DE60007920T2

DE60007920T2 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE60007920T2
Application number: DE60007920T
Authority: DE
Inventors: Makoto Nagoya-shi Takeuchi; Takahide Nagoya-shi Itoh; Tetsuzou Nishi-kasugai-gun Ukai
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: NO330304B1; DE60007920D1; KR100345424B1; ATE258653T1; NO20002914D0; EP1059450A2; NO20002914L; CN1276488A; US6264448B1; EP1059450B1; CN1167884C; EP1059450A3; JP2000352377A; KR20010007166A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneckentyp-Kompressor (einen Kompressor mit offener Bauart), und betrifft speziell einen Kompressor, welcher für einen Kühlkreis mit Dampfkompression, der ein Kühlmittel im superkritischen Zustand des Kohlendioxids (CO₂) und dergleichen verwendet, geeignet ist.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 11-1661694, auf deren Inhalt Bezug genommen wird, und die somit Teil der Offenbarung ist.
Beschreibung des Stands der Technik
In jüngster Zeit wurde unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes ein Kühlkreislauf, welcher Kohlendioxid (CO₂) als Arbeitsgas (Kühlgas) verwendet, als Kühlkreisläufe mit Dampfkompression als Mittel zur Eliminierung von Fluorkohlenstoffen (vgl. beispielsweise die Erstanmeldung einer japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-7-18602) vorgeschlagen. Die Arbeitsweise dieses Kühlkreislaufs (nachfolgend CO₂-Kreislauf genannt) ist ähnlich dem konventionellen Kühlkreislauf mit Dampfkompression. Das heißt, dass, wie in der Linie A-B-C-D-A in 6 (CO₂-Mollier-Diagramm), das gasförmige CO₂ durch einen Kompressor komprimiert wird (A-B), dieses gasförmige CO₂, welches bei hoher Temperatur komprimiert wird, mittels eines Radiators (Gaskühler) gekühlt wird (B-C), der Druck des Gases mittels seines Dekompressors reduziert wird (CD), das CO₂, welches zur Flüssigphase gewechselt ist, verdampft wird (D-A) und eine externe Flüssigkeit, so wie Luft, durch die latente Wärme der Verdampfung abgekühlt wird.
Jedoch wird, wenn die Außentemperatur hoch ist, beispielsweise während des Sommers oder dergleichen, die Temperatur des CO₂ an der Radiatorseite höher als die kritische Temperatur des CO₂, da die kritische Temperatur des CO₂ etwa 31°C ist, welches kleiner ist als die des als konventionelles Kühlmittel verwendeten Fluorkohlenstoffs. Daher kondensiert das CO₂ nicht an der Radiatorseite (die Linie B-C kreuzt die Sättigungslinie SL in 6 nicht). Des Weiteren wird die Phase des CO₂ an der Auslassseite des Radiators (Punkt C in 6) durch den Auslassdruck an dem Kompressor und die CO₂-Temperatur an der Auslassseite des Radiators bestimmt, und die CO₂-Temperatur an der Auslassseite des Radiators ist durch die Abstrahlkapazität des Radiators und die Außentemperatur (welche nicht kontrolliert werden kann) bestimmt. Daher ist die Temperatur des CO₂ eine Auslassseite des Radiators im Wesentlichen nicht kontrollierbar und die Phase des CO₂ eine Auslassseite des Radiators wird durch den Auslassdruck des Kompressors (der Druck an der Auslassseite des Radiators) kontrolliert. Als Folge dessen muss, wenn die Außentemperatur während des Sommers oder dergleichen hoch ist, der Druck an der Auslassseite des Radiators, wie in der Linie E-F-G-H-E aus 6 gezeigt, erhöht werden, um eine ausreichende Abkühlkapazität (Unterschied in der Enthalpie) sicherzustellen, und der Arbeitsdruck des Kompressors muss im Vergleich mit konventionellen Kompressoren, welche Fluorkohlenstoffe verwenden, erhöht werden.
So wird beispielsweise im Fall einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug der Arbeitsdruck eines Kompressors, welcher CO₂ verwendet, auf 40 kg/cm² erhöht, was im Gegensatz steht zu einem konventionellen Kompressor R134, welcher Fluorkohlenstoff verwendet, und bei dem der Arbeitsdruck bei 3 kg/cm² ist. Des Weiteren wird der Stoppdruck des Kompressors, welcher CO₂ verwendet, auf 40 kg/cm² erhöht, was im Gegensatz steht zu einem R134, bei dem dieser Druck bei 15 kg/cm² ist. In der Folge wird der Druckunterschied zwischen dem internen Druck des Kompressors und dem Atmosphärendruck im Falle eines CO₂-Kreises erhöht, und es besteht dadurch die Besorgnis einer Gasundichtigkeit eines Wellendichtungsabschnitts des Kompressors während der Operation und des Stoppens des Kompressors. Dies bedeutet, dass in einem konventionellen Kompressor eine ausreichende Menge an Schmieröl zu dem Kompressor zugeführt wird, und dass dieses Schmieröl teilweise zu dem Wellendichtungsabschnitt zugeführt wird. Jedoch könnte der Druck des Schmieröls nicht auf einem ausreichend hohen Niveau gehalten werden und Gasundichtigkeiten des Wellendichtungsabschnitts des Kompressors könnten auftreten. Insbesondere wenn die Operation gestoppt wird, kann es auftreten, dass Schmieröl nicht ausreichend zu dem Wellendichtungsabschnitt zugeführt wird, und dass eine Gasundichtigkeit von dem Wellendichtungsabschnitt auftreten kann. Des Weiteren kann der Wellendichtungsabschnitt bei dem wiederholten Starten des Kompressors beschädigt werden, da Schmieröl nicht zugeführt wird, während der Kompressor gestoppt wird. Aufgrund der oben dargelegten Gründe ist die Arbeitsweise eines CO₂-Kreises nicht effizient und eine Verbesserung desselben ist hochgradig notwendig.
