涡旋式流体机械.pdf

一种涡旋式流体机械(1)，包括：根部(58)，其具有从位于搭接部(44)的侧面(44a)的锥面末端(60a)朝向直立设有该搭接部(44)的镶板面(40a)倾斜的锥面(60)；以及倒棱部(68)，其形成于与具有根部(58)的搭接部(44)成对的搭接部(42)，从位于该搭接部(42)侧面(42a)的倒棱末端(70)朝向该搭接部(42)的前端面(42b)进行倒棱而形成，倒棱部(68)形成为如下大小：随着滑动接触面(66)的形成，倒棱部(68)与根部(58)分离，且从倒棱末端(70)到滑动接触面(66)的距离为从锥面末端(60a)到滑动接触面(66)的距离以上。

1.  一种涡旋式流体机械，其特征在于，在外壳内包括定涡盘及动涡盘，该定涡盘及动涡盘的螺旋状的搭接部成对地分别直立设于镶板的镶板面，通过所述动涡盘相对于所述定涡盘公转绕转运动，一侧搭接部的前端面与另一侧搭接部的所述镶板面滑动接触而形成滑动接触面，实施工作流体的吸入到排出这一连串的流程，所述涡旋式流体机械包括：
根部，该根部至少形成于所述一侧搭接部，具有从位于该搭接部的侧面的锥面末端朝向直立设有该搭接部的所述镶板面倾斜的锥面；以及
倒棱部，该倒棱部形成于与具有所述根部的所述至少一侧搭接部成对的另一侧搭接部，从位于该搭接部侧面的倒棱末端到该搭接部的所述前端面进行倒棱而形成，
所述倒棱部形成为如下大小：随着所述滑动接触面的形成，所述倒棱部与所述根部分离，且从所述倒棱末端到所述滑动接触面的距离为从所述锥面末端到所述滑动接触面的距离以上。

2.  如权利要求1所述的涡旋式流体机械，其特征在于，
所述根部还具有曲面，该曲面从所述锥面到所述镶板面进行倒圆角而形成，且倒圆末端位于该镶板面，
所述倒棱部在所述前端面上具有第二倒棱末端，并且，所述倒棱部形成为如下大小：随着所述滑动接触面的形成，所述倒棱部与所述根部分离，且从所述第二倒棱末端到具有该根部的所述搭接部的所述侧面的距离为从所述倒圆末端到该侧面的距离以上。

3.  如权利要求2所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述倒棱部随所述滑动接触面的形成，所述倒棱末端位于所述锥面末端的位置，且所述第二倒棱末端位于所述倒圆末端的位置。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述倒棱部由2个以上的锥面组形成。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述倒棱部包括圆弧状部。

6.  如权利要求1至5中任一项所述的涡旋式流体机械，其特征在于，所述工作流体是由二氧化碳形成的制冷剂。

涡旋式流体机械
技术领域
本发明涉及一种涡旋式流体机械，尤其涉及一种适用于制冷空调机和热泵式热水器的涡旋式流体机械。
背景技术
该种涡旋式流体机械、例如密闭型涡旋式压缩机通过动涡盘在外壳内相对于定涡盘公转绕转运动来实施工作流体(以下称制冷剂)的吸入、压缩及排出一连串的流程。
具体来说，在动涡盘及定涡盘的镶板(日文：镜板)的镶板面上分别直立设有螺旋状的搭接部(lap)，这些搭接部相互配合形成压缩室，通过减少该压缩室的容积来实施上述一连串的流程。此外，对搭接部的前端进行倒棱加工的技术是众所周知的(例如日本专利实开昭62-76185号公报、日本专利特开2001-329972号公报、日本专利特开2004-76629号公报、日本专利实开昭62-82391号公报)。
搭接部一般是利用立铣刀等切削工具通过切削加工而形成的。此时，切削工具老化、其前端产生磨损时，搭接部的根部对应切削工具的磨损量形成锥形。
但是，上述各现有技术中，对于由于上述切削工具的磨损造成的搭接部的根部的加工误差并没有特别考虑，由此存在搭接部彼此接触不良，从压缩室流出的泄漏制冷剂增多，压缩机的容积效率低下的问题。
发明内容
本发明鉴于上述技术问题而作，其目的在于提供一种能防止由于形成于动涡盘及定涡盘的搭接部彼此接触不良造成的泄漏制冷剂量增多并提高流体机械的容积效率的涡旋式流体机械。
为达到上述目的，技术方案1所述的涡旋式流体机械在外壳内包括定涡盘及动涡盘，该定涡盘及动涡盘在镶板的镶板面上分别直立设有螺旋状的搭接部，通过动涡盘相对于定涡盘公转绕转运动，搭接部的前端面与成对的搭接部的镶板面滑动接触而形成滑动接触面，实施工作流体的吸入到排出这一连串的流程，其特征是，包括：根部，其形成于动涡盘及定涡盘中任意一方或双方的搭接部，具有从位于该搭接部侧面的锥面末端朝向直立设有该搭接部的镶板面倾斜的锥面；以及，倒棱部，其形成于与具有根部的搭接部成对的搭接部，从位于该搭接部侧面的倒棱末端朝向该搭接部的前端面倒棱而形成，倒棱部形成为如下大小：随着滑动接触面的形成，倒棱部与根部分离，且从倒棱末端到滑动接触面的距离为从锥面末端到滑动接触面的距离以上。
上述涡旋式流体机械中，倒棱部形成为与成对的搭接部的根部不干涉的大小，随着滑动接触面的形成，能使搭接部彼此的侧面可靠地抵接。因此，即便由于切削加工搭接部时立铣刀等切削工具的磨损而在搭接部的根部形成锥面，也能防止由于搭接部彼此的接触不良造成的泄漏制冷剂量的增多，并能提高流体机械的容积效率。
作为优选的实施方式，上述内燃机的废热利用装置中，根部还具有从锥面到镶板面进行倒圆角而形成的、倒圆末端位于该镶板面的曲面，倒棱部在前端面上具有第二倒棱末端，并形成为如下大小：随着滑动接触面的形成，倒棱部与根部分离，且从第二倒棱末端到具有该根部的搭接部的侧面的距离为从倒圆末端到该侧面的距离以上。
根据该结构，即便在搭接部的根部除锥面以外还形成曲面，也能防止搭接部彼此的接触不良造成的泄漏制冷剂量的增多，能进一步提高流体机械的容积效率。
作为优选的实施方式，上述内燃机的废热利用装置中，倒棱部随滑动接触面的形成，倒棱末端位于锥面末端的位置，且第二倒棱末端位于倒圆末端的位置。
根据该结构，能减小与压缩室的形成无关的倒棱部与根部间的间隙容积，即减小搭接部间的死区(dead volume)，防止通过死区从压缩室流出的泄漏制冷剂量的增多，因此能进一步提高流体机械的容积效率。
作为优选的实施方式，上述内燃机的废热利用装置中，倒棱部由2个以上的锥面组形成。
根据该结构，倒棱部可相对于根部更为接近地形成，因此能进一步减小死区，从而能更进一步地提高流体机械的容积效率。
作为优选的实施方式，上述内燃机的废热利用装置中，倒棱部包括圆弧状部。
根据该结构，倒棱部可相对于根部更为接近地形成，因此能尽量减小死区，从而能更进一步地提高流体机械的容积效率。
作为优选的实施方式，上述内燃机的废热利用装置中，工作流体是由二氧化碳形成的制冷剂。
根据该结构，与使用其他制冷剂的情形相比，由于流体机械在更为高压、高速的旋转区域内动作，因此泄漏制冷剂量可能会增多，但利用上述结构的流体机械的容积效率的提高效果将更显著。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的密闭型涡旋式压缩机的纵剖视图。
图2是放大表示本发明第一实施方式的倒棱部的图。
图3是放大表示本发明第二实施方式的倒棱部的图。
具体实施方式
以下，结合附图说明本发明的一实施方式。
首先，说明第一实施方式。
图1表示作为本发明实施方式的流体机械的一例的密闭型涡旋式压缩机。该压缩机1被组装到制冷空调装置和热泵式热水器等的制冷回路中。该制冷回路包括作为工作流体的一例的二氧化碳制冷剂循环的通路，压缩机1从通路吸入制冷剂，将其压缩后朝向通路排出。
该压缩机1包括外壳2，在外壳2的主体部4的上侧、下侧分别气密地嵌合有上盖6、下盖8，由此，主体部4的内部被密闭，制冷剂的排出压力起作用。在主体部4的适当位置上连接有吸入从上述回路引入的制冷剂的吸入管10，在上盖6的适当位置上连接有将外壳2内的压缩制冷剂向上述回路送出的排出管12。
在主体部4内收容有电动机14，在该电动机14内配置有转轴16，转轴16通过向电动机14通电而被驱动。此外，转轴16的上端侧通过轴承被主轴框18支承成可自由旋转，该主轴框18与外壳2一体固定。
另一方面，转轴16的下端侧通过轴承被副轴框20支承成可自由旋转。此外，在转轴16的下端侧安装有油泵22，油泵22吸引形成于下盖8内侧的储油室24内的润滑油。该润滑油在将转轴16内沿轴线方向贯穿而形成的供油路26内上升，从转轴16的上端供给到电动机14和涡旋单元28等，起到各滑动部分和轴承等的润滑、及滑动面的密封的作用。此时，制冷剂的排出压力对储油室26的润滑油油面的作用也促进供油路26内的润滑油的上升。除此之外，在副轴框20的适当位置上形成有润滑油的导入口30，供给到压缩机1内的各滑动部分的润滑油通过导入口30储存到储油室24。
上述单元28配置在主体部4内的电动机14的上方，实施制冷剂的吸入、压缩及排出这一连串的流程。
详细来说，该单元28由动涡盘34及定涡盘36构成，动涡盘34包括镶板38，在该镶板38的镶板面38a上直立设有朝向定涡盘36的镶板40延伸的螺旋状搭接部42，在定涡盘36的镶板40的镶板面40a上也直立设有朝向镶板38延伸的螺旋状搭接部44。
此外，这些搭接部42、44相互连动，从镶板38外周侧的空间及与吸入管10连通的吸入室吸入制冷剂，形成压缩室。通过动涡盘34相对于定涡盘36公转绕转运动，压缩室从这些搭接部42、44的径向外周侧朝向中心移动并减少其容积。
为使上述动涡盘34进行公转绕转运动，在镶板38的背面侧形成有轴套46，该轴套46通过轴承被与转轴16的上端侧一体形成的偏心轴支承成可自由旋转。此外，动涡盘34的自转被未图示的自转阻止销阻止。
另一方面，定涡盘36固定于主轴框18，镶板40将压缩室侧与排出室50侧隔开。在定涡盘36的中央部分的适当位置上，与压缩室侧连通的排出孔52贯通地设于镶板40，该排出孔52被配置于定涡盘36的排出室50侧的排出阀54开闭。此外，包括排出阀54的定涡盘36的排出室50侧被排出顶部56覆盖，利用该排出顶部56抑制排出阀54打开时的噪音。
上述压缩机1中，随着转轴16的旋转，动涡盘34不自转而进行公转绕转运动。该动涡盘34的公转绕转运动将通过吸入管10引入主体部3内的制冷剂从吸入室吸入单元28的内部并在单元28内压缩，之后，将该压缩后的制冷剂从排出孔52排出。此外，从排出孔52排出的制冷剂在外壳2内循环后到达排出室50，通过排出管12送到压缩机1外。
如图2的搭接部42、44的放大图所示，搭接部44在其侧面44a上具有与镶板面40a连续的根部58。根部58是在利用立铣刀等切削工具进行搭接部44的切削加工的阶段形成的，由锥面60和曲面62构成。
锥面60从位于侧面44a的锥面末端60a朝向镶板面40a侧相对于定涡盘36的轴线方向以规定的倾斜角A进行锥面加工而成。锥面末端60a的位置和倾斜角A根据切削时使用的立铣刀前端的磨损程度等确定，一律使用规定型式的立铣刀并根据立铣刀的使用状况预先设定更换频度时，能一定程度地预测锥面末端60a的位置和倾斜角A的偏移范围。
另一方面，曲面62从作为其与锥面60的边界的边界点60b到镶板面40a以规定的半径r进行倒圆角加工而成，曲面62的倒圆末端62a位于镶板面40a上。即，曲面62将镶板面40a与锥面60以半径r的圆弧平滑地连接。
与此相对，搭接部42从其侧面42a到前端面42b形成有前端部64，动涡盘34公转绕转运动时，前端面42b与镶板面40a滑动接触而形成滑动接触面66。
在此，在前端部64上形成有倒棱部68，倒棱部68从位于侧面42a的侧面侧锥面末端(倒棱末端)70到位于前端面42b的前端面侧锥面末端(第二倒棱末端)72倒棱，形成锥面74。
此外，该锥面74随着滑动接触面66的形成，侧面侧锥面末端70位于动涡盘34的轴线方向上从镶板面40a到锥面末端60a的位置以上距离的位置，且前端面侧锥面末端72位于动涡盘34的径向上从搭接部44的侧面44a到倒圆末端62a的位置以上距离的位置。
即，本实施方式中，在预先考虑到搭接部44的根部58处所预测的锥面末端60a的位置和锥面60的倾斜角A的偏移范围之上，将倒棱部68形成得较大，以免其与根部58、即锥面70及曲面62干涉。由此，在动涡盘34公转绕转运动时，随着滑动接触面66的形成，能使搭接部42、44的侧面42a、44a彼此可靠地抵接。因此，即便切削加工搭接部44时立铣刀等切削工具的前端磨损而在加工出的搭接部44的根部58上形成锥面60，也能防止由于搭接部42相对于搭接部44的接触不良造成的从压缩室流出的泄漏制冷剂量的增多，能提高压缩机1的容积效率。
在此，如图2中的虚线所示，在加工搭接部44后对搭接部42加工或再加工、改造时等，若能预先确定锥面末端60a的位置和倾斜角A，则最好是将倒棱部68形成为：随着滑动接触面66的形成，侧面侧锥面末端70位于锥面末端60a的位置，且前端面侧锥面末端72位于倒圆末端62a的位置。此时，能缩减与压缩室的形成无关的可动搭接部42与固定搭接部44间的间隙76的容积，即，减小死区V。
由于死区V的压力与压缩室内的压力相比为低压，因此死区V大意味着单元28内容纳从压缩室流出的泄漏制冷剂的容积增大，成为从压缩室流出的泄漏制冷剂量增大的主要原因。因此，通过缩减死区能排除该主要原因，进一步提高压缩机1的容积效率。
接着，说明第二实施方式。
如图3所示，本第二实施方式的倒棱部78由第一锥面及第二锥面(锥面组)80、82形成，由于其他采用与上述第一实施方式相同的结构，因此主要对与上述实施方式1不同的点进行说明。
第一锥面80从侧面侧锥面末端70朝向前端面42b侧相对于定涡盘36的轴线方向以固定的倾斜角A1进行锥面加工而成，另一方面，第二锥面82从第一锥面80的与第二锥面82的边界点80a到前端面侧锥面末端72以规定的倾斜角A2进行锥面加工而成。即，倒棱部78在滑动接触面66已形成的状态下，形成朝向根部58呈凸状的2段锥面状，至少是倾斜角A1被设定成大于锥面60的倾斜角A，倾斜角A2被设定成边界点80a与根部58不接触而分离的大小。
在此，图3中，倒棱部78形成为：随着滑动接触面66的形成，侧面侧锥面末端70位于锥面末端60a的位置，且前端面侧锥面末端72位于倒圆末端62a的位置，但至少侧面侧锥面末端70位于动涡盘34的轴线方向上从镶板面40a到锥面末端60a的位置以上距离的位置，且前端面侧锥面末端72位于动涡盘34的径向上从侧面44a到倒圆末端62a的位置以上距离的位置即可。
如此，与上述第一实施方式相同，第二实施方式涉及的压缩机1中，随着滑动接触面66的形成，也能使搭接部42、44的侧面42a、44a彼此可靠地抵接，防止从压缩室流出的泄漏制冷剂量的增多，并提高压缩机1的容积效率。
尤其是第二实施方式的情形中，与第一实施方式的倒棱部68相比，能进一步缩减死区V，从而能进一步提高压缩机1的容积效率。
除此之外，倒棱部78并不局限于2段锥面状，也可在滑动接触面66已形成的状态下，形成朝向根部58的呈凸状的3段以上的多段锥面状，此时能更进一步地缩减死区V，从而能更近一步地提高压缩机1的容积效率，很理想。
以上是本发明一实施方式的说明，但本发明并不局限于上述各实施方式，可在不脱离本发明技术思想的范围内进行种种变更。
例如，上述各实施方式中，搭接部42的前端部64倒棱成锥面状和多段锥面状，但例如也可倒棱成在形成滑动接触部66的同时朝向根部58呈椭圆和圆弧(圆弧状部)局部的曲面状。此外，也可使用此种锥面与曲面组合的形状对前端部64进行倒棱，此种情形与上面相同，随着滑动接触面66的形成，能使搭接部42、44的侧面42a、44a彼此可靠地抵接，并能尽量缩减死区V。由此，起到能可靠地防止从压缩室流出的泄漏制冷剂量的增多，并能大幅度提高压缩机1的容积效率的作用。
此外，上述各实施方式中，对于在定涡盘36的搭接部44上形成根部并在动涡盘34的搭接部42上形成倒棱部的情形进行了说明，当然，本发明也可应用于相反地在搭接部42上形成根部并在搭接部44上形成倒棱部的情形以及在搭接部42、44双方形成根部及倒棱部的情形。
除此之外，上述各实施方式中使用二氧化碳作为制冷剂，但不局限于此。但是，通过使用二氧化碳作为制冷剂，使得动涡盘34在高压、高速旋转区域内旋转，与使用其他制冷剂的情形相比，由于设备在更为高压、高速的旋转区域内动作，因此泄漏制冷剂量可能会增多，但利用上述结构能防止上述问题，使得压缩机1的容积效率的提高效果更加显著。
除此之外，上述各实施方式中，对于组装到制冷空调装置和热泵式热水器等的制冷回路中的密闭型涡旋式压缩机进行了说明，但并不局限于此，本发明也可应用于各种领域的密闭型以外的压缩机及膨胀机等涡旋式流体机械。