DE102017102645B4 - Refrigerant Scroll Compressor for use inside a heat pump - Google Patents

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Abstract

Kältemittel-Scrollverdichter (1) für die Verwendung innerhalb einer Wärmepumpe mit COals Kältemittel, umfassend• ein Verdichtergehäuse (2),• zwei innerhalb des Verdichtergehäuses (2) ineinander verschachtelte Spiralen (3; 7), von denen eine Spirale (3) stationär ist und die andere Spirale (7) auf einer kreisförmigen Bahn exzentrisch bewegbar ist, wodurch sich das Volumen von mehreren verschiedenen zwischen den Spiralen (3; 7) ausgebildeten Verdichtungskammern (8, 9, 10) zyklisch ändert, wobei die einzelnen Spiralen (3; 7) jeweils einen Gesamt-Umwicklungswinkel im Bereich von 440° bis 900° aufweisen und zwischen den Spiralen (3; 7) die folgenden Verdichtungskammern (8, 9, 10) ausgebildet sind:➢eine Verdichtungskammer als Saugdruckkammer (8) für das Ansaugen von Kältemittel, die in eine innere Ansaugkammer (8.1) und eine äußere Ansaugkammer (8.2) aufgeteilt ist,➢eine mittlere Verdichtungskammer (9), die in eine innere mittlere Verdichtungskammer (9.1) und eine äußere mittlere Verdichtungskammer (9.2) aufgeteilt ist,➢eine Kältemittelaustrittskammer (10), in der sich die beiden inneren Endbereiche (3a; 7a) der Spiralen (3; 7) gegenüberliegen,• zwei oder mehrere Kältemittel-Vorauslässe (4.1; 4.2) in einer zu den Spiralen (3; 7) stirnseitigen Wand (2a) des Verdichtergehäuses (2),• ein oder mehrere Ventile (6) für das Öffnen und Schließen der beiden Kältemittel-Vorauslässe (4.1; 4.2) und• einen Kältemittel-Hauptauslass (5) in der zu den Spiralen (3; 7) stirnseitigen Wand (2a) des Verdichtergehäuses (2) im Zentrum der stationären Spirale (3), der stets geöffnet ist und kein Ventil aufweist.Refrigerant scroll compressor (1) for use within a heat pump with CO's refrigerant, comprising • a compressor housing (2), • two spirals (3; 7) nested within the compressor housing (2), one spiral (3) of which is stationary and the other scroll (7) is eccentrically movable in a circular path, whereby the volume of a plurality of different compression chambers (8, 9, 10) formed between the scrolls (3; 7) changes cyclically, the individual scrolls (3; ) each have a total winding angle in the range of 440 ° to 900 ° and between the spirals (3; 7) the following compression chambers (8, 9, 10) are formed: ➢a compression chamber as a suction pressure chamber (8) for the suction of refrigerant , which is divided into an inner suction chamber (8.1) and an outer suction chamber (8.2), ➢a central compression chamber (9), in an inner middle compression chamber (9.1) and an eu is divided ere average compression chamber (9.2), ➢eine refrigerant outlet chamber (10), in which the two inner end portions (3a; 7a) of the spirals (3; 7) are opposite each other, • two or more refrigerant outlets (4.1; 4.2) in a wall (2a) of the compressor housing (2) facing the spirals (3; 7), • one or more valves ( 6) for the opening and closing of the two refrigerant outlets (4.1; 4.2) and • a main refrigerant outlet (5) in the wall (2a) of the compressor housing (2) in the center of the stationary housing (2) facing the spirals (3; Spiral (3), which is always open and has no valve.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittel-Scrollverdichter für die Verwendung innerhalb einer Wärmepumpe mit CO2 als Kältemittel. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung dieses Kältemittel-Scrollverdichters in einem Kältemittelkreislauf mit CO2 als Kältemittel, welcher im Klimaanlagenmodus und/oder im Wärmepumpenmodus betreibbar ist. Anwendungsgebiet der Erfindung sind insbesondere elektrische Kältemittelverdichter in Kraftfahrzeugen.The invention relates to a refrigerant scroll compressor for use within a heat pump with CO 2 as the refrigerant. Furthermore, the invention relates to the use of this refrigerant scroll compressor in a refrigerant circuit with CO 2 as refrigerant, which is operable in the air conditioning mode and / or in the heat pump mode. Field of application of the invention are in particular electric refrigerant compressors in motor vehicles.

Der Begriff Scrollverdichter ist die in der Fachsprache übliche Bezeichnung für einen Verdichtertyp, der unter anderem auch unter den Bezeichnungen Getriebeschnecken-Verdichter, Spiral-Verdichter oder Spiral-Kompressor bekannt ist. Ein Scrollverdichter arbeitet nach dem Verdrängerprinzip. Er besteht aus zwei ineinander verschachtelten Spiralen, von denen eine stationär ist und die andere auf einer kreisförmigen Bahn exzentrisch bewegt wird. Dabei halten die Spiralen einen minimalen Abstand voneinander und bilden bei jeder Umdrehung ständig kleiner werdende Verdichtungskammern. Dadurch wird das zu pumpende Gas außen angesaugt, innerhalb des Scrollverichters in den Verdichtungskammern verdichtet und über einen Anschluss in der Spiralenmitte ausgestoßen.The term scroll compressor is the common name in the jargon for a type of compressor, which is known, inter alia, under the names gear worm compressor, scroll compressor or scroll compressor. A scroll compressor works on the displacement principle. It consists of two nested spirals, one of which is stationary and the other is moved eccentrically on a circular path. The spirals keep a minimum distance from each other and form ever smaller compression chambers with each revolution. As a result, the gas to be pumped is sucked in from the outside, compressed within the scroll compressor in the compression chambers and ejected via a connection in the center of the coil.

Derzeit verwendete Kältemittel-Scrollverdichter für Klimaanlagen-Kältemittelkreisläufe sind ausgelegt, um mit einer hohen Wirksamkeit im Klimaanlagen-Modus zu arbeiten. Das Ziel besteht in einem möglichst geringen Energieverbrauch bei einem gleichzeitig hohen Kältemittelmassenstrom. Dies führt bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Geschwindigkeit zu geringen Austrittstemperaturen.Refrigerant scroll compressors for air conditioning refrigerant circuits currently in use are designed to operate with high efficiency in air conditioning mode. The goal is the lowest possible energy consumption with a simultaneously high refrigerant mass flow. This leads to low discharge temperatures at a certain pressure and speed.

In einem Wärmepumpenkreislauf ist es notwendig, hohe Austrittstemperaturen zu erreichen, um den Fahrgastinnenraum zu heizen. Dabei ist ein Scrollverdichter erforderlich, der bei Hochdruckverhältnissen möglichst wirksam ist, um eine hohe Austrittstemperatur zu erreichen. Bei höheren Drücken geht die isentrope Wirksamkeit zurück, so dass die Verdichter weniger effizient arbeiten. Auch nimmt die Lagerbelastung zu.In a heat pump cycle, it is necessary to reach high outlet temperatures to heat the passenger compartment. In this case, a scroll compressor is required, which is as effective as possible at high pressure conditions in order to achieve a high outlet temperature. At higher pressures, the isentropic efficiency decreases, causing the compressors to operate less efficiently. Also, the bearing load increases.

Herkömmliche Scrollverdichter mit einem Umwicklungswinkel im Bereich von 440° bis 900° erfordern zwei Vorauslässe und einen Hauptauslass, um effizient zu arbeiten. Jeder Auslass wird mit einem Ventil geschlossen, nachdem der Druck in der Verdichtungskammer unter Hochdruck sinkt. Dies verhindert, dass heißes Gas zurück in die Verdichtungskammer strömt und der Verdichter an Wirksamkeit verliert. Dafür weisen Klimaanlagenverdichter in der Regel drei Auslassventile, sogenannte Dreifingerventile, auf.Conventional scroll compressors with a wrap angle in the range of 440 ° to 900 ° require two outlets and one main outlet to work efficiently. Each outlet closes with a valve after the pressure in the compression chamber drops under high pressure. This prevents hot gas from flowing back into the compression chamber and causing the compressor to lose efficiency. Air conditioning compressors usually have three exhaust valves, so-called three-finger valves on.

Wenn ein Klimaanlagenverdichter derart ausgebildet ist, dass er unter Klimaanlagenbedingungen effizient arbeitet, ist dies oft mit dem Nachteil verbunden, dass dieser Verdichter unter Wärmepumpenbedingungen deutlich weniger effektiv ist. So ist es für einen Scrollverdichter, der im Wärmepumpenmodus betrieben wird und bei dem hohe Austrittstemperaturen benötigt werden, sehr vorteilhaft, dass heißes Gas in die Verdichtungskammer zurückströmt.When an air conditioning compressor is designed to operate efficiently under air conditioning conditions, this is often associated with the disadvantage that this compressor is significantly less effective under heat pump conditions. Thus, for a scroll compressor operating in heat pump mode, where high exit temperatures are needed, it is very advantageous for hot gas to flow back into the compression chamber.

