DE4338939C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines Kältemittelverdichters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Käl­ temittelverdichters, bei dem Kältemitteldampf durch Druck verdichtet und über eine Druckkammer des Verdichters abge­ geben wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem eine Druckkammer umfassenden Kältemittelverdichter, einem Verflüssiger, einem Expansionsorgan und einem Verdampfer, die über eine Leitung für ein verdampfbares Kältemittel miteinander verbunden sind.

Kältemittelverdichter der voranstehend beschriebenen Art werden beispielsweise dazu verwendet, Kältemitteldampf aus einer Saugleitung eines Kühlkreislaufes anzusaugen, an­ schließend zu verdichten und dann den komprimierten Kälte­ mitteldampf über die Druckkammer des Verdichters an eine Druckgasleitung des Kühlkreislaufes abzugeben. Mit der Verdichtung ist eine Temperatursteigerung des Kältemittel­ dampfes verbunden, die u. a. abhängig ist vom Verhältnis des in der Druckleitung herrschenden Druckes zum Druck in der Saugleitung, dem sogenannten Druckverhältnis, dem ver­ wendeten Kältemittel sowie von der Bauart des Verdichters.

Die Eigenschaft des Kältemittels, auf eine Kompression mit einer Temperatursteigerung zu reagieren, wird durch den sogenannten Adiabatenexponenten beschrieben. Bei Kälte­ mitteln mit einem großen Adiabatenexponenten, wie z. B. Ammoniak, ist mit einer Kompression eine besonders große Temperatursteigerung verbunden. Desgleichen ergibt sich auch eine besonders große Temperatursteigerung beim Be­ trieb des Kältemittelverdichters bei hohen Druckverhält­ nissen.

Die Temperatursteigerung des Kältemitteldampfes kann eine starke Erwärmung druckseitiger Gehäuseteile des Kältemit­ telverdichters zur Folge haben, die sich nachteilig auf den Betrieb des Verdichters auswirkt. Durch die Erwärmung wird zum einen die Festigkeit von im Kältemittelverdichter zum Einsatz kommenden Bauteilen, insbesondere von Kunst­ stoffen, reduziert, zum anderen können auch Grenzwerte eines Schmiermittels des Kältemittelverdichters über­ schritten und damit dessen Schmiereigenschaften ver­ schlechtert werden.

Bedingt durch die Wärmeleitung innerhalb des Kältemittel­ verdichters hat die Temperatursteigerung des Kältemittel­ dampfes eine Erwärmung saugseitiger Gehäuseteile des Ver­ dichters und damit auch des angesaugten und zu verdich­ tenden Kältemitteldampfes zur Folge. Mit dieser Erwärmung ist eine Ausdehnung des Kältemitteldampfes an der Saug­ seite des Verdichters verbunden. Dies wiederum hat zur Folge, daß bei gleichbleibendem Saugvolumen des Kältemit­ telverdichters weniger Masse des Kältemitteldampfes ge­ fördert wird. Die Temperatursteigerung des Kältemittel­ dampfes bewirkt somit eine Verschlechterung des Füllungs­ grades und damit auch des Wirkungsgrades des Verdichters.

Um aus der Temperatursteigerung des Kältemitteldampfes re­ sultierende Störungen- Ausfälle und Wirkungs- und Fül­ lungsgradverschlechterungen des Kältemittelverdichters zu vermeiden, ist es bekannt, den Einsatzbereich des Verdich­ ters zu beschränken und/oder den Verdichter durch zusätz­ liche Maßnahmen zu kühlen, beispielsweise durch eine Was­ serkühlung oder durch Belüftung. Für derartige Kühlmaßnah­ men sind allerdings aufwendige Vorkehrungen notwendig, insbesondere dann, wenn ein Kältemittel mit grobem Adiaba­ tenexponenten zum Einsatz kommt oder der Betrieb des Käl­ temittelverdichters bei groben Druckverhältnissen erfolgen soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, mit deren Hilfe ein Kältemittelverdichter intensiv gekühlt werden kann, ohne daß dazu aufwendige Kühlmaßnahmen erfor­ derlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man flüssiges Kältemittel im wesentlichen unter dem in der Druckkammer herrschenden Druck in die Druckkammer leitet.

