DE102013218430A1 - Scroll compressor - Google Patents
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-
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- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
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- F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
- F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
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Abstract
Eine der ineinander geschachtelten Spiralen des Scrollkompressors ist fest angeordnet, während die andere Spirale mittels eines Zwangsführungsgetriebes exzentrisch orbitierend, jedoch rotationsfrei angetrieben wird. Das Zwangsführungsgetriebe ist als Expansionsmaschine ausgebildet, mit der sich der Kompressor zusätzlich antrieben lässt. Damit kann ein Anteil der Kompressorarbeit für einen Zusatzantrieb des Kompressors zurückgenommen werden.One of the nested scrolls of the scroll compressor is fixed while the other scroll is eccentrically orbitally but rotationally driven by means of a positive guide gear. The positive drive gear is designed as an expansion machine with which the compressor can be driven in addition. Thus, a portion of the compressor work for an additional drive of the compressor can be withdrawn.
Description
Im Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe ist ein Verdichter eingangsseitig mit einem unter geringem Druck stehenden, relativ kalten Kältemittelbereich verbunden und ausgangsseitig an einen Hochdruckbereich des Kältemittels angeschlossen. Bei der Verdichtung des aus dem Niederdruckbereich kommenden Kältemittels erhöht sich dessen Temperatur, so dass am Hochdruckbereich eine vergleichsweise hohe Temperatur vorliegt und Wärme nach außen bzw. zur Nutzung in einem Prozess abgeführt werden kann, wobei das unter dem hohen Druck stehende Kältemittel in einem Kondensator kondensiert. Der Kondensator ist über eine Expansionsstrecke mit der Niederdruckseite der Wärmepumpe verbunden, so dass das Kältemittel von der Hochdruckseite unter entsprechender Druckminderung und Temperaturverringerung zur Niederdruckseite strömt. Aufgrund der Arbeit des von außen angetriebenen Verdichters bleibt der Kältemittelstrom im Kreislauf ständig aufrecht erhalten, so dass das Kältemittel im Niederdruckbereich Wärme bei geringer Temperatur aufnehmen und im Hochdruckbereich bei hoher Temperatur abgeben kann.In the refrigerant circuit of a heat pump, a compressor is connected on the input side to a low-pressure, relatively cold refrigerant region and connected on the output side to a high-pressure region of the refrigerant. During the compression of the refrigerant coming from the low-pressure region, its temperature increases, so that a comparatively high temperature is present at the high-pressure region and heat can be removed to the outside or for use in a process, the refrigerant under high pressure condensing in a condenser , The condenser is connected to the low-pressure side of the heat pump through an expansion path, so that the refrigerant flows from the high-pressure side to the low-pressure side with corresponding depressurization and temperature reduction. Due to the work of the externally driven compressor, the refrigerant flow in the circuit is constantly maintained, so that the refrigerant in the low pressure range can absorb heat at low temperature and deliver in the high pressure region at high temperature.
Um den Energiebedarf des Verdichters möglichst gering zu halten, ist es prinzipiell erwünscht und auch grundsätzlich bekannt, die Druckdifferenz zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite der Wärmepumpe zur Erzeugung mechanischer Energie zu nutzen, die dann für einen Zusatzantrieb des Verdichters genutzt werden kann, so dass die von außen zuzuführende Antriebsleistung entsprechend vermindert wird. Zu diesem Zweck wird die Expansionsstrecke zwischen Hochdruck- und Niederdruckbereich durch eine Arbeitsmaschine gebildet, in der das am Eingang der Arbeitsmaschine unter hohem Druck stehende Kältemittel unter Erzeugung mechanischer Arbeit entspannt wird, so dass am Ausgang der Expansionsmaschine ein der Niederdruckseite der Wärmepumpe entsprechender Kältemitteldruck vorliegt.In order to keep the energy consumption of the compressor as low as possible, it is in principle desirable and generally known to use the pressure difference between the high pressure and low pressure side of the heat pump for generating mechanical energy, which can then be used for an additional drive of the compressor, so that of externally supplied drive power is reduced accordingly. For this purpose, the expansion distance between high-pressure and low-pressure region is formed by a working machine in which the refrigerant at the input of the working machine under high pressure refrigerant is released to produce mechanical work, so that at the output of the expansion machine, the low pressure side of the heat pump corresponding refrigerant pressure is present.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, den Verdichter und die Expansionsmaschine gleichartig auszubilden und lediglich in einander entgegengesetzter Wirkrichtung arbeiten zu lassen, das heißt das Kältemittel wird im Verdichter durch Zufuhr mechanischer Arbeit komprimiert und in der Expansionsmaschine unter Erzeugung mechanischer Arbeit expandiert. Hierzu kann auf die nachfolgend angegebene Druckschrift verwiesen werden:
Hier setzt die Erfindung an und stellt sich die Aufgabe, für den Einsatz im Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe einen Verdichter zur Verfügung zu stellen, der einen von der Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes antreibbaren Zusatzantrieb aufweist, welcher mit vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand herstellbar ist. This is where the invention comes in and sets itself the task of providing a compressor for use in the refrigerant circuit of a heat pump, which has a drivable by the pressure difference between the high pressure side and the low pressure side of the refrigerant circuit auxiliary drive, which can be produced with relatively little design effort ,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verdichter als Scrollverdichter ausgebildet ist, bei dem eine relativ stationäre erste Spiralfläche mit einer innerhalb der ersten Spiralfläche angeordneten beweglichen zweiten Spiralfläche zusammenwirkt, wobei die zweite Spiralfläche des Scrollverdichters mittels eines Getriebes auf einer Kreisbahn translatorisch zwangsgeführt und das Getriebe als Verdrängeraggregat ausgebildet ist, welches über eine Ventilanordnung steuerbar mit einem Hochdruck- und einem Niederdruckbereich fluidisch verbindbar ist. This object is achieved in that the compressor is designed as a scroll compressor, in which a relatively stationary first spiral surface with a arranged within the first spiral surface movable second spiral surface cooperates, the second spiral surface of the scroll compressor by means of a gear on a circular path positively driven and the Transmission is designed as a positive displacement unit, which is controllably connected via a valve arrangement with a high-pressure and a low-pressure region fluidly connected.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem Scrollverdichter die zweite Spiralfläche relativ zur ersten Spiralfläche translatorisch auf einer Kreisbahn bewegt werden muss und deshalb eine entsprechende Zwangsführung benötigt. Hier besteht nun der allgemeine Gedanke der Erfindung darin, diese Zwangsführung durch ein als Verdrängeraggregat ausgebildetes Getriebe zu gewährleisten. Damit haben die zur Zwangsführung der beweglichen zweiten Spiralfläche ohnehin notwendigen Führungselemente eine Zusatzfunktion, indem sie eine zur Nutzung der Druckdifferenz zwischen fluidischen Hochdruck- und Niederdruckbereichen geeignete Antriebsmaschine bilden. Das zur Zwangsführung der zweiten Spiralfläche dienende Getriebe kann also ohne weiteres als Zusatzantrieb für die Verdichterarbeit genutzt werden.The invention is based on the recognition that in a scroll compressor, the second spiral surface must be moved relative to the first spiral surface in translation on a circular path and therefore requires a corresponding positive guidance. Here now the general idea of the invention is to ensure this forced operation by a transmission designed as a displacement unit. Thus, the guidance elements which are necessary anyway for positively guiding the movable second spiral surface have an additional function in that they form a drive machine suitable for utilizing the pressure difference between fluidic high-pressure and low-pressure regions. Serving for positive guidance of the second spiral surface gear can thus be used without further effort as an additional drive for the compressor work.
Grundsätzlich kann das Getriebe zur Zwangsführung der beweglichen Spiralfläche beliebig ausgebildet sein. In jedem Falle ist zweckmäßig, die bewegliche Spiralfläche bzw. ein damit verbundenes Trägerteil mittels eines Exzenters auf einer Kreisbahn zu führen und Zusatzführungen vorzusehen, die eine Rotationsbewegung der beweglichen Spiralfläche bzw. des zugeordneten Trägerteils verhindern. In principle, the transmission can be configured as desired for positively guiding the movable spiral surface. In any case, it is expedient to guide the movable spiral surface or a carrier part connected thereto by means of an eccentric on a circular path and to provide additional guides which prevent a rotational movement of the movable spiral surface or of the associated carrier part.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Getriebe zur Zwangsführung der beweglichen Spiralfläche zwei radial übereinander angeordnete Ringe, wobei der eine Ring stationär angeordnet ist und der andere Ring fest mit der beweglichen Spiralfläche verbunden ist. Zwischen dem Innenumfang des größeren Ringes und dem Außenumfang des kleineren Ringes sind zweckmäßig Schubhebel angeordnet, die jeweils mit ihrem einen Ende um eine zu den Ringachsen parallele Schwenkachse schwenkbeweglich mit dem einen Ring verbunden sind und mit dem anderen Ring über jeweils ein Schubgelenk gekoppelt sind, welches an dem anderen Ring in Radialrichtung verschiebbar ist. In Achsansicht der radial übereinander angeordneten Ringe unterteilen die Schubhebel den ringförmigen Freiraum zwischen dem Innenumfang des größeren Ringes und dem Außenumfanges des kleineren Ringes in bogenförmige Abschnitte, wobei