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Kolbenverdichter für Kältemaschinen Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter
mit einseitig wirkendem Kolben für Kältemaschinen. Es handelt sich hier also um
Kompressionskältemasc'h.inen, bei denen das dampfförmige Kältemittel verdichtet
und unter Druck gesetzt wird, dann in einem Kondensator unter Wärmeentzug verflüssigt
wird und, danach über ein Reduzierventil zu einem Verdampfer geleitet wird, wo das
flüssige Kältemittel unter Wärmeaufnahme (Kälteleistung) dampfförmig wird und zum
Verdichter zurückströmt, um schließlich von neuem verdichtet und- unter Druck gesetzt
zu werden.
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Erfindungsgemäß wird, der Verdichter für derartige Kältemaschinen
dadurch verbessert, daß der Kolben. auf seinem Druckhub mittels einer einseitig
wirkenden Vorrichtung betätigt wird, die bei dem Rückgang des Kolbens keine Wirkung
auf ihn auszuüben vermag, während der Rückgang = Sauge hub des Kolbens durch den
Differenzdruck des Kältemittels in dem Verdampfer der Kältemaschine gegenüber der
Atmosphäre bewirkt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung
der Anlage, da dieser Differenzdruck des Kälte.-mittels dazu benutzt werden kann.,
um die Temperatur zu regeln. Dies rührt daher, daß bei den Kältemitteln im Sättigungsbereich
Druck und Temperatur in Abhängigkeit voneinander stehen. Es ist auf dies: Weise
möglich, einen besonderen Temperaturregler mit allen seinen Nachteilen völlig zu
vermeiden. Um den Temperatur ereich weiter auszudehnen, kann es von Vorteil sein,
den: Druck der natürlichen Atmosphäre ,durch einen Unterdruck zu -ersetzen, die
leicht mit einfachen Mitteln ä -sc'haffen:werden kann.
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Vorzugsweise erfolgt gemäß der Erfindung der Rückgang des Kolbens
entgegen der Wirkung einer Fuder. A uf diese Weise wird die einseitig wirkende Vorrichtung
zum Betätigendes Kolbens stets in Berührung mit ihm gehalten. Dadurch wird erreicht,
daß der Druck des in den Hubraum des Arbeitszylinders
des Kolbens
selbsttätig einströmenden Kältemittels nur so weit absinken, kann, wie es die ihm
entgegenwirkende Federkraft zuläßt. Die untere Druckgrenze des einströmenden. Kältemittels
wird also selbsttätig geregelt. Es empfiehlt sich hierbei, die Spannung der Feder
einstellbar vorzusehen, so daß es auf diese Weise möglich ist, auf einfache Art
die untere Druckgrenze des in den Arbeitszylinder Kältemittels und damit auch seineTemperatur
ein1zustellen. Als obere Grenze ergibt sich etwa der Dampfdruck im Verdampfer unter
Umgebungstemperatur. `Fenn beispielsweise Chlormethyl als Kältemittel benutzt wird,
ergibt sich für Z ata Verdampferdruck eine theoretische Verdampfertemp;ratur von
minus 2r°.
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Bei dieser Temperatur also drückt das Kältemittel gerade noch automatisch
aus .dem Verdampfer in den: Hubraum des Verdichterzylinders zurück. Durch Verstärken
dier Federspannung kann die- Verdampfertemperatur beliebig eingestellt werden, ohne
#daß weitere Temperaturregler notwerndig sind.
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Bei senkrecht arbeitendem Kolben ist die Spannung der Feder im oberen
Totpunkt des Kolbens vorzugsweise mindestens gleich dem Gewicht der Teile, die mit
dem Kolben bei Lösen der einseitig wirkenden Betätigungsvorrichtung in Wirkungsverbindung
bleiben. Auf dieseWeise wird sichergestellt, saß das Gewicht #dies@er Teile nicht
die selbsttätige. Regelung der Kältemaschine ungünstigt beeinflussen kann.
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Eine besonders einfache Ausführung der Erfindungergibt sich dadurch,
saß der Kolben: als ringsherum eingespannte Membran, ausgebildet ist. Durch die
Erfindung ergeben sich für den Ilembranantrieb Verbesserungen von entscheidender
Bedeutung.
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Durch die Erfindung wird erreicht, saß die Membran in beiden Richtungen
durch Druck betätigt wird, indem während des Druckhubes die Betätigungsvorrichtung
auf die Membran wirkt, während bei dein Rückgang die Membran durch den Differenzdruck
des Kältemittels aus dein Verdampfer gegenüber der Atmosphäre zurückbewegt wird.
