JP2002266777A - 多段式流体圧縮部を備えたスクロール流体機械 - Google Patents
多段式流体圧縮部を備えたスクロール流体機械Info
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Abstract
して密閉空間の容積のバラツキが少ない多段圧縮式スク
ロール流体機械の提供。 【解決手段】 前段圧縮部により圧縮された流体を、冷
却して、更に後段圧縮部により圧縮する多段式流体圧縮
部を備えたスクロール流体機械において、旋回スクロー
ル駆動軸16の回転角度を△ω、スクロールラップとス
クロール鏡面とで形成される圧縮室容積をA、回転角度
△ω(n−1)時の圧縮室容積A(n−1)、回転角度
△ωn時の圧縮室容積(An)、としたときに、{A
(n−1)−An}/A(n−1)}=△Yで規定され
る圧縮室容積の減少比率を前段圧縮部より後段圧縮部に
おいて小にしたことを特徴とする。
Description
張、及び圧送を行うスクロール流体機械、特に、前段圧
縮部により圧縮された流体を、冷却して、更に後段圧縮
部により圧縮する多段式流体圧縮部を備えたスクロール
流体機械に関する。
縮比を通常より大きくするにはスクロールラップの巻数
を増大することによって可能である。しかしながら、圧
縮比を通常より大きくすると単に構造が大きくなるだけ
ではなく、流体の圧縮により発生する高熱によって、軸
受やシール部材の寿命の低下が問題となる。
して旋回スクロール及び固体スクロールを冷却する必要
があるために、冷却装置の構造を大きくすることが必要
になる。そして、スクロール流体機構は旋回スクロール
端板の外周側から流体を取り込み、中心側へ向かって流
体を取り込んだ圧縮空間を縮小させて流体圧縮を行い、
中心側の吐出孔から吐出するので、その中心部分を効率
良く冷却するには高度な技術を必要とする。
却器を近接配置するとともに、スクロール流体機械の圧
縮部を2段に分けて、前段から圧縮流体を前記冷却器に
通して冷却して後段に導入して再度圧縮を行う多段圧縮
式スクロール流体機械が要求される。該多段圧縮式スク
ロール流体機械は前段までの圧縮でスクロール流体機構
が耐える温度に抑えて、冷却後に前段の圧縮流体吐出温
度まで後段で圧縮することにより通常より高温となるこ
となしに所望の圧縮比をえることができる。
して、スクロール流体機械の圧縮部を2段に分けて、前
段から圧縮流体を前記冷却器に通して冷却して後段に導
入して再度圧縮を行うスクロール流体機械は、特開昭5
4−59608号公報によって、知られている。
軸に流体ポケット内圧Pと横軸に旋回スクロール駆動軸
(クランク軸)の回転角度ωをとって示す図6の従来例
の取込流体圧縮特性曲線L1、L2のように、流体ポケ
ット内圧P0のa点からP1のb点まで圧縮され、該b
点で圧縮流体が冷却され、該b点からL2のごとく流体
ポケット内圧P3(吐出圧力)となるd点に至る特性曲
線のような動作が行われる。
ルのラップ、旋回スクロールのラップ、旋回スクロール
駆動軸、旋回スクロールの自転防止用のクランク軸など
の製造誤差により回転駆動軸の所定角度回転量に対する
容積は異なる。そのために、後段圧縮における特性曲線
L2に着目すると、旋回スクロール駆動軸の所定角度回
転量△ωに対して密閉空間の圧縮流体の流体ポケット内
圧変化量△Pのバラツキが圧縮機毎に生じる。
に示すよう旋回スクロールラップの内側と外側とにそれ
ぞれ密閉空間S、及び密閉空間Tで示されるように形成
され、それらの密閉空間は最終圧縮室を形成後に前後し
て吐出口と連通して、両最終圧縮室の圧縮流体は吐出口
にて混合され、圧縮機外部に吐出される。よって、吐出
口においては、旋回スクロール駆動軸の所定角度回転量
△ωに対して密閉空間Sと密閉空間Tのそれぞれの密閉
空間の圧縮流体の流体ポケット内圧変化量△Pのバラツ
キによって吐出圧力が異なり過圧縮となったり低圧縮と
なったりすることとなる。
ール駆動軸の所定角度回転量に対して密閉空間の容積の
バラツキが少ない多段圧縮式スクロール流体機械を提供
することを目的とする。
部により圧縮された流体を、冷却して、更に後段圧縮部
