DE4290033C2

DE4290033C2 - Kompressor geschlossener Bauart

Info

Publication number: DE4290033C2
Application number: DE4290033A
Authority: DE
Inventors: Yasumi Irino
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2012-01-10
Also published as: WO1992012348A1; JPH04241796A; KR960005666B1; KR920015041A; US5419692A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompressor geschlossener Bauart und sie betrifft insbesondere einen solchen Kompressor, bei dem ein Kühlgas, das im Kompressor komprimiert worden ist, in einen Zwischenkühler eingeführt wird, wo das Kühlgas gekühlt und dann in das geschlossene Gehäuse des Kompressors zurückgeleitet wird.

Bei einem solchen Kompressor geschlossener Bauart erhöht sich die Temperatur des Kompressors aufgrund des komprimierten, heißen und unter hohem Druck stehenden Kühlgases und aufgrund der Wärmeerzeugung des Motors während einer langen Laufdauer. Das heiße und unter hohem Druck stehende Kühlgas und die inneren Bauteile des Gehäuses 1 haben direkte Kontakte und die Bauteile werden aus diesem Grunde während einer längeren Laufzeit überhitzt, so daß der Kompressor in seiner Zuverlässigkeit und in seiner volumetrischen Wirksamkeit verschlechtert wird.

Um dieses Problem zu lösen, ist bereits ein Kompressor mit einem Zwischenkühlsystem vorgeschlagen worden, bei dem komprimiertes Gas zum Kühlen in einen äußeren Zwischenkühler eingeführt worden ist, und bei dem das gekühlte Gas dann in das Kompressorgehäuse eingeleitet wird, um eine Überhitzung zu verhindern. Bauarten dieser Art sind durch die japanische, ungeprüfte Gebrauchsmusterveröffentlichung 62(1987)-18385, die ungeprüfte, japanische Patentveröffentlichung 60(1985)-237184 und die US-PS 46 45 429 bekannt.

Selbst in dem Fall, in dem komprimiertes Gas durch einen Zwischenkühler einmal gekühlt worden ist, kommt ein Teil der innerhalb des Gehäuses liegenden Saugleitung, die das Kühlgas in den Zylinder einsaugt, direkt mit dem heißen und unter hohem Druck stehenden Gas in Berührung, wobei sich dieser Teil der Saugleitung bis zu demjenigen Ende der Saugleitung erstreckt, die mit dem Zylinder verbunden ist.

Die Temperatur des Kühlgases, das in den Zylinder eingesaugt wird, wird auf diese Weise erhöht. Dies schafft ein Problem insofern, als der volumetrische Wirkungsgrad des Kompressors verschlechtert wird, und zwar trotz des Kühlungseffekts des Zwischenkühlers.

Bei dem Kompressor nach der US-PS 46 45 429 besteht darüber hinaus das Problem, daß das im Wärmetauscher gekühlte Gas in das Ölzuführungsrohr eingeleitet wird, so daß das Schmieröl durch einen Injektor-Effekt angesaugt wird. Das gekühlte Gas und das angesaugte Schmieröl werden dabei vermischt, wobei auch das Öl gekühlt wird. Diese Mischung von Öl und Gas wird dann durch die Längs-Durchgangsbohrung der Kurbelwelle geleitet. Diese Anordnung führt dazu, daß die Viskosität des Schmieröls sich zeitweise stark erhöht; auf diese Weise kann jedoch die Schmierwirkung des Öls und damit die Zuverlässigkeit des Kompressors in Mitleidenschaft gezogen werden.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem der volumetrische Wirkungsgrad erhöht wird, der aber auch gleichzeitig zuverlässiger arbeitet.

Bei einem Kompressor geschlossener Bauart nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 wird die oben beschriebene Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verbindungsdoppelrohr mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, die koaxial miteinander kombiniert sind, mit einem kompressorseitigen Endabschnitt des Saugrohrs verbunden ist, wobei das Innenrohr das Saugrohr mit der Kompressoreinheit verbindet, wohingegen das Außenrohr mit der Rücklaufleitung in Verbindung steht, wobei die Rücklaufleitung mit dem Außenrohr auf der Außenseite des geschlossenen Gehäuses verbunden ist und das Außenrohr so ausgebildet ist, daß es an einem Ende innerhalb des geschlossenen Gehäuses offen ist.

