JP2008002422A - Scroll compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a scroll compressor used for an air conditioner, a refrigerator, a blower, a water heater, and the like.
従来のスクロール圧縮機について、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部に潤滑油を供給する機構で摺動面の油膜を厚くするようにし、機械損失の低減による効率の向上と潤滑状態の向上による信頼性の向上が求められてきた。 For conventional scroll compressors, a mechanism that supplies lubricating oil to the sliding parts of the fixed scroll and the orbiting scroll increases the oil film on the sliding surface, improving efficiency by reducing mechanical loss and increasing reliability through improved lubrication. Improvement of sex has been demanded.
図7は、特許文献1に記載された従来のスクロール圧縮機を示すものである。図7に示すように、旋回スクロールの鏡板上に環状溝と同環状溝の外周から外側に向かう外溝を形成して背圧室と吸入室を連通し、吐出圧力と吸気圧力の中間の圧力を前記溝に作用させ、背圧室から旋回スクロールの外溝、環状溝、固定スクロールの環状溝、内溝の順に通って吸入室に入る潤滑油の流れにより固定、旋回スクロールの鏡板とラップを潤滑し、吐出口から還流させることにより、固定スクロールと旋回スクロールの摺動部の潤滑状態の向上から機械損失が減少し効率の向上が得られ、さらに給油機構が簡単な構造であるために運転直後から素早く摺動部にオイル供給されより高い信頼性を持ったスクロール圧縮機の提供が可能となった。
しかしながら、前記従来の構成では運転直後から高い信頼性が得られるが、一方で背圧室から吸入室に潤滑しながらオイルを流すために、運転条件によっては多量のオイルが吸入室に入り、吸入加熱の影響によって流体の綴じ込み量が減り、体積効率が低下してしまう。さらに、圧縮空間にも多量のオイルが入り、粘性損失の増加により、効率の低下を招くことがある。よって、あらゆる運転条件で一定のオイル供給がなされ、高い効率と高い信頼性を得ることが必要である。 However, in the conventional configuration, high reliability can be obtained immediately after the operation, but on the other hand, since oil flows from the back pressure chamber to the suction chamber while being lubricated, depending on the operating conditions, a large amount of oil enters the suction chamber and is sucked in. The amount of binding of the fluid is reduced by the influence of heating, and the volumetric efficiency is lowered. Furthermore, a large amount of oil enters the compression space, and the viscosity loss may increase, leading to a decrease in efficiency. Therefore, it is necessary to supply a constant amount of oil under all operating conditions to obtain high efficiency and high reliability.
前記従来の課題を解決するために、主軸受構成体と旋回スクロールの支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には密閉容器内部の潤滑油を導入し、シール部材の外側領域は吸入室と連通した背圧室を持ち、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第1の通路を設け、さらに一端が第1の通路と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第2の通路を持ち、旋回スクロールの支持円盤上に第1の溝を一つ以上持つか、もしくは固定スクロール上の支持円盤との摺動面に第2の溝を一つ以上持つか、少なくともどちらか一方に溝を持ち、第1の溝もしくは第2の溝の少なくともどちらか一方が第2の通路と連通することにより、吸入室と圧縮空間に多量のオイルを供給せずに、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面の溝にオイルを保持することが可能となり、あらゆる運転条件で高い効率と高い信頼性を確保することが出来る。 In order to solve the above-described conventional problems, a seal member is disposed in a gap between the main bearing structure and the support disk of the orbiting scroll, and lubricating oil inside the sealed container is placed in an inner region defined by the seal member. Introduced, the outer region of the seal member has a back pressure chamber communicating with the suction chamber, and one end is opened in the inner region of the seal member in the support disk of the orbiting scroll, and the other end is closed in the support disk. A passage is provided, and one end communicates with the first passage, and the other end has a second passage that opens to the sliding surfaces of the fixed scroll and the orbiting scroll, and the first groove is formed on the support disk of the orbiting scroll. One or more second grooves on the sliding surface with the support disk on the fixed scroll, or at least one of the first grooves or the second grooves. One of them communicates with the second passage This makes it possible to retain oil in the groove of the sliding surface of the fixed scroll and the orbiting scroll without supplying a large amount of oil to the suction chamber and compression space, ensuring high efficiency and high reliability under all operating conditions. I can do it.
