DE3438262A1

DE3438262A1 - Stroemungsmaschine in spiralbauweise

Info

Publication number: DE3438262A1
Application number: DE19843438262
Authority: DE
Inventors: Sumihisa Niihari Ibaraki Kotani; Hiroaki Kuno; Takao Shimizu Mizuno; Akira Murayama; Takahiro Tamura; Naoshi Uchikawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1985-05-09
Also published as: JPH0239630B2; US4560330A; KR850003939A; JPS60101296A; DE3438262C2

Description

Strömungsmaschine in Spiralbauweise

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine in Spiralbauweise, insbesondere zur Vermeidung eines anormalen Druckanstiegs in der Ansaugkammer, der sich einstellen kann, wenn die Maschine rückwärts läuft.

Eine Strömungsarbeitsmaschine in Spiralbauweise hat einen Kompressorabschnitt und einen Elektromotorabschnitt, die in einem abdichtend abgeschlossenen Behälter angeordnet sind. Durch die Wände des abdichtend abgeschlossenen Behälters erstrecken sich Fluidkanäle, die über Rohre mit externen Geräten verbunden sind, beispielsweise mit einem Verdampfer und einem Kondensator, wenn die Maschine in einem Kühlsystem eingesetzt wird.

Der Kompressorabschnitt in Spiralbauweise hat einen Kompressor, der von einem stationären Spiralelement und einem damit zusammenwirkenden Umlaufspiralelement gebildet wird. Die Spiralelemente haben Spiralwände bzw. spiralenförmige Hüllwände/ die in Übereinstimmung mit einer Evolventenkur.ve oder einer einer Evolventenkurve angenäherten Kurve ausgebildet sind und senkrecht von den Stirnplatten abstehen. Die Spiralelemente sind so zusammengefügt, daß ihre Spiralwände ineinandergreifen und zwischen sich Kompressionskammern bilden, deren Volumina entsprechend einer UmIaufbewegung des Umlaufspiralelements fortlaufend geändert werden. Mit einem Abschnitt des stationären.Spiralelements in der Nähe des radial außen liegenden Endes der äußersten Kompressionskammer steht eine Fluidansaugöffnung in Verbindung, während eine Fluidabgabeöffnung in den Abschnitt des stationären Spiralelements in der Nähe seiner Mitte mündet. Zwischen dem Umlaufspiralelement und dem Rahmen oder zwischen dem Umlaufspiralelement und dem stationären Spiralelement ist ein Oldham-Ringmechanismus so angeordnet, daß sich das Umlaufspiralelement nicht um seine eigene Achse drehen

kann. Das Umlaufspiralelement wird von einer Kurbelwelle angetrieben, die damit so verbunden ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des stationären Spiralelements ausführt, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen. Demzufolge werden die Volumina in den vorstehend erwähnten Kompressionskammern fortlaufend verringert, wodurch das in diesen Kammern eingeschlossene Fluid komprimiert wird. Das komprimierte Fluid wird aus der Abgabeöffnung abgeführt, wenn die Kompressionskammern in Verbindung mit der Abgabeöffnung gebracht werden. Zur Erzielung eines hohen Kompressionswirkungsgrades in Betrieb des Kompressors in Spiralbauweise ist es deshalb von großer Bedeutung, daß das Umlaufspiralelement mit einem mäßigen Druck an das stationäre Spiralelement angedrückt wird.

-r Die Kraft zum Andrücken des Umlaufspiralelements an das stationäre Spiralelement ergibt sich als Differenz der von dem auf die Rückseite des Umlaufspiralelements wirkenden Druck erzeugten Kraft und der Kraft, die von dem Fluid erzeugt wird, das komprimiert wird und somit auf die Frontseite oder innere Seite des Umlaufspiralelements wirkt. Die auf die Rückseite.des Umlaufspiralelements wirkende Kraft wird durch den Fluiddruck erzeugt, der aus den Kompressionskammern zu einer Gegendruckkammer auf der Rückseite des Umlaufspiralelements über eine kleine Durchlaßbohrung oder kleine Durchlaßbohrungen übertragen wird. Die Schmierung der Lager und Gleitteile der Maschine einschließlich der ineinandergreifenden Teile im Kompressorabschnitt wird durch ein Schmieröl erreicht, welches von einem Sumpf, der in dem abdichtend abgeschlossenen Behälter ausgebildet ist, angesaugt wird. Das Schmieröl wird dabei über eine ölkanalbohrung hochgesaugt, die in der Kurbelwelle ausgebildet ist, den Lagern mit Hilfe der Druckdifferenz zwischen dem Zwischendruck und dem im Kompressor erreichbaren Hochdruck zugeführt und dann in die Gegendruckkammer hinter dem Umlaufspiralelement eingeführt. Das der Gegendruckkammer zugeführte

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Schmieröl wird in die Kompressionskammern mit einem gemäßigten Mengenstrom durch die kleine Durchlaßbohrung zugeführt und zusammen mit dem komprimierten Gas umlaufen gelassen. Ein solcher Kompressor in Spiralbauweise ist aus der JP-OS 73886/1982 bekannt.

