DE826137C

DE826137C - Compression refrigeration machine

Info

Publication number: DE826137C
Application number: DEG3818A
Authority: DE
Inventors: J Lowell Gibson
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1943-08-20
Filing date: 1950-09-28
Publication date: 1951-12-27

Description

Kompressionskältemaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompressionskältemaschine. Bei Kompressionskältemaschinen mußte man bisher den Antriebsmotor mit den Reguliereinrichtungen für das Motorkompressoraggregat so dimensionieren, daß er auch bei den höchsten vernünftigerweise zu erwartenden Ansaugdrücken noch zufriedenstellend arbeitete. Der Grund hierfür liegt darin, daß das vom Motor abzugebende Drehmoment bei einer Zunahme des Atrsaugdruckes wächst, da mehr Kälterriittel pro Umdrehung komprimiert wird. Der Ansaugdruck ist normalerweise gleich dem Druck in der unteren Seite des Verdampferkühlsy-stems, der sich mit der Temperatur des Verdampfers ändert. Mit der vorliegenden Erfindung hat ein Motorkompressoraggregat seine Spitzenleistung bei normalen Betriebsbedingungen. Die Erfindung besteht darin, daß ein in' der Ansaugleitung am Kompressoreinlaß eingebautes Ventil von der im Motor oder in dem gekapselten Motorkompressoraggregat herrschenden Temperatur reguliert wird, so daß das Ventil in der Ansaugleitung den Ansaugdruck drosselt oder seinen weiteren Anstieg verhindert, wenn die Temperatur des Motors oder des Aggregats sich einem für die Betriebssicherheit kritischen Höchstwert nähert.Compression refrigerating machine The invention relates to a compression refrigerating machine. In the case of compression refrigeration machines, you previously had to use the drive motor with the regulating devices dimension for the motor-compressor unit so that it can also be used with the highest reasonably expected suction pressures still worked satisfactorily. The reason for this is that the torque to be output by the motor at a Increase in suction pressure increases as more refrigerant is compressed per revolution will. The suction pressure is usually equal to the pressure in the lower side of the Evaporator cooling system that changes with the temperature of the evaporator. With According to the present invention, a motor compressor set is at its peak under normal operating conditions. The invention consists in that one in 'the suction line at the compressor inlet built-in valve from that in the engine or in the encapsulated Motor-compressor unit prevailing temperature is regulated, so that the valve throttles the suction pressure in the suction line or prevents it from increasing further, if the temperature of the engine or the unit is a factor for operational safety approaching critical maximum value.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die auf die- Zeichung Bezug nimmt, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung ist Fig. i eine schematische Darstellung einer Kältemaschine mit einem Schnitt durch das in die Ansaugleitung eingebaute thermostatisch regulierte Ventil, Fig.2 ein Schnitt durch ein Detail längs der Linie 2 in Fig. i. . In der Zeichnung ist ein Schnitt durch ein gekapseltes Motorkompressoraggregat 20 mit einem Kompressor 22 dargestellt, wobei der Anker 24 des elektrischen Antriebsmotors direkt mit der Welle des Kompressors gekuppelt ist und sein Stator 26 zur Abführung der Wärme mit dem metallenen Gehäuse 28 des gekapselten Aggregats verbunden ist. Der Kompressor 22 liefert Kältemittel durch die Leitung 30 in den Kondensator 32, wo das verdichtete Kältemittel unter Drücken verflüssigt wird, die von der Temperatur der Umgebuug abhängig sind. Ein Flüssigkeitsregulierventil 34, z. B. ein Expansionsventil oder ein Restriktor, reguliert den Ausfluß des verflüssigten Kältemittels, aus dem Kondensator 32. Durch dieses Flüssigkeitsregulierventil 34 gelangt das flüssige Kältemittel in den Verdampfer 36, der sich in einem Behälter 38 befindet, der das zu kühlende Medium enthält. Das flüssige Kältemittel verdampft im Verdampfer und kühlt das in dem Behälter 38 befindliche Medium, und das verdampfte Kältemittel wird durch die Ansaugleitung 40 in den Kompressor zurückgeleitet.Further features of the invention will become apparent from the following description, which refers to the drawing, in which a preferred embodiment of the invention is shown. In the drawing, FIG. 1 is a schematic representation of a refrigeration machine with a section through the thermostatically regulated valve built into the suction line, FIG. 2 is a section through a detail along the line 2 in FIG. . The drawing shows a section through an encapsulated motor compressor unit 20 with a compressor 22, the armature 24 of the electric drive motor being coupled directly to the shaft of the compressor and its stator 26 being connected to the metal housing 28 of the encapsulated unit to dissipate the heat . The compressor 22 supplies refrigerant through the line 30 into the condenser 32, where the compressed refrigerant is liquefied under pressures which are dependent on the temperature of the environment. A liquid regulating valve 34, e.g. B. an expansion valve or a restrictor, regulates the outflow of the liquefied refrigerant from the condenser 32. Through this liquid regulating valve 34 the liquid refrigerant reaches the evaporator 36, which is located in a container 38 which contains the medium to be cooled. The liquid refrigerant evaporates in the evaporator and cools the medium located in the container 38, and the evaporated refrigerant is returned to the compressor through the suction line 40.

