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Kühlanlage mit Kolbenverdichter. Bei Kühlschränken mit Kolbenverdichtern
wird gewöhnlich ein durch Riemenantrieb mit dem Kältemittelverdichter verbundener
Elektromotor entweder über ein Relais oder durch einen Thermostaten nach Erfordernis
selbsttätig ein- und ausgeschaltet zwecks Aufrechterhaltung einer vorausbestimmten
Temperatur; bei eingeschaltetem Elektromotor wird im Verdichter der Kältemitteldampf
verdichtet und in den Verflüssiger gedrängt, wo er unter Wärmeabgabe flüssig wird.
In den weitaus meisten Fällen sind Überflutungsverdampfer vorgesehen, , wobei der
Kompressor Unterdruck zu erzeugen hat, so daß das Kältemittel im Verdampfer zum
Verdampfen kommt, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist und der Motor ausgeschaltet
wird. Hieraus ergibt sich, daß die Verdichter in der Weise periodisch arbeiten,
daß auf eine längere Betriebspause ein ebenfalls längerer, ununterbrochener Betrieb
folgt. Bei dieser Arbeitsweise fällt die Abführung der Verflüssiger- und Überhitzungswärme
auf einen verhältnismäßig kurzen Zeitabschnitt, und da die Größe der in Betracht
kommenden Oberflächen (des Vetdichterzylinders und des Verflüssigers) begrenzt ist,
ergeben sich hohe Verflüssigungstemperaturen bzw. Drucke sowie hohe Zylindertemperaturen
und dementsprechend ungünstige Wandungseinflüsse. Diese Umstände bringen eine erhebliche
Verminderung des Wirkungsgrades nicht wassergekühlter Kühlanlagen mit sich. Auch
der Riemenantrieb und die bei der erklärten Arbeitsweise unvermeidlichen Ventilationsverluste
tragen weiterhin zur Verminderung des Wirkungsgrades der Kühlanlage bei. Aus praktischen
Gründen (Einschaltstromstöße, Relaisbeanspruchung) darf die Motorleistung nicht
zu hoch gewählt werden, weshalb für den Motor und Verdichter eine verhältnismäßig
hohe Drehzahl zur Erreichung der nötigen Kälteleistung und Elastizität des Aggregats
erforderlich ist. Es ist ferner bekannt, den Saughub des Verdichterkolbens durch
den Druck des in den Verdichter einströmenden Kältemitteldampfes und den Druckhub
des
Ver dichterkolbens durch einen Elektromagneten zu bewirken,
welcher demgemäß jeweils selbsttätig ein- und ausgeschaltet wird, wo-, durch sich
die Leistung des Verdichters de jeweiligen Kältebedarf der Anlage selbe tätig anpaßt.
Hierdurch kann eine Verena , derung des Energieverbrauches der Anlag und somit eine
entsprechende Verbilligung der Betriebskosten erreicht werden; jedoch ist wegen
der hierbei auftretenden Einschaltstromstöße der Zylinder- bzw. Kälteleistung eine
gewisse Grenze durch die Größe des Elektromagneten und seiner entsprechenden Stromaufnahme
gesetzt, während das durch den Elektromagneten bewirkte schlagartige Bewegen des
Verdichterkolbens überaus große Ventildurchlässe und entsprechende lichte Weiten
der Druckleitungen bedingt, um allzu große Überdrücke zu vermeiden.
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Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit Kolbenverdichter, dessen
Saughub durch den Druck des in den Verdichter einströmenden Kältemitteldampfes und
- dessen Druckhub durch eine dementsprechend selbsttätig ein-und ausgeschaltete
elektrische Kraft bewirkt wird.
