CN110886623B

CN110886623B - 涡旋式膨胀机

Info

Publication number: CN110886623B
Application number: CN201910486738.6A
Authority: CN
Inventors: 川添新二
Original assignee: Vortex Technology Research Co ltd
Current assignee: Vortex Technology Research Co ltd
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: JP2020041443A; CN110886623A; JP7063461B2

Abstract

本发明提供作为膨胀机最佳的双旋转式的涡旋式膨胀机。有关本发明的涡旋式膨胀机（1）在壳体（4）内具备由驱动涡旋部件（5、6）和从动涡旋部件（7）构成的膨胀机构（2）；将前述驱动涡旋部件各自的驱动侧卷板部（57、58、67、68）的外周部的规定的范围的宽度设置得宽，与其对应而将从动涡旋部件（7）的从动侧卷板部（72、73、74、75）的对应的部分的宽度也设置得宽。此外，关于前述驱动涡旋部件（5、6），将前述驱动部端板（51、61）形成得薄，同时在驱动部端板（51、61）的背面侧具有多个加强肋（52、62），并且将从旋转轴（50、60）向径向伸出的凸缘部（53、63）用热传导率低的材料形成，用前述凸缘部（53、63）将前述加强肋（52、62）覆盖。

Description

涡旋式膨胀机

技术领域

本发明涉及涡旋式膨胀机，所述涡旋式膨胀机由驱动涡旋件和随着该驱动涡旋件的旋转而旋转的从动涡旋件构成，流入的蒸气的膨胀使由驱动涡旋件及从动涡旋件划分形成的空间的容积变化而得到驱动力。

背景技术

专利文献1（日本特开2002－156163号公报）公开了一种空调装置，具备压缩机、使被压缩机压缩的CO2制冷剂冷凝的气体冷却器、将在气体冷却器中冷凝了的CO2制冷剂减压的减压机构、以及使由该减压机构减压了的CO2制冷剂蒸发的蒸发器，在所述空调装置中，在减压机构中使用主动使CO2制冷剂膨胀、减压的膨胀机；还公开了作为膨胀机而使用涡旋膨胀机。

专利文献2（日本特开2013－227906号公报）公开了一种适合于使蒸气膨胀的双旋转式涡旋膨胀机。专利文献1中公开的涡旋膨胀机具有第1驱动涡旋件、第2驱动涡旋件、从动涡旋件、将从动涡旋件能够旋转地支承的旋转机构、以及将第1驱动涡旋件及第2驱动涡旋件与从动涡旋件能够相对回转地连结的回转机构；回转机构具有金属制的多个回转销及金属制的多个回转盘，所述回转销分别设置在第1驱动涡旋件的第1驱动端板与旋转机构的第1从动臂之间、以及第2驱动涡旋件的第2驱动端板与旋转机构的第2从动臂之间，所述回转盘与回转销分别对应而设置，对应的回转销偏心而与所述回转盘连结。在专利文献2的涡旋膨胀机中公开了：由于回转机构的回转销及回转盘分别是金属制，耐热性较高，所以即使被应用于例如水蒸气的膨胀也是长寿命的；由于从动涡旋件相对于第1驱动涡旋件及第2驱动涡旋件顺畅地回转，所以从第1驱动轴向外部输出的旋转力提高。

专利文献3（日本特开2016－164381号公报）公开了一种动力产生装置：将沿供给路径流动的动作流体向涡旋膨胀机供给而将涡旋膨胀机驱动，从而将连接于涡旋膨胀机的感应发电机驱动。

专利文献4（日本特开2018－44543号公报）所公开的涡旋膨胀机具备：壳体，设置有冷却风的吸气口并且设置有冷却风的排气口；回转涡旋件，配置在壳体的内部，在回转侧基板部的板面设置有涡卷状的回转卷板；固定涡旋件，在壳体的内部与回转涡旋件对置配置，在固定侧端板部的板面设置有与回转卷板啮合的涡卷状的固定卷板，并且作为膨胀的流体而被导入蒸气；排气温度传感器，检测冷却风的排气温度；以及作为判定部的控制装置，基于由排气温度传感器检测出的排气温度的变化来判定异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－156163号公报

专利文献2：日本特开2013－227906号公报

专利文献3：日本特开2016－164381号公报

专利文献4：日本特开2018－44543号公报。

发明内容

发明要解决的课题

如上述的专利文献所示那样，涡旋式膨胀机将高压的制冷剂气体、高压水蒸气或高压空气等向由驱动涡旋件和从动涡旋件划分形成的空间的中央部分导入，当从容积较小的中央部分的空间向容积较大的定压外周部的空间移动膨胀时，使旋转轴旋转，在使其膨胀的同时能够作为动力源利用。