Wird der Kondensator von Luft gekühlt, so ändert sich der Druck im Kondensator mit- der Temperatur der Kühlluft. Wird der Kondensator mit Wasser gekühlt, so ändert sich die Kondensatortemperatur mit der Temperatur des zugeführten Wassers. Diese Temperaturschwankungen wirken sich dahin aus, daß -bei einem Temperaturanstieg die Belastung des gekapselten Aggregats ansteigt, aber diese Temperatur- und Belastungsschwankung ist gering im Verhältnis zur Temperaturänderung des Verdampfers 36 und die Schwankungen in der Belastung, die durch diese hervorgerufen werden. Der Grund dafür liegt darin, daß bei gewöhnlichen Betriebsbedingungen Druck und Temperatur des Verdampfers 36 erheblich unter der Raumtemperatur liegen. Sie kann z. B. etwa bei -i8° C liegen, was einem Verdampferdruck von o,63 kg/cm2 entspricht. Wird die Maschine für längere Zeit abgestellt, so steigt die Verdampfertemperatur etwa auf Raumtemperatur, die bei 30 bis 32° C liegen kann, was einem Verdampferdruck von 6,5 bis 7 kg/cm2 entspricht. Wenn man das verdampfte Kältemittel direkt vom Verdampfer in den Kompressor läßt, muß der Kompressormotor so groß und stark dimensioniert sein, daß er auch bei einem Ansaugdruck von 7 kg/cm2 arbeitet, während er sonst normalerweise bei einem Ansaugdruck von o,63 kg/cm2 läuft.If the condenser is cooled by air, the pressure in the condenser changes with the temperature of the cooling air. If the condenser is cooled with water, the condenser temperature changes with the temperature of the water supplied. The effect of these temperature fluctuations is that when the temperature rises, the load on the encapsulated unit increases, but this temperature and load fluctuation is small in relation to the temperature change of the evaporator 36 and the fluctuations in the load caused by them. The reason for this is that, under normal operating conditions, the pressure and temperature of the evaporator 36 are considerably below room temperature. You can z. B. about -i8 ° C, which corresponds to an evaporator pressure of 0.63 kg / cm2. If the machine is switched off for a longer period of time, the evaporator temperature rises to around room temperature, which can be between 30 and 32 ° C, which corresponds to an evaporator pressure of 6.5 to 7 kg / cm2. If the evaporated refrigerant is allowed to enter the compressor directly from the evaporator, the compressor motor must be so large and powerfully dimensioned that it also works at a suction pressure of 7 kg / cm2, while otherwise it normally works at a suction pressure of 0.63 kg / cm2 runs.

