ES2884047T3 - Compresor de espiral y su procedimiento de funcionamiento - Google Patents
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Abstract
Máquina de desplazamiento de acuerdo con el principio de espiral, en particular un compresor scroll (10), con una zona de alta presión (47) que comprende una cámara de alta presión (40), una cámara de baja presión (30) y una espiral de desplazamiento orbital (31) que encaja en una contraespiral (32) de tal manera que se forman cámaras de compresión (65a, 65b, 65c, 65d) entre la espiral de desplazamiento (31) y la contraespiral (32) para recibir un medio de trabajo, en la que se forma una cámara de contrapresión (50) entre la cámara de baja presión (30) y la espiral de desplazamiento (31), caracterizada por que la espiral de desplazamiento (31) tiene solo un pasaje (60) que crea al menos temporalmente una conexión de fluido entre la cámara de contrapresión (50) y al menos una de las cámaras de compresión (65a, 65b, 65c, 65d), en la que el pasaje (60) se forma en una sección la espiral de desplazamiento (31) del tipo en el que el pasaje (60) está abierto en el estado activado de la máquina de desplazamiento cuando se alcanza el 85 % - 100 %, en particular el 90 % - 100 %, en particular el 95 %, del volumen relativo de la cámara de compresión y permanece abierto durante una rotación posterior de la espiral de desplazamiento (31) tras la apertura en un ángulo de rotación de 120° - 360°, en particular 255° - 315°, en particular 270°, en la que se forma la tubería de conexión de gas (70) desde la zona de alta presión (47) de la máquina de desplazamiento hasta la cámara de contrapresión (50).
Description
DESCRIPCIÓN
Compresor de espiral y su procedimiento de funcionamiento
La invención se refiere a una máquina de desplazamiento de acuerdo con el principio de espiral, en particular un compresor scroll, con una zona de alta presión que comprende una cámara de alta presión, además de una cámara de baja presión y una espiral de desplazamiento orbital que encaja en una contraespiral de tal manera que se forman cámaras de compresión entre la espiral de desplazamiento y la contraespiral, para recibir un medio de trabajo, en la que se forma una cámara de contrapresión entre la cámara de baja presión y la espiral de desplazamiento. La invención también se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una máquina de desplazamiento. La invención también se refiere a un sistema de climatización para vehículos, así como a un vehículo con una máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención.
Compresores scroll y/o expansores scroll se conocen suficientemente por el estado de la técnica. Estos comprenden una cámara de alta presión, una cámara de baja presión y una espiral de desplazamiento orbital. Como se muestra, por ejemplo, en el documento EP2 806 164 A1, la espiral de desplazamiento orbital se acopla en una contraespiral de tal manera que se forman cámaras de compresión entre la espiral de desplazamiento y la contraespiral para recibir un medio de trabajo. Se forma un espacio de recepción, a saber, una cámara de contrapresión, entre la cámara de baja presión y la espiral de desplazamiento. Una cámara de contrapresión de este tipo también se conoce con el término cámara de presión de retorno. Con la ayuda de la cámara de contrapresión o con la ayuda del espacio de presión de retorno, es posible generar una presión que actúa sobre la espiral de desplazamiento orbital. Surge una fuerza resultante en la dirección axial, como resultado de lo cual la espiral de desplazamiento es presionada contra la contraespiral y, por lo tanto, las espirales se sellan entre sí.
En el documento DE 101 47 339 A1 también se describen un compresor de espiral y un procedimiento de compresión de gas. Un pasaje de conexión conecta una cámara de compresión y una cámara de presión intermedia, en el que el pasaje de conexión se forma a través de la placa de base del elemento en espiral móvil. La cámara de compresión se comunica con el pasaje de compresión a un ángulo orbital de menos de 360°. La invención se basa en el objetivo de desarrollar una máquina de desplazamiento de acuerdo con el principio de espiral de tal manera que la presión en la cámara de contrapresión pueda ajustarse ventajosamente por sí misma. Debe proporcionarse un sistema de presión de retorno variable o un sistema de contrapresión variable, en el que la presión en la cámara de contrapresión es ajustable basándose en diferentes presiones de funcionamiento. En particular, la máquina de desplazamiento se desarrollará de tal manera que se reduzca el riesgo de contaminación por impurezas en el refrigerante. La máquina de desplazamiento debe tener un diseño simple.
La invención también se basa en el objetivo de especificar un procedimiento desarrollado adicionalmente para hacer funcionar una máquina de desplazamiento. Además, el objetivo consiste en especificar un sistema de climatización para vehículos y/o un vehículo con una máquina de desplazamiento desarrollada adicionalmente de acuerdo con el principio de espiral.
De acuerdo con la invención, este objetivo se logra con respecto a la máquina de desplazamiento de acuerdo con el principio de espiral mediante la materia objeto de la reivindicación 1, con respecto al procedimiento para hacer funcionar una máquina de desplazamiento de acuerdo con la reivindicación 7, con respecto al sistema de climatización para vehículos mediante la materia objeto de la reivindicación 9 y con respecto al vehículo mediante la materia objeto de la reivindicación 10.
