JP2007239747A

JP2007239747A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2007239747A
Application number: JP2007057553A
Authority: JP
Inventors: Chan-Hwa Jeong; チャン−ハジョン; Hong-Gyun Jin; ホン−ギュンジン; Hae-Jin Oh; ヘ−ジンオー
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2007-09-20
Also published as: US20070212246A1; US7722341B2; KR100677528B1; CN101033746B; CN101033746A

Abstract

【課題】スクロールのラップ又はプレート部の高さが異なるように形成されることによって、固定スクロールと旋回スクロールの加工精度が低いか、長時間使用しても、各ラップの先端面とこれに対応するプレート部間の軸方向隙間を未然に防止又は遅延させることができ、圧縮機の性能を向上させるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機は、ケーシングの内部に固定結合されるフレームと、フレームに固定結合され、そのプレート部の底面に固定ラップが備えられる固定スクロールと、固定スクロールの固定ラップに噛み合って旋回運動して該固定スクロールの固定ラップと共に密閉体積が徐々に小さくなる圧縮室を形成するように、そのプレート部の上面に旋回ラップが備えられる旋回スクロールとを含み、固定スクロールと旋回スクロールの少なくとも一方のスクロールのプレート部の高さ又はラップの高さが位置によって異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は圧縮機に関し、特にスクロール圧縮機に関する。

一般的に、スクロール圧縮機は、空調機分野において広く適用される高効率低騒音の圧縮機である。スクロール圧縮機は、２つのスクロールが相対旋回運動することによって２つのスクロール間に対称となる１対の圧縮室が形成され、その圧縮室が中心に向かって連続的に移動することによって体積が減少して冷媒を連続的に圧縮する。

スクロール圧縮機は、スクロールの半径方向に沿って高圧側圧縮室と低圧側圧縮室が共に形成されており、高圧側圧縮室の冷媒が低圧側圧縮室に漏洩する恐れがある。これに鑑みて、ケーシングの内部空間に吸入圧が形成される低圧式スクロール圧縮機においては、両スクロールのラップ上端にチップシールを備えて、冷媒が高圧側圧縮室から低圧側圧縮室に漏洩することを防止している。それに対して、ケーシングの内部空間に吐出圧が形成される高圧式スクロール圧縮機においては、高圧のオイルを利用して旋回するスクロールを固定したスクロールに密着させることにより、冷媒が高圧側圧縮室から低圧側圧縮室に漏洩することを防止している。

図９は従来の高圧式スクロール圧縮機の一例を示す断面図であり、図１０は従来の旋回スクロールの各部位の高さを説明するために示す断面図である。

これらに示すように、従来の高圧式スクロール圧縮機は、密閉された内部空間が高圧状態を維持するケーシング１０と、ケーシング１０内部の上下両側にそれぞれ固定されるメインフレーム２０及びサブフレーム３０と、メインフレーム２０とサブフレーム３０との間に装着されて回転力を発生する駆動モータ４０と、メインフレーム２０の上面に固定設置され、ガス吸入管ＳＰが直接連通するように結合される固定スクロール５０と、固定スクロール５０の固定ラップ５２に噛み合って旋回運動することによって複数の圧縮室Ｐを対で形成するように螺旋状の旋回ラップ６２が形成される旋回スクロール６０と、旋回スクロール６０とメインフレーム２０との間に設置されて旋回スクロール６０を旋回させるオルダムリング７０とを含む。

このような従来の高圧式スクロール圧縮機は、駆動モータ４０の巻線コイル８０に電源が供給されると、駆動軸４３が回転子４２と共に回転し、オルダムリング７０により旋回スクロール６０がメインフレーム２０の上面で偏心距離だけ旋回運動すると共に、旋回ラップ６２と固定ラップ５２との間に１対の圧縮室Ｐが連続的に形成され、圧縮室Ｐが旋回スクロール６０の旋回運動により中心に向かって連続的に移動することによって体積が減少して、吸入される冷媒を圧縮した後に吐出する。

