TW200427927A - Scroll compressor - Google Patents

Description

200427927 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種渦卷式壓縮機及特別關於一種壓縮機之 渴卷壁。 【先前技術】 圖3揭示一種習知之渦卷式壓縮機，其包含一由壓縮機外 λ又14所支撐之固定渴卷I]及一與曲柄轴Η支撐之固定渴卷 所相反配置之執道渦卷丨6。該執道渦卷及該固定渦卷壁形 成一渦卷組件19。一馬達或驅動單元20將供給使該軌道渦 卷1 6相對該固定渦卷丨2成執道運動。該固定渦卷包含_底 板22，由此一渦卷壁24大致以直角方向延伸。該執道渦卷 16包含一底板26，由此一執道渦卷壁28大致上以直角方向 延伸’以便由該固定渦卷壁24共同操作，且在該執道洞卷 16沿該固定渦卷12繞軌道旋轉時，壓縮該壓縮機丨❽入口％ 及出口 32間之流體。 在所示配置中，該軌道渦卷16潮向該壓縮機10中心（極潮 向圖3固定渦卷之左側）及熬向該壓縮機移動部件配置。這 使得該執道渦卷1 6於使用期間溫度增加及產生該軌道滿卷 之熱膨脹。該軌道渦卷16不易散熱，因為其大抵配置於該 壓縮機低壓側，在此傳輸至所汲送流體之導熱被限制，及 不會有周圍空氣進出。換句話說，該固定渦卷12以其後面 配置於所提供冷卻之周圍空氣中。所以，由此將可瞭解， 該軌道渦卷1 6在泵未使用時（即當該壓縮機組件具有相同 溫度時）之周圍溫度及該泵使用時之工作溫度間，進行相對 9l359.doc 200427927 吕亥固定〉1¾卷1 2之妖膨阻 551? …、杉脹。一相反配置也可行，但未揭示， 其中該固定滿卷及軌道炎 ， 钒道渦卷之相對方位導引該固定渦卷被 加熱且相對該執道渦卷膨脹，雖然此配置現在未最佳應用 且將不進一步討論。 〜 該執道渦卷16之熱膨脹轉移至底板％之徑向膨脹。咳俨 向膨脹大抵依據該板巾㈣離，以便該板徑向外部膨服= 過。玄板彳^向内。卩及因此該執道㈤卷壁28徑向外部膨張超過 其徑向内部。該渦卷壁内段膨脹約1〇至5 徑向外部可膨服超過該内間隙許多倍，侧至= 據該渦卷直徑，上升“它典型膨脹2〇〇至3〇〇微米 圖4至8揭示沿圖3線„所取之渦卷組件橫截面。流體在入 口 30進入該渦卷配置，其中該執道渦卷之環繞運動使其沿 二流體流動路徑縮且32排放。該第一路徑通過於一第一對 面向壁面，即該固定渦卷壁24徑向外壁面36及該執道渦卷 壁28之徑向内壁面38之間。該第二路徑延伸於一第二對面 向壁面，即該固定渦卷壁24徑向内壁面4〇及該執道渦卷壁· 28之徑向外壁面42之間。第一路徑上之流體陷入月牙形流 體凹穴44 ’當該執道渦卷壁運動使其向内移動時，該凹穴 被迫使縮小尺寸，這能由圖4至8所示單一強調凹穴44位置 之比較而能看出。雖然單凹穴44如圖4至8所強調，由此將 能看出，該第一流體流動路徑包含許多被壓縮陷滯流體凹 穴’如同有許多渦卷壁圍繞。