DE2647962A1

DE2647962A1 - Kaelteanlage

Info

Publication number: DE2647962A1
Application number: DE19762647962
Authority: DE
Inventors: Wilfried Baum; Herbert Hartmann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1978-04-27
Also published as: SE7711851L; JPS5384256A; GB1558120A; NL7711531A

Description

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mittel.

Bekannte Kälteanlagen dieser Art sind mit Drehkolbenvordichtem gleicher Größe ausgestattut, die mit gleicher Drehzahl angetrieben werden. Jeder der Drehkolbenverdichter gibt somit die gleiche Leistung ab. Zwei parallel geschaltete Drehkolbenverdichter sind dann beispielsweise in den Leistungsstufen IOC'S bei Vollast, 50# bei Teillast und 5# bei Leerlauf schaltbar.

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Kälteanlage

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit mindestens zwei parallel geschalteten, Ölgefluteten Drehkolbenverdichter! und mit einer Saußleitung und einer Druckleitung fUr das Kälte- j

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s ■*-

Drehlcolbenverdichter und deren Leistungsstufen werden deshalb so ausgelegt, weil dadurch nur ein geringer Aufwand bezüglich der Schaltorgane erforderlich ist.

Zur Anpassung der abzugebenden Leistung einer derartigen Kälteanlage stehen im wesentlichen zwei Leistungsstufen, nämlich 50# bei Teillast und 100$ bei Vollast zur Verfugung. Erfahrungsgemäß werden jedoch z.B. Klimaanlagen den Überwiegenden Teil der Betriebszeit im Bereich der Teillast gefahren, wobei die geforderte Leistung zwischen 10 bis 30 % der Kälteanlage liegt. Bei nur zwei Leistungsstufen ist deshalb eine Anpassung an die geforderte Leistung nur über die Schalthäufigkeit möglich. Die LeistungssprUnge von 50 % der Gesamtleistung fUhren jedoch zu regelungstechnischen Schwierigkeiten, insbesondere beim Expansionsventil des Kältemittelkreislaufs. Zusätzlich können SpannungseinbrUche in der Energieversorgung auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, .eine Kälteanlage zu schaffen, die den Üblichen Belastungsanforderungen besser angepaßt ist sowie eine wirtschaftliche Betriebsweise zuläßt und die dennoch in einfacher V/eise regelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehkolbenverdichter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet

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und einem gemeinsamen Antriebsmotor und einem gemeinsamen Zwischengetriebe zugeordnet sind, daß das gemeinsame Gehäuse als ölsammelbehälter ausgebildet ist und daß mindestens ein Drehkolbenverdichter eine von den übrigen unterschiedliche Leistung aufweist. Eine erfindungsgemäße Kälteanlage 1st somit den geforderten Leistungen exakt anpaßbar. V/egen der sich gleichzeitig ergebenden niedrigeren Anzahl von Schaltvorgängen und wegen der feiner unterteilten Leistungsstufen kann die Kälteanlage sicher und ohne großen regelungstechnischen Aufwand betrieben werden.

Eine unterschiedliche Leistung der Drehkolbenverdichter kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Drehkolbenverdichter gleiche Dimensionen aufweisen und mit unterschiedlicher Drehzahl betreibbar sind oder dadurch, daß die Drehkolbenverdichter unterschiedliche Dimensionen aufweisen und mit gleicher oder unterschiedlicher Drehzahl betreibbar sind.

Bei einer Kälteanlage mit zwei parallel geschalteten, ölgefluteten Drehkolbenverdichtern erweist es sich als günstig, wenn die Leistungen der Drehkolbenverdichter im Verhältnis 1 : abgestuft sind.

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DIe Schalthäufigkeit bei Kälteanlagen, die beispielsweise in Klimaanlagen Verwendung finden, kann dadurch noch ge-

senkt werden, daß die abgegebene Leistung der Drehkolbenverdichter bei deren Betrieb im Leerlauf 10 bis 20 # der Leistung des Betriebs bei Vollast beträgt.

