DE10147339A1

DE10147339A1 - Spiralverdichter und Gasverdichtungsverfahren

Info

Publication number: DE10147339A1
Application number: DE10147339A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Kuroki; Hiroyuki Gennami; Naohiro Nakajima; Shinji Tsubai; Yasushi Watanabe; Masahiro Kawaguchi
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2002-05-02
Also published as: US20020039540A1; JP2002106482A

Abstract

Ein Spiralverdichter hat ein feststehendes Spiralelement, ein bewegbares Spiralelement, einen Einlass, einen Ausstoßanschluss, ein Ausstoßventil, einen ersten Druckbereich und einen zweiten Druckbereich. Der Einlass ist durch die feststehende Spiralbasisplatte hindurch ausgebildet. Der Ausstoßanschluss ist durch das bewegbare Spiralelement hindurch ausgebildet. Das Ausstoßventil öffnet und schließt den Ausstoßanschluss. Der erste Druckbereich und der zweite Druckbereich, die an entgegengesetzten Seiten des bewegbaren Spiralelements definiert sind, bringen einen Druck auf das bewegbare Spiralelement auf. Gas, das durch den Einlass eingeführt wird, wird gemäß dem bezüglich dem feststehenden Spiralelement orbitierenden bewegbaren Spiralelement verdichtet und hochdruckbeaufschlagt. Das hochdruckbeaufschlagte Gas wird aus einem Verdichtungsbereich über den Ausstoßanschluss und das Ausstoßventil ausgestoßen. Der Verdichter ist mit einem Verbindungsdurchgang versehen, um den ersten Druckbereich und den zweiten Druckbereich während einer vorbestimmten Dauer eines durch das Gas gebildeten Verdichtungszyklus zu verbinden. Das Gas strömt zwischen beiden Druckbereichen aufgrund einer Druckdifferenz zwischen beiden Druckbereichen bei einer Zeitabstimmung, wenn die Druckkraft, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, groß ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, der eine Bauart eines Rotationsverdichters ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdichten eines Gases.

Die Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-280757 offenbart einen allgemeinen Spiralverdichter. Dieser Spiralverdichter verdichtet Kühlmittelgas durch Verringern des Volumens der Verdichtungskammer, wenn ein bewegbares Spiralelement bezüglich eines feststehenden Spiralelements orbitiert. Ein Einlass zum Einführen des Kühlmittelgases in die Verdichtungskammer ist durch eine feststehende Spiralbasisplatte ausgebildet. Eine bewegbare Spiralbasisplatte ist mit einem Ausstoßanschluss und einem Ausstoßventil der Blattbauart zum Ausstoßen von verdichtetem Kühlmittelgas an einer innersten Verdichtungskammer versehen, deren Volumen das geringste ist. Des Weiteren ist eine Kurbelwelle mit einer Antriebswelle des bewegbaren Spiralelements gekoppelt und ein Lagerelement ist an einer Gleitfläche zwischen einer Unterlegscheibe bzw. einer Zwischenscheibe (an einer Drehwellenseite) an die Kurbelwelle und eine Nabe des bewegbaren Spiralelements angeordnet.

Eine ungewollte Wirkung des vorstehend erwähnten Spiralverdichters ist es, dass ein Teil des verdichteten Kühlmittelgases, das aus einem Ausstoßventil ausgestoßen wird, dazu neigt, zwischen der Unterlegscheibe und der Nabe auszulaufen, durch einen Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Spiralelement und einem Gehäuse und dann zu einer Einlassseite des Verdichters (in einen Niederdruckbereich) hindurchzutreten. Um zu verhindern, dass das Kühlmittelgas ausläuft, sind verschiedene Arten von Dichtungselementen zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich angeordnet. Jedoch kann ein derartiges Auslaufen nicht vollständig verhindert werden. Dieses Kühlmittelgasauslaufen verursacht, dass die Druckkraft schwankt, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, und dass verschiedenartige Probleme auftreten. Wenn z. B. die Druckkraft ansteigt, steigt auch die Kraft an, die das bewegbare Spiralelement gegen das feststehende Spiralelement mit der Konsequenz der Verschlechterung der Haltbarkeit des bewegbaren Spiralelements und einem erhöhten Leistungsverlust presst. Andererseits schwächt eine Verringerung der Druckkraft die Kraft, die das bewegbare Spiralelement gegen das feststehende Spiralelement presst, und neigt dazu, die Menge des Kühlmittelgases zu erhöhen, die in den Niederdruckbereich von dem Hochdruckbereich ausläuft.

Die vorliegende Erfindung ist auf die vorstehend erwähnten Probleme gerichtet, die Druckkraftabweichungen durch Verringern der Schwankung der Druckkraft aufgrund der Abweichungen der Gasdruckdifferenzen zwischen dem Hoch- und dem Niederdruckbereich in dem Verdichter betreffen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung stehen Bereiche von relativ betrachtet höheren und niedrigeren Drücken innerhalb des Verdichters durch einen Verbindungsdurchgang während einer vorbestimmten Zeitdauer des Verdichtungszyklus in Verbindung, die durch das Gas gebildet wird, was gestattet, dass das Gas von dem Bereich relativ hohen Drucks zu dem Bereich relativ niedrigen Drucks bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung aufgrund einer Druckdifferenz zwischen den Bereichen strömt. Dadurch kann die Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, reguliert werden. Wenn unterdessen nur die Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, durch Bewegen des Gases von dem Bereich relativ hohen Drucks zu dem Bereich relativ niedrigen Drucks geändert werden kann, können verschiedene Arten von Strukturen ausgewählt werden. Zum Beispiel kann ein erster Druckbereich und ein zweiter Druckbereich an entgegengesetzten Seiten des bewegbaren Spiralelements definiert werden und sind die Bereiche relativ hohen und relativ niedrigen Drucks. Beide Bereiche können ebenso in der Umgebung der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements definiert werden. "Gas" schließt nicht nur ein Kühlmittelgas ein, das bei Kühlgeräten und Klimaanlagen verwendet wird, sondern auch verschiedene Arten von Gas.

Gemäß dem vorstehend erwähnten Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung steht der erste Druckbereich und der zweite Druckbereich über einen Verbindungsdurchgang während einer vorbestimmten Dauer in Verbindung. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, möglichst verhindert werden.

Des Weiteren ist gemäß dem Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung der erste Druckbereich ein Verdichtungsbereich, der zwischen dem feststehenden und dem bewegbaren Spiralelement definiert ist, während der zweite Druckbereich ein Rückseitenbereich ist, der in der Umgebung der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements definiert ist. Darüber hinaus ist ein Zwischendruckbereich zwischen einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich an dem Rückseitenbereich definiert. Das in dem Verdichtungsbereich verdichtete Gas wird nämlich durch einen Ausstoßanschluss und ein Ausstoßventil ausgestoßen, wobei das aus dem Verdichtungsbereich ausgestoßene Gas von dem Hochdruckbereich zu dem Zwischendruckbereich strömt und von dem Zwischendruckbereich zu dem Niederdruckbereich strömt. Unterdessen stehen der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich über den Verbindungsdurchgang in Verbindung, der durch das bewegbare Spiralelement ausgebildet ist, während der vorbestimmten Dauer, was gestattet, dass das Gas zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich strömt. Folglich wird die Druckkraft, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, durch das Bewegen des Gases reguliert. Zum Beispiel wird das Gas in dem Zwischendruckbereich zu dem Verdichtungsbereich über den Verbindungsdurchgang überführt, wenn die Druckkraft groß ist, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt. Ebenso wird das Gas in dem Verdichtungsbereich zu dem Zwischendruckbereich überführt, wenn die Druckkraft klein ist. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft so gut wie möglich verhindert werden.

