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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiral-Fluidmaschine, die bei einem Kompressor, einer Pumpe, einem Expander und ähnlichem angewendet werden kann.
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Stand der Technik
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Eine Spiral-Fluidmaschine weist ein Paar einer feststehenden Spirale oder Schnecke und eine umlaufende Spirale oder Schnecke in einem Zustand auf, wo Spiralwindungen an einer Endplatte aufgerichtet sind. Die Spiral-Fluidmaschine hat eine Struktur, bei welcher die Spiralwindungen des Paars der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale einander gegenüberliegen und durch Verschieben der Phase davon um 180 Grad miteinander in Eingriff gebracht werden, und eine Arbeitskammer, die zwischen den Spiralen abgedichtet ist, ist ausgebildet, um ein Fluid zuzuführen oder auszutragen. Bei der Spiral-Fluidmaschine hat beispielsweise ein Spiralverdichter eine zweidimensionale Verdichterstruktur, bei welcher die Windungshöhe der Spiralwindung von jeder der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale eingestellt ist, um auf bzw. an dem gesamten Umfang in einer Spiralrichtung einheitlich bzw. gleichmäßig zu sein und eine Verdichterkammer bewegt sich von der äußeren Umfangsseite zur der inneren Umfangsseite, während das Volumen davon reduziert wird, um dadurch ein in die Verdichterkammer hinein eingesaugtes Fluid in der Umfangsrichtung der Spiralwindung zu verdichten.
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Demgegenüber sind, um die Effizienz des Spiralverdichters zu erhöhen und die Größe und Gewicht davon zu verringern, Stufenabschnitte an vorbestimmten Positionen entlang der Spiralrichtung an einer äußeren Schaufelfläche und einer Schaufelbodenfläche der Spiralwindung von jeder der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale vorgesehen. An den Stufenabschnitten ist die Windungshöhe an der äußeren Umfangsseite der Spiralwindung eingestellt, um höher zu sein als die Spiralwindung an der inneren Umfangsseite und die Höhe der Verdichterkammer in der Achslinien-Richtung auf der äußeren Umfangsseite der Spiralwindung ist eingestellt, um höher zu sein als die Höhe auf der inneren Umfangsseite, wodurch ein Spiralverdichter eines dreidimensionalen Verdichtertyps mit einer Struktur zum Verdichten eines Fluids in sowohl der Umfangsrichtung als auch der Höhenrichtung der Spiralwindung bereitgestellt ist.
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Als ein solcher Spiralverdichter eines dreidimensionalen Verdichtertyps sind die folgenden Strukturen bekannt wie beispielsweise in PTL 1 und PTL 2 offenbart. Eine Struktur also, bei welcher Stufenabschnitte an vorbestimmten Positionen entlang von Spiralrichtungen an einer äußeren Schaufelfläche und einer Schaufelbodenfläche einer Spiralwindung einer feststehenden Spirale und einer umlaufenden Spirale vorgesehen sind, und eine Struktur, bei welcher, wie in PTL 3 offenbart, eine feststehende Spirale und eine umlaufende Spirale eine Spirale mit einem Stufenabschnitt ist, der nur an einer vorbestimmten Position entlang einer Spiralrichtung an einer Schaufelbodenfläche der Spiralwindung vorgesehen ist, und die andere feststehende Spirale und die umlaufende Spirale eine Spirale mit einem Stufenabschnitt ist, der nur an einem vorbestimmten Position entlang der Spiralrichtung an einer äußeren Schaufelfläche der Spiralwindung vorgesehen ist.
