DE102018129473A1

DE102018129473A1 - Kältemittelverdichter

Info

Publication number: DE102018129473A1
Application number: DE102018129473.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Mannewitz; Robin Langebach
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-05-28
Also published as: US11543160B2; RU2731373C1; CN111207059B; BR102019024492A2; US20200166250A1; CN111207059A; EP3657017A1; AU2019268187B2; AU2019268187A1; EP3657017B1

Abstract

Um einen Kältemittelverdichter, insbesondere für eine Kälteanlage, umfassend ein Gesamtgehäuse, eine in dem Gesamtgehäuse angeordnete Verdichtereinheit, eine in einem Antriebsraum des Gesamtgehäuses angeordnete mechanische Verdichterantriebseinheit für die Verdichtereinheit, ein sich in dem Antriebsraum ausbildendes Schmiermittelbad, einen in dem Gesamtgehäuse vom Antriebsraum getrennt verlaufenden Einlasskanal, über welchen die Verdichtereinheit zu verdichtendes Kältemittel ansaugt, derart zu verbessern, dass ein Kältemittelverdichter geschaffen wird, bei welchem der Schmiermittelwurf möglichst stark reduziert ist, wird vorgeschlagen, dass der Einlasskanal und der Antriebsraum über einen einen permanenten Gasausgleich zwischen diesen zulassenden Gasausgleichskanal verbunden ist, der einerseits eine antriebsraumseitige Öffnung und andererseits eine einlasseitige Öffnung aufweist und dessen Kanallänge zwischen den Öffnungen mindestens einem zweifachen eines äquivalenten Kanaldurchmessers, insbesondere eines kleinsten äquivalenten Kanaldurchmessers, des Gasausgleichskanals entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter, insbesondere für eine Kälteanlage, umfassend ein Gesamtgehäuse, eine in dem Gesamtgehäuse angeordnete Verdichtereinheit, eine in einem Antriebsraum des Gesamtgehäuses angeordnete mechanische Verdichterantriebseinheit für die Verdichtereinheit, ein sich in dem Antriebsraum ausbildendes Schmiermittelbad, einen in dem Gesamtgehäuse vom Antriebsraum getrennt verlaufenden Einlasskanal, über welchen die Verdichtereinheit zu verdichtendes Kältemittel ansaugt.
Derartige Kältemittelverdichter sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Bei diesen besteht generell das Problem, dass auslassseitig des Verdichters ein nennenswerter Schmiermittelwurf, das heißt ein nennenswerter Anteil von Schmiermittel im verdichteten Kältemittel, auftritt, der unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kältemittelverdichter zu schaffen, bei welchem der Schmiermittelwurf möglichst stark reduziert ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Kältemittelverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Einlasskanal und der Antriebsraum über einen einen permanenten Gasausgleich zwischen diesen zulassenden Gasausgleichskanal verbunden sind, der einerseits eine antriebsraumseitige Öffnung und andererseits eine einlasskanalseitige Öffnung aufweist und dessen Kanallänge zwischen den Öffnungen mindestens einem zweifachen eines äquivalenten Kanaldurchmessers, insbesondere eines kleinsten äquivalenten Kanaldurchmessers, des Gasausgleichskanals entspricht.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass einerseits durch den permanenten Gasausgleich über den Gasausgleichskanal der Kältemittelverdichter optimal arbeitet, da stets ein Gasausgleich zwischen Antriebsraum und Einlasskanal zum Ausgleich von durch blow-by-Strömungen oder durch andere Effekte ausgelösten Druckvariationen erfolgt und andererseits aufgrund der Kanallänge des Gasausgleichskanals verhindert wird, dass Schmiermittel, insbesondere Schmiermitteltröpfchen von der antriebsraumseitigen Öffnung über die einlasskanalseitige Öffnung in den Einlasskanal transportiert werden und zu einem erhöhten Schmiermittelwurf auslassseitig des Kältemittelverdichters führen.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Kanallänge des Gasausgleichskanals mindestens einem dreifachen, besser mindestens einem vierfachen, vorzugsweise mindestens einem fünffachen und bevorzugt mindestens einem sechsfachen des äquivalenten Kanaldurchmessers entspricht.
Unter einem äquivalenten Kanaldurchmesser des Gasausgleichskanals ist dabei der Durchmesser eines kreisrunden Kanalquerschnitts zu verstehen, dessen Kanalquerschnittsfläche der Querschnittsfläche des Gasausgleichskanals entspricht, wenn dessen Querschnittsform von einer kreisrunden Querschnittsform abweicht.
Hinsichtlich der absoluten Dimensionen des Gasausgleichskanals wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.
