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Title:
COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/197458
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a compressor (2), in particular an electric-motor refrigerant compressor, for compressing a fluid (F), having a compressor housing (4) with a housing bottom (6), and having a compressor part (8) which is mounted in the compressor housing (4) for conveying the fluid (F) from a low pressure-side inlet (46) to a high pressure-side outlet (16), wherein a separating device (14) is introduced into the housing bottom (6), which separating device (14) has a cylindrical separating chamber (18) which is connected to the outlet (16), and a separator (20) which is arranged coaxially in said separating chamber (18) for separating lubricant (24) which is contained in the fluid (F), and wherein a high pressure chamber (40) of the compressor housing (4) is coupled in flow terms by means of a passage duct (27) to the separating chamber (18), and wherein the passage duct (27) is made in an intermediate wall (44) between the high pressure chamber (40) and the separating chamber (18) in such a way that said passage duct (27) opens into the separating chamber (18) offset radially and on the outer side of the separator (20).

Inventors:
RINALDI, Budi (Kölnerstraße 50, Frankfurt am Main, 60327, DE)
FAGERLI, Björn (Helgeborn Str. 48, Rosbach vor der Höhe, 61169, DE)
Application Number:
EP2018/060426
Publication Date:
November 01, 2018
Filing Date:
April 24, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BROSE FAHRZEUGTEILE GMBH & CO. KOMMANDITGESELLSCHAFT, WÜRZBURG (Ohmstraße 2a, Würzburg, 97076, DE)
International Classes:
F04C18/02
Foreign References:
EP3156650A12017-04-19
JP2005163793A2005-06-23
US20090285708A12009-11-19
US20010029727A12001-10-18
Other References:
None
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Claims:
Ansprüche

1 . Verdichter (2), insbesondere elektromotorischer Kältemittelverdichter, zum Verdichten eines Fluids (F), mit einem Verdichtergehäuse (4) mit einem Gehäuseboden (6), und mit einem im Verdichtergehäuse (4) gelagerten Verdichterteil (8) zur Förderung des Fluids (F) von einem niederdruckseitigen Einlass (46) zu einem hochdruckseitigen Auslass (16),

- wobei in den Gehäuseboden (6) eine Abscheidevorrichtung (14) eingebracht ist, welche eine mit dem Auslass (16) verbundene zylindrische Abscheidekammer (18) und einem darin koaxial angeordneten Abscheider (20) zum Abtrennen von im Fluid (F) enthaltenem Schmiermittel (24) aufweist,

- wobei eine Hochdruckkammer (40) des Verdichtergehäuses (4) mittels eines Durchgangskanals (27) strömungstechnisch an die Abscheidekammer (18) gekoppelt ist, und

- wobei der Durchgangskanal (27) derart in eine Zwischenwand (44) zwischen der Hochdruckkammer (40) und der Abscheidekammer (18) eingebracht ist, dass dieser radial versetzt zur zentralen Mittelachse (M) des Abscheiders (20) in die Abscheidekammer (18) mündet, dadurch gekennzeichnet,

- dass die lichte Weite (a) des Durchgangskanals (27) kleiner als die oder gleich der Spaltbreite (b) eines zwischen dem Abscheider (20) und einer Innenwandung (56) der Abscheidekammer (18) gebildeten Ringspalts (58) ist.

2. Verdichter (2) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Durchgangskanal (27) derart positioniert ist, dass das geförderte Fluid (F) tangential zum Abscheider (20) in die Abscheidekammer (18) einströmt.

3. Verdichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangskanal (27) gegenüber der zentralen Mittelachse (M) des Abscheiders (20) radial versetzt ist, wobei die Summe des Versatzes (c) und der lichten Weite (a) des Durchgangskanals (27) kleiner als der oder gleich dem Radius (d) der Abscheidekammer (18) ist.

Verdichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Durchgangskanal (27) eine Innenwandung (55) aufweist, welche parallel zur Einströmrichtung (E) des Fluids (F) und/oder senkrecht zum Gehäuseboden (6) orientiert ist.

Verdichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Abscheidekammer (18) radial zu dem Gehäuseboden (6) orientiert ist, wobei der Durchgangskanal (27) entlang dieser Radialrichtung (R) länglich geformt ist.

Verdichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Durchgangskanal (27) eine langlochartige Aussparung der Zwischenwand (44) ist.

Verdichter (2) nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Aussparung eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist.

8. Verdichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Abscheidekammer (18) zwischen einer Innenwandung (41 ) des Gehäusebodens (6) und der Hochdruckkammer (40) gebildet ist und zumindest teilweise in die Hochdruckkammer hineinragt.

9. Verdichter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

- dass der Gehäuseboden (6) eine die Abscheidekannnner (18) axial überragende Ringwand (34) zur Bildung der Hochdruckkannnner aufweist, und

- dass der Durchgangskanal (27) innerhalb der Ringwand (34), insbesondere in Richtung des Auslasses (16) radial versetzt, angeordnet ist.

