DE60206699T2

DE60206699T2 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE60206699T2
Application number: DE60206699T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kariya-shi Gennami; Kazuhiro Kariya-shi Kuroki; Ken Kariya-shi Suitou; Kazuya Kariya-shi Kimura; Shinji Kariya-shi Tsubai
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: DE60206699D1; EP1270947B1; JP2003013872A; US20030017058A1; EP1270947A3; EP1270947A2; US6749404B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schraubenkompressoren, und insbesondere Schraubenkompressoren, die einen Kompressionsmechanismus zum Komprimieren eines Kühlmittels und außerdem einen Elektromotor aufweisen, der als Antriebsquelle für den Kompressionsmechanismus dient. Solche Schraubenkompressoren können als Rotationskompressoren verwendet werden.
Die Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 5-312156 offenbart einen Schraubenprozessor, der als Rotationskompressor für Klimaanlagensysteme oder Kühlschränke verwendet werden kann. Der bekannte Schraubenkompressor umfasst eine bewegliche Schraube, die sich relativ zu einer festen Schraube dreht. Während sich die bewegliche Schraube dreht, wird Kühlmittel in Kompressionskammern, die zwischen der festen Schraube und der beweglichen Schraube definiert sind, gezogen und darin komprimiert, so dass das Kühlmittel unter hohen Druck gesetzt wird. Das komprimierte Kühlmittel wird dann aus den Kompressionskammern über eine Auslassöffnung, die in der festen Schraube ausgebildet ist, entlassen.
Wenn das Kühlmittel komprimiert wird, kann jedoch der Druck des Kühlmittels, das innerhalb der Kompressionskammer stark komprimiert wurde, sowohl auf die feste Schraube als auch die bewegliche Schraube ausgeübt werden. Daher kann die bewegliche Schraube durch das unter hohem Druck befindliche Kühlmittel in eine Richtung von den Kompressionskammern fort (d.h. von der festen Schraube fort) gedrängt werden. Da eine solche Kraft auf die bewegliche Schraube ausgeübt wird, während die bewegliche Schraube sich relativ zu der festen Schraube dreht, kann eine Widerstandskraft gegen die gleitende Relativbewegung zwischen Gleitkontaktabschnitten der beweglichen Schraube und einem Teil des Gehäuses, welches auf der Rückseite der beweglichen Schraube angeordnet ist, erzeugt werden. Wenn solch eine Widerstandskraft relativ groß ist, kann die Kompressionseffizienz des Schraubenprozessors verringert werden.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Lehre darin, verbesserte Schraubenkompressoren anzugeben. Beispielsweise werden Schraubenkompressoren gelehrt, die Mittel zum geeigneten Einstellen oder Regulieren der entgegengerichteten Druckkräfte umfassen, die auf die bewegliche Schraube einwirken, so dass der Widerstand gegen die gleitende Bewegung verringert werden kann und die Kompressor-Effizienz gesteigert werden kann.
Die EP-A-0,388,835 beschreibt einen Schraubenkompressor, bei dem ein gleichförmiger Druck auf die bewegliche Schraube ausgeübt wird. Dieser Druck liegt zwischen dem Druck auf der Auslassseite und dem Druck auf der Ansaugseite. Daher ist notwendigerweise eine Dichtung um die Antriebswelle herum angeordnet.
Es werden außerdem Schraubenkompressoren beschrieben, die die entgegengerichteten Kräfte (Drücke) steuern, welche auf eine bewegliche Schraube ausgeübt werden. Indem die entgegengerichteten Kräfte gesteuert oder geregelt werden, kann der Widerstand der gleitenden Bewegung der beweglichen Schraube relativ zu einer festen Schraube und einem Abschnitt eines Kompressorbereichs, wobei die feste Schraube und das Kompressorgehäuse auf gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Schraube angeordnet sind, auf geeignete Weise eingestellt oder geregelt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Schraubenkompressor angegeben, der Folgendes umfasst: eine feste Schraube, eine bewegliche Schraube, die gegenüber der festen Schraube vorgesehen ist und einen vorderen und einen hinteren Bereich beinhaltet, wobei der vordere Bereich im Wesentlichen gleitend die feste Schraube berührt und der hintere Bereich im Wesentlichen gleitend einen Bereich eines Kompressorgehäuses berührt, zumindest eine Kompressionskammer, die zwischen der festen und der beweglichen Schraube definiert ist, einen Motor, der die bewegliche Schraube antreibt, wodurch die bewegliche Schraube relativ zur festen Schraube umläuft, so dass ein Kühlmittel aus einem saugseitigen Bereich in die Kompressionskammer hineingezogen und innerhalb der Kompressionskammer komprimiert wird, und das komprimierte Kühlmittel hin zu einem druckseitigen Bereich ausgegeben wird, während die bewegliche Schraube umläuft, eine innerhalb des Kompressorgehäuses definierte Motorkammer, die den Motor aufnimmt, eine erste Leitungsstrecke, die auf dem druckseitigen Bereich ausgelassenes Kühlmittel hin zu der Motorkammer kommuniziert, und eine zweite Leitungsstrecke, die die Motorkammer mit dem saugseitigen Bereich der festen und der beweglichen Schraube verbindet, wobei der Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs und der Kompressionskammer eine erste Kraft gegen den vorderen Bereich der beweglichen Schraube aufbringt und der Druck innerhalb der Motorkammer eine zweite Kraft gegen den hinteren Bereich der beweglichen Schraube aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitungsstrecke dazu angeordnet und vorgesehen ist, den Durchfluss des Kühlmittels von der ersten Leitungsstrecke über die Motorkammer hin zum saugseitigen Bereich zu begrenzen, wodurch der Druck (Pm) so eingestellt wird, dass die einander entgegengesetzten beiden Kräfte im Wesentlichen ausgeglichen sind und dass gilt: Ps < Pm < Pd, wobei Ps der Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs ist, Pd der Druck innerhalb des druckseitigen Bereichs und Pm der Druck innerhalb der Motorkammer, der druckseitige Bereich eine Auslasskammer und eine Auslassöffnung aufweist, und die Auslassöffnung mit der Auslasskammer über eine von der erste Leitungsstrecke verschiedene Strecke verbunden ist.
In einer Ausführungsform kann die zweite Leitungsstrecke einen Drosselkanal aufweisen, welcher zwischen dem saugseitigen Bereich und der Motorkammer definiert ist. In diesem Fall kann der Druck innerhalb der Motorkammer eingestellt werden, indem es dem Kühlmittel gestattet wird, von der Motorkammer in den saugseitigen Bereich des Kompressors zu fließen. Daher können die entgegengerichteten Kräfte, die an der beweglichen Schraube anliegen, auf geeignete Weise ausgeglichen werden.
Vorzugsweise ist ein Querschnittsflächenbereich des Drosselkanals kleiner als ein Querschnittsflächenbereich der ersten Leitungsstrecke. In einer alternativen Ausführungsform kann die zweite Leitungsstrecke einen Zwischenraum aufweisen, welcher zwischen einem hinteren Bereich der beweglichen Schraube und einem Bereich des Kompressorgehäuses definiert ist, welcher der hinteren Fläche der beweglichen Schraube gegenüberliegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren, um einander entgegengesetzte Kräfte ins Gleichgewicht zu bringen, welche auf eine bewegliche Schraube eines Schraubenkompressors einwirken, angegeben, wobei der Kompressor eine feste Schraube aufweist, die der beweglichen Schraube gegenüberliegt, und zumindest eine Kompressionskammer, die zwischen der festen und der beweglichen Schraube definiert ist, das die folgenden Schritte umfasst: das Aufbringen einer ersten Kraft gegen einen vorderen Bereich der beweglichen Schraube, wobei die erste Kraft von dem Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs und dem Druck innerhalb der Kompressionskammer erzeugt wird, das Aufbringen einer zweiten Kraft gegen einen hinteren Bereich der beweglichen Schraube, wobei die Richtung der ersten Kraft der Richtung der zweiten Kraft entgegengesetzt ist und die zweite Kraft durch einen Druck innerhalb einer Motorkammer erzeugt wird, in welcher sich ein Motor zum Antreiben der beweglichen Schraube befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem den folgenden Schritt aufweist: das Einstellen der einander entgegengesetzten beiden Kräfte so, dass die bewegliche Schraube in Bezug auf die feste Schraube mit einem minimalen Widerstand umläuft, der der Gleitbewegung der beweglichen Schraube relativ zu der festen Schraube und/oder einem der beweglichen Schraube gegenüberliegenden Bereich des Kompressorgehäuses entgegenwirkt, wobei der Schritt des Aufbringens der zweiten Kraft ein Kommunizieren von komprimiertem Kühlmittel aus einer Auslasskammer eines druckseitigen Bereichs hin zu einem saugseitigen Bereich der festen und der beweglichen Schraube über die Motorkammer mittels einer Leitungsstrecke aufweist, die Auslasskammer mit einer Auslassöffnung über eine Strecke kommuniziert, welche von der Leitungsstrecke verschieden ist, und der Schritt des Einstellens der einander entgegengesetzten beiden Kräfte das Einschränken der Leitungsstrecke zum Einstellen der zweiten Kraft aufweist, so dass die einander entgegengesetzten Kräfte im Wesentlichen im Gleichgewicht sind und dass gilt: Ps < Pm < Pd, wobei Ps der Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs ist, Pd der Druck innerhalb des druckseitigen Bereichs und Pm der Druck innerhalb der Motorkammer.
