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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft dreidimensionale verdichtungsartige Spiralverdichter.
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Stand der Technik
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Ein Spiralverdichter ist mit einem Paar einer feststehenden Spirale und einer umlaufenden Spirale vorgesehen. Die Spiralen beinhalten jeweils eine Endplatte mit einer Spiralwindung, die auf eine aufrechte Weise darauf vorgesehen ist. Die Spiralwindungen (Spiralwandabschnitte) des Paares der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale stehen einander gegenüber und miteinander mit einer 180-Grad Phasendifferenz in Eingriff, wodurch eine abgedichtete Verdichtungskammer zwischen den Spiralen gebildet wird. Daher ist der Spiralverdichter konfiguriert, um Fluid zu verdichten. Der oben angeführte Spiralverdichter weist in der Regel eine zweidimensionale Verdichtungsstruktur auf, bei der die Windungshöhen der Spiralwindungen der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale eingestellt sind, damit sie über den gesamten Umfang in der Spiralrichtung konstant sind, und es wird bewirkt, dass sich eine Verdichtungskammer von der Außenumfangsseite zur Innenumfangsseite bewegt, während ihre Kapazität allmählich reduziert wird, und das Fluid, das in die Verdichtungskammer angesaugt wird, wird in der Umfangsrichtung der Spiralwindungen verdichtet.
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Um indessen die Effizienz des Spiralverdichters zu verbessern und eine Verkleinerung und Gewichtsreduzierung davon zu erzielen, wird ein dreidimensionaler verdichtungsartiger Spiralverdichter vorgesehen. Dieser dreidimensionale verdichtungsartige Spiralverdichter hat eine Struktur, bei der ein gestufter Abschnitt an einer vorher festgelegten Position entlang der Spiralrichtung auf jedem des Zahnkopfs und des Zahngrunds der Spiralwindungen der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, derart, dass der gestufte Abschnitt eine Abgrenzung bildet, an der die Windungshöhe der Spiralwindungen von höher auf der Außenumfangsseite zu niedriger auf der Innenumfangsseite übergeht. Durch Bewirken, dass die Höhe der Verdichtungskammer in der Axialrichtung auf der Außenumfangsseite der Spiralwindungen höher als auf der Innenumfangsseite davon ist, wird das Fluid in der Umfangsrichtung und in der Höhenrichtung der Spiralwindungen verdichtet.
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Von daher ist ein dreidimensionaler verdichtungsartiger Spiralverdichter, beispielsweise ein Spiralverdichter gut bekannt, bei dem ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite auf einer Endplatte von jeder einer feststehenden und einer umlaufenden Spirale gebildet ist, und ein gestufter Abschnitt einer Windungsseite, der dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite entspricht, auf einer Spiralwindung von jeder der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, wie in Patentliteratur 1 beschrieben.
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Ferner ist, wie in Patentliteratur 2 beschrieben, ein Spiralverdichter gut bekannt, bei dem ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite auf einer Endplatte von einer feststehenden und einer umlaufenden Spirale gebildet ist, und ein gestufter Abschnitt einer Windungsseite, der dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite entspricht, auf einer Spiralwindung der anderen der Spiralen gebildet ist.
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Liste der Entgegenhaltungen
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2002-5052A
- Patentliteratur 2: Japanisches Patent, Veröffentlichungsnr. 1985-17956B (Siehe 8)
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Probleme
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Wie in Patentliteratur 1 beschrieben, sind in dem Fall, in dem gestufte Abschnitte in der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale vorgesehen sind und diese gestuften Abschnitte die gleiche Höhe aufweisen, die feststehenden und umlaufenden Spiralen mit der gleichen Form gebildet. Da die Kapazitäten eines Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, bei jedem Schwenkwinkel theoretisch gleich sind, werden die Drücke in diesen Verdichtungskammern von daher gleich. Wenn die Höhen der gestuften Abschnitte der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale voneinander abweichen, sind nicht beide Spiralen in der gleichen Form gebildet. Da die Kapazitäten des Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, bei jedem Schwenkwinkel nicht immer gleich sind, weichen dementsprechend die Drücke in diesen Verdichtungskammern voneinander ab. Auf ähnliche Weise sind, wie in Patentliteratur 2 beschrieben, ebenfalls in dem Fall, in dem ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite auf einer Endplatte auf einer der feststehenden und der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, und ein gestufter Abschnitt einer Windungsseite, der dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite entspricht, auf einer Spiralwindung der anderen der Spiralen gebildet ist, die feststehenden und die umlaufenden Spiralen nicht mit der gleichen Form gebildet. Da die Kapazitäten des Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, bei jedem Schwenkwinkel nicht immer gleich sind, weichen dementsprechend die Drücke in diesen Verdichtungskammern voneinander ab.
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Wie oben angeführt, wird in dem Fall, in dem die Drücke des Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, unterschiedlich sind, eine der Verdichtungskammern in einigen Fällen übermäßig verdichtet, was zu einer Reduktion der Verdichtungseffizienz führt. Insbesondere in einer Übergangszeit, wie im Frühling, wenn ein geringes Druckverhältnis erforderlich ist, tritt in einer der Verdichtungskammern zusehends eine Überverdichtung auf.
