JP2005147101A

JP2005147101A - スクロール圧縮機及びこれを用いた冷凍空調装置

Info

Publication number: JP2005147101A
Application number: JP2003390118A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ishii; 稔石井; Kiyoharu Ikeda; 清春池田; Takeshi Fushiki; 毅伏木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】両スクロール背圧付与方式では、揺動スクロールへ付与する背圧力が大きくなると、スラスト軸受負荷が小さくなるため、揺動スクロールの転覆モーメントを覆すだけのモーメントを発生できなくなり、揺動スクロールが転覆し、揺動スクロールがばたつきながら旋回するという不安定な挙動を示すことになる。
【解決手段】固定スクロールの導入孔の圧縮空間側開口部を、渦巻体の巻き終わりから３６０°以上中心側に進んだ位置に設けて、主軸の一回転中常時吸入圧空間に連通させないとともに、揺動スクロールの導入孔の圧縮空間側開口部は、巻き終わりから３６０°より巻き終わり側に位置させ、揺動スクロールの導入孔の圧縮空間側開口部が吸入圧空間に連通している区間においては、揺動スクロールの導入孔の背圧室側開口部をスラスト軸受に臨ませて閉塞させたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は冷凍空調装置等の冷凍サイクルに冷媒圧縮機として用いられるスクロール圧縮機及びこれを用いた冷凍空調装置に関するものである。

スクロール圧縮機の定常運転時の効率向上と、液冷媒による液バック運転時などに生じる固定スクロールと揺動スクロールの互いの渦巻体が組み合わされて形成される圧縮空間の異常昇圧のリリーフを目的に、固定スクロールを軸方向にのみ移動可能とする固定スクロールコンプライアント方式のスクロール圧縮機が商品化されている。これは固定スクロールの反渦巻体側の面に背圧を付与する背圧付与手段を設け、定常運転時には、固定スクロールを揺動スクロール側に押しつけ、互いの渦巻体の先端が、対向する相手側のスクロールの台板に接触するようにし、圧縮空間の軸方向の間隙をなくして、圧縮途中の冷媒ガスの低圧側への洩れによる効率低下を抑制し、効率向上を達成するとともに、圧縮空間の異常昇圧時には、その圧縮空間の高圧によって逆に固定スクロールが揺動スクロールから離間して、圧縮空間に軸方向の間隙を形成せしめ、その間隙から低圧側に異常高圧を開放することで、渦巻体の破損や、揺動スクロールを旋回させるための主軸を軸支する複数の軸受部、あるいは揺動スクロールを軸方向に支持するスラスト軸受部の損傷などを防止するものである。

ただし、上記の固定スクロールコンプライアント方式では、コンプライアント方式を採用していないスクロール圧縮機と比べると、固定スクロールを揺動スクロールに押しつける荷重だけ、揺動スクロールを軸方向に支持するスラスト軸受の負荷が増加してしまうという問題点を抱えている。

最近、Ｒ４１０Ａのような高圧のＨＦＣ冷媒が、従来のＲ２２に替わって冷媒ガスの主流となってきている。このような高圧冷媒を冷媒ガスとして用いる場合、同等の能力確保に対しては行程容積を減少させることができるが、その際、揺動スクロールの転覆を防ぐために、渦巻体のピッチを小さくすることよりも、渦巻体の高さを低くする傾向をより強めて行程容積を減少させている。よって、圧縮空間の冷媒ガスによる揺動スクロールのスラスト軸受負荷は、従来Ｒ２２冷媒に比べ大きくなり、さらに上記した固定スクロールコンプライアント方式では、固定スクロール押しつけ力がスラスト軸受負荷にプラスされるため、このスラスト軸受の摺動損失が、従来のＲ２２に比べ大きくなり効率が低下し、またスラスト軸受の負荷増大によって、スラスト軸受の損傷や焼付きを引き起こすといった信頼性も低下する。このように従来Ｒ２２冷媒では、その効果が大きかった固定スクロールコンプライアント方式だが、Ｒ４１０Ａのような高圧冷媒に対しては、従来Ｒ２２冷媒に対して得られた効果が得られなくなっている。

