraustritt und Kompressorsaugstutzen auftretenden Druckabfall ist, um zu vermeiden, daß der Verdampfer einem Gegendruck ausgesetzt wird, der in hohen Wirkungsgradverlusten des Systems resultieren würde.
Im Betrieb befindet sich das Ventil 38 nach dem ersten Anlauf aus einem "kalten" Zustand in einer geschlossenen Stellung, da die vom Sensor 32 gemessene Temperatur des Kompressors 10 hinreichend niedrig ist, so daß keine zusätzliche Kühlung benötigt wird. Damit arbeitet der Kühlkreislauf in normaler Weise, wobei Kältemittel durch den Kondensator 16, den Behälter 22, den Verdampfer 18, den Sammler 26 und den Kompressor 10 zirkuliert. Mit ansteigender Belastung des Kühlsystems steigt jedoch auch die Temperatur des Austrittsgases. Wenn die durch den Sensor 32 gemessene Temperatur des Austrittsgases aus der Druckkammer des Kompressors 10 eine erste festgelegte Temperatur erreicht, wie dies durch die Spitzen in der graphischen Darstellung von Fig. 5 verdeutlicht wird, so öffnet der Regler 34 das Ventil 38, wodurch unter hohem Druck stehendes flüssiges Kältemittel aus dem Kondensator 16 durch die Leitung 36, das Ventil 38, die Drosseldüse 40 und die Leitung 42 strömen und über den Einspritzanschluß 62 in den Ansaugkrümmer 52 des Kompressors 10 eingespritzt werden kann. Es ist anzumerken, daß das flüssige Kältemittel beim Durchtritt durch die Drosseldüse 40 im Normalfall teilweise verdampft und daher das durch den Anschluß 62 eintretende Fluid typischerweise ein Zweiphasengemisch bildet (teils gasförmig, teils flüssig). Dieses kalte flüssige Kältemittel vermischt sich mit dem relativ warmen Sauggas, das den Ansaugkrümmer 52 durchströmt, und gelangt so in die Zylinder 46 bzw. 48. Die Verdampfung dieses flüssigen Kältemittels hat eine Kühlung sowohl des Sauggases als auch des Kompressors selbst zur Folge, was wiederum in einer Verringerung der vom Sensor 32 gemessenen Temperatur des Austrittsgases resultiert, die in der graphischen Darstellung von Fig. 5 wiedergegeben ist. Sobald die vom Sensor 32 gemessene Austrittstemperatur unter eine zweite vorbestimmte Temperatur sinkt, schließt der Regler 34 das Ventil 38 und sperrt damit die Zufuhr von flüssigem Kältemittel bis zu einem Zeitpunkt, an dem die vom Sensor 32 gemessene Temperatur des Austrittsgases wieder den ersten vorbestimmten Temperaturwert erreicht. Vorzugsweise sollte die erste vorbestimmte Temperatur, bei der das Ventil 38 öffnet, unter der Temperatur liegen, ab der irgendeine Beeinträchtigung der Kompressorfunktion oder der Kompressorlebensdauer auftritt, und insbesondere unterhalb derjenigen Temperatur bleiben, ab der eine Verschlechterung des im Kompressor 10 eingesetzten Schmiermittels eintritt. Die zweite vorbestimmte Temperatur wird vorzugsweise hinreichend weit unterhalb der ersten vorbestimmten Temperatur eingestellt, um ein zu rasches Hin- und Herschalten des Ventils 38 zu vermeiden, gleichzeitig jedoch hoch genug, um eine mögliche Überflutung des Kompressors zuverlässig zu verhindern. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde die erste vorbestimmte Temperatur auf etwa 143ºC (290ºF) und die zweite vorbestimmte Temperatur auf etwa 138ºC (280ºF) eingestellt. Die graphische Darstellung von Fig. 5 zeigt für diese festgelegten Temperaturen die resultierenden Schwankungen der Austrittstemperatur über der Zeit bei einer Verdampfungstemperatur von 32ºC (-25ºF), einer Kondensationstemperatur von 43ºC (110ºF) und bei Rücklauftemperaturen von 18ºC (65ºF). Die Rücklauftemperatur bezeichnet die Temperatur des aus dem Verdampfer zurückströmenden Kältemittels beim Eintritt in den Kompressor.
