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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationskompressor und insbesondere
einen Rotationskompressor mit Zweistufenverdichtung vom Zweizylindertyp
mit einem Zylinder an jeder Seite einer dazwischen liegenden Trennplatte.
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In
einem herkömmlichen
Rotationskompressor, wie jenen, die in einem Kühlkreislauf verwendet werden,
und in denen ein Kühlmittel
wie Kohlendioxid (CO2) verwendet wird, kann
die Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruckseite sehr hoch
sein kann. Zum Beispiel kann der Kühlmitteldruck etwa 100 kg/cm2G auf der Hochdruckseite (Hochstufenseite)
erreichen, während
er auf der Niederdruckseite (Niederstufenseite) etwa 30 kg/cm2G beträgt.
Daher kann die Druckdifferenz zwischen der Hoch- und Niederdruckseite
im Bereich von 70 kg/cm2G betragen.
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Ein
Rotationskompressor der oben genannten Art enthält eine rotierende Welle mit
zwei exzentrischen Abschnitten, wobei ein exzentrischer Abschnitt
eine Phasendifferenz von 180° in
Bezug auf den anderen aufweist, die in jedem Zylinder durch die dazwischen
liegende Trennplatte getrennt angeordnet sind. Die rotierende Welle
enthält
einen Verbindungsabschnitt zwischen den beiden exzentrischen Abschnitten,
der sich durch eine Öffnung
in der dazwischen liegenden Trennplatte erstreckt.
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Ein
Nachteil bei einem herkömmlichen
Rotationskompressor ist, dass der Verbindungsabschnitt der Welle
hohen Lasten ausgesetzt ist, die seine elastische Verformung bewirken
können.
Dieses Problem tritt insbesondere auf, wenn ein Kühlmittel
mit hohem Arbeitsdruck, wie Kohlendioxid, verwendet wird. Wenn die drehende
Welle elastisch verformt wird, kann sie mit einem Lager oder einer
anderen Komponente des Kompressors in Kontakt gelangen, was zu einem
abnormalen Abrieb und einem erhöhten
Verschleiß führt. Dies
verringert die Haltbarkeit des Kompressors und erzeugt Vibrationen
und Geräusche.
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Aus
US 4563137 ist es bekannt,
einen Zweistufen-Rotationskompressor
vorzusehen mit einem ersten und zweiten Zylinder (
38,
40)
die durch eine dazwischen liegende Trennplatte (
36) getrennt
sind, und einem ersten und einem zweiten exzentrischen Verdichtungsabschnitt
(
42,
44), die in dem ersten und zweiten Zylinder
(
38,
40) angeordnet sind, wobei die exzentrischen
Verdichtungsabschnitte (
42,
44) auf einer rotierenden
Welle (
16) ausgebildet und durch einen Abschnitt (
90)
der Welle (
16), der sich durch eine Öffnung (
36a) in der
dazwischen liegenden Trennplatte (
36) erstreckt, voneinander
beabstandet sind und eine Phasendifferenz von 180° haben.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten
Nachteile eines herkömmlichen
Kompressors zu beheben oder zu mildern.
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Ein
Zweistufen-Rotationskompressor gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Abschnitt (90) der exzentrischen
Verdichtungsabschnitte (42, 44) eine derartige
Querschnittsform hat, dass die Dicke in Richtung orthogonal zu einer
exzentrischen Richtung größer als
die Dicke in exzentrischer Richtung ist.
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Vorzugsweise
ist der Querschnitt des Abschnitts der Welle zwischen den Verdichtungselementen
nicht kreisförmig.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der Erfindung nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Rotationskompressor mit Zweistufenverdichtung vom Zweizylindertyp
von der Art mit niederem Innendruck,
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2 einen
Teilquerschnitt durch einen Zylinder des Kompressors, der in 1 dargestellt
ist,
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3 eine
Seitenansicht der rotierenden Welle mit dem oberen und unteren Abschnitt,
die im Kompressor von 1 dargestellt ist,
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4(a) und (b) Querschnitte
entlang der Linie A-A bzw. B-B,
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5 eine
Seitenansicht einer anderen rotierenden Welle zur Verwendung in
dem Kompressor, der in 1 dargestellt ist, und
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6(a) und (b) Querschnitte
entlang der Linie C-C bzw. der Linie D-D, die in 5 dargestellt sind.
