CN1179130C - 只在固定涡卷端板上有排放口及排放阀的涡卷式压缩机 - Google Patents

只在固定涡卷端板上有排放口及排放阀的涡卷式压缩机 Download PDF

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Abstract

一涡卷式压缩机包括一壳体；一可轴向移动的固定涡卷和一回转涡卷，分别设置在外壳内并包括一端板和一在端板一面上的螺旋突起；各螺旋突起相互啮合，形成一螺旋压缩室；一背压块，支承固定涡卷的背面。引入的工作气体随着回转涡卷的回转在压缩室中被压缩后排出；一连通压缩室的排放口形成在固定涡卷的端板上；背压块为环形，其内圆周面和固定涡卷的背面形成一高压室；一排放阀固定到固定涡卷的端板上并设置在高压室内。

Description

只在固定涡卷端板上有排放口 及排放阀的涡卷式压缩机
技术领域
本发明涉及涡卷式压缩机，更具体地，涉及一种用在使用致冷剂，例如CO2，并在超临界区域在蒸汽压缩致冷循环中工作的压缩机。
背景技术
对于蒸汽压缩致冷循环来说，一种最近提出的避免使用氟利昂(一种致冷剂)以保护环境的方法是采用使用CO2作为工作气体(即致冷剂气体)的致冷循环。这种循环以下叫做“CO2循环”。其一个例子披露在日本已审专利，第二次公开，平7-18602上。这种CO2循环的操作类似于传统的使用氟利昂的蒸汽压缩致冷循环。也就是说，由图3中的循环A-B-C-D-A所示(其表示了一CO2的莫利尔图)，压缩机将气相CO2压缩(A-B)，热的压缩后的气相CO2用气体冷却器冷却(B-C)。膨胀器使冷却后的气体膨胀(C-D)，气-液相的CO2然后蒸发(D-C)，从外部流体例如空气中取得气化潜热，从而冷却外部流体。
CO2的临界温度约为31摄氏度，也就是说，低于传统的致冷剂氟利昂。因而，当夏季等外界空气温度高的时候，在气体冷却器端的CO2的温度高于CO2的临界温度。因而，在这种情况下，CO2在气体冷却器的出口侧不冷凝(也就是说，图3的线段B-C不与饱和液体曲线SL相交)。此外，气体冷却器外侧的条件(对应图3中的C点)取决于压缩机的排放压力以及气体冷却器出口侧的CO2温度，并且此出口侧的CO2温度取决于气体冷却器的排放能力和外侧温度(其无法控制)。从而，基本上，气体冷却器出口侧的CO2温度也无法控制。相应地，气体冷却器出口侧的条件(即C点)可以通过控制压缩机的排放压力(也就是说，气体冷却器出口侧的压力)来控制。也就是说，在夏季等外界气温高的时候为了保持足够的冷却能力(即焓差)，气体冷却器出口侧需要较高的压力，如图3中循环E-F-G-H-E所示。为了满足这种条件，压缩机的工作压力与使用氟利昂的传统致冷循环相比必须较高。在一个用于车辆的空调器的例子中，压缩机的工作压力在使用R134(即传统的氟利昂)的情况下为3kg/cm2，而在CO2的情况下为40kg/cm2。此外这个例子中的压缩机工作停止压力在使用R134的情况下为15kg/cm2，而在CO2的情况下为100kg/cm2。
这里，一普通的涡卷式压缩机包括一外壳，和外壳中的一固定涡卷和一回转涡卷，每个涡卷包括一端板及制造在端板内表面上的螺旋突起，所述内表面面对另一端板，以便各涡卷的突起啮合并形成螺旋压缩室。在此结构中，引导入的工作气体被在压缩室中压缩，然后随着回转涡卷的回转而排出。这种涡卷压缩机(使用CO2作为工作气体并具有高工作压力)由于工作气体的泄漏，其工作能力降低，可能会引起问题。因而，为了防止这种降低采用一种浮动结构，其中固定涡卷只能在其轴线方向移动，并且固定涡卷的后表面使用一个背面块支撑。
在上述具有浮动结构的涡卷压缩机中，需要在固定涡卷的端板和背压块上形成一压缩气体的排放口(称为“顶间隙”)，并在背压块的外侧设置一排放阀。从而，顶间隙的体积间隙大，并因而需要大的再压缩力，从而降低压缩机的工作能力。
发明内容
考虑以上情况，本发明的目的是提供一种包括一尽可能小的排放口的涡卷压缩机，其需要较小的再压缩力并具有改进的工作能力。
从而，本发明提供一种涡卷式压缩机，包括：