Außerdem offenbart die japanische Patentanmeldung Nr. Hei 3-6350 als zweite Veröffentlichung eine Sieglungsvorrichtung für eine Welle, um den Wellenendabschnitt eines Schneckentyp-Kompressors zu siegeln. In dieser Vorrichtung sind separat eine mechanische Dichtung und ein Gleitlager, welches als Labyrinthdichtung dient, an dem Wellenendabschnitt angeordnet, um eine geschlossene Kammer zwischen den Dichtungen auszubilden. Ein Schmiermaterial ist mit einem Druck, welcher höher ist als der Druck in einer Pumpenkammer, in die Kammer hineingebracht und eine Gasundichtigkeit von der Pumpenkammer ist verhindert. Jedoch dient diese Vorrichtung ausschließlich zum Verhindern einer Gasundichtigkeit während der Operation und ist nicht zum Schmieren des Maschinenraums (Pumpenkammer) des Kompressors geeignet.
Die vorliegende Erfindung wird in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Problemen des konventionellen Stands der Technik zur Verfügung gestellt. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kompressor offener Bauart zur Verfügung zu stellen, welcher eine effiziente und angemessene Arbeitsweise während des Abkühlzyklus durch Verbesserung der Schmiereigenschaften während des Betriebs und durch Verhindern einer Undichtigkeit des Arbeitsgases, wenn der Betrieb gestoppt wird, zu gewährleisten.
Die US 4,470,778 betrifft eine Schneckentyp-Flüssigkeits-Beförderungsvorrichtung. Ein feststehendes Schneckenelement ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und umfasst eine erste Endplatte in der ersten Einhüllung, welche sich von einer Endoberfläche der ersten Endplatte erstreckt. Die Austragskammer ist nahe bei dem feststehenden Schneckenelement an der Seite der ersten Endplatte gegenüber der Seite, von der sich die erste Einhüllung erstreckt, ausgeformt. Eine ringförmige Trennwand ist an der Endoberfläche der ersten Endplatte ausgeformt und erstreckt sich in das Innere der Austrittskammer. Die Austrittskammer ist durch eine Trennwand in zwei Kammern aufgeteilt. Zumindest ein Loch ist in die Trennwand eingeformt, um die zwei Kammern der Austrittskammer miteinander zu verbinden. Eine Trennwand ist mit einem Ablenkungselement zum Beugen des Flüssigkeitsstroms der Austrittsflüssigkeit versehen.
Die US 4,538,975 betrifft ein Schmiersystem für einen Schneckentyp-Kompressor. Der Kompressor umfasst ein Gehäuse, welches eine vordere Endplatte in dem becherförmigen Gehäuse aufweist. Ein Flüssigkeits-Einlassanschluss ist an dem becherförmigen Gehäuse angeformt und weist einen radial von einer inneren Oberfläche hervorragenden Stufenabschnitt auf. Ein erster Öldurchtritt ist durch das becherförmige Gehäuse ausgeformt, welches eine Endöffnung an der inneren Wand des Einlassanschlusses nahe dem Stufenabschnitt aufweist. Ein zweiter Öldurchtritt ist durch die vordere Endplatte hindurch geformt und mit dem ersten Öldurchtritt verbunden. Ein Ende des zweiten Öldurchtritts ist zu einer an der vorderen Endplatte ausgeformten Wellendichtungs-Aushöhlung geöffnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst der Schneckentyp-Kompressor der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das heißt, dass der Kompressor der vorliegenden Erfindung zum Komprimieren eines eingeführten Arbeitsgases und zum Auslassen des Arbeitsgases, welches auf einen vorab bestimmten Druck komprimiert wurde, und ein Kurbelgehäuse mit einer Niederdruckkammer, in die das Arbeitsgas eingeführt wird, eine Kurbelwelle, welche rotierend durch die Niederdruckkammer durch ein Lager und durch Komprimieren des Arbeitsgases durch Rotation rotierend abstützt, eine Wellendichtung, welche an der Kurbelwelle an der äußeren Seite des Lagers entlang der axialen Richtung vorgesehen ist, ein Teilungsmittel, welches zwischen dem Lager und der Wellendichtung zum Trennen eines Raums, in dem die Wellendichtung von der Niederdruckkammer vorgesehen ist, um eine Dichtungskammer auszuformen, sowie einen ersten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass, welcher in der Kurbelkammer ausgeformt ist und zu der Dichtungskammer geöffnet ist, um ein Schmiermittel zu der Dichtungskammer zuzuführen, umfasst, geeignet.
