CN103291617A - 涡旋压缩机及空气调和装置 - Google Patents

Abstract

本发明为涡旋压缩机及空气调和装置，在在回转涡旋盘的涡旋齿中央部设有轴承部的轴贯通结构的涡旋压缩机中，对于抑制压缩机外径增大的涡旋齿的偏置，以往未特别予以考虑。设有：在底板上直立设置涡旋状的涡旋齿的固定涡旋盘、在镜板上直立设置涡旋状的涡旋齿并与上述固定涡旋盘啮合形成压缩室的回转涡旋盘，和贯通上述回转涡旋盘的镜板及涡旋齿中央部地设置的回转轴承，在能把上述回转轴承形成在涡旋齿中央部的范围内，朝着使上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部与镜板外周的最短距离跟以镜板中心为基准从上述最短距离的方向开始大致90゜方向的、涡旋齿最外周部距镜板外周的最短距离中较长一方的最短距离最成为近距离的方向，把涡旋齿中心从镜板中心错开。

Description

涡旋压缩机及空气调和装置

技术领域

本发明涉及适合用作在冷冻用，空调用等冷冻循环中使用的制冷剂压缩机，或适合用作对空气、其它气体进行压缩的气体压缩机的涡旋压缩机。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，有日本特开2005－180298号公报（专利文献1）。在该公报中，记载了“把上述回转涡旋盘涡旋体的涡旋中心和上述固定涡旋盘涡旋体的涡旋中心，相对于上述回转涡旋盘及上述固定涡旋盘的端板的中心从上述2个涡旋体的涡旋终了位置朝上述代数螺旋曲线或将其包络线的涡旋中心连结的直线方向错开地设置的涡旋压缩机”（参照权利要求1）。

作为其它的背景技术、有日本特开平8－232863号公报（专利文献2）。在此公报中，记载了“在回转涡旋盘部件的中心部设置回转轴承部，在该回转轴承部中把曲轴的偏心轴部插入到涡旋齿（日文：涡旋齿）前端部为止的轴贯通涡旋压缩机」（参照权利要求1）。

专利文献1：日本特开2005－180298号公报

专利文献2：日本特开平8－232863号公报

发明内容

在回转涡旋盘的涡旋齿中央部设有轴承部的轴贯通结构的涡旋压缩机，以往没有特别对抑制压缩机外径的增大的涡旋齿的偏置进行考虑。

为了解决上述课题，例如采用发明请求保护的范围中记载的结构。

本申请包括多个用来解决上述课题的技术手段，其举一个例子来说，特征为“设有：在底板上直立设置有涡旋状的涡旋齿的固定涡旋盘；在镜板上直立设置涡旋状的涡旋齿并与上述固定涡旋盘啮合形成压缩室的回转涡旋盘；及将上述回转涡旋盘的镜板及涡旋齿中央部贯通地设置的回转轴承，上述回转涡旋盘被形成为，相对于镜板中心和涡旋齿中心相同的状态，使上述涡旋齿中心从上述镜板中心错开，从而，使上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部与镜板外周的最短距离，和从上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部到以上述镜板中心为中心45°～135゜间的涡旋齿外周部中、与镜板外周的最短距离较长一方的涡旋齿外周部跟该镜板外周的最短距离变近。”

在轴贯通结构的涡旋压缩机中，可以确保需要的设计容积比并能抑制压缩机外径的增大，不仅能高效率化而且能小径化。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施例的采用代数螺旋曲线的回转涡旋盘的俯视图。

