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Deutschsprachige Übersetzung
der Beschreibung der Europäischen
Patentanmeldung Nr. 03010374.1-1267 des Europäischen Patents Nr. 1371851
Deutsches Aktenzeichen Nr. 60309247.0-08
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralverdichter.
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In
bezug auf einen Spiralverdichter offenbart die japanische Patentveröffentlichung
7-158570 die Verhinderung von Leistungsverlusten, Vibrationen und
Geräuschen,
die durch eine übermäßige Kompression
des Spiralverdichters verursacht werden. Gemäß dieser Veröffentlichung
steht eine Vielzahl von Zwischenkompressionskammern, in denen fortschreitend
eine Gasverdichtung stattfindet, über Verbindungskanäle mit einer
Auslassöffnung
in Verbindung. In jedem Verbindungskanal ist ein Entlastungsventil
angeordnet, das geöffnet
wird, wenn der Druck in den Zwischenkompressionskammern höher ist
als der Druck in der Auslassöffnung.
Wenn daher der Druck in der Auslassöffnung relativ niedrig ist, öffnet das
Entlastungsventil den Verbindungskanal und stellt somit eine direkte
Verbindung der Zwischenkompressionskammern mit der Auslassöffnung her. Auf
diese Weise wird eine übermäßige Kompression des
Spiralverdichters, bei der die Gasver dichtung fortschreitet, bis
die Kompressionskammern im wesentlichen die Mitte einer Spirale
einer festen Spiralwand erreichen, verhindert.
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Gemäß der vorstehend
erwähnten
Veröffentlichung
findet jedoch eine Vielzahl von Entlastungsventilen in Anpassung
an die Zwischenkompressionskammern Verwendung. Durch diese Konstruktion wird
die Zahl der Teile des Spiralverdichters erhöht. Ferner erzeugt eine Vielzahl
der Entlastungsventile Druckpulsationen aufgrund einer zeitlichen
Verzögerung,
mit der jedes Entlastungsventil geöffnet wird. Daher werden abnorme
Geräusche
und Vibrationen erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spiralverdichter, bei
dem unter Verwendung einer relativ geringen Anzahl von Teilen eine übermäßige Kompression
verhindert wird.
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Die
vorliegende Erfindung besitzt die folgenden Merkmale. Ein Spiralverdichter
umfasst ein Gehäuse,
ein bewegliches Spiralelement, eine Vielzahl von Kompressionskammern,
eine Auslassöffnung, einen
Verbindungskanal und ein Entlastungsventil. Das Gehäuse hat
ein festes Spiralelement, das eine feste Basisplatte und eine feste
Spiralwand besitzt, die sich von der festen Basisplatte aus erstreckt.
Das bewegliche Spiralelement ist im Gehäuse angeordnet. Es besitzt
eine bewegliche Basisplatte und eine bewegliche Spiralwand, die
sich von der beweglichen Basisplatte aus erstreckt. Die bewegliche
Spiralwand steht mit der festen Spiralwand in Eingriff. Die Kompressionskammern
sind zwischen dem beweglichen Spiralelement und dem festen Spiralelement
ausgebildet und werden radial und nach innen bewegt, um Gas zu verdichten,
indem das bewegliche Spiralelement relativ zum festen Spiralelement
bei Reduktion ihrer Volumina umläuft.
Die Kompressionskammern besitzen mindestens eine erste Zwischenkompressionskammer
und eine zweite Zwischenkompressionskammer, in denen eine Gasverdichtung
fortschreitet. Die Auslassöffnung
ist im wesentlichen in der Mitte der festen Basisplatte oder der
beweglichen Basisplatte ausgebildet, um das komprimierte Gas zur
Außenseite
des Gehäuses
zu führen.
Der Verbindungskanal verbindet jede Zwischenkompressionskammer mit
der Auslassöffnung.
Er besitzt mindestens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt.
Der erste Abschnitt erstreckt sich von der ersten Zwischenkompressionskammer
aus, während
sich der zweite Abschnitt von der zweiten Zwischenkompressionskammer
aus erstreckt. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt treffen
sich an einem Treffpunkt auf dem Weg im Verbindungskanal, bevor
sie die Auslassöffnung
erreichen. Das Entlastungsventil ist zwischen dem Treffpunkt und
der Auslassöffnung einschließlich des
Treffpunktes im Verbindungskanal angeordnet. Das Entlastungsventil öffnet den
Verbindungskanal, wenn der Druck in der ersten und zweiten Zwischendruckkammer
höher ist
als der Druck in der Auslassöffnung.
