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Gekapselter umlaufender Kompressor für eine Kältemaschine Die Erfindung
liegt auf dem Gebiet der gekapselten umlaufenden Kompressoren für Kältemaschinen
und bezieht sich im einzelnen auf einen Kompressor mit mindestens zwei übereinander
angeordneten Verdichtungsräumen, welcher verbesserte Mittel zur Kühlung des Antriebsmotors
und Rückführung des öles in den ölsumpf der Kapsel enthält.
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Es ist bekannt, sowohl den Kompressor für das Kältemittel als auch
seinen Antriebsmotor innerhalb einer luftdicht abgeschlossenen Kapsel unterzubringen.
Bei einer derartigen Anordnung ist es erforderlich, den Antriebsmotor zu kühlen,
um ihn innerhalb eines Temperaturbereichs zu halten, in welchem er störungsfrei
arbeiten kann. Ein zu diesem Zweck verwendeter Kunstgriff besteht darin, das unter
hohem Druck aus dem Kompressor austretende Gas durch den Antriebsmotor hindurchzuleiten,
nachdem es auf eine genügend tiefe Temperatur abgekühlt worden ist, um die nötige
Wännemenge aus dem Motor abführen zu können.
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Bei einer bekannten Bauart von gekapselten umlaufenden Kompressoren
befindet sich der Motor im oberen Teil der Kapsel, während der Kompressor unterhalb
des Motors in der Kapsel angeordnet ist und mit dem Motor über eine vertikale Welle
in Verbindung steht. Das unter hohem Druck aus dem Kompressor austretende Gas wird
durch Öffnungen in dem Motor nach oben geleitet und tritt aus der Kapsel oberhalb
des Motors aus. Wenn das Gas durch den Motor hindurchströmt, so soll es etwaiges
Öl abgeben, bevor es aus der Kapsel austritt, damit das Öl in den
ölsumpf im unteren Teil der Kapsel zurückfließen kann. Wenn die Geschwindigkeit
des Gasstroms zu hoch ist, nimmt dieses Gas eine gewisse Menge von Öl auf
seinem Weg durch den Motor hindurch mit und gibt dieses Öl von der Kapsel
an den weiteren Kreislauf der Kältemaschine ab. Es ist daher erforderlich, die Gasgeschwindigkeit
zu begrenzen, indem man das gesamte Volumen des kühlenden Gases, welches den Motor
durchsetzt, beschränkt. Wenn ein einziger Motor dazu benutzt wird, einen Kompressor
mit mehreren Verdichtungsräumen anzutreiben, kann man keine Durchtrittsöffnungen
für das Gas aus allen Verdichtungsräumen im Motor von solcher Größe anbringen, um
eine Gasströmung von ausreichend geringer Geschwindigkeit zu gewährleisten. Wenn
daher das aus mehreren Verdichtungsräumen'austretende Gas den Motor durchsetzt,
so enthält dieses Gas mehr Öl und führt zu einer größeren Mitnahme von
Öl in den Kreislauf. Ferner wird der Druckabfall am Motor infolge der höheren
Gasgeschwindigkeit erhöht, so daß etwaiges Öl, welches sich innerhalb der
Kapsel oberhalb des Motors von dem Gas abtrennen würde, nicht ohne weiteres durch
den Motor hindurch gegen die Kraft des nach oben fließenden Gasstroms zurückrinnen
kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen gekapselten umlaufenden
Kompressor für eine Kältemaschine mit einem Kondensator, einem Verdampfer, Expansionsmitteln,
mindestens zwei übereinander angeordneten Verdichtungsräumen im unteren Teil der
Kapsel, einem Motor im oberen Teil der Kapsel, einer oben von der Kapsel ausgehenden
Entladeleitung zur Verbindung des Motorraumes oberhalb des Motors mit dem Kondensator
sowie einer Einrichtung zur Einführung von kondensiertem Kältemittel in den Zylinder
des Kompressors hinsichtlich der Motorkühlung und ölrückführung zu verbessern. Die
Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Einführung des kondensierten Kältemittels
in den unteren Verdichtungsraum, dessen Entladeleitung in den Motorraum unterhalb
des Motors mündet, während die Entladeleitung des oberen Verdichtungsraumes in den
Motorraum oberhalb des Motors mündet. Der Kompressor entnimmt das Kältemittel unter
niedrigem Druck aus dem Verdampfer und liefert das Kältemittel unter hohem Druck
in die luftdicht abgeschlossene Kapsel. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel
fließt dann von der Kapsel zu dem Kondensator. Der Kompressor enthält oben und
unten
je einen sichelförmigen Verdichtungsraum, die voneinander durch eine Platte
oder Wand getrennt sind. Um den Motor mittels Gas von geringer Geschwindigkeit zu
kühlen, welches aus dem Kompressor austritt, ist die Einrichtung so aufgebaut, daß
nur vorgekühltes Gas von dem. unteren Verdichtungsraum nach oben durch den Motor
hindurchfließt. Das von dem oberen Verdichtungsraum ausgestoßene Gas tritt durch
eine Nebenschlußleitung, welche den Motor umgeht, ',in den Kapselraum oberhalb des
Motors ein, wo es sich mit dem von dem unteren Verdichtungsraum herrührenden Gas
mischt, bevor es in den Kondensator zurückströmt.