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Um die erwähnten Nachteile zu beseitigen, ist erfindungsgemäß eine
sperrende Hubvorrichtung für den Verdichterkolben vorgesehen, welche bei einem kleinen
Druck des Kältemitteldampfes in der Saugleitung selbsttätig gesperrt und bei einem
bestimmten höheren Druck des Kältemitteldampfes selbsttätig freigegeben wird, worauf
der Verdichterkolben in Bewegung gesetzt und durch Hilfsmittel ein Elektromotor
in Gang gesetzt wird, dessen Stromleitung für den Antrieb der Hubvorrichtung behufs
Rücklaufes, d. h. für den Druckhub des Verdichterkolbens, eingeschaltet ist.
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Da somit der Elektromotor nur beim Druckhub des Verdichterkolbens
elektrisch angetrieben wird, nachdem er vorher durch die Hubvorrichtung auf eine
gewisse Drehzahl gebracht worden ist, treten beim Einschalten des Elektromotors
sozusagen keine, jedenfalls keine nennenswerten Netzstromstöße auf. Die Freigabe
der Hubvorrichtung kann schon durch verhältnismäßig geringe Druckschwankungen des
Kältemitteldampfes erfolgen, so daß der Verdichter dementsprechend leicht in Tätigkeit
treten kann zwecks ständiger Regelung des Kältebedarfes der Kühlanlage. Dabei kann
mit kleiner Drehzahl des Elektromotors und entsprechend langsamen Hüben des Verdichterkolbens
gearbeitet werden, so daß eine starke Erwärmung sowohl des Verdichters als auch
des Verflüssigers unterbleibt; zudem ist hierbei der entstehenden Wärme reichlich
Gelegenheit zur Abführung an die Umgebung gegeben, indem die Arbeit des Verdichters
gewissermaßen auf längere Zeitabschnitte ver-.teilt ist. - Es ergibt dies einen
sehr günstigen ":Wirkungsgrad des. Kältemittelverdichters, dei durch Wegfall von
Riemenantrieb und 'Ventilationsverlusten weiterhin - verbessert - >wird.
- Dabei kann ein verhältnismäßig billiger Elektromotor benutzt werden, weil
der Motorstrom erst nach der vom Verdichterkolben aus bewirkten Inbetriebsetzung
des Motors geschlossen wird; es kann jeder Kurzschlußankermotor, auch ein gewöhnlicher
Einphaseninduktionsmotor mit Kurz-Aschlußanker, verwendet werden.
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Die Zeichnung dient zur Erklärung eines Ausführungsbeispieles des
Erfindungsgegenstandes. Es zeigen: Fig. i den Verdichter mit Zubehör im Aüfriß mit
teilweisem Schnitt, Fig.2 in größerem Maßstab einen Teil des Verdichters, Fig. 3
den Elektromotor und Teile des Zahngetriebes in zu Fig. i rechtwinklig versetzter
Darstellung, Fig. q. in größerem Maßstab einen Teilschnitt nach der Linie IV-IV
der Fig, i und Fig. 5 ein Zahnrad mit einseitig wirkender Mitnehrnerküpplung im
Querschnitt zu Fig. 4, während Fig. 6 und 7 zur Erklärung der Arbeitsweise einzelner
Bewegungsteile dienen.
