TWI431196B - 渦卷式壓縮機及其渦卷壁之配置 - Google Patents

Description

渦卷式壓縮機及其渦卷壁之配置

本發明關於一種改良式渦卷壓縮機，及其渦卷壁配置。

一典型渦卷壓縮機如圖1及2所示。圖1係一渦卷壓縮機10的橫截面，該渦卷壓縮機包含一固定渦卷12及一軌道渦卷14。該固定渦卷包含一大致平坦的圓盤16，由此一渦卷壁18垂直延伸。該軌道渦卷包含一大致平坦的圓盤20，由此一渦卷壁22垂直延伸。一馬達24用於旋轉軸26。軸26具有一離心軸部28固定該軌道渦卷14。軸部28離心運動使該軌道渦卷壁22相對於固定渦卷壁18作軌道運動。此相對運動使流體由該渦卷壁配置的徑向外部所提供入口汲送至該渦卷壁配置徑向中心部份所提供的出口或排放口32。氣體通過壓縮機入口(未顯示)進入該壓縮機。

圖2係沿圖1線II-II所取渦卷壓縮機之渦卷壁配置的橫截面。一流體流動路徑34藉由箭頭線顯示於圖2，且循著一大致螺旋形路徑由渦卷壁配置的入口30前進至出口32。氣體以一第一壓力進入入口30，該氣體透過四旋轉或纏繞的過程壓縮，且以一較高壓力由泵通過出口32排放。該纏繞數能多於或少於圖2所示，且依據汲送需求選取。該渦卷壁相對軌道運動使多數個新月形口袋形成於該壁之間，且迫使其徑向向內，藉此逐漸壓縮尺寸。由此習於此技者能瞭解，這些新月形口袋大小約360度且該壁容納於一新月形口袋的大小稱作一盤繞量。

一渦卷壓縮機的用處在於其係一免潤滑泵。如此，一渦卷壓縮機通常在質譜儀系統採用。一質譜儀系統可包括一系列差動汲送室，其中多數個室被汲送至不同壓力且在各室間具有分別互連。該第一室可保持於一相當高的電壓(例如2至10毫巴)，其中最後一室保持在一相當低的壓力(例如10^-5 毫巴)。典型而言，低壓室或諸低壓室由一渦輪分子泵汲送且相對較高壓力室或諸室由一主泵汲送。一渦卷壓縮機係一適合主泵型式。由此習於此技者能瞭解，一渦輪分子泵需要一輔助泵，以便由該渦輪分子泵所排放氣體在一低於大氣之壓力由一旋轉泵汲送且排放至大氣。此一差動汲送系統因此能需要至少三個泵；渦輪分子泵、輔助泵及相對較高壓力室泵。

由此希望對於上述問題提供一種改良之汲送解決方式及提供一種一般汲送應用所需且更具變化性的渦卷壓縮機。

本發明提供一種渦卷式壓縮機的渦卷壁配置，該配置包含一固定渦卷壁及一軌道渦卷壁，其共同界定多數個流動路徑，這些路徑具有各別入口，以便同時以不同壓力汲送，其中該多數個流動路徑包含一第一流動路徑，其由一第一入口延伸至該出口；及一第二流動路徑，其由一第二入口延伸至該出口，及其中該第二入口與該第一流動路徑隔離。

所以，本發明容許一單渦卷壓縮機同時以不同壓力汲送二室。例如，該壓縮機可排空塗佈系統負載閘室內的空氣。另外，此一渦卷壓縮機能旋轉一渦輪分子泵，而也能排空相當高壓室內的空氣。此一渦卷壓縮機具有其它汲送優點及應用。

本發明也提供一種包含上述渦卷壁配置的渦卷壓縮機。

本發明進一步提供一種差動汲送系統，其包含：一系列之氣室，其間具有分別之互連；一渦輪分子泵，具有一入口連接至一該室，以便在相當低壓汲送；及一渦卷壓縮機，如前述，其中該渦卷壓縮機之一入口連接至另一室，以便在相當高壓汲送，及該渦卷壓縮機另一入口連接至渦輪分子泵的排放口作輔助之用。

