JP2022534934A - スクロール圧縮機及びスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバー内の過圧の形成を減少させて振動及び騷音が低減されたスクロール圧縮機を提供することにある。【解決手段】本発明によるスクロール圧縮機は、少なくとも１つの出口を有する不動固定子及び可動オービターを含み、それぞれはベースプレートとベースプレートから延びるスクロール形に形成された壁を有する。ベースプレートは、壁が互いに噛み合って閉鎖された作業チャンバーが形成されるように互いに対して配置される。この場合、オービターの回転運動により、作業チャンバーの体積及び位置が変更される。【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、ガス流体、特に冷媒を圧縮する装置であるスクロール圧縮機に関する。スクロール圧縮機は、ベースプレート、ベースプレートから延びるスクロール形に形成された壁、及び少なくとも１つの出口を有する不動の固定子と、ベースプレート及びベースプレートから延びるスクロール形に形成された壁を有する可動のオービターとを含む。ベースプレートは、不動の固定子の上記の壁と可動のオービターの上記の壁とが互いに噛み合って閉鎖された作業チャンバー（作業空間）が形成されるように、互いに対して配置される。オービターの回転運動によって、作業チャンバーの体積と位置が変更される。
本発明は、またスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法に関する。

モバイルアプリケーションで、特に自動車の空調システムで冷媒回路を通じて冷媒を送出するための、冷媒圧縮機とも言う、従来技術に知られている圧縮機は、冷媒と関係なく、たびたび可変容量型ピストン圧縮機として、又はスクロール圧縮機として設計される。圧縮機はプーリを通じて、又は電気で駆動される。

スクロール圧縮機の圧縮機構は、ベースプレートから延びるスクロール形に形成された壁（スクロール形の壁と略記）を有する不動の固定子と、ベースプレートから延びるスクロール形に形成された壁（スクロール形の壁と略記）を有する可動のオービターとで形成される。ベースプレートは、固定子の上記の壁とオービターの上記の壁とが互いに噛み合うように、互いに対して配置される。固定子とオービターは連動する。この場合、可動スクロールは偏心駆動装置により円形軌道上で移動して、スクロール形の壁が多数の地点で接触して壁とベースプレートとの間に、多数の連続する閉鎖された作業チャンバーが形成される。隣接した作業チャンバーの体積は相違する大きさである。固定子に対するオービターの運動により、作業チャンバーの体積がスクロール形の壁の中心に向けて順次小さくなって作業空間内に閉じ込められたガス流体が圧縮されるように、作業チャンバーの体積及び位置が変更される。このように圧縮された流体は少なくとも１つの出口を通じて圧縮機構から排出される。

従来技術では、少なくとも１つの出口、特に出口の配置及び大きさを考慮して、不動／固定スクロールと呼ばれる固定子、又は可動スクロールと呼ばれるオービターを、圧縮中に無駄体積（ｄｅａｄ ｖｏｌｕｍｅ）を最小化するように調整することが公知となっている。

米国特許出願公開第２００３／０１０８４４４号明細書には、それぞれスクロール形の壁を有する固定子及びオービターを備えるスクロール圧縮機が記載されている。それぞれインボリュート曲線により規定された内部及び外部の壁面を有する壁の形成は、２つのスクロール形の壁の間の距離を減少させることを目標とする。

従来のスクロール圧縮機、特に固定子及びオービターのスクロール形の壁は、ガス流体の圧縮過程の最後に、圧縮チャンバー又は中間チャンバーと呼ばれる特定の作業チャンバーが形成されて、圧縮中に中間チャンバー内の流体の圧力がシステム内の高圧に関連する特定条件下で、又は２つの端部チャンバー間でも、非常に過度に高くなるように設計された。流体の非常に高くなった圧力は、可聴の、且つ感知可能な振動を引き起こし、それにより略語でＮＶＨ－挙動（「Ｎｏｉｓｅ、Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ」）という振動挙動及び騷音挙動の激しい悪化を引き起こし得る。

本発明の目的は、システムの高圧と比較して中間チャンバー内の過圧（ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ）の形成を減少させるか、場合によって完全に防止する、ガス流体を圧縮する装置、特にスクロール圧縮機を提供することにある。また、特に非対称スクロール形幾何構造、即ち、圧縮経路の多様なラップ（ｗｒａｐ）角度を有する幾何構造で、オービターの加速を避けるために、２つの圧縮経路の２つの端部チャンバー間のできるかぎりの圧力均等化が可能になるか、又は改善されなければならない。従って、圧縮機により生成された振動が最小化するか、又は防止されなければならず、従って、圧縮機のＮＶＨ挙動が改善されなければならない。上記圧縮機は製造コスト及び維持管理コストを最小化するために構造的に簡単に具現されるべきである。

