DK163894B - Hermetisk motorkompressor med foroeget driftssikkerhed - Google Patents

Description

i

DK 163894 B

Opfindelsen omhandler en hermetisk motorkompressor af den i krav l's indledning angivne art, især til anvendelse i køleanlæg, luftkonditioneringsanlæg eller varmepumper, og omhandler foranstaltninger til undgåelse af beskadigelser 5 som følge af svigtende smøring.

Den tætlukkede beholders nederste parti danner almindeligvis et hus indeholdende olie til smøring. Olien optages af· en oliepumpe, eksempelvis en centrifugalpumpe, der 10 normalt er fastgjort til den ene ende af krumtapakselen, der selv er rotationsmæssigt forbundet med motorens rotor. Rotoren og krumtapakselen er anbragt langs en lodret rotationsakse, og krumtapakselen kan optage pumpen og føre olie til de komponenter, der skal smøres.

15

Da der i beholderen også forefindes kølefluidum, kan smøringen af de bevægede komponenter under visse betingelser rejse problemer, idet smøringen kan svigte især efter lange stilstandsperioder af anlægget, under hvilke en del 20 af det i anlægget cirkulerende kølefluidum kan vandre ind i motorkompressorhuset.

Dette fænomen optræder almindeligvis af to væsentlige årsager som følger: 25 alt efter de herskende temperatur- og trykbetingelser vil smøreolien i huset i større eller mindre grad opsuge kølefluidum (som følge af blandbarheden for olie og kølefluidum) og kan altså opløse en mere eller mindre væ-30 sentlig mængde og skabe et undertryk i huset, når kompressoren er mere afkølet end de andre dele af kredsløbsopbygningen, tiltrækkes kølefluidet imod kompressoren.

Når smøreolien er mættet med kølefluidum, vil sidstnævnte i flydende form aflejres i bunden af motorkompressorens 35

DK 163894 B

2 beholder eller hus på grund af sin større densitet i forhold til densiteten af olie/kølefluidum-blandingen. Når standen af det flydende kølefluidum når oliepumpens ne-derste ende, dvs. den højde, hvor pumpen foretager sin 5 udgydning, er risikoen for en fastkiling mellem de arbejdende dele ganske stor ved genstart, på grund af det flydende kølefluidums ringe smøreevne.

Til afhjælpning af denne ulempe anvendes der ofte hjælpe-10 udstyr, såsom flasker til akkumulering af indsuget væske, der muliggør at indfange det flydende kølefluidum, eller en anordning til genopvarmning af huset forud for kompressorens genstart, hvor temperaturstigningen tilvejebringer en fordampning af det flydende kølefluidum, så at 15 oliestanden atter bliver normal.

Disse løsninger eliminerer dog ikke fuldstændigt risikoen for smøringssvigt, og de kræver ofte tvangsforanstaltninger.

20

Det kan tilføjes, at en systematisk genopvarmning af huset før genstart af motorkompressoren i et foreskrevet tidsrum kan bevirke en væsentlig forsinkelse af anlæggets genstart, især hvis genopvarmningstiden har måttet gøres 25 tilstrækkelig lang til at tilgodese en væsentlig mængde flydende kølefluidum i huset. Det kan derfor ofte være en umættet blanding af olie og kølefluidum, der befinder sig ud for oliepumpens udgydningshøjde, så at denne blanding ved kompressorens genstart endnu besidder en vis smøreev-30 ne.

Fra US patentskrift nr. 4 490 988 er det kendt at spore tilstedeværelse af forurening i et rum, der er forbeholdt et smøremiddel, og at standse motorkompressoren, hvis en 35 sådan forurening konstateres. Denne foranstaltning for hindrer, at kompressoren beskadiges, men medfører den ulempe, at hele anlægget sættes ud af drift.

DK 163894 B

3

Fra US patentskrift nr. 4 090 371 kendes et apparatur til automatisk detektering af fysiske og termodynamiske tilstande samt af komponentkoncentration i en væskeblandng i et kølesystem. Der anvendes et antal sensorer, og der 5 indgår i apparaturet forholdsvis komplekse indretninger til bearbejdning, og sammenligning af informationerne fra sensorerne.