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Zitationsliste
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Patentliteratur
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- PTL 1 Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Publikationsnummer 2002-5052
- PTL 2 Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Publikationsnummer 2008-133806
- PTL 3 Japanische geprüfte Patentanmeldung, Publikationsnummer Sho 60-17956 (siehe 8)
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei dem in PTL 1 und PTL 2 offenbarten Spiralverdichter mit der dreidimensionalen Verdichterstruktur, bei welchem Stufenabschnitte an der äußeren Schaufelfläche und der Schaufelbodenfläche der Spiralwindungen von sowohl der feststehenden Spirale als auch der umlaufenden Spirale vorgesehen sind, ist die äußere Schaufelfläche und die Schaufelbodenfläche an vier Positionen in Kontakt: (1) an einem umlaufenden äußeren Umfangsschaufelaußenende bzw. Umfangsschaufelspitze/einem feststehenden äußeren Umfangsschaufelboden; (2) an einem feststehenden äußeren Umfangsschaufelaußenende bzw. Umfangsschaufelspitze/einem umlaufenden äußeren Umfangsschaufelboden; (3) an einem umlaufenden inneren Umfangsschaufelaußenende bzw. Umfangsschaufelspitze/einem feststehenden inneren Umfangsschaufelboden; und (4) an einem feststehenden inneren Umfangsschaufelaußenende bzw. Umfangsschaufelspitze/einem umlaufenden inneren Umfangsschaufelboden. Dementsprechend ist die Fläche einer Referenzfläche zum Bestimmen des Parallelismus bzw. der Parallelität zwischen den Spiralen so reduziert, dass der Parallelismus eines Span-Zwischenraums („chip gap”) zwischen den Schaufelaußenenden der Spiralzwischenräumen eher bzw. leicht variiert und sich ein Austreten bzw. ein Auslaufen eines Fluids von den Schaufelaußenenden der Spiralwindungen vergrößert.
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Insbesondere wird bei der Struktur, bei welcher Stufenabschnitte an der Schaufelaußenfläche und der Schaufelbodenfläche der Spiralwindungen von beiden Spiralen vorgesehen sind, wie in PTL 1 offenbart, eine thermische Expansion oder ähnliches berücksichtigt und beispielsweise der Span-Zwischenraum an der inneren Umfangsseite des Stufenabschnitts so eingestellt, dass sie größer ist als der Span-Zwischenraum an der äußeren Umfangsseite der Stufenabschnitte. Jedoch ist, da die Referenzfläche zum Bestimmen des Span-Zwischenraums an dem Schaufelaußenende nicht über die gesamte Fläche der Endplatte der Spirale ausgebildet sein kann, die Fläche der Referenzfläche reduziert, was ein Problem verursacht, dass beispielsweise der Parallelismus des Span-Zwischenraums eher variiert.
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Ferner ist es nötig, da die Fläche der Referenzfläche reduziert ist, zu verhindern, dass die Schaufelaußenfläche und die Schaufelbodenfläche von jeder Spiralwindung in einem anderen Abschnitt als der Referenzfläche miteinander in Kontakt kommen. Das verursacht ein Problem wie beispielsweise einen größeren mittleren Span-Zwischenraum. Beispielsweise sind bei der in PTL 2 offenbarten Struktur, wenn die Schaufelbodenfläche an der inneren Umfangsseite des Stufenabschnitts der in 2 dargestellten feststehenden Spirale als eine Referenzfläche eingestellt ist, die Schaufelaußenfläche und die Schaufelbodenfläche an sieben anderen Positionen als die Referenzfläche nicht in Kontakt miteinander.
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Demgegenüber offenbart PTL 3 einen Spiralverdichter eines dreidimensionalen Verdichtertyps, bei welchem eine der feststehenden Spirale und die umlaufende Spirale eine Spirale mit einem Stufenabschnitt ist, der nur an einer vorbestimmten Position entlang der Spiralrichtung an der Schaufelbodenfläche der Spiralwindung vorgesehen ist, und die Andere der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale eine Spirale mit einem Stufenabschnitt ist, der nur an einer vorbestimmten Position entlang der Spiralrichtung an der Schaufelaußenfläche der Spiralwindung vorgesehen ist. Weder offenbart PTL 3 noch legt sie die Position nahe, wo die Referenzfläche ausgebildet ist und wie der Span-Zwischenraum bei dem Spiralverdichter mit der dreidimensionalen Verdichterstruktur einzustellen ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten Umstände gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spiral-Fluidmaschine mit einer dreidimensionalen Verdichterstruktur vorzuschlagen, die die oben erwähnten Probleme, die der dreidimensionalen Spiral-Fluidmaschine mit Stufenabschnitten an der Schaufelaußenfläche und der Schaufelbodenfläche der Spiralwindungen von beiden Spiralen inhärent sind, lösen kann.
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Lösung für das Problem
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Um das oben erwähnte Problem zu lösen, setzt die Spiral-Fluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Lösungen ein.
