EP3523537A1 - Halbhermetischer kältemittelverdichter - Google Patents

Halbhermetischer kältemittelverdichter

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EP3523537A1
EP3523537A1 EP16778057.6A EP16778057A EP3523537A1 EP 3523537 A1 EP3523537 A1 EP 3523537A1 EP 16778057 A EP16778057 A EP 16778057A EP 3523537 A1 EP3523537 A1 EP 3523537A1
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EP
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compressor according
refrigerant compressor
refrigerant
control unit
electric motor
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EP16778057.6A
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Rainer GROSSE-KRACHT
Hermann Renz
Eduardo Martin
Jens MANNEWITZ
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Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
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Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
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    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/0076—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving the members being actuated by electro-magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a semi-hermetic refrigerant compressor
  • a reciprocating compressor and an electric motor comprising a reciprocating compressor and an electric motor, an overall housing having a motor housing portion for the electric motor and a compressor housing portion for the reciprocating compressor, one leading from a suction port on the overall housing to an inlet chamber of the reciprocating compressor suction side refrigerant path and one of an outlet chamber of the reciprocating compressor to a pressure port on the overall housing leading pressure-side refrigerant path, wherein in the
  • Compressor housing portion at least one cylinder of the reciprocating compressor is provided, which has a movable in a cylinder housing in the compressor housing section piston, a cylinder bore final valve plate and a valve plate cross and forming part of the compressor housing section cylinder head.
  • Such semi-hermetic refrigerant compressors are known from the prior art.
  • a semi-hermetic refrigerant compressor has the outer housing as the overall housing, wherein in particular the electric motor is arranged in the refrigerant atmosphere.
  • a semi-hermetic refrigerant compressor is not provided with a reciprocating compressor and the electric motor together completely enclosing the outer casing, but the at least one cylinder housing forming compressor housing is itself the outer casing.
  • Electric motor is designed as a synchronous motor, are arranged in the rotor permanent magnets for the synchronous operation of the electric motor and a short-circuit cage for the start of the electric motor in the asynchronous operation.
  • the advantage of the solution according to the invention is the fact that such an electric motor for driving a semi-hermetic refrigerant compressor higher energy efficiency, especially at full load and at partial load has. Furthermore, the advantage of such an electric motor can be seen in the fact that the delivery volume is constant by the synchronous operation in the high load range.
  • an advantageous solution provides that the permanent magnets extend parallel to a rotor axis of the rotor.
  • the permanent magnets are formed as a plate body whose flat sides extend in a longitudinal direction and a transversely to the longitudinal direction transverse direction.
  • the permanent magnets are so in the rotor
  • Rotor axis extend.
  • the permanent magnets are preferably arranged in the rotor such that they extend with their transverse directions along outer edges of a geometric polygon symmetrical to the rotor axis. With regard to the magnetization of the permanent magnets so far no further details have been made.
  • the permanent magnets formed as a plate body on their opposite flat sides, one of which faces the rotor axis and the other of the rotor axis facing away have a different magnetic polarity, thereby easily planar magnetic poles in the rotor be available for synchronous operation of the electric motor.
  • the electric motor can be cooled in various ways.
  • suction-side refrigerant path passes through the motor housing for cooling the electric motor.
  • a further solution according to the invention provides that the refrigerant compressor is provided with an externally controllable or controlled mechanical power control unit.
  • Such an externally controlled power control unit provides the
  • the mechanical power control unit for reducing the power in at least one cylinder connects the outlet-side refrigerant path with the inlet-side refrigerant path. This creates the opportunity to operate the at least one cylinder so that it does not contribute to the compressor capacity.
  • This solution has the advantage that the mechanical loading of the components of the reciprocating compressor, then when a power reduction occurs, is low, since the refrigerant at a pressure level that is close to the inlet side, flows back from the outlet side to the inlet side with no large pressure fluctuations or even Pressure peaks and temperature peaks occur in the reciprocating compressor, in particular the
  • an advantageous solution provides that the mechanical power control unit is arranged on the cylinder head, whereby there is the advantage that with it the mechanical power control unit in a simple manner with
  • At least one of the cylinders can interact.
  • the mechanical power control unit is at least partially integrated in the at least one cylinder head.
  • the power control unit for power reduction connects an exhaust chamber in the cylinder head with an inlet chamber in the cylinder head by means of a connecting channel.
  • the outlet chamber in the cylinder head is arranged directly adjacent to at least one outlet opening for the respective cylinder in the valve plate and thus in particular the
  • Outlet chamber also directly adjacent to the valve plate and the outlet opening, in particular with the exhaust valve adjacent.
  • the inlet chamber in the cylinder head is arranged directly adjacent to an inlet opening for the respective cylinder in the valve plate, so that the inlet chamber is directly adjacent to the valve plate and the inlet opening.
  • a particularly advantageous solution provides that the mechanical power control unit for closing the connection channel has a closure piston.
  • Such a closure piston makes it possible, in particular with the shortest possible reaction time, to open or close the connection channel.
  • closure piston For reliable sealing of the closure piston is preferably sealed with a piston ring in a guide bore, in particular in the cylinder head, out.
  • closure piston for closing the connection channel can be placed on a sealing seat, which runs around the connecting channel, so that when connecting the closure piston on the seal seat of the connecting channel is interrupted, while the connection channel is opened again when lifting the closure piston of the compression seat ,
  • a sealing region of the sealing piston which can be placed on the sealing seat is made of a metal which has a lower hardness than a metal from which the sealing seat is made, or vice versa.
  • the seal seat can be arranged in different ways.
  • Seal seat in a wall portion of the cylinder head is arranged, which separates the inlet chamber from the outlet chamber.
  • the seal seat either as part of the wall section
  • the seal seat is formed by an inserted into the wall portion of the cylinder head component.
  • the seal seat is arranged so that it is arranged in a wall section extending above the valve plate and above the inlet chamber and thus, in particular, the seal seat at the same time constitutes an inlet opening for the inlet chamber opposite the valve plate. Furthermore, it is also preferably provided that the seal seat simultaneously represents an outlet opening for the outlet chamber, so that an immediate transition from the outlet chamber into the inlet chamber is realized by the seal seat.
  • seal seat is arranged on a side of the inlet chamber opposite the valve plate.
  • a quick change of the closure piston between the closed position and the open position is preferably possible if, starting from the seal seat, the stroke of the closure piston is in the range of one quarter to one half of the mean diameter of the connection channel.
  • a solution provides that the mechanical power control unit is assigned to a cylinder and that, if necessary, a plurality of cylinders, a plurality of mechanical power control units are provided, wherein not necessarily a mechanical power control unit must be assigned to each cylinder.
  • a favorable solution provides that a cylinder head has an inlet chamber and an outlet chamber for a cylinder bank comprising at least two cylinders.
  • a refrigerant compressor with a plurality of cylinder banks, for example N-cylinder banks, it is preferably provided that at least
  • N-l cylinder banks associated with a mechanical power control unit.
  • each cylinder bank a a cylinder bank a
  • a check valve is provided in the compressor housing section following the refrigerant paths that can be influenced by the mechanical power control unit.
  • the check valve has an outlet opening provided in the valve plate and a valve element cooperating with the valve plate, so that the valve plate can also be used for arranging and forming the check valve.
  • valve element is held on the valve plate, so that the valve plate is used not only for the formation of the inlet and outlet valves, but also for holding the valve element of the check valve.
  • closure piston can be actuated by a pressure chamber, which is acted upon by either suction pressure or by high pressure depending on the external control of the power control unit, wherein upon actuation of the pressure chamber by suction pressure of the closure piston moves into its open position and at a pressure chamber, which is acted upon by either suction pressure or by high pressure depending on the external control of the power control unit, wherein upon actuation of the pressure chamber by suction pressure of the closure piston moves into its open position and at a
  • Actuation of the pressure chamber by high pressure of the closing piston is acted upon in addition to the action of the compression spring in the direction of its closed position.
  • a volume of the pressure chamber is so small that, in the open position of the closure piston, it is less than a third, better still less than a quarter, even better less than one-fifth, more advantageously less than one-sixth and particularly advantageously less than one-seventh and even more advantageous smaller than one eighth of the maximum volume of the pressure chamber in the closed position of the closure piston.
  • This dimensioning of the pressure chamber allows to quickly change between the closed position and the open position, since the pressure must be changed only in a small volume between suction pressure and high pressure.
  • Suction pressure is preferably provided by the power control unit comprising a drive unit, with which the pressurization of the
  • Locking piston is controllable.
  • a power controller is preferably provided, which controls the at least one power control unit in accordance with a required compressor output.
  • the power control is in particular in connection with a higher-level system control and receives information from the system controller about the required compressor capacity.
  • the power controller then controls the at least one or more power control units in such a way that the refrigerant compressor provides the required compressor delivery rate, but does not provide an unnecessarily high compressor delivery rate.
  • the refrigerant compressor is designed so that its maximum compressor capacity sufficient for the maximum required by the plant control compressor capacity and lower compressor delivery rates are achieved by power reduction by means of at least one power control unit 142.
  • a start-up control unit is preferably provided for the refrigerant compressor, in particular, the refrigerant compressor is provided with a start-up control unit which controls a start of the electric motor, which starts in the inventive solution as an asynchronous motor, until it has reached the synchronous speed, and then as a synchronous motor continues.
  • the start-up control unit can in different ways control the operation of the refrigerant compressor in order to start the electric motor in a suitable manner.
  • the start-up control unit operates in such a way that it operates the electric motor for starting up with a starting current-reducing winding connection.