Bedingt durch die Temperaturdifferenz zwischen der Ver­ flüssigungstemperatur des flüssigen Kältemittels und der relativ hohen Temperatur des komprimierten Kältemittel­ dampfes im Druckraum und der damit in Verbindung stehenden relativ hohen Wandungstemperaturen der druckseitigen Gehäu­ seteile des Verdichters kommt es bei der Einleitung des flüssigen Kältemittels zu einer intensiven Verdampfung.

Die Verdampfung erfolgt bei Verflüssigungstemperatur unter Wärmeaufnahme, d. h. dem komprimierten Kältemitteldampf und den druckseitigen Gehäuseteilen des Verdichters wird je­ weils Wärme entzogen und damit der Kältemittelverdichter gekühlt.

Das durch die Verdampfung des flüssigen Kältemittels ge­ bildete zusätzliche Dampfvolumen wird zusammen mit dem ge­ kühlten komprimierten Kältemitteldampf vom Kältemittelver­ dichter aus der Druckkammer beispielsweise in die Druck­ gasleitung eines Kühlkreislaufes geleitet. Da das flüs­ sige Kältemittel erst nach der Verdichtung des Kältemit­ teldampfes im wesentlichen unter dem in der Druckkammer herrschenden Druck dem komprimierten Kältemitteldampf bei­ gegeben wird, muß das durch die Verdampfung gebildete Dampfvolumen nicht zusätzlich vom Verdichter komprimiert werden, so daß für das vorgeschlagene Kühlverfahren ledig­ lich eine minimale Steigerung des Energiebedarfes des Käl­ temittelverdichters erforderlich ist.

Die Einleitung des flüssigen Kältemittels in die Druckkam­ mer bewirkt eine besonders intensive Kühlung des Kältemit­ telverdichters, da sie kein zusätzliches Wärmetauschmedium erfordert, sondern unmittelbar erfolgt.

Das vorgeschlagene Kühlverfahren hat außerdem den Vorteil, daß dadurch die Einsatzgrenzen des Kältemittelverdichters sowohl bezüglich der Verwendung von Kältemitteln mit großem Adiabatenexponenten als auch bezüglich des Betriebes bei großen Druckverhältnissen erweitert werden können.

Da die bei der Verdichtung des Kältemitteldampfes freiwer­ dende Verdichtungswärme mit dem aus der Verdampfung des flüssigen Kältemittels resultierenden Kältemitteldampf in die Druckgasleitung eines Kühlkreislaufes geleitet werden kann und damit die druckseitigen Gehäuseteile nicht Wärme von der Druckseite zur Saugseite des Verdichters trans­ portieren, kann der Kältemittelverdichter besonders kom­ pakt aufgebaut sein.

Die Temperatur, die der komprimierte Kältemitteldampf beim Austritt aus der Druckkammer des Verdichters aufweist, ist davon abhängig, welche Menge an flüssigem Kältemittel wäh­ rend der Zeit verdampft, in der der komprimierte Kältemit­ teldampf die Druckkammer durchströmt. Je mehr flüssiges Kältemittel in dieser Zeit verdampft, desto mehr Wärme wird dem komprimierten Kältemitteldampf entzogen und desto geringer ist die Temperatur des komprimierten Kältemittel­ dampfes bei dessen Austritt aus der Druckkammer. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist deshalb vorgesehen, daß man die Strömungsrate regelt, mit der das flüssige Kältemittel in die Druckkammer geleitet wird. Da­ bei ist unter Strömungsrate die Menge an flüssigem Kälte­ mittel zu verstehen, die pro Zeiteinheit in die Druckkam­ mer geleitet wird. Eine grobe Strömungsrate bewirkt eine besonders starke Abkühlung des komprimierten Kältemittel­ dampfes.

