DE1503444C3 - Hermetisch gekapselter Kolbenkompressor, insbesondere Kältemittelkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hermetisch gekapselten Kolbenkompressor, insbesondere Kältemittelkompressor, mit einem Kompressorblock, in dem sich ein oder mehrere von einem Elektromotor angetriebene Kolben befinden und um den zur Bildung eines ringförmigen Hohlraumes für das Auslaßgas, in den ein oder mehrere Auslaßventile von einem oder mehreren im Kompressorblock angeordneten Zylindern münden, zwischen dem Kompressorblock und der Kapselwand eine den Kompressorblock umschließende zylindrische Wand angeordnet ist, die an nach außen zeigenden ringförmigen Flanschen des Kompressorblocks direkt anliegt und um die eine im Abstand zur zylindrischen Wand wärmeisolierende Hülse angeordnet ist.

Von besonderer Bedeutung bei hermetisch gekapselten Kühlmittelkompressoren ist die Überwachung der Temperatur in der Kapsel, um insbesondere eine Beschädigung des Verdichterteiles und Antriebsmotors durch zu hohe Temperaturen zu verhindern. Zu hohe Temperaturen wirken sich auch nachteilig auf die Schmierung und Leistung des Kompressors aus.

Der DT-PS 8 18 648 ist eine Einrichtung mit einem Thermostaten zum Schutz des Antriebsmotors eines Kompressors zu entnehmen. Der Thermostat ist außerhalb des Gehäuses angeordnet und soll die Temperatur am Auslaß des Kompressors abtasten, ehe das Auslaßgas sich abkühlen kann. Überschreitet die Temperatur des Auslaßgases einen bestimmten Wert, so spricht der Thermostat an und schaltet den Antriebsmotor ab. Diese insbesondere bei Rotationskompressoren zweckmäßige Anordnung des Thermostaten ist bei Kolbenkompressoren nicht zweckmäßig, weil die heißeste Stelle der Auslaßgase innerhalb der Kapsel im Ventilraum bzw. dem dem Ventilraum unmittelbar folgenden Raum liegt. Durch Messung der Temperatur außerhalb des Gehäuses, wie beim Kompressor nach der DT-PS 8 18 648, würde man zu tiefe Temperaturen überwachen. Es besteht dann die Gefahr von Fehlmessungen, da die Wärmeverluste auf den Weg zum Thermostaten von den verschiedensten Einflüssen abhängen und nicht konstant sind.

Für Kolbenkompressoren ist nach der DT-PS 8 26 480 bekannt, in dem jedem Druckventil nachgeschalteten Druckraum eine Vorrichtung zur Überwachung einer bestimmten Höchsttemperatur vorzusehen, um hierdurch die Quelle einer zu hohen Temperatur sofort ausfindig machen zu können, was mit nur einer Überwachungseinrichtung für sämtliche Zylinder nicht möglich ist, weil dann nur eine Mitteltemperatur gemessen wird, die immer niedriger ist als die höchste Temperatur. Solche direkten Messungen an jedem Zylinder sind allerdings nur möglich bei relativ großen Kompressoren, bei denen die den Ventilen nachgeschalteten Druckräume groß genug sind, um beispielsweise Thermostaten aufzunehmen. Derartige Messungen aber sind bei relativ kleinen gekapselten Kompressoren geringerer Leistung nicht ohne weiteres möglich, weil die verfügbaren Meßräume zu klein sind.

Nach der DT-PS 8 10 418 ist es ebenfalls bekannt, die Temperatur an den Stellen der höchstzulässigen Temperatur einzeln zu überwachen, um den Ort oder den Zylinder bei Mehrzylinderkompressoren kenntlich zu machen, an dem eine zu hohe Temperatur auftritt. Auch diese bekannte Anordnung ist nur bei großen Kompressoren zu verwirklichen, weil nur bei diesen der jeweilige den Druckventilen nachgeschaltete Druckraum groß genug ist zur Aufnahme entsprechender Temperaturmeßeinrichtungen.

