JP2007023827A

JP2007023827A - 二段圧縮型スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2007023827A
Application number: JP2005204464A
Authority: JP
Inventors: Shin Sekiya; 慎関屋; Masayuki Tsunoda; 昌之角田; Toshihide Koda; 利秀幸田; Toshiyuki Nakamura; 利之中村; Kunio Fujijo; 邦雄藤條; Kenji Yano; 賢司矢野; Masaaki Sugawa; 昌晃須川; Fumihiko Ishizono; 文彦石園; Masahiro Sugihara; 正浩杉原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】漏れ損失、摺動損失が大幅に低減でき、渦巻歯先端部において焼付や異常摩耗が生じる恐れの無い高効率で信頼性の高い二段圧縮型スクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】低圧側圧縮室１６０の吐出ガスを高圧側圧縮室１７０に導いて二段圧縮させる構成において、２つの揺動スクロール９０ａ及び１００ａの間には、固定スクロール１１０ａ及び１２０ａに対して位置を固定された仕切板１３０と、内側シールリング１９０及び２２０と、外側シールリング２００及び２３０とで、背圧室１８０及び２１０を低圧側、高圧側それぞれに設け、２つの圧縮室１６０及び１７０をそれぞれの背圧室１８０及び２１０と連通させて、圧縮室１６０及び１７０で発生するスラストガス荷重に僅かに打ち勝つようなガス荷重をそれぞれの背圧室１８０及び２１０に発生させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、二段圧縮を行うスクロール圧縮機に関するものである。

従来の二段圧縮を行うスクロール圧縮機は、例えば、揺動スクロール台板の両側に渦巻歯を設け、それぞれに固定スクロールを対向させて圧縮室を形成し、下部圧縮室を低圧側圧縮室、上部圧縮室を高圧側圧縮室とするように構成されていた（例えば特許文献１）。
この特許文献１のような構成では、高圧側圧縮室の吐出圧力の作用により、低圧側圧縮室作用する吸入圧力との差圧による荷重が大きくなって、揺動スクロールが高圧側圧縮室側から低圧側圧縮室側へ、極めて強いスラスト荷重で押し付けられるため、低圧側圧縮室においては渦巻歯先端部で摺動損失が増加し、また、高圧側圧縮室においては渦巻歯先端部に隙間が生じ、漏れ損失が増加するという課題があった。
この課題を解決するために、例えば、揺動スクロール及び一対の固定スクロールの中央部を軸が貫通する構造として、軸がスクロール二段圧縮部の中央部を貫通することで、軸の上下端面は略等しい圧力が作用するため、余分なスラスト荷重がスクロール部に作用しなくなることで、特許文献１のような構成に比べて、揺動スクロールが高圧側圧縮室側から低圧側圧縮室側へ押し付けられるスラスト荷重は小さくなるような構成が提案されている（例えば特許文献２）。

特開平５−６００７８号公報特開平８−１６０５９２号公報

しかしながら、特許文献２のような構成においても、高圧側圧縮室内の圧力は当然ながら低圧側圧縮室内の圧力よりもかなり高く、揺動スクロールが高圧側圧縮室側から低圧側圧縮室側へ押し付けられるスラスト荷重は、特許文献１のような構成におけるスラスト荷重よりも小さくはなるものの、十分ではなく、摺動損失の低減が不十分であって、かつ低圧側圧縮室における渦巻歯先端部の異常摩耗や焼付発生の恐れは解消されているとは言い難い。
また、高圧側圧縮室においては依然として渦巻歯先端部の隙間からの漏れ損失が増加するという課題は残ったままである。

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あり、両方の圧縮室とも、渦巻歯先端部の隙間を無くして漏れ損失を低減するとともに、渦巻歯先端部に作用する荷重も大幅に低減して、高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることを目的としている。

この発明の二段圧縮型スクロール圧縮機は、２つの揺動スクロールを背面合わせにして、それぞれの揺動スクロールに固定スクロールを対向させて２つの圧縮室を形成し、一方の圧縮室の吐出ガスを他方の圧縮室に導いて二段圧縮させるものであって、２つの揺動スクロールの間には、固定スクロールに対して位置を固定された仕切板と、この仕切板とそれぞれの揺動スクロールとの間に、内側シールリングと外側シールリングとで仕切られた背圧室をそれぞれ設け、２つの圧縮室をそれぞれの背圧室と連通させて、圧縮室で発生するスラストガス荷重に僅かに打ち勝つようなガス荷重をそれぞれの背圧室に発生させるように構成したものである。

この発明では、それぞれの揺動スクロールに浮上力が発生し、対向する固定スクロールに微小な荷重で押し付けられる。これにより、それぞれの圧縮室において渦巻先端部に発生する摺動損失を大幅に小さくでき、かつ渦巻歯先端部の異常摩耗や焼き付きが発生する恐れを解消することができる。また、それぞれの圧縮室における渦巻先端部のすきまを無くすことができるため、漏れ損失も大幅に低減できる。
これにより、渦巻歯先端部における摺動損失及び漏れ損失の増大や、焼付・異常摩耗の恐れのない高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることができる

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の構成を示す断面図である。
図１において、縦型の密閉容器１０ａ内の上方にモータ２０が配設され、モータ２０の下方に二段圧縮部３０ａが配設されている。この二段圧縮部３０ａのさらに下方には、潤滑油４１を貯留するための潤滑油溜め室４０が形成されている。また、密閉容器１０ａの側面に、二段圧縮部３０ａに接続して、ガスを吸入するための吸入管５０と、圧縮したガスを吐出するための吐出管６０が設けられている。さらに、密閉容器１０ａの上端には、電力を供給するためのガラス端子７０が設けられている。
モータ２０は、リング状に形成されたステータ２１と、このステータ２１の内部で回転し得るように支持されたロータ２２とから構成されており、主軸８０は、ロータ２２に固定され、二段圧縮部３０ａを貫通して、その端部は、潤滑油溜め室４０の潤滑油４１中に浸漬されている。

