DE3804435C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor mit einem dicht abgeschlossenen Gehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einem solchen, aus der DE 33 12 564 A1 bekannten Spiralkompressor wird der in den Raum über dem Kompressor­ abschnitt geförderte, verdichtete Kältemitteldampf mit dem mitgeführten Schmieröl über den Kanal am Umfangsab­ schnitt des Kompressorabschnitts in den Raum zwischen dem Kompressorabschnitt und den Elektromotor abgeführt, wo er dessen oberen Abschnitt umströmt und durch die Förderleitung abgeführt wird. Beim Auftreffen auf den Elektromotor wird ein Teil des Öls aus dem Kältemittel­ dampf abgeschieden, das dann durch den im Umfang des Elektromotors vorgesehenen Kanal in den Ölsumpf abfließt. Es hat sich gezeigt, daß die Ölabtrennung unzureichend ist, insbesondere, wenn der Kältemitteldampf viel Öl enthält. Das Öl sammelt sich dann nämlich am oberen Abschnitt des Elektromotors. Auf dieses sich ansammelnde Öl trifft dann weiterer geförderter Kältemitteldampf, was die Ölabtrennung weiter verschlechtert. Dadurch, daß der untere Abschnitt des Elektromotors für die Öl­ abführung in den Ölsumpf am Boden des Gehäuses nur einen einzigen umfangsseitigen Kanal aufweist, wird zwar ein Hochblasen von Öl durch den Kältemitteldampf verhindert, jedoch nur eine unzureichende Kühlung des unteren Ab­ schnitts des Elektromotors erreicht.

Eine solche unzureichende Kühlung des unteren Abschnitts des Elektromotors liegt auch bei dem Spiralkompressor vor, wie er in der zum nicht vorveröffentlichten Stand der Technik mit älterem Zeitrang gehörenden DE 36 29 516 A1 beschrieben ist. Auch bei diesem Spiralkompressor ist elektromotorseitig nur ein einziger vertikaler Kanal für den Ölabfluß vorgesehen, während umfangswandseitig am Kompressorabschnitt im Abstand mehrere vertikale Kanäle ausgebildet sind, die einen unterschiedlichen Querschnitt und somit einen unterschiedlichen Strömungs­ widerstand haben. Zur verbesserten Ölabscheidung in dem Raum zwischen dem Elektromotor und dem Kompressor­ abschnitt sind dabei radiale Rippen vorgesehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun in der Verbesserung der Ölabscheidung bei gleichzeitig verbesserter Motorkühlung des Spiralkompressors gesehen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Spiralkompressor der gattungsgemäßen Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Das von dem Schmierölspeicher hochgesaugte Öl, welches alle Lager- und Gleitabschnitte der Spiralelemente ge­ schmiert hat, wird vermischt mit dem gasförmigen Kälte­ mittel aus der Förderöffnung im Zentrum des stationären Spiralelements in den Raum über dem Kompressorabschnitt abgeführt. Ein Teil des aus dem gasförmigen Kältemittel mit im Kompressor abgetrennten Öls geht hauptsächlich durch die einen niedrigen Strömungswiderstand aufweisen­ den Kanäle der sich vertikal erstreckenden Kanäle, welche in der Umfangsfläche des Rahmens ausgebildet sind. Das Öl strömt längs der Wandflächen der jeweiligen Kanäle mit dem niedrigen Strömungswiderstand nach unten und er­ reicht den Raum zwischen dem Kompressorabschnitt und dem Elektromotor. Das Öl strömt dann weiter durch den Kanal, der an einem Teil der Umfangsfläche des Elektromotors ausgebildet ist, und wird zum Ölspeicher zurückgeführt. Das gasförmige Kältemittel strömt aus dem Raum über dem Kompressorabschnitt in den Raum zwischen dem Kompressor­ abschnitt und dem Elektromotor über die sich vertikal erstreckenden Kanäle, die in der Umfangsfläche des Rahmens ausgebildet sind, und kühlen dabei den oberen Abschnitt des Elektromotors. Da dabei das gasförmige Kältemittel, das durch die mit dem niedrigen Strömungswiderstand auf­ weisenden Kanäle der die Gruppe bildenden Kanäle hindurch­ geht, eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit hat, wird das in dem gasförmigen Kältemittel enthaltene Öl abge­ trennt und strömt nach unten, so daß es zum Ölspeicher zurückgeführt wird. Das gasförmige Kältemittel, das durch den Kanal mit dem hohen Strömungswiderstand hindurchgeht, hat eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Der den hohen Strömungswiderstand aufweisende Kanal fluchtet vertikal zu dem Kanal, der in einem Teil der Umfangsfläche des Elektromotors ausgebildet ist und eine Verbindung mit dem Raum unter dem Elektromotor herstellt. Dementspre­ chend geht gasförmiges Kältemittel in wirksamer Weise durch den am Umfang des Elektromotors ausgebildeten Ka­ nal hindurch und tritt in den Raum unter dem Elektromotor ein, wodurch dessen unterer Abschnitt gekühlt wird. Das gasförmige Kältemittel strömt dann durch einen weiteren an der Umfangsfläche des Elektromotors vorgesehenen Ka­ nal und tritt wieder in den Raum zwischen dem Elektromo­ tor und dem Kompressorabschnitt ein. Von dort strömt das gasförmige Kältemittel zur Außenseite des dicht abgeschlos­ senen Gehäuses über die Förderleitung, wobei das Öl aus dem gasförmigen Kältemittel abgetrennt ist.

