專(zhuān)利名稱(chēng)：渦旋流體機(jī)械、冷凍循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)機(jī)或加熱泵熱水器等使用的渦旋(scroll)流體機(jī)械，尤其涉及有關(guān)于縮短運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間的技術(shù)。
背景技術(shù)：
通常，旋轉(zhuǎn)渦旋部件和固定渦旋部件之間互相吸引——換言之，在將旋轉(zhuǎn)渦旋部件按壓向固定渦旋部件這樣的——渦旋流體機(jī)械的情況下，在剛開(kāi)始啟動(dòng)后不久，幾乎不產(chǎn)生這樣的按壓力即所謂的背壓，不僅如此，旋轉(zhuǎn)渦旋部件在壓縮室的壓力的作用下，承受遠(yuǎn)離固定渦旋部件的方向的大的力。
因此，由于旋轉(zhuǎn)渦旋部件與固定渦旋部件的間隙變大，形成壓縮室的密封部的密封性下降，所以使得進(jìn)入到正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前的過(guò)渡運(yùn)轉(zhuǎn)成為泄漏增多的低效率運(yùn)轉(zhuǎn)。
因此，有許多為了提高密封性的技術(shù)。例如公知有專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，被嵌入在固定渦旋的端面即固定安裝面(以下稱(chēng)為非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面)和框架的端面即旋轉(zhuǎn)嵌入面(以下稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)規(guī)定面)之間的旋轉(zhuǎn)渦旋部分(以下稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)端板)被構(gòu)成為，比兩端面的間隔小5～70μm，這表示相對(duì)于非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面，由立起設(shè)置渦旋齒嚙合處(scrollwrap)的鏡板面、和相面對(duì)于旋轉(zhuǎn)規(guī)定面的反渦旋齒嚙合處一側(cè)的面(以下稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)背面)形成的厚度、即旋轉(zhuǎn)端板的厚度，比兩端面的間隔大約小5～70μm。由框架的旋轉(zhuǎn)規(guī)定面確定旋轉(zhuǎn)渦旋部件和固定渦旋部件在軸線方向上的最大間隔距離，其高效率運(yùn)轉(zhuǎn)的情況在第29段公開(kāi)。
如此，由于旋轉(zhuǎn)端板的渦旋齒嚙合處一側(cè)和非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面的間隙很小，使得壓縮機(jī)在剛啟動(dòng)之后不久或在非常短的時(shí)間內(nèi)，能夠?qū)⑿D(zhuǎn)渦旋部件按壓向固定渦旋部件，從而性能提高，進(jìn)入到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況在第29段等公開(kāi)。另外，若壓接并滑動(dòng)，則形成具有可刮掉磨合性的皮膜(以下成為磨合層)，使性能提高并進(jìn)入到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況在第29段等公開(kāi)。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)有在因液壓縮而引起的壓縮室的異常壓力上升所具有的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，使能夠在推力方向上移動(dòng)的推力軸承抵接于旋轉(zhuǎn)渦旋的背面即旋轉(zhuǎn)背面，從該推力軸承的更深的背面導(dǎo)入排出壓力，另外，在第3頁(yè)下右欄第一行等公開(kāi)有間隙可以約為0.01 5～0.02mm、即約為15～20μm，來(lái)代替上述的5～70μm。如此，如作用欄及發(fā)明效果欄記載的那樣，能在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持微小間隙，進(jìn)行高效的壓縮作用，在壓縮室的壓力異常上升時(shí)，能解除壓縮室的密封并可以重新恢復(fù)到正常的壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本國(guó)專(zhuān)利特開(kāi)平11-247786公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本國(guó)專(zhuān)利特開(kāi)平01-177482公報(bào)在上述各專(zhuān)利文獻(xiàn)中，雖然想通過(guò)保持較高的壓縮室的密封度，使背壓的源頭即排出壓力上升，從而改善運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)狀況，但是畢竟難以進(jìn)一步提高密封性，不僅排出壓力的上升需要時(shí)間，而且將旋轉(zhuǎn)渦旋部件按壓向固定渦旋部件的按壓力(背壓)的提高也需要時(shí)間，所以直到進(jìn)入到正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需時(shí)間、即運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是縮短啟動(dòng)之后不久的過(guò)渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，縮短運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間。另外，本發(fā)明的目的是在短時(shí)間內(nèi)使渦旋部件的磨合層進(jìn)行磨合。
