DE3935571C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einer in einem von der Belastung abhängigen Bereich steuerbarer Leistung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Klimaanlage ist aus der DE 37 40 726 A1 bekannt.

Es sind bereits Verfahren zum Steuern von Klimaanlagen entsprechend Änderungen in der Last entwickelt worden. Eine dieser Klimaanlagen weist einen Kolbenkompressor mit mehre­ ren Zylindern auf, wobei der Einsatz der Anzahl der wirk­ samen Zylinder verändert wird (Lastabnahme). Bei einer anderen Klimaanlage wird die Anzahl der Pole des Antriebs­ motors durch Umschalten seiner Anschlüsse von außerhalb verändert, um die Drehzahl des Kompressors auszuwählen.

Mit der Entwicklung von Rotationskolbenverdichtern, wie der Kreiselverdichter und Spiralkompressoren, hat man zur Auswahl der Kompressordrehzahl Frequenzumwandlerantriebs­ systeme zur Änderung der Frequenz des Speisestroms für den Kompressorantrieb verwendet. Bei der Klimaanlage der DE 37 40 726 A1 wird ein Spiralkompressor eingesetzt, dem ein Frequenzumwandler zugeordnet ist. Diese Druckschrift zeigt einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage mit einem Frequenzumwandler am Antrieb des Kompressors, bestehend aus einem Spiralkompressor, einem Innenraumwärmeaustauscher, einem Expansionsventil und einem Außenraumwärmeaustauscher. Dabei wird der Kältemittelkreislauf zum Kühlen oder Heizen durch ein Vierwege-Umschaltventil umgeschaltet, das in dem Kältemittelkreislauf angeordnet ist. Die Drehzahl des Spiralkompressors kann durch einen zwischen einer Wechsel­ stromquelle und einem Antriebsmotor des Kompressors an­ geordneten Frequenzumwandler entsprechend der Belastung der Klimaanlage geändert werden. Die Frequenz des vom Frequenz­ umwandler abgegebenen Speisestroms wird entsprechend der Innenraumkühlbelastung oder -heizbelastung gesteuert. Wenn sich der Kompressor mit niedriger Drehzahl dreht, arbeitet er mit einem niedrigen Druckverhältnis, d. h. der Förder­ druck ist niedrig, während der Ansaugdruck hoch ist, oder, wenn der Kompressor sich mit einer hohen Drehzahl dreht, arbeitet er bei einem hohen Druckverhältnis, d. h. der Förderdruck ist hoch, während der Ansaugdruck niedrig ist.

Zur Änderung der Leistung der Klimaanlage ansprechend auf eine Laständerung kann der Fördermengenstrom des Kompres­ sors geändert werden. Wenn jedoch ein Kolbenkompressor durch Änderung der Drehzahl des Kompressors über den Fre­ quenzumwandler gesteuert wird, ist der Änderungsbereich der Drehzahl aufgrund von Vibrationen des hin- und hergehenden Elements und des dadurch bedingten Lärms beschränkt. Im Falle eines Rotationskompressors, beispielsweise eines Kreiselverdichters oder Spiralkompressors, ist der Ände­ rungsbereich der Drehzahl vergleichsweise weit. Mit der Entwicklung von Mehrfachraumklimaanlagen zur Klimatisierung einer Vielzahl von Räumen, hat sich jedoch die Notwendig­ keit ergeben, den Leistungsbereich weiter zu verbessern.

Um dieser Forderung zu genügen, kann der Bereich der Dreh­ zahländerungen des Kompressors dadurch erweitert werden, daß der Frequenzbereich des Antriebsspeisestroms vom Frequenzumwandler zum Kompressor vergrößert wird. Während des Betriebs mit hoher Drehzahl ergeben sich jedoch Probleme bezüglich der Festigkeiten der mechanischen Teile und der Betriebssicherheit der Lager, da die Lasterhöhungen als Zentrifugalkräfte an den beweglichen Teilen zunehmen. Weiterhin treten Probleme hinsichtlich einer Steigerung der mechanischen Verluste und Fluidverluste auf, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrads führt, wodurch eine größere Leistungsaufnahme für die gleiche Arbeit erforderlich ist. Während des Betriebs mit niedriger Drehzahl ergeben sich weitere Probleme. So nimmt der Mengenstrom des aus dem Kompressionsraum als Leckstrom abströmenden Kältemittels zu, was den Wirkungsgrad verringert. Es ist schwierig, den gewünschten Ölfilm an dem Gleitabschnitt auszubilden und so die gewünschte Betriebssicherheit zu gewährleisten. Im Falle eines Kompressors mit einer Schmierölpumpe, die die Zentrifugalkraft ausnutzt, ist es schwierig, den erforderlichen zuzuführenden Ölmengenstrom aufrechtzuerhalten.

Eine Auslegung des Kompressors derart, daß der Leistungs­ änderungsbereich erweitert wird, indem lediglich der Be­ reich der Drehzahländerungen des Kompressors erweitert wird, ist somit unerwünscht.

Ferner ist aus der DE 37 20 889 A1 eine Klimaanlage mit in einem von der Belastung abhängigen Bereich steuerbaren Leistung bekannt, die aus einem Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittelkompressor, als Kondensator und Verdampfer dienenden Wärmeaustauschern und einer Expansionseinrichtung zwischen den Wärmeaustauschern besteht. Den Wärmeaustauschern sind dabei Detektoren zugeordnet, welche mit einer Steuereinrichtung in Verbindung stehen, welche entsprechend den Ausgangssignalen der Detektoren auf Teile der Klimaanlage einwirken, beispielsweise auf den Kompressor, auf Motoren für die Wärmeaustauscher oder auf Ventile.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, den Leistungsänderungsbereich der Klimaanlage zu erweitern, ohne den Bereich der Änderungen der Drehzahl des Kompressors zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Klimaanlage der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage ist es möglich, den Durchsatz des Kältemittels in den vom Kompressor zum Wärmeaustauscher führenden Kanal entsprechend dem von einem Lastdetektor gelieferten Signal mittels der Durchsatzsteuereinrichtung ohne großen Aufwand zu ändern.

