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Kühlanlage mit Kolbenverdichter
Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit Kolbenverdichter, bei welcher der Saughub des Verdichterkolbens durch den Druck des Kältemitteldampfes, und der Druckhub des Verdichterkolbens durch einen selbsttätig gesteuerten Treibkolben erfolgt. Es ist bekannt, für den Antrieb des Verdichterkolbens einen Elektromotor oder Wasserkraft zu benutzen. Zwecks Verwendung eines Elektromotors ist es bekannt, zwischen diesem und dem Verdichterkolben eine Hubvorrichtung vorzusehen, die vorteilhafterweise einen endlosen Umlaufteil (Kette) aufweist, denn der elektrische Antrieb bedingt verhältnismässig komplizierte Hilfsmittel zwischen Motor und Verdichterkolben.
Behufs Verwendung von Wasserkraft wurde als, gegenüber einer Turbine, zweckmässiger die Zuhilfenahme eines Kolbenwassermotors vorgeschlagen, so dass für den Betrieb der Anschluss an ein Druckwassemetz genügt. Der Wasserantrieb hat aber den Nachteil, dass es unmöglich ist, der Korrosion der metallenen Teile durch genügendes Schmieren vorbeugen zu können.
Alle diese Nachteile werden in einfacher Weise erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass der den Saughub des Verdichterkolbens mitmachende und dessen Druckhub bewirkende Treibkolben hiezu durch Drucköl bewegt wird, das mittels motorgetriebener Pumpe im Kreislauf über ein Leitungsnetz befördert wird, an welches der Zylinder des Treibkolbens und selbsttätige Steuerorgane angeschlossen sind.
Dies ermöglicht eine in bezug auf die Herstellung-und Betriebskosten besonders billige und dabei dauerhafte Ausführung der Kühlanlage.
Die zum Teil im Schnitt und zum Teil schematisch gehaltene Darstellung in der Zeichnung dient zur Erklärung eines Ausführungsbeispieles des Erfindungsgegenstandes.
Im Zylinder 1 befindet sich der zum Verdichten des Kältemittels dienende Kolben 2. An seinem oberen Ende ist der Zylinder durch Rohrleitungen 3 und 4 an das obere Ende des nicht gezeichneten Verdampfers und des Verflüssiger angeschlossen. Zugeleitetes flüssiges Kältemittel wird im Verdampfer unter Wärmeaufnahme verdampft, im Verflüssiger unter Wärmeabgabe verflüssigt. Verdampfer und Verflüssiger sind am Ende durch eine Rohrleitung miteinander verbunden, in die ein schwimmer-oder tempe- raturgesteuertes Drosselventil eingebaut ist. Im oberen Ende des Zylinders 1 sind ein federbelastetes Einlassventil 5 und ein federbelastetes Auslassventil 6 angeordnet.
An das untere Ende des Verdichterzylinders 1 ist zu diesem koachsial ein Druckzylinder 7 angeflanscht, in welchem sich der Treibkolben 8 befindet, der durch die
Stange 9 im Abstand vom Verdichterkolben 2 gehalten ist. Der Treibkolben 8 ist als Hohlzylinder ausgebildet, welcher sich bei seiner Abwärtsbewegung über einen im Druckzylinder 7 vorgesehenen Fülleinsatz 10 schiebt, welcher zugleich zur Begrenzung der Abwärtsbewegung des Treibkolbens 8 und somit des Verdichterkolbens 2 dient.
An das untere Ende des Druckzylinders 7 ist eine von einem nicht gezeichneten Vorratsbehälter für Betriebsflüssigkeit kommende Hauptleitung 11 angeschlossen, in die eine Zahnräderpumpe 12 oder irgendeine andere Förderpumpe eingeschaltet ist, die mittels eines, zweckmässig elektrischen Motors angetrieben wird. Die Hauptleitung 11 ist durch eine Zweigleitung 13, in die ein Rückschlagventil 14 eingebaut ist, mit einem Hilfszylinder 15 verbunden, in welchem sich ein Kolben 16 befindet. An diesem Kolben 16 ist eine Druckfeder 17 wirksam, deren Spannung mittels Schraube 18 regulierbar ist, die einen der Feder 17 als Anschlag dienenden Teller 19 trägt. An den Druckzylinder 7 ist mittels Ableitung 20 ein Nebenzylinder 21 angeschlossen, in dem sich ein doppelter Kolben 22, 23 befindet, an welchem eine Druckfeder 24 wirksam ist.
