專利名稱：渦旋壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于空調裝置、冷凍裝置等的渦旋壓縮機。
背景技術：
渦旋壓縮機通過渦狀壁體之間的相互組合來配置固定渦盤與旋轉渦盤，相對于固定渦盤，使旋轉渦盤進行公轉旋轉運動，由此逐漸縮小在壁體之間形成的壓縮腔的容積，從而對該壓縮腔內的流體進行壓縮。在這種渦旋壓縮機中，由于無需對壓縮機主體進行大型化處理能夠提高效率比、提高壓縮能力成為可能，因此，渦盤部件采用臺階狀的壓縮機獲得了實際應用。在這種渦旋壓縮機中，為了通過提高渦盤之間的氣密性來提高壓縮性能，沿著臺階
部中對不同高度的上緣之間進行連接的連接緣設置葉端密封(于:y"7。、:/一少)，并且具有防止葉端密封^v連接緣脫落的機構(例如參照專利文獻l)。專利文獻l:(曰本)特開2002-303281號公報
在上述渦盤部件的臺階部，為了允許旋轉渦盤進行旋轉動作，在固定渦盤側與旋轉渦盤側之間形成有微小間隙。因此，隨著壓縮過程的進行，如果壓縮腔的容積逐漸縮小，則通過微小的間隙產生從高壓側向低壓側的壓縮氣體的泄漏，因此，在臺階部形成的微小間隙是渦旋壓縮機的壓縮效率下降的主要原因。特別是，在近些年使用高壓冷媒(例如R410A、 C02等)的情況下，由于低壓側與高壓側的壓力差增大，因此壓縮氣體的泄漏導致的效率下降的情況尤為顯著。
在這種背景下，人們期望利用渦旋壓縮機運轉時被吸入在壓縮機內并進行循環(huán)的潤滑油的油膜，密封臺階部的微小間隙，減少壓縮氣體的泄漏，從而提高壓縮效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述背景而提出的，其目的在于提供一種通過優(yōu)化運轉中的潤滑油的缸內油循環(huán)率，提高壓縮效率的渦旋壓縮機。本發(fā)明為解決上述課題采用了下述技術方案。
本發(fā)明涉及的渦旋壓縮機包括固定渦盤與旋轉渦盤，其中固定渦盤具有直立設置在端板的一側面上的渦狀壁體，旋轉渦盤具有直立設置在端板的一側面上的渦狀壁體，通過使所述各壁體之間彼此嚙合來阻止進行自轉，并且
被支承得能夠進行公轉旋轉運動；在所述固定渦盤與所述旋轉渦盤中至少任意一端板的所述一側面上，設置有沿著壁體的渦在中心部側高度高、外終端側高度低的臺階部；所述固定渦盤與所述旋轉渦盤中任意的另 一壁體的上緣與所述端板的臺階部相對應被分割為多個部位，并且該部位的高度形成渦的中心部側低、外終端側高的臺階狀；該渦旋壓縮機的特征在于將被吸入在壓縮機內與冷々某一起循環(huán)的潤滑油的缸內油循環(huán)率設定在1 %以上且10%以下的范圍內。
根據這種渦旋壓縮機，由于將被吸入在壓縮機內與冷媒一起循環(huán)的潤滑油的缸內油循環(huán)率設定在1%以上且10%以下的范圍內，因此，能夠確保足夠的潤滑油，以便在臺階部的微小間隙形成油膜而進行密封。
在上述渦旋壓縮機中，優(yōu)選所述潤滑油被供給到所述臺階部附近，由此，確保在臺階部附近具有足夠的潤滑油量，以便能夠形成對微小間隙有效地進行密封的油膜。
在上述渦旋壓縮機中，優(yōu)選在所述旋轉渦盤與所述固定渦盤為臥式的情況下，所述潤滑油被供給到重力方向上方的臺階部附近，由此，使?jié)櫥驮谄渲亓ψ饔孟孪蛳路铰湎露还┙o。
根據上述方式，由于將潤滑油的缸內油循環(huán)率設定在1%以上且10%以下的范圍內，因此，能夠確保足夠的潤滑油，以便在臺階部的微小間隙形成油膜而進行密封，從而提高臺階部微小間隙的密封性。其結果，能夠得到將從臺階部的微小間隙泄漏的壓縮氣體量減少，從而提高臺階狀的渦旋壓縮機的壓縮效率的顯著效果。