So sieht alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Lösungen eine besonders günstige Lösung vor, dass der Gasausgleichskanal eine Kanallänge aufweist, die mindestens 40 mm, besser mindestens 60 mm, noch besser mindestens 80 mm, vorzugsweise mindestens 100 mm und bevorzugt mindestens 110 mm beträgt.
Auch hinsichtlich der Querschnittsfläche des Gasausgleichskanals wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So ist es alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Lösungen besonders vorteilhaft, wenn der Gasausgleichskanal eine Kanalquerschnittsfläche aufweist, die mindestens 80 mm², besser mindestens 120 mm², noch besser mindestens 180 mm², bevorzugt mindestens 250 mm² und besonders bevorzugt mindestens 300 mm² beträgt, da eine derartige Mindestquerschnittsfläche den Gasausgleich verbessert, insbesondere aufgrund der geringeren Störungsverluste.
Um die Förderung von Schmiermittel, insbesondere Schmiermitteltröpfchen in den Einlasskanal möglichst stark zu reduzieren, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die antriebsraumseitige Öffnung des Gasausgleichskanals in Schwerkraftrichtung höher als das Schmiermittelbad des Antriebsraums liegt.
Ferner ist es besonders günstig, wenn die antriebsraumseitige Öffnung des Gasausgleichskanals in Schwerkraftrichtung mindestens in Höhe einer Antriebswelle der Verdichterantriebseinheit angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die antriebsraumseitige Öffnung des Gasausgleichskanals seitlich neben der Verdichterantriebseinheit im Antriebsraum angeordnet ist.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die einlasskanalseitige Öffnung des Gasausgleichskanals in Schwerkraftrichtung höher als die Schmiermittelansammlung im Einlasskanal liegt.
Ferner ist dann, wenn der Einlasskanal und der Antriebsraum durch ein Trennelement, insbesondere eine Trennwand des Gesamtgehäuses, voneinander getrennt sind, vorzugsweise vorgesehen, dass der Gasausgleichskanal ein Trennelement zwischen dem Antriebsraum und dem Einlasskanal durchsetzt.
Eine optimale räumliche Anordnung des Gasausgleichskanals ergibt sich dann, wenn sich der Gasausgleichskanal über mindestens die Hälfte seiner Kanallänge im oder längs des Antriebsraums erstreckt.
Die Funktion des Gasausgleichskanals ist besonders optimal, wenn beim Gasausgleich in dem Gasausgleichskanal sich eine zwischen den Öffnungen liegende Gassäule in dem Gasausgleichskanal hin und her bewegt, ohne dabei den Gasausgleichskanal zu durchströmen, das heißt, dass die Gassäule nicht in Gänze den gesamten Gasausgleichskanal durchsetzt sondern mindestens zu einem wesentlichen Anteil, das heißt, beispielsweise mindestens zu einem Drittel ihrer Länge, in dem Gasausgleichskanal verbleibt.
Eine weitere optimale Lösung sieht vor, dass eine zwischen den Öffnungen liegende Gassäule sich bei den im Einlasskanal auftretenden Sauggaspulsationen in dem Gasausgleichskanal so hin und her bewegt, dass sie keinen Transport von Schmiermitteltröpfchen von dem Antriebsraum in den Einlasskanal bewirkt.
Weiterhin ist bei einem optimal wirksamen Gasausgleichskanal vorgesehen, dass eine in dem Gaskanal zwischen den Öffnungen liegende Gassäule sich bei den Sauggaspulsationen im Einlasskanal lediglich so in dem Gasausgleichskanal hin und her bewegt, dass an der antriebsraumseitigen Öffnung vorliegende Schmiermitteltröpfchen maximal in den Gasausgleichskanal eintreten, jedoch nicht aus dessen einlasskanalseitiger Öffnung austreten.
Hinsichtlich der Anordnung des Gasausgleichskanals wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der Erfindung keine näheren Angaben gemacht.
Der Gasausgleichskanal kann einen beliebigen Verlauf haben, zum Beispiel gerade oder gekrümmt oder gebogen, solange Kanallänge und Querschnittsfläche die eingangs genannten Bedingungen erfüllen.
Beispielsweise könnte der Gasausgleichskanal auf einer Außenseite des Gesamtgehäuses angeordnet sein.
Besonders günstig ist es jedoch wenn der Gasausgleichskanal in dem Gesamtgehäuse angeordnet ist.