本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に適度なオイル供給を行い高い効率と高い信頼性を得ることが可能となる。 The scroll compressor of the present invention can obtain high efficiency and high reliability by appropriately supplying oil to the sliding surfaces of the fixed scroll and the orbiting scroll.
第1の発明は、密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成されるモータとこのモータで駆動する圧縮機構を配設し、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して旋回スクロールが固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化し、旋回スクロールを旋回運動させるためのクランクシャフトの端部に形成した旋回軸部は旋回スクロールの旋回軸受と係合摺動し、クランクシャフトに形成した主軸部を主軸受で軸支し、主軸受構成体と旋回スクロールの支持円盤上との隙間にシール部材を配設し、このシール部材で区画される内側領域には密閉容器内部の潤滑油を導入し、シール部材の外側領域は吸入室と連通した背圧室を持ち、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第1の通路を設け、さらに一端が通路1と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第2の通路を持ち、旋回スクロールの支持円盤上に第1の溝を一つ以上持つか、もしくは固定スクロール上の支持円盤との摺動面に第2の溝を一つ以上少なくともどちらか一方に持ち、第1の溝もしくは第2の溝の少なくともどちらか一方が第2の通路と連通することにより、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面の溝にオイルが十分に保持されることから、摺動部での油膜が厚くなることにより良好な潤滑状態が得られ、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、圧縮空間のガス圧力によって、旋回スクロールを固定スクロールから引き離そうとする力が発生するために、逆にガス力によって引き離そうとする力よりも強い押し付け力を旋回スクロールの支持円盤の背面にかけている場合、高圧のオイルを固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に介在させることにより、背面からの押し付け力を緩和することができ、さらに機械損失の低減が可能となる。また、摺動面にオイルを介在させることにより、圧縮空間と背圧室の間のシール性が向上し、圧縮された流体が圧縮室から背圧室への漏れ込む量が減少し、高い圧縮効率を得られる。
In the first invention, a motor composed of a stator and a rotor and a compression mechanism driven by the motor are disposed inside the sealed container, and is formed upright on one surface of the end plate forming a part of the fixed scroll. The wrap which forms part of the orbiting scroll stands upright on the support disc with respect to the spiral fixed scroll wrap formed, and the orbiting scroll wrap having a shape similar to the fixed scroll wrap is engaged with each other, A pair of spiral symmetrical compression spaces is formed in the center, a discharge port leading to the discharge chamber is provided in the center of the fixed scroll wrap, a suction chamber is provided outside the fixed scroll wrap, and swivels through a rotation prevention member As the scroll performs a revolving motion with respect to the fixed scroll, each compression space is partitioned into a plurality of compression chambers that are continuously shifted from the suction side toward the discharge side, and fluid is supplied. The orbiting shaft formed at the end of the crankshaft for changing the volume to reduce the size of the orbiting scroll is engaged with the orbiting scroll orbiting bearing, and the main shaft formed on the crankshaft is the main bearing. A seal member is disposed in a gap between the main bearing structure and the support disk of the orbiting scroll, and the lubricating oil inside the sealed container is introduced into the inner region partitioned by the seal member. The outer region has a back pressure chamber communicating with the suction chamber, and a first passage is provided in the support disk of the orbiting scroll, one end opening in the inner region of the seal member, and the other end closed in the support disk. Communicates with the
第2の発明は、旋回スクロールの支持円盤上の第1の溝と固定スクロール上の支持円盤との摺動面に第2の溝がある構成において、第1の溝と第2の溝がある一定区間連通することにより、旋回スクロールの支持円盤内の第2の通路から出る高圧のオイルが第1の溝もしくは第2の溝の両方にオイルが供給され、広範囲に渡ってオイル保持が可能となり、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、溝が長くなるためオイルを保持できる量が増加し、さらなる機械損失低減が可能となる。 According to a second aspect of the present invention, there is a first groove and a second groove in a configuration in which the first groove on the support disk of the orbiting scroll and the support disk on the fixed scroll have a second groove on the sliding surface. By communicating for a certain interval, high-pressure oil from the second passage in the support disk of the orbiting scroll is supplied to both the first groove and the second groove, making it possible to retain oil over a wide range. Mechanical loss is reduced, and higher reliability is obtained. Further, since the groove becomes longer, the amount of oil that can be held increases, and further mechanical loss can be reduced.
