DE602004005039T2

DE602004005039T2 - Spiralfluidmaschine

Info

Publication number: DE602004005039T2
Application number: DE602004005039T
Authority: DE
Inventors: Ken Yanagisawa; Tamotsu Fujioka
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2004-09-04
Filing date: 2004-09-04
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2024-09-05
Also published as: EP1632646B1; ATE355444T1; EP1632646A1; DE602004005039D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fluidspiralantrieb, insbesondere einen Fluidspiralantrieb, der wirksam gekühlt werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In JP 2003-307188A vom selben Antragsteller wird ein Fluidspiralantrieb offenbart, der feststehende und umlaufende Spiralelemente umfasst, wobei das umlaufende Spiralelement in Relation zum feststehenden Spiralelement angetrieben und gedreht wird, um äußere komprimierende und innere sich aufweitende Bereiche zwischen feststehenden und umlaufenden Spiralen der feststehenden und umlaufenden Spiralelemente zu schaffen. Das im sich aufweitenden Bereich zwischen den inneren feststehenden und umlaufenden Spiralen expandierte und gekühlte Fluid fließt durch eine Ausgabebohrung zur Rückfläche einer umlaufenden Endplatte. Fluid strömt von der Rückfläche der umlaufenden Endplatte über den Außenumfang einer Sperrplatte zu einem Elektromotor. Im Fluidspiralantrieb wird die Rückfläche der umlaufenden Endplatte wirksam gekühlt.
Indessen wird zwischen der umlaufenden Endplatte und einem exzentrischen Abschnitt eines Antriebsschafts in einer Nabe der umlaufenden Endplatte ein Mittellager eingebracht. Der Antriebsschaft wird vom Elektromotor angetrieben, und die umlaufende Endplatte wird vom exzentrischen Abschnitt des Antriebsschafts gedreht. Dann werden die komprimierenden und sich aufweitenden Bereiche zwischen den feststehenden und umlaufenden Spiralelementen geschaffen. Das Lager wird einer Drehung des Antriebsschafts ausgesetzt und erhitzt, wobei sich dessen Dauerhaftigkeit verringert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts des erwähnten Nachteils ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Fluidspiralantrieb zu schaffen, in dem ein Mittellager in einer Nabe einer umlaufenden Endplatte wirksam gekühlt wird, wodurch sich dessen Haltbarkeit verlängert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fluidspiralantrieb geschaffen, wie im angehängten Anspruch 1 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Seitenquerschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fluidspiralantriebs gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II in 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 und 2 stellen ein Ausführungsbeispiel eines Fluidspiralantriebs gemäß der vorliegenden Erfindung dar, der einen Spiralelementabschnitt 10 und einen Elektromotor 20 umfasst. Eine feststehende Endplatte 1' eines feststehenden Spiralelements 1 hat eine innere kreisförmige Begrenzungswand 101, eine äußere kreisförmige Begrenzungswand 102, eine äußere feststehende Spirale 1a zwischen der inneren und der äußeren Begrenzungswand 101 und 102 und eine innere feststehende Spirale 1b innerhalb der inneren Begrenzungswand 101. Eine umlaufende Endplatte 2' eines umlaufenden Spiralelements 2 besitzt eine äußere umlaufende Spirale 2a, die in Wirkverbindung mit der äußeren feststehenden Spirale 1a tritt, und eine innere umlaufende Spirale 2b, die in Wirkverbindung mit der inneren feststehenden Spirale 1b tritt. Das umlaufende Spiralelement 2 ist mit einem Gehäuse 3 abgedeckt, das am feststehenden Spiralelement 1 befestigt ist. Ein Elektromotor 20 ist mit einer Schraube 26 an einer Wand 3' des Gehäuses 3 befestigt. Die Lagerzapfen 21a und 21b eines Antriebsschafts 21 des Elektromotors 20 liegen mittels der Lager 8 bzw. 23 drehbar am Gehäuse 3 und einer hinteren Abdeckung 25 des Elektromotors 20 auf, so dass eine Achse des Antriebsschafts 21 mit der Mitte des feststehenden Spiralelements 1 zusammenfallen kann.
Drei Naben 5 ragen nahe der äußeren Peripherie des umlaufenden Spiralelements 2 wie ein gleichseitiges Dreieck vor, und in jeder der Naben 5 ist über ein Lager 9a ein Stift 7a an einem Ende einer Zusatzkurbel 7 drehbar gelagert. Auf dem feststehenden Spiralelement 1 sind drei Naben 6 vorgesehen, und ein Stift 7b über ein Lager 9b in jeder der Naben 6 am anderen Ende des feststehenden Spiralelements 1. Die Stifte 7a, 7b sind in einem bestimmten Ausmaß exzentrisch angeordnet. Ein exzentrischer Abschnitt 21 ist an einem Ende des Antriebsschafts 21 ausgebildet und trägt über das Lager 22 eine Nabe 4 in der Mitte der Rückfläche der umlaufenden Endplatte 2'. Der exzentrische Abschnitt 21c weist die selbe Exzentrizität auf wie die Stifte 7a, 7b der Zusatzkurbel 7. Wenn der Antriebsschaft 21 in Rotation versetzt wird, dreht sich aufgrund der gegebenen Struktur das umlaufende Spiralelement 2 um die Achse des Antriebsschafts 21. Der Drehmechanismus kann ein bekanntes Mittel sein, wie beispielsweise eine Oldham-Kopplung. Wie in 2 mit Bezug auf eine Spiralrichtung der Spirale dargestellt, sind die inneren Spiralen gegen den Uhrzeigersinn von der Mitte gewickelt, und die äußeren Spiralen im Uhrzeigersinn von der kreisförmigen Wand.
