WO2002052205A2 - Kompressor - Google Patents

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WO2002052205A2
WO2002052205A2 PCT/EP2001/014918 EP0114918W WO02052205A2 WO 2002052205 A2 WO2002052205 A2 WO 2002052205A2 EP 0114918 W EP0114918 W EP 0114918W WO 02052205 A2 WO02052205 A2 WO 02052205A2
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compressor according
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Karl-Fr. Kammhoff
Friedhelm Ahrens
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Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh
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Priority to US10/215,270 priority patent/US6814551B2/en
Publication of WO2002052205A3 publication Critical patent/WO2002052205A3/de

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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/12Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C29/124Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C23/00Combinations 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
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    • F04C29/04Heating; Cooling; Heat insulation
    • F04C29/045Heating; Cooling; Heat insulation of the electric motor in hermetic pumps

Definitions

  • the invention relates to a compressor for refrigerants, comprising a housing, a scroll compressor arranged in the housing with a first compressor body fixedly arranged in the housing and a second compressor body movable relative to the first compressor body, each of which has a bottom and a first or rising above the respective bottom have second spiral ribs, for example in the form of a circular involute and / or circular arcs, which engage in one another in such a way that, when the refrigerant is compressed, the second compressor body can be moved on an orbital path about the central axis relative to the first compressor body, and a drive for the second compressor body a drive motor.
  • Compressors of this type are known from the prior art, for example from DE 100 99 10 460.
  • the second compressor body in the area of the rear side opposite the second spiral rib can be flushed radially outside of its driver receptacle by the refrigerant to be compressed, since flushing the compressor body on its rear side ensures effective cooling thereof, in particular cooling as close as possible the areas of the compressor body where the greatest heat input occurs.
  • the refrigerant to be compressed can be flushed around the first compressor body in the region of a rear side facing away from the first spiral rib.
  • the compressor body via its rear side, in order likewise to provide cooling as close as possible to the areas of the compressor body in which a large amount of heat is introduced, in particular by heated compressed refrigerant.
  • the back of the respective compressor body is formed directly by a base carrying the respective spiral fin, so that the spiral fins which cool with the respective floor are connected.
  • the back of the compressor body represents the back of an integral part which has the bottom and the spiral ribs and which, in particular in the region of the back, does not have any built-in or connected, for example, Has elements.
  • both compressor bodies can be cooled by the refrigerant to be compressed in the region of an outer peripheral side with respect to the central axis.
  • a particularly favorable solution provides that the first compressor body can be flushed with the refrigerant to be compressed in the region of its rear side outside a high-pressure connection.
  • a particularly large area namely the area lying radially outside the high-pressure connection, is thus provided for cooling the first compressor body, the high-pressure connection in particular also contributing, at least in part, to the fixing of the first compressor body in the housing.
  • a structurally particularly advantageous solution provides that between the rear of the first compressor body and a partition wall of the housing running at a distance therefrom is a rear cooling chamber which can be flushed through the refrigerant to be compressed.
  • the rear cooling chamber can be designed in a wide variety of ways.
  • a particularly favorable solution provides that the rear cooling chamber encloses a holding receptacle for the first compressor body, so that essentially the rear of the compressor body can be cooled via the rear cooling chamber, with the exception of the areas in which the holding receptacle is effective.
  • the holding receptacle is preferably designed in such a way that the rear cooling chamber extends in a ring around the holding receptacle for the second compressor body.
  • the high-pressure connection for the first compressor body is integrated in the holding receptacle and thus runs through this holding receptacle.
  • a particularly efficient cooling of the first compressor body is given if the holding receptacle can also be cooled by the cooling chamber on the rear, so that insofar as heat is introduced into the holding receptacle by the refrigerant escaping under high pressure, the holding receptacle itself can be cooled directly in order to to dissipate this heat.
  • the primary focus was on cooling the compressor bodies via the rear side.
  • the cooling of the compressor bodies can be further improved in that the rear cooling chamber merges into a peripheral cooling chamber enclosing an outer periphery of the first compressor body.
  • the circumferential cooling chamber preferably not only encloses the outer circumference of the first compressor body, but also the outer circumference of the second compressor body.
  • a mechanically particularly advantageous solution provides that the first compressor body is supported by outer support elements lying radially outside the spiral ribs with respect to the central axis.
  • the cooling chamber on the circumference extends around the outer support elements and thus cools the first compressor body via the outer support elements, in particular when the outer support elements are integrally formed on the first compressor body.
  • a particularly advantageous exemplary embodiment provides that the temperature of the surface of the first compressor body which is adjacent to the refrigerant to be compressed in the rear cooling chamber is within an annular area which is between approximately 50% and approximately 80%, more preferably approximately 60% and approximately 70%, a maximum radius of the spiral ribs is a maximum of 8 °, better still a maximum of 5 °, higher than the temperature of the refrigerant reaching and compressing the second compressor body.
  • a particularly advantageous exemplary embodiment provides that the refrigerant to be compressed first flows around the second compressor body and then around the first compressor body.
  • the refrigerant to be compressed could come from any section of a cooling system. It is particularly advantageous if the refrigerant used to cool the compressor body is the refrigerant to be sucked in by the scroll compressor. This could be a refrigerant that cools other units after cooling the compressor body. A particularly favorable concept provides that the refrigerant to be sucked cools the compressor bodies essentially immediately before it enters a suction area of the scroll compressor.
  • a particularly favorable solution provides that the refrigerant to be sucked in flows at least partly from a peripheral side of the scroll compressor between the bottom of the first compressor body and the bottom of the second compressor body into the suction area of the scroll compressor.
  • the refrigerant to be compressed flows through the rear cooling chamber at least in the form of a partial flow, so that the forced flow of the partial flow ensures that the rear cooling chamber is flushed sufficiently intensively in all operating conditions .
  • This can advantageously be solved in that the refrigerant to be sucked in flows at least partially from the rear cooling chamber through at least one opening in the bottom of the first compressor body into the suction area of the scroll compressor.
  • a particularly advantageous embodiment of the solution according to the invention which works stably in all operating areas, provides that the entire refrigerant to be drawn in flows through the rear cooling chamber and then through at least one opening in the bottom of the first compressor body into the suction area of the scroll compressor, so that it flows through it Forced control of the refrigerant to be compressed ensures a sufficiently intensive flushing of the rear cooling chamber even with low volume flows.
  • the risk of liquid refrigerant entering the suction area is reduced if the first compressor body is arranged above the second compressor body and in particular also above the drive.
  • the drive motor is usually also still to be cooled. This could be cooled separately.
  • an advantageous embodiment provides that the refrigerant to be compressed cools the drive motor and the scroll compressor.
  • the refrigerant to be compressed first cools the drive motor and then cools the scroll compressor. This allows the refrigerant to be compressed to be sufficiently heated in a simple manner before it enters the scroll compressor in order to avoid liquid refrigerant in the scroll compressor.
  • the refrigerant to be compressed cools the circumference of the drive motor.
  • the compressor according to the invention can be designed particularly simply when the refrigerant to be compressed first flows around the second compressor body in the region of the rear of the base, in particular radially outside the support body, and then enters the suction area of the scroll compressor, since this causes the refrigerant flowing through the drive motor can be used directly after the drive motor to cool the second compressor body. Furthermore, it is preferably provided that the refrigerant to be compressed flows around support elements of the scroll compressor which are located radially on the outside with respect to the central axis of the first scroll rib before entering the suction area.
  • An advantageous embodiment provides that the spiral ribs of the one compressor body on the bottom of the other compressor body facing end faces have end face seals inserted in grooves.
  • a particularly expedient embodiment provides that the face seals acted upon by the respectively higher pressure in the scroll compressor can be moved in the direction of the bottom of the other compressor body.
  • the face seals can be made of different materials. For example, it is known from the prior art to design the end face seals from metal plates. A particularly favorable solution provides that the end face seals are made of plastic.
  • a Teflon compound with about 5% to about 20% coal and other strength-promoting additives is preferably used. Furthermore, it is preferably provided in the compressor according to the invention that a check valve is assigned to the high-pressure outlet, which prevents the high-pressure refrigerant from flowing back into the scroll compressor.
