DE102012001485A1

DE102012001485A1 - Scrollkompressor mit drei Auslassventilen und einer Auslassdruckentnahme zur Gegendruckkammer

Info

Publication number: DE102012001485A1
Application number: DE102012001485A
Authority: DE
Inventors: Zili Sun
Original assignee: Danfoss Scroll Technologies LLC
Current assignee: Danfoss Scroll Technologies LLC
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2012-08-09
Also published as: US20120201707A1; CN102628440B; CN102628440A; US8579614B2

Abstract

Ein Scrollkompressor weist ein Gehäuse auf, das eine Kompressorpumpeneinheit umschließt, die ein kreisendes und ein nicht kreisendes Spiralelement aufweist. Sowohl das kreisende als auch das nicht kreisende Spiralelement weisen eine Basis und eine sich ausgehend von der Basis erstreckende, insgesamt spiralförmige Windung auf. Die Windungen passen so ineinander, dass sie Kompressionskammern bilden, wobei eine mittigste Auslassdruckkammer und umfangsmäßig beabstandete Zwischendruckkammern gebildet sind. Die Basis der nicht kreisenden Spirale weist Öffnungen auf, die den Zwischendruckkammern zugeordnet sind. Mindestens eine Öffnung ist der Auslassdruckkammer zugeordnet. Jeder der Öffnungen sind Ventile zugeordnet. Ein Auslassraum ist stromabwärts der Öffnungen und Ventile und innerhalb des Gehäuses gebildet. Eine Gegendruckkammer ist hinter der Basis des kreisenden oder nicht kreisenden Spiralelements gebildet und zweigt ein Kältemittel aus der Auslassdruckkammer ab.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Scrollkompressor, bei dem drei Auslassventile um getrennte Kompressionskammern angeordnet sind und eine Gegendruckkammer ein Kältemittel aus einer mittigen, vollen Auslasskompressionskammer abzweigt.
Scrollkompressoren sind bekannt und weisen üblicherweise zwei Spiralelemente auf, die jeweils eine Basis und eine sich ausgehend von der Basis erstreckende, insgesamt spiralförmige Windung aufweisen. Die beiden Windungen passen so ineinander, dass sie Kompressionskammern bilden. Eines der beiden Spiralelemente wird dazu gebracht, relativ zum anderen zu kreisen, und wenn die kreisende Bewegung auftritt, wird das Volumen der Kompressionskammern verringert, wodurch ein eingeschlossenes Kältemittel komprimiert wird.
Es gibt viele Herausforderungen für Ausgestaltungen von Scrollkompressoren. Eine Herausforderung betrifft eine Kraft, die die Windung jedes Spiralelements von der Basis des anderen zu lösen sucht. Die Windungen müssen in Dichtkontakt mit der gegenüberliegenden Basis gehalten werden, um die Leistung zu maximieren. Dennoch erzeugt das eingeschlossene Kältemittel eine Lösekraft.
Um die Lösekraft anzugehen, ist bekannt, ein teilweise komprimiertes Kältemittel zu einer hinter der Basis eines der beiden Spiralelemente gebildeten Gegendruckkammer abzuzweigen. In der Praxis war es aus verschiedenen Gründen üblicherweise der Fall, dass das Abzweigen aus einer Zwischendruckkammer erfolgte. Es gab Schwächen und Probleme, wenn ein Auslassdruckkältemittel vollständig zur Gegendruckkammer abgezweigt wurde.
Ein weiteres, bei Scrollkompressoren bekanntes Merkmal ist die Verwendung einer mittigen Auslassöffnung, die dem Auslassventil, jedoch auch „Überdruck-Steuerventilen” zugeordnet ist. Diese Ventile sind geringfügig radial außerhalb der mittigen Auslassöffnung angeordnet, wobei sich diese Ventile öffnen und den Eintritt von Kältemittel in einen Auslassraum ermöglichen können. Wenn sich diese Überdruckventile öffnen, könnte im Allgemeinen behauptet werden, dass der Kompressor mit einem niedrigen Druckverhältnis arbeitet. Zu anderen Zeitpunkten kann der Kompressor mit einem hohen Druckverhältnis arbeiten, wobei sich lediglich die mittige Öffnung öffnet.
Ein Entwickler von Kältemittelsystemen wird verstehen, dass ein Scrollkompressor in Kombination mit einem zugeordneten Kältemittelsystem sich selbst reguliert, so dass er entweder bei niedrigen oder hohen Druckverhältnisbedingungen arbeitet.
Bei Scrollkompressoren gibt es zahlreiche Ausgestaltungsschwierigkeiten. Eine Ausgestaltungsschwierigkeit könnte als „Überschwingen” bezeichnet werden. Ein Überschwingen (s. 4A und B) tritt auf, wenn keine Überdruckventile vorgesehen sind und das Kältemittel komprimiert wird, bis es die mittige Kompressionskammer erreicht, wobei sich zu diesem Zeitpunkt das Auslassventil öffnet und das Kältemittel nun einen höheren Druck hat als in der Auslassdruckkammer. Somit wird Kraft zum Leiten des komprimierten Kältemittels zu dieser letzten Kompressionskammer verschwendet. Mit den oben genannten Überdruckventilen wird dieses Problem angegangen.
Ein weiteres Problem ist jedoch der Rückfluss. Wenn das Kältemittel mit dem hohen Druckverhältnis wirkt, gibt es dahingehend ein Problem, dass das komprimierte Kältemittel, wenn es einen hohen Druck erreicht, das Zwischendruckkältemittel in der Gegendruckkammer überwinden kann und die Trennung der Spiralelemente hervorruft. Wie in den 4B und 4C gezeigt, sind die Effizienzverluste aufgrund des Rückflusses und dieses Problem zu verstehen.