Das Kühlgas, das aus der Rücklaufleitung zurückfließt, fließt in dem Außenrohr und ein Wärmeaustausch in einem Abschnitt, der sich im Gehäuse erstreckt, ist zwischen dem angesaugten Gas und dem inneren Gas vermieden, da das angesaugte Gas durch das Innenrohr fließt, während das innere Gas im Gehäuse ist. Dies unterdrückt eine Erhöhung der Temperatur des angesaugten Gases. Eine Überhitzung des Kompressors mit dem Zwischenkühler wird aus diesem Grunde wirkungsvoll verhindert und der volumetrische Wirkungsgrad wird erhöht. Auf diese Weise wird die Kapazität des Kompressors verbessert.

Die einzige Figur ist ein senkrechter Querschnitt, der eine Ausführungsform eines Rotationskompressors geschlossener Bauart nach der vorliegenden Erfindung darstellt, der in einen Kühlkreislauf eingebaut ist.

Anhand der einzigen Figur wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Kompressor geschlossener Bauart gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Rotationskompressor angewendet wird, nachfolgend beschrieben.

Der Rotationskompressor, der allgemein mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist, ist mit einem Gehäuse 1 versehen, in dem eine Drehachse 2 gelagert ist. Diese Drehachse 2 wird durch ein Hauptlager 3 und ein Nebenlager 4 drehbar gelagert. Zwischen dem Hauptlager 3 und dem Nebenlager 4 liegt ein Zylinder 5, der eine Kompressoreinheit darstellt und zwischen dem Hauptlager 3 und dem Nebenlager 4 ist ferner in der Drehachse 2 ein Kurbelabschnitt 6 ausgebildet. Um die äußere Umfangsfläche des Kurbelabschnitts 6 herum ist eine ringförmige Rolle 7 aufgepaßt. Wenn sich die Drehachse 2 dreht, wird die Rolle 7 exzentrisch im Zylinder 5 gedreht und das Volumen der Kompressorkammer, die im Zylinder 5 gebildet ist, wird dadurch so verändert, daß ein Ansaug- und ein Kompressionsvorgang des Kühlgases durchgeführt wird.

Der Zylinder 5 ist mit einer ebenen Scheibe 9 versehen, die eine gleitende Bewegung in radialer Richtung der Drehachse 2 durchführen kann. Diese Scheibe 9 wird durch eine Druckfeder 10 in Richtung auf die Achse der Drehachse 2 vorgespannt und die Kante der Scheibe 9 wird mit der äußeren Umfangsfläche der Rolle 7 stets in Berührung gebracht. Die exzentrische Drehung der Rolle 7 bewirkt, daß sich die Scheibe 9 hin- und hergehend bewegt, so daß Öl, das sich im Bodenabschnitt des Gehäuses 1 angesammelt hat, durch ein Ölrohr 11 in einen vorbestimmten, zu schmierenden Abschnitt eingeführt wird.

Im Gehäuse 1 ist andererseits ein hohler, zylindrischer Stator 13 befestigt, der eine elektrische Motoreinheit darstellt und auf der Drehachse 2 ist ein Rotor 14 befestigt. Die Auslaßleitung 15 des Rotationskompressors ist mit der Einlaßseite des Kondensors 16 verbunden, dessen Auslaßseite über ein Kapillarrohr 17 mit einem Verdampfer 18 in Verbindung steht. Die Auslaßseite des Verdampfers 18 ist über ein Saugrohr 19 und ein Verbindungsdoppelrohr 23, das weiter unten beschrieben werden wird, mit einem Sauganschluß des Rotationskompressors verbunden. Auf diese Weise ist ein Kühlkreislauf hergestellt.