Ein Nlotorkompressoraggregat für eine gewisse Kälteleistung und für einen normalen Ansaugdruck von o,63 kg/cm2, das aber auch so konstruiert ist, daß es beim Anlaufen mit einem Ansaugdruck von 7 kg/cm2 fertig wird, muß einen sehr großen und starken Antriebsmotor für den Kompressor erhalten, damit das Aggregat anlaufen kann, wenn es so lange gestanden hat, daß der Verdampfer Raumtemperatur angenommen hat. Andererseits braucht man, um die Kälteleistung zu erzielen, die für normale Betriebsbedingungen bei o,63 kg/cm2 Ansaugdruck erforderlich ist, einen großen Kompressor, denn die Dichte des in den Kompressor eingesaugten Kältemittels ist gering. Diese Faktoren machen einen großen Kompressor und einen noch größeren Antriebsmotor erforderlich, wodurch die Kosten für ein NIotorkompressoraggregat im Verhältnis zu der verlangten normalen Leistung des --\-fotorkompressoraggregats sehr hoch werden.A Nlotorkompressoraggregat for a certain cooling capacity and for a normal suction pressure of 0.63 kg / cm2, which is also designed so that it has to cope with a suction pressure of 7 kg / cm2 when starting up, a must large and powerful drive motor for the compressor received so that the unit can start if it has been standing so long that the evaporator is room temperature has accepted. On the other hand, in order to achieve the cooling capacity, you need the for normal operating conditions at 0.63 kg / cm2 suction pressure is required, a large compressor, because the density of the refrigerant sucked into the compressor is low. These factors make a great compressor and an even bigger one Drive motor required, reducing the cost of a motor compressor unit in relation to the required normal output of the - \ - photocompressor unit become very high.

Es ist bekannt, daß Elektromotoren sehr hoch überlastet werden können, wenn sie kalt sind. Aber unter normalen Betriebsbedingungen muß ihre Belastung in Grenzen gehalten werden, damit sie nicht zu warm werden, weil die Isolation der Wicklungen leicht durchbrennt. wenn die Temperatur eine gewisse Sicherheitsgrenze überschreitet. Die vorliegende Erfindung macht sich diese Eigenschaft zunutze. Wenn die Kältemaschine für eine gewisse Zeit gestanden hat, ist das gekapselte Motorkompressoraggregat auf Raumtemperatur abgekühlt. Das gestattet, den Motor beim Anlassen stark zu überlasten. Durch diese starke Überlastung aber wird der Motor sehr schnell warm, und die Belastung muß ziemlich schnell wieder vermindert werden, wenn die Temperatur des Motors steigt.It is known that electric motors can be very heavily overloaded, when they are cold. But under normal operating conditions their load must be in Boundaries are kept so that they do not get too warm because of the isolation of the Windings easily burns out. when the temperature is a certain safety limit exceeds. The present invention takes advantage of this property. if the refrigeration machine has stood still for a certain time, is the encapsulated motor-compressor unit cooled to room temperature. This allows the engine to be heavily overloaded when starting. Due to this heavy overload, however, the engine warms up very quickly, and so does the load must be decreased again fairly quickly as the temperature of the engine rises.

Damit der Kompressorantriebsmotor und das Motorkompressoraggregat bei dem höchsten Ansaugdruck und höchster Belastung arbeitet, ohne die zulässige Temperatur zu überschreiten, ist in der Ansaugleitung ein Drosselventil 42 vorgesehen. Dieses besitzt ein Anschlußstück 44, an (lern die Ansaugleitung 4o angeschlossen wird. und einen Auslaßstutzen 46, mit dem der zweite Teil 48 der Ansaugleitung, der zum Einlaß 5o des Kompressors 22 führt, verbunden wird. Das Ventil 42 evird von der Temperatur eines Wärmefühlers 52 reguliert, der direkt an der Außenseite des Gehäuses 28 des gekapselten Aggregats 20 gleich neben dem Stator 26 des Kompressorantriebsmotors mit einer Klemme 54 befestigt ist. Durch die Anbringung des Wärmefühlers 52 an dieser Stelle kann die vom Motor erzeugte Wärme leicht vom Stator 26 durch die metallenen Wände des Gehäuses 28 an den Wärmefühler 52 fließen.So that the compressor drive motor and the motor-compressor unit works at the highest suction pressure and highest load, without the permissible To exceed the temperature, a throttle valve 42 is provided in the intake line. This has a connection piece 44 to (learn the suction line 4o connected will. and an outlet connection 46, with which the second part 48 of the suction line, which leads to the inlet 5o of the compressor 22, is connected. The valve 42 evird regulated by the temperature of a heat sensor 52, which is located directly on the outside of the housing 28 of the encapsulated unit 20 right next to the stator 26 of the compressor drive motor is attached with a clamp 54. By attaching the heat sensor 52 to this In place, the heat generated by the motor can easily be removed from the stator 26 through the metal Walls of the housing 28 to the heat sensor 52 flow.