Die US-PS 30 08 629 zeigt einen hermetisch gekapselten Kolbenkompressor mit einem Kompressorblock, in dem sich ein von einem Elektromotor angetriebener Kolbenkompressor befindet und um den zur Bildung eines ringförmigen Hohlraumes für das Auslaßgas, in dem mehrere Auslaßventile von im Kompressorblock angeordneten Zylindern münden, zwischen dem Kornpressorblock und der Kapselwand eine den Kompressorblock umschließende zylindrische Wand angeordnet ist, die an nach außen zeigenden ringförmigen Flanschen des Kompressorblockes direkt anliegt. Bei solchen gekapselten Kompressoren handelt es sich meist um relativ kleine Kompressoren, bei denen die Unterbringung des den Kompressor schützenden Thermostaten unmittelbar an der heißesten Stelle, wie bei den oben genannten bekannten Einrichtungen, Schwierigkeiten bereitet, selbst wenn kleinste Thermostaten verwendet werden. An den ringförmigen Hohlraum schließt sich eine Druckkammer an, in die die Auslaßgase sämtlicher Zylinder strömen und die als Meßraum zur Aufnahme eines Thermostaten zur Messung der Mischtemperatur der Auslaßgase dienen könnte. Über die Kammerwandungen erfolgt jedoch eine in der Größte von den verschiedensten Faktoren abhängige und nicht konstante Wärmeabstrahlung, so daß in diesem Meßraum nicht die Höchste Temperatur meßbar ist. Wegen des relativ geringen Volumens der Kammer sind daher bezüglich der höchsten Mischtemperatur größere Temperaturunterschiede zu erwarten, so daß die Gefahr von nachteiligen Fehlmessungen

besteht.

Diese Nachteile sind vermeidbar, wenn man den Vorschlag gemäß der älteren Patentanmeldung P 15 03 442.1 benutzt und um die zylindrische Wand, wie eingangs erwähnt, eine im Abstand zu dieser Wand wärmeisolierende Hülse anbringt. Hierdurch wird weitestgehend verhindert, daß ein Wärmeaustausch zwischen dem Meßraum und der kühleren Umgebung stattfindet. Allerdings ist noch die getroffene Aufteilung der Druckkammer und der vorgesehenen nachgeschalteten Schalldämpfungskammern, die über enge öffnungen miteinander verbunden sind, ungünstig, weil die Durchmischung praktisch erst im Meßraum und nicht bereits im ringförmigen Hohlraum stattfindet, in dem sich die Gase sammeln, und die warmen Auslaßgase entgegen der Konvexionsstromrichtung gezwungen werden, von oben nach unten zu strömen, wodurch eine weitere ungünstige Wärmeabstrahlung begünstigt wird, weil praktisch eine Messung nur vom unteren ringförmigen Flansch aus möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Temperatur der Auslaßgase der Zylinder in möglichst guter Annäherung ohne Abkühlung des Gases im Meßraum im Bereich der normalen höchsten Auslaßtemperatur überwacht werden kann, um den Verdichterteil und das Öl und Kältemittel sicher vor schädlichen, zu hohen Temperaturen zu schützen.

Diese Aufgabe wird bei einem Kompressor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zwischen den Flanschen angeordnete Hohlraum mit Hilfe eines Flansches des Kompressorblocks in eine untere ringförmige Kammer, in der sich die Auslaßgase des oder der Zylinder sammeln, und eine obere ringförmige Kammer geteilt ist, die mit der unteren Kammer über eine Bohrung im Flansch in Verbindung steht, über die das in der unteren Kammer gesammelte Gas in die obere Kammer und von dort in eine Druckleitung strömt, daß ein Thermostat in den Hohlraum ragt, der an einen den Hohlraum nach oben begrenzenden Flansch befestigt ist und dessen unteres Ende über der Bohrung im Flansch angeordnet ist, wobei der Thermostat den Elektromotor bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur abschaltet.

Die Auslaßgase sammeln sich in der unteren Ringkammer, in der bereits eine vollständige Durchmischung stattfindet, so daß sich eine genaue mittlere Temperatur sämtlicher Auslaßgase einstellt Die vermischten Auslaßgase strömen dann durch die Bohrung in die obere Ringkammer. Die erfindungsgemäße Aufteilung des ringförmigen Hohlraumes, durch die sich eine Auslaßgas-Strömungsrichtung in Richtung der Konvexionsstromrichtung ergibt, gewährleistet in Kombination mit der vorgesehenen wärmeisolierenden Hülse, die im Abstand zur zylindrischen Wand des Hohlraumes angeordnet ist, daß praktisch keine Wärmeverluste der Auslaßgase auf den Weg zum Thermostaten auftreten. Da der Thermostat genau über der Bohrung sitzt, erfolgt die Temperaturmessung somit praktisch an der Stelle der höchsten Mischtemperatur im Bereich der normalen höchsten Auslaßtemperatur, so daß Meßfehler aufgrund von Wärmeverlusten ausgeschlossen sind. Die gewonnenen Meßergebnisse brauchen auch nicht mehr korrigiert zu werden, weil praktisch sämtliche die Temperatur unter Umständen beeinflussenden äußeren Einflüsse ausgeschaltet sind.

