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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralkompressor und insbesondere einen Spiralkompressor mit einer verbesserten Gegendruck-Steuerungsfunktion, bei welchem eine Gegendruckkammer fest abgedichtet ist, während ein Gegendruck gesteuert wird, was die Effizienz verbessert.
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Stand der Technik
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Allgemein enthält ein Spiralkompressor ein Spiralelement und führt einen Verdichtungsvorgang durch eine Relativbewegung zwischen einer feststehenden Spirale, die unabhängig von der Umdrehung einer Antriebswelle festgelegt ist, und einer umlaufenden Spirale durch, die dafür konfiguriert ist, entsprechend der Umdrehung der Antriebswelle umzulaufen.
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Ein Beispiel eines derartigen Spiralkompressors ist in der
JP2009-024664 A offenbart und wird unter Bezug auf
1 kurz beschrieben.
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Wie 1 zeigt, sind bei einem herkömmlichen Spiralkompressor ein oberer und ein unterer Rahmen 2 und 3 innerhalb eines abgedichteten Gehäuses 1 in einem oberen und einem unteren Abschnitt des abgedichteten Gehäuses 1 eingebaut, ist ein Stator 4 zwischen dem oberen und dem unteren Rahmen 2 und 3 festgelegt und eingebaut, ist ein Rotor 5 in den Stator 4 eingesetzt und innerhalb eines inneren Umfangs desselben eingebaut, ist eine Antriebswelle 6 in einem Mittelabschnitt des Stators 5 durch Presspassung eingesetzt, so dass sie durch einen mittleren Abschnitt des oberen Rahmens 5 verläuft, und ist eine umlaufende Spirale 7, die ein Evolventen-Spiralelement 7a hat, mit der Antriebswelle 6 exzentrisch gekoppelt und an einer oberen Stirnfläche des oberen Rahmens 2 positioniert.
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Eine mit dem Spiralelement der umlaufenden Spirale 6 zur Bildung einer Druckkammer in Eingriff stehende feststehende Spirale 8 ist auf der oberen Seite der umlaufenden Spirale 7 angeordnet und mit dem Umfang des oberen Rahmens 2 in Eingriff, und ein als Einrichtung zum Verhindern der Rotation dienender Oldham-Ring ist zwischen dem oberen Rahmen 2 und der umlaufenden Spirale 7 gekoppelt.
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Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Ausstoßabdeckung, 11 ein Rückschlagventilgehäuse, 12 ein Ansaugrohr und 13 ein Ausstoßrohr.
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Bei dem herkömmlichen Spiralkompressor wird der Rotor 5 innerhalb des Stators 4 gedreht, wenn an diesen elektrische Leistung angelegt wird, um die Antriebswelle 6 zu drehen, in welchem Fall die Antriebswelle die umlaufende Spirale 7 mittels eines Exzenters exzentrisch in Umlauf versetzt. Dann wird die umlaufende Spirale 7 durch den Oldham-Ring 9 um die Mitte ihrer Welle in einem durch einen Umlaufradius gegebenen Abstand in Umlauf gebracht.
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Eine Verdichtungskammer (Tasche) ist zwischen den Spiralelementen 7a und 8a der umlaufenden Spirale 7 und der feststehenden Spirale 8 durch die Umlaufbewegung der umlaufenden Spirale 7 dergestalt gebildet, dass sie durch die kontinuierliche Umlaufbewegung zur Mitte derselben bewegt wird, wodurch ihr Volumen reduziert wird und das angesaugte Kühlmittelgas weiter verdichtet wird.
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Hier sind die Rückfläche der feststehenden Spirale 8 und die Bodenfläche der Ausstoßabdeckung 10 vertieft bzw. einmal dergestalt vorspringend, dass eine Gegendruckkammer 14 auf der entsprechenden Oberfläche der Vertiefung und des Vorsprungs gebildet ist, eine Gegendrucköffnung 14a, die mit der Verdichtungskammer der feststehenden Spirale 8 in Verbindung steht, auf einer Seite der Gegendruckkammer 14 gebildet ist, und Dichtelemente (nicht dargestellt) auf den entgegengesetzten Seiten der Gegendruckkammer 14 zwischengelegt sind.
