CN101688536A - 旋转式压缩机及制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转式压缩机(200)，其在密闭壳(1)内包括电动机部(3)和压缩机构部(2)，将电动机部(3)的旋转力通过转轴(4)和偏心设于该转轴的曲柄轴部(4c、4d)传递到压缩机构部，并在压缩机构部中压缩制冷剂，当构成压缩机构部的缸(8A、8B)的内径为ΦDa、缸的高度为H、曲柄轴部的偏心量为E、曲柄轴部的轴径为ΦDb、曲柄轴部与嵌合于该曲柄轴部的滚筒(13a、13b)之间的滑动长度为L时，H/(ΦDa·E)＝K，且K≤0.65，并且构成为使关系式0.35+0.07·K·H≤L/ΦDb≤0.45+0.07·K·H成立。

Description

旋转式压缩机及制冷循环装置

技术领域

本发明涉及一种压缩制冷剂的旋转式压缩机和采用该旋转式压缩机的空气调节器及冰箱等制冷循环装置。

背景技术

旋转式压缩机在其密闭壳内收容有电动机部和压缩机构部，将上述电动机部的旋转力通过转轴和偏心设在该转轴上的曲柄轴部传递到上述压缩机构部，并在压缩机构部中压缩制冷剂，旋转式压缩机从各方面实现能力的提升。

例如，在日本专利特开平08-144976号公报(专利文献1)中有这样的记载：以压缩机构部由两个缸构成的旋转式压缩机为前提，当缸内径为Φ＝Da、缸高度为H、曲柄轴部的偏心量为E时，形成为H/(ΦDa·E)＝0.07～0.13。

但是，若采用上述结构，则当进行能力提升时，留有机械损耗和泄漏、受热损耗的最佳平衡不符合现有的设计值(0.07～0.13)，不容易制成最高效率的压缩机构部的技术问题。

因此，为解决上述技术问题、得到最高效率，提出了日本专利特开2006-37893号公报(专利文献2)的技术。其以双缸型旋转式压缩机为前提，特征在于当缸内径为ΦDa、缸高度为H、曲柄轴部的偏心量为E时，形成为0.05≤H/(ΦDa·E)＜0.07。

但是我们知道，特别是在旋转式压缩机中，曲柄轴部与嵌合于该曲柄轴部的滚筒间的滑动长度L和曲柄轴部的轴径ΦDb之间的比例(L/ΦDb)会对压缩机构部中的滑动损耗产生很大影响。然而，在上述专利文献2中，却对(L/ΦDb)完全没有提及。

上述旋转式压缩机中存在如下问题。即，特别地，旋转式压缩机中在滚筒与缸间的余隙部泄漏损耗最多(文献：冷凍協会論文集(制冷协会论文集)VoL.10，No2(1993)pp.335～340等)。因此，将缸高度H变得越小便越能降低泄漏损耗，但此时，为确保相同的排出容积，需要增大缸内径ΦDa或偏心量E。

也就是说，缸高度H与缸内径ΦDa及偏心量E之间的比例“H/(ΦDa·E)”即“K值”越小，便越能降低泄漏损耗、提高压缩效率。特别地，当采用高压与低压间的压差较大的工作流体时，需要减小上述K值。

另一方面，为求得上述旋转式压缩机中曲柄轴部的滑动损耗以及嵌合于曲柄轴部的滚筒的滑动长度L与曲柄轴部的轴径ΦDb间的比例(L/ΦDb)，有如图2所示的“麦基(日文：マッキ一)实验式”的关系。从该图中可以知道，L/ΦDb减小则曲柄轴部的滑动损耗增大。

根据这些关系，为得到性能提升，需要减小K值，并增大L/ΦDb。但是，在减小K值时，缸内径ΦDa也受到构成旋转式压缩机的密闭壳外径的制约，因而增大到一定程度后便无法再增大。

相对而言，需要降低缸高度H、增大偏心量E，但此时有如下关系：H＞L、ΦDb＞副轴部直径：ΦDc+2E(通过副轴部组装滚筒的情况下)，因而无法将L/ΦDb设定得很大。

即，若硬要将L/ΦDb设定得很大，则不得不采用使副轴部直径ΦDc极端减小(变细)等方法，不得不以牺牲可靠性为代价。因此，需要知道处于K值“H/(ΦDa·E)”与L/ΦDb间的最适范围的存在。

