Kompressions-Kühlanlage mit Kolbenverdichter. Bei Kühlschränken mit Kolbenverdich tern wird gewöhnlich ein durch Riementrieb mit dem gältemittelverdichter verbundener Elektromotor entweder über ein Relais oder durch einen Thermostaten nach Erfordernis selbsttätig ein- und ausgeschaltet, zwecks Aufrechterhaltung einer vorausbestimmten Temperatur;
bei eingeschaltetem Elektromo tor wird im Verdichter der Kältemitteldampf verdichtet und in den Verflüssiger gedrängt, wo er unter Wärmeabgabe flüssig wird. In den weitaus meisten Fällen sind Überflu tungsverdampfer vorgesehen, wobei der Kom pressor Unterdruck zu erzeugen hat, so dass das Kältemittel im Verdampfer zum Ver dampfen kommt, bis die gewünschte Tempe ratur erreicht ist und der Motor ausgeschaltet wird.
Es ist ferner bekannt, den Saughub des Verdichterkolbens durch den Druck des in den Verdichter einströmenden Kältemittel dampfes und den Druckhub des Verdichter kolbens durch einen Elektromagneten zu be- wirken, welcher demgemäss jeweils selbst tätig ein- und ausgeschaltet wird, wodurch sich die Leistung des Verdichters dem jewei ligen Kältebedarf der Anlage selbsttätig anpasst. Hierdurch kann eine Verminderung des Energieverbrauches der Anlage und somit eine entsprechende Verbilligung der Be triebskosten erreicht werden.
Die Erfindung betrifft eine Kompres sionskühlanlage mit Kolbenverdichter, dessen Saughub durch den Druck des in den Ver dichter einströmenden KäUemitteldampfes und dessen Druckhub durch eine selbsttätig eingeschaltete elektrische Kraft bewirkt wird.
Die Erfindung besteht darin, dass eine mit dem Verdichterkolben zusammenwirkende Hubvorrichtung bis zur Erreichung eines bestimmten Druckes des Kältemitteldampfes in der Saugleitung selbsttätig gesperrt und bei Überschreiten dieses Druckes des Kälte mitteldampfes in der Saugleitung selbsttätig freigegeben wird, und ferner, dass während des Saughubes durch die Kolbenstange mit tels der Hubvorrichtung die Welle des den Druckhub bewirkenden Elektromotors behufs Inbetriebsetzung desselben bei nicht.
einge schaltetem Strom gedreht wird, und dass, wenn der Kolben sich in der Endzone des Saughubes befindet, der Motorstromkreis ge schlossen wird zwecks Ausführung des Druckhubes.
Da somit der Elektromotor nur beim Druckhub des Verdichterkolbens elektrisch angetrieben wird, nachdem er vorher während des Saughubes durch die Hubvorrichtung auf eine gewisse Drehzahl gebracht worden ist, treten beim Einschalten des Elektro motors sozusagen keine, jedenfalls keine nennenswerten Netzstromstösse auf.
Es kann mit entsprechend langsamen Hüben des Ver- dichterkolbens gearbeitet werden. so dass eine starke Erwärmung sowohl des Verdichters als auch des Verflüssigers unterbleibt; zudem ist hierbei der entstehenden Wärme reichlich Gelegenheit zur Abführung an die Umge bung gegeben, indem die Arbeit des Verdieh- ters gewissermassen auf längere Zeitab schnitte verteilt ist.
Es ergibt dies einen sehr günstigen Wirkungsgrad des Kältemittelver- dichters. Dabei kann ein verhältnismässi- billi-er Elektromotor benutzt werden, weil der Motorstrom erst nach der vom Verdich- terkolben aus bewirkten Drehung der Motor welle geschlossen wird; es kann jeder Kurz schlussankermotor, auch ein gewöhnlicher Einphaseninduktionsmotor mit Kurzschluss- anker ohne Hilfsphase verwendet werden.
In der Zeichnung ist ein Atisführun gs- beispiel des Erfindungsgegenstandes darge stellt. Es zeigt: Fig. 1 die Anlage im Aufriss mit. teil weisen Schnitt.
Fig. 2 in grösserem Massstab einen Teil des Verdichters, Fig. 3 den Elektromotor und Teile des Zahngetriebes in zu Fig. 1 rechtwinhli- ver setzter Darstellung, Fig. 4 in grösserem Massstab einen Teil- schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1, Lind Fig. 5 ein Zahnrad mit einseitig wirken der Mitnebinerkupplwig im Querschnitt,
wä.brend Fig. 6 und 7 einen Steuerun--sinechanis- mus in zwei La--eu zeigen.