In diesem Kompressor wird das hochgradig komprimierte Schmiermittel in die Dichtungskammer, welche durch die Teilungselemente aufgeteilt ist, über den ersten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass bei Betrieb des Kompressors eingefüllt. Als Ergebnis dessen wird eine Gasundichtigkeit der Dichtungskammer durch das hochkomprimierte Schmiermittel sicher verhindert.
Es ist bevorzugt, dass das Teilungsmittel eine Labyrinthdichtung eines nichtkontaktierenden Typs ist. Die Labyrinthdichtung erlaubt das Heraustreten eines Teils des hochgradig komprimierten Schmiermittels, welches von der Dichtungskammer zu der Niederdruckkammer während der Operation des Kompressors zugeführt wird. In diesem Fall ist eine erwünschte Austrittskapazität durch einen Spalt zwischen zwei einzelnen Elementen, welche die Dichtung des nichtkontaktierenden Typs bilden, vorgesehen. Des Weiteren wird aufgrund des Befüllens des hochgradig komprimierten Schmiermittels in die Dichtungskammer über den ersten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass während des Betriebs des Kompressors der Druck des Schmiermittels, welches in die Dichtungskammer eingefüllt wird, ausreichend höher als der de Niederdruckkammer (Maschinenraum). Daher tritt ein Teil des Schmiermittels in der Dichtungskammer in die Niederdruckkammer über die Labyrinthdichtung durch und die Niederdruckkammer wird mittels des hindurchgetretenen Schmiermittels geschmiert. Währenddessen wird, wenn der Betrieb gestoppt wird, der Druck in der Dichtungskammer und der Niederdruckkammer nahezu gleich. Daher wird das hochgradig komprimierte Schmiermittel, welches in die Dichtungskammer eingefüllt ist, durch die Labyrinthdichtung gehalten und ein Hindurchtreten des Schmiermittels von der Dichtungskammer ist durch dieses hochgradig komprimierte Schmiermittel sicher verhindert. Des Weiteren wird eine Beschädigung des Wellendichtungsabschnitts während des nochmaligen Startens des Kompressors verhindert. Aus den vorab genannten Gründen kann der Kühlkreis effizient betrieben werden.
Eine Dichtung des Kontakttyps, welche aus einer Dichtungsvorrichtung, so wie beispielsweise einer mechanischen Dichtung oder einer Wellendichtung und eines Versorgungsdurchlasses, welcher in der Dichtungsvorrichtung eingeformt ist, zusammengesetzt ist, kann ebenso als oben beschriebenes Teilungselement verwendet werden. In diesem Fall kann eine Durchtrittskapazität, welche der der oben beschriebenen Labyrinthdichtung ähnlich ist, dadurch erreicht werden, dass ein Versorgungsdurchlass, welcher eine vorab bestimmte Durchtrittskapazität zu der Kontaktdichtung, welche eine vollständige Dichtungskapazität aufweist, ausgeformt wird.
Es ist ebenso bevorzugt, dass das Kurbelgehäuse einen zweiten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass, welcher zu der Niederdruckkammer geöffnet ist, um Schmiermittel zu der Niederdruckkammer zuzuführen, aufweist. In diesem Fall wird das Schmiermittel direkt zu der Niederdruckkammer über diesen zweiten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass während des Betriebs zugeführt.
Ein Schmiermittel-Zufuhrmittel zum Zuführen von Schmieröl als Schmiermittel zu der Dichtungskammer kann ebenso vorgesehen sein. Die Schmieröl-Zufuhrmittel umfassen einen Ölabscheider, welcher an einem Austrittsrohr für das hochkomprimierte Arbeitsgas zum Abtrennen des Schmieröls von dem Arbeitsgas vorgesehen ist, und ein Öl-Rückführrohr zum Rückführen des Schmieröls, welches durch den Ölabscheider abgeschieden ist, zu dem ersten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass oder dem ersten und zweiten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass. In diesem Fall wird das Schmieröl von dem abgelassenen Arbeitsgas durch die Schmieröl-Zufuhrmittel abgeschieden und in die Dichtungskammer oder in die Dichtungskammer und die Niederdruckkammer eingeführt und als Schmieröl wiederverwendet, wodurch die laufenden Kosten des Kompressors reduziert werden.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung insbesondere zur Verwendung in einem Schneckentyp-Kompressor für einen Kühlkreis, welcher Kohlenstoffdioxid als Arbeitsgas verwendet, und bei dem der Arbeitsdruck hoch ist und das Arbeitsgas leicht austreten kann, geeignet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine längsgeschnittene Ansicht einer Ausführungsform des Schneckentyp-Kompressors der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Nachbarschaft der Dichtungskammer aus 1.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Nachbarschaft einer anderen Ausführungsform der Dichtungskammer.
4 ist eine längsgeschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform des Schneckentyp-Kompressors gemäß der Erfindung.
5 ist eine schematische Ansicht des Kühlkreises mit Dampfkompression.