本發明其它較佳內容在附加請求項中定義。

圖3至8所示之渦卷壁配置，與圖1所示渦卷壓縮機具有相同之一般佈局，但具有不同之渦卷壁配置。因此，一渦卷壓縮機一般操作將不再說明，且這些配置將參考渦卷壁配置說明。

參考圖3，所示之渦卷壁配置40包含一具有固定渦卷壁44的固定渦卷42及一具有軌道渦卷壁46的軌道渦卷。以相同於圖2所示渦卷壁配置之方式，渦卷配置40在其徑向外部處具有一入口48且在其徑向中心部份處具有一出口50。一第一流動路徑52由該軌道及固定渦卷壁44、46所界定，且自該入口48延伸至該出口50，氣體以一第一壓力通過入口48而進入該配置，且以一高於該第一壓力的第二壓力經由出口50而排放。渦卷配置40包含一第二入口54，氣體由此能以一第三壓力進入且循一第二流體路徑53前進，氣體經此以該第二壓力通過出口50而排放。雖然二流動路徑52、53具有各別入口48及54，但是該第一流動路徑52與該第二流動路徑53在該第二流動路徑之整個範圍上係匯合的。在氣體通過入口54進入之處的第三壓力高於該第一壓力且低於第二壓力。因此，入口48及54能以不同壓力汲送氣體。該第二入口54的定位決定氣體流經該第二入口處的第三壓力(亦即，該入口之位置愈接近該排放口，則第三壓力愈高)。

該渦卷配置40容許，例如，在當以一單一渦卷壓縮機汲送時，二互連室之一差動汲送系統將可被維持在不同之壓力。因此，僅需要一泵將可節省本。

在圖12所示之差動汲送系統中，一包含渦卷壁配置40之渦卷壓縮機168被配置成使該第二入口54與一第一室170呈流體聯通而供以一第一壓力汲送，且亦使該第一入口48與一渦輪分子泵174的排放口172呈流體聯通以供作為其輔助。該渦輪分子泵的入口176被連接至一第二室178，以便以一相當低之壓力汲送。因此，在一包含一渦輪分子泵的差動汲送系統中，必須以一單一泵可替代如先前技藝所需的主要及輔助泵。

如圖13所示之第二差動汲送系統，其中渦卷壓縮機168的第二入口54連接至一第一室170，及第一入口48連接至分離流體渦輪分子泵182的排放口180。該渦輪分子泵的主入口184連接至一室178及一位於級間之第二入口186連接至另一室188。

如圖14所示之第三差動汲送系統，其中渦卷壓縮機168的第二入口54連接至一第一室170，及第一入口48連接至分離流體渦輪分子泵182的排放口180。該分離流體渦輪分子泵182與二互連室178、188的連接係如圖13所示。

接著說明各種進一步渦卷壓縮機配置且任何配置能適於結合圖12至14所示的差動汲送系統。

該配置的許多其它優點及應用習於此技者將能瞭解。

一渦卷壁配置60如圖4所示，且包含一具有固定渦卷壁64的固定渦卷62及一具有軌道渦卷壁66的軌道渦卷。該配置60包含一第一入口68、一出口70及一第二入口72。該配置60具有一雙開端，其中二第一流動路徑71在其匯集後由入口60延伸一旋轉或纏繞。該第二入口72係該第一流動路徑71匯集處。一第二流動路徑73由該第二入口72延伸至出口70且與該第一流動路徑71聚合且達到該第二流動路徑的範圍。如圖4所示雙開端配置的利益在於其能增加汲送經過入口68的氣體量。該渦卷配置60的配置也與圖3所示者相同。

另外可提供一種渦卷壁配置，其中多數個該第一入口分別具有該第一流動路徑由其延伸，且匯集至一單該第一流動路徑。此配置提供多數個入口，用以一第一壓力汲送氣體。

圖5-8顯示四個進一步對於渦卷壁配置的修正，如圖3相關說明。圖5(a)、6(a)、7(a)及8(a)顯示該流動路徑及固定渦卷，而圖5(b)、6(b)、7(b)及8(b)顯示該固定渦卷及軌道渦卷二者。

在圖3所示渦卷壁配置中，該第二入口54提供於該第一入口48及出口50間的第一流動路徑52。因此，該第二入口54的壓力將影響入口48的壓力。在某些環境中，希望能隔離第二入口處的壓力。圖5所示固定渦卷配置能與該第二入口達成隔離。關於此點，圖5(a)顯示一具有固定渦卷壁76的固定渦卷74，該軌道渦卷壁75如圖5(b)所示。一第一流動路徑77由第一入口78延伸至出口80。一第二入口82藉由該固定渦卷約一盤繞量與該第流動路徑77隔離。該第二流動路徑84由該第二入口82延伸通過約360°，在此其與該第一流度路徑匯集，且循著一匯集流動路77、84至出口80。就圖5所示配置而言，其可維持該第二入口的壓力與該第一入口78的壓力無關。然而，由此將要瞭解的是，某些隔離的達成必須將該第二入口與該第一流動路徑藉由該第二流動路徑至少一部份(即少於一盤繞量)隔離。