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Ein
Rotationskompressor vom Zweizylindertyp 10 mit Zweistufenverdichtung,
der von der Art mit niederem Innendruck gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist, enthält:
ein zylindrisches geschlossenes Stahlgehäuse 12; einen Elektromotor 14,
der in dem geschlossenen Gehäuse 12 angeordnet
ist; und einen Rotationsverdichtungsmechanismus 18, der
von einer rotierenden Welle 16 des Elektromotors 14 antreibbar
ist.
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Das
zylindrische, geschlossene Gehäuse 12 enthält einen Öltank in
seiner Basis und umfasst einen Gehäusehauptkörper 12A zur Aufnahme
des Elektromotors 14 und des Drehverdichtungsmechanismus 18,
und einen schalenförmigen
Deckel 12B zum Verschließen der oberen Öffnung des
Gehäusehauptkörpers 12A.
Ferner ist ein Anschluss 20 (Verdrahtung weggelassen) zum
Zuleiten von Energie zu dem Elektromotorabschnitt 14 auf
dem Deckel 12B vorgesehen.
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Der
Elektromotor 14 enthält
einen Stator 22, der ringförmig entlang der inneren Umfangsfläche des
oberen Raums des zylindrischen geschlossenen Gehäuses 12 angebracht
ist, und einen Rotor 24, der in den Stator 22 eingesetzt
und in dessen Innerem mit kleinem dazwischen liegendem Spalt angeordnet ist.
Die rotierende Welle 16, die sich durch die Mitte in vertikaler
Richtung erstreckt, ist an dem Rotor 24 angebracht.
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Der
Stator 22 hat ein schichtförmiges Teil 26, auf
dem eine ringartige, elektromagnetische Stahlplatte aufgelegt ist,
und eine Statorspule 38, die um das schichtförmige Teil 26 gewickelt
ist. Zusätzlich wird
der Rotor 24 durch ein schichtförmiges Teil 30 gebildet,
das eine elektromagnetische Stahlplatte ähnlich dem Stator 22 ist.
Rotor und Stator 22 bilden gemeinsam einen Wechselstrommotor.
Es ist jedoch offensichtlich, dass der Wechselstrommotor durch einen
Gleichstrommotor ersetzt werden kann, in dem ein Permanentmagnet
eingebettet ist.
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Der
Rotationsverdichtungsmechanismus 18 enthält: einen
Niederstufenseiten-Verdichtungsabschnitt 32; einen Hochstufenseiten-Verdichtungsabschnitt 34;
und eine dazwischen liegende Trennplatte 36, die zwischen
den Verdichtungsabschnitten 32, 34 liegt und eine Öffnung 36a aufweist,
durch die sich ein Abschnitt der rotierenden Welle erstreckt. Jeder Verdichtungsabschnitt 32, 34 umfasst
die dazwischen liegende Trennplatte 36; einen oberen und
unteren Zylinder 38 und 40, die an der oberen
beziehungsweise unteren Seite der dazwischen liegenden Trennplatte 36 angeordnet
sind, eine obere und untere Rolle 46 und 48, die
an dem oberen und unteren exzentrischen Abschnitt 42 und 44 sitzen,
die an der drehenden Welle 16 mit einer Phasendifferenz
von 180 Grad im oberen und unteren Zylinder 38 und 40 vorgesehen
sind; einen oberen und unteren Flügel 50 und 52,
die sich mit der oberen und unteren Rolle 46 und 48 in
Kontakt befindet, um den Innenraum des oberen beziehungsweise unteren
Zylinders 38 und 40 in eine Niederdruckkammerseite 38a, 40a und eine
Hochdruckkammerseite 38b, 40b zu teilen; und ein
oberes und unteres Stützelement 54, 56,
die den oberen beziehungsweise unteren Zylinder 38 und 40 schließen und
als Lager für
die drehende Welle 16 dienen.