Das Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Dichtung, die Bezugszeichen 27, 28 bezeichnen elastische Ringe. Wenn eine innere Kugel des Lagers vom exzentrischen Abschnitt 21c gelöst wird, um dem exzentrischen Abschnitt 21c das Eintreten in das Lager 8 des umlaufenden Spiralelements zu ermöglichen, verhindern die elastischen Ringe 27, 28 eine Reibkorrosion aufgrund der Rotation der Innenfläche der inneren Kugel des Lagers auf dem Außenumfang des Stiftbereichs 21c.
Wenn beispielsweise der elastische Ring 27 aus Hartgummi in einer Bohrung des exzentrischen Abschnitts 21c eingepasst ist, hindert der elastische Ring 27 die innere Kugel an der Rotation auf dem exzentrischen Abschnitt 21c aufgrund der Reibung nach dem Einbringen der inneren Kugel, wobei der Widerstand beim Einpassen der inneren Kugel gering ist. Gleichermaßen ermöglicht der elastische Ring 28 dem Stiftabschnitt 7a der Zusatzkurbel 7 das Eintreten in das Lager 9a des umlaufenden Spiralelements 2 und hindert die innere Kugel des Lagers 9a am Rutschen.
Auf der Endplatte 1' des feststehenden Spiralelements 1 befindet sich ein Einlass 11 eines komprimierenden Bereichs innerhalb der äußeren Begrenzungswand 102, ein Auslass 12 eines komprimierenden Bereichs außerhalb der inneren Begrenzungswand 101, ein Auslass 14 eines sich aufweitenden Bereichs innerhalb der inneren Begrenzungswand 101 und ein Auslass 13 eines sich aufweitenden Bereichs in der Mitte. Die Röhren 11a, 12a, 14a, 13a sind mit den Löchern 11, 12, 14, 13 verbunden. Wenn der Elektromotor 20, in 1 von rechts gesehen, gegen den Uhrzeigersinn in Rotation versetzt wird, dreht sich das umlaufende Spiralelement 2 gegen den Uhrzeigersinn um die Mitte des feststehenden Spiralelements 1, wie in 2 dargestellt, während das umlaufende Spiralelement 2 an der Rotation um seine eigene Achse gehindert wird. So wird zwischen der inneren und der äußeren Begrenzungswand 101 und 102 ein komprimierender Bereich geschaffen, und innerhalb der inneren Begrenzungswand 101 ein sich aufweitender Bereich.
Das Fluid wird durch den Einlass 11 eingesaugt, im komprimierenden Bereich durch die Wirkverbindung der äußeren Spiralen 1a und 2a zwischen der inneren und äußeren Begrenzungswand 101 und 102 komprimiert und durch den Auslass 12 ausgegeben. Das Fluid wird durch den Einlass 13 angesaugt, im aufweitenden Bereich durch Wirkverbindung der inneren Spiralen 1b und 2b innerhalb der inneren Begrenzungswand 101 expandiert und durch den Auslass 13 ausgegeben.
Die Endplatte 2' des umlaufenden Spiralelements besitzt eine Ausgabebohrung 103 für das expandierte Fluid, die mit dem sich aufweitenden Bereich kommuniziert. Das im sich aufweitenden Bereich expandierte Fluid wird nicht nur durch den Auslass 14 der Endplatte 1' des feststehenden Spiralelements ausgegeben, sondern auch durch die Ausgabebohrung 103 der Endplatte 2' des umlaufenden Spiralelements.
Ein sich aufweitender Deckel 120 ist an der umlaufenden Endplatte 2' montiert und besitzt eine Tragplatte 121 zwischen der Nabe 4 der umtaufenden Endplatte 2' und dem sich aufweitenden Deckel 120. Die Tragplatte 121 hat eine kreisförmige Bohrung 122, und der sich aufweitende Deckel 120 besitzt einen nach innen vorstehenden Bereich 123. Das Fluid von der Ausgabebohrung 103 geht durch die kreisförmige Bohrung 122 der Tragplatte 121 und durch einen engeren Abschnitt 124 zwischen dem nach innen vorstehenden Bereich 123 und der Nabe 4. In dem engeren Abschnitt 124 wird das Fluid schneller und verliert an Druck, so dass das Fluid weiter abkühlt.
Die umlaufende Endplatte 2' wird von dem exzentrischen Abschnitt 21c des Antriebsschafts 21 angetrieben, so dass ein Mittellager 125 zwischen der Nabe 4 und dem exzentrischen Abschnitt 21c sich während der Rotation des exzentrischen Abschnitt 21c erhitzt. Das Kühlfluid, das durch den engeren Abschnitt 124 nahe der Nabe 4 strömt, kühlt das Mittellager 125 wirksam, wodurch die Langlebigkeit des Lagers 125 erhöht wird.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT DER ERFINDUNG
Ein Fluidspiralantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung wird dazu verwendet, Luft in eine Kraftstoffzelle einzuspeisen und auszugeben, oder als Luftexpansionskühler.

