JP2002221171A - スクロール圧縮機 - Google Patents

スクロール圧縮機

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JP2002221171A
JP2002221171A JP2001014107A JP2001014107A JP2002221171A JP 2002221171 A JP2002221171 A JP 2002221171A JP 2001014107 A JP2001014107 A JP 2001014107A JP 2001014107 A JP2001014107 A JP 2001014107A JP 2002221171 A JP2002221171 A JP 2002221171A
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valve
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scroll compressor
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JP2001014107A
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Masahiro Shimada
昌浩 島田
Yoshihiro Sasaki
良裕 佐々木
Takehiro Akisawa
健裕 秋澤
Kazuya Ishigami
一也 石神
Nobuo Abe
信雄 阿部
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定スクロールの剛性を損なうことなく再膨
張容積を縮小すること。 【解決手段】 渦巻状のラップを有する固定スクロール
と渦巻状のラップを有する旋回スクロールとの間に吸込
み室と圧縮室48が形成され、吸込み室内に導入された
冷媒ガスを旋回スクロール26の揺動運動に伴って圧縮
室48側に順次導入して圧縮し、圧縮されたガスを排出
するスクロール圧縮機において、固定スクロール24に
リリース穴62と弁室60とを連続して形成し、弁室6
0内にリリース制御弁58を設け、圧縮室48内の圧力
が設定圧力を超えた時に圧縮室48内の流体を吐出圧室
18に排出する。

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
に係り、特に、空調用あるいは冷凍用の冷媒を圧縮する
に好適なスクロール圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】スクロール圧縮機をルームエアコンなど
の圧縮機として用いる場合、広範囲に渡る運転条件の下
でスクロール圧縮機を使用すると、スクロール圧縮機を
過圧縮または液圧縮で運転することが避けられず、スク
ロール圧縮機としては、過圧縮および液圧縮にも耐える
ことができる構造のものが多く採用されている。
【0003】過圧縮および液圧縮防止構造のスクロール
圧縮機は、例えば、吸入口と排出口を有する密閉容器内
に吐出圧室が形成され、この吐出圧室内に電動機と圧縮
機構部が収納され、圧縮機構部は、渦巻状のガス通路を
有する固定スクロールと、この固定スクロールに相対向
して移動可能に配置されて渦巻状のラップを有する旋回
スクロールとから構成され、旋回スクロールは、旋回ス
クロールの自転を阻止しながら旋回スクロールを公転運
動させるオルダムリングに連結されているとともに、電
動機により回転駆動されるクランク軸に対して偏心した
偏心軸に連結されており、電動機の駆動によって旋回ス
クロールを揺動させながら、固定スクロールと旋回スク
ロールとの間の吸込み室内に冷媒を吸込み、吸込まれた
冷媒を順次固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧
縮室に導いて圧縮し、圧縮された冷媒を、吐出圧室を介
して排出口から排出するようになっている。そして、こ
の種のスクロール圧縮機においては、固定スクロールの
うち固定スクロール上部の天板には圧縮室と吐出圧室と
を結ぶ貫通孔としてのリリース穴が形成されているとと
もに、リリース穴も開閉するリリース制御弁が配設され
ている。このリリース制御弁は、圧縮工程の途中で、圧
縮室内の圧力が吐出圧力以上になる圧縮時あるいは温度
条件などにより吸込み口から液冷媒が吸込まれる液圧縮
時に、リリース穴を開き、圧力が上昇したガスあるいは
