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Gaskompressor, insbesondere Kälternaschinenkompressor Auf dem Gebiete
der Kälteerzeugung mittels Kompressionskältemaschinen für Haushaltkühlschränke sind
verschiedene Maschinensysteme bekannt. Im wesentlichen wird mit hin und her gehenden
und mit rotierenden Kolben'gearbeitet. In der letztenGruppe unterscheidet man zwischen
den Maschinen mit D,rehkolben, Rollkolben und Schwingkolben. Wenn man von den therrnischen
Qualitäten der beiden obengenannten bekanntesten Typen von Kaltdampfmaschinen absieht,'
so
bleiben nur noch die Unterschiede in der Fertigung dieser Maschinen. Die
Fertigung von Kompressoren mit Roll-, Dreh- oder Schwingkolben ist verhältnismäßig
schwierig, da die genaue Anpassung sehr großer Flächen selbst mit den modernsten
Bearbeitungsmaschinen gerade noch möglich ist. Der große Vorteil dieser Maschinen
ist es aber, daß sie aus nur wenigen Einzelteilen bestehen und die Beherrschung
der Massenkräfte auch bei höheren Umlaufzahlen keine Schwierig-Z> keit bietet. Im
Gegensatz dazu bieten die mit hin und her gehenden Kolben arbeitenden Kompressoren
für die Bearbeitung der Einzelteile weniger große Schwierigkeiten, der Nachteil
dieser Maschinenform ist aber' daß sie aus vielen Einzelheiten besteht und daß die
Beherrschun- der Massenkräfte bei höheren Umlaufzahlen, die wegen der Möglichkeit
der Verkleinerung aller Maschinenteile angestrebt werden, unter Umständen erhebliche
Schwierigkeiten bereitet.
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Eine Maschinenform, die die eben erwähnten Herstellungsschwierigkeiten
nicht besitzt und die auch die Anwendung höherer Umlaufzahlen ohne weiteres zuläßt,
ist derTurbokompressor. Dieser hat allerdings bisher nur für ganz große Kälteleistungen
Anwendung finden können, da die bisher bekannten Kältemittel kleinere Maschineneinheiten
nicht zulassen. Beim Turbokompressor hat man es nicht nur mit ausschließlich zentrisch
rotierenden Teilen zu tun, die also die Schwierigkeit
des Massenausl-,leichs
grundsätzlich vermeiden. sonde-n auch die zu Flächen erfordern nur 5nIclie Passun-en,
die sich ohne besondere Schwierigkeit 'hei der Fabrikation herstullen lassen.
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Es sind ferner schon Gaskompressoren be-
kannt, welche die Vorteile
des Kolben- und des Turbokompressors ohne deren besonderen Nachteile in sich vereini-en.
Dabei handelt es sieh um Gasl-zomprcsst#rei) mit einem Rotor, in welchem ein oder
i-neiii-t-i-u von der Achse weggerichtete, spiralförmige Kanäle vorgesehun sind,
die mit einer Speiseleitung für eine 1-lilfsil#iss:1"1,zeit und mit der Sau-leitun-
in Verbindun stehun und durch die bei der Rotation Pfropfen der Hilfsflüssigkeit
Komprimierung des Gases gefordert werden. Bei bekannten Einrichtun'- dieser Art
ist die SalLi-stelle des Rotors, in welche das an"es.-tit#,-te Gas und die Hilfsflüssi-keit
eintritt. so aus-ebil-C det, daß das Gas in jedem Zeitpunkte des Betriebes freien
Zutritt zur Ansai-i-stulle hat. Die Fol davon ist, daß die A.usbildung der Flüssigkei#S#)fropfen
völlig willilü#licli und
unre-eli-oä13i- ist. Durch die Erfindung wird dieser
Nachteil dadurch vermieden, daß die Eintrit-,söffnungun der Kanäle bei der Ro-)-tation
des Rotors abwechselnd dürSpeiseleitung für die Hilfsflüssigkeit und mit der Saugleitun-
in Verbindung stehen. Auf diese. Weise ist ein zeitlich getrennter Zutritt für die
Flüssigkeit und das Gas erzwun-en. Es gelingt daher bei der Erfindung einwandfrei,
die Ausbildung der Flüssigkehs- und Gaspfropfen von vornherein in ganz bestimmtere
jeweils -ewünschter Weise züi belnessun.