  • Start of the electric motor first energized a first partial winding and subsequently a second partial winding in a stator of the electric motor.
  • the starting of the electric motor with a first partial winding has the advantage that this makes it possible to reduce the starting current and thus to avoid, for example, a heavy load on the electrical supply network due to an excessive starting current.
  • the start-up control unit is designed so that it controls the power control when starting the electric motor so that the reciprocating compressor works when starting the electric motor only with reduced compressor capacity.
  • the smallest possible compressor delivery rate can be a compressor delivery rate at which one and more cylinders still work.
  • a particularly favorable embodiment provides that the reciprocating compressor is so power controllable that at the smallest possible
  • Compressor flow rate is such that none of the cylinder compresses more refrigerant, so that thereby the torque required for the start of the reciprocating compressor is minimal.
  • the startup control controls such that after reaching the synchronous operation of the electric motor, the compressor delivery rate is gradually increased, for example, with the inclusion of another cylinder or another cylinder bank or possibly successive connection of other cylinders or more cylinder banks.
  • the reciprocating compressor according to the invention can work with all refrigerants customary for semi-hermetic refrigerant compressors.
  • the solution according to the invention provides particular advantages for the operation of the reciprocating compressor, in particular for the damage-free operation of the reciprocating compressor when the reciprocating compressor operates with a suction pressure in the range of 10 bar to 50 bar.
  • the refrigerant compressor according to the invention can be used particularly advantageously when the reciprocating compressor works with carbon dioxide as a refrigerant and is designed especially for operation with carbon dioxide as a refrigerant.
  • Fig. 1 is a side view of an embodiment of a refrigerant compressor according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view in the direction of the arrow A in FIG. 1 of the refrigerant compressor according to the invention
  • Fig. 3 is a front view of the embodiment of the invention
  • Fig. 4 is a half-sided offset section along line 4-4 in Fig. 2;
  • Fig. 6 is a section along line 6-6 in Fig. 7;
  • Fig. 7 is a section along line 7-7 in Fig. 6 at a closed
  • FIG. 8 is a section similar to FIG. 7 with open connection channel
  • FIG. 9 shows a section along line 9-9 in FIG. 5 through a rotor of the electric motor
  • Fig. 11 is a section similar to Fig. 7 by a second embodiment.
  • FIGS. 1 to 5 An embodiment of a semi-hermetic refrigerant compressor according to the invention, shown in FIGS. 1 to 5, comprises an overall housing 10, in which a reciprocating compressor 12 and an electric motor 14 are arranged.
  • the overall housing 10 includes a compressor housing portion 22, which constitutes an outer housing of the reciprocating compressor 12, and a motor housing portion 24, which constitutes an outer housing of the electric motor 14.
  • the overall housing 10 is preferably formed by a one-piece housing body 26 which extends in the direction parallel to a later explained in detail central axis 28 and on the compressor housing section 22 end side by means of a bearing cap 32 is closed and in the engine section 24 end with a cover 34 is closed.
  • a generally designated 42 compressor shaft extends coaxially to the central axis 28 between a arranged on the bearing cap 32 first shaft bearing 44 to a disposed between the reciprocating compressor 12 and the electric motor 14 second shaft bearing 46, wherein the second shaft bearing 46 at an in the housing body 26 formed in the middle wall 48 is held, which is a between the bearing cap 32 and the middle wall 48 lying drive space 52 defined by which the compressor shaft 42 extends through and in which eccentric 54 and 56 of the compressor shaft 42 are arranged, wherein on each of the eccentric 54 and 56, two connecting rods 62i and 62 2 , respectively 64i and 64 2, are arranged, wherein the connecting rods 62i and 64i, the pistons drive 66i and 68i and the connecting rods 62 2 and 64 2, the piston 66 2 and 68. 2
  • the pistons 66 and 68 are guided in cylinder bores 72 and 74, which are formed by molded into the compressor housing section 22, in particular integrally molded, the cylinder housing 76, 78.
  • the two first cylinders 82i and 84i formed in the compressor housing section 22 form a first cylinder bank 86i, while the two cylinders 82 2 and 84 2 formed in the compressor housing section 22 form a second cylinder bank 86 2 .
  • each of the cylinder banks 86i and 86 2 the respective cylinder bores 72i and 74i and 72 2 and 74 2 are closed by a common valve plate 88i and 88 2 , which tightly rests on the respective cylinder housings 76i and 78i and 76 2 and 78 2 , respectively and thus by the respective valve plate 88i and 88 2 and the respective piston 66i and 68i or 66 2 and 68 2 and the cylinder bores 72i and 74i or 72 2 and 74 2 bounding compression space limit.
  • valve plates 88i and 88 2 are then in turn covered by cylinder heads 92i and 92 2 , respectively.
  • cylinder heads 92i and 92 2 as shown in Figs. 6 to 8, respectively, an inlet chamber 94 and an outlet chamber 96 are arranged, which are the two cylinders 82 and 84 of the respective cylinder bank 86 assigned.
  • the inlet chamber 94 overlies inlet ports 102 and 104 of the cylinder 82 and inlet ports 106 and 108 of the cylinder 84.
  • the discharge chamber 96 is located above the discharge ports 112 and 114 of the cylinder 82 and the exhaust ports 116 and 118 of the cylinder 84 provided with the exhaust valves 113, 115, 117, 119 seated on the valve plate 88, and is particularly adjacent directly this one.
  • each cylinder head 92 includes an outer body 122 which engages over the respective valve plate 88 and encloses the inlet chamber 94 and the outlet chamber 96, which in turn are separated by a separator 124 extending within the outer body 122 the separating body 124 rises from the respective valve plate 88 and extends across the inlet chamber 94 and extends across it.
  • outlet chamber 96 is located in the region of the valve plate 88 laterally adjacent to the inlet chamber 94 and extends between the outer body 122 and the separator 124 at least partially over the inlet chamber 94th
  • each cylinder head 92 is associated with a mechanical power control unit 142 actively driven by a power controller 138, with which a communication passage 144 between the discharge chamber 96 and the inlet chamber 94 is closed or opened can be, wherein the cylinders 82, 84 associated with the cylinder head 92 with closed connection channel 144 (FIG. 7) compress the full-capacity refrigerant and no refrigerant when the connection channel is open since the refrigerant flows back from the outlet chamber 96 into the inlet chamber 94.
  • the connecting channel 144 extends through an insert part 146 inserted into the separating body 124, which forms a sealing seat 148 which faces the outlet chamber 96 and which adjoins a part of the outlet chamber 96 surrounding the sealing seat 148 and adjoining it.
  • the seal seat 148 faces a closure piston 152, which can be placed on the seal seat 148, for example, with a metallically formed sealing area 154 in order to seal the connecting channel 144 tightly and which can be lifted away from the seal seat 148 in such a way that the sealing area 154 is at a distance of the
  • Seal seat 148 is and thus refrigerant can flow from the outlet chamber 96 in the inlet chamber 94.
  • the closure piston 152 is coaxial with the insert 146 with the seal seat 148 and sealed by a piston ring 153 guided in a guide bore 156 which is formed by a formed on the outer body 122 guide sleeve body 158 of the cylinder head 92.
  • closure piston 152 itself or at least the
  • Seal region 154 made of a metal, for example, a non-ferrous metal, which has a lower hardness than the metal of the seal seat 148, which is made for example of steel, in particular hardened steel.
  • a stroke of the closure piston 152 between a closed position and an open position is in the range between a quarter and a half of a mean pressure gauge of the connection channel 144.
  • the closure piston 152 delimits a pressure chamber 162 which is arranged on a side of the closure piston 152 facing away from the sealing region 154 and is closed by a closure member 164 on a side opposite the closure piston 152.
  • the volume of the pressure chamber 162 is so small that, in the open position of the closure piston, it is less than one-third, better still less than a quarter, even better less than one-fifth, advantageously less than one-sixth and even more advantageously less than one-eighth of the maximum Volume of the pressure chamber 162 in the closed position of the closure piston 152nd
  • a compression spring 166 is still arranged, which is supported on the one hand on the end body 164 and on the other hand, the closure piston 152 in the direction of its on the seal seat 148th
  • closure piston 152 can be moved into its open position shown in FIG. 8 or into its closed position shown in FIG. 7.
  • the closure piston 152 is penetrated by a throttle channel 172 which extends from the pressure chamber 162 through the closure piston 152 to an orifice 154, which is arranged radially outside the sealing region 154 on a side facing the seal seat 148, but in that they are radial outside of the sealing element 154 is located in the closed position of the closure piston 152 an inlet of pressurized in the outlet chamber 96 and the sealing seat flowing around the refrigerant allowed and throttled this the pressure chamber 162 feeds.
  • a throttle channel 172 which extends from the pressure chamber 162 through the closure piston 152 to an orifice 154, which is arranged radially outside the sealing region 154 on a side facing the seal seat 148, but in that they are radial outside of the sealing element 154 is located in the closed position of the closure piston 152 an inlet of pressurized in the outlet chamber 96 and the sealing seat flowing around the refrigerant allowed and throttled this the pressure chamber 162 feeds.
  • a discharge channel 176 which is connected by a solenoid valve as a whole designated 182 with a pressure relief passage 184, which is in communication with the inlet chamber 94.
  • the solenoid valve 182 is configured to include a valve body 186 for interrupting or establishing communication between the pressure relief passage 184 and the relief passage 176.
  • the compression spring 166 pushes the closure piston 152 on the seal seat 148 and additionally flows through the throttle passage 172 high pressure in the pressure chamber 162, so that in the pressure chamber 162nd High pressure builds up, in addition to the action of the compression spring 166, the closure piston 152 with the
  • Seal member 154 presses on the seal seat 148.