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Gemäß dem herkömmlichen Spiralkompressor wird ein durch eine in der feststehenden Spirale 8 gebildete Ansaugöffnung (nicht dargestellt) angesaugtes Kühlmittelgas an entgegengesetzten Enden des Umfangs der Spirale angesaugt, wenn die umlaufende Spirale 7 umläuft, und in zwei Taschen (Verdichtungen) in Form einer Mondsichel mit demselben Volumen eingeschlossen. Das Volumen der Taschen wird kontinuierlich vermindert, um das Kühlmittelgas im Ablauf der Bewegung des Zentrums zu verdichten.
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Bei dem herkömmlichen Spiralkompressor ist die Gegendrucköffnung 14a, die mit der Gegendruckkammer 14 in Verbindung steht, an einer vorbestimmten Position der feststehenden Spirale 8 gebildet und ein Kühlmittelgas mit einem mittleren Druck tritt durch die Gegendrucköffnung 14a in die Gegendruckkammer 14 ein, so dass der Druck des Kühlmittelgases die feststehende Spirale zu der umlaufenden Spirale 7 hin anlegt, was es ermöglicht, den Austritt von Kühlmittelgas zu verhindern.
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Da jedoch der herkömmliche Spiralkompressor einen Aufbau aufweist, der dafür ausgelegt ist, die feststehende Spirale relativ zu der umlaufenden Spirale 7 axial zu bewegen, ist sein Aufbau instabil und es treten starke Vibrationen auf.
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Wenn ferner die umlaufende Spirale 7 durch den hohen Druck der Tasche nach unten gedrückt wird, berührt sie eine obere Stirnfläche des oberen Rahmens 2. Dementsprechend wird übermäßige Reibung zwischen der umlaufenden Spirale 7 und dem oberen Rahmen 2 verursacht, was den Wirkungsgrad des Kompressors verschlechtert und Beschädigungen verursacht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen solchen Kompressor dergestalt weiterzubilden, dass sein Aufbau verbessert, Vibrationen vermieden und sein Wirkungsgrad verbessert wird.
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Offenbarung
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Technisches Problem
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Gemäß vorliegender Erfindung wird daher ein Spiralkompressor mit einer verbesserten auslegungsgemäßen Festlegung der wirksamen Gegendruckflächen vorgeschlagen, welche den Verschleiß eines Reibungsabschnitts zwischen einer umlaufenden Spirale und einem Hauptrahmen verhindert, während die Masse des Kompressors minimiert wird, indem eine Druckplatte mit großer Härte zu dem Reibungsabschnitt hinzugefügt wird, und welche die Reduzierung des Wirkungsgrads des Kompressors und eine Beschädigung des Kompressors verhindert.
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Ferner wird ein Spiralkompressor vorgeschlagen, in welchem der Gegendruck ohne weiteres gesteuert werden kann, indem die Fläche des Dichtungselements gesteuert wird.
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Ferner wird ein Spiralkompressor vorgeschlagen, der es ermöglicht, einen Raum zur Anbringung eines Dichtungselements problemlos zu sichern, um die Dichtwirkung einer Gegendruckkammer ausreichend aufrecht zu erhalten, und der die Lebensdauer des Dichtungselements verbessert.
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Technische Lösung
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Zum Erreichen der vorstehend genannten Ziele wird ein Spiralkompressor mit einer verbesserten auslegungsgemäßen Festlegung der wirksamen Gegendruckflächen vorgeschlagen, welcher enthält: ein Gehäuse, eine Antriebseinheit, die zur Erzeugung einer Drehkraft konfiguriert ist; und eine Spiralverdichtereinheit, welche eine feststehende Spirale, die durch ein Spiralelement zum Verdichten eines angesaugten Fluids gebildet ist, welches unabhängig von einer Umdrehung einer Antriebswelle der Antriebseinheit festgelegt ist, und eine umlaufende Spirale aufweist, die entsprechend der Umdrehung der Antriebswelle umläuft und ein Spiralelement aufweist, welcher Spiralkompressor umfasst: einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Hauptrahmen, um eine Rückfläche der umlaufenden Spirale zu stützen, welcher eine Gegendruckkammer in seinem Inneren aufweist; eine zwischen der umlaufenden Spirale und dem Hauptrahmen angeordnete Druckplatte; und ein zwischen der umlaufenden Spirale und dem Hauptrahmen eingesetztes Dichtungselement, wobei das Dichtungselement ein erstes Dichtungselement, welches zwischen der umlaufenden Spirale und der Druckplatte eingesetzt ist, und ein zweites Dichtungselement, welches zwischen der Druckplatte und dem Hauptrahmen eingesetzt ist, umfasst.
