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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiral-Fluidmaschine, die dazu geeignet ist, in einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugklimaanlagensystems eingebaut zu werden.
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Eine Spiral-Fluidmaschine dieser Art, beispielsweise ein Spiralkompressor, ist mit einer Spiraleinheit zum Ausführen einer Reihe von Prozessen, beinhaltend das Ansaugen, Komprimieren und Ausstoßen eines Kältemittels, versehen. Insbesondere weist die Einheit eine ortsfeste und eine orbitierende Spirale auf, die miteinander in Eingriff stehen. Die orbitierende Spirale macht eine rotierende Bewegung um die ortsfeste Spirale. Daher wird das Volumen eines Raums, der durch jede der Spiralen gebildet wird, reduziert, und die oben erwähnten Prozesse werden ausgeführt.
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In dem Kompressionsprozeß wird wegen des Ausstoßdrucks des Kältemittels ein Hochdruckraum in der Spiraleinheit erzeugt. Dieser Druck wirkt als Axialschub von der Vorderseite der orbitierenden Spirale zu der Rückseite derselben. Dieser Schub bewegt die orbitierende Spirale in der Richtung einer Wegbewegung von der ortsfesten Spirale. Die Rückseite der orbitierenden Spirale wird auf einer Oberfläche abgestützt, die zu der ortsfesten Spirale ausgerichtet ist, um die oben erwähnten Prozesse ohne Probleme durchzuführen. In anderen Worten, eine abstützende Reaktionskraft, die dem Axialschub entgegenwirkt, wirkt auf die Rückseite der orbitierenden Spirale, so daß die orbitierende Spirale in der Richtung einer Annäherung an die ortsfeste Spirale bewegt wird. Als Folge wird die Vorderseite der orbitierenden Spirale wegen der Reibung gegen die ortsfeste Spirale abgerieben, was die Leistung der Spiraleinheit herabsetzt.
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Daher wurde eine Technologie der Reduzierung des Axialschubes durch Entweichen des Kältemittels, das auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale wirkt, durch das Innere der orbitierenden Spirale auf die Rückseite offenbart (s. die ungeprüften
japanische Patentveröffentlichungen Nr. 2000-136782 ,
2000-249086 und
2000-352386 ).
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Da die oben beschriebenen Prozesse in der Spiraleinheit ausgeführt werden, schwankt der Kältemitteldruck, der auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale wirkt, ständig, bis der Ausstoßdruck erreicht wurde.
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Um konkret zu sein schwankt, wie in der herkömmlichen Technologie offenbart ist, wenn das Kältemittel in dem Prozeß komprimiert zu werden auf die Rückseite der orbitierenden Spirale durch ihr Inneres entwichen ist, auch der Druck, der auf die Rückseite wirkt. Darüber hinaus wird der auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale wirkende Druck nicht immer sofort an die Rückseite der orbitierenden Spirale abgegeben. Dies wirft Bedenken auf, daß der Axialschub nicht effektiv ausgeglichen werden kann. Das heißt, die oben beschriebenen Technologien haben bisher das Thema der Reduzierung der Axialschub nicht gelöst.
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In den letzten Jahren wurde unter Berücksichtigung der globalen Umwelt ein Kühlkreislauf entwickelt, der ein Kältemittel verwendet, das einen kleinen globalen Erwärmungspotential(GWP)-Wert besitzt. Ein Beispiel dieser Art von Kältemittel ist natürliches CO2(Kohlendioxid)-Gas. Da dieses Kältemittel einen hohen Arbeitsdruck aufweist, ist es insbesondere in diesem Fall gefordert, den Axialschub zu reduzieren.
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Um ein CO2-Kältemittel mit einem hohen Arbeitsdruck zu verwenden, ist es vorzuziehen, daß die Spiraleinheit sowohl Einfachheit als auch Festigkeit aufweist. Es sei angemerkt, daß beispielsweise die Struktur, in der ein Verbindungsloch in der orbitierenden Spirale ausgebildet ist, in der ein Rückschlagventil zum Verhindern eines Rückflusses von der Rückseite der orbitierenden Spirale zu der Vorderseite derselben vorgesehen ist, in der ein elastisches Bauteil an der Rückseite der orbitierenden Spirale vorgesehen ist oder dergleichen, potentiell zu einem Hindernis der oben beschriebenen Prozesse wird, die durch die Spiraleinheit durchgeführt werden. Besonders in dem Fall, in dem das Verbindungsloch in der orbitierenden Spirale ausgebildet ist, soll angemerkt sein, daß die Kompressionseffizienz verringert wird, wenn das Kältemittel, das auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale wirkt, sich zu der Rückseite bewegt.
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DE 35 06 374 offenbart einen Schneckenkompressor mit einer beweglichen und einer fixierten Platte. Ein vom Schraubenkompressor verdichtetes Fluid wird über eine Leitung wieder in den Schneckenkompressor zugeführt. Das verdichtete Fluid kann vor dem Wiedereintritt in den Schneckenkompressor zum Kühlen des Fluids durch einen Wärmetauscher geleitet werden, in dem ein Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft oder einem anderen Kühlmedium möglich ist. Nach den Wiedereintritt wird das zugeführte Fluid zur Kraftaufbringung auf die bewegliche Schneckenplatte und zur Kühlung des Motors verwendet. Das in den Schneckenkompressor zugeführte Fluid kann diesen über eine Leitung verlassen.