En las reivindicaciones subordinadas se especifican configuraciones ventajosas y convenientes de la máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención de acuerdo con el principio de espiral y/o el procedimiento de acuerdo con la invención para el funcionamiento de una máquina de desplazamiento.
La invención se basa en la idea de una máquina de desplazamiento de acuerdo con el principio de espiral, en particular un compresor scroll, con una zona de alta presión que comprende una cámara de alta presión, una cámara de baja presión y una espiral de desplazamiento orbital que encaja en una contraespiral de tal manera que se forman cámaras de compresión entre la espiral de desplazamiento y la contraespiral para recibir un medio de trabajo. Se forma una cámara de contrapresión o lo que se conoce como cámara de presión de retorno entre la cámara de baja presión y la espiral de desplazamiento.
De acuerdo con la invención, la espiral de desplazamiento tiene solo un pasaje que crea al menos temporalmente una conexión de fluido entre la cámara de contrapresión y al menos una de las cámaras de compresión, en la que el pasaje se forma en una sección la espiral de desplazamiento del tipo en el que el pasaje está abierto en el estado activado de la espiral de desplazamiento cuando se alcanza el 85 % - 100 %, en particular el 90 % - 100 %, en particular el 95 %, del volumen relativo de la cámara de compresión y permanece abierto durante una rotación posterior de la espiral de desplazamiento tras la apertura en un ángulo de rotación de 120° - 360°, en particular 255° - 315°, en particular 270°.
La formación de un solo pasaje o un solo pasaje en la espiral de desplazamiento provoca una conexión de fluido o conexión de gas temporal entre al menos una de las cámaras de compresión y la cámara de contrapresión. Debido a esto, puede estar disponible un sistema de presión de retorno o un sistema de contrapresión, con lo que la presión en la cámara de contrapresión es ajustable en función de la alta presión y la presión predominante en al menos una cámara de compresión.
Preferentemente, la contraespiral está instalada de forma completamente permanente en la máquina de desplazamiento. En otras palabras, la contraespiral, por tanto, tampoco se puede mover en dirección axial. La espiral de desplazamiento se puede mover en la dirección axial con respecto a la contraespiral. Por tanto, la espiral de desplazamiento orbital también puede moverse en la dirección axial. Aquí, la espiral de desplazamiento se puede mover en la dirección de la contraespiral y alejarse de la contraespiral.
Una presión de contacto que actúa desde la espiral de desplazamiento sobre la contraespiral en la dirección axial se puede ajustar mediante la presión descrita que prevalece en la cámara de contrapresión. En otras palabras, la fuerza que actúa sobre la contraespiral en la dirección axial desde la espiral de desplazamiento se produce, preferentemente, por la presión que prevalece en la cámara de contrapresión. Dependiendo de la presión que prevalece en la cámara de contrapresión, se puede ajustar una presión de contacto que actúa sobre la contraespiral en la dirección axial desde la espiral de desplazamiento.
Preferentemente, la espiral de desplazamiento actúa siempre con una cierta presión de contacto sobre la contraespiral, de modo que se garantiza la estanqueidad de la disposición de las dos espirales. La presión de contacto sobre la contraespiral se ajusta, preferentemente, de tal manera que no actúe sobre la contraespiral una presión de contacto superior a la necesaria para la estanqueidad en el punto de funcionamiento actual (presiones de funcionamiento/velocidad de rotación) del compresor. Un aumento de la presión de contacto a este respecto daría lugar a pérdidas de rendimiento en la máquina de desplazamiento.
Entre la espiral de desplazamiento y la contraespiral se forman cámaras de compresión que se desplazan radialmente hacia adentro para recibir un medio de trabajo, en particular un refrigerante, para comprimirlo y expulsarlo a la cámara de alta presión. De acuerdo con este modo de realización de la invención, la máquina de desplazamiento funciona en particular como un compresor scroll. En otras palabras, la máquina de desplazamiento positivo es un compresor scroll.
El pasaje único o individual de la espiral de desplazamiento se forma, preferentemente, en una sección del fondo de la espiral de desplazamiento. Esto significa que el pasaje en particular no está formado en las secciones de flanco en espiral de la espiral de desplazamiento.
El pasaje único o individual está conformado, preferentemente, como un pasaje que es esencialmente perpendicular con respecto al fondo de la espiral de desplazamiento. Este pasaje es, preferentemente, un orificio. Por ejemplo, el pasaje se forma en el centro entre dos secciones de flanco. Además, es posible que el pasaje esté dispuesto excéntricamente con respecto a dos secciones de flanco.
El pasaje se forma en tal sección, en particular en tal sección de fondo, de la espiral de desplazamiento, porque el pasaje está abierto en el estado activado de la máquina de desplazamiento cuando se alcanza el 85 % - 100 %, en particular el 90 % - 100 %, en particular, el 95 % del volumen relativo de la cámara de compresión está abierto y permanece abierto durante una rotación posterior de la espiral de desplazamiento tras la apertura en un ángulo de rotación de 180° - 360°, en particular 255° - 315°, en particular 270°. En otras palabras, después de la apertura del primer pasaje, la espiral de desplazamiento puede girarse otros 180° - 360°, en particular otros 255° - 315°, en particular otros 270°, mientras el pasaje permanece abierto. Un estado abierto del pasaje describe que el pasaje no está cubierto por la contraespiral, en particular no por el elemento en espiral o por una sección de flanco en espiral de la contraespiral.
