DE10335637B4 - Spiralverdichter - Google Patents

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Abstract

Spiralverdichter mit einem feststehenden Spiralelement 11, einem orbitierenden Spiralelement (12), einem Antriebskurbeltrieb (14) und einer Vielzahl von angetriebenen Kurbeltrieben (15), wobei das feststehende Spiralelement (11) eine feststehende Spiralgrundplatte (11a) und eine sich von der feststehenden Spiralgrundplatte (11a) erstreckende feststehende Spiralwand (12a) hat, wobei das orbitierende Spiralelement eine orbitierende Spiralgrundplatte (12a) und eine orbitierende Spiralwand (12b) hat, die sich von der orbitierenden Spiralgrundplatte (12a) erstreckt, wobei die orbitierende Spiralwand (12b) und die feststehende Spiralwand (11b) miteinander in Eingriff sind, so dass ein Verdichtungsbereich zwischen dem orbitierenden Spiralelement und dem feststehenden Spiralelement gebildet wird, wobei der Antriebskurbeltrieb (14) im Wesentlichen in der Mitte der orbitierenden Spiralgrundplatte angeordnet ist, um das orbitierende Spiralelement relativ zu dem feststehenden Spiralelement kreisen zu lassen, um Fluid in dem Verdichtungsbereich zu verdichten, wobei sich die angetriebenen Kurbeltriebe (15) ringförmig an einer hinteren Fläche der orbitierenden Spiralgrundplatte (12b) befinden, wobei jeder angetriebene Kurbeltrieb (15) eine angetriebenen Kurbelwellenaufnahme...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spiralverdichter, der verdichtetes Gas zu einer Elektrode einer Brennstoffzelle zuführt.
  • Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11-257259 offenbart einen solchen Spiralverdichter. Der Spiralverdichter hat ein orbitierendes Spiralelement, ein feststehendes Spiralelement, einen Einlass und einen Auslass. Das orbitierende Spiralelement hat eine orbitierende Spiralgrundplatte und eine orbitierende Spiralspiralwand, die sich von der orbitierenden Spiralgrundplatte erstreckt. Das feststehende Spiralelement hat eine feststehende Spiralgrundplatte und eine feststehende Spiralspiralwand, die sich von der feststehenden Spiralgrundplatte erstreckt. Die orbitierende Spiralspiralwand und die feststehende Spiralspiralwand sind miteinander in Eingriff, so dass sie einen Verdichtungsbereich zwischen dem orbitierenden Spiralelement und dem feststehenden Spiralelement bilden. Der Einlass ist an der Seite der feststehenden Spiralspiralwand ausgebildet; die eine Außenseite der orbitierenden Spiralspiralwand ist, und der Auslass ist in der Mitte der feststehenden Spiralgrundplatte durch diese hindurch ausgebildet. Wenn die Temperatur in dem Verdichtungsbereich relativ hoch wird, dehnen sich die orbitierende Spiralspiralwand und die feststehende Spiralspiralwand jeweils als Ganzes in Radialrichtungen der orbitierenden Spiralgrundplatte und der feststehenden Spiralgrundplatte aus. Einerseits wird, da in dem Spiralverdichter die Außenumfangsseite der feststehenden Spiralspiralwand, die sich in der Nähe des Einlasses befindet, durch das Einlassgas direkt gekühlt wird, die feststehende Spiralspiralwand an sich teilweise bei einer relativ geringen Temperatur beibehalten. Andererseits wird die orbitierende Spiralspiralwand an sich, die sich innerhalb der feststehenden Spiralspiralwand befindet, durch die Verdichtungswärme bei einer relativ hohen Temperatur beibehalten.
  • Daher wird ein Verformungsbetrag der orbitierenden Spiralspiralwand größer als jener der feststehenden Spiralspiralwand. Aus diesem Grund ist es mit großer Wahrscheinlichkeit zu erwarten, dass eine Außenumfangswand der orbitierenden Spiralspiralwand in Kontakt mit einer Innenumfangswand der feststehenden Spiralspiralwand kommt.