上記課題は、ガス流体、特に冷媒を圧縮する装置であって、本発明によるスクロール圧縮機により解決される。
本発明によるスクロール圧縮機は、ベースプレート、固定子のベースプレートから延びるスクロール形に形成された壁、及び少なくとも１つの出口を有する不動の固定子と、ベースプレート及びオービターのベースプレートから延びるスクロール形に形成された壁を有する可動のオービターとを含む。ベースプレートは、固定子の壁とオービターの壁とが互いに噛み合って閉鎖された作業チャンバーが形成されるように、互いに対して配置されている。オービターの運動、特に回転運動によって作業チャンバーの体積及び位置が変更される。

前記スクロール形の壁は、少なくとも１つの出口の領域で圧縮経路の第１端部チャンバー及び第２端部チャンバーが形成されるだけではなく、オービターの回転角によって壁の内側端部で端部チャンバー間に配置された中間チャンバーが形成されるように、設計される。

内側端部の領域でスクロール形の壁の中の少なくとも１つは、中間チャンバーから少なくとも１つの端部チャンバーへの流動経路として壁間にギャップが開放されるように形成される。この場合、流動経路の開度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ）はオービターの回転角に依存する。

流動経路の開度として、最大の可能な流動断面積に対する現在の流動断面積の比率は、以下で流体に対する自由流動面積を意味すると理解される。

本発明によれば、オービターの回転角によって、固定子の壁の内側端部はオービターの壁に、そしてオービターの壁の内側端部は固定子の壁に中間チャンバーを密封する方式で接触して配置される。

オービターの回転角によって、固定子及びオービターの壁間には、中間チャンバーから第１端部チャンバーへの流動経路として、又は中間チャンバーから第２端部チャンバーへの流動経路として、ギャップが形成される。この場合、流動経路の開度は、それぞれオービターの回転角に依存する。

また、固定子及びオービターの壁間には、オービターの回転角によって、第１端部チャンバーから第２端部チャンバーへの流動経路としてギャップが形成される。この場合、端部チャンバー間の流動経路の開度はオービターの回転角に依存する。

本発明の改善例によれば、２つのセクション間の内側端部の領域で少なくとも１つの壁は、中間チャンバーの体積を拡大させるように、従来技術によるスクロール圧縮機と比較してさらに小さな壁の厚さを有するように形成される。

少なくとも１つの壁は、好ましくは壁の厚さが第１セクションから第２セクションの方向に移動しながら段々小さくなり、第２セクションの領域で大きくなり第２セクションの初期値に戻るように設計される。この場合、オービターの中心に向けた壁の側面は従来技術によるスクロール圧縮機と比較して半径方向外部にオフセットされて形成される。

本発明によれば、少なくとも１つの壁は、壁の高さに沿って一定の壁厚さを有するので、一定の輪郭を有する。

この場合、壁の高さは軸方向、即ち、オービターの回転軸方向への壁の長さである。従って、壁の輪郭は、好ましくはベースプレートに連結された第１面とベースプレートに対して遠くなるように軸方向に整列された第２自由面の領域と同一であり、全体高さにわたって均一且つ一定である。

本発明のもう１つの長所は、オービターのスクロール形の壁及び／又は固定子のスクロール形の壁が、それぞれ内側端部の領域で、固定子の壁とオービターの壁との間のギャップが、中間チャンバーから少なくとも１つの端部チャンバーへの流動経路として開放されるように形成されるということである。

上述の課題はまた、上述の本発明によるスクロール形圧縮機を用いてガス流体、特に冷媒を圧縮する本発明による方法により解決される。

本発明の概念によれば、オービターの回転角の特定範囲での固定子とオービターの配置時、中間チャンバーから圧縮経路の少なくとも１つの端部チャンバーへの流動経路として、固定子とオービターのスクロール形の壁との間のギャップが開放される。この場合、流動経路の開度はオービターの回転角に依存する。中間チャンバー、及びそれにより壁間の可能なギャップは、０°のオービターの回転角で固定子とオービターの配置時に閉鎖される。

０°のオービターの回転角での固定子とオービターの配置で、最終圧縮チャンバーとしての中間チャンバーは、固定子の出口にのみ流動的に連結される。この場合、出口による端部チャンバーへの連結は形成されない。

本発明の改善例によれば、０°乃至６０°よりも大きいオービターの回転角の範囲で、中間チャンバーから少なくとも１つの端部チャンバーへの流動経路が開放される。

本発明によれば、２０°の範囲のオービターの回転角での固定子とオービターの配置時、中間チャンバーと端部チャンバーとの間のギャップが開放されて、中間チャンバーと端部チャンバーとの間の流動経路は約２０％の開度を有する。

