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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spiraltyp-Fluidmaschine,
welche einen Expansionsbetrieb derart ausführt, dass ein Fluiddruck in
einem Expansionszustand in kinetische Energie umgewandelt wird.
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Herkömmlich wurde
eine Spiraltyp-Expansionsmaschine in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 2002-364563 offenbart. Die Expansionsmaschine weist eine Einleitöffnung bei
einem allgemeinen Zentrum eines Basisabschnitts einer stationären Spiral
auf, um Fluid einzuleiten, und weist eine Arbeitskammer auf, welche
zwischen einem spiralförmigen
Zahnabschnitt der stationären Spirale
und einem spiralförmigen
Zahnabschnitt einer beweglichen Spirale ausgebildet wird. Die Expansionsmaschine
expandiert das eingeleitete Fluid, welches durch die Einleitöffnung eingeleitet
wird, in der Arbeitskammer.
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Dann
sind Expansionsstartzeit und Expansionsendzeit von Fluid in jeder
der zwei Arbeitskammern nicht synchronisiert, so dass eine Variation
des Drehmoments des Rotationsabtriebs durch den Expansionsbetrieb
reduziert wird. Hier sind die zwei Arbeitskammern durch Unterteilen
der bei einem zentralen Abschnitt der Expansionsmaschine ausgebildeten
Arbeitskammer in zwei ausgebildet.
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Da
jedoch die Expansionsmaschine in der Weise aufgebaut ist, dass die
Expansionsstartzeit und die Expansionsendzeit des Fluids in jeder
der zwei Arbeitskammern verschoben werden, ist es nachteiligerweise
schwierig, dass die Verschiebungs-Expansionsmaschine dieselbe Menge
wie eine normale Expansionsma schine abgibt, welche nicht in der
Art aufgebaut ist, wenn eine Größe der Verschiebungs-Expansionsmaschine
mit der der normalen Expansionsmaschine übereinstimmt. Mit anderen Worten,
wird die Größe der Verschiebungs-Expansionsmaschine
größer, wenn
es erforderlich ist, dass die Verschiebungs-Expansionsmaschine die gleiche
Menge wie die normal aufgebaute Expansionsmaschine abgibt.
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Dahingegen
kann, selbst wenn die Expansionsmaschine so aufgebaut ist, dass
die Expansionsstartzeit und die Expansionsendzeit des Fluids in
jeder der zwei Arbeitskammern synchronisiert sind, die Expansionszeiten
des Fluids in den zwei Kammern unter Verwendung einer vergrößerten Einleitöffnung verschoben
werden, welche zur Reduzierung eines Strömungswiderstands bei der Einleitöffnung vergrößert ist.
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Zum
Beispiel wird eine einzelne Arbeitskammer V in zwei Kammern (eine
erste Arbeitskammer V1 und eine zweite Arbeitskammer V2) unterteilt, wenn
ein Endabschnitt eines Zahnabschnitts 102b einer stationären Spirale 102 einen
Endabschnitt eines Zahnabschnitts 103b einer beweglichen
Spirale 103 bei einem Kontaktabschnitt berührt, wie
in 14 gezeigt ist. Wenn
eine Einleitöffnung 105a von
dem Kontaktabschnitt von beiden der Endabschnitte entfernt angeordnet
ist, wird die Expansionsstartzeit von Fluid in der ersten Arbeitskammer V1
nicht mit einer Expansionsstartzeit von Fluid in der zweiten Arbeitskammer
V2 synchronisiert.
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Demzufolge
wird bei der Expansionsendzeit ein Enddruck in der ersten Arbeitskammer
V1 unterschiedlich zu dem in der zweiten Arbeitskammer V2. Zum Beispiel
kann dies nachteiligerweise Überexpansion
in der zweiten Arbeitskammer V2 infolge der Frühe der Expansionsstartzeit
in dem Fall einer optimalen Expansion bewirken, bei welcher ein
Enddruck in der ersten Arbeitskammer V1 gleich einem Minimaldruck
ist. Ebenso kann dies nachteiligerweise Unterexpansion in der ersten
Arbeitskammer V1 infolge einer Verzögerung der Expansionsstartzeit
in dem Fall einer anderen optimalen Expansion bewirken, in welcher
ein Enddruck in der zweiten Arbeitskammer V2 gleich einem Minimaldruck
ist. In dem Fall der Überexpansion
oder der Unterexpansion kann ein Wirkungsgrad der Expansionsmaschine nicht
maximiert sein und kann verschlechtert sein.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidmaschine
zum effektiven Ausführen
von Expansionsbetrieb bereitzustellen, welche zumindest einen der
vorstehenden Nachteile vermeidet oder mildert.
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Um
diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist eine Fluidmaschine
vorgesehen, welche ein stationäres
Spiralelement und ein bewegliches Spiralelement enthält. Das
stationäre
Spiralelement enthält
einen ersten Basisabschnitt und einen ersten Zahnabschnitt, der
sich von dem ersten Basisabschnitt in einer Erstreckungsrichtung
dahingehend erstreckt, eine Spiralform aufzuweisen. Das bewegliche
Spiralelement enthält
einen zweiten Basisabschnitt und einen zweiten Zahnabschnitt, der
sich von dem zweiten Basisabschnitt in einer Richtung entgegengesetzt
der Erstreckungsrichtung des ersten Zahnabschnitts dahingehend erstreckt,
eine Spiralform aufzuweisen. Der zweite Zahnabschnitt des beweglichen
Spiralelements ist dahingehend angeordnet, bezüglich des ersten Zahnabschnitts
des stationären
Spiralelements gekreist zu werden, und eine Arbeitskammer zwischen
dem beweglichen Spiralelement und dem stationären Spiralelement auszubilden.
In diesem Zustand ist die Arbeitskammer in Übereinstimmung mit einem Kreisen
des beweglichen Spiralelements dahingehend änderbar, zwischen zwei gleitenden
Kontaktabschnitten zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnabschnitt
begrenzt zu sein, und ist in eine erste Arbeitskammer und eine zweite
Arbeitskammer unterteilbar, wenn ein Spiralendabschnitt des ersten
Zahnabschnitts einen Spiralendabschnitt des zweiten Zahnabschnitts
ungefähr bei
einem zentralen Abschnitt des beweglichen Spiralelements berührt. Auch
weist das stationäre
Spiralelement eine Einleitöffnung
zum Einleiten eines Fluids zu der Arbeitskammer bei einem zentralen
Abschnitt des stationären
Spiralelements auf. Der zweite Zahnabschnitt ist mit einem Durchtrittsabschnitt versehen,
durch welchen die Einleitöffnung
mit der zweiten Arbeitskammer kommunizierend verbunden ist, wenn
die Einleitöffnung
mit der ersten Arbeitskammer kommunizierend verbunden ist.
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Der
Durchtrittsabschnitt trennt die Einleitöffnung von der zweiten Arbeitskammer,
wenn die Einleitöffnung
von der ersten Arbeitskammer getrennt ist.
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Demgemäß ist es
möglich,
Expansionsstartzeiten von beiden der ersten und der zweiten Arbeitskammer
ungefähr
gleichzeitig einzustellen, wodurch Expansionsbetrieb effektiv durchgeführt wird.
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Zum
Beispiel kann der Durchtrittsabschnitt derart vorgesehen sein, dass
ein Strömungswiderstand
des Fluids zwischen der Einleitöffnung
und der ersten Arbeitskammer ungefähr gleich der zwischen der
Einleitöffnung
und der zweiten Arbeitskammer ist, wenn die Einleitöffnung mit
der ersten Arbeitskammer kommunizierend verbunden ist.
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Der
Durchtrittsabschnitt kann bei dem zweiten Zahnabschnitt dahingehend
vorgesehen sein, sich in der Erstreckungsrichtung des zweiten Zahnabschnitts
zu erstrecken. In diesem Fall kann der Durchtrittsabschnitt von
einem vorderen Endabschnitt des zweiten Zahnabschnitts in der Erstreckungsrichtung
des zweiten Zahnabschnitts entfernt angeordnet sein. Alternativ
kann ein Durchtrittsabschnitt bei dem vorderen Endabschnitt des
zweiten Zahnabschnitts in der Erstreckungsrichtung des zweiten Zahnabschnitts
angeordnet sein.
