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Kompressionskälteanlage und Verfahren zum Betrieb einer Kompressionskälteanlage
Die Erfindung betrifft eine Kompressionskälteanlage, bei der der ständig durchlaufende
Kompressor mittels einer durch Öldruck beeinflußten Vorrichtung in Abhängigkeit
von einem in der Anlage auftretenden Druck entlastet wird und ein Ventil in der
Flüssigkeitsleitung zwischen dem Kondensator und der Expansionsvorrichtung angeordnet
ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb solcher Kompressionskälteanlagen.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Entlastungssteuerung
für Kompressionskälteanlagen der vorgenannten Art zu schaffen und das gesamte Kühlaggregat
so auszubilden, daß es besonders zur Kühlung des Nutzraumes von Fahrzeugen, wie
Lastkraftwagen und deren Anhänger, geeignet ist.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe für Kompressionskälteanlagen der
vorgenannten Art wird vorgeschlagen, den Öldruck durch ein in Abhängigkeit von dem
Druck in der Flüssigkeitsleitung stehendes Regulierventil zu verändern und zur Steuerung
des in der Flüssigkeitsleitung befindlichen Ventils eine Steuerungsvorrichtung vorzusehen,
welche in Abhängigkeit von einer bestimmten Veränderung der Temperatur in dem zu
kühlenden Raum betätigt wird. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine
Ölpumpe für die Ölversorgung von Kraftelementen der Vorrichtung zur Entlastung der
Kompressorzylinder und außerdem eine Öffnung in der Druckölleitung zwecks Regelung
des Öldruckes durch das Regulierventil vorgesehen sein, wobei vorzugsweise die Leitungen,
durch welche der Öldruck den Kraftelementen zugeführt wird, über die Ö -ftnung in
der Druckölleitung mit der Kurbelwanne des Kompressors in Verbindung stehen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb der Kompressionskälteanlage
besteht vorzugsweise darin, einen bestimmten zur Entlastung der Kompressorzylinder
auf die Kraftelemente geleiteten Öldruck in Abhängigkeit von einer bestimmten Druckänderung
in der Flüssigkeitsleitung zu verändern, um den Kompressor zu entlasten.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Es zeigt Fig. 1 eine schematische
Darstellung eines Kühlsystems der Erfindung, Fig. 2 eine Ansicht, teils im Schnitt,
teils in Vorderansicht, eines mit dem Erfindungsgegenstand ausgerüsteten Kolbenkompressor
und Fig. 3 eine: Schnittansicht der Entlastungsvorrichtung für einen Kompressorzylinder.
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Nach den Zeichnungen wird in Fig. 1 ein Kühlsystem der Erfindung gezeigt.
Das Kühlsystem besteht aus einem Kompressor 2, der durch eine Druckleitung 3 mit
einem luftgekühlten Kondensator 4 verbunden ist. Es ist klar, daß der Kondensator
4 auch mit Wasser gekühlt werden kann. Der Kondensator 4 ist mit einem Behälter,
5 und dieser mit einem Verdampfer 6 über die Flüssigkeitsleitung 7 verbunden. Eine
Expansionsvorrichtung 8 ist in Leitung 7 angeordnet und dient dazu, die Kühlmittelmenge
für den Verdampfer zu regeln. Die Expansionsvorrichtung 8 wird, wie üblich, mit
Hilfe eines Temperatur-Fühlkolbens 9 betätigt, der mit der Saugleitung 10 des Systems
in Berührung steht. Die Saugleitung 10 verbindet den Verdampfer 6 mit
der nicht gezeigten Saugseite des Kompressors 2.
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In dem Expansionsventil 8 ist ein kleines Loch quer durch den Sitz
gebohrt, um eine Verbindung mit der Flüssigkeitsleitung herzustellen, wenn eine
Entlastung erwünscht ist. Dies ist wegen der charakteristischen Arbeitsweise eines
Expansionsventils notwendig. Dasselbe Ergebnis kann durch eine Kapillar-Nebenleitung
erzielt werden, wie sie in 40 gezeigt ist.
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Der Verdampfer 6 wird in einem Gehäuse 11 zwecks Kühlung eines. Raumes
12 untergebracht, der der Nutzraum eines Fahrzeuges, wie eines Lastwagens oder eines
Anhängers, sein kann. Vorzugsweise. ist im Gehäuse 11 ein Ventilator angebracht,
der dazu dient, aus dem Raum Luft in das Gehäuse zu
saugen und diese
durch den Verdampfer 6 zu treiben, wobei die Luft im Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel
gekühlt wird.
