DE60203333T2

DE60203333T2 - Hermetische Verdichter

Info

Publication number: DE60203333T2
Application number: DE60203333T
Authority: DE
Inventors: Rajan Centerville Rajendran; John P. Tipp City Sheridan; Carl H. Maplewood Knapke
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland LP
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2022-01-19
Also published as: EP1496260B1; EP1496260A3; EP1253323B1; AU3559002A; CN1382911A; CN1896519B; EP1496259A2; EP1496260A2; EP1253323A3; ES2237651T3; EP1496259A3; MXPA02003973A; DE60203333D1; US6672846B2; CN1896519A; EP1467100A2; BR0201416B1; KR100862199B1; CN1270091C; BR0201416A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft mehrere in einem einzigen Mantel angeordnete Verdichter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung mehrere in einem einzigen Mantel angeordnete Verdichter, welche durch denselben Motor angetrieben werden.
Aufgrund von Energiekosten und -einsparung besteht Nachfrage nach Kältemittel-Motorverdichtergeräten mit einer Ausgangsleistung, die bedarfsgerecht geändert werden kann. Zur Erfüllung dieser Forderung wurden viele verschiedene Systeme vorgeschlagen. Ein solches System umfasst das Entlasten eines oder mehrerer Zylinder bei einem Verdichter mit mehreren Zylindern oder das Ändern des Reexpansionsvolumens zum Zweck des Änderns der Ausgangsleistung der Verdichteranlage. Diese Anlagen neigen dazu, relativ komplex zu sein, und der Wirkungsgrad der Verdichteranlage ist im entlasteten Zustand nicht optimal. Verdichter veränderlicher Drehzahl werden ebenfalls eingesetzt, sie erfordern aber teure Steuerungen, zudem bringen die Drehzahlsteuerung und der Motor-Verdichterwirkungsgrad zumindest bei Betrieb im Zustand verringerter Leistung gewisse Wirkungsgradprobleme mit sich.
Es wurden auch Verdichteranlagen entwickelt, welche an Stelle eines einzigen ausreichend großen Verdichters für das Aufnehmen maximaler Last mehrere kleinere Motor-Verdichter mit einer kombinierten Leistung gleich der erforderlichen Maximalleistung umfassen. Diese Multi-Verdichteranlagen umfassen Mittel für das Steuern der gesamten Anlage solcherart, dass nicht alle der Verdichter gezielt aktiviert und deaktiviert werden, wenn die Leistung verändert werden soll. Diese Multi-Verdichtergeräte weisen einen guten Wirkungsgrad auf, doch erfordern sie eine komplexe Zusammenschaltungsinstallation, wobei sie Mittel für das Vornehmen der Schmierölsteuerung umfassen, um sicherzustellen, dass das gesamte Öl unter allen Verdichtern gleichmäßig verteilt bleibt.
Eine Weiterentwicklung der Multi-Verdichteranlagen umfasst das Aufnehmen von mehreren Standard-Motorverdichtergeräten in einem gemeinsamen Mantel. Der gemeinsame Mantel maximiert die Kompaktheit der Anlage und bietet einen gemeinsamen Ölsumpf für gleiche Ölverteilung, einen gemeinsamen Sauggaseinlass und einen gemeinsamen Druckgasauslass. Diese Einmantel-Multi-Verdichtergeräte haben sich auf dem Markt bewährt, doch neigen sie dazu, relativ groß zu sein, und das Mittel für das Steuern der gesamten Anlage ist immer noch etwas komplex.
Die ständige Entwicklung von Multi-Verdichteranlagen zielt auf das Verringern der Gesamtkosten und der Gesamtgröße sowie auf das Vereinfachen der Steuersysteme ab, welche die Leistungsgröße dieser Anlagen bestimmen. JP 11 141483 offenbart eine Maschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung gibt eine Scrollmaschine nach Anspruch 1 an die Hand. Somit wird dem Gebiet eine duale Verdichteranlage zur Verfügung gestellt, bei welcher ein Verdichter an entgegengesetzten Enden einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet ist. Ein Motorrotor wird vorzugsweise durch Presspassung mit dem mittleren Teil der Antriebswelle verbunden, und der Motorrotor ist idealerweise in einem Motorstator angeordnet. Somit können beide Verdichter durch den gleichen Motor angetrieben werden. Die Steuerung der Leistung der dualen Verdichteranlage der Ausführung wird durch einen Motor veränderlicher Drehzahl oder durch ein Kapazitätssteuersystem unter Verwendung der Impulsbreitenmodulation (PWM), welches in einen oder beide der zwei Verdichter integriert wird, verwirklicht. Bei Integrieren eines Motors veränderlicher Drehzahl für die Kapazitätssteuerung kann die Kapazität von 0% bis 100% verändert werden. Bei Integrieren des PWM-Kapazitätssteuersystems in einen der Verdichter kann die Kapazität von 50% bis 100% verändert werden. Bei Integrieren des PWM-Kapazitätssteuersystems in beide Verdichter kann die Kapazität von 0% bis 100% verändert werden. Die Kapazität eines oder beider Verdichter kann durch Verwenden von Dampfeinspritzung auf etwa 120% der Kapazität erhöht werden, um den Bereich der dualen Verdichteranlage bei Bedarf zu vergrößern.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend folgenden eingehenden Beschreibung hervor.
