(57)【要約】      （修正有）【課題】スパイラル原理に基づく押しのけ機械、特にスクロール圧縮器であって、低圧チャンバと押しのけスパイラルの間に背圧チャンバを形成し、背圧チャンバを異なる駆動圧によって簡単に構築する。【解決手段】押しのけスパイラル（３１）が、背圧チャンバと圧縮チャンバの少なくとも１つ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）との間に少なくとも一時的に流体接続を形成する１つの通路のみを有し、その場合に通路（６０）が押しのけスパイラル（３１）の次のような部分内に、すなわち押しのけ機械が能動化された状態において、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に通路（６０）が開放され、かつ開放に続いて押しのけスパイラル（３１）が１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転している間開放されたままとなるような部分内に、形成されている。【選択図】図２
2018193990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル原理に基づく押しのけ機械、特にスクロール圧縮器（１０）であって、高圧チャンバ（４０）を備えた高圧領域（４７）、低圧チャンバ（３０）及び周回する押しのけスパイラル（３１）を有し、前記押しのけスパイラルがカウンタースパイラル（３２）内へ次のように、すなわち、作動媒体を収容するために、押しのけスパイラル（３１）とカウンタースパイラル（３２）の間に圧縮チャンバ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）が形成されるように、嵌入し、低圧チャンバ（３０）と押しのけスパイラル（３１）の間に背圧チャンバ（５０）が形成される、ものにおいて、
押しのけスパイラル（３１）が、背圧チャンバ（５０）と圧縮チャンバの少なくとも１つ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）との間に少なくとも一時的に流体接続を形成する１つの通路（６０）のみを有し、前記通路（６０）が押しのけスパイラル（３１）の次のような部分内に、すなわち、押しのけ機械が能動化された状態において、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に通路（６０）が開放され、かつ開放に続いて押しのけスパイラル（３１）が１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転している間開放されたままとなるような部分内に、形成されている、ことを特徴とする押しのけ機械。
【請求項２】
背圧チャンバ（５０）が、低圧チャンバ（３０）と流体接続されていない、ことを特徴とする請求項１に記載の押しのけ機械。
【請求項３】
通路（６０）が、押しのけスパイラル（３１）の底（３４）の部分内に形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の押しのけ機械。
【請求項４】
通路（６０）が、押し出し角度に達する前の少なくとも１０°、特に少なくとも２０°、特に少なくとも３０°の回転角度において閉鎖されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項５】
押しのけ機械の高圧領域（４７）から背圧チャンバ（５０）へガス接続導管（７０）が形成されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項６】
ガス接続導管（７０）がハウジング（２０）内に形成されており、かつ高圧チャンバ（４０）を背圧チャンバ（５０）と接続する、ことを特徴とする請求項５に記載の押しのけ機械。
【請求項７】
押しのけ機械の高圧領域（４７）から低圧チャンバ（６０）へオイル還流通路（７５）が形成されている、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の押しのけ機械を駆動する方法において、
通路（６０）が、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に開放されて、開放に続いて押しのけスパイラル（３１）が１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転する間開放されたままとなる、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
背圧チャンバ（５０）内を支配する圧力が、高圧領域（４７）から背圧チャンバ（５０）内へ流入する質量流に基づいて、かつ圧縮チャンバ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）のいずれかから背圧チャンバ（５０）内へ流入する質量流に基づいて、形成される、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項に記載の押しのけ機械、特にスクロール圧縮器（１０）を有する車両空調設備。
【請求項１１】
請求項１から７のいずれか１項に記載の押しのけ機械及び／又は請求項１０に記載の車両空調設備を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパイラル原理に基づく押しのけ機械、特にスクロール圧縮器に関するものであって、高圧チャンバを備えた高圧領域を有し、さらに低圧チャンバと周回する押しのけスパイラルを有しており、その押しのけスパイラルがカウンタースパイラル内へ次のように、すなわち作動媒体を収容するために、押しのけスパイラルとカウンタースパイラルの間に圧縮チャンバが形成されるように、嵌入し、その場合に低圧チャンバと押しのけスパイラルの間に背圧チャンバが形成される。本発明は、さらに、押しのけ機械を駆動する方法に関する。さらに本発明は、車両空調設備及び本発明に係る押しのけ機械を有する車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮器及び／又はスクロール膨張器は、以前から従来技術において知られている。