Um einen Fluidrücklauf von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite bei abgeschaltetem Kompressor zu vermeiden, ist ein Abgabeventil in dem Abgabekanal des Kompressors für Hochdruckgas vorgesehen, das schließt, wenn der Kompresser zu arbeiten aufhört, so daß die Drucke in den Kompressionskammern mit dem Niederdruck der Ansaugseite im Gleichgewicht sind. Aufgrund der Druckdifferenz strömt inzwischen jedoch auch in unerwünschter. Weise Schmieröl zur Saugseite durch die Kanalbohrung. Als Folge nimmt die in dem ölsumpf im abgeschlossenen Behälter vorhandene Schmierölmenge derart ab, daß die Zuführung von Schmieröl zum Zeitpunkt des Wiederanlaufs des Kompressors fehlt, was zu Schwierigkeiten führt, wie dem Heißlaufen der Lager und anderer, eine Schmierung erfordernder Gleitteile.

Wenn das erwähnte Abgabeventil nicht vorgesehen wird, füllen sich die Kompressionskammern .nach einer Betriebsunterbrechung des Kompressors mit Hochdruckgas, so daß ein Entweichen von Schmieröl zur Saugseite vermieden wird. in diesem Fall läuft jedoch das Umlaufspiralelement aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Abgabeseite und der Saugseite umgekehrt, was einen hohen Lärmpegel ergibt.

Bei einem Kompressor in Spiralbauweise, bei welchem das Schmieröl über den Differenzdruck zugeführt wird, der sich in einem Kühlkreislauf einstellt, ist es deshalb erforderlich, sowohl den entgegengesetzten Lauf des Umlaufspiralelements aufgrund des umgekehrt fließenden Stroms des unter Druck gesetzten Fluids als auch das Entweichen des

Schmieröls zur Niederdruckseite während einer Betriebsaussetzung des Kompressors zu vermeiden.

Diese Probleme können mit einem Kompressor in Spiralbauweise ausgeschlossen werden, der ein Rückschlagventil hat, das in dem Ansaugkanal angeordnet ist, der durch die Stirnplatte des stationären Spiralelements führt. Aufgrund des Vorhandenseins des Ansaugrückschlagventils zur Verhinderung einer Umkehrung des Umlaufspiralelements tritt bei einer solchen Maschine in Spiralbauweise zufällig ein Phänomen auf, nämlich daß in den Kompressionskammern des Kompressors ein örtlich nicht normaler Druckanstieg verursacht wird.

Es ist deshalb erforderlich, weiterhin .eine Maßnahme für das Phänomen in Betracht zu ziehen, nämlich daß sich ein lokaler anormaler hoher Druck in den Kompressionskammern einstellt, da sonst die Spiralwand des Umlaufspiralelements übermäßig belastet würde, was die Gefahr des Abbrechens eines Teils der Spiralwand bedeutet. Diese Erscheinung ist dann besonders ernst zu nehmen, wenn das Gas einen großen Flüssigkeitsgehalt einschließlich der verflüssigten Phase des Arbeitsfluids und des Schmieröls hat.

Die der Erfindung zugrundeliegende.Aufgabe besteht deshalb darin, eine Strömungsmaschine in Spiralbauweise, die als Kompressor betreibbar ist, zu schaffen, bei der ein umgekehrter Lauf des Umlaufspiralelements aufgrund einer Strömungsumkehr des unter Druck gesetzten Fluids sowie ein Entweichen von Schmieröl zur Saugseite hin unterbunden wird, wenn der Kompressor zu arbeiten aufhört, wobei eine Sicherheitsmaßnahme getroffen ist, um jeden anormalen übermäßigen lokalen Druckanstieg in der Kompressionskammer zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Strömungsmaschine in Spiralbauweise gelöst, die ein Umlaufspiral-

element und ein stationäres Spiralelement hat, von denen jedes eine Stirnplatte und eine Spiralwand aufweist, die senkrecht von der Stirnplatte vorsteht. Die Spiralelemente sind so zusammengefügt , daß ihre Spiralwände ineinandergreifen und zwischen sich geschlossene Kammern bilden, deren Volumina fortschreitend abnehmen, wenn diese Kammern zur Mitte der Spiralelemente hin als Ergebnis einer Orbitalbewegung des Umlaufspiralelements bezüglich des stationäres Spiralelements bewegt werden, wodurch das Kühlmittelgas kontinuierlich angesaugt und gefördert wird. Die Verbesserung umfaßt dabei ein Fluidrückschlagventil, das in einem Kühlmittelansaugkanal angeordnet ist, um einen umgekehrten Lauf des Umlaufspiralelements zu verhindern, einen Kanal für eine Verbindung zwischen einer Kühlmittelgasansaugkammer, die von beiden Spiralelementen gebildet wird, und einer weiteren Kammer, sowie einer Druckfreigabeeinrichtung, die in dem Verbindungskanal angeordnet ist und jeden anormal hohen Druck freigibt, der sich in der Ansaugkammer einstellt.

Die Druckfreigabeeinrichtung kann vorzugsweise eine Ventilvorrichtung aufweisen, die den Verbindungskanal in Übereinstimmung mit dem Pegel der Druckdifferenz zwischen der Ansaugkammer und der weiteren Kammer öffnet und schließt.

Diese weitere Kammer kann vorzugsweise eine Hochdruckkammer oder eine Kammer sein, deren Innendruck ein zwischen dem Ansaugdruck und dem.Abgabedruck liegender Zwischendruck ist. Mit dieser Anordnung ist es einfach, eine solche Kammer mit der Ansaugkammer in Verbindung zu setzen, da eine solche Kammer angrenzend an die Ansaugkammer angeordnet ist.