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Angesichts dieser Umstände ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung das Vorsehen eines Spiralverdichters, der diese Überverdichtung verhindern kann.
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Lösung des Problems
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Ein Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung setzt die folgenden Verfahren ein, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Der Spiralverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer feststehenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, welcher auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist, einer umlaufenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, der auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist und abgestützt wird, derart, dass sie eine Umlaufbewegung ausführen kann, wobei eine Selbstdrehung durch den Eingriff der Wandabschnitte miteinander verhindert wird, und einer Auslassöffnung vorgesehen, durch die ein Fluid, das von beiden Spiralen verdichtet wurde, ausgelassen wird. Auf einer Seite der Endplatte von einer der Spiralen ist ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite vorgesehen, der derart gebildet ist, dass entlang einer Spirale des Wandabschnitts die Höhe davon in Richtung einer Mittelseite der Spirale zunimmt und in Richtung einer Außenendseite davon abnimmt; und auf dem anderen Wandabschnitt der Spiralen ist ein gestufter Abschnitt einer Wandabschnittsseite vorgesehen, der entsprechend dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite gebildet ist, derart, dass die Höhe davon in Richtung der Mittelseite der Spirale abnimmt und in Richtung der Außenendseite davon zunimmt. Im angeführten Spiralverdichter steht von einem Paar Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt, bevor die Verdichtungskammer, in der der Druck niedriger ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt.
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Im Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite in einer der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, während der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite in der anderen der Spiralen vorgesehen ist, sind nicht beide Spiralen mit der gleichen Form gebildet. Dementsprechend sind die Drücke des Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, nicht gleich. In der vorliegenden Erfindung wird bewirkt, dass, von dem Paar Verdichtungskammern, die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt, bevor die Verdichtungskammer, in der Druck niedriger ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt. Dadurch kann die Überverdichtung verhindert werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite in der umlaufenden Spirale vorgesehen ist und der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite in der feststehenden Spirale vorgesehen ist, wird von den Verdichtungskammern, die einander gegen den Wandabschnitt der feststehenden Spirale gegenüberliegen, bewirkt, dass die Verdichtungskammer auf einer ventralen Seite (Innenumfangsseite) früher als die andere in Verbindung mit der Auslassöffnung kommt.
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Der Spiralverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer feststehenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, welcher auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist, einer umlaufenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, der auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist und abgestützt wird, derart, dass sie eine Umlaufbewegung ausführen kann, wobei eine Selbstdrehung durch den Eingriff der Wandabschnitte miteinander verhindert wird, und einer Auslassöffnung vorgesehen, durch die ein Fluid, das von beiden Spiralen verdichtet wurde, ausgelassen wird. An der einen Seitenfläche der Endplatte von jeder der Spiralen ist ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite vorgesehen, der derart gebildet ist, dass, entlang einer Spirale des Wandabschnitts, die Höhe davon in Richtung einer Mittelseite der Spirale zunimmt und in Richtung einer Außenendseite davon abnimmt; auf dem Wandabschnitt von jeder der Spiralen ist ein gestufter Abschnitt einer Wandabschnittsseite vorgesehen, der entsprechend dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite gebildet ist, derart, dass die Höhe davon in Richtung der Mittelseite der Spirale abnimmt und in Richtung der Außenendseite davon zunimmt; und wobei die Höhen des gestuften Abschnitts der Endplattenseite und des gestuften Abschnitts der Wandabschnittsseite, die einander entsprechen, unterschiedlich sind. Im angeführten Spiralverdichter steht von einem Paar Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt, bevor die Verdichtungskammer, in der der Druck niedriger ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt.
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In dem Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite in jeder der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale gebildet ist, in dem der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite, der dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite entspricht, auf dem Wandabschnitt von jeder der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale gebildet, und in dem die Höhen des gestuften Abschnitts der Endplattenseite und des gestuften Abschnitts der Wandabschnittsseite, die einander entsprechen, unterschiedlich sind, sind nicht beide Spiralen mit der gleichen Form gebildet. Dementsprechend sind die Drücke des Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, nicht gleich. In der vorliegenden Erfindung wird bewirkt, dass, von dem Paar Verdichtungskammern, die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt, bevor die Verdichtungskammer, in der Druck niedriger ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt. Dadurch kann die Überverdichtung verhindert werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite der umlaufenden Spirale eine größere Höhe als der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite der feststehenden Spirale aufweist, wird, von den Verdichtungskammern, die einander gegen den Wandabschnitt der feststehenden Spirale gegenüberliegen, bewirkt, dass die Verdichtungskammer auf der ventralen Seite (Innenumfangsseite) früher als die andere in Verbindung mit der Auslassöffnung kommt.