  • the closure piston 152 is formed such that it extends radially beyond the seal seat 148, so that even with the closure piston 152 in the closed position, the piston surface located radially outside the seal seat 148 and acted upon by high pressure causes the closure piston 152 is moved against the force of the compression spring 166 in the open position shown in Fig. 5, provided that the valve body 186 of the solenoid valve 182 connects between the discharge channel 176 and the pressure relief passage 184 produces what causes that in the pressure chamber 162 sets a suction pressure.
  • the supply of refrigerant under suction is effected via a feed passage 202 formed in the compressor housing section 22 leading to an inlet opening 204 leading to the valve plate 88, through which suction pressure refrigerant flows to a passage opening 206 in the valve plate 88 and through this into the inlet chamber 94 passes.
  • the discharge chamber 96 leads to an outlet port 212 disposed in the valve plate 88, through which the refrigerant under pressure in the discharge chamber 96 transfers into an exhaust passage 214 provided in the compressor casing section 22 and flows to an outlet port 216 can.
  • the outlet opening 212 of the valve plate 88 is associated with a check valve 222, which is held on the valve plate 88 and a valve element 224 is disposed on an outlet channel 214 facing side of the valve plate 88 and ensures that in the case of the open position of the closure piston 152 and thus in the case of an overflow of the refrigerant from the discharge chamber 96 into the inlet chamber 94, the pressure in the outlet channel 214 does not drop, but is maintained by the closing check valve 222.
  • the check valve 222 together with a this
  • the refrigerant compressor according to the invention is as semi-hermetic
  • Compressor is formed so that under suction pressure refrigerant is supplied by means disposed on the end cap 34 inlet connection member 232 an engine compartment 234 and the electric motor 14 flows in the direction of the middle wall 48 and from the engine compartment 234 into the supply passage 202, so that by the supplied suction side refrigerant a cooling of the electric motor 14 in the engine compartment 234 takes place.
  • the electric motor 14 in turn comprises a fixedly held in the motor housing portion 24 stator 252 with a stator winding 254, which has, for example, two partial windings 256 and 258, the
  • Magnetization of a laminated stator core 262 serve.
  • the stator 252 encloses a rotor designated as a whole by 272, in whose rotor core 274, as shown in FIG. 9, on the one hand a short-circuit cage 276 is arranged, which comprises short-circuit bars 278 which run parallel to a rotor axis 282 and which are electrically conducting in the circumferential direction connected to each other.
  • plate-shaped permanent magnets 292 are inserted into the laminated core 274, whose flat sides 294 extend on the one hand with a longitudinal direction 296 parallel to the rotor axis 282 and extend transversely to the rotor axis 282 with a transverse direction 298 such that the transverse directions 298 extend about the rotor axis 282 as the axis of symmetry running around
  • the permanent magnets 292 are further configured such that in a circumferential direction 302 about the rotor axis 282 successive permanent magnets 292 each have an alternating polarity on their sides facing the rotor axis 282, so that overall the rotor 272 by means of the permanent magnets 292 in the direction of rotation alternating magnetic Pole has.
  • An electric motor 14 provided with such a rotor 272 operates as a synchronous motor in normal operation due to the permanent magnets 292 provided in the rotor 272, whereby due to the permanent magnets 292 such a synchronous motor has an advantageous energy efficiency and higher refrigerant delivery rate.
  • the rotor 272 is provided with the short-circuit cage 276, which creates the possibility that the electric motor 14 initially starts as an asynchronous motor until it reaches the rotational speed of the rotating field of stator development has reached and then rotates as a synchronous motor due to the conditional by the permanent magnet 292 magnetic poles.
  • a refrigerant compressor can be operated with such an electric motor powered by a conventional AC mains, since this starts as an asynchronous motor.
  • the start-up control 312 intervenes in the intended power control 138 for the active control of the power control units 142 and causes at least one cylinder bank 86, preferably, both cylinder banks 86i and 86 2 are deactivated so that upon deactivating at least one cylinder bank 86, the torque required by the piston compressor 12 is reduced, and upon deactivating both cylinder banks 86i and 86 2, the torque which is H ubkol benverêtr 12 is required, is low, since no compaction of refrigerant takes place, so that on the one hand, the starting current of the electric motor 14 is kept low and this d ieser on the other hand then very fast l from its operation as an asynchronous motor in the operation as a synchronous motor passes in which vol le torque is available, so either sliding Cylinder banks 86i and
  • Embodiments of the first embodiment can be made reference.
  • the catch element 226 'of the check valve 222' is formed in the compressor housing portion 22, for example, by a recessitl I of the outlet channel 214, the union possible way of the valve member 224 'between its closed, on the valve plate 88 auflie entending Stel development and the maximum open position is limited.
  • Such a catch element 226 ' can generally be provided in all compressor housing sections 22 of all refrigerant compressors of the same module, regardless of whether they are provided with a check valve 222' or not, so that a simple retrofitting of the refrigerant compressor with a check valve 222 'and in particular with at least a mechanical power control unit 142 according to the invention together with such a check valve 222 'is possible.

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Abstract

Um einen halbhermetischen Kältemittelverdichter, umfassend einen Hubkolbenverdichter und einen Elektromotor, ein Gesamtgehäuse, welches einen Motorgehäuseabschnitt für den Elektromotor und einen Verdichtergehäuseabschnitt für den Hubkolbenverdichter aufweist, einen von einem Sauganschluss am Gesamtgehäuse zu einer Einlasskammer des Hubkolbenverdichters führenden saugseitigen Kältemittelpfad und einen von einer Auslasskammer des Hubkolbenverdichters zu einem Druckanschluss am Gesamtgehäuse führenden druckseitigen Kältemittelpfad derart zu verbessern, dass dieser effizienter arbeitet, wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor als Synchronmotor ausgebildet ist, in dessen Rotor Permanentmagnete für den Synchronbetrieb des Elektromotors und ein Kurzschlusskäfig für das Anlaufen des Elektromotors im Asynchronbetrieb angeordnet sind.

Description

HALBHERMETISCHER KÄLTEMITTELVERDICHTER
Die Erfindung betrifft einen halbhermetischen Kältemittelverdichter,
umfassend einen Hubkolbenverdichter und einen Elektromotor, ein Gesamtgehäuse, welches einen Motorgehäuseabschnitt für den Elektromotor und einen Verdichtergehäuseabschnitt für den Hubkolbenverdichter aufweist, einen von einem Sauganschluss am Gesamtgehäuse zu einer Einlasskammer des Hubkolbenverdichters führenden saugseitigen Kältemittelpfad und einen von einer Auslasskammer des Hubkolbenverdichters zu einem Druckanschluss am Gesamtgehäuse führenden druckseitigen Kältemittelpfad, wobei in dem
Verdichtergehäuseabschnitt mindestens ein Zylinder des Hubkolbenverdichter vorgesehen ist, der einen in einer im Verdichtergehäuseabschnitt ausgebildeten Zylinderbohrung bewegbaren Kolben, eine die Zylinderbohrung abschließende Ventilplatte und einen die Ventilplatte übergreifenden und einen Teil des Verdichtergehäuseabschnitts bildenden Zylinderkopf aufweist.
Derartige halbhermetische Kältemittelverdichter sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Ein halbhermetischer Kältemittelverdichter weist als Außengehäuse das Gesamtgehäuse auf, wobei insbesondere der Elektromotor in Kältemittelatmosphäre angeordnet ist. Ein halbhermetischer Kältemittelverdichter ist nicht mit einer den Hubkolbenverdichter und den Elektromotor gemeinsam vollständig umschließenden äußeren Kapselung versehen, sondern das das mindestens eine Zylindergehäuse bildende Verdichtergehäuse stellt selbst das Außengehäuse dar.
Bei diesen besteht das Problem, diese energieeffizienter zu betreiben. Diese Aufgabe wird bei einem halbhermetischen Kältemittverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der
Elektromotor als Synchronmotor ausgebildet ist, in dessen Rotor Permanentmagnete für den Synchronbetrieb des Elektromotors und ein Kurzschlusskäfig für das Anlaufen des Elektromotors im Asynchronbetrieb angeordnet sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass ein derartiger Elektromotor zum Antreiben eines halbhermetischen Kältemittelverdichters eine höhere Energieeffizienz, insbesondere bei Volllast und auch bei Teillast, aufweist. Ferner ist der Vorteil eines derartigen Elektromotors darin zu sehen, dass durch den Synchronbetrieb auch im Hochlastbereich das Fördervolumen konstant ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der Permanentmagnete wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Permanentmagnete sich parallel zu einer Rotorachse des Rotors erstrecken.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Permanentmagnete als Plattenkörper ausgebildet sind, deren Flachseiten sich in einer Längsrichtung und einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung erstrecken .
Zweckmäßigerweise sind dabei die Permanentmagnete so im Rotor
angeordnet, dass sie sich jeweils mit ihrer Längsrichtung parallel zur
Rotorachse erstrecken.
Ferner sind vorzugsweise die Permanentmagnete so im Rotor angeordnet, dass sie sich mit ihren Querrichtungen längs Außenkanten eines zur Rotorachse symmetrischen geometrischen Vielecks erstrecken. Hinsichtlich der Magnetisierung der Permanentmagnete wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die als Plattenkörper ausgebildeten Permanentmagnete auf ihren einander gegenüberliegenden Flachseiten, von denen eine der Rotorachse zugewandt und die andere der Rotorachse abgewandt ist, eine unterschiedliche magnetische Polarität aufweisen, so dass dadurch in einfacher Weise flächenhafte magnetische Pole im Rotor zum Synchronbetrieb des Elektromotors zur Verfügung stehen.