Da sich die Förderleitung an einer Stelle befindet, die von den Kanälen der Gruppe von Kanälen in Drehrichtung des Rotors entfernt liegt, wird verhindert, daß abgetrenn­ tes Öl von einem durch die Rotation des Rotors induzier­ ten Wirbelstrom zur Förderleitung geleitet wird und durch die Förderleitung abströmt.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines dicht abgeschlos­ senen Spiralkompressors im Axialschnitt,

Fig. 2a eine Draufsicht auf den Rahmen des Spiralkompres­ sors von Fig. 1,

Fig. 2b eine Abwicklung eines Teils des Außenumfangs des Rahmens zwischen der Position a und a′ von Fig. 2a,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Elektromotor des Spiral­ kompressors von Fig. 1,

Fig. 4a eine Draufsicht auf einen Rahmen einer zweiten Ausführungsform des Spiralkompressors,

Fig. 4b eine Abwicklung des Teils des Außenumfangs des Rahmens von Fig. 4a zwischen der Position b und der Position b′.

Der in Fig. 1 gezeigte Spiralkompressor hat ein dicht abgeschlossenes Gehäuse 1, in dem im oberen Teil ein Kom­ pressorabschnitt 2 und im unteren Teil ein Elektromotor 3 angeordnet sind. Am Boden des geschlossenen Gehäuses 1 befindet sich ein Schmierölspeicher 4. Der Kompressorab­ schnitt 2 hat ein stationäres Spiralelement 5 mit einer Stirnplatte und einer daran befindlichen Spiralwand 5 a, ein umlaufendes Spiralelement 6, ebenfalls mit einer Stirn­ platte und einer Spiralwand 6 a, und einen Rahmen 7, der fest mit dem stationären Spiralelement 5 verbunden ist und das umlaufende Spiralelement 6 abstützt. Der Rahmen 7 ist in dem geschlossenen Gehäuse 1 durch Preßsitz fest­ gelegt. Das stationäre und das umlaufende Spiralelement 5 bzw. 6 sind so angeordnet, daß ihre Spiralwände 5 a bzw. 6 a ineinandergreifen. Zwischen dem umlaufenden Spiralele­ ment 6 und dem Rahmen 7 ist ein Oldham-Mechanismus 8 vor­ gesehen, der verhindert, daß sich das umlaufende Spiral­ element 6 um seine eigene Achse dreht. Der Elektromotor 3 ist in dem geschlossenen Gehäuse 1 durch Preßsitz fest­ gelegt und bewegt das umlaufende Spiralelement 6 auf einer Umlaufbewegung mit Hilfe einer Kurbelwelle 9. Die Kurbel­ welle 9 ist in einem Hauptlager 10 und einem unteren Lager 11 gelagert, die in dem Rahmen 7 sitzen. Die Kurbelwelle 9 hat einen Kurbelzapfen, der in ein Umlauflager 12 paßt, das auf der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 6 angeordnet ist.

