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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor mit den
Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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Unterschiedliche
Kompressoren werden weit verbreitet für Klimaanlagen für den Haus-
und Fahrzeuggebrauch angewendet. In den vergangenen Jahren wurde
ein Kompressor zum Gebrauch in einem Brennstoffzellensystem entwickelt,
um eine Elektrode einer Brennstoffzelle der Wasserstoff-Sauerstoff-Bauart mit verdichtetem
Gas (Wasserstoff, Sauerstoff oder Luft) zu versorgen, um Umweltprobleme
zu verringern. Als ein typisches Beispiel eines solchen Kompressors
wurde ein Spiralkompressor vorgeschlagen, der kompakt und äußerst wirkungsvoll
ist. Der Spiralkompressor ist normalerweise aus einem feststehenden
Spiralelement, einem beweglichen Spiralelement und einem Antriebsmotor
aufgebaut. Das feststehende Spiralelement ist an einem Gehäuse befestigt.
Das bewegliche Spiralelement ist so angeordnet, dass es dem feststehenden
Spiralelement gegenüber
ist. Der Antriebsmotor treibt das bewegliche Spiralelement an. Ein
Verdichtungsbereich ist zwischen dem feststehenden Spiralelement und
dem beweglichen Spiralelement definiert. In dem Verdichtungsbereich
befindliches Gas wird von einem an dem äußeren Umfang des feststehenden Spiralelements
ausgebildeten Einlass in Richtung eines an dem Zentrum des feststehenden
Spiralelements ausgebildeten Auslasses durch Kreisen des beweglichen
Spiralelements um die Achse des feststehenden Spiralelements herum
bewegt, wodurch das Volumen des Verdichtungsbereichs verringert wird.
Somit wird das Gas in den Verdichtungsbereich hinein eingeführt, darin
verdichtet und davon wiederholt ausgelassen.
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Von
jeglicher Art von Kompressoren wird gefordert, dass sie nicht nur
kompakt und leichtgewichtig sind, sondern auch effektiv eine ausreichende Menge
verdichteten Fluids liefern. Daher ist es erforderlich, dass der
Antriebsmotor den Kompressor unter hoher Last und hoher Drehzahl
antreiben kann. Wenn der Antriebsmotor unter solchen Bedingungen arbeitet,
wird eine große
Menge von Wärme
wie z.B. Joulesche Wärme
erzeugt. Die Wärme
kann den Antriebsmotor schädigen,
wodurch die Lebenszeit des Antriebsmotors verringert wird. Aus diesem
Grund ist eine wirkungsvolle Abstrahlung der Wärme erforderlich. Wenn die
Innenseite des Antriebsmotors zu seiner Außenseite geöffnet ist, kann die Innenseite
des Antriebsmotors durch Luft gekühlt werden. Unter im Wesentlichen
luftdichten Bedingungen der Innenseite des Antriebsmotors ist es
jedoch erforderlich, dass der Antriebsmotor mittels eines Kühlmittels
gekühlt wird.
Daher ist normalerweise ein Wassermantel am äußeren Umfang eines Motorgehäuses angeordnet, um
so den Antriebsmotor zu umgeben, wodurch der Antriebsmotor mit Wasser
gekühlt
wird.