Opfindelsen har til formål at afhjælpe de nævnte ulemper 10 ved at tilvejebringe mindst ét signal, der eksempelvis kan benyttes til at forhindre kompressorens genstart, eller til dennes genstart i fuld sikkerhed, eller til start af hjælpeudstyr til genopvarmning af huset.

15 Dette opnås ifølge opfindelsen for en hermetisk motorkompressor af den indledningsvis angivne art, der er udformet som angivet i krav 1's kendetegnende del.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med 20 tegningen, hvor: fig. 1 er en skematisk afbildning af en hermetisk motorkompressor ifølge opfindelsen, 25 fig. 2 er en skematisk afbildning af en anden udførelses form for motorkompressoren ifølge opfindelsen, fig. 3 er en skematisk afbildning af et hus som vist på fig. 1 og viser en særlig udførelsesform for på fig. 1 og 30 2 viste elektroder, og fig. 4 er en skematisk afbildning af huset på fig. 1 og viser en udførelsesform baseret på en kapacitansvariation til detektering af tilstedeværelsen af et flydende køle-35 middel.

DK 163894B

4

Som vist på fig. 1 omfatter den hermetiske motorkompressor 1 ifølge opfindelsen en tæt lukket beholder 2, der rummer en motorkompressoropbygning 3 af konventionel art, her symboliseret ved et rektangel. Motorkompressoren 3 5 omfatter ikke viste konventionelle organer monteret konventionelt, eksempelvis en elektromotor til at drive et stempel i en cylinder ved hjælp af eksempelvis en krumtapaksel 4, der rager ud fra motorkompressorens nederste ende 5. Et underste parti 10 af kammeret 2 udgør et hus 10 til optagelse af smøreolie.

En mod huset 10's bund 7 vendende ende 6 af krumtapakselen 4 er forlænget med en oliepumpe 8 i fast forbindelse med krumtapakselen og af konventionel art, eksempelvis en 15 centrifugalpumpe, og omfatter udtagningsåbninger 9.

Når motorkompressoren 1 er under normal drift, er der smøreolie i huset 10 ved en højere væskestand fra bunden af huset end afstanden D mellem pumpeudtagningsåbningerne 20 9 og husets bund 7. Antages eksempelvis, at udtagningsåb ningerne 9 er beliggende i et med kortstreglinier vist udtagningsplan 11, forløber dette i en højde NI, som er mindre end oliestanden, så at olien kan udtages af oliepumpen 8.

25

Som tidligere nævnt kan motorkompressoren 11 s omgivelsesbetingelser være således, at huset 10 indeholder både flydende kølefluidum 12 og en flydende olie/kølefluidum-blanding 13. Da blandingen 13 har end mindre densitet end 30 kølefluidet 12, aflægges dette på husets bund 7, mens blandingen 13 hviler oven på det flydende kølefluidum 12.

Dette er vist på fig. 1, hvor det flydende kølefluidum 12 har en væskestand N2, der er højere end udtagningsplanet 11's væskestand NI. Når derfor oliepumpen 8 startes under 35 disse betingelser, vil den udtage det flydende kølefluidum 12 og ikke den flydende olie/kølefluidum-blanding 13, hvilket med sikkerhed ville medføre en fastkiling af de

DK 163894 B

5 roterende dele 1 motorkompressoren 3.

For i dette tilfælde at kunne forhindre en genstart af motorkompressoren 1 er denne ifølge opfindelsen udstyret 5 med et organ 15 til detektering af tilstedeværelsen af flydende kølefluidum 12 i huset 10.

I en første udførelsesform for opfindelsen finder denne detektering sted i en væskestandhøjde nær ved den, der 10 med sikkerhed vil medføre risiko, dvs. ved en tredje væskestand N3, der ligger under væskestanden NI og tæt ved denne.

