DE3520882A1

DE3520882A1 - Sparvorrichtung fuer ein kuehlgeraet oder dergleichen und mit dieser ausgeruestete maschine

Info

Publication number: DE3520882A1
Application number: DE19853520882
Authority: DE
Inventors: Bernard East Norwalk Conn. Zimmern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1985-12-12
Also published as: IT1181680B; IT8548201A0; JPS6144252A

Description

PRINZ, LEISER,: BÜNKE &; PARTNER

Patentanwälte """ · ■ "Euro-pear; - Patent Attorneys 3520882

Ernsbergerstraße 19 · 8000 München 60

11. Juni 1985 Bernard ZIMMERN

Vantage Point Condominium
6 New Street

East Norwalk, Connecticut 06855 /V.St.A. Unser Zeichen: Z 488

Sparvorrichtung für ein Kühlgerät oder dergleichen und mit dieser ausgerüstete Maschine

Die Erfindung betrifft eine Sparvorrichtung für ein Kühlgerät oder dergleichen sowie eine mit einer solchen Sparvorrichtung ausgerüstete Maschine.

In der japanischen Patentanmeldung 83-081822 vom 12. Mai 1983, veröffentlicht am 7.12.1982 unter Nr. 83210446, entsprechend der DE-OS 33 16 646, ist eine Zentrifugal-Sparvorrichtung für einen Kühlkreislauf beschrieben, bei dem ein Rotor verwendet wird, um flüssiges Kältemittel vom Gas zu trennen, wobei ein Steuerventil vorgesehen ist, um einen Flüssigkeitsring um den Rotor herum aufrechtzuerhalten.

Fig. 1 zeigt einen solchen Kühlkreislauf mit einem Motor 24, der einen Kompressor 1 antreibt, welcher Gas in einen

Kondensator 3 ausstößt, der zu einem Behälter 4 führt, an den ein Expansionsventil 11 angeschlossen ist, welches
durch die Überhitzung eines Verdampfers 10 betätigt wird, der über eine Rohrleitung 2 mit der Saugseite des Kom-

pressors verbunden ist. Die das Expansionsventil 11 durchströmende Flüssigkeit wird über eine Öffnung 19 in ein
ortsfestes Gehäuse 20 eingeführt, worin ein Rotor 21, der bei der gezeigten Ausführungsform mit Schaufeln 22 versehen ist, drehbar gelagert und über eine Welle 23 angetrieben ist, die an eine Hilfsantriebsquelle oder an die Welle des Kompressors 1 angekoppelt ist.

Für den Antrieb kann auch die Expansionsenergie des über die öffnung 19 eingeführten Gemisches ausgenutzt werden.

Bei der Drehung des Rotors 21 wird die durch die öffnung 19 eintretende Flüssigkeit gegen den Innenumfang des Gehäuses 20 geschleudert, während in dem Gasbereich, der
die Achse des Rotors umgibt, Gas verbleibt und das Ge-

häuse 20 über eine öffnung 25 verläßt, die an eine Leitung 7 angeschlossen ist. Das andere Ende der Leitung 7
steht mit einem Spar-Loch 8 des Kompressors 1 in Verbindung. Dieses Loch 8 ist einem Druck ausgesetzt, der einen Zwischenwert zwischen dem Saugdruck und dem Ausstoßdruck des Kompressors aufweist. Die öffnung 25 mündet in den
Gasbereich des Gehäuses 20, insbesondere in der Mitte
einer Abschlußwand des Gehäuses 20. Eine Wand des Gehäuses 20 weist eine öffnung 26 auf, die an die Leitung 9
über eine Leitung 30 und eine Steuervorrichtung 27 angeschlossen ist, welche derart ausgebildet ist, daß sie um den Rotor 21 herum einen Flüssigkeitsring 28 aufrechterhalten kann, der vorzugsweise eine im wesentlichen konstante radiale Dicke aufweist. Der Flüssigkeitsring wird somit unabhängig vom Systemdruck in dem Gehäuse 20 auf-

rechterhalten.

