JP2008002284A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱移動損失の少ない膨張機構部を有する圧縮機を提供すること。
【解決手段】膨張機構部１と圧縮機構部４１と電動機部２を収納する密閉容器４２からなる圧縮機であって、膨張機構部１が、鏡板から渦巻状のラップが立ち上がる固定スクロール１２及び旋回スクロール１３を噛み合わせて双方間に膨張室１５を形成し、旋回スクロール１３を自転規制機構１４による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室１５が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、固定スクロール１２の鏡板で、密閉容器４２の外郭の一部を構成したことを特徴とする圧縮機。
【選択図】図１

Description

本発明は、膨張機構部と圧縮機構部とを有する圧縮機に関する。

現在、冷凍装置の冷媒として二酸化炭素を用いることが検討されているが、エネルギー効率の面から、膨張装置として膨張機を用いることが検討されている。

膨張機構部と圧縮機構部とは、構造的には共通するため、従来圧縮機構部として用いられてきた構造を膨張機構部として利用することができる。

ところで、圧縮機構部は、冷媒を圧縮するので、圧縮機構部を構成する部材の温度は冷媒の圧縮動作と共に上昇していく、一方、膨張機構部は、冷媒を膨張させるので、膨張機構部を構成する部材の温度が冷媒の膨張動作と共に低下していく。したがって、圧縮機構部と膨張機構部とを単純に一体化すると、圧縮機構部の熱が膨張機構部に移動してしまうので、膨張機構部にて冷媒が加熱されてしまい、冷凍サイクルの効率が低下してしまうという問題が発生する。

そこで、上記問題を解決するために、膨張機構部と圧縮機構部との間に、熱移動を抑制する断熱手段を設けたものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００１−１６５０４０号公報

しかしながら、膨張機構部と圧縮機構部との間に、熱移動を抑制する断熱手段を設けた場合には、圧縮機構部或いは膨張機構部を潤滑する潤滑油の移動も同時に妨げてしまい、メカの信頼性を低下させるといった問題を有していた。
本発明は、膨張機構部と圧縮機構部とを備えた圧縮機において、膨張機構部と圧縮機構部との間の熱移動を抑制しながら、同時に潤滑経路を確保して、高性能と高い信頼性を両立した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、本発明の圧縮機は、膨張機構部と圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器を有する圧縮機であって、前記膨張機構部が、鏡板から渦巻状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、前記旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、前記固定スクロールの鏡板で、前記密閉容器の外郭の一部を構成したものである。これによって、膨張機構部に伝わる熱を小さくしながら、圧縮機構部或いは膨張機構部を潤滑する潤滑油を確保することができるので、高性能と高い信頼性を両立した圧縮機を提供することができる。

本発明によれば、熱損失が少なく、高い信頼性を確保することができる圧縮機を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態による圧縮機は、膨張機構部と圧縮機構部と電動機部を収納
する密閉容器からなる圧縮機であって、膨張機構部が、鏡板から渦巻状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、固定スクロールの鏡板で、密閉容器の外郭の一部を構成したものである。本実施の形態によれば、圧縮機構部から膨張機構部への伝熱を小さくすることができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、密閉容器内において、膨張機構部を下部に、圧縮機構部を上部に配置したものである。本実施の形態によれば、圧縮機構部及び膨張機構部を潤滑する潤滑油が密閉容器内下部に滞留するが、滞留している潤滑油の温度境界層によって、圧縮機構部から膨張機構部への伝熱をより小さくすることができる。

本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による圧縮機において、膨張機構部と圧縮機構部とを潤滑する給油経路の入口よりも下部に、窪み部が形成されているものである。本実施の形態によれば、滞留している潤滑油の温度境界層をより成長させることができるので、圧縮機構部から膨張機構部への伝熱を更に小さくすることができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１〜３の実施の形態による圧縮機において、固定スクロールの鏡板のラップと反対側の面にスリット形状を施したものである。本実施の形態によれば、前記固定スクロールの鏡板は密閉容器の外郭を通して外気にも接する面積を増やすことができるので、膨張機構部へと流入する冷媒の過熱を防いで、膨張機構部の効率を高めることができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１〜４の実施の形態による圧縮機において、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたものである。二酸化炭素は、膨張機による動力回収効果が他の作動流体と比べて大きいのと、冷媒が圧縮されたときに到達する温度が高いために、熱移動によるサイクル効率の低下が顕著になると考えられるが、本実施の形態によれば、高い信頼性と高効率を実現することができる。

（実施の形態１）
以下本発明の一実施例による圧縮機について説明する。図１は、本発明の一実施例の圧縮機における側断面図である。図１に示すように、本実施例による膨張機構部１は、圧縮機構部４１とともに、密閉容器４２内に配置されている。なお、この種の圧縮機は、放熱器や蒸発器とともに冷凍サイクル装置を構成する。この冷凍サイクル装置としては二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では超臨界域となるように運転することが好ましい。

