DE2719566A1

DE2719566A1 - Kompressoreinheit fuer ein waermepumpensystem

Info

Publication number: DE2719566A1
Application number: DE19772719566
Authority: DE
Inventors: Francis J Sisk
Original assignee: Electric Power Research Institute Inc
Current assignee: Electric Power Research Institute Inc
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1977-05-02
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DK120577A; NO143543B; NO143543C; FR2371592A1; SE7704909L; NO772219L; GB1579146A; US4094165A; JPS5364855A; CA1041312A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor für Wärmepumpen und insbesondere eine Kompressoreinheit, die die in ihr erzeugten Wärmeverluste unterdrückt bzw. zurückhält und es ermöglicht, die Wärmeverluste im Winter für Heizzwecke zu verwenden und im Sommer in die Atmosphäre abzugeben.

Die Kompressoren von Wärmepumpen sind üblicherweise in hermetisch dichten Gefäßen bzw. Gehäusen untergebracht, wobei der Unterseiten- bzw. Ansaugdampf dem Gehäuse zugeführt wird, in dem er als Kühlmittel für den Motor und das öl dient. Das Gehäuse ist im Freien untergebracht und nicht isoliert. Beim Heizbetrieb geht die im Gehäuse erzeugte Verlustwärme durch Konvektion an die Atmosphäre verloren. Ist das Gehäuse im Inneren eines Gebäudes untergebracht, um diese Wärme zu konservieren bzw. für eine Nutzung zu speichern, so ist im sommerlichen Kühlbetrieb die fühlbare Wärmekapazität durch die Wärme ver-

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DR. C. MANITZ ■ DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIP L. -INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

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ringert, die in den zu kühlenden Raum eindringt. Es wäre wünschenswert, diese Wärmeverluste bzw. diese Verlustwärme im Winter für das Erwärmen eines Innenraumes zu verwenden und die Möglichkeit zu besitzen, diese Verlustwärme während des Sommers an die Atmosphäre abzugeben. Hieraus ergibt sich ein Bedarf für eine Vorrichtung und ein Verfahren um dieses Ziel zu erreichen, damit die Wärmepumpe über das gesamte Jahr hinweg mit einer größeren Effektivität arbeiten kann.

Die Erfindung befriedigt den oben beschriebenen Bedarf dadurch, daß sie eine verbesserte Kompressoreinheit schafft, die so arbeitet, daß sie eine Heißdampfkühlung für den aus dem Kompressor austretenden Dampf dadurch durchführt, daß dieser Dampf im Kompressorgehäuse in direkte Berührung mit einem aus der Flüssigkeit des heißen Endes des Systems gebildeten Spray gebracht wird, daß hierauf die überschüssige Flüssigkeit von dem der

(de-sup.erneated) Heißdampfkühlung unterworfenen/Dampf abgetrennt und der Dampf durch die Luftspalte des Motors des Kompressors abgegeben wird, um diesen zu kühlen und den Dampf wieder zu überhitzen. Die überschüssige Flüssigkeit wird in den wieder überhitzten Dampf eingeführt, wenn dieser aus der Kompressoreinheit austritt, um zum Vierwege-Ventil und zur Kondensorspule bzw. zur Kühlschlange des Wärmepumpensystems zu fließen.

Der Dampf wird einer Heißdampfkühlung unterworfen, wenn er in innigen Kontakt mit einem aus einem Teil der Flüssigkeit vom heißen Ende gebildeten Spray gebracht wird, wobei dieser Spray gebildet wird, wenn die Flüssigkeit in das Gehäuse der Kompressoreinheit eintritt und eine rotierende Scheibe berührt, die auf dem Ende der Motor-Antriebswelle angeordnet ist und die mit dem Rohr ausgerichtet ist, das die Flüssigkeit in das Gehäuse hineinführt. Die überschüssige Flüssigkeit fließt in einen flachen Trog bzw. Behälter ab, der die Motorendhaube umgibt, während der Dampf in die die Motorantriebswelle umgebende öffnung eintritt und sich durch die Motorendhaube hin-