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Die Spiral-Fluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Paar einer feststehenden Spirale oder Schnecke und einer umlaufenden Spirale oder Schnecke mit einer Struktur, bei welcher Spiralwindungen jeweils an Endplatten aufgerichtet sind und die Spiralwindungen miteinander in Eingriff sind, wobei die feststehende Spirale oder die Schaufelbodenfläche der Spiralwindung vorgesehen ist, und die jeweils andere von der feststehenden Spirale oder die umlaufende Spirale, eine Spirale mit einem Stufenabschnitt ist, der nur an einer vorbestimmten Position entlang einer Spiralrichtung an einer Schaufelaußenfläche der Spiralwindung vorgesehen ist, eine Schaufelbodenfläche der Endplatte der Spirale ohne den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche als eine Referenzfläche zum Einstellen eines Span-Zwischenraums („chip gap”) zwischen den Spiralen eingestellt ist, und wenn eine Wicklungshöhe der Spiralwindung der Spirale mit dem Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche mit L bezeichnet ist und eine Wicklungshöhe der Spiralwindung der Spirale ohne den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche mit l bezeichnet ist, L ≥ l erfüllt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schaufelbodenfläche der Endplatte der Spirale, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche nicht umfasst, als eine Referenzfläche eingestellt, und die Schaufelaußenfläche der Spiralwindung der Spirale, bei welcher die Spiralhöhe der Spiralwindung durch L bezeichnet ist und welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche nicht umfasst, ist mit der Referenzfläche in Kontakt gebracht. Mit dieser Struktur kann der Span-Zwischenraum zwischen beiden Spiralen eingestellt sein und somit kann die Referenzfläche vergrößert (erweitert) sein, wenn der Span-Zwischenraum eingestellt ist, verglichen mit einer Struktur, bei welcher Stufenabschnitte an der Schaufelaußenfläche und der Schaufelbodenfläche der Spiralwindungen von beiden Spiralen vorgesehen sind. Dementsprechend ist der Parallelismus des Span-Zwischenraums vergrößert und eine Variation des Span-Zwischenraums ist reduziert, wodurch ein Austreten eines Fluids von dem Span-Zwischenraum reduziert ist und eine weitere Verbesserung der Effizienz und der Leistung der Spiral-Fluidmaschine erreicht ist. Ferner ist die Referenzfläche vergrößert, um die Anzahl von Orten bzw. Stellen zu verringern, wo die Schaufelaußenfläche und die Schaufelbodenfläche in einem anderen Abschnitt als die Referenzfläche miteinander in Kontakt gebracht werden sollten, und die Größe des mittleren Span-Zwischenraums ist reduziert, wodurch die volumetrische Effizienz und die gesamte adiabatische Effizienz verbessert sein kann.
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Ferner ist gemäß der Spiral-Fluidmaschine der vorliegenden Erfindung die gesamte Schaufelbodenfläche der Endplatte der Spirale ohne den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche als eine Referenzfläche zum Einstellen eines Span-Zwischenraums zwischen der Schaufelbodenfläche der Endplatte der Spirale und der Schaufelaußenfläche der Spiralwindung einer Gegen-Spirale eingestellt, um mit der Spirale in Eingriff zu gelangen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn die gesamte Länge des Durchmessers der Endplatte der Spirale, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche der Spiralwindung nicht hat, als eine Referenzfläche eingestellt ist, und in Kontakt mit der Schaufelaußenfläche der Spirale gebracht ist, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche der Spiralwindung nicht umfasst, eingestellt ist, der Span-Zwischenraum eingestellt werden bzw. sein. Mit dieser Struktur ist die Referenzfläche zum Einstellen des Span-Zwischenraums maximiert und der mittlere Span-Zwischenraum ist minimiert, wodurch eine weitere Verbesserung bei der Effizienz und Leistung der Spiral-Fluidmaschine erreicht ist.
