DE2650935C3 - Kältemaschine mit gekapseltem Motorverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kältemaschine mit gekapseltem Motorverdichter, bei der der Kapselinnenraum einen Ölsumpf aufweist und die Saugleitung von einer Durchführung in der Kapselwand direkt zur Saugseite des Kältemittelverdichters geführt ist

bei einer bekannten Kältemaschine dieser Art (US-PS 33 02 424) ist die Saugleitung direkt mit der Ansaugseite des Kältemittelverdichters verbunden, damit möglichst kaltes Sauggas den Verdichter erreicht Hiermit kann die Verdichtertemperatur herabgesetzt und die Kälteleistung erhöht werden. Das verdichtete Kältemittel wird über einen Vorkühler in den Kapselinnenraum zurückgeleitet und von dort abgegeben. Der Kapselinnenraum steht daher unter Verflüssigungsdruck.

Bei einer anderen bekannten Kältemaschine der eingangs beschriebenen Art (DE-OS 20 24 447) wird durch eineii zwischen Kolben und Zylinder befindlichen Spalt bei jedem Verdichtungshub ein Teil des verdichteten Kältemittels in den Kapselinnenraum befördert. Dort herrscht demnach ein Druck, der größer als der Saugdruck und kleiner als der Verflüssigungsdruck ist.

In beiden Fällen ist es nachteilig, daß die vom Sauggas mitgeführten Verunreinigungen im Kreislauf verbleiben. Schmutzteilchen können Ventile und Kapillarrohr verstopfen. Wenn das mitgeführte öl sich akkumuliert, steht es nicht mehr zu Schmier- und Kühlzwecken zur Verfügung. Flüssige Kältemittel-Tröpfchen dürfen unter keinen Umständen in den Zylinder gelangen, da sonst das Saugventil wegen großer Drucksteigerungen zerstört werden kann.

Es ist auch schon bekannt (US-PS 28 13 404), einer nichtgekapselten Kältemaschine einen Flüssigkeitsabscheider vorzuschalten, der als Fliehkraftabscheider mit vertikaler Achse ausgebildet ist. Oben ist ein tangentialer Eintrittsstutzen und ein zentrisches, sich nach unten erweiterndes Austritts-Tauchrohr vorgesehen. Unten ist ein Sammelraum für die Flüssigkeit vorgesehen, der über eine Flüssigkeitsleitung mit einem einen ölsumpf aufweisenden Kurbelgehäuse des Verdichters verbunden ist.

Des weiteren ist eine Kältemaschine mit gekapseltem Motorverdichter bekannt (US-PS 30 73 515), bei der das Sauggas über den Kapselinnenraum zur Saugseite des Verdichters geführt wird. In die Saugleitung ist vor dem Eintritt in die Kapsel ein Flüssigkeitsabscheider vorgesehen, der zwischen der unteren Kapselschale und einer weiteren außen aufgesetzten Schale gebildet ist. Flüssigkeit wird von dort mittels des Saugdrucks über eine vertikale Leitung in den Kapselinnenraum oberhalb des ölsumpfes gefördert; gasförmiges Kältemittel gelangt über einen oberen Durchbruch in der Kapselwand in den Kapselinnenraum.

Der Erindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kältemaschine der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es erlaubt, flüssige Verunreinigungen aus dem Sauggas abzuscheiden und auf einfache und zuverlässige Weise in die Kapsel zu leiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außerhalb der Kapsel ein Fliehkraft-Flüssigkeitsabscheider mit vertikaler Achse, unten angeordnetem Sammelraum sowie oben angeordnetem tangentialen

Eintrittsstutzen und zentrischem Austritts-Tauchrohr in die Saugleitung geschaltet ist, daß für die Flüssigkeitsabfuhr eine Flüssigkeitsleitung vom Sammelraum für die Flüssigkeit in die Kapsel führt, daß die Druckleitung von der Druckseite des Kältemittelverdichters direkt zu einer Durchführung in der Kapselwand geführt ist und daß die Saugseite des Kältemittelverdichiers außerdem mit dem Kapselinnenraum verbunden ist, so daß diese annähernd unter Saugdruck gehalten ist

Bei dieser Konstruktion sorgt der Fliehkraft-Flüssig,-keitsabscheid-:r dafür, daß aus dem Sauggas alle Flüssigkeitsteilchen, wie öl und flüssiges Kältemittel, entfernt werden, bevor es in den Verdichter eintritt. Solche Fliehkraft-Flüssigkeitsabscheider haben die Besonderheit, daß sich im Sammelraum ein Druck aufbaut, der über dem Austrittsdruck liegt Infolgedessen steht zwischen den Drücken im Sammelraum und dem Saugdruck im Kapselinnenraum eine Druckdifferenz zur Verfügung, die zum Abführen der Flüssigkeit ausgenutzt werden kann. Insbesondere ist es sogar möglich, daß die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung gewisse Höhen überwindet. In der Kapsel gelangt das Öl in den Ölsumpf und flüssiges Kältemittel kann im Bereich des warmen Motorverdichters verdampfen.

