NO337218B1

NO337218B1 - Fremgangsmåte for drift av et multi-trinns kjølesystem med trykk-kontroll

Info

Publication number: NO337218B1
Application number: NO20060909A
Authority: NO
Inventors: Reinhard Radermacher; Toshikazu Ishihara; Hans Huff; Yunho Hwang; Masahisa Otake; Hiroshi Mukaiyama; Osmu Kuwabara
Original assignee: Sanyo Electric Co; Thermal Analysis Partners Llc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2016-02-15
Also published as: CN1847750A; US20060191288A1; EP1703229A3; JP2006242557A; EP1703229A2; NO20060909L; JP4820180B2; US7631510B2; EP1703229B1

Description

Denne oppfinnelse vedrører generelt kjølesystemer, og nærmere bestemt et flertrinns kjølesystem som har hoved og hjelpekjølestrømmer som reguleres av styrekarakteristika.

En typisk flertrinns kjøleanordning innbefatter en hovedkjølestrøm og én eller flere sub-sykluser eller hjelpekjølestrømmer. En flertrinns kjøleanordning kan ha forbedret virkningsgrad sammenlignet med en enkeltrinnsanordning, fordi hjelpestrømmen kjøler hovedstrømmen, samtidig som det høye trykket i hovedstrømmen opprettholdes, (dvs. lavere trykk på sugesiden bevirker at kompressoren arbeider kraftigere). Imidlertid avhenger effektiviteten av hjelpestrømmen ved forkjøling av hovedstrømmen på ytelsen i den mellomliggende varmeveksler. I dette henseendet er det som behøves en styremetodikk for å regulere hjelpeekspansjonsverdien som styrer strømningsraten for varmeveksleren.

En fremgangsmåte ifølge innledende delen av krav 1 er beskrevet i US 2004/0250568 Al.

JP 11344265 A beskriver en turbokompressor, hvor en styreenhet søker etter optimale verdien av en midtre trykk på en mellomkjøler ved kondensasjonstrykk av en kondensator og fordampningstrykket av en fordamper som er detektert av en trykkmåler.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er definert i krav 1, krav 2 angår en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen, dens natur og forskjellige fordeler vil være mer åpenbart fra de vedlagte tegninger og den etterfølgende detaljerte beskrivelse.

De vedlagte tegninger viser flere utførelsesformer av oppfinnelsen og, sammen med beskrivelsen tjener til å forklare prinsippene for oppfinnelsen. Fig. 1 er et blokkskjema som viser en totrinns kjølesyklus i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et diagram som viser optimalisert styrekarakteristika for den delte syklus i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er et diagram som viser en delt syklus med variabelt og konstant mellomliggende trykk i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er et diagram som viser en kurvetilpasning av det optimale mellomliggende trykket i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 5 er et diagram som viser ventilåpningsareal.

Fig. 6 er et diagram som viser ventilåpningsarealet vist på fig. 5 i to dimensjoner.

Fig. 7 er et diagram som viser optimalt mellomliggende trykk Pint,opt i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 og 9 viser området av den optimale mellomliggende trykkoeffisient Kint,opt. Fig. 10 viser forholdet mellom volumforholdet og COP i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen.

Fig. 11 viser en styreverdi som innbefatter to ekspansjons ventiler i et legeme.

Fig. 12 er et blokkskjema som viser en delt sykluskonfigurasjon med flere fordampere.

Fig. 13 er et blokkskjema som viser en delt sykluskonifgurasjon.

Fig. 14-18 viser en multitrinns roterende kompressor.

Den foreliggende oppfinnelse beskrives nå nærmere med henvisning til de vedlagte figurer, der flere utførelsesformer av oppfinnelsen er vist. Den foreliggende oppfinnelse kan realiseres på mange forskjellige måter og skal ikke fortolkes å være begrenset til de utførelsesformer som er angitt her. Isteden er disse utførelsesformer gitt, slik at denne beskrivelse vil være grundig og fullstendig og vil fullstendig formidle oppfinnelsen til fagfolk.

A. Delt syklussystem

Fig. 1 er et blokkskjema som viser en totrinns kjølesyklus i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Den delte syklus innbefatter et lavtrinns kompresjonselement 101, en mellomkjøler 102, en blandeanordning for to fluidstrømmer 103, et høytrinns kompresjonselement 104, en gasskjølervarmeveksler 105 som kjøler fluidstrømmen som forlater høytrinnskompresjonselementet ved å

avvise varme til en andre fluid, slik som luft eller vann, en hovedekspansjonsventil 106, en mellomliggende varmeveksler 107, en fordamper 108 som fordamper fluidstrømmen i fordamperen i varmeveksleren med en tredje fluid, slik som luft eller vann. Utløpet fra fordamperen er koplet til lavtrinnskompresjonselementets sugeport. Der finnes en ytterligere hjelpeekspansjonsventil 108 som forbinder utløpet fra gasskjøleren med strømsplitteren 110 til den andre veien i den mellomliggende varmeveksleren og utløpet fra den veien til blandeanordningen 103.

Systemet som er vist på fig. 1 innbefatter de følgende trekk: 1. Kompresjonselementene kan være to separate kompressorer med separate motorer, eller kan kombineres til én enhet med en motor, eller kan oppnås ved å ha et kompresjonselement med en mellomliggende sugeport (og i det tilfellet ingen mellomkjøler 102). I tilfellet av et enkelt kompresjonselement har kompressoren en mellomliggende sugeport (mellomliggende trykkdel) mellom sugeporten (lavtrykksport) og uttømningsporten, og kjølemiddelet som strømmer ut av den mellomliggende varmeveksleren suges ved hjelp av den mellomliggende sugeporten. Den foretrukne utførelsesform har to separate kompresjonselementer med en mellomkjøler. 2. Mellomkjøleren kan eller trenger ikke å være tilstede. Den foretrukne utførelsesform anvender mellomkjøleren. 3. Den mellomliggende varmeveksleren 107 kan anordnes på en motstrømningsmåte eller en parallellstrømmåte eller en blandet motstrømsmåte/

parallellstrømsmåte. Den foretrukne utførelsesform anvender motstrøm. Ekspansjonsventilene styres som beskrevet nedenfor og kan være to separate ventiler eller innbefattes i ett ventillegeme. Styrekonseptene gjelder uavhengig av anvendelsen av kjølesystemet (for eksempel vannoppvarming, luftkondisjonering, varmepumping og kjøleanvendelse) over hele området av fordampertemperaturnivåene.

