TWI664351B - 迴轉型渦捲式壓縮機 - Google Patents

Abstract

一種迴轉型渦捲式壓縮機，包含一個第一渦捲單元，及一個第二渦捲單元。該第一渦捲單元可被驅動而繞著一條第一中心線轉動，並包括一個第一渦捲片，該第一渦捲片之兩相反側面具有數個角度間隔的第一凸齒部。該第二渦捲單元可繞著一條平行於該第一中心線的第二中心線轉動，並包括一個與該第一渦捲片相向插置的第二渦捲片，該第二渦捲片之兩相反側面具有數個角度間隔的第二凸齒部。驅動時，局部區域的第一凸齒部會與相對應之第二凸齒部嚙接密合，使得該第一渦捲片能以切向力帶動該第二渦捲片同步同方向轉動，故藉由改變該第一渦捲片及該第二渦捲片之幾何輪廓及轉動方式，即可提升密封性及壓縮比，優化結構設計。

Description

迴轉型渦捲式壓縮機

本發明是有關於一種壓縮機，特別是指一種迴轉型渦捲式壓縮機。

渦捲式壓縮機(Scroll Type Compressor)具有可靠性高、震動小、噪音低，及節能等優點，所以在致冷、熱泵、真空泵，及空氣壓縮機中被廣泛應用。其一般可分為公轉型及迴轉型兩種，該公轉型渦捲式壓縮機主要包含一個固定渦捲片、一個繞動渦捲片、一個防自轉機構，及一個偏心驅動軸，但其同時也會因為零件精密，而有組裝不易及成本昂貴等缺點。該迴轉型渦捲式壓縮機，則是將兩個渦捲片分別安裝在兩個相對間隔的轉軸上，其中一個渦捲片是由電機直接驅動，其中另一個渦捲片是間接經由一個同步機構被帶動轉動，惟其結構龐雜、機械磨損率高，而且該同步機構所產生的相位差，將會造成該等渦捲片之間出現切向洩漏，往往導致壓縮效率不佳的結果，若是想要提高壓縮比也只能加大渦捲片的尺寸，然而如此一來即不利於機構小型化及成本考量，所以上述現有的渦捲式壓縮機實有改進的空間與必要。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠克服先前技術的至少一個缺點的迴轉型渦捲式壓縮機。

於是，本發明迴轉型渦捲式壓縮機，包含一個第一渦捲單元，及一個第二渦捲單元。

該第一渦捲單元可被驅動而繞著一條第一中心線轉動，並包括一個呈漩渦狀的第一渦捲片，該第一渦捲片具有兩個內外相反的第一側面，每一個第一側面具有數個角度間隔且相鄰連接成連續波紋的第一凸齒部。

該第二渦捲單元相對於該第一渦捲單元偏心設置，且可被該第一渦捲單元嚙接帶動而同步同方向地繞著一條平行於該第一中心線的第二中心線轉動，該第二渦捲單元包括一個呈漩渦狀並與該第一渦捲片相向插置的第二渦捲片，該第二渦捲片具有兩個內外相反的第二側面，每一個第二側面具有數個角度間隔且相鄰連接成連續波紋的第二凸齒部。

該第一渦捲片及該第二渦捲片轉動通過數個彼此間隔的密封區域，且通過每一個密封區域之數個該第一凸齒部分別與相鄰之數個該第二凸齒部對應嚙接密合，使得該第一渦捲片能以切向力帶動該第二渦捲片同步同方向轉動；該第一渦捲片及該第二渦捲片相配合界定出兩個相間隔地位於外圍的旋入口、一個位於中央的旋出口，及數個彼此間隔且位於該等旋入口與該旋出口之間的壓縮空間，該等壓縮空間由外而內依序縮小。

參閱圖1、圖2與圖3，本發明迴轉型渦捲式壓縮機之一實施例，包含一個機殼單元1、一個驅動單元2、一個第一渦捲單元3、一個第二渦捲單元4，及一個軸座單元5。

該機殼單元1包括一個中空的第一殼體11、一個中空且連接於該第一殼體11之一側的第二殼體12、一個中空且連接於該第一殼體11遠離該第二殼體12之一側的輸入殼體13、一個安裝於該輸入殼體13中央的第一軸承14，及一個中空且連接於該第二殼體12遠離該第一殼體11之一側的輸出殼體15。

