CN1105243C - 涡旋式流体机械 - Google Patents

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Abstract

具有容量控制用旁通孔结构的涡旋式流体机械，具有包含第一涡旋叶片(12)的第一涡卷(1)和包含第二涡旋叶片(22)的第二涡卷(2)，在第一涡旋叶片(12)的内面与第二涡旋叶片(22)的外面之间形成第一流体工作室(A)，在第一涡旋叶片的外面与第二涡旋叶片的内面之间形成第二流体工作室(B)，为使第一流体工作室(A)及第二流体工作室(B)相对单一的低压口(3)进行开闭，将第一涡旋叶片的涡旋终端(1e)延长，并设置使第一及第二流体工作室(A，B)共同地与低压口(3)连通的共用旁通孔(4)。

Description

涡旋式流体机械
技术领域
本发明涉及主要用作为空调机或冷冻机的制冷剂压缩机的涡旋式流体机械，尤其涉及容量控制用的具有旁通孔结构的涡旋式流体机械。
背景技术
具有旁通孔结构的涡旋式流体机械公开在例如日本发明专利公告1990年第55636号公报上。在该公告所揭示的涡旋式流体机械中，在具有对称形状的1对涡卷间形成有对称的2系统的流体工作室，并在这些各系统的流体工作室分别设有旁通孔。
图5表示上述现有的涡旋式流体机械的1对涡卷剖视图。涡旋式流体机械具有非公转涡卷F与公转涡卷O。在非公转涡卷F的涡旋叶片的内面Fa与公转涡卷的涡旋叶片的外面Ob之间形成第一流体工作室A，在非公转涡卷F的涡旋叶片的外面Fb与公转涡卷的涡旋叶片的内面Oa之间形成第二流体工作室B。与这些2系统的流体工作室A及B对应，分别设有旁通孔AH及BH。
一方的旁通孔AH是使外周侧的第一流体工作室A1～A3与低压口L连通的，另一方的旁通孔BH是使外周侧的第二流体工作室B1～B3与低压口L连通的。2个旁通孔AH与BH，分别通过旁通阀而在同一时间内进行开闭。通过设置旁通孔AH与BH，可从内周侧的第一流体工作室A4～A6及第二流体工作室B4～B6开始工作(在压缩机的场合是压缩过程)，在缩小容量的状态下，就将工作流体排出到高压口H。
在如图5所示的现有的涡旋式流体机械中，与各流体工作室A及B对应，分别设置旁通孔AH及BH。此外，与2个旁通孔AH及BH对应，还分别需要2组旁通阀及对该旁通阀进行操作的操作压力机构，不仅整体加工部分多，而且零件个数也多。因此，制作性及可靠性不佳。
为解决上述缺点，考虑了不设置分别与各流体工作室A及B对应的旁通孔，而设置单一的较大的旁通孔。例如，可考虑设置图5中用假想线表示的大旁通孔CH。在图5所示的现有的涡旋式流体机械中，在设置单一的大旁通孔CH的场合，在旋转角以π/2弧度为中心0～π弧度的范围内应进行工作的内周侧的第二流体工作室B4就与低压口L连通。因此，在如图5所示那样的现有的涡旋式流体机械中，不能设置单一的旁通孔CH。
换言之，在具有如图5所示那样形状的1对涡卷的现有机械中，不得不设置2个旁通孔AH与BH。在将这些的2个旁通孔AH与BH关闭的满负荷运转时，工作流体有从2个旁通孔AH与BH的周边部分漏出之虞。当产生如此的泄漏时，性能就大大降低。此外，当在流体工作室内混入大量的非压缩性流体的液态制冷剂和油时，一旦打开2个旁通孔AH与BH的时间产生偏差，一旦先前打开的旁通阀的操作压力室的容积减少，则打开动作较迟的旁通阀的操作压力室的压力就增高，打开动作就更迟，从而不能顺畅地排泄液体。
发明的公开
本发明的目的在于，通过在2系统的流体工作室设置共用的旁通孔，来减少旁通孔的个数，从而获得结构的简单化。
本发明的另一目的在于，减少工作流体从旁通孔部分的泄漏。
