NO146446B - Kapasitetsstyrende anordning for en flersylindret kjoelemiddelkompressor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en kapasitetstyrende anordning for en flersylindret kjølemiddelkompressor som anvendes i et mekanisk kjøleanlegg, og innbefatter et gren-rør for føring av kjølemiddeldamp til mindre enn alle sylindrene i kompressoren, et hus anbrakt mellom grenrøret og sylindrene for mottagning av kjølemiddel fra disse og for ledning av kjølemiddeldamp fra grenrøret til sylindrene, og et stempel som er bevegelig frem og tilbake i huset for reguleringsbevegelse mellom åpen og lukket stilling til regulering av strømmen av kjølemiddeldamp fra grenrøret til sylinderen som mottar damp fra grenrøret.

Kapasitetsstyring av kjølemiddelkompressorer skal fore-

gå når belastningen på kjøleenheten varierer.

Mekaniske kjøleenheter som anvendes i luftkondisjoner-ingsanlegg arbeider under skiftende belastning. Anleggene er vanligvis utført slik at de avgir kondisjonert luft ved en temperatur på 2 5°C ved høy omgivelsestemperatur som f.eks. 40°C (i det følgende kalt maksimalbelastning). Når kjøle-anlegget arbeider ved mindre enn maksimal belastning, er det ønskelig å redusere anleggets kjølekapasitet.

Det er blitt foreslått en rekke forholdsregler for å redusere kapasiteten av en kjøleenhet når denne arbeider ved mindre enn maksimal belastning for ikke bare å redusere enhetens kjølekapasitet slik at for sterk avkjøling av et rom som betjenes av enheten unngås, men også for at det nødvendige kraftbehov for drift av kjøleenheten skal reduseres. En kjøleenhet som arbeider under forhold som krever mindre enn 100% av dens kapasitet bør ideelt sett kunne drives med redusert kraftbehov for effektiv energibesparelse.

Det er- tidligere kjent å benytte en ventil anordnet mellom kjølemiddelkompressorens innsugningsgrenrør og en eller flere av kompressorsylindrene for avlasting av en eller flere sylindre i kompressoren når redusert kapasitet er ønsket. Når det er ønskelig å avlaste sylindrene ved reduksjon av kompressorens kapasitet, settes ventilen i grenrøret i en stilling som hindrer utstrømning av kjøle-gass fra grenrøret til sylindrene. Selv om denne løsning for styring av kapasiteten til en viss grad har vist seg effektiv har det også vist seg at ytterligere reduksjon av kraftbehovet ved redusert belastning kan oppnås ved modifi-sering av ventilen sammenliknet med ventildrift'hvor ventilen enten er "åpen" med full kjølemiddelstrømning'fra grenrøret til sylinderen eller "lukket" med total strøm-ningsstans.

Prøveresultatet viser at en reduksjon av kraftbehovet

på ca. 10% kan oppnås ved modulering av ventilen slik at kjølemiddelstrømmen til minst en av kompressorens sylindre varierer sammenliknet med åpning og lukning av en ventil på den måte som er beskrevet i litteraturen, særlig når det er ønskelig å redusere enhetens kapasitet til 20t40% av dens maksimale kapasitet.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er i første rekke

å komme frem til en hensiktsmessig løsning for en kapasitetsstyrende anordning for en flersylindret kjølemiddel-kompressor .der man får en modulerende styring med enkle og driftsikre midler.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at stemplet deler-h.uset i et øvre kammer som ligger i avstand fra grenrøret og et nedre kammer som er i forbindelse med dette, at det finnes anordninger til frembringelse av en forholdsvis konstant kraft i det øvre kammer som søker å drive stemplet til den lukkede stilling og ved at det finnes anordninger til frembringelse av en variabel kraft i det nedre kammer som søker å drive stemplet til åpen stilling, der anordningen til frembringelse av den variable kraft innbefatter midler som er innrettet til å samvirke med kjølemiddeldamp som kommer inn i huset fra grenrøret og der stillingen av stemplet og mengden av kjølemiddel som passerer gjennom huset reguleres som resultat av forandringer i trykket på kjølemiddeldampen i grenrøret.