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Fig. 1 der Zeichnung ist eine teilweise im Schnitt gehaltene
Seitenansicht eines gekapselten umlaufenden Kompressors gemäß der Erfindung; F i
g. 2 ist ein Teil der Ansicht längs der Schnittebene 2-2 in F i
g. 1;
F i g. 3 ist eine schematische Darstellung einer Kältemaschine
mit einem Kompressor gemäß der Erfindung.
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In F i g. 1 ist der gekapselte Kompressor im ganzen mit
1 bezeichnet, dessen Kapsel im ganzen mit 2 bezeichnet ist. Diese
Kapsel umschließt den im ganzen mit 3 bezeichneten Kompressor, der sich im
unteren Teil der Kapsel befindet, sowie einen Antriebsmotor 4, der im oberen Teil
der Kapsel liegt. Der Kompressor 3 ist innerhalb der Kapsel 2 mittels eines
Rahmens 5 gelagert, der ein Lager 6 für eine Welle 7
bildet,
welche den Motor mit dem Kompressor verbindet. Der Rahmen 5 unterteilt dabei
die Kapsel 2 in den oberen, dem Motor vorbehaltenen Teil und in den unteren, dem
Kompressor zugeordneten Teil.
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Der Kompressor enthält einen oberen Verdichtungsraum 8 und
einen unteren Verdichtungsraum 9,
welche beide sichelförmig sind. Zwischen
den Verdichtungsräumen befindet sich eine Platte 10, welche gleichzeitig
die untere Stirnwand des oberen Verdichtungsraumes und die obere Stirnwand des unteren
Verdichtungsraumes bildet. Die obere Stimwand des oberen Verdichtungsraumes
8 wird durch den Rahmen 5 gebildet, während die untere Stirnwand des
unteren Verdichtungsraumes durch eine Tragplatte 11 gebildet wird, welche
gleichzeitig das untere Lager für die Welle 7 bildet.
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Die beiden Verdichtungsräume sind innen von Rotoren 13 bzw.
14 begrenzt, welche vermöge von auf der Welle 7 angeordneten Exzentern
15 bzw. 16
auf den äußeren Begrenzungswänden der Verdichtungsräume
abrollen können.
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Jeder Verdichtungsraum ist ferner mit einem Flügel 17 ausgerüstet,
welcher ihn in einen Hochdruckteil und in einen Niederdruckteil teilt. Im einzelnen
ist dies in F i g. 2 zu sehen, in welcher für den unteren Verdichtungsraum
9 der Flügel 17 in einem Schlitz 18 verschiebbar in der Zylinderwand
dargestellt ist. Auf diesen Flügel wirkt eine Feder 19,
welche eine
Berührung des Flügels mit dem Umfang des Rotors 14 sicherstellt. Jeder Verdichtungsraum
ist also in einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil unterteilt; der Hochdruckteil
ist für den Verdichtungsraum 9 mit 9 a und der Niederdruckteil mit
9 b bezeichnet.
