JP2007023880A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンプライアントフレームを分割し、渦巻形状変更や冷媒の変更に伴うガス負荷の変動に対して、コンプライアントフレーム全体の形状変更ではなく、分割プレート部の形状変更のみで対応が可能となるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 密閉容器３内に、圧縮機構部６と、電動機部５とを収納し、固定スクロール８と揺動スクロール１１のそれぞれの歯底と歯先を押付けるように働く第１の中間圧室１５ｂと、揺動スクロール１１と、それを軸方向に支持し、駆動軸１４を径方向に支持するコンプライアントフレーム２０との間に生じる摩擦損失を軽減するよう働く第２の中間圧室１５ｃとを有するスクロール圧縮機において、コンプライアントフレーム２０を、揺動スクロール１１を支持する分割プレート部１６と、駆動軸１４を支持するフレーム部１２とに分割したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、冷凍空調装置に用いるスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機は、コンプライアンス機構を有しており、コンプライアントフレームにより隔てられた２つの中間圧室が、固定スクロールに可動スクロールを押付けるよう働くことで歯先の漏れを抑えるとともに、可動スクロールとコンプライアントフレームを引き離すよう働くことで、それらの間に生じる摩擦損失を減少させ、高効率運転を可能としている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３３７２７３号公報

中間圧室は、軸方向のガス負荷に反して可動スクロールを固定スクロールに押付けるよう作用するため、ガス負荷の変動により必要な押付け力も変動する。

一般的に，中間圧室は運転条件によるガス負荷の変動に対応するよう、圧縮途中の冷媒ガスを抽気するか、吐出空間から絞りを介して形成するが、これらの方法では渦巻の形状変更や、冷媒違い等による大きなガス負荷の変動には対応できず、必要な押付け力を確保するために抽気する冷媒ガスの圧力を上げるか、押付け面積を拡大するためにコンプライアントフレームの形状を変更しなければならない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コンプライアントフレーム又はフレームを分割し、抽気冷媒ガスの圧力上昇や押付け面積の拡大を目的としたコンプライアントフレーム又はフレームの形状変更は分割したプレートに集約することで、渦巻形状変更や冷媒の変更に伴うガス負荷の変動に対して、コンプライアントフレーム又はフレーム全体の形状変更ではなく、分割したプレートの形状変更のみで対応が可能となるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して圧縮室で圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納し、圧縮機構部に、固定スクロールと揺動スクロールのそれぞれの歯底と歯先を押付けるように働く第１の中間圧室と、揺動スクロールと、それを軸方向に支持し、駆動軸を径方向に支持するコンプライアントフレームとの間に生じる摩擦損失を軽減するよう働く第２の中間圧室とを設けたスクロール圧縮機において、コンプライアントフレームを、揺動スクロールを支持する分割プレート部と、駆動軸を支持するフレーム部とに分割したことを特徴とする。

この発明に係るスクロール圧縮機は、上記構成により、渦巻の形状変更や冷媒変更等による大きなガス負荷の変動に対する仕様変更の際、分割プレート部のみの形状変更での対応を可能とするものである。

実施の形態１．
図１乃至６は実施の形態１を示す図で、図１はスクロール圧縮機の縦断面図、図２はコンプライアントフレーム２０の断面図、図３は抽気孔１１ｃ端部の軌跡を示す図、図４乃至６は要部拡大図である。

図１に示す圧縮機は、底部に潤滑油２が貯留された密閉容器３と、密閉容器３内の高圧空間４に配置されたコイルエンド５ｃを有する固定子５ａ及び回転子５ｂを有する電動機部５と、電動機部５により駆動される圧縮機構部６とにより構成され、電動機部５の固定子５ａは密閉容器３の内壁３ａに焼嵌め等の方法により固定されている。

圧縮機構部６の固定スクロール８は、台板部８ｂの下面に板状渦巻歯８ｃが形成され、ボルト（図示せず）等によりガイドフレーム９に締結されている。この構成により、固定スクロール８とガイドフレーム９との締結面８ａにおいて密閉容器３内は高圧空間４と低圧空間１０とに区画されている。