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Einlasskanäle 58, 60 stehen
mit der Innenseite des oberen und unteren Zylinders 38, 40 in
Verbindung und schallschluckende Auslasskammern 62 und 64 sind
auf dem oberen und unteren Stützelement 54, 56 ausgebildet.
Die Öffnungen
zu beiden schallschluckenden Auslasskammern 62 und 64 sind durch
eine obere und untere Platte 66, 68 verschlossen.
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Wie
in 2 dargestellt, sind der obere und der untere Flügel 50, 52 in
radialen Führungsnuten 60, 72 angeordnet
und aufgenommen, die in den Zylinderwänden des oberen und unteren
Zylinders 38, 40 ausgebildet sind, so dass sie
sich in diesen hin- und herbewegen können. Die Flügel 50, 52 werden von
Federn 74, 76 konstant gegen die obere und untere
Rolle 46, 48 gedrückt.
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Der
Verdichtungsvorgang der ersten Stufe (Niederstufenseite) wird im
oberen Zylinder 38 ausgeführt, und der Verdichtungsvorgang
der zweiten Stufe (Hochstufenseite) zum Weiterverdichten des Kühlgases,
das im oberen Zylinder 38 verdichtet wurde, der verstärkt werden
soll, um einen Zwischendruck zu erhalten, wird im oberen Zylinder 38 ausgeführt.
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Von
den Elementen, die den zuvor beschriebenen Rotationsverdichtungsmechanismus 18 bilden,
sind das obere Stützelement 54,
der obere Zylinder 38, die dazwischen liegende Trennplatte 36, der
untere Zylinder 40 und das untere Stützelement 56 in der
genannten Reihenfolge angeordnet und des Weiteren integral verbunden
und mit der oberen Platte 66 und der unteren Platte 68 unter
Verwendung einer Vielzahl von Befestigungsschrauben 78 befestigt.
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Eine Ölbohrung 80,
die orthogonal zu der Drehachse der Welle liegt, ist nahe dem unteren Ende
der drehenden Welle 16 ausgebildet, und an dieser Ölbohrung 80 sind
seitliche Fülllöcher 82, 84 ausgebildet.
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Der
Abschnitt 90 der Welle zwischen dem oberen und dem unteren
exzentrischen Abschnitt 42, 44 ist integral mit
der Welle 16 ausgebildet und hat eine Querschnittsfläche, die
größer ist
als der kreisförmige
Querschnitt des Restes der drehenden Welle 16, um die Steifigkeit
der drehenden Welle 16 zu erhöhen. Der Querschnitt kann eine
nicht kreisförmige Gestalt
aufweisen.
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Die
Querschnittsform des Verbindungsabschnitts ist in 3 und 4 deutlicher
dargestellt. Obwohl der Verbindungsabschnitt 90 zum Verbinden des
oberen und unteren exzentrischen Abschnitts 42, 44 koaxial
mit der drehenden Welle 16 liegt, ist sein Querschnitt
derart, dass seine Dicke in eine Richtung orthogonal zu der Richtung,
in die sich der obere und untere exzentrische Abschnitt 42, 44 von
der drehenden Welle 16 erstrecken, größer ist als die Dicke in dieselbe
Richtung, in die sich die exzentrischen Abschnitte von der drehenden
Welle 16 erstrecken. Insbesondere, wie in 4(a) und (b) dargestellt, ist eine Dicke d1 in die
Richtung, in die sich der obere und untere exzentrische Abschnitt 42, 44 von
der Welle 16 erstrecken, gleich dem Durchmesser d der drehenden
Welle 16. Die Dicke D1 in Richtung orthogonal zu der Richtung,
in die sich der obere und untere exzentrische Abschnitt 42, 44 erstrecken,
ist jedoch größer als
die vorhergenannte Dicke (D1 > d1
= d). Daher ist eine nicht kreisförmige Querschnittsfläche S1 des
Verbindungsabschnitts 90 größer als eine kreisförmige Querschnittsfläche S der
drehenden Welle 16 (S1 > S).