Oppfinnelsen er videre kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til et utførelseseksempel som er gjengitt på tegningen og der: Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av en mekanisk kjøleenhet som omfatter en kjølemiddelkompressor som re-presenterer foreliggende oppfinnelse og

fig. 2 er et snitt i større målestokk som viser detaljene ved oppfinnelsen.

I tegningen ses et foretrukket utførelseseksempel av oppfinnelsen, hvor samme henvisningstall er brukt for like deler i begge figurer.

I fig. 1 ses en mekanisk kjøleenhet 10 som omfatter

en ytre varmevekslerspiral 12, en indre varmevekslerspiral 24, en kompressor 20 og en ekspansjonsanordning 22. Kjøle-gass med høyt trykk som er komprimert ved hjelp av kompressoren 20, sendes gjennom ledningen 16 og avgis til ytre varmevekslerspiral 12, hvor en vifte 14 sender omgivelses-luft rundt spiralens overflate for å kondensere det dampformede kjølemiddel som strømmer gjennom spiralen. Det kondenserte kjølemiddel avgis deretter via ledningen 18, gjennom ekspansjonsanordningen 22 til indre varmevekslerspiral 24. Luft eller vann som skal kjøles sendes rundt indre spiral av viften 26. Luften som sendes rundt spiralens 24 overflate avgir varme til kjølemidlet som strømmer gjennom den og fører til at kjølemidlet fordamper. Det dampformede kjølemiddel sendes tilbake til sugesiden av kompressoren via ledningen 28. Ovenstående mekaniske fryse-enhet er konvensjonell og typisk for enheter som benyttes i mekaniske luftkondisjoneringssystemer.

Ved mange anvendelser benyttes kompressorer med flere sylindre. Flersylinderkompressorer er generelt konstruert slik at de funksjonerer med samtlige sylindre fullt be-lastet, når omgivelsestemperaturene er forholdsvis høye, f.eks. ved 40°C. Ved så høye omgivelsestemperaturer er også kjølebelastningen på kjøleenheten stor."Ved mindre enn maksimal belastning er det ønskelig å redusere kjøleenhetens kapasitet for å unngå for sterk avkjøling av romet som betjenes av enheten og for å redusere enhetens kraftbehov. Mange kjente styreanordninger for kompressorkapasitet er blitt brukt av flersylinderkompressorer for om mulig å oppnå ovennevnte kapasitetsreduksjon ved redusert belastning. En slik kapasitetsstyreanordning omfatter bruk av en ventil som er anordnet mellom sugegrenrøret for noen av sylindrene for kompressoren for å stenge av kjølemiddelstrømningen fra gren-røret til sylindrene, når redusert kompressorkapasitet er ønsket. Skjønt denne styreform til en viss grad er effektiv, har det vist seg at bedringer av en slik anordning effektivt kan redusere kraftbehovet med en betydelig verdi.

I fig. 2 ses detaljene ved kapasitetsstyreanordningen ifølge oppfinnelsen som benyttes for reduksjon av kjøle-enhetens kjøleevne ved redusert belastning og for samtidig reduksjon av kompressorens kraftbehov for energibesparelse.

Kapasitetsstyreanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter et hus 42 som er montert i kompressorens sylinderhode 46. Huset har et inntak 43 i kommunikasjon med grenrøret 34 og omfatter et utløp, fortrinnsvis begrenset av en eller flere porter 58. Kjølegass som strømmer gjennom portene 58 avgis til en sugetank 35 for en enkelt sylinder. Hver sylinder eller hvert sylindersett vil generelt være til-ordnet en separat sugetank. Gassen som passerer fra sugetanken 35, strømmer gjennom sugeportene 36 til kompressorsylinderen 30. Kjølegas's i sylinderen 30 komprimeres ved frem- og til-bakegående bevegelse av et stempel 31 i sylinderen og tømmes , derfra gjennom porter 38 til utløpskammeret 32.