Die Umschaltung auf die verschiedenen Leistungsstufen kann erfindungsgemäß dann einfach und sicher durchgeführt werden, wenn Jeder Drehkolbenverdichter eine eigene vom Sammelbehälter ausgehende KUhlölleltung besitzt, wenn jeder Drehkolbenverdichter eine Entlastungsleitung zur Druckentlastung der Druckleitung, eine Einrichtung zum Schließen der Saugleitung im Kältemittelkreislauf, eine Einrichtung zum Drosseln der Strömung des Öls in der KUhlölleitung und eine Einrichtung zum öffnen der Entlastungsleitung aufweist. Gleichzeitig kann dadurch eine überhitzung der einzelnen Drehkolbenverdichter verhindert werden, da auch bei Leerlauf öl zur Schmierung oder Kühlung aus dem Sammelbehälter angesaugt wird. DarUberhinaus wird beim Umschalten ein plötzlicher Druckabfall im Sammelbehälter vermieden, weshalb Kältemittel und öl nicht aufschäumen. Weiterhin ist der Sammelbehälter vor einem überlaufen infolge einer Anreicherung des Öls mit Kältemittel geschützt.

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Der Betrieb einer erfindungsgemäßen Kälteanlage vereinfacht sich wesentlich, wenn die Einrichtungen zum Schließen der Saugleitung im Kältemittelkreislauf und zum Drosseln der Strömung des Öls in der KUhlölleitung gemeinsam betätigbar und zu einem Schaltorgan zusammengefaßt sind.

Bei einem Teil der Schaltorgane ist es von Vorteil, wenn sie zugleich eine Einrichtung zum öffnen der Entlastungsleitung aufweisen.

Dadurch, daß zwischen, der Saugleitung im Kältemittelkreislauf und dem Sammelbehälter eine Leitung mit einem in Richtung des ölsammelbehälters durchlässigen Rückschlagventil angeordnet ist, kann ein Eindringen von Verunreinigungen durch die notwendigen Abdichtelemente des Sammelbehälters infolge eines ■ zu hohen Unterdrucks im Sammelbehälter vermieden werden.

An den in den Zeichnungen schematisch dargestellten AusfUhrungsbeispielen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 zwei parallel geschaltete Drehkolbenverdichter, die

beide auf Vollast geschaltet sind und Figur 2 zwei parallel geschaltete Drehkolbenverdichter, die beide auf Leerlauf geschaltet sind.

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In Figur 1 sind zwei parallel geschaltete Drehkolbenverdichter 1, 2 bei Lastbetrieb gezeigt. Im Sammelbehälter 3 herrscht ein Druck, der ca. dem Druck in der Saugleitung 4 entspricht oder auch durch größeren Widerstand des Rückschlagventils 5 niedriger als der Druck in der Saugleitung 4 sein kann. Der Antrieb der Drehkolbenverdichter 1, 2 erfolgt vom Elektromotor Über ein gemeinsames Zahnradgetriebe "J₁ dessen Gehäuse gleichzeitig den nach außen mit der Dichtung 8 abgedichteten Sammelbehälter 3 darstellt.

Die Drehkolbenverdichter 1, 2 fördern Über die Rückschlagventile 9 bzw. 36 in den ölabscheider 10. Die in der Saugleitung

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4 und in den Druckleitungen Jj§~ und 24 eingezeichneten Pfeile

geben die Richtung der Kältemittelströmung an. Vom ölabscheider wird das abgeschiedene Öl in den Öldruckbehälter 11 geleitet, von wo es wieder durch eigenen Überdruck oder durch eine nicht gezeigte ölpumpe Über ebenfalls nicht gezeigte Filter und ölkühler in der Leitung 20 zu den Lager- und Verdichterräumen gefördert und dort eingespritzt wird.

Der Drehkolbenverdichter 1 ist mit einem Schaltorgan ausgerüstet. Das Schaltorgan 12 enthält ein Entlastungsventil als Einrichtung 13 zum öffnen und Schließen der Entlastungsleitung

