DE3712468C2 - Absperrventil für eine Kälteanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Absperrventil für einen Rotationsverdichter in einer Kälteanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Absperrventil ist aus der DE-PS 33 20 017 bekannt.

Fig. 8 zeigt schematisch einen herkömmlichen Kältekreislauf, der einen Rotationskompressor 1, einen Kondensator 2, ein elektromagnetisches Ventil 3, eine Drossel 4, einen Verdampfer 5 und ein Rückschlagventil 6 enthält. Der Kompressor ist in einem hermetisch dichten Behälter angeordnet. Wenn der Kompressor 1 zu arbeiten beginnt, wird komprimiertes Kältemittelglas dem Kondensator 2 in der durch einen Pfeil dargestellten Richtung zugeführt und durch den Kondensator 2 verflüssigt. Das flüssige Kältemittel wird dann dem Verdampfer 5 zugeführt und dort verdampft, um einen Kühlvorgang zu bewirken. Das verdampfte Kältemittel wird dann zum Kompressor 1 zurückgeführt. Wenn der Kompressor 1 angehalten wird, wird das elektromagnetische Ventil 3 betätigt, um einen Teil des Hochdruckkreislaufes vom Kompressor abzutrennen, und wird das Rückschlagventil 6 betätigt, um einen Teil des Niederdruckkreislaufes abzutrennen. Wenn der Kompressor 1 nicht arbeitet, strömt eine große Menge an auf hoher Temperatur und hohem Druck befindlichem Gas aus dem Behälter durch den Kondensator 2, die Drossel 4 und den Verdampfer 5, sowie gleichfalls über Undichtigkeiten des Kompressors und das Saugrohr zum Verdampfer 5, so daß der Druck und die Temperatur im Kreislauf ausgeglichen werden können, was den Wirkungsgrad der Kälteanlagen verringert, falls keine Ventile in dem Kältekreislauf eingebaut sind.

Die oben erwähnte Unterbrechung des Kreislaufes durch das elektromagnetische Ventil 3 und das Rückschlagventil 6 soll dazu dienen, die durch das Abschalten des Kompressors bewirkte Abnahme im Wirkungsgrad der Kälteanlage zu vermeiden.

Der in der DE-PS 33 20 017 dargestellte Kältekreislauf enthält ein druckgesteuertes Absperrventil, das die Einlaß- und Auslaßseite des Verdampfers oder des Kompressors beim Abschalten des Verdichters selbsttätig absperrt. Dieses als 4/2-Wegeventil aufgebaute Absperrventil setzt sich aus einem axial beweglichen Ventilschieber und einem Ventilgehäuse zusammen.

Bei den oben beschriebenen verschiedenen Kälteanlagen dienen die dargestellten Ventile dazu, einen Rückstrom des Kältemittelgases zu verhindern, wenn der Kompressor zu arbeiten aufhört. Bei dem elektromagnetischen Ventil verbraucht das Ventil selbst Energie, was den Wirkungsgrad des Kühlmittelkreislaufes verringert.

Durch die Erfindung soll ein Absperrventil für eine Kälteanlage geschaffen werden, welches einen einfachen Aufbau und eine hohe Zuverlässigkeit besitzt, und wobei der Wirkungsgrad der Kälteanlage erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Während der Arbeit des Kompressors wird der Ventilschieber in eine erste Endlage bewegt, so daß der Verdampfer und die Saugseite des Kompressors und auch der Kondensator und die Druckseite des Kompressors miteinander in Verbindung stehen. Wenn der Kompressor nicht arbeitet, erhöht sich der Druck auf der Saugseite des Kompressors, so daß der Ventilschieber in eine zweite Endlage bewegt wird, in der die saug- und druckseitigen Verbindungen zum Kompressor unterbrochen sind.

