DE2852977C2

DE2852977C2 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE2852977C2
Application number: DE2852977A
Authority: DE
Inventors: Nobukatsu Inashiki Ibaraki Arai; Hirokatu Yokohama Kousokabe; Eiji Niihari Ibaraki Sato; Kenji Niihari Ibaraki Tojo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1978-12-07
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE2852977A1; NL186271C; US4216661A; JPS5637437B2; NL7811962A; JPS5481513A; NL186271B

Description

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein ortsfestes Spiralelement 1 eine Platte XA und einen Spiralsteg 15, der auf der Platte XA aufrecht in Form einer Evolvente oder einer angenäherten Evolvente angeordnet ist und eine Höhe Λι sowie eine Dicke t\ hat (vgl F ig. 4). Das Ortsfeste Spiralelement 1 weist am äußeren Ende des Spiralsteges Iß eine axiale Einlaßbohrung IC und" in seinem mittleren Teil am inneren Ende des Spiralsteges 15 eine Auslaßbohrung XD auf.

Ein angetriebenes Spiralelement 2 hat eine Platte 2A und einen daran aufrecht angeordneten Spiralsteg 25 in Form einer Evolvente oder einer angenäherten Evolvente mit einer Höhe hz und einer Dicke h (vgL F i g. 4). Die Höhen Ai, fe der beiden Spiralstege 15, IB sind gleich.

Außer der Einlaßbohrung IC und der Auslaßbohrung XD sind wenigstens zwei Verbindungsbohrungen IE. und 1 Fm der Platte \A des ortsfesten Spiralelements 1 ausgebildet, die in Verdichtungsräume 3,4 zwischen den Spiraistegen 15 und 25 münden, in denen ein mittlerer Druck herrscht (Fig. 2\ In den Verbindungsbo'jrungen IE und IF sind Absperrorgane SA und 55 angeordnet Wenn ein Druck in einer Kammer 6A, der über eine Leitung 21 die Absperrorgane 5A, SB beaufschlagt, höher als der Zwischendruck in den Verdichtungsräumen 3, 4 ist, dann öffnen die Absperrorgane 5A, SB. Wenn dieser Druck niedriger ist als der Zwischendruck in den Verdichtungsräumen 3,4 ist, sind beide Absperrorgane 5/4, SB geschlossen.

In einem Gehäuse 6 ist eine Kammer 6Λ ausgebildet, die einerseits über einen Verbindungskanal 65 mit einer Leitung 19 und andererseits über einen Verbindungskanal 6Cmit der Leitung 21 verbunden ist Das Gehäuse 6 ist an seinem äußeren Rand in engem Kontakt mit der Platte A des ortsfesten Spiralelements 1 durch Schraubcn gehalten. Mit dem Gehäuse 6 ist über einen Dichtring 25 ein Dichtungsgehäuse 24 verschraubt, indem eine mechanische Dichtung 26 angeordnet ist, um die Gehäusekammer S/4 abzudichten. In einer im Gehäuse 6 und im Dichtungsgehäuse gelagerten Welle 10, die mit einem äußeren Elektromotor gekuppelt ist, befindet sich in ihrem mittleren Teil ein Gegengewicht 105 und an ihrem oberen Ende ein Exzenterstift 10/4, welcher in eine Bohrung eines Bauteils 12 eingreift. Dieses Bauteil 12 ist an der nicht mit Spiralstegen 2£> besetzten Stirnscite des angetriebenen Spiralelementes 2 befestigt. Die Mitte der Bohrung im Bauteil 12 fällt mit dem Zentrum des Spiralsteges 25 des angetriebenen Spiralelementes 2 zusammen.

Die Ausführung nach F i g. 3 entspricht im wesentlichen dem Auaführungsbeispiel gemäß Fig. 1, 2. Im angetriebenen Spiralelement 2 sind jedoch statt der Verbindungsbohrungen IEund lFmit den Absperrorganen 5/4, SB axiale Drosselbohrungen 2C, ID ausgebildet, die mit den mit Zwischendruck beaufschlagten Verdientungsräumen 3, 4 in Verbindung stehen und einen kleinen Durchmesser haben, um den Gasstrom wirksam zu drosseln.