圧縮機構部４１は密閉容器４２内に焼き嵌めなどして固定されており、電動機部３によって駆動され、圧縮された冷媒は密閉容器４２内に吐出された後、密閉容器４２外へと流出していく。

上記構成において、圧縮機構部４１を駆動するクランク軸４は、電動機部３を介して膨張機構部１へとつながっている。クランク軸４の主軸部４ａを軸支する主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の膨張機構部を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けている。

上記構成において、クランク軸４の下端にある偏心軸部４ｂにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロー
ル１２と旋回スクロール１３との間に形成している膨張室１５が中央部から外周側に移動しながら大きくなるのを利用して、密閉容器４２外に通じた吸入パイプ１６および固定スクロール１２の中央部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して膨張していき、所定圧以下になった冷媒ガスは固定スクロール１２の外周側の吐出口１８から密閉容器４２外に吐出させることを繰り返す。このときの膨張過程により回収された動力は、クランク軸４を伝って圧縮機機構部４１の動力の一部として使われる。また、固定スクロール１２は、密閉容器４２に溶接などで固定され、密閉容器４２の外郭の一部を形成している。

また、クランク軸４の偏心軸部４ｂには容積型ポンプ２５を備えている。密閉容器４２の下部に形成された潤滑油溜まり２０から、容積型ポンプ入り口穴２５ａを通って、潤滑油６は、容積型ポンプ２５に供給され、膨張機後部１及び圧縮機構部４１を潤滑した後、密閉容器４２下部の潤滑油溜まり２０へと再循環を行う。

ここで、潤滑油６は圧縮機構部４１の圧縮熱により暖められる。潤滑油６の熱容量は、冷媒の熱容量に比べて大きいために、膨張機構部１のまわりに多く存在すれば、吐出冷媒が持つエネルギーが膨張過程の冷媒へと流入して、結果として放熱器の能力低下を招いてしまう。しかし、固定スクロール１２で、密閉容器４２の外郭の一部を構成しているので、膨張機構部１が潤滑油６と接する面積を小さくすることができるので、圧縮機構部４１から膨張機構部１への伝熱を小さくすることができるので、高い性能の圧縮機を提供することができる。

なお、密閉容器４２内において、膨張機構部１を下部に、圧縮機構部４１を上部に配置している。圧縮機構部４１及び膨張機構部１を潤滑する潤滑油６が密閉容器４２内下部に滞留して潤滑油溜まり２０を形成するが、潤滑油溜まり２０内で潤滑油６が滞留して、膨張機構部１に近い方の潤滑油６の温度が低く、圧縮機構部４１に近い方の潤滑油６の温度が高くなる。温度が高い方が潤滑油６の密度が低くなるので、結果として潤滑油６は混ざり合うことが少なく、潤滑油溜まり２０内に温度境界層が形成される。このことによって、圧縮機構部４１から膨張機構部１への伝熱をより小さくすることができる。

また、給油経路の入口２０ａよりも下部に、窪み部２０ｂを形成している。この構成にすれば、窪み部２０ｂに滞留している潤滑油６は、密閉容器４１内で循環することがないので、潤滑油６の温度境界層をより成長させ、圧縮機構部４１から膨張機構部１への伝熱を更に小さくすることができる。

なお、固定スクロール１２の鏡板のラップと反対側の面にスリット形状を施しても良い（図示せず）。この構成にすれば、固定スクロール１２の鏡板は密閉容器４１の外郭を通して外気にも接する面積を増やすことができるので、膨張機構部１へと流入する冷媒の過熱を防いで、膨張機構部１単体での効率を高めることができる。なお、固定スクロール１２の鏡板のラップと反対面の面積が増える形状であれば、穴やフィン等の形状であっても同様の効果が実現できる。

本実施例の膨張機構部は、二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍サイクルを構成する圧縮機として特に有用である。

本発明の一実施例の圧縮機における側断面図

符号の説明

１ 膨張機構部
２ 電動機部
４ クランク軸
４ａ 主軸受部
４ｂ 偏心軸部
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１３ 旋回スクロール
１４ 自転拘束機構
１５ 膨張室
１６ 吸入管
１７ 吸入口
１８ 吐出管
２０ 潤滑油溜まり
２０ａ 給油経路の入口
２０ｂ 窪み部
２５ 容積型ポンプ
４１ 圧縮機構部
４２ 密閉容器

Claims (5)

1. 膨張機構部と圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器からなる圧縮機であって、前記膨張機構部が、鏡板から渦巻状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、前記旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、吐出を行う、スクロール膨張機構部であって、前記固定スクロールの鏡板で、前記密閉容器の外郭の一部を構成したことを特徴とする圧縮機。
2. 前記密閉容器内において、前記膨張機構部を下部に、前記圧縮機構部を上部に配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記膨張機構部と前記圧縮機構部とを潤滑する給油経路の入口よりも下部に、窪み部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記固定スクロールの鏡板のラップと反対側の面にスリット形状を施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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