TWI502133B

TWI502133B - Double scroll fluid compression device

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Publication number: TWI502133B
Application number: TW102124051A
Authority: TW
Original assignee: Univ Nat Formosa
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-10-01
Also published as: TW201502378A

Description

雙渦卷式流體壓縮裝置

本發明係有關一種雙渦卷式流體壓縮裝置，特別是指一種雙偏心運動之雙渦卷式流體壓縮裝置，其兼具雙偏心運動、滯留容積小及壓縮效能佳等優點及功效。

已知技術之多渦卷式壓縮機構係於固定與行星零件上產生二條以上之渦卷結構，令其作單偏心之相對運動，使渦卷嚙合位置由外而內產生壓縮效果。例如1986年12月26日中華民國專利公告編號124480所披露之多渦卷結構，係一典型之單偏心多渦卷運動裝置，當行星渦卷運動時，兩渦卷將產生局部性嚙合，產生兩倍於渦卷數量之流體腔，經由偏心運動使流體腔往渦卷中心移動，進而產生壓縮與排放之效果。

雖然多渦卷概念已存在很久，卻無法作為實際應用，主要原因在於多渦卷會隨渦卷數量增加，而產生兩倍於渦卷數之流體腔，且每個流體腔之相角皆不相同，以雙渦卷為例，將會產生四個流體腔，每個流體腔之相角差為90°，當渦卷作相對運動時，每個運動週期將會於排氣腔產生四次嚙合之結束位置，當其中一流體腔把流體壓縮至排放孔時，其他流體腔因相位角不同導致嚙合位置不佳，進而使壓縮效能不良，多渦卷結構比單渦卷大卻無法提供較佳之壓縮特性，不僅浪費成本也欠缺實用性。

因此，有必要研發新產品，以解決上述缺點及問題。

本發明之目的在於提供一種雙渦卷式流體壓縮裝置，其兼具雙偏心運動、滯留容積小及壓縮效能佳等優點及功效，用以解決習知技術滯留容積較大及壓縮效能不佳等問題。

本發明解決上述問題之技術手段係提供一種雙渦卷式流體壓縮裝置，其包括：一固定渦卷，其係具有一第一表面、一第二表面、一側表面、一中央通道及複數第一樞接部；該第一表面係具有一第一渦卷凹槽及一第一渦卷結構；該第二表面係具有一第二渦卷凹槽及一第二渦卷結構；該中央通道係貫穿該第一表面及該第二表面並連通該第一渦卷凹槽及該第二渦卷凹槽；又，該固定渦卷係設有至少兩個分別連通該第一渦卷凹槽及該第二渦卷凹槽之吸入孔，用以將一流體吸入該第一渦卷凹槽及該第二渦卷凹槽；又，該吸入孔係設於該第一表面、該第二表面及該側表面其中之一；一上蓋，其係具有一排出孔，該排出孔係連通該固定渦卷之中央通道；一底座，其係具有一底座樞接部；又，該上蓋、該底座及該固定渦卷係固定為一體而不轉動；一從動行星渦卷，其係設於該固定渦卷及該上蓋之間，並具有一從動行星通道、複數第二樞接部及一從動渦卷結構；該從動渦卷結構係設於該第一渦卷凹槽中，並與該第一渦卷結構部份囓合；又，該從動行星通道係連通該上蓋之排出孔及該固定渦卷之中央通道；一主動行星渦捲，其係設於該固定渦卷及該底座之間，並具有一主動行星樞接部、複數第三樞接部及一主動渦卷結構；該主動渦卷結構係設於該第二渦卷凹槽中，並與該第二渦卷結構部份囓合；一單偏心主軸，其係具有一主軸部及一單偏心部；該主軸部係樞設於該底座樞接部上，而該單偏心部係樞設於該主動行星樞接部上；複數雙偏心軸；每一雙偏心軸係具有一樞接軸部、一第一偏心樞接部及一第二偏心樞接部；該樞接軸部係樞設於該固定渦卷之第一樞接部中；該第一偏心樞接部及該第二偏心樞接部係分別偏心的設於於該樞接軸部之兩端，且分別樞接該從動行星渦卷之第二樞接部及該主動行星渦卷之第三樞接部；又，該第一偏心樞接部及該第二偏心樞接部之相位角係差180度；一驅動裝置，其係連接該主軸部，並用以驅動該單偏心主軸轉動；藉此，當該驅動裝置驅動該單偏心主軸之主軸部轉動後，該單偏心部係會帶動該主動行星渦卷轉動，再藉由複數雙偏心軸而連動該從動行星渦卷作相位角差180度之轉動，使該第一渦卷結構及該第二渦卷結構作部份囓合之位移變化，進而使該吸入孔吸入之流體產生壓縮之作用後由該排出孔排出。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

