DE112017001535T5

DE112017001535T5 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE112017001535T5
Application number: DE112017001535.9T
Authority: DE
Inventors: Taizo Sato
Original assignee: Sanden Automotive Components Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-02-25
Also published as: DE112017001535B4; CN108834423A; CN108834423B; JP6738176B2; JP2017172542A; WO2017163826A1

Abstract

Ein Abfall des Drucks in einer Gegendruckkammer, das mit dem Ventilöffnungsvorgang eines Gegendruckregelventils verknüpft ist, wird gehemmt. Ein Spiralverdichter (100) umfasst eine Spiraleinheit (1), eine Gegendruckkammer (H3), die mit einer Auslasskammer (H2) über einen Druckzufuhrdurchgang (L3) verbunden ist, und ein Gegendruckregelventil (50), das in einem Druckentlastungsdurchgang (L4) vorgesehen ist. Ein erster Drosselabschnitt (T1) ist in dem Druckzufuhrdurchgang (3) vorgesehen und ein zweiter Drosselabschnitt (T2) ist in dem Druckentlastungsdurchgang (4) vorgesehen. Das Gegendruckregelventil (50) ist in dem Druckentlastungsdurchgang (4) vorgesehen und arbeitet in einer Ventil-Öffnungs-Richtung, wenn ein Differenzdruck zwischen einem Gegendruckkammer-Innendruck (P_m) und einem Ansaugkammer-Innendruck (P_s) einen festgelegten Differenzdruck (P_v) übersteigt. Der zweite Drosselabschnitt (T2) hat eine Querschnittsfläche (A_out), die größer ist als eine Querschnittsfläche (A_in) des ersten Drosselabschnitts (T1) und die kleiner ist als eine Querschnittsfläche (A_v1) einer ventilkörperseitigen Öffnung eines Fluideinlasslochs (56) des Gegendruckregelventils (50).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, der eine feststehende Spirale und eine orbitierende Spirale aufweist, und der ein Fluid, wie ein Kältemittel, verdichtet, das in einen Raum zwischen den beiden Spiralen strömt.
STAND DER TECHNIK
Ein Spiralverdichter dieses Typs, der eine Spiraleinheit umfasst, welche eine feststehende Spirale und eine orbitierende Spirale umfasst, ist beispielsweise in einen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage integriert und wird zur Verdichtung eines Kältemittels des Kältemittelkreislaufs genutzt. Diese Spiraleinheit ist derart ausgestaltet, dass das Volumen eines eingeschlossenen Raumes, der zwischen den beiden Spiralen ausgebildet ist, allmählich reduziert wird, indem mittels einer Antriebswelle bewirkt wird, dass die orbitierende Spirale eine Achse der feststehenden Spirale umkreist, wobei ein Fluid wie ein Kältemittel-Gas, das in eine Ansaugkammer geströmt ist, in dem eingeschlossenen Raum verdichtet wird, und wobei das verdichtete Fluid über eine Auslasskammer ausgestoßen wird.
Für diesen Typ von Spiralverdichter ist beispielsweise ein in Patentdokument 1 beschriebener Spiralverdichter bekannt. Der in Patentdokument 1 beschriebene Spiralverdichter umfasst eine Gegendruckkammer, die an einer Rückseitenfläche der orbitierenden Spirale angeordnet ist. Diese Gegendruckkammer steht über einen Druckzufuhrdurchgang mit einem Hochdruckbereich des Verdichters und über einen Druckentlastungsdurchgang mit einem Niederdruckbereich des Verdichters in Verbindung. Darüber hinaus wird der Druck in der Gegendruckkammer durch ein Gegendruckregelventil vom Differenzdruck-Funktionstyp geregelt, um einen festgelegten Druck zu haben, der zwischen dem Druck in der Ansaugkammer und dem Druck in der Auslasskammer liegt. Dieser Spiralverdichter bewirkt, dass die orbitierende Spirale bezüglich der feststehenden Spirale kreist, während die orbitierende Spirale durch Nutzung des Drucks in der Gegendruckkammer gegen die feststehende Spirale gedrückt wird. Dementsprechend kann dieser Spiralverdichter eine Trennung der orbitierenden Spirale von der feststehenden Spirale während des Verdichtungsvorgangs unterbinden und folglich das Auftreten von schlechter Verdichtung verhindern.
LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: JP 2013 - 148043 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Allerdings kann in dem in Patentdokument 1 beschriebenen Spiralverdichter ein Kältemittel (Kältemittel-Gas) in der Gegendruckkammer schlagartig herausströmen, wenn das Gegendruckregelventil in dem Ventil-offen-Zustand ist, und folglich kann der Druck in der Gegendruckkammer auf ein Level außerhalb der Erwartungen abgesenkt werden. Mit anderen Worten kann der Druck in der Gegendruckkammer plötzlich instabil werden, nachdem das Gegendruckregelventil geöffnet ist. Solch ein Phänomen wird wahrscheinlich auftreten, wenn ein Kohlenstoffdioxid-Kältemittel als das Kältemittel genutzt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Augenmerk auf die oben genannten Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiralverdichter zu schaffen, der in der Lage ist, einen Abfall des Drucks in der Gegendruckkammer zu unterbinden, der mit dem Öffnungsvorgang des Gegendruckregelventils verknüpft ist.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Spiralverdichter eine Spiraleinheit, die eine feststehende Spirale und eine orbitierende Spirale umfasst und ein Fluid, das über eine Ansaugkammer eingeströmt ist, verdichtet und das verdichtete Fluid über eine Auslasskammer ausstößt,
eine Gegendruckkammer, die ausgebildet ist, sodass sie einer Rückseitenfläche der orbitierenden Spirale zugewandt ist und über einen Druckzufuhrdurchgang in Verbindung mit der Auslasskammer steht,
und ein Gegendruckregelventil vom Differenzdruck-Funktionstyp, das in einem Druckentlastungsdurchgang angeordnet ist, welcher eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer und einem Bereich der Ansaugkammer-Seite der Spiraleinheit herstellt und einen Druck in der Gegendruckkammer regelt.
Darüber hinaus umfasst der Spiralverdichter außerdem einen ersten Drosselabschnitt, der in dem Druckzufuhrdurchgang ausgebildet ist, und einen zweiten Drosselabschnitt, der in dem Druckentlastungsdurchgang ausgebildet ist. Das Gegendruckregelventil ist in einem Bereich näher zu einer Seite der Ansaugkammer als der zweite Drosselabschnitt angeordnet und umfasst einen Ventilkörper, einen Ventilsitzabschnitt, mit dem der Ventilkörper in Kontakt tritt und von dem er sich separiert, und ein Fluideinlassloch, das in dem Ventilsitzabschnitt ausgebildet ist und durch den Ventilkörper geöffnet und geschlossen wird. Darüber hinaus ist das Gegendruckregelventil derart ausgebildet, dass der Ventilkörper in eine Ventil-offen-Richtung bewegt wird, wenn der Differenzdruck zwischen einem Gegendruckkammer-Innendruck und einem Ansaugkammer-Innendruck einen festgelegten Differenzdruck übersteigt, und dass der Ventilkörper in eine Ventil-geschlossen-Richtung bewegt wird, wenn der oben beschriebene Differenzdruck gleich oder kleiner ist als der oben beschriebene festgelegte Differenzdruck. Überdies hat der zweite Drosselabschnitt eine größere Querschnittsfläche als eine Querschnittsfläche des ersten Drosselabschnitts und eine kleinere Querschnittsfläche als ein Querschnitt einer ventilkörperseitigen Öffnung des Fluideinlasslochs.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
In dem Spiralverdichter sind gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Drosselabschnitte (der erste Drosselabschnitt und der zweite Drosselabschnitt), die jeweils die Strömung eines Fluids regeln, in Durchgängen vorgesehen, die in einer stromaufwärtigen Seite und eine stromabwärtigen Seite der Gegendruckkammer vorgesehen sind (das sind der Druckzufuhrdurchgang und der Druckentlastungsdurchgang). Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche des zweiten Drosselabschnitts so gestaltet, dass sie größer als die Querschnittsfläche des ersten Drosselabschnitts und kleiner als die Querschnittsfläche der ventilkörperseitigen Öffnung des Fluideinlasslochs ist. Auf diese Weise ist die stromaufwärtige Seite des Fluideinlasslochs mit dem zweiten Drosselabschnitt versehen, welche ein Drosselabschnitt ist, der die Strömung eines Fluids regelt, indem er ihn mehr drosselt als die Drosselung an dem Fluideinlassloch des Gegendruckregelventils. Dementsprechend kann ein Ausströmen des Fluid aus der Gegendruckkammer durch den zweiten Drosselabschnitt gehemmt werden, selbst wenn das Fluideinlassloch des Gegendruckregelventils in dem offenen Zustand ist. Im Einzelnen wird das Ausströmen des Fluids durch den zweiten Drosselabschnitt unterbunden, selbst wenn das Gegendruckregelventil geöffnet ist, und deshalb kann der Betrag des Abfalls des Drucks in der Gegendruckkammer auf einen kleinen Betrag reduziert werden und dadurch kann der Druck innerhalb der Gegendruckkammer stabilisiert werden.