本発明によれば、３０°の範囲のオービターの回転角での固定子とオービターの配置時、中間チャンバーと第１端部チャンバーとの間に、そして中間チャンバーと第２端部チャンバーとの間に、それぞれ開放されたギャップが形成される。この場合、中間チャンバーと端部チャンバーとの間の流動経路は約４０％の開度を有する。

本発明のもう１つの長所は、６０°の範囲のオービターの回転角での固定子とオービターの配置時、中間チャンバーと第１端部チャンバーとの間に、そして中間チャンバーと第２端部チャンバーとの間に、それぞれギャップが形成されることによって、圧縮された流体が端部チャンバー間で流れるということである。この場合、端部チャンバー間の流動経路は約１０％の開度を有することが好ましい。

本発明の改善例によれば、３０°よりも大きい範囲、特に６０°よりも大きい範囲内のオービターの回転角での固定子とオービターの配置時、端部チャンバー間の流動経路は継続して開放される。約１１５°のオービター回転角で、端部チャンバー間の流動経路は完全に開放される。

特にスクロール圧縮機をさらに発展させたものとして、ガス流体を圧縮するための本発明による圧縮機、及びスクロール間の回転角依存的統合型ギャップを有するスクロール圧縮機を用いてガス流体、特に冷媒を圧縮する方法は、要約すれば以下の多様な長所を有する：
－ギャップの各流動断面積は、端部チャンバー内の圧力の最適の調整が保証されるように形成され、可変内部ギャップは、端部チャンバー間の流体の意図的流れが保証されるように、従来技術と比較して相応する領域でのスクロールの間隔を増加させ、
－特に相違するインボリュート角度に形成されたスクロールで、２つの圧縮経路の２つの端部チャンバー間の均一で連続的な圧力均等化、又は中間チャンバー内の過圧形成の減少若しくは防止が行われ、同じ圧力を得るための特性が向上し、
－端部チャンバー間の圧力均等化は、回転角又は圧縮サイクル時間によって調整及び制御され、それによって、
－オービターの振動及び加速が最小化するか又は防止されて、圧縮機のＮＶＨ挙動が改善され、
－例えば、スクロール、特にオービターのコーティングに関連して、そして鋳造の工程段階内で装置が簡単且つ低コストで製造されて、前記壁と前記ベースプレート間の履行部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）及び残りのクロール幾何構造を有する前記壁の内側端部に潜在的段階（ｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙ ｐｈａｓｅｓ）が形成されることによって、工具が交換される必要がないか、追加処理段階を要せず、例えば、切開部の別途製造で発生し得る鋭い角に関連する危険がない。

圧縮機構を用いてガス流体を圧縮する装置としてのスクロール圧縮機の側断面図である。 図１ａの圧縮機構の平面図の部分（Ａ）がを示す詳細図である。 圧縮機構のスクロール形の壁の平面図である。 スクロール形の壁の内側端部の部分（Ｂ）を示す詳細図である。 可動スクロールのスクロール形の壁の内側端部を示す図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による圧縮機構のスクロール形の壁の内側端部間のギャップ、及び従来の壁と本発明による壁との比較を示す平面図である。 固定子に対するオービターの回転角による２つの端部チャンバー間の流動経路の開度を示すダイヤグラムである。 固定子に対するオービターの回転角による中間チャンバーと端部チャンバーとの間の流動経路の開度を示すダイヤグラムである。

図１ａは、圧縮機構を用いるガス流体の圧縮装置としてのスクロール圧縮機（１）を示す側断面図である。

スクロール圧縮機（１）は、ハウジング（２）、ディスク形のベースプレート（３ａ）とディスク形のベースプレート（３ａ）の一側面から延びるスクロール形の壁（３ｂ）を有する不動の固定子（３）、及びディスク形のベースプレート（４ａ）とディスク形のベースプレート（４ａ）から延びるスクロール形の壁（４ｂ）を有する可動のオービター（４）を含む。固定子（３）とオービター（４）は連携し、特に固定子（３）の壁（３ｂ）とオービター（４）の壁（４ｂ）とが互いに噛み合うようにベースプレート（３ａ、４ａ）と共に、互いに対して配置されている。

可動スクロール（４）とも言うオービター（４）は、偏心駆動装置により円形軌道で固定スクロール（３）とも言う固定子（３）に対して移動される。スクロール形の壁（４ｂ）は固定スクロールの壁（３ｂ）の周囲を回転する。スクロール（３、４）の相対移動中に、壁（３ｂ、４ｂ）は、多数の地点で接触して、壁（３ｂ、４ｂ）とベースプレート（３ａ、４ａ）との間に、多数の連続する閉鎖された（密封された）作業チャンバー（５、５－０、５－１、５－２）を形成し、隣接した作業チャンバー（５、５－０、５－１、５－２）は、相違する大きさの体積を限定する。

