DE8814725U1 - Kompressionskühlvorrichtung - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kotnpressionskühlvorrichtung^ nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Kühlvorrichtungen sind allgemein bekannt.

Es ist bekannt, zur Anpassung des Luftdurchsatzes am Kondensator einer Kompressionskühlanlage an den jeweiligen Kühlbedarf die Drehzahl eines Elektromotors, der einen den Kondensator kühlenden Ventilator antreibt, in Abhängigkeit von der Temperatur im Kühlraum bzw. von der Abweichung der Temperatur von einer Solltemperatur zu beeinflussen. Diese Antriebsmotoren sind in aller Regel Asynchronmotoren. Es ist bekannt, daß eine Drehzahlsteuerung solcher Motoren relativ aufwendig ist. Sie ist bei Aufrechterhaltung hoher Wirkungsgrade nur über eine Beeinflussung der Frequenz des Drehfeldes oder - und dabei auch nur in Stufen - durch vielpolige Ausführung des Motors und Polumschaltung zu erreichen. Beide Lösungen verursachen erhebliche Installationskosten.

Es ist auch bekannt, den Luftdurchsatz an einem gebläsegekühlten Kondensator einer Kühlanlage mit Hilfe von verstellbaren Jalousien zu beeinflussen, die dem Kondensator zugeordnet sind und die den Luftstrom ablenken oder drosseln. Diese Lösung ist zwar konstruktiv einfach, im Betrieb jedoch unwirtschaftlich, da der den Ventilator antreibende Motor auch dann mit voller Leistung betrieben wird, wenn ein verminderter Kühlbedarf vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompressionskühlvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der mit vermindertem apparativem Aufwand der Kühlluftdurchsatz am Kondensator in wirtschaftlicher Weise stufenlos an

den Kühlbedarf im Kühlraum angepaßt werden kann.

Die'.e Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils ab* hängigen Ansprüche.

Gemäß dem Grundkonzept der Erfindung wird der erforderliche Kühl luftdurchsatz am Kondensator unter Aufrechterhaltung einer konstanten Drehzahl am Antriebsmotor so geregelt, daß bei vermindertem Kühlbedarf die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors des Ventilators entsprechend verringert ist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Drehzahl des Ventilators über eine Wirbelstromkupplung mit veränderbarm Schlupf gegenüber der Drehzahl des Antriebsmotors herabgesetzt, um die Förderleistung des Ventilators zu vermindern, während gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung der Ventilator mit verstellbaren Schaufeln versehen ist, mit deren Verstellung die Förderleistung beeinflußt werden kann. In beiden Fällen ist somit grundsätzlich eine Beeinflussung der Motordrehzahl nicht erforderlich, um die Förderleistung des Ventilators zu verändern, wobei sich die Leistungsaufnahme des Motors automatisch mit dem an seiner Welle wirkenden, vom Ventilator herrührenden Lastmoment verändert.

Als Meßgröße für die Verstellung der Wirbelstromkupplung bzw. der Ventilatorschaufeln kann die Temperatur im Kühlraum oder der Druck im Kältemedium herangezogen werden.

Wird die Temperatur als Meßgröße herangezogen, sind entsprechende Meßwandler zur Betätigung der Verstelleinrichtungen einzusetzen. Wird der Druck im verdampfbaren Kältemedium als Meßgröße herangezogen, läßt sich der apparative

* 3 Aufwand sehr vermindern.

