JP2005171952A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回スクロールラップ上面と固定スクロールラップ鏡板との隙間のシール性向上による高効率化とコストアップの抑制を実現すること。
【解決手段】旋回スクロールラップ９ａ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面９ｃに固定スクロール鏡板面６ａと角度をなすスロープ面９ｄと平行面９ｇを設けることにより、旋回スクロールラップ上面９ｃと固定スクロールラップ鏡板面６ａとの隙間にくさび効果によるオイル圧力上昇が生じ、過剰なオイルを供給することなく圧縮室１１間のシール性を向上させることができ、高効率化が可能であると同時に、並行面９ｇを設けることによって、測定管理の複雑化によるコストアップを抑制可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

鏡板上に渦巻きラップを形成した固定スクロール部品と旋回スクロール部品をかみ合わせ複数の圧縮室を形成し、旋回スクロール部品背面に一定圧を印加することで固定スクロールラップ上面と旋回スクロール支持円板面とがスラスト摺動し、旋回スクロール部品に偏心部を有するクランクシャフトを連結させ、オルダムリングを用いて自転を防止し旋回運動をさせることで、中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行っていくスクロール圧縮機において、各圧縮室には必ず微小な隙間が存在し、その隙間をオイルにて満たすことで他の圧縮室または吸入室、旋回スクロール部品背面室との流体の流通を防止している。

しかし、昨今のインバーター制御化によって運転周波数や温度、圧力などの運転条件は様々に変化し、それに伴ってオイルによるシール性能が不十分な運転条件が発生する。シール性能が低下すると各圧縮室での流体の漏れが大きくなり体積効率の低下や再圧縮による圧縮効率の低下を引き起こす。

また、スクロール圧縮機の構成上、運転周波数が高くなるにつれて不足圧縮となっていくため、特に吐出付近での圧縮室のシール性が重要となっている。

その対策として、従来からラップ上面部に樹脂製のチップシールを勘合させ、チップシールの浮上によって隙間が大きい場合でも流体の漏れを防止する方法がとられている。

しかし、チップシールの浮上は高低圧の圧力差によって行われるため、圧力差の小さい運転条件または圧力差の小さい吐出付近では十分に作用しない場合があり、低差圧でのチップシール浮上への対策によってコストアップが生じる。さらに、チップシールを追加する分材料費が増加し、コストアップとなっている。

これらの問題に対する対策として、例えば特許文献1に開示されているように、図７において旋回スクロール１０４のラップ上面１０４ｇにオイル溝１２２を設けオイルの保持力を向上させることによって各圧縮室２１１での流体の漏れを低減している。
特開２００３−１７６７９３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、高温高圧のオイルが圧縮室内へ供給されるため吸入部では吸入過熱による能力の低下、圧縮室では冷媒膨張による圧縮動力の上昇が生じる可能性が高く、各圧縮室間の漏れを低減させる効果を打ち消してしまう可能性がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロールラップ上面にラップ厚さ方向にスロープまたは段差を設けることにより、性能悪化の要因となる過剰なオイル供給をすることなく圧縮室間の漏れを低減させることが可能な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、請求項１記載のとおり、旋回スクロールラップ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面に固定スクロール鏡板面と角度をなすスロープ面または曲面を設けたものである。

従来であれば圧縮室間のシール性を向上させるために高温高圧のオイルを供給させることが必要であり、性能悪化の要因となっていたものが、本構成によれば、旋回スクロールラップ先端部において、くさび効果によってシールオイル圧力を上昇させることができるため、必要最低限のオイル供給量にて圧縮室間のシールを行い、オイル過多による性能悪化を防止することが可能である。

本発明のスクロール圧縮機は、必要最低限のオイル供給量にて圧縮室間のシール性を向上させることにより、高効率化と信頼性を両立させることが可能である。

第１の発明は、旋回スクロールラップ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面に固定スクロール鏡板面と角度をなすスロープ面または曲面を設けることにより、旋回スクロールラップ上面と固定スクロールラップ鏡板面との間の隙間にくさび効果によるオイル圧力上昇が生じ、過剰なオイルを供給することなく圧縮室間のシール性を向上させることができ、高効率化が可能である。

