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Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Kältemaschinen mit Kompressor
Die zur Kälteerzeugung benutzten Verdichter saugen von dem Verdampfer kommende kalte
Dämpfe des Kältemittels an und fördern sie in den Kondensator. Durch die Verdichtung
werden die geförderten Gase stark erwärmt. Diese Erwärmung verursacht zahlreiche
Nachteile. Sie ist insbesondere für die Schmierung der in Bewegung befindlichen
Teile und für das Verhalten derselben im Betrieb nachteilig. Sie verursacht eine
Verkohlung an den Ventilsitzen und somit eine Erniedrigung des Wirkungsgrades des
Kälteapparates, was in den warmen Ländern einen besonders erheblichen Einfluß hat.
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Bei den in einer dichten Glocke eingeschlossenen Verdichtern kommt
die in den Wicklungen durch Joulsche Wärme und in den Magnetkreisen durch Wirbelströme
entwickelte Wärme zu der durch die Verdichtung erzeugten hinzu. Diese Wärme kann
in gewissen Fällen für die Wicklungen und die verschiedenen elektrischen Stromkreise
gefährlich werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein bekanntes Kühlverfahren für Kältemittelverdichter
in Kühlmaschinen. in denen ein Kältemittelkondensat in die Kammer des Verdichters
zwecks Kühlung zurückgeführt wird.
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Bei dem bekannten Verfahren ist es erforderlich, gesonderte Kondensatoren
vorzusehen. Dies macht die Konstruktion der Kühlapparate kompliziert. Darüber hinaus
ist (die Rücklaufmenge des kondensierten Kältemittels) durch Regelelemente begrenzt,
so daß eine bedeutende Menge Kältemittel zuerst kondensiert werden muß, um den normalen
Umlauf der Kühlung zu gewährleisten.
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Es ist weiterhin bekannt, das dampfförmige Kältemittel durch einen
sich in zwei Leitungen teilenden Kondensator zu führen, der vorzugsweise als regulärer
Wärmeaustauscher ausgebildet ist. Bei den Verfahren dieser Art werden Druck- bzw.
Durchflußmengenregler in der Form im Kondensatorteil angeordnet, daß eine Rückführung
von kondensiertem Kältemittel in den Verdichter begrenzt wird, da ein Überschuß
dieses kondensierten Kältemittels im Verdichter als schädlich, nämlich leistungsmindernd,
angesehen -wird.
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Die bei den erwähnten Arten von Kühlverfahren festgestellten Nachteile
vermeidet die Erfindung dadurch, daß die eine von zwei Leitungen eines sich teilenden
Kondensators vor einem Druckabfal.lerzeuger. Durchflußmengenbegrenzer oder Regler
abzweigt und das darin gebildete Kondensat ausschließlich durch seine Schwere zum
Innern des Verdichters zurückgeführt wird, und zwar in solcher Menge, daß unter
Berücksichtigung seiner Wiederverdampfung durch Verdichterwärme den Verdichter ein
feuchter Kältemitteldampf verläßt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bislang gehegte Befürchtung,
daß ein Überschuß an Kältemittelkondensat im Verdichter sich leistungsmindernd auswirkt,
zumindest bezüglich des im Zusammenhang mit der Erfindung entwickelten Verdichters
nicht zutrifft: Das Vorhandensein von flüssigem Kältemittel im Verdichter wird vielmehr
als ein Vorteil angesehen, da diese Flüssigkeit eine Reserve darstellt, die geeignet
ist, eine gewisse Wärmemenge zu absorbieren, falls die Temperatur kurzzeitig stark
ansteigt.
