JP2008121445A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出ポートの圧力損失を低減し、吐出バルブの信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供すること。
【解決手段】吐出ポート２０を複数の吐出孔１８で構成し、吐出ポート２０の吐出抵抗を低減し、高差圧運転時において吐出ポートの圧力損失が小さくなり、過圧縮による圧縮効率の低下を抑制できる。同時に、吐出バルブ１９の板厚を厚くすることなく、吐出バルブの信頼性が確保でき、かつ低速定差圧運転時においても過圧縮による圧縮効率の低下を抑制でき、高性能な圧縮機を実現することができる。
【選択図】図１

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。

従来のこの種のスクロール圧縮機は、鏡板１２ａの一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、定位置に固定された固定スクロール１２と、他の鏡板の一側面に立設された渦巻き状の他の壁体を有し、各上記壁体同士をかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールから構成されている。固定スクロール１２には、鏡板１２ａを貫通する１つの吐出孔１８が構成されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の断面図を示すものである。
特開２００３−２２７４７７号公報

しかしながら、高速・高差圧運転時において吐出ポートの圧力損失が大きくなり、過圧縮による圧縮機の効率低下が発生する場合があった。このとき、吐出ポートの径を拡大すれば、圧力損失が低減されるが、吐出バルブの板厚を変更しない場合、圧縮機停止時に吐出ポートに接するバルブ面に働く圧力差によって吐出バルブの曲げ応力が大きくなるため、吐出バルブの信頼性が確保しにくい場合があった。このとき、吐出バルブの板厚を厚くすれば、バルブの曲げ応力を小さくでき、信頼性を確保できるが、バルブは開きにくくなり、低速・低差圧運転時において吐出ポートの圧力損失が大きくなり、過圧縮による圧縮機の効率低下が発生する場合があった。

また、固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻きラップの形状によっては、吐出行程においても両渦巻きラップの離間速度が遅く、径方向隙間が狭い状態が続くことにより、過圧縮が発生し、圧縮効率の低下が発生する場合があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、吐出抵抗を低減しながら、バルブの信頼性を確保したスクロール圧縮機の提供を目的とすることである。

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、吐出ポートを複数の吐出孔で構成したものである。

これによって、吐出ポートの面積が拡大できるため、高速・高差圧運転時において吐出ポートの圧力損失が小さくなり、過圧縮による圧縮効率の低下を抑制できる。同時に、吐出バルブの板厚を厚くすることなく、吐出バルブの信頼性が確保でき、低速定差圧運転時においても過圧縮による圧縮効率の低下を抑制できる。

本発明のスクロール圧縮機は、吐出バルブの板厚を厚くすることなく圧縮効率を向上できるため、冷凍空調機器の高効率化および高信頼性化を実現することができる。

第１の発明は、固定スクロールの鏡板に設けた吐出ポートを複数の吐出孔で構成するこ
とで、吐出ポートの面積が拡大できるため、高速・高差圧運転時において吐出ポートの圧力損失が小さくなり、過圧縮による圧縮効率の低下を抑制できる。同時に、吐出バルブの板厚を厚くすることなく、吐出バルブの信頼性が確保でき、低速定差圧運転時においても過圧縮による圧縮効率の低下を抑制できる。

第２の発明は、吐出ポートの圧縮室側にザグリを設けることで、吐出行程において固定スクロールおよび旋回スクロールの両渦巻きラップの離間速度が遅く、径方向隙間が狭い状態が続くことによって発生する過圧縮を抑え、圧縮効率の低下を抑制できる。

第３の発明は、吐出ポートの圧縮室側に複数の直径のザグリを設けることで、圧縮室から吐出孔までの吐出通路の圧力損失を低減でき、過圧縮による圧縮効率の低下をさらに抑制できる。

第４の発明は、吐出ポートの圧縮室側にテーパー形状のザグリを設けることで、圧縮室から吐出孔までの吐出通路の圧力損失をさらに低減でき、過圧縮による圧縮効率の低下を抑制できる。

第５の発明は、圧縮機の冷媒を作動時の差圧が大きい二酸化炭素とした場合でも、圧力損失による圧縮効率の低下を効果的に抑制できる。

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。

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２箇所の吐出孔１８から吐出バルブ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の圧力を制御する背圧調整弁９を備えている。

２箇所の吐出孔１８は吐出ポート２０の断面積を大きく取ることができるため、圧縮機を高速・高差圧運転させた場合においても、吐出ポート２０の圧力損失を低くでき、冷媒をスムーズに吐出できるため、過圧縮による圧縮機の効率低下を抑制できる。