Grundsätzlich kann der Elektromotor in verschiedenster Art und Weise gekühlt sein.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der saugseitige Kältemittelpfad das Motorgehäuse zur Kühlung des Elektromotors durchsetzt.
Darüber hinaus sieht alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Merkmalen des halbhermetischen Kältemittelverdichters eine weitere erfindungsgemäße Lösung vor, dass der Kältemittelverdichter mit einer extern ansteuerbaren oder gesteuerten mechanischen Leistungssteuereinheit versehen ist.
Eine derartige extern gesteuerte Leistungssteuereinheit schafft die
Möglichkeit, ohne einen Frequenzumrichter für den Elektromotor die
Verdichter-Förderleistung des halbhermetischen Kältemittelverdichters mittels der mechanischen Leistungssteuereinheit zu steuern, die kostengünstig und effizient ist, und außerdem eröffnet sie insbesondere die Möglichkeit, die mechanischen Belastungen des Hubkolbenverdichters zu reduzieren.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die mechanische Leistungssteuereinheit zur Leistungsreduktion bei mindestens einem Zylinder den auslass- seitigen Kältemittelpfad mit dem einlassseitigen Kältemittelpfad verbindet. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, den mindestens einen Zylinder so zu betreiben, dass dieser nicht zur Verdichter-Förderleistung beiträgt.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass damit die mechanische Belastung der Komponenten des Hubkolbenverdichters, dann wenn eine Leistungsreduktion erfolgt, gering ist, da das Kältemittel auf einem Druckniveau das nahe der Einlassseite liegt, von der Auslassseite zur Einlassseite zurückströmt und dabei keine großen Druckschwankungen oder sogar Druckspitzen und Temperaturspitzen im Hubkolbenverdichter auftreten, die insbesondere auch den
Wirkungsgrad bei Leistungsreduktion verringern.
Hinsichtlich der Anordnung der mechanischen Leistungssteuereinheit sind die unterschiedlichsten Lösungsmöglichkeiten denkbar.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die mechanische Leistungssteuereinheit an dem Zylinderkopf angeordnet ist, wodurch der Vorteil besteht, dass damit die mechanische Leistungssteuereinheit in einfacher Weise mit
mindestens einem der Zylinder zusammenwirken kann.
Besonders günstig ist es, wenn die mechanische Leistungssteuereinheit zumindest teilweise in den mindestens einen Zylinderkopf integriert ist.
Um möglichst optimal mit mindestens einem Zylinder zusammenwirken zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mechanische Leistungssteuereinheit zur Leistungsreduktion eine Auslasskammer im Zylinderkopf mit einer Einlasskammer im Zylinderkopf mittels eines Verbindungskanals verbindet.
Damit ist ein unmittelbares Zusammenwirken der Leistungssteuereinheit mit dem mindestens einen dem Zylinderkopf zugeordneten Zylinder möglich, so dass dadurch eine kompakte Bauweise des Kältemittelverdichters bei einer derart eingebauten Leistungssteuereinheit realisierbar ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Verbindungskanal in den Zylinderkopf integriert angeordnet ist, so dass dadurch ebenfalls der Raumbedarf für das Zusammenwirken der Leistungssteuereinheit mit der Einlasskammer und der Auslasskammer optimiert werden kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Auslasskammer im Zylinderkopf unmittelbar angrenzend an mindestens eine Auslassöffnung für den jeweiligen Zylinder in der Ventilplatte angeordnet ist und somit insbesondere die
Auslasskammer auch unmittelbar an die Ventilplatte und die Auslassöffnung, insbesondere mit dem Auslassventil, angrenzt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einlasskammer im Zylinderkopf unmittelbar angrenzend an eine Einlassöffnung für den jeweiligen Zylinder in der Ventilplatte angeordnet ist, so dass auch die Einlasskammer unmittelbar an die Ventilplatte und die Einlassöffnung angrenzt.
Hinsichtlich der Art und Weise wie die mechanische Leistungssteuereinheit den Verbindungskanal zwischen der Auslasskammer und der Einlasskammer öffnet oder verschließt, sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.
Beispielsweise wäre es denkbar, übliche Schieberkonstruktionen einzusetzen.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die mechanische Leistungssteuereinheit zum Verschließen des Verbindungskanals einen Verschlusskolben aufweist.
Ein derartiger Verschlusskolben schafft die Möglichkeit, insbesondere mit möglichst kurzer Reaktionszeit, den Verbindungskanal zu öffnen oder zu verschließen.
Zur zuverlässigen Abdichtung ist der Verschlusskolben vorzugsweise mit einem Kolbenring abgedichtet in einer Führungsbohrung, insbesondere im Zylinderkopf, geführt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Verschlusskolben zum Verschließen des Verbindungkanals auf einen Dichtungssitz aufsetzbar ist, der den Verbindungskanal umschließend verläuft, so dass beim Aufsetzen des Verschlusskolbens auf den Dichtungssitz der Verbindungskanal unterbrochen ist, während beim Abheben des Verschlusskolbens von dem Verdichtungssitz der Verbindungskanal wieder geöffnet ist.
Um dauerhaft ein zuverlässiges Verschließen zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein auf den Dichtungssitz aufsetzbarer Dichtungsbereich des Verschlusskolbens aus einem Metall hergestellt ist, das eine geringere Härte aufweist als ein Metall, aus dem der Dichtungssitz hergestellt ist, oder umgekehrt.
Der Dichtungssitz kann dabei in unterschiedlichster Weise angeordnet sein.
Eine besonders vorteilhafte und kompakte Lösung sieht vor, dass der
Dichtungssitz in einem Wand abschnitt des Zylinderkopfes angeordnet ist, der die Einlasskammer von der Auslasskammer trennt.
Dabei kann der Dichtungssitz entweder als Teil des Wandabschnitts
ausgebildet sein oder der Dichtungssitz wird durch ein in den Wandabschnitt des Zylinderkopfes eingesetztes Bauteil gebildet.
Vorzugsweise ist dabei der Dichtungssitz so angeordnet, dass er in einen über der Ventilplatte und über der Einlasskammer verlaufenden Wandabschnitt angeordnet ist und somit insbesondere der Dichtungssitz gleichzeitig eine der Ventilplatte gegenüberliegende Einmündungsöffnung für die Einlasskammer darstellt. Ferner ist vorzugsweise auch vorgesehen, dass der Dichtungssitz gleichzeitig eine Mündungsöffnung für die Auslasskammer darstellt, so dass durch den Dichtungssitz ein unmittelbarer Übergang von der Auslasskammer in die Einlasskammer realisiert ist.
Für eine räumliche kompakte Anordnung hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Dichtungssitz auf einer der Ventilplatte gegenüberliegenden Seite der Einlasskammer angeordnet ist.
Ein schneller Wechsel des Verschlusskolbens zwischen der Verschlussstellung und der Offenstellung ist vorzugsweise dann möglich, wenn ausgehend von dem Dichtungssitz der Hub des Verschlusskolbens im Bereich von einem Viertel bis zu der Hälfte des mittleren Durchmessers des Verbindungskanals liegt.
Hinsichtlich der Zuordnung der mechanischen Leistungssteuereinheit zu einzelnen Zylindern wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine Lösung vor, dass die mechanische Leistungssteuereinheit einem Zylinder zugeordnet ist und dass bei gegebenenfalls mehreren Zylindern mehrere mechanische Leistungssteuereinheiten vorgesehen sind, wobei nicht zwingend jedem Zylinder eine mechanische Leistungssteuereinheit zugeordnet werden muss.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass ein Zylinderkopf eine Einlasskammer und eine Auslasskammer für eine mindestens zwei Zylinder umfassende Zylinderbank aufweist.
In diesem Fall sind somit mehrere Zylinder zu einer Zylinderbank zusammen- gefasst. Vorteilhafterweise ist bei einer derartigen Lösung vorgesehen, dass die jeweilige mechanische Leistungssteuereinheit einer Zylinderbank,
insbesondere mit mindestens zwei Zylindern, zugeordnet ist.
Bei einem Kältemittelverdichter mit mehreren Zylinderbänken, beispielsweise N-Zylinderbänken, ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens
N-l-Zylinderbänken eine mechanische Leistungssteuereinheit zugeordnet ist.
Um jedoch optimal die Leistung des Kältemittelverdichters reduzieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass jeder Zylinderbank eine
mechanische Leistungssteuereinheit zugeordnet ist.
Um bei einer Leistungsreduktion eine Rückströmung von unter Hochdruck stehendem Kältemittel und damit einen Druckabfall am Auslassanschlusselement zu vermeiden, ist in dem Verdichtergehäuseabschnitt im Anschluss an die durch die mechanische Leistungssteuereinheit beeinflussbaren Kältemittelpfade ein Rückschlagventil vorgesehen.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Rückschlagventil eine in der Ventilplatte vorgesehene Auslassöffnung und ein mit der Ventilplatte zusammenwirkendes Ventilelement aufweist, so dass die Ventilplatte auch zur Anordnung und Ausbildung des Rückschlagventils genutzt werden kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Ventilelement an der Ventilplatte gehalten ist, so dass die Ventilplatte nicht nur zur Ausbildung der Einlass- und Auslassventile, sondern auch zum Halten des Ventilelements des Rückschlagventils genutzt wird .