二段圧縮部３０ａは、互いに背面合わせで配置された低圧側揺動スクロール９０ａ及び高圧側揺動スクロール１００ａと、低圧側揺動スクロール９０ａに対向するように設置された低圧側固定スクロール１１０ａと、高圧側揺動スクロール１００ａに対向するように設置された高圧側固定スクロール１２０ａとを有しており、さらに、低圧側揺動スクロール９０ａと高圧側揺動スクロール１００ａの間に配置されて、高圧側固定スクロール１２０ａに固定支持された仕切板１３０と、低圧側固定スクロール１１０ａと低圧側揺動スクロール９０ａとの間に配設された周知のオルダム継手１４０と、高圧側固定スクロール１２０ａと高圧側揺動スクロール１００ａとの間に配設された周知のオルダム継手１５０とを有している。

低圧側固定スクロール１１０ａには渦巻歯１１１ａが設けられており、この渦巻歯１１１ａに対向して、低圧側揺動スクロール９０ａに渦巻歯９１ａが設けられている。そして、低圧側揺動スクロール９０ａの渦巻歯９１ａと低圧側固定スクロール１１０ａの渦巻歯１１１ａとで低圧側圧縮室１６０を形成している。
高圧側固定スクロール１２０ａには渦巻歯１２１ａが設けられており、この渦巻歯１２１ａに対向して、高圧側揺動スクロール１００ａに渦巻歯１０１ａが設けられている。そして、高圧側揺動スクロール１００ａの渦巻歯１０１ａと高圧側固定スクロール１２０ａの渦巻歯１２１ａとで高圧側圧縮室１７０を形成している。

低圧側揺動スクロール９０ａの台板９２ａと仕切板１３０との間に設けられた低圧側背圧室１８０は、低圧側揺動スクロール９０ａの台板９２ａに設けた連通口９３ａによって低圧側圧縮室１６０と連通している。また、低圧側背圧室１８０の内部と外部は、低圧側背圧室１８０の内側に設けられた低圧側内側シールリング１９０と、低圧側背圧室１８０の外側に設けられた低圧側外側シールリング２００とで仕切られている。
高圧側揺動スクロール１００ａの台板１０２ａと仕切板１３０との間に設けられた高圧側背圧室２１０は、高圧側揺動スクロール１００ａの台板１０２ａに設けた連通口１０３ａによって高圧側圧縮室１７０と連通している。また、高圧側背圧室２１０の内部と外部は、高圧側背圧室２１０の内側に設けられた高圧側内側シールリング２２０と、高圧側背圧室２１０の外側に設けられた高圧側外側シールリング２３０とで仕切られている。

また、主軸８０の外周であって、低圧側揺動スクロール９０ａの上面（おもて面）及び高圧側揺動スクロール１００ａの下面（おもて面）には、それぞれ球根部シールリング２４０が設けられている。

図２は、高圧側揺動スクロール１００ａの構成を示すもので、（ａ）は高圧側揺動スクロール１００ａの上面図、（ｂ）は高圧側揺動スクロール１００ａの下面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図２に示すように、高圧側揺動スクロール１００ａは、中心部を構成し、円弧等の曲線からなる球根部１０４ａと、球根部１０４ａの外周に延びている円板状の台板１０２ａとを有している。（ｂ）に示すように、台板１０２ａの下面（おもて面）には、球根部１０４ａとほぼ同じ高さである渦巻歯１０１ａがインボリュート曲線あるいは円弧によって形成されている。
球根部１０４ａには、その中心部に主軸８０が貫通する主軸孔１０５ａが形成され、その内周壁に揺動軸受１０６ａが設けられている。揺動軸受１０６ａの外周部であって球根部１０４ａの下面に球根部シールリング溝１０７ａが形成されている。

球根部１０４ａの外側の台板１０２ａには、図１に示した高圧側圧縮室１７０と高圧側背圧室２１０とを繋ぐ連通口１０３ａが設けられている。また、（ａ）に示すように、台板１０２ａの上面（うら面）の、連通口１０３ａの内側には、高圧側内側シールリング２２０を収納するための内側シールリング溝１０８ａが設けられ、連通口１０３ａの外側には、高圧側外側シールリング２３０を収納するための外側シールリング溝１０９ａが設けられている。

低圧側揺動スクロール９０ａも、以上説明した高圧側揺動スクロール１００ａと同様の構成である。

図３は、高圧側固定スクロール１２０ａの構成を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図３に示すように、高圧側固定スクロール１２０ａの台板１２２ａの中心部には、主軸８０が貫通する主軸孔１２３ａが形成され、この主軸孔１２３ａの内周面に主軸受１２４ａが設けられている。
高圧側固定スクロール１２０ａの上面（おもて面）であって、主軸受１２４ａの外周部には、高圧側揺動スクロール１００ａの球根部１０４ａを収容して高圧側揺動スクロール１００ａの公転運動を許容する凹部１２５ａが形成されている。凹部１２５ａの外周には、高圧側揺動スクロール１００ａの渦巻歯１０１ａと同一の厚さ、高さ、ピッチ、巻数で、かつ位相が１８０度回転した渦巻歯１２１ａが形成されている。