近年来，因电动汽车等的普及，作为冷冻循环的膨胀机构，考察了以下的系统：不是单单使用膨胀阀，而是使用膨胀机将膨胀能量变换为驱动能量，再将驱动能量变换为电能并蓄电。作为该情况下的膨胀机，从噪音较低这一点看，涡旋式膨胀机是优选的；进而，随着膨胀机自身的小型化，希望利用具备驱动涡旋件和随着它而旋转的从动涡旋件的双旋转式的涡旋式膨胀机。

因为以上，本发明提供一种作为膨胀机最佳的双旋转式的涡旋式膨胀机。

用来解决课题的手段

本发明是一种涡旋式膨胀机，具备壳体、被该壳体旋转自如地轴支承的一对旋转轴、分别固接在该一对旋转轴的各自并相互对置配置的一对驱动涡旋部件、被该一对驱动涡旋部件回转自如地夹持的从动涡旋部件、以及将该从动涡旋部件旋转自如地且与前述旋转轴偏心地支承在前述壳体的从动涡旋件承接部；前述一对驱动涡旋部件分别具备固接在前述旋转轴的圆盘状的驱动部端板、和在该驱动部端板上向径向以螺旋状扩展并点对称地配置的一对驱动侧卷板部；前述从动涡旋部件具备圆盘状的从动部端板、在该从动部端板的两侧中的一侧向径向以螺旋状扩展并点对称地配置的一对从动侧卷板部、和在该从动部端板的两侧中的另一侧向径向以螺旋状扩展并点对称地配置的一对从动侧卷板部；进而，将前述从动涡旋部件用一对驱动涡旋部件夹持，在前述从动部端板的两侧划分形成朝向外周部扩大的膨胀室，并且具备形成在前述旋转轴的一方且与前述各个膨胀室的中心部连通的流入口、和与前述各个膨胀室的外周部连通且在前述从动涡旋部件开口的流出口；从前述流入口流入的流体一边从前述膨胀室的中心部向外周部移动一边膨胀，使前述旋转轴旋转；在该涡旋式膨胀机中，前述各个驱动部端板具备从前述驱动侧卷板部的最末端部起在规定的范围将驱动侧卷板部的宽度设置得宽的驱动侧卷板外周部，在前述从动涡旋部件的从动部端板的最外周附近，形成有外周开口部，在所述外周开口部插装前述驱动侧卷板外周部。

由此，能够使驱动涡旋部件的驱动侧卷板部的外周部的强度提高，所以驱动侧卷板部的外周部能够承受由驱动涡旋部件及从动涡旋部件的高速旋转带来的离心力。这即能够进行驱动涡旋部件及从动涡旋部件的高速旋转。

进而，优选的是，驱动涡旋部件由铝原材料形成，关于前述驱动涡旋部件，分别将前述驱动部端板形成得薄，同时在驱动部端板的背面侧具有多个加强肋，并且将前述旋转轴及从该旋转轴向径向伸出的凸缘部用热传导率低的材料形成，用前述凸缘部将前述加强肋覆盖。

此外，驱动涡旋部件为了轻量化而优选的是由铝原材料形成。进而优选的是，为了轻量化而将驱动部端板形成得薄，同时为了加强而形成加强肋。但是，由于随着驱动涡旋部件的旋转而产生由加强肋带来的冷却作用，所以优选的是将从前述旋转轴向径向伸出的凸缘部用热传导率较低的材料（例如不锈钢）形成，用前述凸缘部将前述加强肋覆盖。

由此，能够降低由加强肋带来的冷却作用并使驱动涡旋部件的强度提高，所以能够进行驱动涡旋部件及从动涡旋部件的高速旋转，并且能够抑制由加强肋带来的冷却效果，所以能够维持有关本发明的涡旋式膨胀机的膨胀效果，所以能够维持使涡旋式膨胀机的旋转轴旋转的力。

进而，优选的是，具备将前述旋转轴与盖部之间密封的密封机构，所述盖部与形成在前述旋转轴的流入口连通，且所述盖部形成在旋转自如地保持该旋转轴的壳体；该密封机构由与前述旋转轴的端面抵接的面密封件、相对于旋转轴的旋转防止面密封件的旋转的平行销和进行泄漏阻止的O形环构成，防止从盖侧流入的高压流体向低压侧的泄漏。

