JP2008002312A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】近年の冷凍空調機器の高効率化と、二酸化炭素などの高圧冷媒の適用に伴い、スクロール圧縮機における固定スクロールの吸入行程での圧力損失が課題となっていた。
【解決手段】固定スクロール１２の吸入口１７と圧縮室１５とをスロープ形状で連結した吸入空間１５ａとすることにより、固定スクロール１２の吸入口１７からスロープを持つ吸入空間１５ａを経て、圧縮室１５へスムーズに吸入することができるため、圧縮室１５に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることなく、圧力損失を低減することができ、高効率なスクロール圧縮機を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

従来、内部低圧型横型スクロール圧縮機において、固定スクロールのインボリュート巻き終わりを吐出口の真上に位置させ、吸入口を吸入管の近傍に形成する構成をとっていた（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の固定スクロールである。
図５に示すように固定スクロール１２のインボリュートの巻き終わりを吐出口１１が吸入通路２ｂ近傍に形成されるようにしたので、吸入管より低圧室に吸入されたガスは吸入通路を経て吸入口から外側の圧縮室に流入されるため、吸入抵抗を小さくするものである。
特開２０００−１１０７４８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、内部高圧型のスクロール圧縮機の場合、吸入抵抗を下げるだけではなく、同時に吸入空間に適切にシールオイルを供給する必要があるために、性能低下を引き起こすといった問題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、固定スクロールの吸入空間を吸入抵抗の小さい形状にし、圧縮室に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることによる圧力損失が発生することなく、高効率なスクロール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、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールの吸入管と圧縮室とを連結する通路がスロープ形状とする吸入空間としたものである。

この構成により、固定スクロールの吸入空間を吸入抵抗の小さい形状にしているため、圧縮室に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることによる圧力損失を低減することができる。

本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールにおける吸入抵抗の低減により圧縮機効率を向上でき、冷凍空調機器の高効率化が実現できる。

第１の発明は、固定スクロールの吸入口と圧縮室とをスロープ形状で連結した吸入空間としたものである。

これによって、固定スクロールの吸入口からスロープを持つ吸入空間を経て、圧縮室へスムーズに吸入することができるため、圧縮室に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることなく、圧力損失を低減することができ、高効率なスクロール圧縮機を実現することができる。

第２の発明は、特に第１の発明で、固定スクロールの吸入空間に吸入口と圧縮室とを連結する通路がスロープ形状となるような部品を設置したものである。

これによって、吸入口と圧縮室とを連結する通路がスロープ形状となるような加工が容易にできる。

第３の発明は、特に第１〜２の発明で、固定スクロールの吸入口の中心位置が、固定スクロールの鏡板における厚み方向の中心より旋回スクロール側としたものである。

これによって、固定スクロールの吸入口と圧縮室と連結するスロープ形状が緩やかとなり、圧縮室に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることなく、圧力損失を更に低減することができ、高効率なスクロール圧縮機を実現することができる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明で、固定スクロールの吸入口が、固定スクロールの鏡板と旋回スクロールの鏡板の摺動面に対して傾斜したものである。

これによって、吸入口から圧縮室への経路が、更にスムーズになり、更に圧力損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

第５の発明は、特に第１〜４の発明で、作動冷媒に二酸化炭素を用いたものである。

二酸化炭素を冷媒として用いた場合、単位体積当りの冷凍効果は、フロンを冷媒とする従来の冷凍サイクルの冷凍効果に比べて約３倍となる。圧縮機構および電動機構を容器に収納した密閉型圧縮機では、電動機構を効率の良い周波数域で運転しようとすると、吸入容積を約３分の１にすることになる。吸入容積を約３分の１にするために、固定スクロールのラップ高さを約３分の１と低くすると、固定スクロールの吸入管から冷媒の吸入過程で圧力損失が発生していた。第１〜４の発明により、吸入管から圧縮室への経路が、スムーズであるので、圧力損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は固定スクロールの平面図である。図のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

図１に示すように、本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材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圧縮機構２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を設けてクランク軸４の上端にある偏心軸部４ａ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圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。

旋回スクロール１３の背面部分には、主軸受部材１１に配置されている摺動仕切り環７８があり、旋回運動を行いながら摺動仕切り環７８により、摺動仕切り環７８の内側領域である高圧部３０と、外側領域である高圧と低圧の中間圧に設定された背圧空間２９とに仕切られている。この背面の圧力付加により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。

さらに、固定スクロール１２には、旋回スクロール１３の背面の背圧空間２９における圧力を制御する背圧調整弁９を備えている。

圧縮機運転中は、クランク軸４の下向きの他端にはポンプ２５が設けられ、スクロール圧縮機と同時に駆動される。これによりポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられたオイル溜め２０にあるオイル６を吸い上げてクランク軸４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構２に供給する。このときの供給圧は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。

このように供給されたオイル６の一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、クランク軸４と主軸受部材１１との間の軸受部６６に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、オイル溜め２０へ戻る。

また、高圧部３０に供給されたオイル６は、旋回スクロール内部に設けられた連通路５４によって旋回スクロール１３の外周部まわりにあって自転規制機構１４が位置している背圧空間２９に進入し、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との噛み合せによる摺動部および自転規制機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧空間２９にて旋回スクロール１３の背圧を印加する。

背圧空間２９に進入するオイル６は、絞り５７での絞り作用によって高圧部３０と圧縮室１５の低圧側との圧力の中間となる中間圧に設定される。背圧空間２９は高圧部３０の高圧側との間が環状仕切り環７８によってシールされていて、進入してくるオイルが充満するにつれて圧力を増し、所定の圧力を超えると、背圧調整弁９が作用して、圧縮室１５の吸入空間１５ａに戻され進入する。