そこで、固定スクロールコンプライアント方式の洩れ損失低減効果を活かしつつ、さらにスラスト軸受負荷を軽減させる目的を達成させるために、従来は、固定スクロールコンプライアント方式を備えつつ、揺動スクロールの反渦巻体側の面にも背圧を作用させ、この背圧力によって、揺動スクロールに作用するスラスト力の一部をキャンセルさせて、スラスト軸受を軽減させる手段が提供されている。

この手段を本明細書では両スクロール背圧付与方式と呼ぶこととすると、本方式は、主軸受を有するフレームに一体となって形成される揺動スクロールを支持するスラスト軸受に、円環状の凹部を形成して背圧室を構成し、その背圧室に圧縮空間から圧縮途中の中間圧の冷媒ガスを揺動スクロール台板に設ける導入孔によって導入し背圧力を得るもので、この背圧力が、揺動スクロールのスラスト力を一部肩代わりするかたちで受けることとなって、スラスト軸受負荷が軽減されるものである（例えば、特許文献１参照）。

ここで特許文献１に記載の両スクロール背圧付与方式は、密閉容器の内部が吸入圧雰囲気である低圧シェルタイプのスクロール圧縮機であるが、密閉容器の内部が吐出圧雰囲気となる高圧シェルタイプで、同様な両スクロール背圧付与方式のものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−１５８８４９号公報（第３頁〜第５頁、図１）特開平７−３３２２５７号公報（第３頁、第４頁、図１）

揺動スクロールは、台板の圧縮室を形成する渦巻歯とは反対側の面にスラスト軸受が形成されるとともに、その面のその中心部には、主軸の上端の偏心軸部に嵌合して、回転力を付与される揺動軸受が設けられる。揺動スクロールには、渦巻歯に半径方向に作用する圧縮ガス負荷と、渦巻歯と軸方向にずれている揺動軸受に半径方向に作用する揺動軸受負荷とによって、揺動スクロールの重心周りに揺動スクロールを転覆させようとする転覆モーメントが作用する。この転覆モーメントを揺動スクロールのスラスト軸受負荷（揺動スクロールスラスト力の反力）によって発生するモーメントによってキャンセルしている。

上記の両スクロール背圧付与方式では、揺動スクロールへ付与する背圧力が固定スクロールへ付与する背圧力より大きくなるか、または等しくなると揺動スクロールがスラスト軸受から離間して、不安定な挙動を示すという問題があるが、それだけではなく、揺動スクロールへ付与する背圧力が例え、固定スクロールへ付与する背圧力より小さくても、揺動スクロールの転覆モーメントを覆すだけのモーメントを発生するに必要なスラスト軸受負荷が得られないと、揺動スクロールが転覆し、揺動スクロールがばたつきながら旋回するという不安定な挙動を示すことになる。このような挙動は、揺動スクロールの傾斜によって冷媒ガスの洩れを生じさせたり、あるいは揺動軸受やスラスト軸受に片当たりが生じ、各軸受部の損傷や焼付きが発生したりするなど、効率と信頼性の両面で不都合が発生する。

また、各スクロールの背圧室に中間圧を台板に設けた導入孔より導入する場合、導入孔が連通する圧縮空間の圧力は、主軸の回転角０°〜３６０°の１回転までは連続的に圧力が変化するが、３６０°を境にしてその後は、ひとつ外側の圧縮室に導入孔が開口されることになるため、導入される中間圧が不連続に急低下し、このため中間圧力の冷媒が圧縮空間に逆流し、再び圧縮することになるという呼吸損失が発生してしまう。

ここで、圧縮空間の圧力をＰ、圧縮空間(圧縮室)の容積をＶ、ポリトロープ変化指数をｎとした場合、圧力と容積の関係は、
ＰＶⁿ＝一定
であって、Ｒ４１０Ａなどの現在使用されている冷媒ガスは、ポリトロープ変化指数ｎが１よりも大きい値（１．１など）であるため、容積の変化に比べ、圧力変化の割合の方が大きい。このため中間圧の導入孔の圧縮空間への開口位置を渦巻体の中心に近づけるほど、上記した導入孔が開口する圧縮空間の不連続な急低下が大きくなり、呼吸損失が増加してしまう問題がある。