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Ferner ist gemäß der Spiral-Fluidmaschine der vorliegenden Erfindung bei jeder der oben beschriebenen Spiral-Fluidmaschinen die feststehende Spirale, eine Spirale ohne den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Spirale, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche nicht umfasst, als die feststehende Spirale eingestellt, also feststehend und an der Seite installiert, wo sich ein feststehendes Element befindet. Die Schaufelbodenfläche der Endplatte ist als eine Referenzfläche eingestellt. Die Schaufelaußenfläche der Spiralwindung der umlaufenden Spirale, bei welcher die Spiralhöhe durch L bezeichnet ist und welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche nicht umfasst, ist mit der Referenzfläche in Kontakt gebracht, wodurch der Span-Zwischenraum zwischen den beiden Spiralen eingestellt sein kann. Dementsprechend kann der Span-Zwischenraum stabil in einem Zustand eingestellt werden, wo die feststehende Spirale feststeht und installiert ist, wodurch eine Variation zur Zeit des Einstellens des Span-Zwischenraums und der mittlere Span-Zwischenraum reduziert ist.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schaufelbodenfläche der Endplatte der Spirale, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche des Paars der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale nicht umfasst, als eine Referenzfläche eingestellt und die Schaufelaußenfläche der Spiralwindung der Spirale, bei welcher die Windungshöhe der Spiralwindung durch L bezeichnet ist, und welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche nicht umfasst, in Kontakt mit der Referenzfläche gebracht ist. Mit dieser Struktur kann der Span-Zwischenraum zwischen den beiden Spiralen eingestellt sein und somit kann die Referenzfläche vergrößert (erweitert) sein, wenn der Span-Zwischenraum eingestellt ist, verglichen mit einer Struktur, bei welcher Stufenabschnitte an der Schaufelaußenfläche und der Schaufelbodenfläche der Spiralwindungen von beiden Spiralen vorgesehen sind. Dementsprechend ist der Parallelismus des Span-Zwischenraums vergrößert und eine Variation bei dem Span-Zwischenraum ist reduziert, wodurch ein Austreten eines Fluids von dem Span-Zwischenraum reduziert und eine weitere Verbesserung bei der Effizienz und Leistung der Spiral-Fluidmaschine erreicht ist. Ferner ist die Referenzfläche vergrößert, um die Anzahl von Orten zu reduzieren, wo die Schaufelaußenfläche und die Schaufelbodenfläche in einem anderen Abschnitt als der Referenzfläche nicht miteinander in Kontakt gebracht werden sollten und die Größe des mittleren Span-Zwischenraums reduziert ist, wodurch die volumetrische Effizienz und die gesamte adiabatische Effizienz verbessert sein kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Spiral-Fluidmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf 1 beschrieben.
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Spiral-Fluidmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Als ein Beispiel der Spiral-Fluidmaschine wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem ein Spiralverdichter vom offenen Typ, der durch extern zugeführte Energie angetrieben wird, angewendet ist.
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Ein Spiralverdichter vom offenen Typ (Spiral-Fluidmaschine) 1 umfasst ein Gehäuse 2, das einen Umriss des Verdichters wie in 1 dargestellt bildet. Das Gehäuse 2 hat eine Öffnung an einem vorderen Ende davon und hat eine zylindrische Form, die an einem hinteren Ende davon abgedichtet ist. Ein vorderes Gehäuse 3 ist an der vorderen Endseite mit einem Bolzen 4 befestigt und angebracht, wodurch ein umschlossener Raum in dem Gehäuse gebildet ist und ein Spiralverdichtungsmechanismus 5 und eine Antriebswelle 6 in dem umschlossenen Raum aufgenommen ist.
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Die Antriebswelle 6 ist drehbar durch das vordere Gehäuse 3 durch eine Hauptlagerung 7 und eine Nebenlagerung 8 getragen. Eine Riemenscheibe 11, die drehbar an dem äußeren Umfangsabschnitt des vorderen Gehäuses 3 durch ein Lagerung 10 installiert ist, ist durch eine elektromagnetische Kupplung 12 mit einem vorderen Ende gekoppelt, welches von dem vorderen Gehäuse 3 durch eine mechanische Dichtung 9 nach außen vorsteht, wodurch sie Kraft von der Außenseite übertragen kann. An einem hinteren Ende der Antriebswelle 6 ist ein Kurbelstift 13, welcher durch einen vorbestimmten Abstand außermittig ist, integral ausgebildet und ist mit einer umlaufenden Spirale 16 des Spiralverdichtungsmechanismus 5, welcher später beschrieben wird, durch einen bekannten angetriebenen Kurbelmechanismus 14, der eine Antriebsbuchse und eine Antriebslagerung umfasst, wodurch der Umlaufradius davon variabel sein kann, gekoppelt.
