DE69925337T2

DE69925337T2 - Spiralverdichterkontrol beim Abstellen um rückwärtige Drehbewegung zu verhindern

Info

Publication number: DE69925337T2
Application number: DE69925337T
Authority: DE
Inventors: Alexander Manlius Lifson
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2006-01-19
Also published as: DE69925337T8; EP0972944A3; JP3041304B2; US6042344A; EP0972944A2; ATE295937T1; DE69925337D1; EP0972944B1; DK0972944T3; JP2000045970A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren zum Steuern eines Entlastungsventils in einem Spiralverdichter bei Stilllegung, um eine antriebslose Rotation in gegenläufiger Richtung zu verhindern.
Spiralverdichter finden bei Klimaanlagen- und Kühlmittelanwendungen immer häufiger Verwendung. Jedoch gibt es für Konstrukteure von Spiralverdichtern immer noch Herausforderungen hinsichtlich der Ausbildung von diesen. Eine bestehende Herausforderung hinsichtlich des Betriebes von Spiralverdichtern besteht in der antriebslosen Rotation in gegenläufiger Richtung bei Stilllegung.
Wie bekannt ist, bestehen Spiralverdichter aus zwei zwischen einander passenden, im Allgemeinen spiralförmigen Wickelbereichen. Die zwischen einander passenden Wickelbereiche bilden Kompressionsdrucktaschen. Normalerweise läuft einer der Wickelbereiche relativ zu dem anderen um, wobei sich die Größe der Kompressionstaschen ändert, um ein eingeschlossenes Fluid zu verdichten. Die umlaufende Spirale wird über eine Welle von einem Elektromotor angetrieben. Bei Stilllegung, wenn die Energieversorgung abgeschaltet wird, wird von dem Motor kein Drehmoment aufgebracht, und die umlaufende Spirale kann beginnen, sich in gegenläufiger Richtung zu drehen, wenn das unter hohem Druck stehende Fluid aus der Austrittsleitung und dem Verdichteraustrittstopf durch die Kompressionselemente in den Verdichteransaugbereich zurück expandiert. Nachdem der Druck ausgeglichen oder nahezu ausgeglichen ist, wird die Rotation in gegenläufiger Richtung gestoppt. In ähnlicher Weise kann eine antriebslose gegenläufige Rotation auftreten, wenn das Fluid aus einer Economizer-Leitung durch Kompressionselemente hindurch in den Verdichteransaugbereich expandiert. Diese gegenläufige Rotation kann unerwünschtes Geräusch hervorrufen und kann außerdem weitere betriebsmäßige Probleme verursachen.
Aus diesem Grund hat man im Stand der Technik Versuche unternommen, das Auftreten von antriebsloser gegenläufiger Rotation zu reduzieren oder zu eliminieren. Zum größten Teil beinhalteten die Vorschläge zum Lösen des Problems der antriebslosen gegenläufigen Rotation die Anwendung von zusätzlichen Elementen in dem Spiralverdichter. Eine der früheren Lösungen bestand in der Verwendung eines internen Verdichter-Rückschlagventils, das sich dann schließt, wenn unter hohem Druck stehendes Fluid aus der Austrittsleitung nach Stilllegung in den Verdichter zurückschlagen bzw. zurückströmen würde. Das Rückschlagventil blockierte das unter hohem Druck stehende Fluid und hinderte es am Eintreten in die Wickelbereiche und führte somit zu einer Minimierung der Dauer oder einer Eliminierung der unerwünschten gegenläufigen Rotation. Die US 5 167 491 offenbart einen rotierenden Verdichter mit einer Umgehungseinrichtung von der hohen auf die niedrige Druckseite, um gegenläufige Rotation zu verhindern. Die Ansprüche 1 und 6 zeichnen sich gegenüber dieser Offenbarung aus. Die EP 0 681 105 beschreibt eine Spiralmaschine mit einer zwischengeordneten Druckkammer, die betriebsmäßig dazu ausgebildet ist, einen Leckageweg zwischen der Austrittszone und der Ansaugzone der Spiralmaschine zu öffnen und zu schließen. Die US 5 640 854 offenbart eine Spiralmaschine mit Flüssigeinspritzung, die durch ein internes Ventil gesteuert wird.
Für Verdichter mit einem Economizer-Kreislauf kann jedoch das unter hohem Druck stehende Fluid stromaufwärts von dem Rückschlagventil in den Verdichter eintreten und immer noch eine gegenläufige Rotation hervorrufen. Somit hätte selbst die Einbeziehung teurer zusätzlicher interner Elemente, wie diese in der Vergangenheit häufig verwendet wurden, das Auftreten von antriebsloser gegenläufiger Rotation bei einem Spiralverdichter mit einem Economizer-Kreislauf nicht verhindert.
