JP2008002430A - Scroll compressor - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a scroll compressor used in a cooling device such as a cooling / heating air conditioner or a refrigerator, or a heat pump type hot water supply device.
従来、スクロール圧縮機において、旋回・固定鏡板間の摺動面の接触を良好な状態に保ち、耐久性を向上すると共に、漏れ損失を低減するために、旋回スクロールまたは固定スクロールのラップ部について、ラップ部先端の温度分布を測定した結果をもとに、鏡板の歯底からラップ先端までの高さ寸法を調整し、組み立て状態において各ラップ部先端と相手方の鏡板の歯底との間に最内周側で最も大きくなるようなスラスト方向隙間を形成するようにしたり、スラスト方向隙間を複数段階で変化するような構成をとっていた(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in the scroll compressor, in order to keep the contact of the sliding surface between the orbiting and fixed end plates in a good state, improve the durability and reduce the leakage loss, about the wrap portion of the orbiting scroll or the fixed scroll, Based on the result of measuring the temperature distribution at the tip of the lap, the height dimension from the root of the end plate to the tip of the lap is adjusted, and in the assembled state, the height between each tip of the lap and the bottom of the other end plate is adjusted to the maximum. The thrust direction gap that is the largest on the inner peripheral side is formed, or the thrust direction gap is changed in a plurality of stages (for example, see Patent Document 1).
図4は特許文献1に記載された従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの断面図である。図4に示すように、旋回スクロール13のラップ部先端13dに、運転中の温度分布を測定した結果をもとに、内周側フラット面13eと外周側フラット面13fを有し、その内周側フラット面13eと外周側フラット面13fとの間を傾斜面として、温度上昇によるラップ先端部13dの接触によるにかじりを防止し、漏れ損失を低減するものである。
しかしながら、特許文献1に記載されているような従来の構成では、固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成される各圧縮室が、圧縮作用を行うことによる圧縮熱で各ラップ部が熱膨張することは考慮しているが、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差による固定スクロールと旋回スクロールの変形は考慮していない。 However, in the conventional configuration described in Patent Document 1, each compression chamber formed between the fixed scroll and the orbiting scroll is thermally expanded by the compression heat generated by the compression action. However, the deformation of the fixed scroll and the orbiting scroll due to the pressure difference between the discharge pressure and the suction pressure of the compressor is not taken into consideration.
吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールは、固定スクロール側へ変形し、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端が片当たりにより接触面圧が高まり、お互いにカジリが発生して、圧縮機としての圧縮効率、耐久性が低下してしまう。また、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールの鏡板の歯底が固定スクロールのラップ部先端へ変形すると、旋回スクロールのラップ部先端も固定スクロールの鏡板の歯底と接触するようになり、片当たりにより、入力の急増およびカジリ発生により耐久性が低下するという課題があった。 Due to the pressure difference between the discharge pressure and the suction pressure, the orbiting scroll is deformed to the fixed scroll side, and the contact surface pressure increases due to the contact between the bottom of the end plate of the orbiting scroll and the tip of the wrap section of the fixed scroll, causing galling. As a result, the compression efficiency and durability of the compressor are reduced. In addition, when the bottom of the end plate of the orbiting scroll is deformed to the front end of the fixed scroll lap due to the differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure, the front end of the end of the orbiting scroll comes into contact with the bottom of the end plate of the fixed scroll. However, there is a problem that durability is lowered due to a sudden increase in input and generation of galling due to a single contact.
特に、二酸化炭素を冷媒とした場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、従来のHFC冷媒の冷凍サイクルの圧力差の約7〜10倍以上高くなるため、旋回スクロールは、固定スクロール側へより変形しやすくなり、旋回スクロールの鏡板の歯底およびラップ部先端でカジリが発生し、圧縮機としての圧縮機効率および耐久性が低下してしまうという課題があった。 In particular, when carbon dioxide is used as the refrigerant, the pressure difference between the discharge pressure of the compressor and the suction pressure is about 7 to 10 times higher than the pressure difference of the refrigeration cycle of the conventional HFC refrigerant. There is a problem that deformation becomes easier to the side, galling occurs at the tooth bottom of the end plate of the orbiting scroll and the tip of the lap portion, and the compressor efficiency and durability as a compressor are reduced.
