EP4062067A1 - Spiralverdichter - Google Patents

Spiralverdichter

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EP4062067A1
EP4062067A1 EP19805654.1A EP19805654A EP4062067A1 EP 4062067 A1 EP4062067 A1 EP 4062067A1 EP 19805654 A EP19805654 A EP 19805654A EP 4062067 A1 EP4062067 A1 EP 4062067A1
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EP
European Patent Office
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pressure chamber
scroll compressor
spiral
compressor according
venturi nozzle
Prior art date
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Application number
EP19805654.1A
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English (en)
French (fr)
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EP4062067B1 (de
Inventor
Hans Gerards
Lukas LÖHMER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP4062067A1 publication Critical patent/EP4062067A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4062067B1 publication Critical patent/EP4062067B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0253—Details concerning the base
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/008—Hermetic pumps

Definitions

  • the invention relates to a scroll compressor with a high-pressure chamber and a low-pressure chamber, an orbiting displacement spiral which is arranged on a driven eccentric unit and engages in a stationary spiral, the displacement spiral and the stationary spiral delimiting a compression chamber, and a counter-pressure chamber adjoining the displacement spiral, which over a gas connection channel is fluidically connected to the high-pressure chamber and is fluidically connected to the compression chamber via a fluid passage provided on the displacement spiral.
  • Such scroll compressors are sufficiently known from the prior art, for example from DE 10 2017 105 175 B3, and comprise a high pressure chamber, a low pressure chamber and an orbiting displacement spiral.
  • the orbiting displacement spiral engages in a stationary spiral in such a way that a compression chamber is formed between the displacement spiral and the stationary spiral.
  • a counter-pressure chamber is provided between the low-pressure chamber and the displacement spiral, a pressure prevailing in the counter-pressure chamber which acts on the orbiting displacement spiral.
  • the pressure prevailing in the counterpressure chamber and acting on the displacement spiral causes a resulting force in the axial direction, whereby the at least slightly axially movable displacement spiral is pressed against the stationary spiral and the spirals are thus sealed off from one another.
  • the pressure prevailing in the counter-pressure chamber is set in such a way that the counter-pressure chamber is connected to the
  • the high-pressure chamber is fluidically connected and is fluidically connected to the compression chamber via a fluid passage which is provided on the orbiting displacement spiral. Because the counter-pressure chamber is fluidically connected to the high-pressure chamber and the compression chamber, the pressure prevailing in the counter-pressure chamber is set as a function of the pressure prevailing in the compression chamber. In this way, a contact pressure required for the tightness of the arrangement between the displacement spiral and the stationary spiral can be set depending on the pressure acting in the compression chamber, thereby avoiding an excessively high contact pressure, which would lead to a loss of performance of the scroll compressor.
  • a lubricating oil is added to the fluid to be compressed.
  • the fluid-oil mixture is also present after compression and is conveyed into the counter-pressure chamber via the gas connection channel.
  • the disadvantage here is that the oil collects in the counterpressure chamber and too high an oil content in the counterpressure chamber results in an undesirable change in pressure in the
  • a change in pressure leads to a leak between the displacement scroll and the stationary scroll, which reduces the efficiency of the scroll compressor.
  • the object is therefore to provide a scroll compressor with a back pressure chamber which can be operated reliably with a high degree of efficiency.
  • a scroll compressor with the features of main claim 1.
  • a Venturi nozzle is provided in the fluid passage, which has at least one transverse opening at its constriction, the transverse opening being fluidically connected to the counter-pressure chamber, so that a suction jet pump is created, an oil suction from the counter-pressure chamber is effected, whereby a through a An undesirable pressure change in the back pressure chamber caused by an excessively high oil content can be reliably prevented and a reduction in the efficiency of the scroll compressor can be reliably prevented.
  • the oil is sucked out of the back pressure chamber in that the fluid flow flowing through the fluid passage is accelerated by the narrowing of the Venturi nozzle, the increase in flow velocity leading to an increase in the dynamic pressure and a reduction in the static pressure.
  • the reduced static pressure and the resulting negative pressure in relation to the counterpressure chamber causes the oil that has accumulated in the counterpressure chamber to flow from the counterpressure chamber through the transverse opening into the Venturi nozzle.
  • the oil is entrained by the fluid flow between the back pressure chamber and the compression chamber and is blown into the compression chamber. Starting from the compression chamber, the fluid flows into the floch pressure chamber.
  • the transverse opening is fluidically connected to the counter-pressure chamber via a flow channel, the flow channel being provided on the displacement spiral.
  • the flow channel preferably opens into the counter-pressure chamber at the lowest point of the displacement spiral.
  • the Venturi nozzle has several transverse openings, which are arranged distributed over the circumference, whereby the oil sucked out of the counter-pressure chamber is uniform Fluid flow channel can be fed to the Venturi nozzle and can be entrained in this.
  • the Venturi nozzle preferably has an annular groove on the outer circumferential surface, the annular groove being fluidically connected to the transverse bores.
  • the annular groove together with a circumferential surface of the displacement spiral adjoining the Venturi nozzle, delimits an annular channel through which the extracted oil can flow reliably and evenly to all cross bores
  • the fluid passage is preferably arranged in a web area of the displacement spiral.