In der Kurbelwelle 9 ist ein Ölzuführungskanal 13 ausge­ bildet, um Schmieröl zu dem Hauptlager 10, dem unteren Lager 11 und dem Umlauflager 12 zu führen. Im unteren Ende des Elektromotors 2 ist eine Ölversorgungseinrichtung 14 vorgesehen, um Schmieröl aus dem Ölspeicher 4 anzusau­ gen und dem Ölzuführungskanal 13 zuzuführen.

Wenn das umlaufende Spiralelement 6 über die vom Elektro­ motor 3 angetriebene Kurbelwelle 9 eine Umlaufbewegung ausführt, nimmt das Volumen der zwischen dem umlaufenden Spiralelement und dem stationären Spiralelement 5 gebil­ deten Taschen oder Kompressionskammern allmählich während der Bewegung zur Mitte des stationären Spiralelements 5 hin ab, wodurch das angesaugte gasförmige Kältemittel komprimiert wird. Das verdichtete gasförmige Kältemittel wird in einen oberen Raum 17 in dem abgeschlossenen Ge­ häuse 1 über eine Förderöffnung 16 abgeführt, die in der Mitte der Stirnplatte des stationären Spiralelements 5 ausgebildet ist.

An der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 6 ist eine Zwischendruckkammer 15 ausgebildet, in welche Gas, das dem Kompressionshub unterliegt, eingeführt wird. Der Druck in der Zwischendruckkammer 15 hat eine Größe, die zwischen dem Ansaugdruck und dem Förderdruck des gas­ förmigen Kältemittels liegt. Der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck und dem Zwischendruck dient dazu, den Gleitabschnitten der Spiralelemente Öl zuzuführen. Das Schmieröl strömt dabei zwangsweise von der Ölzuführungs­ einrichtung 14 über den Ölzuführungskanal 13 und schmiert das Hauptlager 10, das untere Lager 11 und das Umlaufla­ ger 12. Das Schmieröl strömt dann über die Zwischendruck­ kammer 15 in die Kompressionskammern und wird vermischt mit dem gasförmigen Kältemittel aus der Förderöffnung 16 im Zentrum des stationären Spiralelements 5 in den oberen Raum 17 in dem geschlossenen Gehäuse 1 abgeführt.