Gemäß dem vorstehend erwähnten Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung stehen der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich während der vorbestimmten Dauer in Verbindung. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, so gut wie möglich verhindert werden.

Vorzugsweise ist der Verbindungsdurchgang durch das bewegbare Spiralelement ausgebildet, was den Aufbau des Verdichters vereinfacht und gestattet, dass das Gas durch den Durchgang strömt.

Des Weiteren ist gemäß dem Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung der Verbindungsdurchgang ausgelegt, um den Verdichtungsbereich und den Zwischendruckbereich stetig während der vorbestimmten Dauer zu verbinden, was gestattet, dass das Gas wirksam zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich strömt.

Daher wird das Kühlmittelgas in der Zwischendruckkammer zu dem Verdichtungsbereich aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Verdichtungsbereich und dem Druck in dem Zwischendruckbereich bei einer Zeitabstimmung überführt, wenn die Druckdifferenz am größten ist. Dadurch kann die Druckkraft, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, reduziert werden.

Folglich stehen gemäß dem Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich während der vorbestimmten Dauer in Verbindung. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an die Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, so gut wie möglich verringert werden.

Des Weiteren bewegt sich gemäß dem Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung während der vorbestimmten Dauer der Verbindungsdurchgang zwischen einer ersten Position, an der der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich über den Durchgang verbunden sind, und einer zweiten Position, an der der Verbindungsdurchgang durch ein Abdichtungselement geschlossen ist. Das Gas kann nämlich zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich strömen, wenn der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich über den Verbindungsdurchgang verbunden sind. Die Gasströmung zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich kann angehalten werden, wenn der Verbindungsdurchgang durch das Abdichtungselement geschlossen ist.

Wenn daher das Gas von dem Zwischendruckbereich zu dem Verdichtungsbereich über den Verbindungsdurchgang aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Bereichen strömt, wird der Verbindungsdurchgang durch das Abdichtungselement auf diesem Weg geschlossen. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Druckkraft verringert, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt. Wenn unterdessen der Druck in dem Verdichtungsbereich ansteigt, wird der Verdichtungsdurchgang durch das Abdichtungselement auf diesem Weg geschlossen. Dadurch wird ein Spitzenwert der Druckkraft beschränkt, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt.

Folglich kann gemäß dem Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung eine Oszillation der Druckkraft gemindert werden, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt.

Des Weiteren bewegt sich gemäß dem Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung während der vorbestimmten Zeitdauer der Verbindungsdurchgang zwischen der ersten Position, bei der der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich über den Durchgang verbunden sind, der zweiten Position, an der der Verbindungsdurchgang durch das Abdichtungselement geschlossen ist, und einer dritten Position, an der der Verdichtungsbereich und der Niederdruckbereich über den Durchgang verbunden sind. Das Gas strömt nämlich zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich, wenn der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich über den Verbindungsdurchgang verbunden sind. Die Gasströmung zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich wird angehalten, wenn der Verdichtungsdurchgang durch das Abdichtungselement geschlossen ist. Des Weiteren strömt das Gas zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Niederdruckbereich, wenn der Verdichtungsbereich und der Niederdruckbereich über den Verbindungsdurchgang verbunden sind.

Wenn daher der Druck in dem Verdichtungsbereich ansteigt, wird der Verbindungsdurchgang durch das Abdichtungselement geschlossen und die Verbindung zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich wird auf diesem Weg blockiert. Dadurch wird ein Spitzenwert der Druckkraft beschränkt, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt. Des Weiteren stehen der Verdichtungsbereich und der Niederdruckbereich über den Verbindungsdurchgang bei einer Zeitabstimmung in Verbindung, außer wenn der Druck in dem Verdichtungsbereich ansteigt. Dadurch wird ein Anstieg der Druckkraft erreicht, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt.

Folglich kann gemäß dem Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung die Druckkraft, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, auf einem gewissen Niveau gehalten werden.

Gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Komprimieren des Gases wird der Schritt des Verbindens des ersten Druckbereichs und des zweiten Druckbereichs durch das Gas während der vorbestimmten Dauer des Verdichtungszyklus ausgeführt. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, so gut wie möglich verhindert werden.

Des Weiteren wird gemäß dem Verfahren zum Komprimieren von Gas der vorliegenden Erfindung der Schritt des Verbindens des Verdichtungsbereichs und des Zwischendruckbereichs durch das Gas während der vorbestimmten Dauer des Verdichtungszyklus ausgeführt. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, so gut wie möglich verhindert werden.

Des Weiteren wird gemäß dem Verfahren zum Verdichten von Gas der vorliegenden Erfindung der Schritt des stetigen Verbindens des ersten Druckbereichs und des zweiten Druckbereichs während der vorbestimmten Dauer ausgeführt. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, so gut wie möglich verhindert werden.

Des Weiteren werden gemäß dem Verfahren zum Verdichten von Gas der vorliegenden Erfindung die Schritte des Verbindens des Verdichtungsbereichs und des Zwischendruckbereichs und des Schließens des Verbindungsdurchgangs durch das Abdichtungselement bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung ausgeführt. Dadurch kann die Oszillation der Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, so gut wie möglich gemindert werden.

Des Weiteren werden gemäß dem Verfahren zum Verdichten von Gas der vorliegenden Erfindung die Schritte des Verbindens des Verdichtungsbereichs und des Zwischendruckbereichs, des Schließens des Verbindungsdurchgangs durch das Abdichtungselement und des Verbindens des Verdichtungsbereichs und des Niederdruckbereichs bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung ausgeführt. Dadurch kann die Druckkraft, die an dem bewegbaren Spiralelement wirkt, auf einem gewissen Niveau gehalten werden.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neu gehalten werden, werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen definiert. Die Erfindung gemeinsam mit der Aufgabe und ihren Vorteilen kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Hinzunahme der Zeichnungen verstanden werden.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines gesamten Spiralverdichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht eines Spiralverdichters, die den Zustand einer Verdichtungskammer bei dem Beginn einer Verbindung der Verdichtungskammer mit einem Verbindungsdurchgang darstellt;

Fig. 3 ist eine Querschnittansicht eines Spiralverdichters, die den Zustand der Verdichtungskammer bei dem Abschluss der Verbindung der Verdichtungskammer mit dem Durchgang darstellt;

Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine Druckkraft als Funktion eines Orbitierwinkels eines bewegbaren Spiralelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine Darstellung, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Zeitabstimmung zeigt, beider eine Verdichtungskammer und eine Zwischendruckkammer verbunden sind;

Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht eines Spiralverdichters gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine Darstellung, die eine Druckkraft als eine Funktion eines Orbitierwinkels eines bewegbaren Spiralelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist eine Darstellung, die eine Druckkraft als eine Funktion eines Orbitierwinkels eines bewegbaren Spiralelements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist eine Darstellung, die gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Zeitabstimmung zeigt, bei der eine Verdichtungskammer und eine Zwischendruckkammer verbunden sind;

Fig. 10 ist eine Darstellung, die eine Zeitabstimmung zeigt, bei der eine Verdichtungskammer und eine Zwischendruckkammer verbunden sind, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine Längsschnittansicht eines Spiralverdichters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht eines Spiralverdichters, der einen Zustand einer Verdichtungskammer zeigt, die in Verbindung mit einer Zwischendruckkammer steht;

Fig. 13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht von Fig. 12, wobei ein Teil weggeschnitten ist;

Fig. 14 ist eine Ansicht, die eine Druckkraft als eine Funktion eines Orbitierwinkels eines bewegbaren Spiralelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 15 ist eine Darstellung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die eine Zeitabstimmung zeigt, bei der eine Verdichtungskammer und eine Zwischendruckkammer in Verbindung stehen und die eine Zeitabstimmung zeigt, bei der eine Verdichtungskammer und eine Niederdruckkammer verbunden sind;

Fig. 16 ist eine Längsschnittansicht eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein Klappenventil darstellt;

Fig. 17 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht von Fig. 16, wobei ein Teil weggeschnitten ist; und

Fig. 18 ist eine Längsschnittansicht eines Spiralverdichters, die eine Vielzahl von Verbindungsdurchgängen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Das erste bis vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 18 beschrieben. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele wenden die vorliegende Erfindung auf einen Spiralverdichter an, der Kühlmittelgas verdichtet, das in einer Verdichtungskammer eingeschlossen ist, die zwischen einem feststehenden Spiralelement und einem bewegbaren Spiralelement definiert ist, und stößt das Kühlmittelgas aus, das darin verdichtet wird.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein Spiralverdichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht, die den gesamten Spiralverdichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Spiralverdichters, die einen Zustand der Verdichtungskammer bei dem Anfang der Verbindung der Verdichtungskammer mit einem Verbindungsdurchgang zeigt. Ebenso ist Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Spiralverdichters, die einen Zustand der Verdichtungskammer beim Abschluss der Verbindung der Verdichtungskammer mit dem Durchgang zeigt. Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine Druckkraft als eine Funktion eines Orbitierwinkels des bewegbaren Spiralelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Fig. 5 ist eine Darstellung, die eine Zeitabstimmung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der die Verdichtungskammer und die Zwischendruckkammer verbunden sind.

Des Weiteren sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel eines Spiralverdichters eine Verdichtungskammer 32 als ein erster Druckbereich und ein Rückseitenbereich als ein zweiter Druckbereich in einem Gehäuse definiert. Ein Rückseitenbereich ist aus einer Hochdruckkammer 70 als ein Hochdruckbereich, einer Zwischendruckkammer 77 als ein Zwischendruckbereich und einer Niederdruckkammer 78 als ein Niederdruckbereich aufgebaut. Die Verbindungskammer 32 und eine Zwischendruckkammer 77 sind ausgelegt, um über einen Verbindungsdurchgang 60, der durch eine bewegbare Spiralbasisplatte 24 ausgebildet ist, während einer vorbestimmten Dauer des Verdichtungszyklus durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 verbunden zu werden. Dadurch wird eine Schwankung einer Druckkraft verringert, die durch das Kühlmittelgas erzeugt wird, das an einer Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein bewegbares Spiralelement 20 und sein Antriebsmechanismus abgedichtet in einem Gehäuse eines Spiralverdichters 1 untergebracht und das Gehäuse ist aus einem feststehenden Spiralelement 2, einem Zentralgehäuse 4 und einem Motorgehäuse 6 gebildet. Das Zentralgehäuse 4 ist mit dem feststehenden Spiralelement 2 an seinem vorderen Ende gekoppelt und mit dem Motorgehäuse 6 an seinem hinteren Ende gekoppelt. Eine Antriebswelle 8 ist drehbar durch sowohl das Zentralgehäuse 4 als auch das Motorgehäuse 6 über Radiallager 10, 12 gestützt, und eine Kurbelwelle 14, die axial von der Achse der Antriebswelle 8 versetzt ist, ist einstückig an dem vorderen Ende der Antriebswelle 8 ausgebildet. Das feststehende Spiralelement 2 hat eine feststehende Spiralwand 28, die sich von der Fläche einer feststehenden Spiralbasisplatte 26 erstreckt. In ähnlicher Weise hat das bewegbare Spiralelement 20 einen Spiralwand 30, die sich von der vorderen Fläche der scheibenförmigen bewegbaren Spiralbasisplatte 24 erstreckt. Die Spiralwände 28, 30 sind angeordnet, um im Eingriff miteinander zu sein. Eine Spiralspitzendichtung 28a belegt eine Vertiefung an der Endfläche der feststehenden Spiralwand 28 und eine Spiralspitzendichtung 30a belegt eine Vertiefung an der Endfläche der bewegbaren Spiralwand 30.

Die Basisplatte 26 und die Spiralwand 28 des feststehenden Spiralelements 2 und der Basisplatte 24 und die Spiralwand 30 des bewegbaren Spiralelements 20 bilden zusammenwirkend Verdichtungskammern 32, die zwischen den Spiralwänden definiert sind. Die jeweiligen Wände der feststehenden und bewegbaren Spiralelemente sind ausgerichtet, um kämmend miteinander einzugreifen. Das bewegbare Spiralelement 20 orbitiert (orbitierende Bewegung) gemäß der orbitierenden Bewegung der Kurbelwelle 14, wobei laufende bzw. wandernde Berührungspunkte zwischen den zwei Wänden gebildet werden. Wenn das bewegbare Spiralelement 20 orbitiert, werden die Volumina der Verdichtungskammern 32 fortschreitend verringert, wobei somit das Gas verdichtet wird, das in den Volumina zwischen den Spiralwänden 28, 30 eingeschlossen ist. Ein Ausgleichsgewicht 18 löscht die Zentrifugalkraft aus, die durch die orbitierende Bewegung des bewegbaren Spiralelements 20 erzeugt wird. Der Orbitiermechanismus ist aus der Kurbelwelle 14, die sich einstückig mit der Antriebswelle 8 dreht, einer Unterlegscheibe bzw. einer Zwischenscheibe 16 und einem Gleitlager 22 gebildet, das zwischen die Kurbelwelle 14 und eine Nabe 24a des bewegbaren Spiralelements 20 zwischengesetzt ist.

