DE68903889T2

DE68903889T2 - Spiralverdichter.

Info

Publication number: DE68903889T2
Application number: DE8989111760T
Authority: DE
Inventors: Katuharu Fujio; Hiroshi Morokoshi; Shigeru Muramatsu; Shuichi Yamamoto; Michio Yamamura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1989-06-28
Publication date: 1993-07-08
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: KR920010733B1; EP0348936A3; EP0348936A2; DE68903889D1; EP0348936B1; KR910001252A; CA1332593C; US5037278A

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, der das Innere eines geschlossenen Behälters in einen Hochdruckabschnitt und einen Niederdruckabschnitt, der als Akkumulator dient, teilt.
Grundsätzlich sind Spiralverdichter bekannt, die an dem äußeren Umfang mit einer Saugkammer und bei dem Zentrum einer Spirale mit einer Auslaßöffnung versehen sind, so daß Fluid angesaugt und in einem Spiralverdichtungsraum verdichtet wird, der symmetrisch bezüglich der Auslaßöffnung ist, wobei das verdichtete Fluid in eine Richtung strömt und die Veränderungen einer Verdichtungsdruck- Drehkraft geringer sind als bei einem Hubkolben-Verdichter oder einem Rotationsverdichter, wodurch Vibrationen und Geräusche erheblich reduziert werden.
Ein herkömmliches Kälteerzeugungssystem, wie in Figur 17 gezeigt, bildet einen Kälteerzeugungskreis mit einem Verdichter 111, einem Kondensator 112, einem Entspannungsventil 113 und einem Verdampfer 114, die sequentiell verbunden sind. Um eine Speicherung von Einlaß- Kältemittel und eine Verdichtung von flüssigem Kältemittel, die in einer Verdichtungskammer von Verdichter 111 erfolgen kann, zur Verbesserung der Haltbarkeit des Kompressors zu begrenzen, ist ein Akkumulator 110 zur Trennung von Gas- und Flüssigkeitsanteilen und Speicherung von Kältemittel zwischen der Saugseite von Kompressor 111 und dem Verdampfer 114 vorgesehen. Der Akkumulator 110 ist in der Nähe der seitlichen Außenfläche von Kompressor 111 angebracht. Eine Wärmeisolierung ist zwischen dem Akkumulator 110 und dem Kompressor 111 angebracht, wodurch Einlaß-Kältemittelgas der Erwärmung des Akkumulators 110 folgend erwärmt wird, um ein Erniedrigen der Verdichtungseffizienz zu verhindern.
Der Akkumulator 110, wie in Figur 18 gezeigt, ist so gestaltet, daß ein Ablenkblech bzw. eine Ablenkplatte 103 bei dem oberen Ende einer zentralen Leitung 104 angeordnet ist, so daß das von dem Verdampfer 114 zurückkommende flüssige Kältemittel daran gehindert wird, direkt in die obere Öffnung der zentralen Leitung 104, die mit der Saugseite von Kompressor 111 verbunden ist, zu strömen, wodurch es einen Bypass B bildet, durch den das Kältemittel passiert (siehe offengelegtes japanisches Gebrauchsmuster Nr. 59-84378).
Wenn solch ein Akkumulatar 110 zur Trennung von Gas- und Flüssigkeitsteilen und Speicherung von Kältemittel an dem Kältemittel- Spiralverdichter montiert ist, um Vibrationen und Geräusche zu verringern, entsteht ein Problem dadurch, daß das flüssige Einlaß- Kältemittel die innere Wand oder dergleichen an dem Kältemittel- Spiralverdichter trifft und Vibrationen durch den Akkumulator selbst erzeugt, wodurch der Kältemittel-Spiralverdichter angeregt wird und dadurch, daß das Auftreffgeräusch des Kältemittels auf den Körper 101 übertragen wird, der zur Gewichtsreduktion von geringer Dichte ist, wodurch die Niedrigvibrations- und Niedriggeräuschcharakteristiken des Spiralverdichters verschlechtert werden.
Aus der DE-A 37 31 837 ist ein Spiralverdichter bekannt, der eine Vakuumkammer evakuiert. Ein Spiralenpaar ist in einem ersten Behälter, der mit der Vakuumkammer kommuniziert, untergebracht. Die beiden Spiralen rotieren von einem Antriebsmotor angetrieben synchron um ihre parallelen, aber nicht fluchtenden Achsen. Diese Spiralen definieren eine Mehrzahl von Spiralverdichtungskammern, die ihre Größen und Volumina während der Rotation der Spiralen verändern, um das in diesen Verdichtungskammern enthaltene Gas zu komprimieren. Die Welle der einen Spirale weist eine Auslaßöffnung auf, die mit der Verdichtungskammer kommuniziert, die dem Zentrum der Spiralen und einem zweiten Behälter, der an dem ersten Behälter befestigt ist, am nächsten liegt. Dieser zweite Behälter ist teilweise mit Schmieröl gefüllt und kommuniziert mit der Atmosphäre. Weil dieser Spiralverdichter hauptsächlich dem Zweck des Evakuierens einer Vakuumkammer dient, wird ein Akkumulator nicht benötigt.
Ein Verdichter für den Kreislauf eines Kältefluids ist in der GB-A 2 194 290 offenbart. Dieser Verdichter hat ein aus obereren und unteren Gehäuseteilen bestehendes geschlossenes Gehäuse, einen Verdichtungsmechanismus, der an dem oberen Ende des unteren Gehäuseteils angeordnet ist, um an seiner Saugseite mit dem Inneren des Gehäuses zu kommunizieren, und er hat einen unter dem Verdichtungsmechanismus angeordneten Elektromotor, um den Verduchtungsmechanismus anzutreiben. Ein Unterteilungsrahmen ist zwischen den oberen und unteren Gehäuseteilen an deren jeweils offenen Enden angebracht, wobei die Gehäuseteile vollständig gegenüber dem Unterteilungsrahmen abgedichtet sind, in dem sie um seinen äußeren Umfang geschweißt sind. Der Verdichtungsmechanismus ist über dem Antriebsmotor angeordnet. Unterhalb des Antriebsmotors, d.h. an dem Boden des Gehäuses des Verdichters, wird das Schmieröl in einem Ölsumpf gesammelt. Dieser Ölsumpf ist klar von dem Motor getrennt, und es wird eine Pumpe benötigt, um das Schmieröl gegen die Schwerkraft zu den richtigen Stellen in dem Verdichtungsmechanismus zu fördern. In einem Kältefluid-Kreislauf würde diese Art von Verdichter einen zusätzlichen externen Akkumulator erforderlich machen, um das Kältemedium in Gas und Flüssigkeitsanteile zu trennen und seine flüssige Phase zu speichern, um die oben erwähnten Probleme zu vermeiden, die auftreten würden, wenn solch ein Akkumulator nicht verwendet werden würde.
Ein anderer, für einen Kühlkompressor und dergleichen verwendeter Spiralverdichter ist aus der JP-A 62 91 686 bekannt. Dieser Spiralverdichter besitzt einen Motorteil, bestehend aus einem Elektromotor an der oberen Seite in einem Gehäuse und einen Kompressorteil, einschließlich einer stillstehenden Spirale und einer Wirbelspirale, die eine Verdichtungskammer an der unteren Seite bilden. Der Boden des Gehäuses unterhalb der stillstehenden Spirale ist als Ölbecken ausgebildet, und ein Ende einer Ölzuführleitung öffnet sich in das Öl des Ölbeckens, während ihr anderes Ende in eine an der stillstehenden Spirale vorgesehenen Ölöffnung eingefügt und daran befestigt ist. Obwohl der Motor in der Hochdruckkammer über der stillstehenden Spirale angeordnet ist, befindet sich das Schmierölbecken noch am Boden des Gehäuses. Während eines Verdichterstops verläßt das Schmieröl daher den Verdichtungsmechanismus und sammelt sich in dem Ölsumpf.
Aus der JP-A 57 62 990 ist noch eine andere Kältemittelpumpe bekannt, bei der eine Pumpenkammer in einem Behälter untergebracht ist, der durch eine Kammerplatte in eine untere Niederdruckkammer mit einem Gaseinlaß und eine obere Hochdruckkammer mit einer Auslaßöffnung geteilt ist.
Ein Problem entsteht immer dadurch, daß die Verdichter und die Akkumulatoren unabhängig von der Konstruktion der Kompressoren konstruktiv getrennt sind, so daß die Anordnungen aus Verdichter und Ausrüstungsteilen einen großen Raum benötigen.
Um die oben erwähnten Probleme zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß in dem Verdichter eine Akkumulatoreinheit zur Trennung von Gas- und Flüssigkeitsanteilen untergebracht wird, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 43-25 18 offenbart ist. Trotzdem ist diese Konstruktion dadurch nachteilig, daß der Wandbereich der Akkumulatoreinheit groß ist und das Einlaß-Kältemittelgas eine Elektromotoreinheit passiert, so daß das Einlaß-Kältemittelgas erwärmt wird, was die Kompressionseffizienz erheblich vermindert. Insbesondere wenn eine große Menge flüssigen Kältemittels zu dem Verdichter in dem Spiralverdichter zurückgeführt wird, besteht die Neigung, daß eine Flüssigkeitsverdichtung in dem ständig geschlossenen Raum in der Verdichtungskammer, die weder mit der Saugkammer noch mit der Auslaßkammer verbunden ist, erfolgt, und daß eine exzessive Verdichtungslast Schäden an den Konstruktionselementen der Verdichtungskammer oder einen Bruch in den Lagern verursacht, so daß irgendein Mittel zur Reduzierung der Verdichtungslast und zum Verhindern der Flüssigkeitsverdichtung vorgesehen sein muß.
Figur 19 zeigt einen anderen Spiralverdichter, in dem ein geschlossener Behälter 206 in sich von einer Spiralverdichtungseinheit durch einen Rahmen 209 geteilt ist, wobei eine Niederdruckkammer 206b über dem Rahmen 209 und eine Hochdruckkammer 206a unter dem Rahmen 209 ausgebildet sind. In der Niederdruckkammer 206b werden die gasförmigen von den flüssigen Bestandteilen des Kältemittels getrennt. Von der Hochdruckkammer 206a durch den geschlossenen Behälter 206 übertragene Wärme wird dazu genutzt, das Einlaßkältemittel vollständig zu verdampfen durch Erwärmen bis zu einem gewissen Ausmaß. Indem das verdampfte Kältemittel durch eine Saugleitung 210, die an einem stillstehenden Spiralelement 202 vorgesehen ist, in die Verdichtungskammer gebracht wird, wird das Auftreten von Flüssigkeitskompression vermieden. Nachdem das verdichtete Kältemittelgas durch eine Ausströmstrecke 211 zu der Hochdruckkammer 206a ausgestoßen wurde, wird ein Schmieröl von dem ausgestoßenen Kältemittelgas getrennt. Ein O-Ring 214, der zwischen dem Rahmen 209 und dem geschlossenen Behälter 206 vorgesehen ist, wird zum Abdichten zwischen der Niederdruckkammer 206b und der Hochdruckkamer 206a verwendet. Ein wärmeisolierendes Material 213 aus Teflon, das auf der oberen Oberfläche des stillstehenden Spiralelements 202 angebracht ist, vermindert die Wärmezufuhr zu dem flüssigen Kältemittel 219 in der Niederdruckkammer 206b. Die Kammer zur Trennung von Gas- und Flüssigkeitsanteilen ist in den geschlossenen Behälter integriert, wodurch Raumeinsparungen, niedrige Geräusche und niedrige Vibrationen bei dem zusammengebauten Verdichter zu erwarten sind (vergleiche japanische Offenlegungsschrift Nr. 57-70984).
Ein Spiralverdichter mit einer Struktur ähnlich der oben erwähnten, ist auch in der Spezifikation der USP Nr. 4,522,575 beschrieben.
Mit der in Figur 19 dargestellten Struktur steht, da die Niederdruckkammer 206b in dem oberen Teil der Spiralverdichtungseinheit angeordnet ist, das flüssige Kältemittel an der äußeren Oberfläche davon in direktem Kontakt mit dem geschlossenen Behälter 206. der eine hohe Temperatur aufweist und die Hochdruckkammer 206a bildet, wodurch das Problem entsteht, daß die Kompressionseffizienz erniedrigt wird, da die äußere Oberfläche des flüssigen Kältemittels 219, das eine höhere Dichte und eine höhere Wärmeleitfähigkeit als gasförmiges Kältemittel besitzt und das Einlaß-Kältemittelgas über dem flüssigen Kältemittel 219 erwärmt werden.
Falls die Wand, die die Niederdruckkammer 206b bei dem geschlossenen Behälter 206 bildet, eine größere Dicke aufweist, werden Kältemittelgeräusche, die durch das Einlaß-Kältemittelgas, das in die Niederdruckkammer 206b einströmt und auf deren inneren Wand auftrifft und die Resonanzgeräusche des geschlossenen Behälters 206 nicht zu dem Äußeren des Verdichters weitergeleitet. Aber eine Querschnittsfläche des geschlossenen Behälters 206 wird groß, wodurch ein Problem entsteht, weil Wärme von der Seite der Hochdruckkammer 206a zu dem flüssigen Kältemittel und/oder dem Einlaß-Kältemittelgas leichter übertragen werden kann, wodurch die Kompressionseffizienz weiter erniedrigt wird.
Falls umgekehrt die Dicke der Wand der Niederdruckkammer 206b geringer ist, werden das Kältemittelgeräusch oder das Resonanzgeräusch des geschlossenen Behälters 206 zu dem Äußeren des Verdichters weitergeleitet, wodurch ein Problem entsteht, indem insbesondere die Niedriggeräusch-Charakteristiken des Spiralverdichters verschlechtert werden.
Es ist notwendig, einen Abstand zwischen dem Ende des Motors und dem Ölstand eines an dem Boden der Hochdruckkammer 206a vorgesehenen Schmierölsumpfes sicherzustellen, um ein Ausfließen von Schmieröl zu dem Äußeren des Verdichters und/oder einen Leistungsverlust, verursacht durch Beeinflussung des Schmieröls in dem Sumpf, wenn ein Rotor eines über dem Ölsumpf angeordneten Motors mit hoher Geschwindigkeit rotiert, zu verhindern. Als Ergebnis hat die Hochdruckkammer 206a eine größere Höhe, wodurch der Verdichter insgesamt groß wird. Da der Schmierölsumpf an dem Boden entfernt von der Verdichtungseinheit ist, fließt das Schmieröl während eines längeren Stillstands des Verdichters darüberhinaus von einem Gleitteil eines Lagers in den Sumpf, wodurch ein Problem dadurch entsteht, daß das Lagergleitteil festfrißt, wenn der Verdichter wieder gestartet wird.
