JP2018150932A - スパイラル原理による容積移送式機械、容積移送式機械を駆動するための方法、容積移送式スパイラル、車両空調設備及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スパイラル原理によるスクロール圧縮機の効率向上を図る。【解決手段】スクロール圧縮機において、高圧領域を包含する高圧室４０を有し、さらに低圧室３０と周回する容積移送式スパイラル３１とを有しており、容積移送式スパイラルは、容積移送式スパイラルと対向スパイラル３２との間に作動媒体を受容するための圧縮室６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄが形成されるように対向スパイラル内に突入係合しており、低圧室と容積移送式スパイラルとの間には背圧室５０が形成されている。本発明により容積移送式スパイラルは少なくとも２つの貫通路６０，６１を有しており、これらの貫通路は背圧室と圧縮室の少なくとも１つとの間に少なくとも一時的に流体接続を生み出し、第１の貫通路６０は実質的に容積移送式スパイラルの中心区域に形成されており、少なくとも１つの第２の貫通路６１は容積移送式スパイラルの始端領域３７に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、スパイラル原理による容積移送式機械、特にスクロール圧縮機に関し、高圧領域を包含する高圧室を有し、さらに低圧室と周回する容積移送式スパイラルとを有しており、容積移送式スパイラルは、容積移送式スパイラルと対向スパイラルとの間に作動媒体を受容するための圧縮室が形成されるように対向スパイラル内に突入係合しており、さらに低圧室と容積移送式スパイラルとの間に背圧室が形成されている。さらに本発明は、スパイラル原理による容積移送式機械のための、特にスクロール圧縮機のための容積移送式スパイラルに関する。さらに本発明は、容積移送式機械を駆動するための方法に関する。さらにまた本発明は、車両空調設備、並びに本発明による容積移送式機械を有する車両に関する。

スクロール圧縮機及び／又はスクロール膨張機は、先行技術により十分知られている。これらは高圧室、低圧室及び周回する容積移送式スパイラルを含んでいる。周回する容積移送式スパイラルは、ある特許文献に記載されているように、容積移送式スパイラルと対向スパイラルとの間に作動媒体を受容するための圧縮室が形成されるように対向スパイラル内に突入係合している（例えば、特許文献１参照。）。低圧室と容積移送式スパイラルとの間には受容室、即ち背圧室が形成されている。そのような背圧室は、バックプレッシャー室という概念でも知られている。

欧州特許出願公開第２８０６１６４Ａ１号明細書

本発明の課題は、背圧室内の圧力が有利には自動調整可能であるように、スパイラル原理による容積移送式機械を改良することである。背圧室内の圧力が異なる作動圧力に基づいて調整可能である可変バックプレッシャーシステム若しくは可変背圧システムが提供される。本発明の課題はさらに改良された容積移送式スパイラルを提示することである。さらに本発明の課題は、容積移送式機械を駆動するための改良された方法を提示することである。さらに課題は、スパイラル原理による改良された容積移送式機械を有する車両空調設備及び／又は車両を提示することである。

上記の課題は、本発明により、スパイラル原理による容積移送式機械に関しては請求項１の対象により、容積移送式スパイラルに関しては請求項１０の対象により、容積移送式機械を駆動するための方法に関しては請求項１１により、車両空調設備に関しては請求項１３の対象により、及び車両に関しては請求項１４の対象により解決される。

スパイラル原理による容積移送式機械及び／又は本発明による容積移送式機械を駆動するための方法の有利で目的に適った構成が従属請求項に記載されている。

本発明の思想は、高圧室と、低圧室と、周回する容積移送式スパイラルとを有し、容積移送式スパイラルは、容積移送式スパイラルと対向スパイラルとの間に作動媒体を受容するための圧縮室が形成されるように対向スパイラル内に突入係合している、スパイラル原理による容積移送式機械、特にスクロール圧縮機を提示することである。低圧室と容積移送式スパイラルとの間には背圧室若しくはバックプレッシャー室が形成されている。

本発明により、容積移送式スパイラルは少なくとも２つの貫通路を有しており、これらの貫通路は背圧室と少なくとも１つの圧縮室との間に少なくとも一時的に流体接続を生み出し、第１の貫通路は実質的に容積移送式スパイラルの中心区域に形成されており、少なくとも第２の貫通路は容積移送式スパイラルの始端領域に形成されている。

少なくとも２つの貫通路を構成することにより、少なくとも１つの圧縮室と背圧室との間に流体接続若しくは気体接続が生じる。これに基づいてバックプレッシャーシステム若しくは背圧システムを提供することができ、背圧室内の圧力は容積移送式機械の高圧と吸込圧若しくは低圧との間を均等にすることにより調整可能である。

対向スパイラルは容積移送式機械内に完全に固定して組み込まれていることが好ましい。換言すれば、対向スパイラルは軸方向で移動することも回動することもできない。容積移送式スパイラルは軸方向で対向スパイラルに対して相対的に可動である。そのため周回する、つまり回動可能な容積移送式スパイラルは、軸方向で追加的に可動である。この場合に容積移送式スパイラルは対向スパイラルに向かい、及び対向スパイラルから離れる方向に動くことができる。

容積移送式スパイラルから対向スパイラルに軸方向で作用する押圧力は、上述した背圧室内に存在する圧力により調整可能である。換言すれば、容積移送式スパイラルから軸方向で対向スパイラルに作用する力は、好ましくは背圧室内に存在する圧力によって引き起こされる。容積移送式スパイラルから対向スパイラルに軸方向で作用する押圧力は、背圧室内に存在する圧力に依存して調整できる。

