DE112013001631T5 - Abgedichteter Kompressor und Dampfkompressions-Kältekreislaufvorrichtung, die den abgedichteten Kompressor aufweist - Google Patents

Abgedichteter Kompressor und Dampfkompressions-Kältekreislaufvorrichtung, die den abgedichteten Kompressor aufweist Download PDF

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Abstract

Ein abgedichteter Kompressor enthält ein zentrifugales Laufrad, das oberhalb eines Rotors vorgesehen ist, um synchron zu rotieren. Ein Kältemittel, das in einem unteren Raum strömt, steigt durch eine Rotor-Luftöffnung nach oben, strömt in einen oberen Raum und strömt aus einem Austrittsrohr aus. Das zentrifugale Laufrad weist Folgendes auf: eine Öl-Trennplatte, die an einer oberen Seite des Rotors vorgesehen ist, und eine Mehrzahl von Schaufeln, die auf einer unteren Fläche der Öl-Trennplatte stehen und Strömungspassagen zwischen den Schaufeln bilden, die jeweils zwischen zwei angrenzenden Schaufeln vorgesehen sind, und eine innere Schaufel-Strömungspassage, die das Kältemittel, das von der Rotor-Luftöffnung ausströmt, zu inneren Einlässen der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln führt. Äußere Auslässe der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln sind entlang des gesamten Umfangs angeordnet, und das Kältemittel, dessen Druck erhöht wird, während es durch die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln strömt, wird dazu veranlasst, von den äußeren peripheren Auslässen zum oberen Raum auszuströmen. Die Öl-Trennplatte ist auf einer oberen Seite der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln und einer oberen Seite der inneren Schaufel-Strömungspassage angeordnet, um eine Kurzschluss-Passage zu schließen, durch welche das Kältemittel direkt zum Austrittsrohr ausströmt, ohne durch die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln zu strömen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen abgedichteten Kompressor und eine Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung, die einen solchen abgedichteten Kompressor aufweist. Sie betrifft insbesondere einen abgedichteten Kompressor, der einen Öltrennungs- bzw. Ölabscheidungseffekt hat, sowie eine Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung, die den abgedichteten Kompressor aufweist.
  • Stand der Technik
  • Als Kältemittel-Kompressor, der in einer Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung (einer Wärmepumpen-Vorrichtung oder einer Kältekreislauf-Vorrichtung) verwendet wird, Hat man bisher einen Kältemittel-Kompressor verwendet, bei welchem die Rotationskraft des Motors auf einen Kompressionsmechanismus mittels einer Antriebswelle übertragen wird, um so ein Kältemittel-Gas zu komprimieren.
  • Bei einem solchen Kältemittel-Kompressor wird das Kältemittel-Gas, das von dem Kompressionsmechanismus komprimiert worden ist, in einen abgedichteten Behälter herausgelassen, bewegt sich durch eine Motor-Gasströmungs-Passage ausgehend von einem unteren Raum zu einem oberen Raum in Bezug auf den Motor, und wird dann in einen Kältemittelkreislauf außerhalb des abgedichteten Behälters herausgelassen. Zu diesem Zeitpunkt wird Schmieröl, das dem Kompressionsmechanismus zugeführt wird, nach außerhalb des abgedichteten Behälters herausgelassen, während es sich mit dem Kältemittel-Gas vermischt.
  • Herkömmlicherweise gilt Folgendes: Wenn die Menge des herausgelassenen Öls, das zum Kältemittelkreislauf transportiert werden soll, zunimmt, dann verschlechtert sich die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers; oder wenn die im abgedichteten Behälter vorrätige Ölmenge abnimmt, dann wird die Kompressor-Effizienz verringert, und zwar infolge eines Anstiegs einer Undichtigkeit bzw. eines Lecks des komprimierten Gases. Ferner verschlechtert sich die Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung des Kompressors.
  • In jüngster Zeit hat sich die Größenverringerung von Kältemittel-Kompressoren und der Wandel des verwendeten Kältemittels hin zu einem alternativen Kältemittel mit kleiner Umweltbelastung (inklusive natürlichen Kältemitteln) beschleunigt. Es ergab sich der Bedarf, die Technik der Öltrennung in dem abgedichteten Behälter wirkungsvoll zu realisieren.
  • Andererseits verkomplizieren sich die Strömungszustände des Kältemittels und des Schmieröls während der Umdrehung des Motors mit hoher Drehzahl im abgedichteten Behälter und der Mechanismus der Öltrennung erheblich. Es ist nicht einfach, ein Experiment zum Beobachten des Hochdruck-Innenraums des abgedichteten Behälters durchzuführen. Folglich ergeben sich viele nicht-identifizierte Details und viele ungelöste technische Probleme.
  • Bei einem Scrollverdichter mit Hochdruck-Hülle, wie er in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, wird ein Kältemittel, das durch Ansaugen angesogen wird, mittels eines Kompressionsmechanismus komprimiert, der im inneren oberen Teil eines abgedichteten Behälters vorgesehen ist. Es wird vorübergehend in ein Ölreservoir am Boden des abgedichteten Behälters abgesenkt und dann von einem unteren Raum in einen oberen Raum in Bezug auf den Motor durch eine Motor-Gasströmungs-Passage angehoben, und ein Hochdruck-Gas wird aus einem Kompressor-Austrittsrohr herausgelassen.
  • Der Scrollverdichter mit Hochdruck-Hülle, der in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, weist ein Gebläse auf, der oberhalb eines Rotors des Motors angeordnet ist, und er weist Trennwände auf, die an dem Stator des Motors und dem Rotor des Motors angebracht sind. Das Kältemittel und das Schmieröl werden mittels der Zentrifugalkraft, die bei der Rotation des Gebläses erzeugt wird, und mittels des Druckwiderstands der Strömung in einem Spalt zwischen den Trennwänden getrennt. Dies hindert das restliche Schmieröl, das vom Kältemittel getrennt werden soll, daran, direkt in das Austrittsrohr zu strömen, d. h. es hindert das Schmieröl daran, aus dem abgedichteten Behälter auszuströmen.
  • Die Patentliteratur 2 offenbart eine Öltrennungseinrichtung für einen abgedichteten elektrischen Kompressor, die Folgendes aufweist: Ein elektrisch betriebenes Element, das im inneren oberen Teil eines abgedichteten Behälters angeordnet ist; ein Kompressionselement, das von dem elektrisch betriebenen Element angetrieben werden soll; eine Öl-Trennplatte, die einem oberen Endring eines Rotors des elektrisch betriebenen Elements mit einem vorab festgelegten Zwischenraum zwischen diesen gegenüberliegt; und Rührschaufeln, die auf der Öl-Trennplatte montiert sind. In dem abgedichteten elektrischen Kompressor sind die Rührschaufeln nur auf der unteren Oberfläche der Öl-Trennplatte montiert.
  • Die Wirkung der in der Patentliteratur 1 und 2 offenbarten Öltrennungseinrichtungen (das Gebläse und die Trennwände in der Patentliteratur 1 und die Öl-Trennplatte und die Rührschaufeln in der Patentliteratur 2) zum Verbessern des Öl-Trennungszustands im abgedichteten Behälter des Kompressors wird allgemein akzeptiert.
  • Ferner ist es kürzlich möglich geworden, die Strömungszustände des Kältemittels und des Schmieröls im abgedichteten Behälter des Kompressors zu visualisieren, indem die dreidimensionale Fluidsimulationstechnik verwendet wird, die bemerkenswerte Fortschritte gemacht hat, und es wurden neue Erkenntnisse erzielt. Beispielsweise offenbart die Patentliteratur 3 einen Kältemittel-Kompressor, bei welchem Folgendes gilt: Indem ein Anstieg des Förderdrucks genutzt wird, der in der Nähe eines vorderen Endbereichs – in Rotationsrichtung – eines oberen Ausgleichsgewichts auftritt, das am oberen Ende eines Rotors in einem Motor befestigt ist, der in einem abgedichteten Behälter vorgesehen ist, wird eine Ö1-Rückströmungspassage ausgebildet, und zwar ausgehend von dem Bereich in der Nähe des vorderen Endbereichs auf das untere Ende zu. Schmieröl von hoher Konzentration, das um den Motor herum freiliegt, wird zur unteren Seite des Motors zurückgeführt, um Ölverluste zu verhindern.
  • Gewöhnlich hat der Rotor eines bürstenlosen DC-Motors, der in einem existierenden Kompressor verwendet wird, eine Struktur, die wie ein kreisförmiger Zylinder geformt ist, wobei kreisförmige Stahlbleche gestapelt sind, und wobei die obere und die untere Fläche des Stapels zwischen flachen Metallplatten eingespannt sind. Ein oberes Ausgleichsgewicht ist zusätzlich an der oberen Seite des oberen Endes des Rotors vorgesehen, und ein unteres Ausgleichsgewicht ist zusätzlich am unteren Ende des Rotors vorgesehen.
  • Stand der Technik
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 3 925 392
    • Patentliteratur 2: Japanische ungeprüfte Gebrauchsmusterregistrierungs-Anmeldungs-Veröffentlichung Nr. 5-61487
    • Patentliteratur 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2009-264 175 A .
  • Nicht-Patentliteratur
    • Nicht-Patentliteratur 1: Ta-bo Soufuuki to Asshukuki (Turbo Air – Sending Device and Compressor), Corona Publishing Co., Ltd. (Showa 63)
    • Nicht-Patentliteratur 2: Ryuutai Kikai Kougaku (Fluid Mechanical Engineering), Corona Publishing Co., Ltd. (Showa 58)
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Um eine zentrifugale Luftzuführungs-Einrichtung mit hoher Leistungsfähigkeit, wie in Der Nicht-Patentliteratur 1 beschrieben, zu konfigurieren, gilt grundsätzlich Folgendes: Die Form eines Laufrads (Impellers) selbst, die Form einer strömungsaufwärts des Laufrads gelegenen Strömungspassage sowie die Form einer strömungsabwärts des Laufrads gelegenen Strömungspassage sind auf der Basis einer theoretischen Berechnung entworfen.
  • Die Patentliteratur 1 und 2 offenbaren jedoch keine theoretischen Designverfahren für das Gebläse und die Schaufeln, die an der oberen Seite des Rotors des darin offenbarten Motors angebracht sind, und die besten Gebläse und Schaufeln zum Verbessern des Öl-Trennungszustands sind nicht konfiguriert. Bei dem herkömmlichen abgedichteten Kompressor besteht ein Spielraum zur weiteren Verbesserung der Öltrennungs-Leistungsfähigkeit, indem das zentrifugale Gebläse auf angemessenere Weise verwendet wird.
  • Beispielsweise gilt bei dem in der Patentliteratur 1 beschriebenen Scrollverdichter mit Hochdruck-Hülle Folgendes: Da das Gebläse, das auf der oberen Seite des Rotors des Motors vorgesehen ist, nur auf der einen Seite angeordnet ist, auf welcher das obere Ausgleichsgewicht nicht vorgesehen ist, schwanken die Druckverteilung und die Verteilung der Strömungsrate innerhalb des oberen Motorraums erheblich bei nicht-gleichmäßiger Rotation des Gebläses.
  • Falls diese Struktur einfach unverändert bei einem Rotationskompressor verwendet wird, dann hindert sie die Öltröpfchen, die im oberen Motorraum verteilt sind, daran, sich infolge der Gravitation abzusetzen, oder sie stört die Oberfläche des Öls, das sich auf der oberen Seite des Stators angesammelt hat. Dies kann die Öltröpfchen aufwirbeln und die Austrittsmenge zur Außenseite des abgedichteten Behälters hin erhöhen.
  • Bei dem in der Patentliteratur 2 beschriebenen Rotationskompressor gilt Folgendes: Die Öl-Trennplatte, die auf der Oberseite des Rotors des Motors vorgesehen ist, hat ein großes kreisförmiges Loch nahe der Mitte auf der inneren peripheren Seite bzw. inneren Umfangsseite der Rührschaufeln, und ein Austrittsrohr, durch welches das Kältemittel in Bezug auf den abgedichteten Behälter nach außerhalb geführt wird, ist in das kreisförmige Loch eingesetzt.
  • Da ein für ein Fließen des Kältemittel-Gases ausreichender Spalt zwischen dem kreisförmigen Loch und dem Austrittsrohr vorgesehen ist, strömt das Kältemittel-Gas, das durch eine Rotor-Luftöffnung aufsteigt, die den Rotor in Aufwärts-Abwärts-Richtung durchdringt, direkt in das Austrittsrohr, ohne durch Strömungspassagen zwischen den Schaufeln zu strömen, die zwischen den Rührschaufeln vorgesehen sind.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Aufgabe der Erfindung ist es, einen abgedichteten Kompressor anzugeben, der Schmieröl trennt bzw. abscheidet, indem die Rotation von Schaufeln genutzt wird, die am oberen Bereich eines Rotors des Motors innerhalb eines Behälters angeordnet sind, der die Abnahme der Menge des am inneren Boden des Behälters vorrätigen Öls verhindert, und der eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit und eine Verschlechterung der Energiespar-Leistungsfähigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung unterbinden kann. Weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung anzugeben, die den abgedichteten Kompressor beinhaltet.