In der in Figur 2b der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-46046 offenbarten Konstruktion, bei der die stillstehende Spirale 202 an einer Seite mit der Niederdruckkammer 206b und an der anderen Seite mit der Verdichtungskammer in Kontakt steht, taucht der zentrale Teil der stillstehenden Spirale 202 durch Druck in der Verdichtungskammer in Richtung auf die Niederdruckkammer 206b. Als Ergebnis werden ein axialer Zwischenraum bei der Verdichtungskammer und dadurch eine Leckmenge von komprimiertem Kältemittelgas vergrößert, wodurch sich die Kompressionseffizienz merklich erniedrigt.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wurde, wie in Figur 4 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-46046 offenbart, eine Konstruktion vorgeschlagen, in der eine Gegendruckkammer an der Rückseite der stillstehen den Spirale ausgebildet ist, wobei Fluiddruck der Gegendruckkammer auf die stillstehende Spirale wirkt, so daß der Verdichtungskammerdruck die Bauchung des zentralen Teils der stillstehenden Spirale begrenzt, wodurch ein Erniedrigen der Kompressionseffizienz verhindert wird, während ein korrekter axialer Zwischenraum bei der Verdichtungskammer eingehalten wird.
Trotzdem ist es bei der oben erwähnten Konstruktion der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-46046 notwendig, eine gesonderte Gegendruckkammer an der Rückseite der stillstehenden Spirale vorzusehen, so daß sich die Anzahl der Teile erhöht, wodurch die Herstellungskosten steigen, der Raum zum Installieren der Niederdruckkammer sich verkleinert und die Effizienz der Gas-Flüssigkeitstrennung des Einlaß- Kältemittels verschlechtert wird. Daher wird ein Spiralverdichter angestrebt, der eine geringe Größe aufweist, eine hohe Kompressionseffizienz besitzt, überlegen hinsichtlich niedriger Geräusche, der Niedrigeräusch-Charakteristiken und der Haltbarkeit ist und eine große Spanne von Betriebsgeschwindigkeiten ermöglicht.
Der Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung, der die oben diskutierten und viele andere Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik überwindet, weist einen geschlossenen Behälter und einen Spiralverdichtungsmechanismus, der in diesem Behälter untergebracht ist, auf. Dieser Behälter wird durch ein stillstehendes Spiralelement geteilt in eine Hochdruckkammer und eine Niederdruckkammer, in der Einlaßfluid in Gas- und Flüssigkeitsanteile getrennt und gespeichert wird, wobei diese Niederdruckkammer an dem unteren Teil des Behälters und diese Hochdruckkammer an dem oberen Teil des Behälters angeordnet sind. Dieser Hochdruckkammer sind ein dem Spiralverdichtungsmechanismus zugeordneter Antriebsmechanismus angeordnet und ein Schmierölsumpf. Dieses stillstehende Spiralelement dient als Teil der Bodenfläche des Schmierölsumpfes. Eine Wirbelspiralwicklung auf einer Wicklungshaftescheibe, die Teil einer Wirbelspirale ist, steht in schwingendem und rotierendem Eingriff mit einer spiralförmigen, stillstehenden Spiralwicklung, die an einer Oberfläche einer Füllplatte, die Teil dieses stillstehenden Spiralelements ist, ausgebildet ist. Zwischen diesen beiden Spiralen ist ein Spiralverdichtungsraum ausgebildet. An dem zentralen Teil dieser stillstehen den Spiralwicklung oder dieser Wirbelspiralwicklung ist eine Auslaßöffnung vorgesehen, und eine Saugkammer ist außerhalb dieser stillstehenden Spiralwicklung vorgesehen. Dieser Verdichtungsraum ist in eine Mehrzahl von Verdichtungskammern geteilt, die kontinuierlich von der Saugseite zu der Auslaßseite wandern, und ein Rotations-Blockierteil für diese Wirbelspirale ist zwischen der Wirbelspirale und einem stillstehenden Element angeordnet, um den Spiralverdichtungsmechanismus zum Wirbeln der Wirbelspirale zum Verdichten von Fluid zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Hauptteil eines inneren Wandteils, das die Niederdruckkammer bildet, durch ein Element von niedriger Eigenfrequenz bedeckt, wobei das Element aus einem weichen Material mit geringem spezifischen Gewicht hergestellt ist und sowohl wärme- als auch schallisolierende Eigenschaften besitzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Niederdruckkammer einen Saugdurchlaß, durch den das Fluid aus dem oberen Teil der Niederdruckkammer in die Verdichtungskammer gelangt.
In einer bevorzugten Ausführungsform teilt das Element, das die innere Wand der Niederdruckkammer bedeckt, deren Inneres in einen Gas- Flüssigkeits-Trennraum oder einen Aufnahmeraum für das Einlaßfluid und einen Durchlaß für das Einlaßgas.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das stillstehende Spiralelement eine stillstehende Spirale auf, die zusammen mit der Wirbelspirale die Verdichtungskammer bildet, und eine Einlage, wobei die Einlage im Preßsitz an dem äußeren Umfangsbereich der Füllplatte an der der Wirbelspirale abgewandten Seite der stillstehenden Spirale befestigt und in einem Zylinder mit einer dünnen Wand ausgebildet ist, dessen Material das gleiche wie das des Behälters ist, und wobei der äußere Umfangsbereich der Einlage und der Behälter verschweißt sind, um ab gedichtet und aneinander befestigt zu sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die stillstehende Spirale aus einer Substanz, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient größer ist als der der Einlage und der des Behälters.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Durchmesser des äußeren Umfangsbereiches an der Niederdruckkammerseite der stillstehenden Spirale kleiner als der an ihrer Hochdruckseite, so daß die Einlage in dem äußeren Umfangsbereich an der Niederdruckkammerseite in Preßpassung sitzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hochdruckkammer an dem oberen Teil und die Niederdruckkammer an dem unteren Teil des Behälters angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Aufbaurahmenelement, das eine Antriebswelle des Spiralverdichtungsmechanismus hält und an dem stillstehenden Spiralelement befestigt ist, an dem Behälter befestigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Aufbaurahmenelement an seiner äußersten Peripherie die Einlage aus einem Zylinder mit einer dünnen Wand auf, dessen Material das gleiche wie das des Behälters ist, wobei die äußere Peripherie der Einlage zur Befestigung an dem geschlossenen Behälter verschweißt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schmierölsumpf mit der Verdichtungskammer durch eine Ölzuführung, die einen Beschränkungsdurchlaß hat, verbunden, wobei ein Teil der Ölzuführung eine Strecke besitzt, die höher als der Ölpegel an dem Schmierölsumpf angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schmieröl, das zusammen mit dem Einlaßgas, daß bei der Niederdruckkammer zum Verhindern von Flüssigkeftskomprimierung einer Gas-Flüssikefts-Trennung unterzogen wird und in die Hochdruckkammer ausgestoßen wird, von dem Ausstoßgas getrennt und gespeichert, wobei der Pegel des Schmieröls in dem Boden in der Nähe des stillstehenden Spiralelements gehalten wird, ohne daß das Öl einer Strömungsrate von ausgestoßenem Gas und/oder einer Diffusion wegen des Rotors der Antriebseinheit ausgesetzt ist. Dabei wird das Schmieröl zu dem Lagergleitteil und der Verdichtungskammer geführt, wodurch eine Abnutzung des Gleitteils vermieden, die Reibung reduziert und ein Zwischenraum bei der Verdichtungskammer durch einen Ölfilm abgedichtet werden.
Darüberhinaus wird die Wärmeübertragung von dem geschlossenen Behälter, der die Hochdruckkammer an dem Verdichter bildet, zu den Elementen, die die innere Wand der Niederdruckkammer bedecken, reduziert, und ein Erwärmen der an dem Boden der Niederdruckkammer aufgenommenen Einlaßflüssigkeit wird vermindert. Daneben sind sowohl die Gas-Flüssigkeits-Trennungsfunktion als auch die Einlaßflüssigkeits Aufnahmefunktion in den Verdichter integriert, so daß eine Reduzierung des Kompressionskoeffizienten vermindert werden kann.
Darüberhinaus wird das Geräusch verringert, das erzeugt wird, wenn ein Gas-Flüssigkeits-Gemischfluid in die Niederdruckkammer strömt und mit deren inneren Wand kollidiert, und die Weiterleitung des Geräusches zu dem Äußeren des Verdichters wird reduziert.
Ferner ist die Füllplatte der stillstehen den Spirale in Richtung auf die Verdichtungskammer zu gekrümmt durch eine Kontraktionskraft des geschlossenen Behälters, wenn sie an den äußeren Umfang von dessen Einlage geschweißt ist, wodurch im voraus der axiale Zwischenraum bzw. -Spalt an dem zentralen Teil der Verdichtungskammer reduziert wird, wenn der Verdichter zusammengebaut ist. In solch einem Zustand wird der Spiralfluidverdichter so betrieben, daß der zentrale Teil der stillstehenden Spirale zurückgedrückt wird in Richtung auf die Niederdruckkammer durch Dffferenzdruck zwischen dem Verdichtungsdruck bei der Verdichtungskammer und dem Einlaßdruck bei der Niederdruckkammer, wodurch der axiale Zwischenraum an der äußeren Peripherie und ebenso der zentrale Teil der Verdichtungskammer zweckmäßig gestaltet sind, um einen normalen Kompressionskammer- Zwischenraum zu halten und einen effektiven Kompressionsbetrieb fortzuführen.
Selbst wenn sich der Verdichtungsmechanismus auf eine hohe Temperatur erwärmt und die Temperaturdifferenz zwischen dem stillstehenden Spiralelement und dem mit der äußeren Atmosphäre in Kontakt befindlichen, geschlossenen Behälter während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs des Verdichters vergrößert wird, tritt ein Schlupf zwischen der stillstehenden Spirale bei den Elementen der stillstehenden Spirale und der Einlage auf, so daß eine der thermischen Expansion des Verdichtungsmechanismus und des geschlossenen Behälters folgende Erzeugung von Spannung verhindert wird und der Verdichtungsmechanismus durch den geschlossenen Behälter an zwei Teilen des stillstehen den Spiralelements und des Aufbaurahmens gestützt wird, wodurch ein Durchbiegen des Verdichtungsmechanismus vermieden wird.
Wenn das Schmieröl in dem Sumpf, der über der Verdichtungskammer angeordnet ist, während des Stops des Verdichters in Folge seines Gewichts in die Verdichtungskammer fließt, wird das Schmieröl blockiert durch den Teil eines Ölzuführdurchlasses, der höher als der Ölpegel bei dem Schmierölsumpf angeordnet ist, so daß kein Schmieröl in die Verdichtungskammer fließt, wodurch Flüssigkeitskompression vermieden wird, wenn der Verdichter wieder gestartet wird.
Auf diese Weise wird durch die hierin beschriebene Erfindung ein Spiralverdichter geschaffen, der
(1) eine geringe Größe, eine weite Betriebsgeschwindigkeitsspanne und eine überlegene Haltbarkeit aufweist;
(2) bei dem Absorption von Wärme und Geräuschausbreitung von der Niederdruckkammer, die sowohl als Gas-Flüssigkeits-Trennkammer und als Fluidreservoir dient, verhindert werden, wodurch die Kompressionseffizienz verbessert und die Geräusche erniedrigt werden;
(3) bei dem das stillstehende Spiralelement daran gehindert ist, durch den Verdichtungskammerdruck in Richtung auf die Niederdruckkammer zu deformiert zu werden, wobei der axiale Zwischenraum bei der Verdichtungskammer vergrößert werden würde und eine Verringerung der Kompressionseffizienz in Kauf zu nehmen wäre:
(4) in dem, selbst wenn eine deutliche Temperaturdifferenz zwischen dem Verdichtungsmechanismus und dem geschlossenen Behälter herrscht, keine unnötigen Spannungen erzeugt werden, wodurch der Verdichtungsmechanismus starr zu dem geschlossenen Behälter fixiert wird, so daß Vibrationen und Geräusche reduziert werden; und
(5) bei dem das Schmieröl in dem über der Verdichtungskammer angeordneten Sumpf daran gehindert ist, unter seinem eigenen Gewicht während des Stops des Verdichters in die Verdichtungskammer zu fließen, und bei dem keine Flüssigkeitskompression bei einem Wiederstart stattfindet.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung offenbart. Die zahlreichen, durch die Erfindung erzielten Vorteile werden für den Fachmann unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen wie folgt deutlich:
Figur 1 ist ein Front-Aufriß, der einen Spiralverdichter für Kältemittel nach der Erfindung zeigt;
Figur 2 ist eine auseinandergezogene Ansicht, die den Hauptteil des in Figur 1 dargestellten Verdichters zeigt;
Figur 3 ist ein auseinandergezogener Aufriß, der das stillstehende Spiralelement und die Rückschlagventileinheit des Verdichters zeigt;
Figur 4 ist ein Front-Aufriß, der die vergrößernde Deformation des stillstehenden Spiralelements nach dem Zusammenbau zeigt;
Figur 5 ist ein Front-Aufriß, der ein Teil des Gegenlagers des Verdichters zeigt;
Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Oldham-Ring des Verdichters zeigt;
Figur 7 ist eine perspektivische Ansicht, die die Oldham-Mechanismus- Einheit des Verdichters zeigt;
Figur 8 ist eine Draufsicht, die die Oldham-Mechanismus-Einheit von Figur 7 zeigt;
Figur 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A in Figur 1;
Figuren 10 und 11 sind Front-Aufrisse, die einen vergrößerten Anbringungsteil für ein Ölzufuhrdurchlaß-Regelventil in Figur 1 zeigen;
Figur 12 ist eine perspektivische Ansicht, die Teile zeigt, die das Ölzufuhrdurchlaß-Regelventil in Figur 11 bilden;