Wie weiter oben erwähnt, ist die Positionierung des Sensors 32 und des Einspritzanschlusses 62 von großer Wichtigkeit für die Sicherstellung einer einwandfrei gleichförmigen Kühlung des Kompressors und für die Maximierung des Betriebswirkungsgrades des Systems. Die Fig. 6 zeigt die Anordnung des Einspritzanschlusses 68 und des Sensors 70 für das Austrittsgas in einem halbhermetischen Kompressor 72 mit drei Kompressionszylindern 74, 76, 78. Der Anschluß 68 mündet in den im Kompressorgehäuse vorgesehenen Ansaugkrümmer 80 (über beide Seiten der zwei hintersten Zylinder verlaufend und durch gestrichelte Linien angedeutet) und ist vorzugsweise mittig zum mittleren Zylinder 76 angeordnet. Hier reicht der Sensor 70 durch den Kopf (nicht dargestellt) nach innen und ist in nächster Nähe oberhalb des mittleren Zylinders 76 positioniert, so daß er in unmittelbarem Kontakt mit dem komprimierten Austrittsgas aus jedem der drei Zylinder steht. Auch hier wird angenommen, daß bei dieser Anordnung der Temperatursensor am nächsten zum heißesten verdichteten Gas aus den jeweiligen Druckkammern angebracht ist, was als vorzuziehende Anordnung betrachtet wird. Die Funktionsweise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit der weiter oben beschriebenen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nun ein Kühlsystem ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten System beschrieben, wobei gleiche Komponenten mit identischen, aber durch Apostroph gekennzeichneten Hinweisziffern versehen sind. Dieses Kühlsystem schließt jedoch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein, bei der flüssiges Kältemittel unmittelbar in jeden der Zylinder eingespritzt wird, sobald der Kolben seinen Ansaughub beendet hat (d.h. unmittelbar nach Durchlaufen der unteren Totpunktlage des Kolbens). Diese Ausführungsform bringt noch größere Verbesserungen des Betriebswirkungsgrades des Systems mit sich, da das eingespritzte Fluid kein Sauggas aus dem Kompressor verdrängt, sondern vielmehr die Menge des verdichteten Fluids erhöht, was einen größeren Massenstrom je Kolbenhub zur Folge hat.
Wie in Fig. 7 gezeigt, besitzt der Kompressor 10' eine Kurbelwelle 82, die auf zwei hin- und hergehende Kolben 84, 86 in den jeweiligen Zylindern 88, 90 wirkt. Eine Vielzahl von Markierungen 92 auf einem umlaufenden Teil 94 auf der Kurbelwelle 82, deren Zahl der Anzahl der Zylinder des Kompressors 10' entspricht, sind so angebracht, daß sie bei rotierender Kurbelwelle 82 am Sensor 96 vorbeigeführt und von diesem erkannt werden. Die Markierungen 92 sind relativ zum Sensor 96 so angeordnet, daß der Sensor 96 ein Signal erzeugt, welches anzeigt, daß ein zugehöriger Kolben den unteren Totpunkt durchläuft. Diese vom Sensor 96 erzeugten Signale werden an den Regler 98 übermittelt.
Um flüssiges Kältemittel an jeden der Zylinder 88, 90 zu liefern, ist ein Paar geeigneter Ventile 100, 102 bereitgestellt, von denen jedes mit einer Zuströmseite mit der Fluidleitung 36' in Verbindung steht und so ausgeführt ist, daß es wie weiter unten ausführlicher beschrieben, vom Regler 98 zu- oder aufgesteuert werden kann. Jedes Ventil 100, 102 ist mit einer Drosseldüse 104, 106 versehen. Die Drosseldüsen 104, 106 erfüllen im wesentlichen die gleichen Funktionen wie die weiter oben beschriebene Drosseldüse 40 mit der Ausnahme, daß sie so ausgeführt sind, daß das in die Zylinder eingespritzte Fluid zum Zeitpunkt des Einspritzens leicht oberhalb des Druckes des Sauggases in den Zylindern gehalten wird, wobei der Druck etwas oberhalb desjenigen des vom Verdampfer zurückströmenden Sauggases liegen kann.
