CN109563831B - 涡旋式压缩机 - Google Patents

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Abstract

涡旋式压缩机(10)具有固定涡旋件(51)、可动涡旋件(52)、曲轴(30)、压缩室(53)。固定涡旋件(51)具有从压缩室(53)排出流体的排出口(55)。可动涡旋件(52)通过至少局部覆盖排出口(55)，能够使总面积中的有助于与所述压缩室之间的连通的部分的面积即连通面积(S)变化。第1～第3旋转角位置(θ1～θ3)按照该顺序增大。在第1旋转角位置(θ1)，压缩室(53)和排出口(55)开始连通。在曲轴(30)从第1旋转角位置(θ1)旋转到第2旋转角位置(θ2)的期间内，连通面积(S)以第1增加率(G1)增加。在曲轴(30)从第2旋转角位置(θ2)旋转到第3旋转角位置(θ3)的期间内，连通面积(S)以第2增加率(G2)增加。第2增加率(G2)比第1增加率(G1)大。

Description

涡旋式压缩机
技术领域
本发明涉及涡旋式压缩机。
背景技术
涡旋式压缩机具备具有渐开曲线等形状的固定涡旋件和可动涡旋件。由固定涡旋件和可动涡旋件规定的压缩室的容积随着可动涡旋件的公转运动而缩小，由此进行流体的压缩。在压缩室的容积大致最小的时机，压缩室和排出口连通，已压缩的高压流体从排出口向外部排出。
在专利文献1(日本特开2014-105589号公报)公开的涡旋式压缩机中，排出口的轮廓形状被设计成在压缩室和排出口连通的瞬间，排出口与压缩室之间的连通面积急剧增大，由此，要降低排出口的流体的压力损失。
发明内容
发明要解决的课题
在压缩室和排出口连通的瞬间连通面积急剧增大的情况下，有时引起流体的逆流。在由于逆流而对一次性排出的流体再次进行压缩时，由此会产生压力损失。该逆流引起的压力损失的大小有时超过确保连通瞬间的连通面积的大小而得到的压力损失的降低量。
本发明的课题在于，通过涡旋式压缩机的动作整体降低压力损失，由此实现其性能提高。
用于解决课题的手段
本发明的第1观点的涡旋式压缩机具有固定涡旋件、可动涡旋件和曲轴。可动涡旋件能够相对于固定涡旋件进行公转。曲轴使可动涡旋件进行公转且能够旋转。固定涡旋件和可动涡旋件规定用于对流体进行压缩的压缩室。在固定涡旋件形成有用于从压缩室排出流体的排出口。可动涡旋件通过至少局部覆盖排出口，能够使连通面积变化。连通面积是排出口的总面积中的有助于与压缩室之间的连通的部分的面积。第1旋转角位置与压缩室和排出口开始连通的配置相当。第2旋转角位置比第1旋转角位置大预备排出区间角度。在曲轴从第1旋转角位置旋转到第2旋转角位置的期间内，连通面积以第1增加率增加。第3旋转角位置比第2旋转角位置大。在曲轴从第2旋转角位置旋转到第3旋转角位置的期间内，连通面积以第2增加率增加。第2增加率比第1增加率。
根据该结构，在压缩室和排出口开始连通起的规定期间内、即曲轴从第1旋转角位置旋转到第2旋转角位置的期间内，连通面积缓慢地增加。此时，压缩室内的流体的一部分以较少的流量排出，由此，压缩室内的流体的压力降低。因此，然后，在曲轴从第2旋转角位置旋转到第3旋转角位置的期间内，能够抑制流体向压缩室逆流。
本发明的第2观点的涡旋式压缩机在第1观点的涡旋式压缩机中，预备排出区间角度为20°以上且60°以下。
根据该结构，确保具有规定的大小的预备排出区间角度。因此，能够更加可靠地抑制流体的逆流。
本发明的第3观点的涡旋式压缩机在第1观点或第2观点的涡旋式压缩机中，第2旋转角位置处的连通面积为排出口的总面积的7％以上且15％以下。