Bei einer Ausführungsform des anderen Aspektes der Erfindung kann der Schritt des Einschränkens der Leitungsstrecke das Vermindern des Drucks innerhalb der Motorkammer beinhalten.
In einer weiteren Ausführungsform des anderen Aspektes der Erfindung kann der Schritt des Einschränkens der Leitungsstrecke außerdem das Vermindern des Durchflusses des ausgelassenen Kühlmittels aus dem druckseitigen Bereich hin zur Motorkammer beinhalten.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Ansprüchen und beigefügten Zeichnungen leicht verständlich, bei denen:
1 eine vertikale Querschnittsansicht eines ersten repräsentativen Schraubenkompressors ist,
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von 1, und
3 eine vertikale Schnittansicht eines zweiten repräsentativen Schraubenkompressors ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Lehre können elektrisch angetriebene Kompressoren eine bewegliche Schraube umfassen, die drehbar einer festen Schraube gegenüberliegend angeordnet ist. Eine Kompressionskammer kann zwischen der beweglichen Schraube und der festen Schraube definiert sein. Wenn sich die bewegliche Schraube dreht, kann ein Kühlmittel in die Kompressionskammer eingezogen werden und auf einen hohen Druck komprimiert werden. Die feste Schraube kann einen Auslassbereich (z.B. ein Auslassventil) umfassen, und das unter Druck befindliche Kühlmittel kann über den Auslassbereich ausgelassen werden. Die bewegliche Schraube kann von einem Elektromotor angetrieben werden, der innerhalb einer Motorkammer angeordnet ist, so dass die bewegliche Schraube relativ zur festen Schraube umläuft (einen Orbit beschreibt). Ferner kann die Motorkammer mit einer rückwärtigen Fläche der beweglichen Schraube kommunizieren.
Beispielsweise kann die rückwärtige Fläche der beweglichen Schraube der Motorkammer gegenüberstehen bzw. dieser zugewandt sein. In einem anderen Beispiel kann ein Dichtelement oder ein anderes zwischenliegendes Element zwischen der rückwärtigen Fläche der beweglichen Schraube und der Motorkammer angeordnet sein. Alternativ kann die rückwärtige Fläche der beweglichen Schraube mit der Motorkammer über einen Kommunizierungskanal kommunizieren. Daher kann der Druck, der auf die rückwärtige Fläche der beweglichen Schraube ausgeübt wird, nahezu gleich dem Druck innerhalb der Motorkammer sein.
Eine erste Leitungsstrecke kann es der Motorkammer gestatten, mit einem auslassseitigen bzw. druckseitigen Bereich des Kompressors zu kommunizieren. Beispielsweise kann das komprimierte Kühlmittel, das von dem Auslassabschnitt der festen Schraube ausgelassen wird, in den druckseitigen Bereich geleitet werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann das komprimierte Kühlmittel, welches in dem druckseitigen Bereich angeordnet ist, infolge eines Druckunterschieds zwischen dem druckseitigen Bereich und der Motorkammer von dem druckseitigen Bereich in die Motorkammer geleitet werden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann eine zweite Leitungsstrecke den Fluss des Kühlmittels zwischen der Motorkammer und einem saugseitigen Bereich des Kompressors steuern oder regeln. In diesem Fall kann die zweite Leitungsstrecke den Fluss des Kühlmittels (welches über die erste Leitungsstrecke in die Motorkammer zugeführt wurde) in den saugseitigen Bereich hinein steuern oder beschränken.
In einer optionalen Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann die zweite Leitungsstrecke einen Drosselkanal definieren, der die Motorkammer mit dem saugseitigen Bereich verbindet. In diesem Fall kann der Drosselkanal den Fluss des Kühlmittels in den saugseitigen Bereich drosseln (regulieren). In einer anderen optionalen Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann die zweite Leitungsstrecke einen Zwischenraum umfassen, der zwischen der Motorkammer und dem saugseitigen Bereich definiert ist. In diesem Fall kann der Zwischenraum den Fluss des Kühlmittels in den saugseitigen Bereich hinein beschränken oder regulieren. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die zweite Leitungsstrecke ein Steuerungsventil umfassen, das in einem Kommunizierungspfad zwischen der Motorkammer und dem saugseitigen Bereich angeordnet ist. In diesem Fall kann das Steuerungsventil den Fluss des Kühlmittels von der Motorkammer in den saugseitigen Bereich steuern oder regeln.
In einer anderen optionalen Ausführungsform der vorliegenden Lehre können der Drosselkanal, der Zwischenraum und das Steuerungsventil selektiv kombiniert werden, um den Fluss des Kühlmittels von der Motorkammer zu dem saugseitigen Bereich des Kompressors zu regulieren (einzuschränken oder zu steuern).
In der vorliegenden Beschreibung umfasst der Begriff "saugseitiger Bereich" vorzugsweise einen Bereich des Kompressors, der proximal zu der Kühlmittel-Einlassseite der Druckkammer und/oder einem Bereich der Kompressionskammer ist, der einen vorbestimmten Teil des Kompressionsprozesses durchführt.
Gemäß der vorliegenden Lehre kann der Druck innerhalb der Motorkammer auf einen vorbestimmten mittleren Wert gesetzt werden, wobei dieser Druck zwischen dem Druck des ausgelassenen Kühlmittels und des Drucks innerhalb des saugseitigen Bereichs liegt. Das Kühlmittel mit dem mittleren Druck wird eine Kraft erzeugen, die auf die rückwärtige Fläche der beweglichen Schraube so ausgeübt wird, dass sie die bewegliche Schraube in Richtung auf die feste Schraube drängt. In der vorliegenden Beschreibung kann der Begriff "ein vorbestimmter mittlerer Wert" ein fester Druck oder ein variabler Druck innerhalb eines vorbestimmten Bereiches sein.
Der Druck innerhalb der Kompressionskammer kann auf die Vorderfläche oder vordere Seite der beweglichen Schraube ausgeübt werden. Darüber hinaus kann der Druck innerhalb der Motorkammer auf die rückwärtige Fläche oder rückwärtige Seite der beweglichen Schraube ausgeübt werden. Durch das Einstellen oder Regulieren des Drucks innerhalb der Motorkammer auf einen mittleren Druck, oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von mittleren Drücken, kann eine Balance der entgegengerichteten Drücke, die auf die bewegliche Schraube einwirken, auf geeignete Weise eingestellt werden. Beispielsweise kann durch das Einstellen der Drücke derart, dass die bewegliche Schraube in Richtung auf die Vorderseite des Kompressors geschoben wird, eine Verringerung der Kompressor-Effizienz verhindert werden. Somit kann die zweite Leitungsstrecke den Fluss des Kühlmittels zwischen der Motorkammer und dem saugseitigen Bereich steuern oder regeln, um die entgegengerichteten Drücke, die auf die bewegliche Schraube einwirken, auf geeignete Weise einzustellen.
Die zweite Leitungsstrecke kann als ein Drosselkanal aufgebaut sein, der zwischen der Motorkammer und dem saugseitigen Bereich definiert ist. Beispielsweise kann der Querschnittsflächenbereich des Drosselkanals vorzugsweise kleiner sein als der Querschnittsflächenbereich der ersten Leitungsstrecke, so dass der Fluss des Kühlmittels in Richtung auf den saugseitigen Bereich reguliert (gedrosselt) werden kann. Gemäß dieser Anordnung kann der Druck innerhalb der Motorkammer auf einen mittleren Druck zwischen dem Druck des ausgelassenen Kühlmittels und dem Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs gesetzt werden. Der mittlere Druck kann auf die rückseitige Fläche der beweglichen Schraube ausgeübt werden, so dass die bewegliche Schraube gegen die feste Schraube gedrückt oder gedrängt wird. Daher können die auf die bewegliche Schraube einwirkenden Kräfte leicht unter Verwendung eines einfachen Drosselkanals eingestellt werden.