In Fig. 1 bezeichnet. 1 den flüssigen Am moniak enthaltenden Verflüssigen von dem aus eine untere Rohrleitung 2 zu einer Tempe- ratur-Reguliervorrichtunl@ 3 führt, an welche der Verdampfer 4 angeschlossen ist, der an- dernends mit dem obern Ende des Zylinders verbunden ist, der einen Bestandteil des Kältemittelverdichters bildet. 1Nlit dem obern Ende des Zylinders :5 ist ferner durch eine Rohrleitung 6 der Verflüssiger 1 an seinem obern Ende verbunden.
Im Zylinder 5 be findet sich der unter -,ewissen Betriebsbedin gungen abwärts- und aufwärtsgehende Ver- dichterkolben 7, welcher einen als Ölabstrei fer dienenden Ring 8 (Fig. 2) und unterhalb diesem einen aus hygroskopischem Stoff, z. B. aus Filz, bestehenden Mantel 9 auf weist. Oberhalb des Olabstreifringes 8 ist am Kolben 7 eine aus ölbeständigem Stoff, z. B.
aus besonders geeignetem Gummi, bestehende Manschette 10 angeordnet, innerhalb der sich am Kolben 7 das Kopfstiich 11 befindet, mit tels %velcheni einerseits der schädliche Raum dementsprechend v erl:leinert wird und ander seits innerhalb des lla.nschettenmantels ein oben offener Ringraum 12 (Fig. 2) gebildet ist, der mit einem besonders geeigneten 01 ausgefüllt ist.
Oberhalb der Manschette 10 ist am Kopfstiick 1l des Verdichterkolbens 7 ebenfalls ein Olabstreifring 13 angebracht zur Verhinderung- des ( >lve rlustes in Rich tung nach dem Zylinderkopf bezw. nach der Dampfseite hin.
Der Mantel 9 des Verdich- terkolbens 7 taucht bei dessen Abwä.rtsbe- wegnng g jeweils in einen am verschlossenen untern Ende des Zylinders 5 vorhandenen Öl- vorrat 14 ein und nimmt demzufolge jeweils 01 zur Schmierung des Zi linders 5 auf.
Durch den untern 01abstreifring 8 am Ver- a'i(!iitei-holl)en 7 wird ebenfalls Eier Durch gang von zn viel 01 verhindert. Da beim 01 im Zylinder 5 das Bestreben, abwärts zu fliessen, überwiegt, ergibt sich ein im wesent lichen gleichbleibender @Ölstand in der Man schette 10, die somit immer gut geschmiert wird. Am untern Ende des Zylinders 5 ist ein Entlüftungsrohr 15 vorgesehen.
Am Kopf des Zylinders 5 ist den Durchgängen der Verbindungen mit dem Verdampfer 4 und dem Verflüssiger 1 je ein federbelasteter Ventilteller 16 (s. auch Fig. 2) bezw. 17 zu geordnet. Die beiden für den Ein- und Auslass vorgesehenen Ventilteller 16, 17 sind in ent sprechenden Ausnehmungen der obern Ab schlusswand des Zylinders 5 verschiebbar, so dass sie infolge entsprechender Druckeinwir kung geöffnet bezw. geschlossen werden kön nen.
Die Gummiventilsitze 16a, 17a gewähr leisten einen dichten Abschluss der betreffen den Durchgänge gegen Verlust von Ammo niak.
Am untern Ende der Stange 18 des Ver- dichterkolbens 7 ist als Verlängerung eine Zahnstange 19 aasgelenkt, welche einander gegenüberliegende Verzahnungen 20, 21 be sitzt. In diese Verzahnungen 20, 21 der Zahn stange 19 greift je ein Zahnrad 22 bezw. 23 ein. Das Zahnrad 22 ist auf einer Welle 24 angeordnet, mit welcher es durch eine ein seitig wirkende Mitnehmerkupplung 25 (Fig. 4, 5) in der einen Drehrichtung Be wegungsverbindung hat, und zwar bei der Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens 7 und somit der Zahnstange 19.