Auf diese Weise Bann die :dembran in beiden Bewegungsric'litungen ohne zusätzliche
Komplikationen und Einschränkungen bewegt werden, ohne diaß die Membran fest mit
ihrer Betätigungsvorrichtung verbunden zu werden braucht.
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Wenn es grundsätzlich auch möglich ist, andere 6Verkstoffe, beispielsweise
Metall, für die Membran zu benutzen, ergibt sich eine besonders günstige Ausführung
d@:s @rfindungsg°danl@ens dadurch, saß die Membran aus Gummi oder einem gummiähnlichen
Stoff li@ergestellt ist.
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Man erreicht auf diese Weise den Vorteil, saß der Hub der Membran
#er'holit, d:ie Hul-#z-alil bei gleicher Leistung also vermindert werden kann. Es
hat sich g°zei-t. saß eirnederartige aus Gummi oder aus gurnmiälin.licl.ern Stoff
hergestellte ,Membran unter den bei einer Kältemaschine vorliegenden . B,-absolut
betriebssicherzuarbeiten vermag. Mit d.°r Verwendung einer _XIembran, gleichgültig
aus welchem Stoff sie -auch hergestellt sein rnag, ergibt sich als wesentlicher
Vorteil, daß die Kältemaschine praktisch unter allen Betriebsbedingungen dicht ist,
also ein Austreten von Kältemitteln nicht befürchtet zu werden braucht.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Membran liegt in dem Wegfall
von Schmiermitteln, die bei einem Kolben üblicher Bauart vorgesehen sein müssen.
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NVenn die Membran aus Gummi oder einem gummiähnlichen Stoff hergestellt
ist, kann es zweckmäßig sein, sie mit Gewebeeinlagen oder mit einer Gewebeeinlage
zu versehen.
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Falls diese Membran aus Gummi hergestellt ist, wird es sieh auch im
allgemeinen empfehlen, sie an der Einspanustelle mit einer Verstärkung zu versehen,
wobei vorzugsweise die Verstärkung einseitig auf derjenigen Seite angeordnet ist,
nach der hin die Membran ihre Arbeitsbewegung ausführt.
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Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Membran erhöht, die Beanspruchungen
an der Einspannstelle vermindert und eine Verletzung der Membran am Zylinderrand
vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung empfiehlt es sich außerdem, die Betätigungsvorrichtung
auf die- Membran. über eine Platte ein.w irken zu lassen, deren Fläche nur wenig
geringer ist als die Arbeitsfläche der Membran, um so die Membran gegen stellenweise
Gherbelastung zu schützen und um eine weitgehende Druckentlastung zu erzielen,.
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Während, die eine Seite dieser Platte also auf die Membran. wirkt,
stützt sich zweckmäßigerweise gegen ihre andere Seite die Feder ab, entgegen deren
Wirkung der Rückgang der Membran erfolgt und deren Spannung einstellbar ist, um
den Druck des Kältemittels festzulegen, bei dem es dien Rückgang der Membran bewirkt,
und um damit die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer einzustel1en.
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Die einseitig wirkende Vorrichtung zum Betätigen des Kolbens bzw.
der Membran kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden.
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Bei ,einer Ausführungsform der Erfindung besteht d:ie Vorrichtung
zum einseitigen Betätigen des Kolbens aus einem umlaufenden Nocken.
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Zweckmäßige rweis-e wird dieser Nocken, durch einen Elektromotor mit
kleiner Leerlaufleistung angetrieben. Falls es sich um einen Universal- oder Gleichstrommotor
handelt, wird sich ein Nebenschluß,motorempfehlen, während allgemeine Reihenschlußmotoren
wegen ihrer bei Leerlauf stark ansteigenden. Drehzahl nicht in Betracht genommen
werden dürften. Wenn also der Druck in dem Verdampfer so weit abgesunken ist, saß
er nicht mehr den Kolben bzw. die Membran entgegen .der Wirkung der Regelfeder in
die untere Totst-ellung zurückzubewegen vermag, bleibt der Kolben bzw. die Membran
außerhalb des Wirkungsb°reiches des umlaufenden Nockens, so saß der zu seinem Antrieb
vorgesehene El-eiktromotor im Leerlauf läuft und seine Leistungsaufnahme demgemäß
nur
gering ist. Sobald jedoch der Druck in dem Verdampfer die durch die Reggelfeder
bestimmte Höhe erreicht hat, wird der Kolben bzw. die Membran in die untere Totstellun:g
zurückbewegt, ivoraufihin der Nocken den) Kolben bzw. die Membran derart betätigt,
daß der Kolben bzw. die Membran in .die obere Totstellung bewegt und damit der Druckhub
ausgeübt wird. Die Leistun.gsaufnähme des Antriebsmotors für den. @,Tocken steigt
demensprechend an. Das Spiel wiederholt sich so lange, bis durch Abfall des Druckes
im Verdampfer der Kolben bzw. die Membran wieder in der oberen Totstellung stehenbleibt.