Wenn der zweite Leitungskanal als Zwischenraum zwischen der Motorkammer und dem saugseitigen Bereich konfiguriert ist, kann die Leitungsstrecke natürlich während des Zusammensetzens des Kompressors definiert werden. Beispielsweise kann solch ein Zwischenraum zwischen Gleitkontaktabschnitten der beweglichen Schraube und einem Abschnitt des Kompressorgehäuses definiert werden, der der rückwärtigen Seite der beweglichen Schraube zugewandt ist. Daher kann der Fluss des Kühlmittels von der Motorkammer zum saugseitigen Bereich durch den Zwischenraum gesteuert oder beschränkt werden, so dass der Druck in der Motorkammer zu dem mittleren Druck zwischen dem Druck des ausgelassenen Kühlmittels und dem Druck in dem saugseitigen Bereichs wird.
Wenn der Zwischenraum sehr klein ist, wird der Druck innerhalb der Motorkammer ansteigen, wenn der Kompressor gestartet wird. Aufgrund der Unausgeglichenheit zwischen den gegengerichteten Kräften, die durch den Druck innerhalb der Motorkammer und den Druck innerhalb der Kompressionskammer auf die bewegliche Schraube ausgeübt werden, kann daher die bewegliche Schraube in Richtung auf die Vorderseite des Kompressors verschoben werden, wodurch der Zwischenraum entlang der Gleitkontaktabschnitte zunimmt. Dann kann eine weitere Zunahme durch den Druck innerhalb der Motorkammer eingeschränkt werden, und die Menge von Kühlmittel, das von der Motorkammer in den saugseitigen Bereich fließt, kann erhöht werden, so dass der Druck innerhalb der Motorkammer abnehmen wird.
Demzufolge kann die bewegliche Schraube in Richtung auf die rückwärtige Seite des Kompressors verschoben werden, wodurch die Breite oder der Querschnitt des Zwischenraums reduziert wird. Dementsprechend kann die bewegliche Schraube alternierend in Richtung auf die Vorderseite und auf die rückwärtige Seite verschoben werden, wodurch die Größe des Zwischenraums variiert wird und der Druck innerhalb der Motorkammer auf einen vorbestimmten Wert oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs geregelt wird. Somit können die entgegengerichteten Kräfte, die auf die bewegliche Schraube einwirken, auf geeignete Weise unter Verwendung eines Zwischenraums, der leicht innerhalb des Kompressors definiert werden kann, ausbalanciert werden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehre kann die zweite Leitungsstrecke den Fluss des Kühlmittels in die Motorkammer hinein regulieren (steuern oder beschränken). Zum Beispiel kann die zweite Leitungsstrecke selbst einen kleinen Querschnittflächenbereich haben. Alternativ kann ein separates Drosselelement in der zweiten Leitungsstrecke vorgesehen sein. Gemäß dieser alternativen Anordnung kann verhindert werden, dass die Menge des Kühlmittels, welches in die Motorkammer fließt, übermäßig ansteigt, so dass eine Abnahme in der Kompressor-Effizienz minimiert werden kann.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehre werden Verfahren gelehrt, die das Kommunizieren oder Leiten von ausgelassenem Kühlmittel in die Motorkammer umfassen. Der Fluss des Kühlmittels von der Motorkammer in die Saugseite kann ebenfalls reguliert werden, so dass der Druck innerhalb der Motorkammer auf einen mittleren Druck zwischen dem Druck des ausgelassenen Kühlmittels und dem Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs gesetzt wird. Der mittlere Druck wird eine Kraft erzeugen, die auf die rückwärtige Fläche der beweglichen Schraube einwirkt, um die bewegliche Schraube gegen die feste Schraube zu pressen oder drängen. Die bewegliche Schraube kann außerdem eine Kraft empfangen, die durch den Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs und der Kompressionskammer hervorgerufen wird und die auf die Vorderfläche der beweglichen Schraube einwirkt. Der Druck innerhalb der Motorkammer kann auf den mittleren Druck eingestellt werden, so das die entgegengerichteten Kräfte, die auf die bewegliche Schraube ausgeübt werden, auf geeignete Weise ausbalanciert werden. Beispielsweise kann die bewegliche Schraube in Richtung auf die Vorderseite geschoben werden, so dass die Gleitkontaktabschnitte der beweglichen Schraube und eines Kompressorgehäuses auf der rückwärtigen Seite der beweglichen Schraube auseinanderbewegt werden, um den Widerstand gegen eine Gleitbewegung zu verringern. Demzufolge können Abnahmen in der Kompressor-Effizienz minimiert werden. Somit können die entgegengerichteten Kräfte, die auf die bewegliche Schraube ausgeübt werden, auf geeignete Weise eingestellt werden, indem der Fluss des Kühlmittels von der Motorkammer hin zu dem saugseitigen Bereich gesteuert oder beschränkt wird.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehre können die Verfahren die Verwendung eines Drosselkanals umfassen, um den Druck innerhalb der Motorkammer auf den mittleren Druck einzustellen oder zu regulieren, wobei der mittlere Druck zwischen dem ausgelassenen Kühlmittel und dem saugseitigen Bereich liegt. Der mittlere Druck wird eine Kraft hervorrufen, die auf die rückwärtige Seite der beweglichen Schraube ausgeübt wird, wodurch die bewegliche Schraube gegen die feste Schraube gedrängt oder gepresst wird. Daher können die entgegengerichteten Kräfte, die auf die bewegliche Schraube einwirken, unter Verwendung eines einfachen Drosselkanals leicht eingestellt oder reguliert werden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehre können die Verfahren das Kommunizieren von komprimiertem Kühlmittel über einen Zwischenraum umfassen, um den Druck innerhalb der Motorkammer auf den mittleren Druck zwischen dem ausgelassenen Kühlmittel und dem saugseitigen Bereich einzustellen. Auch in dieser Ausführungsform können die entgegengerichteten Kräfte, die auf die bewegliche Schraube einwirken, leicht unter Verwendung eines einfachen Zwischenraums eingestellt oder reguliert werden.
Ein jedes der zusätzlichen Merkmale und der Bestandteile der Lehre, die oben und unten offenbart sind, können separat oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Bestandteilen der Lehre verwendet werden, um verbesserte Schraubenkompressoren und Verfahren zum Konstruieren und Verwenden solcher Schraubenkompressoren anzugeben. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, die viele dieser zusätzlichen Merkmale und Bestandteile der Lehre sowohl separat als auch in Verbindung verwenden, werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung ist nur dazu bestimmt, dem Fachmann weitere Details zur Umsetzung bevorzugter Aspekte der vorliegenden Lehre darzulegen und ist nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken. Nur die Ansprüche definieren den Umfang der beanspruchten Erfindung. Daher müssen Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der vorliegenden detaillierten Beschreibung offenbart sind, nicht notwendig sein, um die Erfindung in ihrem weitesten Sinne umzusetzen, und sie sind stattdessen nur dazu dargelegt, um speziell repräsentative Beispiele der Erfindung zu beschreiben. Darüber hinaus können verschiedene Merkmale der repräsentativen Beispiele und der abhängigen Ansprüche auf Weisen kombiniert werden, die nicht speziell aufgezählt werden, um weitere nützliche Ausführungsformen der vorliegenden Lehre anzugeben. Allgemein betreffen die repräsentativen Ausführungsformen der vorliegenden Lehre Kompressoren, die den Druck von eingezogenem oder angesaugtem Kühlmittel erhöhen, indem das Kühlmittel innerhalb einer Kompressionskammer, die zwischen einer festen Schraube und einer beweglichen Schraube definiert ist, komprimiert wird. Das Kühlmittel wird dann als komprimiertes oder unter Druck befindliches Kühlmittel ausgelassen.
Erste repräsentative Ausführungsform
Ein erster repräsentativer Schraubenkompressor 100 wird nun unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben, die eine vertikale Schnittansicht des Schraubenkompressors 100 bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von 1 zeigen. Der Pfeil "Auf" in 1 und 2 zeigt die Aufwärtsrichtung (vertikal) für den Schraubenkompressor 100.
Im Allgemeinen kann der Kompressor 100 eine feste Schraube 2, ein Mittelgehäuse 4, ein Vordergehäuse 5 und ein Motorgehäuse 6 umfassen. Diese Strukturen können allgemein ein Kompressorgehäuse definieren. Wie in 1 gezeigt ist, kann die linksseitige Endseite des Mittelgehäuses 4 mit der rechtsseitigen Endseite der festen Schraube 2 gekoppelt sein. Das Motorgehäuse 6 kann mit der rechtsseitigen Endseite des Mittelgehäuses 4 gekoppelt sein. Das Vordergehäuse 5 kann mit der linksseitigen Endseite der festen Schraube 2 gekoppelt sein. Eine Antriebswelle 8 kann über radiale Lager 10 und 12 drehbar von dem Mittelgehäuse 4 und dem Motorgehäuse 6 gelagert sein. Eine exzentrische (oder versetzte) Welle 14, die relativ zur Antriebswelle 8 exzentrisch oder versetzt ist, kann auf der Seite des Mittelgehäuses 4 (linke Seite in der Darstellung von 1) integral an dem Ende der Antriebswelle 8 ausgebildet sein.