Auf diese Weise kann ein Spiralverdichter geschaffen werden, der in der Lage ist, einen Abfall des Drucks in der Gegendruckkammer zu unterbinden, der mit einem Öffnungsvorgang des Gegendruckregelventils verknüpft ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht des Spiralverdichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm zur Erklärung einer Strömung eines Kältemittels in dem Spiralverdichter.
3 ist eine Querschnittsansicht, welcher Hauptkomponenten des Spiralverdichters darstellt.

ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Spiralverdichter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise in einen Kältemittelkreislauf (auch als „Kühlungskreislauf“ bezeichnet) einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug eingefügt und verdichtet ein von einer Niederdruckseite (von einer Seite eines Verdampfers) des Kältemittelkreislaufs angesaugtes Kältemittel (Fluid), um das verdichtete Kältemittel auszustoßen. Dieser Spiralverdichter 100 umfasst eine Spiraleinheit 1, ein Gehäuse 10, welches im Inneren eine Kältemittel-Ansaugkammer H1 und eine Kältemittel-Auslasskammer H2, einen Elektromotor 20, der die Spiraleinheit 1 antreibt, eine Lagerhalterung 30 zur drehbaren Lagerung eines Endes (ein oberes Ende in 1) einer Antriebswelle 21 des Elektromotors 20, und einen Inverter 40 zur Regelung des Antriebs des Elektromotors 20 umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kohlenstoffdioxid-Kältemittel (CO₂-Kältemittel) als das Kältemittel eingesetzt, und eine Kühlung in einem Fahrzeug erfolgt durch den Kältemittelkreislauf. Darüber hinaus ist ein Beispiel für den Spiralverdichter 101 ein sogenannter Verdichter mit integriertem Inverter.
Die Spiraleinheit 1 umfasst eine feststehende Spirale 2 und eine orbitierende Spirale 3, die ineinandergreifen. Die feststehende Spirale 2 umfasst eine scheibenförmige Grundplatte 2a und eine Spiralbahn 2b, die integral auf der Grundplatte 2a ausgebildet ist. Die orbitierende Spirale 3 umfasst eine schreibenförmige Basisplatte 3a und eine Spiralbahn 3b, die integral auf der Grundplatte 3a ausgebildet ist.
Die beiden Spiralen 2,3 sind so angeordnet, dass deren beide Spiralbahnen 2b, 3b ineinandergreifen. Im Einzelnen sind die beiden Spiralen 2,3 so angeordnet, dass ein festgelegter Abstand zwischen einer hervorstehenden Endseite der Spiralbahn 2b der feststehenden Spirale 2 und der Grundplatte 3a der orbitierenden Spirale vorgesehen ist und dass ein festgelegter Abstand zwischen einer hervorstehenden Endseite der Spiralbahn 3b der orbitierenden Spirale 3 und der Grundplatte 2a vorgesehen ist. Dieser Abstand kann während eines Verdichtungsvorgangs variieren und wird während eines Verdichtungsvorgangs innerhalb eines angemessenen Bereichs gehalten und folglich kann eine Luftdichtigkeit eines unten beschriebenen, eingeschlossenen Raumes (Verdichtungskammer) S angemessen aufrechterhalten werden.
Darüber hinaus sind die beiden Spiralen 2,3 so angeordnet, dass Seitenwände der zwei Spiralbahnen 2b, 3b teilweise miteinander in Kontakt gebracht sind in einem Zustand, in welchem die Winkel der beiden Spiralbahnen 2b, 3b in der Umfangsrichtung gegeneinander verschoben werden. Folglich ist ein sichelförmiger eingeschlossenen Raum (Verdichtungskammer) zwischen den beiden Spiralbahnen 2b, 3b ausgebildet.
Die feststehende Spirale 2 ist an einem hinteren Gehäuse 12 des Gehäuses 10, das unten beschrieben ist, befestigt und umfasst einen Nutabschnitt 2a1, der in der radialen Richtung in der Mitte des hinteren Gehäuses 12 ausgebildet ist und sich hin zu dem hinteren Gehäuse 12 öffnet. Im Einzelnen ist dieser Nutabschnitt 2a1 in der Rückfläche der Grundplatte 2a ausgebildet (das heißt, an der Endfläche, die der orbitierenden Spirale 3 gegenüberliegt).
Die orbitierende Spirale 3 ist dazu eingerichtet, mittels der Antriebswelle 21 in einem Zustand, in welchem eine Drehung der orbitierenden Spirale 3 gesperrt ist, um die Achse der feststehenden Spirale 2 herum zu kreisen. Mit dieser Anordnung bewegt die Spiraleinheit 1 den eingeschlossenen Raum S, der zwischen den beiden Spiralen 2, 3 ausgebildet ist, das heißt, zwischen den beiden Spiralbahnen 2b, 3b, zu dem Zentralbereich, um allmählich das Volumen des eingeschlossenen Raumes S zu reduzieren. Entsprechend verdichtet die Spiraleinheit 1 in dem eingeschlossenen Raum S das Kältemittel, das von dem äußeren Ende der Spiralbahnen 2b, 3b in den eingeschlossenen Raum S strömt.
Mit Bezug auf 1 umfasst das Gehäuse 10 ein vorderes Gehäuse 11, das im Inneren die Spiraleinheit 1 aufnimmt, den Elektromotor 20, die Lagerhalterung 30 und den Inverter 40; das hintere Gehäuse 12; und eine Inverterabdeckung 13. Zusätzlich sind die Komponenten des Gehäuses 10 einschließlich des vorderen Gehäuses 11, des hinteren Gehäuses 12 und der Inverterabdeckung 13 integral durch Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben 14, befestigt.
Das vordere Gehäuse 11 umfasst eine periphere Wand 11a mit einer ungefähr ringförmigen Form und einen Trennwandabschnitt 11b. Der innere Raum des vorderen Gehäuses 11 ist durch den Trennwandabschnitt 11b unterteilt in einen Aufnahmeraum, welche die Spiraleinheit 1, den Elektromotor 20 und die Lagerhalterung 30 aufnimmt, und einen anderen Aufnahmeraum, der den Inverter 40 aufnimmt. Eine Öffnung an einem Ende (oberes Ende in 1) der peripheren Wand 11a ist durch das hintere Gehäuse 12 verschlossen. Andererseits ist eine Öffnung an dem anderen Ende (unteres Ende in 1) der peripheren Wand 11a durch die Inverterabdeckung 13 verschlossen. In dem Trennwandabschnitt 11b ist ein zylindrischer Lagerabschnitt 11b1, welcher ein Lager 15 zur Lagerung des anderen Endes (unteres Ende in 1) der Antriebswelle 21 hält, in der radialen Richtung in der Mitte des Trennwandabschnitts 11b in einer hervorstehenden Weise vorgesehen.
Zusätzlich ist an der peripheren Wand 11a ein Kältemittel-Ansauganschluss P1 ausgebildet. Ein Kältemittel wird von einer Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (das heißt, von der Seite eines Verdampfers) über den Ansauganschluss P1 in das vordere Gehäuse 11 gezogen. Entsprechend fungiert der Raum innerhalb des vorderen Gehäuses 11 als die Ansaugkammer H1. Das Kältemittel strömt innerhalb der Ansaugkammer H1 durch die Peripherie des Elektromotors 20 und dergleichen. Bezüglich 1 steht zusätzlich eine Raum über dem Elektromotor 20 in Verbindung mit einem Raum unterhalb des Elektromotors 20 und bildet zusammen mit dem Raum unterhalb des Elektromotors 20 eine Ansaugkammer H1. Darüber hinaus strömt das Kältemittel in der Ansaugkammer H1 als ein gemischtes Fluid, dass eine Spurenmenge von Schmieröl umfasst.