Organet 15 til detektering af tilstedeværelsen af flyden-15 de kølefluidum omfatter på den ene side et par elektroder 16 og 17 anbragt i det indre af huset 10 og monteret på en af husets sidevægge 44, og på den anden side en detekterings- og styreindretning 50 anbragt uden for beholderen 2. De to elektroder 16 og 17 er hver via en isoleren-20 de og vandtæt forbindelse 19 forbundet med en første og en anden indgang 40 og 41 til detekterings- og styreindretningen 50.

I en første udførelsesform er detekteringen af tilstede-25 værelse af flydende kølefluidum 12 baseret på en elektrisk resistansdifferens mellem det flydende kølefluidum 12 og den flydende olie/kølefluidum-blanding 13.

Eksempelvis har et handelsført kølefluidum R22 en resi- 12 30 stans, der er ca. 10 gange mindre end for smøreolie, hvor smøreoliens elektriske resistans er af størrelses- 14 ordenen 10 D cm. Under disse betingelser varierer den elektriske resistans mellem mod hinanden ombukkede ender 20 og 21 på elektroderne 16 og 17 væsentligt, alt efter 35 om de er neddykket i den flydende olie/kølefluidum-blan-ding 13 eller i det flydende kølefluidum 12.

DK 163894 B

6

Antages det eksempelvis, at de hosliggende elektrodeender 2 20 og 21 hver har en overflade pa 1 cm og en indbyrdes afstand på 1 cm, er den elektriske resistans af mellemrummet E mellem de to elektrodeender 20 og 21 af størrel-5 sesordenen 100 Ω, når mellemrummet E er udfyldt med flydende kølefluidum 12. Rummet E er centreret i et tredje niveau N3. Den elektriske resistans forøges med en faktor på langt over 10000, når rummet E udfyldes af den flydende olie/kølefluidum-blanding 13.

10

Detekterings- og styreindretningen 50 kan udformes på simpel måde, eksempelvis omfattende en detektor 18, en spændingskilde 28 og en alarmcentral 31.

15 Detektoren 18 kan omfatte et elektromagnetisk relæ 23 med en spole 24, hvis ene ende 25 er forbundet med den anden elektrode 17 via den anden indgang 41, og hvis anden ende 26 er forbundet med en klemme 27 på spændingskilden 28.

Dennes anden klemme 29 er via den første indgang 40 for-20 bundet med den første elektrode 16. Relæet 23 omfatter en kontakt 30, der er brudt, så længe spolen 24 ikke er tilstrækkeligt strømførende.

Antages det, at relæet 23 til aktivering af kontakten 30 25 kræver en strøm på eksempelvis 0,005 A under en spænding på 24 V fra spændingskilden 28, er strømmen i spolen 24 helt uden betydning og utilstrækkelig, når olie/køleflui-dum-blandingen 13 befinder sig på kølefluidets 12 sted, dvs. betingelser i nærheden af det normale. Når derimod 30 rummet E optages af flydende kølefluidum 12, aftager den elektriske resistans i rummet E og passerer omkring de 100 Ω og frembringer et spændingsfald på ca. 0,5 V, og kontakten 30 aktiveres.

35 Kontakten 30 kan eksempelvis være forbundet med alarmcentralen 31, hvor den ved kontaktslutning angiver tilstedeværelsen af flydende kølefluidum 12 i en væskestand nær

DK 163894 B

7 ved udtagningsplanet 11. Alarmcentralen 31 kan på konventionel måde udløse enten en alarm eller forhindre genstart af motorkompressoren 1, og samtidig afgive en genopvarmningsordre for huset 10.

5 Såfremt overfladen af elektrodeenderne 20 og 21 er meget mindre end de ovenfor nævnte, eller hvis der anvendes et kølefluidum, der i flydende stand har en større elektrisk resistans end det omtalte kølefluidum R22, kan der på 10 konventionel måde anvendes en eller flere strømforstærkere.

Fig. 2 viser en ændret udførelsesform for motorkompressoren 1 ifølge opfindelsen, hvor tilstedeværelse af flyden-15 de kølefluidum 12 detekteres nær ved husets 10 bund 7.

