CH676035A5

CH676035A5 -

Info

Publication number: CH676035A5
Application number: CH363088A
Authority: CH
Inventors: Clemens Adam
Original assignee: Colenco Ag
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1990-11-30
Also published as: JPH02146467A; EP0361089A1

Description

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CH 676 035 A5 CH 676 035 A5

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter mit Antriebsmotor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a compressor with a drive motor according to the preamble of claim 1.

Bei Verdichtern dieser Art ist das Innere des Gehäuses mit Kältemitteldampf gefüllt, der hinsichtlich Druck die gleichen Werte wie im Verdampfer aufweist. Bei diesen Verdichtern kühlt das zu verdichtende Kältemittel sowohl deren Antriebsmotor als auch deren Kurbeigehäuse und wird somit vor dem Eintritt in die Verdichterzylinder erwärmt. Die damit verbundene Volumenvergrösserung des Kältemitteldampfes verkleinert entsprechend die pro Kolbenhub geförderte Kühlmittelmenge. In the case of compressors of this type, the interior of the housing is filled with refrigerant vapor, which has the same pressure values as in the evaporator. With these compressors, the refrigerant to be cooled cools both their drive motor and their crankcase and is thus heated before entering the compressor cylinders. The associated increase in volume of the refrigerant vapor correspondingly reduces the amount of coolant delivered per piston stroke.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Verdichter der erwähnten Art derart zu verbessern, dass die pro Kolbenhub geförderte Kühlmittelmenge vergrössert und die Antriebsleistung verringert wird. The object of the present invention is to improve a compressor of the type mentioned in such a way that the amount of coolant delivered per piston stroke is increased and the drive power is reduced.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen: The invention is explained, for example, with the aid of the attached schematic drawing. Show it:

Fig. 1 eine Einrichtung für die Ausführung eines Kälteerzeugungs- oder Wärmepumpenkreisprozesses mit einem Verdichter mit Antriebsmotor, 1 is a device for executing a refrigeration or heat pump cycle with a compressor with a drive motor,

Fig. 2 einen Verdichter mit Antriebsmotor im Ach-sialschnitt und Fig. 2 shows a compressor with a drive motor in axial section and

Fig. 3 ein Kreisprozessdiagramm. Fig. 3 is a cycle diagram.

Fig. 1 zeigt die Einrichtung für einen Kälteerzeugungs* oder Wärmepumpenkreisprozess. Damit wird einem Medium A mittels Verdampfung von Kältemittel (auf einem Niveau tiefer Temperatur und tieferen Druckes) in einem Verdampfer 1 Wärme entzogen. Der kalte Dampf wird von einem Verdichter 2 angesaugt und auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau verdichtet. Die hierzu erforderliche mechanische Arbeit wird von einem (den Verdichter 2 antreibenden) Motor 3 geleistet. Fig. 1 shows the device for a refrigeration * or heat pump cycle. This removes heat from a medium A by evaporating refrigerant (at a level of lower temperature and pressure) in an evaporator 1. The cold steam is drawn in by a compressor 2 and compressed to a higher pressure and temperature level. The mechanical work required for this is performed by a motor 3 (which drives the compressor 2).

In einem Kondensator-Wärmetauscher 4 wird der Dampf bei höherem Druck und höherer Temperatur kondensiert. Dieser überträgt die dem Medium A entzogene Wärmemenge, vermehrt um den Anteil der zugeführten mechanischen Arbeit, in Form von Kondensationsenergie an ein Medium B. Das vom Kondensator-Wärmetauscher 4 zum Verdampfer 1 zurückfliessende flüssige Kältemittel tritt durch ein im Rücklauf vorhandenes Entspannungsventil 5 und entspannt sich wieder auf das niedere Druckniveau im Verdampfer 1 und verdampft. In a condenser heat exchanger 4, the steam is condensed at higher pressure and higher temperature. This transfers the amount of heat withdrawn from the medium A, increased by the proportion of the mechanical work supplied, in the form of condensation energy to a medium B. The liquid refrigerant flowing back from the condenser heat exchanger 4 to the evaporator 1 passes through an expansion valve 5 present in the return and relaxes back to the low pressure level in evaporator 1 and evaporated.