固定子（３）に対するオービター（４）の運動によって、作業チャンバー（５、５－０、５－１、５－２）の体積及び位置が変更される。２つの噛み合ったスクロール形の壁（３ｂ、４ｂ）の反対回転運動により作業チャンバー（５、５－０、５－１、５－２）の大きさは小さくなる。スクロール壁とも言うスクロール形の壁（３ｂ、４ｂ）の中心に向けて配置された作業チャンバー（５、５－０、５－１、５－２）の体積はさらに小さくなる。この場合、作業チャンバー内に閉じ込められたガス流体は圧縮されて、スクロール圧縮機（１）の第１圧縮経路の第１端部チャンバー（５－１）及びスクロール圧縮機（１）の第２圧縮経路の第２端部チャンバー（５－２）から出口（６）を通じて圧縮機構から排出される。圧縮されるガス流体、特に冷媒は吸入されて、圧縮機構内で圧縮されて出口を通じて排出される。

偏心駆動装置（図示しない）は駆動シャフトを含み、駆動シャフトは回転軸を中心に回転してベアリングを通じてハウジング（２）に支持される。オービター（４）は中間要素を通じて駆動シャフトに偏心して連結される。即ち、オービター（４）の軸と駆動シャフトの軸とは互いにオフセットされて配置される。オービター（４）は追加ベアリングを通じて中間要素に支持される。

図１ｂは、中間チャンバー（５－０）、端部チャンバー（５－１、５－２）、及び出口（６）の領域での図１ａの圧縮機構の平面図の部分（Ａ）を示す詳細図である。図２ａ及び図２ｂは、個別要素として、オービター（４）のスクロール形の壁（４ｂ）の概略的な平面図、及びスクロール形の壁（４ｂ）の内側端部（４ｃ）の部分（Ｂ）を示す詳細図である。図２ｃには、可動スクロール（４）のスクロール形の壁（４ｂ）の実施例の内側端部（４ｃ）が図示されている。出口（６）は、固定子（３）のベースプレート（３ａ）内に閉鎖（密封）可能な貫通開口として形成され、それにより固定子（３）の壁（３ｂ）と同様に、壁（３ｂ）に対して不動に形成される。

オービター（４）が円形軌道で固定子（３）に対して移動するために、スクロール形の壁（４ｂ）は固定スクロールの壁（３ｂ）の周囲を回転する。図１ｂによれば、スクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ）は、それぞれ内側端部（３ｃ、４ｃ）の領域で互いに整列された内部面に接触して配置される。この場合、固定スクロール（３）の壁（３ｂ）の内側端部（３ｃ）は可動スクロール（４）の壁（４ｂ）に、そして可動スクロール（４）の壁（４ｂ）の内側端部（４ｃ）は固定スクロール（３）の壁（３ｂ）に、中間チャンバー（５－０）を密封する方式で接触する。

結果的に、中間チャンバー（５－０）は、一方では固定子（３）の壁（３ｂ）によって、そして他方ではオービター（４）の壁（４ｂ）によって限定される。壁（３ｂ、４ｂ）は、壁（４ｂ）の内側端部（４ｃ）の２つの領域で互いに接触するように配置される。

オービター（４）の壁（４ｂ）の内側端部（４ｃ）の領域で、２つのセクション（７、８）間の壁（４ｂ）は、従来技術によるオービターの壁（４ｂ’）と比較してさらに小さな壁の厚さを有する。壁（４ｂ、４ｂ’）の壁厚さは、第１セクション（７）から始まって第２セクション（８）の方向に移動しながら順次増加する。その後、第２セクション（８）の領域で、特に漸進的な増加と比較して非常に急激に減少する。セクション（７、８）間でオービター（４）の壁（４ｂ）の輪郭は従来のオービターの壁（４ｂ’）と異なる。そうでなければ、壁（４ｂ、４ｂ’）の輪郭は同一に形成されることが好ましい。

壁（４ｂ）のセクション（７、８）の配置は、それぞれ流体の圧縮工程の効率が変動なく維持されるように決定される。オービター（４）の運動シミュレーションに基づいて、固定子（３）上に形成された出口（６）を考慮して、特に出口（６）の位置及び大きさを考慮して、２つのスクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ）間の密封線は、最終圧縮チャンバーとしての中間チャンバー（５－０）が最適に密封されるように決定され、最適の密封は特に高圧の場合に流体の圧縮工程の高効率のために必要である。特に、第２セクション（８）は、圧縮中の効率の損失を防止するように正確に配置される。

