SE457465B - Oljekylningsanordning foer en skruvkompressorn i ett kylsystem - Google Patents

Description

457 465 mottagaren, och har sin utgång tillsammans med utloppsledningen som för blandat olje- och kylmedium från kompressorn till oljeseparatorn.

Blandningen av olja och komprimerat kylmedium nedkyls genom den tillförda kylvätskan från pumpen till utloppsledningen. Således gör kylmediapumpen och dess kopplingar inte bara den nödvändiga kylningen av smörjolja utan medför också en väsentligt förbättrad funktion av oljeseparatorn och nedkylning av det överhettade komprimerade kylmediet.

En viktig detalj med anordningen beskriven i patent nr 4,275,57O är möjligheten att kontrollera kylvätskans tillförselhastighet från högtrycksmottagaren till utloppsledningen för att samstämma flödet med skruvkompressorns aktuella utmatningsflöde. Sådan kontroll säkerställer tillförseln av tillräckligt mycket kylmedium för oljekylningen, men inte så mycket så att kylmediet kyls ned till kondenstemperaturen och således medför en bildning av kylvätskedroppar som skulle separeras ut i oljeseparatorn och orsaka kavitation vid oljepumpen som återför den separerade oljan till skruvkompressorn. Det föredragna kontrollsystemet som beskrivs i patentet består av en temperaturgivare i utloppsledningen, strax före oljekylaren, och en flödesventil som kontrolleras av givaren, placerad mellan kylmediapumpen och kompressorns utloppsledning. Med en positivdeplacement kylmediapump driven av en motor med konstant hastighet är en tryckutlösningsventil kopplad i returkretsen mellan utloppet och ingången av kylmediapumpen, för att till ingången återföra mediet som inte passerar flödesventilen.

Medtagandet av denna tryckutlösningsventil medför en högre kostnad och komplikation till anordningen, men arrangemanget med tryckutlösningsventilen ansågs vara att föredra framför andra uppenbara metoder för kylvätskans flödeskontroll till kompressorns utloppsledning.

Mer speciellt, att använda en elektrisk motor med variabel hastighet och medel för att variera hastigheten i respons till temperaturen i gtloppsledningen skulle vara mera kostsamt och mera komplicerat än metoden med tryckulösningsventilen.

Patentskriften poängterar att systemet medför ett problem med effektiva tätningar i kylmediapumpen genom att den kylvätska som passerar från högtrycksmottagaren till utloppsledningen hålls under högtryck när den flödar genom pumpen. Kylmediapumpen är därför i behov av kostsamma högtryckstätningar. Däremot kännetecknar patentskriften den 457 465 relativt höga kostnaden med en sådan pump som “betydelselös i relation till de ekonomiska fördelarna vilka uppnås med uppfinningens metod att kyla oljan". Således medgavs behovet av högtryckstätningar, trots att de anses vara godtagbara i relation till fördelarna, som en verklig nackdel vilken måste accepteras därför att det inte fanns något uppenbart sätt att undvika denna nackdel.

Inte desto mindre stötte man på svårigheter att framställa heleffektiva högtryckstätningar för kylmediapumpen och läckage genom tätningarna kunde, trots en låg frekvens, ske och då medföra allvarliga följder. Hänsyn togs genom att innesluta både pumpen och dess elektriska drivmotor i ett hermetiskt slutet hölje, utan kylmediatätning mellan pump och motor, men detta förslag godtogs inte därför att ett problem löstes men bara med risk för att det skapades ett nytt och allvarligare problem. Om pumpens drivmotor brann upp kunde syror från de överhettade isoleringarna förorena hela kylsystemet.

Ytterligare ett problem som ibland uppstår vid användning av anordningen enligt patent nr 4,270,570 var kavitation i kylmediapumpen.

Ledningen mellan kylmediapumpens ingång och högtrycksmottagaren, har en relativt liten diameter därför att endast ett mindre flöde av kylmedium måste åstadkommas av den pumpen. Kylvätskan i mottagaren ligger nära förångningstrycket, och tryckfallet längs den trånga ledningen till kylmediapumpen kan ibland orsaka bubblor av förångat kylmedia i ledningen och därigenom färorsakas av kavitation i pumpen.

