CN100340768C - 涡旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种涡旋压缩机,其中:固定涡旋构件1通过由固定涡旋构件1和旋转涡旋构件2形成的压缩空间3的、由旋转涡旋构件2的旋转运动产生的容积变化吸入并压缩流体,具有用于排出压缩后的流体的排出口11和防止排出的流体的逆流的排出阀50,排出口11通过具有中央部11b及其断面积比中央部11b大的出口扩大部11c和入口扩大部11d的各通道,从而可减少流入阻力和排出阻力,将该阻力下降量置换成死容积的缩小。这样,不增加排出口的通道阻力即可减小死容积,可减小余留于死容积的流体的膨胀导致的再压缩损失,提高涡旋压缩机的压缩效率。

Description

涡旋压缩机
技术领域
本发明涉及一种涡旋压缩机,该涡旋压缩机使固定涡旋构件与旋转涡旋构件啮合,形成压缩空间,由旋转涡旋构件的圆形轨道运动从外周部朝中心部使压缩空间一边减小一边移动,利用这一过程反复进行流体的吸入、压缩、及排出。
背景技术
过去的涡旋压缩机60如图8所示那样,作为主要部件,具有密闭容器12、由固定涡旋构件1和旋转涡旋构件2等构成的压缩机构部14、由定子18和转子19等构成的电动机17、及接合于转子19以驱动旋转涡旋构件2的曲轴8。在该涡旋压缩机60中,在固定涡旋构件1与旋转涡旋构件2啮合的双方间形成多个压缩空间3。旋转涡旋构件2在由自转防止构件4防止自转的状态下,通过旋转轴承7由曲轴8的偏心部9驱动,相对固定涡旋构件1进行圆形轨道运动即旋转运动。由该旋转涡旋构件2的旋转运动使压缩空间3从外周侧朝涡卷的中心部移动,同时减少容积,从而从吸入管15经由吸入口10将制冷剂气体等液体吸入到旋转涡旋构件2进行压缩。然后,提高到排出压力的制冷剂气体抬起排出阀50,通过排出口11从密闭容器12的内部空间13经由排出管16排出。
作为设置了具有上述排出口11的固定涡旋构件1的压缩机构部14,已知有图9的断面图所示构成的机构(例如日本特开平7-189937号公报)。按照该现有构成,压缩机构部14由固定涡旋构件1和与固定涡旋构件1啮合的旋转涡旋构件2构成,固定涡旋构件1具有设于其中心部附近的排出口11、长度方向一端固定于旋转涡旋构件2的由弹性体构成的排出阀50、及压阀构件51。排出口11由出口扩大部11a和中央部11b的各通道构成,沿制冷剂气体的流动方向从中央部11b朝出口扩大部11a使其通道断面积成为阶梯形扩大变化的形状。该出口扩大部11a扩大接受制冷剂气体的压力的排出阀50的受压面积,起到压缩结束时平稳地打开排出阀50的作用。
然而,虽然排出口的出口扩大部起到平稳地打开排出阀的作用,但使排出口的全通道容积即不压缩的死容积增大,另外,流入阻力的增加影响到全体通道阻力的增加和死容积缩小的极限,涡旋压缩机的性能和死容积的缩减存在改善的余地。
另外,对于余留于死容积的制冷剂气体的膨胀导致的再压缩损失的影响,与作为排出压力的冷凝压力为低压的制冷剂(例如R410a的制冷剂)相比,在高压的制冷剂(例如二氧化碳的制冷剂)的场合影响大。换言之,死容积的缩小存在极限,从再压缩损失这一点考虑,在涡旋压缩机存在作为制冷使用二氧化碳压缩到临界压力的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少排出口的通道阻力、性能优良的涡旋压缩机。
另外,本发明的另一目的在于提供一种不增加排出口的通道阻力即可减小死容积、压缩效率高的涡旋压缩机。