一壳体；
一固定涡卷，设置在所述壳体中并包括一端板和一制造在端板一面上的螺旋突起，所述固定涡卷被这样支撑，即所述固定涡卷可沿所述壳体的轴线方向移动；
一回转涡卷，设置在壳体上并包括一端板和一制造在端板一面上的螺旋突起，其中每个涡卷的螺旋突起相互啮合以形成螺旋压缩室；以及
一背压块，固定在所述固定涡卷的端板的背面，并且通过一密封装置安装到壳体的内周表面上，从而所述背压块也能沿所述壳体的轴线方向移动，其中：
随着回旋涡卷的旋转操作，引入的工作气体在压缩室中压缩然后排出；
一连通压缩室的排放口形成在固定涡卷的端板上；
背压块为环形，背压块的内圆周面，壳体的内周面和固定涡卷的背面形成一具有适宜的容积的高压室；以及
一用于打开和关闭排放口的排放阀固定到固定涡卷的端板的背面上，并设置在高压室中。
在此结构中，排放口只形成在固定涡卷的端板上，用于打开和关闭排放口的排放阀直接设置在固定涡卷的端板上。这样，就不需要在背压块上形成一排放口，并且排放口的长度和体积都可以缩小。结果，需要较低的再压缩力，从而减小了所需的能量并改进了工作能力。
典型地，背压块和固定涡卷是分开的，涡卷压缩机具有固定装置，用于可拆除地将背压块设置在固定涡卷上。相应地，排放阀可以在背压块设置到固定涡卷上之前固定到固定涡卷的端板上。因而，排放阀可以容易地设置，固定空间受限较少。
优选地，工作气体是二氧化碳。在这种情况下，本发明可以被有效地实施到采用CO2作为工作气体进行致冷循环的涡卷压缩机中，其中具有高的工作压力。
附图说明
图1是本发明的涡卷式压缩机的一个实施例的纵剖面图。
图2是一表示蒸汽压缩冷循环的图。
图3是一CO2的莫利尔图。
具体实施方式
以下，将参照附图说明本发明的涡卷式压缩机的一个实施例。
首先，将参照图2说明包括本发明的涡卷式压缩机的所述CO2循环(结构)。作为例子，图2中的CO2循环S应用到车辆空调器中。标号1表示一压缩气相CO2的涡卷式压缩机。此涡卷式压缩机1接受如发动机的驱动能源(未示出)的驱动力。标号1a表示一用于将涡卷式压缩机压缩过的CO2与外界空气(或类似物)进行热交换的气体冷却器，以便冷却CO2。标号1b表示一压力控制阀，用于根据气体冷却器1a外侧的CO2温度控制气体冷却器1a出口侧的压力。压力控制阀1b和限制器1c使CO2膨胀，接着CO2进入气-液相(也就是说，两相状态)。标号1d表示一蒸发器(即热吸收器)，作为车厢中的空气冷却装置。当气-液两相状态的CO2在蒸发器1d中蒸发(气化)时，CO2从车厢的空气中吸收热量(相应于CO2的潜热)，使得车厢中的空气被冷却。标号1e表示用于临时储藏气相CO2的收集器。涡卷式压缩机1，气体冷却器1a，压力控制阀1b，限制器1c，蒸发器1d，以及收集器1e通过管路1f连接起来，形成闭合回路。
一涡卷式压缩机1的实施例将参照图1加以说明。
涡卷式压缩机1的外壳1A包括一杯状主体2，和通过螺栓3固定到主体2上的前壳体(却曲轴箱)4。标号5表示一曲轴，其穿过前壳体4并通过主轴承6和副轴承7由前壳体4可自由旋转地支承。车辆发动机(未示出)的旋转通过一已知的电磁离合器32传递到曲轴5。标号32a和32b分别表示电磁离合器32的线圈和皮带轮。
在外壳1A中，设有固定涡卷8和回转涡卷9。
固定涡卷8包括端板10和设置在板10的一表面上的螺旋突起11，该表面面对端板17的表面，将在以后说明。一环形的背压块13使用多个螺栓12作为固定装置可拆卸地固定在端板10的背面上。在背压块13的内圆周和外圆周上设置(即埋置)有O形圈14a和14b。O形圈14a和14b与壳体的主体2的内圆周表面紧密接触，高压室(排放室，将在后面说明)16与壳体的主体2中的低压室15(吸入室)分隔开。高压室16包括一由背压块13的小直径面13a所围绕的空间，背压块13的大直径面13b所围绕的空间，此空间与上述表面13a所围绕的空间连接，固定涡卷8的端板10的背面所形成的凹陷部分10a所围绕的空间连续形成，此空间与由表面13b所围绕的上述空间所形成。在固定涡卷8的端板10上，开有排放口34(即顶隙)，打开/关闭排放口34的排放阀35设置在凹陷部分10a中。