Der Druck kann sich innerhalb eines großen Bereiches ändern, beispielsweise im Verhältnis 1:3, was auf die Betriebsbedingungen des Kompressors 3 zurückzuführen ist.

Ein Dreiwegventil befindet sich hinter dem Expansionsventil 11 im Kreislauf, welcher zur Zentrifugalvorrichtung führt. Der dritte Weg dieses Dreiwegventils 43 ist an eine Umgehungsleitung 44 angeschlossen, deren anderes - Ende mit der Leitung 9 zwischen dem Ventil 27 und Verdamp-

1.0 fer 10 verbunden ist. Wenn die Zentrifugal-Trennvorrichtung in Betrieb ist, ist normalerweise der zum Gehäuse 20 führende Durchgang des Dreiwegventils 43 geöffnet, während der zur Umgehungsleitung 44 führende Weg geschlossen ist. Wenn der Betrieb der Sparvorrichtung angehalten werden soll, wird der Weg zur Umwegleitung 44 geöffnet, und der Weg zum Gehäuse 20 wird geschlossen.

Diese Vorrichtung hat sich zwar sehr bewährt, jedoch wurde gefunden, daß bei der Anordnung nach Fig. 1, wenn das Expansionsventil geschlossen wird, weil vorübergehend kein Bedarf für Flüssigkeit in dem Verdampfer 10 besteht, der Ring 28 aus verschiedenen Gründen schnell verschwindet. Obwohl das Ventil 27 geschlossen ist, findet gewöhnlich kein hermetischer Verschluß statt. Die Drehbewegung verbraucht eine geringe Leistung, die - obwohl sie so gering ist - zu einer Verdampfung des Flüssigkeitsringes führt. Ferner treten Resonanzerscheinungen an dem sich überdies erwärmenden Hohlraum und dem Loch der Sparvorrichtung auf. Es entsteht daher ein Geräusch, das auf die Resonanzwirkung des Loches der Sparvorrichtung in dem Rohr zurückzuführen ist, und ferner treten eine Erwärmung des Rohres und des Hohlraums auf.

Die Erfindung betrifft eine Sparvorrichtung für ein Kühlgerät, eine Wärmepumpe oder dergleichen System, welches eine Zentrifugal-Trennvorrichtung aufweist, die ein Gehäuse, einen darin drehbar gelagerten Rotor und eine

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Antriebsvorrichtung für den Rotor aufweist, um Kühlmittelgas von flüssigem Kühlmittel zu trennen, wobei das Gehäuse mit einem Einlaß, einem Gasauslaß an einem allgemein zentralen Teil, einen Flüssigkeitsauslaß an einem ümfangsteil aufweist, und wobei die Sparvorrichtung ferner ein Ventil umfaßt, das in einer Flüssigkeitsleitung angeordnet ist, die mit dem Gehäuse in Verbindung steht, und wobei Mittel zum Steuern des Ventils in solcher Weise vorgesehen sind, daß die radiale Abmessung des Flüssigkeitsringes aufrechterhalten wird, der sich im Betrieb um den Umfangsteil des Gehäuses herum aufbaut. Gemäß der Erfindung ist die Sparvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsleitung mit dem Gehäuse über den Einlaß in Verbindung steht und daß die Steuermittel derart ausgelegt sind, daß sie eine Verminderung des Strömungsdurchgangs durch das Ventil steuern, wenn die radiale Abmessung des. Ringes bestrebt ist, zuzunehmen, und eine Vergrößerung des Strömungsdurchgangs durch das Ventil zu steuern, wenn die radiale Abmessung des Ringes bestrebt ist, abzunehmen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Kühlgerät, eine Wärmepumpe oder eine ähnliche Vorrichtung, die einen Kompressor, einen Verdampfer, ein Expansionsventil und eine Sparvorrichtung der oben angegebenen Art aufweist, die zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordnet und über eine Gasleitung an den Kompressor an einer Stelle angeschlossen ist, wo ein Zwischendruck herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil strömungsabwärts von der Sparvorrichtung angeordnet ist.

Im Gebrauch ist die erfindungsgemäße Sparvorrichtung strömungsaufwärts von dem Expansionsventil angeordnet. Es wurde gefunden, daß die Sparvorrichtung das Problem des Auftretens von Geräuschentwicklung löst.