また、呼吸損失を極力抑えようと、導入孔を上記とは逆に渦巻体の外側よりに設けた場合には、主軸の回転３６０°を境にひとつ外側の圧縮室に導入孔が開口されるときに、そこにはまだ圧縮室が形成されておらず、冷媒ガスの吸入行程の吸入圧空間に連通してしまうことも起こり得る。この場合は一度圧縮空間に取り込んで圧縮していた圧縮途中の冷媒ガスを、吸入圧空間に逆流させてしまうため、体積効率の低下を招いてしまうという問題がある。

以上のように背圧力を得るために圧縮途中の冷媒ガスを導入孔によって背圧室に導入する場合には、呼吸損失の発生やあるいは体積効率の低下を招く問題があり、かつ両スクロール背圧付与方式では背圧室を各々のスクロールに設けるため、呼吸損失の発生や体積効率の低下が、背圧室が固定スクロールだけに設けている従来の固定スクロールコンプライアント方式に比べ、顕著となる問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、揺動スクロールが不安定挙動を生じない両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
また、呼吸損失の発生のない、又は低減した両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
また、体積効率の低下のない、又は低減した両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
また、このスクロール圧縮機を使用する冷凍空調装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明に係わる両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機は、固定スクロールに設けた導入孔の圧縮空間への開口位置を、揺動スクロールに設けた導入孔の圧縮空間への開口位置よりも渦巻体の中心側に設けたものである。

本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールに設けた導入孔の圧縮空間への開口位置を、揺動スクロールに設けた導入孔の圧縮空間への開口位置よりも渦巻体の中心側に設け、固定スクロールの背圧室に導入する中間圧を揺動スクロールの背圧室に導入する中間圧より高く設定し、揺動スクロールが転覆しないために最低限必要なスラスト軸受負荷を得られるようにしたため、スペース的に制約が生じる背圧室の面積の背圧力決定への依存度を極力小さくした環境においても、揺動スクロールが転覆することなく、安定した挙動を保つことができ、両スクロール背圧付与方式における冷媒ガスの洩れ損失の低減とスラスト軸受摺動損失の低減の効果を大いに発揮できる両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機が得られる効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わるスクロール圧縮機の断面図であり、密閉容器１の上部に圧縮機構部が、下部に電動機部が配置されていて、圧縮機構部と電動機部の間に、吸入管２が連通し、電動機部が吸入圧雰囲気に位置される、低圧シェルタイプのスクロール圧縮機である。圧縮機構部は、固定スクロール３と揺動スクロール４の両スクロールと、密閉容器１に固定されるフレーム５と、揺動スクロール４の自転を防止するオルダムリング６と、揺動スクロール４を旋回運動させる主軸７などによって構成される。また電動機部は、主軸７に焼嵌によって固定される回転子８と、密閉容器１に焼嵌めによって固定される固定子９とから構成される。

固定スクロール３は、台板３ａと、この台板３ａの一方の面に直角に立設するインボリュート形状の渦巻体３ｂとからなり、台板３ａの中央部には圧縮した冷媒ガスを吐出する吐出孔１０を有する。また揺動スクロール４は、上記主軸７の上端に主軸７と一体的に形成されている偏心軸７ａに嵌合する揺動軸受４ｃが中央に突設された台板４ａと、この台板４ａの揺動軸受４ｃとは反対側の面に直角に立設するインボリュート形状の渦巻体４ｂとからなり、両スクロールの渦巻体３ｂ、４ｂが位相を１８０°ずらして組み合わされ、両渦巻体３ｂ、４ｂと両台板３ａ、４ａによって、よく知られた三日月状の一対の圧縮空間Ｓが形成される。

フレーム５の上面にはスラスト軸受１１がフレーム５と一体的に形成され、揺動スクロール台板４ａの揺動軸受４ｃ側の端面であるスラスト面４ｄと接触して、揺動スクロール４を軸方向に支持している。固定スクロール３の外周には全周に渡ってフランジ部３ｃが形成され、このフランジ部３ｃに複数のガイド孔１２が設けられ、このガイド孔１２には、下端面がフレーム５に接触し、上端面はフランジ部３ｃよりわずかな量突出した円筒状のガイドスリーブ１３が嵌合してある。そして、それらガイドスリーブ１３の内径に接触しないようにフランジボルト１４が各々ガイドスリーブ１３を貫通し、フランジボルト１４の頭部受座１４ａをガイドスリーブ１３の上端面に接触させて、フレーム５のねじ穴に取り付けられる。これにより、固定スクロール３はフレーム５に対して、半径方向の移動を規制されるが、軸方向にはフランジ部３ｃ上面がフランジボルト１４の頭部受座１４ａと接触するまで、すなわちガイドスリーブ１３のフランジ部３ｃからの突出量分だけ、移動することが可能となる。このガイドスリーブ１３の突出量が、圧縮空間Ｓの異常昇圧時のリリーフ量となって、圧縮空間Ｓに軸方向の間隙を形成させる。圧縮機静止時には、固定スクロール３は自身の自重を揺動スクロール４に支持される。