揺動スクロール１１は、台板部１１ａの上面に固定スクロール８の板状渦巻歯８ｃと実質的に同一形状の板状渦巻歯１１ｂが形成されている。また、この揺動スクロール１１の台板部１１ａには、上面とコンプライアントフレーム２０側の面とを連通する小径の抽気孔１１ｃが形成されている。オルダムリング１３は、揺動スクロール１１の自転を拘束し、且つ、固定スクロール８に対する公転運動を実現している。

揺動スクロール１１が駆動軸１４により偏芯量を持ちながら回転することにより生じる遠心力を打ち消すよう働くバランス１７が、駆動軸１４に焼嵌め等の方法により、固定される。

コンプライアントフレーム２０は、フレーム部１２と分割プレート部１６とからなり（図２参照）、ガイドフレーム９の内周面９ａ、９ｂに嵌入係合され、軸方向の可動のみが許容されている。また、このコンプライアントフレーム２０のフレーム部１２には、電動機部５によって回転駆動される駆動軸１４を半径方向に支持する主軸受１２ａと、軸方向に支持するスラスト軸受１２ｂが形成されている。さらに、ガイドフレームの内周面９ａ、９ｂとフレーム部１２の外周面１２ｃとＯリング等のシール材１２ｄ、１２ｅによって、２つの空間、吸入圧空間１５ａ、第１の中間圧室１５ｂが形成されている。

次に、圧縮機の定常運転時の動作について説明する。定常運転時には密閉容器３の底部の潤滑油２が駆動軸１４に軸方向に貫通して設けられた高圧油給油穴１４ａを経由して揺動スクロール１１のボス部空間１１ｄに導かれる。そして、この高圧の潤滑油２は揺動軸受１１ｅで減圧されて中間圧となり、第２の中間圧室１５ｃに流れる。

もう一つの経路として、高圧油給油穴１４ａの高圧の潤滑油２は、駆動軸１４に設けられた横穴１４ｂから主軸受１２ａに導かれ、この主軸受１２ａで減圧されて中間圧となり、前記と同じ第２の中間圧室１５ｃに流れる。

この時、第２の中間圧室１５ｃの中間圧力Ｐｍ２は、コンプライアントフレーム２０のフレーム部１２に設けられた逆止弁１２ｆによってほぼ決定される所定の倍率αによって、Ｐｍ２＝Ｐｓ＋α（Ｐｓは低圧空間１０の圧力）で制御されている。

他方、揺動スクロール１１の台板部１１ａに設けられた抽気孔１１ｃは、分割プレート部１６に設けられた連通穴１６ａと、揺動スクロール１１の抽気孔１１ｃが円周上の軌跡を描き図３のように間欠的に連通する。このため、固定スクロール８と揺動スクロール１１とで形成される圧縮室６ａからの圧縮途上の冷媒ガスが、抽気孔１１ｃ及び分割プレート部１６の連通穴１６ａ、フレーム部１２の連通穴１２ｇを介して第１の中間圧室１５ｂに導かれる。したがって、第１の中間圧室１５ｂの中間圧力Ｐｍ１は、抽気孔１１ｃが実質的に連通する圧縮室６ａの位置と間欠的連通のタイミングとでほぼ決定される所定の倍率βによって、Ｐｍ１＝Ｐｓ×βで制御される。

コンプライアントフレーム２０には、圧縮作用により固定スクロール８と揺動スクロール１１とが軸方向に離れようとするスラストガス力と、第２の中間圧室１５ｃの中間圧力Ｐｍ２によりコンプライアントフレーム２０と揺動スクロール１１とが離れようとする力の合計が、図１の下向きの力として作用する。

一方、圧縮途中の冷媒ガスを導いて中間圧力となった第１の中間圧室１５ｂがコンプライアントフレーム２０に働く力と、フレーム部１２の下端面１２ｈに作用する高圧空間４の圧力による力の合計が、図１の上向きの力として作用する。定常運転時においては、上向きの力が下向きの力を上回るように設定されており、このためコンプライアントフレーム２０はガイドフレーム９に案内され固定スクロール８側（図１において上方）に浮き上がる。そのため、スラスト軸受１２ｂを介してコンプライアントフレーム２０に押し付けられている揺動スクロール１１も同じく上方に浮き上がり、その結果、揺動スクロール１１の歯先と歯底は、固定スクロール８のそれぞれ歯底と歯先に接触し摺動しながら冷媒ガスを圧縮することになるので、冷媒ガスの漏れが少ない高効率なスクロール圧縮機が得られる。

