DE60025556T2

DE60025556T2 - Kolbenverdichtergehäuse

Info

Publication number: DE60025556T2
Application number: DE60025556T
Authority: DE
Inventors: K. K. Toyoda Jid. Seisakusho Yoshiyuki Kariya-shi Aichi-ken Nakane; K. K. Toyoda Jid. Seisakusho Shinya Kariya-shi Aichi-ken Yamamoto
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: EP1088992A3; US6347927B1; JP2001099058A; EP1088992B1; EP1088992A2; DE60025556D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter und betrifft im Besonderen einen Kolbenverdichter, der eine verbesserte Dichtleistung zwischen einer Saugkammer und einer Ausstoßkammer aufweist, um interne Leckage zu vermindern. Der erfindungsgemäße Kolbenverdichter kann vorteilhaft in einer Kühleinrichtung, z.B. in einem Fahrzeugklimagerät, Anwendung finden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Als ein Kolbenverdichter (im Folgenden einfach "Verdichter" genannt), der für eine Kühleinrichtung in einem Fahrzeugklimagerät verwendet wird, ist ein Verdichter bekannt, der einen Zylinderblock mit darin gebildeten Zylinderbohrungen und ein Gehäuse mit einer darin gebildeten Saugkammer und Ausstoßkammer, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, umfasst.
Bei diesem Verdichter bewegt sich der Kolben in der Zylinderbohrung hin und her, wodurch ein von außen in die Saugkammer zurückgeführtes Niederdruckkühlmittel in die Zylinderbohrung gesaugt und verdichtet und sodann als Hochdruckkühlmittel in die Ausstoßkammer ausgestoßen wird.
Bei diesem Verdichter tritt bei nicht ausreichender Dichtleistung zwischen der Saugkammer und der Ausstoßkammer, d.h. bei nicht ausreichender Dichtleistung an der Endfläche der Trennwand, die die Saugkammer und die Ausstoßkammer voneinander trennt, eine interne Leckage auf, wobei das Hochdruckkühlmittel durch den Spalt an der Endfläche der Trennwand von der Ausstoßkammer in die Saugkammer leckt, wenn das in der Zylinderbohrung verdichtete Hochdruckkühlmittel in die Ausstoßkammer ausgestoßen wird, was zu einem Leistungsabfall des Verdichters führt.
Besonders deutlich sichtbar wird das oben erwähnte Problem bei einer Kühleinrichtung (im Folgenden geeignet als "Kühleinrichtung mit superkritischem Zyklus" bezeichnet), die so arbeitet, dass der Druck der Hochdruckseite (Ausstoßdruck des Verdichters) in einem geschlossenen Kreislauf, welcher die Kühleinrichtung bildet, ein superkritischer Druck des Kühlmittels wird.
Das heißt, bei einem Verdichter in der Kühleinrichtung mit superkritischem Zyklus, wie z.B. in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 8-110104 offenbart, wird das Kühlmittelgas bis zu einem Druck komprimiert, der den superkritischen Druck des Kühlmittels überschreitet. Wenn zum Beispiel Kohlendioxid, dessen kritischer Druck ca. 7,35 MPa beträgt, als Kühlmittel verwendet wird, komprimiert der Verdichter das Kühlmittelgas bis zu einem Druck von ca. 10 MPa. Bei Verwendung eines Kühlmittels vom Freon-Typ als Kühlmittel oder, anders ausgedrückt, in einer Kühleinrichtung (im Folgenden geeignet als "Kühleinrichtung mit subkritischem Zyklus" bezeichnet), die so arbeitet, dass sowohl der Ausstoßdruck als auch der Saugdruck kleiner sind als der kritische Druck des Kühlmittels, beträgt der Ausstoßdruck des Verdichters ca. 1 bis ca. 3 MPa. Somit ist der Ausstoßdruck des Verdichters in der Kühleinrichtung mit superkritischem Zyklus viel höher als der der Kühleinrichtung mit subkritischem Zyklus. Bei dem Verdichter der Kühleinrichtung mit superkritischem Zyklus besteht daher die Neigung zum Auftreten des Problems der internen Leckage, weil der Ausstoßdruck hoch ist.