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Bei dem Spiralverdichtungsmechanismus 5 sind ein Paar einer feststehenden Spirale 15 und einer umlaufenden Spirale 16 durch Verschieben einer Phase um 108 Grad in Eingriff miteinander, wodurch ein Paar von Verdichterkammern 17 zwischen beiden Spiralen 15 und 16 gebildet ist. Die Verdichterkammern 17 werden von einer äußeren Umfangsposition zu einer mittigen Position bewegt, während das Volumen davon allmählich reduziert wird, wodurch ein Fluid (Kältemittelgas) verdichtet wird. Die feststehende Spirale 15 umfasst einen Austraganschluss 18, der ein verdichtetes Gas an einem Mittelteil davon austrägt, und ist an der Bodenwandfläche des Gehäuses 2 durch einen Bolzen 19 befestigt und installiert. Die umlaufende Spirale 16 ist mit dem Kurbelstift 13 der Antriebswelle 6 durch den angetriebenen Kurbelmechanismus 14 gekoppelt und ist durch eine Drucklager- bzw. Schublagerfläche des vorderen Gehäuses 3 durch einen bekannten Rotationshemmungsmechanismus 20 in solch einer Weise getragen, dass die umlaufende Spirale drehend angetrieben werden kann.
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Ein O-Ring 21 ist an dem äußeren Umfang einer Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15 vorgesehen. Der O-Ring 21 ist in engem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2 und der Innenraum des Gehäuses 2 ist in eine Austragkammer 22 und eine Eintragkammer 23 partitioniert bzw. unterteilt. Die Austragkammer 22 hat den Austraganschluss 18, durch welchen ein verdichtetes Gas, das von der Verdichterkammer 17 zugeführt wird, ausgetragen wird, und das verdichtete Gas wird zu einer Kältemittelkreislaufseite ausgetragen. In der Eintragkammer 23 ist ein an dem Gehäuse 2 vorgesehener Eintraganschluss 24 geöffnet. Ein in einem Kältemittelkreislauf zirkulierendes Niederdruckgas wird angesaugt und ein Kältemittelgas wird in die Verdichterkammer 17 durch die Eintragkammer 23 eingesaugt.
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Das Paar der feststehenden Spirale 15 und der umlaufenden Spirale 16 hat eine Struktur, bei welcher Spiralwindungen 15B und 16B jeweils an Endplatten 15A und 16A aufgerichtet sind. Bei dieser Ausführungsform ist eine der feststehenden Spirale 15 und der umlaufenden Spirale 16 d. h. in diesem Fall die feststehende Spirale 15 eine Spirale, die einen Stufenabschnitt 15E umfasst, welcher nur an einer vorbestimmten Position entlang der Spiralrichtung an einer Schaufelaußenfläche 15C einer Spiralwindung 15B vorgesehen ist. Die andere Spirale d. h. die umlaufende Spirale 16 ist eine Spirale, die einen Stufenabschnitt 16E umfasst, welcher an einer vorbestimmten Position (eine Position, die dem Stufenabschnitt 15E, der an bzw. auf der Schaufelaußenfläche 15C der Spiralwindung 15B bei der feststehenden Spirale 15 vorgesehen ist, entspricht) entlang der Spiralrichtung an bzw. auf einer Schaufelbodenfläche 16D der Spiralwindung 16B vorgesehen ist.
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Auf einer Schaufelbodenfläche 15D der feststehenden Spirale 15, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, ist die gesamte Fläche der Endplatte 15A eine flache Fläche. Zwischen der Schaufelbodenfläche 15D und einer Schaufelaußenfläche 16C der umlaufenden Spirale 16, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche 16C nicht umfasst, ist eine Referenzfläche 25 zum Einstellen eines Span-Zwischenraums zwischen beiden Spiralen 15 und 16 ausgebildet. Mit dieser Struktur kann die gesamte Fläche (gesamter Durchmesser) der Endplatte 16A der feststehenden Spirale 15 als die Referenzfläche 25 eingestellt sein.