10‧‧‧固定渦卷

11‧‧‧第一表面

111‧‧‧第一渦卷凹槽

112‧‧‧第一渦卷結構

12‧‧‧第二表面

121‧‧‧第二渦卷凹槽

122‧‧‧第二渦卷結構

13‧‧‧側表面

14‧‧‧中央通道

15‧‧‧第一樞接部

16‧‧‧固定部

17‧‧‧吸入孔

20‧‧‧上蓋

21‧‧‧上蓋樞接部

22‧‧‧排出孔

23‧‧‧上蓋鎖合部

30‧‧‧底座

31‧‧‧底座樞接部

32‧‧‧底座鎖合部

40‧‧‧從動行星渦卷

41‧‧‧從動行星通道

42‧‧‧第二樞接部

43‧‧‧從動渦卷結構

50‧‧‧主動行星渦卷

51‧‧‧主動行星樞接部

52‧‧‧第三樞接部

53‧‧‧主動渦卷結構

61‧‧‧單偏心主軸

611‧‧‧主軸部

612‧‧‧單偏心部

62‧‧‧雙偏心軸

621‧‧‧樞接軸部

622‧‧‧第一偏心樞接部

623‧‧‧第二偏心樞接部

63‧‧‧偏心軸件

631‧‧‧軸件偏心部

632‧‧‧軸件樞接部

633‧‧‧軸件通道

70‧‧‧驅動裝置

75‧‧‧固定螺絲

L1‧‧‧第一曲線

L2‧‧‧第二曲線

A1‧‧‧單偏心式最小容積區域

A2‧‧‧雙偏心式最小容積區域

第一圖係本發明之雙渦卷式流體壓縮裝置之分解示意圖

第二圖係本發明之局部剖視之分解示意圖

第三圖係本發明之外觀示意圖

第四A圖係本發明之從動行星渦卷與固定渦卷之分解示意圖

第四B圖係本發明之主動行星渦卷與固定渦卷之分解示意圖

第五A圖係本發明之從動行星渦卷與固定渦卷之位置關係示意圖

第五B圖係本發明之主動行星渦卷與固定渦卷之位置關係示意圖

第六A圖係本發明之局部剖視示意圖

第六B圖係沿VI-VI剖面線之剖視示意圖

第七A圖係本發明之渦卷位置變化一之示意圖

第七B圖係本發明之渦卷位置變化二之示意圖

第七C圖係本發明之渦卷位置變化三之示意圖

第七D圖係本發明之渦卷位置變化四之示意圖

第八圖係本發明之固定方式之分解示意圖

第九圖係本發明之固定後之示意圖

第十圖係本發明與傳統結構之周期容積變化曲線圖

第十一A圖係傳統單偏心式之最小容積示意圖

第十一B圖係本發明雙偏心式之最小容積示意圖

第十二A圖係本發明之第二實施例之分解示意圖

第十二B圖係本發明之第二實施例之局部剖視之示意圖

如第一至第六B圖所示，本發明係為一種雙渦卷式流體壓縮裝置，其包括：一固定渦卷10、一上蓋20、一底座30、一從動行星渦卷40、一主動行星渦卷50、一單偏心主軸61、複數雙偏心軸62及一驅動裝置70。

關於該固定渦卷10，其係具有一第一表面11、一第二表面12、一側表面13、一中央通道14及複數第一樞接部15；該第一表面11係具有一第一渦卷凹槽111及一第一渦卷結構112；該第二表面12係具有一第二渦卷凹槽121及一第二渦卷結構122；該中央通道14係貫穿該第一表面11及該第二表面12並連通該第一渦卷凹槽111及該第二渦卷凹槽121；又，該固定渦卷10係設有至少兩個分別連通該第一渦卷凹槽111及該第二渦卷凹槽121之吸入孔17，用以將一流體吸入該第一渦卷凹槽111及該第二渦卷凹槽121；又，該吸入孔17係設於該第一表面11、該第二表面12及該側表面13其中之一(在本發明之圖示示意上，該吸入孔17係設於該側表面13上，在實務上，該吸入孔17也可設於該第一表面11或該第二表面12)。

該上蓋20係具有一排出孔22。

該底座30係具有一底座樞接部31，且該上蓋20、該底座30及該固定渦卷10係固定為一體而不轉動。

關於該從動行星渦卷40，其係設於該固定渦卷10及該上蓋20之間，並具有一從動行星通道41、複數第二樞接部42及一從動渦卷結構43；該從動渦卷結構43係設於該第一渦卷凹槽111中，並與該第一渦卷結構112部份囓合(如第四A及第五A圖所示，其中，第五A圖係由該第一表面11往第二表面12方向觀看之透視示意圖，從動渦卷結構43的剖面線係為清楚表達該從動渦卷結構43與該第一渦卷凹槽111、該第一渦卷結構112之關係，而非剖面後之剖面線)。又，該從動行星通道41係連通該上蓋20之排出孔22及該固定渦卷10之中央通道14。