Figur 13 ist eine Darstellung von charakteristischen Kurven, die die Druckvariation von Kältegas von einem Saugvorgang zu einem Ausstoßvorgang des Verdichters zeigen;
Figur 14 ist eine Darstellung von charakteristischen Kurven, die die Druckvariation bei einem Fixpunkt bei jeder Verdichtungskammer des Verdichters zeigen;
Figuren 15 und 16 sind jeweils Front-Aufrisse, die die Akkumulatorkammerteile von zweiten und dritten Beispielen des Kältemittel-Spiralverdichters nach der Erfindung zeigen;
Figur 17 zeigt einen herkömmlichen Kältemittelkreislauf;
Figur 18 ist ein Front-Aufriß, der den mit dem Verdichter von Figur 17 verbundenen Akkumulator zeigt; und
Figur 19 ist ein Front-Aufriß, der einen herkömmlichen Spiralverdichter, in dem ein Akkumulator untergebracht ist, zeigt.
Figur 1 zeigt einen Spiralverdichter für Kältemittel gemäß der Erfindung, bei dem ein geschlossenes Gehäuse 1 aus Eisen in eine obere Motorkammer 6 und eine untere Akkumulatorkammer 46 durch ein stillstehendes Spiralelement 15e geteilt ist, das mit einer Wirbelspirale 18 in Eingriff bringbar ist, um eine Verdichtungskammer zu bilden. Die Motorkammer 6 steht unter hohem Druck und weist einen Motor 3 an dem oberen Teil und eine Verdichtungseinheit an dem unteren Teil auf. Ein Aufbaurahmen 5 an der Verdichtungseinheft stützt eine Antriebswelle 4, die an einem Rotor 3a des Motors 3 befestigt ist. Der Aufbaurahmen 5 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt mit besonders guten Wärmübertragungseigenschaften, wobei auf leichtes Gewicht und auf Wärmeableitung von dem Lager ab gezielt wird. Der Aufbaurahmen 5 ist durch Bolzen an dem stillstehenden Spiralelement 15e befestigt. Eine Einlage 8 aus Eisen von besonders guter Schweißbarkeit ist auf den äußeren Umfang des stillstehenden Spiralelements 15e aufgeschrumpft und steht an seinem gesamten äußeren Umfang in Kontakt mit der inneren Oberfläche des geschlossenen Gehäuses 1 und ist teilweise darauf geschweißt.
Ein Stator 3b des Motors 3 steht im festen Kontakt mit der inneren Oberfläche des geschlossenen Gehäuses 1.
Die Antriebswelle 4 ist gestützt durch ein oberes Lager 11 an dem oberen Ende des Rahmens 5, ein Hauptlager 12 an dessen zentralem Teil und ein Gegenlager 13, das zwischen der oberen Endfläche des Aufbaurahmens 5 und der unteren Endfläche des Rotors 3a des Motors 3 vorgesehen ist. Ebenso ist an dem unteren Ende des Rahmens 5 ein exzentrisches Lager 14 exzentrisch von der Antriebswelle 4 angeordnet.
Wie in Figur 3 dargestellt, weist das stillstehende Spiralelement 15e eine Teilungseinlage 79 aus Eisen von besonders guter Schweißbarkeit auf und ist auf den äußeren Umfang der stillstehenden Spirale 15 aus einer Aluminiumlegierung aufgeschrumpft.
Die stillstehende Spirale 15 weist eine spiralförmige, stillstehende Spiralwicklung 15a und eine Füllplatte 15b auf. In dem Zentrum der Füllplatte 15b ist eine Auslaßöffnung 16 vorgesehen, die bei dem Spiralanfang der stillstehenden Spiralwicklung 15a offen ist und mit einem Ausstoßdurchlaß 80 verbunden ist, der mit der Motorkammer 6 in Verbindung steht, wobei eine Saugkammer 17 an dem äußeren Umfang der stillstehenden Spiralwicklung 15a angeordnet ist.
Ebenso ist die stillstehende Spirale 15, wie in Figur 4 dargestellt, in solch einer Weise eingebaut, daß ihr Zentrum in Richtung auf die stillstehende Spiralwicklung 15a zu gebogen ist durch eine Klemmkraft zum Aufschrumpfen der Teilungseinlage 79 und/oder eine Kontraktionskraft der Teilungseinlage 79 und des geschlossenen Gehäuses 1, wenn sie verschweißt sind.
Die Wirbelspirale 18 aus Aluminiumlegierung weist eine Wirbelspiralwicklung 18a auf, die mit der stillstehenden Spiralwicklung 15a in Eingriff bringbar ist, um die Verdichtungskammer zu bilden, einen Drehzapfen 18b, der geradlinig zu dem exzentrischen Lager 14 der Antriebswelle 4 gehalten ist und eine Wicklungshaltescheibe 18c, deren Oberfläche einer Oberflächenhärtung unterzogen wurde. Die Wirbelspirale 18 ist umgeben von der stillstehenden Spirale 15, dem Aufbaurahmen 5 und der Antriebswelle 4 angeordnet und bildet mit dem stillstehenden Wirbelelement 15e die Verdichtungskammer.
Wie in Figur 4 dargestellt, ist der axiale Zwischenraum bei der Verdichtungskammer bei dem Zentrum begrenzt, da der zentrale Teil der stillstehenden Spirale 15 gekrümmt ist.
Ein Ausstoßdurchlaß 80 weist eine Ausstoßgasführung 81, die an dem Aufbaurahmen 5 angebracht ist, einen an dem Aufbaurahmen 5 vorgesehenen Gasdurchlaß 80a und an der stillstehenden Spirale 15 vorgesehene Durchlässe 80b und 80c auf, wobei eine Rückschlagventileinheit 50 vorgesehen ist auf der Durchlaßstrecke zwischen dem sich vertikal erstreckenden Gasdurchlaß 80b und dem Gasdurchlaß 80c, der mit der Auslaßöffnung 16 verbunden ist und sich horizontal erstreckt.
Die Rückschlagventileinheit 50 weist eine Rückschlagventilbohrung 50a, einen Ventilkörper 50b und eine Feder 50c zum Vorspannen des Ventilkörpers 50b auf. Die Rückschlagventilbohrung 50a ist horizontalzylindrisch, sie besitzt einen größeren Durchmesser als der Gasdurchlaß 80c und ist an dem äußeren Umfang der stillstehenden Spirale 15 offen. Der Gasdurchlaß 80b ist an der Seite der Bohrung 50a offen und an dem offenen Ende kleiner als die äußeren Abmessungen von entweder dem Rückschlagventilkörper 50b oder der Feder 50c.
Der Ventilkörper 50b ist von solcher Größe daß er in Richtung auf die Verbindung des Gasdurchlasses 80c und der Rückschlagventilbohrung 50a bewegbar ist.
Die Teilungseinlage 79, wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt, ist auf den äußeren Umfang schmaleren Durchmessers unter der Schulter an der stillstehenden Spirale 15 aufgeschrumpft, wobei die aufgeschrumpfte Oberfläche abgedichtet ist und das offene Ende der Rückschlagventilbohrung 50a abgeschlossen ist.
Der äußere Umfang der Teilungseinlage 79 und ein Steg 79a, der von dem gesamten äußeren Umfang derselben auskragt, stoßen an ein oberes geschlossenes Gehäuses 1a und ein unteres geschlossenes Gehäuses 1b, wobei der Steg 79a, das obere geschlossene Gehäuse 1a und das untere geschlossene Gehäuse 1b durch eine einzige Schweißraupe 79b dichtgeschweißt sind.
Die Akkumulatorkammer 46, die mit der Verdampferseite des Kälteerzeugungskreislaufs verbunden ist, ist zusammengesetzt aus dem unteren geschlossenen Gehäuse 1b und dem stillstehen den Spiralelement 15e, wobei eine wärmeisolierende Abdeckung 82 aus Kunststoffharzen innerhalb des unteren geschlossenen Gehäuses 1b angebracht ist.
Ein Ablenkblech bzw. eine Ablenkplatte 83 aus Kunststoffharzen ist zwischen dem stillstehenden Spiralelement 15e und der wärmeisolierenden Abdeckung 82 angeordnet, um die Akkumulatorkammer 46 in eine untere Gas-Flüssigkeits-Trennkammer 84 und einen oberen Saugdurchlaß 85 zu teilen.
Ein Saugrohr 47, das die Seitenwände von sowohl dem unteren geschlossenen Gehäuse 1b als auch der wärmeisolierenden Bedeckung 82 durchstößt und unter der Ablenkplatte 83 vorgesehen ist, ist offen an seinem Ende und gegenüberliegend zu der Ablenkplatte 83 angeordnet und beabstandet von einer Saugführungsbohrung 86, die an der Ablenkplatte 83 vorgesehen und mit der GAs-Flüssigkeits-Trennungskammer 84 und dem Saugdurchlaß 85 verbunden ist.
Eine Ölbohrung 87 mit geringem Durchmesser ist an der Saugleitung 47 vorgesehen, durch die flüssiges Kältemittel oder Schmieröl, die sich an dem Boden der Gas-Flüssigkeits-Trennungskammer 84 befinden, nach und nach in die Saugleitung 47 hinein zurückfließen.
Eine an der stillstehen den Spirale 15 vorgesehene vertikale Saugbohrung 43 ist mit der Saugkammer 17 und dem Saugdurchlaß 85 verbunden.
Ein Abstandshalter 21 ist vorgesehen zwischen der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 und einem Gegenlager 20, das axial beweglich und nur durch einen splintähnlichen parallelen Stift 19 eingeschränkt ist, der an dem Aufbaurahmen 5 befestigt ist. Der Abstandshalter 21 ist in seiner axialen Länge um etwa 0.015 bis 0.020mm größer als die Dicke der Wicklungshaftescheibe 18c, um die Abdichtungseffizienz an der gleiten den Oberfläche durch einen Ölfilm zu verbessern.
Ein exzentrischer Lagerraum 36 zwischen dem Boden des exzentrischen Lagers 14 für die Antriebswelle 4 und der Welle des Zapfens 18b an der Wirbelspirale 18 ist mit einem äußeren Peripherieraum 37 an der Wicklungshaltescheibe 18c verbunden durch eine Ölbohrung 38a, die an dem Zapfen 18b und der Wicklungshaltescheibe 18c ausgebildet ist.
Das Gegenlager 20 ist aus einer gesinterten Legierung hergestellt und, wie in den Figuren 2, 7 und 8 gezeigt, mit einer präzisen Bohrung perforiert, die zwei parallele, gerade Teile 22 an dem zentralen Teil und zwei Teile 23 als Kreisbogen in Fortführung der jeweiligen geraden Teile 22 aufweist.
Ein Rotations-Blockierteil 24 (nachfolgend als Oldham-Ring bezeichnet) ist aus einer leichten Legierung oder aus faserverstärkten Kunststoffmaterialien, die für eine Sinterblas- oder ein Spritzgußverfahren geeignet sind, hergestellt. Es besitzt Öl aufnemende Eigenschaftan und weist, wie in den Figuren 2, 6, 7 und 8 dargestellt, eine ringförmige Platte 24a mit parallelen Oberflächen und einem Paar von parallelen Führungsteilen 24b auf, die an einer Oberfläche der Platte 24a ausgebildet sind. An der äußeren Peripherie weist die ringförmige Platte 24a zwei gerade Teile 25 und in Fortführung davon zwei kreisbogenförmige Teile 26 auf. Jeder geradförmige Teil 25, wie in den Figuren 7 und 8 dargestellt, steht über eine feine Lücke mit jedem geraden Teil 22 an dem Gegenlager 20 gleitend in Eingriff. Die Seitenoberfläche 24c jedes parallelen Führungsteils 24b ist rechtwinklig zu dem zentralen Teil des geraden Teils 25 und steht, wie in Figur 2 dargestellt, über eine feine Lücke mit einem von einem Paar von Schlitzen 71, die an der Wicklungshaltescheibe 18c an der Wirbelspirale 18 ausgebildet sind, gleitend in Eingriff. Die innere Umfangsoberfläche der ringförmigen Platte 24a gleicht der äußeren Umfangsoberfläche. Eine Vertiefung 24d, die am Grund jedes Führungsteils 24b vorgesehen ist, dient auch als ein Durchlaß für Schmieröl. Eine Vertiefung 24e, die an jedem Kreisbogenteil 26 vorgesehen ist, stellt ebenso einen Durchlaß für dasselbe dar.
Wie in den Figuren 1 und 5 dargestellt, ist zwischen dem Aufbaurahmen 5 und dem Gegenlager 20 ein Entlastungszwischenraum 27 von etwa 0.1mm vorgesehen. Ein ringförmiger Kanal 28 ist dazu gegenüberliegend an dem Aufbaurahmen 5 ausgebildet, und ein Dichtungsring 70, der den ringförmigen Kanal 28 umgibt, ist zwischen dem Aufbaurahmen 5 und dem Gegenlager 20 vorgesehen.
Ein Ausstoßrohr 31 ist an dem äußeren Umfangsteil einer oberen Endwand des oberen geschlossenen Gehäuses 1a angebracht, und ein Glasabschluß 88 für die Verbindung des Motors 3 mit einer Energiequelle ist im Zentrum der oberen Endwand vorgesehen.
Eine dünne Öltrenneinrichtung 89, die an dem oberen geschlossenen Gehäuse 1a angebracht ist, unterteilt die Fläche, einschließlich der Ausstoßleitung 31, des Glasabschlusses 88 und die den Motor 3 einschließende Fläche, und sie ist mit einer zentralen Durchbohrung 90 versehen.
Ein Ölsumpf 34 an der Ausstoßkammer unter der Motorkammer 6 ist so tief, daß der Boden davon bis zu dem stillstehen den Wirbelelement 15e heranreicht, das unter dem Aufbaurahmen 5 ist. Der Sumpf 34 ist mit dem oberen Teil der Motorkammer 6 durch einen Kühlungsdurchlaß 35, der durch Ausschneiden eines Teils der äußeren Umfangsoberfläche des Stators 3b des Motors ausgebildet ist, verbunden. Der Ölsumpf 34 an der Ausstoßkammer ist auch mit dem ringförmigen Kanal 28 durch eine Ölbohrung 38d verbunden, die an dem Aufbaurahmen 5 ausgebildet ist. Er ist auch mit einer Gegendruckkammer 39 an der Wirbelspirale 18, an der der Oldham-Ring 24 angeordnet ist, verbunden durch eine Ölbohrung 38b, die teilweise höher als der Ölstand in dem Sumpf 34 und höher als ein schmaler Zwischenraum an dem gleiten den Teil des unteren Lagers 11 und auch höher als ein Ölkanal (nicht dargestellt) an dem gleitenden Teil des Hauptlagers 12 ist. Er ist auch verbunden mit dem exzentrischen Lagerraum 36 durch einen Ölkanal 40a, der an dem exzentrischen Lager 14 vorgesehen ist.
Die Ölbohrung 38b, die in dem Aufbaurahmen 5 ausgebildet ist, ist auch mit einem spiralförmigen Ölkanal 41 verbunden, der vorgesehen ist an der Oberfläche des unteren Lagers 4a, das zu dem obereren Lager 11 für die Antriebswelle 4 gehört. Der spiralförmige Ölkanal 41 ist so gewunden, daß er einen Schraubenpumpbetrieb verursacht, der die Viskosität von Schmieröl nutzt, wenn die Antriebswelle 4 normal rotiert, wobei das Ende des Kanals 41 auf halber Höhe an dem oberen Lager 4a ausgebildet ist.
Eine Rotationsunwucht, die durch das Gewicht des exzentrischen Wandteils an dem unteren Ende der Antriebswelle 4, eine gewisse Wandexzentrizität und das Gewicht der Wirbelspirale 18 verursacht wird, wird durch Ausgleichsgewichte 75 und 76 eliminiert, die an den oberen und unteren Enden des Rotors 3a angebracht sind.