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Die
Merkmale der vorliegenden Erfindung, die als neu angesehen werden,
sind insbesondere in den Patentansprüchen wiedergegeben. Die Erfindung
kann zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen am besten anhand der
nachfolgenden Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zusammen
mit den beigefügten
Zeichnungen verstanden werden. Von den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines Spiralverdichters gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; und
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2 einen
Längsschnitt
eines Entlastungsventils eines Spiralverdichters gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ein
Spiralverdichter gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr anhand von 1 beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
findet die beanspruchte Erfindung bei einem elektrischen Spiralverdichter
für eine
Brennstoffzelle eines elektrischen Fahrzeuges (hiernach als Verdichter
bezeichnet) Verwendung. Die linke Seite von 1 ist eine
Vorderseite des Verdichters, während
die rechte Seite von 1 eine Rückseite desselben bildet.
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Wie
in 1 gezeigt, verdichtet der Verdichter ein Gas,
das einer Brennstoffzelle FC eines Elektrofahrzeuges zugeführt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
findet der Verdichter insbesondere zum Verdichten von Luft Verwendung,
die der Brennstoffzelle FC zugeführt wird.
Die Drehzahl des Verdichters wird so gesteuert, daß die Luftmenge,
die der Brennstoffzelle FC pro Zeiteinheit zugeführt wird, zunimmt, wenn die
Laufgeschwindigkeit des Elektrofahrzeuges groß wird, und daß die Luftmenge,
die der Brennstoffzelle FC pro Zeiteinheit zugeführt wird, abnimmt, wenn die
Laufgeschwindigkeit des Elektrofahrzeuges gering wird. Selbst in
einem Zustand, in dem das Elektrofahrzeug durch eine rote Ampel
gestoppt wird, wird der Verdichter mit einer relativ geringen Drehzahl
angetrieben, um andere elektrische Ausrüstungselemente, wie einen elektrischen
Kältemittelverdichter
für eine
Klimaanlage, zu betätigen. Mit
anderen Worten, der Verdichter befindet sich im Leerlauf.
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Es
wird nunmehr die Konstruktion des Verdichters beschrieben. Gemäß 1 umfaßt der Verdichter
einen Verdichtungsmechanismus und einen Elektromotor. Ein Gehäuse des
Verdichters oder ein Verdichtergehäuse besitzt eine erste Gehäuseeinheit 11 auf
der Seite des Verdichtungsmechanismus und eine zweite Gehäuseeinheit 12 auf
der Seite des Elektromotors. Das hintere Ende der ersten Gehäuseeinheit 11 ist
mit dem vorderen Ende der zweiten Gehäuseeinheit 12 verbunden.
Die erste Gehäuseeinheit 11 und
die zweite Gehäuseeinheit 12 sind
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Eine Welle 13 ist
drehbar im Verdichtergehäuse gelagert.
In der zweiten Gehäuseeinheit 12 ist
ein Rotor 14, der einen Elektromotor M bildet, so auf der Welle 13 fixiert,
daß er
sich auf integrierte Weise zusammen mit der Welle 13 dreht.
In der zweiten Gehäuseeinheit 12 ist
ein Stator 16, der ebenfalls den Elektromotor M bildet, auf
der inneren Umfangsfläche
der zweiten Gehäuseeinheit 12 so
fixiert, daß er den
Rotor 14 umgibt.
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Die
erste Gehäuseeinheit 11 besitzt
ein festes Spiralelement 20, ein vorderes Gehäuseelement 21 und
ein hinteres Gehäuseelement 22.
Das hintere Ende des vorderen Gehäuseelementes 21 ist
fest mit dem vorderen Ende des festen Spiralelementes 20 verbunden.
Das vordere Ende des hinteren Gehäuseelementes 22 ist
fest mit dem hinteren Ende des festen Spiralelementes 20 verbunden.
Das feste Spiralelement 20 hat eine feste Basisplatte 20a und
eine feste Spiralwand 20b, die sich von der Rückseite
der festen Basisplatte 20a aus erstreckt.