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durch ausdehnt. Der Dampf strömt durch die Luftspalte des Motors und des Kompressors und verläßt diesen durch die Motorgebläseöffnungen, bewegt sich dann nach oben und in das offene

senkrechten
obere Ende einer/Steigleitung bzw. eines Standrohres, das auch mit einem Ablauf- bzw. Entwässerungsrohr mit kleinem Durchmesser von dem Behälter in Verbindung steht, das von dort die überfließende Flüssigkeit aufnimmt. Während die Flüssigkeit in das Rohr mit dem kleinen Durchmesser und hierauf in das Standrohr fällt, wird der Dampf in das Standrohr geleitet und nimmt die Flüssigkeit mit, worauf der Dampf zusammen mit der ihm aufgeladenen Flüssigkeit das Gehäuse verläßt um zu dem Vierwege-Ventil und der Kühlschlange des Systems zu fließen.

Somit ist es Hauptziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für die Verwendung der in einem hermetisch dichten, den Kompressor enthaltenden Gehäuse normalerweise an die Atmosphäre verlorengehenden Wärme zu schaffen, so daß die Verlustwärme im Winterkühlbetrieb dazu verwendet werden kann, das Innere eines Raumes zu heizen, während diese Verlustwärme im Sommerkühlbetrieb an die Atmosphäre abgegeben werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei der bzw. bei dem der überhitzte, aus dem Kompressor austretende Dampf mit einem Teil der Flüssigkeit vom heißen Ende des Wärmepumpensystems in Berührung gebracht wird, um den Dampf einer Heißdampfkühlung zu unterwerfen, wobei fernerhin die überschüssige Heißdampf-Kühlungs-Flüssigkeit vom Dampf getrennt wird, so daß sich der Dampf in einem Wärmeaustauschverhältnis durch den Motor und den Kompressor bewegen kann und wieder überhitzt wird, worauf schließlich der wieder überhitzte Dampf die Flüssigkeit mit sich mitführen kann, wenn der Dampf vom Kompressor weg zum Vierwege-Ventil des Systems fließt.

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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kompressoreinheit.

Die Kompressoreinheit Ί0 umfaßt ein äußeres Gehäuse 12 mit im allgemeinen zylindrischer Form und mit einem Deckel 14 und einem Boden 16 am oberen bzw. unteren Ende einer durchgehenden Seitenwand 18. Ein in dem Gehäuse 12 oberhalb einer Ölwanne bzw. eines Ölsammlers 22 angeordneter Kompressor 20 besitzt eine Einlaßöffnung 24 zur Aufnahme des Ansaugdampfes von dem unteren bzw. Ansaugende eines Wärmepumpensystems (nicht dargestellt), von dem die Kompressoreinheit 10 einen Teil bildet. Der Kompressor 20 wird durch die Antriebswelle 26 eines Motors 23 angetrieben, der in irgendeiner geeigneten Weise innerhalb des Gehäuses 12 zwischen dem Kompressor 20 und dem Deckel 14 angeordnet ist. Der Kompressor kann irgendein herkömmlicher Typ sein, so z.B. ein Kolbenverdichter, der durch Spritzschmierung bzw. Tauchschmierung geschmiert wird.

Ein Ölabscheider bzw. Dampfentöler / Auspufftopf 30 ist innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet und steht in fluidmäßiger Verbindung mit dem Auslaß des Kompressors 20 um von dort überhitzten Austrittsdampf zu empfangen. Der Auspufftopf 30 entfernt das Öl aus dem Dampf und läßt den Dampf durch eine öffnung 32 in das Gehäuse 12 hinein austreten, wo er nach oben strömt und über die durchgehende bzw. ununterbrochene Seitenwand 34 eines flachen Troges bzw. Behälters 36 strömt, der flüssigkeit 38 enthält und die obere Endhaube 40 des Motors 28 umgibt, wobei diese Endhaube eine Öffnung 42 aufweist, durch die heißdampfgekühlter Dampf in das Motorgehäuse und durch die Luftspalte des Motorgehäuses fließen kann, um diesen zu kühlen und eine erneute überhitzung des Dampfes zu bewirken.

