CN1948760A - 涡旋式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡旋式压缩机，提高高压力比运转时的压缩机制冷系数。涡旋式压缩机(50)具有：具备在涡旋盘上竖立形成的涡旋状搭接片的回旋涡旋件(3)及固定涡旋件(4)，将两个涡旋件(3、4)的各搭接片相互朝向内侧组合，在回旋涡旋件(3)的搭接片外壁面侧和固定涡旋件(4)的搭接片内壁面侧通过各搭接片和涡旋盘形成密闭空间，通过两个涡旋件的相对运动，随着两个涡旋件向中心方向移动，而减小密闭空间内的容积，并且压缩从两个涡旋件的外周侧吸入的气体后，从设置在涡旋件中央部的排出口排出。而且，涡旋式压缩机(50)中，行程容积为5～25cm3的范围，密闭空间开始与排出口连通时的最小密闭空间的平面面积和排出口的开口面积的比值在5.0～8.0的范围内。

Description

涡旋式压缩机
技术领域
本发明涉及作为容积形流体机械之一种的涡旋式压缩机，特别是适用于工作流体使用R404A、R507A、R508B、R410A、烃等低温用制冷剂的制冷机应用制品用的涡旋式压缩机。
背景技术
涡旋式压缩机的设定容积比用行程容积和最小密闭空间的容积的比值表示。在排出压力高于最小密闭空间的压力的状态的运转(高压力比运转)情况下，设定容积比大的话，涡旋式压缩机的输入功率小，涡旋式压缩机的指示效率变得良好。
于是，在特开平7-27065号公报(专利文献1)中记载的涡旋式压缩机中，提案了将对数螺线用作构成回旋涡旋件搭接片(screw lap)和固定涡旋件搭接片的基本涡旋曲线。由此，可以进行容积变化率的设定，可使设定容积比大于用圆的渐开线(involute)设计的情况，因此，实现由于制冷剂不足的压缩引起的指示动力降低引起的性能提高。
还有，在特开平10-89269号公报(专利文献2)中记载的涡旋式压缩机中，提案如下这样的构成：与一个涡旋件搭接片的卷绕开始角对应的点从另一个涡旋件搭接片内壁离开的时间相比，所述第一空间内的气体经过所述副流路流向排出口的时间更滞后。由此，能够较大地设定容积比，实现高压力比运转下的指示效率的提高。
专利文献1；特开平-27065号公报
专利文献2；特开平-89269号公报
上述的专利文献1及专利文献2中，公开了加大设定容积比的情况，但是，没有考虑从排出口排出时的流路阻力损失。如果为了加大设定容积比而单单缩小排出口，则排出口的流路阻力损失可能超过指示效率的提高，且可能带来压缩机制冷系数(COP)的降低。
因此，对排出口的流路阻力损失进行了各种研究，从而知道，压缩室开始与排出口连通时的最小密闭空间的平面面积和排出口的开口面积的比值对压缩机的制冷系数有大的影响。
另外，专利文献2中表示了，为了实现设定容积比的扩大，构成排出气体的副流路的形成滞后，而将排出口的形状设成椭圆形、多角形等，但与排出口形状为圆形的情况相比，其机械加工变得复杂，因此，特别是在小型涡旋式压缩机中，存在加工费用升高的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种涡旋式压缩机，其能够提高在高压力比运转时的压缩机的制冷系数。
为实现所述目的，本发明提供涡旋式压缩机，其具有：具备在涡旋盘上竖立形成的涡旋状搭接片的回旋涡旋件及固定涡旋件，将所述两个涡旋件的所述各搭接片相互朝向内侧组合，在所述回旋涡旋件的搭接片外壁面侧和所述固定涡旋件的搭接片内壁面侧通过所述各搭接片和涡旋盘形成密闭空间，通过所述两个涡旋件的相对运动，随着所述两个涡旋件向中心方向移动而减少所述密闭空间的容积，并且压缩从所述两个涡旋件的外周侧吸入的气体后，从设置在涡旋件的中央部的排出口排出，其特征在于，行程容积为5～25cm3的范围，所述密闭空间与排出口开始连通时的最小密闭空间的平面面积和排出口的开口面积的比值在5.0～8.0的范围内。