Es ist gewöhnlich nicht anzuraten, das Expansionsventil zwischen Sparvorrichtung und Verdampfer anzuordnen, weil der Druckabfall relativ gering ist und das Expansionsventil daher nicht unter guten Betriebsbedingungen arbeiten kann. Bei der herkömmlichen Ausbildung der Sparvorrichtung war daher das Steuerventil der Sparvorrichtung am Flüssigkeitsauslaß angeordnet, so daß es strömungsabwärts vom Expansionsventil angeordnet werden konnte. Es wurde jedoch gefunden, daß der Rotor der Zentrifugal-Sparvorrichtung leicht Drücke im Bereich von einigen Bar aufbauen kann; es bestehen daher keine Bedenken mehr dagegen, das Expansionsventil zwischen Sparvorrichtung und Verdampfer anzuordnen.

Selbst unter Teillastbedingungen, wenn der Druck an der Sparvorrichtung gleich dem Einlaßdruck wird, ist durch die Zentrifugalwirkung ein ausreichender Druck gewährleistet, um die weitere Funktion des Ventils zu gewährleisten, so daß es nicht erforderlich ist, einen Kurzschluß bzw. eine Umwegleitung 44 nach Fig. 1 vorzusehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 2 ein Funktionsdiagramm eines erfindungsgemäßen Kühlsystems;

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Ausführungsform nach Fig. 2.

Im Folgenden werden nur die Unterschiede der erfindungsgemäßen Ausbildung gegenüber der herkömmlichen Ausbildung nach Fig. 1 beschrieben.

Es ist ersichtlich, daß das Expansionsventil 11a nunmehr

zwischen der Zentrifugal-Sparvorrichtung und dem Verdampfer angeordnet ist und beispielsweise durch die Überhitzung auf der Auslaßseite des Verdampfers betätigt wird.

Ferner ist ersichtlich, daß das Steuerventil 27a strömungsaufwärts von dem Gehäuse 20 und in Verbindung mit dem Einlaß 19 angeordnet ist sowie über eine Steuerleitung 70 betätigt wird. Diese Steuerleitung 70 wird ihrerseits über eine Steuervorrichtung beaufschlagt, wie sie in Fig. 6 der japanischen Patentanmeldung 83-081822 beschrieben ist, und führt Flüssigkeit in das Trennsystem hinein, sobald der Flüssigkeitsring kleiner wird, und zwar selbst dann, wenn keine Flüssigkeit das Expansionsventil 11a verläßt. Selbst im geschlossenen Zustand des Expansionsventils 11 gelangt also über die Rohrleitung eine kontinuierliche Gasströmung zu dem Kompressor, die durch Verdampfung des Flüssigkeitsringes entsteht, welcher kontinuierlich erneuert wird. Ferner kann das Ventil 27a derart ausgebildet werden, daß es eine konstante Längsströmung gewährleistet, beispielsweise über (nicht gezeigte) Abzweigungsöffnungen oder über ein unvollständiges Schließen in seiner "geschlossenen" Stellung. Die Wirkung der Längsströmung besteht darin, daß beim Schließen des Expansionsventils 11a der Flüssigkeitsring größer wird, bis Flüssigkeit zur Rohrleitung 7 strömt. Es wurde gefunden, daß eine geringe Flüssigkeitsmenge, die über die Sparleitung zurückfließt, ausreicht, um die Geräusche zu eliminieren, die durch eine in Resonanz befindliche Sparleitung verursacht werden.

Als Alternative zu einer konstanten Leckströmung durch das Ventil 27a ist in Fig. 3 eine Ausbildung gezeigt, bei welcher der Flüssigkeitsring an die Rohrleitung 7 über eine Rohrleitung 71 angeschlossen ist, die eine Düse 72 enthält. Der Druck um den Ring herum bewirkt eine Versprühung von Flüssigkeit durch die Düse 72 hindurch in die Rohrleitung 7; dieses Versprühen von

Flüssigkeit unterbindet die Geräuschentwicklung.