ここで、旋回スクロール６０は、そのプレート部６１の底面がメインフレーム２０の上面に載せられて下側スラストベアリング面ＴＳを形成すると共に、そのプレート部６１の上面の外周縁は固定スクロール５０のプレート部５１の底面に接触して上側スラストベアリング面ＴＳを形成して、軸方向に支持される。また、固定スクロール５０のプレート部５１の底面と旋回スクロール６０の旋回ラップ６１の先端面とが密着すると共に、固定スクロール５０の固定ラップ５２の先端面と旋回スクロール６０のプレート部６１の上面とが密着しており、高圧側圧縮室の冷媒が低圧側圧縮室に漏洩することを防止する。

図中の符号２１は軸孔、２２はボス部収容部、２３は背圧空間部、４１は固定子、４２は回転子、５３は吸入口、５４は吐出口、６３はボス部である。

しかし、このような従来の高圧式スクロール圧縮機においては、図１０に示すように、旋回スクロール６０のプレート部６１の各部位Ａ、Ｂ、Ｃでの高さＨが同一に形成されることによって、固定スクロール５０と旋回スクロール６０の加工精度が低いか、又は長期間の使用によりラップの先端面が摩耗した場合は、固定スクロール５０及び旋回スクロール６０のラップの先端面とこれに対応するプレート部との間に隙間が発生して冷媒が高圧側圧縮室から低圧側圧縮室に漏洩し、これにより圧縮機の性能が大きく低下するという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、固定スクロールと旋回スクロールの加工精度が多少低いか、又は一部のラップの先端面が摩耗した場合も、固定スクロール及び旋回スクロールのラップの先端面とこれに対応するプレート部との間に冷媒が漏洩することを未然に防止するか、又は遅延させることのできるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、ケーシングの内部に固定結合されるフレームと、フレームに固定結合され、そのプレート部の底面に固定ラップが備えられる固定スクロールと、固定スクロールの固定ラップに噛み合って旋回運動して該固定スクロールの固定ラップと共に密閉体積が徐々に小さくなる圧縮室を形成するように、そのプレート部の上面に旋回ラップが備えられる旋回スクロールとを含み、固定スクロールと旋回スクロールの少なくとも一方のスクロールのプレート部の高さ又はラップの高さが位置によって異なることを特徴とするスクロール圧縮機を提供する。

本発明によるスクロール圧縮機は、スクロールのラップ又はプレート部の高さが異なるように形成されることによって、固定スクロールと旋回スクロールの加工精度が低いか、長時間使用しても、各ラップの先端面とこれに対応するプレート部間の軸方向隙間を未然に防止又は遅延させることができ、圧縮機の性能を向上させる。

また、圧縮機の運転中に旋回スクロールの部位別圧力が異なるため、その旋回スクロールのプレート部の外郭が撓んだ場合も、旋回スクロールのスラストベアリング面が過度に密着することを防止して摩擦面積の増加による摩擦損失の増加を防止でき、ラップの先端面がプレート部から離隔することによって冷媒の漏洩が増加することを未然に防止できる。

以下、本発明によるスクロール圧縮機の第１実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態による高圧式スクロール圧縮機を示す部分断面図であり、図２及び図３は、本発明の第１実施形態による旋回スクロールの各部位の高さを説明するために示す断面図及び模式図である。

これらに示すように、本発明の第１実施形態による高圧式スクロール圧縮機は、密閉された内部空間が吐出圧により高圧状態を維持するケーシング１１０と、ケーシング１１０の内部空間の上下両側にそれぞれ固定されるメインフレーム１２０及びサブフレーム（図９参照）と、メインフレーム１２０の上面に固定設置され、ガス吸入管ＳＰが直接連通するように結合される固定スクロール１５０と、固定スクロール１５０の固定ラップ１５２に噛み合って旋回運動することによって複数の圧縮室Ｐを対で形成するように螺旋状の旋回ラップ１６２が形成される旋回スクロール１６０と、旋回スクロール１６０とメインフレーム１２０との間に設置され、旋回スクロール１６０の自転を防止して旋回させるオルダムリング１７０とを含む。

