DE112021007778T5

DE112021007778T5 - Spiral-Kompressor

Info

Publication number: DE112021007778T5
Application number: DE112021007778.3T
Authority: DE
Inventors: Kengo Komori; Takuya HOTEHAMA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2024-03-28
Also published as: JPWO2022259358A1; JP7399355B2; US20240263632A1; WO2022259358A1

Abstract

Ein Spiralkompressor weist einen Kompressionsmechanismus mit einer Kompressionskammer auf. Die Kompressionskammer wird durch eine Kombination aus einer feststehenden Spirale und einer kreisenden Spirale gebildet und ist so konfiguriert, dass sie Arbeitsgas komprimiert. Die feststehende Spirale beinhaltet eine Hauptöffnung und eine Vielzahl von Unteröffnungen. Die Hauptöffnung ist eine Öffnung, durch die das in der Kompressionskammer komprimierte Arbeitsgas abgeleitet werden soll. Die Unteröffnungen sind Öffnungen, durch die das in der Kompressionskammer überkomprimierte Arbeitsgas abgeleitet werden soll. Der Spiralkompressor hat eine Rotationswelle und einer Schalldämpfkammer. Die Rotationswelle treibt den Kompressionsmechanismus an. Die Schalldämpfkammer ist in Bezug auf den Arbeitsgasstrom stromabwärts der Hauptöffnung angeordnet. Die Schalldämpfkammer beinhaltet ein Entladungsloch, einen Expansionsbereich und eine Vielzahl von Kammer-Unteröffnungen. Das Entladungsloch ist eine Öffnung, durch die das Arbeitsgas aus der Schalldämpfkammer abgeführt werden soll. Der Expansionsbereich befindet sich stromaufwärts des Entladungslochs. Der Expansionsbereich ist eine Aussparung, die einen Raum definiert, der mit der Hauptöffnung in Verbindung steht. Die Kammer-Unteröffnungen stehen jeweils mit der entsprechenden Unteröffnung in Verbindung. Der Expansionsbereich ist zwischen zwei der Kammer-Unteröffnungen angeordnet. In axialer Richtung der Rotationswelle gesehen, ist der Expansionsbereich größer als die Hauptöffnung und hat eine abgeflachte Form.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spiralkompressor. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen Spiralkompressor mit einer Schalldämpfkammer.
STAND DER TECHNIK
Spiralkompressoren beinhaltenen einen Kompressionsmechanismus mit einer Kompressionskammer, die durch eine Kombination aus einer feststehenden Spirale und einer kreisenden Spirale gebildet wird. In der Kompressionskammer wird das Kältemittel verdichtet. Kältemittelpulsationen können auftreten, wenn das komprimierte Kältemittel aus der Kompressionskammer nach außen abgegeben wird. Solche Kältemittelpulsationen können Strömungsgeräusche verursachen. Aus dem Stand der Technik ist ein Kompressor bekannt, der Mittel zur Unterdrückung von Strömungsgeräuschen aufweist.
Ein im Patentdokument 1 beschriebener Kompressor beinhaltet einen Auslassraum zur Aufnahme von Kältemittel, das aus einer Kompressionskammer austritt. Der Auslassraum beinhaltet zwei Räume und einen Verbindungsraum, der die beiden Räume miteinander verbindet. Der Auslassraum dient somit als Schalldämpfungsraum zur effektiven Geräuschreduzierung.
Zitatenliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2018-053746
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn der Raum zur Aufnahme des aus der Kompressionskammer austretenden Kältemittels einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, bildet sich innerhalb eines den Raum begrenzenden Expansionsbereichs ein kreisförmiges Schallfeld aus, so dass eine akustische Resonanzmode bei einer bestimmten Frequenz auftritt. Dies führt zu einer verminderten schalldämpfenden Wirkung der Schalldämpfkammer einschließlich des Expansionsbereichs und folglich zu erhöhtem Geräusch. Im Falle eines kreisförmigen Schallfeldes hat eine akustische Resonanzmode jeweils einen Anti-Knoten und einen Knoten in Umfangsrichtung und in radialer Richtung.
Im Patentdokument 1 hat jeder Raum, der den Entladungsraum definiert, einen kreisförmigen Querschnitt und damit eine Rotationssymmetrie um die Rotationsachse des Kompressionsmechanismus. Nach Patentdokument 1 hat jeder Raum eine Rotationssymmetrie wie oben beschrieben. Folglich tritt beim Auftreten einer akustischen Resonanzmode mit einer Antinode und einem Knoten in radialer Richtung eine akustische Resonanzmode mit der gleichen Schalldruckverteilung auf, deren Antinode und Knoten- und Antinodeorte eine 90° -Phasenverschiebung gegenüber der oben genannten akustischen Resonanzmode aufweisen, und zwar bei einer Frequenz, die sehr nahe an der Frequenz liegt, bei der die oben genannte akustische Resonanzmode auftritt. Infolgedessen treten gemäß Patentdokument 1 die folgenden akustischen Resonanzmoden bei Frequenzen auf, die sehr nahe beieinander liegen: eine akustische Resonanzmode mit einer Schalldruckverteilung, deren Antinode an der Stelle einer Hauptöffnung positioniert ist, die ein Entladungsloch für Kältemittel ist, das in der feststehenden Spirale vorgesehen ist; und eine akustische Resonanzmode mit einem Knoten, der an der Stelle der Hauptöffnung positioniert ist. Dies führt zu einer verminderten schalldämpfenden Wirkung des Schalldämpfungsraums und folglich zum Unvermögen, das aus Kältemittelpulsationen resultierende Geräusch zu reduzieren.
In einem Spiralkompressor kann das Arbeitsgas innerhalb der Kompressionskammer überkomprimiert werden. Die daraus resultierende übermäßige Kompressionsbelastung der Kompressorlager kann zu einer Fehlfunktion des Spiralkompressors führen. Um dies zu verhindern, enthält die feststehende Spirale des Spiralkompressors neben einer Hauptöffnung eine Unteröffnung, durch die das in der Kompressionskammer überkomprimierte Arbeitsgas abgeleitet werden soll. Bei einem solchen Spiralkompressor mit mehreren Öffnungen, der eine Hauptöffnung und eine Unteröffnung aufweist, besteht die Notwendigkeit, das durch Kältemittelpulsationen verursachte Geräusch zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des oben genannten Problems gemacht. Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Spiralkompressor mit mehreren Öffnungen bereitzustellen, der eine Verringerung des Geräusches aufgrund von Kältemittelpulsationen ermöglicht.
Problemlösung
Ein Spiralkompressor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Kompressionsmechanismus mit einer Kompressionskammer. Die Kompressionskammer wird durch eine Kombination aus einer feststehenden Spirale und einer kreisenden Spirale gebildet und ist zum Verdichten von Arbeitsgas ausgebildet. Die feststehende Spirale beinhaltet eine Hauptöffnung und eine Vielzahl von Unteröffnungen. Die Hauptöffnung ist eine Öffnung, durch die das in der Kompressionskammer komprimierte Arbeitsgas abgeleitet werden soll. Die Unteröffnungen sind Öffnungen, durch die das in der Kompressionskammer überkomprimierte Arbeitsgas abgeleitet werden soll. Der Spiralkompressor hat eine Rotationswelle und eine Schalldämpfkammer. Die Rotationswelle treibt den Kompressionsmechanismus an. Die Schalldämpfkammer ist in Bezug auf den Arbeitsgasstrom stromabwärts der Hauptöffnung angeordnet. Die Schalldämpfkammer hat ein Entladungsloch, einen Expansionsbereich und eine Vielzahl von Kammer-Unteröffnungen. Das Entladungsloch ist eine Öffnung, durch die das Arbeitsgas aus der Schalldämpfkammer abgeführt werden soll. Der Expansionsbereich befindet sich stromaufwärts des Entladungslochs. Der Expansionsbereich ist eine Aussparung, die einen Raum definiert, der mit der Hauptöffnung in Verbindung steht. Die Kammer-Unteröffnungen stehen jeweils mit der entsprechenden Unteröffnung in Verbindung. Der Expansionsbereich ist zwischen zwei der Kammer-Unteröffnungen angeordnet. In axialer Richtung der Rotationswelle gesehen, ist der Expansionsbereich größer als die Hauptöffnung und hat eine abgeflachte Form.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Expansionsbereich der Schalldämpfkammer in axialer Richtung gesehen eine abgeflachte Form auf. Das durch den Expansionsbereich gebildete Schallfeld weist somit eine Rotationsasymmetrie auf, die eine Frequenztrennung zwischen akustischen Resonanzmoden mit gleicher Schalldruckverteilung gewährleistet, deren Antinoden- und Knotenpunkte um 90° gegeneinander phasenverschoben sind. Dies trägt dazu bei, dass ein Antinode einer akustischen Resonanzmode nicht im Entladungsloch der Schalldämpfkammer im Spiralkompressor positioniert ist und somit die Geräusche, die durch Kältemittelpulsationen entstehen, reduziert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Spiralkompressors gemäß der Ausführungsform 1;
2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Bereichs, der einem Kompressionsmechanismus des Spiralkompressors gemäß Ausführungsform 1 entspricht;
3 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von einer feststehenden Spirale aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 1;
4 ist eine Querschnittsdarstellung zur Erläuterung der Form eines Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer nach Ausführungsform 1;
5 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 1;
6 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale aus gesehen, einer Schalldämpfkammer mit einem Expansionsbereich gemäß Vergleichsbeispiel;
7 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse der Schalldämpfkammer gemäß Vergleichsbeispiel;
8 ist ein Diagramm, das die Charakteristik der akustischen Analyseergebnisse im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 1 und im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Vergleichsbeispiel darstellt, wobei das Ausmaß der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz veranschaulicht wird;
9 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Vergleichsbeispiel;
10 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß dem Vergleichsbeispiel;
11 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 1;
12 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 1;
13 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 1;
14 ist ein Diagramm, das sich auf die Positionierung des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 1 bezieht und veranschaulicht, wie sich die Querschnittsfläche des Expansionsbereichs ändert, wenn ein Winkel θ in Schritten von 5° innerhalb eines Bereichs von 0° bis 180° geändert wird;
15 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2;
16 ist eine Illustration zur Erläuterung, wie die Form eines Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2 definiert ist;
17 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse, das einen Ausschnitt aus dem Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
18 ist ein Diagramm, das die Charakteristik der Ergebnisse der akustischen Analyse des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2 darstellt und den Grad der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz veranschaulicht;
19 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2;
20 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2;
21 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2;
22 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 2;
23 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 3;
24 ist eine Illustration zur Erläuterung, wie die Form eines Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer nach Ausführungsform 3 definiert ist;
25 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse, das eine Extraktion des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 3 ist;
26 ist ein Diagramm, das die Charakteristiken der Ergebnisse der akustischen Analyse des Expansionsbereichs 61 der Schalldämpfkammer 60 gemäß Ausführungsform 3 darstellt und das Ausmaß der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz veranschaulicht;
27 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 3;
28 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 3;
29 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 3;
30 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 4;
31 ist eine Illustration zur Erläuterung, wie die Form eines Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer nach Ausführungsform 4 definiert ist;
32 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse, das eine Extraktion des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 4 ist;
33 ist ein Diagramm, das die Charakteristik der Ergebnisse der akustischen Analyse für den Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 4 veranschaulicht und das Ausmaß der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz zeigt;
34 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 4;
35 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 4;
36 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß Ausführungsform 4, und
37 zeigt konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer nach Ausführungsform 4.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
[Aufbau nach Ausführungsform 1]
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Spiralkompressors 100 gemäß Ausführungsform 1. 2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Bereichs, der einem Kompressionsmechanismus 12 des Spiralkompressors 100 gemäß Ausführungsform 1 entspricht. Gemäß den 1 und 2 saugt der Spiralkompressor 100 Kältemittel, das in einem Kältekreislaufsystem zirkuliert, durch ein Ansaugrohr 2 an und komprimiert das Kältemittel im Kompressionsmechanismus 12 in einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand, bevor er das resultierende Kältemittel durch ein Entladungsrohr 3 ausstößt. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Spiralkompressor 100 eine Hülle 1, ein Elektromotor-Element 6, den Kompressionsmechanismus 12 und eine Rotationswelle 13.