Aus der US-A-3 861 829 ist ein Kolbenverdichter bekannt, umfassend einen Zylinderblock und ein an den Zylinderblock gefügtes Gehäuse. Das Gehäuse weist eine Trennwand auf, um das Innere des Gehäuses in eine Saugkammer und eine Ausstoßkammer zu teilen, die in Fluidverbindung mit Zylinderbohrungen des Zylinderblocks stehen. In den Zylinderbohrungen sind Kolben hin- und herbeweglich angeordnet, und durch die Verwendung eines Kompressionsmechanismus werden die Kolben zu einer Hin- und Herbewegung in den Zylinderbohrungen veranlasst. Der Zylinderblock und das Gehäuse sind mittels Bolzen, die entsprechende Durchgangslöcher des Gehäuses passieren und sich in den Zylinderblock hinein erstrecken, aneinander befestigt. Die Köpfe der Bolzen sind an der Hinterseite des Gehäuses angeordnet, d.h. außerhalb des Gehäuses. Es besteht daher die Gefahr, dass Hochdruckkühlmittel durch die Bolzen und Durchgangslöcher zur Außenseite des Verdichters leckt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf den im Vorstehenden erwähnten Sachverhalt gemacht, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Verminderung einer internen Leckage durch Verbesserung der Dichtleistung zwischen einer Saugkammer und einer Ausstoßkammer und in der Unterdrückung eines durch interne Leckage verursachten Leistungsabfalls des Verdichters.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Kolbenverdichter bereitgestellt, umfassend: einen Zylinderblock mit Zylinderbohrungen; ein Gehäuse, welches an den Zylinderblock gefügt ist und ein Inneres und eine Trennwand aufweist, um das Innere in eine Saugkammer und eine Ausstoßkammer zu teilen; Kolben, welche hin- und herbeweglich in den Zylinderbohrungen angeordnet sind; eine drehbare Antriebswelle; einen Kompressionsmechanismus, der mit der Welle drehbar ist, um die Kolben zu einer Hin- und Herbewegung in den Zylinderbohrungen zu veranlassen, so dass ein Niederdruckkühlmittel von der Saugkammer in die Zylinderbohrungen gesaugt wird und ein Hochdruckkühlmittel von den Zylinderbohrungen in die Ausstoßkammer ausgestoßen wird; und Bolzen, welche sich in der Trennwand des Gehäuses erstrecken, um den Zylinderblock und das Gehäuse aneinander zu befestigen, wobei das Gehäuse ein vorderes Gehäuse, welches an einer Vorderseite des Zylinderblocks gefügt ist und die Antriebswelle drehbeweglich hält, und ein hinteres Gehäuse, welches an einer Hinterseite des Zylinderblocks gefügt ist und die Trennwand aufweist, umfasst, wobei das vordere Gehäuse und der Zylinderblock in sich eine Kur belkammer bilden, wobei jeder der Bolzen einen Kopf, der an dem Zylinderblock in der Kurbelkammer angeordnet ist, und ein mit Gewinde versehenes Ende, welches mit einem korrespondierenden Gewindeloch in der Trennwand des hinteren Gehäuses in Eingriff steht, aufweist.
Bei diesem Verdichter sind der Zylinderblock und das Gehäuse durch Bolzen, die sich in der Trennwand des Gehäuses erstrecken, aneinander befestigt. Die Befestigungskraft der Bolzen wird also direkt auf die Trennwand ausgeübt, wodurch die Endfläche der Trennwand des Gehäuses zuverlässig an den Zylinderblock gedrückt werden kann. Dies verbessert die Dichtleistung an der Endfläche der Trennwand und damit die Dichtleistung zwischen der Saugkammer und der Ausstoßkammer, die durch die Trennwand voneinander getrennt sind. Dies vermindert eine interne Leckage, wobei das Hochdruckkühlmittel durch die Endfläche der Trennwand in die Saugkammer fließt, wenn es in der Zylinderbohrung durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung verdichtet und in die Ausstoßkammer ausgestoßen wird. Dies wiederum unterdrückt einen durch interne Leckage verursachten Leistungsabfall des Verdichters.
Die Dichtleistung an der Endfläche der Trennwand kann weiter verbessert werden durch Bolzen, die sich in der Trennwand des Gehäuses erstrecken, so dass die interne Leckage sogar ohne die Verwendung einer Dichtung an der Endfläche des Gehäuses vermindert werden kann.
Weil sich bei diesem Verdichter die Köpfe der Bolzen in der Kurbelkammer befinden, verbleibt das Hochdruckkühlmittel, welches durch Bolzen und Bolzenlöcher aus der Ausstoßkammer lecken könnte, in der Kurbelkammer, die im Wesentlichen einen geschlossenen Raum darstellt, und leckt nicht zur Außenseite des Verdichters. Daher kommt es selbst dann, wenn Dichtungen zum Aufrechterhalten der Abdichtung zwischen den Bolzen und den Bolzenlöchern weggelassen werden, nicht zu einer Leckage des Hochdruckkühlmittels von der Ausstoßkammer zur Außenseite des Verdichters. Durch Weglassen der Dichtungen wird es möglich, die Kosten zu senken.