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Nach dem Wiederüberhitzen enthält der Dampf die Wärmeenergie, die normalerweise durch Konvektion an die Atmosphäre verloren geht, wenn herkömmliche Kompressoreinheiten verwendet werden .Der wieder überhitzte Dampf verläßt das Motorgehäuse durch die Motorgebläseauslässe 44, nachdem der Dampf sowohl den Motor als auch den Kompressor gekühlt hat.

Ein Teil der Flüssigkeit vom heißen Ende des Systems wird durch ein Rohr 46 in den Deckel 14 und auf eine Zerstäuberplatte bzw. Zerstäuberscheibe 48 am oberen Ende der Motorwelle 26 geleitet. Die durch das Rohr 46 strömende Flüssigkeit wird auf die sich drehende Scheibe 48 geleitet und nach außen in Berührung mit dem Dampf versprüht, der längs des durch den gekrümmten Pfeil 50 bezeichneten Weges fließt, wobei der Dampf einer Heißdampfkühlung unterworfen wird. Die überschüssige Flüssigkeit fließt der Schwerkraft folgend in den Behälter 36 und wird hieraus in der im folgenden beschriebenen Weise entfernt .

Der wieder überhitzte Dampf, der die Lüftungsöffnungen 44 verläßt, strömt durch das Gehäuse 12 und in die offene Oberseite 52 eines L-förmigen Standrohres 54·, das seitlich nach außen durch das Gehäuse 12 hindurchführt. Ein Entwässerungs-bzw. Überlaufrohr 56, das vom Behälter 36 kommt, ermöglicht es der in dem Behälter gesammelten Flüssigkeit in das Rohr 56 überzulaufen, wo sie in den wiederum überhitzten Austrittsdampf eingeleitet bzw. diesem aufgeladen wird, worauf der Dampf mit der von ihm mitgenommenen Flüssigkeit an der Auslaßöffnung 58 zu dem Vierwege-Ventil und der Kühlschlange des Wärmepumpensystems geleitet wird.

Im Betrieb tritt der Ansaugdampf durch die öffnung 24 ein und wird in den Kompressor 20 geleitet, in dem er komprimiert wird$ hierauf wird er durch den Auspufftopf 30 bewegt, strömt aus

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der Öffnung 32 und nach oben über die äußere Seitenwand 3^ des Behälters J>G und unter eine ringförmige Bauplatte 35? die vom Deckel 14 herabhängt, wobei dieser Strömungsweg durch den Pfeil 50 gekennzeichnet wird. Somit bewegt sich der Dampf in den Bereich unterhalb des Deckels 14. Die Flüssigkeit für die Heißdampfkühlung wird für das Rohr 46 von der Leitung für die Flüssigkeit des heißen Endes unmittelbar vor der Kühlmittel-Strömungs-Steuerungsvorrichtung des Wärmepumpensysfcems abgenommen und wird durch die Vorrichtung 51 auf einen Druck gepumpt, der höher ist als der Aastrittsdruck des Kompressors; dabei kann die Vorrichtung 51 eines der folgenden Geräte sein:

1. Eine von einem elektrischen Motor getriebene, hermetische Pumpe, die unabhängig von der Einheit 10 ist.

2. Eine Pumpe, die von der Kompressorwelle angetrieben wird und die sich innerhalb der Einheit 10 befindet, beispielsweise eine Kraftfahrzeug-Treibstoffpumpe.

3. Eine hex-metische Pumpe, die von einem Hydraulikmotor angetrieben wird, dessen Energiequelle der Flüssigkeitsstrom von der heißen Seite zur Ansaugseite ist, wobei dieser Motor der Kühlmittel-Steuervorrichtung in der Hauptflüssigkeitsleitung vorausgeht.

Während die Flüssigkeit auf die Scheibe 48 geleitet wird, wird sie seitlich in alle Richtungen versprüht und kommt mit dem Dampf in Berührung, den sie einer Heißdampfkühlung unterwirft, bevor der Dampf in die öffnung 42 in der Motorendhaube 40 eintritt. Hierauf strömt der Dampf durch den Motor und dient sowohl für diesen als auch für den Kompressor selbst als Kühlmittel. Die überschüssige Flüssigkeit in der Nachbarschaft der Scheibe 48 wird durch die Schwerkraft von dem einer Heißdampfkühlung unterworfenen Dampf abgetrennt und in dem Behälter 36