Debido al diseño de la espiral de desplazamiento de acuerdo con la invención, en particular el pasaje único individual en la espiral de desplazamiento se puede prescindir de una conexión desde la cámara de contrapresión a la cámara de baja presión. En otras palabras, la cámara de contrapresión no está conectada de forma fluida a la cámara de baja presión.
El riesgo de contaminación por impurezas en el refrigerante se reduce considerablemente, ya que el fluido, en particular el flujo másico, se mueve hacia adelante y hacia atrás o fluye hacia adelante y hacia atrás en un único pasaje. Debido a esto, las impurezas en este pasaje se eliminan más rápida y fácilmente.
Dado que solo se forma una conexión o un pasaje desde al menos una cámara de compresión a la cámara de contrapresión, la presión en la cámara de contrapresión se puede ajustar fácilmente. La presión que prevalece en la contracámara se puede generar sobre la base de un flujo másico que fluye desde la zona de alta presión hacia la contracámara y sobre la base de un flujo másico que fluye desde una de las cámaras de compresión hacia la contracámara. En otras palabras, la presión que prevalece en la contracámara se forma sobre la base de una
combinación del flujo másico que fluye desde la zona de alta presión hacia la contracámara con el flujo másico que fluye desde una de las cámaras de compresión hacia la contracámara.
Es posible que el pasaje esté abierto en un ángulo de rotación de la máquina de desplazamiento de 25° - 315°, en particular 30° - 310°, en particular 35° - 305°. El primer número de grados en los intervalos especificados siempre se relaciona con el ángulo de la máquina de desplazamiento que está presente en la apertura del pasaje. El último número de grados en los intervalos especificados siempre se relaciona con el ángulo de la máquina de desplazamiento que está presente (aproximadamente) en un cierre del pasaje.
El ángulo de 0° de la máquina de desplazamiento describe el inicio de la compresión entre la espiral de desplazamiento y la contraespiral. El ángulo de 0° de la máquina de desplazamiento describe el estado en el que una de las al menos dos cámaras de compresión está cerrada.
En otras palabras, el pasaje único o individual se forma en una sección de la espiral de desplazamiento tal que se pueden lograr las condiciones mencionadas anteriormente con respecto a la apertura o momento de apertura y al cierre o momento de cierre. Dependiendo del tamaño de la máquina de desplazamiento, se pueden construir, por tanto, diferentes configuraciones geométricas con respecto a la disposición del pasaje. Sin embargo, para las condiciones indicadas con respecto a los momentos de apertura y cierre de los pasajes, lo anterior se aplica a todas las máquinas de desplazamiento que se van a construir.
Preferentemente, el pasaje se cierra al menos en un ángulo de rotación de 10°, en particular al menos 20°, en particular al menos 30°, antes de que se alcance el llamado ángulo de descarga. El ángulo de descarga describe el ángulo de rotación en el que el gas, comprimido en las cámaras de compresión, se ha descargado suficientemente a la cámara de alta presión y la presión en la cámara de compresión disminuye de repente de forma correspondiente. En otras palabras, antes de alcanzar el ángulo de descarga, en particular al menos 10° antes de alcanzar el ángulo de descarga, en particular al menos 20° antes de alcanzar el ángulo de descarga, en particular al menos 30° antes de alcanzar el ángulo de descarga, el pasaje se cierra. Esto significa que el gas comprimido que está presente en las cámaras de compresión pero que no ha sido descargado hacia la cámara de alta presión permanece en la cámara de compresión. Este gas comprimido restante, que no ha sido descargado ni expulsado, no puede, por lo tanto, entrar en la cámara de contrapresión o en el espacio de presión de retorno. Por lo tanto, el pasaje debe cerrarse a tiempo antes de que se alcance el ángulo de descarga.
Aunque la presión de retorno o contrapresión es siempre mayor que la fuerza axial contrarrestante debido a las altas presiones comprimidas que prevalecen en las cámaras de compresión, la presión de retorno se puede ajustar más baja en diferentes fases de funcionamiento que en el caso de las máquinas de desplazamiento convencionales, de modo que se puede implementar un proceso de compresión efectivo con la ayuda de la máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención.
En el estado activado de la máquina de desplazamiento, es decir, con un movimiento orbital de la espiral de desplazamiento en la contraespiral, se forman varias cámaras de compresión, cuyo espacio se hace más pequeño desde la circunferencia radial exterior de la espiral de desplazamiento hacia el centro, de modo que el gas refrigerante recibido en la circunferencia esté comprimido. La presión de compresión final se alcanza en la zona axial de la espiral de desplazamiento, en particular en la sección media de la espiral de desplazamiento, y el gas refrigerante se libera axialmente cuando se alcanza la alta presión. Para ello, la contraespiral presenta una abertura de modo que se forma una conexión de fluido con la zona de alta presión, en particular con la cámara de alta presión.