本発明によるオービター（４）の壁（４ｂ）の内部面の半径は、従来技術から知られているオービターの壁（４ｂ’）の内部面の半径よりも大きく、本発明によるスクロール圧縮機（１）の圧縮機構の中間チャンバー（５－０）の体積は、従来のスクロール圧縮機の圧縮機構の中間チャンバーの体積よりも大きい。中間チャンバー（５－０）の体積を限定する圧縮機構ベースプレート（３ａ、４ａ）もまた同一である。

オービター（４）の壁（４ｂ）の内側端部（４ｃ）の領域、特に内側端部（４ｃ）の内部面は、自由に定義された数学的関数又は基準点により、好ましくは、２つ以上の半径を有するいわゆる「スプライン」として定義されて変形される。

オービター（４）の壁（４ｂ）の輪郭は、ベースプレート（４ａ）に連結された第１面の領域と軸方向で、そしてベースプレート（４ａ）に対し遠くに配向された第２自由面の領域で、同一である。結果的に、軸方向に対して垂直に定義された平面にそれぞれ配置された壁（４ｂ）の面は互いに同じ間隔で均一に配置される。面間の距離は、壁（４ｂ）の高さと言う。従って、軸方向への壁の拡張は、壁（４ｂ）の高さと見なされる。壁（４ｂ）の輪郭は、壁（４ｂ）の全体高さにわたって一定である。

オービター（４）のベースプレート（４ａ）に向かって配向された第１面から固定子（３）のベースプレート（３ａ）に向かって配向された第２面に延びるオービター（４）の壁（４ｂ）は、残りのスクロール幾何構造と共通の工程で、又は段階別工程内で製造される。従って、鋳造工具又は切削工具による可動スクロール（４）の製造及び壁（４ｂ）を有するベースプレート（４ａ）の成形は１つの段階で、又は２段階で、又は多段階工程内での別々の段階で遂行される。壁（４ｂ）の輪郭は、高精密旋削工程、ミーリング工程、又は組み合わせられた旋削／ミーリング工程により、スクロール（４）の粗い（ｒｏｕｇｈ）又は微細研削の間に製造される。

本発明によるスクロール圧縮機（１）のオービター（４）の壁（４ｂ）は、従来のスクロール圧縮機に比べて、スクロール（３、４）の特定の配置において、特に、通常的に閉鎖された中間チャンバー（５－０）が形成される回転角の特定範囲において、スクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ）間のギャップが保証されて、その開度がオービター（４）の回転角に依存するように、変形される。オービター（４）の回転角に依存するギャップによる流動経路の開度は、特に中間チャンバー（５－０）内の圧縮された流体の過圧を避けるか最小化するために、又はスクロール圧縮機（１）の圧縮経路の２つの端部チャンバー（５－１、５－２）間のできるだけ均一な圧力均等化を保証するために、またオービター（４）の加速を避けるために、特に圧力レベル、圧縮経路のラップ（ｗｒａｐ）角度、及び固定スクロール（３）内の開口幾何構造に対して、それぞれ相応する用途に対して最適に調整される。結果的に、ギャップの可変開度によりスクロール（３、４）間の間隔は、端部チャンバー（５－１、５－２）内の流体の圧力を均等化するための流動及びそれにより２つの端部チャンバー（５－１、５－２）間の均等化流動を保証するために、オービター（４）の回転角に基づいて変更されて、特に大きくなる。ギャップの回転角依存的可変開度は、スクロール（３、４）のスクロール形の壁（３ｂ、４ｂ）の輪郭から与えられる。

閉じ込められた流体による圧力ピークを避けて急激な圧力均等化過程を避けるために、例えばＣＦＤ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ）シミュレーションを用いて、オービター（４）の回転角依存的輪郭が計算される。計算の出発点として、スクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ）の変わらない輪郭が用いられる。計算中に、スクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ）の変わらない輪郭に比べて、スクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ）の輪郭の中の少なくとも１つは、オービター（４）の軌道運動中にスクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ）間にさらに大きいギャップが形成されるように、変更される。その後、壁（３ｂ、４ｂ）の計算された輪郭の設計は、製造可能な最小半径及び用いられた工具の可能な切削経路のような製造の境界条件を考慮して調整される。

例えば、図２ｃによる壁（３ｂ、４ｂ）の輪郭、特に相違する半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有するオービター（４）の壁（４ｂ）の内側端部（４ｃ）の輪郭の最終形成は、流体の圧縮過程の効率及び圧縮機のＮＶＨ挙動を考慮して圧縮機に対する実験に基づいて決定される。壁（４ｂ）の輪郭は、従来技術のオービターの壁（４ｂ’）と比較して２つのセクション（７、８）間で変更される。この場合、輪郭はセクション（７、８）まで変更されない元の輪郭（ＵＫ）に相応する。第２セクション（８）の領域には履行輪郭