圖6(a)顯示一具有固定渦卷壁88的固定渦卷86，該軌道渦卷壁89係如圖6(b)所示。一第一流動路徑90自一第一入口92延伸至該出口94。一第二入口96與該第一流動路徑90以約兩盤繞之該固定渦卷而被相隔開。一第二流動路徑98由該第二入口96延伸經過約700°，其在此與該第一流動路徑90匯集及延伸至出口94。圖6所示配置優於圖5所示配置之處在於該第二入口96與該第一入口92在壓力上可達到較大的分隔，例如當需要較大壓力差時。

圖5及6所示之配置在某些汲送應用中也有其他之優點，其中該配置較佳地可提供該被汲送在各別入口處之氣體種類間之分隔。因此，在這些配置中，該第一入口及第二入口可依需要而被交換地使用，因為該二入口係獨立的。

如圖4所示，該第一入口48可採用一雙開端配置。圖7(a)顯示一具有固定渦卷壁102的固定渦卷100，該軌道渦卷壁103係如圖7(b)所示。該配置包含一第一入口104、一第二入口106及一出口108。該配置係一關於該第一入口104的雙開端配置，及一關於第二入口106的雙開端配置。一第一流動路徑110延伸通過一個半之盤繞量而至該第二入口106。在該第二入口106處，該第一流動路徑110匯集兩第二流動路徑112，該路徑由該第二入口106延伸且超過一盤繞量之該固定渦卷，其在此收斂成一單一匯集流動路徑110，112，且延伸至出口108。該第二入口106所提供的雙開端使得較大量的氣體可被汲送通過該第二入口。

圖8(a)顯示一具有固定渦卷壁116的固定渦卷114，該軌道壁117如圖8(b)所示。該固定渦卷包含一第一入口118、一第二入口120及一出口122。該配置顯示該第一入口118及第二入口120二者的雙開端。有此一方面，兩第一流動路徑124分叉自該第一入口118且延伸超過該配置的一盤繞量，其在此收斂至一單一第一流動路徑124。當該單一第一流動路徑與第二入口120相遇時，將與該兩第二流動路徑126相匯集，該第二流動路徑由第二入口120延伸且超過該配置之一盤繞量，其在此收斂成一單一第一流動路徑126且繼續前進至出口122。此配置優點在於能在該第一入口118及第二入口120兩處達到較大的汲送容量。

上述配置已經參考圖1所示單側渦卷配置加以說明。由此將能瞭解，一單側壓縮機包含一單固定渦卷及一單軌道渦卷。圖9顯示由一單馬達128驅動之單側渦卷壁配置。各渦卷壁配置包含一固定渦卷130及一軌道渦卷132，其共同分別界定一排放口138及一第一入口140及一第二入口142間的第一及第二流動路徑134、136。因此，該雙渦卷壁配置包含四路徑用於汲送二或四個不同壓力。

一雙側渦卷壁配置，據所知，其中一單軌道渦卷141與二固定渦卷143相關連，其各側各有一個，概略如圖10及11所示。上述所有實施例及修正能結合成一雙側渦卷壓縮機配置。再者，一渦卷壁配置能形成於該固定渦卷的一側且一不同渦捲壁配置能形成於該固定渦卷的另一側上。或者，如圖11所示，該雙側渦卷配置的二側具備一第一入口144及一第二入口146，這二入口分別具有流動路徑148、150朝向分別出口152、154延伸，以便在不同壓力提供汲送。再者，圖11所示配置容許沿該分別流動路152、154汲送的氣體種類隔離。在圖11配置的修正中，該渦卷壁配置的該側能具備如圖9所示的分別第二入口。

如圖10所示一雙側渦卷壁配置包含一位於該配置第一側徑向中心部份的入口156及該配置徑向外部的入口158。一第一流動路徑160由該配置第一側上的第一入口156徑向向外延伸，且徑向向內延伸至該配置第二側上的排放口162。一第二流動路徑164由該第二入口158徑向向內延伸至該配置第二側上的排放口162。如所示，該第一流動路徑在第二入口158匯集該第二流動路徑。或者，如參考圖5及6所說明，該第二入口158能與該第一流動路徑能以該渦卷壁配置的一或多個盤繞量隔離，以便該第一流動路徑與較接近排放口的第二流動路徑聚合。該第二入口158當作一中間入口，藉此容許以在第一入口156以一第一壓力汲送，及在該第二入口158以一第二壓力汲送。

