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Wärmeaustauschvorrichtung für den Kondensator und Verdampfer von umlaufenden liompressionskältemaschinen.
Bei den bekannten Wärmeaustauschvorrichtungen für Kältemaschinen hat man bisher das aus dem Verdichter bzw. aus der Einspritzleitung austretende Kältemittel frei in das umlaufende Gehäuse des Kondensators oder des Verdampfers eingeführt. Dies hat den Nachteil, dass die jeweilig eingeführte Kältemittelmenge sich mit der Kältemittelmenge vermischt. die bereits vorher eingeführt ist und sich in dem umlaufenden Gehäuse befindet.
So mischen sich bei einem umlaufenden Kondensator die hoch überhitzten, aus dem Verdichter austretenden Dämpfe mit den im Kondensatorgehäuse vorhandenen, teilweise kondensierten Dampfmengen, so dass durch den Mischvorgang die für den Wärmeaustausch wichtige Temperaturdifferenz zwischen Kälte-und Kühlmittel sinkt. Bei einem umlaufenden Verdampfer macht sich dieser Übelstand insofern bemerkbar, als die eingespritzte Flüssigkeit dauernd die Verdampfungsendtemperatur im Verdampfer herabsetzt, so dass die erwünschte Überhitzung der in den Verdichter eintretenden Dämpfe nicht eintreten kann.
Ein weiterer wesentlicher dübel- stand der freien Einführung des Kältemittels liegt darin, dass der Überdruck des Verdichters für die Förderung des Kältemittels durch die Wärmeaustauschvorrichtung nicht verlorengeht.
Diese Übelstände sind dadurch vermieden, dass das von dem Verdichter geförderte Kältemittel unmittelbar in Kanäle einer Wärmeaustauschvorrichtung eingeführt wird, durch die es unter der Wirkung des Verdichterdruckes zwangläufig in ununterbrochenem Strom bis zur Einführung in das umlaufende Kondensatorgehäuse bzw. Verdampfergehäuse getrennt vom Gehäuseinnern hindurchgedrückt wird.
Infolge dieser Abschliessung der Übertrittsstelle für das Kältemittel in die Wärmeaustauschvorrichtung gegen das Innere des umlaufenden Gehäuses ist ausgeschlossen, dass das aus dem Verdichter austretende Kältemittel sich mit schon vorher ausgetretenen Kältemittelmengen mischt, die dem Wärmeaustausch schon teilweise unterworfen Es treten daher die aus dem Verdichter austretenden Kältemittelmengen mit der günstigen Überhitzungstemperatur in die umlaufende Wärmeaustauschvorrichtung ein, so dass ein wirksamerer Wärmeaustausch erzielt ist. Beim Verdampfer tritt das frisch eingespritzte Kältemittel an einer Seite des geschlossenen Kanalsystems der Wärmeaustauschvorrichtung ein, von deren anderer Seite getrennt die überhitzten Dämpfe zu dem Verdichter geleitet werden.
Es tritt also keine schädliche Beeinflussung der Verdampfungsendtemperatur durch das noch flüssige Kältemittel ein.
Ferner kann infolge der Abschliessung der Übertrittsstelle für die Förderung des Kältemittels durch die Wärmeaustauschvorrichtung der Verdichterdruck ausgenutzt werden, so dass wesentlich höhere Fördergeschwindigkeiten in der Wärmeaustausvorrichtung erzielbar sind.
Bei Verwendung eines feststehenden Verdichters bereitet der unmittelbare Anschluss der umlaufenden Wärmeaustauschvorrichtung an n den Verdichter bezüglich der Abdichtung an der Anschlussstelle Schwierigkeiten. Erfindungsgemäss sind diese Schwierigkeiten dadurch behoben, dass ein Verdichter mit. umlaufenden Zylindern verwendet wird, an welche die Kanäle der umlaufenden Wärmeaustauschvorrichtung unmittelbar angeschlossen sind. Bei dieser Ausbildung erübrigt sich die Abdichtung durch Stopfbüchsen. Auch kann dabei das Verdichtergehäuse
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und das als Sammelraum für das flüssige Kältemittel dienende Kondensatorgehäuse zu einem
Stück vereinigt, also zusammengegossen werden.