B. Kompressorvolumforhold

Forholdet mellom fortrengningsvolumet i høysidekompressoren i forhold til det i lavsidekompressoren er avhengig av de relative massestrømningsrater og tettheter ved de respektive kompressorsugeporter. Det foretrukne volumforhold er i området 0,3 til 1,0.1 en annen eksempelvis utførelsesform er volumforholdet i området 0,5 til 0,8.

Systemsimulering har vist at det optimale fortrengningsforhold er konstant over et bredt område av luftkondisjoneringsdriftsforhold. Ved lik hastighet i begge kompressortrinn er det optimale volumforhold for trinnene 0,76 for komponentspesifikasjoner som antas i simuleringen. Fig. 2 viser endringen i de resterende styrevariabler ved optimalisert driftsbetingelser for et område av omgivelsestemperaturer.

Selv om simuleringsresultater viser at den maksimale ytelseskoeffisient (COP) for den delte syklus nås når det mellomliggende trykk justeres med omgivelsesforholdene, kan systemet betjenes nær de optimale betingelser når det mellomliggende trykk er konstant ved en passende verdi. Forskjellen i ytelse er vist på fig. 3. Fig. 4 viser en kurvetilpasning av det optimale mellomliggende trykk som en funksjon av fordamper og omgivelsestemperaturer.

C. Styrevalgmuligheter

Massestrømningsraten gjennom den mellomliggende varmeveksleren 107 styres på en av de følgende måter:

1. Første valgmulighet

Hjelpeekspansjonsventilen 109 justeres slik at det mellomliggende trykket opprettholdes på en konstant verdi innenfor +/- 50% av verdien beskrevet av ligningen som er vist på fig. 4.1 den foretrukne utførelsesform kan det mellomliggende trykket ha en verdi lik +/- 20% av den som er angitt i ovenstående ligning. Det bør bemerkes at den foretrukne verdi vil avhenge av den faktiske utforming av systemet og er en funksjon av andre variabler, slik som fortrengningsvolumforholdet. Den ovenstående ligning tjener som et eksempel og dekker det fullstendige området av driftsbetingelser.

Forholdet mellom driftstrykkene er uttrykt som følger: Styrehøytrykkssiden mens det anvendes andreordens lineære 6 koeffisients ligning nedenfor, hvilket er et resultat av kurvetilpasning av høytrykkssidetrykket. Denne korrelasjon har et sikkerhetsnivå lik 98,9. dis = uttømming; amb = omgivelse; evap = fordampning hvor

Dernest bestemmes det mellomliggende trykk fra ligning 2 med konstant verdi av den optimale mellomliggende trykkoeffisient (1,26) slik som:

Det optimale mellomliggende trykkskoeffisient er gitt som 1,26 som den foretrukne verdi. Avhengig av driftsbetingelsene og systemutformingen, slik som kompressorfortrengningsvolumforhold, kan verdien variere fra 1,1 til 1,6.

2. Valgmulighet

Hjelpeekspansjonsventilen 109 har en termostatisk ekspansjonsventil av følgende grunn. I den vanlige enkelttrinnssyklus er kjølemiddelet som går inn i fordamperen blitt nedkjølt fra den høye temperaturen i gasskjølerutløpet til fordampertemperaturen ved å fordampe en del av selve kjølemiddelstrømmen. Således er kvaliteten av dampen som går inn ganske høy. Delen av kjølemiddelet som ble fordampet bare ved kjøling av seg selv ned blir ikke komprimert fra fordampertrykknivået hele veien til høysidetrykknivået. I den totrinns delte syklus har den mellomliggende varmeveksleren 107 imidlertid formålet med å forutkjøle hovedstrømmen ved hjelp av hjelpestrømmen. Den naturlige fordel er at hjelpestrømmen kjøler hovedstrømmen ved å tilveiebringe denne kjøling ved et trykknivå som er langt høyere enn fordampertrykknivået og det resulterende kompressorarbeidet for denne del av den totale kjølemiddelstrømningsraten reduseres betydelig, hvilket fører til netto besparelser. Desto mer varme hjelpestrømmen fjerner fra hovedstrømmen desto bedre vil dens effektivitet således være. Ettersom effektiviteten i hjelpestrømmen ved forkjøling av hovedstrømmen avhenger av ytelsen i den mellomliggende varmeveksleren 107, er følgende styrevalgmuligheter beskrevet. Hjelpeekspansjonsventilen 109 er en termostatisk ekspansjonsventil som justerer den mellomliggende strømningsrate slik at én eller flere av de følgende temperaturer opprettholdes konstante som beskrevet nedenfor:

A. Den mellomliggende varmeveksleren 107 er en motstrøms varmeveksler: 1. Temperaturen i hjelpestrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 er innenfor et visst område av temperaturen i den innkommende hovedstrøm. Den faktiske verdi avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren 107 er en motstrømsvarmeveksler eller ikke og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og systemets driftsbetingelser. Temperaturen styres innenfor 5K av den innkommende strøm; spesielt styres temperaturen innenfor 2K av den innkomne strøm. 2. Temperaturen i hovedstrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 styres innenfor et bestemt område av temperaturen i den innkommende hjelpestrøm. Den faktiske verdi avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren er en motstrømsvarmeveksler eller ikke og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og driftsbetingelsene for systemet. Temperaturen styres innenfor 5K av den innkomne strøm; spesielt styres temperaturen innenfor 2K av den innkomne strøm. 3. Temperaturen i hjelpestrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 styres innenfor et visst område av temperaturen i den innkomne sekundære strøm til gasskjøleren. Den faktiske verdi avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren 107 er en motstrøms varmeveksler eller ikke og av den størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og driftsforholdene for systemet. Temperaturen styres innenfor 8K av den innkomne strøm; spesielt styres temperaturen innenfor 4K av den innkomne strøm. 4. Temperaturforskjellen mellom hjelpestrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 og hovedstrømmen som går inn i den varmeveksleren styres innenfor et visst forutbestemt område. Den faktiske verdien avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren 107 er en motstrømsvarmeveksler eller ikke og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og systemets driftsbetingelser. Temperaturen styres innenfor 5K av den innkomne strøm; spesielt styres temperaturen innenfor 2K av den innkomne strøm. 5. Temperaturforskjellen mellom hjelpestrømmen som går inn i varmeveksleren 107 og hovedstrømmen som forlater den varmeveksleren innenfor et visst forutbestemt område. Den faktiske verdien avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren 107 er en motstrømsvarmeveksler eller ikke og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og driftsbetingelsene for systemet. Temperaturen styres innenfor 5K av den innkomne strøm;

spesielt styres temperaturen innenfor 2K av den innkomne strøm.

B. Den mellomliggende varmeveksleren 107 er en parallellstrøms

varmeveksler:

1. Temperaturen i hjelpestrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 styres innenfor et visst område av temperaturen av den innkomne hovedstrøm. Den faktiske verdi avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren er en motstrømsvarmeveksler og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og systemets driftsbetingelser. Temperaturen styres innenfor 12K av den innkomne strøm; spesielt styres temperaturen innenfor 6K av den innkomne strøm. 2. Temperaturen av hovedstrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 styres innenfor et visst område av temperatur i den innkomne hjelpestrøm. Den faktiske verdi avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren 107 er en motstrømsvarmeveksler eller ikke og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og systemets driftsbetingelser. Temperaturen styres innenfor 12K av den innkomne strøm; spesielt styres temperaturen innenfor 6K av den innkomne strøm. 3. Temperaturen i hjelpestrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 styres innenfor et visst område av temperaturen i den innkomne sekundære strøm til gasskjøleren. Den faktiske verdi avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren 107 er en motstrøms varmeveksler og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og driftsbetingelsene for systemet.

Temperaturen styres innenfor 15K av den innkomne strøm; spesielt styres temperaturen innenfor 8K av den innkomne strøm. 4. Temperaturforskjellen mellom hjelpestrømmen som forlater den mellomliggende varmeveksleren 107 og hovedstrømmen som forlater varmeveksleren styres innenfor et visst forutbestemt område. Den faktiske verdien avhenger av hvorvidt den mellomliggende varmeveksleren 107 er motstrøms varmeveksler eller ikke og av dens størrelse i forhold til de andre systemkomponentene og systemets driftsbetingelser. I en foretrukket utførelsesform styres temperaturen innenfor 10K av den innkomne strøm. Temperaturen styres innenfor 5K av den innkomne strøm; spesielt styres temperaturforskjellen innenfor 2K eller lavere.

3. Tredje valgmulighet

Konstant åpningsutvidelseanordning for hjelpestrøm: Som en fagmann vil forstå er beskrivelsen ovenfor basert på antagelsen av at den delte syklus kan styres ved eller nær optimal COP med kun 2 aktive styreanordninger. For å undersøke gjennomførligheten av å erstatte ekspansjons ventilen med en konstant-åpningsanordning, ble de følgende oppgaver gjennomført. Det bør bemerkes at den følgende analyse er blitt gjennomført for en kommersiell tilgjengelig kompressor laget av SANYO Electric Co., Ltd. (Osaka, Japan) som har et fortrengningsvolumforhold lik 0,576.

a) Areal av konstant åpningsanordning

Areal av konstant åpningsanordning blir beregnet ved å anvende ligning 3 for en

styreventil (ASHRAE Handbook, Fundamentals, 1997, side 2.11).

Hvor

Cd=0,8 {uttømmingskoeffisient for avfaset åpning) Ao=pi/4<*>Do<A>2 {åpningsareal}

k=CPl/CVI {forhold mellom spesifikke varmer} R=8314,41/44 {J/kg-K} {Gasskonstant)

C1 =((2*k)/(R* (k-1 )))A0,5 {konstant}

Ved å anvende egenskapene for hvert tilstandspunkt og massestrømningsratene beregnet fra ovenstående beskrivelse, ble åpningsarealet beregnet for både sub- og hovedsyklus ved forskjellige driftsbetingelser. Som vist på tabell 1 nedenfor viser sub-syklusen lignende åpningsareal for forskjellige betingelser: standardavvik er 7,9% av gjennomsnittsverdien. Mens hovedsyklusen viser åpningsarealet som varierer over et bredt område: standardavviket er 22,6% av gjennomsnittsverdien. Disse oppførsler er også vist på fig. 5, hvilket indikerer at ventilarealet for hovedsyklusen minsker lineært med økende omgivelsestemperatur og økende fordampningstemperatur, og ventilarealet for sub-syklusen er omtrentlig konstant. Observasjonen viser at det er mulig å anvende et kapillærrør eller kortrør for sub-syklusekspansjonsanordningen.

b) COP endringer ved å anvende konstant åpningsanordning for sub-syklusen: COP endringer ved å anvende konstant åpningsanordningen for sub-syklusen ble undersøkt. Resultatene er oppsummert i den etterfølgende tabell. Slik det er vist på tabell 2 blir de optimalisert COP verdier for de to tilfellene hovedsakelig de samme.