6 ist ein Mollier-Diagramm für CO₂.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen des Schneckentyp-Kompressors der vorliegenden Erfindung werden im Anschluss mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
Zuerst wird ein CO₂-Kreis, welcher einen Schneckentyp-Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, mit Bezug auf 5 beschrieben. Dieser CO₂-Kreis S wird für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug verwendet und Bezugszeichen 1 bezeichnet den Schneckentyp-Kompressor, welcher gasförmiges CO₂ komprimiert. Der Schneckentyp-Kompressor 1 wird von einer Antriebskraft angetrieben, welche von einer Antriebsquelle zugeführt wird, die nicht gezeigt ist (beispielsweise ein Motor oder dergleichen). Bezugszeichen 1a bezeichnet einen Radiator (Gaskühler) zum Abkühlen des CO₂, welches mittels des Schneckentyp-Kompressors mittels Wärmeaustausch zwischen dem CO₂ und einer Außenluft komprimiert ist; Bezugszeichen 1b bezeichnet ein Druck-Regulierungsventil zum Regulieren des Drucks an der Auslassseite des Radiators 1a in Übereinstimmung mit der CO₂-Temperatur an der Auslassseite des Radiators 1a des CO₂, welches mittels des Druck-Regulierungsventils 1b und eines Reduzierers 1c komprimiert wurde, zwei Phasen, sowohl eine gasförmige als auch eine flüssige mit niedriger Temperatur und unter niedrigem Druck. Bezugszeichen 1d bezeichnet einen Verdampfer (Wärmeaufnehmer), welcher als ein Kühlmittel für die Luft in einem Passagierbereich dient, und das CO₂, welches eine gasförmige und eine flüssige Phase ausbildet, kühlt die Luft des Inneren dieses Passagierbereichs durch Abführen der latenten Wärme der Vaporisation (Verdampfung) des CO₂ von der Innenluft in dem Verdampfer 1d auf. Bezugszeichen 1e bezeichnet einen Speicher zum zeitweisen Speichern der flüssigen Phase des CO₂. Des Weiteren sind der Schneckentyp-Kompressor 1, der Radiator 1a, das Druck-Regulierungsventil 1b, der Reduzierer 1c, der Verdampfer 1d und der Speicher 1e über eine Öl-Austrittsröhre 1f verbunden und bilden einen geschlossenen Kreislauf.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des Schneckentyp-Kompressors 1 mit Bezug auf die 1 und 2 (Querschnittsansicht der Nachbarschaft der Dichtungskammer aus 1) beschrieben.
Ein Gehäuse 1A des Schneckentyp-Kompressors 1 ist aus einem Gehäuse-Hauptkörper 2, welcher eine Becherform aufweist, und einem vorderen Gehäuse (Kurbelgehäuse) 4, welches mit dem Gehäuse-Hauptkörper 2 über einen Bolzen 3 fest verbunden ist, zusammengesetzt. Eine Kurbelwelle 5 tritt durch das vordere Gehäuse 4 hindurch und ist rotierend in dem vorderen Gehäuse 4 über ein Hauptlager 6 und ein Unterlager 7 abgestützt, und die Rotation eines Fahrzeugmotors (nicht gezeigt) ist auf die Kurbelwelle über eine bekannte elektromagnetische Kupplung 32 übertragen. Des Weiteren bezeichnen die Bezugszeichen 32a, 32b jeweils eine Spule und eine Scheibe der elektromagnetischen Kupplung 32.
Eine feststehende Schnecke 8 und eine sich drehende Schnecke 9 sind in dem Gehäuse 1a vorgesehen. Die feststehende Schnecke 8 hat eine Endplatte 10 und eine spiralförmige Auskragung (Überlappung) 11, welche von der inneren Oberfläche der Endplatte 10 hervorragt, und ein Stützblock 13 ist entfernbar an dem Gehäuse-Hauptkörper 2 über einen Bolzen 12 befestigt. Des Weiteren sind O-Ringe 14a, 14b jeweils an den inneren und äußeren Oberflächen des Stützblocks 13 vorgesehen. Diese O-Ringe 14a, 14b sind dicht mit der inneren Oberfläche des Gehäuse-Hauptkörpers 2 in Kontakt, wodurch eine Niederdruckkammer (Einlasskammer) 15, welche in dem Gehäuse-Hauptkörper 2 eingeformt ist, und eine Hochdruckkammer (Auslasskammer) 16, welche später beschrieben wird, isoliert sind. Die Hochdruckkammer 16 ist aus einem inneren Raum 13a des Stützblocks 13 und einem hohlen Abschnitt 10a, welcher auf der rückwärtigen Oberfläche der Endplatte 10 ausgeformt ist, zusammengesetzt.
Die sich drehende Schnecke 9 umfasst eine Endplatte 17 und eine sprialförmige Auskragung (Überlappung) 18, welche sich von der inneren Oberfläche der Endplatte 17 aus erstreckt. Diese spiralförmige Auskragung 18 hat eine im Wesentlichen gleiche Form wie die spiralförmige Auskragung 11 der oben beschriebenen feststehenden Schnecke B.