  • Um den Kontakt zwischen der orbitierenden Spiralspiralwand und der feststehenden Spiralspiralwand zu verhindern, indem das Teildifferential der thermischen Ausdehnung aus dem Stand der Technik vermieden wird, wird die Dicke zumindest einer aus der orbitierenden Spiralspiralwand und der sich nahe des Einlasses befindenden feststehenden Spiralspiralwand verringert.
  • Ferner hat bei dem bekannten Spiralverdichter gemäß der JP 11-257259, der das verdichtete Gas zu der Elektrode der Brennstoffzelle zuführt, die orbitierende Spiralgrundplatte einen relativ großen Durchmesser. Zudem befindet sich eine Vielzahl von angetriebenen Kurbelwellenaufnahmen mit einem Boden, der eine relativ große Dicke hat, an der hinteren Fläche der orbitierenden Spiralgrundplatte. Ein Teil der orbitierenden Spiralgrundplatte, an dem sich die angetriebenen Kurbelwellenaufnahmeabschnitte befinden, hat eine größere Steifigkeit als ein Teil der orbitierenden Spiralgrundplatte, an dem sich die angetriebenen Kurbelwellenaufnahmeabschnitte nicht befinden.
  • In dem Teil der orbitierenden Spiralgrundplatte, der eine relativ große Steifigkeit hat, ist die Verformung des Teils der orbitierenden Spiralgrundplatte, die durch die thermische Ausdehnung verursacht wird, eingeschränkt. Mit anderen Worten ist in dem Teil der orbitierenden Spiralgrundplatte, an dem sich der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt befindet, die Verformung des Teils der orbitierenden Spiralspiralwand eingeschränkt. Im Gegensatz dazu wird die Verformung des Teils der orbitierenden Spiralspiralwand, an dem sich die angetriebenen Kurbelwellenaufnahmeabschnitte nicht befinden, erleichtert, da die Verformung des Teils der orbitierenden Spiralgrundplatte, an dem sich der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt befindet, eingeschränkt ist. Aus diesem Grund ist es höchst wahrscheinlich, dass in dem Teil der orbitierenden Spiralgrundplatte, in dem sich der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt nicht befindet, die Außenumfangswand der orbitierenden Spiralspiralwand in mit der Innenumfangswand der feststehenden Spiralspiralwand festen Kontakt kommt. In diesem Fall befindet sich der Teil, in dem die orbitierende Spiralspiralwand verformt ist, nicht nur in der Nähe des Einlasses, wie dies mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde. Daher ist es auf die Weise, dass die Dicke von zumindest einem der Teile der orbitierenden Spiralspiralwand und der feststehenden Spiralspiralwand, die sich in der Nähe des Einlasses befinden, auf die mit Bezug auf den Stand der Technik beschriebene Art und Weise verringert wird, schwierig zu verhindern, dass die orbitierende Spiralspiralwand und die feststehende Spiralspiralwand miteinander in festen Kontakt kommen. Dadurch hat man es mit einer durch den Kontakt verursachten Verringerung der Lebensdauer, einer Erhöhung des Abriebs und einem Anstieg der Geräuschentwicklung und der Schwingungsentwicklung zu tun.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Spiralverdichter mit einem feststehenden Spiralelement und einem orbitierenden Spiralelement zu schaffen, der einen vibrations- und geräuscharmen Lauf aufweist und insbesondere durch die Verminderung der verdichterinternen Reibung einen hohen Wirkungsgrad bei langer Lebensdauer erzielt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst mit denen weitgehend vermieden wird, dass das feststehende Spiralelement und das orbitierende Spiralelement aufgrund großer Temperaturunterschiede beim Betrieb des Verdichters unerwünscht in Kontakt treten. Auf diese Weise wird die im Verdichter auftretende Reibung minimiert, wodurch zum einen der Lauf des Verdichters hinsichtlich Vibrations- und Geräuschentwicklung profitiert, zum anderen der Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Verdichters verbessert wird.
  • Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden detailliert anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • 1 eine Längsschnittansicht ist, die einen Spiralverdichter für eine Brennstoffzelle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2A eine Draufsicht ist, die ein orbitierendes Spiralelement zum Gebrauch in dem Spiralverdichter gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2B eine teilweise vergrößerte Perspektivansicht ist, die einen Entspannungsteil einer orbitierenden Spiralspiralwand des orbitierenden Spiralelements zum Gebrauch in dem Spiralverdichter gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2C eine teilweise vergrößerte Perspektivansicht ist, die einen Entspannungsteil einer orbitierenden Spiralspiralwand eines orbitierenden Spiralelements zum Gebrauch in einem Spiralverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3A eine Draufsicht ist, die ein feststehendes Spiralelement zum Gebrauch in einem Spiralverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3B eine teilweise vergrößerte Perspektivansicht ist, die einen Entspannungsteil einer feststehenden Spiralspiralwand zum Gebrauch in einem Spiralverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 3C eine teilweise vergrößerte Perspektivansicht ist, die einen Entspannungsteil einer feststehenden Spiralspiralwand zum Gebrauch in einem Spiralverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf 1 ein Spiralverdichter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Spiralverdichter schickt Luft zu einer Sauerstoffelektrode einer Brennstoffzelle. Der Spiralverdichter hat zudem eine Verdichtereinheit, eine Kurbeleinheit und eine Antriebsmotoreinheit. In 1 ist eine linke Seite der Zeichnung vorne und eine rechte Seite davon ist hinten.
  • Unter Bezugnahme auf 1 hat die Verdichtereinheit ein feststehendes Spiralelement 11 und ein orbitierendes Spiralelement 12. Das feststehende Spiralelement 11 hat eine scheibenförmige Spiralgrundplatte 11a, eine feststehende Spiralspiralwand 11b, die sich von der feststehenden Spiralgrundplatte 11a erstreckt, und eine ganz außen befestigte Spiralumfangswand 11c, die die feststehende Spiralspiralwand 11b umgibt. Die feststehende Spiralgrundplatte 11a und die äußere feststehende Spiralumfangswand 11c bilden ein vorderes Gehäuse. Ein Einlass 13a, durch den Luft eingeführt wird, erstreckt sich durch eine Umfangswand des vorderen Gehäuses. Zudem ist ein Auslass 13b im Wesentlichen in der Mitte der feststehenden Spiralgrundplatte 11a ausgebildet und schafft eine Verbindung zu der Sauerstoffelektrode der Brennstoffzelle durch ein Rohr, auch wenn die Sauerstoffelektrode und das Rohr in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 hat das orbitierende Spiralelement 12 zudem eine scheibenförmige orbitierende Spiralgrundplatte 12a und eine orbitierende Spiralspiralwand 12b, die sich von der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a erstreckt. Die feststehende Spiralspiralwand 11b ist mit der orbitierenden Spiralspiralwand 12b in Eingriff, so dass sie einen Verdichtungsbereich 13c zwischen dem feststehenden Spiralelement 11 und dem orbitierenden Spiralelement 12 bilden. Ein zylindrischer Antriebskurbelwellenaufnahmeabschnitt 12c erstreckt sich in der Mitte der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a. Der Antriebskurbelwellenaufnahme 12c hat einen Boden an seiner Vorderseite und nimmt einen Antriebskurbelzapfen 16a einer Antriebswelle 16 auf. An der Außenumfangsseite des Antriebskurbelwellenaufnahmeabschnitts 12c befinden sich drei angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitte 12d, die sich von der hinteren Fläche der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a erstrecken und bei gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a angeordnet sind. Die angetriebenen Kurbelwellenaufnahmeabschnitte 12d haben jeweils einen Boden an ihrer hinteren Fläche. Jeder angetriebene Kurbelwellenabschnitt 12d nimmt einen angetriebenen Kurbelzapfen 15a auf.
  • Die Kurbeleinheit hat einen Antriebskurbeltrieb 14 und einen angetriebenen Kurbeltrieb 15. Der Antriebskurbeltrieb 14 befindet sich im Wesentlichen in der Mitte der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a, um das orbitierende Spiralelement 12 relativ zu dem feststehenden Spiralelement kreisen zu lassen, so dass das Fluid in dem Verdichtungsbereich 13c verdichtet wird. Der angetriebene Kurbeltrieb 15 verhindert, dass sich das orbitierende Spiralelement 12 relativ zu dem orbitierenden Spiralelement 12 an sich dreht. Der Antriebskurbeltrieb 14 hat den Antriebskurbelwellenaufnahmeabschnitt 12c, den Antriebskurbelzapfen 16a und ein Walzenlager 16b, das den Kurbelzapfen 16a zur Drehung stützt.
