DE69910699T2 - Spiralverdichter mit Economiserdurchlass- Entladungsventil - Google Patents

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Diese Erfindung bezieht sich auf eine einzigartige Platzierung für ein Entlastungsventil, welche besonders vorteilhaft ist in einem Spiralverdichter.
• Spiralverdichter werden in Verdichtungsanwendungen weit verbreitet verwendet. Spiralverdichter weisen jedoch mehrere Konstruktionsherausforderungen auf. Eine besondere Konstruktionsherausforderung ist es, reduzierte Leistungsniveaus zu erreichen, wenn der Betrieb des Kompressors bei voller Leistung nicht gewünscht ist. In vielen Situationen kann es unerwünscht sein, die volle Leistung des Kompressors zu haben. Insbesondere bei vielen Kühlanwendungen oder Kühlmittelverdichtungsanwendungen gibt es Zeiten, in denen es wünschenswerter wäre, eine reduzierte Leistung erreichen zu können.
• Daher wurden Spiralverdichter mit Entlastungs-Umgehungsleitungsventilen ausgestattet, die einen Teil des gekühlten Kühlmittels zurück zur Ansaugöffnung des Kompressors leiten. Auf diese Weise wird die Masse an Kühlmittel, die verdichtet wird, reduziert.
• Andererseits gibt es in vielen Kühlanwendungen oder Kühlmittelverdichtungsanwendungen Zeiten, zu denen es wünschenswerter wäre, erhöhte Leistung erreichen zu können. Eine Methode, erhöhte Leistung zu erreichen, ist, eine Economizer-Schaltung in das Kühlsystem einzubeziehen. Eine Economizer-Schaltung bietet im Wesentlichen einen Wärmetransfer zwischen einem Hauptkühlmittelstrom stromabwärtig von dem Verdichter und einem zweiten Kühlmittelstrom, welcher auch stromabwärtig von dem Verdichter angezapft und durch ein Expansionsventil geleitet wird. Der Hauptstrom wird in einem Wärmeaustauscher durch den Zweitstrom gekühlt. auf diese Weise wird der Hauptstrom des Verdichters gekühlt, bevor er durch sein eigenes Expansionsventil geleitet wird und in den Verdampfer einströmt. Da der Hauptstrom bei einer kühleren Temperatur in das Expansionsventil einströmt, hat er eine größere Kapazität, was zu einer gesteigerten Kühlleistung des Systems führt, was das ursprüngliche Ziel war. Das Kühlmittel in dem Zweitstrom strömt in die Kompressionskammer an einem Punkt ein, der etwas stromabwärtig des Ansaugens an einem mittleren Verdichtungspunkt ist. Typischerweise wird das Economizer-Fluid zu einem Punkt eingespritzt, nachdem die Kompressionskammern geschlossen wurden.
• Es wäre wünschenswert, die Eigenschaften von wahlweise reduzierter und verstärkter Kapazität innerhalb desselben Verdichters und Systems zu kombinieren. Die übliche Vorgehensweise würde nach unabhängigen Sätzen von Öffnungen, Leitungen, Ventilen und Steuerungen für die Zweifachfähigkeit verlangen. Eine derartige Vermehrung von Merkmalen erzwingt eine vergrößerte Komplexität und vergrößerte Herstellungskosten.
• WO 95/21395 offenbart ein Kühlsystem mit einem drehbaren Schraubenverdichter mit den Merkmalen der Präambel von Anspruch 1.
• EP 768 464 offenbart einen Spiralverdichter.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Allgemein gesagt bietet die vorliegende Erfindung einen Spiralverdichter, wie in Anspruch 1 beansprucht.
• In einer offenbarten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Spiralverdichter mit einer Economizer-Schaltung und auch einer Ansaugleitung ausgestattet. Eine Umgehungsleitung ist angeordnet, um zwischen der Economizer-Schaltung und der Ansaugleitung zu verbinden, und ein Entlastungsventil ist auf der Umgehungsleitung angeordnet und ist in der Lage, die Economizer-Einspritzleitung wahlweise mit der Ansaugleitung zu verbinden. Ein Ventil auf der Economizer-Einspritzleitung kann geschlossen und das Entlastungsventil geöffnet werden; dann dienen die Economizer-Einspritzöffnungen im Verdichter als Umgehungsöffnungen und bringen Fluid zurück zum Ansaugen.
• Auf diese Weise werden die gleichen Fluidströmungspassagen und Öffnungen, die für die Economizer-Einspritzfunktion verwendet werden, ebenfalls für die Entlastungsfunktion verwendet. Daher ist der Aufbau und Betrieb des Spiralverdichters stark vereinfacht, was zu verbesserten Kosten und Zuverlässigkeit führt.