圖l是表示在本發(fā)明的渦旋壓縮機的一實施方式中，改變缸內油循環(huán)率(%)時，渦旋壓縮機的效率如何變化的實驗結果的曲線圖2A是具有本發(fā)明的渦旋壓縮機的冷凍循環(huán)的回路圖，表示具有外置式油分離器的結構例；
圖2B是具有本發(fā)明的渦旋壓縮機的冷凍循環(huán)的回路圖，表示具有內置
式油分離器的結構例；
圖3是表示本發(fā)明的渦旋壓縮機的結構例的局部剖面圖4A是針對本發(fā)明的渦旋壓縮機，表示將固定渦盤上下倒置的結構例
的立體圖4B是針對本發(fā)明的渦旋壓縮機，表示旋轉渦盤的結構例的立體圖；圖5是表示由固定渦盤與旋轉渦盤組合形成的壓縮腔開始被壓縮的狀態(tài)的剖面圖6是表示在向本發(fā)明的臺階部附近供給潤滑油時的結構例的重要部位的立體圖。
附圖標記說明
1 外殼；11 吐出口； 12 固定渦盤；12a，13a 端板；12b，13b 壁體；12c,12d，13c,13d上緣(齒端)；12e,13e 連接緣(齒端)；12f,12g,13f,13g底面(齒底)；12h,13h 連接壁面(齒底)；13 旋轉渦盤；42,43 臺階部；51,51A 油分離器；CP 渦4t壓縮機；C 壓縮腔。
具體實施例方式
下面，根據

本發(fā)明的渦旋壓縮機的 一 實施方式。圖3是表示渦旋壓縮機CP的結構例的剖面圖，圖中標記1為密閉狀態(tài)的外殼，標記2為將外殼1內分隔成高壓室HR與低壓室LR的泄放蓋(fV只于卞一-力/《一)，標記5為框架(7 k—厶)，標記6為吸入管，標記7為吐出管，標記8為電動機，標記9為轉動軸，標記10為自轉阻止才幾構，標記12為固定渦盤，標記13為與固定渦盤12嚙合的旋轉渦盤。
如圖4A所示，固定渦盤12是在端板12a的一側面上直立設置渦狀壁體12b的結構；如圖4B所示，旋轉渦盤13是與固定渦盤12同樣在端板13a的一側面上直立設置渦狀壁體13b的結構，尤其是壁體13b,實質上具有與固定渦盤12側的壁體12b相同的形狀。在44轉渦盤13相對固定渦盤12相互間只偏心乂>轉旋轉半徑的大小且只錯開180。相位的狀態(tài)下，將壁體12b, 13b嚙合而進行組裝。
在這種情況下，旋轉渦盤13通過安裝于由電動機8驅動的轉動軸9上端并進行旋轉運動的離心銷9a以及自轉阻止才凡構10的作用下，相對固定渦盤12進行公轉旋轉運動。另一方面，固定渦盤12固定在外殼1上，并且在端板12a的背面中央設置有壓縮流體的吐出口 11 。
在固定渦盤12的端板12a中直立設置有壁體12b的一側面上，具有沿著壁體12b的渦方向高度在中心部側高度高、外終端側高度低的臺階部42。旋轉渦盤13側的端板13a與固定渦盤12的端板12a同樣，在直立設置有壁體13b的一側面上，具有沿著壁體13b的渦方向高度在中心部側高度高、外終端側高度低的臺階部43。各臺階部42, 43分別以壁體12b、壁體13b的渦狀中心為基準，安裝在例如從各壁體12b, 13b的外終端側(吸入側)向內終端側(吐出側)前進兀(rad)的4立置上。
由于臺階部42的形成，端板12a的底面被分成從中心部設置的底部淺的底面12f以及從外終端設置的底部深的底面12g的兩個部位。在相鄰的底面12f與12g之間構成臺階部42,并且存在連接所述底面12f, 12g的垂直陡立的連接壁面12h。
端板13a的底面與上述的端板12a同樣，由于臺階部43的形成，將端板13a的底面分成從中心部設置的底部淺的底面13f以及從外終端設置的底部深的底面13g的兩個部位。在相鄰的底面13f, 13g之間構成臺階部43，并且存在連接所述底面13f， 13g的垂直陡立的連接壁面13h。
固定渦盤12側的壁體12b與旋轉渦盤13的臺階部43相對應，其渦狀上緣被分割成兩個部位，并且形成渦的中心部側低、外終端側高的臺階狀。旋轉渦盤13側的壁體13b與壁體12b同樣，與固定渦盤12的臺階部42相對應，其渦狀上緣被分割成兩個部位，并且形成渦的中心部側低、外終端側高的臺階狀。