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Das
bewegliche Spiralelement kann relativ zu dem stationären Spiralelement
in einer ersten Rotationsrichtung dahingehend gekreist werden, einen Expansionsmodusbetrieb
auszuführen,
in welchem die Arbeitskammer in die erste und die zweite Arbeitskammer
unterteilt wird, welche radial nach außen expandiert werden. Ferner
kann das bewegliche Spiralelement relativ zu dem stationären Spiralelement
in einer zweiten Rotationsrichtung entgegengesetzt zur ersten Rotationsrichtung
gekreist werden, um einen Kompressionsmodusbetrieb durchzuführen, in
welchem unterteilte erste und zweite Arbeitskammern radial zu dem
zentralen Abschnitt des stationären
Spiralelements verschoben werden, um das Fluid zu komprimieren.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der zweite Zahnabschnitt eine
spiralförmige
innere Oberfläche
auf, und der Durchtrittsabschnitt ist eine Ausnehmung, welche von
der spiralförmigen
inneren Oberfläche
ausgenommen ist. Daher kann der Durchtrittsabschnitt einfach ausgebildet
werden. Der Durchtrittsabschnitt kann bei dem Spiralendabschnitt
des zweiten Zahnabschnitts vorgesehen sein. Ferner kann ein Teilabschnitt
des Durchtrittsabschnitts, der senkrecht zu der Erstreckungsrichtung
des Zahnabschnitts ist, in einer Bogenform ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird zusammen mit zusätzlichen
Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen derselben am besten aus der nachfolgenden
Beschreibung, den anliegenden Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen
verstanden, in welchen:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, welches ein Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystem mit einem
Rankine-Kreislauf in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Querschnittsansicht ist, die einen mit einem Expandierer integrierten
Kompressor in der Ausführungsform
zeigt;
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3 ein
monografisches Diagramm ist, welches einen Betrieb des mit einem
Expandierer integrierten Kompressors in der Ausführungsform zeigt;
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4 eine
Perspektivansicht eines Spiralendabschnitts auf einer zentralen
Seite eines Zahnabschnitts einer stationären Spirale in der Ausführungsform
ist;
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5 eine
Perspektivansicht eines Spiralendabschnitts auf einer zentralen
Seite eines Zahnabschnitts einer kreisenden Spirale in der Ausführungsform
ist;
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6A eine
Querschnittansicht ist, die entlang einer Linie VI-VI in 2 genommen
ist, und einen Betriebszustand der kreisenden Spirale zeigt;
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6B eine
Querschnittansicht ist, die entlang einer Linie VI-VI in 2 genommen
ist, und einen anderen Betriebszustand der kreisenden Spirale zeigt;
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6C eine
Querschnittansicht ist, die entlang einer Linie VI-VI in 2 genommen
ist, und einen anderen Betriebszustand der kreisenden Spirale zeigt;
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6D eine
Querschnittansicht ist, die entlang einer Linie VI-VI in 2 genommen
ist, und einen anderen Betriebszustand der kreisenden Spirale zeigt;
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7A eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
zentralen Abschnitts von Spiralen ist, und einen Betriebszustand
zeigt, in welchem eine Arbeitskammer sich einer Teilung nähert, und
in welchem Kältemittel
in die Arbeitskammer eingeleitet wird;
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7B eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
zentralen Abschnitts von Spiralen ist, und einen Betriebszustand
zeigt, in welchem die Arbeitskammer in zwei Arbeitskammern unterteilt
ist, und in welchem Kältemittel
in die zwei Arbeitskammern eingeleitet wird;
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7C eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
zentralen Abschnitts von Spiralen ist, und einen Betriebszustand
zeigt, in welchem ein Einleiten des Kältemittels zu den zwei Arbeitskammern
beendet ist;
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8 ein
Graph ist, der Variationen von gemessenen Drücken in der Arbeitskammer zur
Zeit eines Betriebs in der Motormodus-Betriebsart zeigt;
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9A eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
zentralen Abschnitts von Spiralen ist, und einen Betriebszustand
zeigt, in welchem eine Arbeitskammer sich einer Aufteilung nähert, und
in welchem das Kältemittel
in die Arbeitskammer eingeleitet wird;
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9B eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
zentralen Abschnitts von Spiralen ist, und einen Betriebszustand
zeigt, in welchem die Arbeitskammer in zwei Arbeitskammern unterteilt
ist, und in welchem das Kältemittel
zu den zwei Arbeitskammern eingeleitet wird;
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9C eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
zentralen Abschnitts von Spiralen ist, und einen Betriebszustand
zeigt, in welchem ein Einleiten des Kältemittels zu den zwei Arbeitskammern
beendet ist;
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10 eine
Perspektivansicht eines Spiralendabschnitts auf einer zentralen
Seite eines Zahnabschnitts einer kreisenden Spirale in einem Modifikationsbeispiel
der Ausführungsform
ist;
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11 eine
Perspektivansicht eines Spiralendabschnitts auf einer zentralen
Seite eines Zahnabschnitts einer kreisenden Spirale in einem anderen Modifikationsbeispiel
der Ausführungsform
ist;
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12 eine
Perspektivansicht eines Spiralendabschnitts auf einer zentralen
Seite einer stationären
Spirale in einem anderen Modifikationsbeispiel der Ausführungsform
ist;
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13 eine
Querschnittansicht ist, die einen mit einem Expandierer integrierten
Kompressor in einem anderen Modifikationsbeispiel der Ausführungsform
zeigt; und
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14 eine
Querschnittansicht ist, die einen Betriebszustand einer kreisenden
Spirale in einer verwandten Technik zeigt.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird eine Fluidmaschine der vorliegenden Erfindung typischerweise
für ein
Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystem
mit einem Rankine-Kreislauf für
ein Fahrzeug verwendet. 1 ist eine schematische Ansicht
des Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystems
in der vorliegenden Ausführungsform.
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Das
Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystem
mit dem Rankine-Kreislauf der vorliegenden Ausführungsform gewinnt eine durch
einen Motor 20 erzeugte Abwärme wieder, welcher eine Wärmemaschine
zur Erzeugung einer Antriebsleistung ist. Ebenso verwendet ein Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystem
eine Niedrigtemperaturwärme
und eine Hochtemperaturwärme,
welche beide durch das Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystem erzeugt
werden, um Klimatisierung durchzuführen. Das Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystem
mit dem Rankine-Kreislauf wird beschrieben.
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Das
Dampfkompressionstyp-Kälteerzeugungssystem
enthält
einen mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10,
einen Kältemittelradiator 11,
einen Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12,
einen Dekomprimierer 13 und einen Verdampfer 14,
welche zur Ausbildung eines Kältemittelkreises
verbunden sind.
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Der
mit einem Expandierer integrierte Kompressor 10 ist eine
Fluidmaschine, welche in einem Pumpenmodusbetrieb (Kompressionsmodusbetrieb)
und einem Motormodusbetrieb (Expansionsmodusbetrieb) arbeiten kann.
In dem Pumpenmodusbetrieb komprimiert der mit einem Expandierer
integrierte Kompressor 10 ein gasförmiges Kältemittel und gibt das komprimierte
gasförmige
Kältemittel
ab. In dem Motormodusbetrieb wandet der mit einem Expandierer integrierte
Kompressor 10 einen Fluiddruck bei der Expansion eines überheizten
Dampfkältemittels
in eine kinetische Energie und gibt die energetische Energie ab.
Der Kältemittelradiator 11 ist
mit dem mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10 auf
einer Abgabeseite desselben verbunden und ist eine Kühlvorrichtung
zum Kühlen
des Kältemittels
durch Wärmeabstrahlung.
Mit anderen Worten, ist der Kältemittelradiator 11 mit
einer Hochdrucköffnung 110 des
mit einem Expandierer integrierten Kom pressors 10 verbunden.
Die Hochdrucköffnung 110 wird
später
beschrieben. Details des mit einem Expandierer integrierten Kompressors 10 werden
ebenfalls später
beschrieben.
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Der
Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12 ist
ein Aufnehmer, welcher das Kältemittel
von dem Kältemittelradiator 11 aufnimmt
und welcher das gasförmige
Kältemittel
von verflüssigtem
Kältemittel
abscheidet. Der Dekomprimierer 13 dekomprimiert und expandiert
das verflüssigte
Kältemittel,
welches von dem gasförmigen
Kältemittel
durch den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12 abgeschieden
wurde. In der vorliegenden Ausführungsform
wird das Kältemittel auf
der Grundlage einer Enthalpie-Änderung
dekomprimiert und ein Wärmeexpansionsventil,
welches einen Öffnungsgrad
einer Drosselöffnung
steuert, wird derart verwendet, dass ein Überheizgrad des zu dem mit
einem Expandierer integrierten Kompressor 10 zugeführten Kältemittels
einen vorbestimmten Wert annimmt, wenn der mit einem Expandierer
integrierte Kompressor 10 in dem Pumpenmodusbetrieb arbeitet.
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Der
Verdampfer 14 ist ein Wärmeabsorber zum
Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels, welches
durch den Dekomprimierer 13 dekomprimiert wird, um so eine
Wärme absorbierende
Wirkung zu bewirken. Das heißt,
ein in dem Dekomprimierer dekomprimiertes Niedrigdruck-Kältemittel wird
in dem Verdampfer 14 durch Absorption von Wärme verdampft.
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Ein
Heizer 30 ist ein Heizgerät zum Heizen des Kältemittels
durch Austausch von Wärme
zwischen Motorkühlmittel
(Heißwasser)
und dem Kältemittel,
welches durch einen Kältemittelkreis
strömt, der
den mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10 mit
dem Kältemittelradiator 11 verbindet. Ebenso
befindet sich der Heizer 30 auf bzw. in dem Kältemittelkreis.
Ein Dreiwegeventil 21 ändert
einen Betriebszustand zwischen den ersten und zweiten Zirkulationsmoden.
In dem ersten Zirkulationsmodus tritt das Motorkühlmittel, welches aus dem Motor 20 abgegeben
wird, durch den Heizer 30. In dem zweiten Zirkulationsmodus
umgeht das Kühlmittel
von dem Motor 20 den Heizer 30 im Bypass. Das
Dreiwegeventil 21 wird durch eine elektronische Steuereinheit
gesteuert, welche nicht dargestellt ist.
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Ein
erster Bypass-Kreis 31 ist ein Kältemitteldurchtritt zum Einleiten
des verflüssigten
Kältemittels,
welches durch den Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12 abgeschieden
wird, zu einem Durchtritt zwischen dem Heizer 30 und einer
Kältemitteleingangsseite
des Kältemittelradiators 11.
Der erste Bypass-Kreis 31 enthält eine Fluidpumpe 32,
welche das verflüssigte
Kältemittel
zirkuliert, und enthält
ein Absperrventil 31a, welche es dem Kältemittel ermöglicht,
nur in einer Richtung von dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12 zu
dem Heizer 30 zu strömen.
In der vorliegenden Ausführungsform
ist beispielsweise die Fluidpumpe 32 eine elektrisch betriebene
Pumpe und wird durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert,
welche nicht dargestellt ist.
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Ein
zweiter Bypass-Kreis 33 ist ein anderer Kältemitteldurchtritt,
welcher an der Kältemitteleingangsseite
des Kältemittelradiators 11 und
an der Seite einer Niedrigdrucköffnung 111 in
dem mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10 in
dem Motormodusbetrieb angeschlossen ist. Die Niedrigdrucköffnung 111 dient
als eine Kältemittel
abgebende Öffnung
und bei dem Motormodusbetrieb des mit einem Expandierer integrierten
Kompressors 10 wird das Kältemittel aus der Niedrigdrucköffnung 111 des mit
einem Expandierer integrierten Kompressors 10 abgegeben.
Ein Absperrventil 33a, welches dem Kältemittel ermöglicht,
nur in einer Richtung von dem mit einem Expandierer integrierten
Kompressor 10 zu dem Kältemittelradiator 11 in
dem Motormodusbetrieb zu strömen,
ist in dem zweiten Bypass-Kreis 33 vorgesehen.
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Es
wird bemerkt, dass ein Absperrventil 14a dem Kältemittel
ermöglicht,
nur in einer Richtung von einer Kältemittel-Auslassseite des
Verdampfers 14 zu der Niedrigdrucköffnung 111 des mit
einem Expandierer integrierten Kompressors 10 in dem Pumpenmodusbetrieb
zu strömen.
Die Niedrigdrucköffnung 111 dient
auch als eine Eingangsöffnung
bei dem Pumpenmodusbetrieb des mit einem Expandierer integrierten
Kompressors 10. Ebenso ist das Ein-/Aus-Ventil 34 ein
elektromagnetisches Ventil zum Öffnen
und Schließen
des Kältemitteldurchtritts und
wird durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert, welche nicht
dargestellt ist.
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Eine
Wasserpumpe 22 zirkuliert das Motorkühlwasser und ein Radiator 23 ist
ein Wärmetauscher
zum Austausch von Wärme
zwischen dem Motorkühlmittel
und Außenluft,
um das Motorkühlwasser zu
kühlen.