Das hintere Gehäuse 12 ist in einer scheibenartigen Form ausgebildet und eine periphere Kante des hinteren Gehäuses 12 ist durch Befestigungsmittel, wie beispielsweise die Schrauben 14, an einem Ende der peripheren Wand 11a (oberes Ende in 1) befestigt.
Zusätzlich ist eine periphere Kante an der Rückfläche der Grundplatte 2a der feststehenden Spirale 2 (um dies anders auszudrücken, ein den Nutabschnitt 2a1 umgebender Abschnitt) in Kontakt mit einer Endfläche des hinteren Gehäuses 12 gebracht. Eine Kältemittel-Auslasskammer H2 ist durch die eine Endfläche des hinteren Gehäuses 12 und den Nutabschnitt 2a1 der Grundplatte 2a begrenzt. In der Mitte der Grundplatte 2a ist ein Auslassdurchgang L2 eines verdichteten Kältemittels ausgebildet. Zusätzlich ist in der Auslasskammer H2 ein Einwegventil (ein Rückschlagventil, das eine Strömung von der Auslasskammer H2 hin zu der Spiraleinheit 1 reguliert) 16 vorgesehen, um eine Öffnung des Auslassdurchgangs L2 abzudecken. Das in dem eingeschlossenen Raum S verdichtete Kältemittel, der zwischen den beiden Spiralbahnen 2b, 3b ausgebildet ist, wird über den Auslassdurchgang L2 und das Einwegventil 16 in das Innere der Auslasskammer H2 ausgestoßen. Zusätzlich ist in dem hinteren Gehäuse 12 ein Auslassanschluss P2 ausgebildet, der die Auslasskammer H2 und eine Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs (das heißt, einen Verflüssiger) verbindet. Das verdichtete Kältemittel in der Auslasskammer H2 wird über den Auslassanschluss P2 zu der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgestoßen.
Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist beispielsweise ein Ölabscheider zur Abtrennung des Schmieröls von dem verdichteten Kältemittel, das in den Auslassanschluss P2 geflossen ist, geeignet vorgesehen. Das Kältemittel, von welchem das Schmieröl durch den Ölabscheider abgetrennt worden ist (das Kältemittel umfasst ein Kältemittel, in dem eine Spurenmenge von Schmieröl verbleibt) wird über den Auslassanschluss P2 zu der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgestoßen. Andererseits wird das von dem Ölabscheider abgetrennte Schmieröl in einem Zustand, in welchem das Schmieröl eine geeignete Menge des verdichteten Kältemittels umfasst, beispielsweise in einen unten beschriebenen Druckzufuhrdurchgang L3 eingeführt.
Der Elektromotor 20 umfasst die Antriebswelle 21, einen Rotor 22, und eine Statorkerneinheit 23 des Rotors 22, die an einer Außenseite des Rotors 22 in der radialen Richtung angeordnet ist, und beispielsweise wird ein Drei-Phasen-Motor genutzt. Gleichströme von einer Batterie eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) werden durch den Inverter 40 in Wechselströme umgewandelt und die umgewandelten Wechselströme werden dem Elektromotor 20 zugeführt.
Die Antriebswelle 21 ist über einen Kurbelmechanismus mit der orbitierenden Spirale 3 verbunden und überträgt dadurch die Rotationskraft von dem Elektromotor 20 zu der orbitierenden Spirale 3. Ein Ende der Antriebswelle 21 (das heißt, ein Ende an der Seite der orbitierenden Spirale 3) ist in ein Durchgangsloch eingeführt, welches durch die Lagerhalterung 30 ausgeformt ist, und ist drehbar durch ein Lager 17 gelagert. Andererseits ist ein anderes Ende der Antriebswelle 21 (ein Ende an der Seite des Inverter 40) durch ein Lager 15 drehbar gelagert, welches mit dem Lagerabschnitt 11b1 in Eingriff ist.
Der Rotor 22 ist in der Statorkerneinheit 23 in der radialen Richtung über die Antriebswelle 21 drehbar gehalten, welche mit einem Wellenloch (beispielsweise durch Presspassung) in Eingriff ist, das in der radialen Richtung in der Mitte des Rotors 22 ausgebildet ist. Wenn der Statorkerneinheit 23 von dem Inverter 40 Strom zugeführt wird und ein magnetisches Feld in der Statorkerneinheit 23 erzeugt wird, wird eine Rotationskraft auf den Rotor 22 aufgebracht und dadurch wird die Antriebswelle 21 rotatorisch angetrieben.
Die Lagerhalterung 30 ist in dem vorderen Gehäuse 11 vorgesehen und hält das Lager 17, welches ein Ende der Antriebswelle 21 an der Seite der orbitierenden Spirale 3 drehbar lagert. Die Lagerhalterung 30 ist in einem Zustand, in welchem die feststehende Spirale 2 zwischen der Lagerhalterung und dem hinteren Gehäuse 12 angeordnet ist, durch die Befestigungsschrauben 14 integral mit der feststehenden Spirale 2 und dem hinteren Gehäuse 12 befestigt.
Im Einzelnen ist die Lagerhalterung 30 beispielsweise als ein Zylinder mit Boden ausgebildet und umfasst einen zylindrischen Abschnitt 30a und eine Bodenwand 30b, die an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 30a angeordnet ist. Der innere Durchmesser an der Öffnungsseite des zylindrischen Abschnitts 30a ist verbreitert, um größer zu sein als deren innerer Durchmesser an der Seite der Bodenwand 30b, und der zylindrische Abschnitt 30a umfasst eine Schulter 30a3, welche einen Abschnitt großen Durchmessers 30a1 mit einem Abschnitt kleinen Durchmessers 30a2 des zylindrischen Abschnitts 30a verbindet.
Die orbitierende Spirale 3 ist in einem Raum untergebracht, der durch den Abschnitt großen Durchmessers 30a1 und die Schulter 30a3 abgeteilt ist. Die Öffnung der Lagerhalterung 30 ist durch die feststehende Spirale 2 verschlossen. Zusätzlich steht das Lager 17 in Eingriff mit dem Abschnitt kleinen Durchmessers 30a2 des zylindrischen Abschnitts 30a. Darüber hinaus ist in der radialen Richtung in der Mitte der Bodenwand 30b ein Durchgangsloch zur Einführung des Endes der Antriebswelle 21 an der Seite der orbitierenden Spirale 3 ausgebildet. Ein geeignetes Dichtelement 18a ist zwischen dem Lager 17 und der Bodenwand 30b vorgesehen.
Zwischen der Schulter 30a3 der Lagerhalterung 30 und der Grundplatte 3a der orbitierenden Spirale 3 ist eine ringförmige Druckplatte 19 angeordnet. Die Schulter 30a3 nimmt über die Druckplatte 19 eine Druckkraft von der orbitierenden Spirale 3 auf. In jedem Bereich der Schulter 30a3 und der Grundplatte 3a, die in Kontakt mit der Druckplatte 19 stehen, ist ein Dichtelement 18b angeordnet.
Darüber hinaus ist die Gegendruckkammer H3 zwischen der Grundplatte 3a und dem Abschnitt kleinen Durchmessers 30a2 abgeteilt. Das heißt, die Gegendruckkammer H3 ist ausgebildet, um der Rückseitenfläche der orbitierende Spirale 3 gegenüber zu liegen (die der feststehenden Spirale 2 gegenüberliegende Seite). Eine Luftdichtigkeit der Gegendruckkammer H3 ist durch die Dichtelemente 18a, 18b sichergestellt.