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JP 03 064 686 offenbart eine Spiralfluidmaschine mit einer fixierten und einer beweglichen Spiralplatte. Das verdichtete Fluid wird über eine Leitung der Spiralfluidmaschine zugeführt. Dieses Fluid dient zur Kühlung des Motors und zur Aufbringung einer Kraft auf die bewegliche Spirale. Das Fluid kann die Spiralfluidmaschine über eine weitere Leitung verlassen.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der oben genannten Angelegenheiten gemacht. Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Spiral-Fluidmaschine, beinhaltend eine Spiraleinheit, mit Einfachheit und Festigkeit und die dazu in der Lage ist, eine Axiallast stetig zu reduzieren, bereitzustellen, wobei auch die Kühlleistung der Spiral-Fluidmaschine verbessert wird.
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Das obige Ziel wird durch die Spiral-Fluidmaschine der Erfindung gemäß Anspruch 1 erreicht.
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Gemäß der Spiral-Fluidmaschine wird das Kältemittel, das von der Ausstoßkammer ausgestoßen wird, durch den Zirkulationsweg in die Antriebsschale eingeführt, während ein hoher Druck aufrechterhalten wird, ohne den Prozessen der Expansion und der Verdampfung unterzogen zu werden. Das Kältemittel aus dem Zirkulationsweg wird durch den Einlaßweg auf die Rückseite der orbitierenden Spirale geführt. Um genau zu sein, der Ausstoßdruck des Kältemittels wirkt auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale, wohingegen Druck, der eigentlich gleich dem Kältemitteldruck in der Ausstoßkammer ist, als Schub an der Rückseite der orbitierenden Spirale aufgenommen wird. Da das Kältemittel, das aus der Ausstoßkammer ausgestoßen wird, durch das Ausstoßventil zu dem vorgeschriebenen Ausstoßdruck angepaßt wird, wird eine Fluktuation des Kältemitteldrucks, der auf die Rückseite der orbitierenden Spirale wirkt, sehr klein. Folglich wird ein Axialschub, der an die orbitierende Spirale angelegt wird, zuverlässig ausgeglichen, und ein Abrieb der orbitierenden Spirale wird reduziert.
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Darüber hinaus wird der Druck auf der Rückseite der orbitierenden Spirale dazu erzeugt, um dem Druck auf der Vorderseite entgegenzuwirken, ohne der orbitierenden Spirale eine Veränderung hinzuzufügen, so daß die Spiraleinheit sowohl Einfachheit als auch Festigkeit aufweist.
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Bevorzugt beinhaltet die Spiraleinheit eine Maschinenkammer, die in der Antriebsschale ausgebildet ist, wobei die Maschinenkammer einen Motor umschließt, um die Drehwelle anzutreiben, wenn der Motor mit Strom versorgt wird, und ein Druckregelmittel, um den Druck des Kältemittels zu regeln, das von dem Zirkulationsweg in die Maschinenkammer eingeführt wird und auf der Rückseite der orbitierenden Spirale empfangen wird, um ein Gleichgewicht mit dem Kältemittelausstoßdruck einzustellen, der auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale wirkt. Da das Druckregelmittel den Druck regelt, der auf die Rückseite der orbitierenden Spirale anliegt, wird, wie oben beschrieben, ein Gleichgewicht zwischen dem Druck auf der Vorderseite und dem Druck auf der Rückseite erreicht. Daher wird der Axialschub bezüglich der orbitierenden Spirale weiter zuverlässig ausgeglichen und ein stabiler Kompressionsprozeß in der Spiraleinheit ausgeführt, was die Zuverlässigkeit der Spiraleinheit erhöht.
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Die Antriebsschale besitzt ein Kältemitteleinlaßloch, durch das das Kältemittel in dem Zirkulationsweg in die Maschinenkammer eingeführt wird. Das Druckregelmittel ist entweder in dem Zirkulationsweg oder in dem Kältemitteleinlaßloch angeordnet. Wenn das Druckregelmittel in dem Zirkulationsweg, der sich stromaufwärts des Kältemitteleinlaßlochs befindet, angeordnet ist, kann das Druckregelmittel bei einer herkömmlichen Fluidmaschine verwendet werden. Wenn im Gegensatz das Druckregelmittel in dem Kältemitteleinlaßloch angeordnet ist, kann das Druckregelmittel verwendet werden, wenn die Fluidmaschine bezüglich des vorliegenden Kühlkreislaufs ausgetauscht wurde.
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Darüber hinaus kann das Einlaßloch das Kältemittel von einem Gaskühler empfangen, der in den Kühlkreislauf eingefügt ist, um in die Maschinenkammer eingeführt zu werden. In diesem Fall wurde das Kältemittel, das durch den Gaskühler gekühlt wurde, in die Maschinenkammer eingeführt, so daß der Motor und dergleichen in der Maschinenkammer vor einem Hitzeschaden geschützt werden.
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Es ist ferner ein zweiter Zirkulationsweg zum Ausleiten des Kältemittels in der Maschinenkammer von der Maschinenkammer zu dem Kühlkreislauf vorgesehen. Es ist vorzuziehen, daß das Kältemittel in der Maschinenkammer durch den Zirkulationsweg zu einem Niedrigdruckseitenkreislauf des Kühlkreislaufs geleitet wird und nachfolgend durch eine Ansaugöffnung, die in der Kompressionsschale ausgebildet ist, in die Spiraleinheit eingeführt wird. Genauer wird das Kältemittel, das durch den Niedrigdruckseitenkreislauf des Kühlkreislaufs, beispielsweise ein Expansionsventil und einen Verdampfer, gegangen ist, nicht in die Maschinenkammer eingeführt und wird direkt in die Spiraleinheit als ein Ansaugkältemittel eingeführt. Dies macht es möglich, den Nachteil zu vermeiden, daß das Ansaugkältemittel die wärme des Motors aufnimmt und in seiner Temperatur erhöht ist, wie in dem Fall, in dem das Kältemittel, das durch das Expansionsventil und den Verdampfer gegangen ist, über die Maschinenkammer in die Spiraleinheit eingeführt wird. Dies trägt zu einer Verbesserung der Kühlleistung bei.