In der JP 2002-070765 A wird ein Scrollverdichter mit einem Bypass-Mechanismus beschrieben, der dazu dienen soll, eine Überdrückung in dem Scrollverdichter zu vermeiden. Der Mechanismus bedingt eine offene Spiralgeometrie mit einem großen Totraumvolumen in der Scollmitte. Wegen der offenen Scrollgeometrie in der Scrollmitte sind nur niedrige Verdichtungsverhältnisse erreichbar. Daher sind Hochdruckverhältnisse mit hohem Verdichtungsverhältnis, das heißt einem Verhältnis Hochdruck / Saugdruck > 3,7, für Wärmepumpenbedingungen nicht möglich.In the JP 2002-070765 A a scroll compressor with a bypass mechanism is described, which is intended to avoid overpressure in the scroll compressor. The mechanism requires an open spiral geometry with a large dead space volume in the middle of the scoll. Because of the open scroll geometry in the scroll center only low compression ratios can be achieved. Therefore, high-pressure conditions with a high compression ratio, that is, a ratio of high pressure / suction pressure> 3.7, for heat pump conditions are not possible.

Aus der DE 10 2014 211 123 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Drehverhinderungsrings eines Scrollverdichters offenbart, wobei der Drehverhinderungsring aus einem Metall gefertigt ist und in einem Drehverhinderungsmechanismus zum Verhindern der Drehung einer beweglichen Spirale um ihre eigene Achse vorgesehen ist. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte: Ziehen einer Stahlplatte durch Pressen, um einen ersten Zwischenkörper, der eine mit Boden versehene, zylindrische Form hat, zu fertigen; Stanzen des Bodens des ersten Zwischenkörpers, um einen zweiten Zwischenkörper zu fertigen; und Ringbilden des zweiten Zwischenkörpers. Darüber hinaus offenbart ist ein Drehverhinderungsmechanismus eines Scrollverdichters mit dem Drehverhinderungsring, der durch das genannte Verfahren zum Herstellen des Drehverhinderungsrings des Scrollverdichters gefertigt ist; und einem Stift, der in den Drehverhinderungsring eingesetzt und mit der Innenumfangsfläche des Drehverhinderungsrings in Gleitkontakt ist. Dabei wird in der Umfangsrichtung in der Innenumfangsfläche des Drehverhinderungsrings in dem Herstellungsprozess eine Stoßlinie ausgebildet, wobei die Außenumfangsfläche des Stifts in dessen Achsrichtung an einer Stelle eingesetzt ist, an der die Außenumfangsfläche des Stifts die Stoßlinie in dem Drehverhinderungsring überquert.From the DE 10 2014 211 123 A1 For example, there is disclosed a method of manufacturing a rotation preventing ring of a scroll compressor, wherein the rotation preventing ring is made of a metal and provided in a rotation preventing mechanism for preventing the rotation of a movable scroll about its own axis. The method includes the steps of: drawing a steel plate by pressing to produce a first intermediate body having a bottomed cylindrical shape; Punching the bottom of the first intermediate body to produce a second intermediate body; and ring forming the second intermediate body. Furthermore, disclosed is a rotation preventing mechanism of a scroll compressor with the rotation preventing ring, which is manufactured by said method for producing the rotation preventing ring of the scroll compressor; and a pin which is inserted into the rotation preventing ring and in sliding contact with the inner peripheral surface of the rotation preventing ring. At this time, a ridge line is formed in the circumferential direction in the inner peripheral surface of the rotation preventing ring in the manufacturing process, the outer peripheral surface of the pin being inserted in the axial direction thereof at a position where the outer peripheral surface of the pin crosses the ridge line in the rotation preventing ring.

In der DE 603 00 376 T2 beschreibt einen Spiralverdichter, dessen elastisches Element bei relativ geringen Kosten hergestellt werden kann. Der Spiralverdichter enthält ein Gehäuse. Ein feststehendes Spiralelement ist in dem Gehäuse befestigt und hat eine feststehende Basisplatte und eine feststehende spiralförmige Wand, die sich von der feststehenden Basisplatte erstreckt. Das bewegliche Spiralelement ist in dem Gehäuse platziert und hat eine bewegliche Basisplatte und eine bewegliche spiralförmige Wand, die sich von der beweglichen Basisplatte erstreckt. Die bewegliche spiralförmige Wand ist mit der feststehenden spiralförmigen Wand in Anlage. Eine Verdichtungskammer ist zwischen der beweglichen spiralförmigen Wand und der feststehenden spiralförmigen Wand definiert. Die Verdichtungskammer wird allmählich im Volumen reduziert, da Kältemittel in der Verdichtungskammer allmählich verdichtet und durch eine Orbitalbewegung des beweglichen Spiralelements relativ zu dem feststehenden Spiralelement in Richtung auf eine mittlere Seite der spiralförmigen Wände bewegt wird. Ein elastisches Element ist in einer ringförmigen und ebenen Form ausgebildet und ist in dem Gehäuse auf einer Seite einer Rückfläche der beweglichen Basisplatte befestigt, um die Rückfläche der beweglichen Basisplatte in einem Gleitbereich des elastischen Elements gleitend zu kontaktieren. Eine Vorderwand ist auf einer Seite gegenüberliegend einer Seite des beweglichen Spiralelements mit Bezug auf das elastische Element vorgesehen. Ein erster Raum ist zwischen dem elastischen Element und der Vorderwand ausgebildet, um zu gestatten, dass das elastische Element elastisch verformt wird. Das elastische Element wird durch Druckkontakt des beweglichen Spiralelements in Richtung auf die Vorderwand elastisch verformt, wodurch das bewegliche Spiralelement in Richtung auf das feststehende Spiralelement gedrückt wird.In the DE 603 00 376 T2 describes a scroll compressor whose elastic member can be manufactured at a relatively low cost. The scroll compressor includes a housing. A fixed scroll member is mounted in the housing and has a fixed base plate and a fixed spiral wall extending from the stationary base plate. The movable scroll member is placed in the housing and has a movable base plate and a movable spiral wall extending from the movable base plate. The movable spiral wall is in abutment with the fixed spiral wall. A compression chamber is defined between the movable spiral wall and the fixed spiral wall. The compression chamber is gradually reduced in volume as refrigerant in the compression chamber is gradually compressed and moved by an orbital motion of the movable scroll member relative to the fixed scroll member toward a center side of the spiral walls. An elastic member is formed in an annular and planar shape and is fixed in the housing on one side of a rear surface of the movable base plate to slidably contact the rear surface of the movable base plate in a sliding portion of the elastic member. A front wall is provided on a side opposite to one side of the movable scroll member with respect to the elastic member. A first space is formed between the elastic member and the front wall to allow the elastic member to be elastically deformed. The elastic member is elastically deformed by pressure-contacting the movable scroll member toward the front wall, thereby pushing the movable scroll member toward the fixed scroll member.

Die EP 2 618 000 B1 offenbart einen motorbetriebenen Kompressor mit einem Differenzdruckregelventil, das in einem Fluiddurchgang für Fluid angeordnet ist, welches durch einen Kompressor strömt. Das Differenzdruckregelventil ist ausgerüstet mit einer Ventilkammer, die in dem Fluiddurchgang ausgebildet ist und eine zylindrische Form aufweist; einem Ventilloch, das in dem Fluiddurchgang als eine Öffnung ausgebildet ist, die mit der Ventilkammer in Verbindung steht; einem Ventilkörper, der in der Ventilkammer angeordnet ist und angepasst ist, das Ventilloch zu öffnen und zu schließen; einem Stützelement, das fest an der Ventilkammer montiert ist und sich quer zu einer Strömungsrichtung des Fluids in der Ventilkammer erstreckt, wobei das Stützelement einen Verbindungsdurchgang für eine Fluidverbindung zwischen einer ersten Ventilkammer, die auf der Seite des Ventilkörpers des Stützelements in dem Ventilkörper ausgebildet ist, und einer zweiten Ventilkammer aufweist, die auf der gegenüberliegenden Seite des Stützelements in der Ventilkammer ausgebildet ist, wobei zumindest ein Teil des Verbindungsdurchgangs in gleichmäßig beabstandeten Intervallen zu der äußeren Umgebung des Stützelements auf der Seite der ersten Ventilkammer geöffnet ist; und einem Treibelement, das zwischen dem Stützelement und der Ventilkammer zum Treiben des Ventilkörpers in Richtung des Ventillochs angeordnet ist, wobei das Treibelement verlängerbar ist. Das Stützelement weist einen Vorsprung auf, der sich in der gleichen Richtung wie die Verlängerungs- und Zusammendrückrichtung des Treibelements erstreckt und mit dem der Ventilkörper in Kontakt treten kann, wenn das Treibelement zusammengedrückt wird, wobei der Verbindungsdurchgang eine Öffnung bei der Mitte eines Kontaktabschnitts des Vorsprungs, mit dem der Ventilkörper in Kontakt treten kann, und eine Vielzahl von Aussparungen aufweist, die sich radial zu dem Vorsprung von der Öffnung erstrecken.The EP 2 618 000 B1 discloses a motor-driven compressor having a differential pressure control valve disposed in a fluid passage for fluid flowing through a compressor. The differential pressure regulating valve is provided with a valve chamber formed in the fluid passage and having a cylindrical shape; a valve hole formed in the fluid passage as an opening communicating with the valve chamber; a valve body disposed in the valve chamber and adapted to open and close the valve hole; a support member fixedly mounted to the valve chamber and extending transversely to a flow direction of the fluid in the valve chamber, the support member having a connection passage for fluid communication between a first valve chamber formed on the side of the valve body of the support member in the valve body; and a second valve chamber formed on the opposite side of the support member in the valve chamber, wherein at least a part of the connection passage is opened at evenly spaced intervals to the outer periphery of the support member on the side of the first valve chamber; and a driving member disposed between the support member and the valve chamber for driving the valve body in the direction of the valve hole, wherein the driving member is extendable. The support member has a projection extending in the same direction as the extension and compression direction of the driving member and with which the valve body can contact when the driving member is compressed, the connection passage opening at the center of a contact portion of the projection to which the valve body may contact, and has a plurality of recesses extending radially to the protrusion from the opening.