Zwei wechselseitig parallele Ebenen (ein Ebenenpaar) 14a ist an einer Umfangsfläche der Kurbelwelle 14 ausgebildet und die Kurbelwelle 14 ist an die Unterlegscheibe bzw. Zwischenscheibe 16 so angepasst, dass die Unterlegscheibe 16 einstückig mit der Kurbelwelle 14 durch die Ebenen rotieren kann. Das Ausgleichsgewicht 18 ist mit dem hinteren Ende der Unterlegscheibe 16 gekoppelt, um sich einstückig mit der Unterlegscheibe 16 zu drehen, während das bewegbare Spiralelement 20 mit der Unterlegscheibe 16 gekoppelt ist, um dem feststehenden Spiralelement 2 so gegenüber zu stehen, dass sich das bewegbare Spiralelement 20 relativ mit der Unterlegscheibe 16 über das Gleitlager 22 drehen kann. Das Gleitlager 22 ist auch an einer zylindrischen Nabe 24a untergebracht, die an der Rückfläche (rechte Seite in Fig. 1) der Basisplatte 24 des bewegbaren Spiralelements 20 ausgebildet ist, um davon vorzustehen.

Dieses Gleitlager 22 wirkt nicht nur als ein Lager, sondern auch als eine Dichtung. Anders gesagt wirkt das Gleitlager 22, um zu verhindern, dass das Kühlmittelgas von der Hochdruckkammer 70 in den Rest des Rückseitenbereichs angrenzend an die Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 über einen Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Spiralelement 20 und dem Zentralgehäuse 4 ausläuft (so gut wie möglich). Eine ringförmige Dichtung 80 ist an dem vorderen Ende des Zentralgehäuses 4 (an einem ringförmigen Einschnitt) angeordnet, die der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 gegenübersteht. Das Kühlmittelgas läuft von der Hochdruckkammer 70 in den Rest des Rückseitenbereichs angrenzend an die Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 aus und der Rest des Rückseitenbereichs ist in eine Zwischendruckkammer 77 und eine Niederdruckkammer geteilt. Die Niederdruckkammer 78 steht auch mit einer Einlassseite in Verbindung. Demgemäss läuft das Kühlmittelgas in der Hochdruckkammer 70 in den Rest des Rückseitenbereichs angrenzend an die Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 auf dem Weg von der Zwischendruckkammer 77 und der Niederdruckkammer 78 in dieser Reihenfolge. Außerdem ist das Gleitlager 22, das eine Abdichtungsfunktion hat, zwischen der Hochdruckkammer 70 und der Zwischendruckkammer 77 angeordnet, um die Kammern 70, 77 zu definieren, und die Dichtung 80 ist zwischen der Zwischendruckkammer 77 und der Niederdruckkammer 78 angeordnet, um die Kammern 77 und 78 zu definieren. Dadurch wird die Abdichtungseffizienz verstärkt und die Menge des Kühlmittelgases, das in den Rest des Rückseitenbereichs angrenzend zu der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 ausläuft, wird verringert.

Ein Ausstoßventilmechanismus 52 der Blattbauart bzw. der Zungenbauart, der einen Ausstoßanschluss 50 öffnet und schließt, ist an der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 an dessen Rückfläche (eine relativ zu der Kurbelwelle 14 gegenüberliegende Fläche) befestigt. Dieser Ausstoßventilmechanismus 52 hat ein Blattventil bzw. ein Zungenventil 54 an dem Ausstoßausschluss 50, einen Halter 56, der das Blattventil 54 stützt, und eine Schraube 58, die das Blattventil 54 und den Halter 56 an der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 festhält, und ist in einer Ausstoßventilkammer 25 untergebracht, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 gebohrt bzw. eingebohrt ist.

Das Blattventil 54 öffnet und schießt sich aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der Verdichtungskammer 32, die mit dem Ausstoßanschluss 50 in Verbindung steht, und der Hochdruckkammer 70. Wenn nämlich der Druck in der Verdichtungskammer 32 höher als der Druck in der Hochdruckkammer 70 ist, öffnet sich das Blattventil 54. Wenn der Druck in der Verdichtungskammer 32 niedriger als der Druck in der Hochdruckkammer 70 ist, schließt sich das Blattventil 54. Der Halter 56 ist auch nicht nur dazu ausgelegt, um das Blattventil 54 zu halten, sondern er ist auch dazu ausgelegt, den maximalen Öffnungsbetrag des Blattventils 54 zu regulieren.

Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, ist ein Verbindungsdurchgang 60, der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbindet, durch die Basisplatte 24 des bewegbaren Spiralelements 20 ausgebildet, das bezüglich des 5 feststehenden Spiralelements 2 orbitiert (wobei dessen Mitte 2a ist). Der Verbindungsdurchgang 60 steht mit der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 in Verbindung, bis das in der Verdichtungskammer 32 eingeschlossene Kühlmittelgas, wobei die Verdichtungskammer 32 eine der Verdichtungskammern ist, von einem in Fig. 2 gezeigten Zustand (bei dem Anfang der Verbindung der Verdichtungskammer 32 mit dem Verbindungsdurchgang 60) zu einem in Fig. 3 gezeigten Zustand (bei dem Ende der Verbindung der Verdichtungskammer 32 mit dem Verbindungsdurchgang 60) verdichtet wird. Das heißt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, dass die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 vorzugsweise ausgelegt sind, um stetig während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (360°) durch das Kühlmittelgas verbunden sind (gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechend der vorbestimmten Dauer) bei einem Verdichtungszyklus, wobei Gas in der Verdichtungskammer 32 verdichtet wird. Der Verbindungsdurchgang 60 beschreibt einen Ort (Drehpunkt) einer Drehung P1 (A1 → B1 → C1 → D1) während eines vollständigen Orbitierens des bewegbaren Spiralelements 20, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den Bereich der Orbitierwinkel, während denen die Verdichtungskammer 32 mit dem Verdichtungsdurchgang 60 in Verbindung steht. Im wesentlich ist der Bereich geringer als 360°, da die feststehende Spiralwand 28 den Verbindungsdurchgang 60 blockiert, aber aus Annehmlichkeitsgründen kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (Fig. 4 und 5 usw.) eine Dauer, während der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 über den Verbindungsdurchgang 60 verbunden sind, als eine Dauer beschrieben werden, während der das bewegbare Spiralelement 20 und der Verbindungsdurchgang 60 um 360° bezüglich des feststehenden Spiralelements 2 orbitiert.

Vielzählige Hohlraumabschnitten 41 (z. B. vier Hohlraumabschnitte) ist an Positionen von gleichen Winkeln an einem identischen Umfang der Vorderendfläche des Zentralgehäuses 4 ausgebildet. Bewegbare Stifte 40, die an der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 befestigt sind, sind locker in die jeweiligen Hohlraumabschnitte gepasst, so dass die bewegbaren Stifte die feststehenden Stifte 42, die an dem Zentralgehäuse 4 befestigt sind, berühren können. Die Hohlraumabschnitte 41, die bewegbaren Stifte 40 und die feststehenden Stifte 42 verhindern, dass sich das bewegbare Spiralelement 20 dreht. Dass sich das bewegbare Spiralelement 20 dreht, wird durch die Hohlraumabschnitte 41, die feststehenden Stifte 42 und die bewegbaren Stifte 40 auch dann verhindert, wenn sich die Kurbelwelle 14 dreht. Der Drehungsverhinderungsmechanismus ist nämlich aus den Hohlraumabschnitten 41, den feststehenden Stiften 42 und den bewegbaren Stiften 40 aufgebaut.

