DK162405B - Koeleanlaeg og roterende fortraengningsmaskine til et saadant anlaeg - Google Patents

Description

x DK 162405 B

O

Den foreliggende opfindelse angår et anlæg af køletypen omfattende en kompressor, en kondensator og en fordamper med trykreduktionsorganer derimellem, og som står i forbindelse med kompressoren gennem hhv. en højtryksafgangs-5 kanal og en lavtrykstilgangskanal. Kompressoren er af en roterende fortrængningstype med mindst én rotor forsynet med spiralfremspring og mellemliggende riller. Anlægget er yderligere forsynet med en mellemtryksbeholder, som står i forbindelse med kondensatoren gennem trykreduktionsorganer og 10 med mellemliggende portorganer i kompressoren gennem en mellemtrykskanal. Opfindelsen angår yderligere en roterende maskine, der er egnet til brug som kompressor i sådant anlæg.

Anlæg og kompressorer af denne art er tidligere kendt fra US patentskrifterne nr. 3.568.466 og nr. 3.913.346. Mel-15 lemtrykszonen i disse anlæg anvendes til indvendige kølingsformål inden i anlægget ved et temperaturniveau over fordamperens. Hovedkølingsformålet er at forkøle det flydende kølemiddel, før det afgives til fordamperen, hvilket medfører en mere effektiv udnyttelse af fordamperarealet, så at dets di-20 mensioner kan formindskes for et vis kapacitet samtidig med at kompressorens fortrængningsvolumen og dermed dens dimensioner kan formindskes tilsvarende. Ydermere vil den energi, der kræves til genkomprimering af det gasformige kølemiddel, som tilføres ved mellemtrykket, være mindre end, hvis alt 25 kølemidlet tilførtes ved fordampertrykket. En andet køleformål, der kan komme på tale, når kompressoren drives af en elektromotor, og som er specielt vigtigt ved hermetiske systemer og varmepumpeanvendelser, er at lede mellemtryksfluidet gennem motoren med henblik på at garantere en effektiv 30 køling af denne under alle driftsbetingelser.

Selv om beskrivelsen af kompressoren til et kølean- ! i læg i denne beskrivelse er begrænset til den art, der omfat- ! ter to indbyrdes indgribende rotorer af han- og huntypen for- ! synet med bueformede fremspring og mellemliggende riller, kan 35 opfindelsen ligeledes udøves med andre arter af maskiner, som omfatter mindst én rotor med spiralfremspring, f.eks. kompres-

O

2 DK 162405B

sorer af den såkaldte enkeltskruetype og af den såkaldte vo-luttype.

Alle de maskiner, der kommer i betragtning, angår sådanne, hvor mellemtryksportorganet er adskilt fra hoved-5 tilgangsporten og anbragt i en sådan afstand derfra, at enhver forbindelse derimellem gennem maskinens arbejdsrum bestandig er blokeret af mindst ét rotorfremspring.

Med henblik på at variere den volumetriske kapacitet af en skruekompressor er det kendt fra US patentskrift 10 nr. 3.314.597 at forsyne kompressoren med et selektivt indstilleligt ventilelement, som styrer en afledningsport i arbejdsrummets væg, så at en vis mængde af arbejdsfluidet, som tilføres kompressoren, kan føres tilbage til kompressorens tilgangskanal. Denne art volumetrisk kapacitetstyring 15 er også blevet anvendt til skruekompressorer forsynet med mellemliggende portorganer. Denne afledningsport er anbragt indenfor den samme fase af kompressionscyklen som det mellemliggende portorgan. Når afledningsporten åbnes, aftager trykniveauet inden i kompressorens arbejdsrum i et sådant om-20 fang, at modtrykket indenfor området for det mellemliggende portorgan praktisk talt vil være det samme som trykket i lavtrykskanalen. Afledningsporten må med henblik på at undgå drøvlingstab være forsynet med et stort areal svarende ikke blot til recirkulationen af det overskydende fluidum, der 25 tilføres gennem tilgangsporten, men ligeledes til dræning af fluidet, som tilføres gennem det mellemliggende portorgan. Størrelsen af ventilelementet vil således være for stor til placering i en endevæg af hensyn både til dens areal og den begrænsede plads, som står til rådighed udenfor rotorlejerne.