Die vorliegende Erfindung geht aus der eingehenden Beschreibung und den Begleitzeichnungen deutlicher hervor. Hierbei zeigen:
1 eine vertikale Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Motor-Verdichteranlage.
2 eine vertikale Querschnittansicht der in 1 gezeigten Motor-Verdichteranlage, wobei einer der beiden Verdichter eine Impulsbreitenmodulation verwendende Kapazitätssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
3 eine vergrößerte Schnittansicht der in 2 gezeigten Kolbenanordnung;
4 eine Draufsicht auf den in 3 gezeigten Druckstutzen;
5 eine Endschnittansicht des in 2 gezeigten Verdichters;
6 eine Seitenansicht eines der in 2 gezeigten nicht orbitierenden Scrollelemente;
7 eine Querschnittdraufsicht auf das in 6 gezeigte nicht orbitierende Scrollelement;
8 eine vergrößerte Schnittansicht des in 2 gezeigten Einspritzstutzens;
9 eine Endansicht des in 8 gezeigten Stutzens;
10 ein schematisches Diagramm einer Kältemittelanlage, welche das erfindungsgemäße Kapazitätssteuersystem einsetzt;
11 ein Diagramm, welches die Kapazität des Verdichters zeigt, welcher das erfindungsgemäße Kapazitätssteuersystem einsetzt; und
12 eine vertikale Schnittansicht der in 1 gezeigten Motor-Verdichteranlage, wobei beide Verdichter eine die Impulsbreitenmodulation verwendende Kapazitätssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzen.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungen) ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten beschränkten.
Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen über die ganzen verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, wird in 1 eine erfindungsgemäße Verdichteranlage mit mehreren Verdichtern gezeigt, welche allgemein durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet ist. Die Verdichteranlage 10 umfasst einen im Allgemeinen zylinderförmigen hermetischen Mantel 12, an dem an jedem Ende desselben eine Endabdeckung 14 und am mittleren Teil desselben ein Grundteil 16 angeschweißt ist. Der Mantel 12 ist mit einem Saugeinlass-Stutzen 18 versehen, und jede Abdeckung 14 ist mit einem Kältemittel-Druckstutzen 20 versehen, welche darin das übliche Druckventil aufweisen kann. Eine quer verlaufende Abtrennung 22 ist an jedem Ende des Mantels 12 durch Anschweißen um ihren Umfang am gleichen Punkt, an dem jede Endabdeckung 14 an dem Mantel 12 angeschweißt ist, befestigt. Ein Verdichtermontagerahmen 24 ist in den Mantel 12 eingepresst.
Hauptelemente der Verdichteranlage 10, die an dem Rahmen 24 befestigt sind, umfassen ein Paar von zweistückigen Lageranordnungen 26 und einen Motorstator 28. Eine Antriebswelle oder Kurbelwelle 30 mit einem Paar exzentrischer Kurbelstifte 32 an entgegengesetzten Enden derselben ist in einem Paar Lager 34 drehbar gelagert, welche jeweils in einer an einer jeweiligen Hauptlageranordnung 26 befestigten Ölpumpe 36 befestigt sind. Die Kurbelwelle 30 weist an jedem Ende derselben eine sich axial erstreckende Bohrung 38 auf, welche mit einer jeweiligen sich radial erstreckenden Bohrung 40 in Verbindung steht, um den sich bewegenden Komponenten der Verdichteranlage 10 Schmieröl zuzuführen. Der untere Teil des Mantels 12 bildet einen Ölsumpf 42, welcher bis zu einem Pegel etwas über dem unteren Ende eines Rotors 44 mit Schmieröl gefüllt ist. Jede Ölpumpe 36 saugt Öl aus dem Ölsumpf 42 und pumpt das Öl in eine Kammer 46, welche durch die Ölpumpe 36 und die Hauptlageranordnung 26 gebildet ist. Eine Dichtung 48 dichtet jede Kammer 46 ab, und ein (nicht dargestellter) Leckölanschluss hält den Ölstand in der Kammer 46 aufrecht. Öl von der Kammer 46 strömt durch die radiale Bohrung 40 in die sich axial erstreckende Bohrung 38 und zu den sich bewegenden Komponenten der Verdichteranlage 10, welche der Schmierung bedürfen.