好ましくは容積移送式スパイラルは常に若干の押圧力で対向スパイラルに作用しているので、両スパイラルの密閉性が保証されている。対向スパイラルに対する押圧力は、好ましくは圧縮機の実際の動作点（作動圧力／回転数）において密閉性のために必要である以上の押圧力が対向スパイラルに作用しないように調整されている。この点で押圧力を高めると、容積移送式機械の出力損失につながるであろう。

容積移送式スパイラルと対向スパイラルとの間に半径方向内方に移動する圧縮室が形成されて、低圧室から作動媒体、特に冷媒を受容し、特に吸い込んで、高圧室内に吐き出す。本発明のこの実施形態では、容積移送式機械は特にスクロール圧縮機として働く。この容積移送式機械は、換言すればスクロールコンプレッサである。

第１の貫通路及び／又は少なくとも第２の貫通路は容積移送式スパイラルの底部の区域に形成されている。このことは、第１の貫通路及び／又は少なくとも第２の貫通路は、特に容積移送式スパイラルのスパイラル側面区域に形成されていないことを意味する。

第１の貫通路及び／又は少なくとも第２の貫通路は、好ましくは容積移送式スパイラルの底部に対して実質的に直角に構成された貫通路として形成されている。第１の貫通路及び／又は少なくとも第２の貫通路は、孔であることが好ましい。この場合、第１の貫通路の直径は好ましくは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。少なくとも第２の貫通路の直径は好ましくは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。

容積移送式スパイラルの中心区域とは特に、容積移送式スパイラルの中心ではないが、容積移送式スパイラルの中心の近傍に設けられた容積移送式スパイラルの区域として理解すべきである。この場合、中心区域は容積移送式スパイラルの２つの側面の間に形成されている。例えば第１の貫通路は２つの側面区域の間の中心に形成されている。さらに、第１の貫通路が２つ側面区域に対して偏心的に配置されることも可能である。

第１の貫通路は、容積移送式スパイラルの中心を基準にして最初の第１のスパイラル条に形成されている。

容積移送式スパイラルの第２の貫通路は、好ましくは容積移送式スパイラルの中心を基準にして容積移送式スパイラルの第２の及び／又は最外側のスパイラル条に形成されている。容積移送式スパイラルの始端領域は、特に低圧室から冷媒が受容される、特に吸い込まれる容積移送式スパイラルの領域を表している。始端領域は吸込み領域と呼ぶこともできる。

容積移送式スパイラルの始端領域とは、容積移送式スパイラルの２つの側面の間に形成されている吸い込まれた冷媒の第１の流動区域である。

第１の貫通路と第２の貫通路は、容積移送式スパイラルの中心を共通の直線上に配置されておらず、中心に対してずらして配置されていることが好ましい。

第１の貫通路が形成されている容積移送式スパイラルの区域において好ましくは、第１の貫通路は容積移送式機械が作動している状態で相対圧縮室容積の９５％〜８５％、特に９２％〜８８％、特に９０％に達すると開いており、この開放に続いて容積移送式スパイラルが１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いたままである。第１の貫通路がある上記の区域は、好ましくは上述した容積移送式スパイラルの中心区域である。換言すれば、容積移送式スパイラルは第１の貫通路が開いた後さらに１８０°〜３６０°、特にさらに２５５°〜３１５°、特にさらに２７０°回転することができ、その間は第１の貫通路は開いたままである。第１の貫通路の開放状態は、第１の貫通路が対向スパイラルにより、特にスパイラルエレメント若しくはスパイラル側面区域によって覆われていないことを表す。

第２の貫通路が形成されている容積移送式スパイラルの区域において好ましくは、第２の貫通路は最大相対圧縮室容積に達すると閉じており、この閉鎖に先行して容積移送式スパイラルが１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いている。最大圧縮室容積は、容積移送式スパイラルの対応する回転角（αＶｍａ）に等しい。対応する回転角に関して±３０°の公差範囲が可能である。換言すれば、第２の貫通路は回転角αＶｍａｘ±３０°に達すると閉じている。

換言すれば、容積移送式スパイラルの第２の貫通路６１は圧縮プロセスの開始前に閉じられる。したがって第２の貫通路は少なくとも容積移送式スパイラルの角度０°で閉じている。好ましくは、第２の貫通路６１の閉鎖は容積移送式機械が角度０°に達する前に既に行われる。

特に第２の貫通路は最大相対圧縮室容積に達すると閉じている。それ以前、即ちこの値に達する前は第２の貫通路は開いている。第２の貫通路が閉じる前は、容積移送式スパイラルが１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転を行っている間、第２の貫通路は開いていることができる。この関連でも、第２の貫通路の開放は、第２の貫通路が対向スパイラルにより、特に対向スパイラルの側面区域によって覆われ若しくは閉じられていない状態を表す。

さらに、第１の貫通路は容積移送式機械の回転角７０°〜３６０°、特に７５°〜３５５°、特に８０°〜３５０°で開いている。提示された範囲の最初の整数は、いずれも第１の貫通路の開放過程で生じている容積移送式機械の角度に関する。

容積移送式スパイラルの角度０°は、容積移送式スパイラルと対向スパイラルとの間の圧縮の開始を表す。容積移送式機械の角度０°は、少なくとも２つの圧縮室が閉じている状態を表す。

第２の貫通路は、好ましくは容積移送式機械の回転角−４１０°〜４０°、特に３６５°〜−５°、特に−３２０°〜５０°において開いている。容積移送式機械の回転角の負の値は、容積移送式機械の角度０°を基準に解釈される。換言すれば、圧縮の開始前の過程若しくは回転運動に関する。