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Ein
Kompressor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch
1 ist bekannt durch Dokument JP 5-41380 U Bei diesem bekannten Kompressor
ist das Bauteil, das zusammen mit dem Motorgehäuse den Kühlmantel begrenzt, als ringförmig um
das Motorgehäuse
herumgebogene, dünne Platte
ausgebildet. Die einander zugewandten Ränder der ringförmig gebogenen
Platte sind mittels eines Verbindungselementes miteinander verbunden. Ferner
befindet sich im Bereich dieser Ränder eine Dichtung. Aufgrund
der Notwendigkeit, die Ränder der
ringförmigen
Platte mittels des Verbindungselementes verbinden zu müssen und
diesen Verbindungsbereich mittels der Dichtung abdichten zu müssen, ist
der konstruktive Aufwand vergleichsweise hoch.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Kompressor
dahingehend weiterzubilden, dass er konstruktiv vereinfacht ist. Ferner
soll möglichst
dafür gesorgt
werden, dass der Kompressor geräusch-
und vibrationsarm arbeitet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den
Kompressor gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Bauteil als äußerer Zylinder
ausgebildet ist, der an seinem einen Ende eine Mehrzahl von Flanschen
aufweist, und dass der äußere Zylinder
mittels der Flansche und einer Mehrzahl von Bolzen direkt am Zentralgehäuse und
dadurch indirekt am Motorgehäuse
befestigt ist.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Ausbildung
können
das Verbindungselement und die Dichtung entfallen, die bei dem bekannten
Kompressor zum Verbinden der Ränder
des ringförmigen
Bauteils und zum Abdichten erforderlich sind. Ferner hat sich gezeigt,
dass die starre Befestigung des äußeren Zylinders
mittels mehrerer Bolzen am Zentralgehäuse den Schwingungs- und Geräuschpegel
beträchtlich verringert.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung kann zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten
unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsbeispiele
zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, in
welchen:
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1 eine
Querschnittsansicht zeigt, die einen Spiralkompressor für Luft zum
Gebrauch in einem Brennstoffzellensystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 eine
Perspektivansicht zeigt, die einen äußeren Zylinder gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 eine
schematische Darstellung zeigt, die Messpunkte zum Messen von Vibration
des Kompressors veranschaulicht;
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4A eine
Darstellung eines Vibrationsmodus des Kompressors an den Messpunkten
in dem Fall ist, in dem der äußere Zylinder
durch einen Bolzen befestigt ist;
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4B eine
Darstellung eines Vibrationsmodus des Kompressors an den Messpunkten
in dem Fall zeigt, in dem der äußere Zylinder
mit vier Bolzen befestigt ist;
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5 eine
schematische Ansicht zeigt, die Messpunkte zum Messen von Vibration
einer Antriebsmotoreinheit veranschaulicht;
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6A eine
Darstellung eines Vibrationsmodus der Antriebsmotoreinheit an Messpunkten
in dem Fall zeigt, in dem der äußere Zylinder
mit einem Bolzen befestigt ist;
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6B ebenso
eine Darstellung eines Vibrationsmodus der Antriebsmotoreinheit
an Messpunkten in dem Fall zeigt, in dem der äußere Zylinder mit einem Bolzen
befestigt ist;
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7A eine
Darstellung eines Vibrationsmodus der Antriebsmotoreinheit an Messpunkten
in dem Fall zeigt, in dem der äußere Zylinder
durch vier Bolzen befestigt ist;
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7B eine
Darstellung eines Vibrationsmodus der Antriebsmotoreinheit an Messpunkten
in dem Fall zeigt, in dem der äußere Zylinder
durch vier Bolzen befestigt ist;
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8A eine
Darstellung zeigt, die einen Geräuschpegel
eines Testkompressors über
der Frequenz in dem Fall veranschaulicht, in dem der äußere Zylinder
mit einem Bolzen befestigt ist; und
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8B eine
Darstellung zeigt, die einen Geräuschpegel
eines Testkompressors über
der Frequenz in dem Fall veranschaulicht, in dem der äußere Zylinder
durch vier Bolzen befestigt ist.
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Ein
Kompressor gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
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Zunächst wird
der gesamte Aufbau des Kompressors beschrieben. Eine Querschnittsansicht
eines Spiralkompressors 100 für Luft (im Weiteren als Kompressor 100 bezeichnet)
zum Gebrauch in einem Brennstoffzellensystem gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt.