Dabei kann der Gasausgleichskanal durch ein separates, im Gesamtgehäuse angeordnetes Teil gebildet sein, welches beispielsweise an einer Gehäusewand gehalten ist, oder als in das Gesamtgehäuse integrierter Kanal ausgebildet sein.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Gasausgleichskanal lediglich den im Gesamtgehäuse verlaufenden Einlasskanal mit dem Antriebsraum verbindet, nicht jedoch beispielsweise zu auf dem Gesamtgehäuse sitzenden Zylinderköpfen oder in Ansaugkammern dieser Zylinderköpfe hinein verläuft. Eine konstruktiv besonders einfache und daher vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Einlasskanal einen Motorraum im Gesamtgehäuse durchsetzt und dass sich bodenseitig des Motorraums die Schmiermittelansammlung bildet.
In diesem Fall ist es konstruktiv besonders vorteilhaft, wenn der Gasausgleichskanal den Antriebsraum mit dem Motorraum verbindet.
Insbesondere dann, wenn im Einlasskanal Schmiermittel abgeschieden wird, ist eine Schmiermittelrückführung vorgesehen, welche Schmiermittel von einer sich im Einlasskanal ausbildenden Schmiermittelansammlung dem Antriebsraum zuführt, und welche insbesondere einen Schmiermitteltransport von dem Antriebsraum in den Einlasskanal verhindert.
Weiterhin sieht hinsichtlich einer Schmiermittelrückführung eine besonders günstige Lösung vor, dass diese ein Rückschlagventil umfasst, welches entweder direkt zwischen dem Einlasskanal und dem Antriebsraum wirksam ist oder einem zwischen dem Einlasskanal und dem Antriebsraum verlaufenden Kanal zugeordnet ist, so dass das Rückschlagventil einen Schmiermitteltransport von dem Antriebsraum in den Einlasskanal verhindert.
Die vorstehend beschriebene Lösung ist insbesondere im Fall einer Schmiermittelrückführung von Vorteil, da durch den erfindungsgemäßen Gasausgleichskanal die Schmiermittelrückführung optimal arbeitet und insbesondere keine Druckschwingungen durch die Schmiermittelrückführung auftreten.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Kältemittelverdichter ein halbhermetischer Verdichter ist, bei welchem der Einlasskanal den Motorraum zur Kühlung des Antriebsmotors durchströmt.
Hinsichtlich der Verdichtereinheit wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
So könnte prinzipiell die Verdichtereinheit beliebig ausgeführt werden.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass die Verdichtereinheit als Kolbenverdichtereinheit ausgebildet ist.
Ferner wurden auch hinsichtlich der Verdichterantriebseinheit keine spezifischen Angaben gemacht, da deren Ausführung auch von der Verdichtereinheit abhängig ist.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Verdichterantriebseinheit eine Antriebswelle, insbesondere eine Kurbelwelle, mit Exzentern und von diesen angetriebenen Pleueln umfasst.
Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungsformen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen:

1. Kältemittelverdichter, insbesondere für eine Kälteanlage, umfassend ein Gesamtgehäuse (12), eine in dem Gesamtgehäuse (12) angeordnete Verdichtereinheit (16), eine in einem Antriebsraum (34) des Gesamtgehäuses (12) angeordnete mechanische Verdichterantriebseinheit (32) für die Verdichtereinheit (16), ein sich in dem Antriebsraum (34) ausbildendes Schmiermittelbad (48), einen in dem Gesamtgehäuse (12) vom Antriebsraum (34) getrennt verlaufenden Einlasskanal (84), über welchen die Verdichtereinheit (16) zu verdichtendes Kältemittel ansaugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (84) undder Antriebsraum (34) über einen einen permanenten Gasausgleich zwischen diesen zulassenden Gasausgleichskanal (112) verbunden ist, der einerseits eine antriebsraumseitige Öffnung (114) und andererseits eine einlasseitige Öffnung (116) aufweist und dessen Kanallänge (L) zwischen den Öffnungen (114, 116) mindestens einem zweifachen eines äquivalenten Kanaldurchmessers (AD), insbesondere eines kleinsten äquivalenten Kanaldurchmessers (AD), des Gasausgleichskanals (112) entspricht.
2. Kältemittelverdichter nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanallänge (L) des Gasausgleichskanals (112) mindestens einem dreifachen, noch besser mindestens einem vierfachen, vorzugsweise mindestens einem fünffachen und bevorzugt mindestens einem sechsfachen des äquivalenten Kanaldurchmessers (AD) entspricht.
3. Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) eine Kanallänge (L) aufweist, die mindestens 40 mm, besser mindestens 60 mm, noch besser mindestens 80 mm, vorzugsweise mindestens 100 mm und bevorzugt mindestens 110 mm beträgt.
4. Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) eine Kanalquerschnittsfläche (Q) aufweist, die mindestens 80 mm², besser mindestens 120 mm², noch besser mindestens 180 mm², bevorzugt mindestens 250 mm² und besonders bevorzugt mindestens 300 mm² beträgt.
5. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsraumseitige Öffnung (114) des Gasausgleichskanals (112) in Schwerkraftrichtung höher als das Schmiermittelbad (48) im Antriebsraum (34) liegt.
6. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsraumseitige Öffnung (114) des Gasausgleichskanals (112) in Schwerkraftrichtung mindestens in Höhe einer Antriebswelle (38) der Verdichterantriebseinheit (32) angeordnet ist.
7. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsraumseitige Öffnung (114) des Gasausgleichskanals (112) seitlich neben der Verdichterantriebseinheit (32) im Antriebsraum (34) angeordnet ist.
8. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die einlasskanalseitige Öffnung (116) des Gasausgleichskanals (112) in Schwerkraftrichtung höher als die Schmiermittelansammlung (102) im Einlasskanal (84) liegt.
9. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) ein Trennelement (72) zwischen dem Antriebsraum (34) und dem Einlasskanal (84) durchsetzt.
10. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gasausgleichskanal (112) über mindestens die Hälfte seiner Kanallänge (L) im oder längs des Antriebsraums (34) erstreckt.
11. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gasausgleich in dem Gasausgleichskanal (112) sich eine zwischen den Öffnungen (114, 116) liegende Gassäule in dem Gasausgleichskanal (112) hin und her bewegt, ohne dabei den Gasausgleichskanal (112) zu durchströmen.
12. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen den Öffnungen (114, 116) liegende Gassäule sich bei den im Einlasskanal (84) auftretenden Sauggaspulsationen in dem Gasausgleichskanal (112) so hin und her bewegt, dass sie keinen Transport von Schmiermitteltröpfchen von dem Antriebsraum (34) in den Einlasskanal (84) bewirkt.
13. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Gasausgleichskanal (112) zwischen den Öffnungen (114, 116) liegende Gassäule sich bei den Sauggaspulsationen im Einlasskanal (84) lediglich so in dem Gasausgleichskanal (112) hin und her bewegt, dass an der antriebsraumseitigen Öffnung (114) vorliegende Schmiermitteltröpfchen maximal in den Gasausgleichskanal (112) eintreten, jedoch nicht aus dessen einlasseitigen Öffnung (116) austreten.
14. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (84) einen Motorraum (54) im Gesamtgehäuse (12) durchsetzt und dass sich bodenseitig des Motorraums (54) die Schmiermittelansammlung (102) bildet.
15. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) den Antriebsraum (34) mit dem Motorraum (54) verbindet.
16. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermittelrückführung (106) vorgesehen ist, welche Schmiermittel von einer sich im Einlasskanal (84) ausbildenden Schmiermittelansammlung (102) dem Arbeitsraum (34) zuführt, und welche insbesondere einen Schmiermitteltransport von dem Antriebsraum (34) in den Einlasskanal (84) verhindert.
17. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermittelrückführung (106) ein Rückschlagventil umfasst.
18. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelverdichter ein halbhermetischer Verdichter ist, bei welchem der Einlasskanal (84) den Motorraum (54) zur Kühlung eines Antriebsmotors (56) durchströmt.
19. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (16) als Kolbenverdichtereinheit ausgebildet ist.
20. Kältemittelverdichter nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterantriebseinheit (32) eine Antriebswelle (38) mit Exzentern (42) und von diesen angetriebenen Pleueln (44) umfasst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausfü h ru ngsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters;
2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in 1;
3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in 2;
4 einen Schnitt längs Linie 4-4 in 2;
5 einen Schnitt längs Linie 5-5 in 2;
6 einen vergrößerten ausschnittsweisen Teilausschnitt eines einen Gasausgleichskanal umfassenden Bereichs in 5;
7 einen Schnitt ähnlich 3 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters und
8 einen Schnitt ähnlich 3 durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters.

Ein in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters 10 für eine zeichnerisch nicht dargestellte Kälteanlage umfasst ein Gesamtgehäuse 12, welches einen Verdichterabschnitt 14 aufweist, in welchem eine beispielsweise in 2 bis 4 dargestellte Verdichtereinheit 16 angeordnet ist, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens eine, vorzugsweise mehrere Zylinderbohrungen 22 mit in diesen bewegbaren Kolben 24 aufweist, wobei die Zylinderbohrungen 22 jeweils beispielsweise durch eine aufgelegte Ventilplatte 26 verschlossen sind, auf welcher auf einer den Zylinderbohrungen 22 gegenüberliegenden Seite Zylinderköpfe 28 angeordnet sind, welche auf dem Gesamtgehäuse 12 montiert sind.