これらは高圧チャンバ、低圧チャンバ及び周回する押しのけスパイラルを有している。周回する押しのけスパイラルは、たとえば特許文献１に示されるように、カウンタースパイラル内へ次のように、すなわち作動媒体を収容するために、押しのけスパイラルとカウンタースパイラルの間に圧縮チャンバが形成されるように、嵌入する。低圧チャンバと押しのけスパイラルの間に収容室、すなわち背圧チャンバが形成される。この種の背圧チャンバは、バックプレッシャールームの概念でも知られている。背圧チャンバを用いて、もしくはバックプレッシャールームを用いて、圧力を構築することが可能であって、その圧力が周回する押しのけスパイラルに作用する。軸方向の力がもたらされ、それによって押しのけスパイラルがカウンタースパイラルに対して押圧され、したがってスパイラルが互いに対して密閉される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２８０６１６４（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、スパイラル原理に基づく押しのけ機械を、背圧チャンバ内の圧力が好ましいやり方でそれ自体調節可能であるように、展開することである。可変のバックプレッシャーシステムもしくは可変の背圧システムを提供しようとしており、その場合に背圧チャンバ内の圧力は異なる駆動圧によって調節可能である。特に押しのけ機械を、冷媒内の不純物による汚れリスクが減少されるように、展開しようとしている。その場合に押しのけ機械は、構造的に簡単に構築されなければならない。
【０００５】
本発明の課題は、さらに、押しのけ機械を駆動するための先進の方法を提供することである。さらに、課題は、スパイラル原理に基づく先進の押しのけ機械を有する車両空調設備及び／又は車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この課題は、スパイラル原理に基づく押しのけ機械に関しては、特許請求項１の対象によって、押しのけ機械を駆動する方法に関しては特許請求項８によって、車両空調設備に関しては、特許請求項１０の対象によって、そして車両に関しては、特許請求項１１の対象によって解決される。
【０００７】
スパイラル原理に基づく本発明に係る押しのけ機械及び／又は押しのけ機械を駆動する本発明に係る方法の好ましく、かつ目的に合った形態が、下位請求項に記載されている。
【０００８】
本発明の基礎となる考えは、高圧チャンバを備えた高圧領域、低圧チャンバ及び周回する押しのけスパイラルを有し、その押しのけスパイラルがカウンタースパイラル内へ次のように、すなわち、作動媒体を収容するために、押しのけスパイラルとカウンタースパイラルの間に圧縮チャンバが形成されるように、嵌入する、スパイラル原理に基づく押しのけ機械、特にスクロール圧縮器を提供することである。低圧チャンバと押しのけスパイラルとの間に背圧チャンバもしくはいわゆるバックプレッシャールームが形成されている。
【０００９】
本発明によれば、押しのけスパイラルは、背圧チャンバと圧縮チャンバの少なくとも１つとの間に少なくとも一時的に流体接続を形成する１つの通路のみを有し、その場合に通路は押しのけスパイラルの次のような部分内に、すなわち押しのけスパイラルが能動化されている状態において、相対圧縮チャンバ体積が８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に、通路が開放され、開放に続いて押しのけスパイラルが１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転する間、開放されたままになるような部分内に、形成されている。
【００１０】
押しのけスパイラル内に１つの通路もしくは唯一の通路のみを形成することによって、圧縮チャンバの少なくとも１つと背圧チャンバとの間に時々流体接続もしくはガス接続が形成される。これに基づいて、バックプレッシャーシステムもしくは背圧システムを提供することができ、その場合に背圧チャンバ内の圧力が、高圧及び少なくとも１つの圧縮チャンバ内を支配する圧力の関数として調節可能である。
【００１１】
好ましくはカウンタースパイラルは、押しのけ機械内に完全に固定的に組み込まれている。したがって言い換えると、カウンタースパイラルは軸方向にも移動しない。押しのけスパイラルは、カウンタースパイラルに対して軸方向に移動可能である。したがって周回する押しのけスパイラルは、付加的に軸方向に移動可能とすることができる。その場合に押しのけスパイラルは、カウンタースパイラルの方向へ、かつカウンタースパイラルから離れるように移動することができる。
【００１２】
押しのけスパイラルからカウンタースパイラルへ軸方向に作用する圧接力は、上述した背圧チャンバ内を支配する圧力によって調節可能である。言い換えると、押しのけスパイラルから軸方向にカウンタースパイラルへ作用する力は、好ましくは、背圧チャンバ内を支配する圧力によってもたらされる。背圧チャンバ内を支配する圧力に従って、押しのけスパイラルからカウンタースパイラルへ軸方向に作用する圧接力を調節することができる。
【００１３】
好ましくは、押しのけスパイラルは常に所定の圧接力でカウンタースパイラルに作用するので、２つのスパイラルの配置の密閉性が保証されている。カウンタースパイラルへの圧接力は、好ましくは、圧縮器の実際の駆動点（駆動圧／回転数）において密閉性のために必要とされるより高い圧接力がカウンタースパイラルへ作用しないように、調節される。これに関して圧接力が高くなると、押しのけ機械内の出力損失がもたらされることになる。
【００１４】
押しのけスパイラルとカウンタースパイラルの間に、作動媒体、特に冷媒を収容し、圧縮し、かつ高圧チャンバ内へ放出するために、径方向内側へ移動する圧縮チャンバが形成される。押しのけ機械は、本発明のこの実施形態によれば、特にスクロール圧縮器として作動する。押しのけ機械は、言い換えると、スクロールコンプレッサである。
【００１５】