メインフレーム１２０の中央には、駆動軸１４３を半径方向に支持する軸孔１２１が形成され、軸孔１２１の上半部には、旋回スクロール１６０のボス部１６３が旋回運動できるように拡張されたボス部収容部１２２が形成され、メインフレーム１２０の上面縁部には、旋回スクロール１６０の底面と共に所定の内部体積を有し、その内部体積に中間圧の冷媒ガスが充填されるように、環状の背圧空間部１２３が所定の深さで凹んで形成される。

固定スクロール１５０のプレート部１５１の底面には、１対の圧縮室Ｐを形成するように同一の高さと広さを有する固定ラップ１５２がインボリュート形状に形成され、固定スクロール１５０のプレート部１５１の一側には、ガス吸入管ＳＰが挿入結合されるように吸入口１５３が形成され、固定スクロール１５０のプレート部１５１の中央には、最終圧縮室からケーシング１１０の内部空間に連通しており、圧縮された冷媒をケーシング１１０の内部空間に吐出する吐出口１５４が形成される。また、固定スクロール１５０のプレート部１５１の底面は、その外郭面が旋回スクロール１６０のプレート部１６１の上面とスラストベアリング面ＴＳを形成するように、固定ラップ１５２の先端面と同一平面上に形成される。

旋回スクロール１６０のプレート部１６１の上面には、固定スクロール１５０の固定ラップ１５２と共に圧縮室Ｐを形成する旋回ラップ１６２がインボリュート形状に形成される。旋回ラップ１６２は同一の高さと広さを有する。また、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の底面中央には、駆動軸１４３に結合されて駆動モータ１４０の動力が伝達されるボス部１６３が形成される。

また、旋回スクロール１６０は、図２に示すように、そのプレート部１６１上面の高さが部位によって異なるように形成することができる。例えば、図２及び図３に示すように、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の上面は、旋回スクロール１６０の圧縮室Ｐのうち、密閉体積が大きい中間圧縮室Ａの底面の高さＨ_Aが最も高く、密閉体積が小さい中央の最終圧縮室Ｂ側へ行くほどその底面の高さＨ_Bが低くなるように形成される。ここで、中間圧縮室Ａの底面の高さＨ_Aと最終圧縮室Ｂの底面の高さＨ_Bとの差は、運転中のラップの温度差による熱膨張を考慮して、ラップの高さの約５／１００００〜１０／１００００倍になるように形成できる。

一方、旋回スクロール１６０のプレート部１６１のうち、最外郭圧縮室Ｃの底面の高さＨ_Cは、中間圧縮室Ａの底面の高さＨ_Aと最終圧縮室Ｂの底面の高さＨ_Bとの中間に位置するように中間高さにすることにより、スラストベアリング面ＴＳ間や固定ラップ１５２と旋回ラップ１６２間に冷媒が過度に漏洩することを防止できる。このために、中間圧縮室Ａの底面の高さＨ_Aと最外郭圧縮室Ｃの底面の高さＨ_Cとの差は、初期運転時にラップの先端面がある程度摩耗した後、最外郭圧縮室Ｃの底面がスラストベアリング面ＴＳを形成できるように、約０．００３〜０．０３ｍｍ、より好ましくは、０．０１〜０．０２ｍｍにする。

図中、従来と同一の部分には同一の符号を付した。

図中の符号１４１は固定子、１４２は回転子である。

以下、このような本発明による高圧式スクロール圧縮機の作用効果について説明する。

駆動モータ１４０の巻線コイル８０に供給された電源により駆動軸１４３が回転し、これにより、旋回スクロール１６０が偏心距離だけ旋回すると共に固定スクロール１５０との間で連続的に移動して、中央へ行くほど体積が徐々に小さくなる複数の圧縮室Ｐを対で形成し、冷媒を持続的に吸入圧縮した後に冷凍サイクルに吐出する。