具體地，壁體12b的上緣被分為靠中心部設置的低位的上緣12c和靠外終端設置的高位的上緣12d的兩個部位，并且，在相鄰的上緣12c， 12d之間存在連接兩者并與旋轉面垂直的連接緣12e。壁體13b的上緣與上述的壁體12b同樣，被分成靠中心部設置的低位的上緣13c和靠外終端設置的高位的上緣13d的兩個部位，并且，在相鄰的上緣13c， 13d之間存在連接兩者并與旋轉面垂直的連接緣13e。
從旋轉渦盤13的方向看壁體12b,連接緣12e與壁體12b的內外兩側面平滑地連續(xù)，并形成為具有與壁體12b厚度相等直徑的半圓形。與連接緣12e同樣，連接緣13e與壁體13b的內外兩側面平滑連續(xù)，并形成為具有與壁體13b
6的厚度相等直徑的半圓形。
從轉動軸方向看端板12a，連接壁面12h具有與隨著旋轉渦盤的旋轉連接 緣13e的軌跡所構成的包絡線一致的圓弧。與連接壁面12h同樣，連接壁面13h 也具有與連接緣12e的軌跡所構成的包絡線 一致的圓弧。
在固定渦盤12的壁體12b的上緣12c, 12d上，設置有在連接緣12e附近被 分成兩部分的葉端密封14a，14b。同樣地，在旋轉渦盤13的壁體13b的上緣13c, 13d上，設置有在連接緣13e附近被分成兩部分的葉端密封i5a,15b。這些葉端 密封在固定渦盤12和旋轉渦盤13之間，通過對在上緣(齒端)與底面(齒底) 之間形成的葉端密封間隙進行密封，將壓縮的氣體流體的泄漏控制在最小程 度。
也就是，如果在固定渦盤12上組裝旋轉渦盤13,則設置在低位的上緣13c 上的葉端密封15b與底部較淺的底面12f抵接，而設置在高位的上緣13d上的 葉端密封15a與底部較深的底面12g抵接。同時，設置在低位的上緣]2c上的 葉端密封14a與底部較淺的底面13f抵接，而設置在高位的上緣12d上的葉端密 封14b與底部較深的底面13g抵接。其結果，在兩渦盤12, 13之間形成由相對 的端板12a,13a與壁體12b,13b劃分的壓縮腔C。在圖4中，為了示出固定渦盤 12的臺階狀，將固定渦盤12上下倒置來表示。
圖5表示由固定渦盤12與旋轉渦盤13組合形成的壓縮腔C開始被壓縮的 狀態(tài)。在該壓縮開始的狀態(tài)下，壁體12b的外終端與壁體13b的外側面抵接， 同時壁體13b的外終端與壁體12b的外側面抵接，在端板12a,13a、壁體12b,13b 之間封入壓縮的流體，在夾著渦旋壓縮機構的中心的正對的位置上，形成兩 個最大容積的壓縮腔C。此時，雖然連接緣12e與連接壁面13h、連接緣13e 與連接壁面12h進行滑接，但是由于旋轉渦盤12的旋轉動作而即刻分離。
在上述臺階狀的渦旋壓縮機CP中，被吸入在渦旋壓縮機CP內與冷媒一 起循環(huán)的潤滑油的缸內油循環(huán)率(以下也稱為"OC。/o")被設定在1%以上且 10%以下的范圍內。該潤滑油被供給到渦旋壓縮機CP內的各滑動部等而進行 潤滑，其中至少一部分形成霧狀，與氣體冷媒一起被壓縮。因此，霧狀的潤 滑油與氣體冷媒一起從渦旋壓縮機構中流出。為了回收該潤滑油，例如在圖
2所示的冷媒回路50中設置有油分離器51 。
如果以上述的缸內油循環(huán)率供給潤滑油，由于潤滑油處于比現在更高含 油量的狀態(tài)，因此在臺階部42, 43的微小間隙形成具有優(yōu)異密封性的良好的油膜。因此，微小間隙被油膜密封，能夠防止被壓縮的高壓氣體從臺階部42,
43泄漏而導致渦旋壓縮機CP的效率降低。
圖l是表示在改變缸內油循環(huán)率(％)時渦旋壓縮機CP的效率如何變化
的實驗結果的曲線圖。該曲線圖以橫軸作為缸內油循環(huán)率，縱軸作為效率比， 當效率比大于l時，意味著效率被提高。此時的效率比是以未采用臺階狀的 現有的相同容量的渦旋壓縮機的效率為基準(分母)，以每一次實驗結果的 效率作為分子計算得出的值。
