CN101498301A - 涡卷式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡卷式压缩机，包括骨架、固定涡卷、绕动涡卷、心轴、欧单环以及油路通道，其中固定涡卷是固定于骨架上，而绕动涡卷、心轴与欧单环均配置于骨架上。绕动涡卷与固定涡卷形成依序相连的进气区、压缩区与排气区，而心轴是偏心连接绕动涡卷以带动绕动涡卷动作。欧单环是搭配绕动涡卷动作而进行往复运动，并于骨架上形成往复运动区域，其中骨架具有油孔，而此油孔是位于往复运动区域内。此外，油路通道一端是连接油孔，而油路通道另一端是连接至进气区或压缩区。

Description

涡卷式压缩机

技术领域

本发明涉及一种涡卷式压缩机，且尤其涉及一种可精确控制润滑油流量的涡卷式压缩机。

背景技术

涡卷式压缩机的主要结构是利用固定涡卷(Fixed Scroll)与绕动涡卷(Orbiting Scorll)的涡卷圈彼此相互咬合而形成密闭的压缩空间。通过绕动涡卷的旋绕运动，使得各个涡卷圈之间所形成的弦月状空间从外围朝中央逐渐缩小移动，以对冷煤进行压缩。

由于固定涡卷与绕动涡卷在压缩时是呈现高速的相对绕动，因此需要润滑油以降低固定涡卷与绕动涡卷两者之间的摩擦耗损。然而，如何将适量的润滑油输送至涡卷式压缩机的压缩空间便是一大重要的课题。若是过多的润滑油进入压缩空间，则会产生液态压缩现象而降低压缩效率，而若是压缩空间内的润滑油不足，则固定涡卷与绕动涡卷又会因摩擦过剧而造成损坏。

图1A为现有技术的一种涡卷式压缩机的侧视剖面图，而此涡卷式压缩机是揭露于美国专利第6,827,563号专利，且图1B另绘示出润滑油的油路。请参考图1A与图1B，现有技术的涡卷式压缩机100包括骨架(block)110、固定涡卷120、绕动涡卷130以及心轴(crankshaft)140，其中固定涡卷120、绕动涡卷130与心轴140均配置于骨架110上。

此外，固定涡卷120与绕动涡卷130形成压缩区S1，而心轴140是与绕动涡卷130偏心连接以带动绕动涡卷130相对固定涡卷120绕动，借以对压缩区S1内的冷煤(未绘示)进行压缩。详细而言，绕动涡卷130会进行圆周运动，而于固定涡卷120上形成圆周运动区域，且现有技术会于圆周运动区域内开设油孔122，并于固定涡卷120开设油路通道124以连接油孔122与压缩区S1。

在图1A与1B中，绕动涡卷130是密闭油孔122，而使润滑油142无法进入油路通道124中，其中润滑油142是经由心轴140中心的孔道144而充满绕动涡卷130与骨架110之间的缓冲空间S2。当绕动涡卷130开始进行圆周运动而与固定涡卷120有相对运动后，绕动涡卷130会周期性地开启油孔122，以使润滑油142可经由油路通道124而至压缩区S1对固定涡卷120与绕动涡卷130进行润滑。

然而，润滑油142所处的缓冲空间S2是属于压力较高的空间，所以现有技术必须增设调节阀126以将润滑油142降压而导入压缩区S1中。如此一来，涡卷式压缩机100则会因为要增设调节阀126而使得制作成本提高。再者，由于调节阀126是配置于固定涡卷120内部，因而大幅提高了设计与制作上的困难度。

此外，现有技术也有提出如美国专利第5,252,046号所述的涡卷式压缩机，而其是于骨架的侧壁上开设油孔，而使绕动涡卷与骨架的相对运动造成油孔开合，进而使润滑油经由油孔而进入压缩区润滑绕动涡卷与固定涡卷。然而，由于此涡卷式压缩机的油孔的开启时间过长，使得进入压缩区的润滑油油量无法被有效控制，导致油量过多而降低压缩效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种涡卷式压缩机，可精准控制进入压缩区的润滑油油量以大幅提升压缩效率，并同时降低制作成本与设计的复杂度。