押しのけスパイラルの単に１つの、もしくは唯一の通路は、好ましくは、押しのけスパイラルの底の１つの部分内に形成されている。これは、通路が特に押しのけ機械のスパイラル側面部分内に形成されていないことを、意味している。
【００１６】
単に１つの、もしくは唯一の通路は、好ましくは、押しのけスパイラルの底に関して実質的に垂直に形成された通路として形成されている。好ましくはこの通路は、孔である。
【００１７】
たとえば通路は、２つの側面部分の間の中央に形成されている。さらに、通路が２つの側面部分に関して中心を外れて配置されることが、可能である。
【００１８】
通路は、押しのけスパイラルの次のような部分内に、特に次のような底部分内に、すなわち押しのけ機械が能動化されている状態において、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に通路が開放され、かつ開放に続いて押しのけスパイラルが１８０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転する間開放されたままとなるような部分内に、形成されている。言い換えると、押しのけスパイラルは、第１の通路の開放後、さらに１８０°−３６０°だけ、特にさらに２５５°−３１５°だけ、特にさらに２７０°だけ回転することができ、その間通路は開放され続ける。通路の開放状態は、通路がカウンタースパイラルによって覆われず、特にスパイラル部材によって、もしくはカウンタースパイラルのスパイラル側面部分によって覆われていないことを、表している。
【００１９】
押しのけスパイラルの、特に押しのけスパイラル内の唯一の通路の、本発明に係る形成に基づいて、背圧チャンバから低圧チャンバへの接続を省くことができる。言い換えると、背圧チャンバは低圧チャンバと流体接続されていない。
【００２０】
冷媒内の不純物による汚れリスクが、著しく軽減される。というのは、流体、特に質量流は唯一の通路内で往復移動し、もしくは往復して流れるからである。それに基づいて、この通路内の汚れがより迅速かつより簡単に除去される。
【００２１】
少なくとも１つの圧縮チャンバから背圧チャンバへの１つの接続もしくは１つの通路のみが形成されているので、背圧チャンバ内の圧力を簡単に調節することができる。背圧チャンバ内を支配する圧力は、高圧領域から背圧チャンバ内へ流れる質量流に基づいて、かつ圧縮チャンバの１つから背圧チャンバ内へ流れる質量流に基づいて、形成可能である。言い換えると、背圧チャンバ内を支配する圧力の形成は、高圧領域から背圧チャンバ内へ流れる質量流と、圧縮チャンバの１つから背圧チャンバ内へ流れる質量流との組み合わせに基づいて行われる。
【００２２】
押しのけ機械の回転角度が２５°−３１５°、特に３０°−３１０°、特に３５°−３０５°である場合に、通路が開放されていることが、可能である。記載された領域の最後の度数は、常に押しのけ機械の、通路の（ほぼ）閉鎖プロセスにおいて存在する角度に関する。
【００２３】
押しのけ機械の角度０°は、押しのけスパイラルとカウンタースパイラルの間の圧縮の開始を表している。押しのけ機械の角度０°は、少なくとも２つの圧縮チャンバの１つが閉鎖されている状態を表している。
【００２４】
言い換えると、単に１つの、もしくは唯一の通路は押しのけスパイラルの、開放もしくは開放時点及び閉鎖もしくは閉鎖時点に関して上述した条件を達成することができる部分内に形成されている。したがって押しのけ機械の大きさに従って、通路の配置に関して種々の幾何学的形成を構築することができる。しかし、通路の開放と閉鎖の時点に関する上述した条件について、構築すべきすべての押しのけ機械のために上述したことが当てはまる。
【００２５】
好ましくは通路は、少なくとも、押し出し角度（いわゆるディスチャージアングル）に達する前の１０°、特に少なくとも２０°、特に少なくとも３０°の回転角度において、閉鎖されている。押し出し角度もしくはディスチャージアングルは、圧縮チャンバ内で圧縮されたガスが高圧チャンバ内へ充分に放出されて、それに応じて圧縮チャンバ内の圧力が急激に減少する、回転角度を表している。言い換えると、ディスチャージアングルに達する前、特にディスチャージアングルに達する前の少なくとも１０°、ディスチャージアングルに達する前の特に少なくとも２０°、ディスチャージアングルに達する前の特に３０°において、通路は閉鎖される。これは、圧縮チャンバ内に存在するが、高圧チャンバ内へ放出されなかった、圧縮されたガスが、圧縮チャンバ内に残留することを、意味している。したがって押し出しもしくは放出されなかった、この残留している圧縮されたガスは、背圧チャンバ内へ、もしくはバックプレッシャールーム内へ達することはない。したがって通路は、押し出し角度もしくはディスチャージアングルに達する前の正しい時期に閉鎖される。
【００２６】
バックプレッシャーもしくは背圧は、圧縮チャンバ内を支配する圧縮された高圧に基づいて、逆方向に作用する軸力よりも常に高いが、バックプレッシャー圧力は様々な位相において、従来の押しのけ機械によるよりも小さく調節することができるので、本発明に係る押しのけ機械を用いて効率的な圧縮プロセスを実現することができる。
【００２７】
押しのけ機械が能動化された状態において、すなわち押しのけスパイラルがカウンタースパイラル内へ周回運動する場合に、複数の圧縮チャンバが形成され、その空間は押しのけスパイラルの外側の径方向周面から中心へ向かって小さくなるので、周面に収容された冷媒ガスが圧縮される。圧縮圧は、押しのけスパイラルの軸方向の領域内で、特に押しのけスパイラルの中央の部分内で達成され、かつ冷媒ガスは高圧に達した場合に軸方向に放出される。そのために、カウンタースパイラルは開口部を有しているので、高圧領域への、特に高圧チャンバへの流体接続が形成される。
【００２８】
背圧チャンバと圧縮チャンバの少なくとも１つとの間の一時的な流体接続は、通路の配置及び押しのけスパイラルの周回運動によって可能になる。
【００２９】