Eine Buchse 16 kann so auf die exzentrische Welle 14 gepasst sein, dass sie sich gemeinsam mit der exzentrischen Welle 14 dreht. Ein Ausgleichsgewicht 18 kann an dem in der Darstellung von 1 rechtsseitigen Ende der Buchse 16 so angeordnet sein, dass sie sich gemeinsam mit der Buchse 16 dreht. Eine bewegliche Schraube 20 kann auf dem linksseitigen Umfang der Buchse 16 über ein Nadellager 22 so gelagert sein, dass sie der festen Schraube 2 gegenüberliegt (dieser zugewandt ist) und sich relativ zur festen Schraube 2 dreht bzw. umläuft. Die feste Schraube 2 und die bewegliche Schraube 20 können im Grunde einen Kompressionsmechanismus 21 zum Komprimieren eines Kühlmittels definieren. Das Nadellager 22 kann in einen zylindrischen Vorsprungsabschnitt 24a gepasst sein, welcher von der rechtsseitigen Fläche einer Basisplatte 24 der beweglichen Schraube wie in 1 zu sehen vorsteht bzw. vorspringt. Das Nadellager 22 und das radiale Lager 10 können im Allgemeinen einen Lagermechanismus 23 der beweglichen Schraube 20 definieren.
Das feste Schraubenelement 2 kann eine im Wesentlichen scheibenförmige Basisplatte 26 umfassen. Eine spiralförmige, z.B. evolventenförmige bewegliche Schraubenwand (Überstand) 28 kann so angeordnet sein, dass sie von der (in der Darstellung von 1) rechtsseitigen Fläche der Basisplatte 26 vorsteht bzw. vorspringt. Auf ähnliche Weise kann eine spiralförmige (z.B. evolventenförmige) bewegliche Schraubenwand (Überstand) 30 so angeordnet sein, dass sie von der (in der Darstellung von 1) linksseitigen Fläche der Basisplatte 24 der beweglichen Schraube 20 vorsteht bzw. vorspringt. Die bewegliche Schraube 20 und die feste Schraube 2 können vorzugsweise so angeordnet sein, dass die Schraubenwand 28 in die Schraubenwand 30 eingreift.
Die Basisplatte 26 und die Schraubenwand 28 der festen Schraube 2 können zusammen mit der Basisplatte 24 und der Schraubenwand 30 der beweglichen Schraube 20 eine sichelförmige Kompressionskammer 32 (einen im Wesentlichen abgedichteten Raum) definieren. Beispielsweise kann die Schraubenwand 28 der festen Schraube 2 die Schraubenwand 30 der beweglichen Schraube an einer Mehrzahl von Gleitkontaktbereichen (oder Punkten) gleitend berühren. Die bewegliche Schraube 20 kann sich wälzen oder umlaufen, wenn sich die exzentrische Welle 14 dreht. Während dieser Umlauf- oder Drehbewegung hebt das Ausgleichsgewicht 18 die Zentrifugalkraft auf, die mit dem Umlauf der beweglichen Schraube 20 einhergeht. Die exzentrische Welle 14 (die sich zusammen mit der Antriebswelle 8 dreht), die Buchse 16 und das Nadellager 22, welche zwischen der exzentrischen Welle 14 und dem Vorsprungsabschnitt 24a der beweglichen Schraube 20 angeordnet sind, können zusammenwirken, um die Drehkraft der Antriebswelle 8 als umlaufende Bewegung oder Orbit-Bewegung auf die bewegliche Schraube 20 zu übertragen.
Eine Mehrzahl von (z.B. vier) konkaven Bereichen 34 kann auf derselben (kreisförmigen) Umfangslinie unter gleichmäßigen Winkelintervallen auf der (in der Darstellung von 1) linksseitigen Endseite des Mittelgehäuses 4 definiert sein. Ein jeder der konkaven Bereiche 34 kann mit einem ersten Stift 36 und einem zweiten Stift 38 zusammenwirken. Der erste Stift kann an dem Mittelgehäuse 4 befestigt sein und der zweite Stift 38 kann an der Basisplatte 24 der beweglichen Schraube 20 befestigt sein. Der erste Stift 36 und der zweite Stift 38 können sich in den zugehörigen konkaven Bereich 34 erstrecken. Der konkave Bereich 34, der erste Stift 36 und der zweite Stift 38 können miteinander zusammenwirken, um eine Selbstdrehung der beweglichen Schraube 20 zu verhindern, wenn sich die exzentrische Welle 14 dreht. Mit anderen Worten können der konkave Bereich 34, der erste Stift 36 und der zweite Stift 38 einen Selbstdrehungs-Verhinderungsmechanismus für die bewegliche Schraube 20 bilden.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, kann die Basisplatte 26 der festen Schraube 2 ein Membran-Auslassventil 52 umfassen, welches eine Auslassöffnung 50 öffnet und schließt. Das Auslassventil 52 kann ein Membranventil-Element 54 umfassen, mit einer Form, die mit der Auslassöffnung 50 korrespondiert, und eine Ventilhalterung 56 zum Halten oder Festhalten des Membranventil-Elementes 54. Das Membranventil-Element 54 und die Ventilhalterung 56 können mit Hilfe eines Befestigungsbolzens 58 an der Basisplatte 26 der festen Schraube 2 befestigt sein. Das Auslassventil 52 kann innerhalb einer Auslasskammer 25 angeordnet sein, die innerhalb der Basisplatte 26 der festen Schraube 2 definiert ist. Vorzugsweise öffnet und schließt sich das Membranventil-Element 54 entsprechend dem Druckunterschied zwischen der Druckkammer 32, welche mit der Auslassöffnung 50 kommuniziert, und der Auslasskammer 25. Das heißt, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer 32 höher oder größer als der Druck innerhalb der Auslasskammer 25 ist, wird sich das Membranventil-Element 54 öffnen. Natürlich wird das Membranventil-Element 54 geschlossen sein, wenn der Druck in der Kompressionskammer 32 niedriger oder geringer als der Druck in der Auslasskammer 25 ist. Die Ventilhalterung 56 kann das Membranventil-Element 54 festhalten und so konfiguriert sein, dass sie die maximale Öffnung des Membranventil-Elementes 54 reguliert.
Wie in 1 gezeigt ist, kann ein Elektromotor 49 innerhalb des Motorgehäuses 6 angeordnet sein. Ein Wechselrichter 60 zum Steuern des Betriebs des Elektromotors 49 kann auf dem Umfang des Kompressorgehäuses installiert sein, wobei das Gehäuse im Wesentlichen aus der festen Schraube 2, dem Mittelgehäuse 4 und dem Motorgehäuse 6 besteht. Der Wechselrichter 60 kann beispielsweise ein Schaltelement 62, welches eine relativ große Wärmemenge erzeugt, und Kondensatoren 64 umfassen, die eine relativ geringe Menge an Wärme erzeugen. Der Wechselrichter 60 kann außerdem ein Wechselrichtergehäuse 70 zum Beherbergen (Aufnehmen) der Kondensatoren 64 umfassen, um die Komponenten, die viel Wärme erzeugen, von den Komponenten zu trennen, die wenig Wärme erzeugen. Das Wechselrichtergehäuse 70 kann vorzugsweise einen Zylinder 70a enthalten, und das Schaltelement 62 kann auf dem Umfang dieses Zylinders 70a angeordnet sein. Das Wechselrichtergehäuse 70 kann außerdem eine Basisplatte 65 zum Installieren der Kondensatoren 64 umfassen. Ein Ende des Zylinders 70a des Wechselrichtergehäuses 70 kann vorzugsweise mit einer Saugöffnung 44 kommunizieren. Das andere Ende des Zylinders 70a kann vorzugsweise mit einem Kühlmittel-Rückführrohr (nicht gezeigt) eines externen Kreislaufs kommunizieren.
Das Schaltelement 62 innerhalb des Wechselrichtergehäuses 70 kann über drei leitende Stifte 66 (von denen in 1 nur einer gezeigt ist) und leitende Drähten 67 und 68 elektrisch mit dem Elektromotor 49 gekoppelt sein. Die leitenden Stifte 66 können vorzugsweise in das Motorgehäuse 6 und das Wechselrichtergehäuse 70 eindringen. Der zum Antreiben des Elektromotors 49 benötigte elektrische Strom kann über diese leitenden Stifte 66 und die leitenden Drähte 67 und 68 zugeführt werden.