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Der Spiralverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer feststehenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, welcher auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist, einer umlaufenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, der auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist und abgestützt wird, derart, dass sie eine Umlaufbewegung ausführen kann, wobei eine Selbstdrehung durch den Eingriff der Wandabschnitte miteinander verhindert wird, einer Auslassöffnung, durch die ein Fluid, das von beiden Spiralen verdichtet wurde, ausgelassen wird, und einer Entnahmeöffnung zum Auslassen eines Fluids mit einem Druck, der gleich oder größer als ein vorher festgelegter Druck ist, bevor das Fluid durch die Auslassöffnung ausgelassen wird, vorgesehen. An der einen Seitenfläche der Endplatte von einer der Spiralen ist ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite vorgesehen, der derart gebildet ist, dass entlang einer Spirale des Wandabschnitts die Höhe davon in Richtung einer Mittelseite der Spirale zunimmt und in Richtung einer Außenendseite davon abnimmt; und auf dem Wandabschnitt der anderen der Spirale ist ein gestufter Abschnitt einer Wandabschnittsseite vorgesehen, der entsprechend dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite gebildet ist, derart, dass die Höhe davon in Richtung der Mittelseite der Spirale abnimmt und in Richtung der Außenendseite davon zunimmt. Im angeführten Spiralverdichter steht von einem Paar Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Entnahmeöffnung in Verbindung, bevor die Verdichtungskammer, in der der Druck niedriger ist, mit der Entnahmeöffnung in Verbindung steht.
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Im Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite in einer der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, während der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite in der anderen der Spiralen vorgesehen ist, sind nicht beide Spiralen mit der gleichen Form gebildet. Dementsprechend sind die Drücke des Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, nicht gleich. In der vorliegenden Erfindung wird von dem Paar Verdichtungskammern bewirkt, dass die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Entnahmeöffnung (die als Umgehungsöffnung bezeichnet wird) in Verbindung kommt, bevor die Verdichtungskammer, in der Druck niedriger ist, mit der Entnahmeöffnung in Verbindung kommt. Dadurch kann die Überverdichtung verhindert werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite in der umlaufenden Spirale vorgesehen ist und der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite in der feststehenden Spirale vorgesehen ist, wird von den Verdichtungskammern, die einander gegen den Wandabschnitt der feststehenden Spirale gegenüberliegen, bewirkt, dass die Verdichtungskammer auf der ventralen Seite (Innenumfangsseite) früher als die andere mit der Entnahmeöffnung in Verbindung kommt.
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Der Spiralverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer feststehenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, welcher auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist, einer umlaufenden Spirale, die einen Spiralwandabschnitt umfasst, der auf einer Seitenfläche einer Endplatte aufgerichtet ist und abgestützt wird, derart, dass sie eine Umlaufbewegung ausführen kann, wobei eine Selbstdrehung durch den Eingriff der Wandabschnitte miteinander verhindert wird, einer Auslassöffnung, durch die ein Fluid, das von beiden Spiralen verdichtet wurde, ausgelassen wird, und einer Entnahmeöffnung zum Auslassen eines Fluids mit einem Druck, der gleich oder größer als ein vorher festgelegter Druck ist, bevor das Fluid durch die Auslassöffnung ausgelassen wird, vorgesehen. An der einen Seitenfläche der Endplatte von jeder der Spiralen ist ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite vorgesehen, der derart gebildet ist, dass, entlang einer Spirale des Wandabschnitts, die Höhe davon in Richtung einer Mittelseite der Spirale zunimmt und in Richtung einer Außenendseite davon abnimmt; auf dem Wandabschnitt von jeder der Spiralen ist ein gestufter Abschnitt einer Wandabschnittsseite vorgesehen, der entsprechend dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite gebildet ist, derart, dass die Höhe davon in Richtung der Mittelseite der Spirale abnimmt und in Richtung der Außenendseite davon zunimmt; und die Höhe des gestuften Abschnitts der Endplattenseite und die Höhe des gestuften Abschnitts der Wandabschnittsseite sind unterschiedlich. Im angeführten Spiralverdichter steht von einem Paar Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Entnahmeöffnung in Verbindung, bevor die Verdichtungskammer, in der der Druck niedriger ist, mit der Entnahmeöffnung in Verbindung steht. In dem Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite in jeder der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale gebildet ist, in dem der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite, der dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite entspricht, auf dem Wandabschnitt von jeder der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale gebildet, und in dem die Höhen des gestuften Abschnitts der Endplattenseite und des gestuften Abschnitts der Wandabschnittsseite, die einander entsprechen, unterschiedlich sind, sind nicht beide Spiralen mit der gleichen Form gebildet. Dementsprechend sind die Drücke des Paares Verdichtungskammern, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale gegenüberliegen, nicht gleich. In der vorliegenden Erfindung wird bewirkt, dass, von dem Paar Verdichtungskammern, die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Entnahmeöffnung (die als die Umgehungsöffnung bezeichnet wird) in Verbindung kommt, bevor die Verdichtungskammer, in der Druck niedriger ist, mit der Entnahmeöffnung in Verbindung kommt. Dadurch kann die Überverdichtung verhindert werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem der gestufte Abschnitt der Endplattenseite der umlaufenden Spirale eine größere Höhe als der gestufte Abschnitt der Wandabschnittsseite der feststehenden Spirale aufweist, wird, von den Verdichtungskammern, die einander gegen den Wandabschnitt der feststehenden Spirale gegenüberliegen, bewirkt, dass die Verdichtungskammer auf der ventralen Seite (Innenumfangsseite) früher als die andere in Verbindung mit der Auslassöffnung kommt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Die Überverdichtung kann verhindert werden, da bewirkt wird, dass die Verdichtungskammer, in der der Druck höher ist, mit der Auslassöffnung oder der Entnahmeöffnung früher als die andere in Verbindung kommt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Spiralverdichters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine horizontale Querschnittsansicht, die einen Eingriffszustand einer feststehenden Spirale und einer umlaufenden Spirale darstellt.
