JP2009243384A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮性能の向上を図ることができるスクロール圧縮機を得る。
【解決手段】オイル溜め部を下部に有する密閉容器１内に配置された圧縮機構部６には、各固定スクロール１５，１６と旋回スクロール１７との噛み合いにより形成された圧縮室と、圧縮室に流体を導く圧縮部吸入室２６とが設けられている。圧縮室内の流体は、主軸５が回転されて旋回スクロール１７が旋回されることにより圧縮される。主軸５を回転させるモータ４は、圧縮機構部６の上方に配置されている。モータ４の径方向の周囲には内側流路２７が設けられ、内側流路２７の径方向外側には外側流路２８が設けられている。内側及び外側流路２７，２８は、モータ４を支持する仕切り部材１３により仕切られ、密閉容器１内の上部にそれぞれ開放されている。内側流路２７は圧縮部吸入室２６に連通され、外側流路２８は圧縮部吸入室２６を避けてオイル溜め部に連通されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば冷凍空調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、軸方向について互いに対向する一対の固定スクロール間に旋回スクロールを配置し、各固定スクロールに旋回スクロールを噛み合わせたスクロール圧縮機が知られている。このような従来のスクロール圧縮機では、各固定スクロールのそれぞれと旋回スクロールとが噛み合わされることにより旋回スクロールの軸方向両側に圧縮室がそれぞれ形成されており、各圧縮室内の冷媒ガスは、旋回スクロールが旋回されることにより圧縮される。冷媒ガスは、吸入管を通じて各圧縮室内へ直接供給される（特許文献１参照）。

特開平８−１７０５９２号公報

しかし、従来では冷媒ガスが吸入管を通じて直接圧縮室へ供給されるので、冷媒ガス中の油が必要以上に残留したまま各圧縮室内に吸入される。これにより、多量の油を冷媒とともに圧縮することになるため、圧縮機の性能低下を招いてしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、圧縮性能の向上を図ることができるスクロール圧縮機を得ることを目的とする。

この発明に係るスクロール圧縮機は、オイル溜め部を下部に有し、吸入管が接続される吸入管接続部が上部に設けられた密閉容器、互いに対向する一対の固定スクロールと、各固定スクロール間に配置され、各固定スクロールのそれぞれと噛み合いながら旋回可能な旋回スクロールとを有し、密閉容器内に配置され、各固定スクロールのそれぞれと旋回スクロールとが噛み合うことにより圧縮室が形成され、旋回スクロールの旋回により圧縮室内の流体を圧縮する圧縮機構部、回転されることにより旋回スクロールを旋回させる主軸、圧縮機構部の上方に配置され、かつ吸入管接続部の位置よりも低い位置に配置され、主軸を回転させるモータ、及びモータの径方向についてモータの周囲に設けられた内側流路と、内側流路の径方向外側に設けられた外側流路とを仕切る仕切り部材を備え、圧縮機構部には、各固定スクロールに囲まれ流体を圧縮室内へ導く圧縮部吸入室が設けられており、内側流路及び外側流路のそれぞれは密閉容器内の上部に開放され、内側流路は圧縮部吸入室に連通され、外側流路は圧縮部吸入室を避けてオイル溜め部に連通されている。

この発明に係るスクロール圧縮機では、モータの径方向についてモータの周囲に設けられた内側流路と、内側流路の径方向外側に設けられた外側流路とを仕切る仕切り部材が密閉容器内に設けられており、内側流路が圧縮部吸入室に連通され、外側流路が圧縮部吸入室を避けてオイル溜め部に連通されているので、モータの回転による旋回流の遠心力で供給冷媒ガス中のオイルを径方向外側へ吹き飛ばすことができ、供給冷媒ガス中のオイルと冷媒とを分離することができる。これにより、オイルやオイルリッチなガスを外側流路からオイル溜め部に導くことができ、オイルの含有量の少ない冷媒ガスを内側流路から圧縮部吸入室に導くことができる。従って、オイル溜め部にオイルを効率良く戻すことができ、オイルの使用量を少なくすることができるとともに、オイルの枯渇による故障を防止することができる。また、圧縮室で圧縮される冷媒ガス中のオイルの含有量を少なくすることができるので、スクロール圧縮機の圧縮性能の向上を図ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機を示す断面図である。また、図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。図において、密閉容器１の下部は、オイル（潤滑油）７を溜めるオイル溜め部となっている。オイル溜め部には、オイル管接続部１ｃが設けられている。また、密閉容器１の上部には吸入管接続部１ａが設けられ、密閉容器１の中間部には吐出管接続部１ｂが設けられている。