Die Kurbelwelle 30 wird durch einen Elektromotor drehbar angetrieben, welcher einen Stator 28, durch diesen verlaufende Wicklungen 50 und einen durch Presspassung mit der Kurbelwelle 30 verbundenen Rotor 44 umfasst. Ein Paar Gegengewichte 52 sind an entgegengesetzten Enden der Kurbelwelle 30 neben einem jeweiligen Kurbelstift 32 befestigt.
Die obere Fläche jeder zweistückigen Hauptlageranordnung 26 ist mit einer flachen Drucklagerfläche 54 versehen, an welcher ein jeweiliges orbitierendes Scrollelement 56 mit der üblichen spiralförmigen Schaufel oder Wicklung 58, welche sich von einer Endplatte 60 nach außen erstreckt, angeordnet ist. Von der unteren Fläche jeder Endplatte 60 jedes orbitierenden Scrollelements 56 ragt ein zylinderförmiger Ansatz 62, welcher ein Wellenzapfenlager darin aufweist und in welchem ein Mitnehmereinsatz 66 mit einer Innenbohrung drehend angeordnet ist, in welcher ein jeweiliger Kurbelstift 32 treibend angeordnet ist. Jeder Kurbelstift 32 weist eine Abflachung an einer Fläche auf, welche mit einer in einem Teil der Innenbohrung jedes Miteinnehmersatzes 66 ausgebildeten flachen Fläche treibend greift, um eine radial nachgiebige Antriebsanordnung vorzusehen, wie sie in dem U.S. Patent 4,877,382 des Patentanmelders gezeigt wird. Ein Paar Oldham-Kupplungen 68 sind ebenfalls zwischen jedem orbitierenden Scrollelement 56 und jeder zweistückigen Lagergehäuseanordnung 26 positioniert vorgesehen. Jede Oldham-Kupplung 68 ist auf ein jeweiliges orbitierendes Scrollelement 56 und auf ein jeweiliges nicht orbitierendes Scrollelement 70 abgestimmt, um eine Drehung eines jeweiligen orbitierenden Scrollelements 56 zu verhindern.
Jedes nicht orbitierende Scrollelement 70 ist ferner mit einer sich von einer Endplatte 74 erstreckenden Wicklung 72 versehen, welche in kämmendem Eingriff mit einer jeweiligen Wicklung 58 eines jeweiligen orbitierenden Scrollelements 56 steht. Jedes nicht orbitierende Scrollelement 70 weist einen mittig angeordneten Druckkanal 76 auf, welcher mit einer mittig offenen Aussparung 78 in Verbindung steht, welche wiederum in Fluidverbindung mit einer durch jede Endabdeckung 14 und jede Abtrennung 22 gebildeten Ablassdruckkammer 80 steht. Ferner ist eine ringförmige Aussparung 82 in jedem nicht orbitierenden Scrollelement 70 ausgebildet, in welcher eine jeweilige Schwimmdichtungsanordnung 84 angeordnet ist.
Die Aussparungen 78 und 82 sowie die Schwimmdichtungsanordnungen 84 bilden zusammen axiale Druckvorspannkammern aus, welche mit Druck beaufschlagtes Fluid aufnehmen, welches durch die jeweiligen Wicklungen 58 und 72 verdichtet wird, so dass auf ein jeweiliges nicht orbitierendes Scrollelement 70 eine axiale Vorspannkraft ausgeübt wird, um dadurch die Spitzen der jeweiligen Wicklungen 58 und 72 in dichtenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Endplattenflächen der Endplatten 74 bzw. 60 zu drücken. Die Schwimmdichtungsanordnungen 84 sind vorzugsweise von der in dem U.S. Patent Nr. 5,156,539 des Patentanmelders eingehender beschriebenen Art. Nicht orbitierende Scrollelemente sind so gestaltet, dass sie für eine beschränkte axiale Bewegung an einer jeweiligen zweistückigen Hauptlagergehäuseanordnung 26 in geeigneter Weise angebracht werden können, wie in dem eingangs erwähnten U.S. Patent Nr. 4,877,382 oder dem U.S. Patent Nr. 5,102,316 des Patentanmelders offenbart wird.