該第一殼體11具有一個呈圓環形的第一圍繞壁111，及一個由該第一圍繞壁111徑向往內突伸的內突壁112。該第一圍繞壁111具有數個彼此相鄰且環繞形成於鄰近該第二殼體12之一內壁面的第一導流面113。該內突壁112具有一個面向該等第一導流面113的渦輪蓋面114，該渦輪蓋面114由外而內逐漸往該第一軸承14的方向彎弧延伸。

該第二殼體12具有一個呈圓環形的第二圍繞壁121。該第二圍繞壁121具有數個彼此相鄰且環繞形成於鄰近該第一殼體11之一內壁面的第二導流面122，該等第二導流面122分別對應該等第一導流面113。

該輸入殼體13具有一個呈圓環形的第三圍繞壁131、一個中空且位於該第三圍繞壁131中央的軸座132，及一個同體連接該軸座132與該第三圍繞壁131的連接壁133。該第三圍繞壁131、該軸座132與該連接壁133相配合界定出一個鄰近該第二殼體12的容置空間134，及一個貫穿該第三圍繞壁131且由該容置空間134往外連通以供工作流體進入的輸入口135。該軸座132供該第一軸承14嵌裝其中。該輸出殼體15具有一個偏心設置的承載空間151。

該驅動單元2包括一個安裝於該輸入殼體13的馬達21，該馬達21具有一支穿過該第一軸承14且伸入該第一殼體11之該內突壁112中的驅動軸211。該驅動單元2還包括一個連接套設於該驅動軸211外圍且往該第一殼體11突伸的軸套22、一個位於該軸套22外圍且連接該輸入殼體13之該軸座132的軸承蓋23，及一個中介設置於該軸套22與該軸承蓋23間且用以防止該工作流體洩漏的第一封圈24。

該第一渦捲單元3可被該驅動單元2驅動而繞著一條第一中心線30轉動，並包括一個安裝在該第二殼體12內且呈漩渦狀的第一渦捲片31、一個同體形成於該第一渦捲片31鄰近該第一殼體11之一側且位於該第一殼體11內的第一基板32、一個沿著該第一中心線30且由該第一基板32中央往遠離該第一渦捲片31的方向同體突伸的第一軸管33，及數片角度間隔地圍繞該第一中心線30且由該第一軸管33外圍彎弧連接至該第一基板32的渦輪葉片34。

該第一渦捲片31具有一個遠離該第一基板32的第一端面311。該第一軸管33鄰靠於該軸套22且供該驅動軸211插接連動。該第一基板32、該等渦輪葉片34與該渦輪蓋面114相配合界定出數個角度間隔的渦流通道35，每一個渦流通道35皆由內向外逐漸朝向第二殼體12的方向螺旋延伸，且呈內寬外窄的寬度變化，該渦流通道35內側連通該容置空間134。

該第二渦捲單元4相對於該第一渦捲單元3偏心設置，且可被該第一渦捲單元3嚙接帶動而同步同方向地繞著一條第二中心線40轉動，該第二中心線40平行於該第一中心線30。該第二渦捲單元4包括一個安裝在該第二殼體12內且呈漩渦狀的第二渦捲片41、一個同體形成於該第二渦捲片41鄰近該輸出殼體15之一側且位於該輸出殼體15內的第二基板42，及一個沿著該第二中心線40且由該第二基板42中央往遠離該第二渦捲片41的方向同體突伸的第二軸管43。該第二渦捲片41與該第一渦捲片31之幾何形狀相似且相位差180度，並與該第一渦捲片31相向插置。

該第二渦捲片41具有一個遠離該第二基板42且鄰靠於該第一基板32的第二端面411。該第二基板42鄰靠於該第一渦捲片31的第一端面311，並具有一個位於該第二中心線40的穿孔421。該第二軸管43圍繞且連通該穿孔421。該第二渦捲單元4之一外周面、該第一渦捲單元3之一外周面、該等第一導流面113及該等第二導流面122，相配合界定出一個連通該等渦流通道35之外側的導流道61。