吸入管接続部１ａには、流体である冷媒ガス（例えばＣＯ_２冷媒等）を密閉容器１内へ吸入する吸入管２が接続されている。吐出管接続部１ｂには、圧縮後の冷媒ガスを密閉容器１外へ排出する吐出管３が接続されている。オイル管接続部１ｃには、オイル７を通すオイル管３０が接続されている。吸入管２、吐出管３及びオイル管３０のそれぞれの密閉容器１に対する接続部分は、水平に配置されている。従って、密閉容器１内に吸入される冷媒ガスは、吸入管２の開口部から水平方向へ流れる。

密閉容器１内には、モータ４と、モータ４の駆動力により回転される主軸５と、主軸５の回転により、冷媒ガスを圧縮する圧縮動作を行う圧縮機構部６とが設けられている。圧縮機構部６は、密閉容器１の内壁に支持されている。

モータ４は、圧縮機構部６の上方に配置され、かつ吸入管接続部１ａの位置よりも低い位置に配置されている。また、モータ４は、仕切り部材１３を介して圧縮機構部６に支持されている。さらに、モータ４は、上下方向に沿った軸線（モータ軸線）を中心とする筒状の固定子９と、固定子９の内側に配置され、モータ軸線を中心に回転可能な回転子１０とを有している。

固定子９には、給電を受けることにより回転磁界を発生する固定子巻線９ａが設けられている。回転子１０は、固定子巻線９ａへの給電によりモータ軸線を中心に回転される。

主軸５は、モータ軸線と同軸に上下方向に沿って配置されている。また、主軸５は、回転子１０に固定されており、回転子１０と一体に回転される。さらに、主軸５は、回転子１０から下方へ延び、圧縮機構部６を貫通している。上側固定スクロール１５、下側固定スクロール１６及び旋回スクロール１７のそれぞれには、主軸５が貫通する貫通穴１８が設けられている。

主軸５の下端部には、オイル７内に浸されたオイルポンプ１１が設けられている。オイルポンプ１１は、主軸５の回転により、オイルを汲み上げる動力を発生する。主軸５内には、オイルポンプ１１から圧縮機構部６へオイルを導く給油路１２が設けられている。オイルは、主軸５が回転されることにより、オイルポンプ１１から圧縮機構部６へ給油路１２を通って供給される。

主軸５の中間部には、段部５ａと、段部５ａの下方に位置する偏心部５ｂとが形成されている。段部５ａは、水平方向へ主軸５から突出し、上下方向について上側固定スクロール１５と係合している。偏心部５ｂは、モータ軸線に対して偏心している。即ち、偏心部５ｂは、モータ軸線と平行な偏心軸線を中心として形成されている。偏心部５ｂの偏心軸線は、主軸５の回転により、モータ軸線を中心とした円周上を移動される。偏心部５ｂの外周部には、筒状のスライダ１９が嵌められている。

圧縮機構部６は、モータ軸線に沿った方向（上下方向）について互いに対向する上側固定スクロール１５及び下側固定スクロール１６（一対の固定スクロール１５，１６）と、上側及び下側固定スクロール１５，１６間に配置され、上側及び下側固定スクロール１５，１６に対して径方向（モータ軸線に対して垂直な方向）について旋回可能な旋回スクロール１７とを有している。上側及び下側固定スクロール１５，１６は、密閉容器１の内壁に固定されている。

偏心部５ｂは、上側固定スクロール１５と下側固定スクロール１６との間に配置されている。旋回スクロール１７は、モータ軸線に沿った方向について偏心部５ｂと同位置に配置されている。

上側固定スクロール１５に設けられた貫通穴１８には、偏心部５ｂよりも上方に位置する主軸５の部分を回転自在に支持する上側固定用軸受２０が嵌められ、下側固定スクロール１６に設けられた貫通穴１８には、偏心部５ｂよりも下方に位置する主軸５の部分を回転自在に支持する下側固定用軸受２１が嵌められている。旋回スクロール１７に設けられた貫通穴１８には、旋回スクロール１７を偏心部５ｂ及びスライダ１９に対して回転自在とする旋回用軸受２２が嵌められている。上側固定スクロール１５の上部には、段部５ａが回転自在に載せられることにより主軸５の上下方向の荷重を支持するスラスト軸受２３が設けられている。