Die Hülle 1 definiert den Umriss des Spiralkompressors 100. Die Hülle 1 hat eine zylindrische Form. Die Hülle 1 beinhaltet eine untere Hülle 1a, eine mittlere Hülle 1b und eine obere Hülle 1c. Die untere Hülle 1a befindet sich an der Unterseite der Hülle 1. Die mittlere Hülle 1b ist mit der unteren Hülle 1a verschweißt und hat eine zylindrische Form. Die obere Hülle 1c schließt die Öffnung an der Oberseite der mittleren Hülle 1b ab. Das Ansaugrohr 2 ist an einem Seitenbereich der mittleren Hülle 1b angeordnet. Durch das Ansaugrohr 2 kann das Arbeitsgas in die Hülle 1 gesaugt werden. Das Entladungsrohr 3 ist an einem oberen Bereich der oberen Hülle 1c angeordnet. Durch das Entladungsrohr 3 kann das Arbeitsgas nach außen aus der Hülle 1 abgeleitet werden.
Das Elektromotor-Element 6 beinhaltet einen Stator 4 und einen Rotor 5. Der Stator 4 ist mit der Hülle 1 durch Schrumpfen oder andere Methoden verbunden. Der Rotor 5 ist durch Schrumpfen oder auf andere Weise an der Rotationswelle 13 befestigt. Wenn der Stator 4 mit Strom versorgt wird, dreht sich der Rotor 5 als Reaktion auf ein Drehmoment, das von einem im Stator 4 erzeugten rotierenden Magnetfeld ausgeübt wird. Die Drehung des Rotors 5 bewirkt den Antrieb der Rotationswelle 13. Die resultierende Antriebskraft wird auf eine später beschriebene kreisende Spirale 10 übertragen. Die kreisende Spirale 10 führt eine kreisförmige Bewegung aus, während ihre Drehung durch einen Oldham-Mechanismus (nicht dargestellt) verhindert oder reduziert wird.
An der Rotationswelle 13 ist ein Auswuchtgewicht 30 angebracht. Das Auswuchtgewicht 30 befindet sich zwischen einem später beschriebenen Rahmen 8 und dem Rotor 5. Das Auswuchtgewicht 30 dient dazu, die Unwucht auszugleichen, die durch die kreisende Bewegung der kreisenden Spirale 10 entsteht.
Der Rahmen 8 ist oberhalb des Elektromotor-Elements 6 im Inneren der Hülle 1 angeordnet. Der Rahmen 8 ist an der Hülle 1 befestigt. Der Rahmen 8 trägt eine feststehende Spirale 7 und die kreisende Spirale 10. Der Rahmen 8 enthält eine Ansaugöffnung 11. Durch die Ansaugöffnung 11 strömt das Arbeitsgas in eine später beschriebene Kompressionskammer 9.
Der Kompressionsmechanismus 12 ist innerhalb der Hülle 1 angeordnet, um das durch die Ansaugöffnung 11 in den Kompressionsmechanismus 12 strömende Arbeitsgas zu verdichten, wenn das Elektromotor-Element 6 angetrieben wird. Der Kompressionsmechanismus 12 ist in dem Raum innerhalb des Rahmens 8 untergebracht. Der Kompressionsmechanismus 12 beinhaltet die feststehende Spirale 7, und die kreisende Spirale 10. Der Kompressionsmechanismus 12 beinhaltet die Kompressionskammer 9, die gebildet wird, wenn die feststehende Spirale 7 und die kreisende Spirale 10 in axialer Richtung der Rotationswelle 13 (im Folgenden einfach „axiale Richtung“) miteinander kombiniert werden. Im Kompressionsmechanismus 12 bewegt sich die Kompressionskammer 9 bei der Drehung der Rotationswelle 13 mit abnehmendem Volumen von einem radial äußeren Bereich zu einem radial inneren Bereich. Das Arbeitsgas in der Kompressionskammer 9 wird dadurch komprimiert.
Die feststehende Spirale 7 ist an der Innenseite der Hülle 1 befestigt. Die feststehende Spirale 7 ist über dem Rahmen 8 angeordnet. Die feststehende Spirale 7 beinhaltet eine Hauptöffnung 19 und Nebenöffnungen 20. Die Hauptöffnung 19 ist eine Öffnung, durch die das in der Kompressionskammer 9 verdichtete Arbeitsgas abgeleitet werden soll. Die Unteröffnungen 20 sind Öffnungen, durch die das in der Kompressionskammer 9 überkomprimierte Arbeitsgas abgeleitet wird. Die Hauptöffnung 19 und die Bereichöffnungen 20 erstrecken sich jeweils durch die feststehende Spirale 7 in axialer Richtung. Eine einzige Hauptöffnung 19 ist in einem zentralen Abschnitt der feststehenden Spirale 7 vorgesehen, und eine Vielzahl von Unteröffnungen 20 ist an radial äußeren Stellen relativ zur Hauptöffnung 19 vorgesehen.
Eine Schalldämpfkammer 15 ist an der feststehenden Spirale 7 an einer Stelle stromabwärts der Hauptöffnung 19 angeordnet. Die Schalldämpfkammer 15 ist an einer der kreisenden Spirale 10 gegenüberliegenden Stirnseite der feststehenden Spirale 7 angeordnet. Die Schalldämpfkammer 15 ist so angeordnet, dass die Geräusche, die durch das aus der Hauptöffnung 19 ausblasende Arbeitsgas verursacht werden, reduziert werden, während das Arbeitsgas mit dem Inneren der Schalldämpfkammer 15 in Verbindung steht. Ein Schalldämpfer 14 ist an einer der feststehenden Spirale 7 gegenüberliegenden Stirnseite der Schalldämpfkammer 15 angeordnet, so dass der Schalldämpfer 14 ein Entladungsloch 16 und eine Kammer-Unteröffnung 18, die später beschrieben werden, der Schalldämpfkammer 15 abdeckt. Der Schalldämpfer 14 ist so vorgesehen, dass das Geräusch, das durch das Ausblasen des Arbeitsgases aus dem Entladungsloch 16 der Schalldämpfkammer 15 entsteht, reduziert wird, bevor das Arbeitsgas aus einem im Schalldämpfer 14 vorgesehenen Auslassloch 23 ausgeblasen wird.
Die Schalldämpfkammer 15 ist ein plattenförmiges Bauteil. Die Schalldämpfkammer 15 beinhaltet das Entladungsloch 16 und einen Expansionsbereich 17. Das Entladungsloch 16 ist eine Öffnung, durch die das Arbeitsgas nach außen aus der Schalldämpfkammer 15 abgeleitet werden soll. Der Expansionsbereich 17 ist stromaufwärts vom Entladungsloch 16 angeordnet und steht mit dem Entladungsloch 16 in Verbindung. Der Expansionsbereich 17 ist an einer Stirnseite der Schalldämpfkammer 15 nahe der feststehenden Spirale 7 vorgesehen. Der Expansionsbereich 17 hat die Form einer Aussparung, die einen Raum definiert, der mit der Hauptöffnung 19 in Verbindung steht. Der Expansionsbereich 17 ermöglicht die Durchführung der Schalldämpfung, indem eine Schallwelle innerhalb des Expansionsbereichs 17 reflektiert wird und die reflektierte Schallwelle und eine neu eintreffende Schallwelle miteinander interferieren. Aus der Hauptöffnung 19 strömt unter hohem Druck stehendes Arbeitsgas in den Expansionsbereich 17 der Schalldämpfkammer 15. Nach dem Durchgang durch den Expansionsbereich 17 wird das Arbeitsgas durch das Entladungsloch 16 in den Innenraum des Schalldämpfers 14 abgeleitet.