  • the web area is provided on the side facing away from the stationary scroll and between two adjacent guide openings, a guide pin fastened to the compressor housing engaging in each of the guide openings.
  • the orbiting displacement spiral is guided by the guide pins engaging in the guide openings and rotation of the displacement spiral is prevented.
  • other recesses can also be provided on the displacement spiral, which are separated from one another by a web.
  • the Venturi nozzle has a certain length, and the arrangement of the fluid passage in the web area means that the Venturi nozzle can be arranged completely within the displacement spiral. Furthermore, the web area can be thickened in order to have sufficient strength of the web area in spite of the fluid passage.
  • the Venturi nozzle is preferably pressed into the passage, as a result of which the Venturi nozzle can be fastened to the displacement spiral inexpensively, quickly and reliably.
  • the fluid passage has two mutually adjoining axial sections, the axial sections have mutually different diameters, the Venturi nozzle resting on the end face on a radial shoulder between the two axial sections.
  • the Venturi nozzle can easily be inserted with an insertion depth predefined by the depth of the axial section. This facilitates assembly in that the Venturi nozzle can be pushed in until it rests against the radial shoulder.
  • the transverse opening preferably has a diameter of 0.5 to 1.0 mm. At least the transverse opening is preferably produced by a laser process. The transverse opening with a relatively small diameter can be produced in a simple and reliable manner by the laser method.
  • An inlet of the gas connection channel is preferably arranged upstream of an oil separator in the direction of flow of a compressed fluid.
  • the oil separator is used to separate the lubricating oil from the fluid entering a cooling circuit.
  • the high-pressure chamber is preferably fluidically connected to the low-pressure chamber via an oil return channel.
  • the oil guide channel serves to return the lubricating oil dissolved from the fluid, the oil being separated from the gas by the oil separator.
  • the separated oil collects at the lowest point in the high-pressure chamber, the oil return channel extending from the lowest point of the high-pressure chamber to the low-pressure chamber.
  • a throttle is provided in the oil return channel, which controls the oil return flow to the low-pressure chamber.
  • a scroll compressor which has a back pressure chamber fluidically connected to the compression chamber via the gas connection channel with the high pressure chamber and via a fluid passage provided on the displacement spiral, an accumulation of oil in the back pressure chamber being prevented by a Venturi nozzle arranged in the fluid passage by the Venturi nozzle, based on the principle of a suction jet pump, causes the oil to be sucked out of the counter-pressure chamber.
  • An embodiment of a scroll compressor according to the invention is shown in the figures and described below.
  • Figure 1 shows a sectional view of a scroll compressor according to the invention
  • FIG. 2 shows a section of the scroll compressor from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a top view of a displacement spiral of the scroll compressor from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a scroll compressor 2.
  • the scroll compressor 2 comprises a multi-part compressor housing 10 with a first compressor housing part 12, a second compressor housing part 14 axially adjoining the first compressor housing part 12, and a third compressor housing part 16 adjoining the second compressor housing part 14 , the second compressor housing part 14 and the third compressor housing part 16 delimit an engine compartment 18.
  • the second compressor housing part 14 and the third compressor housing part 16 delimit a compressor space 20.
  • An electric motor 22 with a stator 24 and a rotor 26 is arranged in the engine compartment 18.
  • the rotor 26 is fastened on a rotor shaft 28.
  • the rotor shaft 28 extends from the engine compartment 18 through a central opening 29 of the second compressor housing part 14 into the compressor chamber 20.
  • the rotor shaft 28 is mounted in two shaft bearings 40, 42 via two shaft bearing sections 30, 34 at the end so that it can rotate about a rotor shaft axis of rotation.
  • the first shaft bearing 40 is arranged in the engine compartment 18 and supports the first shaft bearing section 30.
  • the second shaft bearing 42 is arranged in the compressor chamber 20 and supports the second shaft bearing section 34.
  • a shaft sealing ring 43 is provided on the side of the second shaft bearing 42 facing the engine compartment 18 , which rests on the radial inside against the rotor shaft 28 and is supported on the radial outside by the second compressor housing part 14.
  • the shaft sealing ring 43 fluidically seals the engine compartment 18 from the compressor compartment 20.
  • a compression unit 58 is arranged, which has an orbiting displacement spiral 60 and a stationary spiral 62, the orbiting displacement spiral 60 and the stationary spiral 62 delimiting a compression chamber 61.
  • the orbiting displacement spiral 60 is arranged via an eccentric shaft bearing 64 on an eccentric unit 50 fastened to the rotor shaft 28.
  • the fixed scroll 62 is fixedly arranged in the compressor housing 10, the fixed scroll 62 being axially supported by the second compressor housing part 14 and the third compressor housing part 16.
  • the refrigerant is introduced through a compressor inlet 85 into the engine compartment 18 of the scroll compressor 2, the refrigerant flowing through the engine compartment 18 into the compressor compartment 20 and the compression chamber 61.
  • the orbiting displacement spiral 60 and the fixed spiral 62 are designed in such a way that the orbiting movement of the displacement spiral 60 a refrigerant is conveyed from a radially outer inlet 66 of the compression chamber 61 to a radially inner outlet 68 of the compression chamber 61 and is compressed in the process.
  • the compression chamber 20 has a high pressure chamber 80 and a counter pressure chamber 82.