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Ein elektrisch gesteuertes Ventil 14 ist in der Flüssigkeitsleitung
7 zwischen dem Behälter 5 und der Expansionsvorrichtung 8 angeordnet. Dieses wird
durch einen Thermostat 15 entsprechend der Temperatur im Raum 12 geregelt und von
einem Temperaturfühler 16 gesteuert. Bei vorbestimmtem Temperaturwechsel im Raum
12 wird ein nicht gezeigter Schalter im Thermostat 15 betätigt, der Kontakte in
einem elektrischen Kreis betätigt, um das elektrisch gesteuerte Ventil 14 zu öffnen
oder zu schließen.
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In Fig. 2 wird ein Kompressor 2 gezeigt, der mit einer Entlastungsvorrichtung
20 für jeden Zylinder des Kompressors versehen ist. Eine Pumpe 21 ist für die Schmierung
der sich bewegenden Teile des Kompressors vorgesehen. Die Kraftelemente 22 der entlastenden
Vorrichtung 20 sind mit der Pumpe 21 durch Leitungen 23 verbunden. Ein Überdruckventil
24 befindet sich in der Leitung 23, um einen konstanten Öldruck für die sich bewegenden
Teile des Kompressors und für die Kraftelemente 22 aufrechtzuerhalten. Eine Leitung
25 ist mit der Leitung 23 zwischen den Kraftelementen und dem Überdruckventil 24
verbunden und gestattet, daß Ö1 durch die Leitung 23 zu der Ölwanne des Kompressors
abläuft. Ein Regulierventil 27 ist in der Leitung 25 angeordnet.
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Dieses Regulierventil befindet sich in einem Gehäuse 28, in dem eine
Feder 5 auf eine Membran 29 drückt, die ihrerseits eine Ventilklappe 30 für die
Schließung oder Öffnung des Durchlasses 31 bewegt. Atmosphärischer Druck und Federkraft
wirken auf die eine Seite der Membran 29. Eine Leitung 32 verbindet die Kammer auf
der entgegengesetzten Seite der Membran mit der Flüssigkeitsleitung 7 in einem Punkt
zwischen dem elektrisch gesteuerten Ventil 14 und dem Expansionsventil B. Wenn Druck
in der Flüssigkeitsleitung 7 vorhanden ist, so wirkt dieser auf der entgegengesetzten
Seite der Membran 29 und veranlaßt die Ventilklappe 30 zum Schließen des Durchganges.
31.
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Die Entlastungsvorrichtung 20 ist am besten in der Fig. 3 gezeigt.
Diese Vorrichtung dient dazu, das Saugventil eines I#-,ompressorzylinders unwirksam
zu machen. Die gleiche Vorrichtung ist vorzugsweise für jeden Zylinder des Kompressors
vorgesehen, wenn das Kühlsystem für Kühlung des Nutzraumes eines Fahrzeuges, etwa
eines Lastwagens oder Anhängers, verwendet wird. Die Vorrichtung 20, die die Aufgabe
hat, das Saugventil 35 unwirksam zu machen, besteht aus einer Anhebemuffe 36, den
Anhebebolzen 37, den Belastungsfedern 38 und einem Anschlagring 39. Vorzugsweise
weist solch eine Vorrichtung eine in sich geschlossene Unteranordnung mit einer
entfernbaren Zylinderbuchse 40 auf, in welcher der Kompressorkolben 41 arbeitet.
Das Sauggas tritt von dem nicht gezeigten Saugsammelrohr in die Saugventilöffnung
42 und von dort in das Innere des KompressorzylindeTs 1, wenn das Ventil 35 von
dieser Öffnung 42 entfernt worden ist. Wenn die Bolzen 37 in der in. der Fig. 3
dargestellten Stellung sind, schließt sich das Saugventil 35 am Ende jedes Saughubes
unter der Wirkung der Sau;gventilfedern 43. Nach der Kompression des Gases. in dem
Zylinder wird das Gas durch das Druckventil 44 in den Zylinderkopfraum 45 gedrückt.
Die Bolzen 37 bleiben in zurückgezogener Stellung, während der volle Öldruck auf
das Kraftelement 22 wirkt, und sie werden dann aufwärts bewegt, um das Ventil
35 unwirksam zu machen, wenn der Öldruck auf die Kraftelemente 22 aufgehoben
wird, wie noch näher zu beschreiben ist.