同樣地，該第二流體流動路 徑上之流陷於月牙型流體凹穴46且軌道渦卷1 6運動迫使向 内0 91359.doc 200427927 於壓縮期間，各流體凹穴44、46沿該渦卷組件圓周延伸 仁/於3 6〇 。該第一對壁面36、38在該凹穴44圓周端分離 正好足夠空間 '間隙以防流體滲出。該第二對壁面40、42 也在σ亥凹八46各圓周端由一間隙分離。這些間隙此後指的 疋運轉或工作間隙。所以該泵掃過容積不需密封膠或潤滑 油。 由圖4將看出，該第一流體路徑上之第一流體凹穴払在間 隙C1之間L伸’及该第二流體路徑上之第一流體凹穴4 6在 間隙C2之間延伸。間紅i大抵徑向對齊及間隙€2大抵徑向 對齊’及C2大抵在該渦卷組件中以直徑方向對立。 重要的疋，精確維持該渦卷壁間之間隙，如果運轉間隙 太大，凹穴滲出發生將導致效率損失。如果運轉間隙太小， 渦卷壁可能發生碰撞。由此明白該渦卷壁之一熱膨脹，在 周圍及運轉條件之間，影響該渦卷壁間之運轉間 膨脹產生之問題將由參考該執道渦卷壁28相對該固定渦卷 壁24之膨脹加以解釋。首先，該執道渦卷壁28之徑向外壁 面42朝向该固定渦卷壁24之徑向内壁面4〇膨脹，藉此降低 間隙C2以及該渦卷壁間發生碰撞之危險。其次，該軌道渦 卷壁28之徑向内壁面38經膨脹與該固定渦卷壁24之徑向外 壁面40遠離，藉此增加其間之間隙Ci及產生滲漏。所以希 望當該泵位處於周圍溫度時（gp，所有組件具有相同溫度）， 該渦卷不會彼此碰撞，但當該泵在運轉溫度時，該間隙不 會因為太小而使渦卷碰撞，以不會因為太大使該泵不能達 其真空性能。 91359.doc 200427927 圖9揭示運轉間隙Cl及C2及間隙〜及A2間之關係圖（盆中 表示卿-對面向壁面40及42間於周圍溫度時之間 隙，及’a2表不在該第二對面向壁面38及36間於周圍溫度時 之間隙）。该關係I會於該渴卷組件之出口（徑向中心）及入口 (外徑部份）之間。由此將可看到圖9並未揭#該軌道渴卷壁 28及固定渴卷壁24之間實際空隙，其將由形成凹穴44、46 之循環曲線所表示。 如先前實施例，充分之周圍間隙A!提供於該第一對壁面 40及42之間，以容許該軌道渴卷壁膨脹而不會與該固定渦 卷壁碰撞’以便在工作條件達到所想要之運轉間…。如 先前技藝，該周圍間隙A W± # #、癸、ra , 、一 门陈Al係猎由该執道渦卷壁相對該固定 涡卷壁之角位移增加。士卜g办较/a； ye 砂㈢加此角位移使得該執道渦卷壁半徑相 對該固定渴卷壁，在任何已知角度沿該渦卷組件中心減 少，即使該渴卷壁實際形狀及截距二者維持相同。如果周 圍間隙Al由角位移增加，周圍間隙Α2將減少。如圖9所示， 間隙Al與間隙α2相同。在運轉溫度，運轉間隙^逐漸朝向 X尚卷、且件人D減} ’因為熱膨脹依據與該渦卷組件中心 相隔之徑向距離增加。相反地，運轉間隙C2逐漸朝向該渴 “ 曰加如所不，該軌道渦卷壁28朝向該渦卷组 件入口與該固定渴卷壁24碰撞。再者，在該第一及第二流 體流動路徑上之流體I縮不同，因為c】小於C2,所以更多 滲出發生於該第二流體路徑’因此降低效率。 一第二先前技藝之渦卷式壓縮機經參考圖1〇加以說明， ,、揭不軸圍間隙Αι及A2間之相同關係。