Die Spannung dieser Feder 24 ist mittels einer Schraube 25 einstellbar, die einen der Feder 24 als Anschlag dienenden Teller 26 hält. Zwischen der Zweigleitung 13 und dem Nebenzylinder 21 ist eine Verbindungsleitung 27 vorgesehen. Von der Hauptleitung 11 führt eine Zweigleitung 28 unmittelbar zum Nebenzylinder 21, der durch zwei in verschiedener Höhe an ihm angeschlossene Rückleitungen 29 und 30 unmittelbar mit dem Vorratsbehälter der Druckflüssigkeit verbunden ist. Der Druckzylinder 7 hat ebenfalls durch eine Rückleitung 31 unmittelbare Verbindung mit dem genannten Vorratsbehälter.
Angenommen, der im Druckzylinder 7 vorgesehene Treibkolben 8 werde durch die mittels
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der Pumpe 12 über die Hauptleitung 11 dem
Druckzylinder 7 zugeführte Druckflüssigkeit, z. B. Öl, aufwärts bewegt, so wird diese Bewegung durch die Stange 9 auf den Verdichterkolben 2 übertragen, der das im Verdichterzylinder 1 befindliche Gas über das Ventil 6 und die Rohr- leitung 4 in den Verflüssiger drückt. Beim gezeichneten Betriebszustand kann aus der von der Hauptleitung 11 ausgehenden Zweigleitung 28 keine Druckflüssigkeit in den Nebenzylinder 21 gelangen, weil die betreffende Öffnung 32 am
Nebenzylinder durch den oberen Kolben 23 des
Doppelkolbens 22, 23 geschlossen ist.
Dagegen strömt über die ebenfalls von der Hauptleitung 11 ausgehenden Zweigleitung 13 und deren Rück- schlagventil 14 Druckflüssigkeit dem Hilfs- zylinder 15 zu, so dass in diesem, unter Über- windung der durch die Druckfeder 17 gebildeten
Gegenkraft, der Kolben 16 aufwärts bewegt wird.
Wenn in der Folge, der aufwärtsgehende Treib- kolben 8 im Druckzylinder 7 dessen Öffnung 33 zur Ableitung 20 öffnet, strömt Druckflüssigkeit in den Nebenzylinder 21, wodurch in diesem, unter Überwindung der durch die Druckfeder 24 gebildeten Gegenkraft, der Doppelkolben 22, 23 aufwärts bewegt wird. Später werden durch den aufwärtsgehenden Doppelkolben 22, 23 im Nebenzylinder 21 dessen Öffnungen 32 und 34 gleichzeitig geöffnet. Dadurch wird einerseits die Ableitung 20 über den Innenraum des Nebenzylinders 21 durch dessen Öffnung 34 über die Verbindungsleitung 27 an die Zweigleitung 13 angeschlossen, so dass das in letzterer vorgesehene Rückschlagventil 14 das Zurückfliessen der Druckflüssigkeit über die Zweigleitung 13 zur Hauptleitung 11 verhindert. Die im Hilfszylinder 15 am Kolben 16 wirksame Druckfeder 17 ist stärker, z.
B. dreimal so stark, wie die am Doppelkolben 22, 23 im Nebenzylinder 21 wirksame Druckfeder 24, so dass nun Druckflüssigkeit aus dem Hilfszylinder 15 unter Entspannen der Druckfeder 17 und Abwärtsbewegen des Kolbens 16, über die Verbindungsleitung 27 in den Nebenzylinder 21 strömt, was nun eine weitere Aufwärtsbewegung des Doppelkolbens 22, 23 bewirkt, der infolgedessen im Nebenzylinder 21 die Öffnung 35 für die Rückleitung 29 und die Öffnung 32 für die Zweigleitung 28 schliesslich vollständig öffnet.
Es ist somit durch Umsteuerung der zurück- fliessenden Druckflüssigkeit zum Vorratsbehälter in die vorausbestimmt obere Endlage des Verdichterkolbens 2, die Umschaltung seiner Bewegungsrichtung vollzogen worden. In der Folge wird der Verdichterkolben 2 durch den Druck des über die Rohrleitung 3 in den Verdichterzylinder 1 einströmenden Kältemitteldampfes abwärts bewegt.
