CN102162446A - 叶片旋转型流体装置以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供减少因叶片前端与缸体内周面的滑动造成的损失、改善了压缩效率或膨胀效率的叶片旋转型流体装置以及压缩机。在密闭容器内具有压缩元件(12)和成为压缩元件(12)的驱动源的电动元件(15)。压缩元件(12)具有轴(6)、辊(7)、缸体(5)、两个轴承(3、4)、分隔用的叶片(8)、吸入口(18)、排出口(19)以及位置限制机构。位置限制机构限制叶片(8)的前端位置以使叶片(8)的前端顺沿于缸体(5)的内周面，具有设在两个轴承(3、4)中的至少一个上且形成在与缸体(5)的内周面同心的圆上的环槽(17)、和滑动自由地配设在环槽(17)内且与叶片(8)的前端部结合的环(9)。

Description

叶片旋转型流体装置以及压缩机

技术领域

本发明涉及作为构成冷冻循环的压缩机或膨胀机使用的叶片旋转型流体装置以及利用其压缩功能的压缩机，特别涉及叶片位置的限制结构。另外，以下主要以叶片旋转型压缩机为例进行说明。

背景技术

叶片旋转型压缩机具有由电动元件驱动旋转的轴、与轴同时旋转的辊、和在形成于辊的叶片槽内在压缩工序中往复滑动并把动作室分隔成多个动作室的叶片，叶片的前端顺沿于缸体的内表面地旋转滑动。

这种叶片旋转型压缩机需要使叶片的前端顺沿于缸体的内表面进行动作，为此需要对叶片的动作进行控制，正在研究各式各样机构。例如作为叶片位置限制机构的例子，提出了两种机构的方案(例如参照专利文献1)。

第一种位置限制机构(以下称为第一位置限制机构)是这样的机构，即，通过形成为在使设于叶片的叶片引导部和设在与缸体内周面同心的圆上的槽部滑动的构成，来限制叶片的位置，叶片的前端顺沿于缸体的内表面地旋转滑动。

第二种位置限制机构(以下称为第二位置限制机构)是这样的机构，即，通过形成为使设于叶片的突起部在位于与缸体内周面同心的圆上的槽内旋转滑动的构成，来限制叶片的位置，叶片的前端顺沿于缸体的内表面地旋转滑动。

专利文献1：日本特开2006-125361号公报(图1)

发明内容

在机械部件的两面间有摩擦、磨损、烧结等表面损伤的发生，防止或减轻这些损伤，不仅可提高部件的可靠性，而且也能够提高效率。因此，通过向两面间供给润滑剂，保护相对运动面，防止发生表面损伤。由该润滑剂形成的润滑形态大体可分为流体润滑和边界润滑。所谓流体润滑，是在摩擦面间形成相比表面粗糙度充分厚的流体膜、完全分离摩擦面间的润滑状态，由摩擦产生的损失少。另一方面，所谓边界润滑，是使该流体膜变薄、产生摩擦面间的直接接触的润滑状态，由摩擦产生的损失大。

可是，现有技术的叶片旋转型流体装置如上述那样，控制叶片的动作以使叶片的前端顺沿于缸体的内表面。此时，因为两面间发生滑动，所以由摩擦产生的损失大，造成压缩效率或膨胀效率降低。为了减小这样的由摩擦产生的损失，正在研究各式各样的机构，在上述的专利文献1中，如上述那样提出了第一位置限制机构及第二位置限制机构的方案。

但是，第一位置限制机构因为在叶片的前端和设于缸体的槽的滑动部，两者不是嵌合那样的曲率，形状有较大差异，所以叶片的前端和设于缸体的槽部的润滑状态成为边界润滑。为此，由摩擦产生的损失大，使得压缩效率或膨胀效率降低。

另外，第二位置限制机构因为叶片的前端R角形状的中心与销的中心不一致，所以叶片的前端R角形状的中心与缸体的内表面的距离有变化。因此，为了使叶片的前端不在缸体的内表面滑动，缸体的内表面形状和轴承的槽形状中至少一方必须形成为非圆形形状的椭圆形状。为此，具有难以进行机械加工的问题。