Zusätzlich ist zwischen der inneren peripheren Oberfläche der peripheren Wand 11a des vorderen Gehäuses 11 und der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 30a der Lagerhalterung 30 nahe der äußeren Umfänge der beiden Spiralbahnen 2b, 3b der Spiraleinheit 1 ein Fluideinführdurchgang L1 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen der Ansaugkammer H1 und dem Raum H4 herstellt. Das Kältemittel in der Ansaugkammer H1 (im Einzelnen ein aus dem Kältemittel und einer Spurenmenge von Schmieröl gemischtes Fluid) wird über den Fluideinführdurchgang L1 in den Raum H4 eingeführt. Da der Raum H4 über den Fluideinführdurchgang L1 in Verbindung mit der Ansaugkammer H1 steht, ist der Druck in dem Raum H4 gleich dem Druck in der Ansaugkammer H1 (Ansaugkammer-Innendruck P_s).
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Kurbelmechanismus ein zylindrisches Auge 25, das an der Rückfläche der Grundplatte 3a ausgebildet ist (eine Endfläche auf der Seite der Gegendruckkammer H3), um von der Grundplatte 3a hervorzustehen, eine exzentrische Buchse 27, die in einem exzentrischen Zustand an einer Kurbel 26 montiert ist, die an einem Ende der Antriebswelle 21 an der Seite der feststehenden Spirale 3 vorgesehen ist, und ein Gleitlager 28, dass mit dem Auge 25 in Eingriff steht. An ein Ende der Antriebswelle 21 an der Seite der orbitierenden Spirale 3 ist ein Ausgleichsgewicht 29 montiert, das der Zentrifugalkraft entgegenwirkt, die erzeugt wird, wenn die orbitierende Spirale 3 betrieben wird. Zusätzlich ist ein Drehsperrmechanismus (nicht gezeigt) in passender Weise vorgesehen, der eine Drehung der orbitierenden Spirale 3 sperrt. Dadurch ist die orbitierende Spirale derart eingerichtet, dass sie in einem Zustand, in welchem die Drehung der orbitierenden Spirale 3 gesperrt ist, mittels des Kurbelmechanismus um die Achse der feststehenden Spirale 2 kreist.
2 ist ein Blockdiagramm zur Erklärung einer Strömung des Kältemittels in dem Spiralverdichter 100.
Das Kältemittel von der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs wird über den Ansauganschluss T1 in die Ansaugkammer H1 eingeführt und dann über den Fluideinführdurchgang L1 in den Raum H4 geführt, der um ein äußeres Ende der Spiraleinheit 1 ausgebildet ist. Dann wird das Kältemittel in dem Raum H4 in einen eingeschlossenen Raum S zwischen den beiden Spiralbahnen 2b, 3b aufgenommen, um in dem eingeschlossenen Raum S verdichtet zu werden. Das dadurch verdichtete Kältemittel (verdichtetes Kältemittel) wird über den Auslassdurchgang L2 und das Einwegventil 16 in die Auslasskammer H2 ausgestoßen und wird dann von der Auslasskammer H2 über den Auslassanschluss P2 zu der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgestoßen. Auf diesem Wege ist die Spiraleinheit 1 dazu eingerichtet, dass sie das Kältemittel, das über den Ansauganschluss T1, die Ansaugkammer H1 und den Fluideinführdurchgang L1 in den Raum H4 geströmt ist, in dem eingeschlossenen Raum S verdichtet und das verdichtete Kältemittel über den Auslassdurchgang L2, die Auslasskammer H2 und den Auslassanschluss P2 zu einer Außenseite ausstößt.
Hier umfasst der Spiralverdichter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner ein Gegendruckregelventil 50 vom Differenzdruck-Funktionstyp, das den Druck in der Gegendruckkammer H3 (Gegendruckkammer-Innendruck P_m) regelt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gegendruckregelventil 50 ein Differenzdruck-Funktionstyp-Rückschlagventil, dass in der Ventil-offen-Richtung arbeitet, wenn der Differenzdruck zwischen dem Gegendruckkammer-Innendruck P_m und dem Ansaugkammer-Innendruck P_s einen festgelegten Druck P_v übersteigt, und das in der Ventil-geschlossen-Richtung arbeitet, wenn der Differenzdruck gleich oder kleiner ist als der festgelegten Differenzdruck P_v, um den Gegendruckkammer-Innendruck P_m zu regeln, so dass er einen festgelegten Druck (Zwischendruck) zwischen dem Druck in der Auslasskammer H2 (Auslasskammer-Innendruck P_d) und dem Ansaugkammer-Innendruck P_s hat. Die Einbauposition, der Aufbau und die Gegendruck-Regelfunktion des Gegendruckregelventils 50 werden im Folgenden im Detail erläutert.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Spiralverdichter 100 zusätzlich zu dem Fluideinführdurchgang L1 und dem Auslassdurchgang L2 den Druckzufuhrdurchgang L3 und einen Druckentlastungsdurchgang L4, wie in 1 und 2 gezeigt ist.
Der Druckzufuhrdurchgang L3 ist ein Durchgang zur Verbindung der Auslasskammer H2 und der Gegendruckkammer H3. Mit anderen Worten steht die Gegendruckkammer H3 über den Druckzufuhrdurchgang L3 in Verbindung mit der Auslasskammer H2. Nachdem es durch den Ölabscheider (nicht gezeigt) von dem verdichteten Kältemittel in dem Auslassanschluss P2 abgetrennt worden ist, wird das Schmieröl über den Druckzufuhrdurchgang L3 zurück in die Gegendruckkammer H3 geführt und für die Schmierung einer jeden Gleitstelle in der Gegendruckkammer H3 genutzt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Druckzufuhrdurchgang L3 im Einzelnen ausgebildet, das hintere Gehäuse 12, die Grundplatte 2a der feststehenden Spirale 2 und den zylindrischen Abschnitt 30a der Lagerhalterung 30 zu durchdringen, so dass sich, mittels des Auslassanschlusses P2, ein Ende des Druckzufuhrdurchgangs L3 in die Auslasskammer H2 als dem Hochdruckbereich öffnet und sich das andere Ende in die Gegendruckkammer H3 öffnet.
In der Mitte des Druckzufuhrdurchgangs L3 ist ein erster Drosselabschnitt T1 vorgesehen, welcher eine Strömung des Fluids, das innerhalb des Druckzufuhrdurchgangs L3 strömt, reguliert. Der erste Drosselabschnitt T1 umfasst Poren, die kleinere innere Durchmesser haben als andere Teile des Druckzufuhrdurchgangs L3. Dementsprechend wird das von dem verdichteten Kältemittel in der Auslasskammer H2 abgetrennte Schmieröl und dergleichen in geeigneter Weise durch den ersten Drosselabschnitt T1 entspannt und wird über den Druckzufuhrdurchgang L3 der Gegendruckkammer H3 zugeführt. Das Schmieröl und dergleichen werden dann über den Druckzufuhrdurchgang L3 in die Gegendruckkammer H3 geführt, so dass der Gegendruckkammer-Innendruck P_m erhöht wird.
Der Druckentlastungsdurchgang L4 ist ein Durchgang zur Verbindung der Gegendruckkammer H3 und dem Bereich der Ansaugkammer-Seite des Spiraleinheit 1 (das heißt, der Niederdruckbereich). In der vorliegenden Ausführungsform dringt der Druckentlastungsdurchgang L4 im Einzelnen durch den Bereich kleinen Durchmessers 30a2 des zylindrischen Abschnitts 30a und erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu der Antriebswelle 21. Darüber hinaus öffnet sich ein Ende des Druckentlastungsdurchgangs L4 in die Gegendruckkammer H3, während sich das andere Ende des Druckentlastungsdurchgangs L4 in den Fluideinführdurchgang L1 öffnet. Mit anderen Worten wird in der vorliegenden Ausführungsform der Fluideinführdurchgang L1 als der Bereich der Ansaugkammer-Seite genutzt und der Druckentlastungsdurchgang L4 verbindet zwischen der Gegendruckkammer H3 und dem Fluideinführdurchgang L1. Ein Ende des Fluideinführdurchgangs L1 öffnet sich in die Ansaugkammer H1 und dadurch ist der Druck in dem Fluideinführdurchgang L1 gleich dem Ansaugkammer-Innendruck P_s.
Zusätzlich ist in der Mitte des Druckentlastungsdurchgangs L4 ein zweiter Drosselabschnitt T2 vorgesehen, der eine Strömung des Fluids, das innerhalb des Druckentlastungsdurchgangs L4 strömt, reguliert. Der zweite Drosselabschnitt T2 umfasst Poren, die kleinere Durchmesser als andere Teile des Druckentlastungsdurchgangs L4 haben. Die Querschnittsfläche des zweiten Drosselabschnitts T2 und des ersten Drosselabschnitts T1 werden im Folgenden im Detail beschrieben.