換言すれば、少なくとも２つの貫通路、即ち第１の貫通路と第２の貫通路は、開放若しくは開放時点並びに閉鎖若しくは閉鎖時点に関して上記の条件を達成できる容積移送式スパイラルの区域に形成されている。そのため容積移送式機械の大きさに依存して、貫通路の配置に関して種々の幾何学的構成を設計できる。ただし、貫通路の開放及び閉鎖の時点に関する上記の条件については、設計される全ての容積移送式機械に対して上述したことが適用される。

好ましくは、第１の貫通路はいわゆる流出角（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ａｎｇｌｅ）に達する前の少なくとも１０°、特に少なくとも２０°、特に少なくとも３０°の回転角で閉じている。流出角は、圧縮室内で圧縮された気体が高圧室内に十分吐き出され、それに応じて圧縮室内の圧力が急減に加工する回転角を表す。換言すれば、流出角に達する前、特に流出角に達する少なくとも１０°前、特に流出角に達する少なくとも２０°前、特に流出角に達する少なくとも３０°前で、第１の貫通路は閉じている。このことは、圧縮室内にあるが高圧室内に押し出されなかった圧縮された気体は圧縮室内に留まっていることを意味する。この押し出されなかった若しくは吐き出されなかった残りの圧縮された気体は、背圧室若しくはバックプレッシャー室に到達してはならない。それゆえ第１の貫通路は、流出角に達する前に早めに閉じられる。

上述した第１の貫通路と第２の貫通路の開口部若しくは開口区域に基づいて、可変バックプレッシャーシステム若しくは可変背圧システムを提供することができ、背圧室内の圧力は達成すべき高圧と低圧室内に存在する低圧若しくは吸込み圧との間を均等にすることにより調整可能である。

これに関連して、容積移送式スパイラルの始端領域に形成された第２の貫通路を構成すると有利であることが明らかである。このようにすると本発明による容積移送式機械を用いて、内側の圧縮室内の圧力に関する情報も、容積移送式スパイラルの始端領域における圧力に関する情報も読み取ることができる。

確かにバックプレッシャー若しくは背圧は圧縮室内に存在する圧縮された高い圧力に基づき、反対方向に作用する軸力よりも常に高いが、バックプレッシャー圧は種々の運転段階で慣用的な容積移送式機械の場合よりも低く調整できるため、本発明による容積移送式機械を用いてより効果的な圧縮プロセスを実現できる。

特に圧縮プロセスの吸込み段階では気体力学効果が発生する。例えば吸込み領域で負圧になることができる。このような負圧は、自動的に容積移送式スパイラルを対向スパイラルにぴったり押し付け、圧縮プロセスのこの時点で圧縮室内でより低い背圧を調整できる。総じて、さらに内側に位置する圧縮室から、並びに容積移送式スパイラルの始端領域若しくは吸込み領域からできるだけ多くの情報を読み取ることによって、容積移送式機械のぞれぞれの区域における実際の圧力を得ることができ、バックプレッシャー若しくは背圧の形成に反映できるという利点が生じる。

容積移送式機械が作動した状態で、即ち容積移送式スパイラルが対向スパイラル内で周回運動すると、複数の圧縮室が形成され、それらの容積は容積移送式スパイラルの半径方向外側の外周から中心に向かって小さくなるので、外周で受容された冷媒気体が圧縮される。この圧縮圧は容積移送式スパイラルの軸領域、特に容積移送式スパイラルの中心区域に到達し、冷媒気体が高圧に達すると軸方向に放出される。このために対向スパイラルは開口部を有して、高圧領域、特に高圧室との流体接続が形成される。

背圧室と圧縮室の少なくとも１つとの間の一時的な流体接続は、貫通路の配置と容積移送式スパイラルの周回運動によって可能となる。

さらに、圧縮プロセスの特定の時間的区間で容積移送式スパイラルの両スパイラルが空いており、そのため背圧室と少なくとも２つの圧縮室との間で流体接続を生み出すことができる。好ましくは貫通路は、圧縮プロセスの開始時に両貫通路が閉じているように、即ち対向スパイラルのスパイラル側面区域の両貫通路が覆われているように容積移送式スパイラル内に配置されている。

さらに容積移送式機械は、容積移送式機械の高圧領域から低圧室まで気体接続管路が形成されているように構成することが可能である。例えば高圧室から背圧室に気体接続管路が形成されている。気体接続管路は対向スパイラル内に形成されて、高圧室を背圧室と接続できる。本発明の別の実施形態において、容積移送式機械のハウジング内に気体接続管路を形成できる。

さらに、容積移送式機械の高圧領域から出て低圧室にオイル還流路が形成されてよい。それにより圧縮プロセスの内部でオイル流を冷媒流から分離することが実現される。換言すれば、オイル還流路は好ましくは気体接続管路から分離されている。

容積移送式スパイラルの始端領域から背圧室までの一時的流体接続を生み出す容積移送式スパイラルの第２の貫通路は、しかし容積移送式機械の吸込み領域若しくは低圧領域、特に低圧室との接続を生み出さない冷媒の質量流は、第２の貫通路の領域、即ちスパイラルの始端領域で吸い込まれ、両スパイラルの間、即ち容積移送式スパイラルと対向スパイラルとの間の圧縮プロセスに向かってのみ搬送若しくは輸送される。質量流は背圧室から低圧領域へ、特に低圧室に到達できない。これに基づいて可変バックプレッシャーシステム若しくは背圧システムを提供することができ、背圧室の圧力は高圧と吸込み圧若しくは低圧との間を均等にすることによって調整される。