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Vorzugsweise sind die umlaufende Spirale und der Hauptrahmen aus Aluminium hergestellt und die Druckplatte ist aus einem Metall auf Stahlbasis hergestellt.
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Vorzugsweise ist die Druckplatte wärmebehandelt oder oberflächenbehandelt.
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Vorzugsweise ist eine Aufnahmevertiefung in dem Hauptrahmen gebildet, in welche die Druckplatte eingesetzt ist.
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Vorzugsweise ist ein Außendurchmesser der Druckplatte größer als ein Umlaufdurchmesser der umlaufenden Spirale.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1A ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Spiralkompressors mit einer Gegendruck-Steuerungsfunktion veranschaulicht;
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1B ist eine Draufsicht, die eine Gegendruckstruktur aus 1A zeigt;
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2 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralkompressor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Gegendruckstruktur des Spiralkompressors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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4 ist eine Längsschnittansicht, die einen Gegendruck des Spiralkompressors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Ausführungsweise der Erfindung
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Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
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2 ist eine Längsschnittansicht, die einen Spiralkompressor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Gegendruckstruktur des Spiralkompressors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist eine Längsschnittansicht, die einen Gegendruck des Spiralkompressors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie die 2 und 3 zeigen, umfasst der Spiralkompressor A gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 100, eine Antriebseinheit, die zur Erzeugung einer Drehantriebskraft ausgelegt ist, eine von der Antriebseinheit angetriebene Antriebswelle 200, eine Spiralverdichtereinheit, die eine feststehende Spirale 500 mit einem Spiralelement 510 aufweist, um ein angesaugtes Fluid zu verdichten, welche unabhängig von der Umdrehung der Antriebswelle 200 festgelegt ist, und eine umlaufende Spirale 400, die dafür konfiguriert ist, mit der Umdrehung der Antriebswelle 200 umzulaufen und welche ein Spiralelement 410 aufweist.
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Obgleich das Gehäuse 100 drei Gehäusebauteile aufweist, d. h. ein vorderes Gehäuse 600, ein Hauptgehäuse 300 und ein hinteres Gehäuse 700, kann es auch in zwei Bauteile unterteilt sein.
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Hier sind ein Ausstoßrohr (nicht dargestellt) und eine Ausstoßkammer 610 in dem vorderen Gehäuse 600 gebildet und ein Kanal, durch welchen ein Kühlmittel tritt, ist an einem Zwischenabschnitt des Gehäuses 100 gebildet. Ein Ansaugrohr (nicht dargestellt) und eine Ansaugkammer 710 sind an den hinteren Abschnitten des Gehäuses 100 gebildet.
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Das Ansaugrohr, die Ansaugkammer, das Ausstoßrohr und die Ausstoßkammer müssen jedoch nicht wie vorstehend gebildet sein und können an beliebigen Positionen des Gehäuses gebildet sein.
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Ein Hauptrahmen 800 zur Lagerung der Antriebswelle 200 ist in dem Gehäuse 100 separat vorgesehen und eine Gegendruckkammer BAC ist in seinem Inneren gebildet.
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Die Antriebseinheit umfasst einen Antriebsmotor 230 mit einem Stator 210 und einem Rotor 220, der innerhalb des Stators 210 angeordnet ist, sowie eine in einen zentralen Abschnitt des Antriebsmotors 230 eingesetzte Antriebswelle 200, die in Umdrehung versetzt wird.
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Ein Lager 240 und ein Hilfslager 250 sind vor der Antriebswelle 200 eingebaut, die von dem Antriebsmotor 230 angetrieben und in Umdrehung versetzt wird, und das Hilfslager 250 lagert einen Umfangsabschnitt einer Exzentereinheit 260, die relativ zu der Antriebswelle 200 exzentrisch eingebaut ist.