により圧縮する多段式流体圧縮部を備えたスクロール流
体機械において、旋回スクロール駆動軸の回転角度を△
ω、スクロールラップとスクロール鏡面とで形成される
圧縮室容積をA、回転角度△ω(n−1)時の圧縮室容
積A(n−1)、回転角度△ωn時の圧縮室容積(A
n)、としたときに、{A(n−1)−An}/A(n
−1)}=△Yで規定される圧縮室容積の減少比率を前
段圧縮部より後段圧縮部において小にしたことを特徴と
する。
を前段圧縮部より後段圧縮部において小にしているの
で、スクロール駆動軸の回転角度△ωに対してスクロー
ルラップとスクロール鏡面とで形成される圧縮室容積の
減少比率△Yが少なく、よって圧縮室容積を形成する密
閉空間内圧力Pの変化度合いが少なく、前記密閉空間内
圧力Pの特性曲線がなだらかな勾配となり、旋回スクロ
ール駆動軸の所定角度回転量△ωに対して密閉空間Sと
密閉空間Tのそれぞれの密閉空間の圧縮流体の流体ポケ
ット内圧変化量△Pのバラツキが少なく、吐出圧力が安
定した多段圧縮式スクロール流体機械を提供することが
できる。
縮された流体を、冷却して、更に後段圧縮部により圧縮
する多段式流体圧縮部を備えたスクロール流体機械にお
いて、前段圧縮部側のラップの鏡面間距離より後段圧縮
部側のラップの鏡面間距離を大に構成したことを特徴と
する。本第2発明によると、スクロール駆動軸の所定回
転角度に対して、密閉空間内の圧力が大きくなる後段圧
縮部において、ラップの鏡面間距離が大きい分だけ、圧
縮によって減少する容積の率が小さく、よって、圧縮室
容積を形成する前記密閉空間内圧力Pの変化度合いが少
なく、前記密閉空間内圧力Pの特性曲線がなだらかな勾
配となり、旋回スクロール駆動軸の所定角度回転量△ω
に対して密閉空間Sと密閉空間Tのそれぞれの密閉空間
の圧縮流体の流体ポケット内圧変化量△Pのバラツキが
少なく、吐出圧力が安定した多段圧縮式スクロール流体
機械を提供することができる。
及び、前記後段圧縮部側のラップの鏡面間距離を、流体
取組側より流体吐出側に向かって大に構成することも、
本第1、2発明の有効な手段である。かかる技術手段に
よると、ラップの鏡面間距離を、前段圧縮部側及び前記
後段圧縮部側ともに、流体取組側より流体吐出側に向か
って段階的に、もしくは徐々に大に構成することがで
き、前段圧縮部側及び前記後段圧縮部側ともに、流体吐
出側にいくにつれてスクロール駆動軸の所定回転角度に
対して、圧縮によって減少する容積の率が小さく、よっ
て、圧縮室容積を形成する前記密閉空間内圧力Pの変化
度合いが少なく、前記密閉空間内圧力Pの特性曲線がな
だらかな勾配となり、旋回スクロール駆動軸の所定角度
回転量△ωに対して密閉空間Sと密閉空間Tのそれぞれ
の密閉空間の圧縮流体の流体ポケット内圧変化量△Pの
バラツキが少なく、吐出圧力が安定した多段圧縮式スク
ロール流体機械を提供することができる。
形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に
記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置
などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲を
それのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎな
い。
ール流体機械の断面図、図2は、固定スクロールハウジ
ングの斜視図、図3は、旋回スクロールの斜視図、図4
は、旋回スクロールラップの一方側壁面から流体を取り
込んだ場合の流体圧縮状況を説明する説明図、図5は、
旋回スクロールラップの他方側壁面から流体を取り込ん
だ場合の流体圧縮状況を説明する説明図、図6は、スク
ロール流体機械の流体圧縮動作を説明する説明図であ
る。
本体(スクロール本体)1は、ハウジングカバー4を取
り付けた固定スクロールハウジング2と、該固定スクロ
ールハウジング2が取り付けられる駆動軸ハウジング3
とで構成される。そして、後述する固定スクロールハウ
ジング2の前段圧縮部の吐出口に取り付けられた吐出配
