DE1476976B1

DE1476976B1 - Kuehlvorrichtung fuer einen Kaeltemittelverdichter

Info

Publication number: DE1476976B1
Application number: DE1965B0082198
Authority: DE
Inventors: Cassedy Harry J; Haley William J
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1964-06-04
Filing date: 1965-06-01
Publication date: 1970-01-22
Also published as: US3250460A; SE314087B; GB1077368A; BE665008A; NL6507144A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für einen Kältemittelverdichter mit einem in einem Gehäuse gebildeten Kompressionshohlraum, in dem ein Rotor exzentrisch zum Kompressionshohlraum umläuft und der mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung versehen ist, und einer Kältemitteleinspritzleitung zum Einspritzen flüssigen Kältemittels in den Kompressionshohlraum.

Ein Kältemittelverdichter mit einer derartigen Kühlvorrichtung ist bereits aus der USA.-Patentschrift 3 105 633 bekannt. Der Kältemittelverdichter ist dabei hermetisch gekapselt, und in dem zylindrischen Kompressionshohlraum läuft der Rotor exzentrisch um. Das flüssige Kältemittel wird durch eine an der Stirnseite des Kompressionshohlraums befindliche Öffnung in den Kompressionshohlraum eingespritzt. Das in diesem Hohlraum verdichtete Kältemittel gelangt durch eine Ablaßöffnung in eine an den Außenmantel des Kompressionshohlraums angrenzende Nebenkammer, von wo es am Antriebsmotor vorbei zum Kondensator weitergeführt wird.

Bei bestimmten Anwendungsfällen, z. B. in Kraftfahrzeugklimaanlagen, kann die Einspritzkühlung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen beträchtlich schwanken. Wenn der Kompressor beispielsweise mit hoher Drehzahl und nur einer Teilauslastung seiner Kapazität arbeitet, dann kann eine Überhitzung auftreten, die zu einem Bruch der Rotorlager, zu einem Festfressen des Rotors oder zu einer Beschädigung anderer Kompressorteile führen kann. Außerdem ergeben sich bei der Kältemitteleinspritzung zum Zweck des Kühlens unvermeidlich bestimmte Wirkungsverluste infolge innerer Undichtigkeiten und infolge des Mitführens zusätzlicher Kältemittelmengen in dem öl. Da das öl und das Kältemittel teilweise mischbar sind, wird um so mehr öl in dem Kältemittel mitgeführt, je kälter die Maschine beim Arbeiten ist, und umgekehrt. Aus diesem Grund wird angestrebt, bei der höchstmöglichen Temperatur zu arbeiten, die aus Sicherheitsgründen noch vertretbar ist, um so das Kältemittel leichter vom öl trennen zu können und dadurch sowohl die Leistungsfähigkeit des Schmiermittels als auch eine befriedigende Leistung des Kältemittels sicherzustellen.

Wenn während des Betriebes die Saugleitung vollständig geschlossen ist und damit kein Fluß zum Verdampfer stattfindet, dann bewirkt die erhöhte Temperatur des Schmiermittels die unmittelbare Einspritzung von Kältemittel in den Kompressionshohlraum, womit die Förderauslaß- und Kompressortemperaturen dann auf eine vertretbare Höhe zurückgeführt werden können. Diese Regelung ist wegen ihrer Ungenauigkeit aber unbefriedigend.

Es ist weiterhin aus der USA.-Patentschrift 2 776 542 bekannt, bei einem hermetisch gekapselten Verdichter zwischen einem inneren und einem äußeren Gehäuse ein temperaturempfindliches Durchflußsteuerventil anzuordnen. Das Durchflußsteuerventil befindet sich dabei in einer Leitung, die vom Ausgang des Kondensators zu einer Pumpe vor dem Kompressionshohlraum führt. Das Durchflußsteuerventil wird in diesem Fall von dem verdichteten Abgangsgas umströmt und regelt den Zufluß von verdichtetem Abgangsgas zu der Kältemittelleitung. Das Durchflußsteuerventil regelt damit den Durchfluß von flüssigem Kältemittel vom Kondensator zur Pumpe nur mittelbar, da die Pumpe nur bei geschlossenem Ventil einen bestimmten Betrag flüssigen Kältemittels ansaugt, während bei teilweise oder ganz geöffnetem Ventil zusätzlich Abgangsgas in die Leitung einströmt und damit der Zustrom flüssigen Kältemittels zur Pumpe absinkt. Zur Steuerung des Durchflußsteuerventils dient ein Balg, der auf die Temperatur des verdichteten Gases anspricht. Diese Zusteuerung flüssigen Kältemittels in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgangsgases ist damit nur