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Die Spiral-Fluidmaschine kann ferner ein zweites Druckregelmittel zum Regeln des Druckes des Kältemittels, das aus der Maschinenkammer zu dem zweiten Zirkulationsweg ausgeleitet wird, beinhalten, um den Kältemitteldruck in der Maschinenkammer auf dem vorgeschriebenen Druck zu halten. In diesen Fall hält das zweite Druckregelmittel den Druck in der Maschinenkammer, in welche das Kältemittel, das zur Rückseite der orbitierenden Spirale strömt, eingeführt wird, auf dem vorgeschriebenen Druck. Daher wird der Schub, der an der Rückseite der orbitierenden Spirale anliegt, mehr stabilisiert.
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Die Antriebsschale besitzt ein Kältemittelauslaßloch, durch das das Kältemittel in der Maschinenkammer ausgeleitet wird und zu dem zweiten Zirkulationsweg gelenkt wird. Das zweite Druckregelmittel ist entweder in dem Kältemittelauslaßloch oder in dem zweiten Zirkulationsweg angeordnet. Wenn das zweite Druckregelmittel in das Kältemittelauslaßloch eingesetzt ist, ist das zweite Druckregelmittel verwendbar, wenn die Fluidmaschine bezüglich des vorliegenden Kältekreislaufs ausgetauscht wird. Wenn das zweite Druckregelmittel in den zweiten Zirkulationsweg, der sich stromabwärts des Kältemittelauslaßloches befindet, eingefügt wird, ist das zweite Druckregelmittel bei einer herkömmlichen Fluidmaschine verwendbar.
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Wenn das Kältemittel in der Maschinenkammer durch das Kältemittelauslaßloch ausgeleitet wird und zu einem Innenwärmetauscher, der in den Kühlkreislauf eingefügt ist, gelenkt wird, kann das Kältemittel in der Maschinenkammer zum Wärmetausch in dem Innenwärmetauscher verwendet werden. Dies trägt zu der Verbesserung einer Kühlleistung bei.
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Wenn das Kältemittelauslaßloch so ausgebildet ist, daß es das Kältemittel in der Maschinenkammer zu dem Verdampfer leitet, der in den Kühlkreislauf eingefügt ist, wird das Kältemittel in der Maschinenkammer dem Verdampfer zugeführt. Dies erweitert einen Bereich, der durch das zweite Druckregelmittel geregelt werden kann, wodurch Vorteile bezüglich der Regelung erhöht werden.
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Das Kältemittel beinhaltet Schmieröl. Das Schmieröl wird in der Ausstoßkammer von dem Kältemittel abgeschieden und kann durch einen Verbindungsweg, der in der Kompressionsschale ausgebildet ist, in das Lager eingeführt werden. In dieser Art wird das Hochdruckkältemittel, daß von der Ausstoßkammer durch den Kühlkreislauf ausgestoßen wurde, in die Antriebsschale eingeführt. Als Ergebnis wird eine Druckdifferenz zwischen der Antriebsschale und der Ausstoßkammer klein, und das Schmieröl, das in der Ausstoßkammer aufbewahrt wird, kann einfach in das Lager eingeführt werden. Das heißt, es ist nicht erforderlich, Maßnahmen zur Reduzierung der Verteilungsquerschnittsfläche des Verbindungswegs des Schmieröls in hohem Maße zu ergreifen. Die Maßnahmen sind erforderlich, wenn die Druckdifferenz zwischen der Antriebsschale und der Ausstoßkammer auf eine beträchtliche Größe wächst, wie in dem Fall, in dem das Kältemittel, das durch das Expansionsventil und den Verdampfer gegangen ist, über die Antriebsschale in die Spiraleinheit eingeführt wird. Darüber hinaus wird verhindert, daß der Fluß des Schmieröls in dem Verbindungsweg blockiert wird.
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Es ist vorzuziehen, daß das Kältemittel ein CO2-Kältemittel ist. Dies ist der Fall, weil eine ausreichende Stabilität der Spiral-Fluidmaschine sichergestellt ist, selbst wenn ein CO2-Kältemittel, das einen hohen Arbeitsdruck aufweist, in dem Kühlkreislauf verwendet wird. Darüber hinaus trägt dies außerordentlich zu einer Reduzierung der Umweltbelastung bei, wenn ein natürliches CO2-Kältemittel verwendet wird.
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1 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralkompressor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Hauptteil aus 1 zeigt;
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3 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralkompressor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
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4 ist ein Ablaufdiagramm der Druckregelung in einer Motorkammer in dem Kompressor, der in 3 gezeigt ist; und
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5 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralkompressor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine Spiral-Fluidmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die Fluidmaschine ist ein Spiralkompressor 4, der mit einem Gehäuse 20 versehen ist. Der Kompressor 4 ist in einem Kühlkreislauf 2 einer Fahrzeugklimaanlage eingebaut. Um genau zu sein, sind in dem Kreislauf 2 der Kompressor 4, ein Gaskühler 6, ein Doppelrohr-Innenwärmetauscher 10, ein Expansionsventil 12 und ein Verdampfer 14 in dieser Reihenfolge angeordnet. Der Kompressor 4 nimmt ein CO2-Kältemittel (im folgenden als Kältemittel bezeichnet), das ein natürliches Kältemittel ist, von einem Zirkulationsweg 16 auf, der sich an einer Auslaßseite des Innenwärmetauschers 10 befindet, und komprimiert das Kältemittel und stößt es zu einer Einlaßseite des Gaskühlers 6 aus.