Eine ringförmige Plattenfeder 20a ist zwischen der feststehenden Schnecke 8 und dem vorderen Gehäuse 4 installiert. Diese Plattenfeder 20a ist zweiseitig an der feststehenden Schnecke 8 und dem vorderen Gehäuse 4 entlang einer umfänglichen Richtung über eine Vielzahl von Bolzen 20b befestigt. Als Ergebnis kann die feststehende Schnecke 8 nur entlang der axialen Richtung innerhalb der Grenzen einer maximalen Biegefähigkeit der Plattenfeder 20a (gleitender Aufbau) bewegt werden. Des Weiteren ist ein die feststehende Schnecke abstützendes Element 20 aus der ringförmigen Plattenfeder 20a und den Bolzen 20b zusammengesetzt. Zudem ist ein Raum C zwischen dem hervorragenden Abschnitt, welcher von der hinteren Oberfläche des Stützblocks 13 und dem Gehäuse 1a hervorragt, ausgeformt, und der Stützblock 13 kann in dem Raum C entlang der oben beschriebenen axialen Richtung mit der feststehenden Schnecke 8 bewegt werden. Die Achsen der feststehenden und der sich drehenden Schnecke 8, 9 sind exzentrisch voneinander um die Distanz des Radius von deren Drehung getrennt. Die Phase dieser Schnecken 8, 9 ist um 180° verschoben und diese Schnecken 8, 9 fassen, wie in 4 gezeigt, ineinander. Eine Spitzendichtung (nicht gezeigt) ist auf die Endoberfläche der spiralförmigen Auskragung 11 aufgelegt und dicht mit der inneren Oberfläche der Endplatte 17 in Kontakt, und eine andere Spitzendichtung (nicht gezeigt) ist auf der Endoberfläche der spiralförmigen Auskragung 18 aufgelegt und steht dicht mit der inneren Oberfläche der Endplatte 10 in Kontakt. Des Weiteren sind die Seitenoberflächen dieser spiralförmigen Auskragungen 11, 18 dicht an verschiedenen Orten miteinander in Kontakt. Wenn keine Spitzendichtungen an den spiralförmigen Auskragungen 11, 18 installiert sind, sind die Endoberflächen der spiralförmigen Auskragungen 11, 18 jeweils dicht mit den inneren Oberflächen der Endplatten 10, 17 in Kontakt. Aufgrund der oben beschriebenen Strukturen sind eine Vielzahl von geschlossenen Räumen 21a, 21 mit Punktsymmetrie um das Zentrum der Spirale ausgeformt. Zusätzlich ist ein Rotations-Verhinderungsring (Oldham-Ring) 27 zum Verhindern der Rotation der sich drehenden Schnecke 9, jedoch zum Ermöglichen seiner Drehung zwischen der feststehenden Schnecke 8 und der sich drehenden Schnecke 9 vorgesehen.
Eine zylinderförmige Radnabe 22 ist an den zentralen Teil der äußeren Oberfläche der Endplatte 17 ausgeformt, und eine Antriebs-Lagerbuchse 23 ist rotierbar um eine sich drehende Lagerung (Antriebslagerung) 24, welche zudem als Radiallager dient, in dem Inneren der Lagerbuchse 22 installiert. Ein Durchtrittsloch 25 ist in die Antriebs-Lagerbuchse 23 hineingebohrt und eine Exzenterwelle 26, welche von der inneren Oberfläche der Kurbelwelle 5 hervorragt, ist rotierbar in dem Durchtrittsloch 25 installiert. Des Weiteren ist ein Axialkugellager 19 zum Stützen der sich drehenden Schnecke 9 zwischen dem äußeren umfänglichen Ende der äußeren Oberfläche der Endplatte 17 und dem vorderen Gehäuse 4 platziert.
An der äußeren umfänglichen Oberfläche der Kurbelwelle 5 ist eine bekannte mechanische Dichtung (Wellendichtung) 28, welche später beschrieben wird, an der äußeren Seite des Hauptlagers 6 vorgesehen. Des Weiteren ist eine Schmieröl-Zufuhrpassage (erste Schmiermittel-Versorgungsdurchlass) 29 in das vordere Gehäuse 4 gebohrt und ein Ende dieser Passage 29 ist zu der Dichtungskammer (Ölkammer) 30, welche später beschrieben wird, die an dem Inneren des vorderen Gehäuses 4 eingeformt ist, geöffnet. Die Dichtungskammer 30 ist über eine nichtkontaktierende Labyrinthdichtung (Teilungsmittel) 31, welches später beschrieben wird, von der Niederdruckkammer 15 getrennt. In diesem Fall sind die Teilungsmittel nicht auf eine Labyrinthdichtung 31 beschränkt und eine Kontaktdichtung, welche durch Ausformen einer Durchtrittspassage zu einer Dichtungs-Vorrichtung, so wie beispielsweise eine mechanische Dichtung oder eine Wellendichtung, zusammengesetzt ist, kann wie später beschrieben verwendet werden. Ein hochkomprimiertes Schmieröl (Schmiermittel) ist über den Schmieröl-Versorgungsdurchlass 29 zugeführt. Das heißt, dass ein Ölabscheider 42 zum Abscheiden des Schmieröls von dem Arbeitsgas in der Röhre 1f vorgesehen ist, um das hochkomprimierte Arbeitsgas, welches von der Austrittsöffnung 38 ausgegeben wird, und das Schmiergas, welches von dem Ölabscheider 42 gesammelt ist, in den Schmieröl-Versorgungsdurchlass 29 über eine Öl-Rückführröhre 43 eingeführt wird.