Eine zweite Verdichtungskammer 5lb und ein äußerer Umfangsraum 37, die beide nicht mit der Saugkammer 17 und der an der zweiten Verdichtungskammer 51b offenen Auslaßöffnung 16 verbunden sind, sind aber mit einem Einspritzdurchlaß 55 verbunden, der eine Ölbohrung 38c und eine Einspritzbohrung 52b mit geringerem Durchmesser aufweist, die an der Wicklungshaltescheibe 18c der Wirbelspirale 18 vorgesehen ist. An der Ölbohrung 38c ist ein Ölzufuhrdurchlaß- Regelventil 91 angebracht, das den Ölzufuhrdurchlaß in Abhängigkeit von der Wirbelgeschwindigkeit der Wirbelspirale 18 schaltet und das mit einer Rückschlagventilfunktion, wie in den Figuren 7 bis 12 dargestellt, versehen ist.
Das Rückschlagventil 91 besitzt einen Ventilkörper 93, der an einer abgestuften zylindrischen Bohrung 92 mit einem kleineren Durchmesser an der Ölbohrung 38c angebracht ist, einen Kolben 94, der in einer einen größeren Durchmesser aufweisen den zylindrischen Bohrung 92a an der Ölbohrung 38c angebracht ist, eine schraubenfeder 95 zum Vorspannen des Kolbens 94 und eine Stellschraube 97 zum Stoppen der Bewegung der Schraubenfeder 95. Die Stellschraube 97 ist im Zentrum mit einem Öldurchlaß 96 versehen.
Der Ventilkörper 93, der aus Teflon oder keramischen Materialien mit leichtem spezifischem Gewicht hergestellt ist, ist an dem äußeren Umfang mit sich längs erstreckenden Durchgangskanälen 93a versehen, um leicht in der Bohrung 92 kleineren Durchmessers hin und her bewegbar zu sein. Der Kolben 94, der aus einem Material wie Messing von großem spezifischen Gewicht hergestellt ist, ist an dem zentralen Teil mit einem Durchlaß 98a und an dem äußeren Umfangsteil mit einem umfangskanal 98c und einem Durchlaß 98b, der mit dem Durchlaß 98a und dem Umfangskanal 98c verbunden ist, versehen.
Die Schraubenfeder 95 ist aus einem Material hergestellt, das Formerinnerungseigenschaften hat, derart, daß sich die Feder zusammenzieht, wenn ihre Temperatur einen vorgegebenen Wert (z.B. 130ºC) überschreitet und sich ausdehnt, wenn ihre Temperatur sich erniedrigt.
An der Wicklungshaltescheibe 18c der Wirbelspirale 18 ist eine Bypassbohrung 99 kleineren Durchmessers vorgesehen, die mit der Saugkammer 17 und der Bohrung 92a größeren Durchmessers verbunden ist. Die Bypassbohrung 99 ist offen oder in der stationären Position des Kolbens 94 verschlossen.
Figur 13 zeigt die charakteristischen Kurven für Druckveränderungen von gasförmigem Kältemittel von einem Saugvorgang zu einem Ausstoßvorgang bei dem oben genannten Spiralverdichter, worin die Abszisse einen Drehwinkel der Antriebswelle 4 repräsentiert und die Ordinate einen Kältemitteldruck, um eine Druckvariation des gasförmigen Kältemittels in dem Saug-, Verdichtungs- und Ausstoßvorgang darzustellen. Die durchgezogene Linie 62 zeigt eine Druckänderung während des Betriebs unter Normaldruck, und die gestrichelte Linie 63 zeigt eine Druckänderung mit ab normalen Druckerhöhungen.
Figur 14 zeigt die charakteristischen Kurven der Druckänderung an einem festen Punkt für jede Verdichtungskammer, worin die Abszisse einen Drehwinkel der Antriebswelle 4 und die Ordinate den Kältemitteldruck zeigen. Die durchgezogene Linie 64 zeigt eine Druckänderung bei den offenen Positionen der Einspritzbohrungen 52a und 52b an den zweiten Verdichtungskammern 51a und 5lb, die nicht mit der Ausstoßkammer 2 und der Saugkammer 17 verbunden sind. Die gestrichelte Line 65 zeigt eine Druckänderung an den festen Punkten der ersten Verdichtungskammern 61a und 61b (siehe Figur 9), die mit der Saugkammer 17 verbunden sind. Die punktstrichlierte Linie 66 zeigt eine Druckänderung an den festen Punkten der dritten Verdichtungskammern 60a und 60b, die mit der Ausstoßkammer 2 verbunden sind. Die doppelt gepunktet und strichlierte Linie 67 zeigt eine Druckänderung bei den festen Punkten zwischen den ersten Verdichtungskammern 61a und 61b und den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b, und die gestrichelte Doppellinie 68 zeigt eine Druckänderung in der Gegendruckkammer 39.
Die Figuren 15 und 16 zeigen jeweils andere Spiralverdichter mit unterschiedlichen Akkumulatorkammern. Die Gas-Flüssigkeits-Trennungskammer 84a einer Akkumulatorkammer 46a in Figur 15 ist in eine Flüssigkeitssammelkammer 84a und eine Saugkammer 46a&sub1; unterteilt durch eine Teilungswand 82b, die an der inneren Wand einer wärmeisolierenden Bedeckung 82a aus Kunststoff mit guten Isoliereigenschaften angeordnet ist. Das obere Ende der Teilungswand 82b erstreckt sich höher als das untere Ende der Saugführungsbohrung 86a, die an dem Ablenkblech bzw. der Ablenkplatte 83a vorgesehen ist. Daher strömt das flüssige Kältemittel, das von der Saugleitung 47 einströmt und nicht verdampft ist nicht in die Saugführungsbohrung 86a.
Eine Akkumulatorkammer 46b in Figur 16 ist so gestaftet, daß die Kammer 84a in Figur 15 in zwei Kammern unterteilt ist durch eine Teilungswand 83b&sub1;, die sich von dem Ablenkblech bzw. der Ablenkplatte 83b nach unten erstreckt, wodurch der Durchlaß für das Einlaßkältemittel lang wird und das Gas-Flüssigkeits-Kältemittelgemisch, das durch die Akkumulatorkammer 46b strömt eine niedrige Temperatur aufweist, so daß es für einen Verdichter für Kälteerzeugungszyklen geeignet ist, der bei Bedingungen geringerer Kälteemittelverdampfung in der Akkumulatorkammer 46b betrieben wird.
Nachstehend wird die Betriebsweise des Spiralverdichters gemäß der Erfindung, der wie oben erwähnt konstruiert ist, erklärt.
In den Figuren 1 bis 16 rotiert die Wirbelspirale 18 über einen dazugehörigen Kurbeltrieb um die Hauptwelle an der Antriebswelle 4 des Motors 3. Aber der parallele Führungsteil 24b an dem Oldham-Ring 24 steht in Eingriff mit dem Schlitz 71 an der Wirbelspirale 18 und die geraden Teile 25 stehen in Eingriff mit den geraden Teilen an dem Gegenlager 20, das an seiner Rotation gehindert wird, so daß die Rotation blockiert und die Umlaufbewegung ausgeführt wird, um zusammen mit der stillstehenden Spirale 15 das Volumen der Verdichtungskammer zu verändern, und Saug- und Verdichtungsschritte auf das Kältemittelgas auszuüben.
Das Einlaßkältemittel aus Gas-Flüssigkeitsgemisch, einschließlich Schmieröl von dem Kälteerzeugungskreis, der mit dem Verdichter verbunden ist, strömt von der Saugleitung 47 zu der Akkumulatorkammer 46, kollidiert mit dem Ablenkblech 83 und wird in Gas- und Flüssigkeitsanteile getrennt durch eine Gewichtsdifferenz zwischen dem Gas und der Flüssigkeit oder durch Trägheit, wenn sich die Richtung ändert. Das flüssige Kältemittel wird dann an dem Boden der Akkumulatorkammer 46 gesammelt.
Die Wärme der Motorkammer 6, die zu dem unteren geschlossenen Gehäuse 1b durch das obere geschlossene Gehäuse 1a übertragen wird, ist isoliert durch die wärmeisolierende Abdeckung 82 und das Ablenkblech 83, das wärmeisolierende Eigenschaften hat, wodurch die Wärmeübertragung zu dem Einlaßkältemittel vermindert wird.
Kollisionsgeräusche oder Vibrationen, die verursacht werden, wenn das Kältemittel in die Akkumulatorkammer 46 strömt und mit einer inneren Wand oder dergleichen kollidiert, werden abgeschirmt oder absorbiert durch die wärmeisolierende Abdeckung 82.
Das abgetrennte Einlaßgas strömt durch die Saugführungsbohrung 86, den Einlaßdurchlaß 85 und die Saugbohrung 43 in die Saugkammer 17 und wird in der Verdichtungskammer durch die ersten Verdichtungskammern 61a und 61b eingeschlossen, die zwischen der Wirbelspirale 18 und der stillstehenden Spirale 15 gebildet sind und wird hintereinander zu den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b transferiert, die immer einen geschlossenen Raum bilden und zu den drittenVerdichtungskammern 60a und 60b, wobei das Gas von der zentralen Auslaßöffnung 16 durch den Auslaßdurchlaß 80 gegen eine vorspannende Kraft des Rückschlagventils 50 zu der Motorkammer 6 ausgestoßen wird.
Da das Kältemittelgas in der Verdichtungskammer komprimiert wird, wölbt ein Differenzdruck zwischen dem Druck bei der Verdichtungskammer und dem der Akkumulatorkammer 46 die Füllplatte 15b an der stillstehen den Spirale 15 in Richtung auf die Akkumulatorkammer 46 zu, wobei die Wölbung an dem zentralen Teil der Füllplatte 15b größer und an dem äußeren, peripheren Teil kleiner ist. Dadurch wird der axiale Zwischenraum der Verdichtungskammer, die an dem zentralen Teil verformt und festgelegt ist, korrigiert, so daß er an dem zentralen Teil und dem äußeren, peripheren Teil gleichmäßig verläuft.
Die zentralen Teile der stillstehenden Spiralwicklung 15a und der Wirbelspiralwicklung 18a weisen eine höhere Temperatur und eine größere Expansion als deren jeweiligen äußeren, peripheren Teile auf. Als ein Ergebnis wird der axiale Zwischenraum bei der Verdichtungskammer an dem zentralen Teil schmal und an dem äußeren, peripheren Teil weit, wodurch die Leckage von verdichtetem Kältemittelgas an dem zentralen Teil, wo die Druckdifferenz zwischen den Verdichtungskammern groß ist, reduziert wird.
Das ausgestoßene Kältemittelgas, das schräg einwärts von dem äußersten Ende der Ausstoßgasführung 81 ausgestoßen wird, trifft auf den Rotor 3a an dem Motor 3 und auf das Ausgleichsgewicht 75 und wird verteilt. Es strömt in einen oberen Raum der Motorkammer 6, während es den Motor 3 durch den Kühlungsdurchlaß 35 an der äußeren Peripherie des Stators 3b kühlt, nachdem es zwischen den Windungen des unteren Wicklungsendes 30a an dem Motor 3 passiert ist. Es wird, nachdem es wieder seine Strömungsrichtung einwärts geändert hat, von der Auslaßleitung 31 an dem äußeren, peripheren Teil durch eine gestanzte Bohrung 90 bei dem Zentrum zu dem externen Kälteerzeugungskreis geliefert.
Zu dieser Zeit wird schmieröl in dem Ausstoß-Kältemittelgas, das teilweise an den Oberflächen von vielen Windungen an dem Motorwicklungsende sitzt, von dem Kältemittelgas getrennt und in dem Sumpf 34 an der Ausstoßkammer gesammelt.
Das Schmieröl an dem Boden des Sumpfes 34 bildet einen dichtenden Ölfilm gegen Leckage des Hochdruck-Käftemittelgases der Motorkammer 6 durch die Befestigungsfläche, bei der die Füllplatte 15b der stillstehenden Spirale 15 und die Teilungseinlage 79 ineinander im Schrumpfsitz eingepaßt sind. Es strömt in die Gegendruckkammer 39 durch den Vorgang, der weiter unten diskutiert wird, um den Druck der Gegendruckkammer schrittweise zu erhöhen. Der Gegendruck spannt die Wicklungshaltescheibe 18c an der Wirbelspirale 18 vor, damit sie mit der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 in Kontakt kommt, wodurch der axiale Zwischenraum bei der Kompressionskammer eliminiert wird, um sie abzudichten, und das Einlaß-Kältemfttelgas effizient komprimiert wird, um den sicheren Betrieb fortführen zu können.
Da die stillstehende Spirale 15 aus einer Aluminiumlegierung einen größeren thermischen Expansionskoeffizienten besitzt als die Teilungseinlage 79 aus Eisen, steigt die Einspannkraft durch die Schrumpfeinpassung der Teilungseinlage 79 mit einer Erhöhung der Temperatur, wenn der Verdichter arbeitet, wodurch weiterhin Leckage von Hochruck-Kältemittelgas von der Motorkammer 6 zu der Akkumulatorkammer 46 reduziert wird. Der Druck des komprimierten Kältemittelgases verhindert auch, daß die Verdichtungskammer sich in Richtung auf die Akkumulatorkammer 46 zu wölbt, wodurch der axiale Zwischenraum an der Kompressionskammer vergrößert werden würde. Bei dem ersten Start des Verdichters bei der Kälteerzeugung aus dem Zustand, bei dem der Druck in dem Verdichter ausgeglichen ist und flüssiges Kältemittel sowohl in der Verdichtungskammer als auch in der Akkumulatorkammer 46 existiert, beaufschlagt der Druck des komprimierten Kältemittels in der Verdichtungskammer die Wirbelspirale 18 mit einer Druckkraft in die Gegenrichtung zu der Auslaßöffnung 16. Aber da der Gegendruck, der zum Vorspannen benötigt wird, an der rückseitigen Oberfläche der Wirbelspirale 18 nicht erzeugt wird, hebt die Wirbelspirale 18 von der stillstehenden Spirale 15 ab und ist zu dem Gegenlager 20 abgestützt. Zu dieser Zeit wird ein Zwischenraum von ungefähr 0.015 bis 0.020mm axial von der Verdichtungskammer erzeugt. Als ein Ergebnis verringert sich der Druck in der Verdichtungskammer zeitweise und die Kompressionslast bei dem ersten Start wird reduziert.
Zusätzlich hängt die anfängliche Stütz kraft des Gegenlagers 20 zum Abstützen der Wirbelspirale 18, wie unten diskutiert, von einer elastischen Kraft eines Dichtungsrings 70 und einer Hilfsfedereinrichtung (bspw. in der Beschreibung der US-A-3,600,114) ab.
Falls Flüssigkeitskompression in der Verdichtungskammer erfolgt, wodurch der Druck in der Verdichtungskammer augenblicklich abnormal erhöht wird, ist die Druck kraft, die auf die Wirbelspirale 18 wirkt, größer als die Vorspann kraft, die auf die rückwärtige Oberfläche der Wirbelspirale 18 wirkt, so daß die Wirbelspirale 18 sich axial bewegt, die Wicklungshaltescheibe 18c der Wirbelspirale 18 von der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 abhebt, so daß sie an dem Gegenlager 20 abgestützt ist und die Abdichtung für die Verdichtungskammer nachläßt, um den Druck in der Verdichtungskammer und die Kompressionslast zu verringern.