本発明の実施形態において、少なくとも第２の貫通路内にノズルが形成されてよい。

本発明による容積移送式機械は、電気駆動及び／又は電動駆動される容積移送式機械として、又は機械的駆動装置を有する容積移送式スパイラルとして構成できる。

本発明の従属的な態様は、スパイラル原理による容積移送式機械のための容積移送式スパイラル、特に本発明による容積移送式機械のための容積移送式スパイラルに関する。

本発明により、容積移送式スパイラルは少なくとも２つの貫通路を有しており、第１の貫通路は実質的に容積移送式スパイラルの中心区域に形成されており、少なくとも第２の貫通路は容積移送式スパイラルの始端領域に形成されている。

本発明による容積移送式スパイラルの構成に関しては以前の説明、特に第１の貫通路及び／又は少なくとも第２の貫通路、及び貫通路相互の、若しくは圧縮室の少なくとも１つ若しくは種々の圧縮室内に存在する容積を基準にした相対的配置との関連における説明の参照を求める。既に本発明による容積移送式機械との関連で提示されたのと同様の利点が明らかとなる。

本発明の別の態様は、本発明による容積移送式機械を駆動するための方法に関する。この方法は、第１の貫通路は相対圧縮室容積の９５％〜８５％、特に９２％〜８８％、特に９０％に達すると開かれ、この開放に続いて容積移送式スパイラルが１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いたままであることに基づく。

さらに、第２の貫通路は相対圧縮室容積の１．０２倍〜１．０３倍に達すると、特に最大相対圧縮室容積に達すると閉じられ、この閉鎖に先行して容積移送式スパイラルが１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いていることが可能である。

本発明による方法の別の構成に関しては以前の説明、特に貫通路の開放時点及び／又は閉鎖時点若しくは開放時間に関連する説明の参照を求める。既に本発明による容積移送式機械との関連で提示されたのと同様の利点が明らかとなる。

本発明の別の従属的態様は、本発明による容積移送式機械、特に本発明によるスクロール圧縮機を有する車両空調設備に関する。既に本発明による容積移送式機械及び／又は本発明による容積移送式機械のための容積移送式スパイラルとの関連で提示されたのと同様の利点が明らかとなる。

本発明の別の従属的態様は、本発明による容積移送式機械及び／又は本発明による車両空調設備を有する車両、特にハイブリッド車両に関する。既に本発明による容積移送式機械及び／又は本発明による容積移送式機械のための容積移送式スパイラルとの関連で提示されたのと同様の利点が明らかとなる。特に本発明による車両は、電気ハイブリッド車両である。

以下に本発明を添付の模式的な図面を参照して実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明による容積移送式スパイラルの斜視図である。 本発明による容積移送式機械、特にスクロール圧縮機の縦断面図である。 ａ及びｂは、対向スパイラル内で周回運動を行う容積移送式スパイラルを有する本発明による容積移送式機械の種々の位置及び方法状態の平面図であり、対向スパイラルの底部は示されていない。 本発明による容積移送式機械の作動原理の模式図である。 回転角に依存した貫通路の開放時間のグラフである。 回転角に依存した圧縮室内の圧力、並びに選択した吸込み圧を使用した冷媒Ｒ１３４ａとの関係で示すグラフである。 圧縮室から高圧室への吐出しサイクル、及び第１の貫通路の開放段階を冷媒Ｒ１３４ａとの関係で示すグラフである。 閉鎖力を吸込み圧及び達成すべき最終圧との関係で示すグラフである。 吸込み段階の間の圧力挙動のグラフである。 冷媒Ｒ１３４ａにおける圧縮圧を追加で示したバックプレッシャーの推移である。

以下に同じ部材及び同じ作用を有する部材には同一の参照符号を使用する。

図１には本発明による容積移送式スパイラル３１が示されている。これは特に本発明による容積移送式機械の、特に図２の実施形態によるスクロール圧縮機１０に組み込むために用いられる。

図１に示されているように、容積移送式（押しのけ）スパイラル３１は底部を有する。底部３４は容積移送式スパイラル３２の後壁と呼ぶこともできる。底部３４は円形に形成されて、円板の形状を有する。底部３４上には、スパイラル側面区域３６ａ、３６ｂ及び３６ｃを有するスパイラル３５が形成されている。

スパイラルエレメント３５は、中心Ｍから始端領域３７まで延びる。

底部３４には２つの貫通路、即ち第１の貫通路６０と第２の貫通路６１が形成されている。貫通路６０及び６１は、底部３４の表面に対して実質的に直角に延びる貫通孔である。この場合、第１の貫通路６０は容積移送式スパイラル３１の中心区域３８に形成されている。これに対して第２の貫通路は容積移送式スパイラル３１の始端領域に形成されている。

第１の貫通路６０は底部の区域３４に形成されており、その際に第１の貫通路６０はスパイラル側面区域３６ａと３６ｂとの間で偏心的に形成されている。これに対して第２の貫通路はスパイラル側面区域３６ｂと３６ｃとの間に偏心的に形成されている。始端領域３７とは、スパイラル側面区域３６ｃと３６ｂとの間に形成された通路として理解すべきであり、これは開口部３７ａを起点としてスパイラル通路３９の全長の最大１０％の範囲にほぼ相当する。スパイラル通路３９の全長は開口部３７ａからスパイラル通路３９の終端区域３９ａまでと定義される。終端区域３９ａは、冷媒の流動方向でスパイラル通路３９の最後の区域である。図示の例では終端区域３９ａは湾曲して形成されている。