また液圧縮等異常なスラスト負荷が発生した場合は、コンプライアントフレーム２０が軸方向に移動できるので、揺動スクロール１１が下方に沈み、圧縮室６ａ内で内部漏れを発生させ圧縮負荷及びスラスト負荷を軽減することで信頼性を確保している。

中間圧力Ｐｍ１、Ｐｍ２はその特性上Ｐｓの変動と同期するため、運転条件の変動に対して最適な押付け力を得ることが出来る。

これに対し、固定スクロール８の板状渦巻歯８ｃや揺動スクロール１１の板状渦巻歯１１ｂの形状の変更や冷媒変更等による大きなガス負荷の変動に対しては、一般的に必要な押付け力を確保するために抽気冷媒ガスの圧力上昇や押付け面積を拡大するようコンプライアントフレーム２０の形状を変更しなければならないが、コンプライアントフレーム２０の形状変更を分割プレート部１６に集約し、フレーム部１２は同一形状とすることで、渦巻形状変更や冷媒変更といったガス負荷の変動に対して、分割プレート部１６のみの少ない形状変更での対応が可能となる。

上記ガス負荷の変動に対して分割プレート部１６の形状変更としては、抽気冷媒ガスの圧力を上昇させるため、分割プレート部１６の連通穴１６ａへの抽気タイミングを変更するか、上記押付け力を上昇させるため、分割プレート部１６の分割プレート部内周面１６ｂの径を広げ押付け面積を拡大する等が考えられる。

また、コンプライアントフレーム２０は一般的に揺動スクロール１１と接触しスラスト軸受の役目をするため、揺動スクロール１１に対し強度を上げる等材料の変更が考えられるが、その場合フレーム部１２の材料は変更することなく、分割プレート部１６のみの材料を変更するだけでよい。

図１に示されるスクロール圧縮機は、組立時、バランス１７を焼嵌めなどの手段により係止している駆動軸１４を、図４の駆動軸１４挿入方向３０にコンプライアントフレーム２０に挿入するため、バランス１７の外周面１７ａの径は、分割プレート部１６の分割プレート部内周面１６ｂの径及びフレーム部１２のフレーム部内周面１２ｊの径により制限される。

図５に示すように、フレーム部内周面１２ｊの径を広げ、分割プレート部１６を後付けすることで、バランス１７の外径を分割プレート部内周面１６ｂの内径より大きくすることができ、アンバランスを改善でき振動を軽減することができる。

この場合、バランス１７の外周側を広げるので、フレーム部内周面１２ｊを形状の制約等によりあまり広げられない場合でも、効果は大きい。

また、図６のよう分割プレート部１６の分割プレート部内周面１６ｂの内径をフレーム部内周面１２ｊの内径より広げることで、揺動スクロール１１に作用する押付け面積を広げることができる。

分割プレート部１６をフレーム部１２に固定する際は、ネジ締結にしても良いが、分割プレート部１６は常に揺動スクロール１１と接触しているため回転を支持するだけでも良くキー溝やリーマピンを用いても良い。

実施の形態２．
図７、８は実施の形態２を示す図で、図７はスクロール圧縮機の縦断面図、図８はフレーム９０の断面図である。
図７に示すスクロール圧縮機は、実施の形態１のようなコンプライアントフレーム２０を持たない。実施の形態１のガイドフレーム９とコンプライアントフレーム２０とが一体になったフレーム９０で構成される。従って、フレーム９０の内周面と、揺動スクロール１１の台板部１１ａの反渦巻歯側の面との間に中間圧室１５ｄが形成されるのみである。この中間圧室１５ｄは、密閉容器３内の高圧空間４と各軸受等の摺動部を介して連通しているので、高圧が摺動部で減圧して中間圧の空間になっている。また、中間圧室１５ｄは、圧縮室６ａと絞り孔１１ｇで連通しており、絞り孔１１ｇで中間圧を減圧して圧縮室６ａに逃がす。中間圧室１５ｄ内の潤滑油２は絞り孔１１ｇから圧縮室６ａに流出する。