該軸座單元5包括一個安裝於該輸出殼體15之該承載空間151內且承托該第二基板42並圍繞於該第二軸管43外圍的軸承座51、一個安裝於該軸承座51與該第二軸管43間的第二軸承52、一個連接於該軸承座51遠離該第二基板42之一側且突伸入該第二軸管43內的軸座蓋53，及一個設置在該第二軸管43與該軸座蓋53間且用以防止該工作流體洩漏的第二封圈54。該軸座蓋53具有一個連通該穿孔421且供該工作流體排出的輸出口531。該軸座單元5還包括一個安裝在該軸座蓋53內且對應位於該穿孔421與輸出口531間的逆止閥56，可供該工作流體由該穿孔421流入該輸出口531，而不能由該輸出口531流回該穿孔421，能用於防止被排出的該工作流體逆向倒流。

該軸座單元5還包括一個徑向螺設於該輸出殼體15與該軸承座51間的調整件55，藉由轉動該調整件55，能帶動該軸承座51連同該第二渦捲單元4一起相對於該輸出殼體15移動，可用以調整該第二渦捲片41與該第一渦捲片31間的徑向嚙合度。

參閱圖1、圖3與圖4，進一步來看該第一渦捲片31及該第二渦捲片41的相對構造，該第一渦捲片31及該第二渦捲片41相配合界定出兩個相間隔地位於外圍的旋入口62、一個位於中央的旋出口63，及數個彼此間隔且位於該等旋入口62與該旋出口63之間的壓縮空間64。該等旋入口62連通該導流道61，且該旋出口63連通該第二基板42之該穿孔421，該等壓縮空間64旋繞著該旋出口63並由外而內依序縮小。

再者，該第一渦捲片31還具有兩個內外相反的第一側面312，每一個第一側面312具有數個角度間隔且相鄰連接成連續波紋的第一凸齒部313。該第二渦捲片41還具有兩個內外相反的第二側面412，每一個第二側面412具有數個角度間隔且相鄰連接成連續波紋的第二凸齒部413。該等第二凸齒部413對應該等第一凸齒部313。該第一渦捲片31位於內側的第一側面312與該第二渦捲片41位於外側的第二側面412相互嚙合密封，該第一渦捲片31位於外側的第一側面312與該第二渦捲片41位於內側的第二側面412相互嚙合密封，而且該第一渦捲片31的第一側面312與該第二渦捲片41的第二側面412的嚙合區域曲率不同，故而形成該等壓縮空間64。

使用時，該第一渦捲單元3被該馬達21之該驅動軸211驅動旋轉，由於該第一渦捲片31之該第一端面311與該第二基板42間，及該第一基板32與該第二渦捲片41之該第二端面411間會產生滑動摩擦力，所以該第一渦捲片31能摩擦帶動該第二渦捲片41轉動，於此同時，該第一渦捲片31及該第二渦捲片41會轉動通過兩個彼此間隔的密封區域65(在圖4中以假想線區隔)，而且通過每一個密封區域65之數個該第一凸齒部313，會分別與相鄰之數個該第二凸齒部413對應嚙接密合，使得該第一渦捲片31會以切向力帶動該第二渦捲片41同步同方向轉動，所以該第二渦捲單元4即會被該第一渦捲單元3帶動轉動。須說明的是，位於每兩相鄰之該等密封區域65間之該等第一凸齒部313與該等第二凸齒部413，會彼此分離而不相嚙合，以相配合界定出一個該壓縮空間64。

故當工作流體由該輸入殼體13之該輸入口135進入該容置空間134，經由該等渦輪葉片34的渦旋轉動，使得工作流體通過該等渦流通道35而被初步壓縮，接著該工作流體會被導引至該導流道61，再由此進入該等旋入口62，開始進行渦捲壓縮流程。