Das Zahnrad 23 sitzt drehbar auf einer Welle 26 (siehe auch Fig. 4). Die Nabe 23' des Zahnrades 23 ist als Teil einer glauenkupplung ausgebil det, und kann mit dem mit der Welle 26 Drehverbindung besitzenden zweiten Teil 27 dieser Kupplung in Eingriff gebracht wer den. Zu diesem Zwecke besitzt das Zahnrad 23 an seiner Nabe eine Umfangsrinne, in welche mittels einer Schlaufe ein Hebel 28 eingreift, der auf einem Bolzen 29 gelagert ist und am freien Ende eine Rolle<B>3,0</B> trägt.
Durch diese Rolle 30 wirkt der Hebel 28 mit einer Führung 31 (Fig. 4, 6, 7) zusammen, welche zwei schräge Auflaufflächen 32, 33 aufweist und auf einer ungezahnten Seite der Zahnstange 19 mittels eines als Steuerteil dienenden seitlichen Ausbaues 34 derselben gebildet ist, so dass sie sich mit dem Kolben hin und herbewegt. Dieser Ausbau 34 besitzt ferner gemäss Fig. 6 und 7 eine Leitfläche 35, die in eine Schrägfläche 36 übergeht, wel cher eine Weiche 37 zugeordnet ist.
Mit den Flächen 35 und 36 und mit der Weiche 37 arbeitet durch einen rechtwinklig abgebo genen Arm ein Schalterhebel 38 zusammen, der bei 39 gelagert und mit einem Queck- silber-gipp@schalter 40 verbunden ist, sowie durch eine Zugfeder 41 beeinflusst wird. Der Schalterhebel 38 bildet den Anker zu einem Elektromagneten 42, dessen einer Pol durch einen Leitungsdraht mit dem Kippschalter 40 verbunden ist, wie aus Fig. 3 hervorgeht.
Vom zweiten Pol des Kippschalters 40 führt gemäss Fig. 3 ein Leitungsdraht 43 zum Elektromotor 44, welchem ferner Leitungs drähte 45, 46 und 47 zugeordnet sind, wobei von letzterem eine Zweigleitung 48 zum Elektromagneten 42 führt; 46 und 47 sind die Drähte der Netzleitung. Der Elektro motor 44 wird durch den Kippschalter 40 bei entsprechenden Betriebsbedingungen ein- und ausgeschaltet.
Auf den beiden Wellen 24, 26 sind Zahn räder 49, 50 (Fig. 1, 4) befestigt, welche durch ein Zwischenrad 51 (Fig. 1) miteinan der Bewegungsverbindung haben. Auf der Welle. 52 des Zwischenrades 51 ist ein Zahn rad 53 befestigt, das in ein Zahnrad 54 ein greift, welches auf der Welle 55 des Elektro motors 44 festsitzt.
Mit der Zahnstange 19 des Verdichter- kolbens 7 arbeitet eine Sperrstange 56 zusam men, welche auf einer Achse 57 schwenkbar gelagert ist. Eine Zugfeder 58 ist bestrebt, die Sperrstange 56 in der in Fig. 1 gezeichne ten Stellung zu halten, in welcher dieselbe mittels einer Rolle in eine Absetzung des untern Endes der Zahnstange 19 fasst und damit die Hubvorrichtung in ihrer Lage sperrt.
Mit der Sperrstange 56 arbeitet mit tels eines abgebogenen Endes ein federbe lasteter Hilfshebel 59 zusammen, welcher in Fig. 1 den Hebel 56 in seiner Lage sichert und mit seinem zweiten Ende in eine Gabel eines beweglichen Kontaktes 60 eingreift, welcher einem festen Kontakt 61 zugeord net ist. Die Teile 60, 61 bilden eine Kon- taktvorrichtung. Der Kontakt 60 befindet sich am einen Ende eines in Richtung seiner Längsaxe dehnbaren Dehnungsrohres 62 von an sich bekannter Art, das am zweiten Ende durch eine Rohrleitung 63 mit der Rohr leitung des Verdampfers 4 verbunden ist.
Die Sperrstange 56 besitzt seitlich einen Aus leger 64, welcher den Anker zu einem Elek tromagneten 65 bildet, der durch einen Lei tungsdraht 66 an den festen Kontakt 61 an geschlossen ist, und dessen zweiter Leitungs draht 67 mit dem Draht. 46 der Netzleitung verbunden ist. Vom beweglichen Kontakt 60 führt ein Leitungsdraht 68 zum Draht 4 7 der Netzleitung.