  • the check valve is preferably designed such that it has a sealing seat located in the first compressor body.
  • check valve is arranged in a high pressure chamber on a side of the partition opposite the first compressor body.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a compressor according to the invention.
  • FIG. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a longitudinal section similar to Fig. 1 through a second embodiment
  • Fig. 4 is a section along line 4-4 in Fig. 3;
  • Fig. 5 is a section similar to FIG. 3 through a third embodiment and 6 is an enlarged view of area A in FIG. 5.
  • a first exemplary embodiment of a scroll compressor according to the invention shown in FIG. 1, comprises a housing, designated as a whole by 10, in which an electric drive motor, designated as a whole by 12, and a scroll compressor, designated as a whole by 14, are arranged.
  • the scroll compressor 14 comprises a first compressor body 16 and a second compressor body 18, the first compressor body 16 having a first spiral rib 22 formed in the form of a circular involute and rising above a bottom 20 thereof, and the second compressor body 18 having a rising rib over a bottom 24 second spiral rib 26 in the form of a circular involute, the spiral ribs 22, 26 intermeshing and in each case sealingly abutting the bottom 24 or 20 of the other compressor body 18, 16, so that there are between the spiral ribs 22, 26 and the base surfaces 20 , 24 form chambers 28, in which compression of a refrigerant takes place, which flows in via an intake area 30 surrounding the spiral ribs 22, 26 radially on the outside and after compression in the chambers 28 via an outlet 32, provided in the first compressor body 16, exits compressed to high pressure.
  • the first compressor body 16 is held firmly in the compressor housing 10, while the second compressor body 18 is on an orbital path around a central axis 34 is movable relative to the first compressor body 16, the spiral ribs 22 and 26 theoretically abutting one another along a line of contact and the line of contact also rotates around the central axis 34 when the second compressor body 18 moves on the orbital orbit.
  • the drive motor 12 for driving the second compressor body 18 comprises a stator 40, which is fixedly arranged in the housing 10, and a rotor 42, which is seated on a drive shaft 44, which in turn is rotatable, namely about the central axis 34, in the housing 10 is stored.
  • a driver unit designated as a whole by 50, which comprises an eccentric 52 designed as a driver, which is arranged with an offset with respect to the central axis 34, specifically in the radial direction.
  • the driver 52 engages in a driver receptacle 54, for example in the form of a bushing, which is arranged on the bottom 24 of the second compressor body 18, specifically on a side thereof opposite the spiral rib 26 and in the direction of the drive motor 12.
  • a driver receptacle 54 for example in the form of a bushing, which is arranged on the bottom 24 of the second compressor body 18, specifically on a side thereof opposite the spiral rib 26 and in the direction of the drive motor 12.
  • the driver receptacle 54 designed as a bushing has an inner cylinder surface 60, the cylinder axis of which on the one hand intersects the theoretically circular orbital path, on the other hand runs parallel to the center axis 34, but is offset from the center axis 34 by the radius of the orbital path.
  • the driver 52 which is designed as an eccentric, is in turn likewise preferably designed as a cylindrical body with a cylindrical jacket surface 64, the cylinder axis of which likewise runs parallel to the central axis 34 and, moreover, has a radial distance therefrom which corresponds approximately to the radius of the orbital orbit.
  • the driver 52 is designed such that it rests with a driver surface on the inner cylindrical surface 60 of the driver receptacle 54, which acts as a driving surface, in a partial section thereof, but otherwise runs without contact with the driving surface 60, as described in DE 199 10 460 which is referred to in full with regard to the structure and function of the driver unit.
  • an inlet 70 for refrigerant to be compressed is provided in the housing 10, specifically in the area of the drive motor 12, through which the refrigerant to be compressed flows into an outer engine cooling chamber 72 which flows between an outer housing wall 74 and an outer wall the shielding sleeve 76 surrounding the drive motor 12.
  • the refrigerant to be compressed flows in the direction 78 to a housing base 80 facing away from the scroll compressor 14, but is deflected radially inwards by an intermediate base 81 before reaching the housing base 80 and passes through passages 82 of the shielding sleeve 76 and then flows in Direction 83 through the rotor 78 approximately parallel to the axis 34 through to a support element 84 which on the one hand has a bearing bush 86 for the drive shaft 44 and on the other hand has wings 88 on which the second compressor element 18 rests with a rear side 90 of the bottom 24 opposite the second spiral rib 26 and is thus supported such that the second compressor body 18 is thereby secured against movement away from the first compressor body 16.
  • the refrigerant to be sucked in preferably flows around the support element 84, with some of the refrigerant also being able to flow through the support element 84 and thus reaching the rear side 90 of the base 24 and being deflected radially outward by this into an outer cooling chamber 100, which is on the one hand from the outer housing wall 74 is enclosed and on the other hand surrounds the scroll compressor 14 radially on the outside.
  • This outer cooling chamber 100 is followed by a rear cooling chamber 110, which lies between a rear 112 of the bottom 20 of the first compressor body 16 and a partition 114 fixed in the housing 10, the partition 114 carrying a holding receptacle 116 with which the first compressor body is located 16 in the area of the outlet 32 there is a seal between the pressure side and the suction side and with which the first compressor body 16 is also mounted, for example, on the partition 114.
  • the partition 114 in turn extends across the housing 10 and defines a high pressure chamber 120, which lies between a housing cover 122 and the partition 114, with compressed refrigerant from the outlet 32 through the holding receptacle 116 into the high pressure chamber 120, preferably by a flow into Direction of axis 34 occurs. Furthermore, the high-pressure chamber 120 is also provided with a high-pressure outlet 124, through which compressed refrigerant emerges from the high-pressure chamber 120.
  • the rear cooling chamber 110 surrounds the holding receptacle 16 in an annular manner and is also delimited on the one hand by the partition wall 14 and on the other hand by the base 20 of the first compressor body 16, the rear 112 of the base 20 being adjacent to the rear cooling chamber 110 by more than half of its area , which extends radially to the axis 34 outwards to the outer cooling chamber 100 and merges into it.
  • the refrigerant to be compressed enters the suction area 30 from the outer cooling chamber 100 by passing it radially from the outer cooling chamber 100 between an outer area 128 of the bottom 20 and an outer area 130 of the bottom 24 Intake area 30 flows, which lies between the base 20 and the base 24 and also adjoins the radially outer ends of the spiral ribs 22 and 24.
  • the first compressor body 16 is preferably supported on the support element 84 via outer support elements 132, which preferably engage on the base 20, with openings 134 being provided between the support elements 132, which prevent the refrigerant to be compressed from entering in the radial direction from the outer cooling chamber 100 Allow to the axis 34 in the suction area 30.
  • the entire outer cooling chamber 100 and the rear cooling chamber 110 are flushed with the refrigerant to be sucked in by convection of the refrigerant to be sucked in, supported by pressure oscillations caused by the driven and moving on an orbital path, second compressor body 18, on which the one with the outer cooling chamber 100 via the Breakthroughs 134 adjoining suction area 30 are adjacent.
  • an area 111 of the rear side 112 adjoining the rear cooling chamber 110 is located, which lies within an annular area RB which extends over a radius of approximately 50%. up to about 80%, more preferably about 60% to about 70%, of the maximum radius R of the spiral rib 22 of the first compressor body 16, an average temperature which is a maximum of 8 °, more preferably a maximum of 5 °, above a temperature of the second Compressor body 18 reaching refrigerant, so that the heat introduced into the first compressor body 16 can be dissipated via the rear 112 thereof.
  • the first compressor body 16 can thus be kept at a temperature which essentially corresponds to the temperature of the second compressor body 18, so that the thermal expansion of the respective base 20 or 24 and of the spiral ribs 22 or 26 is essentially identical and thus both Compressor bodies 16 and 18 do not have any significant temperature differences which result in non-uniform thermal expansion and thus in a reduction in the seal in the area of the spiral ribs 22 and 26 and between the spiral ribs 22 and 26 and the respective bottoms 24 and 20, respectively.