In dem Außenumfang des Rahmens 7 ist, wie in Fig. 2a und 2b gezeigt ist, eine Vielzahl von sich axial oder verti­ kal erstreckenden Aussparungen ausgebildet. Die Ausspa­ rungen wirken mit der Innenfläche der Umfangswand des abgeschlossenen Gehäuses 1 so zusammen, daß eine Viel­ zahl von Kältemittelkanälen 18 zum Einführen des gas­ förmigen Kältemittels aus dem oberen Raum 17 in einen Raum unter dem Kompressorabschnitt 2 gebildet wird. Bei der gezeigten Ausführungsform umfassen die Kältemittelka­ näle 18 drei Kanäle 18 a, 18 b und 18 c. Von diesen Kanälen ist der mittlere Kanal 18 b so ausgebildet, daß er einen Strömungswiderstand hat, der höher ist als der der Kanäle 18 a und 18 c auf jeder Seite des mittleren Kanals 18 b. Damit die jeweiligen Kanäle einen unterschiedlichen Strö­ mungswiderstand haben, werden die Kanäle mit verschiedenen axialen oder vertikalen Längen ausgebildet. Dabei ist der mittlere Kanal 18 b länger als die seitlich davon vorgesehenen Ka­ näle 18 a und 18 c. Wei­ terhin sind Bohrungen 23 für Bolzen vorgesehen, mit de­ nen das stationäre Spiralelement 5 am Rahmen 7 befestigt wird.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, hat der Elektromotor 3 einen Kernabschnitt, der teilweise an mehreren Stellen abgeschnitten ist, um zwischen dem Elektromotor 3 und der Innenfläche der Umfangsform des abgeschlossenen Gehäu­ ses 1 eine Vielzahl von Kältemittelkanälen 19 und 22 zu bilden, durch die der Raum zwischen dem Kompressorabschnitt 2, also der Raum zwischen dem unteren Abschnitt des Rah­ mens 7 und dem oberen Abschnitt des Elektromotors 3, mit dem Raum unter dem Elektromotor 3 verbunden ist. Von den Kältemittelkanälen 18 ist der zentrale bzw. mittlere Ka­ nal 18 b so angeordnet, daß er axial oder vertikal zu dem Kanal 19 fluchtend ausgerichtet ist, der von dem abge­ schnittenen Teil am Kernabschnitt des Elektromotors 3 gebildet wird.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, erstreckt sich durch die Wand des abgeschlossenen Gehäuses 1 ein Ansaugrohr 20 zum Einführen von gasförmigem Kältemittel von außerhalb des Gehäuses 1 zur Ansaugseite des Kompressorabschnitts 2. Mit dem Raum in dem abgeschlossenen Gehäuse 1 zwischen dem Kompressorabschnitt 2 und dem Elektromotor 3 ist eine Förderleitung 21 verbunden. Das komprimierte Gas strömt aus dem nicht abgeschlossenen Gehäuse 1 durch die Förder­ leitung 21 nach außen. Wie aus Fig. 2a zu ersehen ist, ist die Förderleitung 21 mit dem dicht abgeschlossenen Gehäuse 1 an einer Stelle verbunden, die in Drehrichtung des Rotors des Elektromotors 3 von den Kanälen 18 a, 18 b und 18 c entfernt liegt.

Der in dieser Weise ausgestaltete Spiralkompressor arbei­ tet folgendermaßen: Wenn das umlaufende Spiralelement 6 seine Umlaufbewegung angetrieben von der Kurbelwelle 9 über den Elektromotor 3 ausführt, wird gasförmiges Kälte­ mittel über das Ansaugrohr 20 angesaugt und unter der Einwirkung des stationären Spiralelements 5 und des um­ laufenden Spiralelements 6 verdichtet. Das verdichtete gasförmige Kältemittel wird gemischt mit Schmieröl aus der Förderöffnung 16 in der Mitte des stationären Spiral­ elements 5 in den oberen Raum 17 innerhalb des abgeschlos­ senen Gehäuses 1 gefördert. Das so geförderte gasförmige Kältemittel trifft gegen eine Verschlußkappe 1 a des abge­ schlossenen Gehäuses 1, wodurch Öl und gasförmiges Kälte­ mittel voneinander getrennt werden. Das abgetrennte Öl sammelt sich für eine Zeit an dem äußeren Umfangsabschnitt des oberen Teils des stationären Spiralelements 5. Dieses Öl strömt dann hauptsächlich durch die einen niedrigen Strömungswiderstand aufweisenden Kanäle 18 a und 18 c auf jeder Seite des mittleren Kanals 18 b der in dem Rahmen 7 aus­ gebildeten Kanäle 18 a, 18 b und 18 c. Das Öl fließt längs der Innenfläche der Umfangswand des abgeschlossenen Ge­ häuses 1 in den Raum unter dem Kompressorabschnitt 2, also in den Raum zwischen dem Rahmen 7 und dem Elektro­ motor 3. Dabei kann das abgetrennte Öl glatt nach unten fließen, da die Kanäle 18 a und 18 c einen geringen Strö­ mungswiderstand haben. Das in den Raum zwischen dem Rahmen 7 und dem Elektromotor 3 gelangende Öl strömt dann unter dem Einfluß der Schwerkraft durch den Kanal 19 weiter nach unten, der zwischen der Innenfläche der Umfangswand des Gehäuses 1 und dem abgeschnittenen Teil des Kernab­ schnitts des Elektromotors 3 ausgebildet ist. So gelangt das Öl in den Ölspeicher 4 am Boden des abgeschlossenen Gehäuses 1.