由此，对于与形成在旋转轴的流入口连通的盖部组装面密封件，用平行销防止旋转，同时用O形环进行泄漏阻止，从盖侧进入来的高压流入流体（例如高压制冷剂气体）推压在面密封件旋转轴端面从而进行密封，所以能够防止高压流入流体向低压侧的泄漏。

进而，将在前述从动涡旋部件形成的流出口对置的前述壳体的内径部形成为以从前述流出口对置的部分向旋转轴的轴向两侧扩展的方式倾斜的锥状。

由此，向旋转轴的流入口流入的高压流入流体一边在容积朝向外周部扩大的膨胀室中膨胀一边移动，被从从动涡旋部件的流出口喷出。由于以从前述流出口对置的部分向旋转轴的轴向两侧扩展的方式形成锥状，所以被喷出的流体容易朝向轴向两侧扩展。此外，在流体是含有润滑油的制冷剂气体的情况下，由离心力喷出的制冷剂气体对壳体的内径部碰撞，润滑油被分离，分离后的润滑油沿着锥状的内径部向两侧扩展，能够将旋转自如地保持驱动涡旋部件、从动涡旋部件及从动涡旋件承接部的轴承有效率地润滑。

此外，优选的是，在没有形成前述流入口的旋转轴侧，将旋转自如地保持前述旋转轴的轴承的外径设为比旋转自如地保持从动涡旋部件的从动涡旋件承接部的内径小。

由此，能够容易地进行有关本发明的涡旋式膨胀机的组装。

发明效果

具有以上的结构的有关本发明的涡旋式膨胀机具有能够进行驱动涡旋部件及从动涡旋部件的高速旋转的构造，并且能够将高压流入流体的膨胀可靠地变换为旋转轴的旋转，进而能够将膨胀的流体有效率地排出。

附图说明

图1是有关本发明的实施例的涡旋式膨胀机的剖视图。

图2是有关本发明的实施例的涡旋式膨胀机的驱动涡旋部件及从动涡旋部件的分解立体图。

图3（a）是具有形成有流入口的旋转轴的第1驱动涡旋部件的主视图，图3（b）是其剖视图，图3（c）是其后视图。

图4（a）是第2驱动涡旋部件的主视图，图4（b）是其剖视图，图4（c）是其后视图。

图5（a）是有关本发明的实施例的涡旋流体机械的从动涡旋部件的主视图，图5（b）是其剖视图，图5（c）是其后视图。

图6（a）是本发明的盖部附近的剖视图，图6（b）是面密封件的俯视图，图6（c）是其剖视图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施例进行说明。

［实施例］

有关本发明的实施例的涡旋式膨胀机1例如如图1所示，具备壳体4，所述壳体4划分形成配设膨胀机构2的内部空间3。在该壳体4，形成有与前述内部空间3连通的流出口41、42。此外，壳体4由有底圆筒状的两个壳体部件4a、4b构成，前述壳体4的内周壁面46形成为以从前述两个壳体部件4a、4b的接合部分朝向有底侧（图面两侧）扩径的方式倾斜的锥状。进而，在前述壳体部件4a固接着盖部43，所述盖部43形成有与下述的旋转轴50的流入口55连通的贯通孔44，在壳体部件4b固接着下述的旋转轴60贯通的盖部45。

前述膨胀机构2例如如图1及图2所示，由以下部分构成：一对旋转轴50、60，旋转自如地被前述壳体4轴支承；第1及第2驱动涡旋部件5、6，固接在这一对旋转轴50、60的各自；从动涡旋部件7，回转自如地被这些第1及第2驱动涡旋部件5、6夹持；从动涡旋件承接部8、9，将该从动涡旋部件7旋转自如地支承在前述壳体4并相对于前述旋转轴50、60偏心而支承；以及欧氏机构10，设置在前述第1及第2驱动涡旋部件5、6的背面侧与前述从动涡旋件承接部8、9的各自的内侧之间。借助该欧氏机构10，前述从动涡旋部件7相对于前述第1及第2驱动涡旋部件5、6相对地进行回转运动。

前述第1驱动涡旋部件5如图1至图3、特别是图3（a）、图3（b）、图3（c）所示，具备由铝材料形成的圆板状的驱动部端板51。在该驱动部端板51的背面侧，以放射状形成有用来将该驱动部端板51加强的多个加强肋52（图2所示），被从旋转轴50向径向以凸缘状扩展的凸缘部53覆盖。另外，该旋转轴50及凸缘部53由热传导率较低的原材料、例如不锈钢一体地形成。由此，通过将因加强肋52高速旋转而产生的冷却作用用由热传导率较低的原材料例如不锈钢构成的凸缘部53覆盖，能够降低冷却作用。

