DE1728619A1

DE1728619A1 - Kuehlsystem mit kompressor und entlastungsventil

Info

Publication number: DE1728619A1
Application number: DE19681728619
Authority: DE
Inventors: James R Blatt; Clark B Hamilton; Harold Moody; Henri Soumerai
Original assignee: Dunham Bush Inc
Current assignee: Dunham Bush Inc
Priority date: 1967-01-27
Filing date: 1968-01-24
Publication date: 1976-10-21
Also published as: US3408826A; SE342501B; GB1220132A; DE1601058A1; GB1220133A; GB1220131A; DE1601058C2; DK122415B; BE709704A; FR1553294A; CH483607A; NL6801229A

Description

Patentinwllfo A η η ρ C Λ Q

Dr. Hugo Wilcken ' ' ^C ° ^D ' *

Dipl.-Ing. Thorms Wiicken Dipl.-Chem. Dr. Woifgan ι Laufer

24 Lübeck, Breita Slralio 52-Ö4 4C Lie j

Az: P 17 28 619.O-15

Anmelder: Dunham-Bush Inc., 179 South Street, West Hartford (Connecticut) USA

Kühlsystem mit Kompressor und Entlastungsventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem, bei dem ein Kompressor von einem Elektromotor angetrieben ist und ein Entlastungsventil aufweist, welches in eine und aus einer Vollaststellung bewegbar ist, um die Kompression des Kühlmittels zu steuern, und bei dem eine Ölspeisung Öl durch den Kompressor zirkulieren läßt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Mittel zur Aufrechterhaltung der gewünschten Arbeitsbedingungen in Kompressoren für Kühlsysteme unter sich ändernder Belastung und extremen Anwendungsbedingungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei dem eingangs erwähnten Kühlsystem ein Entlastungs-Schieberventil, welches einen Auslaß im Kompressorgehause steuert, durch die Wirkung des komprimierten Kühlmittels in seine Vollaststellung gezwungen wird, und daß ein Kolben und ein Zylinder mit diesem Ventil gekoppelt sind, um es aus seiner Vollaststellung wegzubewegen, wobei die Speisung angeschlossen ist, um öl unter Druck dem Zylinder zuzuführen und um die Kolben-Zylinder-Anordnung zu betätigen und dadurch das Ventil aus der Vollaststellung herauszubewegen.

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Die Erfindung sowie Ergänzungen der Lösung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten vertikalen Schnitt durch

den unteren linken Teil des Verdampferkühlers, der im unteren Teil der Fig. 1 dargestellt ist.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 enthält ein Kühlsystem 2 einen Schneckenkompressor 4 mit Entlaster 5 und einem Antrieb durch einen elektrischen Motor 6, einen ölseparator 8, eine Kühlmittelauslaßleitung 1o, einen wassergekühlten Kondensator 12, eine Flüssigkeitskühlleitung 14, die zu einem Wärmeaustauscher 16 verläuft, der als Uberhitzereinheit arbeitet, ein Trockenfilter 18 für das flüssige Kühlmittel, eine Steueranordnung 2o für die Flüssigkeitszufuhr, durch die das flüssige Kühlmittel zu einem Verteilerkopf 22 für mehrere Flüssigkeitsverteilerrohre 24 strömt, einen Verdampfungskühler 26 mit einem Kühlmitteleinlaßkopf 28 und einer Platte 3o für ein Kühlmittelauslaßrohr und eine Rücklauf leitung 32 für das gasförmige Kühlmittel, durch das es zum Kompressor 4 zurückkehrt.