さらに、押しのけ機械を、押しのけ機械の高圧領域から背圧チャンバへガス接続導管が形成されるように、形成することが可能である。たとえば高圧チャンバから背圧チャンバへガス接続導管が形成されている。ガス接続導管は、カウンタースパイラル内に形成することができ、かつ高圧チャンバを背圧チャンバと接続することができる。本発明の他の実施形態において、ガス接続導管は、押しのけ機械のハウジング内に形成することができる。
【００３０】
さらに、押しのけ機械の高圧領域から出て低圧チャンバへオイル還流通路を形成することができる。したがって圧縮プロセス内部の冷媒ガス流からのオイル流の分離を実現することができる。オイル還流通路は、言い換えると、好ましくはガス接続導管から分離されている。
【００３１】
冷却剤は、スパイラルの始端領域で吸い込まれて、２つのスパイラルの間、すなわち押しのけスパイラルとカウンタースパイラルの間の圧縮プロセスの方向にのみ運ばれ、もしくは移送される。質量流は、背圧チャンバから低圧領域内へ、特に低圧チャンバ内へ達することはない。これに基づいて、可変のバックプレッシャーシステムもしくは可変の背圧システムを提供することができる。
【００３２】
本発明に係る押しのけ機械は、電気的及び／又は電動で駆動される押しのけ機械として、あるいは機械的な駆動装置を有する押しのけ機械として、形成することができる。
【００３３】
本発明の他の視点は、本発明に係る押しのけ機械を駆動する方法に関する。この方法は、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に、通路が開放されて、開放に続いて押しのけスパイラルが１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転する間開放されたままになることに、基づいている。
【００３４】
好ましくは、背圧チャンバ内を支配する圧力は、高圧領域から背圧チャンバ内へ流入する質量流に基づいて、かつ圧縮チャンバの１つから背圧チャンバ内へ流入する質量流に基づいて、形成される。
【００３５】
本発明に係る方法の他の形成に関しては、上述した説明、特に通路の開放時点かつ／又は閉鎖時点もしくは開放期間に関連した説明を参照することができる。本発明に係る押しのけ機械に関連してすでに説明したのと同様の利点が生じる。
【００３６】
本発明の他の併置された視点は、本発明に係る押しのけ機械を有する、特に本発明に係るスクロール圧縮器を有する、車両空調設備に関する。本発明に係る押しのけ機械に関連してすでに説明したのと同様の利点が得られる。
【００３７】
本発明の他の併置された視点は、本発明に係る押しのけ機械を有する、かつ／又は本発明に係る車両空調設備を有する、車両、特にハイブリッド車両に関する。本発明に係る押しのけ機械に関連してすでに説明したのと同様の利点が得られる。本発明に係る車両は、特に電気的なハイブリッド車両である。
【００３８】
以下、添付の図式的な図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る押しのけ機械の押しのけスパイラルを上面で示す斜視図である。
【図２】本発明に係る押しのけ機械、特にスクロール圧縮器、を示す縦断面図である。
【図３】カウンタースパイラル内で周回運動を実施する、押しのけスパイラルを示す上面図であって、カウンタースパイラルの底は示されていない。
【図４】本発明に係る押しのけ機械の作業原理を図式的に示している。
【図５】回転角度に従って通路の開放期間を示している。
【図６】回転角度及び使用される冷媒Ｒ１３４ａとの関連において選択された吸い込み圧に従って圧縮チャンバ内の圧力を示している。
【図７】圧縮チャンバから高圧チャンバ内への放出サイクルと、冷媒Ｒ１３４ａに関連した通路の開放相を示している。
【図８】吸い込み圧及び得るべき最終圧に関する閉鎖力を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下において、等しい部分及び等しく作用する部分には、同一の参照符号が使用される。
【００４１】
図１には、本発明に係る押しのけ機械内に組み込むことができるような、押しのけスパイラル３１が示されている。特に、押しのけスパイラル３１は、たとえば図２の実施例に従って形成することができるような、スクロール圧縮器１０内で使用するために用いられる。
【００４２】
図１に示すように、押しのけスパイラル３１は底３４を有している。底３４は、押しのけスパイラル３１の背壁と称することもできる。底３４は、円形に形成されており、かつ円いプレートの形状を有している。底３４上に、スパイラル側面部分３６ａと３６ｂを有するスパイラル３５が形成されている。
【００４３】
スパイラル部材３５は、押しのけスパイラル３１の中心点Ｍから始まって始端領域３７まで延びている。
【００４４】
底３４内には、通路６０が形成されている。通路６０は、底３４の表面に対して実質的に垂直に延びる透孔である。その場合に通路６０は、押しのけスパイラル３１の中央の部分３８内に形成されている。通路６０は、押しのけスパイラル３１の部分内に形成されており、その場合に通路６０はスパイラル側面部分３６ａと３６ｂの間に中心を外れて形成されている。スパイラルパス３９の全長は、開口部３７ａから始まってスパイラルパス３９の終端部分３９ａまでと定められている。終端部分３９ａは、冷媒の流れ方向において、スパイラルパス３９の最後の部分である。図示の例において、終端部分３９ａは、曲がって形成されている。
【００４５】
図１に示す押しのけスパイラル３１は、図２の実施例に基づくスクロール圧縮器１０内に組み込まれている。このスクロール圧縮器１０は、たとえば車両空調設備の圧縮器として作用することができる。たとえばＣＯ2車両空調設備のような、車両空調設備は、典型的に、ガスクーラー、内部の熱交換器、絞り、蒸発器及び圧縮器を有している。したがって圧縮器は、図示されるスクロール圧縮器１０とすることができる。スクロール圧縮器１０は、他の言葉では、スパイラル原理に基づく押しのけ機械である。
【００４６】
図示されるスクロール圧縮器１０は、ベルトディスクの形式の機械的駆動装置１１を有している。ベルトディスク１１は、使用する場合に電気モータ又は内燃機関と結合される。代替的に、スクロール圧縮器が電気的又は電動で駆動されることも、可能である。
【００４７】
