CN1268884C - 涡轮压缩机 - Google Patents

Abstract

一种涡轮压缩机，在内部高压运转和内部低压运转可切换的涡轮压缩机中，在任何运转运转时均可给予旋转涡轮恰当的背压。借助第一及第二推力环160、170将旋转涡轮132的背压室划分成与驱动室112连通的第一背压室A和独立的第二背压室B，根据运转模式使第二背压室B内的压力成为排出压或吸入压。

Description

涡轮压缩机

技术领域

本发明涉及纳入到空调机的可逆致冷循环中的涡轮压缩机，更详细地说，涉及可在内部高压运转与内部低压运转之间切换的、在任何运转运转时均使得把旋转涡轮推压到固定涡轮上的推力最佳化的技术。

背景技术

涡轮压缩机配备有将端板上具有涡旋状外壳的固定涡轮及由电动机驱动旋转的涡轮啮合构成的冷媒压缩部。在致冷循环中结束工作的低压冷媒从冷媒压缩部的涡旋外周一侧被吸入，随着向涡旋中心的行进被压缩，从设于中央的排出口作为高压冷媒被排出。

在该冷媒压缩运转时，由于总是从冷媒压缩部沿远离固定涡轮的方向向旋转涡轮上施加压力，从而有必要施加反抗这一压力的背压以防止旋转涡轮的浮起。图12说明这种现有技术的一个例子。

首先，作为一般的说明，涡轮压缩机1备有形成圆筒状的密闭容器2，其内部由框架板3划分成冷媒排出室2a与驱动室2b。在冷媒排出室2a内容纳由固定涡轮4a与旋转涡轮4b啮合构成的冷媒压缩部。

图中虽没有示出，在驱动室2b内容纳有电动机，同时，加入规定量的润滑油。该电动机的驱动轴5贯通框架板3从冷媒压缩部4一侧引出，前端的曲轴5a连接到旋转涡轮4b上。在驱动轴5上穿透设置有给油孔5b，旋转涡轮4b的背面一侧与驱动室2b通过给油孔5b连通。

作为这种现有例子的涡轮压缩机1是内部高压型，冷媒排出室2a与驱动室2b借助贯穿固定涡轮4a与框架板3的连通孔6连通。

在图中未示出的致冷循环中，工作结束后的低压冷媒由吸入配管7a从冷媒压缩部4的涡旋外周一侧吸入，从位于中央的排出口4c作为高压冷媒排出。从冷媒排出室2a经由排出配管7a被导向到图中未示出的四通阀，但高压冷媒的一部分通过连通孔6进入驱动室2b内。

借此，驱动室2b内变成高压，同时，与此相伴随的，经过给油孔5b使旋转涡轮4b的背面一侧也变成高压，但与从冷媒压缩部4加在旋转涡轮4b上的内压不同。即，呈现出涡旋外周一侧(低压冷媒吸入一侧)压力低，而随着向涡旋中心的行进成为高压的压力梯度。

由于在旋转涡轮4b上施加对应于该压力梯度的背压，所以，在这种现有技术的例子中，由密封环8将旋转涡轮4b的背面一侧分离成中央部一侧的主背压室8a及周边部一侧的副背压室8b，在主背压室8a内加上驱动室2b的高压，与此相对，在副背压室8b内中间经过节流阀9a施加作为比该高压的压力低的中间压力。

同时，在副背压室8b与冷媒压缩部4的涡旋外周一侧之间设置当副背压室8b内的中间压力超过规定值时使该过剩压力逸出到冷媒压缩部4一侧的单向阀9b。

而对于涡轮压缩机，除上面的现有技术例中所说明的内部高压型的之外，还有在致冷循环中将工作结束的低压冷媒吸入到驱动室2b内、从同一个驱动室2b导入到冷媒压缩部4内的内部低压型涡轮压缩机。

不管是内部高压型还是内部低压型，把驱动室(电动机室)作为冷媒的循环路径的目的在于防止电动机过热，这两种方式具有下面所述的优点和缺点。

即，在内部高压型的情况下，因吸入气体的过热造成的性能降低小，与此相对，在内部低压型的情况下，在供暖运转时所排出的气体的热量不会被驱动室夺去，所以上升时间快。

但是，在内部低压型的情况下，供应给压缩机的润滑油有可能不与冷媒气体分离地排出到热交换回路中，因此，不仅热交换能力下降，而且由于压缩机内的润滑油不足，有可能把涡轮的滑动部烧坏。同时，内部低压型由于吸入的冷媒通入电动机室内，会因该电动机室内的热量使之过热，冷媒的密度变低容易造成其性能下降。

因此，本申请人吸取内部高压型及内部低压型各自的优点，提出一种在致冷运转时作为内部高压型、在供暖运转时作为内部低压型，可将两种运转模式进行切换的涡轮压缩机的方案(例如，参见特开2000-88386号公报)。