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

Fig. 1 in einem Schaltbild den Grundaufbau der Klimaanlage,

Fig. 2 in einem Schaltbild eine Modifizierung eines Teils der Anordnung von Fig. 1,

Fig. 3 und 4 in Schaltbildern den Aufbau von weiteren Ausführungsformen der Klimaanlage,

Fig. 5 einen Axialschnitt durch den in Fig. 4 schematisch gezeigten Kompressor,

Fig. 6 eine Unteransicht des stationären Spiralelements des Kompressors von Fig. 4, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt,

Fig. 7 im Axialschnitt einen Teil des Kompressors von Fig. 4 in der Nähe einer Bypassöffnung, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt,

Fig. 8 in einen Schaltbild eine weitere Ausführungsform der Klimaanlage,

Fig. 9 in einem Schaltbild die Modifizierung eines Teils der Anordnung von Fig. 8,

Fig. 10 im Axialschnitt den in Fig. 8 schematisch gezeig­ ten Kompressor und

Fig. 11 im Axialschnitt einen Kompressor mit einem Umschalt­ ventil.

Die in Fig. 1 gezeigte Klimaanlage hat einen Kompressor 1 mit einem elektrischen Antriebsmotor, einen Innenraumwär­ meaustauscher 34, einen Außenraumwärmeaustauscher 36, ein Expansionsventil 35, ein Vierwegeumschaltventil 33, Rohrleitungen 31 und 32 sowie weitere Rohrleitungen, wel­ che die gezeigten Bauteile miteinander verbinden, Detekto­ ren 41 und 42, eine Steuereinrichtung 43, einen Inverter bzw. Frequenzumwandler 44 und eine Durchsatzsteuereinrichtung 46. Die Rohrleitungen 31 und 32 sind mit den Kompressor 1 auf seiner Einlaßseite bzw. seiner Auslaßseite verbunden. Der Frequenzumwandler 44 kann die Drehzahl des Kompressors durch Ändern der Fre­ quenz des Speisestroms aus einer Stromquelle 45 für den Elektromotor des Kompressors 1 ändern. Dem Innenraumwärme­ austauscher 34 oder dem Außenraumwärmeaustauscher 36 wird ein in dem Kompressor 1 komprimiertes Gas über das Vier­ wegeumschaltventil 33 zugeführt, um einen Heizbetrieb oder Kühlbetrieb zu bewirken. Fig. 1 zeigt den Zustand für den Heizbetrieb.

Es braucht nur ein Innenraumwärmeaustauscher 34 verwendet zu werden. Für die Klimatisierung einer Vielzahl von Räu­ men kann jedoch eine Vielzahl von zueinander parallelen Innenraumwärmeaustauschern 34 zusammen mit den entspre­ chenden Expansionsventilen 35 vorgesehen werden, was in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn in diesem Fall ein Schließventil 37 für jeden Wärmeaustauscher vorgesehen ist, kann die gewünschte Verteilung des Kältemittels in dem Kreisprozeß aufrechterhalten werden. Das in den Fig. 1 und 2 gezeig­ te Expansionsventil kann eine Drossel in Kapillarbauweise oder ein Expansionsventil mit Temperaturfühlung sein, jedoch ist zur Steuerung eines breiteren Leistungsbereichs ein variables Expansionsventil effektiver, dessen Öffnung von außen her gesteuert werden kann.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, stellen die Detektoren 41 und 42 den Zustand des Innenraum- und Außenraumwärmeaustauschers fest, d.h. die Zustände auf der Hochdruck- und Nieder­ druckseite des Kältemittelkreisprozesses. Die Temperaturen oder die Drucke des Innenraum- und Außenraumwärmeaustau­ schers 34 und 36 können direkt gemessen werden. Es können auch die Temperaturen der Gebläseluft an den Auslässen des Innenraum- und Außenraumwärmeaustauschers 34 und 36 gemessen werden. Zur Bestimmung des Drucks kann ein Ver­ fahren zur direkten Messung des Drucks oder ein Verfahren zum Messen von Temperaturen und Korrigieren und Umwandeln der gemessenen Temperaturen in Drucke ausgewählt werden.