Das durch Verdampfung seines flüssigen Anteils abgekühlte Gas strömt aus der Kammer 6/4 über die Dros- selbohrungen 2C und 2D in die Verdichtungskammern 3, 4 und kühlt das teilverdichtete gasförmige Kältemittel. Der Verdichter nach Fi g. 3 bietet den Vorteil, daß nur eine äußere Leitung für die Druckmindervorrichlung 20 benötigt wird. Geringe Mengen an teilverdich- tetcm Kühlgas können jeduüh aus den Verdichtungsräumen 3,4 über die Drosselbolirungen 2C, 2D in die Kammer 6,4 zurückströmen. Im übrigen entspricht die Ar beitsweise dieser Ausführung der im folgenden ausführlich erläuterten Ausführung gemäß F i g. 4.

Bei dem Verdichter nach F i g. 4 umfaßt das ortsfeste Spiralelement eine Platte IA und einen Spirälsteg 15, der auf der Platte \A aufrecht in Form einer Evolvente oder einer angenäherten Evolvente angeordnet ist und eine Höhe h_t sowie eine Dicke fi hat. Das ortsfeste Spiralelement 1 weist am äußeren Ende seines Spiralsteges 15 die axiale Einlaßbohrung IC und in seinem Mittelteil die AuslaBbohrung ID auf.

Das angetriebene Spiralelement 2 hat eine Ptette 2A und einen daran aufrecht angeformten Spiralsteg 15,25 in Form einer Evolvente oder einer angenäherten Evolvente mit einer Höhe J12 und einer Dicke fe· Die Höhen der beiden Spiralstege 15 und 25 sind gleich.

Außer der Einlaßbohrung lCund de^ Auslaßbohrung XD sind wenigstens zwei Verbindungsbohrungen IE und XF in der Platte XA des ortsfesten Spirälelemerits 1 ausgebildet, die in die Verdichtungsraum 3,4 zwischen den Spiralstegen IS und 25 münden, in den Verbindungsbohrungen IE und IE befinden sich die Absperrorgane 5/4,55. Wenn der Druck in einem Motorraum 7, der über eine Leitung 21 die Absperrorgane 5Λ, 55 beaufschlagt, höher als der Zwischendruck in den Verdichtungsräumen 3,4 ist, öffnen die Absperrorgane 5Λ, 55. Wenn dieser Druck jedoch niedriger als der Zwischendruck in den Verdichtungsräumen 3, 4 ist, schließen diese Absperrorgane.

Die im Gehäuse 6 ausgebildete Kammer 6/4 ist über wenigstens zwei Kanäle 65, 6C mit dem Motorraum verbunden. Das Gehäuse 6 ist an seinem äußeren Rand in engem Kontakt mit der Platte XA des ortsfesten Spiralelements 1 durch Schrauben gehalten. Das einstückig oder auch mehrteilig ausgeführte Motorgehäuse ist mit dem Gehäuse 6 fest verbunden und bildet mit diesem eine Kammer. Im Motor aum 7 ist ein Ständer 85 eines Elektromotors 8 an der Innenwand des Motorgehäuses festgelegt und ein Läufer 8/7 treibt eine Welle 10, die drehbar in einem Lager 11 abgestützt ist, dessen Achse mit der Mitte des ortsfesten Spiralelements 1 fluchtet Ära Ende der Welle ist ein Exzenterstift 10/4 um einen radialen Abstand δ gegenüber der Achse der Welle 10 versetzt befestigt. Dieser Exzenterstift 10.A greift in eine Bohrung 12/4 in einem Ausgleichsgewicht 12 ein, welches an der nicht mit Spiralstegen 25 besetzten Stirnseite des angetriebenen Spiralelementes 2 befestigt ist. Die Mitte der Bohrung 12/4 fällt mit dem Zentrum des Spiralsteges 125 des angetriebenen Spiralelementes 2 zusammen. Das Ausgleichsgewicht 12 kann auch an der Welle 10 und der Exzemerstift 10/4 an dem angetriebenen Spiralelement 2 angeordnet sein.

Eine Vorrichtung 13 zwischen dem angetriebenen Spiralelement 2 und dem Gehäuse 6 verhindert eine Eigendrehung des angetriebenen Spiralelemen.ts 2 um seine Achse und enthält einen Oldham-Rhig 13/4 sowie wenigstens zwei Sätze von Keilelementen 135(Fig.) zeigt nur einen Satz). Der Oldham-Ring 13/4 weist an einer Seite eine Nut auf, die rechtwinklig zu einer an seiner anderen Seite ausgebildeten Nut verläuft. Ein Keilelement 135 eines Satzes ist mit dem angetriebenen Spiralelement 2 verbolzt und greift in die eine Nut des Oldham-Rings ein, während ein anderes Keilelement (nicht gezeigt) mit dem Gehäuse 6 verbolzt ist und in die andere Ringnut eingreife