Die einzelnen Kolben 24 der Verdichtereinheit 16 werden durch eine mechanische Verdichterantriebseinheit 32 angetrieben, die in einem Antriebsraum 34 des Verdichterabschnitts 14 angeordnet ist und die beispielsweise eine um eine Achse 36 drehbare Antriebswelle 38 umfasst, welche mit Exzentern 42 versehen ist, die ihrerseits mittels Pleueln 44 mit den Kolben 24 gekoppelt sind, um diese in den Zylinderbohrungen 22 zu bewegen.
Ferner bildet sich in einem in Schwerkraftrichtung tiefstliegenden Sohlenbereich 46 des Antriebsraums 34 ein Schmiermittelbad 48, in welchem sich Schmiermittel zur Schmierung der Verdichtereinheit 16 und der Verdichterantriebseinheit 32 sammelt, das über nicht dargestellte Förderelemente, beispielsweise Pumpelemente, sowohl der Verdichtereinheit 16 als auch der Verdichterantriebseinheit 32 zur Schmierung zugeführt wird.
Das Gesamtgehäuse 12 umfasst ferner einen in Richtung der Achse 36 auf den Verdichterabschnitt 14 folgend angeordneten Motorabschnitt 52, welcher einen Motorraum 54 umschließt, in welchem ein Motor 56, insbesondere ein elektrischer Antriebsmotor, angeordnet ist, dessen Stator 62 fest in dem Motorabschnitt 52 angeordnet ist, während dessen Rotor 64 auf einer vorzugsweise koaxial zur Antriebswelle 38 verlaufenden und insbesondere einstückig mit dieser verbundenen Rotorwelle 66 sitzt und somit ebenfalls um die Achse 36 drehbar ist, um die Antriebswelle 38 der Verdichterantriebseinheit 32 anzutreiben.
In dem Gesamtgehäuse 12 sind dabei insbesondere der Antriebsraum 34 und der Motorraum 54 durch Trennelemente voneinander getrennt, beispielsweise durch eine Trennwand 72, welche vorzugsweise eine Lagereinheit für die Antriebswelle 38 und die Rotorwelle 66 trägt.
Vorzugsweise bildet dabei die Lagereinheit 74 eine an die Trennwand 72 angeformte Lagerhülse 76.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Motorabschnitts 52 ein Einlassanschluss 82 für das von dem Kältemittelverdichter 10 zu verdichtende Kältemittel vorgesehen, über welchen das Kältemittel in einen als Ganzes mit 84 bezeichneten Einlasskanal des Gesamtgehäuses 12 eintritt, der durch den Motorraum 54 hindurch bis zur Trennwand 72 verläuft und im Anschluss an die Trennwand 72 in einen in dem Verdichterabschnitt 14 verlaufenden Verteiler 86 übergeht, von welchem das zu verdichtende Kältemittel dann in Einlasskammern der Zylinderköpfe 28 eintritt, von der Verdichtereinheit 16 verdichtet wird und als verdichtetes Kältemittel Auslasskammern der Zylinderköpfe 28 zugeführt wird, von welchen es in einen Auslasskanal 94 im Gehäuseabschnitt 14 eintritt und von diesem zu einem Auslassanschluss 96 geführt wird.
Im Einlasskanal 84, insbesondere im Bereich des Motorraumes 54, setzt sich bei derartigen Kältemittelverdichtern üblicherweise Schmiermittel ab, das einerseits aus aus dem angesaugtem Kältemittel abgeschiedenem Schmiermittel andererseits aus im Bereich der Lagereinheit 74 austretendem Schmiermittel resultiert, und bildet eine Schmiermittelansammlung 102 im Bereich einer tiefsten Stelle 104 des Einlasskanals 84, insbesondere in dem Motorraum 54. Dieses Schmiermittel sollte zur Reduzierung des Schmiermittelwurfs am Auslassanschluss 96 des Kältemittelverdichters 10 aus dem Einlasskanal 84 entfernt werden.
Hierzu ist in der Trennwand 72 zwischen dem Einlasskanal 84, insbesondere dem Motorraum 54, und dem Antriebsraum 34 eine Schmiermittelrückführung vorgesehen, welche Schmiermittel aus der Schmiermittelansammlung 102 in den Antriebsraum 34 zuführt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Rückfluss von Schmiermittel in den Einlasskanal 84 verhindert wird. Um dies zu erreichen ist ein Rückschlagventil 106 angeordnet, welches ausschließlich ein Übertreten von Schmiermittel aus der Schmiermittelansammlung 102 im Einlasskanal 84 in das Schmiermittelbad 48 ermöglicht.