具体而言，涡卷式压缩机一般均会于骨架上配置欧单环(oldhams ring)以限制绕动涡卷仅能绕动而不能转动。在此配置下，欧单环会产生周期性的往复运动，以搭配绕动涡卷产生周期性的圆周运动。本发明便是通过欧单环与骨架的相对运动中，而使润滑油可间歇性地从骨架所开设的油孔中进入压缩区润滑，且进入压缩区的润滑油油量可由数学计算与实验参数而精准控制。

为实现上述或是其它目的，本发明提出一种涡卷式压缩机，包括骨架、固定涡卷、绕动涡卷、心轴、欧单环以及油路通道，其中固定涡卷是固定于骨架上，而绕动涡卷、心轴与欧单环均配置于骨架上。绕动涡卷与固定涡卷形成依序相连的进气区、压缩区与排气区，而心轴是偏心连接绕动涡卷以带动绕动涡卷动作。欧单环搭配绕动涡卷动作而进行往复运动，并于骨架上形成往复运动区域，其中骨架具有油孔，而此油孔是位于往复运动区域内。此外，油路通道一端是连接油孔，而油路通道另一端是连接至进气区或压缩区。

在本发明的一实施例中，上述的油路通道例如是开设于骨架与固定涡卷内，而油孔的形状可为圆形或椭圆形，且油孔例如是位于往复运动区域中间或是往复运动区域边缘。

在本发明的一实施例中，上述的压缩区可包括相连的低压区与高压区，而低压区与该进气区相连，且高压区与排气区相连，又油路通道另一端是连接至低压区。

在本发明的一实施例中，上述的绕动涡卷与骨架可形成缓冲空间以容纳润滑油。此外，润滑油是从油孔流进油路通道，且润滑油例如是间歇性从开孔流进油路通道。另外，心轴内部可开设孔道，而孔道一端是连接缓冲空间，且孔道另一端是连接储油区，其中润滑油是从储油区经过孔道而流进缓冲空间。

在本发明的一实施例中，上述的涡卷式压缩机还包括马达，而该马达适于带动心轴旋转，且心轴带动绕动涡卷进行圆周运动。此外，欧单环所进行的往复运动例如为简谐运动。

在本发明的一实施例中，上述的涡卷式压缩机还可包括冷煤，而冷煤适于从进气区进入压缩区，并于排气区排出。此外，冷煤为氟氯碳化物(CFC)或是二氧化碳(CO₂)。

综上所述，在本发明的涡卷式压缩机中，油孔的开启时间是决定于欧单环与骨架的相对运动，所以通过数学运算与油孔的位置，本发明可精准控制进入油孔的润滑油油量，以使涡卷式压缩机得以达成最佳效能。此外，油路通道可有效降低润滑油的压力，如此一来，本发明无需设置调节阀便可使润滑油经由油路通道而进入压缩区/进气区，借此得以降低涡卷式压缩机的制作成本。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A与图1B为现有技术的一种涡卷式压缩机的侧视剖面图；