Bei solchen Einrichtungen - mit einer Antriebsleistung von weniger als 10 kWh - sind in der Regel der Verdichter 2 und der Motor 3 gemeinsam in ein gasdichtes Gehäuse 6 (Fig. 2) eingeschlossen, dessen Inneres unter dem gleichen Dampfdruck steht wie der Verdampfer 1. In gehäusefesten Lagern 7, 8 und 12 ist eine Welle 9 drehbar gelagert, auf deren unterem Teil der Läufer 10 des Motors 3 drehfest aufgesetzt ist. Der abtriebseitige, dem Antrieb des Verdichters 2 dienende Wellenteil ist mit einem Exzenterzapfen 13 versehen, auf dem die Pleuelstangen 16 der Verdichterkolben 14 gelagert sind. In such devices - with a drive power of less than 10 kWh - the compressor 2 and the motor 3 are generally enclosed together in a gas-tight housing 6 (FIG. 2), the interior of which is under the same vapor pressure as the evaporator 1. In bearings 7, 8 and 12 fixed to the housing, a shaft 9 is rotatably mounted, on the lower part of which the rotor 10 of the motor 3 is non-rotatably mounted. The output-side shaft part serving to drive the compressor 2 is provided with an eccentric pin 13 on which the connecting rods 16 of the compressor pistons 14 are mounted.

Die Kolben 14 saugen das auf niedrigem Tempera-tur- und Druckniveau befindliche Kältemittelgas aus dem Verdampfer 1 durch eine Leitung 17 an und verdichten es auf ein höheres Temperatur- und Druckniveau und stossen es in die Leitung 18 aus. Der auf niedrigem Temperatur- und Druckniveau befindliche Kältemitteldampf füllt den ganzen, zwischen dem Verdichter 2 und dem Gehäuse 6 vorhandenen Raum. The pistons 14 suck the refrigerant gas, which is at a low temperature and pressure level, from the evaporator 1 through a line 17 and compress it to a higher temperature and pressure level and expel it into the line 18. The refrigerant vapor, which is at a low temperature and pressure level, fills the entire space between the compressor 2 and the housing 6.

Bei der Verwendung als Wärmepumpe ist im Bereich des Motors 3 das Gehäuse 6 mit einer Doppelwand 19 versehen und in den Zwischenraum ist eine Wendel 20 derart eingelegt, dass sie vom Eintrittstutzen 21 zum Austrittstutzen 22 einen wendeiförmigen Kanal 23 in der Doppelwand bildet. Zwischen dem Gehäuse 6 und dem Stator 11 ist ein für das Strömen eines Mediums zureichender Zwischenraum vorhanden. When used as a heat pump, the housing 6 is provided with a double wall 19 in the area of the motor 3 and a coil 20 is inserted into the intermediate space in such a way that it forms a helical channel 23 in the double wall from the inlet connection 21 to the outlet connection 22. Between the housing 6 and the stator 11 there is a space sufficient for the flow of a medium.

Das Gehäuseinnere ist mit einem niederviscosen, kältemittelverträglichen Schmiermittel bis zu einer Niveaulinie 24 gefüllt, so dass der Motor vollständig in das Schmiermittelbad eingetaucht ist. Das Kurbelgehäuse mit den Gaskanälen kann auch so konstruiert sein, dass nicht nur der Motor 3 sondern auch das Kurbelgehäuse vor einer Berührung mit dem einströmenden (kalten) Sauggas geschützt wird. Bei laufendem Motor 3 zirkuliert das Schmiermittel in Folge der Schwer- und Fliehkraft. Die Abwärme des Motors wird an das Schmiermittel übertragen, das sie zum überwiegenden Teil zur Gehäusewand 6 transportiert und an diese abgibt. Von der Gehäusewand 6 wird sie entweder direkt oder indirekt an das durch den Eintrittstutzen 21 zugeführte Medium B abgegeben und durch den Austrittstutzen 22 abgeführt. Ist das zu erwärmende Medium B ein flüssiges Medium ist die beschriebene Ausführungsform mit einem wendeiförmigen Kanal 23 für das Abführen der Motorwärme geeignet. Wird die Einrichtung indessen zum Kühlen eines Kühlschranks eingesetzt, können anstelle der Doppelwand 19 Kühlrippen aussenseitig am Gehäuse 6 befestigt sein, welche vom Medium B (d.h. der Umgebungsluft des Kühlschranks) umströmt werden. The interior of the housing is filled with a low-viscosity, refrigerant-compatible lubricant up to a level line 24, so that the motor is completely immersed in the lubricant bath. The crankcase with the gas channels can also be constructed in such a way that not only the engine 3 but also the crankcase is protected from contact with the inflowing (cold) suction gas. With the engine 3 running, the lubricant circulates as a result of gravity and centrifugal force. The waste heat from the engine is transferred to the lubricant, which predominantly transports it to the housing wall 6 and delivers it to the latter. It is released either directly or indirectly from the housing wall 6 to the medium B supplied through the inlet connection 21 and discharged through the outlet connection 22. If the medium B to be heated is a liquid medium, the described embodiment with a helical channel 23 is suitable for dissipating the engine heat. If, however, the device is used for cooling a refrigerator, instead of the double wall 19, cooling fins can be attached to the outside of the housing 6, and the medium B (i.e. the ambient air of the refrigerator) flows around it.