发明内容

本发明根据上述情况发明而成，其目的在于，提供一种确认K值“H/(ΦDa·E)”与L/ΦDb间的最适范围，在进一步降低缸高度的基础上实现泄漏损耗及滑动损耗的降低，并且确保排出容积而得到压缩效率的提升，且具有高性能和高可靠性的旋转式压缩机，以及采用该旋转式压缩机来得到制冷循环效率提升的制冷循环装置。

为满足上述目的，本发明的旋转式压缩机是一种在密闭壳内收容有电动机部和压缩机构部，将电动机部的旋转力通过转轴和偏心设于该转轴的曲柄轴部传递到压缩机构部，并在压缩机构部压缩制冷剂的旋转式压缩机，当构成上述压缩机构部的缸的内径为ΦDa(mm)、缸的高度为H(mm)、曲柄轴部的偏心量为E(mm)、曲柄轴部的轴径为ΦDb(mm)、曲柄轴部与嵌合于该曲柄轴部的滚筒间的滑动长度为L(mm)时，H/(ΦDa·E)＝K，K≤0.065，而且构成为使下述关系式成立：0.35+0.07·K·H≤L/ΦDb≤0.45+0.07·K·H。

此外，为满足上述目的，本发明的冷冻循环装置包括：上述旋转式压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器。

附图说明

图1是本发明一实施方式的制冷循环装置的制冷循环结构图以及旋转式压缩机的概略纵剖图。

图2是表示一般的曲柄轴部的滑动损耗与L/ΦDb间关系的特性图。

图3是表示上述实施方式的K值与COP间关系的特性图。

图4是第一缸高度、第二缸高度中L/ΦDb和曲柄轴部滑动损耗的计算例的关系图。

具体实施方式

图1是旋转式压缩机200的截面结构和包括该旋转式压缩机200的制冷循环装置100的概略结构图(另外，为避免附图繁琐，对进行说明却未标注符号的构成零件未给出图示或虽给出图示但未在附图上标注符号。下同)。

首先，从制冷循环装置100的结构开始说明，其包括旋转式压缩机200、冷凝器300、膨胀装置400、蒸发器500及未图示的气液分离器，这些构成零件依次通过制冷剂管600连通。如后所述，在旋转式压缩机200中压缩后的制冷剂气体被排出到制冷剂管600中，按上述构成零件的顺序循环来实现制冷循环作用，并再次被吸入到旋转式压缩机200中。

接着，对上述旋转式压缩机200进行详细说明。

图中的符号1为密闭壳，在该密闭壳1内的下部设有压缩机构部2，而在其上部设有电动机部3。这些压缩机构部2和电动机部3通过转轴4连结。

上述电动机部3使用例如无刷DC同步电动机(也可以是AC电动机或商用电动机)，并由如下部件构成：定子5，该定子5被压入固定于密闭壳1内表面；以及转子6，该转子6在上述定子5内侧隔开规定间隙地配置，并嵌接于上述转轴4。

上述压缩机构部2由第一压缩机构部2A及第二压缩机构部2B构成。上述第一压缩机构部2A形成于上部侧，包括第一缸8A。第二压缩机构部2B与第一缸8A隔着中间分割板7形成于下部，并包括第二缸8B。

第一缸8A通过安装螺栓16安装于被压入固定在密闭壳1内周面上的框10。上述框10的轴芯部一体设有主轴承11，该主轴承11与第一缸8A的上表面部重叠。

第一缸8A通过安装螺栓16与阀盖一起安装固定于主轴承11。副轴承12与阀盖在上述第二缸8B的下表面部重叠，通过安装螺栓17安装固定于中间分割板7。

上述转轴4的被主轴承11枢轴支撑的部位称为主轴部4a，转轴4最下端的被副轴承12枢轴支撑的部位称为副轴部4b。而且，在转轴4的分别贯穿第一缸8A和第二缸8B的内部的位置上一体设有曲柄轴部4c、4d。这些曲柄轴部4c、4d彼此间夹设有与上述中间分割板7相对的连设部4e。

各曲柄轴部4c、4d以大致180°的相位差、从转轴的主轴部4a和副轴部4b的中心轴彼此分别偏心相同的量而形成，且彼此为相同直径。上述曲柄轴部4c嵌合有第一滚筒13a，上述曲柄轴部4d嵌合有第二滚筒13b。上述第一滚筒13a、第二滚筒13b彼此形成为相同外径。