固定スクロール３の上側には、密閉容器１内を上下に区画する仕切板１５が密閉容器１に固定されて取り付けられる。仕切板１５の上部は、吐出孔１０から吐出された冷媒ガスで満たされた吐出圧雰囲気となる。固定スクロール台板３ａの上面（反渦巻体側の面）には、台板３ａを中心として、異なる半径を有する２つの円環突起１６、１７が同心状にかつ同じ高さで、固定スクロール３に一体的に形成されている。また仕切板１５の下面（固定スロール側の面）には、固定スクロール台板３ａを中心として、円環突起１８と、段部１９が同じ高さで形成されるが、この円環突起１８は上記固定スクロールの中心側の円環突起１６よりも半径が少し大きく、段部１９は上記固定スクロールの外側の円環突起１７よりも半径が少し大きく形成される。

上記固定スクロールの円環突起１６と仕切板の円環突起１８は半径方向にはすきまを有し、軸方向には重なり合う部分を有し、その軸方向の重なり合う部分の半径方向すきまにリング状のシール材２０ａが装着される。また固定スクロールの円環突起１７と仕切板の段部１９間にも、同様にリング状のシール材２０ｂが装着される。これら２つのシール材２０ａ、２０ｂと固定スクロール台板３ａの上面と仕切板１５の下面によって円環状の空間が形成され、この空間が固定スクロール３の背圧室２１となり、固定スクロール台板３ａに設けた導入孔２２が、圧縮空間Ｓとこの背圧室２１にそれぞれ開口し、両者を連通させ、背圧室２１には圧縮途中の中間圧が導入される。固定スクロールの円環突起１６、１７の上面と仕切板１５下面とは軸方向にすきまを有し、同様に仕切板の円環突起１８および段部１９の下面と固定スクロール台板３ａの上面とにも軸方向にすきまを有し、これらのすきまは、上記したリリーフ量より大きく設定されており、固定スクロール３の軸方向の移動に対して障壁とならないようになっている。

固定スクロール台板３ａ上面の上記外側シール材２０ｂのさらに外側は密閉容器１内部と同じ吸入圧雰囲気であり、固定スクロール３に軸方向の背圧力を付与しない。固定スクロール台板３ａ上面の上記内側シール材２０ａより内周部は、吐出孔１０から吐出された冷媒ガスにより、吐出圧が作用する吐出室２３となり、上記した背圧室２１の中間圧とこの吐出室２３の吐出圧によって固定スクロールの背圧力が得られる固定スクロールの背圧付与手段が構成される。そして固定スクロール背圧力Ｆｂｆは、背圧室２１の面積と中間圧の積および吐出室２３の面積と吐出圧の積で算出される２つの背圧力の和からなる。

上記したフレーム５に形成されるスラスト軸受１１には、円環状の凹部が設けられ、この凹部と揺動スクロールスラスト面４ｄによって円環状の空間が形成され、この空間が揺動スクロール４の背圧室２４となり、揺動スクロール台板４ａに設けた導入孔２５が、圧縮空間Ｓとこの背圧室２４にそれぞれ開口し、両者を連通させ、背圧室２４には圧縮途中の中間圧が導入される。図１のような低圧シェル方式においては、スラスト軸受１１の内側空間および揺動軸受４ｃ内周部は、両スクロールが形成する吸入空間と通じて吸入圧雰囲気となるため、この背圧室２４の中間圧によってだけ揺動スクロール４の背圧付与手段が構成される。よって揺動スクロール背圧力Ｆｂｏは、背圧室２４の面積と中間圧の積から算出される。