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Eine
Hauptkurbelwelle 17 erstreckt sich so vom vorderen Ende
der Welle 13, daß sie
exzentrisch zur Drehachse der Welle 13 verläuft. Ein
bewegliches Spiralelement 24 wird von der Kurbelwelle 17 über ein
Lager 25 so gelagert, daß es dem festen Spiralelement 20 gegenüberliegt.
Das bewegliche Spiralelement 24 besitzt eine scheibenförmige bewegliche Basisplatte 24a und
eine bewegliche Spiralwand 24b, die sich von der Vorderfläche der
beweglichen Basisplatte 24a zum festen Spiralelement 20 erstreckt.
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Die
bewegliche Spiralwand 24b steht mit der festen Spiralwand 20b in
Eingriff, während
die distalen Endflächen
der Spiralwände 24b und 20b mit
den gegenüberliegenden
Spiralbasisplatten 24a und 20a in Kontakt stehen.
Daher wirken die feste Basisplatte 20a, die feste Spiralwand 20b,
die bewegliche Basisplatte 24a und die bewegliche Spiralwand 24b zusammen
und bilden eine Vielzahl von Kompressionskammern 26 zwischen
dem festen Spiralelement und dem beweglichen Spiralelement 24.
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Ein
runder Vorsprung 24j steht im wesentlichen von der Mitte
einer Fläche
der beweglichen Basisplatte 24a auf der Seite der beweglichen
Spiralwand des beweglichen Spiralelementes 24 vor und nimmt
die Kurbelwelle 17 auf. Eine Ausnehmung 24h, in
die die Kurbelwelle 17 eingesetzt ist, ist im runden Vorsprung 24j ausgebildet
und dient als eingesetzter Abschnitt. Der Vorsprung 24j besitzt
eine Bodenwand 24k am Boden der Ausnehmung 24.
Dadurch ist die gegenüberliegende
Seite (oder linke Seite) der Ausnehmung 24h zu der Seite
(oder zur rechten Seite) hin, bei der die Kurbelwelle 17 eingesetzt
ist, geschlossen. Die Kurbelwelle 17 ist daher so angeordnet,
daß sie
von der beweglichen Basisplatte 24a zur festen Basisplatte 20a vorsteht,
so daß durch
die vorstehende Länge
der Kurbelwelle 17 in Richtung der Drehachse der Welle 13 der
Kompressor kompakt ausgebildet werden kann.
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Im
festen Spiralelement 20 ist eine Auslassöffnung 20c im
wesentlichen in der Mitte der festen Basisplatte 20a ausgebildet.
Auch im vorderen Gehäuseelement 12 ist
ein Auslaß 21a ausgebildet.
Des weiteren wird eine zentrale Kammer 34 von einem Raum
gebildet, der vom festen Spiralelement 20 und vom beweglichen
Spiralelement 24 im wesentlichen an einem mittleren Teil
der Spirale der festen Spiralwand 20b umgeben ist. Die
Auslassöffnung 20c verbindet
den Auslaß 21a mit
der zentralen Kammer 34. Ein Luftfilter 30 ist
in der Auslassöffnung 20c angeordnet.
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Ein
Mechanismus 31 zur Verhinderung einer Selbstdrehung oder
ein Selbstdrehungsverhinderungsmechanismus 31 ist zwischen
der beweglichen Basisplatte 24a des beweglichen Spiralelementes 24 und
der Innenwandfläche
des hinteren Gehäuseelementes 22,
das der beweglichen Basisplatte 24a gegenüberliegt,
angeordnet. Der Selbstdrehungsverhinderungsmechanismus 31 besitzt
eine Hilfskurbelwelle 27 und Lager 28 und 29.
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Wenn
die Welle 13 vom Elektromotor M angetrieben wird, wird
das bewegliche Spiralelement 24 von der Kurbelwelle 17 relativ
zum festen Spiralelement 20 gedreht. Hierbei wird eine
Selbstdrehung des beweglichen Spiralelementes 24 durch
den Selbstdrehungsverhinderungsmechanismus 31 verhindert
und nur die Umlaufbewegung des beweglichen Spiralelementes 24 zugelassen.