Aus der EP 2 218 914 A2 ist eine Fluidmaschine vom Scroll-Typ bekannt, umfassend: eine feststehende Spirale und eine bewegliche Spirale, die miteinander in Eingriff stehen; einen Antidrehmechanismus zum Verhindern der Drehung der beweglichen Spirale um ihre eigene Achse; und einen Antriebsmechanismus zum Antreiben der beweglichen Spirale in einer Orbitalbewegung relativ zu der feststehenden Spirale. Dabei umfasst der Antriebsmechanismus Folgendes: eine Antriebswelle, die auf einer ersten Achse drehbar ist; einen Exzenterbolzen, der sich mit der Drehung der Antriebswelle um die erste Achse dreht, wobei der Exzenterbolzen eine Außenumfangsfläche aufweist, die auf einer zweiten Achse zentriert ist, welche parallel zu und exzentrisch zur ersten Achse ist; und ein Lager, das an der beweglichen Spirale angebracht ist, wobei das Lager eine Innenumfangsfläche aufweist, die auf einer dritten Achse zentriert ist, die parallel und exzentrisch zu der ersten und zweiten Achse ist, wobei die Innenumfangsfläche mit der Außenumfangsfläche des Exzenterbolzens in Kontakt steht, wobei aufgrund der Anordnung der ersten, zweiten und dritten Achse eine Druckkraft vom Exzenterbolzen auf das Lager ausgeübt wird, um die bewegliche Spirale auf die feste Spirale zu drücken.From the EP 2 218 914 A2 discloses a scroll-type fluid machine comprising: a fixed scroll and a movable scroll engaged with each other; an anti-rotation mechanism for preventing rotation of the movable scroll about its own axis; and a drive mechanism for driving the movable scroll in an orbital motion relative to the fixed scroll. In this case, the drive mechanism comprises: a drive shaft which is rotatable on a first axis; an eccentric pin rotating with rotation of the drive shaft about the first axis, the eccentric pin having an outer peripheral surface centered on a second axis parallel to and eccentric to the first axis; and a bearing attached to the movable scroll, the bearing having an inner peripheral surface centered on a third axis parallel and eccentric to the first and second axes, the inner peripheral surface being in contact with the outer peripheral surface of the eccentric pin wherein, due to the arrangement of the first, second and third axes, a compressive force is exerted by the eccentric pin on the bearing to urge the movable scroll onto the fixed scroll.

In der EP 2 012 016 A1 ist eine Fluidmaschine vom Scroll-Typ mit einer beweglichen Spirale beschrieben, welche Druckkammern zwischen der beweglichen Spirale und einer festen Spirale aufweist und in Bezug auf die feste Spirale umlaufend ist. Des Weiteren weist die Fluidmaschine eine Stützwand auf, die für das Gehäuse vorgesehen ist und die Schublast stützt, welche von der beweglichen Spirale übertragen wird. Darüber hinaus umfasst die Fluidmaschine ein Axiallager, welches zwischen der beweglichen Spirale und der Stützwand platziert ist. Das Axiallager enthält eine in der Stützwand ausgebildete ringförmige Stützfläche, eine an der Stützfläche befestigte Halteplatte, ein in der Halteplatte ausgebildetes Halteloch, das in beiden Seiten der Halteplatte geöffnet ist, und ein Druckaufnahmestück, das in dem Halteloch gehalten und in Oberflächenkontakt sowohl mit der Stützfläche als auch mit der beweglichen Spirale gebracht wird.In the EP 2 012 016 A1 there is described a scroll-type fluid machine having a movable scroll having pressure chambers between the movable scroll and a fixed scroll and revolving with respect to the fixed scroll. Furthermore, the fluid machine has a support wall provided for the housing and supporting the thrust load transmitted from the movable scroll. In addition, the fluid machine comprises a thrust bearing, which is placed between the movable scroll and the support wall. The thrust bearing includes an annular support surface formed in the support wall, a holding plate fixed to the support surface, a holding hole formed in the holding plate opened in both sides of the holding plate, and a pressure receiving piece held in the holding hole and in surface contact with both the support surface as well as with the movable spiral is brought.

In der EP 1 464 840 A1 ist ein Spiralkompressor offenbart, der eine Saugkammer, eine stationäre Spirale und eine bewegliche Spirale aufweist. Die stationäre Spirale enthält eine Umfangswand und einen stationären Spiralabschnitt. Die bewegliche Spirale hat eine bewegliche Grundplatte und einen beweglichen Spiralabschnitt. Eine Umfangsfläche der beweglichen Grundplatte und eine Innenfläche der Umfangswand bilden einen Dichtungsabschnitt an Abschnitten, die nahe beieinander mit einem engen Abstand angeordnet sind. Der Dichtungsabschnitt bewegt sich entlang der Innenfläche der Umfangswand, wenn sich die bewegliche Spirale dreht. In einem Bodenabschnitt einer Saugkammer wird Schmieröl einer Kompressionskammer zugeführt, die durch die Spiralabschnitte der Saugkammer definiert ist. Somit kann Schmieröl genutzt werden, das im Boden der Saugkammer zurückgehalten wirdIn the EP 1 464 840 A1 there is disclosed a scroll compressor having a suction chamber, a stationary scroll and a movable scroll. The stationary scroll includes a peripheral wall and a stationary scroll section. The movable scroll has a movable base plate and a movable spiral section. A peripheral surface of the movable base plate and an inner surface of the peripheral wall form a sealing portion at portions closely spaced close to each other. The seal portion moves along the inner surface of the peripheral wall as the movable scroll rotates. In a bottom portion of a suction chamber, lubricating oil is supplied to a compression chamber defined by the spiral portions of the suction chamber. Thus, lubricating oil can be used, which is retained in the bottom of the suction chamber

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Scrollverdichter bereitzustellen, der sowohl im Wärmepumpen- als auch im Klimaanlagenmodus eine hohe Wirksamkeit aufweist.The object of the invention is to provide a scroll compressor which has high efficiency in both heat pump and air conditioning modes.

Die Aufgabe wird durch einen Kältemittel-Scrollverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a refrigerant scroll compressor with the features of claim 1. Further developments are specified in the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Kältemittel-Scrollverdichter ist für die Verwendung innerhalb einer Wärmepumpe mit CO2 als Kältemittel geeignet. Kältemittel-Scrollverdichter für die Verwendung innerhalb einer Wärmepumpe mit CO2 als Kältemittel, umfassend