  • Die Antriebswelle 16 ist zur Drehung an ihrer Vorderseite durch ein radiales Kugellager 16c gestützt, während sie im Wesentlichen in der Mitte eines später beschriebenen hinteren Gehäuses 19 zur Drehung durch ein radiales Kugellager 25 gestützt ist. Zusätzlich ist ein Spalt zwischen der Antriebswelle 16 und einem in der Mitte des hinteren Gehäuses 19 ausgebildetem Durchgangsloch durch eine Abdichtung 26 gedichtet. Während das orbitierende Spiralelement 12 kreist, wird ein Trägheitsmoment erzeugt.
  • Um dieses Moment zu beheben, ist ein Ausgleichgewicht 16d an der Antriebswelle 16 montiert. Dadurch wird eine Schwingung der Antriebswelle 16 beschränkt.
  • Zudem hat der angetriebene Kurbeltrieb 15 den vorstehend erwähnten angetriebenen Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 15d, einen angetriebenen Kurbelzapfen 15b der angetriebenen Kurbelwelle 15a und ein radiales Kugellager 15c, das den angetriebenen Kurbelzapfen 15b zur Drehung stützt. Die angetriebene Kurbelwelle 15a ist zur Drehung durch ein doppelreihiges Kugellager 15d an ihrer Rückseite gestützt.
  • Die Kurbeleinheit ist mit einer später beschriebenen Antriebsmotoreinheit in einem Mittelgehäuse 17 aufgenommen. Ein Stützrahmen 18 ist einstückig mit dem Mittelgehäuse 17 im Wesentlichen in der Mitte des Mittelgehäuses 17 ausgebildet. Der Stützrahmen 18 teilt das Mittelgehäuse 17 in die Kurbeleinheit und die Antriebsmotoreinheit auf. Ferner sind die Kugellager 16c und 15d in den Stützrahmen 18 gepasst.
  • Die Antriebsmotoreinheit hat einen Antriebsmotor 20, der von dem Mittelgehäuse 17, dem hinteren Gehäuse 19 und dem Stützrahmen 18 umgeben ist. Der Antriebsmotor 20 hat die Antriebswelle 16, einen Rotor 21 und einen Stator 22. Die Antriebswelle 16 erstreckt sich durch die Mitte des Antriebsmotors 20. Der Rotor 21 ist um die Antriebswelle 16 herum gepasst. Der Stator 22 befindet sich an der Außenumfangsseite des Rotors 21 und ist von einer Spule 23 umwickelt. Das heißt, der Antriebsmotor 20 ist ein Induktionsmotor. Daher wird die Drehzahl des Antriebsmotors 20 durch einen Inverter gesteuert, der in 1 nicht gezeigt ist. Das hintere Gehäuse 19 und das Mittelgehäuse 17 sind durch eine Vielzahl von Schrauben an dem hinteren Ende des Antriebsmotors 20 angeschraubt. Dadurch ist dazwischen eine Motorkammer definiert. Überdies ist an dem Mittelgehäuse 17 ein Wassermantel 24 ausgebildet, der den Antriebsmotor 20 so abdeckt, dass er dem Stator 22 entspricht. Daher wird der Antriebsmotor 20 durch Kühlwasser gekühlt.