Die Austrittsströme der Ventile 100, 102 und der Drosseldüsen 104, 106 werden den Zylindern 88, 90 über die Fluidleitungen 108, 110 zugeleitet, wobei diese mit den Zylindern 88, 90 über eine beliebige geeignete Anschlußanordnung wie etwa Öffnungen in den Seitenwänden der betreffenden Zylinder oder durch eine an diesen angeordnete Ventilplatte in Verbindung stehen. Zusätzlich können geeignete Rückschlagventile vorgesehen werden, um jedes Rückströmen von Kältemittel während des Kompressionshubes zu verhindern.
Außerdem ist ein Sensor 112 vorgesehen, der innerhalb einer durch den Kopf 116 definierten Austrittskammer 114 angeordnet ist, und der Meßsignale für die Temperaturen des aus den Zylindern 88, 90 austretenden komprimierten Gases an den Regler 98 übermittelt. Der Sensor 112 entspricht im wesentlichen den weiter oben beschriebenen Sensoren 32 und 70, wird außerdem in einer im wesentlichen gleichen Weise innerhalb der Austrittskammer 114 angeordnet und arbeitet in derselben Weise wie unter Bezugnahme auf die Sensoren 32 und 70 beschrieben.
Wenn während des Betriebs der Sensor 112 dem Regler 98 meldet, daß die Temperatur des komprimierten Gases aus den Zylindern 88, 90 eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, so beginnt der Regler den Sensor 96 auf Stellsignale abzufragen. Sobald die Markierung 92 auf der Kurbelwelle 82 den Sensor 96 passiert, wird ein Signal zur Anzeige des unteren Totpunktdurchgangs eines der beiden Kolben 84 und 86 an den Regler 98 abgesetzt, welcher daraufhin das jeweils zugehörige der beiden Ventile 100 und 102 für einen vorbestimmten kurzen Zeitraum öffnet, wodurch flüssiges Kältemittel in den entsprechenden Zylinder einströmen kann und sich dort mit dem zuvor vom Zylinder zur Kompression angesaugten Sauggas mischt und dieses abkühlt. Sobald die nächste Markierung 92 auf der Kurbelwelle 82 den Sensor 96 passiert, wird dieser Ablauf für den anderen der beiden Zylinder 88, 90 wiederholt, wodurch flüssiges Kältemittel zu diesem Zylinder gefördert wird. Die tatsächlichen Zeiträume, für die die Ventile 100 und 102 in einer geöffneten Position gehalten werden, werden so gewählt, daß eine ausreichende Kühlung zur Vermeidung übermäßiger Überhitzung des Kompressors 10' gewährleistet ist, während gleichzeitig die Möglichkeit einer Überflutung oder von Flüssigkeitsschlägen des betreffenden Zylinders verhindert wird. In einigen Anwendungsfällen kann es wünschenswert sein, die Länge des Zeitraums, für den die Ventile im geöffneten Zustand gehalten werden, in Abhängigkeit vom Ausmaß, in dem die vom Sensor 112 festgestellte Temperatur des Austrittsgases eine festgelegte Temperatur überschreitet, zu variieren. Sobald die vom Sensor 112 festgestellte Temperatur des komprimierten Gases unter eine zweite festgelegte Temperatur fällt, bricht der Regler 98 in jedem Fall die Ansteuerung der Ventile 100 und 102 ab, so daß das Kühlsystem in einer herkömmlichen Weise ohne jede Fluideinspritzung arbeitet.
Es ist anzumerken, daß die vorliegende Erfindung zwar in Verbindung mit Kompressoren mit hin- und hergehenden Kolben beschrieben wurde, daß sie jedoch gleichermaßen auch auf andere Kompressortypen wie Rotations-, Schrauben- und Spiralverdichter oder auf beliebige andere Ausführungen anwendbar ist. Da die vorliegende Erfindung mit einem Sensor arbeitet, der in direktem Kontakt mit dem Austrittsgas unmittelbar aus der oder den Druckkammern steht, ist die Möglichkeit von Fehlmessungen aufgrund äußerer Einflüsse im wesentlichen ausgeschaltet. Darüberhinaus stellt der Einsatz eines zwangsgesteuerten Ventils sicher, daß nur dann kalte Flüssigkeit zugeführt wird, wenn diese für eine Kühlung des Kompressors benötigt wird. Außerdem wird durch die Bereitstellung einer geeignet dimensionierten Drosseldüse der maximale Flüssigkeitsstrom begrenzt, so daß keine Überflutung des Kompressors auftreten kann.

