JP2006132403A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】緩衝用間隙に安定した吐出冷媒を導き可動スクロールのスラスト荷重を確実に相殺できるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】可動スクロール１２の一側面１２ａ側には吐出室１４を有し、可動スクロール１２の他側面１２ｂ側には公転駆動機器１８が設置された機械室１７を有し、機械室１７には可動スクロール１２の他側面１２ｂと緩衝用間隙２２をおいて対向する支持ブロック２１を有するスクロール圧縮機１において、吐出室１４の冷媒を機械室１７に導入する吐出冷媒導入路３０と、機械室１７に導入された冷媒の一部を緩衝用間隙２２に導く緩衝用冷媒導入路２３とを有する構造となっている。これにより、吐出室１４から吐出された冷媒が機械室１７に導かれ、機械室１７から緩衝用間隙２２に導かれる。ここで、吐出室１４から吐出された冷媒の圧力は吐出弁により圧力制御されているため、緩衝用間隙２２の圧力変動が極めて小さくなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は可動スクロールと固定スクロールをかみ合わせ、可動スクロールを公転旋回運動させて冷媒を圧縮するスクロール圧縮機に関するものである。

一般に、この種のスクロール型圧縮機は、固定側板の一側面に立設した渦巻き状の固定壁を有する固定スクロールと、可動側板の一側面に立設した渦巻き状の可動壁を有する可動スクロールとを備えており、可動スクロールの公転運動により冷媒吸入口から冷媒を吸入し、これを圧縮して冷媒吐出口から吐出する構造となっている。

ここで、可動スクロールを公転する際、可動スクロールと固定スクロールとの間には高圧力の圧縮空間（圧縮室）が形成されるため、圧縮反力が可動スクロールに加わり、可動スクロールを圧縮室とは反対側、即ち、公転駆動機器が設置された機械室側に向かって押圧する。一方、可動スクロールの機械室側への移動を規制するため、可動スクロールの背面が緩衝用間隙をおいて支持部材（ハウジング）に支持されている。

しかしながら、これでは可動スクロールを公転するとき、可動スクロールの背面が支持部材に圧接してスラスト荷重が加わり、摩擦抵抗により性能が低下するという問題点を有している。

このような問題点を解決するため、例えば特許文献１に記載されたスクロール圧縮機が提案されている。このスクロール圧縮機は圧縮室と緩衝用間隙とを吐出ガス連通路で連結した構造となっている。特許文献１の圧縮機によれば、圧縮室内の冷媒の一部が緩衝用間隙に導かれ、この冷媒圧力によりスラスト荷重を軽減している。
特開２０００−１３６７８２号公報

しかしながら、前記従来のスクロール圧縮機では、圧力が常に変動している圧縮途中の冷媒が緩衝用間隙に導かれるため、緩衝用間隙の圧力も同様に変動し、スラスト荷重を確実に低減することができなかった。

また、吐出ガス連通路では圧縮室と緩衝用間隙との間で冷媒の往復動が起こり、緩衝用間隙が冷媒圧縮のデットスペースとなり圧縮効率が低下するという問題点を有していた。また、この冷媒往復動を防止するため、吐出ガス連通路に逆止弁を設ける方法も考えられるが、これでは、部品点数が増加し、コストが割高になってしまう。

本発明の目的は前記従来の課題に鑑み、緩衝用間隙に安定した吐出冷媒を導き可動スクロールのスラスト荷重を確実に相殺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。

本発明は前記課題を解決するため、請求項１の発明は、可動スクロールの一側面側には可動スクロールと固定スクロールとの間で圧縮された冷媒が所定圧で吐出される吐出室を有し、可動スクロールの他側面側には可動スクロールの公転駆動機器が設置された機械室を有し、機械室には可動スクロールの他側面と緩衝用間隙をおいて対向する可動スクロール支持部材を有するスクロール圧縮機において、吐出室の冷媒を機械室に導入する吐出冷媒導入路と、機械室に導入された冷媒の一部を緩衝用間隙に導く緩衝用冷媒導入路とを有する構造となっている。