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Ein Scrollkompressor weist ein Gehäuse auf, das eine Kompressorpumpeneinheit umschließt, die ein kreisendes Spiralelement und ein nicht kreisendes Spiralelement aufweist. Sowohl das kreisende als auch das nicht kreisende Spiralelement weisen eine Basis und eine sich ausgehend von der Basis erstreckende, insgesamt spiralförmige Windung auf. Die Windungen passen so ineinander, dass sie Kompressionskammern bilden, wobei eine mittigste Auslassdruckkammer und umfangsmäßig beabstandete Zwischendruckkammern gebildet sind. Die Basis der nicht kreisenden Spirale weist den Zwischendruckkammern zugeordnete Öffnungen auf. Mindestens eine Öffnung ist der Auslassdruckkammer zugeordnet. Jeder der Öffnungen ist ein Ventil zugeordnet. Ein Auslassraum ist stromabwärts der Öffnungen und Ventile und innerhalb des Gehäuses gebildet. Hinter der Basis des kreisenden oder nicht kreisenden Spiralelements ist eine Gegendruckkammer definiert, die ein Kältemittel aus der Auslassdruckkammer abzweigt.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Zeichnungen, die im Folgenden kurz beschrieben sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Scrollkompressor, in den die vorliegende Erfindung integriert ist.
2A ist eine Ansicht einer nicht kreisenden Spirale von hinten, in die die vorliegende Erfindung integriert ist.
2B ist eine entgegengesetzte Ansicht der nicht kreisenden Spirale aus 2A.
3 ist ein Querschnittsauschnitt der vorliegenden Erfindung.
4A zeigt ein Schaubild eines Problems aus dem Stand der Technik.
4B zeigt ein Schaubild eines der in 4A gezeigten Probleme aus dem Stand der Technik.
4C zeigt ein weiteres Problem aus dem Stand der Technik, das in 4A veranschaulicht ist.
5 zeigt Verbesserungen mit der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie in 1 gezeigt, weist ein Scrollkompressor eine Antriebswelle 22 auf, die sich um eine Drehachse dreht und bewirkt, dass ein kreisendes Spiralelement 24 relativ zu einem nicht kreisenden Spiralelement 26 kreist. Eine Auslasskompressionskammer 36 ist an einem Mittelabschnitt der ineinanderpassenden Windungen der Spiralelemente 24 und 26 ausgebildet. Äußere Kompressionskammern 38 sind umfangsmäßig außerhalb der Kammer 36 angeordnet. Ein Gehäuse 7 umschließt die unten beschriebenen Komponenten.
Ein Kältemittel tritt aus einem Kältemittelsystem durch ein Saugrohr 21 ein und tritt am Außenumfang der Windungen des kreisenden Spiralelements 24 in die Kompressionskammern ein. Das Kältemittel wird eingeschlossen und wie bekannt komprimiert. Das komprimierte Kältemittel strömt durch Auslassventile 32 und 30 und in einen Auslassraum 28. Ausgehend von dem Auslassraum 28 strömt Kältemittel durch ein Auslassrohr 23 und zurück in den übrigen Kältemittelkreislauf 8.
Einem Scrollkompressorentwickler ist bekannt, dass unterschiedliche Bedingungen innerhalb des Kältemittelsystems 8 dazu führen, dass die zum Kompressor 20 geleitete Kältemittelmenge variiert. Der Kompressor kann in Abhängigkeit von der durch den Kompressor 20 strömenden Kältemittelmenge mit einem niedrigen oder einem hohen Druckverhältnis arbeiten. Je mehr Kältemittel durch den Kompressor strömt, desto größer ist das Druckverhältnis.
Wie in 1 gezeigt, ist zwischen einem Kurbelgehäuse 39 und der Rückseite einer Basis des kreisenden Spiralelements 24 eine Gegendruckkammer 42 ausgebildet. Eine Zapfeinrichtung 40 zweigt Kältemittel aus der Auslasskammer 36 zu dieser Gegendruckkammer 40 ab.
Wie in 2A gezeigt, sind Ventile 30 außerhalb des Ventils 32 angeordnet. Die Ventile 30 und 32 sind Scheibenventile mit einem hinteren Anschlag, einem Bolzen, der den hinteren Anschlag an der Basis befestigt, und einem vorgespannten Ventilelement zwischen der Basis des nicht kreisenden Spiralelements 26 und dem Anschlag. Der Aufbau des Ventils ist der bekannte Aufbau.
2B zeigt die Kammern 36 und 38 am nicht kreisenden Spiralelement 26. Wie gezeigt, erstrecken sich Öffnungen 37 von der Kammer 38 zum Auslassraum 28. Eine Öffnung 33 erstreckt sich von der Mittelkammer 36 zum Auslassraum 28.
Wie in 3 gezeigt, sperren die Ventile 32 und 30 die Kammern 38 und 36 und die Öffnungen 33 und 37. Es kann gesagt werden, dass ein Zwischendruck Pi in der Kammer 38 herrscht. Man kann sagen, dass ein Auslassdruck Pd in der Kammer 36 herrscht.
Der in der Kammer 38 herrschende Druck P0 steuert, wann sich die Ventile 30 öffnen, um den Betrieb mit niedrigem Druckverhältnis zu bieten, oder wann die Ventile 30 geschlossen bleiben, so dass ein hoher Druck Pd erreicht wird, wodurch das gesamte Kältemittel durch die Öffnung 33 und das Ventil 32 geleitet wird. Dieser Betrieb ist selbstregelnd.
Durch das Vorsehen der Ventile 30 wird das in 4B erwähnte Überschwingen eliminiert.
Wenn der Kompressor zum Erreichen des hohen Drucks Pd betrieben wird, werden außerdem durch das Abzweigen des Auslassdruckkältemittels zur Gegendruckkammer die oben genannten Probleme des Lösens und des Rückflusses vermieden.
Während die Gegendruckkammer hinter der Basis der kreisenden Spirale veranschaulicht ist, ist auch bekannt, bei Scrollkompressoren, in denen sich die nicht kreisende Spirale axial bewegen kann, eine Gegendruckkammer hinter der Basis der nicht kreisenden Spirale vorzusehen. Während die Zapfeinrichtung 40 als sich durch die Basis der kreisenden Spirale 24 erstreckend gezeigt ist, kann sie sich außerdem von anderen Stellen aus erstrecken, wie etwa durch die nicht kreisende Spirale 26 und/oder das Gehäuse 39. Die vorliegende Erfindung in ihren breitesten Aspekten erstreckt sich auf diese und zahlreiche weitere Optionen.
Es ist zwar eine Ausführungsform dieser Erfindung offenbart worden, ein Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, dass bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen. Aus diesem Grund sollten die nachstehenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu ermitteln.