10. Verdichter (2) nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Verdichterteil (8) auf der Ringwand (34) aufliegt.

Description:
Beschreibung

Verdichter

Die Erfindung betrifft einen Verdichter zum Verdichten eines Fluids, mit einem in einem Verdichtergehäuse gelagerten Verdichterteil zur Förderung des Fluids von einem niederdruckseitigen Einlass zu einem hochdruckseitigen Auslass. Unter Verdichter wird hierbei insbesondere ein, vorzugsweise elektromotorischer, Kältemittelverdichter für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs verstanden.

In Fahrzeugen ist regelmäßig eine Klimaanlage eingebaut, die nach Art einer Kompressionskältemaschine den Fahrzeuginnenraum kühlen kann. Derartige Anlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel, beispielsweise R-134a (1 ,1 ,1 ,2-Tetrafluorethan) oder R-774 (CO2) geführt ist. Im Betrieb wird das Kältemittel mittels eines Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, was zu einer Druck- und Temperaturerhöhung des Kältemittels führt. Insbesondere wird der Verdichter dabei von einem Elektromotor betrieben.

Dem (Kältemittel-) Verdichter ist ein Kondensator strömungstechnisch nachgeschaltet, welcher in thermischem Kontakt mit der Umgebung des Fahrzeugs steht. In Folge dessen erfolgt im Kondensator eine Temperaturerniedrigung des Kältemittels, welches anschließend in einen strömungstechnisch nachgeschalteten Verdampfer geleitet wird. Im Verdampfer wird das Kältemittel auf den ursprünglichen Druck entspannt, weshalb sich die Temperatur des Kältemittels weiter erniedrigt.

Dem Verdampfer ist strömungstechnisch ein weiterer Wärmetauscher nachgeschaltet, der im thermischen Kontakt mit einer Gebläseleitung der Klimaanlage steht, welche in den Innenraum des Fahrzeugs führt. Dabei wird thermische Energie von dem thermisch kontaktierten Bauteil auf das Kältemittel übertragen, was zu einer Abkühlung des Bauteils und einer Erwärmung des Kältemittels führt. Zum Schließen des Kreislaufs wird das Kältemittel erneut dem Verdichter zugeführt.

Im Verdichter des Kreislaufs und dort in dessen Gehäuse mit einem Gehäuseboden sind in Strömungsrichtung ein erstes niederdruckseitiges Verdichterelement eines Verdichterteils und ein fest gelagertes zweites hochdruckseitiges Verdichterelement des Verdichterteils zum Verdichten des Fluids sowie eine Hochdruckkammer und eine Abscheidevorrichtung hintereinander angeordnet.

Innerhalb des Verdichters ist ein Schmiermittel vorhanden, das sich im Betrieb mit dem gasförmigen Kältemittel vermischt. Das Schmiermittel (Öl) dient der Minderung auftretender Reibung, welche während des Betriebs im Verdichter zwischen dem ersten Verdichterelement und dem zweiten, fest gelagerten hochdruckseiti- gen Verdichterelement entsteht. Des Weiteren erfüllt das Schmiermittel eine Abdichtungsfunktion, so dass etwaige zwischen den Verdichterelementen entstehende (Kältemittel-) Leckagen weitestgehend reduziert beziehungsweise vollständig vermieden werden, was den Wirkungsgrad des Kältemittelverdichters erhöht.

Insbesondere strömt das mit Schmiermittel vermischte Kältemittel im Verdichter vom Verdichterteil verdichtet in eine Hochdruckkammer, welche wiederum mittels eines Durchgangskanals an die Abscheidevorrichtung gekoppelt ist. In der Abscheidevorrichtung wird das Öl vom Kältemittel abgetrennt, so dass das abgetrennte Öl über ein Ventil und einen Schmiermittelkanal zum Verdichter rückgeführt wird oder werden kann und das Kältemittel möglichst ölfrei über einen Aus- lass der Abscheidevorrichtung in den Kältemittelkreislauf weitergleitet wird.

Die Abscheidevorrichtung weist eine mit dem Auslass verbundene Abscheidekammer und darin einen koaxial angeordneten Abscheider auf, so dass zwischen dem Abscheider und einer Innenwandung der Abscheidekammer ein Ringraum gebildet ist. Der Durchgangskanal der Abscheidevorrichtung ist als ein Rundloch ausgeführt, wobei das Fluid von der Hochdruckkammer über den Durchgangskanal in den Ringraum der Abscheidekammer strömt. Dabei strömt das Fluid durch einen an das betriebsgemäß auftretende Fördervolumen angepassten und von der lichten Weite des Durchgangskanals bestimmten Strömungsquerschnitt von der Hochdruckkammer in die Abscheidekammer ein. Da die Querschnittsfläche des Strömungsquerschnitts an das betriebsgemäß auftretende Fördervolumen ange- passt sein muss, verzweigt sich der Fluidstrom in zwei Teilströme, welche an beiden Seiten des Abscheiders jeweils in entgegengesetztem Umströmungssinn entlanggeführt werden. Dies bedingt eine unerwünschte Wirbelbildung im Ringraum zwischen dem Abscheider und der Kammerinnenwand der Abscheidekammer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Verdichter anzugeben, bei dem das geförderte Fluid die Abscheidekammer mit möglichst geringer Wirbelbildung durchströmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Verdichter zum Verdichten eines Fluids, insbesondere eines Kältemittels, wobei der Verdichter in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage strömungstechnisch zwischen einen Wärmetauscher und einen Kondensator geschaltet ist. Der Verdichter hat dabei die Aufgabe, den Druck des geförderten Fluids zu erhöhen. Der Verdichter weist ein (Verdichter-) Gehäuse mit einem Gehäuseboden und ein im Gehäuse gelagertes Verdichterteil zur Förderung des Fluids von einem niederdruckseitigen Einlass zu einem hochdruckseitigen Auslass auf.