上側固定用軸受２０、下側固定用軸受２１、旋回用軸受２２及びスラスト軸受２３のそれぞれには、オイルポンプ１１からのオイル７が給油路１２により導かれる。

上側固定スクロール１５は、モータ軸線に対して垂直に配置された上側固定鏡板１５ａと、上側固定鏡板１５ａの下面（下部）に渦巻状に設けられた上側固定渦巻歯１５ｂとを有している。貫通穴１８は、上側固定鏡板１５ａの中央部分に設けられている。

下側固定スクロール１６は、モータ軸線に対して垂直に配置された下側固定鏡板１６ａと、下側固定鏡板１６ａの上面（上部）に渦巻状に設けられた下側固定渦巻歯１６ｂとを有している。貫通穴１８は、下側固定鏡板１６ａの中央部分に設けられている。

旋回スクロール１７は、モータ軸線に対して垂直に配置された旋回鏡板１７ａと、旋回鏡板１７ａの上面（上部）に渦巻状に設けられた上側旋回渦巻歯１７ｂと、旋回鏡板１７ａの下面（下部）に渦巻状に設けられた下側旋回渦巻歯１７ｃとを有している。貫通穴１８は、旋回鏡板１７ａの中央部分に設けられている。

上側旋回渦巻歯１７ｂは上側固定渦巻歯１５ｂに噛み合わされ、下側旋回渦巻歯１７ｃは下側固定渦巻歯１６ｂに噛み合わされている。

上側旋回渦巻歯１７ｂの側面は、上側固定渦巻歯１５ｂの側面に部分的に当接されている。上側旋回渦巻歯１７ｂの側面と上側固定渦巻歯１５ｂの側面との間には、上側旋回渦巻歯１７ｂ及び上側固定渦巻歯１５ｂ間の当接部分によって仕切られた圧縮室が形成されている。

下側旋回渦巻歯１７ｃの側面は、下側固定渦巻歯１６ｂの側面に部分的に当接されている。下側旋回渦巻歯１７ｃの側面と下側固定渦巻歯１６ｂの側面との間には、下側旋回渦巻歯１７ｃ及び下側固定渦巻歯１６ｂ間の当接部分によって仕切られた圧縮室が形成されている。

旋回スクロール１７は、主軸５の回転によってモータ軸線を中心とする円上を移動して旋回する。各圧縮室は、旋回スクロール１７の旋回により、容積を小さくしながら圧縮機構部６の中央に向かって移動される。

旋回スクロール１７の径方向外側には、上側及び下側固定スクロール１５，１６によって囲まれた空間である圧縮部吸入室２６が設けられている。圧縮部吸入室２６内の冷媒ガスは、旋回スクロール１７の旋回により各圧縮室内へ導かれる。各圧縮室内に取り込まれた冷媒ガスは、旋回スクロール１７の旋回により、圧縮機構部６の中央に向かって移動しながら圧縮される。

上側固定鏡板１５ａ及び下側固定鏡板１６ａには、圧縮機構部６の上下の空間を連通する返油路２４が設けられている。返油路２４は、圧縮部吸入室２６を避けて配置されている。返油路２４の上端部はスラスト軸受２３の近傍に達し、返油路２４の下端部はオイル溜め部に向けて開口している。上側固定鏡板１５ａには、返油路２４及び圧縮部吸入室２６間を連通する油注入路２５が設けられている。

上側固定用軸受２０、下側固定用軸受２１、旋回用軸受２２及びスラスト軸受２３のそれぞれに供給されたオイルの一部は、主軸５の表面に沿ってオイル溜め部に戻される。上側固定用軸受２０及びスラスト軸受２３のそれぞれに供給されたオイルの一部は、返油路２４を通ってオイル溜め部へ戻される。

返油路２４を通るオイルの一部は、油注入路２５を通って圧縮部吸入室２６へ導かれる。これにより、各渦巻歯間の隙間がオイルでシールされ、各圧縮室からの冷媒ガスの漏れが抑制される。圧縮部吸入室２６へ導かれるオイルの量は、油注入路２５の内径あるいは長さを調整することにより（即ち、油注入路２５の通路抵抗を調整することにより）、調整されている。

仕切り部材１３は、上側固定スクロール１５上に固定されている。また、仕切り部材１３は、モータ４の径方向についてモータ４を囲む筒状部材とされている。モータ４は、図２に示すように、仕切り部材１３の内周面に部分的に接触することにより仕切り部材１３と嵌め合わされている。