Da die Kompressionskammern 26 von der Außenumfangsseite der
Spiralwände 20b und 24b des
Spiralelementes 20 und 24 im wesentlichen in Richtung
auf die Mitte der Spirale der festen Spiralwand 20b durch
die Umlaufbewegung des beweglichen Spiralelementes 24 bewegt
werden, werden die Volumina der Kompressionskammern 26 jeweils
reduziert. Dadurch wird die Luft, die in die Kompressionskammern 26 eingeführt worden
ist, verdichtet. Nach der Luftverdichtung wird die verdichtete Luft
von der innersten Kompressionskammer zur Brennstoffzelle FC, die
außerhalb
des Verdichters angeordnet ist, über
die Abgabeöffnung 20c und
den Auslaß 21a geführt.
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Das
vordere Gehäuseelement 21 und
das feste Spiralelement 20 wirken zusammen und bilden dazwischen
eine Kühlkammer 32.
Daher verbindet die Kühlkammer
die Kompressionskammern 26 über die feste Basisplatte 20a des
festen Spiralelementes 20. In der Kühlkammer 32 ist eine
Kühlrippe 33 auf der
festen Basisplatte 20a des festen Spiralelementes 20 installiert.
Kühlwasser
mit niedriger Temperatur (oder ein Kühlmittel) wird von einem Wärmetauscher,
der außerhalb
des Verdichters angeordnet und in den Zeichnungen nicht gezeigt
ist, zur Kühlkammer 32 geführt. Zwischen
dem Kühlwasser
mit niedriger Temperatur in der Kühlkammer 32 und der
Luft in den Kompressionskammern 26, in denen die Luftverdichtung
fortschreitet, wird ein Wärmetausch durchgeführt. Dadurch
wird ein Temperaturanstieg der Luft verhindert und somit die Belastung
des Verdichters reduziert.
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Es
wird nunmehr die Konstruktion beschrieben, die eine übermäßige Verdichtung
des Verdichters verhindert. Wenn die Laufgeschwindigkeit des Elektrofahrzeuges
ansteigt, nimmt die Drehzahl des Elektromotors M zu. Dadurch wird
die Verdrängung der
Luft im Verdichter pro Zeiteinheit erhöht. Wenn die Luftverdrängung im
Verdichter zunimmt, nimmt der Druck in der Auslassöffnung 20c zu.
Wenn beispielsweise das Elektrofahrzeug in einem normalen Geschwindigkeitsbereich
läuft,
dreht sich der Elektromotor M mit einer normalen Drehzahl von 5.000
UpM und wird der Druck in der Auslassöffnung 20c im wesentlichen
130 kPa groß.
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Wenn
im Gegensatz dazu die Laufgeschwindigkeit des Elektrofahrzeuges
abnimmt, nimmt die Drehzahl des Elektromotors M ab. Daher nimmt
die Luftverdrängung
im Verdichter pro Zeiteinheit ab. Wenn die Luftverdrängung im
Verdichter abnimmt, nimmt der Druck in der Auslassöffnung 20c zu.
Wenn das Elektrofahrzeug beispielsweise gestoppt wird, wenn sich
der Elektromotor M mit einer Drehzahl von 1.000 UpM im Leerlauf
dreht, wird der Druck in der Auslassöffnung 20c im wesentlichen
50 bis 60 kPa groß.
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Im
Verdichter sind die Windungszahl und die Form einer jeden Spiralwand 20b und 24b so
eingestellt, daß die
Verdichtungseffizienz des Verdichters während der Drehung des Elektromotors
M mit einer normalen Drehzahl erhöht wird. Wenn daher die Laufgeschwindigkeit
des Elektrofahrzeuges abnimmt und die Drehzahl des Elektromotors
M geringer wird als dessen Normaldrehzahl, neigt ein Verdichter,
der keine Konstruktion zur Verhinderung einer übermäßigen Verdichtung der Luft
in den Kompressionskammern 26 besitzt, wie später beschrieben
dazu, die Luft in den Kompressionskammern 26 übermäßig stark
zu verdichten. Diese Tendenz zur übermäßigen Verdichtung wird beispielsweise
im Leerlauf deutlich. Genauer gesagt, in einem Zustand, in dem das
Elektrofahrzeug gestoppt wird, wird auch die Drehung eines Antriebsmotors,
der relativ starke Geräusche verursacht
und in der Zeichnung nicht dargestellt ist, gestoppt. Auf diese
Weise werden die Geräusche, die
durch die übermäßig starke
Verdichtung der Luft im Verdichter verursacht werden, feststellbar.