Der Druck im verdampfbaren Kältemedium am Ausgang des Kompressors ist ein verläßliches Maß für den Kühlbedarf. Er beträgt bei einer beispielhaften Vorrichtung im Falle, daß kein Kühlbedarf vorliegt, typiscfierweise 8* 10. Pa und bei fluximalem Kühlbedarf etwa 23· 10^S Pa. Mit diesem Druck steht eine Meßgröße zur Verfügung, die unmittelbar mit Hilfe eines Wandlers, beispielsweise in Form eines Pneuir&tikzylInders dazu herangezogen werden kann, Verstellungen vorzunehmen, die mechanische Bewegungen erfordern, beispielsweise die Verstellung eines Regelwiderstandes zur Beeinflussung des Kurzschluß- bzw. Erregerstroms an einer Wirbelstromkupplung, die mechanische Verstellung des Ab-Standes zwischen den magnetisch gekoppelten, rotierenden Elementen in einer Wirbelstromkupplung zur Beeinflussung des gegenseitigen Schlupfes derselben oder die Verstellung des Winkels am Schaufelfuß eines Ventilators mit verstellbaren Schaufeln.

j Dabei wird in vorteilhafter Weise von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß zwischen dem Druck des Kältemediums und dem F Kühlbedarf ein linearer Zusammenhang besteht und die Förder- ';■ leistungen von Ventilatoren im interessierenden Bereich etwa proportional der Drehzahl sind. Es können daher übliche Asynchronmotoren für den Ventilatorantrieb eingesetzt werden, wobei vorteilhafterweise von der Möglichkeit Gebrauch gemacht werden kann, diese in Abhängigkeit von der erforderlichen Leistung entweder in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung zu betreiben, wobei die Umschaltung zwischen den beiden Schaltungen von der Meßgröße derart gesteuert werden kann, daß oberhalb eines mittleren Wertes derselben der Motor in Dreieckschaltung, unterhalb dieses Wertes jedoch in Sternschaltung betrieben wird, wobei eine

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Schalthysterese eingehalten werden sollte, um ein zu häufiges Schalten zu vermeiden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kompressionskühlvorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Darstellung in Fig. 1 mit ; weiteren Details; &xgr;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Darstellung in Fig. 1 in jj einer alternativen Ausführungsform, und I

Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Darstellung in Fig. 1

gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform.

Die Kompressionskühlvorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einem Kondensator 1, einem Drosselventil 2, einem Verdampfer 3 in einem Kühlraum 4 und einem Kompressor 5, die mittels eines Leitungssystem 6 in einem Kreislauf miteinander verbinden sind. In dem Leitungssystem 6 befindet sich ein verdampfbares Kältemedium. In dem Leitungssystem 6 kann zwischen dem Drosselventil 2 und dem verdampfer 3 ein Flüssigkeitsabscheider 7 angeordnet sein, wie in Fig. 1 dargestellt.

Stromabwarts des Kompressors 5 ist mit dem Leitungssystem 6 ein Druckwandler 8 verbunden, der den am Ausgang des Kompressors S herrschenden Oruck des Ka Itemedi ums aufnimmt. Dem Kondensator 1 ist ein Ventilator 9 zugeordnet, der einen Kühlluftstrom gegen den Kondensator 1 richtet. Der Ventiletor 9 1st von einer elektrischen Antriebseinrichtung

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10 angetrieben, die einen Elektromotor enthält. Die Antriebseinrichtung 10 ist mit einer Stelleinrichtung (nicht dargestellt) versehen, die über eine Verbindungseinrichtung

11 vom Ausgang des Druckwandlers 8 so beeinflußbar ist, daß der Kühlluftdurchsatz, den der Ventilator 9 am Kondensator 1 bewirkt, veränderbar ist:

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Antriebseinrichtung 10 für den Ventilator 9. Die Antriebseinrichtung 10 enthält eihen Antriebsmotor 12, der typischerweise ein Drehstromasynchronmotor ist. Der Drehstrommotor 12 ist Ober einen Stern/Dreieck-Unschalter 13 mit dem Drehstromnetz verbunden. Der Drehstrommotor 12 weist eine Welle 14 auf, die die Eingangswelle einer Wirbelstromkupplung 15 ist, deren Ausgangswelle 16 den Ventilator 9 antreibt.

