涡旋压缩机的制作方法

1.本发明涉及空调机和制冷机等所利用的涡旋压缩机。


背景技术：

2.在以往的涡旋压缩机中，将支承固定涡旋件的框架固定于筒状外壳的内壁。框架沿外壳的轴向延伸，并且具有位于固定涡旋件的旋涡齿的外周侧的筒状的外壁，且利用外壁的外周面通过热装等固定于外壳的内壁。而且，框架的外壁的轴向的端面与固定涡旋件的台板的接触部分用螺丝固定，从而将固定涡旋件固定于框架的外壁。在该结构中，框架的外壁位于固定涡旋件的旋涡齿的外周侧，从而使制冷剂吸入空间变窄。因此，近年来从扩大制冷剂吸入空间的观点出发，提出有除去框架的外壁的涡旋压缩机(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，框架的外壁消失，从而使得固定涡旋件的固定目的地消失，因此成为将固定涡旋件直接固定于外壳的内壁的结构。
3.专利文献1:国际公开第2018/078787号
4.在如专利文献1那样将固定涡旋件固定于外壳的内壁的、所谓无框架外壁构造的涡旋压缩机中，由于运转中的压力和热量而在固定涡旋件和摆动涡旋件产生弯曲和热膨胀，旋涡齿的齿顶与对置的对象侧的涡旋件的齿底接触或者发生干扰。由此，有可能最终导致旋涡齿的齿顶的烧结。
5.为了防止该缺陷，在组装时，需要预先确保旋涡齿的齿顶与对置的对象侧的涡旋件的齿底的齿顶间隙。但是齿顶间隙成为制冷剂气体的泄漏流路，因此若将齿顶间隙设定得较宽，则存在由于制冷剂气体从齿顶间隙泄漏而使得效率降低的问题。
6.因此，组装时的齿顶间隙设定为防止运转中的齿顶接触并且能够抑制制冷剂气体泄漏的、最佳的齿顶间隙是重要的。因此，也存在将组装时的齿顶间隙设定为最佳的齿顶间隙的想法，但作为其他想法，也存在调整外壳的温度而使外壳伸缩，从而调整运转时齿顶间隙的想法。但是在专利文献1中完全未研究调整运转中的齿顶间隙的想法。


技术实现要素：

7.本发明是为了解决上述的课题所做出的，目的在于提供在所谓的无框架外壁构造中，能够调整运转中的齿顶间隙的涡旋压缩机。
8.本发明的涡旋压缩机具备：筒状的外壳；固定涡旋件，其固定于外壳的内壁；摆动涡旋件，其与固定涡旋件对置配置；框架，其固定于外壳的内壁，对摆动涡旋件进行支承；以及热源装置，其在外壳的外侧且配置于固定涡旋件与框架之间，从外部对外壳进行加热或者冷却。
9.根据本发明，具备从外部加热或者冷却外壳的热源装置，因此能够调整运转中的齿顶间隙。
附图说明
10.图1是表示本发明的实施方式1的涡旋压缩机的内部构造的简略图。
11.图2是本发明的实施方式1的涡旋压缩机的压缩机构部的主要部分放大简略图。
12.图3是表示图2的压缩机构部中的、压力的影响引起的齿顶间隙的变化的图。
13.图4是表示图2的压缩机构部中的、温度上升的影响引起的齿顶间隙的变化的图。
14.图5是运转范围的说明图。
15.图6是表示显示外壳侧面的表面温度与效率的关系的曲线的图。
16.图7是表示本发明的实施方式1的涡旋压缩机中的控制装置的控制的流程图。
17.图8是本发明的实施方式1的涡旋压缩机的热源装置的变形例的说明图。
具体实施方式
18.图1是表示本发明的实施方式1的涡旋压缩机的内部构造的简略图。
19.涡旋压缩机具有：压缩机构部10、驱动压缩机构部10的驱动机构部20、以及将驱动机构部20的驱动力传递给压缩机构部10的主轴30。压缩机构部10、驱动机构部20以及主轴30收容于作为构成外轮廓的密闭容器的筒状的外壳40内。在外壳40内还收容有框架50。框架50通过热装等固定于外壳40的内周面。框架50在外壳40内且配置于压缩机构部10与驱动机构部20之间。框架50经由形成于中心部的贯通孔将主轴30支承为旋转自如，并且将后述的摆动涡旋件12支承为旋转自如。
20.外壳40的底部成为存储制冷机油的储油器41。储油器41内的制冷机油被安装于主轴30的下端的泵31汲取，并通过沿轴向设置在主轴30内部的供油孔(未图示)而向框架50内的储油部50a和各滑动部供油。
21.在外壳40连接有将外部的制冷剂气体吸入到外壳40内的吸入管70、和将压缩后的制冷剂气体向外壳40外排出的排出管71。
22.压缩机构部10具有被驱动机构部20驱动，从而将从吸入管70吸入的作为压缩流体的制冷剂气体压缩的功能。压缩机构部10具有：固定涡旋件11、和与固定涡旋件11对置配置的摆动涡旋件12。
23.固定涡旋件11具有：台板11a、和立设于台板11a的一个面的旋涡状的突起亦即旋涡齿11b。固定涡旋件11通过热装等利用台板11a的外周面部分固定于外壳40的内周面。
24.摆动涡旋件12具有：台板12a、和立设在台板12a的一个面的旋涡状的突起亦即旋涡齿12b。在摆动涡旋件12的台板12a的另一个面(以下，称为背面)形成有筒状的摆动凸起部12c。在摆动凸起部12c嵌入有设置于主轴30的上端的后述的偏心轴部30a。
25.摆动涡旋件12通过欧氏环13相对于固定涡旋件11以不自转的方式摆动。欧氏环13以与设置于摆动涡旋件12的台板12a的背面的槽和设置于框架50的槽双方卡止的方式设置，成为防止摆动涡旋件12自转，仅允许在公转运动中可动的构造。
26.固定涡旋件11与摆动涡旋件12以使旋涡齿11b与旋涡齿12b相互啮合的方式嵌合，且安装于外壳40内。在旋涡齿11b与旋涡齿12b之间形成容积相对变化的多个压缩室15。
27.驱动机构部20具有为了利用压缩机构部10压缩制冷剂气体而驱动摆动涡旋件12的功能。即，驱动机构部20经由主轴30驱动摆动涡旋件12，由此利用压缩机构部10压缩制冷剂气体。驱动机构部20具有定子21和转子22。转子22通过相对于主轴30压入等而固定。转子
22与定子21通电由此旋转驱动，而使主轴30旋转。
28.主轴30在上端侧具有偏心轴部30a，偏心轴部30a经由滑动件14而与设置于摆动涡旋件12的摆动凸起部12c内的摆动轴承(未图示)卡止，并将动力向摆动涡旋件12传递。
29.框架50构成为具有直径不同的多个圆筒部沿外壳40的轴向相连的形状，且朝向驱动机构部20侧直径依次变小。框架50是所谓的无外壁构造，且多个圆筒部中的、固定涡旋件11侧的圆筒部51的外周面通过热装等固定于外壳40的内周面。框架50经由形成于中心部的贯通孔将主轴30能够旋转地支承，并且利用形成于圆筒部51的固定涡旋件11侧的环状的平坦面51a将摆动涡旋件12支承为旋转自如。
30.而且，作为该实施方式1的成为特征的结构，具备从外部加热或冷却外壳40的热源装置60。热源装置60具体而言可以成为具备由加热器等构成的加热部、和由冷却器等构成的冷却部的结构，也可以成为使用由同一元件进行加热和冷却的帕尔帖元件等的结构。热源装置60被外部电源驱动。
31.热源装置60在外壳40的外侧且配置于固定涡旋件11与框架50之间。更详细而言，热源装置60配置于外壳40和固定涡旋件11的固定位置42与外壳40和框架50的固定位置43之间。热源装置60以与外壳40的外壁40b接触的方式配置。另外，在外壳40的外壁40b配置有作为外壁40b的温度而测量外壳侧面的表面温度的温度传感器61。温度传感器61的测量温度被输入后述的控制装置62。
32.热源装置60被控制装置62基于温度传感器61的测量温度而控制。控制装置62由执行储存于专用的硬件或者存储器的程序的cpu等构成。关于控制装置62对热源装置60的控制详见后述。
33.接下来，对利用热源装置60的运转时的齿顶间隙的变化进行说明。在此，将固定涡旋件11和摆动涡旋件12中的一方的涡旋件的旋涡齿与另一方的涡旋件的台板之间的间隙定义为齿顶间隙。
34.图2是本发明的实施方式1的涡旋压缩机的压缩机构部的主要部分放大简略图。
35.组装时的固定涡旋件11的齿顶间隙δ1和摆动涡旋件12的齿顶间隙δ2被预先规定。以下，将组装时的齿顶间隙δ1和齿顶间隙δ2称为规定值。关于规定值的决定方法详见后述。
36.固定涡旋件11和外壳40的固定位置42的下端与框架50和外壳40的固定位置43的上端的距离l，因热源装置60加热或者冷却外壳40而变化。具体而言，若利用热源装置60加热外壳40，则外壳侧面的表面温度上升，外壳40沿轴向膨胀而扩大距离l。由此，扩大齿顶间隙。另一方面，若利用热源装置60冷却外壳40，则外壳侧面的表面温度下降，外壳40沿轴向缩小，从而距离l缩小。由此，缩小齿顶间隙。
37.这样，能够通过热源装置60加热或者冷却外壳40从而变更距离l，因此能够强制地调整齿顶间隙。在此，热源装置60如上述的那样配置在固定涡旋件11和外壳40的固定位置42与框架50和外壳40的固定位置43之间，且配置于在变更距离l时影响大的位置。因此，能够借助热源装置60的热量进行高效的外壳40的伸缩。
38.接下来，对涡旋压缩机的动作进行说明。
39.若从外部电源向定子21进行电力供给，则转子22旋转，该旋转力经由主轴30向摆动涡旋件12传递。摆动涡旋件12借助欧氏环13被防止自转，从而开始公转。从吸入管70吸入到外壳40内部的制冷剂被连续地取入到由固定涡旋件11和摆动涡旋件12形成的压缩室15。
在压缩室15中，反复进行制冷剂的吸入
→
压缩
→
排出。贮存在外壳40下部的润滑油通过主轴30的旋转而被汲取，且在润滑了各轴承后，返回外壳40底部的储油器41。
40.压缩过程中的制冷剂气体在压力上升的同时伴随着温度上升。因此，压缩气体产生的压力作用对形成压缩室15的固定涡旋件11和摆动涡旋件12发挥作用。与此同时，固定涡旋件11和摆动涡旋件12因来自压缩气体的温度迁移而热膨胀。
41.在此，对运转时的压力作用和热膨胀引起的齿顶间隙的位移进行说明。
42.(压力引起的弯曲)
43.图3是表示图2的压缩机构部中的、压力的影响引起的齿顶间隙的变化的图。在图3中，虚线表示压力引起的弯曲后的涡旋件的位置。另外，在图3和后述的图4中省略热源装置60的图示。
44.对运转中的固定涡旋件11、且如图3所示对固定涡旋件11的背面侧作用作为排出压的高压。运转中的压缩室15成为比排出压低的升压过程的中间压。而且，压缩室15的外周侧的制冷剂吸入空间16成为作为比中间压低的吸入压的低压。
45.固定涡旋件11周围的压力关系如上所述，因此利用固定涡旋件11的台板11a的外周部固定于外壳40的内壁40a的固定涡旋件11，如图3的虚线所示，以向旋涡齿11b侧凸出的方式弯曲。
46.另一方面，对运转中的摆动涡旋件12且对背面侧作用作为吸入压的低压。另外，运转中的压缩室15如上述那样成为中间压。而且，压缩室15外周侧的制冷剂吸入空间16如上述的那样成为低压。
47.摆动涡旋件12周围的压力关系如上所述，因此摆动涡旋件12的台板12a背面的外周附近被框架50的平坦面51a支承的摆动涡旋件12，如图3的虚线所示，以向背面侧凸出的方式弯曲。
48.如以上那样，摆动涡旋件12和固定涡旋件11分别弯曲，从而齿顶间隙分别从δ1和δ2变为δ1 α1和δ2 α2。
49.(温度上升引起的热膨胀)
50.图4是表示图2的压缩机构部中的、温度上升的影响引起的齿顶间隙的变化的图。
51.若压缩室15的温度受到吸入气体和排出气体各自的温度的影响而温度上升，则摆动涡旋件12和固定涡旋件11热膨胀。由于该热膨胀，如图4的虚线所示，旋涡齿12b和旋涡齿11b各自的齿高变高。由此齿顶间隙缩小，分别从δ1和δ2变为δ1 β1和δ2 β2。另外，β1和β2是负值。
52.由于以上的压力引起的弯曲和温度上升引起的热膨胀，运转中的摆动涡旋件12和固定涡旋件11各自的齿顶间隙从δ1和δ2变为δ1 α1 β1和δ2 α2 β2。这样齿顶间隙由于运转中的吸入压力和排出压力、吸入温度和排出温度，而从组装时的规定值δ1和规定值δ2较大地变化。
53.基于运转中产生的这样的齿顶间隙的变化，以往将在规定的运转范围的运转中，不产生齿顶间隙消失引起的齿顶接触的齿顶间隙规定为组装时的规定值。相对于此，在该实施方式1中，能够通过热源装置60调整齿顶间隙，因此能够将组装时的规定值设定为比以往的规定值小的间隙。齿顶间隙为压缩室15的内部泄漏流路，因此将规定值设定得尽可能小，从而能够提高压缩机性能。
54.(热源装置的动作)
55.热源装置60被控制装置62控制为用温度传感器61测量的外壳侧面的表面温度成为与现在的运转条件相应的目标温度范围。运转条件是指吸入压力和排出压力。若外壳侧面的表面温度升高，则齿顶间隙扩大，若外壳侧面的表面温度降低，则齿顶间隙缩小。这样外壳侧面的表面温度与齿顶间隙存在关联关系，因此通过控制热源装置60而使得外壳侧面的表面温度成为目标温度范围，从而能够将齿顶间隙保持为最佳。
56.在此，最佳的齿顶间隙是指防止运转中的齿顶接触并且抑制制冷剂气体的泄漏而能够维持效率较高的状态的间隙。在压缩机中，根据规格来设定运转范围，目标温度范围使用预先监测在其运转范围中齿顶间隙如何变化所得到的数据来设定。以下，对于目标温度范围的设定方法，包括齿顶间隙的规定值的决定方法在内进行说明。
57.在此首先，使用图5和图6对齿顶间隙的规定值的决定方法进行说明。
58.图5是运转范围的说明图。
59.在图5中，由直线包围的区域表示根据涡旋压缩机的规格而设定的运转范围。运转范围由吸入压力和排出压力来确定。排出压力中也包含温度的因素。
60.在此，将齿顶间隙的规定值设定为比“在运转范围内的运转时不产生齿顶接触的间隙”小。而且，将那样设定的涡旋压缩机在图5所示的运转范围内进行运转所得到的监测结果为接下来的图6。具体而言，基于图5的运转范围内的某个运转点(即，运转条件)的运转时的监测数据，将外壳侧面的表面温度与涡旋压缩机的效率的关系曲线化所得到的曲线是图6。
61.图6是表示显示外壳侧面的表面温度与效率的关系的曲线的图。在图6中横轴是外壳侧面的表面温度，纵轴是涡旋压缩机的运转效率(以下，称为效率)。
62.外壳侧面的表面温度与效率的关系用向上凸的曲线来表示。效率高是指齿顶间隙较小，且在压缩行程中的制冷剂泄漏较少。在该曲线中，存在若低于某个外壳侧面的表面温度，则效率大幅度降低的趋势，但这是齿顶接触引起的。由此，如白圈的曲线点那样，在外壳侧面的表面温度低于效率成为峰值的外壳侧面的表面温度的运转时，有可能发生齿顶接触。另一方面，如黑圈的曲线点那样，在外壳侧面的表面温度高于效率成为峰值的外壳侧面的表面温度的运转时，处于齿顶间隙过大且效率较低的运转状态。
63.以上，若外壳侧面的表面温度处于比最高效率稍低的效率的范围a，则在运转范围内，能够避免齿顶接触并且能够实现效率较好的运转。基于这样的监测结果，将范围a设定为目标温度范围。即，在目标温度范围中设定避免运转中的齿顶接触并且能够获得设定值以上的效率温度范围。
64.图6的曲线是针对每个各运转条件求出的。因此，在控制装置62预先设定有与各运转条件相应的目标温度范围，控制装置62基于与现在的运转条件对应的目标温度范围来控制热源装置60。
65.图7是表示本发明的实施方式1的涡旋压缩机中的控制装置的控制的流程图。图7的流程图的控制针对每个控制间隔来实施。
66.涡旋压缩机的运转开始后，控制装置62对温度传感器61的测量温度是否处于与现在的运转条件对应的目标温度范围内进行检查(步骤s1)。若温度传感器61的测量温度为目标温度范围内，则控制装置62停止热源装置60(步骤s2)。另一方面，在温度传感器61的测量
温度比目标温度范围高的情况下(步骤s3中为yes)，在冷却侧驱动热源装置60(步骤s4)使外壳40缩小。由此减小齿顶间隙，并使效率上升。另外，在温度传感器61的测量温度比目标温度范围低的情况下(步骤s3中为no)，控制装置62在加热侧驱动热源装置60(步骤s5)，使外壳40膨胀。由此，扩大齿顶间隙，以便不产生齿顶接触。
67.如以上说明的那样，根据实施方式1，从外部加热或者冷却外壳40的热源装置60在外壳40的外侧且配置在外壳40的轴向上的固定涡旋件11与框架50之间。由此，能够加热或者冷却外壳40的轴向上的固定涡旋件11与框架50之间的外壳部分，从而能够使该外壳部分温度变化且伸缩。即，能够使作为决定齿顶间隙的要素的、外壳40的轴向上的固定涡旋件11与框架50之间的距离l自由地变化，从而能够强制地使运转中的齿顶间隙变化。
68.在实施方式1中由于能够使齿顶间隙变化，因此即便不将组装时的齿顶间隙设定得较宽，也能够避免齿顶接触，能够防止压缩机故障。即，在有可能发生齿顶接触的运转时，只要通过热源装置60加热外壳40并扩大齿顶间隙即可。
69.另外，在实施方式1中热源装置60以与外壳40的外壁40b接触的方式配置，因此能够高效地将热源装置60的热传递给外壳40的外壁40b。
70.在实施方式1中控制装置62以使外壳侧面的温度成为目标温度范围的方式控制热源装置60。由此，能够在始终维持最佳的齿顶间隙的状态下进行涡旋压缩机的运转，能够提高性能。作为具体的控制，控制装置62在测量温度比目标温度范围高的情况下，利用热源装置60冷却外壳40，且在测量温度比目标温度范围低的情况下，利用热源装置60加热外壳40。由此，使外壳40伸缩，从而能够将齿顶间隙调整为最佳的齿顶间隙。
71.另外，控制装置62基于与涡旋压缩机的运转条件对应的目标温度范围控制热源装置60，因此与使目标温度范围不依赖于运转条件而成为固定范围的情况相比，能够适当地进行齿顶间隙的调整。
72.另外，在低温状态下的压缩机停止过程中，有时发生在外壳40内制冷剂聚集的制冷剂停滞现象。在发生这样的制冷剂停滞现象时，通过热源装置60加热外壳40，从而容易使压缩机构部10内的液体制冷剂蒸发。由此，能够缩短停滞时间，从而能够避免启动不良。
73.即便在涡旋压缩机的运转假设成为规定的运转范围外的异常运转的情况下，通过热源装置60使齿顶间隙暂时变化，从而能够防止齿顶接触引起的压缩机故障。
74.另外，在该实施方式1中，将热源装置60作为能够进行加热和冷却双方的装置进行了说明，但只要是能够进行至少一方的装置即可。在热源装置60是仅进行加热的装置的情况下，存在将组装时的齿顶间隙设定为比在运转时不产生齿顶接触的间隙小，且在欲产生齿顶接触时驱动热源装置60扩大齿顶间隙的利用方法。另一方面，在热源装置60是仅进行冷却的装置的情况下，存在作为不产生齿顶接触的安全侧的设计，将组装时的齿顶间隙设定得较宽，且在齿顶间隙扩大的运转状态时驱动热源装置60并缩窄齿顶间隙的利用方法。
75.另外，虽然热源装置60是使用冷却器或者加热器等进行加热或者冷却的装置，但也可以如接下来的图8所示，成为使用在制冷剂回路中循环的制冷剂进行加热或者冷却的结构。
76.图8是本发明的实施方式1的涡旋压缩机的热源装置的变形例的说明图。
77.图8示出具备实施方式1的涡旋压缩机100的制冷循环装置。该变形例的热源装置60使用在制冷循环装置内的制冷剂回路110中循环的制冷剂加热或者冷却外壳40。
78.制冷循环装置具备：涡旋压缩机100、冷凝器101、膨胀阀102以及使制冷剂在蒸发器103中循环的制冷剂回路110。另外，制冷循环装置具备从冷凝器101与膨胀阀102之间分支并被向涡旋压缩机100的外壳侧面引导，并加热外壳40的加热回路104、和开闭加热回路104的开闭阀105。制冷循环装置还具备：冷却回路106，其从膨胀阀102与蒸发器103之间分支并被向涡旋压缩机100的外壳侧面引导来冷却外壳40；和开闭阀107，其开闭冷却回路106。热源装置60由加热回路104和冷却回路106各自的一部分构成。
79.被涡旋压缩机100压缩后的制冷剂成为高温高压的气体制冷剂。高温高压的气体制冷剂流入冷凝器101。制冷剂在冷凝器101中从高温高压的气体相变化为液体。之后，制冷剂被膨胀阀102减压、膨胀而成为低温低压的二相制冷剂，并流入蒸发器103。在蒸发器103中制冷剂从液体相变化为气体。然后从膨胀阀102流出的制冷剂被吸入涡旋压缩机100。
80.制冷剂回路110中的制冷剂的流动如以上那样，因此从冷凝器101朝向膨胀阀102的高温的制冷剂在加热回路104中通过。因此，通过打开开闭阀105，外壳40被在加热回路104通过的制冷剂加热。在膨胀阀102减压而成为低温的制冷剂在冷却回路106中通过。因此，通过打开开闭阀107，外壳40被在冷却回路106通过的制冷剂冷却。
81.这样，也可以构成为由制冷剂回路110的制冷剂对热源装置60进行冷却或者加热的装置。
82.附图标记说明
83.10
…
压缩机构部；11
…
固定涡旋件；11a
…
台板；11b
…
旋涡齿；12
…
摆动涡旋件；12a
…
台板；12b
…
旋涡齿；12c
…
摆动凸起部；13
…
欧氏环；14
…
滑动件；15
…
压缩室；16
…
制冷剂吸入空间；20
…
驱动机构部；21
…
定子；22
…
转子；30
…
主轴；30a
…
偏心轴部；31
…
泵；40
…
外壳；40a
…
内壁；40b
…
外壁；41
…
储油器；42
…
固定位置；43
…
固定位置；50
…
框架；50a
…
储油部；51
…
圆筒部；51a
…
平坦面；52
…
转子；60
…
热源装置；61
…
温度传感器；62
…
控制装置；70
…
吸入管；71
…
排出管；100
…
涡旋压缩机；101
…
冷凝器；102
…
膨胀阀；103
…
蒸发器；104
…
加热回路；105
…
开闭阀；106
…
冷却回路；107
…
开闭阀；110
…
制冷剂回路。