图2的涡旋压缩机的纵截面图的例子。

图3是表示固定涡旋盘与回转涡旋盘的啮合状态的俯视图。

图4是轴贯通结构的涡旋压缩机的纵截面图的例子。

图5是以往结构的采用渐开线曲线的回转涡旋盘的俯视图。

图6是表示作为本发明的一个实施例的涡旋齿的偏置的俯视图。

图7是表示作为本发明的一个实施例涡旋齿的偏置俯视图。

图8是以往结构的采用代数螺旋曲线的回转涡旋盘的俯视图。

图9是表示本发明的一个实施例的冷冻循环的概念图。

具体实施方式

以下，用附图对实施例进行说明。

（实施例）

首先，对涡旋压缩机的基本的结构进行说明。图2是以往结构的涡旋压缩机的纵截面图。如图所示，固定涡旋盘（固定涡旋盘部件）7具有：圆盘状的底板7a，呈涡旋状直立设置在此底板7a上的的涡旋齿7b，和位于底板7a的外周侧，具有与涡旋齿7b的前端面相连续的镜板面并将涡旋齿7b围住的筒状的支撑部7d。

直立设置了涡旋齿7b的底板7a的表面由于存在于涡旋齿7b之间因此被称作齿根7c。而且，支撑部7d与回转涡旋盘（回转涡旋盘部件）8的镜板8a相接的面成为固定涡旋盘7的镜板面7e。固定涡旋盘7，其支撑部7d通过螺栓等固定在构架17上，与固定涡旋盘7成为一体的构架17通过焊接等固定手段固定在壳体（密闭容器）9上。

上述回转涡旋盘8与固定涡旋盘7相向地配置，固定涡旋盘的涡旋齿7b与回转涡旋盘的涡旋齿8b啮合，能进行旋转地设置在构架17内。回转涡旋盘8具有圆盘状的镜板8a，从作为此镜板8a的表面的齿根8c直立设置的涡旋状的涡旋齿8b，及设置在镜板8a的背面中央的凸起部8d。而且，镜板8a的外周部的，与固定涡旋盘7相接的表面成为回转涡旋盘8的镜板面8e。

壳体9是在内部收纳了由固定涡旋盘7和回转涡旋盘8构成的涡旋部、马达部16（16a：转子，16b：定子）及润滑油等的密闭容器结构。与马达部16的转子16a固定成一体的轴（转动轴）10，通过主轴承5转动自如地支撑在构架17上，与固定涡旋盘7的中心轴线同轴。

在轴10的前端设有曲柄部10a，此曲柄部10a被插入到设置在回转涡旋盘8的凸起部8d的回转轴承11中，回转涡旋盘8被构成为能随轴10的转动进行回转。回转涡旋盘8的中心轴线成为相对于固定涡旋盘7的中心轴线偏心了规定距离的状态。而且，回转涡旋盘8的涡旋齿8b与固定涡旋盘7的涡旋齿7b在周方向上错开规定角度并重合。12是欧式联轴器（日文：オルダムリング），用来对回转涡旋盘8相对于固定涡旋盘7进行约束，从而使该回转涡旋盘8不进行自转，并使该回转涡旋盘8相对地进行回转运动。

图3是表示以往结构的固定涡旋盘和回转涡旋盘的啮合状态的俯视图，如图所示，在涡旋齿7b，8b间形成月牙状的多个压缩室13（13a，13b），当使回转涡旋盘8回转运动时，各压缩室的容积随着朝中央部移动而缩小。即，在回转涡旋盘涡旋齿8b的内线侧及外线侧，分别形成回转内线侧压缩室13a及回转外线侧压缩室13b。20为吸入室，是吸入流体的途中的空间。此吸入室20，从回转涡旋盘8的回转运动的相位前进，流体的闭合完了的时刻开始成为压缩室13。另外，回转涡旋的涡旋齿8b及固定涡旋盘的涡旋齿7b都把涡旋齿中央侧称作涡旋齿涡旋起始部，把涡旋齿外周侧称作涡旋齿涡旋终了部。

吸入口14，如图2、图3所示，设置在固定涡旋盘7上。此吸入口14穿设在底板7a的外周侧，从而与吸入室20连通。而且，排出口15穿设在固定涡旋盘7的底板7a的涡旋中心附近，从而与最内周侧的压缩室13连通。