Her er elektroderne 16 og 17 anbragt nær ved husbunden 7 således, at rummet E mellem de to elektrodeender 20 og 21 er beliggende i et fjerde niveau N4 tæt ved bunden 7 og 20 nærmere ved denne end ved oliepumpens udtagningsåbninger 9.

Ved denne anbringelse af elektroderne 16 og 17 kan man detektere tilstedeværelsen af flydende kølefluidum 12 i 25 huset 10 for en ringe mængde kølefluidum, dvs. kort efter smøreoliens mætning med kølefluidum.

Det flydende kølefluidum 12 hviler på husbunden 7 og bærer olie/kølefluidum-blandingen 13, som da udgør en stor 30 reserve under udtagningsplanet 11, og oliepumpens udtagningsåbninger 9 er neddykket i olie-kølefluidum-blandin-gen 13.

Under disse betingelser er det eksempelvis muligt at gen-35 opvarme huset 10 og derved muliggøre en motorkompressor-genstart, så at man undgår tidstab og fordampning af det flydende kølefluidum 12 i husbunden 7 og olie/køleflui-

DK 163894 B

8 dum-blandingen 13.

Det forstås, at man kan kombinere de to ovennævnte udførelsesformer for at opnå en endnu større sikkerhed.

5

Fig. 3 viser en udførelses form for huset 10 med påmonteret første elektrode 16, der her er ombøjet således, at elektrodeenden 20 vender imod hussidevæggen 44. En indre væg 45 i huset 10 udgør her den anden elektrode. Rummet E 10 strækker sig mellem elektrodeenden 20 og indervæggen 45 i det tredje eller fjerde niveau N3 og N4 forløbende henholdsvis nær ved udtagningsplanet 11 og husbunden 7. I øvrigt fungerer denne udførelsesform på samme måde som udførelsesformen på fig. 1.

15

Fig. 4 viser en udførelsesform, hvor den første og den anden elektrode 16 og 17, 45, der berører det fluidum, der skal detekteres i huset 10, hver udgør en kondensatorbelægning. Elektroderne 16 og 17 omfatter her et iso-20 leret elektrodelegeme 52 og 53, der hver er forlænget med en metalplade 54 og 55, der forløber i det væsentlige parallelt og udgør belægningerne til en kondensator C, hvis dielektrikum findes i rummet E mellem de to belægninger 54 og 55 og udgøres af enten olie/kølefluidum-25 blandingen 13 eller af flydende kølefluidum 12 alt efter den opnåede væskestand, som tidligere forklaret.

Belægningerne 54 og 55 er orienteret parallelt med bunden 7 og kan være anbragt på hver sin side af det tredje ni-30 veau N3 nær ved udtagningsplanet 11, men det forstås, at de også kan være orienteret på anden måde og være anbragt i en anden højde, eksempelvis niveauet N4 nær ved husbunden 7.

35 I lighed med den på fig. 3 viste udførelsesform kan kondensatoren C også dannes af en enkelt plade 54, der udgør en belægning og er anbragt over for husets indervæg 45

DK 163894B

9 eller husbunden 7 til dannelse af den anden belægning i form af selve huset 10.

Det tidligere nævnte kølefluidum R22's relative permitti-5 vitet eller dielektricitetskonstant el i flydende stand er ca. tre gange større end den relative permittivitet eller dielektricitetskonstant e2 for smøreolien, så at forholdet b1/b2 svarer til den totale kapacitansvariation af kondensatoren E, når rummet E mellem belægningerne 54 10 og 55 successivt fyldes med olie/kølefluidum-blandingen 13 med et ringe indhold af kølefluidum og med det flydende kølefluidum 12. En sådan kapacitansvariation er meget større end de ved hjælp af konventionelle organer let de-tekterbare kapacitansvariationer.