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Ferner verläuft ein Rücklaufkanal 290 entlang einer Längsrichtung der Antriebswelle 200 im Inneren der Antriebswelle 200, so dass Öl von der Ausstoßkammer 610 des vorderen Gehäuses 600 zurückgeführt wird.
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Insbesondere ist ein Regelventil 270 in dem Rücklaufkanal 290 der Antriebswelle eingebaut. Wenn somit der Druck der Gegendruckkammer BAC hoch ist, wird das Regelventil 270 geöffnet, um das Öl abzuleiten.
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Die Spiralverdichtereinheit umfasst eine feststehende Spirale 500, die an dem vorderen Gehäuse 600 befestigt ist und ein Spiralelement 510 hat, und eine umlaufende Spirale 400, die mit der feststehenden Spirale 500 gekoppelt ist und ein Spiralelement 410 hat.
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Die an der Antriebswelle 200 angebaute Exzentereinheit 260 ist mit der umlaufenden Spirale 400 mittels des Hilfslagers 250 verbunden.
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Wenn demgemäß die Antriebswelle 200 gedreht wird, wird die Exzentereinheit 260 relativ zu der Antriebswelle 200 exzentrisch in Umdrehung versetzt, wodurch die in der Exzentereinheit 260 mittels des Hilfslagers 250 eingebaute umlaufende Spirale 400 relativ zu der feststehenden Spirale 500 in eine Umlaufbewegung versetzt wird.
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Wie vorstehend beschrieben wird zwischen den Spiralelementen 410 und 510 mit dem Umlauf der umlaufenden Spirale 400 eine Tasche gebildet, wobei das Volumen der Tasche kontinuierlich verändert wird, um das Kühlmittel zu verdichten.
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Eine Ausstoßöffnung 560 zum Ausstoßen des verdichteten Kühlmittels in die Ausstoßkammer 610 des vorderen Gehäuses 600 ist in einem Mittelabschnitt der feststehenden Spirale 500 gebildet.
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Im Betrieb wird eine hoher Druck in der Tasche durch das Umlaufen der umlaufenden Spirale 400 erzeugt und die umlaufende Spirale 400 wird in einer von der feststehenden Spirale 500 abgewandten Richtung mit Kraft beaufschlagt.
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In diesem Fall werden die Spiralelemente 410 und 510 erweitert, was den Wirkungsgrad der Verdichtung senkt. Um dies zu verhindern wird ein Teil des aus der Ausstoßöffnung 560 ausgestoßenen Kühlmittels entlang dem internen Kanal des Gehäuses 100 in die Gegendruckkammer BAC des Hauptrahmens 800 geleitet, um an die Rückfläche der umlaufenden Spirale 400 Druck anzulegen. Die Zirkulationsstruktur des Kühlmittels ist nach dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
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Ferner werden dann, wenn in der Gegendruckkammer BAC ein hoher Druck angelegt wird, die umlaufende Spirale 400 und die feststehende Spirale 500 aneinander angelegt, was sowohl die Beweglichkeit als auch den Wirkungsgrad der Verdichtung reduziert. Somit wird die an die umlaufende Spirale 400 angelegte Gegendruckfläche vorzugsweise auslegungsgemäß festgelegt, was weiter unten im Detail erläutert wird.
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Nachfolgend wird die Gegendruckstruktur der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfasst die Gegendruckstruktur einen Hauptrahmen 800, der dafür konfiguriert ist, die Rückfläche der umlaufenden Spirale 400 zu lagern und der eine Gegendruckkammer BAC in seinem Inneren aufweist, eine zwischen der umlaufenden Spirale 400 und dem Hauptrahmen 800 angeordnete Druckplatte 900 und ein Dichtelement 910, welches zwischen der umlaufenden Spirale 400 und dem Hauptrahmen 800 eingesetzt ist.
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Dabei hat die Druckplatte 900 eine ausreichende Festigkeit, um das Umlaufen der umlaufenden Spirale 400 aufzunehmen.
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Die umlaufende Spirale 400 und der Hauptrahmen 800 sind aus Aluminium hergestellt und können aus einem verschleißfesten Material auf Stahlbasis, wie etwa Stahl und Gusseisen hergestellt sein, um durch das Umlaufen der umlaufenden Spirale 400 verursachten Verschleiß zu verhindern.