ここで、圧縮機が所望の冷却能力を発揮するためには、固定スクロール１５０と旋回スクロール１６０の加工精度を向上させることにより、固定スクロール１５０の固定ラップ１５２及び旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２の先端面とこれに対応するプレート部１６１、１５１とを緊密に密着させて、圧縮される冷媒の漏洩を効率的に防止しなければならないが、この場合、加工コストが高価であるため量産時に生産コストが大きく増加するだけでなく、精密に稼動しても、圧縮機を長時間使用すると固定スクロール１５０の固定ラップ１５２及び旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２が摩耗して隙間が発生して、高圧側圧縮室から低圧側圧縮室に冷媒が漏洩することを防止しにくい。

これを解決した本発明においては、圧縮機の初期起動時、吸入側となる旋回スクロール１６０のプレート部１６１の中間圧縮室Ａの底面が最初に固定スクロール１５０の固定ラップ１５２に密着して冷媒が圧縮室外に漏洩することを防止した後、圧縮室での冷媒圧縮が正常に行われるようにすることにより、固定スクロール１５０と旋回スクロール１６０の加工精度が多少低いか、又は長時間使用しても、圧縮室間の軸方向漏洩を効率的に防止できる。

これを詳細に説明すると、まず、図４に示すように、圧縮機の初期起動時には、旋回スクロール１６０のプレート部１６１のうち、底面の高さが最も高い中間圧縮室Ａの底面のみ固定スクロール１５０の最外郭固定ラップ１５２ａの先端面に密着し、中間圧縮室Ａをシールする。

次に、図５に示すように、圧縮機の正常運転時には、固定スクロール１５０の最外郭固定ラップ１５２ａが旋回スクロール１６０のプレート部１６１の中間圧縮室Ａの底面に密着した状態で運転を継続して、最外郭固定ラップ１５２ａの先端面が一定程度摩耗する。これと同時に、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の中央側底面は駆動軸を介して吸い上げられるオイルなどにより吐出圧を受け、メインフレーム１２０の背圧空間部１２３に属する旋回スクロール１６０のプレート部１６１の外郭側底面は中間圧を受ける。それに対して、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の中央側上面は最終圧縮室Ｂから吐出圧を受け、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の外郭側上面は吸入口１５３から吸入される冷媒により吸入圧を受ける。これにより、旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２よりも外側に位置するプレート部１６１の上面が、固定スクロール１５０の最外郭圧縮室Ｃよりも外側に位置するプレート部１５１の底面に接触してスラストベアリングＴＳを形成し、最外郭固定ラップ１５２ａがそれ以上摩耗することを防止する。

次に、図６に示すように、次第に圧縮が行われて最終圧縮室Ｂの圧力と温度がさらに上昇し、最終固定ラップ１５２ｂが熱膨張して旋回スクロール１６０の最終プレート部の底面に密着することにより、最終圧縮室Ｂからそれより低圧の外郭側圧縮室に冷媒が漏洩することを防止し、冷媒を正常に圧縮する。

以下、本発明によるスクロール圧縮機の第２実施形態及び第３実施形態について詳細に説明する。

前述した第１実施形態は、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の高さが位置によって異なるように形成されるものであるが、図７に示す第２実施形態は、旋回スクロール１６０のプレート部１６１と固定スクロール１５０のプレート部１５１の両方ともその高さが位置によって異なるように形成されるものであり、図８に示す第３実施形態は、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の高さと固定スクロール１５０の固定ラップ１５２の高さが位置によって異なるように形成されるものである。もちろん、図には示していないが、旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２の高さが位置によって異なるように形成することもできる。