在这种内部高压、内部低压可切换的涡轮压缩机中，由于根据其运转模式，使驱动室内具有不同的压力，所以在上述现有技术例子的方法中，不能对旋转涡轮施加恰当的背压。即，在内部低压运转时，驱动室内成为低压，与此相伴随的，加在旋转涡轮上的背压也变成低压，从而存在着旋转涡轮离开固定涡轮的危险。

本发明为了解决这一问题而提出的，其目的是提供一种不管是在内部高压运转还是内部低压运转时，均能对旋转涡轮施加恰当的背压的涡轮压缩机。

发明内容

为达到上述目的，本发明为具备内部由框架板划分成冷媒排出室与驱动室的密闭容器，在上述冷媒排出室内容纳由固定涡轮和旋转涡轮组合构成的冷媒压缩部，在上述驱动室一侧设置驱动上述旋转涡轮的电动机，并且可以在上述冷媒压缩部生成的高压冷媒从上述冷媒排出室、通过上述驱动室送出到规定的冷媒回路的内部高压运转模式和把在上述冷媒压缩部生成的高压冷媒从上述冷媒排出室送出到上述冷媒回路中、将工作结束后的低压冷媒通过上述驱动室内部吸入到上述冷媒压缩部的内部低压运转模式之间转换，同时，包含有在上述旋转涡轮的端板背面和上述框架板之间与上述驱动室连通的、将该驱动室内的压力作为背压加在上述旋转涡轮端板的第一背压室的涡轮压缩机，其特征为，具备有相对于上述第一背压室独立形成的第二背压室，以及使该第二背压室内的压力根据上述各种运转模式可变的背压控制机构。

在本发明中，上述控制机构以如下方式进行控制，即，在上述内部高压运转模式时使上述第二背压室内的压力为低压，而在上述内部低压运转模式时使上述第二背压室内的压力为高压。

上述冷媒回路在包括四通阀，室外热交换器，膨胀阀以及室内热交换器的可逆致冷循环中，在上述内部高压运转模式时，冷媒的流向为：上述冷媒排出室→上述四通阀→上述驱动室→上述室外热交换器→上述膨胀阀→上述室内热交换器→上述四通阀→上述冷媒压缩部，在上述内部低压运转模式时，冷媒的流向为：上述冷媒排出室→上述四通阀→上述室内热交换器→上述膨胀阀→上述室外热交换器→上述驱动室→上述四通阀→上述冷媒压缩部，在上述情况下，上述第二背压室由上述背压控制机构，连接到上方四通阀与上述室内热交换器之间的管路上。

此外，上述背压控制机构可由按照上述驱动室内的压力将上述第二背压室与上述冷媒排出室一侧或上述冷媒压缩部的吸入一侧的其中之一连通的压力响应阀构成。

根据本发明的优选形式，上述压力响应阀包括，以其一端侧与上述驱动室内部连通，另一端侧与上述第二背压室连通的方式穿透上述框架板设置的阀室，以及配置在该阀室内、根据上述驱动室内的压力移动的滑阀，在上述阀室内，在该阀室的轴向上不同位置处设置与上述冷媒排出室一侧连通的第一入口以及与上述冷媒压缩部的吸入一侧连通的第二入口，在上述滑阀上设置将上述各述各入口中之一与上述第二背压室连通的连通孔。

在这种情况下，为了稳定上述滑阀的动作，优选地在上述阀室内设置有在该压缩机的运转停止时将上述滑阀向上述第一入口一侧加载的弹簧，同时，将上述滑阀制成在第二背压室一侧的端部具有小直径部的异径两段的阀体，利用作用在该异径部分上的压力差克服上述弹簧的加载力而移动。同时，在该压缩机的排出压力与吸入压力差变小的除霜运转时，优选地，借助上述弹簧将上述滑阀保持在上述第一入口一侧。

在上述的涡轮压缩机中，上述框架板具有包含上述第一背压室和上述第二背压室的凹部，在上述凹部内形成有配置在靠近上述冷媒压缩部一侧的高位置的直径大的第一内周面和配置在靠近上述驱动室一侧的低位置的比上述第一内周面直径小的第二内周面的同时，在上述框架板与上述冷媒压缩部之间，设置一个端面与上述旋转涡轮的端板背面连接、其外周面为与上述第一内周面嵌合的圆筒体、可沿轴向移动的第一推力环，以及一个端面与上述旋转涡轮的端面连接、其外周面为与上述第二内周面嵌合的圆筒体、配置在上述第一推力环内侧的可沿轴向移动的第二推力环，将上述第二推力环的内部作为上述第一背压室，将由上述第一推力环和上述第二推力环包围起来的空间作为第二背压室。