第3の発明は、第1の溝もしくは第2の溝のどちらも圧縮空間と背圧室に開口しないことにより、圧縮空間と背圧室へのオイルの漏れ込み量が減少し、多量のオイルが吸入室に漏れ込むことで起こる体積効率の低下を防ぎ、さらに多量のオイルが圧縮空間に漏れ込むことで起こる粘性損失の増加を防ぎ、効率の低下を防ぎながら高い効率と信頼性を得ることが可能となる。 According to a third aspect of the present invention, since neither the first groove nor the second groove opens into the compression space and the back pressure chamber, the amount of oil leaking into the compression space and the back pressure chamber decreases, and a large amount of oil To prevent volumetric loss caused by leakage into the suction chamber, and to prevent increase in viscosity loss caused by a large amount of oil leaking into the compression space, and to obtain high efficiency and reliability while preventing reduction in efficiency. Is possible.
第4の発明は、特に第1〜3のいずれか1つの発明のスクロール圧縮機において、作動流体としてCO2を用いることで、特に、差圧が大きく、旋回スクロールと固定スクロールの摺動面に加わる負荷が非常に大きいCO2においても、より効果的に高い効率と高い信頼性を得ることが可能である。 According to a fourth aspect of the invention, particularly in the scroll compressor according to any one of the first to third aspects, by using CO 2 as a working fluid, the differential pressure is particularly large, and the sliding surface of the orbiting scroll and the fixed scroll is used. Even in CO 2 where the applied load is very large, it is possible to obtain high efficiency and high reliability more effectively.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a scroll compressor according to an embodiment of the present invention.
図1において、鉄製の密閉容器1の内部全体は吐出管2に連通する高圧雰囲気となり、その中央部にモータ3、上部に圧縮部が配置され、モータ3の回転子3aに固定されたクランクシャフト4の一端を支承する圧縮部の本体フレーム5が密閉容器1に固定されており、その本体フレーム5に固定スクロール6が取り付けられている。
In FIG. 1, the entire inside of the iron sealed
クランクシャフト4に設けられた主軸方向の油穴7は、その一端が給油ポンプ装置8に通じ、他端が最終的に旋回スクロール9の旋回軸受10に通じている。固定スクロール6と噛み合って圧縮空間11を形成する旋回スクロール9は、渦巻き状の旋回スクロールラップ9aと旋回軸受10とを直立させた支持円板9bとからなり、固定スクロール6と本体フレーム5との間に配置されている。
The
固定スクロール6は、鏡板6aと渦巻き状の固定スクロールラップ6bとからなり、固定スクロールラップ6bの中央部に吐出口12、外周部に吸入室13が配置されている。
The
クランクシャフト4の主軸部4aから偏心してクランクシャフト4の上端部に配置された旋回軸部4bは、旋回スクロール9の旋回軸受10と係合摺動し、クランクシャフト4の下端部に配置された副軸部4cは密閉容器1内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受19により軸支され、主軸部4a、旋回軸部4b、副軸部4cの三点で支持された構成をしている。旋回スクロール9の支持円板9bと本体フレーム5に設けられた第1のスラスト軸受15aとの間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。支持円板9bには旋回軸受10とほぼ同心の環状シール部材16が遊合状態で装着されており、その環状シール部材16はその内側の背面室17と外側の背圧室18とを仕切っている。
The orbiting