Obwohl zur Trennung des Motors 3 und gegebenenfalls des Kurbeigehäuses von den kalten Sauggasen ein Schmiermittelbad beschrieben wurde, ist es auch möglich, durch geeignete, im Gehäuse 6 angeordnete Isolierwände den Motor und gegebenenfalls das Kurbelgehäuse von den einströmenden Sauggasen zu trennen. In diesem Fall kann vom Motor bzw. dem Kurbelgehäuse erwärmtes Gas für den Wärmetransport zur Doppelwand 19 des Gehäuses 6 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Motorachse nicht wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel notwendigerweise senkrecht und der Motor 3 nicht unter dem Verdichter 2 anzuordnen. Although a lubricant bath has been described for separating the motor 3 and possibly the crankcase from the cold suction gases, it is also possible to separate the motor and possibly the crankcase from the inflowing suction gases by means of suitable insulating walls arranged in the housing 6. In this case, gas heated by the engine or the crankcase can be used for the heat transport to the double wall 19 of the housing 6. In this embodiment, the motor axis is not necessarily vertical, as in the exemplary embodiment described, and the motor 3 is not to be arranged under the compressor 2.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Enthalpie in kJ/kg und auf der Ordinate (in log. Massstab) der Druck aufgetragen. Am Eingang des Verdampfers 1 herrscht ein Kältemitteldruck P1. Die Enthalpie des Kältemittels beträgt E1. The advantage of the present invention is illustrated in FIG. 3. The enthalpy in kJ / kg is plotted on the abscissa and the pressure is plotted on the ordinate (in log. Scale). At the inlet of the evaporator 1, there is a refrigerant pressure P1. The enthalpy of the refrigerant is E1.

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30 30th

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4 4th

Durch den Wärmeentzug aus dem Medium A steigt bei gleich bleibendem Druck die Enthalpie des Kältemittels von E1 auf E2 bis dieses in Form von Sattdampf vorliegt. Die Enthalpie des Kältemittels wird bei bekannten Verdichtern durch die Motorabwärme weiter auf den Wert E3 erhöht. Durch die dem Kältemittel im Verdichter zugeführte mechanische Energie erhöht sich dessen Enthalpie (E4) und dessen Druck (P2). Im Kondensator-Wärmetauscher 4 wird dem dampfförmigen Kältemittel durch das Medium B bei gleich bleibendem Druck Wärme entzogen, so dass das Kältemittel kondensiert und seine Enthalpie beim Austritt aus dem Kondensator-Wärmetauscher 4 wieder den Wert E1 erreicht. Nach dem Durchgang des Kältemittels durch das Entspannungsventil 5 entspannt sich das Kältemittel bei gleich bleibender Enthalpie E1 und verdampft teilweise, wobei sein Druck wieder auf den Wert P1 abfällt. By removing heat from medium A, the enthalpy of the refrigerant increases from E1 to E2 until it is in the form of saturated steam at a constant pressure. In known compressors, the enthalpy of the refrigerant is further increased to the value E3 by the engine waste heat. The mechanical energy supplied to the refrigerant in the compressor increases its enthalpy (E4) and pressure (P2). In the condenser heat exchanger 4, heat is extracted from the vaporous refrigerant by the medium B at a constant pressure, so that the refrigerant condenses and its enthalpy again reaches the value E1 when it exits the condenser heat exchanger 4. After the refrigerant has passed through the expansion valve 5, the refrigerant relaxes while the enthalpy E1 remains the same and partially evaporates, its pressure falling again to the value P1.