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Windungshöhen Lo und Li der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche 16C nicht umfasst, sind gleich oder größer als Windungshöhen lo und li der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15, welche den Stufenabschnitt 15E an bzw. auf der Schaufelaußenfläche 15C umfasst (Lo, Li ≥ lo, li), und sind bevorzugt so eingestellt, dass sie um eine vorbestimmte Dimension (beispielsweise mehrere Zehntel Mikrometer) (Lo, Li > lo, li) größer sind als die Windungshöhen lo und li der Spiralwindung 15B. Somit kann bei dem Einstellen des Span-Zwischenraums zwischen den beiden Spiralen 15 und 16 die Schaufelaußenfläche 16C der Spiralwindung 16B bei der umlaufenden Spirale 16 zuverlässig in Kontakt mit der Referenzfläche gebracht werden, wodurch verhindert werden kann, dass nur die Schaufelaußenfläche 15C bei der feststehenden Spirale 15 in Kontakt mit der Schaufelbodenfläche 16D bei der umlaufenden Spirale 16 kommt.
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Mit der oben beschriebenen Struktur gemäß dieser Ausführungsform werden der folgenden Betrieb und die folgenden Effekte erreicht.
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Wenn der oben beschriebene Spiralverdichter 1 durch die elektromagnetische Kupplung 12 mit Energie versorgt wird, wird Kraft von einer Antriebsquelle durch eine Riemenscheibe 11 zu der Antriebswelle 6 und der elektromagnetische Kupplung 12 eingegeben und die Antriebswelle 6 wird drehend angetrieben, wodurch die umlaufende Spirale 16, welche mit dem Kurbelstift 13 der Antriebswelle 6 gekoppelt ist, durch den angetriebenen Kurbelmechanismus 14 mit der Antriebsbuchse so angetrieben wird, dass sie sich um die feststehende Spirale 15 drehen kann.
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Mit dieser Struktur wird ein Niederdruckkältemittelgas, das von der Kältemittelkreislaufseite durch den Eintraganschluss 24 in die Eintragkammer 23 hinein eingesaugt wird, in das Paar von Verdichterkammern 17 hinein eingesaugt. Das Kältemittelgas wird verdichtet, wenn das Volumen der Verdichterkammern 17 bei einer Umlaufbewegung zu der Mittelposition reduziert wird und das Kältemittelgas wird durch den Austraganschluss 10 in die Austragkammer 13 hinein ausgetragen, welcher an dem Mittelabschnitt der feststehenden Spirale 15 vorgesehen ist und wird weiter zu dem Kältemittelkreislauf ausgetragen.
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Während diesem Verdichtungsprozess sind die Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 und die Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 abgedichtet, wenn die Windungsflächen durch die Betätigung des angetriebenen Kurbelmechanismus 14 miteinander in Kontakt gebracht sind. Demgegenüber ist der Span-Zwischenraum zwischen den Schaufelaußenflächen 15C und 16C der Spiralwindungen 15B und 16B und die Schaufelbodenflächen 15D und 16D davon über eine Span-Zwischenraumdichtung (nicht dargestellt) abgedichtet, welche zwischen den Schaufelaußenflächen 15C und 16C eingefügt ist, wodurch ein Austreten von Gas von bzw. aus der Verdichterkammer 17 soweit wie möglich reduziert ist. Jedoch ist ein Austreten von Gas von dem Span-Zwischenraum davon abhängig, ob der Span-Zwischenraum innerhalb eines akzeptablen Bereichs eingestellt werden kann ohne eine Variation während dem Zusammensetzen zu verursachen.
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Bei dieser Ausführungsform wird der sogenannte Stufen-Spiralverdichter 1, der eine dreidimensionale Verdichtung durchführen kann, verwendet. Eine von dem Paar der feststehenden Spirale 15 und der umlaufenden Spirale 16, d. h. die umlaufende Spirale 16 ist eine Spirale mit dem Stufenabschnitt 16E, welcher nur an der vorbestimmten Position entlang der Spiralrichtung an der Schaufelbodenfläche 16D der Spiralwindung 16B vorgesehen ist, und die andere der Spiralen d. h. die feststehende Spirale 15 ist eine Spirale mit dem Stufenabschnitt 15E, welcher nur an der vorbestimmten Position entlang der Spiralrichtung an der Schaufelaußenfläche 15C der Spiralwindung 15B vorgesehen ist. Die Schaufelbodenfläche 15D der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, ist als die Referenzfläche 25 zum Einstellen des Span-Zwischenraums zwischen den beiden Spiralen 15 und 16 eingestellt. Die Beziehung zwischen den Windungshöhen Lo und Li der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16, welche den Stufenabschnitt 16E an der Schaufelbodenfläche 16D umfasst, und den Windungshöhen lo und li der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, erfüllt ”Lo, LI > lo, Li” und vorzugsweise ”Lo, LI > lo, Li”.