第２の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロール鏡板面と平行な平面を旋回スクロールラップ上面に形成することにより、旋回スクロールラップの高さ管理を容易に行うことができ、寸法管理の複雑化によるコストアップを抑制することが可能である。

第３の発明は、旋回スクロールラップ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面に段差を設けることにより、第１の発明と同様に過剰なオイルを供給することなく圧縮室間のシール性を向上させることができ、高効率化が可能である。

また、段差部の平面を旋回スクロールラップ支持円板の面と平行にすることができるため加工が容易であり、新たな設備導入の必要性が低く、設備投資を抑えることが可能である。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロールラップ上面のスロープ面、曲面または段差を旋回スクロールラップ周方向の一部に形成することにより、圧縮室間の漏れの大きい位置にのみスロープ面、曲面または段差を設け、不要な位置の加工をなくすことができるため、加工タクトを縮小させ、コストアップを抑制することが可能である。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、作動流体として二酸化炭素を用いることで、差圧が大きくなっている圧縮機において圧縮室のシール性向上による高効率化がより効果的である。

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縦断面図である。

図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部にモータ３、上部に圧縮部が配置され、モータ３の回転子３ａに固定された駆動軸４の一端を支承する圧縮部の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

駆動軸４に設けられた主軸方向の油穴７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮室１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させたラップ支持円板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。

駆動軸４の主軸から偏心して駆動軸４の上端部に配置された偏心軸１４は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動すべく構成されている。旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂと本体フレーム５に設けられたスラスト軸受１５との間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。ラップ支持円板９ｂには偏心軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８とを仕切っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられた潤滑油は駆動軸４の油穴７を通り旋回スクロール９の偏心軸受１０と偏心軸１４との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂの背面に設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１８へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロール６に押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１３へと導かれる。もう一方は偏心軸受１０、背面室１７、主軸受１９を通り圧縮部外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。

図２は図１における旋回スクロールラップ断面を示した図で、旋回スクロールラップ９ａ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面９ｃに固定スクロール鏡板６ａ面と角度をなすスロープ面９ｄを設けている。

図３は図１における旋回スクロールラップの正面図で、旋回スクロールラップ９ａの開始部９ｅから終了部９ｆまでのうち、一部にスロープ面９ｄを設けている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

圧縮室１１内にはオイル供給通路２２ａから供給されたオイルにより圧縮室１１間の冷媒のシールおよび潤滑が行われ、オイル供給量の最適化によって性能と信頼性の両立が行われている。

しかし、潤滑性が確保できる最小限のオイル供給量では圧縮室１１間のシール性が十分に確保されず、圧縮損失が増大することによる性能悪化が起こりやすい。一方、オイル供給量を増加させるとシール性は確保されるが粘性損失が増大し、やはり性能は悪化する方向である。

そこで、図２に示すようなスロープ面９ｄを設けることにより、旋回スクロールラップ９ａが旋回運動を行うときに、旋回スクロールラップ上面９ｃと固定スクロール鏡板６ａとの隙間にくさび効果による動圧が発生し、隙間に保持されたオイルの圧力を上昇させることによって圧縮室１１間の冷媒の漏れを抑制することが可能である。したがって、オイル供給量を潤滑性の確保できる最小限の量まで低減させることができ、粘性損失を低減させ、高効率化が可能である。

以上のように、旋回スクロールラップ９ａ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面９ｃに固定スクロール鏡板６ａ面と角度をなすスロープ面９ｄを設けることにより、シール性が向上し高効率化が可能である。

同時に、旋回スクロールラップ上面９ｃに固定スクロール鏡板６ａと平行な面９ｇを設けることで、旋回スクロールラップ上面９ｃと旋回スクロールラップ支持円板９ｂとの高さを容易に測定することができ、製造工程における寸法管理の複雑化によるコストアップを抑制することが可能である。

また、図３に示すように旋回スクロールラップ９ａの周方向の一部にスロープ面９ｄを設けることで、特にシール性を確保したい位置にのみスロープ面９ｄの加工を施し、他の部分は加工の必要がなくなるため、加工工数の増加によるコストアップを限りなく小さく抑えることが可能である。