高圧側固定スクロール１２０ａの台板１２２ａには、凹部１２５ａから圧縮されたガスを吐出するための高圧側吐出口１２６ａが設けられており、この高圧側吐出口１２６ａと連通し、ガスを密閉容器１０ａに設けられた吐出管６０へ導く高圧側吐出流路１２７ａが設けられており、図１に示すように、高圧側吐出口１２６ａに対向した位置に、ガスの逆流を阻止するための高圧側吐出弁２６０が配設される。また、渦巻歯１２１ａの外側には、ガスを高圧側圧縮室１７０へ導く高圧側吸入流路１２８ａが設けられている。
さらに、台板１２２ａの外周部には、図１に示した低圧側圧縮室１６０で圧縮され、上方に吐出されたガスを、下方に導くための切欠き１２９ａが設けられている。

図４は、二段圧縮部３０ａを拡大した断面図である。
低圧側固定スクロール１１０ａの台板１１２ａの中心部には、図３に示した高圧側固定スクロール１２０ａと同様に、主軸８０が貫通する主軸孔１１３ａが形成され、この主軸孔１１３ａの内周面に主軸受１１５ａが設けられている。
また、低圧側揺動スクロール９０ａの揺動軸受９６ａ及び高圧側揺動スクロール１００ａの揺動軸受１０６ａと主軸８０との間には、主軸８０に嵌合されてスライダ２７０が配置されており、主軸８０とともに偏芯軸を構成して、揺動軸受９６ａ及び揺動軸受１０６ａを介して低圧側揺動スクロール９０ａ及び高圧側揺動スクロール１００ａを駆動する。

低圧側揺動スクロール９０ａの台板９２ａには、内側シールリング溝９７ａが設けられて低圧側内側シールリング１９０が装着され、外側シールリング溝９８ａが設けられて低圧側外側シールリング２００が装着される。低圧側揺動スクロール９０ａの台板９２ａと仕切板１３０との間で、低圧側内側シールリング１９０及び低圧側外側シールリング２００によって仕切られて低圧側背圧室１８０が構成され、この低圧側背圧室１８０は連通口９３ａに開口している。
高圧側揺動スクロール１００ａの台板１０２ａには、内側シールリング溝１０８ａが設けられて高圧側内側シールリング２２０が装着され、外側シールリング溝１０９ａが設けられて高圧側外側シールリング２３０が装着される。高圧側揺動スクロール１００ａの台板１０２ａと仕切板１３０との間で、高圧側内側シールリング２２０及び高圧側外側シールリング２３０によって仕切られて高圧側背圧室２１０が構成され、この高圧側背圧室２１０は連通口１０３ａに開口している。

低圧側揺動スクロール９０ａの球根部９７ａの上面（おもて面）に設けられた球根部シールリング溝９９ａに、球根部シールリング２４０が装着されて、揺動軸受９６ａと主軸受１１５ａとの間の空間と、低圧側圧縮室１６０とを仕切っている。
高圧側揺動スクロール１００ａの球根部１０４ａの下面（おもて面）に設けられた球根部シールリング溝１０７ａに、球根部シールリング２４０が装着されて、揺動軸受１０６ａ及び主軸受１２４ａの間の空間と高圧側圧縮室１７０とを仕切っている。
また、揺動軸受９６ａと揺動軸受１０６ａとの間には、低圧側内側シールリング１９０及び高圧側内側シールリング２２０によって、低圧側背圧室１８０及び高圧側背圧室２１０と仕切られた中央部背圧空間２８０が設けられている。

低圧側固定スクロール１１０ａの台板１１２ａの中央部には、低圧側圧縮室１６０で圧縮されたガスを吐出するための低圧側吐出口１１４ａが設けられており、図１に示すように、この低圧側吐出口１１４ａに対向した位置に、ガスの逆流を阻止するための低圧側吐出弁２５０が配設される。また、台板１１２ａの渦巻歯１１１ａの外側に、低圧側圧縮室１６０にガスを導くための低圧側吸入流路１１６ａが設けられている。
なお、図３に示す高圧側固定スクロール１２０ａと同様に、低圧側固定スクロール１１０ａの台板１１２ａの外周部には、図１に示した低圧側圧縮室１６０で圧縮され、上方に吐出されたガスを下方に導くための切欠き１１７ａが、高圧側固定スクロール１２０ａの台板１２２ａの切欠き１２９ａと連接するように設けられている。

以下に、この発明の実施の形態１に示す二段圧縮型スクロール圧縮機の動作について説明する。

まず、シールリングの接触シール作用について説明する。
図５は、高圧側内側シールリング２２０の斜視図であり、図６は、高圧側内側シールリング２２０周辺を拡大した断面図である。

図５に示すように、高圧側内側シールリング２２０は合い口２２１を有しており、この高圧側内側シールリング２２０は、図６に示すように、仕切られる空間部の差圧によって、矢印で示すように高圧側である左方及び下方から押圧される。
このため、高圧側内側シールリング２２０は、内側シールリング溝１０８ａの内部で、内側シールリング溝１０８ａの右方の壁及び上方の仕切板１３０に押し付けられて接触シールを行う。この接触シール作用は、低圧側内側シールリング１９０、低圧側外側シールリング２００、高圧側外側シールリング２３０及び球根部シールリング２４０においても同様に発生する。
これら、シールリングの密閉効果により、吸入管５０から低圧側吸入流路１１６ａまでの低圧側吸入部と、高圧側吐出流路１２７ａから吐出管６０までの高圧側吐出部と、低圧側背圧室１８０及び高圧側背圧室２１０とは、残りの密閉容器１０ａ内の空間部と区分される。

次に、ガスの流れについて説明する。
図１に示すように、吸入管５０から吸入されたガスは、矢印で示すように、低圧側固定スクロール１１０ａに設けられた低圧側吸入流路１１６ａから低圧側圧縮室１６０に導入される。