En stempelanordning 52 er bevegelig anordnet i en boring 41, som begrenses av huset 42. En holdering 48 holder stemplet 52 igjen i boringen. Fjærer 54 og 56 som er montert på en holder 60, utøver en kraft som beveger stemplet 52 opp i boringen 41. Det utvikles en kraft med forholdsvis konstant størrelse i kammeret 49, som befinner seg over øvre flate av stemplet 52. Denne kraft er rettet mot den kraft som påvirker bunnflaten og utøves av fjærene 54 og 56. Den konstante kraft kan genereres av trykket av utløpsgass som passerer gjennom ledningene 16 og 17. En ventil med konstant trykk 44 benyttes for styring av trykket av den gass som strømmer gjennom ledningen 17 for å holde trykket i kammeret 49 på en bestemt verdi. En O-ring 50 er anordnet for å hindre lekkasje mellom de motstående flater av huset 42 og sy-linderblokken hvor ventilen 40 er montert. En kraft som utvikles av gassens sugetrykk i grenrøret 34 vil kombinert med kraften som utvikles av fjærene 54 og 56, påvirke bunnflaten av stemplet 52 for bevegelse av stemplet opp i boringen 41.

Vi forutsetter at det under drift først er maksimal belastning på kjøleenheten. Dette krever drift av samtlige sylindre for kompressoren for opprettholdelse av enhetens ønskede kapasitet. Hvis belastningen på kjøleenheten 10 skulle avta, vil trykket av kjølemidlet som strømmer gjennom ledningen 28 til grenrøret 34 avta. I realiteten varierer sugetrykket av kjølegassen som strømmer til grenrøret 34 direkte med belastningen på kjøleenheten. Når belastningen avtar, vil trykket av kjølemidlet som passerer til gren-røret 34 avta. Det reduserte trykk i grenrøret 34 vil forår-sake samtidig reduksjon i den totale kraft som påvirker bunnflaten av stemplet 52. Ettersom trykket i kammeret 49 holdes på et konstant nivå, vil den kraft som påvirker toppflaten av stemplet 52 også forbli på en konstant verdi. Den ubalanse som dermed oppstår, resulterer, i at stemplet 52 beveges fra den stilling som er vist i fig. 2 (hvor et maksimum av kjøle-medium passerer til sylinderen 30) ned i boringen 41 mot grenrøret 34. Stemplets 52 bevegelse i forhold til porten 58 som følge av en reduksjon i kjølebelastningen tenderer til å redusere den kjølemiddelmengde som passerer fra gren-røret 34 til sugekammeret 35. I realiteten modulerer stemplet 52 kjølemiddelstrømningen til samletanken 35 i overensstem-melse med belastningsendringene på kjøleenheten ved å endre det aktive strømningstverrsnitt av porten 58. Når belastningen fortsetter å avta, og kraften som virker på nedre flate av stemplet 52 følgelig avtar ytterligere, vil stemplet bevege seg i boringen 41 og ytterligere redusere det aktive tverrsnitt av porten 58 for ytterligere reduksjon av kjøle-middelstrømningen gjennom porten. Til slutt, etter ytterligere belastning, vil stemplet 52 bevege seg slik i forhold til porten 58 at kjølemiddelstrømmen gjennom porten stenges helt. Når det skjer, er sylinderen 30 fullstendig avlastet. Kraftinntaket til kompressoren reduseres generelt i forhold til bevegelsen av stemplet 52 i forhold til porten 58. Når stemplet reduserer kjølemiddelstrømmen gjennom porten 58 til sylinderen 30, vil kraftinntaket til kompressoren likeledes reduseres, idet kompressoren vil trenge mindre energi for å komprimere det kjølemiddel som fortsatt strømmer i kompressorens sylindre.

Hvis kjølebelastningen øker, vil trykket av kjølegassen som passerer inn i grenrøret 34 øke og dermed øke den kraft som påvirker nedre flate av stemplet 52. Stemplet 52 heves dermed i boringen 41 og tillater ny kjølemiddelstrømning gjennom porten 58. Den mengde av kjølegass som passerer gjennom porten, vil variere direkte i avhengighet av trykket av kjølemiddelgassen som påvirker nedre flate av stemplet 52. Når så belastningen fortsetter å stige, vil også trykket mot nedre flate av stemplet 52 stige for ytterligere å bevege stemplet 52 i forhold til porten 58 for økning av gjennom-strømningsåpningen. En større kjølegassmengde kan dermed passere til sugekammeret 35.