图2A与图2B为依据本发明一实施例的涡卷式压缩机的侧视剖面图；

图3A～图3D为图2A的涡卷式压缩机动作的局部上透视图；

图4A为图3A的涡卷式压缩机的局部放大示意图；

图4B与图4C为依据本发明另一实施例的涡卷式压缩机的局部放大示意图；

图5为依据本发明另一实施例的涡卷式压缩机的侧视剖面示意图。

其中，附图标记：

100：涡卷式压缩机               110：骨架

120：固定涡卷                   122：油孔

124：油路通道                   126：调节阀

130：绕动涡卷                   140：心轴

142：润滑油                     144：孔道

200、300：涡卷式压缩机          210、310：骨架

212、212a、212b、312：油孔      220：固定涡卷

230：绕动涡卷                   240：心轴

242：润滑油                     244：孔道

250、350：欧单环                B：斜纹区块

C：油路通道                     S1、S4：压缩区

S2、S6：缓冲空间                S3：进气区

S41：低压区                     S42：高压区

S5：排气区                      S7：储油区

具体实施方式

图2A为依据本发明一实施例的涡卷式压缩机的侧视剖面图，而图2B另绘示出润滑油的油路。请参考图2A与图2B，本发明的涡卷式压缩机200包括骨架210、固定涡卷220、绕动涡卷230、心轴240、欧单环250以及油路通道C，其中固定涡卷220是固设于骨架210上，而绕动涡卷230、心轴240与欧单环250均配置于骨架210上。

绕动涡卷230与固定涡卷220相互密合以形成依序相连的进气区S3、压缩区S4与排气区S5，而当绕动涡卷230相对固定涡卷220绕动时，便可将压缩区S4内的冷煤(未绘示)进行压缩，其中冷煤是从进气区S3进入压缩区S4进行压缩，并于完成压缩后从排气区S5排出。

此外，心轴240是偏心连接绕动涡卷230以带动绕动涡卷230动作，而使绕动涡卷230以圆周运动相对固定涡卷220产生绕动。欧单环250是用于限制绕动涡卷230自行发生转动现象，而与绕动涡卷230产生相对运动。具体而言，绕动涡卷230会带动欧单环250动作，而使欧单环250相对骨架210产生往复运动，且在本实施例中，此往复运动特别为简谐运动。

承接上述，欧单环250会于骨架210上形成往复运动区域(未绘示)，而本发明便是于骨架210的往复运动区域内开设油孔212，并通过欧单环250的往复运动而使油孔212周期性开启。如此一来，通过油路通道C连通油孔212以及进气区S3，便可使润滑油242间歇性从油孔212进入进气区S3，以对固定涡卷220与绕动涡卷230进行润滑。在本实施例中，油路通道C是连接到进气区S3，不过在其它实施例中，油路通道C也可连接到压缩区S4。

图3A～图3D为图2A的涡卷式压缩机动作的局部上透视图，而为求图示清楚，图3A～图3D仅绘示出欧单环(实线)与骨架(虚线)之间的相对运动(并以十字线标示绝对位置)，其中图3A～图3D分别对应绕动涡卷相对固定涡卷的绕动角度为0°、90°、180°与270°时的状态。请参考图3A～图3D与图2A～图2B，在本实施例中，欧单环250是位于骨架210上方，而油孔212是开设于骨架210的顶壁上。此外，图2A中欧单环250邻近油孔212的剖面区域于此(图3A～图3D)是特别以斜纹区块B表示，且此斜纹区块B为欧单环250向下凸出的部分。

在图3A中，斜纹区块B并未覆盖油孔212而使得油孔212呈现开启的状态，以让润滑油242得以从油孔212进入油路通道C。当绕动涡卷230开始绕动固定涡卷220时，绕动涡卷230会同时带动欧单环250向左移动以使斜纹区块B渐渐将油孔212封闭。在图3B中，欧单环250的斜纹区块B已完全封闭油孔212，以避免过多的润滑油242进入油路通道C。接着，绕动涡卷230会继续带动欧单环250向左移动，而在图3C中，欧单环250便会到达相对骨架210的最左位置。

至此绕动涡卷230已经绕行固定涡卷220半圈，而在接下来的半圈中，绕动涡卷230会反向带动欧单环250向右移动，且图3D中的欧单环250会与图3B中的欧单环250位于相同的位置。再来，绕动涡卷230会继续带动欧单环250向右移动，以使渐渐将油孔212开启而达到图3A的状态，其中欧单环250此时是到达相对骨架210的最右位置。

如此一来，通过欧单环250相对骨架210的往复运动，即可将润滑油242间歇性送入进气区S3，以对固定涡卷220与绕动涡卷230进行润滑。以下，将利用数学式对单一次进入进气区S3的润滑油242油量Q进行计算：