Das System enthält auch ein ölumlaufsystem mit folgenden hintereinandergeschalteten Teilen, nämlich eine ölpumpe 34, eine durch einen Elektromotor 37 angetriebene ölpumpe 36, einen Ölkühler 38, durch den aus einem Wassereinsatz 4o Wasser zu einem Auslaß 42 strömt und das öl kühlt, welches aus der Pumpe

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austritt, und ein Ölfilter 44, Eine ölspeiseleitung 46 liefert Öl unter gesteuertem Druck über die Verteilerleitungen 48 zu den Motorlagern 5o und über die Leitungen 52,54 und 56 zum Kompressor 4. Öl wird weiterhin aus der Leitung 46 über eine Leitung 58 dem Entlaster 5 und über eine Leitung 59 einer Belastungssteuerung 6o zugeführt.

Während des Betriebes wird die dichte, unter hohem Druck stehende Öl-Gasmischung aus dem Kompressor 4 in eine Kammer geleitet, und dann durch den Motor, wo es axial gegen eine Prallplatte 64 strömt. Diese Gas-Ölmischung wird gleichmäßig gedämpft und kühlt den Stator und den Rotor des Motors, wobei der Motor als erste Stufe auch als Ölseparator dient und durch Zentrifugalwirkung die im Gas enthaltene ölmenge entfernt. Es wurde festgestellt, daß etwa 95 % des Öles durch den Motor abgeschieden wird, wobei sich das öl bei 66 im Unterteil des Gehäuses sammelt, aus dem es durch eine Leitung 35 zur Ölpumpe 34 fließt. Der zurückbleibende feine Ölnebel wird dann durch die Wirkung der Prallplatte 64 und den Ölseparator 8 aus dem Gas herausgetrennt.

Die scheibenförmige Prallplatte 64 lenkt den Gasstrom radial nach außen zur Außenwandung, und das öl strömt dann axial über die Kante der Prallplatte durch einen Durchgang oder Kanal 68, Mit axialer Ausrichtung liegt zum Kanal 68 ein ringförmiger Separator 7o der das öl beim Druchgang aus dem Gas wirkungsvoll entfernt. Der Separator 7o ist ein locker geformter Ring,

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aus einem gewebten Metallnetz, welches auf einem perforierten, rohrförmigen Dorn 72 aufgewickelt ist. Der Dorn 72 bildet einen zentralen Gasabgangskanal 74, durch den das Gas zu einem Gasabnahmerohr 73 und dann über ein Absperrventil 75 zur Leitung 1o strömt.

Die Einheit 7o besitzt einen axialen Abstand von der Prallplatte 64, um einen radialen Durchgang 76 zu erreichen, durch den das Gas frei radial einwärts zum Kanal strömt, ohne durch die Einheit 7o zu laufen. Damit kann das Gas, welches axial durch den Kanal 68 strömt, in axialer Richtung weiter fließen und strömt dann in die Einheit 7o ein und durch die Einheit 7o hindurch oder es kann radial einwärts durch den Kanal 76 strömen, und zwar ohne Drosselung in den zentralen Kanal 74. Jedoch besteht eine Tendenz dahin, daß wegen der zweiphasigen Flüssigkeitsströmung die schwerere Mischung aus Gas- und ölnebel entlang der äußeren Gehäusewandung fließt, während das ölfreie Gas in Nähe der Außenkante der Prallplatte 64 strömt. Damit trifft, sobald der Strom über die Prallplatte 64 fließt, das mit öl beladene Gas gegen die Einheit 7o und tritt in die Einheit ein, während das leichtere ölfreie Gas eine scharfe Wendung um die Kante der Prallplatte herum durchströmt und radial nach innen durch den Kanal 76 zum Kanal 74 fließt. Das Gas und der ölnebel, die in die Einheit 7o eindringen, bewegen sich dann langsamer, und daß freie Gas wandert radial nach innen zum Kanal 64.