Det vil være innlysende at kapasitetsstyreanordningen ifølge oppfinnelsen modulerer gasstrømningen til et sett av sylindre for bedring av kjøleenhetens funksjon ved reduksjon av enhetens kraftbehov under forhold med delvis belastning. Det spesielle utførelseseksempel som er omtalt ovenfor, gir den ønskede kapasitetsstyring ved regulering av kapasitetsstyreanordningen som respons på endringer i trykk-differensialet mellom sugetrykk og et fastsatt trykk som virker i et kammer ovenfor et stempel for kapasitetsstyreanordningen. Skjønt kapasitetsstyreanordningen er illustrert i forbindelse med en kompressor i et luftkondisjonerings-system, kan den lett også tas i bruk ved kjøleenheter for vannavkjøling. I slike enheter overvåkes temperaturen av vannet som forlater fordamperen generelt for registrering av andringer i kjølebelastningen på enheten.

Skjønt et foretrukket utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse er omtalt og vist, kan oppfinnelsen modifiseres innenfor rammen av de etterfølgende krav.

Claims (5)

1. Kapasitetsstyrende anordning for en flersylindret kjøle-middelkompressor som anvendes i et mekanisk kjøleanlegg, innbefattende et grenrør for føring av kjølemiddeldamp til mindre enn alle sylindrene i kompressoren, et hus anbrakt'4 mellom grenrøret og sylindrene for mottagning av kjøle-middel fra disse og for ledning av kjølemiddeldamp fra gren-røret til sylindrene, et stempel som er bevegelig frem og tilbake i huset for reguleringsbevegelse mellom åpen og lukket stilling til regulering av strømmen av kjølemiddel-damp fra grenrøret til sylinderen, som mottar damp fra gren-røret, karakterisert ved at stemplet (52) deler huset (42) i et øvre kammer (49), som ligger i avstand fra grenrøret (34) og et nedre kammer som er i forbindelse med dette, at det finnes anordninger (16, 17, 44) til frembringelse av en forholdsvis konstant kraft i det øvre kammer (49) som søker å drive stemplet (52) til den lukkede stilling, og ved at det finnes anordninger (56, 54) til frembringelse av en. variabel kraft i det nedre kammer, som søker å drive stemplet (52) til åpen stilling, der anordningen til frembringelse av den variable kraft innbefatter midler som er innrettet til å samvirke med kjølemiddeldamp som kommer inn i huset (42) fra grenrøret (34), der stillingen av stemplet (52) og mengden av kjølemiddel som passerer gjennom huset (42) reguleres som resultat av forandringer i trykket på kjølemiddeldampen i grenrøret (34).

2. Kåpasitetss-fyrende anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den nedre del av huset (42) har et fluiduminnløp (43) i forbindelse med grenrøret (34), mens en side av huset (42) har et fluidumutløp (58) i forbindelse med sylindrene (30) for overføring av damp fra grenrøret (34), hvilket stempel (52) har motstående øvre og nedre flater med en sideflate liggende mellom disse, idet bevegelse av stemplet (52) mellom den åpne og lukkede stilling b-e veger stemplets (52) sideflate forbi fluidumutløpet (58) for å variere det aktive strømningstverrsnitt, mens den relativt konstante kraft som frembringes i det øvre kammer (49) virker mot stemplets (52) toppflate og den variable kraft som frembringes i det nedre kammer virker mot bunnflaten på stemplet (52).

3. Kapasitetsstyrende anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at midlene til frembringelse av den konstante kraft innbefatter en ledning (17) som fører kjølemiddel utmatet fra kompressoren (20), inn i det øvre kammer (49) i huset (42) og en ventil (44) for konstant trykk anbrakt i ledningen (17) for regulering av trykket av damp som strømmer gjennom dette, slik at trykket i det øvre kammer (49) holdes på en på forhånd bestemt verdi.

4. Kapasitetsstyrende anordning som angitt i kravene 2 eller 3,karakterisert ved at midlene til frembringelse av den variable kraft omfatter en fjærholder (60) anbrakt i huset (42) under stemplet (52) og festet til husets (42) nedre del, og en fjær (54, 56) anbrakt på fjær-holderen (60) stikkende ut fra denne mot stemplet (52) for å søke å drive stemplet (52) oppad, bort fra holderen (60).

5. Kapasitetsstyrende anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved en tetning anbrakt på stemplet (52) og liggende mellom dettes sideflate og siden av huset. (42) for å bremse fluidumstrøm mellom det øvre (49) og nedre kammer i huset (42).