上述第二推力环可以作为一个环构成，但为了能够调整施加背压的区域，该第二推力环优选地由以下两个构件构成，所述两个构件为，一个端面连接到上述旋转涡轮的端板背面、另一端上具有使外径缩径的缩径部的主环，以及嵌合到该主环的缩径部上的同时，其外周面嵌合到上述第二内周面上的圆筒状的辅助环。

上述各推力环相对于上述框架板的嵌合密封有控制间隙的方法，但优选地，在上述各推力环相对于上述框架板的上述各内周面的滑动面上设置截面为U字形的弹性密封环或0型环。

在上述的涡轮压缩机中，上述框架板具有包含上述第一背压室和上述第二背压室的凹部，在上述凹部内形成有配置在靠近上述冷媒压缩部一侧的高位置的直径大的第一内周面和配置在靠近上述驱动室一侧的低位置的比上述第一内周面直径小的第二内周面的同时，在上述框架板与上述冷媒压缩部之间设置其一个端面连接上述旋转涡轮的端板背面的同时、具有嵌合到上述第一内周面上的大直径密封部以及嵌合到上述第二内周面上的小直径的密封部的推力环，将上述推力环的内部作为第一背压室，将上述大直径密封部与上述小直径密封部相对于上述框架板的各嵌合面之间的空间作为上述第二背压室。

在这种情况下，在上述大直径密封部和上述小直径密封部的各个嵌合面上也设置弹性密封环，同时，优选地，在上述推力环与上述框架板之间，设置将上述推力环向上述旋转涡轮的端板背面一侧加载的弹性机构。作为上述弹性机构，波纹状垫圈是很合适的。

在上述的涡轮压缩机中，上述框架板具有包含上述第一背压室和上述第二背压室的凹部，在上述凹部内形成有配置在靠近上述冷媒压缩部一侧的高位置的直径大的第一内周面和配置在靠近上述驱动室一侧的低位置的比上述第一内周面直径小的第二内周面的同时，在上述框架板与所述冷媒压缩部之间，设置有具一个端面与上述旋转涡轮的端板背面连接的同时、具有嵌合到上述第一内周面上的大直径密封部及嵌合到上述第二内周面上的小直径密封部的推力环，将上述推力环的内部作为第一背压室，在上述大直径密封部与上述小直径密封部相对于上述框架板的各自嵌合面之间形成上述第二背压室，进而，在连接上述旋转涡轮的端板背面的上述推力环的一个端面侧，以其间生成空间的方式同心状地形成内侧环和外侧环至少两个环，同时，利用连通孔将上述空间与上述第二背压室连通，借此，可以降低推力环相对于旋转涡轮的滑动面压力。

在这种结构中，优选地，上述内侧环的外径小于上述小直径的密封部的外径，这样，即使在旋转涡轮临时发生翻转，也可以确保将其稳定地恢复的推压力。由于同样的原因，由上述内侧环的内径与上述外侧环的外径所包围的面积最好小于上述第二背压室的截面面积。

如以上所说明的，根据本发明，在内部高压运转与内部低压运转可切换的涡轮压缩机中，将相对旋转涡轮的背压室划分成多个，通过将其内部的特定背压室的压力按照运转模式控制成排出压或吸入压中之一，在内部高压运转和内部低压运转的任一情况下均可在旋转涡轮上施加恰当的背压。

同时，根据本发明，特定背压室的压力可利用按照驱动室内的压力动作的压力响应阀或致冷循环的压力进行控制。此外，根据本发明，可用一个整体式的推力环构成，可使结构简单化。同时，根据本发明，也可以恰当地调整推力环相对于旋转涡轮的滑动面的压力。

附图说明

图1是表示根据本发明第一种实施形式的主要部分和内部高压运转模式时的致冷循环的结构图。

图2是表示根据本发明第一种实施形式的主要部分和内部低压运转模式时的致冷循环的结构图。

图3是表示上述第一种实施形式的变形例的主要部分剖面图。

图4是表示根据本发明第二种实施形式的内部高压运转模式时的主要部分剖面图。

图5是表示根据本发明第二种实施形式的内部低压运转模式时的主要部分剖面图。

图6是表示根据本发明第三种实施形式的主要部分剖面图。

图7是表示根据本发明第四种实施形式的主要部分剖面图。

图8是表示根据本发明第三五种实施形式的主要部分剖面图。

图9是表示在上述第五种实施形式中内部低压运转时作用在推力环上的压力梯度的说明图。

图10是表示上述第五种实施形式中的推力环直径尺寸的说明图。

图11是表示在上述第五种实施形式中内部高压运转时作用在推力环上的压力梯度的说明图。

图12是表示现有技术例的主要部分剖面图。

具体实施方式

首先，根据图1及图2说明本发明的第一种实施形式。其中，在图1中，表示在内部高压运转(致冷运转)模式时涡轮压缩机的主要部分的剖面图及致冷循环(冷媒回路)，在图2中，表示在内部低压运转(供暖运转)模式时涡轮压缩机的主要部分的剖面及致冷循环。

