DE102005001160A1

DE102005001160A1 - Spiralkompressor

Info

Publication number: DE102005001160A1
Application number: DE200510001160
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Kariya Kamiya; Shigeru Kariya Kamiya; Yoshiki Nishio Tada; Masafumi Kariya Inoue
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: JP2005201145A; DE102005001160B4; JP4067497B2

Abstract

Ein Spiralkompressor mit einem im oberen Innenteil eines geschlossenen Gehäuses (1) angeordneten Motor (2) und einer im unteren Innenteil des Gehäuses (1) angeordneten Spiralkompressoreinheit (3) ist offenbart. Die Oberseite eines Endplattenabschnitts (21) einer umlaufenden Spirale (20) ist mit einer Gegendruckkammer mit einer Öffnung (15) einer Trennwand (9) ausgebildet. Das in dem unter Druck gesetzten und in eine Ausgabekammer (32) ausgegebenen Fluid enthaltene Schmieröl wird durch einen Ölabscheider (34) getrennt und unter dem Ausgabedruck in einem Ölspeicher (36) gespeichert. Das gespeicherte Schmieröl wird durch ein Reduktionselement (37) und ein Ölrohr (38) unter seinem eigenen Druck und ohne Verwendung einer Pumpe oder dergleichen nach oben gedrückt und zu einem oberen Raum (13) ausgegeben. Das Schmieröl strömt aufgrund der Schwerkraft nach unten und wird nach dem Schmieren des Innern und des Lagers des Motors (2) in der Gegendruckkammer gehalten. Der Druck der Gegendruckkammer wird durch ein Gegendruckregelventil (42) eingestellt. Das Schmieröl strömt weiter durch eine Saugkammer (12) in eine Arbeitskammer (28) und schmiert diese.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralkompressor (allgemein eine Fluidmaschine) mit einer festen Spirale und einer drehenden (umlaufenden) Spirale, wobei die umlaufende Spirale bezüglich der festen Spirale umläuft, um das Volumen einer zwischen den zwei Spiralen gebildeten Arbeitskammer zu vergrößern oder zu verkleinern, um dadurch ein Fluid anzusaugen und unter Druck zu setzen, sowie ein Wärmepumpensystem mit dem Kompressor, das geeigneterweise für ein Dampfkompressionskühlsystem oder einen Wasserheizer verwendet wird.

2. Beschreibung anderer Bauformen

Im Allgemeinen wird bei einer Spiralfluidmaschine eine große Axialkraft oder das, was eine „Axialbelastung" genannt wird, auf die umlaufende Spirale als eine Druckreaktion (Kompressionsreaktion) ausgeübt, die erzeugt wird, wenn das Fluid unter Druck gesetzt (komprimiert) wird. Im Stand der Technik ist die auf die umlaufende Spirale ausgeübte Axialbelastung durch Führen des Ausgabedrucks zur Rückseite der umlaufenden Spirale, d.h. der Oberfläche des Endplattenabschnitts der umlaufenden Spirale entfernt von der Arbeitskammer und Drücken der umlaufenden Spirale gegen die feste Spirale unter dem Ausgabedruck versetzt (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-1705711.

In dem Dampfkompressionskühlsystem mit Kohlendioxid oder dergleichen als Kältemittel muss jedoch das Kältemittel im Druck auf ein hohes Niveau von wenigstens etwa 10 MPa erhöht werden. Falls der in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 9-170571 beschriebene Spiralkompressor für dieses Dampfkompressionskühlsystem eingesetzt wird, wird der Ausgabedruck auf die Rückseite der umlaufenden Spirale, d.h. die Kammer auf der Rückseite der umlaufenden Spirale, die einen Motor zum Antreiben des Kompressors aufnimmt (nachfolgend als „die Motorkammer" bezeichnet), ausgeübt und deshalb wird ein hoher Druck von wenigstens 10 MPa auch auf die Motorkammer ausgeübt. Als Ergebnis muss die Dicke der die Motorkammer bildenden Behälterelemente vergrößert werden, um die Druckfestigkeit der Behälterelemente zu erhöhen. Dies führt zu einem voluminösen und schweren Spiralkompressor.

Berücksichtigt man auch diesen Punkt, ist ein Spiralkompressor bekannt, bei dem der Druck der Motorkammer auf ein Zwischenniveau höher als der Saugdruck aber niedriger als der Ausgabedruck gesetzt ist, um die Axialbelastung mit diesem Zwischendruck als Gegendruck der umlaufenden Spirale zu versetzen (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 11-303776). Bei diesem Spiralkompressor wird das Schmieröl in dem Ausgabegas durch einen Ölabscheider getrennt und nach einer Druckverminderung in einem Ölspeicher gespeichert, während es gleichzeitig zwischen einem Kompressionsmechanismus und einem eine Einrichtung wie beispielsweise eine Pumpe benutzenden Motor zurückgeführt wird.