  • the high-pressure chamber 80 is delimited by the third compressor housing part 16 and by the stationary spiral 62 and is fluidly arranged between the outlet 68 and a compressor outlet 84, the refrigerant flowing from the outlet 68 via the high-pressure chamber 80 to the compressor outlet 84. Starting from the compressor outlet 84, the refrigerant flows into a coolant circuit of a motor vehicle.
  • the high-pressure chamber 80 has an oil separation chamber 86 which is fluidly arranged directly in front of the compressor outlet 84 and which has an oil separator 88.
  • the oil separator 88 is designed as a cyclone separator, the refrigerant flowing through the oil separator 88 to the compressor outlet 84 and the oil released from the refrigerant settling on the bottom of the oil separating chamber 86, ie at the lowest point of the high pressure chamber 80.
  • an inlet 89 of an oil return duct 90 is provided at the bottom of the oil separation chamber 86, which fluidly connects the oil separation chamber 86 and thus the high pressure chamber 80 with a low pressure chamber 87, the engine compartment 18 forming the low pressure chamber 87.
  • the oil return duct 90 extends through the third compressor housing part 16, the fixed spiral 62 and through the second compressor housing part 14, a filter 130 being arranged in the oil return duct 90.
  • the back pressure chamber 82 is delimited by the second compressor housing part 14 and the orbiting displacement spiral 60, the pressure prevailing in the back pressure chamber 82 acting on the axially displaceable, orbiting displacement spiral 60 and exerting an axial load therefrom the displacement spiral results. This axial load leads to an improved seal between the end faces of the orbiting displacement scroll 60 and the stationary scroll 62.
  • the counterpressure chamber 82 is fluidically connected to the high pressure chamber 80 via a gas connection channel 100.
  • the gas connection channel 100 runs from the high-pressure chamber 80 through the fixed spiral 62 and through the second compressor housing part 14.
  • the counter-pressure chamber 82 is fluidically connected to the compression chamber 61 via a fluid passage 70.
  • a Venturi nozzle 71 is arranged in the fluid passage 70, the Venturi nozzle 71 having a plurality of transverse bores 741, 742 at its constriction 72, which are fluidically connected to the counter-pressure chamber 82 via a flow channel 78.
  • the venturi nozzle 71 is shown in FIG.
  • the transverse bores 741, 742 extend radially and are fluidically connected to one another via an annular channel 76 provided on the outer circumferential surface of the Venturi nozzle 71, the annular channel 76 being fluidically connected to the counter-pressure chamber 82 via the flow channel 78.
  • the annular channel 76 is delimited by a circumferential annular groove 77 produced on the outer circumferential surface of the Venturi nozzle 71 and by a surface of the displacement spiral 60 resting on the outer circumferential surface. As shown in FIG.
  • the venturi nozzle 71 is arranged in a thickened web area 114 on a side of the displacement spiral 60 facing away from the fixed spiral 62, the web area 114 being formed between two recesses 110, 112 provided on the displacement spiral 60.
  • the circular recess 110 is a guide opening for guiding the displacement spiral 60 during operation of the scroll compressor 2, with a guide pin fastened to the compressor housing 10 engaging in each guide opening 110 and not shown in the figures.
  • the fluid passage 70 having two axial sections 731, 732.
  • the first axial section 731 has a diameter corresponding to the outer peripheral surface of the Venturi nozzle 71 and a length corresponding to the Venturi nozzle 71.
  • the second axial section 732 has a smaller diameter compared to the first axial section 731, as a result of which a radially extending shoulder 79 is present between the two axial sections 731, 732.
  • the Venturi nozzle 71 works on the principle of a suction jet pump and serves to discharge an oil from the counter-pressure chamber 82, the oil together with the fluid that is conveyed from the high-pressure chamber 80 into the counter-pressure chamber 82 via the gas connection channel 100 into the counter-pressure chamber 82 flows in and settles in the counter-pressure chamber 82. Too high a proportion of the oil leads to a reduction in the contact force between the displacement scroll 60 and the fixed scroll 62, as a result of which the efficiency of the scroll compressor 2 is impaired.
  • the oil is discharged from the back pressure chamber 82 in that the fluid which occurs through the fluid passage 70 during operation of the scroll compressor 2 Mass flow is accelerated through the constriction 72 of the Venturi nozzle 71, as a result of which the static pressure in the area of the constriction 72 drops and a negative pressure relative to the counter-pressure chamber 82 arises.
  • the negative pressure also prevails in the transverse bores 741, 742, the oil deposited on the bottom of the counterpressure chamber 82 flowing to the Venturi nozzle 71 through the negative pressure via the flow channel 78.
  • the oil is entrained by the fluid flowing through the Venturi nozzle 71 and blown into the compression chamber 61. Starting from the compression chamber 61, the oil flows into the high-pressure chamber 80.
  • a scroll compressor 2 is thus created which reliably prevents the oil from accumulating in the back pressure chamber 82. It should be clear that the scope of protection is not limited to the exemplary embodiment described, but that various modifications are conceivable.
  • the compressor unit 58, the compressor housing 10 or the Venturi nozzle 71 can be designed differently.