根据该结构，在曲轴从第1旋转角位置旋转到第2旋转角位置的期间内，连通面积为排出口的总面积的7％以上且15％以下。因此，能够可靠地实现流量较少的排出阶段。
本发明的第4观点的涡旋式压缩机在第1观点～第3观点中的任意一个涡旋式压缩机中，第2增加率为第1增加率的2倍以上。
根据该结构，与流量较多的排出阶段相当的第2增加率为与流量较少的排出阶段相当的第1增加率的2倍以上。因此，2个排出阶段的流量有意地变化，因此，可靠地减少逆流。
本发明的第5观点的涡旋式压缩机在第4观点的涡旋式压缩机中，第2增加率为第1增加率的3倍以上。
根据该结构，与流量较多的排出阶段相当的第2增加率为与流量较少的排出阶段相当的第1增加率的3倍以上。因此，2个排出阶段的流量更加有意地变化，因此，更加可靠地减少逆流。
本发明的第6观点的涡旋式压缩机在第1观点～第5观点中的任意一个涡旋式压缩机中，第3旋转角位置比第2旋转角位置大90°以上。
根据该结构，规定了第2旋转角位置与第3旋转角位置之差。因此，在流量较多的排出阶段，确定了伴随着连通面积的增加的曲轴的旋转角位置的范围。
本发明的第7观点的涡旋式压缩机在第1观点～第6观点中的任意一个涡旋式压缩机中，预备排出区间角度为35°以上且60°以下。
根据该结构，预备排出区间角度为35°以上且60°以下。因此，以较少流量排出流体的预备排出区间角度的值更大，因此，能够更加可靠地抑制流体的逆流。
发明的第8观点的涡旋式压缩机在第1观点～第7观点中的任意一个涡旋式压缩机中，排出口的轮廓包含与可动涡旋件的轮廓一致的2个区间、以及与可动涡旋件的轮廓不一致的偏移部。偏移部被2个区间夹着。
根据该结构，偏移部使连通面积稍微增加。此时，压缩室内的流体的一部分以较少流量通过偏移部而被排出，由此，压缩室内的流体的压力降低。因此，能够利用容易的手段来抑制流体向压缩室逆流。
发明的第9观点的涡旋式压缩机在第1观点～第8观点中的任意一个涡旋式压缩机中，在可动涡旋件形成有凹部。凹部的轮廓与排出口的轮廓一致。
根据该结构，凹部还具有偏移部。因此，能够更加有效地抑制流体向压缩室逆流。
发明效果
根据本发明的第1观点、第2观点、第8观点和第9观点的涡旋式压缩机，能够抑制流体向压缩室逆流。
根据本发明的第3观点的涡旋式压缩机，能够实现流量较少的排出阶段。
根据本发明的第4观点和第5观点的涡旋式压缩机，2个排出阶段的流量有意地变化，因此，可靠地减少逆流。
根据本发明的第6观点的涡旋式压缩机，在流量较多的排出阶段，确定了伴随着连通面积的增加的曲轴的旋转角位置的范围。
根据本发明的第7观点的涡旋式压缩机，更加可靠地抑制流体的逆流。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的涡旋式压缩机10的剖视图。
图2是本发明的第1实施方式的压缩要素50的中央部分的示意性分解图。
图3是可动涡旋件52的涡旋齿52b的俯视图。
图4是本发明的第1实施方式的压缩要素50的中央部分的示意性平面图。
图5是本发明的第1实施方式的压缩要素50的中央部分的示意性平面图。
图6是示出由于曲轴30的旋转而引起的连通面积S的变化的曲线图。
图7是比较例的压缩要素50的中央部分的示意性平面图。
图8是本发明的第1实施方式的变形例的压缩要素50的中央部分的示意性平面图。
图9是本发明的第2实施方式的压缩要素50的中央部分的示意性分解图。
图10是本发明的第2实施方式的压缩要素50的中央部分的示意性平面图。
具体实施方式
<第1实施方式>
(1)整体结构
图1是本发明的第1实施方式的涡旋式压缩机10的剖视图。涡旋式压缩机10对所吸入的流体的低压制冷剂进行压缩从而使其成为高压制冷剂，并将其排出。涡旋式压缩机10具有外壳11、马达20、曲轴30、压缩要素50、高压空间形成部件60。