当由马达部16对轴10进行转动驱动时，从轴10的曲柄10a通过回转轴承11传递到回转涡旋盘8，回转涡旋盘8以固定涡旋盘7的中心轴线为中心，以规定距离的回转半径进行回转运动。由欧式联轴器12进行约束，从而，使此回转运动时回转涡旋盘8不发生自转。

通过回转涡旋盘8的回转运动，形成在各涡旋齿7b，8b之间的压缩室13朝中央连续移动，随着其移动，压缩室13的容积连续缩小。由此，把从吸入口14吸入的流体（例如，在冷冻循环中循环的制冷剂气体）在各压缩室13内顺次压缩，被压缩的流体从排出口15排出到壳体上部的排出空间54。被排出的流体从排出空间54进入壳体9内的马达室52，从排出管6供给到压缩机外，例如被供给到冷冻循环中。

润滑油蓄积在壳体9的底部，在轴10的下端设有容积型或离心式的供油泵21。随着轴的转动使供油泵21也进行转动，润滑油从设置在供油泵壳体22上的润滑油吸入口25被吸引，从供油泵的排出口28排出。被排出的润滑油穿过设置在轴上的贯通孔3朝上部供给。润滑油的一部分穿过设置在轴10上的横孔24对副轴承23进行润滑，返回壳体底部的油池53。其它大部分的润滑油穿过贯通孔3到达轴10的曲柄10a上部，通过设置在曲柄10a上的油槽57对回转轴承11进行润滑。而且对设置在回转轴承11的下部的主轴承5进行润滑后，穿过排油孔26a及排油管26b返回壳体底部。在此，油槽57、回转轴承11形成的空间及收纳主轴承5的空间（由构架17、轴10、构架密封件56、设置在回转涡旋盘8的凸起部8d上的锷状的回转凸起部件34、密封部件32形成的空间）合起来称作第1空间33。此第1空间33是具有与排出压力接近的压力的空间。为了对主轴承5及回转轴承11进行润滑而流入第1空间33的润滑油的大部分通过排油孔26a及排油管26b返回壳体底部，而一部分润滑油，欧式联轴器12的润滑、固定涡旋盘7和回转涡旋盘8的滑动部的润滑及密封所需要的最低限度的量，通过密封部件32的上端面与回转凸起部件34的端面间的油漏出构件进入作为第2的空间的背压室18。

密封部件32与波状弹簧（未图示）一起插入被设置在构架17上的圆环槽31中，分隔变成排出压力第1空间33，和变成吸入压力与排出压力中间的压力的背压室18。上述油漏出构件，例如由设置在回转凸起部件34上的多个孔30和上述密封部件32构成，上述多个孔30随着回转涡旋盘8的回转运动跨密封部件32进行圆运动，在第1空间33与背压室18之间移动。由此，通过把第1空间33的润滑油蓄积在孔30中，间歇地移送到背压室18并排出，能把所需最小限度的油引导到背压室18。也可以取代多个孔30设置缝隙等作为朝背压室漏出油的油漏出构件。

进入背压室18的润滑油，当背压变高时，通过将背压室18与压缩室13连通的背压孔35进入压缩室13，从排出口15排出，一部分与例如制冷剂气体一起从排出管6朝冷冻循环排出，其余的在壳体9内与制冷剂气体分离而蓄积在壳体底部的油池53中。

另外，如上述说明的那样，由于设有上述第1空间33、背压室18和油漏出构件，因而可以独立地对各轴承部所需要的供油量和压缩室所需要的供油量进行控制，所以，可以使压缩室供油量的合适，能获得高效率的压缩机。

接着对背压进行详细描述。在涡旋压缩机中，通过其压缩作用，产生把固定涡旋盘7与回转涡旋盘8彼此拉开的轴向的力。当通过此轴向的力把两涡旋拉开，产生所谓的回转涡旋盘8的脱离现象时，压缩室的密闭性会恶化而使压缩机的效率降低。于是，在回转涡旋盘8的镜板的背面侧设置成为排出压力与吸入压力之间的压力的背压室18，通过其背压来消除拉开的力，并且，把回转涡旋盘8朝固定涡旋盘7推压。此时，如果推压力过大，则回转涡旋盘8的镜板面8e与固定涡旋盘7的镜板面7e的滑动损失增大，压缩机效率降低。总之背压存在最适当的值，如果过小的话会导致压缩室的密闭性恶化、热流体损失增大，如果过大的话会导致滑动损失增大。因此，把背压维持在最适当的值，对于提高压缩机的性能、提高可靠性很重要。