スクロール圧縮器１０は、さらに、上方のハウジング部分２１を備えたハウジング２０を有しており、その上方のハウジング部分は、スクロール圧縮器１０の高圧領域４７を閉鎖する。ハウジング２０内にハウジング中間壁２２が形成されており、そのハウジング中間壁が低圧チャンバ３０を画成する。低圧チャンバ３０は、吸い込み室と称することもできる。
【００４８】
ハウジング底２３内に、透孔が形成されており、それを通して駆動軸１２が延びている。ハウジング２０の外部に配置された軸端部１３は、連動子１４と相対回動不能に結合されており、その連動子は、ハウジング２０内に回転可能に軸承されているベルトディスク内へ、すなわち機械的駆動装置１１内へ嵌入するので、ベルトディスクから駆動軸１２へトルクを伝達することができる。
【００４９】
駆動軸１２は、一方ではハウジング底２３内に、そして他方ではハウジング中間壁２２内に回転可能に軸承されている。ハウジング底２３に対する駆動軸１２の密閉は、第１の軸シール２４によって、そしてハウジング中間壁２２に対しては第２の軸シール２５によって行われる。
【００５０】
スクロール圧縮器１０は、さらに、押しのけスパイラル３１とカウンタースパイラル２１とを有している。押しのけスパイラル３１とカウンタースパイラル３２は、互いに入り組んでいる。カウンタースパイラル３２は、好ましくは周方向にも径方向にも固定されている。駆動軸１２と結合された移動可能な押しのけスパイラル３１は、円軌跡を描くので、それ自体知られているようにして、この運動によって複数のガスポケット又は圧縮チャンバ６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄが形成され、それらは押しのけスパイラル３１とカウンタースパイラル３２の間で径方向内側へ移動する。
【００５１】
この周回運動によって、作動媒体、特に冷媒が吸い込まれて、その後の螺旋運動とそれに伴って生じる圧縮チャンバ６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄの縮小によって圧縮される。作動媒体、特に冷媒は、径方向外側から内側へ向かって、たとえば線形に、だんだんと圧縮されて、カウンタースパイラル３２の中心において高圧チャンバ４０内へ吐き出される。押しのけスパイラル３１の周回運動を発生させるために、偏心軸受２６が形成されており、それが偏心ピンによって駆動軸１２と結合されている。偏心軸受２６と押しのけスパイラル３１は、カウンタースパイラル３２に関して偏心して配置されている。圧縮チャンバ６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄは、押しのけスパイラル３１とカウンタースパイラル３２が添接することによって、互いに圧密に分離されている。
【００５２】
カウンタースパイラル３２は、流れ方向において高圧チャンバ４０の後段に配置されており、かつ出口４８を通してカウンタースパイラル３２と流体接続されている。出口４８は、好ましくは、カウンタースパイラル３２の正確に中心には配置されておらず、中心を外れて、押しのけスパイラル３１とカウンタースパイラル３２の間に形成されている、もっとも内側の圧縮チャンバ６５ａの領域内に配置されている。それによって出口４８が軸受ブッシュ２８によって覆われず、かつ最終圧縮された作動媒体は高圧チャンバ４０内へ放出することができる。
【００５３】
カウンタースパイラル３２の底３３は、部分的に高圧チャンバ４０の底を形成している。底３３は、高圧チャンバ４０よりも幅広く形成されている。高圧チャンバ４０は、側方を側壁４１によって画成されている。側壁４１の、カウンタースパイラル３２の底３３を向いた端部内に、切り欠き４２が形成されており、その中にシールリング４３が配置されている。側壁４１は周壁であって、それがカウンタースパイラル３２のストッパを形成する。高圧チャンバ４０は、上方のハウジング部分２１内に形成されている。この高圧チャンバは、回転対称の横断面を有している。
【００５４】
高圧チャンバ４０内に集められた圧縮された作動媒体、すなわち冷媒は、出口４４を通して高圧チャンバ４０からオイル分離器４５内へ流入し、そのオイル分離器はここではサイクロン分離器として形成されている。圧縮された作動媒体、すなわち圧縮された冷凍ガスは、オイル分離器４５と開口部４６を通って、たとえば空調設備の循環内へ流入する。
【００５５】
カウンタースパイラル３２への押しのけスパイラル３１の圧接圧の制御は、押しのけスパイラル３１の底３４にそれに応じた圧力が供給されることによって、実現される。そのために、バックプレッシャールームとも称することができる、背圧チャンバ５０が形成されている。背圧チャンバ５０内には、偏心軸受２６が配置されている。背圧チャンバ５０は、押しのけスパイラル３１の底３４とハウジング中間壁２２によって画成される。
【００５６】
背圧チャンバ５０は、すでに説明した第２の軸シール２５によって低圧チャンバ３０から流体密に分離されている。シール及びスライドリング２９が、ハウジング中間壁２２内の環状溝内に取り付けられている。したがって押しのけスパイラル３１は、シール及びスライドリング２９上に軸方向に支持され、かつその上で滑り移動する。
【００５７】
図２において同様に認識できるように、押しのけスパイラル３１の通路６０は、少なくとも一時的に背圧チャンバ５０と図示される圧縮チャンバ６５ａとの間に流体接続を形成する。
【００５８】
カウンタースパイラル３２のスパイラル部材６６、特にスパイラル側面部分６７ｂは、通路６０を一時的に閉鎖することができる。言い換えると、通路６０はスパイラル側面部分６７ｂに対して適切に摺動することによって解放されるので、作動媒体は圧縮チャンバ６５ａ又は６５ｂ又は６５ｃから背圧チャンバ５０の方向に流れることができる。
【００５９】
図２にさらに示されるように、押しのけ機械もしくはスクロール圧縮器１０の高圧領域４７から背圧チャンバ５０へガス接続導管７０が形成されている。このガス接続導管７０は、オイル分離器４５の後方に形成されているので、ガス接続導管７０を通して実際にはガスのみが移送され、オイルは移送されない。ガス接続導管７０内に、絞り７１が形成されている。
【００６０】