En fagmann vil således forstå at en passende utformet konstant åpningsekspansjonsanordning kan anvendes for hjelpestrømmen i en delt syklus. Fig. 6 viser en todimensjonal figur av fig. 5. Hovedsyklusen refererer seg til hovedekspansjonsventilen og fordamperkretsen, og sub-syklusen refererer seg til hj elpeekspansj onskretsen. Fig. 7 viser det optimale mellomliggende trykk Pint, opt i henhold til temperaturen for fordamperen oppnådd ved simulering. Fig. 8 og 9 viser området av den optimale mellomliggende trykkoeffisient Kint,opt. Fig. 8 viser den optimaliserte mellomliggende trykkoeffisient for forskjellige forhold. I den viste utførelsesform indikerer figuren at den optimaliserte mellomliggende trykkoeffisient strekker seg mellom 1,2 og 1,3. Fig. 9 viser forholdet mellom den optimaliserte mellomliggende trykkoeffisient og COP.

Fig. 10 viser forholdet mellom forholdet av fortrengningsvolum i høytrinnskompresjonselementet 104 og fortrengnings volumet i

lavtrinnskompresjonselementet 101 og COP for det foreliggende kjøleapparat.

D. Ekspansjonsventilutformninger

Tradisjonelt blir to separate, parallell styringsventil ekspansjonsventiler anvendt for å styre de to fluidstrømmene. Fig. 11 viser en styreventil som innbefatter to ekspansjonsventiler i et legeme. Dette betyr at hjelpestrømmen avgrenses etter den mellomliggende varmeveksleren 107. På fig. 11 deler både hovedstrømmene og hjelpestrømmen den samme innløpsstrøm 203, høytrykksfluiden fra den mellomliggende varmevekslerens 107 utløp. Verdien til venstre 201 styrer den mellomliggende massestrømningsraten ved å anvende det mellomliggende trykket 204 eller temperaturlesningen gjennom bulben 205 som inngangsparameteret som beskrevet ovenfor. Ventilen til høyre 202 styrer høysidetrykket ved å anvende sin verdi på port 206 som innmatning.

£. Andre sykluskonfigurasjoner

Styringskonseptene som er beskrevet her kan anvendes uavhengig av hvor mange fordampere eller gasskjølere syklusen anvender. Fig. 12 viser et eksempel over multi-fordampersystem. Dette system kan anvendes for luftkondisjonering, oppvarming og/eller varmtvanntilberedelse. Det anvender delt-syklusutformning. For delen som har delt-syklus, gjelder de samme styrebetraktninger som beskrevet ovenfor med to tilføyde leveringsmuligheter: (i) ekspansjons ventilen for det mellomliggende trykk EXP. V2 har en avstengningsfunksjon som er innebygget for de tilfellene der den mellomliggende strømningsraten er tilsiktet å være null. (ii) avhengig av driftsmodusen betjenes den mellomliggende varmeveksleren i en parallell eller motstrømskonfigurasjon. Således må styremodusen og spesifikasjonen for ventilen EXP. V2 justeres i henhold til

styrealgoritmen som er angitt ovenfor. I særdeleshet er nevnte operasjonsmodi som følger: 1. Luftkondisjoneringsmodus: den mellomliggende varmeveksleren 107 betjenes i motstrømning og ekspansjonsventilen EXP.V2 betjenes i motstrømningsmodus. 2. Oppvarmingsmodus: den mellomliggende varmeveksleren betjenes i parallellmodus og ekspansjonsventilen EXP.V2 betjenes i parallellmodus. 3. Vannoppvarmingsmodus: den mellomliggende varmeveksleren anvendes ikke og ekspansjonsventilen EXP.V2 er avstengt.

Fig. 13 viser et delt-syklussystem som har to fordampere, to

hovedekspansjonsanordninger og en sugeledningsvarmeveksler. Denne strukturen er egnet for et kjølesystem som har to eller flere avdelinger som opprettholdes på forskjellige temperaturer. Eksempelvis kan dette system anvendes på en husstands kjøleinnretning. Denne eksempelvise utførelsesform kan også anvendes for kommersielle kjølesystemer (for eksempel restauranter og lagere/butikker).

En fordamper kan være beregnet for høyere temperatur, for eksempel passende for ferske matvarer, og den andre kan være for lavere temperaturer egnet for frossen mat. De to hovedekspansjonsanordningene har en avstengningsfunksjon, slik at kjølemiddelet strømmer gjennom de to fordamperne vekselvis. Når hovedekspansjonsventilen for høytemperaturfordamperen lukkes, strømmer kjølemiddelet gjennom lavtemperaturfordamperen. Derimot, når hovedekspansjonsventilen for lavtemperaturfordamperen lukkes, strømmer kjølemiddelet gjennom høytemperatursfordamperen.

Som en fagmann vil forstå vil styrevalgmulighetene som er beskrevet ovenfor også kunne anvendes på denne strukturen. Åpningene i ventilen bestemmes av den samme algoritmen. Anvendelse av en konstant åpningsekspansjonsanordning, slik som et kapillærrør, er særlig egnet for kjøleinnretninger for hjemmebruk, ettersom det her er tale om en enkel fremgangsmåte og lav kostnad.