參閱圖5，隨著該第一渦捲片31及該第二渦捲片41逆時針同步轉動，該等壓縮空間64也會循環地改變位置及大小，而進入該等壓縮空間64的工作流體，也會受到擠壓而依序經過低壓縮狀態、中壓縮狀態、與高壓縮狀態，進而完成壓縮動作。在圖5中顯示出四個依序轉動0度、90度、180度、270度的狀態，以下依序說明：於0度時，會如左上角的第一個流程圖所示，該等旋入口62打開，供工作流體進入兩個位於最外圍的該等壓縮空間64中。而當轉動90度時，會如右上角的第二個流程圖所示，位於最外圍的該等壓縮空間64的空間變大，且該等旋入口62即將關閉。接著再轉動90度，即會如右下角的第三個流程圖所示，該等旋入口62完全關閉，且位於最外圍的該等壓縮空間64閉合。最後再轉動90度，就會如左下角的第四個流程圖所示，位於最外圍的該等壓縮空間64內的工作流體會往內被捲入，而且該等壓縮空間64的空間會被壓縮變小，此時該等旋入口62也會逐漸打開。依照上述流程循環進行，工作流體就會逐漸被壓縮並往內捲入，直到被渦捲壓縮至該旋出口63，該工作流體即會如圖3所示經由該第二基板42之該穿孔421，從該軸座蓋53的該輸出口531排出。

由以上說明可知，本發明迴轉型渦捲式壓縮機在設計上，是將該第一渦捲片31及該第二渦捲片41彼此相對渦旋接觸之側面312、412，設計成具有連續波紋之渦齒形表面，使得該等渦捲片31、41嚙合時即可保持相位的相對關係，故可省略習知之防自轉機構的設置，再藉由該等第一凸齒部313與該等第二凸齒部413間的自調性，以及因為該第一渦捲片31的第一側面312與該第二渦捲片41的第二側面412的嚙合區域曲率不同，故於每一個嚙合區域皆會形成一層間隙氣膜，可形成良好的切向密封性，而且該等第一凸齒部313與該等第二凸齒部413能產生大面積接觸的嚙合關係，相較於習知渦捲結構之光滑弧面的線接觸關係，本發明除了具有定向作用以外，密封效果也相當好，因此本發明確能有效提升密封及壓縮效果。

再者，本發明之該第一渦捲單元3連接該驅動軸211，提供主動渦捲功能，並利用該等第一凸齒部313與該等第二凸齒部413相對嚙合所產生的切向力，以及該第一端面311與該第二基板42間，和該第一基板32與該第二端面411間所產生的滑動摩擦力，將扭矩傳送至該第二渦捲單元4，以帶動該第二渦捲單元4同步同方向轉動，使該第二渦捲單元4具有從動渦捲功能，所以本發明之該第二渦捲單元4是直接由該第一渦捲單元3帶動，並非如習知般是由同步機構帶動，而且由於該等渦捲單元3、4分別繞著自身中心線30、40旋轉，所以不會產生離心力，如此便不需要設置習知之平衡機構，也無需設置習知之偏心軸及偏心套等順從機構，所以本發明結構簡單且易於裝配，可大幅降低成本，提升市場競爭力。

綜上所述，本發明迴轉型渦捲式壓縮機僅以改變該第一渦捲片31及該第二渦捲片41之幾何輪廓及轉動方式，即可省略習知壓縮機所必須設置之防自轉機構、平衡機構、偏心軸，及順從機構等複雜構造，同時還能有效提升壓縮比與優化結構，改進現有渦捲式壓縮機切向密封，及其防自轉機構與平衡機構之零件精密及組裝不易之限制與缺點，可使渦捲式壓縮機之效能更臻完善、理想與實用，故確實能達成本發明之目的。

值得一提的是，本發明之該第一渦捲單元3設有該等渦輪葉片34，可使該工作流體在進入渦捲壓縮流程之前，先進行初步壓縮，之後經由該導流道61，再由外而內被捲壓進入該等壓縮空間64，經過低壓、中壓，及高壓等壓縮過程，也就是結合該等渦輪葉片34與該等渦捲片31、41提供的一系列動力式壓縮，如此便可大幅提高壓縮比，優化壓縮效能。此外，該工作流體會流經該第一渦捲片31及該第二渦捲片41，可帶走該第一渦捲片31與該第二渦捲片41因接觸摩擦所產生的熱，具有冷卻作用，故可延長使用壽命。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧機殼單元

