JP2008519940A - スクロール圧縮機の真空防止装置 - Google Patents

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Abstract

本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置は、ケーシングの吸入空間と吐出空間とを連通するためのバイパスホールを有する固定スクロールと、固定スクロールのバイパスホールとケーシングの吐出空間を連通するための内部流路を有し、固定スクロールに固定設置されるバルブブロックと、固定スクロールのバイパスホールとバルブブロックの内部流路との間に備えられ、バイパスホールと内部流路との間を開閉するバルブ部材とを含む。装置は、固定スクロールの外郭に取り付けられることにより、固定スクロールの加工誤差を防止できるので、生産コストが低減する。また、冷媒流路の加工時に発生する異物がバルブホールに残留しないため、バルブ部材の誤動作を防止でき、生産性が向上し、生産コストが低減する。

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関し、特に、運転中に圧縮室が真空となる場合、高圧室に吐出された冷媒の一部を圧縮室に流入させることにより、圧縮室が真空状態で運転することを防止するスクロール圧縮機の真空防止装置に関する。
一般に、スクロール圧縮機において、クランク軸により旋回運動する旋回スクロールは、インボリュート形状の旋回ラップを備えることにより、固定スクロールのインボリュート形状の固定ラップとともに連続的に移動する圧縮室を形成する。旋回スクロールは、クランク軸の回転により偏心旋回運動して圧縮室の体積を次第に減少させることにより、圧縮室の内部に充填された冷媒を圧縮する。スクロール圧縮機が所定圧縮比で運転されるとき、圧縮された冷媒は、吐出口から排出される。
スクロール圧縮機は、他の圧縮機に比べて相対的に高い圧縮比を実現でき、冷媒の吸入行程、圧縮行程、吐出行程が順調に行われるため、安定したトルクを発生できる。従って、スクロール圧縮機は、空気調和装置などにおいて冷媒を圧縮するために広く使用されている。また、スクロール圧縮機は、正常運転中には、低圧の吸入空間と高圧の吐出空間が区分されるが、ポンプダウン運転やサイクル詰まり運転などの低い吸入圧の状態では、吸入空間と吐出空間が連通した状態で吐出空間に吐出された高圧の冷媒が吸入空間を介して圧縮室に流入するようにすることにより、圧縮機の高真空化を防止する。
図1は、従来の真空防止装置を備えたスクロール圧縮機の一例を示す断面図であり、図2は、従来のスクロール圧縮機の正常運転時の真空防止装置の作動状態を示す断面図であり、図3は、従来のスクロール圧縮機の高真空運転時の真空防止装置の作動状態を示す断面図である。
図示されたように、従来のスクロール圧縮機は、低圧の吸入空間S1と高圧の吐出空間S2とに区画されるケーシング10と、ケーシング10の内部に固定設置されるメインフレーム20と、メインフレーム20の上面に固定設置され、旋回スクロール40とともに連続的に移動する圧縮室Pを有する固定スクロール30と、固定スクロール30に設置され、圧縮室Pの圧力が所定圧力以下に低下する場合、高圧の吐出空間S2と低圧の吸入空間S1を連通することにより、吐出された冷媒の一部を圧縮室Pに案内する真空防止ユニット50と、を含む。
ケーシング10は、内周面が固定スクロール30のプレート31の上面に密着して固定されるとともに、外周面がケーシング10の内周面に密着する高低圧分離板11により低圧の吸入空間S1と高圧の吐出空間S2とに区画される。吸入空間S1には吸入管12が連通結合され、吐出空間S2には吐出管13が連通結合される。
固定スクロール30のプレート31には、後述する真空防止ユニット50のスライドバルブ51によりケーシング10の吸入空間S1と吐出空間S2を開閉するためのバイパス流路部が形成される。バイパス流路部は、固定スクロール30のプレート31に横方向に所定深さを有して凹状に形成されるバルブホール32と、バルブホール32とケーシング10の吸入空間S1とを連通する吸入圧流路33と、バルブホール32と圧縮室Pに連通する中間圧流路34と、バルブホール32とケーシング10の吐出空間S2を連通する吐出圧流路35と、から構成される。
真空防止ユニット50は、固定スクロール30のバルブホール32に横方向にスライド挿入され、圧縮室Pの圧力が所定圧力を維持する場合、吐出圧流路35を遮断し、圧縮室Pの圧力が所定圧力以下に低下する場合、吐出圧流路35と吸入圧流路33を連通して吐出空間S2の冷媒の一部を吸入空間S1に流入させるスライドバルブ51と、スライドバルブ51の一側に備えられてスライドバルブ51を弾性支持するバルブスプリング52と、から構成される。
符号36は固定ラップ、符号37は吸入口、符号38は吐出口、符号41は旋回ラップ、符号53はバルブキャップ、符号54は固定ピン、符号61は固定子、符号62は回転子、符号63はクランク軸、符号64はサブフレームである。