  • Lösung des Problems
  • Ein abgedichteter Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen abgedichteten Behälter, der Schmieröl an dessen Boden speichert, einen Motor, der in dem abgedichteten Behälter vorgesehen ist und einen Stator und einen Rotor aufweist, eine Antriebswelle, die an dem Rotor angebracht ist, einen Kompressionsmechanismus, der innerhalb des abgedichteten Behälters vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, ein Kältemittel bei der Rotation der Antriebswelle zu komprimieren, ein zentrifugales Laufrad, das oberhalb des Rotors vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, synchron mit dem Rotor zu rotieren, und ein Austrittsrohr, das mit einem oberen Raum des Motors kommuniziert und dazu ausgebildet ist, ein Kältemittel zum Anströmen aus dem oberen Raum zu einem externen Kreislauf des abgedichteten Behälters zu veranlassen. Der Rotor weist eine in Aufwärts-Abwärts-Richtung durchgehende Rotor-Luftöffnung auf. Das Kältemittel, das in einem unteren Raum des Motors strömt, steigt durch die Rotor-Luftöffnung auf, strömt in den oberen Raum des Motors und strömt aus dem Austrittsrohr aus.
  • Das zentrifugale Laufrad weist Folgendes auf: eine Öl-Trennplatte, die in einem vorab festgelegten Abstand zur oberen Seite von einem oberen Ende des Rotors vorgesehen ist; eine Mehrzahl von Schaufeln, die in Abwärtsrichtung von einer unteren Fläche der Öl-Trennplatte stehen und ausgehend von einer inneren peripheren Seite (inneren Umfangsseite) in Richtung einer äußeren peripheren Seite (äußeren Umfangsseite) vorgesehen sind; Strömungspassagen zwischen den Schaufeln, die jeweils zwischen zwei benachbarten Schaufeln der Mehrzahl von Schaufeln vorgesehen sind; und eine innere Schaufel-Strömungspassage, die das Kältemittel, das von einer oberen Endöffnung ausströmt, welche die Rotor-Luftöffnung bildet, zu inneren peripheren Einlässen der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln leitet.
  • Die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln sind entlang des gesamten Umfangs angeordnet, um das Kältemittel von deren inneren peripheren Einlässen zu deren äußeren peripheren Auslässen zu leiten, und um das im Druck erhöhte Kältemittel dazu zu veranlassen, während es durch die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln geht, von den äußeren peripheren Auslässen in den oberen Raum auszuströmen.
  • Die Öl-Trennplatte verschließt eine obere Fläche der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln und ein oberes Ende der inneren Schaufel-Strömungspassage, um eine Kurzschluss-Passage zu schließen, durch welche das Kältemittel direkt zum Austrittsrohr ausströmt, ohne durch die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln zu strömen.
  • Eine Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen abgedichteten Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung; einen Radiator, der Wärme von dem Kältemittel abweist, das von dem abgedichteten Kompressor komprimiert worden ist; einen Expansionsmechanismus, der das Kältemittel beim Ausströmen aus dem Radiator expandiert; und einen Verdampfer, der das Kältemittel beim Ausströmen aus dem Expansionsmechanismus dazu veranlasst, Wärme aufzunehmen.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Abnahme der Menge an Schmieröl zu vermeiden, das im Behälter gespeichert ist, und eine dahingehende Wirkung zu erzielen, dass eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung unterbunden wird, sowie eine dahingehende Wirkung, dass die Energiespar-Leistungsfähigkeit verbessert wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 2 eine transversale Schnittansicht des abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A der 1).
  • 3 eine Abwicklungs-Ansicht von (acht) Schaufeln eines zentrifugalen Laufrads gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 4 eine Projektions-Ansicht von oben, die die Struktur der geschnittenen und erhabenen (acht) Schaufeln gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 5 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs P in 4.
  • 6 ein Balkendiagramm, das einen Vergleich der Ölverluste reduzierenden Wirkung des zentrifugalen Laufrads gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ein Kennfeld-Diagramm (longitudinale Schnittansicht), das das Gleichgewichtsverhältnis einer statischen Kraft in einem abgedichteten Behälter des abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
  • 8 eine Ansicht, die den Aufbau einer Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung zeigt, die den abgedichteten Kompressor gemäß Ausführungsform 1 beinhaltet.
  • 9 eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 10 eine transversale Schnittansicht des abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A der 9).
  • 11 eine transversale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 12 eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 13 eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des oberen Bereichs eines Rotors in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 14 eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist eine transversale Schnittansicht des abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A der 1). Zunächst werden die grundsätzliche Struktur und der Betrieb eines abgedichteten Kompressors 100 gemäß Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
  • Grundsätzliche Struktur und Betrieb des abgedichteten Kompressors 100
  • Der abgedichtete Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 1 ist unter Verwendung eines abgedichteten Rotationskompressors mit Hochdruck-Mantel ausgeführt und weist – wie in 1 dargestellt – Folgendes auf: einen abgedichteten Behälter 1, in welchem ein Ölreservoir am Boden des abgeschlossenen Behälters 2a zum Speichern von Schmieröl an dessen unterem Bereich vorgesehen ist, und einen Motor 8, eine Antriebswelle 3 und einen Kompressionsmechanismus 10, die innerhalb des abgedichteten Behälters aufgenommen sind.
  • Der Motor 8 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Stator 7 auf, der in seinem inneren peripheren Bereich ein in Aufwärts-Abwärts-Richtung durchgehendes Durchgangsloch aufweist, sowie einen im Wesentlichen zylindrischen Rotor 6, der auf der inneren peripheren Seite des Stators 7 mit einem dazwischenliegenden vorab festgelegten Luftspalt 27a angeordnet ist. Beispielsweise ist der Motor 8 bei der Ausführungsform 1 unter Verwendung eines bürstenlosen DC-Motors implementiert.
  • Der Stator 7 ist durch Stapeln von Stahlblechen gebildet. Eine Spule ist dicht um einen Kern 7d gewickelt, um einen Spulen-Wicklungsblock 7c zu bilden. Der Stator 7 ist an der inneren peripheren Fläche des abgedichteten Behälters 1 beispielsweise mittels Presspassungen oder durch Schweißen angebracht. Der Rotor 6 wird ausgebildet, indem Stahlbleche gestapelt werden, und indem die oberen und unteren Enden des Stapels von Stahlblechen zwischen ein oberes Rotor-Befestigungsteil 33 und ein unteres Rotor-Befestigungsteil 34 eingespannt werden. Ein Magnet ist in dem Rotor 6 angeordnet.
  • Ein oberes Ausgleichsgewicht 31 und ein unteres Ausgleichsgewicht 32 mit Vorsprüngen in gegenüberliegenden Phasen sind auf der oberen Fläche des oberen Rotor-Befestigungsteils 33 bzw. der unteren Fläche des unteren Rotor-Befestigungsteils 34 angeordnet. Der Rotor 6 bei der Ausführungsform 1 weist vier in Aufwärts-Abwärts-Richtung durchgehende Rotor-Luftöffnungen 26 auf. Es ist lediglich nötig, dass die Anzahl von Rotor-Luftöffnungen 26 mindestens Eins beträgt.
  • Die Antriebswelle 3 ist an ihrem oberen Endbereich an dem Rotor 6 des Motors 8 und in ihrem unteren Endbereich mit dem Kompressionsmechanismus 10 befestigt. Das bedeutet, dass die Antriebswelle 3 die Antriebskraft des Motors 8 auf den Kompressionsmechanismus 10 überträgt. Die Antriebswelle 3 wird auf drehbare Weise von einem oberen Lagerbereich 11 und einem unteren Lagerbereich 12 gehalten, die unterhalb des Motors 8 angeordnet sind.
  • Der Kompressionsmechanismus 10 komprimiert ein Kältemittel mittels einer Antriebskraft des Motors 8, die über die Antriebswelle 3 übertragen wird. Während die vorliegende Erfindung die Struktur des Kompressionsmechanismus nicht einschränkt, wird bei der Ausführungsform 1 beispielsweise ein Rotations-Kompressionsmechanismus verwendet. Der Kompressionsmechanismus 10 weist einen Zylinder 14, eine Rotationskolben 16 usw. auf. Der Zylinder 14 hat ein in Aufwärts-Abwärts-Richtung durchgehendes Durchgangsloch, und die obere und untere Öffnung, die das Durchgangsloch bilden, werden von dem oberen bzw. unteren Lagerbereich 11 bzw. 12 verschlossen.
  • Das Durchgangsloch des Zylinders 14 dient als Zylinderkammer 14a. Der Rotationskolben 16 ist in der Zylinderkammer 14a vorgesehen. Der Rotationskolben 16 ist im Wesentlichen zylindrisch und an der äußeren Peripherie eines exzentrischen Bolzenschaftbereichs 15 angebracht, der exzentrisch an der Antriebswelle 3 vorgesehen ist. Das bedeutet Folgendes: Bei dem Kompressionsmechanismus 10 bei der Ausführungsform 1 dreht sich der exzentrische Bolzenschaftbereich 15 mit der Rotation der Antriebswelle 3, und der Rotationskolben 16 dreht sich zusammen mit dem exzentrischen Bolzenschaftbereich 15 innerhalb der Zylinderkammer 14a, so dass ein Kältemittel-Gas, das durch Ansaugen von einem Saugrohr 21 angesogen wird, innerhalb der Zylinderkammer 14a komprimiert wird.
  • Wenn der Druck des komprimierten Kältemittel-Gases einen vorab festgelegten Druck erreicht, dann drückt das komprimierte Gas ein Auslassventil 19 aufwärts, das einen Auslassanschluss 18 öffnet und schließt, der in der oberen Fläche des oberen Lagerbereichs 11 vorgesehen ist; es strömt dann durch den Auslassanschluss 18 und wird von der Zylinderkammer 14a in den Innenraum eines Auslass-Dämpfers 17 ausgelassen.
  • Ausströmpassage für das Austrittsgas
  • Das Kältemittel-Gas, das in dem bzw. den Innenraum des Auslass-Dämpfers 17 komprimiert und ausgelassen wird, strömt durch einen unteren Motorraum 5 und eine den Motor in Aufwärts-Abwärts-Richtung durchdringende Strömungspassage, und strömt dann in einen oberen Motorraum 9 (oberer Statorraum 9a und oberer Rotorraum 9b). Das Kältemittel, das in den oberen Motorraum 9 geströmt ist, wird von einem Austrittsrohr 22 herausgelassen, das am Kopfende des abgedichteten Behälters vorgesehen ist, d. h. das Austrittsrohr 22, das mit dem oberen Motorraum 9 in Bezug auf den abgedichteten Behälter 1 nach außen hin kommuniziert, und es wird einem radiatorseitigen Kältemittelkreislauf zugeführt.
  • Die folgenden vier Arten von Strömungspassagen bilden die Haupt-Gasströmungspassagen, die den Motor in der Aufwärts-Abwärts-Richtung durchdringen:
    • (1) Rotor-Luftöffnungen 26, die Strömungspassagen darstellen, die den Rotor 6 in der Aufwärts-Abwärts-Richtung (d. h. der Axialrichtung der Antriebswelle 3) durchdringen,
    • (2) eine innere periphere Strömungspassage 27 des Stators, die durch den Luftspalt 27a, der zwischen der äußeren Peripherie des Rotors 6 und der inneren Peripherie des Stators 7 vorgesehen ist, und eine innere periphere Kern-Ausschnitts-Strömungspassage 27b des Stators 7 gebildet wird,
    • (3) eine äußere periphere Strömungspassage 25 des Stators, die in einem Spalt zwischen der zylinderseitigen inneren Peripherie des abgedichteten Behälters 1 und des Stators 7 gebildet ist, indem die äußere Peripherie des Kerns 7d des Stators 7 ausgeschnitten wird, und
    • (4) eine Spulenspalt-Strömungspassage 24, die eine in der Aufwärts-Abwärts-Richtung durchgehende Zwischenspalt-Strömungspassage im Spulen-Wicklungsblock 7c ist, wobei die Spule dicht um den Kern 7d des Stators gewickelt ist.
  • Unter der Annahme, dass der Motor 8 bei der Ausführungsform 1 unter Verwendung eines bürstenlosen DC-Motors mit einem Stator 7 einer Spule mit verteilter Wicklung gebildet wird, ist die Strömungspassagenfläche der Spulenspalt-Strömungspassage 24 gemäß (4) (die Fläche, wenn die Strömungspassage senkrecht zur Strömungsrichtung geschnitten wird) ausreichend klein, und kann daher ignoriert werden. Sogar dann, wenn große Öffnungen als die Rotor-Luftöffnungen 26 gemäß (1) ausgebildet sind, wird die Effizienz nicht beinflusst, es sei denn, dass sie mit dem Magneten interferieren, und daher können die Rotor-Luftöffnungen 26 eine ausreichend große Strömungspassagenfläche aufweisen. Wenn im Gegensatz dazu die Strömungspassagenflächen der inneren peripheren Strömungspassage 27 des Stators gemäß (2) und der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators gemäß (3) zunehmen, dann nimmt die Effizienz des Motors 8 ab. Folglich sind die Strömungspassagenflächen der inneren peripheren Strömungspassage 27 des Stators und der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators begrenzt.
  • Ölfluss- und Öl-Austrittspassage
  • Schmieröl, das im Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist, wird den Komponenten des Kompressionsmechanismus 10 zugeführt. Genauer gesagt: Wenn die Antriebswelle 3 rotiert, dann wird das Schmieröl, das in dem Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist, durch Ansaugen von einem Öl-Ansaugloch 4a an dem unteren Ende der Antriebswelle 3 hochgezogen und dazu veranlasst, in einen Hohlraum 4b zu strömen, der die Wellenmitte der Antriebswelle 3 durchdringt.
  • Das Schmieröl wird dann von Öl-Zuführungsöffnungen 4c, 4d und 4e in den Spalt zwischen der äußeren Peripherie des exzentrischen Bolzenschaftbereichs 15 und der inneren Peripherie des Rotationskolbens 16, den Spalt zwischen der äußeren Peripherie der Antriebswelle 3 und der inneren Peripherie des oberen Lagerbereichs 11 bzw. dem Spalt zwischen der äußeren Peripherie der Antriebswelle 3 und der inneren Peripherie des unteren Lagerbereichs 12 zugeführt.