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3 ist ein Graph, der die Kapazitätsänderungen einer ventralseitigen Verdichtungskammer und einer dorsalseitigen Verdichtungskammer darstellt.
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4A ist eine horizontale Querschnittsansicht, die einen Eingriffszustand von mittleren Abschnitten der feststehenden Spirale und der umlaufenden Spirale in einer vergrößerten Ansicht darstellt, 4B ist eine horizontale Querschnittsansicht, die eine Positionseinstellung einer Entnahmeöffnung darstellt, und 4C ist eine horizontale Querschnittsansicht, die eine Positionseinstellung einer Entnahmeöffnung als eine Weiterbildung darstellt.
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5 ist ein Graph, der die Kapazitätsänderungen der ventralseitigen Verdichtungskammer und der dorsalseitigen Verdichtungskammer gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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6A und 6B sind horizontale Querschnittsansichten, die jeweils einen vergrößerten Zustand einer feststehenden Spirale und einer umlaufenden Spirale gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellen.
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7A und 7B sind horizontale Querschnittsansichten, die jeweils einen vergrößerten Zustand einer feststehenden Spirale und einer umlaufenden Spirale als ein Vergleichsbeispiel darstellen.
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8 ist ein Graph, der die Kapazitätsänderungen einer ventralseitigen Verdichtungskammer und einer dorsalseitigen Verdichtungskammer gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand von 1 bis 5 beschrieben. Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Spiralverdichter 1 ein Gehäuse 2, das einen Umriss bildet. Dieses Gehäuse 2 ist ein Zylinder mit einer offenen Vorderendseite (linke Seite in der Abbildung) und einer abgedichteten Rückendseite. Durch Anziehen und Befestigen eines Vordergehäuses 3 in der Öffnung auf der Vorderendseite unter Verwendung von Schrauben 4, wird ein abgedichteter Raum im Inneren des Gehäuses 2 gebildet und ein Spiralverdichtungsmechanismus 5 und eine Antriebswelle 6 sind im abgedichteten Raum eingebaut.
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Die Antriebswelle 6 wird durch das Vordergehäuse 3 über ein Hauptlager 7 und ein Hilfslager 8 drehbar getragen. Eine Riemenscheibe 11, die auf einem Außenumfangsabschnitt des Vordergehäuses 3 über ein Lager 10 drehbar vorgesehen ist, ist über eine elektromagnetische Kupplung 12 mit einem Vorderendabschnitt der Antriebswelle 6 verbunden, die von der Außenseite vom Vordergehäuse 3 über eine mechanische Dichtung 9 vorsteht, derart, dass die Antriebskraft von außen übertragen werden kann. Ein Kurbelzapfen 13, der durch eine vorher festgelegte Abmessung exzentrisch ist, ist einstückig auf dem hinteren Ende der Antriebswelle 6 vorgesehen, und ist mit einer umlaufenden Spirale 16 des unten beschriebenen Spiralverdichtungsmechanismus 5 über einen bekannten untergeordneten Kurbelmechanismus 14 verbunden, der eine Antriebshülse mit einem variablen Kurvenradius und ein Antriebslager umfasst.
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Im Spiralverdichtungsmechanismus 5 ist ein Paar Verdichtungskammern 17, die einander auf jeder Seite der Mitte einer feststehenden Spirale 15 gegenüberliegen, zwischen der feststehenden Spirale 15 und der umlaufenden Spirale 16 gebildet, da das Paar der feststehenden und der umlaufenden Spiralen 15 und 16 miteinander mit einer 180 Grad-Phasendifferenz in Eingriff stehen. Der Spiralverdichtungsmechanismus 5 ist konfiguriert, um ein Fluid (ein Kältemittelgas) zu verdichten, indem jede der Verdichtungskammern 17 von einer Außenumfangsposition zu einer Mittelposition bewegt wird, während die Kapazität davon allmählich reduziert wird. Eine Auslassöffnung 18, die verdichtetes Gas auslässt, ist in einem Mittelabschnitt der feststehenden Spirale 15 vorgesehen, und die feststehende Spirale 15 ist fest auf einer Bodenwandfläche des Gehäuses 2 über Schrauben 19 vorgesehen. Ferner ist die umlaufende Spirale 16 mit dem Kurbelzapfen 13 der Antriebswelle 6 über den untergeordneten Kurbelmechanismus 14 verbunden, und wird von einer Schublagerfläche des Vordergehäuses 3 über einen bekannten selbstdrehenden Präventionsmechanismus 20 getragen, derart, dass sich die umlaufende Spirale 16 frei umlaufend antreiben kann.