Die Verbindungseinrichtung 11 ist mit der Wirbelstromkupplung 15 und mit dem Stern/Dreieck-Umschalter 13 verbunden. Mittels der Verbindungseinrichtung 11 ist in der Wirbelstromkupplung beispielsweise der Abstand zwischen zwei auf den Eingangs- und Ausgangswellen 14 bzw. 16 drehfest angebrachten Rotoren verstellbar, von denen einer magnetisch ist, wodurch die magnetische Kopplung zwischen diesen Rotoren und damit der Schlupf der Wirbelstromkupplung 15 verstellt werden kann. Alternativ kann mit der Verbindungseinrichtung 11 in schon erwähnter Weise der Kurzschlußwiderstand eines Kurzschlußläufers verstellt werden, dessen Kurzschlußwicklung über Schleifringe mit einem verstellbaren Widerstand verbunden ist, oder es kann mittels der Verbindungseinrichtung 11 der Erregerstrom wenigstens einer Erregerwicklung in der Wirbelstromkupplung 15 verstellt werden. Wirbelstromkupplungen mit verstellbarem Schlupf sind im Stand der Technik vielfach beschrieben und brauchen daher hier nicht im einzelnen erläutert zu werden.

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Weiterhin ist die Verbindungseinrichtung 11 mit dem Stern/ Dreieck-Umschalter 13 verbunden, um in schon beschriebener Weise in Abhängigkeit vom Druck am Ausgang des Kompressors die Art der Erregung des Drehstrommotors 12 umzuschalten.

Bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel kann man sich die Verbindungseinrichtur.g 11 als ein mechanisch bewegliches Stellglied vorstellen, da der Druckwandler 8 den am Ausgang des Kompressors 5 herrschenden Druck unmittelbar in eine mechanische Stellbewegung umwandeln kann.

Fig. 2 zeigt auch gestrichelt mit 1&Ggr; eine alternative Ausführungsform, bei der die Temperatur im Kühlraum 4 nicht Ober den Druck im Kältemedium erfaßt wird, sondern mittels eines Temperaturfühlers 8', der ein der Temperatur im Kühlraum entsprechendes Signal abgibt. In diesem Falle ist die Verbindungseinrichtung als eine elektrische Steuerleitung anzusehen und es sind elektromechanische Wandler erforderlich, di.« die Verstellungen in dem Stern/Dreieck-Umschalter 13 und in der Wirbelstromkupplung 15 ausführen. Diese Wandler können entweder zu einem einzigen Wandler zusammengefaßt sein oder einzeln in den zuvor erwähnten Elementen integriert sein, was in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die mit einem Ventilator 9 mit verstellbaren Schaufeln arbeitet. Bei dieser Ausführungsform ist die Welle des Drehstrommotors 12, der wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mit dem Stromnetz über einen Stern/Dreieck-Umschalter 13 verbunden ist, der von der Verbindungseinrichtung 11 schaltbar ist, direkt mit dem Ventilator 9 verbunden. Die Motorwelle 14, die den Ventilator 9 trägt, ist hohl ausgeführt und enthält in ihrem Innern eine axial verschieb·

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bare Stellstange 17, mit deren Hilfe in Abhängigkeit von der Verschiebung derselben gegenüber der Motorwelle 14 der & Anstellwinkel der Schaufeln des Ventilators 9 verstellt

we-den kann. Diese Stellstange 17 ist über eine Drehkupplung 18 mit einem Stellantrieb 19 verbunden, der mit der \ Verbinaungseinrichtung 11 verbunden ist und von dieser im - Sinne einer axialen Vorstellung der Stellstange 17 beeinflußt wird. Der Stellantrieb 19 kann auch ein Pneumatikzylinder sein, der unmittelbar mit dem Leitungssystem 6 j der Kühlanlage stromabwärts vom Kompressor 6 verbunden ^:. ist, wie in Fig. 3 durch eine gestrichelte Leitung 20 dar-'· gestellt ist. Er wirkt in diesem Falle selbst als Handler, ' der den Druck am Ausgang des Kompressors 5 in eine mechanische Stellbewegung umsetzt, die die Flügel des Ventila- ' tors 9 verstellt, dabei beispielsweise gegen eine Rückstellj feder wirkend, die bei abnehmenden Druck des Kältemediums \ den Pneumatikzylinder und damit die Ventilatorschaufeln