Es sei angemerkt, dass die Querschnittsform des Verbindungsabschnitts 90 in
diesem Fall vertikal und horizontal asymmetrisch ist.
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Eine
andere Ausführungsform
ist in 5 und 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform
ist die Dicke d2 in dieselbe Richtung wie die Richtung, in die sich
die exzentrischen Abschnitte 42, 44 von der rotierenden
Welle 16 erstrecken, größer als
der Durchmesser d der rotierenden Welle 16, und eine Dicke
D2 in Richtung orthogonal zu der Richtung, in die sich die exzentrischen
Abschnitte von der drehenden Welle 16 erstrecken, ist größer als
die vorhergenannte (= d2) (D2 > d2 > d), wie aus 6(a) und (b) hervorgeht.
In diesem Fall ist die nicht kreisförmige Querschnittsfläche S2 des
Verbindungsabschnitts 90 ebenso größer als die nicht kreisförmige Querschnittsfläche S1 bei
der vorangehenden Ausführungsform
(S2 > S1 > S).
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In
diesem Fall hat der Verbindungsabschnitt 90 eine derartige
Querschnittsform, dass die Dicke an der exzentrischen Seite des
unteren exzentrischen Abschnitts 44 größer ist als die Dicke an der exzentrischen
Seite des oberen exzentrischen Abschnitts 42.
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Infolgedessen
ist die Querschnittsfläche
des Verbindungsabschnitts 90 zum Verbinden des oberen und
des unteren exzentrischen Abschnitts 42 und 44,
die integral mit der drehenden Welle 16 ausgebildet sind,
größer, um
das geometrische sekundäre Moment
zu erhöhen,
so dass die Festigkeit (Steifigkeit) der drehenden Welle verstärkt wird,
wodurch die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Kompressors verbessert
wird. Insbesondere beim Verdichten eines Kühlmittels mit hohem Arbeitsdruck
in zwei Stufen, verbessert die vergrößerte Querschnittsfläche des Verbindungsabschnitts 90 die
Festigkeit (Steifigkeit) der Welle 16 und verhindert, dass
die rotierende Welle 16 elastisch verformt wird, obwohl
eine große
Differenz zwischen einem Hochdruck und einem Niederdruck eine Last
erhöht,
die auf die drehende Welle 16 wirkt.
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In
dieser Ausführungsform
wird Kohlendioxid (CO2) als Kühlmittel
verwendet und jedes vorhandene Öl,
wie Mineralöl,
Alkylbenzolöl,
Etheröl,
Esteröl, wird
als Schmieröl
verwendet.
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Kühlmitteleinlassrohre 92, 94 zum
Leiten des Kühlgases
in den oberen und unteren Zylinder 38, 40 durch
die Einlasskanäle 58 und 60,
und die schallschluckenden Auslasskammern 62 und 64 und
Kühlmittelauslassrohre 96 und 98 zum
Abgeben des verdichteten Kühlgases
sind mit dem oberen beziehungsweise unteren Stützelement 54, 56 verbunden. Zusätzlich sind
Kühlmittelrohre 100, 102, 104 und 106 mit
diesen Kühlmitteleinlassrohren 92, 94 beziehungsweise
mit den Kühlmittelauslassrohren 96, 98 verbunden.
Ebenso ist ein Akkumulator 108 zwischen den Kühlmittelrohren 102, 104 angeschlossen. Es
sei bemerkt, dass ein Befestigungssitz 110 an der äußeren Bodenfläche des
geschlossenen Behälters 112 vorgesehen
ist.
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Es
wird nun der Betrieb des zuvor beschriebenen Kompressors beschrieben.