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Ein O-Ring 21 ist um den Außenumfang einer Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15 vorgesehen. Dadurch, dass der O-Ring 21 in engem Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Gehäuses 2 kommt, wird der Innenraum des Gehäuses 2 in eine Auslasskammer 22 und eine Einlasskammer 23 unterteilt. Die Auslassöffnung 18 öffnet sich in die Auslasskammer 22. Das verdichtete Gas von den Verdichtungskammern 17 wird durch die Auslassöffnung 18 ausgelassen und dann zu einer Kühlkreislaufseite davon ausgelassen. Ferner öffnet sich eine Einlassöffnung 24, die im Gehäuse 2 vorgesehen ist, in die Einlasskammer 23. Ein Niederdruckgas, das durch den Kühlkreislauf geströmt ist, wird von der Einlassöffnung 24 angesaugt, und dann wird Kältemittelgas vom Inneren der Verdichtungskammern 17 über die Einlasskammer 23 angesaugt.
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Ferner umfasst das Paar der feststehenden Spirale 15 und der umlaufenden Spirale 16 Spiralwindungen 15B und 16B, die jeweils als Wandabschnitte aufrecht auf der Endplatte 15A und einer Endplatte 16A vorgesehen sind. Ein Zahnkopf 15C der feststehenden Spirale 15 tritt mit einem Zahngrund 16D der umlaufenden Spirale 16 in Verbindung, und ein Zahnkopf 16C der umlaufenden Spirale 16 tritt mit einem Zahngrund 15D der feststehenden Spirale 15 in Verbindung. Auf der Endplatte 16A der umlaufenden Spirale 16 ist ein gestufter Abschnitt einer Endplattenseite 16E vorgesehen, der derart gebildet ist, dass, entlang einer Spirale der Spiralwindung 16B die Höhe davon in Richtung einer Mittelseite der Spirale zunimmt und in Richtung einer Außenendseite davon abnimmt. Wie in 2 dargestellt, ist der gestufte Abschnitt der Endplattenseite 16E insbesondere an einer Position vorgesehen, die 180 Grad von einer umwickelnden Endposition der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 entfernt liegt.
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Auf der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 ist ein gestufter Abschnitt der Windungsseite 15E vorgesehen, der dem gestuften Abschnitt der Endplattenseite 16E der umlaufenden Spirale 16 entspricht, derart, dass die Höhe davon in Richtung der Mittelseite der Spirale abnimmt und in Richtung der Außenendseite davon zunimmt. Wie in 2 dargestellt, ist der gestufte Abschnitt der Windungsseite 15E insbesondere an einer Position vorgesehen, die 360 Grad von der umwickelnden Endposition der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 entfernt liegt.
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Mit anderen Worten ist der gestufte Abschnitt der Endplattenseite 16E nur auf der Endplatte 16A der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen, und der gestufte Abschnitt der Windungsseite 15E ist nur auf der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 vorgesehen. Dementsprechend ist kein gestufter Abschnitt auf der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen und das Spitzenende der Spiralwindung 16B ist eine abgeglichene Höhe. Ferner ist kein gestufter Abschnitt auf der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15 vorgesehen, derart, dass die Endplatte 15A davon eine flache Oberfläche aufweist.
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Wie in 2 dargestellt, sind die Verdichtungskammern 17 durch zumindest ein Paar Verdichtungskammern 17A und 17B gebildet, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale 15 gegenüberliegen. Um das Paar Verdichtungskammern 17A und 17B zu unterscheiden, ist in 2 die Verdichtungskammer, die auf einer ventralen Seite (Innenumfangsseite) der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 gebildet ist, als eine ventralseitige Verdichtungskammer 17A definiert, während die Verdichtungskammer, die auf einer dorsalen Seite (Außenumfangsseite) der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 gebildet ist, als eine dorsalseitige Verdichtungskammer 17B definiert ist.
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3 stellt Kapazitätsänderungen der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A und der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B dar. Im Graph stellt die horizontale Achse einen Schwenkwinkel θ* dar, während die vertikale Achse die Kapazität der Verdichtungskammern 17A und 17B darstellt. Wie 3 zu entnehmen ist, wird, nachdem ein Paar Verdichtungskammern auf der äußersten Umfangsseite gebildet wird, wenn der Einlass bei einem Schwenkwinkel α1 beendet wird, die Verdichtung vom oberen Schwenkwinkel ausgeführt, wobei die ventralseitige Verdichtungskammer 17A und die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B eine unterschiedliche Kapazität bis zu einem Schwenkwinkel von α2 aufweisen, welcher ein Schwenkwinkel ist, bei dem die ventralseitigen und dorsalseitigen Verdichtungskammern 17A und 17B die gleiche Kapazität aufweisen und das Fluid ausgelassen wird. Da eine Änderungsrate (Schräge) der Kapazität der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A größer als jene der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B ist, wird der Druck in der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A höher als jener der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B, wodurch ein Risiko erhöht wird, dass ein übermäßiger Auslassdruck in der ventralseitige Verdichtungskammer 17A erreicht wird.