請求項１の発明によれば、吐出室から吐出された冷媒が機械室に導かれ、機械室から緩衝用間隙に導かれる。ここで、吐出室から吐出された冷媒の圧力が吐出弁により圧力制御されているため、緩衝用間隙の圧力変動が極めて小さくなっている。

請求項２の発明は、請求項１に係るスクロール圧縮機において、吐出冷媒導入路に冷媒を冷却するガスクーラを設けた構造となっている。

請求項２の発明によれば、機械室に導入される吐出冷媒がガスクーラにより冷却され、冷媒温度が低下するため、機械室内に設置されている公転駆動機器が熱損傷することがない。

請求項３の発明は、請求項２に係るスクロール圧縮機において、公転駆動機器は可動スクロールを駆動する電動モータを含み、機械室には電動モータを間にして吐出冷媒導入路の導入口と冷媒の導出口を設けた構造となっている。

請求項３の発明によれば、機械室の導入口から導入された吐出冷媒が電動モータのステータ等を冷却して導出口に流れるため、電動モータ全体が効率よく冷却される。

請求項４の発明は、請求項３に係るスクロール圧縮機において、機械室の導出口から導出した冷媒を膨張機構及び蒸発機構に順次導き更に冷媒吸入口に循環する冷媒循環路を有する構造となっている。

従来、電動モータを冷却する冷媒として、膨張機構及び蒸発機構を通過した冷媒を用いており、これにより、電動モータの熱を吸収した冷媒が直ちに冷媒吸入口に吸入され、圧縮機の吸入冷媒温度が高くなる傾向があった。これに対して、請求項４の発明では、膨張機構及び蒸発機構に吸入される前に電動モータを冷媒冷却しているため、吸入冷媒が過剰に加熱されることがない。

請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に係るスクロール圧縮機において、吐出室で冷媒から分離された潤滑オイルを電動モータの軸受部に導くオイル連通路を有する構造となっている。

前述したように、従来、膨張機構及び蒸発機構を通過した冷媒が機械室に導入されており（電動モータを冷却するため）、これにより、機械室の圧力が低く、機械室と吐出室との圧力差が非常に大きくなっている。ここで、吐出室と機械室を連通させるオイル連通路を形成し、吐出室に貯留された潤滑オイルを電動モータの軸受部に導入する際は、吐出室と機械室との圧力差が大きい分そのオイル導入量を抑制するため、オイル連通路の流通断面積を極めて小さくする必要があり、これにより、オイル詰まりを起こすおそれがあった。これに対して、請求項５の発明では、吐出冷媒が機械室に導入され、機械室と吐出室との圧力差が小さくなっているため、その分オイル連通路の流通断面積を大きくすることができ、これにより、オイル連通路内でオイル詰まりを起こすことがない。

なお、スクロール圧縮機の冷媒として二酸化炭素冷媒を用いるようにしてもよい（請求項６）。

本発明によれば、吐出室から吐出された冷媒圧力は所定圧に制御されているため、緩衝用間隙の圧力変動が極めて小さく、可動スクロールのスラスト荷重を確実に相殺することができる。

図１及び図２は本発明に係るスクロール圧縮機の一実施形態を示すもので、図１はスクロール圧縮機の断面図、図２は本発明の要部を示す断面図である。

まず、図１を参照して、スクロール圧縮機の概略構造を説明する。スクロール圧縮機１は例えば二酸化炭素冷媒を使用するもので、リアハウジング２と機械室ハウジング３とを有している。

リアハウジング２内には、一側面に渦巻き状の固定壁１１１を突出した固定スクロール１１と、同じく一側面１２ａに渦巻き状の可動壁１２１を突出した可動スクロール１２とを有している。各壁１１１，１２１は互いにかみ合っており、各壁１１１，１２１間に流入した冷媒を圧縮する圧縮室１３を形成している。