管6と、後段圧縮部の吸込口に取り付けられた吸い込み
配管7との間に冷却機24が配設され、該冷却機24、
吐出配管6、及び吸い込み配管7を配管によって接続し
て中間経路を構成している。
口2e、後段吸込口2fと、これらの間に介在する冷却
機24内を通る配管の総合容積を有し、その総合容積は
前段圧縮部の最終圧縮室容積のN(整数)倍に設定す
る。そして、N回の前段圧縮部の最終圧縮室からの吐出
があって後に、後段圧縮部の初段取り込みは前段圧縮部
の最終圧縮室容積と等しい容積分取り込まれるように構
成される。
ル流体機械は停止状態にあり、固定スクロールラップと
旋回スクロールラップとにより形成される流体圧縮空間
の後段圧縮部の最終圧縮室には、後段圧縮部の吐出口2
d(図1)の外部圧力と同等かそれより低い圧力で流体
が存在し、また、後段圧縮部の初期取り込み空間にあっ
た流体は前記中間経路と連通しているので、前段圧縮部
の取り込み圧力まで低下する場合がある。
圧縮部の残留流体が外部圧力より高くなるまで圧縮され
る。すなわち、後段圧縮部の最終圧縮室の圧力がそれよ
り手前の圧縮室の圧縮流体と合体して外部圧力より高く
なると外部に吐出されるが、それでもまだ外部圧力より
低いと、前記中間経路からの流体を取り込み、それと吐
出孔側の流体と合体して圧縮される。そして、初期運転
の終了頃には、N回の前段圧縮部の最終圧縮室からの吐
出があって後に、後段圧縮部の初段取り込みは前段圧縮
部の最終圧縮室容積と等しい容積分取り込まれるような
運転状態となる。
に示すように、円形トレイ状に形成され、その外周面の
周方向3カ所に後述する駆動軸ハウジング3と結合面2
mで結合する取付部2i、2j、2kが設けられ、前段
圧縮部のラップ溝27が形成する凹部には、鏡面2c1
が設けられ、該鏡面2c1は取付部2iの内部に設けら
れた通路2aと連通し、後段圧縮部のラップ溝28が形
成する凹部には、鏡面2c2が設けられ、鏡面2c1と
ラップ頂部との間の前段圧縮部がわのラップ高さL
2(図1)とし、鏡面2c2とラップ頂部との間の後段
圧縮部がわのラップ高さL1とした場合、L1>L2に
設定している。そして、結合面2mには、駆動軸ハウジ
ング3と結合する部分を外れた、それより内側には溝が
設けられ該溝にはフッソ系樹脂等の自己潤滑性を有する
ダストシール12が配設されている。
連結する前段吐出口2e(図4、図5)、及び鏡面2c
2には吸い込み配管7に連結する後段吸込口2f(図
4、図5)が設けられ、これらの孔が形成されたランド
部9aから反時計方向に前段圧縮部を形成する固定スク
ロールラップ9bが、また、時計方向に後段圧縮部を形
成する固定スクロールラップ9cが螺旋状に植設されて
いる。そして、これらのラップ上方先端のラップ頂部に
は溝が設けられ、該溝にはフッソ系樹脂等の自己潤滑性
を有するチップシール14が嵌入されている。
及び2c2の裏側には、図1に示すように冷却フィン2
bが植設され、該冷却フィン2bの頂部にはハウジング
カバー4が取付られ、冷却通路2nを形成している。よ
って、図1の紙面を貫く方向に流れる冷却風によって、
固定スクロールを冷却可能に構成されている。また、配
管5が取付られ、通路2aに流体を取り込み可能に構成
されている。
鏡面10cを有し、該鏡面10cが図1に示すように固
定スクロールハウジング2の結合面に設けられたダスト
シール12と接触して対面配置され、鏡面10cには外
側に植設された前段圧縮部を構成する旋回スクロールラ
ップ10aと、中心側に植設された後段圧縮部を構成す
る旋回スクロールラップ10bを有している。そして、
鏡面10cからラップ頂部までのラップ高さは、前述の
固定スクロールのラップ高さL1>L2に対応して、後
段圧縮部側の旋回スクロールラップ10bのほうが前段
圧縮部側の旋回スクロールラップ10aより高く設定し
ている。これらのラップ頂部には溝が設けられ、該溝に
はフッソ系樹脂等の自己潤滑性を有するチップシール1
3が嵌入されている。そして、これらの旋回スクロール
ラップ10a、10bは固定スクロールラップ9b、9
cと壁面が互いに対面配置される。