Der Ort zum Verbinden des leitenden Drahtes 68 mit einer Stator-Spule 46a des Elektromotors 49, die unten näher beschrieben wird, kann vorzugsweise an der Seite des Elektromotors 49 vorgesehen sein, die dem Kompressormechanismus 21 zugewandt ist. Der Wechselrichter 60 kann an dem Kompressorgehäuse (z.B. dem Mittelgehäuse 4 und/oder dem Motorgehäuse 6) befestigt sein. Der Ort zum Verbinden des Elektromotors 49 mit dem Wechselrichter 60 kann vorzugsweise auf dem Umfang des Kompressorgehäuses entlang dessen Durchmesserrichtung vorgesehen sein. Diese Konfiguration wird einen kompakten Aufbau mit einer viel kürzeren axialen Länge liefern als eine Konfiguration, bei der der Wechselrichter (oder eine ähnliche Vorrichtung) auf dem Umfang entlang der axialen Richtung angeordnet ist. Darüber hinaus kann der Ort zum Verbinden des Elektromotors 49 mit dem Wechselrichter 60 so ausgewählt werden, dass diese Komponenten relativ nahe beieinander sind. Als Resultat daraus kann, weil der Elektromotor 49 mit dem Wechselrichter 60 über den kürzesten möglichen Abstand verbunden werden kann, ein kurzes Verbindungselement verwendet werden. Demzufolge können Materialkosten und Gewicht verringert werden, und die Leistung kann durch das Minimieren von Spannungsabfällen über dem Verbindungselement verbessert werden.
Ein Stator 46 kann an der Innenfläche des Motorgehäuses 6 befestigt sein, und ein Rotor 48 kann an der Antriebswelle 8 befestigt sein. Die Antriebswelle 8, der Stator 46 und der Rotor 48 können im Allgemeinen den Elektromotor 49 definieren. Der Rotor 48 und die Antriebswelle 8 können miteinander rotieren, indem der Stator-Spule 46a des Stators 46 elektrischer Strom zugeführt wird. Der Elektromotor 49 kann vorzugsweise innerhalb einer im Wesentlichen abgedichteten Motorkammer 45 angeordnet sein, die im Inneren des Motorgehäuses 6 und des Mittelgehäuses 4 definiert ist.
Wen sich die exzentrische Welle 14 der Antriebswelle 8 dreht, dreht sich die bewegliche Schraube 20 bzw. läuft sie um, und angezogenes oder -gesaugtes Kühlmittel fließt über die Saugöffnung 44 (die innerhalb der festen Schraube 2 definiert ist) in den Raum zwischen der Basisplatte 26 der festen Schraube 2 und der Basisplatte 24 der beweglichen Schraube 20 vom Rand der beiden Schrauben 2 und 20 her. Während die bewegliche Schraube 20 umläuft, gleitet der zweite Stift 38 an der Umfangsfläche des ersten Stiftes 36 entlang. Wenn die exzentrische Welle 14 sich weiterdreht, läuft die bewegliche Schraube 20, welche drehbar über das Nadellager 22 auf die exzentrische Welle 14 montiert ist, um die Mittelachse der Antriebswelle 8, ohne sich selbst zu drehen. Während die bewegliche Schraube 20 umläuft, fließt das Kühlmittel, welches durch die Saugöffnung 44 gesaugt wurde, in die Kompressionskammer 32 und wird in den Mittelbereich der festen Schraube 2 geführt. Dadurch wird der Druck des Kühlmittels ansteigen. Dann fließt das unter Druck befindliche (komprimierte) Kühlmittel durch die Auslassöffnung 50, welche in der Mitte der Basisplatte 26 der festen Schraube 2 definiert ist, hindurch. Das heißt, die Auslassöffnung 50 kommuniziert mit der Kompressionskammer 32, in der der Druck seinen höchsten Wert erreicht.
Optional kann das Vordergehäuse 5 einen Ölabscheider 80 zum Abscheiden von Schmieröl umfassen, welches sich in dem Kühlmittel befindet, das aus der Auslasskammer 25 ausgelassen wurde. Dieser Ölabscheider 80 kann beispielsweise einen Abscheidemechanismus verwenden, der auf der Zentrifugalkraft beruht, um das Schmieröl von dem Kühlmittel zu trennen. Somit kann der Ölabscheider 80 im Allgemeinen eine Ölabscheidekammer 81, ein zylindrisches Element 82, einen Filter 84, der unter dem zylindrischen Element 82 installiert ist, und einen Aufbewahrungsbereich (Schmieröl-Reservoir) 85 zum vorübergehenden Aufbewahren des abgeschiedenen Schmieröls umfassen. Ein Verbindungsloch oder eine Verbindungsleitung 83 kann zwischen der Ölabscheidungskammer 81 und dem Aufbewahrungsbereich 85 definiert sein, um es dem Schmieröl zu gestatten, von der Ölabscheidungskammer 81 in den Aufbewahrungsbereich 85 zu gelangen.
Wenn das aus der Auslasskammer 25 ausgelassene komprimierte Kühlmittel in den Ölabscheider 80 eingeführt wird, stößt das komprimierte Kühlmittel, wie in 1 durch den durchgezogenen gekrümmten Pfeil angezeigt ist, mit dem zylindrischen Element 52 zusammen, welches in der Abscheidungskammer 81 angeordnet ist, und sinkt es ab, während es um das zylindrische Element 82 herum (spiralförmig) kreist. Daher wird das in dem komprimierten Kühlmittel enthaltene Schmieröl infolge der Zentrifugalkraft abgeschieden werden und das Schmieröl wird sich infolge der Schwerkraft wie in 1 durch den gestrichelten Pfeil angezeigt bewegen.
Nachdem das Schmieröl durch das Verbindungsloch 83 und den Filter 84 gelangt ist, kann dann das Schmieröl vorübergehend im Aufbewahrungsbereich 85 aufbewahrt werden. Gleichzeitig wird das ausgelassene Kühlmittel (von dem das Schmieröl ausgeschieden wurde) sich von der Öffnung 82a des zylindrischen Elementes 82 zu einer Auslassöffnung 86 bewegen und dann zu einem Kondensator (nicht gezeigt) in einem externen Kreislauf transferiert werden.
Eine Dichtung 90 kann vorzugsweise zwischen der rechten Endseite des Vordergehäuses 5 und der linken Endseite der festen Schraube 2 angeordnet sein. Wie in 2 gezeigt ist, kann ein erstes Öl-Zufuhrloch 91, welches mit dem Aufbewahrungsbereich 85 kommuniziert, in der Nähe des unteren Abschnitts dieser Dichtung 90 definiert sein, und ein zweites Öl-Zufuhrloch 93 kann in der Nähe des oberen Abschnitts der Dichtung 90 definiert sein. Das erste und das zweite Öl-Zufuhrloch 91, 93 können miteinander über eine Öl-Zufuhrrinne (Schmieröl-Zufuhrleitung) 92 kommunizieren. Eine erste Leitungsstrecke 84 kann so definiert sein, dass sie mit dem zweiten Öl-Zufuhrloch 93 verbunden ist und kann dazu dienen, das Schmieröl und das ausgelassene Kühlmittel (im Inneren des Aufbewahrungsbereichs 85) in die Motorkammer 45 zu leiten.
Die erste Leitungsstrecke 94 kann optional einen ersten Leitungskanal 95 und einen zweiten Leitungskanal 96 umfassen. Der erste Leitungskanal 95 kann innerhalb des Umfangsbereichs des Basisabschnitts 26 der festen Schraube 2 definiert sein. Der zweite Leitungskanal 96 kann innerhalb des Umfangsbereichs des Mittelgehäuses 4 definiert sein. Somit kann der Aufbewahrungsbereich 85, welcher einen Abschnitt eines auslassseitigen Bereichs definiert, mit der Motorkammer 45 über den Leitungskanal 94 kommunizieren. Darüber hinaus können das Schmieröl und das ausgelassene Kühlmittel, die in dem Aufbewahrungsbereich 85 befinden, infolge des Druckunterschiedes zwischen dem Aufbewahrungsbereich 85 und der Motorkammer 45 über die erste Leitungsstrecke 94 in die Motorkammer 45 geführt (gepresst) werden.
Ein Drosselkanal 97 kann im Mittelgehäuse 4 definiert sein, um eine Kommunikation zwischen der Motorkammer 45 mit einem Saugbereich des Kompressionsmechanismus 21 zu gestatten. Der Drosselkanal 97 ist ein Beispiel einer zweiten Leitungsstrecke, wie sie hier diskutiert wird. Daher kann das Kühlmittel, welches über die erste Leitungsstrecke 94 in die Motorkammer 45 kommuniziert wurde, ebenfalls über den Drosselkanal 97 in einen saugseitigen Bereich 98 des Kompressionsmechanismus 21 fließen. Der Fluss des Kühlmittels durch die erste Leitungsstrecke 94, die Motorkammer 45 und den Drosselkanal 97 kann vorzugsweise zum Kühlen des Elektromotors 49 beitragen.