本發(fā)明的目的是通過(guò)具有以下部分而達(dá)成的，它們是輔助部件背壓密封圈，其分隔腔(chamber)內(nèi)和由固定渦旋部件與框架形成的空間，并且經(jīng)由設(shè)置在框架上的輔助部件背壓孔來(lái)承受腔內(nèi)的壓力；和旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件，其通過(guò)被按壓向輔助部件背壓密封圈而向固定渦旋部件側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)渦旋部件。
根據(jù)本發(fā)明，可以縮短運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間。另外，可以在短時(shí)間內(nèi)使渦旋部件的磨合層進(jìn)行磨合。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的渦旋流體機(jī)械的縱剖面圖；圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的固定渦旋部件的仰視圖；圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)渦旋部件的俯視圖；圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)渦旋部件的縱剖面圖；圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)渦旋部件的仰視圖；圖6是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的框架的俯視圖；圖7是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件的縱剖面圖；圖8是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件的俯視圖；圖9是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的輔助部件背壓密封圈的縱剖面圖；圖10是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件附近的放大縱剖面圖(組裝時(shí)、或磨合前&啟動(dòng)前)；圖11是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件附近的放大縱剖面圖(磨合運(yùn)轉(zhuǎn)中)；圖12是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件附近的放大縱剖面圖(磨合后&正常運(yùn)轉(zhuǎn)中)；圖13是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件附近的放大縱剖面圖(磨合后&啟動(dòng)前)；圖14是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件的縱剖面圖；圖15是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件的俯視圖；圖16是本發(fā)明的第三實(shí)施例中的輔助部件背壓密封圈的主要部分放大縱剖面圖；圖17是表示背面間隙和壓縮機(jī)效率的關(guān)系的坐標(biāo)圖；圖18是將本發(fā)明的渦旋壓縮機(jī)搭載于加熱泵熱水器的冷凍循環(huán)圖。
圖中1-固定渦旋部件；1a-固定渦旋體；1b-固定端板；1c-旁路孔；1d-油槽；2-旋轉(zhuǎn)渦旋部件；2a-旋轉(zhuǎn)渦旋體；2b-旋轉(zhuǎn)端板；2c-旋轉(zhuǎn)軸承；2x-旋轉(zhuǎn)放射槽；3-旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件；3b-突起部；4-背壓室；5-儲(chǔ)油室；6-吸入室；7-外周室；8-輔助部件背壓室；9-曲軸；9a-偏心銷(xiāo)；9b-供油孔；10-供油管；11-輔助部件背壓密封圈；15-框架；15a-主軸承；15h-輔助部件背壓孔；16-歐氏環(huán)(Oldham ring)；17-電機(jī)；18-吸入管；19-排出管；20-箱體(case)；21-本發(fā)明的渦旋壓縮機(jī)；22-熱交換器；23-水通路；24-電動(dòng)膨脹閥；25-蒸發(fā)器；25a-蒸發(fā)器風(fēng)扇；100-背壓控制閥；100a-流出孔；100b-閥彈簧；100c-閥體；100d-閥蓋；100e-固定栓；150-旁路閥；200-壓縮室具體實(shí)施方式
以下，利用圖1至圖13，對(duì)于本發(fā)明的第一實(shí)施例加以說(shuō)明。
(實(shí)施例1)圖1是渦旋流體機(jī)械的縱剖面圖。但不是僅由一個(gè)剖面構(gòu)成，有的部分由其他的剖面構(gòu)成。以下，將從與圖1相同的方向觀察到的剖面圖稱(chēng)為縱剖面圖，將圖1中從上向下觀察到的圖稱(chēng)為俯視圖，相反地將從下向上觀察到的圖稱(chēng)為仰視圖。圖2是固定渦旋部件的仰視圖，表示了固定安裝面。圖3、4、5分別是各旋轉(zhuǎn)渦旋部件的俯視圖、縱剖面圖和仰視圖。圖6是框架的俯視圖。圖7是旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件的縱剖面圖。圖8是旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件的俯視圖。另外，圖9是輔助部件背壓密封圈的縱剖面圖。圖10至圖13是旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件附近的縱剖面圖(圖1的p部分)的放大圖。
首先，概要地描述渦旋流體機(jī)械的壓縮流體的流動(dòng)情況。渦旋流體機(jī)械即壓縮機(jī)從吸入管18吸入流體，從排出管19排出壓縮了的流體。從吸入管18流入了的流體一旦流入了吸入室6(參照?qǐng)D2)之后，在由固定渦旋部件1的固定渦旋體1a和旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的旋轉(zhuǎn)渦旋體2a形成的壓縮室200被壓縮。被壓縮后的流體被排出到箱體20內(nèi)，并從排出管19排出。本實(shí)施例的渦旋流體機(jī)械是所謂的高壓腔型的渦旋流體機(jī)械。