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In Fig. i bezeichnet i den flüssigen Ammoniak enthaltenden Verflüssiger,
von dem aus eine untere Rohrleitung 2 zu. einer Temperaturreguliervorrichtung 3
führt, an welche der Verdampfer 4 angeschlossen ist, der andernends mit dem oberen
Ende des Zylinders 5 verbunden ist, der einen Bestandteil des Kältemittelverdichters
bildet. Mit dem oberen Ende des Zylinders 5 ist ferner durch eine Rohrleitung 6
der Verflüssiger i an seinem oberen Ende verbunden. Im Zylinder 5 befindet sich
der unter gewissen Betriebsbedingungen abwärts und aufwärts gehende Verdichterkolben
7, welcher einen als Ölabstreifer dienenden Ring 8 (s. auch Fig. 2) und unterhalb
diesem einen aus hy-
groskopischem Stoff, z. B. aus Filz, bestehenden Mantel
9 aufweist. Oberhalb des Ö1abstrefringes $ ist am Kolben 7 eine aus ölbeständigem
Stoff, z. B. aus besonders geeignetiem Gummi, bestehende Manschette io angeordnet,
innerhalb der sich am Kolben 7 das Kopfstück i i befindet, mittels welchem einerseits
der schädliche Raum dementsprechend verkleinert wird und andererseits innerhalb
des Manschettenmantels ein oben offener Ringraum 12 (Fig.2) gebildet ist, der mit
einem besonders geeigneten C51 ausgefüllt ist. Oberhalb der Manschette 1o ist am
Kopfstück i i des Verdichterkolbens 7
ebenfalls ein Ölabstreifring
13 angebracht zur Verhinderung des Ölverlustes in hichtung nach dem Zylinderkopf
bzw. nach der Dampfseite hin. Der Mantel 9 des Verdichterkolbens 7 taucht bei dessen
Abwärtsbewegung jeweils in einen am verschlossenen unteren Ende des Zylinders 5
vorhandenen Ölvorrat 14 ein und nimmt demzufolge jeweils Öl zur Schmierung des Zylinders
5 auf. Durch den unteren Ölabstreifring 8 am Verdichterkolben 7 wird ebenfalls der
Durchgang von zu viel Öl verhindert. Da beim Öl im Zylinder 5 das Bestreben abwärts
zu fließen überwiegt, ergibt sich ein im wesentlichen gleichbleibender Ölstand in
der Manschette io, die somit immer gut geschmiert wird. Am unteren Ende des Zylinders
5 ist ein Entlüftungsrohr 15 vorgesehen. Am Kopf des Zylinders 5 ist den Durchgängen
der Verbindungen mit dem Verdampfer 4 und dem Verflüssiget i je ein federbelasteter
Ventilteller 16 (s. auch Fig. 2) bzw. 17 zugeordnet. Die beiden Ventilteller 16,
17 sind in entsprechen= den Ausnehmungen der oberen Abschlußwand des Zylinders 5
verschiebbar; so daß . sie infolge entsprechender Druckeinwirkung geöffnet bzw.
geschlossen werden können. Die Gummiventilsitze 16a, 17a gewährleisten einen dichten
Abschluß der betreffenden Durchgänge gegen Verlust von Ammoniak.
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Am unteren Ende der Stange 18 des Verdichterkolbens 7 ist als Verlängerung
eine Zahnstange ig angelenkt, welche einander gegenüberliegende Verzahnungen 2o,
21 besitzt. In diese Verzahnungen 20, 21 der Zahnstange 19 greift je ein
Zahnrad 22 bzw. 23 ein. Das Zahnrad 22 ist auf einer Welle 24 angeordnet, mit welcher
es durch eine einseitig wirkende Mitnehmerkupplung 25 (Fig. 4, 5) in der einen Drehrichtung
Bewegungsverbindung hat, und zwar bei der Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens
7 und somit der Zahnstange i9. Das Zahnrad 23 sitzt drehbar auf einer Welle 26 (s.