rückstellt. Von der Stellbewegung durch den Pneumatikzylinder läßt sich auch der Stern/Dreieck-Umscha'.ter 13 über eine mechanische Verbindung betätigen, die in Fig. 3 schematisch mit der gestrichelten Linie 21 eingezeichnet ist. Per Fachmann erkennt, daß bei der Alternative, bei der der ; Stellantrieb 19 selbst Druckwt.idler ist, der gesonderte Wandler &thgr; mit der Verbindungseinrichtung 11 entfällt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die mit einer Wirbelstromkupplung arbeitet. Diese Ausführungsfo~m enthält Elemente der bereits erläuterten Art, die aus diesem Grunde mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmalt gesondert erläutert zu weraen brauchen.

Bei dieser Ausführungsform wird der Ventilator 9 von dem \ Drehstrommotor 12 über eine Hohlwelle 14 und eine Wirbel-

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Stromkupplung 15 angetrieben, die ihrerseits die Welle 16 treibt, auf der der Ventilator 9 befestigt ist. Die Wirbelstromkupplung 15 ist von der Art, bei der der Schlupf durch eine Veränderung des Abstandes von antreibendem und getriebendem Motor verstellt werden kann. Die Motorwelle 14 ist hohl ausgeführt und durch sie verläuft .eine Stellstange 17, die über eine Drehkupplung 1&THgr; von einem Stellantrieb 19 in axialer Richtung beaufschlagt wird. Der Stellantrieb 19 ist ein Pneumatikzylinder, der unmittelbar mit dem Leitungssystem 6 stromabwärts des Kompressors verbunden ist. Von diesem Stellantrieb 19 wird auch die Umschaltung des Stern/Dreieck-Umschalter 13 gesteuert, wie durch eine in Fig. 4 dargestellte verbindung hervorgehoben ist.

Auch bei den Ausführungsformen nach den Figuren 3 und 4 läßt sich die mechanische Verstellung alternativ such beispielsweise über elektromechanische Wandler hervorrufen, die in Abhängigkeit von einem Temperatursensorsignal gesteuert werden.

Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß der Kühlluftdurchsatz an einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bei der Installation derselben oder ggf. auch nachträglich justiert werden kann. Beispielsweise kann durch mechanische Einstellung der Stellglieder die Grundeinstellung beispielsweise des Schaufelfußwinkels des Ventilators verändert werden, oder es kann die magnetische Kopplung in der Wirbel" Stromkupplung mechanisch eingestellt werden, bzw. kann der Kurzschlußwiderstand oder der Erregerstrom an einer Wirbelstromkupplung durch mechanische Einstellung des zugehörigen Reglers festgelegt werden. Dieses kann der Installateur vornehmen, ohne daß dazu besondere Fachkenntnisse notwendig sind. Es ist dadurch möglich, mit einer vergleichsweise ge-

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ringen Zahl bereitzuhaltender Komponenten die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung an die erforderlichen Verhältnisse an gepaßt werden. So kann beispielsweise eine gegebene Kombination aus Elektromotor und Ventilator mit verstellbaren Schaufeln für einen breiten Leistungsbereich verwendet werden, wo früher mehrere unterschiedliche solcher Kombinationen bereitgehalten werden mußten.