  • the outlet 32 in the first compressor body 16 is arranged approximately coaxially to the axis 34 and opens into outlet channels 136 which pass through the holding receptacle 116. Because the holding receptacle 116 directly adjoins the rear cooling chamber 110, it is also possible for heat to be discharged from the holding receptacle 116 into the refrigerant flushing the rear cooling chamber 110 in a direct manner.
  • the holding receptacle 116 is covered by a valve plate 138, which is arranged in the high-pressure chamber 120 in order to prevent high-pressure refrigerant flowing through the holding receptacle 116 and entering the high-pressure chamber 120 from flowing back into the scroll compressor 14 at all times the pressure at the high pressure outlet 124 is lower than in the high pressure chamber 120.
  • the axis 34 is placed such that it extends eccentrically to a cylinder axis 144 of the housing 10 by a larger distance in the area of electrical connections 137 for supplying the electric drive motor 12 to create between the outer wall 74 of the housing 10 and the shield 76.
  • a second embodiment of the compressor according to the invention shown in Fig. 3, those parts which are identical to those of the first embodiment of the compressor according to the invention are provided with the same reference numerals, so that the description of the same reference is made to the explanations of the first embodiment can.
  • the base 20 of the first compressor body 16 is provided with openings 150 in a sector adjoining the suction region 30, which, as shown in FIG.
  • the openings 150 are preferably arranged such that the refrigerant to be compressed from the rear cooling chamber 110 lies directly in the suction area 30 between the bases 20 and 24.
  • refrigerant still to be compressed flows directly from the outer cooling chamber 100 between the bases 20 and 24 into the suction regions 30, so that only part of the refrigerant to be compressed enters the rear cooling chamber 110 and flows through it at least partially.
  • FIGS. 5 and 6 shown in FIGS. 5 and 6, those parts which are identical to the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference numerals, so that with regard to the explanations for these, reference can be made in full to the explanations for the preceding exemplary embodiments.
  • a possibility of an entry of refrigerant to be compressed from the outer cooling chamber 100 into the suction region 30 by a sleeve 152 enclosing the spiral compressor 14 is substantially prevented, so that the refrigerant to be compressed is on its way from being flushed around the second compressor body 18 to flow around the first compressor body 16 flows through the outer cooling chamber 100 essentially parallel to the axis 34 and thereby cools the spiral compressor 14 on the circumference via the sleeve 152, then flows into the rear cooling chamber 110, at least partially flows through it and then via the openings 150 into the Suction area 30 of the scroll compressor 14 occurs.
  • the rear cooling chamber 110 is at least partially penetrated by the entire flow of refrigerant to be sucked into the suction area 30 before this flow enters the suction area 30 through the openings 150, so that optimal diffusion of the rear side is achieved by supplementary diffusion or also developing vortex flows Cooling chamber 110 and thus an optimal cooling of the first compressor body 16 and also the holding receptacle 116 takes place in the same way as the second compressor body 18, so that both compressor bodies 16 and 18 preferably form the same temperature profile and thus an optimized temperature control of both compressor bodies 16 and 18 can be achieved which contributes to improving the sealing of the scroll compressor 14 during operation.
  • a check valve 160 with a valve body 162 is also arranged in the first compressor body 16.
  • a valve seat surface 164 adjoins the outlet 32 as an annular surface, on which the valve body 162 can be placed in a sealing manner.
  • valve body 162 is acted upon by a spring 166 in the direction of the valve seat surface 164 and is therefore only lifted off the valve seat surface 164 by the compressed refrigerant emerging from the outlet 32.
  • this check valve 160 can be seen in the fact that it can be arranged as close as possible to the outlet 32 without a large damage volume.
  • each of the spiral ribs is provided with an end face seal 170 which comprises a groove 174 machined into an end face 172 of the respective spiral rib 26, comprising two lateral groove walls 176 and 178 and a groove base 180 is used, the end face seal 170 being dimensioned such that it is movable in the groove 174 and can thus be acted upon in the direction of a base area 182 of the base 20 of the respective other compressor body.
  • the refrigerant to be compressed acts on the end face seal in such a way that it detaches from the side wall 176 facing the chamber 28a under higher pressure and rests against the side wall 178 which the under lower pressure chamber 28b is facing. Furthermore, the refrigerant under higher pressure flows up to the groove base 180 and thus leads to the end face seal 170 lifting off from the groove base 180 and being pressed against the base surface 182 by the refrigerant under higher pressure and thus being held on the latter.
  • end face seals 170 are made of a plastic material, preferably Teflon, in particular a Teflon compound with 5% to 20% carbon or other strength-promoting additives.

Abstract

Um einen Kompressor für Kältemittel, umfassend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Spiralverdichter mit einem ersten, feststehend im Gehäuse angeordneten Verdichterkörper und einem zweiten relativ zum ersten Verdichterkörper bewegbaren Verdichterkörper, die jeweils einen Boden und sich über dem jeweiligen Boden erhebende erste bzw. zweite Spiralrippen aufweisen, welche so ineinander greifen, dass beim Verdichten des Kältemittels der zweite Verdichterkörper gegenüber dem ersten Verdichterkörper auf einer Orbitalbahn um eine Mittelachse bewegbar ist, und einen Antrieb für den zweiten Verdichterkörper mit einem Antriebsmotor, hinsichtlich seiner Leistung zu verbessern, dass beide Verdichterkörper im Bereich ihrer den Spiralrippen abgewandten Rückseite von von dem Spiralverdichter zu verdichtendem Kältemittel umspülbar und damit kühlbar sind, wird vorgeschlagen dass beide Verdichterkörper im Bereich ihrer den Spiralrippen abgewandten Rückseite von von dem Spiralverdichter zu verdichtenden Kältemittel umspülbar und damit kühlbar sind.

Description

Kompressor
Die Erfindung betrifft einen Kompressor für Kältemittel, umfassend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Spiralverdichter mit einem ersten, feststehend im Gehäuse angeordneten Verdichterkörper und einem zweiten relativ zum ersten Verdichterkörper bewegbaren Verdichterkörper, die jeweils einen Boden und sich über dem jeweiligen Boden erhebende erste bzw. zweite, beispielsweise in Form einer Kreisevolvente und/oder Kreisbögen ausgebildete Spiralrippen aufweisen, welche so ineinander greifen, daß beim Verdichten des Kältemittels der zweite Verdichterkörper gegenüber dem ersten Verdichterkörper auf einer Orbitalbahn um die Mittelachse bewegbar ist, und einen Antrieb für den zweiten Verdichterkörper mit einem Antriebsmotor.
Derartige Kompressoren sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 100 99 10 460, bekannt.
Bei derartigen Kompressoren besteht stets die Notwendigkeit, einen möglichst guten Wirkungsgrad, insbesondere eine möglichst geringe Leckage, beim Verdichten des Kältemittels zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Kompressor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Verdichterkörper im Bereich ihrer den Spiralrippen abgewandten Rückseite von von dem Spiralverdichter zu verdichtendem Kältemittel umspülbar und damit kühlbar sind. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß mit dieser die Möglichkeit besteht, beide Verdichterkörper in gleicher Weise zu kühlen und somit in beiden Verdichterkörpern zumindest eine ähnliche Temperaturverteilung zu erreichen, so daß sich beide Verdichterkörper thermisch ähnlich ausdehnen und somit die durch eine hohe Fertigungspräzision erreichbare geringe, wenn nicht unwesentliche Leckage nicht durch ungleiche Temperaturverteilungen und somit ungleich große thermische Ausdehnungen verschlechtert wird, so daß insgesamt der Wirkungsgrad des Spiralverdichters hierdurch reduziert wird.
Besonders günstig ist es dabei, wenn der zweite Verdichterkörper im Bereich der der zweiten Spiralrippe gegenüberliegend angeordneten Rückseite radial außerhalb seiner Mitnehmeraufnahme von dem zu verdichtenden Kältemittel umspülbar ist, da eine Umspülung des Verdichterkörpers auf seiner Rückseite eine effektive Kühlung desselben gewährleistet, insbesondere eine Kühlung möglichst nahe der Bereiche des Verdichterkörpers gewährleistet, in denen der größte Wärmeeintrag erfolgt.