Die Steuereinrichtung 43 vergleicht Daten aus den Detek­ toren 41 und 42 mit Sollwerten der Raumtemperatur und liefert ein Drehzahlerhöhungssignal für den Frequenzumwandler 44, wenn die Leistung für die Belastung unzureichend ist, oder ein Drehzahlre­ duzierungssignal , wenn die Leistung für die Belastung zu hoch ist. Der Frequenzumwandler 44 empfängt das Sig­ nal aus der Steuereinrichtung 43 und ändert die Frequenz des Speisestroms für den Kompressor 1, wodurch die Dreh­ zahl des Kompressors 1 gesteuert wird. In diesem Fall sind die obere und die untere Grenze des Frequenzände­ rungsbereichs des Frequenzumwandlers 44 oder der Bereich von Änderungen in der Drehzahl des Kompressors 1 einge­ stellt. Die obere Grenze wird unter Berücksichtigung bei­ spielsweise der Zentrifugalkraftbelastung und dergleichen festgelegt, während die untere Grenze beispielsweise im Hinblick auf die Ausbildung eines Ölfilms in dem Lager, die Ölzuführungskapazität der Schmiermittelpumpe usw. festgelegt wird. Die so festgelegte obere und untere Gren­ ze werden in der Steuereinrichtung 43 gespeichert. Die Steuereinrichtung 43 vergleicht Daten aus den Detektoren 41 und 42 sowie ein Frequenzsignal aus dem Frequenzum­ wandler 44 mit den Zuständen des Kompressorbetriebs, die in ihrem inneren Speicher gespeichert sind, und sendet ein Signal zu der Durchsatzsteuereinrichtung 46 für des­ sen Einstellung. Die Durchsatzsteuereinrichtung 46 steuert den Mengenstrom, mit dem das Kältemittel durch den Innen­ raumwärmeaustauscher 34, oder während des Kühlens, durch den Außenraumwärmeaustauscher 36 strömt. Die Steuerung des Mengenstroms, die von der Durchsatzsteuereinrichtung 46 bewirkt wird, ermöglicht eine Weiterung des Leistungs­ änderungsbereichs über die Grenze hinaus, die durch die obere und untere Grenze des Frequenzänderungsbereichs des Frequenzumwandlers 44 vorgegeben ist. Wenn es also erforder­ lich ist, die Leistung unter die Grenze zu reduzieren, die durch die untere Grenze des Frequenzänderungsbereichs des Frequenzumwandlers 44 vorgegeben ist, wird durch später erläuterte Einrichtungen eine Entlastung bewirkt, nämlich durch einen Nebenstrom von einer Hochdruckseite oder Zwi­ schenkompressionsdruckseite zu einer Niederdruckseite. Wenn die Leistung über die Grenze gesteigert werden soll, die durch die obere Grenze des Frequenzumwandlers-Fre­ quenzbereichs festgelegt ist, wird durch eine weitere, noch zu beschreibende Einrichtung eine Überladung bzw. Überförderung bewirkt. Die von der Durchsatzsteuereinrichtung 46 bewirkte Steuerung kann auch zum Beschränken des Betriebsdrucks des Kompressors innerhalb eines zuläs­ sigen Betriebsdruckbereichs unter Aufrechterhaltung der gewünschten Betriebssicherheit oder innerhalb eines Ar­ beitszugbereichs mit hohem Wirkungsgrad vollendet wer­ den. Die Temperaturen oder Drucke auf der Hochdruck- und Niederdruckseite, die von den Detektoren 41 und 42 gemes­ sen werden, werden mit den Solltemperatur- oder -druck­ werten entsprechend den jeweiligen Frequenzumwandler- Frequenzen verglichen, wobei diese Werte in der Steuer­ einrichtung 43 gespeichert sind, wodurch der Kältemittel­ durchsatz gesteuert wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Durchsatzsteuer­ einrichtung 46, die den Mengenstrom steuert, mit der das Kältemittel durch den Wärmeaustauscher strömt. Bei dieser Ausführungform hat die Durchsatzsteuereinrichtung 46 die Funktion, den Mengenstrom, mit dem das Kältemittel durch den Wärmeaustauscher strömt, zu verringern, und ist so gebaut, daß das Einlaßrohr 31 des Kompressors 1, d. h. ein Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs, und das Auslaßrohr 32 des Kompressors 1, d.h. ein Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs, durch eine Rohrleitung 311, ein Schließventil 461 und eine Rohrleitung 321 verbunden sind. Wenn das Schließventil 461 geöffnet ist, strömt ein Teil des Gases auf der Auslaßseite zur Einlaßseite, so daß der Mengenstrom, mit dem das Gas durch den Wärme­ austauscher 34 strömt, verringert ist. Bei dieser Ausfüh­ rungsform kann verhindert werden, daß der Kompressor mit einem übermäßig hohen Druck oder intermittierend in einem Ein-Aus-Betrieb durch Betätigung einer Schutzeinrichtung arbeitet, die ansprechend auf eine übermäßige Steigerung des Auslaßdrucks im Kältekreisprozeß aktiv wird. Diese Ausführungsform ist ferner vorteilhaft, da sie keinen speziellen Mechanismus für den Kompressor erfordert.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist die Durch­ satzsteuereinrichtung 46 so gebaut, daß ein Rohr 5g, das sich von einem inneren Abschnitt des Kompressors 1 aus erstreckt, das Einlaßrohr 31 und das Auslaßrohr 32 durch ein Rohr 312, ein Umschaltventil 462 und ein Rohr 322 verbunden sind. Um den Fördermengenstrom zu verringern, wird das Umschaltventil 462 betätigt, wodurch eine Verbin­ dung zwischen dem Rohr 5g und dem Einlaßrohr 31 hergestellt wird. In anderen Fällen wird das Umschaltventil 462 so betätigt, daß eine Verbindung zwischen dem Rohr 5g und dem Auslaßrohr 32 hergestellt wird. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Umschaltventil 462 für die Durchsatzsteuereinrichtung verwendet. Diese Ausführungsform umfaßt jedoch eine weitere mögliche Anord­ nung, bei der sich das Rohr 5g zum Einlaßrohr 31 und zum Aus­ laßrohr 32 erweitert, wobei in jedem der Zweige ein Schließventil vorgesehen ist.

Der bei der Ausführungsform von Fig. 4 benutzte, und in Fig. 5 gezeigte Spiralkompressor hat einen Kompressorab­ schnitt mit einem stationären Spiralelement 5 und einem umlaufenden Spiralelement 6, das direkt mit einem Elektro­ motor verbunden ist, wobei diese Bauteile in einem abge­ dichteten Gehäuse 3 aufgenommen sind.