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Das Gehäuse 20 besitzt eine Antriebsschale 22 und eine Kompressionsschale 24. Jede der Schalen 22 und 24 hat eine becherähnliche Form, die an einem Ende davon offen ist, und die offenen Enden der Schalen 22 und 24 sind luftdicht miteinander verbunden.
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Ein ringförmiger Lagerblock 46 ist in dem Öffnungsendabschnitt der Antriebsschale 22 angeordnet. Das Innere der Schale 22, genauer ein Raum zwischen dem Block 46 und einem Bodenabschnitt der Schale 22 wird als eine Motorkammer (Maschinenkammer) 26 definiert. In der Motorkammer 26 ist eine abgestufte Welle 30 angeordnet. Die Welle 30 beinhaltet einen Wellenabschnitt 32 mit einem kleinen Durchmesser und einen Wellenabschnitt 34 mit einem großen Durchmesser. Der Wellenabschnitt 32 mit kleinem Durchmesser wird durch den Bodenabschnitt der Schale 22 mittels eines Nadellager 38 gelagert. Der Wellenabschnitt 34 mit großem Durchmesser wird durch den Block 46 durch ein Kugellager 36 rotierbar gelagert.
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Die Welle 30 wird durch einen elektrischen Motor (Motor) 40 angetrieben. Konkret ist der bürstenlose elektrische Motor 40 in der Motorkammer 26 untergebracht. Ein Rotor 42 ist an dem äußeren Umfang der Welle 30 montiert, und ein Stator 44 ist an einem äußeren Umfang des Rotors 42 mit einem dazwischen sichergestellten vorgeschriebenen Abstand angeordnet. Wenn dem Stator 44 elektrischer Strom zugeführt wird, rotiert der Rotor 42 gemeinsam mit der Welle 30.
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Ein ringförmiger Stützblock 48 ist in dem Öffnungsendabschnitt der Kompressionsschale 24 angeordnet. Eine Rückseite des Blocks 48 ist mit einer Vorderseite des Blocks 46 in Kontakt. Eine Spiraleinheit 52 ist in der Schale 24 untergebracht, genauer in einem Raum, der durch den Block 48 und einem Bodenabschnitt der Schale 24 definiert wird. Die Einheit 52 ist mit einer orbitierenden Spirale 54 und einer ortsfesten Spirale 56 versehen.
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Die Spiralen 54 und 56 besitzen Spiralblätter 61 bzw. 79, die miteinander in Eingriff stehen. Die Spiralblätter 61 und 79 bilden miteinander zusammenwirkend unter Verwendung einer nicht gezeigten Dichtung oder dergleichen Kompressionskammern 58. Wenn die orbitierende Spirale 54 umläuft, bewegen sich die Kompressionskammern 58 mit Blickrichtung in einer Durchmesserrichtung der Spiralblätter 61 und 79 von einer äußeren Umfangsseite zu dem Zentrum der Spiralblätter 61 und 79. Bei diesem Vorgang werden die Kompressionskammern 58 in ihren Volumen reduziert.
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Um die rotierende Bewegung der orbitierenden Spirale 54 zu erreichen, besitzt eine Endplatte 60 der orbitierenden Spirale 54 einen Vorsprung 62, der zur Schale 22 hervorsteht. Der Vorsprung 62 wird über ein Nadellager 64 durch eine exzentrische Laufbüchse 66 rotierbar gelagert. Die Laufbüchse 66 ist auf einem nicht gezeigten Kurbelzapfen gelagert, und der Kurbelzapfen steht exzentrisch von dem Wellenabschnitt 34 mit großem Durchmesser hervor. Entsprechend macht, wenn die Welle 30 rotiert, die Spirale 54 ihren Umlauf durch die Laufbüchse 66. Darüber hinaus ist die Laufbüchse 66 an einem Kontergewicht 70 befestigt. Das Kontergewicht 70 dient als ein Ausgleichsgewicht bezüglich der rotierenden Bewegung der Spirale 54.
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Die ortsfeste Spirale 56 ist an dem Bodenabschnitt der Kompressionsschale 24 befestigt. Eine Endplatte 78 der ortsfesten Spirale 56 unterteilt das Gehäuse 24 in die Seite der Kompressionskammer 58 und die Seite einer Ausstoßkammer 80. In einem im wesentlichen zentralen Abschnitt der Endplatte 78 ist ein Ausstoßloch 82 ausgebildet, um zu der Kompressionskammer 58 zu führen. Das Loch 82 wird durch ein Blattventil als ein Ausstoßventil und einen Ventilrückhalter 84 geöffnet und geschlossen. Das Ausstoßventil 84 ist an der Seite der Endplatte 78 zur Ausstoßkammer 80 befestigt und legt den Ausstoßdruck des Kältemittels, das von der Spiraleinheit 52 ausgestoßen wird, auf einen vorgeschriebenen Wert fest.
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In einer Umfangswand der Kompressionsschale 24 ist eine Ansaugöffnung 25 ausgebildet, um mit den Kompressionskammern 58 zu verbinden. Die Ansaugöffnung 25 ist mit dem Zirkulationsweg 16 verbunden. Eine Ausstoßöffnung 86, die mit der Ausstoßkammer 80 verbunden ist, ist in dem Bodenabschnitt der Schale 24 ausgebildet. Die Ausstoßkammer 80 ist daher über die Ausstoßöffnung 86 mit dem Gaskühler 6 verbunden.