液冷媒を圧縮室内から吐出圧室内に排出し、固定スクロ
ールと旋回スクロールとの間の機械摩擦の損失を低減す
るとともにラップの損傷を防止するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスクロ
ール圧縮機のリリース制御弁の構造では、固定スクロー
ルの天板に圧縮室と吐出圧室とを結ぶリリース穴が形成
され、リリース穴の端部に制御弁本体が配設されている
ため、リリース穴は圧縮室の一部となり、リリース穴の
容積は圧縮室のデッドボリュームとして再膨張容積とな
る。すなわち、圧縮室内に導入されたガスを規定の圧力
で圧縮するにも、圧縮室内のガスの一部がリリース穴に
入り込むので、圧縮すべきガスが再膨張し、圧縮室内の
ガスの圧力が規定の圧力以下に下がり、容積効率の低下
を招いている。この再膨張による損失を低減するために
は、リリース穴の体積を小さくすればその目的を達成す
ることができ、また単純にリリース穴の内径を縮小した
り固定スクロールの天板を薄くしたりすることでもその
効果が得られる。
【0005】しかし、リリース穴の内径を縮小する構造
では、特に、液圧縮の場合、液冷媒の抜けが悪くなり、
リリース弁としての目的を達成することができない。
【0006】一方、天板の厚さを薄くした場合には、運
転時の吐出圧力によって天板が変形し、圧縮機構部のう
ち特に固定スクロールと旋回スクロールとの間の機械摩
擦の損失を招くとともに、ガスあるいは液冷媒の漏れ損
失によって圧縮性能の低下を招く結果となる。
【0007】本発明の課題は、固定スクロールの剛性を
損なうことなく再膨張容積を縮小することができるスク
ロール圧縮機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、吸入口と排出口を有する密閉容器内に吐
出圧室が形成され、前記吐出圧室内に電動機と該電動機
に連結された圧縮機構部が収納され、前記圧縮機構部
は、前記密閉容器に固定されて前記吸入口と前記吐出圧
室を臨む吐出口とを結ぶ渦巻き状のガス通路を有する固
定スクロールと、前記ガス通路を噛み合う渦巻き状のラ
ップを有し前記電動機の駆動力を受けて揺動運動する旋
回スクロールとを備えて構成され、前記固定スクロール
のガス通路と前記旋回スクロールのラップとの間に吸い
込み室と圧縮室が形成され、前記固定スクロールには、
前記圧縮室に連通するリリース穴と、前記吐出圧室に連
通する弁室とが互いに連続して形成され、前記弁室内に
は、前記圧縮室内の圧力が設定圧力を超えたときに前記
圧縮室内の流体を前記吐出圧室内に排出するリリース制
御弁が設置されてなるスクロール圧縮機を構成したもの
である。
【0009】前記スクロール圧縮機を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。
【0010】(1)前記旋回スクロールは、前記旋回ス
クロールの自転を阻止しながら前記旋回スクロールを公
転運動させるオルダムリングに連結されているととも
に、前記電動機により回転駆動されるクランク軸に対し
て偏心して固定されて前記クランク軸の回転運動を揺動
運動に変換する偏心軸に連結され、前記オルダムリング
は、前記密閉容器に固定されて前記クランク軸を回転自
在に支持するとともに前記オルダムリングの移動路を形
成するフレームに移動可能に支持されてなる。
【0011】(2)前記リリース穴と前記弁室は、前記
圧縮室と前記吐出室とを結ぶ流体通路として形成され、
前記弁室は、その断面積が前記リリース穴の断面積より
も大きく形成されてなる。
【0012】(3)前記弁室の前記リリース穴との境界
にバルブシート面が形成され、前記リリース制御弁は、
前記バルブシート面に装着されたバルブプレートと、前
記バルブプレートを前記バルブシート面側に押圧する弾
性体と、前記弁室内に固定されて前記弾性体を支持する
ブッシュとを備えて構成されてなる。
【0013】(4)前記ブッシュは前記弁室内に圧入さ
れて固定され、前記ブッシュには、前記弁室と前記吐出
室とを結ぶ貫通孔が形成されてなる。
【0014】(5)前記ブッシュには複数の貫通孔が形
成され、前記複数の貫通孔は、その全体の断面積が前記
リリース穴の断面積よりも大きく形成されてなる。
【0015】前記した手段によれば、圧縮室と吐出圧室
とを結ぶ流体通路として、リリース穴と弁室とが互いに
連続するものを固定スクロールに形成し、弁室内にリリ
ース制御弁を設置するようにしたため、固定スクロール
の厚さを薄くすることなく、すなわち固定スクロールの