La conexión de fluido temporal entre la cámara de contrapresión y al menos una de las cámaras de compresión es posible gracias a la disposición del pasaje y al movimiento orbital de la espiral de desplazamiento.
De acuerdo con la invención, la máquina de desplazamiento está diseñada de tal manera que se forma una tubería de conexión de gas desde la zona de alta presión de la máquina de desplazamiento hasta la cámara de contrapresión. Por ejemplo, la tubería de conexión de gas se forma desde la cámara de alta presión hasta la cámara de contrapresión. La tubería de conexión de gas se puede formar en la contraespiral y conectar la cámara de alta presión a la cámara de contrapresión. En otro modo de realización de la invención, la tubería de conexión de gas puede formarse en la carcasa de la máquina de desplazamiento.
Además, se puede formar un canal de retorno de aceite comenzando desde la zona de alta presión de la máquina de desplazamiento hasta la cámara de baja presión. Por tanto, es posible realizar una separación del flujo de aceite del flujo de gas refrigerante dentro del proceso de compresión. En otras palabras, el canal de retorno de aceite está, preferentemente, separado de la tubería de conexión de gas.
El refrigerante se aspira en la zona de inicio de la espiral y solo se transporta o porta en la dirección del proceso de compresión entre las dos espirales, es decir, entre la espiral de desplazamiento y la contraespiral. El flujo másico no puede pasar de la cámara de contrapresión a la zona de baja presión, en particular no a la cámara de baja
presión. Debido a esto, se puede poner a disposición un sistema de presión de retorno variable o un sistema de contrapresión variable.
La máquina de desplazamiento de acuerdo la invención puede estar conformada como una máquina de desplazamiento accionada eléctricamente y/o por motor eléctrico, o como una máquina de desplazamiento con transmisión mecánica.
Otro aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención. El procedimiento se basa en el hecho de que el pasaje se abre cuando se alcanza el 85 % - 100 %, en particular el 90 % - 100 %, en particular el 95 %, del volumen relativo de la cámara de compresión y permanece abierto durante una rotación posterior de la espiral de desplazamiento tras la apertura en un ángulo de rotación de 120° - 360°, en particular 255° - 315°, en particular 270°.
La presión que prevalece en la contracámara se genera, preferentemente, sobre la base de un flujo másico que fluye desde la zona de alta presión hacia la contracámara y sobre la base de un flujo másico que fluye desde una de las cámaras de compresión hacia la contracámara.
Con respecto a otros desarrollos del procedimiento de acuerdo con la invención, se hace referencia a las explicaciones anteriores, en particular a las explicaciones en relación con los momentos de apertura y/o cierre o la duración de apertura del pasaje. Existen ventajas similares a las ya indicadas en relación con la máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención.
Otro aspecto secundario de la invención se refiere a un sistema de climatización para vehículos con una máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención, en particular con un compresor scroll de acuerdo con la invención. Existen ventajas similares a las ya indicadas en relación con la máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención.
Otro aspecto secundario de la invención se refiere a un vehículo, en particular un vehículo híbrido, con una máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención y/o con un sistema de climatización para vehículos de acuerdo con la invención. Existen ventajas similares a las ya indicadas en relación con la máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención. En particular, el vehículo de acuerdo con la invención es un vehículo híbrido eléctrico. La invención se explica con más detalle en lo sucesivo con referencia a ejemplos de modo de realización en referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos.
Aquí muestran:
La figura 1 una espiral de desplazamiento de una máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención en una vista superior en perspectiva;
La figura 2 una sección longitudinal de una máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención, en particular un compresor scroll;
La figura 3 una vista superior de la espiral de desplazamiento que realiza movimientos orbitales en la contraespiral, en la que no se muestra el fondo de la contraespiral;
La figura 4 una representación esquemática del principio de trabajo de la máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención;
La figura 5 una representación del período de apertura del pasaje en función del ángulo de rotación;
La figura 6 una representación de la presión en la cámara de compresión en función del ángulo de rotación, así como de la presión de aspiración seleccionada en relación con el refrigerante R134a utilizado;
La figura 7 una representación de los ciclos de expulsión desde la cámara de compresión a la cámara de alta presión y una representación de las fases de apertura del pasaje en conexión con el refrigerante R134a; y La figura 8 una representación de la fuerza de cierre en relación con la presión de aspiración y con la presión final a alcanzar.
A continuación, se utilizan los mismos números de referencia para piezas que son iguales y tienen el mismo efecto. En la figura 1, se muestra una espiral de desplazamiento 31 que se puede instalar en una máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención. En particular, la espiral de desplazamiento 31 se utiliza para la instalación en un compresor scroll 10, ya que este se puede conformar, por ejemplo, de acuerdo con el ejemplo de modo de realización de la figura 2.
Como se muestra en la figura 1, la espiral de desplazamiento 31 comprende un fondo 34. El fondo 34 también se puede denominar la pared trasera de la espiral de desplazamiento 31. El fondo 34 es circular y tiene la forma de una placa redonda. En el fondo 34 está formada una espiral 35 con secciones de flanco en espiral 36a y 36b.