Beim Kreisprozess mit der erfindungsgemässen Ausführung von Verdichter und Antriebsmotor entfällt eine Uberhitzung des Kältemitteldampfes durch die Motorabwärme weitgehend. Zwischen dem Verdampfer 1 und dem Verdichter 2 wird dem Kältemittel beim Druck P1 keine Motorabwärme zugeführt. Eine Erhöhung der Enthalpie E2 auf den Wert E3 entfällt. Die Verdichtung des Kältemittels im Verdichter 2 erhöht den Kältemitteldruck auf den Wert P2 und die Enthalpie auf den Wert E5. Beim im Kondensator-Wärmetauscher 4 folgenden Wärmeentzug durch das Medium B wird die Enthalpie wieder auf den Wert E1 verringert, worauf im Entspannungsventil 5 seine Entspannung auf den Druck P1 erfolgt. In the cycle with the design of the compressor and drive motor according to the invention, overheating of the refrigerant vapor by the engine waste heat is largely eliminated. No engine waste heat is supplied to the refrigerant at the pressure P1 between the evaporator 1 and the compressor 2. An increase in the enthalpy E2 to the value E3 is not necessary. The compression of the refrigerant in the compressor 2 increases the refrigerant pressure to the value P2 and the enthalpy to the value E5. When the heat is removed by the medium B in the condenser heat exchanger 4, the enthalpy is reduced again to the value E1, whereupon the pressure in the expansion valve 5 is reduced to the pressure P1.

Vergleicht man in Fig. 3 die Dampfvolumenkurven 25, 26 erweist sich, dass bei einer Enthalpie des Kühlmittels von E2 dessen spezifisches Volumen 76 l/kg bei einer Enthalpie E3 100 l/kg einnimmt. Demzufolge steigt durch die Erfindung die vom Verdichter geförderte Kühlmittelmenge um mehr als 20%. Als Folge erhöht sich die Leistung des Verdichters bei gleich bleibender Grösse oder der Verdichter kann für eine kleinere Fördermenge ausgelegt werden. Durch spezifische kleinere Verluste im Verdichter (Ventile, .Totraum, Wärmeaustausch) steigt zusätzlich der Wirkungsgrad um mindestens 10%. Comparing the vapor volume curves 25, 26 in FIG. 3 shows that with an enthalpy of the coolant of E2 the specific volume of 76 l / kg assumes 100 l / kg with an enthalpy E3. As a result, the amount of coolant delivered by the compressor increases by more than 20%. As a result, the performance of the compressor increases while the size remains the same or the compressor can be designed for a smaller delivery rate. Due to specific smaller losses in the compressor (valves, dead space, heat exchange), the efficiency also increases by at least 10%.

Claims

1. Compressor with a drive motor for a refrigeration or heat pump cycle, with which a medium A is cooled and a medium B is heated, the compressor (2) and the motor (3) being sealed in a housing (6) and in the housing (6) there are flow paths (17, 18) for the refrigerant, characterized in that the engine (3) and / or the crankcase of the compressor (2) are separated from the flow paths (17, 18) in a heat-insulating manner, and in that the motor (3) and / or the crankcase are associated with at least a part of the heat transfer means (19 to 22) which take over the waste heat and by means of which the waste heat can be transferred to the medium B.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that the housing (6) a motor (3)

absorbing oil bath, and that the housing wall (6) in the area of the oil bath connects this in a heat-conducting manner to the heat removal means (19 to 22).

3. Compressor according to claim 1, characterized in that the heat removal means (19 to 22) has a flow channel (23) guided around the housing wall (6) with an inlet and an outlet opening (21, 22) for the medium B.

4. Compressor according to claim 2, characterized in that the heat removal means have cooling fins placed on the housing wall (6).

5. Compressor according to claim 1, characterized in that the motor (3) and / or the crankcase of the compressor (2) are separated from the flow paths (17, 18) of the refrigerant by heat-insulating walls.

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