Günstig ist es, die Strömungsrate des flüssigen Kältemit­ tels in Abhängigkeit von der Temperatur des verdichteten Kältemitteldampfes zu regeln. Die Temperatur kann dabei im Bereich zwischen der Verflüssigungstemperatur des flüssi­ gen Kältemittels und der Temperatur des durch die Verdich­ tung überhitzten Kältemitteldampfes geregelt werden. Aus diesem Bereich wählt man eine bestimmte Temperatur, die dann maßgebend ist für die Strömungsrate des flüssigen Kältemittels. Die Strömungsrate wird so lange erhöht, bis sich die Temperatur des überhitzten Kältemitteldampfes durch die Verdampfung des flüssigen Kältemittels auf die vorgewählte Temperatur abgesenkt hat. Erfolgt eine Absen­ kung der Temperatur des verdichteten Kältemitteldampfes unter die vorgewählte Temperatur, so wird die Strömungsra­ te des flüssigen Kältemittels reduziert.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß man den Druck des flüssigen Kältemittels vor Eintritt in die Druckkammer mit Hilfe einer Kältemit­ telpumpe so weit erhöht, daß er etwas über dem in der Druckkammer herrschenden Druck liegt. Da das flüssige Kältemittel erst nach erfolgter Verdichtung des Kältemit­ teldampfes diesem beigefügt wird, ist es nicht erforder­ lich, die Einleitung des flüssigen Kältemittels auf den Arbeitszyklus des Kältemittelverdichters abzustimmen, so daß die Erhöhung des Druckes des flüssigen Kältemittels im wesentlichen auf das in der Druckkammer herrschende Druck­ niveau durch die Kältemittelpumpe erfolgen kann, ohne daß dabei mit Hilfe einer Steuerung der Förderzeitpunkt der Kältemittelpumpe beispielsweise auf den Verdichtungs­ zeitpunkt eines Kolben-Zylinder-Verdichters abgestimmt werden muß.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ver­ fahrens ist vorgesehen, daß man - gegebenenfalls unter Wegfall einer besonderen Kältemittelpumpe - das flüssige Kältemittel aus einer relativ zur Druckkammer höheren Lage zur Druckkammer leitet. Das flüssige Kältemittel überwin­ det dadurch auf dem Weg zur Druckkammer eine gewisse Höhendifferenz, so daß sich aufgrund der geodätischen Flüssigkeitshöhe ein hydrostatischer Druck ausbildet und sich somit der Druck des flüssigen Kältemittels erhöht. Leitet man das flüssige Kältemittel aus einer entsprechend hohen Lage in die Druckkammer, so bewirkt allein der sich ausbildende hydrostatische Druck eine Druckerhöhung des flüssigen Kältemittels im wesentlichen auf das in der Druckkammer herrschende Druckniveau, so daß sich zusätz­ liche Maßnahmen zur Erhöhung des Druckes des flüssigen Kältemittels erübrigen.

Das flüssige Kältemittel wird bei einer vorteilhaften Aus­ führungsform des Verfahrens aus einem Sammelbehälter oder aus einem Verflüssiger eines Kühlkreislaufes in die Druck­ kammer geleitet. Flüssiges Kältemittel wird dabei vom Ver­ flüssiger bereitgestellt, in dem der Kältemitteldampf unter Wärmeabgabe verflüssigt wird. Das verflüssigte Kältemittel kann anschließend in einem Sammelbehälter des Kühlkreis­ laufes gespeichert werden. Ein Teil des flüssigen Kälte­ mittels wird in die Druckkammer des Kältemittelverdichters geleitet.

Günstig ist es, wenn man den Kältemittelverdichter als ei­ nen Bestandteil des Kühlkreislaufes betreibt, da dadurch das zur Kühlung des Kältemittelverdichters verwendete flüssige Kältemittel nach dessen Verdampfung wieder dem Kühlkreislauf zugeführt wird.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß man das flüssige Käl­ temittel, bevor man es in die Druckkammer einleitet, durch einen Wärmetauscher des Kältemittelverdichters führt, um ein Schmiermittel des Verdichters zu kühlen. Neben der di­ rekten Kühlung des komprimierten Kältemitteldampfes und der druckseitigen Gehäuseteile erfolgt in dieser vorteil­ haften Ausführungsform des Verfahrens eine intensive Küh­ lung des Schmiermittels, so daß dessen thermische Stabi­ lität auch bei Betrieb des Kältemittelverdichters bei­ spielsweise bei hohen Druckverhältnissen nicht beeinträch­ tigt wird.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine Kühlvorrich­ tung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die eine ein flüssiges Kältemittel in die Druckkammer leitende Kühl­ leitung umfaßt.