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25, 34, ein Drosselventil als Einrichtung 15 zum Drosseln der Kühlölströmung in der KUhlölleitung 26, 27 und ein Saugventil als Einrichtung l4 zum öffnen und Schließen der Saugleitung 4 im Kältemittelkreislauf, Entlastungsventil, Drosselventil und Saugventil sind gemeinsam auf einer Schubstange innerhalb eines zylindrischen Gehäuses so angeordnet, daß sie gemeinsam und gleichzeitig betätigbar sind. In der einen Endstellung der Schubstange ist die Entlastungsleitung 25, 34 verschlossen, die KUhI-Blleitung 26, 27 und die Saugleitung 4 ganz geöffnet und in der anderen Endstellung ist die Entlastungsleitung 25* 3^ offen, die KUhlölleitung 26, 27 gedrosselt und die Saugleitung 4 geschlossen. Um das Schaltorgan 12 pneumatisch oder hydraulisch betätigen zu können, ist mindestens ein Abschnitt des Gehäuses als Zylinder ausgebildet und die Schubstange an mindestens einer Stelle innerhalb des Zylinders mit einem Kolben 16 versehen. Eine Druckfeder drUckt die Schubstange in Richtung der Endstellung, bei der die Saugleitung 4 geschlossen 1st. Durch Einleiten eines Druckmediums In den Zylinder durch Leitung 32 wird die Schubstange in Richtung der Endstellung, bei der die Entlastungsleitung 25, 34 geschlossen ist, gedrückt. Ein beispielsweise elektrisch schaltbares Drei-Wege-Ventil 22 regelt die Zuführung des Druckmediums, über Leitung 32 und 33 kann das Druckmedium aus dem Zylinder in den Sammelbe-

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hälter 3 wieder zurückfließen und die Druckkraft der Druckfeder kann dann ein Schließen der Saugleitung 4 bewirken Als Druckmedium kann das aus dem Öldruckbehälter 11 geförderte öl dienen. Es sind aber auch andere Arten der Betätigung der Schubstange möglich. Arbeiten die Drehkolbenverdichter im Lastbetrieb, so ist die Saugleitung 4 im Kältemittelkreislauf und die KUhlölleitung 26, 27 offen, die Entlastungsleitung 25, }4 aber geschlossen.

Der Drehkolbenverdichter 2 hat ein Schaltorgan 17, das im Gegensatz zu Schaltorgan 12 kein Entlastungsventil aufweist. Ansonsten stimmen die Schaitorgane 12 und 17 in ihrer Wirkungsweise · und Ausführung Uberein.

Die Drosselventile 15 und l8 der Schaltorgane 12 und 17 drosseln jeweils bei der Einstellung des Schaltorgans, bei der die Saugleitung 4 geschlossen i£, den Durchgang des Öl3 in der KUhlölleitung 26, 27 bzw. 28, 29. Damit wird verhindert, daß die Drehkolbenverdichter 1, 2, nachdem das Saugventil geschlossen ist, schlagartig in verstärktem Maße öl über die KUhIölleitungen aus dem Sammelbehälter 3 ansaugea Durch die plötzliche Druckabsenkung im Sammelbehälter J5 würden nämlich die im öl enthaltenen leicht löslichen Oase, insbesondere das Kältemittel, wieder gasförmig

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austreten und ein starkes Aufschäumen des Öls verursachen. Das Aufschäumen des Öls führt Jedoch zu Störungen des Verdichterbetriebes. Das Drosseln der KUhlölströmung verhindert eine plötzliche Druckerniedrigung im Sammelbehälter 3·

Arbeiten beide Drehkolbenverdichter bei Vollast, sind die Schaltorgane 12, 17 so geschaltet, daß jeweils die Säugventile 14, 19 sowie die Drosselventile 15, 18 ganz geöffnet sind. Dazu mllssen die Zylinder der Schaltorgane 12, 17 über die Drei-Wege-Ventile 21, 22 mit dem Druckmedium verbunden sein. Dabei gelangt über Leitung 20 und 32 Druckmedium zum Schaltorgan 12 und Über Leitung 20 und 51 Druckmedium zum Schaltorgan 17« Das auf die Kolben 16, J>0 der Schaltorgane wirkende Druckmedium hält die Saugventile 14 und 19 offen. Die Rückschlagventile 9 und 36 sind geöffnet, während die Druckentlastungsleitungen 25, 34 bzw. 35» 37 abgesperrt sind.

Bei Vollastbetrieb, wie in Figur t gezeigt, saugen die Drehkolbenverdichter 1, 2 gleichzeitig über Leitungen 26, 27 bzw. 28, 29 aus der Lagerschmierung stammendes öl und gegebenenfalls Kältemittel aus dem Sammelbehälter 3 an und drücken dieses ebenfalls in die Druckleitungen 23 bzw. 24. Im ölabscheider werden das Kältemittel und das öl wieder getrennt. Das Kältemittel gel-angt in den Kältemittelkreislauf, während das öl zum Öldruckbehälter 11 zurtlckgeleitet wird.