der Querschnitt jedes Abschnittes zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert verändert wird, wenn der bewegliche Ring vom Exzenter auf einer Kreisbahn geführt wird. Wenn nun die genannten radial übereinander angeordneten Ringe zwischen zwei zu den Ringachsen orthogonalen Flächen angeordnet sind, die an die Stirnseiten der Ringe dicht anschließen und die Schubhebel als quer zu den vorgenannten Flächen erstreckte Wandteile ausgebildet sind, werden zwischen den Ringen in Umfangsrichtung der Ringe nebeneinander liegende Kammern voneinander abgeteilt, deren Volumen jeweils zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert schwankt, wenn der eine Ring relativ zum anderen Ring mittels des Exzenters auf einer Kreisbahn bewegt wird. Indem nun diese Kammern gesteuert mit einem Hochdruckbereich bzw. einem Niederdruckbereich verbunden werden, besteht die Möglichkeit, den beweglichen Ring relativ zum stationären Ring und damit die bewegliche Spiralfläche relativ zur stationären Spiralfläche aktiv zu bewegen und somit den Scrollverdichter fluidisch anzutreiben. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schubgelenke der Schubhebel jeweils kolbenartige Führungskörper aufweisen, die in zugeordneten zylindrischen Führungen verschiebbar sind und dort jeweils einen Kolbenarbeitsraum beweglich abschließen. Durch Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung dieser Kolbenarbeitsräume ist dann ebenfalls ein Antrieb des Scrollverdichters möglich. According to a particularly preferred embodiment, the gear for positively guiding the movable scroll surface comprises two radially superimposed rings, wherein the one ring is arranged stationary and the other ring is fixedly connected to the movable scroll surface. Between the inner circumference of the larger ring and the outer periphery of the smaller ring thrust levers are expediently arranged, which are each connected at one end about a pivot axis parallel to the pivot axes pivot axis with one ring and are coupled to the other ring via a respective sliding joint, which at the other ring is displaceable in the radial direction. In an axial view of the radially superimposed rings, the thrust levers divide the annular clearance between the inner circumference of the larger ring and the outer circumference of the smaller ring into arcuate sections, the cross section of each section being varied between maximum and minimum when the movable ring is from the eccentric is guided on a circular path. Now, if said radially superimposed rings between two orthogonal to the ring axes surfaces are arranged, which connect tightly to the end faces of the rings and the thrust levers are formed as transversely to the aforementioned surfaces extending wall parts, between the rings in the circumferential direction of the rings adjacent Chambers separated from each other, whose volume varies between a minimum and a maximum value, when the one ring is moved relative to the other ring by means of the eccentric on a circular path. By now these chambers are controlled connected to a high pressure area or a low pressure area, it is possible to actively move the movable ring relative to the stationary ring and thus the movable scroll surface relative to the stationary scroll surface and thus to drive the scroll compressor fluidly. Additionally or alternatively, it can be provided that the thrust joints of the thrust lever each have piston-like guide body, which are displaceable in associated cylindrical guides and complete there each a piston working space movable. By pressurizing or depressurizing this piston working spaces then a drive of the scroll compressor is also possible.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden. Incidentally, with regard to preferred features of the invention, reference is made to the claims and the following explanation of the drawing, are described in detail with reference to the particularly preferred embodiments of the invention.
In der Zeichnung zeigt,In the drawing shows
Der in
Für einen Scrollverdichter
Gegebenenfalls kann anstelle des balligen Endes auch ein in der Radialführung
Die dargestellte Anordnung der Schubhebel
Aus
Dies ist gleichbedeutend damit, dass sich die jeweils von zwei benachbarten Schubhebeln
Die vorgenannten Kammern sind in
Da der Exzenter
Wenn also der Scrollverdichter in einem Wärmepumpkreislauf zwischen dessen Niederdruckseite und dessen Hochdruckseite angeordnet ist, so ist die Möglichkeit gegeben, das Hochdruckfluid unter Erzeugung mechanischer Arbeit, bei der sich das Fluid expandiert, zur Niederdruckseite zurückzuleiten. Ein Teil der Verdichterarbeit kann dann zum Antrieb des Verdichters genutzt werden, mit der Folge, dass zur Aufrechterhaltung des Wärmepumpenkreislaufes entsprechend weniger Energie benötigt wird.Thus, when the scroll compressor is disposed in a heat pumping circuit between its low pressure side and its high pressure side, there is the possibility of returning the high pressure fluid to the low pressure side to produce mechanical work in which the fluid expands. Part of the compressor work can then be used to drive the compressor, with the result that correspondingly less energy is needed to maintain the heat pump cycle.