Innerhalb des Verdichterteils und in einem, vorzugsweise elektromotorischen, Antrieb des Verdichterteils ist ein Schmiermittel vorhanden, was sich im Betrieb mit dem gasförmigen Kältemittel vermischt. Es dient der Reibungsminderung im Verdichterteil und in dessen Antrieb und erfüllt eine Abdichtfunktion im Verdichterteil, indem es Leckagen zwischen einem ersten niederdruckseitigen Verdichterelement und einem zweiten fest gelagerten hochdruckseitigen Verdichterelement weitestgehend reduziert beziehungsweise vollständig verhindert. Das Schmiermittel soll vor der Weiterleitung in den Kühlmittelkreislauf vom Fluid abgetrennt werden. Vorteilhafterweise kann das in einem (Schmiermittel-) Reservoir gesammelte und abgetrennte Öl über ein Ventil und einen Schmiermittelkanal zum Verdichterteil rückgeführt werden, was zu einer verbesserten Schmierung der Verdichterelemente führt und die Reibung im Verdichterteil mindert. Weiterhin vorteilhaft durch die Abtrennung des Schmiermittels vom Fluid ist eine verbesserte Wärmeübertragung an den Wärmetauscher des Kältemittelkreislaufs, was den Wirkungsgrad der Klimaanlage (des Klima- oder Klimaanlagesystems) erhöht.

Hierzu ist in den Gehäuseboden eine Abscheidevorrichtung zum Abtrennen des im Fluid enthaltenen Schmiermittels eingebracht, wobei die Abscheidevorrichtung eine mit dem Auslass verbundene zylindrische Abscheiderkammer mit einem darin koaxial gelagerten Abscheider aufweist.

Das Fluid strömt aus dem Verdichterteil in eine diesem strömungstechnisch nachgeschaltete Hochdruckkammer des Verdichtergehäuses ein. Die Hochdruckkammer ist mittels eines Durchgangskanals in einer gemeinsamen Zwischenwand der Abscheidekammer und der Hochdruckkammer strömungstechnisch an die Abscheidevorrichtung gekoppelt. Der Durchgangskanal ist dabei derart eingebracht, dass dieser radial versetzt zur zentralen Mittelachse des in der Abscheidekammer koaxial angeordneten und insbesondere zylindrischen Abscheiders mündet, was ein gezieltes Führen der Strömung entlang nur einer Seite des Abscheiders sicherstellt.

Insbesondere handelt es sich bei dem Verdichter um einen elektromotorischen Kältemittelverdichter für eine Klimaanlage eines Fahrzeuges. Betriebsgemäß dient die Klimaanlage beispielsweise zum Kühlen eines Innenraums des Fahrzeuges o- der dem Kühlen eines Energiespeichers für den Antrieb eines elektromotorisch betriebenen Fahrzeugs. Der Wärmetauscher steht in thermischem Kontakt mit etwaigen Energiezellen eines Hochvoltenergiespeichers oder mit einer Gebläseleitung, die in den Innenraum des Kraftfahrzeugs führt. Dabei findet ein Übertrag von thermischer Energie auf das Kältemittel statt, was zu einer Abkühlung des mit dem Wärmetauscher in Kontakt stehenden Bauteils und zu einer Erwärmung des Kältemittels führt. Der Kondensator dient der Temperaturangleichung des Kältemittels an die Umgebungstemperatur oder zumindest eine Temperaturerniedrigung des Kältemittels und steht vorzugsweise in thermischem Kontakt mit der Umgebung.