Das stationäre Spiralelement 5 hat eine scheibenförmige Platte 5a, eine Spiralwand 5b, die ein Stück mit der schei­ benförmigen Platte 5a bildet, sich senkrecht zu dieser erstreckt, und einen äußeren Wandabschnitt 5c, der an seinem Außenumfang ausgebildet ist und die gleiche Höhe wie die Spiralwand hat. Das umlaufende Spiralelement 6 hat eine scheibenförmige Platte 6a, eine Spiralwand 6b, die in einem Stück mit der scheibenförmigen Platte 6a ausgebildet ist und sich senkrecht zu ihr erstreckt, sowie eine Nabe 6c, die auf der vom stationären Spiralelement 5 abgewandten Seite der scheibenförmigen Platte 6a ausge­ bildet ist. Das stationäre Spiralelement 5 und das umlau­ fende Spiralelement 6 sind so kombiniert, daß die Spiral­ wände 5b und 6b nach innen weisen und zwischen sich ei­ nen Kompressionsraum bilden. Das stationäre Spiralelement 5 ist an einem Rahmen 7 festgelegt, der im Preß-Sitz in dem abgedichteten Gehäuse 3 eingepaßt ist.

Der Rahmen 7 hat einen Lagerabschnitt 7a, der in seiner Mitte ausgebildet ist und eine Antriebswelle 4 lagert. Auf der Rückseite der scheibenförmigen Platte 6a des um­ laufenden Spiralelements 6 ist ein Gegendruckraum 8 aus­ gebildet. An dem Rahmen 7 ist ferner ein Stator eines Elektromotors 2 festgelegt.

Von dem oberen Ende der Antriebswelle 4, die direkt mit einem Rotor eines Elektromotors 2 verbunden ist, steht eine exzentrische Welle 4a vor, die in die Nabe 6c des umlaufenden Spiralelements 6 eingreift. Zwischen dem Rah­ men 7 und der scheibenförmigen Platte 6a des umlaufenden Spiralelements 6 ist ein eine Drehung des umlaufenden Spiralelements 6 um eine Achse unterbindender Mechanis­ mus 9 vorgesehen, der es dem umlaufenden Spiralelement 6 ermöglicht, eine Umlaufbewegung bezüglich des stationären Spiralelements 5 auszuführen, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen, wenn sich die Antriebswelle 4 dreht.

In einem äußeren Umfangsabschnitt des stationären Spiral­ elements 5 ist eine Einlaßöffnung 11 vorgesehen. Das Ein­ laßrohr 31 geht durch das abgedichtete Gehäuse 3 hindurch und ist mit der Einlaßöffnung 11 verbunden. In einem zen­ tralen Abschnitt der scheibenförmigen Platte 5a des sta­ tionären Spiralelements 5 ist eine Auslaßöffnung 13 so ausgebildet, daß sie in eine Auslaßkammer 3a mündet, die über dem stationären Spiralelement 5 vorgesehen ist. Die Auslaßkammer 3a steht mit einer Kammer 3b, welche über dem Elektromotor 2 ausgebildet ist, über Kanäle 14a bis 14c in Verbindung. Das Förderrohr 32 ist mit der Kammer 3b dadurch verbunden, daß es durch die Wand des abgedich­ teten Gehäuses 3 hindurchgeführt ist. Der Kanal 14b ist in einem äußeren Umfangsabschnitt des Rahmens 7 ausgebil­ det, der im Preß-Sitz in dem abgedichteten Gehäuse 3 sitzt. Der Kanal 14c ist so angeordnet, daß er dem Kanal 14b zugewandt ist. Der Kanal 14c wird von einem Kanalele­ ment gebildet, das längs einer Innenfläche des abgedich­ teten Gehäuses 3 angeordnet ist. Das untere Ende dieses Kanalelements wirkt als Kollisionsplatte, welches den Gasstrom aufhält. In einem Innenwandabschnitt des Kanal­ elements ist in der Nähe seines unteren Endes eine Öff­ nung so ausgebildet, daß sie der Stirnseite der Stator­ wicklung des Elektromotors 2 zugewandt ist. Die Richtung, in welcher das Gas längs der Innenfläche des Gehäuses strömt, wird an diesem Abschnitt geändert, so daß das Gas zu der Spulenstirnseite des Elektromotors strömt, wodurch Öl von dem Gas abgetrennt wird. Für die Verbin­ dung zwischen dem Kompressionsraum und dem Gegendruckraum 8 während der Kompression sind durch die scheibenförmige Platte 6a des umlaufenden Spiralelements 6 hindurchgehende Gegendrucklöcher 16 vorgesehen, wodurch eine Verbindung mit den beiden Abschnitten des Kompressionsraums herge­ stellt ist, die symmetrisch aufgrund des Eingriffs der Spiralwände des stationären und des umlaufenden Spiral­ elements ausgebildet sind. Wenn der Spiralkompressor ar­ beitet, wird ein Zwischengasdruck während der Kompression, der zwischen dem Ansaugdruck und dem Förderdruck liegt, aus dem Kompressionsraum in den Gegendruckraum 8 über das Gegendruckloch 16 eingeführt. Während des Betriebs wird das umlaufende Spiralelement 6 in Axialrichtung ge­ gen das stationäre Spiralelement 5 durch diesen Gegendruck gedrückt, wodurch die gewünschte Abdichtung zwischen den scheibenförmigen Platten 5a und 6a und den Stirnseiten der Spiralwände 6b und 5b in Axialrichtung aufrechterhal­ ten wird.