Die weitere Kammer kann auch eine Niederdruckkammer sein. In diesem Fall wird eine größere Stabilität des Betriebs der Ventilvorrichtung erreicht, wenn eine Feder benutzt

wird, um ein Ventil in die Schließrichtung zu drücken. Bei einer praktischen Ausführungsform umfaßt die Ventilvorrichtung ein Blattventil bzw. ein Zungenventil, das normalerweise durch die Druckdifferenz zwischen der Abgabekammer und der Ansaugkkammer geschlossen ist.

Dieses Blattventil kann leicht an dem offenen Ende eines Verbindungskanals angebracht werden, der so ausgebildet ist, daß er sich durch das stationäre Spiralelement angrenzend an die Abgabekammer erstreckt.

Die Ventileinrichtung kann ein Blattventil bzw. Zungenventil sein, welches normalerweise durch die Druckdifferenz zwischen einer der geschlossenen Kammern mit einem Zwischendruck zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgabedruck und der Ansaugkkammer geschlossen wird.

Ein solches Blattventil kann leicht an dem offenen Ende eines Verbindungskanals angebracht werden, der so ausgebildet ist, daß er sich durch das Umlaufspiralelement angrenzend an die Kompressionskammer mit einem Druck erstreckt, der zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgabedruck liegt.

Es ist weiterhin möglich, die Ventilvorrichtung als Schiebeventil oder Kugelventil auszubilden, das durch die Druckdifferenz zwischen der Abgabekammer und der Ansaugkammer normalerweise geschlossen ist. Diese Arten von Ventilvorrichtungen können leicht in kompakter Weise in dem stationären Spiralelement angeordnet werden, wodurch ein Verbindungskanal geöffnet und geschlossen wird, der so ausgebildet ist, daß er sich durch das stationäre Spiralelement erstreckt.

Es ist schließlich möglich, die Ventilvorrichtung als Schiebeventil oder als Kugelventil auszubilden, das normalerweise durch die Druckdifferenz zwischen der Abgabekammer und der Ansaugkammer und durch die Kraft einer Feder geschlossen wird. Diese Ventile können leicht

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in dem stationären Spiralelement in Kompaktbauweise angebracht werden, so daß sie störungsfrei einen Verbindungskanal öffnen und schließen, der durch das stationäre Spiralelement gehend ausgebildet ist, wobei die Kraft der Feder als Unterstützung wirkt.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Kompressor in Spiralbauweise im Längsschnitt,

Fig. 2 in einem Querschnitt das Ineinandergreifen der beiden Spiralelemente,

Fig. 3 im Längsschnitt einen Teil des Kompressors von Fig. 1 mit einem Blattventil,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Rückseite des stationären Spiralelements von Fig. 3,

Fig. 5 - im Schnitt eine Venti!vorrichtung mit einem flachen rohrförmigen Ventilelement,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ventilvorrichtung von Fig. 5,

Fig. 7 in einer Schnittansieht eine Ventilvorrichtung mit einem kolbenförmigen Ventilelement,

Fig. 8 in einer Schnittansicht eine Ventilvorrichtung mit einem Ventilelement in Form einer Kugel,

Fig. 9 in einer Schnittansicht eine Ventilvorrichtung mit einem kolbenförmigen Ventilelement kombiniert mit einer Feder,

Fig. 10 in einer Schnittansicht eine Ventilvorrichtung mit einem Ventilelement in Form einer Kugel kombiniert mit einer Feder,

Fig. 11 in einer Schnittansicht eine Ventilvorrichtung mit einem an der Seitenwand des stationären

Spiralelements angebrachten Blattventil,

Fig. 12 in einer Schnittansicht eine Ventilvorrichtung mit einem kolbenartigen Ventilelement kombiniert mit einer Feder angeordnet in einem Flanschabschnitt des stationären Spiralelements,

Fig. 13 in einer Schnittansicht eine Ventilvorrichtung mit einem Blattventil, das an dem Abschnitt der Stirnplatte.des UmlaufSpiralelements angrenzend an die Gegendruckkammer angeordnet ist und

Fig. 14 in einer Schnittansicht eine Ventilvorrichtung

mit einer Kammerinnenwand , die als Anschlag für ein Blattventil dient.

Die in der Zeichnung gezeigte Strömungsmaschine in Spiralbauweise in Formreines Kompressors für ein Kühlsystem hat ein UmlaufSpiralelement 1, welches aus einer scheibenförmigen Stirnplatte und einer .Spiralwand besteht/ die davon senkrecht nach oben vorsteht, sowie ein stationäres Spiralelement 2 mit ähnlichem Aufbau, das in das Umlaufspiralelement 1 eingreift, wodurch in Kombination mit einem Rahmen 3 ein Kompressorabschnitt der Maschine gebildet wird. Der Kompressorabschnitt ist festgelegt in einen Zylinder 4 aufgenommen, der einen abdichtend abgeschlossenen Behälter bildet. In einer Gegendruckkammer 17, die hinter dem Umlaufspiralelement .1 zwischen seiner Rückseite und dem Rahmen 3 ausgebildet ist, ist ein Oldham-Keil 5 angeordnet, der gleitend verschiebbar in eine Nut in einem Oldham-Ring 6 eingreift. Der Kompressorabschnitt hat weiterhin eine Kurbelwelle 7 mit einem

Exzenterschaftabschnitt 7a, der mit dem Umlaufspiralelement 1 über ein Umlauflager gekoppelt ist. Von den ineinandergreifenden Spiralwänden der beiden Spiralelemente 1 und 2 werden geschlossene Kammern 9 gebildet, deren Anordnung derart vorgesehen ist, daß sie in Verbindung mit einer Abgabeöffnung 10 gebracht werden, die im Mittelabschnitt des stationären Spiralelements 2 ausgebildet ist, während ihre Volumina fortlaufend entsprechend der Orbitalbewegung des Umlaufspiralelements 1 abnehmen.