Als nächstes werden im Folgenden die Einbauposition und der Aufbau des Gegendruckregelventils 50 in der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug zu 1 und 3 im Detail beschrieben.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Hauptkomponenten der vorliegenden Ausführungsform einschließlich des Gegendruckregelventils 50.
Das Gegendruckregelventil 50 ist in einem Bereich des Druckentlastungsdurchgangs L4 näher an der Ansaugkammer H1 als an dem zweiten Drosselabschnitt T2 angeordnet (das heißt, Nachlaufseite der Strömungsrichtung des zweiten Drosselabschnitts T2).
Im Einzelnen umfasst das Gegendruckregelventil 50 ein Ventilgehäuse 51, ein Ventilsitzgehäuse 52, einen Ventilkörper 53 und ein Druckmittel 54, und es ist beispielsweise an einem offenen Ende des Druckentlastungsdurchgangs L4 an der Seite des Fluideinführdurchgangs L1 angeordnet und stellte deshalb einen Teil des Druckentlastungsdurchgangs L4 dar.
Das Ventilgehäuse 51 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 51a und eine Bodenwand 51b, welche ein Ende des zylindrischen Abschnitts 51a verschließt. Das Ventilgehäuse 51 ist als Ganzes in einem Zylinder mit Boden ausgebildet und umfasst im Inneren eine Ventilkammer 51c.
Fluidauslasslöcher 55, welche sich zu dem Fluideinführdurchgang L1 öffnen, sind jeweils in dem zylindrischen Abschnitt 51a und der Bodenwand 51b ausgebildet. Beispielsweise öffnen sich zwei Fluidauslasslöcher 55 in dem zylindrischen Abschnitt 51a und ein Fluidauslassloch 55 ist in der Bodenwand 51b geöffnet. Die Fluidauslasslöcher 55 verbinden zwischen einem Raum innerhalb des Fluideinführdurchgangs L1 und der Ventilkammer 51c innerhalb des Ventilgehäuses 51. Die Anzahl und die Platzierungen der Ausbildung der Fluidauslasslöcher 55 kann passend festgelegt sein.
Das Ventilsitzgehäuse 52 bildet ein Ende des Gegendruckregelventils 50 und kann beispielsweise mit einem offenen Ende des Druckentlastungsdurchgangs L4 an der Seite des Fluideinführdurchgangs L1 in Eingriff stehen. Das Ventilsitzgehäuse 52 ist beispielsweise ausgebildet, eine zylindrische Form mit Boden mit einem äußeren Durchmesser aufzuweisen, der mit dem inneren Durchmesser des Druckentlastungsdurchgangs L4 ausgerichtet ist, und umfasst einen zylindrischen Abschnitt 52a und ein Ventilsitzabschnitt 52b. Eine Endseite des zylindrischen Abschnitts 52a ist an der offenen Endseite des Ventilgehäuses 51 befestigt. Der Ventilsitzabschnitt 52b ist an der anderen Endseite des zylindrischen Abschnitts 52a angeordnet und umfasst eine konische Ventilsitzfläche 52b1, mit welcher der Ventilkörper 53 in Kontakt tritt und von der er sich absondert. Zusätzlich ist ein Fluideinlassloch 56 in den Ventilsitzabschnitt 52b geöffnet, das durch den Ventilkörper 53 geöffnet und verschlossen wird. Das Fluideinlassloch 56 ist ein Loch zur Verbindung des Raums in dem Druckentlastungsdurchgang L4 an der Seite der Gegendruckkammer H3 und der Ventilkammer 51c und zur Einführung des Kältemittels einschließlich des Schmieröls in die Ventilkammer 51c.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform das Fluideinlassloch 56 so ausgebildet, dass ein Abschnitt der Seite der Gegendruckkammer H3 einen reduzierten Durchmesser bezüglich des Abschnitts der Seite der Ventilkammer 51c hat (die Seite des Ventilkörpers 53). In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abschnitt des Fluideinlasslochs 56 an der Seite der Gegendruckkammer H3 als der zweite Drosselabschnitt T2 ausgebildet.
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite Drosselabschnitt T2 integral mit dem Ventilsitzabschnitt 52b in dem Abschnitt des Fluideinlasslochs 56 an dem Ende der Seite der Gegendruckkammer H3 ausgebildet.
Der Ventilkörper 53, der das Fluideinlassloch 56 öffnet und verschließt, ist in einer Kugelform ausgebildet und wird durch das Druckmittel 54 in die Richtung des Ventilsitzabschnitts 52b gedrückt. Der Durchmesser des Ventilkörpers 53 dazu ausgestaltet, größer zu sein als der innere Durchmesser der Öffnung des Fluideinlasslochs 56 an der Seite des Ventilkörpers 53.
Das Druckmittel 54 umfasst eine Spiralfeder 54a, von der ein Ende in Kontakt mit der Bodenwand 51b des Ventilgehäuses 51 gebracht ist, und eine Druckstange 54b, die mit dem anderen Ende der Spiralfeder 54a verbunden ist und den Ventilkörper 53 in die Ventil-geschlossen-Richtung drückt. Das Druckmittel 54 ist in der Ventilkammer 51c des Ventilgehäuses 51 angeordnet. Der festgelegte Differenzdruck P_v, der ein festgesetzter, Ventil-öffnender Differenzdruck für das Gegendruckregelventil 50 ist, ist ein Auslegungswert (ein Stellwert), der beispielsweise gemäß der Form der Spiralbahn der Spiraleinheit 1 eingestellt wird, und der festgelegte Differenzdruck P_v wird eingestellt durch Auswählen der Spiralfeder 54a, welche die Druckkraft gemäß dem Auslegungswert hat.
In der vorliegenden Erfindung umfasst das Gegendruckregelventil 50 das Ventilgehäuse 51, das Ventilsitzgehäuse 52, das Fluideinlassloch 56, das in dem Ventilsitzgehäuse 52 ausgebildet ist und zu der Seite der Gegendruckkammer H3 des Druckentlastungsdurchgangs L4 offen ist, den Ventilkörper 53, welcher das Fluideinlassloch 56 öffnet und verschließt, den Ventilsitzabschnitt 52b, der in dem Ventilsitzgehäuse 52 ausgebildet ist und in Kontakt mit dem Ventilkörper 53 tritt und sich von diesem absondert, das Druckmittel 54 und die Fluidauslasslöcher 55, die offen zu dem Fluideinführdurchgang L1 sind, in welchem der Ventilkörper 53 in die Ventil-offen-Richtung bewegt wird, wenn der Differenzdruck zwischen dem Gegendruckkammer-Innendruck P_m und dem Ansaugkammer-Innendruck P_s größer ist als der festgelegte Differenzdruck P_v, und in dem der Ventilkörper 53 in die Ventil-geschlossen-Richtung bewegt wird, wenn der Differenzdruck gleich oder kleiner ist als der festgelegte Differenzdruck P_v.
Als nächstes wird das Größenverhältnis der Querschnittsflächen des ersten Drosselabschnitts T1, des zweiten Drosselabschnitts T2, und des Fluideinlasslochs 56 des Gegendruckregelventils 50 beschrieben.
Der zweite Drosselabschnitt T2 hat eine Querschnittsfläche A_out, die größer ist als eine Querschnittsfläche A_in des ersten Drosselabschnitts T1 und kleiner ist als eine Querschnittsfläche A_v1 der ventilkörperseitigen Öffnung des Fluideinlasslochs 56 ist. Die Gesamtsumme A_v2 der Querschnittsflächen der Fluidauslasslöcher 55 ist größer als die Querschnittsfläche A_v1 des Fluideinlasslochs 56 (das heißt, A_v2 > A_v1 > A_out > Ain). Dementsprechend ist die minimale Durchgangsquerschnittsfläche des Druckentlastungsdurchgangs L4 anhand der Querschnittsfläche A_out des zweiten Drosselabschnitts T2 festgelegt.