回转涡卷9包括端板17和设置在端板17表面上的螺旋突起18，所述表面面对端板10。螺旋突起18的形状大体上与固定涡卷8的螺旋突起11相同。
一环形板弹簧20a设置在固定涡卷8和壳体的主体2之间。板弹簧20a的多个预定位置交替地通过螺栓20b固定到固定涡卷8和主体2上。根据这种结构，固定涡卷8仅可在其轴线方向移动板弹簧20a在其轴线方向的最大挠度(即为浮动结构)。上述环形板弹簧20a和螺栓20b形成固定涡卷支承装置(即轴向柔性支承装置)20。在从背压块13和外壳1A突起的部分之间，设有间隙C，以便背压块13能够在上述的轴向运动。固定涡卷8和回转涡卷9啮合，其方式为这些涡卷的轴线以回转半径相互偏心，并且这些涡卷的相位相互差180度。此外，端密封(未示出)，设置并埋置在螺旋突起11的头部表面上，与端板17的内表面(对着端板10)紧密接触，而设置并埋置在螺旋突起18的头部表面上的端密封(未示出)，与端板10的内表面(对着端板17)紧密接触。此外，螺旋突起11和18的侧表面在某些位置相互接触，以便包绕的空间21a和21b基本形成在相对于螺旋的中心点对称的位置。再者，允许回转涡卷9回转，但禁止回转涡卷9旋转的旋转防止环(即十字联轴节)27设置在固定涡卷8和回转涡卷9之间。
一凸块22设置在(即突起于)端板17的外表面的中央区域。一自由旋转的驱动套23通过也起径向支承作用的回转轴承(即驱动轴承)24插入凸块22。此外，一自由旋转的偏心轴26，从曲轴5的内侧端突出，插入设置在驱动套23上的通孔25中。再者，用于支承回转涡卷9的推力球轴承19设置在端板17外表面的外周边和前壳体4之间。
一用于密封轴的已知的机械密封(即轴密封)28围绕曲轴5设置，此机械密封28包括固定在前壳体4上的密封圈28a，与曲轴5一起旋转的随动圈28b。此随动圈28b被施力元件28c推向密封圈28a并与密封圈28a紧密接触，使得随动圈28b随着曲轴5的旋转在密封圈28a上旋转滑动。
涡卷式压缩机1的操作将在以下说明。
当车辆发动机的旋转通过激活电磁离合器32的线圈32a被传递到曲轴5上时，通过偏心轴26，通孔25，驱动套23，回转轴承24，以及凸台22构成的回转驱动机构，回转涡卷9被曲轴5的旋转所驱动。回转涡卷9沿着具有回转半径的圆形轨道回转，而涡卷9的旋转则被旋转防止环27阻止。
这样，螺旋突起11和18侧面的线接触部位渐渐地向着涡卷中心移动，从而封闭空间(即压缩室)21a和21b也朝着涡卷中心移动，每个室的容积渐渐地减小。
相应地，通过吸入口(未示出)流入吸入室15的工作气体(箭头A)，从位于涡卷突起11和18的端部的开口进入封闭空间21a并到达中央空间21c，并在此过程中被压缩。压缩后的气体然后通过设置在固定涡卷8的端板10上的排放口34，并打开排放阀35，使得气体排出到高压室16中。此气体通过排放口38排出。这样，随着回转涡卷9的回转，从吸入室15引入的流体被在封闭空间21a和21b中压缩，并且此压缩后的气体被排出。
当停止电磁离合器32的线圈32a的激活以停止向曲轴传递旋转力时，涡卷式压缩机的工作停止。当电磁离合器32的线圈32a被再次激活时，涡卷式压缩机再次工作。
在上述的涡卷式压缩机1结构中，排放口(即顶间隙)34仅在固定涡卷8的端板10上形成，并且用于打开/关闭排放口34的排放阀35直接固定到固定涡卷的端板10上。因而，不需要在背压块13上形成排放口34，从而减少排放口34的长度和体积。相应地，压缩机需要低的再压缩力，从而改进了工作能力。
此外，背压块13和固定涡卷8是分体的，并且背压块13是使用螺栓12(即固定件)可拆卸地固定到固定涡卷8上。在此结构中，能够在背压块13固定到固定涡卷8上之前将排放阀35容易地固定到固定涡卷8的端板10上，并且固定空间较少受限制。
在上述实施例中，开式压缩机被应用到使用CO2作为工作气体的CO2循环中；然而，应用并不限于这种形式，根据本发明的压缩机还可应用于使用传统的工作气体例如氟利昂的蒸汽压缩致冷循环中。