30 Af denne grund må ventilen placeres i arbejdsrummets cylindervæg. En sådan ventil vil følgelig være af kompliceret facon og kostbar at fremstille, da den ikke blot skal samvirkende tætnende med sit sæde i huset men også skal samvirke tætnende med den udforliggende rotor eller de udforliggende 35 rotorer med henblik på at undgå indvendig lækage i kompressoren, specielt når denne arbejder under maksimale kapaci-

3 DK 162405 B

O

tetsbetingelser.

Hovedformålet for den foreliggende opfindelse er at opnå en mere effektiv kapacitetsstyring af maskinen som sådan såvel som af et fuldstændigt anlæg ved hjælp af et sim-5 plere og mindre kostbart ventilarrangement end de tidligere anvendte.

Dette formål for opfindelsen imødekommes ved at tilvejebringe en selektivt indstillelig overstrømsventil mellem mellemtrykskanalen og lavtrykskanalen. På denne måde elimine-10 res behovet for en særskilt afledningsport, da mellemtryks-portorganet vil virke som en sådan port under lave volumetri-ske kapacitetsbetingelser, når kun det overskydende tilførel-sesarbejdsfluidum skal drænes fra arbejdsrummet. Ydermere vil ventillegemet være betydeligt simplere og billigere, da det 15 kun skal tætne mod sit sæde, mens der overhovedet ikke er nogle krav om noget tætnende samvirke mellem ventillegemet og rotorerne.

Yderligere formål for opfindelsen, og hvorledes disse imødekommes, vil fremgå af den følgende detaljerede be-2o skrivelse af en foretrukken udførelsesform for opfindelsen, idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser skematisk en udførelsesform for et køleanlæg ifølge opfindelsen, fig. 2 et lodret snit gennem en kompressor langs 25 linien 2-2 i fig. 3, og fig. 3 et vandret snit gennem den i fig. 2 viste kompressor langs linien 3-3 i fig. 2.

Et køleanlæg som vist i fig. 1 omfatter en kompressor 10, som står i forbindelse med en kondensator 12 gennem 30 en højtrykskanal 14 og med en fordamper 16 gennem en lavtrykskanal 18. Kondensatoren 12 og fordamperen 16 er indbyrdes ! forbundet med en kanal 20, i hvilken der er anbragt to sæt trykreduktionsorganer 22 og 24 hvert udformet som en drøvle- j ventil. En mellemtryksbeholder 26 i form af et udligningskam-35 mer (flash-chamber) er anbragt mellem de to drøvleventiler 22 og 24. Gasudligningssiden af mellemtryksbeholderen 26 står

O

4 DK 162405B

gennem en kanal 28 i forbindelse med et hus 30, som omslutter en elektromotor 32, der er drivende forbundet med kompressoren 10. Fra huset 30 passerer udligningsgassen gennem en trykbevarende ventil 34 for at holde et minimumtryk i mellemtryks-5 afsnittet 26, 28, 30 af anlægget og en mellemliggende kanal 36 til et mellemliggende, portorgan 38 i kompressoren, 10. Den mellemliggende kanal 36 kan yderligere stå i forbindelse med lavtrykskanalen 18 gennem en selektivt indstillelig ventil 40. Anlægget er yderligere forsynet med en kanal 42 til overfø-10 ting af flydende kølemiddel fra kondensatoren 12 gennem en varmeveksler 44 til afkøling af væsken med mellemtryksfluidum og gennem en ventil 46 til styring af væskestrømmen i afhængighed af temperaturen i højtrykskanalen 14 til en væskeindsprøjtningsåbning 48 i kompressoren 10.

15 Den i fig. 2 og 3 viste kompressor 10 er af den ind byrdes indgribende skruerotortype omfattende en hanrotor 50 og en hunrotor 52 og et hus 54, som tilvejebringer et arbejdsrum 56, der omslutter rotorerne og står i forbindelse med lavtrykskanalen gennem en tilgangsport 58 og med højtrykskanalen 14 2o gennem en afgangsport 60. Kompressorhuset 54 er stift forbundet med et motorhus 30, som omslutter en elektromotor 32, der er koaksial med og direkte forblindet med hanrotoren 50. Mo-torhuset 30 er forsynet med en tilgangsåbning· 62, som står i forbindelse med kanalen 28, og med en afgangsåbning 64 for 25 mellemtryksfluidum, der passerer gennem motoren 32 til køling af denne ved varmeveksling mellem motoren og mellemtryks fluidet. Afgangsåbningen 64 står i forbindelse med en indstillelig ventil 34, der er tilvejebragt for at holde et vist minimumstryk inden i rotorhuset 30. Fluidet fra ventilen 34 30 passerer gennem en mellemliggende kanal 36 til portorganer, der er udformet som en åbning 38 i højtryksendevæggen af arbejdsrummet 56. Åbningen 38 er anbragt ved en sådan vinkelstilling, at hver forbindelse gennem arbejdsrummet 56 mellem denne åbning 38 og tilgangsporten 58 bestandig er blokeret af 35 mindst ét rotorfremspring på hver af rotorerne 50 og 52. En selektivt indstillelig ventil 40 er tilvejebragt mellem den