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Besonders günstige Vermältniss,e für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens
ergeben sich dann dadurch, daß der Kolben durch einen Elektromagnet derart betätigt
wird, daß der Druckhub des Kolbents durch die Erregung deis Magneten bewirkt wird,
dessen Strom in der oberen Totstellung des Kolbens ausgeschaltet und in seiner unteren
Stellung einbeschaltet wird.
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Hierbei sind die Begriffe in der oberen Totstellung und in der unteren
Totstellung so zu verstehen:, d;aß die Schaltung in der Nähe dieser Totpunkte vorzunehmen
ist.
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Beim Erfindungsgegenstand wird also der Kolben und; insbesondere die
Membran entgegen der Art der üblichen Magnetverdichter für Kältemaschinen betätigt,
bei denen das Kältemittel durch Erregung des Elektromagneten entgegen der Wirkung
von Federn angesaugt wird, die dann wiederum den Druck- oder Förderhub bewirken.
" Der Erfindungsbeb nistand kann hierbei auch mit großem Erfolg dadurch ausgeführt
«,-erden, daß der Elektromagnet als Universalmagnet für Gleich-und Wechselstrom
Verwendung finden bann. Der Magnet kann aber auch als Gleichstrommagnet, der in
der Herstellung besonders billig ist, ausgeführt sein, dem für den Betrieb an einer
Wechselspannung ein Gleichrichter vorgeschaltet wird, was angesichts der zahlreichen
anderen Vorteile der Erfindung nicht als wesentlicher Mangel bezeichnet werden kann.
Andererseits kann der Magnet als Wechselstrom.magnet oder unter Umständen sogar
als Drehstrommagnet ausgeführt sein, wobei besonders ausgebildete Wicklungen, die
auch umschaltbar sein können, vorgesehen sind, um das Arbeiten unter Gleichspannung
mit etwa gleichen Anzugskraft- und Leistungs,aufna'hmec'harakteristiken zu gewährleisten.
Es kann sich in diesem Zusammenhang auch die Gummimembran nützlich erweisen, die
einen verhältnismäßig großen Hub gestattet, was für die Betätigung dies Schalters
zum Ein- und Ausschalten des Stromes für den Elektrotnagneten von Bedeutung sein
kann.
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Im allgemeinen wird es .sich empfehlen, den Anker des Elektromagneten
auf den Kolben oder die Membran einwirken zu lassen.
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Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter
Darstellung. Es zeigt Fig. i ein Schaltschemia eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Memb.ranverdichters mit einem Schema der dazugehörigen Kälteanlage, Fig. 2 den Membranverdichter
der Ausführungsform der Fig. i in. vergrößertem Maßstab mit einigen genauer dargestellten
Einzelheiten; Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Verdichters.
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Der Elektromagnet i, dessen äußerer Mantel zwecks besserer Wärmeableitung
mit Kühlrippen versehen ist, ist in der Mitte seines Kernes mit einer Bohrung 2
versehen. In dieser Bohrung ist eine Achse oder Stange 3 beweglich gelagert, die
am unteren Ende einen Magnetanker q. und am oberen Ende eine Druckplatte 5 trägt
und die vorzugsiveise aus nichtmagnetiseliem Material besteht. Mit 6 ist die Wicklung
des Elektromagneten bezeichnet.
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Oberhalb des. Magnetgehäuses i ist eine Ventilplatte 7 mit einem Einlaßventil
8 und einem Druck-Oder Auslaßventil9 vorgesehen. An der Ventilplatte 7 ist zwecks
Bildung eines Arbeitsraumes io eine Gummimembran i i ringsherum fest eingespannt.