Die Wärmeaustauschvorrichtung kann ausschliesslich durch Kanäle in dem gemeinsamen
Gussstück gebildet sein. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäss radiale Zylinder axial neben dem Kondensatorgehäuse angeordnet und das verdichtete dampfförmige Kältemittel wird unmittelbar in einen zwischen den Zylindern vorgesehenen, vom Kühlmittel umspülten Ringkanal gedrückt, der durch einen oder mehrere axiale Kanäle mit dem Kondensatorgehäuse in Verbindung steht. Infolge der Anordnung des als Wärmeaustauschvorrichtung dienenden Ringkanals in dem gemeinsamen Gussstück werden die aus dem Verdichter austretenden überhitzten Kältemitteldämpfe in diesem vor ihrem Eintritt in das Kondensatorgehäuse so gekühlt, dass sie stark gesättigt sind.
Es reicht dann noch eine Kühlung des Kondensatorgehäuses aus, um die völlige Verflüssigung des Kältemittels herbeizuführen. Die erforderliche Wärmeaustauschvorrichtung kann daher ausschliesslich aus in dem Gussstück angeordneten Kanälen bestehen. Auch die dichte Befestigung der Wärmeaustauschrohre od. dgl. am Gehäuse ist dabei nicht erforderlich.
Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Kältemaschine nach der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform, Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 1. Fig. 3 und 4 sind Längsschnitte durch andere Ausführungformen ; Fig. 5 ist eine teilweise im Schnitt nach der Linie C-D der Fig. 4 gezeichnete Seitenansicht und Fig. 6 zeigt einen Teil der Fig. 4 im Schnitt nach der Linie E-F der Fig. 5.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist in dem Lager 1 ein Wellenstummel 2 und in dem Lager 3 ein Hohlwellenstnmmel 4 gelagert. Auf diesen Wellenstummel ruht lose der durch das Gewicht 5 belastete Verdichter mit seinen Zylindern 6 und Kolben 7.
Die Kolben werden durch einen Exzenter 8 des Wellenstummel 2 bewegt.
Auf den Wellenstummel 2 und 4 ist das Gehäuse 9 befestigt, das den Verdichter umgibt. An der linken Stirnwand des Gehäuses ist aussen ein spiralförmiges Rohr tO befestigt, dessen inneres Ende 11 in eine Ringkammer 12 mündet, die durch die Nabe 13 und einen Ringflansch 14 gebildet ist. Dieser Flansch greift möglichst dicht über einen am Verdichter vorgesehenen Nabenteil 15, in dessen Stirnwand die Druckleitungen 16 des Zylinders 6 münden. Das äussere Ende 17 des Rohres 10 mündet am Umfange des Gehäuses 9 in dessen Inneres.
Das Kältemittel sammelt sich in flüssiger Form am inneren Umfange des Gehäuses 9 an, wird in üblicher Weise durch einen Abstreifer 18 entnommen und durch das Einspritzrohr 19 dem Verdampfer zugeführt.
Die Saugleitung 20 des Verdichterzylinders 6 steht mit dem Innern des Hohlwellen- stummels 4 in Verbindung, der in den Verdampfer mündet.
Dieser besteht aus der auf dem Hohlwellenteil 4 befestigten Stirnwand 21, die mit einem
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abgedeckt, die jedoch nicht bis ganz an den Rand 22 reicht, so dass das äussere Ende 26 des Kanals 24 in das Innere des Verdampfergehäuses mündet. Das innere Ende 27 des Kanals 24 mündet in eine mittlere Kammer 28, in die auch die Einspritzleitung 19 hineingeführt ist. Diese feststehende Leitung ist mittels einer Stopfbüchse 29 durch die sich drehende Scheibe 25 dicht hindurchgeführt. Der an der Aussenseite des Wellbleches 23 entstehende spiralförmige Kanal 30 wird von dem zu kühlenden Mittel, z. B. der Sole 31, oder auch von Luft umspült, die sich in dem Gehäuse 32 befindet.