(2)详细结构
(2-1)外壳11
外壳11收纳涡旋式压缩机10的结构要素。外壳11具有主体部11a、以及固定于主体部11a的上部11b和下部11c，形成内部空间。外壳11具有能够耐受存在于内部空间中的高压制冷剂的压力的强度。在外壳11设置有用于吸入作为流体的低压制冷剂的吸入管15、以及用于排出作为流体的高压制冷剂的排出管16。
(2-2)马达20
马达20产生压缩动作所需要的动力。马达20具有直接或间接固定于外壳11的定子21、以及能够旋转的转子22。马达通过由未图示的导线供给的电力进行驱动。
(2-3)曲轴30
曲轴30用于向压缩要素50传递马达20产生的动力。曲轴30枢转支承于分别固定于第1轴承固定部件70和第2轴承固定部件79的轴承，能够与转子22一起旋转。曲轴30具有主轴部31和偏心部32。主轴部31固定于转子22。
(2-4)压缩要素50
压缩要素50对低压制冷剂进行压缩而使其成为高压制冷剂。压缩要素50具有固定涡旋件51和可动涡旋件52。进而，在压缩要素50形成有进行压缩动作的压缩室53。
(2-4-1)固定涡旋件51
固定涡旋件51直接或间接固定于外壳11。固定涡旋件51具有平板状的端板51a和竖立设置于端板51a的涡旋齿51b。涡旋齿51b为涡卷状，例如具有渐开曲线的形状。在端板51a的中央形成有排出口55。
(2-4-2)可动涡旋件52
可动涡旋件52安装于曲轴30的偏心部32，能够通过曲轴30的旋转一边相对于固定涡旋件51滑动一边进行公转。可动涡旋件52具有平板状的端板52a和竖立设置于端板52a的涡旋齿52b。涡旋齿52b为涡卷状，例如具有渐开曲线的形状。
(2-4-3)压缩室53
压缩室53是被固定涡旋件51和可动涡旋件52包围的空间。固定涡旋件51的涡旋齿51b和可动涡旋件52的涡旋齿52b在多个部位相互接触，因此，同时形成多个压缩室53。各个压缩室53伴随着可动涡旋件52的公转，一边从压缩要素50的外周部分向中央部分移动，一边使其容积减小。
(2-5)高压空间形成部件60
高压空间形成部件60将外壳11的内部空间分割成低压空间61和高压空间62。高压空间形成部件60设置于固定涡旋件51的排出口55的附近。高压空间62扩展到包含排出口55的外侧、第1轴承固定部件70的下侧、马达20的周围、第2轴承固定部件79的周围的范围。
(3)基本动作
马达20通过电力进行驱动，使转子22进行旋转。转子22的旋转被传递到曲轴30，由此，偏心部32使可动涡旋件52进行公转。低压制冷剂从吸入管15被吸入到低压空间61，然后进入位于压缩要素50的外周部分的压缩室53。压缩室53一边使容积减小一边向中央部分移动，在该过程中对制冷剂进行压缩。在压缩室53到达了中央部分时，由于压缩而产生的高压制冷剂在排出口55处向压缩要素50的外部排出，然后流入高压空间62，最后从排出管16向外壳11的外部排出。
(4)详细构造
(4-1)排出口55的形状
图2是压缩要素50的中央部分的示意性分解图。图2中描绘了固定涡旋件51的端板51a的下侧和与其滑动的可动涡旋件52的涡旋齿52b的上侧。在固定涡旋件51的端板51a设置有排出口55。排出口55贯通端板51a。在该排出口55的轮廓设置有后述偏移部55x。
图3是可动涡旋件52的涡旋齿52b的俯视图。涡旋齿52b的涡卷形状沿着中心曲线52x。中心曲线52x例如是渐开曲线。位于涡旋齿52b的中心侧的内边52i和位于外侧的外边52o隔着中心曲线52x而分离，其分离尺寸原则上是与涡旋齿52b的宽度相当的固定值。