Die Abgabeöffnung 10 ist mit einer Abgabekammer 11 verbunden, die von einem Deckel 26 des abdichtend abgeschlossenen Behälters gebildet wird. An der Kurbelwelle ist ein Ausgleichsgewicht 12 befestigt. Die Kurbelwelle wird von einem oberen Hauptlager 13.und einem unteren Hauptlager 14 abgestützt.

Die Maschine in Spiralbauweise hat einen Motorabschnitt, der von einem am Ende der Kurbelwelle .7 befestigten Rotor 15 und einem am Rahmen 3 mit Hilfe von Bolzen 27 festgelegten Stator 16 gebildet.wird. Die Gegendruckkammer 17 steht mit den geschlossenen Kammern 9 über Kanalbohrungen 18 in Verbindung, die sich über die Stärke der Stirnplatte des Umlaufspiralelements 1 erstreckend ausgebildet sind.

Durch die Kurbelwelle 7 erstreckt sich eine Ölkanalbohrung 19, von der ein Ende im unteren Ende 28 der Kurbelwelle 7 gegenüber einem ölsumpf am Boden des abdichtend abgeschlossenen Behälters und das andere Ende in der Stirnseite des Exzenterabschnitts 7a der Kurbelwelle 7 mündet. Durch einen ölkanal 19a ist die ölkanalbohrung mit einer ölnut 22 verbunden, die im Umfang.der Kurbelwelle 7 an einem Abschnitt ausgebildet ist, der dem Lager 13 gegenüberliegt. Eine weitere, ebenfalls in der Kurbelwelle 7 ausgebildete ölkanalbohrung 20 mündet- an ihrem einen Ende im unteren Ende 28 der Kurbelwelle 7 und mit ihrem anderen Ende über einen Ölkanal 20a in einem Ab-

schnitt der Kurbelwelle 7, der von dem unteren Lager 14 umschlossen ist. Am Umfang des Exzenterabschnitts 7a ist längs der Oberfläche des Umlauflagers 8 eine ölnut 21 ausgebildet.

Die Strömungsmaschine in Spiralbauweise hat ein Ansaugrohr 23, das sich durch den Deckel 26 derart erstreckt, daß ihr eines Ende mit einem Gerät auf der Niederdruckseite des Kühlsystems, beispielsweise einem Verdampfer, verbunden ist, während das andere Ende in einer Bohrung aufgenonraien ist, die sich über die Stärke der Stirnplatte des stationären Spiralelements 2 erstreckend ausgebildet ist. Der Abschnitt des Saugrohrs 23, der in die Wand des Deckels 26 eindringt, ist mit der Wand bei 26a verschweißt, während der andere, in die Stirnplatte eintretende Endabschnitt elastisch mit Hilfe eines O-Rings 25 gehalten ist. Das Saugrohr 23 unterliegt deshalb keiner Spannungskonzentration. In einem Abschnitt des stationären Spiralelements 2 ist unter dem Ansaugrohr 23 ein sich in Axialrichtung erstreckender kreisförmiger Kanal 29 ausgebildet. Eine Seitenwand des Kanals 29 bildet eine öffnung 30, die mit einer Breite, welche kleiner ist als der Durchmesser des Kanals 29, im wesentlichen über dem gesamten Bereich der Spiralwandhöhe in dem gekrümmten Abschnitt eines Spiralwandabschnitts 24 mündet (Fig. 2) und mit einer Ansaugkammer 43 in Verbindung steht. In dem Kanal 29 ist eine Feder 31 so angeordnet, daß sie mit ihrem einen Ende auf einem Boden 33 des Kanals 29 sitzt und eine Ventilplatte 32 mit ihrem anderen Ende nach oben drückt, und so ein Rückschlagventil bildet. Die Sitzfläche der Ventilplatte 32 wird in engem Kontakt mit der unteren Stirnseite des Ansaugrohrs 23 gehalten. Der Spiralwand- . abschnitt 24 des stationären Spiralelements 2 hat eine gekrümmte Form, um die Bildung der öffnung 30 des Kanals 29 zu erleichtern. In dem ölsumpf im Boden des abdichtend abgeschlossenen Behälters ist Schmieröl 35 angesammelt.