Um dies zu realisieren, werden die zwischen dem Einlasskanal 84 und dem Antriebsraum 34 bei laufendem Kältemittelverdichter auftretenden Druckunterschiede dazu eingesetzt, die auf die Schmiermittelansammlung 102 einwirken und diese zum Hindurchtreten durch das Rückschlagventil 106 in das Schmiermittelbad 48 veranlassen.
Diese Druckunterschiede bewirken jedoch insbesondere dann einen auf die Schmiermittelansammlung 102 wirkenden Pumpeffekt, wenn zusätzlich zum Rückschlagventil 106 ein Gasausgleich zwischen dem Antriebsraum 34 und dem Einlasskanal 84 erfolgt.
Zum Ausgleich von jeder Art von Druckunterschieden zwischen dem Antriebsraum 34 und dem Einlasskanal 84, beispielsweise ausgelöst durch blow-by-Strömungen der Verdichtereinheit 16 oder Sauggaspulsationen oder andere Effekte, ist ein in 2, 3 und 5 dargestellter Gasausgleichskanal 112 vorgesehen, welcher die Trennwand 72 durchsetzt und den vorstehend genannten Gasausgleich zwischen dem Antriebsraum 34 und dem Einlasskanal 84, insbesondere in diesem Fall dem Motorraum 54, ermöglicht.
Der Gasausgleichskanal 112 verläuft insbesondere so, dass, wie in 2 dargestellt, eine auftriebsraumseitige Öffnung 114 desselben im Antriebsraum 34 in ausreichendem Abstand von einer Oberfläche 118 des Schmiermittelbades 48 im Antriebsraum 34 liegt und eine einlasskanalseitige Öffnung 116 des Gasausgleichskanals 112 ebenfalls in ausreichender Höhe über der Schmiermittelansammlung 102 im Einlasskanal 84, insbesondere im Motorraum 54, liegt.
Vorzugsweise wird der Gasausgleichskanal 112 durch ein Rohr 118 gebildet, das in die Trennwand 72 eingesetzt und von dieser gehalten ist, wobei sich das Rohr 118 vorzugsweise von der Trennwand 72 ausgehend in den Antriebsraum 34 hinein erstreckt.
Um zu verhindern, dass durch den Gasausgleichskanal 112 beim Gasausgleich zwischen dem Antriebsraum 34 und dem Einlasskanal 84 und auch somit dem Motorraum 54 im Antriebsraum 34 vorhandene Schmiermitteltropfen aus dem Antriebsraum 34 in den Einlasskanal 84, insbesondere den Motorraum 54 transportiert werden, wird der Einlasskanal 112 so ausgebildet, dass dieser zwischen der antriebsraumseitigen Öffnung 114 und der einlasskanalseitigen Öffnung 116 eine Kanallänge L aufweist, die mindestens 40 mm, noch besser mindestens 60 mm, vorzugsweise mindestens 80 mm und ganz bevorzugt mindestens 100 mm oder noch besser mindestens 110 mm beträgt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Gasausgleichskanal 112 eine Kanalquerschnittsfläche Q aufweist, die mindestens 80 mm², besser 120 mm², noch besser mindestens 180 mm² bevorzugterweise mindestens 250 mm² oder ganz besonders vorteilhaft mindestens 300 mm² beträgt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kanallänge L des Gasausgleichskanals 112 mindestens einem zweifachen, besser mindestens einem dreifachen, noch besser mindestens einem vierfachen, vorzugsweise mindestens einem fünffachen und bevorzugt mindestens einem sechsfachen des äquivalenten Kanaldurchmessers AD entspricht, wobei der äquivalente Kanaldurchmesser AD dem Durchmesser eines im Querschnitt kreisförmigen Gasausgleichskanals 112 entspricht oder bei einem Gasausgleichskanal 112 mit von einer kreisförmigen Querschnittsform abweichender Querschnittsform dem Kanaldurchmesser einer im Querschnitt kreisförmigen Kanalquerschnittsfläche Q entspricht, die gleich groß ist wie die Kanalquerschnittsfläche Q' des von der kreisförmigen Querschnittsform abweichenden Gasausgleichskanals 112.
Derartige Dimensionen des Gasausgleichskanals 112 ermöglichen es, dass durch den Gasausgleichskanal 112 im Wesentlichen kein Schmiermitteltransport, insbesondere kein Transport von Schmiermitteltröpfchen, von dem Antriebsraum 34 in den Einlasskanal 84, insbesondere den Motorraum 54, erfolgt.