該第二先前技藝之 91359.doc 200427927 渦卷式壓縮機在竿鞋皮μ ^ y 在該第二先4: 降低上述強調問題之嚴重性。 月'！技身之渦卷式壓縮機中， 面50、52間之周圊n始Δ收丄 對面向壁 圍間隙Al將心該料組件巾 增加時逐漸增加，一楚— k白距離 弟一對面向壁面54、56間之周 A:將由於該渦卷組件中 圍間隙 I、，且件中〜徑向距離增加時逐漸減少 =广二相等且分別固定。該第-對面向壁面二 之心外声以卷壁58徑向内表面50及-執道渦卷壁60 之徑向外表面52。兮楚-财二人* 。亥弟一對面向壁面μ、％係分別一固定 =卷壁58徑向内表面54及-執道渴卷壁6。之徑向外表面 以上有“及〜間之關係藉提供具一不同截距螺線之執 道渴卷壁60至該固定渦卷壁58所獲得。詳細言之，該執道 料壁60具有―縮小截距之螺線，其中當其延伸與其中心 遠離時其半徑增加比該固定渴卷壁辦徑之增加更,評。 所以’當該軌道涡卷壁60徑向向外延伸時，〜逐漸增力:， 以補償當與射心(出口 )距離增加日寺熱膨脹所增加之影 響。由圖10將可看出，八，比較圖9先前技藝為增加。該第二 先前技藝渴卷壓縮機，容許該軌道渴卷壁具有較大^熱^ 脹，而不會在運轉溫度與該固定渦卷壁碰撞，且容許G增 加猎此有效滲出該第二對面向表面54、56間之氣體。然而， 間隙（^及匕不相等，因此該第一流體路徑及第二流體路徑 上流體麼縮之間將有一些差異。然而，周圍間隙a2，特別 朝向入口方向，不能進一步增加而避免渦卷壁間發生碰撞 之危險。 91359.doc 10 200427927 【發明内容】 因此有必要提供—種改良上述問題之解決方法。 月本發明提供-種渦卷式壓縮機，其包含：一具有二渦卷 土之渦卷組件’及一驅動器，用以產生該渦卷壁間之相對 ^道㈣’以便壓縮㈣卷組件人口及出σ之間二流體路 \上之"丨L 第一流體流動路徑形成於該渦卷壁之第一 :面向壁面90、94之間及-第二流體流動路徑形成於該渦 、，壁面之第二對面向壁面92、96 ’該渦卷壁之一之截距與 另卷壁截距不同；《中—第—周圍間隙界定於該渴卷 壁之第一對面向丧面夕卩卩 T7 » θ 一弟二周圍間隙界定於該渦 、壁之第二對面向表面之間，及其中該第一及第二周圍間 隙至之-之變化率從該出口至人口係不固定的。 本發明另外所提供之渦卷式壓縮機，包含：—呈有—軌 道渴卷壁及H料壁之料組件，該渦㈣之一 距舆另-渦卷壁截…；及一驅動器，用以產生該渦卷 壁間之相對軌道運動’以便壓縮該渦卷組件入口及出口之 間之流體’該固定渴卷壁之徑向壁厚度在該入口及出口之 間改變。 本發明另一内容係由文後申請專㈣圍所定義。 【實施方式】 此後所說明之渦卷式壓縮機在渦卷壁形狀上與4 之先前技藝不同。下列渴卷式壓縮機其它内容與圖3所 卷式壓縮機及圖4至8所示渦卷組件相同，因此將 二 步詳細說明。 9l359.doc -11 - 200427927 圖1揭示周圍間隙八丨及八間 ]之關係，及該第一實施例渦卷 式壓縮機之運轉間隙c^c)。灸本固， 2參考圖1所說明之渦卷式壓縮 機與上述第二先前技藝裝置 ^ _ 不冋，其中先前技藝之周圍間