Claims

1. Kühlsystem umfassend einen Kompressor (10) mit einem Ansaugkrümmer (52) und einer Auslaßkammer (58), einen Kondensator (16), einen Verdampfer (18), der mit dem Kompressor (10) in einem geschlossenen Regelkreis in Reihe geschaltet ist, und eine Einrichtung (30), die eine Überhitzung des Kompressors (10) verhindert, umfassend einen Sensor (32) zur Ermittlung der Temperatur des komprimierten Gases, eine Fluidleitung (36, 42), die zwischen dem Auslaß (20) des Kondensators (16) und dem Kompressor (10) geschaltet ist, und eine Steuereinrichtung (34, 38), die wahlweise den Fluidstrom von dem Kondensatorauslaß zu dem Kompressor (10) entsprechend der ermittelten Temperatur des komprimierten Gases steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (32) in der Auslaßkammer (58) des Kompressors (10) und direkt im Strömungsweg des komprimierten Gases angeordnet ist, daß die Steuereinrichtung ein positiv wirkendes Steuerventil (38) umfaßt, das in der Lage ist, den Zustrom von Fluid durch die Fluidleitung (36) zu sperren, und daß eine Öffnung (40) zwischen dem Ventil (38) und dem Kompressor (10) vorgesehen ist, die so bemessen ist, daß dort ein Druckabfall entsteht, wenn das Ventil (38) offen ist, um den Zustrom von Fluid durch die Fluidleitung zu begrenzen, so daß eine Überflutung des Kompressors (10) verhindert wird.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, bei dem das Ventil (38) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position betätigt werden kann, um auf diese Weise wahlweise den Zustrom von Fluid zu steuern.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1, bei dem das Ventil (38) so betätigt werden kann, daß es den Zustrom von Flüssigkeit moduliert.

4. Kühlsystem nach Anspruch 3, bei dem das Ventil (38) ein impulsbreitenmoduliertes Ventil ist.

5. Kühlsystem nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinrichtung (34) dahingehend betätigt werden kann, daß sie das Ventil (38) bei einer ersten vorbestimmten Temperatur in eine offene Position bringt, und daß sie das Ventil (38) bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur in eine geschlossene Position bringt.

6. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kompressor eine Vielzahl von Druckkammern (46, 48) umfaßt, die jeweils über einen Ansaugkrümmer (52) Sauggas erhalten und komprimiertes Gas in die Auslaßkammer (58) ablassen, wobei die Fluidleitung (36, 42) in den Ansaugkrümmer (52) mündet.

7. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Kompressor eine Vielzahl von Druckkammern (84, 86) und eine in jede der Kammern mündende Fluideinlaßleitung (108, 110) umfaßt, wobei Steuerventile (100, 102) in jeder der Fluideinlaßleitungen vorgesehen sind, die Fluidleitung (36') mit jedem der Ventile verbunden ist, und eine Steuerung (98) vorgesehen ist, die wahlweise eines der Ventile betätigen kann, um auf diese Weise den Fluidstrom von dem Kondensatorauslaß zu einer der Druckkammern zu steuern.

8. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kompressor eine Vielzahl von Druckkammern (74, 76, 78) besitzt, zu denen jeweils eine Auslaßöffnung gehört, wobei der Sensor (112) in der Auslaßkammer im wesentlichen in der Mitte der Auslaßöffnungen angeordnet ist, so daß er mit dem von dort in die Auslaßkammer eingeleiteten komprimierten Gas in direktem Kontakt steht.

9. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Kompressor eine Vielzahl von Druckkammern (74, 76, 78) umfaßt, die jeweils das komprimierte Gas über entsprechende Auslaßöffnungen in die Auslaßkammer ablassen, wobei der Sensor (70) in der Auslaßkammer ganz nah bei der Auslaßöffnung angebracht ist, durch die das komprimierte Gas mit der höchsten Temperatur in die Auslaßkammer einströmt.

10. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des weiteren umfassend eine Zeitgebereinrichtung (92, 94, 96), die ein Signal an die Steuereinrichtung (34) absetzt, um anzuzeigen, daß das Einleiten von Sauggas in die oder in eine Druckkammer des Kompressors beendet ist.

11. Kühlsystem nach Anspruch 10 als Unteranspruch von Anspruch 7, bei dem die Ventile (100, 102) bei oder nach Beendigung des Einleitens von Gas in die jeweilige Druckkammer (84, 86) in die offene Position gebracht werden können.

12. Kühlsystem nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Kompressor ein Kolbenkompressor ist, und die Zeitgebereinrichtung ein Signal an die Steuereinrichtung absetzen kann, das anzeigt, daß der Kolben sich an seinem unteren Totpunkt befindet.