Vorzugsweise ist die Trennwand in Ringform ausgestaltet, wobei die Ausstoßkammer innerhalb der Trennwand gebildet ist, wobei die Saugkammer außerhalb der Trennwand gebildet ist.
Bei diesem Verdichter ist die Ausstoßkammer innerhalb der Trennwand gebildet, die durch Bolzen zuverlässig gedichtet ist, so dass eine Leckage des Hochdruckkühlmittels in der Ausstoßkammer durch die Trennwand zur Außenseite verhindert und damit nicht nur eine interne Leckage unterdrückt wird, sondern auch eine Leckage des Hochdruckkühlmittels zur Außenseite des Verdichters zuverlässig verhindert wird. Dies ermöglicht es, nicht nur die Dichtung wegzulassen, welche die Abdichtung an der Fläche, wo der Zylinderblock und das Gehäuse aneinander stoßen, aufrechterhält, sondern gegebenenfalls auch die Bolzen wegzulassen, die zur Aufrechterhaltung der Abdichtung zwischen den äußeren peripheren Seitenwänden des Zylinderblocks und des Gehäuses verwendet werden. Durch Weglassen dieser Teile wird es möglich, die Kosten zu senken.
Vorzugsweise ist der Kolben ein einfachwirkender Kolben und der Kompressionsmechanismus, umfassend eine von der Antriebswelle gehaltene Taumelscheibe, ist in der Kurbelkammer angeordnet, so dass die Taumelscheibe bezüglich der Antriebswelle geneigt und mit der Antriebswelle drehbar ist.
Vorzugsweise ist der Verdichter dazu ausgebildet, das Kühlmittel bei einem superkritischen Druck des Kühlmittels auszustoßen.
Vorzugsweise ist der Verdichter dazu ausgebildet, Kohlendioxid als Kühlmittel zu verwenden.
Wenn der Verdichter das Kühlmittel bei einem superkritischen Druck ausstößt, tritt das Problem der internen Leckage wie oben beschrieben gern auf. Diesbezüglich wird bei dem vorliegenden Verdichter wie oben beschrieben die interne Leckage unterdrückt durch Verbessern der Dichtleistung zwischen der durch die Trennwand voneinander getrennten Saugkammer und Ausstoßkammer mittels Bolzen, die sich in der Trennwand des Gehäuses erstrecken. Auch wenn der Verdichter das Kühlmittel bei dem superkritischen Druck ausstößt, ist es daher möglich, einen durch die interne Leckage verursachten Leistungsabfall des Verdichters zu unterdrücken.
Vorzugsweise umfasst der Verdichter ferner eine Ventilplatte zwischen dem Zylinderblock und dem hinteren Gehäuse, wobei die Bolzen sich durch die Ventilplatte hindurch erstrecken.
Vorzugsweise weist die Trennwand dicke Wandbereiche entlang ihrer Ringform auf, wobei die Gewindelöcher in den dicken Wandbereichen angeordnet sind.
Vorzugsweise umfasst der Verdichter ferner einen zweiten Satz von Bolzen, welche sich von dem vorderen Gehäuse zu dem hinteren Gehäuse erstrecken, um das vordere Gehäuse, den Zylinderblock und das hintere Gehäuse miteinander zu verbinden.
Vorzugsweise ist der erste Satz Bolzen in einer ersten Winkelteilung angeordnet, während der zweite Satz Bolzen in einer zweiten, mit der ersten Winkelteilung identischen Winkelteilung auf der radial außenliegenden Seite des ersten Satzes von Bolzen angeordnet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte zeichnerische Darstellung näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Verdichters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 einen Querschnitt des Verdichters von 1 entlang der Linie II-II von 1.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Der in 1 gezeigte Verdichter 1 wird in einer Kühleinrichtung für ein Fahrzeugklimagerät verwendet, welche als Kühleinrichtung mit superkritischem Zyklus aufgebaut ist. Das heißt, die Kühleinrichtung umfasst einen geschlos senen Kreislauf, wobei ein Verdichter 1, ein Gaskühler als Wärmestrahlungs-Wärmetauscher (nicht gezeigt), ein Expansionsventil als Drosselmittel, ein Verdampfer als Wärmetauscher zur Wärmeabsorption und ein Sammler als Gas-Flüssigkeits-Abscheider in Serie miteinander verbunden sind, und wobei der Ausstoßdruck des Verdichters (Druck der Hochdruckseite des Kreislaufs) ein superkritischer Druck des durch den Kreislauf zirkulierenden Kühlmittels ist. Als Kühlmittel wird Kohlendioxid (CO₂) verwendet. Neben Kohlendioxid (CO₂) kann Ethylen (C₂H₄), Diboran (B₂H₆), Ethan (C₂H₆) oder Stickstoffoxid als Kühlmittel verwendet werden.