F. Kompressor

1. Struktur

Fig. 14-18 illustrerer en roterende kompressor 10. Den roterende kompressoren 10 er en intern mellomliggende trykktype, flertrinns kompresjonsroterende kompressor som anvender karbondioksid (CO2) som dets kjølemiddel. Den roterende kompressoren 10 er konstruert av en sylindrisk hermetisk beholder 12 laget av en stålplate, en elektromotorisk enhet 14 anbragt og rommet ved den øvre siden av det innvendige rom i den hermetiske beholderen 12, og en roterende kompresjonsmekanisme 18 som er anbragt under den elektromotoriske enheten 14 og dannes av et

lavtrinnskompresjonselement 101 og et høytrinnskompresjonselement 104 som drives av en roterende aksel 16 på den elektromotoriske enheten 14. Høyden av den roterende kompressoren 10 i utførelsesformen er 220 mm (utsidediameteren er 120 mm), høyden av den elektromotoriske enheten 14 er ca. 80 mm (den utvendige diameter derav er 110 mm) og høyden av den roterende kompresjonsmekanismen 18 er ca. 70 mm (den utvendige diameter derav er 110 mm). Gapet mellom den elektromotoriske enheten 14 og den roterende kompresjonsmekanismen 18 er ca 5 mm. Det ekskluderte volum i høytrinnskompresjonselementet 104 settes til å være mindre enn det ekskluderte volum i lavtrinnskompresj onselementet 101.

Den hermetiske beholder 12 i henhold til denne utførelsesform er dannet av en stålplate som har en tykkelse på 4,5 mm, og har et oljereservoar ved sin bunn, et beholderhovedlegeme 12A for å romme den elektromotoriske enheten 14 og den roterende kompresjonsmekanismen 18, og en i alt vesentlig bolleformet endehette

(deksel 12B) for å lukke den øvre åpningen av beholderens hovedlegeme 12A. Et rundt monteringshull 12D er dannet ved midten av den øvre overflaten av endehetten 12B, og en terminal (ledningen er utelatt) 20 for å levere effekt til den elektromotoriske enheten 14 er montert til monteringshullet 12D.

I dette tilfellet er enheten 12B som omgir terminalen 20 forsynt med et ringformet, avtrappet parti 12C som har en forutbestemt krumning som er dannet ved støpning. Terminalen 20 er konstruert av en rund glassdel 20A som har elektriske terminaler 139 som trenger gjennom denne, og en metallisk monteringsdel 20B dannet rundt glassdelen 20A og som strekker seg som en kjeve på skrå nedad og utad. Tykkelsen av monteringsdelen 20B er satt til å være 2,4+0,5 mm. Terminalen 20 er festet til endehetten 12B ved å innføre glassdelen 20A fra undersiden inn i monteringshullet 12D for å la den stikke frem ut til den øvre siden, og tilstøtende monteringsdelen 20B mot omkretsen av monteringshullet 12D, og så sveise monteringsdelen 20B til omkretsen av monteringshullet 12D på endehetten 12B.

Den elektromotoriske enheten 14 er dannet av en stator 22 som er ringformet installert langs den innvendige omkretsoverflate av det øvre rom i den hermetiske beholderen 12 og en rotor 24 er innført i statoren med et lite gap tilveiebragt mellom disse. Rotoren 24 er festet til den roterende akselen 16 som passerer gjennom midten derav og strekker seg i den perpendikulære retning.

Statoren 22 har et laminat 26 dannet av staplete, smultringformet, elektromagnetiske stålplater, og en statorspole 28 viklet rundt tennene på laminatet 26 ved hjelp av serievikling eller konsentrert vikling. Slik som er tilfellet for statoren 22 er rotoren 24 også dannet av et laminat 30 laget av elektromagnetiske stålplater, og en permanent magnet MG er innført i laminatet 30.

En mellomliggende skillevegg 36 er plassert mellom lavtrinnskompresj onselementet 101 og høytrinnskompresjonselementet 104. Nærmere bestemt er lavtrinnskompresj onselementet 101 og høytrinnskompresjonselementet 104 konstruert av den mellomliggende skilleveggen 36, en sylinder 38 og en sylinder 40 anbragt på og under den mellomliggende skilleveggen 36, øvre og nedre ruller 46 og 48 som eksentrisk roterer i de øvre og nedre sylindere 38 og 40 med en 180 graders faseforskjell ved å være montert til øvre og nedre eksentriske partier 42 og 44 tilveiebragt på den roterbare akselen 16, øvre og nedre vinger 50 (denne nedre vingen er ikke vist) som støter an mot nevnte øvre og nedre ruller 46 og 48 for å skille det indre av nevnte øvre og nedre sylindere 38 og 40 i lavtrykkskammere og høytrykkskammere, slik det vil bli omtalt i det etterfølgende, og et øvre støtteelement 54 og et nedre støtteelement 56 som også tjener som lågere for den roterende akselen 16 ved å lukke den øvre åpne overflaten av den øvre sylinderen 38 og den nedre åpne overflaten av den nedre sylinderen 40.

Det øvre støtteelementet 54 og det nedre støtteelementet 56 er forsynt med sugepassasjer 58 og 60 som står i kommunikasjon med det indre av henholdsvis nevnte øvre og nedre sylindere 38 og 40, via sugeporter 161 og 162 og fordypede uttømningsstøydempende kammere 62 og 64. De åpne partier av de to uttømningsstøydempende kammere 62 og 64 er lukket ved hjelp av deksler. Nærmere bestemt er det uttømmende støydempende kammeret 62 lukket av et øvre deksel 66, og det uttømmende, støydempende kammeret 64 er lukket av et nedre deksel 68.

I dette tilfellet er et lager 54 dannet oppstående ved midten av det øvre støtteelementet 54, og en sylindrisk hylse 122 er montert på den indre overflaten av lageret 54A. Dessuten er et lager 56A dannet på en gjennomtrengende måte ved midten av det nedre støtteelementet 56. En sylindrisk hylse 123 er også festet til den indre overflaten av lageret 56A. Disse hylser 122 og 123 er laget av et materiale som oppviser god glidbarhet, slik det vil bli omtalt i det etterfølgende, og den roterende akselen 16 fastholdes ved hjelp av et lager 56A i det øvre støtteelementet 54 og et lager 56 i det nedre støtteelementet 56 via mellomleddet i form av hylsene 122 og 123.