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、吐出圧力と吸入圧力の差圧による旋回スクロールの圧力変形を考慮し、高信頼性および運転初期から高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and considering the pressure deformation of the orbiting scroll due to the differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure, scroll compression that realizes high reliability and high efficiency from the beginning of operation. The purpose is to provide a machine.
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、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が、ラップの曲線の外周側から内周側へと増加するように傾斜を設け、かつ、ラップの径方向に外周側から内周側へ減少するように傾斜を設けるように、固定スクロールあるいは旋回スクロールのラップ部先端を形成したものである。 In order to solve the above-described conventional problems, in the scroll compressor of the present invention, the thrust direction gap between the bottom of the orbiting scroll and the tip of the wrap portion of the fixed scroll is from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the wrap curve. The tip of the wrap portion of the fixed scroll or the orbiting scroll is formed so as to increase the inclination and to increase the inclination in the radial direction of the wrap so as to decrease from the outer peripheral side to the inner peripheral side.
これによって、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端あるいは旋回スクロールのラップ部先端と固定スクロールの鏡板の歯底が片当たりせず、均一に接触するため、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することを目的とする。 As a result, even when pressure deformation occurs due to the differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure, the tooth bottom of the orbiting scroll end plate and the tip of the fixed scroll wrap portion or the end of the orbiting scroll wrap portion and the end of the fixed scroll end plate The object is to achieve high reliability and high efficiency from the initial operation because the bottom does not come into contact with each other and contacts uniformly.
本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールおよび固定スクロールの形状を最適化することにより、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端および、旋回スクロールのラップ部先端と固定スクロールの鏡板の歯底を均一に接触させ、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。 The scroll compressor according to the present invention optimizes the shapes of the orbiting scroll and the fixed scroll, so that the bottom of the orbiting scroll end plate and the fixed scroll wrap end, and the orbiting scroll end and fixed scroll end plate are fixed. The tooth bottom can be contacted uniformly, and high reliability and high efficiency can be realized from the initial operation.
第1の発明は、旋回スクロールの歯底と固定スクロールのラップ部先端との間のスラスト方向隙間が、ラップの曲線の外周側から内周側へと増加するように傾斜を設け、かつ、ラップの径方向に外周側から内周側へ減少するように傾斜を設けるように、固定スクロールのラップ部先端を形成したものである。 The first invention provides an inclination so that the thrust direction gap between the bottom of the orbiting scroll and the tip of the wrap portion of the fixed scroll increases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the wrap curve, and the wrap The tip end of the wrap portion of the fixed scroll is formed so as to be inclined so as to decrease in the radial direction from the outer peripheral side to the inner peripheral side.
これによって、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端が片当たりせず、均一に接触するため、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。 As a result, even when pressure deformation due to the differential pressure between the discharge pressure and suction pressure occurs, the bottom of the end plate of the orbiting scroll and the tip of the wrap section of the fixed scroll do not come into contact with each other, making contact evenly. And high efficiency from the initial operation.
第2の発明は、旋回スクロールのラップ部先端と固定スクロールの歯底との間のスラスト方向隙間が、ラップの曲線の外周側から内周側へと増加するように傾斜を設け、かつ、ラップの径方向に外周側から内周側へ減少するように傾斜を設けるように、旋回スクロールのラップ部先端を形成したものである。 According to a second aspect of the present invention, an inclination is provided so that a thrust direction gap between the tip of the wrap portion of the orbiting scroll and the bottom of the fixed scroll increases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the wrap curve, and the wrap The tip of the wrap portion of the orbiting scroll is formed so as to be inclined so as to decrease in the radial direction from the outer peripheral side to the inner peripheral side.
これによって、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロールのラップ部先端が、温度歪あるいは圧力変形を考慮した形状を有しているため、旋回スクロールのラップ部先端と固定スクロールの歯底が片当たりせず、均一に接触し、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。 As a result, even when pressure deformation due to the differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure occurs, the wrap portion tip of the orbiting scroll has a shape that takes into account temperature distortion or pressure deformation. The tip of the part and the bottom of the fixed scroll do not come into contact with each other and contact uniformly, and high reliability and high efficiency can be realized from the initial operation.