Bei diesem Verdichter 1 ist ein vorderes Gehäuse 11 mit dem vorderen Ende eines Zylinderblocks 10 verbunden, und ein hinteres Gehäuse 13 ist mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 10 über eine sandwichartig dazwischen angeordnete Ventilplatte 12 verbunden. Eine Kurbelkammer 14, welche von dem vorderen Gehäuse 11 und dem Zylinderblock 10 gebildet wird, nimmt eine Antriebswelle 15 auf, deren eines Ende sich über das vordere Gehäuse 11 hinaus erstreckt und an einem Anker einer elektromagnetischen Kupplung (nicht gezeigt) gesichert ist. Die Antriebswelle 15 ist von einer Wellendichtungsvorrichtung 16 und von Radiallagern 17 und 18, welche in dem vorderen Gehäuse 11 und in dem Zylinderblock 10 bereitgestellt sind, drehbar gehalten. Ein Drucklager 19 und eine Feder 20 sind zwischen dem anderen Ende der Antriebswelle 15 und der Ventilplatte 12 angeordnet.
In der Kurbelkammer 14 ist ein Drehstützglied 21 an der Antriebswelle 15 gesichert, und ein Drucklager ist zwischen dem vorderen Gehäuse 11 und dem Glied 21 angeordnet, so dass das Glied synchron mit der Antriebswelle 15 drehbar ist. Das Drehstützglied 21 weist ein Paar Stützarme 21a (von denen einer gezeigt ist) im hinteren Bereich seines peripheren Randes auf. Die Arme 21a weisen jeweils Führungslöcher 21b auf. Die Antriebswelle 15 hält eine Taumelscheibe 22, so dass diese in Axialrichtung der Antriebswelle 15 neigbar und gleitbeweglich ist. Die Taumelscheibe 22 ist mit einem Kopplungsstück 22a versehen, und an dem Ende des Kopplungsstücks 22a sind ein Paar von Führungsstiften 22b angebracht. Die Führungsstifte 22b greifen in die entsprechenden Führungslöcher 21b des Drehstützgliedes 21, und die Führungslöcher 21 führen die Neigung der Taumelscheibe 22 durch den Führungs stift 22b. Aufgrund der Führungswirkung und der Haltewirkung der Antriebswelle 15 schwingt die Taumelscheibe 22 in der Richtung der Antriebswelle 15 und rotiert synchron mit der Antriebswelle 15.
Es sind fünf Zylinderbohrungen 10a in dem Zylinderblock 10 in Positionen um die Antriebswelle 15 herum bereitgestellt, und einfachwirkende Kolben 23 sind in den Zylinderbohrungen 10a hin- und herbeweglich aufgenommen. Ein Paar von vorderen und hinteren Schuhen 24 und 24 sind zwischen einem Halsbereich 23a des Kolbens 23 und der Taumelscheibe 22 angeordnet. Die Rotationsbewegung der Taumelscheibe 22, die von der Antriebswelle 15 so gehalten wird, dass sie synchron mit ihr rotiert und sich in einem vorgegebenen Winkel neigt, wird via Schuhe 24 und 24 in eine hin- und hergehende Bewegung des Kolben 23 umgewandelt, so dass der Kolben 23 eine Hin- und Herbewegung in der Zylinderbohrung 10a ausführt.
Das hintere Gehäuse 13 weist eine Trennwand 27 auf, um das Innere des hinteren Gehäuses in eine Saugkammer 25 und eine Ausstoßkammer 26 zu unterteilen. Die Saugkammer 25 ist außerhalb der Trennwand 27 gebildet und die Ausstoßkammer 26 ist innerhalb der Trennwand 27 gebildet. Die Saugkammer 25 steht mit Kompressionskammern 10b der Zylinderbohrungen 10a über in der Ventilplatte 12 gebildete Saugöffnungen 12a in Verbindung, und die Ausstoßkammer 26 steht mit den Kompressionskammern 10b der Zylinderbohrungen 10a über in der Ventilplatte 12 gebildete Ausstoßöffnungen 12b in Verbindung. Jede Saugöffnung 12a wird durch ein entsprechendes Saugventil 35 geöffnet und geschlossen, bei dem es sich um ein Reed-Ventil handelt, das an der Ventilplatte 12 angebracht ist, und jedes Ausstoßventil 12b wird durch ein entsprechendes Ausstoßventil 28 geöffnet und geschlossen, bei dem es sich ebenfalls um ein Reed-Ventil handelt, welches an der Ventilplatte 12 angebracht ist. Die Saugkammer 25 ist über eine Leitung mit einem Sammler verbunden, der Teil eines Kühlkreislaufs der Kühleinrichtung ist, und die Ausstoßkammer 26 ist über eine Leitung mit einem Gaskühler verbunden, der Teil des Kühlkreislaufes der Kühleinrichtung ist.