本発明の代替的な（図示されない）形成において、ガス接続導管７０はカウンタースパイラル３２内に形成することができる。この種のガス接続導管は、高圧チャンバ４０から背圧チャンバ５０への接続を形成する。
【００６１】
ここで述べておくが、背圧チャンバ５０から低圧チャンバ３０への流体接続は形成されていない。質量流は、背圧チャンバ５０から定圧チャンバ３０内へ達することはできない。
【００６２】
図２において、さらに示唆されるように、高圧領域４７から出て、絞り７６を有するオイル還流通路７５が形成されている。この種のオイル還流通路７５は、オイル還流を保証するために、高圧領域４７から低圧チャンバ３０への接続を形成する。したがって分離されたオイル還流と分離されたガス還流を実現することができる。
【００６３】
本発明に係るスクロール圧縮器によって、もしくは図１に例として示す押しのけスパイラル３１の使用によって、可変のバックプレッシャーシステム、すなわち可変の背圧チャンバシステムを構築することができる。これは特に、通路６０の配置に基づいている。それぞれ圧縮プロセスの時点に応じてスパイラル３１と３２の互いに対する異なる位置が生じるので、図３に示すように、通路６０を解放することができ、かつ圧縮チャンバから背圧チャンバ５０への流体接続が形成可能である。
【００６４】
図３には、押しのけスパイラル３１が上から示されており、その場合にスパイラル部材６６もしくはカウンタースパイラル３２のスパイラル側面部分６７ａ、６７ｂが認識される。しかし、カウンタースパイラル３２の底３３は、図３では認識できない。
【００６５】
通路６０は閉鎖されておらず、すなわちカウンタースパイラル３２のスパイラル部材６５６は通路６０を覆っていない。通路６０の開放に基づいて、圧縮チャンバ６５ｃから背圧チャンバ５０の間の流体接続が形成可能である。
【００６６】
図４には、本発明に係る押しのけ機械の基本原理が図式的に示されている。低圧チャンバもしくは吸い込みチャンバ３０、高圧チャンバ４０及び背圧チャンバもしくはバックプレッシャールーム５０が認識される。高圧チャンバ４０と低圧チャンバ３０の間にオイル還流通路７５が形成されている。したがってオイル還流は、高圧チャンバ４０と低圧チャンバ３０の間だけで行われる。それとは別に、高圧チャンバ４０と背圧チャンバ５０の間にガス接続導管７０が形成されている。押しのけスパイラル３１の通路６０も、同様に認識される。形成されている通路６０に基づいて、圧縮チャンバのいずれかから背圧チャンバ５０への接続が可能である。
【００６７】
図５には、スクロール圧縮器の体積変化カーブが示されている。この体積変化カーブは、原理的にすべてのスクロール圧縮器についてほぼ一定であって、使用される冷媒に依存しない。その場合に回転角度０°は、スクロール圧縮器内の圧縮プロセスの開始を示している。さらに、実質的に矩形の形状を有する、破線のグラフが認識される。その場合にこれは、圧縮プロセスのどの時点で、圧縮チャンバ内の相対体積（relative chamber volume）に依存して通路６０が開放されるか、を示している。認識されるように、押しのけスパイラルのアクティブな状態において、相対圧縮チャンバ体積の９０％−１００％、特に９５％に達した場合に通路６０が開放されることによって、押しのけスパイラル３１のこの種の部分内、特にこの種の底部分内に、第１の通路６０が形成され、そして次に開放後に、それに続いて押しのけスパイラル３１が１２０°−３６０°の回転角度だけ、特に２７０°の回転角度だけ回転する間、開放されたままとなる。この場合において、通路６０は、３５°の回転角度において開放される。それに対して通路６０の閉鎖は、３０５°の回転角度で行われる。
【００６８】
図６には、同様に、通路６０の開放期間が示されている。表示はスクロール圧縮器１０に相当し、その場合に冷媒としてＲ１３４ａが使用される。図示されるグラフは、冷媒に依存している。グラフは、さらに、１ｂａｒ、３ｂａｒ及び６ｂａｒの異なる吸い込み圧（ｐＳ）について示している。圧縮チャンバ内の圧力（chamber pressure）の挙動が回転角度（rotation angle）に依存していることが認識される。１ｂａｒの吸い込み圧もしくは低圧において、圧縮カーブは通路６０の開放時点まで比較的フラットであり、それに対して吸い込み圧が６ｂａｒである場合に該当する期間内で圧縮カーブは比較的急峻に延びている。吸い込み圧１ｂａｒ、３ｂａｒ及び６ｂａｒは、−２５℃、０°及び２５°のそれぞれの飽和温度／蒸発温度ｖ”を代表している。標準的なスクロール圧縮器は、車両空調節部内では−２５℃から＋２５℃のこの温度領域に相当する温度を準備しなければならないので、吸い込み圧（ｐＳ）は１ｂａｒ−６ｂａｒの領域内で変化する。
【００６９】
図７にもグラフが示されており、それは、圧縮器チャンバ内の圧力（chamber pressure）を回転角度（rotational angle）に従って示している。その場合に太い実線は、実際の圧縮サイクルを示している。細い線は、前の（previous）サイクルとその後の（next）サイクルを示唆している。さらに、実際のサイクルに関して、通路６０の開放期間（破線）が示されている。
【００７０】
２０ｂａｒの圧縮圧が得られることが認識され、その場合にグラフの平坦化された上方の部分は、放出限界８０を表している。この限界８０において、圧縮されたガスが高圧チャンバ４０内へ放出される。放出は、約１８０°−３６０°の回転角度内で行われる。グラフはさらに、いわゆる押し出し角度（discharge angle）８１を示唆している。このディスチャージ角度８１は、最後の圧縮されたガスが高圧チャンバ内へ放出され、次に圧縮チャンバ内の圧力が急激に低下する時点に関する。圧縮チャンバ内で圧縮されたガスは、完全には放出されない。圧縮チャンバ内に残留ガスが残る。しかしこれは、背圧チャンバ５０内へ放出されてはならないので、第１の開口６０はディスチャージ角度８１に達する前に閉鎖されなければならない。図７によれば、第１の通路６０は、ディスチャージ角度８１に達する少なくとも３０°前に閉鎖されなければならない。
【００７１】