第3の発明は、特に第1〜2の発明の旋回スクロールに表面処理として、アルマイト皮膜処理、PVD処理、ニッケルリンメッキ処理のいずれかを施すことにより、硬化層を持った表面処理により異常磨耗を抑えて焼き付きさせることなく運転することができる。また、大容量で多冷媒となるシステムにおける液冷媒の戻りが激しい過渡運転時においても、液冷媒により、旋回スクロールのスラスト面において潤滑油切れや温度上昇が発生しても焼付きくことなく高信頼性を確保できる。また、硬化層特有の局所当たりによる入力急増を、第1〜2の発明で回避できる。 In the third invention, in particular, the orbiting scroll of the first and second inventions is subjected to surface treatment with an alumite film treatment, PVD treatment, or nickel phosphorous plating treatment as surface treatment, thereby causing abnormal wear due to surface treatment with a hardened layer. It is possible to drive without causing seizure. In addition, even in transient operation where the return of the liquid refrigerant is severe in a system with a large capacity and multiple refrigerants, the liquid refrigerant ensures high reliability without seizure even if the lubricating oil runs out or the temperature rises on the thrust surface of the orbiting scroll. Can be secured. In addition, it is possible to avoid the sudden increase in input due to the local hit unique to the hardened layer in the first and second inventions.
第4の発明は、特に第1〜第3の発明の冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。これによって、高差圧が発生した場合でも、第1〜3の発明により、旋回スクロールの鏡板の歯底が圧力変形しても、カジリや異常磨耗を効果的に防ぐことができる。 In the fourth invention, the refrigerant of the first to third inventions is a high-pressure refrigerant, for example, carbon dioxide. Accordingly, even when a high differential pressure is generated, according to the first to third aspects, galling and abnormal wear can be effectively prevented even if the bottom of the end plate of the orbiting scroll is deformed by pressure.
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. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(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は図1の圧縮機構部の要部拡大断面図である。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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a scroll compressor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of a compression mechanism portion of FIG. The operation and action of the scroll compressor configured as shown in the figure will be described below.
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。
As shown in FIG. 1, the scroll compressor according to the present invention includes a main bearing
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。
A
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の圧力を制御する背圧調整弁9を備えている。
Further, the
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。
During operation of the compressor, a pump 25 is provided at the other downward end of the crankshaft 4 and is driven simultaneously with the scroll compressor. As a result, the pump 25 sucks up the oil 6 in the
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。
A part of the oil 6 supplied in this way is obtained by a supply pressure or its own weight so as to obtain a clearance, between the fitting portion between the
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。
Further, the oil 6 supplied to the
また、背圧空間29に進入するオイル6は、連通路54の一部に設けられた絞り孔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の吸入部分に戻され進入する。
Further, the oil 6 entering the
Is set to an intermediate pressure that is intermediate between the pressures of the
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。
The approach of the oil 6 is repeated at a predetermined cycle, and the timing of this repetition is determined by a combination of the repetitive cycle of suction, compression, and discharge, and the relationship between the pressure setting by the
また、図2に示すように、常温状態で旋回スクロール13の鏡板13aの歯底13cと固定スクロール12のラップ部先端12dとの間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように、固定スクロール12のラップ部先端12dに、旋回スクロール13に対して、外周側から内周側へとラップ高さが減少するように傾斜面を形成し、かつ、固定スクロールのラップ部先端12dにラップの径方向に外周側から内周側へ減少するように傾斜を設けている。
In addition, as shown in FIG. 2, the thrust direction gap between the tooth bottom 13 c of the