Der Mantel 12 bildet eine Saugdruckkammer 90, welche ein Gas zur Verdichtung von dem Sauggaseinlass-Stutzen 18 aufnimmt. Das Gas in der Saugdruckkammer 90 wird an dem radial äußeren Teil beider Gruppen von kämmenden Scrollelementen 56 und 70 eingelassen, es wird durch beide Gruppen von Wicklungen 58 und 72 verdichtet und wird durch den Druckkanal 76 und die Aussparungen 78 in eine jeweilige Ablassdruckzone 80 abgelassen. Das verdichtete Gas tritt durch jeweilige Druckstutzen 20 aus jeder Ablassdruckzone 80 aus. (Nicht dargestellte) Rohre, die an jedem Druckstutzen befestigt sind, führen Gas von beiden Druckstutzen 20 in einem (nicht dargestellten) gemeinsamen Rohr zusammen, welches dann durch Rohre zu der das verdichtete Gas verwendenden Einrichtung geleitet wird.
Wenn erwünscht ist, ein Kapazitätssteuersystem in die Verdichteranlage 10 zu integrieren, kann der Elektromotor als Motor veränderlicher Drehzahl ausgelegt werden. Die Bauweise für den Motor veränderlicher Drehzahl, welcher einen Stator 28, Wicklungen 50 und einen Rotor 44 umfasst, ist auf dem Gebiet wohl bekannt und wird nicht eingehend erläutert. Durch Vorsehen einer Kapazität veränderlicher Drehzahl beim Elektromotor kann die Kapazität des Verdichters 10 zwischen 10% und 100% verändert werden.
Unter Bezug nun auf 2 wird eine Verdichteranlage gezeigt, welche ein einzigartiges Kapazitätssteuersystem nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung umfasst und welche allgemein mit der Bezugsziffer 110 bezeichnet ist. Die Verdichteranlage 110 ist die gleiche wie die Verdichteranlage 10, abgesehen davon, dass ein Paar Scrollelemente 56 und 70 ein Kapazitätssteuersystem 112 enthalten.
Das Steuersystem 112 umfasst einen Druckstutzen 114, einen Kolben 116, einen Mantelstutzen 118, ein Magnetventil 120, ein Steuermodul 122 und eine Sensoranordnung 124 mit einem oder mehreren geeigneten Sensoren. Der Druckstutzen 114 ist in der offenen Aussparung 78 schraubend aufgenommen oder anderweitig befestigt. Der Druckstutzen 114 bildet einen Innenhohlraum 126 und mehrere Druckkanäle 128 aus. Ein Druckventil 130 ist unter dem Stutzen 114 und unter dem Hohlraum 126 angeordnet. Dadurch überwindet mit Druck beaufschlagtes Gas die Vorspannlast des Druckventils 130, so dass das Druckventil 130 geöffnet wird und das mit Druck beaufschlagte Gas in den Hohlraum 126, durch die Kanäle 128 und in die Ablassdruckkammer 80 strömen kann.
Unter Bezug nun auf die 2, 3 und 4 wird die Anordnung des Druckstutzens 114 und des Kolbens 116 eingehender gezeigt. Der Druckstutzen 114 bildet einen ringförmigen Flansch 134. An dem Flansch 134 liegen ein Lippenring 136 und eine schwimmende Halterung 138 an. Der Kolben 116 wird mit dem Druckstutzen 114 durch Presspassung verbunden oder anderweitig daran befestigt, und der Kolben 116 bildet einen ringförmigen Flansch 140, welcher den Lippenring 136 und die Halterung 138 zwischen dem Flansch 140 und dem Flansch 134 sandwichartig einschließt. Der Druckstutzen 114 bildet einen Durchlass 142 und eine Öffnung 144, welche sich durch den Druckstutzen 114 erstreckt, um die Ablassdruckkammer 80 mit einer Druckkammer 146 fluidisch zu verbinden, welche durch den Druckstutzen 114, den Kolben 116, den Lippenring 136, die Halterung 138 und die Endabdeckung 14 gebildet wird. Der Mantelstutzen 118 ist in einer durch die Endabdeckung 14 ausgebildeten Bohrung befestigt und nimmt die Anordnung aus Druckstutzen 114, Kolben 116, Lippenring 136 und Halterung 138 gleitend auf. Die Druckkammer 146 ist durch ein Rohr 150 mit dem Magnetventil 120 und mit dem Saugstutzen 18 fluidisch verbunden und somit durch ein Rohr 152 mit der Saugdruckkammer 90. Die Kombination aus Kolben 116, Lippenring 136 und Schwimmhalterung 138 erzeugt ein selbst zentrierendes Abdichtsystem, um eine präzise Ausrichtung zur Innenbohrung des Mantelstutzens 118 zu bieten. Der Lippenring 136 und die Schwimmhalterung 138 weisen eine ausreichende radiale Nachgiebigkeit auf, so dass jede Fehlausrichtung zwischen der Innenbohrung des Mantelstutzens 118 und der Innenbohrung der offenen Aussparung 78, in welcher der Druckstutzen 114 befestigt ist, durch den Lippenring 136 und die Schwimmhalterung 138 ausgeglichen wird.