Das gasförmige Kältemittel strömt aus dem oberen Raum 17 in den Raum zwischen dem Rahmen 7 und dem Elektromotor 3 über die Kanäle 18 a, 18 b und 18 c, wobei der obere Teil des Elektromotors 3 gekühlt wird. Da die Kanäle 18 a und 18 c auf jeder Seite des mittleren Kanals 18 b einen niedri­ gen Strömungswiderstand haben, hat das durch diese Kanäle 18 a und 18 c strömende gasförmige Kältemittel eine geringe Geschwindigkeit. Dementsprechend wird in dem gasförmigen Kältemittel enthaltenes Öl daraus abgetrennt, das an den Wandflächen der Kanäle 18 a und 18 c haftet und längs die­ ser nach unten strömt, so daß es den Ölspeicher 4 erreicht. Da der mittlere Kanal 18 b länger als die Kanäle 18 a und 18 c auf jeder Seite von ihm ist, hat das gasförmige Käl­ temittel, das durch den mittleren Kanal 18 b hindurchgeht, eine hohe Geschwindigkeit, mit der es auf den Elektromotor 3 auftrifft. Der mittlere Kanal 18 b ist vertikal fluchtend zu dem Kanal 19 ausgerichtet, der von dem abgeschnittenen Teil am Kernabschnitt des Elektromotors 3 gebildet wird und der mit dem unteren Teil des Elektromotors 3 in Ver­ bindung steht. Dadurch fließt durch den mittleren Kanal 18 b hindurchgehendes gasförmiges Kältemittel zum unteren Teil des Elektromotors 3 über den Kanal 19, wodurch der untere Teil des Elektromotors 3 von dem gasförmigen Käl­ temittel wirksam gekühlt werden kann. Nachdem das gasför­ mige Kältemittel den unteren Teil des Elektromotors 3 gekühlt hat, strömt es durch die übrigen Kanäle 22 am Außenumfang des Elektromotors 3 und erreicht den darüber­ liegenden Raum. Da das gasförmige Kältemittel zu dieser Zeit hinsichtlich der Geschwindigkeit langsam geworden ist, wird das in ihm enthaltene Öl abgetrennt und strömt nach unten zum Ölspeicher 4. Das gasförmige Kältemittel, welches den Elektromotor 3 so gekühlt hat, strömt nach außen aus dem geschlossenen Gehäuse 1 durch die Förder­ leitung 21 ab.

Durch die Drehung des Rotors des Elektromotors 3 wird in dem Raum zwischen dem Elektromotor 3 und dem Kompres­ sorabschnitt 2 ein Wirbelstrom in einer Richtung induziert, die zur Drehrichtung des Rotors identisch ist. Da jedoch die Förderleitung 21 mit dem abgeschlossenen Gehäuse 1 an einer Stelle verbunden ist, die in Drehrichtung des Rotors von den Kanälen 18 a, 18 b und 18 c entfernt liegt, wird das abgetrennte Öl beim Nachuntenströmen durch die Kanäle 18 a und 18 b nicht von dem durch die Förderleitung 21 abströmenden Gas begleitet und fließt auch nicht ab, auch wenn das abgetrennte Öl mehr oder weniger von dem Wirbelstrom beeinflußt wird. Darüber hinaus hat der nach unten durch den Kanal 18 b gehende Gasstrom eine hohe Ge­ schwindigkeit. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Kanal 18 b lang ausgebildet, so daß die Entfernung vom unteren offenen Ende des Kanals 18 b zum offenen Ende des Kanals 19 am Kernabschnitt oder Stator des Elektromotors 3 kurz ist. Dadurch tritt der Gasstrom in den Kanal 19 ein, ohne daß ihn der Wirbelstrom wesentlich beeinflussen kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform hat die Gruppe von Kanälen drei Kanäle. Diese Zahl kann gesteigert werden, wenn die Menge an gefördertem gasförmigem Kältemittel aufgrund einer Erhöhung der Kompressorleistung oder der­ gleichen zunimmt.