図１に示す容積移送式スパイラル３１は、図２の実施形態によるスクロール圧縮機１０に組み込まれている。このスクロール圧縮機１０は、例えば車両空調設備の圧縮機として作用する。車両空調設備、例えば炭酸ガス車両空調設備は、典型的に気体冷却器、内部熱交換器、スロットル、気化器及び圧縮機を有している。これにより圧縮機は図示されたスクロール圧縮機であってよい。スクロール圧縮機とは、換言すればスパイラル原理による容積移送式機械である。

図示されたスクロール圧縮機１０は、ベルトプーリの形式による機械的駆動装置１１を有する。ベルトプーリ１１は、使用中電気モーター又は内燃機関と接続されている。代替として、スクロール圧縮機１０は電気的及び／又は電動的にされることも可能である。

スクロール圧縮機１０は、さらにスクロール圧縮機１０の高圧領域４７を閉鎖するハウジング上部２１を備えたハウジング２０を含んでいる。ハウジング２０内には、低圧室３０を限定するハウジング中間壁２２が形成されている。低圧室３０は吸込み室と呼ぶこともできる。ハウジング底部２３には、駆動軸１２が貫通する貫通口が設けられている。ハウジング２０の外部に配置された軸端部１３は、連行部材１４と一緒に回転するように結合されており、連行部材１４はハウジング２０に回転可能に支持されたベルトプーリに突入係合していて、ベルトプーリからトルクを回転駆動軸１２に伝えることができる。

駆動軸１２は、一方ではハウジング底部２３内に、他方ではハウジング中間壁２２内に回転可能に支持されている。駆動軸１２のシーリングは、ハウジング底部２３に対しては第１の軸密封装置２４によって行われ、ハウジング中間壁２２に対しては第２の軸密封装置２５によって行われる。

スクロール圧縮機１０は、さらに容積移送式スパイラル３１と、対向スパイラル３２を含んでいる。容積移送式スパイラル３１と対向スパイラル３２は互いに突入係合している。対向スパイラル３２は好ましくは周方向にも半径方向にも動かないように固定されている。駆動軸１２と連結された可動容積移送式スパイラル３１は円形軌道を描き、この運動によってそれ自体公知の方式で複数の気体ポケット又は圧縮室６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄが形成されて容積移送式スパイラル３１と対向スパイラル３２との間を半径方向内方に移動する。

この周回運動により作動媒体、特に冷媒が吸い込まれて、さらにスパイラル運動とそれに伴う圧縮室６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄの縮小によって圧縮される。作動媒体、特に冷媒は、半径方向外側から半径方向内側へ、例えば直線的に増大して圧縮されて、対向スパイラル３２の中央で高圧室４０内に吐き出される。

容積移送式スパイラル３１の周回運動を生み出すために、偏心ピン２７を介して駆動軸１２と結合された偏心軸受２６が設けられている。偏心軸受２６と容積移送式スパイラル３１は対向スパイラル３２に対して偏心的に配置されている。圧縮室６５ａ、６５ｂ及び６５ｃは、容積移送式スパイラル３１が対向スパイラル３２が当接することにより互いに圧力密に分離されている。

流動方向で対向スパイラル３２の後に高圧室４０が配置されており、排出口４８を通して対向スパイラル３２と流体接続している。排出口は好ましくは対向スパイラル３２の中心に正確に配置されておらず、容積移送式スパイラル３１と対向スパイラル３２との間に形成された最も内側の圧縮室６５ａの領域で偏心位置にある。そうすることにより、排出口が偏心軸受２６の軸受ブシュ２８によって覆われず、最終的に圧縮された作動媒体が高圧室４０内に吐き出され得ることが達成される。

対向スパイラル３２の底部３３は部分的に高圧室４０の底部をなしている。底部３３は高圧室４０より幅が広い。高圧室４０は側方が側壁４１によって限定されている。対向スパイラル３２の底部３３に向いた側壁４１の端部内には凹部４２が形成されており、その中にシールリング４３が配置されている。側壁４１は、対向スパイラル３２のストッパをなす周壁である。高圧室４０はハウジング上部２１に形成されている。これは回転対称形の断面を有する。

高圧室４０に集められて圧縮された作動媒体は、高圧室４０から排出口４４を通って、ここではサイクロンセパレータとして構成されているオイルセパレーター４５内に流入する。圧縮された作動媒体、特に圧縮された冷媒ガスは、オイルセパレーター４５と開口部４６を通って、例として空調設備の循環路に流入する。

容積移送式スパイラル３１の対向スパイラル３２に対する押圧力の制御は、容積移送式スパイラル３１の底部３４が相応の圧力で負荷されることによって実現される。このために、バックプレッシャー室と呼ぶこともできる背圧室５０が形成されている。対向スパイラル内には偏心軸受２６がある。背圧室５０は容積移送式スパイラル３１の底部３４とハウジング中間壁２２によって限定されている。

背圧室５０は既述した第２の軸密封装置２５によって低圧室３０から流体密に分離されている。 滑りリングシール２９はハウジング中間壁２２に設けた環状溝内に座着している。それゆえ容積移送式スパイラル３１は軸方向で 滑りリングシール２９に支持されて、その上を滑動する。

図２でも同様に見て取れるように、容積移送式スパイラル３１の貫通路６０及び６１は背圧室と図示されている圧縮室６５ａ及び６５ｃとの間に少なくとも一時的に流体接続を生み出すことができる。断面図で、第１の貫通路６０は容積移送式スパイラル３１の実質的に中心区域３８に形成され、第２の貫通路は始端領域３７に形成されている。