Die Wasserpumpe 22 ist eine mechanische Pumpe, welche durch
den Motor 20 betrieben wird. Jedoch kann die Wasserpumpe 22 alternativ eine
elektrische Pumpe sein, welche durch einen Elektromotor betrieben
wird. Es liegt ein Bypass-Kreis vor, welcher dem Kühlmittel
ermöglicht, den
Radiator 23 im Bypass zu umgehen, und ein Strömungsregulierungsventil,
welches Kühlmittelmengen
für den
Bypass-Kreis und den Radiator 23 reguliert, jedoch sind
diese in 1 nicht dargestellt.
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Als
nächstes
wird der mit einem Expandierer integrierte Kompressor 10 in
Details beschrieben.
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2 ist
eine Querschnittansicht des mit einem Expandierer integrierten Kompressors 10,
welcher einen Pumpenmotormechanismus 100, eine elektrische
Rotationseinrichtung 200, eine elektromagnetische Kupplung 300 und
einen Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 enthält. Der
Pumpenmotormechanismus 100 komprimiert oder expandiert
Fluid (z.B. gasförmiges
Kältemittel
in der vorliegenden Ausführungsform).
Die elektrische Rotationseinrichtung 200 empfängt Rotationsenergie,
um elektrische Energie abzugeben und ebenso empfängt die elektrische Rotationseinrichtung 200 die elektrische
Energie, um Rotationsenergie auszugeben. Die elektromagnetische
Kupplung 300 dient als ein Kraftübertragungsmechanismus und überträgt intermittierend
Kraft von dem Motor 20, welcher als eine externe Antriebsquelle
dient, auf den Pumpenmotormechanismus 100. Der Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 ändert eine
Kraftübertragungsverbindung
zwischen dem Pumpenmotormechanismus 100, der elektrischen
Rotationseinrichtung 200 und der elektromagnetischen Kupplung 300.
Ebenso enthält
der Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 einen
Planetengetriebemechanismus, welcher eine Rotationsgeschwindigkeit der
Rotationskraft vergrößert oder
verkleinert, und welcher die Rotationskraft überträgt.
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Hier
enthält
die elektrische Rotationseinrichtung 200 einen Stator 210 und
einen Rotor, welcher innerhalb des Stators 210 rotiert
wird. Der Stator 210 ist eine mit einem Draht umschlungene
Statorspule. Ein Rotor 220 ist ein Magnetrotor, welcher
einen Permanentmagnet enthält.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
dient die elektrische Rotationseinrichtung 200 als ein
elektrischer Motor, welcher den Rotor 220 zum Antrieb des
Pumpenmotormechanismus 100 rotiert, wenn der Stator 210 mit
elektrischer Energie versorgt wird. Ebenso dient die elektrische
Rotationseinrichtung 200 als ein Energieerzeuger, welcher
einem Regenerationsmechanismus in der vorliegenden Erfindung entspricht,
zur Erzeugung der elektrischen Energie, wenn der elektrischen Rotationseinrichtung 200 Drehmoment
durch den Rotor 220 zugführt wird.
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Auch
enthält
die elektromagnetische Kupplung 300 einen Riemenscheibenabschnitt 310,
eine Erregerspule 320 und eine Reibplatte 330.
Eine Energiezuführung
der Erregerspule 320 stellt eine Verbindung zwischen dem
Motor 20 und dem mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10 wie
folgt bereit. Der Riemenscheibenabschnitt 310 empfängt die Kraft
von dem Motor 20 über
einen V-Riemen.
Die Erregerspule 320 erzeugt ein magnetisches Feld. Die Reibplatte 330 wird
auf der Grundlage einer elektromagnetischen Kraft versetzt, welche
durch die Erregerspule 320 erzeugt wird. Wenn die Energiezuführung der
Erregerspule 320 gestoppt wird, wird der Motor 20 von
dem mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10 außer Eingriff
gebracht.
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Der
Pumpenmotormechanismus 100 weist einen nahezu ähnlichen
Aufbau des wohlbekannten Spiralkompressormechanismus auf. Insbesondere enthält der Pumpenmotormechanismus 100 eine
stationäre
Spirale (ein stationäres
Spiralelement und ein Gehäuse) 102,
eine kreisende Spirale (ein bewegliches Spiralelement) 103 und
einen Ventilmechanismus 107, wie in 2 gezeigt
ist. Die stationäre
Spirale 102 ist an einem Statorgehäuse 230 über ein mittleres
Gehäuse 110 befestigt.
Die kreisende Spirale 103 dient als ein bewegliches Element,
wel ches dahingehend versetzt wird, in einem Raum zu kreisen, der
durch das mittlere Gehäuse 101 und
die stationäre
Spule 102 begrenzt ist. Der Ventilmechanismus 107 öffnet und
schließt
Verbindungsdurchtritte 105, 106, welche kommunizierende
Verbindungen zwischen einer Arbeitskammer V und einer Hochdruckkammer 104 bereitstellen.
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Hier
enthält
die stationäre
Spirale 102 einen Basisabschnitt (einen ersten Basisabschnitt) 102a und
einen Zahnabschnitt (ersten Zahnabschnitt) 102b. Der Basisabschnitt 102a ist
in einer Platte ausgebildet, und der Zahnabschnitt 102b ist
in einer spiralförmigen
Form ausgebildet, welche von dem Basisabschnitt 102a zu
der kreisenden Spirale 103 herausragt. Dahingegen enthält die kreisende
Spirale 103 einen Basisabschnitt (einen zweiten Basisabschnitt) 103a und
einen Zahnabschnitt (einen zweiten Zahnabschnitt) 103b.
Der Zahnabschnitt 103b berührt den Zahnabschnitt 102b und
greift in den Zahnabschnitt 102b ein, und der Zahnabschnitt 103b ist
auf dem Basisabschnitt 103a ausgebildet. In diesem Aufbau
wird, da die kreisende Spirale 103 in der Art kreist, dass
beide Zahnabschnitte 102b, 103b einander berühren, ein
Volumen der Arbeitskammer V, das durch die beiden Spiralen 102, 103 begrenzt wird,
vergrößert oder
verkleinert.
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Eine
Welle 108 ist eine Kurbelwelle, welche einen exzentrischen
Abschnitt 108a auf einem Längsende der Kurbelwelle enthält. Hier
ist der exzentrische Abschnitt 108a exzentrisch in Bezug
auf eine Rotationszentralachse der Welle 108 vorgesehen
und ist mit der kreisenden Spirale 103 durch eine Buchse 103d und
ein Lager 103c verbunden.
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Die
Buchse 103d ist in geringen Grade in Bezug auf den exzentrischen
Abschnitt 108a verschiebbar. Mit anderen Worten, enthält die Buchse 103d einen
angetriebenen Kurbelmechanismus, welcher die kreisende Spirale 103 derart
verschiebt, dass ein Kontaktdruck zwischen den beiden Zahnabschnitten 102b, 103b infolge
einer Kompressionsreaktionskraft vergrößert wird, die auf die kreisende
Spirale 103 ausgeübt
wird.
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Ebenso
ermöglicht
ein Rotationsverhinderungsmechanismus 109 es der kreisenden
Spirale 103, um den exzentrischen Abschnitt 108a um
eine Umdrehung zu kreisen, während
die Welle 108 eine Umdrehung rotiert. Im Ergebnis kreist
dann, wenn die Welle 108 eine Umdrehung rotiert, die kreisende
Spirale 103 um die Rotationszentralachse der Welle 108.
Gleichzeitig wird das Volumen der Arbeitskammer V gesenkt, wenn
die Arbeitskammer V von einem radial außen liegenden Abschnitt der
kreisenden Spirale 103 zu einem radial innen liegenden
Abschnitt derselben versetzt wird. In der vorliegenden Ausführungsform
wird ein Stift-Ring-(Stift-Öffnungs)-Typ-Mechanismus
für den
Rotationsverhinderungsmechanismus 109 verwendet.
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In
dem Pumpenmodusbetrieb dient der Kommunikationsdurchtritt 105 als
eine Abgabeöffnung zur
Bereitstellung einer kommunizierenden Verbindung zwischen der Arbeitskammer
V und der Hochdruckkammer 104, wenn die Arbeitskammer V
minimiert ist, so dass das komprimierte Kältemittel abgegeben wird. In
dem Motormodusbetrieb dient der Kommunikationsdurchtritt 106 als
eine Einlassöffnung
zur Bereitstellung einer kommunizierenden Verbindung zwischen der
Arbeitskammer V und der Hochdruckkammer 104, wenn die Arbeitskammer
V minimiert ist, so dass das Hochdruckkältemittel (d.h. der überheizte
Dampf) in die Arbeitskammer V eingeleitet wird.
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Der
Kommunikationsdurchtritt 106 ist dahingehend ausgebildet,
mit dem Kommunikationsdurchtritt 105 verbunden zu sein,
und der Öffnungsabschnitt
des Kommunikationsdurchtritts 105 auf der Seite der Arbeitskammer
V desselben dient als eine Einleitöffnung 105a, durch
welche das Kältemittel
zu der Arbeitskammer V in dem Motormodusbetrieb eingeleitet wird.
Dahingegen dient in dem Pumpenmodusbetrieb die Einleitöffnung 105a als
eine Abgabeöffnung,
durch welche das Kältemittel
aus der Arbeitskammer V abgegeben wird.
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Die
Hochdruckkammer 104 dient als eine Abgabekammer zur Glättung einer
Fluktuation einer Strömung
des Kältemittels,
welches aus dem Kommunikationsdurchtritt 105 (nachfolgend
als ein Abgabeöffnungsabschnitt 105 beschrieben)
abgege ben wird. Die Hochdruckkammer 104 enthält die Hochdrucköffnung 110,
welche an dem Heizer 30 und dem Kältemittelradiator 11 angeschlossen
ist.
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Hier
ist die Niedrigdrucköffnung 111,
welche an dem Verdampfer 14 und auch an dem zweiten Bypass-Kreis 33 angeschlossen
ist, in dem Statorgehäuse 230 vorgesehen.
Die Niedrigdrucköffnung 111 ist
mit einem Raum kommunizierend verbunden, der durch das Statorgehäuse 230 und
die stationäre
Spirale 102 über
einen Raum innerhalb des Statorgehäuses 230 festgelegt
ist.
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Ebenso
ist ein Abgabeventil 107a ein blattventilförmiges Absperrventil,
welches an dem Abgabeöffnungsabschnitt 105 auf
einer Seite der Hochdruckkammer 104 davon vorgesehen ist,
so dass das durch den Abgabeöffnungsabschnitt 105 abgegebene
Kältemittel
daran gehindert wird, aus der Hochdruckkammer 104 zu der
Arbeitskammer V zu strömen.