Beim Betriebe der Kältemaschine steht der Zylinder 6 des Verdichters fest, wogegen Kondensatorgehäuse 9 und Verdampfergehäuse 21, 22, 23 umlaufen. Die von den Kolben 7 angesaugten, durch die Leitungen 20 zuströmenden Kältemitteldämpfe (z. B. von Schwefeldioxyd) treten durch die Druckleitungen 16 in die Kammer 12, aus der sie unmittelbar in das innere Ende 11 des Rohres 10 eintreten. Dieses Rohr wird beim Umlauf von der kühleren Aussenluft umspült, so dass die Dämpfe darin niedergeschlagen werden. Das Wärmeaustauschrohr ist dabei so bemessen, dass die jeweilig von dem Verdichter gelieferte Dampfmenge in ununterbrochenem Strom unter dem Einfluss des Verdichterdruckes bis zum Austritt aus dem äusseren Ende 17 gefördert werden.
Da die aus dem Zylinder 6 austretenden überhitzten Kältemitteldämpfe infoge der Abdichtung zwischen den Teilen 15 und 14 an der Übertrittsstelle in das Wärmeaustausch- rohr 10 nicht in das Innere des Kondensatorgehäuses 9 eintreten können, in dem sich die schon kälteren, mit Flüssigkeit stark angereicherten Dämpfe befinden, ist ein wirksamer Wärmeaustausch erzielt. Insbesondere ist aber durch den Abschluss der Übertrittsstelle gegen das
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Innere des Gehäuses 9 erreicht, dass der volle Verdichterdruck zur Förderung der Dämpfe durch das Wärmeaustauschrohr 10 ausgenutzt wird und somit höhere Strömungsgesclwindig- keiten in diesem Rohr erreicht werden können.
Das gleiche gilt für den Verdampfer, bei dem das flüssige Kältemittel in die Kammer, 38 eingespritzt wird, die gegen das Innere des Gehäuses 21, 22, 23 durch die Stopfbüchse 29 abgeschlossen ist. Das Kältemittel kann daher unter dem Einfluss der durch den Kompressor erzeugten Druckdifferenz durch den spiralförmigen Kanal 24 hindurchtreten. wobei es mit dem wärmeren, in dem Gehäuse 32 enthaltenen, zu kühlenden Mittel in Wärmeaustausch tritt. das unter der Wirkung der Fliehkraft durch den spiralförmigen Kanal 30 strömt.
Infolge des Abschlusses der Kammer 28 durch die Stopfbüchse 29 gegen das Innere des Verdampfergehäuses kann ferner das bereits in Dampf verwandelte Kältemittel, das aus dem Ende 26 des Kanals 24 in das Innere des Verdampfergehäuses eintritt, keine schädliche Beeinflussung durch das noch kühlere, flüssige Kältemittel erleiden. Die überhitzten Dämpfe ziehen daher mit einer höheren Temperatur durch den Wellenstummel 4 zu der Saugleitung 20 des Zylinders 6.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind in den Lagern 33 und 34 die Wellen- stummel 35 und 36 gelagert, auf denen das Verdichtergehäuse 37 und das Kondensator- gehäuse 38 befestigt sind. Diese Gehäuse sind durch einen zylindrischen Sattelteil 39 mit- einander verbunden. Die in den umlaufenden radialen Zylindern 40 spielenden Kolben 41 werden durch die Führung ihrer Pleuelstangen 42 auf einem Exzenter 43 bewegt, das an einer Achse 44 vorgesehen ist. Diese Achse ist mit einem Ende in dem Verdichtergehäuse 37 und mit dem anderen Ende in dem Wellenstummel 36 gelagert und wird durch ein
Gewicht 45 in ihrer Ruhelage gehalten, das an dem Teil 46 vorgesehen ist, der zur Über- führung des flüssigen Kältemittels in den Verdampfer dient. Dieser Teil 46 ist auf der
Achse 44 befestigt.