I dette tilfellet er det nedre dekselet 68 dannet av en smultringformet, rund stålplate, og festet til det nedre støtteelementet 56 fra undersiden ved hjelp av hovedboker 129 ved fire punkter på dens omkretsparti. Det nedre dekselet 68 lukker det nedre åpne partiet av det uttømmende støydempende kammeret 64 i kommunikasjon med det indre av den nedre sylinderen 40 i det nedre trinns kompresjonselement 101 via en uttømningsport 41. De fjerntliggende ender av hovedboken 129 er skruefestet til de øvre støtteelementene 54. Den indre omkretsen av det nedre dekselet 68 strekker seg innad forbi den indre overflaten av lageret 56A i det nedre støtteelementet 56 for derved å fastholde den nedre endeoverflaten av hylsen 123 ved hjelp av det nedre dekselet 68 for å hindre den i å komme løs.

Det nedre støtteelementet 56 er dannet av et ferrøst, sintret materiale (eller avstøpninger), og dets overflate (nedre overflate) til hvilken det nedre dekselet er festet er maskinert til å ha en flathet lik 0,1 mm eller mindre, og så utsatt for dampende behandling. Den dampende behandlingen bevirker den ferrøse overflaten til hvilken det nedre dekselet 68 er festet til å bli en jernoksidoverflate, slik at porene innenfor det sintrede materialet lukkes, hvilket fører til forbedret tetningsytelse. Dette unngår behovet for å tilveiebringe pakning mellom det nedre dekselet 68 og det nedre støtteelementet 56.

Det uttømmende, støydempende kammeret 64 og det øvre dekselet 66 ved siden tilliggende den elektromotoriske enheten 14 i det indre av den hermetiske beholderen 12 står i forbindelse med hverandre via en kommunikasjonspassasje 63, hvilken er et hull som passerer gjennom nevnte øvre og nedre sylindere 38 og 40 og den mellomliggende skillevegg 36 (fig. 17). I dette tilfellet er et mellomliggende uttømmingsrør 121 tilveiebragt oppstående ved den øvre enden av kommunikasjonspassasjen 63. Det mellomliggende uttømmingsrøret 121 er rettet mot gapet mellom tilgrensende statorspoler 28 og 28 viklet rundt statoren 22 på den elektromotoriske enheten 14 plassert ovenfor.

Det øvre dekselet 66 lukker den øvre overflatens åpning i det uttømmende, støydempende kammeret 62 i kommunikasjon med det indre av den øvre sylinder 38 i høytrinnskompresjonselementet 104 via en uttømmingsport 39, og skiller det indre av den hermetiske beholderen 12 til det uttømmende, støydempende kammeret 62 og et kammer tilliggende den elektromotoriske enheten 14. Det øvre dekselet 66 har en tykkelse lik 2 mm eller mer og 10 mm eller mindre (tykkelsen settes til den mest foretrukne verdi, 6 mm, i denne utførelsesform), og er dannet av en i alt vesentlig smultringformet, sirkulær stålplate som har et hull gjennom hvilket lageret 54A i det øvre støtteelementet 54 trenger gjennom. Med en pakning 124 plassert mellom det øvre dekselet 66 og det øvre støtteelementet 54, blir den omkretsmessige del av det øvre dekselet 66 festet ovenfra til det øvre støtteelementet 54 ved hjelp av fire hovedbolter 78 via mellomleddet i form av pakningen 124. De fjerntliggende ender av hovedbokene 78 skrus på det nedre støtteelementet 56.

Ved å sette tykkelsen av det øvre dekselt 66 til et slikt dimensjonsområde gjør det mulig å oppnå en redusert størrelse, holdbarhet som er tilstrekkelig stor til å overleve trykket i det uttømmende, støydempende kammeret 62 som blir høyere enn det for det indre av den hermetiske beholderen 12, og en garantert isolerende distanse fra den elektromotoriske enheten 14.

Den mellomliggende skilleveggen 36 som lukker den nedre åpne overflaten av den øvre sylinderen 38 og den øvre åpne overflaten av den nedre sylinderen 40 har et gjennomgående hull 131 som er plassert ved posisjonen som svarer til sugesiden i den øvre sylinderen 38 og strekker seg fra den ytre omkretsmessige overflaten til den indre omkretsmessige overflaten for å etablere kommunikasjon mellom den ytre omkretsmessige overflaten og den indre omkretsmessige overflaten for derved å danne en oljematingspassasje. Et tetningselement 132 er presspasset til den ytre omkretsmessige overflaten av det gjennomgående hullet 131 for å tette åpningen i den ytre omkretsmessige overflaten. Dessuten er et kommunikasjonshull 133 som strekker seg oppad dannet i midten av det gjennomgående hullet 131.

I tillegg er et kommunikasjonshull 134 som er knyttet til kommunikasjonshullet 133 i den mellomliggende skilleveggen 36 åpnet i sugeporten 161 (sugeside) av den øvre sylinderen 38. Den roterende aksen 16 har et oljehull som er orientert perpendikulært på de aksielle senter og horisontale oljematingshull 82 og 84 (som også er dannet i nevnte øvre og nedre eksentriske partier 42 og 44 på den roterende akselen 16) i kommunikasjon med oljehullet. Åpningen på den indre omkretsmessige overflatens side av det gjennomgående hullet 131 i den mellomliggende skilleveggen 36 står i forbindelse med oljehullet via mellomleddet i form av de oljematende hull 82 og 84.

Slik det vil bli omtalt i det etterfølgende vil trykket inne i den hermetiske beholderen 12 være et mellomliggende trykk, slik at det vil være vanskelig å tilføre olje inn i den øvre sylinderen 38 som vil ha et høyt trykk på grunn av det andre trinnet. Imidlertid gjør konstruksjonen av den mellomliggende skilleveggen 36 det mulig å trekke opp oljen fra oljereservoaret ved bunnen i den hermetiske beholderen 12, føre den opp gjennom oljehullet til oljematingshullene 82 og 84 inn i det gjennomgående hull 131 i den mellomliggende skilleveggen 36, og tilføre oljen til sugesiden av den øvre sylinderen 38 (sugeporten 161) gjennom kommunikasjonshullene 133 og 134.