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aufgenommen, von dem sie in das offene obere Ende einer Flüssigkeits-Abführleitung 56 und in das Standrohr 54 überläuft. Der aus den Belüftungsöffnungen 44 austretende, wiederum überhitzte Dampf strömt nach oben durch das Gehäuse 12 und in das offene obere Ende 52 des Standrohres 54, wo er die vom Rohr 56 herabfallende Flüssigkeit mitnimmt, um so den Auslaßdampf zu bilden, der durch das Vierwege-Ventil und die Kühlschlange des Systems geleitet wird. Dieser Prozeß läuft beständig ab und die Absorption der Verlustwärme geschieht durch das erneute Überhitzen des Dampfes, während dieser durch die Luftspalte des Motors fließt, um diesen auf seinem Weg zu dem mit der öffnung 58 verbundenen Vierwege-Ventil und zur Kühlschlange zu kühlen. Normalerweise ist die Einheit 10 im Inneren eines Gebäudes untergebracht, doch kann sie auch im Freien untergebracht sein. Auf diese Weise schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Transport der Verlustwärme ins Gebäudeinnere im Winter und ins Freie im Sommer, wobei diese Vorrichtung keinerlei Komplikationen durch Eohrlegearbeiten aufweist und äußerst preisgünstig ist. Es wird also die Verlustwärme dem Dampf des heißen Endes bzw. der Oberseite zugeführt, der auf die im Gebäudeinneren liegende Schlange im Winter und auf die im Freien liegende Schlange im Sommer durch eine Vorrichtung geschaltet wird, die einen Teil des Systems bildet und in herkömmlicher Weise verwendet wird.

Somit schafft die Erfindung eine Kompressoreinheit für die Verwendung mit einem Wärmepumpensystem, bei der ein motorgetriebener Kompressor in einem Gehäuse angeordnet ist, das im Inneren eines Gebäudes oder im Freien angebracht werden kann. Der Dampf von der Ansaugseite des Systems wird in und durch den Kompressor geleitet, hierauf durch einen Ölabscheider-Auspufftopf geführt und dann in Berührung mit der vom heißen Ende des Systems stammenden Flüssigkeit gebracht, wobei diese Flüssigkeit auf eine sich drehende Scheibe geleitet wird, um einen Spray zu bilden, der mit dem Austrittsdampf des Kompressors in Berührung tritt

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und diesen auf diese Weise einer Heißdampfkühlung unterzieht. Der heißdampfgekühlte Dampf bewegt sich dann in und durch die Luftspalte des Kompressormotors und tritt mit diesem in eine Wärmeaustauschbeziehung, wodurch er wiederum überhitzt wird. Der wiederum überhitzte Dampf verläßt die Belüftungsöffnungen des Motors und tritt in das offene obere Ende eines senkrechten Standrohres ein, das auch die überschüssige Flüssigkeit aufnimmt, die in einem die obere Endhaube des Motors umgebenden Trog gesammelt wurde. Die .Flüssigkeit wird in den wiederum überhitzten Dampf eingeführt und bewegt sich mit diesem aus dem Gehäuse heraus zum Vierwege-Ventil und zur Kühlschlange des Systems.