Ein Stator 46 ist an einer inneren Umfangsfläche des Motorgehäuses 6 fixiert und ein Rotor 48 ist an der Antriebswelle 8 fixiert. Der Motor ist aus dem Stator 46 und dem Rotor 48 gebildet. Der Rotor 48 und die Antriebswelle 8 drehen sich einstückig durch Energiebeaufschlagung des Stators 46.

Wenn sich die Kurbelwelle 14 der Antriebswelle 8 dreht, orbitiert das bewegbare Spiralelement 20 (orbitierende Bewegung) und das Kühlmittelgas (gemäß der vorliegenden Erfindung dem Gas entsprechend) wird durch einen Einlass 44, der durch das feststehende Spiralelement 2 ausgebildet ist, eingeführt und das Kühlmittelgas strömt von einer Umfangsseite von den beiden Spiralelementen 2, 20 zwischen der feststehenden Spiralbasisplatte 26 und der bewegbaren Spiralbasisplatte 24. Wenn das bewegbare Spiralelement 20 orbitiert, gleiten auch die bewegbaren Stifte 40 entlang äußeren Umfangsflächen der jeweiligen feststehenden Stifte 42.

Wenn sich die Kurbelwelle 14 dreht, orbitiert das bewegbare Spiralelement 20, das sich bezüglich der Kurbelwelle 14 über das Gleitlager 22 relativ zu der Kurbelwelle 14 drehen kann, an der Achse der Antriebswelle 8, ohne sich zu drehen.

Wenn das bewegbare Spiralelement 20 orbitiert, wird das Kühlmittelgas durch den Einlass 44 eingeführt und wird in der Verdichtungskammer 32 eingeschlossen. Wenn sich die Verdichtungskammer 32 zu der Mitte bewegt, wird das Kühlmittelgas demgemäss zu der Mitte des bewegbaren Spiralelements 20 parallel zu dem Verdichten und dem Druckbeaufschlagen des Kühlmittelgases nach innen geleitet. Das hochdruckbeaufschlagte Kühlmittelgas strömt in den Ausstoßanschluss 50, der in Verbindung mit der Verdichtungskammer 32 steht, wobei der Druck davon der höchste von den Verdichtungskammern 32 ist, die an der Mitte der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 definiert ist.

Das verdichtete Kühlmittelgas, das durch den Ausstoßanschluss 50 und das Ausstoßventil 52 hindurchtritt, wird in die Hochdruckkammer 70 innerhalb der Nabe 24a ausgestoßen. Diese Hochdruckkammer 70 steht in Verbindung mit einem Inneren des Motorgehäuses 6 über einen ersten axialen Durchgang 72, der innerhalb der Antriebswelle 8 ausgebildet ist (einschließlich der Kurbelwelle 14), und das Kühlmittelgehäuse, das in das Motorgehäuse 6 eingeströmt ist, wird aus einem zweiten axialen Durchgang 74, der innerhalb der Antriebswelle 8 ausgebildet ist, zu einem externen Kühlmittelkreislauf über einen Auslass 76 ausgestoßen, der durch eine Wand des Motorgehäuses 6 ausgebildet ist.

Der Motor ist ausgelegt, um durch das Kühlmittelgas gekühlt zu werden, während das Kühlmittelgas aus dem ersten axialen Durchgang 72 zu dem zweiten axialen Durchgang 74 strömt.

Unterdessen strömt das Kühlmittelgas, das aus der Hochdruckkammer 70 in die Zwischendruckkammer 77 durch das Gleitlager 22 ausläuft, und das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 während des Verdichtungszyklus zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischenverdichtungskammer 77 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77 über den Verbindungsdurchgang 60 während einer vollständigen Orbitierung des Verbindungsdurchgangs 60 (360°) entlang des Ortes P1 (A1 → B1 → C1 → D1). In diesem Zustand variiert die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Fig. 4 zeigt, dass eine Einführung des Kühlmittelgases in die Verdichtungskammer 32 gerade vor A1 beendet ist und dass die Druckdifferenz zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 am größten ist (Druck in der Verdichtungskammer 32 < Druck in der Zwischendruckkammer 77). Dadurch strömt das Kühlmittelgas in der Zwischendruckkammer 77 in die Verdichtungskammer 32 unmittelbar aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern. Demgemäß verringert sich die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt.

Bei dem vorstehend erwähnten Spiralverdichter und einem Verfahren zum Verdichten von Gas gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Kühlmittelgas wirksam zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77 bewegt und die Schwankung der Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, kann so gut wie möglich verhindert werden, da der Verbindungsdurchgang 60 stetig die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (360°) während des Verdichtungszyklus durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 verbunden werden.

Zweites und drittes Ausführungsbeispiel

Ein Spiralverdichter gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 10 beschrieben. Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht, die den Spiralverdichter gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel darstellt. Fig. 7 ist eine Darstellung, die die Druckkraft als eine Funktion des Orbitierwinkels des bewegbaren Spiralelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 8 ist eine Darstellung, die eine Druckkraft als eine Funktion des Orbitierwinkels des bewegbaren Spiralelements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 9 ist eine Darstellung, die die Zeitabstimmung zeigt, bei der die Verdichtungskammer und die Zwischendruckkammer verbunden sind, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Da unterdessen der Aufbau des Spiralverdichters gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der gleiche wie derjenige des Spiralverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wird insbesondere der von dem Spiralverdichter des ersten Ausführungsbeispiels verschiedene Aufbau beschrieben. Des Weiteren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Komponenten in den Fig. 6 bis 10 im Vergleich mit der Fig. 1 bis 5.

Bei dem Spiralverdichter gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel sind bei dem Verdichtungszyklus, der durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 gebildet wird, die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 über den Verbindungsdurchgang 62 verbunden, der durch die bewegbare Basisplatte 24 ausgebildet ist, und der Verbindungsdurchgang 62 wird durch die Abdichtung 80 geschlossen, um die Verbindung zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 22 zu blockieren. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, die durch das Kühlmittelgas erzeugt wird, weitergehend im Vergleich mit dem Spiralverdichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verhindert werden.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, verbindet der Verbindungsdurchgang 62 gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77, der derselbe wie der Verbindungsdurchgang 60 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist.

Der Verbindungsdurchgang 62 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist ausgelegt, um sich zwischen einer ersten Position, bei der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbunden sind, und einer zweiten Position, an der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 durch die Dichtung 80 nicht in Verbindung miteinander stehen, während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 des Verdichtungszyklus zu bewegen (entsprechend der vorbestimmten Dauer gemäß der vorliegenden Erfindung), der durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 gebildet wird. Das heißt, dass während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (360°) der Verbindungsdurchgang 62 eine Ortskurve einer Rotation P2 (A2 → 82 → C2 → D2) beschreibt, wie in Fig. 7 gezeigt wird.