11‧‧‧第一殼體

111‧‧‧第一圍繞壁

112‧‧‧內突壁

113‧‧‧第一導流面

114‧‧‧渦輪蓋面

12‧‧‧第二殼體

121‧‧‧第二圍繞壁

122‧‧‧第二導流面

13‧‧‧輸入殼體

131‧‧‧第三圍繞壁

132‧‧‧軸座

133‧‧‧連接壁

134‧‧‧容置空間

135‧‧‧輸入口

14‧‧‧第一軸承

15‧‧‧輸出殼體

151‧‧‧承載空間

2‧‧‧驅動單元

21‧‧‧馬達

211‧‧‧驅動軸

22‧‧‧軸套

23‧‧‧軸承蓋

24‧‧‧第一封圈

3‧‧‧第一渦捲單元

30‧‧‧第一中心線

31‧‧‧第一渦捲片

311‧‧‧第一端面

312‧‧‧第一側面

313‧‧‧第一凸齒部

32‧‧‧第一基板

33‧‧‧第一軸管

34‧‧‧渦輪葉片

35‧‧‧渦流通道

4‧‧‧第二渦捲單元

40‧‧‧第二中心線

41‧‧‧第二渦捲片

411‧‧‧第二端面

412‧‧‧第二側面

413‧‧‧第二凸齒部

42‧‧‧第二基板

421‧‧‧穿孔

43‧‧‧第二軸管

5‧‧‧軸座單元

51‧‧‧軸承座

52‧‧‧第二軸承

53‧‧‧軸座蓋

531‧‧‧輸出口

54‧‧‧第二封圈

55‧‧‧調整件

56‧‧‧逆止閥

61‧‧‧導流道

62‧‧‧旋入口

63‧‧‧旋出口

64‧‧‧壓縮空間

65‧‧‧密封區域

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明迴轉型渦捲式壓縮機的一實施例的一立體分解圖； 圖2是該實施例的另一立體分解圖； 圖3是該實施例之一不完整的縱向剖面圖； 圖4是該實施例之一橫向剖面圖；及 圖5是該實施例之一使用流程示意圖，說明一個第一渦捲片及一個第二渦捲片相對轉動的狀態。

Claims (10)