Der in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 11-303776 beschriebene Spiralkompressor zeigt die folgenden Probleme:

1. In Anbetracht der Tatsache, dass ein Kompressionsmechanismus im oberen Teil und eine Motorkammer im unteren Teil mit dem im unteren Abschnitt der Motorkammer gespeicherten Schmieröl angeordnet ist, muss eine Ölpumpe oder dergleichen das Schmieröl zu dem Kompressionsmechanismus bewegen, der eine Fülle an Schmieröl benötigt, wodurch die Konstruktion kompliziert wird.
2. Der Druck der Motorkammer wird durch Ausgeben des Kältemittelgases in der Motorkammer und Rückführen desselben zur Saugseite geregelt, und deshalb wird im Wesentlichen das gesamte im Kühlsystem zirkulierende Schmieröl bei Betrieb in der Motorkammer gespeichert, sodass die Menge des der Saugseite des Kompressors zugeführten Schmieröls extrem reduziert ist. Dies ist aus dem Gesichtspunkt des Leistungsvermögens und der Zuverlässigkeit des Kompressors unerwünscht.
3. Die in der Motorkammer auftretende Wärmeabstrahlung wird hauptsächlich auf die von der Außenseite des Behälters abgestrahlte Wärme begrenzt, und deshalb kann die Motorkammer bei einem Hochlastbetrieb unerwünschterweise auf eine hohe Temperatur überhitzt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, die obigen Probleme des Standes der Technik mittels einer Einrichtung so einfach wie möglich zu lösen.

Gemäß dieser Erfindung werden die oben genannten Probleme durch eine Konstruktion des in den anhängenden Ansprüche beschriebenen Spiralkompressors gelöst. Der Spiralkompressor gemäß der Erfindung weist wie ein herkömmlicher Spiralkompressor grundsätzlich eine feste Spirale und eine umlaufende Spirale auf, wobei die umlaufende Spirale bezüglich der festen Spirale umläuft, um das Volumen der durch die zwei Spiralen gebildeten Arbeitskammer zu vergrößern oder zu verringern, um dadurch das Fluid anzusaugen und unter Druck zu setzen.

Der Spiralkompressor gemäß der Erfindung besitzt die folgenden Merkmale:

1. Im allgemeinen Aufbau ist der hintere Teil des Kompressors im unteren Abschnitt angeordnet, und die Motorkammer ist im oberen Abschnitt angeordnet, wobei das Schmieröl dem oberen Abschnitt der Motorkammer zugeführt wird. Als Ergebnis werden die die Schmierung erfordernden Lager und Gleitteile durch das vom oberen Abschnitt natürlich herunter fließende Schmieröl positiv geschmiert. Das das meiste Schmieröl benötigende Axiallager ist im untersten Abschnitt der Motorkammer angeordnet und wird deshalb in dem Schmieröl getaucht gehalten, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit realisiert wird.
2. Der Druck der Motorkammer wird durch Ausgeben des Schmieröls im unteren Teil der Motorkammer durch ein Gegendruckregelventil nach unten geregelt, und deshalb wird das Schmieröl in nicht mehr als der notwendigen Menge in der Motorkammer gespeichert. So kann die Menge des in dem Kühlsystem zirkulierenden Schmieröls stabilisiert werden.
3. Die Wärme des durch den Ölabscheider getrennten Hochtemperatur-Schmieröls wird von dem Kompressor nach außen abgestrahlt, um dadurch den Kompressor zu kühlen, und dann wird das Schmieröl in die Motorkammer zugeführt. Deshalb kann die Temperatur in der Motorkammer reduziert werden.
4. In einer Anwendung des Kompressors gemäß der Erfindung auf ein Wärmepumpensystem wird die Wärme des Schmieröls auf das Hochtemperatur-Fluid abgestrahlt, sodass das Leistungsvermögen und die Zuverlässigkeit des Kompressors verbessert werden, während gleichzeitig der Wirkungsgrad der Wärmepumpe erhöht wird.
5. Eine Gegendruckkammer mit einem Innendruck höher als der Saugdruck und niedriger als der Ausgabedruck ist angeordnet, um einen vorbestimmten Druck auf die Oberfläche des Endplattenabschnitts der umlaufenden Spirale entfernt von der Arbeitskammer auszuüben. Die Gegendruckkammer steht mit der den Motor aufnehmenden Motorkammer in Verbindung, und deshalb bildet die Motorkammer eine Verlängerung der Gegendruckkammer. Um die Gegendruckkammer auf einem Druckniveau zwischen dem Saugdruck und dem Ausgabedruck zu halten, wird das durch den Ölabscheider getrennte Schmieröl von dem Ausgabegas in die Gegendruckkammer oder die mit der Gegendruckkammer in Verbindung stehende Motorkammer geleitet, um dadurch einen Gegendruck des gewünschten Werts zu bilden.

Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Längsschnitt eines Spiralkompressors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist ein Längsschnitt eines Spiralkompressors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 ist ein Längsschnitt eines Spiralkompressors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 ist ein Längsschnitt eines Spiralkompressors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 ist ein Längsschnitt eines Spiralkompressors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Spiralkompressoren gemäß mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachfolgend nacheinander als beste Ausführungsmodi der Erfindung im Detail beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
In einem Spiralkompressor C1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, der in 1 dargestellt ist, ist ein Motor 2 im oberen Innenabschnitt angeordnet und eine Kompressoreinheit 3 ist im unteren Innenabschnitt eines geschlossenen gemeinsamen Gehäuses 1 angeordnet. Der Motor 2 enthält einen an dem Gehäuse 1 befestigten Stator 4 und einen Rotor 5 zum Drehen in dem Stator 4. Der untere Abschnitt einer an dem Rotor 5 befestigten Drehwelle 6 ist an dem Gehäuse 1 durch ein Hauptlager 7 und eine ringförmige Trennwand 9 drehbar gelagert, während der obere Abschnitt der Drehwelle 6 an dem Gehäuse 1 durch ein Hilfslager 8 und eine ringförmige Trennwand 10 drehbar gelagert ist. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist durch die untere Trennwand 9 in eine Motorkammer 11 im oberen Abschnitt und eine Saugkammer 12 im unteren Abschnitt davon geteilt. Auch ist der Innenraum des Gehäuses 1 durch die obere Trennwand 10 in einen oberen Raum 13 im oberen Abschnitt und eine Motorkammer 11 im unteren Abschnitt davon geteilt. Der Stator 4 und der Rotor 5 befinden sich in der Motorkammer 11.
Das Hauptlager 7 mit mehreren Kugeln oder Walzen zum Rollen ist an der Trennwand 9 befestigt, und ein ähnliches Hilfslager 8 ist an der Trennwand 10 befestigt. Der obere Raum 13 und die Motorkammer 11 stehen miteinander durch einen engen Raum zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 5 und die Spalte der Lager 7, 8 in Verbindung. Der obere Raum 13 und die Motorkammer 11 bilden, wie später beschrieben, einerseits eine Zwischendruckkammer, die mit der Gegendruckkammer für die umlaufende Spirale in Verbindung steht, und andererseits steht eine große Öffnung 15 der Trennwand 9, die von der Saugkammer 12 durch einen Dichtring 14 getrennt ist, mit der Motorkammer 11 in Verbindung und bildet den wesentlichen Teil der Gegendruckkammer.
Ein Exzenterwellenabschnitt 16, der bezüglich des an dem Hauptlager 7 gelagerten Wellenabschnitts exzentrisch nach unten ragt, ist am unteren Ende der Drehwelle 6 angeordnet. Der Exzenterwellenabschnitt 16 der Drehwelle 6 ist in eine Zylinderbuchse 17 eingepasst und durch ein darin ausgebildetes Exzenterloch relativ drehbar. Ein Ausgleichsgewicht 18 ist an der Buchse 17 montiert. Die Buchse 17 mit dem Exzenterloch und der Exzenterwellenabschnitt 16 der Drehwelle 16 stehen miteinander in Eingriff, um dadurch das zu bilden, was ein nachlaufender Kurbelmechanismus genannt wird, der wohlbekannt ist. Das Vorsehen des nachlaufenden Kurbelmechanismus ist kein Merkmal dieser Erfindung, und ein fester Kurbelmechanismus (wie beispielsweise der mit der Buchse 17 integrierte Exzenterwellenabschnitt 16) kann alternativ verwendet werden. Dieser Teil wird daher nicht im Detail erläutert.
Der Nabenwulst 22 des Endplattenabschnitts 21 der umlaufenden Spirale 20 ist durch ein aus einem Nadellager gebildetes Umlaufspirallager 19 drehbar auf der Buchse 17 gelagert. Die Oberseite des Endplattenabschnitts 21 und die Unterseite der Trennwand 9 stehen miteinander verschiebbar in Eingriff und bilden dadurch ein Axiallager 23 zum Stützen eines Teils des auf die umlaufende Spirale 20 im Betrieb ausgeübten Drucks. Eine Ringnut ist in der Umfangskante nahe des Außenumfangs der Oberseite des Endplattenabschnitts oder der Unterseite der Trennwand 9, die das Axiallager 23 bilden, ausgebildet. Der Dichtring 14 ist in der Ringnut montiert, wie oben beschrieben, und steht mit der Gegenfläche verschiebbar in Eingriff. Auf diese Weise werden der Raum der Öffnung 15, der die Gegendruckkammer bildet, und die Saugkammer 12 hermetisch voneinander getrennt. Die Unterseite des Endplattenabschnitts 21 der umlaufenden Spirale 20 ist mit Spiralblättern 24 ausgebildet, die mit einer vorbestimmten Breite nach unten ragen.
Eine feste Spirale 25, die in Eingriff mit der umlaufenden Spirale 20 die Kompressoreinheit 3 bildet, ist an der unteren Stirnseite der Trennwand 9 durch eine nicht dargestellte Schraube am Ende des Endplattenabschnitts 26 näher zu der umlaufenden Spirale 20 befestigt. Die Oberseite des Endplattenabschnitts 26 der festen Spirale 25 ist mit Spiralblättern 27 ausgebildet, die mit einer vorbestimmten Breite nach oben ragen. Als Ergebnis greifen die Spiralblätter 27 der festen Spirale 25 in die Spiralblätter 24 der umlaufenden Spirale 20 in gegenseitiger Beziehung und bilden so ein Paar Arbeitskammern 28 zwischen sich.
Der Spiralkompressor C1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel als Kältemittelkompressor der nicht dargestellten Klimaanlage benutzt. Das Kältemittel wie beispielsweise Kohlendioxid von relativ geringer Temperatur und relativ geringem Druck, das durch das Saugrohr 29 zur Saugkammer 12 zurückgeführt wird, während es die Wärme in dem Kühlkreis (im Allgemeinen einem Wärmepumpensystem, nicht dargestellt) aufnimmt, wird in die Arbeitskammern 28 eingeleitet, wenn der Außenumfang einer der Arbeitskammern 28 sich radial nach außen öffnet. Mit der Drehung der Drehwelle 6 wird die umlaufende Spirale 20 durch einen Kurbelmechanismus mit dem Exzenterwellenabschnitt 16 und der Buchse 17 angetrieben. Diese Drehung der umlaufenden Spirale 20 ist durch einen nicht dargestellten Antidrehmechanismus begrenzt, und deshalb läuft die umlaufende Spirale 20 einfach bezüglich der festen Spirale 25 um. Als Ergebnis wird die Arbeitskammer 28 am Außenumfang geschlossen und bewegt sich radial nach innen, während ihr Volumen reduziert wird, während gleichzeitig das Kältemittel in den Arbeitskammern 28 komprimiert wird. Wenn der Mittelabschnitt der Arbeitskammern 28 sich radial nach innen öffnet, wird ein Hochdruck-Kältemittel durch eine Ausgabeöffnung 30 in eine Ausgabekammer 32 geleitet, indem ein Ausgabeventil 31 zwangsgeöffnet wird.