Um das nicht orbitierende Scrollelement 70 in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 56 für einen normalen Volllastbetrieb vorzuspannen, wird das Magnetventil 120 durch das Steuermodul 122 als Reaktion auf die Sensoranordnung 124 deaktiviert (oder aktiviert), um Fluid zwischen den Rohren 150 und Rohr 152 zu sperren. In dieser Position steht die Kammer 146 durch den Durchlass 142 und die Öffnung 144 in Verbindung mit der Ablassdruckkammer 80. Das bei Ablassdruck beaufschlagte Fluid in den Kammern 80 und 146 wirkt auf gegenüberliegende Seiten des Kolbens 16, wodurch das normale Vorspannen des nicht orbitierenden Scrollelements 70 hin zu dem orbitierenden Scrollelement 56 ermöglicht wird, um die axialen Enden jedes Scrollelements mit der jeweiligen Endplatte des gegenüberliegenden Scrollelements dichtend einzurücken. Das axiale Abdichten der beiden Scrollelemente 56 und 70 lässt die Verdichteranlage 110 bei 100% Kapazität arbeiten.
Um die Verdichteranlage 110 zu entlasten, wird das Magnetventil 120 durch das Steuermodul 122 als Reaktion auf die Sensoranordnung 124 aktiviert (bzw. deaktiviert). Bei Aktivieren (oder Deaktivieren) des Magnetventils 120 steht die Saugdruckkammer 90 über den Saugstutzen 18, das Rohr 152, das Magnetventil 120 und das Rohr 150 in direkter Verbindung mit der Kammer 146. Wenn das mit Ablassdruck beaufschlagte Fluid für ein Ansaugen durch die Kammer 146 freigesetzt wird, bewegt der Druckunterschied an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 116 das nicht orbitierende Scrollelement 70 nach rechts, wie in 2 gezeigt wird, um das axiale Ende der Spitzen jedes Scrollelements mit seiner jeweiligen Endplatte zu lösen, und die höher druckbeaufschlagten Taschen lassen gegenüber den niedriger druckbeaufschlagten Taschen und schließlich gegenüber der Saugdruckkammer 90 Druck ab. Die Öffnung 144 ist enthalten, um das Strömen von Druckgas zwischen der Ablassdruckkammer 80 und der Kammer 146 zu steuern. Wenn die Kammer 146 mit der Saugseite des Verdichters verbunden ist, wird dadurch der Druckunterschied an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 116 erzeugt. Eine Wellenfeder 160 ist enthalten, um während der Modulation des nicht orbitierenden Scrollelements 70 die dichtende Beziehung zwischen der Schwimmdichtungsanordnung 84 und der Abtrennung 22 aufrecht zu erhalten. Wenn zwischen den beiden Scrollelementen 56 und 70 ein Spalt erzeugt wird, wird die kontinuierliche Verdichtung des Sauggases unterbunden. Wenn dieses Entlasten eintritt, bewegt sich das Druckventil 130 in seine geschlossene Stellung, wodurch das Zurückströmen des mit hohem Druck beaufschlagten Fluids von der Ablassdruckkammer 80 oder der stromabwärts gelegenen Kälteanlage verhindert wird. Wenn die Verdichtung des Sauggases wieder aufgenommen werden soll, wird das Magnetventil 120 deaktiviert (bzw. aktiviert), um das Strömen von Fluid zwischen den Rohren 150 und 152 wieder zu sperren, was das Druckbeaufschlagen der Kammer 146 durch die Ablassdruckkammer 80 über den Durchlass 142 und die Öffnung 144 ermöglicht.