Optional kann der Drosselkanal 97 einen Querschnittsflächenbereich haben, der geringer ist als der Querschnittsflächenbereich der ersten Leitungsstrecke 94. In diesem Fall kann während des Betriebs des Schraubenkompressors 100 das Kühlmittel erst in die Motorkammer 45 kommuniziert werden, und dann kann ein Teil dieses Kühlmittels über den Drosselkanal 97 von der Motorkammer 45 in den saugseitigen Bereich 98 des Kompressionsmechanismus 21 fließen. Demzufolge wird der Druck innerhalb der Motorkammer 45 nach und nach ansteigen und schließlich auf einen vorbestimmten mittleren Druck Pm eingestellt werden, wobei der mittlere Druck Pm größer ist als der Druck Ps des Kühlmittels, welches durch die Saugöffnung 44 angesaugt wird, und geringer als der Druck Pd des ausgelassenen Kühlmittels (z.B. Ps < Pm < Pd). In dieser Phase wird der Druck, der auf die rückwärtige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 ausgeübt wird, gleich dem Druck in Inneren der Motorkammer 45. Der mittlere Druck Pm wird eine Kraft Fb hervorrufen, die auf die rückwärtige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 in einer Richtung von der Rückseite (in der Darstellung von 1 rechten Seite) in Richtung auf die Vorderseite (linke Seite in der Darstellung von 1) ausgeübt werden kann. Die Kraft Fb kann berechnet werden, indem der mittlere Druck Pm mit einer den Druck aufnehmenden Fläche S der rückwärtigen Fläche 20a multipliziert wird.
Ferner kann der Druck des Kühlmittels innerhalb des saugseitigen Bereichs 98 und der Kompressionskammer 32 eine Kraft Fa hervorrufen, die auf eine vorderseitige Fläche 20b der beweglichen Schraube 20 ausgeübt werden kann. Daher kann die Position der beweglichen Schraube 20 relativ zum Mittelgehäuse 4 durch den Ausgleich zwischen den entgegengerichteten Kräften Fa und Fb bestimmt werden, die auf die bewegliche Schraube 20 einwirken. In dieser Beschreibung wird die Kraft Fa auch als eine "erste Kraft" und die Kraft Fb auch als "zweite Kraft" bezeichnet werden.
Wenn beispielsweise der mittlere Druck Pm so eingestellt oder reguliert wird, dass sich die Beziehung (Fa < Fb) ergibt, kann der Widerstand gegen eine relative Gleitbewegung zwischen der rückwärtigen Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 und einer Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 verringert werden, weil die bewegliche Schraube 20 sich von der Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 wegbewegen bzw. weggeschoben werden wird. Eine derartige Verringerung im Widerstand kann eine Verringerung in der Betriebseffizienz des Kompressors verhindern und die Langlebigkeit des Kompressors verbessern. Wenn der Druck im Innern der Motorkammer 45 den vorbestimmten mittleren Druck Pm übersteigt, kann solch ein Druck auf den mittleren Druck Pm eingestellt oder reguliert werden, indem es dem Kühlmittel ermöglicht wird, von der Motorkammer 45 durch einen Zwischenraum, welcher zwischen der rückwärtigen Fläche 20a und der Vorderfläche 4a definiert ist, in den saugseitigen Bereich 98 zu fließen.
Wenn auf der anderen Seite der mittlere Druck Pm eingestellt oder reguliert ist, um die Beziehung (Fa > Fb) zu ergeben, kann der Widerstand gegen die gleitende Relativbewegung zwischen der rückwärtigen Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 und der Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 ansteigen. Jedoch kann der Widerstand gegen die gleitende Relativbewegung zwischen der Schraubenwand 28 der festen Schraube 2 und der Schraubenwand 30 der beweglichen Schraube 20 verringert werden. Daher kann der mittlere Druck Pm vorzugsweise so eingestellt oder reguliert werden, dass die zweite Kraft Fb im Wesentlichen gleich der ersten Kraft Fa wird.
Die Konfiguration (der Querschnittsflächenbereich und die Länge oder andere Parameter) des Drosselkanals 97 kann in Antwort auf die Konfiguration (den Querschnittsflächenbereich und die Länge oder andere Parameter) der ersten Leitungsstrecke 94, auf den erwünschten Druck (den Sollwert des mittleren Drucks Pm), die den Druck aufnehmende Fläche S der rückwärtigen Fläche 20a und/oder einen jeden anderen relevanten Parameter bestimmt werden. Darüber hinaus können die Konfigurationen der ersten Leitungsstrecke 94 und des Drosselkanals 97 vorzugsweise bestimmt werden, um sicherzustellen, dass (a) der Druck im Inneren der Motorkammer 45 schnell ansteigen kann, wenn der Kompressor 110 gestartet wird, (b) die erwünschte Menge an Kühlmittel zwischen dem auslassseitigen Bereich (z.B. dem Aufbewahrungsbereich 85), der Motorkammer 45 und dem saugseitigen Bereich 98 transferiert wird, und (c) die nötige Kompressions-Effizienz des Kompressors erhalten wird.
Das Schmieröl, welches über die erste Leitungsstrecke 94 zur Motorkammer 45 geführt wurde, kann über den Drosselkanal 97 teilweise in den saugseitigen Bereich 98 transferiert werden. Dieses Schmieröl kann teilweise zu den Gleitkontakt-Abschnitten der festen und der beweglichen Schraube 2 und 20 an der äußeren Umfangsseite der Schraubenwand 30 der beweglichen Schraube 20 über einen sehr kleinen Zwischenraum transferiert werden, der zwischen der festen und der beweglichen Schraube 2, 20 definiert ist. Das Schmieröl, welches in die Motorkammer 45 geleitet wurde, kann vorzugsweise den Lagermechanismus 23 schmieren. Das Schmieröl, das zu der äußeren Umfangsseite der Wand 30 der beweglichen Schraube zugeführt wurde, kann vorzugsweise die Gleitkontakt-Abschnitte der festen und der beweglichen Schraube 2, 20 schmieren und/oder abdichten. Das Schmieröl kann danach aus der Auslassöffnung 50 ausgelassen werden, zusammen mit dem Kühlmittel, das in der Kompressionskammer 32 komprimiert wurde.
Wenn gemäß dem ersten repräsentativen Schraubenprozessor der Elektromotor 49 startet, kann das Kühlmittel, das beispielsweise von einem Verdampfer (nicht gezeigt) des externen Kreislaufs zurückkehrt, über den Zylinder 70a des Wechselrichter-Gehäuses 70 und die Saugöffnung 44 in den Kompressor 100 geleitet werden. Während das Kühlmittel durch den Zylinder 70a fließt, kann der Wechselrichter 60 durch das angesaugte Kühlmittel gekühlt werden. Obwohl der Wechselrichter 60 in dieser ersten repräsentativen Ausführungsform somit durch das angesaugte Kühlmittel gekühlt wird, ist die Wärmemenge, die durch den Wechselrichter 60 erzeugt wird, viel geringer als die Wärmemenge, die durch den Elektromotor 49 erzeugt wird. Daher ist der Anstieg in der Temperatur des angesaugten Kühlmittels, welcher durch das Kühlen des Wechselrichters 60 unter Verwendung des angesaugten Kühlmittels verursacht wird, gering im Vergleich mit dem Temperaturanstieg, der durch das Kühlen des Elektromotors 49 verursacht werden würde, wenn die gesamte Menge des angesaugten Kühlmittels in die Motorkammer 45 eingeführt würde. Das angesaugte Kühlmittel kann dann im Inneren der Kompressionskammer 32 komprimiert werden, während die bewegliche Schraube umläuft. Das komprimierte Kühlmittel kann danach aus der Auslassöffnung 86 ausgelassen werden, damit es in einen Kondensator (nicht gezeigt) des externen Kreislaufs geführt wird.
Daher können gemäß der ersten repräsentativen Ausführungsform die entgegengerichtete erste und zweite Kraft, die auf die bewegliche Schraube 20 ausgeübt werden, leicht unter Verwendung des Drosselkanals 97 eingestellt oder reguliert werden, da das Kühlmittel über den Drosselkanal 97 aus der Motorkammer 45 zu dem saugseitigen Bereich 98 des Kompressionsmechanismus 21 fließen kann.
Optional kann ein Steuerungsventil, z.B. ein elektromagnetisches Ventil (nicht gezeigt) in dem Drosselkanal 97 angeordnet sein, um den Querschnittsflächenbereich des Fließpfades, der durch den Drosselkanal 97 definiert ist, selektiv zu ändern oder einzustellen. In diesem Fall kann der Fluss des Kühlmittels selektiv so verändert werden, dass in Antwort auf eine Änderung im Design des Kompressors 100 die entgegenstehenden Kräfte, die auf die bewegliche Schraube 20 einwirken, eingestellt werden.