固定スクロール１１の他側面とリアハウジング２の内面との間には冷媒の吐出室１４が形成されている。この吐出室１４は圧縮室１３と連通しており、図示しない吐出弁で圧力制御された吐出冷媒が吐出室１４内に流入する。また、吐出室１４はリアハウジング２の後端に穿設された冷媒吐出口１５に連通し、この冷媒吐出口１５から高温高圧の吐出冷媒が吐出されるようになっている。一方、リアハウジング２の周壁には可動スクロール１２の周面と対向するよう冷媒吸入口１６が形成されている。冷媒吸入口１６からは低温低圧の吸入冷媒が流入し、各スクロール１１，１２間に吸入されるようになっている。

可動スクロール１２の他側面１２ｂ側には機械室ハウジング３に全体にわたって機械室１７が形成され、この機械室１７に可動スクロール１２の公転駆動機器１８が設置されている。

公転駆動機器１８は、電動モータ１８１と、電動モータ１８１のシャフト１８２と、シャフト１８２の先端に連結したブッシュ１８３とを有している。電動モータ１８１はシャフト１８２に固着されたロータ１８１ａと、ロータ１８１ａの周囲に間隙をおいて配置されたステータ１８１ｂを有し、電動モータ１８１への通電によりシャフト１８２を回動駆動するようになっている。シャフト１８２の一端は機械室ハウジング３の閉鎖壁３ａに軸受１８４を介して軸支され、シャフト１８２の他端は機械室ハウジング３内のモータ支持ブロック１８５に軸受け１８６を介して軸支されている。ブッシュ１８３にはシャフト１８２に連結した図示しない偏心ピンを内蔵しており、シャフト１８２の回転によりブッシュ１８３がシャフト１８２に対して偏心回転するようになっている。また、可動スクロール１２の他側面１２ｂの中央には機械室１７に向かってボス部１２２が突出しており、ブッシュ１８３がニードル軸受１８７を介してボス部１１２２に軸支されている。これにより、ブッシュ１８３の偏心回転が可動スクロール１２に公転運動として伝達される。

機械室ハウジング３の周側壁３ｂには冷媒の導入口１９と冷媒の導出口２０が形成されている。導入口１９はモータ支持ブロック１８５寄りに形成される一方、導出口２０は閉鎖壁３ａ寄りに設置されており、導入口１９と導出口２０との間に電動モータ１８１が配置されている。

機械室ハウジング３のモータ支持ブロック１８５と可動スクロール１２の他側面１２ｂとの間には環状の可動スクロール支持ブロック２１が設置されている。この支持ブロック２１は可動スクロール１２の他側面１２ｂと対向する対向面２１ａを有する。この対向面２１ａは他側面１２ｂと所定間隙、即ち緩衝用間隙２２をおいて均一に対向している。ここで、緩衝用間隙２２は冷媒吸入口１６と連通しており、吸入冷媒が流入可能となっている。また、支持ブロック２１は径方向略中央から外側を肉厚に形成し、径方向略中央から内側をやや薄肉に形成した突出部２１１を有している。また、突出部２１１でその対向面２１ａにはシールリング２１２が等間隔に３本埋め込まれている。また、突出部２１１の内周縁とボス部１２２との間には間隙を形成しており、この間隙が機械室１７と緩衝用間隙２２とを連通する緩衝用冷媒導入路２３となっている。