Som beskrevet ovenfor er nevnte øvre og nedre sylindere 38,40 de mellomliggende skillevegger 36, det øvre og nedre støtteelementet 54,56, og det øvre og nedre dekselet 66,68 vertikalt festet ved hjelp av fire hovedbolter 78 og hovedboltene 129. Dessuten er nevnte øvre og nedre sylindere 38,40, den mellomliggende skilleveggen 36, og nevnte øvre og nedre støtteelementer 54,56 festet ved hjelp av hjelpeboker 136, 136 som er plassert utenfor hovedboltene 78,129 (fig. 17). Hjelpebokene 136 er innført fra det øvre støtteelementet 54, og de fjerntliggende ender derav er skrudd fast til det nedre støtteelementet 56.

Hjelpebokene 136 er plassert i nærheten av et ledespor 70 (som skal omtales senere) på den foregående vinge 50. Tillegget av hjelpeboken 136, 136 for å integrere den roterende kompresjonsmekanismen 18 sikrer tetningsytelsen mot et uhyre høyt innvendig trykk. Dessuten utføres festingen i nærheten av ledesporet 70 på vingen 50, hvilket gjør det mulig også å hindre lekkasje av det høye mottrykk (trykket i et mottrykkskammer 201) som anvendes på vingen 50, slik det skal omtales i det etterfølgende.

Den øvre sylinderen 38 innbefatter et ledespor 70 som opptar vingen 50, og en husdel 70A for å romme en fjær 76 plassert utenfor ledesporet 70, idet husdelen 70A er åpen overfor ledesporet 70 og den hermetiske beholderen 12 eller beholderens hovedlegeme 12A. Fjæren 76 ligger an mot det ytre endepartiet av vingen 50 for konstant å tvinge vingen mot rullen 76. En metallisk plugg 137 er presspasset gjennom åpningen på den ytre siden (tilliggende den hermetiske beholderen 12) av husdelen 70A inn i husdelen 70A for fjæren 76 ved enden som er tilliggende den hermetiske beholderen 12. Pluggen 137 fungerer til å hindre fjæren 76 fra å løsne.

I dette tilfellet blir den utvendige diameter av pluggen 137 satt til en verdi som ikke bevirker den øvre sylinderen 38 til å deformere når pluggen 137 presspasses inn i husdelen 70A, mens verdien er større enn den innvendige diameteren av husdelen 70A samtidig. Nærmere bestemt, er den utvedige diameteren av pluggen 137 utformet til å være større enn den innvendige diameteren av husdelen 70A med 4 um til 23 um. En O-ring 138 for å tette gapet mellom pluggen 137 og den innvendige overflaten av husdelen 70A er festet til den omkretsmessige overflaten av pluggen 137.

I dette tilfellet, som kjølemiddelet, den foregående karbondioksid (CO2), et eksempel på karbonsyregass, som er et naturlig kjølemiddel anvendes primært fordi det er så miljøvennlig og mindre brennbart og giftig. For at oljen skal fungere som et smøremiddel, blir en eksisterende olje, slik som mineralolje, alkylbenaenolje, eterolje eller esterolje anvendt.

På en sideoverflate av beholderens hovedlegeme 12A på den hermetiske beholderen 12, er muffer 141, 142, 143 og 144 respektivt festet ved sveising ved posisjonen som svarer til posisjonene for sugepassasjen 58 og 60 på det øvre støtteelementet 54 og det nedre støtteelementet 56, det uttømmende, støydempende kammeret 62, og den øvre siden av det øvre dekselet 66 (posisjonen i alt vesentlig tilsvarende den nedre enden av den elektromotoriske enheten 14). Hylsen 141 og 142 er vertikalt hosliggende, og hylsen 143 er plassert på en i alt vesentlig diagonal linje av hylsen 141. Hylsen 144 er plassert ved en posisjon som er forskjøvet i alt vesentlig 90 grader fra hylsen 141.

En ende av et kjølemiddelinnførende rør 92 for å lede en kjølemiddelgass inn i den øvre sylinderen 38 er innsatt i hylsen 141, og den ene enden av det kjølemiddelinnførende røret 92 står i forbindelse med sugepassasjen 58 på den øvre sylinderen 38. Den andre enden av det kjølemiddelinnførende røret 92 er forbundet med den nedre enden av en strømningskombinator 146. Den ene enden av røret 95 og 100 er koblet til den øvre enden av strømningskombinatoren 146. Videre er den andre enden av røret 95 koblet til muffen 144 via mellomkjøleren 102 (fig. 1) for å være i kommunikasjon med det indre av den hermetiske beholderen 12.

Dessuten er en ende av et kjølemiddelinnførende rør 94 for å lede en kjølemiddelgass inn i den nedre sylinderen 40 innført i og forbundet med hylsen 142, og den ene enden av det kjølemiddelinnførende røret 94 står i forbindelse med sugepassasjen 60 i den nedre sylinderen 40. Den andre enden av røret 94 er forbundet med fordamperen 108 (fig. 1). Et kjølemiddeluttømningsrør 96 er innført i og forbundet med muffen 143, og en ende av kjølemiddeluttømningsrøret 96 står i forbindelse med nevnte uttømmende, støydempende kammer 62. Den andre enden av røret 96 er forbundet med gasskjølerens varmeveksler 105 (fig. 1).