Bei der Anordnung eines Rückschlagventils in der saugseitigen Kältemittelleitung steigt beim Anhalten des Kompressors der Druck in der Saugleitung schnell an, so daß die Bewegung des Ventilschiebers schneller wird.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform des Rotationskompressors im erfindungsgemäßen Kältekreislauf,

Fig. 2 und 3 Vertikalschnittansichten des in Fig. 1 dargestellten Ventils,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufes gemäß der Erfindung,

Fig. 5 bis 7 Vertikalschnittansichten des Ventils bei abgewandelten Ausführungsformen und

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines bekannten Kältekreislaufs.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei mit den Bezugszeichen 1, 2, 4 und 5 die gleichen Bauteile wie bei den oben beschriebenen bekannten Vorrichtungen bezeichnet sind.

Der in der Zeichnung dargestellte Kompressor 1 ist in einem geschlossenen Behälter 11 angeordnet und besteht aus einem Elektromotor 12, einer Motorwelle 13, und einem Kompressorelement 14, das einen Zylinder 15 und einen Drehkolben 16 umfaßt. Der Zylinder 15 ist im Behälter 11 befestigt und der Drehkolben 16 steht mit einem exzentrischen Teil der Motorwelle 13 in Eingriff, so daß er exzentrisch im Zylinder 15 gedreht wird. Der Zylinder 15 ist mit einem nicht dargestellten Drehschieber versehen, der an einem Ende von einer nicht dargestellten Druckfeder beaufschlagt ist und am anderen Ende mit dem Zylinder 15 in Berührung steht, so daß der Drehschieber durch die Drehung des Drehkolbens 16 hin und her bewegt werden kann. Lager 17 und 18 sind am Kompressorelement 14 befestigt, um die Motorwelle 13 zu halten. Das Lager 17 ist mit einem Auslaßventil 19 versehen, das von einem Auslaßtopf 20 überdeckt ist. Ein Absperrventil 21 ist zwischen dem Kompressorelement 14 und einer Innenwand des geschlossenen Behälters 11 vorgesehen. Das Absperrventil 21 enthält ein zylindrisches Ventilgehäuse 22 mit zwei durchgehenden Bohrungen 22a und 22b, die einen Teil der Saugleitung und der Druckleitung jeweils bilden. Zwischenräume 22c und 22d sind an den Endabschnitten des Ventilgehäuses 22 gebildet. Ein Ventilschieber 23 ist axial verschiebbar im Ventilgehäuse 22 angeordnet, wobei der Ventilschieber 23, jeweils einen zylindrischen Abschnitt 24 und 25 umfaßt. Der zylindrische Abschnitt 24 umfaßt einen Durchgang 24a und ein Schließteil 24b, während der zylindrischen Abschnitt 25 in ähnlicher Weise einen Durchgang 25a und ein Schließteil 25b umfaßt. Die zylindrischen Abschnitte 24 und 25 sind miteinander über eine Verbindungsstange 26 verbunden. Ein ringförmiger Anschlag 27 ist an einer Innenwand des Ventilgehäuses 22 befestigt, um eine untere Grenzlage des Ventilschiebers festzulegen. Ein Dichtungselement 28 wie beispielsweise eine Dichtungspackung oder ein O-Ring ist an einer Stirnfläche des Anschlagelementes 27 auf der Seite des zylindrischen Abschnitts 25 befestigt. Eine Druckfeder 29 ist im Zwischenraum 22c auf der Seite der Saugleitung vorgesehen, um einen Endabschnitt des Ventilschiebers zu beaufschlagen. Ein Stopfen 30 ist dazu vorgesehen, eine Stirnfläche des Ventilgehäuses 22 auf der Seite der Saugleitung zu verschließen, und ein mit einer Öffnung versehener Stopfen 31 ist an der anderen Stirnfläche des Ventilgehäuses 22 auf der Druckseite vorgesehen. Ein Einlaßkanal 32 ist dazu vorgesehen, die Saugseite des Kompressors 14 mit der durchgehenden Bohrung 22a des Ventilgehäuses 22 zu verbinden. Ein Verbindungskanal 33 dient dazu, den Saugkanal 32 mit dem Raum 22c des Ventilgehäuses 22 zu verbinden. Ein Saugrohr 34 ist mit der durchgehenden Bohrung 22a verbunden und steht mit einem Verdampfer 5 in Verbindung. Die Druckseite des Verdichters ist über einen Kanal 35 an die durchgehende Bohrung 22b angeschlossen und steht mit dem geschlossenen Behälter 11 in Verbindung. Ein Druckrohr 36 ist mit der durchgehenden Bohrung 22b und gleichfalls über den geschlossenen Behälter 11 mit einem Kondensator 2 verbunden. Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompressors 1 enthält kein elektromagnetisches Ventil 3, druckgesteuertes Ventil oder Absperrventil, wie es in Fig. 8 dargestellt ist.