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Die Rotoren 13 und 14 werden durch ihre Exzenter
15 bzw. 16 angetrieben, so daß die Umfangsflächen der Rotoren sich
auf den Innenflächen der äußeren Begrenzungswände der Verdichtungsräume abwälzen
und das jeweils vor den Rotoren befindliche Gas komprimieren, wie es an sich bei
derart' Kompressoren bekannt, ist.
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Gemäß F i g. 3 ist der Kompressor 1 in eine Kältemaschine
eingeschaltet, welche einen Kondensator 21 und einen Verdampfer 22 enthält, welcher
seinerseits das: kondensierte Kältemittel von dem Kondensator über ein Kapillarrohr
25 erhält. Der Kompressor entnimmt das Kältemittel unter niedriaem Druck
aus dem Verdampfer 22 über eine Saugleitung 23 und liefert selbst das Kältemittel
unter hohem Druck an den Kondensator 21 über eine Hochdruckleitung 24. Das aus dem
Verdampfer 22 über die Leitung 23 abgesaugte Kältemittel tritt in eine Absaugöffnung
26
(F i g. 2) ein, welche mit dem Niederdruckteil beider Verdichtungsräume
8 und 9 kommuniziert. Im einzelnen tritt die Saugleitung durch die
untere Stirnwand 27 der Kapsel 2 ein, durchsetzt die Tragplatte
11 nach oben und mündet in den Niederdruckteil 9 b
des unteren
Verdichtungsraumes. Eine Öffnung 29
(F i g. 2) in der Platte
10 erlaubt den Eintritt des unter niedrigem Druck stehenden Kältemittels
in den oberen Verdichtungsraum 8.
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Das unter hohem Druck stehende und aus dem Hochdruckteil der Verdichtungsräume
8 und 9 austretende Kältemittel durchsetzt die Ausströrnöffnungen
31 bzw. 32 und tritt in die Entladekammern 33
bzw. 34 ein. Ventile
35 und 36 stellen eine geeignete Kompression des Kälteinittels sicher
und verhindern seinen Rückfluß in die Verdichtungsräume.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung werden ferner die
verschiedenen Lagerflächen und andere bewegliche Teile geschmiert. Es ist nämlich
in dem ölsumpf 40 ein Vorrat an Schmieröl vorhanden, der eine ausreichende Spiegelhöhe
besitzt, um das untere Ende der Welle 7 zu schmieren. Diese Welle trägt eine
nicht mitdargestellte Zentrifugalpumpe, welche das Öl aus dem ölsumpf 40
nach oben durch die gemäß F i g. 2 hohl ausgebildete Welle fördert. Von dort
gelangt das Öl zu den verschiedenen Schmierstellen, nämlich zu den Rotoren
13 und 14 und dem Lager 6. Das überschüssige Öl
des Laggers
6 sammelt sich an der Oberseite 42 des Rahmens 5 und tritt durch eine
ölrückführleitung 43 und durch eine Öffnung 44 in der Platte 10 wieder in
den ölsumpf zurück.
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Ein gewisser Anteil des den Rotoren 13 und 14 zugeführten öles
vermengt sich mit dem Kältemittel, welches in den Verdichtungsräumen 8 und
9 komprimiert wird, und wird von diesem komprimierten Gas mitaeführt. Wenn
man nicht dafür sorgt, daß dieses mitgeführte Schmiermittel aus dem Gas wieder entfernt
wird, bevor dieses die Austrittsöffnung 24 verläßt, wird eine erhebliche ölmenge
in die übrigen Teile der Kältemaschine, beispielsweise in den Kondensator 21, gefördert.
Um diese Trennung zu bewerkstelligen, hat man bekanntlich das unter hohem Druck
stehende Kältemittel in einen Teil der Kapsel, nämlich in den Raum 46 oberhalb des
Motors 4 gefördert, in welchem seine Geschwindigkeit vermindert wird, so daß der
größte Teil des mitgeführten öles sich niederschlägt, bevor das Gas die Austrittsöffnung
24 durchströmt. Um dabei auch einen gewissen Teil der vom Motor erzeugten Wärme
abzuführen, hat man ferner den Gasstrom über die Oberfläche des Motors oder durch
den Motor hindurch geleitet, bevor er in den Kondensator 21 eintritt. Zu diesem
Zweck wurde das komprimierte Gas nach einer geeigneten Kühlung in den Raum 47 unterhalb
des
Motors geleitet, von wo aus es nach oben durch eine Reihe von Öffnungen 49 in den
Raum 46 strömt. Das dort sich von dem Gase trennende Öl fließt durch die
Öffnungen 43 und 44 in den Ölsumpf zurück.