Die Vorteile dieser Anordnung bestehen einerseits darin, daß beim öffnen des Expansionsventils der Verdampfer unmittelbar mit Flüssigkeit gespeist wird; bei der Bauform nach Fig. 1 tritt eine gewisse Zeitverzögerung auf, weil Zeit erforderlich ist, um den Flüssigkeitsring wieder aufzubauen, wenn das System lange genug ohne Einspeisung neuer Flüssigkeit in Betrieb war, so daß der Flüssigkeitsring verschwunden ist.

Obwohl es normalerweise nicht empfehlenswert ist, das Expansionsventil zwischen Sparvorrichtung und Verdampfer anzuordnen, weil der dann auftretende geringe Druckunterschied zu einer unstabilen Ventilfunktion führt, wenn nicht große und teuere Ventile verwendet werden, wurde als vorteilhafte Folge der Anwendung eines Zentrifugal-Trennsystems festgestellt, daß der in dem Flüssigkeitsring bzw. um ihn herum erzeugte Druck leicht einige Bar erreichen kann, so daß das Expansionsventil dennoch in seinem normalen Betriebsbereich arbeiten kann.

Ferner ist zu beachten, daß es nicht notwendig ist, die Zentrifugal-Sparvorrichtung kurzzuschließen, wenn das Spar-Loch 8 wieder auf Einlaßdruck gelangt (beispielsweise im Teillastbereich). Der Druckaufbau durch den Flüssigkeitsring findet weiterhin statt und kann durch konstruktive Maßnahmen auf Werte eingestellt werden, die für den Betrieb des Expansionsventils benötigt werden und gewöhnlich einige Bar betragen.

Claims

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Ernsbergerstraße 19 · 8000 München 60 *-

11. Juni 1985

Bernard ZIMMERN *

Vantage Point Condominium
6 New Street

East Norwalk, Connecticut 0 6855 /V.St.A.

Unser Zeichen: Z 488

Patentansprüche

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y Sparvorrichtung für ein Kühlgerät, eine Wärmepumpe oder dergleichen Maschine ,. mit einer Zentrifugal-Trennvorrichtung, die ein Gehäuse, einen darin drehbar gelagerten Rotor und eine Antriebseinrichtung für diesen Rotor umfaßt, um gasförmiges Kältemittel von flüssigem Kältemittel zu trennen, wobei das Gehäuse einen Einlaß, einen Gasauslaß an einem allgemein zentralen Teil des Gehäuses und einen Flüssigkeitsauslaß an einem Umfangsteil des Gehäuses aufweist und wobei die Sparvorrichtung ferner ein Ventil aufweist, das in einer Flüssigkeitsleitung angeordnet ist, die mit dem Gehäuse in Verbindung ist, und Mittel umfaßt, um das Ventil derart zu steuern, daß die radiale Abmessung des Flüssigkeitsringes aufrechterhalten wird, der sich im Betrieb im Umfangsteil des Gehäuses aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsleitung mit dem Gehäuse \iber den Einlaß in Verbindung ist und daß die Steuermittel geeignet sind, um eine Verminderung des Strömungsdurchgangs durch das Ventil zu steuern, wenn die radiale Abmessung des Flüssigkeitsringes bestrebt ist, zuzunehmen, und eine Vergrößerung

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des Strömungsdurchganges durch das Ventil zu steuern, wenn die radiale Abmessung des Flüssigkeitsringes bestrebt ist, abzunehmen.
2. Sparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsleitung den Umfangsteil des Gehäuses mit der ersten Gasleitung verbindet und eine Düse in dieser Strömungsleitung angeordnet ist.
3. Sparvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um einen minimalen Strömungsdurchgang zum Einlaß zuzulassen, wenn sich das Ventil in seiner extremen Schließstellung befindet.
4. Kühlgerät, Wärmepumpe oder dergleichen Maschine, mit einem Kompressor, einem Verdampfer, einem Expansionsventil und einer Sparvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordnet und über eine Gasleitung mit dem Kompressor an einer Stelle verbunden ist, wo ein Zwischendruck vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil strömungsabwärts von dem Verdampfer angeordnet ist.