Geeigneter Weise ist das Verdichterteil als Scrollverdichter ausgeführt. Dieser arbeitet als ein Kältemittelverdichter nach Art einer Verdrängerpumpe, wobei ein Elektromotor ein bewegliches Scroll-Teil gegenüber einem feststehenden Scroll- Teil exzentrisch antreibt und dabei ein Fluid komprimiert. Die Scroll-Teile bilden die Verdichterelemente des Verdichterteils und sind hierbei typischerweise als ein ineinander verschachteltes Spiralen- oder Scrollpaar ausgeführt. Dabei ist eine der Spiralen mit Bezug auf das Verdichtergehäuse feststehend und greift zumindest teilweise in eine zweite, mittels eines Elektromotors orbitierend angetriebene zweite Spirale ein. Unter einer orbitierenden Bewegung ist hierbei insbesondere eine exzentrische kreisförmige Bewegungsbahn zu verstehen, bei welcher die zweite Spirale selbst nicht um die eigene Achse rotiert. Es bilden sich dadurch bei jeder orbitierenden Bewegung zwischen den Spiralen zwei im Wesentlichen sichelförmige Kältemittelkammern, deren Volumen sich im Zuge der Bewegung reduzieren (verdichten). Das Kältemittel wird über einen Auslass im feststehenden Scroll-Teil in die Hochdruckkammer abgeführt.

Bei dem Schmiermittel handelt es sich zweckmäßigerweise um ein (Schmier-) Öl, wobei unter dem Begriff Öl nicht einschränkend mineralische Öle zu verstehen sind. Vielmehr können auch vollsynthetische oder teilsynthetische Öle, beispielsweise Silikonöle, oder andere ölartige Flüssigkeiten wie Hydraulikflüssigkeit oder Kühlschmierstoffe verwendet werden.

Die Abscheidevorrichtung trennt das Schmiermittel vom Fluid nach Art eines Fliehkraftabscheiders (Zyklonabscheider) ab. Das in die Abscheidekammer tangential einströmende Fluid wird in der insbesondere zylindrischen Abscheidekammer heli- xartig (zyklonartig) entlang des Abscheiders geführt. Dabei wirken Zentrifugalkräfte auf das Gemisch aus Kältemittel und Schmiermittel als Trennmechanismus. In einer denkbaren Ausführungsform ist zur Vermeidung der Aufnahme von Partikeln des bereits abgetrennten Schmiermittels durch den Fluidstrom das Schmiermittelreservoir mit einem Kegel unter Bildung eines Ringschlitzes teilweise verschlossen.

In einer zweckmäßigen Ausbildung sind das Verdichtergehäuse mit Gehäuseboden und die Abscheidekammer der Abscheidevorrichtung durch ein Druck-Guss- Verfahren geformt. Dadurch ist eine besonders materialsparende und kostengünstige Herstellung gegeben.

In zweckmäßiger Ausgestaltung ist der Durchgangskanal derart in die Zwischenwand zwischen der Abscheidekammer und der Hochdruckkammer eingebracht, dass das geförderte Fluid tangential zum Abscheider in die Abscheidekammer einströmt, wodurch eine besonders geeignete Positionierung des Durchgangskanals gegeben ist. Das Fluid strömt dabei unter einem beispielsweise Winkel kleiner 90° bezüglich des Gehäusebodens ein. Auch kann der Durchgangskanal derart in die Zwischenwand eingebracht, dass die Einströmrichtung des Fluids senkrecht zum Gehäuseboden verläuft, wodurch die Strömungsrichtung des Fluids durch den Durchgangskanal im Wesentlichen identisch mit der Förderrichtung des Fluids mittels des Verdichterteils ist und weniger Verwirbelungen am Durchgangskanal entstehen. Unter der Einströmrichtung ist hierbei diejene zum Abscheider tangentiale Richtung zu verstehen, in welcher das Fluid in die Abscheiderkammer einströmt.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die unerwünschte Wirbelbildung im Ringraum zwischen dem Abscheider und der Kammerinnenwand der Abscheidekammer erheblich reduziert werden kann, wenn die Strömung des Fluids gezielt nur auf einer Seite des Abscheiders entlangführt. Hierzu sollte der in den Ringraum einmündende Durchgangskanal möglichst vollständig azimutal versetzt zum Durchmesserverlauf des Abscheiders positioniert sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung überschreitet die lichte Weite des Durchgangskanals die Spaltbreite eines zwischen dem Abscheider und einer Innenwandung der Abscheidekannnner gebildeten Ringspalts nicht. In anderen Worten ist die lichte Weite des Durchgangskanals kleiner als die oder gleich der Spaltbreite des Ringspaltes. In Folge dessen strömt das Fluid besonders vorteilhaft tangential in den Ringspalt ein und wird gezielt auf nur einer Seite des Abscheiders entlang geführt, wodurch die Wirbelbildung erheblich reduziert ist.

In einer geeigneten Ausgestaltung weist der Durchgangskanal eine Innenwandung auf, welche tangential zur Einströmrichtung des Fluids in den Ringspalt orientiert ist. In anderen Worten ist die Innenwandung des Durchgangskanals parallel zur Einströmrichtung des Fluids in die Abscheidekammer orientiert, weshalb vorteilhaft weniger Verwirbelungen beim Einströmen am Durchgangskanal entstehen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung verläuft die zylindrische Abscheidekammer radial zum Gehäuseboden des geeigneter weise topfartig geformten Verdichtergehäuses. Der Durchgangskanal ist dabei entlang dieser Radialrichtung länglich geformt. Der durch die lichte Weite des Durchgangskanals gebildete Strömungsquerschnitt beim Einströmen des Fluids von der Hochdruckkammer in die Abscheidekammer ist an das im Betrieb auftretende Fördervolumen des Fluids angepasst.

