DE1601016C3 - Kühlanlage mit einem Kältemittelverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanlage mit einem Kältemittelverdichter, einem ersten, an die Druckseite des Verdichters angeschlossenen Wärmetauscher, einer Entspannungseinrichtung, einem zweiten, mit der Saugseite des Verdichters verbundenen Wärmetauscher und einer die Druckseite mit der Saugseite des Verdichters verbindenden Bypassleitung mit einem Bypassventil, das die Bypassleitung bei Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen Druckseite und Saugseite öffnet.

Bei bekannten Kühlanlagen dieser Art wird die Bypassleitung des Verdichters entweder nur unterhalb einer vorgegebenen unteren Druckdifferenz zwecks Druckausgleichs und Anlauf-Entlastung des Verdichters (US-PS 25 79 439) oder nur oberhalb einer vorgegebenen oberen Druckdifferenz zwecks Abbaus unerwünscht hoher Überdrücke am Verdichter (US-PS 26 61 145) geöffnet.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß eine Kühlanlage geschaffen werden, bei der auf einfache Weise ein gegenüber den bekannten Kühlanlagen verbesserter

Schutz des Kältemittelverdichters vor Überbelastungen erreicht wird.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung eine Kühlanlage der eingangs erwähnten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bypassventil als sowohl oberhalb einer vorgegebenen oberen als auch unterhalb einer vorgegebenen unteren Druckdifferenz öffnendes Einzelventil mit einem ersten, von einem Entlastungskanal durchsetzten Ventilkörper und einem zweiten, relativ zum ersten Ventilkörper und gemeinsam mit diesem verschiebbar angeordneten Ventilkörper zum Verschließen des Entlastungskanals ausgebildet ist, und daß eine erste druckempfindliche Vorrichtung, die den zweiten Ventilkörper in Schließrichtung gegen den ersten Ventilkörper andrückt und oberhalb der vorgegebenen oberen Druckdifferenz eine Trennbewegung beider Ventilkörper zwecks offnes des Entlastungskanals und Verringerung der Druckdifferenz gestattet sowie eine zweite druckempfindliche Vorrichtung vorgesehen ist, die unterhalb der vorgegebenen unteren Druckdifferenz beide Ventilkörper gemeinsam verschiebt, wobei nach einer vorgegebenen Verschiebung beider Ventilkörper der zweite Ventilkörper auf einen Anschlag auftrifft und sich beide Ventilkörper bei Weiterbewegung des ersten Ventilkörpers zwecks öffnens des Entlastungskanals und Abbaus der Druckdifferenz voneinander trennen.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlanlage wird sowohl oberhalb der oberen als auch unterhalb der unteren Druckdifferenz durch öffnen der Bypassleitung eine Anlauf-Entlastung und zugleich ein Schutz des Kältemittelverdichters vor Überdrücken sichergestellt, mit der Besonderheit, daß diese Doppelfunktion von einem Einzelventil mit einem einzigen, am ersten Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz und einem einzigen, durch den zweiten Ventilkörper gebildeten Verschlußteil übernommen und durch diese besondere Ventilausbildung eine einfache, platzsparende Bauweise und eine hohe Betriebszuverlässigkeit erzielt wird.

Im Hinblick auf eine weitere bauliche Vereinfachung sind die Ventilkörper zweckmäßigerweise als Stellkolben ausgebildet und beide Stellkolben gemeinsam von der ersten und der zweiten druckempfindlichen Vorrichtung in Richtung auf den Anschlag hin vorgespannt. Eine besonders günstige, gedrängte Kolbenanordnung läßt sich in diesem Fall durch ein in der Bypassleitung angeordnetes Ventilgehäuse mit einer zylinderförmigen Kammer erreichen, in der der erste und zweite Stellkolben zwecks Verschließens der Kammer gegen

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einen Druckmittel-Durchfluß verschiebbar angeordnet sind. Im Hinblick auf eine mechanisch einfache Ausbildung der druckempfindlichen Vorrichtungen enthält die erste druckempfindliche Vorrichtung vorzugsweise eine erste Steuerfeder, die den zweiten Kolben entgegen der Wirkung der an ihm angreifenden Druckkräfte beaufschlagt, und die zweite druckempfindliche Vorrichtung eine zweite Steuerfeder, die den ersten Kolben entgegen der an ihm angreifenden Druckkräfte beaufschlagt, wobei die erste Feder die Druckkraft der zweiten Feder über den zweiten Kolben verstärkt.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlanlage einschließlich einer Druck-Steuereinrichtung in Form eines Bypassventils,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Bypassventils gemäß F i g. 1 in einer Schaltstellung bei einem zu großen Überdruck am Verdichter und

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Bypassventils gemäß F i g. 1 nach dem Abschalten des Verdichters.