In der Antriebswelle 4 ist in ihrer Mitte eine Schmier­ bohrung 4b ausgebildet. Am unteren Ende der Antriebswelle 4 ist ein Ölansaugrohr 4c befestigt. Von der Schmierbohrung 4b aus erstreckt sich eine Schmierbohrung 4d für eine Verbindung mit dem Lager. In dem unteren Abschnitt 3c des abgedichteten Gehäuses 3 gespeichertes Öl wird dem Lager für das Ölansaugrohr 4c und die Schmierbohrungen 4b und 4d durch den Differenzdruck zwischen dem unteren Abschnitt 3c und den Gegendruckraum 8 zugeführt.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, erstrecken sich zwei By­ passöffnungen 21, die einen Durchmesser haben, der annä­ hernd gleich der Dicke der Spiralwand 5b ist, durch die scheibenförmige Platte 5a des stationären Spiralelements 5 an Stellen in der Nähe der Spiralwand 5b, so daß die Kompressionskammern einen Nebenkanal zur Seite der spiegel­ förmigen Platte 5a haben, der von der Spiralwand abgele­ gen ist, und zwar bei einem Druckverhältnis von 50 bis 70% des Solldruckverhältnisses. Das Solldruckverhältnis ist das Verhältnis zwischen dem Druck in dem Kompressions­ raum unmittelbar vor dessen Inverbindungtreten mit der Auslaßöffnung 13 und dem Druck in dem Kompressionsraum, wenn dieser zwischen den Spiralwänden des stationären und umlaufenden Spiralelements am größten ist, d.h. dem Ansaugdruck. Die Bypassöffnungen 21 münden in symmetri­ schen Positionen in zwei symmetrischen Sektionen des Kompressionsraums, die durch den Eingriff zwischen den Spiralwänden 5b und 6b der beiden Spiralelemente 5 und 6 gebildet werden. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, ist ein Rückschlagventil 22, bestehend aus einer flexiblen Plat­ te und aus einem Anschlag 23 zur Beschränkung der Öff­ nung dieses Ventils durch einen Bolzen 24 an einem Ober­ flächenabschnitt der scheibenförmigen Platte 5a auf der der Spiralwand gegenüberliegenden Seite dort befestigt, wo jede der Bypassöffnungen 21 ausgebildet ist. Das Rück­ schlagventil 22 verschließt die Bypassöffnung 21, wenn der Druck in einer nachstehend beschriebenen Bypasskam­ mer 5f höher ist als der Druck in dem Kompressionsraum, oder gibt die Bypassöffnung 21 frei, wenn der Druck in dem Kompressionsraum höher ist als der Druck in der By­ passkammer 5f, wodurch ein Bypasskanal für einen Strom von dem Kompressionsraum zur Bypasskammer 5f gebildet wird.

Die Bypasskammer 5f ist ein Ringraum, der auf der der Spiralwand gegenüberliegenden Seite der scheibenförmigen Platte 5a des stationären Spiralelements 5 durch Vorsprün­ ge 5d in Form von Doppelringen und einer Abdeckung 5e gebildet wird, die sich zwischen den oberen Enden der Vorsprünge 5d erstreckt. Das Bypassventil 22 ist in der Bypasskammer 5f aufgenommen. Mit der Abdeckung 5e ist ein Bypassrohr 5g verbunden, das mit der Bypasskammer 5f in Verbindung steht. Das Bypassrohr 5g erstreckt sich zur Außenseite, wobei es durch das abgedichtete Gehäuse 3 hindurchgeht.

Der so gebaute Kompressor 1 ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, angeschlossen, wobei das Umschaltventil 462 betätigt wird, um eine Verbindung zwischen dem Rohr 5g und dem Einlaßrohr 31 herzustellen. Der Druck in der Bypasskam­ mer 5f ist auf den Niederdruckpegel des Kälteprozesses eingestellt, um im Nebenstrom das Gas zur Niederdrucksei­ te des Kältemittelkreisprozesses während der Kompression zu führen, wodurch eine Verringerung des Mengenstroms möglich wird, mit dem das Kältemittel durch den Wärmeaus­ tauscher strömt (Auslaßmengenstrom). Wenn das Umschalt­ ventil 462 umgeschaltet ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, um eine Verbindung zwischen dem Rohr 5g und dem Aus­ laßrohr 32 herzustellen und um somit die Bypasskammer 5f mit der Hochdruckseite des Kältemittelkreisprozesses zu verbinden, kann eine zu hohe Kompression in dem Spi­ ralkompressor unter der Bedingung verringert werden, daß die Betriebsbedingungen das Solldruckverhältnis der Spi­ ralwände nicht erreichen.

Bei dieser Ausführungsform sind die Bypassöffnungen 21 an Positionen in symmetrischen Sektionen des Kompressors nahe der Spiralwand angeordnet. Die gleichen Wirkungen können erreicht werden, wenn eine Bypassöffnung zwischen den Spiralwänden angeordnet wird, wie dies aus der JP- A-61-1 87 584 bekannt ist.