  • Dies trägt zur Schmierung des Kompressionsmechanismus 10 und der Abdichtung des komprimierten Gases bei. Eine nicht in den Öl-Zuführungsöffnungen 4c, 4d und 4e strömende Komponente des Schmieröls, das in den Hohlraum 4b geströmt ist, strömt in den unteren Motorraum 5 aus einer Entgasungsöffnung 4f hinaus, die mit einem Bereich des Hohlraums 4b nahe dessen oberen Endes (oberhalb des oberen Lagerbereichs 11) kommuniziert.
  • Das Hochdruck-Schmieröl in dem Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters strömt durch die Öl-Zuführungsöffnung 4c der Antriebswelle 3 und durch andere Spalte, strömt durch die Spalte auf der oberen und unteren Seite des Rotationskolbens 16 und wird der Zylinderkammer 14a mittels Differenzdrucks zugeführt. Eine Komponente des Schmieröls wird komprimiert und aus dem Auslassanschluss 18 in den unteren Motorraum 5 ausgelassen, während sie sich mit dem Kältemittel-Gas vermischt.
  • Eine nicht in den Öl-Zuführungsöffnungen 4c, 4d und 4e strömende Komponente des Schmieröls, das in den Hohlraum 4b geströmt ist, strömt in den unteren Motorraum 5 aus einer Entgasungsöffnung 4f hinaus, die mit dem Bereich des Hohlraums 4b nahe des oberen Endes (oberhalb des oberen Lagerbereichs 11) kommuniziert. Wenn der Rotor 6 rotiert, dann wird die Öloberfläche in dem Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gerührt und gekräuselt, und das Schmieröl wird von dem Kältemittel-Gas aufgewirbelt, das von der Zylinderkammer 14a herausgelassen wird.
  • Wie oben beschrieben, gehen Partikel (Öltröpfchen), die nicht getrennt sind, von Partikeln, die im Kältemittel-Gas innerhalb des unteren Motorraums 5 gemischt werden, zusammen mit dem Kältemittel-Gas ausgehend von dem unteren Motorraum 5 durch die Gas-Strömungspassagen (1), (2), (3) und (4), die den Motor in der Aufwärts-Abwärts-Richtung durchdringen, und steigen auf zu dem oberen Motorraum 9. Ferner fließen Öltröpfchen, die nicht in dem oberen Motorraum 9 getrennt werden, aus dem abgedichteten Behälter 1 heraus, und zwar von dem Austrittsrohr 22 zusammen mit dem Kältemittel-Gas. Die Öl-Auslassrate ist definiert als [Öl-Ausflussvolumen/(Öl-Ausflussvolumen + Kältemittel-Umlaufvolumen)]. Wenn die Öl-Auslassrate abnimmt, dann verbessert sich der Öl-Trennungszustand.
  • Oberes Ölreservoir 2b des Stators und Probleme
  • Es ist wahrscheinlich, dass sich die Öltröpfchen, die im oberen Motorraum 9 getrennt werden, an der Seitenwand des abgedichteten Behälters 1 im oberen Statorraum 9a durch eine Zentrifugalkraft sammeln, die bei der Rotation des Rotors 6 wirkt, und es ist wahrscheinlich, dass sie sich gerade auf der oberen Seite der äußeren Peripherie des Stators 7 absetzen. Diese Öltröpfchen gehen durch die äußere periphere Strömungspassage 25 des Stators und kehren zurück, während sie vom oberen Motorraum 9 in den unteren Motorraum 5 fallen.
  • Zu dieser Zeit gilt Folgendes: Wenn die Strömungspassagenfläche der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators relativ größer ist als die Öltröpfchen, die auf der oberen Seite der oberen äußeren Peripherie des Stators 7 fallen, dann fällt das Schmieröl durch die äußere periphere Strömungspassage 25 des Stators, wo das aufsteigende Kältemittel-Gas und die durch die Schwerkraft absteigenden Öltröpfchen koexistieren.
  • Wenn die Strömungsrate des Gas-Kältemittels zunimmt und die Anzahl von Öltröpfchen zunimmt, die auf der oberen Seite der oberen äußeren Peripherie des Stators 7 fallen, dann läuft das Schmieröl in der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators herunter, die mit den Öltröpfchen zugesetzt ist.
  • Wenn die Strömungsrate des Gas-Kältemittels weiter zunimmt, dann nimmt der Druckabfall im oberen Motorraum 9 infolge des Druckverlustes zu, und das Schmieröl sammelt sich weiter auf der oberen Seite der äußeren Peripherie des Stators 7. Das heißt, ein oberes Ölreservoir 2b des Stators – in 1 dargestellt – wird ausgebildet. Aus diesem Grund wird die Menge des im Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeicherten Öls verringert, und zwar um die Menge des Öls, das sich auf der oberen Seite der äußeren Peripherie des Stators 7 angesammelt hat, und die Höhe der Öloberfläche in dem Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters nimmt folglich ab.
  • Alternativ nimmt die Ölmenge zu, die vom oberen Ölreservoir 2b des Stators aufgewirbelt wird und von dem Austrittsrohr 22 zusammen mit dem Kältemittel-Gas in Bezug auf den abgedichteten Behälter nach außen strömt. Im Ergebnis nimmt die Ölmenge ab, die dem Kompressionsmechanismus 10 zugeführt wird, und dies verursacht eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Schmierung und eine Zunahme der Menge der Undichtigkeit des komprimierten Gases.
  • Um dem abzuhelfen, gilt bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung Folgendes: Das folgende zentrifugale Laufrad 40 (Impeller) ist oberhalb des Rotors 6 vorgesehen, um eine Zunahme der Menge an Öl zu verhindern, das aus dem abgedichteten Behälter 1 austritt, d. h. eine Abnahme der Ölmenge, die im Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist. Genauer gesagt, es wird der Druck im oberen Motorraum 9 durch das zentrifugale Laufrad 40 erhöht, so dass der Druck im oberen Motorraum 9 höher wird als derjenige im unteren Motorraum 5.
  • Alternativ wird die Druckabnahme im oberen Motorraum 9 unterdrückt, und zwar mehr als bei der herkömmlichen Technik, um einen Anstieg der Menge an Öl, das aus dem abgedichteten Behälter 1 ausströmt, zu verhindern (d. h. eine Abnahme der Ölmenge, die im Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist).
  • Die Komponenten, die das zentrifugale Laufrad 40 gemäß Ausführungsform 1 bilden, werden zusammen mit den vorteilhaften Wirkungen beschrieben, die von den Komponenten erzeugt werden.
  • Struktur und Merkmale des zentrifugalen Laufrads 40
  • Wie in 1 dargestellt, sind das obere Ende und das untere Ende des Rotors 6, der von den geschichteten Stahlbleche gebildet ist, von dem oberen Rotor-Befestigungsteil 33 und dem unteren Rotor-Befestigungsteil 34 eingespannt, und ein Vorsprung 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 und ein Vorsprung 32a des unteren Ausgleichsgewichts 32, die in gegenüberliegenden Phasen angeordnet sind, sind mit einer vorab festgelegten Dicke entlang der äußeren Umfangskante des Rotors vorgesehen. Ferner ist das zentrifugale Laufrad 40 an dem distalen Ende der Antriebswelle 3 oberhalb des oberen Ausgleichsgewichts 31 mittels Befestigungsbolzen 45 angebracht.
  • Wie später noch beschrieben wird, weist das zentrifugale Laufrad 40 gemäß Ausführungsform 1 eine obere Schaufelscheibe 43 und eine Mehrzahl (acht bei der Ausführungsform 1) von Schaufeln 41 auf, die abwärts von der unteren Fläche der oberen Schaufelscheibe 43 stehen. Das Kältemittel-Gas, das zur oberen Seite des Rotors 6 ausgehend von den Rotor-Luftöffnungen 26 geströmt ist, die im Rotor 6 vorgesehen sind, strömt durch eine innere Schaufel-Strömungspassage 46 und strömt in das zentrifugale Laufrad hinein. Aus diesem Grund gilt bei der Ausführungsform 1 Folgendes: Die Rotor-Luftöffnungen 26 sind auf der inneren peripheren Seite des Vorsprungs 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 vorgesehen, so dass das Kältemittel-Gas, das zur oberen Seite des Rotors 6 ausgehend von den Rotor-Luftöffnungen 26 ausströmt, auf einfache Weise in das zentrifugale Laufrad 40 hineinströmt.
  • (A) Kostenreduktionseffekt des zentrifugalen Laufrads 40
  • 3 ist eine Abwicklungs-Ansicht von Schaufeln (acht Schaufeln) eines zentrifugalen Laufrads gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine Projektions-Ansicht von oben, die die Struktur der geschnittenen und erhabenen Schaufeln (acht Schaufeln) gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs P in 4.
  • Bei der Ausführungsform 1 gilt Folgendes: Um die Kosten des zentrifugalen Laufrads 40 zu verringern, werden acht axial symmetrische Schaufeln – wie in 4 gezeigt – hergestellt, indem acht lineare Schaufeln im rechten Winkel aus einer einzigen dünnen Metallplatte geschnitten und gehoben werden, wie in der Abwicklungs-Ansicht in 3 gezeigt ist.
  • Wie in 5 dargestellt, ist ein Kreis, der erhalten wird, indem die inneren peripheren Endbereiche der Schaufeln 41 mit der Antriebswelle 3 als deren Mitte verbunden werden, als ein Umfang 41b mit kurzem Durchmesser definiert. Ein Kreis, der erhalten wird, indem die äußeren peripheren Endbereiche der Schaufeln 41 mit der Antriebswelle 3 als deren Mitte verbunden werden, ist als Umfang 41c mit langem Durchmesser definiert. Dann sind die Schaufeln 41 lineare Schaufeln, die sich geradlinig ausgehend von dem Umfang 41b mit kurzem Durchmesser zu dem Umfang 41c mit langem Durchmesser erstrecken.
  • Ein Eintrittswinkel β1, der von jeder der Schaufeln 41 und einer Tangente an den Umfang 41b mit kurzem Durchmesser gebildet wird, beträgt ungefähr 0°. Es sei angemerkt, dass in 5 Folgendes gezeigt ist: Ein Winkel β2, der von jeder der Schaufeln 41 und einer Tangente an den Umfang 41c mit langem Durchmesser gebildet wird, ist als Austrittswinkel β2 definiert.
  • Eine Fläche, wo sich zwei Schaufeln 41 miteinander in einer Strömungspassage 47 zwischen den Schaufeln, die zwischen den Schaufeln 41 ausgebildet ist, überlappen, dient als effektive Strömungspassagenfläche 47a. Eine effektive Länge der Schaufeln 41 in der effektiven Strömungspassagenfläche 47a ist als eine effektive Länge 47b definiert. Die effektive Länge 47b, die bei der Ausführungsform 1 sichergestellt ist, beträgt 1/4 oder mehr der Gesamtlänge 41e der Schaufeln 41.
  • (B) Leckreduktionseffekt des zentrifugalen Laufrads 40
  • Falls jedoch nur acht axial symmetrische Schaufeln – wie in den 3 bis 5 gezeigt – an dem oberen Ende der Antriebswelle 3 angebracht sind, wird eine Strömung erzeugt, die einwärts und auswärts durch den zwischenliegenden Bereich von jeder der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln strömt, da die Strömungspassage 47 zwischen den Schaufeln offen ist, d. h. frei von Blockierungen auf der gesamten unteren Seite und auf einem Teil der oberen Seite. Insbesondere wenn die obere und die untere Fläche der effektiven Strömungspassagenfläche 47a in der Strömungspassage 47 zwischen den Schaufeln nicht verschlossen sind, geht die Gebläseeffizienz ausgeprägt zurück. Folglich werden bei der Ausführungsform 1 die folgenden Gegenmaßnahmen getroffen.
  • Eine obere Schaufelscheibe 43 ist derart angebracht, dass sie die obere Fläche der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln ohne jeglichen Spalt zu verschließt. Genauer gesagt, es ist die obere Fläche der effektiven Strömungspassagenflächen 47a in den Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln verschlossen.
  • Eine untere Schaufelscheibe 44 ist derart angebracht, dass sie die untere Fläche der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln ohne jeglichen Spalt zu verschließt. Genauer gesagt, es ist die untere Fläche der effektiven Strömungspassagenflächen 47a in den Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln verschlossen. Die untere Schaufelscheibe 44 hat eine Strömungspassagen-Öffnung, die auf der inneren periphere Seite des Umfangs 41b mit kurzem Durchmesser vorgesehen ist, so dass das Kältemittel-Gas, das aus den Rotor-Luftöffnungen 26 zur oberen Seite des Rotors 6 herausströmt, in die Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln hineinströmt.
  • Die obere Schaufelscheibe 43 entspricht einer Öl-Trennplatte in der vorliegenden Erfindung. Die untere Schaufelscheibe 44 entspricht einer Trennplatte an der unteren Fläche in der vorliegenden Erfindung. Die Öl-Trennplatte und die Trennplatte an der unteren Fläche müssen nicht immer scheibenförmig sein; es ist bloß notwendig, dass sie die oben beschriebenen Flächen verschließen können. Eine jede von Öl-Trennplatte und Trennplatte an der unteren Fläche kann aus einer Kombination einer Mehrzahl von Platten anstelle einer einzelnen Platte gebildet sein. Bei der Ausführungsform 1 sind die Öl-Trennplatte und die Trennplatte an der unteren Fläche jeweils wie eine Scheibe ausgebildet, die axial symmetrisch in Bezug auf die Antriebswelle 3 ist, um zu verhindern, dass eine exzentrische Last auf die Antriebswelle 3 bei der Rotation der Öl-Trennplatte und der Trennplatte an der unteren Fläche einwirkt.