auch Fig. 4). Die Nabe 23' des Zahnrades 23 ist als Teil einer Klauenkupplung ausgebildet
und kann mit dem mit der Welle 26 Drehverbindung besitzenden zweiten Teil 27 dieser
Kupplung in Eingriff gebracht werden. Zu diesem Zwecke besitzt das Zahnrad 23 an
seiner Nabe eine Umfangsrinne, in welche mittels einer Schlaufe ein Kupplungshebel
z8 eingreift, der auf einem Bolzen 29 gelagert ist und am freien Ende eine Rolle
30 trägt. Durch diese Rolle 30 wirkt der Kupplungsbebel28 mit einem
Steuerschlitz 31(Fig. 4, 6, 7) zusammen, welcher zwei schräge Auflaufflächen 32,
33 aufweist und auf einer ungezahnten Seite der Zahnstange i9 mittels eines seitlichen
Ausbaues 34 derselben gebildet ist. Dieser Ausbau 34 besitzt ferner gemäß Fig.6
und 7 'eine Leitfläche 35, die in eine Schräg fläche 36 übergeht, welcher eine Weiche
3.; zugeordnet ist. Mit den Flächen 35 und 3( und mit der Weiche 37 arbeitet durch
einer rechtwinklig abgebogenen Arm ein Hebel 31 zusammen, der bei 39 gelagert und
mit einem Quecksilberkippschalter 4o verbunden ist so@ wie durch eine Zugfeder 41
beeinflußt wird Der Schalterhebe138 bildet Anker zu einett. Elektromagneten 42,
dessen einer Pol durch einen Leitungsdraht mit dem Kippschalter 4c verbunden ist,
wie aus Fig.3 hervorgeht, Vom zweiten Pol des Kippschalters 4o führt gemäß Fig.
3 ein Leitungsdraht 43 zum Elektromotor 44, welchem ferner-Leitungsdrähte 45, 46
und 47 zugeordnet sind, wobei von letzterem eine Zweigleitung 48 zum -Elektromagneten
42 führt; 46 und 47 sind die Drähte der Netzleitung. Der Elektromotor 44 wird durch
den Kippschalter 40 bei entsprechenden Betriebsbedingungen ein- und ausgeschaltet.
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Auf den beiden Wellen 24, 26 sind Zahnräder 49, 50 (Fig. 1, 4) befestigt,
welche durch ein Zwischenrad 51 (Fig. 1) miteinander Bewegungsverbindung haben.
Auf der Welle 52 des Zwischenrades 51 ist ein Zahnrad 53 befestigt, das in ein Zahnrad
54 eingreift, welches auf der Welle 55 des Elektromotors 44 festsitzt.
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Mit der Zahnstange - i9 des lTerdichterkolbens 7 arbeitet eine Sperrstange
56 zusammen, welche auf einer Achse 57 schwenkbar gelagert ist. Eine Zugfeder 58
ist bestrebt, die Sperrstange 56 in der in Fig. i gezeichneten Stellung zu halten,
in welcher dieselbe mittels einer Rolle in eine Absetzung des unteren Endes der
Zahnstange i9 faßt. Mit der Sperrstange 56 arbeitet mittels eines abgebogenen Endes
ein federbelasteter Hilfshebel 59 zusammen, welcher mit seinem zweiten Ende in eine
Gabel eines beweglichen Kontaktes 6o eingreift, welcher einem festen Kontakt 61
zugeordnet ist. Der Kontakt 6o befindet sich am einen Ende eines in Richtung seiner
Längsachse dehnbaren Federrohres 62 von an sich bekannter Art, das am zweiten Ende
durch eine Rohrleitung 6,3 mit der Rohrleitung des Verdampfers 4 verbunden ist.
Die Sperrstange 56 besitzt seitlich einen Ausleger 64, welcher Anker zu einem Elektromagneten
65 bildet, der durch einen Leitungsdraht 66 an den festen Kontakt 61 angeschlossen
ist und dessen zweiter Leitungsdraht 67 mit dem Draht 46 der Netzleitung verbunden
ist. Vom beweglichen Kontakt 6o führt ein Leitungsdraht 68 zum Draht 47 der Netzleitung.