Die Schalldämpfkammer 15 beinhaltet die Kammer-Unteröffnungen 18, die mit den entsprechenden Unteröffnungen 20 der feststehenden Spirale 7 in Verbindung stehen. Die Anzahl der Kammer-Unteröffnungen 18 entspricht der Anzahl der Unteröffnungen 20. Das Arbeitsgas wird in einem Betriebszustand, in dem das Verdichtungsverhältnis unterhalb eines optimalen Verdichtungsverhältnisses liegt, überverdichtet. Dieses überkomprimierte Arbeitsgas strömt von der Kompressionskammer 9 über die entsprechenden Unteröffnungen 20 in die Kammer-Unteröffnungen 18, bevor es das Zentrum der Spirale erreicht. Nach dem Eintritt in die Kammer-Unteröffnungen 18 wird das Arbeitsgas in den Innenraum des Schalldämpfers 14 abgeleitet.
Ein Entladungsventil 21 zum Öffnen und Schließen des Entladungslochs 16 und ein Ventilschutz 22 sind an einem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Entladungslochs 16 der Schalldämpfkammer 15 in Bezug auf den Kältemittelstrom angeordnet. Ebenso sind ein Entladungsventil 21 zum Öffnen und Schließen der Kammer-Unteröffnung 18 und ein Ventilschutz 22 an einem stromabwärts gelegenen Endabschnitt jeder Kammer-Unteröffnung 18 der Schalldämpfkammer 15 in Bezug auf den Kältemittelstrom angeordnet. Das Arbeitsgas, das in der Kompressionskammer 9 komprimiert wurde, drückt das Entladungsventil 21 nach oben, wodurch das Arbeitsgas in den Innenraum des Schalldämpfers 14 ausgestoßen wird. Nach dem Austritt in den Innenraum des Schalldämpfers 14 wird das Arbeitsgas in den Raum zwischen der oberen Hülle 1c und dem Schalldämpfer 14 eingeleitet, indem es durch das im Schalldämpfer 14 vorgesehene Auslassloch 23 geleitet wird. Das Arbeitsgas wird dann aus dem Entladungsrohr 3 an die Außenseite des Spiralkompressors 100 abgeleitet.
Wie oben beschrieben, verwendet der Spiralkompressor 100 eine Kombination aus der Schalldämpfkammer 15 und dem Schalldämpfer 14, um eine Geräuschreduzierung zu erreichen.
Gemäß der Ausführungsform 1 kann das aus Druckpulsationen resultierende Strömungsgeräusch durch geeignete Positionierung und Formgebung des Expansionsbereichs 17 der Schalldämpfkammer 15 reduziert werden. Dies wird nun im Folgenden beschrieben.
3 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale 7 aus gesehen, auf die Schalldämpfkammer 15 gemäß Ausführungsform 1. In 3 stellt die gestrichelte Linie die Hauptöffnung 19 dar. 4 ist eine Querschnittsdarstellung zur Erläuterung der Form des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer 15 gemäß Ausführungsform 1.
Wie in 3 und 4 dargestellt, ist der Expansionsbereich 17 in axialer Richtung der Rotationswelle 13 gesehen größer als die Hauptöffnung 19 und kleiner als der äußere Umfangsbereich der Schalldämpfkammer 15. In axialer Richtung gesehen ist der Expansionsbereich 17 zwischen zwei beliebigen Kammer-Unteröffnungen 18 angeordnet. Der Expansionsbereich 17 hat, in axialer Richtung gesehen, eine abgeflachte Form 101. Das heißt, die Querschnittsform des Expansionsbereichs 17 entlang einer Ebene orthogonal zur Rotationswelle 13 ist die abgeflachte Form 101. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Querschnittsform“ oder „Querschnittsfläche“ auf eine Querschnittsform oder eine Querschnittsfläche entlang einer Ebene orthogonal zur Rotationswelle 13. Die abgeflachte Form 101 bezieht sich auf eine allgemein flache Form mit einer Hauptachse und einer Nebenachse. Die Ausführungsform 1 bezieht sich auf ein Beispiel, in dem die abgeflachte Form 101 eine Ellipse ist.
Wie in 4 dargestellt, ist der Ausdehnungsbereich 17 so angeordnet, dass die Längsrichtung 103 eines die abgeflachte Form 101 umschreibenden Rechtecks 102 und eine gerade Linie 104, die die jeweiligen Mittelpunkte der Kammer-Unteröffnungen 18 verbindet, einen Winkel θ bilden, der die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ ≤ 135°. Das Rechteck 102 hat in der Längsrichtung eine Länge 12, die größer ist als der kürzeste Abstand zwischen zwei Kammer-Unteröffnungen 18. Die Länge 12 in der Längsrichtung des Rechtecks 102 ist größer oder gleich dem Fünffachen der Länge 11 in der Querrichtung des Rechtecks 102 und kleiner als der Durchmesser der Schalldämpfkammer 15. Die Länge 11 in der Querrichtung des Rechtecks 102 ist kleiner als der kürzeste Abstand zwischen zwei Kammer-Unteröffnungen 18. Der kürzeste Abstand zwischen zwei Kammer-Unteröffnungen 18 entspricht der „Länge der geraden Linie 104“ minus dem doppelten „Radius jeder Kammer-Unteröffnung“. Beispiele für die abgeflachte Form 101 beinhaltenen ein Rechteck. Das heißt, Beispiele für den Ausdehnungsbereich 17 beinhaltenen einen Ausdehnungsbereich, der in axialer Richtung gesehen eine rechteckige Form hat.
Die Hauptöffnung 19 und das Entladungsloch 16 liegen auf einer Mittelachse 105, die das Rechteck 102 in Querrichtung in zwei Bereiche teilt.
[Funktionsweise und Auswirkungen gemäß Ausführungsform 1]
Die Schalldämpfkammer 15 dient als Schalldämpfer zur Unterdrückung von Geräusch. Schalldämpfer lassen sich grob in folgende zwei Typen einteilen: absorbierende und reaktive Schalldämpfer. Absorbierende Schalldämpfer verwenden ein faseriges oder poröses schallabsorbierendes Material oder andere Materialien, um Schallenergie innerhalb einer Leitung zu absorbieren. Im Gegensatz dazu nutzen reaktive Schalldämpfer die Reflexion oder Interferenz von Schallwellen. Die Schalldämpfkammer 15 entspricht einem reaktiven Schalldämpfer.
Es gibt mehrere Methoden zur Bewertung der schalldämpfenden Wirkung von Schalldämpfern. In der folgenden Beschreibung wird die schalldämpfende Wirkung anhand des Ausmaßes der Geräuschreduzierung NR bewertet. Das Ausmaß der Geräuschreduzierung NR ist definiert als die Differenz zwischen einem Schalldruckpegel L_p1 am Schalldämpfereinlass und einem Schalldruckpegel L_p2 am Schalldämpferauslass. Das Ausmaß der Geräuschreduzierung NR ist durch Gleichung (1) gegeben.

[Math. 1] $N R = L_{p 1} - L_{p 2}$
Gleichung (1) besagt, dass der Schalldruckpegel (L_p2) am Schalldämpferauslass niedriger ist als der Schalldruckpegel (L_p1) am Schalldämpfereinlass, wenn der Betrag der Geräuschreduzierung NR positiv ist, und somit der Geräusch durch den Schalldämpfer unterdrückt wurde. Das heißt, je größer die Geräuschreduzierung NR ist, desto größer ist die schalldämpfende Wirkung des Schalldämpfers.
In der folgenden Beschreibung wird die schalldämpfende Wirkung durch ein Verfahren bewertet, das die Durchführung einer Computersimulation unter Verwendung eines Modells zur akustischen Analyse des Expansionsbereichs 17 der Schalldämpfkammer 15 und die Berechnung der jeweiligen Schalldruckpegel am Einlass und am Auslass der Schalldämpfkammer 15 sowie der Schalldruckverteilungen der akustischen Resonanzmoden, die innerhalb der Schalldämpfkammer 15 auftreten, beinhaltet.
5 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse 17a der Schalldämpfkammer 15 gemäß der Ausführungsform 1. 6 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer 33 mit einem Expansionsbereich 31 gemäß Vergleichsbeispiel. Die Schalldämpfkammer 33 gemäß Vergleichsbeispiel ist eine Schalldämpfkammer mit dem Expansionsbereich 31, dessen Querschnitt eine Kreisform 32 aufweist. Das heißt, in axialer Richtung gesehen, ist die Schalldämpfkammer 33 eine Schalldämpfkammer, deren Expansionsbereich die Kreisform 32 aufweist. 7 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse 31a der Schalldämpfkammer 33 gemäß dem Vergleichsbeispiel. Der Expansionsbereich 17 gemäß Ausführungsform 1 hat eine Querschnittsfläche, die gleich der Querschnittsfläche des Expansionsbereichs 31 gemäß Vergleichsbeispiel ist. In der folgenden Beschreibung wird die schalldämpfende Wirkung der Schalldämpfkammer 15 gemäß Ausführungsform 1 mit der schalldämpfenden Wirkung der Schalldämpfkammer 33 gemäß Vergleichsbeispiel verglichen.