Die Druck-Steuereinrichtung 10, die zusammen mit einem Kompressor 12 verwendet wird, gleicht die nach dem Abschalten des Kompressors 12 auftretenden Druckdifferenzen aus und schützt den Kompressor vor unzulässig hohen inneren Drücken, wie weiter unten erläutert wird.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bildet der Kompressor 12 einen Teil eines geschlossenen Druckmittelsystems, insbesondere eines Kühlsystems mit einem Kondensator 14, einer Kapillare 18 und einem Verdampfer 20. Bei diesem System wird das Kältemittel dampfförmig und unter verhältnismäßig hohem Druck von dem Kompressor 12 ausgestoßen und im Kondensator 14 verflüssigt; das den Kondensator 14 verlassende, flüssige Kältemitttel wird in der Kapillare 18 entspannt und fließt anschließend zum Verdampfer 20, wo das Kältemittel verdampft. Vom Verdampfer 20 strömt das gasförmige Kältemittel über die Leitung 22 zum Kompressor 12 zurück.

Beim Abschalten des Kompressors 12 herrscht am Kompressor eine beträchtliche Druckdifferenz. Obwohl ein Teil der am Kompressor herrschenden Druckdifferenz verhältnismäßig rasch über das Strömungsmittelsystems ausgeglichen wird, ist die Fähigkeit des Systems, Drücke aufzunehmen, begrenzt, und es müssen eventuell mehrere Stunden verstreichen, bevor der Kompressor erneut in Gang gesetzt werden kann. Wenn der Kompressor-Antriebsmotor ein Einphasenmotor ist, wird eine Zusatz-Startwicklung hinzugefügt, um zu ermöglichen, daß der Motor 13 wenige Minuten nach dem Abschalten die auf den Kompressor 12 einwirkende Druckbelastung überwindet. Wenn der Motor 13 ein Dreiphasenmotor ist, sorgt die zum Anlassen dieses Motortyps erforderliche Starteinheit für ein ausreichendes Startmoment, wenn der Motor entsprechend stark ausgelegt ist. Werden die Start-Wicklungen eliminiert und die Motorgröße verringert, so lassen sich Kosten einsparen, und die Druck-Steuereinrichtung 10, die in relativ kurzer Zeit nach dem Abschalten des Kompressors die Druckbelastung am Kompressor neutralisiert, macht die Verwendung von Motor-Starthilfen und/oder überstarken Motoren überflüssig.

Die Druck-Steuereinrichtung 10 weist ein Außengehäuse 25 auf, das eine im wesentlichen zylindrische Ventil- und Kolbenkammer 26 bildet. Das eine Ende 28 der Kammer 26 wird an die Einlaß- oder Saugseite des Kompressors 12 angeschlossen. Das andere Ende der Kammer 26 steht über eine öffnung 34 mit der Auslaßoder Druckseite des Kompressors 12 in Verbindung. Vorzugsweise wird die Druck-Steuereinrichtung 10 innerhalb des Kompressorgehäuses angeordnet, wodurch nach außen führende Leitungen in Fortfall kommen. Die öffnung 34 ist vorzugsweise gegenüber der Kammer 26 versetzt angeordnet.

Ein im wesentlichen zylinderförmiges Teil 38 ist in der Kammer 26 angeordnet. Ein Anschlag 40 verhindert eine Bewegung des Teiles 38 aus dem Gehäuse 25. In dem Teil 38 ist ein Kanal 42 vorgesehen.

Ein Kolben 45, an dessen Umfang geeignete O-Ringdichtungen 46 angeordnet sind, ist in der Kammer 26 gleitfähig geführt. Die Stirnwand 33 der Kammer 26 und die Endfläche 47 des Teiles 38 begrenzen den Hub des Kolbens 45. Eine zwischen dem Teil 38 und dem Kolben 45 angeordnete Feder 49 drückt den Kolben 45 gegen die Stirnwand 33 der Kammer 26.

Der Kolben 45 weist einen durchgehenden Entlastungskanal 48 auf, der aus miteinander verbundenen Kanälen 51 und 52 besteht. Die Achsen der Kanäle 52 sind im Abstand von der Achse des Kolbens 45 angeordnet, und der Kanal 51 liegt koaxial zum Kanal 42. Der Kolben ist bei 50 abgeschrägt, so daß ein Ventilsitz gebildet wird. Im Kolben 45 ist eine koaxiale Lageröffnung 53 vorgesehen, in der der Stößel 63 eines Überdruckventils 60 gleitfähig gelagert ist.