Das öl aus der Einheit 7o haftet an den freien Oberflächen

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des Drahtgewebes und fließt abwärts, und sammelt sich im Unterteil der Einheit 7o im Ölgehäuse 66. Es strömt dann zur Pumpe 34 über die Leitung 35. Während des Betriebes kann eine Tendenz vorhanden sein, durch die das öl einige der Kanäle zwischen benachbarten Maschinenteilen der Einheit 7o überbrückt. Eine solche Überbrückung der Kanäle könnte verursachen, daß das Öl erneut vom Gas aufgenommen wird, so daß dadurch die Leistung des Ölseparators herabgesetzt würde. Bei der Anordnung nach der Erfindung jedoch, durch die das ölfreie Gas frei durch den Kanal 76 strömt, kann eine solche Wiederaufnahme nicht eintreten, und zwar offenbar wegen der herabgesetzten Gasgeschwindigkeit innerhalb der Einheit 7o. Weiterhin wird das Gas radial um etwaige verstopfte Kanäle oder Teile herumgelenkt, ohne daß sich ein Rückdruck ausbildet. Bei geringen Belastungen besteht die Tendenz, daß ein hoher Prozentsatz des Kühlgases durch die Einheit 7o strömt, während bei erhöhten Belastungen eine vergrößerte Gasmenge frei von öl ist und radial einwärts durch die Kanäle 68 fließt. Das konzentrische Auslaßrohr 73 gewährleistet, daß nur ölfreies Gas zur Leitung Io strömt.

Es wurde oben angeführt _f daß das flüssige Kühlmittel durch Verteilerrohr 24 dem Einlaßkopf 28 des Verdampfungskühlers 26 zugefördert wird. Der Kühle: 26 bestitzt Kühlrohre 8o, die innerhalb des Gehäuses zwischen dessen Enden abgestützt und an ihren Enden in Rohrplatten 82 und 84 gelagert sind (Fig. 2) Auf der Rohrplatte 82 ist eine Lochplatte 86 montiert, die

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hinter einem Kopf 88 an ihre Stelle gehalten ist. Die Lochplatte 86 besitzt eine Anzahl kleiner runder Durchbrechungen oder Bohrungen 9o, die so liegen, daß eine von ihnen axial ausgerichtet zu dem Ende jedes der Verdampferrohre 8o ist.

Der Kopf 88 besitzt eine Anzahl Rippen 92, die gegen die Lochplatte 86 liegen, und den Bereich der Lochplatte in eine Anzahl Kopfkammern unterteilen, die je flüssiges Kühlmittel über eines der Verteilerrohre 24 aufnehmen. Das Rippenmuster 92 ist so ausgebildet, daß sich im wesentlichen die gleiche Anzahl Löcher 9o in jeder Kopfkammer 94 befindet. Damit wird das Kühlmittel, welches jedem Rohr 24 zugeführt wird, durch eine der Kopfkammern und deren Bohrungen 9o zu einer speziellen Gruppe Verdampferrohre 8o geleitet. Jede Bohrung 9o arbeitet als Expansionseinheit, um den gewünschten Druckabfall zu erzeugen, so daß jedes Verdampferrohr tatsächlich eine gesonderte Verdampfereinheit bildet. Im wesentlichen die gleiche Kühlmittelmenge strömt auch zu jeder Kammer 94 und wird dann im wesentlichen gleichmäßig aufeine verhältnismäßig kleine Anzahl Verdampferrohre verteilt. Damit ist eine sehr wirksame und zuverlässige Anordnung zur im wesentlichen gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels :auf alle Verdampf er rokne erreicht.

Wie oben auseinandergesetzt ist, werden die Aulaßehden der Verdampferrohre in einer Rohrplatte 84 abgestützt, und die Rohre öffnen sich in das Gehäuse 96 des Wärmeaustauschers