In der Zeichnung ist die linke Seite des Kompressors 100 die
Vorderseite und die rechte Seite des Kompressors 100 ist
die Rückseite. Der
Kompressor 100 ist hauptsächlich aus einer Verdichtungseinheit,
einer Kurbeleinheit und einer Antriebsmotoreinheit aufgebaut. Die
Verdichtungseinheit, die Kurbeleinheit und die Antriebsmotoreinheit werden
jeweils wie folgt erklärt.
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Die
Verdichtungseinheit ist aus einem feststehenden Spiralelement 110 und
einem beweglichen Spiralelement 120 aufgebaut. Das feststehende Spiralelement 110 hat
eine scheibenförmige
feststehende Spiralgrundplatte 110a, eine feststehende
Spiralwand 110b, die sich von der feststehenden Spiralgrundplatte 110a erstreckt
und eine äußere Umfangswand 110c,
die die feststehende Spiralwand 110b umgibt. Die feststehende
Spiralgrundplatte 110a und die äußere Umfangswand 110c bilden
ein Verdichtungsgehäuse 115.
An dem Zentrum der feststehenden Spiralgrundplatte 110a ist
eine Auslassöffnung 111 ausgebildet,
die mit einer Sauerstoffelektrode einer Brennstoffzelle verbunden
ist.
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Ein
Wassermantel 112, der eine Kühleinrichtung bildet, ist an
der feststehenden Spiralgrundplatte 110a durch einen Bolzen
(nicht dargestellt) befestigt, so dass er die Auslassöffnung 111 umgibt.
Der Wassermantel 112 hat eine Kühlrippe in seinem Inneren und
begrenzt einen Kühlkanal,
durch den Kühlwasser
strömt.
Das Kühlwasser
zirkuliert zwischen dem Wassermantel 112, einer externen
Wasserpumpe und einem Radiator durch einen Einlass und einen Auslass
des Wassermantels 112.
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Das
bewegliche Spiralelement 120 umfasst eine scheibenförmige bewegliche
Spiralgrundplatte 120a und eine bewegliche Spiralwand 120b,
die sich von der beweglichen Spiralgrundplatte 120a erstreckt.
An dem Zentrum der beweglichen Spiralgrundplatte 120a ist
ein zylindrischer Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 120c ausgebildet,
der einen Boden hat. An der äußeren Umfangsseite
des Kurbelwellenaufnahmeabschnitts 120c sind drei weitere
zylindrische Kurbelwellenaufnahmeabschnitte 120d bei gleichen
Intervallen ausgebildet, die jeweils einen Boden haben.
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In
der Stirnseite der feststehenden Spiralwand 110b ist eine
Nut 110e ausgebildet. In der Nut 110e sitzt eine
Kopfdichtung 113. Auf ähnliche
Weise ist in der Stirnseite der beweglichen Spiralwand 120b eine
Nut 120e ausgebildet. In der Nut 120e sitzt eine Kopfdichtung 123.
Die Kopfdichtung 113 des feststehenden Spiralelements 110 gleitet
relativ zu der inneren Fläche 120h der
beweglichen Spiralgrundplatte 120a, während die Spitzendichtung 123 des
beweglichen Spiralelements 120 relativ zu der inneren Fläche 110h der
feststehenden Spiralgrundplatte 110a gleitet. Dadurch ist
Gasdichtheit in einem zwischen dem feststehenden Spiralelement 110 und
dem beweglichen Spiralelement 120 definierten Verdichtungsbereich
C sichergestellt.
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Die
Kurbeleinheit ist aus einem Kurbelantriebsmechanismus 140 und
einem angetriebenen Kurbelmechanismus 150 aufgebaut. Der
Kurbelantriebsmechanismus 140 lässt das bewegliche Spiralelement 120 kreisen.