また高圧シェル方式の場合では、図２に示すように、スラスト軸受１１の内側空間を背圧室２６として、導入孔２５を開口して中間圧を導入する。揺動軸受４ｃの内周側の揺動スクロール台板４ａ下面には、主軸７に設けられる給油経路（図示せず）によって密閉容器１内の吐出圧が作用するため、上記した背圧室２６の中間圧とこの揺動軸受４ｃ内周の吐出圧によって揺動スクロールの背圧力が得られる揺動スクロール４の背圧付与手段が構成される。そして高圧シェル方式の場合の揺動スクロール背圧力Ｆｂｏは、内径が揺動軸受４ｃの外径で、外径がスラスト軸受１１の内径となる背圧室２６の面積と中間圧の積および揺動軸受４ｃ内径の面積と吐出圧の積で算出される２つの背圧力の和からなる。

ここで固定スクロール３の導入孔２２の圧縮空間側開口部は、図３に示すように渦巻体３ｂの巻き終わりから３６０°以上渦巻体３ｂの中心側に位置させる。本実施の形態では、主軸７が一回転する間に導入孔２２の圧縮空間側開口部が圧縮空間Ｓのさらに外側に存在する吸入圧空間に連通しない範囲で、最も外側の位置となる巻き終わりから３６０°の位置に形成させている。

しかし揺動スクロール４の導入孔２５の圧縮空間側開口部は、図４に示すように揺動スクロール４の渦巻体４ｂの巻き終わりから３６０°以内に位置させる。すなわち巻き終わりから３６０°の位置よりも巻き終わり側に位置している。この場合主軸７が一回転する間に、導入孔２５の圧縮空間側開口部は圧縮空間Ｓのさらに外側に存在する吸入圧空間に、ある範囲だけ連通することになる。

また揺動スクロール４の導入孔２５の背圧室側開口部は、図５および図６に示すように主軸７の一回転中のある範囲においてだけは、揺動スクロール４の旋回運動に伴って、スラスト軸受１１に臨み、背圧室２４、２６と連通しない状態ができるように開口させている。そして導入孔２５の圧縮空間側開口部が吸入圧空間に連通している回転範囲は、必ず導入孔２５の背圧室側開口部がスラスト軸受１１に臨み、背圧室２４、２６と連通しない状態となるように開口位置を調整している。

以上のように構成されている本スクロール圧縮機の定常運転状態では、圧縮空間Ｓから導入孔２２を通じて、固定スクロールの背圧室２１に中間圧が導入される。その際、固定スクロール導入孔２２の圧縮空間側開口部は、吸入空間に臨むことはないので、吸入圧空間側に圧縮した冷媒ガスが逆流することはない。そして導入孔２２の圧縮空間側開口部を吸入圧空間に臨まない範囲で、最も外側となる位置に設けたので、主軸７の一回転中の圧縮空間の圧力変化割合がより小さい状態となり、圧縮空間の不連続な急低下が小さく、呼吸損失を低く抑えることができる。

また、同じく圧縮空間Ｓから導入孔２５を通じて、揺動スクロール４の背圧室２４に中間圧が導入されるが、固定スクロール３の導入孔２２の場合よりも、導入孔２５の圧縮空間側開口部は、巻き終わり側に形成されているため、揺動スクロール４の背圧室２４、２６の中間圧は、固定スクロールの背圧室２２の中間圧よりも小さい圧力となる。

そして、揺動スクロール４の導入孔２５の背圧室側開口部は、主軸７の一回転中に背圧室２４、２６に臨む範囲とスラスト軸受１１に臨む範囲の両方を有する、すなわち背圧室２４、２６に連通する区間と、スラスト軸受11に臨んで閉塞され、背圧室２４、２６とは連通しない区間を有する間欠連通となるため、揺動スクロール４の背圧室２４、２６に導入される中間圧の変動幅は、連通区間だけの小さな変動幅となり、これによって揺動スクロール４の導入孔２５により背圧室２４、２６と圧縮空間Ｓの間で起こる呼吸損失の低減が図られる。さらに揺動スクロール４の導入孔２５の圧縮空間側開口部が吸入圧空間に連通している区間では、背圧室２４、２６と圧縮空間Ｓを連通させないため、背圧室２４、２６から吸入圧空間への冷媒ガスの逆流を生じさせずに、体積効率の低下を防止できる。