Avsikten med den föreliggande uppfinningen är att förse ett kylsystem med en skruvkompressor och med en kylmediapump som tvingar kylmedia från högtrycksmottagaren in i en ledning som förbinder kompressorns utlopp med en oljeseparator. Kylmediapumpen som tvingar kylmediet från mottagaren in i den nyss nämnda ledningen, skall inte behöva förses med högtryckstätningar. Pumpen kan vara enkel och billig och kan opereras med variabel hastighet i synkronisation med skruvkompressorns utflöde och på så sätt undviks behovet av en tryckutlösningsventil och förbiledning.

Uppfinningen avser också att förse ett kylsystem av den beskrivna modellen med en enkel, pålitlig hastighetsreglerad drivmotor för kylmediapumpen, vari kylmediapumpen med drivmotor är inneslutna i ett hölje så att det inte kan uppstå något läckage från pumpen.

Denna uppfinning avser dessutom att förse ett kylsystem av vanlig 457 465 typ som beskrivs i patent nr 4,275,570 med en motor för kylmediapumpen som är enkel och billig men dock är lätt att reglera hastigheten på så att kylmedieflödet kan synkroniseras med skruvkompressorns flöde.

Ytterligare ett och mera speciellt ändamål med denna uppfinning är att på ett enkelt sätt hindra kavitation i kylmediapumpen som drar kylmedia från högtrycksmottagaren och trycker mediet intill ledningen mellan kompressorn och oljeseparatorn.

Rent allmänt kommer de redan nämnda och även ytterligare mål med uppfinningen att bli uppenbara vid följande beskrivning av en anordning som innehåller en hydraulmotor, vilken driver kylmediepumpen, och vilken har ett inlopp för tryckmedium under tryck och ett utlopp för utloppsvätska samt en oljeledning för att leda en del av oljan under tryck från oljepumpens utlopp till hydraulmotorns inlopp för att därmed trycksätta hydraulmotorn och en ytterligare oljeledning som sammanbinder hydraulmotorns utlopp med utloppsledningen från kompressorn, samt ett hölje som innesluter såväl kylmediepumpen som hydraulmotorn.

Närmare kännetecken på uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen i vilken kommer att hänvisas till bifogade ritningar. .

Ritningarna visar ett utförande av uppfinningen som är att föredra.

Figur 1 visar schematiskt ett kylsystem utfört enligt uppfinníngens princip. Figur 2 visar ett längsgående snitt av enheten som består av kylmediapumpen och drivmotorn. _ Figur 3 visar ett tvärsnitt av enheten i figur 2 genom ett plan 3-3 i figur 2.

I ritningarna visas en skruvkompressor 5 för ett högeffekt kylsystem som används till exempel för luftkonditionering i en kontorsbyggnad. Drivmotorn 6 för skruvkompressorn 5 kan ha en effekt av flera hudnra hästkrafter. Vanligtvis kan skruvkompressorn 5 vara selektivt reglerad vid full effekt eller vilket procenttal som helst av hela effekten beroende på kyllastbehovet.

Det är brukligt att en ganska stor mängd olja alltid måste passera 457 465 skruvkompressorn 5 så länge den är i funktion, för smörjning för vrideffekt och för att täta kompressorn från läckage av komprimerat kylmedium. Dessutom har oljan den viktiga funktionen att kyla kompres- sorn vilken blir varm genom arbetet att försätta kylmediet under tryck.

Oljan mäste då kylas utanför kompressorn.

Oljan flödar ut frán kompressorn 5 i en blandning med kompri- merat kylmedium, och denna blandning förs via ledning 7 från kom- pressorns utlopp till en oljeseparator 8. I enlighet med tekniken i US patent nr 4,275,570, och så som beskrivs i följande, skickas kyl- vätska till ledning 7 för att kyla ned blandningen av olja och konden- serat kylmedium innan blandningen förs till oljeseparatorn 8. Nedkyl- ningen gör att oljeseparatorn 8 kan arbeta mera effektivt och åstad- komma en praktiskt taget fullständig separation av oljan från kylme- diet, vilket inte skulle vara fallet om blandningen fördes till olje- separatorn i uppvärmt tillstànd. Blandningens kylning medför i viss man också det att kylmediets överhettning blir mindre på samma gäng som oljan nedkyls.