Weiterhin ist es besonders günstig, wenn der erste Verdichterkörper im Bereich einer der ersten Spiralrippe abgewandten Rückseite von dem zu verdichtenden Kältemittel umspülbar ist.
Auch hierbei ist es besonders vorteilhaft, den Verdichterkörper über dessen Rückseite zu kühlen, um ebenfalls eine Kühlung möglichst nahe der Bereiche des Verdichterkörpers vorzusehen, in welchen ein großer Wärmeeintrag, insbesondere durch erhitztes verdichtetes Kältemittel, erfolgt. Um auch die Spiralrippen über die Rückseite des Verdichterkörpers möglichst effizient kühlen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Rückseite des jeweiligen Verdichterkörpers unmittelbar durch einen die jeweilige Spiralrippe tragenden Boden gebildet ist, so daß eine möglichst effiziente Kühlung auch der Spiralrippen erfolgt, die mit dem jeweiligen Boden verbunden sind.
Insbesondere ist es im Hinblick auf eine möglichst effiziente Wärmeleitung besonders günstig, wenn die Rückseite des Verdichterkörpers die Rückseite eines einstückigen, den Boden und die Spiralrippen aufweisenden Teils darstellt, das insbesondere im Bereich der Rückseite keine in dieses eingebaute oder mit diesen verbundene, beispielsweise aufgesetzte, Elemente aufweist.
Um die Kühlung der Verdichterkörper noch weiter zu verbessern ist vorzugsweise vorgesehen, daß beide Verdichterkörper im Bereich einer bezüglich der Mittelachse äußeren Umfangsseite von dem zu verdichtenden Kältemittel kühlbar sind.
Im Zusammenhang mit der Erläuterung der Kühlung des ersten Verdichterkörpers im Bereich seiner Rückseite wurde nicht näher definiert, ob eine Kühlung im wesentlichen über die gesamte Rückseite oder nur in Teilbereichen der Rückseite erfolgt.
Insbesondere wurde auch nicht näher spezifiziert, inwieweit über die Rückseite noch eine Fixierung des ersten Verdichterkörpers erfolgt.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß der erste Verdichterkörper im Bereich seiner außerhalb eines Hochdruckanschlusses liegenden Rückseite von dem zu verdichtenden Kältemittel umspülbar ist. Damit ist eine besonders große Fläche, nämlich die radial außerhalb des Hochdruckanschlusses liegende Fläche, für die Kühlung des ersten Verdichterkörpers vorgesehen, wobei der Hochdruckanschluß insbesondere zumindest zum Teil auch zur Fixierung des ersten Verdichterkörpers in dem Gehäuse beiträgt.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, daß zwischen der Rückseite des ersten Verdichterkörpers und einer im Abstand von dieser verlaufenden Trennwand des Gehäuses eine durch das zu verdichtende Kältemittel spülbare rückseitige Kühlkammer liegt.
Die rückseitige Kühlkammer kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein. Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß die rückseitige Kühlkammer eine Halteaufnahme für den ersten Verdichterkörper umschließt, so daß im wesentlichen die Rückseite des Verdichterkörpers mit Ausnahme der Bereiche, in denen die Halteaufnahme wirksam ist, über die rückseitige Kühlkammer kühlbar sind.
Vorzugsweise ist dabei die Halteaufnahme so ausgebildet, daß die rückseitige Kühlkammer ringförmig um die Halteaufnahme für den zweiten Verdichterkörper herumverläuft.
Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn in die Halteaufnahme der Hochdruckanschluß für den ersten Verdichterkörper integriert ist und somit durch diese Halteaufnahme hindurchverläuft. Eine besonders effiziente Kühlung des ersten Verdichterkörpers ist dann gegeben, wenn auch die Halteaufnahme durch die rückseitige Kühlkammer kühlbar ist, so daß insoweit, als in die Halteaufnahme durch das unter Hochdruck austretende Kältemittel ein Wärmeeintrag erfolgt, eine unmittelbare Kühlung der Halteaufnahme selbst erfolgen kann, um diese Wärme abzuführen.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele wurde primär auf die Kühlung der Verdichterkörper über die Rückseite abgestellt. Noch weiter läßt sich die Kühlung der Verdichterkörper dadurch verbessern, daß die rückseitige Kühlkammer in eine einen Außenumfang des ersten Verdichterkörpers umschließende umfangsseitige Kühlkammer übergeht.
Vorzugsweise umschließt dabei die umfangsseitige Kühlkammer nicht nur den Außenumfang des ersten Verdichterkörpers, sondern auch den Außenumfang des zweiten Verdichterkörpers.
Eine mechanisch besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, daß der erste Verdichterkörper durch äußere bezüglich der Mittelachse radial außerhalb der Spiralrippen liegende Stützelemente abgestützt ist.
In diesem Fall ist es besonders günstig, wenn die umfangsseitige Kühlkammer um die äußeren Stützelemente herum verläuft und somit über die äußeren Stützelemente den ersten Verdichterkörper kühlt, insbesondere dann, wenn die äußeren Stützelemente einstückig an den ersten Verdichterkörper angeformt sind. Hinsichtlich der Kühlwirkung des die rückseitige Kühlkammer spülenden und zu verdichtenden Kältemittels wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Temperatur der an das zu verdichtende Kältemittel in der rückseitigen Kühlkammer angrenzenden Fläche des ersten Verdichterkörpers innerhalb eines Ringbereichs, welcher zwischen ungefähr 50% und ungefähr 80%, noch besser ungefähr 60% und ungefähr 70%, eines maximalen Radius der Spiralrippen liegt, maximal 8°, noch besser maximal 5°, höher als die Temperatur des den zweiten Verdichterkörper erreichenden und zu verdichtenden Kältemittels ist.
Diese Relation zeigt, daß bereits eine ausreichende Kühlung des ersten Verdichterkörpers dann möglich ist, wenn die rückseitige Kühlkammer ausreichend gut mit zu verdichtendem Kältemittel gespült wird, wobei diese Spülung durch Druckschwankungen, Verwirbelungen, oder auch Konvektion erfolgen kann und nicht zwingend erfordert, daß das zu verdichtende Kältemittel durch die rückseitige Kühlkammer hindurchströmt.
Zu der Reihenfolge, in welcher die Verdichterkörper gekühlt werden, wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.
So sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß das zu verdichtende Kältemittel zuerst den zweiten Verdichterkörper und dann den ersten Verdichterkörper umspült.
Prinzipiell könnte dabei das zu verdichtende Kältemittel aus einem beliebigen Abschnitt einer Kühlanlage stammen. Besonders günstig es dabei, wenn das zur Kühlung des Verdichterkörpers dienende Kältemittel das von dem Spiralverdichter anzusaugende Kältemittel ist. Dabei könnte es sich um Kältemittel handeln, das nach der Kühlung der Verdichterkörper noch weitere Aggregate kühlt. Eine besonders günstige Konzeption sieht vor, daß das anzusaugende Kältemittel im wesentlichen unmittelbar vor seinem Eintritt in einen Ansaugbereich des Spiralverdichters die Verdichterkörper kühlt.
Diese Lösung ist schon aus dem Grund vorteilhaft, da damit das ohnehin dem Spiralverdichter zuzuführende zu verdichtende Kältemittel unmittelbar vor Eintritt in den Ansaugbereich dazu eingesetzt werden kann, die Verdichterkörper zu kühlen.
Bei den bislang beschriebenen Lösungen wurde nicht näher beschrieben, wie das zu verdichtende Kältemittel in den Spiralverdichter eintritt. Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß das anzusaugende Kältemittel zumindest zum Teil von einer Umfangsseite des Spiralverdichters zwischen den Boden des ersten Verdichterkörpers und den Boden des zweiten Verdichterkörpers in den Ansaugbereich des Spiralverdichters einströmt.
Insbesondere ist es möglich, das anzusaugende Kältemittel so zu führen, daß dieses zumindest teilweise radial zur Mittelachse zwischen den Böden der Verdichterkörper in den Ansaugbereich des Spiralverdichters einströmt.
