具体实施方式
以下参考附图对本发明的气体压缩机涉及的实施方式进行说明。
(构成)
图1是对本发明涉及的气体压缩机的一实施方式即叶片旋转式压缩机100(以下仅称为压缩机100)进行表示的纵向截面图;图2是表示在图1中沿A—A线得到的横截面的图。
图示的压缩机100,例如作为利用冷却制冷剂的汽化热来进行冷却的空气调节系统(以下仅称为空调系统)的一部分而构成,压缩机100与该空调系统的其它构成要素即冷凝器、膨胀阀、蒸发器等(图示均被省略)一同设置在冷却制冷剂的循环路径中。
在压缩机100中,对从空调系统的蒸发器导入的作为气体状冷却制冷剂的制冷剂气体G进行压缩,把压缩过的制冷剂气体G提供给空调系统的冷凝器。冷凝器将压缩过的制冷剂气体G液化,作为高压液状的制冷剂运送至膨胀器。
高压下的液状制冷剂由膨胀阀降低压力,运送给蒸发器。低压的液状制冷剂在蒸发器中,从周围的空气中吸收热量而汽化,通过与汽化热之间的热交换,将蒸发器周围的空气冷却。
压缩机100包括:压缩机本体70,该压缩机本体70收纳在由箱体11和前头部12构成的壳体10的内部;旋流式缸体60(离心分离式油分离器);传递机构80,该传递机构80安装在前头部12上,具有将驱动源(未图示)输出的驱动力传递给压缩机本体的作用。
箱体11呈一端封闭的筒状体,前头部12以覆盖该箱体11的开放一侧的前端的方式被装配。此外,在前头部12上形成有从蒸发器吸入低压的制冷剂气体G的吸入口(图示省略);另一方面,在前头部12上形成有将由压缩机本体压缩的高压的制冷剂气体G排放至冷凝器中的排出口(图示省略)。
在壳体10的内部,由壳体10的内表面与压缩机本体的外表面,构成与吸入口相通的空间即吸入室31和与排出口相通的空间即排出室21。
压缩机本体70由旋转轴51、叶轮50、气缸40、5片叶片58、前侧缸体30和后侧缸体20构成。
旋转轴51在经由传递机构8传递的驱动力驱动下,围绕旋转轴旋转。
叶轮50与旋转轴51同轴且呈圆柱状,与旋转轴51一体旋转。
气缸40具有内周面49,该内周面49的截面轮廓呈类似椭圆形,并包围叶轮50的外周面;同时,气缸40呈两端开放的形状。
叶片58埋设在延伸至叶轮50的两端面的叶轮槽59内,冷冻机油R经叶轮槽59中的设置在叶轮50的两端面上的部分提供给叶片58,于是,叶片58受来自冷冻机油R的叶片背压的影响,从叶轮50的外周面向外方(向气缸40的内周面49)伸出,叶轮50的前端伸出量跟随气缸40的内周面49的轮廓形状而可变,围绕旋转轴51相同角度间隔配置有5个叶片58。
前侧缸体30以覆盖吸入室31侧的侧面的方式被固定在气缸40的侧面上;后侧缸体20以覆盖排出室21侧的侧面的方式被固定在气缸40的侧面上。
并且,在上述两侧缸体20、30的接近中央部,设置有支撑叶轮50的两端面伸出的旋转轴51可以独自自由回转的贯通孔。
在由压缩机本体70的两侧缸体20、30以及气缸40包围的内部,形成有5个压缩室48。
所述压缩室48是由两侧缸体20、30、气缸40、叶轮50以及沿旋转轴51的旋转方向一前一后的2个叶片58、58划分而成的空间。
使用上述压缩室48的容积根据叶轮50的旋转而反复发生增减变化的现象,来对吸入到压缩室48的内部中的制冷剂气体G进行压缩。
具体来说,在压缩室48的容积增加的过程中,吸入室31的制冷剂气体G经形成在前侧缸体30中的吸入窗(图示省略),被吸入到压缩室48内;在容积减少的过程中,压缩封闭在压缩室48内的制冷剂气体G成为高温高压状态,并排放至由气缸40、箱体11以及两侧缸体20、30包围而形成的单独空间排出腔43内(参考图2)。
排放至排出腔43中的高温高压的制冷剂气体G,经过在后侧缸体20内的排出腔43内被划分形成的腔孔44而被排出。