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Um
eine übermäßig starke
Verdichtung der Luft im Verdichter im Leerlauf des Elektromotors
M zu verhindern, ist der Verdichter der vorliegenden Ausführungsform
wie folgt ausgebildet. In der beweglichen Basisplatte 24a des
beweglichen Spiralelementes 24 ist eine ringförmige Abdeckung 24c fest
mit der Rückseite
oder Rückfläche der
beweglichen Basisplatte 24a, von der sich die bewegliche
Spiralwand 24b nicht erstreckt, fest verbunden, so daß sie die Kurbelwelle 17 umgibt.
Die Abdeckung 24c und die bewegliche Basisplatte 24a wirken
zusammen und bilden eine Verbindungskammer 24d dazwischen.
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Im
beweglichen Spiralelement 24 erstrecken sich ein erstes
Verbindungsloch 24e und ein zweites Verbindungsloch 24f durch
die bewegliche Basisplatte 24a. Das erste Verbindungsloch 24e verbindet
die Verbindungskammer 24d mit einer der Kompressionskammern 26,
in der die Luftverdichtung fortschreitet (hiernach als erste Zwischenkompressionskammer 26A bezeichnet).
In entsprechender Weise verbindet das zweite Verbindungsloch 24f die
Verbindungskammer 24d mit einer der Kompressionskammern 26,
in der die Luftverdichtung fortschreitet (hiernach als zweite Zwischenkompressionskammer 26B bezeichnet).
Ferner ist im beweglichen Spiralelement 24 ein drittes
Verbindungsloch 24b durch den runden Vorsprung 24j ausgebildet,
so daß es
die Verbindungskammer 24d mit der zentralen Kammer 34 verbindet.
Im runden Vorsprung 24j mündet das dritte Verbindungsloch 24g in
die zentrale Kammer 34 auf einer Außenfläche 24m der Bodenwand 24k, die
zur festen Basisplatte 20a des festen Spiralelementes 20 weist.
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In
der zentralen Kammer 34 ist ein Entlastungsventil 35,
bei dem es sich um ein Blattventil (Reed-Ventil) handelt, so auf
der Bodenwand 24k des runden Vorsprungs 24j angeordnet,
daß es
der Öffnung
des dritten Verbindungslochs 24g auf der Außenfläche 24m entspricht.
Mit anderen Worten, das Entlastungsventil 35 befindet sich
zwischen der Bodenwand 24k des runden Vorsprungs 24j und
der festen Basisplatte 20a des festen Spiralelementes 20 in
der zentralen Kammer 34, so daß die feste Spiralwand 20b des
festen Spiralelementes 20 durch die Umlaufbewegung des
beweglichen Spiralelementes 24 nicht störend beeinflusst wird. Das
Entlastungsventil 35 wird geöffnet, wenn der Druck in der
Verbindungskammer 24d oder der Druck in den Zwischenkompressionskammern 26A und 26B höher ist
als der Druck in der zentralen Kammer 34 oder der Druck in
der Auslassöffnung 20c.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
besitzt ein Verbindungskanal das erste Verbindungsloch 24e,
das zweite Verbindungsloch 24f, die Verbindungskammer 24d,
das dritte Verbindungsloch 24g und die zentrale Kammer 34.
Der Verbindungskanal verbindet sowohl die erste Zwischenkompressionskammer 26A als
auch die zweite Zwischenkompressionskammer 26B mit der
Auslassöffnung 20c. Mit
anderen Worten, das erste Verbindungsloch 24e erstreckt
sich von der ersten Zwischenkompressionskammer 26A bis
zur Verbindungskammer 24d, und das zweite Verbindungsloch 24f erstreckt
sich von der zweiten Zwischenkompressionskammer 26B bis zur
Verbindungskammer 24B. Somit steht sowohl das erste als
auch das zweite Verbindungsloch 24e, 24f mit der
Verbindungskammer 24d in Verbindung. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
umfasst ein erster Abschnitt das erste Verbindungsloch 24e und die
Verbindungskammer 24d. Ein zweiter Abschnitt umfasst das
zweite Verbindungsloch 24f und die Verbindungskammer 24d.
Mit anderen Worten, der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt
des Verbindungskanales treffen sich unterwegs und bilden einen Verbindungskanal,
wobei dieser Verbindungskanal die Auslaßöffnung 20c durch das
dritte Verbindungsloch 24g und die zentrale Kammer 34 erreicht.