Als nächstes wird eine kurze Erklärung bezüglich des Regelvorgangs des Gegendruckkammer-Innendrucks P_m in dem Spiralverdichter 100 durch Nutzung des Gegendruckregelventils 50 gegeben. Die folgende Erklärung wird unter der Annahme gegeben, dass das Gegendruckregelventil 50 in dem Ventil-geschlossen-Zustand ist und dass der Gegendruckkammer-Innendruck P_m allmählich ansteigt. Zusätzlich wird die folgende Erklärung unter der Annahme gegeben, dass der Auslasskammer-Innendruck P_d stabil an dem unteren Limit in dem unten beschriebenen Variationsbereich (darf heißt, in dem Niedriglastzustand) liegt.
Als erstes wird angenommen, dass das Gegendruckregelventil die Öffnung des Fluideinlasslochs 56 durch Drücken des Ventilkörpers 53 gegen die Ventilsitzfläche 52b1 unter Nutzung des Druckmittel 54 verschlossen hat. Zu dieser Zeit werden auf den Ventilkörper 53 die Druckkraft der Spiralfeder 54a des Druckmittel 54 und der Ansaugkammer-Innendruck P_s aufgebracht, der über den Fluideinführdurchgang L1 und die Fluidauslasslöcher 55 übertragen wird. In diesem Zustand wird der Gegendruckkammer-Innendruck P_m allmählich erhöht, und wenn der Differenzdruck zwischen dem Gegendruckkammer-Innendruck P_m und dem Ansaugkammer-Innendruck P_s den festgelegten Differenzdruck P_v übersteigt, der anhand von der Druckkraft des Druckmittels 54 festgelegt ist, bewegt sich der Ventilkörper 53 entgegen der Druckkraft des Druckmittels 54 zu der Ventil-offen-Richtung. Wenn das Gegendruckregelventil 50 in dem Ventil-offen-Zustand ist, werden das Kältemittel-Gas und dergleichen in der Gegendruckkammer H3 über den Druckentlastungsdurchgang L4 zu der Seite des Fluideinführdurchgangs L1 (das heißt, die Seite des Niederdruckbereichs) herausgelassen, sodass der Gegendruckkammer-Innendruck P_m gesenkt werden kann. Da die Strömung des Fluids, wie beispielsweise des Kältemittel-Gases, welches durch den Druckentlastungsdurchgang L4 strömt, durch den zweiten Drosselabschnitt T2 geregelt wird, ist die Ausströmung des Fluids, wie beispielsweise des Kältemittel-Gases, von der Gegendruckkammer H3 gehemmt. Das Kältemittel-Gas oder dergleichen, dass über das Gegendruckregelventil 50 in die Mitte des Fluideinführdurchgangs gebracht wird, wird durch den Fluss in dem Fluideinführdurchgang L1 mitgetragen, um zu der Seite der Spiraleinheit 1 (die Seite des Raums H4) zurückgebracht zu werden. Ferner bewegt sich der Ventilkörper 53 aufgrund der Druckkraft des Druckmittels 54 zu der Ventil-geschlossen-Richtung, wenn der Differenzdruck gleich oder kleiner wird als der festgelegte Differenzdruck P_v. Auf diese Weise erhöht das Gegendruckregelventil 50 den Gegendruckkammer-Innendruck P_m. Während des Niedriglastzustands und direkt nach dem Beginn des Betriebs führt das Gegendruckregelventil 50 wie oben beschrieben das Öffnen und Schließen des Ventilkörpers 53 durch, so dass der Gegendruckkammer-Innendruck P_m sich einem Zieldruck nähert, welcher der Ventil-Öffnungs-Einstelldruck P_c (= P_s + P_v) ist, der durch Addition des Ansaugkammer-Innendrucks P_s zu dem festgelegten Differenzdruck P_v erhalten wird.
Währenddessen können externe Umweltbedingungen (wie die Außentemperatur) des Verflüssigers (die Hochdruckseite) des Kältemittelkreislaufs variieren.
Aus diesem Grund variiert eine Wärmeaustauschkapazität des Verflüssigers des Kältemittelkreislaufs. Dementsprechend variiert der Auslasskammer-Innendruck P_d des Spiralverdichters 100 in Abhängigkeit von der Wärmeaustauschkapazität des Verflüssigers. Mit anderen Worten variiert die Last auf den Spiralverdichter 100. Andererseits wird der Ansaugdruck des Kältemittels, das von dem Verdampfer (Niederdruckseite) des Kältemittelkreislaufs in den Spiralverdichter 100 strömt, von der Fahrzeug-Klimaanlage geregelt, um im Wesentlichen konstant zu sein. Das heißt, der Ansaugkammer-Innendruck P_s ist ein Einstellwert, der gemäß der für den Kältemittelkreislauf (Kühlungskreislauf) erforderlichen Kapazität eingestellt ist. Infolgedessen ist der Ansaugkammer-Innendruck P_s auf einen festgelegten Einstellwert fixiert. Streng genommen variiert auch der Ansaugkammer-Innendruck P_s in einem mikroskopischen Bereich. Allerdings ist der Variationsbereich für den Ansaugkammer-Innendruck P_s im Vergleich zu dem Variationsbereich des Auslasskammer-Innendrucks P_d klein genug, um ignoriert zu werden, und deshalb kann der Ansaugkammer-Innendruck P_s als ein fester Wert angenommen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform, welche ein Kohlenstoffdioxid-KältemittelKreislauf als das Kältemittel einsetzt, wird angenommen, dass der Ansaugkammer-Innendruck P_s auf 3,5 MPa eingestellt ist und dass der Auslasskammer-Innendruck P_d während des Betriebs des Verdichters in einem Bereich von 5 bis 13 MPa variiert. Dementsprechend ist der Ansaugkammer-Innendruck P_s auf einen festgelegten Einstellwert (zum Beispiel bei 3,5 MPa) fixiert, und der Auslasskammer-Innendruck P_d kann innerhalb des Variationsbereich (Betriebsbereich) variieren. In diesem Fall ist die Last in dem Spiralverdichter 100 desto geringer, je geringer der Auslasskammer-Innendruck P_d ist, und umso höher, je höher der Auslasskammer-Innendruck P_d ist. Folglich variiert der optimale Wert für den Gegendruckkammer-Innendruck P_m, wenn der Auslasskammer-Innendruck P_d variiert. Dementsprechend kann der Gegendruck während des Hochlastzustands zu gering sein, wenn der Ventil-Öffnungs-Einstelldruck P_c (= P_s + P_v) zu gering eingestellt ist, um einen überhöhten Gegendruckzustand zu verhindern, der während Niedriglastzuständen auftreten kann, und folglich kann die Volumeneffizienz des Verdichters sinken. Eine Beispielanordnung zur Lösung dieses Problems wird im Folgenden im Detail beschrieben.
Wenn der Auslasskammer-Innendruck P_d weiter erhöht wird, nachdem der Gegendruckkammer-Innendruck P_m den Ventil-Öffnung-Einstelldruck P_c erreicht und das Gegendruckregelventil 50 in dem Ventil-offen-Zustand ist, ist das Gegendruckregelventil 50 in der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, den Gegendruckkammer-Innendruck P_m gemäß dem Anstieg des Auslasskammer-Innendrucks P_d zu erhöhen.
Im Einzelnen ist bei der vorliegenden Ausführungsform zur Lösung des Problems des übermäßigen Gegendrucks, der in Niedriglastzuständen auftreten kann, in erster Linie der Ventil-Öffnung-Einstelldruck P_c im Voraus auf einen Wert zwischen dem unteren Grenzwert für den Auslasskammer-Innendruck P_d innerhalb des Variationsbereichs des Auslasskammer-Innendrucks P_d und dem oben beschriebenen Einstellwert des Ansaugkammer-Innendrucks P_s eingestellt.
Zusätzlich ist bei der vorliegenden Ausführungsform zur Lösung des Problems des niedrigen Gegendrucks, das während Hochlastzuständen auftreten kann, die Querschnittsfläche A_out des zweiten Drosselabschnitts T2 so festgelegt, dass, wenn der Auslasskammer-Innendruck P_d innerhalb des festgelegten Variationsbereichs variiert, eine Strömungsrate G_out des Fluids (Massenstromrate), welches durch den zweiten Drosselabschnitt T2 strömt, kleiner wird als eine Strömungsrate G_in des Fluids (Massenstromrate), welches durch den ersten Drosselabschnitt T1 strömt (das heißt, G_in > G_out). Mit dieser Anordnung ist die Menge des Fluids, das aus der Gegendruckkammer H3 herausströmt, immer kleiner als die Menge des Fluids, das der Gegendruckkammer H3 zugeführt wird, selbst wenn das Gegendruckregelventil in dem Ventil-offen-Zustand ist. Folglich variiert der Gegendruckkammer-Innendruck P_m gemäß der Änderung des Auslasskammer-Innendrucks P_d, selbst wenn das gegen Druckregelventil 50 in dem Ventil-offen-Zustand ist, und der Gegendruckkammer-Innendruck P_m steigt gemäß dem Anstieg des Auslasskammer-Innendrucks P_d während Hochlastbedingungen.
