專利名稱：渦旋壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及作為容積式流體機械的一種的渦旋壓縮機，特別涉及使用工作流體為R404A、R507A、R508B、R410A、烴、二氧化碳、氨等低溫用制冷劑的冷凍冷藏用中使用的渦旋壓縮機。
背景技術：
由于在冷凍用機器的冷凍循環(huán)中壓力比達到4～20，以往的將基本渦曲線設為圓的漸開線的螺旋體中，容積變化率為一定值，因此為了使由螺旋體形成的壓縮室的吸入結(jié)束時的容積和噴出開始時的容積的比(以下稱為設計容積比)與必需的壓力比對應，除了增大螺旋體的旋角，增大螺旋體外徑以外，沒有別的手段，因此很難實現(xiàn)受到限制的外徑內(nèi)的設計容積比的增加。
特開平7-27065號公報(以下稱為專利文獻1)中，在構(gòu)成旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體及固定渦殼螺旋體的基本渦曲線中使用代數(shù)渦線。由于由此可以實現(xiàn)容積變化率的設定，與以圓的漸開線設計容積變化率的情況相比，可以將其增大，因此可以實現(xiàn)由制冷劑的壓縮不足導致的指示功率的降低而帶來的性能提高。
另一方面，作為在該擴徑區(qū)間形成密閉空間的技術，在特開昭56-20701號公報(以下稱為專利文獻2)中，旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體的外側(cè)壁面中的旋轉(zhuǎn)結(jié)束部的180度區(qū)間與固定渦殼螺旋體形成密閉空間，成為動作室。此外，按照使固定渦殼螺旋體的內(nèi)側(cè)壁面的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置與旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體的外側(cè)壁面處于大致相同位置的方式延長。
這樣，與未將固定渦殼的螺旋體延長的以往的構(gòu)成相比，就會因不需要固定渦殼的螺旋體內(nèi)側(cè)壁面的擴徑加工而導致外徑縮小，因由旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體外側(cè)壁面和固定渦殼的螺旋體內(nèi)側(cè)壁面形成的最大密閉空間的擴大而導致同一行程容積的螺旋體的高度降低。
特開平7-27065號公報[專利文獻2]特開昭56-20701號公報但是，專利文獻1的旋轉(zhuǎn)渦殼及固定渦殼在旋轉(zhuǎn)開始角度錯開180度的狀態(tài)下相互咬合，旋轉(zhuǎn)結(jié)束偏角θ成為相同值。另外，這兩個渦旋的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置也變成錯開180度的位置。
所以，有必要將與該旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體的外側(cè)壁面的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置在180度區(qū)間對向的固定渦殼螺旋體的內(nèi)側(cè)壁面向徑向的外方擴大。在有必要使該直徑擴大的區(qū)間內(nèi)，未形成成為壓縮室的密閉空間，因此造成設計容積比的損失。
專利文獻2中，由旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體外側(cè)壁面和固定渦殼的螺旋體內(nèi)側(cè)壁面形成的密閉空間的設計容積比，通過在端板設置流體通路或削掉旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體的旋轉(zhuǎn)開始部，而與由旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體內(nèi)側(cè)壁面和固定渦殼外側(cè)壁面形成的密閉空間大致同等，因此就無法由延長固定渦殼螺旋體旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置而實現(xiàn)設計容積比增大。
由這些以往技術所得的設計容積比相對于與所搭載的機器例如冷凍用機器中必需的高壓力比對應的設計容積比而顯得不足。此時，壓縮只進行到必需壓力的中途，因而形成壓縮不足。
另外，像冷凍循環(huán)中使用了烴類制冷劑時那樣達到更高壓力比運轉(zhuǎn)的條件下，會產(chǎn)生因壓縮不足導致的指示功率的增大而帶來的性能的降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供在將壓縮機的外徑設定為相同值的條件下增大設計容積比并在高壓力比運轉(zhuǎn)中效率更高的渦旋壓縮機。
為了達成所述目的，本發(fā)明的渦旋壓縮機中，具有將基本渦曲線設為代數(shù)螺旋曲線而構(gòu)成的固定渦殼螺旋體及旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體，使構(gòu)成所述固定渦殼的螺旋體內(nèi)側(cè)壁面的曲線旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置按照達到構(gòu)成所述旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋外側(cè)壁面的曲線旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置附近的方式延長，并且使構(gòu)成所述旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體及所述固定渦殼螺旋體的基本渦曲線的中心相對于所述旋轉(zhuǎn)及固定渦殼的端板中心，大致從所述螺旋體旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置向連接基本渦曲線中心的直線方向錯開。
這樣就在將端板設為相同外徑的狀態(tài)下擴大最大密閉空間的容積，實現(xiàn)了設計容積比的增大。
另外，最好旋轉(zhuǎn)渦殼的外側(cè)及內(nèi)側(cè)的2個密閉空間同時進行噴出口導通。
另外，為了校正導通時的壓力不平衡，降低2個密閉空間內(nèi)的泄漏，最好在由設計容積比變小的旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體內(nèi)側(cè)壁面和固定渦殼螺旋體外側(cè)壁面形成的密閉空間上較長開口的位置上設置液體噴射流入口。
根據(jù)本發(fā)明，可以防止在高壓力比運轉(zhuǎn)時由壓縮不足導致的指示功率的增加，另外還可以防止壓縮室間的內(nèi)部泄漏，提高效率。


圖1是本發(fā)明的一個實施方式的渦旋壓縮機的渦旋部的俯視圖。
圖2是本發(fā)明的渦旋壓縮機的剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的渦旋壓縮機的螺旋體的壓縮行程的俯視圖。
圖4是表示由本發(fā)明的渦旋壓縮機的螺旋體形成的密閉空間和液體噴射流入口的導通狀態(tài)的俯視圖。
圖5是表示本發(fā)明及以往技術的曲柄角和壓力的圖。
圖6是表示本發(fā)明及以往技術的曲柄角和壓力的圖。
其中，1...旋轉(zhuǎn)渦殼，2...旋轉(zhuǎn)螺旋體，3...固定渦殼，4...固定螺旋體，5...固定渦殼端板，6...吸入口，7...噴出口，8...液體噴射流入口，18...吸入管，19...噴射管，20...噴出管。
具體實施例方式
下面根據(jù)圖1至圖6對本發(fā)明的實施例進行說明。
圖1表示使用本發(fā)明的一個實施例的渦旋壓縮機的縱剖面圖。渦旋壓縮機13具有旋轉(zhuǎn)渦殼1和固定渦殼3、轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)渦殼1的曲柄軸14、支撐曲柄軸14的支架15、容許旋轉(zhuǎn)渦殼1的公轉(zhuǎn)運動并防止自轉(zhuǎn)的歐氏環(huán)16、驅(qū)動曲柄軸14的馬達17。兩渦殼1、3的螺旋體將限定其螺旋形狀的基準的曲線、即基本渦曲線設為代數(shù)螺旋曲線。通過使固定渦殼3的螺旋體的偏角比旋轉(zhuǎn)渦殼1的偏角大致增大180度，將固定渦殼3的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置延長至與旋轉(zhuǎn)渦殼1的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置相同的位置以上，形成將由固定渦殼3的內(nèi)側(cè)壁面和旋轉(zhuǎn)渦殼1的外側(cè)壁面形成的密閉空間擴大了的形狀。
對如此構(gòu)成的渦旋壓縮機的壓縮過程進行簡單說明。通過向馬達17通電，曲柄軸14轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)渦殼1利用歐氏環(huán)16，不發(fā)生自轉(zhuǎn)地進行公轉(zhuǎn)運動。利用旋轉(zhuǎn)渦殼1的公轉(zhuǎn)，通過由兩渦殼1、3形成的密閉空間的容積縮小而對從吸入管18流入的低溫低壓的被壓縮流體進行壓縮。由于在該密閉空間內(nèi)被壓縮的被壓縮流體變成高溫高壓，因此在利用噴射管19使在壓縮行程的中途從冷凍循環(huán)中取出的低溫的液體的被壓縮流體流入壓縮室內(nèi)，降低噴出時的氣體的被壓縮流體的溫度。流入壓縮室內(nèi)的液狀被壓縮流體的量最好為壓縮室內(nèi)進行氣化的量。經(jīng)過此種壓縮行程而變成高溫高壓的被壓縮流體從噴出口7向壓縮機箱內(nèi)排出，穿過箱體和箱體內(nèi)的壓縮機構(gòu)成部件之間，從噴出管20向冷凍循環(huán)內(nèi)排出。