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Wasser oder eine andere zu kühlende Flüssigkeit strömt zum Gehäuse 98 und von dort durch ein paar Leitungen loo und 1o2. Das Kühlgas fließt durch das Gehäuse 96 des Wärmeaustauschers 16 und kühlt das flüssige Kühlmittel in der Spirale 1o4, und dann strömt das Gas durch ein Filter 1o6 und durch die Leitung 32 zurück zum Kompressor 4. Im Strömungsweg des zurückfließenden Kühlgases befinden sich zwei Steuerkolben 1o8 und 11o, die die Flüssigkeitszufuhr- oder Regelventile 112 und 114 über Steuerungen 116 und 118 kontrollieren. Die Ventile 112 und 114 liegen parallel. Das Ventil 114 ist bei niedrigen Belastungen z.B. bei Belastungen von 35 % der Vollast geschlossen und das Ventil 112 bestimmt die Zufuhr des flüssigen Kühlmittels zum Kopf 22 unterhalb 35 % Vollast. Bei Belastungen oberhalb von 35 % der Vollast ist das Ventil 112 voll geöffnet und die Steuerung wird durch das Ventil 114 ausgeübt.

Wie" oben erwähnt/ steuert der Entlaster 5 den Betrieb des Kompressors so, daß.er die Menge des Kühlmittels komprimiert, die jederzeit für die Belastung erforderlich ist. Dementsprechend besitzt der Kompressor 4 ein Schieberventil 12o zur Kapazitätssteuerung, welches in der Stellung Vollast dargestellt ist, in der es einen Teil des Kompressor-Rotorgehäuses 122 bildet. Das Schieberventil 12o ist so montiert, daß es aus der dargestellten Lage sich nach links verschiebt und dadurch eine Öffnung im Boden des Rotorgehäuses freilegt, durch die das Ansauggas aus dem mittleren Teil des Kompressors zum Ansaugeinlaß zurückströmen kann. Auf diese Weise wird die Menge

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- 8 des gepumpten Gases herabgesetzt.

Das Schieberventil 1 2o ist durch eine Betätigungsspindel mit einem Kolben 126 verbunden, der in einem Zylinder 128 verschiebbar ist. Der Kolben 126 wird aus der dargestellten Lage durch Zufuhr von Öl mit gesteuertem Druck zur Kammer 13o im Zylinder rechts des Kolbens nach links bewegt. Der Zylinder 128 ist am linken Ende zum Unterdruck des Kompressors offen. Dapit wird, sobald Öl der Kammer 13o mit einem Druck zugeführt wird, welcher größer ist als der Auslaßdruck, der Kolben 126 nach links bewegt, und wenn der Druck des Öles in der Kammer 13o kleiner ist als der Auslaßdruck, bewegt sich der Kolben 126 nach rechts. Die ölzuführleitung 58 ist mit der Kammer 13o über ein Abschaltventil 132 und eine Leitung 134 verbunden. Wenn somit das Ventil 132 offen ist, wird das öl unter vollem Druck in den Leitungen 46 und 58 sofort der Kammer 13o zugeführt. Weiter ist ein Strömungskreis parallel.zum Ventil 132 durch die Leitung 59 und ein Drosselventil 136 und ein Abschaltventil 138 vorgesehen. Sobald das Ventil 132 geschlossen und das Ventil 138 geöffnet ist, strömt das öl bei dem Druck der Leitung 46 durch die Leitung 59, die Drossel 136, das Ventil 138 und die Leitung 134 zur Kammer 13o. Die Drossel 136 begrenzt jedoch die Strömungsmenge so, daß der Kolben 126 um einen verringerten jedoch gesteuerten Betrag bewegt wird, während bei geöffnetem Ventil 132 der Kolben sich mit größerer Geschwindigkeit bewegt. Dies läßt ein schnelles

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Entlasten durch Öffnen des Ventils 132 oder ein Entlasten mit einer kleineren Geschwindigkeit durch Öffnen des Ventiles 138 zu.