  • Indem verhindert wird, dass das Kältemittel-Gas, das aus dem zentrifugalen Laufrad 40 aus den Auslässen der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln ausgeströmt ist, durch Ansaugen (kurzschlussartig) wieder in die Einlässe der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln eingesogen wird, nimmt der Differenzdruck zwischen den Einlassseiten und den Auslassseiten der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln zu, und dies kann den Druckanstiegseffekt des zentrifugalen Laufrads 40 verbessern.
  • Folglich ist bei der Ausführungsform 1 die nachfolgende Strömungsführung vorgesehen, um die innere Schaufel-Strömungspassage 46 zum Führen des Kältemittels von den oberen Enden der Rotor-Luftöffnungen 26 zu den Einlässen der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln von den Auslässen der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln zu separieren.
  • Eine hohle zylindrische (z. B. eine hohle kreiszylindrische) innere periphere Strömungsführung 42, die die innere Schaufel-Strömungspassage 46 darin aufweist, ist vorgesehen, so dass ihr unterer Endbereich in Kontakt mit dem oberen Ende des Rotors 6 auf der äußeren peripheren Seite der Rotor-Luftöffnungen 26 ist, und so dass ihr oberer Endbereich mit der Strömungspassagen-Öffnung der unteren Schaufelscheibe 44 verbunden ist.
  • Bei der Ausführungsform 1 weist das obere Ausgleichsgewicht 31 eine flache Stützplatte 31c zum Befestigen des Vorsprungs 31a an dem Rotor 6 auf. Die flache Stützplatte 31c hat obere Endöffnungen, die die Rotor-Luftöffnungen 26 definieren. In einem solchen Fall kann das untere Ende der inneren peripheren Strömungsführung 42 in Kontakt mit dem oberen Ende der flachen Stützplatte 31c sein (d. h. mit dem Element, das die oberen Endöffnungen aufweist, die die Rotor-Luftöffnungen 26 bilden).
  • Die innere periphere Fläche des Umfangs 41b mit kurzem Durchmesser ist auch mittels der oberen Schaufelscheibe 43 verschlossen, um zu verhindern, dass das Kältemittel-Gas, das aus den Rotor-Luftöffnungen 26 zur oberen Seite des Rotors 6 geströmt ist, in den oberen Motorraum 9 hinein ausströmt, ohne in die Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln zu strömen (dies tritt z. B. auf, wenn eine Öffnung oder dergleichen fast in der Mitte der oberen Schaufelscheibe 43 ausgebildet ist).
  • (C) Strömungsverlust-Reduktionswirkung des zentrifugalen Laufrads 40
  • Bei der Ausführungsform 1 werden die nachfolgenden Strukturen verwendet, um den Druckverlust zu verringern, der im zentrifugalen Laufrad 40 auftritt.
  • Die Rotor-Luftöffnungen 26 sind auf der inneren peripheren Seite des Umfangs 41b mit kurzem Durchmesser angeordnet, um auf einfache Weise zu den Einlässen der inneren Schaufel-Strömungspassagen 46 durch die inneren Schaufel-Strömungspassagen 46 zu strömen.
  • Der Eintrittswinkel β1 der Schaufeln 41, die das zentrifugale Laufrad 40 bilden, ist so gewählt, dass er in den Bereich von ±5° fällt. Gemäß der Nicht-Patentliteratur 1 (S. 216) gilt Folgendes: Wenn der Einfallswinkel ib, der die Differenz zwischen dem relativen Einströmungswinkel beim Laufradeinlass und dem Eintrittswinkel der Schaufeln darstellt, 5° oder mehr beträgt, dann treten Kollisionsverluste auf, und dies verursacht Kompressorverluste.
  • Bei der Umdrehung mit Hochgeschwindigkeit wie in der Lüftungsbedingung ist die Rotationsgeschwindigkeit an den inneren peripheren Endbereichen der Schaufeln 41 höher als die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels. Daher ist es bevorzugt, die Schaufeln 41 fast in Kontakt mit der inneren peripheren Öffnung des zentrifugalen Laufrads 40 (der Strömungspassagen-Öffnung der unteren Schaufelscheibe 44) anzuordnen.
  • (D) Verfahren zum Übertragen statischen Drucks auf die obere Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators
  • Am oberen Ende des Stators 7 sind eine Mehrzahl von oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen 7a vorgesehen, und zwar als Spulenbereiche, die von dem Spulen-Wicklungsblock 7c zur oberen Seite des Stators 7 vorstehen. Bei der Ausführungsform 1 werden die Form der oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereiche 7a, die vom oberen Ende des Stators 7 vorstehen, und die Höhen der Vorsprünge 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 und des zentrifugalen Laufrads 40 angemessen abgestimmt. Die Höhe des Vorsprungs 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 ist im Wesentlichen gleich derjenigen des Spulen-Wicklungsblocks 7c, und die oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereiche 7a sind auf fast der gleichen Höhe wie diejenige der oberen Enden der Schaufeln 41 im zentrifugalen Laufrad angeordnet.
  • Der Vorsprung 31a des rotierenden oberen Ausgleichsgewichts 31 bewirkt eine große Zunahme des Drucks (Gesamtdrucks) ausgehend vom vorderen distalen Ende in Vorwärtsrichtung der Rotation. Dieser Anstieg des Drucks (Gesamtdrucks) breitet sich über den gesamten oberen Motorraum 9 aus. Genauer gesagt: Große Druckschwankungen und Druckverteilungen werden im selben horizontalen Querschnitt gebildet (siehe Patentliteratur 3). Der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit verändern sich stark in jeder Rotationsperiode des Rotors 6. Dies stört die Öltröpfchen, die im oberen Raum 9a des Stators auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators verteilt sind, und die Öloberfläche im oberen Ölreservoir 2b des Stators.
  • Folglich werden bei der Ausführungsform 1 die Öltröpfchen daran gehindert, aufgewirbelt zu werden, indem der Bereich verdeckt wird, der als seine obere Begrenzung den Vorsprung 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 aufweist, und zwar mit dem Spulen-Wicklungsblock 7c. Obwohl der Einfluss kleiner ist als derjenige des Vorsprungs 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 gilt Folgendes: Da das zentrifugale Laufrad 40 auch ein kleiner Faktor werden kann, der das obere Ölreservoir 2b des Stators stört, wird dessen Peripherie von den oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen 7a verdeckt.
  • Im Gegensatz dazu sind radiale Strömungspassagen 28 zwischen den angrenzenden oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen 7a vorgesehen, so dass der Gesamtdruck, der vom zentrifugalen Laufrad 40 erhöht wird, auf einfache Weise zur oberen Seite der äußeren Peripherie des Stators übertragen wird. Auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators wird das obere Ölreservoir 2b des Stators sichergestellt in einem Raum, der zwischen der Seitenwand des abgedichteten Behälters 1 und dem Spulen-Wicklungsblock 7c vorgesehen ist.
  • Nachprüfung und Nachweis des Druckanstiegseffekts
  • 6 ist ein Balkendiagramm, das einen Vergleich der Ölverluste reduzierenden Wirkung des zentrifugalen Laufrads gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die linke vertikale Achse gibt die Differenz zwischen einem unteren Druck P1 der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators (des Drucks im unteren Motorraum 5) und eines oberen Drucks P2 der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators (des Drucks im oberen Motorraum 9) an.
  • Die rechte vertikale Achse gibt eine Höhe ΔH der Öloberfläche des Schmieröls an, das sich auf der oberen Seite des oberen Endes der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators angesammelt hat (d. h. die Höhe der Öloberfläche im oberen Ölreservoir 2b des Stators, und wird ausgedrückt als eine obere Öloberflächenhöhe der äußeren Peripherie des Stators in 7).
  • Unter der Annahme, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Öls, das sich vom unteren Motorraum 5 zum oberen Motorraum 9 bewegt, vergleichsweise niedrig ist, und wenn H0 (H0 = 80 mm) die Länge der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators ist, dann wird die obere Öloberflächenhöhe ΔH der äußeren Peripherie des Stators gemäß dem folgenden Ausdruck (1) berechnet, und zwar aus dem Gleichgewichtsverhältnis der statischen Kraft (dem Gleichgewicht zwischen Druck und Schwerkraft). Math. 1
    Figure DE112013001631T5_0002
    wobei ρ die Dichte des Schmieröls darstellt, und wobei g die Erdbeschleunigung ist.
  • 7 ist eine longitudinale Schnittansicht, die das Gleichgewichtsverhältnis der statischen Kraft im abgedichteten Behälter des abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Die Berechnungsbedingungen werden so angenommen, dass der Kältemitteltyp R22 ist, der Auslassdruck in der ASHRAE-Bedingung 2,15 MPa beträgt, die Strömungsrate des Kältemittel-Gases 160 kg/h ist, und die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 8 einen Wert von 50 Umdrehungen pro Sekunde besitzt. Die Höhe der Schaufeln 41 im zentrifugalen Laufrad 40 ist 10 mm, der Durchmesser des Umfangs, der durch Verbinden der Einlass-Endbereiche der Schaufeln 41 erhalten wird, ist 44 mm, und der Durchmesser des Umfangs, der durch Verbinden der Auslass-Endbereiche der Schaufeln 41 erhalten wird, ist 64 mm.
  • Es wird angenommen, dass sich der Motor in einem Zustand befindet, in welchem der Rotor einen magnetenthaltenden bürstenlosen DC-Motor annimmt und zwei Rotor-Luftöffnungen aufweist, dass der Stator unter Verwendung einer Spule mit verteilter Wicklung ausgeführt ist, und dass die äußere periphere Strömungspassage 25 des Stators mit Öl zugesetzt ist. Die statische Druckverteilung im abgedichteten Behälter wurde unter Verwendung eines dreidimensionalen Allzweck-Thermofluid-Analysewerkzeugs berechnet (siehe Patentliteratur 3).
  • Die Drücke P1 und P2 in der Nähe des oberen Teils und des unteren Endes der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators wurden ermittelt, und die obere Öloberflächenhöhe der äußeren Peripherie des Stators wurde berechnet, indem der obere und untere Differenzdruck (P1 – P2) der äußeren Peripherie des Stators in den Ausdruck (1) eingesetzt wurden.
  • Wie aus 6 ersichtlich, wird im Beispiel 1, d. h. wenn das zentrifugale Laufrad 40 nicht vorgesehen ist, geschätzt, dass der obere und untere Differenzdruck (P1 – P2) 1420 Pa beträgt und dass die obere Öloberflächenhöhe (ΔH) der äußeren Peripherie des Stators 50 mm beträgt.
  • Im Beispiel 2, d. h., wenn das zentrifugale Laufrad 40 durch die obere Schaufelscheibe 43 und acht Schaufeln 41 gebildet wird, wird geschätzt, dass der obere und der untere Differenzdruck (P1 – P2) 1020 Pa beträgt, und dass die obere Öloberflächenhöhe (ΔH) des Stators 22 mm beträgt. Der obere und untere Differenzdruck (P1 – P2) wird um 400 Pa verringert, und zwar durch den Druckanstiegseffekt des zentrifugalen Gebläses.
  • Ferner wird im Beispiel 3, d. h., wenn das zentrifugale Laufrad 40 von der oberen Schaufelscheibe 43, den acht Schaufeln 41 und der unteren Schaufelscheibe 44 gebildet wird, geschätzt, dass die obere Öloberflächenhöhe (ΔH) des Stators –3 mm ist, und der obere und untere Differenzdruck (P1 – P2) wird auf 800 Pa verringert, und zwar durch den Druckanstiegseffekt. Das heißt, es sammelt sich überhaupt kein Schmieröl auf dem äußeren peripheren Bereich des Stators.
  • Die Arbeit des Rotors 6 und der rotierenden Körper (Antriebswelle 3 und zentrifugales Laufrad 40) wurde mit 9 W in Beispiel 1, mit 11 W im Beispiel 2 und mit 13 W im Beispiel 3 berechnet. Im Beispiel 3 betrug die Arbeit des zentrifugalen Laufrads 6 W. Diese Werte für die Arbeit betragen 1% oder weniger einer Eingangsleistung von 2,5 kW des Motors 8.
  • Die Nicht-Patentliteratur 2 (S. 132) beschreibt die Gesamt-Effizienzen verschiedener Gebläse. Beim Vergleich von Turbogebläse (Austrittswinkel < 90°), Radialgebläse (Austrittswinkel = 90°) und Mehrschaufelgebläse (Austrittswinkel > 90°) als zentrifugale Luftzuführungs-Einrichtung (zentrifugales Laufrad) hat das Turbogebläse für gewöhnlich die höchste Effizienz. Normalerweise ist die Effizienz am höchsten, wenn der Eintrittswinkel β1 der Schaufeln ungefähr 0° beträgt. Es ist bekannt, dass der relative Druckanstiegswert in Bezug auf die Schaufelgröße zunimmt, wenn der Austrittswinkel β2 zunimmt.
  • Folglich gilt bei der Ausführungsform 1 Folgendes: Da der Druckanstiegseffekt, der für eine Verbesserung der Öltrennung zu erzielen ist, ungefähr 1 kPa beträgt, ist das zentrifugale Laufrad 40 als Turbogebläse mit einem Eintrittswinkel β1 von ungefähr 0° ausgelegt, um eine vorgegebene Gebläseeffizienz sicherzustellen. Wenn angenommen wird, dass es keinen Anstieg der mechanischen Verluste für den Betrieb des Gebläses durch die Verwendung der Wellenrotation zum Antreiben des Kompressionsmechanismus 10 gibt, ist die Gebläseeffizienz (Druckanstiegswert der Arbeit/Wellenausgangswert) ungefähr 50%.