In dem Zylinderblock 10, der Ventilplatte 12 und dem hinteren Gehäuse 13 sind ein Abzugskanal 29 zur Verbindung der Kurbelkammer 14 mit der Saug kammer 25 und Zuführkanäle 30a und 30b, die als Steuerkanäle zur Verbindung der Kurbelkammer 14 mit der Ausstoßkammer 26 arbeiten, gebildet. In dem hinteren Gehäuse 13 ist ein Steuerventil 40 zwischen den Zuführkanälen 30a und 30b bereitgestellt.
Das Steuerventil 40 umfasst ein Solenoid 41 und einen Ventilmechanismus 42. Das Solenoid 41 umfasst eine Spule 41a, einen festen Eisenkern 41b, einen beweglichen Eisenkern 41c, eine Antriebsstange 41d, die an dem beweglichen Eisenkern 41c gesichert ist, und eine Feder 41e. Der Ventilmechanismus 42 umfasst einen Rahmen 42c mit einem Ventilloch 42a und einer Öffnung 42b, einen Ventilkörper 42e, der in einer Ventilkammer 42d in dem Rahmen 42c gehalten wird, und eine Feder 42f zum Halten des Ventilkörpers 42e. Wenn der Spule 41a ein elektrischer Strom zugeführt wird, wird der bewegliche Eisenkern 41c von dem festen Eisenkern 41b angezogen und zu ihm hin bewegt. Das heißt, die Antriebskraft des Solenoids 41 wird über die Antriebsstange 41d auf den Ventilkörper 42e übertragen, wodurch der Ventilkörper 42e in eine Richtung gedrängt wird, in der das Ventilloch 42a geschlossen wird. Eine Rückstellfeder 41e drängt den beweglichen Eisenkern 41c in eine Richtung, in der er sich von dem festen Eisenkern 41b weg bewegt.
Die Ventilkammer 42d steht über die Öffnung 42b und den Zuführkanal 30a mit der Kurbelkammer 14 in Verbindung und steht über das Ventilloch 42a und den Zuführkanal 30b mit der Ausstoßkammer 26 in Verbindung. Das heißt, wenn der Ventilkörper 42e sich in einer Position befindet, in der das Ventilloch 42a geöffnet ist, wird das Hochdruckkühlmittel in der Ausstoßkammer 26 über den Zuführkanal 30b, das Ventilloch 42a, die Ventilkammer 42d, die Öffnung 42b und den Zuführkanal 30a in die Kurbelkammer 14 geleitet.
Die Summe einer Antriebskraft F0 des Solenoids 41 und einer elastischen Kraft F2 der Feder 42f ist der Summe des Gesamtdrucks Pd1 eines auf den Ventilkörper 42e wirkenden Ausstoßdrucks Pd und einer elastischen Kraft F1 der Feder 41e entgegengesetzt. Das heißt, wenn der Gesamtdruck Pd1 des Ausstoßdrucks Pd (F0 + F2 – F1) überschreitet, öffnet der Ventilkörper 42e das Ventilloch 42a und das Hochdruckkühlmittel in der Ausstoßkammer 26 fließt in die Kurbelkammer 14. Wenn der Gesamtdruck Pd1 des Ausstoßdrucks Pd (F0 + F2 – F1) nicht überschreitet, schließt der Ventilkörper 42e das Ventilloch 42a und das Hochdruckkühlmittel in der Ausstoßkammer 26 fließt nicht in die Kurbelkammer 14. Das heißt, das Steuerventil 40 steuert die Zuführung von Kühlmittel von der Ausstoßkammer 26 in die Kurbelkammer 14 und hält den Ausstoßdruck Pd konstant. Das Steuerventil 40 wird durch eine nicht gezeigte Steuereinheit gesteuert. Die Steuereinheit bestimmt die Ausstoßkapazität des Verdichters basierend z.B. auf externen Daten, so etwa die in dem Fahrgastraum detektierte Temperatur, die einzustellende Zieltemperatur etc., und steuert die Zuführung von Strom zu dem Solenoid 41 des Steuerventils 40 als Antwort hierauf.