本发明的又一目的在于，防止因旁通阀作动时间偏差所产生的排泄液体的迟缓。
应成为本发明前提的涡旋式流体机械，具有包含第一涡旋叶片(涡卷刃)的第一涡卷(scroll)和包含与第一涡旋叶片滑动接触的第二涡旋叶片的第二涡卷。在第一涡旋叶片的内面与第二涡旋叶片的外面之间形成第一流体工作室，在第一涡旋叶片的外面与第二涡旋叶片的内面之间形成第二流体工作室。
在如上所述的涡旋式流体机械中，本发明的特点如下，即：将第一涡旋叶片的涡旋终延长，以使第一流体工作室及第二流体工作室相对单一的低压口进行开闭。此外，设置使第一及第二流体工作室共同地与低压口连通的共用旁通孔。
在一较佳实施例中，在第一涡旋叶片的涡旋终端与第二涡旋叶片的涡旋终端之间，设置展开角超过π弧度的差值。最好是，共用旁通孔的开口设在第一涡旋叶片的内面侧区域，该第一涡旋叶片的内面侧区域处于从第一涡旋叶片与第二涡旋叶片的最外方接触点到展开角为2π弧度卷回到内方的点为止。
在一实施例中，共用旁通孔包含相互隔开距离而设置的第一旁通孔与第二旁通孔。第一与第二旁通孔的各自的开口设在第一涡旋叶片的内面侧区域，该第一涡旋叶片的内面侧区域处于从第一涡旋叶片与第二涡旋叶片的最外方接触点到展开角为2π弧度卷回到内方的点为止。
在另一实施例中，共用旁通孔包含相互隔开距离而设置的第一旁通孔与第二旁通孔。第一旁通孔的开口设在第一涡旋叶片的内面侧区域，该第一涡旋叶片的内面侧区域处于从第一涡旋叶片与第二涡旋叶片的最外方接触点到展开角为2π弧度卷回到内方的点为止。第二旁通孔的开口设在第一涡旋叶片的内面侧区域，该第一涡旋叶片的内面侧区域处于从所述最外方接触点到超过展开角为2π弧度卷回到内方的点、再卷回到内方的点为止。
最好是，共用旁通孔具有和第一涡旋叶片的相对的内面与外面之间的间隔同样大小的开口宽度。典型的是，共用旁通孔为圆形孔。
在一实施例中，设置将连接共用旁通孔与低压口的流路予以开闭的旁通阀。旁通阀具有突入共用旁通孔内、将由该旁通孔所产生的空闲容积减小的突入部。
最好在第一涡旋叶片的中心设置高压口。该高压口具有使第一流体工作室先于第二流体工作室与高压口相通的形状。
通常是，第一涡卷为非公转涡卷，第二涡卷为公转涡卷。
附图的简单说明
图1是本发明一实施例的1对涡卷的横剖视图，且依次表示压缩动作。
图2是本发明一实施例的纵剖视图。
图3是本发明另一实施例的1对涡卷的横剖视图，且依次表示压缩动作。
图4是本发明又一实施例的1对涡卷的横剖视图，且依次表示压缩动作。
图5是现有的1对涡卷的横剖视图，且依次表示压缩动作。
实施发明的最佳形态
请参照图1，本发明的涡旋式流体机械具有包含第一涡旋叶片12的第一涡卷1和包含与第一涡旋叶片12滑动接触的第二涡旋叶片22的第二涡卷2。在本实施例中，第一涡卷1是非公转涡卷，第二涡卷2是公转涡卷。在第一涡卷1的第一涡旋叶片12的内面与第二涡卷2的第二2涡旋叶片的外面之间形成第一流体工作室A。在第一涡旋叶片12的外面与第二涡旋叶片22的内面之间形成不同于第一流体工作室A系统的第二流体工作室B。
如图1所示，第一流体工作室A按A1-A2-A3-A4-A5-A6-A7-A8的顺序被压缩。同样，第二流体工作室B按B1-B2-B3-B4-B5-B6-B7-B8的顺序被压缩。
在如图1所示的实施例中，将第一涡旋叶片12的涡旋终端1e延长，以使第一流体工作室A与第二流体工作室B相对单一的低压口3进行开闭。在图示实施例中，在第一涡旋叶片12的涡旋终端1e与第二涡旋叶片22的涡旋终端2e之间，设置展开角超过π弧度的差值。设置展开角超过π弧度的差值是指，用圈数来说，第一涡卷1的第一涡旋叶片12长度超过第二涡旋2的第二涡旋叶片22半圈以上。这样，第一涡卷1的第一涡旋叶片12与第二涡卷2的第二涡旋叶片22就构成所谓非对称涡旋。