1. 一種迴轉型渦捲式壓縮機，包含：一個機殼單元，包括一個中空的第一殼體、一個中空且連接於該第一殼體之一側的第二殼體、一個中空且連接該第一殼體遠離該第二殼體之一側的輸入殼體、一個安裝於該輸入殼體中央的第一軸承，及一個中空且連接於該第二殼體遠離該第一殼體之一側的輸出殼體；一個驅動單元，用於驅動該第一渦捲單元轉動，該驅動單元包括一個安裝於該輸入殼體的馬達，該馬達具有一支穿過該第一軸承的驅動軸；一個第一渦捲單元，可被該驅動單元之該驅動軸驅動而繞著一條第一中心線轉動，並包括一個呈漩渦狀且位在該第二殼體內的第一渦捲片，該第一渦捲片具有兩個內外相反的第一側面，每一個第一側面具有數個角度間隔且相鄰連接成連續波紋的第一凸齒部；一個第二渦捲單元，相對於該第一渦捲單元偏心設置，且可被該第一渦捲單元嚙接帶動而同步同方向地繞著一條平行於該第一中心線的第二中心線轉動，該第二渦捲單元包括一個呈漩渦狀並與該第一渦捲片相向插置的第二渦捲片，該第二渦捲片具有兩個內外相反的第二側面，每一個第二側面具有數個角度間隔且相鄰連接成連續波紋的第二凸齒部；及一個軸座單元，包括一個安裝於該輸出殼體內且承托該第二渦捲單元的軸承座，及一個安裝於該軸承座與該第二渦捲單元間的第二軸承；該第一渦捲片及該第二渦捲片轉動通過數個彼此間隔的密封區域，且通過每一個密封區域之數個該第一凸齒部分別與相鄰之數個該第二凸齒部對應嚙接密合，使得該第一渦捲片能以切向力帶動該第二渦捲片同步同方向轉動；該第一渦捲片及該第二渦捲片相配合界定出兩個相間隔地位於外圍的旋入口、一個位於中央的旋出口，及數個彼此間隔且位於該等旋入口與該旋出口之間的壓縮空間，該等壓縮空間由外而內依序縮小。
2. 如請求項1所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該第一渦捲單元還包括一個同體形成於該第一渦捲片遠離該第二渦捲單元之一側的第一基板，該第二渦捲單元還包括一個同體形成於該第二渦捲片遠離該第一渦捲單元之一側的第二基板，該第一渦捲片還具有一個遠離該第一基板且鄰靠於該第二基板的第一端面，該第二渦捲片還具有一個遠離該第二基板且鄰靠於該第一基板的第二端面，該第一渦捲單元被驅動旋轉時，該第一渦捲片之該第一端面與該第二基板間，及該第一基板與該第二渦捲片之該第二端面間會產生滑動摩擦力，使得該第一渦捲片能摩擦帶動該第二渦捲片轉動。
3. 如請求項2所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該第一渦捲單元還包括數片角度間隔地圍繞該第一中心線，且同體設置在該第一基板遠離該第一渦捲片之一側的渦輪葉片。
4. 如請求項3所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該機殼單元之該第一殼體圍繞且罩蓋在該等渦輪葉片外圍，該第一殼體具有一個徑向往內彎弧延伸且位於該等渦輪葉片遠離該第一基板之一側的渦輪蓋面，該渦輪蓋面、該等渦輪葉片與該第一基板相配合界定出數個角度間隔的渦流通道，每一個渦流通道皆由內向外連通且內寬外窄。
5. 如請求項4所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該第一殼體還具有數個彼此相鄰地圍繞形成於鄰近該第二殼體之一側的第一導流面，該第二殼體具有數個鄰近該第一殼體且分別對應該等第一導流面的第二導流面，該等第一導流面、該等第二導流面、該第一渦捲單元之一外周面及該第二渦捲單元之一外周面，相配合界定出一個連通該等渦流通道之外側與該等旋入口的導流道。
6. 如請求項5所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該機殼單元之該輸入殼體具有一個連通該等渦流通道之內側的容置空間，及一個由該容置空間往外連通且供該工作流體進入的輸入口。
7. 如請求項6所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該第一渦捲單元還包括一個由該第一基板同體往該等渦輪葉片中央突伸且供該馬達的該驅動軸插接的第一軸管。
8. 如請求項7所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該驅動單元還包括一個連接套設於該驅動軸外圍且位於該第一軸承與該第一軸管間的軸套、一個位於該軸套外圍且連接該輸入殼體的軸承蓋，及一個中介設置於該軸套與該軸承蓋間的第一封圈。
9. 如請求項7或8所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該第二基板具有一個設置於該第二中心線且連通該旋出口的穿孔，該第二渦捲單元還包括一個連通該穿孔且由該第二基板往遠離該第二渦捲片的方向突伸的第二軸管，該軸座單元之該軸承座承托該第二基板並圍繞於該第二軸管外圍，該第二軸承是安裝於該軸承座與該第二軸管間，該軸座單元還包括一個連接於該軸承座遠離該第二基板之一側的軸座蓋，及一個設置在該第二軸管與該軸座蓋間的第二封圈，該軸座蓋具有一個連通該穿孔且供該工作流體排出的輸出口。
10. 如請求項9所述的迴轉型渦捲式壓縮機，其中，該軸座單元還包括一個徑向螺設於該輸出殼體與該軸承座間的調整件，藉由轉動該調整件，能帶動該軸承座連同該第二渦捲單元一起相對於該輸出殼體移動，用以調整該第二渦捲片與該第一渦捲片間的嚙合度。