Wenn die Spule 28 des Elektromotors 14 über die
Anschlussklemme 20 erregt wird, wird der Elektromotor 14 aktiviert
und dreht den Rotor 24. Diese Drehung bewirkt, dass die obere
und untere Rolle 46 und 48, die auf dem oberen
und unteren exzentrischen Abschnitt 42 und 44 sitzen,
die integral an der drehenden Welle 16 bereitgestellt sind,
exzentrisch im oberen und unteren Zylinder 38, 40 drehen.
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Folglich,
wie in 2 dargestellt, wird das Niederdruckkühlgas von
einer Einlassmündung 112 durch
das Kühlmittelrohr 100,
das Kühlmitteleinlassrohr 92 und
den Einlasskanal 58, der an dem oberen Stützelement 54 ausgebildet
ist, in die Niederdruckkammerseite 38a des oberen Zylinders 38 gesaugt und
durch den Betrieb der oberen Rolle 46 und des oberen Flügels 50 auf
einen Zwischendruck verdichtet. Dann wird es von der Hochdruckkammerseite 38b des
oberen Zylinders 38 durch den Auslassabschnitt 114,
die schallschluckende Auslasskammer 62, die an dem oberen
Stützelement 54 ausgebildet ist,
das Kühlmittelauslassrohr 96 und
das Kühlmittelrohr 102 zu
dem Akkumulator 108 an der Außenseite des geschlossenen
Behälters 12 gesaugt.
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Das
Kühlmittelgas
mit einem Zwischendruck, das durch den Akkumulator 108,
das Kühlmittelrohr 102,
das Kühlmitteleinlassrohr 94 und
den Einlasskanal 60, der an dem unteren Stützelement 56 ausgebildet
ist, von dem Einlassabschnitt 116 zu der Niederdruckkammerseite 40a des
unteren Zylinders 40 gesaugt wurde, wird durch den Betrieb
der unteren Rolle 48 und des unteren Flügels 52 der zweiten
Verdichtungsstufe unterzogen, um ein Hochdruckkühlgas zu erhalten. Dann wird
es von der Hochdruckkammerseite 40b durch die Auslassmündung 118, die
schallschluckende Auslasskammer 64, die an dem unteren
Stützelement 56 ausgebildet
ist, das Kühlmittelauslassrohr 98 und
das Kühlmittelrohr 106 zu
einem äußeren Kühlmittelkreislauf
(nicht dargestellt) geleitet, der einen Kühlkreislauf bildet.
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Die
Drehung der rotierenden Welle 16 bewirkt, dass das Schmieröl, das sich
am Boden des geschlossenen Behälters 12 befindet,
durch das vertikale Ölloch 80 nach
oben bewegt wird, das in der Wellenmitte der drehenden Welle 16 ausgebildet
ist, und das Öl
fließt
dann aus den seitlichen Fülllöchern 82 und 84 und
wird zu dem Lagerabschnitt der drehenden Welle 16 und zu
dem oberen und unteren exzentrischen Abschnitt 42 und 44 geleitet.
Dadurch können
die drehende Welle 16 und der obere und der untere exzentrische
Abschnitt 42 und 44 reibungslos rotieren.
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Obwohl
die vorangehenden Ausführungsformen
den Rotationskompressor mit Zweistufenverdichtung vom Zweizylindertyp
mit der drehenden Welle 16 in Längsrichtung beschrieben haben,
kann die vorliegende Erfindung ebenso bei dem Rotationskompressor
mit Zweistufenverdichtung vom Zweizylindertyp mit der drehenden
Welle in Querrichtung angewandt werden.
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Gemäß der zuvor
beschriebenen vorliegenden Erfindung kann eine elastische Verformung
der drehenden Welle selbst dann vermieden werden, wenn eine Differenz
zwischen einem Hochdruck und einem Niederdruck groß ist, und
es kann der Rotationskompressor mit Zweistufenverdichtung vom Zweizylindertyp
mit ausgezeichneter Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.