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Die Maschine in Spiralbauweise hat weiterhin ein Abgaberohr 36, das durch die Wand des abdichtend abgeschlossenen Behälters zu einem Kondensator 42 führt, der seinerseits mit dem Verdampfer 40. über ein Rohr 45 verbunden ist, das ein Expansionsventil 41 aufweist. Die als Kompressor dienende Strömungsmaschine in Spiralbauweise ist somit mit dem Kondensator 42, dem Expansionsventil 41 und dem Verdampfer 40 zur Bildung eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs kombiniert. Für den Anschluß an eine elektrische Energiequelle ist eine Klemme 37 vorgesehen.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, hat eine Stirnplatte 2a des stationären Spiraleiements 2 einen Kanal 50 für eine Verbindung zwischen der Ansaugkammer 43 und der Abführkammer 11 sowie eine Ventilvorrichtung 60 zum öffnen und Schließen des Verbindungskanals 50. Die Ventilvorrichtung 60 ist aus einem Ventilelement 70 und einer Schraube 80 zusammengesetzt, mit deren Hilfe das Ventilelement 70 an der Stirnplatte 2a des stationären.Spiralelements 2 befestigt, ist. Gewöhnlich wird das Ventilelement 70 auf eine Sitzfläche 90 des Kanals 50 durch die Druckdifferenz zwischen der Abgabekammer 11 und.der Ansaugkammer 43 gedrückt, wodurch der Kanal 50 blockiert ist. Wenn jedoch der Druck in der Ansaugkammer 30 auf einen anormal hohen Wert ansteigt, wird das Ventilelement.70 so abgebogen, daß der Kanal 50 geöffnet wird, wodurch der anormale Druck freigesetzt wird. Diese Ventilvorrichtung ist einfach im Aufbau und kann deshalb leicht' montiert werden.

Wenn in dem Kompressor das Umlaufspiralelement 1 zufällig falsch herum laufen sollte, wodurch ein nicht normaler Druckanstieg in der Ansaugkammer 43 verursacht würde, öffnet das Ventilelement 70 in der Ventilvorrichtung 60 den Kanal 50, wodurch das Gas aus der Ansaugkammer 43 in die Abgabekammer 11 durch den Kanal 50 freigegeben wird, so daß die Einstellung eines anormal hohen Drucks in der Ansaugkammer 43 vermieden wird. Demzufolge wird ein uner-

wünschtes Abbrechen des Endstücks der Spiralwand am Umlaufspiralelement aufgrund dieses anormalen Drucks in der Saugkammer in vorteilhafter Weise vermieden.

Anstelle des als Ventilelement verwendeten Blattventils können auch anders gebaute Ventilvorrichtungen benutzt werden, wie sie in den Fig. 5 bis 10 gezeigt sind.

Bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist in der Stirnplatte 2a des stationären Spiralelements für eine Verbindung mit einem Kanal 51 eine öffnung 81 mit einem Durchmesser· ausgebildet, der größer ist als der des Kanals 51. Die Ventilvorrichtung hat weiterhin ein scheibenförmiges Ventilelement 71 und einen mit einer Durchgangsöffnung 99 versehenen Anschlagring 100, die in der Öffnung 81 angeordnet sind. Gewöhnlich wird das Ventilelement 71 auf eine Sitzfläche 52 des Kanals 51 aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Abgabekammer 11 und der Ansaugkammer 43 gedrückt. Wenn jedoch der Druck in der Ansaugkammer 43 anormal ansteigt, wird das Ventilelement 71 zwangsweise angehoben und läßt den Druck in der Ansaugkammer 43 in die Abgabekammer 11 durch den Kanal 51 und die öffnung 81 frei. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Ventilvorrichtung innerhalb der StarkenerStreckung der Stirnplatte 2a des stationären Spiralelements 2 anzubringen, ohne daß ein zusätzlicher Montageraum erforderlich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 hat die Stirnplatte 2a des stationären Spiralelements 2 einen zylindrischen Abschnitt 82 mit einem größeren Durchmesser als der Kanal 51 und einen Kanal 53, der senkrecht mit dem Kanal 51 verbunden ist. In dem zylindrischen Abschnitt 82 sind ein kolbenartiges Ventil 72 und ein Anschlagring 101 mit einer Öffnung 99 angeordnet. Gewöhnlich wird das Ventilelement 72 gegen die Sitzfläche 52 des Kanals 51 durch die Druckdifferenz gedrückt, wodurch der Kanal 51

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blockiert ist. Wenn jedoch der Druck in der Ansaugkammer 43 anormal ansteigt/ wird das Ventilelement 72 nach oben gedrückt, wodurch der Druck in der Ansaugkammer 43 in die Abgabekammer 11 über den Kanal 51 und den Kanal 53 freigegeben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann sich das Ventilelement 72, das eine kolbenartige Form hat, glatt ohne Störung bewegen.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Ventilvorrichtung, bei welchem ein Ventilelement 73 in Form einer Kugel

IQ in einem zylindrischen Abschnitt 83 anstelle des Ventilelements in Form eines Kolbens von Fig. 7 angeordnet ist. Dieses Ventilelement 73 wird gewöhnlich auf eine Sitzfläche 54 durch die Druckdifferenz gedrückt. Diese Anordnung sorgt für eine weitere Erleichterung der Bewegung des Ventilelements.

Das Ausführungsbeispiel der Ventilvorrichtung von Fig. 9 ist eine Modifizierung von Fig.· 7, in dem zusammen eine Druckfeder 110 so vorgespannt ist, daß sie zwischen dem Ventilelement 72 und dem Anschlagring 101 wirkt, die in der Ventilvorrichtung von Fig. 7 verwendet, werden. Das Ventilelement 72 wird dadurch auf die Sitzfläche 52 des. Kanals 51 durch die Summe der Kräfte aus der Druckdifferenz und der Kompressionsfeder 110 gedrückt.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 10 ist eine Modifizierung der Ventilvorrichtung von Fig. 8, in dem eine Druckfeder 111 vorgespannt zwischen dem Ventilelement 73 und dem Anschlagring 101 angeordnet ist, die in der Ventilvorrichtung von Fig. 8 benutzt werden, so daß das Ventilelement 73 fest gegen die Sitzfläche 54 des Kanals 51 durch die Summe der Kräfte aus der Druckdifferenz und der Druckfeder 111 gedrückt wird.