Die Durchsatzsteuereinrichtung der vorstehend beschriebe­ nen Ausführungsformen kann den Mengenstrom verringern, mit dem das Kältemittel durch den Wärmeaustauscher strömt, d. h. den Aus­ laßmengenstrom des Kompressors, jedoch nicht diesen Durchsatz steigern. Fig. 8 zeigt eine Ausführungs­ form, die es ermöglicht, den Durchsatz zu erhöhen.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Expansionsventil 35 und dem hochdruckseitigen Wärme­ austauscher (in dieser Ausführungsform der Innenraumwär­ meaustauscher 34) ein Speicher 47 vorgesehen. Der Kompres­ sor 1, dessen Aufbau im einzelnen noch erläutert wird, ist über eine Rohrleitung 313 durch das Bypassrohr 5g und ein Umschaltventil 463 mit dem Einlaßrohr 31, über die Rohrleitung 323 mit dem Auslaßrohr 32 und über eine Rohrleitung 473 mit dem Speicher 47 verbunden.

Bei dieser Ausführungsform wird der noch anhand der Fig. 10 und 11 zu beschreibende Kompressor dazu verwendet, den Auslaßdurchsatz des Kompressors, also den Mengenstrom, mit dem das Kältemittel durch den Wärmeaustauscher strömt, zu steigern sowie ihn zu verringern.

Diese Ausführungsform kann derart modifiziert werden, daß ein erster Dekompressor 351, ein Gas-Flüssigkeits- Abscheider 48 und das Expansionsventil 35 wie in Fig. 9 dargestellt, angeordnet sind, wobei die Gasphase des Gas- Flüssigkeits-Abscheiders 48 mit dem Bypassrohr 5g des Kompressors über das Umschaltventil 463 verbunden ist.

Der in Fig. 10 gezeigte Spiralkompressor 1 wird bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform oder bei der modifi­ zierten Ausführungsform von Fig. 9 eingesetzt. Dieser Aufbau entspricht dem des Spiralkompressors von Fig. 5, wobei jedoch das Rückschlagventil 22 und die zugehörigen Teile 23 und 24 fehlen. Aufgrund des Fehlens des Rück­ schlagventils stellt sich ein Überladen ein, wenn der Druck in der Bypasskammer 5f höher als der Druck in dem Kompressionsraum ist. Wenn der Druck in dem Kompressions­ raum höher als der Druck in der Bypasskammer 5f ist, strömt das Gas im Kompressionsraum im Nebenstrom zur By­ passkammer 5f, wodurch der Förderdurchsatz des Kompres­ sors verringert wird.

Bei der Ausführungsform von Fig. 8 oder 9, bei welcher der Spiralkompressor von Fig. 10 als Kompressor 1 einge­ setzt wird, ist das Umschaltventil 463 wie nachstehend beschrieben abgeändert. Zur Verringerung des Förderdurch­ satzes werden die Bypasskammer 5f und ein niederdruck­ seitiger Abschnitt (Einlaßrohr) 31 in Verbindung mitein­ ander gebracht. Um den Förderdurchsatz zu steigern, wer­ den die Bypasskammer 5f und der Speicher 47 oder der Gas- Flüssigkeits-Abscheider 48 in Verbindung miteinander ge­ bracht. Wenn es erforderlich ist, die Überkompression zu verringern, werden die Bypasskammer 5f und ein hoch­ druckseitiger Abschnitt (Auslaßrohr) 32 miteinander in Verbindung gebracht. Üblicherweise kann das Umschaltven­ til 463 geschlossen werden.

Bei dieser Ausführungsform kann auch eine Bypassöffnung 21 insgesamt in der Mitte zwischen den Spiralwänden an­ geordnet werden, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 der Fall ist.

Bei den Ausgestaltungen der Fig. 8 bis 10 ist das Umschalt­ ventil 463 außerhalb des Kompressors angeordnet, es kann jedoch auch in dem abgedichteten Gehäuse 3 untergebracht sein, wie dies bei der Ausführungsform von Fig. 11 der Fall ist.

Dabei besteht ein Ventil 5h in einem Stück aus einer Abdeckung und einem Umschaltventil, das an den oberen Enden der ringförmigen Vorsprünge 5d auf der der Spiralwand gegen­ überliegenden Seite der scheibenförmigen Platte 5a des stationären Spiralelements 5 angeordnet ist. Das Ventil 5h bildet die Bypasskammer 5f und hat einen Kanal 25, der mit der Bypasskammer 5f in Verbindung steht, einen Kanal 26, der mit der Auslaßkammer 3a in Verbindung steht, einen Kanal 27, der mit der Einlaßkammer 12a über die scheibenförmige Platte 5a des stationären Spiralelements 5 in Verbindung steht, einen Kanal 28, der mit einem Ein­ spritzrohr 5i in Verbindung steht, das durch das abge­ dichtete Gehäuse 3 hindurchgeht und mit der Außenseite verbunden ist, sowie einen geeigneten Umschaltmechanis­ mus (nicht gezeigt), um den mit der Bypasskammer 5f in Verbindung stehenden Kanal 25 mit einem der anderen Kanäle 26 bis 28 in Verbindung zu bringen oder um den Kanal 25 zu schließen. Dieser Umschaltmechanismus kann von außer­ halb des Kompressors betätigt werden.

Bei diesem Kompressor wird eine Verbindung zwischen dem Kanal 25 und dem Kanal 27 zur Verringerung des Förder­ durchsatzes, mit dem Kanal 28 zur Steigerung des Förder­ durchsatzes oder mit dem Kanal 26 zur Verringerung der Überkompression hergestellt. Wenn für diese Wirkungen kein Bedarf besteht, wird der Kanal 25 geschlossen.

Dieser Kompressor kann durch Verbinden des Einspritzroh­ res 5i des Kompressors mit dem Speicher 47 oder dem Gas- Flüssigkeits-Abscheider 48, was in Fig. 8 oder 9 gezeigt ist, eingesetzt werden, wodurch die Rohrverbindung des Kältemittelkreislaufs vereinfacht wird.