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Gemäß der wu#,eren Erfindung is- der nut den Kanälen versuhenu
Rotor in eine druckdichte KapsL#I eingebain, -einen Saugraum und einen Druckraum
besitzt, die voneinander durch eine in das Innere der Kaps,--1 eingebaute Dichtung-,
zum E#eiSpiul eine dichtende Scheibe, getrennt -sind. Auf diese Weise kommt man
zu einer Anordnung, bei welcher keinerlei Stoffbuchsen benötigt werden. Um die Wirkung
der Kompression zu erhöhen und um eine Kolbenflüssigkeit zu haben, die ge-enüber
dem eigentlichen Kältemittel und -e-enüber dem Bautnaterial der Maschine neutral
bleibt und mit dem Kältemittel keine Lösun- ein-cht, u-ählt man zweckmäßig Quecksilber.
Natürlich können
auch andere #-erliältiiisinäl,,ig schwere Flüssigkeiten verwendet
werden, die die- obengenannten Bedingungen erfüllen. Gemäß der weiteren Erfin dun
werden in dem Rotor des Gaskonipressors vorztigs,%#-eise in Form einer Spirale gewundene-
Rotorkanäle verwendet.- Diese Kanäle können beispielsweise die Form einer räumlichen
Spirale haben. Man kann die Rotorkanäle so ausbilden, daß sich ihr Querschnitt nach
der Austrittsöffwung hin vergrößert.
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fin Druckraum des Kompressors wird ein Sannnulrauin für die Hilfsflüssigkeit
vorgesehen, von wo aus diese Flüssigkeit in die Speiseleitung gelangt. In dieser
Speiseleitung kann nian vorzugsweise eine regelbare DTOS-selstelle anordnen. Bei
der praktischen Ausführung der '\Lischine wird man besondere treffen, um sicherzustellen,
daß gleich zu Beginn des Anlaßvorgangs Flüssigkeitskolben in die Rotorkanäle gelangen
können. Zu diesem Zweck- wird man vorzugsvcisu ein besonderes selbsttätiges Ventil
anordnen, das beint Stillstand der Maschine den Zulluß der Hilfsflüssigkeit zum
Rotor unterbindet. Das Ventil kann beispielsweise abhängig von der Fliehkraft oder
bei geeigneter Anordnung auch abhängig vom Strom der Hilfsphasenwicklung des den
Kompressor antreibenden Elektromotors betätigt werden. Weitere für die Erfindung
wesentlicheEinzelliehen sind bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
behandelt.
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In Fig. i ist ein Querschnitt durch einen elcktromotorisch angetriebenen
Gaskompressor gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 2 zuigt einen zugehörigen Schnitt
längs der Linie A-A. Fig. #3 zeigt eine Ansicht des Rotorkörpers. Mit i ist der
eigentliche Rotor bezeichnet. Beim Ausführungsbeispiel sind drei Rohre 2,
3, 4, die zu räumlichen Spiralen gebogen sind, nach Art einer mehrgängigen
Schnecke symmetrisch zueinander angeordnet und in die den Rotor bildende StabIscheibe
eingugossen. Diese die Spiralrohre enthaltende Scheibe bildet zugleich die 1)u##-e"liche
Trennwand zwischen der Saug-C und Druckseite des Svstems. Die Abdichtung der beiden
Räume kann ohne besondere Schwierigkeit mit einer im Maschinenbau lie##-'iljrteii
Kammdichtung 5 erfolgen. Diese Dichtun- braucht nicht absolut dicht zu sein,
es genu t, wenn i Undichtigkeit während des Betriebes im Verhältnis zur Verdichtungsarbeit
des Kompressors klein ist. Mit 6 ist eine Saugkanirner bezeichnet, an die
die Z>
S2-tuglcittl"97 angeschlossen ist. Diese Saugleitung steht mit dem
in der Figur nicht dargestellten Verdampfer der Kältemaschine in Verbindung. Der
Druckrauiyi des Kornpressors ist mit 8 bezeichnet. An diesen ist das zum
ebenfalls nicht dargestellten Kondensator führende Druckrohrg angeschlossen. Die
Sau-- und Druckwirkung wird in diesem Kompressor dadurch hervorgerufen, daß abwechselnd
Flüssigkeits- und Gaskolben in die spiralförtnig gebogenen Rohre2, 3, 4 gelan-"len.