Ein Stopper 107b ist eine Ventilstoppplatte zum Regulieren
eines maximalen Öffnungsgrads
des Abgabeventils 107a. Sowohl das Abgabeventil 107a als auch
der Stopper 107b sind an dem Basisabschnitt 102a unter
Verwendung eines Bolzens 107c befestigt.
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Eine
Spule 107d ist ein Ventilkörper zum Öffnen und Schließen des
Kommunikationsdurchtritts 106 (nachfolgend als Einlassöffnung 106 bezeichnet).
Ein Elektromagnetventil 107e ist ein Steuerventil zur Drucksteuerung
in einer Gegendruckkammer 107f durch Steuern eines Kommunikationszustands zwischen
der Niedrigdrucköffnung 111 und
der Gegendruckkammer 107f. Eine Feder 107g ist
ein elastisches Mittel zum Ausüben
einer elastischen Kraft auf die Spule 107d in einer Richtung
derart, dass die Wicklung 107d zur Abdichtung der Einlassöffnung 106 verschoben
wird. Eine Drossel 107h stellt eine kommunizierende Verbindung
zwischen der Gegendruckkammer 107f und der Hochdruckkammer 104 bereit
und ist ebenso ein Widerstandsmittel zur Bereitstellung eines vorbestimmten
Durchtrittswiderstands auf die kommunizierende Verbindung zwischen
der Rückdruckkammer 107f und
der Hochdruckkammer 104.
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Wenn
das Elektromagnetventil 107e geöffnet wird, wird ein Druck
in der Gegendruckkammer 107f niedriger als ein Druck in
der Hochdruckkammer 104, so dass die Spule 107d die
Federn 107g schiebt und in einer in 2 rechten
Richtung verschoben wird. Demzufolge wird die Einlassöffnung 106 geöffnet. Da Druckverlust
durch die Drossel 107h sehr groß ist, strömt nur eine vernachlässigbar
kleine Menge des Kältemittels
in die Gegendruckkammer 107f aus der Hochdruckkammer 104.
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Wenn
dahingegen das Elektromagnetventil 107e geschlossen ist,
wird der Druck in der Gegendruckkammer 107f gleich dem
Druck in der Hochdruckkammer 104. Demzufolge wird die Spule 107d in
einer in 2 linken Richtung durch die
elastische Kraft der Feder 107g verschoben, so dass die
Einlassöffnung 106 abgedichtet
ist. Dies bedeutet, dass die Spule 107d, das Elektromagnetventil 107e,
die Gegendruckkammer 107f, die Feder 107g und
die Drossel 107h ein pilot- bzw. führungsbetätigtes elektrisches Ein-/Aus-Ventil
zum Öffnen
und Schließen
der Einlassöffnung 106 bilden.
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Ebenso
enthält
der Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 ein
Sonnenrad 401, einen Planetenträger 402 und ein Ringrad 403.
Das Sonnenrad 401 ist an einem mittleren Abschnitt des
Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 vorgesehen.
Der Planetenträger 402 ist
mit einem Ritzelrad 402 verbunden, welches an einem äußeren Rand des
Sonnenrads 401 rotiert und kreiselt. Das Ringrad 403 ist
an einem äußeren Rand
des Ritzelrads 402a vorgesehen.
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Das
Sonnenrad 401 ist mit dem Rotor 220 der elektrischen
Rotationseinrichtung 200 integriert und der Planetenträger 402 ist
mit einer Welle 331 integriert, welche integral mit der
Reibplatte 330 der elektromagnetischen Kupplung 300 rotiert
wird. Ein Längsendabschnitt
der Welle 108 ist mit einer gegenüberliegenden Seite des Ringrads 403 integriert,
welches dem exzentrischen Abschnitt 108a gegenüberliegt.
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Auch
ermöglicht
eine Einwegkupplung 500, dass die Welle 331 in
einer einseitig gerichteten Richtung rotiert, welche eine Rotationsrichtung
des Riemenscheibenabschnitts 310 ist. Ein Lager 332 trägt die Welle 331 drehbar
und ein Lager 404 trägt
das Sonnenrad 401 (d.h. den Rotor 220) bezüglich der Welle 331 drehbar.
Ein Lager 405 trägt
die Welle 331 (d.h. den Planetenträger 402) bezüglich der
Welle 108 drehbar. Ein Lager 108b trägt die Welle 108 bezüglich des
mittleren Gehäuses 101 drehbar.
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Eine
Lippendichtung 333 ist eine Wellendichtungseinrichtung
zum Verhindern, dass das Kältemittel
durch einen Spalt zwischen der Welle 331 und dem Statorgehäuse 230 zu
einem Äußeren bezüglich des
Statorgehäuses 230 austritt.
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Hier
wird die Einleitöffnung 105a,
welche das Kältemittel
zu der Arbeitskammer V in dem Motormodusbetrieb einleitet, und ein
peripherer Aufbau der Einleitöffnung 105a beschrieben.
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3 ist
ein monografisches Diagramm, welches einen Betrieb des mit einem
Expandierer integrierten Kompressors 10 in der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt. Der mit einem Expandierer integrierte Kompressor 10 wird
in dem Kompressionsmodusbetrieb und dem Expansionsmodusbetrieb,
wie in 3 gezeigt, betrieben.
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4 ist
eine Perspektivansicht, welche einen Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 102b der stationären Spirale 102 (einen
Endabschnitt der Spirale auf einer mittleren Seite der stationären Spirale 102,
mit anderen Worten, einen Windungsstartabschnitt) zeigt.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist der Abgabeöffnungsabschnitt 105 dahingehend
ausgebildet, sich durch den Basisabschnitt 102a bei einem
zentralen Abschnitt der stationären
Spirale 102 zu erstrecken, und ist innerhalb des Zahnabschnitts 102 derart
ausgebildet, dass der Abgabeöffnungsabschnitt 105 sich innerhalb
des Verzahnungsabschnitt 102b erstreckt. Die vorstehend
beschriebene Einleitöffnung 105a, welche
ein Öffnungsende
des Abgabeöffnungsabschnitts 105 ist, öffnet um
die Verbindung zwischen dem Basisabschnitt 102a und dem
Zahnabschnitt 102b herum. Ebenso erstreckt sich die Einleitöffnung 105a in
einer Höhenrichtung
eines Zahns (einer Erstreckungsrichtung des Zahnabschnitts 102b),
um zu öffnen.
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Ebenso
ist eine Erstreckungslänge
L der Einleitöffnung 105a in
einer Zahnhöhenrichtung
des Zahnabschnitts 102b kleiner als eine Höhe H des Zahnabschnitts 102b.
Demzufolge dient ein vorderer Endabschnitt des Zahnabschnitts 102b in
der Zahnerstreckungsrichtung als eine Barriere 102d, welche
oberhalb der Einleitöffnung 105a vorgesehen
ist, wie in 4 gezeigt ist. Die Barriere 102d blockiert das
Kältemittel,
welches zu der Einleitöffnung 105a aus
der Einlassöffnung 106 strömt, so dass
das Kältemittel
daran gehindert wird, den vorderen Endabschnitt des Zahnabschnitts 102b in 4 zu
erreichen. Das heißt,
die Barriere 102d verhindert, dass das Kältemittel
zu dem Basisabschnitt 103a der kreisenden Spirale 103 strömt.
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Dahingegen
ist 5 eine Perspektivansicht, die einen Spiralendabschnitt
des Zahnabschnitts 103b der kreisenden Spirale 103 (einen
Endabschnitt der Spirale auf einer zentralen Seite des Zahnabschnitts 103b,
mit anderen Worten, einen Windungsstartabschnitt) zeigt, welcher
in die stationäre
Spirale 102 eingreift. In 5 ist zum
besseren Verständnis
der Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 103b der kreisenden
Spirale 103 von einer Stellung von unten nach oben gedreht,
mit welcher die kreisende Spirale 103 in die stationäre Spirale 102 eingreift,
die in 4 gezeigt ist.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist ein Ausnehmungsabschnitt 1031 auf
einer inneren Oberfläche des
Spiralendabschnitts des Zahnabschnitts 103b der kreisenden
Spirale 103 ausgebildet. Ein Teilabschnitt des Ausnehmungsabschnitts 1031,
welcher sich parallel zu einer Erstreckungsrichtung einer Spirale
des Zahnabschnitts 103b erstreckt, ist in Bogenform ausgebildet.
Das heißt,
ein Teilabschnitt des Ausnehmungsabschnitts 1031, welcher
senkrecht zu der Zahnerstreckungsrichtung ist, ist in Bogenform ausgebildet.
Der Ausnehmungsabschnitt 1031 dient als ein Durchtrittsabschnitt
in der vorliegenden Ausführungsform.
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Der
Ausnehmungsabschnitt 1031 ist bei einer Position ausgebildet
derart, dass der Ausnehmungsabschnitt 1031 auf die Einleitöffnung 105a der stationären Spirale 102 weist,
wenn die kreisende Spirale 103 in die stationäre Spirale 102 eingreift.
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In 5 bezeichnet
eine zweifach gestrichelte Linie eine momentane Position der Einleitöffnung 105a zu
der Zeit, in welcher der Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 103b der
kreisenden Spirale 103 den Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 102b der
stationären
Spirale 102 in dem Motormodusbetrieb berührt. Wie
in 5 gezeigt ist, ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 dahingehend
ausgebildet, mit der Einleitöffnung 105a in
der Zahnerstreckungsrichtung zu überlappen.
Mit anderen Worten, weist in 4 zumindest
ein Teil des Ausnehmungsabschnitts 1031 mit bzw. auf einen
Endöffnungsteil
der Einleitöffnung 105a.
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Ein Öffnungsbereich
des Ausnehmungsabschnitts 1031 in einer Erstreckungsrichtung
des spiralförmigen
Zahnabschnitts 103b ist derart bestimmt, dass der Ausnehmungsabschnitt 1031 mit
der Einleitöffnung 105a überlappt.
Daher, dass der Ausnehmungsabschnitt 1031 mit der Einleitöffnung 105a kommunizierend
verbunden ist. In 5 ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 dahingehend
ausgebildet, einen ersten Rand 1031a und einen zweiten
Rand 1031b in der Zahnerstreckungsrichtung zu enthalten derart,
dass zumindest ein Teil des ersten Rands 131a des Ausnehmungsabschnitts 1031,
nahe dem vorderen Ende des Zahnabschnitts 103b, innerhalb einer Öffnung der
Einleitöffnung 105a positioniert wird.