为了获得此最适当的背压值，在图2的涡旋压缩机中，设有背压孔35。背压孔35为コ字形的通路，将压缩室13与背压室18连通而把相应于压缩室压力的压力导入背压室18。压缩室13的压力随着曲轴的转动而上升。通过由此压缩途中的压缩室13的哪个区间与背压室18进行连通来决定背压的值。因此，通过调整此连通区间可以设定成最适当的背压值。

以上为涡旋压缩机的基本的结构。作为本结构的缺点，可以列举出回转涡旋盘的倾覆力矩大的缺点。以下，对倾覆力矩进行说明。对于回转涡旋盘，在其压缩作用下，不仅作用上述轴向的力而且还作用水平方向的力。其作用点为回转涡旋盘的涡旋齿8b的高度方向的中心。而且，回转涡旋盘被约束的点，为回转轴承11的高度方向的大致中心。总之，载荷作用的点与对回转涡旋盘进行约束的点，距离图2中60表示的距离。因此而产生力矩，距离60越长，则力矩越大。此力矩被称作回转涡旋盘的倾覆力矩。当倾覆力矩大时，在回转涡旋盘8与固定涡旋盘7的涡旋齿间、镜板间产生缝隙，使泄漏损失增大。而且，需要提高背压增大把回转涡旋盘8朝固定涡旋盘7推压的力，两镜板面的滑动损失增大。

作为降低此倾覆力矩的结构，已知轴贯通结构的涡旋压缩机。其结构如图4所示，贯通回转涡旋盘8的镜板8a及涡旋齿8b的中央部地设有回转轴承11。在本结构中，作用载荷的点和对回转涡旋盘进行约束的点的距离变成图4中的61，比图2中的距离60大幅度减小。于是可以将倾覆力矩大幅度降低，可以获得泄漏损失及滑动损失小的高效率的压缩机。

这样，轴贯通结构的涡旋压缩机的效率高，但是存在压缩机的外径变大的缺点。图1表示轴贯通结构的回转涡旋盘的俯视图。如图所示，需要在涡旋齿中央部配置回转轴承11。因此，为了确保规定的设计容积比要增加涡旋齿的卷数，使回转涡旋盘变大，因而压缩机外径变大。

于是，在本发明中，提出了把回转涡旋盘的涡旋齿中心与镜板中心错开，在不增大镜板处的泄漏的情况下减小镜板外径的结构，及，镜板外径保持不变，进一步降低镜板处的泄漏损失的结构。

首先，对镜板外径保持不变，进一步降低镜板处的泄漏损失的结构进行详细说明。图5是在把涡旋齿的中心与镜板的中心错开前的，两中心一致的状态下的回转涡旋盘8的俯视图。图中的62，63，64，65表示镜板处的密封长度。密封长度是具有微小间隙的泄漏流路的长度。回转涡旋盘8的镜板面8e和固定涡旋盘7的镜板面7e，以微小间隙相向，镜板的外周侧成为背压，涡旋齿中央的内周侧成为吸入压力或压缩途中的压力。而且，由于背压跟吸入压力或压缩途中的压力的压差，而在微小间隙中存在泄漏流。由于密封长度越长其泄漏量越少，所以为了降低镜板处的泄漏损失，必须把密封长度确保在某个程度以上。

对图5中的4个密封长度进行比较，密封长度65的长度最长，其次按密封长度64、63、62的顺序变短，长度不均等。密封长度62为涡旋齿涡旋终了部与镜板外周的最短距离，在镜板处的密封长度中，此密封长度62的长度最短。因此，考虑到镜板各部处的泄漏，对此密封长度62的部位处的泄漏进行支配。