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Von daher wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4A und 4B dargestellt wird, eine Form der Auslassöffnung 18 derart eingestellt, dass die ventralseitige Verdichtungskammer 17A früher als die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B mit der Auslassöffnung 18 in Verbindung kommt. Als ein Verfahren zum Einstellen der Form der Auslassöffnung 18 reicht es aus, dass die Auslassöffnung 18 einen größeren Durchmesser als einen Durchmesser einer Auslassöffnung 18' aufweist, der derart eingestellt ist, dass die ventralseitige Verdichtungskammer 17A und die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B gleichzeitig offen sind. Positionen a und b, die in den Zeichnungen dargestellt werden, weisen jeweils auf die Verbindungsstartpunkte der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A und der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B hin, in einem Fall, in dem die Auslassöffnung 18' verwendet wird, derart, dass die ventralseitige Verdichtungskammer 17A und die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B gleichzeitig offen sind. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, steht die ventralseitige Verdichtungskammer 17A früher als die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B mit der Auslassöffnung 18 in Verbindung, wobei die Auslassöffnung 18 einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Auslassöffnung 18' aufweist, der derart eingestellt ist, dass die ventralseitige Verdichtungskammer 17A und die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B gleichzeitig offen sind. Als ein anderes Verfahren zum Einstellen der Form der Auslassöffnung 18, wie in 4C dargestellt, kann die Auslassöffnung 18 den gleichen Durchmesser wie jenen der Auslassöffnung 18' aufweisen, der derart eingestellt ist, dass die ventralseitige Verdichtungskammer 17A und die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B gleichzeitig offen sind, und eine Mittelposition davon kann in Richtung der ventralseitigen Verdichtungskammern 17A-Seite, das bedeutet, in Richtung einer Außenseite (linke Seite in der Zeichnung) der Umwicklung der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15, bewegt werden. Als Alternative muss ein Querschnitt der Auslassöffnung 18 keine runde Form haben, sondern kann eine Form haben, wie beispielsweise eine elliptische Form oder ein schlüssellochartig Form, derart, dass die Auslassöffnung 18 früher mit der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A in Verbindung kommen kann.
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Gemäß dem Spiralverdichter 1 der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Wirkungen erzielt werden. Von dem Paar Verdichtungskammern 17A und 17B, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale 15 gegenüberliegen, wird bewirkt, dass die ventralseitige Verdichtungskammer 17A, in der der Druck höher ist, früher als die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B, in der der Druck niedriger ist, mit der Auslassöffnung in Verbindung kommt. Auch wenn der Spiralverdichter 1 derart konfiguriert ist, dass der gestufte Abschnitt 16E auf der Endplatte 16A der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen ist, wird damit der gestufte Abschnitt 15E, der dem gestuften Abschnitt 16E entspricht, auf der Spiralwindung 15B der anderen Spirale, das bedeutet auf der feststehenden Spirale 15, vorgesehen, und die Drücke im Paar der Verdichtungskammern 17A und 17B, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale 15 gegenüberliegen, sind nicht gleich, wodurch die Überverdichtung der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A verhindert werden kann. Da die ventralseitige Verdichtungskammer 17A mit der Auslassöffnung 18 bei einem Schwenkwinkel α3 vor einem Schwenkwinkel α4, bei dem die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B mit der Auslassöffnung 18 in Verbindung steht, in Verbindung steht, wird insbesondere, wie in 5 dargestellt, die ventralseitige Verdichtungskammer 17A nach dem Schwenkwinkel α3 nicht weiter verdichtet. Dadurch kann verhindert werden, dass Energie, die einem im Wesentlichen dreieckigen Bereich A1, der in 5 dargestellt wird, entspricht, zu einem Antriebsleistungsverlust wird und die Verdichtungseffizienz reduziert.
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Die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform erfolgt unter Verwendung der Konfiguration, bei der der gestufte Abschnitt der Endplattenseite 16E nur auf der Endplatte 16A der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen ist, und der gestufte Abschnitt der Windungsseite 15E nur auf der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 vorgesehen ist. Aber eine Konfiguration, bei der die obigen Elementarbestandteile in umgekehrter Art vorgesehen sind, kann verwendet werden. Mit anderen Worten kann die vorliegende Erfindung auch bei der Konfiguration angewendet werden, bei der der gestufte Abschnitt der Endplattenseite nur auf der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15 vorgesehen ist, und der gestufte Abschnitt der Windungsseite nur auf der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen ist. Da der Druck in diesem Fall in der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B höher als jener der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A wird, sollte die Konfiguration derart sein, dass die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B früher als die ventralseitige Verdichtungskammer 17A mit der Auslassöffnung 18 in Verbindung kommt. In 4A ist beispielsweise eine Kerbe, eine Rille oder dergleichen auf der ventralen Seite der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen, derart, dass ein Freiraum früher an der Position b erzeugt wird.