Wenn sich der Kompressorantriebsmotor und damit das gekapselte Aggregat erwärmt und ihre Temperatur bis nahe an die zulässige Grenze steigt. schließt der Wärmefühler 52 allmählich das Ventil 42, wodurch allmählich der Druck in dem Teil 48 der Ansaugleitung, die den Finlaß 5o des Kompressors 22 versorgt, vermindert wird. Auf diese Weise wird der Ansaugdruck des Kompressors reduziert, wenn sich die Temperatur im Antriebsmotor des Kompressors erhöht, und es wird verhindert, daß die Temperatur des Motors den zulässigen Wert überschreitet. Wenn die höchstzulässige Temperatur erreicht ist, schließt sich das Ventil ganz.When the compressor drive motor and thus the encapsulated unit heated and their temperature rises to close to the permissible limit. concludes the Heat sensor 52 gradually closes the valve 42, gradually reducing the pressure in the part 48 of the suction line which supplies the outlet 5o of the compressor 22 is reduced will. In this way the suction pressure of the compressor is reduced when the temperature in the drive motor of the compressor increases, and it will prevents the temperature of the motor from exceeding the permissible value. if the maximum permissible temperature is reached, the valve closes completely.

Der Wärmefühler und das Ventil können auf verschiedenste Weise ausgebildet sein und nach verschiedenen Prinzipien funktionieren, um diese Aufgabe zu erfüllen, während in der Zeichung nur eine der möglichen Formen und Konstruktionen dargestellt ist, die man verwenden kann. Das Hauptventilgehäuse 6o enthält eine feste Manschette 62, die zwischen einem Ring 64 mit Speichen und dem Boden der Ventilkammer 66 fest in ihrer Lage gehalten wird.The heat sensor and the valve can be designed in the most varied of ways be and function according to different principles in order to accomplish this task, while only one of the possible shapes and constructions is shown in the drawing is that one can use. The main valve housing 6o contains a fixed sleeve 62, which is fixed between a ring 64 with spokes and the bottom of the valve chamber 66 is held in place.

Der mit Speichen versehene Ring 64 trägt ein nachstellbares \%'iderlager 68 für eine konische Spiralfeder 70, mit dem die Spannung dieser Feder verändert «-erden kann, die sich an ihrem anderen Ende auf eine Platte 72 abstützt. Diese Platte 72 steht unter Wirkung eines Balgens 84, der sich in der Balgenkammer des Ventilgehäuses 6o unter der `entilkammer 66 befindet. Mit der Platte 72 ist eine bewegliche Manschette74 verbunden, die genau in die feste Manschette 62 paßt. In den beiden \lanschetten 62 und 74 befinden sich Schlitze 76 und 77. die genau übereinartderliegen, wenn der Wärmefühler 52 Raumtemperatur hat. Wenn diese Schlitze genau übereinanderliegen, kann das verdampfte Kältemittel urgedrosselt durch den Einlaß 44, das konische Sieb 8o, durch die Schlitze 76 und 77 und den Auslaß 46 in die Ansaugleitung 48 an den Einlaß 5o des Kompressors gelangen.The ring 64, which is provided with spokes, has an adjustable bearing 68 for a conical spiral spring 70, with which the tension of this spring is changed «- can earth, which is supported at its other end on a plate 72. These Plate 72 is under the action of a bellows 84, which is located in the bellows chamber of the Valve housing 6o is located under the valve chamber 66. With the plate 72 is a movable cuff 74 connected, which fits snugly into the fixed cuff 62. In the two cuffs 62 and 74 have slots 76 and 77 which are exactly on top of each other, when the heat sensor 52 is at room temperature. When these slots are exactly on top of each other, the evaporated refrigerant can be throttled through the inlet 44, the conical strainer 8o, through the slots 76 and 77 and the outlet 46 into the suction line 48 to the Get inlet 5o of the compressor.