另外,本发明的另一目的在于提供一种作为制冷循环的制冷剂使用二氧化碳压缩到临界压力的涡旋压缩机。
本发明的第一方面的涡旋压缩机使固定涡旋构件与旋转涡旋构件啮合,形成压缩空间,通过由上述旋转涡旋构件的旋转运动产生的连续的容积变化而吸入、压缩流体,从上述固定涡旋构件具有的排出口排出压缩后的上述流体;其特征在于:在上述排出口的上述流体的流入侧形成通道断面积比中央部宽的入口扩大部。
本发明的第二方面在第一方面的涡旋压缩机的基础上还具有这样的特征:上述入口扩大部为圆锥形。
本发明的第三方面在第二方面的涡旋压缩机的基础上还具有这样的特征:在上述排出口的上述流体的流出侧形成通道断面积比中央部宽的出口扩大部,上述出口扩大部为圆锥形。
本发明的第四方面在第一方面的涡旋压缩机的基础上还具有这样的特征:在上述排出口的上述流体的流出侧形成通道断面积比中央部大的出口扩大部,在上述出口扩大部设置用于防止向上述排出口的逆流的排出阀。
本发明的第五方面在第一~四方面的任一方面的涡旋压缩机的基础上还具有这样的特征:上述流体使用二氧化碳,压缩到临界压力。
附图说明
图1为示出本发明第1实施例的涡旋压缩机的断面图。
图2为示出图1所示涡旋压缩机的压缩机构部的断面图。
图3为图2所示压缩机构部的P向视图。
图4为示出本发明另一实施例的固定涡旋构件的断面图。
图5为示出本发明另一实施例的固定涡旋构件的断面图。
图6为示出本发明另一实施例的固定涡旋构件的断面图。
图7为示出本发明一实施例的节流部的断面图。
图8为示出现有涡旋压缩机的断面图。
图9为示出图8所示涡旋压缩机的压缩机构部的断面图。
具体实施方式
本发明的第1实施形式的的涡旋压缩机在排出口的流体的流入侧形成通道断面积比中央部宽的入口扩大部。按照本实施形式,由于设置通道断面积比中央部宽的入口扩大部,所以,可减小流入到排出口的制冷剂气体的流入阻力,另外,与扩大排出口全体的场合相比,可减小死容积。
本发明的第2实施形式在第1实施形式的涡旋压缩机中使入口扩大部为圆锥形。按照本实施形式,由于流入到排出口的流体的流动平缓地缩小,所以,可抑制涡流的发生,减小流入阻力,另外,由于圆锥形的入口扩大部可由钻头加工,所以,可按低成本进行加工。
本发明的第3实施形式在第1实施形式的涡旋压缩机中,在排出口的流体的流出侧形成通道断面积比中央部宽均出口扩大部,出口扩大部为圆锥形。按照本实施形式,从排出口流出的流体的流动平缓地扩大,所以,可抑制涡流的发生,减小流出阻力,另外,由于圆锥形的入口扩大部可由钻头加工,所以,可按低成本进行加工。
第4实施形式在第1实施形式的涡旋压缩机中,使在排出口的流体的流出侧形成通道断面积比中央部大的出口扩大部,在出口扩大部设置用于防止向排出口的逆流的排出阀。按照本实施形式,可平稳地打开排出阀,同时,与扩张排出口全体的场合相比,可减小死容积。
第5实施形式在第1~4实施形式的涡旋压缩机中,使用二氧化碳作为流体,压缩到临界压力。在将排出行程的制冷剂密度高的二氧化碳作为制冷剂的场合,易于受到死容积的影响,但按照本实施形式,与按照第1~第4实施形式扩张排出口全体的场合相比,将死容积形成得较小,所以,可有效地减少再膨胀导致的压缩损失。
(实施例)
下面,参照附图说明本发明一实施例的涡旋压缩机的构成和动作。图1为示出本实施例的涡旋压缩机的断面图。