Das Steuermodul 122 steht mit der Sensoranordnung 124 in Verbindung, um die erforderlichen Informationen zu liefern, damit das Steuermodul 122 den Grad der erforderlichen Entlastung für die zu diesem Zeitpunkt herrschenden jeweiligen Bedingungen der die Verdichteranlage 110 enthaltenden Kälteanlage ermitteln kann. Beruhend auf diesen Informationen steuert das Steuermodul 122 das Magnetventil 120 in einem gepulsten Breitenmodulationsmodus, um die Kammer 146 abwechselnd mit der Ablassdruckkammer 80 und der Saugdruckkammer 90 in Verbindung zu setzen. Die Häufigkeit, mit welcher das Magnetventil 120 im gepulsten Breitenmodulationsmodus gesteuert wird, bestimmt die prozentuale Betriebskapazität einer Gruppe von Scrollelementen 56 und 70 der Verdichteranlage 110. Wenn sich die erfassten Bedingungen ändern, verändert das Steuermodul 122 die Einsatzhäufigkeit des Magnetventils 120 und somit die relativen Zeitlängen, bei welchen eine Gruppe von Scrollelementen 56 und 70 der Verdichteranlage 110 in einem belasteten und entlasteten Zustand betrieben wird. Das Verändern der Einsatzhäufigkeit des Magnetventils 120 kann den Betrieb einer Gruppe von Scrollelementen 58 und 70 zwischen Volllast bzw. 100% Kapazität und vollständig entlastet bzw. 0% Kapazität oder bei einer Einstellung aus einer unendlichen Anzahl an Zwischeneinstellungen als Reaktion auf Systemforderungen veranlassen. Dies hat die Wirkung, dass die Kapazität der Verdichteranlage 110 zwischen 50% und 100% verändert wird.
Unter Bezug nun auf die 5, 6 und 7 wird eine Fluideinspritzanlage 168 für die Verdichteranlage 110 in größerem Detail gezeigt. Die Verdichteranlage 110 weist die Fähigkeit auf, dass Fluid in die mittleren druckbeaufschlagten, sich bewegenden Kammern an einem Punkt zwischen der Saugdruckkammer 90 und der Ablassdruckkammer 80 eingespritzt werden kann. Ein Fluideinspritzstutzen 170 erstreckt sich durch den Mantel 12 und ist fluidisch mit einem Einspritzrohr 172 verbunden, welches wiederum mit einem Einspritzstutzen 174 fluidisch verbunden ist, welcher an dem nicht orbitierenden Scrollelement 70 befestigt ist. Das nicht orbitierende Scrollelement 70 bildet ein Paar radialer Durchlässe 176 aus, von denen sich jeder zwischen dem Einlassstutzen 174 und einem Paar axialer Durchlässe 178 erstreckt. Die axialen Durchlässe 178 sind gegenüber den sich bewegenden Kammern an gegenüberliegenden Seiten eines nicht orbitierenden Scrollelements 70 der Verdichteranlage 110 offen, um das Fluid in diese sich bewegenden Kammern nach Bedarf eines Steuersystems einzuspritzen, welches auf dem Gebiet gut bekannt ist.
Unter Bezug nun auf die 8 und 9 wird ein Stutzen 170 in größerem Detail gezeigt. Der Stutzen 170 umfasst einen inneren Teil 180 und einen äußeren Teil 182. Der innere Teil 180 umfasst einen L-förmigen Durchlass 184, welcher an einem Ende das Einspritzrohr 172 dichtend aufnimmt. Der äußere Teil 182 erstreckt sich von der Außenseite des Mantels 12 zur Innenseite des Mantels 12, wo er einheitlich oder integral mit dem inneren Teil 180 ausgeführt ist. Eine Schweiß- oder Hartlötbefestigung 186 befestigt den Stutzen 170 an dem Mantel 12 und dichtet ihn an diesem ab. Der äußere Teil 182 bildet eine Bohrung 190, welche eine Verlängerung des L-förmigen Durchlasses 184 ist. Der äußere Teil 182 bildet ferner eine zylinderförmige Bohrung 192, an welcher die Rohre der Kälteanlage befestigt sind.