Bei den in den Fig. 11 bis 14 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Verbindungskanäle und Ventilvorrichtungen

an anderen Stellen als bisher beschrieben angeordnet.

In Fig. 11 sind der Kanal 53 und die Ventilvorrichtung 60 in einem Abschnitt der Seitenwand 2c des stationären Spiralelements 2, welches die Ansaugkammer aufweist, vorgesehen. Bei dieser Anordnung ergibt sich für die Position des Kanals 53 bezüglich der Saugkammer 43 eine große Auswahl. Bei der Anordnung von Fig. 12 sind der Kanal 53, ein Kanal 55 und ein zylindrischer Abschnitt 88 in einem Flanschabschnitt 2G ausgebildet, der seinerseits am unteren Ende der Seitenwand des stationären Spiralelements 2, ■ welches die Ansaugkammer 43 aufweist, ausgebildet ist. Der zylindrische Abschnitt 84 nimmt ein Ventilelement 74 in Form eines Kolbens auf, der durch eine Feder 112. unter Druck gesetzt ist, die ihrerseits durch einen Anschlagring 103 mit einer Öffnung 104 gehalten ist.

Bei dieser Anordnung kann jede flüssige Phase des Fluids oder am Boden der Ansaugkammer 43 ruhendes Schmiermittel leicht abgeführt werden, da der Kanal 53 auf seinem unteren Niveau offen ist.

Bei dem Ausführungbeispiel von Fig. 13 sind ein Kanal 56 und die Ventilvorrichtung 60 in einem Abschnitt der Stirnplatte 1a des UmlaufSpiralelements 1 ausgebildet, das die Ansaugkammer 43 begrenzt. Der Kanal 56 sorgt für eine Verbindung zwischen der Ansaugkammer 43 und einem Zwischendruckbereich hinter dem Umlaufspiralelement 1. Diese Anordnung erleichtert das Abziehen der flüssigen Phase des Fluids oder das Abziehen von Schmieröl, da der Kanal 56 nach unten durch die Stirnplatte 1a des Umlaufspiralelements 1 offen ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14 ist die Ventilvorrichtung 60 in Form eines Blattventils bzw. Zungenventils an der Seitenwand des stationären Spiralelements 2 vorgesehen. Der Abstand zwischen der Innenfläche 261 des Deckels

26 und einer Seitenfläche 201 des stationären Spiralelements 2 ist reduziert. Wenn das Blattventil 61 geöffnet ist und den durch gestrichelte Linien gezeigten Zustand einnimmt/ berührt das eine Ende 611 des Ventils 61 die Innenfläche 261 des Deckels 26, wodurch die Einstellung des Öffnungsgrades des Ventils ermöglicht ist, d.h. die Innenfläche 261 dient als Anschlag zum Einstellen des Öffnungsgrades des Ventils.

Wenn bei der Strömungsmaschine in Spiralbauweise eine IQ Feder benutzt wird, um das Ventilelement auf die Sitzfläche des Verbindungskanals zu drücken, ist es auch möglich, die Anordnung so zu treffen, daß der Kanal zur Niederdruckseite der Maschine hin offen ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Strömungsmaschine in Spiralbauweise näher erläutert.

Bei der in Fig.1 gezeigten, als Kompressor verwendeten Strömungsmaschine in Spiralbauweise ist der Betrieb unterbrochen. In diesem Zustand ist der Druck in der Ansaugkammer 43 gleich dem Druck auf der Niederdruckseite des Kühlmittelkreislaufs einschließlich des Verdampfers 40 oder etwas höher als dieser Druck.. Wenn der Spiralkompressor in diesem Zustand betrieben wird, wird das UmlaufSpiralelement-1 vom Motorabschnitt über die Kurbelwelle 7 angetrieben und führt eine Umlaufbewegung bezüglich des stationären Spiralelements 2 aus, so daß Gas in der Ansaugkammer 43 komprimiert und durch die Abgabeöffnung 10 in die Abgabekammer.11 gefördert wird. Wenn das Gas in der Ansaugkammer 43 fortlaufend durch die aufeinanderfolgenden geschlossenen Kammern 9 abgeführt wird, nimmt der Druck in der Ansaugkammer 43 ab, wodurch sich eine Druckdifferenz über der Ventilplatte 32 des Rückschlagventils einstellt. Demzufolge wird die Ventilplatte 32, die nach oben durch die Feder 31 gedrückt worden ist, durch den Differenzdruck unter Überwindung der Kraft