Mit besonderem Vorteil beginnt die Flüssigkeitsleitung mit einem ansteigenden Abschnitt. Dieser kann beispielsweise durch einen vertikalen Kanal gebildet sein, der mit Absland vom Boden des Sammelraums beginnt. Auf diese Weise wird eine Art Flüssigkeitsverschluß gebildet, der es erlaubt, die Drücke im Sammelraum und im Kapselinnenraum weitgehend unabhängig voneinander auszubilden. Sobald der Flüssigkeitsspiegel die Oberkante des Eintrittsquerschnitts unterschreitet, wird die Flüssigkeitsabfuhr auf diejenige Menge reduziert, die jeweils neu abgeschieden wird.

Mit besonderem Vorteil bilden die Flüssigkeitsleitung und die Saugleitung· zwei Kanäle in einer gemeinsamen Durchführung. In der Kapselwand braucht daher nur eine Durchführung angebracht zu werden. Die Trennung zwischen den beiden Kanälen kann sehr einfach ausgeführt sein, da keine großen Druckunterschiede vorhanden sind. Insbesondere kann in einem Durchführungsrohr ein das Sauggas führendes Innenrohr angeordnet sein und der zwischen den Rohren verbleibende Querschnitt als Flüssigkeitsleitung dienen.

Günstig ist es ferner, wenn sich die Durchführung in Höhe des Oberteils des Fliehkraftabscheiders befindet und die Flüssigkeitsleitung einen über die Höhe des Fliehkraftabscheiders ansteigenden Abschnitt hat. Damit erhält die Saugleitung die kürzestmögliche Länge zwischen Flüssigkeitsabscheider und Kapsel und demnach praktisch auch keine Temperaturabsenkung. Auch ist der Druckabfall eines Fliehkraftabscheiden an sich und erst recht mit einem so kurzen Austrittskaml, sehr klein. Der sich im Sammelraum des Fliehkraftabscheiders ausbildende Druck vermag die Flüssigkeit ohne weiteres über die Höhe des Abscheiders zu treiben.

Des weiteren kann der Fliehkraftabscheider mittels des Durchführungsrohres freitragend an der Kapsel gehalten sein. Da er insgesamt recht klein ausgebildet werden kann, benötigt er keine andere Befestigung.

Der Saugdruck im Inneren der Kapsel wird vorzugsweise in der Weise aufrechterhalten, daß er über einen Drosselkanal mit der Saugseite des Verdichters verbunden ist. Der Drosselkanal stellt sicher, daß über diesen Weg immer nur ein Teil des gasförmigen Kältemittels angesaugt werden kann, der im Vergleich zu dem direkt zugeführten Sauggas klein ist Wegen der Drosselung steigt beim Abschalten des Verdichters der Druck im Flüssigkeitsabscheider rascher an als im Kapselinnenraum, so daß Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsleitung in die Kapsel gedruckt und anschließend ein Druckausgleich herbeigeführt wird. Ferner wird ein Aufschäumen des Öls beim Anfahren weitgehend herabgesetzt

Eine sehr kurze Saugleitung im Inneren der Kapsel und eine entsprechend geringe Abkühlung des Sauggases erhält man, wenn bei einem Motorverdichter mit vertikaler Achse die Durchführung unterhalb des Verdichterkopfes angeordnet ist, wenn sowohl die Durchführung als auch der saugseitige Verdichteranschluß mit Rohrstutzen versehen sind, die etwa in Richtung der Motorachse gegeneinander versetzt sind, und wenn ein im wesentlichen steifes Verbindungsrohr über je ein Gelenk mit den beiden Rohrstutzen verbunden ist

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeig»

Fi g. 1 eine scbematisehe Darstellung einer erfindungsgemäßen Kältemaschine und

F i g. 2 eine konstruktive Ausgestaltung eines an der Kapsel angebrachten Fliehkraftabscheiders.