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Das Kraftelement 22 besteht aus einem Gehäuse 46, das einen Boden
47 und einen Deckel 48 hat. Ein Kolben 49 ist in dem Gehäuse 46 angeordnet und über
eine Stange 50 mit einem gegabelten Hebel 51 verbunden, der auf einem an einem Ende
des Deckels 48 angebrachten Hebelstützpunkt 52 schwenkbar gelagert ist. Der Hebel
51 endet in den Abschnitten 53, die mit der den Zylinder umgebenden Anhebemuffe
in Eingriff kommen. Eine Kolbenfeder 54 übt einen bestimmten Druck auf den Kolben
49 aus. In Abwesenheit eines Öldruckes auf das Kraftelement 22 bleibt der Kolben
49 am Boden 47 des Gehäuses. Ein kleiner Kanal 55 ist in dem Kraftelement 22 vorgesehen,
um das an dem Kolben 49 vorbeisickernde Öl in das Kurbelgehäuse des Kompressors
zurückzuführen. Solche Kraftelemente 22 können an jedem Zylinder des Kompressors
angebracht werden.
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Wenn der Öldruck auf das Kraftelement 22 wirkt, bewegt sich der Kolben
49 aufwärts, wobei der Hebel 51 mit dem Zapfen 53 und zugleich der Muffe 36 unter
dem Druck der Federn 38 bis zum Anschlagring 39 abwärts geht. Die Abwärtsbewegung
der Muffe 36 nimmt die Balzen 37 mit, wodurch das Saugventil wirksam wird. Wenn
der Druck im Kraftelement 22 nachläßt, z. B. dadurch, daß kein Öl durch die
Leitung 23 fließt, wird der Kolben 49 durch die Feder 54 zur Abwärtsbewegung gezwungen.
Dabei schwenkt der Hebel 51 wieder um den Drehpunkt 52, und die Muffe 36 läuft aufwärts,
so daß sich die Bolzen 37 in die Höhe heben und dabei das Ventil von dem Durchlaß
42 entfernen, wodurch das Saugventil geöffnet wird. In dem Zylinder findet jetzt
keine Gaskompression statt, und die Fördermenge des Zylinders ist daher gleich Null.
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Hinsichtlich der Arbeitsweise des Kühlsystems kompri@mieT t der Kompressor
2 ein gasförmiges Kühlmittel, das dieser vom Verdampfer 6 erhält. Das komprimierte
gasförmige Kühlmittel strömt durch die Leitung 3 zum Kondensator 4, wo es dadurch
kondensiert wird, daß Wärme im Austausch mit der Luft abgegeben wird, die durch
den Kondensator getrieben wird. Das flüssige Kühlmittel fließt vom Kondensator 4
zum Behälter 5 und weiter durch die Flüssigkeitsleitung 7 zum Verdampfer 6, wenn
das elektrisch gesteuerte Ventil 14 geöffnet ist. Das Expansionsventil 8 regelt
den Fluß des Kühlmittels zum Verdampfer 6, und in diesem steht es wieder im Wärmeaustausch
mit der Luft des Kühlraumes 12, wobei die Luft gekühlt wird und das flüssige Kühlmittel
verdampft. Wie oben festgestellt, kehrt das Kühlmittel zum Kompressor 2 durch die
Saugleitung 10 zurück.
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Beim Anfahren befördert die Pumpe 21 Öl zu den sich bewegenden Teilen
des Kompressors und zu den Kraftelementen 22 durch die Leitungen 23. Das Einsetzen
des Öldruckes auf das Kraftelement 22 hebt den Kolben 49 in die Höhe, schwenkt den
Hebel 51 und bewegt die Bolzen 37 abwärts, so daß das Saugventil 35 in die Lage
kommt, den Durchlaß 42 zu schließen. Es ist zu bemerken, daß die Ölleitung 25 die
Leitungen 23 mit der Ölwanne des Kompressors verbindet. Das Ventil 27 ist gewöhnlich
während der Arbeit des Kühlsystems geschlossen. Dieses ist abhängig von dem Druck
in der Flüssigkeitsleitung 7, da es mit dieser durch die Leitung 32 verbunden ist.