Zwischen; der Druckplatte 5 und dem Magnetgehäuse i ist eine. Regelfeder 12 angeordnet,
deren Spannung auf nicht dargestellte Weise einstellbar ist und deren geringste
Spannung in der oberen Lag der Membran io, bei der sie sich gegen die untere Fläche
der Ventilplatte 7 legt, so groß ist, d@aß sie mindestens etwa dem Gewicht der Stange
3, der Druckplatte 5 und des Ankers q. das Gleichgewicht hält. In der Nähe des Magnetankers
sitzt am Magnetgeihäuse ein Schalter, beispielsweise ein Ouecksilberschalter 13,
der mit dem Magnetanker durch einen Hebel 14 verbunden ist. Bei Erregung
der Wicklungen 6 der Magnetspule werden der Anker .I und damit die Druckplatte 5
nach oben bewegt. Die Membran io drückt damit das gasförmige Kältemittel über eine
Leitung 15 zu einem Kondensator 16, von: ,#vo es nach Wärmeabgabe auf an sich bekannte
Weise zu einem Reduzierven.til 17 g ge elangt. Von dort gelangt e s zu einem Verdampfer
18 und strömt nach Wärmeaufnahme über eine Leitung i9 und das Einlaßventil i8 zum
Arbeitsraum der Membran, die im Ausführungsbeispiel aus Gummi hergestellt ist, zurück.
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Bei angezogenem Anker, also in d°_r oberen Totstellung der Druckplatte
5 und der Membran io, wird der Ouecksil:berschalter 13 ausgeschaltet. Damit verschwindet
das -.%Iagnetfel:d, und der Magnetanker würde in die Ausgangsstellung zurückfallen,
wenn nicht die Feder dieses verhindern würde. Der Magnetanker bleibt also in dieser
Stellung bei geöffnetem Schalter stehen, wobei die Membran io am Ventilkopf 7 ganz
anliegt. Das im Verdampfer 18 verdampfende Kältemittel gelangt, da es gegenüber
dem Atmosphärendruck Überdruck aufweist, durch das Ein.laßventil 8 in den. Arbeitsraum
i i, wo es die Membran entgegen dem Widerstand der Feder 12 nach unten drückt, wodurch
auch über die Stange 3 der Anker .I in seine untere Ausgangsstellung zurückbewegt
wird.
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Kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes wird die Spule 6 des Elektromagneten.
über den Quecksilbersch.alter 13 erregt, wodurch wieder der Druckhub der Membran
io eingeleitet wird.
In Fig. .2 ist der Verdichter selbst in etwas
größerem Maßstab und mehr ins einzelne gehend gezeigt. Einander entsprechende Teile
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Gummimembran io ist hier mit einer
ringsherum laufenden Verstärkung 2o versehen.. Es ist außerdem ein Gummiring 21
vorgesehen, auf den sich di-e Stempel- oder Druckplatte 5 bei ihrem Rückgang legt
und der für eine prellfreie Hubbegrenzung sorgt.
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Die Einlaß- und ,1#uslaßventile8 und 9 sind durch schwache Federn
belastet.
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In Fig.3 ist schematisch eine andere Ausfülirungsforrn eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Verdichters dargestellt. Auch hier ist der Verdichter statt eines
üblichen Kolbens mit einer Gummimembran au.sgerüst2t, wobei sich die Gummimembran
von dem Ventilkopf der Ausführungsform nach den. Fig. i und 2 in keiner Weise zu
unterscheiden vermag. Der Druck oder Förderhub der Membran io wird bei der Ausführungsform
nach der Fig.3 mittels eines umlaufenden Nockens 22 bewirlct, dessen. Welle 23 durch
einen Elektromotor 2.1. angetrieben wird. In einem Gehäuse 25 ist eine Stößelstange
26 angeordnet, an: deren Ende eine Druckplatte oder ein Stempel 27 angeordnet
i,st, der sich in ähnlicher Weise gegen die Gummimembran io legt wie die Druck-
oder Stempelplatte 5 der Ausführungsformen nach den Fig. i und 2.
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Eine in der Spannung einstellbare Regelfeder 28 ist zwischen das Gehäuse
25 und die Druck- oder Stempelplatte 27 eingeschaltet.
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Der Verdichter ist in. seiner unteren Totstellung dargestellt. Der
Nocken 22 drückt die Platte 27 und damit die Membran io in die obere Totstellung,
wobei das indem Arbeitsraum i i lefind,liche Kältemittel durch das Druckventil 8
hindurch zu dem Kondensator befördert wird. Es hängt dann: von dem Druck im Verdampfer
ab, wieweit das Kältemittel über das Einlaßventil die Membran entgegen der Wirkung
der Feder 28 nach unten in die untere Totstellung durchwölben kann.