Hinsichtlich der Betätigung des Verschlusskolbens wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Verschlusskolben in Richtung seiner mit dem Dichtsitz zusammenwirkenden Stellung durch eine Druckfeder beaufschlagt ist, so dass die Druckfeder dafür sorgt, dass der Verschlusskolben beispielsweise im nicht arbeitenden Zustand des Kältemittelverdichters, den Verbindungskanal aufgrund der Wirkung der Druckfeder verschließt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Verschlusskolben durch eine Druckkammer betätigbar ist, die je nach externer Ansteuerung der Leistungssteuereinheit entweder durch Saugdruck oder durch Hochdruck beaufschlagbar ist, wobei bei einer Beaufschlagung der Druckkammer durch Saugdruck der Verschlusskolben in seine Offenstellung übergeht und bei einer
Beaufschlagung der Druckkammer durch Hochdruck der Verschlusskolben zusätzlich zur Wirkung der Druckfeder in Richtung seiner Verschlussstellung beaufschlagt ist.
Ein Volumen der Druckkammer ist insbesondere so gering, dass es in der Offenstellung des Verschlusskolbens kleiner ist als ein Drittel, besser kleiner als ein Viertel, noch besser kleiner als ein Fünftel, vorteilhafter kleiner als ein Sechstel und besonders vorteilhaft kleiner als ein Siebtel und noch vorteilhafter kleiner als ein Achtel des maximalen Volumens der Druckkammer in der Verschlussstellung des Verschlusskolbens.
Diese Dimensionierung der Druckkammer erlaubt es schnell zwischen der Verschlussstellung und der Offenstellung zu wechseln, da der Druck nur in einem kleinen Volumen zwischen Saugdruck und Hochdruck geändert werden muss.
Zur jeweiligen Beaufschlagung der Druckkammer mit Hochdruck oder
Saugdruck ist vorzugsweise eine von der Leistungssteuereinheit umfasste Ansteuereinheit vorgesehen, mit welcher die Druckbeaufschlagung des
Verschlusskolbens steuerbar ist. Zur Durchführung der Leistungssteuerung des Kältemittelverdichters ist vorzugsweise eine Leistungssteuerung vorgesehen, welche die mindestens eine Leistungssteuereinheit entsprechend einer geforderten Verdichter- Förderleistung ansteuert.
Die Leistungssteuerung steht dabei insbesondere in Verbindung mit einer übergeordneten Anlagensteuerung und erhält von der Anlagensteuerung Informationen über die geforderte Verdichter-Förderleistung .
Entsprechend diesen Informationen über die geforderte Verdichter- Förderleistung steuert dann die Leistungssteuerung die mindestens eine oder mehreren Leistungssteuereinheiten so an, dass der Kältemittelverdichter die geforderte Verdichter-Förderleistung erbringt, jedoch keine unnötig hohe Verdichter- Förderleistung erbringt.
Dazu ist der Kältemittelverdichter so ausgelegt, dass dessen maximale Verdichter-Förderleistung für die von der Anlagensteuerung maximal geforderte Verdichter-Förderleistung ausreicht und geringere Verdichter- Förderleistungen werden durch Leistungsreduktion mittels der mindestens einen Leistungssteuerungseinheit 142 erreicht.
Darüber hinaus ist vorzugsweise für den Kältemittelverdichter eine Anlaufsteuereinheit vorgesehen, insbesondere ist der Kältemittelverdichter mit einer Anlaufsteuereinheit versehen, welche einen Anlauf des Elektromotors steuert, der bei der erfindungsgemäßen Lösung als Asynchronmotor anläuft, so lange, bis er die Synchrondrehzahl erreicht hat, und dann als Synchronmotor weiterläuft.
Die Anlaufsteuereinheit kann dabei in unterschiedlicher weise den Betrieb des Kältemittelverdichters steuern, um den Elektromotor in geeigneter Art und Weise anlaufen zu lassen. Insbesondere arbeitet die Anlaufsteuereinheit so, dass diese den Elektromotor zum Anlaufen mit einer anlaufstromreduzierenden Wicklungsverschaltung betreibt.
Dies könnte beispielsweise mit einem Umschalten von einer Sternschaltung zum Anlaufen in eine Dreiecksschaltung nach dem Anlaufen realisiert werden.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Anlaufsteuereinheit zum
Anlaufen des Elektromotors zuerst eine erste Teilwicklung und nachfolgend eine zweite Teilwicklung in einem Stator des Elektromotors bestromt.
Das Anlaufen des Elektromotors mit einer ersten Teilwicklung hat den Vorteil, dass dadurch die Möglichkeit besteht, den Anlaufstrom zu reduzieren und somit beispielsweise eine starke Belastung des elektrischen Versorgungsnetzes durch einen zu hohen Anlaufstrom zu vermeiden.
Alternativ oder ergänzend ist die Anlaufsteuereinheit so ausgebildet, dass sie die Leistungssteuerung beim Anlaufen des Elektromotors so ansteuert, dass der Hubkolbenverdichter beim Anlaufen des Elektromotors nur mit reduzierter Verdichter- Förderleistung arbeitet.
Besonders günstig für das Anlaufen des Elektromotors ist es, wenn die Anlaufsteuerung die Leistungssteuerung derart ansteuert, dass der Hubkolbenverdichter beim Anlaufen des Elektromotors mit der kleinstmöglichen
Verdichter- Förderleistung arbeitet.
Dabei kann die kleinstmögliche Verdichter-Förderleistung eine Verdichter- Förderleistung sein, bei welcher noch einer und noch mehrere Zylinder arbeiten. Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass der Hubkolbenverdichter derart leistungssteuerbar ist, dass bei der kleinstmöglichen
Verdichter-Förderleistung derart ist, dass keiner der Zylinder mehr Kältemittel verdichtet, so dass dadurch das für das Anlaufen des Hubkolbenverdichters erforderliche Drehmoment minimal ist.
Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Anlaufsteuerung die Leistungssteuerung derart ansteuert, dass nach einem Erreichen des Synchronbetriebs des Elektromotors die Verdichter-Förderleistung stufenweise erhöht wird, beispielsweise unter Zuschaltung eines weiteren Zylinders oder einer weiteren Zylinderbank oder gegebenenfalls sukzessive Zuschaltung weiterer Zylinder oder weiterer Zylinderbänke.
Hinsichtlich der Betriebszustände des Hubkolbenverdichters wurden im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung keine näheren Angaben gemacht.
Prinzipiell kann der erfindungsgemäße Hubkolbenverdichter mit allen für halbhermetische Kältemittelverdichter üblichen Kältemitteln arbeiten.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft jedoch besondere Vorteile für den Betrieb des Hubkolbenverdichters, insbesondere für den beschädigungsfreien Betrieb des Hubkolbenverdichters, wenn der Hubkolbenverdichter mit einem Saugdruck im Bereich von 10 bar bis 50 bar arbeitet.
Ferner ist die erfindungsgemäße Lösung ebenfalls hinsichtlich der
mechanischen Belastung des Hubkolbenverdichters dann besonders vorteilhaft, wenn Hubkolbenverdichter mit einem Hochdruck im Bereich von 40 bar bis 160 bar arbeitet. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Kältemittelverdichter besonders vorteilhaft einsetzbar, wenn der Hubkolbenverdichter mit Kohlendioxid als Kältemittel arbeitet und insbesondere für den Betrieb mit Kohlendioxid als Kältemittel ausgelegt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger
Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen :
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters;
Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 auf den erfindungsgemäßen Kältemittelverdichter;
Fig. 3 eine Frontansicht des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Kältemittelverdichters;
Fig. 4 einen halbseitig versetzten Schnitt längs Linie 4-4 in Fig . 2;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Kältemittelverdichter;
Fig. 6 einen Schnitt längs Linie 6-6 in Fig. 7;
Fig. 7 einen Schnitt längs Linie 7-7 in Fig . 6 bei einem geschlossenen
Verbindungskanal zwischen Einlasskammer und Auslasskammer;
Fig. 8 einen Schnitt ähnlich Fig . 7 bei geöffnetem Verbindungskanal
zwischen der Auslasskammer und der Einlasskammer; Fig. 9 einen Schnitt längs Linie 9-9 in Fig. 5 durch einen Rotor des Elektromotors;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Anlaufens des Elektromotors, und
Fig. 11 einen Schnitt ähnlich Fig. 7 durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen halbhermetischen Kältemittelverdichters, dargestellt in Fig. 1 bis 5, umfasst ein Gesamtgehäuse 10, in welchem ein Hubkolbenverdichter 12 und ein Elektromotor 14 angeordnet sind .
Vorzugsweise umfasst das Gesamtgehäuse 10 einen Verdichtergehäuseabschnitt 22, welcher ein Außengehäuse des Hubkolbenverdichters 12 darstellt, und einen Motorgehäuseabschnitt 24, welcher ein Außengehäuse des Elektromotors 14 darstellt.
Das Gesamtgehäuse 10 wird vorzugsweise durch einen einstückigen Gehäusekörper 26 gebildet, der sich in Richtung parallel zu einer nachfolgend noch im Einzelnen erläuterten Mittelachse 28 erstreckt und auf Seiten des Verdichtergehäuseabschnitts 22 endseitig mittels eines Lagerdeckels 32 verschlossen ist und im Bereich des Motorabschnitts 24 endseitig mit einem Abschlussdeckel 34 verschlossen ist.