涡轮压缩机100备有形成圆筒状的密封容器110，在密封容器110内部由框架板120划分成冷媒排出室111及驱动室112。在冷媒排出室111内，设置将固定涡轮131和旋转涡轮132组合构成的冷媒压缩部130。从致冷循环140来的冷媒吸收管(冷媒返回管)连接到固定涡轮131的涡旋外团一侧，在固定涡轮131的涡旋中央设置排出口133。

虽然图中没有示出，在驱动室112内容纳有电动机，将该电动机的驱动轴赋予参照标号150。同时，在驱动室112内加入规定量的润滑油。电动机的驱动轴150贯穿框架板120的主轴承孔延伸到冷媒压缩部130一侧，其前端的曲轴151嵌合到形成于旋转涡轮132一侧的曲轴轴承134内。此外，在驱动轴150上沿着整个轴向的全长穿透设置给油孔152。

在框架板120与冷媒压缩部130之间设置相对于旋转涡轮132的背压室。在这种情况下，背压室包括三个背压室。为形成这三个背压室，在框架板120上形成靠近冷媒压缩部130一侧的大直径的第一内周面121，以及靠近驱动室112一侧、比第一内周面121直径小的第二内周面122。

在框架板120与冷媒压缩部130之间容纳有第一推力环160和第二推力环170。第一推力环160由一个端面连接旋转涡轮132的端板背面、外周面由嵌合到框架板120的第一内周面121上的圆筒体构成，沿轴向可动地配置。在第一推力环160的另一端上，设置在该压缩机起动时作为辅助的推压机构的弹簧161。

同样地，第二推力环170也是由一个端面连接到旋转涡轮132的端板背面、外周面由与框架板120的第二内周面122嵌合的圆筒体构成，沿轴向可动地配置在第一推力环160内侧。第二推力环170可以由一个环成一整体地形成，但在第一种实施形式中，第二推力环170由两个构件构成。

即，第二推力环170由一个端面连接在旋转涡轮132的端板背面、在另一端上具有将外径缩径的缩径部172的主环171，以及在嵌合于该主环171的缩径部172上的同时，外周面嵌合到框架板120的第二内周面上的圆筒状辅助环173两个构件构成。同时，在辅助环173与框架板120之间，设置在该压缩机起动时作为辅助推压机构的弹簧174。

由小直径的第二推力环170在其内侧形成第一背压室A，该第一背压室A通过驱动轴150的给油孔152始终与驱动室112连通。此外，在框架板120上形成使第一背压室A内的油返回到驱动室112用的连通孔123。借助小直径的第二推力环170与大直径的第一推力环160，在它们之间形成第二背压室B，该第二背压室B与第一背压室A的压力是相互独立的。

大直径的第一推力环160的外侧为第三背压室C，该第三背压室C与固定涡轮131的涡旋外周侧(低压一侧)连通。此外，在第三背压室C内设置防止旋转涡轮132自转的欧式(Oldahm)环135。

致冷循环140为空调机用，它包括四通阀141，室内热交换器142，膨胀阀143及室外热交换器144，在这种情况下，室外热交换器144固定地连接到驱动室112一侧，室内热交换器142利用四通阀141选择性地连接到冷媒压缩部130的吸入侧与冷媒排出室111中之一上。

在图1所示的内部高压运转(致冷运转)模式时，由四通阀141将冷媒排出室111与驱动室112连通的同时，室内热交换器142与冷媒压缩部130的吸入一侧连通，冷媒的流向为，冷媒排出室111→四通阀141→驱动室112→室外热交换器144→膨胀阀143→室内热交换器142→四通阀141→冷媒压缩部130。

与此相对，在图2所示的内部低压运转(供暖运转)模式时，借助四通阀141将冷媒排出室111与室内热交换器142连通的同时，驱动室112与冷媒压缩部130的吸入一侧连通，冷媒的流向为，冷媒排出室111→四通阀141→室内热交换器142→膨胀阀143→室外热交换器144→驱动室112→四通阀141→冷媒压缩部130。

在第一种实施形式中，第二背压室B与致冷循环140的四通阀141和室内热交换器142之间的管路连接。具体地说，在框架板120上设置至第二背压室B的连接入口124，将从四通阀141与室内热交换器142之间分支出来的分支管连接到该连接入口124上。

采用这种结构，在内部高压运转模式时，由于向驱动室112内供应高压冷媒，所以与此相伴随地第一背压室A成为排出压。与此相对，从室内热交换器142中排出结束工作的冷媒，使四通阀141与室内热交换器142之间变成低压的吸入压力，所以，第二背压室B随之变成低压。