第一缸8A和第二缸8B各自的内径部由上述主轴承11和中间分割板7及副轴承12划定上下表面。第一滚筒13a能自由偏心旋转地收容于由上述构件划分形成的第一缸室14a中。第二滚筒13b能自由偏心旋转地收容于由上述构件划分形成的第二缸室14b中。

第一滚筒13a、第二滚筒13b彼此间有180°的相位差，其被设计成在第一缸室14a、第二缸室14b中，在各自的沿轴向的周面的一部分与缸室14a、14b的周壁线接触的同时能偏心旋转。

第一缸8A、第二缸8B中设有叶片室，各叶片室中收容有叶片及弹簧构件。上述弹簧构件为压缩弹簧，对叶片施加弹力(背压)而使其前端沿各滚筒13a、13b周面的轴向线接触。因此，叶片沿叶片室作往复运动，不论滚筒13a、13b的旋转角度如何，都将缸室14a、14b隔成两室。

上述主轴承11和副轴承12上设有排出阀机构，分别与各缸室14a、14b连通，且用阀盖覆盖。如后所述，在各缸室14a、14b中压缩后的制冷剂气体上升到规定压力的状态下，打开排出阀机构。压缩后的制冷剂气体从缸室14a、14b向阀盖内排出，继而被引导到密闭壳1内。

夹设于上述第一缸8A与第二缸8B之间的上述中间分割板7的壁厚形成为与各缸8A、8B相同或比各缸8A、8B厚。从中间分割板7的外周壁向轴芯方向设有安装用孔，在此通过上述蒸发器500和气液分离器及密闭壳1连接有吸入侧的制冷剂管600。

而且，在上述中间分割板7中，从连接有上述制冷剂管600的安装用孔部位向斜上方和斜下方设有吸入孔15a、15b。朝向斜上方的吸入孔15a在第一缸8A的内径部开口，朝向斜下方的吸入孔15b在第二缸8B的内径部开口。

即，朝第一缸8A的内径部开口的吸入孔15a形成第一缸室14a的吸入部，朝第二缸8B的内径部开口的吸入孔15b形成第二缸室14b的吸入部。

如上所述构成的旋转式压缩机200，在向电动机部3通电后转轴4被驱动而旋转，第一滚筒13a在第一缸室14a内偏心移动，第二滚筒13b在第二缸室14b内偏心移动。各缸室14a、14b中由叶片隔开，在开口有吸入孔15a、15b的一侧的室内通过吸入制冷剂管600吸入气液分离器中分离后的制冷剂气体。

由于设于转轴4的曲柄轴部4c、4d形成为彼此间存在180°的相位差，因此从吸入孔15a、15b向各缸室14a、14b内吸入制冷剂气体的时间也存在180°的相位差。通过第一滚筒13a、第二滚筒13b偏心移动，排出阀机构侧的室的容积减少，压力相应上升。

当排出阀机构侧的室的容积达到规定容积时，该室中压缩后的制冷剂气体上升到规定压力。同时排出阀机构打开，被压缩并高温高压化后的制冷剂气体被排出到阀盖内。向排出阀机构排出压缩后的制冷剂气体的时间也存在180°的相位差。

压缩后的制冷剂气体从各阀盖直接地或间接地向密闭壳1内的压缩机构部2与电动机部3之间的空间部导出。然后，在形成于转轴4与构成电动机部3的转子6之间、转子6与定子5之间以及定子5与密闭壳1内周壁之间的间隙内流通，并充满形成于电动机3上部侧的密闭壳1内空间部。

然后，压缩后的制冷剂气体从旋转式压缩机200向制冷剂管600导出，并被引导到冷凝器300中进行冷凝液化，引导到膨胀装置400中进行绝热膨胀，引导到蒸发器500中进行蒸发，从周围夺取蒸发潜热实现制冷作用。蒸发后的制冷剂被引导到气液分离器中进行气液分离，只有气体部分被吸入旋转式压缩机200的压缩机构部2中并再次被压缩。

如上所述，作为旋转式压缩机200，为了降低摩擦损耗、提高压缩效率，从根本来说较为理想的是尽力减小转轴4的滑动部分中直径最大的曲柄轴部4c、4d的直径。同时，最好进一步降低第一缸8A、第二缸8B的高度(厚度)，增大偏心量，以降低转轴4的滑动损失。