該主動行星渦捲50係設於該固定渦卷10及該底座30之間，並具有一主動行星樞接部51、複數第三樞接部52及一主動渦卷結構53；該主動渦卷結構53係設於該第二渦卷凹槽121中，並與該第二渦卷結構122部份囓合(如第四B及第五B圖所示，其中，第五B圖係由該第二表面12往第一表面11方向觀看之透視示意圖，該主動渦卷結構53的剖面線係為清楚表達該主動渦卷結構53與該第二渦卷凹槽121、該第二渦卷結構122之關係，而非剖面後之剖面線；關於該第五A及第五B圖，主要是要分別表示該從動渦卷結構40與該主動渦卷結構50設於該固定渦卷10後之位置關係，為避免直接剖視後圖面線條過多而容易混淆，故分別以簡單之示意圖來表達其位置關係)。

關於該單偏心主軸61，其係具有一主軸部611及一單偏心部612；該主軸部611係樞設於該底座樞接部31上，而該單偏心部612係樞設於該主動行星樞接部51上。

每一雙偏心軸62係具有一樞接軸部621、一第一偏心樞接部622及一第二偏心樞接部623；該樞接軸部621係樞設於該固定渦卷10之第一樞接部15中；該第一偏心樞接部622及該第二偏心樞接部623係分別偏心的設於該樞接軸部621之兩端，且分別樞接該從動行星渦卷40之第二樞接部42及該主動行星渦卷50之第三樞接部52；又，該第一偏心樞接部622及該第二偏心樞接部623之相位角係相差180度。

而該驅動裝置70係連接該主軸部611，並用以驅動該單偏心主軸61轉動(該驅動裝置70係用以產生一迴轉動力源而帶動該單偏心主軸61轉動)。該驅動裝置70係可選用一般市售之馬達，例如：單向馬達、雙向馬達、直流馬達、交流馬達、變頻馬達或伺服馬達等。

藉此，當該驅動裝置70(一般之馬達)驅動該單偏心主軸61之主軸部611轉動後，該單偏心部612係同步偏心轉動並帶動該主動行星渦卷50轉動，再藉由複數雙偏心軸62而連動該從動行星渦卷40作相位角差180度之轉動，使該主動渦卷結構53及該從動渦卷結構43作部份囓合之位移變化，進而使該吸入孔131吸入之流體產生壓縮之作用後由該排出孔22排出。

在使用上，本發明係以固定為一體之該固定渦卷10、該上蓋20及該底座30作為機架，或將其固定於一機架上；因此，當該驅動裝置70驅動時，僅該從動行星渦卷40及該主動行星渦卷50會繞著該主軸部611轉動，而該固定渦卷10、該上蓋20及該底座30則是固定不轉動的。

更詳細的說，本發明利用雙偏心運動原理，使該主動行星渦卷50及該從動行星渦卷40作相位角差180度之同相位移，進而使該主動渦卷結構53、該從動渦卷結構43分別與該第一渦卷結構112、該第二渦卷結構122作部份囓合之位移變化；當流體由兩個吸入孔131被吸入後，係會分別流至該第一渦卷凹槽111及該第二渦卷凹槽121，並經由該主動渦卷結構53及該從動渦卷結構43之位移變化而產生流體壓縮作用；最後，被壓縮之流體係流經該中央通道14、該從動行星通道41而由該排出孔22排出。

在該固定渦卷10之結構方面，該第一渦卷凹槽111係由該第一表面11往該第二表面12下凹，並位於該第二渦卷結構122中；該第二渦卷凹槽121係由該第二表面12往該第一表面11下凹，並位於該第一渦卷結構112中(參閱第六A及第六B圖)。

關於該主動渦卷結構53及該從動渦卷結構43之位移變化，請參閱第七A至第七D圖，其係分別為該單偏心主軸61之單偏心部612在0度、90度、180度及270度時之相對位置變化；由第七A至第七D圖中之中心區域可知，該主動渦卷結構53及該從動渦卷結構43之囓合部份具有統一往中心移動，達到較佳之壓縮特性。

在該固定渦卷10之外型方面，其係可依不同需求而設計成所需之形狀，例如：多邊形；如第一至第六B圖所示之實施例中，該固定渦卷10係以六邊形作為示意，且該吸入孔131係設於其中兩相對應邊上(也就示相對應之側表面13)。