Die Kühlleitung ermöglicht die Einleitung von flüssigem Kältemittel in die Druckkammer. Bei Betrieb des Kälte­ mittelverdichters herrscht in der Druckkammer aufgrund der bei der Verdichtung des Kältemitteldampfes freiwerdenden Verdichtungswärme eine höhere Temperatur als die Verflüs­ sigungstemperatur des flüssigen Kältemittels, so daß die­ ses in der Druckkammer verdampft und dabei Wärme des kom­ primierten Kältemitteldampfes und der die Druckkammer um­ gebenden druckseitigen Gehäuseteile des Kältemittelver­ dichters aufnimmt und somit den Verdichter ohne zusätz­ liches Wärmetauschmedium und vor allem ohne zusätzliche Wärmetauschflächen intensiv kühlt. Das durch die Verdamp­ fung des flüssigen Kältemittels zusätzlich gebildete Dampfvolumen wird zusammen mit dem komprimierten Kältemit­ teldampf über eine Druckgasleitung, die eine Verbindung herstellt zwischen dem Verdichter und dem Verflüssiger, zum Verflüssiger geleitet und dort zusammen mit dem kom­ primierten Kältemitteldampf unter Wärmeabgabe wieder ver­ flüssigt.

Besonders günstig ist es, wenn die Kühlleitung eine Ver­ bindung zwischen dem Verflüssiger oder einem Sammelbehäl­ ter für das flüssige Kältemittel und der Druckkammer bil­ det. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform der Kühlvor­ richtung wird ein Teil des im Verflüssiger verflüssigten Kältemittels dem Verflüssiger oder dem Sammelbehälter entnommen und über die Kühlleitung in die Druckkammer des Verdichters geführt. Somit kann insgesamt flüssiges Kälte­ mittel in die Druckkammer geleitet, dort zur Kühlung des Verdichters verdampft und anschließend über die Druckgas­ leitung wieder zurück in den Verflüssiger geleitet werden. Die bei der Verdampfung in der Druckkammer dem komprimier­ ten Kältemitteldampf und den druckseitigen Gehäuseteilen entnommene Wärme wird somit über die Druckgasleitung zum Verflüssiger geleitet und dort abgegeben.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vor­ gesehen, daß in der Kühlleitung eine den Druck des flüs­ sigen Kältemittels erhöhende Kältemittelpumpe angeordnet ist. Durch die Kältemittelpumpe kann der Druck des flüs­ sigen Kältemittels so weit erhöht werden, daß er etwas über dem in der Druckkammer herrschenden Druckniveau liegt.

Insbesondere in dem Falle, daß die Kühlleitung eine Ver­ bindung herstellt zwischen dem Verflüssiger oder dem Sam­ melbehälter und der Druckkammer, ist es vorteilhaft, wenn die Kältemittelpumpe den Druck des flüssigen Kältemittels um etwa 0,5 bis 2 bar erhöht, da dadurch die Druckdifferenz zwischen dem im Verflüssiger und im Sammelbehälter herr­ schenden Druck einerseits und dem in der Druckkammer herr­ schenden Druck andererseits ausgeglichen wird.

Zur Druckerhöhung des in die Druckkammer des Verdichters geführten flüssigen Kältemittels ist bei einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen, daß die Kühlleitung das flüssige Kältemittel unter Ausnutzung des hydrostatischen Druckes aus einer relativ zur Druckkammer höheren Lage zur Druckkammer leitet. Der hydrostatische Druck des flüssigen Kältemittels kann durch Wahl der Höhendifferenz, die die Kühlleitung überwindet, so eingestellt werden, daß der Druck des flüssigen Kältemittels bei Eintritt in die Druckkammer im wesentlichen dem in der Druckkammer herr­ schenden Druck entspricht.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Kühl­ vorrichtung ist die Strömungsrate des durch die Kühllei­ tung strömenden flüssigen Kältemittels gesteuert. Die Strömungsrate, d. h. die Menge an flüssigem Kältemittel, die pro Zeiteinheit durch die Kühlleitung strömt, bestimmt die Intensität der Kühlung des Kältemittelverdichters. Je größer die Strömungsrate, desto mehr flüssiges Kältemittel verdampft in der Druckkammer des Verdichters und desto stärker ist die damit verbundene Kühlung.

Günstig ist es, wenn die Strömungsrate in Abhängigkeit von der Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes ge­ steuert ist. Auf diese Weise läßt sich eine im wesentlichen konstante Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes erzielen, da jeweils nur die Menge an flüssigem Kältemittel pro Zeiteinheit in die Druckkammer strömt, deren Verdamp­ fung erforderlich ist, um die gewünschte Temperatur zu erzielen.