対向スパイラル３２のスパイラルエレメント６６、特にスパイラル側面区域６７ａ及び６７ｂは貫通路６０及び６１を一時的に閉じることができる。換言すれば、貫通路６０及び６１は、例えば同時に及び／又は時間をずらして、スパイラル側面区域６７ａ及び６７ｂに対して相応に移動させることによって開放されて、作動媒体が圧縮室６５ａ及び／又は６５ｂ及び／又は６５ｃ及び／又は６５ｄから背圧室５０に向かって流れることができる。

さらに図２に示されているように、容積移送式機械若しくはスクロール圧縮機１０の高圧領域４７から背圧室５０まで気体接続管路７０が形成されており、この気体接続管路７０を通って実際にオイルではなく気体のみが輸送される。気体接続管路７０内にはスロットル７１が形成されている。

本発明の（図示されない）代替的構成において、気体接続管路は対向スパイラル３２内に形成されてよい。そのような気体接続管路は高圧室４０から背圧室５０への接続を生み出すことができる。

ここで言及しておくと、第２の貫通路６１は低圧室３０への接続を生み出さない。なぜならこの領域で冷媒の質量流が吸い込まれ、圧縮プロセスに向かってのみ、即ち両スパイラル３１と３２の間の圧縮室６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄに向かってのみ輸送されるからである。そのため質量流は背圧室５０から低圧室３０に到達できない。

さらに図２に暗示されているように、高圧領域４７を起点としてスロットル７６を有するオイル還流蕗７５がが形成されている。そのようなオイル還流蕗７５は、高圧領域４７から低圧室３０への接続を生み出してオイル還流を保証する。これにより分離されたオイル還流及び分離された気体還流を実現できる。

本発明によるスクロール圧縮機を用いて、若しくは本発明による容積移送式スパイラル３１の使用を用いて、可変バックプレッシャーシステム、即ち可変背圧室システムを設計でき、その際に背圧室５０内の圧力は高圧領域４７に存在する高圧と、低圧室３０内に存在する吸込圧若しくは低圧との間を均等にすることにより調整される。

このことは何よりも貫通路６０及び６１の配置に基づいて理由付けられる。圧縮プロセスの時点に応じて、スパイラル３１と３２相互の種々異なる位置が生じ、図３ａと図３ｂに示されているように、両貫通路６０及び６１の一方が空いているか又はいずれも空いておらず、それぞれの圧縮室から背圧室５０への流体接続を生み出すことができる。

図３ａ及び図３ｂには容積移送式スパイラル３１の上面図が示されており、対向スパイラル３２のスパイラルエレメント６６若しくはスパイラル側面区域６７ａ及び６７ｂが見て取れる。これに対して対向スパイラル３２の底部３３は図示されていない。

図３では両貫通路６０及び６１は閉じている。即ち対向スパイラル３２のスパイラルエレメント６６若しくはスパイラル側面区域６７ａ及び６７ｂが貫通路６０及び６１を覆っている。換言すれば、図３ａには圧縮プロセスの０°位置が示されている。この場合、冷媒は既に吸い込まれて、相応の圧縮室６５ａ〜６５ｅが形成された。圧縮室６５ｅは、流動方向で最初に閉じた圧縮室である。

これに対して図３ｂには８０°位置が示されている。この位置では第１の貫通路６０はちょうど開いたところである。これは図５で詳細に説明されるように、相対容積の９０％ポイントに対応する。

図３ａには、圧縮室６５ａ〜６５ｅから背圧室５０への流体接続は可能ではない。これに対して図３ｂでは、第１の貫通路６０が開いているために、圧縮室６５ｃと背圧室５０との間に流体接続を生み出すことができる。

図４に本発明による容積移送式機械の基本原理が模式的に示されている。ここで低圧室３０若しくは吸込み室３０、高圧室４０、並びに背圧室若しくはバックプレッシャー室５０が見て取れる。高圧室４０と低圧室３０との間にはオイル還流露７５が形成されている。これに従いオイル還流は専ら高圧室４０と低圧室３０との間で行われる。これから分離して高圧室４０と背圧室５０との間に気体接続管路７０が形成されている。同様に、容積移送式スパイラル３１内の第１の貫通路６０と第２の貫通路６１が見て取れる。形成された貫通路６０及び６１に基づき縮室６５ａ〜６５ｅから背圧室５０への接続が可能である。

図５にはスクロール圧縮機の容積変化曲線が示されている。この容積変化曲線は原理的に全てのスクロール圧縮機に対してほぼ等しく、使用する冷媒には左右されない。ここで回転角（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ）０°はスクロール圧縮機における圧縮プロセスの開始を示す。同様に、グラフＴＨＳ−１及びＴＨＳ−２が見て取れる。ここでＴＨＳ−１は、第１の貫通路６０が圧縮プロセスのどの時点で圧縮室内の相対容積に依存して開いているかを示している。第１の貫通路６０が形成されている容積移送式スパイラル３１の区域、特に中心区域において、第１の貫通路６０は容積移送式機械が作動している状態で相対圧縮室容積の９０％に達したら開いており、開いた後に続いて容積移送式スパイラル３１が２７０°の回転角で回転する間は開いたままであることが見て取れる。この場合、第１の貫通路６０は８０°の回転角で開く。これに対して第１の貫通路の閉鎖は、３５０°の回転角で行われる。

さらに図５には、第２の貫通路６１の閉鎖時点（ＴＨＳ−２）が示されている。これによると容積移送式スパイラル３１の始端領域３７に形成された第２の貫通路６１は、最大相対圧縮室容積（Ｖｍａｘ）に達した時点で閉じる。これによると閉鎖は−５０°の回転角で行われ、負の回転角はスクロール圧縮機１０の圧縮プロセスが開始する角度０°を基準に解釈される。これによると第２の貫通路６１は、閉鎖の前に約２７０°に対して開いている。