Das Modell zur akustischen Analyse 17a ist ein Modell, bei dem der Expansionsbereich 17 der Schalldämpfkammer 15 mit finiten Elementen gefüllt ist, und bei dem die Hauptöffnung 19 als Eingangsfläche und das Entladungsloch 16 als Ausgangsfläche dient. Das Modell zur akustischen Analyse 31a ist ein Modell, bei dem der Expansionsbereich 31 der Schalldämpfkammer 33 mit finiten Elementen gefüllt ist, und bei dem die Hauptöffnung 19 als Eintrittsfläche und das Entladungsloch 16 als Austrittsfläche dient. Eine akustische Analyse wurde mit den Modellen zur akustischen Analyse 17a und 31a durchgeführt. Die Analyse wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: für die Eintrittsfläche wurde eine Partikelgeschwindigkeit von 1 [m/s] vorgegeben; als Fluid wurde Luft verwendet: die Schallgeschwindigkeit c betrug 340 [m/s] und die Luftdichte r betrug 1,225 [kg/<m³]. Der Betrag der Geräuschreduzierung NR wurde durch Einsetzen des Schalldruckpegels L_p1 an der Eintrittsseite und des Schalldruckpegels L_p2 an der Austrittsseite in Gleichung (1) berechnet.
Die nachfolgend beschriebene 8 zeigt die Ergebnisse der Analysen, die mit dem in 5 dargestellten Modell zur akustischen Analyse 17a und dem in 6 dargestellten Modell zur akustischen Analyse 31a durchgeführt wurden.
8 ist ein Diagramm, das die Charakteristika der akustischen Analyseergebnisse im Expansionsbereich 17 der Schalldämpfkammer 15 gemäß Ausführungsform 1 und im Expansionsbereich 31 der Schalldämpfkammer 33 gemäß Vergleichsbeispiel darstellt und das Ausmaß der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz veranschaulicht. In 8 stellt die durchgezogene Linie die Merkmale gemäß Ausführungsform 1 und die gestrichelte Linie die Merkmale gemäß dem Vergleichsbeispiel dar. Wie in 8 dargestellt, ist der Betrag der Geräuschreduzierung gemäß Ausführungsform 1 innerhalb eines Frequenzbandes 41 positiv. Das heißt, dass die Ausführungsform 1 über das Frequenzband 41, das einen breiten Frequenzbereich abdeckt, eine schalldämpfende Wirkung hat. Das Vergleichsbeispiel zeigt jedoch eine Abnahme der Geräuschreduzierung aufgrund des Vorhandenseins einer Senke 42.
In den 9 und 10 ist jeweils eine akustische Resonanzmode dargestellt, deren Auftreten im Expansionsbereich 31 als Ergebnis der Simulation mit dem in 7 dargestellten Modell zur akustischen Analyse 31a bestätigt wurde.
In den 9 und 10 ist jeweils die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich 31 der Schalldämpfkammer 33 gemäß Vergleichsbeispiel konzeptionell dargestellt. Die 11, 12 und 13 zeigen konzeptionell jeweils die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich 17 der Schalldämpfkammer 15 gemäß Ausführungsform 1. In den 9 bis 13 stehen „+“ und „-“ für Gegenknoten von akustischen Resonanzmoden, und dünne Linien stellen Knoten dar.
Wie in den 9 und 10 dargestellt, wurde durch die Simulationsergebnisse bestätigt, dass in der Schalldämpfkammer 33 gemäß Vergleichsbeispiel zwei akustische Resonanzmoden mit jeweils einem Knoten in radialer Richtung bei der Frequenz der Senke 42 sehr nahe beieinander auftreten. Das heißt, in der Schalldämpfkammer 33 gemäß Vergleichsbeispiel treten akustische Resonanzmoden auf, die die gleiche Schalldruckverteilung aufweisen und deren Antinode- und Knotenpunkte um 90° zueinander phasenverschoben sind. Dies liegt daran, dass der Expansionsbereich 31 gemäß Vergleichsbeispiel eine kreisförmige Querschnittsform aufweist und somit das durch den Expansionsbereich 31 gebildete Schallfeld rotationssymmetrisch um die Rotationswelle 13 ist. Bei der in 10 dargestellten akustischen Resonanzmode ist das Entladungsloch 16 an einem Knotenpunkt angeordnet. Dies führt zu einer stärkeren Geräuschreduzierung. Bei der in 9 dargestellten akustischen Resonanzmode ist das Entladungsloch 16 dagegen an einem Anti-Knoten positioniert. Dies führt zu einer geringeren Geräuschreduzierung. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „radiale Richtung“, der die Richtung eines Knotens darstellt, auf die Richtung einer geraden Linie, die zwei Punkte auf dem äußeren Umfang einer akustischen Resonanzmode verbindet.
In der Schalldämpfkammer 33 gemäß dem Vergleichsbeispiel treten die in 9 dargestellte akustische Resonanzmode und die in 10 dargestellte akustische Resonanzmode nacheinander auf. Dementsprechend ermöglicht die in 10 dargestellte akustische Resonanzmode eine erhöhte Geräuschreduzierung, da das Entladungsloch 16 der Schalldämpfkammer 33 an einem Knotenpunkt der akustischen Resonanzmode angeordnet ist. Die in 9 dargestellte akustische Resonanzmode tritt jedoch bei einer Frequenz auf, die sehr nahe bei der Frequenz liegt, bei der die in 10 dargestellte akustische Resonanzmode auftritt. In der in 9 dargestellten akustischen Resonanzmode ist das Entladungsloch 16 an einer Antinode positioniert, so dass die Senke 42 auftritt, was zu einer geringeren Geräuschdämpfung führt. Dies führt zu einer verringerten schalldämpfenden Wirkung der Schalldämpfkammer 33 gemäß dem Vergleichsbeispiel. Das heißt, wenn akustische Resonanzmoden, die jeweils eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten aufweisen, nacheinander auftreten, führt dies dazu, dass das Entladungsloch 16 in einer der beiden aufeinanderfolgenden akustischen Resonanzmoden an einer Antinode positioniert wird. Dies führt dazu, dass die Senke 42 auftritt, was zu einer verminderten Geräuschreduzierung führt.
In der Schalldämpfkammer 15 gemäß der Ausführungsform 1 treten dagegen drei akustische Resonanzmoden auf, wie in den 11 bis 13 dargestellt. In 11 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz unterhalb des Frequenzbandes 41 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist. In 12 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 41 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist. 13 zeigt eine akustische Resonanzmode, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 41 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist.
In der Schalldämpfkammer 15 treten nacheinander folgende akustische Resonanzmoden auf: die akustische Resonanzmode mit einer Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung (11); die akustische Resonanzmode mit einer Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung (12); und die akustische Resonanzmode mit einer Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung (13). Wie oben beschrieben, treten in der Schalldämpfkammer 15 gemäß der Ausführungsform 1 die akustischen Resonanzmoden, die jeweils eine Schalldruckverteilung mit einem Knoten aufweisen, nicht nacheinander auf. Dies liegt daran, dass der Expansionsbereich 17 eine abgeflachte Querschnittsform aufweist und somit das durch den Expansionsbereich 17 gebildete Schallfeld eine Rotationsasymmetrie aufweist.
Für die Konfiguration, bei der das Entladungsloch 16 an einem Knotenpunkt der Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode mit zwei Knotenpunkten in radialer Richtung positioniert ist, wie in 12 und 13 dargestellt, treten nacheinander akustische Resonanzmoden auf, die jeweils eine Schalldruckverteilung mit einem Knotenpunkt am Entladungsloch 16 aufweisen. Infolgedessen kann, wie in 8 dargestellt, die von der Schalldämpfkammer 15 bewirkte Geräuschreduzierung über das breite Frequenzband 41 positiv gehalten werden, was zu einer erhöhten Schalldämpfungswirkung führt. Da der Expansionsbereich 17 der Schalldämpfkammer 33 in axialer Richtung gesehen in einer abgeflachten Form ausgebildet ist, ermöglicht der Spiralkompressor 100 eine Verringerung der aus Druckpulsationen resultierenden Strömungsgeräusche.
Es wird nun auf den Effekt hingewiesen, den Expansionsbereich 17 so zu positionieren, dass die Bedingung erfüllt ist, dass 45° ≤ θ ≤ 135°.
14 ist ein Diagramm, das sich auf die Positionierung des Expansionsbereichs 17 der Schalldämpfkammer 15 gemäß der Ausführungsform 1 bezieht und veranschaulicht, wie sich die Querschnittsfläche des Expansionsbereichs 17 ändert, wenn der Winkel θ in Schritten von 5° innerhalb eines Bereichs von 0° bis 180° geändert wird. Die horizontale Achse stellt den Winkel θ [°] dar. Die vertikale Achse stellt die Querschnittsfläche dar, normiert auf die Querschnittsfläche, wenn der Winkel θ 90° beträgt, was die maximale Querschnittsfläche darstellt. Die Querschnittsfläche entlang der vertikalen Achse wird auf der Grundlage eines relationalen Ausdrucks berechnet, in dem der Expansionsbereich 17 eine feste Länge in Richtung der Hauptachse und eine Länge in Richtung der Nebenachse hat, die sich mit Änderungen des Winkels θ ändert.