例えば、図７に示す第２実施形態においては、固定スクロール１５０の固定ラップ１５２の高さが、全てスラストベアリング面ＴＳとなる、固定スクロール１５０のプレート部１５１の圧縮室外郭側部分と同一の高さを有するように形成し、固定スクロール１５０の各圧縮室Ａ、Ｂ、Ｃでのプレート部１５１の高さが異なるように形成することができる。この場合、固定スクロール１５０のプレート部１５１の高さは、最外郭圧縮室Ｃでの高さが最も高く、中間圧縮室Ａ及び最終圧縮室Ｂでの高さは同一に形成することができる。最外郭圧縮室Ｃと中間圧縮室Ａ及び最終圧縮室Ｂとのプレート部１５１の高さ差ｔ２は、少なくともスラストベアリング面ＴＳとなる、固定スクロール１５０のプレート部１５１の圧縮室外郭側部分とこれに対応する旋回スクロール１６０のプレート部１６１間の間隔ｔ１と等しいか、間隔ｔ１より大きく形成することができる。プレート部間の高さ差は第１実施形態と同一にすることができる。

また、図８に示す第３実施形態においては、固定スクロール１５０のプレート部１５１の高さを同一に形成し、固定スクロール１５０の固定ラップ１５２の高さが各圧縮室別に異なるように形成する反面、旋回スクロール１６０のプレート部１６１の高さが各圧縮室別に異なるように形成し、旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２の高さを同一に形成することができる。この場合、固定スクロール１５０の固定ラップ１５２の高さは、中間圧縮室Ａでの高さが最も高く、その内側の最終圧縮室Ｂでの高さは同一に形成することができる。固定スクロール１５０の圧縮室側プレート部１５１と旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２の端部間の間隔ｔ２は、少なくともスラストベアリング面ＴＳとなる、固定スクロール１５０のプレート部１５１の圧縮室外郭側部分とこれに対応する旋回スクロール１６０のプレート部１６１間の間隔ｔ１と等しいか、間隔ｔ１より大きく形成することができる。もちろん、図には示していないが、旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２の高さが異なるように形成することもでき、固定スクロール１５０の固定ラップ１５２と旋回スクロール１６０の旋回ラップ１６２の高さがそれぞれ異なるように形成することもできる。ラップ間の高さ差は第１実施形態と同一にすることができる。

また、図７及び図８においてｔ１とｔ２はそれぞれ接触する順序を示すもので、ｔ１は１番目に接触する間隔を意味し、ｔ２は２番目に接触する間隔を意味する。これに関するより具体的な説明は第１実施形態の図４〜図６の作動順序に準ずる。

第２実施形態と第３実施形態の作用効果は前述した第１実施形態と同様であるので、具体的な説明は省略する。

本発明の第１実施形態による高圧式スクロール圧縮機を示す部分断面図である。本発明の第１実施形態による旋回スクロールの各部位の高さを説明するために示す断面図である。本発明の第１実施形態による旋回スクロールの各部位の高さを説明するために示す模式図である。本発明の第１実施形態による旋回スクロールの各部位の密着段階を示す概略図である。本発明の第１実施形態による旋回スクロールの各部位の密着段階を示す概略図である。本発明の第１実施形態による旋回スクロールの各部位の密着段階を示す概略図である。本発明の第２実施形態によるスクロール圧縮機を説明するために示す断面図である。本発明の第３実施形態によるスクロール圧縮機を説明するために示す断面図である。従来の高圧式スクロール圧縮機の一例を示す断面図である。従来の旋回スクロールの各部位の高さを説明するために示す断面図である。

符号の説明

１５０固定スクロール
１５１固定スクロールプレート部
１５２固定ラップ
１５３吸入口
１５４吐出口
１６０旋回スクロール
１６１旋回スクロールプレート部
１６２旋回ラップ
Ａ中間圧縮室
Ｂ最終圧縮室
Ｃ最外郭圧縮室
Ｈ_A 中間圧縮室のプレート部の高さ
Ｈ_B 最終圧縮室のプレート部の高さ
Ｈ_C 最外郭圧縮室のプレート部の高さ