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Abstract

Spiralverdichter mit einer Hochdruckkammer (80) und einer Niederdruckkammer (87), einer an einer angetriebenen Exzentereinheit (50) angeordneten und orbitierenden Verdrängerspirale (60), welche in eine feststehende Spirale (62) eingreift, wobei die Verdrängerspirale (60) und die feststehende Spirale (62) eine Verdichtungskammer (61) begrenzen, und einer an die Verdrängerspirale (60) angrenzende Gegendruckkammer (82), welche über einen Gasverbindungskanal (100) mit der Hochdruckkammer (80) fluidisch verbunden ist und über einen an der Verdrängerspirale (60) vorgesehenen Fluiddurchgang (70) mit der Verdichtungskammer (61) fluidisch verbunden ist, wobei in dem Fluiddurchgang (70) eine Venturi-Düse (71) vorgesehen ist, welche an ihrer Verengung (72) mindestens eine Queröffnung (741, 742) aufweist, wobei die Queröffnung (741, 742) mit der Gegendruckkammer (82) fluidisch verbunden ist.

Description

B E S C H R E I B U N G Spiralverdichter
Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter mit einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkammer, einer an einer angetriebenen Exzentereinheit angeordneten und orbitierenden Verdrängerspirale, welche in eine feststehende Spirale eingreift, wobei die Verdrängerspirale und die feststehende Spirale eine Verdichtungskammer begrenzen, und einer an die Verdrängerspirale angrenzende Gegendruckkammer, welche über einen Gasverbindungskanal mit der Hochdruckkammer fluidisch verbunden ist und über einen an der Verdrängerspirale vorgesehenen Fluiddurchgang mit der Verdichtungskammer fluidisch verbunden ist.
Derartige Spiralverdichter sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 10 2017 105 175 B3, hinlänglich bekannt und umfassen eine Hochdruckkammer, eine Niederdruckkammer und eine orbitierende Verdrängerspirale. Die orbitierende Verdrängerspirale greift in eine feststehende Spirale derart ein, dass zwischen der Verdrängerspirale und der feststehenden Spirale eine Verdichtungskammer gebildet wird. Zwischen der Niederdruckkammer und der Verdrängerspirale ist eine Gegendruckkammer vorgesehen, wobei in der Gegendruckkammer ein Druck herrscht, der auf die orbitierende Verdrängerspirale wirkt. Der in der Gegendruckkammer herrschende und auf die Verdrängerspirale wirkende Druck verursacht eine resultierende Kraft in axialer Richtung, wodurch die zumindest geringfügig axial bewegliche Verdrängerspirale gegen die feststehende Spirale gedrückt wird und somit die Spiralen zueinander abgedichtet werden.
Der in der Gegendruckkammer herrschende Druck stellt sich derart ein, dass die Gegendruckkammer über einen Gasverbindungskanal mit der Hochdruckkammer fluidisch verbunden ist und über einen Fluiddurchgang, welcher an der orbitierenden Verdrängerspirale vorgesehen ist, mit der Verdichtungskammer fluidisch verbunden ist. Dadurch, dass die Gegendruckkammer mit der Hochdruckkammer und der Verdichtungskammer fluidisch verbunden ist, stellt sich der in der Gegendruckkammer herrschende Druck in Abhängigkeit von dem in der Verdichtungskammer herrschenden Druck ein. Auf diese Weise kann ein für die Dichtigkeit der Anordnung erforderlicher Anpressdruck zwischen der Verdrängerspirale und der feststehenden Spirale in Abhängigkeit von dem in der Verdichtungskammer wirkenden Druck eingestellt werden und dadurch ein zu hoher Anpressdruck, welcher zu Leistungseinbußen des Spiralverdichters führen würde, vermieden werden.
Zur Schmierung von zueinander relativ bewegenden Komponenten des Spiralverdichters, insbesondere zur Schmierung zwischen der Verdrängerspirale und der feststehenden Spirale, wird dem zu verdichtenden Fluid ein Schmieröl beigemischt. Das Fluid-Öl-Gemisch liegt auch nach der Verdichtung vor und wird über den Gasverbindungskanal in die Gegendruckkammer gefördert. Nachteilhaft daran ist, dass das Öl sich in der Gegendruckkammer sammelt und ein zu hoher Öl-Anteil in der Gegendruckkammer eine unerwünschte Druckänderung in der
Gegendruckkammer verursacht. Eine derartige, unerwünschte
Druckänderung führt zu einer Undichtigkeit zwischen der Verdrängerspirale und der feststehenden Spirale, wodurch sich der Wirkungsgrad des Spiralverdichters reduziert.
Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Spiralverdichter mit einer Gegendruckkammer bereitzustellen, welcher zuverlässig mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Spiralverdichter mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass in dem Fluiddurchgang eine Venturi-Düse vorgesehen ist, welche an ihrer Verengung mindestens eine Queröffnung aufweist, wobei die Queröffnung mit der Gegendruckkammer fluidisch verbunden ist, so dass eine Saugstrahlpumpe entsteht, wird eine Ölabsaugung aus der Gegendruckkammer bewirkt, wodurch eine durch einen zu hohen Öl-Anteil verursachte, unerwünschte Druckänderung in der Gegendruckkammer zuverlässig verhindert werden kann und eine Reduzierung des Wirkungsgrads des Spiralverdichters zuverlässig verhindert werden kann. Die Ölabsaugung aus der Gegendruckkammer erfolgt dadurch, dass der durch den Fluiddurchgang strömende Fluidstrom durch die Verengung der Venturi-Düse beschleunigt wird, wobei die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu einem Anstieg des dynamischen Drucks und zu einer Reduzierung des statischen Drucks führt. Der reduzierte statische Druck und dadurch zur Gegendruckkammer herrschende Unterdrück bewirkt, dass das in der Gegendruckkammer angesammelte Öl aus der Gegendruckkammer durch die Queröffnung in die Venturi-Düse strömt. In der Venturi-Düse wird das Öl durch die Fluidströmung zwischen der Gegendruckkammer und der Verdichtungskammer mitgerissen und in die Verdichtungskammer eingeblasen. Ausgehend von der Verdichtungskammer strömt das Fluid in die Flochdruckkammer.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Queröffnung über einen Strömungskanal mit der Gegendruckkammer fluidisch verbunden, wobei der Strömungskanal an der Verdrängerspirale vorgesehen ist. Vorzugsweise mündet der Strömungskanal am tiefsten Punkt der Verdrängerspirale in die Gegendruckkammer. Dadurch kann das an der tiefsten Stelle der Gegendruckkammer angesammelte Öl zuverlässig aus der
Gegendruckkammer abgesaugt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Venturi-Düse mehrere Queröffnungen auf, welche über den Umfang verteilt angeordnet sind, wodurch das aus der Gegendruckkammer abgesaugte Öl gleichmäßig dem Fluidströmungskanal der Venturi-Düse zugeführt werden kann und in diesem mitgerissen werden kann.
Vorzugsweise weist die Venturi-Düse an der Außenumfangsfläche eine Ringnut auf, wobei die Ringnut mit den Querbohrungen fluidisch verbunden ist. Die Ringnut begrenzt gemeinsam mit einer an die Venturi-Düse angrenzende Umfangsfläche der Verdrängerspirale einen Ringkanal, über welchen das abgesaugte Öl zu allen Querbohrungen zuverlässig und gleichmäßig strömen kann
Vorzugsweise ist der Fluiddurchgang in einem Stegbereich der Verdrängerspirale angeordnet. Der Stegbereich ist an der der feststehenden Spirale abgewandten Seite und zwischen zwei benachbarten Führungsöffnungen vorgesehen, wobei in die Führungsöffnungen jeweils ein am Verdichtergehäuse befestigter Führungsstift eingreift. Im Betrieb wird die orbitierende Verdrängerspirale durch die in die Führungsöffnungen eingreifenden Führungsstifte geführt und eine Rotation der Verdrängerspirale verhindert. Alternativ können auch andere Aussparungen an der Verdrängerspirale vorgesehen sein, welche durch einen Steg voneinander getrennt sind.
Die Venturi-Düse weist eine gewisse Länge auf, wobei durch die Anordnung des Fluiddurchgangs im Stegbereich die Venturi-Düse vollständig innerhalb der Verdrängerspirale angeordnet werden kann. Ferner kann der Stegbereich aufgedickt werden, um eine ausreichende Festigkeit des Stegbereichs trotz des Fluiddurchgangs aufzuweisen.
Vorzugsweise ist die Venturi-Düse in den Durchgang eingepresst, wodurch die Venturi-Düse kostengünstig, schnell und zuverlässig an der Verdrängerspirale befestigt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Fluiddurchgang zwei aneinander anschließende Axialabschnitte auf, wobei die Axialabschnitte zueinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei die Venturi- Düse an einem radialen Absatz zwischen den beiden Axialabschnitten stirnseitig anliegt. Dadurch kann die Venturi-Düse einfach mit einer durch die Tiefe des Axialabschnitts vordefinierte Einschubtiefe eingeführt werden. Dadurch wird die Montage erleichtert, indem die Venturi-Düse eingeschoben werden kann bis diese an dem radialen Absatz anliegt.
Vorzugsweise weist die Queröffnung einen Durchmesser von 0,5 bis 1,0 mm auf. Vorzugsweise ist zumindest die Queröffnung durch ein Laserverfahren hergestellt. Die Queröffnung mit einem relativ kleinen Durchmesser kann auf eine einfache und zuverlässige Weise durch das Laserverfahren hergestellt werden.
Vorzugsweise ist ein Einlass des Gasverbindungskanals in Strömungsrichtung eines verdichteten Fluids vor einem Ölabscheider angeordnet. Der Ölabscheider dient zur Abtrennung des Schmieröls von dem in einen Kühlkreislauf einleitenden Fluids. Durch die Anordnung des Gasverbindungskanals in Strömungsrichtung vor dem Ölabscheider kann der Gasverbindungskanal an einer beliebigen Stelle vorgesehen werden, wodurch die Ausgestaltung des Gasverbindungskanals vereinfacht und die Länge des Gasverbindungskanals reduziert werden kann.