Genauer gesagt erfüllen G_in und G_out die folgenden relationalen Ausdrücke (1) bis (3). $G_{in} > G_{out}$
$G_{in} = A_{in} \times {2 \times (P_{d} - P_{m}) \times ρ d}^{1 / 2}$
$G_{out} = A_{out} \times {2 \times (P_{m} - P_{s}) \times ρ m}^{1 / 2}$
wobei pd für eine Dichte des Fluids steht, das durch den ersten Drosselabschnitt T1 strömt, und pm für eine Dichte des Fluids steht, das durch den zweiten Drosselabschnitt T2 strömt.
Zusätzlich kann pm durch den folgenden Näherungsausdruck (4) ausgedrückt werden. $ρ m \approx ρ d \times (P_{m} / P_{d})$
Aus den obigen Ausdrücken (1) bis (4) und dem relationalen Ausdruck Pm = P_v + P_s gilt der folgende relationale Ausdruck (5). $A_{in} / A_{out} > {(P_{v} \times (P_{v} + P_{s})) / ((P_{d} - (P_{v} + P_{s})) \times P_{d})}^{1 / 2}$
Mit anderen Worten ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Ansaugkammer-Innendruck P_s auf einen festgelegten Einstellwert fixiert, und wenn der Auslasskammer-Innendruck P_d innerhalb des Variationsbereichs variiert, sind A_in und A_out festgelegt, so dass sie das durch den relationalen Ausdruck (5) beschriebene Verhältnis innerhalb des Variationsbereichs des Auslasskammer-Innendrucks P_d erfüllen.
Gemäß dem Spiralverdichter 100 der vorliegenden Ausführungsform sind jeweils Drosselabschnitte (der erste Drosselabschnitt T1, der zweite Drosselabschnitt T2) in dem Druckzufuhrdurchgang L3 und dem Druckentlastungsdurchgang L4 vorgesehen. Zusätzlich ist die Querschnittsfläche A_out des zweiten Drosselabschnitts T2 festgelegt, größer zu sein als die Querschnittsfläche A_in des ersten Drosselabschnitts T1, und sie ist festgelegt, kleiner zu sein als die Querschnittsfläche A_v1 der ventilkörperseitigen Öffnung des Fluideinlasslochs 56. Dementsprechend kann durch den zweiten Drosselabschnitt T2 ein Ausströmen des Fluids von der Gegendruckkammer H3 gehemmt werden, selbst wenn das Fluideinlassloch 56 des Gegendruckregelventils in dem Ventil-Öffnung-Zustand ist. Das heißt, ein Ausströmen des Fluids durch den zweiten Drosselabschnitt T2 ist gehemmt, selbst wenn das Gegendruckregelventil 50 offen ist, sodass der Betrag des Absinkens des Gegendruckkammer-Innendrucks P_m auf einen kleinen Betrag beschränkt werden kann, und folglich kann der Gegendruckkammer-Innendruck P_m stabilisiert werden.
Auf diese Weise kann der der Spiralverdichter 100 geschaffen werden, der in der Lage ist, das Abfallen des Gegendruckkammer-Innendrucks P_m, welches mit dem Ventilöffnungsvorgang des Gegendruckregelventils 50 verknüpft ist, zu hemmen.
Zusätzlich ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Querschnittsfläche A_out des zweiten Drosselabschnitts T2 so festgelegt, die Strömungsrate G_out des Fluids, welches durch den zweiten Drosselabschnitt T2 strömt, kleiner ist als eine Strömungsrate G_in des Fluids, das durch den ersten Drosselabschnitt T1 strömt. Durch Festlegen der Querschnittsfläche A_out des zweiten Drosselabschnitts T2 in der oben beschriebenen Weise kann der Gegendruckkammer-Innendruck P_m gemäß einem Anstieg des Auslasskammer-Innendrucks P_d in Hochlastzuständen erhöht werden, selbst wenn das Gegendruckregelventil 50 in dem Ventil-Öffnung-Zustand ist. Entsprechend kann beispielsweise der geringe Gegendruck unterbunden oder beseitigt werden, selbst wenn der Gegendruckkammer-Innendruck P_d innerhalb des Variationsbereichs (Arbeitsbereichs) variiert, um hoch zu werden und in einem Hochlastzustand zu sein.
Zusätzlich sind bei der vorliegenden Ausführungsform A_out und A_out so festgelegt, dass sie das durch den Ausdruck (5) ausgedrückte Verhältnis innerhalb des Variationsbereichs des Auslasskammer-Innendrucks P_d erfüllen. Auf diese Weise kann der Gegendruckkammer-Innendruck P_d während Hochlastzuständen zuverlässig erhöht werden, indem einfach im Voraus das Verhältnis zwischen A_out und A_out festgelegt ist.
Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Ventil-Öffnung-Einstelldruck P_c (= P_s + P_v) des Gegendruckregelventils 50 im Voraus auf einen geeigneten Wert zwischen dem unteren Grenzwert des Auslasskammer-Innendrucks P_d innerhalb des Variationsbereichs des Auslasskammer-Innendrucks P_d (z. B. bei 5 MPa) und dem Einstellwert des Ansaugkammer-Innendrucks P_s (z. B. bei 3,5 MPa) festgelegt. Durch Festlegen des Ventil-Öffnung-Einstelldruck P_c in der oben beschriebenen Weise erlauben die Öffnungs- und Schließvorgänge des Gegendruckregelventils 50 den Gegendruckkammer-Innendruck P_m während Niedriglastzuständen zu regeln, sodass er einen im Wesentlichen konstanten Druck kleiner als der Druck in den Hochlastzuständen hat. Folglich kann der übermäßige Gegendruck, der während Niedriglastzuständen auftreten kann, unterbunden oder beseitigt werden.
Mit anderen Worten kann die vorliegende Ausführungsform sowohl übermäßigen Gegendruck während Niedriglastzuständen und geringen Gegendruck während Hochlastzuständen beseitigen. Folglich ist der Spiralverdichter 100 in der Lage, ausreichende Verdichtungsvorgänge durchzuführen, ohne die mechanische Effizienz oder die Volumeneffizienz in dem Variationsbereich des Ansaugkammer-Innendrucks P_d (das heißt, der Arbeitsbereich des Verdichters) zu opfern.
Zusätzlich ist bei der vorliegenden Ausführungsform der zweite Drosselabschnitt T2 integral mit dem Ventilsitzabschnitt 52b in dem Bereich des Endes der Gegendruckkammer-Seite des Fluideinlasslochs 56 ausgebildet. Mit dieser Anordnung kann der zweite Drosselabschnitt T2 einfach in dem Bereich der Nachlaufseite des Druckentlastungsdurchgangs L4 ausgebildet werden. Darüber hinaus ist, falls ein sphärischer Ventilkörper 53 eingesetzt wird, ein Durchmesser des Ventilkörpers 53 so festgelegt, dass der Ventilkörper 53 in Kontakt mit der Kante der ventilkörperseitigen Öffnung des Fluideinlasslochs 56 gebracht ist, welches zu öffnen und zu verschließen ist. Entsprechend muss auch der Durchmesser des Ventilkörpers 53 klein sein, wenn der innere Durchmesser der ventilkörperseitigen Öffnung des Fluideinlasslochs 56 klein ist. In dieser Beziehung kann als der Ventilkörper 53 ein Ventilkörper eingesetzt werden, der einen allgemeinen Durchmesser aufweist, weil die ventilkörperseitige Öffnung des Fluideinlasslochs 56 in der vorliegenden Ausführungsform größer ist als der zweite Drosselabschnitt T2. Der zweite Drosselabschnitt T2 muss nicht integral mit dem Ventilsitzabschnitt 52b ausgebildet sein.