低圧側揺動スクロール９０ａが、低圧側オルダム継手１４０によって、低圧側固定スクロール１１０ａに対して自転運動せずに公転運動することで、周知の圧縮原理によって形成された三日月形の低圧側圧縮室１６０の容積が中心に向かって次第に小さくなり、ガスは圧縮される。低圧側圧縮室１６０において圧縮を完了したガスは、低圧側吐出口１１４ａを通り低圧側吐出弁２５０を押し上げて、低圧側固定スクロール１１０ａの上方の空間に吐出される。

吐出されたガスは、低圧側固定スクロール１１０ａ及び高圧側固定スクロール１２０ａの外周部に設けられた切欠き１１７ａ及び切欠き１２９ａと密閉容器１０ａとの間の通路を通って、高圧側固定スクロール１２０ａの下方に導かれ、高圧側固定スクロール１２０ａに設けられた高圧側吸入流路１２８ａを通って高圧側圧縮室１７０に導かれる。

高圧側揺動スクロール１００ａが、高圧側オルダム継手１５０によって、高圧側固定スクロール１２０ａに対して自転運動せずに公転運動することで、周知の圧縮原理によって形成された三日月形の高圧側圧縮室１７０の容積が中心に向かって次第に小さくなり、ガスは圧縮される。高圧側圧縮室１７０において圧縮を完了したガスは、高圧側吐出口１２６ａを通り高圧側吐出弁２６０を押し上げて、高圧側吐出流路１２７ａに導かれ、吐出管６０から密閉容器１０ａの外へ流出する。

以上の圧縮過程において、吸入管５０から低圧側吸入流路１１６ａまでの低圧側吸入部の圧力を吸入圧力とし、低圧側吐出口１１４ａ近傍の低圧側吐出部及び高圧側吸入流路１２８ａ近傍の高圧側吸入部を含む密閉容器１０ａ内の空間部の圧力を中間圧力とする。

次に、低圧側揺動スクロール９０ａ及び高圧側揺動スクロール１００ａのそれぞれに作用するスラスト荷重について、図７に基づいて説明する。
図７（ａ）は、低圧側揺動スクロール９０ａ、図７（ｂ）は高圧側揺動スクロール１００ａに対するスラスト荷重の説明図である。

図７（ａ）において、吸入圧力を基準とすれば、低圧側圧縮室１６０では、低圧側揺動スクロール９０ａに対して圧縮ガスにより下方への圧力が作用し、この圧力によって下向きのスラスト荷重（以下圧縮ガス力と呼ぶ）Ｆ_g1が発生する。
一方、低圧側背圧室１８０では、低圧側圧縮室１６０における圧縮途中のガスが連通口９３ａを介して流入することにより、低圧側揺動スクロール９０ａに対して上方への圧力が作用し、上方に押し上げるスラスト荷重、すなわち浮上力Ｆ_a1を発生する。また、中央部背圧空間２８０には中間圧力が作用するため、低圧側揺動スクロール９０ａの背面に上方への圧力が作用し、この圧力によっても低圧側揺動スクロール９０ａを上方に押し上げる浮上力Ｆ_b1が発生する。
これらの浮上力の合力（Ｆ_a1＋Ｆ_b1）が、圧縮ガス力Ｆ_g1より若干大きくなるように、連通口９３ａの位置や低圧側内側シールリング１９０及び低圧側外側シールリング２００の位置を適正に設定してやれば、低圧側揺動スクロール９０ａは上方に押し上げられて、対向する低圧側固定スクロール１１０ａとの間で、渦巻歯１１１ａの先端部と台板９２ａと、そして、渦巻歯９１ａの先端部と台板１１２ａとが、それぞれ軽い荷重で接触することになる。

図７（ｂ）において、中間圧力を基準とすれば、高圧側圧縮室１７０では、高圧側揺動スクロール１００ａに対して圧縮ガスにより上方への圧力が作用し、この圧力によって上向きのスラスト荷重（以下圧縮ガス力と呼ぶ）Ｆ_g2が発生する。
一方、高圧側背圧室２１０では、高圧側圧縮室１７０における圧縮途中のガスが連通口１０３ａを介して流入することにより、高圧側揺動スクロール１００ａに対して下方への圧力が作用し、下方に押し下げる浮上力Ｆ_a2を発生する。
この浮上力Ｆ_a2が、圧縮ガス力Ｆ_g2より若干大きくなるように、連通口１０３ａの位置や高圧側内側シールリング２２０及び高圧側外側シールリング２３０の位置を適正に設定してやれば、高圧側揺動スクロール１００ａは下方に押し下げられて、対向する高圧側固定スクロール１２０ａとの間で、渦巻歯１２１ａの先端部と台板１０２ａと、そして、渦巻歯１０１ａの先端部と台板１１２ａとが、それぞれ軽い荷重で接触することになる。

以上により、低圧側及び高圧側のいずれの圧縮室においても、揺動スクロールと対向する固定スクロールの間で、それぞれの渦巻歯の先端部と台板とが、隙間は無く、かつ軽い荷重で押し付けられるので、漏れ損失、摺動損失が大幅に低減でき、渦巻歯の先端部において焼付や異常摩耗が生じる恐れも無くなる。このため、高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

また、この実施の形態１では、密閉容器１０内の空間部の圧力が中間圧力となるため、低圧側圧縮室１６０の吐出側と高圧側圧縮室１７０の吸入側を連通させるための連通管を設ける必要がなく、簡易な構成で二段圧縮を行うことが可能である。

なお、この実施の形態１では、低圧側圧縮室１６０を上側、高圧側圧縮室１７０を下側に配置した構成としたが、低圧側圧縮室１６０を下側、高圧側圧縮室１７０を上側に配置しても同様の効果が得られる。