Die Strömungsrate kann beispielsweise dadurch gesteuert werden, daß die Kühlvorrichtung ein die Pumpleistung der Kältemittelpumpe steuerndes Steuerglied umfaßt. Die Pump­ leistung der in der Kühlleitung angeordneten Kältemittel­ pumpe bestimmt die Menge an flüssigem Kältemittel, die pro Zeiteinheit in die Druckkammer geleitet wird. Durch die Steuerung der Pumpleistung kann somit die Strömungsrate auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Die Strö­ mungsrate könnte auch durch ein in der Kühlleitung ange­ ordnetes Regelventil gesteuert werden.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des vom Kältemittelverdichter zum Verflüssiger geführten kom­ primierten Kältemitteldampfes mit Hilfe eines in der Druckgasleitung angeordneten Temperatursensors bestimmt wird. Der Temperatursensor bildet ein Eingangssignal für das Steuerglied, so daß dieses in Abhängigkeit von der Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes die Pump­ leistung der Kältemittelpumpe oder die Stellung des Re­ gelventils steuert.

In bestimmten Anwendungsfällen kann die Menge des zuge­ führten flüssigen Kältemittels auch einfach durch ein Drosselglied konstant gehalten werden.

Um eine Rückströmung des flüssigen Kältemittels entgegen der Förderrichtung der Kältemittelpumpe in der Kühlleitung zu verhindern, beispielsweise in dem Falle, daß die Kälte­ mittelpumpe abgeschaltet ist, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlvorrichtung vorgesehen, daß die Kühlvorrichtung ein in der Kühlleitung positioniertes Rückschlagventil umfaßt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das flüssige Kältemittel vor Eintritt in die Druckkammer durch im Kältemittelverdichter angeordnete Gehäusekanäle ge­ führt. Dies bewirkt eine Kühlung des Verdichters nicht nur im Bereich der Druckkammer, sondern auch in anderen Berei­ chen.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist das flüssige Kältemittel vor Eintritt in die Druckkammer zur Kühlung eines Antriebsmotors des Kältemittelverdichters entlang einer Wärmetauschfläche des Antriebsmotors geführt. Dabei kann der Antriebsmotor in den Verdichter integriert sein. Durch die Kühlung des Motors mit Hilfe des flüssigen Käl­ temittels ist es möglich, Antriebsmotor und Verdichter kompakt und platzsparend anzuordnen, ohne daß damit durch die Abwärme des Motors eine beträchtliche Erwärmung des Verdichters und des zu verdichtenden Kältemitteldampfes verbunden ist.

Um zusätzlich beim Kältemittelverdichter verwendetes Schmiermittel zu kühlen, ist bei einer weiteren vorteil­ haften Ausführungsform vorgesehen, daß das flüssige Käl­ temittel vor Eintritt in die Druckkammer durch einen Wär­ metauscher geführt ist, der das Schmiermittel des Kälte­ mittelverdichters kühlt.

Der Kältemittelverdichter kann beispielsweise als Kolben- Zylinder-Verdichter ausgebildet sein.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Kältemittelverdichter als Drehkolbenverdichter ausgebildet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist der Kältemittelverdichter als Schraubenverdichter ausgebildet.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit bei­ liegender Zeichnung der weiteren Erläuterung.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Kühlvorrichtung.

Bei der dargestellten Kühlvorrichtung saugt ein Verdichter 10 dampfförmiges Kältemittel über eine Saugleitung 12 aus einem Verdampfer 14 bei relativ niedrigem Druck ab und komprimiert den Kältemitteldampf auf einen relativ hohen Druck, um ihn über eine Druckgasleitung 16 in einen Ver­ flüssiger 18 zu fördern. Im Verflüssiger 18 wird über ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Luft, Wasser oder dgl., Wärme abgeführt, so daß der unter hohem Druck stehende Kältemitteldampf kondensiert. Über eine Flüssigkeitslei­ tung 20 wird das verflüssigte Kältemittel zu einem Expan­ sionsorgan 22 geleitet, dessen Aufgabe darin besteht, eine den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßte Menge an Käl­ temittelflüssigkeit in den Verdampfer 14 einzuspeisen. Das Expansionsorgan 22 ist zugleich Drosselstelle zwischen Hoch- und Niederdruck in der Flüssigkeitsleitung 20.

Das in den Verdampfer 14 eingespeiste, auf niedrigem Druck gehaltene flüssige Kältemittel verdampft durch Wärmezufuhr und wird anschließend wieder über die Saugleitung 12 vom Verdichter 10 abgesaugt.

Der Verdichter 10 umfaßt als Kolben-Zylinder-Verdichter einen Zylinder 24 und einen in diesem abgedichtet hin- und hergeführten, über eine Pleuelstange 26 motorisch ange­ triebenen Kolben 28.