従って、モータ４の径方向についての周囲には、モータ４の外周部と仕切り部材１３との間に形成された内側流路２７が設けられている。また、内側流路２７の径方向外側には、密閉容器１の内壁と仕切り部材１３との間に形成された外側流路２８が設けられている。即ち、内側流路２７と外側流路２８とは、仕切り部材１３によって仕切られている。

内側流路２７及び外側流路２８のそれぞれは、密閉容器１内の上部に開放されている。内側流路２７は、圧縮部吸入室２６に連通されている。外側流路２８は、圧縮部吸入室２６及び内側流路２７を避けてオイル溜め部に連通されている。この例では、外側流路２８は、返油路２４を介してオイル溜め部に連通されている。

内側流路２７に流入した冷媒ガスは圧縮部吸入室２６に導かれ、外側流路２８に流入した冷媒ガスはオイル溜め部に導かれる。内側流路２７及び外側流路２８のそれぞれを流れる流体は、互いに合流することなく、圧縮部吸入室２６及びオイル溜め部のそれぞれに導かれる。

下側固定鏡板１６ａには、吐出管３がシール材を介して接続されている。下側固定鏡板１６ａ内には、吐出管３内に連通された吐出用空洞部２９が設けられている。吐出用空洞部２９は、圧縮機構部６の中央近傍の圧縮室に連通されている。

圧縮室内で圧縮された冷媒ガスは、吐出用空洞部２９及び吐出管３の順に流れ、密閉容器１外へ排出される。なお、吐出用空洞部２９には、吐出用空洞部２９から圧縮室内への冷媒ガスの逆流を防止する逆止弁が設けられている。

次に、動作について説明する。図３は、図１のスクロール圧縮機が圧縮動作を行っているときの冷媒ガスの流れを示す断面図である。図に示すように、モータ４への給電により主軸５が回転すると、オイルを含む冷媒ガスが供給冷媒ガスとして吸入管２から密閉容器１内の上部に吸入される。

このとき、供給冷媒ガスの流路の容積が拡大して供給冷媒ガスの流速が低下するので、供給冷媒ガス中のオイルと冷媒とが分離される。また、密閉容器１内では回転子１０の回転による旋回流が発生しており、旋回流の遠心力により密度の高いオイルが密閉容器１内の径方向外側へ吹き飛ばされる。これにより、オイルの含有量の多くなったオイルリッチな冷媒ガスが外側流路２８に流入し、返油路２４を介してオイル溜め部に導かれる（図３の矢印Ａ）。また、オイルの含有量の少なくなったオイル除去後の冷媒ガスは、外側流路２８よりも径方向内側に位置する内側流路２７に流入し、圧縮部吸入室２６に導かれる（図３の矢印Ｂ）。

圧縮部吸入室２６に導かれた冷媒ガスは、旋回スクロール１７の旋回により圧縮室に取り込まれる。この後、圧縮室に取り込まれた冷媒ガスは、旋回スクロール１７の旋回により圧縮機構部６の中央へ移動しながら圧縮室内で圧縮され、圧縮室から吐出用空洞部２９を通って吐出管３へ排出される。

一方、主軸５が回転すると、上側固定用軸受２０、下側固定用軸受２１、旋回用軸受２２及びスラスト軸受２３のそれぞれには、オイル溜め部に溜められたオイルがオイルポンプ１１の動力により給油路１２を通って供給される。

この後、上側固定用軸受２０、下側固定用軸受２１、旋回用軸受２２及びスラスト軸受２３のそれぞれに供給されたオイルの一部は、主軸５の表面を流れてオイル溜め部に戻される。また、上側固定用軸受２０及びスラスト軸受２３のそれぞれに供給されたオイルの一部は、返油路２４を流れてオイル溜め部に戻される（図３の矢印Ｃ）。このとき、返油路２４を流れるオイルの一部は、油注入路２５を通って圧縮部吸入室２６に注入される（図３の矢印Ｄ）。これにより、各渦巻歯間のシール機能が向上し、圧縮室からの冷媒ガスの漏れが抑制される。

このようなスクロール圧縮機では、モータ４の径方向についてモータ４の周囲に設けられた内側流路２７と、内側流路２７の径方向外側に設けられた外側流路２８とを仕切る仕切り部材１３が密閉容器１内に固定されており、内側流路２７が圧縮部吸入室２６に連通され、外側流路２８が圧縮部吸入室２６を避けてオイル溜め部に連通されているので、モータ４の回転による旋回流の遠心力により供給冷媒ガス中のオイルを径方向外側へ吹き飛ばすことができ、供給冷媒ガス中のオイルと冷媒とを分離することができる。これにより、オイルリッチな冷媒ガスを外側流路２８からオイル溜め部に導くことができ、オイルの含有量の少ない冷媒ガスを内側流路２７から圧縮部吸入室２６に導くことができる。従って、オイル溜め部にオイルを効率良く戻すことができ、オイルの使用量を少なくすることができるとともに、例えば起動時や急激な圧力変動によるフォーミングが生じた場合であっても、オイルの枯渇による軸受の損傷等の故障の防止を図ることができる。また、圧縮室で圧縮される冷媒ガス中のオイルの含有量を少なくすることができるので、スクロール圧縮機の圧縮性能の向上を図ることができる。