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Es wurde gefunden, daß bei Kompressoren mit mehreren Verdichtungsräumen
der Ausstoß aller Verdichtungsräume ein solches Volumen hat, daß das Gas den Motor
mit zu hoher Geschwindigkeit durchströmen muß und dabei verhindert, daß eine erhebliche
Menge des von dem Gase mitgeführten öles in den ölsumpf zurückströmt.
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Gemäß der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß man den
Kompressor so aufbaut, daß nur der Gasausstoß eines Verdichtungsraumes durch den
Motor hindurchgeleitet wird. Aus diesem Grund und aus dem weiter unten erläuterten
wird nur der Gasausstoß des unteren Verdichtungsraumes 9, d. h. der unteren
Entladungskammer 34 über eine Leitung 50
durch die Platte 10 hindurchgeleitet,
welche ihrerseits die obere Entladungskammer 33 und den Rahmen
5
durchsetzt und in den Raum 47 unter dem Motor 4 mündet. Eine gewisse Menge
des von dem Gas mitgeführten öles wird an der Unterseite des Motors ausgeschieden
und kehrt in den ölsumpf durch die Öffnungen 43 und 44 zurück, während der größere
Teil des von dem Gas mitgeführten öles sich in dem Raume 46 abscheidet.
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Der Ausstoß der oberen Entladungskammer 33
wird um den Motor
4 herumgeleitet und tritt also in den Raum 46 über dem Motor ein. Statt, wie in
F i g. 1, zu diesem Zweck ein Rohr 51 zu benutzen, kann man auch einen
Gasdurchtrittsweg, der vollständig innerhalb der Kapsel verläuft, benutzen. Wenn
die Gasmenge aus der Kammer 33 in den Raum 46 eintritt, ist ihre Geschwindigkeit
vermindert, und diese Gasmenge mischt sich mit dem Gasstrom, welcher den Motor selbst
durchsetzt hat. Außerdem wird das um den Motor 4 herumgeleitete Gas einer Wirbelbewegung
unterworfen, so daß das in ihm enthaltene Schmieröl leichter abgetrennt wird und
durch Kanäle 48 im Stator des Motors in den Ölsumpf 40 zurückfließt.
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Mit dem Gasausstoß des unteren Verdichtungsraumes 9 kann man
den Motor genügend abkühlen, wenn man eine kleine Menge des flüssigen Kältemittels
in den Verdichtungsraum 9 einspritzt. Im einzelnen dient dazu eine Einspritzleitung
53, welche an dem Hochdruckteil 9 a des Verdichtungsraumes
9
an einem solchen Punkt angebracht ist, daß die untere Stirnfläche des Rotors
14 die Öffnung 53 während nahezu der ganzen Umlaufdauer des Rotors abdeckt
mit Ausnahme einer kurzen Zeitspanne innerhalb jeder Umlaufdauer, innerhalb welcher
der Hochdruckteil 9 a des Verdichtungsraumes beispielsweise zwischen
50 und 95 % des Ausstoßdruckes liegt. Das der Kühlung des unteren
Verdichtungsraumes dienende flüssige Kältemittel wird vom Kondensator 21 über eine
Leitung 55 (F i g. 3), die einen Strömungswiderstand 56 (F
i g. 3) enthalten kann, dem Verdichtungsraum 9 zugeführt, wobei der
Strömungswiderstand 56 so bemessen ist, daß die gewünschte Menge des Kältemittels
durch die Öffnung 53 hindurchströmt.
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Während jedes Kompressionszyklus des Rotors 14 verdampft das in den
Verdichtungsraum 9 eingeführte Kältemittel, d. h. geht in einen gasförmigen
Zustand über und führt dabei die zu entfernende Wärme ab. Es wird also eine erhebliche
Verminderung der Temperatur des Ausstoßgases erreicht, so daß dieses Gas genügend
kalt ist, um den Motor 4 kühlen zu können.