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Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Spiralverdichter angewendet werden, bei dem die gestuften Abschnitte der Endplattenseite auf Endplatte von beiden einer feststehenden Spirale und einer umlaufenden Spirale vorgesehen sind, wie unter Verwendung von Patentliteratur 1 erläutert wird. Das bedeutet, in dem Fall, in dem die Höhe des gestufte Abschnitts der Endplattenseite, der an der Endplatte der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, größer als jene des gestuften Abschnitts der Endplattenseite ist, der auf der Endplatte der feststehenden Spirale vorgesehen ist, da, wie in der vorliegenden Ausführungsform, der Druck in der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A höher wird als jener in der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B, kann durch Anpassen der Form der Auslassöffnung die Überverdichtung der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A verhindert werden. Andererseits kann in dem Fall, in dem die Höhe des gestuften Abschnitts der Endplattenseite, der an der Endplatte der feststehenden Spirale vorgesehen ist, größer als jene des gestuften Abschnitts der Endplattenseite ist, der auf der Endplatte der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, da der Druck in der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B höher als jener in der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A wird, wobei eine Kerbe, eine Rille oder dergleichen auf der ventralen Seite der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen wird, die Überverdichtung der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B verhindert werden.
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Zweite Ausführungsform
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend bezugnehmend auf 6A bis 8 beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform weicht von der ersten Ausführungsform insofern ab, dass eine Umgehungsöffnung zusätzlich zur Konfiguration der ersten Ausführungsform vorgesehen wird. Von daher weisen gleiche Konfigurationen wie jene in der ersten Ausführungsform gleiche Referenzzeichen auf und Erläuterungen davon werden ausgelassen.
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Ein Spiralverdichter 1 der ersten Ausführungsform hat eine vertikale Querschnittsform, wie in 1 dargestellt wird. Ferner sind im Spiralverdichter 1 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6A und 6B dargestellt wird, Umgehungsöffnungen (Entnahmeöffnungen) 30A und 30B in der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15 gebildet. Die Umgehungsöffnungen 30A und 30B umfassen jeweils ein Rückschlagventil oder dergleichen, wobei sich das Ventil öffnet, wenn der Druck gleich oder höher als ein vorher festgelegter Druck wird. Ein Fluid mit einem Druck, der gleich oder größer als der vorher festgelegte Druck ist, wird durch die Umgehungsöffnungen ausgelassen, bevor das Fluid durch die Auslassöffnung 18 ausgelassen wird, wodurch die Überverdichtung verhindert wird. In 6A und 6B entspricht eine Umgehungsöffnung 30A der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A und die andere Umgehungsöffnung, das bedeutet, die Umgehungsöffnung 30B, entspricht der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B.
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Wie in 6A dargestellt, steht die ventralseitige Verdichtungskammer 17A in der vorliegenden Ausführungsform bei einem Schwenkwinkel β1 mit der Umgehungsöffnung 30A in Verbindung, während die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B nicht mit der Umgehungsöffnung 30B in Verbindung steht. Dementsprechend wird bei einem Schwenkwinkel β1 nur eine Menge Fluid, die einem übermäßigen Druck entspricht, von der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A entnommen. Dann, wie in 6B dargestellt, steht die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B mit der Umgehungsöffnung 30B in Verbindung, wenn ein Schwenkwinkel β2 erreicht wird. Beim Schwenkwinkel β2 steht die ventralseitige Verdichtungskammer 17A bereits mit der Umgehungsöffnung 30A in Verbindung.
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7A und 7B stellen Verbindungsstarttimings der Umgehungsöffnungen als ein Vergleichsbeispiel dar. Die Konfiguration dieses Vergleichsbeispiels entspricht einem Fall, indem ein Druckunterschied zwischen der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A und der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B im Wesentlichen Null ist oder derart klein ist, dass die Leistung nicht beeinträchtigt wird. Wie in 7A dargestellt wird, steht keine der Umgehungsöffnungen 30A und 30B mit den Verdichtungskammern 17A und 17B bei einem Schwenkwinkel β1 in Verbindung; wie in 7B dargestellt wird, stehen die Verdichtungskammern 17A und 17B bei einem Schwenkwinkel β2 gleichzeitig mit den Umgehungsöffnungen 30A und 30B in Verbindung.