在作为涡旋式流体机械的代表性例子的涡旋式压缩机中，流体工作室A与B构成压缩室，对于其工作流体，使用作为压缩性流体的制冷剂气体等。
在图示的涡旋式流体机械上，设置使第一及第二流体工作室共同地与低压口3连通的共用旁通孔4。在本实施例中，共用旁通孔4具有和第一涡旋叶片12相对的内面与外面之间的间隔同样大小的开口宽度。如图所示，若是位于叶片间的圆形孔，只要进行孔加工就能简单地设置共用旁通孔。另外，所谓圆形孔，是指共用旁通孔4的开口横截面形状为圆形。
第一涡旋叶片12与第二涡旋叶片22通常具有与圆形展开线即渐开线曲线一致的形状。而涡旋中心部，尤其该涡旋的内面，如图所示，往往用1个或多个圆弧进行平衡调整，或者用直线进行平衡调整。在第一涡旋叶片12的中心，设有高压口10。
共用旁通孔4，不限于将第一流体工作室A与第二流体工作室B的2系统的工作室共同打开的结构、即仅由单一的孔构成的结构，也可由多个孔构成。在图1所示的实施例中，共用旁通孔4是1个，但在图3及图4所示的实施例中，设有多个共用旁通孔。
采用图示的本发明的实施例，由于将第一涡卷1的第一涡旋叶片12与第二涡卷2的第二涡旋叶片22做成非对称涡旋，故通过共用旁通孔4可将两涡旋间所形成的第一、第二流体工作室A与B的2系统的工作室相对于低压口3良好地打开。此时，不会使应进行工作的处于涡旋内侧的工作室与低压口3连通。这样，通过把分成2系统的流体工作室A与B集合在一起并在低压口3设置打开的旁通孔4，可减少孔的加工数目，并且还可减少旁通孔开闭用的旁通阀和其操作压力机构的数目，获得结构的简单化。此外，由于旁通孔数目减少，故可降低通过旁通孔部分的流体泄漏，从而可提高可靠性，还可防止因旁通孔的开闭定时偏差所产生的液体排泄迟缓的情况，确保良好的液体排泄，并可防止涡卷部分的破损事故等。
如上所述，在第一涡卷的第一涡旋叶片12的涡旋终端1e和第二涡卷2的第二涡旋叶片22的涡旋终端2e之间，设有展开角超过π弧度的差值。因此，在第一流体工作室A相对低压口3被关闭的旋转角(0弧度)和第二流体工作室B相对低压口3被关闭的旋转角(π弧度)之间，产生π弧度的相位差。在图1、图3及图4所示的实施例中，在第一涡旋叶片的涡旋终端1e和第二涡旋叶片的涡旋终端2e之间正好设置有π弧度的差值，而即使再将第一涡卷1的第一涡旋叶片12的涡旋终端1e延长并设置超过π弧度的相位差，上述的关系也是一样的。这样，在各系统的流体工作室A与B的压力关系约为一半旋转量的非对称涡旋的本发明的实施例中，可利用共用旁通孔4在低压口3来开闭2系统的流体工作室A与B，从而可达到所需目的。
例如，共用旁通孔4的开口设在第一涡旋叶片12的内面侧区域，该第一涡旋叶片12的内面侧区域处于从第一涡卷1的第一涡旋叶片12与第二涡卷2的第二涡旋叶片22的最外方接触点E到展开角为2π弧度卷回到内方的点J为止。所谓从最外方接触点E到展开角为2π弧度卷回到内方的点J，是指从最外方接触点E大致卷回1圈的内方的点。在图1所示的实施例中，共用旁通孔4的开口设在作为内侧极限处的点J。这样，第一流体工作室A1相对低压口3关闭后(步骤a)，由于该工作室A1通过共用旁通孔4而与吸入口(低压口)3连通，故在旁通时，可避免在第一流体工作室A内不必要的做功，可降低功的损耗。另外，通过设置在上述那样的区域内具有开口的共用旁通孔4，从而可实现1个部分容量控制值。