Eine Auslaßleitung 14 mit einem Absperrorgan 9 — das in manchen Fällen auch entfallen kann — verbindet die Auslaßbohrung XDmit einem Kondensator 15. Eine Drosseleinrichtung 16, z. B. ein Entspinnungs- und

Druckminderventil, ein Kapillarrohr usw., ist in der Verbindungsleitung des Kondensators 15 zu einem Verdampfer 17 vorgesehen. Der Verdampfer 17 ist auslaßseitig mit der Einlaßbohrung IC über eine Leitung 18 verbunden. Zwischen dem Kondensator 15 und der Drosseleinrichtung 16 zweigt eine Leitung 19 ab, die in den Motorraum 7 führt und eine Druckmindervorrichtung zum Senken des Drucks auf einen Zwischendruck zwischen dem Einlaß- und dem Förderdruck aufweist. Die Leitung 21 verbindet den Motorraum 7 mit den Verbindungsbohrungen If, IFim ortsfesten Spiralelement 1. Eine außermittige Durchgangsbohrung 22 erstreckt sich in der Welle 10, wobei ihr unteres Ende in der Wellenachse liegt und ihr oberes Ende gegenüber der Wellenachse radial versetzt ist. Schmieröl gelangt durch diese Bohrung 22 aus dem Sumpf im Motorraum 7 zu verschiedenen Verdichterteüe** p»**«» Qniroinnt 03 ist an der Welle 10 in einem an das Lager 11 angrenzenden Abschnitt ausgebildet.

Wenn der Motor 8 eingeschaltet wird und die Welle 10 amreibt, bewegt sich der Exzenterstift 10,4 auf einer Kreisbahn mit dem Radius δ und treibt dabei das Spiralelement an, das ebenfalls eine kreisförmige Bewegung ausführt. Infolgedessen bewegen sich die Verdichtungsräume 3 und 4 in Richtung zur Mitte, wobei sich die Kontaktlinien der Spiralstege XB und 2ß verschieben. Durch diese Bewegung des angetriebenen Spiralelements 2 gelangt ein gasförmiges Kältemittel aus der Leitung 18 durch die Einlaßbohrung IC zwischen die beiden Spiralelemente 1, 2 und wird nach der Verdichtung über die Auslaßbohrung XD ausgestoßen. Das komprimierte Gas strömt über das Absperrorgan 9 in den Kondensator 15, in dem es durch Kühlung mit Luft oder Kühlwasser verflüssigt wird. Das flüssige Kältemittel wird beim Durchströmen der Drosseieinrichtung 16 entspannt und im nachgeschalteten Verdampfer 17 unter Wärmeaufnahme in die Dampf- bzw. Gasphase überführt. Das entstandene kalte Gas strömt über die Leitung 18 wieder in den Spiralverdichter zurück.

Ein Teil des im Kondensator 15 erhaltenen flüssigen Kältemittels fließt über die Zweigleitung 19 in den Motorraum 7, wobei sein Druck in der Druckmindervorrichtung 20 auf einen Zwischendruck gesenkt wird. Das in den Motorraum 7 und in die Kammer 6Λ strömende Kältemittel ist ein Dampf- und Flüssig-Gemisch und verdampft unter Wärmeaufnahme vollständig, so daß seine Temperatur im Motorraum 7 niedriger als in der Leitung 19 ist Ein Teil des abgekühlten Gases gelangt über die Verbindui'.gskanäle 6ß, 6C in die Kammer 6/4 und kühlt das angetriebene Spiralelement 2 über dessen Platte 2/4. Gleichzeitig beaufschlagt es die Platte 2Λ mit einem Zwischendruck.

Aus 'dem Motorraum 7 strömt das Gas über die Leitung 21 und die Bohrungen XE und XF im ortsfesten Spiralelement 1 in die Verdichtungsräume 3 und 4. Die Absperrorgane 5/4, 55 öffnen, wenn der Druck in den Verdichtungskammern 3, 4 niedriger als der Druck im Motorraum 7 ist Da das Gas kälter als das teilverdichtete Gas in den Verdichtungsräumen 3 und 4 ist, wird dessen Temperatur gesenkt Das Volumen der Verdichtungsräume 3, 4 verkleinert sich während der Verbindung mit den Bohrungen IE und 1F, so daß der Druck in diesen Räumen steigt Die Bewegung des angetriebenen Spiralelements 2 um einen kleinen Betrag hat jedoch zur Folge, daß die Bohrungen 1E und 1 Fmk benachbarten Verdichtungsräumen in Verbindung treten, in denen der Gasdruck noch relativ gering ist Die Absperrorgane 5/4 und SB verhindern ein Rückströmen des höher verdichteten Gases aus den Verdichtungsräumen 3 und 4 in den Motorraum.