为了使此4个密封长度大致均等，在本发明中将涡旋齿的中心与镜板的中心错开。对于其错开方向，用图5、图7进行说明。图5中的密封长度62和64，62较短，所以，首先把镜板中心相对于涡旋齿中心朝右上方错开。而且，密封长度63和65，63较短，所以，把镜板中心朝右下方错开。总之，通过把镜板中心相对于涡旋齿中心朝大致右方错开（偏置），从而，能如图7所示那样使4个密封长度105、106、107、108大致均等。图7中的点81表示涡旋齿中心，点80表示镜板中心。换言之，回转涡旋盘8，把涡旋齿中心81从镜板中心80错开地形成，从而，相对于镜板中心80跟涡旋齿中心81相同的状态（图5），使回转涡旋盘8的涡旋齿8b的涡旋终了部距镜板8a外周的最短距离（图5的62），与从回转涡旋盘8的涡旋齿涡旋终了部开始以镜板8a的中心为中心大致90゜方向的涡旋齿外周部中、距镜板外周的最短距离较长一方的涡旋齿外周部跟该镜板外周的最短距离（图5的65）变近。

通过形成这样的结构，可以如上述那样使4个密封长度105、106、107、108大致均等（图7），但是也可以把涡旋齿中心从镜板中心错开地形成，从而，与从回转涡旋盘8的涡旋齿涡旋终了部开始以镜板中心为中心45°～135゜之间的涡旋齿外周部中、距镜板外周的最短距离较长一方的涡旋齿外周部跟该镜板外周的最短距离变近。

另外，如上所述，图7表示使偏置前的镜板85的外径与偏置后的镜板109的外径相同的情形。在此情况下，镜板外径不能小，但是可以使对镜板处的泄漏进行支配的图5中的密封长度62长至密封长度105，因此，可以降低镜板处的泄漏损失，实现高效率的压缩机。另外，当然，按回转涡旋盘8的涡旋齿中心与镜板中心的偏置的量，把固定涡旋盘7的涡旋齿中心也进行偏置设置，使两涡旋啮合就能形成压缩室。

作为另外的实施例，图6表示使密封长度62相同，相对于偏置前的镜板85的外径，把偏置后的镜板84的外径减小了的场合。在轴贯通结构的压缩机中，可以降低倾覆力矩，因此对镜板处的泄漏进行支配的密封长度62的部位处的泄漏量甚至可说是微小的。也就是说密封长度62不需要更长。在此情况下，通过镜板中心与涡旋齿中心的偏置，可以减小镜板外径。

另外，本图中的例子，是在涡旋齿曲线上采用渐开线曲线的例子，但是，也可以在涡旋齿的曲线上采用代数螺旋曲线及其包络线中的任一方或双方。代数螺旋曲线与渐开线曲线相比较，从其几何学的特性考虑，在涡旋齿中心与涡旋齿涡旋终了部的距离相同的情况下，可以获得更大的设计容积比。换言之，在相同设计容积比的情况下，可以减小外径。进而，代数螺旋曲线，随着接近涡旋齿涡旋终了部，涡旋齿的厚度及涡旋齿间距离变短。涡旋齿厚度和涡旋齿间距离合起来的长度由图8的70表示。70短，所以图8中的密封长度71变长，密封长度72与71之差，小于图5所示渐开线曲线处的密封长度65与62之差。也就是说，可以缩短涡旋齿中心与镜板中心进行偏置的距离，更增加了设计自由度。

而且，当把涡旋齿中心与镜板中心偏置时，最好把回转轴承11的中心也跟镜板中心一起错开。图6中的83为偏置前的回转轴承11，82为偏置后的回转轴承11。82的中心与镜板中心80一致。由此，回转涡旋盘8的重心成为与回转轴承11的中心接近的位置，因此，不仅能够抑制回转涡旋盘上产生多余的力矩，而且，可以减小压缩机的外径。