Um die rückseitige Kühlkammer besonders effizient zu kühlen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das zu verdichtende Kältemittel zumindest in Form eines Teilstroms die rückseitige Kühlkammer zwangsgeführt durchströmt, so daß durch die Zwangsführung des Teilstroms bei allen Betriebsbedingungen eine ausreichend intensive Spülung der rückseitigen Kühlkammer sichergestellt ist. Dies läßt sich vorteilhafterweise dadurch lösen, daß das anzusaugende Kältemittel zumindest zum Teil aus der rückseitigen Kühlkammer durch mindestens einen Durchbruch im Boden des ersten Verdichterkörpers hindurch in den Ansaugbereich des Spiralverdichters strömt.
Dadurch wird zwingend erreicht, daß zumindest ein Teilstrom des anzusaugenden Kältemittels zumindest durch einen Teilbereich der rückseitigen Kühlkammer hindurchströmt und somit gegebenenfalls nicht unmittelbar durchströmte Bereiche der rückseitigen Kühlkammer durch Verwirbelung, Druckschwankungen und/oder Konvektion ausreichend intensiv mit dem zu verdichtenden Kältemittel zur Kühlung gespült werden.
Eine besonders vorteilhafte und insbesondere in allen Betriebsbereichen stabil arbeitende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß das gesamte anzusaugende Kältemittel durch die rückseitige Kühlkammer hindurch und dann durch mindestens einen Durchbruch des Bodens des ersten Verdichterkörpers hindurch in den Ansaugbereich des Spiralverdichters strömt, so daß durch diese Zwangsführung des zu verdichtenden Kältemittels auch bei geringen Volumenströmen eine ausreichend intensive Spülung der rückseitigen Kühlkammer sichergestellt ist.
Ferner wird bei einer derartigen Führung des zu verdichtenden Kältemittels die Gefahr reduziert, daß flüssiges Kältemittel in den Ansaugbereich eintritt, wenn der erste Verdichterkörper über dem zweiten Verdichterkörper und insbesondere auch über dem Antrieb angeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Kompressor ist üblicherweise auch der Antriebsmotor noch zu kühlen. Dieser könnte separat gekühlt werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht jedoch vor, daß das zu verdichtende Kältemittel den Antriebsmotor und den Spiralverdichter kühlt.
Um insbesondere sicherzustellen, daß in den Spiralverdichter selbst, insbesondere beim Anlaufen des Kompressors kein flüssiges Kältemittel eintritt, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das zu verdichtende Kältemittel zuerst den Antriebsmotor kühlt und dann den Spiralverdichter kühlt. Dadurch ist in einfacher Weise eine ausreichend große Erwärmung des zu verdichtenden Kältemittels vor Eintritt in den Spiralverdichter zu erreichen, um flüssiges Kältemittel im Spiralverdichter zu vermeiden.
Hinsichtlich der Durchströmung des Antriebsmotors wurden hierbei keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine günstige Lösung vor, daß das zu verdichtende Kältemittel den Antriebsmotor rotorseitig kühlt.
Ergänzend oder alternativ hierzu ist vorgesehen, daß das zu verdichtende Kältemittel den Antriebsmotor umfangsseitig kühlt.
Ferner läßt sich der erfindungsgemäße Kompressor besonders einfach dann konzipieren, wenn das zu verdichtende Kältemittel den zweiten Verdichterkörper zunächst im Bereich der Rückseite des Bodens desselben insbesondere radial außerhalb des Stützkörpers umströmt und dann in den Ansaugbereich des Spiralverdichters eintritt, da dadurch das durch den Antriebsmotor strömende Kältemittel direkt im Anschluß an den Antriebsmotor zum Kühlen des zweiten Verdichterkörpers eingesetzt werden kann. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß das zu verdichtende Kältemittel vor Eintritt in den Ansaugbereich bezüglich der Mittelachse der ersten Spiralrippe radial außenliegende Stützelemente des Spiralverdichters umströmt.
Hinsichtlich der Abdichtung der Spiralrippen wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, daß die Spiralrippen des einen Verdichterkörpers an dem Boden des anderen Verdichterkörpers zugewandten Stirnseiten in Nuten eingelegte Stirnseitendichtungen tragen.
Diese Stirnseitendichtungen könnten in den Nuten unbeweglich angeordnet sein. Besonders günstig ist es, wenn die Stirnseitendichtungen in den Nuten in Richtung des Bodens des anderen Verdichterkörpers bewegbar sind.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, daß die Stirnseitendichtungen durch den jeweils höheren Druck im Spiralverdichter beaufschlagt in Richtung des Bodens des anderen Verdichterkörpers bewegbar sind.
Die Stirnseitendichtungen können aus unterschiedlichen Materialien sein. Beispielsweise ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Stirnseitendichtungen aus Metallamellen auszuführen. Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß die Stirnseitendichtungen aus Kunststoff sind.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Stirnseitendichtungen aus Teflon sind.
Vorzugsweise ist ein Teflon Compound mit ungefähr 5 % bis ungefähr 20 % Kohle und anderen festigkeitsfördernden Zusatzstoffen eingesetzt. Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Kompressor vorzugsweise vorgesehen, daß dem Hochdruckauslaß ein Rückschlagventil zugeordnet ist, welches ein Zurückströmen des unter Hochdruck stehenden Kältemittels in den Spiralverdichter verhindert.
Vorzugsweise ist dabei das Rückschlagventil so ausgebildet, daß es einen in dem ersten Verdichterkörper liegenden Dichtungssitz aufweist.
Eine alternative Lösung sieht vor, daß das Rückschlagventil in einer Hochdruckkammer auf einer dem ersten Verdichterkörper gegenüberliegenden Seite der Trennwand angeordnet ist.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel
Fig. 4 einen Schnitt längs Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 durch ein drittes Ausführungsbeispiel und Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A in Fig. 5.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralkompressors, dargestellt in Fig. 1, umfaßt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse, in welchem ein als Ganzes mit 12 bezeichneter elektrischer Antriebsmotor und ein als Ganzes mit 14 bezeichneter Spiralverdichter angeordnet sind.
Der Spiralverdichter 14 umfaßt dabei einen ersten Verdichterkörper 16 und einen zweiten Verdichterkörper 18, wobei der erste Verdichterkörper 16 eine sich über einen Boden 20 desselben erhebende erste, in Form einer Kreisevolvente ausgebildete Spiralrippe 22 aufweist und der zweite Verdichterkörper 18 eine sich über einen Boden 24 erhebende zweite, in Form einer Kreisevolvente ausgebildete Spiralrippe 26, wobei die Spiralrippen 22, 26 ineinandergreifen und dabei jeweils an dem Boden 24 bzw. 20 des jeweils anderen Verdichterkörpers 18, 16 dichtend anliegen, so daß sich zwischen den Spiralrippen 22, 26 sowie den Grundflächen 20, 24 Kammern 28 bilden, in welchen eine Verdichtung eines Kältemittels erfolgt, das über einen die Spiralrippen 22, 26 radial außen umgebenden Ansaugbereich 30 mit Anfangsdruck zuströmt und nach dem Verdichten in den Kammern 28 über einen Auslaß 32, vorgesehen in dem ersten Verdichterkörper 16, auf Hochdruck verdichtet austritt.
Bei dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Verdichterkörper 16 fest in dem Kompressorgehäuse 10 gehalten, während der zweite Verdichterkörper 18 um eine Mittelachse 34 herum auf einer Orbitalbahn relativ zum ersten Verdichterkörper 16 bewegbar ist, wobei die Spiralrippen 22 und 26 theoretisch längs einer Berührungslinie aneinander anliegen und die Berührungslinie ebenfalls bei der Bewegung des zweiten Verdichterkörpers 18 auf der Orbitalbahn um die Mittelachse 34 umläuft.
Der Antriebsmotor 12 zum Antrieb des zweiten Verdichterkörpers 18 umfaßt einen Stator 40, der fest in dem Gehäuse 10 angeordnet ist, und einen Rotor 42, welcher auf einer Antriebswelle 44 sitzt, die ihrerseits wiederum drehbar, und zwar um die Mittelachse 34, in dem Gehäuse 10 gelagert ist.