Das Einspritzrohr ist bei dieser Ausführungsform vorge­ sehen, um eine Steigerung des Förderdurchsatzes zu ermög­ lichen. Es ist jedoch auch möglich, das Einspritzrohr 5i und den Kanal 28 wegzulassen, wenn kein Bedarf bezüg­ lich einer Steigerung des Förderdurchsatzes besteht, wäh­ rend der Förderdurchsatz verringert werden kann.

Claims (9)

1. Klimaanlage mit in einem von der Belastung abhängigen Bereich steuerbarer Leistung, bestehend aus

• - einem Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor (1), mit als Kondensator und Verdampfer dienenden Wärmeaustauschern (34, 36) und mit einer Expansionseinrichtung (35) zwischen den Wärmeaustauschern (34, 36) und aus
• - einer Frequenzumwandlereinrichtung (44) für den Speisestrom zum Ändern der Frequenz des Speisestroms eines elektrischen Antriebsmotors (2) des Kompressors (1) zur Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors,

gekennzeichnet durch

• - den Wärmeaustauschern (34, 36) zugeordnete Lastdetektoreinrichtungen (41, 42),
• - eine Steuereinrichtung (43) zum Steuern der Frequenzumwandlereinrichtung (44) gemäß den Ausgangssignalen aus den Lastdetektoreinrichtungen (41, 42) und
• - eine Durchsatzsteuereinrichtung (46) zur Änderung des Durchsatzes, mit dem Kältemittel von dem Kompressor (1) zu einem der Wärmeaustauscher (34, 36) entsprechend einem Befehl aus der Steuereinrichtung (43) strömt.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet , daß eine obere und eine untere Grenze für die Frequenzen des Speisestroms aus der Frequenzumwandlereinrichtung (44) für den Speisestrom des Antriebsmotors des Kompressors (1) eingestellt sind und daß die Steuereinrichtung (43) die Frequenz­ umwandlereinrichtung (44) für den Speisestrom in den Bereich zwischen der oberen und unteren Grenze sowie die Durchsatzsteuereinrichtung (46) steuert, um den Mengenstrom des Kältemittels jenseits einer Grenze zu ändern, die durch die obere oder untere Grenze vorgegeben ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lastdetektorein­ richtungen (41, 42) Meßergebnisse der Temperaturen und/oder Drucke auf der Hochdruckseite bzw. Nieder­ druckseite des Kältemittelkreislaufs liefern.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (43) die Frequenz des Speisestroms aus der Frequenzumwandlungseinrichtung (44) für den Speisestrom zum Antriebsmotor (2) des Kompressors (1) auf der Basis der Differenz zwischen den Solltemperaturen und den Temperaturen auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs steuert, die von den Lastdetektoreinrichtungen (41, 42) gemessen werden, und daß die Steuereinrichtung (43) ferner die Durchsatzsteuereinrichtung (46) steuert, indem die Temperaturen oder Drucke auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs, die von den Lastdetektoreinrichtungen (41, 42) gemessen werden, mit gespeicherten Solltemperaturen oder Solldrucken entsprechend den Speisestromfrequenzen verglichen werden.

5. Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchsatzsteuereinrichtung (46) einen Verbindungskanal und eine Einrichtung (33) zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals aufweist, wodurch ein Bypass zwischen dem Kältemittelströmungskanal (32), der einen Auslaß des Kompressors (1) und den Kondensator (34) verbindet, und einem Kältemittelkanal (31) hergestellt werden kann, der einen Einlaß des Kompressors (1) und den Verdampfer (36) verbindet.

6. Klimaanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

• - einen Spiralkompressor (1) mit einem stationären Spiralelement (5) , bestehend aus einer scheibenförmigen Platte (5a) und einer von ihr axial abstehenden Spiralwand (5b), und mit einem umlaufenden Spiralelement (6), bestehend aus einer scheibenförmigen Platte (6a) und einer von ihr axial abstehenden Spiralwand (6b), wobei das stationäre Spiralelement (5) und das umlaufende Spiralelement (6) so ineinander greifen, daß ihre Spiralwände (5b, 6b) nach innen weisen, das umlaufende Spiralelement (6) bezüglich des stationären Spiralelements (5) durch einen elektrischen Antriebsmotor (2) in Umlaufbewegung versetzt wird, während eine Drehung um eine Achse unterbunden wird, so daß ein zwischen den Spiralwänden (5b, 6b) der Spiralelemente (5, 6) gebildeter Kompressionsraum zu deren Zentrum hin verengt wird, um ein in den Kompressionsraum angesaugtes gasförmiges Kältemittel zu komprimieren und dadurch das Gas über eine Förderöffnung in der Mitte der scheibenförmigen Platte (5a) des stationären Spiralelements (5) abzuführen,
• - eine abgedichtete Bypaskammer (5f) auf der an der Spiralwand (5b) des stationären Spiralelements (5) abgewandten Seite, so daß keine Verbindung mit der Förderöffnung (13) besteht,
• - eine Bypassöffnung (21) in der scheibenförmigen Platte (5a) des stationären Spiralelements (5) zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem Kompressionsraum und der abgedichteten Bypasskammer (5f) während der Kompression,
• - ein Bypassrohr (5g) für eine Verbindung zwischen der abgedichteten Bypasskammer (5f) und der Außenseite des Kompressors (1),
• - ein Rückschlagventil (22) zur Unterbindung eines Rückstroms von gasförmigem Kältemittel von der abgedichteten Bypasskammer (5f) zur Bypassöffnung (21), und
• - einen Verbindungskanal und eine Einrichtung (33) zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals, die der Durchsatzsteuereinrichtung (46) zugeordnet sind, wodurch das Bypassrohr (5g) mit einem Rohr, das einen Auslaß des Spiralkompressors (1) und den Kondensator (34) verbindet, oder mit einem Rohr verbunden wird, das einen Einlaß des Spiralkompressors (1) und den Verdampfer (36) miteinander verbindet.