Daher wäre es wünschenswert, eine Lösung für das Problem der antriebslosen gegenläufigen Rotation zu finden, bei der dem Spiralverdichter keinerlei zusätzliche Komponenten hinzugefügt werden müssen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Spiralverdichters geschaffen, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt der Betrieb des Spiralverdichters unter Öffnen eines Entlastungs-Umgehungsventils kurz vor oder bei Stilllegung des Spiralverdichters. Durch Öffnen des Entlastungs-Umgehungsventils wird das unter hohem Druck eingeschlossene Fluid unter Umgehung der Kompressionselemente direkt zu der Saugleitung kurzgeschlossen. Auf diese Weise wird eine antriebslose gegenläufige Rotation reduziert oder eliminiert.
Das Entlastungsventil kommuniziert mit einer Economizer-Leitung und einer Saug-Einlassleitung. Es sind Economizer-Kreisläufe mit Verdichter-Merkmalen bekannt, bei denen ein zusätzliches Eintrittsfluid an einer zwischengeordneten Verdichtungsstelle in die Kompressionskammern eingespritzt wird. Eine Economizer-Leitung leitet Fluid unter einem Druck, der signifikant höher ist als der Saugdruck, in die Kompressionskammer. Aufgrund des beträchtlichen Volumens der Economizer-Leitung und ihrer zugehörigen Komponenten kann der unter hohem Druck stehende Dampf aus der Economizer-Leitung, der durch die Spiralverdichterelemente expandiert, die umlaufende Spirale bei Stilllegung in gegenläufiger Richtung antreiben.
Durch Öffnen eines Entlastungsventils zwischen der Economizer-Leitung und der Ansaugleitung bei oder kurz vor Stilllegung, wird das unter hohem Druck stehende Fluid in die Saugleitung geleitet, so dass es die Spiralverdichter-Wickelbereiche umgeht. Auf diese Weise wird jegliche antriebslose gegenläufige Rotation eliminiert, die durch unter hohem Druck stehenden Dampf in der Economizer-Leitung verursacht worden wäre. Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung in unabhängiger Weise oder zusätzlich zu anderen Verfahrensweisen zum Reduzieren oder Eliminieren von antriebsloser gegenläufiger Rotation verwendet werden kann.
Ferner ist auch darauf hinzuweisen, dass die Platzierung eines Entlastungsventils zwischen der Economizer-Leitung und der Saug-Einlassleitung in sich erfinderisch ist, da diese für eine Kapazitätsmodulation des Spiralverdichters sorgt und Gegenstand einer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel "Entlastungsventil zwischen Economizer- und Saugleitung" ist, der das amtliche Aktenzeichen 09/114395 zugeteilt worden ist und deren Inhaber der Begünstigte der vorliegenden Anmeldung ist und die als US-Patent mit der Nr. US 5 996 364 erteilt worden ist. Eine weitere Anmeldung von Interesse ist die 08/986 447, eingereicht am 12. Mai 1997, mit dem Titel "Gepulster Fluss zur Kapazitätssteuerung", wobei diese als US-Patent mit der Nr. US 6 047 556 erteilt worden ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das System mit einer Steuerung sowohl für den Elektromotor für den Spiralverdichter als auch für das Entlastungsventil versehen. Das Entlastungsventil wird zu einem Zeitpunkt in etwa fünf Sekunden vor Stilllegung des Motors geöffnet. Auf diese Weise wird das Problem der antriebslosen gegenläufigen Rotation vermindert oder eliminiert.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Spiralverdichter geschaffen, wie er in Anspruch 6 beansprucht ist.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten anhand der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu verstehen, die im Folgenden kurz beschrieben werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Darstellung eines Spiralverdichtersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Ein Spiralverdichtersystem 20 ist in 1 dargestellt und beinhaltet eine Pumpeneinheit 22, einen Motor 24, der eine umlaufende Spirale 26 antreibt, sowie eine nicht umlaufende Spirale 28. Wie bekannt ist, beinhalten die beiden Spiralelemente Wickelbereiche, die zwischen einander passen, um Kompressionstaschen zu bilden. Die Kompressionstaschen schließen ein Kühlmittel ein und verdichten dieses. Bei Stilllegung kann das unter hohem Druck stehende Kühlmittel in der Economizer- oder Austrittsleitung die umlaufende Spirale in einer gegenläufigen Richtung zu derjenigen Richtung antreiben, in der diese normalerweise angetrieben wird. Die gegenläufige Rotation kann mit Geräuschen verbunden und unerwünscht sein.
