-
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 Reaktion des Gasdruckes ausgeübt, die erzeugt
wird, wenn das Fluid komprimiert wird. Im Stand der Technik wird
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
(japanische Patentveröffentlichung
JP 9-170571 ).
-
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 japanischen Patentveröffentlichung
JP 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 (japanische Patentveröffentlichung
JP 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 japanischen Patentveröffentlichung
JP 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.
-
DE 40 92 017 C1 beschreibt
einen anderen Spiralkompressor, welcher ferner ein Drehbegrenzungselement
zum Begrenzen der Bewegung des umlaufenden Spiralelements aufweist.
-
EP 1 365 152 A1 beschreibt
ein Spiralkompressor, der sich zum Betrieb mit Kohlendioxid eignet.
-
US 4 343 599 beschreibt
noch einen weiteren Spiralkompressor.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ausgehend von dem Stand der Technik
gemäß
JP 11-303776 , Leistungsvermögen und
Zuverlässigkeit bei
erhöhtem
Wirkungsgrad zu verbessern.
-
Gemäß dieser
Erfindung werden die oben genannten Probleme durch eine Konstruktion
des in den anhängenden
Ansprüchen
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 Kompressor 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 nach unten geregelt durch ein Gegendruckregelventil,
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
an das Hochtemperatur-Fluid abgeführt, 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 Kugeln oder Walzen ist in der Trennwand 9 befestigt,
und ein ähnliches
Hilfslager 8 ist in 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 6 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 Lager 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
ortsfeste 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 nahe
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 ra gen. Als Ergebnis
greifen die Spiralblätter 27 der
ortsfesten 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 wird 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 kompensiert. 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 ortsfesten 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 zwischen der umlaufenden Spirale 20 und der ortsfesten 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 Unterschied zwischen dem Gegendruck der umlaufen den 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 gesenkt 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 einer Wärmepumpe
dar, wie in 2 dargestellt. In 2 bezeichnet
die Bezugsziffer 43 einen Kältemittel/WasserWärmetauscher.
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. Dabei 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. Eine mögliche
Anwendung ist ein Wasserheizsystem einer Wärmepumpe.
-
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
eines Wasserheizsystems einer Wärmepumpe
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.