JP2018536110A - 特に車両エアコンまたは熱ポンプ内のスクロール圧縮機のための制御流量調整弁 - Google Patents
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Abstract
Description
スクロール圧縮機は、固定スクロール(Fix Scroll)と旋回スクロール(Orbiting Scroll)からなるが、この際、固定スクロールは圧縮機内に強固に固定されており、旋回スクロールは、固定スクロールの内部で機械的に予め与えられた半径に旋回、すなわち、回転する。旋回スクロールの運動により、2つのスクロール半分部の間に対を成すチャンバー(paired chamber)が形成され、チャンバーの容積は内部への運動によって減少される。これにより、チャンバー内に内部ガスが圧縮される。並列チャンバー内における圧力の上昇は旋回スクロールに作用する力を引き起こし、かかる力は、軸方向のシール地点(sealing point)の開放を誘発し得る。さらに、旋回スクロールに作用する軸方向の力は中央には加えられないが、これにより、引き続きさらに転倒モーメント(tilting moment)によって固定スクロールの一側面から旋回スクロールが分離され、これは転倒トルク(overturning torque)とも表される。
先行技術において、背圧圧力は、高圧と吸入圧に従属的にノズルシステム(nozzle system)によって形成される。そのために、流動損失を有する2つのノズルが相互作用することで、全ての場合に適する中間圧力、すなわち、背圧圧力が設定される。
先行技術の追加変形例では、背圧チャンバーから排出される側に、ノズルと圧力制御式On/Off弁の組み合わせが存在する。このような弁は、何よりも開始状況(start‐up)で有益である。したがって、開始段階から背圧圧力の形成が保障される。
先行技術によると、全ての場合で背圧圧力は、いわゆる高圧(Pd)から背圧チャンバーを経て吸入圧(Ps)に流れる制御流量によって形成される。このような制御流量は圧縮機の作動損失を意味するが、その理由は、圧縮機が既に圧縮されたガスを再び吸入側に移送するとともに、機械の容積測定及び等温位効率に否定的な影響を与えるためである。引き続き、制御マスフローはエンタルピーフロー(enthalpy flow)を意味することもある。制御マスフローは、吸入側スクロールユニットの前から流入される吸入ガスと混合され、位置で吸入ガスの密度減少及び温度上昇を引き起こす。このような状況は、再び圧縮機の容積測定の作動方式に否定的な影響を与える。
本発明の課題は、特に制御流量調整弁によって解決され、制御流量調整弁は、好ましくは、車両エアコンまたは熱ポンプ内のスクロール圧縮機用に用いられる。
また、本発明には、高圧、逆圧、及び吸入圧のための流体連結部に割り当てられた閉鎖部材の有効面積を有する周囲圧力(ambient pressure、ATM)のための流体連結部がさらに形成されている。閉鎖部材に作用して結果として得られる力は、閉鎖部材に印加された圧力(Pd、Pb、Ps、ATM)から生じ、その結果、制御流量に対して弁の閉鎖部材が開放され、制御流量は、逆圧(Pb)を形成する方式で高圧(Pd)から吸入圧(Ps)に流れ、この際、弁内の周囲圧力(ATM)は、高圧(Pd)、逆圧(Pb)、及び吸入圧(Ps)を有し、閉鎖部材に作用する他のチャンバーに対して流体シール方式により形成されていることを特徴とする。
ばね部材のばね力(spring force)は、好ましくは、高圧と逆圧との間の制御流量調整弁の位置では、閉鎖部材が常に高圧と吸入圧との間の固定圧力差まで開放され、制御流量として流体の流れを通過させるように調整され、その大きさが設計されている。逆圧と吸入圧との間の制御流量調整弁の位置では、ばねが、高圧と吸入圧との間の固定圧力差まで閉鎖部材が確実に閉鎖されるようにする。
本発明の特に好ましい構造的な実施例において、閉鎖部材は、多数の閉鎖部材セグメントで構成されて多数の部分に(in several parts)形成されている。
好ましくは、閉鎖部材は、円筒状を有し階段型に形成されており、3つの閉鎖部材セグメントで構成されて3つの部分に(in three parts)形成されている。これは、弁の製造及び組立の点で特段の利点に繋がる。
特に、多数の部分に構成された閉鎖部材が締り嵌めアセンブリ(interference fit assembly)に設計された場合、閉鎖部材の閉鎖部材セグメントは、追加の連結手段なしに閉鎖部材セグメントに作用する力のみによって互いに連結される。上記のような設計は、個別部品の連結手段の設計時における問題、及びこのような問題と結び付けられる締り嵌めアセンブリの耐久性及び寸法精度の問題を最小化する。締り嵌めアセンブリは、個別のセグメントがそれらに作用する力のみによって、セグメント間の追加の連結手段なしに結合されることを特徴とする。これとともに、組み立ての際には、閉鎖部材が並べて配置される方式により、追加の補助手段を必要とすることなく閉鎖部材セグメントで構成されることができる。