Dies ist dadurch möglich, dass durch die Kanallänge L und die Kanalquerschnittsfläche Q des Gasausgleichskanals 112 sich in diesem eine Gassäule ausbildet, die sich aufgrund der Druckunterschiede 84 zwischen der antriebsraumseitigen Öffnung 114 und der einlasskanalseitigen Öffnung 116 hin und her bewegt, wobei die Bewegungen der Gassäule aufgrund der großen Querschnittsfläche Q und der großen Kanallänge L des Gasausgleichskanals 112 derart begrenzt sind, dass beim hin und her bewegen der Gassäule keine Schmiermitteltröpfchen von der antriebsraumseitigen Öffnung 114 im Antriebsraum 34 zu der einlasskanalseitigen Öffnung 116 transportiert werden und aus dieser austreten.
Vielmehr wandern beim hin und her bewegen der Gassäule in dem Schmiermittelkanal 112 die durch die antriebsraumseitige Öffnung 114 eintretenden Schmiermitteltröpfchen nicht bis zur einlasskanalseitigen Öffnung 116, sondern nur in den Gasausgleichskanal 112 hinein und im Wesentlichen aus diesem wieder zur antriebsraumseitigen Öffnung 114 hinaus oder lediglich soweit, dass sie in dem Gasausgleichskanal 112 verbleiben und dort gegebenenfalls abgeschieden werden.
Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Lösung einerseits, das sich im Einlasskanal 84 und insbesondere im Motorraum 54 ansammelnde Schmiermittel von der Schmiermittelansammlung 102 über das Rückschlagventil 106 dem Schmiermittelbad 48 im Antriebsraum 34 zuzuführen und andererseits zu verhindern, dass über den Gasausgleichskanal 112 Schmiermitteltröpfchen von dem Antriebsraum 34 in den Einlasskanal 84, insbesondere den Motorraum 54, transportiert werden und somit insgesamt den Schmiermittelwurf bei derartigen Kältemittelverdichtern, insbesondere wenn diese als transkritische CO₂ Maschinen betrieben werden, zu reduzieren.
Insbesondere erlaubt der vorstehend dimensionierte und funktionierende Gasausgleichskanal 112 somit insgesamt eine signifikante Reduktion des Schmiermittelwurfs am Auslassanschluss 96.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters, dargestellt in 7, ist der Gasausgleichskanal 112' in Richtung des Antriebsraums 34 abfallend ausgebildet, dass dessen einlasskanalseitige Öffnung 116' in Schwerkraftrichtung höher liegt als die antriebsraumseitige Öffnung 114', so dass in dem Fall, dass sich in dem Gasausgleichskanal 112' Schmiermittel absetzt, dieses aufgrund der Wirkung der Schwerkraft aus der antriebsraumseitigen Öffnung 114' austritt und sich in dem Schmiermittelbad 48 sammelt.
Damit lässt sich zusätzlich sicherstellen, dass kein sich im Gasausgleichskanal 112' absetzendes Schmiermittel unerwünschterweise in den Einlasskanal 84 eintritt.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters, dargestellt in 8, ist der Gasausgleichskanal 112" so ausgebildet, dass er zwischen der antriebsraumseitigen Öffnung 114" und der einlasskanalseitigen Öffnung 116" eine tiefste Stelle 122 aufweist, in welcher sich Schmiermittel sammelt, dass in dem Gasausgleichskanal 112" abgeschieden wird.
Ferner ist der tiefsten Stelle 122 noch eine im Verhältnis zur Kanalquerschnittsfläche Q kleinere, insbesondere um einen Faktor 10 kleinere, Abtropföffnung 124 zugeordnet, die es erlaubt, dass das sich in der tiefsten Stelle 122 sammelnde Schmiermittel aus dem Gasausgleichskanal 112" austritt und - gegebenenfalls noch durch eine zusätzliche Leitung - durch die Wirkung der Schwerkraft dem Schmiermittelbad 48 zugeführt wird.
Eine derartige in Schwerkraftrichtung tiefste Stelle 122 lässt sich beispielsweise derart erreichen, dass der Gasausgleichskanal 112" eine in Schwerkraftrichtung nach unten weisende Durchbiegung aufweist, wobei diese vorzugsweise im Antriebsraum 34 liegt, so dass das aus der Abtropföffnung austretende Schmiermittel ohne eine weitere Leitung dem Schmiermittelbad 48 zugeführt wird.