der Feder 31 nach unten gedrückt/ wodurch der Kanal geöffnet wird. Somit ist während des Betriebs der Ansaugkanal mit einem ausreichend großen Öffnungsgrad offen gehalten, so daß das Gas nacheinander angesaugt und komprimiert werden kann. Das in die Abführkammer 11 geförderte Hochdruckgas enthält Schmieröl und wird in den Motorabschnitt der Maschine über einen Kanal 44 eingeführt. Der Motor, der Wärme erzeugt und somit auf einer Temperatur gehalten wird, die höher liegt als die des Gases, wird durch Kontakt mit diesem Gas gekühlt. Gleichzeitig wird das in dem Gas suspendierte öl davon getrennt, wenn das Gas auf die Wand des Motorabschnitts auftrifft.. Das so separierte Schmieröl wird in dem Ölsumpf am Boden des abdichtend abgeschlossenen Behälters gesammelt, während das nur noch einen kleinen Ölgehalt aufweisende Gas durch das Abgaberohr 36 zum Kondensator 42 gelangt, wo es durch den Wärmeaustausch mit einem externen Kühlmedium, wie Umgebungsluft, gekühlt und verflüssigt wird. Das verflüssigte Fluid wird dann durch das Expansionsventil 41 auf einen niedrigeren Druck expandiert und wird zu einem Gas mit niedrigerer Temperatur und geringem Druck, das in den Verdampfer 41 strömt, wo es durch die latente Wärme verdampft, die von einem externen Medium, wie Luft, geliefert wird, wodurch die Luft gekühlt wird.

Das durch die Verdampfung erzeugte Gas wird wieder in den Spiralkompressor durch das Ansaugrohr 23 angesaugt und vom Kompressor komprimiert.

Inzwischen wird Schmieröl 35 aus dem ölsumpf über die Kanalbohrungen in der Kurbelwelle 7 aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem hohen Druck in dem geschlossenen Behälter und dem Zwischendruck zugeführt, der in der Gegendruckkammer 17 herrscht. Das Schmieröl 35 wird insbesondere aus dem ölsumpf zu den oberen und unteren Lagern 13 und 14 sowie zu dem Umlauflager 8 über die ölkanalbohrungen 19, 20 und die ölkanäle 19a, 20a geführt. Das Schmieröl wird nach der Schmierung in der Gegendruckkammer 17 gesammelt. Anschließend

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wird das Schmieröl in die geschlossenen Kammern 9, in denen der Druck noch niedriger ist als in der Gegendruckkammer 17, durch die Kanalbohrung 18 eingeführt und zusammen mit dem Gas komprimiert und abgeführt. 'Wenn die Strömungsmaschine in Spiralbauweise in diesem Zustand zu arbeiten aufhört/ wird kein komprimiertes Gas mehr abgeführt, das nun zur Niederdruckseite der Maschine zurückströmen möchte. Da jedoch der Druck in dem Ansaugrohr 23 auf der Niederdruckseite gleich dem Druck in der Ansaugkammer 43 beim Unterbrechen des Betriebs ist, kann die Feder 31 die Ventilplatte 32 frei nach oben drücken, wodurch der Ansaugkanal blockiert wird. Das bruckgleichgewicht zwischen der Ansaugkammer 43 und dem Ansaugrohr 23 wird gleichlaufend mit der Unterbrechung des Maschinenbetriebs erreicht. Die Sperrung des Ansaugkanals durch das Rückschlagventil erfolgt in einer sehr kurzen Zeit nach der Betriebsunterbrechung. Demzufolge kann das Fluid mit hohem Druck, das in die Ansaugkammer 43, wenn überhaupt, zurückgeführt worden ist, nicht zur Niederdruckseite des Kühlsystems zurückfließen. Somit wird ein Gleichgewicht des hohen Drucks in der eingeschlossenen Kammer 9 in einem sehr kurzen Zeitraum erreicht, so daß ein unerwünschtes Umkehren der Bewegung des Umlaufspiralelements nicht eintritt. Die Schmierölmeng§, die in die geschlossenen Kammern 9 durch die Kanalbohrungen 18 strömt, ist so klein, daß sie die Ansaugkammer 43 füllt, die ein kleines Volumen hat. Demzufolge wird Schmieröl 35 im ölsumpf in einer Menge gehalten, die zum Schmieren aller Teile ausreicht, die nach dem erneuten Anlauf der Maschine geschmiert werden müssen.

Im Falle einer zufälligen Bewegungsumkehr des Kompressors, beispielsweise aufgrund einer falschen Phasenfolge der elektrischen Anschlüsse, wird das von der Abgabeöffnung 10 angesaugte Gas zwangsweise in die Ansaugkammer 43 gefördert. Da die Ventilplatte 32 in der Ansaugkammer in diesem Zustand als Rückschlagventil dient, steigt der

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Innendruck der Ansaugkammer 43 abrupt auf einen anormal hohen Wert durch das Gas an, welches in diese Kammer durch die umgekehrt laufende Maschine gedrückt wird. Ansprechend auf einen solchen anormalen Druckanstieg in der Ansaugkammer 73 arbeiten die Ventilelemente 70, 71, 72,73 oder 74 der Ventilvorrichtung 60 so, daß der Gashochdruck aus der Ansaugkammer 43 in die Abgabekammer 11, die Gegendruckkammer 17 oder zur Niederdruckseite des Systems freigegeben wird, wodurch die Einwirkung einer übermäßigen Belastung auf die Spiralwände der Spiralelemente verhindert wird.