Der Zylinder 24 wird durch eine parallel zum Kolben 28 an­ geordnete Zwischenwand 30 in einen dem Kolben zugewandten Verdichtungsraum 32 und einen diesem abgewandten Zylinder­ kopf 34 unterteilt. Der Zylinderkopf 34 wird wiederum über eine in Längsrichtung des Zylinders 24 angeordnete Trenn­ wand 36 in eine Saugkammer 38 und eine Druckkammer 40 un­ terteilt. Während in die Saugkammer 38 die Saugleitung 12 einmündet, steht die Druckkammer 40 über die Druckgaslei­ tung 16 mit dem Verflüssiger 18 in Verbindung.

Über abhängig vom Druck im Verdichtungsraum 32 gesteuerte Einlaß- und Auslaßventile 42 bzw. 44 stehen die Saugkammer 38 und die Druckkammer 40 mit dem Verdichtungsraum 32 in Verbindung.

Wird der Kolben 28 von der Zwischenwand 30 wegbewegt, so vergrößert sich dadurch der Verdichtungsraum 32; dies be­ wirkt eine Reduzierung des im Verdichtungsraum 32 herr­ schenden Druckes und hat zur Folge, daß sich das Einlaß­ ventil 42 öffnet und Kältemitteldampf aus der Saugleitung 12 über die Saugkammer 38 in den Verdichtungsraum 32 ein­ gesaugt wird. Bei der anschließenden entgegengesetzt ge­ richteten Bewegung des Kolbens 28 in Richtung auf die Zwi­ schenwand 30 wird das Einlaßventil 42 geschlossen und bei Erreichen eines bestimmten Druckes im Verdichtungsraum 32 das Auslaßventil 44 geöffnet, so daß der komprimierte Kältemitteldampf über die Druckkammer 40 und die Druck­ gasleitung 16 in den Verflüssiger 18 gefördert wird.

Der Verflüssiger 18 ist über eine Kühlleitung 46 mit der Druckkammer 40 verbunden. In der Kühlleitung 46 sind eine Kältemittelpumpe 48 und ein Rückschlagventil 50 angeordnet. Die Kältemittelpumpe 48 kann von einem - in der Zeichnung nicht dargestellten - Antriebsmotor des Verdichters 10 mit angetrieben werden, wobei die Kältemittelpumpe 48 auch weitgehend in den Verdichter integriert sein kann.

Mit Hilfe der Kältemittelpumpe 48 wird flüssiges Kältemit­ tel aus dem Verflüssiger 18 zur Druckkammer 40 geleitet, wobei das Rückschlagventil 50 ein Rückströmen von flüs­ sigem Kältemittel oder Kältemitteldampf aus der Druckkam­ mer 40 in Richtung Verflüssiger 18 verhindert.

In der Zeichnung strichpunktiert dargestellt ist ein Re­ gelventil 51, das in der Kühlleitung 46 angeordnet und über eine ebenfalls strichpunktiert dargestellte Ventil­ leitung 53 mit dem Steuerglied 54 verbunden ist.

Die Kältemittelpumpe 48 ist über eine Steuerleitung 52 mit einem Steuerglied 54 verbunden, das über eine Signallei­ tung 56 mit einem in der Druckgasleitung 16 angeordneten Temperatursensor 58 verbunden ist. Die Pumpleistung der Kältemittelpumpe 48 und damit die Strömungsrate des durch die Kühlleitung strömenden flüssigen Kältemittels werden mit Hilfe des Temperatursensors 58 und des Steuergliedes 54 in Abhängigkeit von der Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes in der Druckgasleitung 16 gesteuert. In gleicher Weise kann bei einer anderen vorteilhaften Aus­ führungsform der Erfindung die Strömungsrate bei gleich­ bleibender Pumpleistung vom Steuerglied 54 über die Ven­ tilleitung 53 mit Hilfe des Regelventils 51 gesteuert werden.

In der Zeichnung nicht dargestellt ist ein in der Kühllei­ tung positioniertes Drosselglied, mit dessen Hilfe die Strömungsrate in einer alternativen Ausführungsform in einfacher Weise konstant gehalten werden kann.