Zweite repräsentative Ausführungsform
Ein zweiter repräsentativer Schraubenprozessor 110 wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, die eine vertikale Querschnittsansicht des gesamten Schraubenkompressors 110 zeigt. Die grundlegende Konstruktion des zweiten repräsentativen Schraubenprozessors 110 ist im Wesentlichen die gleiche wie diejenige des ersten repräsentativen Schraubenkompressors 100. Daher wird eine weitere Beschreibung nur in Bezug auf die Konstruktionen vorgetragen, die von dem ersten repräsentativen Schraubenprozessor 100 verschieden sind. Darüber hinaus werden die gleichen Teile wie beim ersten repräsentativen Schraubenprozessor 100 mit denselben Bezugszeichen versehen, und somit ist eine weitere Beschreibung dieser Teile nicht nötig.
Wie in 3 gezeigt ist, enthält der zweite repräsentative Schraubenprozessor 110 nicht den Drosselkanal 97 im Inneren des Mittelgehäuses 4, wie es bei dem ersten repräsentativen Schraubenkompressor 100 der Fall ist. Statt dessen kann die bewegliche Schraube 20 so in den Schraubenkompressor eingebaut werden, dass ein vorbestimmter Zwischenraum CL zwischen der rückwärtigen Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 und der Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 definiert ist. Der Zwischenraum CL ist ein weiteres Beispiel einer zweiten Leitungsstrecke, wie sie in der vorliegenden Beschreibung diskutiert wird. Somit kann bei der zweiten repräsentativen Ausführungsform ein Kühlmittel, das über die erste Leitungsstrecke 94 in die Motorkammer 94 geleitet wurde, von der Motorkammer 45 über den Zwischenraum CL zu dem Saugbereich 98 des Kompressionsmechanismus fließen.
Der Zwischenraum CL kann eine sehr geringe Größe oder Breite haben und kann vorzugsweise einen geringeren Querschnitt als den Querschnitt der ersten Leitungsstrecke 94 haben. In diesem Fall kann während des Betriebs des Schraubenkompressors 110 das Kühlmittel in die Motorkammer 45 geleitet werden. Daher wird der Druck innerhalb der Motorkammer 45 nach und nach ansteigen und kann schließlich auf einen vorbestimmten mittleren Druck Pm zwischen dem Druck Ps des angesaugten Kühlmittels und dem Druck Pd des ausgelassenen Kühlmittels eingestellt werden (d.h., Ps < Pm < Pd). In dieser Phase wird der Druck (die zweite Kraft Fb), der (bzw. die) auf die rückseitige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 einwirkt, gleich dem Druck im Innern der Motorkammer 45, auf die gleiche Weise wie bei dem ersten repräsentativen Schraubenprozessor 100. Der mittlere Druck Pm wird die zweite Kraft Fb erzeugen, die auf die rückseitige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 in einer Richtung von der Rückseite (rechte Seite in der Darstellung von 3) in Richtung auf die Vorderseite (linke Seite in der Darstellung von 3) ausgeübt werden kann. Die zweite Kraft Fb kann berechnet werden, indem der mittlere Druck Pm mit der den Druck empfangenen Fläche S der rückwärtigen Fläche 20a multipliziert wird.
Auf dieselbe Weise wie bei dem ersten repräsentativen Schraubenprozessor 100 kann der Druck des Kühlmittels innerhalb des saugseitigen Bereichs 98 und der Kompressionskammer 32 die erste Kraft Fa erzeugen, die auf die Vorderfläche 20b der beweglichen Schraube 20 ausgeübt werden kann. Daher kann die Position der beweglichen Schraube 20 relativ zum Mittelgehäuse 4 durch das Gleichgewicht zwischen der ersten und der zweiten Kraft Fa und Fb, die einander entgegengerichtet sind und an der beweglichen Schraube 20 angreifen, festgelegt werden.
Wenn beispielsweise der Druck innerhalb der Motorkammer 45 ansteigt, um die Beziehung (Fa < Fb) zu ergeben, kann die bewegliche Schraube 20 so verschoben werden, dass die rückwärtige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 sich von der Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 fortbewegt. Demzufolge kann der Widerstand gegen die gleitende Relativbewegung zwischen der rückwärtigen Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 und der Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 verringert werden. Demzufolge kann eine Verringerung in der Betriebseffizienz des Kompressors 110 verhindert und die Langlebigkeit des Kompressors 110 verbessert werden.
Während die bewegliche Schraube 20 sich so entlang ihrer Axialrichtung bewegt oder verschiebt, wird der Querschnitt des Zwischenraums CL zwischen der rückwärtigen Fläche 20a und der Vorderfläche 4a zunehmen, so dass Druck innerhalb der Motorkammer 45 entlassen wird. Daher kann eine vergrößerte Menge von Kühlmittel von der Motorkammer 45 über den Zwischenraum CL zum Saugbereich 98 fließen. In diesem Fall wird der Druck innerhalb der Motorkammer 45 abnehmen und es kann sich die Beziehung (Fa > Fb) ergeben. In diesem Fall kann die bewegliche Schraube 20 sich so bewegen, dass die rückwärtige Fläche 20a sich in Richtung auf die Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 bewegt. Demzufolge kann die Breite des Zwischenraums CL verringert werden und der Gleitwiderstand zwischen der rückwärtigen Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 und der Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 kann ansteigen. Jedoch wird zu diesem Zeitpunkt der Gleitwiderstand zwischen der Wand 28 der festen Schraube und der Wand 30 der beweglichen Schraube abnehmen.
Vorzugsweise wird die bewegliche Schraube 20 diese Hin- und Herschiebebewegungen wiederholen und dadurch den Querschnitt oder die Breite des Zwischenraums CL variieren, bis der Druck innerhalb eines vorbestimmten Bereichs auf den mittleren Druck Pm eingestellt ist. Daher kann die bewegliche Schraube 20 als ein Ventilmechanismus in Bezug auf den Zwischenraum CL dienen, um den Druck innerhalb der Motorkammer 45 einzustellen. Beispielsweise kann der mittlere Druck Pm so reguliert oder eingestellt werden, dass die erste und die zweite Kraft Fa und Fb, die einander entgegengerichtet sind und auf die bewegliche Schraube einwirken, im Wesentlichen einander gleich werden. Außerdem kann der Fluss des Kühlmittels durch die erste Leitungsstrecke 94, die Motorkammer 45 und den Zwischenraum CL zum Kühlen des Elektromotors 49 beitragen.
Die maximal mögliche Größe oder Breite des Zwischenraums CL kann auf geeignete Weise in Abhängigkeit von der Konfiguration (z.B. dem Querschnittsflächenbereich und der Länge) der ersten Leitungsstrecke 94, dem erwünschten Druck (Sollwert für den mittleren Druck Pm), der den Druck empfangenen Fläche S der rückwärtigen Fläche 20a und/oder jeglichen anderen relevanten Parametern festgelegt werden. Darüber hinaus kann die Konfiguration der ersten Leitungsstrecke 94 vorzugsweise bestimmt werden, um sicherzustellen, dass (a) der Druck innerhalb der Motorkammer 45 schnell ansteigen kann, nachdem der Kompressor 110 beginnt zu arbeiten, (b) die erwünschte Menge von Kühlmittel zur Motorkammer 45 transferiert wird und (c) die notwendige Kompressions-Effizienz des Kompressors erhalten wird.
Wie oben beschrieben wurde, gestattet der repräsentative Schraubenkompressor die Einstellung der entgegengerichteten Kräfte, die auf die bewegliche Schraube 20 einwirken, unter Verwendung des Zwischenraums CL, der zwischen der rückseitigen Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 und der Vorderfläche 4a des Mittelgehäuses 4 definiert ist.
Die vorliegende Lehre wird nicht durch die obigen repräsentativen Ausführungsformen beschränkt, und die obigen repräsentativen Ausführungsformen können auf verschiedene Arten modifiziert werden, wie dies in den unten erwähnten Beispielen der Fall ist.

(A) Beispielsweise verwendet, wie oben erwähnt wurde, die erste und die zweite repräsentative Ausführungsform den Drosselkanal 97 bzw. den Zwischenraum CL, um den Fluss des Kühlmittels von der Motorkammer 45 zum Saugbereich 98 des Kompressionsmechanismus 21 zu steuern. Jedoch können diese Strukturen durch ein Steuerungsventil, z.B. ein elektromagnetisches Ventil, ersetzt werden, welches innerhalb einer geeigneten Route angeordnet ist, die die Motorkammer 45 und den Saugbereich 98 des Kompressionsmechanismus 21 verbindet. Darüber hinaus können von dem Drosselpfad 97, dem Zwischenraum CL und dem Steuerungsventil jeweils zwei beliebige kombiniert werden, um eine Steuerungsvorrichtung zum Einstellen des Gleichgewichts der entgegengesetzten Kräfte Fa und Fb herzustellen.