Claims (12)

, a· ti &igr; · · · Kompressionskühlvorrichtung Ansprüche

1. Kompressionskühlvorrichtung mit einem in einem Kühlraum (4) angeordneten Verdampfer (3), einem Kompressor (5), eio?m mittels eines Geblases (9,10.) luftgekühlten Kondensator (1), einem Drosselventil (2) und einem Leitungssystem (6), daß die vorgenannten Elemente in einem geschlossenen, ein verdampfbares Kältemedium enthaltenden Kreislauf miteinander verbindet, wobei das Gebläse (9,10) wenigstens einen Elektromotor (12) und einen von diesem angetriebenen Ventilator (9) sowie eine Regeleinrichtung (15;19) umfaßt, mit der der Kühl luftdurchsatz am Kondensator (1) in Abhängigkeit von einer für die Temperatur im Kühlraum repräsentativen Pi.'ßgröße einstellbar ist, die von einem Meßwertaufnehmer (8;8') erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Elektromotort2) und dem Ventilator (9) eine Uirbelstromkupplung (15) angeordnet ist, die eine Einrichtung zur Beeinflussung ihres Schlupfes aufweist, und daß diese Einrichtung mit dem Meßwertaufnehmer (8;8*) verbunden ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstromkupplung (15) einen magnetischen Rotor und einen Kurzschlußläufer aufweist, deren gegenseitiger Abstand zur Veränderung des Kupplungschlupfes mittels einer Stelleinrichtung verstellbar ist.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstromkupplung (15) einen magne-

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tischen Rotor und einen Kurzschlußläufer mit einer Kurzschlußwicklung aufweist, die mit Schleifringen elektrisch verbunden ist, und daß die Schleifringe über Bürsten mit einem Kurzschlußwiderstand elektrisch verbunden sind, dessen Größe verstellbar ist.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstromkupplung (15) einen magnetischen Rotor und einen mit diesem magnetisch gekoppelten Läufer aufweist, der wenigstens eine Erregerwicklung trägt, die mit Schleifringen verbunden ist, und daß mit d*n Schleifringen über Bürsten eine Erregerstromquelle variabler Spannung elektrisch verbunden ist.

5. Kühlvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (9) ein Axialventilator mit m'ttels einer Verstelleinrichtung verstellbaren Laufradschaufeln ist, und daß die Verstelleinrichtung mit dem Meßwertaufnehmer verbunden ist.

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilatorwelle (14) hohl ist und in ihr eine axial verschiebbare Stellstange (17) angeordnet ist, mit der die Ventilatorschaufeln mechanisch verbunden sind und die über eine Drehkupplung (18) mil einem Stellantrieb (19) verbunden ist.

7. Kühlvorrcihtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertauf nehmer ein Drucksensor für Ka*ItemedJum ist, der im Leitungssystem (6) am Ausgang des Kompressors (5) angeordnet ist.

8. Kühlvorrichtung nach einem der vorbirgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlraum (4) ein

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Temperaturfühler (8¹) angeordnet ist, und daß mit dem Temperaturfühler ein Wandler verbunden ist, der mit Einstellgliedern an der Wirbelstromkupplung (15) bzw. dem Ventilator (9) mechanisch verbunden ist.

9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (19) ein PneumatikzylInder ist, der mit dem Leitungssystem (6) am Ausgang des Kompressors (S) verbunden ist.

10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung mit einem Pneumatikzylinder verbunden ist, der mit dem Leitungssystem (6) am Ausgang des Kompressors (5) beaufschlagt ist.

11. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (12) ein Drehstrom-Asynchronmotor ist, der mit einem Stern/ Dreieck-Umschalter (13) verbunden ist, der einen mit einem mit dem Leitungssystem (6) am Ausgang des Kompressors (5) verbundenen pneumatischen Stellantrieb aufweist, der so eingerichtet ist, daß unterhalb eines mittleren Druckwertes der Motor (12) in Sternschaltung, oberhalb dieses Druckwertes aber in Dreieckschaltung geschaltet ist.

12. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8,15,19) einen linearen Zusammenhang zwischen dem Druck des Kühlmediums am Ausgang des Kompressors (5) und dem Luftdurchsatz am Kondensator (1) aufweist.