隙Αι變化率與周圍間隙A 2夂化率相同，而在該第一實施 例，該A!變化率與A2變化率又π ^ ^ 、 、 不冋，因為該徑向内壁面78及 執道渴卷72控向外壁面7〇不平分々 十仃’各壁面設計依據其性能 需求無關。換句話說，周圍門松Λ立m _ 门国間隙Αι及周圍間隙μ之選擇彼 此無關。如所示，該第一周圊鬥旭

n阗間隙均勻（即以固定速率）增加 成為該出口徑向距離之函數，及該第二周圍間隙均勻(即以 固定速率）減少為該出口徑向距離之函數。另夕卜必須瞭解 的是，該第一周圍間隙變化率大於該第二周圍間隙變化率。 在圖1所說明之渦卷式壓縮機中，與第二先前技藝裝置相 較，該執道渦卷壁72徑向外壁面70之減少截距螺線在周圍

溫度容許使用期間熱膨脹，且在運轉溫度避免與固定渦卷 壁76徑向内壁面74碰撞。換句話說，該執道渦卷壁72徑向 内壁面78之螺線截距大於徑向外壁面7〇之截距，以避免在 周圍溫度於壓縮機啟動期間，與該固定渦卷壁76徑向外壁 面80碰撞’及容許Ci約等於C2，藉以最佳化壓縮機之性能。 設計該壁面7 〇及7 8之影響單獨提供一執道涡卷壁7 2，該執 道滿卷壁朝向該入口傾斜，以便該軌道潤卷壁朝向該出口 具有一較大徑向厚度及朝向該入口具有一較小徑向厚度。 一傾斜執道渦卷壁之製造能利用逐漸降低其壁面之一螺 線截距’或逐漸增加其壁面另一螺線截距’或上述如圖1所 示二者來達成。 91359.doc 200427927 第 對 要瞭解的是，參考圖！所說明之渴卷壓縮機重要内容係該 一對面向壁面70、74(即周圍間隙A!)間之關係及該第二 面向壁面78、80(即周圍間隙A。間之關係。這些關係如

圖1所示係藉由改變壁面70及78螺線截距來影響。在一修正 中該壁面74及/或80螺線截距將改變以達成一相同影響 (即，該固定渦卷壁之徑向壁厚度在該入口及出口間改變 在一進一步修正中，該表面7〇及74以及表面以及⑽之一螺 線、’、工改夂可達成一性能增益(即，該執道及固定渦卷壁二者 之各別徑向壁厚度隨該出口及入口之間改變）。 本發明進一步實施例設計考量溫度局部變化及渦卷組件 内不同之製造谷忍度。為考量這些因素，該第一及/或第二 周圍間隙變化率’從出口至入口並不固定，即周圍間隙〜 及/或八2非均勻改變。因此，該實施例與圖1所說明渦卷式 壓縮機比較具有改良性能。