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Die Arbeitsweise ist folgende: - Es wird von dem in Fig. i angenommenen
Betriebszustand ausgegangen. Wenn z. B.
durch Öffnen des Kühlschrankes
und hierdurch bewirkter Temperaturerhöhung in demselben die Wärmereguliervorrichtung
3 vom Verflüssiger i flüssiges Ammoniak in den Verdampfer 4 einströmen läßt, wird
das in diesem sich befindende Ammoniak infolge dieses Wärmeeinflusses und des hier
herrschenden normalen Druckes unter 2 Atm. zu verdampfen beginnen. Durch den infolgedessen
zunehmenden Druck in der Rohrleitung 63 wird das Federrohr 62 dementsprechend in
Richtung seiner Längsachse gedehnt bzw. gestreckt, und es kommt dann der bewegliche
Kontakt 6o mit dem festen Kontakt 61 in Berührung. Dadurch wird er Elektromagnet
65 über die Drähte 68 und 67 von der Netzleitung 46,47 aus erregt, so da.ß er den
seitlichen Ausleger 64 der Sperrstange 56 anzieht und diese von der Zahnstange i9
des Verdichterkolbens 7 weggeschwenkt wird. Die Sperrstange 56 gibt somit genannte
Zahnstange. ig und ihre Bewegungsbahn frei, worauf der Verdichterkolben 7 unter
dem Einfluß des über das betreffende geöffnete Ventil 16 des Zylinders 5 auf den
Kolbenkopf einwirkenden Druckes des- aus dem Verdampfer 4 kommenden Kältemitteldampfes
abwärts bewegt und die Zahnstange i g dementsprechend abwärts verschoben wird. Diese
Abwärtsbewegung der Zahnstange ig wird durch das 'Zahnrad 23 nicht behindert, weil
nun -dieses Zahnrad 23 durch den Kupplungshebel 28 aus dem Kupplungsteil 27 ausgerückt.
ist, indem dieser Kupplungshebel 28 beim vorangegangenen Aufwärtshub des Verdichterkolbens
7 durch den Steuerschlitz 31 der Zahnstange ig dementsprechend eingestellt'worden
ist, wie später noch näher erklärt wird. Dagegen wird bei dieser Abwärtsbewegung
der Zahnstange ig durch das Zahnrad 22 über die hierbei wirksame Mitnehmerkupplung
25 die Welle 24 in bezug auf Fig. i zum Uhrzeigerdrehsinn entgegengesetzt gedreht.
Dabei wird von der Welle 24 aus über die Zahnräder 50, 51, 53 und 54 die Welle 5s
des Elektromotors 44 mit entsprechender Drehzahl- gedreht, welche sich nach :der
Stärke des auf den Verdichterkolben 7 einwirkenden und ihn dementsprechend mehr
oder weniger schnell verschiebenden Druckes des Kälternitteldampfes richtet;-der
Motorstrom ist hierbei nicht eingeschaltet. Bevor nun -die Zahnstange ig ihre tiefste
Lage erreicht, gleitet der Schalterhebel'38 unter Anheben der Weiche 37 über die
am Ausbau 34 vorgesehene Schrägfläche 36, wobei er entgegen dem Einfluß seiner Feder
41 verschwenkt wird, so, daß der Quecksilberschalter 4o derart gekippt wird, daß
zwischen seinen zwei Polen Kontakt hergestellt und somit über die Leitungsdrähte
47, 48, 43, 45, 46 der Motorstromkreis geschlossen wird, so daß der bisherige mechanische
Antrieb des Motors 44 durch den elektrischen Antrieb abgelöst wird. Bei der Abwärtsbewegung
der Zahnstange i9 bewirkt, kurz bevor sie ihre tiefste Stellung erreicht, die schräge
Auflauffläche 33 des Steuerschlitzes 31 eine solche Verschwenkung des Kupplungshebels
28, daß das Zahnrad 23 in den Kupplungsteil 27 eingerückt wird und folglich mit
der vom Zwischenrad. 5 i aus über das Zahnrad 49 gedrehten Welle 26 Drehverbindung
erhält. Die nun dem @ Zahnrad 23 vom Elektromotor 44 aus gegebene Drehbewegung bewirkt
die Aufwärtsbewegung der Zahnstange i9, wobei das sich nun Beinentsprechend zur
früheren "Drehrichtung entgegengesetzt drehende Zahnrad 22 die Aufwärtsbewegung
der Zahnstange ig und somit des Verdichterkolbens 7 nicht behindert, weil jetzt
die Mitnehinerkupplung 25 wirkungslos ist, so daß das Zahnrad 22 sich auf der Welle
24 drehen kann. Bei der Aufwärtsbewegung des Verdichterkolbens 7 arbeitet derselbe
über das betreffende geöffnete Ventil 17 des Zylinders 5 auf den Verflüssiger i.