Der Treibkolben 8 macht diese Bewegung mit, wobei er die am Druckzylinder 7 vorhandene Öffnung 33 abschliesst, wodurch über die Ableitung 20 dem Nebenzylinder 21 keine Druckflüssigkeit mehr zuströmt. Der im Nebenzylinder 21 zuvor durch die Druckflüssigkeit aufwärts bewegte Doppelkolben 22, 23 verharrt zunächst in seiner entsprechenden oberen Lage so lange die unter dem unteren Kolben 22 im Neben- zylinder 21 befindliche Druckflüssigkeit nicht entweichen kann. Erst wenn der Treibkolben 8 sich seiner unteren Endlage nähert, gibt er die Öffnung 33 des Druckzylinders 7 wieder frei, indem eine am Treibkolben 8 vorhandene Um- fangsnut 36 in den Bereich der genannten Öffnung 33 kommt.
Infolgedessen strömt dann die Druckflüssigkeit unter dem unteren Kolben 22 des Doppelkolbens 22,23 unter Entspannen seiner Druckfeder 24 und entsprechendem
Abwärtsbewegen dieses Doppelkolbens, aus dem
Nebenzylinder 21 durch die Ableitung 20 dem
Druckzylinder 7 zu. Der hiebei durch die
Umfangsnut 36 des Treibzylinders 8 zwischen dieser und der Innenseite des Druckzylinders 7 gebildete Ringraum erstreckt sich auch über eine der Rückleitung 31 zugeordnete Öffnung 37 am Druckzylinder 7, so dass die diesem Ringraum über die Ableitung 20 aus dem Nebenzylinder 21 zuströmende Druckflüssigkeit ihren Weg über genannten Ringraum und die Öffnung 37 in die Rückleitung 31 nimmt, um dann dem Vorratsbehälter zuzufliessen.
In der Folge werden im Nebenzylinder 21 die Öffnungen 35 und 32 für die Rückleitung 29 und die Zweigleitung 28 durch den oberen Kolben 23 des abwärtsgehenden Doppelkolbens 22, 23 wieder geschlossen, ebenso durch den unteren Kolben 22 die Öffnung 34 der Verbindungsleitung 27, worauf durch die Pumpe 12 neuerdings Druckflüssigkeit in den Druckzylinder 7 und in den Hilfszylinder 15 gepresst wird, so dass im ersteren der Treibkolben 8 samt Verdichterkolben 2 und im zweiten der
Kolben 16 wieder aufwärts bewegt wird. Es wiederholt sich das beschriebene Spiel gemäss dem Erfordernis der Aufrechterhaltung einer vorausbestimmten Temperatur.
Während des beschriebenen Arbeitsspieles geht der Druck des Kältemitteldampfes natürlicherweise zurück und die Temperatur sinkt, so dass schliesslich durch einen eingeschalteten Regler eine Stromunterbrechung zum Motor bewirkt wird und Betriebsstillstand eintritt. Das Arbeitsspiel wird von neuem dann eingeleitet, wenn in einem mit der beschriebenen KompressionsKühlanlage ausgerüsteten Kühlschrank, z. B. durch Öffnen desselben, die Temperatur beispielsweise auf 40 C angestiegen ist, worauf der erwähnte Temperaturregler den elektrischen Motor wieder einschaltet, so dass das Arbeitsspiel von neuem beginnt.
Die geschilderte, in ihrer Bauart besonders einfache Ausführungsform der Kühlanlage ermöglicht es, mit besonders niedriger Hubzahl und dementsprechend grossem Zylinderinhalt zu arbeiten, so dass bei grosser Bemessung der Verdampferfläche während eines Saughubes des Verdichterkolbens, der Verdampferdruck z. B. nicht mehr als 0. 5 at absinken kann.
In die vom Nebenzylinder 21 ausgehende Rückleitung 29 kann eine Drosselvorrichtung eingebaut sein, um den Rückfluss der Druck-
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flüssigkeit zum Vorratsbehälter und dementsprechend die Senk-bzw. Saugbewegung des Verdichterkolbens 2 regeln zu können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kühlanlage mit Kolbenverdichter, bei welcher der Saughub des Verdichterkolbens durch den Druck des Kältemitteldampfes und der Druckhub des Verdichterkolbens durch einen selbsttätig gesteuerten Treibkolben erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der den Saughub des Verdichter-
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bewegt wird, das mittels motorgetriebener Pumpe (12) im Kreislauf über ein Leitungsnetz
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Cooling system with piston compressor
The invention relates to a cooling system with a piston compressor, in which the suction stroke of the compressor piston is effected by the pressure of the refrigerant vapor and the pressure stroke of the compressor piston is effected by an automatically controlled driving piston. It is known to use an electric motor or water power to drive the compressor piston. For the purpose of using an electric motor, it is known to provide a lifting device between this and the compressor piston, which advantageously has an endless circulating part (chain), because the electric drive requires relatively complicated aids between the motor and the compressor piston.