Das Innere des Balgens 84 ist durch eine Kapillarröhre 82 mit dem Wärmefühler 52 verbunden. Der Balgen 84, die Kapillarröhre 82 und der Wärmefühler 52 sind mit einer sich bei Erwärmung stark ausdehnenden Flüssigkeit gefüllt. Die Menge der eingefüllten Flüssigkeit im Verhältnis zu dem vorhandenen Volumen bestimmt die Temperatur, bei der das Ventil beginnt, das Kältemittel in der Ansaugleitung zu drosseln. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit und das Volumen des Wärmefühlers 52 im Verhältnis zu dem Volumen des Balgens 84 bestimmen die Temperatur und die Geschwindigkeit, mit der sich das Ventil schließt. Bei einer Steigerung der Temperatur des gekapselten Aggregats 2o und besonders des Stators 26 des Elektromotors, der die isolierten Wicklungen enthält, dehnt sich der Balgen 84 aus. Durch die Ausdehnung des Balgens 84 werden die Platte 72 und die Manschette 7.4 anso claß die Schlitze 77 in der Manschette 74 sich allmählich so verschieben, daß sie nicht mehr über den Schlitzen 76 der äußeren Manschette 62 liegen. Dadurch wird das aus der Ansaugleitung 40 in die Leitung 48 fließende Kälternittel allmählich gedrosselt und damit der Ansaugdruck am Einlaß 5o des Kompressors 22 in Abhängigkeit von der Temperatur des Stators 26 und des gekapselten Aggregats 20 vermindert. Die Temperatur, bei der dieses geschieht, richtet sich nach den Wärmewiderstandseigenschaften der elektrischen Isolation der Motorwicklungen. Wenn das Aggregat nicht in Betrieb ist, haben alle Teile im wesentlichen Raumtemperatur, und das Ventil 42 in der Ansaugleitung ist vollständig geöffnet und läßt damit den vollen Druck des in dem Verdampfer verdampften Kältemittels auf den Einlaß 50 des Kompressors 22 wirken. Da der Motor 2o kalt ist, kann er eine große Überlastung beim Anlassen vertragen und ermöglicht so dem gekapselten Aggregat, das Kältemittel schnell zu verdichten. Dadurch werden der Stator 26 und das gekapselte Aggregat 20 schnell warm. Diese Temperatursteigerung verursacht eine Erwärmung des Wärmefühlers 52, und die Temperatursteigerung des wärmempfindlichen Systems läßt das Ventil 42 den Zufluß von Kältemittel an den Einlaß 5o des Kompressors allmählich drosseln. Die Abhängigkeit der Öffnung des Ventils 42 von der Temperatur des Stators 26 und des gekapselten Aggregats 2o wird so geregelt, daß der Druck des Kältemittels am Kompressoreinlaß'5o nur gerade so weit herabgesetzt wird, daß die Temperatur im 'Motor nicht über die zulässige Grenze steigt.The interior of the bellows 84 is connected to the heat sensor 52 through a capillary tube 82. The bellows 84, the capillary tube 82 and the heat sensor 52 are filled with a liquid which expands greatly when heated. The amount of liquid filled in in relation to the available volume determines the temperature at which the valve begins to throttle the refrigerant in the suction line. The coefficient of thermal expansion of the liquid and the volume of the heat sensor 52 relative to the volume of the bellows 84 determine the temperature and the rate at which the valve closes. When the temperature of the encapsulated unit 2o and in particular of the stator 26 of the electric motor, which contains the insulated windings, increases, the bellows 84 expands. As a result of the expansion of the bellows 84, the plate 72 and the cuff 7.4 anso claß the slots 77 in the cuff 74 gradually shift so that they no longer lie over the slots 76 of the outer cuff 62. As a result, the refrigerant flowing from the suction line 40 into the line 48 is gradually throttled and the suction pressure at the inlet 50 of the compressor 22 is reduced as a function of the temperature of the stator 26 and the encapsulated unit 20. The temperature at which this happens depends on the thermal resistance properties of the electrical insulation of the motor windings. When the unit is not in operation, all parts are essentially room temperature, and the valve 42 in the suction line is fully open and thus allows the full pressure of the refrigerant evaporated in the evaporator to act on the inlet 50 of the compressor 22. Since the engine is 2o cold, it can withstand a major overload when starting and thus enables the encapsulated unit to compress the refrigerant quickly. As a result, the stator 26 and the encapsulated unit 20 warm up quickly. This increase in temperature causes the heat sensor 52 to heat up, and the increase in temperature of the heat-sensitive system causes the valve 42 to gradually throttle the flow of refrigerant to the inlet 50 of the compressor. The dependence of the opening of the valve 42 on the temperature of the stator 26 and the encapsulated unit 2o is regulated so that the pressure of the refrigerant at the compressor inlet'5o is reduced just enough that the temperature in the 'engine does not rise above the permissible limit .