実際の圧縮サイクルのグラフとその上に位置する破線との間に形成され面積８２は、高圧チャンバ内へ放出されなかった、前の圧縮サイクルの残留ガスを表す。
【００７２】
図８には、押しのけスパイラル３１とカウンタースパイラル３２に関する相対閉鎖力（relative closing force）を示す面が示されている。これは、吸い込み圧（suction pressure）と得るべき最終圧（discharge pressure）とに従って示されている。最終圧の上昇に伴って、閉鎖力も増大されなければならないことが、明らかになる。図８の表示も、作動媒体Ｒ１３４ａで駆動されるスクロール圧縮器に関する。実際には、安全のために、図８に示されるものより高い閉鎖力が発生される。
【符号の説明】
【００７３】
１０    スクロール圧縮器
１１    機械的駆動装置
１２    駆動軸
１３    軸端部
１４    連動子
１５    周壁
２０    ハウジング
２１    上方のハウジング部分
２２    ハウジング中間壁
２３    ハウジング底
２４    第１の軸シール
２５    第２の軸シール
２６    偏心軸受
２８    軸受ブッシュ
２９    スライドリング
３０    低圧チャンバ
３１    押しのけスパイラル
３２    カウンタースパイラル
３３    カウンタースパイラルの底
３４    押しのけスパイラルの底
３５    スパイラル部材
３６ａ、３６ｂ    スパイラル側面部分
３７    始端領域
３７ａ    開口部
３８    中央の部分
３９    スパイラルパス
３９ａ    終端部分
４０    高圧チャンバ
４１    側壁
４２    切り欠き
４３    シールリング
４４    出口
４５    オイル分離器
４６    開口部
４７    高圧領域
４８    出口
５０    背圧チャンバ
６０    通路
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ    圧縮チャンバ
６６    スパイラル部材
６７ａ、６７ｂ    スパイラル側面部分
７０    ガス接続導管
７１    絞り
７５    オイル還流通路
７６    絞り
８０    放出限界
８１    押し出し角度（discharge angle）
８２    面積
Ｍ    押しのけスパイラルの中心点
【図１】
2018193990.tif 000003
【図２】
2018193990.tif 000004
【図３】
2018193990.tif 000005
【図４】
2018193990.tif 000006
【図５】
2018193990.tif 000007
【図６】
2018193990.tif 000008
【図７】
2018193990.tif 000009
【図８】
2018193990.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月15日(2018.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル原理に基づく押しのけ機械、特にスクロール圧縮器（１０）であって、高圧チャンバ（４０）を備えた高圧領域（４７）、低圧チャンバ（３０）及び周回する押しのけスパイラル（３１）を有し、前記押しのけスパイラルがカウンタースパイラル（３２）内へ次のように、すなわち、作動媒体を収容するために、押しのけスパイラル（３１）とカウンタースパイラル（３２）の間に圧縮チャンバ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）が形成されるように、嵌入し、低圧チャンバ（３０）と押しのけスパイラル（３１）の間に背圧チャンバ（５０）が形成される、ものにおいて、
押しのけスパイラル（３１）が、背圧チャンバ（５０）と圧縮チャンバの少なくとも１つ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）との間に少なくとも一時的に流体接続を形成する１つの通路（６０）のみを有し、前記通路（６０）が押しのけスパイラル（３１）の次のような部分内に、すなわち、押しのけ機械が能動化された状態において、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に通路（６０）が開放され、かつ開放に続いて押しのけスパイラル（３１）が１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転している間開放されたままとなるような部分内に、形成されており、
押しのけ機械の高圧領域（４７）から背圧チャンバ（５０）へガス接続導管（７０）が形成されている、ことを特徴とする押しのけ機械。
【請求項２】
背圧チャンバ（５０）が、低圧チャンバ（３０）と流体接続されていない、ことを特徴とする請求項１に記載の押しのけ機械。
【請求項３】
通路（６０）が、押しのけスパイラル（３１）の底（３４）の部分内に形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の押しのけ機械。
【請求項４】
通路（６０）が、押し出し角度に達する前の少なくとも１０°、特に少なくとも２０°、特に少なくとも３０°の回転角度において閉鎖されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項５】
ガス接続導管（７０）がハウジング（２０）内に形成されており、かつ高圧チャンバ（４０）を背圧チャンバ（５０）と接続する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項６】
押しのけ機械の高圧領域（４７）から低圧チャンバ（６０）へオイル還流通路（７５）が形成されている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の押しのけ機械を駆動する方法において、