両スクロールの導入孔の圧縮空間側開口位置を上記のように設定することで、呼吸損失を低減し、体積効率の低下を抑えながら、揺動スクロール４の背圧室２４、２６の中間圧は、固定スクロール３の背圧室２２の中間圧よりも小さい圧力とすることができる。このことによって固定スクロール背圧力Ｆｂｆと揺動スクロール背圧力Ｆｂｏの設定において、お互いの背圧室形成にスペース的な制約が生じても、面積の影響を排除できて、必要以上に揺動スクロール背圧力Ｆｂｏが大きくなってしまうことが防止できる。特に高圧シェル方式の場合には、揺動軸受４ｃ内周の吐出圧が揺動スクロール背圧力Ｆｂｏに寄与する部分が大きいため、確実に揺動スクロール４の背圧室２４、２６の中間圧を、固定スクロール３の背圧室２２の中間圧よりも小さい圧力にすることで、背圧室形成のスペース的制約に縛られることなく、両スクロールの背圧付与手段が構成できる。

そして、両スクロールの背圧力は、揺動スクロール４に作用する転覆モーメントをキャンセルできるのに必要なスラスト軸受負荷が確実に得られるような関係となるように、固定スクロール背圧力Ｆｂｆを揺動スクロール背圧力Ｆｂｏより大きく設定する。これによって、揺動スクロール４は転覆することなく、安定した挙動を保つことができ、両スクロール背圧付与方式における冷媒ガスの洩れ損失の低減とスラスト軸受摺動損失の低減の効果を大いに発揮できる両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機が得られ、さらに呼吸損失を低減し、体積効率の低下を抑えることが可能となる。

なお、上記した実施の形態１では、固定スクロール３の導入孔２２の圧縮空側開口部を、渦巻体の巻き終わりから３６０°以上中心側に進んだ位置に設けて、揺動スクロールの導入孔２５の圧縮空間側開口部は、巻き終わりから３６０°より巻き終わり側に位置させ、揺動スクロール４の導入孔２５の圧縮空間側開口部が吸入圧空間に連通している区間においては、揺動スクロール４の導入孔２５の背圧室側開口部をスラスト軸受１１に臨ませて閉塞させたものであるが、固定スクロール３に設けた導入孔２２の圧縮空間への開口位置を、揺動スクロール４に設けた導入孔２５の圧縮空間への開口位置よりも渦巻体の中心側に設けただけでも、揺動スクロール４の背圧室２４、２６の中間圧を、固定スクロール３の背圧室２２の中間圧よりも小さい圧力にすることで、背圧室形成のスペース的制約に縛られることなく、揺動スクロール４に作用する転覆モーメントをキャンセルできるのに必要なスラスト軸受負荷が確実に得られる両スクロールの背圧付与手段を構成することができる。

また、固定スクロール３に設けた導入孔２２の圧縮空間Ｓへの開口位置を、揺動スクロール４に設けた導入孔２５の圧縮空間Ｓへの開口位置よりも渦巻体の中心側に設け、かつ揺動スクロール４の導入孔２５の揺動スクロール背圧室側への開口部を、揺動スクロール４の旋回運動に伴って、該背圧室２４、２６に開口する連通区間と、スラスト軸受１１に臨んで閉塞され、背圧室２４、２６とは連通しない非連通区間を有する間欠連通となる位置に開口させることで、背圧室形成のスペース的制約に縛られることなく、揺動スクロール４に作用する転覆モーメントをキャンセルできるのに必要なスラスト軸受負荷が確実に得られる両スクロールの背圧付与手段を構成することができ、さらに揺動スクロール４の導入孔２５による呼吸損失の低減と体積効率の低下を抑えることができる。

本実施の形態のスクロール圧縮機は、両スクロール背圧付与方式において、揺動スクロール４の導入孔２５の揺動スクロール背圧室側への開口部を、揺動スクロール４の旋回運動に伴って、該背圧室２４、２６に開口する連通区間と、スラスト軸受に臨んで閉塞され、背圧室２４、２６とは連通しない非連通区間を有する間欠連通となる位置に開口させたため、揺動スクロール４の背圧室２４、２６に導入される中間圧の変動幅は、連通区間だけの小さな変動幅となり、これによって揺動スクロール４の導入孔２５により背圧室２４、２６と圧縮空間Ｓの間で起こる呼吸損失の低減を達成することができ、より効率の向上した両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機が得られる効果がある。