  • Wenn die radialen Strömungspassagen 28 nicht vorgesehen waren, betrug der Druckanstiegseffekt am oberen Teil der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators ungefähr 20% des Druckanstiegseffekts am Ausgang des zentrifugalen Laufrads 40. Wenn anschließend sichergestellt wurde, dass die Strömungspassagenfläche der radialen Strömungspassagen 28 ungefähr die Hälfte der Strömungspassagenfläche der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln betrug, wie bei der Ausführungsform 1, dann war der Druckanstiegseffekt am oberen Teil der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators ungefähr 40% des Druckanstiegseffekts, der im zentrifugalen Laufrad 40 erhalten wurde.
  • Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 und Öl-Auslassrate
  • 8 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung zeigt, die den abgedichteten Kompressor gemäß Ausführungsform 1 beinhaltet.
  • Bei einer Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 ist ein Kältemittelkreislauf ausgebildet, indem ein abgedichteter Kompressor 100, ein Radiator 104 (entsprechend einer Gaskühlungseinrichtung, wenn ein CO2-Kältemittel verwendet wird, und einem Kondensator, wenn ein Fluorkohlenstoff-Kältemittel verwendet wird), ein Expansionsmechanismus 103 und ein Verdampfer 102 in dieser Reihenfolge mit einem Kältemittel-Rohr verbunden werden.
  • Bei der Ausführungsform 1 ist das verwendete Kältemittel ein CO2-Kältemittel. Als Radiator 104 wird ein Wasser-Wärmetauscher verwendet, in welchem Wasser, das von einem Heißwasser-Zufuhrbehälter 105 zirkuliert, von der Wärme erwärmt wird, die vom Kältemittel herausgelassen wird. Als Verdampfer 102 wird ein Wärmetauscher verwendet, bei welchem das Kältemittel die Wärme aus der Außenluft aufnimmt.
  • Bei der Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 mit dem oben beschriebenen Aufbau wurde ein Heißwasserzufuhr-bewerteter Betrieb durchgeführt, der einem Betrieb mit kochendem Wasser von 15°C bis 90°C entspricht, und die Ausströmrate des Schmieröls, das im Kältemittel enthalten ist und aus dem abgedichteten Kompressor 100 ausgelassen wurde (Öl-Auslassrate) und der COP-(coefficient of performance-)Wert der Heißwasserversorgung wurden gemessen. Das Ausströmen des Schmieröls, das im Kältemittel enthalten ist und aus dem abgedichteten Kompressor 100 ausgelassen wurde, wurde mit einer Öltrennungs-Messvorrichtung gemessen, die zwischen dem abgedichteten Behälter 100 und dem Radiator 104 vorgesehen ist.
  • Im Ergebnis betrugen – im Beispiel 1 – die Öl-Auslassrate 1,4% und der COP-Wert der Heißwasserversorgung 4,45. Im Beispiel 2 betrugen die Öl-Auslassrate 1,0% und der COP-Wert der Heißwasserversorgung 4,48. Im Beispiel 3 betrugen die Öl-Auslassrate 0,5% und der COP-Wert der Heißwasserversorgung 4,52. Das bedeutet, dass der COP-(coefficient of performance-)Wert der Heißwasserversorgung im Beispiel 3 um 1,5% höher ist als im Beispiel 1.
  • Dies zeigt, dass die Öl-Auslassrate verringert werden kann, indem der abgedichtete Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 1 als Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 verwendet wird, und dass es daher möglich ist, eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit infolge von Adhäsion des Schmieröls an das Innere des Wärmetauschers (genauer gesagt, des Radiators 104) zu verhindern, und die Energiespar-Effizienz und die Zuverlässigkeit der Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 zu verbessern.
  • Die Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 gemäß Ausführungsform 1 ist nur ein Beispiel. Das verwendete Kältemittel kann ein CO2-Kältemittel sein, und ein Luft-Wärmetauscher kann als der Radiator 104 verwendet werden, was selbstverständlich ist. Ohne Einschränkungen, die von den Faktoren herrühren, die mit der Art des Kältemittels und dem Typ des Wärmetauschers zusammenhängen, kann die Öl-Auslassrate verringert werden, und die Energiespar-Effizienz und die Zuverlässigkeit der Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 können verbessert werden, indem der abgedichtete Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 1 in der Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung 101 verwendet wird.
  • Vorteile
  • Bei dem abgedichteten Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 1 mit der oben beschriebenen Struktur ist die Kurzschluss-Strömungspassage zum Austrittsrohr 22 blockiert, indem der Bereich oberhalb der Schaufeln 41 und auf der inneren peripheren Seite des Umfangs 41b mit kurzem Durchmesser und den Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln mittels der oberen Schaufelscheibe 43 verschlossen ist. Folglich ist es möglich, eine Abnahme der Menge von Schmieröl zu vermeiden, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, und die Wirkung zu erzielen, dass eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung unterbunden wird, sowie die Wirkung zu erzielen, dass die Energiespar-Leistungsfähigkeit verbessert wird.
  • Indem die untere Schaufelscheibe 44 zum Verschließen der unteren Fläche der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln verwendet wird, wird der Undichtigkeits-Verringerungseffekt (B) des zentrifugalen Laufrads 40 weiter erhöht. Mit diesem Aufbau ist es möglich, weiter eine Abnahme der Menge von Schmieröl zu verhindern, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, und zu einem größeren Ausmaß die Wirkung zu erzielen, die Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung zu unterbinden, und die Wirkung, die Energiespar-Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Indem die innere periphere Strömungsführung 42 vorgesehen wird, kann die Wirkung (B) der Reduzierung von Undichtigkeiten des zentrifugalen Laufrads 40 weiter erhöht werden. Mit diesem Aufbau ist es möglich, eine weitere Abnahme der Menge von Schmieröl zu verhindern, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, und in einem größeren Ausmaß die Wirkung zu erzielen, eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung zu unterbinden, und die Wirkung, die Energiespar-Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Indem die Rotor-Luftöffnungen 26 auf der inneren peripheren Seite des Umfangs 41b mit kurzem Durchmesser vorgesehen werden, wird die Wirkung (C) der Verringerung des Fluid-Verlusts des zentrifugalen Laufrads 40 weiter verbessert. Mit diesem Aufbau ist es möglich, eine weitere Abnahme der Menge von Schmieröl zu verhindern, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, und in einem größeren Ausmaß die Wirkung zu erzielen, eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung zu unterbinden, und die Wirkung, die Energiespar-Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Da der Eintrittswinkel β1 der Schaufeln 41 so gewählt ist, dass er in den Bereich von ±5° in dem zentrifugalen Laufrad 40 fällt, wird die Wirkung (C) der Verringerung des Fluid-Verlusts des zentrifugalen Laufrads 40 weiter verbessert. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, eine weitere Abnahme der Menge von Schmieröl zu verhindern, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, und in einem größeren Ausmaß die Wirkung zu erzielen, die Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung zu unterbinden, und die Wirkung, die Energiespar-Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Da die Schaufeln 41 des zentrifugalen Laufrads 40 hergestellt werden, indem eine einzelne Platte gebogen wird, können die Produktionskosten des zentrifugalen Laufrads 40 verringert werden.
  • Indem die radialen Strömungspassagen 28 zwischen den angrenzenden oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen 7a ausgebildet werden, wird der Übertragungseffekt (D) beim Anstieg des statischen Drucks zur oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators weiter erhöht. Mit diesem Aufbau ist es möglich, weiter eine Abnahme der Menge von Schmieröl zu verhindern, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, und zu einem größeren Ausmaß die Wirkung zu erzielen, die Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung zu unterbinden, und die Wirkung, die Energiespar-Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Ausführungsform 2
  • 9 ist eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 10 ist eine transversale Schnittansicht des abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A der 9).
  • Der abgedichtete Behälter 100 bei der Ausführungsform 2 unterscheidet sich vom abgedichteten Behälter 100 gemäß Ausführungsform 1 durch die Form des zentrifugalen Laufrads 40 und die Struktur nahe dem zentrifugalen Laufrad 40. Andere Strukturen und der Betrieb des abgedichteten Kompressors 100 der Ausführungsform 2 sind ähnlich zu denjenigen gemäß Ausführungsform 1, und daher werden deren erneute Beschreibungen hier weggelassen.
  • Genauer gesagt, es sind bei der Ausführungsform 1 acht Schaufeln 41, die das zentrifugale Laufrad 40 bilden, in axialer Symmetrie in Bezug auf die Antriebswelle 3 angeordnet. Die Schaufeln 41 sind in Bezug auf den Winkel, die Gesamtlänge 41e (siehe 3) und die Höhe 41d (siehe 3) gleich.
  • Im Gegensatz dazu gilt bei der Ausführungsform 2 Folgendes: Die Höhe der Schaufeln, die auf der oberen Seite eines Vorsprungs 31a eines oberen Ausgleichsgewichts 31 angeordnet sind, und zwar von acht Schaufeln 41, die das zentrifugales Laufrad 40 bilden, ist kleiner als diejenige der Schaufeln 41, die auf einem flachen Bereich 31b angeordnet sind, der sich von dem Vorsprung 31a unterscheidet (d. h. eine obere flache Fläche einer flachen Stützplatte 31c). Ferner ist bei der Ausführungsform 2 der Abstand zwischen den Schaufeln 41, wo ein Befestigungsbolzen 45 zum Befestigen der flachen Stützplatte 31c in eine Strömungspassage 47 zwischen den Schaufeln eindringt, weit. Daher sind die acht Schaufeln 41, die das zentrifugales Laufrad 40 bilden, nicht in Axialsymmetrie in Bezug auf eine Antriebswelle 3 angeordnet.
  • Sogar dann, wenn die acht Schaufeln 41 folglich nicht einheitlich sind, gilt Folgendes: Solange sie so gestaltet sind, wie im Zusammenhang mit dem Undichtigkeits-Verringerungseffekt (B) des zentrifugalen Laufrads 40 und mit dem Fluidverlust-Verringerungseffekt (C) des zentrifugalen Laufrads 40 bei der Ausführungsform 1 beschrieben, können ähnliche Vorteile wie diejenigen gemäß Ausführungsform 1 erzielt werden.
  • Wenn jedoch die Schaufeln 41 in ihrer Höhe nicht gleichmäßig sind, ist Aufmerksamkeit erforderlich, da es schwierig ist, die untere Seite der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln zu verdecken, ohne einen Spalt zu bilden. Beispielsweise sind der Vorsprung 31a und die flache Stützplatte 31c des oberen Ausgleichsgewichts 31 oft als ein Integralformling hergestellt, und die obere Fläche des Vorsprungs 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 ist oft gekrümmt.
  • Aus diesem Grund wird ein Spalt vorzugsweise entfernt, indem zumindest die untere Seite der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln verdeckt wird, die an einer Position angeordnet sind, die dem Vorsprung 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 gegenüberliegt, und zwar mit einer Balanceabdeckung 30, die in ebener Ansicht eine Bogenform hat (entsprechend der unteren Schaufelscheibe 44 bei der Ausführungsform 1). Zu diesem Zeitpunkt haben die Schaufeln 41, die auf der oberen Seite der Balanceabdeckung 30 vorgesehen sind, eine kleine Höhe 41d.
  • Die anderen Schaufeln 41 erstrecken sich in der Nähe des flachen Bereichs 31b auf der oberen Fläche der flachen Stützplatte 31c (d. h. so dass sie den Spalt zwischen den Schaufeln 41 und dem oberen Ende des Rotors 6 verschließen), und sie haben eine große Höhe 41d. Bei der Ausführungsform 2 ist auch eine innere periphere Strömungsführung 42, die fast wie ein Bogen in Draufsicht gemäß der Form der Balanceabdeckung 30 geformt ist, zwischen der Balanceabdeckung 30 und der flachen Stützplatte 31c (d. h. am oberen Ende des Rotors 6) vorgesehen, so dass das Kältemittel, das aus den Rotor-Luftöffnungen 26 des Rotors 6 ausströmt, einfacher in die Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln strömt.
  • Die ungleichmäßigen Schaufeln 41 bei dieser Ausführungsform 2 können auch aus einer einzigen Metallplatte geformt sein, ähnlich wie bei der Ausführungsform 1. Das bedeutet Folgendes: Die Schaufeln 41 können geformt werden, indem eine einzige Metallplatte gebogen wird, solange die Höhe 41d der beispielsweise vier Schaufeln 41 in der Abwicklungs-Ansicht der acht Schaufeln des zentrifugalen Laufrads 40 gemäß Ausführungsform 1 – in 3 dargestellt – so gestaltet ist, dass sie lang sind.
  • Vorteile
  • Bei dem oben beschriebenen abgedichteten Kompressor 100, der wie bei der Ausführungsform 2 aufgebaut ist, sammelt sich das Schmieröl, das in einem oberen Motorraum 9 getrennt wird, nicht auf der oberen Seite eines Stators 7 an. Das Schmieröl kann zu einem unteren Motorraum 5 und weiter zu einem Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters zurückgeführt werden. Daher kann die Menge an Öl, die aus dem abgedichteten Kompressor 100 herausgelassen wird, verringert werden, und das Schmieröl, das im abgedichteten Behälter 1 eingeschlossen ist, kann effektiv genutzt werden.
  • Folglich ist es möglich, eine dahingehende Wirkung zu erzielen, dass eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers (was die Energiespar-Leistungsfähigkeit verbessert) unterbunden wird, und es ist möglich, eine dahingehende Wirkung zu erzielen, es zu unterbinden, dass die Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung abnimmt, die durch eine Abnahme der Menge an Öl verursacht wird, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist.
  • Das bedeutet, dass sogar bei dem abgedichteten Kompressor 100, der wie bei der Ausführungsform 2 aufgebaut ist, Vorteile ähnlich wie diejenigen bei der Ausführungsform 1 erhalten werden können.
