多级压缩机的制作方法

专利名称：多级压缩机的制作方法
多级压缩机技术领域的蒸气压缩式制冷循环的多级压缩机。
技术背景近年来，按照保护环境的观点，作为蒸气压缩式制冷循环中制冷剂的 脱氟利昂对策之一，提案有作为工作气体而使用C02的蒸气压缩式制冷循环。在此，co2的临界温度是约3rc,比现有制冷剂即氟利昂的临界温度低。因此，由于如夏季外部大气温度高时，散热器侧的C02温度比C02的临界温度高，所以在散热器出口侧co2不凝缩。散热器出口侧的状态由压缩机的排出压力和散热器出口侧的C02温度来决定。由于散热器出口侧的 C02温度由压缩机的散热能力和外部大气温度(不可控制)来决定，所以散热器出口的温度实质上不能控制。因此，散热器出口侧的状态通过控制压 缩机的排出压力(散热器出口侧压力)而能够控制。即，如在夏季外部大 气温度高时，为了确保足够的冷却能力(热函差)，就需要提高散热器出口侧的压力。因此，在使用co2的蒸气压缩式制冷循环中，需要把压缩机的运转压力提高到与现有使用氟利昂的制冷循环相比的3~5倍左右。作为蒸气压缩式制冷循环所使用的压缩机知道有涡旋压缩机。该涡旋压缩机在壳体内具备固定涡形部件，其在端板的一面侧形成螺旋状巻绕 部；旋转涡形部件，其在端板的一面侧设置螺旋状巻绕部且使该螺旋状巻 绕部与固定涡形部件的螺旋状巻绕部组合而形成螺旋状压缩室。涡旋压缩 机随着旋转涡形部件的旋转而把导入的工作气体在压缩室内进行压缩后排出。在该涡旋压缩机中，在作为工作气体而使用运转压力高的C02的情况下，固定涡形部件和旋转涡形部件这两者的端板厚度若比两者螺旋状巻绕 部的高度薄，则由于压缩时产生的负载而容易使固定涡形部件和旋转涡形部件这两者的端板弯曲变形。其结果是压缩室的密封性降低，由于泄漏而 工作气体从压縮室的排出量减少，或由于泄漏气体被再压缩而引起排出气 体的温度上升等，压缩机的性能降低不可避免。
于是专利文献1提案把固定涡形部件和旋转涡形部件各端板的厚度 T" T2分别设定成比固定涡形部件和旋转涡形部件各螺旋状巻绕部的高度 H,、 &的0.9倍还大。根据专利文献1的提案，由于把固定涡形部件和旋 转涡形部件各端板的厚度分别设定成比固定涡形部件和旋转涡形部件各螺 旋状巻绕部的高度的0.9倍还大，所以即使作为工作气体而使用C02的涡旋 压缩机，也难于由于压缩时产生的负载而使固定涡形部件和旋转涡形部件 的各端板产生变形，压缩室的密封性被确保。
专利文献1:特开2000-352387号公报
专利文献1的提案对于作为工作气体而使用C02的涡旋压缩机的实用 化有好处。但专利文献1的提案，即，把固定涡形部件和旋转涡形部件各 端板的厚度TV T2分别设定成比固定涡形部件和旋转涡形部件各螺旋状巻 绕部的高度Hp H2的0.9倍还大，是把螺旋状巻绕部的高度降低作为前提。 因此，专利文献l的提案被限于适用容量比较小的压缩机。

发明内容
本发明是鉴于这种背景而开发的，目的在于提供一种压缩机，作为工 作气体而使用包含超临界状态的气体，典型地是使用co2,且能够大容量化。
本发明通过把至少包含一个涡旋压缩机的多级压缩才几的工作气体设定
为包含超临界状态的气体，典型地是设定为C02来解决上述课题。即本发
明不是单独使用涡旋压缩机来从低压压缩到高压，而是例如设置两个压缩 机构， 一个担任从低压压缩到中间压的压缩，另一个担任从中间压到高压 的压缩。由此，由于能够把一个压缩机构的差压缩小，所以作为该压缩机 构而使用涡旋压缩机构时，即使提高螺旋状巻绕部的高度，也能够抑制固 定涡形部件和旋转涡形部件这两者端板的变形，确保压缩室的密封性。
即，本发明的多级压缩机具备密闭壳体、在密闭壳体内设置的多个 压缩机构、驱动多个压缩机构的电动才几，多个压缩机构的至少一个是涡S走 压缩机构，且把包含超临界状态的气体作为工作气体，其中，涡旋压缩机构具备固定涡形部件，其在端板的一面侧形成螺旋状巻绕部；旋转涡形
部件，其在端板的一面侧设置螺旋状巻绕部且使该螺旋状巻绕部与固定涡 形部件的螺旋状巻绕部组合而形成压缩室，随着旋转涡形部件的旋转而把 导入的工作气体在压缩室内进行压缩，当把旋转涡形部件的端板厚度设定
为Worb、把旋转涡形部件的螺旋状巻绕部高度设定为L时，满足L》Worb。 在本发明的多级压缩机中，当把固定涡形部件的端板厚度设定为Wfix 时，优选满足Wfix>L>Worb。该条件对于防止固定涡形部件的端板变形
有好处。
在本发明的多级压缩机中，当把旋转涡形部件的螺旋状巻绕部厚度设 定为Tr时，优选满足2<L/Tr《7。由此， 一边确保排气量一边确保旋转 涡形部件的螺旋状巻绕部的强度。
且在本发明的多级压缩机中，当把^走转涡形部件的端板外径设定为 Dout、把旋转涡形部件中螺旋状巻绕部的外径设定为Dwrap、把旋转涡形部 件背面的支承部的内径设定为Db时，优选满足Dwrap / Dout < 0.7,且Db 〈Dwrap。利用该规定而能够更加减少旋转涡形部件的端^f反变形。
根据本发明，在把多个压缩机构的至少一个设定为是涡旋压缩机构， 且在把工作气体设定为C02的多级压缩机中，当把涡旋压缩机构的旋转涡 形部件的端板厚度设定为Worb、把旋转涡形部件的螺旋状巻绕部高度设定 为L时，满足L》Worb。这就意味着能够加高旋转涡形部件(固定涡形部 件)的螺旋状巻绕部高度，能够把以C02作为工作气体的压缩机大容量化。


图1是表示本实施例二级压缩机的剖视图2是模式表示旋转涡形部件剖面的图3是^t式表示固定涡形部件和旋转涡形部件剖面的图4是模式表示把旋转涡形部件由框架支承的状态的图。
符号说明
100密闭壳体101旋转活塞型压缩机构 102涡旋型压缩机构 103马达 111固定涡形部件 112端板 113巻绕部 116旋转涡形部件 117端^反 118巻绕部 SA密闭空间
具体实施例方式
以下按照附图所示的实施例详细说明本发明。
图1是表示本实施例多级压缩^/L结构的纵剖视图。
图1中，在密闭壳体100内配设旋转活塞型压缩机构101和涡旋型压 缩机构102。在旋转活塞型压缩机构101与涡旋型压缩机构102之间配设驱 动两个压缩才几构IOI、 102的马达(电动才几)103。以下更^"细;也进^亍i兌明。
在沿上下方向延伸的圓筒形密闭壳体100内的上部侧收容有涡旋型压 缩机构102。在涡旋型压缩机构102的下方收容有马达(电动机)103。在 涡旋型压缩机构102与马达103之间配设旋转轴110。该马达103具备压 入密闭壳体100的内周部而净皮支承的定子103a和配置在定子103a内侧的转 子103b。转子103b与旋转轴110^皮固定在同轴上，其旋转被/人旋转轴110 输出。
涡旋型压缩机构102具备整体是铸铁和碳素钢等铁系材料制的固定 涡形部件111和与之啮合的铁系材料制的旋转涡形部件116。
固定涡形部件lll具备端4反112、在与旋转涡形部件116相对的端板 112的内面形成的螺旋状巻绕部113和包围巻绕部113的周壁114。在端板 112的中央部设置有排出口 115。
旋转涡形部件116具备端板117和在与固定涡形部件111相对的端 板117的内面形成的螺旋状巻绕部118。在与所述内面相对的端板117背面 的中央部突出设置有筒状的凸部119。
固定涡形部件111和旋转涡形部件116是使巻绕部113与巻绕部118 之间错开180度(规定角度)地相互啮合组装。上下方向被端板112和端 板117包围，且被巻绕部113和巻绕部118包围的区域构成用于成立压缩工 序的月牙状多个密闭空间SA。
固定涡形部件111和i走转涡形部件116在壳体状的4匡架120上#:配设 成使固定涡形部件111在上侧、旋转涡形部件116在下侧。
旋转涡形部件116的端板117的背面被框架120的上面形成的水平的
7 义受面121自由滑动;也支7 义。
旋转轴110的上端贯通框架120而向旋转涡形部件116的端板117中 央延伸。该旋转轴110的上端部被框架120的贯通部分i殳置的轴承122能 够自由旋转地支承。该旋转轴110的上端形成有在乂人》走转轴110的轴心偏心的位置具有轴心的偏心销123。
该偏心销123自由滑动地嵌插在凸部119中。因此，当旋转轴110旋 转，旋转涡形部件116就围绕固定涡形部件111的轴心旋转。
在固定涡形部件111的周壁114和与之相对的旋转涡形部件116的端 板117之间夹装有容许旋转涡形部件116旋转运动而阻止旋转涡形部件116 自转的自转阻止机构，例如十字头环(未图示)。随着利用该十字头环和偏 心销123得到的旋转涡形部件116的旋转公转运动，密闭空间SA的容积在 逐渐减少。工作气体随着该密闭空间SA容积的减少而一皮压缩。
在固定涡形部件111的端板112背面形成有以端板112的轴心为中心 的大小两个圆筒状凸缘124、 125。通过在凸缘124、 125的上部配设盖126 而在凸缘124、 125与盖126之间形成排出腔127。由于排出腔127与排出 口 115和在密闭壳体100的上部壁连接的排出管129连通，所以向排出腔 127内排出的排出气体能够向密闭壳体100外排出。排出口 115设置有防止 逆流用的止回阀128。
44转活塞型压缩4几构101在气缸130的两侧具备4巴气缸130夹^f主的主 轴承体131和副轴承体132，利用气缸130所形成的圆形空间而在被主轴承 体131和副轴承体132夹住的部分形成气缸室133。在该圓形的气缸室133 内配设转子134和把气缸室133间隔成吸入侧和排出侧的板(未图示)。上 述转子134经由偏心凸轮部135而与成为马达103^T出轴的4i转轴110的一 个端部连结，利用马达103产生的驱动力而使转子134在气缸室133内进 行偏心旋转。
当4巴马达103励石兹时，马达103的旋转力通过^走转轴110而分别向祷: 转活塞型压缩纟几构101和涡S走型压缩4几构102传递。
旋转活塞型压缩机构101当接受来自旋转轴110的旋转力时，转子134 随着偏心凸轮部135的偏心动作而在气缸室133内进行偏心旋转。由此， 工作气体通过吸入管136和气缸室133的吸入口 (未图示)而被向气缸室 133内吸入，在气缸室133被压缩的工作气体从排出口 (未图示) 一次被向 密闭壳体100内排出。通过旋转活塞型压缩机构101的压缩动作，气体被 从低压压缩到中间压(低阶段压缩)。
另一方面，涡旋型压缩机构102当接受来自旋转轴110的旋转力时， 偏心销123进行偏心旋转。由此，旋转涡形部件116相对固定涡形部件111而进行公转旋转运动。于是在巻绕部113与巻绕部118之间形成的月牙状密
闭空间SA的容积就随着该旋转运动而变化。因此，密闭壳体100内的工作 气体通过在框架120与密闭壳体100内周面之间形成的通路137被向密闭 空间SA吸入，并随着密闭空间SA容积的减少而一皮压缩。
成为规定压缩状态的工作气体通过在固定涡形部件111的中央部设置 的排出口 115、止回阀128、排出腔127和排出管129而^皮向密闭壳体100 外排出。利用涡旋型压缩机构102的压缩动作，则工作气体被从中间压压 缩到高压(高阶段压缩)。
本实施例二级压缩机的涡旋型压缩4几构102有特点。以下说明该特点。
图2是模式表示旋转涡形部件116剖面的图。
图2中，当把旋转涡形部件116的端板117的厚度设定为Worb、把旋 转涡形部件116的巻绕部118的高度(=固定涡形部件111的巻绕部113的 高度)设定为L时，旋转涡形部件116满足L > Worb的条件。L > Worb意 味着能够加高巻绕部118的高度，因此，本实施例的二级压缩机能够达到 大容量化。这样在涡旋型压缩机构102中之所以能够满足L》Worb的条件， 是由于设定为由旋转活塞型压缩机构101和涡旋型压缩机构102构成二级 压缩机构，能够缩小各个压缩机构中差压的缘故。且L》Worb还意味着能 够把旋转涡形部件116的端板117的厚度变薄。由于能够把端板117的厚度 变薄，所以能够-使旋转涡形部件116重量轻，进而对涡S走型压缩机构102 的高效率化有好处。
图3是模式表示固定涡形部件111和旋转涡形部件116组合状态的图。 图3中，当把固定涡形部件111的端板112厚度设定为Wfix时，固定 涡形部件111和旋转涡形部件116满足Wfix > L > Worb的条件。固定涡形 部件111的背面被作用有排出压(高压)。因此，在图中，固定涡形部件lll 的下侧要变形为凸状。但由于固定涡形部件111满足Wfix>L>Worb的条 件，即，把固定涡形部件111的端板112厚度设定厚，所以涡旋型压缩机构 102—边享受大容量化的利益， 一边抑制端板112的变形，进而能够减少工 作气体的泄漏。
图2中，当把旋转涡形部件116的巻绕部118厚度设定为Tr时，旋转 涡形部件116满足2《L/Tr《7。 L / Tr可以说是表示巻绕部118强度的指 标，若L/Tr不到2则排气量不足。另一方面，若L/Tr超过7则巻绕部
8118的强度不足。即通过满足2《L/Tr《7就能够一边确保排气量一边确保 巻绕部118的强度。L/Tr更优选3《L/Tr《6,最优选3.5《L / Tr < 5.5。
图4模式表示由框架120支承旋转涡形部件116的状态。图4中，当 把旋转涡形部件116的端板117的外径设定为Dout、把旋转涡形部件116 中巻绕部118的外径设定为Dwrap、4巴旋转涡形部件116背面支承部的内径 设定为Db时，旋转涡形部件116是Dwrap / Dout < 0.7，且Db < Dwrap， 即，满足Db < Dwrap < 0.7 Dout。 Dwrap / Dout < 0.7就意味着形成有巻绕部 118的面积小，由此，能够缩小旋转涡形部件116中轴向负载的作用面积。 通过减少该轴向负载而能够进一步减少旋转涡形部件116的端板117的变 形量。另一方面，通过确保端板117外周部(没形成巻绕部118的部分)的 面积而能够以更广阔的面积来支承负载。由此，能够减少轴向表面压力。 如本实施例这样把工作气体设定为C02的情况下，对于减少轴向表面压力 特别有效。且通过设定为Db〈Dwrap,使轴向负载的支承点向旋转涡形部 件116的中心部靠近，能够进一步减少端板117的变形。
以上说明了本发明的实施例，〗旦本发明并不限定于此，能够广泛地适 用于至少具备一个涡旋型压缩片几构的多级压缩机。例如能够适用于把涡旋 型压缩机构具备两级的压缩机、把涡旋型压缩机构具备在低压侧、把旋转 活塞型压缩机构具备在高压侧的压缩机。
本发明对于任何低压壳体、高压壳体、中间压壳体都能够适用。
且本发明对于具有旋转背压结构的涡旋型压缩机构也能够适用。旋转 背压结构在旋转涡形部件的背面设置背压室，把比吸入压高的压力(中间
压或排出压)的气体向背压室导入，把旋转涡形部件向固定涡形部件侧按 压。该具有旋转背压结构的涡旋型压缩机构通过适当地控制向背压室导入 的气压，能够把轴向气体力在幅度宽广的范围降低(消除)。因此，能够减 少由轴向气体力而引起的端板变形量，能够把端板的厚度减薄。因此，可 以适当地把端板的厚度相对变薄的本发明适用于具有旋转背压结构的涡旋 型压缩纟几构。
权利要求
1、一种多级压缩机，具备密闭壳体、在所述密闭壳体内设置的多个压缩机构、驱动多个所述压缩机构的电动机，多个所述压缩机构的至少一个是涡旋压缩机构，且把包含超临界状态的气体作为工作气体，所述多级压缩机的特征在于，所述涡旋压缩机构具备固定涡形部件，其在端板的一面侧形成螺旋状卷绕部；旋转涡形部件，其在端板的一面侧设置螺旋状卷绕部且使该螺旋状卷绕部与所述固定涡形部件的所述螺旋状卷绕部组合而形成压缩室，随着所述旋转涡形部件的旋转而把导入的所述工作气体在所述压缩室内进行压缩，当把所述旋转涡形部件的所述端板厚度设定为Worb、把所述旋转涡形部件的所述螺旋状卷绕部高度设定为L时，满足L≥Worb。
2、 如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于， 当把所述固定涡形部件的所述端板厚度设定为Wfix时， 满足Wfix>L> Worb。
3、 如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于， 当把所述旋转涡形部件的所述螺旋状巻绕部厚度设定为Tr时， 满足2"/Tr《7。
4、 如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于， 当把所述旋转涡形部件的所述端板外径设定为Dout、 4巴所述旋转渴形部件中所述螺:旋状巻绕部的外径设定为Dwrap、 把所述旋转涡形部件背面的支承部的内径设定为Db时， Dwrap / Dout < 0.7,且满足Db < Dwrap。
5、 如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，所述工作气体是二 氧化碳(co2 )。
全文摘要
一种多级压缩机，作为工作气体而使用CO₂，且能够大容量化。本发明的多级压缩机具备密闭壳体、密闭壳体内设置的多个压缩机构、驱动多个压缩机构的电动机，多个压缩机构的至少一个是涡旋压缩机构，且把包含超临界状态的气体作为工作气体，其中，涡旋压缩机构具备固定涡形部件，其在端板的一面侧形成螺旋状卷绕部；旋转涡形部件(116)，其在端板(117)的一面侧设置螺旋状卷绕部(118)且使卷绕部(118)与固定涡形部件的卷绕部组合而形成螺旋状压缩室，随着旋转涡形部件(116)的旋转而把导入的工作气体在压缩室内进行压缩，当把旋转涡形部件(116)的端板(117)的厚度设定为Worb、把旋转涡形部件(116)的卷绕部(118)的高度设定为L时，满足L≥Worb。
文档编号F04C18/02GK101617123SQ20088000561
公开日2009年12月30日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年3月22日
发明者佐藤创, 木全央幸 申请人:三菱重工业株式会社