上述排出的制冷剂气体G被引导至旋流式缸体60。
旋流式缸体60包括:具有紧贴着后侧缸体20设置且下端部封闭的大体圆筒状外周壁的本体部64;与外周壁的圆筒呈近似同轴的方式设置的导管65。
在旋流式缸体60紧贴在后侧缸体20上的面(以下称为背面,参考图3(b))上,形成有分别面对上述两腔孔44的凹部61a、62a。
在上述凹部61a、62a中,其中一个凹部61a连通到形成在旋流式缸体60的背面上的槽61;另一个凹部62a连通到形成在旋流式缸体60的背面上的槽62。
两个槽61、62在与通到凹部61a的一侧相反的另一侧端部以及与通到凹部62a的一侧相反的另一侧端部,相互交汇而成为合流部63,该合流部63通到本体部64的外周壁的内侧和导管65的外侧之间的空间。
因而,从后侧缸体20的各腔孔44排出的制冷剂气体G,流入到与各腔孔44对应的旋流式缸体60的凹部61a、62a中,再从各凹部61a、62a流过与之对应的槽61、62,从而到达合流部63。
制冷剂气体G从合流部63,进一步引导至本体部64的外周壁的内侧和导管65的外侧之间的空间,并在该空间内一边呈螺旋状盘旋一边向下方移动。
虽然在从压缩室48排出的制冷剂气体G内混有冷冻机油R,然而,当制冷剂气体G在上述空间内盘旋时,制冷剂气体G连同上述混合的冷冻机油R在内,一起受到较强的离心力的作用。
其结果是,混合在制冷剂气体G中的冷冻机油R受离心力作用而从制冷剂气体G分离出,流落至本体部64的内侧的底部,并从形成在底部的排出孔64c向图示的下方喷出,存储在排出室21的底部。
另一方面,分离过冷冻机油R的制冷剂气体G,通过导管65的内侧的空间而流向附图所示的上方,并从旋流式缸体60的上端的开口,通过排出室21而从上述的排出口排放至压缩机100的外部。
在旋流式缸体60的背面形成有,与后侧缸体轴承的贯通孔的周围的凸缘嵌合的圆孔68,在把旋流式缸体60靠紧安装到后侧缸体20上的状态下,所述圆孔68和后侧缸体20的凸缘的端面之间形成后述叶片背压空间69。
在旋流式缸体60中,设置有压缩机100起动时辅助叶片58迅速伸出的将在后面描述的触发阀66(压力调整阀)。
如图4所示,该触发阀66具有:连通排出室21和叶片背压空间69的通路66a;能够在将该通路66a封闭的位置(以下称为封闭位置)与将其开放的位置(以下称为开放位置)之间移动的球状阀芯66b(检测排出室的压力的部分),;借助弹性力向开放位置一侧对球状阀芯66b进行推压(施力)的弹簧66c;防止发生球状阀芯66b脱落到排出室21中的阀芯止动销66d。
上述封闭位置是球状阀芯66b的外周面抵接在形成在通路66a的入口处斜面支承座66e上的状态;上述开放位置是球状阀芯66b的外周面与通路66a的入口处斜面支承座66e相分离的范围的位置。
阀芯止动销66d抵接在位于开放位置的球状阀芯66b上,这样防止了球状阀芯66b的脱落。
球状阀芯66b在指向开放位置的方向,受到来自叶片背压空间69的背压和弹簧66c的弹性力的合力;在指向封闭位置的方向,受到来自排出室的压力的作用。
而且,当排出室21的压力与叶片背压空间69的压力之差高于弹簧66c的弹性力时,球状阀芯66b移到封闭位置,通路66a被封闭,可阻止排出室21与叶片背压空间69之间的气体或流体的流通(触发阀66关闭)。
像这样,压缩机100在正常运转等时,触发阀66是关闭的。
另一方面,在排出室21的压力与叶片背压空间69的压力之差低于弹簧66c的弹性力时,球状阀芯66b移到开放位置,通路66a被开放,从而允许排出室21与叶片背压空间69之间的气体或流体的流通(触发阀66打开)。
像这样,在压缩机100停止时间较长的状态下、或者刚从该状态起再次开始运转后不久(刚起动后不久)等,触发阀66是打开的。