使用圖2對旋轉(zhuǎn)渦殼1和非旋轉(zhuǎn)渦殼3的螺旋體進行說明。旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體2的螺旋形狀由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)曲線2i規(guī)定。另外，固定渦殼的螺旋體4的螺旋形狀由固定外側(cè)曲線4o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i規(guī)定。該固定螺旋體4相對于固定渦殼端板5而豎立。規(guī)定固定螺旋體4的形狀的基本渦曲線的中心O’相對于固定渦殼的端板5的中心O，沿從固定螺旋體4的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置連接固定渦殼端板5的中心的方向錯開配置，從而實現(xiàn)在端板5內(nèi)所占的形成螺旋體4的范圍的擴大。固定內(nèi)側(cè)曲線4o中從a到b的部分是利用本發(fā)明的所述固定螺旋體的延長部分，通過使旋轉(zhuǎn)結(jié)束偏角θ增加大約180度，將旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置b設為所述旋轉(zhuǎn)螺旋體2的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置附近。被壓縮前的流體所流入的吸入口6、被壓縮后的流體所流出的噴出口7、設于固定渦殼端板5上的液體噴射流入口8被設于固定渦殼3的一部分上。
本實施例中，該液體噴射流入口8偏向固定外側(cè)曲線4o側(cè)，并且被配置在不與吸入口及噴出口導通的位置上。
這里，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)螺旋體2及固定螺旋體4的基本渦曲線為代數(shù)螺旋曲線，為了使旋轉(zhuǎn)開始部的渦旋壁厚更厚，僅在旋轉(zhuǎn)開始部的偏角θ的區(qū)間將代數(shù)螺線的系數(shù)a或代數(shù)螺旋的指數(shù)k的值增大，在其以外的區(qū)間的代數(shù)螺旋的系數(shù)a或代數(shù)螺線的指數(shù)k的值保持一定。利用如此修正后的基本渦曲線的包絡線構(gòu)成旋轉(zhuǎn)螺旋體2及固定螺旋體4的內(nèi)側(cè)曲線及外側(cè)曲線。
圖6表示使用相同外徑的以往技術和本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)及固定渦殼的情況的壓力比的比較。系列1表示以往技術的壓力比，系列2表示將基本渦曲線設為代數(shù)螺線的情況，系列3表示將基本渦曲線設為代數(shù)螺線并使端板中心和基本渦曲線的中心錯開的情況，系列4表示包含本發(fā)明的全部發(fā)明要素的情況的壓力比。可以提供在由本實施例限定的外徑內(nèi)的高壓力比用螺旋體。另外，由此，由于旋轉(zhuǎn)螺旋體2及固定螺旋體4的渦旋壁的厚度都從螺旋的旋轉(zhuǎn)開始處到旋轉(zhuǎn)結(jié)束處連續(xù)地變化，內(nèi)部的流體的壓力達到最高壓的螺旋體的中央部變厚，因此可靠性提高，內(nèi)部泄漏降低。
圖3是表示本發(fā)明的一個實施例的渦旋壓縮機的螺旋體所進行的壓縮行程的俯視圖，按照圖3(a)、圖3(b)及圖3(c)的順序，表示以任意的角度進行公轉(zhuǎn)運動時的旋轉(zhuǎn)渦殼和固定渦殼的位置關系。圖3(a)是由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的密閉空間9a結(jié)束流體的吸入時的狀態(tài)。圖3(b)表示從圖3(a)使之大致以180度公轉(zhuǎn)運動后的狀態(tài)。圖3(b)中，10b是由旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)曲線2i和固定外側(cè)曲線4o形成的密閉空間，是結(jié)束了流體的吸入時的狀態(tài)。由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的密閉空間9b表示從圖3(a)的狀態(tài)進行壓縮作用的狀態(tài)，具有與密閉空間10b相同的容積。