上記構成により、吐出圧力と吸入圧力との差圧により圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロール13の鏡板13aの歯底13cと固定スクロール12のラップ部先端12dが片当たりせず、均一に接触するため、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。
With the above configuration, even when pressure deformation occurs due to the differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure, the bottom 13c of the
(実施の形態2)
図3に本発明の第2の実施の形態のスクロール圧縮機の圧縮要素の断面図を示す。図に示すように、常温状態で固定スクロール12の鏡板12aの歯底12cと旋回スクロール13のラップ部先端13dとの間のスラスト方向隙間が外周側から内周側へと増加するように、旋回スクロール13のラップ部先端13dに、固定スクロール12に対して、外周側から内周側へとラップ高さが減少するように傾斜面を形成し、かつ旋回スクロール13のラップ部先端13dにラップの径方向に外周側から内周側へ減少するように傾斜を設けている。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the compression element of the scroll compressor according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the swivel so that the thrust direction gap between the bottom 12c of the
上記構成により、吐出圧力と吸入圧力との差圧による圧力変形が発生した場合においても、旋回スクロール13のラップ部先端13dが、圧力変形および温度歪を考慮した形状を有しているため、旋回スクロール13のラップ部先端13dと固定スクロール12の鏡板12aの歯底12cが片当たりせず、均一に接触し、高信頼性および初期運転時から高効率を実現することができる。
With the above configuration, even when pressure deformation due to the differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure occurs, the
(実施の形態3)
固定スクロール12は、鉄系材料で形成され、旋回スクロール13は、アルミニウム系材料に表面処理を施し、その表面に硬化層が形成されている。この表面処理として、アルマイト皮膜処理、PVD処理、ニッケルリンメッキ処理などが施されている(図示せず)。
(Embodiment 3)
The fixed
上記構成により、圧縮機の吐出圧力は、高く、旋回スクロール13が固定スクロール12から引き離されないだけの背圧を与えると、旋回スクロール13が固定スクロール12に強く押し付けられが、旋回スクロール13に施された表面処理による硬化層により、焼付くことなくより信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。また、大容量で多冷媒となるシステムでは、始動や除霜などの過渡運転時にスクロール圧縮機への激しい液戻りが発
生し、この液戻りによって潤滑油が液冷媒で洗われ、潤滑状態が厳しくなるが、この表面処理による硬化層により焼き付くことはなく、高速運転が可能となる。
With the above configuration, the discharge pressure of the compressor is high, and when the
(実施の形態4)
本発明の第4の実施の形態のスクロール圧縮機は、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである(図示せず)。
(Embodiment 4)
In the scroll compressor according to the fourth embodiment of the present invention, the refrigerant is a high-pressure refrigerant, for example, carbon dioxide (not shown).
冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、従来のHFC冷媒の冷凍サイクルの圧力差の約7〜10倍以上高くなるため、旋回スクロール13は、固定スクロール12側へより変形しやすくなるが、本発明においては、旋回スクロール13および固定スクロール12の温度歪および圧力変形を考慮しており、局所的な当たりはなく、均等な面圧で受けるため、高信頼性および運転初期から高効率スクロール圧縮機を実現できる。
When the refrigerant is a high-pressure refrigerant, for example, carbon dioxide, the pressure difference between the discharge pressure and the suction pressure of the compressor is about 7 to 10 times higher than the pressure difference of the refrigeration cycle of the conventional HFC refrigerant. However, in the present invention, the temperature distortion and pressure deformation of the orbiting
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロールおよび固定スクロールの形状を最適化することにより、高信頼性および高効率が実現でき、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、オイルフリー圧縮機、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。 As described above, the scroll compressor according to the present invention can achieve high reliability and high efficiency by optimizing the shapes of the orbiting scroll and the fixed scroll, and the air scroll compression is not limited to the working fluid as the refrigerant. The present invention can also be applied to the use of scroll fluid machines such as compressors, vacuum pumps, oil-free compressors, and scroll type expanders.
12 固定スクロール
12a 鏡板
12b 渦巻きラップ
12c 歯底
12d ラップ部先端
13 旋回スクロール
13a 鏡板
13b 渦巻きラップ
13c 歯底
13d ラップ部先端
15 圧縮室
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---|---|---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012207659A (en) * | 2011-03-14 | 2012-10-25 | Panasonic Corp | Scroll compressor, and method for manufacturing the same |
CN114761690A (en) * | 2019-12-12 | 2022-07-15 | 大金工业株式会社 | Scroll compressor having a plurality of scroll members |
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- 2006-06-26 JP JP2006174977A patent/JP2008002430A/en active Pending
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