Der angetriebene Kurbelmechanismus 150 verhindert, dass
sich das bewegliche Spiralelement 120 um eine Achse des
beweglichen Spiralelements 120 herum dreht. Der Kurbelantriebsmechanismus 140 ist
aus dem Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 120c, einem Kurbelzapfen 131a einer Antriebskurbelwelle 131 und
einem Kugellager 137 für
den Kurbelzapfen 131a aufgebaut. Der Kurbelzapfen 131a ist
durch das Kugellager 137 drehbar gelagert, das in dem Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 120c untergebracht
ist und in dem Schmierfett eingeschlossen ist.
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Der
angetriebene Kurbelmechanismus 150 ist aus dem Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 120d, einem
Kurbelzapfen 151a, einer angetriebenen Kurbelwelle 151 und
einem Radialkugellager für
den Kurbelzapfen 151a aufgebaut. Der Kurbelzapfen 151a ist
durch das Radialkugellager 153 drehbar gelagert, das in
dem Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 120d untergebracht ist
und in dem Schmierfett eingeschlossen ist. Zusätzlich ist die Antriebskurbelwelle 131 an
der Vorderseite durch ein Radialkugellager 138 drehbar
gestützt,
in dem Schmierfett eingeschlossen ist. Die angetriebene Kurbelwelle 151 ist an
der Rückseite
durch ein Radialkugellager 152 drehbar gestützt, in
dem Schmierfett eingeschlossen ist.
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Während das
bewegliche Spiralelement kreist, tritt ein Trägheitsmoment auf. Um dieses
Moment zu kompensieren, ist ein Ausgleichsgewicht 154 an
einer Flanschfläche 131f befestigt,
die an einem Hauptwellenabschnitt 131b der Antriebskurbelwelle 131 über vier
Bolzen befestigt ist.
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Ein
Ausgleichsgewicht 151b ist an der angetriebenen Kurbelwelle 151 ausgebildet.
Dadurch werden durch die Kreisbewegung des beweglichen Spiralelements 120 verursachte
Vibrationen verringert. Die Kurbeleinheit ist in einem Zentralgehäuse 170 untergebracht.
Das Zentralgehäuse 170 ist über eine Vielzahl
von Bolzen (die nicht dargestellt sind) fest an dem Verdichtungsgehäuse 115 befestigt.
Dadurch sind das Zentralgehäuse 170 und
das Verdichtungsgehäuse 115 fest
vereinigt.
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Die
Kurbeleinheit und die Antriebsmotoreinheit werden durch einen Stützrahmen 171 getrennt, der
sich an der Rückseite
des Zentralgehäuses 170 befindet.
Die Kugellager 138 und 152 sind in den Stützrahmen 171 gepasst.
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Die
Antriebsmotoreinheit ist aus einem Antriebsmotor 130 und
einem im Wesentlichen zylindrischen Motorgehäuse 190 aufgebaut,
das einen Boden hat. Das Motorgehäuse 190 umgibt den
Antriebsmotor 130, wodurch es den Antriebsmotor 130 aufnimmt.
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Der
Antriebsmotor 130 ist aus einer Antriebswelle 131c,
einem Rotor 133 und einem Stator 134 aufgebaut.
Die Antriebswelle 131c erstreckt sich entlang der Mittelachse
des Antriebsmotors 130. Der Rotor 133 sitzt auf
der Antriebswelle 131c. Der Stator 134 ist an
der äußeren Umfangsseite
des Rotors 134 angeordnet und ist mit einer Spule 135 umwickelt. Der
Antriebsmotor 130 ist demzufolge ein Induktionsmotor. Die
Drehzahl des Antriebsmotors 130 kann durch einen Umwandler
(der nicht dargestellt ist) gesteuert werden.
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An
der Antriebswelle 131c sind ein Ausgleichsgewicht 132a und 132b an
der vorderen bzw. hinteren Seite des Rotors 133 montiert.
Dadurch wird ein auf die Antriebskurbelwelle 131 aufgebrachtes Trägheitsmoment
entlang einer Achse der Antriebskurbelwelle 131, das die
Achse der Antriebskurbelwelle 131 auslenken würde, ausgeglichen.
In dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden die Antriebswelle 131c des
Antriebsmotors 130, der Hauptwellenabschnitt 131b der
Antriebskurbelwelle 131 und der Kurbelzapfen 131a einstückig die Antriebskurbelwelle 131.
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Die
Antriebswelle 131c der Antriebskurbelwelle 131 ist
durch ein Kugellager 139 an der Mitte des Bodens des Motorgehäuses 190 bzw.
an der Mitte des hinteren Endes des Motorgehäuses 190 drehbar gelagert.
Zusätzlich
ist zwischen der Antriebswelle 131c und der Mitte des Bodens
des Motorgehäuses 190 eine
Dichtung 136 angeordnet. Das Motorgehäuse 190 ist durch
eine Vielzahl von Bolzen an der Innenseite des vorderen Endes an
dem Zentralgehäuse 170 fest
angebracht. Dadurch sind das Motorgehäuse 190 und das Zentralgehäuse 170 zu
einer starren Einheit verbunden.
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Wenn
zu dem Antriebsmotor 130 Strom zugeführt wird, dreht sich die Antriebskurbelwelle 131. Dadurch
lässt die Antriebskurbelwelle 131 das
bewegliche Spiralelement 120 mittels des Antriebskurbelmechanismus 150 kreisen.
Zu diesem Zeitpunkt wird Luft in den zwischen dem feststehenden
Spiralelement 110 und dem beweglichen Spiralelement 120 definierten
Verdichtungsbereich C durch einen Einlass (der nicht dargestellt
ist) eingeführt.
Während der
Kreisbewegung des beweglichen Spiralelements 120 wird die
eingeführte
Luft in dem Verdichtungsbereich C verdichtet und wird sie durch
die Auslassöffnung 111 ausgelassen.
Somit kann die verdichtete Luft zu einer Sauerstoffelektrode der
Brennstoffzelle zugeführt
werden.
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Im
Wesentlichen an der Mitte des äußeren Umfangs
des Motorgehäuses 190 ist
eine ringförmige
Vertiefung 191 ausgebildet. In der ringförmigen Vertiefung 191 sind
eine Vielzahl von unterbrochenen Rippen 192 ausgebildet.
An der äußeren Umfangsfläche sind
vor und hinter der ringförmigen
Vertiefung 191 ringförmige
Nuten 193 und 194 ausgebildet, in denen O-Ringe 163 bzw. 164 sitzen.
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An
der äußeren Umfangsseite
des Motorgehäuses 190 ist
ein äußerer Zylinder 200 montiert,
der in 2 gezeigt ist. Der Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des äußeren Zylinders 200 und
der äußeren Umfangsfläche des
Motorgehäuses 190 wird
durch die O-Ringe 163 und 164 gedichtet, um so Fluiddichtheit
zu bewirken. Somit bilden die ringförmige Vertiefung 191 des
Motorgehäuses 190 und
der äußere Zylinder 200,
der die ringförmige
Vertiefung 191 schließt
und abdeckt, einen Wassermantel 210 (oder einen Kühlmantel),
der mit einem fluiddichten Kühlkanal 211 (oder
einen Kühlmitteldurchlass)
versehen ist. Kühlwasser
strömt
durch einen Einlass 202 hindurch, der von dem äußeren Zylinder 200 hervorsteht
in den Wassermantel 210 hinein. Das Kühlwasser fließt durch
den Raum zwischen den Rippen 192 in dem Kühlkanal 211 hindurch
und strömt
dann durch einen Auslass (der nicht dargestellt ist) nach ausserhalb
des Motorgehäuses 190.
Somit wird der Antriebsmotor 130 wirkungsvoll durch den
Wassermantel 210 gekühlt.
In dem vorliegenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel stehen der Wassermantel 112,
der an den Spiralelementen vorgesehen ist, und der Wassermantel 210 durch
einen (nicht gezeigten) Kanal in Verbindung. Dadurch bilden die
Wassermäntel
ein Kühlsystem.