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Dementsprechend ist die Schaufelbodenfläche 15D der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, als die Referenzfläche 25 eingestellt. Die Schaufelaußenfläche 16C der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche 16C nicht umfasst, und bei welcher die Windungshöhe Lo und Li der Spiralwindung 16B hinsichtlich der Referenzfläche 25 so eingestellt sind, dass sie höher sind als die Windungshöhen lo und li der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15, ist zuverlässig mit der Referenzfläche in Kontakt gebracht, wodurch der Span-Zwischenraum zwischen den beiden Spiralen 15 und 16 eingestellt sein kann. Daher kann die Referenzfläche 25 vergrößert sein (erweitert), wenn der Span-Zwischenraum eingestellt ist, verglichen mit einer Struktur, bei welcher Stufenabschnitte an den Schaufelaußenflächen 15C und 16C und den Schaufelbodenflächen 15D und 16D der Spiralwindungen 15B und 16B von den beiden Spiralen 15 und 16 vorgesehen sind.
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Mit dieser Struktur ist der Parallelismus des Span-Zwischenraums vergrößert und eine Variation des Span-Zwischenraums ist reduziert, wodurch ein Austreten eines Fluids von dem Span-Zwischenraum reduziert ist und eine weitere Verbesserung bei der Effizienz und der Leistung des Spiralverdichters (Spiral-Fluidmaschine) 1 erreicht ist. Ferner ist die Referenzfläche 25 vergrößert, um die Anzahl von Orten zu reduzieren, wo die Schaufelaußenflächen 15C und 16C und die Schaufelbodenflächen 15D und 16D nicht in einem anderen Abschnitt als der Referenzfläche 25 miteinander in Kontakt kommen sollten (bei dieser Ausführungsform fünf Positionen an der Schaufelaußenfläche 15C der feststehenden Spirale 15 und der Schaufelbodenfläche 16D der umlaufenden Spirale 16) und die Größe des mittleren Span-Zwischenraums ist reduziert, wodurch die volumetrische Effizienz und die gesamt adiabatische Effizienz verbessert sein kann.
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Ferner ist bei dieser Ausführungsform die gesamte Schaufelbodenfläche 15D der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, als die Referenzfläche 25 zum Einstellen des Span-Zwischenraums zwischen der Schaufelbodenfläche der Endplatte der Spirale und der Schaufelaußenfläche 16C der Spiralwindung 16B der umlaufenden Gegen-Spirale 16, die mit der feststehenden Spirale 15 in Eingriff ist, eingestellt. Dementsprechend ist die gesamte Fläche (gesamter Durchmesser) der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D der Spiralwindung 15B nicht umfasst, als die Referenzfläche 25 eingestellt und ist in Kontakt mit der Schaufelaußenfläche 16C der umlaufenden Spirale 16, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche 16C der Spiralwindung 16B nicht umfasst, gebracht, wodurch der Span-Zwischenraum eingestellt sein kann. Daher ist die Referenzfläche 25 zum Einstellen des Span-Zwischenraums maximiert und der mittlere Span-Zwischenraum ist minimiert, wodurch eine weitere Verbesserung der Effizienz und der Leistung der Spiral-Fluidmaschine erreicht ist.
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Ferner ist bei dieser Ausführungsform, da die feststehende Spirale 15 die Spirale ist, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, die feststehende Spirale 15D, welche auf der Seite, wo sich das feststehende Element befindet, befestigt und installiert ist, die Spirale, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, und die Schaufelbodenfläche 15D der Endplatte 15A davon ist als die Referenzfläche 25 eingestellt und ist mit der Schaufelaußenfläche 16C der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 in Kontakt gebracht, bei welcher die Windungshöhe durch Lo und Li bezeichnet ist, und welche den Stufenabschnitt an der Schaufelaußenfläche 16C nicht umfasst, wodurch der Span-Zwischenraum zwischen den beiden Spiralen 15 und 16 eingestellt sein kann. Dementsprechend kann der Span-Zwischenraum stabil in dem Zustand eingestellt sein bzw. werden wo die feststehende Spirale 15 befestigt und installiert ist, wodurch eine Variation reduziert ist, wenn der Span-Zwischenraum eingestellt wird und der mittlere Span-Zwischenraum weiter reduziert ist.