Ein Thermostat möglichst kleiner Bauform, der für den Einsatz beim erfindungsgemäßen Kolbenkompressor geeignet ist, ist der US-PS 31 04 296 zu entnehmen, der zwecks guter Abdichtung Isolatoren aus Silikon oder Steatit aufweist und dessen elektrische Leiter in einer Vergußmasse, beispielsweise aus Epoxyharz, eingebettet sind.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden. Es zeigt .

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines hermetisch gekapselten Kältemittelkompressors, wobei ein Teil der Kapselwand weggebrochen ist, um die Lage des Thermostaten zur Messung der Auslaßgastemperatur innerhalb des Kompressors zu zeigen,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts entlang 2 bis 2 der Fig. 1, in der die Lage des ringförmigen Hohlraumes, der isolierenden Hülse und des Thermostaten deutlicher gezeigt ist,

Fig.3 eine Seitenansicht des Kompressorblocks, wobei die zylindrische Wand weggelassen ist, aus der die erfindungsgemäße Aufteilung des ringförmigen Hohlraumes und die spezielle erfindungsgemäß vorgesehene Lage des Thermostaten besonders deutlich hervorgeht,

Fig.4 einen Teillängsschnitt entlang 4 bis 4 der Fig.2 und speziell einen Thermostaten zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Kältemittelkompressor,

Fig.5 Querschnitt entlang 5 bis 5 durch den Thermostaten nach F i g. 4 und

F i g. 6 ein Schaltbild einer elektrischen Steuereinrichtung für einen beim erfindungsgemäßen Kältemittelkompressor verwendeten Elektromotor unter Verwendung des Thermostaten nach den Fig. 1 bis 5 zur Überwachung der Auslaßgastemperatur.

Die Fig. 1 zeigt einen Kältemittelkompressor 10 mit einer Kapsel, die sowohl einen Elektromotor als auch einen Kompressorblock umgibt. Die Kapsel besteht aus einer oberen Kapselhälfte 11 und einer unteren Kapselhälfte 12, die gasdicht miteinander verbunden sind und so eine hermetisch abgedichtete Kapsel bilden. Der Kompressor 10 ist zum Anschluß an einen Kühlkreis mit einem Druckstutzen 13 für das Auslaßgas und einem Ansaugstutzen 14 für das Ansauggas versehen.

Der Kompressorblock 16 ist elastisch mittels Federn 18 in der Kapsel aufgehängt, Die Federn 18 wirken zwischen einem Flansch an einer den Kompressorblock umgebenden zylindrischen Wand und einem Flansch an einem Befestigungsring 20, der an der inneren Wandung der Kapsel 10 befestigt ist.

Ein Thermostat 22 zur Überwachung der Auslaßgastemperatur ist innerhalb der Kapsel des Kompressors 10 angeordnet und wird vom Kompressorblock 16 getragen.

In der F i g. 2 ist der Kompressorblock mit der Bezugsziffer 24 versehen. Er weist einen oberen ringförmigen Flansch 26 und einen unteren ringförmigen Flansch 28 auf. Eine zylindrische Wand 30, vorzugsweise aus Metall, ist an den Flanschen 26 und 28 des Kompressorblocks 24 angebracht und bildet mit diesen einen ringförmigen Hohlraum 32 um den Kompressorblock 24 für das Auslaßgas. Der Kompressorblock 24 umfaßt einen Zylinderblock mit mehreren Zylindern, deren Kolben über Pleuelstangen mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Kurbelwelle verbunden sind. Um die Wand 30 ist im Abstand eine wärmeisolierende Hülse 34 angeordnet, die das Auslaßgas gegen die Umgebung und insbesondere das

Ansauggas isoliert und eine Wärmeabgabe des Auslaßgases verhindert.