圖3(c)表示從圖3(b)進一步以某一角度進行了公轉(zhuǎn)運動后的狀態(tài)。由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的密閉空間9c與由旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)曲線2i和固定外側(cè)曲線4o形成的密閉空間10c為相同容積。當從圖3(c)的狀態(tài)進行公轉(zhuǎn)運動時，2個密閉空間9c、10c大致同時與噴出口7導通。
這里，圖3(b)的由旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)曲線2i和固定外側(cè)曲線4o形成的密閉空間10b與固定螺旋體4的延長部無關地形成，具有Vs’的體積。另外，密閉空間9b可以認為是由固定外側(cè)曲線4o的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置為a的固定螺旋體內(nèi)側(cè)曲線和旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2i形成的、結(jié)束了流體的吸入的狀態(tài)，密閉空間9b的容積與密閉空間10b為同一容積Vs’。相對于密閉空間9b的容積Vs’，圖3(a)的由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和將旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置延長至b的固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的密閉空間9a結(jié)束了流體的吸入時的容積Vs更大。圖3(a)和圖3(b)所示的由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的所述2個密閉空間9a和9b一邊受到壓縮作用，一邊與噴出口導通時的容積都變成圖3(c)所示的密閉空間9c的容積Vd。
這樣，將固定側(cè)螺旋體4的內(nèi)側(cè)曲線4i的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置從a延長到b，就會增大由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的密閉空間的內(nèi)部容積比。但是，圖3(a)中形成的密閉空間9a和圖3(b)中形成的密閉空間10b均一邊受到壓縮作用，一邊變成圖3(c)的密閉空間9c和10c時的內(nèi)部壓力不同，成為由兩空間的壓力差而導致內(nèi)部泄漏的原因。
所以，通過將壓縮機冷卻用的液體噴射流入口8如圖1所示，配置在靠近固定外側(cè)曲線4o并且不與吸入口6及噴出口7導通的位置上，就會使較多的被壓縮流體流入由旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)曲線2i和固定外側(cè)曲線4o形成的密閉空間，使密閉空間內(nèi)的壓力上升。從圖4(a)到(d)表示由旋轉(zhuǎn)螺旋體2和固定螺旋體4形成的密閉空間和液體噴射流入口8導通的狀態(tài)。
另外，圖5是表示相對于具有相同外徑的以往技術和本發(fā)明的由旋轉(zhuǎn)及固定螺旋體形成的密閉空間內(nèi)的曲柄角的壓力變化的圖。圖4(a)表示本發(fā)明的由旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的密閉空間與液體噴射流入口8導通前不久的狀態(tài)，圖4(b)表示液體噴射脫離所述密閉空間的瞬間的狀態(tài)。同樣，圖4(c)及圖4(d)表示本實施例的由旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)曲線2i和固定外側(cè)曲線4o形成的密閉空間與液體噴射流入口8導通之前不久和液體噴射脫離的瞬間。圖5中，縱軸表示壓力比，橫軸表示曲柄角，曲線21表示本發(fā)明的由旋轉(zhuǎn)及固定螺旋體的旋轉(zhuǎn)外側(cè)曲線2o和固定內(nèi)側(cè)曲線4i形成的密閉空間的壓力變化，曲線22表示由旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)曲線2io和固定外側(cè)曲線4o形成的密閉空間的壓力變化，曲線23表示以往技術的密閉空間的壓力變化。