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Die
Zwischenkompressionskammern 26A und 26B werden
beispielsweise so eingestellt, daß der Druck der darin befindlichen
Luft im wesentlichen auf 70 kPa angehoben wird. Wenn daher beispielsweise
die Drehung des Elektromotors M vom Zustand normaler Drehzahl auf
den Leerlaufzustand verändert
und somit der Druck in der Auslassöffnung 20c auf 50
bis 60 kPa abgesenkt wird, wird das Entlastungsventil 35 geöffnet und
werden dadurch die Zwischenkompressionskammern 26A und 26B in
direkte Verbindung mit der Auslassöffnung 20c gebracht.
Die Kompression der Luft wird daher nicht fortgesetzt, bis die Kompressionskammern 26 die Mitte
der Spirale der festen Spiralwand 20b erreichen, mit anderen
Worten bis der Druck in den Kompressionskammern 26 auf
einen vorgegebenen Druckwert, wie 130 kPa, angestiegen ist, der
weit über
dem Druckwert in der Auslassöffnung 20c,
wie beispielsweise 50 bis 60 kPa, liegt. Mit anderen Worten, eine übermäßig starke
Kompression des Verdichters wird verhindert.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
werden die folgenden Effekte erzielt.
- (1) Der
erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Verbindungskanales,
die sich von den Zwischenkompressionskammern 26A und 26B aus erstrecken,
treffen sich an einem Punkt auf dem Weg im Verbindungskanal, und
der vereinigte Verbindungskanal erreicht die Auslassöffnung 20c.
Das Entlastungsventil 35 ist zwischen dem Treffpunkt des
ersten Abschnittes und zweiten Abschnittes und der Auslassöffnung 20c im
Verbindungskanal angeordnet. Dieser Treffpunkt befindet sich in
der Verbindungskammer 24d. Mit anderen Worten, bei der
Konstruktion, die eine übermäßig große Kompression
bei der vorliegenden Ausführungsform
verhindert, wird eine Vielzahl der Zwischenkompressionskammern 26A und 26B durch
ein einziges Entlastungsventil 35 gegenüber der Auslaßöffnung 20c geöffnet und geschlossen.
Daher wird eine Verhinderung einer übermäßig starken Kompression durch
Verwendung einer relativ geringen Zahl von Teilen erreicht. Da ferner
die Anzahl der Entlastungsventile 1 beträgt, werden
abnorme Geräusche
und Vibrationen, die während
der zeitlichen Verzögerung beim Öffnen einer
Vielzahl von Entlastungsventilen erzeugt werden, verhindert.
- (2) Das Entlastungsventil 35 ist in einem Raum angeordnet,
der vom festen Spiralelement 20 und vom beweglichen Spiralelement 24 umgeben
ist. Daher werden beispielsweise im Vergleich mit einer Konstruktion,
bei der ein Entlastungsventil außerhalb des Raumes angeordnet
ist, wie beispielsweise auf der Rückseite der Spiralelemente, die
Spiralelemente in einfacher Weise miniaturisiert. Mit anderen Worten,
der Verdichter wird auf einfache Weise miniaturisiert.
- (3) Das Entlastungsventil 35 befindet sich auf dem beweglichen
Spiralelement 24. Wenn ein Entlastungsventil auf einem
festen Spiralelement angeordnet ist, neigt die Dicke einer festen
Basisplatte aufgrund des Raumes zur Anordnung des Entlastungsventiles
zum Ansteigen. Genauer gesagt, bei einer Konstruktion, bei der sich
eine Kühlkammer
an die feste Basisplatte anschließt, wird die Effizienz des
Wärmeaustausches
zwischen der Kühlkammer
und der Kompressionskammer schlechter, wenn die Dicke der festen
Basisplatte zunimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der das Entlastungsventil 35 auf
dem beweglichen Spiralelement 24 angeordnet ist, ist jedoch die
Dicke der festen Basisplatte 20a reduziert. Auf diese Weise
wird die Wärmeaustauscheffizienz verbessert.
- (4) Die Kurbelwelle 17, die das bewegliche Spiralelement 24 lagert,
ist so angeordnet, daß sie
von der beweglichen Basisplatte 24a in Richtung auf die feste
Basisplatte 20a vorsteht. Daher wird der Verdichter durch
die vorstehende Länge
der Kurbelwelle 17 in axialer Richtung miniaturisiert.