Es ist noch zu bemerken, daß die Kältemaschine je nach den an die Kälteleistung zu stellenden Anforderungen zusätzlich zu dieser thermostatisch regulierten Ansaugdrosselung auch mit einem thermostatischen Regulierschalter zum Anlassen und Abstellen des Kompressorantriebsmotors ausgerüstet sein kann. Außerdem kann noch ein Überspannungsschutz vorgesehen sein, der den Motor vor Überlastungen schützt, die durch Betriebsbedingungen hervorgerufen werden, die nicht auf einen zu hohen Ansaugdruck zurückzuführen sind. Wenn auch die Erfindung hier in ihrer Anwendung auf ein gekapseltes Motorkompressoraggregat beschrieben und dargestellt ist, so kann sie doch natürlich auch bei Kältemaschinen angewendet werden, bei denen Motor und Kompressor getrennt voneinander in getrennten Gehäusen eingebaut sind.It should also be noted that the refrigeration machine depends on the Cooling capacity to be placed in addition to this thermostatically regulated requirements Intake throttling also with a thermostatic control switch for starting and Shutting down the compressor drive engine can be equipped. In addition, can still overvoltage protection must be provided to protect the motor from overloads, caused by operating conditions that are not too high Suction pressure. Even if the invention is applied here is described and shown on an encapsulated motor-compressor unit, so it can of course also be used in refrigeration machines with motors and compressor are installed separately from each other in separate housings.

Claims

PATENT CLAIMS: t. Compression refrigeration machine, characterized in that when the electric motor (24, 26) is in operation, the suction pressure at the compressor inlet (5o) is automatically regulated as a function of the temperature of the electric motor (26).

2. Compression refrigeration machine with a refrigerant circuit through a condenser and an evaporator in which an encapsulated 3iotorkotnpressoraggregat evaporates Sucked refrigerant from the evaporator and compressed refrigerant to the condenser supplies, characterized by one dependent on the temperature of the motor compressor (2o) Throttle valve (42) through which the from the compressor (22) from the evaporator (36) The extracted refrigerant quantities are regulated and throttled when the motor compressor (2o) has reached a certain temperature.

3. Compression refrigeration machine according to claim 2, characterized in that the throttle valve (42) controls the quantities of refrigerant vapor which be sucked out of the evaporator, throttles more and more when the temperature increases of the encapsulated unit (2o) approaches the specified safety temperature limit.

4. Compression refrigeration machine according to one of claims 2 or 3, characterized in that daf! on the motor (26) a heat sensor (52) is attached, which with a bellows (84) is connected, which in turn acts on a throttle valve (62, 74).