Dann strömt das Kühlmittelgas, das aus der Hochdruckkammer 70 in die Zwischendruckkammer 77 durch das Gleitlager 22 ausläuft, und das Kühlmittelgas während des Verdichtungszyklus in der Verdichtungskammer 22 zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 über den Verbindungsdurchgang 62, während die Dichtung 80 den Durchgang 62 nicht abdichtet, während einer vollständigen Orbitierung des Durchgangs 62 (360°) entlang der Ortskurve P2 (A2 → B2 → C2 → D2). In diesem Zustand variiert die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Fig. 7 zeigt, dass das Einführen des Kühlmittelgases in die Verdichtungskammer 32 gerade vor A2 beendet ist, und dass die Druckdifferenz zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 am größten ist (Druck in der Verdichtungskammer 32 < Druck in der Zwischendruckkammer 77). Dadurch strömt das Kühlmittelgas in der Zwischendruckkammer 77 in die Verdichtungskammer 32 unmittelbar aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77, aber die Druckkraft, die in der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, hört auf, sich zu verringern, da der Verbindungsdurchgang 62 durch die Dichtung 80 bei A2 bis C2 geschlossen ist. Dem gemäss kann eine Oszillation der Druckkraft im Vergleich mit dem Spiralverdichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vermindert werden.

Des Weiteren ist der Verbindungsdurchgang 62 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 10 gezeigt, ausgelegt, um zwischen einer ersten Position, an der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 miteinander verbunden sind, und einer zweiten Position, an der die Verbindung zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 durch die Dichtung 80 blockiert sind, während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (entsprechend einer vorbestimmten Dauer gemäß der vorliegenden Erfindung) des Verdichtungszyklus zu bewegen, der durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 gebildet wird. Während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (360°) beschreibt der Verbindungsdurchgang 62 nämlich eine Ortskurve einer Rotation P3 (A3 → B3 → C3 → D3), wie in Fig. 8 gezeigt.

Ebenso strömt das Kühlmittelgas, das aus der Hochdruckkammer 70 in die Zwischendruckkammer 77 durch das Gleitlager 22 ausläuft, und das Kühlmittelgas während des Verdichtungszyklus in der Verdichtungskammer 32 zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77 über den Verbindungsdurchgang 62, während die Dichtung 80 den Durchgang 62 nicht abdichtet, während einer vollständigen Orbitierung des Durchgangs 62 (360°) entlang der Ortskurve P3 (A3 → B3 → C3 → D3). In diesem Fall variiert die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte wirkt, wie in Fig. 8 gezeigt. Fig. 8 zeigt, dass der Kühlmittelgasdruck in der Verdichtungskammer 32 beim Erhöhen und ein Spitzenwert der Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, bei A1 niedriger ist als der des Spiralverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und dass eine Kurve der Druckkraft bei A3 bis B3 flach sein kann, während der Verbindungsdurchgang 62 die Verdichtungskammer 32 verbindet und die Zwischendruckkammer 77 durch die Abdichtung 80 geschlossen ist. Ebenso strömt das Kühlmittelgas in der Zwischendruckkammer 77 in die Verdichtungskammer 32 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77 bei B3. Somit verringert sich die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt. Demgemäss kann ein Spitzenwert der Druckkraft im Vergleich mit dem Spiralverdichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel begrenzt werden.

Bei dem vorstehend erwähnten Spiralverdichter und Verfahren zum Verdichten von Gas gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Kühlmittelgas wirksam zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77 bewegt und die Schwankung der. Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, kann so gut wie möglich verhindert werden, da der Verbindungsdurchgang 62, der durch die bewegbare Spiralbasisplatte 24 ausgebildet ist, die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbindet, und die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (360°) bei dem Verdichtungszyklus durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 voneinander getrennt sind.

Viertes Ausführungsbeispiel

Ein Spiralverdichter gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 11 bis 15 beschrieben. Hier ist. Fig. 11 eine Längsschnittansicht, die den Spiralverdichter gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 12 ist eine Querschnittansicht von Fig. 11, die einen Zustand der Verdichtungskammer darstellt, dass sie mit der Zwischendruckkammer verbunden ist. Fig. 13 ist eine vergrößerte Querschnittansicht von Fig. 12, wobei ein Teil weggeschnitten ist. Fig. 14 ist eine Darstellung, die eine Druckkraft als eine Funktion des Orbitierwinkels des bewegbaren Spiralelements gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 15 ist eine Darstellung, die die Zeitabstimmung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, bei der die Verdichtungskammer und die Zwischendruckkammer verbunden sind. Da unterdessen der Hauptaufbau des Spiralverdichters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der gleiche wie der des Spiralverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wird der von dem Spiralverdichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verschiedene Aufbau insbesondere beschrieben. Des Weiteren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Komponenten in den Fig. 11 bis 15 im Vergleich mit den Fig. 1 bis 5.

Bei dem Spiralverdichter gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 über der Verbindungsdurchgang 62 verbunden, der durch die bewegbare Spiralbasisplatte 24 ausgebildet ist, ist der Verbindungsdurchgang 62 durch die Dichtung 80 geschlossen, um die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 nicht zu verbinden, und wird die Verdichtungskammer 32 und die Niederdruckkammer 78 über den Verbindungsdurchgang 64 während des Verdichtungszyklus durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 verbunden. Dadurch kann die Schwankung der Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 4 wirkt, die durch das Kühlmittelgas erzeugt wird, so gut wie möglich verhindert werden.

Der Verbindungsdurchgang gemäß dem in den Fig. 11 bis 14 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 15 gezeigt ist, ist ausgelegt, um sich zwischen einer ersten Position, an der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbunden sind, einer zweiten Position, an der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 voneinander durch die Dichtung 80 getrennt sind, und einer dritten Position bewegen, an der die Verdichtungskammer 32 und die Niederdruckkammer 78 während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (entsprechend der vorbestimmten Dauer gemäß der vorliegenden Erfindung) bei dem Verdichtungszyklus durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 verbunden sind. Das heißt, dass während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (360°) der Verbindungsdurchgang 64 eine Ortskurve einer Drehung P4 (A4 → B4) beschreibt, wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist.

Dann strömt das Kühlmittelgas, das aus der Hochdruckkammer 70 in die Zwischendruckkammer 77 durch das Gleitlager 22 ausläuft, und das Kühlmittelgas während des Verdichtungszyklus in der Verdichtungskammer 32 zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77 über den Verbindungsdurchgang 64 während einer vollständigen Orbitierung des Verbindungsdurchgangs 64 (360°) entlang der Ortskurve P4 (A4 → B4), außer während die Dichtung 80 den Durchgang 64 blockiert und außer während die Verdichtungskammer 32 und die Niederdruckkammer 78 über den Verbindungsdurchgang 64 verbunden sind. In diesem Zustand variiert die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Fig. 14 zeigt, dass ein Spitzenwert der Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, bei A1 beschränkt ist, und dass eine Kurve der Druckkraft flach sein kann, da der Verbindungsdurchgang 64, der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbindet, durch die Dichtung 80 bei der Erhöhung des Kühlmittelgases in der Verdichtungskammer 32 geschlossen ist. Ebenso strömt das Kühlmittelgas in der Zwischendruckkammer 77 in die Verdichtungskammer 32 aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Kammern 32, 77. Somit verringert sich die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt. Ebenso kann eine Erhöhung der Druckkraft beschränkt werden, da die Verdichtungskammer 32 mit der Niederdruckkammer 78 über den Verbindungsdurchgang 64 bei A4 bis B4 in Verbindung steht. Demgemäss kann die Druckkraft konstant gehalten werden.