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Ebenso
ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 bei einer Position in
der Erstreckungsrichtung der Spirale des Zahnabschnitts 103b derart
ausgebildet, dass der Ausnehmungsabschnitt 1031 auf die
Einleitöffnung 105a der
stationären
Spirale 102 zu der Zeit weist, bei welcher ein Volumen
einer Arbeitskammer V, welche neu bei einem Zentralabschnitt der
Spirale durch den Zahnabschnitt 102b der sta tionären Spirale 102 und
dem Zahnabschnitt 103b der kreisenden Spirale 103 neu
ausgebildet wird, minimal wird.
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Das
bedeutet, dass eine vordere Kante 1031c des Ausnehmungsabschnitts 1031 in
der nach außen
erstreckenden Richtung der Spirale des Zahnabschnitts 103b (einer
Spiralrichtung des Zahnabschnitts 103b) dahingehend angeordnet
ist, mit einer rückwärtigen Kante 105c der
Einleitöffnung 105a überein zu
stimmen, wenn das Volumen der neu ausgebildeten Arbeitskammer V
in 5 minimal wird. Ähnlich ist eine rückwärtige Kante 1031d des
Ausnehmungsabschnitts 1031 dahingehend angeordnet, mit
einer vorderen Kante 105b der Einleitöffnung 105a überein zu
stimmen, wenn das Volumen der neu ausgebildeten Arbeitskammer V
in 5 minimal wird. In 5 erstrecken
sich die vordere Kante 1031c und die rückwärtige Kante 1031d des
Ausnehmungsabschnitts 1031 in der Zahnhöhenrichtung (der Aufwärtsrichtung
in 5) des Zahnabschnitts 103b. In 4 erstrecken
sich die vordere Kante 105b und die rückwärtige Kante 105c der
Einleitöffnung 105a in
der Zahnhöhenrichtung
des Zahnabschnitts 102b.
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Der
Ausnehmungsabschnitt 1031 dient als ein Öffnungsabschnitt,
welcher bei einer Wand des Zahnabschnitts 103b der kreisenden
Spirale 103 und einem Durchtrittsabschnitt öffnet bzw.
mündet,
welcher sich hinter dem Öffnungsabschnitt
befindet. Der Öffnungsabschnitt
des Ausnehmungsabschnitts 1031 erstreckt sich in einem
Bereich, welcher mit der Einleitöffnung 105a überlappt,
bezüglich
der Erstreckungsrichtung des Zahnabschnitts 103b. Ferner
ist der Öffnungsabschnitt
des Ausnehmungsabschnitts 1031 in einer Form derart ausgebildet,
dass wenn das Volumen der Arbeitskammer V annähernd minimal wird, die Form
des Öffnungsabschnitts
mit dem Bereich und der Form der Einleitöffnung 105a bezüglich der
Spiralrichtung des Zahnabschnitts 103b zusammenfällt.
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Der Öffnungsabschnitt
des Ausnehmungsabschnitts 1031 kann alternativ als Viereck,
Parallelogramm oder als Rechteck ausgebildet werden, wobei eine
vordere Kante und eine rückwärtige Kante von
jedem von diesen mit denen der Einleitöffnung 105a zusammenfallen.
In der in 5 gezeigten Ausführungsform
ist ein rechteckiger Öffnungsabschnitt
als der Öffnungsabschnitt
des Ausnehmungsabschnitts 1031 derart ausgebildet, dass
zwei Kanten 1031c, 1031d, die sich in der Spiralrichtung
befinden, einen Kommunikationszustand mit der Einleitöffnung 105a einstellen.
Ebenso entspricht eine Anordnung und eine Form von jeder der zwei
Kanten 1031c, 1031d des Ausnehmungsabschnitts 1031 einer
Form der Einleitöffnung 105a,
so dass die kommunizierende Verbindung zwischen der Einleitöffnung 105a und
einer von zwei Arbeitskammern gleichzeitig unterbrochen wird, wenn
die kommunizierende Verbindung zwischen der Einleitöffnung 105a und
der anderen der zwei Arbeitskammern unterbrochen wird.
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Der
Durchtrittsabschnitt des Ausnehmungsabschnitts 1031 ist
als ein Raum mit einem geschlossenen Ende festgelegt und mündet nur
durch den Öffnungsabschnitt
zur kommunizierenden Verbindung. Der Durchtrittsabschnitt des Ausnehmungsabschnitts 1031 kann
in verschiedenen Formen ausgebildet sein, wie ein Bogen oder ein
Trapezoid. Andere vielfältige
Formen können
bestimmt werden, zum Beispiel auf der Grundlage einer Betrachtung
der Verarbeitbarkeit derselben.
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Ein
Ort des Ausnehmungsabschnitts 1031 in der Spiralrichtung
des Zahnabschnitts 103b wird im Detail beschrieben, wenn
ein Betrieb der Ausführungsform
später
diskutiert wird.
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Als
nächstes
werden Betrieb und Wirkungen des mit einem Expandierer integrierten
Kompressors 10 in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Zunächst wird
der Pumpenmodusbetrieb (Kompressionsmodusbetrieb) beschrieben. In
dem Pumpenmodusbetrieb wird die Welle 108 dahingehend rotiert,
die kreisende Spirale 103 des Pumpenmotormechanismus 100 derart
zu kreiseln, dass das Kältemittel
angesaugt und komprimiert wird.
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Insbesondere
wird das Ein-/Aus-Ventil 34 geöffnet, während die Fluidpumpe 32 gestoppt
wird, und das Dreiwegeventil 21 wird derart betätigt, dass das
Motorkühlmittel
nicht durch den Heizer 30 zirkuliert wird. Ebenso wird
unter der Bedin gung, in welcher das Elektromagnetventil 107e geschlossen
ist, so dass die Spule 107d die Einlassöffnung 106 schließt, die
Welle 108 in dem Pumpenmodusbetrieb rotiert.
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Demzufolge
saugt ähnlich
zu dem wohlbekannten Spiraltypkompressor der mit einem Expandierer
integrierte Kompressor 10 das Kältemittel durch die Niedrigdrucköffnung 111 an
und komprimiert das Kältemittel
in der Arbeitskammer V (oder einem Paar von Kammern, einer ersten
Arbeitskammer V1 und einer zweiten Arbeitskammer V2), welche zu
dem zentralen Abschnitt der Spirale von einem radial auswärtigen Abschnitt
desselben verschoben wird. Dann wird dieses komprimierte Kältemittel
aus den kombinierten Arbeitskammern V1, V2 zu der Hochdruckkammer 104 durch
den Abgabeöffnungsabschnitt 105 abgegeben,
und das komprimierte Kältemittel
wird von der Hochdrucköffnung 110 zu
dem Kältemittelradiator 11 abgegeben.
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6A bis 6D sind
schematische Diagramme des mit einem Expandierer integrierten Kompressors 10,
welche entlang der Linie VI-VI in 2 genommen
sind. Die kreiselnde Spirale 103 kreist eine Umdrehung,
wie in den Zeichnungen in der Reihenfolge von 6D bis 6A in
dem Pumpenmodusbetrieb (Kompressionsmodusbetrieb) gezeigt ist.
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Zu
dieser Zeit liegen erste und zweite Verbindungszustände zum
Rotieren der Welle 108 vor. In dem ersten Verbindungszustand
verbindet hauptsächlich
die elektromagnetische Kupplung 200 den Motor 20 mit
dem mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10, so
dass die Kraft des Motors zum Rotieren der Welle 108 verwendet
wird. In dem zweiten Verbindungszustand trennt die elektromagnetische
Kupplung 300 den Motor 20 von dem mit einem Expandierer
integrierten Kompressor 10, so dass die elektrische Rotationseinrichtung 200 die
Welle 108 rotiert.
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Dann
wird in dem ersten Verbindungszustand, in welchem die elektromagnetische
Kupplung 300 den Motor 20 mit dem mit einem Expandierer
integrierten Kompres sor 10 verbindet, so dass die Kraft des
Motors 20 zum Rotieren der Welle 108 verwendet
wird, die elektromagnetische Kupplung 300 derart mit Energie
versorgt, dass die elektromagnetische Kupplung 300 eine
Verbindung bereitstellt, und gleichzeitig wird die elektrische Rotationseinrichtung 200 mit
Energie versorgt, um ein Drehmoment mit einer Intensität zu erzeugen,
welche so niedrig ist, dass das Sonnenrad 401 und der Rotor 220 nicht
rotiert werden können.
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Daher
wird das Drehmoment des Motors 20, welches über den
Riemenscheibenabschnitt 310 übertragen wird, in dem Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 erhöht, und
das erhöhte Drehmoment
wird auf den Pumpenmotormechanismus 100 übertragen.
Dann wird der Pumpenmotormechanismus 100 als ein Kompressor
betrieben. Dieser Betrieb entspricht der Motorantriebskompression
in 3.
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Dahingegen
wird in dem zweiten Verbindungszustand, in welchem die elektromagnetische Kupplung 300 den
Motor 20 von dem mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10 trennt,
so dass die elektrische Rotationseinrichtung 200 die Welle 108 rotiert,
die elektrische Rotationseinrichtung 200 mit Energie versorgt,
während
die Energieversorgung der elektromagnetischen Kupplung 300 zum Trennen
der elektromagnetischen Kupplung gestoppt wird. Dann wird die elektrische
Rotationseinrichtung 200 in einer entgegengesetzten Richtung
rotiert, welche entgegengesetzte Rotationsrichtung des Riemenscheibenabschnitts 210 ist,
so dass der Pumpenmotormechanismus 100 als der Kompressor
betrieben wird.
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Zu
dieser Zeit wird die Welle 331 (der Planetenradträger 402)
nicht rotiert infolge eines Sperrens durch die Einwegkupplung 500.
Somit wird das Drehmoment der elektrischen Rotationseinrichtung 200 durch
den Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 gesenkt
und auf den Pumpenmotormechanismus 100 übertragen. Dieser Betrieb entspricht
einer elektrischen Kompression in 3.
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Dann
zirkuliert das Kältemittel,
welches durch die Hochdrucköffnung 110 abgegeben
wird, einen Kältemittelkreislauf
in der Reihenfolge, der Heizer 30 → das Ein- /Aus-Ventil 34 → der Kältemittelradiator 11 → der Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12 → der Dekomprimierer 13 → der Verdampfer 14 → das Absperrventil 14a → die Niedrigdrucköffnung 111 des
mit einem Expandierer integrierten Kompressors 10. In dem
Kältemittelkreislauf
führt der
Verdampfer 14 Kühlung
durch Absorption von Wärme
von Luft durch, und der Kältemittelradiator 11 führt Wärme durch
Abstrahlen von Wärme
an die Luft durch. Hier wird, da das Motorkühlmittel nicht durch den Heizer 30 zirkuliert
wird, das Kältemittel
nicht durch den Heizer 30 erwärmt, und daher dient der Heizer 30 nur
als ein Kältemitteldurchtritt.