Wenn während des Betriebes der Kompressor 1 arbeitet, befindet sich der Ventilschieber 23 in einer ersten Endlage, in der die Stirnfläche des zylindrischen Abschnitts 25 am Dichtungselement 28 anliegt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, da eine Kraft P₂ aufgrund des Druckes im Raum 22d des Ventilgehäuses 22 größer als die Summe einer Kraft P₁ aufgrund des Druckes im Raum 22c des Ventilgehäuses 22 und einer Kraft P_g der Druckfeder 29 ist, so daß der Ventilschieber 23 gegen das Dichtungselement 28 gedrückt wird. Zu diesem Zeitpunkt treffen die Durchgänge 24a und 25a des Ventilschiebers 23 mit den durchgehenden Bohrungen 22a und 22b jeweils zusammen. Das Ventil ist damit saug- und druckseitig geöffnet. Weiterhin werden durch die Anlage des zylindrischen Abschnitts 25 am Dichtungselement 28 die Druck- und Saugseite voneinander getrennt.

Wenn der Kompressor 1 nicht arbeitet, strömt das Kältemittelgas aus dem geschlossenen Behälter 11 bei hohem Druck und hoher Temperatur beispielsweise durch einen Spalt zwischen dem Drehschieber und der Bohrung des Zylinders 15 zum Einlaßkanal 32 zurück. Wenn der Druck über den Verbindungskanal 33 auf den Zwischenraum 22c übertragen wird, nimmt der Innendruck des Zwischenraumes 22c zu. Das hat zur Folge, daß die Summe aus einer Kraft P₁ aufgrund des Innendruckes des Raumes 22c und einer Kraft P_g der Druckfeder 29 größer als die Kraft P₂ aufgrund des Druckes im Raum 22d wird, so daß der Ventilschieber 23 in seine zweite Endlage bewegt wird, bis die obere Stirnfläche des zylindrischen Abschnitts 24 zur Anlage am Anschlagelement 27 kommt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt treffen die Schließteile 24b und 25b des Ventilschiebers 23 mit den durchgehenden Bohrungen 22a und 22b zusammen, so daß dadurch der Kompressor von den Druck- und Saugleitungen 35, 36 abgetrennt ist. Es wird somit verhindert, daß eine große Menge an Kältemittelgas aus dem geschlossenen Behälter 11 in den Verdampfer 5 zurückströmt.

Wenn der Kompressor 1 wieder arbeitet, wird der Kolben 16 gedreht und nimmt der Druck P₁ im Einlaßkanal 32 zum Kompressorelement 14 ab. Das hat zur Folge, daß die Summe aus dem Druck P₁ und der Kraft P_g der Druckfeder 29 kleiner als die Kraft P₂ aufgrund des Druckes im geschlossenen Behälter 11 wird und somit der Ventilschieber 23 wieder in seine erste Endlage bewegt wird, bis das untere Ende des zylindrischen Abschnitts 25 am Dichtungselement 28 anliegt, so daß der Kompressor wieder mit den Saugleitungen 35, 36 verbunden ist.

In den Fig. 5 bis 7 sind abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, ist ein Rückschlagventil 38 zwischen dem Verbindungskanal 33 und der Einlaßöffnung im Ventilgehäuse vorgesehen, um einen Rückstrom des Kältemittelgases zu blockieren.