El elemento en espiral 35 se extiende desde el punto medio M de la espiral de desplazamiento 31 hasta una zona de inicio 37.
Un pasaje 60 está formado en el fondo 34. El pasaje 60 es un orificio pasante que se extiende esencialmente perpendicular a la superficie de la base 34. El pasaje 60 está formado en una sección media 38 de la espiral de desplazamiento 31. El pasaje 60 está formado en una sección del fondo 34, con lo que el pasaje 60 está conformado excéntricamente entre las secciones de flanco en espiral 36a y 36b. La longitud total del pasaje en espiral 39 se define comenzando desde la abertura 37a hasta la sección final 39a del pasaje en espiral 39. La sección final 39a es la última sección del pasaje en espiral 39 en la dirección de flujo del refrigerante. En el ejemplo representado, la sección final 39a está conformada curva.
La espiral de desplazamiento 31 representada de acuerdo con la figura 1 está instalada en el compresor scroll 10 de acuerdo con el ejemplo de modo de realización de la figura 2. Este compresor scroll 10 puede actuar, por ejemplo, como compresor en un sistema de climatización para vehículos. Un sistema de climatización para vehículos, como, por ejemplo, un sistema de climatización para vehículos con CO2, típicamente presenta un enfriador de gas, un intercambiador de calor interno, un estrangulador, un evaporador y un compresor. Por consiguiente, el compresor puede ser el compresor scroll 10 mostrado. En otras palabras, el compresor scroll 10 es una máquina de desplazamiento de acuerdo con el principio de espiral.
El compresor scroll 10 representado tiene una transmisión mecánica 11 en forma de polea de correa. La polea de correa 11 está conectada, en uso, a un motor eléctrico o un motor de combustión interna. De forma alternativa, es posible que el compresor scroll sea accionado eléctricamente o por un motor eléctrico.
El compresor scroll 10 también comprende una carcasa 20 con una parte superior de carcasa 21 que cierra la zona de alta presión 47 del compresor scroll 10. En la carcasa 20, se forma una pared intermedia de carcasa 22 que delimita una cámara de baja presión 30. La cámara de baja presión 30 también se puede designar como cámara de aspiración.
Se forma una abertura pasante en el fondo de carcasa 23 a través de la cual se extiende un árbol de transmisión 12. El extremo de árbol 13 dispuesto fuera de la carcasa 20 está conectado de manera fija en rotación al tope de arrastre 14, que encaja en la polea de correa montada de manera giratoria en la carcasa 20, es decir, en la transmisión mecánica 11, de modo que se pueda transmitir un par desde la polea de la correa al árbol de transmisión 12.
El árbol de transmisión 12 está soportado de forma giratoria por un lado en el fondo de carcasa 23 y por otro lado en la pared intermedia de carcasa 22. El árbol de transmisión 12 está sellado contra el fondo de carcasa 23 mediante una primera junta de árbol 24 y contra la pared intermedia de carcasa 22 mediante una segunda junta de árbol 25.
El compresor scroll 10 comprende además la espiral de desplazamiento 31 y una contraespiral 32. La espiral de desplazamiento 31 y la contraespiral 32 encajan entre sí. La contraespiral 32 está, preferentemente, fijada tanto en la dirección circunferencial como en la dirección radial. La espiral de desplazamiento móvil 31, acoplada al árbol de transmisión 12, describe una trayectoria circular, de modo que, de una manera conocida per se, este movimiento crea varias bolsas de gas o cámaras de compresión 65a, 65b, 65c y 65d, que se desplazan radialmente hacia adentro entre la espiral de desplazamientos 31 y la contraespiral 32.
Como resultado de este movimiento orbital, el medio de trabajo, en particular un refrigerante, es aspirado y comprimido, con el movimiento en espiral adicional y la reducción asociada de tamaño de las cámaras de compresión 65a, 65b, 65c y 65d. El medio de trabajo, en particular el refrigerante, se comprime, por ejemplo, cada vez más de forma lineal, desde el exterior radial al interior radial y se expulsa a la cámara de alta presión 40 en el centro de la contraespiral 32. Para generar un movimiento orbital de la espiral de desplazamiento 31, se forma un cojinete excéntrico 26 que está conectado al árbol de transmisión 12 mediante un pasador excéntrico. El cojinete excéntrico 26 y la espiral de desplazamiento 31 están dispuestos excéntricamente con respecto a la contraespiral 32. Las cámaras de compresión 65a, 65b, 65c y 65d están separadas entre sí de manera estanca a la presión gracias a que la espiral de desplazamiento 31 y la contraespiral 32 topan entre sí.
La contraespiral 32 es seguida por la cámara de alta presión 40 en la dirección del flujo y está en comunicación de fluido con la contraespiral 32 a través de una salida 48. La salida 48, preferentemente, no está dispuesta exactamente en el punto medio de la contraespiral 32, sino que está ubicada excéntricamente en la zona de una cámara de compresión más interna 65a, que está formada entre la espiral de desplazamiento 31 y la contraespiral
32. Esto asegura que la salida 48 no sea cubierta por el buje de cojinete 28 y el medio de trabajo finalmente comprimido pueda ser expulsado a la cámara de alta presión 40.