通路66a呈直线状形成,一方面,在通路66a中配置了球状阀芯66b一侧(面对排出室21的一侧)的开口66f,既不位于与有制冷剂气体G喷出的上端开口面64a相比更靠上方的区域E1(气体从油分离器喷出的区域)、即不位于球状阀芯66b可能受到从旋流式缸体60时断时续地喷出的制冷剂气体G的喷出压力(动压)的影响的区域E1;并且,也不位于与形成有供冷冻机油R喷出的排出孔64c的底面64b相比更靠下方的区域E2(由油分离器离心分离出的油分的喷出区域)、即不位于球状阀芯66b可能受到从旋流式缸体60时断时续地喷出的冷冻机油R的喷出压力(动压)的影响的区域E2。
也就是说,触发阀66的靠排出室21一侧,靠近不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G或者冷冻机油R的动压的影响的区域(除区域E1以外的区域并且除区域E2以外的区域)。
另一方面,如图3(b)所示,通路66a的面对叶片背压空间69一侧的开口66g,开设在与叶片背压空间69的最上部69a相比更靠下方的部分。
如图6a所示,上述开口66g开设在与叶片背压空间69的中心C(即旋转轴51的中心C)相比更靠上方的位置(仅比中心C高出高度h的位置),该叶片背压空间69的中心位置C与旋转轴51的中心位置C相同。
也就是说,尽管通路66a如上所述呈直线状延伸,然而,通路66a的延伸方向V即使延长,也不通过叶片背压空间69的中心C,通路66a的中心位置偏离叶片背压空间69的中心位置C。
存储在排出室21的底部中的冷冻机油R,可以用来对压缩机100的滑动部等进行润滑、冷却和清洗;同时,还可以将背压作用于叶片58上,施力以使叶片58朝向气缸40的内周面49伸出,成为叶片58的前端抵接在内周面49上的状态。
在压缩机本体70的后侧缸体20中形成有导油路23,该导油路23将存储在排出室21的底部的、受排放至21中的制冷剂气体G的压力作用而变成高压的冷冻机油R引导到叶轮50的端面。
该导油路23延伸到后侧缸体20的轴承部,引导至轴承部的部分冷冻机油R,通过轴承部与旋转轴51的外周面之间的微小间隙而供给至疏通槽25,该疏通槽25是形成在后侧缸体20的端面上的存储油用的槽。
另一方面,引导至轴承部的冷冻机油R的其它部分,通过轴承部与旋转轴51的外周面之间的微小间隙,被引导至安装有旋流式缸体60一侧的叶片背压空间69,并从该叶片背压空间69经连通路24供给疏通槽25。
在通过旋转轴51的外周面与轴承部之间的细小间隙期间,提供给所述疏通槽25的冷冻机油R,因压力受到损失而低于位于排出室21时的压力。
此外,气缸40以及前侧缸体30与后侧缸体20同样,也形成有将冷冻机油R引导至叶轮50的另一侧端面的导油路46、33。
该导油路33延伸至前侧缸体30的轴承,经导油路23、46、33而引导至前侧缸体30的轴承处的冷冻机油R,通过所述轴承与旋转轴51的外周面之间的微小间隙,提供给形成在前侧缸体30的端面上的疏通槽35中。
各叶片槽59也随叶轮50的旋转而旋转,当所述叶片槽59分别开设在叶轮50的两端面上的部分,在各与后侧缸体20的疏通槽25、前侧缸体30的疏通槽35相面对的期间,将作为使叶片伸出的叶片背压使用的冷冻机油R从疏通槽25、35提供给叶片槽59。
(作用)
根据上述构成的实施方式的压缩机100,在通常运转状态时、即在适合的背压作用于叶片58而形成5个压缩室,在旋流式缸体60中设置的触发阀66在输出预先设定的额定输出(排气量等)的运转状态时候是关闭的。