なお、図４に示すように、同様のくさび効果を得るために旋回スクロールラップ上面９１ｃに曲面９１ｈを設けても良い。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態におけるスクロール圧縮機の旋回スクロールラップ断面図で、旋回スクロールラップ９２ａ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面９２ｃに段差部９２ｉを設けている。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

図５に示すような段差部９２ｉを設けることにより、実施の形態１と同様に、旋回スクロールラップ９２ａが旋回運動を行うときに、旋回スクロールラップ上面９２ｃと固定スクロール鏡板６ａとの隙間にくさび効果による動圧が発生し、隙間に保持されたオイルの圧力を上昇させることによって圧縮室１１間の冷媒の漏れを抑制することが可能である。したがって、オイル供給量を潤滑性の確保できる最小限の量まで低減させることができ、粘性損失を低減させ、高効率化が可能である。

以上のように、旋回スクロールラップ９２ａ先端部の幅方向断面において、旋回スクロールラップ上面９２ｃに段差部９２ｉを設けることにより、シール性が向上し高効率化が可能である。

また、段差部９２ｉの加工時には、工具を旋回スクロールラップ支持円板９ｂ面に対して傾ける必要が無いため、既存の加工設備にて対応可能であり、新規設備導入によるコストアップを抑えることが可能である。

さらに、固定スクロールラップ根元部と旋回スクロールラップ先端隅部との間の隙間を限りなく小さくすることができるため、旋回スクロールラップ周方向の冷媒漏れを抑制することができる。

なお、図６に示すように、段差部９３ｉを旋回スクロールラップ上面９３ｃに対して凸形状にしても同様の効果が得られる。

さらに、実施の形態１または２のいずれにおいても、特に、差圧が大きく圧縮室間の漏れが大きい二酸化炭素を用いた圧縮機などに用いることでより大きな効果を得ることが可能である。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、圧縮室間のシール性確保の為に別途オイル供給を行うことなく、必要最低限のオイル供給量にて圧縮室隙間のシール性向上による高効率化とコストアップの抑制が可能となるので、信頼性を確保しながら高効率化を行う場合に有効であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒である二酸化炭素を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

本発明実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 本発明実施の形態１における旋回スクロールラップ断面図 本発明実施の形態１における旋回スクロールラップ正面図 本発明の実施の形態１における他の旋回スクロールラップ断面図 本発明の実施の形態２における旋回スクロールラップ断面図 本発明の実施の形態２における他の旋回スクロールラップ断面図 従来のスクロール圧縮機圧縮部の縦断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 吐出管
３ モータ
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
４ 駆動軸
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
６ｃ ラップ根元部
７ 油穴
８ 給油ポンプ装置
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
９ｂ ラップ支持円板
９ｃ ラップ上面
９ｄ スロープ面
９ｅ ラップ開始部
９ｆ ラップ終了部
９ｇ 平行面
９ｈ 曲面
９ｉ 段差部
９ｊ 先端隅部
１０ 偏心軸受
１１ 圧縮室
１１ａ 第１の圧縮室
１１ｂ 第２の圧縮室
１２ 吐出口
１３ 吸入室
１４ 偏心軸
１５ スラスト軸受
１６ 環状シール部材
１７ 背面室
１８ 背圧室
１９ 主軸受
２０ 内部空間
２１ 絞り部
２２ 背圧調整弁
２２ａ オイル供給通路
２３ 逆止弁装置
２３ａ リード弁
２３ｂ 弁押さえ
１０４ 旋回スクロール
１０４ｇ ラップ上面
１２２ オイル溝
２１１ 圧縮室

Claims (5)

1. 固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールラップ先端部の幅方向断面において、前記旋回スクロールラップ上面に前記固定スクロール鏡板面と角度をなすスロープ面または曲面を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 固定スクロール鏡板面と平行な平面を旋回スクロールラップ上面に形成した請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記旋回スクロールラップ先端部の幅方向断面において、前記旋回スクロールラップ上面に段差を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 旋回スクロールラップ上面のスロープ面、曲面または段差を前記旋回スクロールラップ周方向の一部に形成した請求項１〜３いずれかに記載のスクロール圧縮機。
5. 作動流体として高圧冷媒である二酸化炭素を用いた請求項１〜４いずれかに記載のスクロール圧縮機。