  • • ein Verdichtergehäuse,
  • • zwei innerhalb des Verdichtergehäuses ineinander verschachtelte Spiralen, von denen eine Spirale stationär ist und die andere Spirale auf einer kreisförmigen Bahn exzentrisch bewegbar ist, wodurch sich das Volumen von mehreren verschiedenen zwischen den Spiralen ausgebildeten Verdichtungskammern zyklisch ändert, wobei die einzelnen Spiralen jeweils einen Gesamt-Umwicklungswinkel im Bereich von 440° bis 900°, vorzugsweise 580° bis 700°, aufweisen und zwischen den Spiralen die folgenden Verdichtungskammern ausgebildet sind:
    • ➢eine Verdichtungskammer als Saugdruckkammer für das Ansaugen von Kältemittel, die in eine innere Ansaugkammer und eine äußere Ansaugkammer, je nach Position der jeweiligen Ansaugkammer bezüglich der beweglichen Spirale, aufgeteilt ist,
    • ➢eine mit der Saugdruckkammer verbundene mittlere Verdichtungskammer, die in eine innere mittlere Verdichtungskammer und eine äußere mittlere Verdichtungskammer, je nach Position der jeweiligen Verdichtungskammer bezüglich der beweglichen Spirale, aufgeteilt ist,
    • ➢eine Kältemittelaustrittskammer, die mit der mindestens einen mittleren Verdichtungskammer verbunden ist und in der sich die beiden inneren Endbereiche der Spiralen gegenüberliegen,
  • • zwei oder mehrere Kältemittel-Vorauslässe in einer zu den Spiralen stirnseitigen Wand des Verdichtergehäuses,
  • • ein oder mehrere Vorauslassventile für das Öffnen und Schließen der beiden Kältemittel-Vorauslässe, und
  • • einen Kältemittel-Hauptauslass in der zu den Spiralen stirnseitigen Wand des Verdichtergehäuses am Zentrum der stationären Spirale, der stets geöffnet ist und kein Ventil aufweist.
The scroll compressor according to the invention is suitable for use within a heat pump with CO 2 as a refrigerant. Refrigerant scroll compressor for use within a heat pump with CO 2 as the refrigerant, comprising
  • A compressor housing,
  • Two spirals interleaved within the compressor housing, one spiral being stationary and the other spiral being eccentrically movable on a circular path, whereby the volume of several different compression chambers formed between the spirals changes cyclically, the individual spirals each having a total Winding angle in the range of 440 ° to 900 °, preferably 580 ° to 700 °, and between the spirals, the following compression chambers are formed:
    • ➢a compression chamber as a suction pressure chamber for the suction of refrigerant, which is divided into an inner suction chamber and an outer suction chamber, depending on the position of the respective suction chamber with respect to the movable spiral,
    • ➢an intermediate compression chamber connected to the suction pressure chamber divided into an inner middle compression chamber and an outer middle compression chamber, depending on the position of the respective compression chamber with respect to the movable spiral,
    • ➢a refrigerant discharge chamber which is connected to the at least one middle compression chamber and in which the two inner end regions of the spirals face each other,
  • Two or more refrigerant outlets in a wall of the compressor housing facing the spirals,
  • • one or more blow-off valves for opening and closing the two refrigerant outlets, and
  • • a main refrigerant outlet in the spiral wall of the compressor housing at the center of the stationary scroll, which is always open and has no valve.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des oben genannten Kältemittel-Scrollverdichters in einem Kältemittelkreislauf mit CO2 als Kältemittel, welcher im Klimaanlagenmodus und/oder im Wärmepumpenmodus betreibbar ist.The invention also relates to the use of the above-mentioned refrigerant scroll compressor in a refrigerant circuit with CO 2 as the refrigerant, which is operable in the air conditioning mode and / or in the heat pump mode.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kältemittel-Scrollverdichters wird unter Klimaanlagenbedingungen Hochdruck erreicht, noch bevor das Kältemittel durch die Hauptauslassöffnung austreten kann. Daher ist kein Ventil am Kältemittel-Hauptauslass erforderlich. Insbesondere die Gestalt der Spiralen hat zur Folge, dass das Hauptauslass-Ventil verzichtbar ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die einzelnen Spiralen jeweils einen Gesamt-Umwicklungswinkel von 660° auf. Vorzugsweise sind die Spiralen hinsichtlich ihrer Spiralgeometrie derart ausgebildet, dass sie eine Verringerung des Volumens der Kältemittelaustrittskammer auf ein Totraumvolumen, das ≤ 9 % vom Ansaugvolumen beziehungsweise Hubvolumen des Scrollverdichters beträgt, ermöglichen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Spiralen hinsichtlich ihrer Spiralgeometrie derart ausgebildet, dass sie eine Verringerung des Volumens der Kältemittelaustrittskammer auf ein Totraumvolumen, das einem Volumen von ≤ 5,0 % vom Ansaugvolumen entspricht, beispielsweise auf 4,9 % vom Ansaugvolumen, ermöglichen. Bei einem Ansaugvolumen von 6 cm3 würde dies einem Totraumvolumen von etwa 0,3 cm3 entsprechen.With the inventive design of the refrigerant scroll compressor high pressure is achieved under air conditioning conditions, even before the refrigerant can escape through the main outlet. Therefore, no valve is required at the refrigerant main outlet. In particular, the shape of the spirals has the consequence that the main outlet valve is dispensable. In a particularly preferred embodiment of the invention, the individual spirals each have a total winding angle of 660 °. Preferably, the spirals are formed with respect to their spiral geometry such that they allow a reduction of the volume of the refrigerant outlet chamber to a dead space volume which is ≦ 9% of the suction volume or stroke volume of the scroll compressor. In a particularly preferred embodiment, the spirals are formed with respect to their spiral geometry such that they allow a reduction in the volume of the refrigerant outlet chamber to a dead space volume corresponding to a volume of ≤ 5.0% of the intake volume, for example to 4.9% of the intake volume. With a suction volume of 6 cm 3 , this would correspond to a dead space volume of about 0.3 cm 3 .

Im Wärmepumpenmodus bleiben die Kältemittel-Vorauslässe überwiegend geschlossen und das gesamte Kältemittel tritt durch den Kältemittel-Hauptauslass aus. Das Zurückströmen von der Hochdruckseite führt bei Niederdruckverhältnissen zu einer verschlechterten Verdichtung und hohen Austrittstem peratu ren.In heat pump mode, the refrigerant outlets remain mostly closed and all refrigerant exits through the main refrigerant outlet. The backflow from the high pressure side leads at low pressure conditions to a deteriorated compression and high Austrittstem peratu ren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Bohrungen der Kältemittel-Vorauslässe und des Kältemittel-Hauptauslasses im Wesentlichen linear und in gleichen Abständen zueinander angeordnet, wobei der Hauptauslass in der Mitte und die Kältemittel-Vorauslässe symmetrisch dazu platziert sind. Die mittlere Verdichtungskammer ist in zwei mittlere Verdichtungsteilkammern aufgeteilt, die vorteilhafterweise symmetrisch zueinander positioniert sind. Es liegen dabei je nach Position bezüglich der beweglichen Spirale immer eine äußere und eine innere Verdichtungskammer vor. Das heißt, die äußere Verdichtungskammer grenzt an die konvexe Seite und die innere Verdichtungskammer an die konkave Seite der beweglichen Spirale. Die Bohrungen der Kältemittel-Vorauslässe befinden sich zumindest vorübergehend im Bereich der mittleren Verdichtungskammer, wobei sich mindestens eine Bohrung im Bereich der äußeren Verdichtungskammer und die gleiche Anzahl von Bohrungen im Bereich der inneren Verdichtungskammer befindet. Durch lineare, symmetrische Anordnung der Bohrungen der Kältemittelvorauslässe und des Hauptauslasses können die Vorauslassventile für die innere und äußere Verdichtungskammer beim gleichen Verdichtungsdruck zusammen öffnen oder schließen und eine Übergabe an den Kältemittel-Hauptauslass ist gewährleistet.In an advantageous embodiment of the invention, the bores of the refrigerant Inlets and the refrigerant main outlet arranged substantially linearly and equidistantly from each other, with the main outlet in the middle and the refrigerant outlets are placed symmetrically thereto. The middle compression chamber is divided into two middle compression sub-chambers, which are advantageously positioned symmetrically to each other. Depending on the position with respect to the movable spiral, there are always an outer and an inner compression chamber. That is, the outer compression chamber is adjacent to the convex side and the inner compression chamber is adjacent to the concave side of the movable scroll. The bores of the refrigerant outlets are at least temporarily in the region of the middle compression chamber, wherein at least one bore in the region of the outer compression chamber and the same number of bores in the region of the inner compression chamber. Linear and symmetrical arrangement of the refrigerant spool holes and the main outlet allow the internal and external compression chamber bleed valves to open or close together at the same compression pressure and to provide transfer to the main refrigerant outlet.