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Ferner kann, wenn die feststehende Spirale 15 die Spirale ist, welche den Stufenabschnitt an der Schaufelbodenfläche 15D nicht umfasst, der angetriebene Kurbelmechanismus 14, der die Antriebsbuchse und die Antriebslagerung umfasst, in dem Stufenabschnitt 16E an bzw. auf der Endplatte 16A bei der umlaufenden Spirale 16, welche den Stufenabschnitt 16E an der Schaufelbodenfläche 16D umfasst, installiert sein. Daher kann die Länge des Spiralverdichters 1 in der Axialrichtung davon durch den Wert, der dem Stufenabschnitt entspricht, reduziert sein und der Spiralverdichter 1 kann verkleinert sein.
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Ferner ist bei dem Spiralverdichter
1 (siehe beispielsweise die Publikation des
Japanischen Patents Nummer 4681322 ) mit einer Struktur, bei welcher ein Öl, welches in dem Niederdruckkältemittelgas beinhaltet ist, das in die Verdichterkammer
17 eingesaugt wird, und welches in der Verdichterkammer
17 abgetrennt wird, zu der Eintragkammer
23 zurückgeführt wird und ein Ölrückführdurchgang, der zum Schmieren eines Gleitabschnitts wie beispielsweise einer Lagerung vorgesehen ist, welche in der Eintragkammer installiert ist, an der Endplatte
16A der umlaufenden Spirale
16 vorgesehen ist, der Stufenabschnitt
16E an der Endplatte
16A der umlaufenden Spirale
16 vorgesehen, wobei das Öl, das an bzw. auf der Schaufelbodenfläche
16D der Endplatte
16A der umlaufenden Spirale
16 innerhalb der Verdichterkammer
17 an der äußeren Umfangsseite des Stufenabschnitts
16E akkumuliert ist, unverzüglich durch den Ölrückführdurchgang zurückzukehren zu der Eintragkammer
23 kann, wodurch eine Ölabscheidefunktion eines sogenannten direkten Rückführsystems, welches zum Schmieren eines Gleitabschnitts wie beispielsweise einer Lagerung vorgesehen sein kann, einfach zu implementieren ist.
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Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Erfindung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform begrenzt ist, und geeignet modifiziert werden kann ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann, während die oben beschriebene Ausführungsform ein Beispiel darstellt, bei welchem die vorliegende Erfindung bei einem Spiralverdichter angewendet ist, die Erfindung auch bei einem Spiralexpander und einer Spiralpumpe angewendet sein. Während die oben beschriebene Ausführungsform ein Beispiel darstellt, bei welchem die vorliegende Erfindung bei einem Spiralverdichter vom offenen Typ angewendet ist, kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Spiralverdichter, der einen Verdichtungsmechanismus und einen Motor aufnimmt angewendet sein.
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Während die Ausführungsform ein Beispiel darstellt, bei welchem die feststehende Spirale 15 eine Spirale mit dem Stufenabschnitt 15E ist, welcher nur an der Schaufelaußenfläche 15C vorgesehen ist, und die umlaufende Spirale 16 eine Spirale mit dem Stufenabschnitt 16E ist, welcher nur an der Schaufelbodenfläche 16D vorgesehen ist, kann die feststehende Spirale 15 eine Spirale mit dem Stufenabschnitt nur an der Schaufelbodenfläche 15D sein und die umlaufende Spirale 16 kann eine Spirale mit dem Stufenabschnitt nur an der Schaufelaußenfläche 16C sein. Die Position und Höhe von jedem der Stufenabschnitt 15E und 16E in der Spiralrichtung oder die Höhen Lo und Li der Spiralwindung 15B und die Höhen lo und li der Spiralwindung 16B können geeignet eingestellt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spiralverdichter (Spiral-Fluidmaschine)
- 15
- feststehende Spirale
- 16
- umlaufende Spirale
- 15A, 16A
- Endplatte
- 15B, 16B
- Spiralwindung
- 15C, 16C
- Schaufelaußenfläche
- 15D, 16D
- Schaufelbodenfläche
- 15E, 16E
- Stufenabschnitt
- 25
- Referenzfläche
- Lo, Li
- Windungshöhe der Spiralwindung der umlaufenden Spirale
- lo, Li
- Windungshöhe der Spiralwindung der feststehenden Spirale