Dessuten er krager 151 med hvilke kopiere for rørforbindelse kan danne inngrep anbragt rundt de ytre overflater av muffene 141,143 og 144. Den indre overflaten av muffen 142 er forsynt med et gjenget spor 152 for rørforbindelse. Dette tillater koplerne for testrør lett å bli forbundet med kragene 151 på muffene 141,143 og 144 for å utføre en lufttetthetstest i den endelige inspeksjon under fremstillingsprosessen av kompressorene 10.1 tillegg tillater det gjengede sporet 152 et testrør lett å bli skrudd inn i muffen 142. Særlig i tilfellet av de vertikalt tilliggende muffer 141 og 142, har muffen 141 kragen 151, mens muffen 142 har et gjenget spor 152, slik at testrøret kan forbindes med muffene 141 og 142 i et lite rom.

2. Drift

Beskrivelsen vil nå bli gitt av driften. En styreenhet styrer antallet av omdreininger for den elektromotoriske enheten i den roterende kompressoren 10. Det øyeblikk som statorspolen 28 i den elektromotoriske enheten 14 energiseres via mellomleddet av terminalen 20 og en ledning (ikke vist) ved hjelp av styreenheten, blir den elektromotoriske enheten 14 startet og rotoren 24 roterer. Dette bevirker nevnte øvre og nedre ruller 46 og 48 som er montert på de øvre og nedre eksentriske partier 42 og 44 tilveiebragt i ett med den roterende akselen 16 eksentrisk å rotere i nevnte øvre og nedre sylindere 38 og 40.

Således blir en lavtrykkskjølemiddelgass (1.trinns sugetrykk LP: 4 MPaG) som er blitt innført i et lavtrykkskammer i den nedre sylinderen 40 fra en sugeport 162 via det kjølemiddelinnførende røret 94 og sugepassasjen 60 dannet i det nedre støtteelementet 56 komprimert av rullen 58 og vingen under drift for å oppnå et mellomliggende trykk (MP1: 8 MPaG). Kjølemiddelgassen i det mellomliggende trykk forlater høytrykkskammeret i den nedre sylinderen 40, passerer gjennom uttømningsporten 41, det uttømmende, støydempende kammeret 64 tilveiebragt i det nedre støttelementet 56, og kommunikasjonspassasjen 63, og uttømmes inn i den hermetiske beholderen 12 fra det mellomliggende uttømmingsrøret 121.

Ved dette tidspunkt er det mellomliggende uttømningsrøret 121 rettet mot gapet mellom de tilliggende statorspoler 28 og 28 som er viklet rundt statoren 22 på den elektromotoriske enheten 14 over dette. Derfor vil kjølemiddelgassen ha en relativt lav temperatur som kan positivt tilføres mot den elektromotoriske enheten 14, hvorved en temperaturstigning i den elektromotoriske enheten 14 begrenses. Samtidig når trykket inne i den hermetiske beholderen 12 mellomtrykket (MPl).

Det mellomliggende trykkets kjølemiddelgass i den hermetiske beholderen 12, ut av muffen 144 ved ovennevnte mellomliggende trykk (MPl), passerer gjennom røret 95 og mellomkjøleren 102 (fig. 1) og kombineres med kjølemiddelet fra den mellomliggende varmeveksleren 107 (fig. 1) gjennom røret 100.

Det kombinerte kjølemiddelet i strømningskombinatoren 146 strømmer ut fra den nedre enden, passerer gjennom røret 92 og sugepassasjen 58 dannet i det øvre støtteelementet 54, og trekkes inn i lavtrykkskammeret (2. trinns sugetrykk som er MP2) i den øvre

sylinderen 38 via en sugeport 161. Det mellomliggende trykkets kjølemiddelgass som er blitt trukket inn utsettes for en andretrinns kompresjon ved hjelp av rullen 46 og vingen 50 under drift for derved å bli omdannet til en varm høytrykkskjølemiddelgass (2.trinns uttømningstrykk HP: 12 MPaG). Den varme, høytrykks kjølemiddelgassen forlater høytrykkskammeret, passerer gjennom uttømningsporten 39, det uttømmende, støydempende kammeret 62 tilveiebragt i det øvre støtteelementet 54, og kjølemiddelets uttømmingsrør 96.

Claims

1. Fremgangsmåte for drift av en multi-trinns kjøleanordning, omfatter en kompresjonselement (101, 104), en radiator (105), et hjelpeekspansjonsmiddel (109), en mellomliggende varmeveksler (107), et hovedekspansjonsmiddel (106) og en fordamper (108) som danner en kjølesyklus, idet kjølemiddel som strømmer ut av nevnte radiator

(105) er avgrenet i to strømmer, en første kjølemiddelstrøm føres til en første strømningsvei i den mellomliggende varmeveksleren (107) via nevnte hjelpeekspansjonsmiddel (109), en andre kjølemiddelstrøm føres til en andre strømningsvei i den mellomliggende varmeveksleren (107) og så til fordamperen via nevnte hovedekspansjonsmiddel (106), varmevekslingen utføres mellom de to kjølemiddelstrømmene inne i nevnte mellomliggende varmeveksler (107), kjølemiddelet som strømmer ut av nevnte fordamper (108) suges ved hjelp av lavtrykksdelen i nevnte kompresjonselement (101, 104), og kjølemiddelet som strømmer ut av nevnte mellomliggende varmeveksler suges ved hjelp av den mellomliggende trykkdel i nevnte kompresjonselement (101, 104),karakterisert vedå regulere trykket i nevnte mellomliggende trykkdel av kompresjonselementet (101, 104) til et optimalt mellomliggende trykk ved å regulere nevnte hjelpeekspansjonsmiddel (109) ved hjelp av et uttrykk

hvor Pint, opt: Optimalt mellomliggende trykk Kint, opt: optimalt mellomliggende trykkoeffisient GMP: Geometrisk middelverdier av trykket på høytrykkssiden og trykket på lavtrykksiden Psuc: trykket på sugesiden av kompresjonselementet og Pdis: trykket på uttømningssiden av kompresjonselementet, og nevnte optimale mellomliggende trykkoeffisient Kint, opt settes i området 1,1 til 1,6.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat kjølemiddelet som anvendes i nevnte kjølesyklus er karbondioksid.