このオイル６の進入は所定の周期で繰り返され、この繰り返しのタイミングは吸入、圧縮、吐出の繰り返しサイクルと、絞り孔５７による減圧設定と背圧調整機構９での圧力設定との関係の組み合わせによって決まり、固定スクロール１２と旋回スクロール１３のラップ１３ｂとの摺動部への意図的な潤滑となる。この意図的な潤滑は前記したように背圧調整弁９による連絡路１０の凹部１０５への開口によって常時保証される。吸入口１７へと供給されたオイル６は旋回スクロール１３の旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室１５間の漏れ防止に役立っている。

本実施の形態のスクロール圧縮機では、固定スクロール１２の吸入口１７と圧縮室１５とをスロープ形状で連結した吸入空間１５ａとしている。

これによって、固定スクロール１２の吸入口１７からスロープを持つ吸入空間１５ａを経て、圧縮室１５へスムーズに吸入することができるため、圧縮室１５に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることなく
、圧力損失を低減することができ、高効率なスクロール圧縮機を実現することができる。

また、固定スクロール１２の吸入口１７と圧縮室１５とをスロープ形状で連結した吸入空間１５ａになるような部品を設置しても同様の効果があることは言うまでもない。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態のスクロール圧縮機は、固定スクロール１２の吸入空間１５ａに吸入口１７と圧縮室１５とを連結する通路がスロープ形状となるような部品を設置している（図示せず）。

これによって、固定スクロール１２の吸入口１７からスロープを持つ吸入空間１５ａを経て、圧縮室１５へスムーズに吸入することができるため、圧縮室１５に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることなく、圧力損失を低減することができ、高効率なスクロール圧縮機を実現することができるとともに、吸入口１７と圧縮室１５とを連結する吸入空間１５ａがスロープ形状となるような部品の加工が容易にできる。

（実施の形態３）
図３は、本実施の形態３におけるスクロール圧縮機の固定スクロール１２の平面図である。本発明の第３の実施の形態のスクロール圧縮機は、固定スクロール１２の吸入口１７の中心位置が、固定スクロール１２の鏡板１２ａにおける厚み方向の中心より旋回スクロール側としている。

これによって、固定スクロール１２の吸入口１７と圧縮室１５と連結するスロープ形状を更に緩やかにすることができ、圧縮室１５に閉じ込められるまでに大きく流路を曲げられて冷媒が壁面に衝突したり、渦が形成されたりすることなく、圧力損失を更に低減することができ、高効率なスクロール圧縮機を実現することができる。

（実施の形態４）
図４は、本実施の形態４におけるスクロール圧縮機の固定スクロール１２の平面図である。本発明の第４の実施の形態のスクロール圧縮機は、固定スクロール１２の吸入口１７が、固定スクロール１２の鏡板１２ａと旋回スクロール１３の鏡板１３ａの摺動面１３ｂに対して傾斜している。

これによって、吸入口１７から圧縮室１５への経路が、更にスムーズになり、更に圧力損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態のスクロール圧縮機は、作動冷媒に二酸化炭素を用いたものである。二酸化炭素を冷媒として用いた場合、単位体積当りの冷凍効果は、フロンを冷媒とする従来の冷凍サイクルの冷凍効果に比べて約３倍となる。圧縮機構および電動機構を容器に収納した密閉型圧縮機では、電動機構を効率の良い周波数域で運転しようとすると、吸入容積を約３分の１にすることになる。吸入容積を約３分の１にするために、固定スクロール１２のラップ高さを約３分の１と低くすると、固定スクロール１２の吸入口１７から冷媒の吸入過程で圧力損失が発生していた。第１〜４の発明により、吸入口１７から圧縮室１５への経路が、スムーズであるので、圧力損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、吸入行程での圧力損失を低減する
ことで、圧縮効率向上を実現することがき、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１における固定スクロールの平面図 本発明の実施の形態３における固定スクロールの平面図 本発明の実施の形態４における固定スクロールの平面図 従来のスクロール圧縮機の断面図

符号の説明

６ オイル
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１２ａ 鏡板
１２ｂ 摺動面
１３ 旋回スクロール
１３ａ 鏡板
１４ 自転規制機構
１５ 圧縮室
１５ａ 吸入空間
１７ 吸入口
２９ 背圧空間
３０ 高圧部
３１ 高圧空間
７８ 摺動仕切り環

Claims (5)

1. 鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合せて、前記旋回スクロールを自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたときに容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行う圧縮室を形成し、前記旋回スクロールとこれの鏡板背面側を略支持する軸受部材にリング状の溝部を設け、前記軸受部材と前記鏡板背面側の中央部に潤滑用オイルにより高圧を与える高圧部と、この高圧部とは前記溝部に装着された合口部を有するリング状の摺動仕切り環によって仕切られ、前記旋回スクロール鏡板背面の外周部に前記高圧部より低い所定の圧力を印加する背圧空間とを設けたスクロール圧縮機において、
   前記固定スクロールの吸入口と圧縮室とをスロープ形状で連結した吸入空間としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロールの吸入空間に吸入口と圧縮室とを連結する通路がスロープ形状となるような部品を設置し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. 前記固定スクロールの吸入口の中心位置が、固定スクロールの鏡板における厚み方向の中心より旋回スクロール側にあることを特徴とする請求項１〜２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記固定スクロールの吸入口が、前記固定スクロールの鏡板と旋回スクロールの鏡板の摺動面に対して傾斜したことを特徴とする請求項１〜３記載のスクロール圧縮機。
5. 作動冷媒に二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜４記載のスクロール圧縮機。

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