また、本実施の形態のスクロール圧縮機は、固定スクロール３の導入孔２２の圧縮空間側開口部を、渦巻体の巻き終わりから３６０°以上中心側に進んだ位置に設けて、常時両スクロールの渦巻体によって形成される三日月状の圧縮空間Ｓに連通させるとともに、揺動スクロール４の導入孔２５の圧縮空間側開口部は、巻き終わりから３６０°より巻き終わり側に位置させ、揺動スクロール４の導入孔２５の圧縮空間側開口部が少なくとも吸入圧空間に連通している区間においては、揺動スクロール４の導入孔２５の背圧室側開口部をスラスト軸受１１に臨ませて閉塞させたため、固定スクロール３の導入孔２２の圧縮空間側開口位置を吸入圧空間と連通することのない最も外側に位置させることができ、固定スクロール３の背圧室２１と圧縮空間Ｓの間で起こる呼吸損失の低減が図れる。
さらに揺動スクロール４の導入孔２５の圧縮空間側開口部をその固定スクロール３の導入孔２２の開口位置よりさらに外側に設けて、スペース的に制約が生じる背圧室２４、２６の面積の背圧力決定への依存度を極力小さくした環境においても、確実に固定スクロール３の背圧力を揺動スクロール４の背圧力より大きく設定でき、揺動スクロール４が転覆することがないようにしておいて、揺動スクロール４の導入孔２５の圧縮空間側開口部が吸入圧空間に連通している区間では、背圧室２４、２６と圧縮空間Ｓを連通させないため、背圧室２４、２６から吸入圧空間への冷媒ガスの逆流を生じさせずに、体積効率の低下を防止できる。
また揺動スクロール４の導入孔２５の背圧室２４、２６への中間圧導入は、少なくとも導入孔２５が吸入圧空間に連通している区間は非連通となる間欠連通となり、かつ導入孔２５の圧縮空間への開口位置が渦巻体の外側に近づくため、導入孔２５と背圧室２４、２６の連通区間での圧力変動幅は小さくなり、背圧室２４、２６と圧縮空間の間で起こる呼吸損失を大きく低減することができ、より効率の向上した両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機が得られる効果がある。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、揺動スクロール４の導入孔２５は間欠連通させることで、固定スクロール３の導入孔２２の呼吸損失低減以上に呼吸損失の低減が達成できる。そこで、実施の形態２として、実施の形態１に追加して、図７に示すように、固定スクロール３の導入孔２２の途中に絞り部を形成する。図７に示すように絞り部は小孔２７ａを有する板金２７を導入孔２２に圧入することで形成してもよいし、図８に示すように小孔通路２８ａを有するセットボルト２８を導入孔２５にネジ止め固定して形成してもよい。

この絞り部を形成したことにより、固定スクロール３の導入孔２２が、３６０°回転した後でひとつ外側の圧縮空間Ｓに開口した時に、背圧室２１から圧縮空間Ｓへ背圧室２１の中間圧の冷媒ガスが逆流する際、絞り部が抵抗となって、逆流を抑制することで、背圧室２１と圧縮空間Ｓの間で起こる呼吸損失の低減を達成することができる。

本実施の形態のスクロール圧縮機は、固定スクロール３の導入孔２２に、絞り部を形成したため、固定スクロールの導入孔が、３６０°回転した後でひとつ外側の圧縮空間Ｓに開口した時に、背圧室２１から圧縮空間Ｓへ背圧室２１の中間圧の冷媒ガスが逆流する際、絞り部が抵抗となって、逆流を抑制することで、背圧室２１と圧縮空間Ｓの間で起こる呼吸損失の低減を達成することができ、より効率の向上した両スクロール背圧付与方式のスクロール圧縮機が得られる効果がある。

なお上記した実施の形態１および２に示す両スクロール背圧付与方式は、高圧冷媒に適しており、Ｒ４１０ＡなどのＲ２２代替冷媒に有効であることはすでに公知であるが、より高圧な冷媒として、近年では給湯用途などで二酸化炭素に代表される超臨界領域で運転される冷媒が用いられており、このような冷媒に対して、極めて有効に洩れ損失低減とスラスト軸受摺動損失低減が発揮できる。そこで、実施の形態１または２に記載のスクロール圧縮機と、熱源側熱交換器機と、利用側熱交換器と、スクロール圧縮機及び両熱交換器を接続する冷媒配管等とを備え、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒又は二酸化炭素冷媒を使用する空気調和機、給湯用冷凍サイクル機等の冷凍空調装置は、スクロール圧縮機の効果により効率の高いまた信頼性の高い冷凍空調装置となる。