Den separerade oljan samlas i en sump 9 i botten av oljesepa- ratorn 8, och tjänstgör då som en oljetank från vilken oljan dras med oljepumpen l0 vars ingång ligger i förbindelse med sumpen 9 genom åter- föringsledning ll. Den största delen av olja som pumpas av pump l0 skickas tillbaka till skruvkompressorn 5 via en smörjningsledning l2, medan resten av oljan används på ett sätt som beskrivs härnedan.

Det komprimerade kylmedium från vilket oljan har separerats förs från oljeseparatorn 8 till en kondensor l3 där kylmediet kyls ned till mättningstemperaturen och kondenseras till en vätska. Från kon- densorn l3 förs kylvätskan till en högtrycksmottagare l4 där den samlas för att släppas till systemets làgtryckssida där kyleffekten sker.

För att förhindra ett returflöde av kylmedium när kompressorn 5 är stillastående eller körd vid ett lågt flöde, finns en backventil 16 i ledning 7 och en backventil till l7 mellan oljeseparatorn 8 och kon- densorn l3.

Det är brukligt att största delen av kylvätskan förs fran hög- trycksmottagaren l4, genom en expansionsanordning l8 till en förángare 20 i vilken kylmediet tillförs värme och förångas. Från förángaren 20 förs det föràngade kylmediet vid ett relativt lågt tryck, till ingången av skruvkompressorn 5 där mediet sätts under tryck för att upprepa cy- keln. 457 465 6 Kylvätskan som matas till ledning 7 för att kyla kompressorns smörjolja och för nedsvalning av det överhettade komprimerade kyl- mediet, tas från högtrycksmottagaren l4, förs genom en smal ledning 32 och trycks in i ledning 7 via ledning 33 med hjälp av en tryck- anordning bestående av kylmediapump 22 och hydraulmotor 23. Ett hölje 24 med en enkel tätning innesluter både kylmediapumpen 22 och motorn 23, så att alltsammans utgör en pump-motor-enhet.

Hydraulmotorn 23 drivs av olja under tryck från oljepumpen l0.

Hydraulmotorns 23 oljeingång är kopplad med smörjmedelledningen l2 genom ledning 25 vilken är en förgrening från ledning ll, och i vilken ledning finns en variabel flödesventil 26. Eftersom oljepumpen l0 bå- de har uppgiften att dels förse kylmediapumpen 22 med olja och att re- turnera smörjolja till skruvkompressorn 5, borde pumpen ha en högre kapacitet än en oljepump som skulle förse olja endast till kompressorn, och motorn 27 som driver pumpen borde ha en motsvarande högre effekt.

Oljeavloppet från hydraulmotorn 23 flödar till kompressorns ut- loppsledning 7 via en avloppsledning 28. Det är uppenbart att olja som matas till utloppsledningen 7 från avloppsledningen 28 dä passerar till oljeseparatorn 8 tillsammans med den kylmediablandning som kommer ut från kompressorn och sedan kommer att separeras från kylmediet i oljeseparatorn. Det är också uppenbart vid en fortsättning av denna beskrivning att den variabla flödesventilen 26 kunde placerats i av- loppsledningen 28 i stället för i ledning 25 som visats i ritningen.

På grund av ekonomiska skäl såväl som för enkelhetens och effek- tivitetens skull är kylmediapumpen 22 och hydraulmotorn 23 av liknande konstruktion. Således kan figur 3 betraktas som antingen kylmediapumpen 22 eller hydraulmotorn 23. I detta fall är pumpen 22 och motorn 23 vi- sade såsom kugghjulstypen, men de kunde också till exempel vara av ty- pen lamellkompressor.

När motorn 23 och pumpen 22 är likadana, kan drivaxlarna 29 i motorn också betraktas som pumpens drivaxlar. I detta fall är lagringar 30 för axlarna 29 monterade i mittdelen av höljet 24 mellan pumpen och motorn och på så vis finns det ingen del av axlarna som ligger utanför höljets väggar och därmed medför behovet av axeltätningar. Q Höljet 24 som innesluter kylmediapumpen 22 och motorn 23 är mycket enkelt. Det består av en centralkropp i vilken det finns motsatta och utátvända fördjupningar 36 som utgör kamrarna för pumpen 22 och motorn 23. 1-1: 457 465 Mellan dessa fördjupningar 36 finns hål 37 genom vilka axlarna 29 går och i vilka lagringarna 30 finns monterade. Platta väggar 38 är på mot- svarande sidor fastsatta på centralkroppen 35 med hjälp av skruvar 39, för att innesluta fördjupningarna 36 och täta höljet.