- Patentansprüche

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. 9 O Γ

Claims

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Patentansprüche

ί. Kompressoreinheit für ein Wärmepumpensystem, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse befestigten Kompressor, der eine Einlaßöffnung und eine Dampf ausl aßöffnung "besitzt, welche mit dem Inneren des Gehäuses in Verbindung steht, so daß der Austrittsdampf in das Gehäuse hineingeleitet wird, durch einen Motor in dem Gehäuse, der an den Kompressor so angekoppelt ist, daß er diesen antreibt und der ein Gehäuse besitzt, das mit durch es hindurchgehenden Lüftschlitzen bzw. Luftspalten versehen ist, durch eine mit dem Gehäuse verbundene Vorrichtung zum Einleiten von unter Druck stehender Flüssigkeit von dem System in das Gehäuse, durch eine mit der Leitvorrichtung gekoppelte Vorrichtung, die dazu dient, die Flüssigkeit in den Stömungspfad des Austrittsdampfes von dieser Vorrichtung weg hineinzusprühen, um den Austrittsdampf einer Heißdampfkühlung zu unterziehen, wobei der Motor eine öffnung besitzt, die es dem Austrittsdampf ermöglicht, in den Motor hinein und durch dessen Lüftspalte zu strömen, um so den Motor zu kühlen, wodurch der Dampf wieder überhitzt wird, und durch eine Vorrichtung, die dazu dient, die Flüssigkeit und den wieder überhitzten Dampf aufzunehmen, und zu bewirken, daß die Flüssigkeit in den Dampf aufgenommen wird, um zu dem System zu strömen.
2. Kompressoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Sprühvorrichtung eine drehbare Scheibe umfaßt, die mit der Zuführvorrichtung ausgerichtet
3· Kompressoreinheit nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i chnet, daß der Motor eine Antriebswelle besitzt und daß sich die Scheibe an einem Ende der Antriebswelle befindet.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Kompressoreinheit nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Aufnahmevorrichtung ein Standrohr umfaßt, das ein offenes oberes Ende besitzt und mit einer Vorrichtung versehen ist, die dazu dient, die Flüssigkeit in das Standrohr hineinzuleiten, während der Austrittsdampf in das offene obere Ende strömt.
5. Kompressoreinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Trog in dem Gehäuse, der dazu dient, überschüssige Flüssigkeit zu sammeln und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung ein Ableit- bzw. Überlaufrohr umfaßt, das mit dem Trog verbunden ist und dazu dient, aus diesem überlaufende Flüssigkeit aufzunehmen.
6. Kompressoreinheit nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet , daß die Aufnahmevorrichtung weiterhin ein Standrohr umfaßt, das ein offenes oberes Ende unterhalb des Troges besitzt, daß sich das Überlaufrohr in das offene obere Ende hinein erstreckt und daß die Größe des offenen oberen Endes genügend groß ist, um es dem wieder überhitzten Dampf zu ermöglichen, in dieses offene Ende hinein zu strömen, sich mit der Flüssigkeit zu vereinigen und diese mitzunehmen.
7· Kompressoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse eine Oberseite bzw. einen Deckel besitzt, und daß die Zuführvorrichtung ein Rohr umfaßt, das sich in das Gehäuse durch diesen Deckel hindurch erstreckt.
8. Kompressoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Motor eine sich in dem Gehäuse senkrecht erstreckende Antriebswelle besitzt, deren oberes Ende nach unten hin von diesem Rohr beabstandet und mit diesem

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Rohr ausgerichtet ist, daß eine Scheibe an dem oberen Ende der Welle so angeordnet ist, daß sie sich mit dieser dreht, und daß am oberen Ende des Motors ein diesen umgebender offener Trog angeordnet ist.
9. Verjähren zum Komprimieren des Betriebsi'luids eines Wärmepumpensjstems rait einem motorgetriebenen Kompressor, dadurch gekennzeichnet , daß das Betriebsfluid so komprimiert wird, daß es einen überhitzten Dampf bildet, daß der überhitzte Dampf in Berührung mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit aus dem System gebracht wird, um den Dampf einer Heißdampfkühlung zu unterziehen, daß der heißdampf gekühlte Dampf in eine Wärmeaustauschbeziehung mit dem Motor des Kompressors geleitet wird, so daß der Dampf wieder überhitzt wird und daß die Flüssigkeit in den wieder überhitzten Dampf eingeführt wird, bevor der Dampf in das System zurückkehrt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf mit der Flüssigkeit dadurch in Berührung gebracht wird, daß die Flüssigkeit in den Strömungspfad des überhitzten Dampfes gesprüht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem Bereich gesammelt wird, bevor sie in den wieder überhitzten Dampf eingeführt wird, und daß dieses Wiedereinführen dadurch geschieht, daß man einen Flüssigkeitsstrom aus diesem Bereich in Berührung mit dem wieder überhitzten Dampf bewirkt.
12. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf mit der Flüssigkeit dadurch in Berührung gebracht wird, daß man den überhitzten Dampf und die Flüssigkeit in einem umgrenzten Bereich miteinander kombiniert und die Flüssigkeit in den Bereich mit einem Druck einspritzt, der größer ist als der Druck des überhitzten Dampfes.

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