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Als zweckmäßig erweist es sich, die vomVerdichter kommende und diesen
mit dem Kondensator verbindende Förderleitung des Kältemittels so anzuordnen, daß
nur ein begrenzter Wärmeaustausch zwischen dem sie durchströmende Kältemittel und
der umgebenden Atmosphäre, in welcher sie sich befindet; stattfindet, während die
Zweigleitung zur Kondensierung eines Teils des vom Verdichter geförderten Kältemittels
und zurZurückführung der so gebildeten Flüssigkeit in den Verdichter durch die Schwerkraft
in inniger thermischer Berührung mit einer Austauscherfläche steht, damit das sich
in dieser Abzweigung befindliche Kältemittel schnell kondensiert wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Leitung, welche das
Kältemittel fördert, wenigstens auf einem Teil ihrer Länge konzentrisch innerhalb
der das kondensierte Kältemittel in das Innere des Verdichters zurückführenden Leitung
angeordnet, so daß das geförderte Mittel einen Teil seiner Kalorien an
das
zur Kühlung des Verdichters zu diesem zurückgeführten Mittel abgibt. Die konzentrisch
ineinander laufenden Rohre durchdringen gegebenenfalls eine hermetisch geschlossene
Glocke, in welcher der Verdichter und sein Motor angeordnet sind.
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Vorzugsweise stehen die Zylinderkopfteile des Verdichters, in welche
die das kondensierte Kältemittel zuführende Leitung mündet, in inniger thermischer
Berührung mit den Antriebsteilen des Verdichters, so daß die von diesem Teil abgegebenen
Kalorien ebenfalls von dem Kältemittel aufgenommen werden und die Kühlung der Wicklungen
und elektrischen Stromkreise gleichzeitig mit der des Verdichters erfolgt.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
beschrieben. Fig. 1 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Verdichters und seines
Motors; Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1; Fig.3 ist eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kondensators; Fig. 4 zeigt eine Abwandlung
der Fig. 3 ; Fig. 5 zeigt eine zweite Abwandlung der Fig. 3 ; Fig.6 ist eine geschnittene
Seitenansicht, in größerem Maßstab, einer Vorrichtung zur Verbindung des Kondensators
und der den Verdichter und den Motor einschließenden Glocke.
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In Fig. 1 trägt ein in der hermetisch geschlossenen Glocke 2 befestigtes
Mittelblech 1 an seinem oberen Teil zwei seitliche Halter 3, 4, an welchen schwingende
Platten 5, 6 aufgehängt sind, ferner an seinem mittleren Teil die Teile 7 eines
Magnetkreises und an seinem unteren Teil zwei Zylinderkopfteile 8, 9, in welche
die beiden einander gegenüberliegenden Zylinder 10, 11 des Verdichters eingelassen
sind.
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Jede der schwingenden Platten 5, 6 trägt an ihrem freien Ende einen
Teil 12 auf unmagnetischem Metall, an welchem zwei Dauermagnete 13, 14 mit entgegengesetzten
Polaritäten angeflanscht sind. Eine an dieser beweglichen Anordnung befestigte Lasche
15 treibt die Kolben 16, 17 über eine nachgiebige Stange 16', 17° an.
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Gemäß Fig.2 durchströmen die von dem Verdampfer kommenden gasförmigen
Kältemittel ein Filter 18 und gelangen durch die Leitungen 19, 20 zu den Zylindern
10 und 11.
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Nach der Verdichtung in den Zylindern treten die gasförmigen Kältemittel
in die Kammer 21, aus welcher sie durch eine Förderleitung 22 zu dem Kondensator
der Kühlmaschine geführt werden.
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23 bezeichnet eine Leitung zur Zufuhr des von dem Kondensator kommenden
flüssigen Kältemittels zur Kühlung des gesamten Verdichters.
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Fig. 3 zeigt einen Kondensator, welcher durch ein auf beliebige geeignete
Weise an einer Platte 24 befestigtes oder an dieser angeschweißtes Rohrbündel 25
gebildet wird, so daß die von dem unter Druck stehenden Kältemittel abgegebenen
Kalorien auf eine bedeutende Austauschfläche verteilt werden.