Zur Zufuhr der hierfür benötigten Hilfsflüssigkch dient die Einlaufkammer io. Diese
steht
mit einer Speiseleitung 12 in Verbindung, welche an dem im unteren Teil des Druckraumes
8 befindlichen Sammelraum i i der Hilfsflüssigkeit angeschlossen ist. Während
des Betriebes wird die Hilfsflüssigkeit durch den vom Kompressor selbst erzeugten
Druck durch die Speiseleitung 12 in die Einlaufkammer io gedrück t und gelangt in
die Roiorkanäle. Beim Stillstand des Kompressors erfolgt der DTuckausgleich zwischen
Sammelraum und DTUckraum durch die Spiralrohre 2, 3, 4. Der rechte Teil des
Rotors i ist al s Lager ausgebildet. Mit 14 ist die Trennwand bezeichnet, welche
die Saugkammer 6 von der Einlaufkammer i o trennt. Zum Antrieb des Rotors
i dient ein direkt mit diesem Motor gekuppelter Elektromotor. Mit 16 ist die Motorwelle
bezeichnet. Diese ist bei 17 im Innern der Kapse12o gelagert. Mit 18 ist der Rutor
und mit ig der Stator des Elektromotors bezeichnet. Die Kapsel ist außen mit Kühlrippen2i
versehen, durch welche die im Innern frei werdende Abwärme an die umgebende Außenluft
abgeführt wird.
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Die Arbeitsweise der Maschine ist folgende: Wenn in eines der rotierenden
Spiralrohre ein Flüssigkeitspfropfen ganz bestimmter Größe eingeführt wird, dann
wird diesem durch den Antrieb eine ganz bestimmte Bewegungsenergie zugeführt, die
zur Folge hat, daß der Pfropfen mit großer Geschwindigkeit die Spirale verläßt.
Auf dem Wege vom Eintritt 13 bis zum Austritt schiebt der Flüssigkeitskolben das
im Rohr befindliche Gas vor sich her in den Druckraum 8. Wenn man die Zufuhr
der Flüssigkeitspfropfen so einrichtet, Jaß der zweite oder dritte Flüssigkeitspfropfen
bereits in das Spiralrohr eingetreten ist, noch bevor der erste Pfropfen die Spirale
verlassen hat, und wenn man ferner das Innere der Spirale ähnlich wie beim Turbokompressor
so ausbildet -, daß die Bewegungsenergie der Flielikälben in Druck umgesetzt wird,
dann ist der Gasraum zwischen zwei Flüssigkeitspfropfen vergleichbar mit dem Hubraum
eines gewöhnlichen Kolbenkompressors. Das an g esaugte' Gas tritt also verdichtet
in den Druckraum 8 über und trennt sich dort von der Kolbenflüssigkeit. Die
Flüssigkeit wird durch die Fliehkraft in den ringförmigen Kanal 22 geschleudert
und fließt in den unteren Sammelraum i i. D,a der Verschleiß an Hilfsflüssigkeit
beim Betrieb der Anordnung praktisch gleich Null ist, kann der Vorrat an Kolbenflüssigkeit
sehr klein gewählt werden.
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Es empfiehlt sich, die Kolbenflüssigkeit unter einem bestimmten Vordruck
in die Spirale einzuführen. Dieser Vordruck läßt sich mit Hilfe einer in der Speiseleitung
12 C
befindlichen Drosselstelle beliebig einstellen. Die Einlaufkanuner io
muß daher auch eng an dem umlaufenden Rotor anliegen, um den übertritt der Flüssigkeit
in den Saugraum 6 zu verhindern. Die Berührungsfläche der F-inlaufkammer
io mit dem Rotor, die Anzahl der Umdrehungen des Rotors, die Anzahl der Spiralen
und der Druck in der Einlaufkammer io sind bestimmend für die Anzahl und Größe der
Kolben im einzelnen Spir.alrohr-In Fig. i ist die Anordnung nur sehematisch bezeichnet.