關於該固定渦卷10、該上蓋20及該底座30之固定，其係可利用一般鎖合方式來達到固定；舉例來說，如第八及第九圖所示，該固定渦卷10係具有三個平均分佈之固定部16，該上蓋20係具有三個平均分佈之上蓋鎖合部23，而該底座30係具有三個平均分佈之底座鎖合部32，再由三個固定螺絲75鎖合該固定部16、上蓋鎖合部23及該底座鎖合部32而達到固定；由第八及第九圖中可知，該固定螺絲75係平均分佈於三個位置，因此可限制該固定渦卷10、該上蓋20及該底座30不會相對轉動。

為突顯本發明之特點，將本發明之雙偏心雙渦卷及使用同規格之傳統單偏心雙渦卷做最小容積比較，其幾何規格如下(該從動渦卷結構43及該主動渦卷結構53)：基圓半徑=0.1mm；渦卷末端(最外圍)厚度=2mm；基礎漸開線的中心距參數=2.5mm；渦卷運動半徑=2.5mm；渦卷高度=15mm；渦卷圈數=2圈；如第十圖所示，其係本發明之雙偏心雙渦卷及使用同規格之傳統單偏心雙渦卷之周期容積變化曲線圖，其中，一第一曲線L1係為傳統單偏心雙渦卷之周期容積變化曲線，而一第二曲線L2係為本發明雙偏心雙渦卷之周期容積變化曲線；由第十圖中可知，本發明之雙偏心雙渦卷可達最小容積為364.06mm³ ，而傳統單偏心雙渦卷最小容積僅可降至2104.08mm³ 。

由此可知，本發明之雙偏心雙渦卷可大幅度改善傳統單偏心雙渦卷之流體滯留問題，且改善幅度達82.7%，也就是本發明之雙偏心雙渦卷之滯留容積只有傳統單偏心雙渦卷之17.3%而已。

在最小容積方面，第十一A圖係傳統單偏心式之最小容積示意圖，第十一B圖為本發明雙偏心式之最小容積示意圖，經由比較可知，本發明之雙偏心式最小容積區域A2係低於傳統單偏心式最小容積區域A1。

另外，如第十二A及第十二B圖所示，本發明之雙渦卷式流體壓縮裝置係又可設有一偏心軸件63，其係具有一軸件偏心部631、一軸件樞接部632及一軸件通道633；該上蓋20係具有一上蓋樞接部21；該軸件偏心部631係樞設於該從動行星渦卷40之從動行星通道41中，該軸件樞接部632係樞設於該上蓋20之上蓋樞接部21中，而該軸件通道633係貫穿該軸件偏心部631及該軸件樞接部632；又，該軸件通道633係連通該該固定渦卷10之中央通道14及該上蓋20之排出孔22，而該單偏心主軸61之主軸部611軸線與該偏心軸件63之軸件樞接部632軸線係為共軸；也就是說，當流體經由該主動渦卷結構53及該從動渦卷結構43之位移變化而產生流體壓縮作用後，係由該中央通道14流經該偏心軸件63之軸件通道633，再由該排出孔22排出。

在上述實施例中，該從動行星通道41在沒有該偏心軸件63之設計時，其尺寸係設計成較小之通道(參閱第六A圖)，而當具有該偏心軸件63之設計時，則設計成較大尺寸與該偏心軸件63樞接(第十二B)；當然，上述所列舉之實施例並非限定本發明之範圍，在實務上，仍可依不同需求而進行適當的調整。

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納為：

[1]雙偏心運動。本發明藉由該雙偏心軸62相位差180度之偏心設計，係可使該主動行星渦卷50及該從動行星渦卷40在轉動時產生具有相位差之雙偏心運動。

[2]滯留容積小。本發明之雙偏心式可達最小容積為364.06mm³ ，而傳統單偏心式最小容積僅可降至2104.08mm³ ，本發明之雙偏心雙渦卷可大幅度改善傳統單偏心雙渦卷之流體滯留問題，且改善幅度達82.7%，也就是本發明之雙偏心雙渦卷之滯留容積只有傳統單偏心雙渦卷之17.3%，具有滯留容積小之優點。

[3]壓縮性佳。傳統多渦卷式壓縮機構在渦卷作相對運動時，每個運動週期將會於排氣腔產生四次嚙合之結束位置，當其中一流體腔把流體壓縮至排放孔時，其他流體腔因相位角不同導致嚙合位置不佳，進而使壓縮效能不良，而本發明之該主動渦卷結構53及該從動渦卷結構43在作動時，囓合部份具有統一往中心移動之特性，可達到較佳之壓縮特性。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利申請。