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In
dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel stehen bei gleichen
Abständen
in Umfangsrichtung neun Flansche 201 von der Umfangsfläche des äußeren Zylinders 200 in
Radialrichtung vor. Auf gleiche Weise stehen bei gleichen Abständen in
Umfangsrichtung neun Flansche 173 von der Umfangsfläche an der
Rückseite
des Zentralgehäuses 170 in
Radialrichtung vor. Die neun Flansche 201 und die neun
Flansche 173 sind jeweils miteinander über neun Bolzen 220 verbunden.
Somit sind der äußere Zylinder 200 und
das Zentralgehäuse 170 fest einander
angebracht. Dadurch sind der äußere Zylinder 200 und
das Zentralgehäuse 170 vereinigt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, sind das Zentralgehäuse 170 und
das Motorgehäuse 190 vereinigt.
Als Ergebnis ist der äußere Zylinder 200 an
dem Motorgehäuse 190 über das
Zentralgehäuse 170 und
somit indirekt unter Bildung einer stabilen Einheit befestigt.
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Im
Folgenden werden mit Bezug auf 3 bis 8 Messungen erläutert, die sich auf die Art der
Montage des äußeren Zylinders
an dem Motorgehäuse
und Vibration und Lärm
des Kompressors 100 beziehen. Zu beachten ist, dass in
dem vorstehenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel der äußere Zylinder 200 und
das Zentralgehäuse 170 durch neun
Bolzen 220 an neun Punkten aneinander befestigt sind. Bei
dem Testkompressor, auf den sich die folgenden Erläuterungen
beziehen, sind jedoch der äußere Zylinder 200 und
das Zentralgehäuse 170 durch
einen Bolzen an einem Punkt oder durch vier Bolzen an vier Punkten
bei gleichen Abständen
befestigt.
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(1-1) Erste Vibrationsanalyse
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Wie
dies in 3 gezeigt ist, werden Beschleunigungsaufnehmer
an Messpunkten 1 bis 6 in Richtung einer Achse
des Testkompressors aufgebracht. Unter einem vorbestimmten Betriebszustand, in
dem der Testkompressor bei 5000 upm (Umdrehungen pro Minute) betrieben
wird und der Auslassdruck Pd und der Ansaugdruck Ps 0,13 MPa (Überdruck)
bzw. 0 MPa sind, wird ein Vibrationsmodus gemessen und ausgewertet.
In dem Fall, dass der äußere Zylinder 200 und
das Zentralgehäuse 170 durch einen
Bolzen befestigt sind, ist eine Beschleunigungsänderung (oder Amplitudenänderung)
der neunten Drehkomponente in 4A gezeigt.
Auf eine ähnliche
Weise ist in dem Fall, dass der äußere Zylinder 200 und
das Zentralgehäuse 170 durch
vier Bolzen befestigt sind, eine Beschleunigungsänderung (oder Amplitudenänderung)
der neunten Drehkomponente in 4B gezeigt.
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Man
beachte, dass in 4A und 4B die
Messergebnisse, die durch dieselbe Linie verbunden sind, Ergebnisse
einer Messung zum gleichen Zeitpunkt (oder in der gleichen Phase)
an den jeweiligen Messpunkten anzeigen. In 4A und 4B gibt
es eine Vielzahl von Linien, die die Messergebnisse verbinden. Dies
liegt daran, dass eine Vielzahl von gleichzeitigen Messergebnissen überlagert
dargestellt sind. Auf eine ähnliche
Weise gilt dies ebenso für
die 6A, 6B, 7A und 7B.
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Wenn
die Anzahl von befestigten Bolzen erhöht ist, ist die Vibration des
Antriebsmotors 130 markant verringert, wie dies in 4A und 4B gezeigt
ist. Dadurch ist die Vibration des Testkompressors als Ganzes verringert.