圧縮機停止時において、吐出バルブ１９の反圧縮室側は高圧になり、圧縮室側は低圧になる。この差圧によって吐出バルブ１９は圧縮室側へ曲げられる。曲げ応力は差圧の働く面積が大きい場合と、吐出バルブ１９の板厚が薄い場合に大きくなる。曲げ応力が大きくなると吐出バルブ１９の破損の可能性が高くなる。

吐出孔１８を２箇所設けることで、１つの吐出孔１８の面積は小さく設定できるため、の曲げ応力を小さくすることができ、吐出バルブ１９の信頼性を確保できる。そのため、吐出バルブ１９の板厚を厚くする必要がなくなり、吐出する瞬間の時間と吐出バルブ１９が開く瞬間の時間差を小さくできる。よって、吐出バルブ１９の応答性の悪化による圧力損失を防止できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図である。

本実施の形態においては、吐出ポート２０の圧縮室側にザグリ２１ａを設けている。

実施の形態２におけるスクロール圧縮機の動作は、実施の形態１と同様である。

固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻きラップの形状によっては、吐出行程においても両渦巻きラップの離間速度が遅く、径方向隙間が狭い状態が続く場合があるが、吐出ポート２０の圧縮室側に設けたザグリ２１ａによる軸方向の隙間を通じて吐出孔１８へ吐出冷媒を導くことができるため、過圧縮の発生を抑え、圧縮効率の低下を抑制できる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図である。

本実施の形態においては、吐出ポート２０の圧縮室側に複数の直径のザグリ２１ｂおよび２１ｃを設けている。

実施の形態３におけるスクロール圧縮機の動作は、実施の形態１と同様である。

固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻きラップの形状によっては、吐出行程においても両渦巻きラップの離間速度が遅く、径方向隙間が狭い状態が続く場合があるが、吐出ポート２０の圧縮室側に設けた１段目のザグリにより、軸方向の隙間を構成することで、これを通じて吐出孔１８へ吐出冷媒を導くことができるため、過圧縮の発生を抑え、圧縮効率の低下を抑制できる。

１段目のザグリ２１ｂより小さい直径の２段目のザグリ２１ｃを、１段目のザグリ２１ｂと吐出孔１８の間に設けることで、吐出ポート２０内の冷媒をスムーズに吐出孔１８に導くことが出来るため、吐出ポート２０内の圧力損失をさらに低減でき、過圧縮の発生を抑え、圧縮効率の低下を抑制できる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の第４の実施の形態におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図である。

本実施の形態においては、吐出ポート２０の圧縮室側にテーパー形状のザグリ２２を設けている。

実施の形態４におけるスクロール圧縮機の動作は、実施の形態１と同様である。

固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻きラップの形状によっては、吐出行程においても両渦巻きラップの離間速度が遅く、径方向隙間が狭い状態が続く場合があるが、吐出ポート２０の圧縮室側に設けたテーパー形状のザグリ２２により、軸方向の隙間を構成することで、これを通じて吐出孔１８へ吐出冷媒を導くことができるため、過圧縮の発生を抑え、圧縮効率の低下を抑制できる。

また、圧縮室と吐出孔１８の間をテーパー形状で結ぶことで、吐出ポート２０内の冷媒をスムーズに吐出孔１８に導くことが出来るため、吐出ポート２０内の圧力損失をさらに低減でき、過圧縮の発生を抑え、圧縮効率の低下を抑制できる。

（実施の形態５）
本実施の形態においては、冷媒を二酸化炭素としている。

実施の形態５におけるスクロール圧縮機の動作は、実施の形態１と同様である。

二酸化炭素を冷凍サイクルに使用した場合、高い動作圧になる。よって、実施の形態１から実施の形態４までの構成を採ることで、圧力損失による圧縮効率の低下を効果的に抑制できる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、圧縮効率の低下を抑制することができ、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、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におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の圧縮機後部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態４におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 従来のスクロール圧縮機の断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ スクロール圧縮機構
４ クランク軸
４ａ 偏心部
９ 背圧調整弁
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１２ａ 鏡板
１３ 旋回スクロール
１４ 自転規制機構
１５ 圧縮室
１６ 吸入パイプ
１７ 吸入口
１８ 吐出孔
１９ 吐出バルブ
２０ 吐出ポート
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ ザグリ
２２ テーパ形状のザグリ
２９ 背圧空間
３０ 高圧部
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前記鏡板に吐出ポートを設けた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、
   前記吐出ポートを複数の吐出孔で構成してなるスクロール圧縮機。
2. 前記吐出ポートの前記圧縮室側にザグリを設けてなる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記吐出ポートの前記圧縮室側に複数の直径のザグリを設けてなる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記吐出ポートの前記圧縮室側にテーパー形状のザグリを設けてなる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 作動流体を二酸化炭素としてなる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

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