Bei diesem Verdichter führt der Kolben 23 also eine Hin- und Herbewegung in der Zylinderbohrung 10a begleitend zu der Rotation der Antriebswelle 15 aus, wodurch das Niederdruckkühlmittel von der Saugkammer 25 in die Kompressionskammer 10b der Zylinderbohrung 10a eingeführt und komprimiert wird und sodann das Hochdruckkühlmittel in die Ausstoßkammer 26 ausgestoßen wird. In diesem Fall erfahren der Neigungswinkel der Taumelscheibe 22 und der Hub des Kolbens 23 eine Veränderung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz (Pc – Ps) zwischen dem von dem Steuerventil 40 auf Basis der Temperatur in dem Fahrgastraum gesteuerten Kurbelkammerdruck Pc und dem Saugdruck Ps, und die Ausstoßkapazität wird gesteuert. Das heißt, der Neigungswinkel der Taumelscheibe 22 verkleinert sich mit größer werdender Druckdifferenz (Pc – Ps), wodurch der Hub des Kolben 23 verkleinert und die Ausstoßkapazität vermindert wird. Andererseits erhöht sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 23 mit kleiner werdender Druckdifferenz (Pc – Ps), wodurch der Hub des Kolbens 23 größer wird und die Ausstoßkapazität zunimmt.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen, gemäß welcher der charakteristische Aufbau des Verdichters 1 dergestalt ist, dass der Zylinderblock 10 und das hintere Gehäuse 13 durch Bolzen 31, die sich in der Trennwand 27 erstrecken, welche die Saugkammer 25 von der Ausstoßkammer 26 trennt, aneinander befestigt sind, wobei die Bolzen 31 Köpfe 31a aufweisen, die an dem Zylinderblock 10 in der Kurbelkammer 14 angeordnet sind, und mit Gewinde versehene Enden aufweisen, welche mit korrespondierenden Gewindelöchern in der Trennwand 27 in Eingriff stehen. Die Trennwand 27 weist einen annähernd ringartigen Ringbereich 27a auf, der die Saugkammer 25 auf der Außenseite und die Ausstoßkammer 26 auf der Innenseite definiert, und einen annähernd trapezförmigen Bereich 27b, der sich von der äußeren peripheren Seitenwand des hinteren Gehäuses 13 zum Inneren hin bis zu dem annähernd ringartigen Ringbereich 27a erstreckt und das Steuerventil 40 darin aufnimmt. Der annähernd ringartige Ringbereich 27a und der annähernd trapezförmige Bereich 27b erstrecken sich von der hinteren Endwand des hinteren Gehäuses 13 in Axialrichtung nach vorne. Der annähernd ringartige Ringbereich 27a weist vier dickwandige Bolzeneinführungsbereiche 27c auf, in die die Bolzen 31 eingeführt sind. Die dickwandigen Bolzeneinführungsbereiche 27c des annähernd ringartigen Ringbereichs 27a und der annähernd trapezförmige Bereich 27b sind in einem gleichmäßigen Umfangsabstand angeordnet. Bolzenlöcher 32 durchdringen die dickwandigen Bolzeneinführungsbereiche 27c und den annähernd trapezförmigen Bereich 27b des annähernd ringartigen Ringbereichs 27a und die korrespondierenden Bereiche des Zylinderblocks 10, so dass sie sich von der vorderen Endfläche des Zylinderblocks 10, durch den Zylinderblock 10 und die Ventilplatte 12 hindurch, zu der Trennwand 27 erstrecken. Die Bolzenlöcher 32 weisen Aufnahmebereiche 32a in der vorderen Endfläche des Zylinderblocks 10 auf, die es gestatten, die Köpfe 31a der Bolzen 31 komplett in den Zylinderblock 10 aufzunehmen.
Ferner sind das vordere Gehäuse 11, der Zylinderblock 10 und das hintere Gehäuse 13 durch äußere Bolzen 33, die sich durch den Zylinderblock 10 in den peripheren Bereichen an der Außenseite der Zylinderbohrungen 10a erstrecken, aneinander befestigt. Ein O-Ring 34 ist zwischen der hinteren Endfläche des Zylinderblocks 10 und der vorderen Endfläche des hinteren Gehäuses 13 in einer Position an der Außenseite der Ventilplatte 12 und an der Außenseite der äußeren Bolzen 33 angeordnet.
Bei diesem Verdichter 1 ist keine Dichtung als Dichtglied zwischen der hinteren Endfläche des Zylinderblocks 10 und der vorderen Endfläche der Ventilplatte 12 oder zwischen der vorderen Endfläche des hinteren Gehäuses 13 und der hinteren Endfläche der Ventilplatte 12 angeordnet.