(B) Obwohl das Kühlmittel innerhalb der Motorkammer 45 in den obigen repräsentativen Ausführungsformen zu dem Saugbereich 98 des Kompressionsmechanismus 21 über den Drosselkanal 97 bzw. den Zwischenraum CL kommuniziert wird, kann das Kühlmittel statt dessen direkt in die Kompressionskammer 32 kommuniziert werden.
(C) Obwohl in der obigen ersten und zweiten repräsentativen Ausführungsform die rückwärtige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 der Motorkammer 45 gegenüberliegt, kann die rückwärtige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 mit der Motorkammer 45 über einen separaten Kommunizierungs-Kanal kommunizieren. Alternativ kann ein Abdichtelement zwischen die rückwärtige Fläche 20a der beweglichen Schraube 20 und die Motorkammer 45 gesetzt werden. In diesem Fall kann der Druck, der auf die rückwärtige Fläche 20a ausgeübt wird, im Vergleich mit dem Druck innerhalb der Motorkammer 45 um einen Wert verringert werden, der dem Verlust des Drucks aufgrund des Dichtelementes entspricht.
(D) Ferner kann die erste Leitungsstrecke 94 konfiguriert sein, um den Fluss des Kühlmittels in die Motorkammer 45 zu steuern oder regulieren. Beispielsweise kann die erste Leitungsstrecke 94 selbst einen geringen Querschnitt haben, oder ein Drosselelement (z.B. ein Ventil) kann innerhalb der ersten Leitungsstrecke 94 angeordnet sein. Daher kann die Flussrate des Kühlmittels, das in die Motorkammer 45 fließt, so gesteuert werden, dass ein übermäßiger Anstieg im Druck verhindert wird, wodurch die Verringerung der Kompressor-Effizienz minimiert wird. Mit anderen Worten ist es ausreichend, dass von der ersten Leitungsstrecke 94 und dem Drosselkanal 97 eines dazu dient, den Fluss des Kühlmittels zu steuern.
(E) Ferner kann, obwohl der erste und der zweite repräsentative Kompressor den Wechselrichter 60, der den Elektromotor 49 steuert, umfassen, der Wechselrichter 60 fortgelassen werden.

Claims

Schraubenkompressor (100, 110) mit: einer festen Schraube (2), einer beweglichen Schraube (20), die gegenüber der festen Schraube vorgesehen ist und einen vorderen (20b) und einen hinteren Bereich (20a) beinhaltet, wobei der vordere Bereich im Wesentlichen gleitend die feste Schraube berührt und der hintere Bereich im Wesentlichen gleitend einen Bereich (4a) eines Kompressorgehäuses berührt, zumindest einer Kompressionskammer (32), die zwischen der festen und der beweglichen Schraube definiert ist, einem Motor (49), der die bewegliche Schraube antreibt, wodurch die bewegliche Schraube relativ zu der festen Schraube umläuft, so dass ein Kühlmittel aus einem saugseitigen Bereich (98) in die Kompressionskammer hineingezogen und innerhalb der Kompressionskammer komprimiert wird und das komprimierte Kühlmittel hin zu einem druckseitigen Bereich (25, 85, 86) ausgegeben wird, während die bewegliche Schraube umläuft, einer innerhalb des Kompressorgehäuses definierten Motorkammer (45), die den Motor aufnimmt, einer ersten Leitungsstrecke (94), die aus dem druckseitigen Bereich ausgelassenes Kühlmittel hin zu der Motorkammer kommuniziert, und einer zweiten Leitungsstrecke (97, CL), die die Motorkammer mit dem saugseitigen Bereich (98) der festen und der beweglichen Schraube verbindet, wobei der Druck (Ps) innerhalb des saugseitigen Bereichs (98) und der Kompressionskammer eine erste Kraft (Fa) gegen den vorderen Bereich der beweglichen Schraube aufbringt und der Druck (Pm) innerhalb der Motorkammer eine zweite Kraft (Fb) gegen den hinteren Bereich der beweglichen Schraube aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitungsstrecke dazu angeordnet und vorgesehen ist, den Durchfluss des Kühlmittels von der ersten Leitungsstrecke (94) hin zum saugseitigen Bereich (98) über die Motorkammer zu begrenzen, wodurch der Druck (Pm) so eingestellt wird, dass die einander entgegengesetzten beiden Kräfte im Wesentlichen ausgeglichen sind und dass gilt: Ps < Pm < Pd, wobei Ps der Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs ist, Pd der Druck innerhalb des druckseitigen Bereichs und Pm der Druck innerhalb der Motorkammer, der druckseitige Bereich eine Auslasskammer (25) und eine Auslassöffnung (86) aufweist, und die Auslassöffnung mit der Auslasskammer über eine von der ersten Leitungsstrecke verschiedene Strecke verbunden ist.
Schraubenkompressor nach Anspruch 1, bei welchem die zweite Leitungsstrecke einen Drosselkanal (97) aufweist, welcher zwischen dem saugseitigen Bereich und der Motorkammer definiert ist.
Schraubenkompressor nach Anspruch 2, bei welchem ein Querschnittsflächenbereich des Drosselkanals kleiner ist als ein Querschnittsflächenbereich der ersten Leitungsstrecke.
Schraubenkompressor nach Anspruch 1, bei welchem die zweite Leitungsstrecke einen Zwischenraum (CL) aufweist, welcher zwischen einem hinteren Bereich der beweglichen Schraube und dem Bereich (4a) des Kompressorgehäuses definiert ist, welcher der hinteren Fläche der beweglichen Schraube gegenüberliegt.
Verfahren, um einander entgegengesetzte Kräfte ins Gleichgewicht zu bringen, welche auf eine bewegliche Schraube (20) eines Schraubenkompressors (100, 110) einwirken, welcher Kompressor eine feste Schraube (2) beinhaltet, welche der beweglichen Schraube gegenüberliegt, und zumindest eine Kompressionskammer (32), die zwischen der festen und der beweglichen Schraube definiert ist, mit den folgenden Schritten: Aufbringen einer ersten Kraft (Fa) gegen einen vorderen Bereich (20b) der beweglichen Schraube, wobei die erste Kraft von dem Druck (Ps) innerhalb des saugseitigen Bereichs (98) und dem Druck innerhalb der Kompressionskammer produziert wird, und Aufbringen einer zweiten Kraft (Fb) gegen einen hinteren Bereich (20a) der beweglichen Schraube, wobei die Richtung der ersten Kraft der Richtung der zweiten Kraft entgegengesetzt ist und die zweite Kraft durch einen Druck (Pm) innerhalb einer Motorkammer (45) erzeugt wird, in welcher sich ein Motor (49) zum Antreiben der beweglichen Schraube befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem den folgenden Schritt aufweist: Einstellen der einander entgegengesetzten beiden Kräfte so, dass die bewegliche Schraube in Bezug auf die feste Schraube mit einem minimalen Widerstand umläuft, der der Gleitbewegung der beweglichen Schraube relativ zu der festen Schraube und/oder einem der beweglichen Schraube gegenüberliegenden Bereich des Kompressorgehäuses entgegenwirkt, wobei der Schritt des Aufbringens der zweiten Kraft ein Kommunizieren von komprimiertem Kühlmittel aus einer Auslasskammer (25) eines druckseitigen Bereichs (25, 85, 86) hin zu einem saugseitigen Bereich (98) der festen und der beweglichen Schraube über die Motorkammer (45) mittels einer Leitungsstrecke (94, 97, CL) aufweist, die Auslasskammer (25) mit einer Auslassöffnung (86) über eine Strecke kommuniziert, welche von der Leitungsstrecke verschieden ist, und der Schritt des Einstellens der einander entgegengesetzten beiden Kräfte das Einschränken der Leitungsstrecke zum Einstellen der zweiten Kraft aufweist, so dass die einander entgegengesetzten Kräfte im Wesentlichen im Gleichgewicht sind und dass gilt: Ps < Pm < Pd, wobei Ps der Druck innerhalb des saugseitigen Bereichs ist, Pd der Druck innerhalb des druckseitigen Bereichs und Pm der Druck innerhalb der Motorkammer.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem Schritt des Einschränkens der Leitungsstrecke das Vermindern des Drucks innerhalb der Motorkammer beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Schritt des Einschränkens der Leitungsstrecke außerdem das Vermindern des Durchflusses des ausgelassenen Kühlmittels aus dem druckseitigen Bereich hin zur Motorkammer beinhaltet.