Da der durch die lichte Fläche des Durchgangskanals gebildete Strömungsquerschnitt von der Hochdruckkammer in die Abscheidekammer an das betriebsgemäß auftretende Fördervolumen angepasst sein sollt und die lichte Weite des Durchgangskanals bevorzugt kleiner als die oder gleich der Spaltbreite des zwischen dem Abscheider und der Innenwandung der Abscheidekammer gebildeten Spalts ist, ist in Folge dessen der Durchgangskanal entlang der zentralen Mittelachse der Abscheidevorrichtung länglich ausgebildet.

Zur Vermeidung unerwünschter Wirbelbildung ist der Durchgangskanal gegenüber der Mittelachse der Abscheidevorrichtung beziehungsweise gegenüber der Mittelachse des Abscheiders radial versetzt. Dabei ist der Versatz inklusive der lichten Weite des Durchgangskanals vorteilhafter Weise kleiner als der oder gleich dem Radius der zylindrischen Abscheidekannnner. Dadurch strömt das Fluid tangential in den zwischen dem Abscheider und der Innenwandung der Abscheidekammer gebildeten Spalt. Das Fluid wird in Folge dessen gezielt nur auf einer Seite des Abscheiders entlang eines wirbelfreien Pfades geführt. Eine Abzweigung eines Teilstroms des Fluids wird vermieden, welcher entlang des Abscheiders in zum wirbelfreien Pfad entgegengesetztem Umströmungssinn geführt wäre, mit dem wirbelfreien Pfad kollidieren und zur Bildung von Wirbeln führen würde.

Der Durchgangskanal ist besonders vorteilhaft eine langlochartige Aussparung der Zwischenwand. Die Form des Durchgangskanals weist dabei in einer zweckmäßigen Ausgestaltung im Wesentlichen eine rechteckige Querschnittsform auf. In einer denkbaren Ausführungsform ist die Querschnittsform des Durchgangskanals ellipsenförmig oder oval. Die Form des Durchgangskanals ist der betriebsbedingten Fördermenge dabei derart angepasst, dass der Durchgangskanal nur entlang der Achse der Abscheidekammer seine lichte Weite ändert. Mit anderen Worten ist der Durchgangskanal zwischen Abscheidekammer und Hochdruckkammer an das betriebsgemäß erforderliche Fördervolumen des Kältemittels derart angepasst, dass das geförderte Fluid die Abscheidekammer mit nur geringer Wirbelbildung durchströmt.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Abscheidekammer zwischen einer dem Verdichterteil zugewandten Innenwandung des Gehäusebodens und der Hochdruckkammer gebildet, wobei die Abscheidekammer zumindest teilweise axial in die Hochdruckkammer hineinragt. Dadurch ist eine besonders platzsparende und materialsparende Ausführungsform gebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gehäuseboden eine die Abscheidekammer axial überrangende Ringwand unter Bildung eines inneren und eines äußeren Ringbereichs auf. Der Durchgangskanal von der Hochdruckkammer in die Abscheidekammer ist im inneren Ringbereich in Richtung des Auslasses radial versetzt angeordnet, so dass der Fluidstrom besonders vorteilhaft entlang eines zyklonartigen Wegs um den Abscheider der Abscheidekammer geführt wird. Insbesondere ist dadurch eine verbesserte Abtrennung des Schmiermittels vom Kältemittel erreicht.

Des Weiteren liegt das Verdichterteil geeigneter weise auf der Ringwand auf. Die Hochdruckkammer ist dabei durch den Gehäuseboden und die Ringwand sowie durch das Verdichterteil gebildet. Insbesondere sind zusätzliche, abdichtende Elemente der Hochdruckkammer nicht nötig, was platzsparend und strömungstechnisch besonders vorteilhaft ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die besonders geeignete Anordnung und Ausgestaltung des Durchgangskanals unter Berücksichtigung des erforderlichen Fördervolumens die Wirbelbildung des Fluidstroms in der Abscheidekammer erheblich reduziert wird. Dabei ist insbesondere die Querschnittsform des Durchgangskanals derart angepasst, dass zum Zwecke eines vorteilhaften Einströmverhaltens die lichte Weite des Durchgangskanals die Spaltbreite des zwischen der Abscheidekammer und dem Abscheider gebildeten Ringraums (Ringspalt) nicht überschreitet und entlang der Achse der Abscheidekammer vorteilhafter Weise länglich ausgebildet ist.