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Die mit der Kammer 21 des in der Glocke 2 eingeschlossenen Verdichters
in Verbindung stehende Förderleitung 22 steigt längs der Platte 24 auf und ist an
dieser nur bei 26 und 27 befestigt, d. h. an dem oberen Teil der Platte'24. Diese
Leitung speist einerseits das Rohrbündel 25 des Kondensators "und andererseits eine
Abzweigung 28, welche die Förderleitung 22 mit einer Rohrschlange 29 in Verbindung
setzt, welche an die Platte 24 des Kondensators angelötet oder an dieser auf beliebige
Weise befestigt ist. Das Ende 29a der Rohrschlange 29 tritt in die Glocke 2 ein
und ist mit der Leitung 23 zur Zufuhr des flüssigen Kältemittels zu dem Zylinderkopfteil
des Verdichters verbunden.
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In die Förderleitung 22 ist hinter der Abzweigung 28 ein Druckregler
30 eingeschaltet, so daß ein konstanter Druck vor dem Regler auf der Förderseite
des Verdichters aufrechterhalten wird, welcher stets größer als der hinter dem Regler
herrschende Druck ist.
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Ein Flüssigkeitsbehälter 31 ist hinter dem Kondensator angebracht
und mit dem Druckminderer des Kälteapparates durch eine Leitung 32 verbunden. Die
unter Druck stehenden, von der Kammer 21 des Verdichters kommenden feuchten Gase
werden durch die Leitung 22 zu dem oberen Teil des Kondensators geführt. Der Druckregler
30 setzt dem Durchtritt dieser Gase ein Hindernis entgegen, so daß ein Teil derselben
durch die Abzweigung 28 in die Rohrschlange 29 gelangt, wo sie kondensieren und
an die Umgebung einen bedeutenden Teil ihrer Kalorien abgeben. Es bildet sich so
eine Säule von flüssigen Kältemitteln in der Rohrschlange 29, welche infolge des
Unterschieds der Dichten zwischen Gas und Flüssigkeit einen Umlauf der Flüssigkeit
bewirkt, welche durch die Schwere in den unteren Teil der Rohrschlange 29 gelangt.
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Die abgekühlte Flüssigkeitssäule tritt durch die Leitung 23 - in die
Glocke 2 und von dort in den Zylinderkopfteil des Verdichters.
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Bei ihrer Berührung mit dem Mittelblech 1 und den die Zylinder 10
und 11 verschließenden Ventilen verdampft die Kältemittelflüssigkeit und nimmt bei
dieser Umwandlung die ihrer latenten Verdampfungswärme entsprechenden Kalorien auf.
Hierdurch findet eine Kühlung der von dem Verdichter geförderten erwärmten Gase
statt, und das durch die Leitung 23 zugeführte flüssige Kältemittel nimmt durch
Wärmeleitung ebenfalls die in den magnetischen und elektrischen Kreisen des Verdichters
durch Wirbelströme und joulesche Wärme erzeugten Kalorien auf.
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Das aus der Kammer 21 in die Förderleitung 22 geförderte gasförmige
Kältemittel ist somit feuchtigkeitsbeladen, d. h., es enthält suspendierte Flüssigkeitströpfen,
wodurch die Kondensation und somit der Wirkungsgrad des Kälteapparates verbessert
werden.
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In Fig. 4 ist der Druckregler 30 der Fig. 3 durch einen Durchflußmengenbegrenzer
33 ersetzt, welcher durch eine schraubenförmige Rohrschlange aus Kapillarrohr gebildet
wird. Dieser Durchflußmengenhegrenzer 33 erzeugt einen Druckverlust des zu dem Ro'hrbünde125
strömenden Kältemittels in der Größen -ordnung von 0,200 bis 0,300 kg, wodurch die
Kondensation in der Rohrschlange 29 begünstigt wird.
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Diese Ausführungsform arbeitet wie die vorher beschriebene.