剛性を損なうことなく、圧縮室のデッドボリュームを縮
小するとともに、再膨張容積を縮小することができ、再
膨張損失と機械摩耗損失および漏れ損失を低減し、圧縮
効率の向上に寄与することができる。
【0016】また、弁室の断面積をリリース穴の断面積
よりも大きく形成することで、圧縮ガスおよび液冷媒の
流路を十分に確保し、流路抵抗を低減することができ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態を示す
スクロール圧縮機の縦断面図である。図1において、ス
クロール圧縮機10は鉄製の密閉容器12を備えてお
り、密閉容器12はほぼ円筒状に形成され上部と下部が
閉塞され、上部に吸入口14が形成され、側部に排出口
16が形成され、内部に吐出圧室18が形成されてい
る。吐出圧室18には圧縮機構部20と電動機22が収
納されており、圧縮機構部20は固定スクロール24と
旋回スクロール26を備えて構成され、電動機22はロ
ータ28とステータ30を備えて構成され、ロータ28
はクランク軸32の外周側に固定されている。
【0018】固定スクロール24は、例えば、鋳物を用
いてほぼ円盤状に形成され、ボルト34によってフレー
ム36に固定され、フレーム36はその外周側が溶接に
よって密閉容器12の内壁面に固定されている。この固
定スクロール24には、図2に示すように、吸入口14
と、吐出圧室18を臨む吐出口38とを結ぶガス通路4
0が形成されており、このガス通路40は、渦巻状のラ
ップ42によって渦巻状に形成されている。この固定ス
クロール24に相対向して、ほぼ円盤状に形成された旋
回スクロール26が揺動自在に配置されている。旋回ス
クロール26の上部側には、図2に示すように、固定ス
クロール24のラップ42と噛み合う渦巻状のラップ4
4が形成されており、ラップ42とラップ44との間に
は吸込み室46と圧縮室48が形成されている。旋回ス
クロール26の底部側は偏心軸50に連結されており、
偏心軸50は、クランク軸32に対して偏心した状態で
配置され、クランク軸32と一体に形成されている。
【0019】クランク軸32は電動機22の駆動によっ
て回転運動するようになっており、クランク軸32の駆
動力が偏心軸50に伝達されるようになっている。この
場合、偏心軸50は、クランク軸32を中心として揺動
運動するようになっている。すなわちクランク軸32が
回転運動すると、この回転運動は偏心軸50によって揺
動運動に変換されるようになっている。そして旋回スク
ロール26の底部側とフレーム36との間にはオルダム
リング52が配置されており、オルダムリング52は旋
回スクロール26の底部側に形成された溝とフレーム3
6の上部側に形成された溝に装着されて十字方向に動く
ようになっている。すなわち、オルダムリング52は、
旋回スクロール26の自転を阻止しながら旋回スクロー
ル26を公転運動させるようになっている。またフレー
ム36にはクランク軸32を回転自在に支持する軸受3
6aを備えており、この軸受36aや偏心軸50には、
クランク軸32の中心部に形成されたオイル通路54を
介してチャンバ室56内のオイルが供給されるようにな
っている。すなわち、偏心軸50と旋回スクロール26
との間には吸入口14の圧力と吐出圧室18内の圧力と
の中間の圧力となる中間圧室が形成されるようになって
おり、中間圧室の圧力と吐出圧室の圧力との圧力差によ
りチャンバ室56内のオイルがオイル通路54を介して
軸受36aなどに供給されるようになっている。
【0020】吸入口14からガス(冷媒)が導入されて
旋回スクロール26の揺動運動によってガスが圧縮され
る過程で、圧縮室48内のガスが吐出圧力以上になった
とき、圧縮室48内のガスを吐出圧室18内に吐出する
ために、本実施形態においては、固定スクロール24
に、リリース制御弁58が4個配設されているととも
に、4個の弁室60とリリース穴62が形成されてい
る。各弁室60と各リリース穴62は、図3に示すよう
に、圧縮室48と吐出圧室18とを結ぶ流体通路とし
て、リリース穴62と弁室60とが互いに連続して形成
され、弁室60が吐出圧室18に連通するように形成さ
れ、リリース穴62が圧縮室48と連通するように形成
されている。そして各弁室60内に圧縮室48内の圧力
が設定圧力を超えたときに圧縮室48内の流体を吐出圧
室18内に排出するリリース制御弁58が配設されてい
る。すなわち弁室60とリリース穴62は固定スクロー
ル24の天板64の領域に、リリース穴62の断面積よ