5 DK 162405 B

O

mellemliggende kanal 36 og lavtrykskanalen 18 for at opnå en forbindelse mellem disse. Ventilen 40 og portåbningen 38 er dimensioneret således i forhold til hinanden, at ventilens strømningsareal er omkring det dobbelte af arealet af port-5 åbningen.

Kompressoren 10 er yderligere forsynet med et aksi-alt,selektivt indstilleligt ventilelement 66 i hovedsagen af den i fig. 1 i US patentskrift nr. 3.088.659 viste art i form af et aksialt forløbende legeme, som danner en del af cylin-10 dervæggen for arbejdsrummet 56 fra dettes lavtryksendevæg til afgangsporten 60. Den ende af ventillegemet 66, som vender mod afgangsporten 60, er forsynet med en kant 68, som definerer den vinkelstilling af rotorerne, i hvilken forbindelsen med højtrykskanalen 14 gennem afgangsporten 60 påbegyndes.

15 Ventillegemet 66 er forsynet med en indvendig kanal 70, som ved sin ene ende står i forbindelse med kanalen 42 for flydende kølemiddel, og ved sin anden ende danner væskeindsprøjtningsåbningen 48. Denne åbning 48 er anbragt således, at når ventilelementet 66 befinder sig i sin stilling for maksimal 20 størrelse af afgangsporten 60, er enhver forbindelse gennem arbejdsrummet 56 mellem nævnte indsprøjtningsåbning 46 og den mellemliggende portåbning 38 bestandig blokeret af mindst ét rotorfremspring på hver af rotorerne 50 og 52.

Kompressoren er yderligere forsynet med to uafhæn-25 gigt og selektivt indstillelige afledningsventiler 72 og 74 til tilbageføring af praktisk talt komprimeret arbejdsflui-dum fra arbejdsrummet gennem hver af nævnte afledningsventiler 72 og 74 og en tilknyttet overstrømskanal hhv. 76 og 78 til lavtrykskanalen 18.

30 Ventilerne 40, 72 og 74 er alle udformet som løfte ventiler, som er selektivt betjenelige med trykfluidum, der står til rådighed indenfor kompressorsystemet. Ventilerne 72 j og 74 er yderligere forsynet med en endeoverflade, der er ! i krummet som en tilgrænsende cylindervæg af arbejdsrummet 56 j 35 og indrettet til at ligge flugtende dermed, når ventilen befinder sig i sin lukkede stilling.

O

6 DK 162405B

Et anlæg ifølge opfindelsen fungerer på følgende måde: Komprimeret gasformigt arbejdsfluidum afgives fra kompressoren 10 til kondensatoren 12, hvor det fortættes til væske ved udvendige afkølingsorganer. Fra kondensatoren 12 5 passerer hovedmængden af flydende arbejdsfluidum gennem den første drøvleventil 22, hvorved trykket reduceres, til mellemtryksbeholderen 26, hvor arbejdsfluidet delvis fordampes som udligningsgas (flash gas), og det resterende, flydende arbejdsfluidum køles ned til den fordampningstemperatur, der 10 svarer til trykket i beholderen 26. Dette afkølede, flydende arbejdsfluidum passerer gennem den anden drøvleventil 24, hvorved trykket yderligere reduceres,til fordamperen 16, hvor arbejdsfluidet fordampes ved udvendige opvarmningsorganer.