前述したような従来のスクロール圧縮機の真空防止装置は、圧縮室Pに新しい冷媒が持続的に供給される場合は、真空防止ユニット50が固定スクロール30の吐出圧流路35と吸入圧流路33間を遮断して正常に冷媒が圧縮されるが、圧縮室Pに吸入される冷媒の量が極めて少ない場合は、真空防止ユニット50が吐出圧流路35と吸入圧流路33を連通することにより、吐出空間S2に吐出された冷媒の一部が吸入空間S1を介して圧縮室Pに供給される。
例えば、図2に示すように、圧縮室Pの圧力が所定圧力を維持する場合、圧縮室Pの圧力がバルブスプリング52の弾性力と吸入空間S1の圧力との合力と同等となるため、スライドバルブ51が吐出圧流路35を遮断する。それに対して、図3に示すように、圧縮室Pの圧力が所定圧力以下に低下する場合は、圧縮室Pの圧力がバルブスプリング52の弾性力と吸入空間S1の圧力との合力より小さくなるため、スライドバルブ51がバルブスプリング52の対向側に移動して吐出圧流路35が吸入圧流路33と連通する。
しかし、このような従来のスクロール圧縮機の真空防止装置は、次のような問題があった。
第1に、バルブホール32が固定スクロール30のプレート31の外周面にプレート31の中心方向に所定深さを有して凹状に形成され、中間圧流路34又は吐出圧流路35がバルブホール32に連結されるので、中間圧流路34又は吐出圧流路35の機械加工時に発生するバリ(burr)がバルブホール32の内部に残留することにより、スライドバルブ51の動作を妨害するという問題があった。
第2に、圧縮室P内のオイル及び冷媒がバルブホール32に連結された中間圧流路34を介してバルブホール32の内側に流入した後、バルブホール32に残留するので、スライドバルブ51の動作を妨害するという問題もあった。
第3に、バルブホール32が固定スクロール30の側壁に横方向に形成されるため、バルブホール32の加工が困難であり、固定スクロール30の加工の不良率が増加するので、固定スクロール30の生産コストが増加する。さらに、バルブホール32の寸法が精密でないためにバルブホール32とスライドバルブ51との間に隙間が大きくなることにより、吐出空間S2の冷媒が漏洩するので、圧縮機の効率が低下するという問題があった。
本発明は、以上のような従来のスクロール圧縮機の真空防止装置の問題を解消するために提案されたものであり、本発明の目的は、バイパス流路部の機械加工時に発生するバリや異物が流路に残留することを防止するとともに、バイパス流路部に流入するオイルがバイパス流路部に過度に残留することを防止することにより、スライドバルブの円滑な動作が可能となり、圧縮機の信頼性及び効率が向上するスクロール圧縮機の真空防止装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、構造を簡単にして製造工程を簡素化し、不良発生率を低減してコストを節減できるスクロール圧縮機の真空防止装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置は、密閉した内部空間が低圧の吸入空間と高圧の吐出空間とに区画されるケーシングと、ケーシングの吸入空間と吐出空間との間に位置するように固定設置されて旋回スクロールと噛合することにより連続的に移動する圧縮室を形成するとともに、圧縮室で圧縮される冷媒を吐出空間に排出する吐出口、及びケーシングの吸入空間と吐出空間を連通するように貫通形成されるバイパスホールを有する固定スクロールと、固定スクロールのバイパスホールとケーシングの吐出空間とを連通する内部流路を有し、固定スクロールに固定設置されるバルブブロックと、固定スクロールのバイパスホールとバルブブロックの内部流路との間に備えられ、圧縮室の圧力が所定圧力以下に低下する場合、バイパスホールと内部流路との間を開放して吐出空間の冷媒を吸入空間に供給し、圧縮室の圧力が所定圧力を維持する場合、バイパスホールと内部流路との間を遮断して吐出空間の冷媒が吸入空間に逆流することを防止するバルブ部材とを含む。
このような本発明の他の目的、特徴、態様、及び利点は、添付図面及び後述する発明の詳細な説明により明確になる。
本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置は、固定スクロールの外郭に取り付けられるので、固定スクロールの加工誤差を防止することにより、生産性が向上し、生産コストが低減する。また、高圧部と低圧部を連通する冷媒流路の加工時に発生するバリなどの異物がバルブホールに残留しないので、冷媒流路を開閉するバルブ部材の誤作動の発生を防止できる。さらに、冷媒流路の加工が容易であるため、生産性が向上し、製造コストが低減する。
以下、本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図4は、本発明による真空防止装置を備えたスクロール圧縮機の第1実施形態を示す断面図であり、図5は、本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置の拡大断面図であり、図6は、本発明によるスクロール圧縮機の正常運転時の真空防止ユニットの動作状態を示す断面図であり、図7は、本発明によるスクロール圧縮機の高真空運転時の真空防止ユニットの動作状態を示す断面図である。