換言すれば、第２の貫通路６１が形成されている容積移送式スパイラル３１の区域で、第２の貫通路６１は最大相対圧縮室容積に達したら閉じ、この閉鎖に先行して容積移送式スパイラル３１が２７０°の回転角で回転している間は開いている。図５に示されているように、第２の貫通路６１は３２０°〜−５０°の回転角で開いている。

図６には、同様に貫通路６０及び６１の開放時間が示されている。この表現はスクロール圧縮機１０に対応しており、冷媒としてＲ１３４ａが使用される。図示されたグラフは冷媒に依存する。さらにグラフは、０．３ＭＰａ（３バール）、０．１ＭＰａ（１バール）及び０．６ＭＰａ（６バール）の種々異なる吸込み圧（ｐＳ）について示されている。回転角（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ）に依存した圧縮室内の圧力（ｃｈａｍｂｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の挙動が示されているのが見て取れる。０．１ＭＰａ（１バール）の吸込み圧若しくは低圧では圧縮曲線は比較的平坦であるのに対し、０．６ＭＰａ（６バール）の吸込み圧で圧縮曲線は比較的急上昇している。吸込み圧０．３ＭＰａ（３バール）、０．１ＭＰａ（１バール）及び０．６ＭＰａ（６バール）は、それぞれの飽和温度／気化温度υ“−２５℃、０℃及び２５℃に対するものである。標準的なスクロール圧縮機は車両空調設備において−２５℃〜±２５℃の温度範囲で適当な温度を提供しなければならないので、吸込み圧（ｐＳ）は０．１ＭＰａ（１バール）〜０．６ＭＰａ（６バール）の範囲で変化する。

図７には再び圧縮室内の圧力（ｃｈａｍｂｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を回転角（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ）との関係で示したグラフが再現されている。ここで太い実線は現在の圧縮サイクルを示している。細い線は先行（ｐｒｅｖｉｏｕｓ）サイクルと後続（ｎｅｘｔ）サイクルを暗示している。さらに現在の圧縮サイクルに関して、第１の貫通路６０の開放時間（ＴＨＳ−１）及び第２の貫通路６１の開放時間（ＴＨＳ−２）が示している。

圧縮圧は２ＭＰａ（２０バール）に達することが見て取れ、グラフの平坦な上部は吐出し限度８０を表している。この限度で圧縮された気体は高圧室４０内に吐き出される。吐出しは、約１８０°〜３６０°の回転角で行われる。さらにグラフはいわゆる流出角（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ａｎｇｌｅ）８１を暗示している。この流出角８１は、最後の圧縮された気体が高圧室内に吐き出され、続いて圧縮室内の圧力が急減に低下する時点に関する。圧縮室内で圧縮された気体は完全に吐き出されない。残りの気体は圧縮室内に留まっている。しかしながらこの気体は背圧室５０内に吐き出されてはならないため、第１の開口部６０は流出角８１に達する前に閉じられなければならない。図７によれば、第１の貫通路６０は、流出角８１に達する少なくとも３０°前に閉じられる。現在の圧縮サイクルのグラフとその上にある破線との間に形成されている面８２は、高圧室内に吐き出されなかった先行の圧縮サイクルの残りの気体を表している。

図８には、容積移送式スパイラル３１及び対向スパイラル３２に関する相対閉鎖力（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｌｏｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を表す面が示されている。この面は、吸込み圧（ｓｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）及び達成すべき最終圧（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）との関係で示されている。最終圧が増すのに伴い閉鎖力も高めなければならないことが明らかとなる。図８の表現も冷媒Ｒ１３４ａで駆動されるスクロール圧縮機に関するものである。実際には安全のために図８に示されているより高い閉鎖力が生み出される。

これに対して図９には、圧縮プロセスの吸込み段階における動的効果が示されている。この表現も、冷媒Ｒ１３４ａを用いる圧縮に関するものである。これによれば吸込み段階若しくは容積移送式スパイラルの吸込み領域で負圧が発生することがある。これによれば負圧の場合に背圧室内に高い圧力が存在する必要はない。なぜなら既に負圧が両スパイラル３１及び３２を互いに押し付けているので、０．３ＭＰａ（３．０バール）の交点を通る水平線と、吸込み段階における圧縮室内の圧力を表すグラフとの間の面は、第２の貫通路６２が−３６０°〜−５０°の回転角（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ）の間で相応に開くことによって把捉される。

総じて言えるのは、本発明による容積移送式機械に基づき、若しくは本発明によるスクロール圧縮機に基づき、圧縮の種々の段階及び圧縮室の種々の区域において複数の圧力を検知することにより、背圧室内圧力はより最適に、特により小さく調整可能であるという技術的利点が生じるといことである。

図１０には、一方では背圧室内の圧力（ｂａｃｋ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の推移、他方では圧縮室内の圧力（ｃｈａｍｂｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が、回転角（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｎｇｌｅ）との関係において示されている。さらに下側の表現では、第１の貫通路６０と第２の貫通路６１の開口部若しくは開口区域が示されている。これらのグラフも冷媒Ｒ１３４ａとの関連で作成された。圧縮室内の圧力（ｃｈａｍｂｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が上昇するのに対応して背圧室内の圧力が低下するので、これに関して相応の修正措置が必要であることが非常に分かりやすく示されている。