在图1所示涡旋压缩机60中,将压缩机构部14和电动机17配置到具有吸入管15和排出管16等的密闭容器12的内部。电动机17由固定于密闭容器12内侧的定子18和可自由回转地支承于定子18内侧的转子19构成。在转子19以贯通状态接合曲轴8。曲轴8的一端可自由回转地支承在固定于构成压缩机构部14的一部分的轴承构件21的轴承20。在由轴承20支承的曲轴8的前端,设置相对该轴进行偏心运动的偏心部9。
另外,在压缩机构部14中,由啮合的固定涡旋构件1和旋转涡旋构件2形成多个压缩空间3。旋转涡旋构件2由自转防止构件4防止自转,进行由通过旋转轴承7的偏心部9的回转运动进行的旋转运动。随着该旋转涡旋构件2的旋转运动,压缩空间3朝涡卷的中心一边逐渐减少该空间的容积一边移动,从吸入管15经由吸入口10吸入作为流体的制冷剂气体,朝旋转涡旋构件2的中心部压缩。受到压缩的制冷剂气体通过设于固定涡旋构件1中心部附近的排出口11、排出阀50、压阀构件51从密闭容器12的内部空间13经由排出管16排出。
另一方面,曲轴8的底部端由球轴承23支承,在其前端具有容积型泵22。聚积在设于密闭容器12底部的底部液聚积部25的润滑油由容积型泵22经由设于曲轴8的轴中心的润滑油的液体供给通道27供给到位于曲轴8上部端的偏心部9的上部液聚积部28。上部液聚积部28的润滑油对旋转轴承7进行润滑和冷却。另外,从旋转轴承7经由液聚积空间29对轴承20进行润滑后,返回到底部液聚积部25。
旋转涡旋构件下部的旋转镜面部33在与轴承构件21上面之间设置规定间隙地离开,该间隙由放入到轴承构件21的槽中的环状的密封构件38密封。在轴承构件21设置凹部34,在该凹部34配置自转防止构件4。另外,凹部34的一部分形成作为由固定涡旋构件下部的固定镜面部37与旋转镜面部33和轴承构件21围住的空间的背压室32。
液聚积空间29与背压室32由密封构件38密封,上部液聚积部28和液聚积空间29与背压室32由设于旋转涡旋构件2内部的长孔30和节流部31连通。液聚积空间29通过轴承20等连通到内部空间13,上部液聚积部28、液聚积空间29、及内部空间13形成高压空间,背压室32和凹部34形成中间压力空间。
供给到上部液聚积部28的润滑油的一部分从长孔30经由节流部31供给到背压室32和凹部34,对配置于凹部34的自转防止构件4进行润滑。随着供给到背压室32的润滑油聚积,背压室32的压力上升。为了调节该背压室32的压力,设置通过吸入通道40使背压室32与压缩空间3连通的压力调整机构39。即,当背压室32的压力变得比压力调整机构39的设定压力高时,压力调整机构39作动,背压室32与压缩空间3连通,背压室32的润滑油经过吸入通道40供给到压缩空间3,背压室压力大体保持一定。从吸入通道40导入至压缩空间3的润滑油起到防止压缩中的制冷剂气体的泄漏的密封作用和润滑固定涡旋构件1与旋转涡旋构件2的接触面的作用。
另外,虽然涡旋压缩机的排出压力、液聚积空间29的压力、背压室32的压力、吸入通道40的压力适当地设定,但特别是背压室32的压力为了将旋转涡旋构件2推压到固定涡旋构件1而设定得比吸入空间压力高出规定压力。为了获得规定压力通过使液聚积空间29与背压室32连通的长孔30和节流部31的尺寸和压力调整机构39的设定压力进行调整。
上述节流部31如图7所示那样由销状构件构成,在外周部具有螺纹部31a,在中心部具有细孔31b和粗孔31c。即,如图1所示那样,上部液聚积部28的润滑油由通过节流部31的细孔31b对流量进行节流时的节流效果进行减压后,经过粗孔31c向背压室32供给适当量。该润滑油的适当量由细孔31b的直径的设定进行调整。