-
Der
Motormodusbetrieb (Expansionsmodusbetrieb) wird beschrieben. In
dem Motormodusbetrieb wird das überheizte
Hochdruckdampfkältemittel, welches
bei dem Heizer 30 erwärmt
wird, in dem Pumpenmotormechanismus 100 über die
Hochdruckkammer 104 eingeleitet und das überheizte Dampfkältemittel
wird expandiert. Demzufolge wird die kreisende Spirale 103 gekreist
bzw. revolviert, um die Welle 108 zu rotieren, so dass
ein mechanischer Abtrieb erzeugt werden kann.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird der Rotor 220 unter Verwendung des erzeugten mechanischen
Abtriebs derart rotiert, dass die elektrische Rotationseinrichtung 200 die
elektrische Energie erzeugt, und die erzeugte Energie in einer Batterie
gespeichert wird.
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Insbesondere
wird die Fluidpumpe 32 betrieben, während das Ein-/Aus-Ventil 34 geschlossen
ist. Dann wird das Dreiwegeventil 21 derart betätigt, dass der
Motorkühlmittel
durch den Heizer 30 zirkuliert wird. Ebenso wird die Energiezuführung für die elektromagnetische
Kupplung 300 des mit einem Expandierer integrierten Kompressors 10 gestoppt,
um die elektromagnetische Kupplung 300 zu trennen. In diesem
Zustand wird das elektromagnetische Ventil 107e derart
geöffnet,
dass die Spule 107d die Einlassöffnung 106 öffnet und
das überheizte
Hochdruckdampfkältemittel,
welches durch den Heizer erwärmt wurde,
in die Hochdruckkammer 104 eingeleitet wird, und dann zu
der Arbeitskammer V durch die Einlassöffnung 106 eingeleitet
wird. Dann wird das überheizte
Dampfkältemittel
in der Arbeitskammer V (insbesondere einem Paar von separat begrenzten
Kammern, der ersten Arbeitskammer V1 und der zweiten Arbeitskammer
V2) expandiert, welche bei dem zentralen Abschnitt der Spirale erzeugt
wird und radial nach außen
verschoben wird.
-
In
diesem Fall wird durch die Expansion des überheizten Dampfs die kreisende
Spirale 103 in einer entgegengesetzten Richtung rotiert,
welche der Rotationsrichtung der kreisenden Spirale 103 in
dem Pumpenmodusbetrieb entgegengesetzt ist. Daher wird das expandierte
Kältemittel,
dessen Druck nach der Expansion gesenkt wird, zu dem Kältemittelradiator 11 durch
die Niedrigdrucköffnung 111 abgegeben.
Dann wird eine der kreisenden Spirale 103 gegebene Energie
durch den Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 erhöht und auf
den Rotor 220 der elektrischen Rotationseinrichtung 200 übertragen.
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Zu
dieser Zeit wird die Welle 331 (der Planetenträger 402)
nicht rotiert infolge des Sperrens durch die Einwegkupplung 500.
Somit wird das Drehmoment der elektrischen Rotationseinrichtung 200 durch
den Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 erhöht und wird
auf dem Pumpenmotormechanismus 100 übertragen. Dieser Betrieb entspricht Expansionsrückgewinnung
in 3.
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Das
durch die Niedrigdrucköffnung 111 abgegebene
Kältemittel
wird dann in dem Rankine-Kreislauf zirkuliert in der Reihenfolge,
der zweite Bypass-Kreis 33 → das Absperrventil 33a → der Kältemittelradiator 11 → der Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12 → der erste
Bypass-Kreis 31 → das
Absperrventil 31a → die
Fluidpumpe 32 → das
Heizgerät 30 → die Hochdrucköffnung 110 des
mit einem Expandierer integrierten Kompressors 10. Hier
pumpt eine Fluidpumpe 32 das verflüssigte Kältemittel in den Heizer 30 und
führt es
diesem zu, dies durch einen Druck, welcher derart gewählt ist,
dass das überheizte
gasförmige
Kältemittel,
das durch Erwärmen
durch den Heizer erzeugt wurde, nicht zu dem Gas-/Flüssigkeits-Abscheider 12 zurückströmt.
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Als
nächstes
wird eine Ausbildung der Arbeitskammer V bei dem Spiralzentralabschnitt
in dem Motormodusbetrieb beschrieben. Ebenso wird der folgende Zustand,
in welchem die Arbeitskammer V in die erste Arbeitskammer V1 und
die zweite Arbeitskammer V2 unterteilt ist, beschrieben.
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6A bis 6D sind
schematische Diagramm des mit einem Expandierer integrierten Kompressors 10,
die entlang einer Linie VI-VI in 2 genommen
sind. Die kreisende Spirale 103 kreist eine Kreisumdrehung,
wie in den Zeichnungen in der Reihenfolge von 6A bis 6D gezeigt
ist.
-
Wie
in 6A gezeigt ist, berührt der Zahnabschnitt 102b der
stationären
Spirale 102 den Zahnabschnitt 103b der kreisenden
Spirale 103 bei dem Spiralmittenabschnitt.
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Als
nächstes
wird der Zahnabschnitt 103b der kreisenden Spirale 103,
wie in 6B gezeigt, verschoben, und
ein Kontaktabschnitt zwischen den Zahnabschnitten 102b, 103b ändert sich
in zwei gleitende Kontaktabschnitte 122, 123,
so dass eine Arbeitskammer V zwischen den zwei gleitenden Kontaktabschnitten 122, 123 begrenzt
wird. Dann wird das überheizte
Hochdruckkältemittel
zu der Arbeitskammer V durch die Einleitöffnung 105a eingeleitet.
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Wenn
die Arbeitskammer V beginnt, bei dem Spiralzentralabschnitt neu
ausgebildet zu werden (wenn die Arbeitskammer V bei dem Spiralzentralabschnitt
minimiert ist), wird das Kältemittel
zu der Arbeitskammer V durch die Einleitöffnung 105a eingeleitet.
Dieses Einleitendes Hochdruckkältemittels
zu der Arbeitskammer V bei dem Zentralabschnitt wird aufrechterhalten,
während
die Arbeitskammer V infolge der Versetzung der zwei gleitenden Kontaktabschnitte 122, 123 expandiert
wird, wie in 6C, 6D gezeigt
ist.
-
Wenn
die kreisende Spirale 103 eine Umdrehung kreist, so dass
sie in dem in 6A gezeigten Zustand platziert
wird, wird das Einleiten des Kältemittels
zu der Arbeitskammer V, die bei dem Spiralzentralabschnitt ausgebildet
ist, gestoppt. Dann wird die Arbeitskammer V in die erste Arbeitskammer
V1 und die zweite Arbeitskammer V2 unterteilt, so dass die erste
und die zweite Arbeitskammer V1, V2 zu einem radial auswärtigen Abschnitt
der Spirale verschoben wird.
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Unmittelbar
nachdem die kreisende Spirale 103 in den in 6A gezeigten
Zustand zurückversetzt
wird, wird eine neue Arbeitskammer V bei der Zeiteinteilung ausgebildet,
in welcher der Kontaktabschnitt in die zwei gleitenden Kontaktabschnitte 122, 123,
wie vorstehend beschrieben, geändert
wird. Zu dieser Zeit werden die geteilten Arbeitskammern (die erste
und die zweite Arbeitskammer V1, V2), welche zu dem radial auswärtigen Abschnitt
der Spirale hin verschoben werden, durch die zwei gleitenden Kontaktabschnitte 122, 123 von
der neu ausgebildeten Arbeitskammer V getrennt und von diesen abgedichtet.
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Das
Einleiten des Kältemittels
zu der ersten und der zweiten Arbeitskammer V1, V2 und das Stoppen
des Einleitens des Kältemittels
zu dieser (d.h. Expansionsstartbetrieb) wird im Detail beschrieben.
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Das
Einleiten des Kältemittels
zu der Arbeitskammer V wird während
der Rotation der kreisenden Spirale 103 fortgesetzt, bis
der Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 103b dahingehend
verschoben ist, dem Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 102b der
stationären
Spirale 102 benachbart zu sein, wie in 7A gezeigt
ist.
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Zu
dieser Zeit wird, da die Einleitöffnung 105a weit
zu einem ersten Bereich mündet,
welcher sich an der ersten Arbeitskammer V1 durch das Unterteilen
der Arbeitskammer V entwickelt wird, das Kältemittel direkt in den ersten
Bereich durch die Einleitöffnung 105a eingeleitet.
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Dahingegen
kommuniziert die Einleitöffnung 105a mit
einem zweiten Bereich, welcher sich zu der zweiten Arbeitskammer
V2 durch das Unterteilen der Arbeitskammer V entwickeln wird, durch
einen Spaltabschnitt C zwischen den Spiralendabschnitten der Zahnabschnitte 102b, 103b.
Zu dieser Zeit ist der Ausnehmungs abschnitt 1031, der bei
dem Zahnabschnitt 103b ausgebildet ist, bereits in einer
Position platziert derart, dass ein Teil des Ausnehmungsabschnitts 1031 nahe
des Spiralendabschnitts des Zahnabschnitts 103b auf die
Einleitöffnung 105a weist.
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Daher
zirkuliert das Kältemittel
durch den engen Spaltabschnitt C und den Ausnehmungsabschnitt 1031,
wenn Kältemittel
zu dem zweiten Bereich eingeleitet wird, welcher sich zu der zweiten
Arbeitskammer V2 entwickeln wird, durch die Einlassöffnung 105a.
Der Ausnehmungsabschnitt 1031 ist in der Weise ausgebildet,
dass ein Strömungswiderstand
(Druckverlust) eines Kältemitteldurchtritts,
welcher den Spaltabschnitt C und den Ausnehmungsabschnitt 1031 enthält, ähnlich einem
Strömungswiderstand
eines Kältemitteldurchtritts
ist, welcher die Einleitöffnung 105a mit
dem ersten Bereich für
das Einleiten des Kältemittels
verbindet. Hier ist der erste Bereich ein Bereich, welcher sich
zu der ersten Arbeitskammer V1 entwickeln wird, wenn die Arbeitskammer
V in zwei Kammern unterteilt wird.
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Demzufolge
wird selbst in einem Fall, in welchem der spiralförmige Endabschnitt
des Zahnabschnitts 103b der kreisenden Spirale 103 benachbart zu
dem Endabschnitt des Zahnabschnitts 102b der stationären Spirale 102 positioniert
ist, wie in 7A gezeigt ist, das Kältemittel
im Allgemeinen gleichmäßig zu den
beiden ersten und zweiten Bereichen in der Arbeitskammer V eingeleitet.