进而，在凸缘部53形成有构成前述欧氏机构10的一部分的突条54。此外，在前述驱动部端板51，形成有与将前述旋转轴50贯通的流入口55连通的开口部56，在前述驱动部端板51的正面侧，线对称地形成有从前述开口部56的周缘以螺旋状扩展的驱动侧卷板部57、58。进而，在驱动部端板51的最外周部分，从前述驱动侧卷板部57、58的最末端部起在规定的范围（约90°的范围），分别设置将卷板的宽度设置得宽的驱动侧卷板外周部59，进行驱动侧卷板部57、58的最外周部分的加强。

前述第2驱动涡旋部件6如图4所示，具备由铝材料形成的圆板状的驱动部端板61。在该驱动部端板61的背面侧，以放射状形成有用来将该驱动部端板61加强的多个加强肋62，被从旋转轴60向径向以凸缘状扩展的凸缘部63（图1所示）覆盖。另外，该旋转轴60及凸缘部63由热传导率较低的原材料例如不锈钢一体地形成。由此，通过将因加强肋62高速旋转而产生的冷却作用用由热传导率较低的原材料例如不锈钢构成的凸缘部63覆盖，能够降低冷却作用。

进而，在凸缘部63形成有构成前述欧氏机构10的一部分的突条64。此外，在前述驱动部端板51的正面侧点对称地形成有从中央部分的周缘以螺旋状扩展的驱动侧卷板部67、68。进而，在驱动部端板61的最外周部分，从前述驱动侧卷板部67、68的最末端部在规定的范围（约90°的范围），分别设置有将卷板的宽度设置得宽的驱动侧卷板外周部69，将驱动侧卷板部67、68的最外周部分加强。另外，在驱动部端板61，形成有装接旋转轴60的凹部60a。

前述从动涡旋部件7例如如图5所示，形成有：圆板状的从动部端板70，在中央具有开口部71；一对从动侧卷板部72、73及一对从动侧卷板部74、75，在该从动部端板70的两侧面的各自向径向以螺旋状扩展，点对称地配置，所述一对从动侧卷板部72、73与前述第1驱动侧卷板部57、58啮合，所述一对从动侧卷板部74、75与前述第2驱动侧卷板部67、68啮合。此外，在前述从动部端板70的最外周附近，形成有外周开口部76、77，在所述外周开口部76、77插装前述第1及第2驱动涡旋部件5的驱动侧卷板外周部59、69。进而，该从动涡旋部件7的外周端部被固定在从动涡旋件承接部8、9，相对于前述旋转轴50、60偏心而旋转。

通过以上的结构，以将从动涡旋部件7回转自如地夹持的方式，使第1及第2驱动涡旋部件5、6与从动涡旋部件7啮合而组装，在从动涡旋部件7的从动侧端板70的两侧划分形成膨胀空间11、12。将由固定着从动涡旋件承接部8、9的从动涡旋部件7及被固定的驱动涡旋部件5、6构成的膨胀机构2经由轴承13、14向一方的壳体部件4b装接，再经由轴承15、16向另一方的壳体部件4a装接，将壳体部件4a、4b固定，从而能够进行涡旋式膨胀机1的组装。

进而，在组装成的涡旋式膨胀机1中，如图6所示，设置有将前述旋转轴50与盖部43之间密封的密封机构，所述盖部43与形成在前述旋转轴50的流入口55连通，且所述盖部43形成在旋转自如地保持前述旋转轴50的壳体部件4a。该密封机构由与前述旋转轴50的端面抵接的面密封件80、相对于旋转轴50的旋转防止面密封件80的旋转的平行销81和进行泄漏防止的O形环82构成，能够防止从盖侧流入的高压流体向低压侧的泄漏。

在前述旋转轴60侧，将旋转自如地保持前述旋转轴60的轴承13的外径ΦA设为比旋转自如地保持从动涡旋部件的从动涡旋件承接部的内径ΦB小（ΦA＜ΦB）。由此，在涡旋式膨胀机1的拆卸时，能够容易地将膨胀机构2从壳体部件4b拆下。