  • Wenn die acht Schaufeln 41 nicht einheitlich sind, dann schwankt der Druck stark, der mittels des zentrifugalen Laufrads 40 erhöht wird, und dies verursacht Fluid-Vibrationsstörungen und erhöht die Drehmomentänderung der Antriebswelle 3. Es kann auch die Gebläseeffizienz und die Kompressor-Effizienz verringern. Aus diesem Grund gilt Folgendes: Während Vorteile ähnlich denjenigen gemäß Ausführungsform 1 erhalten werden können, indem das zentrifugale Laufrad 40 gemäß Ausführungsform 2 im abgedichteten Kompressor 100 eingesetzt wird, ist es noch bevorzugter, das zentrifugale Laufrad 40 gemäß Ausführungsform 1 in dem abgedichteten Kompressor 100 einzusetzen.
  • Ausführungsform 3
  • 11 ist eine transversale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
  • Ein abgedichteter Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 3 unterscheidet sich vom abgedichteten Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 1 in der Struktur der radialen Strömungspassagen 28. Andere Strukturen und der Betrieb des abgedichteten Kompressors 100 der Ausführungsform 3 sind ähnlich denjenigen gemäß Ausführungsform 1, und daher werden deren erneute Beschreibungen hier weggelassen. Die Struktur der radialen Strömungspassagen 28 gemäß Ausführungsform 3 kann im abgedichteten Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 2 angenommen werden.
  • Bei der Ausführungsform 1 gilt Folgendes: Das Kältemittel, das in die Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln durch die Rotor-Luftöffnungen 26 mit der Rotation des zentrifugalen Laufrads 40 einströmt, wird im Druck erhöht und strömt in der radialen Richtung heraus. Der Großteil des Kältemittels kollidiert mit den oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen 7a und steigt dann durch eine zylindrischen äußere Strömungspassage 48 der Schaufel (die Strömungspassage, die zwischen der äußeren Peripherie der zentrifugalen Laufrads 40 und der oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen 7a, siehe 1) auf.
  • Ein Teil des Kältemittels, das aus den Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln in der radialen Richtung herausgeströmt ist, wird sich durch die radialen Strömungspassagen 28 ausbreiten. Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Falls die Strömungspassagenfläche der radialen Strömungspassagen 28 klein ist, dann ist es unwahrscheinlich, dass der Druck am Auslass des zentrifugalen Laufrads 40 auf die äußere periphere Strömungspassage 25 des Stators übertragen wird.
  • Falls ferner die Strömungspassagenfläche der radialen Strömungspassagen 28 groß ist, dann wird das Öl, das sich auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators angesammelt hat, gerührt, und es ist wahrscheinlich, dass das Schmieröl aufgewirbelt wird. Dies vergrößert die Öl-Austrittsmenge. Falls ferner die kinetische Energie des Kältemittel-Gases, die im Druck mittels des zentrifugalen Laufrads 40 erhöht worden ist, nicht effizient in statischen Druck in dem Raum auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators umgewandelt wird, dann tritt ein Druckverlust auf.
  • Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn die radialen Strömungspassagen 28 nicht vorgesehen sind, dann beträgt der Druckanstiegseffekt auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators ungefähr 20% des Druckanstiegseffekts am Auslass des zentrifugalen Laufrads 40.
  • Wenn sichergestellt wird, dass die Strömungspassagenfläche der radialen Strömungspassagen 28 ungefähr die Hälfte der Strömungspassagenfläche der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln beträgt, wie bei der Ausführungsform 1, dann ist der Druckanstiegseffekt am oberen Teil der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators ungefähr 40% des Druckanstiegseffekts, der vom zentrifugalen Laufrad 40 erhalten wird.
  • Folglich sind in der Ausführungsform 3 die Form und die Anordnung der oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereiche 7a verbessert, und die radialen Strömungspassagen 28, die zwischen den angrenzenden oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen 7a vorgesehen sind, sind diffusorförmig (derart geformt, dass die Strömungspassagen-Querschnittsfläche allmählich von der stromaufwärts gelegenen Seite hin zur stromabwärts gelegenen Seite zunimmt). Dies zielt darauf ab, auf effiziente Weise die kinetische Energie des Kältemittel-Gases zu konvertieren, dessen Druck mittels des zentrifugalen Laufrads 40 erhöht worden ist, und zwar in statischen Druck, um dadurch den statischen Druck auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators zu erhöhen.
  • Ferner sind in der Ausführungsform 3 die radialen Strömungspassagen 28 in der Vorwärts-Rotationsrichtung der Antriebswelle 3 (in 11 im Uhrzeigersinn) geneigt, und zwar in der Draufsicht entlang der Strömungsrichtung des Kältemittel-Gases, das aus dem zentrifugalen Laufrad 40 herausströmt. Indem so die radialen Strömungspassagen 28 in der Form der Diffusor-Strömungspassagen ausgebildet werden, wird der Druckanstiegseffekt auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators auf ungefähr 60% des Druckanstiegseffekts am Auslass des zentrifugalen Laufrads 40 erhöht.
  • Vorteile
  • Diese Struktur kann die Wirkung bieten, die Fluidverluste in einem oberen Motorraum 9 zu verringern, und sie kann die Wirkung bieten, den statischen Druck auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators in einem Ausmaß zu erhöhen, das gleich groß oder größer ist als dasjenige bei der Ausführungsform 1. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass sich das Schmieröl, das im oberen Motorraum 9 getrennt wird, auf der oberen Seite eines Stators 7 ansammelt.
  • Das Schmieröl kann in einen unteren Motorraum 5 hinein und weiter in ein Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters hinein zurückgeführt werden. Aus diesem Grund kann die Menge an Öl, die aus dem abgedichteten Kompressor 100 herausgelassen werden soll, verringert werden, und das Schmieröl, das im abgedichteten Behälter 1 eingeschlossen ist, kann effektiv genutzt werden.
  • Folglich ist es möglich, eine dahingehende Wirkung zu erzielen, dass die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers (was die Energiespar-Leistungsfähigkeit verbessert) unterbunden wird, und es ist möglich, eine dahingehende Wirkung zu erzielen, eine Verschlechterung infolge einer mangelhaften Schmierung zu unterbinden, die durch eine Abnahme der Menge an Öl verursacht wird, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist.
  • Das bedeutet, dass in dem abgedichteten Kompressor 100, der wie bei der Ausführungsform 3 aufgebaut ist, eine Abnahme der Menge an Schmieröl, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, in einem Ausmaß vermieden werden kann, das gleich groß wie oder größer als dasjenige bei der Ausführungsform 1 ist, und eine dahingehende Wirkung, dass eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge von mangelhafter Schmierung unterbunden werden kann, sowie eine dahingehende Wirkung, dass die Energiespar-Leistungsfähigkeit verbessert wird, kann erhalten werden.
  • Ausführungsform 4
  • 12 ist eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines Bereichs auf der oberen Seite eines Rotors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es werden die Unterschiede zwischen einem abgedichteten Kompressor 100 gemäß Ausführungsform 4 und des abgedichteten Kompressors 100 gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.
  • Bei der Ausführungsform 1 ist die Peripherie des Vorsprungs 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 bedeckt mit dem Spulen-Wicklungsblock 7c, um den Einfluss der Rotation des Vorsprungs 31a aufzuheben, welche die Öloberfläche des oberen Ölreservoirs 2b des Stators stört, und zwar auf dem oberen Raum 9a des Stators auf der oberen Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators.
  • Im Gegensatz dazu steht bei der Ausführungsform 4 eine Zylinder-Seitenwand 37 von einem flachen Bereich 31b auf einer oberen Seite einer flachen Stützplatte 31c eines oberen Ausgleichsgewichts 31, um einen Bereich des oberen Ausgleichsgewichts 31 zu der Höhe des Vorsprungs 31a zu bedecken. Da ein Motor 8, der einen Stator 7 beinhaltet und aus einer Spule mit konzentrierter Wicklung gebildet ist, in dem abgedichteten Kompressor 100 der Ausführungsform 4 verwendet wird, sind die Größen eines Spulen-Wicklungsblocks 7c und der oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereiche 7a verringert.
  • Aus diesem Grund wird bei der Ausführungsform 4 die Zylinder-Seitenwand 37 als eine Einrichtung zum Abdecken des Vorsprungs 31a des oberen Ausgleichsgewichts 31 und eines Teils eines zentrifugalen Laufrads 40 verwendet. Zu diesem Zeitpunkt wird eine äußere Strömungspassage 48 der Schaufel sichergestellt, indem ein ausreichender Spalt zwischen den Auslässen 47c von Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln und der Zylinder-Seitenwand 37 ausgebildet wird.
  • Die Zylinder-Seitenwand 37 blockiert die Strömung in der radialen Richtung ausgehend von äußeren peripheren Auslässen (Auslässe 47c) der Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln, und sie bildet einen Teil des Auslasses des zentrifugalen Laufrads 40. Das Kältemittel-Gas, dessen Druck mittels des zentrifugalen Laufrads 40 erhöht worden ist, strömt durch die äußere Strömungspassage 48 der Schaufel, strömt in einen oberen Raum 9a des Stators, wird im Druck erhöht und breitet sich weiter in einen oberen Motorraum 9 aus.
  • Während eine Bodenfläche der Zylinder-Seitenwand 37 bei der Ausführungsform 4 von der flachen Stützplatte 31c gebildet wird, können eine Antriebswelle 3 und die Bodenfläche in Becherform integral geformt sein. Ferner kann Öl, das sich in dem Becher angesammelt hat, abgeführt werden, indem eine Öl-Abführöffnung 39 in der Bodenfläche des Bechers ausgebildet wird.
  • Mit dem abgedichteten Kompressor 100, der wie bei der Ausführungsform 4 strukturiert ist, ist es möglich, eine dahingehende Wirkung zu erzielen, dass eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit infolge einer mangelhaften Schmierung unterbunden wird, die von einer Abnahme der Menge an Öl herrührt, das in dem abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist, so dass Vorteile erzielt werden, die ähnlich denjenigen der Ausführungsform 1 sind.
  • Ausführungsform 5
  • 14 ist eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines abgedichteten Kompressors gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Wie in 14 dargestellt, ist der abgedichtete Kompressor 200 gemäß Ausführungsform 5 ein abgedichteter Scroll-Kompressor mit Hochdruck-Mantel. Das bedeutet Folgendes: Der abgedichtete Kompressor 200 gemäß Ausführungsform 5 unterscheidet sich dahingehend von Ausführungsform 1, dass der Kompressionsmechanismus ein Scroll-Kompressionsmechanismus ist (nachstehend wird der Scroll-Kompressionsmechanismus als Kompressionsmechanismus 210 bezeichnet), und dass der Kompressionsmechanismus 210 oberhalb eines Motors 8 angeordnet ist.
  • Ferner unterscheidet sich der abgedichtete Kompressor 200 gemäß Ausführungsform 5 dadurch von der Ausführungsform 1, dass ein komprimiertes Kältemittel temporär von einem Auslassanschluss 18 in einen Raum auf der oberen Seite eines Austrittsrohrs 22 in einem abgedichteten Behälter 1 herausgelassen wird. Die Struktur eines Teils auf der oberen Seite eines Rotors 6 und die Struktur eines zentrifugalen Laufrads 40, welche die Eigenschaften der vorliegenden darstellen, sind exakt dieselben wie diejenigen, die bei der Ausführungsform 1 verwendet werden, und deren Beschreibungen werden hier ausgelassen.
  • Grundsätzliche Struktur und Betrieb des abgedichteten Kompressors 200
  • Die grundsätzliche Struktur und der Betrieb des abgedichteten Kompressors 200 gemäß Ausführungsform 5 werden kurz beschrieben.
  • Wie oben beschrieben, weist der Kompressionsmechanismus 210 gemäß Ausführungsform 5 eine feststehende Spirale 51 und eine drehbare Spirale 52 auf. Die drehbare Spirale 51 weist ein plattenartiges Spiralen-Überlappungsteil auf und ist an einem Kompressorgehäuse 50 befestigt. Die drehbare Spirale 52 weist auf ihrer oberen Fläche ein plattenartiges Spiralen-Überlappungsteil auf, das mit dem plattenartigen Spiralen-Überlappungsteil der feststehenden Spirale 51 in Eingriff kommen soll, und sie ist drehbar (schwingbar) an einem oberen Endbereich einer Antriebswelle 3 vorgesehen.
  • Das plattenartige Spiralen-Überlappungsteil der feststehenden Spirale 51 und das plattenartige Spiralen-Überlappungsteil der drehbaren Spirale 52 stehen in Eingriff, so dass sie eine Kompressionskammer 53 zwischeneinander ausbilden. Wenn die drehbare Spirale 52 exzentrisch relativ zur feststehenden Spirale 51 umläuft, dann nimmt das Volumen in der Kompressionskammer 53 allmählich ab, und dies komprimiert das Kältemittel in einer Zylinderkammer 14a.
  • Das Kompressorgehäuse 50 ist an einer inneren peripheren Fläche des abgedichteten Behälters 1 beispielsweise mittels Presspassungen oder durch Schweißen befestigt und weist ein oberes Lager 54 zum rotierbaren Halten der Antriebswelle 3 auf. Das obere Lager 54 hält auf rotierende Weise die Antriebswelle 3 zusammen mit einem unteren Lager 55, das unterhalb des Motors 8 vorgesehen ist. Das Kompressorgehäuse 50 weist auch eine Kältemittel-Strömungspassage 57 zwischen dessen äußerem peripheren Bereich und dem abgedichteten Behälter 1 auf.