图4是压缩要素50的中央部分的示意性平面图。固定涡旋件51的涡旋齿51b具有与可动涡旋件52的涡旋齿52b相同的涡卷形状。固定涡旋件51的涡旋齿51b的位置相对于排出口55固定。可动涡旋件52的涡旋齿52b相对于排出口55的位置相对移动。由涡旋齿51b和涡旋齿52b规定的多个压缩室53存在A室53a和B室53b这2种。A室53a是由固定涡旋件51的涡旋齿51b的内边51i和可动涡旋件52的涡旋齿52b的外边52o规定的压缩室。B室53b是由固定涡旋件51的涡旋齿51b的外边51o和可动涡旋件52的涡旋齿52b的内边52i规定的压缩室。
涡旋齿52b局部覆盖排出口55，由此，决定排出口55的总面积中的有助于与A室53a之间的连通的部分的面积即连通面积S。涡旋齿52b逆时针公转，由此使连通面积S增减。
该图4示出公转的1个周期中的某个时刻的可动涡旋件52的涡旋齿52b的位置。排出口55的轮廓由第1区间55a、第2区间55b、第3区间55c构成。第1区间55a与固定涡旋件51的涡旋齿51b的内边51i一致。第2区间55b与可动涡旋件52的涡旋齿52b的外边52o一致。第3区间55c在涡旋齿51b的内边51i与涡旋齿52b的外边52o之间过渡。在第2区间55b形成有从涡旋齿52b的轮廓向排出口55的外侧偏移的小的偏移部55x。即，第2区间55b由被分割的2个区间构成，偏移部55x被这2个区间夹着。
偏移部55x有助于连通面积S的增加。在图4中，连通面积S与偏移部55x的面积一致。
图5示出从图4的时刻起经过不久的时刻的可动涡旋件52的涡旋齿52b的位置。涡旋齿52b通过公转运动而从图4所示的位置起进行移动。在图5中，连通面积S超过偏移部55x的面积。
(4-2)连通面积S的变化
图6是示出由于曲轴30的旋转而引起的连通面积S的变化的曲线图。该曲线图中一并示出图7所示的比较例的压缩要素50的排出口55的连通面积S的变化。在图7的比较例中，与本发明的结构不同，未在排出口55的轮廓的第2区间55b形成有偏移部55x。
图6的曲线图的横轴是曲轴30的旋转角位置θ。第1旋转角位置θ1与本发明的压缩要素50的A室53a和排出口55开始连通的配置相当。第2旋转角位置θ2比第1旋转角位置θ1大预备排出区间角度Δθ。第3旋转角位置θ3自第2旋转角位置起比第2旋转角位置大。
在比较例的结构中，在旋转角位置θ到达第2旋转角位置θ2之前，连通面积S为零，在旋转角位置θ到达第2旋转角位置θ2后，连通面积S以较大的第2增加率G2急剧增加。该增加至少持续到第3旋转角位置θ3。
与此相对，在本发明的结构中，在以较大的第2增加率G2增加之前，在旋转角位置θ从第1旋转角位置θ1向第2旋转角位置θ2过渡的期间内，连通面积S以较小的第1增加率G1增加。
(4-3)压缩要素50的动作
在本发明的压缩要素50的动作中，在从第1旋转角位置θ1到第2旋转角位置θ2的期间内，流体制冷剂从偏移部55x的开口排出。在该期间内，连通面积S以较小的第1增加率G1增加，进行应该被称为“预备排出”的流量较少的排出。
在第2旋转角位置θ2与第1旋转角位置θ1的差量即预备排出区间角度Δθ范围进行预备排出。该预备排出区间角度Δθ被设计成20°以上且60°以下。预备排出结束后，在从第2旋转角位置θ2到第3旋转角位置θ3的期间内，进行应该被称为“真正排出”的流量较大的排出。
在预备排出中，连通面积S从零增加到SP。在真正排出中，连通面积S从SP至少增加到SF。
(5)特征
(5-1)
在多个压缩室53中的A室53a和排出口55开始连通起的规定期间内、即曲轴30从第1旋转角位置θ1旋转到第2旋转角位置θ2的期间内，连通面积S缓慢地增加。此时，A室53a的内部的流体制冷剂的一部分以较少的流量排出，由此，A室53a的内部的流体制冷剂的压力降低。因此，然后，在曲轴30从第2旋转角位置θ2旋转到第3旋转角位置θ3的期间内，能够抑制流体制冷剂向A室53a逆流。