Bei dem vorstehend erwähnten Spiralverdichter und einem Verfahren zum Verdichten von Gas gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel verbindet der Verbindungsdurchgang 64, der durch die bewegbare Spiralbasisplatte 24 ausgebildet ist, die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 während einer gewissen Dauer, werden die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 voneinander während einer anderen Dauer getrennt und verbindet der Verbindungsdurchgang 64 die Verdichtungskammer 32 und die Niederdruckkammer 78 während der anderen Dauer während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 (360°) bei dem Verdichtungszyklus durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32. Dadurch wird das Kühlmittelgas wirksam zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 geleitet und die Druckkraft, die an der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 wirkt, kann konstant gehalten werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in Beispielen wie folgt abgewandelt werden.

(A) Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind Fälle, bei denen die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 über den Verbindungsdurchgang während einer vollständigen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements 20 bei dem Verdichtungszyklus durch das Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer 32 verbunden werden. Jedoch ist der Zeitpunkt bzw. die Zeitabstimmung, bei dem die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbunden werden und die Verbindungszeit nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann verschiedenartig durch die sich ergebende Gelegenheit abgewandelt werden.

(B) Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind Fälle, bei denen der Verbindungsdurchgang, der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbindet, durch die bewegbare Spiralbasisplatte 24 ausgebildet ist. Jedoch kann beispielsweise der Verbindungsdurchgang, der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbindet, durch einen anderen Abschnitt außerhalb der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 ausgebildet sein.

(C) Des Weiteren sind die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele Fälle, bei denen die Zwischendruckkammer 77 zwischen der Hochdruckkammer 70 und der Niederdruckkammer 78 durch die Dichtung 80 definiert ist. Jedoch hat beispielsweise eine Gleitfläche zwischen der Rückfläche der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 und dem Zentralgehäuse 4 eine Abdichtungsfunktion, durch die die Zwischendruckkammer 77 demgemäss zwischen der Hochdruckkammer 70 und der Niederdruckkammer 78 definiert ist. Dieser Fall ist ebenso anwendbar.

(D) Des Weiteren sind die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele Fälle, bei denen der Spiralverdichter mit dem Gleitlager 22 versehen ist, welches sowohl die Lagerfunktion als auch die Abdichtungsfunktion bereitstellt. Jedoch ist die Art eines Lagerelements nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann verschiedenartig für die sich ergebende Gelegenheit abgewandelt werden. Zum Beispiel werden Nadellager, die die Lagerungsfunktion, aber nicht die Abdichtungsfunktion, ausreichend aufweisen, eingesetzt, und ein anderes Abdichtungselement ist stromabwärts von den Nadellagern angeordnet. Dieser Fall ist ebenso anwendbar. Dadurch kann die Zwischendruckkammer 77 auch stromabwärts von der Hochdruckkammer 70 wie bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen definiert werden.

(E) Die vorstehend beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsbeispiele sind Fälle, bei denen der Verbindungsdurchgang, der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbindet, durch die Dichtung 80 geschlossen wird. Jedoch ist das Verfahren zum Blockieren der Verbindung zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 nicht auf die Dichtung 80 beschränkt. Wie in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist, ist eine Klappenventilkammer 96 an der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 an seinem vorderen Ende ausgebildet, ein Klappenventil 90 und in Klappenventilhalter 92 an der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 durch eine Schraube 96 befestigt. Eine Abdeckung 98 ist an der bewegbaren Spiralbasisplatte 24 befestigt. Die Abdeckung 98 hat ein durch die Abdeckung 98 gebohrtes Loch und ein Durchmesser des Lochs ist geringer als eine Dicke der entsprechenden feststehenden Spiralwand 28, um angrenzende Verdichtungskammern nicht zu verbinden. Folglich ist das Klappenventil 90 zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 angeordnet, um den Verbindungsdurchgang, der die Verdichtungskammer 32 und die Zwischendruckkammer 77 verbindet, aufgrund der Druckdifferenz dazwischen zu öffnen und zu schließen. Dadurch funktioniert das Klappenventil 90 als ein Abdichtungselement anstelle der Dichtung 80, um die Verbindung zwischen der Verdichtungskammer 32 und der Zwischendruckkammer 77 umzuschalten.

(F) Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind Fälle, bei denen das Kühlmittelgas verdichtet und hochdruckbeaufschlagt wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Verdichter angewendet werden, der Gas außer dein Kühlmittelgas verdichtet.

(G) Ein Verbindungsdurchgang ist in den Fig. 1 bis 17 gezeigt, aber eine Vielzahl von Verbindungsdurchgängen 66 kann durch die bewegbare Spiralbasisplatte 24 ausgebildet sein, wie in Fig. 18 gezeigt ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Spiralverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung können rationale Gasverdichtungsvorrichtungen und Verfahren zum bestmöglichen Verhindern der Schwankung der Druckkraft durchgeführt werden, die an dem bewegbaren Spiralelement aufgrund der Schwankung des Gasdrucks wirkt.

Daher sollen die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als darstellend und nicht beschränkend betrachtet werden und die Erfindung soll nicht auf die hier angegebenen Details beschränkt werden, sondern kann innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden.

Somit hat der Spiralverdichter ein feststehendes Spiralelement, ein bewegbares Spiralelement, einen Einlass, einen Ausstoßanschluss, ein Ausstoßventil, einen ersten Druckbereich und einen zweiten Druckbereich. Der Einlass ist durch die feststehende Spiralbasisplatte hindurch ausgebildet. Der Ausstoßanschluss ist durch das bewegbare Spiralelement hindurch ausgebildet. Das Ausstoßventil öffnet und schließt den Ausstoßanschluss. Der erste Druckbereich und der zweite Druckbereich, die an entgegengesetzten Seiten des bewegbaren Spiralelements definiert sind, bringen einen Druck auf das bewegbare Spiralelement auf. Gas, das durch den Einlass eingeführt wird, wird gemäß dem bezüglich dem feststehenden Spiralelement orbitierenden bewegbaren Spiralelement verdichtet und hochdruckbeaufschlagt. Das hochdruckbeaufschlagte Gas wird aus einem Verdichtungsbereich über den Ausstoßanschluss und das Ausstoßventil ausgestoßen. Der Verdichter ist mit einem Verbindungsdurchgang versehen, um den ersten Druckbereich und den zweiten Druckbereich während einer vorbestimmten Dauer eines Verdichtungszyklus durch das Gas zu verbinden. Das Gas strömt i zwischen beiden Druckbereichen aufgrund einer Druckdifferenz zwischen beiden Druckbereichen bei einer Zeitabstimmung, wenn die Druckkraft, die an der Rückfläche des bewegbaren Spiralelements wirkt, groß ist.