図4に示すように、本発明によるスクロール圧縮機は、低圧の吸入空間S1と高圧の吐出空間S2とに区画されるケーシング110と、ケーシング110の内部に固定設置されるメインフレーム120と、メインフレーム120の上面に固定設置されるとともに、旋回スクロール140と噛合することにより連続的に移動する圧縮室Pを有する固定スクロール130と、ケーシング110の吐出空間S2に属する固定スクロール130の上面に設置され、圧縮室Pの圧力が所定圧力以下に低下する場合、高圧の吐出空間S2と低圧の吸入空間S1を連通することにより、吐出された冷媒を圧縮室Pに案内する真空防止ユニット150とを含む。
図4に示すように、ケーシング110の内周面に固定スクロール130のプレート131の外周面が密着することにより、低圧の吸入空間S1と高圧の吐出空間S2とが区画される。吸入空間S1には吸入管112が連結され、吐出空間S2には吐出管113が連結される。
また、図8に示すように、ケーシング110は、固定スクロール130のプレート131の上面に固定結合される吐出プラナム165により低圧の吸入空間S1と高圧の吐出空間S2に区画される。図示されてはいないが、ケーシング110の内部空間は、固定スクロールの上面に固定されるとともにケーシングの内周面に密着する高低圧分離板により吸入空間と吐出空間に区画することもできる。
以下、図4及び図5を参照して固定スクロール130の構造について説明する。インボリュート形状の固定ラップ132は、プレート131の底面から突設されて、旋回スクロール140の旋回ラップ141とともに圧縮室Pを形成する。プレート131の外周縁の底面には、ケーシング110の吸入空間S1と最外郭圧縮室P1を連通するための吸入口133が形成され、プレート131の中心には最終圧縮室P3とケーシング110の吐出空間S2を連通するための吐出口134が形成される。プレート131の外周縁には、真空防止ユニット150のバルブ部材152によりケーシング110の吸入空間S1と吐出空間S2を開閉するためのバイパスホール135が所定角度で傾斜して形成される。プレート131の中間部には、中間圧縮室P2と後述するバルブ胴部155のバルブホール155aを連通するための中間圧流路136が形成される。
図5に示すように、真空防止ユニット150は、固定スクロール130のバイパスホール135とケーシング110の吐出空間S2を連通する内部流路を有し、固定スクロール130の吸入口の反対側に固定設置されるバルブブロック151と、固定スクロール130のバイパスホール135とバルブブロック151の内部流路との間に備えられ、圧縮室Pの圧力変化によってバイパスホール135と内部流路との間を開閉するバルブ部材152と、バルブ部材152の上面に支持され、圧力差によって上下にスライド移動するようにバルブ部材152を加圧する弾性部材153とを含む。
図5に示すように、バルブブロック151は、バルブ部材152が上下にスライド挿入されるバルブホール155aを有し、固定スクロール130のプレート131の上面に固定結合されるバルブ胴部155と、バルブ胴部155の上面に固定結合されてバルブ胴部155とともに内部流路を形成するブロックカバー156とを含む。バルブホール155aは、そのバルブホール155aに流入するオイルが迅速に圧縮室Pに排出されるように、中間圧流路136と同一軸線上に形成されるか、又は、その中間圧流路136を備える。
図5に示すように、バルブホール155aは、ブロック胴部155に上下方向に貫通形成され、吐出圧流路155bは、バルブホール155aの中間からケーシング110の吐出空間S2に貫通形成される。バルブホール155aの外側には、後述するブロックカバー156の第2連結流路156aによりバルブホール155aとバイパスホール135との間を連通する第1連結流路155cが上下方向に貫通形成される。第1連結流路155cは、バイパスホール135の端部から左右方向に凹状に延設することもできる。
図5に示すように、ブロック胴部155の第1連結流路155cとともに連結流路を構成する第2連結流路156aは、ブロックカバー156の底面に凹状に形成され、ブロック胴部155のバルブホール155aと第1連結流路155cを連結する。
図面において、従来と同一の部分には同一の符号を付した。
符号161は固定子、符号162は回転子、符号163はクランク軸、符号164はサブフレームである。
以下、本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置の動作について説明する。
固定子161に電力が供給されると、回転子162は、固定子161の電磁気力で回転することによりクランク軸163を回転させる。クランク軸163の先端に偏心して結合された旋回スクロール140が旋回運動することにより、固定スクロール130と旋回スクロール140との間には連続的に移動する一対の圧縮室Pが形成される。ここで、ケーシング110の外部から提供される冷媒は、吸入管112を介してケーシング110の低圧の吸入空間S1に流入する。吸入空間S1の低圧冷媒は、固定スクロール130の吸入口133から最外郭圧縮室P1の内部に流入した後、旋回スクロール140により最終圧縮室P3に移動する。冷媒は、圧縮された後、固定スクロール130の吐出口133からケーシング110の吐出空間S2に吐出され、以上の一連の過程が繰り返される。