(5-2)
确保具有20°以上且60°以下这样的规定的大小的预备排出区间角度Δθ。因此，能够更加可靠地抑制流体的逆流。
(5-3)
也可以是，在曲轴30从第1旋转角位置θ1旋转到第2旋转角位置θ2的期间内，连通面积S被设定成排出口55的总面积的7％以上且15％以下。该情况下，能够可靠地实现流量较少的预备排出。
(5-4)
也可以是，流量较多的真正排出的第2增加率G2是流量较少的预备排出的第1增加率G1的2倍以上。该情况下，2个排出阶段的流量有意地变化，因此，可靠地减少逆流。
(5-5)
也可以是，流量较多的真正排出的第2增加率G2是流量较少的预备排出的第1增加率G1的3倍以上。该情况下，2个排出阶段的流量更加有意地变化，因此，更加可靠地减少逆流。
(5-6)
也可以是，第3旋转角位置θ3确定成比第2旋转角位置θ2大90°以上。该情况下，能够确保可执行真正排出的旋转角的范围的大小。
(5-7)
也可以是，预备排出区间角度Δθ确定成35°以上且60°以下。该情况下，以较少流量预备排出流体制冷剂的预备排出区间角度Δθ的值更大，因此，能够更加可靠地抑制流体制冷剂的逆流。
(5-8)
偏移部55x使连通面积S稍微增加。此时，压缩室53的A室53a的内部的流体的一部分以较少流量通过偏移部55x而被排出，由此，A室53a的内部的流体的压力降低。因此，能够利用容易的手段来抑制流体向A室53a逆流。
(6)变形例
图8是本发明的上述实施方式的变形例的压缩要素50的中央部分的示意图。在图8的变形例中，偏移部55x的形状与图4的结构不同。
根据该结构，排出口55的轮廓不具有曲率半径较小的区间，因此，在涡旋式压缩机10的制造工程中，排出口55的加工容易。
<第2实施方式>
(1)结构
图9是本发明的第2实施方式的涡旋式压缩机10的压缩要素50的中央部分的示意性分解图。第2实施方式与第1实施方式的不同之处在于可动涡旋件52的端板52a的构造，除此以外的结构与第1实施方式相同。
图9中描绘了固定涡旋件51的涡旋齿51b的下侧和与其滑动的可动涡旋件52的端板52a的上侧。在可动涡旋件52的端板52a设置有凹部57。凹部57的轮廓与排出口55的轮廓一致。
凹部57例如具有2mm的深度，不贯通端板52a。在凹部57设置有偏移部57x。
图10是压缩要素50的中央部分的示意性平面图。与固定涡旋件51的涡旋齿51b和可动涡旋件52的涡旋齿52b的位置关系同样，排出口55的轮廓和凹部57的轮廓的位置关系是点对称。凹部57在压缩要素50的中央的区域中与排出口55连通。
(2)特征
排出口55的偏移部55x有助于与排出口55和A室53a的连通相关联的连通面积的增加。同样，凹部57的偏移部57x有助于与排出口55和B室53b的连通相关联的连通面积的增加。
在压缩室53中的B室53b和排出口55开始连通起的规定期间内，与排出口55和B室53b的连通相关联的连通面积缓慢地增加。此时，B室53b的内部的流体制冷剂的一部分以较少的流量排出，由此，B室53b的内部的流体制冷剂的压力降低。因此，然后，能够抑制流体制冷剂向B室53b逆流。
(3)变形例
也可以将第1实施方式的变形例应用于第2实施方式。
标号说明
10 压缩机
11 外壳
15 吸入管
16 排出管
20 马达
21 定子
22 转子
30 曲轴
31 主轴部
32 偏心部
50 压缩要素
51 固定涡旋件
51a 固定涡旋件端板
51b 固定涡旋件涡旋齿
52 可动涡旋件
52a 可动涡旋件端板
52b 可动涡旋件涡旋齿