下面,参照图2和图3说明本实施例的压缩机构部特别是固定涡旋构件的构成和动作。图2为示出图1所示涡旋压缩机的压缩机构部的断面图,图3为图2所示压缩机构部的P向视图。
图2所示压缩机构部14包括具有在中心部附近穿孔的排出口11的固定涡旋构件1和与固定涡旋构件1啮合的旋转涡旋构件2。本实施例的固定涡旋构件1具有闭塞排出口11地固定的排出阀50和保护该排出阀50的压阀构件51。
另外,固定涡旋构件1的排出口11由在流体(例如制冷剂气体)的流动方向连接的出口扩大部11c、中央部11b、入口扩大部11d的各通道构成,在流体的流入侧形成与流体的流动成直角方向的通道断面积比中央部11b宽的入口扩大部11d,在流体的流出侧具有形成通道断面积比中央部11b大的出口扩大部11c的通道。
在上述构造的排出口11中,当压缩行程结束、进入到排出行程时,制冷剂气体从压缩空间3流入到排出口11。此时,由于排出口11的入口扩大部11d的通道断面积比中央部11b大,所以,可减小制冷剂气体从压缩空间3流入到排出口11时的流入阻力。此后,制冷剂气体从入口扩大部11d流入到以阶梯状减小通道断面积的排出口11的中央部11b,另外,从中央部11b流到以阶梯状扩大了通道断面积的出口扩大部11c,从排出阀50排出到内部空间13。此时,由于从排出口11流出的制冷剂气体的流动平缓地扩大,所以,可抑制涡流的发生,减小流出阻力。另外,由于出口扩大部11c的通道断面积扩大,所以,制冷剂气体对排出阀50施加大的压力,可平稳地打开排出阀50。
可减小包含上述流入阻力的通道阻力,意味着与扩张排出口全体的场合相比,可缩小死容积。换言之,可不增加排出口全体的通道阻力即可减小排出口的死容积。为此,提供这样的涡旋压缩机,该涡旋压缩机可减小余留于死容积的制冷剂气体的膨胀导致的再压缩损失,具有高的压缩效率。
在本实施例中,压缩机构部14的固定涡旋构件1具有排出阀50和压阀构件51,在排出行程以外的吸入和压缩行程中,通过该排出阀50关闭、作为单向阀起作用,可防止制冷剂气体从排出口11向压缩空间3逆流,所以,实现了可确保更高压缩效率的涡旋压缩机。
另外,排出口的死容积指关闭排出阀50、由出口扩大部11c、中央部11b、入口扩大部11d的各通道形成的空间(全通道容积)。因此,再压缩损失的减少效果比具有排出阀50的涡旋压缩机大。
下面参照图3说明排出口的入口扩大部11d的扩大尺寸。
在图3中示出排出行程。在压缩行程中,随着旋转涡旋构件2的旋转运动,使与固定涡旋构件1围住的压缩空间3朝涡卷的中心移动,同时,逐渐减少该空间容积,由该压缩行程对压缩空间内部的制冷剂气体进行压缩;在该排出行程中,该受到压缩的制冷剂气体从入口扩大部11d流入到中央部11b。
在图3中,入口外缘部11da示出制作成入口扩大部11d的正规尺寸(直径d)的孔的边缘。另外,入口外缘部11ma示出按比直径d大的直径D的非正规尺寸加工的入口扩大部11d的孔的边缘。如孔的边缘如入口外缘部11ma那样加工得较大,则孔的边缘从在旋转涡旋构件外侧壁2a的压缩行程中绘出的旋转轨迹范围伸出,制冷剂气体泄漏,压缩不充分。即,入口扩大部11d的扩大存在极限,入口扩大部(的入口外缘部)的尺寸最好在旋转涡旋构件(的外侧壁)在压缩行程中绘出的旋转轨迹范围内。
下面,参照图4说明本发明的第2实施例的涡旋压缩机。在图4中,仅示出本第2实施例的涡旋压缩机的固定涡旋构件1,其它与第1实施例相同,省略例示和其说明。图4为示出本发明另一实施例的固定涡旋构件的断面图。