も形成される。

図３ａ～図３ｈには固定子（３）に対するオービター（４）の回転角による圧縮機構のスクロール形の壁（３ｂ、４ｂ）の内側端部（３ｃ、４ｃ）間の開放された、又は閉鎖されたギャップ、及びオービターの本発明による壁（４ｂ）と従来の壁（４ｂ’）との比較がそれぞれ平面図に図示される。図４ａにはまた、固定子（３）に対するオービター（４）の回転角による２つの端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路の開度を示すダイヤグラムが示され、図４ｂには固定子（３）に対するオービター（４）の回転角による中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の流動経路の開度を示すダイヤグラムが示される。

図３ａによる０°の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置までは、本発明による壁（４ｂ）を有するスクロール圧縮機（１）と従来の壁（４ｂ’）を有するスクロール圧縮機（１）とは同じ圧縮挙動を示す。この場合、第１圧縮経路の第１端部チャンバー（５－１）と中間チャンバー（５－０）との間の連結部としての第１セクション（７）、及び第２圧縮経路の第２端部チャンバー（５－２）と中間チャンバー（５－０）との間の連結部としての第２セクション（８）は何れも閉鎖される。スクロール（３、４）の壁（３ｂ、４ｂ、４ｂ’）間のセクション（７、８）は密封され、そうすることにより図４ａ及び図４ｂによるそれぞれの流動経路の開度は０である。

図３ｂによる２０°の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置及び本発明による壁（４ｂ）の形成において、従来の壁（４ｂ’）と比較して、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の第１セクション（７）の領域でギャップが開放されるので、圧縮された流体が中間チャンバー（５－０）から第１端部チャンバー（５－１）内に流れて、従って中間チャンバー（５－０）内の過圧が減少するか又は避けられる。図４ｂによれば、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の流動経路は２０％の開度を有する。従来の壁（４ｂ’）の形成において、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の連結部としての第１セクション（７）は閉鎖される。

中間チャンバー（５－０）と第２端部チャンバー（５－２）との間の連結部としての第２セクション（８）は、オービター（４）の壁（４ｂ、４ｂ’）の形成と関係なく閉鎖されるので、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路も閉鎖される。従来の壁（４ｂ’）の形成時、中間チャンバー（５－０）と端部チャンバー（５－１、５－２）の中の１つとの間の連結部として、第１セクション（７）及び第２セクション（８）が何れも閉鎖されるので、中間チャンバー（５－０）内の高い過圧の危険が非常に高い。

図３ｃによる３０°の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置及び本発明による壁（４ｂ）の形成において、従来の壁（４ｂ’）と比較して、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の第１セクション（７）の領域及び中間チャンバー（５－０）と第２端部チャンバー（５－２）との間の第２セクション（８）の領域で、何れもギャップが形成されるか又は流動経路が開放されるので、圧縮された流体が中間チャンバー（５－０）から端部チャンバー（５－１、５－２）内に流れて、従って中間チャンバー（５－０）内の過圧がさらに減少するか又は避けられる。図４ｂによれば、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の流動経路は４０％の開度を有する。中間チャンバー（５－０）内の流体のさらに高い圧力により、中間チャンバー（５－０）からそれぞれの端部チャンバー（５－１、５－２）内への流体の排出、そしてセクション（７、８）の領域でのギャップの小さな開度のため、端部チャンバー（５－１、５－２）間では流体が流れなくなることにより、図４ａによる端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路の開度は０である。

従来の壁（４ｂ’）の形成において、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の連結部としての第１セクション（７）及び中間チャンバー（５－０）と第２端部チャンバー（５－２）との間の連結部としての第２セクション（８）は、何れも閉鎖されるので、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路も結果的に閉鎖されて、中間チャンバー（５－０）内の高い過圧の危険が依然として非常に高い。

図３ｄによる６０°の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置及び本発明による壁（４ｂ）の形成において、従来の壁（４ｂ’）と比較して、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の第１セクション（７）の領域及び中間チャンバー（５－０）と第２端部チャンバー（５－２）との間の第２セクション（８）の領域で、何れもギャップが開放されるので、圧縮された流体が端部チャンバー（５－１、５－２）間を流れて、２つの端部チャンバー（５－１、５－２）で早期の圧力均等化が行われる。中間チャンバー（５－０）は端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路の完全な構成要素であるので、図４ｂによる中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の開度は０である。図４ａによれば、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路は約１０％の開度を有する。

従来の壁（４ｂ’）の形成時、中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の連結部としての第１セクション（７）、及び中間チャンバー（５－０）と第２端部チャンバー（５－２）との間の連結部としての第２セクション（８）の何れもが閉鎖されるので、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路も結果的に閉鎖されて、中間チャンバー（５－０）内の高い過圧の危険が依然として非常に高い。中間チャンバー（５－０）も最小体積に減る。