Zur Kopplung der Drehbewegung der Antriebswelle 44 mit dem zweiten Verdichterkörper 18 ist eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Mitnehmereinheit vorgesehen, die einen als Mitnehmer ausgebildeten Exzenter 52 umfaßt, der gegenüber der Mittelachse 34, und zwar in radialer Richtung, mit einem Versatz angeordnet ist.
Der Mitnehmer 52 greift in eine beispielsweise als Buchse ausgebildete Mitnehmeraufnahme 54 ein, die an dem Boden 24 des zweiten Verdichterkörpers 18 angeordnet ist, und zwar auf einer der Spiralrippe 26 gegenüberliegenden Seite derselben und in Richtung des Antriebsmotors 12 weist.
Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die als Buchse ausgebildete Mitnehmeraufnahme 54 eine innere Zylinderfläche 60 auf, deren Zylinderachse einerseits die theoretisch kreisförmige Orbitalbahn schneidet, andererseits parallel zur Mittelachse 34 verläuft, jedoch gegenüber der Mittelachse 34 um den Radius der Orbitalbahn versetzt angeordnet ist. Der als Exzenter ausgebildete Mitnehmer 52 ist seinerseits ebenfalls vorzugsweise als zylindrischer Körper mit einer Zylindermantelfläche 64 ausgebildet, deren Zylinderachse ebenfalls parallel zur Mittelachse 34 verläuft und darüber hinaus einen radialen Abstand von dieser aufweist, welcher ungefähr dem Radius der Orbitalbahn entspricht.
Erfindungsgemäß ist der Mitnehmer 52 so ausgebildet, daß er mit einer Mitnehmerfläche an der als Mitnahmefläche wirkenden inneren Zylinderfläche 60 der Mitnehmeraufnahme 54 in einem Teilabschnitt derselben anliegt, im übrigen jedoch gegenüber der Mitnahmefläche 60 berührungslos verläuft, wie in der DE 199 10 460 beschrieben, auf welche bezüglich des Aufbaus und der Funktion der Mitnehmereinheit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Um den erfindungsgemäßen Kompressor günstig kühlen zu können, ist im Gehäuse 10 und zwar im Bereich des Antriebsmotors 12 ein Einlaß 70 für zu verdichtendes Kältemittel vorgesehen, durch welchen das zu verdichtende Kältemittel in eine äußere Motorkühlkammer 72 einströmt, welche zwischen einer äußeren Gehäusewand 74 und einer den Antriebsmotor 12 umgebenden Abschirmhülse 76 liegt.
Von der äußeren Motorkühlkammer 72 strömt das zu verdichtende Kältemittel in Richtung 78 zu einem dem Spiralverdichter 14 abgewandten Gehäuseboden 80, wird jedoch vor Erreichen des Gehäusebodens 80 von einem Zwischenboden 81 radial nach innen umgelenkt und tritt durch Durchlässe 82 der Abschirmhülse 76 hindurch und strömt dann in Richtung 83 durch den Rotor 78 ungefähr parallel zu der Achse 34 hindurch bis zu einem Tragelement 84, welches einerseits eine Lagerbuchse 86 für die Antriebswelle 44 aufweist und andererseits Tragflächen 88 aufweist, auf welchen das zweite Verdichterelement 18 mit einer der zweiten Spiralrippe 26 gegenüberliegenden Rückseite 90 des Bodens 24 aufliegt und damit so abgestützt ist, daß der zweite Verdichterkörper 18 dadurch gegen eine Bewegung weg vom ersten Verdichterkörper 16 gesichert ist.
Vorzugsweise umströmt das anzusaugende Kältemittel das Tragelement 84, wobei auch ein Teil des Kältemittels das Tragelement 84 durchströmen kann und erreicht somit die Rückseite 90 des Bodens 24 und wird durch diese radial nach außen umgelenkt in eine äußere Kühlkammer 100, welche einerseits von der äußeren Gehäusewand 74 umschlossen ist und andererseits den Spiralverdichter 14 radial außenliegend umschließt.
An diese äußere Kühlkammer 100 schließt sich eine rückseitige Kühlkammer 110 an, welche zwischen einer Rückseite 112 des Bodens 20 des ersten Verdichterkörpers 16 und einer im Gehäuse 10 fixierten Trennwand 114 liegt, wobei die Trennwand 114 eine Halteaufnahme 116 trägt, mit welcher gegenüber dem ersten Verdichterkörper 16 im Bereich des Auslasses 32 eine Abdichtung zwischen Druckseite und Saugseite erfolgt und mit welcher der erste Verdichterkörper 16 beispielsweise auch an der Trennwand 114 gelagert ist.
Die Trennwand 114 erstreckt sich ihrerseits quer durch das Gehäuse 10 und begrenzt eine Hochdruckkammer 120, welche zwischen einem Gehäusedeckel 122 und der Trennwand 114 liegt, wobei verdichtetes Kältemittel von dem Auslaß 32 durch die Halteaufnahme 116 hindurch in die Hochdruckkammer 120, vorzugsweise durch eine Strömung in Richtung der Achse 34, eintritt. Ferner ist die Hochdruckkammer 120 noch mit einem Hochdruckauslaß 124 versehen, durch welchen verdichtetes Kältemittel aus der Hochdruckkammer 120 austritt.
Die rückseitige Kühlkammer 110 umschließt dabei ringförmig die Halteaufnahme 16 und ist außerdem einerseits durch die Trennwand 14 und andererseits durch den Boden 20 des ersten Verdichterkörpers 16 begrenzt, wobei die Rückseite 112 des Bodens 20 mit mehr als der Hälfte ihrer Fläche an die rückseitige Kühlkammer 110 angrenzt, die radial zur Achse 34 nach außen bis zur äußeren Kühlkammer 100 verläuft und in diese übergeht.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel tritt das zu verdichtende Kältemittel von der äußeren Kühlkammer 100 in den Ansaugbereich 30 dadurch ein, daß es in radialer Richtung von der äußeren Kühlkammer 100 zwischen einem äußeren Bereich 128 des Bodens 20 und einem äußeren Bereich 130 des Bodens 24 hindurch in den Ansaugbereich 30 strömt, der zwischen dem Boden 20 und dem Boden 24 liegt und außerdem an radial außenliegende Enden der Spiralrippen 22 und 24 angrenzt.
Vorzugsweise ist der erste Verdichterkörper 16 über äußere Stützelemente 132, die vorzugsweise an dem Boden 20 angreifen, an dem Tragelement 84 abgestützt, wobei zwischen den Stützelementen 132 Durchbrüche 134 vorgesehen sind, welche ein Eintreten des zu verdichtenden Kältemittels aus der äußeren Kühlkammer 100 in radialer Richtung zur Achse 34 in den Ansaugbereich 30 zulassen. Eine Spülung der gesamten äußeren Kühlkammer 100 und der rückseitigen Kühlkammer 110 mit dem anzusaugenden Kältemittel erfolgt dabei durch Konvektion des anzusaugenden Kältemittels unterstützt durch Druckoszillationen bedingt durch den angetriebenen und sich auf einer Orbitalbahn bewegenden zweiten Verdichterkörper 18, an welchen der mit der äußeren Kühlkammer 100 über die Durchbrüche 134 in Verbindung stehende Ansaugbereich 30 angrenzt.
Aufgrund dieser Spülung der gesamten äußeren Kühlkammer 100 und der rückseitigen Kühlkammer 110 stellt sich während des Betriebs des Kompressors in einem an die rückseitige Kühlkammer 110 angrenzenden Bereich 111 der Rückseite 112, der innerhalb eines Ringbereichs RB liegt, welcher sich über einen Radius von ungefähr 50% bis ungefähr 80%, noch besser ungefähr 60% bis ungefähr 70%, des maximalen Radius R der Spiralrippe 22 des ersten Verdichterkörpers 16 erstreckt, eine mittlere Temperatur ein, die maximal 8°, noch besser maximal 5°, über einer Temperatur des den zweiten Verdichterkörper 18 erreichenden Kältemittels liegt, so daß die in den ersten Verdichterkörper 16 eingetragene Wärme über dessen Rückseite 112 abgeführt werden kann.