关于本发明更优选的具体的构成例如下。
(1)所述固定涡旋件及所述回旋涡旋件具备：使用由以极坐标形式设定了矢径r、偏移角θ、对数螺线的系数a、对数螺线的指数k的式r＝a·θk表示的对数螺线曲线的涡旋状的搭接片。
(2)作为被压缩的工作流体，使用R404A、R507A、R508B、R410A、烃中的任一种低温用制冷剂。
(3)所述排出口扩大成，排出侧的面积比向所述密闭空间开口的开口面积大。
根据本发明可知，可以提供一种涡旋式压缩机，其能够提高在高压力比运转时的压缩机的制冷系数。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的涡旋式压缩机的剖视图；
图2是用于表示第一实施方式的压缩工作原理的俯视图；
图3是本发明第一实施方式的涡旋件的搭接片的排出口附近的详细主视图；
图4是比较例的涡旋件搭接片的排出口附近的详细主视图；
图5是表示涡旋式压缩机的压缩机性能的图；
图6是本发明第二实施方式的涡旋式压缩机的涡旋件搭接片的排出口附近的详细剖面图。
符号说明
1   密闭容器
2   电动机
2a  转子
2b  定子
3   回旋涡旋件
4   固定涡旋件
5   压缩机构
6   欧式环
7   固定部件
8   储油室
9   供油部件
10  油孔
11  压缩室
12  吸入口
13  排出口
14  排出管
15  吸入管
16  曲柄轴
17  密闭空间
18  最小密闭空间
19  最小密闭空间
具体实施方式
下面用图说明本发明的多个实施方式。在各实施方式图的同一符号表示同一物体或相当物体。
(第一实施方式)
用图1～图5说明本发明第一实施方式的涡旋式压缩机。
首先，参照图1说明本实施方式的涡旋式压缩机的整体结构。图1是本实施方式的涡旋式压缩机50的纵剖面图。
本实施方式的涡旋式压缩机50是冷冻机应用制品用的卧式设置型涡旋式压缩机之一例。该涡旋式压缩机50中，作为工作流体，使用R404A、R507A、R508B、R410A、烃等低温用制冷剂。
涡旋式压缩机50通过在密闭容器1内部设置电动机2、和在由该电动机2驱动的回旋涡旋件3和非回旋涡旋件即固定涡旋件4之间压缩制冷剂的涡旋式压缩机构5而构成。涡旋式压缩机构5具有在固定涡旋件4和固定在密闭容器1内的固定部件7之间支承导向的作为自转限制部件的欧式环6，使得回旋涡旋件3相对于固定涡旋件4不自转而作盘旋运动。
在本实施方式中，提供卧式设置型涡旋式压缩机50，在密闭容器1内的图示左部配置涡旋式压缩机构5，在密闭容器1内的右部配置驱动压缩机构5的电动机2，最右部为在储油室8内封入了润滑油的结构。该涡旋式压缩机50具备向润滑对象部位供给润滑油的供油机构。该供油机构将储油室8内的润滑油吸入、再通过贯通曲柄轴16内部的油孔10供向成为润滑对象部的滑动部分即轴承和必须将制冷剂密封的涡旋压缩机构5。
在涡旋式压缩机构5中，固定涡旋件4和回旋涡旋件3的搭接片相啮合。回旋涡旋件3随着电动机2的旋转，通过欧式环6被旋转驱动而作公转运动。通过该回旋涡旋件3的盘旋运动而在回旋涡旋件3和固定涡旋件4两者的搭接片间形成的几个压缩室11，从与吸入口12连通的搭接片外周侧向与排出口13连通的搭接片内周侧内移动，同时缩小容积，进行压缩。该压缩室11由密闭空间17构成。制冷剂从延伸到密闭容器1外的排出管14向空调用的冷冻循环(未图示)供给后，返回吸入管15，在循环器内循环。连续执行以上的一连串动作，从而冷冻循环成立。