• Es kann eine einzelne Öffnung oder eine Mehrzahl von Öffnungen geben, die entlang einem Bogen innerhalb jeder Kompressionstasche angeordnet sind, die abwechselnd sowohl als Economizer-Einspritzöffnungen und Umleitungsöffnungen arbeiten.
• Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten an Hand der folgenden Spezifizierung und Zeichnungen verstanden werden, von welchen die Folgende eine kurze Beschreibung ist.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 zeigt einen Spiralverdichter in einem Betriebszustand.
• 2 zeigt den Spiralverdichter in einem etwas anderen Betriebszustand.
• 3 ist eine Untenansicht der nicht-umlaufenden Spirale der vorliegenden Erfindung.
• 4 ist eine schematische Ansicht eines Kühlsystems.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Ein Spiralverdichter 20 ist in 1 dargestellt mit einem umlaufenden Spiralelement 22, welches eine umlaufende Spiralwicklung 23 und ein festes oder nicht-umlaufendes Spiralelement 24, welches eine nicht-umlaufende Spiralwicklung 25 umfasst. Die Spiralwicklungen greifen ineinander und umgeben die Auslassöffnung 26. Wie bereits bekannt, läuft das umlaufende Spiralelement 22 relativ zu dem nicht-umlaufenden Spiralelement 24 um, und die Spiralwicklungen 23 und 25 schließen wahlweise Kammern mit Kühlmittel ein, welche in Richtung der Auslassöffnung 26 verdichtet werden. Eine Mehrzahl von Öffnungen 28 und 30 sind in der Basis 31 des nicht-umlaufenden Spiralelements 24 gebildet. Alternativ können die Öffnungen 28 und 30 aus einem Paar von einzelnen, größeren Öffnungen bestehen. In der in 1 gezeigten Position werden die Öffnungen 28 und 30 gerade durch die umlaufende Spiralwicklung 23 freigegeben, ungefähr zur gleichen Zeit, wie die Kompressionskammern 27 und 29 von einer Zone abgedichtet werden, die mit der Ansaugleitung 45 in Verbindung ist.
• Wie in 2 gezeigt, werden mit fortlaufender Bewegung der umlaufenden Spiralwicklung die Öffnungen 28 und 30 freigegeben und werden den Kompressionskammern 27 und 29 ausgesetzt, die durch die Bewegung der umlaufenden Spiralwicklung 23 geschlossen wurden, um mit der nicht-umlaufenden Spiralwicklung 25 in Kontakt zu kommen.
• Wie in 3 gezeigt, ist eine erste Passage 32 in Verbindung mit den Öffnungen 30 und eine zweite Passage 34 in Verbindung mit den Öffnungen 28. Eine Querpassage 36 verbindet zwischen den Passagen 32 und 34. Eine Reihe von Stopfen 38 schließen die Passagen 32, 34 und 36, je nach Erfordernis. Eine Passage 40 verbindet die Querpassage 36 mit einem Umleitungsventil 42, welches zu einer Leitung 44 führt, die zurück zur Ansaugleitung 45 führt und zu einer Passage, welche zu einem Economizer-Ventil 48 führt, welches mit einer Economizer-Einspritzleitung 50 verbunden ist, welche mit einem Economizer-Wärmeaustauscher 52 oder einem Economizer Flash-Tank verbunden ist. Wie in 4 gezeigt, ist der Economizer-Wärmeaustauscher 52 direkt stromabwärts von dem Kondensator 54 eines Kühlsystems 56 angeordnet, welches einen Spiralverdichter 20 umfasst. Alternativ kann das Economizer-Ventil 48 in der Leitung 49 angeordnet sein, direkt stromaufwärts von dem Economizer-Wärmeaustauscher 52.
• Entweder das Entlastungsventil 48 und/oder das Umleitungsventil 42 können in dem Kompressorgehäuse oder außerhalb des Kompressorgehäuses angeordnet werden.
• Während des Betriebs des Spiralverdichters können drei Leistungsniveaus mit dem erfindungsgemäßen System erreicht werden. Erstens wird bei voller Leistung das Economizer-Ventil 48 geöffnet, das Umleitungsventil 42 geschlossen, und wirtschaftlicher Betrieb findet statt. Fluid strömt aus der Leitung 50 in die Passage 40, die Passage 36, die Passagen 32 und 34 und durch die Öffnungen 28 und 30 in die Kompressionskammern 27 und 29. Wie in der Kühltechnik allgemein bekannt, erhöht dies die Leistung des Kühlsystems durch Verbessern des thermodynamischen Zustands des Fluids, das sich dem Verdampfer 58 nähert.
• Wenn eine niedrigere Leistung gewünscht wird, können sowohl das Ventil 48 als auch 42 geschlossen werden. Bei diesem Betrieb arbeitet der Kompressor ohne wirtschaftlichen Betrieb und ohne Umleitung. Eine Steuerung 60 steuert das System 56, einschließlich der Ventile 48 und 42.