この発明のスクロール圧縮機は、冷凍空調装置の圧縮機に利用できる。

この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機を示す断面図である。この発明の実施の形態１における高圧シェル方式のスクロール圧縮機の揺動スクロールの背圧付与手段を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１における固定スクロールの導入孔の圧縮空間側の開口位置を示す図である。この発明の実施の形態１における揺動スクロールの導入孔の圧縮空間側の開口位置を示す図である。この発明の実施の形態１における揺動スクロールの導入孔の間欠連通を説明する背圧付与手段を示す要部断面図である。この発明の実施の形態１における揺動スクロールの導入孔の間欠連通を説明する図である。この発明の実施の形態２における固定スクロールの導入孔の絞り部を示す要部断面図である。この発明の実施の形態２における固定スクロールの別の導入孔の絞り部を示す要部断面図である。

符号の説明

３固定スクロール、３ａ台板、３ｂ渦巻体、４揺動スクロール、４ａ台板、４ｂ渦巻体、５フレーム、７主軸、１１スラスト軸受、２１固定スクロールの背圧室、２２固定スクロールの導入孔、２４揺動スクロールの背圧室、２５揺動スクロールの導入孔、２６揺動スクロールの背圧室、Ｓ圧縮空間。

Claims

主軸の回転運動によって旋回運動する揺動スクロールと、該揺動スクロールを軸方向に支持するスラスト軸受を有するフレームに取り付けられ、軸方向に許容範囲内の移動が可能な固定スクロールとが、互いの渦巻体を噛み合せることで圧縮空間を形成し、固定スクロールの反渦巻体側の背面に背圧室を形成し、該背圧室に圧縮空間から圧縮途中の中間圧を固定スクロールの台板に設けた導入孔によって導入し、この背圧室の中間圧と中央部の吐出圧を固定スクロール背面に作用させ、その背圧力によって定常運転時には固定スクロールを揺動スクロールに押し付け、また圧縮空間の異常昇圧時には、その異常昇圧の圧力によって固定スクロールを軸方向へ移動させ、揺動スクロールから離間させることで圧力をリリーフさせるとともに、前記揺動スクロールの背面にも背圧室を形成し、該背圧室にも圧縮空間から圧縮途中の中間圧を揺動スクロールの台板に設けた導入孔によって導入して、前記スラスト軸受の負荷を軽減させるスクロール圧縮機において、
固定スクロールに設けた前記導入孔の圧縮空間への開口位置を、揺動スクロールに設けた前記導入孔の圧縮空間への開口位置よりも渦巻体の中心側に設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
前記揺動スクロールに設けた導入孔の前記揺動スクロール背圧室側への開口部は、揺動スクロールの旋回運動に伴って、前記揺動スクロール背圧室に開口する連通区間と、スラスト軸受に臨んで閉塞され、前記揺動スクロール背圧室とは連通しない非連通区間とを有する間欠連通となる位置に開口していることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記固定スクロールに設けた導入孔の圧縮空間側開口部を、渦巻体の巻き終わりから３６０°以上中心側に進んだ位置に設けて、主軸の一回転中常時吸入圧空間に連通させないとともに、前記揺動スクロールに設けた導入孔の圧縮空間側開口部は、巻き終わりから３６０°より巻き終わり側に位置させ、前記揺動スクロールに設けた導入孔の圧縮空間側開口部が吸入圧空間に連通している区間では、揺動スクロールに設けた導入孔の背圧室側開口部は、スラスト軸受に臨んで閉塞されていることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
前記固定スクロールに設けた導入孔は、絞り部を有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載のスクロール圧縮機。
請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載のスクロール圧縮機と、熱源側熱交換器機と、利用側熱交換器と、前記スクロール圧縮機及び前記両熱交換器を接続する冷媒配管と、送風機等とを備え、Ｒ４１０Ａ冷媒又は二酸化炭素冷媒を使用することを特徴とする冷凍空調装置。