本实施例的固定涡旋构件1的排出口11由连接地穿孔的入口扩大部11f、中央部11b、出口扩大部11e的各通道构成,入口扩大部11f和出口扩大部11e的与流线垂直的方向的通道断面积比中央部11b的通道断面积大。这些入口扩大部11f和出口扩大部11e例如由立(端)铣刀的加工制作,两通道成为所谓的阶梯式的锪孔构造。
本第2实施例的固定涡旋构件1与第1实施例的固定涡旋构件1不同,为没有排出阀50和压阀构件51的构造。
在本实施例的固定涡旋构件1中,在压缩过程结束后的排出行程,由于排出口11的入口扩大部11f的通道断面积扩大,所以,可减小从压缩空间3使作为流体的制冷剂气体流入到排出口11时的流入阻力。此后,制冷剂气体流入到以阶梯状缩小断面积的中央部11b。另外,通道断面积由以阶梯状扩大的出口扩大部11e抑制形成涡流的现象,制冷剂气体的排出阻力也可减小。即,流入阻力和流出阻力变小,排出量相应增加,可改善涡旋压缩机的性能。
由于本实施例的固定涡旋构件1如上述那样没有排出阀50,所以,本实施例的出口扩大部11e的外径尺寸可比图2所示的具有排出阀50的固定涡旋构件1的出口扩大部11c小,从减小死容积的观点来看较理想。
下面,参照图5说明本发明的第3实施例的涡旋压缩机。图5为示出本发明另一实施例的固定涡旋构件的断面图,仅示出本发明的涡旋压缩机的固定涡旋部分,其它部位与第2实施例相同,省略说明等。
图5所示实施例的固定涡旋构件1具有排出口11,该排出口11由入口扩大部11h、中央部11b、出口扩大部11g的各通道构成。出口扩大部11g和入口扩大部11h的两通道的通道断面积相比于中央部11b的通道断面积以圆锥形状扩大。即,成为圆锥状的锪孔构造。该圆锥状锪孔例如由钻头加工制作。
如为本实施例的固定涡旋构件1,则在入口扩大部11h中流入阻力变小,在出口扩大部11g,抑制了涡流形成,其排出阻力也减小。即,包含流入阻力和排出阻力的排出口全体的通道阻力变小,排出量相应地增加,可获得性能良好的涡旋压缩机。
本第3实施例的出口扩大部11g和入口扩大部11h的圆锥状锪孔与上述第2实施例的出口扩大部11e和入口扩大部11f的阶梯状锪孔相比,没有断面积的急剧缩小和扩大,其流线平滑。因此,圆锥状锪孔由于可进一步减小排出孔整体的通道阻力,所以,为良好的构造。另外,由钻头进行的圆锥状锪孔加工可由钻头刀尖加工,与由立铣进行的阶梯状锪孔加工相比,容易而且成本低,所以较理想。因此,可以说能够同时获得性能和加工两方面的优点的圆锥状锪孔构造较好。
虽然未在图中进行说明,但也可为仅入口扩大部成为圆锥状锪孔构造的排出口或仅出口扩大部成为圆锥状锪孔构造的排出口,由此可与上述第3实施例同样地提高性能和加工。另外,本发明的圆锥状锪孔为比用钻头等除去孔边缘的毛刺或毛边的倒角(大体尺寸:0.1~0.2mm左右)大的尺寸和构造。
下面,参照图6说明本发明的第4实施例的涡旋压缩机。在图6中,仅示出本第4实施例的涡旋压缩机的固定涡旋构件部分,其它部位与第1实施例相同,省略说明等。图6为示出本发明另一实施例的固定涡旋构件的断面图。
本实施例的固定涡旋构件1的排出口11由其通道断面积扩大的形状的入口扩大部11i和中央部11b的各通道构成。即,入口扩大部11i成为与流线垂直的方向的通道断面积平滑地扩大的所谓入口小孔构造。
即使是本实施例的固定涡旋构件1,入口扩大部11i的流入阻力也减小。因此,排出量增加与流入阻力减小相应的量,可改善涡旋压缩机的性能。