りも弁室60の断面積の方が大きくなるように形成され
ている。弁室60のうちリリース穴62との境界にはバ
ルブシート面66が円環状に形成されており、バルブシ
ート面66上に鉄製で円盤状のバルブシート68が装着
されている。バルブシート68上には、バルブシート6
8をバルブシート面66側に押圧する弾性体としてのコ
イルスプリング70が装着されている。コイルスプリン
グ70は、弁室60の上部側に圧入されて固定された鉄
製のブッシュ72の突起部74に装着されている。ブッ
シュ72には中心部に貫通孔74が形成されているとと
もに、貫通孔74の周りに複数の貫通孔76が形成され
ている。各貫通孔74、76は各断面積の合計(全体の
断面積)がリリース穴62の断面積よりも大きくなるよ
うに形成されている。
【0021】上記の構成において、電動機22が回転駆
動されて旋回スクロール26が揺動運動すると、吸入口
14に導入されたガス(冷媒ガス)が順次吸込み室46
内に導入され、導入されたガスが旋回スクロール26の
揺動運動にしたがって順次圧縮室48内に送られ、各圧
縮室48内で圧縮され、一定の圧縮比の下で圧縮された
ガスが吐出口38から吐出圧室18内に排出され、吐出
圧室18内のガスが吐出口16からパイプ78を介して
排出される。
【0022】冷媒ガスが圧縮される過程で、圧縮室48
内の圧力が設定圧力以下(吐出圧力+コイルスプリング
70のスプリング力)の時には、各リリース穴62は、
コイルスプリング70のスプリング力により、各リリー
ス制御弁48のバルブシート68によって閉塞され、各
弁室60は圧縮室48と遮断された状態にある。この場
合、リリース穴62の容積は圧縮室48の容積の一部と
なるが、リリース穴62は固定スクロール24の一部、
すなわち天板64の底部側の領域にのみ形成されている
ため、圧縮室48のデッドボリュームを縮小することが
でき、圧縮ガスの再膨張損失を低減することが可能とな
り、高効率で冷媒ガスを圧縮することができ、スクロー
ル圧縮機の信頼性を高めることが可能になる。しかも、
天板64の厚さを薄くする必要がないため、固定スクロ
ール24の剛性を十分に確保することができる。
【0023】一方、冷媒ガスが圧縮される過程で、圧縮
室48内の圧力が設定圧力を超えたときには、バルブプ
レート48がコイルスプリング70のスプリング力に抗
してバルブシート面66から離れ、圧縮室48内の冷媒
ガスあるいは液冷媒がリリース穴62、弁室60、貫通
孔74、76を介して吐出圧室18内に排出され、過圧
縮時および液圧縮時に、機械損失、漏れ損失およびラッ
プ損傷が生じるのを防止することができる。
【0024】このように、本実施形態によれば、固定ス
クロール24の天板64の領域にリリース穴62と弁室
60とを連続して形成し、弁室60内にリリース制御弁
58を配設するようにしたため、天板64の厚さを薄く
することなく、すなわち、剛性を十分に確保しつつ、圧
縮室48内のデッドボリュームを縮小することができ、
圧縮ガスの再膨張損失を低減することが可能になるとと
もに圧縮効率の向上に寄与することができる。
【0025】また、前記実施形態によれば、弁室60の
断面積および各貫通孔74、76合計の断面積をリリー
ス穴62の断面積よりも大きくするようにしたため、圧
縮ガスおよび液冷媒の流路を十分に確保することができ
るとともに流路抵抗を低減することができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固定スクロールの剛性を損なうことなく、圧縮室のデッ
ドボリュームを縮小するとともに、再膨張容積を縮小す
ることができ、圧縮効率の向上に寄与することが可能に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すスクロール圧縮機の
縦断面図である。
【図2】圧縮機構部の断面図である。
【図3】リリース制御弁の拡大断面図である。
【符号の説明】