Zwischen den Gehäusen 37 und 38 ist über den Sattelteil 39 ein Schlangenrohr 47 gewickelt, dessen inneres Ende 48 an einen Ringraum 49 angeschlossen ist, in den die mit den Druckkammern 50 der Zylinder 40 in Verbindung stehenden radialen Kanäle 51 münden.
Die Saugleitungen 52 der Zylinder führen in einen Raum 53, in den eine Längsbohrung 54 der Achse 44 mündet. An das andere Ende dieser Bohrung schliesst sich ein Rohr 55 an, das in das Innere des Verdampfergehäuses 21, 22, 23 hineingeführt ist. Durch die umlaufende Scheibe 25 des Verdampfers ist es dabei (ebenso wie das Einspritzrohr 19 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2) mittels einer Stopfbüchse 29 dicht hindurchgeführt. Das äussere Ende 56 des Schlangenrohres 47 mündet am Umfang des Kondensatorgehäuses 38 in dessen Inneres.
Das flüssige Kältemittel wird aus dem Gehäuse 38 durch die Leitung 18 dem Teil 46 zugeleitet und tritt nach Passieren eines Schwimmerventils durch eine Öffnung 57 in den Ringraum 58 zwischen dem hohlen Wellenstummel 36 und dem Absaugrohr 55. Dieser Ringraum mündet in die Kammer 28 des Wärmeaustauschkanals 24.
Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 der unmittelbare Eintritt der aus den Verdichterzylindern austretenden Kältemitteldämpfe in das Kondensatorgehäuse dadurch verhütet ist, dass das Gehäuse 9 mit dem Ringflansch 14 auf der Nabe 15 abdichtet, ist dies bei der Ausführungsform nach Fig. 3 dadurch verhindert, dass die Zylinder 40 des Verdichters mit umlaufen. Das Wärmeaustauschrohr 47 kann dann unmittelbar an die Druckleitungen 51 der Zylinder 40 ohne Zuhilfenahme einer Stopfbüchse od. dgl. angeschlossen sein. Auch ist die Bauart dadurch vereinfacht, dass Verdichtergehäuse 37 und Kondensatorgehäuse 38 zu einem Stück vereinigt, also zusammengegossen werden können.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4-6 ist dieser Vorteil ohne Zuhilfenahme von Wärmeaustauschvorrichtungen, wie Rohren od. dgl., die besonders an das Verdichtergehäuse und das Kondensatorgehäuse anzuschliessen sind, ausschliesslich mit Hilfe von Kanälen erreicht, die in dem gemeinsamen Gussstück vorgesehen sind.
Die Zylinder 40 sind wie nach Fig. 4 radial angeordnet und laufen mit dem Kondensatorgehäuse 38 um. Die Kolben 41 werden ebenfalls durch die Führung einer Pleuelstange 42 auf dem Exzenter 43 der feststehenden Achse 44 bewegt. In der Ebene, die durch die Längsmitten der Zylinder 40 geht und senkrecht auf der Achse 44 steht, ist an die Zylinder ein Ringkanal 57 angegossen, wobei zwischen dem inneren Umfange dieses Kanals und dem Sattelteil 39 ein Ringraum 58 belassen ist. Die Auslassöffnungen 59 der Zylinder 40 münden bei der Ausführungsform nach Fig. 5 in eine Druckkammer 50, die durch Öffnungen 60 mit dem Ringkanal 57 in Verbindung steht. Jede zwischen den Zylindern 40 liegende Hälfte des Ringkanals 57 ist durch je einen axialen Kanal 61 mit dem Innern des Kondensatorgehäuses 38 an dessen Umfang in Verbindung gesetzt.