15

Detekterings- og styreindretningen 50 kan omfatte en oscillatorenhed 60 med et konventionelt oscillationskredsløb, i hvilket kondensatoren C er indskudt. Oscillatorenheden 60 er forbundet med en impulsgenerator 61 og le-20 verer et eksempelvis sinusformet signal SI med en frekvens F, der afhænger af kapacitansværdien C. Ud fra signalet SI leverer impulsgeneratoren 61 et andet signal S2 bestående af impulser med konstant bredde og med frekvensen F. Signalet S2 påtrykkes en integratorenhed 63, der 25 selv leverer et tredje signal S3 svarende til en spænding, hvis amplitude varierer med frekvensen F. Det tredje signal S3 påtrykkes eksempelvis en tærskelværdikompa-rator 64 af konventionel art, der eksempelvis leverer et fjerde signal S4 eller et femte signal S5, alt efter, om 30 kondensatorens C dielektrikum består af olie/kølefluidum-blandingen 13 eller af det flydende kølefluidum 12. Det fjerde og det femte signal S4 og S5 påtrykkes alarmcentralen 31.

35 Det forstås, at kapacitansvariationen også kan detekteres på anden konventionel måde.

Claims (9)

1. Hermetisk motorkompressor (1) omfattende en tæt lukket 5 beholder (2), der rummer en motorkompressoropbygning (3), der omfatter en oliepumpe (8), hvor et nederste parti af beholderen (2) danner et hus (10), hvor oliepumpen (8) har mindst én udtagningsåbning (9) beliggende oven over og i en afstand (D) fra husets (10) bund (7), og hvor be-10 holderen (2) også indeholder en smøreolie og et kølefluidum, hvilken motorkompressor (1) også omfatter et organ (15) til detektering af tilstedeværelsen af flydende kølefluidum (12) i huset (10), hvilket organ (15) omfatter mindst ét par elektroder (16, 17) anbragt i huset (10) og 15 forbundet med en detekterings- og styreindretning (50), der kan detektere tilstedeværelsen af flydende kølefluidum (12) i et rum (E) beliggende i et niveau (N3, N4) mellem udtagningsåbningen (9) og husets bund (7), kendetegnet ved, at det niveau (N3), på hvilket rum-20 met (E) er beliggende, er nærmere ved husets bund (7) end ved udtagningsåbningen (9).

2. Motorkompressor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det niveau (N4), på hvilket rummet (E) er belig- 25 gende, ligger tæt ved bunden (7) af huset (10).

3. Motorkompressor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at detekterings- og styreindretningen (50) omfatter en detektor (18) forbundet med elektrode- 30 parret (16, 17), hvilken detektor er følsom over for rummets (E) elektriske resistivitet.

4. Motorkompressor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at detektoren (18) omfatter et elektromagnetisk relæ 35 (3), der er anbragt i serie med elektrodeparret (16, 17) og med en spændingskilde (28). 11 DK 163894B

5. Motorkompressor ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at elektrodeparret (16, 17) omfatter en første elektrode (16) monteret i huset (10), og at den anden elektrode udgøres af en indervæg (45) i huset (10). 5

6. Motorkompressor ifølge krav 1-5, kendeteg net ved, at elektrodeparret udgøres af to på hver sin side af rummet (E) værende belægninger (54, 55) på en kondensator (C), og at detekterings- og styreindretningen 10 (50) er følsom over for en variation af kondensatorens (C) kapacitans.

7. Motorkompressor ifølge krav 6, kendetegnet ved, at detekterings- og styreindretningen (50) omfatter 15 en oscillator (60) forbundet med kondensatoren (C), hvilken oscillator (60) afgiver et signal (SI), hvis frekvens varierer med kondensatorens (C) kapacitans.

8. Motorkompressor ifølge krav 6 eller 7, kende- 20 tegnet ved, at variationen af kondensatorens (C) kapacitans fremkaldes af en variation af den relative per-mittivitet (el, e2) for kondensatorens dielektrikum (E).

9. Motorkompressor ifølge krav 1-8, kendete g- 25 net ved, at detekterings- og styreindretningen (50) omfatter en alarmcentral (31). 30 35