図３ｅ～図３ｈによる６０°以上の回転角、特に約８５°、１００°、１０５°、及び１１５°の回転角での固定子（３）及びオービター（４）の配置と本発明による壁（４ｂ）の形成とにおいて、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路は、持続的に開放されて、開度は約３０％、５２％、８０％、及び１００％である。１１５°の回転角で、流動経路は完全に開放される。２つの端部チャンバー（５－１、５－２）内の圧力均等化は連続的且つ均一に行われる。図４ｂによる中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間の流動経路の開度は、中間チャンバー（５－０）がないので、０に維持される。

従来の壁（４ｂ’）の形成と図３ｅによる約８５°の回転角での固定子（３）及びオービター（４）の配置とにおいて、端部チャンバー（５－１、５－２）間の連結部としてのセクション（７、８）及びそれにより端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路は、閉鎖された状態に維持される。端部チャンバー（５－１、５－２）間の圧力均等化は不可能である。図３ｆによる約１００°の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置では、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路としてギャップが開放されるので、端部チャンバー（５－１、５－２）間の圧力均等化の過程が始まる。図４ａによれば、流動経路の開度は約５％である。図３ｇ及び図３ｈによる１００°以上の回転角、特に約１０５°及び１１５°の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置において、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路はさらに開放されて、開度は約４０％及び８０％である。１２０°の回転角で、流動経路が完全に開放される。

従来の壁（４ｂ’）を有するオービターを本発明による壁（４ｂ）を有するオービター（４）と比較すると、本発明による実施形態で、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路は３０°～４０°の範囲の回転角から始まって既に均一に開放されるので、端部チャンバー（５－１、５－２）間の均一且つ持続的な圧力均等化が行われることが確認される。従来の壁（４ｂ’）を有するオービターでは、端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路が約１００°の回転角で開放される。流動経路がそれぞれ約１１５°～１２０°の回転角で完全に開放されるので、従来の壁（４ｂ’）を有するオービターでの流動経路は突然に、そして短時間の間に開放されて、そうすることにより圧力均等化が均一又は持続的に行われないことがある。

また、本発明による壁（４ｂ）を有するオービター（４）の場合、中間チャンバー（５－０）と端部チャンバー（５－１）との間の流動経路の開放により、中間チャンバー（５－０）内の過圧が減少するか又は避けられる。このような流動経路は従来の壁（４ｂ’）を有するオービターでは開放されないので、中間チャンバー（５－０）内で発生する過圧が減少しない。

１ スクロール圧縮機
２ ハウジング
３ 固定子（固定スクロール）
３ａ、４ａ ベースプレート
３ｂ、４ｂ （スクロール形の）壁
４ オービター（可動スクロール）
４ｃ 内側端部
５ 作業チャンバー
５－０ 中間チャンバー（作業チャンバー）
５－１ （第１）端部チャンバー（作業チャンバー）
５－２ （第２）端部チャンバー（作業チャンバー）
６ 出口
７ 第１セクション
８ 第２セクション

Claims (16)