図6に示すように、圧縮室に新しい冷媒が供給されると、真空防止ユニット150のバルブ部材152は、中間圧流路136を介して加圧される圧力Pbにより弾性部材153側に上昇する。その結果、バルブ部材152は、吐出圧流路155bを遮断することにより、吐出空間S2に吐出された冷媒が吸入空間S1に逆流することが防止されるので、冷媒が正常に圧縮される。それに対して、図7に示すように、圧縮室Pに吸入される冷媒の量が極めて少ない場合、圧縮室Pの圧力がほぼ真空圧となるので、中間圧流路136を介して加圧される圧縮室Pの圧力が弾性部材153の弾性力Fより小さくなる。これにより、バルブ部材152が弾性部材153により固定スクロール130側に下方移動することにより、吐出圧流路155bが開放される。吐出空間S2に吐出された冷媒の一部が、バルブホール155a、第2連結流路156a、第1連結流路155c、及びバイパスホール135を経て低圧の吸入空間S1に移動した後、固定スクロール130の吸入口133から最外郭圧縮室P1に供給されることにより、圧縮室Pの高真空化を防止する。
本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置は、固定スクロール130の外郭に取り付けられるので、真空防止ユニット150の加工不良が発生しても、高価で、かつ加工が困難な固定スクロール130を再び製造する必要がないため、生産性が向上し、生産コストが低減する。
また、高圧の吐出空間S2と低圧の吸入空間S1を連通する真空防止ユニット150の内部流路は、バルブホール155a及び第1連結流路155cのようにブロック胴部155に垂直に貫通形成されるか、第2連結流路156aのようにブロックカバー156の底面に凹状に形成される。その結果、ブロック胴部155又はブロックカバー156の加工が容易となり、ホールの加工時に発生するバリが除去されるので、バルブ部材152が安定的に動作し、スクロール圧縮機の信頼性が向上する。例えば、吐出圧流路155bをブロック胴部155に水平に所定深さを有するようにドリル加工し、バルブホール155aを吐出圧流路155bに直交する方向に貫通して加工することにより、吐出圧流路155bの内側端部にバリが発生しても、バリはバルブホール155aの加工時に除去される。さらに、バルブホール155aとは別個に、第1連結流路155cをブロック胴部155に貫通形成することにより、第1連結流路155cの加工時に発生するバリはバルブホール155aに影響を及ぼさない。
以下、本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置の他の実施形態について説明する。
前述した実施形態においては、ブロック胴部155及びブロックカバー156を分離製造した後、それらを組み立てることによりバルブブロック151を構成したが、本実施形態においては、バルブブロック251が単一に製造されて固定スクロールに結合される。
例えば、図9に示すように、固定スクロール130の中間圧流路136と連通するバルブホール251aが、バルブブロック251に上下方向に貫通形成され、吐出圧流路251bが、バルブホール251aの中間から吐出空間S2に貫通形成される。固定スクロール130のバイパスホール135と連通する連結流路251cは、バルブホール251aの上端から下端に傾斜して貫通形成される。また、バルブホール251aの上端にはバルブ部材252を弾力支持する弾性部材253を支持するためのバルブキャップ254が挿入される。
本発明の他の実施形態によるスクロール圧縮機の真空防止装置は、前述した本発明の一実施形態と動作及び効果が同一であるので、詳細な説明は省略する。
本発明のスクロール圧縮機の真空防止装置は、固定スクロールの加工誤差を防止することにより生産性が向上し、生産コストが低減できる。また、異物が冷媒流路に残留することを防止するので、冷媒流路を開閉するバルブ部材の誤動作の発生が防止できる。
従来の真空防止装置を備えたスクロール圧縮機の一例を示す断面図である。 従来のスクロール圧縮機の正常運転時の真空防止装置の作動状態を示す断面図である。 従来のスクロール圧縮機の高真空運転時の真空防止装置の作動状態を示す断面図である。 本発明による真空防止装置を備えたスクロール圧縮機の第1実施形態を示す断面図である。 本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置の拡大断面図である。 本発明によるスクロール圧縮機の正常運転時の真空防止ユニットの動作状態を示す断面図である。 本発明によるスクロール圧縮機の高真空運転時の真空防止ユニットの動作状態を示す断面図である。 本発明によるスクロール圧縮機の第2実施形態を示す断面図である。 本発明によるスクロール圧縮機の真空防止装置の第2実施形態を示す断面図である。