Det gasformige lavtryksarbejdsfluidum føres så tilbage fra 15 fordamperen 16 til kompressoren 10's tilgang 18, genkompri-meres og recirkuleres til kondensatoren 12. Udliglningsgassen, der er frembragt i mellemtryksbeholderen 26, ledes gennem motorhuset 30, hvor det afkøler elektromotoren 32. Denne afkølingsvirkning kan forbedres yderligere ved yderligere tilfør-20 sel af noget flydende arbejdsfluidum til motorhuset 30. Fra dette hus ledes udligningsgassen så til den mellemliggende kanal 36, der er anbragt inden i kompressorhuset 54 og står i forbindelse med portorganet 38 i væggen af arbejdsrummet 56 i kompressoren 10. Fortrinsvis er en trykbevaringsventil 25 34 anbragt mellem motorhuset 32 og den mellemliggende kanal 36 med henblik på at opretholde et vist minimumstryk inden i motorhuset 32. Portorganet 38 er udformet som en åbning i højtryksendevæggen af arbejdsrummet 56 anbragt i en sådan vinkelstilling at den står i forbindelse med en rotorrille, som 30 ved hjælp af et bageste rotorfremspring altid forhindres i forbindelse med tilgangsporten 58.

Ved tilstande med fuld kapacitet af anlægget fyldes kompressoren 10 til sin maksimale kapacitet med lavtryksarbejdsfluidum fra evaporatoren 16 gennem tilgangsporten 58, samtidig 35 med at me11emtryksgas, der anvendes til forkøling af det flydende arbejdsfluidum til evap.aratoren 16 og til afkøling af

7 DK 162405B

O

motoren 32,tilføres gennem det mellemliggende portorgan 38 til et kompressionskammer, hvor trykket allerede er blevet forøget fra tilgangsporttilstanden. På denne måde reduceres energien til rekomprimering af gas, der tilføres gennem det mel-5 lemliggende portorgan, da kompresionen heraf begynder ved et højere trykniveau end kompressorens tilgangstryk. Samtidig kan kompressorens fulde kapacitet anvendes til gassen fra fordamperen, hvilket bestyder, at dimensionerne af kompressoren kan formindskes for en vis kapacitet af anlægget.

10 Med henblik på at opnå delbelastningsbetingelser åb nes ventilen 40 mellem den mellemliggende kanal 36 og tilgangskanalen 18. På denne måde ledes mellemtryksfluidet i stedet for at trænge ind gennem det mellemliggende portorgan 38 forbi kompressoren 10 til tilgangskanalen 18 og erstatter således 15 noget af den gas, der ellers indsuges fra fordamperen 16. Det mellemliggende portorgan 38 vil yderligere i stedet for at virke som en yderligere tilgangsport virke som en afledningsport for ubetydeligt komprimeret gas, som vender tilbage gennem den mellemliggende kanal 36 og ventilen 40 til tilgangskanalen 18, 20 hvorved kapaciteten af kompressoren 10 reduceres yderligere, hvilket medfører, at endnu mindre arbejdsfluidum skal passere gennem fordamperen 16, så at anlæggets kapacitet kan reduceres betragteligt. Ved trykbevaringsventilen 34 holdes trykket i motorhuset 32 og dermed i mellemtryksbeholderen 26 på et så-25 dant niveau, at fordamperen 16 bestandigt forsynes med en mængde arbejdsfluidum, som er lig med den, der indsuges derfra af kompressoren 10. Når den arbejder under sådanne delbelastningsbetingelser, er trykniveauet inden i kompressoren reduceret således, at trykket i et kompresionskammer, som netop er afskå-30 ret fra den mellemliggende port 38, vil være lig med trykket i tilgangskanalen 18 i stedet for lig med trykket i mellemtryksbeholderen 26, når den arbejder ved fuld belastning, mens trykket i kondensatoren vil være praktisk talt konstant, da det afhænger af det tryk, som svarer til kondensationstempe-35 raturen. Med henblik på at opnå en god virkningsgrad må afgangsporten 60 reduceres, så det indbyggede volumenforhold ænd-

O

e DK 162405 B

ændres således# at det indbyggede trykforhold svarer til- forholdet mellem kondensations- og fordampningstrykkene. Størrelsen af afgangsporten 60 ændres ved indstilling af den indstillelige ventil 66.