  • Wenn zu dem Antriebsmotor 20 Elektrizität zugeführt wird, dreht sich die Antriebswelle 16. Dadurch lässt die Antriebswelle 16 das orbitierende Spiralelement 12 relativ zu dem feststehenden Spiralelement 11 durch den Antriebskurbeltrieb 14 kreisen. Zu diesem Zeitpunkt wird durch den Einlass 13a Luft oder Fluid in den zwischen dem feststehenden Spiralelement 11 und dem orbitierenden Spiralelement 12 ausgebildeten Verdichtungsbereich 13c eingeführt. Während der Kreisbewegung des orbitierenden Spiralelements 12 wird die eingeführte Luft in dem Verdichtungsbereich 13c auf einen vorbestimmten Druckwert verdichtet und wird durch den Auslass 13b ausgelassen. Somit wird die verdichtete Luft zu der Sauerstoffelektrode der Brennstoffzelle zugeführt.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf 2A und 2B das orbitierende Spiralelement 12 ausführlich beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2A ist eine Draufsicht des orbitierenden Spiralelements 12 aus 1 dargestellt. Zudem ist unter Bezugnahme auf 2B an der orbitierenden Spiralspiralwand 12b des orbitierenden Spiralelements 12 ein Rücksprung 32 ausgebildet. Die Enden des Rücksprungs 32 in einer Umfangsrichtung der orbitierenden Spiralspiralwand 12b haben jeweils eine eckige Gestalt.
  • Während der Spiralverdichter angetrieben wird, steigt die Temperatur und der Druck des Fluids an, wenn das Fluid in dem Verdichtungsbereich 13c in Richtung eines Mittelpunkts O der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a bewegt wird.
  • Daher dehnt sich die orbitierende Spiralspiralwand 12b des orbitierenden Spiralelements 12 in einer radialen Richtung der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a nach außen aus.
  • Wenn unterdessen der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 12d, der sich von der Rückseite der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a erstreckt, relativ dick ist, wird die Steifigkeit an der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a jedoch ungleichmäßig. Das heißt, die Steifigkeit eines Teils der Rückfläche der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a, an der sich der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 12d befindet, wird höher als die Steifigkeit eines Teils der Rückfläche der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a, an dem sich der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt nicht befindet. Wenn die Steifigkeit der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a relativ hoch ist, ist eine Wärmeverformung der orbitierenden Spiralspiralwand 12b beschränkt. Wenn im Gegensatz dazu die Steifigkeit der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a, also anders ausgedrückt in dem Teil der Rückfläche der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a, in dem sich der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 12d nicht befindet, relativ niedrig ist, dann wird ein Wärmeverformungsbetrag der orbitierenden Spiralspiralwand 12b um den begrenzten Wärmeverformungsbetrag des Teils der Rückfläche der orbitierenden Spiralspiralwand 12b, an dem sich der angetriebene Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 12d befindet, erhöht.
  • Nun wird wiederum Bezug auf 2A genommen, in der eine schraffierte Region eine Region der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a anzeigt, in der der Wärmeverformungsbetrag der orbitierenden Spiralspiralwand 12b aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Steifigkeit der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a maximiert ist. Genauer gesagt, ist die schraffierte Region folgendermaßen definiert. Die Segmentlinien (OA, OB, ..., OF) sind von dem Mittelpunkt O der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a gezogen, so dass sie mit dem jeweiligen angetriebenen Kurbelwellenaufnahmeabschnitt 12d in Kontakt kommen und den Außenumfang der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a an einer Rückfläche des orbitierenden Spiralelements 12 schneiden. Eine erste Region (Sektoren OAB, OCD, OEF) ist durch die Liniensegmente und einen Bogen des Außenumfangs der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a zwischen den nebeneinander liegenden angetrieben Kurbelwellenaufnahmeabschnitten 12d definiert. Außerdem sind in dem Sektor OAB der ersten Region die Liniensegmente (OA', OB') von dem Mittelpunkt O der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a in einer Radialrichtung der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a gezogen, um so im Wesentlichen den Sektor OAB in drei gleiche Teile (Sektoren OAA', OA'B', OB'B) zu teilen. In diesem Fall sind ein Winkel von AOA', ein Winkel von A'OB' und ein Winkel von B'OB gleich zueinander. In den Sektoren OAA', OA'B', OB'B ist eine zweite Region, die einen Mittelpunkt vom Bogenstück AB beinhaltet, das zwischen den angetriebenen Kurbelwellenaufnahmeabschnitten 12d zwischengelegt ist, d.h. der Sektor OA'B', die schattierte Region. Auf gleiche Weise beinhaltet die zweite Region die Sektoren OC'D', OE'F'. Das heißt, die Sektoren OC'D', OE'F' sind ebenso die schattierte Region.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 2A ist ein Teil 31 der orbitierenden Spiralspiralwand 12b in der schraffierten Region durch einen Kreis markiert. Ein erfindungsgemäßes Entspannungsteil ist an der Außenumfangswand des Teils 31 der orbitierenden Spiralspiralwand 12b ausgebildet. Unter Bezugnahme auf 2B dient der Rücksprung 32 als der Entspannungsteil.