Claims

Kältemittelverdichter, insbesondere für eine Kälteanlage, umfassend ein Gesamtgehäuse (12), eine in dem Gesamtgehäuse (12) angeordnete Verdichtereinheit (16), eine in einem Antriebsraum (34) des Gesamtgehäuses (12) angeordnete mechanische Verdichterantriebseinheit (32) für die Verdichtereinheit (16), ein sich in dem Antriebsraum (34) ausbildendes Schmiermittelbad (48), einen in dem Gesamtgehäuse (12) vom Antriebsraum (34) getrennt verlaufenden Einlasskanal (84), über welchen die Verdichtereinheit (16) zu verdichtendes Kältemittel ansaugt, dadurch gekennzeichnet , dass der Einlasskanal (84) und der Antriebsraum (34) über einen einen permanenten Gasausgleich zwischen diesen zulassenden Gasausgleichskanal (112) verbunden ist, der einerseits eine antriebsraumseitige Öffnung (114) und andererseits eine einlasseitige Öffnung (116) aufweist und dessen Kanallänge (L) zwischen den Öffnungen (114, 116) mindestens einem zweifachen eines äquivalenten Kanaldurchmessers (AD), insbesondere eines kleinsten äquivalenten Kanaldurchmessers (AD), des Gasausgleichskanals (112) entspricht.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanallänge (L) des Gasausgleichskanals (112) mindestens einem dreifachen, noch besser mindestens einem vierfachen, vorzugsweise mindestens einem fünffachen und bevorzugt mindestens einem sechsfachen des äquivalenten Kanaldurchmessers (AD) entspricht.
Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) eine Kanallänge (L) aufweist, die mindestens 40 mm, besser mindestens 60 mm, noch besser mindestens 80 mm, vorzugsweise mindestens 100 mm und bevorzugt mindestens 110 mm beträgt.
Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) eine Kanalquerschnittsfläche (Q) aufweist, die mindestens 80 mm², besser mindestens 120 mm², noch besser mindestens 180 mm², bevorzugt mindestens 250 mm² und besonders bevorzugt mindestens 300 mm² beträgt.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsraumseitige Öffnung (114) des Gasausgleichskanals (112) in Schwerkraftrichtung höher als das Schmiermittelbad (48) im Antriebsraum (34) liegt.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsraumseitige Öffnung (114) des Gasausgleichskanals (112) in Schwerkraftrichtung mindestens in Höhe einer Antriebswelle (38) der Verdichterantriebseinheit (32) angeordnet ist.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsraumseitige Öffnung (114) des Gasausgleichskanals (112) seitlich neben der Verdichterantriebseinheit (32) im Antriebsraum (34) angeordnet ist.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einlasskanalseitige Öffnung (116) des Gasausgleichskanals (112) in Schwerkraftrichtung höher als die Schmiermittelansammlung (102) im Einlasskanal (84) liegt.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) ein Trennelement (72) zwischen dem Antriebsraum (34) und dem Einlasskanal (84) durchsetzt.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gasausgleichskanal (112) über mindestens die Hälfte seiner Kanallänge (L) im oder längs des Antriebsraums (34) erstreckt.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gasausgleich in dem Gasausgleichskanal (112) sich eine zwischen den Öffnungen (114, 116) liegende Gassäule in dem Gasausgleichskanal (112) hin und her bewegt, ohne dabei den Gasausgleichskanal (112) zu durchströmen.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen den Öffnungen (114, 116) liegende Gassäule sich bei den im Einlasskanal (84) auftretenden Sauggaspulsationen in dem Gasausgleichskanal (112) so hin und her bewegt, dass sie keinen Transport von Schmiermitteltröpfchen von dem Antriebsraum (34) in den Einlasskanal (84) bewirkt.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Gasausgleichskanal (112) zwischen den Öffnungen (114, 116) liegende Gassäule sich bei den Sauggaspulsationen im Einlasskanal (84) lediglich so in dem Gasausgleichskanal (112) hin und her bewegt, dass an der antriebsraumseitigen Öffnung (114) vorliegende Schmiermitteltröpfchen maximal in den Gasausgleichskanal (112) eintreten, jedoch nicht aus dessen einlasseitigen Öffnung (116) austreten.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (84) einen Motorraum (54) im Gesamtgehäuse (12) durchsetzt und dass sich bodenseitig des Motorraums (54) die Schmiermittelansammlung (102) bildet.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichskanal (112) den Antriebsraum (34) mit dem Motorraum (54) verbindet.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermittelrückführung (106) vorgesehen ist, welche Schmiermittel von einer sich im Einlasskanal (84) ausbildenden Schmiermittelansammlung (102) dem Arbeitsraum (34) zuführt, und welche insbesondere einen Schmiermitteltransport von dem Antriebsraum (34) in den Einlasskanal (84) verhindert.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermittelrückführung (106) ein Rückschlagventil umfasst.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelverdichter ein halbhermetischer Verdichter ist, bei welchem der Einlasskanal (84) den Motorraum (54) zur Kühlung eines Antriebsmotors (56) durchströmt.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (16) als Kolbenverdichtereinheit ausgebildet ist.
Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterantriebseinheit (32) eine Antriebswelle (38) mit Exzentern (42) und von diesen angetriebenen Pleueln (44) umfasst.