即,压缩机100在通常运转状态下,排出室21的压力比叶片背压空间69的压力高出许多,因而,作用于触发阀66的球状阀芯66b而指向封闭位置的负荷(随排出室21的压力而变的负荷),高于指向开放位置的负荷(随叶片背压空间69的压力而变的负荷与弹簧66c的弹性力之和),球状阀芯66b的外周面抵接在通路66a的入口处斜面支承座66e上,通路66a被封闭,于是,排出室21的高压力不会经通路66a而作用于叶片背压空间69,从而可以避免在假定为排出室21的高压力作用于叶片背压空间69时可能产生的问题、即可避免叶片58的背压过大、叶片58的前端与气缸40的内周面之间的接触压力变高而导致摩擦损失变大的问题。
另一方面,若压缩机100长时间置于停止状态(非运转状态),整个空气调节系统的制冷剂气体G的压力会变化到均匀状态。
其结果是排出室21的内压降低,由此叶片槽59的背压降低,某些叶片因重力而沉入叶轮50的叶片槽59内,无法形成压缩室48。
在不具有触发阀66的情况下,在这种状态下,若起动压缩机100,则在起动之后不久的初期阶段,由于部分压缩室48还没有形成,所以排出室21的压力不能急剧升高,因而作用于叶片槽59的背压也不能急剧升高,这样需要较长时间才会形成全部的压缩室48,运转状态也需要较长时间才会从通常的运转状态进入稳定运转状态。
但是,本实施方式的压缩机100具有触发阀66,在上述状态下,作用于触发阀66的球状阀芯66b而指向封闭位置的负荷(随排出室21的压力而变的负荷),低于指向开放位置的负荷(随叶片背压空间69的压力而变的负荷与弹簧66c的弹性力之和)的时候,球状阀芯66b的外周面与通路66a的入口处斜面支承座66e分离,通路66a被开放,与叶片背压空间69的压力相比压力相对较高的排出室21的制冷剂气体G,经通路66a而流入叶片背压空间69中,由此叶片背压空间69的压力被提高,疏通槽59的压力被提高,从而辅助叶片58迅速伸出。
由此,可以将压缩机100在通常的运转状态下稳定工作之前所需的时间缩短。
在压缩机100达到在通常的运转状态下稳定工作为止的期间、或者稳定后,排出室21的压力升高相当多,作用于触发阀66的球状阀芯66b的指向封闭位置的负荷(随排出室21的压力而变的负荷),高于指向开放位置的负荷(随叶片背压空间69的压力而变的负荷与弹簧66c的弹性力之和)。
由此,球状阀芯66b的外周面抵接在通路66a的入口处斜面支承座66e上,将通路66a封闭,从而压力相对较高的排出室21的制冷剂气体G不会流进叶片背压空间69内。
因而,作用于叶片槽59的叶片背压,不会超过通常运转状态(没有发生因叶片58的前端与气缸40的内周面49分离而使得压缩室48无法形成的状态)下的压力较多,以至于过度升高,从而可以防止在背压过度升高时产生的摩擦阻力增大。
在本实施方式的压缩机100中,通过将触发阀66设置在旋流式缸体60中,所以在压缩机本体70中设置用的空间不存在或者不足的情况下,均可以对触发阀66进行设置。
如图3所示,在本实施方式的压缩机100中,触发阀66配置在不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G或者冷冻机油R的动压的影响的区域(排除E1和E2以外的区域)。
尤其是,面对排出室21一侧的开口66f,既不位于与有制冷剂气体G喷出的旋流式缸体60的开口面64a相比更靠上方的区域E1,并且也不位于与形成有供冷冻机油R喷出的旋流式缸体60的排出孔64c相比更靠下方的底面64b的区域E2。
因而,触发阀66的球状阀芯66b不受从分离缸体60喷出的制冷剂气体G或者冷冻机油R的动压的影响。
也就是说,触发阀66的动作取决于排出室21的压力、叶片背压空间69的压力和弹簧66c的弹簧常数,所述弹簧常数基于排出室21的压力(静压)以及叶片背压空间69的压力(静压)来设定。