In Folge der verminderten Wirbelbildung trennt sich das Schmiermittel verbessert von dem Kältemittel ab und wird nicht in den Kältemittelkreislauf weitergeleitet, weshalb eine bessere Wärmeübertragung zwischen den Wärmetauschern und dem Kältemittel im Kältemittelkreislauf gegeben ist. Des Weiteren ist auf Grund der verbesserten Abtrennung die Schmierung des Verdichterteils durch das abgetrennte und rückgeführte Schmiermittel verbessert, woraus eine verringerte Abnutzung und somit eine erhöhte Lebensdauer des Verdichters folgt. Zudem ist der Wirkungsgrad des Verdichters verbessert.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Verdichters mit einem Gehäuse sowie mit einem Verdichterteil und gehäusebodenseitig einer Abscheidevorrichtung,

Fig. 2 in einer Draufsicht das Verdichtergehäuse mit Blick auf die bodenseitige

Abscheidevorrichtung mit einem Durchgangskanal mit langlochartiger Querschnittsform,

Fig. 3 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in Fig. 2 die Abscheidevorrichtung und den Strömungspfad eines Fluids durch den Durchgangskanal und in der Abscheidevorrichtung, und

Fig. 4 die Schnittdarstellung aus Fig. 3 mit zur Mittelachse der Abscheidevorrichtung versetztem Durchgangskanal und ohne den Strömungspfad des Fluids in der Abscheidevorrichtung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 in einer Schnittdarstellung dargestellte Verdichter 2 zum Verdichten eines Fluids F ist vorzugsweise als ein elektromotorischer Kältemittelverdichter in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges verbaut. Der Verdichter 2 weist ein Verdichtergehäuse 4 mit einem Gehäuseboden 6 und ein im Gehäuse 4 gelagertes Verdichterteil 8 auf. Das Verdichterteil 8 weist ein erstes, bezüglich des Verdichtergehäuses 4 feststehendes Verdichterelement 8a sowie ein darin eingreifendes bewegliches zweites Verdichterelement 8b auf, welches mittels Wellenzapfen 10 und einer Motorwelle 12 von einem nicht weiter dargestellten Elektromotor bewegt wird. Das Verdichterteil 8 ist hier als Scrollverdichter ausgeführt.

Innerhalb des Verdichters 2 ist ein Schmiermittel S vorhanden, das zur Schmierung des Verdichterteils 8 dient und eine Abdichtungsfunktion erfüllt, so dass zwischen den Verdichterelementen 8a und 8b Leckagen vermieden werden. Betriebsbedingt vermischen sich dabei ein Kältemittel K und das Schmiermittel S zum Fluid F. Das Verdichtergehäuse 4 ist topfartig ausgeführt. Die Radialrichtung bezüglich des Verdichtergehäuses 4 und die Axialrichtung senkrecht zum Gehäuseboden 6 in Richtung des Verdichterteils 8 sind in dem nebenstehenden Richtungsdiagramm mit R bzw. A bezeichnet.

In den Gehäuseboden 6 ist eine Abscheidevorrichtung 14 eingebracht, welche mit einem Auslass 16 verbunden ist. Die Abscheidevorrichtung 14 weist eine zylindrische Abscheidekammer 18 und einen darin koaxial angeordneten, hohlzylindrischen Abscheider 20 auf. Die Abscheidevorrichtung 14 dient dem Abtrennen des im Fluid F enthaltenen Schmiermittels S in ein Schmiermittelreservoir 26 nach Art eines Fliehkraftabscheiders. Das über einen Durchgangskanal 27 in die Abscheidekammer 18 mit einer Einströmrichtung E (Fig. 3) einströmende Fluid F umströmt in der Abscheidekammer 18 helixförmig (zyklonartig) den Abscheider 20 in Richtung des Schmiermittelreservoirs 26, wobei die auf das im Fluid F enthaltene Kältemittel K und auf das im Fluid F enthaltene Schmiermittel S wirkende Fliehkraft als Trennmechanismus wirkt. Anschließend strömt das vom Schmiermittel S abgetrennte Kältemittel K durch den hohlzylindrischen Abscheider 20 und den Auslass 16 in den Kältemittelkreislauf ab. Unter der Einströmrichtung E ist hierbei diejene zum Abscheider 20 tangentiale Richtung zu verstehen, in welcher das Fluid F in die Abscheiderkammer 18 einströmt.

Das abgeschiedene Schmiermittel S wird über ein Ventil beziehungsweise eine Drossel 28 und über einen Schmiermittelkanal 30 an das feststehende Verdichterelement 8b zurückgeführt. Die Drossel 26 sitzt hierbei im Verdichtergehäuse 4 ein. Das zurückgeführte Schmiermittel S fließt anschließend über Führungskonturen zu Wälzlagern 32 des nicht weiter dargestellten Elektromotors, um diese zu schmieren und/oder zu kühlen.

Die Axialrichtung der Abscheidevorrichtung 14, also die Axialrichtung der zylindrischen Abscheidekammer 18 und des darin koaxial angeordneten Abscheiders ist mit X bezeichnet. Die Radialrichtung der Abscheidevorrichtung 14 senkrecht zur Einströmrichtung E und die Radialrichtung der Abscheidevorrichtung 14 parallel zur Einströmrichtung E sind mit Y bzw. Z bezeichnet (Fig. 2). Des Weiteren weist der Gehäuseboden 6 eine die Abscheidekammer 18 überragende Ringwand 34 auf. Diese teilt den durch das feststehende Verdichterteil 8b und durch das Verdichtergehäuse 4 umgriffenen Raum in einen inneren Ringbereich 36 und in einen äußeren Ringbereich 38. Eine Hochdruckkammer 40 ist aus dem inneren Ringbereich 36, begrenzt durch den Gehäuseboden 6, die Ringwand 34 und dem auf der Ringwand 34 aufliegenden Verdichterelement 8b gebildet.