Wenn die Maschine keine Ventilvorrichtung 60 für die Freigabe des überschüssigen Drucks hat, entwickelt sich zwischen der Ansaugkammer 43 und der geschlossenen Kammer angrenzend an die Ansaugkammer eine große Druckdifferenz, was eine Gefahr für einen Bruch der Spiralwand darstellt, die diese Kammern trennt, und zwar aufgrund einer daran anliegenden.zu hohen Druckbelastung.

Wie erwähnt kann die unerwünschte Stromungsumkehrung von komprimiertem Gas verhindert werden, wenn der Kompressionsbetrieb der Maschine unterbrochen wird, so daß die Erzeugung von unerwünschtem Lärm vorteilhaft vermieden wird. Da das Entweichen von Schmieröl zur Niedruckseite vermieden wird, treten Schwierigkeiten, wie ein Heißlaufen der Lager aufgrund fehlenden Schmieröls nach dem erneuten Anlaufen der Maschine nicht auf.

Ein anormaler Druckanstieg in der Ansaugkammer wird auch dann vermieden, wenn das UmlaufSpiralelement zufällig in der falschen Richtung umläuft, so daß die Gefahr einer Zerstörung der Endabschnitte der Spiralwände der Spiralelemente ausgeschlossen ist.

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Claims

v.FÖNER EBBINGHAUS FINCK PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MARIAHILFPLATZ 2 Si 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-BOOO MÜNCHEN 95 HITACHI, LTD. DEAC-32278.1 18. Oktober 1984 Fi/ba Strömungsmaschine in Spirälbauweise Patentansprüche

1. Strömungsmaschine in Spiralbauweise mit einem Umlaufspiralelement und einem stationären Spiralelement, von denen jedes eine Stirnplatte und eine Spiralwand aufweist, die senkrecht von der Stirnplatte absteht, wobei die Spiralelemente so zusammengefügt sind, daß ihre Spiralwände ineinandergreifen und zwischen sich geschlossene Kammern bilden, deren Volumina fortlaufend abnehmen, wenn diese Kammern zur Mitte der Spiralelemente infolge einer UmIaufbewegung des UmlaufSpiralelements bezüglich des stationären Spiralelements bewegt werden, wodurch Kühlmittelgas kontinuierlich angesaugt und gefördert wird, gekennzeichnet durch- ein Fluxdrückschlagventil (31, 32), das in dem Kühlmittelansaugkanal (23) angeordnet, ist, um eine Umkehrung des Umlaufspiralelements (1) zu verhindern, durch einen Kanal (50, 51, 53, 56) für eine Verbindung zwischen einer Kühlmittelgasansaugkammer (43), die von den beiden Spiralelementen (1, 2) gebildet wird, und einer weiteren Kammer (11), und durch eine Druckfreigabeeinrichtung (60) , die in dem Verbindungskanal (50, 51, 53, 56) angeordnet ist und jeden anormal

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hohen Druck, der sich in der Ansaugkammer (43) einstellt, freigibt.

2. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfreigabeeinrichtung eine Ventilvorrichtung (60) aufweist, die den Verbindungskanal (50) entsprechend der Höhe der Druckdifferenz zwischen der Ansaugkammer (43) und der weiteren Kammer (11) öffnet und schließt.

3. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die weitere Kammer eine Hochdruckkammer (11) ist.

4. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kammer eine Kammer ist, in der ein Druck aufrechterhalten wird, der zwischen dem Ansaugdruck und dem Förderdruck der Maschine liegt.

5. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kammer eine Niederdruckkammer ist.

6. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennze ichnet, daß die Ventilvorrichtung (60) ein Blattventil (61) aufweist, das normalerweise durch die Druckdifferenz zwischen der Abgabekammer (11) und der Ansaugkammer (43) geschlossen wird und am offenen Ende des Verbindungskanals (50, 53) vorgesehen ist, der sich durch das stationäre Spiralelement (2) angrenzend an die Abgabekammer (11) er streckt.

7. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (60) ein Blattventil (61) aufweist, das

normalerweise durch die Druckdifferenz zwischen einer der geschlossenen Kammern mit einem Zwischendruck zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgabedruck und der Ansaugkammer (43) geschlossen wird und an dem einen Ende des Verbindungskanals (56) vorgesehen ist, der sich durch das Umlaufspiralelement (1) angrenzend an die Kammer mit dem Zwischendruck erstreckt.

8. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennze ichnet, daß die Ventilvorrichtung ein Schieberventil (72, 74) oder ein Kugelventil (73) aufweist, das normalerweise durch die Druckdifferenz zwischen der Abgabekaxnmer (11) und der Ansaugkammer (43) geschlossen wird und in dem stationären Spiralelement (2) so vorgesehen ist, daß es den Verbindungskanal (53) öffnet und schließt, der sich durch das stationäre Spiralelement (2) erstreckt.

9. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (60) ein Schieberventil (72, 74) oder ein Kugelventil (73) aufweist, das normalerweise durch die Druckdifferenz zwischen der Abgabekammer (11) und der Ansaugkammer (43) sowie durch die Kraft einer Feder (110, 111, 112) geschlossen wird und in dem stationären Spiralelement (2) so vorgesehen ist, daß es den Verbindungskanal (51, 53) öffnet und schließt, der sich durch das stationäre Spiralelement (2) erstreckt.

10. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Behälter (4, 26) für die Aufnahme der Bauteile der Maschine, wobei die Innenwand (261) des Behälters (4, 26) als Anschlag ' für die Begrenzung des Öffnungsgrades des Blattventils (61) dient.