ように冷却フィン11aが植設され、該冷却フィン11
aの頂部には補助カバー15が取付られ、冷却通路11
nを形成している。よって、図1の紙面を貫く方向に流
れる冷却風によって、旋回スクロールを冷却可能に構成
されている。
転駆動軸16の先端偏芯部16aが回転可能に嵌合する
ベアリング軸受18が配置され、また、外周側には周方
向に3等分した箇所に、旋回スクロールの自転防止用の
クランク部材を受ける軸受ベアリング19が配置されて
いる。このクランク部材は、板部材21の一方の面に前
記軸受ベアリング19と嵌合する軸22と他方の面に、
軸22とは偏芯した軸位置を有する軸23とで構成さ
れ、該軸23は駆動軸ハウジング3に設けた軸受ベアリ
ング20と嵌合して位置決めされるように構成されてい
る。よって、回転駆動軸16の先端偏芯部16aの偏芯
回転によって、旋回スクロール11は固定スクロールに
対して公転運動可能に構成される。
方向に開口部を有し、流れる冷却風によって、旋回スク
ロールのフィン11a部分を冷却可能に構成されてい
る。そして、中央部の軸受ベアリング17によって、図
示しない駆動モータの回転軸と連結する回転駆動軸16
を回転可能に保持している。
は、図1に示すように、回転駆動軸16の回転により、
偏芯軸部16aが軸芯16bを中心に回転することによ
り旋回スクロール11が公転し、図4に示すように、固
定スクロールハウジング2の吸入口(通路)2aから吸
入した圧縮流体は、旋回スクロールのラップ10aによ
り取り込まれ、このラップと固定スクロールのラップ9
bとによって形成される密閉空間S1及びT1により取
り込まれる。これらの取り組み空間は180゜ずれてい
るが同時に略等しい容積分取り込まれる。
に、順次S1→S2→S3→S4→S 5と圧縮し、前段
吐出口2e→中間経路→後段吸入口2f→S6→S7→
S8→S9と圧縮し、また、図1でT1として取り込ま
れた密閉空間は順次T1→T2→T3→T4と圧縮し、
前段吐出口2e→中間経路→後段吸入口2f→T5→T
6→T7→T8→T9と圧縮されて中央部に送られ、S
9とT9は合流して吐出口2dを出て配管8から排出さ
れる。尚、図4に示すように、密閉空間S9とT9は等
しい容積を有するので、同じ圧力の流体が吐出される。
体機械の本実施の形態の動作を、図6を用いて説明す
る。図6は、縦軸Pをスクロールラップによって形成さ
れる密閉空間の圧力(流体ポケット内圧)、横軸Wを旋
回スクロール駆動軸またはクランク軸の回転角度をと
り、密閉空間圧力の特性ラインを描いたものである。L
3は、前段圧縮部の圧縮特性ライン、L4は、前段圧縮
部よりラップ高さが高い場合の後段圧縮部の圧縮特性ラ
イン、L1及びL2は、前段圧縮部及び後段圧縮部のラ
ップ高さが同じ場合の従来例の圧力特性ラインを示す。
と、前段圧縮部では流体の取り組みを始めるが、前段吐
出口から後段吸入口までの中間経路の容積T内では、中
間経路内の流体の取込を行い中間経路内の流体は希薄に
なる。前段圧縮部側では密閉空間で流体は圧縮され、b
点までラインL3に示すように上昇する。c点において
は、中間経路内は流体が希薄であるために、圧縮流体は
中間経路へ流れ、その際に流体圧力は落ちるが、その
後、前段圧縮部から供給される圧縮流体によって中間経
路内の流体圧力は上昇しc点の圧力P2に復帰する。こ
のc点における圧縮流体は中間経路内の冷却機24によ
り冷却され後段圧縮部に供給される。このc点からは後
段圧縮部の密閉空間により圧縮され、ラインL4の如く
上昇する。
性曲線L1、L2と本実施の形態と比較すると、該従来
例は、流体ポケット内圧P0のa点からP1のb点まで
圧縮され、該b点で圧縮流体が冷却され、該b点からL
2のごとく流体ポケット内圧P3(吐出圧力)となるd
点に至る特性曲線のような動作が行われ、その後段圧縮
における特性曲線L2に着目すると、旋回スクロール駆
動軸の所定角度回転量△ω、それに対する密閉空間であ
る流体ポケット内圧変化量△Pとすれば、所定角度回転
量△ωに対する流体ポケット内圧変化率Zは、 Z=△P/△ω・・・(1) で表される。
ット内圧P0のa点からP1のb点より高いC点まで圧