Das Schmieröl in dem Sumpf 34 wird von der Ölbohrung 38b eingelassen und zu dem Gegenlager 13 durch Schraubpumpen des spiralförmigen Ölkanals 41, der an der Oberfläche der oberen Welle 4a an der Antriebswelle 4 vorgesehen ist, geführt, so daß, wenn das Schmieröl den feinen Lagerzwischenraum bzw. -spalt an dem Ende der oberen Welle 4a passiert, der Dichtvorgang des Ölfilms die Atmosphäre des Ausstoß-Kältemittelgases in der Motorkammer 6 von dem oberen, seitlichen Raum des oberen Lagers 10 abschirmt.
Das Schmieröl, einschließlich des gelösten Ausstoß-Kältemittelgases wird, wenn es den Zwischenraum an dem unteren Lager 11 passiert, dekomprimiert auf einen Zwischendruck zwischen dem Ausstoßdruck und dem Saugdruck, strömt in die Gegendruckkammer 39 und strömt danach in den äußeren, peripheren Raum 37 durch den ölkanal 40a an dem exzentrischen Lager 14, den exzentrischen Lagerraum 36 und die sich durch die Wirbelspirale 18 erstreckende Ölbohrung 38, während es schrittweise de komprimiert wird.
Andererseits, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 4 unter der eingestellten Drehzahl (z.B. 6.000 Umdrehungen/min.) liegt - da eine an dem Kolben 94 erzeugte Zentrifugalkraft, die auf einer Wirbelbewegung der Wirbelspirale 18 beruht, kleiner ist als die Vorspannkraft der Schraubenfeder 95 - ist die Endfläche des Kolbens 94, wie in Figur 10 gezeigt, in stationärem Kontakt mit der Bodenoberfläche der zylindrischen Bohrung 92a größeren Durchmessers, so daß der zylindrische Kanal 98c, der mit dem Durchlaß 98a verbunden ist, nicht mit der Bypassbohrung 99 an der Wicklungshaltescheibe 18c verbunden ist. Durch die gestufte zylindrische Bohrung 92a kleineren Durchmessers, den longitudinalen Kanal 93a an dem Ventilkörper 93 und die Einspritzbohrungen 52a und 52b schmaleren Durchmessers ist der Kanal 98c aber mit den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b verbunden, die weder mit der Auslaßöffnung 16 noch mit der Saugkammer 17 verbunden sind.
Daher strömt das Schmieröl in dem äußeren, peripheren Raum 37 durch den Öldurchlaß 96 an der Wicklungshaltescheibe 18c, die Ölbohrung 38c und die Einspritzbohrungen 52a und 52b kleineren Durchmessers in die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b, die nicht mit der Auslaßöffnung 16 und der Saugkammer 17 verbunden sind, wodurch die jeweiligen Gleitoberflächen auf dem Weg des Öldurchlasses geschmiert werden.
Das in die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b eingespritzte Schmieröl wird mit Schmieröl zusammengeführt, das zusammen mit dem Einlaß-Kältemittelgas in die Verdichtungskammer strömt, wodurch der feine Zwischenraum bzw. -spalt zwischen den benachbarten Verdichtungskammern durch einen Ölfilm abgedichtet wird, so daß Leckage des komprimierten Kältemittelgases verhindert wird, und es wird dann wieder in die Motorkammer 6 durch die Auslaßöffnung 16 ausgestoßen, während es die jeweiligen gleitenden Oberflächen schmiert.
Da der Sumpf 34 an der Ausstoßkammer mit dem ringförmigen Kanal 28 und dem Entlastungszwischenraum 27 verbunden ist, wird das Gegenlager 20 durch den Gegendruck vorgespannt, um gegen die Endfläche von Abstandshalter 21 anzustoßen. Die Wicklungshaltescheibe 18c an der Wirbelspirale 18 gleitet weich unter Einhaltung des feinen Zwischenraums zwischen dem Gegenlager 20 und der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15. Der Zwischenraum zwischen der Endfläche der stillstehen den Spiralwicklung 15a und der Wicklungshaltescheibe 18c und der Zwischenraum zwischen der Endfläche der Wirbelspirale 18a und der Füllplatte 15b werden genauestens eingehalten, wodurch eine Gasleckage zwischen den benachbarten Verdichtungskammern reduziert wird.
Die Öffnungen der Einspritzbohrungen 52a und 52b an den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b, wie in Figur 14 dargestellt, variieren im Druck, wobei der Druck schneller ansteigt als der Gegendruck 68, der dem Druck in der Motorkammer 6 folgend varriert, aber im Mittel niedriger ist. Daher strömt das Schmieröl von der Gegendruckkammer 39 intermittierend in die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b. Das komprimierte Kältemittelgas in den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b, deren Druck augenblicklich höher ist als der Druck 68 in der Gegendruckkammer, wenn der Verdichter normal arbeitet, wird auch an den Einspritzbohrungen 52a und 52b schmaleren Durchmessers dekomprimiert, wodurch ein augenblickliches Gegen strömen von Öl zu der Ölbohrung 38c reduziert wird, so daß der Druck in der Ölbohrung 38c nicht höher ist als der Druck 68 in der Gegendruckkammer.
Während der ersten Stufe des Anfahrens des Verdichters wird die Wirbelspirale 18 durch die elastische Kraft des Dichtungsrings 70 oder der Federeinrichtung durch das Gegenlager 20 gehalten. Aber das Schmieröl, das zu der Gegendruckkammer 39 nach dem Stabilisieren des Verdichters geführt wird, bringt die Vorspann kraft von mittlerem Druck auf die Wirbelspirale 18 auf, um die Wicklungshaltescheibe 18c gegen die Gleitoberfläche zu der Füllplatte 15b zu bringen und dichtet durch einen Ölfilm, wodurch die Verbindung zwischen dem äußeren Umfangsraum 37 und der Saugkammer 17 abgeschnitten wird. Das Schmieröl in der Gegendruckkammer 39 befindet sich zwischen einem Zwischenraum zwischen den gleiten den Oberflächen des Gegenlagers 20 und der Wicklungshaltescheibe 18c, um den Zwischenraum (etwa 0.015 bis 0.020mm) abzudichten.
Der Schmieröldruck in der Gegendruckkammer 39 wölbt die Wicklungshaltescheibe 18c an der Wirbelspirale 18 in Richtung auf die Verdichtungskammer zu, so daß, wie bei der stillstehenden Spirale 15, der axiale Zwischenraum im Zentrum der Verdichtungskammer begrenzt wird, wodurch Leckage des komprimierten Kältemittelgases zwischen den Verdichtungskammern reduziert wird.
Wie in den Figuren 13 und 14 zu sehen ist, ist für eine Weile nach dem Start des Verdichters zur Kälteerzeugung der Druck der Motorkammer 6 niedriger als der in den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b, und das unter Druck stehende Kältemittelgas wird in umgekehrter Richtung zu der Gegendruckkammer 39 durch das Rückschlagventil 91 strömen. Dennoch, wie in Figur 10 dargestellt, blockiert der Rückschlagvorgang des Ventilkörpers 93 den Rückfluß in Richtung auf den peripheren Raum 37, und das Schmieröl in dem Sumpf 34 wird unter Differenzdruck zu der Gegendruckkammer 39 und den Umfangsraum 37 gefördert.
Eine Weile nach dem Verdichterstart ist der Druck des Schmieröls an dem Umfangsraum 37 niedrig. Deshalb strömt das auf dem Weg zur Verdichtung befindliche Kältemittelgas in umgekehrter Richtung von den Einspritzbohrungen 52a und 52b zu der gestuften zylindrischen Bohrung 92 kleineren Durchmessers. Der Ventilkörper 93 bewegt sich in Richtung des Umfangsraums 37 in den Zustand des Schließens der Endfläche des Kolbens 94 gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 95, so daß die Schraubenfeder 95 bis etwa zum zusammengedrückten Zustand zusammengedrückt und gestoppt wird, wodurch der zylindrische Kanal 98c mit der Bypassbohrung 99 kleineren Durchmessers verbunden ist. Daher wird das komprimierte Kältemittelgas daran gehindert, in umgekehrter Richtung von den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b zu dem Umfangsraum 37 zu strömen, und der Umfangsraum 37 ist mit der Saugkammer 17 verbunden. Als ein Ergebnis strömt das Schmieröl in dem Sumpf 34 der Ausstoßkammer nacheinander durch die Gegendruckkammer 39 und den äußeren Umfangsraum 37 in die Saugkammer 17, wodurch die gleitenden Teile auf dem Weg der Ölzufuhr geschmiert werden.
Danach steigt der Schmieröldruck in dem Umfangsraum 21, wenn sich der Druck bei der Motorkammer 6 erhöht, und der Ventilkörper 93 bewegt sich in die in Figur 9 gezeigte Position durch einen Differenzdruck zu der gestuften Bohrung 92 kleineren Durchmessers, wobei das Schmieröl von den Einspritzbohrungen 52a und 52b zu den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b eingespritzt wird, wodurch der Durchlaß zu der Saugkammer 17 abgeschnitten wird.
Wenn der Druck in der Verdichtungskammer bis zu einem Extrem ansteigt, weil der Druck des Einlaß-Kältemittelgases sehr hoch ist gerade nach dem Start des Verdichters und ein Verdichtungsverhältnis des Spiralverdichters konstant ist oder wenn abnormale Flüssigkeitskompression erfolgt, hebt die Wirbelspirale 18, wie oben erwähnt, von der stillstehenden Spirale 15 ab, um gegen das Gegenlager 20 abgestützt zu sein. Dennoch, das Gegenlager 20, das durch Gegendruck vorgespannt ist, kann keine Drucklast aufnehmen, die durch abnormal steigenden Druck in der Verdichtungskammer verursacht ist, um auf die Wirbelspirale 18 zu wirken und bewegt sich rückwärts in die Richtung eines Reduzierens des Entlastungszwischenraums 27, wodurch der axiale Zwischenraum zwischen der Wirbelspirale 18 und der stillstehenden Spirale 15 vergrößert wird. Deshalb wird viel Leckage zwischen den Verdichtungskammern erzeugt, die den Druck in der Verdichtungskammer rasch erniedrigt, und nachdem die Kompressionslast reduziert ist, wird das Gegenlager 20 unverzüglich wieder in die Ausgangslage zurückgeführt, so daß der Druck in den Gegendruckkammern 39 nicht erniedrigt wird und ein sicherer Betrieb fortgesetzt werden kann.
Wenn ein fremdes Objekt in dem axialen Zwischenraum zwischen der Wirbelspirale 18 und der stillstehenden Spirale 15 festsitzt, bewegt sich das Gegenlager 20 in der gleichen Weise wie oben erwähnt nach hinten, um das fremde 0bjekt zu entfernen.
Auch wenn eine augenblickliche Flüssigkeitskompression während des anfänglichen Startens oder während des normalen Betriebs erfolgt, verursacht der Druck in der Verdichtungskammer einen abnormalen Druckanstieg und eine exzessive Kompression, wie durch die gestrichelte Linie 63 in Figur 13 dargestellt ist, aber da das Volumen des Hochdruckraums, der mit der Saugöffnung 16 verbunden ist, groß ist, ist der Druckanstieg an der Motorkammer 6 extrem gering.
Die gestufte zylindrische Bohrung 92 geringeren Durchmessers, verbunden mit den zweiten Verdichtungskammer 52a und 52b durch die Flüssigkeitskompression, steigt abnormal im Druck, aber der Absperrvorgang des Rückschlagventils 93 ist zwischen dem äußeren, peripheren Raum 37 und der gestuft zylindrischen Bohrung 92 geringeren Durchmessers abgeschnitten. Daher wird der Druck in der Gegendruckkammer 39 nicht verändert und die Gegendruck-Vorspannkraft, die an der rückwärtigen Oberfläche des Gegenlagers 20 wirkt, wird nicht verändert. Als ein Ergebnis bewegt in dem Flüssigkompressionsbetrieb eine exzessive Druckkraft, die auf die Wirbelspirale 18 wirkt, das Gegenlager 20 wie oben erwähnt nach hinten, und der Druck in dem Kompressionsdruck erniedrigt sich, um den normalen Betrieb fortzusetzen.
Da das Gegenlager 20 sich bei der Flüssigkeitskompression nach hinten bewegt, erniedrigt sich der Druck in der Verdichtungskammer bis zur Hälfte, wie durch die strichgepunktete Linie 63a in Figur 13 dargestellt ist.
Der Differenzdruck erniedrigt sich so wie die Leckage von komprimiertem Gas pro Zeiteinheit sich erhöht und die Menge von Öl, die zu der Verdichtungskammer eingespritzt wird, begrenzt wird. Wenn der Verdichter bei hohen Geschwindkeiten betrieben wird (z.B. bei einer Anzahl von Umdrehungen des Motors 3 von 8.000 Umdrehungen/min.), um den Druck in der Gegendruckkammer 39 schrittweise zu erhöhen, wird eine resultierende Kraft von Zentrifugalkräften, die an dem Rückschlagventil 93 und an dem Kolben 94 im Anschluß an eine Wirbelbewegung der Wirbelspirale 18 erzeugt wurden, größer als die Vorspann kraft der Schraubenfeder 95. Das Rückschlagventil 93 und der Kolben 94 bewegen sich gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 95 und stoppen in der in Figur 10 dargestellten Position in der gleichen Weise wie die Erzeugung von Flüssigkeitskompression. Deshalb sind der äußere Umfangsraum 37 und die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b voneinander abgeschnitten, wobei der Umfangsraum 37 mit der Saugkammer 17 verbunden ist. Schmieröl in dem Umfangsraum 37 strömt nicht in die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b, wird aber dekomprimiert, wenn es durch die Bypass-Bohrung 99 gelangt und strömt in die Saugkammer 17. Das Einfließen von Schmieröl in die Saugkammer 17 erniedrigt den Druck der mit dem Umfangsraum 37 verbundenen Gegendruckkammer 39 auf einen geeigneten Gegendruck, so daß die Vorspann kraft der Wirbelspirale 18 zu der stillstehenden Spirale 15 geeignet gehalten wird. Das zusammen mit dem Einlaß- Kältemittelgas in die Saugkammer 17 strömende Schmieröl gelangt in die Verdichtungskammer und wird danach zu der Motorkammer 6 ausgestoßen.