Claims

ケーシングの内部に固定結合されるフレームと、
前記フレームに固定結合され、そのプレート部の底面に固定ラップが備えられる固定スクロールと、
前記固定スクロールの固定ラップに噛み合って旋回運動して該固定スクロールの固定ラップと共に密閉体積が徐々に小さくなる圧縮室を形成するように、そのプレート部の上面に旋回ラップが備えられる旋回スクロールとを含み、
前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方のスクロールのプレート部の高さが位置によって異なることを特徴とするスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するプレート部の高さが前記圧縮室外郭のプレート部の高さよりも相対的に高く形成される部位を有する請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するプレート部の高さが前記圧縮室外郭のプレート部の高さよりも相対的に低く形成される部位を有する請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室外郭に該当するプレート部の高さが、前記圧縮室の密閉体積が大きい部位のプレート部の高さよりは低く、前記圧縮室の密閉体積が小さい部位のプレート部の高さよりは高く形成される請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するプレート部のうち、前記圧縮室の密閉体積が大きい部位のプレート部の高さが、前記圧縮室の密閉体積が小さい部位のプレート部の高さよりも相対的に高く形成される請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するプレート部の高さと前記圧縮室外郭のプレート部の高さとの差が、０．００３〜０．０３ｍｍである請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するプレート部間の高さ差が、前記ラップの最大高さの５／１００００〜１０／１００００倍である請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記ケーシングの内部空間に吐出圧の冷媒が充填される請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記旋回スクロールのプレート部のうち、前記フレームに支持される底面の一部には吐出圧が作用し、他の一部にはその吐出圧よりも低い圧力が作用する請求項８に記載のスクロール圧縮機。
前記旋回スクロールのプレート部のうち、前記フレームに支持される底面の一部には吐出圧が作用し、他の一部には吸入圧が作用する請求項８に記載のスクロール圧縮機。
ケーシングの内部に固定結合されるフレームと、
前記フレームに固定結合され、そのプレート部の底面に固定ラップが備えられる固定スクロールと、
前記固定スクロールの固定ラップに噛み合って旋回運動して該固定スクロールの固定ラップと共に密閉体積が徐々に小さくなる圧縮室を形成するように、そのプレート部の上面に旋回ラップが備えられる旋回スクロールとを含み、
前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方のスクロールのラップの高さが位置によって異なることを特徴とするスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するラップの高さが前記圧縮室外郭のプレート部の高さよりも相対的に高く形成される部位を有する請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するラップの高さが前記圧縮室外郭のプレート部の高さよりも相対的に低く形成される部位を有する請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室外郭に該当するプレート部の高さが、前記圧縮室の密閉体積が大きい部位のラップの高さよりは低く、前記圧縮室の密閉体積が小さい部位のラップの高さよりは高く形成される請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室の密閉体積が大きい部位のラップの高さが、前記圧縮室の密閉体積が小さい部位のラップの高さよりも相対的に高く形成される請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
前記ラップの最大高さと前記圧縮室外郭のプレート部の高さとの差が、０．００３〜０．０３ｍｍである請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
前記圧縮室を形成するラップ間の高さ差が、５／１００００〜１０／１００００倍である請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
前記ケーシングの内部空間に吐出圧の冷媒が充填される請求項１１に記載のスクロール圧縮機。
前記旋回スクロールのプレート部のうち、前記フレームに支持される底面の一部には吐出圧が作用し、他の一部にはその吐出圧よりも低い圧力が作用する請求項１８に記載のスクロール圧縮機。
前記旋回スクロールのプレート部のうち、前記フレームに支持される底面の一部には吐出圧が作用し、他の一部には吸入圧が作用する請求項１８に記載のスクロール圧縮機。