借此，从驱动室112一侧的排出压与第二背压室B内的吸入压的压力差作用到第二推力环170的辅助环173上，主环171接受这一压力差，推压到旋转涡轮132的端板背面上。这样，在内部高压运转模式时满足作用在辅助环173的外周密封面内侧的面积上的排出压与吸入压的压力差成为将旋转涡轮132推压到固定涡轮131上的推压力。从而，通过适当选择辅助环173的外径(在图1中由P1所表示的排出压力区)，可使加在旋转涡轮132上的推压力最佳化。

另一方面，在内部低压运转时，由于驱动室112内变成吸入压力，第一背压室A内随之变成吸入压力。而由于四通阀141与室内热交换器142之间变成排出压，第二背压室B内随之变成排出压。此外，第三背压室C在内部高压运转及内部低压运转任何一种情况下都是吸入压。

借此，第二推力环170的辅助环173被推压到框架板120一侧，主环171被推压到旋转涡轮132的端板背面上。同时，第一推力环160也借助从框架板120一侧作用的排出压被推压到旋转涡轮132的端板背面上。

即，在内部低压运转时，作用在由第一推力环160的外径和主环171的缩径部172的外径包围起来的面积上的排出压与吸入压的压力差成为将旋转涡轮132推压到固定涡轮131上的推压力。

从而，通过适当选择第一推力环160的外径和主环171的缩径部172的外径之间的宽度(图2的P2所表示的排出压外加区)，可以和内部高压运转时的最佳化条件独立地把对内部低压运转时的旋转涡轮132施加的推压力最佳化。

同时，各推力环160、170相对于框架板120的各内周面121、122的嵌合除了将压力泄漏限制到最低限度，也存在着对这些间隙控制的方法，但如图3所示，优选地，在框架板120的各内周面121、122及辅助环173的内周面的每一个上形成槽，在这些槽内设置截面为U形的例如由板簧构成的弹性环180。

在这种情况下，在辅助环173与主环171的缩径部172之间以及辅助环173与第二内周面122之间，为了在内部高压运转与内部低压运转时所作用的压力的方向倒向而最好加装作为倒向的一对弹性密封环180。此外，图中没有示出，也可以代替由板簧构成的弹性密封环180而采用O型环，这种变形例也作为等同技术包含在本发明中。

在上述第一种实施形式中，是由致冷循环140内的冷媒压力控制第二背压室B内的压力，下面根据图4及图5说明用其它方法控制第二背压室B内的压力的第二实施形式。

这种第二种实施形式是根据内部高压、内部低压的各运转模式，将冷媒排出室111内的排出压或旋转涡轮132的涡旋外周一侧的吸入压中之一导入到第二背压室B内，因此，设置对驱动室112内的压力进行响应而动作的压力响应阀190。

压力响应阀190备有沿半径方向穿透设置在框架板120上的阀室191，在该阀室191内容纳有滑阀193。阀室191的一端侧中间经过连通孔192与驱动室112连通，另一端侧与第二背压室B内部连通。

在阀室191内，在该阀室191的轴向上不同的位置处设置第一入口194及第二入口195两个入口。其中的一个第一入口194位于框架板120的外周一侧，贯通框架板120及固定涡轮131直到冷媒排出室111。另一个第二入口195位于比第一入口194更靠近内侧的位置处，贯穿框架板120直到旋转涡轮132的涡旋外周一侧。

滑阀193在第一入口194一侧的第一动作位置与第二入口195一侧的第二动作位置之间移动。在该滑阀193上备有在各动作位置处将其中的一个入口194或195选择性地与第二背压室B连通的连通孔196。同时，在阀室191内，设置将滑阀193向第一入口194一侧的第一动作位置加载的压缩盘簧197。

该压力响应阀190按下述方式动作。即，在内部高压运转(致冷运转)模式时，如上述第一种实施形式所说明的那样，驱动室112内为作为高压的排出室，所以，如图4所示，滑阀193借助该排出压抗拒压缩盘簧197从第一动作位置移动到第二动作位置。借此，选择第二入口195，第二背压室B与旋转涡轮132的涡旋外周一侧连通，成为低压的吸入压。

与此相对，在内部低压运转(供暖运转)模式时，如上述第一种实施形式所说明的那样，驱动室112变成吸入压，所以，如图5所示，滑阀193借助压缩盘簧197被保持在第一动作位置处。借此，选择第一入口194，在第二背压室B内导入冷媒排出室111内的排出压变成高压。

下面，借助图6说明本发明的第三种实施形式。该第三种实施形式属于上述第一种实施形式的变形例，用一个推力环将旋转涡轮132的背压室划分成三个背压室。

即，根据上述第一种实施形式，采用第一及第二两个推力环160、170，而在第三种实施形式中，仅把一个推力环210沿轴向可动地容纳在框架板120和冷媒压缩部130之间。