10 zeigt die Dampfeinspritzanlage 168, welche Fluid für die Fluideinspritzanlage der Verdichteranlage 110 liefert. Die Verdichteranlage 110 wird in einer Kälteanlage gezeigt, welche einen Kondensator 194, ein erstes Expansionsventil bzw. Drossel 196, ein Entspannungsgefäß bzw. einen Vorwärmer 198, ein zweites Expansionsventil bzw. Drossel 200, einen Verdampfer 202 und eine Reihe von Rohren 204 umfasst, welche wie in 10 gezeigt die Komponenten miteinander verbinden. Die Verdichteranlage 110 wird durch den Motor betrieben, um das Kältemittelgas zu verdichten. Das verdichtete Gas wird dann durch den Kondensator 194 verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel passiert das Expansionsventil 196 und dehnt sich im Entspannungsgefäß 198 aus, wo es in Gas und Flüssigkeit abgeschieden wird. Das gasförmige Kältemittel strömt weiter durch die Rohrleitung 206, um durch den Stutzen 170 in die Verdichteranlage 110 eingeleitet zu werden. Das zurückbleibende flüssige Kältemittel dagegen dehnt sich im Expansionsventil 200 weiter aus, wird dann im Verdampfer 202 verdampft und wird wieder in die Verdichteranlage 110 eingeleitet.
Das Aufnehmen des Entspannungsgefäßes 198 und der restlichen Dampfeinspritzanlage 168 macht eine Zunahme der Kapazität einer Gruppe von Scrollelementen 56 und 70 der Verdichteranlage 110 über die festgelegte Kapazität einer Gruppe von Scrollelementen 56 und 70 der Verdichteranlage 110 möglich. Typischerweise kann bei Standardklimatisierungsbedingungen die Kapazität eines der Scrollelemente um etwa 20% angehoben werden, um eine Gruppe von Scrollelementen mit 120% ihrer Kapazität zu liefern, was 110% der Kapazität der Verdichteranlage 110 ist, wie in der Kurve in 11 gezeigt wird. Um die Kapazität einer Gruppe von Scrollelementen 58 und 70 der Verdichteranlage 110 steuern zu können, wird ein Magnetventil 208 in der Rohrleitung 206 angeordnet. Der prozentuale Anstieg der Kapazität einer Gruppe von Scrollelementen 56 und 70 der Verdichteranlage 110 kann durch Betreiben des Magnetventils 208 in einem Impulsbreitenmodulationsmodus gesteuert werden. Bei Betreiben in einem Impulsbreitenmodulationsmodus in Verbindung mit dem Kapazitätssteuersystem 112 der Verdichteranlage 110 lässt das Magnetventil 208 ein Positionieren der Kapazität der Verdichteranlage 110 an beliebiger Stelle entlang der in 11 gezeigten Linie zu.
Unter Bezug nun auf 12 wird eine Verdichteranlage gezeigt, welche ein einzigartiges Kapazitätssteuersystem nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung enthält und welche allgemein mit der Bezugsziffer 210 bezeichnet ist. Die Verdichteranlage 210 gleicht der Verdichteranlage 110, abgesehen davon, dass beide Paare von Scrollelementen 56 und 70 sowohl das Kapazitätssteuersystem 112 als auch die Fluideinspritzanlage 168 umfassen. Durch Integrieren des Kapazitätssteuersystems 112 und der Fluideinspritzanlage 168 in beide Paare von Scrollelementen 56 und 70 kann die Kapazität der Verdichteranlage 210 von 0% auf 120% verändert werden.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und daher sollen Abänderungen, die nicht vom Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche abweichen, in den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims

Scrollmaschine (10), welche umfasst: – einen Außenmantel (12); – einen in dem Mantel (12) angeordneten ersten Scrollverdichter; – einen in dem Mantel (12) angeordneten zweiten Scrollverdichter; – eine sich zwischen dem ersten und dem zweiten Scrollverdichter erstreckende und mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Scrollverdichter gekoppelte Antriebswelle (30); – einen in dem Mantel (12) zwischen dem ersten und dem zweiten Scrollverdichter angeordneten Motor, welcher treibend mit der Antriebswelle (30) gekoppelt ist und gekennzeichnet ist durch: einen zwischen dem Motor und dem Mantel (12) angeordneten Rahmen (24).
Scrollmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor umfasst: – einen an dem Rahmen (24) angebrachten Stator (28) und – einen an der Antriebswelle (30) angebrachten Rotor (44).