Der obige Aufbau und die obige Funktionsweise des Spiralkompressors C1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind ähnlich jenen des herkömmlichen Spiralkompressors. Als eines der Merkmale der Erfindung weist der Spiralkompressor C1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen Ölabscheider 34 in einem Teil des am untersten Abschnitts des Gehäuses 1 montierten Blocks 33 auf. Der Ölabscheider 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist aus einem zylindrischen Raum, einem Auslasspfad der Ausgabekammer 32, der sich tangential in den zylindrischen Raum öffnet, eine in den Raum von dem Endplattenabschnitt 32 abhängende zylindrische Trennwand und eine zu der Oberseite des Mittelabschnitts der Trennwand offene Öffnung des Ausgaberohrs 35 gebildet. Nichtsdestotrotz ist der spezielle Aufbau des Ölabscheiders 34 nicht auf den oben beschriebenen begrenzt, und ein Ölabscheider irgendeiner anderen Konstruktion kann verwendet werden, sofern er die Funktion des Trennens eines Gases und einer Flüssigkeit voneinander besitzt. Der gezeigte Ölabscheider 34 nutzt die Zentrifugalkraft, und das verflüssigte Schmieröl, das von dem in den Kühlkreis durch das Ausgaberohr 35 eingeleiteten gasförmigen Kältemittel getrennt ist, wird in einen am Boden des Ölabscheiders 34 gebildeten Ölspeicher 36 gespeichert.
Das durch den Ölabscheider 34 getrennte und in dem Ölspeicher 36 gehaltene Schmieröl wird durch einen Schmierölpfad 40, ein Reduktionselement 37 wie beispielsweise eine Öffnung oder ein Kapillarrohr zum Begrenzen der Strömungsrate des Schmieröls und ein Ölrohr 38 in den oberen Raum 13 geschickt, der im obersten Innenabschnitt des Gehäuses 1 angeordnet ist, und aus dem Auslass 39 des Ölrohrs 38 freigegeben. Das Schmieröl in dem Ölspeicher 36 kann aufgrund der Tatsache, dass der Druck des mit der Hochdruck-Ausgabekammer 32 in Verbindung stehenden Ölabscheiders 34 höher als der Druck des oberen Raums 13 ist, bis zu dem oberen Raum 13 nach oben gedrückt werden. Deshalb ist eine Ölpumpe oder dergleichen zum Bewegen des Schmieröls nicht erforderlich. Der Auslass 39 des Ölrohrs 38 ist bevorzugt zur Nähe des das obere Ende der Drehwelle 6 haltenden Hilfslagers offen.
Das von dem Auslass 39 ausgegebene Schmieröl schmiert das Hilfslager 8, während es hindurch läuft, und strömt durch sein eigenes Gewicht durch den Spalt zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 5 des Motors 2 in der Motorkammer 11 nach unten. Das Schmieröl, das in der Motorkammer 11 nach unten geflossen ist, schmiert das Hauptlager 7, während es hindurch läuft, und nach Schmieren auch des Umlaufspirallagers 19 und des nachlaufenden Kurbelmechanismus einschließlich des Exzenterwellenabschnitts 16 und der Buchse 17 wird es in der Öffnung 15 der unteren Trennwand 9 gehalten. Ferner wird das in dem Schmieröl gelöste Kältemittelgas durch eine Druckverminderung vergast, während es durch das Reduktionselement 37 läuft, und sein Volumen wird größer, wodurch der Druck in der Motorkammer 11 steigt. Als Ergebnis wird ein Gegendruck zum Halten der umlaufenden Spirale 20 gebildet. Auch bildet das Innere der Öffnung 15, das mit der Motorkammer 11 durch das Hauptlager 7 in Verbindung steht, den wesentlichen Teil der Gegendruckkammer für die umlaufende Spirale 20. Gleichzeitig ist ein kreisförmiger Dichtring 14 zum Definieren der Umfangskante der Gegendruckkammer an der Oberseite des Endplattenabschnitts 21 der umlaufenden Spirale 20 angeordnet. Deshalb wird im Wesentlichen der gleiche Druck auf die Gegendruckkammer wie auf die Motorkammer 11 ausgeübt. Dieser Druck funktioniert als Gegendruck der umlaufenden Spirale 20, sodass der Endplattenabschnitt 21 der umlaufenden Spirale 20 durch die Axialkraft eines Werts gleich dem Produkt der Fläche des inneren Kreisabschnitts des Dichtrings 14 und des Gegendrucks nach unten gedrückt wird. Deshalb ist im Wesentlichen die gesamte Axialkraft, die die Kompressionsreaktion zum Hochdrücken der umlaufenden Spirale 20 bildet, die durch die Kompression des Kältemittels in der Arbeitskammer 28 erzeugt wird, durch geeignetes Einstellen des Drucks der eine Verlängerung der Gegendruckkammer bildenden Motorkammer 11 versetzt. Das Schmieröl tritt etwas aus dem Dichtring 14 aus. Deshalb fließt ein Teil des Schmieröls in der Öffnung 15 in die Saugkammer 12 und schmiert die Spiralblätter, usw. der umlaufenden Spirale 20 und der festen Spirale 25 in Gleitkontakt miteinander.
Als weiteres Merkmal der Erfindung öffnet ein Gegendruckentlastungsloch 41 in die eine Gegendruckkammer bildende Öffnung 15, und ein Gegendruckregelventil 42 ist zwischen dem Gegendruckentlastungsloch 41 und der Saugkammer 12 angeordnet, um den Druck (Zwischendruck) des oberen Raums 13 und der Motorkammer 11, den Druck des in der Öffnung 15 der Trennwand 9 gebildeten Raums (Gegendruckkammer), d.h. den Gegendruck für die umlaufende Spirale 20 sowie die Strömungsrate des Schmieröls in Zirkulation einzustellen. Insbesondere steht die Hochdruckseite des Gegendruckregelventils 42 mit der Gegendruckkammer in Verbindung, und die Niederdruckseite des Gegendruckregelventils 42 steht mit der Saugkammer 12 in Verbindung. Als Alternative kann die Niederdruckseite des Gegendruckregelventils 42 auch mit der Saugkammer 12 oder der zwischen der umlaufenden Spirale 20 und der festen Spirale 25 gebildeten Arbeitskammer 28, welche von ihnen im Druck niedriger ist, anstelle mit der Saugkammer 12 in Verbindung stehen. Das Gegendruckregelventil 42 irgendeiner von verschiedenen Kennlinien kann benutzt werden. Im Allgemeinen wird jedoch ein Konstantdifferentialdruckventil zum Steuern des Unterschiedes zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck auf einen konstanten Wert eingesetzt. In diesem Fall wird daher der Unter schied zwischen dem Gegendruck der umlaufenden Spirale 20, dargestellt durch den Innendruck der Öffnung 15, und dem Druck der Saugkammer 12 auf ein konstantes Niveau geregelt.
Der in 1 gezeigte Spiralkompressor C1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist wie oben beschrieben aufgebaut und zeigt deshalb die folgenden Wirkungen:

1. Das Vorsehen des Reduktionselements 37 in dem Schmierölpfad 40 und die Benutzung des oberen Raums 13 und der Motorkammer 11 als eine Zwischendruckkammer zum Ausüben des Gegendrucks macht es möglich, einen Druck niedriger als der Ausgabedruck auf die Gegendruckkammer einschließlich der Öffnung 15 auszuüben, um dadurch die Axialkraft und den Gegendruck für die umlaufende Spirale 20 zu erzeugen. Falls der Kompressor eine Verdrängung von zum Beispiel etwa 4,5 cm³ besitzt, kann der Druck (Gegendruck) der Motorkammer 11 auf etwa 4,5 bis 5 MPa gedrückt werden, was um etwa 0,5 bis 1 MPa höher als der Saugdruck (z.B. 4 MPa) ist. Falls die Motorkammer auf den Ausgabedruck von beispielsweise etwa 10 MPa gesetzt ist, wie im Stand der Technik, erfordern die die Motorkammer bildenden Gehäuseelemente eine hohe Festigkeit. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel benötigen dagegen die Gehäuseelemente eine relativ geringe Festigkeit.
2. Der Gegendruck für die umlaufende Spirale 20 wird durch Zuführen des Schmieröls zu dem oberen Raum 13 der Motorkammer 11 gebildet und deshalb kann gleichzeitig eine ausreichende Menge des Schmieröls den Gleitabschnitten einschließlich den Lagern 7, 8, 19 zugeführt werden.
3. Alle eine Schmierung erfordernden Abschnitte können durch einen natürlichen Strom des von dem obersten Abschnitt zugeführten Schmieröls geschmiert werden. Im Stand der Technik wird das in der Motorkammer gespeicherte Schmieröl jedem Komponentenelement mittels einer Ölpumpe und dergleichen zugeführt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch eine solche Konstruktion nicht erforderlich.
4. Das Gegendruckregelventil führt den Steuervorgang durch Ausgeben des im untersten Abschnitt des Gehäuses gespeicherten Schmieröls durch und deshalb wird in der Motorkammer 11 kein überschüssiges Schmieröl gespeichert. Falls zusätz liches Öl in der Motorkammer 11 bleibt, würde die Menge des in dem System zirkulierenden Schmieröls verringert werden und der Kompressionsmechanismus könnte unzureichend geschmiert werden. Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung vermieden.