下面，参照图1及图2对这样构成的涡旋式压缩机50的压缩工作进行说明。图2是说明本实施方式的涡旋式压缩机50的压缩工作原理的图。
通过驱动电动机2，曲柄轴16旋转，由于欧式环6的动作，回旋涡旋件3相对于固定涡旋件4进行盘旋运动，随着由两个涡旋件3、4形成的压缩室11向中心移动，减少容积。即，相对于固定涡旋件4，回旋涡旋件3在不改变其姿势的状态下，如图3中的曲柄角φ＝0°、90°、180°、270°所示，绕固定涡旋件4的中心进行公转运动(以规定的曲柄半径ε作盘旋运动)。此时，由这两个涡旋件3、4形成的月牙状的压缩室11即密闭空间17的容积减少，将从吸入口12吸入密闭空间17的工作流体进行压缩，从排出口13排向密闭容器1内。排向密闭容器1内的流体从排出管14排向外部。还有，当在压缩机构内部进行压缩时，使两个涡旋件3、4分离的力起作用，但由于在回旋涡旋件3背面作用着比吸入压力高、比排出压力低的中间压力，因此，通过此中间压力，把回旋涡旋件3挤压向固定涡旋件4。
而且，回旋涡旋件3及固定涡旋件4在以极坐标形式设定矢径r、偏移角θ、对数螺线的系数a、对数螺线的指数k时，设由下面公式(1)表示的对数螺线为基本涡旋曲线，为进一步加厚卷绕开始部分的涡壳壁厚，而在卷绕开始部侧增大对数螺线的系数a或螺线指数k的值。
r＝a·θk    (1)
由这样修正过的基本涡旋曲线的包络线构成回旋涡旋件3及固定涡旋件4的各自的内侧曲线以及外侧曲线。由此，回旋涡旋件3以及固定涡旋件4的涡旋件壁厚度都可以从卷绕开始到卷绕终了为止连续变化，内部流体的压力达到最高压力的涡旋件体的中央部位厚，而成为低压的卷绕终了部位薄。
还有，只在卷绕开始部的偏移角θ的规定区间，对数螺线系数a或对数螺线的指数k的值增大，除此以外的区间对数螺线系数a或对数螺线的指数k的值恒定也可。
参照图3～图5，根据在密闭空间17连通排出口之时的最小密闭空间18、19的平面面积和排出口的开口面积的比值，说明压缩机性能。图3是本实施方式的涡旋式压缩机50的涡旋件搭接片附近的详细图、图4是比较例的涡旋式压缩机50的涡旋件搭接片附近的详细图、图5是包含本实施方式以及比较例的涡旋式压缩机50的压缩机制冷系数的特性图。
图3表示最小密闭空间18、19的平面面积和排出口13的开口面积的比值是5.8的本实施方式之一例。另外，所谓最小密闭空间18、19的平面面积是指将最小密闭空间18、19在涡旋盘面上投影时的面积，而所谓排出口13的开口面积是指将排出口13在涡旋盘上开口的部分的涡旋盘面上投影的面积。具体地说，做成把前面的密闭空间17和排出口13连通终了的时刻与后面密闭空间17和排出口13连通开始时的最小密闭空间投影面积、和排出口投影面积的比值设为5.8这样的圆状的排出口。即，涡旋件搭接片形成了一对最小密闭空间18、19后，由盘旋运动压缩的气体，流向最小密闭空间投影面积和排出口投影面积的比值为5.8的排出口13，通过排出口13的轮廓线进入第一空间18侧形成的流路而流向排出口13。还有，由于将本实施方式的排出口13做成圆形，从而与排出口形状为椭圆形或多角形等的现有例相比，其排出口13的制作极其容易。
图4表示最小密闭空间18、19的平面面积和排出口13的开口面积的比值为3.7的比较例。在该比较例的情况，与本实施方式的比值为5.8时相比，由于连通开始的定时提前，因此，由两个涡旋件搭接片3、4形成的最小密闭空间18、19变大，随之，设定容积比变小，从而可能造成在高压力比运转时压缩不足产生的指示功率增大使性能降低的情况。另一方面，由于可增大排出口直径，因此，具有减少排出时的流路损失阻力，改进性能的效果。