Det kan påpekas att inga speciella åtgärder behövs för att täta fördjupningarna 36 från varandra, eftersom den olja som passerar igenom motorn 23 och kylmediet som passerar igenom pumpen 22 båda skall le- vereras till ledning 7 för omedelbar ingång till oljeseparatorn 8. Både med kugghjulspumpen och kugghjulsmotorn så som visas i ritningarna, kan portarna 40 arrangeras symetriskt i centralkroppen 35, med ingångspor- tarna för oljan och kylmediet på den ena sidan nära de motsatta ändarna av centralkroppen, och utgångsportarna på andra sidan av centralkroppen.

Så länge som två portar på den ena sidan av centralkroppen 40 används som ingångsportar, och så länge som oljekopplingar görs på den ena än- den av centralkroppen och kylmediakopplingar görs vid andra änden av centralkroppen, finns det ingen anledning att befara felaktiga kopplin- gar.

Systemet med den föreliggande uppfinningen medger ett flöde av kylvätska till ledningen 7 på ett enkelt styrt sätt. I grunden, skall kylvätskans flöde till ledning 7 vara synkroniserat till skruvkom- pressorns aktuella flödeskapacitet. När således skruvkompressorn fun- gerar med hög kapacitet och på så sätt tillför olja-kylmediumbland- ningen stora mängder värme, måste flödet av kylvätska till ledning 7 vara större än när kompressorn fungerar med låg kapacitet. Flödet av kylvätska till ledning 7 kunde i och för sig baseras på en annan funktion av kompressorns utflöde, men avsikten är att uppehålla en förutbestämd blandningstemperatur till oljeseparatorn, d v s till- räckligt låg temperatur för tillfredsställande oljekylning, men till- räckligt hög för att förhindra kondensbildning av kylmediet. Således är det att föredra att en temperaturgivare 4l placeras i ledning 7 lite före separatorn 8. Signalen från temperaturgivaren 4l motsvarar temperaturen av blandningen i ledning 7 och är således en funktion av kompressorns 5 kapacitet. Temperaturgivarens signal används för att kontrollera flödesventilen 26, via den elektriska ledningen 42, så att flödesventilen 26 öppnas när temperaturen i ledning 7 ökas och på så sätt ökar flödet av olja till hudraulpumpen 23 och gör följaktligen så att kylmediapumpen 22 ger mera kylvätska till ledningen. 457 465 8 I praktiken är ledning 32 genom vilken kylvätska dras till kylmediapumpen 22 en trång ledning som en förgrening från ledning 43 genom vilken huvudflödet av kylmedium passerar från högtrycksmotta- garen l4 till förângaren 20. Enligt föreliggande uppfinning är kavi- tation i kylmediapumpen förhindrad genom ett uppåtstående ståndrör 45 kopplat med den trånga ledningen 32 strax ovanför kylmediapumpen 22.

Vid toppen av ståndröret finns en ángbehallare 46 till vilken bubblor av förångat kylmedia stiger genom stândröret. Anghállaren 46 har vid toppen en utgång som kontrolleras av en flottörventil 47 och är sedan kopplad via ledning 48 till ledning 50. Ledning 50 är den som för varmt kylmedia från förångaren 20 till kompressorns ingång. När det samlas förångat kylmedia i toppen av ånghállaren 46 tvingas kylväts- kan ned till en förutbestämd nivå, flottörventilen 47 öppnas och ånga släpps ut till lågtryckssidan i den varma kylmedialedningen 50. Pâ detta sätt bibehålls en kolumn av kylvätska i stàndröret 45 under ständig påverkan av jordens dragningskraft och tryck och förhindrar att bubblor av förångadt kylmedia kan passera till kylmediapumpen 22 varvid kavitation skulle uppstå.