  • Auf der unteren Seite des Kompressorgehäuses 50 verläuft eine äußere periphere Abdeckung 59 des oberen Motorraums von einem oberen Ende eines Stators 7 in dem Motor 8 zu einer unteren Fläche des Kompressorgehäuses 50, und sie ist in einem vorab festgelegten Abstand von dem abgedichteten Behälter angeordnet. Das bedeutet Folgendes: Zwischen der äußeren peripheren Abdeckung 59 des oberen Motorraums und dem abgedichteten Behälter 1 ist eine äußere periphere Strömungspassage 58 des oberen Motorraums vorgesehen, um mit der Kältemittel-Strömungspassage 57 zu kommunizieren.
  • Ausströmpassage für das Austrittsgas
  • Wenn der Rotor 6 und die Antriebswelle 3 rotieren, dann läuft die drehbare Spirale 52 exzentrisch relativ zur feststehenden Spirale 51 um. Ein Kältemittel mit Niederdruck-Einlass wird dadurch durch Ansaugen aus einem Ansaugrohr 21 ((1) in 14) in die Kompressionskammer 53 gesogen, die von den plattenartigen Überlappungsteilen der feststehenden Spirale 51 und der drehbaren Spirale 52 gebildet wird.
  • Während die drehbare Spirale 52, die von der Antriebswelle 3 angetrieben wird, welche von dem oberen Lager 54 und dem unteren Lager 55 gehalten wird, exzentrisch umläuft, wird das Volumen in der Kompressionskammer 53 verringert. Durch diesen Kompressionsvorgang wird das eingelassene Kältemittel auf einen hohen Druck gebracht und aus dem Auslassanschluss 18 der feststehenden Spirale 51 in einen Auslassraum ((2) in 14) des oberen Mantels im abgedichteten Behälter 1 herausgelassen.
  • Das Kältemittel, das von dem Auslassanschluss 18 herausgelassen wird, strömt abwärts durch die Strömungspassage 57 des Kältemittels, das von dem Spalt zwischen der äußeren Peripherie des Kompressorgehäuses 50 und des abgedichteten Behälters 1 gebildet wird. Dieses Kältemittel strömt durch die äußere periphere Strömungspassage 58 ((3) in 14) des oberen Motorraums, die von dem Spalt zwischen der äußeren peripheren Abdeckung 59 des oberen Motorraums und dem abgedichteten Behälter 1 gebildet wird, und wird einer äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators zugeleitet.
  • Das Kältemittel, das in der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators strömt, strömt abwärts durch die äußere periphere Strömungspassage 25 des Stators, strömt in einen unteren Motorraum 5 ((4) in 14) hinein und erreicht einen unteren Lagerbereich 12, wo das untere Lager 55 vorgesehen ist. In diesem Prozess wird das Schmieröl, das sich in einem Sprühzustand befindet, von dem Kältemittel getrennt, und das getrennte Schmieröl wird von einer Öl-Rückführöffnung 12a, die in dem unteren Lagerbereich 12 vorgesehen ist, in ein Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters zurückgeführt.
  • Im Gegensatz dazu steigt das Kältemittel, das den unteren Motorraum 5 erreicht hat, von dem unteren Motorraum 5 durch Rotor-Luftöffnungen 26 des Rotors 6 und strömt in eine innere Schaufel-Strömungspassage 46 ((5) in 14) eines zentrifugalen Laufrads 40 hinein, das an der oberen Seite des Rotors 6 angebracht ist.
  • Dieses Kältemittel wird mittels Ansaugens in Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln des zentrifugalen Laufrads 40 eingesogen, strömt zu der äußeren Peripherie, während dessen Druck durch die Rotationsgeschwindigkeit des zentrifugalen Laufrads 40 erhöht wird, und steigt durch eine äußere Schaufel-Strömungspassage 48 auf. Das Kältemittel wird vorübergehend in einen oberen Motorraum 9 ((6) in 14) hineingelassen und wird aus dem Austrittsrohr 22 des abgedichteten Behälters 1 zu einem externen Kreislauf ((7) in 14) herausgelassen.
  • Ölfluss- und Öl-Austrittspassage
  • Schmieröl, das im Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist, wird den Komponenten des Kompressionsmechanismus 210 zugeführt. Genauer gesagt: Wenn die Antriebswelle 3 rotiert, dann wird das Schmieröl, das in dem Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist, durch Ansaugen von einem Öl-Ansaugloch 4a an dem unteren Ende der Antriebswelle 3 hochgezogen und dazu veranlasst, in einen Hohlraum 4b zu strömen, der die Wellenmitte der Antriebswelle 3 durchdringt.
  • Dann wird das Schmieröl von Öl-Zuführungsöffnungen 4d und 4e in den Spalt zwischen der äußeren Peripherie der Antriebswelle 3 und der inneren Peripherie des oberen Lagers 54 bzw. den Spalt zwischen der äußeren Peripherie der Antriebswelle 3 und der inneren Peripherie des unteren Lagers 55 geleitet, um so zur Schmierung des Kompressionsmechanismus 210 und der Abdichtung des komprimierten Gases beizutragen.
  • Ein Teil des Schmieröls wird auch der Kompressionskammer 53 über eine Öl-Zuführungsöffnung 4c und andere Öl-Zuführspalte zugeführt. Dieses Schmieröl wird in der Kompressionskammer 53 komprimiert und vom Auslassanschluss 18 in den Auslassraum ((2) in 14) des oberen Mantels herausgelassen, während es sich mit dem Kältemittel-Gas vermischt.
  • Das Kältemittel-Gas, das sich durch die äußere periphere Strömungspassage 58 des oberen Motorraums und die äußere periphere Strömungspassage 25 des Stators abgesenkt hat und den unteren Motorraum 5 ((4) in 14) erreicht hat, wird von dem Öl getrennt, indem es mit der Wand des unteren Lagerbereichs 12 oder dergleichen kollidiert. Ein Teil des Schmieröls wird jedoch durch die Rotation des Rotors 6 aufgewirbelt, steigt durch die Rotor-Luftöffnungen 26 zusammen mit dem Kältemittel-Gas auf und strömt in die innere Schaufel-Strömungspassage 46 ((5) in 14).
  • Dann strömt dieses Schmieröl von der inneren Schaufel-Strömungspassage 46 in Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln im zentrifugalen Laufrad 40, strömt in Richtung der äußeren Peripherie des zentrifugalen Laufrads 40 zusammen mit dem Kältemittel-Gas aus, das in den Strömungspassagen 47 zwischen den Schaufeln des zentrifugalen Laufrads 40 in seinem Druck erhöht worden ist, und erreicht dann den oberen Motorraum 9 ((6) in 14) durch die äußere Schaufel-Strömungspassage 48.
  • Ein Teil des Schmieröls, das von der Öl-Zuführungsöffnung 4d der Antriebswelle 3 zu dem oberen Lager 54 zugeführt worden ist, strömt ebenfalls abwärts durch den Spalt zwischen der äußeren Peripherie der Antriebswelle 3 und der inneren Peripherie des oberen Lagers 54 und wird in den oberen Motorraum 9 ((6) in 14) herausgelassen. Öltröpfchen des Schmieröls (Öltröpfchen), die nicht getrennt worden sind, und die den oberen Motorraum 9 ((6) in 14) erreichen, werden vom Austrittsrohr 22 in Bezug auf den abgedichteten Behälter nach außen herausgelassen, und zwar zusammen mit dem Kältemittel-Gas.
  • Oberes Ölreservoir 2b des Stators und Problem
  • Es ist wahrscheinlich, dass die Öltröpfchen, die im oberen Motorraum 9 getrennt worden sind, sich nahe der Seitenwand des abgedichteten Behälters 1 innerhalb des oberen Raums 9a des Stators infolge der Aktion der Zentrifugalkraft sammeln, die durch die Rotation des Rotors 6 erzeugt wird. Es ist wahrscheinlich, dass sich die Öltröpfchen auf der oberen äußeren peripheren Seite des Stators 7 absetzen und ein oberes Ölreservoir des Stators 2b bilden. Das Öl im oberen Ölreservoir 2b des Stators geht durch eine Spulenspalt-Strömungspassage 24 eines Spulen-Wicklungsblocks 7c und eine innere periphere Strömungspassage 27 des Stators und fällt durch die Schwerkraft von dem oberen Motorraum 9 in den unteren Motorraum 5.
  • Falls der Druckabfall im oberen Motorraum 9 groß ist, dann nimmt die obere Öloberflächenhöhe (ΔH) des Stators zu, die Menge an Öl, die im Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist, nimmt ab, und die Öloberflächenhöhe nimmt ebenfalls ab.
  • Alternativ nimmt die Ölmenge zu, die vom oberen Ölreservoir 2b des Stators aufgewirbelt wird und durch das Austrittsrohr 22 zusammen mit dem Kältemittel-Gas in Bezug auf den abgedichteten Behälter nach außerhalb strömt. Im Ergebnis nimmt die Ölmenge ab, die dem Kompressionsmechanismus 210 zugeführt werden soll, und dies verursacht eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Schmierung und eine Zunahme der Menge der Undichtigkeit des komprimierten Gases.
  • Demnach gilt bei der Ausführungsform 5 Folgendes: Der Druck im oberen Motorraum 9 wird erhöht, indem das zentrifugale Laufrad 40 auf der oberen Seite des Rotors 6 ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angemessen gestaltet und angeordnet wird. Dies führt dazu, dass der Druck im oberen Motorraum 9 höher wird als im unteren Motorraum 5, oder dass der Anstieg des Drucks im oberen Motorraum 9 mehr unterbunden wird als mit der herkömmlichen Technik, um eine Zunahme der Menge an Öl zu verhindern, das aus dem abgedichteten Behälter 1 strömt (d. h. eine Abnahme der Ölmenge, die in dem Ölreservoir 2a am Boden des abgeschlossenen Behälters gespeichert ist).
  • Bezüglich der Einrichtungen zum angemessenen Ausgestalten und Anordnen des zentrifugalen Laufrads gilt ähnlich wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 Folgendes: Es ist wichtig, (A) auf den Kostenreduktionseffekt des zentrifugalen Laufrads zu achten, (B) auf den Leckreduktionseffekt des zentrifugalen Laufrads 40 zu achten, (C) auf den Fluidverlust-Verringerungseffekt des zentrifugalen Laufrads 40 zu achten und (D) auf den Übertragungseffekt beim Anstieg des statischen Drucks auf die obere Seite der äußeren peripheren Strömungspassage 25 des Stators zu achten.
  • Vorteile
  • Gemäß dieser Struktur kann die Wirkung erzielt werden, dass der Druck im oberen Motorraum 9 erhöht wird (z. B. auf dem Niveau von einigen Kilopascal), und zwar indem die Rotation des Rotors 6 in dem abgedichteten Behälter 1 ausgenutzt wird. Im Ergebnis ist es möglich, das Ausströmen von Öl zu dem externen Kreislauf des abgedichteten Kompressors 200 zu unterbinden und das Schmieröl effektiv zu nutzen, das im abgedichteten Behälter 1 eingeschlossen ist.
  • Folglich ist es möglich, eine dahingehende Wirkung zu erzielen, dass eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers (was die Energiespar-Leistungsfähigkeit verbessert) unterbunden wird, und es ist möglich, eine dahingehende Wirkung zu erzielen, eine Verschlechterung infolge einer mangelhaften Schmierung zu unterbinden, die durch eine Abnahme der Menge an Öl verursacht wird, das im abgedichteten Behälter 1 gespeichert ist.
  • Das bedeutet, dass bei dem abgedichteten Kompressor 200, der wie bei der Ausführungsform 5 aufgebaut ist, Vorteile ähnlich wie diejenigen bei der Ausführungsform 1 erhalten werden können.
  • Der abgedichtete Rollkolben-Rotationskompressor mit Hochdruckmantel der Ausführungsformen 1 bis 3 und der abgedichtete Scroll-Kompressor mit Hochdruck-Mantel der Ausführungsform 5 sind oben beschrieben worden. Bei dem abgedichteten Kompressor, bei welchem der Kompressionsmechanismus und der Motor innerhalb desselben abgedichteten Behälters koexistieren, können, solange der Rotor 6 und der Stator 7 im Motor 8 ähnlich angeordnet sind und das Kältemittel auf ähnliche Weise von dem unteren Motorraum 5 zum oberen Motorraum 9 strömt, ähnliche Vorteile auch erhalten werden, indem Einrichtungen ähnlich zu denjenigen aus den Ausführungsformen 1 bis 5 bei anderen Manteltypen und anderen Kompressionsverfahren verwendet werden.