Fig. 4a und 4b zeigen eine Ausführungsform, bei welcher in dem Rahmen 7 fünf Kanäle 18 a, 18 b, 18 c, 18 d und 18 e vorgesehen sind, die sich axial oder vertikal am Außen­ umfang des Rahmens 7 erstrecken. Der mittlere Kanal 18 b ist lang ausgebildet, so daß er einen hohen Strömungs­ widerstand hat. Die Kanäle 18 a, 18 d, 18 c und 18 e auf je­ der Seite des mittleren Kanals 18 b sind kurz und haben somit einen niedrigen Strömungswiderstand. Die Förderleitung 21 ist mit dem geschlossenen Gehäuse 1 an einer Stelle ver­ bunden, die in Drehrichtung des Rotors des Elektromotors 3 entfernt von den Kanälen 18 a bis 18 e liegt.

Das gasförmige Kältemittel strömt durch den mittleren, den hohen Strömungswiderstand aufweisenden Kanal 18 b der fünf Kanäle. Das Öl strömt hauptsächlich durch die übri­ gen vier Kanäle 18 a, 18 d, 18 c und 18 e, die einen niedrigen Strömungswiderstand haben.

Der übrige Aufbau der Ausführungsform der Fig. 4a und 4b entspricht der von Fig. 1 bis 3.

Claims (2)

1. Spiralkompressor

   • - mit einem dicht abgeschlossenen Gehäuse (1),
   • - mit einem Kompressorabschnitt (2) im oberen Teil des Gehäuses (1), der ein stationäres Spiralelement (5), ein in dieses eingreifendes umlaufendes Spiralele­ ment (6) und einen Rahmen (7) aufweist, der fest mit dem stationären Spiralelement (5) verbunden ist, das umlaufende Spiralelement (6) für die Umlaufbewegung um eine Achse abstützt und eine Umfangsfläche aufweist, die in engem Kontakt mit einer Innenfläche der Umfangs­ wand des dicht abgeschlossenen Gehäuses (1) steht,
   • - mit einem unter dem Kompressorabschnitt (2) ange­ ordneten, einen Rotor aufweisenden Elektromotor (3) für den Antrieb des umlaufenden Spiralelements (6),
   • - mit einem Schmierölspeicher (4) am Boden des dicht abgeschlossenen Gehäuses (1) unterhalb des Elektromotors (3),
   • - mit einer Förderleitung (21), die mit einem Raum zwischen dem Kompressorabschnitt (2) und dem Elektromo­ tor (3) verbunden ist und mit der Außenseite des dicht abgeschlossenen Gehäuses (1) in Verbindung steht,
   • - mit einer Förderöffnung (16), die in der Mitte des stationären Spiralelements (5) angeordnet ist und durch die Schmieröl enthaltendes komprimiertes gasförmiges Kälte­ mittel in einen Raum (17) über dem Kompressorabschnitt (2) abgeführt wird, und
   • - mit einem sich vertikal erstreckenden, den Raum (17) über dem Kompressorabschnitt (2) mit dem Raum zwi­ schen dem Kompressorabschnitt (2) und dem Elektromotor (3) verbindenden Kanal (18 b), der von der Innenfläche der Umfangswand des dicht abgeschlossenen Gehäuses (1) und einer sich vertikal erstreckenden Aussparung in der Umfangsfläche des Rahmens (7) gebildet wird und der fluchtend zu einem an einem Teil des Umfangs des Elektro­ motors (3) vorgesehenen, den Raum über dem Elektromotor (3) mit dem Schmierölspeicher (4) unter dem Elektromotor (3) verbindenden Kanal (19) ausgerichtet ist,
   • - wobei die Förderleitung (21) mit dem Gehäuse (1) an einer Stelle verbunden ist, die von den beiden vertikal fluchtenden Kanälen (18 b, 19) in Drehrichtung des Rotors des Elektromotors (3) entfernt liegt,
2. dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Kompressorabschnitts eine Vielzahl von Kanälen (18 a bis 18 d) vorgesehen ist, von denen der zu dem Kanal (19) am Umfang des Elektromotors (3) vertikal fluchtend ausgerichtete Kanal (18 b) einen höheren Strö­ mungswiderstand als die übrigen Kanäle (18 a, 18 c, 18 d, 18 e) hat, indem er länger ist als die übrigen Kanäle.