Die Arbeitsweise der Kühlanlage ist folgende: Es wird von dem in Fig. 1 angenomme nen Betriebszustand ausgegangen. Wenn zum Beispiel durch Öffnen des Kühlschrankes und hierdurch bewirkte Temperaturerhö hung in demselben die Wäimereguliervor- richtung 3 vom Verflüssiger 1 flüssigen Ammoniak in den Verdampfer 4 einströmen lässt, wird der in diesem sieh befindende Ammoniak infolge dieses Wärmeeinflusses und des hier herrschenden normalen Druckes unter 2 Atm. zu verdampfen beginnen.
Durch den infolgedessen zunehmenden Druck in der Rohrleitung 63 wird das Deh nungsrohr 62 demensprechend in Richtung seiner Längsaxe gedehnt bezw. gestreekt, und es kommt dann der bewegliche Kontakt 60 mit dem festen Kontakt 61 in Berührung. Dadurch wird der Elektromagnet 65 über die Drähte 68 und 67 von der Netzleitung 46, 47 aus erregt, so dass er den seitlichen Ausleger 64 der Sperrstange 56 anzieht und diese von der Zahnstange 19 des Verdichter kolbens 7 weggeschwenkt wird.
Die Sperr stange 56 gibt somit genannte Zahnstange 19 und ihre Bewegungsbahn frei, worauf der Verdichterkolben 7 unter dem Einfluss des über das betreffende, geöffnete Ventil (16) des Zylinders :> auf den Kolbenkopf einwir kenden Druckes des aus dem Verdampfer 4 kommenden Kältemitteldampfes abwärts bewegt und die Zahnstange 19 dement sprechend abwärts verschoben wird.
Diese Abwärtsbewegung der Zahnstange 19 wird durch das Zahnrad ?3 nicht behindert, weil nun dieses Zahnrad ?3 durch den Kupplungs hebel 28 au; dem Kupplungsteil 27 ausge rückt ist, indem dieser Kupplungshebel 28 beim vorangegangenen Aufwärtshub des Verdiehterkolbens 7 durch die Führung 31 der Zahnstange 19 dementsprechend einge stellt worden ist. wie später noch näher er klärt wird.
Dagegen wird bei dieser Abwärts bewegung der Zahnstange 19 durch das Zahnrad \?? über die hierbei wirksame Mit- nehmerkupplung ?, die Welle 24 in bezug auf Fig. 1 zum LThrzeigerdrehsinn entgegen gesetzt gedreht.
Dabei wird von der Welle 24 aus über die Zahnräder 50, 51, 53 und 54 die Welle :55 des Elektromotors 44 mit ent sprechender Drehzahl gedreht, welche sieh nach der Stärke des auf den Verdichterkol- ben 7 einwirkenden und ihm demensprechend mehr oder weniger schnell verschiebenden Druekes des Kältemitteldampfes richtet; der Motorstrom ist hierbei nicht eingeschaltet.
Bevor nun die Zahnstange 19 ihre tiefste Lage erreicht, gleitet der Schalterhebel 38 unter Anheben der Weiche 37 über die am Ausbau 34 vorgesehene Schrägfläche 36, wo bei er entgegen dem Einfluss seiner Fedei 41 v erschwenkt wird, so da.ss der Q;ueek- silberschalter 40 derart gekippt wird, dass zwischen seinen zwei Polen Kontakt herge stellt und somit über die Leitungsdrähte 47, 48, 43, 45, 46 der Motorstromkreis geschlos sen wird. so dass der bisherige mechanische Antrieb des 'Motors 44 durch den elektrischen Antrieb abgelöst wird.
Bei der Abwärts bewegung der Zahnstange 19 bewirkt, kurz bevor sie ihre tiefste Stellung erreicht, die schräge Auflauffläche 33 der Führung 31 eine solche Verschwenkung des Kupplungs- liebels ?8. dass der Teil 23' in den Kupp- lun-steil <B>27</B> eingerücl@t wird, und folglich mit der vom Zwischenrad 51 aus über das Zahnrad 49 gedrehten Welle 26 Drehverbin dung erhält.
Die nun dem Zahnrad 23 vom Elektromotor 44 aus gegebene Drehbewegung bewirkt die Aufwärtsbewegung der Zahn stange 19, wobei das sich nun dementspre chend zur früheren Drehrichtung entgegen gesetzt drehende Zahnrad 22 die Aufwärts bewegung der Zahnstange 19 und somit des Verdichterkolbens 7 nicht behindert, weil jetzt die Mitnehmerkupplung 25 wirkungs los ist, so dass das Zahnrad 22 sich auf der Welle 24 drehen kann. Bei der Aufwärts bewegung des Verdichterkolbens 7 arbeitet derselbe über das betreffende, geöffnete Ven til (17) des Zylinders 5 auf den Verflüssiger 1.