Wie oben beschrieben, ändert sich die Querschnittsfläche des Expansionsbereichs 17 mit der Änderung des Winkels θ. Dies ist auf den unten beschriebenen Grund zurückzuführen. Der Expansionsbereich 17 muss zwangsläufig zwischen zwei Kammer-Unteröffnungen 18 angeordnet sein. Obwohl es möglich ist, den Expansionsbereich 17 unter Beibehaltung der gleichen Querschnittsfläche zu drehen, wird schließlich ein Winkel erreicht, bei dem der Expansionsbereich 17 mit den beiden Kammer-Unteröffnungen 18 in Konflikt gerät. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Länge des Expansionsbereichs 17 in Richtung der Hauptachse fixiert ist, um einen hohen Grad an Abflachung beizubehalten, ermöglicht die Verringerung der Länge des Expansionsbereichs 17 in Richtung der Nebenachse, dass der Expansionsbereich 17 zwischen den beiden Kammer-Unteröffnungen 18 im Spiralkompressor 100 positioniert wird. Das heißt, wenn der Winkel θ in einem Bereich liegt, der die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ ≤ 135° ist, ermöglicht die Verringerung der Länge des Expansionsbereichs 17 in Richtung der Nebenachse, dass der Expansionsbereich 17 zwischen den beiden Kammer-Unteröffnungen 18 im Spiralkompressor 100 positioniert werden kann. Dadurch kann eine Verringerung der Geräuschreduzierung verhindert werden. Obwohl der Expansionsbereich 17 unter Beibehaltung der gleichen Querschnittsfläche gedreht werden kann, muss der Expansionsbereich 17 in diesem Fall so positioniert werden, dass er nicht mit den beiden Kammer-Unteröffnungen 18 kollidiert.
Aus 14 ist ersichtlich, dass dann, wenn der Winkel θ die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ ≤ 135°, die Querschnittsfläche des Expansionsbereichs 17 größer oder gleich 70% der maximalen Querschnittsfläche ist. Die schalldämpfende Wirkung eines Schalldämpfers nimmt mit zunehmender Querschnittsfläche des Expansionsbereichs im Verhältnis zur Querschnittsfläche der Eingangsfläche zu. Dementsprechend kann durch die Gestaltung des Expansionsbereichs 17 innerhalb des oben genannten Winkelbereichs eine Verringerung der Geräuschreduzierung verhindert werden.
Es wird nun darauf hingewiesen, dass das Seitenverhältnis zwischen der großen und der kleinen Achse der abgeflachten Form 101 des Expansionsbereichs 17 größer oder gleich 5:1 ist.
Wenn das Seitenverhältnis zwischen der Haupt- und der Nebenachse der abgeflachten Form 101 des Expansionsbereichs 17 größer oder gleich 5:1 ist, kann die Trennung zwischen akustischen Resonanzmoden mit der gleichen Schalldruckverteilung aus dem unten beschriebenen Grund erhöht werden. Erhöhter Abstand zwischen akustischen Resonanzmoden bedeutet, dass die jeweiligen Frequenzen, bei denen diese akustischen Resonanzmoden auftreten, weit voneinander entfernt sind.
Eine Abflachung e, die ein numerischer Wert ist, der den Grad der Abflachung einer abgeflachten Form darstellt, wird durch die folgende Gleichung (2) gegeben.

[Math. 2] $e = 1 - b / a$
In Gleichung (2) bezeichnet „a“ den Radius der Hauptachse und „b“ den Radius der Nebenachse. Je näher der Wert der Abflachung e bei 1 liegt, desto größer ist der Grad der Abflachung. Ein geringer Abflachungsgrad führt dazu, dass der oben erwähnte Abstand zwischen den akustischen Resonanzmoden abnimmt, so dass akustische Resonanzmoden mit gleicher Schalldruckverteilung bei sehr nahe beieinander liegenden Frequenzen auftreten. Ein hoher Abflachungsgrad ermöglicht dagegen eine Vergrößerung des oben erwähnten Abstands zwischen den akustischen Resonanzmoden.
In diesem Zusammenhang bedeutet ein Seitenverhältnis von 5:1 oder mehr eine Abflachung e von 0,8 oder mehr. Dies bedeutet, dass der Grad der Abflachung größer als 0,5 ist, was dem mittleren Wert der Abflachung entspricht. Ein Seitenverhältnis von größer oder gleich 5:1 ermöglicht daher eine größere Trennung zwischen akustischen Resonanzmoden mit gleicher Schalldruckverteilung. Insbesondere ist der Frequenzabstand zwischen akustischen Resonanzmoden mit der gleichen Schalldruckverteilung größer oder gleich 1 [kHz]. Wie oben beschrieben, ermöglicht eine Erhöhung des Abflachungsgrades eine stärkere Trennung zwischen akustischen Resonanzmoden mit derselben Schalldruckverteilung. Dadurch kann der Betrag der Geräuschreduzierung über das breite Frequenzband 41 positiv gehalten werden, was zu einem erhöhten Schalldämpfungseffekt führt.
Eine Verringerung der Querschnittsfläche des Entladungslochs 16 führt zu einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases, das das Innere der Schalldämpfkammer 15 durchströmt. Dies führt zu einem geringeren Wirkungsgrad. In diesem Zusammenhang ermöglicht die Einstellung des Winkels θ innerhalb des oben genannten Bereichs, dass der Expansionsbereich 17 eine relativ große Querschnittsfläche aufweist. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht es daher, das aus Druckpulsationen resultierende Strömungsgeräusch bei gleichbleibendem Wirkungsgrad zu reduzieren, ohne dass die Querschnittsfläche des Entladungslochs 16 verkleinert werden muss.
Wie oben beschrieben, handelt es sich bei dem Spiralkompressor 100 gemäß der Ausführungsform 1 um einen Spiralkompressor 100 in Mehrkanalbauweise mit der Hauptöffnung 19 und den Nebenöffnungen 20, wobei der Expansionsbereich 17 der Schalldämpfkammer 15 in axialer Richtung gesehen eine abgeflachte Form aufweist. Das durch den Expansionsbereich 17 gebildete Schallfeld weist somit eine Rotationsasymmetrie auf, die eine Frequenztrennung zwischen akustischen Resonanzmoden mit gleicher Schalldruckverteilung gewährleistet, deren Knoten- und Anti-Knotenpunkte um 90° zueinander phasenverschoben sind. Dies trägt dazu bei, dass ein Antinode einer akustischen Resonanzmode nicht im Entladungsloch 16 der Schalldämpfkammer 15 positioniert ist und somit eine Abnahme der Schalldämpfungswirkung abgemildert wird. Dadurch können Geräusche, die durch Kältemittelpulsationen im Spiralkompressor 100 eines Mehrwege-Typs entstehen, reduziert werden.
Beim Spiralkompressor 100 hat das die abgeflachte Form umschreibende Rechteck 102 in axialer Richtung gesehen eine Länge in Längsrichtung, die größer ist als der kürzeste Abstand zwischen zwei Kammer-Unteröffnungen 18. Dadurch kann der Abflachungsgrad des Expansionsbereichs 17 erhöht werden, um den Abstand zwischen den akustischen Resonanzmoden zu vergrößern. Dadurch kann eine Verringerung der Geräuschreduktion im Spiralkompressor 100 verhindert werden.
Wie oben beschrieben, liegen in axialer Richtung gesehen die Hauptöffnung 19 und das Entladungsloch 16 auf der Mittelachse 105 in Querrichtung des Rechtecks 102. Dadurch ist es möglich, das Entladungsloch 16 an einem Knotenpunkt einer akustischen Resonanzmode zu positionieren, die im Expansionsbereich 17 auftritt, und somit eine Verringerung der Geräuschreduktion im Spiralkompressor 100 zu verhindern.
In axialer Richtung gesehen bilden die Längsrichtung des Rechtecks, das die abgeflachte Form des Expansionsbereichs 17 umschreibt, und die gerade Linie, die die jeweiligen Mittelpunkte der beiden Kammer-Unteröffnungen 18 verbindet, den Winkel θ, der die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ ≤ 135°. Auf diese Weise kann eine Verringerung des Geräuschpegels im Spiralkompressor 100 verhindert werden.
Ausführungsform 2
[Aufbau der Ausführungsform 2]
Die Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 durch die Querschnittsform des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer. Die Ausführungsform 2 wird im Folgenden mit Schwerpunkt auf den Merkmalen beschrieben, die sich von denen der Ausführungsform 1 unterscheiden, und die Merkmale, die im Folgenden nicht mit Bezug auf die Ausführungsform 2 beschrieben werden, sind ähnlich oder identisch mit denen der Ausführungsform 1.
15 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale 7 aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer 50 gemäß Ausführungsform 2. 16 ist eine Illustration zur Erläuterung, wie die Form eines Expansionsbereichs 51 der Schalldämpfkammer 50 gemäß Ausführungsform 2 definiert ist.
Der Expansionsbereich 51 der Schalldämpfkammer 50 gemäß Ausführungsform 2 weist in axialer Richtung gesehen eine abgeflachte Form 201 auf. Die abgeflachte Form 201 ergibt sich aus der Verbindung der Umrisse zweier abgeflachter Formen, die so angeordnet sind, dass sie einander teilweise überlappen. Obwohl 16 ein Beispiel zeigt, in dem eine der beiden abgeflachten Formen, die die abgeflachte Form 201 bilden, so positioniert ist, dass die eine abgeflachte Form relativ zur anderen abgeflachten Form um den Mittelpunkt der anderen abgeflachten Form gedreht ist, ist dies nicht einschränkend zu verstehen. In einem anderen Beispiel kann eine der beiden abgeflachten Formen, die die abgeflachte Form 201 bilden, so positioniert sein, dass die eine abgeflachte Form eine Translation der anderen abgeflachten Form ist. Obwohl die abgeflachte Form 201 in dem Beispiel in 16 als aus zwei abgeflachten Formen bestehend dargestellt ist, kann die abgeflachte Form 201 aus drei oder mehr abgeflachten Formen bestehen. Kurz gesagt, die abgeflachte Form 201 kann jede beliebige Form haben, die durch Verbinden der Umrisse einer Vielzahl von abgeflachten Formen, die so angeordnet sind, dass sie einander teilweise überlappen, entsteht. Im Folgenden wird beschrieben, wie die Form des Expansionsbereichs 51 für ein Beispiel definiert wird, bei dem die abgeflachte Form aus zwei abgeflachten Formen besteht. Von den beiden abgeflachten Formen wird eine als abgeflachte Form 201a und die andere als abgeflachte Form 201b bezeichnet.