Eine zusätzliche Steuerschaltung wird durch ein Abschaltventil 14o und eine Drossel 142 in einer Leitung 144 vorgesehen, die zwischen dem Ansaugeinlaß des Kompressorgehäuses und der Kammer 13o verläuft. Wenn somit das Ventil 14o geöffnet wird, kann das Öl in der Kammer 13o frei durch die Leitung 134, die Drossel 142, die Leitung 144 und das Ventil 14o zum Kompressorgehäuse strömen. Wie oben erwähnt wurde, zwingt, sobald sich der Kompressor in Betrieb befindet, der Druck des komprimierten Gases auf der Auslaßseite des Kompressors das Schieberventil 12o in. die Vollaststellung. Wenn somit das Ventil 14o offen ist, gleicht sich der Druck auf den beiden Seiten des Kolbens wegen der Ölströmung aus der Kammer 13o aus und der Auslaßdruck, der auf das Schieberventil 12o einwirkt/ bewegt den Schieber und den Kolben 126 in die dargestellte Stellung zurück. Die Drossel 142 steuert die Menge des Ölstromes aus der Kammer 13o und steuert damit die Bewegungsgröße des Kolbens aus einer Teillaststellung bis zur Vollaststellung,

Der Öldruck in der Leitung 46 wird durch eine Steuereinheit 146 gesteuert, die ein Ventil 148 in einer Leitung besitzt,, welche von der Leitung 46 zum Sumpf 34 verläuft. Eine Steuerleitung 152 verläuft von dar Einheit 146 zur

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Auslaßkammer 62 des Kompressors, so daß die Einheit 146 auf den Kompressorauslaßdruck anspricht. Die Einheit und deren Ventil 148 arbeiten als Rückschlagventil um einen Druck in der Leitung 46 aufrecht zu erhalten, der um einen bestimmten Betrag oberhalb des Druckes in der Kammer 62 liegt. Zur Erläuterung dient, daß, wenn der Druck des

komprimierten Gases in der Kammer 62 etwa 14 kg/cm be-

trägt, der Druck in der Leitung 46 etwa 18 kg/cm ist. Somit wird das Öl, welches dem Kompressor durch die verschiedenen Leitungen 48,52,54 und 56 durch die Leitungen 58 und 59 zu den Entlaster geliefert wird, auf einen bestimmten Wert oberhalb des Kompressorauslaßdruckes gehalten. Dies gewährleistet eine geeignete und zuverlässige Zufuhr von öl zu den Motorlagern und zum Kompressor. Dies gewährleistet ebenfalls, daß der Entlaster richtig arbeiten wird. Das öffnen des Ventils 132 wird den Kompressor, sobald er teilweise oder vollbelastet wird, schnell entlasten. Das öffnen des Ventils 14o wird den Kompressor, sobald er teilweise oder völlig entlastet ist, um einen steuerbaren Betrag voll belasten.

Es wurde oben auseinandergesetzt, daß die schwere Mischung aus komprimiertem Gas- und ölnebel ein sehr ausreichendes Kühlen des Motors hervorruft. Der ölnebel erzeugt eine Steuerwirkung, die den Wärmeaustauschfaktor verbessert und die Kühlung des Motors erhöht. Das öl, welches dem Kompressor zugeführt wird, kann ein Kühlmittel enthalten und dieses

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Kühlmittel versucht, den Kühleffekt des Öles zu verstärken und zu unterstützen. Es ist somit ersichtlich, daß das Kühlmittel und das öl in gesonderten Kreisen zirkulieren, daß aber das Zwischenverhältnis beibehalten wird, welches zu einer verbesserten Betriebsart führt. Die Pumpe 36, wird vor dem Anlassen des Motors 6 in Gang gesetzt, so daß sich der Öldruck ausbildet und Öl für den Motor und Kompressor erzeugt, und der gewünschte Öldruck wird für den Entlaster vorgesehen. Die Steuerungen rufen auch eine automatische Entlastung beim Anlassen hervor.