但是,假设触发阀66、尤其是其面对排出室21一侧的开口66f,设置在可受到制冷剂气体G的动压的影响的区域E1、或者可受到冷冻机油R的动压的影响的区域E2,则触发阀66的球状阀芯66b受到的排出室21的压力(受过动压影响的压力),和在对弹簧66c的弹簧常数进行设定时所假定的排出室21的压力(静压)的压力不同。
即,触发阀66在与假定的压力不同的压力下工作,触发阀66的功能有可能无法正常发挥。
但是,在本实施方式的压缩机100中,触发阀66的开口66f开设在不受从旋流式缸体60时断时续喷出的制冷剂气体G的动压的影响的位置,球状阀芯66b也不受其动压带来的影响,因而,可以进一步保证触发阀66在设想的压力下工作,触发阀66的功能可进一步正常发挥。
而且,在本实施方式的压缩机100中,触发阀66的开口66f开设在不受从旋流式缸体60喷出的冷冻机油R的动压的影响的位置,球状阀芯66b也不受其动压带来的影响,因而,可以进一步保证触发阀66假定的压力下发挥正常发挥。
如图3所示,开口66f面向排出室21的朝向V,分别与从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的朝向和冷冻机油R的朝向大致垂直相交,因此很难受到制冷剂气体G和冷冻机油R的动压带来的影响。
在本实施方式的压缩机100中,尽管触发阀66面对排出室21的开口66f开设在不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响以及冷冻机油R的动压的影响的区域,然而,本发明的气体压缩机并不限定于该形式,例如触发阀66面向排出室21的开口66f可以开设在仅不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响的区域。其原因在于,由冷冻机油R的动压带来的影响小于由制冷剂气体G的动压带来的影响,所以只要排出由冷冻机油R的动压带来的影响,即可提高触发阀66的工作精度。
触发阀66的开口66f与排出室21面对的朝向V,也并不限定于大致分别与从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的朝向或者冷冻机油R的朝向正交的朝向。
在本实施方式的压缩机100中,通过将触发阀66面向排出室21的开口66f,开设在不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响以及冷冻机油R的动压的影响(除区域E1以及区域E2以外的其它区域),从而触发阀66的工作不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响以及冷冻机油R的动压的影响,但本发明的气体压缩机并不限定于这种形式。
即,如图5所示,可以采用如下构成,即,在该构成中设置可以覆盖触发阀66的开口66f的周围(可以不是整个周围)的遮挡板64d、64d(遮挡部件),该遮挡板64d、64d遮挡喷出的制冷剂气体G以及冷冻机油R。
采取这样的构成,也可以使触发阀66的工作不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响以及冷冻机油R的动压的影响。
如图5所示,在该情况下,触发阀66面向排出室21的开口66f无需开设在不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响以及冷冻机油R的动压的影响的区域(除区域E1以及区域E2以外的其它区域);在把开口66f开设在受上述动压影响的区域内,为了不受这些动压的影响,例如在旋流式缸体60上设置遮挡板64d、64d,从而可以利用所述遮挡板64d、64d来阻止制冷剂气体G的动压的影响以及冷冻机油R的动压的影响。