Der Thermostat 22 für die Messung der Auslaßgastemperatur weist ein Rohrgehäuse 38 auf, das vorzugsweise aus wärmeleitendem Material besteht, beispielsweise Metall. Das Rohrgehäuse 38 ist mit seinem oberen Ende in einer Buchse 40 angeordnet, die in eine öffnung im Flansch 26 am Kompressorblock 24 eingeschraubt ist. Das untere Ende des Rohrgehäuses 38 ist durch eine Kappe 39 verschlossen.

Innerhalb des Rohrgehäuses 38 befindet sich der eigentliche wärmeempfindliche Teil des Thermostaten 22, beispielsweise ein Bimetallschalter 44. Von dem Thermostaten 22 weg führen elektrische Leitungen 46 und 48 zum Motorkreis. Der Bimetallschalter 44 ist vorzugsweise von einem wärmeübertragenden Material umgeben und kann zur Fixierung der Lage des Bimetallschalters 44 innerhalb des Rohrgehäuses 38 in Epoxyharz eingebettet sein. Er kann natürlich auch durch ein Material wie beispielsweise Öl umgeben sein, das in das Rohrgehäuse 38 eingefüllt wird, falls dies erforderlich ist.

Die F i g. 3 zeigt eine Seitenansicht des Kompressorblocks 24, wobei die Hülse 34 und die Wand 30 entfernt sind, so daß die besondere Lage des Thermostaten 22 für die Messung der Auslaßgastemperatur und die Aufteilung des Hohlraumes 32 besser zu erkennen ist. Der Thermostat befindet sich hier zwischen zwei benachbarten, radial angeordneten Zylindern 49 und 50 innerhalb des Kompressorblocks 24. Der Kompressorblock umfaßt weitere nicht dargestellte Zylinder. Der ringförmige Hohlraum 32 ist durch einen Flansch 56 in eine untere ringförmige Kammer 52 und eine obere ringförmige Kammer 58 geteilt. Eine Bohrung 54 im Flansch 56 verbindet beide Kammern, Die untere Kammer 52 ist mit Rippen 59 zur Schalldämpfung versehen. Aus jedem Zylinder strömen die Auslaßgase mit hohem Druck in die ringförmige Kammer 52, in der sie sich sammeln und mischen. Die in der Kammer 52 gesammelten Auslaßgase strömen dann durch die Bohrung 54 am Thermostaten 22 vorbei in die obere ringförmige Kammer 58, die ebenfalls mit Rippen u. dgl. für Schalldämpfungszwecke ausgestattet sein kann. Aus der oberen Kammer 58 strömt dann das Auslaßgas in eine in der F i g. 3 nicht dargestellte Druckleitung, die zu dem Druckstutzen 13 für das Auslaßgas (F i g. 1) führt.

Der Thermostat 22 für die Messung der Auslaßgastemperatur ist somit in einer Lage angeordnet, in der die Temperatur der gemischten Auslaßgase praktisch an der heißesten Stelle abgetastet wird. Zwischen der Temperatur der Gase an den Auslaßventilen und der von dem Thermostaten 22 abgetasteten Temperatur besteht nur ein vernachlässigbarer Unterschied, weil auf dem Weg von den Zylindern zum Thermostaten durch die gewählte Aufteilung des Hohlraumes 32 und die isolierende Wirkung der Hülse 34 praktisch keine Wärme verlorengeht. Es kann daher ein Thermostat mit einem sehr engen Arbeitsbereich verwendet werden, um eine sehr empfindliche und genaue Abtastung zu erzielen. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Kompressors und Anordnung des Thermostaten sind somit bereits kleinste Temperaturänderungen feststell-

^bar·

Der vorliegende Kühlmittelkompressor kann daher

sowohl für Wärmepumpenzwecke, bei denen geringe Strömungen vorkommen, als auch für Klimaanlagen Verwendung finden, bei denen sehr starke Strömungen

auftreten. In jedem Fall ist eine sichere Abtastung der Temperatur und Abschaltung des Elektromotors beim Auftreten zu hoher Temperaturen gewährleistet.