(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 2 dargestellt. Das oben beschriebene erste Ausführungsbeispiel betrifft nur den Aufbau des Spiralkompressors C1, und die Klimaanlage ist als eine Anwendung genannt. Das zweite Ausführungsbeispiel stellt andererseits eine Anwendung des Spiralkompressors C1 des ersten Ausführungsbeispiels auf ein Wasserheizsystem eines Wärmepumpentyps dar, wie in 2 dargestellt. In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 43 einen Kältemittel/Wasser-Wärmetauscher. Das Kältemittel (Ausgabegas) hoher Temperatur und hohen Drucks, das durch das Ausgaberohr 35 nach der Kompression durch den Spiralkompressor C1 nach außen ausgegeben wird, strömt durch eine Hälfte des Wärmetauschers 43, während es Wärme auf das in der anderen Hälfte davon strömende Wasser überträgt. Auf diese Weise wird die Temperatur des Kältemittels verringert, und das Kältemittel wird durch Kondensation verflüssigt oder zumindest steigt seine Dichte. Als Ergebnis wird das Wasser niedriger Temperatur auf eine hohe Temperatur geheizt, während es durch eine Hälfte des Wärmetauschers 43 gelangt, und es wird einer Anwendung zugeführt.
Das Kältemittel, dessen Temperatur mit der Verflüssigung oder dem Dichteanstieg reduziert worden ist, wird im Druck reduziert, während es durch ein Expansionsventil 44 gelangt, und wird so zu einem Niedertemperatur-Niederdruck-Kältemittel. Ferner wird das Kältemittel durch die Umgebungsluft geheizt und verdampft oder wenigstens in der Dichte gesenkt, während es durch einen Verdampfapparat 45 gelangt. Dagegen nimmt das Kältemittel die Wärme der Umgebungsluft auf. Das in der Temperatur erhöhte Kältemittel bleibt in einem Sammler 46, und nur der Gasphasenteil davon wird durch das Saugrohr 29 in den Spiralkompressor C1 zurückgeleitet. Das Kältemittel wird dann wieder komprimiert und zu dem Ausgaberohr 35 ausgegeben. Dieser Betriebsprozess wird wiederholt. Das durch den Wärmetauscher 43 strömende Wasser wird daher durch Aufnehmen der Wärme in der Luft durch das in 2 gezeigte Wärmepumpensystem geheizt.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 dargestellt. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der im ersten Ausführungsbeispiel erläuterte Ölabscheider 34 außerhalb des Gehäuses des Spiralkompressors C3 angeordnet. In dem Spiralkompressor C3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Bauteile ähnlich oder identisch jenen des Spiralkompressors C1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel jeweils durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und nicht im Detail beschrieben. Der Spiralkompressor C3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Spiralkompressor C1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass der Ölabscheider 34, das Reduktionselement 37 und das Ölrohr 38 des Spiralkompressors C3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nicht in dem Gehäuse 1 angeordnet sind. Stattdessen ist der Ölabscheider 34 außerhalb des Gehäuses 1 in der Mitte des Ausgaberohrs 35 angeordnet, das mit einem Kondensator (oder einem Kühler) in dem nicht dargestellten Kühlkreis (Wärmepumpensystem) in Verbindung steht. Auch zweigt das Ölrohr 38 mit dem Reduktionselement 37 von dem Ölabscheider 34 ab und ist mit dem zu dem oberen Raum 13 in dem Gehäuse 1 offenen Auslass 39 entlang der Außenseite des Gehäuses 1 verbunden.
Wie oben beschrieben, sind der Ölabscheider 34, usw. außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet, um die Kompressorkonstruktion zu vereinfachen, während gleichzeitig die Größe des Kompressorgehäuses mit der gleichen Wirkung wie bei dem Spiralkompressor C1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verkleinert ist.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
In dem obigen Kompressor C1 oder C2 der Erfindung wird ein Teil der durch den Verlust im Motor 2 oder den Reibungsverlust der Gleitabschnitte erzeugten Wärme in das dem Gehäuse des Kompressors zugeführte Schmieröl aufgenommen und zur Saugseite des Kompressors übertragen oder zum Gehäuse 1 transportiert und in das komprimierte Kältemittelgas abgestrahlt. Ein weiterer Teil der Wärme wird von dem Gehäuse 1 in die Atmosphäre abgestrahlt. Aus dem Gesichtspunkt des Leistungsvermögens und der Zuverlässigkeit des Motors 2 ist die Temperatur der Motor kammer 11 bevorzugt so niedrig wie möglich. Das der Motorkammer 11 zugeführte Schmieröl ist deshalb bevorzugt von niedriger Temperatur.