因此，对本实施方式的第一缸8A、第二缸8B的内径、第一缸8A、第二缸8B的高度、两个曲柄轴部4c、4d的偏心量及轴径、以及曲柄轴部4c、4d和滚筒13a、13b的滑动长度的尺寸结构分别进行以下设定。

即，将构成上述第一压缩机构部2A的第一缸8A的内径以及构成第二压缩机构部2B的第二缸8B的内径分别设为“ΦDa(mm)”。而且，将第一缸8A、第二缸8B的高度设为“H(mm)”。将各曲柄轴部4c、4d相对于转轴4轴芯的偏心量设为“E(mm)”，将各曲柄轴部4c、4d的轴径为“ΦDb(mm)”。将上述曲柄轴部4c、4d与嵌合于该曲柄轴部4c、4d的第一滚筒13c、第二滚筒13b之间的滑动长度(即轴向接触长度)设为“L(mm)”。

在此状态下，H/(ΦDa·E)＝K，且K≤0.065，而且构成为使0.35+0.07·K·H≤L/ΦDb≤0.45+0.07·K·H的关系式成立。

即，图3表示测量L/ΦDb的条件和各缸室14a、14b中的排出容积固定时的K值(H/ΦDa·E)与COP(性能系数)间的关系的一例。如该图中“区域Z”所示，通过使K≤0.065，便能使COP保持地较高。

而且，图4中表示在K＝0.064且缸高度为H＝12(mm)、16(mm)以及20(mm)的三种旋转式压缩机200中计算L/ΦDb与曲柄轴部4c、4d的滑动损耗间的关系的一例。

具体来说，线A为L/ΦDb＝0.35+0.07·K·H(K＝0.064)，线B为L/ΦDb＝0.45+0.07·K·H(K＝0.064)(另外，对每个缸高度H，将气体负荷荷重W和曲柄受压投影面积L×ΦDb作为相同值来计算)。

图4中，L/ΦDb＜0.35+0.07·K·H的区域(区域A)中，曲柄轴部4c、4d的滑动损耗大幅度上升。此外，L/ΦDb＞0.45+0.07·K·H的区域(区域B)中，副轴部4b的直径变得过小，确保可靠性的设计变得困难。

因此，如上所述，通过确保使0.35+0.07·K·H≤L/ΦDb≤0.45+0.07·K·H的关系式成立等条件、即区域Z，能得到抑制泄漏损耗和滑动损耗、并能确保高性能及可靠性的旋转式压缩机200。此外，通过利用上述旋转式压缩机200来构成制冷循环装置100，能实现制冷循环效率的提升。

另外，表1表示以往众所周知的制冷空气调节供给热水用旋转式压缩机的一例。任何一种都未能同时满足本发明的K值“H/(ΦDa·E)”和L/ΦDb的值。这是满足本发明的范围局限于狭窄的范围和以往几乎未考虑曲柄轴部4c、4d的L/ΦDb的影响的结果。

[表1]

表1

与此相对，表2是根据本实施方式的设计例。为抑制曲柄滑动损耗、并确保高性能及可靠性的设计。

[表2]

表2

另外，上述旋转式压缩机200包括第一缸8A和第二缸8B，即所谓的多汽缸型压缩机，但本发明不限定于此，也能应用于包括一个缸的旋转式压缩机。

此外，本发明不限定于上述实施方式本身，在实施阶段能在不脱离本发明的要点的范围内对构成要素进行变形来具体化。此外，通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适当组合，能形成各种发明。

工业上的可利用性

根据本发明，能实现泄漏损耗和滑动损耗的降低，并且能得到压缩效率的提升、制冷循环效率的提升。

Claims (3)

1.一种旋转式压缩机，其在密闭壳内收容有电动机部和压缩机构部，将所述电动机部的旋转力通过转轴和偏心设于该转轴的曲柄轴部传递到所述压缩机构部，并在压缩机构部中压缩制冷剂，其特征在于，

当构成所述压缩机构部的缸的内径为ΦDa(mm)、缸的高度为H(mm)、曲柄轴部的偏心量为E(mm)、曲柄轴部的轴径为ΦDb(mm)、曲柄轴部与嵌合于该曲柄轴部的滚筒之间的滑动长度为L(mm)时，

H/(ΦDa·E)＝K

K≤0.065

而且满足下述关系式：

0.35+0.07·K·H≤L/ΦDb≤0.45+0.07·K·H。

2.一种制冷循环装置，其特征在于，包括权利要求1所述的旋转式压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器。

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