圖5中，表示本發(fā)明機的壓力變化的曲線21和22的壓縮開始點大致相差180度是延長了固定內(nèi)側(cè)壁面的效果。另外，表示本發(fā)明機的密閉空間內(nèi)的壓力變化的曲線21和表示以往機的密閉空間內(nèi)的壓力變化的曲線23的壓縮作用開始的曲柄角不同，是由于利用本發(fā)明延長了固定內(nèi)側(cè)曲線的效果、以及增加了旋轉(zhuǎn)及固定螺旋體的旋轉(zhuǎn)角。曲線21上的曲柄角c、d分別與圖4(a)、圖4(b)對應，曲線22上的曲柄角e、f分別與圖4(c)、圖4(d)對應。這兩個密閉空間內(nèi)的壓力在曲柄角從c到d、從e到f的區(qū)間中，因來自液體噴射的被壓縮流體的流入而使壓力上升變大。
另外，如曲柄角所示，2個密閉空間因液體噴射開口時間的不同，壓力上升不同，通過在設計壓力變小的密閉空間中開長口，使曲柄角f的壓力與設計壓力變大的密閉空間內(nèi)的壓力同等。由此，圖3(c)的密閉空間10c的壓力上升，不會使密閉空間9c的內(nèi)部壓力下降，從而可以緩和所述2個密閉空間9c、10c的噴出口導通時的壓力不平衡，實現(xiàn)內(nèi)部泄漏的減少。
權(quán)利要求
1.一種渦旋壓縮機，其特征是，具有使螺旋體相對于端板豎立的非旋轉(zhuǎn)渦殼及旋轉(zhuǎn)渦殼，其中螺旋體由使用以極坐標形式表示并設矢徑為r、偏角為θ、代數(shù)螺線的系數(shù)為a、代數(shù)螺線的指數(shù)為k的式r＝a·θk表示的代數(shù)螺旋曲線，僅在偏角θ的特定的區(qū)間使代數(shù)螺線的系數(shù)a或代數(shù)螺線的指數(shù)k變化的代數(shù)螺旋曲線或其包絡線規(guī)定其厚度和形狀，使旋轉(zhuǎn)渦殼相對于所述非旋轉(zhuǎn)渦殼不發(fā)生自轉(zhuǎn)地進行公轉(zhuǎn)運動，使所述2個渦殼的螺旋體間產(chǎn)生的密閉空間內(nèi)的流體的體積縮小而進行壓縮的壓縮機構(gòu)，所述代數(shù)螺旋曲線或其包絡線的旋轉(zhuǎn)開始角度被相互錯開180度，所述固定渦殼的螺旋體的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置被設于所述旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置附近，使所述旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體的螺旋中心和所述固定渦殼螺旋體的螺旋中心，相對于所述旋轉(zhuǎn)渦殼及所述固定渦殼的端板的中心，從所述2個螺旋體的旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置向連接所述代數(shù)螺旋曲線或其包絡線的螺旋中心的直線方向錯開設置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋壓縮機，其特征是，排出利用所述旋轉(zhuǎn)渦殼的公轉(zhuǎn)運動壓縮的流體的噴出口被設于，由所述旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體的外側(cè)壁面和所述固定渦殼的螺旋體的內(nèi)側(cè)壁面形成的最小密閉空間與由所述旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體的內(nèi)側(cè)壁面和所述固定渦殼的螺旋體的外側(cè)壁面形成的最小密閉空間大致同時導通的位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋壓縮機，其特征是，設置了從由所述旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體的外側(cè)壁面和所述固定渦殼的內(nèi)側(cè)壁面構(gòu)成的密閉空間，與由所述旋轉(zhuǎn)渦殼的螺旋體的內(nèi)側(cè)壁面和所述固定渦殼的螺旋體的外側(cè)壁面構(gòu)成的密閉空間長時間導通的液體噴射流入口。
全文摘要
一種渦旋壓縮機，在具有將基本渦曲線設為代數(shù)螺旋曲線而構(gòu)成的螺旋體的旋轉(zhuǎn)渦殼及固定渦殼中，將固定渦殼螺旋體內(nèi)側(cè)壁面延長至達到旋轉(zhuǎn)渦殼螺旋體外側(cè)壁面以上的位置，使基本渦曲線的中心和端板中心錯開，并且使液體噴射流入口配置在與設計容積比變小的密閉空間長期導通的位置上。由此，在采用相同螺旋體的外徑的狀態(tài)下，該渦旋壓縮機可以增大容積比，并且在高壓力比運轉(zhuǎn)時效率更高。
文檔編號F04C29/00GK1629484SQ200410074829
公開日2005年6月22日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者土屋直洋, 小山昌喜, 香曾我部弘勝 申請人:日立家用電器公司