以下，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
1是固定渦旋部件，其包括非對(duì)稱(chēng)齒形即固定渦旋體1a和固定端板1b。當(dāng)然它們也可以是對(duì)稱(chēng)齒形。為了抑制過(guò)壓縮，另外為了避免液壓縮，在齒底面設(shè)置了兩對(duì)旁路孔1c，并分別設(shè)置了旁路閥110，進(jìn)而通過(guò)與后述的背壓控制閥100進(jìn)行組合，來(lái)進(jìn)行背壓、即將旋轉(zhuǎn)渦旋部件按壓向固定渦旋部件的背壓室的壓力的適當(dāng)化。另外，因?yàn)楣潭u旋部件1與旋轉(zhuǎn)渦旋部件2產(chǎn)生滑動(dòng)，所以設(shè)置油槽1d并在兩部件之間導(dǎo)入冷凍機(jī)油，對(duì)該滑動(dòng)部進(jìn)行潤(rùn)滑。
2是旋轉(zhuǎn)渦旋部件，其包括旋轉(zhuǎn)渦旋體2a和旋轉(zhuǎn)端板2b。
在旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的旋轉(zhuǎn)背面2j一側(cè)設(shè)置有平衡凹槽2y(參照?qǐng)D5)，其用于將承受曲軸9的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸承2c、旋轉(zhuǎn)歐氏槽2k、和旋轉(zhuǎn)渦旋部件的重心調(diào)整在旋轉(zhuǎn)軸承軸心上。在與該旋轉(zhuǎn)背面2j相對(duì)的框架15上設(shè)置框架歐氏槽15k(參照?qǐng)D6)。另外，在框架15上設(shè)置有用于配置后述的輔助部件背壓密封圈11的密封圈插入槽15b。
曲軸9在電機(jī)17的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，并將該旋轉(zhuǎn)傳遞給旋轉(zhuǎn)渦旋部件2。此時(shí)，由于歐氏環(huán)16的四個(gè)鍵部被插入到這些槽中，所以避免了旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只能進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、即與固定渦旋部件1的相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)該相對(duì)旋轉(zhuǎn)形成壓縮室200，通過(guò)朝向固定渦旋部件1的中心逐漸減小壓縮室200的容積，來(lái)壓縮流體。被壓縮的流體向固定渦旋部件1上部的箱體20內(nèi)排出，在排出壓力的作用下充滿(mǎn)箱體20內(nèi)時(shí)，從箱體側(cè)面的排出管19向壓縮機(jī)外排出。
而且，在閉合了兩個(gè)渦旋部件時(shí)形成壓縮室200，但閉合前的空間與吸入室6相連通。
此時(shí)，由于渦旋流體機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，為了機(jī)器的潤(rùn)滑及壓縮室等的密封而向各處提供冷凍機(jī)油，所以下面簡(jiǎn)要說(shuō)明渦旋流體機(jī)械的冷凍機(jī)油的流動(dòng)。
利用箱體20內(nèi)的排出壓力Pd和背壓室4的背壓Pb的壓力差，在從儲(chǔ)油室5內(nèi)，通過(guò)供油管10、供油孔9b而向旋轉(zhuǎn)軸承2c和主軸承15a供給冷凍機(jī)油后，冷凍機(jī)油進(jìn)入背壓室4。之后冷凍機(jī)油流經(jīng)背壓控制閥100、從流出孔100a(參照?qǐng)D10)流出向壓縮室200。冷凍機(jī)油一邊對(duì)壓縮室200進(jìn)行密封，同時(shí)和壓縮流體一起被升壓，并被排出到箱體20內(nèi)。在此，冷凍機(jī)油的大部分與壓縮流體分離，積存于位于箱體20下部的儲(chǔ)油室5。
下面，對(duì)背壓控制閥100加以說(shuō)明。
如圖2、圖10所示，設(shè)置背壓控制閥100，其開(kāi)口有流出孔100a，該流出孔100a貫穿設(shè)置直到固定渦旋體1a的外周部(半徑的大的部分)的內(nèi)線側(cè)。該背壓控制閥100具有在其內(nèi)部被壓縮的閥彈簧100b、閥體100c、閥蓋100d。另外，為了加工流出孔100a而打開(kāi)的外圍側(cè)的孔被固定栓100e塞住。
背壓控制閥100是用于將在旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的背面?zhèn)刃纬傻谋硥菏?的壓力保持在規(guī)定值以下的閥，該規(guī)定值是由通過(guò)背壓而施加于閥體100c的力、和通過(guò)閥彈簧100b而施加于閥體100c的力之間的平衡所確定的。如上所述，通過(guò)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而被升壓的排出壓下的冷凍機(jī)油流入背壓室4。在該冷凍機(jī)油里溶入致冷劑，通過(guò)該致冷劑氣化使背壓室4的壓力、即背壓上升。該背壓如前所述被保持在規(guī)定值以下。
在旋轉(zhuǎn)端板2b的上面即旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)面(鏡板面)及該旋轉(zhuǎn)渦旋體2a的表面，形成有由于滑動(dòng)而磨損的磨合層2h。由于在旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的表面設(shè)置磨合層2h，所以在除去旋轉(zhuǎn)軸承2c的軸承面以外的全表面上設(shè)置有磨合層，之后也可以只是旋轉(zhuǎn)背面2j強(qiáng)制除去后述的易磨合層。圖1及圖4為了說(shuō)明磨合層而將其厚度足夠地放大來(lái)表示，實(shí)際的厚度是使兩渦旋部件嚙合時(shí)的由它們的形狀誤差產(chǎn)生的間隙的程度，為20μm左右。