また、吐出室１４と機械室１７内の軸受１８６との間にはオイル連通路２４が形成されている。このオイル連通路２４はリアハウジング２、固定スクロール１１、支持ブロック２１及び支持ブロック１８５に順次連通するよう溝状に形成さており、これにより、吐出室１４の潤滑オイル２５が軸受１８６に供給されるようになっている。なお、符号２６で示されている部材は、可動スクロール１２の自転を規制する自転規制部材である。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１において、以下のような冷媒管路で接続されている。即ち、吐出口１５は吐出冷媒導入路３０を通じて機械室１７の導入口１９に接続している。また、この吐出冷媒導入路３０には吐出冷媒を冷却するガスクーラ３１が設置されている。機械室１７の導出口２０は冷媒循環路３２を通じて冷媒吸入口１６に接続されている。この冷媒循環路３２には二重管式の内部熱交換器３３、膨張弁３４及び蒸発器３５を有し、機械室１７内の冷媒が、導出口２０→内部熱交換器３３→膨張弁３４→蒸発器３５→内部熱交換器３３→冷媒吸入口１６と順次循環するようになっている。

本実施形態に係るスクロール圧縮機１の冷媒循環を説明する。なお、図中、一点鎖線矢印は冷媒の流れ方向を示している。

電動モータ１８１に通電するとき、シャフト１８２が回転し、シャフト１８２の回転運動が公転運動に変換され、可動スクロール１２が公転運動を行う。この可動スクロール１２の公転運動により可動スクロール１２と固定スクロール１１との間に冷媒が吸入され、更に各スクロール１１，１２間で圧縮され高温高圧冷媒となって吐出室１４に吐出される。この吐出冷媒は吐出冷媒導入路３０を通じてガスクーラ３１に流れ、ガスクーラ３１で冷却される。ガスクーラ３１で冷却された吐出冷媒は導入口１９を通じて機械室１７に導入される。

機械室１７に導入された冷媒のうち、一部は軸受１８６や軸受１８６とシャフト１８２との間を通って可動スクロール支持ブロック２１側に流れ、更に、図２に示すように、緩衝用冷媒導入路２３を通って緩衝用間隙２２に流れ込む。他方、機械室１７に導入された冷媒のうち、他の部分は電動モータ１８１を冷却して導出口２０が流出する。

導出口２０から流出した冷媒は冷媒循環路３２に流入し、内部熱交換器３３→膨張弁３４→蒸発器３５→内部熱交換器３３→冷媒吸入口１６と順次循環する。この内部熱交換器３３では導出口２０を流出した冷媒と蒸発器３５から流出した冷媒との間で熱交換が行われており、両冷媒の熱量バランスをとっている。また、蒸発器３５は冷房負荷、例えば車両用空調に使用されるときは、車室内空気と熱交換を行い、車室内を冷房している。

本実施形態によれば、前述したように、機械室１７に導入された吐出冷媒の一部が緩衝用冷媒導入路２３を通じて緩衝用間隙２２に流入するため、可動スクロール１２の他側面１２ｂに対して図２の実線矢印に示すように冷媒圧力が加わる。これにより、可動スクロール１２のスラスト荷重（図２の白抜き矢印）がこの冷媒圧力により相殺され、可動スクロール１２の他側面１２ｂと支持ブロック２１の対向面２１ａとの摩擦抵抗が小さくなる。また、この冷媒圧力が圧力制御されているため、圧力変動が極めて小さく、スラスト荷重を所定圧力で確実に相殺することができる。

また、機械室１７に導入された吐出冷媒はガスクーラ３１により冷却され、吐出室１４内の吐出冷媒より十分温度が低くなっているため、公転駆動機構１８を熱損傷することがないし、また、電動モータ１８１の効率を低下させることがない。

更に、機械室１７内の冷媒が電動モータ１８１全体をにわたって流れるため、電動モータ１８１を効率よく冷却できる。また、電動モータ１８１の冷却冷媒が従来の如く蒸発器３５を通過した低温冷媒ではなく、ガスクーラ３１により冷却された温度の冷媒となっている。従って、冷却冷媒と電動モータ１８１との温度差が小さく、その分電動モータ１８１との熱交換量が小さくなっているため、冷媒の熱ロスを小さくすることができる。