在图3所示的实施例中，设有2个共用旁通孔41及42。这些第一、第二旁通孔41及42，其开口分别设在第一涡旋叶片12的内面侧区域，该第一涡旋叶片12的内面侧区域处于从第一涡旋叶片12与第二涡旋叶片22的最外方接触点E到展开角为2π弧度卷回到内方的点J为止。因此，与图1所示的实施例相同，在旁通时，可避免在第一流体工作室A内不必要的工作，可降低功损耗。此外，通过仅使涡旋外侧的旁通孔42相对低压口3打开，可从图3中画上圆点和斜线的区域开始工作，与在低压口3打开涡旋内侧的旁通孔41的情况相比，可获得减少容量小而实际工作容量大的容量控制值。这样，通过设置多个旁通孔41与42，可获得多个部分容量控制值。在图3所示的实施例中，设置2个旁通孔41与42，但也可设置3个以上的旁通孔。
在图4所示的实施例中，也设置2个共用旁通孔41与43。一方的旁通孔41，其开口设在第一涡旋叶片12的内面侧区域，该第一涡旋叶片12的内面侧区域处于从第一涡卷1的第一涡旋叶片12与第二涡卷2的第二涡旋叶片22的最外方接触点E到展开角为2π弧度卷回到内方的点J为止。在本实施例中，第一旁通孔41正好形成在J点处。另一方的第二旁通孔43，其开口设在第一涡旋叶片12的内面侧区域，该第一涡旋叶片12的内面侧区域处于从最外方接触点E到超过展开角为2π弧度卷回到内方的点J、再卷回到内方的点K为止。
通过设置如此的共用旁通孔，与如图3所示的实施例相同，在旁通时，可避免在第一流体工作室A内不必要的做功，可降低功的损耗。另外，通过使涡旋内侧的第二旁通孔43与涡旋外侧的第一旁通孔41一起相对低压口3打开，可从图4中画上圆点和斜线的区域开始工作，与仅将涡旋外侧的孔41相对低压口3打开的情况相比，可获得减少容量大而实际工作容量小的容量控制值。如此，通过设置第一旁通孔41与第二旁通孔43，可获得多个部分容量控制值，尤其还可实现小容量的部分容量控制值。另外，共用旁通孔的数目不限于2个，也可以是3个以上，在这种情况下，也可在J点的内侧与外侧的任一区域设置2个以上的旁通孔。
虽然共用旁通孔的数目也可是多个，但至少1个共用旁通孔的开口设在第一涡旋叶片12的内面侧区域，该第一涡旋叶片12的内面侧区域处于从第一涡旋叶片12与第二涡旋叶片22的最外方接触点E到展开角为2π弧度卷回到内方的点J为止。最好是，共用旁通孔做成在第一涡卷1的第一涡旋叶片12相对的内面与外面之间具有距离大小宽大的开口宽度，在如图1所示那样将共用旁通孔设在内侧极限的点J处的情况下(最苛刻的条件下)，也可在第二流体工作室B1相对低压口3关闭之后通过共用旁通孔4而使工作室B1与吸入口(低压口)3连通。这样，在旁通时，可避免在第二流体工作室B内不必要的做功，可进一步降低功的损耗。此外，共用旁通孔4，由于利用在第一涡卷1的第一涡旋叶片12相对的内面与外面之间宽大的开口宽度、最大限度地增大了其开口面积，故可将通过共用旁通孔4的流体工作室A、B与低压口3的连通做成无阻力且通畅的结构。另外，所谓第一涡卷1的第一涡旋叶片12相对的内面与外面之间的距离，是指将构成涡旋叶片的渐开线的基圆半径设为r、涡旋叶片的厚度设为t的场合，为πr-t的长度。
在图1、图3及图4所示的实施例中，将1对涡卷的涡旋叶片做成非对称涡旋，以减低当在涡旋中心部设置圆形的高压口时所产生的弊端。即，减低在第一流体工作室A与高压口连通之前所具有的旋转角过分大于第二流体工作室B、在与高压口连通时产生压力冲击这种弊端。在图1、图3及图4所示的实施例中，由于高压口10做成面临高压口10的涡旋中心侧的第一流体工作室A8先于第二流体工作室B7在高压口10打开的形状，故可消除第一流体工作室A侧的过大的“困油”现象，可缓和与高压口10连通时的压力冲击。高压口10一般由涡卷1、2的中心部开口的流体通道孔构成，在压缩机的场合，称作排出孔等。
下面，参照图2来说明涡旋式流体机械的纵剖面的结构。图1是沿图2中X-X线看到的横剖视图。