該磨合層2h是通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的坯材表面進(jìn)行處理而形成的，其由從原來(lái)的坯材表面析出而形成的易磨合層2h1(10μm左右)、和對(duì)原來(lái)的坯材表面腐食而形成的難磨合層2h2(10μm左右)構(gòu)成。雖然難以對(duì)難磨合層進(jìn)行切削或除去，但由于易磨合層是析出而形成的，所以因摩擦而容易削掉除去。因此，雖然直到原表面的磨合是容易進(jìn)行的，但難以進(jìn)行進(jìn)一步的磨合。另外，在旋轉(zhuǎn)渦旋體2a的磨合層之中，與齒端面的磨合層相比，側(cè)面的磨合層難以除去。這是因?yàn)榕c固定渦旋體1a的半徑方向的接觸力小于軸方向的接觸力，所以側(cè)面的磨合層相比于軸方向的磨合層(齒端面的磨合層)，除去量少。將該磨合進(jìn)行中的運(yùn)轉(zhuǎn)稱(chēng)為磨合運(yùn)轉(zhuǎn)。
作為這樣的易磨合層的一個(gè)例子，在以鑄鐵為原材料的旋轉(zhuǎn)渦旋部件的情況下，有磷酸錳皮膜。由于被除去的磨合層是非常小的粒子，所以即使在壓縮機(jī)或循環(huán)系統(tǒng)(cycle)的內(nèi)部循環(huán)，也不會(huì)使其可靠性降低。
當(dāng)磨合運(yùn)轉(zhuǎn)完成后，即磨合的進(jìn)行已經(jīng)飽和了的處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的表面，大概接近原表面。因此，可以推定磨合運(yùn)轉(zhuǎn)完成后的尺寸達(dá)到了何種程度，尺寸容易管理。
此外，磨合層可設(shè)置在固定渦旋部件1的和旋轉(zhuǎn)渦旋部件2相對(duì)的面上，還可設(shè)置在雙方的部件上。
下面，利用圖7至圖9說(shuō)明旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3及輔助部件背壓密封圈11。
旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3從輔助部件背壓密封圈11承受力，是用于將旋轉(zhuǎn)渦旋部件2按壓向固定渦旋部件1一側(cè)的部件。在旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3上，在外周部設(shè)置有突起部3b，該突起部3b從旋轉(zhuǎn)規(guī)定面3a只向上立起與旋轉(zhuǎn)端板2b的材料厚度大致相同的尺寸。
另外，輔助部件背壓密封圈11是圓環(huán)狀的部件，其用于通過(guò)在框架15設(shè)置的輔助部件背壓孔15h來(lái)承受箱體20內(nèi)的壓力即排出壓力，并將旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3按壓向旋轉(zhuǎn)渦旋部件2一側(cè)。作為這樣的輔助部件背壓密封圈11，例如，適用green tweed and company公司制的MSE密封圈等。在其內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)(圖16中的剖面的左側(cè)和右側(cè))設(shè)置有密封圈突起11a，在沒(méi)有設(shè)置突起11a的一側(cè)，插入由幾乎沒(méi)有蠕變變形的材料構(gòu)成的彈性環(huán)(例如、彈簧鋼)11b。反過(guò)來(lái)也可以說(shuō)，彈性環(huán)11b被輔助部件背壓密封圈11覆蓋，進(jìn)而在其外部設(shè)置有密封圈突起11a。
輔助部件背壓密封圈11被嵌入到框架15的密封槽15b中，通過(guò)內(nèi)外側(cè)的密封圈突起11a被按壓向密封槽15b的內(nèi)外側(cè)面，隔開(kāi)背壓室4和箱體20內(nèi)的空間，從而具有密封功能·隔絕性能。此時(shí)，由輔助部件背壓密封圈11和密封槽15b形成了輔助部件背壓室8，輔助部件背壓室8通過(guò)輔助部件背壓孔15h與箱體20內(nèi)連通。不僅是在流體的排出壓力從輔助部件背壓密封圈11的下面作用于輔助部件背壓室8的情況下，在流體的排出壓力沒(méi)有作用的情況下，背壓室4和箱體20內(nèi)的空間也被隔絕。
下面，利用圖10至圖13的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件附近的放大縱剖面圖，說(shuō)明本實(shí)施例的動(dòng)作及作用效果。
在組裝完成后、運(yùn)轉(zhuǎn)前，各部件的配置處于圖10所示的狀態(tài)。
在圖10中，旋轉(zhuǎn)渦旋部件2是磨合層絲毫沒(méi)有被削掉的狀態(tài)。在磨合前可以看作是啟動(dòng)前的狀態(tài)。易磨合層2h1還存在，旋轉(zhuǎn)端板2b的厚度最大。旋轉(zhuǎn)端板2b的原材料厚度與到難磨合層2h2的厚度T大致相同，這在上述的磨合層的說(shuō)明中已明確。雖然需要將該旋轉(zhuǎn)端板2b配置在非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z和旋轉(zhuǎn)規(guī)定面3a之間，但因?yàn)樵诓划a(chǎn)生排出壓力時(shí)，由輔助部件背壓產(chǎn)生的力沒(méi)有作用于旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3。因此，在旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3，沒(méi)有產(chǎn)生使旋轉(zhuǎn)渦旋部件2朝向固定渦旋部件1一側(cè)的力。另外，旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3如圖示那樣向下方退避。即，由于旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3從固定渦旋部件1離開(kāi)，所以能夠容易地進(jìn)行組裝。
若非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z和鏡板面2z的間隔過(guò)大，則尤其在啟動(dòng)時(shí)，不能提高排出壓力，不能得到用于將旋轉(zhuǎn)輔助部件3推向固定渦旋部件1一側(cè)而需要的輔助部件背壓。因此，必須嚴(yán)格控制非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z和鏡板面2z的間隔。另外，如果該間隔的容許范圍過(guò)大，則難以管理。