在以上的结构的涡旋式膨胀机1中，高压流入流体例如膨胀循环的高压制冷剂等从盖部43经由旋转轴50的流入口55被向前述膨胀室11、12的中央部分导入，从膨胀室11、12的中央部分向外周方向一边膨胀一边移动。此时，由于对从动侧卷板部72、73、74、75及驱动侧卷板部57、58、67、68施力，所以对驱动涡旋部件5、6及从动涡旋部件7赋予旋转力。此外，膨胀而成为低压，流入流体被从形成于从动涡旋部件7的外周部分的喷出口78、79朝向前述壳体4的内周壁面40排出，沿着内周壁面40的锥面被向图面两侧移动，被从壳体4的内部空间3从流出口41、42向外部或膨胀循环的下游侧送出。由此能够使流入的高压流入流体膨胀。

进而，由此能够使旋转轴60旋转，所以通过例如使发电机与其连结，能够进行发电。

附图标记说明

1 涡旋式膨胀机

2 膨胀机构

3 内部空间

4 壳体

5 第1涡旋部件

6 第2涡旋部件

7 从动涡旋部件

8、9 从动涡旋件承接部

10 欧氏（Oldham）机构

11、12 膨胀室

40 内周壁面

43 盖部

50、60 旋转轴

51、61 驱动部端板

52、62 加强肋

53、63 凸缘部

54 突条

55 流入口

56 开口部

57、58、67、68 驱动侧卷板部

59、69 驱动侧卷板外周部

70 从动侧端板

71 开口部

72、73、74、75 从动侧卷板部

80 面密封件

81 平行销

82 O形环。

Claims

1.一种涡旋式膨胀机，具备壳体、被该壳体旋转自如地轴支承的一对旋转轴、分别固接在该一对旋转轴的各自并相互对置配置的一对驱动涡旋部件、被该一对驱动涡旋部件回转自如地夹持的从动涡旋部件、以及将该从动涡旋部件旋转自如地且与前述旋转轴偏心地支承在前述壳体的从动涡旋件承接部；前述一对驱动涡旋部件分别具备固接在前述旋转轴的圆盘状的驱动部端板、和在该驱动部端板上向径向以螺旋状扩展并点对称地配置的一对驱动侧卷板部；前述从动涡旋部件具备圆盘状的从动部端板、在该从动部端板的两侧中的一侧向径向以螺旋状扩展并点对称地配置的一对从动侧卷板部、和在该从动部端板的两侧中的另一侧向径向以螺旋状扩展并点对称地配置的一对从动侧卷板部；进而，将前述从动涡旋部件用一对驱动涡旋部件夹持，在前述从动部端板的两侧划分形成朝向外周部扩大的膨胀室，并且具备形成在前述旋转轴的一方且与前述各个膨胀室的中心部连通的流入口、和与前述各个膨胀室的外周部连通且在前述从动涡旋部件开口的流出口；从前述流入口流入的流体一边从前述膨胀室的中心部向外周部移动一边膨胀，使前述旋转轴旋转；其特征在于，

前述各个驱动部端板具备从前述驱动侧卷板部的最末端部起在规定的范围将驱动侧卷板部的宽度设置得宽的驱动侧卷板外周部，在前述从动涡旋部件的从动部端板的最外周附近，形成有外周开口部，在所述外周开口部插装前述驱动侧卷板外周部。

2.如权利要求1所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

前述驱动涡旋部件的驱动部端板由铝材料形成，并且分别在前述驱动部端板的背面侧具有多个加强肋，将从前述旋转轴向径向伸出的凸缘部用不锈钢形成，用前述凸缘部将前述加强肋覆盖。

3.如权利要求1所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

具备将前述旋转轴与盖部之间密封的密封机构，所述盖部与形成在前述旋转轴的流入口连通，且所述盖部形成在旋转自如地保持该旋转轴的壳体；该密封机构由与前述旋转轴的端面抵接的面密封件、相对于旋转轴的旋转防止面密封件的旋转的平行销和进行泄漏阻止的O形环构成，防止从盖侧流入的高压流体向低压侧的泄漏。

4.如权利要求2所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

5.如权利要求1所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

将在前述从动涡旋部件形成的流出口对置的前述壳体的内径部形成为以从前述流出口对置的部分向旋转轴的轴向两侧扩展的方式倾斜的锥状。

6.如权利要求2所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

7.如权利要求3所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

8.如权利要求4所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

9.如权利要求1～8中任一项所述的涡旋式膨胀机，其特征在于，

在没有形成前述流入口的旋转轴侧，将旋转自如地保持前述旋转轴的轴承的外径设为比旋转自如地保持从动涡旋部件的从动涡旋件承接部的内径小。