  • Unter Bezugnahme auf 2B bezeichnet eine Entspannungslänge L des Rücksprungs 32 eine Tiefe des Rücksprungs 32. Die Entspannungslänge L des Rücksprungs 32 ist ungefähr in einem Bereich von 20 μm bis 100 μm zu finden. Dies liegt daran, dass ein relativ fester Kontakt zwischen der feststehenden Spiralspiralwand 11b und der orbitierenden Spiralspiralwand 12b nicht verhindert wird, wenn der Bereich kürzer als 20 μm ausfällt. Dies liegt aber auch daran, dass bereits verdichtetes Fluid durch den Entspannungsteil in einen Verdichtungsbereich leckt, dessen Druck relativ gering ist und die Verdichtereffizienz des Verdichters verschlechtert wird, wenn der Bereich 100 μm überschreitet.
  • Es ist abzusehen, dass die Wärmeverformung der orbitierenden Spiralspiralwand 12b in einer Erstreckungsrichtung der orbitierenden Spiralspiralwand 12b erzeugt wird. Daher ist der Rücksprung 32, der als das Entspannungsteil dient, in der Erstreckungsrichtung der orbitierenden Spiralspiralwand 12b ausgebildet.
  • In dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die nachstehenden Wirkungen erhalten. In dem Spiralverdichter wird ein Kontakt zwischen der feststehenden Spiralspiralwand 11b und der orbitierenden Spiralspiralwand 12b verhindert. Dadurch werden Abrieb, Geräuscherzeugung und Schwingungserzeugung der feststehenden Spiralspiralwand 11b und der orbitierenden Spiralspiralwand 12b verringert. Somit wird die Lebensdauer der feststehenden Spiralspiralwand 11b und der orbitierenden Spiralspiralwand 12b verbessert. Da ferner nur ein Teil der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a, an dem der Wärmeverformungsbetrag der orbitierenden Spiralspiralwand 12b maximiert ist, entspannt wird, können Herstellungskosten zum Ausbilden eines Entspannungsteils beschränkt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung werden zudem die nachstehenden alternativen Ausführungsbeispiele angewendet.
  • In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Rücksprung 32 in der Außenumfangsfläche der orbitierenden Spiralspiralwand 12b ausgebildet. In zu dem bevorzugten Ausführungsbeispiel alternativen Ausführungsbeispiel, die in den 3A und 3B gezeigt sind, ist der Rücksprung 32 nicht in der Außenumfangsfläche der orbitierenden Spiralspiralwand 12b ausgebildet, sondern ein Rücksprung 42 ist in der Innenumfangsfläche der feststehenden Spiralspiralwand 11b ausgebildet. Gemäß den anderen Gesichtspunkten ist ein Spiralverdichter gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vom Aufbau her derselbe wie der Spiralverdichter gemäß dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Daher werden in den 3A und 3B die zu dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gleichen aufbauenden Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine Überschneidung der Erklärung wird ausgelassen. 3A ist eine Draufsicht, die die feststehende Spiralspiralwand 11b zeigt, und zwar von der hinteren Fläche der feststehenden Spiralgrundplatte 11a aus gesehen. Unter Bezugnahme auf 3B dient der Rücksprung 42 als ein Entspannungsteil.