另作为为不受动压的影响而设置在开口66f的附近等的部件来说,并不限定于上述两平板状的遮挡板64d、64d,还可以应用其它形状和个数的遮挡部件。此外,遮挡板64d也并不一定与旋流式缸体60是分开的,也可作为铸件一体形成。
图5中描述如下内容,即:在把触发阀66面向排出室21的开口66f开设在不受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响以及冷冻机油R的动压的影响的区域的基础上,再附加设置遮挡板64d、64d,由此,可以进一步确实排出制冷剂气体G的动压以及冷冻机油R的动压给触发阀66的工作造成的影响。不过,也可如上所述,将所述遮挡板64d、64d设置在开口66f开设在受从旋流式缸体60喷出的制冷剂气体G的动压的影响的区域E1或者受冷冻机油R的动压的影响的区域E2。
如图6(a)所示,由于该开口66g开设在与叶片背压空间69的中心C相比更靠上方的位置,且通路66a与叶片背压空间69的中心C相偏离,所以触发阀66开放,于是,从排出室21通过通路66a而流入叶片背压空间69中的制冷剂气体G,很容易向同图箭头所示的单方方向(在图6(a)中是以中心C为中心的顺时针方向)流动。
而且,如图6(b)所示,像这样向单方方向流动的制冷剂气体G,对存在于叶片背压空间69中的冷冻机油R的油面进行推动使其偏倾,冷冻机油R受到摆动和搅拌,制冷剂气体G混进冷冻机油R中。
叶片背压空间69中的混有制冷剂气体G的冷冻机油R,依序经连通路24、疏通槽25、疏通槽59,作为背压施加给叶片58。在该叶片背压空间69至疏通槽59的流通路径中通过时,混有制冷剂气体G的冷冻机油R的通过速度快于仅为冷冻机油R通过的通过速度。
即,由于冷冻机油R的粘性高于制冷剂气体G的粘性,因而,在冷冻机油R通过叶片背压空间69至疏通槽59的流通路径时,受粘性阻抗影响,在作为背压发挥作用之前易引发时间延滞。
与此不同的是,由于制冷剂气体G的粘性比冷冻机油R的粘性低,因而,在混有制冷剂气体G的冷冻机油R通过叶片背压空间69至疏通槽59的流通路径时,粘性阻力小于冷冻机油R单独时的粘性阻力,在作为背压发挥作用之前引起的时间延滞,格外小于冷冻机油R单独通过下引起的时间延滞。
综上所述,触发阀66开放,制冷剂气体G从排出室21经而流入叶片背压空间69中,借助制冷剂气体G,可以缩短制冷剂气体G助叶片58伸出所需的时间。
在本实施方式的压缩机100中,触发阀66的通路66a面对叶片背压空间69侧的开口66g,开设在与叶片背压空间69的最上部69a相比更靠下方的部分上,因而,有较多的制冷剂气体G液化而成的液态制冷剂L或冷冻机油R存储在叶片背压空间69的内部,触发阀66的通路66a的开口66g被存储的液态制冷剂L或冷冻机油R阻塞,叶片背压空间69、连通路24、疏通槽25以及疏通槽59成为封闭的空间,即使在这种情况下,在由液态制冷剂L或冷冻机油R阻塞的开口66g的上方,也残留有供制冷剂气体G残存的空间69b。
即,叶片背压空间69、连通路24、疏通槽25以及疏通槽59不会全部被液态制冷剂L或冷冻机油R的液体完全填充。
因而,即使在叶片58被强制推回到叶片槽59中,所述的叶片背压空间69、连通路24、疏通槽25以及疏通槽59内的液体(液态制冷剂L或冷冻机油R),受到压缩的状态下,气体即制冷剂气体G残存的空间69b可以当做缓冲空间,防止陷入液压缩状态。
在本实施方式的压缩机100中,触发阀66采用了使用球状阀芯66b和弹簧66c的阀门的结构,然而,本发明涉及的气体压缩机并不限定于这种形式的压力调整阀(触发阀),还可以应用其它弹性部件来替代弹簧66c,应用弹性变形的板状阀芯来替代球状阀芯66b等,现有的各种阀门都可以应用。