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Nicht nur das Kältemittel in der Motorkammer 26, sondern auch das Kältemittel, das von dem Zirkulationsweg 16 angesaugt wird, strömt zu einer Rückseite 72 der orbitierenden Spirale 54. Um konkreter zu werden, wie in 2 gezeigt ist, ist der Block 48 an seinem Abschnitt, der mit dem Block 46 in Kontakt ist, dick ausgebildet und besitzt einen Vorsprung 74, der sich von dem dicken Abschnitt nach innen erstreckt. Eine Vorderseite 76 des Vorsprungs 74 weist zu der Rückseite 72 der Spirale 54. Drei Dichtungsringe 49 sind an der Vorderseite 76 in gleichmäßigen Abständen angeordnet.
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Zwischen der Rückseite 72 der orbitierenden Spirale 54 und der Vorderseite 76 des Blocks 48 ist ein Pufferspalt 92 sichergestellt. Der Spalt 92 steht mit der Ansaugöffnung 25 in Verbindung, und das Kältemittel, das von dem Zirkulationsweg 16 angesaugt wird, kann in den Spalt 92 strömen. Ein Spalt (Einleitungsweg) 93 zum Einführen des Kältemittels ist ebenfalls zwischen dem äußeren Umfang des Vorsprungs 62 und einem inneren Umfang des Vorsprungs 74 des Blocks 48 sichergestellt. Der Spalt 92 und die Motorkammer 26 stehen miteinander über den Spalt 93 in Verbindung. Das bedeutet, das Kältemittel in der Motorkammer 26 kann durch den Spalt 93 in den Pufferspalt 92 strömen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 repräsentiert die Referenznummer 95 Schmieröl, das von dem Kältemittel in der Ausstoßkammer 80 abgesondert wurde. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Schmieröl 95 durch einen Verbindungsweg 94, der in der Kompressionsschale 24 angeordnet ist, in das Lager 36 eingeführt. Der Verbindungsweg 94 wird insbesondere durch Durchbohren der Schale 24, der Endplatte 78 der Spirale 56, des Blocks 48 und des Blocks 46 gebildet.
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In der Nähe des Öffnungsendes der Umfangswand der Antriebsschale 22 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kältemitteleinlaßloch 27 ausgebildet, um einen Zirkulationsweg 7, der mit einer Auslaßseite des Gaskühlers 6 verbunden ist, mit der Motorkammer 26 zu verbinden. Das Kältemittel des Gaskühlers 6 wird durch das Einlaßloch 27 in die Motorkammer 26 eingeführt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in der Nähe des Bodenabschnittes der Umfangswand der Schale 22 ein Kältemittelauslaßloch 28 ausgebildet, um die Motorkammer 26 mit dem Zirkulationsweg (zweiter Zirkulationsweg) 8, der sich zu dem Innenwärmetauscher 10 erstreckt, zu verbinden.
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Wie oben beschrieben ist, vollführt in dem Kompressor 4, wenn der elektrische Motor 40 mit Strom versorgt wird und dann die Welle 30 gedreht wird, die orbitierende Spirale 54 den Umlauf um ein Wellenzentrum der ortsfesten Spirale 56. In diesem Zustand wird die Rotation der Spirale 54 um ihre Achse durch eine Wirkung einer Mehrzahl von Rotationsunterbindungsmechanismen 50 verhindert. Als Ergebnis vollführt die Spirale 54 einen Umlauf um die Spirale 56, während sie eine feste Umlaufstellung aufrechterhält. Der Umlauf der Spirale 54 bewirkt, daß das Kältemittel durch die Ansaugöffnung 25 in die Kompressionskammer 58 gesaugt wird und komprimiert das eingesaugte Kältemittel. Das komprimierte Kältemittel bewirkt ein Öffnen des Ausstoßventils 84, wenn der Kältemitteldruck den Schließdruck des Ausstoßventils überschreitet und wird durch das geöffnete Ausstoßventil in die Ausstoßkammer 80 ausgestoßen.
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Das Kältemittel, das sich in einem Zustand eines Hochtemperatur- und Hochdruckgases befindet, das in die Ausstoßkammer 80 ausgestoßen wurde, wird von der Ausstoßöffnung 86 an den Gaskühler 6 abgegeben und dort gekühlt. Das Kältemittel wird dann durch den Zirkulationsweg 7 und das Einlaßloch 27 in die Motorkammer 26 eingeführt. Ein Teil des Kältemittels, der in die Motorkammer 26 eingeführt wurde, erreicht die Rückseite 72 der Spirale 54 durch die Spalte 93 und 92. Zur gleichen Zeit kühlt der Rest des Kältemittels den Stator 44 des elektrischen Motors 40 und strömt zu dem Auslaßloch 28. Danach wird das Kältemittel, das sich in dem Zustand eines Hochdruck- und Mitteltemperaturgases befindet, dem Innenwärmetauscher 10 zugeführt. Das Kältemittel in dem Innenwärmetauscher 10 wird dem Expansionsventil 12 zugeführt, nachdem es zum Wärmetausch von dem Verdampfer 14 verwendet wurde. Das Kältemittel, das dem Expansionsventil 12 zugeführt wurde, wird beim Durchströmen eines Drossellochs des Ventils 12 expandiert und gelangt in einen Verdampfer 14. Die Luft, die den Verdampfer 14 umgibt, wird dann durch die Verdampfungswärme des Kältemittels gekühlt. Als nächstes wird die kalte Luft in den Fahrzeuginnenraum geschickt, und das Kühlen des Innenraums wird ausgeführt. Das Kältemittel in dem Verdampfer 14 kehrt durch den Zirkulationsweg 16 zu der Ansaugöffnung 25 des Kompressors 4 zurück und wird nachfolgend durch den Kompressor 4 wieder komprimiert, und kann dabei in der oben beschriebenen Art in Umlauf gebracht werden.