Bei der praktischen Ausbildung der Anordnung sind noch besondere Vorrichtungen erforderlich,
um sicherzustellen, daß nach dem Stillstand der Maschine zwangsläufig sofort' die
für den Anlaßvorgang erforderliche Hilfsflüssigkeit zur Verfügung steht. Praktische
Ausführungsformen für solche zusätzlichen Einrichtungen sind in den Fig. 4 und
5 schematisch gezeichnet. In Fig. 4 ist ein Kompressor mit senkrecht stehender
Motorwelle dargestellt. Mit 31 ist der Motor, mit 32 der Kompressor
bezeichnet. 33 ist' die das Aggregat nach außen abschließende Kapsel. Die
Hilfsflüssigkeit wird aus den spiralig gewundenen Kanälen Z>
34 des Kompressors
in der Pfeilrichtung schräg nach oben geschleudert und gelangt in den Sammelbehälter
3 5, an den die Speiseleitung 36 angeschlossen ist, welche
zur Einlaufkammer37 führt. Mit 38 ist eine in der Speiseleitung befindliche,
vorzugsweise regelbare Drosselstelle bezeichnet. Der Zufluß der Hilfsflüssigkeit
zur Einlaufkammer37 wird bei dieser Anordnung beim Stillstand der Maschine durch
ein- Ventil39 unterbrochen, das in der aus def Figur ersicht. lichen Weise in Abhängigkeit
von der Fliehkraft betätigt wird.
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Beim Stillsetzen der Einrichtung schließt sich das Ventil39, so daß
die Hilfsflüssigkeit in dem hochgelegenen Sammelbehälter 35 gespeichert wird.
Beim Anlassen öffnet sich das Ventil, und der Zufluß der Flüssigkeit zur Einlaufkammer37
ist wieder 'freigegeben. Mit 40 ist die Saugleitung e» mit 4 1 die Druckleitung
der Kältemaschine bezeichnet. 42 ist ein in der Saugleitung angeordnetes Rückschlagventil.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem
ein waagerecht liegender Antriebsmotor 5 1 zum Antrieb des Kornpressors
52 dient. Mit 53 ist die Saugleitun-, mit 54 die Druckleitung für
das Kältemittel bezeichnet. In der Kapsel 55 des Aggregats ist oben ein Anlaufbehälter
56 vorgesehen, in dem während des Betriebes fortlaufend eine bestimmte Menge
der Hilfsflüssigkeit gespeichert wird. Die hier gespeicherte Flüssigkeitsmenge ist
begrenzt
durch die überlaufstelle 57. Sobald die Flüssigkeit
den Anlaufbehälter bis zu dem dargestellten Spie - gel füllt, fließt die
weitere nach oben geschleuderte Hilfsflüssi,-4,eit in den zweiten im unteren Teil
der Anordnung befindlichen Sammelbehälter 58. Von dort aus ,x -t die Hilfsflüssi-keit
durch dieSpeise-"elan #> C
leit'n- 59 über die Drosselstelle 6o und
ein elektroma 'giietisches Venti161 zur Einlaufkammer62. Das Venti161 wird in Abhängigkeit
vom Hilfsphasenstrom des antreibenden Elektromotors erre-t. Der obere Anlaufbehälter
56 ist durch eine Leitung 63 mit dem Venti161 verbunden. Sobald Strom
durch die Hilfsphase fließt, wird der Elektromagnet 64 des Ventils6i erregt und
bringt das Ventil in die dargestellte Lage, so daß die im Behälter 56 gespeicherte
Hilfsflüssigkeit durch die Leitung 63 zur Einlaufkammer 62 gelangt.
.Nach Beendigung des Anlaufvorgangs wird das Ventil 6 durch Federkraft nach
rechts verstellt, so daß der Zufluß der Hilfsflüssigkeit aus dem Behälter
58 durch die Leitung 59 zur Einlaufkammer 62 freigegeben und
ZD nun wieder der Anlaufbehälter 56 abgesperrt ist.