Bei dem so aufgebauten Verdichter 1 wird dann, wenn die Rotation des Motors (nicht gezeigt) als Antriebsquelle durch die elektromagnetische Kupplung auf die Antriebswelle 15 übertragen wird, die Taumelscheibe 22 synchron mit dem Drehstützglied 21 in einem vorgegebenen Neigungswinkel begleitend zu der Rotation der Antriebswelle 15 rotieren. Die Rotationsbewegung der Taumelscheibe 22 wird über das Paar von Schuhen 24 und 24 in die Hin- und Herbewegung des Kolbens 23 umgewandelt, wodurch der Kolben 23 in der Zylinderbohrung 10a eine Hin- und Herbewegung ausführt. Sodann wird das von dem Sammler in die Saugkammer 25 zurückgeführte Niederdruckkühlmittel in die Kompressionskammer 10b der Zylinderbohrung 10a gesaugt und komprimiert und wird dann als Hochdruckkühlmittel in die Ausstoßkammer 26 ausgestoßen. Das in die Ausstoßkammer 26 ausgestoßene Hochdruckkühlmittel wird dem Gaskühler zugeführt.
In diesem Fall, wobei die Kühleinrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform CO₂ als Kühlmittel verwendet, stößt der Verdichter das Gas bei einem superkritischen Druck des Kühlmittels (ca. 10 MPa) aus. Der Ausstoßdruck ist also so hoch, dass es gern zum Auftreten der internen Leckage kommt.
Diesbezüglich sind bei dem Verdichter 1 dieser Ausführungsform der Zylinderblock 10 und das hintere Gehäuse 13 durch Bolzen 31 aneinander befestigt, die sich in der Trennwand 27 des hinteren Gehäuses 13 erstrecken. Daher wird die Befestigungskraft der Bolzen 31 direkt auf die Trennwand 27 ausgeübt, wodurch die Endfläche der Trennwand 27 zuverlässig an den Zylinderblock 10 gedrückt werden kann. Dies verbessert die Dichtleistung an der Endfläche der Trennwand 27 und damit die Dichtleistung zwischen der Saugkammer 25 und der Ausstoßkammer 26, die durch die Trennwand 27 voneinander getrennt sind. Auch bei Verwendung von CO₂ als Kühlmittel vermindert der Verdichter 1 daher eine interne Leckage, wobei das Hochdruckkühlmittel durch die Endfläche der Trennwand 27 in die Saugkammer 25 fließt, wenn es in der Kompressionskammer 10b der Zylinderbohrung 10a durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 23 in der Zylinderbohrung 10a verdichtet und in die Ausstoßkammer 26 ausgestoßen wird. Dies wiederum unterdrückt einen durch interne Leckage verursachten Leistungsabfall des Verdichters 1.
Bei dieser Ausführungsform ist ferner die Ausstoßkammer 26 innerhalb der Trennwand 27 gebildet, die durch Bolzen 31 zuverlässig gedichtet ist, wobei eine Leckage des Hochdruckkühlmittels in der Ausstoßkammer 26 durch die Trennwand 27 zur Außenseite verhindert und damit nicht nur eine interne Leckage unterdrückt, sondern auch eine Leckage des Hochdruckkühlmittels zur Außenseite des Verdichters 1 zuverlässig verhindert wird. Dies ermöglicht es, nicht nur die Dichtung wegzulassen, welche die Abdichtung an der Fläche, wo der Zylinderblock 10 und das hintere Gehäuse 13 aneinander stoßen, aufrechterhält, sondern gegebenenfalls auch die Bolzen wegzulassen, die zur Aufrechterhaltung der Abdichtung zwischen den äußeren peripheren Seitenwänden des Zylinderblocks 10 und des hinteren Gehäuses 13 verwendet werden. Durch Weglassen dieser Teile wird es möglich, die Kosten zu senken.
Ferner sind der Zylinderblock 10 und das hintere Gehäuse 13 durch Bolzen 31 aneinander befestigt, deren Köpfe 31a sich auf der Seite der Kurbelkammer 14 befinden. Dementsprechend verbleibt das Hochdruckkühlmittel, welches von der Endfläche der Trennwand 27 durch Bolzen 31 und Bolzenlöcher 32 lecken könnte, in der Kurbelkammer 14, die einen geschlossenen Raum darstellt, gebildet durch die Wellendichtungsvorrichtung 16, und leckt nicht zur Außenseite des Verdichters 1. Selbst wenn Dichtungen zum Aufrechterhalten der Abdichtung zwischen den Bolzen 31 und den Bolzenlöchern 32 weggelassen werden, kommt es daher nicht zu einer Leckage des Hochdruckkühlmittels zur Außenseite des Verdichters 1. Durch Weglassen der Dichtungen wird es möglich, die Kosten zu senken.
Obschon die oben erwähnte Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Kühleinrichtung mit superkritischem Zyklus, die Kohlendioxid als Kühlmittel verwendet, beschrieben wird, kann der erfindungsgemäße Verdichter selbstverständlich ferner so ausgebildet sein, dass er für eine Kühleinrichtung mit subkritischem Zyklus, welche ein Freon-Typ-Kühlmittel als Kühlmittel verwendet, Verwendung finden kann.