Als Ventil für das Öffnen und Schließen der beiden Kältemittel-Vorauslässe eignet sich insbesondere ein U-förmiges oder V-förmiges Ventil, mit dessen U- oder V-Schenkeln die Kältemittel-Vorauslässe geschlossenen werden können, während der geöffnete Kältemittel-Hauptauslass vorzugsweise zwischen den U- oder V-Schenkeln positioniert ist.As a valve for opening and closing the two refrigerant outlets is particularly suitable a U-shaped or V-shaped valve, with the U- or V-legs, the refrigerant feeds can be closed, while the opened refrigerant main outlet preferably between the U- or V-legs is positioned.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Verdichter im Wärmepumpenmodus bei Niederdruck und bei niedrigeren Verdichterdrehzahlen betrieben werden kann. Das führt zu einem verbesserten NVH-Wert, das heißt einer Verringerung der als Geräusch hörbaren oder als Vibration spürbaren Schwingungen im Fahrzeug, sowie einem niedrigeren Energieverbrauch und niedrigeren Lagerbelastungen, was zu einer längeren Lebensdauer des Lagers führt oder die Möglichkeit der Verringerung der Lagergröße eröffnet. Auch ist das benötigte Auslassventil preiswerter.Another advantage of the invention is that the compressor can be operated in heat pump mode at low pressure and at lower compressor speeds. This results in an improved NVH, that is, a reduction in vehicle vibration perceivable as noise or vibration, as well as lower energy consumption and lower bearing loads, resulting in longer bearing life or the possibility of reducing bearing size. Also, the required exhaust valve is cheaper.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1A: einen Ausschnitt aus einem Scrollverdichter mit der stationären Spirale und Kältemittel-Auslassbohrungen in der zur Spirale stirnseitigen Wand des Scrollverdichter-Gehäuses als Innenansicht,
  • 1B: die stirnseitige Wand des Scrollverdichter-Gehäuses mit den Kältemittel-Auslassbohrungen als Außenansicht,
  • 2A: die stirnseitige Wand eines Scrollverdichter-Gehäuses mit drei Auslassbohrungen und einem Dreifingerventil, Stand der Technik,
  • 2B: die stirnseitige Wand eines Scrollverdichter-Gehäuses mit drei Auslassbohrungen und einem Zweifingerventil,
  • 3: eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen eines Scrollverdichters,
  • 4A: eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen eines Scrollverdichters bei einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von 0° /360°,
  • 4B: eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen eines Scrollverdichters bei einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von 90°,
  • 4C: eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen eines Scrollverdichters bei einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von 180°,
  • 4D: eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen eines Scrollverdichters bei einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von 270°,
  • 5: eine grafische Darstellung des isentropen Drucks des Kältemittels in Abhängigkeit vom Rotationswinkel der Kurbelwelle bei der isentropen Verdichtung im Kältemittel-Scrollverdichter im Klimaanlagenmodus,
  • 6: eine grafische Darstellung des isentropen Drucks des Kältemittels in Abhängigkeit vom Rotationswinkel der Kurbelwelle bei der isentropen Verdichtung im Scrollverdichter im Wärmepumpenmodus.
Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1A : a section of a scroll compressor with the stationary scroll and refrigerant outlet holes in the spiral frontal wall of the scroll compressor housing as an interior view,
  • 1B : the front wall of the scroll compressor housing with the refrigerant outlet holes as an external view,
  • 2A : the frontal wall of a Scrollverdichter housing with three outlet holes and a three-finger valve, prior art,
  • 2 B : the front wall of a scroll compressor housing with three outlet holes and a two-finger valve,
  • 3 : a schematic representation of the nested spirals of a scroll compressor,
  • 4A : a schematic representation of the nested spirals of a scroll compressor at a rotation angle of the crankshaft of 0 ° / 360 °,
  • 4B : a schematic representation of the nested spirals of a scroll compressor with a rotation angle of the crankshaft of 90 °,
  • 4C FIG. 2: a schematic representation of the nested spirals of a scroll compressor with a rotation angle of the crankshaft of 180 °, FIG.
  • 4D : a schematic representation of the nested spirals of a scroll compressor with a rotation angle of the crankshaft of 270 °,
  • 5 FIG. 2: a graphical representation of the isentropic pressure of the refrigerant as a function of the angle of rotation of the crankshaft during the isentropic compression in the refrigerant scroll compressor in air conditioning mode, FIG.
  • 6 : A graphical representation of the isentropic pressure of the refrigerant as a function of the angle of rotation of the crankshaft in the isentropic compression in the scroll compressor in heat pump mode.

Die 1A zeigt einen Ausschnitt eines Scrollverdichters 1 mit einem Teil des Scrollverdichtergehäuses 2, an dem eine stationären Spirale 3 befestigt ist, als Innenansicht. Dabei ist dieser Teil eine zur stationären Spirale stirnseitige Wand 2a des Scrollverdichter-Gehäuses 2. Die stationäre Spirale 3 hat insgesamt einen Umwicklungswinkel von 660 °. Scrollverdichter mit einem Umwicklungswinkel im Bereich von 440° bis 900° erfordern zwei Vorauslässe 4.1; 4.2 und einen Hauptauslass 5, um effizient zu arbeiten. Gemäß 1A befinden sich zwei Vorauslässe 4.1; 4.2 in Form von Vorauslassbohrungen 4.1; 4.2 in der zu der stationären Spirale 3 stirnseitigen Wand 2a des Scrollverdichtergehäuses 2. Des Weiteren befindet sich ein Hauptauslass 5 in Form einer Hauptauslassbohrung 5 ebenfalls in der zur stationären Spirale 3 stirnseitigen Wand 2a des Verdichtergehäuses 2 im Zentrum der stationären Spirale 3 an deren inneren Endbereich 3a. Eine erste Vorauslassbohrung 4.1 ist dabei vor der Innenseite der Spirale 3 derart positioniert, dass die Vorauslassbohrung 4.1 die Hauptauslassbohrung 5 von der stationären Spirale 3 umschlossen sind, ohne dass eine Wand der stationären Spirale 3 zwischen der ersten Vorauslassbohrung 4.1 und der Hauptauslassbohrung 5 platziert ist. Die zweite Vorauslassbohrung 4.2 ist vor der Außenseite der stationären Spirale 3 derart positioniert, dass die Wand der stationären Spirale 3 zwischen der Hauptauslassbohrung 5 und der zweiten Vorauslassbohrung 4.2 platziert ist.The 1A shows a section of a scroll compressor 1 with a part of the scroll compressor housing 2 on which a stationary spiral 3 is attached, as an interior view. This part is a stationary spiral frontal wall 2a the scroll compressor housing 2 , The stationary spiral 3 has a total winding angle of 660 °. Scroll compressors with a wrapping angle in the range of 440 ° to 900 ° require two outlets 4.1 ; 4.2 and a main outlet 5 to work efficiently. According to 1A There are two presets 4.1 ; 4.2 in the form of pre-drilled holes 4.1 ; 4.2 in the to the stationary spiral 3 frontal wall 2a the Scrollverdichtergehäuses 2 , Furthermore, there is a main outlet 5 in the form of a main outlet hole 5 also in the stationary spiral 3 frontal wall 2a of compressor housing 2 in the center of the stationary spiral 3 at the inner end region 3a , A first pilot hole 4.1 is in front of the inside of the spiral 3 positioned so that the pilot hole 4.1 the main outlet hole 5 from the stationary spiral 3 are enclosed without a wall of the stationary spiral 3 between the first pilot hole 4.1 and the main outlet hole 5 is placed. The second pilot hole 4.2 is in front of the outside of the stationary spiral 3 positioned so that the wall of the stationary spiral 3 between the main outlet hole 5 and the second pilot hole 4.2 is placed.

Die 1B zeigt eine Außenansicht des Scrollverdichters 1 mit Blick auf die stirnseitige Wand 2a des Scrollverdichter-Gehäuses 2 mit den Vorauslassbohrungen 4.1; 4.2 sowie der Hauptauslassbohrung 5. Dabei ist die Hauptauslassbohrung 5 im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Vorauslassbohrungen 4.1; 4.2 platziert, wobei die Hauptauslassbohrung 5 und die Vorauslassbohrung 4.1; 4.1 im Wesentlichen linear angeordnet sind.The 1B shows an external view of the scroll compressor 1 with a view of the frontal wall 2a the scroll compressor housing 2 with the pilot holes 4.1 ; 4.2 as well as the main outlet hole 5 , Here is the main outlet hole 5 essentially in the middle between the two pilot holes 4.1 ; 4.2 placed, with the main outlet hole 5 and the pilot hole 4.1 ; 4.1 are arranged substantially linearly.

Die 2A zeigt die stirnseitige Wand eines Scrollverdichter-Gehäuses mit drei Auslassbohrungen und einem Dreifingerventil, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Damit können alle Auslässe geschlossen werden, nachdem der Druck in der Verdichtungskammer unterhalb des Hochdruckbereichs sinkt. Damit soll verhindert werden, dass heißes Gas zurück in die Verdichtungskammer strömt und der Verdichter an Wirksamkeit verliert.The 2A shows the front wall of a Scrollverdichter housing with three outlet holes and a three-finger valve, as is known in the prior art. Thus all outlets can be closed after the pressure in the compression chamber drops below the high pressure area. This is to prevent that hot gas flows back into the compression chamber and the compressor loses its effectiveness.