実施の形態２．
実施の形態１では、密閉容器内の空間部の圧力を中間圧力とした場合を示したが、この実施の形態２では、密閉容器内の空間部の圧力を吸入圧力とした場合を示す。

図８は、この発明の実施の形態２による二段圧縮型スクロール圧縮機の構成を示す断面図である。図９は、高圧側固定スクロール１２０ｂの構成を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１０は、二段圧縮部３０ｂを拡大した断面図である。
図８において、密閉容器１０ｂの側面の二段圧縮部３０ｂの上方の位置に、吸入ガスを吸入するための吸入管５０が取り付けられており、低圧側吸入流路１１６ｂは、低圧側固定スクロール１１０ｂの台板１１２ｂの外側部に設けられている。
また、台板１１２ｂの中央部に低圧側吐出口１１４ｂが設けられ、さらに台板１１２ｂ内には低圧側吐出口１１４ｂから吐出されたガスを導くための低圧側吐出流路１１８ｂが設けられている。この低圧側吐出流路１１８ｂに接続して、密閉容器１０ｂの側面の吸入管５０の下方の位置に、機外へガスを導くための連通管２９１ｂが設けられている。
連通管２９１ｂは、密閉容器１０ｂの側面に設けられた連通管２９２ｂと繋がっており（図示せず）、この連通管２９２ｂは、高圧側固定スクロール１２０ｂの台板１２２ｂ内に設けられた高圧側吸入流路１２８ｂに接続されている。

以下に、この発明の実施の形態２の二段圧縮型スクロール圧縮機の動作について説明する。
図８に示すように、吸入管５０から密閉容器１０ｂ内に吸入されたガスは、二段圧縮部３０ｂの上方に流入し、低圧側固定スクロール１１０ｂに設けられた低圧側吸入流路１１６ｂから矢印で示すように、低圧側圧縮室１６０に導入される。

低圧側圧縮室１６０において圧縮を完了したガスは、低圧側吐出口１１４ｂを通り低圧側吐出弁２５０を押し上げて、低圧側吐出流路１１８ｂに導かれ、連通管２９１ｂより機外に吐出される。
連通管２９１ｂより機外に吐出されたガスは、密閉容器１０ｂの側面に設けられた連通管２９２ｂに導入され、高圧側吸入流路１２８ｂを通って高圧側圧縮室１７０に吸入される。

高圧側圧縮室１７０において圧縮を完了したガスは、高圧側吐出口１２６ｂを通り高圧側吐出弁２６０を押し上げて、高圧側吐出流路１２７ｂに吐出に導かれ、吐出管６０から密閉容器１０ｂの外へ流出する。
以上の圧縮過程において、密閉容器１０ｂ内の空間部の圧力は吸入圧力となる。

以下に、低圧側揺動スクロール９０ｂ及び高圧側揺動スクロール１００ｂに作用するスラスト荷重を、図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）は、低圧側揺動スクロール９０ｂ、図１１（ｂ）は高圧側揺動スクロール１００ｂにおけるスラスト荷重の説明図である。

図１１（ａ）において、吸入圧力を基準とすれば、低圧側圧縮室１６０では、低圧側揺動スクロール９０ｂに対して圧縮ガスにより下方への圧力が作用し、この圧力によって下向きのスラスト荷重（以下圧縮ガス力と呼ぶ）Ｆ_g1が発生する。
一方、低圧側背圧室１８０では、低圧側圧縮室１６０における圧縮途中のガスが連通口９３ｂを介して流入することにより、低圧側揺動スクロール９０ｂに対して上方への圧力が作用し、上方に押し上げる浮上力Ｆ_a1が発生する。
この浮上力Ｆ_a1が、圧縮ガス力Ｆ_g1より若干大きくなるように、連通口９３ｂの位置や低圧側内側シールリング１９０及び低圧側外側シールリング２００の位置を適正に設定してやれば、低圧側揺動スクロール９０ｂは上方に押し上げられ、対向する低圧側固定スクロール１１０ｂとの間で、渦巻歯１１１ｂの先端部と台板９２ｂと、そして、渦巻歯９１ｂの先端部と台板１１２ｂとが、それぞれ軽い荷重で接触することになる。

図１１（ｂ）において、中間圧力を基準とすれば、高圧側圧縮室１７０では、高圧側揺動スクロール１００ｂに対して圧縮ガスにより上方への圧力が作用し、この圧力によって上向きのスラスト荷重（以下圧縮ガス力と呼ぶ）Ｆ_g2が発生する。
一方、高圧側背圧室２１０では、高圧側圧縮室１７０における圧縮途中のガスが連通口１０３ｂを介して流入することにより、高圧側揺動スクロール１００ｂに対して下方への圧力が作用し、下方に押し下げる浮上力Ｆ_a2が発生する。ただし、中央部背圧空間２８０が吸入圧力であることにより、高圧側揺動スクロール１００ｂの背面には、上方への圧力が作用し、この圧力によって上向きの圧縮ガス力Ｆ_b2が発生する。
浮上力Ｆ_a2が、上向きの圧縮ガス力の合力（Ｆ_g2＋Ｆ_b2）より若干大きくなるように、連通口１０３ｂの位置や高圧側内側シールリング２２０及び高圧側外側シールリング２３０の位置を適正に設定してやれば、高圧側揺動スクロール１００ｂは下方に押し下げられ、対向する高圧側固定スクロール１２０ｂとの間で、渦巻歯１２１ｂの先端部と台板１０２ｂと、そして、渦巻歯１０１ｂの先端部と台板１２２ｂとが、それぞれ軽い荷重で接触することになる。