Da bei dieser Anordnung der Rückstromwiderstand im Einlaßkanal 32 erhöht ist, nimmt der Druck im Raum 22c nach dem Anhalten des Kompressors 1 schnell zu, wodurch der Einlaßkanal 32 innerhalb kurzer Zeit nach dem Anhalten des Kompressors 1 von der Saugleitung 34 getrennt wird. Es ist somit möglich, eine zuverlässigere Ventilsteuerung zu erzielen. Das hat zur Folge, daß die vom Behälter 11 abgegebene Menge an Kältemittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck so gering wie möglich gehalten werden kann.

Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, ist ein Rückschlagventil 39 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 24 und der Saugleitung 34 vorgesehen. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist der Arbeitsweise der vorhergehenden Ausführungsform gemäß Fig. 5 ähnlich.

Wie es in Fig. 7 dargestellt ist, ist das Absperrventil 21 außerhalb des geschlossenen Behälters 11 und neben diesem vorgesehen. Das obere Ende des zylindrischen Elementes 22 ist durch einen Stopfen 40 vollständig geschlossen. Der Raum 22d auf der Seite des Auslaßventils steht über einen Verbindungskanal 41 mit dem Auslaßkanal 35 in Verbindung. Arbeitsweise und Funktion dieser Ausführungsform sind vollständig der Arbeitsweise und Funktion der vorhergehenden Ausführungsform ähnlich, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist.

Wie es oben beschrieben wurde, ist das Absperrventil 21 als Teil des Kompressors 1 im Inneren des geschlossenen Behälters oder außerhalb des geschlossenen Behälters und neben dem geschlossenen Behälter vorgesehen. Die Anzahl der geschweißten Teile des Kompressors 1 auf der Benutzerseite kann daher stark verringert werden, so daß eine ausreichende Zuverlässigkeit und niedrige Kosten erzielt werden können. Gegenüber der DE 33 20 017 A1 stellt das erfindungsgemäße Absperrventil eine alternative Bauweise dar.

Claims (4)

1. Absperrventil für einen Rotationsverdichter in einer Kälteanlage, welches bei einem Verdichter-Stillstand die Saug- und Druckseite des Verdichters vom Verdampfer und Kondensator selbsttätig abtrennt, mit einem hermetisch dichten Behälter, in welchem der Verdichter angeordnet und welcher mit Saug- und Druckanschlüssen für den Kondensator und Verdampfer versehen ist, wobei das Absperrventil ein zylindrisches Ventilgehäuse aufweist, in welchem ein Ventilschieber beweglich angeordnet ist, mit einer ersten und zweiten Öffnung im Ventilgehäuse, die mit dem Saug- bzw. Druckanschluß des Behälters verbunden sind, mit einer dritten und vierten Öffnung im Ventilgehäuse, die mit der Saug- bzw. Druckseite des Verdichters verbunden sind, wobei im Betrieb des Verdichters sich der Ventilschieber in einer ersten Endlage befindet und jeweils eine Strömungsverbindung für das Kältemittel zwischen dem Verdampfer und der Saugseite des Verdichters bzw. zwischen der Druckseite des Verdichters und dem Kondensator freigibt, und wobei beim Abschalten des Verdichters der Ventilschieber mit Hilfe einer Feder in eine zweite Endlage verschoben wird, in der die Strömungsverbindungen zwischen dem Verdampfer und der Saugseite bzw. zwischen der Druckseite und dem Kondensator unterbrochen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Ventilgehäuse in dessen Mantelfläche angebracht sind, daß die der Feder zugewandte Stirnfläche des Ventilschiebers stets mit der Saugseite des Verdichters und die der Feder abgewandte Stirnfläche des Ventilschiebers mit der Druckseite des Verdichters in Verbindung steht.

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil innerhalb des Behälters angeordnet ist.

3. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil außerhalb des Behälters angeordnet ist.

4. Absperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der saugseitigen Kältemittelleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches ein Rückströmen des Kältemittels zum Verdampfer verhindert.