Bei einer Konstruktion, bei der eine Kurbelwelle von einer beweglichen
Basisplatte in Richtung auf eine feste Basisplatte vorsteht, neigt
generell der Raum zwischen einer Bodenwand eines runden Vorsprungs
der Kurbelwelle und der festen Basisplatte dazu, zu einem Totraum
zu werden, und zwar angesichts der Relation zwischen der Höhe einer
beweglichen Spiralwand und der erforderlichen vorstehenden Länge der
Kurbelwelle 17 zur Lagerung eines beweglichen Spiralelementes. Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird jedoch ein vorgegebenes Raumvolumen in dem Bereich sichergestellt
und befindet sich das Entlastungsventil 35 auf der Außenfläche 24m der
Bodenwand 24k, die der festen Basisplatte 20a gegenüberliegt.
Dadurch wird der Totraum auf wirksame Weise genutzt. Ein Anstieg
der Größe des Verdichters,
der durch die Anordnung des Entlastungsventils verursacht wird,
wird somit verhindert.
- (5) Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Verbindungskanales
treffen sich auf dem Wege in die Verbindungskammer 24d,
die im Verdichtergehäuse,
d.h. in einem relativ großen Raum,
ausgebildet ist. Daher besitzen das erste Verbindungsloch 24e und
das zweite Verbindungsloch 24f, die sich von der ersten
Zwischenkompressionskammer 26A und der zweiten Zwischenkompressionskammer 26B aus
erstrecken, einen relativ großen
Freiheitsgrad, wenn sie sich der Verbindungskammer 24d nähern. Auch
die zentrale Kammer 34, die sich von der Auslassöffnung 20c erstreckt,
und das dritte Verbindungsloch 24g besitzen einen relativ
großen
Freiheitsgrad, wenn sie sich der Verbindungskammer 24d nähern. Beispielsweise
im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der sich der erste Abschnitt
und der zweite Abschnitt ohne Ausbildung der Verbindungskammer oder
des relativ großen
Raumes treffen, ist daher die Anordnung des Verbindungskanales einfach
ausgebildet.
- (6) Die Verbindungskammer 24d wird in einfacher Weise
ausgebildet, indem die Abdeckung 24c fest mit der Rückseite
der beweglichen Basisplatte 24a verbunden wird. Jede der
Zwischenkompressionskammern 26A und 26B wird mit
der Verbindungskammer 24d in Verbindung gebracht, indem in
einfacher Weise die bewegliche Basisplatte 24a so bearbeitet
wird, daß sich
die Verbindungslöcher 24e und 24f durch
die bewegliche Basisplatte 24a erstrecken. Bei einer derartigen
Konstruktion kann der Verbindungskanal des Verdichters in einfacher
Weise geformt werden.
- (7) Die Verbindungskammer 24d ist auf der Rückseite
der beweglichen Basisplatte 24a angeordnet, wobei der eine
Selbstdrehung verhindernde Mechanismus 31 und der runde
Vorsprung 24j vermieden werden. Auf diese Weise wird beispielsweise
im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der ein Verbindungskanal,
der Zwischenkompressionskammern mit einer zentralen Kammer verbindet,
innerhalb einer beweglichen Basisplatte ausgebildet ist, die Dicke
der beweglichen Basisplatte verringert. Auch ist die Verbindungskammer 24d so
ausgebildet, daß der
zwischen der beweglichen Basisplatte 24a, bei der der eine Selbstdrehung
verhindernde Mechanismus 31 installiert ist, und der Innenwandfläche des
hinteren Gehäuseelementes 22,
die der beweglichen Basisplatte 24a gegenüberliegt,
ausgebildete Raum ausgenutzt wird. Daher wird der Größenanstieg des
Verdichters in Axialrichtung, der durch die Ausbildung der Verbindungskammer 24b verursacht
wird, beschränkt.