Q＝∫VdA(r)                       式(1)

$V={\left[\frac{8}{\mathrm{L\ρf}}\frac{A\left(r\right)}{P\left(r\right)}\left(\mathrm{\Δp}\right)\right]}^{\frac{1}{2}}$                     式(2)

其中V为润滑油流速，A(r)为油孔截面积函数(sectional areafunction)，r为绕动涡卷相对固定涡卷的绕动位置(orbiting position)，L为油路通道长度，p为润滑油密度，f为阻抗系数(resistant coefficient)，P(r)为周长函数(perimeter function)，Δp为油路通道两端的压力差。

通过将式(2)代入式(1)进行积分运算，便可计算出润滑油242每次进入进气区S3的油量Q。再将此油量Q乘上压缩操作频率(compressor operationfrequency)，便可得出单位时间内进入进气区S3的润滑油242总量。如此一来，本发明便可精确控制润滑油242的油量，而能适度润滑固定涡卷220与绕动涡卷230，并使涡卷式压缩机200发挥最佳的压缩效能。

值得注意的是，上述的式(1)、式(2)仅为举例说明，并非用以限制本发明的实施方式。本领域技术人员当可参造前述而稍加修改公式，或是利用前述公式配合实验操作以得出最适当的润滑油油量，但惟其仍属本发明的范畴之内。

请再参考图2A～图2B，在本实施例中，油路通道C是开设于骨架210与固定涡卷220内，而此较长的油路通道C可有效降低润滑油242的压力。如此一来，本发明无需设置调节阀便可使润滑油242直接经由油路通道C而进入进气区S3，借此得以降低涡卷式压缩机200的制作成本。

此外，本实施例可对骨架210与固定涡卷220进行钻孔加工便制作出油路通道C，相较于图1A的涡卷式压缩机100而言，本发明的涡卷式压缩机200无论在工艺或是设计上均相对简单与简化。

另外，绕动涡卷230与骨架210可形成缓冲空间S6以容纳润滑油242，而心轴240内部可开设孔道244，其中孔道244一端是连接缓冲空间S6，而孔道244另一端是连接储油区S7。如此一来，润滑油242便可自储油区S7经由孔道244而流进缓冲空间S6，接着再利用油孔212开启时，经由油路通道C流人进气区S3。

值得一提的是，尽管本实施例的润滑油242是通过心轴240的孔道244而流进缓冲空间S6，不过本发明并不限定润滑油242流进缓冲空间S6的路径。举例而言，本发明也可于骨架210对应缓冲空间S6的外侧壁上直接钻孔，以使润滑油242直接由骨架210外侧壁的孔径流进缓冲空间S6。

此外，本实施例的压缩区S4更可细分为相连的低压区S41与高压区S42，其中高压区S42与排气区S5相连，而低压区S41与进气区S3相连。在其它实施例中，油路通道C也可直接连接到低压区S41，而无论油路通道C是连接到进气区S3或是低压区S41，均可使润滑油242达到润滑的效果。

再者，本实施例的涡卷式压缩机200还可包括马达260，而马达260是用于带动心轴240旋转。另外，前述的冷煤可为氟氯碳化物、二氧化碳或是其它合适的气体。

图4A为图3A的涡卷式压缩机的局部放大示意图。请参考图4A，欧单环250的斜纹区块B部分会对油孔212进行开启或关闭，其中油孔212是位于欧单环250的往复运动区域A内，而油孔212的开启状态是在0°～60°之间与300°～360°之间。在本实施例，油孔212的形状为圆形，且油孔212位于往复运动区域A边缘，不过本发明对于油孔212的形状与位置均不予限制，而以下将再搭配图示说明。