Die abgeflachte Form 201a ist so angeordnet, dass eine Längsrichtung 203a eines Rechtecks 202a, das die abgeflachte Form 201a umschreibt, und eine gerade Linie 204, die die jeweiligen Mittelpunkte der Kammer-Unteröffnungen 18 verbindet, einen Winkel θ1 bilden, der die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ1 ≤ 135°. Die abgeflachte Form 201b ist so angeordnet, dass eine Längsrichtung 203b eines Rechtecks 202b, das die abgeflachte Form 201b umschreibt, und die gerade Linie 204, die die jeweiligen Mittelpunkte der Kammer-Unteröffnungen 18 verbindet, einen Winkel θ2 bilden, der die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ2 ≤ 135° ist. Die Nebenachse der abgeflachten Form 201 hat eine Länge 11, die kleiner ist als der kürzeste Abstand zwischen zwei Kammer-Unteröffnungen 18. Die Länge 11 der Nebenachse der abgeflachten Form 201 ist die Länge in Querrichtung des Rechtecks, das die abgeflachte Form 201 umschreibt. Die Hauptöffnung 19 und das Entladungsloch 16 liegen auf einer Mittelachse, die das Rechteck 202a oder das Rechteck 202b in Querrichtung in zwei Bereiche teilt.
[Funktionsweise und Auswirkungen gemäß Ausführungsform 2]
17 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse 51a, das einen Ausschnitt aus dem Expansionsbereich 51 der Schalldämpfkammer 50 gemäß Ausführungsform 2 darstellt. Der Expansionsbereich 51 hat eine Querschnittsfläche, die der Querschnittsfläche des Expansionsbereichs 17 gemäß Ausführungsform 1 entspricht. Das Modell zur akustischen Analyse 51a ist ein Modell, bei dem der Expansionsbereich 51 der Schalldämpfkammer 50 mit finiten Elementen ausgefüllt ist, und bei dem die Hauptöffnung 19 als Eingangsfläche und das Entladungsloch 16 als Ausgangsfläche dient. Eine akustische Analyse wurde mit dem Modell zur akustischen Analyse 51a durchgeführt. Die Analyse wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Für die Eintrittsfläche wurde eine Partikelgeschwindigkeit von 1 [m/s] vorgegeben; als Fluid wurde Luft verwendet: die Schallgeschwindigkeit c betrug 340 [m/s]; und die Luftdichte r betrug 1,225 [kg/m³]. Der Betrag der Geräuschreduzierung NR wurde durch Einsetzen des Schalldruckpegels L_p1 an der Eintrittsseite und des Schalldruckpegels L_p2 an der Austrittsseite in die oben genannte Gleichung (1) berechnet.
18 ist ein Diagramm, das die Charakteristika der Ergebnisse der akustischen Analyse im Expansionsbereich 51 der Schalldämpfkammer 50 gemäß Ausführungsform 2 darstellt und das Ausmaß der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz zeigt. Wie in 18 dargestellt, ist der Betrag der Geräuschunterdrückung im Expansionsbereich 51 innerhalb eines Frequenzbandes 43 positiv. Das heißt, dass die Ausführungsform 2 über das Frequenzband 41, das einen breiten Frequenzbereich abdeckt, einen Dämpfungseffekt bewirkt. In 18 ist eine Senke 44 zu sehen. Die Senke 44 wird später beschrieben.
Die 19 bis 22 zeigen jeweils konzeptionell die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich 51 der Schalldämpfkammer 50 gemäß Ausführungsform 2. In den 19 bis 22 stehen „+“ und „-“ für Anti-Knoten der akustischen Resonanzmoden, und dünne Linien stellen Knoten dar.
Aus den Simulationsergebnissen wird bestätigt, dass in der Schalldämpfkammer 50 gemäß Ausführungsform 2 vier in den 19 bis 22 dargestellte akustische Resonanzmoden im Ausdehnungsbereich 17 auftreten. 19 zeigt eine akustische Resonanzmode, die bei einer Frequenz unterhalb des Frequenzbandes 43 auftritt und die eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist. In 20 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 43 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist. 21 zeigt eine akustische Resonanzmode, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 43 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist. 22 zeigt eine akustische Resonanzmode, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 43 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit drei Knoten in radialer Richtung aufweist.
In der Schalldämpfkammer 50 treten nacheinander die folgenden akustischen Resonanzmoden auf: die in 19 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist; die in 20 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist; die in 21 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist; und die in 22 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit drei Knoten in radialer Richtung aufweist. Wie oben beschrieben, treten in der Schalldämpfkammer 50 akustische Resonanzmoden, die jeweils eine Schalldruckverteilung mit einem Knoten in radialer Richtung aufweisen, d. h. die in 19 dargestellte Schalldruckverteilung und die in 21 dargestellte Schalldruckverteilung, nicht nacheinander auf. Dadurch kann eine Verringerung der Geräuschreduzierung in der Schalldämpfkammer 50 abgeschwächt werden. Der Grund dafür, dass Schalldruckverteilungen, die jeweils einen einzigen Knoten in radialer Richtung aufweisen, nicht hintereinander auftreten, ist, dass der Expansionsbereich 51 eine abgeflachte Form hat und somit das durch den Expansionsbereich 51 gebildete Schallfeld eine Rotationsasymmetrie aufweist.
Im Hinblick auf die Konfiguration, bei der das Entladungsloch 16 an einem Knoten der Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode mit zwei Knoten in radialer Richtung positioniert ist, traten akustische Resonanzmoden mit jeweils einer Schalldruckverteilung mit einem am Entladungsloch 16 positionierten Knoten nacheinander auf, wie in den 20 bis 22 dargestellt. Infolgedessen kann, wie in 18 dargestellt, die von der Schalldämpfkammer 50 bewirkte Geräuschreduzierung über das breite Frequenzband 43 positiv gehalten werden, was zu einer erhöhten Schalldämpfungswirkung führt. Da der Expansionsbereich 51 der Schalldämpfkammer 50 in axialer Richtung gesehen in einer abgeflachten Form ausgebildet ist, ermöglicht der Spiralkompressor 100 eine Reduzierung des aus Druckpulsationen resultierenden Strömungsgeräusches.
Obwohl die Schalldämpfkammer 50 eine signifikante schalldämpfende Wirkung hat, weist der Expansionsbereich 51 aufgrund des Vorhandenseins einer akustischen Resonanzmode mit einer Schalldruckverteilung mit drei Knotenpunkten in radialer Richtung die Senke 44 auf. Dies liegt daran, dass das Entladungsloch 16 gegenüber dem entsprechenden Knoten in der in 22 dargestellten akustischen Resonanzmode verschoben ist. Insbesondere ist der zentrale Bereich des Entladungslochs 16 relativ zum entsprechenden Knotenpunkt verschoben.
In der Schalldämpfkammer 50 weist der Expansionsbereich 51 wie oben beschrieben die Senke 44 auf. Dabei tritt die Senke 44 in einer Schalldruckverteilung auf, wenn die Schalldruckverteilung drei Knoten in radialer Richtung aufweist. Im Falle einer akustischen Resonanzmode mit einer Schalldruckverteilung mit drei Knoten in radialer Richtung, d. h. der in 22 dargestellten Schalldruckverteilung, kommt es zu einer Verringerung der Geräuschreduzierung über ein schmales Frequenzband, anders als bei einer Mode, bei der der größte Bereich des Entladungslochs 16 an einem Anti-Knoten der Schalldruckverteilung positioniert ist, wie im Falle der akustischen Resonanzmode mit der in 19 dargestellten Schalldruckverteilung. Dementsprechend kann die Senke 44, die aus der akustischen Resonanzmode mit einer Schalldruckverteilung mit drei Knoten in radialer Richtung resultiert, mittels des Schalldämpfers 14, der stromabwärts der Schalldämpfkammer 50 in Bezug auf den Kältemittelstrom angeordnet ist, reduziert werden.
Wie oben beschrieben, kann der Spiralkompressor 100 gemäß der Ausführungsform 2 ähnliche Effekte wie die Ausführungsform 1 bewirken.
Ausführungsform 3
[Struktur der Ausführungsform 3]
Ausführungsform 3 unterscheidet sich von Ausführungsform 1 durch die Form des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer. Die Ausführungsform 3 wird im Folgenden beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Merkmalen liegt, die sich von denen der Ausführungsform 1 unterscheiden, und die Merkmale, die im Folgenden nicht unter Bezugnahme auf die Ausführungsform 3 beschrieben werden, denen der Ausführungsform 1 ähnlich oder identisch sind.
23 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale 7 aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer 60 gemäß Ausführungsform 3. 24 ist eine Illustration zur Erläuterung, wie die Form eines Expansionsbereichs 61 der Schalldämpfkammer 60 gemäß der Ausführungsform 3 definiert ist.