Die Abscheidekammer 18 ist zwischen einer Innenwandung 41 des Gehäusebodens 6 und der Hochdruckkammer 40 gebildet, wobei die Abscheidekammer 18 zumindest teilweise in Axialrichtung A in die Hochdruckkammer 40 hineinragt. Der Durchgangskanal 27 koppelt die Hochdruckkammer 40 strömungstechnisch mit der Abscheidekammer 18. Der Durchgangskanal 27 ist in eine Zwischenwand 44 zwischen der Abscheidekammer 18 und der Hochdruckkamer 40 derart eingebracht, dass der Durchgangskanal 27 entlang der Radialrichtung Y der Abscheidevorrichtung 14 zur Axialrichtung X der Abscheidevorrichtung 14 versetzt in die Abscheidekammer 18 mündet. Dabei ist der Durchgangskanal 27 im inneren Ringbereich 36 der Ringwand 34 derart angeordnet, dass der Durchgangskanal 27 in Axialrichtung X der Abscheidevorrichtung 14 beziehungsweise in Radialrichtung R des Verdichtergehäuses 4 zum Auslass hin versetzt ist.

Das Fluid F strömt auf der Niederdruckseite des Verdichterteils 8 durch einen Ein- lass 46 in das Verdichterteil 8 ein. Das Verdichterteil 8, bei dem es sich hier um einen Scrollverdichter handelt, verdichtet das Fluid F nach Art einer Verdrängerpumpe. Das Fluid F wird in einer Verdichterteilkammer 47 verdichtet und strömt anschließend aus dem Verdichterteil 8 durch einen hochdruckseitigen Verdichter- teilauslass 48 in die Hochdruckkammer 40 aus.

Die Figur 2 zeigt das topfartige Verdichtergehäuse 4 bei entnommenem Verdichterteil 8 mit Blick entlang der Axialrichtung A auf den Gehäuseboden 6 des Verdichtergehäuses 4. Die Ringwand 34 überragt die Abscheidevorrichtung 14 unter Bildung des inneren Ringbereichs 36 und des äußeren Ringbereichs 38. Mit dem in Figur 2 nicht dargestellten Verdichterteil 8 und dem Gehäuseboden 6 des Verdichtergehäuses 4 bildet die Ringwand 34 die Hochdruckkammer 40.

Des Weiteren weist das Verdichtergehäuse 4 entlang einer Flanschfläche 49 Schraubenaufnahmen 50 zur Befestigung des Verdichters 2 an ein nicht dargestelltes Antriebsmodul auf, in welchem der Motor des Verdichters 2 eingebracht ist. Zum Zwecke einer verbesserten Übersichtlichkeit sind in Figur 2 nur zwei Schraubenaufnahmen 50 mit einem Bezugszeichen versehen.

Die Abscheidekammer 18 verläuft In Radialrichtung R zum Gehäuseboden 6 des Verdichtergehäuses 4. Der Durchgangskanal 27 ist dabei im inneren Ringbereich 36 in Radialrichtung R zum Auslass 16 der Abscheidekammer 18 hin versetzt und entlang der Axialrichtung X der Abscheidevorrichtung 14 länglich geformt. Der Durchgangskanal 27 ist als eine langlochartige Aussparung der Zwischenwand 44 ausgeführt, wobei die Aussparung eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist. Die Querschnittsform des Durchgangskanals 27 kann langlochartig oder oval ausgeführt sein.

Fig. 3 zeigt in einer Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in Fig. 2 die im Gehäuseboden 6 des Verdichtergehäuses 4 eingebrachte Abscheidevorrichtung 14 mit Blick auf den radial versetzten Durchgangskanal 27. Erkennbar ist dieser derart in der Zwischenwand 44 zwischen Hochdruckkammer 40 und Abscheidekammer 18 positioniert, dass das geförderte Fluid F tangential zum Abscheider 20 mit der Einströmrichtung E in die Abscheidekammer 18 einströmt.

Dabei weist der Durchgangskanal 27 eine Innenwandung 55 auf, die tangential zur Einströmrichtung E des Fluids F im Durchgangskanal 27orientiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel strömt das Fluid F derart in die Abscheidekammer 18 ein, dass sowohl die Einströmrichtung E als auch die Innenwandung 55 des Durchgangskanals 27 senkrecht zum Gehäuseboden 6 orientiert sind. Diejenige Seite der Innenwandung 55 des Durchgangskanals 27, deren Abstand c (Fig. 4) zur strichliniert dargestellten Radialrichtung oder -linie Z der Abscheidevorrichtung 14 parallel zur Einströmrichtung E bzw. in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zum Gehäuseboden 6 kleiner ist, ist mit 55a (achsennahe Seite) bezeichnet. Die gegenüberliegende Seite der Innenwandung 55 des Durchgangskanals 27 ist mit 55b (achsenferne Seite) bezeichnet.