ίο bedingt geeignet, am Kompressor die optimale Temperatur einzuregeln. Hinzu kommt noch, daß das bekannte Durchflußsteuerventil wegen seiner Erschütterungsempfindlichkeit für Kältemittelverdichter in Kraftfahrzeugen nicht geeignet ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung für einen Kältemittelverdichter mit abgastemperaturabhängiger Regelung der Einspritzmenge zu schaffen, welche stoßunempfindlich und deshalb für Autoklimaanlagen geeignet ist, wobei die Regelung

so in Abhängigkeit vom Kältemittelgas und Schmiermittelnebel arbeitet.

Die gestellte Aufgabe ist bei einer Kühlvorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung unmittelbar hinter der Auslaß-Öffnung, in einer ebenfalls im Gehäuse gebildeten Auslaßkammer, eine auf die Temperatur des verdichteten Kältemittels ansprechende Vorrichtung vorgesehen ist, die über einen Nocken und einen im Gehäuse gleitbar gelagerten Nockenstößel ein Ventil betätigt, das in der in einer Gehäusewand gebildeten Kältemitteleinspritzleitung angeordnet ist und die Einspritzmenge des flüssigen Kältemittels regelt.

Die Kältemitteldurchfluß-Regeleinrichtung ist auf diese Weise organisch in das Verdichtergehäuse eingebaut und bildet somit einen homogenen Bestandteil des Verdichters. Die gesamte Konstruktion wird dadurch zu einer stoßunempfindlichen Baueinheit, die insbesondere für Autoklimaanlagen geeignet ist.
Die schnelle Expansion des flüssigen Kältemittels führt dazu, daß das Kältemittel bei seinem Eintritt in den Kompressionshohlraum die Neigung hat, den Fluß des Sauggases vom Verdampfer in den Kompressionshohlraum zu verlangsamen, wenn die Saugleitung nicht vollständig geschlossen ist. Dieser Neigung wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei einer Kühlvorrichtung, bei welcher der Rotor in radialen Einschnitten radial gleitbare, über den Umfang verteilte Schieber trägt, dadurch vermindert, daß die Stelle, an der die Kältemitteleinspritzleitung in den Kompressionshohlraum mündet, von der Einlaßöffnung um mehr als den gegenseitigen Abstand zweier Schieber entfernt liegt.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach der Erfindung längs der Linie 1-1 in F i g. 2,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 längs der Linie 2-2,

F i g. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 längs der Linie 3-3 und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 nach Fig.l.
Ein in F i g. 1 dargestellter Kältemittelverdichter weist einen Kompressionsabschnitt A mit einem Gehäuse 10, einer durchgehenden, zylindrischen Bohrung 11, einer vorderen 12 und einer hinteren Lagerplatte 13 sowie einem Rotor C in der Bohrung 11

auf. Der Rotor C besteht aus einem geschlitzten Rotorkörper 14 mit in Schlitzen 30 radial und hin und her beweglichen Schiebern 15. Die Schmierung der Schieber erfolgt über Nuten 31. Die Achse des Rotorkörpers 14 ist in bezug auf die Achse der Bohrung 11 exzentrisch angeordnet, so daß sich ein im Querschnitt mondförmiger Kompressionshohlraum 16 bildet. Der Rotorkörper 14 ist bei 17 auf einer Rotorwelle 18 verkeilt, die in Wälzlagern 19, 21 gelagert ist, von denen das eine in eine Ausnehmung 20 der hinteren Lagerplatte 13 und das andere in eine Ausnehmung 22 der vorderen Lagerplatte 12 eingesetzt ist.

Bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen wird der Rotor mittels einer Keilriemenscheibe 23 angetrieben, die auf einem Lager 24 gelagert ist, dessen innere Lauffläche auf einem axialen Ansatz 12 α der vorderen Lagerplatte 12 sitzt. Die Riemenscheibe 23 ist vorzugsweise über einen Schwingungsdämpfer 25 mit der Rotorwelle 18 verbunden. Der vordere Lagerplattenansatz 12 α ist mit einer Lippendichtung 26 versehen. Durch die Rotorwelle 18 zieht sich eine axiale Schmierölbohrung 27, die eine Querbohrung 28 kreuzt.

In der Wandung des Gehäuses 10 ist ein sich über as seine ganze Länge erstreckender Abgangsgaskanal 32 vorgesehen, der mit dem Hohlraum 16 über eine Anzahl von Schlitten 33 und mit dem Gaskammerabschnitt B durchverbunden ist.

In dem Abgangsgaskanal 32 befindet sich ein Ventil D, das aus einer perforierten Ventilplatte 34, eine Anzahl biegsamer Blattventilelemente 35, die die Perforierungen in der Ventilplatte normalerweise überlagern, sowie einer Stützplatte 36 besteht, welche die Bewegung der Ventilelemente 35 begrenzt.

Zum Gaskammerabschnitt B gehört ein Gehäuse 40, welches über eine Anzahl von Schrauben 41 mit dem Kompressorabschnitt A verbunden ist (Fig. 1). Der vom Gehäuse 40 eingeschlossene Raum wird durch eine Trennwand 44 in eine Einlaßkammer 42 und eine Auslaßkammer 43 unterteilt.

Die Einlaßkammer 42 steht über ein Kapazitätssteuerventil E, die öffnung 45 und einen mit Nippel 47 versehenen Strömungsmittelkanal 46 mit dem Verdampfer in Verbindung.

Die Auslaßkammer 43 steht an ihrem oberen Ende mit einer Abgabeöffnung 50 in der hinteren Lagerplatte 13 in Verbindung (s. F i g. 2 bis 4), welche mit dem Abgangsgaskanal 32 in dem Kompressorgehäuse 10 fluchtet. Das Abgas strömt nach unten durch eine Abscheideeinheit 52, in der das von dem Abgangsgas mitgeführte öl abgeschieden wird, wonach es sich in einer Wanne 53 in dem unteren Teil des Gehäuses 40 sammelt. Das Abgangsgas strömt dann durch einen nicht gezeigten Auslaß nach außen, während das öl von der Wanne 53 durch ein mit einem Sieb bedecktes (54) ölrückführrohr 55 zurückgeführt wird. Dieses endet bei 56 in der Ausnehmung 20 der hinteren Lagerplatte 13.

Die Einlaßkammer 42 in dem Gaskammerabschnitt B steht mit dem Kompressionshohlraum 16 in Verbindung, und zwar durch eine bogenförmige Einlaßöffnung 60 in der hinteren Lagerplatte 13, welche abgeschrägte Endabschnitte 60 a, 60 b aufweist, so daß der Durchlaß dieser Einlaßöffnung auf der Kompressionsraumseite eine größere Bogenlänge hat als auf der Rückseite der Lagerplatte 13, welche mit der Einlaßkammer 42 in Verbindung steht. Die vordere Lagerplatte 12 ist ebenso mit einer bogenförmigen Nut oder einem Schlitz 62 versehen, wobei diese Nut zugleich einen Kanal für das in den Kompressionshohlraum hineinströmende Sauggas darstellt.