Das Merkmal des in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiels liegt darin, dass die Wärme des Hochtemperatur-Schmieröls abgestrahlt wird, woraufhin das Schmieröl der Motorkammer 11 zugeführt wird. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist wie bei dem Spiralkompressor C1 gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ein Ölabscheider 34 in dem Gehäuse 1 angeordnet. So wird das von dem Kältemittel durch den Ölabscheider 34 getrennte Schmieröl durch einen Schmierölpfad 40 zu einer Hälfte des außerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Wärmetauschers (erste Kühleinrichtung) 47 geleitet und durch das in der anderen Hälfte des Wärmetauschers 47 strömende Wasser gekühlt. Das durch den Wärmetauscher 47 gekühlte Schmieröl wird durch das Ölrohr 38 in den oberen Raum 13 im Gehäuse 1 zurückgeführt und führt wieder den Schmierbetrieb durch.
Das durch Aufnehmen der Wärme des Schmieröls in dem Wärmetauscher 47 in der Temperatur erhöhte Wasser wird andererseits durch eine Hälfte des Wärmetauschers 43 geleitet, wie in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Das Wasser wird so durch das von dem Spiralkompressor C4 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ausgegebene Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel auf eine höhere Temperatur geheizt und durch das Ausgaberohr 35 zur anderen Hälfte des Wärmetauschers 43 geleitet. Das resultierende heiße Wasser wird für eine geeignete Anwendung geliefert. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sind deshalb das Leistungsvermögen und die Zuverlässigkeit des Kompressors durch Kühlen des Schmieröls sowie des Kältemittels verbessert, während gleichzeitig eine Anwendung als Wasserheizsystem eines Wärmepumpentyps wie im zweiten Ausführungsbeispiel gefunden wurde.
Falls der Zweck nur das Kühlen des Motors 2 und das Verbessern des Leistungsvermögens des Kompressors ist, muss die Wärme des Schmieröls nicht durch das Wasserheizsystem des Wärmepumpentyps wiedergewonnen werden. Stattdessen wird die Wärme des Schmieröls in die Atmosphäre freigegeben oder durch einen anstelle des Wärmetauschers 43 in 2 angeordneten einfachen Kühler in das Kühlwasser abgestrahlt, und auf diese Weise wird die Temperatur des Schmieröls reduziert, um den Motor 2 und die Kompressoreinheit 3 zu kühlen.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 5 gezeigt. Das Merkmal des fünften Ausführungsbeispiels liegt darin, dass zusätzlich zu der oben beschriebenen Konstruktion des vierten Ausführungsbeispiels (4) das in der Motorkammer 11 des Spiralkompressors C5 geheizte Schmieröl in zwei Stufen durch Wasser in dem außerhalb des Spiralkompressors C5 angeordneten Wärmetauscher gekühlt wird. Zu diesem Zweck enthält der Wärmetauscher 48 zum Kühlen des Schmieröls zusätzlich zu der einen Hälfte, in der das Wasser strömt, zwei Abschnitte 49 und 50, in denen das Schmieröl strömt. Zuerst strömt das durch den Ölabscheider 34 von dem Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel getrennte und in dem Ölspeicher 36 gehaltene Schmieröl durch den Schmierölpfad 40 zu dem ersten Abschnitt 49 des Wärmetauschers 48 und wird durch Übertragen von Wärme auf das Wasser gekühlt. Das so gekühlte Schmieröl wird dem Spiralkompressor C5 durch das Ölrohr 38 zurückgeführt und in den oberen Raum 13 von dem Auslass 39 freigegeben, wie im vierten Ausführungsbeispiel.
Das in der eine Gegendruckkammer des Spiralkompressors C5 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel vorsehenden Öffnung 15 angeordnete Gegendruckregelventil 42 ist andererseits ausgebildet, um das Schmieröl an den nach außen führenden Gegendruckentlastungspfad 51 freizugeben, anstelle das Schmieröl durch Einrichten einer Verbindung zwischen der Öffnung 15 und der Saugkammer 12 nach außen freizugeben, wenn der Innendruck der Öffnung 15 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Der Gegendruckentlastungspfad 51 steht mit dem zweiten Abschnitt (zweite Kühleinrichtung) 50 des Wärmetauschers 48 in Verbindung. Deshalb wird der Teil des Schmieröls, dessen Temperatur durch Aufnehmen der Wärme beim Strömen durch den Motor 2 gestiegen ist, von der Öffnung 15 selektiv in den Gegendruckentlastungspfad 51 geleitet und durch Wasser gekühlt, wenn es durch den zweiten Abschnitt 50 des Wärmetauschers 48 gelangt. Das in dem Wärmetauscher 48 gekühlte Schmieröl mischt sich mit dem durch einen Verdampfapparat 45 gelangten Kältemittel und kehrt durch einen Sammler 46 zu dem Saugrohr 29 des Spiralkompressors C5 zurück, um die Kompressoreinheit 3 zu schmieren.