從該實驗結果可見，如果潤滑油的缸內油循環(huán)率在1%~ 10%的范圍內， 則效率比大于l。若具體地說明，就是潤滑油的缸內油循環(huán)率在1%~約3.5% 左右的范圍內，隨著缸內油循環(huán)率的上升，效率比也上升。如杲使缸內油循 環(huán)率上升到約3.5。/。以上的高比率時，則效率比呈下降傾向，在缸內油循環(huán)率 處于10%的階段時，效率比恢復為l。因此，關于缸內油循環(huán)率的最佳使用 范圍，優(yōu)選設定在1%以上且10%以下的范圍內。能夠以最小的循環(huán)量提高效 率的合適的缸內油循環(huán)率在1°/0以上且3.5%以下的范圍內。
在如圖2A所示的冷凍循環(huán)的冷媒回路中，附圖標記51為油分離器，52 為冷凝器，53為節(jié)流裝置，54為蒸發(fā)器，該冷J 某回路構成為由渦旋壓縮機CP 吐出的高溫高壓的氣體冷媒經由冷媒配管55進行循環(huán)，通過冷凝與氣化反復 進行狀態(tài)的變化。圖中標記60為設置在潤滑油供給管56上的流量調節(jié)裝置， 用于調節(jié)從油分離器51回流到渦旋壓縮機CP中的潤滑油量。
在冷媒回路50中，被供給到冷凝器52的氣體冷媒與周圍空氣進行熱交換 而散熱，被供給到蒸發(fā)器54的液體冷媒與周圍的空氣進行熱交換而吸熱。
在這種冷媒回路50中，油分離器51是設置在渦旋壓縮機CP吐出端附近、 且冷凝器52上游側位置上的獨立的外置式。除了這種外置式油分離器51以 外，還具有例如在如圖2B所示的冷媒回路50A中，安裝在渦旋壓縮機CP內的 吐出側流路上而被一體化的內置式油分離器51A。
上述的油分離器51,51 A從渦旋壓縮機CP吐出的氣體冷媒中分離出霧狀 潤滑油后加以儲藏，通過未圖示的潤滑油泵機構等，向渦旋壓縮機CP的適合 位置供給例如由流量調節(jié)裝置60可控制的必要的潤滑油量。
作為潤滑油的適宜的供給地，在圖2A所示的外置式油分離器51中，例如 有渦旋壓縮機CP的外殼1內或者冷媒配管55的吸入管(壓縮機上游的低壓配 管)。在這種情況下，油分離器51與渦旋壓縮機CP的外殼1之間由潤滑油供給管56連接；另外，油分離器51與吸入管之間由潤滑油供給管56'連接。與 之相對，在圖2B所示的內置式油分離器51A中，優(yōu)選不僅直接供給到外殼l 內部的合適位置，而且經由潤滑油供給通路5 7等直接供給到斷流后的渦旋壓 縮機構。特別是，通過向臺階部42, 43附近供給潤滑油，在微小間隙附近能 夠確保足夠的潤滑油，從而能夠可靠地形成密閉性優(yōu)異的良好的油膜。
參照圖6簡單地說明向臺階部42， 43附近供給潤滑油的具體例。在圖示 的舉例中，在固定渦盤12的壁體12b內形成潤滑油供給通路57，向臺階部附 近供給潤滑油。在這種情況下，潤滑油供給通路57與在連接纟彖12e及與該連 接緣12e連接的低位的上緣12c上開口的輸出孔58連通，使?jié)櫥蛷膬蓚€輸出 孔58流出。圖中的標記59是保持潤滑油的微小溝槽。
通過如上所述的結構，由于能夠形成臺階部，而且通過向沒有葉端密封 14a,14b的部分供給潤滑油，在微小間隙形成油膜，因此能夠防止壓縮氣體的 泄漏，從而提高壓縮效率。
在臥式渦旋壓縮機CP的情況下，如果向臺階部42， 43中成為重力方向的 上方側的一臺階部附近供給潤滑油，則在成為下方側的另一臺階部，通過因 重力的作用而落下的潤滑油，能夠確保足夠的潤滑油量。因此，在上下兩個 臺階部，能夠有效地形成對微小間隙進行密封有效的油膜，利用該油膜防止 泄漏，從而能夠提高渦旋壓縮機CP的效率。
上述的缸內油循環(huán)率，可以通過采用例如下面將要介紹的流量調節(jié)裝置 60進行的潤滑油的流量控制而設定。