Vorzugsweise ist die Hochdruckkammer über einen Ölrückführungskanal mit der Niederdruckkammer fluidisch verbunden. Der Ölführungskanal dient zur Rückführung des von dem Fluid gelösten Schmieröls, wobei durch den Ölabscheider das Öl vom Gas getrennt wird. Das abgetrennte Öl sammelt sich an der tiefsten Stelle in der Hochdruckkammer, wobei sich der Ölrückführungskanal ausgehend von der tiefsten Stelle der Hochdruckkammer zur Niederdruckkammer erstreckt. Im Ölrückführungskanal ist eine Drossel vorgesehen, welche den Ölrückfluss zur Niederdruckkammer steuert. Es wird somit ein Spiralverdichter geschaffen, welcher eine über den Gasverbindungskanal mit der Hochdruckkammer und über einen an der Verdrängerspirale vorgesehenen Fluiddurchgang mit der Verdichtungskammer fluidisch verbundene Gegendruckkammer aufweist, wobei eine Ölansammlung in der Gegendruckkammer durch eine in dem Fluiddurchgang angeordnete Venturi-Düse verhindert wird, indem die Venturi-Düse nach dem Prinzip einer Saugstrahlpumpe eine Ölabsaugung des Öls aus der Gegendruckkammer bewirkt. Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters ist in den Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des Spiralverdichters aus Figur 1, und
Figur 3 zeigt eine Draufsicht einer Verdrängerspirale des Spiralverdichters aus Figur 1.
Figur 1 zeigt einen Spiralverdichter 2. Der Spiralverdichter 2 umfasst ein mehrteiliges Verdichtergehäuse 10 mit einem ersten Verdichtergehäuseteil 12, einem axial an das erste Verdichtergehäuseteil 12 anschließenden, zweiten Verdichtergehäuseteil 14 und einem an das zweite Verdichtergehäuseteil 14 anschließenden, dritten Verdichtergehäuseteil 16. Das erste Verdichtergehäuseteil 12, das zweite Verdichtergehäuseteil 14 und das dritte Verdichtergehäuseteil 16 begrenzen einen Motorraum 18. Das zweite Verdichtergehäuseteil 14 und das dritte Verdichtergehäuseteil 16 begrenzen einen Verdichterraum 20.
In dem Motorraum 18 ist ein Elektromotor 22 mit einem Stator 24 und einem Rotor 26 angeordnet. Der Rotor 26 ist auf einer Rotorwelle 28 befestigt. Die Rotorwelle 28 erstreckt sich ausgehend von dem Motorraum 18 durch eine zentrale Öffnung 29 des zweiten Verdichtergehäuseteils 14 in den Verdichterraum 20. Die Rotorwelle 28 ist über zwei endseitige Wellenlagerabschnitte 30, 34 um eine Rotorwellendrehachse drehbar in zwei Wellenlagern 40, 42 gelagert. Das erste Wellenlager 40 ist in dem Motorraum 18 angeordnet und lagert den ersten Wellenlagerabschnitt 30. Das zweite Wellenlager 42 ist in dem Verdichterraum 20 angeordnet und lagert den zweiten Wellenlagerabschnitt 34. Auf der dem Motorraum 18 zugewandten Seite des zweiten Wellenlagers 42 ist ein Wellendichtring 43 vorgesehen, der auf der radialen Innenseite an der Rotorwelle 28 anliegt und auf der radialen Außenseite durch das zweite Verdichtergehäuseteil 14 gestützt wird. Der Wellendichtring 43 dichtet den Motorraum 18 fluidisch gegenüber dem Verdichterraum 20 ab.
In dem Verdichterraum 20 ist eine Verdichtereinheit 58 angeordnet, welche eine orbitierende Verdrängerspirale 60 und eine feststehenden Spirale 62 aufweist, wobei die orbitierende Verdrängerspirale 60 und die feststehende Spirale 62 eine Verdichtungskammer 61 begrenzen. Die orbitierende Verdrängerspirale 60 ist über ein Exzenterwellenlager 64 an einer an der Rotorwelle 28 befestigten Exzentereinheit 50 angeordnet.
Die feststehende Spirale 62 ist fest in dem Verdichtergehäuse 10 angeordnet, wobei die feststehende Spirale 62 axial durch das zweite Verdichtergehäuseteil 14 und das das dritte Verdichtergehäuseteil 16 gestützt wird.