In F i g. 1 ist eine Kapsel 1 veranschaulicht, in welcher ein Motorverdichter 2 an Federn 3 aufgehängt ist. Der Motorverdichter besteht aus einem Elektromotor 4 und einem Kolbenverdichter 5. Der Motor treibt über seine Welle 6 und eine Kurbelschleife 7 einen Verdichterkolben 8 in einem Zylinder 9 hin und her. Eine ölfördervorrichtung 10 taucht in einen Ölsumpf 11, der sich unten im Innenraum 12 der Kapsel 1 sammelt

Ein Zylinderdeckel oder -kopf 13 weist eine Saugventilkammer 14 und eine Druckventilkammet 15 auf, die über nicht veranschaulichte Saug- und Druckventile mit dem Hubraum des Verdichters 5 in Verbindung stehen. Die Druckventilkammer 15 ist über eine mäanderförmig gebogene (gestrichelt dargestellte) Druckleitung 16 mit einer Durchführung 17 verbunden, an welcher ein Kondensator angeschlossen werden kann. Die Saugventilkammer 14 ist einerseits mit einem Ansaugstutzen 18 versehen und steht andererseits über einen Drosselkanal 19 mit mindestens einer Schalldämpferkammer 20 in Verbindung, die einen Eintrittsstutzen 21 aufweist, der in den Innenraum 12 der Kapsel mündet.

An der Außenseite der Kapsel 1 ist ein Fliehkraftabscheider 22 angebracht, der einen oben zylindrischen und unten konischen Abscheideraum 23 mit vertikaler Achse aufweist. Unten schließt sich ein Sammelraum 24 für Flüssigkeit an. Oben ist tangential ein Eintrittsstutzen 25 und ein zentrisches Tauchrohr 26 angeordnet, das sich etwa über die Höhe des Eintrittsquerschnitts erstreckt Vom Tauchrohr führt ein Sauggaskanal 27, vom Sammelraum 24 eine Flüssigkeitsleitung 28 zu einer Durchführung 29 in der Kapselwand.

Der Sauggaskanal 27 weist einen Stutzen 30 auf, der unterhalb des Ansaugstutzens 18 des Verdichterkopfes 13 angeordnet ist. Beide Stutzen sind aufeinanderzu gerichtet und verlaufen etwa parallel zur Achse des Motorverdichters 2. Beide Stutzen werden teleskopartig von einem im wesentlichen steifen Verbindungsrohr 31 übergriffen, das mit jedem Stutzen vermittels eines als Dämpfungselement dienenden O-Dichtringes 32 bzw. 33 ein Gelenk bildet. Aufgrund dieser Gelenke kann sich der Motorverdichter an seiner federnden

Aufhängung frei bewegen.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform des Fliehkraftabscheiders 22. Er hat ein dreiteiliges Gehäuse, bestehend aus einem Deckel 34, einem Mittelstück 35, das im wesentlichen den Abscheideraum begrenzt, und einen topfförmigen Boden 36, der im wesentlichen den Sammelraum 24 begrenzt. Zur Durchführung gehört ein Durchführungsrohr 37, das in den Deckel 34 eingesteckt ist und den gesamten Fliehkraftabscheider trägt. Der Sauggaskanal 27 wird durch eine Bohrung 38 und ein sich daran anschließendes Innenrohr 39 gebildet, das so innerhalb des Durchführungsrohres 37 verläuft, daß an der Unterseite zwischen beiden Rohren ein Spalt 40 verbleibt, der einen Teil der Flüssigkeitsleitung 28 bildet. Dieser Spalt steht über einen Durchbruch 41 im Durchführungsrohr 37, eine Bohrung 42 im Mittelteil 35 und einen Kanal 43 im Innern eines Rohres 44 mit der Flüssigkeitskammer 24 in Verbindung. Das Rohr 44 hat einen Eintrittsquerschnitt 45, der mit Abstand oberhalb des Bodens 46 des Sammelraums 24 endet.

Im Betrieb wird während des Saughubes Sauggas über den tantentialen Eintrittsstutzen 25 in den Abscheider 22 gesaugt. Dieses Sauggas erfährt dabei eine Wirbelbewegung entlang der Linie 49, wobei schwerere Partikel, wie Flüssigkeitströpfchen und Schmutzteilchen, infolge der Zentrifugalwirkung nach außen wandern und dann längs der Konusfläche 50 nach unten in den Sammelraum 24 abfließen. Das gereinigte Sauggas geht dann längs der Linie 51 etwa vertikal nach oben und tritt durch das Tauchrohr 26 und die Sauggasleitung 27, durch die Durchführung 29, über das Gelenkrohr 31 und den Ansaugstutzen 18 in die Saugventilkammer 14. Entsprechend der Strömung des Gases nimmt der Druck im Fliehkraftabscheider von einem Druck p\ am Eintrittsstutzen 25 über einen Druck P2 im Bereich des Sammelraums 24 zu einem Druck pi im Sauggaskanal 27 ab.