Die Zahn-Stange ig -wird dementsprechend aufwärts bewegt, wobei der Schalterhebel
38 über die nun z. B. durch eine Blattfeder in Schließlage gehaltene Weiche 37 hinweg
sowie über eine deren Verlängerung bildende Führungsbahn 37' (Fig. 6, 7) gleitet.
Der Schalterhebel 38 verläßt die letztere, wenn die Zahnstange i9 bei ihrer Aufwärtsbewegung
ungefähr den halben Hub zurückgelegt hat; jedoch kann der Schalterhebel 38 nicht
im Sinne des Einflusses seiner Feder 41 zurückschwingen, weil die Kraft des Magneten
42 durch den inzwischen infolge der Belastung angestiegenen Motorstrom groß genug
geworden ist, um den Schalterhebel 38 festzuhalten. Mit Beendigung des Druckhubes
des Verdichterkolbens 7 erreicht die Zahnstange i g ihre .oberste Lage, wobei der
Kupplungshebel 28
durch die Auflauffläche 32 des Steuerschlitzes
31 so v erschwenkt wird, daß das Zahnrad 23 aus dem Kupplungsteil 27 ausgerückt
wird und infolgedessen die Drehverbindung zwischen diesem Zahnrad 23 und der Welle
26 aufgehoben wird. Da in diesem Zeitpunkt der Motor entlastet wird, tritt ein augenblickliches
Absinken des Stromes ein, was zur Folge hat, daß demgemäß die Kraft des Magneten
42 nachläßt, wobei der Schalterhebel 38 durch seine Feder 41 vom Elektromagneten
42 weggezogen wird und der Quecksilberschalter 4o ausgeschaltet und folglich der
Motorstromkreis unterbrochen wird. Wenn der Druck im Verdampfer 4 jetzt noch genügend
groß ist, wird sich der beschriebene Vorgang wiederholen, wobei der Motor zunächst,
d.
h. bei der Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens 7, mechanischen, dagegen bei der
Aufwärtsbewegung, also beim Druckhub, ,elektrischen Antrieb hat.
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Während des erläuterten Betriebszustandes geht der Druck des Kältemitteldampfes
natürlicherweise zurück. Dabei zieht sich das unter seinem Einfluß stehende Federrohr
62 zusammen, und der Hilfshebel 59 wird demgemäß entgegen seiner Federbelastung
verschwenkt. Dieser Hilfshebel 59 ist vorher, d. h. nach dem Ver schwenken der Sperrstange
56 aus ihrer Wirkungslage, so verschwenkt worden, daß er durch seinen aufwärts ragenden
Arm die Sperrstange 56_ in wirkungsloser Stellung sichert. Beim Zurückschwingen
des Hilfshebels 59 in seine Ausgangsstellung schwenkt die Sperrstange 56 unter dem
Einfluß ihrer Zugfeder 58 wieder in ihre Wirkungslage zurück, um in der Folge die
Abwärtsbewegung der Zahnstange ig und somit des Verdichterkolbens 7 zu verhindern,
und zwar so lange, bis der Druck des Kältemitteldampfes so weit angestiegen ist,
daß das Federrohr 62 im erforderlichen Maß gestreckt wird, um seinen Kontakt 6o
mit dem festen Kontakt 61 in Berührung zu bringen, worauf der Elektromagnet 65 wiederum
erregt und die Sperrstange 56 aus ihrer Wirkungslage verschwenkt wird. Dadurch wird
der ganze weitere erklärte Vorgang ausgelöst.