Obschon die oben erwähnte Ausführungsform unter Bezugnahme auf einen Verdichter mit veränderlicher Leistung beschrieben wird, bei dem einfachwirkende Kolben über ein Paar von vorderen und hinteren Schuhen mit der Tau melscheibe in Eingriff stehen, ist es selbstverständlich erlaubt, doppeltwirkende Kolben zu verwenden oder Ausführungen zu verwenden, bei denen einfachwirkende Kolben über eine Stange mit der Taumelscheibe in Eingriff stehen, oder die Erfindung auf einen Verdichter mit unveränderlicher Leistung anzuwenden.

Claims

Kolbenverdichter, umfassend: einen Zylinderblock (10) mit Zylinderbohrungen (10a); ein Gehäuse (11, 13), welches an den Zylinderblock (10) gefügt ist und ein Inneres und eine Trennwand (27) aufweist, um das Innere in eine Saugkammer und eine Ausstoßkammer (26) zu teilen; Kolben (23), welche hin- und herbeweglich in den Zylinderbohrungen (10a) angeordnet sind; eine drehbare Antriebswelle (15); einen Kompressionsmechanismus (22), der mit der Welle (15) drehbar ist, um die Kolben (23) zu einer Hin- und Herbewegung in den Zylinderbohrungen (10a) zu veranlassen, so dass ein Niederdruckkühlmittel von der Saugkammer (25) in die Zylinderbohrungen (10a) gesaugt wird und ein Hochdruckkühlmittel von den Zylinderbohrungen (10a) in die Ausstoßkammer (26) ausgestoßen wird; und Bolzen (31), welche sich in der Trennwand (27) des Gehäuses (11, 13) erstrecken, um den Zylinderblock (10) und das Gehäuse (11, 13) aneinander zu befestigen, wobei das Gehäuse ein vorderes Gehäuse (11), welches an einer Vorderseite des Zylinderblocks (10) gefügt ist und die Antriebswelle (15) drehbeweglich hält, und ein hinteres Gehäuse (13), welches an einer Hinterseite des Zylinderblocks (10) gefügt ist und die Trennwand (27) aufweist, umfasst, wobei das vordere Gehäuse (11) und der Zylinderblock (10) in sich eine Kurbelkammer (14) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Bolzen (31) einen Kopf (31a), der an dem Zylinderblock (10) in der Kurbelkammer (14) angeordnet ist, und ein mit Gewinde versehenes Ende, welches mit einem korrespondierenden Gewindeloch in der Trennwand (27) des hinteren Gehäuses (13) in Eingriff steht, aufweist.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei die Trennwand (27) in Ringform ausgestaltet ist, wobei die Ausstoßkammer (26) innerhalb der Trennwand (27) gebildet ist, wobei die Saugkammer (25) außerhalb der Trennwand (27) gebildet ist.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der Kolben (23) ein einfachwirkender Kolben ist, wobei der Kompressionsmechanismus eine Taumelscheibe (22) umfasst, welche so von der Antriebswelle (15) gehalten und in der Kurbelkammer (14) angeordnet ist, dass die Taumelscheibe (22) bezüglich der Antriebswelle (14) geneigt und mit der Antriebswelle (14) drehbar ist.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der Verdichter (1) dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel bei einem superkritischen Druck des Kühlmittels auszustoßen.
Verdichter nach Anspruch 4, wobei der Verdichter (1) dazu ausgebildet ist, Kohlendioxid als Kühlmittel zu verwenden.
Verdichter nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Ventilplatte (12) zwischen dem Zylinderblock (10) und dem hinteren Gehäuse (13), wobei die Bolzen (31) sich durch die Ventilplatte (12) hindurch erstrecken.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei die Trennwand (27) dicke Wandbereiche (27c) entlang ihrer Ringform aufweist, wobei die Gewindelöcher in den dicken Wandbereichen (27c) angeordnet sind.
Verdichter nach Anspruch 7, ferner umfassend einen zweiten Satz von Bolzen (33), welche sich von dem vorderen Gehäuse (11) zu dem hinteren Gehäuse (13) erstrecken, um das vordere Gehäuse (11), den Zylinderblock (10) und das hintere Gehäuse (13) miteinander zu verbinden.
Verdichter nach Anspruch 8, wobei der erste Satz Bolzen (31) in einer ersten Winkelteilung angeordnet ist und wobei der zweite Satz Bolzen (33) in einer zweiten Winkelteilung auf der radial außenliegenden Seite des ersten Satzes von Bolzen (31) angeordnet ist.