In order to use water power, the use of a piston water motor was suggested as more expedient than a turbine, so that connection to a pressurized water network is sufficient for operation. However, the water drive has the disadvantage that it is impossible to prevent corrosion of the metal parts by adequate lubrication.
According to the invention, all these disadvantages are eliminated in a simple manner in that the drive piston which takes part in the suction stroke of the compressor piston and causes its pressure stroke is moved by pressure oil which is circulated by means of a motor-driven pump via a line network to which the cylinder of the drive piston and automatic control elements are connected.
This enables a particularly inexpensive and durable design of the cooling system in terms of production and operating costs.
The representation in the drawing, which is partly in section and partly schematically, serves to explain an exemplary embodiment of the subject matter of the invention.
The piston 2, which is used to compress the refrigerant, is located in the cylinder 1. At its upper end, the cylinder is connected by pipes 3 and 4 to the upper end of the evaporator (not shown) and the condenser. Incoming liquid refrigerant is evaporated in the evaporator with absorption of heat, liquefied in the condenser with heat dissipation. Evaporator and condenser are connected to one another at the end by a pipeline into which a float or temperature-controlled throttle valve is installed. A spring-loaded inlet valve 5 and a spring-loaded outlet valve 6 are arranged in the upper end of the cylinder 1.
At the lower end of the compressor cylinder 1, a pressure cylinder 7 is flanged coaxially to this, in which the drive piston 8 is located, which by the
Rod 9 is held at a distance from the compressor piston 2. The driving piston 8 is designed as a hollow cylinder which, when it moves downward, slides over a filling insert 10 provided in the pressure cylinder 7, which also serves to limit the downward movement of the driving piston 8 and thus the compressor piston 2.
At the lower end of the pressure cylinder 7 is a main line 11 coming from a storage container (not shown) for operating fluid, into which a gear pump 12 or any other feed pump is switched on, which is driven by a suitably electric motor. The main line 11 is connected by a branch line 13 into which a check valve 14 is installed to an auxiliary cylinder 15 in which a piston 16 is located. A compression spring 17 is effective on this piston 16, the tension of which can be regulated by means of a screw 18 which carries a plate 19 serving as a stop for the spring 17. A secondary cylinder 21, in which a double piston 22, 23 is located, on which a compression spring 24 is effective, is connected to the pressure cylinder 7 by means of a discharge line 20.
The tension of this spring 24 is adjustable by means of a screw 25 which holds a plate 26 serving as a stop for the spring 24. A connecting line 27 is provided between the branch line 13 and the secondary cylinder 21. From the main line 11, a branch line 28 leads directly to the secondary cylinder 21, which is directly connected to the pressure fluid reservoir by two return lines 29 and 30 connected to it at different heights. The pressure cylinder 7 is also directly connected to the aforementioned storage container by a return line 31.
Assumed that the provided in the pressure cylinder 7 drive piston 8 by the means
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the pump 12 via the main line 11 dem
Pressure cylinder 7 supplied hydraulic fluid, for. If, for example, oil is moved upwards, this movement is transmitted by the rod 9 to the compressor piston 2, which presses the gas in the compressor cylinder 1 via the valve 6 and the pipe 4 into the condenser. In the operating state shown, no pressure fluid can get into the secondary cylinder 21 from the branch line 28 emanating from the main line 11 because the relevant opening 32 on the
Secondary cylinder through the upper piston 23 of the
Double piston 22, 23 is closed.
On the other hand, pressure fluid flows to the auxiliary cylinder 15 via the branch line 13, which also emanates from the main line 11, and its non-return valve 14, so that in this, while overcoming the pressure spring 17 formed
Counterforce, the piston 16 is moved upwards.