如上述關於先前技藝之討論，該軌道渦卷壁熱膨脹大於 其接近人π 3G之外;^部份，因為外徑部份之膨脹與内徑部 伤恥脹此合。在圖2實施例中，該軌道渦卷壁料具有一接近 入口 30之傾斜部份及—接近出口之平行部份。這意謂著 4第周圍間隙八丨在傾斜部份範圍内以一不同速率改變至 該第-周圍間隙在平行部份範圍内之變化率。同樣地，該 第周圍間隙八2在傾斜部份86範圍内以一不同速率改變至 第周圍間隙在平行部份8 8範圍内之變化率。在傾斜部 伤86 ’该執道渦卷壁之徑向外壁卯朝向該軌道渦卷壁之徑 向内壁92傾斜，以便該壁厚度逐漸朝出口減少，而該平行 91359.doc -13 - 200427927 部份88厚度不變。該傾斜部份％減少在該渦卷組件徑向外 部碰撞之可能j生，而該平行部份88增加少量熱膨張之性 能。於該滿卷組件人口階段之壓力係小於壓縮及出口階段 之壓力’目此該入口階段渦卷壁間之間隙大於該壓縮及出 口階段期之間隙，因&較少渗漏在低壓發生。目此，圖2 所示配置之進一步優點在於該渦卷組件外徑向部份需要較 少製造精度，因而減少成本。 -執道渴卷壁傾斜部份之製造能藉由逐漸降低其壁面之 一螺線截距或逐漸增加其壁面另一螺線截距，或上述圖2所 不一者來達成。除提供該執道渦卷之傾斜部以外，其將可 能提供該固Μ卷壁—傾斜部份，其中該固定渴卷壁％之 壁面94、96之一或二者具有增加/減少截距之螺線。 依據該壓縮機、壓縮流體、可接受製造容忍度之特徵， 由此希望能提供該固定或執道渦卷壁任一或二者具超過一 傾斜部及/或超過一平行部份。關於這點，該渦卷壁之一或 二者一個與圖2所示相同方式能具有傾斜及平行部份，及鑒 於發生在渦卷組件中心之膨脹降低位準，例如圖丨1所示， 一進一步傾斜部份朝向該渦卷組件出口（即該壁厚度逐漸 在该平订部份及出口間增加）。如此，在該渦卷組件徑向内 部之傾斜部份86具有一增加徑向壁厚度朝向該出口，其中 該渦卷組件膨脹最小，為增加效率，該渦卷組件徑向中間 部件之平行部份88具有減少壁厚度朝向較多熱膨脹發生之 入口，及較大之製造谷忍度可容忍。該傾斜壁86壁厚度之 變化率可相同或不同。 91359.doc -14- 200427927 亡考圖2所說明之渦卷整縮機進一步修正包含之满卷壁 之-或二者，具有一第一傾斜部份及一第二傾斜部份，及 言=第-及第二周圍間隙之變化率在該第—傾斜部份範圍及 第二傾斜部份範圍内不同。換句話說，該至少—渴卷壁徑 向厚度在該第一傾斜部份及第二傾斜部份中，以一不同速 率改變。此配置範例包含一第一傾斜部份提供於該滿卷也 件杈向内部，其一壁面厚度從該出口朝該入口以一第一速 率減少。-第二傾斜部份提供於該涡卷經件外徑部件，其 壁面厚度潮向該入口以—不同於該第一速率之第二速率減 少。此配置希望朝該渦卷組件徑向中心增加效率，及容許 較大膨脹朝向該組件徑向外部件及/或容許較大製造容刃、 相同效應能藉提供-渦卷壁以—傾斜部份朝向該渦卷 讀徑向中心及—平行部份朝向該組件徑向外部件達成， 及。亥第_屬卷壁以一平行部份朝向該渴卷組件徑向中心及 一傾斜部份朝向該組件徑向外部件達成。 :而言之’該實施例提供一渦卷壓縮機，進而一渦卷組 ，二渦卷壁，該渴卷壁至少之一具有一部份其中該徑 α壁居度在該渦卷組件人口及出口間改變及—第二部份之 控向料度固^或在該切及出口間以—不同速率改變。 茶考貫施例及先前技藝所說明之周圍間仏及〜，及運 =隙C4C2。這些間隙在圖中以誇大形式表示，因為通 书僅具有10至500微米等級。 本發明參考一包今^nFluaik / _ 如圖3渦卷組件之渦卷式壓縮機加以 吕兒明。然而，本發明 "、盖一匕έ渴卷組件之渦卷式壓縮機， 91359.doc -15- 200427927 二渴卷壁之底板’該渴捲壁由該 二軌道渦卷之各別軌道渦卷壁交 其中一固定渦卷包含一具 底板各別側垂直延伸且與 錯。 【圖式簡單說明】 範例表示之二實施例， 為使本發明易於瞭解，其僅利用 現在將參考附圖加以說明，其中：

圖1係本發明第一實施例渦卷式壓縮機之渦卷壁示意圖； 圖2係本發明第二實施例渦卷式壓縮機之渦卷壁示意圖； 圖3係先前技藝渦卷壓縮機之側剖面圖； 圖4至8係揭示如先前技藝渦卷組件之剖面圖； 圖9係圖4至8所示渦卷壁之示意圖； 圖10係第二先前技藝渦卷式壓縮機之渦卷壁示意圖； 圖11係本發明第三實施例渦卷壓縮機之渦卷壁示意圖。 【圖式代表符號說明】 10 渦卷式壓縮機 12 固定渦卷 14 壓縮機外殼 16 執道渦卷 18 曲柄軸 19 渦卷組件 20 馬達、驅動單元 22 ^ 26 底板 24 渦卷壁 28 、 60 、 84 軌道渦卷壁

91359.doc 16 200427927 30 入 口 32 出 α 36、 -38 ^ 54、 56 面 向 壁 面 40 > ,50、 74、 78 徑 向 内 壁 面 42、 * 52 > 70、 80 徑 向 外 壁 面 44、 * 46 月 牙 形 流 體凹穴 58、 、Ί6、 98 固 定 渦 卷 壁 72 執道 /(¾ 卷 86 傾斜部份 88 平形部份 90 徑 向 外 壁 92 徑 向 内 壁 94、 ‘96 壁 面 A! ’ 、a2 周 圍 間 隙 C!、 ‘ C2 運 轉 間 隙 91359.doc - 17-

Claims (1)