10 スクロール圧縮機 12 密閉容器 14 吸入口 16 排出口 18 吐出圧室 20 圧縮機構部 22 電動機 24 固定スクロール 26 旋回スクロール 28 ロータ 30 ステータ 32 クランク軸 36 フレーム 38 吐出口 40 ガス通路 42、44 ラップ 46 吸込み室 48 圧縮室 50 偏心軸 52 オルダムリング 58 リリース制御弁 60 弁室 62 リリース穴 64 天板 66 バルブシート面 68 バルブプレート 70 コイルスプリング 72a 突起部 74、76 貫通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋澤 健裕 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 石神 一也 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 阿部 信雄 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 Fターム(参考) 3H029 AA02 AA14 AB03 CC03 CC09 CC13 CC23 3H039 AA03 AA06 AA12 BB17 CC03 CC08 CC16 CC27 CC30

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸入口と排出口を有する密閉容器内に吐
    出圧室が形成され、前記吐出圧室内に電動機と該電動機
    に連結された圧縮機構部が収納され、前記圧縮機構部
    は、前記密閉容器に固定されて前記吸入口と前記吐出圧
    室を臨む吐出口とを結ぶ渦巻き状のガス通路を有する固
    定スクロールと、前記ガス通路を噛み合う渦巻き状のラ
    ップを有し前記電動機の駆動力を受けて揺動運動する旋
    回スクロールとを備えて構成され、前記固定スクロール
    のガス通路と前記旋回スクロールのラップとの間に吸い
    込み室と圧縮室が形成され、前記固定スクロールには、
    前記圧縮室に連通するリリース穴と、前記吐出圧室に連
    通する弁室とが互いに連続して形成され、前記弁室内に
    は、前記圧縮室内の圧力が設定圧力を超えたときに前記
    圧縮室内の流体を前記吐出圧室内に排出するリリース制
    御弁が設置されてなるスクロール圧縮機。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のスクロール圧縮機にお
    いて、前記旋回スクロールは、前記旋回スクロールの自
    転を阻止しながら前記旋回スクロールを公転運動させる
    オルダムリングに連結されているとともに、前記電動機
    により回転駆動されるクランク軸に対して偏心して固定
    されて前記クランク軸の回転運動を揺動運動に変換する
    偏心軸に連結され、前記オルダムリングは、前記密閉容
    器に固定されて前記クランク軸を回転自在に支持すると
    ともに前記オルダムリングの移動路を形成するフレーム
    に移動可能に支持されてなることを特徴とするスクロー
    ル圧縮機。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のスクロール圧
    縮機において、前記リリース穴と前記弁室は、前記圧縮
    室と前記吐出圧室とを結ぶ流体通路として形成され、前
    記弁室は、その断面積が前記リリース穴の断面積よりも
    大きく形成されてなることを特徴とするスクロール圧縮
    機。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載のスクロール圧縮機にお
    いて、前記弁室の前記リリース穴との境界にバルブシー
    ト面が形成され、前記リリース制御弁は、前記バルブシ
    ート面に装着されたバルブプレートと、前記バルブプレ
    ートを前記バルブシート面側に押圧する弾性体と、前記
    弁室内に固定されて前記弾性体を支持するブッシュとを
    備えて構成されてなることを特徴とするスクロール圧縮
    機。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のスクロール圧縮機にお
    いて、前記ブッシュは前記弁室内に圧入されて固定さ
    れ、前記ブッシュには、前記弁室と前記吐出室とを結ぶ
    貫通孔が形成されてなることを特徴とするスクロール圧
    縮機。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載のスクロール圧縮機にお
    いて、前記ブッシュには複数の貫通孔が形成され、前記
    複数の貫通孔は、その全体の断面積が前記リリース穴の
    断面積よりも大きく形成されてなることを特徴とするス
    クロール圧縮機。
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