Die
Das Diagramm der
Die Kurve K2 zeigt nun den Kammerdruck in der Kammer
Es wird erkennbar, dass das Fluid des Hochdruckraumes
Die dargestellte Erfindung lässt sich wie folgt verallgemeinern: Innerhalb des Kreislaufes eines komprimierbaren Fluides in einer Wärmepumpe ist zwischen deren Hochdruckseite und deren Niederdruckseite ein Verdrängeraggregat angeordnet, das zur Expansion des Fluides auf dessen Weg von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite dient, so dass die vom expandierenden Fluid geleistete mechanische Arbeit mittels des Verdrängeraggregates als Zusatzantrieb des Kompressors der Wärmepumpe nutzbar wird. Insbesondere ist ein Scrollverdichter vorgesehen, dessen bewegliche Spiralfläche bzw. dessen mit der beweglichen Spiralfläche fest verbundenes Trägerteil ein Führungsgetriebe zur translatorisch orbitierenden Führung der beweglichen Spiralfläche aufweisen muss. In einem solchen Getriebe lassen sich ihr Volumen bei der orbitierenden Bewegung zyklisch verändernde Kammern ausbilden, die als Verdrängerarbeitskammern nutzbar sind und mittels einer entsprechenden Ventilanordnung, gesteuert mit der Hochdruckseite bzw. der Niederdruckseite der Wärmepumpe verbindbar sind. Diese Verdrängerarbeitskammern bilden eine Arbeitsmaschine, in der das Fluid der Wärmepumpe expandiert wird. Auf diese Weise kann das zur Zwangsführung der beweglichen Spiralfläche notwendige Führungsgetriebe als Zusatzantrieb für den Scrollverdichter herangezogen werden.The illustrated invention can be generalized as follows: Within the circuit of a compressible fluid in a heat pump, a positive displacement unit is arranged between the high pressure side and the low pressure side, which serves to expand the fluid on its way from the high pressure side to the low pressure side, so that the expanding fluid performed mechanical work by means of the positive displacement unit is used as an additional drive of the compressor of the heat pump. In particular, a scroll compressor is provided whose movable spiral surface or its carrier part fixedly connected to the movable spiral surface forms a guide transmission for must have translational orbiting guidance of the movable spiral surface. In such a transmission, their volume can be formed in the orbiting motion cyclically changing chambers, which are usable as displacement working chambers and by means of a corresponding valve assembly, controlled with the high pressure side or the low pressure side of the heat pump can be connected. These displacement working chambers form a working machine in which the fluid of the heat pump is expanded. In this way, the necessary for positive guidance of the movable scroll surface guide gear can be used as an additional drive for the scroll compressor.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Scrollverdichter Scroll compressor
- 22
- Antriebsaggregat power unit
- 33
- Ausgangswelle output shaft
- 44
- Exzenter eccentric
- 55
- Ringkörper ring body
- 66
- Ringkörper ring body
- 77
- Trägerkörper support body
- 88th
- bewegliche Spiralfläche movable spiral surface
- 99
- stationäre Spiralfläche stationary spiral surface
- 1010
- stationärer Trägerkörper stationary carrier body
- 1111
- Ringkanal annular channel
- 1212
- Druckleitung pressure line
- 1313
- Schubhebel thrust lever
- 1414
- Radialführung radial guide
- 15.1–15.7 15.1-15.7
- Kammernchambers
- 1616
- Ventilanordnung valve assembly
- 1717
- Wand wall
- 18 18
- Wandwall
- 1919
- Hochdruckraum High-pressure chamber
- 2020
- Niederdruckraum Low-pressure chamber
- 2121
- Hochdrucknut high pressure groove
- 2222
- Niederdrucknut low-pressure groove
- 2323
- Radialbohrung radial bore
- 2424
- Radialbohrung radial bore
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Yu Shiotani et al.: "Development of Dual Compressor System using Compressor Combined with Expander for CO2 Heat Pump Hot Water Heating System", Int. Compressor Engineering Conterence at Purdue, July 16–19, 2012 [0003] Yu Shiotani et al .: "Development of Dual Compressor System using Compressor Combined with Expander for CO2 Heat Pump Hot Water Heating System", Int. Compressor Engineering Conterence at Purdue, July 16-19, 2012 [0003]
Claims (8)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310218430 DE102013218430A1 (en) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Scroll compressor |
Publications (1)
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DE102013218430A1 true DE102013218430A1 (en) | 2015-03-19 |
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- 2013-09-13 DE DE201310218430 patent/DE102013218430A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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