Wenn der Druck in der Gegendruckkammer 39 ab normal steigt, wird Reibungswärme an den gleiten den Oberflächen zwischen der Wicklungshaltescheibe 18c an der Wirbelspirale 18 und der Füllplatte 15b an der stillstehende Spirale 15 erzeugt, und die Schraubenfeder 95 übersteigt eine festgelegte Temperatur, um die Vorspannkraft zu dem Kolben 94 zu schwächen. Als ein Ergebnis bewegt sich der Kolben 94 in Richtung auf die Schraubenfeder 95 in der gleichen Weise wie bei dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Verdichters und stoppt in der in Figur 10 gezeigten Position. Die Saugkammer 17 ist mit dem äußeren Umfangsraum 37 verbunden und der Druck in der Gegendruckkammer 39 erniedrigt sich und kann geeignet gehalten werden.
Nachdem der Verdichter stoppt, verursacht der Druck in der Verdichtungskammer ein gegenläufiges Drehmoment an der Wirbelspirale 18, so daß die Wirbelspirale 18 sich gegenläufig dreht und das Einlaß- Kältemittelgas in Gegenrichtung zu der Einlaßseite strömt. Das Rückschlagventil 50 bewegt sich von der in Figur 1 gezeigten Position der gegensinnigen Strömung des ausgestoßenen Kältemittelgases folgend in Richtung auf die Auslaßöffnung 16 zu und dichtet den Boden der Rückschlagventilbohrung 50a, um die gegensinnige Strömung des ausgestoßenen Kältemittelgases zu blockieren, wodurch die gegenläufige Drehung der Wirbelspirale 18 gestoppt wird und der Raum zwischen dem Saugdurchlaß 42 und dem Gasdurchlaß 80c den Druck an der Saugseite hält.
Wenn der Druck in der Motorkammer 6 sich um ein gewisses Ausmaß erniedrigt, wird Schmieröl in dem Ausstoßkammersumpf 34 infolge des Durchlaßwiderstandes der Ölzufuhrdurchlässe daran gehindert, durch seinen Differenzdruck zu dem äußeren Umfangsraum 37 gefördert zu werden.
Während des Betriebs des Verdichters ist das obere Lager 11 an der stromaufwärtigen Ölzufuhrseite mit dem Ausstoßkammersumpf 34 und an der stromabwärtigen Ölzufuhrseite mit der Gegendruckkammer 39 in Zwischendruckzuständen verbunden, wodurch dazwischen ein Differenzdruck erzeugt wird, der die Antriebswelle 4, die den Rotor 3a des Motors 3 fixiert, in Richtung auf die Wirbelspirale 18 vorspannt. Die Vorspannkraft wird auf den Aufbaurahmen 5 durch das Kugeldrucklager 13 ausgeübt, um die Antriebswelle 4 am Fallen, verursacht durch ein Ungleichgewicht oder eine in einem Bereich des Zwischenraums zwischen dem oberen Lager 10 und dem Hauptlager 12 anliegende Kompressionslast, zu hindern. Dadurch wird ein einseitiger Kontakt des oberen Lagers 10 mit dem Hauptlager 12 verhindert.
Ein Temperaturanstieg zu der Zeit, zu der der Verdichter arbeitet, erlaubt dem Aufbaurahmen 5 aus Aluminiumlegierung thermisch zu expandieren, um die Einlage 8 aus Eisen aufzuweiten, so daß ein enger Kontakt der Einlage 8 mit der inneren Wand des geschlossenen Gehäuses 1 verstärkt wird, wodurch die Steifigkeit verbessert wird.
In dem zuvor erwähnten Beispiel wird das Schmieröl in dem Sumpf 34 zu den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b eingespritzt, kann aber alternativ unter Bedingungen der Verwendung des Verdichters oder anderer Bedingungen in die ersten Kompressionskammern 61a und 61b eingespritzt werden, die mit der Saugkammer 17 verbunden sind.
Ferner wird in dem zuvor erwähnten Beispiel Schmieröl in dem Sumpf 34 in dem Entlastungszwischenraum bzw. -spalt 27 und den ringförmigen Kanal 28 geführt, der an der Rückseite des Gegenlagers 20 vorgesehen ist, aber das Zwischen druck-Kältemittelgas kann alternativ von dem ausgestoßenen Kältemittelgas in der Motorkammer 6 oder der zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b eingeführt werden.
Ferner ist der Ausstoßdurchlaß 80 mit dem Rückschlagventil 50 versehen, aber es kann in Anbetracht des inneren Volumens des geschlossenen Gehäuses 1 oder der Menge von Schmieröl ein Rückschlagventil von der Art eines Freiventils, das vertikal betätigbar ist, zwischen der Saugkammer 17 und der Saugbohrung 43 vorgesehen sein.
Ein Saugdurchlaß 85 ist zwischen der Saugführung 86 und der Saugbohrung 43 vorgesehen. Aber die Saugbohrung 43 kann direkt mit der Saugführung 86 verbunden sein.
Ferner ist die Einlage 8 im Schrumpfsitz zu der äußeren Peripherie der stillstehenden Spirale 15 eingepaßt, und die Kontraktionskraft der Einlage 8 drückt den zentralen Teil der stillstehenden Spiralwicklung 15a in Richtung auf die Wirbelspirale 18 zu, so daß der axiale Zwischenraum im Zentrum der Verdichtungskammer im vorhinein eingeschränkt ist. Aber wenn die Einlage 8 nicht im Schrumpfsitz eingepaßt ist oder der Spielraum für die Schrumpfpassung gering ist, können das äußerste Ende der stillstehenden Spiralwicklung 15a oder der Boden des spiralförmigen Kanals vorher hergestellt werden durch die gleiche Methode wie oben erwähnt.
Wie durch das Vorstehende ersichtlich, ist der Spiralverdichter gemäß dem oben erwähnten Beispiel wie folgt konstruiert: Die Wirbelspirale 18 steht in Eingriff mit dem stillstehenden Spiralelement 15e, das die stillstehende Spirale 15 und die dazu schrumpfeingepaßte Teilungseinlage 79 aufweist. In dem geschlossenen Gehäuse 1 aus Eisen ist der Spiralverdichtungsmechanismus untergebracht, in dem der Oldham-Ring 24, der ein Rotations-Blockierteil für die Wirbelspirale 18 ist, zwischen der Wirbelspirale 18 und dem Aufbaurahmen 5 angeordnet ist, der die Antriebswelle 4 hält und das stillstehende Spiralelement 15e dazu fixiert. Das stillstehende Spiralelement 15e, das die stillstehende Spirale 15 aus Aluminiumlegierung aufweist und die dünne, zylindrische Teilungseinlage 79 aus Eisen, die zu der äußeren Peripherie der Füllplatte 15b im Schrumpfsitz eingepaßt ist, teilen das Innere des geschlossenen Behälters 1 in die Motorkammer 6 an der Hochdruckseite und die Akkumulatorkammer 46 an der Niederdruckseite zum Gas- Flüssigkeitstrennen des Einlaß-Kältemittels und zu dessen Speicherung. Die Akkumulatorkammer 46 ist unten und die Motorkammer 6 ist oben angeordnet. In der Motorkammer 6 sind der Ausstoßkammersumpf 34 und die Antriebseinheit angeordnet, die den Motor 3 in Verbindung mit dem Spiralmechanismus, die mit dem Motor 3 verbundene Antriebswelle 4, den die Antriebswelle 4 haltenden Aufbaurahmen 5 und den mit dem Aufbaurahmen 5 in Eingriff bringbaren Oldham-Ring 24 zum Verhindern der Rotation der Wirbelspirale umfaßt. Das stillstehende Spiralelement 15e dient als Teil des Bodens des Sumpfes 34. Demgemäß fließt das Schmieröl, das von dem ausgestoßenenen Kältemittelgas getrennt und mit dem Einlaß-Kältemittelgas komprimiert wurde, das von der Flüssigkeit bei der Akkumulatorkammer 46 zum Verhindern von Flüssigkeitskompression getrennt wurde, nach unten und wird in dem Sumpf 34, der unter dem Rahmen 5 und nahe dem stillstehenden Spiralelement 15e angeordnet ist, gesammelt, ohne einer Verteilung ausgesetzt zu werden, die durch die Strömungsrate des ausgestoßenen Kältemittelgases oder die Rotation des Rotors 3a an dem Motor 3 verursacht wird. Dies gilt auch, wenn der Kompressor bei hohen Geschwindigkeiten arbeitet, wodurch es ermöglicht wird, daß der Ölpegel in zuverlässiger Weise gehalten wird. Deshalb ist die Ölzufuhr zu entweder den Lagergleitteilen oder den Verdichtungskammern ständig möglich, wodurch Verschleiß an dem Gleitteil, eine Reduktion von Reibung und ein Abdichten des Zwischenraums zwischen den Verdichtungskammern durch einen Ölfilm ermöglicht werden. Dadurch wird ein Verdichter mit hervorragender Haltbarkeit der gleiten den Teile und hohem Verdichtungswirkungsgrad geschaffen. Ferner wird der zwischen dem stillstehenden Spiralelement 15e und dem äußeren, peripheren Teil des Aufbaurahmens 5 gebildete Raum genutzt, so daß der zum Speichern von Schmieröl benötigte Sumpf 34 in der Tiefe vergrößert werden kann, die Motorkammer 6 in der Höhe reduzierbar ist und der Verdichter miniaturisiert werden kann. Auch ist, da der Verdichtungsmechanismus, die Akkumulatorkammer 46 und der Ausstoßkammersumpf 34 in dem unteren Teil des Verdichters angeordnet sind, der Schwerpunkt des Verdichters nach unten verlagert, und die Radialvibration (Rollen) an dem oberen Teil des Verdichters ist reduziert.
Da das stillstehende Spiralelement 15e, das die Akkumulatorkammer 46 bildet, und die innere Wand des unteren, geschlossenen Gehäuses 1b durch eine wärmeisolierende Abdeckung 82 aus Kunststoff bedeckt sind, die mit einer wärmeisolierenden und schallisolierenden Eigenschaft ausgestattet ist durch ein Ablenkblech 83, kann die Wärmeübertragung von dem unteren, geschlossenen Gehäuse 1b und der Motorkammer 6, die auf eine hohe Temperatur erwärmt wurde, durch Wärme von dem oberen, geschlossenen Gehäuse 1a, das durch Wärme von dem komprimierten Kältemittelgas erwärmt wurde, dem Gleitteil und dem Motor 3 und auch die Wärmeübertragung von dem stillstehen den Wirbelelement 15e, das durch Wärme von der Verdichtungskammer erwärmt wurde, abgeschnitten werden durch die wärmeisolierende Abdeckung 82 und das Ablenkblech 83, wodurch das Erwärmen der Einlaßkältemittelflüssigkeit reduziert und ein Verringern der Kompressionseffizienz verhindert werden. Demgemäß ist es möglich, das Einlaß-Kältemittel in seine Gas- und Flüssigkeitsanteile zu trennen und die Akkumulatorkammer 46 mit einer Speicherfunktion in das geschlossene Gehäuse 1 aufzunehmen, wodurch die äußeren Abmaße des Verdichters reduziert werden.
Mit einem herkömmlichen Verdichter, der einen davon getrennten Akkumulator hat, werden die Resonanz des Akkumulators und die Vibrationen des mit dem Verdichter verbundenen Leitungswerks, die der Vibration des Verdichters folgen, erzeugt. Aber sie werden nicht erzeugt in dem Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung, so daß es ermöglicht wird, daß die Vibrationen und Geräusche bei dem den Kälteerzeugungskreis bildenden Apparat reduziert werden.
Da die wärmeisolierende Abdeckung 82 und das Ablenkblech 83 weiches Material aufweisen, haben beide eine niedrige spezifische Frequenz und eine schalldämmende Funktion. Weder Kollisionsgeräusche des Einlaß- Kältemittelgases, das in die Akkumulatorkammer 46 strömt und gegen deren innere Wand stößt, noch Expansionsgeräusche, die zu der Zeit erzeugt werden, wenn die Gas-Flüssigkeitstrennung ausgeführt wird, werden zu der Außenseite des Verdichters übertragen. Insbesondere ist der Spiralverdichter von Hause aus ruhig und effektiv schalldämmend konstruiert. Es wird ein extrem ruhiger Spiralverdichter geschaffen.
Da die Akkumulatorkammer 46 an dem Boden des Verdichters und die Gasraumseite für Einlaß-Kältemittel nahe der Hochtemperatur-Motorkammer 6 angeordnet sind und das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand von geringer Dichte eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist das Erwärmen des Einlaß-Kältemittels weiter reduzierbar.
Da die Akkumulatorkammer 46, die mit der Gas-Flüssigkeits-Trennungs- und Speicherungsfunktion versehen ist, einen Einlaßdurchlaß 50 hat, durch den das Einlaß-Kältemittelgas von dem oberen Teil in die Verdichtungskammer gelangt, ist auch selbst während des Stops des Verdichters die Akkumulatorkammer 46 mit flüssigem Kältemittel gefüllt. Es fließt kein Kältemittel in die Verdichtungskammer, wodurch eine Flüssigkeitskompression reduziert wird, wenn der Verdichter startet und die Erzeugung von Vibrationen des Verdichters und abnormale Geräusche verringert werden, so daß die Haltbarkeit des Verdichters verbessert wird.
Ferner werden die Teilungen 82b (82d), 83b1, die von den inneren Wänden der wärmeisolierenden Abdeckungen 82a, (82c) und den Ablenkblechen 83a (83b) abstehen, benutzt, um in der Akkumulatorkammer 46 (46a, 46b), Saugkammern 46a1 (46b1) zur Speicherung für das Einlaß-Kältemittelgas, das in der Gas-Flüssigkeits-Trennkammer separiert wurde, zu bilden, so daß der Einlaß-Kältemitteldurchlaß einfach und lang sein kann, wodurch das von der Saugleitung 47 einströmende Gas-Flüssigkeits-Kältemittelgemisch am Einströmen in die Verdichtungskammer durch den kurzen Kreis gehindert wird, wobei Verdampfung des Einlaß-Kältemittels und eine Reduzierung der Kompressionslast zu erwarten sind.
Ebenso wird der eine Überlast reduzierende Mechanismus eines Verfahrens zur Vergrößerung des axialen Zwischenraums an der Verdichtungskammer bereitgestellt, so daß ein gewisser Flüssigkeitskompressionsbetrieb möglich ist und das Volumen der Akkumulatorkammer 46 reduzierbar ist, um die Gas-Flüssigkeitstrenneffizienz zu verringern. Da eine Wärmeübertragungsoberfläche der Motorkammer 6 oder dergleichen reduzierbar ist, wodurch Wärmeabsorption des Einlaß- Kältemittels reduziert und die Kompressionseffizienz verbessert werden können, wird daher ein Kältemittel-Spiralverdichter mit geringen Abmaßen bereitgestellt.
Das feststehende Wirbelelement 15e umfaßt die stillstehende Spirale 15 aus Aluminiumlegierung, die die Verdichtungskammer zusammen mit der Wirbelspirale 18 bildet, und die Teilungseinlage 79, die im Schrumpfsitz eingepaßt ist zu der äußeren Peripherie der Füllplatte 15b an der rückwärtigen Wirbelspiralseite der stillstehen den Spirale 15 und die aus dem selben Material hergestellt ist, wie das geschlossene Gehäuse 1. Der Steg 79a an der Teilungseinlage 79 und das geschlossene Gehäuse 1 sind verschweißt, um abgedichtet zu sein, wodurch sie einen Teil der Akkumulatorkammer 46 bilden, so daß das geschlossene Gehäuse 1 in seinem Inneren unterteilt sein kann in eine Hochdruck-Motorkammer 6, die Teilungseinlage 79 und die Niederdruck-Akkumulatorkammer 46 in Kontakt mit der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 durch die Verwendung von einfachen Strukturmaterialien, wodurch der Verdichter preiswert in der Herstellung ist und eine hohe Haltbarkeit hinsichtlich der dichten den Teilung aufweist. Deshalb kann der Kältemittel-Spiralverdichter, der mit der Akkumulatorkammer 46 und der stillstehenden Spirale 15 benachbart dazu versehen ist, bei extrem hoher Zuverlässigkeit preiswert produziert werden.