Damit läßt sich der erste Verdichterkörper 16 auf einer Temperatur halten, die im wesentlichen der Temperatur des zweiten Verdichterkörpers 18 entspricht, so daß auch die thermische Ausdehnung des jeweiligen Bodens 20 bzw. 24 und der Spiralrippen 22 bzw. 26 im wesentlichen identisch ist und somit beide Verdichterkörper 16 und 18 keine nennenswerten Temperaturdifferenzen aufweisen, die zu einer ungleichmäßigen thermischen Ausdehnung und somit zu einer Verringerung der Abdichtung im Bereich der Spiralrippen 22 und 26 sowie zwischen den Spiralrippen 22 und 26 und den jeweiligen Böden 24 bzw. 20 liegen. Ferner ist beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Auslaß 32 im ersten Verdichterkörper 16 ungefähr koaxial zur Achse 34 angeordnet ist und in Auslaßkanäle 136 mündet, welche die Halteaufnahme 116 durchsetzen. Dadurch, daß die Halteaufnahme 116 unmittelbar an die rückseitige Kühlkammer 110 angrenzt, ist auch ein Austrag von Wärme von der Halteaufnahme 116 in das die rückseitige Kühlkammer 110 spülende Kältemittel auf direktem Wege möglich.
Ferner ist die Halteaufnahme 116 von einer Ventilplatte 138 überdeckt, welche in der Hochdruckkammer 120 angeordnet ist, um die Halteaufnahme 116 durchströmendes und in die Hochdruckkammer 120 eintretendes unter Hochdruck stehendes Kältemittel zu all den Zeitpunkten daran zu hindern, in den Spiralverdichter 14 zurückzuströmen, zu denen der Druck am Hochdruckauslaß 124 niedriger ist als in der Hochdruckkammer 120.
Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Kompressor, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, die Achse 34 so gelegt, daß sie exzentrisch zu einer Zylinderachse 144 des Gehäuses 10 verläuft, um im Bereich elektrischer Anschlüsse 137 für die Versorgung des elektrischen Antriebsmotors 12 einen größeren Abstand zwischen der Außenwand 74 des Gehäuses 10 und der Abschirmung 76 zu schaffen.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kompressors, dargestellt in Fig. 3, sind diejenigen Teile, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kompressors identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 3, ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel der Boden 20 des ersten Verdichterkörpers 16 in einem an den Ansaugbereich 30 angrenzenden Sektor mit Durchbrüchen 150 versehen, welche, wie in Fig. 4 dargestellt, dazu dienen, zu verdichtendes Kältemittel von der rückseitigen Kühlkammer 110 in den Ansaugbereich 30 zwischen den Böden 22 und 26 einströmen zu lassen und somit das eintretende Kältemittel zwangsgeführt die rückseitige Kühlkammer 110 durchströmen zu lassen und somit dafür zu sorgen, daß im Bereich der Rückseite 112 des Bodens 20 eine möglichst gute Spülung der rückseitigen Kühlkammer 110 und somit eine möglichst gute Kühlung des ersten Verdichterkörpers 16 erfolgt.
Vorzugsweise sind die Durchbrüche 150 so angeordnet, daß das zu verdichtende Kältemittel aus der rückseitigen Kühlkammer 110 unmittelbar in den Ansaugbereich 30 zwischen den Böden 20 und 24 liegt.
Dennoch strömt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel noch zu verdichtendes Kältemittel direkt von der äußeren Kühlkammer 100 zwischen den Böden 20 und 24 in die Ansaugbereiche 30 ein, so daß lediglich ein Teil des zu verdichtenden Kältemittels zwangsgeführt in die rückseitige Kühlkammer 110 eintritt und diese zumindest teilweise durchströmt.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 5 und 6 sind diejenigen Teile, die mit der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Ausführungen zu diesen vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann. Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Möglichkeit eines Eintritts von zu verdichtendem Kältemittel aus der äußeren Kühlkammer 100 in den Ansaugbereich 30 durch eine den Spiralverdichter 14 umschließende Manschette 152 im wesentlichen unterbunden, so daß das zu verdichtende Kältemittel auf seinem Weg von einer Umspülung des zweiten Verdichterkörpers 18 zur Umspülung des ersten Verdichterkörpers 16 die äußere Kühlkammer 100 im wesentlichen parallel zur Achse 34 durchströmt und dabei über die Manschette 152 den Spiralverdichter 14 umfangsseitig kühlt, dann in die rückseitige Kühlkammer 110 einströmt, diese zumindest teilweise durchströmt und dann über die Durchbrüche 150 in den Ansaugbereich 30 des Spiralverdichters 14 eintritt.
Dabei wird im wesentlichen der gesamte Strom des anzusaugenden Kältemittels in die rückseitige Kühlkammer 110 eingeleitet und führt durch Ver- wirbelung und/oder Diffusion des zu verdichtenden Kältemittels zu einer Umspülung der Rückseite 112 des Bodens 20.
Somit ist die rückseitige Kühlkammer 110 durch den gesamten in den Ansaugbereich 30 einströmenden Strom von anzusaugendem Kältemittel zumindest teilweise durchsetzt, bevor dieser Strom durch die Durchbrüche 150 in den Ansaugbereich 30 eintritt, so daß durch ergänzende Diffusion oder auch sich ausbildende Wirbelströmungen eine optimale Spülung der rückseitigen Kühlkammer 110 und somit eine optimale Kühlung des ersten Verdichterkörpers 16 und auch der Halteaufnahme 116 in gleicher Weise wie des zweiten Verdichterkörpers 18 erfolgt, so daß beide Verdichterkörper 16 und 18 vorzugsweise dasselbe Temperaturprofil ausbilden und sich somit eine optimierte Temperierung beider Verdichterkörper 16 und 18 erreichen läßt, die zur Verbesserung der Abdichtung des Spiralverdichters 14 beim Betrieb beiträgt. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist außerdem ein Rückschlagventil 160 mit einem Ventilkörper 162 in dem ersten Verdichterkörper 16 angeordnet. Hierzu schließt sich unmittelbar an den Auslaß 32 eine Ventilsitzfläche 164 als Ringfläche an, auf welcher der Ventilkörper 162 dicht abschließend aufsetzbar ist.
Ferner ist der Ventilkörper 162 mittels einer Feder 166 in Richtung der Ventilsitzfläche 164 beaufschlagt und wird somit lediglich durch das verdichtete, aus dem Auslaß 32 austretende Kältemittel von der Ventilsitzfläche 164 abgehoben.
Der Vorteil dieses Rückschlagventils 160 ist darin zu sehen, daß dieses ohne großes Schadvolumen möglichst nahe des Auslasses 32 angeordnet werden kann.
Darüber hinaus ist, wie in Fig. 6 dargestellt, beim dritten Ausführungsbeispiel jede der Spiralrippen, exemplarisch dargestellt anhand der Spiralrippe 26 mit einer Stirnseitendichtung 170 versehen, welche in eine in einer Stirnseite 172 der jeweiligen Spiralrippe 26 eingearbeitete Nut 174, umfassend zwei seitliche Nutwände 176 und 178 sowie einen Nutgrund 180, eingesetzt ist, wobei die Stirnseitendichtung 170 derart dimensioniert ist, daß diese in der Nut 174 beweglich ist und somit in Richtung einer Grundfläche 182 des Bodens 20 des jeweils anderen Verdichterkörpers beaufschlagbar ist.
Damit besteht die Möglichkeit, daß ausgehend von der unter höherem Druck stehenden Kammer 28a das zu verdichtende Kältemittel die Stirnseitendichtung so beaufschlagt, daß diese sich von der der unter höherem Druck stehenden Kammer 28a zugewandten Seitenwand 176 löst und an der Seitenwand 178 anliegt, die der unter geringerem Druck stehenden Kammer 28b zugewandt liegt. Ferner strömt das unter höherem Druck stehende Kältemittel bis zum Nutgrund 180 und führt somit dazu, daß sich die Stirnseitendichtung 170 vom Nutgrund 180 abhebt und durch das unter höherem Druck stehende Kältemittel gegen die Grundfläche 182 beaufschlagt und somit an dieser in Anlage gehalten wird.