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel wird das durch den Ölabscheider 34 getrennte und in dem Ölspeicher 36 gehaltene Schmieröl durch Übertragen von Wärme auf das Wasser in dem ersten Abschnitt 49 des Wärmetauschers 48 gekühlt, woraufhin das Schmieröl der Motorkammer 11 zugeführt wird, um dadurch der Motorkammer 11 und der eine Gegendruckkammer bildenden Öffnung 15 einen Druck zu verleihen. Das durch den in der Wärmekammer 11 aufgenommenen Wärmeverlust geheizte Schmieröl wird durch Übertragen der Wärme auf das Wasser in dem zweiten Abschnitt 50 des Wärmetauschers 48 wieder gekühlt und dann zu dem Kompressor C5 zurückgeleitet. So wird die Motorkammer 11 gekühlt, sodass das Leistungsvermögen des Motors für eine verbesserte Zuverlässigkeit verbessert ist. Ferner wird, da das Niedertemperatur-Schmieröl zu dem Kompressor zurückkehrt, das angesaugte Kältemittel für eine verbesserte Saugleistung des Kompressors nicht durch das Schmieröl geheizt. Da auch der Wärmeverlust des Kompressors durch das Schmieröl auf das Wasser abgegeben wird, wird das Leistungsvermögen des Systems eines Wasserheizers eines Wärmepumpentyps gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel verbessert.
Man beachte, dass, während die vorliegende Erfindung bisher im Detail basierend auf den speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, es für den Fachmann offensichtlich sein wird, dass die vorliegende Erfindung verschieden geändert oder modifiziert werden kann, ohne den Schutzumfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Spiralkompressor, mit einer Kompressoreinheit, die in dem unteren Innenteil eines Gehäuses angeordnet ist und eine feste Spirale und einen umlaufende Spirale enthält; einem Motor, der in dem oberen Innenteil des Gehäuses angeordnet ist, um die umlaufende Spirale durch eine Drehwelle anzutreiben; einer Schmieröltrenneinrichtung zum Trennen des Schmieröls von einem durch die Kompressoreinheit komprimierten und ausgegebenen Fluid; einer Ölspeichereinheit zum Speichern des durch die Schmieröltrenneinrichtung getrennten Schmieröls in einem Zustand eines höheren Drucks als der obere Innenteil des Gehäuses; einem Pfad zum Leiten des in der Ölspeichereinheit gespeicherten Schmieröls zu dem oberen Innenteil des Gehäuses durch den Druckunterschied zwischen dem Innern der Ölspeichereinheit und dem oberen Innenteil des Gehäuses; und einem Reduktionselement, das in der Mitte des Pfades angeordnet ist, zum Reduzieren des Drucks des in der Ölspeichereinheit gespeicherten Schmieröls.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei welchem die Schmieröltrenneinrichtung, das Reduktionselement und der Pfad außerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
Spiralkompressor nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Reduktionselement den Druck des durch den Pfad gelangenden Schmieröls auf einen Zwischendruck niedriger als der Ausgabedruck der Kompressoreinheit und höher als der Saugdruck reduziert, der Spiralkompressor ferner eine Gegendruckkammer aufweist, die durch einen an der Oberseite der umlaufenden Spirale angeordneten Dichtring definiert ist und das durch den Pfad in den oberen Innenteil der umlaufenden Spirale geleitete Schmieröl nach dem Herunterfließen in das Gehäuse speichert.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei welchem die Schmieröltrenneinrichtung in dem unteren Innenteil des Gehäuses angeordnet ist und die Ölspeichereinheit unter der Schmieröltrenneinrichtung angeordnet ist.
Spiralkompressor nach Anspruch 3, ferner mit einem Gegendruckregelventil zum Einstellen des Drucks in der Gegendruckkammer, bei welchem die Hochdruckseite des Gegendruckregelventils mit der Gegendruckkammer in Verbindung steht und die Niederdruckseite des Gegendruckregelventils mit einer ausgewählten der Saugkammer und der Niederdruckkompressionskammer der Kompressoreinheit in Verbindung steht.
Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Schmieröltrenneinrichtung ein Ölabscheider ist, der die Zentrifugalkraft nutzt.
Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einer ersten Kühleinrichtung zum Kühlen und Zuführen des Schmieröls in der Ölspeichereinheit zu dem oberen Innenteil des Gehäuses.
Spiralkompressor nach Anspruch 5, ferner mit einer zweiten Kühleinrichtung zum Kühlen des von der Niederdruckseite des Gegendruckregelventils ausgegebenen Schmieröls.
Spiralkompressor nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem eine ausgewählte der ersten Kühleinrichtung und der zweiten Kühleinrichtung zum Heizen des in einem Wärmepumpensystem zu heizenden Fluids verwendet wird.
Spiralkompressor nach Anspruch 9, bei welchem das Wärmepumpensystem ein Wasserheizer eines Wärmepumpentyps ist.