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Scrollverdichter umfasst: – ein erstes Scrollelement (70), welches eine von einer ersten Endplatte (74) nach außen hervorstehende erste Spiralwicklung (72) aufweist; – ein zweites Scrollelement (56), welches eine von einer zweiten Endplatte (60) nach außen hervorstehende zweite Spiralwicklung (58) aufweist, wobei die zweite Spiralwicklung mit der ersten Spiralwicklung (72) verschachtelt ist, um mehrere erste sich bewegende Kammern dazwischen auszubilden, wenn das zweite Scrollelement (56) bezüglich des ersten Scrollelements (70 orbitiert; und – ein an dem Mantel (12) angebrachtes erstes Hauptlagergehäuse (26), welches die Antriebswelle (30) drehbar lagert.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Scrollverdichter umfasst: – ein drittes Scrollelement (70), welches eine von einer dritten Endplatte (74) nach außen hervorstehende dritte Spiralwicklung (72) aufweist; – ein viertes Scrollelement (56), welches eine von einer vierten Endplatte (60) nach außen hervorstehende vierte Spiralwicklung (58) aufweist, wobei die vierte Spiralwicklung (58) mit der dritten Spiralwicklung (72) verschachtelt ist, um mehrere zweite sich bewegende Kammern dazwischen auszubilden, wenn das vierte Scrollelement (56) bezüglich des dritten Scrollelements (70 orbitiert; und – ein an dem Mantel (12) angebrachtes zweites Hauptlagergehäuse (26), welches die Antriebswelle (30) drehbar lagert.
Scrollmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (24) zwischen dem ersten Hauptlagergehäuse (26) und dem Mantel (12) angeordnet ist.
Scrollmaschine nach Anspruch 4 bei Abhängigkeit von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (24) zwischen dem ersten Hauptlagergehäuse (26) und dem Mantel (12) sowie zwischen dem zweiten Hauptlagergehäuse (26) und dem Mantel (12) angeordnet ist.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (12) eine Saugdruckkammer (90) in Verbindung mit dem ersten und dem zweiten Scrollverdichter, eine erste Ablassdruckkammer (80) in Verbindung mit dem ersten Scrollverdichter und eine zweite Ablasskammer (80) in Verbindung mit dem zweiten Scrollverdichter ausbildet.
Scrollmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Scrollverdichter in der Saugdruckkammer (90) angeordnet sind.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche weiterhin ein erstes Kapazitätsmodulationssystem (112) für das Ändern der Kapazität des ersten Scrollverdichters umfasst.
Scrollmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapazitätsmodulationssystem ein erstes Impulsbreitenmodulationssystem (112) umfasst.
Scrollmaschine nach Anspruch 9 oder 10, welche weiterhin ein zweites Kapazitätsmodulationssystem (112) für das Ändern der Kapazität des zweiten Scrollverdichters umfasst.
Scrollmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kapazitätsmodulationssystem ein zweites Impulsbreitenmodulationssystem (112) umfasst.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein drehzahlveränderlicher Motor ist.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche weiterhin ein Fluideinspritzfitting (170) für die Implementation eines Dampfeinspritzsystems (168) umfasst.
Scrollmaschine nach Anspruch 7, welche weiterhin einen einzelnen Saugeinlass (18) umfasst, welcher sich durch den Außenmantel (12) und in Verbindung mit der Saugdruckkammer (90) erstreckt.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (30) einen ersten exzentrischen Kurbelstift (32) und einen zweiten exzentrischen Kurbelstift (32) umfasst, wobei der erste und der zweite Kurbelstift (32) eine exzentrisch von einer Achse der Antriebswelle (30) angeordnete Kurbelstiftachse ausbilden.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche weiterhin eine erste Ölpumpe (36) und einen Ölsumpf (42) umfasst, wobei die erste Ölpumpe (36) in Verbindung mit dem Ölsumpf (42) und dem ersten Scrollverdichter steht.
Scrollmaschine nach Anspruch 17, welche weiterhin eine zweite Ölpumpe (36) in Verbindung mit dem Ölsumpf (42) und dem zweiten Scrollverdichter umfasst.
Scrollmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel einen im Allgemeinen zylindrischen Mantel (12), eine an einem Ende des im Allgemeinen zylindrischen Mantels (12) angeschweißte erste Endabdeckung (14) und eine an dem gegenüberliegenden Ende des im Allgemeinen zylindrischen Mantels (12) angeschweißte zweite Endabdeckung (14) umfasst.
Scrollmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel einen im Allgemeinen zylindrischen Mantel (12) umfasst und wobei er weiterhin einen entlang einer zylindrischen Seitenwand des Außenmantels (12) angeordneten Ölsumpf (42) umfasst.