1. ガス流体の圧縮装置としてのスクロール圧縮機（１）であって、
   ベースプレート（３ａ）、前記ベースプレート（３ａ）から延びるスクロール形に形成された壁（３ｂ）、及び少なくとも１つの出口（６）を有する不動の固定子（３）と、
   ベースプレート（４ａ）及び前記ベースプレート（４ａ）から延びるスクロール形に形成された壁（４ｂ）を有する可動のオービター（４）と、を含み、
   前記ベースプレート（３ａ、４ａ）は、前記固定子（３）の前記壁（３ｂ）と前記オービター（４）の前記壁（４ｂ）とが互いに噛み合って閉鎖された作業チャンバー（５、５－０、５－１、５－２）が形成されるように、互いに対して配置されて、前記オービター（４）の回転運動によって前記作業チャンバー（５、５－０、５－１、５－２）の体積及び位置が変更され、
   前記壁（３ｂ、４ｂ）は、前記オービター（４）の回転角によって前記少なくとも１つの出口（６）の領域で圧縮経路の第１端部チャンバー（５－１）及び第２端部チャンバー（５－２）が形成され、そして前記壁（３ｂ、４ｂ）の内側端部（３ｃ、４ｃ）で前記端部チャンバー（５－１、５－２）間に配置された中間チャンバー（５－０）が形成されるように設計されて、前記内側端部（３ｃ、４ｃ）の領域で少なくとも１つの壁（３ｂ、４ｂ）は前記壁（３ｂ、４ｂ）間のギャップが前記中間チャンバー（５－０）から少なくとも１つの端部チャンバー（５－１、５－２）への流動経路として形成されるように設計されて、前記流動経路の開度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ）は前記オービター（４）の回転角に依存することを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記オービター（４）の回転角によって、前記固定子（３）の前記壁（３ｂ）の前記内側端部（３ｃ）は前記オービター（４）の前記壁（４ｂ）に、そして前記オービター（４）の前記壁（４ｂ）の前記内側端部（４ｃ）は前記固定子（３）の前記壁（３ｂ）に前記中間チャンバー（５－０）を密封する方式で接触して配置されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記オービター（４）の回転角によって、前記壁（３ｂ、４ｂ）間に前記中間チャンバー（５－０）から前記第１端部チャンバー（５－１）への流動経路としてのギャップ及び／又は前記中間チャンバー（５－０）から前記第２端部チャンバー（５－２）への流動経路としてのギャップが形成されて、前記流動経路の開度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ）はそれぞれ前記オービター（４）の回転角に依存することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記オービター（４）の回転角によって、前記壁（３ｂ、４ｂ）間に前記第１端部チャンバー（５－１）から前記第２端部チャンバー（５－２）への流動経路としてのギャップが形成されて、前記流動経路の開度は前記オービター（４）の回転角に依存することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記少なくとも１つの壁（３ｂ、４ｂ）は、前記中間チャンバー（５－０）の元の体積を拡大させるように、２つのセクション（７、８）間の前記内側端部（３ｃ、４ｃ）の領域で減少された壁の厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記少なくとも１つの壁（３ｂ、４ｂ）は、前記壁（３ｂ、４ｂ）の厚さが第１セクション（７）から第２セクション（８）に向かって移動しながら連続的に小さくなり、前記第２セクション（８）の領域で前記第２セクション（８）の元の厚さに大きくなるように形成されることを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記少なくとも１つの壁（３ｂ、４ｂ）は、前記壁（３ｂ、４ｂ）の高さにわたって一定の壁の厚さを有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記オービター（４）の前記壁（４ｂ）は前記内側端部（４ｃ）の領域で、前記固定子（３）の前記壁（３ｂ）と前記オービター（４）の前記壁（４ｂ）との間のギャップが前記中間チャンバー（５－０）から前記少なくとも１つの端部チャンバー（５－１、５－２）への流動経路として形成されるように設計されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記固定子（３）の前記壁（３ｂ）は前記内側端部（３ｃ）の領域で、前記固定子（３）の前記壁（３ｂ）と前記オービター（４）の前記壁（４ｂ）との間のギャップが前記中間チャンバー（５－０）から前記少なくとも１つの端部チャンバー（５－１、５－２）への流動経路として形成されるように設計されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法であって、
    回転角の特定範囲での固定子（３）とオービター（４）の配置時、壁（３ｂ、４ｂ）間に中間チャンバー（５－０）から少なくとも１つの端部チャンバー（５－１、５－２）への流動経路としてギャップが開放されて、その開度は前記オービター（４）の回転角に依存して、前記中間チャンバー（５－０）は０°の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置時に閉鎖されることを特徴とするスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法。
11. 前記中間チャンバー（５－０）から前記少なくとも１つの端部チャンバー（５－１、５－２）への前記流動経路は０°乃至６０°よりも大きい回転角の範囲で開放されることを特徴とする請求項１０に記載のスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法。
12. ２０°の範囲の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置時、前記中間チャンバー（５－０）と１つの端部チャンバー（５－１、５－２）との間に開放されたギャップが形成されて、前記中間チャンバー（５－０）と前記端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路は２０％の開度を有することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法。
13. ３０°の範囲の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置時、前記中間チャンバー（５－０）と第１端部チャンバー（５－１）との間に、そして前記中間チャンバー（５－０）と第２端部チャンバー（５－２）との間に、開放されたギャップが形成されることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法。
14. 前記中間チャンバー（５－０）と１つの端部チャンバー（５－１、５－２）との間の流動経路は４０％の開度を有す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でガス流体を圧縮する方法。
15. ６０°の範囲の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置時、前記中間チャンバー（５－０）と前記第１端部チャンバー（５－１）間に、そして前記中間チャンバー（５－０）と前記第２端部チャンバー（５－２）間にギャップが形成されることにより、圧縮された流体が端部チャンバー（５－１、５－２）間を流れることを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法。
16. ３０°よりも大きい範囲内の回転角での固定子（３）とオービター（４）の配置時、前記端部チャンバー（５－１、５－２）間の流動経路は持続的に開放されて、１１５°の回転角で完全に開放されることを特徴とする請求項１０乃至請求項１５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機でガス流体を圧縮する方法。
    
    

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