-
Wenn
die kreisende Spirale 103 weiter gekreist wird, berührt der
Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 103b den Spiralendabschnitt
des Zahnabschnitts 102b der stationären Spirale 102, wie
in 7B gezeigt ist, so dass die Arbeitskammer V in die
erste Arbeitskammer V1 und die zweite Arbeitskammer V2 unterteilt
wird.
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Die
Einleitöffnung 105a in
der vorliegenden Ausführungsform
ist dahingehend ausgebildet, näher an
der ersten Arbeitskammer V1 als an dem Kontaktabschnitt zwischen
den beiden Zahnabschnitten 102b, 103b zu sein.
Daher öffnet
die Einleitöffnung 105a in
einem in 7B gezeigten Zustand zu der ersten
Arbeitskammer V1, so dass das Kältemittel kontinuierlich
in die erste Arbeitskammer V1 durch die Einleitöffnung 105a eingeleitet
wird, während
ein Öffnungsbereich
der Einleitöffnung 105a dahingehend
reduziert wird, kleiner als in einem Zustand zu sein, der in 7A gezeigt
ist.
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Dahingegen
kommuniziert, obwohl der Spaltabschnitt C verschwindet, wenn die
Spiralendabschnitte der beiden Zahnabschnitte 102b, 103b, welche
in einem in 7B gezeigten Zustand einander
berühren,
die zweite Arbeitskammer V2 mit der Einleitöffnung 105a durch
den Ausnehmungsabschnitt 1031, von welchem ein Teil auf
die Einleitöffnung 105a weist.
Zu dieser Zeit ist ein weisender Bereich des Ausnehmungsabschnitts 1031,
der auf die Einlassöffnung 105a weist,
dahingehend vergrößert, größer als
in einem in 7A gezeigten Zustand zu sein.
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Daher
kann das Kältemittel,
welche zu der zweiten Arbeitskammer V2 durch die Einleitöffnung 105a eingeleitet
wird, durch den Ausnehmungsabschnitt 1031 zirkulieren.
Der Ausnehmungsabschnitt 1031 ist in solcher Weise ausgebildet,
dass ein Strömungswiderstand
(Druckverlust) eines Kältemitteldurchtritts,
welcher den Ausnehmungsabschnitt 1031 enthält, ähnlich einem
Strömungswiderstand
eines Kältemittelsdurchtritts
ist, durch welchen die Einleitöffnung 105a mit
de ersten Arbeitskammer V1 kommunizierend verbunden ist.
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Demzufolge
wird selbst in einem Fall, in welchem der Spiralendabschnitt des
Zahnabschnitts 103b der kreisenden Spirale 103 den
Spiralendabschnitt des Zahnabschnitts 102b der stationären Spirale 102,
wie in 7B gezeigt, berührt, das
Kältemittel
gleichmäßig zu den
beiden ersten und zweiten Arbeitskammern V1, V2 eingeleitet, welche
separat begrenzt sind.
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Wenn
die kreisende Spirale 103 weiter gekreist wird, wird der
Kontaktabschnitt zwischen den zwei Zahnabschnitten 102b, 103b zu
den zwei gleitenden Kontaktabschnitten 122, 123 geändert, so dass
eine neue Arbeitskammer V zwischen den zwei gleitenden Kontaktabschnitten 122, 123 begrenzt wird,
wie in 7C gezeigt ist. In diesem Fall
weist die Arbeitskammer V ein allgemeines Minimalvolumen auf.
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Wenn
eine neue Arbeitskammer V, deren Volumen allgemein minimal ist,
ausgebildet ist, sind die zwei gleitenden Kontaktabschnitt 122, 123 auswärts um die
Einleitöffnung 105a und
den Ausnehmungsabschnitt 1031 derart positioniert, dass
die neue Arbeitskammer V von den ersten und zweiten Arbeitskammern
V1, V2 durch die zwei gleitenden Kontaktabschnitte 122, 123 getrennt
sind, wie in 7C gezeigt ist.
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Daher
wird die neue Arbeitskammer V derart ausgebildet, dass die neue
Arbeitskammer V von den ersten und zweiten Arbeitskammern V1, V2
getrennt ist, welche zuvor durch die Unterteilung ausgebildet wurden.
Wenn das Kältemittel
beginnt, zu der neuen Arbeitskammer V durch die Einleitöffnung 105a eingeleitet
zu werden (wenn eine neue Arbeitskammer V, welche bei dem Zentralabschnitt
der Spirale ausgebildet ist, minimal ist), wird das Einleiten des
Kältemittels
zu der ersten und zweiten Arbeitskammer V1, V2 gestoppt. Dann beginnt
das Kältemittel
in der ersten und der zweiten Arbeitskammer V1, V2 nach außen zu expandieren.
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In
den vorstehend beschriebenen Bauweisen und Betrieben ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 bei
dem Zahnabschnitt 103b der kreisenden Spirale 103 ausgebildet,
und der Ausnehmungsabschnitt 1031 stellt kommunizierende
Verbindung zwischen der zweiten Arbeitskammer V2 und der Einleitöffnung 105 bereit,
wenn die Einleitöffnung 105a zu der
ersten Arbeitskammer V1 mündet.
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Ebenso
wird, wenn die Einleitöffnung 105a von
der ersten Arbeitskammer V1 getrennt wird, der Ausnehmungsabschnitt 1031 gleichzeitig
von der zweiten Arbeitskammer V2 getrennt.
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Daher
wird die erste Arbeitskammer V1 von der Einleitöffnung 105a gleichzeitig
damit getrennt, dass die zweite Arbeitskammer V2 von der Einleitöffnung 105a getrennt
wird. Das bedeutet, dass die Expansion in der ersten Arbeitskammer
V1 gleichzeitig damit beginnt, dass die Expansion in der zweiten
Arbeitskammer V2 beginnt.
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Ähnlich dazu
wird eine Lücke
der Expansionsstartzeit zwischen der ersten Arbeitskammer V1 und
der zweiten Arbeitskammer V2 derart korrigiert, dass der Expansionsbetrieb
wirksam durchgeführt wird.
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Ebenso
ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 in solcher Weise ausgebildet,
dass der Strömungswiderstand
(Druckverlust) für
das Kältemittel
zwischen der Einleitöffnung 105a und
der zweiten Arbeitskammer V2 kleiner als der Strömungswiderstand (Druckverlust)
für das
Kältemittel
zwischen der Einleitöffnung 105a und
der ersten Arbeitskammer V1 ist, wenn die Einleitöffnung 105a sich
zu der ersten Arbeitskammer V1 öffnet.
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Demzufolge
wird, bevor die erste und zweite Arbeitskammer V1, V2 beginnen,
expandiert zu werden, annähernd
dieselbe Menge des Kältemittels
zu Bereichen eingeleitet, welche sich zu der ersten Arbeitskammer
V1 und der zweiten Arbeitskammer V2 entwickeln, die voneinander
getrennt sind. Deshalb ist das Kältemittel
in der ersten und der zweiten Arbeitskammer V1, V2 gegenüber der Überexpansion oder
der unzureichenden Expansion beschränkt, so dass der Expansionsbetrieb
effizienter durchgeführt werden
kann.
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Ebenso
ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 an dem Zahnabschnitt 103b der
kreisenden Spirale 103 ausgebildet und von dem vorderen
Endabschnitt des Zahnabschnitts 103b in der Zahnerstreckungsrichtung
weg angeordnet. Daher kann die Festigkeit des Zahnabschnitts 103b leicht
erzielt werden.
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Ebenso
ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 in einer Form derart
ausgebildet, dass ein Teilabschnitt des Ausnehmungsabschnitts 1031 senkrecht zu
der Zahnerstreckungsrichtung in Bogenform ist. Daher ist der Strömungswiderstand
(Druckverlust) für
das Kältemittel
leicht einstellbar, und gleichzeitig ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 leicht
durch einen scheibenartigen, rotierenden Schneider oder einen scheibenartigen
Schleifer einfach bearbeitbar, wenn ein Seitenoberflächenabschnitt
des Zahnabschnitts 103b maschinell bearbeitet wird.
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8 ist
ein Graph, der Variationen der gemessenen Drücke in der Arbeitskammer des
Expandierers eines Vergleichsbeispiels zeigt, das in 14 gezeigt
ist, und in der Arbeitskammer des mit einem Expandierer integrierten
Kompressors 10 der vorliegenden Ausführungsform, dies bei dem Motormodusbetrieb
(Expansionsmodusbetrieb). Diese Messung wurde durch die Erfinder
der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
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Expansionsstartzeit
zwischen den Arbeitskammern V1, V2 des Expandierers in der verwandten Technik,
die in 14 gezeigt ist, sind unterschiedlich
voneinander, wie in 8 gezeigt ist. Das heißt, die
Expansion des Kältemittels
in der zweiten Arbeitskammer V2 beginnt früher als in der ersten Arbeitskammer
V1. Daher wird Überexpansion
in der zweiten Arbeitskammer V2 bewirkt, wenn die Expansion abgeschlossen
ist.
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Dahingegen
stimmt in dem mit einem Expandierer integrierten Kompressor 10 dieser
Ausführungsform
die Expansionsstartzeit der ersten Arbeitskammer V1 mit der der
zweiten Arbeitskammer V2 überein.
Daher kann annähernd
gleichmäßige Expansion
durchgeführt
werden, so dass die Überexpansion
oder die Unterexpansion nicht bewirkt wird, wenn die Expansion abgeschlossen
ist.
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Ebenso
stimmt die Expansionsstartzeit und die Expansionsabschlusszeit der
ersten Arbeitskammer V1 mit denen der zweiten Arbeitskammer V2 überein,
so dass die Drücke
in der ersten und der zweiten Arbeitskammer V1, V2 annähernd gleich sind.
Ferner sind die Volumina der ersten und der zweiten Arbeitskammer
V1, V2 ebenso annähernd gleich,
wenn die Drücke
in der ersten und der zweiten Arbeitskammer V1, V2 nivelliert sind.