Der Expansionsbereich 61 der Schalldämpfkammer 60 gemäß Ausführungsform 3 weist in axialer Richtung gesehen eine abgeflachte Form 301 auf. Wie in 24 dargestellt, hat der Expansionsbereich, in axialer Richtung gesehen, zwei Bereiche, einschließlich eines Bereichs und eines anderen Bereichs, wobei der eine Bereich eine größere Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche des anderen Bereichs hat, wobei die beiden Bereiche durch Unterteilung des Expansionsbereichs durch eine Mittelachse gebildet werden, die eine Mittelachse in einer Querrichtung eines Rechtecks ist, das die abgeflachte Form umschreibt. In einem Beispiel ist die abgeflachte Form 301 eine Form, die durch Verbinden der gegenüberliegenden Enden eines Bogens durch eine gerade Linie erhalten wird, wie in den 23 und 24 dargestellt. Die abgeflachte Form 301 ist so angeordnet, dass die Längsrichtung 303 des Rechtecks 302, die die abgeflachte Form 301 umschreibt, und eine gerade Linie 304, die die jeweiligen Mittelpunkte der Kammer-Unteröffnungen 18 verbindet, einen Winkel θ bilden, der die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ ≤ 135°. Die Hauptöffnung 19 und das Entladungsloch 16 liegen auf der Mittelachse 305.
[Funktionsweise und Auswirkungen gemäß Ausführungsform 3]
25 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse 61a, das einen Ausschnitt aus dem Expansionsbereich 61 der Schalldämpfkammer 60 gemäß Ausführungsform 3 darstellt. Der Expansionsbereich 61 hat eine Querschnittsfläche, die der Querschnittsfläche des Expansionsbereichs 17 gemäß Ausführungsform 1 entspricht. Das Modell zur akustischen Analyse 61a ist ein Modell, bei dem der Expansionsbereich 61 der Schalldämpfkammer 60 mit finiten Elementen ausgefüllt ist, und bei dem die Hauptöffnung 19 als Eingangsfläche und das Entladungsloch 16 als Ausgangsfläche dient. Eine akustische Analyse wurde mit dem Modell zur akustischen Analyse 61a durchgeführt. Die Analyse wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Für die Eintrittsfläche wurde eine Partikelgeschwindigkeit von 1 [m/s] vorgegeben; als Fluid wurde Luft verwendet: die Schallgeschwindigkeit c betrug 340 [m/s]; und die Luftdichte r betrug 1,225 [kg/m³]. Der Betrag der Geräuschreduzierung NR wurde durch Einsetzen des Schalldruckpegels L_p1 an der Eintrittsseite und des Schalldruckpegels L_p2 an der Austrittsseite in die oben genannte Gleichung (1) berechnet.
26 ist ein Diagramm, das die Charakteristika der Ergebnisse der akustischen Analyse im Expansionsbereich 61 der Schalldämpfkammer 60 gemäß Ausführungsform 3 darstellt und das Ausmaß der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz veranschaulicht. Wie in 26 dargestellt, ist der Betrag der Geräuschunterdrückung im Expansionsbereich 61 innerhalb eines Frequenzbandes 45 positiv. Das heißt, dass die Ausführungsform 3 über das Frequenzband 45, das einen breiten Frequenzbereich abdeckt, eine schalldämpfende Wirkung hat.
In den 27 bis 29 ist jeweils die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich 61 der Schalldämpfkammer 60 gemäß der Ausführungsform 3 konzeptionell dargestellt. In den 27 und 28 stehen „+“ und „-“ für Anti-Knoten von akustischen Resonanzmoden, und dünne Linien stellen Knoten dar.
Aus den Simulationsergebnissen wird bestätigt, dass in der Schalldämpfkammer 60 gemäß der Ausführungsform 3 drei akustische Resonanzmoden im Expansionsbereich 17 auftreten, wie in den 27 bis 29 dargestellt. In 27 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz unterhalb des Frequenzbandes 45 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist. In 28 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 45 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist. In 29 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 45 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in Umfangsrichtung aufweist. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Umfangsrichtung“, der die Richtung eines Knotens darstellt, auf eine Richtung entlang des äußeren Umfangs einer akustischen Resonanzmode.
In der Schalldämpfkammer 60 treten die drei in den 27 bis 29 dargestellten akustischen Resonanzmoden auf. Es tritt keine akustische Resonanzmode auf, die eine Schalldruckverteilung mit einer 90°-Phasenverschiebung relativ zur Schalldruckverteilung der in 27 dargestellten akustischen Resonanzmode mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist. Folglich treten eine akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit einem im Entladungsloch 16 positionierten Anti-Knoten aufweist, und eine akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit einem im Entladungsloch 16 positionierten Knoten aufweist, nicht bei sehr nahe beieinander liegenden Frequenzen auf. Infolgedessen kommt es in der Schalldämpfkammer 60 nicht zu einer Verringerung der schalldämpfenden Wirkung. Der Grund, warum keine akustische Resonanzmode auftritt, die eine Schalldruckverteilung mit einer 90°-Phasenverschiebung relativ zur Schalldruckverteilung der in 27 dargestellten akustischen Resonanzmode mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist, ist, dass das durch den Expansionsbereich 61 gebildete Schallfeld eine Rotationsasymmetrie und eine Asymmetrie um die Mittelachse 305 des Rechtecks 302 aufweist.
Bei der Konfiguration, bei der das Entladungsloch 16 an einem Knotenpunkt der Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode mit zwei Knotenpunkten in radialer Richtung positioniert ist, traten akustische Resonanzmoden mit jeweils einer Schalldruckverteilung mit einem am Entladungsloch 16 positionierten Knotenpunkt nacheinander auf, wie in 28 und 29 dargestellt. Dies bedeutet, dass aufgrund der in axialer Richtung gesehen abgeflachten Form des Expansionsbereichs 61 die von der Schalldämpfkammer 60 bewirkte Geräuschreduzierung über das breite Frequenzband 45, wie in 26 dargestellt, positiv gehalten werden kann, was zu einer erhöhten Schalldämpfungswirkung führt. Da der Expansionsbereich 61 der Schalldämpfkammer 60 in axialer Richtung gesehen in einer abgeflachten Form ausgebildet ist, ermöglicht der Spiralkompressor 100 eine Reduzierung des aus Druckpulsationen resultierenden Strömungsgeräusches.
Wie oben beschrieben, kann der Spiralkompressor 100 gemäß der Ausführungsform 3 ähnliche Effekte wie bei der Ausführungsform 1 erzielen.
Ausführungsform 4
[Struktur der Ausführungsform 4]
Ausführungsform 4 unterscheidet sich von Ausführungsform 1 durch die Querschnittsform des Expansionsbereichs der Schalldämpfkammer. Die Ausführungsform 4 wird im Folgenden mit dem Schwerpunkt auf Merkmale beschrieben, die sich von denen der Ausführungsform 1 unterscheiden, und Merkmale, die im Folgenden nicht unter Bezugnahme auf die Ausführungsform 4 beschrieben werden, sind ähnlich oder identisch mit denen der Ausführungsform 1.
30 ist eine Draufsicht, in axialer Richtung von der feststehenden Spirale 7 aus gesehen, auf eine Schalldämpfkammer 70 gemäß Ausführungsform 4. 31 ist eine Illustration zur Erläuterung, wie die Form eines Expansionsbereichs 71 der Schalldämpfkammer 70 gemäß der Ausführungsform 4 definiert ist.
Der Expansionsbereich 71 der Schalldämpfkammer 70 gemäß Ausführungsform 4 weist in axialer Richtung gesehen eine abgeflachte Form 401 auf. Genauer gesagt ist, wie in 31 dargestellt, die abgeflachte Form 401 eine Form, die, in axialer Richtung gesehen, in ein Rechteck 402 eingeschrieben ist und eine Vielzahl von Berührungspunkten 404 mit den vier Seiten des Rechtecks 402 aufweist. Die abgeflachte Form 401 hat zwei oder mehr Berührungspunkte 404 mit mindestens einer Seite 405 des Rechtecks 402. Die 30 und 31 zeigen jeweils ein Beispiel, bei dem die abgeflachte Form 401 zwei Berührungspunkte 404 mit jeweils zwei gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks aufweist. Die abgeflachte Form 401 ist so angeordnet, dass die Längsrichtung 407 des Rechtecks 402, die die abgeflachte Form 401 umschreibt, und eine gerade Linie 403, die die jeweiligen Mittelpunkte der Kammer-Unteröffnungen 18 verbindet, einen Winkel θ bilden, der die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ ≤ 135°. Die Hauptöffnung 19 und das Entladungsloch 16 liegen auf einer Mittelachse 406, die das Rechteck 402 in Querrichtung in zwei Bereiche teilt.
[Funktionsweise und Auswirkungen gemäß Ausführungsform 4]
32 zeigt ein Modell zur akustischen Analyse 71a, das einen Ausschnitt aus dem Expansionsbereich 71 der Schalldämpfkammer 70 gemäß Ausführungsform 4 darstellt. Der Expansionsbereich 71 hat eine Querschnittsfläche, die der Querschnittsfläche des Expansionsbereichs 17 nach Ausführungsform 1 entspricht. Für das Modell zur akustischen Analyse 71a wurde eine akustische Analyse durchgeführt, bei der der Expansionsbereich 71 der Schalldämpfkammer 70 mit finiten Elementen gefüllt wurde, wobei die Hauptöffnung 19 als Eingangsfläche und das Entladungsloch 16 als Ausgangsfläche diente. Die Analyse wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: für die Eintrittsfläche wurde eine Partikelgeschwindigkeit von 1 [m/s] vorgegeben; als Fluid wurde Luft verwendet: die Schallgeschwindigkeit c betrug 340 [m/s]; und die Luftdichte r betrug 1,225 [kg/m³]. Der Betrag der Geräuschreduzierung NR wurde durch Einsetzen des Schalldruckpegels L_p1 an der Eintrittsseite und des Schalldruckpegels L_p2 an der Austrittsseite in die oben genannte Gleichung (1) berechnet.