因此，為了相對(duì)于非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z對(duì)鏡板面2z的大概位置進(jìn)行定位，設(shè)置有旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面15c。在框架15上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面15c，被設(shè)置成可載置于旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的尺寸。即，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面15c的外徑小于旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的外徑。由此，旋轉(zhuǎn)端板2b的位置存在范圍被限定在非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面15c之間，進(jìn)而鏡板面2z的位置存在范圍被控制得很小。即，對(duì)鏡板面2z的大概位置進(jìn)行定位，使得在非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z和鏡板面2z之間具有某種程度的間隙。
若從圖10的狀態(tài)啟動(dòng)，則由于在非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z和鏡板面2z之間具有某種程度的間隙，所以壓縮室200的密封性降低，盡管對(duì)流體的壓縮不充分，但可以升高排出壓力。被壓縮的流體向箱體20內(nèi)排出。將此時(shí)的壓力記做P0。通過(guò)開(kāi)度非常大的輔助部件背壓孔15h，將被排出到該箱體20內(nèi)的流體導(dǎo)入輔助部件背壓室8。被導(dǎo)入的流體的壓力幾乎不降低，所以幾乎可以認(rèn)為就是P0。該輔助部件背壓室8的投影面積設(shè)定為如下的面積即使是輔助部件背壓P0，也可產(chǎn)生能夠?qū)⑿D(zhuǎn)渦旋部件2充分地推向固定渦旋部件1的按壓力的面積。
因此，幾乎在啟動(dòng)同時(shí)，向輔助部件背壓室8導(dǎo)入壓力P0，通過(guò)輔助部件背壓密封圈11向上推動(dòng)旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3，置于旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3的旋轉(zhuǎn)渦旋部件2也向固定渦旋部件1一側(cè)移動(dòng)。于是，兩渦旋部件的軸線方向的間隙縮小，在它們之間形成的壓縮室200的密封性提高，結(jié)果是排出壓力進(jìn)一步上升，能夠得到與轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力。
然后，在背壓室4產(chǎn)生背壓，由此還產(chǎn)生推壓力。在這些力的作用下，旋轉(zhuǎn)渦旋部件2被按壓向固定渦旋部件1。如此，由于在非常短的時(shí)間內(nèi)從啟動(dòng)時(shí)的過(guò)渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變成磨合運(yùn)轉(zhuǎn)(如果磨合運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)完成則為額定的運(yùn)轉(zhuǎn))，所以可以提供縮短了運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間的渦旋流體機(jī)械。圖11表示該狀態(tài)。
過(guò)去，雖然通過(guò)產(chǎn)生背壓可以進(jìn)入到正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但根據(jù)本實(shí)施例，即使在背壓產(chǎn)生之前，只要產(chǎn)生了輔助部件背壓即可，能夠利用旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3使旋轉(zhuǎn)渦旋部件2從啟動(dòng)后不久向固定渦旋部件1一側(cè)移動(dòng)。因此，能在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可以縮短運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間。此外，正常運(yùn)轉(zhuǎn)是由磨合運(yùn)轉(zhuǎn)和磨合運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的額定的運(yùn)轉(zhuǎn)(或額定運(yùn)轉(zhuǎn))組成的，將進(jìn)入到正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前的運(yùn)轉(zhuǎn)稱(chēng)為過(guò)渡運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖11所示的是在旋轉(zhuǎn)渦旋部件2還形成有易磨合層2h1，即磨合運(yùn)轉(zhuǎn)中的狀態(tài)。突起部3b的突起量H如上所述，因?yàn)樵O(shè)定成與T大致相同，因此突起部3b的上表面離開(kāi)非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z的距離只是易磨合層2h1的厚度。其結(jié)果是，由背壓室4的背壓產(chǎn)生的按壓力和由輔助部件背壓室8的輔助部件背壓產(chǎn)生的按壓力的合力作用于易磨合層2h1。過(guò)去只是利用背壓進(jìn)行磨合運(yùn)轉(zhuǎn)，但在本實(shí)施例中，由于除了由背壓室的背壓產(chǎn)生的力，還有輔助部件背壓也作用于旋轉(zhuǎn)渦旋部件2，所以通過(guò)更大的力將旋轉(zhuǎn)渦旋部件2按壓向固定渦旋部件1。因?yàn)檫@個(gè)力施加在磨合層上，所以在本實(shí)施例中可以大幅縮短磨合運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的時(shí)間。