旋回スクロール9の支持円盤9b内に一端が環状シール部材16の内側領域に開口し、他端が支持円盤9b内で閉塞する第1の通路24aを設け、さらに一端が第1の通路24aと連通し、他端が固定スクロール6と旋回スクロール9の摺動面の第2スラスト軸受15bに開口する第2の通路24bを持っている。
A
給油ポンプ装置8によって吸い上げられた潤滑油はクランクシャフト4の油穴7を通り旋回スクロール9の旋回軸受10と旋回軸部14との間に形成された軸方向の内部空間20へ導かれ、一方は旋回スクロール9のラップ支持円板9bの背面に設けられた絞り部21を経由して固定スクロール6と本体フレーム5とによって囲まれて形成される背圧室18へと通じ、旋回スクロール9を固定スクロールラップ6b外周部の第2のスラスト軸受15bに押さえつける機能を持った背圧調整弁22、オイル供給通路22aを通って吸入室13へと導かれる。もう一方は旋回スクロール9の支持円盤9b内の第1の通路24aを経由し、第2の通路24bへと通じ、固定スクロール6と旋回スクロール9の摺動面の第2スラスト軸受15bに導かれ、旋回スクロール9の支持円盤9b上の第1の溝25aに導かれ一定量のオイルが保持され、保持されなかったオイルは圧縮空間11と背圧室18に僅かな量が漏れ込む。また、圧縮部に流れなかった残りのオイルは旋回軸受10、背面室17、主軸受14を通り圧縮部外部へ排出される。
The lubricating oil sucked up by the oil
吐出口12の出口側を開閉する逆止弁装置23が固定スクロール6の鏡板6aの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置23は薄鋼板製のリード弁23aと弁押さえ23bとからなる。
A
図2は図1における旋回スクロール9の支持円盤9b内の第1の通路24aと第2の通路24bと第1の溝25aなどの圧縮機構部周辺の拡大断面図である。
2 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the compression mechanism such as the
図3は旋回スクロール9の旋回スクロールラップ9a方向から見た支持円盤9b上の第1の溝25aと第2の通路24bの拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of the
以上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。 About the scroll compressor comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
旋回スクロール9の支持円盤9b内に一端が環状シール部材16の内側領域に開口し、他端が支持円盤9b内で閉塞する第1の通路24aを設け、さらに一端が第1の通路24aと連通し、他端が固定スクロール6と旋回スクロール9の摺動面の第2スラスト軸受15bに開口する第2の通路24bを持ち、旋回スクロール9の支持円盤9b上に第1の溝25aを持ち、第2の通路24bと連通することにより、固定スクロール6と旋回スクロール9の摺動面の第1の溝25aにオイルが十分に保持されることから、摺動部での油膜が厚くなり良好な潤滑状態が得られ、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、圧縮空間11のガス圧力によって、旋回スクロールを固定スクロールから引き離そうとする力が発生するために、逆にガス力によって引き離そうとする力よりも強い押し付け力を旋回スクロール9の支持円盤9bの背面にかけている場合、高圧のオイルを固定スクロール6と旋回スクロール9の摺動面に介在させることにより、背面からの押し付け力を緩和することができ、さらに機械損失を低減が可能となる。また、摺動面にオイルを介在させることにより、圧縮空間11と背圧室18の間のシール性が向上し、圧縮された流体が圧縮空間11から背圧室18への漏れ込み量が減少し、高い圧縮効率を得られる。
A
また、図4に示すように固定スクロール6上の支持円盤9bとの摺動面に第2の溝25bを持ち、第2の通路24bと連通することにより、旋回スクロール9上に第1の溝25aを設けた時と同等の性能と信頼性の効果が得られるが、固定スクロール6上に溝をつけることで加工が容易に行えるという利点がある。さらに、第2の溝25bの位置を変化させ、第2の通路24bとの開口時間を調節することで摺動面への供給オイル量をコントロールでき、設計の自由度が広がる。
Further, as shown in FIG. 4, the
また、図5に示すように旋回スクロール9の支持円盤9b上の第1の溝25aと固定スクロール6上の支持円盤9bと摺動面に第2の溝25bがある構成で、第1の溝25aと第2の溝25bがある一定区間連通することにより、旋回スクロール9の支持円盤9b内の第2の通路から出る高圧のオイルが第1の溝25aもしくは第2の溝25bの両方にオイルが供給され、広範囲に渡ってオイル保持が可能となり、機械損失が低減し、さらに高い信頼性が得られる。また、溝が長くなるためオイルを保持できる量が増加し、さらなる機械損失低減が可能となる。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、図6は90°ごとの旋回スクロールの旋回運動を示している。第1の溝25aもしくは第2の溝25bのどちらも圧縮空間11と背圧室18に開口しないことにより、圧縮空間11と背圧室18へのオイルの漏れ込み量が減少し、多量のオイルが吸入室13に漏れ込むことで起こる体積効率の低下を防ぎ、さらに多量のオイルが圧縮空間11に漏れ込むことで起こる粘性損失の増加を防ぎ、効率の低下を防ぎながら高い効率と信頼性を得ることが可能となる。