在密封壳体90内部的上方的区域，配置有作为非公转涡卷的第一涡卷1和作为公转涡卷的第二涡卷2。第一涡卷1具有端板即基板11和突设在该基板11上的第一涡旋叶片12。第一涡旋叶片12具有与渐开线曲线一致的形状。作为公转涡卷的第二涡卷2也同样具有基板(未图示)和设在该基板上的第二涡旋叶片22。第二涡旋叶片22具有与渐开线曲线一致的形状。
在第一涡旋叶片12与第二涡旋叶片22之间，形成有第一流体工作室A与第二流体工作室B。从由吸入管构成的低压管路101导入壳体90下部空间的低压气体，从涡旋叶片的外周部的单一的低压口3进入各工作室A、B内，压缩后的高压气体，从在第一涡旋1的中心部具有开口的作为排出孔的高压口10经排出室91而向高压管路102排出。在高压口10的开口部设有阀簧93与阀柱护套94。
在图示实施例中，形成有与共用旁通孔4连续由圆形孔构成的阀孔50。在该阀孔50的侧部，设置与低压口3连通的旁通通道30。在阀孔50，滑动自如地插入有将共用旁通孔4予以开闭的阶梯圆柱形的旁通阀5。在旁通阀5的顶端部设有由小圆柱构成的突入部51。该突入部51突入共用旁通孔4内，以减小该旁通孔4的空闲容积。
在旁通阀5的阶梯部57，卡止着螺旋弹簧所组成的旁通弹簧7。旁通阀5的操作压力室6由盖体60划分成排出室91。操作压力室6通过连接管81而与操作压力管路8连接，该操作压力管路8用由电磁阀构成的开闭装置9而选择性地与低压管路101或高压管路102连通。另外，符号103表示防止高低压管路短路用的毛细管之类的减压装置。
此外，所谓共用旁通孔4的空闲容积，主要指因旁通阀5的落座面55与旁通孔4的流体工作室侧开口端面之间的落差所产生的无用容积。通过在旁通阀5上设置突入部51，可最大限度地减小共用旁通孔4部分的容积损失。
在图1及图2所示的实施例中，共用旁通孔4是1个，以获得1个部分容量控制值(相对全容量时100％约60％的容量值)。在图3所示的实施例中，用从最外方接触点E到展开角为2π弧度卷回到内方的点的孔41和3π/2弧度同样卷回的点的孔42的2个孔来构成共用旁通孔，在该场合，也可获得仅将涡旋外侧的孔42打开的约70％的容量值。此外，如图4所示的实施例那样，若用从最外方接触点E到展开角为2π弧度卷回到内方的点的孔41和同样方式57π/2弧度回绕的点的孔43的2个孔来构成共用旁通孔，则也可获得将所有的孔41、43打开的约50％的容量值。
在图1～图4所示的实施例中，第一涡卷1是非公转涡卷，第二涡卷2是公转涡卷。非公转涡卷，是以固定在静止构件上的所谓固定涡卷为代表的，也包括相对静止构件仅允许轴向移动的涡卷。公转涡卷是指在阻止自转的状态下以规定的回转半径作公转的涡卷，也有称之为可动涡卷、回转涡卷等。
以上参照附图说明了本发明的具体的实施例，然而，本发明不限定于图示的实施例，在权利要求书规定的本发明同等的范围内可作各种修改和变形。
工业上利用的可能性
本发明可被有效用于在空调机或冷冻机的制冷剂压缩机等方面所使用的涡旋式流体机械中。

Claims (10)

1.一种涡旋式流体机械，具有包含第一涡旋叶片(12)的第一涡卷(1)和包含与第一涡旋叶片滑动接触的第二涡旋叶片(22)的第二涡卷(2)，在第一涡旋叶片(12)的内面与第二涡旋叶片(22)的外面之间形成第一流体工作室(A)，在第一涡旋叶片的外面与第二涡旋叶片的内面之间形成第二流体工作室(B)，
将所述第一涡旋叶片的涡旋终端(1e)延长，以使所述第一流体工作室(A)及第二流体工作室(B)相对单一的低压口(3)进行开闭，
设置使所述第一及第二流体工作室(A，B)共同地与所述低压口(3)连通的共用旁通孔(4)，其特征在于，