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Wie oben erklärt, wird gemäß dem Kompressor 4 des ersten Ausführungsbeispiels das Kältemittel, das von der Ausstoßkammer 80 ausgestoßen wurde, durch den Zirkulationsweg 7 in die Motorkammer 26 eingeführt, während ein hoher Druck aufrechterhalten wird, ohne die Prozesse in dem Expansionsventil 12 und dem Verdampfer 14 unterworfen zu sein. Das Kältemittel aus dem Zirkulationsweg 7 wird durch den Spalt 93 in den Spalt 92 geleitet, der sich an der Rückseite 72 der orbitierenden Spirale 54 befindet. In anderen Worten, der Ausstoßdruck des Kältemittels wirkt auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale 54, wohingegen der Druck, der eigentlich gleich dem Kältemitteldruck in der Ausstoßkammer 80 ist, auf die Rückseite 72 der orbitierenden Spirale 54 als Schub (gezeigt durch durchgezogene Pfeile in 2) wirkt. Da der Druck des Kältemittels, das aus der Kältekammer 80 ausgestoßen wurde, durch das Ausstoßventil 84 auf den vorgeschriebenen Wert festgelegt wurde, ist die Schwankung des Kältemitteldrucks, der auf die Rückseite 72 der orbitierenden Spirale 54 wirkt, erheblich kleiner. Als Ergebnis wird der Axialschub F (gezeigt durch einen weißen Pfeil in 2) bezüglich der orbitierenden Spirale 54 sicher ausgeglichen, wodurch ein Abrieb der orbitierenden Spirale 54 reduziert wird.
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Da der Druck auf der Rückseite 72 erzeugt wird, um dem Druck der Vorderseite entgegen zu wirken, ohne der orbitierenden Spirale 54 einer Veränderung hinzuzufügen, weist die Spirale 52 zur gleichen Zeit sowohl. Einfachheit als auch Festigkeit auf.
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Weil das Kältemittel, das durch den Gaskühler 6 gekühlt wurde, in die Motorkammer 26 eingeführt wurde, werden der elektrische Motor 40 und dergleichen vor einem Hitzeschaden geschützt.
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Darüber hinaus wird das Kältemittel, das durch das Expansionsventil 12 und den Verdampfer 14 gegangen ist, nicht in den Motor 26 eingeführt und wird direkt in die Spiraleinheit 52 als das eintretende Kältemittel eingeführt. In anderen Worten, es ist möglich, den Nachteil zu vermeiden, daß das eintretende Kältemittel die Wärme des elektrischen Motors aufnimmt, um in der Temperatur erhöht zu werden, wie in dem Fall, in dem das Niedrigtemperaturkältemittel, das durch das Expansionsventil und den Verdampfer gegangen ist, durch die Motorkammer in die Spiraleinheit eingeführt wird. Dies trägt zu der Verbesserung einer Kühlleistung bei.
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Das Kältemittel, das unter hohem Druck steht und von der Ausstoßkammer 80 durch den Zirkulationsweg 7 geleitet wurde, wird in die Motorkammer 26 eingeführt, und eine Druckdifferenz zwischen der Motorkammer 26 und der Ausstoßkammer 80 wird klein. Das Schmieröl 95, das in der Ausstoßkammer 80 aufgehoben wird, kann leicht durch den Verbindungsweg 94 zu dem Lager 36 geleitet werden. Kurz, es ist nicht erforderlich, in großem Umfang Maßnahmen zur Reduzierung der Querschnittsfläche des Verbindungswegs für das Schmieröl zu ergreifen. Die Maßnahmen sind erforderlich, wenn die Druckdifferenz zwischen der Motorkammer und der Ausstoßkammer auf eine erhebliche Größe anwächst, wie in dem Fall, in dem das Niedrigdruckkältemittel, das durch das Expansionsventil und den Verdampfer gegangen ist, über die Motorkammer in die Spiraleinheit eingeführt wird. Ferner führt die Maßnahme dazu, den Fluss des Schmieröls in dem Verbindungsweg zu blockieren.
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Selbst wenn das CO2-Kältemittel, das einen hohen Arbeitsdruck aufweist, in dem Kühlkreislauf 2 verwendet wird, ist die ausreichende Haltbarkeit des Kompressors 4 sichergestellt. Wenn das natürliche CO2-Kältemittel verwendet wird, trägt dies in hohem Maße zur Reduzierung der Umweltbelastung bei.
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Die Erfindung ist nicht auf das erste Ausführungsbeispiel beschränkt und kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Ein Kompressor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. In der Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels werden Bauteile und Abschnitte, die gleich jenen aus dem ersten Ausführungsbeispiel sind, mit gleichen Referenznummern versehen, und deren Beschreibung wird ausgelassen.