Der Spiralverdichter 20 beinhaltet eine Saugleitung 30 zum Zuführen von Kühlmittel zu der Pumpeneinheit 22 zum Verdichten von diesem sowie eine Austrittsleitung 32, die Kühlmittel zu stromabwärtigen Elementen in einem Kühlsystem leitet. Eine Economizer-Leitung 34 führt dem Spiralverdichter ein Economizer-Fluid zu. Wie bekannt ist, leitet eine Economizer-Leitung Fluid zu einer zwischengeordneten Stelle in dem Kompressionszyklus. Ein Economizer-Bereich eines Wärmetauschers 36 ist schematisch dargestellt. Ein Economizer-Kreislauf wird zum Steigern der Kapazität und der Effizienz des Kühlsystems insgesamt verwendet.
Bei Stilllegung kann jedoch das Vorhandensein der Economizer-Einlassleitung 34 zur Entstehung weiterer Probleme hinsichtlich einer antriebslosen gegenläufigen Rotation führen. Der Druck in der Economizer-Leitung 34 ist beträchtlich höher als der Druck in der Saugleitung 30, und aus diesem Grund kann gegenläufige Rotation auftreten, wenn unter hohem Druck stehender Dampf in der Economizer-Leitung 34 durch die Kompressionselemente expandiert, wenn das Entlastungsventil 40 geschlossen ist.
Daher können gemäß der vorliegenden Erfindung ein Entlastungsventil 40 und eine zugeordnete Verbindungspassage 38, die die Economizer-Leitung 34 di rekt mit der Saug-Einlassleitung 30 verbindet, bei oder kurz vor Stilllegung geöffnet werden. Entlastungsventile für die Kapazitätsmodulation sind bei Spiralverdichteranwendungen bekannt. Jedoch ist die Positionierung eines Entlastungsventils in einer derartigen Weise, dass die Economizer-Leitung mit der Saugleitung in Verbindung steht, neu. Diese neuartige Platzierung eines Entlastungsventils ist in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen Nr. 09/114395, eingereicht unter dem selben Datum und mit dem Titel "Entlastungsventil zwischen Economizer- und Saugleitung" ausführlich beschrieben, wobei diese Anmeldung als US 5 996 364 erteilt worden ist.
Was die vorliegende Anmeldung anbelangt, besteht das erfinderische, neuartige Verfahren darin, ein Entlastungsventil, welches einen Economizer mit einem auf Saugdruck befindlichen Bereich des Kompressors in Verbindung bringt, vorzugsweise kurz nach, bei oder unmittelbar vor Stilllegung zu betätigen, um eine antriebslose gegenläufige Rotation zu verhindern.
Eine Steuerung 42 für das Entlastungsventil 40 kommuniziert mit einer Steuerung 44 für das Gesamtsystem. Die Steuerung 44 kommuniziert mit dem Motor 24. Bei einer bevorzugten Ausführungsform öffnet die Steuerung 44 das Entlastungsventil 40, um die Economizer-Leitung 34 mit der Saugleitung 30 in Verbindung zu bringen, unmittelbar vor Stilllegung des Motors 24. Vorzugsweise wird das Entlastungsventil weniger als fünf Sekunden vor Stilllegung des Spiralverdichters geöffnet. In am meisten bevorzugter Weise kann diese Zeitdauer eine oder zwei Sekunden betragen. Auch kann das Öffnen innerhalb weniger Sekunden nach der Stilllegung stattfinden. Als ein Beispiel kann das Öffnen weniger als eine Sekunde nach Stilllegung erfolgen.
Es ist auch möglich, das Entlastungsventil zu dem gleichen Zeitpunkt zu öffnen, zu dem der Motor stillgelegt wird. Weiterhin ist es möglich, eine eingebaute Verzögerung in der Motor-Stilllegung zu haben. In diesen Fällen kann auf die Verwendung der Steuerungen 42 und/oder 44 verzichtet werden.
Wenn die Steuerung 44 feststellt, dass der Motor 24 stillgelegt wird, öffnet sie das Entlastungsventil 40 und nimmt dann die Stilllegung des Motors 24 vor.
Durch Öffnen des Entlastungsventils 40 wird der Druck in der Economizer-Leitung 34 und der Saugleitung 30 ausgeglichen. Dampf aus der Economizer-Leitung expandiert somit nicht in die Spiralverdichter-Wickelbereiche hinein, und eine antriebslose gegenläufige Rotation wird eliminiert.