但是，为了形成回转轴承11，涡旋齿中央部必须具有用来在其外周部保持回转轴承11的壁厚。换言之，必须在某种程度上确保图6中的89的壁厚。尽管可以仅在能确保该壁厚的范围内将回转轴承11的中心错开，但是，换言之，为了能确保壁厚89，只要调整涡旋齿的厚度、回转半径、涡旋齿涡旋起始部的位置即可。

通过采用以上说明了的压缩机1、冷凝器40、膨胀阀41、蒸发器42、四通阀43，如图9所示那样构成空调用的冷冻循环，可以减小全年消耗的电量，而且能提供运行范围宽、使用方便的空气调和装置。

附图标记说明

3  贯通孔

5  主轴承

6  排出管

7  固定涡旋盘（7a：底板，7b：涡旋齿，7c：齿根，7d：支撑部，7e：镜板面）

8  回转涡旋盘（8a：镜板，8b：涡旋齿，8c：齿根，8d：凸起部，8e：镜板面）

9  壳体（密闭容器）

10  轴（转动轴）（10a：曲柄部）

11  回转轴承

12  欧式联轴器

13  压缩室（13a：回转内线侧压缩室，13b：回转外线侧压缩室）

14  吸入口

15  排出口

16  马达部（16a：转子，16b：定子）

17  构架

18  背压室

20  吸入室

21  供油泵

23  副轴承

30  孔

32  密封部件

33  第1空间

34  回转凸起部件

35  背压孔

52  马达室

53  油池

54  排出空间

62，63，64，65，71，72，86，87，88，100，101，102，103，105，106，107，108密封长度

80  镜板中心

81  涡旋齿中心

Claims (9)

1.一种涡旋压缩机，其特征在于，设有：在底板上直立设置有涡旋状的涡旋齿的固定涡旋盘；在镜板上直立设置涡旋状的涡旋齿并与上述固定涡旋盘啮合形成压缩室的回转涡旋盘；及将上述回转涡旋盘的镜板及涡旋齿中央部贯通地设置的回转轴承，

上述回转涡旋盘被形成为，相对于镜板中心和涡旋齿中心相同的状态，使上述涡旋齿中心从上述镜板中心错开，从而，

使上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部与镜板外周的最短距离，和从上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部到以上述镜板中心为中心45°～135゜间的涡旋齿外周部中的，与镜板外周的最短距离较长一方的涡旋齿外周部跟该镜板外周的最短距离变近。

2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：

上述回转涡旋盘被形成为，相对于镜板中心与涡旋齿中心相同的状态，使上述涡旋齿中心从上述镜板中心错开，从而，

使上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部与镜板外周的最短距离，和从上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部到以上述镜板中心为中心大致90゜方向的涡旋齿外周部中、与镜板外周的最短距离较长一方的涡旋齿外周部跟该镜板外周的最短距离变近。

3.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：上述固定涡旋盘被形成为，使上述固定涡旋盘的涡旋齿中心从底板中心错开，从而，成为与上述回转涡旋盘的涡旋齿中心跟上述镜板中心的关系相同的关系。

4.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：上述回转涡旋盘及上述固定涡旋盘的涡旋齿的涡旋曲线由渐开线曲线形成。

5.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：上述回转涡旋盘及上述固定涡旋盘的涡旋齿的涡旋曲线由代数螺旋曲线或其包络线形成。

6.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：相对于上述镜板中心与上述涡旋齿中心相同的状态，上述涡旋齿中心从上述镜板中心错开后的镜板外径与错开前的镜板外径相同。

7.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：涡旋齿中心从镜板中心错开后的镜板外径小于错开前的镜板外径，从而，使上述回转涡旋盘的涡旋齿涡旋终了部与镜板外周的最短距离不改变。

8.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于：上述回转涡旋盘的镜板中心与回转轴承的中心大致一致。

9.一种空气调和装置，上述空气调和装置设有压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，其特征在于：在上述压缩机中采用权利要求1～8中的任何一项记载的涡旋压缩机。

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