根據(jù)由磨合運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)的形狀修正效果，能夠盡可能地降低由兩渦旋部件之間的間隙而產(chǎn)生的泄漏損失，能夠?qū)崿F(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)就可得到設(shè)計(jì)的排出壓力的渦旋流體機(jī)械圖12表示的是磨合運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的狀態(tài)。如前所述，此后的正常運(yùn)轉(zhuǎn)成為額定的運(yùn)轉(zhuǎn)(或額定運(yùn)轉(zhuǎn))。此時(shí)，易磨合層2h1消失，旋轉(zhuǎn)端板2b的厚度幾乎成為T(mén)，與突起部3b的突起量H幾乎相等。因此，該突起部3b的上表面與非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z相接，在對(duì)其外周部施壓的——磨合運(yùn)轉(zhuǎn)中的圖11中，在它們之間還存在間隙，還沒(méi)有產(chǎn)生推壓。由此，相比于磨合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作用于旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的推壓力、進(jìn)而是進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩渦旋部件之間的推壓力下降，從而變成主要基于背壓的適度的大小。磨合運(yùn)轉(zhuǎn)后的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械損失減小，泄漏損失降低，從而可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)—步的高性能。
根據(jù)突起部3b即夾持控制機(jī)構(gòu)的上表面和非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z的推壓狀態(tài)，在磨合運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以繼續(xù)將輔助部件背壓的一部分施加于旋轉(zhuǎn)渦旋部件2。此時(shí)，由于抑制了旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的意外的震動(dòng)，抑制泄漏損失和機(jī)械損失的增大，所以可以獲得高性能。另外還能夠抑制因震動(dòng)引起的噪音。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的狀態(tài)，需要夾持控制機(jī)構(gòu)與固定渦旋部件1相接，并且旋轉(zhuǎn)規(guī)定面3a與旋轉(zhuǎn)背面2j相接。由此，旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3必須有某種程度的彈性變形，另外，如果不在渦旋部件上設(shè)置磨合層，形成進(jìn)行磨合運(yùn)轉(zhuǎn)的可動(dòng)式的旋轉(zhuǎn)規(guī)定面，則不能實(shí)現(xiàn)這樣的狀態(tài)。若是現(xiàn)有的只進(jìn)行機(jī)械加工這樣的固定式的旋轉(zhuǎn)規(guī)定面，則不可能實(shí)現(xiàn)這樣的狀態(tài)。
例如，在以具有5～70μm或15～20μm的間隙作為前提的上述的各專(zhuān)利文獻(xiàn)中，需要將非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z到相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)規(guī)定面3a的框架的面的兩面間距離、與旋轉(zhuǎn)端板2b的厚度的差設(shè)定為5～70μm或15～20μm。該兩面間距離和旋轉(zhuǎn)端板2b的厚度的差，是在非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z和旋轉(zhuǎn)規(guī)定面3a之間夾著旋轉(zhuǎn)端板2b時(shí)的在兩側(cè)產(chǎn)生的間隙之和。將此時(shí)的間隙稱(chēng)為背面間隙，將固定渦旋部件1一側(cè)稱(chēng)為上側(cè)背面間隙，將框架15一側(cè)稱(chēng)為下側(cè)背面間隙。
該背面間隙例如經(jīng)常為5μm，在上側(cè)背面間隙為0時(shí)，下側(cè)背面間隙為5μm，在下側(cè)背面間隙為0時(shí)，上側(cè)背面間隙為5μm。制造后，不能再進(jìn)一步地縮小。在制造階段，由于存在公差和成本的問(wèn)題、組裝性的問(wèn)題，所以進(jìn)一步地縮小存在限度。雖然若是選擇嵌合等很花費(fèi)成本的方法是存在可能性，但非常困難。
由于旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3的彈性變形，可以在很廣的條件范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這兩面相接的狀態(tài)。在此，外周室7是旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的旋轉(zhuǎn)端板2b外周的空間，是由固定渦旋部件1、旋轉(zhuǎn)渦旋部件2、和旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3形成的空間。若設(shè)置旋轉(zhuǎn)放射槽2x(參照?qǐng)D5)使得可以連通外周室7和背壓室4，則各室的壓力相同。因此，由于背壓室4的壓力作用于背壓控制閥100，使得背壓控制簡(jiǎn)單化，從而可以實(shí)現(xiàn)背壓的適當(dāng)化。