Das Überdruckventil 60 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Teil mit einem stößeiförmigen Vorsprung 63. Der Stößel 63 des Ventils 60 ist in der Lageröffnung 53 des Kolbens 45 gleitfähig gelagert. Er ist etwas länger als der Kolben 45 und beim Aufsitzen des Überdruckventils 60 auf dem Sitz 50 überragt das Ende des Stößels 63 um einen geringen Betrag die Hinterfläche 56 des Kolbens 45.

Das Überdruckventil 60 ist an seinem Umfang bei 62 abgesetzt und bildet einen Federanschlag 64. Eine zwischen dem Teil 38 und dem Anschlag 64 angeordnete Feder 65 drückt den Ventilkörper 60 gegen den Kolben 45.

Die Feder 49 ist derart bemessen, daß sie nach einem vorgegebenen Abfall der an der Druck-Steuereinrichtung 10 anliegenden Druckdifferenz ein Anschlagen des Kolbens 45 gegen die Wand 33 der Kammer 26 bewirkt. Die Feder 65 ist derart bemessen, daß bei einem vorgegebenen Anstieg der an der Steuereinrichtung 10 anliegenden Druckdifferenz eine Trennung des Überdruck-Ventilkörpers 60 vom Kolben 45 und eine öffnung des Entlastungskanals 48 auftritt.

Ist der Kompressor 12 abgeschaltet und sind die Drücke am Kompressoreinlaß und -auslaß im wesentlichen gleich groß, so liegt der Kolben 45 infolge der Druckkraft der Feder 49 an der Wqnd 33 der Steuerkammer 26 an. Die Feder 65 drückt den Stößel 63 des Ventilkörpers 60 gegen die Wand 33. Um den gleichen Betrag, um den der Stößel 63 länger als der Kolben 45 ist, ist der Ventilkörper 60 vom Sitz 50 getrennt und der Entlastungskanal 48 geöffnet. Diese Lage ist in F i g. 3 gezeigt.

Wird der Kompressor 12 in Gang gesetzt, so steigt die Druckdifferenz zwischen Kompressoreinlaß und -auslaß an. Bei einer vorgegebenen Druckdifferenz überwindet die auf den Kolben 45 ausgeübte Druckkraft die Kraft der Feder 49 und bewegt den Kolben von der Wand 33 der Kammer 26 in Richtung des Tei-

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les 38. Der Ventilkörper 60 bleibt ortsfest, und der Sitz 50 kommt zum Anliegen an den Ventilkörper 60, wodurch der Entlastungskanal 48 geschlossen wird. Ist der Entlastungskanal 48 verschlossen, so steigt die Druckdifferenz an der Kolben-Überdruckventilanordnung plötzlich an, und der Kolben 45 wird gemeinsam mit dem Überdruckventil entgegen der gemeinsamen Kraft der Vorspannungsfedern 49 und 65 in Richtung des Teiles 38 geführt. Während des normalen Kompressorbetriebes liegt die Kolben-Überdruckventilanordnung in der Nähe des Teiles 38, ohne daran anzuschlagen (siehe Fig. 1).

Ist der Entlastungskanal 48 durch den Ventilkörper 60 verschlossen, so wird ein Druckanstieg, der über den normalen Kompressor-Betriebsdruck hinausgeht, der Steuereinrichtung 10 zugeführt, und bei einem vorgegebenen Überdruck öffnet sich das Überdruckventil 60 und gestattet eine Strömung des Strömungsmittels unter Hochdruck über den Entlastungskanal 48 unmittelbar zu dem Kompressoreinlaß (siehe F i g. 2). Wenn die Systemdrücke auf den Normalwert zurückkehren, verschließt die Feder 65 das Überdruckventil 60, wodurch der Entlastungskanal 48 verschlossen wird.