Die 2B zeigt eine Außenansicht eines Scrollverdichters 1 ähnlich wie in 1B, mit Blick auf die zu den Spiralen stirnseitige Wand 2a des Scrollverdichter-Gehäuses 2 mit den Vorauslassbohrungen 4.1; 4.2 sowie der Hauptauslassbohrung 5. Dabei ist die Hauptauslassbohrung 5 im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Vorauslassbohrungen 4.1; 4.2 platziert, wobei die Hauptauslassbohrung 5 und die Vorauslassbohrung 4.1; 4.1 im Wesentlichen linear angeordnet sind. Als Ventil für das Öffnen und Schließen der beiden Vorauslassbohrungen 4.1; 4.2 ist ein U-förmiges beziehungsweise V-förmiges Ventil 6 vorgesehen, mit dessen U- oder V-Schenkeln 6.1; 6.2 die Vorauslassbohrungen 4.1; 4.2 gleichzeitig verschlossenen werden können, während sich die Hauptauslassbohrung 5 geöffnet im freien Zwischenraum zwischen den U- beziehungsweise V-Schenkeln 6.1, 6.2 befindet. Dieses Ventil kann auch in Analogie zum Dreifingerventil als Zweifingerventil bezeichnet werden.The 2 B shows an exterior view of a scroll compressor 1 similar to in 1B , with a view of the spiral to the frontal wall 2a the scroll compressor housing 2 with the pilot holes 4.1 ; 4.2 as well as the main outlet hole 5 , Here is the main outlet hole 5 essentially in the middle between the two pilot holes 4.1 ; 4.2 placed, with the main outlet hole 5 and the pilot hole 4.1 ; 4.1 are arranged substantially linearly. As a valve for opening and closing the two pilot holes 4.1 ; 4.2 is a U-shaped or V-shaped valve 6 provided, with its U or V-legs 6.1 ; 6.2 the pre-drilling holes 4.1 ; 4.2 can be closed at the same time, while the main outlet hole 5 open in the free space between the U- or V-legs 6.1 . 6.2 located. This valve can also be referred to as a two-finger valve analogous to the three-finger valve.

Die 3 zeigt schematisch einen Querschnitt des Scrollverdichters 1 mit der stationären Spirale 3 und einer beweglichen Spirale 7, die ineinander verschachteltet sind. Beide Spiralen weisen jeweils einen Gesamt-Umwicklungswinkel von mit einem Gesamt-Umwicklungswinkel der Spiralen von 660° auf. Die bewegliche Spirale 7 ist auf einer kreisförmigen Bahn exzentrisch bewegbar, wodurch sich das Volumen von mehreren verschiedenen, zwischen den Spiralen 3; 7 ausgebildeten Verdichtungskammern 8, 9, 10 zyklisch ändert. Weil der Gesamt-Umwicklungswinkel 660° ist, werden immer drei verschiedene Arten von Verdichtungskammern ausgebildet. Wie aus der 3 erkennbar, werden folgende Verdichtungskammern gebildet:

  • ➢eine nach außen geöffnete/öffenbare Verdichtungskammer als Saugdruckkammer 8 für das Ansaugen von Kältemittel, die in eine innere Ansaugkammer 8.1 und eine äußere Ansaugkammer 8.2, je nach Position der jeweiligen Ansaugkammer 8.1, 8.2 bezüglich der beweglichen Spirale, aufgeteilt ist,
  • ➢eine mit der Saugdruckkammer 8 verbundene mittlere Verdichtungskammer 9, wobei je nach Position zur beweglichen Spirale immer eine innere mittlere Verdichtungskammer 9.1 und eine äußere mittlere Verdichtungskammer 9.2 vorliegt,
  • ➢eine Kältemittelaustrittskammer 10, die mit der mittleren Verdichtungskammer 9 verbunden ist und in der sich die beiden inneren Endbereiche 3a; 7a der Spiralen 3; 7 gegenüberliegen.
The 3 schematically shows a cross section of the scroll compressor 1 with the stationary spiral 3 and a movable spiral 7 that are nested inside each other. Both spirals each have a total wrap angle of 660 ° with a total wrap angle of the spirals. The moving spiral 7 is eccentrically movable on a circular path, causing the volume of several different, between the spirals 3 ; 7 trained compression chambers 8th . 9 . 10 changes cyclically. Because the total wrap angle is 660 °, three different types of compression chambers are always formed. Like from the 3 recognizable, the following compression chambers are formed:
  • ➢a compression chamber open to the outside / openable as a suction pressure chamber 8th for sucking refrigerant into an inner suction chamber 8.1 and an outer suction chamber 8.2 , depending on the position of the respective suction chamber 8.1 . 8.2 with respect to the movable spiral, is divided
  • ➢one with the suction pressure chamber 8th connected middle compression chamber 9 , Wherein, depending on the position of the movable spiral always an inner middle compression chamber 9.1 and an outer medium compression chamber 9.2 is present,
  • ➢a refrigerant outlet chamber 10 that with the middle compression chamber 9 is connected and in which the two inner end portions 3a ; 7a the spirals 3 ; 7 are opposite.

Die 3 zeigt schematisch zwei Kältemittel-Vorauslässe 4.1; 4.2 in der zu den Spiralen 3; 7 stirnseitigen Wand des Verdichtergehäuses. Diese zwei Kältemittel-Vorauslässe 4.1; 4.2 sind durch ein oder mehrere Vorauslassventile verschließbar. Des Weiteren befindet sich, wie ebenfalls in der 3 gezeigt, ein Kältemittel-Hauptauslass 5 in der zu den Spiralen 3; 7 stirnseitigen Wand des Verdichtergehäuses im Zentrum der stationären Spirale 3, der stets geöffnet ist und kein Ventil aufweist.The 3 schematically shows two refrigerant outlets 4.1 ; 4.2 in the to the spirals 3 ; 7 frontal wall of the compressor housing. These two refrigerant outlets 4.1 ; 4.2 are closed by one or more Vorlassventile. Furthermore, as also in the 3 shown a refrigerant main outlet 5 in the to the spirals 3 ; 7 end wall of the compressor housing in the center of the stationary spiral 3 which is always open and has no valve.

Aufgrund des besonderen Kältemitteleigenschaften (CO2) wird der notwendige Hochdruck unter allen Klimaanlagentestpunkten innerhalb der mittleren Verdichtungskammern 9.1, 9.2 bei 360 ° Rotationswinkel erreicht.Due to the special properties of the refrigerant (CO 2), the necessary high-pressure in all air-conditioning test points within the intermediate compression chambers 9.1 . 9.2 achieved at 360 ° rotation angle.

Die Spiralgeometrie, die sich unter anderem aus dem Umwicklungswinkel der Spiralen 3; 7 von jeweils 660° ergibt, führt dazu, dass das erreichbare Totvolumen bei einem Volumen liegt, das ≤ 9 %, vorzugsweise ≤ 5 %, vom Ansaugvolumen beziehungsweise Hubvolumen beträgt. Die 3 zeigt diese Position der maximalen Verdichtung der Kältemittelaustrittskammer 10 im Zentrum der Spiralen 3; 7.The spiral geometry, which is partly due to the winding angle of the spirals 3 ; 7 of 660 ° results in that the achievable dead volume is at a volume which is ≤ 9%, preferably ≤ 5%, of the intake volume or displacement. The 3 shows this position of the maximum compression of the refrigerant discharge chamber 10 in the center of the spirals 3 ; 7 ,

Bei Werten für das Druckverhältnis von ≤ 3,7 zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck, der in den Ansaugkammern 8.1, 8.2 vorliegt, hat das fehlende Ventil am Hauptauslass 5 keinen negativen Effekt auf die Leistung des Scrollverdichters 1. Dies gilt für alle Klimaanlagenbedingungen.At values for the pressure ratio of ≤ 3.7 between the high pressure and the low pressure in the suction chambers 8.1 . 8.2 is present, has the missing valve at the main outlet 5 no negative Effect on the performance of the scroll compressor 1 , This applies to all air conditioning conditions.

Bei Druckverhältnissen von > 3,7 führt das fehlende Ventil am Hauptauslass 5 zu einem Rückfluss des Kältemittels in die Verdichtungskammer. Derartige Druckverhältnisse liegen unter Wärmepumpenbedingungen vor.At pressure ratios of> 3.7, the missing valve will lead to the main outlet 5 to a reflux of the refrigerant in the compression chamber. Such pressure conditions are present under heat pump conditions.

Die Figuren 4A bis 4D zeigen schematische Darstellungen der ineinander verschachtelten Spiralen 3; 7 eines Kältemittel-Scrollverdichters 1 im Klimaanlagenmodus bei verschiedenen Rotationswinkeln der Kurbelwelle, mit der die bewegliche Spirale 7 gekoppelt ist. Für den Klimaanlagenmodus liegt dabei das maximale Druckverhältnis von 3,7 zwischen dem Hochdruck in der Kältemittelaustrittskammer 10 und dem Niederdruck in den Ansaugkammern 8.1, 8.2 vor.The figures 4A to 4D show schematic representations of the nested spirals 3 ; 7 a refrigerant scroll compressor 1 in air conditioning mode at different angles of rotation of the crankshaft, with which the moving spiral 7 is coupled. For the air conditioning mode is the maximum pressure ratio of 3.7 between the high pressure in the refrigerant discharge chamber 10 and the low pressure in the suction chambers 8.1 . 8.2 in front.