通路（６０）が、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に開放されて、開放に続いて押しのけスパイラル（３１）が１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転する間開放されたままとなる、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
背圧チャンバ（５０）内を支配する圧力が、高圧領域（４７）から背圧チャンバ（５０）内へ流入する質量流に基づいて、かつ圧縮チャンバ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）のいずれかから背圧チャンバ（５０）内へ流入する質量流に基づいて、形成される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の押しのけ機械、特にスクロール圧縮器（１０）を有する車両空調設備。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれか１項に記載の押しのけ機械及び／又は請求項９に記載の車両空調設備を有する車両。
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月19日(2018.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
高圧チャンバ４０は、流れ方向においてカウンタースパイラル３２の後段に配置されており、かつ出口４８を通してカウンタースパイラル３２と流体接続されている。出口４８は、好ましくは、カウンタースパイラル３２の正確に中心には配置されておらず、中心を外れて、押しのけスパイラル３１とカウンタースパイラル３２の間に形成されている、もっとも内側の圧縮チャンバ６５ａの領域内に配置されている。それによって出口４８が軸受ブッシュ２８によって覆われず、かつ最終圧縮された作動媒体は高圧チャンバ４０内へ放出することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル原理に基づく押しのけ機械、特にスクロール圧縮器（１０）であって、高圧チャンバ（４０）を備えた高圧領域（４７）、低圧チャンバ（３０）及び周回する押しのけスパイラル（３１）を有し、前記押しのけスパイラルがカウンタースパイラル（３２）内へ次のように、すなわち、作動媒体を収容するために、押しのけスパイラル（３１）とカウンタースパイラル（３２）の間に圧縮チャンバ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）が形成されるように、嵌入し、低圧チャンバ（３０）と押しのけスパイラル（３１）の間に背圧チャンバ（５０）が形成される、ものにおいて、
押しのけスパイラル（３１）が、背圧チャンバ（５０）と圧縮チャンバの少なくとも１つ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）との間に少なくとも一時的に流体接続を形成する１つの通路（６０）のみを有し、前記通路（６０）が押しのけスパイラル（３１）の次のような部分内に、すなわち、押しのけ機械が能動化された状態において、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に通路（６０）が開放され、かつ開放に続いて押しのけスパイラル（３１）が１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転している間開放されたままとなるような部分内に、形成されており、
押しのけ機械の高圧領域（４７）から背圧チャンバ（５０）へガス接続導管（７０）が形成されている、ことを特徴とする押しのけ機械。
【請求項２】
背圧チャンバ（５０）が、低圧チャンバ（３０）と流体接続されていない、ことを特徴とする請求項１に記載の押しのけ機械。
【請求項３】
通路（６０）が、押しのけスパイラル（３１）の底（３４）の部分内に形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の押しのけ機械。
【請求項４】
通路（６０）が、押し出し角度に達する前の少なくとも１０°、特に少なくとも２０°、特に少なくとも３０°の回転角度において閉鎖されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項５】
ガス接続導管（７０）がハウジング（２０）内に形成されており、かつ高圧チャンバ（４０）を背圧チャンバ（５０）と接続する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項６】
押しのけ機械の高圧領域（４７）から低圧チャンバ（３０）へオイル還流通路（７５）が形成されている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の押しのけ機械。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の押しのけ機械を駆動する方法において、
通路（６０）が、相対圧縮チャンバ体積の８５％−１００％、特に９０％−１００％、特に９５％に達した場合に開放されて、開放に続いて押しのけスパイラル（３１）が１２０°−３６０°、特に２５５°−３１５°、特に２７０°の回転角度だけ回転する間開放されたままとなる、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
背圧チャンバ（５０）内を支配する圧力が、高圧領域（４７）から背圧チャンバ（５０）内へ流入する質量流に基づいて、かつ圧縮チャンバ（６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ）のいずれかから背圧チャンバ（５０）内へ流入する質量流に基づいて、形成される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の押しのけ機械、特にスクロール圧縮器（１０）を有する車両空調設備。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両空調設備を有する車両。
【外国語明細書】
2018193990000001.pdf