33 ist ein Diagramm, das die Charakteristika der Ergebnisse der akustischen Analyse im Expansionsbereich 71 der Schalldämpfkammer 70 gemäß Ausführungsform 4 darstellt und das Ausmaß der Geräuschreduzierung in Bezug auf die Frequenz veranschaulicht. Wie in 33 dargestellt, ist der Betrag der Geräuschunterdrückung im Expansionsbereich 71 innerhalb eines Frequenzbandes 46 positiv. Das heißt, dass die Ausführungsform 4 über das Frequenzband 46, das einen breiten Frequenzbereich abdeckt, eine schalldämpfende Wirkung hat.
In den 34 bis 37 ist jeweils die Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode im Expansionsbereich der Schalldämpfkammer gemäß der Ausführungsform 4 konzeptionell dargestellt. In den 34 bis 37 stehen „+“ und „-“ für Anti-Knoten von akustischen Resonanzmoden, und dünne Linien stellen Knotenpunkte dar.
In der Schalldämpfkammer 70 gemäß der Ausführungsform 4 treten vier akustische Resonanzmoden auf, wie in den 34 bis 37 dargestellt. In 34 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz unterhalb des Frequenzbandes 46 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist. 35 zeigt eine akustische Resonanzmode, die bei einer Frequenz unterhalb des Frequenzbandes 46 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist. In 36 ist eine akustische Resonanzmode dargestellt, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 46 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist. 37 zeigt eine akustische Resonanzmode, die bei einer Frequenz innerhalb des Frequenzbandes 46 auftritt und eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist.
In der Schalldämpfkammer 70 treten nacheinander folgende akustische Resonanzmoden auf: die in 34 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist; die in 35 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit einem einzigen Knoten in radialer Richtung aufweist; die in 36 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist; und die in 37 dargestellte akustische Resonanzmode, die eine Schalldruckverteilung mit zwei Knoten in radialer Richtung aufweist. Dies bedeutet, dass in der Schalldämpfkammer 70 nacheinander folgende akustische Resonanzmoden auftreten: die in 34 dargestellte akustische Resonanzmode mit einem Knoten und die in 35 dargestellte akustische Resonanzmode mit einem Knoten, die die gleiche Schalldruckverteilung mit einer Phasenverschiebung von 90° gegenüber der in 34 dargestellten akustischen Resonanzmode aufweist. Aus den Simulationsergebnissen geht jedoch hervor, dass die in 34 dargestellte akustische Resonanzmode und die in 35 dargestellte akustische Resonanzmode mit einem Frequenzabstand von mehr als oder gleich 1 [kHz] voneinander auftreten. Dadurch lässt sich eine Verringerung der Geräuschreduzierung abmildern. Der Grund, warum diese akustischen Resonanzmoden mit einem Frequenzabstand von größer oder gleich 1 [kHz] auftreten, ist, dass das vom Expansionsbereich 71 gebildete Schallfeld eine Rotationsasymmetrie aufweist.
In Bezug auf die Konfiguration, in der das Entladungsloch 16 an demselben Knotenpunkt akustischer Resonanzmoden positioniert ist, d.h. an einem Knotenpunkt der Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode mit einem einzigen Knotenpunkt in der radialen Richtung und an einem Knotenpunkt der Schalldruckverteilung einer akustischen Resonanzmode mit zwei Knotenpunkten in der radialen Richtung, traten akustische Resonanzmoden, die jeweils eine Schalldruckverteilung mit einem am Entladungsloch 16 positionierten Knotenpunkt aufweisen, nacheinander auf, wie in den 35 bis 37 dargestellt. Da der Expansionsbereich 71 in axialer Richtung gesehen in einer abgeflachten Form ausgebildet ist, kann die von der Schalldämpfkammer 70 bewirkte Geräuschreduzierung über das breite Frequenzband 46, wie in 34 dargestellt, positiv beibehalten werden, was zu einer erhöhten Schalldämmwirkung führt. Da der Expansionsbereich 71 der Schalldämpfkammer 70 in axialer Richtung gesehen in einer abgeflachten Form ausgebildet ist, ermöglicht der Spiralkompressor 100 eine Reduzierung des aus Druckpulsationen resultierenden Strömungsgeräusches.
Wie oben beschrieben, kann der Spiralkompressor 100 gemäß der Ausführungsform 4 ähnliche Effekte wie die Ausführungsform 1 bewirken.
Bezugszeichenliste

1: Hülle
1a: untere Hülle
1b: mittlere Hülle
1c: obere Hülle
2: Ansaugrohr
3: Entladungsrohr
4: Stator
5: Rotor
6: Elektromotor-Element
7: Feststehende Spirale
8: Rahmen
9: Kompressionskammer
10: kreisende Spirale
11: Ansaugöffnung
12: Kompressionsmechanismus
13: Rotationswelle
14: Schalldämpfer
15: Schalldämpfkammer
16: Entladungsloch
17: Expansionsbereich
17a: Modell zur akustischen Analyse
18: Kammer-Unteröffnung
19: Hauptöffnung
20: Unteröffnung
21: Entladungsventil
22: Ventilschutz
23: Auslassloch
30: Balancer
31: Expansionsbereich
31a: Modell zur akustischen Analyse
33: Schalldämpfkammer
41: Frequenzband
42: Senke
43: Frequenzband
44: Senke
45: Frequenzband
46: Frequenzband
50: Schalldämpfkammer
51: Expansionsbereich
51a: Modell zur akustischen Analyse
60: Schalldämpfkammer
61: Expansionsbereich
61a: Modell zur akustischen Analyse
67: Schalldämpfkammer
70: Schalldämpfkammer
71: Expansionsbereich
71a: Modell zur akustischen Analyse
100: Spiralkompressor
101: abgeflachte Form
102: Rechteck
103: Längsrichtung
104: gerade Linie
105: Mittelachse
201: abgeflachte Form
201a: abgeflachte Form
201b: abgeflachte Form
202a: Rechteck
202b: Rechteck
203a: Längsrichtung
203b: Längsrichtung
204: gerade Linie
301: abgeflachte Form
302: Rechteck
303: Längsrichtung
304: gerade Linie
305: Mittelachse
401: abgeflachte Form
402: Rechteck
403: gerade Linie
404: Berührungspunkt
405: eine Seite
406: Mittelachse
407: Längsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018053746 [0004]

Claims

Spiralkompressor mit einem Kompressionsmechanismus, wobei der Kompressionsmechanismus eine Kompressionskammer aufweist, wobei die Kompressionskammer durch eine Kombination einer feststehenden Spirale und einer kreisenden Spirale gebildet wird und zum Komprimieren von Arbeitsgas konfiguriert ist, wobei die feststehende Spirale eine Hauptöffnung und eine Vielzahl von Unteröffnungen aufweist, wobei die Hauptöffnung eine Öffnung ist, durch die das in der Kompressionskammer komprimierte Arbeitsgas abzugeben ist, wobei die Vielzahl von Unteröffnungen Öffnungen sind, durch die das in der Kompressionskammer überkomprimierte Arbeitsgas abzugeben ist, wobei der Spiralkompressor Folgendes aufweist: eine Rotationswelle, die den Kompressionsmechanismus antreibt; und eine Schalldämpfkammer, die stromabwärts der Hauptöffnung in Bezug auf einen Strom des Arbeitsgases angeordnet ist, wobei die Schalldämpfkammer Folgendes beinhaltet ein Entladungsloch, durch das das Arbeitsgas aus der Schalldämpfkammer abgeleitet werden soll, einen Expansionsbereich, der stromaufwärts des Entladungslochs angeordnet ist, wobei der Expansionsbereich eine Ausnehmung ist, die einen mit der Hauptöffnung in Verbindung stehenden Raum definiert, und eine Vielzahl von Kammer-Unteröffnungen, die jeweils mit einem entsprechenden der Vielzahl von Unteröffnungen in Verbindung stehen, und wobei der Expansionsbereich zwischen zwei der Vielzahl von Kammer-Unteröffnungen angeordnet ist, wobei der Expansionsbereich größer als die Hauptöffnung ist und eine abgeflachte Form, gesehen in einer axialen Richtung der Rotationswelle, aufweist.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, wobei in axialer Richtung gesehen ein die abgeflachte Form des Expansionsbereichs umschreibendes Rechteck eine Länge in Längsrichtung aufweist, die größer ist als der kürzeste Abstand zwischen den beiden Kammer-Unteröffnungen.
Spiralkompressor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptöffnung in axialer Richtung gesehen auf einer Mittelachse liegt, wobei die Mittelachse eine Mittelachse in einer Querrichtung eines die abgeflachte Form umschreibenden Rechtecks ist.
Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Entladungsloch in axialer Richtung gesehen auf einer Mittelachse liegt, wobei die Mittelachse eine Mittelachse in Querrichtung eines die abgeflachte Form umschreibenden Rechtecks ist.
Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Expansionsbereich in axialer Richtung gesehen eine Form aufweist, die durch Verbinden von Umrissen einer Vielzahl von abgeflachten Formen erhalten wird, wobei die Vielzahl von abgeflachten Formen so angeordnet ist, dass sie sich teilweise gegenseitig überlappen.
Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Expansionsbereich in axialer Richtung gesehen zwei Bereiche aufweist, die einen Bereich und einen anderen Bereich beinhaltenen, wobei der eine Bereich eine Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als die Querschnittsfläche des anderen Bereichs, wobei die zwei Bereiche durch Unterteilung des Expansionsbereichs durch eine Mittelachse gebildet werden, die eine Mittelachse in Querrichtung eines Rechtecks ist, das die abgeflachte Form umschreibt.
Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in axialer Richtung gesehen die Längsrichtung eines die abgeflachte Form des Expansionsbereichs umschreibenden Rechtecks und eine gerade Linie, die die jeweiligen Mittelpunkte der beiden Kammer-Unteröffnungen verbindet, einen Winkel θ bilden, wobei der Winkel θ die Bedingung erfüllt, dass 45° ≤ θ ≤ 135°.