Claims (4)

1.一种涡卷式压缩机，包括：
一壳体(1A)；
一固定涡卷(8)，设置在所述壳体中并包括一端板(10)和一制造在端板一面上的螺旋突起，所述固定涡卷被这样支撑，即所述固定涡卷可沿所述壳体的轴线方向移动；
一回转涡卷(9)，设置在壳体上并包括一端板(17)和一制造在端板一面上的螺旋突起，其中每个涡卷的螺旋突起相互啮合以形成螺旋压缩室；以及
一背压块(13)，固定在所述固定涡卷的端板的背面，并且通过一密封装置安装到壳体的内周表面上，从而所述背压块也能沿所述壳体的轴线方向移动，其中：
随着回旋涡卷的旋转操作，引入的工作气体在压缩室中压缩然后排出；
一连通压缩室的排放口(34)形成在固定涡卷的端板上；
背压块为环形，背压块的内圆周面，壳体的内周面和固定涡卷的背面形成一具有适宜的容积的高压室；以及
一用于打开和关闭排放口的排放阀(35)固定到固定涡卷的端板的背面上，并设置在高压室中。
2.如权利要求1的涡卷式压缩机，其特征在于，背压块和固定涡卷相互可分开，并且所述涡卷式压缩机具有固定装置(12)，用于可拆卸地将背压块固定到固定涡卷上。
3.如权利要求1的涡卷式压缩机，其特征在于，工作气体为二氧化碳。
4.如权利要求2的涡卷式压缩机，其特征在于，工作气体为二氧化碳。
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