另外，因为在叶片的突起部和设于轴承的槽之间的滑动部，两者不是嵌合那样的曲率，形状有较大差异，所以叶片的突起部和设于轴承的槽部的润滑状态成为边界润滑。为此，由摩擦产生的损失大，使得压缩效率或膨胀效率降低。

本发明是为解决上述问题而做出的，其目的是提供至少减少由叶片的前端和缸体的内周面的滑动造成的损失、改善了压缩效率或膨胀效率的叶片旋转型流体装置以及利用其压缩功能的压缩机。

本发明的叶片旋转型流体装置，该叶片旋转型流体装置在密闭容器内具备使制冷剂压缩或膨胀的压缩元件或膨胀元件、和成为上述压缩元件或膨胀元件的驱动源的电动元件，其中，

上述压缩元件或膨胀元件具备：

轴，该轴由上述电动元件驱动旋转，

辊，该辊嵌合在上述轴上并进行旋转，位于与上述轴的中心轴同轴的轴上，

缸体，该缸体收纳上述辊，内周面为圆筒形状，而且上述内周面的中心轴相对于上述轴的旋转轴偏心地配设，

两个轴承，该两个轴承闭塞上述缸体的两端面，

叶片，该叶片在压缩工序中或膨胀行程中在形成于上述辊的叶片槽内往复滑动，将由上述缸体、上述辊及上述轴承形成的压缩室或膨胀室分隔成多个动作室，

吸入口，该吸入口使制冷剂流入到上述动作室内，

排出口，该排出口将在上述动作室内压缩或膨胀了的制冷剂排出，和

位置限制机构，该位置限制机构以上述叶片的前端顺沿于上述缸体的内周面的方式限制上述叶片的前端位置；

上述位置限制机构具备：

环槽，该环槽设于上述两个轴承中的至少一方，形成在与上述缸体的上述内周面同心的圆上，和

环，该环滑动自由地配设在上述环槽内，与上述叶片的前端部结合。

根据本发明的叶片旋转型流体装置，通过采用上述的构成，可以使叶片的前端和缸体的内周面的两面间不发生滑动。为此，可以减少现有技术的因叶片的前端和缸体的内周面的滑动而造成的损失，减少由滑动产生的损失，改善了压缩效率或膨胀效率。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的叶片旋转型压缩机的纵剖面图。

图2是表示图1的压缩机的压缩工序中的叶片位置关系的图。

图3是表示图1的压缩机的叶片及环和销的连结状态的图。

图4是表示图1的压缩机的叶片的前端和缸体的内周面的关系的图。

图5是表示图1的压缩机的压缩元件的详细状况的图，表示图7的叶片为180deg位置的剖面。

图6是表示图1的压缩机的压缩元件的中心线的关系的分解概略构成图，缩短轴的上方地省略表示。

图7是表示图1的压缩机的压缩过程的叶片位置的图。

图8是表示本发明的实施方式5的叶片和环的连结状态的图。

图9是表示本发明的实施方式6的环的内周面和环槽的内周面及环的外周面和环槽的外周面的滑动的图。

附图标记说明

1：下侧容器，1a：吸入管，2：上侧容器，2a：排出管，3：上轴承，4：下轴承，5：缸体，6：轴，7：辊，7a：叶片槽，8：叶片，9：环，10：销，12：压缩元件，13：定子，14：转子，15：电动元件，16：背压室，17：环槽，18：吸入口，19：排出口，20、20a、20b：动作室，30：储蓄器。

具体实施方式

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1的叶片旋转型压缩机的纵剖面图，图2是表示图1的压缩机的压缩工序中的叶片位置关系的图，图3是表示叶片及环和销的连结状态的图，图4是表示叶片前端和缸体内周面的关系的图。图5是表示图1的压缩机的压缩元件的详细状况的图，表示图7的叶片为180deg位置的剖面。图6是表示图1的压缩机的压缩元件的中心线的关系的分解概略构成图，缩短轴的上方地省略记载。图7是表示图1的压缩机的压缩过程的叶片位置的图。