该推力环210由其一个端面连接到旋转涡轮132的端板背面的圆筒体构成，在其圆筒部上形成与框架板120的第一内周面121嵌合的大直径的密封部211以及与框架板120的第二内周面122嵌合的小直径密封部212。

从而，利用该推力环210，其内部空间构成中间经过连通孔123与驱动室112连通的第一背压室A。同时，大直径密封部211与小直径密封部212相对于框架板120的各内周面121、122的各嵌合面之间形成第二背压室B。

该第二背压室B的容积可由各内周面121、122之间的距离，以及大直径密封部211与小直径密封部212的径向尺寸之差等适当决定。同时，推力环210的外侧构成与旋转涡轮132的涡旋外周一侧连通的第三背压室C。此外，在图6中，冷媒压缩部130的吸入口由参考标号136表示。

在该第三种实施形式中，也与上述第一种实施形式相同，第二背压室B中间经过连接入口124连接到致冷循环140的四通阀141与室内热交换器142之间，但在大直径密封部211与小直径密封部212的各嵌合面上设置有作为弹性密封件的O型环221，同时，在推力环210的另一端侧上，设置在该压缩机起动时作为辅助推压机构的波纹状垫圈221。

其动作和上述第一种实施形式相同，在内部高压运转模式时，第一背压室A变成排出压，第二背压室B变成吸入压。借此，将旋转涡轮132推压到固定涡轮131上用的排出压位于图6中P1所示的区域，即，小直径密封部212的外径的内侧，所以可通过选择小直径密封部212的直径，将相对旋转涡轮132的背压最佳化。

与此相对，在内部低压运转模式时，第一背压室A成为吸入压，第二背压室B成为排出压。借此，将旋转涡轮132推压到固定涡轮131上用的排出压仅作用在图6的P2所示的区域，即，由小直径密封部21的侧面与大直径密封部211的侧面包围起来的空间上，该力中间通过推力环210传递到旋转涡轮132上。

从而，通过选择推力环210的小直径密封部212和大直径密封部211的直径，不管是在内部高压运转还是在内部低压运转时，均可使相对旋转涡轮132的背压最佳化。此外，第三背压室C在任何一种情况下都是吸入压。

下面，说明图7所示的本发明的第四种实施形式。该第四种实施形式为用上述第二实施形式中所说明的压力响应阀190作为上述第三种实施形式的背压控制机构，但使滑阀193的动作具有可靠性。

即，在第四种实施形式中，滑阀193是作为于其第二背压室B一侧的端部上具有小直径密封部198的异径两级阀体形成的。如图7所示，当滑阀193处于第一动作位置、第一入口194与第二背压室B连通时，小直径部198与导入入口195连通，小直径部198内成为吸入压。

在运转停止时，即，排出压与吸入压没有压力差时，滑阀193由压缩盘簧197保持在图7的第一动作位置(初始位置)处。在这种状态下，当开始内部高压运转时，滑阀193的大直径部(阀主体)与小直径部198的压力差逐渐增大，在该压力差超过压缩盘簧197的弹性力时，滑阀193从第一动作位置移动到图7中右侧的第二动作位置，第二入口195与第二背压室B连通，第二背压室B变成吸入压。

在内部低压运转的情况下，由于在滑阀193的两端同时外加吸入压，由其大直径部与小直径部198的截面面积之差，在滑阀193上作用与压缩盘簧197的推压力相同方向的力，滑阀193不能从初始位置移动。从而，维持第二背压室B与第一入口194连通的状态，其内部为排出压。

同时，在除霜运转时等排出压与吸入压的压力差小的运转条件下，由于相对旋转涡轮的背压比额定运转时小，所以旋转涡轮离开固定涡轮，存在着在冷媒压缩部内泄漏损失变大的问题。

为了防止这一问题，在本发明中，即使在排出压与吸入压的压力差小的情况下，以把滑阀193保持在除霜位置的方式设定压盘簧197的推压力。这样一来，可将图7的P1所示的区域，即，由推力环210的大直径密封部211起的内侧的整个区域均变成排出压，即使在初始运转时等情况下，也可以对旋转涡轮132施加恰当的背压。

下面说明图8所示的第五种实施形式。该第五种实施形式的目的是为了降低推力环与旋转涡轮的滑动面压力。此外，该第五种实施形式与前面所说明的各种实施形式的不同点主要在于推力环结构，其它结构部件可以是一样的。

该第五种实施形式备有在上述第四种实施形式中所采用的与推力环210同样的整体型推力环230。即，推力环230由备有大直径密封部231与小直径密封部232的圆筒体构成，把旋转涡轮132的背压室划分成第一背压室A，第二背压室B以及第三背压室C。第二背压室B借助与上述第四种实施形式同样的压力响应阀190变成排出压或吸入压中任一种。