El fondo 33 de la contraespiral 32 forma el fondo de la cámara de alta presión 40 en secciones. El fondo 33 es más ancho que la cámara de alta presión 40. La cámara de alta presión 40 está delimitada lateralmente por la pared lateral 41. En un extremo de la pared lateral 41 que mira hacia el fondo 33 de la contraespiral 32, se forma un rebajo 42, en el que está dispuesto un anillo de sellado 43. La pared lateral 41 es una pared circunferencial que forma un tope para la contraespiral 32. La cámara de alta presión 40 está formada en la parte superior de carcasa 21. Presenta una sección transversal rotacionalmente simétrica.
El medio de trabajo comprimido, recogido en la cámara de alta presión 40, a saber, el gas refrigerante, fluye a través de una salida 44 desde la cámara de alta presión 40 hacia un separador de aceite 45, que en el presente caso está conformado como un separador ciclónico. El medio de trabajo comprimido, a saber, el gas refrigerante comprimido, fluye a través del separador de aceite 45 y la abertura 46 hacia el circuito del sistema de climatización ejemplar.
El control de la presión de contacto de la espiral de desplazamiento 31 sobre la contraespiral 32 se consigue porque un fondo 34 de la espiral de desplazamiento 31 se somete a una presión correspondiente. Para ello, se conforma una cámara de contrapresión 50, que también puede denominarse cámara de presión de retorno. El cojinete excéntrico 26 está ubicado en la cámara de contrapresión 50. La cámara de contrapresión 50 está delimitada por el fondo 34 de la espiral de desplazamiento 31 y por la pared intermedia de carcasa 22.
La cámara de contrapresión 50 está separada de la cámara de baja presión 30 de manera estanca a los fluidos por la segunda junta de árbol 25 ya descrita. Un anillo de sellado y deslizante 29 está asentado en una ranura anular en la pared intermedia de carcasa 22. Por lo tanto, la espiral de desplazamiento 31 se apoya en la dirección axial sobre el anillo de sellado y deslizante 29 y se desliza sobre él.
Como también se puede ver en la figura 2, el pasaje 60 de la espiral de desplazamiento 31 puede establecer al menos temporalmente una conexión de fluido entre la cámara de contrapresión 50 y la cámara de compresión 65a representada.
El elemento en espiral 66 de la contraespiral 32, en particular la sección de flanco en espiral 67b, puede cerrar temporalmente el pasaje 60. En otras palabras, el pasaje 60 se libera mediante un desplazamiento correspondiente en relación con la sección de flanco en espiral 67b, de modo que un medio de trabajo puede fluir desde las cámaras de compresión 65a o 65b o 65c en la dirección de la cámara de contrapresión 50.
Como también se representa en la figura 2, una tubería de conexión de gas 70 está formada desde la zona de alta presión 47 de la máquina de desplazamiento o del compresor scroll 10 hasta la cámara de contrapresión 50. Esta tubería de conexión de gas 70 se forma después del separador de aceite 45, de modo que sólo se transporta realmente gas, y nada de aceite, a través de la tubería de conexión de gas 70. En la tubería de conexión de gas 70 está conformado un estrangulador 71.
En un modo de realización alternativo (no representado) de la invención, se puede formar una tubería de conexión de gas en la contraespiral 32. Una tubería de conexión de gas de este tipo puede establecer una conexión desde la cámara de alta presión 40 a la cámara de contrapresión 50.
Debe mencionarse que no se establece ninguna conexión de fluido desde la cámara de contrapresión 50 a la cámara de baja presión 30. El flujo másico no puede pasar desde la cámara de contrapresión 50 a la cámara de baja presión 30.
Como se indica además en la figura 2, se forma un canal de retorno de aceite 75 con un estrangulador 76 a partir de la zona de alta presión 47. Dicho canal de retorno de aceite 75 establece una conexión desde la zona de alta presión 47 a la cámara de baja presión 30 para garantizar el retorno de aceite. De este modo, se puede implementar un retorno de aceite separado y un retorno de gas separado.
Con la ayuda del compresor scroll de acuerdo con la invención o con la ayuda de la espiral de desplazamiento 31 representada a modo de ejemplo en la figura 1, se puede construir un sistema de presión de retorno variable, es decir, un sistema de cámara de contrapresión variable. Esto se debe, entre otras cosas, a la disposición del pasaje 60. Dependiendo del momento del proceso de compresión, el resultado son diferentes posiciones de las espirales 31 y 32 entre sí, de modo que, como se representa en la figura 3, el pasaje 60 puede estar libre y se puede establecer una conexión de fluido desde la cámara de compresión a la cámara de contrapresión 50.
En la figura 3 se representa una vista de la espiral de desplazamiento 31 desde arriba, en la que se puede ver el elemento en espiral 66 o las secciones de flanco en espiral 67a, 67b de la contraespiral 32. Sin embargo, el fondo 33 de la contraespiral 32 no se puede ver en la figura 3.
El pasaje 60 no está cerrado, es decir, el elemento en espiral 66 de la contraespiral 32 no cubre el pasaje 60. Debido a la apertura del pasaje 60, se puede establecer una conexión de fluido entre la cámara de compresión 65c y la cámara de contrapresión 50.