好ましくは、閉鎖部材の行程(storke)は、特に冷媒循環系に使用時に最大0.2mmに形成されている。
弁の機能を保障するために、最大行程制限装置としての閉鎖部材の行程ストッパは、制御流量調整弁のハウジングに形成されているか、制御流量調整弁の取付位置(fitting position)によってスクロール圧縮機内に形成されている。
好ましくは、周囲圧力流体連結部は、ハウジング内に凹陥として形成されている。閉鎖部材における水または湿気の蓄積及びそれに結び付けられる腐食の危険を防止するために、流体連結部は、水を通過させないメンブレンによって水から保護されるように設計されている。
制御流量調整弁がスクロール圧縮機に統合される方式で形成されているため、好ましい方式でスクロール圧縮機に制御流量調整弁が直接設けられている。したがって、制御流量調整弁は圧縮機内に設計され、それ以上の独立の別の部品を形成しない。これは、好ましくは部品の機能と安全性を向上させるだけでなく、設置面積を減少させる。
スクロール圧縮機の内部において、制御流量調整弁は、逆圧(Pb)チャンバーに対する供給または排出制御ライン内に位置設定されている。これとともに、制御流量調整弁は、高圧(Pd)と逆圧(Pb)との間では供給制御ライン内に配置されているか、または逆圧と吸入圧との間では排出制御ライン内に配置される。
制御流量調整弁とともにスクロール弁の機能安定化のために、制御流量において、制御流量調整弁の前にフィルターが配置される。このようにすることで、制御流量の流体システム内における固体粒子による制御流量の障害または機能損傷が最小化される。
また、先行技術による解決方法に比べて、本発明による相対的により少ない逆圧の超過により、同様に制御流量としてさらに少ないマスフローが流れることが好ましく、結果として、工程効率において助けとなる効果を有する。
制御流量調整弁1の取付位置は、逆圧圧力レベル(Pb)と高圧圧力レベル(Pd)の供給制御ライン17及び供給制御ライン内に配置されたスロットル14の破線連結で表示されている。
2 逆圧流体連結部
3 高圧流体連結部
4 吸入圧流体連結部
5 周囲圧力流体連結部
6 ばね部材
7 スクロール圧縮機
8 ハウジング
9 閉鎖部材
9.1 シールシートを有する閉鎖部材セグメント
9.2、9.3 閉鎖部材セグメント
10 シールリング
11 第1弁ステム
12 第2弁ステム
13 レバー機構
14 スロットル
15 ゴム
16.1 ハウジング部分
16.2、16.3 メンブレンハウジング
17 供給制御ライン
18 排出制御ライン
d20 シールシート直径
d21 第1弁ステム直径
d22 ATMに対するPsの有効直径
d23 ATMに対するPbの有効直径
d24 Pbに対するPsの有効直径
d25 ATMに対するPdの有効直径
d26 第2弁ステム直径
L27 短レバー
L28 長レバー
Pd 高圧
Pb 逆圧、背圧
Ps 吸入圧
ATM 周囲圧力
FO 一定のオフセット(constant offset)のためのばね力
Claims (16)
- 少なくともハウジング(8)と、閉鎖部材(9)と、流体連結部に割り当てられた前記閉鎖部材の有効面積(effective area)を有する逆圧(Pb)、高圧(Pd)、及び吸入圧(Ps)の制御流量のための流体連結部(2、3、4)と、からなり、特に車両エアコンまたは熱ポンプ内のスクロール圧縮機(scroll compressor、7)のための制御流量調整弁(1)であって、
追加に割り当てられた前記閉鎖部材(9)の有効面積を有する周囲圧力(ATM)のための流体連結部(5)が形成されており、そして高圧(Pd)から吸入圧(Ps)に行く制御流量が逆圧(Pb)を形成する方式で流れるように閉鎖部材(9)に印加される圧力(Pd、Pb、Ps、ATM)から得られる力が前記閉鎖部材(9)に作用し、この際、前記周囲圧力(ATM)は、前記閉鎖部材(9)に作用する、高圧(Pd)、逆圧(Pb)、及び吸入圧(Ps)を有する他のチャンバーに対して流体シール方式により形成されていることを特徴とする制御流量調整弁。 - 追加の力(FO)を発生させるためのばね部材(6)が前記閉鎖部材(9)上に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の制御流量調整弁。