该推力环230是在旋转涡轮132的背压室内以其一个端面侧连接到旋转涡轮132的端部背面的方式沿轴向可动地配置的，在其一个端面侧上如图9所示的那样，以其间生成空间235的方式同心状地形成有内侧环233与外侧环234两个环。同时，该空间235中间经过连通孔236与第二背压室B连通。

在内部低压运转时，第二背压室B借助压力响应阀190变成排出压，根据这种第五种实施形式，其排出压的一部分被导入到空间235内。由于空间235几乎是由旋转涡轮132的端板密闭的，所以被导入的排出压起着把推力环230推回到框架板120一侧的作用。借此，推力环230相对于旋转涡轮132的滑动密封面的压力变小。图9的箭头表示作用在推力环230上的压力梯度。

在图9中将滑动密封面的压力梯度用直线表示，但在实际运转的情况下，由于旋转涡轮132的翻转(使旋转涡轮132脱离固定涡轮131的力占优势，旋转涡轮132未完全推压在固定涡轮131上的旋转状态)，压力梯度并不限于直线形式，有时作用在滑动面上的气体压力几乎等于排出压力。

在这种情况下，如图10所示的内侧环233的内径d1和外侧环234的外径d4所包围的面积大于第二背压室B的截面面积(小直径密封部232的外径D1与大直径密封部231的外径D2之间)时，推力环230与旋转涡轮132脱离，存在着滑动面处的密封损坏，作为压缩机的损失增大的危险。

因此，在本发明中，令由内侧环233的内径d1和外侧环234和外径d4包围的面积小于第二背压室B的截面面积，即使旋转涡轮132暂时性地发生翻转，也可以确保使其恢复稳定状态的推压力。

同时，在内部高压运转时，由于第二背压室B借助压力响应阀190变成吸入压，所以作用在推力环230上的压力梯度如图11所示。即使在这种内部高压运转时，当旋转涡轮132暂时发生翻转、内侧环233与旋转涡轮132的滑动面几乎成为排出压，但通过使内侧环233的外径d2小于推力环230的小直径密封部232的外径D1，可以确保将旋转涡轮132的翻转恢复到稳定状态的推压力。

此外，在第五种实施形式中，作为第二背压室B的背压控制机构是采用压力响应阀190，但也可以和上述第一种实施形式一样，通过致冷循环140控制第二背压室B的压力。

Claims (19)

1、一种涡轮压缩机，具备内部由框架板划分成冷媒排出室和驱动室的密封容器，在上述冷媒排出室内容纳由固定涡轮和旋转涡轮组合构成的冷媒压缩部，将驱动上述旋转涡轮的电动机设置在上述驱动室一侧，可在上述冷媒压缩部生成的高压冷媒从上述冷媒排出室通过上述驱动室送出到规定的冷媒回路中的内部高压运转模式和把在上述冷媒压缩部生成的高压冷媒从冷媒排出室送出到上述冷媒回路中、将工作完毕的低压冷媒通过上述驱动室内部吸入到上述压缩部的内部低压运转模式之间切换，同时，包含有在上述旋转涡轮的端板背面和上述框架板之间与上述驱动室连通的、将该驱动室内的压力作为背压加在上述旋转涡轮端板上的第一背压室，其特征为，

配备有相对于上述第一背压室独立地形成的第二背压室，以及将该第二背压室内的压力按照各运转模式可变地进行控制的背压控制机构。

2、如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征为，上述背压控制机构在上述内部高压运转模式时使上述第二背压室内的压力为低压，在上述内部低压运转模式时使上述第二背压室内的压力为高压。

3、如权利要求1或2所述的涡轮压缩机，其特征为，上述冷媒回路在包括四通阀，室外热交换器，膨胀阀及室内热交换器的可逆致冷循环中，在上述内部高压运转模式时，冷媒的流向为：上述冷媒排出室→上述四通阀→上述驱动室→上述室外热交换器→上述膨胀阀→上述室内热交换器→上述四通阀→上述冷媒压缩部，在上述低压运转模式时，冷媒的流向为：上述冷媒排出室→上述四通阀→上述室内热交换器→上述膨胀阀→上述室外热交换器→上述驱动室→上述四通阀→上述冷媒压缩部，上述背压控制机构将上述第二背压连接到上述四通阀和上述室内热交换器之间的管路上。

4、如权利要求1或2所述的涡轮压缩机，其特征为，上述背压控制机构备有根据上述驱动室内的压力将上述第二背压室与上述冷媒排出室一侧或上述冷媒压缩部吸入一侧中之一连通的压力响应阀。