En la figura 4 se representa esquemáticamente el principio básico de la máquina de desplazamiento de acuerdo con la invención. Se pueden ver la cámara de baja presión o cámara de aspiración 30, la cámara de alta presión 40 así como la cámara de contrapresión o cámara de presión de retorno 50. Entre la cámara de alta presión 40 y la cámara de baja presión 30 está conformado un canal de retorno de aceite 75. En consecuencia, el retorno de aceite tiene lugar exclusivamente entre la cámara de alta presión 40 y la cámara de baja presión 30. La tubería de conexión de gas 70 está conformada por separado entre la cámara de alta presión 40 y la cámara de contrapresión 50. También se puede ver el pasaje 60 de la espiral de desplazamiento 31. Debido al pasaje 60 formado, es posible una conexión desde una de las cámaras de compresión a la cámara de contrapresión 50.
En la figura 5 se representa una curva de cambio de volumen de un compresor scroll. Esta curva de cambio de volumen es básicamente aproximadamente la misma para todos los compresores scroll y es independiente del refrigerante utilizado. El ángulo de rotación 0° muestra el comienzo del proceso de compresión en un compresor scroll. También se puede ver un gráfico de líneas discontinuas con una forma esencialmente rectangular. Esto representa los momentos del proceso de compresión en los que el pasaje 60 se abre dependiendo del volumen relativo en las cámaras de compresión (volumen relativo de la cámara). Puede verse que el primer pasaje 60 está formado en dicha sección, en particular en dicha sección de fondo, de la espiral de desplazamiento 31, que el pasaje 60 en el estado activado de la espiral de desplazamiento cuando alcanza el 90 % - 100 %, en particular el 95 %, del volumen relativo de la cámara de compresión se abre y luego permanece abierto tras apertura durante una rotación posterior de la espiral de desplazamiento 31 en un ángulo de rotación de 120° - 360°, en particular en un ángulo de rotación de 270°. El pasaje 60 se abre en el presente caso con un ángulo de rotación de 35°. Por el contrario, el cierre del pasaje 60 se produce con un ángulo de rotación de 305°.
En la figura 6, también se representa el período de apertura del pasaje 60. La representación corresponde a un compresor scroll 10, en el que se usa R134a como refrigerante. Los gráficos representados dependen del refrigerante. También se representan los gráficos para diferentes presiones de aspiración (pS) de 1 bar, 3 bares y 6 bares. Se puede ver el comportamiento de la presión en la cámara de compresión (presión de la cámara) en función del ángulo de rotación. A una presión de aspiración o baja presión de 1 bar, la curva de compresión en el momento de apertura del pasaje 60 es relativamente plana, mientras que la curva de compresión es relativamente empinada a una presión de aspiración de 6 bares en el período relevante. Las presiones de aspiración 1 bar, 3 bares y 6 bares representan las respectivas temperaturas de saturación/evaporación u" -25 °C, 0 °C y 25 °C. En los sistemas de climatización para vehículos un compresor scroll estándar debe proporciona temperaturas correspondientes en estos los intervalos de temperatura de -25 °C a 25 °C, para que la presión de aspiración (pS) varíe en un intervalo de 1 bar-6 bares.
En la figura 7, se muestran nuevamente gráficos que representan presiones en la cámara de compresión (presión de la cámara) en función del ángulo de rotación (ángulo rotacional). El ciclo de compresión actual se muestra con una línea continua y gruesa. El ciclo anterior (previo) y el ciclo siguiente (próximo) se indican con líneas más finas. En relación con el ciclo de compresión actual, también se muestra la duración de apertura (línea discontinua) del pasaje 60.
Se puede ver que se alcanza una presión de compresión de 20 bares, con lo que la parte superior aplanada del gráfico describe el límite de expulsión 80. En este límite 80, el gas comprimido se expulsa a la cámara de alta presión 40. La expulsión tiene lugar en un ángulo de rotación de aproximadamente 180° - 360°. El gráfico también indica lo que se conoce como el ángulo de descarga 81. Este ángulo de descarga 81 se refiere al momento en el que el último gas comprimido fue expulsado a la cámara de alta presión y, a continuación, la presión en la cámara de compresión disminuye repentinamente. El gas comprimido en la cámara de compresión no es expulsado por completo. Queda un gas residual en la cámara de compresión. Sin embargo, este no debe ser expulsada a la cámara de contrapresión 50, de modo que la primera abertura 60 debe cerrarse antes de que se alcance el ángulo de descarga 81. De acuerdo con la figura 7, el primer pasaje 60 debe cerrarse al menos 30° antes de alcanzar el ángulo de descarga 81.
El área 82 formada entre el gráfico del ciclo de compresión actual y una línea punteada situada encima representa el gas residual del ciclo de compresión anterior que no fue expulsado a la cámara de alta presión.