以上により、低圧側及び高圧側のいずれの圧縮室においても、揺動スクロールと対向する固定スクロールとの間で、それぞれの渦巻歯の先端部と台板とが、隙間は無く、かつ軽い荷重で押し付けられるので、漏れ損失、摺動損失が大幅に低減でき、渦巻歯先端部において焼付や異常摩耗が生じる恐れも無くなる。このため、高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

また、この実施の形態２では、密閉容器１０ｂ内の空間部の圧力は吸入圧力であり、密閉容器１０ｂの必要耐圧強度が低くなるため、密閉容器１０ｂの板厚が小さくて済み、安価な構成で二段圧縮型のスクロール圧縮機を得ることができる。

なお、この実施の形態２では、低圧側圧縮室１６０を上側、高圧側圧縮室１７０を下側に配置した構成としたが、低圧側圧縮室１６０を下側、高圧側圧縮室１７０を上側に配置しても同様の効果が得られる。

実施の形態３．
実施の形態２では、密閉容器内の空間部の圧力を吸入圧力とした場合を示したが、この実施の形態３では、密閉容器内の空間部の圧力を吐出圧力とした場合を示す。

図１２は、この発明の実施の形態３による二段圧縮型スクロール圧縮機の構成を示す断面図である。図１３は、高圧側固定スクロール１２０ｃの構成を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１４は、二段圧縮部３０ｃを拡大した断面図である。
図１２において、密閉容器１０ｃの側面の二段圧縮部３０ｃの位置には、ガスを吸入するための吸入管５０が取り付けられており、低圧側固定スクロール１１０ｃの台板１１２ｃ内に設けられた低圧側吸入流路１１６ｃと接続されている。
また、台板１１２ｃの中央部に低圧側吐出口１１４ｃが設けられ、さらに台板１１２ｃ内には低圧側吐出口１１４ｃから吐出されたガスを導くための低圧側吐出流路１１８ｃが設けられている。この低圧側吐出流路１１８ｃに接続して、密閉容器１０ｃの側面の吸入管５０の下方の位置に、機外へガスを導くための連通管２９１ｃが設けられている。
連通管２９１ｃは、密閉容器１０ｃの側面に設けられた連通管２９２ｃと繋がっており（図示せず）、連通管２９２ｃは、高圧側固定スクロール１２０ｃの台板１２２ｃ内に設けられた高圧側吸入流路１２８ｃと接続されている。

高圧側固定スクロール１２０ｃの台板１２２ｃの中央部には、高圧側圧縮室１７０で圧縮されたガスを吐出するための高圧側吐出口１２６ｃが設けられ、この高圧側吐出口１２６ｃに対向した位置に、ガスの逆流を阻止するための高圧側吐出弁２６０が配設されている。
また、密閉容器１０ｃの側面の連通管２９１ｃの上方の位置に、吐出管６０が設けられている。

以下に、この発明の実施の形態３の二段圧縮型スクロール圧縮機の動作について説明する。
図１２に示すように、吸入管５０から吸入されたガスは、低圧側吸入流路１１６ｃを通って低圧側圧縮室１６０に導入される。
低圧側圧縮室１６０において圧縮を完了したガスは、低圧側吐出口１１４ｃを通り低圧側吐出弁２５０を押し上げて、低圧側吐出流路１１８ｃに導かれ、連通管２９１ｃより機外に吐出される。
連通管２９１ｃより機外に吐出されたガスは、密閉容器１０ｃの側面に設けられた連通管２９２ｃに導入され、高圧側吸入流路１２８ｃを通って高圧側圧縮室１７０に吸入される。

高圧側圧縮室１７０において圧縮を完了したガスは、高圧側吐出口１２６ｃを通り高圧側吐出弁２６０を押し上げて、高圧側固定スクロール１２０ｃの下方の空間に吐出される。
吐出されたガスは、高圧側固定スクロール１２０ｃ及び低圧側固定スクロール１１０ｃの外周部に設けられた切欠き１２９ｃ及び切欠き１１７ｃと密閉容器１０ｃの間の通路を通って低圧側固定スクロール１１０ｃの上方に導かれ、密閉容器１０ｃの側面に設けられた吐出管６０より、密閉容器１０ｃの外へ流出する。
以上の圧縮過程において、密閉容器１０ｃ内の空間部の圧力は吐出圧力となる。

以下に、低圧側揺動スクロール９０ｃ及び高圧側揺動スクロール１００ｃに作用するスラスト荷重を、図１５に基づいて説明する。図１５（ａ）は、低圧側揺動スクロール９０ｃ、図１５（ｂ）は高圧側揺動スクロール１００ｃにおけるスラスト荷重の説明図である。

図１５（ａ）において、吸入圧力を基準とすれば、低圧側圧縮室１６０では、低圧側揺動スクロール９０ｃに対して圧縮ガスにより下方への圧力が作用し、この圧力によって下向きのスラスト荷重（以下圧縮ガス力と呼ぶ）Ｆ_g1が発生する。
一方、低圧側背圧室１８０では、低圧側圧縮室１６０における圧縮途中のガスが連通口９３ｃを介して流入することにより、低圧側揺動スクロール９０ｃに対して上方への圧力が作用し、上方に押し上げる浮上力Ｆ_a1が発生する。また、中央部背圧空間２８０には吐出圧力が作用するため、低圧側揺動スクロール９０ｃの背面には上方への圧力が作用し、この圧力によっても低圧側揺動スクロール９０ｃを上方に押し上げる浮上力Ｆ_b1が発生する。
これらの浮上力の合力（Ｆ_a1＋Ｆ_b1）が、圧縮ガス力Ｆ_g1より若干大きくなるように、連通口９３ｃの位置や低圧側内側シールリング１９０及び低圧側外側シールリング２００の位置を適正に設定してやれば、低圧側揺動スクロール９０ｃは上方に押し上げられ、対向する低圧側固定スクロール１１０ｃとの間で、渦巻歯１１１ｃの先端部と台板９２ｃと、そして、渦巻歯９１ｃの先端部と台板１１２ｃとが、それぞれ軽い荷重で接触することになる。