圖13所示的是磨合運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的啟動(dòng)之前的狀態(tài)。與圖10的情況相比較，除了旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)面2z和非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面1z的間隙只擴(kuò)大了易磨合層2h1的厚度以外，其余均相同。因?yàn)橥ǔＴ摂U(kuò)大量在10μm左右，所以即使是該間隙不充分，還是能十分可靠地實(shí)現(xiàn)流體升壓的設(shè)計(jì)。盡管不充分但還可以壓縮流體，可以如上述那樣得到所希望的排出壓力。
背壓控制閥100的流出孔100a在壓縮室開(kāi)口，但如果改為在與吸入側(cè)相通的油槽1d處開(kāi)口也可以(圖10至圖13的虛線)。此時(shí)，因?yàn)殚y體100c的上表面一直作用有吸入壓力，所以與在容積變動(dòng)的壓縮室200開(kāi)口的情況相比，壓力變動(dòng)變小。因此，背壓穩(wěn)定，兩渦旋部件1、2的按壓狀態(tài)穩(wěn)定，其結(jié)果是使得齒頂齒底間隙穩(wěn)定、泄漏被控制，性能得到提高。
下面，利用圖14、圖15對(duì)第二實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖14是和上述第一實(shí)施例不同的旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件的縱剖面圖，圖15是它的俯視圖。為了不產(chǎn)成油膜密封，在旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3的旋轉(zhuǎn)背面2j側(cè)設(shè)置有多個(gè)輔助部件放射槽3x。在第一實(shí)施例中，只是通過(guò)旋轉(zhuǎn)渦旋部件2的旋轉(zhuǎn)放射槽2x來(lái)連通背壓室4和外周室7，對(duì)此，在本實(shí)施例中，由于還增加了輔助部件放射槽3x，所以背壓室4的壓力和外周室7的壓力更容易變得一致，背壓控制變得容易。此外，由于除輔助部件放射槽3x以外均與上述相同，所以省略說(shuō)明。
下面，利用圖16對(duì)第三實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖16是輔助部件背壓密封圈11的主要部分放大縱剖面圖。設(shè)置有使上表面的內(nèi)周側(cè)·外周側(cè)雙方傾斜的上表面傾斜部11d。此外，除上表面傾斜部11d以外均與上述相同，所以省略說(shuō)明。
通過(guò)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，輔助部件背壓密封圈11一直被按壓向外側(cè)，因此如果上表面是平面，則由于蠕變，在內(nèi)外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生突起部(圖16的虛線形狀)。在輔助部件背壓密封圈11的材質(zhì)是塑料等的情況下更為顯著。
若該突起變大，則輔助部件密封圈11即使下降至密封槽15b的底部，由于該突起部也向上推壓旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件3，因此啟動(dòng)前的兩渦旋部件的間隔距離縮小，具有向額定運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變更容易的效果。但是，若其過(guò)大，則大的負(fù)載集中在該突起部，因此將使輔助部件背壓密封圈11的壽命縮短。
因此，若設(shè)置上表面傾斜部11d，則可以減小蠕變時(shí)的突起部的突起量，使輔助部件背壓密封圈11的壽命延長(zhǎng)，從而能長(zhǎng)期維持渦旋流體機(jī)械的高性能。
圖17所示的是現(xiàn)有的渦旋壓縮機(jī)的背面間隙和壓縮機(jī)效率的關(guān)系。在此，縱坐標(biāo)軸所示的是以背面間隙為5μm時(shí)的效率為100的比率。從圖可以看出，若縮小背面間隙，則壓縮機(jī)效率上升。因此，通過(guò)利用突起部3b、即上述的夾持控制機(jī)構(gòu)，能夠縮小背面間隙，提高壓縮機(jī)效率。
接著圖18所示的是，將使用二氧化碳作為工作致冷劑、使用PAG或PAO作為冷凍機(jī)油的渦旋壓縮機(jī)適用于加熱泵式熱水器的情況下的冷凍循環(huán)結(jié)構(gòu)圖。在圖中，21是上述的渦旋壓縮機(jī)、22是熱交換器，23是水通路、24是電動(dòng)膨脹閥、25是蒸發(fā)器、25a是蒸發(fā)器風(fēng)扇。
之前已經(jīng)說(shuō)明了用于將旋轉(zhuǎn)渦旋部件2按壓向固定渦旋部件1的背壓室4的壓力，是通過(guò)冷凍機(jī)油和溶入其中的工作致冷劑氣化而上升的。對(duì)于在空調(diào)機(jī)等中使用的致冷劑R410A和冷凍機(jī)油POE的組合，若以R410A溶入POE中的量為基準(zhǔn)，則二氧化碳CO2溶入PAG或PAO的量少于R410A和POE的組合，約為一半以下。
因此，在二氧化碳CO2與PAG或PAO的組合的情況下，由于背壓難以上升，難以將旋轉(zhuǎn)渦旋部件2推壓向固定渦旋部件1，所以得到希望的排出壓力直至正常狀態(tài)要花費(fèi)時(shí)間。這一點(diǎn)在高端壓力達(dá)到超臨界狀態(tài)的冷凍循環(huán)裝置中會(huì)變得更加嚴(yán)重。
但是，因?yàn)閳D18所示的加熱泵式熱水器搭載有上述那樣的渦旋壓縮機(jī)，所以即使在二氧化碳CO2與PAG或PAO的組合中，能夠在早期向固定渦旋部件1按壓旋轉(zhuǎn)渦旋部件2，能構(gòu)成快速啟動(dòng)的加熱泵式熱水器。若是這樣的加熱泵式熱水器，啟動(dòng)快速，從運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始在短時(shí)間內(nèi)就能夠得到所需要的熱水。另外，除了加熱泵式熱水器之外還可以適用于各種冷凍循環(huán)裝置。