表1中表示的是，图3及图4中的最小密闭空间投影面积和排出口投影面积的比值的指示效率·流路损失阻力·压缩机制冷系数的理论值和测定结果、以及其它比值得到的指示效率·流路损失阻力·压缩机制冷系数的理论值的计算结果。测定值在运转压力比为9.5的情况，相当于本发明假设的设定容积比不足的条件。
表1
  最小密闭空间投影面积/排出口投影面积   3.7   5.8   6.7   7.7   8.7
  最小密闭空间投影面积(mm2)   145   138   132   122   109
  排出口投影面积(mm2)   40   24   20   16   13
  指示效率比较(％)   100   118   121   125   127
  流路损失阻力比较(％)   100   358   577   978   1762
  压缩机制冷系数(COP)比较(％)   100   115   116   115   108
该结果中，与最小密闭空间投影面积和排出口投影面积的比值3.7时相比，由于在5.8时的设定容积比的改进量超出了在排出口流路损失阻力的增加量，因此，有使性能提高的效果。如果包含由其它的比值得到的计算的结果，将压缩机制冷系数整理成图表，则如图5那样。
从图5可知，最小密闭空间投影面积和排出口投影面积的比值在5.0～8.0的范围时，压缩机制冷系数进一步提高。
(第二实施方式)
其次，用图6说明本发明的第二实施方式。图6是本发明第二实施方式的涡旋式压缩机排出口附近的放大图。对于该第二实施方式，下面叙述的点是与第一实施方式不同之处，其它点与第一实施方式基本相同，因此省略重复的说明。
该第二实施方式中，扩大排出口13，使得排出口的面积大于朝向密闭空间17侧的开口面积，由小径部13a和大径部13b组成。于是，通过将排出口的中途扩大，从而能够减少流路损失阻力、更进一步提高压缩机制冷系数。

Claims (4)

1.一种涡旋式压缩机，其具有：具备在涡旋盘上竖立形成的涡旋状搭接片的回旋涡旋件及固定涡旋件，将所述两个涡旋件的所述各搭接片相互朝向内侧组合，在所述回旋涡旋件的搭接片外壁面侧和所述固定涡旋件的搭接片内壁面侧通过所述各搭接片和涡旋盘形成密闭空间，通过所述两个涡旋件的相对运动，随着所述两个涡旋件向中心方向移动而减少所述密闭空间的容积，并且压缩从所述两个涡旋件的外周侧吸入的气体后，从设置在涡旋件的中央部的排出口排出，其特征在于，
行程容积为5～25cm3的范围，所述密闭空间与排出口开始连通时的最小密闭空间的平面面积和排出口的开口面积的比值在5.0～8.0的范围内。
2.如权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于，
所述固定涡旋件及所述回旋涡旋件具备：使用由以极坐标形式设定了矢径r、偏移角θ、对数螺线的系数a、对数螺线的指数k的式r＝a·θk表示的对数螺线曲线的涡旋状的搭接片。
3.如权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其特征在于，
作为被压缩的工作流体，使用R404A、R507A、R508B、R410A、烃中的任一种低温用制冷剂。
4.如权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其特征在于，
所述排出口扩大成，排出侧的面积比向所述密闭空间开口的开口面积大。
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