Dabei sind der Ringkanal 57. die axialen Kanäle 61 und das Kondensatorgehäuse 38 zusammengegossen. Der Ringkanal 57 ist mit umlaufenden
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Rippen 62 versehen, von denen jede zweite einerseits in den Nabenteil 63 des Verdichtergehäuses 37 übergeht und sich anderseits bis zum Kondensatorgehäuse 38 erstreckt. Die Zwischenräume zwischen den Rippen bilden radiale Kanäle, durch welche die Luft im Sinne der in Fig. 4 eingezeichneten Pfeile von aussen nahe der Achse 44 eintreten und zwischen dem Verdichtergehäuse 37 und dem Kondensatorgehäuse 38 an einer von der Achse 44 weiter entfernt gelegenen Stelle austreten kann. Das Kondensatorgehäuse 38 ist an der Stirnfläche mit radialen Rippen 64 versehen.
Die verdichteten überhitzten Kältemitteldämpfe, die durch die Auslassöffnungen 59 der Verdichterzylinder austreten, strömen durch die Öffnungen 60 in den Ringkanal 57 und treten durch die axialen Kanäle 61 in das Kondensatorgehäuse 38. Beim Durchtritt durch den Ringkanal 57 werden diese Dämpfe schon so gekühlt, dass sie bei ihrem Eintritt in das Kondensatorgehäuse 38 stark gesättigt sind. Dabei wirkt der Ringkanal 57 als Wärmeaustauschvorrichtung, die besonders günstig ist, da dieser Kanal allseitig von der Kühlluft umspült wird. An diesen Kanal kann nicht nur die Luft von aussen herantreten, sondern auch den inneren Umfang umspülen, da sie durch die radialen Kanäle hindurchtritt, die durch die Rippen 62 gebildet sind. Diese Luft umspült auch wirksam die radialen Kanäle 61.
Da nun das Kondensatorgehäuse 38 durch die Anordnung der Schaufeln 64 noch besonders gekühlt ist, verflüssigen sich die stark gesättigten Kältemittteldämpfe in dem Gehäuse 38 und sammeln sich an dessen Umfang innen an.
Die durch den Ringkanal 57, die axialen Kanäle 61 und auch die Rippen 64 gebildete Wärmeaustauschvorrichtung kann mit dem Verdichtergehäuse 37 und dem Kondensatorgehäuse 38, das als Sammelraum für das flüssige Kältemittel dient, in einem Stück gegossen werden. Dadurch sind alle Undichtigkeiten vermieden, die an den Anschlussstellen eintreten könnten, wenn als Wärmeaustauschvorrichtung Schlangenrohre od. dgl. Verwendung finden.
Auch können das Verdichtergehäuse 37 und das Kondensatorgehäuse 38 axial ziemlich nahe aneinandergerückt werden, so dass der Kondensator nur wenig Raum einnimmt.
Ein nach der Erfindung gebauter Kondensator kann auch mit einem nicht umlaufenden Verdampfer beliebiger Bauart bzw. ein erfindungsgemäss gebauter umlaufender Verdampfer mit einem nicht umlaufenden Kondensator zusammenwirken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wärmeaustauschvorrichtung für den Kondensator und Verdampfer von umlaufenden Kompressionskältemaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Maschine umlaufende Wärmeaustauschvorrichtung (10, 47,57 bzw. 24) von dem Kältemittel durchströmte Kanäle aufweist, die in unmittelbarer Verbindung mit der Druckleitung (16) des Verdichters bzw. mit dem Einspritzrohr (19) des Verdampfers stehen und in das Gehäuse (9, 38) des Kondensators bzw. in das Gehäuse (21, 22, 25) des Verdampfers münden.