Die Zahnstange 19 wird dementsprechend aufwärts bewegt, wobei der Schalterhebel 38 über die nun zum Beispiel durch eine Blatt feder in Schliesslage gehaltene Weiche 37 hinweg, sowie über eine deren Verlängerung bildende Führungsbahn 37' (Fig. 6, 7) glei tet. Der Schalterhebel 38 verlässt die letztere, wenn die Zahnstange 19 bei ihrer Aufwärts bewegung ungefähr den halben Hub zurück gelegt hat, jedoch kann der Schalterhebel 38 nicht im Sinne des Einflusses seiner Feder 41 zurückschwingen, weil die Kraft des Mag netes 42 durch den inzwischen infolge der Belastung angestiegenen Motorstrom gross genug geworden ist, um den Schalterhebel 38 festzuhalten.
Mit Beendigung des Druck hubes des Verdichterkolbens 7 erreicht die Zahnstange 19 ihre oberste Lage, wobei der Hebel 28 durch die Auflauffläche 32 der Führung 31 so verschwenkt wird, dass das Zahnrad 23 aus dem Kupplungsteil 27 ausge rückt wird und infolgedessen die Drehverbin dung zwischen diesem Zahnrad 23 und der Welle 26 aufgehoben wird.
Da in diesem Zeitpunkt der Motor entlastet wird, tritt ein augenblickliches Absinken des Stromes ein, was zur Folge hat, dass demgemäss die Kraft des Magnetes 42 nachlässt, wobei der Schal terhebel 38 durch seine Feder 41 vom Elek tromagneten 42 weggezogen wird und der Quecksilberschalter 40 ausgeschaltet und folglich der Motorstromkreis unterbrochen wird. Wenn der Druck im Verdampfer 4 jetzt noch genügend gross ist, wird sich der be schriebene Vorgang wiederholen, wobei der Motor zunächst, das heisst bei der Abwärtsbe wegung des Verdichterkolbens 7, mecha nischen, dagegen bei der Aufwärtsbewegung.
also. beim Druckhub, elektrischen Antrieb hat.
Während des erläuterten Betriebszustan des geht der Druck des Kältemitteldampfes natürlicherweise zurück. Dabei zieht sich das unter seinem, Einfluss stehende Dehnungs rohr 62 zusammen, und der Hilfshebel 59 wird demgemäss entgegen seiner Federbe lastung verschwenkt. Dieser Hilfshebel 59 ist vorher, das heisst nach dem Verschwenken der Sperrstange 56 aus ihrer Wirkungslage so verschwenkt worden, dass er durch seinen aufwärts ragenden Arm die Sperrstange 56 in wirkungsloser Stellung sichert.
Beim Zu rückschwingen des Hilfshebels 59 in seine Ausgangstellung schwenkt die Sperrstange 56 unter dem Einfluss ihrer Zugfeder 58 wieder in ihre Wirkungslage zurück, um in der Folge die Abwärtsbewegung der Zahn stange 19 und somit des Verdichterkolbens 7 zu verhindern, und zwar so lange, bis der Druck des Kältemitteldampfes soweit ange stiegen ist, dass das Dehnungsrohr 62 im erforderlichen Mass gestreckt wird, um seinen Kontakt 60 mit dem festen Kontakt 61 in Berührung zu bringen,
worauf der Elektro magnet 65 wiederum erregt und die Sperr stange 56 aus ihrer Wirkungslage ver- schwenkt wird. Dadurch wird der ganze weitere, erklärte Vorgang ausgelöst.
Infolge Wegfalls von Riemenantrieb und Ventilationsverlusten wird der günstige Wirkungsgrad des erklärten Kältemittelver- dichters weiterhin verbessert. Der Hilfshebel 59, die Stromleitungskontakte 60, 61 und das mit dem Verdampfer 4 verbundene, dehnbare Dehnungsrohr 62 bilden zusammen eine Art Regler, der durch entsprechende Vorkehrun gen eine Einstellung in bezug auf den zur Freigabe der Hubvorrichtung 19-26 erfor derlichen Druck des Kältemitteldampfes er möglicht.
Die Sperrvorrichtung für die Hub- vorrichtung könnte auch vollständig elek trischer Art sein.