Die Fig.4 und 5 zeigen Schnitte durch den Thermostaten 22. Der Bimetallschalter 44 ist mit einem

geeigneten Kunststoffilm 60 umgeben, der in mehreren Schichten darum herumgewickelt ist, und in einer Vergußmasse 62, beispielsweise Epoxyharz, eingebettet, so daß die Lage des Bimetallschalters 44 innerhalb des Rohrgehäuses 38 fixiert ist. Bei dieser Anordnung ist der

Bimetallschalter 44 in innigem Wärmekontakt mit den heißen Auslaßgasen im Hohlraum 32.

Der Bimetallschalter 44 sitzt in einem Gehäuse 64 aus

wärmeleitendem Material. Innerhalb des umgebogenen ä Endes des Gehäuses 64 ist ein Bimetallstreifen 68 angeordnet. Ein Kontakt 70 am Ende des Bimetallstreifens 60 liegt an einem weiteren Kontakt 72 an, der über einen Arm 74 mit der Leitung 48 verbunden ist. Die Leitung 46 ist mit dem Gehäuse verbunden und damit auch elektrisch mit dem Bimetallstreifen 68, so daß der Schaltkreis für den Thermostaten 22 geschlossen ist.

In der F i g. 6 ist ein Schaltbild für die Verwendung des Thermostaten gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Elektromotor 80 ist mit Leitungen T₁ und T₂ verbunden, die wiederum an eine Stromquelle angeschlossen sind. Die Stromversorgung des Motors 80 wird unterbrochen, wenn Kontakte 8t a und 81 b einer Statorwicklung 82 für den Elektromotor nach Betätigung eines Relais 81 geöffnet werden.

Das Relais 8t ist in einem Hilfssteuerkreis angeordnet, der an eine geeignete Niederspannungsquelle durch Leitungen U und L₂ angeschlossen ist. In Reihe mit dem Relais 81 und ferner mit dem Thermostaten 22 sind normalerweise geschlossene Druckschalter 86 und 88 geschaltet, sowie ein äußerer Überlastungsschalter 90 _; und ein im Wicklungskreis liegender Thermostat 92. Die «- Druckschalter 86 und 88 dienen dazu, Überlastungen in dem Kühlkreis abzutasten. Der äußere Überlastungsschalter 90 ist außerhalb des Kompressors angebracht und spricht auf Stromüberlastungen an oder unterbricht entsprechend den Betrieb des Kompressormotors Der Thermostat 92 ist vorzugsweise in den Statorschlitzen oder in den Wicklungen des Kompressormotors angeordnet, so daß er schnell auf. die Temperatur der Motorwicklungen anspricht. Durch Öffnen einer der normalerweise geschlossenen Schalter in dem Hilfssteuerkreis wird die Speisung des Relais 8t unterbrochen, so daß sich die Kontakte 81a und 81 b öffnen und der Betrieb des Elektromotors unterbrochen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hermetisch gekapselter Kolbenkompressor, insbesondere Kältemittelkompressor, mit einem Kompressorblock, in dem sich ein oder mehrere von einem Elektromotor angetriebene Kolben befinden und um den zur Bildung eines ringförmigen Hohlraumes für das Auslaßgas, in den ein oder mehrere Auslaßventile von einem oder mehreren im Kompressorblock angeordneten Zylindern münden, zwischen dem Kompressorblock und der Kapselwand eine den Kompressorblock umschließende zylindrische Wand angeordnet ist, die an nach außen zeigenden ringförmigen Flanschen des Kompressorblocks direkt anliegt und um die eine im Abstand zur zylindrischen Wand wärmeisolierende Hülse angeordnet ist,· dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Flanschen (26,28) angeordnete Hohlraum (32) mit Hilfe eines Flansches (56) des Kompressorblocks (24) in eine untere ringförmige Kammer (52), in der sich die Auslaßgase des oder der Zylinder sammeln, und eine obere ringförmige Kammer (58) geteilt ist, die mit der unteren Kammer (52) über eine Bohrung (54) im Flansch (56) in Verbindung steht, über die das in der unteren Kammer (52) gesammelte Gas in die obere Kammer (58) und von dort in eine Druckleitung strömt, daß ein Thermostat in den Hohlraum (32) ragt, der an dem einen den Hohlraum nach oben begrenzenden Flansch (26) befestigt ist und dessen unteres Ende über der Bohrung (54) im Flansch (56) angeordnet ist, wobei der Thermostat den Elektromotor bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur abschaltet.