7. Klimaanlage nach Anspruch 2, gekenn­ zeichnet durch

• - einen Spiralkompressor mit einem stationären Spiralelement (5), bestehend aus einer scheibenförmigen Platte (5a) und einer von ihr axial abstehenden Spiralwand (5b), und mit einem umlaufenden Spiralelement (6), bestehend aus einer scheibenförmigen Platte (6a) und einer von ihre axial abstehenden Spiralwand (6b), wobei das stationäre Spiralelement (5) und das umlaufende Spiralelement (6) so ineinander greifen, daß ihre Spiralwände (5b, 6b) nach innen weisen, das umlaufende Spiralelement (6) bezüglich des stationären Spiralelements (5) durch einen elektrischen Antriebsmotor (2) in Umlaufbewegung versetzt wird, während eine Drehung um eine Achse unterbunden wird, so daß ein zwischen den Spiralwänden (5b, 6b) der Spiralelemente (5, 6) gebildeter Kompressionsraum an deren Zentrum hin verengt wird, um ein in den Kompressionsraum angesaugtes gasförmiges Kältemittel zu komprimieren und über eine Förderöffnung in der Mitte der scheibenförmigen Platte (5a) des stationären Spiralelements (5) abzuführen,
• - eine abgedichtete Bypasskammer (5f) auf der von der Spiralwand (5b) des stationären Spiralelements (5) abgewandten Seite, so daß keine Verbindung mit der Förderöffnung (13) besteht,
• - eine Bypassöffnung (21) in der scheibenförmigen Platte (5a) des stationären Spiralelements (5) zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem Kompressionsraum und der abgedichteten Bypasskammer (5f) während der Kompression,
• - ein Bypassrohr (5g) für eine Verbindung zwischen der abgedichteten Bypasskammer (5f) und der Außenseite des Kompressors (1) und
• - einen Speicher (47) zwischen einem Auslaß des Kondensators (34) und der Expansionseinrichtung (35) oder einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider (48) zwischen zweistufigen Expansionseinrichtungen (35, 351), die mit dem Auslaß des Kondensators (34) verbunden sind, wobei die Durchsatzsteuereinrichtung (46) einen Verbindungskanal und eine Einrichtung (33) zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals aufweist, wodurch das Bypassrohr (5g) mit einem Kältemittelkanal, der den Einlaß des Spiralkompressors (1) und den Verdampfer (36) miteinander verbindet, mit einem Kältemittelkanal, der den Auslaß des Spiralkompressors (1) und den Kondensator (34) miteinander verbindet, mit dem Speicher (47) oder mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider (48) verbunden wird.

8. Klimaanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

• - einen Spiralkompressor (1) mit einem stationären Spiralelement (5), bestehend aus einer scheibenförmigen Platte (5a) und einer von ihr axial abstehenden Spiralwand (5b), und mit einem umlaufenden Spiralelement (6), bestehend aus einer scheibenförmigen Platte (6a) und einer von ihr axial abstehenden Spiralwand (6b), wobei das stationäre Spiralelement (5) und das umlaufende Spiralelement (6) so ineinander greifen, daß ihre Spiralwände (5b, 6b) nach innen weisen, das umlaufende Spiralelement (6) bezüglich des stationären Spiralelements (5) durch einen elektrischen Antriebsmotor (2) in Umlaufbewegung versetzt wird, während eine Drehung um eine Achse unterbunden wird, so daß ein zwischen den Spiralwänden (5b, 6b) der Spiralelemente (5, 6) gebildeter Kompressionsraum zu deren Zentrum hin verengt wird, um ein in den Kompressionsraum angesaugtes gasförmiges Kältemittel zu komprimieren und über eine Förderöffnung in der Mitte der scheibenförmigen Platte (5a) des stationären Spiralelements (5) abzuführen,
• - eine abgedichtete Bypasskammer (5f) auf der von der Spiralwand (5b) des stationären Spiralelements (5) abgewandten Seite, so daß keine Verbindung mit der Förderöffnung (13) besteht,
• - eine Bypassöffnung (21) in der scheibenförmigen Platte (5a) des stationären Spiralelements (5) zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem Kompressionsraum und der abgedichteten Bypasskammer (5f) während der Kompression,
• - einen Umschaltmechanismus (463), um selektiv die Verbindung zwischen der abgedichteten Bypasskammer (5f), einer Einlaßkammer (11) am Außenumfangsabschnitt des stationären Spiralelements (5), einer Auslaßkammner (3a), die mit der Förderöffnung in der Mitte des stationären Spiralelements (5) in Verbindung steht, oder einem Einspritzrohr (5i) zu schaffen, das mit der Außenseite des Spiralkompressors (1) in Verbindung steht, und
• - einen Speicher (47) zwischen einem Auslaß des Kondensators (34) und der Expansionseinrichtung (35) oder einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider (48) zwischen zweistufigen Expansionseinrichtungen (35, 351), die mit dem Auslaß des Kondensators (34) verbunden sind, wobei die Durchsatzsteuereinrichtung (46) den Umschaltmechanismus (463) und einen Verbindungskanal aufweist, um das Einspritzrohr (5i) mit dem Speicher (47) oder dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider (48) zu verbinden.