5、如权利要求4所述的涡轮压缩机，其特征为，上述压力响应阀包括，一端侧与上述驱动室内连通、另一端侧与上述第二背压室连通地穿透上述框架板设置的阀室，以及配置在该阀室内、根据上述驱动室内的压力移动的滑阀，在上述阀室内，沿轴向方向在不同位置处设置与上述冷媒排出室一侧连通的第一入口以及与上述冷媒压缩部的吸入一侧连通的第二入口，在上述滑阀上设置将上述各入口中之一与上述第二背压室连通的连通孔。

6、如权利要求5所述的涡轮压缩机，其特征为，在上述阀室内设置有在该压缩机的运转停止时将所述滑阀向上述第一入口一侧加载的弹簧。

7、如权利要求6所述的涡轮压缩机，其特征为，上述滑阀由在第二背压室一侧的端部具有小直径部的异径两级阀体构成，借助作用在该异径部上的压力差克服上述弹簧的加载力而移动。

8、如权利要求6或7所述的涡轮压缩机，其特征为，在该压缩机的排出压力与吸入压力之差变小的除霜运转时，利用上述弹簧将上述滑阀维持在上述第一入口一侧。

9、如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征为，上述框架板具有包含上述第一背压室和上述第二背压室的凹部，在上述凹部内形成有配置在靠近上述冷媒压缩部一侧的高位置的直径大的第一内周面和配置在靠近上述驱动室一侧的低位置的比上述第一内周面直径小的第二内周面的同时，在上述框架板与上述冷媒压缩部之间，设置有其一个端面与上述旋转涡轮的端板背面连接、外周面为与上述第一内周面嵌合的圆筒体、可沿轴向移动的第一推力环，以及其一个端面与上述旋转涡轮的端板背面连接、外周面为与上述第二内周面嵌合的圆筒体、配置在上述第一推力环内侧的可沿轴向移动的第二推力环，上述第二推力环的内部作为上述第一背压室，上述第二背压室由上述第一推力环及上述第二推力环所包围。

10、如权利要求9所述的涡轮压缩机，其特征为，上述第二推力环由其一个端面连接到上述旋转涡轮的端板背面上、在另一端侧上具有将外径缩径的缩径部的主环、以及与该主环的缩径部嵌合的同时、其外周面与上述第二内周面嵌合的圆筒状辅助环的两个构件构成。

11、如权利要求9所述的涡轮压缩机，其特征为，在上述各推力环相对于上述框架板的上述各内周面的滑动面上设置弹性密封环。

12、如权利要求11所述的涡轮压缩机，其特征为，上述密封环为O型环。

13、如权利要求10所述的涡轮压缩机，其特征为，在上述主环与上述辅助环之间以及上述辅助环与上述框架板的第二内周面之间设置一对截面为U字形的弹性密封环。

14、如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征为，上述框架板具有包含上述第一背压室和上述第二背压室的凹部，在上述凹部内形成有配置在靠近上述冷媒压缩部一侧的高位置的直径大的第一内周面和配置在靠近上述驱动室一侧的低位置的比上述第一内周面直径小的第二内周面的同时，在上述框架板与上述冷媒压缩部之间设置有其一个端面连接在上述旋转涡轮的端板背面上、同时具有与上述第一内周面嵌合的大直径密封部及与上述第二内周面嵌合的小直径密封部的推力环，上述推力环的内部作为上述第一背压室，在上述大直径密封部及上述小直径密封部相对于上述框架板的各嵌合面之间形成第二背压室。

15、如权利要求14所述的涡轮压缩机，其特征为，在上述大直径密封部与上述小直径密封部的各嵌合面上设置弹性密封环。

16、如权利要求14所述的涡轮压缩机，其特征为，在上述推力环与上述框架板之间还备有将上述推力环向上述旋转涡轮的端板背面一侧加载的作为弹性机构的波纹状垫圈。

17、如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征为，上述框架板具有包含上述第一背压室和上述第二背压室的凹部，在上述凹部内形成有配置在靠近上述冷媒压缩部一侧的高位置的直径大的第一内周面和配置在靠近上述驱动室一侧的低位置的比上述第一内周面直径小的第二内周面的同时，在上述框架板与上述冷媒压缩部之间设置有其一个端面连接到上述旋转涡轮的端板背面上、同时具有嵌合到上述第一内周面上的大直径密封部及嵌合到上述第二内周面上的小直径密封部的推力环，上述推力环的内部作为上述第一背压室，在上述大直径密封部和小直径密封部相对于上述框架板的各嵌合面之间形成上述第二背压室，进而，在连接上述旋转涡轮端板背面的上述推力环的一个端侧上，以其间生成空间的方式同心状地形成内侧环和外侧环至少两个环，同时上述空间与上述第二背压室借助连通孔连通。

18、如权利要求17所述的涡轮压缩机，其特征为，上述内侧环的外径小于上述小直径密封部的外径。

19、如权利要求17所述的涡轮压缩机，其特征为，由上述内侧环的内径与上述外侧环的外径包围起来的面积小于上述第二背压室的截面面积。

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