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Bei der Abwandlung der Fig.5 speist die Rohrleitung 22 unmittelbar
die Rohrschlange 29. Das den, Hauptteil des Kondensators bildende Rohrbündel
25
wird im Nebenschluß von einer Düse 34 aus gespeist, welche in einer gewissen
Entfernung von dem höchsten Punkt des Kondensators liegt, so daß ein Druckabfall
in dem das Rohrbündel 25 speisenden aufsteigenden Schenkel 35 entsteht. Diese Anordnung
gestattet den Förtfall des Durchflußmengenbegrenzers der Fig. 3 und 4. Die Arbeitsweise
ist die gleiche wie die oben beschriebene.
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Fig.6, zeigt eine Vorrichtung, welche gestattet, mittels eines einzigen
Verbinders das Sammelrohr 40-zur Zufuhr des flüssigen Kältemittels in die Glocke
einzuführen
und die Förderleitung 22 aus dieser herauszuführen.
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Das Sammelrohr 40 hat einen erheblich größeren Durchmesser als die
Förderleitung 22, so daß diese konzentrisch innerhalb des Sammelrohres 40 ange ordnet
werden kann. Eine Lötstelle 41 befestigt die Leitung22 an dem Sammelrohr40, welches
an seinem Ende 40a aufgeweitet ist und auf eine kegelstumpfförmige Fläche 42 eines
Endstückes 43 paßt. Das Endstück 43 ist z. B. an die Glocke 2 angelötet, und eine
Muffe 44 drückt das Ende 40a des Sammelrohres gegen die kegelstumpfförmige Endfläche
des Endstückes 43. Eine an das kegelstumpfförmige Endstück 43 und an das die geförderten
Gase führende Rohr 22 angelötete Kappe 45 sowie eine im Innern derselben angeordnete
elastische Dichtung 46 verschließen das Ende 43 a des Endstückes 43.
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Die zur Kühlung bestimmte Kältemittelflüssigkeit kommt durch das Sammelrohr
40 an, tritt in die um die Förderleitung 22 herum innerhalb des Endstückes 43 gebildete
Kammer 47 und fließt hierauf in die zu den Zylinderkopfteilen 8, 9 führende Leitung
23.
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Die an das kegelstumpfförmige Endstück 43 angelötete Kappe 45 verhindert
jeden Austritt von Kältemittelflüssigkeit innerhalb der Glocke 2. Die elastische
Dichtung 46 gewährleistet die Verbindung zwischen den beiden Rohren 22, welche die
geförderten Gase von dem Verdichter zu dem Kondensator leiten, und isoliert sie
von der zur Kühlung bestimmten, durch das Rohr 40 herabfließenden Kältemittelflüssigkeit.
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Diese Vorrichtung gestattet eine schnelle und einfache Auswechslung
der den Verdichter und den Motor enthaltenden Glocke ohne langwierige und heikle
Arbeiten, da nur zwei Verbinder zu lösen sind, nämlich der der Ansaugung der Dämpfe
und der der Förderung der verdichteten Dämpfe entsprechende.
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Es ist klar, daß die obige Vorrichtung für jede beliebige der beschriebenen
Ausführungsbeispiele verwendbar ist.
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An den obigen Ausführungsbeispielen können Abwandlungen vorgenommen
werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere
für die Kühlung von Verdichtern beliebiger Bauart anwendbar, z. B. der sogenannten
»hermetischen« Verdichter oder von Verdichtern anderer Bauart. Falls der Antriebsmotor
und der Verdichter voneinander getrennt sind, wird nur der Verdichter gekühlt.
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Ebenso kann der Kondensator für das Kältemittel die bekannte Bauart
mit Rippenrohrbündeln aufweisen, er liegt jedoch stets oberhalb des Verdichters,
um ein gleichmäßiges Abfließen des ganz oder teilweise kondensierten Kältemittels
durch die Schwere zu gestatten.