In dem Verdichtergehäuseabschnitt 22 erstreckt sich eine als Ganzes mit 42 bezeichnete Verdichterwelle koaxial zur Mittelachse 28 zwischen einem am Lagerdeckel 32 angeordneten ersten Wellenlager 44 bis zu einem zwischen dem Hubkolbenverdichter 12 und dem Elektromotor 14 angeordneten zweiten Wellenlager 46, wobei das zweite Wellenlager 46 an einer in den Gehäusekörper 26 eingeformten Mittelwand 48 gehalten ist, welche einen sich zwischen dem Lagerdeckel 32 und der Mittelwand 48 liegenden Antriebsraum 52 begrenzt, durch welchen sich die Verdichterwelle 42 hindurch erstreckt und in welchem Exzenter 54 und 56 der Verdichterwelle 42 angeordnet sind, wobei auf jedem der Exzenter 54 und 56 zwei pleuel 62i und 622, beziehungsweise 64i und 642, angeordnet sind, wobei die pleuel 62i und 64i die Kolben 66i und 68i und die pleuel 622 und 642 die Kolben 662 und 682 antreiben.
Die Kolben 66 und 68 sind dabei in Zylinderbohrungen 72 und 74 geführt, die durch in den Verdichtergehäuseabschnitt 22 eingeformte, insbesondere einstückig eingeformte, Zylindergehäuse 76, 78 gebildet werden.
Jedes Zylindergehäuse 76, 78 mit der Zylinderbohrung 72, 74 und dem in dieser geführten Kolben 66, 68 bildet jeweils einen Zylinder 82, 84.
Die beiden in den Verdichtergehäuseabschnitt 22 eingeformten ersten Zylinder 82i und 84i bilden eine erste Zylinderbank 86i, während die beiden in den Verdichtergehäuseabschnitt 22 eingeformten Zylinder 822 und 842 eine zweite Zylinderbank 862 bilden.
In jeder der Zylinderbänke 86i und 862 werden die jeweiligen Zylinderbohrungen 72i und 74i beziehungsweise 722 und 742 durch eine gemeinsame Ventilplatte 88i beziehungsweise 882 verschlossen, die dicht abschließend auf den jeweiligen Zylindergehäusen 76i und 78i, beziehungsweise 762 und 782, aufliegt und somit von der jeweiligen Ventilplatte 88i beziehungsweise 882 und den jeweiligen Kolben 66i und 68i beziehungsweise 662 und 682 sowie den Zylinderbohrungen 72i und 74i beziehungsweise 722 und 742 umschlossenen Verdichtungsraum begrenzen.
Die Ventilplatten 88i und 882 sind ihrerseits dann wiederum von Zylinderköpfen 92i beziehungsweise 922 überdeckt. In jedem der Zylinderköpfe 92i und 922 ist, wie in den Fig. 6 bis 8 dargestellt, jeweils eine Einlasskammer 94 und eine Auslasskammer 96 angeordnet, die den beiden Zylindern 82 und 84 der jeweiligen Zylinderbank 86 zugeordnet sind .
Insbesondere liegt die Einlasskammer 94 über Einlassöffnungen 102 und 104 des Zylinders 82 und Einlassöffnungen 106 und 108 des Zylinders 84.
Ferner liegt die Auslasskammer 96 über in der Ventilplatte 88 angeordneten Auslassöffnungen 112 und 114 des Zylinders 82 sowie Auslassöffnungen 116 und 118 des Zylinders 84, die mit auf der Ventilplatte 88 sitzenden Auslassventilen 113, 115, 117, 119 versehen sind, und grenzt insbesondere unmittelbar an diese an.
Wie in Fig. 6 bis 8 dargestellt, umfasst jeder Zylinderkopf 92 einen Außenkörper 122, welcher die jeweilige Ventilplatte 88 übergreift und die Einlasskammer 94 und die Auslasskammer 96 umschließt, die ihrerseits wiederum durch einen innerhalb des Außenkörpers 122 verlaufenden Trennkörper 124 voneinander getrennt sind, wobei der Trennkörper 124 sich ausgehend von der jeweiligen Ventilplatte 88 erhebt und sich über die Einlasskammer 94 und diese übergreifend erstreckt.
Somit liegt die Auslasskammer 96 im Bereich der Ventilplatte 88 seitlich neben der Einlasskammer 94 und erstreckt sich jedoch zwischen dem Außenkörper 122 und dem Trennkörper 124 zumindest bereichsweise über der Einlasskammer 94.
Zur Steuerung der Leistung, das heißt zur Steuerung der Verdichter- Förderleistung, des Kältemittelverdichters ist jedem Zylinderkopf 92 eine durch eine Leistungssteuerung 138 aktiv angesteuerte mechanische Leistungssteuereinheit 142 zugeordnet, mit welchem ein Verbindungskanal 144 zwischen der Auslasskammer 96 und der Einlasskammer 94 verschlossen oder geöffnet werden kann, wobei die dem Zylinderkopf 92 zugeordneten Zylinder 82, 84 bei verschlossenem Verbindungskanal 144 (Fig. 7) die mit voller Leistung Kältemittel verdichtenden und bei geöffnetem Verbindungskanal kein Kältemittel verdichten, da das Kältemittel von der Auslasskammer 96 in die Einlasskammer 94 zurückströmt.
Der Verbindungskanal 144 verläuft dabei durch ein in den Trennkörper 124 eingesetztes Einsatzteil 146, welches einen Dichtungssitz 148 bildet, der der Auslasskammer 96 zugewandt liegt und welches an einen den Dichtungssitz 148 umgebenden und an diesen anschließenden Teil der Auslasskammer 96 angrenzt.
Ferner ist der Dichtungssitz 148 einem Verschlusskolben 152 zugewandt, welcher beispielsweise mit einem metallisch ausgebildeten Dichtungsbereich 154 auf den Dichtungssitz 148 aufsetzbar ist, um den Verbindungskanal 144 dicht abschließend zu verschließen und welcher so weit von dem Dichtungssitz 148 abhebbar ist, dass der Dichtungsbereich 154 im Abstand von dem
Dichtungssitz 148 steht und somit Kältemittel von der Auslasskammer 96 in die Einlasskammer 94 überströmen kann.
Vorzugsweise ist dabei der Verschlusskolben 152 koaxial zu dem Einsatzteil 146 mit dem Dichtungssitz 148 und mittels eines Kolbenrings 153 abgedichtet in einer Führungsbohrung 156 geführt, die durch einen an den Außenkörper 122 angeformten Führungshülsenkörper 158 des Zylinderkopfes 92 gebildet ist.
Vorzugsweise ist der Verschlusskolben 152 selbst oder zumindest der
Dichtungsbereich 154 aus einem Metall, beispielsweise aus einem Buntmetall, hergestellt, das eine geringere Härte als das Metall des Dichtungssitzes 148 aufweist, der beispielsweise aus Stahl, insbesondere gehärtetem Stahl, hergestellt ist. Um eine schnelle Bewegung des Verschlusskolbens 152 zu ermöglichen, liegt insbesondere ein Hub des Verschlusskolbens 152 zwischen einer Verschlussstellung und einer Offenstellung im Bereich zwischen einem Viertel und der Hälfte eines mittleren Druckmessers des Verbindungskanals 144.
Der Verschlusskolben 152 begrenzt dabei eine Druckkammer 162, die auf einer dem Dichtungsbereich 154 abgewandten Seite des Verschlusskolbens 152 angeordnet ist und auf einer dem Verschlusskolben 152 gegenüberliegenden Seite durch einen Abschlusskörper 164 verschlossen ist.
Das Volumen der Druckkammer 162 ist insbesondere so gering, dass es in der Offenstellung des Verschlusskolbens kleiner ist als ein Drittel, besser kleiner als ein Viertel, noch besser kleiner als ein Fünftel, vorteilhaft kleiner als ein Sechstel und noch vorteilhafter kleiner als ein Achtel des maximalen Volumens der Druckkammer 162 in der Verschlussstellung des Verschlusskolbens 152.
Ferner ist in der Druckkammer 162 noch eine Druckfeder 166 angeordnet, welche sich einerseits am Abschlusskörper 164 abstützt und andererseits den Verschlusskolben 152 in Richtung seiner auf dem Dichtungssitz 148
aufsitzenden Verschlussstellung beaufschlagt.
Je nach Druckbeaufschlagung der Druckkammer 162 ist der Verschlusskolben 152 in seine in Fig. 8 dargestellte Offenstellung oder in seine in Fig. 7 dargestellte Verschlussstellung bewegbar.
Hierzu ist der Verschlusskolben 152 von einem Drosselkanal 172 durchsetzt, der sich von der Druckkammer 162 durch den Verschlusskolben 152 bis zu einer Mündungsöffnung 154 erstreckt, die radial außerhalb des Dichtungsbereichs 154 auf einer dem Dichtungssitz 148 zugewandten Seite angeordnet ist, jedoch dadurch, dass diese radial außerhalb des Dichtungselements 154 liegt, in der Verschlussstellung des Verschlusskolbens 152 einen Eintritt von unter Druck in der Auslasskammer 96 stehendem und den Dichtungssitz umströmenden Kältemittel erlaubt und dieses gedrosselt der Druckkammer 162 zuführt.
Darüber hinaus führt in die Druckkammer 162, und zwar beispielsweise durch den Abschlusskörper 164 ein Entlastungskanal 176, der durch ein als Ganzes mit 182 bezeichnetes Magnetventil mit einem Druckentlastungskanal 184 verbindbar ist, welcher mit der Einlasskammer 94 in Verbindung steht.
Beispielsweise ist das Magnetventil 182 so ausgebildet, dass dieses einen Ventilkörper 186 aufweist, mit welchem die Verbindung zwischen dem Druckentlastungskanal 184 und dem Entlastungskanal 176 unterbrochen oder hergestellt werden kann.