Zum Einspritzen von Kältemittel unmittelbar in den Kompressionshohlraum 16 hinein dient eine RegelvorrichtungF (Fig.4), die in der hinteren Lagerplatte 13 angeordnet ist. Diese Lagerplatte 13 ist dazu mit einem quer verlaufenden Kanal 70 verversehen, in dem eine Sitzfläche 71 ausgebildet ist. In dem Kanal befindet sich eine Ventilkugel 72, die mittels einer Feder 73 gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Weiterhin erstreckt sich durch den Kanal 70 ein Nockenstößel 74, der axial verschieblich und in der Lage ist, die Ventilkugel 72 mit einem Ende 75 vom Sitz 71 zu drücken. Wenn die Ventilkugel 72 vom Sitz 71 abgehoben ist, dann strömt flüssiges Kältemittel über eine an ein Nippel 76 angeschlossene Zuleitung durch den Kanal 70 in einen schräg von ihm abzweigenden Kanal 78 in den Kompressionshohlraum 16, und zwar unmittelbar hinter der Stelle, an der das Komprimieren des eingelassenen Gases beginnt. Die Einmündungsstelle liegt dabei in Umfangsrichtung gesehen von der Einlaßöffnung 60 um mehr als den gegenseitigen Abstand zweier Schieber 15 entfernt. Die Einmündungsstelle befindet sich damit dort, wo die Saugseite vollständig geschlossen ist.

Das rechte Ende des Stößels 74 ist mit einer Auflauffläche 79 für einen Nocken 80 versehen, welcher zu einer temperaturempfindlichen Vorrichtung 82 gehört, die den Nocken in axialer Richtung verschieben kann. Eine temperaturempfindliche Vorrichtung, die sich für eine Verwendung in Verbindung mit der Erfindung als geeignet erwiesen hat, besteht aus einer Kombination eines Thermostats mit einer Regeleinrichtung, die auf geringe Temperaturänderungen anspricht und eine ausreichende Kraft liefert, um ein mechanisches Gestänge od. dgl. zu betreiben. In einer im Gehäuse dieser Vorrichtung angeordneten Wachsmasse sind dabei Metallkörner verteilt eingestreut. Beim Ansteigen der Temperatur dehnt sich das Wachs aus und drückt eine den Nocken 80 tragende Stange nach unten.

Der temperaturempfindliche Teil 83 dieser Vorrichtung ist unmittelbar vor der Auslaßöffnung 50 angeordnet, womit die Ansprechempfindlichkeit gesteigert wird. Wenn sich die Temperatur des Abgangsgases erhöht, dann wird die Stange mit dem Nocken 80 gegen die Auflauffläche 79 und entgegen der Wirkung der Feder 84 nach unten bewegt; der Nockenstößel hebt dabei die Kugel 72 vom Ventilsitz 71 ab. Das Kältemittel kann damit durch den Kanal 78 in den Kompressionshohlraum hineinströmen. Wenn die Saugleitung geschlossen ist und der Rotor noch pumpt, dann umspült der aus der Auslaßöffnung 50 tretende warme Ölnebel die temperaturempfindliche Vorrichtung 82. Infolgedessen arbeitet die Kühlanlage auch, wenn kein Kältemittel vom Verdampfer zum Kompressor strömt.

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlvorrichtung für einen Kältemittelverdichter mit einem in einem Gehäuse gebildeten Kompressionshohlraum, in dem ein Rotor exzentrisch zum Kompressionshohlraum umläuft und der mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung

versehen ist, und einer Kältemitteleinspritzleitung zum Einspritzen flüssigen Kältemittels in den Kompressionshohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter der Auslaßöffnung (50), in einer ebenfalls im Gehäuse gebildeten Auslaßkammer (43), eine auf die Temperatur des verdichteten Fluids ansprechende Vorrichtung (82) vorgesehen ist, die über einen Nocken (80) und einen im Gehäuse (13) gleitbar gelagerten Nockenstößel (74) ein Ventil (72,73) betätigt, das in der in einer Gehäusewand gebildeten Kältemitteleinspritzleitung (70, 78) angeordnet ist und die Einspritzmenge des flüssigen Kältemittels regelt.

2. Verdichter nach Anspruch 1, bei dem der Rotor in radialen Einschnitten radial gleitbare, über dem Umfang verteilte Schieber trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle, an der die Kältemitteleinspritzleitung (78) in den Kompressionshohlraum mündet, von der Einlaßöffnung (60) um mehr als den gegenseitigen Abstand zweier Schieber (15) entfernt liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen