JP2000352389A - スクロール圧縮機 - Google Patents

スクロール圧縮機

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JP2000352389A
JP2000352389A JP11161692A JP16169299A JP2000352389A JP 2000352389 A JP2000352389 A JP 2000352389A JP 11161692 A JP11161692 A JP 11161692A JP 16169299 A JP16169299 A JP 16169299A JP 2000352389 A JP2000352389 A JP 2000352389A
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Japan
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fixed scroll
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back pressure
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JP11161692A
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Masamitsu Takeuchi
真実 竹内
Tetsuzo Ukai
徹三 鵜飼
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C27/005Axial sealings for working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出ポートの容積を極力を低減し、再圧縮動
力を低く抑え、性能が向上したスクロール圧縮機を提供
する。 【解決手段】 スクロール圧縮機1は、ケーシング1A
内に、端板10の一面側に渦巻状突起11が形成されか
つ軸方向への移動のみを許容された固定スクロール8
と、端板17の一面側に渦巻状突起18が設けられかつ
この渦巻状突起18が固定スクロール8の渦巻状突起1
1と組み合わされて渦巻状の密閉空間21a,21b
(圧縮室)を形成する旋回スクロール9と、固定スクロ
ール8の背面を支持する背圧ブロック13とを備えたも
ので、固定スクロール8の端板10に、前記圧縮室に連
通する吐出ポート34が形成されており、背圧ブロック
13はその内周面と固定スクロール8とで高圧室16を
形成するリング状のものであり、吐出ポート34を開閉
するための吐出弁35が高圧室16に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スクロール圧縮機
に関し、特に二酸化炭素(CO2)等の超臨界域で冷媒
を使用する蒸気圧縮冷凍サイクルに適したスクロール圧
縮機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、環境保護の観点から、蒸気圧縮式
冷凍サイクルにおいて、冷媒の脱フロン対策の1つとし
て、作動ガス(冷媒ガス)として二酸化炭素(CO2
を使用した冷凍サイクル(以下、CO2サイクル)が提
案されている(例えば、特公平7−18602号公
報)。このCO2サイクルの作動は、フロンを使用した
従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルと同様である。すなわ
ち、図6(CO2モリエル線図)のA−B−C−D−A
で示されるように、圧縮機で気相状態のCO2を圧縮し
(A−B)、この高温圧縮の気相状態のCO2を放熱器
(ガスクーラ)にて冷却する(B−C)。そして、減圧
器により減圧して(C−D)、気液相状態となったCO
2を蒸発させて(D−A)、蒸発潜熱を空気等の外部流
体から奪って外部流体を冷却する。
【0003】ところで、CO2の臨界温度は約31°と
従来の冷媒であるフロンの臨界点温度と比べて低いの
で、夏場等外気温の高いときには、放熱器側でのCO2
の温度がCO2の臨界点温度よりも高くなってしまう。
つまり、放熱器出口側においてCO2は凝縮しない(線
分BCが飽和液線SLと交差しない)。また、放熱器出
口側(C点)の状態は、圧縮機の吐出圧力と放熱器出口
側でのCO2温度によって決定され、放熱器出口側での
CO2温度は放熱器の放熱能力と外気温度(制御不可)
とによって決定するので、放熱器出口での温度は、実質
的には制御することができない。したがって、放熱器出
口側(C点)の状態は、圧縮機の吐出圧力(放熱器出口
側圧力)を制御することによって制御可能となる。つま
り、夏場等外気温の高いときには、十分な冷却能力(エ
ンタルピ差)を確保するためには、E−F−G−H−E
で示されるように、放熱器出口側圧力を高くする必要が
ある。そのために、圧縮機の運転圧力を従来のフロンを
用いた冷凍サイクルに比べて高くする必要がある。車両
用空調装置を例にすると、前記圧縮機の運転圧力は従来
のR134(フロン)では3kg/cm2程度であるの
に対してCO2では40kg/cm2程度と高く、また運
転停止圧力はR134(フロン)では15kg/cm2
程度であるのに対してCO2では100kg/cm2程度
と高くなる。
【0004】ここで、一般的なスクロール圧縮機は、ケ
ーシング内に、端板の一面側に渦巻状突起が形成された
固定スクロールと、端板の一面側に渦巻状突起が設けら
れかつこの渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻
状突起と組み合わされて渦巻状の圧縮室を形成する旋回
スクロールとを備え、前記旋回スクロールの旋回に伴
い、導入した作動ガスを前記圧縮室内で圧縮した後に吐
出するものである。そして、上述のように、CO2を作
動ガスとした運転圧力の高いスクロール圧縮機は、作動
ガスの漏れによる性能低下の影響が大きいために、これ
を回避するために、固定スクロールをその軸方向におい
てのみ移動許容(可動)とし、この固定スクロールの背
面を背圧ブロックで支持した構成のフロート構造が採用
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なフロート構造のスクロール圧縮機は、必然的に圧縮ガ
スの吐出ポート(トップクリアランスともいう)を、固
定スクロールの端板および背圧ブロックに形成し、かつ
吐出弁を前記背圧ブロックの外側に取付けなければなら
ず、この場合、トップクリアランス容積が大きくなるた
め、大きな再圧縮動力が必要となり、結果的に性能が低
下することになる。
【0006】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、吐出ポートの容積を極力を
低減し、再圧縮動力を低く抑え、性能が向上したスクロ
ール圧縮機を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ケーシング内に、端板の一面側に渦巻状突
起が形成されかつ軸方向のみに可動となった固定スクロ
ールと、端板の一面側に渦巻状突起が設けられかつこの
渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻状突起と組
み合わされて渦巻状の圧縮室を形成する旋回スクロール
と、前記固定スクロールの背面を支持する背圧ブロック
とを備え、前記旋回スクロールの旋回に伴い、導入した
作動ガスを前記圧縮室内で圧縮した後に吐出するスクロ
ール圧縮機において、前記固定スクロールの端板に前記
圧縮室に連通する吐出ポートが形成されており、前記背
圧ブロックはその内周面と前記固定スクロールの前記背
面とで高圧室を形成するリング状のものであり、前記吐
出ポートを開閉するための吐出弁が前記高圧室に設けら
れていることを特徴とするものである。
【0008】上記構成のスクロール圧縮機では、吐出ポ
ートを固定スクロールの端板にのみに形成し、かつこの
吐出ポートを開閉するための吐出弁を直接固定スクロー
ルの端板に形成することにより、吐出ポートを背圧ブロ
ックに形成する必要はなく、吐出ポートの長さおよび容
積を小さくできる。
【0009】請求項2のように、前記背圧ブロックおよ
び前記固定スクロールは互いに別体のものであり、前記
背圧ブロックを前記固定スクロールに着脱自在に固定す
るための固定手段を備えていることにより、背圧ブロッ
クを固定スクロールに固定する前に、固定スクロールの
端板に吐出弁を取付けておくことにより、この吐出弁の
取付け作業が容易になるとともに、取付け箇所の自由度
が高まる。そして、本発明は、請求項3のように、作動
ガスとして二酸化炭素を使用した冷凍サイクルに使用さ
れる、運転圧力が高いスクロール圧縮機に適用すること
が効果的である。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係わるスクロール
圧縮機の実施形態について図面を参照して説明する。先
ず、本発明のスクロール圧縮機を備えたCO2サイクル
について、図2を参照して説明する。このCO2サイク
ルSは例えば車両用空調装置に適用したものであり、1
は気相状態のCO2を圧縮するスクロール圧縮機であ
る。スクロール圧縮機1は図示しない駆動源(例えばエ
ンジン等)から駆動力を得て駆動する。1aは、スクロ
ール圧縮機1で圧縮されたCO2を外気等との間で熱交
換して冷却する放熱器(ガスクーラ)であり、1cは放
熱器1a出口側でのCO2温度に応じて放熱器1a出口
側圧力を制御する圧力制御弁である。CO2は、この圧
力制御弁1bおよび絞り1cにより減圧されて低温低圧
の気液2相状態のCO2となる。1dは、車室内の空気
冷却手段をなす蒸発器(吸熱器)で、気液2相状態のC
2は蒸発器1d内で気化(蒸発)する際に、車室内空
気から蒸発潜熱を奪って車室内空気を冷却する。1e
は、気相状態のCO2を一時的に蓄えるアキュムレータ
である。そして、スクロール圧縮機1、放熱器1a、圧
力制御弁1b、絞り1c、蒸発器1dおよびアキュムレ
ータ1eは、それぞれ配管1fによって接続されて閉回
路を形成している。
【0011】次に、スクロール圧縮機1の一実施形態に
ついて、図1を参照して説明する。スクロール圧縮機1
のハウジング1A(ケーシング)は、カップ状のケース
本体2と、これにボルト3により締結されたフロントケ
ース4(クランクケース)とから構成されている。クラ
ンクシャフト5はフロントケース4を貫通し、メイン軸
受6およびサブ軸受7を介してフロントケース4に回転
自在に支持されている。クランクシャフト5には、図示
しない車両エンジンの回転が公知の電磁クラッチ32を
介して伝動されるようになっている。なお、符号32
a,32bはそれぞれ電磁クラッチ32のコイルおよび
プーリを示している。
【0012】ハウジング1Aの内部には固定スクロール
8および旋回スクロール9が配設されている。固定スク
ロール8は端板10とその内面に立設された渦巻状突起
(ラップ)11とを備え、この端板10の背面にはリン
グ状の背圧ブロック13が固定手段としての複数本のボ
ルト12により分解可能に固定されている。背圧ブロッ
ク13の内周面および外周面にはOリング14a,14
bがぞれぞれ埋設されており、これらOリング14a,
14bは、ケース本体2の内周面に密接し、ケース本体
2内の低圧室15(吸入室)より後述する高圧室(吐出
チャンバ)16が隔離されている。この高圧室16は、
背圧ブロック13の小径内空間13aと、小径内空間1
3aに連続して形成された大径内空間13bと、固定ス
クロール8の端板10の背面に大径内空間13bと連続
するように形成された凹部10aとから構成されてい
る。固定スクロール8の端板10には吐出ポート34
(トップクリアランス)が穿設されており、この吐出ポ
ート34を開閉するための吐出弁35が前記凹部10a
に取付けられている。
【0013】旋回スクロール9は端板17とその内面に
立設された渦巻状突起(ラップ)18とを備え、この渦
巻状突起18は上記固定スクロール8の渦巻状突起11
と実質的に同一の形状を有している。
【0014】固定スクロール8とフロントケース4との
間にはリング状の板ばね20aが配置されており、この
板ばね20aは複数のボルト21bを介して、周方向に
交互に固定スクロール8およびフロントケース4に締結
されている。これにより、固定スクロール8はその軸方
向においてのみ板ばね20aの最大撓み量だけ、移動を
許容されている(フロート構造)。なお、リング状の板
ばね20aおよびボルト20bにより固定スクロール支
持装置20(軸方向コンプライアンス支持装置)が構成
されている。前記背圧ブロック13の背面突出部とハウ
ジング1Aとの間には隙間cが設けられていることによ
り、この背圧ブロック13は前記軸方向に可動となって
いる。固定スクロール8と旋回スクロール9とは、相互
に公転旋回半径だけ偏心し、かつ、180°だけ位相を
ずらせて図示のように噛み合わされ、渦巻状突起11の
先端に埋設されたチップシール(不図示)は端板17の
内面に密接し、渦巻状突起18の先端に埋設されたチッ
プシール(不図示)は端板10の内面に密接し、また、
渦巻状突起11,18の側面に互いに複数箇所で密接す
る。これにより、渦巻状の中心に対してほぼ点対称をな
す複数の密閉空間21a,21bが限界される。固定ス
クロール8と旋回スクロール9との間には、旋回スクロ
ール9の自転を阻止して公転を許容する自転防止リング
27(オルダム接手)が設けられている。
【0015】端板17の外面中央部に形成された円筒状
のボス22の内部にはドライブブッシュ23が、ラジア
ル軸受を兼ねる旋回軸受24(ドライブ軸受)を介して
回動自在に収容され、このドライブブッシュ23に穿設
された貫通孔25内にはクランクシャフト5の内端に突
設された偏心軸26が回動自在に嵌合されている。ま
た、端板17の外面の外周縁とフロントケース4との間
には、旋回スクロール9の支持するためのスラスト玉軸
受19が配置されている。
【0016】クランクシャフト5の外周には、軸封装置
としての公知のメカニカルシール28(シャフトシー
ル)が配置されており、このメニカルシール28は、フ
ロントケース4に固定されたシートリング28aと、ク
ランクシャフト5とともに回転する従動リング28bと
を備え、この従動リング28bは、付勢部材28cによ
りシートリング28aに圧接されていることにより、ク
ランクシャフト5の回転に伴いシートリング28aに対
して摺動する。
【0017】次に、上記スクロール圧縮機1の動作につ
いて説明する。電磁クラッチ32のコイル32aに通電
して、車両エンジンの回転をクランクシャフト5に伝動
させると、クランクシャフト5の回転は、偏心軸26、
貫通孔25、ドライブブッシュ23、旋回軸受24、ボ
ス22からなる旋回駆動機構を介して旋回スクロール9
が駆動され、旋回スクロール9は自転防止リング27に
よってその自転を阻止されながら公転旋回半径を半径と
する円軌道上を公転旋回運動する。
【0018】旋回スクロール9が公転旋回運動すると、
双方の渦巻状突起11,18の線接触部が次第に渦巻の
中心方向に移動し、この結果、密閉空間21a,21b
(圧縮室)が容積を減少しながら、渦巻の中心方向へ移
動する。これに伴って吸入口(不図示)を通って吸入室
15へ流入した作動ガス(矢印A参照)が、双方の渦巻
状突起11,18との外終端開口部から密閉空間21a
内に取り込まれ、圧縮されながら中心部21cに至り、
ここから固定スクロール8の端板10に穿設された吐出
ポート34を通り、吐出弁35を押開いて高圧室16へ
吐出され、さらに吐出口38から流出される。このよう
に、旋回スクロール9の旋回により、吸入室15より導
入した流体を前記密閉空間21a,21b内で圧縮し、
この圧縮ガスを吐出する。
【0019】電磁クラッチ32のコイル32aへの通電
を解除して、クランクシャフト5への回転力の伝動を絶
つと、スクロール圧縮機1の運転は停止される。そし
て、電磁クラッチ32のコイル32aへ再び通電する
と、スクロール圧縮機1は再起動される。
【0020】上記構成のスクロール圧縮機1では、吐出
ポート34(トップクリアランス)を固定スクロール8
の端板10にのみに形成し、かつこの吐出ポート34を
開閉するための吐出弁35を直接固定スクロール8の端
板10に取付けたことにより、吐出ポート34を背圧ブ
ロック13に形成する必要はなく、吐出ポート34の長
さおよび容積を小さくできる。したがって、圧縮機の再
圧縮動力を低く抑え、性能が向上する。また、背圧ブロ
ック13および固定スクロール8は互いに別体のもので
あり、背圧ブロック13を固定スクロール8にボルト1
2(固定手段)により着脱自在に固定することにより、
背圧ブロック13を固定スクロール8に固定する前に、
固定スクロール8の端板10に吐出弁35を容易に取付
けることができ、しかも取付け箇所の自由度が高まる。
【0021】上記各実施形態では、開放型圧縮機を、C
2を作動ガスとするCO2サイクルに適用したが、これ
に限らず、通常のフロン等を作動ガスとする蒸気圧縮式
冷凍サイクルに適用してもよい。
【0022】
【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりに構成さ
れているので、以下に記載するような効果を奏する。請
求項1記載の発明は、吐出ポートを固定スクロールの端
板にのみに形成し、かつこの吐出ポートを開閉するため
の吐出弁を直接固定スクロールの端板に取付けることに
より、吐出ポートを背圧ブロックに形成する必要はな
く、吐出ポートの長さおよび容積を小さくできる。した
がって、再圧縮動力を低く抑え、省エネルギー化および
性能の向上を図れる。
【0023】請求項2記載の発明は、背圧ブロックを固
定スクロールに固定する前に、固定スクロールの端板に
吐出弁を取付けておくことにより、この吐出弁の取付け
作業が容易になるとともに、取付け箇所の自由度が高ま
る。そして、本発明は、請求項3のように、作動ガス吐
して二酸化炭素を使用した冷凍サイクルに使用される、
運転圧力が高いスクロール圧縮機に適用することによ
り、上記効果が特に有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るスクロール圧縮機の一実施形態
の縦断面図である。
【図2】 蒸気圧縮式冷凍サイクルを示す模式図であ
る。
【図3】 CO2のモリエル線図である。
【符号の説明】
S CO2サイクル 1 スクロール圧縮機 1A ハウジング 2 ハウジング本体 4 フロントケース(クランクケース) 5 クランクシャフト 6 メイン軸受 8 固定スクロール 9 旋回スクロール 12 ボルト(固定手段) 13 背圧ブロック 15 低圧室(吸入室、機械室) 16 高圧室 27 自転防止リング 28 メカニカルシール(シャフトシール) 34 吐出ポート(トップクリアランス) 35 吐出弁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシング内に、端板の一面側に渦巻状
    突起が形成されかつ軸方向のみに可動となった固定スク
    ロールと、端板の一面側に渦巻状突起が設けられかつこ
    の渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻状突起と
    組み合わされて渦巻状の圧縮室を形成する旋回スクロー
    ルと、前記固定スクロールの背面を支持する背圧ブロッ
    クとを備え、前記旋回スクロールの旋回に伴い、導入し
    た作動ガスを前記圧縮室内で圧縮した後に吐出するスク
    ロール圧縮機において、前記固定スクロールの端板に前
    記圧縮室に連通する吐出ポートが形成されており、前記
    背圧ブロックはその内周面と前記固定スクロールの前記
    背面とで高圧室を形成するリング状のものであり、前記
    吐出ポートを開閉するための吐出弁が前記高圧室に設け
    られていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 【請求項2】 前記背圧ブロックおよび前記固定スクロ
    ールは互いに別体のものであり、前記背圧ブロックを前
    記固定スクロールに着脱自在に固定するための固定手段
    を備えている請求項1記載のスクロール圧縮機。
  3. 【請求項3】 前記作動ガスは二酸化炭素である請求項
    1または請求項2記載のスクロール圧縮機。
JP11161692A 1999-06-08 1999-06-08 スクロール圧縮機 Pending JP2000352389A (ja)

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JP11161692A JP2000352389A (ja) 1999-06-08 1999-06-08 スクロール圧縮機
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EP00111856A EP1059453B1 (en) 1999-06-08 2000-06-08 Scroll compressor
DE60030037T DE60030037T2 (de) 1999-06-08 2000-06-08 Spiralverdichter
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