举例而言，图4B与图4C均绘示涡卷式压缩机的局部放大示意图，而图4B与图4C的涡卷式压缩机均与图4A的涡卷式压缩机相似。在图4B中，油孔212a是位于往复运动区域A中间，而油孔212a的开启状态是在0°～120°之间与240°～360°之间。在图4C中，油孔212b的形状例如是椭圆形，而油孔212b的开启状态也是在0°～120°之间与240°～360°之间，但是油孔212b的出油量会较油孔212a的出油量大。

承接上述，不同形状与位置的油孔会造成润滑油不同的出油量，本领域技术人员当可依据前述而针对自身需求而设计不同形状与位置的油孔，但其仍属本发明的范畴内。此外，在本实施例中，油孔是开设于骨架的顶壁上，但是油孔也可开设于骨架的侧壁上，以下将另举实施例并搭配附图说明，而为求说明简便，相同功能的构件仍沿用相同的标号。

图5为依据本发明另一实施例的涡卷式压缩机的侧视剖面示意图。请参图5，本实施例的涡卷式压缩机300与图2A的涡卷式压缩机300相似，其差别在于本实施例的油孔312是开设于骨架310的侧壁上，其中欧单环350的部分侧壁是抵靠于骨架310的侧壁上。通过欧单环350与骨架310的往复运动，本实施例也可间歇性开启油孔312，以达到润滑的功效。本领域技术人员当可依据前述而轻易理解，于此便不再重复赘述。

附带一提的是，尽管前述实施例均仅开设单个油孔，然而本发明也不限定油孔的数量，端看设计时的实际需求而定。

综上所述，本发明的涡卷式压缩机是通过欧单环与骨架之间的相对往复运动，以精确控制油孔的开启时间，并精准将适当的润滑油油量送入压缩区或进气区润滑，以使涡卷式压缩机得以达成最佳效能。此外，油路通道可有效降低润滑油的压力，而无需设置调节阀便可使润滑油直接经由油路通道而进入压缩区或进气区，借此得以降低涡卷式压缩机的制作成本。另外，油路通道仅需对骨架与固定涡卷进行钻孔加工便可制成，借此可简化设计与制作的复杂度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种涡卷式压缩机，其特征在于，包括：

一骨架；

一固定涡卷，固定于该骨架上；

一绕动涡卷，配置于该骨架上，并与该固定涡卷形成依序相连的一进气区、一压缩区与一排气区；

一心轴，配置于该骨架上，并偏心连接该绕动涡卷以带动该绕动涡卷动作；

一欧单环，配置于该骨架上，并搭配该绕动涡卷动作而进行一往复运动，以于该骨架上形成一往复运动区域，该骨架具有一油孔，且该油孔是位于该往复运动区域内；以及

一油路通道，而该油路通道一端是连接该油孔，且该油路通道另一端是连接至该进气区或该压缩区。

2.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该油路通道是开设于该骨架与该固定涡卷内。

3.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该油孔是位于该往复运动区域中间或是该往复运动区域边缘。

4.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该压缩区包括相连的一低压区与一高压区，而该低压区与该进气区相连，且该高压区与该排气区相连，又该油路通道另一端是连接至该低压区。

5.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该绕动涡卷与该骨架形成一缓冲空间以容纳一润滑油。

6.根据权利要求5所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该润滑油是从该油孔流进该油路通道。

7.根据权利要求6所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该润滑油是间歇性从该油孔流进该油路通道。

8.根据权利要求5所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该心轴内部开设一孔道，而该孔道一端是连接该缓冲空间，且该孔道另一端是连接一储油区。

9.根据权利要求8所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该润滑油是从该储油区经过该孔道而流进该缓冲空间。

10.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，还包括一马达，而该马达适于带动该心轴旋转。

11.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该心轴带动该绕动涡卷进行一圆周运动。

12.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该欧单环所进行的该往复运动为一简谐运动。

13.根据权利要求1所述的涡卷式压缩机，其特征在于，还包括一冷煤，而该冷煤适于从该进气区进入该压缩区，并于该排气区排出。

14.根据权利要求13所述的涡卷式压缩机，其特征在于，该冷煤为氟氯碳化物或是二氧化碳。

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