Wenn der Kompressor 12 abgeschaltet wird, nimmt die am Kompressor 12 anliegende Druckdifferenz anfänglich schnell ab, da die Drücke über das Strömungsmittelsystem ausgeglichen werden. Nach diejsem anfänglichen Differenzdruckabfall am Kompressor 12 nimmt die Geschwindigkeit des Differenzdruckabfalls am Kompressor deutlich ab. Die Federn 49 und 65 sorgen gemeinsam für eine Vorspannung, die bei einem Druckzustand, der bei der Verringerung der Druckausgleichsgeschwindigkeit auftritt, die Kolben-Überdruckventilanordnung als Einheit in Richtung auf die Stirnwand 33 der Kammer 26 bewegt. Wenn sich die Kolben-Überdruckventilanordnung der Wand 33 nähert, schlägt der Stößel 63 des Ventilkörpers 60 gegen die

Wand 33 an, und eine Weiterbewegung des Überdruck-Ventilkörpers 60 in dieser Richtung wird verhindert. Die Weiterbewegung des Kolbens 45 gegen die Wand 33 — in Abhängigkeit vom ständigen Abfall der Druckdifferenz am Kompressor 12 — trennt den Kolben 45 vom Ventilkörper 60, wodurch der Entlastungskanal 48 geöffnet wird und die Drücke am Kompressor 12 schnell und vollständig ausgeglichen werden.

Die erfindungsgemäße Druck-Steuereinrichtung schützt den Kompressor nicht nur vor übermäßig hohen Innendrücken, sondern gleicht nach dem Abschalten des Kompressors auch die daran anliegenden Drükke aus. Letzteres wird dadurch erreicht, daß das System selbst dazu verwendet wird, eine anfängliche, jedoch unvollständige Verringerung der am Kompressor anliegenden Druckdifferenz herbeizuführen und daß anschließend die Druckseite des Kompressors unmittelbar mit der Saugseite verbunden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

16 Ol 016 Patentansprüche:

1. Kühlanlage mit einem Kältemittelverdichter, einem ersten, an die Druckseite des Verdichters angeschlossenen Wärmetauscher, einer Entspannungseinrichtung, einem zweiten, mit der Saugseite des Verdichters verbundenen Wärmetauscher und einer die Druckseite mit der Saugseite des Verdichters verbindenden Bypassleitung mit einem Bypassventil, das die Bypassleitung bei Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen Druckseite und Saugseite öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil als sowohl oberhalb einer vorgegebenen oberen als auch unterhalb einer vorgegebenen unteren Druckdifferenz öffnendes Einzelventil (10) mit einem ersten, von einem Entlastungskanal (48, 51, 52) durchsetzten Ventilkörper (45) und einem zweiten, relativ zum ersten Ventilkörper und gemeinsam mit diesem verschiebbar angeordneten Ventilkörper (60) zum Verschließen des Entlastungskanals ausgebildet ist, und daß eine erste druckempfindliche Vorrichtung (65), die den zweiten Ventilkörper (60) in Schließrichtung gegen den ersten Ventilkörper (45) andrückt und oberhalb der vorgegebenen oberen Druckdifferenz eine Trennbewegung beider Ventilkörper zwecks öffnens des Entlastungskanals und Verringerung der Druckdifferenz gestattet sowie eine zweite druckempfindliche Vorrichtung (49) vorgesehen ist, die unterhalb der vorgegebenen unteren Druckdifferenz beide Ventilkörper (45, 60) gemeinsam verschiebt, wobei nach einer vorgegebenen Verschiebung beider Ventilkörper der zweite Ventilkörper (60) auf einen Anschlag (3.3) auftrifft und sich beide Ventilkörper bei Weiterbewegung des ersten Ventilkörpers (45) zwecks öffnens des Entlastungskanals und Abbaus der Druckdifferenz voneinander trennen.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper als Stellkolben (45, 60) ausgebildet und beide Stellkolben gemeinsam von der ersten und der zweiten druckempfindlichen Vorrichtung (65 und 49) in Richtung auf den Anschlag (33) hin vorgespannt sind.

3. Kühlanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein in der Bypassleitung angeordnetes Ventilgehäuse (25) mit einer zylinderförmigen Kammer (26), in der der erste und zweite Stellkolben (45, 60) zwecks Verschließens der Kammer gegen einen Druckmittel-Durchfluß verschiebbar angeordnet sind.

4. Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste druckempfindliche Vorrichtung aus einer Steuerfeder (65) besteht, die den zweiten Kolben (60) entgegen der Wirkung der an ihm angreifenden Druckkräfte beaufschlagt, und die zweite druckempfindliche Vorrichtung aus einer zweiten Steuerfeder (49) besteht, die den ersten Kolben (45) entgegen der an ihm angreifenden Druckkräfte beaufschlagt, wobei die erste Feder (65) über den zweiten Kolben (60) die Druckkraft der zweiten Feder (49) verstärkt.