1. zl 拾、申請專利範圍： 1.:種渴卷式塵縮機，包含··一具有二渦卷壁之渴卷組件; 及一驅動器，用以產生节 nw壁間之相對執道運動，以 便壓縮該渴卷组件入口及出口之間二流體路捏… :’-第-流體流動路徑形成於該渴卷壁之第一對面： 土面之間及一第二流體流動路徑形成於該渴卷壁面之第 不二:面:壁面:該一之截距與另-渦卷= 5 /、中#周圍間隙界定於㈣卷壁之第一對面 向表面之間，及_坌— 弟一周圍間隙界定於該渦卷壁 對面向表面之間，及1 夸土之弟一 汉，、中遠苐一及第二周圍間隙至少之 9 一之變化率從該出口至入口係不固定的。 2.如申請專利範圍第1項之渦卷式i缩機，其中該第-及第 3 ::圍間隙二者之變化率從該出口至入口係不固定的。 • w、專利範圍第1項之渦卷式壓縮機，其中該渦卷壁至 =之&含一傾斜部’其中_渦卷壁面與其另一渦卷壁 面不平行。 4. 如申請專利範圍第3項之渴卷式I縮機’其中該傾斜部份 之徑向壁厚度朝開出口較大而朝該入口較小。 5. ^申請專利範圍第3項之渦卷式壓縮機，其中二 含一各別該傾斜部。 少之:2轨圍第3項之渴卷式壓縮機’其中該滿卷壁至 一 ^ 3第一該傾斜部及一第二該傾斜部，及該第 二二二周圍間隙之變化率在該第一傾斜部範圍 一傾斜部範圍内係不同的。 91359.doc 7· 8. 9. 10. 如申凊專利範圍第 、少之一包含—平〜、之渴卷式壓縮機’其中該满卷壁至订°卩’其中該渦卷壁面彼此平行。士申口月專利扼圍第7項之渴卷式壓縮機卷壁包含超過-傾斜部及/或超過_平行部。〜洞:申：專利耗圍第1項之渦卷式壓縮機，#中該所選之 及第-周圍間隙之變化率，容許該滿卷組件不^ 部份於使用期間，具有不同熱膨脹速率。 仏向 11. 12. 如申料利範㈣丨項之渴卷式壓縮機，其中該所選 及第-周圍間隙之變化率，容許該渴卷組件不同^ 部份具有不同可容許製造容忍度。 … 如申明專利圍第7項之渦卷式壓縮機，纟中該渦卷壁至 少之一在該渦卷組件徑向内部件包含一該平行部份， 朝向該人口具有漸減徑向壁厚度之該滿卷組件徑向外= 件’包含一該傾斜部份。 如申請專利範圍第8項之料式壓縮機，其巾該渴卷壁至 少之一包含一第一傾斜部份，其位於朝向該出口具有漸 增徑向壁厚度之該渦卷組件徑向内部件；一平行部份， 位於該满卷組件之徑向中間部件；及一第二傾斜部份， 其在該满卷組件徑向外部件朝向該入口具有漸減徑向壁 厚度。 i 13. 14 如申請專利範圍第1項之渦卷式壓縮機，其中該二滿卷壁 由一軌道渦卷壁及一固定渦卷壁組成，及該轨道滿卷壁 適合由動器驅動，以便相貴該固定滿卷壁繞轨道旋轉。 如申請專利範圍第13項之渦卷式壓縮機，其中該第一對 91359.doc ^^04279 27 壁面由該執道渦卷壁之徑向外壁面及該固定渦卷壁之徑 向内壁面組成，及該第二對面向壁面由該執道渦卷壁之 1二问内壁面及該固定渦卷壁徑向外壁面組成。 15·—種渦卷式壓縮機，包含：一渦卷組件，進而該渦卷为 件具有一執道渦卷壁及一固定渦卷壁，該渦卷壁之一 3 =與該另一渴卷壁之截距不同；及-驅動器，用以J 口及出卷土間之相對執道運動，以便壓縮該渴卷組件>

   入口及士 D u疋渦卷壁之徑向壁厚度在寄 久出π之間改變。 16·如申請專利範圍第項之 固定渦卷_ . 、 /σ卷式壓縮機，其中該執道及 唇澄二者各別之徑向 變。 土与度在该出口及入口間玫

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