Der durch die lichte Fläche des Durchgangskanals 27 gebildete Strömungsquerschnitt beim Einströmen des Fluids F von der Hochdruckkamer 40 in die Abscheidekammer 18 ist an das betriebsgemäß erforderliche Fördervolumen angepasst. Zur Vermeidung einer Wirbelbildung der Strömung des Fluids F in der Abscheidekammer 18 ist der Durchgangskanal 27 dabei derart an das betriebsgemäß erforderliche Fördervolumen angepasst, dass die lichte Weite a des Durchgangskanals 27 bevorzugt kleiner als die Spaltbreite b (a < b) eines zwischen dem Abscheider 20 und einer Innenwandung 56 der Abscheidekammer 18 gebildeten Ringspalts 58 ist. Jedoch kann die lichte Weite a auch gleich der Spaltbreite b (a = b) sein. Zudem ist der Durchgangskanal 27 entlang der Axialrichtung X der Abscheidevorrichtung 14 länglich geformt. In Folge dessen strömt das Fluid F tangential in den Ringspalt 58 ein und ausschließlich einseitig des Abscheiders 20 entlang eines wirbelfreien Pfades 60. Dadurch ist eine Abzweigung eines zweiten, in Fig. 3 durch die strichlinierten Pfeile angedeuteten Teilstroms des Fluids F vermieden, welcher entlang des Abscheiders 20 in zum wirbelfreien Pfad 60 entgegengesetztem Umströmungssinn geführt wäre und mit dem wirbelfreien Pfad 60 kollidieren würde.

Fig. 4 zeigt in der Schnittdarstellung der Fig. 3 die im Gehäuseboden 6 eingebrachte Abscheidevorrichtung 14 mit dem Durchgangskanal 27 mit der lichten Weite a und dem durch die Innenwandung 56 der Abscheidekammer 18 und dem Abscheider 20 gebildeten Spalt mit der Spaltbreite b.

Zur Vermeidung unerwünschter Wirbelbildung strömt das Fluid F tangential in den zwischen dem Abscheider 20 und der Innenwandung 56 der Abscheidekammer 18 gebildeten Ringspalt 58. Das Fluid F wird in Folge dessen gezielt nur auf einer Seite des Abscheiders 20 entlang eines wirbelfreien Pfades 60 geführt (Fig.3). Hierzu ist in diesem Ausführungsbeispiel der Durchgangskanal 27 gegenüber der Mittelachse X der Abscheidevorrichtung 14 beziehungsweise gegenüber der Mittelachse X des Abscheiders 20 entlang der Radialrichtung Y der Abscheidevorrichtung 14 versetzt, wobei der Versatz c zusammen mit der lichten Weite a des Durchgangskanals 27 kleiner als der oder gleich dem Radius d der Abscheide- kammer 18 bzw. deren Innenwandung 56 ist, also c + a < d. In anderen Worten ist der Versatz c der Abstand zwischen der Radialrichtung Z der Abscheidevorrichtung 14 parallel zur Einströmrichtung E und der der zentralen Mittelachse X zugewandten Seite 55a der Innenwandung 55 des Durchgangskanals 27. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom- binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Verdichter

Verdichtergehäuse

Gehäuseboden

Verdichterteil

a erstes Verdichterelement

b zweites Verdichterelement

0 Wellenzapfen

2 Motorwelle

4 Abscheidevorrichtung

6 Auslass

8 Abscheidekammer

0 Abscheider

6 Schmiermittelreservoir

7 Durchgangskanal

8 Drossel

0 Schmiermittelkanal

2 Wälzlager

4 Ringwand

6 innerer Ringbereich

8 äußerer Ringbereich

0 Hochdruckkammer

1 Innenwandung des Gehäusebodens4 Zwischenwand

6 Einlass

7 Verdichterteilkammer

8 Verdichterteilauslass

9 Flanschfläche

0 Schraubenaufnahmen

5 Innenwandung des Durchgangskanals5a achsennahe Seite der Innenwandung5b achsenferne Seite der Innenwandung 56 Innenwandung der Abscheidekammer

58 Ringspalt

60 Strömungspfad des Fluids

A Axialrichtung des Verdichtergehäuses

E Einströmrichtung

F Fluid

K Kältemittel

S Schmiermittel

M Mittelachse des Abscheiders

R Radialrichtung des Verdichtergehäuses

X Axialrichtung/Mittelachse der Abscheidevorrichtung

Y Radialrichtung der Abscheidevorrichtung senkrecht zur Einströmrichtung

Z Radialrichtung der Abscheidevorrichtung parallel zur Einströmrichtung a lichte Weite

b Spaltbreite

c Abstand/Versatz

d Radius der Innenwandung der Abscheidekammer




 
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