更にまた、冷媒吸入口１６に導入される吸入冷媒は、機械室１７を経由することなく冷媒吸入口１６に吸入されるため、吸入冷媒が過剰に加熱されることがない。

更にまた、圧縮室１３から吐出された冷媒は、図１に示すように、吐出室１４に一旦入り、オイルセパレータ（図示せず）により、吐出室１４内で冷媒に混入されている潤滑オイル２５が分離され、吐出室１４の下部に貯留される。一方、オイル連通路２４の一端が吐出室１４に連通し他端が機械室１７に連通しており、また、吐出室１４の圧力が機械室１７の圧力より高くなっているため、吐出室１４内の潤滑オイル２５が吐出室１４から機械室１７の軸受１８６に向かって流れる。これにより、機械室１７の軸受１８６はもとより機械室１７内に設置された公転駆動機構１８が潤滑される。

ここで、吐出室１４の冷媒と機械室１７の冷媒は共に吐出冷媒となっているため、冷媒の圧力差はさほど大きくなく、その分、オイル連通路２４の流通断面積を大きくすることができる。従って、オイル連通路２４内でオイル詰まりを起こすことがない。

なお、前記実施形態では二酸化酸素冷媒を使用したスクロール圧縮機を掲げ説明したが、その他フロン等を使用するスクロール圧縮機についても同様に適用することができる。更に、可動スクロール１２の駆動源として電動モータ１８１を用いた例を掲げて説明したが、これに限るものではない。例えば、可動スクロール１２の駆動源として車両用エンジンを用い、車両用エンジンの回転力をクラッチ機構を介して可動スクロール１２に伝達するものであっても良い。

スクロール圧縮機の断面図 本発明の要部を示す拡大断面図

符号の説明

１…スクロール圧縮機、２…リアハウジング、３…機械室ハウジング、１１…固定スクロール、１２…可動スクロール、１２ａ…可動スクロールの一側面、１２ｂ…可動スクロールの他側面、１３…圧縮室、１４…吐出室、１５…吐出口、１６…吸入口、１７…機械室、１８…公転駆動機構、１９…導入口、２０…導出口、２１…可動スクロール支持ブロック、２１ａ…可動スクロール支持ブロックの対向面、２２…緩衝用間隙、２３…緩衝用冷媒導入路、２４…オイル連通路、２５…潤滑オイル、３０…吐出冷媒導入路、３１…ガスクーラ、３２…冷媒循環路。

Claims (6)

1. 可動スクロールの一側面側には該可動スクロールと固定スクロールとの間で圧縮された冷媒が所定圧で吐出される吐出室を有し、該可動スクロールの他側面側には該可動スクロールの公転駆動機器が設置された機械室を有し、該機械室には該可動スクロールの他側面と緩衝用間隙をおいて対向する可動スクロール支持部材を有するスクロール圧縮機において、
   前記吐出室の冷媒を前記機械室に導入する吐出冷媒導入路と、
   前記機械室に導入された冷媒の一部を前記緩衝用間隙に導く緩衝用冷媒導入路とを有する
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記吐出冷媒導入路に冷媒を冷却するガスクーラを設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記公転駆動機器は前記可動スクロールを駆動する電動モータを含み、前記機械室には該電動モータを間にして前記吐出冷媒導入路の導入口と冷媒の導出口を設けた
   ことを特徴とする請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記機械室の導出口から導出した冷媒を膨張機構及び蒸発機構に順次導き更にを冷媒吸入口に循環する冷媒循環路を有する
   ことを特徴とする請求項３記載のスクロール圧縮機。
5. 前記吐出室で冷媒から分離された潤滑オイルを前記電動モータの軸受部に導くオイル連通路を有する
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載のスクロール圧縮機。
6. 冷媒として二酸化炭素冷媒を用いた
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項記載のスクロール圧縮機。
   

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