JP2005120941A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧縮比でも転覆しない対称ラップ形状のスクロール圧縮機において、より高効率な圧縮機を提供する。
【解決手段】旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線によって、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁を形成した、いわゆる非対称ラップ形状を持つ固定スクロール１２となっているが、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの内壁曲線が終了する伸開角と等しくなる位置から、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の巻き終わり端までの、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁に、外周方向に凸な溝１２ｃを形成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は、例えば旋回スクロールの渦巻きラップの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線によって、固定スクロールの渦巻きラップの内壁を形成し、ラップ形状を非対称としたもの（例えば、特許文献１参照）や、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置で、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線を終了させて、ラップ形状を対称としたものがある。
特開２０００−９７１７６号公報

固定スクロールの渦巻きラップを、旋回スクロールの渦巻きラップの巻き終わり近くまで伸開させた、非対称ラップ形状にすれば、行程容積を大きくとることができるのでラップ高さ、あるいは外形を小さくできる。また、旋回スクロールの渦巻きラップの外壁が側に形成される圧縮室が、作動流体を閉じ込める吸入過程において受熱損失と圧力損失を最小にすることができるので、スクロール圧縮機をコンパクトに形成するとともに、作動流体の吸入過程における損失を小さくすることができる。

しかしながら、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室内の作動流体と、旋回スクロールのラップ部の内壁側に形成される圧縮室内の作動流体は、圧力差をもったまま圧縮されることになる。このとき、圧縮途中で、圧縮室間の漏れ損失が発生するといった問題を有していた。

また、この圧縮室間の圧力差が旋回スクロールに働く転覆モーメントを増大させる。結果として、低圧縮比の運転条件において転覆し、冷媒循環量の極端な減少を引き起こす。低圧縮比で転覆を抑えるために、旋回スクロールの背面に働く押し付け力を大きくすると、高圧縮比の運転条件において、旋回スクロールに過大な押し付け力が発生し、カジリや異常磨耗を引き起こすといった問題を有していた。

図４に従来の対称スクロール圧縮機の固定スクロールの断面図を示す。固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角と等しくなる位置で、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線を終了させて、ラップ形状を対称とすれば、圧縮室内の作動流体は圧力差を持たず、転覆モーメントを小さくすることができる。

しかしながら、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室において、作動流体を閉じ込める吸入過程において、受熱損失や圧力損失が大きく効率が低下するといった問題を有していた。

また、受熱損失や圧力損失を小さくするために、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室において、圧縮室までの冷媒通路を大きく構成しようとすると、圧縮室
と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保できなくなるために漏れが発生するので、吸入過程での損失を小さくするには限界があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、対称ラップ形状の吸入過程での受熱損失と圧力損失を小さくしながら、低圧縮比でも転覆せず、高圧縮比でカジリや異常磨耗のない高い信頼性を確保するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの渦巻きラップの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線によって、固定スクロールの渦巻きラップの内壁を形成し、且つ、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置から、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の巻き終わり端までの、固定スクロールの渦巻きラップの内壁に、外周方向に凸な溝を形成したものである。

これによって、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室の、作動流体を閉じ込める吸入過程において、圧縮室までの冷媒通路を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することができる。結果、対称ラップ形状の吸入過程での受熱損失と圧力損失を小さくしながら、低圧縮比でも転覆せず、高圧縮比で高い信頼性を確保するスクロール圧縮機を提供することをができる。

本発明のスクロール圧縮機は、対称ラップ形状の吸入過程での受熱損失と圧力損失を小さくしながら、低圧縮比でも転覆せず、高圧縮比で高い信頼性を確保することができる。

第１の発明は、旋回スクロールの渦巻きラップの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線によって、固定スクロールの渦巻きラップの内壁を形成し、且つ、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置から、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の巻き終わり端までの、固定スクロールの渦巻きラップの内壁に、外周方向に凸な溝を形成することにより、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室の、作動流体を閉じ込める吸入過程において、圧縮室までの冷媒通路を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の、固定スクロールの鏡板と旋回スクロールの鏡板とが接するスラスト面に連通しないように構成することにより、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長を確実に確保することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、固定スクロールの渦巻きラップの曲線を外周方向にオフセットさせた曲線で、溝の底面を形成することにより、溝加工の生産工数を小さくすることができるので、より低コストで、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３の発明の、溝のラップ高さ方向の幅を、ラップ高さに対して０．５倍以上、０．９倍以下に構成することにより、圧力損失と受熱損失を小さく
しながら、固定スクロールのスラスト面が歪んで漏れが増大したり、カジリや異常磨耗が発生したりするのを防ぐことができる。