53 压缩室
55 排出口
55x 偏移部
57 凹部
57x 偏移部
60 高压空间形成部件
61 低压空间
62 高压空间
70 第1轴承固定部件
79 第2轴承固定部件
S 连通面积
SP 预备排出时的连通面积
SF 真正排出时的连通面积
G1 第1增加率
G2 第2增加率
Δθ 预备排出区间角度
θ 旋转角位置
θ1 第1旋转角位置
θ2 第2旋转角位置
θ3 第3旋转角位置
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-105589号公报

Claims (9)

1.一种涡旋式压缩机(10)，该涡旋式压缩机具有：
固定涡旋件(51)；
可动涡旋件(52)，其能够相对于所述固定涡旋件进行公转；以及
能够旋转的曲轴(30)，其使所述可动涡旋件进行公转，
所述固定涡旋件和所述可动涡旋件规定用于对流体进行压缩的压缩室(53)，
在所述固定涡旋件形成有用于从所述压缩室排出所述流体的排出口(55)，
所述可动涡旋件通过至少局部覆盖所述排出口，能够使所述排出口的总面积中的有助于与所述压缩室之间的连通的部分的面积即连通面积(S)变化，
在所述曲轴从第1旋转角位置(θ1)旋转到第2旋转角位置(θ2)的期间内，所述连通面积以第1增加率(G1)增加，其中，所述第1旋转角位置是与所述压缩室和所述排出口开始连通的配置相当的旋转角位置，所述第2旋转角位置是比所述第1旋转角位置大预备排出区间角度(Δθ)的旋转角位置，
在所述曲轴从所述第2旋转角位置旋转到比所述第2旋转角位置大的第3旋转角位置(θ3)的期间内，所述连通面积以第2增加率(G2)增加，
所述第2增加率(G2)比所述第1增加率(G1)大，
所述排出口的轮廓包含：
与所述可动涡旋件的轮廓一致的区间(55b)；以及
与所述可动涡旋件的轮廓不一致的偏移部(55x)，
所述偏移部(55x)使所述连通面积增加。
2.根据权利要求1所述的涡旋式压缩机，其中，
所述预备排出区间角度为20°以上且60°以下。
3.根据权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，
所述第2旋转角位置(θ2)处的所述连通面积(S)为所述排出口的所述总面积的7％以上且15％以下。
4.根据权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，
所述第2增加率(G2)为所述第1增加率(G1)的2倍以上。
5.根据权利要求4所述的涡旋式压缩机，其中，
所述第2增加率(G2)为所述第1增加率(G1)的3倍以上。
6.根据权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，
所述第3旋转角位置(θ3)比所述第2旋转角位置(θ2)大90°以上。
7.根据权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，
所述预备排出区间角度为35°以上且60°以下。
8.根据权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，
所述排出口的轮廓包含与所述可动涡旋件的轮廓一致的2个区间(55b)，
所述偏移部被所述2个区间夹着。
9.根据权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，
在所述可动涡旋件形成有凹部(57)，
所述凹部的轮廓与所述排出口的轮廓一致。
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