  • Bei dem Spiralverdichter kreist das orbitierende Spiralelement 12 relativ zu dem feststehenden Spiralelement 11. Mit anderen Worten kreisen der erste Bereich und der zweite Bereich in sich selbst relativ zu dem feststehenden Spiralelement 11. Daher sind Teile der feststehenden Spiralspiralwand 11b, die jeweils dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a entsprechen, nicht direkt definiert. Ein Kontakt zwischen der feststehenden Spiralspiralwand 11b und der orbitierenden Spiralspiralwand 12b entspricht sich jedoch eins-zu-eins. Daher ist die entsprechende Reichweite des Entspannungsteils eindeutig an der feststehenden Spiralspiralwand 11b definiert, wenn der erste Bereich und der zweite Bereich an der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a definiert sind, mit anderen Worten wenn eine Reichweite des Entspannungsteils an der orbitierenden Spiralspiralwand 12b definiert ist. Genauer gesagt ist, wie in 3A gezeigt ist, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Teil 41 der feststehenden Spiralspiralwand 11b mit einem Kreis markiert. Der Teil 41 der feststehenden Spiralspiralwand 11b, an dem der Entspannungsteil ausgebildet ist, entspricht dem Teil 31 der orbitierenden Spiralspiralwand 12b gemäß dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel, an dem der Entspannungsteil ausgebildet ist. Ein erfindungsgemäßer Entspannungsteil ist an der Innenumfangswand des Teils 41 der feststehenden Spiralspiralwand 11b ausgebildet.
  • Unter Bezugnahme auf 3B zeigt eine Entspannungslänge L des Rücksprungs 42 eine Tiefe des Rücksprungs 42 an. Die Entspannungslänge L des Rücksprungs 42 der feststehenden Spiralspiralwand 11b ist so ausgebildet, dass sie ungefähr in einem Bereich von 20 μm bis einschließlich 100 μm liegt, und zwar auf eine ähnliche Weise, wie die Entspannungslänge L des Rücksprungs 32 der orbitierenden Spiralspiralwand 12b ausgebildet ist. Der Rücksprung 42 ist über eine Erstreckungsrichtung der feststehenden Spiralspiralwand 11b ausgebildet.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die gleichen Wirkungen wie die Wirkungen des vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels erhalten.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Reichweite des Entspannungsteils auf die Reichweite der zweiten Region beschränkt. In zu den Ausführungsbeispielen alternativen Ausführungsbeispielen ist jedoch ein Rücksprung, der als ein Entspannungsteil dient, in zumindest einem Teil der Reichweite der ersten Region ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Abrieb, Geräuscheerzeugung und Schwingungserzeugung der feststehenden Spiralspiralwand 11b und der orbitierenden Spiralspiralwand 12b ebenso verringert. Daher wird die Lebensdauer der feststehenden Spiralspiralwand 11b und/oder der orbitierenden Spiralspiralwand 12b verbessert.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen haben die Enden des Rücksprungs 32 in einer Umfangsrichtung der orbitierenden Spiralspiralwand 12b jeweils eine eckige Gestalt, wie dies in 2B gezeigt ist. Auf ähnlichen Weise haben die Enden des Rücksprungs 42 in einer Umfangsrichtung der feststehenden Spiralspiralwand 11b jeweils eine eckige Gestalt, wie dies in 3B gezeigt ist. In zu den Ausführungsbeispielen alternativen Ausführungsbeispielen haben die Enden des Rücksprungs 32 in der Umfangsrichtung der orbitierenden Spiralspiralwand 12b und Spiralwand 11b jeweils eine runde Gestalt, wie dies in 2C gezeigt ist. Auf eine ähnliche Weise haben die Enden des Rücksprungs 42 in der Umfangsrichtung der feststehenden Spiralspiralwand 11b jeweils eine runde Gestalt, wie dies in 3C gezeigt ist.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die vorliegende Erfindung auf eine aus der orbitierenden Spiralspiralwand 12b und der feststehenden Spiralspiralwand 11b angewendet. In zu den Ausführungsbeispielen alternativen Ausführungsbeispielen ist der Entspannungsteil sowohl an der orbitierenden Spiralspiralwand 12b als auch an der feststehenden Spiralspiralwand 11b ausgebildet. In diesem Fall sind eine Entspannungslänge des Entspannungsteils auf Seiten der orbitierenden Spiralspiralwand 12b und eine Entspannungslänge des Entspannungsteils auf Seiten der feststehenden Spiralspiralwand 11b alle zusammen so ausgebildet, dass sie ungefähr in einem Bereich von 20 μm bis 100 μm liegen.
  • Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die vorliegende Erfindung auf einen Spiralverdichter für eine Brennstoffzelle angewendet. In zu den Ausführungsbeispielen alternativen Ausführungsbeispielen wird die vorliegende Erfindung jedoch auf einen Kühlmittel-Spiralverdichter für eine Klimaanlage angewendet, der einen angetriebenen Kurbeltrieb an einer hinteren Fläche der orbitierenden Spiralgrundplatte 12a hat.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen beträgt die Anzahl der angetriebenen Kurbeltriebe drei. In zu den Ausführungsbeispielen alternativen Ausführungsbeispielen beträgt die Anzahl der angetriebenen Kurbeltriebe jedoch vier oder mehr als vier.

Claims (7)

  1. Spiralverdichter mit einem feststehenden Spiralelement 11, einem orbitierenden Spiralelement (12), einem Antriebskurbeltrieb (14) und einer Vielzahl von angetriebenen Kurbeltrieben (15), wobei das feststehende Spiralelement (11) eine feststehende Spiralgrundplatte (11a) und eine sich von der feststehenden Spiralgrundplatte (11a) erstreckende feststehende Spiralwand (12a) hat, wobei das orbitierende Spiralelement eine orbitierende Spiralgrundplatte (12a) und eine orbitierende Spiralwand (12b) hat, die sich von der orbitierenden Spiralgrundplatte (12a) erstreckt, wobei die orbitierende Spiralwand (12b) und die feststehende Spiralwand (11b) miteinander in Eingriff sind, so dass ein Verdichtungsbereich zwischen dem orbitierenden Spiralelement und dem feststehenden Spiralelement gebildet wird, wobei der Antriebskurbeltrieb (14) im Wesentlichen in der Mitte der orbitierenden Spiralgrundplatte angeordnet ist, um das orbitierende Spiralelement relativ zu dem feststehenden Spiralelement kreisen zu lassen, um Fluid in dem Verdichtungsbereich zu verdichten, wobei sich die angetriebenen Kurbeltriebe (15) ringförmig an einer hinteren Fläche der orbitierenden Spiralgrundplatte (12b) befinden, wobei jeder angetriebene Kurbeltrieb (15) eine angetriebenen Kurbelwellenaufnahme (15d) hat, dadurch gekennzeichnet, dass Linien, die von einem Mittelpunkt der orbitierenden Spiralgrundplatte nach außen gezogen sind, so dass sie mit entsprechenden angetriebene Kurbelwellenaufnahme in Kontakt kommen und ein Bogen des Außenumfangs der orbitierenden Spiralgrundplatte zwischen den Kurbelwellenaufnahmen eine erste Region (OAB, OCD, QEF) definieren, in welcher ein Entspannungsabschnitt an zumindest einer Spiralwand (11b, 12b)dadurch ausgebildet ist, dass die Wandstärke die Spiralwand (12b) des orbitierenden Spiralelements (12) Außenumfang und/oder die Wandstärke der Spiralwand (11b) des feststehenden Spiralelements (11) am Innenumfang vermindert ist, um die Wärmeverformung der orbitierenden Spiralwand (12b) und/oder der feststehenden Spiralwand (11b) zu entspannen.
  2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, wobei die erste Region im Wesentlichen in drei gleiche Teile geteilt ist, und der Entspannungsabschnitt im mittleren der drei Teile vorgesehen ist.
  3. Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Entspannungsabschnitt durch Ausbilden eines Rücksprungs in der orbitierenden Spiralwand (12b) und/oder der feststehenden Spiralwand (11b) in einer Erstreckungsrichtung der orbitierenden Spiralwand (12b) und/oder der feststehenden Spiralwand (11b) ausgebildet ist.
  4. Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei der Rücksprung 20 bis einschließlich 100 μm beträgt.
  5. Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei die Enden des Rücksprungs in Umfangsrichtung der orbitierenden Spiralwand (12b) und/oder der feststehenden Spiralwand (11b) jeweils eine eckige Form haben.
  6. Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei die Enden des Rücksprungs in Umfangsrichtung der orbitierenden Spiralwand (12b) und/oder der feststehenden Spiralwand (11b) jeweils abgerundet sind.
  7. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verdichter verdichtetes Gas zu einer Elektrode einer Brennstoffzelle zuführt.
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