- 高圧(Pd)と逆圧(Pb)との間の制御流量調整弁(1)の位置では、前記閉鎖部材(9)が常に高圧(Pd)と吸入圧(Ps)との間の固定圧力差まで開放され、制御流量として流体の流れを通過させるか、または逆圧(Pb)と吸入圧(Ps)との間の制御流量調整弁(1)の位置では、ばねが高圧(Pd)と吸入圧(Ps)との間の固定圧力差まで前記閉鎖部材(9)を閉鎖し、制御流量として流体の流れが流れないように、前記ばね部材(6)のばね力(spring force)が調整及び設計されていることを特徴とする請求項2に記載の制御流量調整弁。
- 前記閉鎖部材(9)が、多数の閉鎖部材セグメント(9.1、9.2、9.3)で構成されて多数の部分に(in several parts)形成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 前記閉鎖部材(9)が、溶接されたシートメンブレン(welded sheet membrane)または加硫処理されたメンブレン(vulcanized membrane)によって周囲圧力(ATM)に対して流体シール方式によりシールされていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 前記閉鎖部材(9)が円筒状を有し階段型に形成されており、3つの閉鎖部材セグメント(9.1、9.2、9.3)で構成されて3つの部分に(in three parts)形成されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 多数の部分で構成された前記閉鎖部材(9)が締り嵌めアセンブリ(interference fit assembly)に設計されており、この際、前記閉鎖部材(9)の閉鎖部材セグメント(9.1、9.2、9.3)は、追加の連結手段なしに前記閉鎖部材セグメント(9.1、9.2、9.3)に作用する力のみによって互いに連結されていることを特徴とする請求項4乃至6の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 前記閉鎖部材(9)が第1弁ステム(primary valve stem、11)及び第2弁ステム(secondary valve stem、12)を備えており、前記弁ステムはレバー機構(lever mechanism、13)を介して互いに連結されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 前記閉鎖部材(9)の行程(storke)が最大0.2mmに形成されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 最大行程制限装置として、前記閉鎖部材(9)の行程に対するストッパが前記ハウジング(8)に形成されているか、前記制御流量調整弁(1)の取付位置(fitting position)によってスクロール圧縮機(7)内に形成されていることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 周囲圧力流体連結部(5)が前記ハウジング(8)内に凹陥として形成されており、そして前記流体連結部が、水を通過させないメンブレンによって水から保護されるように設計されていることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 前記周囲圧力流体連結部(5)が、メンブレンとして前記ハウジング(8)の外部輪郭に統合される方式で形成されていることを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載の制御流量調整弁。
- 請求項1乃至12の何れか一項に記載の制御流量調整弁(1)を有するスクロール圧縮機であって、
前記制御流量調整弁(1)が前記スクロール圧縮機(7)に統合される方式で形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記制御流量調整弁(1)が、逆圧(Pb)チャンバーのための供給または排出制御ライン(17、18)内に位置設定されており、この際、前記制御流量調整弁(1)は、高圧(Pd)と逆圧(Pb)との間では前記供給制御ライン(17)内に配置されているか、逆圧(Pb)と吸入圧(Ps)との間では前記排出制御ライン(18)内に配置されていることを特徴とする請求項13に記載のスクロール圧縮機。
- 制御流量調節弁(1)が前記供給制御ライン(17)内に配置される場合には、補完的にスロットル(14)が前記排出制御ライン(18)内に配置されており、逆に制御流量調整弁(1)が前記排出制御ライン(18)内に配置される場合には、スロットル(14)が前記供給制御ライン(17)内に配置されていることを特徴とする請求項14に記載のスクロール圧縮機。
- 制御流量において、前記制御流量調整弁(1)の前にフィルターが配置されていることを特徴とする請求項14または15に記載のスクロール圧縮機。
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