如图1及图2所示，叶片旋转型压缩机在由下侧容器1和上侧容器2构成的密闭容器内收纳有压缩元件12、电动元件15和未图示的冷冻机油。

在下侧容器1连接与储蓄器30连通的吸入管1a，从储蓄器30取入制冷剂(气体)。另外，在上侧容器2的上部连接排出管2a，排出被压缩的制冷剂。

电动元件15具有固定于下侧容器1的定子13和在定子13的内部旋转的转子14。

压缩元件12具有上轴承3、下轴承4、缸体5、轴6、辊7及叶片8，它们相互的位置关系成为在图5的剖面图及图6的分解概略构成图表示的构成。

缸体5其内周面是圆筒形状，同时配设成内周面的中心轴相对于轴6的旋转轴偏心(参照图2、图5、图6)，在与辊7的一部分之间形成微小区间。另外，在缸体5形成吸入口18及排出口19(参照图2)，吸入口18与吸入管1a连通。在排出口19或其下流侧设置当达到规定压力以上时打开的排出阀(未图示)。

轴6由上轴承3及下轴承4自由旋转地支承，由电动元件15驱动旋转。

辊7与轴6嵌合并旋转，位于与上述轴6的中心轴同轴的轴上，与轴6一同旋转。另外，在辊7形成用于滑动自由地收纳叶片8的叶片槽7a。

上轴承3及下轴承4闭塞缸体5的两端面(参照图5、图6)。

叶片8在由缸体5、辊7及轴承3、4形成的动作室20(在本实施方式是压缩室)中，在压缩工序中在形成于辊7的叶片槽7a内往复滑动，把动作室20分隔成多个动作室20a、20b。

另外，在上述的上轴承3或下轴承4中的至少一方，在与动作室20同心的圆上形成环槽17(参照图4至图6、图9)，在该实施方式中形成于下轴承4。在该环槽17内滑动自由地配设环9(参照图4至图6)。另外，在环9安装叶片8。

接着，对叶片8及环9的安装结构进行说明。

如图2及图3所示，通过在环9及叶片8分别设置销孔9a、8a，在该销孔9a、8a中插入圆柱型销10，叶片8能够相对于环槽17旋转。

另外，如图4所示，以叶片8的前端R角形状的中心和销10的中心一致的方式结合两者。

另外，上述的环槽17、环9及结合环9和叶片8的销10构成本发明的位置限制机构。

接着，对上述的叶片旋转型压缩机的动作进行说明。

压缩机借助于吸入管1a及吸入口18把储蓄器30的制冷剂吸入到动作室20(压缩室)的动作室20a。另外，轴6由电动元件15旋转，嵌合在轴6上的辊7也旋转。在形成于该辊7上的叶片槽7a中往复运动的叶片8和借助于销10与该叶片8连结的环9也旋转。此时，由于缸体5的内周面是圆筒形状，同时内周面的中心轴相对于轴6的旋转轴偏心地配设，所以，由辊7的旋转使辊7和缸体5的内周面的距离改变。但是，叶片8与在处于跟动作室20呈同心圆状的环槽17中滑动的环9连结，在缸体5内能够旋转，安装成前端R角形状的中心与销10的中心一致，所以，在叶片8的前端R角形状的中心和缸体5的内周面之间必定形成间隙(空隙)，可使两面间不发生滑动。这是本发明的叶片位置限制机构的动作。另外，随着辊7旋转而被压缩的制冷剂从排出口19排出，最终从排出管2a排出。

接着，基于图7对作为压缩室的动作室20的压缩动作进行说明。

在叶片8为0deg的位置时，叶片8的前端处于与辊7的外周位置大体相同的位置，以叶片8的前端和缸体5的内周面之间的制冷剂泄漏不对压缩效率产生影响的程度的微小间隙分隔开。另外，因为叶片8的前端部分与在环槽17中滑动的环9连结，所以，随着辊7旋转，环9旋转，叶片8从辊7拉出，叶片8的前端沿着缸体5的内周面保持对制冷剂泄漏不产生影响的程度的微小间隙的状态进行旋转，所以，压缩动作室20b内的制冷剂。另外，当从叶片8的位置为180deg的位置起，叶片8再返回辊7内，在动作室20b内被压缩，达到规定的排出压力时，制冷剂从排出口19排出。另外，在该制冷剂的压缩动作中，因为在动作室20a侧从吸入口18吸入制冷剂，所以，由辊7的旋转，反复进行制冷剂从吸入口18的吸入和从排出口19的排出。

接着，对上述的叶片旋转型压缩机的效果进行说明。

如图3所示，由于在两个轴承3、4中的至少一方设置环槽17，在与该环槽17滑动的环9和叶片8上分别设置销孔9a、8a，在该销孔9a、8a中插入圆柱型销10而连结两者，所以，叶片8相对于环槽17旋转。进而，因为叶片8的前端R角形状的中心与销10的中心一致，所以，在叶片8的前端R角形状的中心与缸体5的内周面之间必定形成间隙(空隙)。在此，叶片8的前端和缸体5的内周面之间形成间隙，由于非常微小而并不怎么影响体积效率的降低。另外，由于叶片8的前端和缸体5的内周面的润滑状态成为流体润滑，由滑动形成的损失少，所以可改善压缩效率。

另外，因为叶片8的前端R角形状的中心和销10的中心一致，所以，即使将缸体5的内周面形状和轴承3、4的环槽17的形状这双方形成为圆形形状，在压缩过程中，叶片8的前端也可以不在缸体5的内周面滑动。其结果，缸体5的内周面面形状和轴承3、4的环槽17的形状的机械加工变得容易。

另外，销10与叶片8和环9的销孔8a、9a中的至少一方发生滑动，在销10与销孔8a、9a的滑动部，因为销孔8a、9a和销10是进行嵌合那样的曲率，两者的形状相似，所以，销10与销孔8a、9a的润滑状态成为流体润滑。其结果，由于由滑动产生的损失少，所以可改善压缩效率。

另外，环9设于两个轴承3、4中至少一方，与位于与缸体5同心的圆上的环槽17发生滑动，但在环9和环槽17的滑动部，因为环9和环槽17为进行嵌合那样的曲率，两者的形状相似，所以，环9和环槽17的润滑状态成为流体润滑。其结果，由于由滑动产生的损失少，所以可改善压缩效率。

另外，在销10和环9的滑动部，因为利用由轴6的旋转形成的离心力进行供油(未图示)，所以不会因滑动造成异常磨耗。

实施方式2.

另外，在上述实施方式1中，辊7在轴6上与上述轴嵌合地进行旋转，但辊7也可以与轴6一体化。

实施方式3.

在上述实施方式1中，作为位置限制机构，就在与设在两个轴承3、4中至少一方的环槽17发生滑动的环9和叶片8上分别设置销孔9a、8a、向该销孔9a、8a插入圆柱型销10的例子进行了说明，但在向该销孔9a、8a插入圆柱型销10时，也可以把销10间隙嵌合地插入到叶片8和环9双方的销孔8a、9a中。另外，销孔9a、8a不一定为通孔，也可以是有底的凹部。

实施方式4.

另外，在把圆柱型销10插入到销孔9a、8a时，也可以在一个销孔(例如8a)以过盈配合的方式插入，而在另一个销孔(例如9a)以间隙嵌合的方式插入。另外，销孔9a、8a不一定为通孔，也可以是有底的凹部。

实施方式5.

在上述实施方式1中，作为位置限制机构，就设置销10的例子进行了说明，但也可以替代销10，在叶片8或环9上设置突起部。

图8(a)是在叶片8设置突起部10a、在环9设置供该突起部10a插入的孔9b的例子，图8(b)是在环9设置突起部10b、在叶片8设置供该突起部10b插入的孔8b的例子。

在这种情况下，突起部10a、10b间隙嵌合地插入到孔9b、8b中，叶片8相对于环槽17旋转。另外，孔9b、8b不一定为通孔，也可以是有底的凹部。

实施方式6.

另外，在上述的实施方式1中，如图9(a)(b)所示，环9也可以设置成与环槽17的内周面或外周面中的任意一个面发生滑动。

首先，如图9(a)所示，在设置成环9的内周面在环槽17的内周面滑动的情况下，与设置成环9的外周面在环槽17的外周面滑动的情况相比，环9在环槽17滑动的距离减少，所以可改善压缩效率。

接着，如图9(b)所示，在设置成环9的外周面在环槽17的外周面滑动的情况下，与设置成环9的内周面在环槽17的内周面滑动的情况相比，环9和环槽17的间隙变小，所以可改善体积效率。

实施方式7.

另外，上述的说明都是把本发明的叶片旋转型流体装置适用于压缩机的情况，但本发明也可适用于膨胀机(叶片旋转型膨胀机)。在这种情况下，在图2的例子中，构成为将辊7向与上述例子相反的方向驱动旋转，从排出口19取入膨胀对象的制冷剂，把膨胀了的制冷剂从吸入口18排出。

实施方式8.

另外，上述说明中的任何的本发明的叶片旋转型流体装置，动作室20a、20b的压力差作为差压作用于叶片8，辊7的叶片槽7a容易变形。为此，理想的是使用动作压力低的标准沸点为-45℃以上的碳氢化合物(例如丙烷、丁烷、异丁烷等)、动作压力低的标准沸点为-45℃以上的饱和氢氟碳化合物(例如R134a、R152a等)、动作压力低的标准沸点为-45℃以上的不饱和氢氟碳化合物(例如HFO1234yf、1234ze、1243zf等)、或是动作压力低的标准沸点为-45℃以上的混合制冷剂(例如R407C、R417A、R422D等)。

Claims (9)

1.一种叶片旋转型流体装置，该叶片旋转型流体装置在密闭容器内具备使制冷剂压缩或膨胀的压缩元件或膨胀元件、和成为所述压缩元件或膨胀元件的驱动源的电动元件，其特征在于，

所述压缩元件或膨胀元件具备：

轴，该轴由所述电动元件驱动旋转，

辊，该辊安装在所述轴上并进行旋转，位于与所述轴的中心轴同轴的轴上，

缸体，该缸体收纳所述辊，内周面为圆筒形状，而且所述内周面的中心轴相对于所述轴的旋转轴偏心地配设，

两个轴承，该两个轴承闭塞所述缸体的两端面，

叶片，该叶片在压缩工序中或膨胀行程中在形成于所述辊的叶片槽内往复滑动，将由所述缸体、所述辊及所述轴承形成的压缩室或膨胀室分隔成多个动作室，

吸入口，该吸入口使制冷剂流入到所述动作室内，

排出口，该排出口将在所述动作室内被压缩或膨胀的制冷剂排出，和

位置限制机构，该位置限制机构以所述叶片的前端顺沿于所述缸体的内周面的方式限制所述叶片的前端位置；

所述位置限制机构具备：

环槽，该环槽设于所述两个轴承中的至少一方，形成在与所述缸体的所述内周面同心的圆上，和

环，该环滑动自由地配设在所述环槽内，与所述叶片的前端部结合。

2.如权利要求1所述的叶片旋转型流体装置，其特征在于，所述位置限制机构，

具备分别形成于所述叶片及所述环的销孔、和插入于该销孔的圆柱型销，配置成所述叶片相对于所述环槽能够旋转，

配置成前端由R角形状构成的所述叶片的该R角形状的中心与所述销的中心一致。

3.如权利要求2所述的叶片旋转型流体装置，其特征在于，所述销间隙嵌合地插入在所述叶片和所述环这两者的销孔中。

4.如权利要求2所述的叶片旋转型流体装置，其特征在于，所述销过盈配合地插入在所述叶片和所述环中任一方的销孔中，并间隙嵌合地插入在另一方的销孔中。

5.如权利要求1所述的叶片旋转型流体装置，其特征在于，所述位置限制机构，

具备形成在所述叶片及所述环中任一方的突起部、和形成在所述叶片及所述环中的另一方且供所述突起部插入的孔部，

配置成所述叶片相对于所述环槽能够旋转，并且，

配置成前端由R角形状构成的所述叶片的该R角形状的中心与所述销的中心一致。

6.如权利要求1至5中任一项所述的叶片旋转型流体装置，其特征在于，所述环相对所述环槽的外周面及内周面中任一方滑动。

7.如权利要求1至5中任一项所述的叶片旋转型流体装置，其特征在于，所述轴与所述辊形成为一体。

8.一种压缩机，其特征在于，如权利要求1至5中任一项所述的叶片旋转型流体装置是具有所述压缩室并压缩制冷剂的叶片旋转型压缩机。

9.如权利要求1至5中任一项所述的叶片旋转型流体装置，其特征在于，使用动作压力低的标准沸点为-45℃以上的碳氢化合物、动作压力低的标准沸点为-45℃以上的饱和或不饱和的氢氟碳化合物、或是动作压力低的标准沸点为-45℃以上的混合制冷剂。

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