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Durch Drei-Wege-Ventil 22 kann der Drehkolbenverdichter auf Leerlauf geschaltet werden, während der Drehkolbenverdichter 2 weiterhin bei Vollast läuft. Dies geschieht dadurch, daß das Drei-Wege-Ventil 22 die Zufuhr von Druckmedium zum Schaltorgan 12 unterbricht und eine Leitung 33 öffnet, durch die das Druckmedium aus dem Schaltorgan 12 in den Sammelbehälter 3 zurückströmen kann« Die im Schaltorgan 12 angeordnete Druckfeder bewirkt schließlich das Schließen dar Saugleitung 4, das Drosseln der KUhlölleitung 26, 27 und das öffnen der Entlastungsleitung 25, 34. Wegen des gleichzeitigen Schließens des Saugventils l4 verdichtet der Drehkolbenverdichter 1 nur noch von einem sehr geringen Druck in Saugleitung 4 auf den kleinen Enddruck der im Sammelbehälter 3 herrscht, da das Kältemittel aus Druckleitung 2j5 sich durch Entlastungsleitung 25, 34 in den Sammelbehälter entspannen kann. Drosselventil 15 schließt den Strömungsquerschnitt der KUhlölleitung 26, 27 bis auf einen kleinen Querschnitt. Die durch Drosselventil 15 gedrosselte öl- und gegebenenfalls Kältemittelmenge wird auf den kleinen Druck in Druckleitung 23 verdichtet und gelangt über Entlastungsleitung 25, 34 wieder zum Sammelbehälter 3 zurück. Dieser würde von öl überflutet werden, wenn nicht der Drehkolbenverdichter 2 über die KUhlölleitung 28, 29 das öl und gegebenenfalls Kältemittel absaugen würde und

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In die Druckleitung 24 fördern würde, von wo es zum ölabscheider IO gelangt.

Soll der Drehkolbenverdichter 2 auf Leerlauf geschaltet werden, während der Drehkolbenverdichter 1 weiter bei Vollast arbeitet, kann dies durch Betätigung der Drei-Wege-Ventile 21 und 22 , die die Schaltorgane 12 und 1? beeinflussen, geschehen. Dazu öffnet das Drei-Wege-Ventil 22 die Verbindung der Leitung 20 zur Leitung J2 und der Zylinder des Schaltorgans 12 wird wieder mit Druckmedium beaufschlagt. Dies führt zu einem Umschalten des Schaltorgans 12, so daß jetzt die Saugleitung 4 und die KUhI-ölleitung 26, 27 wieder geöffnet und die Druckentlastungsleitung 25, ^4 geschlossen wird. Das Drei-Wege-Ventil 21 beeinflußt gleichzeitig das Schaltorgan 17 so, daß dieses die Saugleitung 4 verschließt und die KUhlölleitung 28, 29 drosselt. Rückschlagventil 56 ist dann geschlossen, während Ventil J58 geöffnet hat.

In Figur 2 sind zwei parallel geschaltete Drehkolbenverdichter 1, 2, die beide auf Leerlauf gescha'ltet sind, dargestellt. Das Schaltorgan 12 verschließt bei dieser Schaltstufe die Saugleitung 4, drosselt die Kühlölleitung 26, 27 und öffnet die Druekentla3tungsleitung 25, ^4. Das Rückschlagventil 9 ist geschlossen. Der Drehkolbenverdichter 1 saugt aus den Lagerstellen öl an und fördert es über die Druckentlaatungslaitung 25# 54 in

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don Sammelbehälter 3. Das Schaltorgan 17 verschließt ebanfalls die Ansaugleitung 4 und drosselt die Kühlölleitung 28, 29. Das Rückschlagventil 36 1st dabei geöffnet, während das Ventil 38 die Druckentlastungsleitung 35* 37 schließt. Der Drehkolbenverdichter 2 saugt öl aus den Lagerstellen an und fördert es Über Druckleitung 2h in ölabscheider 10. Dadurch kann ein überlaufen des Sammelbehälters 3 verhindert werden.