また、上側固定スクロール１５及び下側固定スクロール１６には、内側流路２７及び圧縮部吸入室２６を避けてオイルを上側固定用軸受２０及びスラスト軸受２３からオイル溜め部へ戻す返油路２４が設けられているので、オイルが圧縮室内に取り込まれることを防止しながら、各軸受２０，２３に供給されたオイルをオイル溜め部へ効率良く戻すことができる。これにより、オイルの使用量をさらに少なくすることができるとともに、オイルの枯渇による故障の防止をさらに図ることができる。

また、返油路２４には、圧縮部吸入室２６に連通する油注入路２５が設けられているので、返油路２４を流れるオイルの一部を圧縮部吸入室２６に導くことができる。これにより、各渦巻歯１５ｂ，１７ｂ間や各渦巻歯１６ｂ，１７ｃ間をオイルによりシールすることができ、圧縮室からの冷媒ガスの漏れを抑制することができる。従って、圧縮性能の向上をさらに図ることができる。特に、ＣＯ_２冷媒のような密度が小さく漏れやすい冷媒を使用する場合には、簡単な構成で圧縮性能の向上を容易に図ることができるので、この発明の適用は効果的である。

この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機を示す断面図である。 図１のII-II線に沿った断面図である。 図１のスクロール圧縮機が圧縮動作を行っているときの冷媒ガスの流れを示す断面図である。

符号の説明

１ 密閉容器、１ａ 吸入管接続部、２ 吸入管、４ モータ、５ 主軸、６ 圧縮機構部、１１ オイルポンプ、１２ 給油路、１３ 仕切り部材、１５ 上側固定スクロール、１６ 下側固定スクロール、１７ 旋回スクロール、２０ 上側固定用軸受、２１ 下側固定用軸受、２２ 旋回用軸受、２３ スラスト軸受、２４ 返油路、２５ 油注入路、２６ 圧縮部吸入室、２７ 内側流路、２８ 外側流路。

Claims (3)

1. オイル溜め部を下部に有し、吸入管が接続される吸入管接続部が上部に設けられた密閉容器、
   互いに対向する一対の固定スクロールと、各上記固定スクロール間に配置され、各上記固定スクロールのそれぞれと噛み合いながら旋回可能な旋回スクロールとを有し、上記密閉容器内に配置され、各上記固定スクロールのそれぞれと上記旋回スクロールとが噛み合うことにより圧縮室が形成され、上記旋回スクロールの旋回により上記圧縮室内の流体を圧縮する圧縮機構部、
   回転されることにより上記旋回スクロールを旋回させる主軸、
   上記圧縮機構部の上方に配置され、かつ上記吸入管接続部の位置よりも低い位置に配置され、上記主軸を回転させるモータ、及び
   上記モータの径方向について上記モータの周囲に設けられた内側流路と、上記内側流路の径方向外側に設けられた外側流路とを仕切る仕切り部材
   を備え、
   上記圧縮機構部には、各上記固定スクロールに囲まれ上記流体を上記圧縮室内へ導く圧縮部吸入室が設けられており、
   上記内側流路及び上記外側流路のそれぞれは上記密閉容器内の上部に開放され、
   上記内側流路は上記圧縮部吸入室に連通され、上記外側流路は上記圧縮部吸入室を避けて上記オイル溜め部に連通されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 上記主軸に設けられ、上記オイル溜め部に溜められたオイルを汲み上げる動力を発生するオイルポンプをさらに備え、
   上記主軸は、上記固定スクロールに軸受を介して支持され、
   上記主軸には、上記オイルポンプからの上記オイルを上記軸受へ導く給油路が設けられており、
   上記固定スクロールには、上記内側流路及び上記圧縮部吸入室を避けて上記オイルを上記軸受から上記オイル溜め部へ戻す返油路が設けられてい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。
3. 上記返油路には、上記圧縮部吸入室に連通する油注入路が設けられてい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。

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