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Ein Zirkulationsweg 9 ist mit dem Zirkulationsweg 7 verbunden und erstreckt sich zu dem Innenwärmetauscher 10, wie in 3 gezeigt ist. Ein Einlaßregelventil (Druckregelmittel) 88 ist in den Zirkulationsweg 7 eingefügt und befindet sich zwischen einem Verbindungspunkt für den Zirkulationsweg 9 und dem Einlaßloch 27. Das Regelventil 88 regelt den Druck in einer Motorkammer 26 und dient dazu, den Kältemitteldruck, der auf der Rückseite der orbitierenden Spirale 54 empfangen wird, an den Kältemittelausstoßdruck, der auf der Vorderseite der orbitierenden Spirale 54 wirkt, anzugleichen.
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Der Zirkulationsweg 8 des zweiten Ausführungsbeispiels erstreckt sich von einem Niedrigdruckseitenkreislauf zwischen dem Expansionsventil 12 und dem Verdampfer 14. Der Zirkulationsweg 8 leitet das Kältemittel in der Motorkammer 26 durch das Auslaßloch 28 zu der stromaufwärtigen Seite des Verdampfers 14. Ein Auslaßregelventil (zweites Druckregelmittel) 90 ist in den Zirkulationsweg 8 eingefügt, so daß es sich zwischen dem Auslaßloch 28 und einem Verbindungspunkt auf einer stromaufwärtigen Seite von dem Verdampfer 14 und dem Expansionsventil 12 befindet. Das Regelventil 90 regelt auch den Druck in der Motorkammer 26 und hält den Kältemitteldruck in der Motorkammer 26 auf einem vorgeschriebenen Druck.
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Die Regelventile 88 und 90 können nicht nur in den Zirkulationswegen 7 und 8 wie oben beschrieben angeordnet sein, sondern auch in dem Einlaßloch 27 und dem Auslaßloch 28 selbst.
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Bei dem Kompressor 4 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird, vorausgesetzt daß das Regelventil 88 basierend auf einem erfaßten Druck PM des Kältemittels eines Hochdruck- und Mitteltemperaturgases in der Motorkammer 26 geöffnet ist, das Kältemittel, das in dem Gaskühler 6 gekühlt wurde, in die Motorkammer 26 eingeführt.
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Konkret trifft, wie in 4 gezeigt ist, wenn der Druck PM des Kältemittels in der Motorkammer 26 zuerst eingeführt wird, Schritt S201 auf der Basis des Drucks Pd des Ausstoßkältemittels, das auf die Vorderseite der orbitierenden Spirale 54 wirkt, eine Entscheidung, ob der Druck PM eine sofortige Unterdrucksetzung erfordert. Wenn der Druck PM höher als der Ausstoßruck Pd ist, das heißt, wenn die Entscheidung JA ist, schreitet die Routine weiter zu Schritt S202.
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Schritt S202 trifft eine Entscheidung, ob der Druck PM stabil ist, um dem Ausstoßdruck Pd als auf der Rückseite der Spirale 54 wirkender Schub ausreichend standzuhalten. Genauer wird eine Entscheidung getroffen, ob der Druck PM einen vorgeschriebenen Wert überschreitet, der ein Sollwert des Drucks in der Motorkammer 26 ist. Wenn der Druck PM höher ist als der vorgeschriebene Wert, oder wenn die Entscheidung JA ist, schreitet die Routine fort zu Schritt S203. In Schritt S203 wird das Regelventil 88 geschlossen, und das Kältemittel, das aus dem Gaskühler 6 ausgestoßen wurde, wird davon abgehalten, in die Motorkammer 26 einzutreten. In diesen Fall wird das Kältemittel von dem Gaskühler 6 durch den Zirkulationsweg 9 in den Innenwärmetauscher 10 eingeführt. Zur selben Zeit öffnet Schritt S203 das Regelventil 90 und dekomprimiert die Motorkammer 26, um den vorgeschriebenen Druck dadurch zu erreichen, daß das Kältemittel dazu gebracht wird, aus der Motorkammer 26 auszuströmen. Dann wird die Routine wiederholt.
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Wenn Schritt S202 entscheidet, daß der Druck PM nicht den vorgeschriebenen Wert überschreitet, schreitet die Routine zu Schritt S204 fort. In Schritt S203 werden die Regelventile 88 und 90 geschlossen. In diesen Fall ist sofortige Unterdrucksetzung nicht erforderlich, und ein Temperaturanstieg eines elektrischen Motors 40 wird verwendet. Die Motorkammer 26 wird unter Druck gesetzt, so daß der Druck PM den vorgeschriebenen Wert erreicht, und dann wird die Routine wiederholt.
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Wenn Schritt S201 entscheidet, daß der Druck PM niedriger als der Ausstoßdruck Pd ist, wird angenommen, daß der Druck PM eine sofortige Unterdrucksetzung erfordert, so daß die Routine zu Schritt S205 fortschreitet.
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Schritt S205 trifft eine Entscheidung, ob der Druck PM stabil ist, um dem Ausstoßdruck Pd als Schub, der auf der Rückseite der Spirale 54 wirkt, ausreichend standzuhalten. Um konkret zu sein, es wird eine Entscheidung getroffen, ob der Druck PM höher als ein vorgeschriebener Wert ist, der ein Sollwert eines Drucks in der Motorkammer 26 ist. Wenn der Druck PM höher als der vorgeschriebene Wert ist, das heißt, wenn die Entscheidung JA ist, wird eine sofortige Unterdrucksetzung für nicht erforderlich gehalten, und die Routine schreitet zu Schritt S206 fort. In Schritt S206 wird das Regelventil 88 geschlossen und gleichzeitig das Regelventil 90 geöffnet, wodurch das Kältemittel zum Ausströmen aus dem Motorkammer 26 gebracht wird, so daß die Motorkammer 26 dekomprimiert wird, um den vorgeschriebenen Wert zu erreichen. Die Routine wird dann wiederholt.