When the upward-moving drive piston 8 in the pressure cylinder 7 opens its opening 33 to the discharge line 20, pressure fluid flows into the secondary cylinder 21, whereby the double piston 22, 23 moves upwards in this, overcoming the counterforce formed by the compression spring 24 becomes. Later, the upwardly moving double piston 22, 23 in the secondary cylinder 21 opens its openings 32 and 34 simultaneously. As a result, on the one hand, the discharge line 20 is connected via the interior of the secondary cylinder 21 through its opening 34 via the connecting line 27 to the branch line 13, so that the check valve 14 provided in the latter prevents the pressure fluid from flowing back via the branch line 13 to the main line 11. The compression spring 17 acting on the piston 16 in the auxiliary cylinder 15 is stronger, e.g.
B. three times as strong as the compression spring 24 acting on the double piston 22, 23 in the auxiliary cylinder 21, so that now pressure fluid flows from the auxiliary cylinder 15 while releasing the compression spring 17 and moving the piston 16 downwards via the connecting line 27 into the auxiliary cylinder 21, which now causes a further upward movement of the double piston 22, 23, which consequently opens the opening 35 for the return line 29 and the opening 32 for the branch line 28 in the secondary cylinder 21 completely.
Thus, by reversing the pressure fluid flowing back to the reservoir into the predetermined upper end position of the compressor piston 2, its direction of movement has been switched. As a result, the compressor piston 2 is moved downwards by the pressure of the refrigerant vapor flowing into the compressor cylinder 1 via the pipe 3.
The drive piston 8 takes part in this movement, closing the opening 33 on the pressure cylinder 7, so that no pressure fluid flows to the auxiliary cylinder 21 via the discharge line 20. The double piston 22, 23 previously moved upward by the pressure fluid in the secondary cylinder 21 remains in its corresponding upper position as long as the pressure fluid located under the lower piston 22 in the secondary cylinder 21 cannot escape. Only when the drive piston 8 approaches its lower end position does it release the opening 33 of the pressure cylinder 7 again in that a circumferential groove 36 present on the drive piston 8 comes into the area of the opening 33 mentioned.
As a result, the pressure fluid then flows under the lower piston 22 of the double piston 22, 23 with relaxation of its compression spring 24 and the like
Moving this double piston down from which
Secondary cylinder 21 through the derivative 20 to the
Printing cylinder 7 closed. The through the
Circumferential groove 36 of the drive cylinder 8 between this and the inside of the pressure cylinder 7 formed annular space also extends over an opening 37 assigned to the return line 31 on the pressure cylinder 7, so that the pressure fluid flowing into this annular space via the discharge line 20 from the auxiliary cylinder 21 makes its way over the said annular space and takes the opening 37 into the return line 31 in order to then flow to the reservoir.
As a result, the openings 35 and 32 for the return line 29 and the branch line 28 in the secondary cylinder 21 are closed again by the upper piston 23 of the descending double piston 22, 23, likewise by the lower piston 22, the opening 34 of the connecting line 27, whereupon the Pump 12 recently pressurized fluid is pressed into the pressure cylinder 7 and into the auxiliary cylinder 15, so that in the former the drive piston 8 together with the compressor piston 2 and in the second the
Piston 16 is moved upwards again. The game described is repeated according to the requirement of maintaining a predetermined temperature.
During the work cycle described, the pressure of the refrigerant vapor naturally falls and the temperature drops, so that an activated controller finally causes the power to be interrupted to the motor and the system comes to a standstill. The working cycle is then started again when in a refrigerator equipped with the compression cooling system described, e.g. B. by opening the same, the temperature has risen to 40 C, for example, whereupon the mentioned temperature controller switches the electric motor on again, so that the work cycle begins again.
The described embodiment of the cooling system, which is particularly simple in its design, makes it possible to work with a particularly low number of strokes and a correspondingly large cylinder capacity, so that with a large dimensioning of the evaporator surface during a suction stroke of the compressor piston, the evaporator pressure z. B. cannot drop more than 0.5 at.
A throttle device can be installed in the return line 29 emanating from the secondary cylinder 21 in order to reduce the return flow of the pressure
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liquid to the reservoir and accordingly the lowering or. To be able to regulate the suction movement of the compressor piston 2.
PATENT CLAIMS:
1. Cooling system with piston compressor, in which the suction stroke of the compressor piston is effected by the pressure of the refrigerant vapor and the pressure stroke of the compressor piston is carried out by an automatically controlled driving piston, characterized in that the suction stroke of the compressor
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is moved by means of a motor-driven pump (12) in the circuit via a line network
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