Im Betrieb des Spiralverdichters 2 wird das Kältemittel durch einen Verdichtereinlass 85 in den Motorraum 18 des Spiralverdichter 2 eingeleitet, wobei das Kältemittel durch den Motorraum 18 in den Verdichterraum 20 und die Verdichtungskammer 61 strömt. Durch eine Rotation der Rotorwelle 28 und damit der Exzentereinheit 50 um die Rotordrehachse wird eine orbitierende Bewegung der Verdrängerspirale 60 erzeugt. Die orbitierende Verdrängerspirale 60 und die feststehende Spirale 62 sind derart ausgebildet, dass durch die orbitierende Bewegung der Verdrängerspirale 60 ein Kältemittel von einem radial außenliegenden Einlass 66 der Verdichtungskammer 61 zu einem radial innenliegenden Auslass 68 der Verdichtungskammer 61 gefördert und dabei verdichtet wird. Der Verdichterraum 20 weist eine Hochdruckkammer 80 und eine Gegendruckkammer 82 auf. Die Hochdruckkammer 80 ist durch das dritte Verdichtergehäuseteil 16 und durch die feststehende Spirale 62 begrenzt und fluidisch zwischen dem Auslass 68 und einem Verdichterauslass 84 angeordnet, wobei das Kältemittel ausgehend vom Auslass 68 über die Hochdruckkammer 80 zum Verdichterauslass 84 strömt. Ausgehend vom Verdichterauslass 84 strömt das Kältemittel in einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs. Die Hochdruckkammer 80 weist eine Ölabscheidekammer 86 auf, welche fluidisch unmittelbar vor dem Verdichterauslass 84 angeordnet ist und einen Ölabscheider 88 aufweist. Der Ölabscheider 88 ist als Zyklon-Abscheider ausgeführt, wobei das Kältemittel durch den Ölabscheider 88 zum Verdichterauslass 84 strömt und das von dem Kältemittel gelöste Öl sich am Boden der Ölabscheidekammer 86, d.h. am untersten Punkt der Hochdruckkammer 80, absetzt. Zur Abführung des in der Ölabscheidekammer 86 abgesetzten Öls ist am Boden der Ölabscheidekammer 86 ein Einlass 89 eines Ölrückführungskanal 90 vorgesehen, welcher die Ölabscheidekammer 86 und damit die Hochdruckkammer 80 mit einer Niederdruckkammer 87 fluidisch verbindet, wobei der Motorraum 18 die Niederdruckkammer 87 bildet. Der Ölrückführungskanal 90 erstreckt sich durch das dritte Verdichtergehäuseteil 16, die feststehende Spirale 62 und durch das zweite Verdichtergehäuseteil 14, wobei im Ölrückführungskanal 90 ein Filter 130 angeordnet ist. Die Gegendruckkammer 82 ist durch das zweite Verdichtergehäuseteil 14 und die orbitierende Verdrängerspirale 60 begrenzt, wobei der in der Gegendruckkammer 82 herrschende Druck auf die axial verschiebbare, orbitierende Verdrängerspirale 60 wirkt und daraus eine Axialbelastung auf die Verdrängerspirale resultiert. Diese Axialbelastung führt zu einer verbesserten Abdichtung zwischen den Stirnflächen der orbitierenden Verdrängerspirale 60 und der feststehenden Spirale 62. Die Gegendruckkammer 82 ist über einen Gasverbindungskanal 100 mit der Hochdruckkammer 80 fluidisch verbunden. Der Gasverbindungskanal 100 verläuft ausgehend von der Hochdruckkammer 80 durch die feststehende Spirale 62 und durch das zweite Verdichtergehäuseteil 14. Des Weiteren ist die Gegendruckkammer 82 über einen Fluiddurchgang 70 mit der Verdichtungskammer 61 fluidisch verbunden.
Durch die fluidische Kopplung der Gegendruckkammer 82 mit der Hochdruckkammer 80 und der Verdichtungskammer 61 stellt sich im Betrieb des Spiralverdichters 2 in der Gegendruckkammer 82 ein Druck ein, welcher aus einem Abgleich zwischen den temporär in der Hochdruckkammer 80 und der Verdichtungskammer 61 herrschenden Drücken resultiert. Damit ist die Anpresskraft zwischen den Stirnflächen der Verdrängerspirale 60 und der feststehenden Spirale 62 von dem Drücken in der Hochdruck- und der Verdichtungskammer abhängig.
Erfindungsgemäß ist in dem Fluiddurchgang 70 eine Venturi-Düse 71 angeordnet, wobei die Venturi-Düse 71 an ihrer Verengung 72 mehrere Querbohrungen 741, 742 aufweist, welche über einen Strömungskanal 78 mit der Gegendruckkammer 82 fluidisch verbunden sind. Die Venturi-Düse 71 ist in Figur 2 gezeigt.
Die Querbohrungen 741, 742 erstrecken sich radial und sind über einen an der Außenumfangsfläche der Venturi-Düse 71 vorgesehenen Ringkanal 76 miteinander fluidisch verbunden, wobei der Ringkanal 76 über den Strömungskanal 78 mit der Gegendruckkammer 82 fluidisch verbunden ist. Der Ringkanal 76 wird durch eine an der Außenumfangsfläche der Venturi- Düse 71 hergestellte, umlaufende Ringnut 77 und durch eine an der Außenumfangsfläche anliegende Fläche der Verdrängerspirale 60 begrenzt. Die Venturi-Düse 71 ist, wie in Figur 3 gezeigt, in einem aufgedickten Stegbereich 114 an einer der feststehenden Spirale 62 abgewandten Seite der Verdrängerspirale 60 angeordnet, wobei der Stegbereich 114 zwischen zwei, an der Verdrängerspirale 60 vorgesehenen Aussparungen 110, 112 ausgebildet ist. Die kreisrunde Aussparung 110 ist eine Führungsöffnung zur Führung der Verdrängerspirale 60 im Betrieb des Spiralverdichters 2, wobei in jede Führungsöffnung 110 ein am Verdichtergehäuse 10 befestigter und in den Figuren nicht dargestellter Führungsstift eingreift Die Aussparung 112 ist ein Flohlraum zur Gewichtsreduzierung der Verdrängerspirale 60.