Die bei der Verdichtung des Kältemitteldampfes freiwerdende Verdichtungswärme bewirkt eine beträchtliche Temperatur­ steigerung des Kältemitteldampfes und der die Druckkammer 40 umgebenden Gehäuseteile des Zylinderkopfes 34, so daß insbesondere bei Verwendung eines Kältemittels mit einem großen Adiabatenexponenten, beispielsweise bei Verwendung von Ammoniak, eine Kühlung des Verdichters 10 erforderlich ist.

Zu diesem Zweck wird ein Teil des im Verflüssiger 18 ver­ flüssigten Kältemittels über die Kühlleitung 46 in die Druckkammer 40 des Zylinderkopfes 34 geleitet, wobei der Druck des flüssigen Kältemittels etwas über dem Druck in der Druckkammer liegt. Da die dort herrschende Temperatur höher ist als die Verflüssigungstemperatur des flüssigen Kältemittels, verdampft das flüssige Kältemittel in der Druckkammer 40, wobei dem komprimierten Kältemitteldampf und den die Druckkammer 40 umgebenden Gehäuseteilen Wärme entzogen wird. Das durch die Verdampfung des flüssigen Kältemittels zusätzlich gebildete Dampfvolumen wird zusam­ men mit dem komprimierten Kältemitteldampf über die Druck­ gasleitung 16 dem Verflüssiger 18 zugeleitet, in dem es anschließend wieder verflüssigt wird.

Durch die Verdampfung des flüssigen Kältemittels reduziert sich die Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes auf einen Wert, der abhängig ist von der Menge an flüssi­ gem Kältemittel, die pro Zeiteinheit in die Druckkammer 40 geleitet wird. Diese Menge wiederum ist abhängig von der Pumpleistung der Kältemittelpumpe 48, die ihrerseits ab­ hängig von der in der Druckgasleitung 16 herrschenden Tem­ peratur vom Steuerglied 54 gesteuert wird. Das Steuerglied 54 kann derart auf eine gewünschte Temperatur im Bereich zwischen der Verflüssigungstemperatur des flüssigen Kälte­ mittels und der Temperatur des überhitzten Kältemittel­ dampfes beim Austritt aus dem Verdichtungsraum 32 einge­ stellt werden, daß die Pumpleistung der Kältemittelpumpe 48 erhöht wird, sofern die vom Temperatursensor 58 ermit­ telte Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes in der Druckgasleitung 16 die gewünschte Temperatur um einen vorbestimmten Wert überschreitet. Durch die verstärkte Pumpleistung wird die Menge an verflüssigtem Kältemittel, die pro Zeiteinheit in die Druckkammer 40 geführt wird, erhöht, so daß sich aufgrund der verstärkten Verdampfung die Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes absenkt. Unterschreitet die Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes die gewünschte Temperatur um einen vor­ bestimmten Betrag, so wird die Pumpleistung der Kältemit­ telpumpe 48 vom Steuerglied 54 reduziert.

Die Menge an flüssigem Kältemittel, die pro Zeiteinheit in die Druckkammer 40 geleitet wird, kann auch dadurch beein­ flußt werden, daß mit Hilfe des Steuergliedes 54 die Stel­ lung des Regelventils 51 gesteuert wird. Je nachdem, ob die vom Temperatursensor 58 ermittelte Temperatur die ge­ wünschte Temperatur um einen vorher bestimmten Wert über­ schreitet oder unterschreitet, wird die Stellung des Re­ gelventils in Richtung auf seine Schließstellung oder seine geöffnete Stellung verändert.

In der Zeichnung nicht dargestellt sind Gehäusekanäle des Verdichters 10, durch die das flüssige Kältemittel vor Eintritt in die Druckkammer 40 geführt werden kann. Dies ermöglicht die Kühlung weiterer Teile des Verdichters. Außerdem ist es möglich, das flüssige Kältemittel vor Ein­ tritt in die Druckkammer 40 zur Kühlung des in der Zeich­ nung nicht dargestellten Antriebsmotors des Verdichters zu benutzen. Dazu kann das flüssige Kältemittel beispielswei­ se entlang einer Wärmetauschfläche des Motors geführt wer­ den.

Indem bei Betrieb des Verdichters 10 kontinuierlich flüs­ siges Kältemittel in die Druckkammer 40 eingeleitet wird, wird vermieden, daß sich die druckseitigen Gehäuseteile des Zylinderkopfes 34 stark erwärmen können. Damit erfolgt auch keine Wärmeleitung von der Druckkammer 40 zur Saug­ kammer 38, so daß insgesamt Störungen und Ausfälle des Verdichters 10 ohne aufwendige Kühlmaßnahmen vermieden werden. Außerdem wird dadurch der Einsatzbereich des Ver­ dichters 10 erweitert und dessen Wirkungs- und Füllungs­ grad verbessert.