第５の発明は、特に、第１〜第５の発明の、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、低圧縮比から高圧縮比の運転までの幅広い運転範囲を持つ給湯機等の用途に用いても、転覆を防止しながら、圧力損失と受熱損失をより効果的に小さくして、高効率で高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図を示すものである。密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けて、クランク軸４の上端にある主軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。

図２は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の固定スクロール１２の斜視図と断面図を示している。旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線によって、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁を形成した、いわゆる非対称ラップ形状を持つ固定スクロール１２となっているが、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの内壁曲線が終了する伸開角と等しくなる位置から、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の巻き終わり端までの、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁に、外周方向に凸な溝１２ｃを形成している。

図３は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の伸開角の定義を示している。この定義に従えば、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの内壁曲線が終了する伸開角と等しくなる位置において、旋回スクロール１３のラップ１３ｂ外壁側に形成される圧縮室１５ａと旋回スクロール１３のラップ１３ｂ内壁側に形成される圧縮室１５ｂの容積は等しい。

そのため、本発明では、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの内壁曲線が終了する伸開角と等しくなる位置から、固定スクロール１２の巻き終わり方向に向かって、外周方向に凸な溝１２ｃを形成することによって、圧縮室１５ａと圧縮室１５ｂは圧力差を持たず、結果、旋回スクロール１３に働く転覆モーメントを小さくすることができる。

また、溝１２ｃは吸入口１７から圧縮室１５ａまでの冷媒通路となる。冷媒が圧縮室１５ａに閉じ込められるまでの間に、加熱されることによって体積効率が低下したり、狭い
通路を通ることによって圧力損失が発生したりして効率を低下させる要因となっていた。従来であれば、この通路を大きく取ると、圧縮室１５ａと背圧室２９との間のシール長が確保できなくなって漏れが発生し、体積効率を低下させることが分かっていたので、圧力損失や受熱損失が発生することが分かっていながらも、冷媒通路を大きくとることはできなかった。しかし、本発明によれば、圧縮室１５ａと背圧室２９との間のシール長は常に確保することができるので、冷媒通路（溝１５ｃ）を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を最小にすることが可能となる。

なお、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの曲線を外周方向にオフセットさせた曲線で、溝１２ｃの底面を形成すると、溝１２ｃ加工の生産工数を小さくすることができるので、より低コストで、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室１５ａと背圧２９あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することができる。

なお、溝１２ｃのラップ１２ｂ高さ方向の幅を、ラップ１２ｂ高さに対して０．５倍以上にすることによって、溝１２ｃの体積を増やすことができるので、圧力損失と受熱損失を更に小さくすることができる。また、溝１２ｃのラップ１２ｂ高さ方向の幅を０．９倍以下に構成することにより、固定スクロール１２のスラスト面が歪んで漏れが増大したり、歪んだことによるカジリや異常磨耗が発生したりするのを防ぐことができる。

なお、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、低圧縮比から高圧縮比の運転までの幅広い運転範囲を持つ給湯機等の用途に用いても、転覆を防止しながら、圧力損失と受熱損失をより効果的に小さくして、高効率で高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、吸入過程において、圧縮室までの冷媒通路を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することが可能となるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、オイルフリー圧縮機、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの斜視図と断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の伸開角の定義を示す図 従来の対称スクロール圧縮機の固定スクロールの断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 圧縮機構
３ 電動機
３ａ 固定子
３ｂ 回転子
４ クランク軸
４ａ 主軸部
６ オイル
７ 給油機構
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１２ａ 鏡板
１２ｂ ラップ
１２ｃ 溝
１３ 旋回スクロール
１３ａ 鏡板
１３ｂ ラップ
１４ 自転規制機構
１５ 圧縮室
１５ａ 旋回スクロールのラップ外壁側に形成される圧縮室
１５ｂ 旋回スクロールのラップ内壁側に形成される圧縮室
１６ 吸入パイプ
１７ 吸入口
１８ 吐出口
１９ リード弁
２９ 背圧室

Claims (5)

1. 鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機において、
   前記旋回スクロールの渦巻きラップの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線によって、前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁を形成し、且つ、
   前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、前記旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置から、前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の巻き終わり端までの、前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁に、外周方向に凸な溝を形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記溝は、前記固定スクロールの鏡板と前記旋回スクロールの鏡板とが接するスラスト面に連通しないように構成されたことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記固定スクロールの渦巻きラップの曲線を外周方向にオフセットさせた曲線で、前記溝の底面を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記溝の前記ラップ高さ方向の幅を、前記ラップ高さに対して０．５倍以上、０．９倍以下に構成したことを特徴とする請求項１〜３記載のスクロール圧縮機。
5. 冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜４記載のスクロール圧縮機。
   

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