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Im Gegensatz dazu wird, wenn Schritt S205 entscheidet, daß der Druck PM den vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet, eine sofortige Unterdrucksetzung für erforderlich gehalten. Die Routine schreitet dann zu Schritt S207 fort. In Schritt S207 wird das Regelventil 88 geöffnet, und das Kältemittel aus dem Gaskühler 6 wird in die Motorkammer 26 eingeführt. In Schritt S207 wird das Regelventil 90 gleichzeitig geschlossen, um das Kältemittel davon abzuhalten, aus der Motorkammer 26 auszuströmen. Als Ergebnis wird der Druck in der Motorkammer 26 sofort unter Druck gesetzt, um den vorgeschriebenen Wert zu erreichen. Dann wird die Routine wiederholt.
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Die Öffnungs-/Schließungsregelung der Ventile 88 und 90 kann manuell oder durch Signale von einer Steuerung betätigt werden. Die Regelventile 88 und 90 können miteinander durch die Signale von der Steuerung gekoppelt sein.
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Wie oben beschrieben, regelt gemäß dem Kompressor 4 des zweiten Ausführungsbeispiels das Einlaßregelventil 88 zusätzlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel den Druck auf der Rückseite der orbitierenden Spirale 54, wodurch der Druck auf der Rückseite der orbitierenden Spirale 54 mit dem Druck auf der Vorderseite derselben ausgeglichen wird. Daher wird der Axialschub bezüglich der orbitierenden Spirale 54 zuverlässiger ausgeglichen, was es ermöglicht, einen stabilen Kompressionsprozeß in der Spiraleinheit 52 zu erhalten. Folglich wird der Abrieb der Spiralwindungen 61 und 79 weiter verringert, und die Spiraleinheit 52 wird in ihrer Zuverlässigkeit verbessert.
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Das Auslaßregelventil 90 hält den Druck in der Motorkammer 26, in die das Kältemittel eingeführt wird, auf dem vorgeschriebenen Wert so daß sein Druck auf die Rückseite der orbitierenden Spirale 54 wirkt. Daher wird der Schub auf der Rückseite weiter stabilisiert.
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Darüber hinaus können der Zirkulationsweg 7 zwischen dem Gaskühler 6 und dem Einlaßloch 27 und das Regelventil 88, das in den Zirkulationsweg 7 eingefügt ist, in einem herkömmlichen Kompressor verwendet werden. Gleichsam können das Regelventil 90, das in den Zirkulationsweg 8 zwischen dem Auslaßloch 28 und dem Verdampfer 14 eingefügt ist, in einem herkömmlichen Kompressor verwendet werden. In diesem Fall wird der gleiche Vorteil erreicht. In dem Fall, in dem das Ventil 88 in dem Einlaßloch 27 angeordnet ist, wird der Kompressor 4 zu einen Kompressor mit installiertem Regelventil 88 , in Verbindung mit einem herkömmlichen Zirkulationsweg . Das Gleiche kann für den Fall gesagt werden, in dem das Regelventil 90 in dem Auslaßloch 28 angeordnet ist.
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Da das Kältemittel in der Motorkammer 26 an den Verdampfer 14 ausgeliefert wird, ist der Druckregelbereich des Auslaßregelventils 90 breiter als der des Auslaßregelventils 90, das beispielsweise das Kältemittel in der Motorkammer 26 an die Innenwärmetauscher 10 liefert und erhöht Vorteile bezüglich der Regelung.
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Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist beendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Beispielsweise wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel das Kältemittel in der Motorkammer 26 durch den Zirkulationsweg 8 an den Niedrigdruckseitenkreislauf zwischen dem Expansionsventil 12 und dem Verdampfer 14 eingeführt. Jedoch ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf den Zirkulationsweg 8 des zweiten Ausführungsbeispiels beschränkt. Wie in 5 gezeigt ist, kann der Zirkulationsweg 8 mit dem Zirkulationsweg 9 verbunden sein, der sich zu dem Innenwärmetauscher 10 erstreckt. In dem Fall des dritten Ausführungsbeispiels ist das Kältemittel in der Motorkammer 26 zum Wärmetausch in dem Innenwärmetauscher 10 verwendbar, wodurch zur Verbesserung der Kühlleistung beigetragen wird. Auch in diesen Fall können Regelventile 88 und 90 in die Zirkulationswege 7 und 8 eingefügt oder in dem Einlaßloch 27 bzw. Auslaßloch 28 angeordnet sein.
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Die Spiral-Fluidmaschine der Erfindung kann nicht nur als der Kompressor 4 verwendet werden, sondern auch als eine Expansionsvorrichtung. Auch in diesen Fall weist die Spiraleinheit sowohl Einfachheit als auch Festigkeit auf und bietet den Vorteil, daß der Axialschub sicher reduziert wird.
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Obwohl in jedem der obigen Ausführungsbeispiele der Elektromotor 40 als eine Antriebsquelle der orbitierenden Spirale 54 dient, kann ein Fahrzeugmotor als Antriebsquelle verwendet werden. Wenn ein CO2-Kältemittel, das einen hohen Arbeitsdruck hat, wie in den Ausführungsbeispielen verwendet wird, können bemerkenswerte Vorteile geboten werden. Als ein Kältemittel kann jedoch auch ein CFC-Substitut verwendet werden. In diesen Fall wird das Kältemittel aus einem Kondensator durch den Zirkulationsweg 7 in eine Motorkammer 26 eingeführt.