Hierbei wird der Bereich nahe der Dichtungskammer 30 mit Bezug auf 2 beschrieben.
Eine Gleitring-Wellendichtungs-Vorrichtung wird beispielsweise als mechanische Dichtung 28 der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Diese mechanische Dichtung 28 hat einen Sitzring (Gummimanschette) 28, welche beispielsweise aus einem synthetischen Gummi ausgeformt ist, und einen angetriebenen Ring (Gleitring) 28, welcher mit der Kurbelwelle 5 rotiert und beispielsweise aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl hergestellt ist. Der angetriebene Ring 28 steht dicht mit dem Sitzring 28a über einen Andrücker 28 in Verbindung, wodurch der angetriebene Ring 28b auf den Sitzring 28a in Übereinstimmung mit der Rotation der Kurbelwelle 5 hin gleitet. Diese mechanische Dichtung ist in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Hei 4-33424 als zweite Veröffentlichung, welche von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde und beispielsweise in "Revised Refrigerating Engineering" (in Japan durch Corona Co. veröffentlicht, Veröffentlichungsdatum: 20. Juli 1975), Seiten 141–148, offenbart.
Die Teilungsmittel 31 der vorliegenden Erfindung (die Labyrinth-Dichtung des nichtkontaktierenden Typs wird bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet) besteht aus einem ringförmigen Dichtungs-Hauptkörper (Bestandteil) 31a und einer ringförmigen Spitze (Bestandteil) 31b, welches beweglich mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Dichtungs-Hauptkörpers 31a in Verbindung steht. Ein schmaler Spalt ist zwischen der äußeren umfänglichen Oberfläche der Spitze 31b und der inneren umfänglichen Oberfläche des Dichtungs-Hauptkörpers 31a eingeformt und diese Elemente 31a, 31b sind hierdurch voneinander getrennt und das hochkomprimierte Schmieröl kann durch den Spalt hindurchtreten. Der äußere umfängliche Abschnitt des Dichtungs-Hauptkörpers 31a formt einen dicken Abschnitt 40 aus und der dicke Abschnitt 40 ist gegen die innere Oberfläche des vorderen Gehäuses 4 über einen äußeren Ring 6a des Hauptlagers 6 gepresst, wodurch der dicke Abschnitt 40 durch das vordere Gehäuse 4 abgestützt wird. Des Weiteren wird das Hauptlager 6 entlang der linken Seite der 2 durch einen Randabschnitt 5a der Kurbelwelle 5 gepresst, wodurch der Dichtungs-Hauptkörper 31a fest mit dem vorderen Gehäuse 4 verbunden ist. Zusätzlich ist die Spitze 31b aus einem elastischen Material ausgeformt und die Nockenwelle wird durch die innere umfängliche Oberfläche der Spitze 31b gedrückt. Aufgrund des oben beschriebenen Aufbaus ist die Dichtungskammer 30 von der Niederdruckkammer 15 über die Labyrinth-Dichtung 31 isoliert. Die Labyrinth-Dichtung 31 hat das Merkmal, dass die Spitze 31b elastisch durch das hochkomprimierte Schmieröl, welches durch die Dichtungskammer 30 zugeführt wird, um teilweise zu der Niederdruckkammer 15 durch den oben beschriebenen Spalt hindurchzutreten, deformiert.
Im Anschluss wird die Bewegung des Schneckentyp-Kompressors 1 beschrieben.
Wenn eine elektrische Energie auf die Spule 32a der elektromagnetischen Kupplung 32 aufgebracht wird, wird eine Rotation des Kraftfahrzeugmotors auf die Kurbelwelle 5 übertragen und die Rotation der Kurbelwelle 5 wird auf die sich drehende Schnecke 9 über einen Rotations-Antriebsmechanismus, welcher aus einer Exzenterwelle 26, dem Durchtrittsloch 25, der Antriebs-Lagerbuchse 23, dem sich drehenden Lager 24 und der Radnabe 22 besteht, übertragen. In der Folge dessen dreht sich die sich drehende Schnecke 9 auf einem kreisförmigen Umkreis und die Rotation der sich drehenden Schnecke 9 wird durch die Rotation des Halterings 27 verhindert.
Wenn sich die sich drehende Schnecke 9 dreht, bewegen sich die Linien-Kontaktabschnitte zwischen den spiralförmigen Auskragungen 11, 18 schrittweise auf das Zentrum der Spirale hin und die geschlossenen Räume (Kompressionskammern) 21a, 21b werden schrittweise auf das Zentrum der Spirale hin bewegt, während deren Volumina schrittweise reduziert werden. In Übereinstimmung mit diesen Bewegungen fließt das Arbeitsgas, welches in die Einlasskammer 15 (vgl. Pfeil A in 1) über einen Einlass (nicht gezeigt) fließt, in die geschlossenen Räume (Kompressionskammern) 21a, 21b von einer Öffnung aus, welche an dem äußeren Ende der spiralförmigen Auskragungen 11, 18 ausgeformt ist. Dieses Arbeitsgas ist komprimiert und erreicht den zentralen Abschnitt 21c der Spirale und wird zu einem Austrittsanschluss 34, welcher in die Endplatte 10 der feststehenden Schnecke 8 eingebohrt ist, ausgegeben. Das aufgetretene Arbeitsgas drückt das Austrittsventil 35 nach oben und erreicht die Hochdruckkammer 16 und wird von der Auslassöffnung 38 ausgegeben. Wie oben beschrieben, wird das Arbeitsgas, welches in die Einlasskammer 15 hineinfließt, in dem geschlossenen Raum 21a, 21b durch das Drehen der sich drehenden Schnecke 9 komprimiert und als komprimiertes Gas ausgegeben.