Die Bezugsziffer 20 bezeichnet andererseits einen Zwischenkühler, der am Kondensor 16 vorgesehen ist. Der Zwischenkühler 20 und der Auslaßanschluß des Zylinders 5 des Rotationskompressors sind über eine Auslaßleitung miteinander verbunden. Heißes, hochkomprimiertes Kühlgas, das in der Kompressionskammer innerhalb des Zylinders 5 komprimiert worden ist, wird zunächst über die Auslaßleitung 21 in den Zwischenkühler 20 eingeführt und dort gekühlt. Der Endabschnitt der Rücklaufleitung 22, die sich von der Auslaßseite des Zwischenkühlers aus erstreckt, ist an das Verbindungsdoppelrohr 23 angeschlossen, das mit dem Verbindungsende des Saugrohrs 19 auf der Seite des Rotationskompressors 12 in Verbindung steht. Dieses Verbindungsdoppelrohr 23 wird durch koaxiales Kombinieren eines Innenrohres 23a und eines Außenrohres 23b dargestellt. In dieser Ausführungsform steht das Innenrohr 23a mit seinem einen Ende mit dem Saugrohr 19 in Verbindung und das andere Ende erstreckt sich in das Gehäuse 1 hinein und ist an einen Sauganschluß des Nebenlagers 4 angeschlossen, so daß es auf diese Weise mit der Kompressionskammer des Zylinders 5 in Verbindung steht. Wie dies bereits beschrieben worden ist, sind bei dieser Ausführungsform das Saugrohr 19 und das Innenrohr 23a getrennt ausgebildet, aber das Saugrohr 19 kann sich soweit erstrecken, daß es das Innenrohr ersetzt.

Das äußere Ende des Außenrohres 23b, das außerhalb des Gehäuses 1 liegt, ist verschlossen, wohingegen sein inneres Ende, das innerhalb des Gehäuses 1 liegt, als offenes Ende ausgebildet ist, das sich nahe an das Nebenlager 4 heran erstreckt.

Heißes und hochkomprimiertes Kühlgas, das durch Einsaugen in den Zylinder aus dem Saugrohr 19 über das Innenrohr 23a des Verbindungsdoppelrohres 23 komprimiert worden ist, wird einmal über die Auslaßleitung 21 in den Zwischenkühler 20 eingeführt. Das Kühlgas, das gekühlt worden ist und das in diesem Zwischenkühler 20 einen Temperaturabfall durchgemacht hat, wird über die Rücklaufleitung 22 und das offene Ende des Außenrohres 23b des Verbindungsdoppelrohres 23 in das Innere des Gehäuses 3 ausgelassen, fließt zwischen den einzelnen Bauteilen innerhalb des Gehäuses 1 hindurch und verläßt den Kompressor in den Kühlkreislauf hinein über die Auslaßleitung 15. Durch ein solches Rückführen des komprimierten Gases aus dem Zwischenkühler 20 wird in erster Linie der volumentrische Wirkungsgrad des Kompressors verbessert. Es ist festzustellen, daß in diesem Fall das komprimierte Gas mit niedriger Temperatur aus dem offenen Ende des Außenrohres 23b auf den Zylinder 5 geblasen wird, und daß auf diese Weise eine Kühlwirkung des Zylinders 5 erreicht wird. Das gekühlte Gas aus dem Zwischenkühler 20 wird über das Außenrohr 23b, das das Innenrohr 23a überdeckt, so in das Gehäuse 1 eingeführt, daß das angesaugte Gas, das durch das Innenrohr 23a hindurchgeht, davor bewahrt wird, aufgrund eines Wärmeaustausches mit dem relativ heißen, komprimierten Gas in dem Gehäuse 1 erwärmt zu werden.

Wenn unterstellt wird, daß das komprimierte Gas, das aus dem Zwischenkühler 20 zurückfließt, keinem Wärmeaustausch unterworfen wird, während es durch das Außenrohr 23b fließt, ist die Wärmetauscher-Nutzleistung Q1, die zwischen dem angesaugten Gas und dem komprimierten Gas im Gehäuse ausgetauscht wird, durch die Gleichung gegeben

Q₁ = K₁ · A(K_G1-T_S) (1)

wobei T_S die Temperatur des angesaugten Gases an der Einlaßseite des Zylinders 5 ist, wobei das angesaugte Gas über das Innenrohr 23a aus dem Saugrohr 19 eingeführt worden ist; K_G1 ist die Temperatur des Gases im Gehäuse 1; die Konstante K₁ ist der gesamte Wärmeübertragungskoeffizient durch das Innenrohr 23a; und die Konstante A ist der Wärmeübertragungsbereich des Innenrohres 23a.