Eine Nebenschlußleitung 11 für das heiße Gas ist zwischen der Auslaßleitung Io des gasförmigen Kühlmittels und der Leitung 21 der Flüssigkeitszufuhr angeschlossen, so daß das flüssige Kühlmittel aus den Ventilen 112 und 114 zum Verteilerkopf 22 strömt. Die Leitung 11 enthält ein Abschaltventil 23 und eine Drossel 15. Wenn es gewünscht wird/ wird das Ventil 23 geöffnet, um heißes Gas unter Steuerung durch die Drossel 15 zuzuführen, und dadurch eine Schichtung der flüssigen Phase und einen unstabilen Betrieb der Kühlmittelsteuerungen zu verhindern.

Die Erfindung zieht in Betracht, daß einige der Verdampferrohre 8o. mit mehr Kühlmittel als andere Rohre gespeist werden können. Solche Anordnungen erlauben Änderungen im Wärmeübergang oder in den Kühleffekten in verschiedenen Bereichen. Dementsprechend können die Bohrungen 3o in einer Kammer 94

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und von einer Kammer zur anderen verschiedene Größen besitzen. Ebenso können verschiedene Kammern unterschiedliche Rohrzahlen aufweisen» die an sie angeschlossen sind, und zwar mit oder ohne Änderungen der Bohrungsgrößen. Damit besteht eine große Freiheit in bezug auf den Aufbau, während andererseits ein zuverlässiger und genau gesteuerter Betrieb erreicht wird.

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Claims

Dr. Hugo Wilcxen Dipl.-Ing. Thomas Wiicken Dip!.-Chem. Dr. Wolfgang Läufer >{^ Lübeck, Breite Straße 02-54 9 K l|,j -Az: P 17 28 619.Ο-15 Anmelder: Dunham-Bush Inc., South Street/ West Hartford (Connecticut) USA Patentansprüche

1. Kühlsystem/ bei dem ein Kompressor von einem Elektromotor angetrieben ist und ein Entlastungsventil aufweist, welches in eine und aus einer Vollaststellung bewegbar ist, um die Kompression des Kühlmittels zu steuern, und bei dem eine Ölspeisung Öl durch den Kompressor zirkulieren läßt/ dadurch gekennzeichnet, daß ein Entlastungs-Schieberventil (12o), welches einen Auslaß im Kompressorgehäuse (4) steuert, durch die Wirkung des komprimierten Kühlmittels in seine Vollaststellung gezwungen wird, und daß ein Kolben und ein Zylinder (126,128) mit diesem Ventil gekuppelt sind, um es aus seiner Vollaststellung wegzubewegen, wobei die Ölspeisung (34,36 usw.) angeschlossen ist, um Öl unter Druck dem Zylinder (128) zuzuführen und um die Kolben-Zylinder-Anordnung zu betätigen und dadurch das Ventil aus der Volllaststellung herauszubewegen.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölspeisung (34,36 usw.) an den Zylinder 128 über eine Steuerung angeschlossen ist, die aus einem ersten Ventil (132), welches geöffnet wird, um das Entlastungs-Schieberventil (12o) in seine

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voll entlastete Stellung zu bewegen, und aus einem zweiten Ventil (14o) besteht/ welches vorteilhaft in Reihe mit einer Drossel (142) liegt und welches geöffnet wird, um eine ölströmung von einem zum anderen Ende des Zylinders (128) zu erzeugen.

3. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Zylinder und der Kühlmittel-Einlaßseite des Kompressors (4) vorgesehen ist und daß das Entlastungs-Schieberventil (12o) dem Kühlmittel-Abgabedruck des Kompressors unterworfen ist, und dadurch gekennzeichnet, daß der Ölströmungsweg (59) parallel zum ersten Ventil (132) liegt und ein drittes Ventil (138) und eine Drossel (136) aufweist und entweder das erste Ventil oder das dritte Ventil geöffnet werden kann, um öl zuzuführen, um das Entlastungsventil in seine voll entlastete Stellung zu bewegen.

4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (146, 148) zur Steuerung des Öldruckes, der dem Zylinder zugeführt wird, und zur Aufrechterhaltung des Öldruckes auf einem bestimmten Wert oberhalb des Kompressorabgabedruckes .

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