在上述实施例说明的涡旋压缩机中,可使用其冷凝压力在临界压力下工作的制冷剂例如二氧化碳。一般来说,二氧化碳的制冷剂在涡旋压缩机的排出行程中工作压力成为高压,其密度变高。因此,在下面的压缩行程中,余留于死容积内的高密度的制冷剂膨胀,再压缩时的压缩损失的比例与冷凝压力在低压下工作的制冷剂例如R410a相比存在增大的倾向。
然而,在本实施例中,该涡旋压缩机的固定涡旋构件具有在抑制通道阻力的同时将死容积形成得较小的排出孔,所以,即使将在高压下增大密度的二氧化碳用作制冷剂,也可防止再压缩损失的增大。换言之,可提供这样一种涡旋压缩机,该涡旋压缩机由于死容积小、可抑制再压缩损失,所以,可将二氧化碳作为制冷剂,压缩到临界压力。换言之,可提供一种制冷装置等,该制冷装置等由对环境温和的作为制冷剂的二氧化碳和可进行静音运行的涡旋压缩机的组合构成。
用于涡旋压缩机的流体的、排出行程的排出压力(或制冷循环的冷凝压力)如为与二氧化碳的制冷剂的排出压力同等或其以上的压力的流体即在高压下增大密度的流体,则可获得与上述同样的效果,这是很明显的。另外,上述的所有实施例也例示出将本发明的涡旋压缩机适用到在制冷装置或制冷设备或空调装置等的密闭型的涡旋压缩机的场合。因此,虽然说明了处理的流体为制冷剂的场合,但本发明不限于制冷剂。
如以上那样,按照本发明的涡旋压缩机,通过在排出口形成其通道断面积扩大的入口扩大部,从压缩空间到排出口的制冷剂气体的流入可平稳进行,所以,可减小流入阻力。即,具有可提供一种减小排出口的通道阻力、相应增加排出量、性能良好的涡旋压缩机的效果。
另外,上述排出口的通道阻力减小,意味着不增加排出口的通道阻力即可减小排出口的死容积,可减少余留于死容积的流体的膨胀导致的再压缩损失,具有可提供高效率的涡旋压缩机的效果。
另外,通过设置具有逆流防止功能的排出阀(即单向阀),可平稳地打开排出阀而使排出阻力为最小限,同时,可防止向压缩空间的逆流,并使设置了死容积的影响明显的排出阀的涡旋压缩机具有高效率。
另外,本发明的涡旋压缩机由于形成较小的死容积,所以,可减小再压缩损失,将高压工作气体例如二氧化碳用作制冷剂,可获得压缩到临界压力的效果。因此,还具有可提供组合作为对环境温和的制冷剂的二氧化碳与可进行静音运行的涡旋压缩机获得的制冷剂装置的效果。

Claims (5)

1.一种涡旋压缩机,使固定涡旋构件与旋转涡旋构件啮合,形成压缩空间,通过由上述旋转涡旋构件的旋转运动产生的连续的容积变化而吸入、压缩流体,从上述固定涡旋构件具有的排出口排出压缩后的上述流体;其特征在于:在上述排出口的上述流体的流入侧形成通道断面积比中央部宽的入口扩大部,形成上述入口扩大部的入口外缘部,使其收容在上述旋转涡旋构件的外侧壁在压缩行程中描绘的旋转轨迹范围内。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机,其特征在于:上述入口扩大部为圆锥形。
3.根据权利要求1所述的涡旋压缩机,其特征在于:在上述排出口的上述流体的流出侧形成通道断面积比中央部宽的出口扩大部,上述出口扩大部为圆锥形。
4.根据权利要求1所述的涡旋压缩机,其特征在于:在上述排出口的上述流体的流出侧形成通道断面积比中央部大的出口扩大部,在上述出口扩大部设置用于防止向上述排出口的逆流的排出阀。
5.根据权利要求1~4中任何一项所述的涡旋压缩机,其特征在于:上述流体使用二氧化碳,压缩到临界压力。
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