所述共用旁通孔(4)的开口设在所述第一涡旋叶片(12)的内面侧区域，该第一涡旋叶片(12)的内面侧区域处于从所述第一涡旋叶片(12)与所述第二涡旋叶片(22)的最外方接触点(E)到展开角为2π弧度卷回到内方的点(J)为止。
2.如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，在所述第一涡旋叶片(12)的涡旋终端(1e)与所述第二涡旋叶片(22)的涡旋终端(2e)之间，设置展开角超过π弧度的差值。
3.如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述共用旁通孔包含相互隔开距离而设置的第一旁通孔(41)与第二旁通孔(42)，
所述第一与第二旁通孔的各自的开口设在所述第一涡旋叶片(12)的内面侧区域，该第一涡旋叶片(12)的内面侧区域处于从所述第一涡旋叶片(12)与所述第二涡旋叶片(22)的最外方接触点(E)到展开角为2π弧度卷回到内方的点(J)为止。
4.如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述共用旁通孔包含相互隔开距离而设置的第一旁通孔(41)与第二旁通孔(43)，
所述第一旁通孔(41)的开口设在所述第一涡旋叶片(12)的内面侧区域，该第一涡旋叶片(12)的内面侧区域处于从所述第一涡旋叶片(12)与所述第二涡旋叶片(22)的最外方接触点(E)到展开角为2π弧度卷回到内方的点(J)为止，
所述第二旁通孔(43)的开口设在所述第一涡旋叶片(12)的内面侧区域，该第一涡旋叶片(12)的内面侧区域处于从所述最外方接触点(E)到超过展开角为2π弧度卷回到内方的点(J)、再卷回到内方的点(K)为止。
5.如权利要求1、3及4中任一项所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述共用旁通孔(4)具有和所述第一涡旋叶片(12)相对的内面与外面之间的间隔同样大小的开口宽度。
6.如权利要求5所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述共用旁通孔(4)为圆形孔。
7.如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，设置将连接所述共用旁通孔(4)与所述低压口(3)的流路予以开闭的旁通阀(5)，
所述旁通阀(5)具有突入所述共用旁通孔(4)内、将由该旁通孔所产生的空闲容积减小的突入部(51)。
8.如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，在所述第一涡旋叶片(12)的中心设置高压口(10)，
所述高压口(10)具有使所述第一流体工作室(A)先于所述第二流体工作室(B)与高压口相通的形状。
9.如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述第一涡卷(1)是非公转涡卷，所述第二涡卷(2)是公转涡卷。
10.如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，
所述开口具有和所述第一涡旋叶片(12)相对的内面与外面之间的间隔同样大小的开口宽度，
设置将连接所述共用旁通孔(4)与所述低压口(3)的流路予以开闭的旁通阀(5)，
所述旁通阀(5)具有突入所述共用旁通孔(4)内、将由该旁通孔所产生的空闲容积减小的突入部(51)。
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