En la figura 8 se representa un área que representa la fuerza de cierre relativa con respecto a la espiral de desplazamiento 31 y la contraespiral 32. Esto se representa en función de la presión de aspiración y la presión final a alcanzar (presión de descarga). Resulta evidente que la fuerza de cierre también debe aumentarse a medida que aumenta la presión final. La representación de la figura 8 se refiere de nuevo a un compresor scroll que funciona con el medio de trabajo R134a. De hecho, se generan fuerzas de cierre superiores a las representada en la figura 8 por motivos de seguridad.
Lista de referencias
10 Compresor scroll
11 Transmisión mecánica
12 Árbol de transmisión
13 Extremo de árbol
14 Tope de arrastre
15 Pared circunferencial
20 Carcasa
21 Parte superior de carcasa
22 Pared intermedia de carcasa
23 Fondo de carcasa
24 Primera junta de árbol
25 Segunda junta de árbol
26 Cojinete excéntrico
28 Buje de cojinete
29 Anillo deslizante
30 Cámara de baja presión
31 Espiral de desplazamiento
32 Contraespiral
33 Fondo de contraespiral
34 Fondo de espiral de desplazamiento
35 Elemento en espiral
36a, 36b Sección de flanco en espiral
37 Zona de inicio
37a Abertura
38 Sección media
39 Pasaje en espiral
39a Sección final
40 Cámara de alta presión
41 Pared lateral
42 Rebajo
43 Anillo de sellado
44 Salida
45 Separador de aceite
46 Abertura
47 Zona de alta presión
48 Salida
50 Cámara de contrapresión
60 Pasaje
65a, 65b, 65c, 65d Cámara de compresión 66 Elemento en espiral
67a, 67b Sección de flanco en espiral
70 Tubería de conexión de gas
71 Estrangulador
75 Canal de retorno de aceite
76 Estrangulador
80 Límite de expulsión
81 Ángulo de descarga
82 Área
M Punto medio de la espiral de desplazamiento
Claims (10)
1. Máquina de desplazamiento de acuerdo con el principio de espiral, en particular un compresor scroll (10), con una zona de alta presión (47) que comprende una cámara de alta presión (40), una cámara de baja presión (30) y una espiral de desplazamiento orbital (31) que encaja en una contraespiral (32) de tal manera que se forman cámaras de compresión (65a, 65b, 65c, 65d) entre la espiral de desplazamiento (31) y la contraespiral (32) para recibir un medio de trabajo, en la que se forma una cámara de contrapresión (50) entre la cámara de baja presión (30) y la espiral de desplazamiento (31),
caracterizada por que
la espiral de desplazamiento (31) tiene solo un pasaje (60) que crea al menos temporalmente una conexión de fluido entre la cámara de contrapresión (50) y al menos una de las cámaras de compresión (65a, 65b, 65c, 65d), en la que el pasaje (60) se forma en una sección la espiral de desplazamiento (31) del tipo en el que el pasaje (60) está abierto en el estado activado de la máquina de desplazamiento cuando se alcanza el 85 % - 100 %, en particular el 90 % - 100 %, en particular el 95 %, del volumen relativo de la cámara de compresión y permanece abierto durante una rotación posterior de la espiral de desplazamiento (31) tras la apertura en un ángulo de rotación de 120° - 360°, en particular 255° - 315°, en particular 270°, en la que se forma la tubería de conexión de gas (70) desde la zona de alta presión (47) de la máquina de desplazamiento hasta la cámara de contrapresión (50).
2. Máquina de desplazamiento de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizada por que
la cámara de contrapresión (50) no está conectada de forma fluida a la cámara de baja presión (30).
3. Máquina de desplazamiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
caracterizada por que
el pasaje (60) está formado en una sección del fondo (34) de la espiral de desplazamiento (31).
4. Máquina de desplazamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizada por que
el pasaje (60) se cierra al menos en un ángulo de rotación de 10°, en particular al menos 20°, en particular al menos 30°, antes de que se alcance el ángulo de descarga.
5. Máquina de desplazamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
la tubería de conexión de gas (70) está formada en la carcasa (20) y conecta la cámara de alta presión (40) con la cámara de contrapresión (50).
6. Máquina de desplazamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
un canal de retorno de aceite (75) está formado desde la zona de alta presión (47) de la máquina de desplazamiento hasta la cámara de baja presión (60).
7. Procedimiento para el funcionamiento de una máquina de desplazamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado por que
el pasaje (60) se abre cuando se alcanza el 85 % - 100 %, en particular el 90 % - 100 %, en particular el 95 %, del volumen relativo de la cámara de compresión y permanece abierto durante una rotación posterior de la espiral de desplazamiento (31) tras la apertura en un ángulo de rotación de 120° - 360°, en particular 255° - 315°, en particular 270°.
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7,
caracterizado por que
la presión que prevalece en la cámara de contrapresión (50) se forma sobre la base de un flujo másico que fluye desde la zona de alta presión (47) hacia la cámara de contrapresión (50) y sobre la base de un flujo másico que fluye hacia la cámara de contrapresión (50) desde una de las cámaras de compresión (65a, 65b, 65c, 65d).
9. Sistema de climatización para vehículos con una máquina de desplazamiento, en particular con un compresor scroll (10), de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6.
10. Vehículo con una máquina de desplazamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 y/o con un sistema de climatización para vehículos de acuerdo con la reivindicación 9.
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