Die Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 ist in Richtung auf die Verdichtungskammer zu gekrümmt durch die Kontraktionskraft des geschlossenen Gehäuses 1, wenn es mit dem Steg 79a an der Einlage 79 angeschweißt ist und die Kraft des Schrumpfsitzes der Teilungseinlage 79, wodurch der axiale Zwischenraum im zusammengebauten Zustand gering gehalten werden kann. In solch einem Zustand arbeitet der Kältemittel-Spiralverdichter so, daß das Zentrum der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 in Richtung auf die Akkumulatorkammer 46 zu gezwungen wird durch eine Differenz zwischen dem Druck des komprimierten Kältemittels und dem Einlaßdruck in der Akkumulatorkammer 46. Es wird verhindert, daß die axialen Zwischenräume im Zentrum und an der äußeren Peripherie der Verdichtungskammer sich ausweiten, um einen geeigneten Zwischenraum an der Verdichtungskammer einzuhalten, wodurch die Leckage des komprimierten Kältemittelgases reduziert und eine Verringerung der Kompressionseffizienz verhindert werden.
Ferner kann der Spielraum der Schrumpfpassung der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 und der Teilungseinlage 79 erhöht werden, um die zusammenhaltende Kraft der Einlage 79 zu erhöhen, wodurch die stillstehende Spirale 15 in ihrer Krümmung größer ist, wenn die stillstehende Spirale 15 zusammengebaut ist, um den axialen Zwischenraum an dem Zentrum der Verdichtungskammer zu begrenzen und die Leckage des komprimierten Kältemittelgases extrem zu reduzieren, wodurch die Kompressionseffizienz verbessert wird.
Da die stillstehende Spirale 15 aus Aluminiumlegierung hergestellt und ihr thermischer Expansionskoeffizient größer ist als der der Einlage 79 aus weichem Eisen und der des geschlossenen Gehäuses 1 aus dem gleichen Material, expandiert, als Resultat eines Temperaturanstiegs in Folge von Kompressionswärme oder Reibungswärme, wenn der Verdichter arbeitet, die Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 mehr als die Einlage 79, wobei die Einlage 79 im Röhrendurchmesser expandiert wird, um den Kontaktflächendruck des schrumpfeingepaßten Teils zu erhöhen und die Leckage von komprimiertem Kältemittelgas in der Motorkammer 6 zu der Akkumulatorkammer 46 durch die schrumpfeingepaßte Oberfläche zu reduzieren. Die Oberfläche der stillstehenden Spirale 15 aus Aluminiumlegierung ist weicher als die der Einlage 79, wodurch es leicht ist, die stillstehende Spirale 15 und die Einlage 79 in engen gegenseitigen Kontakt zu bringen, so daß die Leckage des komprimierten Kältemittelgases durch die schrumpfeingepaßte Oberfläche weiterhin reduzierbar ist. Da der Durchmesser der äußeren Peripherie der Füllplatte 15b an der stillstehenden Spirale 15 an der Akkumulatorkammer 46 kleiner ist als der an der Seite der Motorkammer 6, sitzt die Einlage 79 im Preßsitz zu der äußeren Peripherie an der Seite der Akkumulatorkammer 46, so daß der Differenzdruck zwischen der Motorkammer 6 und der Akkumulatorkammer 46 oder der zwischen der Verdichtungskammer und der Akkumulatorkammer 46 die stillstehende Spirale 15 daran hindert, sich von der Teilungseinlage 79 zu lösen, wodurch die Zuverlässigkeit der Schrumpfeinpassung gesteigert werden kann.
Das stillstehende Spiralelement 15e umfaßt die stillstehende Spirale 15 und die Teilungseinlage 79, die wie oben erwähnt, konstruiert sind. Der Steg 79a an der Einlage 79 und das geschlossene Gehäuse 1 sind in einer dichten Weise verschweißt. Das geschlossene Gehäuse 1 in seinem Inneren, wie oben erwähnt, unterteilt in die Motorkammer 6, die Einlage 79 und die Akkumulatorkammer 46. Die Motorkammer 6, die auch als die Ausstoßkammer dient, ist an dem oberen Teil und die Akkumulatorkammer 46 ist an der Niederdruckseite an dem unteren Teil des geschlossenen Gehäuses 1 angeordnet, wobei das Schmieröl, das von dem ausgestoßenen Kältemittelgas an der Motorkammer 6 getrennt ist, an dem Boden davon gesammelt werden kann und dazu verwendet wird, die schrumpfeingepaßten Oberflächen der stillstehenden Spirale 15 und der Einlage 79 mittels eines Ölfilms zu dichten, so daß das ausgestoßene Kältemittelgas in der Motorkammer 6 daran gehindert werden kann, in die Akkumulatorkammer 46 durch die schrumpfeingepaßte Oberfläche zu lecken.
Das geschlossene Gehäuse 1 ist in seinem Inneren unterteilt in die Motorkammer 6 an der Hochdruckseite und die Akkumulatorkammer 46 an der Niederdruckseite durch das stillstehende Spiralelement 15e. Der Aufbaurahmen 5 hält die Antriebswelle 4 und fixiert das stillstehende Spiralelement 15e. Der Aufbaurahmen 5 und das geschlossene Gehäuse 1 sind durch die Einlage 8 aneinander befestigt, wodurch die Steifheit des zentralen Teils des geschlossenen Gehäuses 1 gesteigert wird und die Vibrationen der dünnen Wand des geschlossenen Gehäuses 1 durch Ausstoßpulse in dem Raum der Ausstoßseite (d.h. der Motorkammer 6) und die Erzeugung eines dem Puls folgenden Geräusches durch Unterteilung des geschlossenen Gehäuses 1 beschränkt werden
Das geschlossene Gehäuse 1 ist in seinem inneren unterteilt durch das stillstehende Spiralelement 15e in die Motorkammer 6 und die Akkumulatorkammer 56, die verschweißt sind, um abgedichtet zu sein. Zu der äußersten Peripherie des Aufbaurahmens 5, der zu dem stillstehenden Spiralelement 15e fixiert ist, ist die Einlage 8 aus einem dünnen Zylinder aus dem gleichen Material wie das geschlossene Gehäuse 1 im Preßsitz befestigt. Die äußere Peripherie der Einlage 8 und das geschlossene Gehäuse 1 sind aneinander geschweißt. Dadurch wird, selbst wenn eine beachtliche Temperaturdifferenz zwischen dem Verdichtungsmechanismus und dem geschlossenen Gehäuse erzeugt wird, ein geeigneter Schlupf zwischen der Einlage 8 und dem Aufbaurahmen 5 erzeugt, wodurch die Erzeugung von Spannungen, die der thermischen Expansion des Verdichtungsmechanismus und des geschlossenen Gehäuse 1 folgen, verhindert wird. Das geschlossene Gehäuse 1 hält den Verdichtungsmechanismus zu dem stillstehenden Spiralelement und dem Aufbaurahmen, um eine Verschiebung des Verdichtungsmechanisinus zu verhindern, wodurch niedrige Vibrationen und niedrige Geräusche bei dem Verdichter zu erwarten sind.
Der Ausstoßkammerölsumpf 34 und die Verdichtungskammer sind miteinander durch den Ölzufuhr-Durchlaß verbunden, der einen beschränkten Durchlaß des feinen axialen Zwischenraums oder der Einspritzbohrung 52a oder 52b hat. Bei einem Teil des Ölzufuhr-Durchlasses ist die Ölbohrung 38b vorgesehen, deren Weg höher liegt als der Ölpegel bei dem Ausstoßkammerölsumpf 34. Demgemäß neigt das Schmieröl in dem Sumpf 34 über der Verdichtungskammer während des Stops des Verdichters dazu, aufgrund seines Gewichts durch die Einspritzbohrung 52a und 52b in die Verdichtung zu strömen, aber das Öl wird durch den oberen Durchlaß 38b blockiert, der höher liegt als der Ölpegel des Sumpfes 34, wodurch das Hineinfließen des Schmieröls verhindert wird. Deshalb ist es möglich, Flüssigkeitskompression zu der Zeit zu verhindern, wenn der Verdichter startet, der Start nicht möglich ist, bei einem Zusammenbruch oder bei einem Herunterfahren des Verdichters.
Wo das oben erwähnte Beispiel den Betrieb eines Kältemittel-Verdichters alleine offenbart, ist der gleiche, obige Effekt bei einem Gasverdichter für Sauerstoff oder Stickstoff zu erwarten, bei dem Schmieröl, eine Kältemittelpumpe oder Flüssigkeitspumpe, bspw. eine Hydraulikpumpe, verwendet werden.
Wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, ist der Verdichter nach der Erfindung so konstruiert, daß der Spiralverdichtungsmechanismus in einem geschlossenen Behälter untergebracht ist. Der geschlossene Behälter ist durch das stillstehende Spiralelement unterteilt in die Hochdruckkammer und die Niederdruckkammer, in der das Einlaßfluid in seine Gas- und Flüssigbestandteile getrennt und gespeichert wird. Die Niederdruckkammer ist an dem unteren Teil des Behälters und die Hochdruckkammer ist an dem oberen Teil des Behälters angeordnet. Die Antriebseinheit in Verbindung mit dem Wirbelverdichtungsmechanismus und der Schmierölsumpf sind in der Hochdruckkammer angeordnet, und das stillstehende Spiralelement dient auch als Teil des Bodens des Schmierölsumpfes, so daß das Schmieröl, das getrennt wurde von dem Ausstoßgas zu der Hochdruckkammer und komprimiert wurde zusammen mit dem Einlaßgas, das von der Flüssigkeit bei der Niederdruckkammer zum Verhindern von Flüssigkeitskompression getrennt wurde, nicht einer Diffusion unterzogen wird, die durch eine Strömungsrate des Ausstoßgases oder eine Hochgeschwindigkeitsrotation des Rotors an der Antriebseinheit verursacht wird, selbst wenn der Verdichter bei hohen Geschwindigkeiten betrieben wird. Das Schmieröl wird an dem Boden des Schmierölsumpfes gesammelt, wodurch der Ölpegel in zuverlässiger Weise eingehalten wird. Deshalb ist eine Ölzuführung zu dem Lagergleitteil in Verbindung mit dem Wirbelverdichtungsmechanismus und der Verdichtungskammer immer möglich, wodurch der Verschleiß an dem Gleitteil verhindert werden kann, seine Reibung reduzierbar ist, und der Zwischenraum an der Verdichtungskammer durch eine Ölfilmwirkung gedichtet werden kann. Daher kann ein in der Haltbarkeit seines Gleitteils und seiner Kompressionseffizienz hervorragender Verdichter hergestellt werden. Ebenso kann der für die Speicherung des Öls notwendige Schmierölsumpf in seiner Tiefe größer sein, wobei der Raum so wie der an der äußeren Peripherie des stillstehenden Spiralelements genutzt wird, wodurch es ermöglicht wird, die Hochdruckkammer in ihrer Höhe zu reduzieren und den Verdichter in geringen Abmaßen zu halten.
Ferner liegt, da der Verdichtungsmechanismus, die Niederdruckkammer und der Schmierölsumpf in dem unteren Tei]. des Verdichters angeordnet sind, der Schwerpunkt des Verdichters niedrig, und die Radialvibrationen (Rollen) an dem oberen Teil des Verdichters sind reduzierbar.
Ein Spielraum für die Preßeinpassung der Füllplatte und der Einlage wird vergrößert, und die zusammenhaftende Kraft der Einlage wird erhöht, um eine krümmende Deformation zu der Zeit zu vergrößern, wenn die stillstehende Spirale zusammengebaut wird, und der axiale Zwischenraum an dem zentralen Teil dem Verdichtungskammer ist beschränkt, um die Leckage von komprimiertem Fluid signifikant zu reduzieren, wodurch eine Verbesserung in der Kompressionseffizienz zu erwarten ist. Daher kann ein Spiralverdichter, der mit Gas-Flüssigkeitstrennung und Speicherung von Einlaßfluid versehen ist, preiswert hergestellt und in seiner Kompressionseffizienz verbessert werden.
Das Aufbaurahmenelement, das die Antriebswelle für den Spiralverdichtungsmechanismus hält, und das an dem stillstehenden Spiralelement befestigt ist, ist an dem geschlossenen Behälter befestigt, wodurch die Steifheit erhöht wird. Demzufolge können Vibrationen der dünnen Wand des geschlossenen Gehäuses durch Ausstoßpulse in der Hochdruckkammer, die beschränkt ist durch Unterteilung in die Hoch- und die Niederdruckkammer in dem geschlossenen Behälter und die Erzeugung von Geräuschen, die den Vibrationen folgt, reduziert werden.
Ferner umfaßt das Aufbaurahmenelement die Einlage aus einem dünnen Zylinder, der aus dem gleichen Material wie der geschlossene Behälter hergestellt und an dessen äußersten Peripherie angeordnet ist. Die äußere Peripherie der Einlage und des geschlossenen Behälters sind verschweißt, so daß selbst wenn eine erhebliche Temperaturdifferenz zwischen dem Verdichtungsmechanismus und dem geschlossenen Behälter erzeugt wird, ein angemessener Schlupf zwischen der Einlage und dem Aufbaurahmen erzeugt wird, um die Erzeugung von Spannungen, die einer thermischen Expansion an dem Verdichtungsmechanismus und dem geschlossenen Behälter folgen, zu verhindern. Daneben hält der geschlossene Behälter den Kompressionsmechanismus durch zwei Teile des stillstehenden Spiralelements und des Aufbaurahmens, wodurch eine Verschiebung des Verdichtungsmechanismus verhindert wird und niedrige Vibrationen und niedrige Geräusche des Verdichters zu erwarten sind.
Verschiedene andere Modifikationen sind offensichtlich und können von dem Fachmann leicht abgeleitet werden. Demzufolge ist die Tragweite der Patentansprüche nicht auf die vorstehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels beschränkt, vielmehr erstrecken sich die Ansprüche auf alle neuen, patentierbaren Merkmale, die in der vorliegenden Erfindung begründet sind, einschließlich aller Äquivalente dazu.