１０ スクロール圧縮機
１１ 機械的駆動装置
１２ 駆動軸
１３ 軸端部
１４ 連行部材
１５ 周壁
２０ ハウジング
２１ ハウジング上部
２２ ハウジング中間壁
２３ ハウジング底部
２４ 第１の軸密封装置
２５ 第２の軸密封装置
２６ 偏心軸受
２７ 偏心ピン
２８ 軸受ブシュ
２９ 滑りリングシール
３０ 低圧室
３１ 容積移送式スパイラル
３２ 対向スパイラル
３３ 対向スパイラル後壁
３４ 容積移送式スパイラル後壁
３３ 対向スパイラル底部
３４ 容積移送式スパイラル底部
３５ スパイラルエレメント
３６ａ スパイラル側面区域
３６ｂ スパイラル側面区域
３６ｃ スパイラル側面区域
３７ 始端領域
３７ａ 開口部
３８ 中心区域
３９ スパイラル通路
３９ａ 終端区域
４０ 高圧室
４１ 側壁
４２ 凹部
４３ シールリング
４４ 排出口
４５ オイルセパレーター
４６ 開口部
４７ 高圧領域
５０ 背圧室
６０ 第１の貫通路
６５ａ 圧縮室
６５ｂ 圧縮室
６５ｃ 圧縮室
６５ｄ 圧縮室
６５ｅ 圧縮室
６６ スパイラルエレメント
６７ａ スパイラル側面区域
６７ｂ スパイラル側面区域
７０ 気体接続管路
７１ スロットル
７５ オイル還流蕗
７６ スロットル
８０ 吐出し限度
８１ 流出角
８２ 面
８３ 面
Ｍ 容積移送式スパイラル中心

Claims (14)

1. スパイラル原理による容積移送式機械、特にスクロール圧縮機（１０）であって、高圧領域を包含する高圧室（４０）と、低圧室（３０）と、周回する容積移送式スパイラル（３１）とを有しており、容積移送式スパイラル（３１）は、容積移送式スパイラル（３１）と対向スパイラル（３２）との間に作動媒体を受容するための圧縮室（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅ）が形成されるように対向スパイラル（３２）内に突入係合しており、さらに低圧室（３０）と容積移送式スパイラル（３１）との間に背圧室（５０）が形成されている、スパイラル原理による容積移送式機械、特にスクロール圧縮機（１０）において、
   容積移送式スパイラル（３１）は少なくとも２つの貫通路（６０、６１）を有しており、これらの貫通路（６０、６１）は背圧室（５０）と圧縮室（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅ）の少なくとも１つとの間に少なくとも一時的に流体接続を生み出し、さらに第１の貫通路（６０）は実質的に容積移送式スパイラル（３１）の中心区域（３８）に形成されており、少なくとも第２の貫通路（６１）は容積移送式スパイラル（３１）の始端領域（３７）に形成されていることを特徴とするスパイラル原理による容積移送式機械、特にスクロール圧縮機（１０）。
2. 第１の貫通路（６０）及び／又は少なくとも第２の貫通路（６１）は容積移送式スパイラル（３１）の底部（３４）の区域に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の容積移送式機械。
3. 第１の貫通路（６０）が形成されている容積移送式スパイラル（３１）の区域において、第１の貫通路（６０）は容積移送式機械が作動している状態で相対圧縮室容積の９５％〜８５％、特に９２％〜８８％、特に９０％に達すると開いており、この開放に続いて容積移送式スパイラル（３１）が１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の容積移送式機械。
4. 第２の貫通路（６１）が形成されている容積移送式スパイラル（３１）の区域において、第２の貫通路（６１）は最大圧縮室容積Ｖｍａｘに達すると閉じており、この閉鎖に先行して容積移送式スパイラル（３１）が１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の容積移送式機械。
5. 最大圧縮室容積Ｖｍａｘは回転角αＶｍａｘに対応しており、第２の貫通路（６１）は回転角αＶｍａｘ±３０°に達すると、特に回転角αＶｍａｘに達すると閉じていることを特徴とする、請求項４に記載の容積移送式機械。
6. 第１の貫通路（６０）は、流出角に達する前の少なくとも１０°、特に少なくとも２０°、特に少なくとも３０°の回転角で閉じていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の容積移送式機械。
7. 容積移送式機械の高圧領域（４７）から背圧室（５０）まで気体接続管路（７０）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の容積移送式機械。
8. 気体接続管路はハウジング（２０）内に形成されて、高圧室（４０）を背圧室（５０）と接続していることを特徴とする、請求項７に記載の容積移送式機械。
9. 容積移送式機械の高圧領域（４７）から低圧室（６０）までオイル還流路（７０）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の容積移送式機械。
10. スパイラル原理による容積移送式機械のための、特に請求項１〜９のいずれか１項に記載の容積移送式機械のための容積移送式スパイラルにおいて、
    少なくとも２つの貫通路（６０、６１）を有しており、第１の貫通路（６０）は実質的に容積移送式スパイラル（３１）の中心区域（３８）に形成されており、少なくとも第２の貫通路（６１）は容積移送式スパイラル（３１）の始端領域（３７）に形成されていることを特徴とする容積移送式スパイラル。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の容積移送式機械を駆動するための方法において、
    第１の貫通路（６０）は相対圧縮室容積の９５％〜８５％、特に９２％〜８８％、特に９０％に達すると開かれ、この開放に続いて容積移送式スパイラル（３１）が１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いたままであることを特徴とする方法。
12. 第２の貫通路（６１）は最大相対圧縮室容積Ｖｍａｘに達すると閉じられ、この閉鎖に先行して容積移送式スパイラル（３１）が１８０°〜３６０°、特に２５５°〜３１５°、特に２７０°の回転角で回転している間は開いていることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の容積移送式機械、特にスクロール圧縮機（１０）を有する車両空調設備。
14. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の容積移送式機械及び／又は請求項１３に記載の車両空調設備を有する車両。