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8 stellt Druckänderungen infolge der Umgehungsöffnungen 30A und 30B der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6A und 6B dargestellt, dar. Im Graph stellt die horizontale Achse den Schwenkwinkel dar, während die vertikale Achse den Druck darstellt. Wie vom Graph abzuleiten ist, wird der Druck ab einem ungefähren Schwenkwinkel β0 in der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A höher als jener in der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B. Dann, wie in 6A dargestellt wird, beginnt die ventralseitige Verdichtungskammer 17A beim Schwenkwinkel β1 mit der Umgehungsöffnung 30A in Verbindung zu stehen, und wird nicht übermäßig auf einen Druck verdichtet, der gleich oder größer als ein erforderlicher Auslassdruck ist. Wie in 6B dargestellt wird, beginnt die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B danach beim Schwenkwinkel β2 mit der Umgehungsöffnung 30B in Verbindung zu stehen, und wird auf den erforderlichen Auslassdruck eingestellt, bis zu einem Schwenkwinkel β3, bei dem die Verdichtungskammer mit der Auslassöffnung 18 in Verbindung kommt. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem beide Verdichtungskammern 17A und 17B beim Schwenkwinkel β2 gleichzeitig mit den Umgehungsöffnungen 30A und 30B in Verbindung stehen, wie in 7A und 7B dargestellt, die ventralseitige Verdichtungskammer 17A übermäßig auf einen Druck verdichtet, der gleich oder größer als der erforderliche Auslassdruck ist, wie in 8 dargestellt wird. Dementsprechend wird die Energie, die einem im Wesentlichen dreieckigen Bereich A2, der in 8 dargestellt wird, entspricht, zu einem Antriebsleistungsverlust und reduziert die Verdichtungseffizienz.
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Gemäß dem Spiralverdichter 1 der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Wirkungen erzielt werden. Von dem Paar Verdichtungskammern 17A und 17B, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale 15 gegenüberliegen, wird bewirkt, dass die ventralseitige Verdichtungskammer 17A, in der der Druck höher ist, früher als die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B, in der der Druck niedriger ist, mit der Umgehungsöffnung 30A in Verbindung kommt. Auch wenn der Spiralverdichter 1 derart konfiguriert ist, dass der gestufte Abschnitt 16E auf der Endplatte 16A der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen ist, umfasst die Spiralwindung 15B der anderen Spirale, das heißt die feststehende Spirale 15, eine Form des gestuften Abschnitts 15E, der dem gestuften Abschnitt 16E entspricht, und die Drücke im Paar der Verdichtungskammern 17A und 17B, die einander auf jeder Seite der Mitte der feststehenden Spirale 15 gegenüberliegen, sind nicht gleich, womit die Überverdichtung der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A verhindert werden kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration übernommen, bei der der gestufte Abschnitt der Endplattenseite 16E nur auf der Endplatte 16A der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen ist, und der gestufte Abschnitt der Windungsseite 15E nur auf der Spiralwindung 15B der feststehenden Spirale 15 vorgesehen ist. Aber eine Konfiguration, bei der die obigen Elementarbestandteile in umgekehrter Art vorgesehen sind, kann angewendet werden. Mit anderen Worten kann die vorliegende Erfindung auch bei der Konfiguration angewendet werden, bei der der gestufte Abschnitt der Endplattenseite nur auf der Endplatte 15A der feststehenden Spirale 15 vorgesehen ist, und der gestufte Abschnitt der Windungsseite nur auf der Spiralwindung 16B der umlaufenden Spirale 16 vorgesehen ist. Da der Druck in diesem Fall in der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B höher als jener der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A wird, wird die Position der Umgehungsöffnung 30B derart eingestellt, dass die dorsalseitige Verdichtungskammer 17B früher als die ventralseitige Verdichtungskammer 17A mit der Umgehungsöffnung 30B in Verbindung kommt.
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Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Spiralverdichter angewendet werden, bei dem die gestuften Abschnitte der Endplattenseite auf Endplatte von beiden einer feststehenden Spirale und einer umlaufenden Spirale vorgesehen sind, wie unter Verwendung von Patentliteratur 1 erläutert wird. Das bedeutet, in dem Fall, in dem die Höhe des gestufte Abschnitts der Endplattenseite, der an der Endplatte der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, größer als jene des gestuften Abschnitts der Endplattenseite ist, der auf der Endplatte der feststehenden Spirale vorgesehen ist, da, wie in der vorliegenden Ausführungsform, der Druck in der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A höher wird als jener in der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B, kann durch Anpassen der Position der Umgehungsöffnung 30A die Überverdichtung der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A verhindert werden. Andererseits kann in dem Fall, in dem die Höhe des gestuften Abschnitts der Endplattenseite, der an der Endplatte der feststehenden Spirale vorgesehen ist, größer als jene des gestuften Abschnitts der Endplattenseite ist, der auf der Endplatte der umlaufenden Spirale vorgesehen ist, da der Druck in der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B höher als jener in der ventralseitigen Verdichtungskammer 17A wird, die Position der Umgehungsöffnung 30B angepasst werden, um die Überverdichtung der dorsalseitigen Verdichtungskammer 17B zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spiralverdichter
- 15
- Feststehende Spirale
- 16
- Umlaufende Schnecke
- 15A, 16A
- Endplatte
- 15B, 16B
- Spiralwindung
- 15C, 16C
- Zahnkopf
- 15D, 16D
- Zahngrund
- 15E
- Gestufter Abschnitt der Windungsseite (Gestufter Abschnitt der Wandabschnittsseite)
- 16E
- Gestufter Abschnitt der Endplattenseite
- 17
- Verdichtungskammer
- 17A
- Ventralseitige Verdichtungskammer
- 17B
- Dorsalseitige Verdichtungskammer
- 30A, 30B
- Umgehungsöffnung (Entnahmeöffnung)