權(quán)利要求
1.一種渦旋流體機(jī)械，其是高壓腔型的渦旋流體機(jī)械，具有固定渦旋部件；與固定渦旋部件一起形成空間的框架；以及配置在該空間內(nèi)、并與所述固定渦旋部件協(xié)動(dòng)而形成壓縮室的旋轉(zhuǎn)渦旋部件，該渦旋流體機(jī)械的特征在于具有輔助部件背壓密封圈，其分隔開(kāi)所述腔內(nèi)和所述空間，并且經(jīng)由設(shè)置在所述框架上的輔助部件背壓孔來(lái)承受腔內(nèi)的壓力；和旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件，其通過(guò)被按壓向所述輔助部件背壓密封圈而向所述固定渦旋部件側(cè)按壓所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體機(jī)械，其特征在于在所述固定渦旋部件或所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件的至少一方設(shè)置有磨合層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦旋流體機(jī)械，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件具有夾持控制機(jī)構(gòu)，在磨合運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述夾持控制機(jī)構(gòu)與所述固定渦旋部件相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體機(jī)械，其特征在于具有背壓控制機(jī)構(gòu)，該背壓控制機(jī)構(gòu)配置在如下的通路上，該通路連通由所述框架和所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件形成的背壓室、和由所述固定渦旋部件和所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件形成的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦旋流體機(jī)械，其特征在于由所述固定渦旋部件和所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件形成的空間與吸入室相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體機(jī)械，其特征在于在所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件或所述旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件設(shè)置有槽，以連通由所述框架和所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件和所述旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件形成的背壓室、和由所述固定渦旋部件和所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件和所述旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件形成的外周室。
7.一種冷凍循環(huán)裝置，其利用二氧化碳為工作致冷劑來(lái)進(jìn)行超臨界循環(huán)，通過(guò)順次連接高壓腔型壓縮機(jī)、熱交換器、電動(dòng)膨脹閥、和蒸發(fā)器而構(gòu)成，所述高壓腔型壓縮機(jī)具有固定渦旋部件；與固定渦旋部件一起形成空間的框架；旋轉(zhuǎn)渦旋部件，其配置在該空間內(nèi)、并與所述固定渦旋部件協(xié)動(dòng)而形成壓縮室；輔助部件背壓密封圈，其分隔開(kāi)所述腔內(nèi)和所述空間，并且經(jīng)由設(shè)置在所述框架上的輔助部件背壓孔來(lái)承受腔內(nèi)的壓力；和旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件，其通過(guò)被按壓向所述輔助部件背壓密封圈而向所述固定渦旋部件側(cè)按壓所述旋轉(zhuǎn)渦旋部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于使用PAG作為冷凍機(jī)油。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷凍循環(huán)裝置，其特征在于使用PAO作為冷凍機(jī)油。
全文摘要
本發(fā)明涉及一直將旋轉(zhuǎn)渦旋部件按壓向固定渦旋部件的形式的渦旋流體機(jī)械，其目的是縮短啟動(dòng)之后不久的過(guò)渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，縮短運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間。另外，本發(fā)明的目的是在短時(shí)間內(nèi)使渦旋部件的磨合層進(jìn)行磨合。本發(fā)明的目的是通過(guò)具有以下部分而達(dá)成的，它們是輔助部件背壓密封圈，其分隔腔內(nèi)和由固定渦旋部件與框架形成的空間，并且經(jīng)由設(shè)置在框架上的輔助部件背壓孔來(lái)承受腔內(nèi)的壓力；和旋轉(zhuǎn)按壓輔助部件，其通過(guò)被按壓向輔助部件背壓密封圈而向固定渦旋部件側(cè)按壓旋轉(zhuǎn)渦旋部件。
文檔編號(hào)F25B9/00GK1966981SQ20061014858
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者幸野雄, 坪野勇, 三津谷俊一, 向井有吾 申請(qǐng)人:日立空調(diào)·家用電器株式會(huì)社