上記実施の形態１と同様、図７、８に示すように、フレーム９０を、駆動軸１４を径方向に支持するフレーム部９０ａと、揺動スクロール１１を軸方向に支持する分割プレート部９０ｂとに分割することにより、フレーム９０の揺動スクロール１１の固定スクロール８への押付け力の変更に伴うフレーム９０の形状変更は、分割プレート部９０ｂに集約でき、フレーム部９０ａの形状変更は必要ない。

分割プレート部１６をフレーム部１２に固定する方法は、実施の形態１と同様である。

尚、本発明の実施の形態１、２のスクロール圧縮機が組み込まれる冷凍サイクルの冷媒は、例えば、ＨＦＣ冷媒、自然冷媒等である。

また、潤滑油２は、鉱油、エーテル油、エステル油、ハードアルキルベンゼン油、合成油等である。

実施の形態１を示す図で、スクロール圧縮機の縦断面図である。 実施の形態１を示す図で、コンプライアントフレーム２０の断面図である。 実施の形態１を示す図で、抽気孔１１ｃ端部の軌跡を示す図である。 実施の形態１を示す図で、要部拡大図である。 実施の形態１を示す図で、要部拡大図である。 実施の形態１を示す図で、要部拡大図である。 実施の形態２を示す図で、スクロール圧縮機の縦断面図である。 実施の形態２を示す図で、フレーム９０の断面図である。

符号の説明

２ 潤滑油、３ 密閉容器、３ａ 内壁、４ 高圧空間、５ 電動機部、５ａ 固定子、５ｂ 回転子、５ｃ コイルエンド、６ 圧縮機構部、６ａ 圧縮室、８ 固定スクロール、８ａ 締結面、８ｂ 台板部、８ｃ 板状渦巻歯、９ ガイドフレーム、９ａ，９ｂ 内周面、１０ 低圧空間、１１ 揺動スクロール、１１ａ 台板部、１１ｂ 板状渦巻歯、１１ｃ 抽気孔、１１ｄ ボス部空間、１１ｅ 揺動軸受、１２ フレーム部、１２ａ 主軸受、１２ｂ スラスト軸受、１２ｃ 外周面、１２ｄ，１２ｅ シール材、１２ｆ 逆止弁、１２ｇ 連通穴、１２ｈ 下端面、１２ｊ フレーム部内周面、１３ オルダムリング、１４ 駆動軸、１４ａ 高圧油給油穴、１４ｂ 横穴、１５ａ 吸入圧空間、１５ｂ 第１の中間圧室、１５ｃ 第２の中間圧室、１５ｄ 中間圧室、１６ 分割プレート部、１６ａ 連通穴、１６ｂ 分割プレート部内周面、１７ バランス、３０ 駆動軸１４挿入方向、９０ フレーム、９０ａ フレーム部、９０ｂ 分割プレート部。

Claims (4)

1. 密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して前記圧縮室で圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納し、
   前記圧縮機構部に、前記固定スクロールと前記揺動スクロールのそれぞれの歯底と歯先を押付けるように働く第１の中間圧室と、前記揺動スクロールと、それを軸方向に支持し、前記駆動軸を径方向に支持するコンプライアントフレームとの間に生じる摩擦損失を軽減するよう働く第２の中間圧室とを設けたスクロール圧縮機において、
   前記コンプライアントフレームを、前記揺動スクロールを支持する分割プレート部と、前記駆動軸を支持するフレーム部とに分割したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して前記圧縮室で圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納し、
   前記圧縮機構部に前記固定スクロールと前記揺動スクロールのそれぞれの歯底と歯先を押付けるように働く中間圧室を設けたスクロール圧縮機において、
   前記駆動軸を径方向に支持するフレーム部と、前記揺動スクロールを軸方向に支持する分割プレート部とからなるフレームを備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 前記駆動軸に嵌合されるバランスを設け、前記コンプライアントフレーム又は前記フレームに、前記バランスが付いた状態で前記駆動軸を挿入し、前記分割プレート部を後付けし、前記バランスの外径を前記分割プレート部の内径より大きくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記分割プレート部の分割プレート部内周面の内径を前記フレーム部内周面の内径より広げたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクロール圧縮機。

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