Wenn vier Bolzen bei dem Testkompressor vorgesehen sind, wird bestätigt, dass
der Testkompressor vibriert, als würde ein steifer Körper vibrieren.
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(1-2) Zweite Vibrationsanalyse
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Wie
dies in 5 gezeigt ist, werden drei Beschleunigungsaufnehmer
an der Oberseite und der Unterseite der Antriebsmotoreinheit an
entsprechenden Seiten an Messpunkten 1 bis 6 angebracht.
Unter einem vorbestimmten Betriebszustand, in dem der Kompressor
bei 5000 upm betrieben wird und der Auslassdruck Pd und der Ansaugdruck
Ps 0,13 MPa bzw. 0 MPa sind, wird ein Vibrationsmodus gemessen und
ausgewertet. In dem Fall, in dem der äußere Zylinder und das Zentralgehäuse durch
einen Bolzen befestigt sind, ist eine Beschleunigungsänderung (oder
Amplitudenänderung)
der neunten Drehkomponente in 6A und 6B gezeigt.
Auf eine ähnliche
Weise ist in dem Fall, in dem der äußere Zylinder und das Zentralgehäuse durch
vier Bolzen befestigt sind, eine Beschleunigungsänderung (oder Amplitudenänderung)
der neunten Rotationskomponente in 7A und 7B gezeigt.
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Die
Darstellung in 6A, 6B, 7A und 7B bestätigt, dass
die Vibration des Antriebsmotors im wesentlichen isotrop markant
reduziert wird, wenn die Anzahl von befestigten Bolzen erhöht wird.
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(2) Lärmanalyse
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In
dem Fall, in dem der äußere Zylinder
und das Zentralgehäuse
durch einen Bolzen bzw. durch vier Bolzen befestigt sind, wird unter
einem vorbestimmten Betriebszustand, in dem der Testkompressor bei
5000 upm betrieben wird und der Auslassdruck Pd und der Ansaugdruck
Ps 0,13 MPa bzw. 0 MPa sind, der Geräuschpegel gemessen. In 8A und 8B sind
die jeweiligen Ergebnisse gezeigt.
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Aus 8A und 8B ist
erkennbar, dass der Geräuschpegel
der achten Komponente bis zur zehnten Komponente in der Eigenfrequenzumgebung
beträchtlich
abnimmt, wenn die Anzahl von zu dem äußeren Zylinder befestigten
Bolzen zunimmt. In dem vorliegenden Versuch nehmen zum Beispiel der
Lärm der
achten Komponente, der neunten Komponente und der zehnten Komponente
jeweils um 6,4 dB 6,1 dB und 4,9 dB ab.
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Wie
dies vorstehend beschrieben wurde, ist es offensichtlich, Vibration
und Lärm,
die in dem Kompressor entstehen, merklich verringert werden können, wenn
die Vielzahl von Bolzen zum Befestigen des äußeren Zylinders verwendet wird.
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Gemäß dem vorstehend
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, kann der Kühlmantel zum Kühlen des
Antriebsmotors des Kompressors einfach aufgebaut sein. Zusätzlich können Vibration
und Lärm
des Kompressors verringert und verhindert werden.
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In
dem vorstehenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Bolzen 220 so
angeordnet, dass sie sich in der Axialrichtung erstrecken. Die Bolzen
können
jedoch auch so angeordnet sein, dass sie sich in der Radialrichtung
erstrecken. Wenn die Bolzen in der Axialrichtung parallel zueinander
angeordnet sind, wird der äußere Zylinder
einfach über
die Bolzen durch Flansche, die in der Radialrichtung hervorstehen,
befestigt.
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In
dem vorstehend bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden neun Bolzen verwendet. Bei dem Testkompressor sind der äußere Zylinder
und das Motorgehäuse
durch einen Bolzen und durch vier Bolzen befestigt. Es ist jedoch
in Betracht zu ziehen, dass die Vibration und der Lärm weiter
verringert werden können,
wenn die Anzahl von Bolzen, die an dem äußeren Zylinder und dem Motorgehäuse befestigt
sind, größer wird.