縮し、該c点で圧縮流体が冷却され、該c点からL4の
ごとく流体ポケット内圧P3(吐出圧力)となるd点に
至る特性曲線のような動作が行われ、その後段圧縮にお
ける特性曲線L4に着目すると、旋回スクロール駆動軸
の所定角度回転量△ω、それに対する密閉空間である流
体ポケット内圧変化量△P’とすれば、所定角度回転量
△ωに対する流体ポケット内圧変化率Z’は、 Z’=△P’/△ω・・・(2) で表される。
形態における後段圧縮領域における流体ポケット内圧変
化量△P’は△Pより小さく、よって、本実施の形態
は、旋回スクロール駆動軸の回転角度を△ωに対するス
クロールラップとスクロール鏡面とで形成される圧縮室
容積減少比率△Yを、前段圧縮部よりも後段圧縮部にお
いて小にしているので、前記従来例よりも前段圧縮部の
吐出流体圧力を高めにして、従来例のラインL2より、
なだらかなラインL4のような勾配となり、旋回スクロ
ール駆動軸の所定角度回転量△ωに対して密閉空間Sと
密閉空間Tのそれぞれの密閉空間の圧縮流体の流体ポケ
ット内圧変化量△Pのバラツキが少なく、吐出圧力が安
定した多段圧縮式スクロール流体機械を提供することが
できる。
プの鏡面間距離より後段圧縮部側のラップの鏡面間距離
を大として説明したが、前段圧縮部側のラップの鏡面間
距離及び、前記後段圧縮部側のラップの鏡面間距離は、
流体取込側より流体吐出側に向かって大、すなわち、流
体取込側より流体吐出側に向かって段階的に、もしくは
連続的に徐々に大として構成してもよいことは勿論のこ
とである。
るスクロールラップとスクロール鏡面とで形成される圧
縮室容積を形成する密閉空間内圧力Pの変化度合いが、
後段圧縮部側において旋回スクロール駆動軸の回転角度
△ωに対して少なく、前記密閉空間内圧力Pの特性曲線
がなだらかな勾配となり、旋回スクロール駆動軸の所定
角度回転量△ωに対して密閉空間Sと密閉空間Tのそれ
ぞれの密閉空間の圧縮流体の流体ポケット内圧変化量△
Pのバラツキが少なく、吐出圧力が安定した多段圧縮式
スクロール流体機械を提供することができる。
械の断面図である。
を取り込んだ場合の流体圧縮状況を説明する説明図であ
る。
を取り込んだ場合の流体圧縮状況を説明する説明図であ
る。
る説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 前段圧縮部により圧縮された流体を、冷
却して、更に後段圧縮部により圧縮する多段式流体圧縮
部を備えたスクロール流体機械において、 旋回スクロール駆動軸の回転角度を△ω、スクロールラ
ップとスクロール鏡面とで形成される圧縮室容積をA、
回転角度△ω(n−1)時の圧縮室容積A(n−1)、
回転角度△ωn時の圧縮室容積を(An)、としたとき
に、 {A(n−1)−An}/A(n−1)}=△Yで規定
される圧縮室容積の減少比率を前段圧縮部より後段圧縮
部において小にしたことを特徴とする多段式流体圧縮部
を備えたスクロール流体機械。 - 【請求項2】 前段圧縮部により圧縮された流体を、冷
却して、更に後段圧縮部により圧縮する多段式流体圧縮
部を備えたスクロール流体機械において、 前段圧縮部側のラップの鏡面間距離より後段圧縮部側の
ラップの鏡面間距離を大にしたことを特徴とする多段式
流体圧縮部を備えたスクロール流体機械。 - 【請求項3】 前段圧縮部側のラップの鏡面間距離及
び、前記後段圧縮部側のラップの鏡面間距離を、流体取
込側より流体吐出側に向かって大にしたことを特徴とす
る請求項1、または2記載の多段式流体圧縮部を備えた
スクロール流体機械。
Priority Applications (4)
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JP2001063515A JP2002266777A (ja) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | 多段式流体圧縮部を備えたスクロール流体機械 |
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