Claims (25)

1. Verfahren zum Kühlen eines Kältemittelverdichters, bei dem Kältemitteldampf durch Druck verdichtet und über eine Druckkammer des Verdichters abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß man flüssiges Kältemittel im wesentlichen unter dem in der Druckkammer herr­ schenden Druck in die Druckkammer leitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strömungsrate regelt, mit der das flüs­ sige Kältemittel in die Druckkammer geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strömungsrate des flüssigen Kältemittels in Abhängigkeit von der Temperatur des verdichteten Kältemitteldampfes regelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man den Druck des flüssigen Kältemit­ tels vor Eintritt in die Druckkammer mit Hilfe einer Kältemittelpumpe so weit erhöht, daß er im wesentli­ chen dem in der Druckkammer herrschenden Druck ent­ spricht.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das flüssige Kälte­ mittel aus einer relativ zur Druckkammer höheren Lage zur Druckkammer leitet, so daß sich aufgrund der überwundenen Höhendifferenz der Druck des flüssigen Kältemittels erhöht.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das flüssige Kälte­ mittel aus einem Sammelbehälter oder einem Verflüs­ siger eines Kühlkreislaufes in die Druckkammer leitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdichter als ein Bestandteil des Kühlkreislaufes eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das flüssige Kälte­ mittel, bevor man es in die Druckkammer einleitet, durch einen Wärmetauscher des Kältemittelverdichters führt, um ein Schmiermittel des Kältemittelverdich­ ters zu kühlen.

9. Kühlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einem eine Druckkammer umfassenden Kältemittelverdichter, einem Verflüssiger, einem Expansionsorgan und einem Ver­ dampfer, die über eine Leitung für ein verdampfbares Kältemittel miteinander verbunden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung eine flüssiges Kältemittel in die Druckkammer (40) leitende Kühl­ leitung (46) umfaßt.

10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühlleitung (46) eine Verbindung zwischen dem Verflüssiger (18) oder einem Sammel­ behälter für das flüssige Kältemittel und der Druck­ kammer (40) bildet.

11. Kühlvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Kühlleitung (46) eine den Druck des flüssigen Kältemittels erhöhende Kältemit­ telpumpe (48) angeordnet ist.

12. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kältemittelpumpe (48) den Druck des flüssigen Kältemittels um etwa 0,5 bis 2 bar erhöht.

13. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kältemittelpumpe (48) von einem Antriebsmotor des Kältemittelverdichters (10) ange­ trieben ist.

14. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (46) das flüssige Kältemittel unter Ausnutzung des hydrosta­ tischen Druckes aus einer relativ zur Druckkammer (40) höheren Lage zur Druckkammer (40) leitet.

15. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrate des durch die Kühlleitung (46) strömenden flüssigen Kältemittels gesteuert ist.

16. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strömungsrate in Abhängigkeit von der Temperatur des komprimierten Kältemitteldampfes gesteuert ist.

17. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung ein die Pumpleistung der Kältemittelpumpe (48) steuerndes Steuerglied (54) umfaßt.

18. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung ein die Stellung eines Regelventiles (51) steuerndes Steuerglied (54) umfaßt, wobei das Regelventil (51) in der Kühlleitung (46) angeordnet ist.

19. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung ein in der Kühlleitung (46) positioniertes Rückschlag­ ventil (50) umfaßt.

20. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kältemittel vor Eintritt in die Druckkammer (40) durch im Kälte­ mittelverdichter (10) angeordnete Gehäusekanäle ge­ führt ist.

21. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kältemittel vor Eintritt in die Druckkammer (40) zur Kühlung eines Antriebsmotors des Kältemittelverdichters (10) entlang einer Wärmetauschfläche des Antriebsmotors geführt ist.

22. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kältemittel vor Eintritt in die Druckkammer (40) durch einen Wär­ metauscher geführt ist, der ein Schmiermittel des Kältemittelverdichters (10) kühlt.

23. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdichter als Kolben-Zylinder-Verdichter (10) ausgebildet ist.

24. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdichter als Drehkolbenverdichter ausgebildet ist.

25. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdichter als Schraubenverdichter ausgebildet ist.