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Des Weiteren ist die aus Stahl hergestellte Druckplatte 900 wärmebehandelt (z. B. durch Glühen, Einsatzhärtung, Behandlung mit Hochfrequenzwellen, Härtung mit Brennern und Nitrierung) und oberflächenbehandelt (z. B. durch Sandstrahlen, Luftstrahlen, Kugelstrahlen, Beschichten und Plattieren), um die mechanische Leistungsfähigkeit zu verbessern.
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Die Druckplatte 900 steht in Oberflächenkontakt mit der umlaufenden Spirale 400 und eine schmierende Beschichtung (Teflon, Vanadium, Antimon) verhindert die Bildung von Kratzern.
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Eine Aufnahmevertiefung 810, in welche die Druckplatte 900 eingesetzt ist, ist in dem Hauptrahmen 800 gebildet, um die Bewegung und Drehung der Druckplatte 900 zu verhindern, wobei jedoch Bewegung und Drehung der Druckplatte 900 auch durch einen Stift, einen Keil oder einen Vorsprung ebenso wie durch die Aufnahmevertiefung 810 verhindert werden können.
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Des Weiteren umfasst das Dichtungselement 910 ein erstes Dichtungselement 911, welches zwischen der umlaufenden Spirale 400 und der Druckplatte 900 eingesetzt ist, und ein zweites Dichtungselement 912, welches zwischen der Druckplatte 900 und dem Hauptrahmen 800 eingesetzt ist.
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Dabei ist das erste Dichtungselement 911 ein O-Ring und eine erste Haltevertiefung 401, in welche das erste Dichtungselement 911 eingesetzt ist, um das Ablösen zu verhindern, ist in der umlaufenden Spirale 400 gebildet, und eine zweite Haltevertiefung 801, in welche das zweite Dichtungselement 912 eingesetzt ist, um das Ablösen zu verhindern, ist in dem Hauptrahmen 800 gebildet.
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Demgemäß wird der an die Rückfläche der umlaufenden Spirale 400 angelegte Druck durch das erste und das zweite Dichtungselement 911 und 912 konstant gehalten, so dass eine Reduzierung des Wirkungsgrads des Kompressors durch Abdichtung der Gegendruckkammer BAC verhindert wird.
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Ferner kann die Größe des Gegendrucks gemäß der Größe der inneren Umfangsflächen des ersten Dichtungselements 910 und des zweiten Dichtungselements 912 festgelegt werden.
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Da wie in 4 gezeigt eine Fläche (innere Umfangsfläche) auslegungsgemäß festgelegt wird, auf welche der Druck des Kühlmittels wirkt, heißt das, dass die Größe des Gegendrucks festgelegt werden kann. Im Detail können der Druck PC des auf die Vorderfläche der umlaufenden Spirale 400 wirkenden Kühlmittels und der Gegendruck PBAC, der auf die Rückfläche der umlaufenden Spirale 400 wirkt, durch das erste und das zweite Dichtungselement 911 und 912 ordnungsgemäß gesteuert werden.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für den Durchschnittsfachmann, dass verschiedene Veränderungen hinsichtlich der Form und Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne den Gedanken und Schutzumfang der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Patentansprüchen zu verlassen.
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Industrielle Verfügbarkeit
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Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Spiralkompressor mit einer verbesserten auslegungsgemäßen Festlegung der wirksamen Gegendruckfläche geschaffen, welche den Verschleiß eines Reibungsabschnitts zwischen einer umlaufenden Spirale und einem Hauptrahmen verhindert, während die Masse des Kompressors minimiert wird, indem eine Druckplatte mit hoher Härte zu dem Reibungsabschnitt hinzugefügt wird, womit die Reduzierung des Wirkungsgrads des Kompressors und eine Beschädigung des Kompressors verhindert werden.
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Ferner wird ein Spiralkompressor geschaffen, bei welchem der Gegendruck problemlos festgelegt werden kann, indem die Fläche des Dichtungselements festgelegt wird.
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Ferner wird ein Spiralkompressor geschaffen, der es ermöglicht, einen Raum zur Anbringung eines Dichtungselements ohne weiteres zu sichern, um den Dichtungseffekt einer Gegendruckkammer ausreichend aufrechtzuerhalten, und bei welchem die Lebensdauer des Dichtungselements verbessert ist.