Die 4A zeigt eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen 3; 7 eines Kältemittel-Scrollverdichters 1 bei einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von 0° beziehungsweise 360°. Dabei beträgt in den Ansaugkammern 8.1, 8.2 der Innendruck 35 bar. Der Innendruck beträgt sowohl in den mittleren Verdichtungskammern 9.1, 9.2 als auch in der Kältemittelaustrittskammer 10 jeweils 130 bar. Das heißt, der notwendige Hochdruck wird bei einem Rotationswinkel von 360° - unter allen Testbedingungen der Klimaanlage - bereits in den mittleren Verdichtungskammern 9.1, 9.2 erreicht. Daher kann der Hauptauslass 5 geöffnet bleiben und ein Ventil ist dafür nicht notwendig. Nur die beiden Kältemittel-Vorauslässe 4.1 und 4.2 werden mittels Vorauslassventilen geöffnet beziehungsweise verschlossen.The 4A shows a schematic representation of the nested spirals 3 ; 7 a refrigerant scroll compressor 1 at a rotation angle of the crankshaft of 0 ° or 360 °. It is in the intake chambers 8.1 . 8.2 the internal pressure 35 bar. The internal pressure is in both the middle compression chambers 9.1 . 9.2 as well as in the refrigerant outlet chamber 10 each 130 bar. That is, the necessary high pressure is already in the middle compression chambers at a rotation angle of 360 ° - under all test conditions of the air conditioner 9.1 . 9.2 reached. Therefore, the main outlet 5 stay open and a valve is not necessary. Only the two refrigerant outlets 4.1 and 4.2 be opened or closed by means of Vorlassventilen.

In der 4B sind ineinander verschachtelte Spiralen 3; 7 des Kältemittel-Scrollverdichters 1 bei einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von 90° schematisch dargestellt. Der Innendruck der Ansaugkammern 8.1, 8.2 beträgt 35 bar. Der Innendruck der mittleren Verdichtungskammern 9.1, 9.2 liegt bei 45 bar. Der Druck in der Kältemittelaustrittskammer 10 beträgt 130 bar.In the 4B are nested spirals 3 ; 7 of the refrigerant scroll compressor 1 shown schematically at a rotation angle of the crankshaft of 90 °. The internal pressure of the suction chambers 8.1 . 8.2 is 35 bar. The internal pressure of the middle compression chambers 9.1 . 9.2 is 45 bar. The pressure in the refrigerant outlet chamber 10 is 130 bar.

Die 4C zeigt eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen 3; 7 des Scrollverdichters 1 bei einem Rotationswinkel 180° der Kurbelwelle von 180°. Dabei beträgt der Innendruck der Ansaugkammern 8.1, 8.2 unverändert 35 bar, der Innendruck der mittleren Verdichtungskammern 9.1, 9.2 steigt auf 57 bar. Der Druck in der Kältemittelaustrittskammer 10 liegt - ebenfalls unverändert - bei 130 bar.The 4C shows a schematic representation of the nested spirals 3 ; 7 of the scroll compressor 1 at a rotation angle 180 ° of the crankshaft of 180 °. In this case, the internal pressure of the suction chambers 8.1 . 8.2 unchanged at 35 bar, the internal pressure of the middle compression chambers 9.1 . 9.2 rises to 57 bar. The pressure in the refrigerant outlet chamber 10 is - also unchanged - at 130 bar.

Die 4D enthält eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Spiralen 3; 7 bei einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von 270°. Der Innendruck der Ansaugkammern 8.1, 8.2 beträgt 35 bar. Der Innendruck der mittleren Verdichtungskammern 9.1, 9.2 ist auf 79 bar angestiegen. Der Druck in der Kältemittelaustrittskammer (DC) beträgt weiterhin 130 bar.The 4D contains a schematic representation of the nested spirals 3 ; 7 at a rotation angle of the crankshaft of 270 °. The internal pressure of the suction chambers 8.1 . 8.2 is 35 bar. The internal pressure of the middle compression chambers 9.1 . 9.2 has risen to 79 bar. The pressure in the refrigerant outlet chamber (DC) is still 130 bar.

Wie aus den im Zusammenhang mit den Figuren 4A bis 4D genannten Werten ersichtlich ist, wird unter Klimaanlagenbedingungen Hochdruck erreicht, noch bevor das Kältemittel durch die Hauptauslassöffnung beziehungsweise Hauptauslassbohrung 5 austreten kann. Daher ist kein Ventil am Kältemittel-Hauptauslass erforderlich.As from the related to the figures 4A to 4D high pressure is reached under air conditioning conditions, even before the refrigerant through the main outlet or main outlet 5 can escape. Therefore, no valve is required at the refrigerant main outlet.

Die 5 zeigt eine den Figuren 4A bis 4D entsprechende grafische Darstellung des isentropen Drucks des Kältemittels in Abhängigkeit vom Rotationswinkel der Kurbelwelle bei der isentropen Verdichtung im Kältemittel-Scrollverdichter im Klimaanlagenmodus. Der Druck des angesaugten Kältemittels liegt im Niederdruckbereich (LP) bei 35 bar. Das Kältemittel wird verdichtet und gelangt dabei in den Bereich der Vorauslassbohrungen. Der Druck des Kältemittels steigt gleichzeitig mit der Rotation der Kurbelwelle exponentiell an und erreicht schließlich Hochdruckniveau (HP), mit dem das Kältemittel dann auch in den Bereich der Hauptauslassbohrung gelangt.The 5 shows one of the figures 4A to 4D corresponding graphical representation of the isentropic pressure of the refrigerant as a function of the angle of rotation of the crankshaft in the isentropic compression in the refrigerant scroll compressor in air conditioning mode. The pressure of the suctioned refrigerant is in the low pressure range (LP) at 35 bar. The refrigerant is compressed and reaches the area of the pilot holes. The pressure of the refrigerant increases exponentially simultaneously with the rotation of the crankshaft and finally reaches high pressure level (HP), with which the refrigerant then also reaches the area of the main outlet bore.

Lediglich für die Vorauslassbohrungen sind mit Vorauslassventilen versehen, die die Vorauslässe öffnen und schließen. Obwohl es kein Hauptaustrittsventil gibt, tritt kein Zurückströmen des Kältemittels in die kombinierte innere Verdichtungskammer des Scrollverdichters aus dem Hochdruckbereich auf, weil sich die Verdichtungskammer und der Hohlraum hinter dem Kältemittel-Hauptauslass auf dem gleichen Druckniveau befinden. Der Kältemittel-Scrollverdichter hat im Klimaanlagenmodus niedrige Austrittstemperaturen.Only the pilot holes are equipped with blow-off valves that open and close the valves. Although there is no main exhaust valve, no backflow of the refrigerant into the combined internal compression chamber of the scroll compressor from the high pressure region occurs because the compression chamber and the cavity are at the same pressure level behind the refrigerant main outlet. The refrigerant scroll compressor has low outlet temperatures in air conditioning mode.

Die 6 zeigt eine grafische Darstellung des isentropen Drucks des Kältemittels in Abhängigkeit vom Rotationswinkel der Kurbelwelle bei der isentropen Verdichtung im Scrollverdichter im Wärmepumpenmodus.The 6 shows a graphical representation of the isentropic pressure of the refrigerant as a function of the angle of rotation of the crankshaft in the isentropic compression in the scroll compressor in heat pump mode.