Ist der Drehkalbenverdichter 1 halb so groß wie der Drehkolbenverdichter 2 oder umgekehrt, so ist es möglich, die erfindungsgemäße Kälteanlage in den Schaltstufen lOjjf % bei Leerlauf beider Drehkolbenverdichter, 3? 1/3 % bei Vollast des einen und Leerlauf des anderen Drehkolbenverdichters, 66 2/3 % bei Leerlauf des einen und Vollast des anderen Drehkolbenverdichters und 100 % bei Vollast beider Drehkolbenverdichter zu betreiben. Eine entsprechende Abstufung ergibt sich, wenn gleichgroße Drehkolbenverdichter eingesetzt werden, die mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden.

Durch die Anhebung der Leistung der Drehkolbenverdichter im Leerlauf, kann insbesondere bei Kälteanlagen für Klimaanlagen ein häufiges Umschalten vermieden werden. Beträgt beispielsweise

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die Leerlaufleistung des einen Drehkolbenverdichters 10 % und die des anderen Drehkolbenverdichters 15 % der maximalen Leistung, ist eine noch feinere Abstufung der Leistungsstufen erreichbar.

Weiterhin ist es möglich, Drehkolbenverdichter unterschiedlicher Größe einzusetzen und mit verschiedenen Drehzahlen zu betreiben. Dadurch kann nahezu Jede beliebig feine Abstufung der Leistungsstufen erreicht werden.

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Leerseite

Claims

\.Μ>ϋΐΙ AKTIENGESELLSCHAFT

Patent annnri? ehe

1'. KUltoarilaf;

e mit mindestens zwei parallel geschalteten,
b'l^ofluteten Drehkolbenverdichter^ und mit einer Saug-Ieituns und einer Druckleitung für das Kältemittel, dadurch gekennzelohnet, daß die Drehkolbenverdichter (1, 2) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und einem gemeinsamen Antriebsmotor (6) und einem gemeinsamen Zwischengetriebe (7) zugeordnet sind, daß das gemeinsame Gehäuse als öIsamme1behälter (3) ausgebildet ist und daß mindestens
ein Drehkolbenverdichter (I₁ 2) eine von den übrigen
unterschiedliche Leistung aufweist.

2. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenverdichter (1, 2) gleiche Dimensionen aufweisen und mit unterschiedlicher Drehzahl botreibbar sind.

. Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drehkolbenverdichter (1, 2) unterschiedliche Dimensionen aufweisen und mit gleicher oder unterschiedlicher Drehzahl betreibbar sind.-

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ORIGJN_AL INSPECTED

LKJD?:: AKTIENGESELLSCHAFT _ 7 - ' *f-

4. Kälteanlage mit zwei parallel geschalteten, ölgefluteten Drehkolbenverdichtern nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Lejstuncen der Drehkolbenverdichter (1, 2) im Verhältnis 1 : 2 abgestuft sind.

5. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgegebene Leistung der Drehkolbenverdichter (1, 2) bei deren Betrieb im Leerlauf 10 bis 20 % der Leistung des Betriebs bei Vollast beträgt.

6. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehkolbenverdichter(l, 2) eine eigene vom Sammelbehälter (J>) ausgehende Kühlölleitung (26, 27? 28, 29) besitzt, daß jeder Drehkolbenverdichter (1, 2) eine Entlastungsleitung (25, j54; 35, j57) zur Druckentlastung der Druckleitung (25* 24), eine Einrichtung (14, 19) zum Schließen der Saugleitung (4) im Kältemittelkreislauf, eine Einrichtung (15# 18) zum Drosseln der Strömung des Öls in der KUhlölleitung (26, 27;' 28, 29) und eine Einrichtung (13, 38) zum öffnen der Entlastungsleitung (25, 34 j 55, 37) aufweist.

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• I UNDi.: AKTIENGESELLSCHAr-T

7« Kälteanlage nach Anspruch 6, dadurch-gekennzeichnet, daß dio Einrichtungen (14, 19) zum Schließen der Saugleitung (4) im Kältemittelkreislauf (15* 18) undVzum Drosseln der SbrüiYvm: dos Öls in der Küh'lölleitung (26, 27; 23, 29) gemeinsam betätigbar und zu einem Sohaltorgan (12, 17) zus animangefaßt s ind.

8. Kälteanlage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan (12) eine Einrichtung (13) zum Öffnen der Entlastungsleitung (25, 34) aufweist.

9. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Saugleitung (4) im Kältemittelkreislauf und dem Sammelbehälter (5) eine Leitung mit einem in Richtung des Sammelbehälters (j5) durchlässigen Rückschlagventil (5) angeordnet ist.

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BAD ORIGINAL