F i g. 5 zeigt eine erfindungsgemäßc Lösung ohne Kältekreislauf, bei welcher dem Spiralvcrdichter ein

s Gaskühler 27 nachgeschaltet und am Einlaß der Leitung 18 ein Filter 28 vorgesehen ist. Im übrigen entspricht diese Ausführung des Spiralverdichters den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Verdichtete Luft wird aus der Auslaßbohrung IC

über die Leitung 14 und das Absperrorgan 9 in den Gaskühler 27 geleitet, in dem sie durch Wasser oder Luft gekühlt wird, bevor sie zum Verbraucher gelangt. Ein Teil des verdichteten Gases strömt vom Auslaß des Gaskühlers 27 über die Zweigleitung 19 und die Druck mindervorrichtung 20 in den Motorraum 7. Eine Teil menge dieser Luft strömt durch die Verbindungskanälc SB und 6C in die Kammer 6.4 und beaufschlagt die Platte 2/4 des angetriebenen Spiralelementes mit einer axialen Dichtkraft. Da die in die Kammer 6/\ strömende

Luft aufgrund ihrer Kühlung im Gaskühler 27 und in der Druckmindervorrichtung 20 eine niedrige Temperatur

hat, kann nicht nur der Motorraum 7, sondern auch die

Kammer 6A auf Niedrigtemperatur gehalten werden. Wie erläutert, beaufschlagt das gekühlte Gas die

Stirnfläche der Platte des angetriebenen Spiralclemcntes mit ί -nem Zwischendruck und erzeugt eine axiale Dichtkraft, die geringfügig größer als die durch die Verdichtung des Kältemittels im Verdichter hervorgerufene Kraft ist. Dadurch kann eine optimale axiale Dicht- wirkung der beiden Spiralelemente erzielt werden. Ferner kann das Innere einer Kammereinheil und/oder einer Gehäusekammer mit einem gekühlten Fluid gefüllt werden und ein in der Kammereinheit angeordneter Motor sowie das angetriebene Spiralelement können dadurch gekühlt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

tor angetnebenen Spiralelementes gegen das ortsfeste Patentansprüche: Spiralelement und damit die notwendige Abdichtung der einzelnen Verdichtungsräume zu erhalten, ist im an-

1. Spiralverdichter für eine einen Kondensator, ei- getriebenen Spiralelement ein Kanal vorgesehen, weine-Drossel und einen Verdampfer aufweisende Kai- 5 eher die Förderdruckkammer ständig oder intermittieteanlage, bestehend aus einem einen Druckanschluß rend mit einer Gegendruckkammer verbindet, die an aufweisenden ortsfesten Spiralelement und aus ei- der rückwärtigen Stirnseite des angetriebener? Spiralnem von einem Elektromotor angetriebenen Spiral- elementes vorgesehen isL Bei einer ständigen Ströelement, das ohne Eigendrehung auf einer Kreis- mungsverbindung zwischen dieser Gegendruckkammer bahn exzentrisch um die Antriebsachse bewegt wird, io und der Höchstdruckkammer wird in bestimmten Bewobei jedes Spiralelement aus einer Platte mit daran triebsphasen, -z. B. im Anfahrbetrieb, das angetriebene angeformten Spiralstegen besteht, die miteinander Spiralelement mit einer zu großen Kraft gegen das ortsin Eingriff stehen und dadurch Verdichtungsräume feste Spiralelement gedrückt, was zu einer unerwünscht bilden, und wobei die nicht mit den Spiralstegen be- v.ohen Reibung führt Bei einer intermittierenden Versetzte Stirnseite des angetriebenen Spiralelementes 15 bindung zwischen der Förderdruckkammer und der Gesich in einer mit einem Gegendruck beaufschlagten gendruckkammer können aufgrund der relativ hochfre-Kammer bewegt, dadurch gekennzeich- quenten Druckschwankungen in der Gegendrockkamnet, daß die Kammer (fiA) einerseits an den Aus- mer unerwünschte Schwingungen des angetriebenen gang des Kondensators (15) über eine Druckminder- Spiralelementes in axialer Richtung entstehen,
vorrichtung (20) angeschlossen und andererseits mit 20 Aus der US-PS 39 13 346 ist eine im geschlossenen unier Zwischendruck stehenden Verdichtungsräu- Kreislauf arbeitende Kälteanlage mit einem elektromomen (3, 4) über Druckbegrenzungs- oder Druckre- torisch angetriebenen Schraubenkompressor bekannt, duziereinrichtungen verbunden ist. bei welcher eine Teilmenge an verflüssigtem Kältemit-