Damit läßt sich in vorteilhafter weise die Abdichtung zwischen den einzelnen Spiralπppen 26 und den Grundflächen 182 des jeweils anderen Verdichterkörpers 20 verbessern und somit der Wirkungsgrad des Spiralverdichters 14 außerdem noch zusätzlich steigern.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Stirnseitendichtungen 170 aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise Teflon, insbesondere einem Teflon Compound mit 5 % bis 20 % Kohle oder anderen festig keitsfördernden Zusatzstoffen, hergestellt sind.

Claims

PATE NTAN S PRUCH E
1. Kompressor für Kältemittel, umfassend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Spiralverdichter mit einem ersten, feststehend im Gehäuse angeordneten Verdichterkörper und einem zweiten relativ zum ersten Verdichterkörper bewegbaren Verdichterkörper, die jeweils einen Boden und sich über dem jeweiligen Boden erhebende erste bzw. zweite Spiralπppen aufweisen, welche so ineinander greifen, daß beim Verdichten des Kältemittels der zweite Verdichterkörper gegenüber dem ersten Verdichterkörper auf einer Orbitalbahn um eine Mittelachse bewegbar ist, und einen Antrieb für den zweiten Verdichterkörper mit einem Antriebsmotor, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n et, daß beide Verdichterkörper (16, 18) im Bereich ihrer den Spiralrippen abgewandten Rückseite (112, 90) von von dem Spiralverdichter (14) zu verdichtenden Kältemittel umspülbar und damit kühlbar sind.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Verdichterkörper (18) im Bereich der der zweiten Spiralrippe (26) gegenüberliegend angeordneten Rückseite (90) radial außerhalb seiner Mitnehmeraufnahme (54) von dem zu verdichtenden Kältemittel umspülbar ist.
3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verdichterkörper (16) im Bereich einer der ersten Spiralrippe (22) abgewandten Rückseite (112) von dem zu verdichtenden Kältemittel umspülbar ist.
4. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (112, 90) des jeweiligen Verdichterkörpers (16, 18) unmittelbar durch einen die jeweilige Spiralrippe (22, 26) tragenden Boden (20, 24) gebildet ist.
5. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Verdichterkörper (16, 18) im Bereich einer bezüglich der Mittelachse äußeren Umfangsseite (118, 120) von dem zu verdichtenden Kältemittel kühlbar sind.
6. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verdichterkörper (16) im Bereich seiner außerhalb eines Hochdruckanschlusses (32) liegenden Rückseite (112) von dem zu verdichtenden Kältemittel umspülbar ist.
7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rückseite (112) des ersten Verdichterkörpers (16) und einer im Abstand von dieser verlaufenden Trennwand (114) des Gehäuses (10) eine durch das zu verdichtende Kältemittel spülbare rückseitige Kühlkammer (110) liegt.
8. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Kühlkammer (110) eine sich zu dem ersten Verdichterkörper (16) erstreckende Halteaufnahme (116) umschließt.
. Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Kühlkammer (110) ringförmig um die Halteaufnahme (116) für den ersten Verdichterkörper (16) herum verläuft.
10. Kompressor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (114) eine Hochdruckkammer (120) des Kompressors begrenzt.
11. Kompressor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Kühlkammer (110) in eine einen Außenumfang des ersten Verdichterkörpers (16) umschließende umfangsseitige Kühlkammer (100) übergeht.
12. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verdichterkörper (16) durch äußere bezüglich der Mittelachse (34) radial außerhalb der Spiralrippen (22, 26) liegende Stützelemente (122) abgestützt ist.
13. Kompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangsseitige Kühlkammer (100) um die äußeren Stützelemente (122) herum verläuft.
14. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der an das zu verdichtende Kältemittel in der rückseitigen Kühlkammer (110) angrenzenden Rückseite (112) des ersten Verdichterkörpers (16) innerhalb eines Ringbereichs (RB) der zwischen ungefähr 50% und ungefähr 80% eines maximalen Radius der Spiralrippen (22, 26) liegt, maximal 8° höher als die Temperatur des den zweiten Verdichterkörper (18) erreichenden, zu verdichtenden Kältemittels ist.
15. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Kältemittel zuerst den zweiten Verdichterkörper (18) und dann den ersten Verdichterkörper (16) umspült.
16. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Kühlung der Verdichterkörper (16, 18) dienende Kältemittel das vom Spiralverdichter (14) anzusaugende Kältemittel ist.
17. Kompressor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das anzusaugende Kältemittel im wesentlichen unmittelbar vor seinem Eintritt in einen Ansaugbereich (30) des Spiralverdichters (14) die Verdichterkörper (16, 18) kühlt.
18. Kompressor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das anzusaugende Kältemittel zumindest zum Teil von einer Umfangsseite des Spiralverdichters (14) zwischen dem Boden (20) des ersten Verdichterkörpers (16) und dem Boden (24) des zweiten Verdichterkörpers (18) in den Ansaugbereich (30) des Spiralverdichters (14) einströmt.
19. Kompressor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das anzusaugende Kältemittel zumindest teilweise radial zur Mittelachse (34) zwischen den Böden (20, 24) der Verdichterkörper (16, 18) in den Ansaugbereich (30) des Spiralverdichters (14) einströmt.
20. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Kältemittel zumindest in Form eines Teilstroms die rückseitige Kühlkammer (110) zwangsgeführt durchströmt.
21. Kompressor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das anzusaugende Kältemittel zumindest zum Teil aus der rückseitigen Kühlkammer (110) durch mindestens einen Durchbruch (150) im Boden (20) des ersten Verdichterkörpers (16) hindurch in den Ansaugbereich (30) des Spiralverdichters (14) strömt.
22. Kompressor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte anzusaugende Kältemittel durch die rückseitige Kühlkammer (110) hindurch und dann durch den mindestens einen Durchbruch (150) im Boden (20) des ersten Verdichterkörpers (16) hindurch in den Ansaugbereich (30) des Spiralverdichters (14) strömt.
23. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Kältemittel den Antriebsmotor (12) und den Spiralverdichter (14) kühlt.
24. Kompressor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Kältemittel zuerst den Antriebsmotor (12) kühlt und dann den Spiralverdichter (14) kühlt.
25. Kompressor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Kältemittel den Antriebsmotor (12) rotorseitig durchströmt.
26. Kompressor nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Kältemittel den Antriebsmotor (12) umfangsseitig umströmt.
27. Kompressor nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Kältemittel zunächst den zweiten Verdichterkörper (18) umströmt und dann in den Ansaugbereich (30) des Spiralverdichters (14) eintritt.
28. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralrippen (22, 26) des einen Verdichterkörpers (18, 16) auf ihren dem Boden (24, 20) des anderen Verdichterkörpers (18, 16) zugewandten Stirnseiten (172) in Nuten (174) eingelegte Stirnseitendichtungen (170) tragen.
29. Kompressor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseitendichtungen (170) in den Nuten in Richtung des Bodens des anderen Verdichterkörpers bewegbar sind.
30. Kompressor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseitendichtungen (170) durch den jeweils höheren Druck im Spiralverdichter (14) beaufschlagt in Richtung des Bodens (20) des jeweils anderen Verdichterkörpers (16) bewegbar sind.
31. Kompressor nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseitendichtungen (170) aus Kunststoff sind.
32. Kompressor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseitendichtungen (170) Teflon als Hauptbestandteil umfassen.
33. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hochdruckauslaß (32) ein Rückschlagventil (124, 160) zugeordnet ist.
34. Kompressor nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil einen in dem ersten Verdichterkörper (16) liegenden Dichtungssitz aufweist.
35. Kompressor nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (138) in einer Hochdruckkammer (120) auf einer dem ersten Verdichterkörper (16) gegenüberliegenden Seite der Trennwand (114) angeordnet ist.
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