Claims

Flüssigkeitsspiralantrieb umfassend: einen Antriebsschaft (21) mit einem exzentrischen Bereich (21c); ein festes Spiralelement (1) mit einer feststehenden Endplatte (1') von der aus eine innere feststehende Spirale (1b) und eine äußere feststehende Spirale (1a) vorstehen; ein umlaufendes Spiralelement (2) mit einer umlaufenden Endplatte (2'), von der aus eine innere, umlaufende Spirale (2b) und eine äußere, umlaufende Spirale (2a) vorstehen, sowie eine Nabe (4), in die der exzentrische Bereich (2c) eingepasst ist; und eine kreisförmige, innere Begrenzungswand (101), die an der feststehenden oder der umlaufenden Endplatte (1', 2') befestigt ist, wobei das umlaufende Spiralelement (2) von dem exzentrischen Bereich (21c) des Antriebsschafts (21) so angetrieben wird, dass die innere, umlaufende Spirale (2b) in Wirkverbindung zur inneren, feststehenden Spirale (1b) innerhalb des von der inneren Begrenzungswand (101) abgegrenzten Bereichs tritt, um einen sich aufweitenden Bereich zu erzeugen, und es der äußeren, umlaufenden Spirale (2a) zu ermöglichen, in Wirkverbindung zur äußeren feststehenden Spirale (1a) im Außenbereich zur inneren Begrenzungswand (101) zu treten, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich aufweitender Deckel (120) mit einem nach innen vorstehenden Bereich (123) auf der umlaufenden Endplatte (2') aufgesetzt ist, um die Nabe (4) so zu umgeben, dass ein enger werdender Abschnitt (124) zwischen dem nach innen vorstehenden Bereich (123) und der Nabe (4) gebildet wird, wobei die aus dem sich aufweitenden Bereich kommende Flüssigkeit durch den enger werdenden Abschnitt (124) gepresst wird und hierdurch eine Druckabsenkung und Kühlung eintritt.
Flüssigkeitsspiralantrieb nach Anspruch 1, wobei eine kreisringförmige Tragplatte (121) auf die Nabe (4) aufgesetzt ist, um den sich aufweitenden Deckel (120) abzustützen, wobei die Tragplatte (121) eine Kreisbohrung (122) aufweist, durch welche Flüssigkeit von dem aufgeweiteten Bereich in den enger werdenden Abschnitt (124) übertritt.