Bei der Montage der Venturi-Düse 71 wird diese in den Fluiddurchgang 70 eingepresst, wobei der Fluiddurchgang 70 zwei Axialabschnitte 731, 732 aufweist. Der erste Axialabschnitt 731 weist einen der Außenumfangsfläche der Venturi-Düse 71 entsprechenden Durchmesser und eine der Venturi- Düse 71 entsprechende Länge auf. Der zweite Axialabschnitt 732 weist einen im Vergleich zum ersten Axialanschnitt 731 kleineren Durchmesser auf, wodurch ein radial erstreckender Absatz 79 zwischen den beiden Axialanschnitten 731, 732 vorliegt. Beim Einpressen wird die Venturi-Düse 71 soweit eingepresst bis diese an dem Absatz 79 anliegt.
Die Venturi-Düse 71 funktioniert nach dem Prinzip einer Saugstrahlpumpe und dient zur Abführung eines Öls aus der Gegendruckkammer 82, wobei das Öl zusammen mit dem Fluid, welches ausgehend von der Hochdruckkammer 80 in die Gegendruckkammer 82 gefördert wird, über den Gasverbindungskanal 100 in die Gegendruckkammer 82 einströmt und sich in der Gegendruckkammer 82 absetzt. Ein zu hoher Anteil des Öls führt zu einer Verminderung der Anspresskraft zwischen der Verdrängerspirale 60 und der feststehenden Spirale 62, wodurch der Wirkungsgrad des Spiralverdichters 2 verschlechtert wird. Die Abführung des Öls aus der Gegendruckkammer 82 erfolgt dadurch, dass der im Betrieb des Spiralverdichters 2 durch den Fluiddurchgang 70 auftretende Fluid- Massenstrom durch die Verengung 72 der Venturi-Düse 71 beschleunigt wird, wodurch der statische Druck im Bereich der Verengung 72 absinkt und ein Unterdrück relativ zur Gegendruckkammer 82 entsteht. Der Unterdrück herrscht auch in den Querbohrungen 741, 742, wobei durch den Unterdrück über den Strömungskanal 78 das am Boden der Gegendruckkammer 82 abgesetzte Öl zur Venturi-Düse 71 strömt. An der fluiddurchgangsseitigen Mündung des Strömungskanals 78 wird das Öl durch das die Venturi-Düse 71 durchströmende Fluid mitgerissen und in die Verdichtungskammer 61 eingeblasen. Ausgehend von der Verdichtungskammer 61 strömt das Öl in die Hochdruckkammer 80.
Es wird somit ein Spiralverdichter 2 geschaffen, welcher eine Ansammlung des Öls in der Gegendruckkammer 82 zuverlässig verhindert. Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen denkbar sind. So kann beispielsweise die Verdichtereinheit 58, das Verdichtergehäuse 10 oder die Venturi-Düse 71 anders ausgeführt sein.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Spiralverdichter mit einer Hochdruckkammer (80) und einer Niederdruckkammer (87), einer an einer angetriebenen Exzentereinheit (50) angeordneten und orbitierenden Verdrängerspirale (60), welche in eine feststehende Spirale (62) eingreift, wobei die Verdrängerspirale (60) und die feststehende Spirale (62) eine Verdichtungskammer (61) begrenzen, und einer an die Verdrängerspirale (60) angrenzende Gegendruckkammer (82), welche über einen Gasverbindungskanal (100) mit der Hochdruckkammer (80) fluidisch verbunden ist und über einen an der Verdrängerspirale (60) vorgesehenen Fluiddurchgang (70) mit der Verdichtungskammer (61) fluidisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluiddurchgang (70) eine Venturi-Düse (71) vorgesehen ist, welche an ihrer Verengung (72) mindestens eine Queröffnung (741, 742) aufweist, wobei die Queröffnung (741, 742) mit der Gegendruckkammer (82) fluidisch verbunden ist.
2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Queröffnung (741, 742) über einen Strömungskanal (78) mit der Gegendruckkammer (82) fluidisch verbunden ist, wobei der Strömungskanal (78) an der Verdrängerspirale (60) vorgesehen ist.
3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (78) am tiefsten Punkt der Verdrängerspirale (60) in die Gegendruckkammer (82) mündet.
4. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturi-Düse (71) mehrere Queröffnungen (741, 742) aufweist, welche über den Umfang verteilt angeordnet sind.
5. Spiralverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturi-Düse (71) an der Außenumfangsfläche eine Ringnut (77) aufweist, wobei die Ringnut (77) mit den Queröffnungen (741, 742) fluidisch verbunden ist.
6. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddurchgang (70) in einem Stegbereich (114) der Verdrängerspirale (60) angeordnet ist.
7. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturi-Düse (71) in den Fluiddurchgang (70) eingepresst ist.
8. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddurchgang (70) zwei aneinander anschließende Axialabschnitte (731, 732) aufweist, wobei die Axialabschnitte (731, 732) zueinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei die
Venturi-Düse (71) an einem radialen Absatz (79) zwischen den beiden Axialabschnitten (731, 732) stirnseitig anliegt.
9. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Queröffnung (741, 742) einen Durchmesser von 0,5 bis 1,0 mm aufweist.
10. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Queröffnung (741, 742) durch ein Laserverfahren hergestellt ist.
11. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass des Gasverbindungskanal (100) in Strömungsrichtung eines verdichteten Fluids vor einem Ölabscheider (88) angeordnet ist.
12. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer (80) über einen Ölrückführungskanal (90) mit der Niederdruckkammer (87) fluidisch verbunden ist.
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