In dem vorstehend bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zumindest
zwei Bolzen erforderlich. Weiter bevorzugt ist der äußere Zylinder
an der Oberseite, der Unterseite, der rechten Seite und der linken
Seite durch vier Bolzen befestigt. Wenn zusätzlich fünf bis neun Bolzen um den äußeren Zylinder
herum bei gleichen Abständen
angeordnet sind, ist der äußere Zylinder
relativ fest befestigt. Überschüssige Bolzen
sind nicht zu bevorzugen, weil dadurch die Anzahl von Teilen und
Zeitaufwand und Ablauf zum Installieren der Teile ansteigt.
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Der
Kühlkanal
in dem Kühlmantel
kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. In dem vorstehenden
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Kühlkanal
durch Schließen
einer an der äußeren Umfangsseite
des Motorgehäuses
ausgebildeten Vertiefung mit dem äußeren Zylinder ausgebildet.
Eine solche Vertiefung kann an der inneren Umfangsseite des äußeren Zylinders
ausgebildet sein. Weiterhin kann eine solche Vertiefung an der inneren
Umfangsseite des äußeren Zylinders
und der äußeren Umfangsseite
des Motorgehäuses
ausgebildet sein. Tatsächlich
wird der Kühlkanal
einfach ausgebildet, wenn die Vertiefung an der äußeren Umfangsseite des Motorgehäuses ausgebildet
ist. Weiter bevorzugt können
Kühlrippen
und eine Vertiefung an der äußeren Umfangsseite
des Motorgehäuses
ausgebildet sein, um Wärmeübertragung
zwischen dem Motorgehäuse
und dem Kühlmittel
zu verbessern. Dadurch wird der Kontaktbereich zwischen dem Motorgehäuse und
dem Kühlmittel
vergrößert.
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Was
das Kühlmittel
in dem Kühlkanal
betrifft, wird in Hinsicht auf seine Kühlleistung und seine Handhabbarkeit, im
Allgemeinen Wasser verwendet. Wenn als Kühlmittel Wasser verwendet wird,
ist der Kühlkanal
ein Wasserkanal und ist der Kühlmantel ein
Wassermantel. Das Kühlmittel
ist jedoch nicht auf Wasser beschränkt. Öl, Gas, wie z.B. Luft, Sauerstoff und
Wasserstoff, und Kraftstoff, wie z.B. Benzin und Leichtöl können verwendet
werden.
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In
dem vorstehenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Spiralkompressor
als ein Beispiel verwendet. Das liegt daran, dass der Spiralkompressor
nicht nur kompakt und wirkungsvoll zum Verdichten von Fluid ist,
sondern auch geringere Vibration und Lärmerzeugung hat. Andere Arten
von Kompressoren erzeugen jedoch ebenso ähnliche Vibration und Lärm, solange
der Kompressor einen Verdichtungskreislauf von Ansaugen, Verdichten
und Auslassen hat. Zum Beispiel kann ein Schraubenkompressor (oder
ein Lysholm-Kompressor) und ein Kolbenkompressor anstelle des Spiralkompressors
verwendet werden.
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Der
beschriebene Spiralkompressor ist zum Gebrauch in einem Brennstoffzellensystem
geeignet und verringert Vibration und Lärm wirkungsvoll. Was das Brennstoffzellensystem
angeht, kann als dessen Brennstoffzelle z.B. eine Alkaliwasserlösungsart, eine
feste Makromolekülart,
eine Phosphorsäureart, eine
geschmolzene Karbonatart oder eine feste Elektrolytart verwendet
werden.
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In
dem vorstehenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Luft als
zu verdichtendes Fluid verwendet. Das Fluid ist jedoch nicht auf
Gas begrenzt und kann ein Fluid, das eine Flüssigkeit umfasst, sein.