Ist die Verbindung zwischen dem Entlastungskanal 176 und dem Druckentlastungskanal 184 hergestellt, so überwiegt in der Druckkammer 162 der Saugdruck, während der Verschlusskolben 152 auf seiner der Auslasskammer 96 zugewandten Seite von dem Druck in der Auslasskammer 96 beaufschlagt ist und somit in seine Offenstellung bewegt wird.
Ist jedoch die Verbindung zwischen dem Druckentlastungskanal 184 und dem Entlastungskanal 176 durch den Ventilkörper 186 unterbrochen, so drückt die Druckfeder 166 den Verschlusskolben 152 auf den Dichtungssitz 148 und zusätzlich strömt durch den Drosselkanal 172 Hochdruck in die Druckkammer 162, so dass sich in der Druckkammer 162 Hochdruck aufbaut, der zusätzlich zur Wirkung der Druckfeder 166 den Verschlusskolben 152 mit dem
Dichtungselement 154 auf den Dichtungssitz 148 drückt.
Insbesondere ist der Verschlusskolben 152 so ausgebildet, dass dieser sich radial über den Dichtungssitz 148 hinaus erstreckt, so dass selbst bei in Verschlussstellung stehendem Verschlusskolben 152 die radial außerhalb des Dichtungssitzes 148 liegende und durch Hochdruck beaufschlagte Kolbenfläche dazu führt, dass der Verschlusskolben 152 entgegen der Kraft der Druckfeder 166 in die Offenstellung, dargestellt in Fig. 5 bewegt wird, sofern der Ventilkörper 186 des Magnetventils 182 die Verbindung zwischen dem Entlastungskanal 176 und dem Druckentlastungskanal 184 herstellt was dazu führt, dass sich in der Druckkammer 162 ein Saugdruck einstellt.
Die Zufuhr von unter Saugdruck stehendem Kältemittel erfolgt über einen in den Verdichtergehäuseabschnitt 22 eingeformten Zufuhrkanal 202, welcher zu einer zur Ventilplatte 88 führenden Einlassöffnung 204 führt, durch welche unter Saugdruck stehendes Kältemittel zu einer Durchtrittsöffnung 206 in der Ventilplatte 88 strömt und durch diese in die Einlasskammer 94 übertritt.
Außerdem führt, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt die Auslasskammer 96 zu einer in der Ventilplatte 88 angeordneten Auslassöffnung 212 durch welche das unter Druck in der Auslasskammer 96 stehende Kältemittel in einen in dem Verdichtergehäuseabschnitt 22 vorgesehenen Auslasskanal 214 übertritt und zu einem Auslassanschlusselement 216 strömen kann.
Insbesondere ist der Auslassöffnung 212 der Ventilplatte 88 ein Rückschlagventil 222 zugeordnet, welches an der Ventilplatte 88 gehalten ist und ein Ventilelement 224 auf einer dem Auslasskanal 214 zugewandten Seite der Ventilplatte 88 angeordnet ist und dafür sorgt, dass im Fall der Offenstellung des Verschlusskolbens 152 und somit im Fall eines Überströmens des Kältemittels aus der Auslasskammer 96 in die Einlasskammer 94 der Druck in dem Auslasskanal 214 nicht abfällt, sondern durch das sich schließende Rückschlagventil 222 aufrecht erhalten wird.
Vorzugsweise ist das Rückschlagventil 222 mitsamt einem diesem
zugeordneten Fangelement 226 mittels eines Halteelements 226 an der Ventilplatte 88 gehalten und dichtet gegen die Ventilplatte 88 ab. Der erfindungsgemäße Kältemittelverdichter ist als halbhermetischer
Verdichter ausgebildet, so dass unter Saugdruck stehendes Kältemittel mittels eines am Abschlussdeckel 34 angeordneten Einlassanschlusselements 232 einem Motorraum 234 zugeführt wird und den Elektromotor 14 in Richtung der Mittelwand 48 durchströmt und aus dem Motorraum 234 in den Zufuhrkanal 202 übertritt, so dass durch das zugeführte saugseitige Kältemittel eine Kühlung des Elektromotors 14 im Motorraum 234 erfolgt.
Der Elektromotor 14 umfasst seinerseits einen fest in dem Motorgehäuseabschnitt 24 gehaltenen Stator 252 mit einer Statorwicklung 254, welche beispielsweise zwei Teilwicklungen 256 und 258 aufweist, die zur
Magnetisierung eines Statorblechpakets 262 dienen.
Der Stator 252 umschließt einen als Ganzes mit 272 bezeichneten Rotor, in dessen Rotorblechpaket 274, wie in Fig. 9 dargestellt, einerseits ein Kurzschlusskäfig 276 angeordnet ist, welches Kurzschlussstäbe 278 umfasst, die parallel zu einer Rotorachse 282 verlaufen und die in Umfangsrichtung elektrisch leitend endseitig miteinander verbunden sind.
Ferner sind in das Blechpaket 274 plattenförmige Permanentmagnete 292 eingesetzt, deren Flachseiten 294 sich einerseits mit einer Längsrichtung 296 parallel zur Rotorachse 282 erstrecken und mit einer Querrichtung 298 quer zur Rotorachse 282 erstrecken und zwar derart, dass die Querrichtungen 298 ein um die Rotorachse 282 als Symmetrieachse herum verlaufendes
geometrisches Vieleck bilden.
Die Permanentmagnete 292 sind ferner so ausgebildet, dass in einer Umlauf- richtung 302 um die Rotorachse 282 aufeinander folgende Permanentmagnete 292 auf ihren der Rotorachse 282 zugewandten Seiten jeweils eine wechselnde Polarität aufweisen, so dass insgesamt der Rotor 272 mittels der Permanentmagnete 292 in Umlaufrichtung alternierende magnetische Pole aufweist. Ein mit einem derartigen Rotor 272 versehener Elektromotor 14 arbeitet aufgrund der im Rotor 272 vorgesehenen Permanentmagnete 292 im Normalbetrieb als Synchronmotor, wobei aufgrund der Permanentmagnete 292 ein derartiger Synchronmotor eine vorteilhafte Energieeffizienz und höhere Kältemittel-Förderleistung aufweist.
Das vom Stator 252 erzeugte Drehfeld läuft aufgrund einer Speisung der Statorwicklung 254 mit einer definierten Frequenz um, die beispielsweise dadurch bedingt ist, dass die Statorwicklung 254 durch ein Wechselstromnetz gespeist sind .
Um ein Anlaufen bei einem mit konstanter Frequenz umlaufenden Drehfeld des Stators 252 zu ermöglichen, ist der Rotor 272 mit dem Kurzschlusskäfig 276 versehen, welches die Möglichkeit schafft, dass der Elektromotor 14 zunächst als Asynchronmotor anläuft, bis er die dem umlaufenden Drehfeld der Statorentwicklung entsprechende Drehzahl erreicht hat und dann als Synchronmotor aufgrund der durch die Permanentmagneten 292 bedingten magnetischen Pole umläuft.
Somit kann ein Kältemittelverdichter mit einem derartigen Elektromotor durch ein übliches Wechselstromnetz gespeist betrieben werden, da dieser wie ein Asynchronmotor anläuft.
Es besteht aber auch die Möglichkeit einen derartigen Kältemittelverdichter mit einem Frequenzumrichter zu betreiben.
Zum Erleichtern des Anlaufens des Elektromotors 14 besteht ferner die
Möglichkeit, mittels einer dem Kältemittelverdichter zugeordneten Anlaufsteuerung 312 - wie in Fig . 10 dargestellt - zunächst nur eine der Teilwicklungen 256 oder 258 zu bestromen, um den Anlaufstrom zu reduzieren und dann nach einer kurzen Anlaufphase des Elektromotors 14 als
Asynchronmotor die andere der Teilwicklungen 258, 256 dazu zu schalten. Im Fal le des Einsatzes des erfind ungsgemäßen Kältemittelverdichters für g roße Druckdifferenzen, beispielsweise als Verdichter für C02, greift die Anlaufsteuerung 312 in die vorgesehene Leistu ngssteuerung 138 für d ie aktive Ansteuerung der Leistungssteuereinheiten 142 ein und bewirkt, dass mindestens eine Zylinderban k 86, vorzugsweise beide Zyl inderbänke 86i und 862, deaktiviert werden, so dass bei Deaktivierung mindestens einer Zyl inderbank 86 das Drehmoment, das der H ubkol benverdichter 12 benötigt, reduziert ist, und beim Deaktivieren beider Zyl inderbänke 86i und 862 das Drehmoment, welches der H ubkol benverdichter 12 benötigt, gering ist, da keine Verd ichtung von Kältemittel erfolgt, so dass einerseits der Anlaufstrom des Elektromotors 14 niedrig gehalten wird und d ieser andererseits dann sehr schnel l von seinem Betrieb als Asynchronmotor in den Betrieb als Synchronmotor übergeht in dem das vol le Drehmoment zur Verfügung steht, so dass entweder gleichzeitig oder Sukzessive die Zylinderbänke 86i und 862 aktiviert werden können ( Fig .10).
Bei einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel , dargestel lt in Fig .11 sind d iejenigen Teile d ie mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind mit densel ben Bezugszeichen versehen, so dass voll inhaltl ich auf d ie
Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann .
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Fangelement 226' des Rückschlagventils 222' im Verdichtergehäuseabschnitt 22 ausgebildet, beispielsweise durch eine Ausnehmung seitl ich des Auslasskanals 214, welche den mög lichen Weg des Ventilelements 224' zwischen seiner geschlossenen, auf der Ventilplatte 88 aufl iegenden Stel lung und der maximal geöffneten Stell ung beg renzt. Ein derartiges Fangelement 226' kann generell in allen Verdichtergehäuseabschnitten 22 aller Kältemittelverdichter derselben Baugruppe vorgesehen sein, unabhängig davon, ob diese mit einem Rückschlagventil 222' versehen sind oder nicht, so dass eine einfache Nachrüstung der Kältemittelverdichter mit einem Rückschlagventil 222' und insbesondere auch mit mindestens einer erfindungsgemäßen mechanischen Leistungssteuereinheit 142 zusammen mit einem derartigen Rückschlagventil 222' möglich ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Halbhermetischer Kältemittelverdichter, umfassend einen Hubkolbenverdichter (12) und einen Elektromotor (14), ein Gesamtgehäuse (10), welches einen Motorgehäuseabschnitt (24) für den Elektromotor und einen Verdichtergehäuseabschnitt (22) für den Hubkolbenverdichter (12) aufweist, einen von einem Sauganschluss (232) am Gesamtgehäuse (10) zu einer Einlasskammer (94) des Hubkolbenverdichters (12) führenden saugseitigen Kältemittelpfad und einen von einer Auslasskammer (96) des Hubkolbenverdichters (12) zu einem Druck- anschluss (216) am Gesamtgehäuse (10) führenden druckseitigen Kältemittelpfad, wobei in dem Verdichtergehäuseabschnitt (22) mindestens ein Zylinder (82, 84) des Hubkolbenverdichters (12) vorgesehen ist, der einen in einer im Verdichtergehäuseabschnitt (22) ausgebildeten Zylinderbohrung (72, 74) bewegbaren Kolben (66, 68), eine die Zylinderbohrung (72, 74) abschließende Ventilplatte (88) und einen die Ventilplatte (88) übergreifenden und einen Teil des
Verdichtergehäuseabschnitts (22) bildenden Zylinderkopf (92) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Elektromotor (14) als Synchronmotor ausgebildet ist, in dessen Rotor (272)
Permanentmagnete (292) für den Synchronbetrieb des Elektromotors (14) und ein Kurzschlusskäfig (276) für das Anlaufen des Elektromotors (14) im Asynchronbetrieb angeordnet sind.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (292) sich parallel zu einer Rotorachse (282) des Rotors (272) erstrecken.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (292) als Plattenkörper ausgebildet sind, deren Flachseiten (294) sich in einer Längsrichtung (296) und einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung (298) erstrecken.
4. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (292) sich jeweils mit ihrer Längsrichtung (296) parallel zur Rotorachse (282) erstrecken.
5. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (292) sich mit ihren Querrichtungen (298) längs Außenkanten eines zur Rotorachse (282) symmetrischen geometrischen Vielecks erstrecken.
6. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die als Plattenkörper ausgebildeten Permanentmagnete (292) auf ihren einander gegenüberliegenden Flachseiten (294), von denen die eine der Rotorachse (282) zugewandt und die andere der Rotorachse (282) abgewandt ist, eine
unterschiedliche magnetische Polarität (N, S) aufweisen.
7. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der saugseitige Kältemittelpfad das Motorgehäuse (24) zur Kühlung des Elektromotors (14) durchsetzt.
8. Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Kältemittelverdichter mit einer extern gesteuerten mechanischen Leistungssteuereinheit (142) versehen ist.
9. Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Leistungssteuereinheit (142) zur Leistungsreduktion bei mindestens einem Zylinder (82, 84) den auslassseitigen Kältemittelpfad mit dem einlassseitigen Kältemittelpfad verbindet.
10. Kältemittelverdichter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Leistungssteuereinheit (142) an dem mindestens einen Zylinderkopf (92) angeordnet ist.
11. Kältemittelverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Leistungssteuereinheit (142) zumindest teilweise in den mindestens einen Zylinderkopf (92) integriert ist.
12. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Leistungssteuereinheit (142) zur Leistungsreduktion eine Auslasskammer (96) im Zylinderkopf (92) mit einer Einlasskammer (94) im Zylinderkopf (92) mittels eines Verbindungskanals (144) verbindet.
13. Kältemittelverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (144) in den Zylinderkopf (92) integriert angeordnet ist.
14. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskammer (96) im Zylinderkopf (92) unmittelbar angrenzend an mindestens eine Auslassöffnung (112, 114, 116, 118) für den jeweiligen Zylinder (82, 84) in der Ventilplatte (88) angeordnet ist.
15. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskammer (94) im Zylinderkopf unmittelbar angrenzend an eine Einlassöffnung (102, 104, 106, 108) für den jeweiligen Zylinder (82, 84) der Ventilplatte (88) angeordnet ist.
16. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Leistungssteuereinheit (142) zum Verschließen des Verbindungskanals (144) einen Verschlusskolben (152) aufweist.
17. Kältemittelverdichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskolben (152) zum Verschließen des Verbindungskanals (144) auf einen Dichtungssitz (148) aufsetzbar ist, der den
Verbindungskanal (144) umschließend verläuft.
18. Kältemittelverdichter nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungsbereich (154) des Verschlusskolbens (152) aus einem Metall hergestellt ist, das eine geringere Härte aufweist als ein Metall, aus dem der Dichtungssitz (148) hergestellt ist.
19. Kältemittelverdichter nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungssitz (148) in einem Wandabschnitt (124) des Zylinderkopfes (92) angeordnet ist, der die Einlasskammer (94) von der Auslasskammer (96) trennt.
20. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungssitz (148) in einen über der Ventilplatte (88) und über der Einlasskammer (94) verlaufenden Wandabschnitt (124) angeordnet ist.
21. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungssitz (148) auf einer der Ventilplatte (88) gegenüberliegenden Seite der Einlasskammer (94) angeordnet ist.
22. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem Dichtungssitz (148) ein Hub des Verschlusskolbens (152) im Bereich von einem Viertel bis zu der Hälfte eines mittleren Durchmessers des Verbindungskanals (144) liegt.
23. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderkopf (92) eine Einlasskammer (94) und eine Auslasskammer (96) für eine mindestens zwei Zylinder (82, 84) umfassende Zylinderbank (86) aufweist.
24. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige mechanische Leistungssteuereinheit (142) einer Zylinderbank (86) zugeordnet ist.
25. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei N-Zylinderbänken (86) des Kältemittelverdichters mindestens N-l-Zylinderbänken (86) eine
mechanische Leistungssteuereinheit (142) zugeordnet ist.
26. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinderbank (86) eine mechanische Leistungssteuereinheit (142) zugeordnet ist.
27. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verdichtergehäuseabschnitt (22) im Anschluss an die durch die mechanische Leistungssteuereinheit (142) beeinflussbaren Kältemittelpfade ein Rückschlagventil (222) vorgesehen ist.
28. Kältemittelverdichter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (222) eine in der Ventilplatte (88) vorgesehene Auslassöffnung (212) und ein mit der Ventilplatte (88) zusammenwirkendes Ventilelement (224) aufweist.
29. Kältemittelverdichter nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (224) an der Ventilplatte (88) gehalten ist.
30. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskolben (152) in Richtung seiner mit dem Dichtungssitz (148) zusammenwirkenden Stellung durch eine Druckfeder (166) beaufschlagt ist.
31. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskolben (152) durch eine Druckkammer (162) betätigbar ist, die je nach externer Ansteuerung der Leistungssteuereinheit (142) entweder durch Saugdruck oder durch Hochdruck beaufschlagbar ist.
32. Kältemittelverdichter nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (162) in der Offenstellung des Verschlusskolbens (152) ein Volumen aufweist, das kleiner ist als ein Drittel, besser kleiner als ein Viertel des maximalen Volumens der Druckkammer (162) in der Verschlussstellung.
33. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Leistungssteuereinheit (142) umfasste Ansteuereinheit (182) vorgesehen ist, mit welcher die Druckbeaufschlagung des Verschlusskolbens (152) steuerbar ist.
34. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungssteuerung (138) vorgesehen ist, welche die mindestens eine mechanische Leistungssteuereinheit (142) entsprechend einer geforderten Verdichter-Förderleistung ansteuert.
35. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlaufsteuereinheit (312) vorgesehen ist, welche einen Anlauf des Elektromotors (14) steuert.
36. Kältemittelverdichter nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufsteuereinheit (312) den Elektromotor (14) zum Anlaufen mit einer anlaufstromreduzierenden Wicklungsverschaltung betreibt.
37. Kältemittelverdichter nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufsteuereinheit (312) zum Anlaufen des
Elektromotors (14) zunächst eine erste Teilwicklung (256) und nachfolgend eine zweite Teilwicklung (258) in einem Stator (252) des Elektromotors (14) bestromt.
38. Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufsteuereinheit (312) die Leistungssteuerung (138) beim Anlaufen des Elektromotors (14) so ansteuert, dass der Hubkolbenverdichter (12) beim Anlaufen des Elektromotors (14) nur mit reduzierter Verdichter-Förderleistung arbeitet.
39. Kältemittelverdichter nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufsteuereinheit (312) die Leistungssteuerung (138) derart ansteuert, dass der Hubkolbenverdichter (12) beim Anlaufen des Elektromotors (14) mit der kleinstmöglichen Verdichter-Förderleistung arbeitet.
40. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenverdichter (12) mit einem Saugdruck im Bereich von 10 bar bis 50 bar arbeitet.
41. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenverdichter (12) mit einem Hochdruck im Bereich von 40 bar bis 160 bar arbeitet.
42. Kältemittelverdichter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenverdichter (12) mit Kohlendioxyd als Kältemittel arbeitet und insbesondere für den Betrieb mit Kohlendioxid als Kältemittel ausgelegt ist.
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