如圖2A所示，^化量調節(jié)裝置60配置在將冷媒壓縮并吐出的渦旋壓縮機 CP與油分離器51之間，其中油分離器51用于分離被包含在由渦旋壓縮機CP 吐出的冷媒中的霧狀潤滑油。該流量調節(jié)裝置60具有隨著冷媒循環(huán)量參數的 增大而增加由油分離器51回流到渦旋壓縮機CP中的潤滑油流量的功能。冷媒 循環(huán)量參數是由渦旋壓縮機CP的轉數與渦旋壓縮機CP入口處的冷媒壓力的 乘積進行表示的控制值。
在此，潤滑油的流量是指單位時間內或者規(guī)定時間內回流到渦旋壓縮機 CP的潤滑油的量。在潤滑油連續(xù)流動的情況下，回流到渦旋壓縮機CP的潤 滑油的量的大小，既可以利用單位時間內回流到渦旋壓縮機CP的潤滑油的量 來比較，也可以利用規(guī)定時間內回流到渦旋壓縮機CP的潤滑油的量來比較。
另一方面，例如，在通過由設置在潤滑油流路的開關閥門(未圖示)更
9改規(guī)定時間內的開閥時間，來改變規(guī)定時間內回流到渦旋壓縮機CP的平均潤 滑油的量的情況下，潤滑油的流動是不連續(xù)的。在這種情況下，回流到渦旋
壓縮機CP的潤滑油的量的大小，與利用單位時間內回流到渦旋壓縮機CP的 量進行比較相比，利用規(guī)定時間內回流到渦旋壓縮機CP的潤滑油的量進行比
較更為合適。
才艮據上述的本發(fā)明的渦旋壓縮機CP,由于將潤滑油的缸內油循環(huán)率 (OC%)設定在1%以上且10%以下的范圍內，因此，能夠確保足夠的潤滑 油的量，以便在臺階部42, 43的微小間隙形成油膜而進行密封，從而能夠提 高臺階部42, 43的微小間隙的密封性。其結果，能夠減少從臺階部42, 43的 微小間隙泄漏的壓縮氣體的量，從而提高具有臺階狀的渦旋壓縮機CP的壓縮 效率。
本發(fā)明并不局限于上述的實施方式，例如，若是具有臺階狀的渦旋壓縮 機構的壓縮機，均可適用于臥式、立式，或者密閉式、開放式等，在不脫離 本發(fā)明宗旨的范圍內，可以進行適當的變更。
權利要求
1. 一種渦旋壓縮機，包括固定渦盤，具有直立設置在端板的一側面上的渦狀壁體；以及旋轉渦盤，具有直立設置在端板的一側面上的渦狀壁體，通過使所述各壁體之間彼此嚙合來阻止進行自轉，并且被支承得能夠進行公轉旋轉運動；在所述固定渦盤與所述旋轉渦盤中至少任意的一端板的所述一側面上，設置有沿著壁體的渦在中心部側高度高、外終端側高度低的臺階部；所述固定渦盤與所述旋轉渦盤中任意的另一壁體的上緣與所述端板的臺階部相對應被分割為多個部位，并且該部位的高度形成渦的中心部側低、外終端側高的臺階狀；該渦旋壓縮機的特征在于將被吸入在壓縮機內與冷媒一起循環(huán)的潤滑油的缸內油循環(huán)率設定在1％以上且10％以下的范圍內。
2. 如權利要求l所述的渦旋壓縮機，其特征在于 所述潤滑油被供給到所述臺階部的附近。
3. 如權利要求2所述的渦旋壓縮機，其特征在于 在所述旋轉渦盤與所述固定渦盤為臥式的情況下，所述潤滑油被供給到重力方向上方的臺階部附近。
全文摘要
本發(fā)明提供一種渦旋壓縮機，其通過優(yōu)化運轉中的潤滑油的缸內油循環(huán)率來提高壓縮效率。在臺階狀的渦旋壓縮機中，將被吸入在渦旋壓縮機內與冷媒一起循環(huán)的潤滑油的缸內油循環(huán)率設定在1％以上且10％以下的范圍內。
文檔編號F04C18/02GK101484704SQ200780025699
公開日2009年7月15日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權日2007年1月30日
發(fā)明者佐藤創(chuàng), 宮本善彰, 木全央幸, 館石太一 申請人:三菱重工業(yè)株式會社