Claims

1. Spiralverdichter mit

a) einem geschlossenen Behälter (1) mit einer an dem unteren Teil des Behälters (1) angeordneten Niederdruckkammer (46) und mit einer an dem oberen Teil des Behälters (1) angeordneten Hochdruckkammer (6),

b) einem Antrieb (3), der an der Hochdruckkammer (6) angeordnet und

c) einem in dem Behälter (1) untergebrachten Spiralverdichtungsmechanismus zugeordnet ist, wobei

c1) eine Wirbelspiralwicklung (18a) auf einer wicklungshaltescheibe (18c), die Teil einer Wirbeispirale (18) ist, in schwingendem und rotierendem Eingriff mit einer spirälförmigen zweiten Spiralwicklung (15a) steht, die an einer Oberfläche einer Füllplatte (15b), die Teil eines zweiten Spiralelements (15e) ist, ausgebildet ist,

c2) eine Auslaßöffnung (16) an dem zentralen Teil der zweiten Spiralwicklung (15a) oder der Wirbelspiralwicklung (18a) vorgesehen ist,

c3) ein Spiralverdichtungsraum zwischen den beiden Spiralen (15, 18) ausgebildet ist, der in eine Mehrzahl von Verdichtungsskammern (51a, 51b, 60a, 60b, 61a, 61b) geteilt ist, die kontinuierlich von der Saugseite zu der Auslaßseite wandern, und mit

d) einem Schmierölsumpf (34), der an der Hochdruckkammer (6) angeordnet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

e) der Behälter (1) wird durch das zweite Spiralelement (15e), das stillsteht und als Teil der Bodenfläche des Schmierölsumpfes (34) dient, in die Niederdruck- und Hochdruckkammern (46, 6) geteilt;

f) Einlaßfluid wird in der Niederdruckkammer (46) gas-flüssigkeits-getrennt und gespeichert;

g) eine Saugkammer (17) ist außerhalb der stillstehenden Spiralwicklung (15a) vorgesehen; und

h) ein Rotations-Blockierteil (24) für die Wirbelspirale (18) ist zwischen der Wirbelspirale (18) und einem stillstehenden Element (5) angeordnet, um den Spiralverdichtungsmechanismus zum Wirbeln der Wirbelspirale (18) zum Verdichten von Fluid zu bilden.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, bei dem ein Hauptteil eines inneren Wandtells (1b), das die Niederdruckkammer (46) bildet, durch ein Element (83) von niedriger Eigenfrequenz abgedeckt ist, wobei das Element (83) aus einem weichen Material mit geringem spezifischen Gewicht hergestellt ist und sowohl wärme- als auch schallisolierende Eigenschaften besitzt.

3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, bei dem die Niederdruckkammer (46) einen Saugdurchlaß (85) hat, durch den das Fluid aus dem oberen Teil der Niederdruckkammer (46) in die Verdichtungskammer (61a, 61b) gelangt.

4. Spiralverdichter nach Anspruch 3, bei dem das Element (88), das die innere Wand der Niederdruckkammer (46) abdeckt, deren Inneres in einen Gas-Flüssigkeits- Trennraum (84, 84a, 84b) oder einen Aufnahmeraum (84, 84a, 84b) für das Einlaßfluid und einen Durchlaß (85) für das Einlaßgas aufteilt.

5. Spiralverdichter nach Anspruch 1, bei dem das stillstehende Spiralelement (15e) eine stillstehende Spirale (15), die zusammen mit der Wirbelspirale (18) die Verdichtungskammer bildet, und eine Einlage (79) umfaßt, wobei die Einlage (79) im Preßsitz an dem äußeren, Umfangsbereich der Füllplatte (15b) an der umgekehrten Wirbelspiralseite der stillstehenden Spirale (15) befestigt und in einem Zylinder mit einer dünnen Wand ausgebildet ist, dessen Material das gleiche wie das des Behälters (1) ist, und wobei der äußere, Umfangsbereich der Einlage (79) und der Behälter (1) verschweißt sind, um abgedichtet und aneinander befestigt zu sein.

6. Spiralverdichter nach Anspruch 5, bei dem die stillstehende Spirale (15) aus einer Substanz besteht, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient größer ist als die der Einlage (79) und des Behälters (1).

7. Spiralverdichter nach Anspruch 5 oder 6, bei dem ein Durchmesser des äußeren Umfangsbereiches an der Niederdruckkammerseite der stillstehenden Spirale (15) kleiner ist als der an seiner Hochdruckseite, so daß die Einlage (79) in dem äußeren Umfangsbereich an der Niederdruckkammerseite in Preßpassung sitzt.

8. Spiralverdichter nach Anspruch 1, bei dem das Aufbaurahmenelement (5), das eine Antriebswelle (4) des Spiralverdichtungsmechanismus hält und an dem stillstehenden Spiralelement (15e) befestigt ist, an dem Behälter (1) befestigt ist.

9. Spiralverdichter nach Anspruch 8, bei dem das Aufbaurahmenelement (5) an seiner äußersten Peripherie eine Einlage (8) aus einem Zylinder mit einer dünnen Wand aufweist, dessen Material das gleiche wie das des Behälters (1) ist, wobei die äußere Peripherie der Einlage (8) zur Befestigung an dem geschlossenen Behälter (1) verschweißt ist.

10. Spiralverdichter nach Anspruch 2, bei dem der Schmierölsumpf (34) mit der Verdichtungskammer durch einen ÖIzuführdurchlaß (38b), der einen Beschränkungsdurchlaß hat, verbunden ist, wobei ein Teil des Ölzufuhrdurchlasses (38b) eine Strecke besitzt, die höher als der Ölpegel an dem Schmierölsumpf (34) angeordnet ist.