Claims (12)

  1. 密閉した内部空間が低圧の吸入空間と高圧の吐出空間とに区画されるケーシングと、
    該ケーシングの吸入空間と吐出空間との間に位置するように固定設置されて旋回スクロールと噛合することにより連続的に移動する圧縮室を形成するとともに、前記圧縮室で圧縮される冷媒を吐出空間に排出する吐出口、及び前記ケーシングの吸入空間と吐出空間を連通するように貫通形成されるバイパスホールを有する固定スクロールと、
    該固定スクロールのバイパスホールとケーシングの吐出空間とを連通する内部流路を有し、前記固定スクロールに固定設置されるバルブブロックと、
    前記固定スクロールのバイパスホールと前記バルブブロックの内部流路との間に備えられ、前記圧縮室の圧力が所定圧力以下に低下する場合、前記バイパスホールと内部流路との間を開放して前記吐出空間の冷媒を吸入空間に供給し、前記圧縮室の圧力が所定圧力を維持する場合、前記バイパスホールと内部流路との間を遮断して前記吐出空間の冷媒が吸入空間に逆流することを防止するバルブ部材と、
    を含むことを特徴とする、スクロール圧縮機の真空防止装置。
  2. 前記バルブブロックの内部流路は、
    バルブ部材がスライド挿入されるバルブホールと、
    前記バルブホールと前記ケーシングの吐出空間とを連通するように貫通形成される吐出圧流路と、
    前記バルブホールと前記固定スクロールのバイパスホールとを連通するように貫通形成される連結流路と、
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  3. 前記バルブブロックは、軸方向に貫通形成されるバルブホールと、該バルブホールの中間から吐出空間に貫通形成される吐出圧流路と、前記バルブホールから前記固定スクロールのバイパスホールに貫通形成され、前記連結流路を構成する第1連結流路とを有するブロック胴部と、
    前記第1連結流路とともに連結流路を構成し、前記ブロック胴部のバルブホールと第1連結流路を連結するように形成され、前記ブロック胴部に結合される第2連結流路を有するブロックカバーと、
    を含むことを特徴とする、請求項2に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  4. 前記第2連結流路は、前記ブロック胴部に接する面に所定深さを有して凹状に形成されることを特徴とする、請求項3に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  5. 前記バルブブロックは、軸方向に形成されるバルブホールと、該バルブホールの中間から吐出空間に貫通形成される吐出圧流路と、前記バルブホールから固定スクロールのバイパスホールに貫通形成される連結流路と、を有することを特徴とする、請求項2に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  6. 前記バルブホールは、前記バルブブロックの上端まで貫通形成され、端部にバルブキャップが結合されることを特徴とする、請求項5に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  7. 前記固定スクロールは、中間圧縮室とバルブブロックの内部流路が連通するように形成される中間圧流路と、該中間圧流路を介してバルブ部材に加えられる中間圧縮室の圧力に対抗するように前記中間圧流路に対向して形成されるバルブスプリングと、を備えることを特徴とする、請求項1に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  8. 前記内部流路は、前記中間圧流路と一直線上に形成されることを特徴とする、請求項7に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  9. 前記ケーシングは、内周面が固定スクロールに密着し、外周面がケーシングの内周面に密着する高低圧分離板により吸入空間と吐出空間とに区画されることを特徴とする、請求項1に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  10. 前記ケーシングは、固定スクロールの吐出口を収納して吐出空間を形成する吐出プラナムにより吸入空間と吐出空間とに区画されることを特徴とする、請求項1に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  11. 前記バルブブロックは、前記ケーシングの吐出空間に属する固定スクロールの上面に固定設置されることを特徴とする、請求項1に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
  12. 前記固定スクロールは圧縮室と連通するように形成される吸入口を一側に備え、前記バイパスホールは吸入口の反対側に形成されることを特徴とする、請求項1に記載のスクロール圧縮機の真空防止装置。
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