Dabei ist das Schmiergas, welches durch den Ölabscheider 42 gesammelt wurde, über den Schmieröl-Versorgungsdurchlass 29 und die Öl-Rückführröhre 43 zu der Dichtungskammer zugeführt. Daher wird der Druck des Schmieröls, welches in die Dichtungskammer 30 eingefüllt wird, wesentlich höher als der der Niederdruckkammer 15 (Maschinenraum) in dem Gehäuse 1a. Als Folge dessen wird die Spitze 31b der Labyrinthdichtung 31 elastisch deformiert und ein Teil des hochkomprimierten Schmieröls tritt zu der Niederdruckkammer 15 hin aus. Als Ergebnis dessen wird ein Gasaustritt aus der Wellendichtung 28 durch das hochkomprimierte Schmieröl, welches in die Dichtungskammer 30 eingefüllt ist, verhindert. Des Weiteren wird die Niederdruckkammer 15 durch das ausgetretene Schmieröl geschmiert.
Wenn die Übertragung der Rotation auf die Kurbelwelle 5 durch Stoppen des Zuführens von elektrischer Energie auf die Spule 32a der elektromagnetischen Kupplung 32 gestoppt wird, wird die Operation des Kompressors 1 mit offener Bauart gestoppt und der Druck in der Dichtungskammer 30 und der Niederdruckkammer 15 wird nahezu gleich. Somit wird die Spitze 31b der Labyrinthdichtung 31 nicht deformiert und das Schmieröl, welches in die Dichtungskammer 30 eingefüllt wird, wird durch die Labyrinthdichtung 31 zurückgehalten. Als Ergebnis hiervon werden Gasdurchtritte von der Dichtungskammer 30 und von der Wellendichtung 28 sicher verhindert.
Eine andere Ausführungsform der Teilungsmittel wird im Folgenden beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, besteht eine Labyrinthdichtung 51, welche als Teilungsmittel fungiert, aus einem ringförmigen ersten Dichtungsabschnitt (Bauelement) 51a, welches an dem vorderen Gehäuse 4 fixiert ist, und einem ringförmigen zweiten Dichtungsabschnitt (Bauelement) 51b, welches an der Kurbelwelle 5 befestigt ist. Der äußere umfängliche Abschnitt des ersten Dichtungsabschnitts 51a bildet einen dicken Abschnitt 52 aus und der dicke Abschnitt 52 ist gegen die innere Oberfläche des vorderen Gehäuses 4 über einen äußeren Ring 6a des Hauptlagers 6 gepresst, wodurch der erste Dichtungsabschnitt 51a an dem vorderen Gehäuse 4 fixiert wird. Des Weiteren bildet der innere umfängliche Abschnitt des zweiten Dichtungsabschnitts 51b einen dicken Abschnitt 53 aus und der dicke Abschnitt 53 ist an der Endoberfläche eines Abschnitts 5b der Kurbelwelle 5 mit großem Durchmesser fixiert. Ein schmaler Spalt ist zwischen der inneren umfänglichen Oberfläche des ersten Dichtungsabschnitts 51a und der äußeren umfänglichen Oberfläche des zweiten Dichtungsabschnitts 51b geformt, wodurch diese Dichtungsabschnitte 51a, 51b nicht miteinander in Kontakt stehen. Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktion wird die Dichtungskammer 30 von der Niederdruckkammer 15 durch die Labyrinthdichtung 51 isoliert. Während des Betriebs des Kompressors tritt ein Teil des hochkomprimierten Schmieröls, welches zu der Dichtungskammer 30 zugeführt wird, durch den oben beschriebenen Spalt zu der Niederdruckkammer 15 durch. Der Rest des Aufbaus dieser Ausführungsform ist der gleiche wie der der in 2 gezeigten Ausführungsform.
In den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen wird die Labyrinthdichtung als Teilungsmittel verwendet, Teilungsmittel sind jedoch nicht auf eine Labyrinthdichtung beschränkt, und eine Kontaktdichtung, welche durch Ausformen einer Durchtrittspassage in der Dichtungsvorrichtung, beispielsweise eine mechanische Dichtung oder eine Wellendichtung, können verwendet werden. Dies bedeutet, dass eine Durchtrittskapazität durch Ausbilden eines Versorgungsdurchlasses, welcher eine vorab bestimmte Durchtrittskapazität aufweist, in der Kontaktdichtung, welche eine komplette Dichtung bilden kann, welche der Durchtrittskapazität der oben beschriebenen Labyrinthdichtung ähnlich ist, eingestellt werden kann.
Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform des Kompressors mit offener Bauart gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dieser Ausführungsform ist, wie in 4 gezeigt, ein Schmieröl-Versorgungsdurchlass (zweiter Schmiermittel-Versorgungsdurchlass) 29a, welcher in die Niederdruckkammer 15 geöffnet ist, in den Gehäuse-Hauptkörper 2 eingebohrt, und eine Abzweigeröhre 43a von der Öl-Rückführröhre 43 ist mit dem Schmieröl-Versorgungsdurchlass 29a verbunden. Während des Betriebs des Kompressors wird das Schmieröl direkt zu der Niederdruckkammer 15 zugeführt und die Kapazität, die Niederdruckkammer 15 zu schmieren, wird erhöht.
Des Weiteren wird in diesen Ausführungsformen der Schneckentyp-Kompressor für einen CO₂-Kreis, welcher CO₂ als Arbeitsgas verwendet, angewendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Dies bedeutet, dass der Schneckentyp-Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso in einem Kühlkreis mit normaler Dampfkompression, welcher beispielsweise Fluorkohlenstoffe als Arbeitsgas verwendet, angewandt werden kann.
Zusätzlich hierzu wird in diesen Ausführungsformen das Schmieröl, welches von dem austretenden Arbeitsgas bei hohem Druck abgetrennt wird, in die Dichtungskammer (oder die Dichtungskammer und die Niederdruckkammer) eingeführt und zur Reduzierung der laufenden Kosten wiederverwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese obere Ausführungsform beschränkt. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Tank, welcher das Schmieröl speichert und das hochkomprimierte Schmieröl zu der Dichtungskammer (oder der Dichtungskammer und der Niederdruckkammer) zuführt, separat vorgesehen sein kann.

Claims

Schneckentyp-Kompressor (1) zum Komprimieren eines eingeführten Arbeitsgases und Auspumpen des auf einen vorbestimmten Druck komprimierten Gases, wobei der Kompressor offener Bauart umfasst: ein Kurbelgehäuse (4) mit einer Niederdruckkammer (15), in welche das besagte Arbeitsgas eingeführt wird, eine Kurbelwelle (5), welche rotierend mittels eines Lagers (6) von der besagten Niederdruckkammer abgestützt wird und welche das besagte Arbeitsgas durch Rotation komprimiert, eine Wellendichtung (28), welche an der äußeren Seite des besagten Lagers in axialer Richtung an der besagten Kurbelwelle vorgesehen ist, einen ersten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass (29), welcher in das besagte Wellengehäuse eingeformt und zu der besagten Dichtungskammer hin geöffnet ist und zum Liefern eines Schmiermittels zu der besagten Dichtungskammer dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor ein eine zweite, zwischen dem besagten Lager und der besagten Welle angeordnete Dichtung (31, 51) aufweist, welche zur Bildung einer Dichtungskammer (30) mit einem Abtrennungsmittel zum Abtrennen eines Raums, in welchem die besagte Wellendichtung vorgesehen ist, von der besagten Niederdruckkammer, versehen ist.
Kompressor gemäß Anspruch 1, worin die besagte zweite Dichtung eine Nichtkontakt-Labyrinthdichtung (31, 51) ist und die besagte Labyrinthdichtung das Auslaufen eines Teils des besagten Schmiermittels, welches hochkomprimiert ist und während des Betriebs des besagten Kompressors von der besagten Dichtungskammer zu der besagten Niederdruckkammer geliefert wird, erlaubt.
Kompressor gemäß Anspruch 1, worin die besagte zweite Dichtung eine Kontaktdichtung ist, welche aus einer Dichtungsvorrichtung, wie einer mechanischen Dichtung oder einer Wellendichtung, und einem Ablaufdurchlass, welcher in die besagte Dichtung eingeformt ist, besteht
Kompressor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das besagte Wellengehäuse einen zweiten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass (29a), welcher zu der besagten Niederdruckkammer hin geöffnet ist, um das besagte Schmiermittel zu der besagten Niederdruckkammer zu liefern, besitzt.
Kompressor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin ein Schmieröl-Liefermittel zum Liefern eines Schmieröls als besagtem Schmiermittel zu der besagten Dichtungskammer, vorgesehen ist und das besagte Schmieröl-Liefermittel umfasst: einen Ölabscheider (42), welcher an einem Ausblasrohr (1f) für das besagte hochkomprimierte Arbeitsgas vorgesehen ist um das besagte Schmieröl von dem besagten Arbeitsgas zu trennen, und eine Öl-Rücklaufleitung (43) zum Rückführen des besagten Schmieröls, welches durch den besagten Ölabscheider abgetrennt ist, hin zu dem besagten ersten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass.
Kompressor gemäß Anspruch 4, worin ein Schmieröl-Liefermittel zum Liefern eines Schmieröls als besagtes Schmiermittel hin zu der besagten Dichtungskammer und zu der besagten Niederdruckkammer vorgesehen ist und das besagte Schmieröl-Liefermittel umfasst: einen Ölabscheider (42), welcher an einem Ausblasrohr (1f) für das besagte hochkomprimierte Arbeitsgas vorgesehen ist um das besagte Schmieröl von dem besagten Arbeitsgas zu trennen, und eine Öl-Rücklaufleitung (43) zum Rückführen des besagten Schmieröls, welches durch den besagten Ölabscheider abgetrennt ist, hin zu dem besagten ersten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass und dem besagten zweiten Schmiermittel-Versorgungsdurchlass.