Gleichzeitig wird aus dem Innenraum 12 der Kapsel 1 Sauggas über den Schalldämpfer 21 und den Drosselkanal 19 in die Saugventilkammer 14 gesaugt. Im Kapselinnenraum 12 herrscht daher ein Druck pt, der etwa die Größe von pi hat, auf jeden Fall aber niedriger ist als der Sammelraum-Druck pi. Infolgedessen steht die Flüssigkeit 48 unter der Druckdifferenz pi—p^ die in der Lage ist, Flüssigkeit über die Flüssigkeitsleitung 28

ίο und die Durchführung 29 in die Kapsel zu drücken. Dies geschieht so lange, bis der Flüssigkeitsspiegel die Höhe des Eintrittsquerschnitts 45 erreicht hat. Dann bleibt der Spiegel etwa auf dieser Höhe erhalten, d. h. es wird während des Betriebs des Motorverdichters gerade soviel Flüssigkeit, vermischt mit etwas Gas, über die Rohrleitung 28 abgeführt, wie abgeschieden wird. Das so zurückgeführte öl steht wieder zu Schmier- und Kühlzwecken zur Verfügung. Flüssiges Kältemittel kann im Innern der Kapsel verdampfen und dann über den Drosselkanal 19 wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden.

Im Stillstand kann es geschehen, daß sich im Fliehkraftabscheider 22 durch Kondensation Flüssigkeit bis zu einem höheren Pegel sammelt. Diese Flüssigkeit wird unter dem Einfluß des Druckunterschiedes zu Beginn der Inbetriebnahme in die Kapsel 1 zurückgeführt, bis der veranschaulichte Spiegel wieder erreicht ist.

Der Fliehkraftabscheider kann sehr klein ausgebildet werden. Für eine Kältemaschine, die für einen Haushalts-Kühlschrank bestimmt ist, genügt eine Gesamthöhe von etwa 6 cm und ein Außendurchmesser von etwa 4 cm. Er ruft einen Druckabfall von etwa 0,03 bar hervor. Für die Flüssigkeitsleitung 28 wurden Bohrungen von 3 mm Durchmesser, für die Saugleitung 27 Rohrdurchmesser von 5 mm verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kältemaschine mit gekapseltem Motorverdichter, bei der der Kapselinnenraum einen Ölsumpf aufweist und die Saugleitung von einer Durchführung in der Kapselwand direkt zur Saugseite des Kältemittelverdichters geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Kapsel (1) ein Fliehkraft-Flüssigkeitsabscheider (22) mit vertikaler Achse, unten angeordnetem Sammelraum (24) sowie oben angeordnetem tangentialen Eintrittsstutzen (25) und zentrischem Austritts-Tauchrohr (26) in die Saugleitung geschaltet ist, daß für die Flüssigkeitsabfuhr eine Flüssigkeitsleitung (28) vom Sammelraum (24) für die Flüssigkeit in die Kapsel führt, daß die Druckleitung (16) von der Druckseite des Kältemittelverdichters (5) direkt zu einer Durchführung (17) in der Kapselwand geführt ist und daß die Saugseite des Kältemittelverdichters außerdem mit dem kapselinnenraum (12) verbunden ist, so daß dieser annähernd unter Saugdruck (pi) gehalten ist.

2. Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsleitung (28) mit einem ansteigenden Abschnitt (43) beginnt.

3. Kältemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ansteigende Abschnitt durch einen vertikalen Kanal (43) gebildet ist, der mit Abstand vom Boden (46) des Sammelraums (24) beginnt.

4. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsleitung (28) und die Saugleitung (27) zwei Kanäle in einer gemeinsamen Durchführung (29) der Kapselwand (1) bilden.

5. Kältemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Durchführungsrohr (37) ein das Sauggas führendes Innenrohr (39) angeordnet ist und der zwischen den Rohren verbleibende Querschnitt (40) als Flüssigkeitsleitung dient.

6. Kältemaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchführung (29) in Höhe des Oberteils des Fliehkraftabscheiders (22) befindet und die Flüssigkeitsleitung (28) einen über die Höhe des Fliehkraftabscheiders ansteigenden Abschnitt (42,43) hat.

7. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 4 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (22) mittels des Durchführungsrohres (29) freitragend an der Kapsel (1) gehalten ist.

8. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (12) der Kapsel (1) über einen Drosselkanal (19) mit der Saugseite des Verdichters (5) verbunden ist.

9. Kältemaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (19) in die Saugventilkammer (14) mündet, an die auch die Saugleitung (27) angeschlossen ist.

10. Kältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Motorverdichter mit vertikaler Achse die Durchführung (29) unterhalb des Verdichterkopfes (13) angeordnet ist, daß sowohl die Durchführung als auch der saugseitige Verdichteranschluß mit Rohrstutzen (18, 30) versehen sind, die etwa in Richtung der Motorachse gegeneinander versetzt sind, und daß ein im wesentlichen steifes Verbindungsrohr (31) über je ein Gelenk mit den beiden Rohrstutzen verbunden ist