Im Ergebnis kann der Expansionsbetrieb sehr effizient durchgeführt werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
stimmt die Expansionsstartzeit der ersten Arbeitskammer V1 genau
mit der der zweiten Arbeitskammer V2 überein. Jedoch kann die Expansionsstartzeit
der ersten Arbeitskammer V1 allgemein mit der der zweiten Arbeitskammer
V2 synchronisiert sein, um hinreichende Effizienzverbes serung des
Expansionsbetriebs zu erzielen. Ein Betriebszustand, in welchem
die Expansionsstartzeit der ersten Arbeitskammer V1 allgemein mit
der der zweiten Arbeitskammer V2 synchronisiert, bedeutet, dass
der Unterschied der Expansionsstartzeit zwischen der ersten und
der zweiten Arbeitskammer V1, V2 einem Rotationswinkel der kreisenden
Spirale 103 um 45° oder
weniger entsprechen kann, und vorzugsweise dem um 30° oder weniger
entsprechen kann. Der Rotationswinkel der kreisenden Spirale 103 um
10° oder
weniger kann noch bevorzugter für
diesen Betriebszustand sein.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Arbeitskammer V in die erste Arbeitskammer V1 und die zweite
Arbeitskammer V2 unterteilt und die Expansion der ersten und zweiten
Arbeitskammer V1, V2 beginnt sich zu entwickeln, wenn ein Volumen
einer neu ausgebildeten Arbeitskammer V bei dem Spiralzentralabschnitt
ausgehend von Null zu einem positiven Wert wird. Jedoch kann die
Expansion der ersten und der zweiten Arbeitkammer V1, V2 alternativ
gestartet werden, wenn die neu ausgebildete Arbeitskammer V mit
der Einleitöffnung 105a kommunizierend
verbunden wird, und gleichzeitig das Volumen der Arbeitskammer V
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (vorzugsweise ein Minimalwert
ist).
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Die
Tiefe des Ausnehmungsabschnitt 1031, der bei dem Zahnabschnitt 103b der
kreisenden Spirale 103 ausgebildet ist, kann vorzugsweise ähnlich einer
Tiefe eines Erstreckungsabschnitts des Kommunikationsdurchtritts 105 innerhalb
des Zahnabschnitts 102b sein, um hinreichend ausgewogenen Expansionsbetrieb
der ersten und der zweiten Arbeitskammer V1, V2 zu erzielen. Jedoch
kann die Tiefe des Ausnehmungsabschnitts 1031 und des Kommunikationsdurchtritts 105 in
unterschiedlicher Weise bestimmt werden. Da die Fluidmaschine der vorliegenden
Ausführungsform
ein mit einem Expandierer integrierter Kompressor 10 ist,
wird ein Kompressionsbetrieb unter Verwendung des mit einem Expandierer
integrierten Kompressors 10 durchgeführt. Somit können der
Kommunikationsdurchtritt 105 und der Ausnehmungsabschnitt 1031 als
Tot- bzw. Leervolumen in dem Kompressionsbetrieb betrachtet werden.
Somit kann jede Tiefe des Ausnehmungsabschnitts 1031 und
des Kommunikationsdurchtritts 105 zu jeder beliebigen Länge bestimmt werden,
solange die Querschnittsflächen
der Kältemitteldurchtritte
(des Ausnehmungsabschnitts 1031 und des Kommunikationsdurchtritts 105)
adäquat ausgebildet
sind, so dass die Kältemitteldurchtritte von
der Bewirkung eines nachteiligen Druckverlusts selbst dann abgehalten
werden können,
wenn eine maximale Strömung
des Kältemittels
in dem Expansionsbetrieb vorliegt.
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Der
Kontaktabschnitt und der gleitende Kontaktabschnitt in der vorliegenden
Ausführungsform enthalten
nicht nur eine exakte Bedeutung von Kontakt, sondern auch einen
kleinen Freiraum zur einfachen Ermöglichung der kreisenden Funktion
der Spirale. Mit anderen Worten, muss die Definition von "Kontakt" in dem Zusammenhang
mit dem Kontaktabschnitt oder dem gleitenden Kontaktabschnitt nicht bedeuten,
dass zwei Teile exakt im Kontakt miteinander stehen, oder zwei Teile
exakt gleitend miteinander in Kontakt stehen, sondern kann alternativ
bedeuten, dass zwei Teile zum Begrenzen von Arbeitskammern hinreichend
benachbart angeordnet sind (d.h. die Arbeitskammern derart abgedichtet
sind, dass jede Arbeitskammer effektiv ausgebildet wird). Der allgemeine
Kontaktabschnitt oder der allgemeine gleitende Kontaktabschnitt,
welche den geringfügigen
Freiraum enthalten, kann im Wesentlichen der Kontaktabschnitt oder
der gleitende Kontaktabschnitt sein.
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Modifikationen
der Ausführungsformen
werden beschrieben. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
ist die Querschnittsform des Ausnehmungsabschnitts 1031,
welcher als der Durchtrittsabschnitt dient, die Bogenform, jedoch
ist die Querschnittsform nicht derart eingeschränkt.
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Zum
Beispiel kann der Zahnabschnitt 103b der kreisenden Spirale 103 alternativ
einen Ausnehmungsabschnitt 1032 enthalten, welcher in einer länglichen
Ausnehmungsform ausgebildet ist (z.B. ein rechteckiges bzw. -winkliges
Parallelepiped oder ein rechteckiger bzw. -winkliger Konus), wie
in 9A bis 9C gezeigt
ist. In diesem Aufbau können
durch den Ausnehmungsabschnitt 1032 ungefähr die gleichen
Mengen des Kältemittels
in die ersten und zweiten Arbeitskammern V1, V2 eingeleitet werden,
wenn die Zahnabschnitte 102b, 103b benachbart
zueinan der positioniert sind, wie in 9A gezeigt
ist, und unmittelbar vor einem Zustand, der in 9B gezeigt
ist, in welchem eine neue Arbeitskammer V in derselben Weise ausgebildet
wird, wie dies der Ausnehmungsabschnitt 1031, der in 7A, 7B gezeigt
ist, in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform macht. Ebenso kann gleichzeitig
durch den Ausnehmungsabschnitt 1032 die Kältemittel-Einleitabschlusszeit
(Expansionsstartzeit) der ersten Arbeitskammer V1 dahingehend vorgesehen
werden, mit dem der zweiten Arbeitskammer V2 zu synchronisieren,
wie in 9C gezeigt ist.
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Ebenso
kann der Durchtrittsabschnitt, der auf dem Zahnabschnitt 103b vorgesehen
ist, nicht auf eine Ausnehmungsform beschränkt sein.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Ausnehmungsabschnitt 1031 bei dem
Seitenoberflächenabschnitt
des Zahnabschnitts 103b der kreisenden Spirale 103 ausgebildet
und ist von dem vorderen Endabschnitt des Zahnabschnitts 103b in
der Zahnerstreckungsrichtung weg angeordnet. Jedoch kann beispielsweise
ein Ausnehmungsabschnitt alternativ auf dem vorderen Endabschnitt des
Zahnabschnitts 103b in der Zahnerstreckungsrichtung der
kreisenden Spirale 103 ähnlich
zu Ausnehmungsabschnitten 1033, 1034 angeordnet
sein, wie in 10, 11 gezeigt
ist. Es ist einfach, den Durchtritt auf dem Zahnabschnitt 103b auszubilden, da
der Zahnabschnitt 103b einfach auf dem vorderen Endabschnitt
in der Zahnerstreckungsrichtung davon maschinenbearbeitet werden
kann, um den Ausnehmungsabschnitt auszubilden.
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Ebenso
erstreckt sich in der vorstehenden Ausführungsform die Einleitöffnung 105a von
dem Basisabschnitt 102a zu dem Zahnabschnitt 102b der stationären Spirale 102.
Jedoch kann die Einleitöffnung 105a alternativ
bei einem allgemeinen Zentrum der stationären Spirale 102 ausgebildet
werden. Zum Beispiel kann die Einleitöffnung 105a bei dem
allgemeinen Zentrum der stationären
Spule 102 nur auf dem Basisabschnitt 102a münden, wie
in 12 gezeigt ist.
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Wenn
die Einleitöffnung 105a bei
der in 12 gezeigten Position mündet, kann
die kreisende Spirale 103, welche entweder den Ausnehmungsabschnitt 1033 oder
den Ausnehmungsabschnitt 1034 aufweist, die in 10, 11 gezeigt
sind, in Eingriff gebracht (kombiniert) werden. Hier erstrecken
sich die Ausnehmungsabschnitte 1033, 1034 bis
zu einer Kante des Endabschnitts des Zahnabschnitts 103b in
der Zahnerstreckungsrichtung.
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Ebenso
wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die wieder gewonnene
Energie bzw. Leistung, welche durch den mit einem Expandierer integrierten
Kompressor 10 wieder gewonnen wird, in der Batterie gespeichert.
Jedoch kann die wieder gewonnene Energie bzw. Leistung alternativ als
eine mechanische Energie, wie kinetische Energie, unter Verwendung
eines Schwungrads und als eine elastische Energie unter Verwendung
einer Feder gespeichert werden.
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Ferner
enthält
in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 den
Planetenradmechanismus. Jedoch kann der Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus 400 ein
alternativer Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus
sein, der ein Übertragungsgetriebeverhältnis verschieben
bzw. verändern kann,
wie in kontinuierlich variables Getriebe (CVT) vom Riemen-Typ und
ein Toroidal-Typ-Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus, welcher
den Riemen nicht verwendet. Ebenso kann die vorliegende Erfindung
auf einen mit einem Expandierer integrierten Kompressor angewandt
werden, welcher keinen Geschwindigkeits-Änderungsmechanismus enthält.
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Ebenso
kann die vorliegende Erfindung auf einen mit einem Expandierer integrierten
Kompressor angewandt werden, der keine externe Antriebsquelle enthält, wie
den Motor 20. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung
auf einen mit einem Expandierer integrierten elektrisch betriebenen
Kompressor 10a angewandt werden, so dass, wenn die elektrische
Rotationseinrichtung 200 betrieben wird, der Kompressionsbetrieb
durch den Pumpenmotormechanismus 100 durchgeführt wird,
und so dass, wenn der Expansionsbetrieb durch den Pumpenmotormecha nismus 100 durchgeführt wird,
die elektrische Energie durch die elektrische Rotationseinrichtung 200 erzeugt
wird, wie in 13 gezeigt ist.
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Die
Fluidmaschine der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den mit einem
Expandierer integrierten Kompressor beschränkt, jedoch kann die Fluidmaschine
ein Expandierer sein, welcher keinen Kompressor enthält.
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Die
Fluidmaschine der vorliegenden Erfindung wird auf das Dampfkompressions-Typ-Kälteerzeugungssystem
mit dem Rankine-Kreislauf für
ein Fahrzeug angewandt. Jedoch ist die Fluidmaschine der vorliegenden
Erfindung nicht hierauf beschränkt und
kann für
andere Verwendung angewandt werden.
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Weitere
Vorteile und Modifikationen werden für Fachleute einfach erkennbar.
Die Erfindung in ihren weiteren Begriffen ist daher nicht auf die
spezifischen Detail, der repräsentativen
Vorrichtung und darstellenden Beispiele beschränkt, die gezeigt und beschrieben
sind.