5 Med henblik på at forbedre tætning og specielt køling af gas under kompression inden i kompressoren 10 indsprøjtes flydende arbejdsfluidum fra kondensatoren 12 i kompressoren 10 gennem indsprøjtningsåbningen 48, der er anbragt således, at væsken indsprøjtes i en rotorrille, efter at denne rille er 10 afskåret den mellemliggende port 38, så at ingen væske kan passere direkte fra indsprøjtningsåbningen 48 til den mellemliggende port 38. Mængden af væske, som skal indsprøjtes, indstilles med ventilen 46 med henblik på at holde temperaturen i højtrykskanalen 14 på en næsten konstant temperatur, som 15 kun er lidt højere end temperaturen i kondensatoren 12.

Yderligere reduktion af kapaciteten af kompressoren 10 og af anlægget kan opnås trinvis ved hjælp af de to afledningsventiler 70 og 74, som er anbragt i forskellige vinkelstillinger i forhold til rotorrillerne.

20 25 30 35

Claims (10)

1. Anlæg af køletypen omfattende en roterende fortrængningskompressor (10) med mindst én rotor (50,52) med spiralfremspring og mellemliggende riller, en kondensator 5 (12), der står i forbindelse med en afgangsport (60) i kom pressoren (10) gennem en højtrykskanal (14), en fordamper (16), der står i forbindelse med en tilgangsport (58) i kompressoren (10) gennem en lavtrykskanal (18), en beholder (26) til et mellemtryk, og som står i forbindelse med et 10 mellemliggende portorgan (38) i kompressoren (10) gennem en mellemtrykskanal (36), hvilket mellemliggende portorgan (38) er adskilt fra både tilgangsporten (58) og afgangsporten (60), og trykreduktionsorganer (22,24) til nedsættelse af højtrykket i kondensatoren (12) til henholdsvis mellemtrykket 15 i beholderen (26) og lavtrykket i fordamperen (16), k e n -detegnet ved et selektivt indstilleligt ventilorgan (40) til dannelse af en forbindelse mellem mellemtrykskanalen (36) og lavtrykskanalen (18).

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, 20 at gennemstrømningsarealet i det indstillelige ventilorgan (40) i dets maksimalt åbne stilling er større end arealet af det mellemliggende portorgan (38).

3. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det mellemliggende portorgan (38) er anbragt 25. kompressorens (10) højtryksendevæg.

4. Anlæg ifølge ethvert af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at kompressoren (10) er forsynet med yderligere, selektivt indstillelige ventilorganer (72,74), der samvirker med mindst én afledningsport, som står i for- 30 bindelse med tilgangskanalen (18) og er anbragt i arbejdsrummets (56) væg, således at kompressorens (10) volumetriske kapacitet kan formindskes yderligere.

5. Anlæg ifølge ethvert af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at kompressoren (10) er forsynet med 35 mindst én indsprøjtningsåbning (48) for flydende kølemiddel, hvilken åbning (48) er adskilt fra det mellemliggende port- 10 DK 162405 B organ (38) og anbragt således, at enhver forbindelse mellem nævnte åbning (48) og det mellemliggende portorgan (38) gennem arbejdsrummet (56) bestandig er blokeret af mindst ét rotorfremspring.

6. Anlæg ifølge krav 5, kendetegnet ved, at det flydende kølemiddel, som skal indsprøjtes, afkøles af mellemtryksfluidet før dets indsprøjtning.

7. Anlæg ifølge ethvert af kravene 1 til 6, kendetegnet ved, at kompressoren (10) er forsynet med 10 et indstilleligt ventilelement (66) til variation af afgangsporten (60) i afhængighed af indstillingen af nævnte selektivt indstillelige ventilorgan (40) og/eller den faktiske temperatur i kondensatoren (12) og fordamperen (16).

8. Anlæg ifølge krav 7, kendetegnet ved, 15 at det indstillelige ventilelement (66) er forskydeligt i aksial retning og forsynet med en kant (68), der bestemmer den vinkelstilling af den samvirkende rotor (50), i hvilken der dannes en forbindelse mellem et kompressionskammer og højtrykskanalen (14).

9. Anlæg ifølge krav 8, kendetegnet ved, at det omfatter organer til indstilling af det aksialt forskydelige ventilelement (66) i tre forskellige stillinger.

9 DK 162405 B Patentkrav.

10. Anlæg ifølge krav 8, kendetegnet ved, at det omfatter organer til kontinuerlig indstilling af det 25 aksialt forskydelige ventilelement (66) mellem to yderstillinger.