  • Beispielsweise können ähnliche Vorteile sogar dann erzielt werden, wenn der Kompressor halb-abgedichtet ist. Alternativ können ähnliche Vorteile erreicht werden, wenn der Kompressor ein Kompressor mit zwischenliegendem Druckmantel oder ein Kompressor mit Niederdruckmantel ist. Ferner können ähnliche Vorteile mit anderen Rotations-Kompressionsverfahren (Drehkolbenverfahren, Dreh- bzw. Pendelverfahren) erzielt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    abgedichteter Behälter
    2a
    Ölreservoir am Boden des abgeschlossenen Behälters
    2b
    oberes Ölreservoir des Stators
    3
    Antriebswelle
    4a
    Öl-Ansaugöffnung
    4b
    Hohlraum
    4c, 4d, 4e
    Öl-Zuführungsöffnung
    4f
    Entgasungsöffnung
    5
    unterer Motorraum
    6
    Rotor
    7
    Stator
    7a
    oberer Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereich
    7c
    Spulen-Wicklungsblock
    7d
    Kern
    8
    Motor
    9
    oberer Motorraum
    9a
    oberer Statorraum
    9b
    oberer Rotorraum
    10
    Kompressionsmechanismus
    11
    oberer Lagerbereich
    12
    unterer Lagerbereich
    12a
    Öl-Rückführöffnung
    14
    Zylinder
    14a
    Zylinderkammer
    15
    exzentrischer Bolzenschaftbereich
    16
    Rotationskolben
    17
    Auslass-Dämpfer
    18
    Auslassanschluss
    19
    Auslassventil
    21
    Ansaugrohr
    22
    Austrittsrohr
    24
    Spulenspalt-Strömungspassage
    25
    äußere periphere Strömungspassage des Stators
    26
    Rotor-Luftöffnung
    27
    innere periphere Strömungspassage des Stators
    27a
    Luftspalt
    27b
    innere periphere Kern-Ausschnitts-Strömungspassage
    28
    radiale Strömungspassage
    30
    Balanceabdeckung
    31
    oberes Ausgleichsgewicht
    31a
    Vorsprung
    31b
    flacher Bereich
    31c
    flache Stützplatte
    32
    unteres Ausgleichsgewicht
    32a
    Vorsprung
    33
    oberes Rotor-Befestigungsteil
    34
    unteres Rotor-Befestigungsteil
    37
    Zylinder-Seitenwand
    39
    Öl-Abführöffnung
    40
    zentrifugales Laufrad
    41
    Schaufel
    41b
    Umfang mit kurzem Durchmesser
    41c
    Umfang mit langem Durchmesser
    41d
    Höhe
    41e
    Gesamtlänge
    42
    innere periphere Strömungsführung
    43
    obere Schaufelscheibe
    44
    untere Schaufelscheibe
    45
    Befestigungsbolzen
    46
    innere Schaufel-Strömungspassage
    47
    Strömungspassage zwischen den Schaufeln
    47a
    effektive Strömungspassagenfläche
    47b
    effektive Länge
    47c
    Auslass
    48
    äußere Schaufel-Strömungspassage
    50
    Gehäuse des Kompressionsmechanismus
    51
    feststehende Spirale
    52
    drehbare Spirale
    53
    Kompressionskammer
    54
    oberes Lager
    55
    unteres Lager
    57
    Kältemittel-Strömungspassage
    58
    äußere periphere Strömungspassage des oberen Motorraums
    59
    äußere periphere Abdeckung des oberen Motorraums
    100
    abgedichteter Kompressor
    101
    Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung
    102
    Verdampfer
    103
    Expansionsmechanismus
    104
    Radiator
    105
    Heißwasser-Zufuhrbehälter
    106
    Öltrennungs-Messvorrichtung
    200
    abgedichteter Behälter
    210
    Kompressionsmechanismus.

Claims (22)

  1. Abgedichteter Kompressor, der Folgendes aufweist: einen abgedichteten Behälter, der Schmieröl an dessen Boden speichert; einen Motor, der in dem abgedichteten Behälter vorgesehen ist und einen Stator und einen Rotor aufweist; eine Antriebswelle, die an dem Rotor angebracht ist; einen Kompressionsmechanismus, der innerhalb des abgedichteten Behälters vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, ein Kältemittel bei der Rotation der Antriebswelle zu komprimieren; ein zentrifugales Laufrad, das oberhalb des Rotors vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, synchron mit dem Rotor zu rotieren; und ein Austrittsrohr, das mit einem oberen Raum des Motors kommuniziert und dazu ausgebildet ist, ein Kältemittel zum Anströmen aus dem oberen Raum zu einem externen Kreislauf des abgedichteten Behälters zu veranlassen, wobei der Rotor eine in Aufwärts-Abwärts-Richtung durchgehende Rotor-Luftöffnung aufweist, wobei das Kältemittel, das in einem unteren Raum des Motors strömt, durch die Rotor-Luftöffnung aufsteigt, in den oberen Raum des Motors strömt und aus dem Austrittsrohr herausströmt, wobei das zentrifugale Laufrad Folgendes aufweist: eine Öl-Trennplatte, die an einer oberen Seite eines oberen Endes des Rotors mit einem dazwischenliegenden vorab festgelegten Abstand vorgesehen ist, eine Mehrzahl von Schaufeln, die in Abwärtsrichtung von einer unteren Fläche der Öl-Trennplatte stehen und ausgehend von einer inneren peripheren Seite in Richtung einer äußeren peripheren Seite vorgesehen sind; und Strömungspassagen zwischen den Schaufeln, die jeweils zwischen zwei benachbarten Schaufeln der Mehrzahl von Schaufeln vorgesehen sind, und eine innere Schaufel-Strömungspassage, die das Kältemittel führt, und zwar beim Ausströmen aus einer oberen Endöffnung, die die Rotor-Luftöffnung bildet, zu inneren peripheren Einlässen der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln, wobei die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln entlang des gesamten Umfangs angeordnet sind, um das Kältemittel von deren inneren peripheren Einlässen zu deren äußeren peripheren Auslässen zu leiten, und um das im Druck erhöhte Kältemittel dazu zu veranlassen, während es durch die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln geht, von den äußeren peripheren Auslässen in den oberen Raum auszuströmen, und wobei die Öl-Trennplatte eine obere Fläche der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln und ein oberes Ende der inneren Schaufel-Strömungspassage schließt, um eine Kurzschluss-Passage zu schließen, durch welche das Kältemittel direkt zum Austrittsrohr ausströmt, ohne durch die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln zu strömen.
  2. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 1, wobei die obere Fläche der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln vollständig mit der Öl-Trennplatte bedeckt ist.
  3. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, der ferner eine Trennplatte an der unteren Fläche aufweist, welche eine untere Fläche der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln bedeckt, wobei die Trennplatte an der unteren Fläche in einem festen Abstand von der oberen Endöffnung angeordnet ist, die die Rotor-Luftöffnung bildet.
  4. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 3, der ferner ein oberes Ausgleichsgewicht mit einer flachen Stützplatte, die an dem Rotor befestigbar ist, und mit einem Vorsprung, der nach oben von einem Teil der flachen Stützplatte steht und als Gewicht dient, aufweist, wobei das obere Ausgleichsgewicht an dem oberen Ende des Rotors vorgesehen ist, wobei die untere Fläche der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln mit mindestens einem von der Trennplatte an der unteren Fläche, der flachen Stützplatte des oberen Ausgleichsgewichts und einer oberen Fläche des Vorsprungs des oberen Ausgleichsgewichts bedeckt ist.
  5. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 4, wobei die Trennplatte an der unteren Fläche, die die untere Fläche der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln von den inneren peripheren Einlässen zu den äußeren peripheren Auslässen schließt, zumindest an einem unteren Bereich der Schaufeln in einer Fläche gegenüber dem Vorsprung des oberen Ausgleichsgewichts vorgesehen ist, und wobei die Schaufeln, unter welchen die Trennplatte an der unteren Fläche nicht angeordnet ist, zu einem Teil nahe einem oberen Ende der flachen Stützplatte des oberen Ausgleichsgewichts verlaufen.
  6. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, der ferner eine Strömungsführung aufweist, die das Kältemittel führt, das von der Rotor-Luftöffnung zu den Strömungspassagen zwischen den Schaufeln strömt, wobei die Strömungsführung an einem oberen Endbereich mit einem inneren peripheren Endbereich der Trennplatte an der unteren Fläche verbunden ist, und wobei sie an einem unteren Endbereich in Kontakt mit einem oberen Ende eines Teils ist, das eine obere Endöffnung aufweist, welche die Rotor-Luftöffnung an einer äußeren peripheren Seite der Rotor-Luftöffnung bildet.
  7. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Trennplatte an der unteren Fläche auf einer gesamten unteren Fläche der Mehrzahl von Schaufeln angeordnet ist, und wobei die Schaufeln in ihrer Länge in der Aufwärts-Abwärts-Richtung einheitlich sind.
  8. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 7, der ferner eine hohle zylindrische Strömungsführung aufweist, die das Kältemittel führt, das von der Rotor-Luftöffnung zu den Strömungspassagen zwischen den Schaufeln strömt, wobei die hohle zylindrische Strömungsführung an einem oberen Endbereich mit einem inneren peripheren Endbereich der Trennplatte an der unteren Fläche verbunden ist, und wobei sie an einem unteren Endbereich in Kontakt mit einem oberen Ende eines Teils ist, das eine obere Endöffnung aufweist, welche die Rotor-Luftöffnung an einer äußeren peripheren Seite der Rotor-Luftöffnung bildet.
  9. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mehrzahl von Schaufeln in axialer Symmetrie in Bezug auf die Antriebswelle angeordnet sind.
  10. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Strömungspassagenfläche der Rotor-Luftöffnung, die in dem Rotor vorgesehen ist, größer als eine Fläche einer Strömungspassage ist, die zwischen einer äußeren Peripherie des Rotors und einer inneren Peripherie des Stators ausgebildet ist.
  11. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Rotor-Luftöffnung auf einer inneren peripheren Seite eines Umfangs mit kurzem Durchmesser angeordnet ist, der als Mitte in der Draufsicht die Antriebswelle hat, wobei der Umfang mit kurzem Durchmesser durch einen Kreis gebildet ist, der innere periphere Endbereiche der Schaufeln verbindet.
  12. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Öl-Trennplatte eine Scheibe ist, die symmetrisch in Bezug auf eine Antriebswelle ist.
  13. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 7 oder einem der Ansprüche 8 bis 12, die von Anspruch 7 abhängig sind, wobei die Trennplatte an der unteren Fläche eine Scheibe ist, die symmetrisch in Bezug auf eine Antriebswelle ist, und wobei die Trennplatte an der unteren Fläche eine Strömungspassagenöffnung aufweist, durch welche das Kältemittel, das von den Rotor-Luftöffnungen ausströmt, in die Strömungspassagen zwischen den Schaufeln hineinströmt, wobei die Strömungspassagenöffnung auf einer inneren Seite eines Umfangs mit kurzem Durchmesser mit der Antriebswelle als Mitte vorgesehen ist, und wobei der Umfang mit kurzem Durchmesser von einem Kreis gebildet ist, der die inneren peripheren Endbereiche der Schaufeln verbindet.
  14. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Schaufeln einen Eintrittswinkel haben, der so bestimmt wird, dass die Schaufeln in Kontakt mit einem Umfang mit kurzem Durchmesser mit der Antriebswelle als Mitte sind, und zwar in einem Winkel, der in den Bereich von ±5° in der Draufsicht fällt, wobei der Umfang mit kurzem Durchmesser von einem Kreis gebildet ist, der innere periphere Endbereiche der Schaufeln verbindet.
  15. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Schaufeln lineare Schaufeln sind.
  16. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Mehrzahl von Schaufeln derart ausgebildet werden, dass eine einzige Platte in rechten Winkeln gebogen und hochgezogen wird.
  17. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, der ferner ein oberes Ausgleichsgewicht mit einer flachen Stützplatte, die an dem Rotor befestigbar ist, und mit einem Vorsprung, der nach oben von einem Teil der flachen Stützplatte steht und als Gewicht dient, aufweist, wobei das obere Ausgleichsgewicht an einem oberen Ende des Rotors vorgesehen ist, wobei eine Abdeckwand an dem Stator vorgesehen ist, um die Strömung in einer radialen Richtung von den äußeren peripheren Auslässen der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln zu blockieren, indem sie die gesamte Fläche um den Vorsprung des oberen Ausgleichsgewichts herum und äußere periphere Auslässe der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln in dem zentrifugalen Laufrad oder ein Teil der umgebenden Fläche umgibt.
  18. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 17, wobei die Abdeckwand vollständig zumindest die gesamte Fläche um den Vorsprung des oberen Ausgleichsgewichts herum bedeckt.
  19. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 17, wobei der Stator eine Mehrzahl von oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen aufweist, wo eine Spule, die um einen Kern gewickelt ist, von dem Stator nach oben hervorsteht, wobei eine Mehrzahl von radialen Strömungspassagen entlang der gesamten Peripherie zwischen den angrenzenden oberen Motorspulen-Kreuzungs-Drahtbereichen angeordnet sind, um das Kältemittel, das in der radialen Richtung von den äußeren peripheren Auslässen der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln strömt, zu einer Seitenwand des abgedichteten Behälter zu führen, und wobei die radialen Strömungspassagen diffusorförmig sind und so angeordnet sind, dass sie in Vorwärts-Rotationsrichtung der Antriebswelle in der Draufsicht von oberhalb geneigt sind.
  20. Abgedichteter Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, der ferner ein oberes Ausgleichsgewicht mit einer flachen Stützplatte, die an dem Rotor befestigbar ist, und mit einem Vorsprung, der nach oben von einem Teil der flachen Stützplatte steht und als Gewicht dient, aufweist, wobei das obere Ausgleichsgewicht an einem oberen Ende des Rotors vorgesehen ist, wobei eine zylindrische Seitenwand vorgesehen ist, um die gesamte Fläche um den Vorsprung des oberen Ausgleichsgewichts herum zu umgeben, das an dem oberen Ende des Rotors vorgesehen ist, und um synchron mit dem Rotor zu rotieren.
  21. Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 20, wobei die zylindrische Seitenwand einen Teil eines Auslasses des zentrifugalen Laufrads bildet, indem sie den Fluss in Radialrichtung von den äußeren peripheren Auslässen der Strömungspassagen zwischen den Schaufeln blockiert.
  22. Dampfkompressions-Kältekreislauf-Vorrichtung, die Folgendes aufweist: – einen abgedichteten Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 21; – einen Radiator, der Wärme von dem Kältemittel abführt, das von dem abgedichteten Kompressor komprimiert worden ist; – einen Expansionsmechanismus, der das Kältemittel beim Ausströmen aus dem Radiator expandiert; und – einen Verdampfer, der das Kältemittel beim Ausströmen aus dem Expansionsmechanismus dazu veranlasst, Wärme aufzunehmen.
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