2. Spiralverdichter zum Verdichten von Gasen mit tel in den Motorraum und von diesem in einen Zwieinem nachgeordneten Gaskücjier, wobei der Spiral- 25 schendruckraum des Schraubenverdichters geführt verdichter aus einem einen Druckanschluß aufwei- wird, um einmal den Elektromotor zu kühlen und zum senden ortsfesten Spiralelement und aus einem von anderen eine thermische Wirkungsgradsteigerung des einem Elektromotor angetriebenen Spiralelement Schraubenkompressors zu erreichen. Der Druck dieses besteht, das ohne Eigendrehung auf einer Kreisbahn rückgeführten Kältemittels wird nicht ausgenutzt,
exzentrisch uzt die Antriebsachse bewegt wird, wo- 30 Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spiralverdichter bei jedes Spiralelement aus e;"er Platte mit daran der genannten Art zu schaffen, bei dem die auf der angeformten Spiralstegen besteht, die miteinander umlaufenden Spiralscheibe lastenden Axialkräfte so in Eingriff stehen und dadurch ''erdichtungsräume verringert werden können, daß dabei keine störenden bilden, und wobei die nicht mit den Spiralstegen be- Vibrationskräfte entstehen können.

setzte Stirnseite des angetriebenen Spiralelementes 35 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

sich in einer mit einem Gegendruck beaufschlagten kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I

Kammer bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. 2 gelöst.

Kammer (6A) einerseits an den Ausgang des Gas- Ein besonderer Vorteil der erfincüngsgemäßcn Lokühlers (27) über eine Druckmindervorrichtung (20) sung liegt darin, daß das in die Gegendruckkammer einangeschlossen und andererseits mit den unter Zwi- 40 geführte Fluid nicht nur eine gleichmäßige und dem schendruck stehenden Verdichtungsräumen (3, 4) Ansaugdruck proportionale Kraft erzeugt, mit welcher über Druckbegrenzungs- oder Druckreduzierein- das angetriebene Spiralelement gegen das ortsfeste Spirichtungen verbunden ist (F i g. 5). ralelement gedrückt wird, sondern daß aufgrund seiner

3. Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, da- relativ niedrigen Temperaturen noch zusätzlich eine durch gekennzeichnet, daß die Kammer (6A) in offe- 45 Kühlwirkung und daneben noch eine thermische Wirner Verbindung mit dem Motorraum (7) steht. kungsgradverbesserung durch Einführen dieses relativ

4. Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, da- kühleren Fluids in die Zwischendruckräume des Verdurch gekennzeichnet, daß als Druckbegrenzungs- dichters erzielt wird.

einrichtung Rückschlagventile (1£, XF) zur Begren- Erfindungsgemäß kann ein Spiralverdichter entweder

zung des Gegendruckes in der Kammer [fiA) in dem 50 Teil einer Kälteanlage sein (Patentanspruch 1) oder zu-

ortsfesten Spiralsegment (1) angeordnet sind. sammen mit einem nachgeschalteten Gaskühler ver-

5. Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, da- wendet werden (Patentanspruch 2).

durch gekennzeichnet, daß als Druckreduzierein- Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind

richtung Drosselkanäle (2C, 2D) im angetriebenen Gegenstand der Unteransprüche.

Spiralelement (2) angeordnet sind. 55 Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich

erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 einen Spiralverdichter im Axialschnitt als Teil einer schematisch dargestellten Kälteanlage;

Die Erfindung betrifft Spiralverdichter entweder für 60 Fig. 2 den Spiralverdichter nach Fig. 1 im Quereine Kälteanlage oder allgemein zum Verdichten von schnitt H-Il;

Gasen mit nachgeschaltetem Gaskühler gemäß der im Fig.3 einen anderen Spiralverdichier als Bauteil ei-

Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 jeweils ange- ner Kälteanlage mit Drosselbohrungen im angetriebe-

gebenen Gattung. nen Spiralelement;

Aus der US-PS 38 84 599 sind derartige Spiralver- 65 F i g. 4 einen Spiralverdichter als Teil einer Källcanla-

dichter in verschiedenen Ausführungen bekannt, die ge mit direkt angebautem Elektromotor;

u.a. auch in Kälteanlagen eingesetzt werden können. Fig.5 einen Spiralverdichter mit naehgcsehalteicni

Um einen ständigen Andruck des von einem Elcktromo- Druckgaskühler.