Ferner wird jeglicher unter hohem Druck stehender Dampf aus der Austrittsleitung sowie unter hohem Druck stehender Dampf, der in den Spiralverdichter-Wickelbereichen eingeschlossen ist sowie zwischen den Spiralverdichter-Wickelbereichen und der Austrittsleitung eingeschlossen ist, ebenfalls in die Economizer-Leitung umgeleitet und sodann direkt in die Saugleitung geleitet. Dies führt zu einer weiteren Minimierung der Möglichkeit einer antriebslosen gegenläufigen Rotation.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren selbst dann verwendet wird, wenn das Economizer-System 36 nicht funktioniert und nur ein Umgehungsbetrieb erwünscht ist. Der Economizer-Kreislauf wird typischerweise nur dann verwendet, wenn ein Betrieb mit hoher Kapazität erwünscht ist. Selbst dann ist es bevorzugt, dass das Entlastungsventil 40 unabhängig davon geöffnet wird, ob der Economizer-Kreislauf in Betrieb ist oder nicht, da der Druck in der Leitung 34 den Druck in der Saugleitung selbst dann übersteigt, wenn der Economizer-Kreislauf 36 nicht in Betrieb ist.
Es sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung offenbart worden; jedoch ist für den Durchschnittsfachmann erkennbar, dass bestimmte Modifikationen im Umfang der vorliegenden Erfindung möglich sind. Aus diesem Grund sind die nachfolgenden Ansprüche so zu sehen, dass diese den wahren Umfang und Inhalt der vorliegenden Erfindung bestimmen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Spiralverdichters, das folgende Schritte aufweist: A. Bereitstellen eines Spiralverdichters, der Folgendes aufweist: eine umlaufende Spirale (26) und eine zweite Spirale (28), wobei sowohl die umlaufende Spirale als auch die zweite Spirale Spiralwickelbereiche beinhalten, die zur Bildung von Kompressionstaschen zwischen einander passen, eine Saugleitung (30) zum Zuführen eines zu verdichtenden Kühlmittels zu dem Spiralverdichter, einen Motor (24) zum Antreiben der umlaufenden Spirale relativ zu der zweiten Spirale, sowie ein Entlastungsventil (40), um die Saugleitung (30) mit einer Stelle in einem Kühlmittelkreislauf in Verbindung zu bringen, an der das Kühlmittel einen höheren Druck hat als die Saugleitung (30); B. Laufen lassen des Spiralverdichters durch Antreiben des Motors (24); C. Feststellen, dass der Motor (24) gestoppt wird; und D. Öffnen des Entlastungsventils (40), sobald die Feststellung gemäß Schritt C. getroffen wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (40) eine Economizer-Leitung (34) mit einem auf Saugdruck befindlichen Bereich des Verdichters in Verbindung bringt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Öffnen des Entlastungsventils (40) unabhängig davon erfolgt, ob ein Economizer-System in Betrieb ist oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Öffnen des Entlastungsventils in dem Schritt D. einige Sekunden vor Stilllegung des Motors stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Entlastungsventil weniger als fünf Sekunden vor Stilllegung des Motors geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Öffnen des Entlastungsventils in Schritt D. innerhalb von zehn Sekunden nach Stilllegung des Motors erfolgt.
Spiralverdichter, aufweisend: eine umlaufende Spirale (26) mit einem Spiralwickelbereich; eine zweite Spirale (28) mit einem Spiralwickelbereich, der mit dem Spiralwickelbereich der umlaufenden Spirale in zwischen einander greifendem Eingriff steht; einen Motor (24) zum Antreiben der umlaufenden Spirale relativ zu der zweiten Spirale; eine Saugleitung (30) zum Zuführen eines Kühlmittels zu dem Spiralverdichter; ein Entlastungsventil (40), um eine zwischengeordnete Kompressionskammer mit einem Bereich des Verdichters in Verbindung zu bringen, der sich auf Saugdruck befindet; und eine Steuerung (44), die betriebsmäßig dazu ausgebildet ist, festzustellen, wann der Motor stillgelegt wird, sowie das Entlastungsventil zu öffnen, um eine zwischengeordnete Kompressionskammer mit der Saugleitung in Verbindung zu bringen, wenn festgestellt wurde, dass der Motor stillgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiralverdichter ferner eine Economizer-Leitung (34) zum Zuführen von Economizer-Fluid zu dem Spiralverdichter aufweist; und dass des Entlastungsventil die Economizer-Leitung mit demjenigen Bereich des Verdichters in Verbindung bringt, der sich auf Saugdruck befindet.