- (8) Die Verbindungskammer 24d und die Verbindungslöcher 24e, 24f und 24g sind
nicht auf dem festen Spiralelement 20, sondern auf dem
beweglichen Spiralelement 20 ausgebildet. Durch diese Konstruktion
kann die Kühlkammer über die
feste Basisplatte 20a an die Verdichtungskammer 26 angeschlossen
werden. Dadurch wird die Wärmeaustauscheffizienz
auf geeignete Weise verbessert.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
finden auch die folgenden alternativen Ausführungsformen Anwendung. Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform findet ein Blattventil
(Reed-Ventil) als Entlastungsventil 35 Verwendung. Bei
einer anderen Ausführungsform
als der bevorzugten Ausführungsform
findet jedoch ein anderes Entlastungsventil 35 als das
Blattventil, wie beispielsweise ein Kugelventil und ein Schwimmerventil,
Verwendung. In 2 ist ein Kugelventil als Entlastungsven til 35 gezeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
umfasst das Entlastungsventil 35 eine Kugel 40 und
eine Feder 41. Die Kugel 40 öffnet und schließt das Verbindungsloch 24g und
dient als Ventilkörper.
Die Feder 41 setzt die Kugel 40 so unter Druck,
daß das
Verbindungsloch 24g geschlossen wird.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Entlastungsventil 35 betätigt, um die
Druckdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite
des Entlastungsventiles 35 selbst zu ertasten. Mit anderen
Worten, bei dem Entlastungsventil 35 handelt es sich um
ein intern autonomes Ventil. Bei einer anderen Ausführungsform
als bei der vorliegenden Ausführungsform
findet jedoch ein elektromagnetisches Ventil als Entlastungsventil 35 Verwendung.
Auch besitzt der Verdichter einen Druckdetektionssensor zum Detektieren
des Drucks in den Zwischenkompressionskammern 26R und 26B sowie
einen Druckdetektionssensor zum Detektieren des Drucks in der Auslassöffnung 20c.
Das elektromagnetische Ventil wird extern gesteuert, um den Verbindungskanal
in Abhängigkeit
von einem Druckwert, der von jedem Druckdetektionssensor detektiert
wurde, zu öffnen
und zu schließen.
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Bei
anderen Ausführungsformen
als der bevorzugten Ausführungsform
müssen
der Verbindungskanal und das Entlastungsventil 35 nicht
auf dem beweglichen Spiralelement 24 ausgebildet sein. Hierbei
sind der Verbindungskanal, der Zwischenkompressionskammern mit einer
Auslassöffnung verbindet,
und ein Entlastungsventil auf dem festen Spiralelement ausgebildet.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Auslassöffnung 20c in
der festen Basisplatte 20a ausgebildet. Bei einer anderen
Ausführungsform
als der bevorzugten Ausführungsform ist
jedoch eine Auslassöffnung
in einer beweglichen Basisplatte ausgebildet.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Gas, das
im Spiralverdichter für
die Brennstoffzelle verdichtet wird, nicht auf Luft beschränkt. Bei
einer anderen Ausführungsform
als der bevorzugten Ausführungsform
wird Wasserstoff, der als Brennstoff für die Brennstoffzelle dient,
als Gas verwendet.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform findet der Verdichter
für eine
Brennstoffzelle Verwendung. Der Verdichter ist jedoch nicht auf diese
Verwendungsart beschränkt.
Bei einer anderen Ausführungsform
als der bevorzugten Ausführungsform
findet ein Kältemittelverdichter
für die
Klimaanlage eines Fahrzeuges Verwendung.
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Daher
sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen lediglich repräsentativ
und ist die Erfindung nicht auf die hier wiedergegebenen Einzelheiten
beschränkt,
sondern kann innerhalb des Umfangs der Patentansprüche modifiziert
werden.
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Ein
Spiralverdichter besitzt ein Gehäuse,
ein bewegliches Spiralelement, eine Vielzahl von Kompressionskammern,
eine Auslassöffnung,
einen Verbindungskanal und ein Entlastungsventil. Der Verbindungskanal
verbindet jede Zwischenkompressionskammer mit der Auslassöffnung.
Er besitzt einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der
erste Abschnitt erstreckt sich von der ersten Zwischenkompressionskammer
aus, während
sich der zweite Abschnitt von der zweiten Zwischenkompressionskammer
aus erstreckt. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt treffen
sich an einem Treffpunkt auf dem Wege im Verbindungskanal vor dem
Erreichen der Auslassöffnung.
Das Entlastungsventil ist zwischen dem Treffpunkt und der Auslassöffnung einschließlich des
Treffpunktes im Verbindungskanal angeordnet. Das Entlastungsventil öffnet den
Verbindungskanal, wenn der Druck in der ersten und zweiten Zwischendruckkammer
höher ist
als der Druck in der Auslassöffnung.