Claims

1. Spiralverdichter mit:
einem feststehenden Spiralelement;
einem bewegbaren Spiralelement, das dem feststehenden Spiralelement gegenübersteht;
einem Verdichtungsbereich, der zwischen dem feststehenden Spiralelement und dem bewegbaren Spiralelement definiert ist, zum Komprimieren des Gases durch Orbitieren des bewegbaren Spiralelements relativ zu dem feststehenden Spiralelement;
einem Einlass zum Einführen von Gas in den Verdichtungsbereich;
einem Ausstoßanschluss zum Ausstoßen des druckbeaufschlagten Gases aus dem Verdichtungsbereich über den Ausstoßanschluss;
einem Ausstoßventil, das den Ausstoßanschluss öffnet und schließt;
einem ersten Druckbereich, der einen Druck auf das bewegbare Spiralelement aufbringt;
einem zweiten Druckbereich, der einen Druck auf das bewegbare Spiralelement aufbringt; und
einem Verbindungsdurchgang, der den ersten Druckbereich und den zweiten Druckbereich während einer vorbestimmten Dauer eines Verdichtungszyklus durch das Gas verbindet.

2. Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass durch das feststehende Spiralelement hindurch ausgebildet ist, und der Ausstoßanschluss durch das bewegbare Spiralelement hindurch ausgebildet ist.

3. Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Verbindungsdurchgängen ausgebildet ist.

4. Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Dauer im wesentlichen einer einzelnen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements entspricht.

5. Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Druckbereich ein Verdichtungsbereich ist, der zwischen den Spiralelementen definiert ist,
der zweite Druckbereich ein Rückseitenbereich ist, der in der Nähe einer Rückfläche des bewegbaren Spiralelements definiert ist,
der Rückseitenbereich einen Hochdruckbereich, der stromabwärts von dem Ausstoßventil definiert ist, einen Niederdruckbereich, der in Verbindung mit der Einlassseite steht, und einen Zwischendruckbereich aufweist, der zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich definiert ist, und
der Verbindungsdurchgang den Verdichtungsbereich und den Zwischendruckbereich während der vorbestimmten Dauer des Verdichtungszyklus durch das Gas verbindet.

6. Spiralverdichter gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsdurchgang den Verdichtungsbereich und den Zwischendruckbereich während der vorbestimmten Dauer stetig verbindet.

7. Spiralverdichter gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Abdichtungselement, das zwischen dem Zwischendruckbereich und dem Niederdruckbereich angeordnet ist;
und
wobei während der vorbestimmten Dauer sich der Verbindungsdurchgang zwischen einer ersten Position, an der der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich verbunden sind, und einer zweiten Position bewegt, an der der Verbindungsdurchgang durch das Abdichtungselement geschlossen ist.

8. Spiralverdichter gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Abdichtungselement, das zwischen dem Zwischendruckbereich und dem Niederdruckbereich angeordnet ist;
und
wobei sich der Verbindungsdurchgang während der vorbestimmten Dauer zwischen einer ersten Position, an der der Verdichtungsbereich und der Zwischendruckbereich verbunden sind, einer zweiten Position, an der der Verbindungsdurchgang durch das Abdichtungselement geschlossen ist, und einer dritten Position bewegt, an der der Verdichtungsbereich und der Niederdruckbereich verbunden sind.

9. Spiralverdichter gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch
ein Klappenventil, das zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich angeordnet ist; und
wobei das Klappenventil den Verbindungsdurchgang aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich während der vorbestimmten Dauer öffnet und schließt.

10. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter mit:
einem feststehenden Spiralelement;
einem bewegbaren Spiralelement, das dem feststehenden Spiralelement gegenübersteht;
einem Verdichtungsbereich, der zwischen dem feststehenden Spiralelement und dem bewegbaren Spiralelement definiert ist, um das Gas durch Orbitieren des bewegbaren Spiralelements relativ zu dem feststehenden Spiralelement zu verdichten;
einem Einlass zum Einführen des Gases in den Verdichtungsbereich;
einem Ausstoßanschluss zum Ausstoßen des druckbeaufschlagten Gases aus dem Verdichtungsbereich über den Ausstoßanschluss;
einem Ausstoßventil, das den Ausstoßanschluss öffnet und schließt;
einem ersten Druckbereich, der einen Druck auf das bewegbare Spiralelement aufbringt;
einem zweiten Druckbereich, der einen Druck auf das bewegbare Spiralelement aufbringt;
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einführen von Gas aus dem Einlass;
Verdichten und Hochdruckbeaufschlagen des Gases;
Verbinden des ersten Druckbereichs und des zweiten Druckbereichs während einer vorbestimmten Dauer eines Verdichtungszyklus durch das Gas; und
Ausstoßen des druckbeaufschlagten Gases aus dem Verdichtungsbereich über den Ausstoßanschluss und das Ausstoßventil.

11. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der Einlassanschluss durch das feststehende Spiralelement hindurch gebildet ist, und
der Ausstoßanschluss durch das bewegbare Spiralelement hindurch ausgebildet ist.

12. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Dauer im wesentlichen einer einzelnen Orbitierung des bewegbaren Spiralelements entspricht.

13. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Druckbereich ein Verdichtungsbereich ist, der zwischen den Spiralelementen definiert ist,
der zweite Druckbereich ein Rückseitenbereich ist, der in der Nähe einer Rückfläche des bewegbaren Spiralelements definiert ist,
der Rückseitenbereich einen Hochdruckbereich, der stromabwärts von dem Ausstoßventil definiert ist, einen Niederdruckbereich, der mit der Einlassseite in Verbindung steht, und einen Zwischendruckbereich aufweist, der zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich definiert ist,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einführen des Gases aus dem Einlass;
Verdichten und Hochdruckbeaufschlagen des Gases;
Verbinden des Verdichtungsbereichs und des Zwischendruckbereichs während der vorbestimmten Dauer des Verdichtungszyklus durch das Gas; und
Ausstoßen des hochdruckbeaufschlagten Gases aus dem Verdichtungsbereich über den Ausstoßanschluss und das Ausstoßventil.

14. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt des stetigen Verbindens des Verdichtungsbereichs und des Zwischendruckbereichs während der vorbestimmten Dauer aufweist.

15. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abdichtungselement zwischen dem Zwischendruckbereich und dem Niederdruckbereich angeordnet ist, und
wobei das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt aufweist:
Schließen der Verbindung zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich durch das Abdichtungselement während der vorbestimmten Dauer.

16. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abdichtungselement zwischen dem Zwischendruckbereich und dem Niederdruckbereich angeordnet ist,
wobei das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte aufweist:
Schließen der Verbindung zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich durch das Abdichtungselement während der vorbestimmten Dauer; und
Verbinden des Verdichtungsbereichs und des Niederdruckbereichs während der vorbestimmten Dauer.

17. Verfahren zum Verdichten von Gas in einem Spiralverdichter gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klappenventil zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich angeordnet ist, wobei das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt aufweist:
Öffnen und Schließen des Verbindungsdurchgangs durch das Klappenventil aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Zwischendruckbereich während der vorbestimmten Dauer.