Från beskrivningen och ritningarna kan man konstatera att denna uppfinning utgör ett kylsystem av en typ där kylvätska dras från en högtrycksmottagare och skickas vidare till blandningen av olja och kylmedium som passerar en skruvkompressor pà väg till en oljesepa- rator. Anordningen är en kompakt, billig, effektiv och läcksäker kyl- mediapump. Systemet har enkelt och effektivt medel för att kontrollera pumpen så att flödet av kylvätska lätt kan synkroniseras med skruv- kompressorns varierande kapacitet och det finns ett enkelt och effek- tivt sätt att förhindra kavitation i kylvätskepumpen. -fsr

Claims (4)

u 457 465 P a t e n t k r a v

1. Kylanordning bestående av en skruvkompressor (5), vilken kyls och smörjs genom att olja cirkuleras därigenom, och från vilken en blandning av komprimerat kylmedium och olja leds till en oljesepa- rator (8) genom en utloppsledning (7), och där anordningen innefattar recirkuleringsorgan för oljan bestående av en oljepump (10) med ett inlopp (11) som kommunicerar med oljeseparatorn (8) och ett utlopp (12) från vilket olja under tryck leds till skruvkompressorn (5), och en mottagare (14) till vilken kylmedium leds från oljeseparatorn (8) genom en kondensor (13), och i vilken vätskeformigt kylmedium hålls för cirkulering genom en förångare (20), samt avgivningsorgan bestående av en av en motor (23) driven kylmediepump (22) som med ett inlopp är ansluten (43) till mottagaren (14) och ett utlopp som kommunicerar (33) med utloppsledningen (7) från kompressorn (5) för att leda en ström av vätskeformigt kylmedium därigenom för att kyla kylmedie/oljeblandningen, kännetecknad av att anordningen innehåller A. en hydraulmotor (23), vilken driver kylmediepumpen (22), och vilken har ett inlopp för tryckmedium under tryck och ett utlopp för utloppsvätska; - B. en oljeledníng (25) för att leda en del av oljan under tryck från oljepumpens (10) utlopp till hydraulmotorns (23) inlopp för att därmed trycksätta hydraulmotorn (23): \ C. en ytterligare oljeledning (28) som sammanbinder hydraul- motorns (23) utlopp med utloppsledningen (7) från kompressorn (Sh samt D. ett holje som innesluter såväl kylmedieumpen (22) som hydraulmotorn (23L

2. Kylanordning enligt krav 1, kännetecknad av att avgivningsorganet består av (1) a) ett tätt tillslutet hus (24) med en hålighet (36) vid vardera änden av huset, b) åtminstone ett hål (37) som 457 465 10 sammanbinder de båda håligheterna, och c) en ingångsport (40) och en utgângsport (40) för vardera håligheten (36). vilken resp. vilka öppnar håligheterna (36) mot husets (24) utsida, (2) roterande delar i var och en av håligheterna (36), varvid den roterande delen i en av håligheterna (36) utgörs av en hydraul- motor (23), och den roterande delen i den andra av håligheterna (36) är av väsentligen samma slag som hydraulmotorn och utgörs av en kylmediepump (22), samt (3) åtminstone en drivaxel (29) som är lagrad i hålet (37) eller hålen i huset (24), och som drivförbinder den roterande delen i den ena delen med den roterande delen i den andra håligheten, och varvid en oljeledning (25) förbinder inloppsporten till den ena håligheten med utloppet på oljepumpen (10) för avledning av en del av den trycksatta oljan från detta utlopp, och varvid en andra oljeledning (28) förbinder utloppsporten från den ena håligheten med utloppsledningen (7) från kompressorn (5) för tillföring av utlopps- olja från hydraulmotorn (23L 4

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att den innehåller en sensor (41) för att avkänna en funktion av den kapa- citet, vid vilken skruvkompressorn (5) arbetar och för att ge en utgående signal, vilken väsentligen motsvarar den observerade funktionen, och av att en reglerbar flödesventil (26) är anordnad i en (25) av oljeledningarna, vilken ventil är ansluten till sensorn (41) och är anordnad att mottaga den nämnda utgående signalen för att åstadkoma en reglering av flödet av tryckmedieoljan genom hydraul- motorn i enlighet med den nämnda utgående signalen.

4. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, där kylmedieinloppet till kylmediepumpen (22) är anslutet till mottagaren (14) med hjälp av en inloppsledning (43), kännetecknad av att ett upprättstående stândrör (45) i sin bottenände är anslutet till kylmediepumpens (22) inlopp- ledning (43) och i den övre änden bildar en ångkammare (46), vilken innehåller en flottörventil (47), vilken reglerar ett utlopp nära toppen på ståndröret, och vilken är öppen när vätskenivån i ång- kammaren (46) är lägre än ett förutbestämt värde, och av att en ledning (48, 50) förbinder ångkammaren (46) med inloppet på skruvkompressorn (5).