FIG. 6 shows the turning motion of the turning scroll every 90 °. Since neither the
また、作動流体としてCO2を用いることで、特に差圧が大きく、旋回スクロールと固定スクロールの摺動面に加わる負荷が非常に大きいCO2においても、より効果的に高い効率と高い信頼性を得ることが可能である。 In addition, by using CO 2 as the working fluid, high efficiency and high reliability can be achieved more effectively even in CO 2 where the differential pressure is particularly large and the load applied to the sliding surfaces of the orbiting scroll and the fixed scroll is very large. It is possible to obtain.
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロールの支持円盤内に一端がシール部材の内側領域に開口し、他端が支持円盤内で閉塞する第1の通路を設け、さ
らに一端が第1の通路と連通し、他端が固定スクロールと旋回スクロールの摺動面に開口する第2の通路を持つことで、固定スクロールと旋回スクロールの摺動面にオイルを保持することが可能となり、あらゆる運転条件で高い効率と高い信頼性を確保することができ、HFC系冷媒やHCFC系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒CO2を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。
As described above, the scroll compressor according to the present invention is provided with the first passage having one end opened in the inner region of the seal member and the other end closed in the support disc in the support disc of the orbiting scroll, and further one end Is connected to the first passage and the other end has a second passage that opens to the sliding surfaces of the fixed scroll and the orbiting scroll, so that oil can be held on the sliding surfaces of the fixed scroll and the orbiting scroll. High efficiency and high reliability can be ensured under all operating conditions. In addition to air conditioner compressors using HFC refrigerants and HCFC refrigerants, air conditioners and heat pump types using natural refrigerant CO 2 It can also be applied to uses such as water heaters.
1 密閉容器
2 吐出管
3 モータ
3a 回転子
3b 固定子
4 クランクシャフト
4a 主軸部
4b 旋回軸部
4c 副軸部
5 本体フレーム
6 固定スクロール
6a 鏡板
6b 固定スクロールラップ
7 油穴
8 給油ポンプ装置
9 旋回スクロール
9a 旋回スクロールラップ
9b 支持円板
10 旋回軸受
11 圧縮空間
12 吐出口
13 吸入室
14 主軸受
15a 第1のスラスト軸受
15b 第2のスラスト軸受
16 環状シール部材
17 背面室
18 背圧室
19 副軸受
20 内部空間
21 絞り部
22 背圧調整弁
22a オイル供給通路
23 逆止弁装置
23a リード弁
23b 弁押さえ
24a 第1の通路
24b 第2の通路
25a 第1の溝
25b 第2の溝
104 固定スクロール
104a 固定スクロールの鏡板
104b 固定スクロールのラップ
105 旋回スクロール
105a 旋回スクロールの鏡板
105b 旋回スクロールのラップ
114 吐出口
120 鏡板5aの環状溝
121 鏡板4aの環状溝
122 外溝
123 内溝
124 吸入室
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