Zusätzlich umfasst die vorliegende Ausführungsform den Fluideinführdurchgang L1, der zwischen der Ansaugkammer H1 und dem Raum H4 nahe des äußeren Umfangs der Spiraleinheit 1 eine Verbindung herstellt, und der Druckentlastungsdurchgang L4 stellt eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer H3 und dem Fluideinführdurchgang L1 her. Mit dieser Anordnung kann das in die Gegendruckkammer H3 geströmte Schmieröl durch die Strömung des Fluideinführdurchgangs L1 mitgetragen werden, so dass es zu der Spiraleinheit 1 zurückgebracht wird und folglich können die Schmierfähigkeit und die Luftdichtigkeit der Gleitstelle der Spiraleinheit 1 erhöht werden.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und verschiedene Modifikationen und Abänderungen können basierend auf der technischen Idee der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine beispielhafte Anordnung der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform beschränkt, in welcher der Ventil-Öffnungs-Einstelldruck P_c auf einen Wert zwischen dem unteren Grenzwert des Auslasskammer-Innendrucks P_d und des Einstellwert's des Ansaugkammer-Innendrucks P_s festgelegt ist, um den übermäßigen Gegendruck während niedrigen Lastzuständen zu beseitigen. Beispielsweise kann in einer alternativen Anordnung der Ventil-Öffnungs-Einstelldruck P_c auf einen relativ hohen Wert eingestellt sein, um zuverlässig einen Mangel des Gegendrucks während Hochlastzuständen zu verhindern, wenn die Erhöhung der Volumeneffizienz des Spiralverdichters 100 priorisiert ist und eine Reduzierung der mechanischen Effizienz des Spiralverdichters erlaubt ist. In dieser alternativen Anordnung kann die Abriebfestigkeit der Spiraleinheit 1 verstärkt werden, beispielsweise durch die Auswahl des Materials des Kontaktbereichs der feststehenden Spirale 2 und der orbitierenden Spirale 3.
Zusätzlich verbindet in der vorliegenden Ausführungsform der Druckentlastungsdurchgangs L4 zwischen der Gegendruckkammer H3 und dem Fluideinführdurchgang L1. Mit anderen Worten wird der Fluideinführdurchgang L1 als der Bereich der Ansaugkammer-Seite der Spiraleinheit 1 eingesetzt. Allerdings ist der Anschlussort des Druckentlastungsdurchgangs L4 nicht darauf beschränkt. Obgleich nicht in den Zeichnungen dargestellt, kann beispielsweise die Ansaugkammer H1 selbst als der Bereich der Ansaugkammer-Seite der Spiraleinheit 1 genutzt werden. In dieser alternativen Anordnung verbindet der Druckentlastungsdurchgang L4 zwischen der Gegendruckkammer H3 und der Ansaugkammer H1.
Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Kältemittel nicht auf ein CO₂-Kältemittel beschränkt, und jedes geeignete Kältemittel kann angewandt werden.
Zusätzlich ist bei der vorliegenden Ausführungsform der oben beschriebene Spiralverdichter 100 nicht auf einen sogenannten Verdichter mit integriertem Inverter beschränkt, sondern er kann auch ein von dem Inverter 40 separater Verdichter sein.
Bezugszeichenliste

1: Spiraleinheit
2: feststehende Spirale
3: orbitierende Spirale
50: Gegendruckregelventil
55: Fluidauslassloch
56: Fluideinlassloch
52b: Ventilsitzabschnitt
53: Ventilkörper
100: Spiralverdichter
H1: Ansaugkammer
H2: Auslasskammer
H3: Gegendruckkammer
H4: Raum
L1: Fluideinführdurchgang
L3: Druckzufuhrdurchgang
L4: Druckentlastungsdurchgang
T1: erster Drosselabschnitt
T2: zweiter Drosselabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013148043 A [0004]

Claims

Spiralverdichter, umfassend: eine Spiraleinheit, die eine feststehende Spirale und eine orbitierende Spirale aufweist und ein durch eine Ansaugkammer geströmtes Fluid verdichtet und das verdichtete Fluid über eine Auslasskammer ausstößt; eine Gegendruckkammer, die ausgebildet ist, so dass sie einer Rückseitenfläche der orbitierenden Spirale zugewandt ist und über einen Druckzufuhrdurchgang in Verbindung mit der Auslasskammer steht; und ein Gegendruckregelventil vom Differenzdruck-Funktionstyp, das in einem Druckentlastungsdurchgang angeordnet ist, welcher eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer und einem Bereich der Ansaugkammer-Seite der Spiraleinheit herstellt und einen Druck in der Gegendruckkammer regelt, wobei der Spiralverdichter ferner aufweist: einen ersten Drosselabschnitt, der in dem Druckzufuhrdurchgang ausgebildet ist; und einen zweiten Drosselabschnitt, der in dem Druckentlastungsdurchgang ausgebildet ist, wobei das Gegendruckregelventil in einem Bereich näher an der Seite der Ansaugkammer als der zweite Drosselabschnitt an dem Druckentlastungsdurchgang angeordnet ist und einen Ventilkörper, einen Ventilsitzabschnitt, mit dem der Ventilkörper in Kontakt tritt und von dem er sich separiert, und ein Fluideinlassloch, das in dem Ventilsitzabschnitt ausgebildet ist und durch den Ventilkörper geöffnet und geschlossen wird, umfasst, wobei der Ventilkörper in eine Ventil-offen-Richtung bewegt wird, wenn ein Differenzdruck zwischen einem Gegendruckkammer-Innendruck und einem Ansaugkammer-Innendruck einen festgelegten Differenzdruck übersteigt, und der Ventilkörper in eine Ventil-geschlossen-Richtung bewegt wird, wenn der Differenzdruck gleich oder kleiner als der festgelegte Differenzdruck ist, und wobei der zweite Drosselabschnitt eine Querschnittsfläche hat, die größer als eine Querschnittsfläche des ersten Drosselabschnitts und kleiner als eine Querschnittsfläche einer ventilkörperseitigen Öffnung des Fluideinlasslochs ist.
Spiralverdichter nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Drosselabschnitts so festgelegt ist, dass, wenn ein Auslasskammer-Innendruck innerhalb eines festgelegten Variationsbereichs variiert, innerhalb des Variationsbereichs eine Strömungsrate eines Fluids, welches durch den zweiten Drosselabschnitt strömt, kleiner wird als eine Strömungsrate eines Fluids, welches durch den ersten Drosselabschnitt strömt.
Spiralverdichter nach Anspruch 2, wobei A_in eine Querschnittsfläche des ersten Drosselabschnitts ist, A_out eine Querschnittsfläche des zweiten Drosselabschnitts ist, P_s der Ansaugkammer-Innendruck ist, P_v der festgelegte Differenzdruck ist und P_d ein Auslasskammer-Innendruck ist, wobei, wenn P_s auf einen festgelegten Einstellwert fixiert ist und P_d innerhalb des Variationsbereichs variiert, A_out und A_out festgelegt sind, so dass sie ein durch den folgenden Ausdruck ausgedrücktes Verhältnis erfüllen: $A_{in} / A_{out} > {(P_{v} \times (P_{v} + P_{s})) / ((P_{d} - (P_{v} + P_{s})) \times P_{d})}^{1 / 2}$
Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei ein Ventil-Öffnungs-Einstelldruck im Voraus durch Addition des Werts P_s zu P_v festgelegt ist auf einen Wert zwischen einem unteren Grenzwert von P_d und dem Einstellwert von P_s innerhalb des Variationsbereichs.
Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Drosselabschnitt integral mit dem Ventilsitzabschnitt in einem Bereich eines Endes der Gegendruckkammer-Seite des Fluideinlasslochs ausgebildet ist.
Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend einen Fluideinführdurchgang, der zwischen der Ansaugkammer und einem Raum nahe eines äußeren Umfangs der Spiraleinheit eine Verbindung herstellt, wobei der Druckentlastungsdurchgang zwischen der Gegendruckkammer und dem Fluideinführdurchgang eine Verbindung herstellt.
Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Druckentlastungsdurchgang eine Verbindung zwischen der Gegendruckkammer und der Ansaugkammer herstellt.
Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Fluid ein Kohlenstoffdioxid-Kältemittel ist.