Der Druck des angesaugten Kältemittels liegt zunächst im Niederdruckbereich bei 20 bar und damit wesentlich niedriger im Vergleich zum Klimaanlagenmodus. Das Kältemittel wird verdichtet und gelangt dabei zunächst in den Bereich der Vorauslassbohrungen. Der Druck des Kältemittels steigt gleichzeitig mit der Rotation der Kurbelwelle exponentiell an, liegt aber noch deutlich unterhalb des Hochdruckniveaus (HP), wenn es in den Bereich der Kältemittel-Auslassbohrung gelangt. Es erfolgt daher ein Zurückströmen des Kältemittels von der Hochdruckseite in die kombinierte innere Verdichtungskammer, weil der Hauptauslass immer geöffnet ist und die Verdichtungskammer ein niedrigeres Druckniveau hat als der Hohlraum hinter dem Kältemittel-Auslass. Das Zurückströmen des Kältemittels in die innere kombinierte Verdichtungskammer wird in 6 mittels senkrechter Pfeile schematisch angezeigt. Das Zurückströmen von heißem Kältemittelgas ist für den Wärmepumpenmodus vorteilhaft, in dem hohe Austrittstemperaturen des Scrollverdichter angestrebt werden.The pressure of the sucked refrigerant is initially in the low pressure range at 20 bar and thus much lower compared to the air conditioning mode. The refrigerant is compressed, initially entering the area of the pilot holes. The pressure of the refrigerant increases exponentially with the rotation of the crankshaft, but is still well below the high pressure level (HP) when it reaches the area of the refrigerant outlet bore. Therefore, the refrigerant flows back from the high-pressure side into the combined inner compression chamber because the main outlet is always open and the compression chamber has a lower pressure level than the cavity behind the refrigerant outlet. The backflow of the refrigerant into the inner combined compression chamber is in 6 indicated schematically by means of vertical arrows. The backflow of hot refrigerant gas is advantageous for the heat pump mode, in which high outlet temperatures of the scroll compressor are sought.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kältemittel-ScrollverdichterRefrigerant scroll compressors
22
Verdichtergehäusecompressor housing
2a2a
stirnseitige Wand des Verdichtergehäusesfront wall of the compressor housing
33
stationäre Spiralestationary spiral
3a3a
innerer Endbereich der stationären Spiraleinner end region of the stationary spiral
4.14.1
Kältemittel-Vorauslass, VorauslassbohrungRefrigerant delivery, pilot hole
4.24.2
Kältemittel-Vorauslass, VorauslassbohrungRefrigerant delivery, pilot hole
55
Kältemittel-Hauptauslass, HauptauslassbohrungMain refrigerant outlet, main outlet hole
66
Ventil, VorauslassventilValve, pre-discharge valve
6.16.1
erster Schenkel eines U- oder V-förmigen Ventils 6 first leg of a U-shaped or V-shaped valve 6
6.26.2
zweiter Schenkel eines U- oder V-förmigen Ventils 6 second leg of a U- or V-shaped valve 6
77
bewegliche Spiralemovable spiral
7a7a
innerer Endbereich der beweglichen Spiraleinner end region of the movable spiral
88th
Saugdruckkammer, VerdichtungskammerSuction pressure chamber, compression chamber
8.18.1
innere Ansaugkammerinner suction chamber
8.28.2
äußere Ansaugkammerouter suction chamber
99
mittlere Verdichtungskammermiddle compression chamber
9.19.1
innere mittlere Verdichtungskammerinner middle compression chamber
9.29.2
äußere mittlere Verdichtungskammerouter middle compression chamber
1010
Kältemittelaustrittskammer, VerdichtungskammerRefrigerant outlet chamber, compression chamber

Claims (8)

Kältemittel-Scrollverdichter (1) für die Verwendung innerhalb einer Wärmepumpe mit CO2 als Kältemittel, umfassend • ein Verdichtergehäuse (2), • zwei innerhalb des Verdichtergehäuses (2) ineinander verschachtelte Spiralen (3; 7), von denen eine Spirale (3) stationär ist und die andere Spirale (7) auf einer kreisförmigen Bahn exzentrisch bewegbar ist, wodurch sich das Volumen von mehreren verschiedenen zwischen den Spiralen (3; 7) ausgebildeten Verdichtungskammern (8, 9, 10) zyklisch ändert, wobei die einzelnen Spiralen (3; 7) jeweils einen Gesamt-Umwicklungswinkel im Bereich von 440° bis 900° aufweisen und zwischen den Spiralen (3; 7) die folgenden Verdichtungskammern (8, 9, 10) ausgebildet sind: ➢eine Verdichtungskammer als Saugdruckkammer (8) für das Ansaugen von Kältemittel, die in eine innere Ansaugkammer (8.1) und eine äußere Ansaugkammer (8.2) aufgeteilt ist, ➢eine mittlere Verdichtungskammer (9), die in eine innere mittlere Verdichtungskammer (9.1) und eine äußere mittlere Verdichtungskammer (9.2) aufgeteilt ist, ➢eine Kältemittelaustrittskammer (10), in der sich die beiden inneren Endbereiche (3a; 7a) der Spiralen (3; 7) gegenüberliegen, • zwei oder mehrere Kältemittel-Vorauslässe (4.1; 4.2) in einer zu den Spiralen (3; 7) stirnseitigen Wand (2a) des Verdichtergehäuses (2), • ein oder mehrere Ventile (6) für das Öffnen und Schließen der beiden Kältemittel-Vorauslässe (4.1; 4.2) und • einen Kältemittel-Hauptauslass (5) in der zu den Spiralen (3; 7) stirnseitigen Wand (2a) des Verdichtergehäuses (2) im Zentrum der stationären Spirale (3), der stets geöffnet ist und kein Ventil aufweist. Refrigerant scroll compressor (1) for use within a heat pump with CO 2 as refrigerant, comprising • a compressor housing (2), • two spirals (3; 7) nested within the compressor housing (2), one of which (3) is stationary and the other scroll (7) is eccentrically movable in a circular path, whereby the volume of a plurality of different compression chambers (8, 9, 10) formed between the scrolls (3; 7) changes cyclically, the individual scrolls (3 7) each have a total winding angle in the range of 440 ° to 900 ° and between the spirals (3; 7) the following compression chambers (8, 9, 10) are formed: ➢a compression chamber as a suction pressure chamber (8) for the suction of refrigerant, which is divided into an inner suction chamber (8.1) and an outer suction chamber (8.2), ➢a central compression chamber (9), in an inner central compression chamber (9.1) and ei ne outer middle compression chamber (9.2) is divided, ➢eine refrigerant discharge chamber (10), in which the two inner end portions (3a; 7a) of the spirals (3; 7) are opposite each other, • two or more refrigerant outlets (4.1; 4.2) in a wall (2a) of the compressor housing (2) facing the spirals (3; 7), • one or more valves ( 6) for the opening and closing of the two refrigerant outlets (4.1; 4.2) and • a main refrigerant outlet (5) in the wall (2a) of the compressor housing (2) in the center of the stationary housing (2) facing the spirals (3; Spiral (3), which is always open and has no valve. Kältemittel-Scrollverdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Spiralen (3; 7) jeweils einen Gesamt-Umwicklungswinkel im Bereich von 580° bis 700° aufweisen.Refrigerant Scroll Compressor (1) after Claim 1 Characterized in that the individual coils (3; 7) each have a total wrap angle in the range of 580 ° to 700 °. Kältemittel-Scrollverdichter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Spiralen (3; 7) jeweils einen Gesamt-Umwicklungswinkel von 660° aufweisen.Refrigerant Scroll Compressor (1) after Claim 2 , characterized in that the individual spirals (3; 7) each have a total winding angle of 660 °. Kältemittel-Scrollverdichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen (3; 7) hinsichtlich ihrer Spiralgeometrie derart ausgebildet sind, dass sie eine Verringerung des Volumens der Kältemittelaustrittskammer auf ein Totraumvolumen, das ≤ 9 % vom Ansaugvolumen des Scrollverdichters (1) beträgt, ermöglichen.Refrigerant scroll compressor (1) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the spirals (3; 7) are formed in terms of their spiral geometry such that they allow a reduction of the volume of the refrigerant discharge chamber to a dead space volume which is ≤ 9% of the suction volume of the scroll compressor (1). Kältemittel-Scrollverdichter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen hinsichtlich ihrer Spiralgeometrie derart ausgebildet sind, dass sie eine Verringerung des Volumens der Kältemittelaustrittskammer auf ein Totraumvolumen, das ≤ 5 % vom Ansaugvolumen des Scrollverdichters (1) beträgt, ermöglichen.Refrigerant Scroll Compressor (1) after Claim 4 , characterized in that the spirals are formed in terms of their spiral geometry such that they allow a reduction in the volume of the refrigerant discharge chamber to a dead space volume, which is ≤ 5% of the intake volume of the scroll compressor (1). Kältemittel-Scrollverdichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Ventil für das Öffnen und Schließen der beiden Kältemittel-Vorauslässe (4.1; 4.2) ein U-förmiges oder V-förmiges Ventil (6) vorgesehen ist, mit dessen U- oder V-Schenkeln (6.1; 6.2) die Kältemittel-Vorauslässe (4.1; 4.2) geschlossenen werden können, während der geöffnete Kältemittel-Hauptauslass (5) zwischen den U- oder V-Schenkeln (6.1; 6.2) positioniert ist.Refrigerant scroll compressor (1) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that a U-shaped or V-shaped valve (6) is provided as a valve for opening and closing the two refrigerant outlets (4.1, 4.2), with whose U or V legs (6.1, 6.2) the refrigerant outlets ( 4.1; 4.2) can be closed while the opened refrigerant main outlet (5) is positioned between the U- or V-legs (6.1, 6.2). Verwendung eines Kältemittel-Scrollverdichters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Kältemittelkreislauf mit CO2 als Kältemittel, welcher im Klimaanlagenmodus und/oder im Wärmepumpenmodus betreibbar ist.Use of a refrigerant Scroll compressor (1) according to one of Claims 1 to 6 in a refrigerant circuit with CO 2 as refrigerant, which is operable in the air conditioning mode and / or in the heat pump mode. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf im Wärmepumpenmodus betrieben wird, wobei die Kältemittel-Vorauslässe (4.1; 4.2) überwiegend geschlossen bleiben.Use after Claim 7 , characterized in that the refrigerant circuit is operated in heat pump mode, wherein the refrigerant outlets (4.1, 4.2) remain predominantly closed.
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