由前述說明將能瞭解到有許多修正及配置將符合本發明如請求項所定義的範圍。

10．．．壓縮機

12、42、62、86、100、130、143．．．固定渦卷

14．．．渦卷

16、20．．．圓盤

18、22．．．渦卷壁

24．．．馬達

26．．．軸

28．．．軸部

30、176、186．．．入口

32、50、70、80、94、108、122、140、162、172、180．．．出口、排放口

34．．．流體流動路徑

40、60．．．渦卷壁配置

44、64、76、88、102、116．．．固定渦卷壁

46、66、75、89、103、117．．．軌道渦卷壁

48、68、72、78、92、104、118、140、144、156．．．第一入口

52、71、77、90、110、124、134、148、152、160．．．第一流動路徑

53、73、84、98、112、126、136、150、154、164．．．第二流動路徑

54、82、96、106、120、142、146、158．．．第二入口

132、141．．．軌道渦卷

168．．．渦卷壓縮機

170．．．第一室

174、182．．．渦輪分子泵

178、190．．．第二室

188．．．另一室

為本發明得到較佳瞭解，其僅作為範例的各種實施例經參考附圖現在加以說明，其中：

圖1係一先前技藝渦卷壓縮機的橫截面圖；

圖2係沿圖1線II-II所取壓縮機渦卷壁配置的橫截面；

圖3顯示一渦卷壁配置的橫截面圖；

圖4顯示另一渦卷壁配置的橫截面圖；

圖5顯示如本發明第一實施例之渦卷壁配置的橫截面圖，圖5(a)僅顯示該固定渦卷壁及圖5(b)顯示該固定渦卷壁及軌道渦卷壁二者；

圖6顯示如本發明第二實施例之渦卷壁配置的橫截面圖，圖6(a)僅顯示該固定渦卷壁及圖6(b)顯示該固定渦卷壁及軌道渦卷壁二者；

圖7顯示另一渦卷壁配置的橫截面圖，圖7(a)僅顯示該固定渦卷壁及圖7(b)顯示該固定渦卷壁及軌道渦卷壁二者；

圖8顯示又一渦卷壁配置的橫截面圖，圖8(a)僅顯示該固定渦卷壁及圖8(b)顯示該固定渦卷壁及軌道渦卷壁二者；

圖9顯示二渦卷壁配置的示意圖；

圖10顯示一雙側渦卷壁配置的示意圖；

圖11顯示另一雙側渦卷壁配置的示意圖；

圖12係一第一差動汲送系統的系統圖；

圖13係一第二差動汲送系統的系統圖；及

圖14係一第三差動汲送系統的系統圖。

74．．．固定渦卷

76．．．固定渦卷壁

77．．．第一流動路徑

78．．．第一入口

80．．．出口

82．．．第二入口

84．．．第二流動路徑

Claims (5)

1. 一種差動汲送系統，其包含：至少二室，其間具有一或各別互連之狀態；一渦輪分子泵，其具有一被連接至該等室中之一者上之入口，可供以相當低之壓力汲送；及一渦卷壓縮機，其具有一渦卷壁配置，該渦卷壁配置包含一固定渦卷壁及一軌道渦卷壁，其共同界定複數個流動路徑，該等路徑具有各別入口可供以不同壓力同時汲送，其中該複數個流動路徑包含一由一第一入口延伸至一出口之第一流動路徑，及一由一第二入口延伸至該出口之第二流動路徑，且其中該第二入口與該第一流動路徑被相分隔，其中該渦卷壓縮機之該第一及該第二入口的其中之一被連接至該等室中之另一者上，可供以相當高之壓力汲送，及該渦卷壓縮機之該第一及該第二入口之另一被連接至該渦輪分子泵之該排放口，可供作為其輔助。
2. 如請求項1之系統，其中該渦卷壓縮機之第二入口被連接至該等室中另一者上，可供以相當高之壓力汲送，及該渦卷壓縮機之該第一入口被連接至該渦輪分子泵之該排放口，可供作為其輔助。
3. 如請求項1之系統，其中該渦卷壓縮機之該第一入口被連接至該等室中之另一者上，可供以相當高之壓力汲送，及該渦卷壓縮機之該第二入口被連接至該渦輪分子泵之該排放口，可供作為其輔助。
4. 如前述請求項中任一項之系統，其中該渦輪分子泵係一分離式流動泵，且該渦輪分子泵之一級間入口被連接至一該室，可供進行汲送。
5. 如請求項1至3中任一項之系統，其中該渦卷壓縮機之該第一入口被連接至一該室及該渦輪分子泵之排放口。