Claims

Scrollkompressor, mit einem Gehäuse, das eine Kompressorpumpeneinheit mit einem kreisenden Spiralelement und einem nicht kreisenden Spiralelement umschließt, wobei sowohl das kreisende als auch das nicht kreisende Spiralelement eine Basis und eine sich ausgehend von der Basis erstreckende, insgesamt spiralförmige Windung aufweisen, wobei die Windungen so ineinanderpassen, dass sie Kompressionskammern bilden, wobei eine mittigsten Auslassdruckkammer und umfangsmäßig beabstandete Zwischendruckkammern gebildet sind, wobei die Basis der nicht kreisenden Spirale den Zwischendruckkammern zugeordnete Öffnungen und mindestens eine der Auslassdruckkammer zugeordnete Öffnung sowie jeder der Öffnungen zugeordnete Ventile und ein stromabwärts der Öffnungen und der Ventile und innerhalb des Gehäuses definierten Auslassraum aufweist, und einer Gegendruckkammer, die hinter der Basis des kreisenden oder nicht kreisenden Spiralelements gebildet ist, wobei die Gegendruckkammer ein Kältemittel aus der Auslassdruckkammer abzweigt.
Scrollkompressor nach Anspruch 1, bei dem die Gegendruckkammer hinter der Basis des kreisenden Spiralelements gebildet ist.
Scrollkompressor nach Anspruch 2, bei dem sich die Zapfeinrichtung durch die Basis des kreisenden Spiralelements erstreckt.