図１５（ｂ）において、中間圧力を基準とすれば、高圧側圧縮室１７０では、高圧側揺動スクロール１００ｃに対して圧縮ガスにより上方への圧力が作用し、この圧力によって上向きのスラスト荷重（以下圧縮ガス力と呼ぶ）Ｆ_g2が発生する。
一方、高圧側背圧室２１０では、高圧側圧縮室１７０における圧縮途中のガスが連通口１０３ｃを介して流入することにより、高圧側揺動スクロール１００ｃに対して下方への圧力が作用し、高圧側揺動スクロール１００ｃを下方に押し下げる浮上力Ｆ_a2が発生する。また、中央部背圧空間２８０には吐出圧力が作用するため、高圧側揺動スクロール１００ｃの背面には下方への圧力が作用し、この圧力によっても高圧側揺動スクロール１００ｃを下方に押し下げる浮上力Ｆ_b2が発生する。
これらの浮上力の合力（Ｆ_a2＋Ｆ_b2）が、圧縮ガス力Ｆ_g2より若干大きくなるように、連通口１０３ｃの位置や高圧側内側シールリング２２０及び高圧側外側シールリング２３０の位置を適正に設定してやれば、高圧側揺動スクロール１００ｃは下方に押し下げられ、対向する高圧側固定スクロール１２０ｃとの間で、渦巻歯１２１ｃの先端部と台板１０２ｃと、そして、渦巻歯１０１ｃの先端部と台板１２２ｃとが、それぞれ軽い荷重で接触することになる。

以上により、低圧側及び高圧側のいずれの圧縮室においても、揺動スクロールと対向する固定スクロールとの間で、渦巻歯の先端部と台板とが、隙間は無く、かつ軽い荷重で押し付けられるので、漏れ損失、摺動損失が大幅に低減でき、渦巻歯先端部において焼付や異常摩耗が生じる恐れも無くなる。このため、高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

また、この実施の形態３では、密閉容器１０内の空間部の圧力は吐出圧力であるため、低圧側圧縮室１６０及び高圧側圧縮室１７０にガスが吸入される際の吸入ガス過熱損失が小さくなるため、さらに高効率の二段圧縮型のスクロール圧縮機を得ることができる。

なお、この実施の形態３では、低圧側圧縮室１６０を上側、高圧側圧縮室１７０を下側に配置した構成としたが、低圧側圧縮室１６０を下側、高圧側圧縮室１７０を上側に配置しても同様の効果が得られる。
また、低圧側背圧室１８０及び高圧側背圧室２１０が共通の仕切板１３０により構成される例を示したが、低圧側背圧室１８０及び高圧側背圧室２１０それぞれに仕切板を設ける構成としても良く、そうすれば各スクロール等の配置の自由度が増す。例えば、２つの固定スクロールの渦巻歯の無いうら面を接合して一体とする構成が可能となり、固定スクロールを小さくできる。

この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の、高圧側揺動スクロールの構成を示す平面図及び断面図である。この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の、高圧側固定スクロールの構成を示す平面図及び断面図である。この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の、二段圧縮部を拡大した断面図である。この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の、高圧側内側シールリングの斜視図である。この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の、高圧側内側シールリング周辺を拡大した断面図である。この発明の実施の形態１による二段圧縮型スクロール圧縮機の、揺動スクロールに作用するスラスト荷重の説明図である。この発明の実施の形態２による二段圧縮型スクロール圧縮機の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態２による二段圧縮型スクロール圧縮機の、高圧側固定スクロールの構成を示す平面図および断面図である。この発明の実施の形態２による二段圧縮型スクロール圧縮機の、二段圧縮部を拡大した断面図である。この発明の実施の形態２による二段圧縮型スクロール圧縮機の、揺動スクロールに作用するスラスト荷重の説明図である。この発明の実施の形態３による二段圧縮型スクロール圧縮機の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態３による二段圧縮型スクロール圧縮機の、高圧側固定スクロールの構成を示す平面図及び断面図である。この発明の実施の形態３による二段圧縮型スクロール圧縮機の、二段圧縮部を拡大した断面図である。この発明の実施の形態３による二段圧縮型スクロール圧縮機の、揺動スクロールに作用するスラスト荷重の説明図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ密閉容器
８０主軸
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ第１の揺動スクロールである低圧側揺動スクロール
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ低圧側揺動スクロールの渦巻歯
９３ａ、９３ｂ、９３ｃ低圧側揺動スクロールの連通口
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ第２の揺動スクロールである高圧側揺動スクロール
１０１ａ高圧側揺動スクロールの渦巻歯
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ高圧側揺動スクロールの連通口
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ第１の固定スクロールである低圧側固定スクロール
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ低圧側固定スクロールの渦巻歯
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ第２の固定スクロールである高圧側固定スクロール
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ高圧側固定スクロールの渦巻歯
１３０仕切板
１６０第１の圧縮室である低圧側圧縮室
１７０第２の圧縮室である高圧側圧縮室
１８０第１の背圧室である低圧側背圧室
１９０第１の内側密閉手段である低圧側内側シールリング
２００第１の外側密閉手段である低圧側外側シールリング
２１０第２の背圧室である高圧側背圧室
２２０第２の内側密閉手段である高圧側内側シールリング
２３０第２の外側密閉手段である高圧側外側シールリング