In einem praktischen Fall, in dem die Temperatur T_S des angesaugten Gases auf der Einlaßseite des Gehäuses 1 etwa 32°C ist, wird die Temperatur K_G1 des Gases im Gehäuse 1 auf etwa 110°C erhöht. Anhand der Gleichung (1) errechnet sich dann der Wert Q₁ wie folgt:

Q₁ = K₁ · A (110-32)
= 78K₁ · A.

In dieser Ausführungsform wird die Temperatur des komprimierten Gases, das im Zwischenkühler 20 gekühlt worden ist und durch das Außenrohr 23b zurückfließt, als K_R2 bezeichnet und der Gesamt-Wärmeübertragungskoeffizient wird als K₂ bezeichnet, da in diesem Falle die Bedingung des Wärmeaustausches unterschiedlich ist. Die Nutzleistung Q₂ des Wärmeaustauschers, die zwischen dem komprimierten Gas und dem angesaugten Gas ausgetauscht wird, wird durch folgende Gleichung errechnet:

Q₂ = K₂ · A(K_R2-T_S) (2)

Hier wird das komprimierte Gas, das aus dem Zwischenkühler 20 zurückfließt, üblicherweise auf etwa 60°C gekühlt und die Nutzleistung Q₂ errechnet sich demzufolge aus Gleichung (2) wie folgt:

Q₂ = K₂ · A (60-32)
= 28K₂ · A.

In diesem Falle ist unter üblichen Bedingungen K₁ ≧ K₂, so daß Q₁ » Q₂.

Der Wärmeaustausch zwischen dem angesaugten Gas, das durch das Innenrohr 23a fließt, und dem komprimierten Gas, das durch das Außenrohr 23b fließt, ist demzufolge gering und es ist möglich, die Temperaturanhebung des angesaugten Gases klein zu halten, so daß das angesaugte Gas in seinem spezifischen Volumen klein sein kann. Dies und die Wirkung des Verhinderns einer Überhitzung durch das Zwischenkühlersystem verbessert den Kompressor in bezug auf seine volumetrische Wirksamkeit.

Kompressoren geschlossener Bauart nach der vorliegenden Erfindung können in weitem Rahmen im Haushalt, im Büro oder in Fahrzeug-Lüftungseinrichtungen verwendet werden.

Claims

1. Kompressor geschlossener Bauart, bei dem ein Gas, das in einer Arbeitskammer einer Kompressoreinheit komprimiert worden ist, über eine Auslaßleitung (21) in einen äußeren Zwischenkühler (20) eingeführt wird und bei dem das gekühlte, komprimierte Gas über eine Rücklaufleitung (22) in ein geschlossenes Gehäuse (1) eingeführt wird, wobei das geschlossene Gehäuse (1) mit einer Auslaßleitung (15) für das gekühlte, komprimierte Gas verbunden ist und wobei ein in das geschlossene Gehäuse (1) führendes Saugrohr (19) mit der Kompressoreinheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungsdoppelrohr (23) mit einem Innenrohr (23a) und einem Außenrohr (23b), die koaxial kombiniert sind, mit einem kompressorseitigen Endabschnitt des Saugrohres (19) verbunden ist, wobei das Innenrohr (23a) das Saugrohr (19) mit der Kompressoreinheit verbindet, wohingegen das Außenrohr (23b) mit der Rücklaufleitung (22) in Verbindung steht, wobei die Rücklaufleitung (22) mit dem Außenrohr (23b) auf der Außenseite des geschlossenen Gehäuses (1) verbunden ist und das Außenrohr (23b) so ausgebildet ist, daß es an einem Ende innerhalb des geschlossenen Gehäuses (1) offen ist.

2. Kompressor geschlossener Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (23a) des Verbindungsdoppelrohres (23) als gemeinsames Teil mit dem Saugrohr (19) ausgebildet ist.

3. Kompressor geschlossener Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere offene Ende des Außenrohres (23b) des Verbindungsdoppelrohres (23) in der Nähe eines Nebenlagers (4) der Kompressoreinheit endet.