• Falls schließlich noch ein geringeres Leistungsniveau gewünscht ist, wird das Economizer-Ventil 48 geschlossen und das Umleitungsventil 42 geöffnet. Nun strömt Fluid, welches in den Kompressionskammern eingeschlossen war, durch die Öffnungen 28 und 30 hinaus durch die Passagen 32 und 34, 36, 40, 44 und in die Ansaugleitung 45. Das Fluid wird damit zurück zu dem Einlass des Spiralverdichters 20 umgeleitet.
• Vorzugsweise sind der Umleitungsweg 44 und das Ventil 42 außerhalb des Spiralverdichtergehäuses angeordnet, womit der Zusammenbau des Spiralverdichtergehäuses vereinfacht wird. Der Umleitungsweg 44 und das Ventil 42 können jedoch innerhalb des Gehäuses sein.
• Allgemein erzielt die vorliegende Erfindung Vorteile durch Verwenden eines einzelnen Satzes von Öffnungen und Passagen, um sowohl Economizer-Betrieb und Umleitungsbetrieb zu erreichen. Damit ist die vorliegende Erfindung eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Außerdem wird wenig Energie verschwendet durch Verdichten von Fluid, das anschließend umgeleitet wird, da die Umleitung zu einem Punkt stattfindet, der nur ein wenig im Kompressionszyklus ist.
• Das Entlastungsventil dieser Anmeldung ist besonders gut geeignet zum Durchführen des Verfahrens, welches in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung US 09/144 461 beschrieben ist, die am gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung angemeldet wurde und bezeichnet ist als "Control of Scroll Compressor at Shutdown to Prevent Unpowered Reverse Rotation". Dieses Entlastungsventil hat besonders vorteilhafte Eigenschaften, wenn es in einem Kühlsystem für eine Kühltransporteinheit verwendet wird, wie sie in Transportcontainern beim Zusammenwirken verschiedener Verkehrswege verwendet wird, wo das System in einem großen Bereich von Leistungen und Bedingungen betrieben werden muss. Solche Transportcontainer werden verwendet, um gekühlte Waren auf Lastkraftwagen, Eisenbahn und Schiff zu transportieren.
• Eine weitere Anmeldung von Interesse ist Seriennummer 08/986 447, angemeldet am 12. Mai 1997 mit dem Titel "Pulsed Flow for Capacity Control".
• Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung wurde offenbart, jedoch würde der Durchschnittsfachmann erkennen, dass bestimmte Veränderungen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche untersucht werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.

Claims (6)

1. Spiralverdichter ((20)) aufweisend: eine umlaufende Spirale (22) mit einer Basis und einer Spiralwicklung (23), die von der Basis weg ragt, eine nicht-umlaufende Spirale (22) mit einer Basis und einer Spiralwicklung (25), die von der genannten Basis weg ragt und sich mit der umlaufenden Spiralwicklung ineinander fügt, um Kompressionskammern (27, 42) zu definieren; eine Ansaugpassage (40), welche ein Ansaugfluid in die Kompressoreinheit leitet und ein Entlastungssystem, das wahlweise die Ansaugpassage mit einem Economizer-Einspritzpassage (46) verbindet, wobei das Entlastungssystem eine Umgehungsleitung, welche die Economizer-Einspritzpassage mit der Ansaugpassage verbindet, und ein Entlastungsventil ((42)), das sich wahlweise in der Umgehungsleitung (44) öffnet, aufweist. gekennzeichnet durch: Einspritzöffnungen (28, 30), die in der Basis der nicht-umlaufenden Spirale gebildet sind und sich in die Kompressionskammern öffnen, und eine Passage 36, die die Einspritzöffnung mit der Economizer-Einspritzpassage (46) und der Ansaugpassage (40) verbindet, wodurch komprimiertes Kühlmittel von den Kompressionskammern durch die Einspritzöffnungen (28, 30) durch die verbindende Passage (36) in die Ansaugpassage (40) gelangt, wenn das Entlastungsventil (42) geöffnet ist.
2. Spiralverdichter (20) nach Anspruch 1, wobei eine Steuerung wahlweise das Entlastungsventil öffnet.
3. Spiralverdichter (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei es zwei Einspritzöffnungen (28, 30) gibt, die in die Kompressionskammer (27, 29) hineinreichen und die durch einen umfangsmäßigen Abstand beabstandet sind.
4. Spiralverdichter (20) nach Anspruch 3, wobei jede der Öffungen (28, 30) aus einer Mehrzahl von Öffnungen besteht.
5. Spiralverdichter (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Economizer-Ventil (48) in der Economizer-Einspritzpassage (46) platziert ist.
6. Spiralverdichter (20) nach Anspruch 5, wobei das Economizer-Ventil (48) geschlossen ist, wenn das Entlastungsventil (42) geöffnet ist.