Claims

主軸、
この主軸の軸線上に中心のある渦巻歯をおもて面に有する第１の固定スクロール、
おもて面に渦巻歯を有して、この渦巻歯を前記第１の固定スクロールの渦巻歯と噛合せて前記主軸を偏心軸として回転することで、外部より吸入したガスを圧縮して吐出する第１の圧縮室を構成して、この第１の圧縮室の内部からうら面に貫通する連通口を有して、前記第１の固定スクロールに対して揺動可能に、前記主軸に取り付けられた第１の揺動スクロール、
前記主軸の軸線上に中心のある渦巻歯をおもて面に有して、このおもて面を前記第１の固定スクロールに向けて、前記第１の固定スクロールに対して位置を固定された第２の固定スクロール、
おもて面に渦巻歯を有して、この渦巻歯を前記第２の固定スクロールの渦巻歯と噛合せて前記主軸を偏心軸として回転することで、前記第１の圧縮室から吐出されたガスを吸入してさらに圧縮して吐出する第２の圧縮室を構成して、この第２の圧縮室の内部からうら面に貫通する連通口を有して、前記第１の固定スクロールと同一中心軸に、前記第２の固定スクロールに対して揺動可能に設置された第２の揺動スクロール、
前記第１の揺動スクロールと前記第２の揺動スクロールとの中間に、前記第１の固定スクロールに対して位置を固定された仕切板、
前記第１の揺動スクロールと前記仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第１の揺動スクロールの連通口を環の内側に含む第１の外側密閉手段、
前記第１の揺動スクロールと前記仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第１の揺動スクロールの連通口を環の外側に含み、前記第１の外側密閉手段と共に前記第１の圧縮室から圧縮途中のガスが導入される第１の背圧室を構成する環状の第１の内側密閉手段、
前記第２の揺動スクロールと前記仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第２の揺動スクロールの連通口を環の内側に含む第２の外側密閉手段、
前記第２の揺動スクロールと前記仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第２の揺動スクロールの連通口を環の外側に含み、前記第２の外側密閉手段と共に前記第２の圧縮室から圧縮途中のガスが導入される第２の背圧室を構成する環状の第２の内側密閉手段、
及び前記主軸と、前記第１の固定スクロールと、前記第１の揺動スクロールと、前記第２の固定スクロールと、前記第２の揺動スクロールと、前記仕切板と、前記第１の外側密閉手段と、前記第１の内側密閉手段と、前記第２の外側密閉手段と、前記第２の内側密閉手段とを内蔵して外気に対して密閉する密閉容器を備えたことを特徴とする二段圧縮型スクロール圧縮機。
主軸、
前記主軸上に中心のある渦巻歯をおもて面に有する第１の固定スクロール、
おもて面に渦巻歯を有して、この渦巻歯を前記第１の固定スクロールの渦巻歯と噛合せて前記主軸を偏心軸として回転することで、外部より吸入したガスを圧縮して吐出する第１の圧縮室を構成して、この第１の圧縮室の内部からうら面に貫通する連通口を有して、前記第１の固定スクロールに対して揺動可能に、前記主軸に取り付けられた第１の揺動スクロール、
この第１の揺動スクロールのうら面に面して、前記第１の固定スクロールに対して位置を固定された第１の仕切板、
前記第１の揺動スクロールと前記第１の仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第１の揺動スクロールの連通口を環の内側に含む第１の外側密閉手段、
前記第１の揺動スクロールと前記第１の仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第１の揺動スクロールの連通口を環の外側に含み、前記第１の外側密閉手段と共に前記第１の圧縮室から圧縮途中のガスが導入される第１の背圧室を構成する環状の第１の内側密閉手段、
前記主軸の軸線上に中心のある渦巻歯をおもて面に有する第２の固定スクロール、
おもて面に渦巻歯を有して、この渦巻歯を前記第２の固定スクロールの渦巻歯と噛合せて前記主軸を偏心軸として回転することで、前記第１の圧縮室から吐出されたガスを吸入してさらに圧縮して吐出する第２の圧縮室を構成して、この第２の圧縮室の内部からうら面に貫通する連通口を有して、前記第２の固定スクロールに対して揺動可能に、前記主軸に取り付けられた第２の揺動スクロール、
この第２の揺動スクロールのうら面に面して、前記第２の固定スクロールに対して位置を固定された第２の仕切板、
前記第２の揺動スクロールと前記第２の仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第２の揺動スクロールの連通口を環の内側に含む第２の外側密閉手段、
前記第２の揺動スクロールと前記第２の仕切板との間の空間を密閉して仕切る環状体であって、前記第２の揺動スクロールの連通口を環の外側に含み、前記第２の外側密閉手段と共に前記第２の圧縮室から圧縮途中のガスが導入される第２の背圧室を構成する環状の第２の内側密閉手段、
及び前記主軸と、前記第１の固定スクロールと、前記第１の揺動スクロールと、前記第１の仕切板と、前記第１の外側密閉手段と、前記第１の内側密閉手段と、前記第２の固定スクロールと、前記第２の揺動スクロールと、前記第２の仕切板と、前記第２の外側密閉手段と、前記第２の内側密閉手段とを内蔵して外気に対して密閉する密閉容器を備えたことを特徴とする二段圧縮型スクロール圧縮機。
第１の固定スクロールと第２の固定スクロールとのうら面を接合して一体となしたことを特徴とする請求項２に記載の二段圧縮型スクロール圧縮機。
密閉容器外から第１の圧縮室へのガスの導入経路と、第２の圧縮室から密閉容器外へのガスの吐出経路とを、前記導入経路及び吐出経路以外の密閉容器内の内部空間から密閉して区分し、前記第１の圧縮室から吐出されるガスは前記内部空間に吐出され、第２の圧縮室に吸入されるガスは前記内部空間から吸入されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の二段圧縮型スクロール圧縮機。