Wenn das elektrisch gesteuerte Ventil 14 geöffnet ist, herrscht auch der Kondensatordruck
in der Leitung 32, der zugleich auf die eine Seite der Membran 29
des
Ventils 27 wirkt und so die Ventilklappe 30 zwingt, den Durchlaß 31 zu schließen,
wodurch das Öl verhindert wird, durch das Ventil 27 zur Ölwanne des Kondensators
zurückzufließen.
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Es ist zu bemerken, daß infolge Öffnens des Ventils 27 das Öl durch
die Leitung 23 nach der Wanne des Kompressors fließen kann -und so die Anwendung
eines bestimmten Öldruckes auf die Kraftelemente 22 verhindert wird.
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Wenn die Temperatur im Nutzraum 12 auf einen vorbestimmten Punkt fällt
und diese durch den Temperaturfühler 16 angezeigt wird, dann öffnet der Thermostat
einen elektrischen Kreis und. macht das Ventil 14 stromlos, wobei sich dieses schließt
und, so den Durchgang flüssigen Kühlmittels vom Behälter 5 zum Verdampfer 6 verhindert.
Da der Kompressor weiterläuft, so ist einzusehen, daß der Druck, der dann in der
Flüssigkeitsleitung 7 zwischen dem Ventil 14 und dem Expansionsventil 8 besteht,
dem Verdampfe.rdruck eher als dem Kondensatordruck entspricht. Diese Druckverminderung
gegen die Membran 29 erlaubt der Feder, die Ventilklappe 30 von dem Durch,laß 31
zu entfernen und dabei dem Öl den Durch.fluß durch die Leitung 25 nach der Ölwanne
des Kompressors zu gestatten, so daß ein wirksamer Öldruck auf die Kraftelemente
22 verhindert wird. Da der Öldruck auf die Kraftelemente 22 nicht ausreicht, die
Bolzen 37 niederzuhalten, geht der Kolben 49 des Kraftelementes 22 zurück, wobei
der Druckhebel 51 sich in entgegengesetzter Richtung dreht und die Bolzen 37 in
die Höhe hebt, so daß sich das Ventil 35 vom Durchlaß 42 abhebt und der Kompressorzylinder
abgeschaltet ist. Damit ist eine automatische Entlastung und ein automatisches Auspumpen
des Verdampfers bei ständigem Lauf des Kompressors erreicht, wenn eine Kühlung nicht
gewünscht wird.
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Es ist einzusehen, daß der Kompressor 2 direkt durch eine nicht gezeigte
Antriebsmaschine, z. B. einen Verbrennungsmotor, angetrieben wird. Dies ist besonders
wünschenswert, wenn das Kühlsystem zum Kühlen des Nutzraumes eines Fahrzeuges, wie
etwa eines Lastwagens oder Anhängers, gebraucht wird. Unter solchen Umständen kann
der Kompressor ständig in Bewegung bleiben und automatisch. entlastet werden, wenn
eine Kühlung nicht verlangt wird, indem so verhindert wird, daß die Temperatur des
Lagerraumes auf einen unerwünschten Punkt abfällt.
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Das Ventil 27 kann so auf einen bestimmten Druck eingestellt werden.
Vorzugsweise ist er auf einen Druck über dem atmosphärischen Druck und unterhalb
des minimal erwarteten Kondensatordruckes einzustellen. Es ist festgestellt worden,
daß eine Einstellung von 0.7 bis 1,75 kg/cm2 ausreichend ist.
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Die Erfindung -erreicht eine einfache schnelle Regelung der Fc:r de
rleistung des Kompressors eines Kühlsystems. .Die Entlastungsvorrichtung und die
Kraftelemente sind nicht teuer in der Herstellung, während die Arbeitsweise der
Entlastungsvorrichtung durch ein nicht kostspieliges Ventil geregelt wird, das,
falls gewünscht, ein automatisches Expansionsventil mit einem äußeren Ausgleicher
sein kann. Die Erfindung ist b-sonders für den Gebrauch in Beförderungsmitteln geeignet,
wo unter Umständen ständiges Laufen des Kompressors verlangt wird.
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Die- Benutzung der Entlastungsvorrichtung an jedem Zylinder des Kompressors
vermindert das Anfahrdrehmoment des Kompressors auf ein Minimum. Dies ist von großem
Vorteil, wenn der Kompressor durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird,
da es relativ einfach und leicht ist, die Maschine ohne Kupplung in Gang zu setzen.
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Wenn auch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben
worden ist, soll der Schutzumfang der Erfindung nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt sein.