JP2009257287A

JP2009257287A - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2009257287A
Application number: JP2008110186A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Akiyama; 智仁秋山
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-21
Also published as: JP5022291B2

Abstract

【課題】高効率のスクロール圧縮機において、背圧室からラップ先端シールのために効果的な給油を行って漏れ損失を低減しつつ、背圧室からの給油による加熱損失及び再膨張損失を抑制すること。
【解決手段】スクロール圧縮機は、固定スクロール１、旋回スクロール２、背圧室４、背圧室４に冷媒を含む油を流入させる背圧室油流入手段、背圧室４の油を圧縮室２００、２０１に流出させて背圧室４の圧力を制御する背圧制御手段を備える。背圧制御手段は、背圧室４と圧縮室２００、２０１とを繋ぐ背圧室油流出路と、この背圧室油流出路の中に前後の差圧で開閉される背圧制御弁１００とを有する。そして、背圧制御手段は、旋回スクロール２の旋回に伴って、背圧室油流出路の開口が旋回内線側圧縮室２００との連通から旋回外線側圧縮室２０１との連通に移行されるように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、スクロール圧縮機に係り、特に背圧制御手段を有するスクロール圧縮機に好適なものである。

従来のスクロール圧縮機として、特開２００３−３５２８６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

こ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とを噛み合わせて双方間に圧縮空間が形成されると共に、旋回スクロールを固定スクロール側に押圧して固定スクロールから引き離されないようにするための背圧室が形成されている。そして、潤滑油が背圧室に供給された後に、背圧室から圧力調整機構および旋回外線側圧縮空間を繋ぐ流路を通して圧縮空間に導かれるように構成されている。

従来の別のスクロール圧縮機として、特開２００５−１２０９３９号公報（特許文献２）に記載されたものがある。

こ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とを噛み合わせて双方間に吸込室及び圧縮室が形成されると共に、旋回スクロールを固定スクロール側に押圧して固定スクロールから引き離されないようにするための背圧室が形成されている。そして、潤滑油が背圧室に供給された後に、背圧室から背圧制御機構および吸込室を繋ぐ流路を通して圧縮空間に導かれるように構成されている。

特開２００３−３５２８６号公報特開２００５−１２０９３９号公報

しかしながら、特許文献１のスクロール圧縮機では、固定スクロールと旋回スクロールとの摺動面を潤滑するための給油が背圧室から圧力調整機構を介して旋回外線側圧縮空間に対して行われ、旋回内線側圧縮空間には直接行われないため、各スクロールラップの先端シール不足による漏れ損失が発生しやすいという課題を有していた。

また、特許文献２のスクロール圧縮機では、背圧室から背圧弁流出流路を通って冷媒を含む潤滑油が吸込室に供給されるため、吸込室内の冷媒より温度及び圧力が高い背圧室の冷媒が吸込室内に流入することとなり、吸込室内の冷媒の温度を上昇させ加熱損失を招くと共に、流入された冷媒が吸込室で膨張して吸込室の圧力を上昇させ再膨張損失を招くという課題を有していた。

本発明の目的は、背圧室からラップ先端シールのために効果的な給油を行って漏れ損失を低減しつつ、背圧室からの給油による加熱損失及び再膨張損失を抑制できる高効率のスクロール圧縮機を得ることにある。

前述の目的を達成するために、本発明では、端板とそれに立設するスクロールラップとを有する固定スクロールと、端板とそれに立設するスクロールラップとを有すると共に前記固定スクロールに噛み合って旋回運動をすることにより前記固定スクロールとの間に圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記旋回スクロールに前記固定スクロールへの押付け力を与える背圧室と、前記背圧室に冷媒を含む油を流入させる背圧室油流入手段と、前記背圧室の油を前記圧縮室に流出させて当該背圧室の圧力を制御する背圧制御手段とを備え、前記背圧制御手段は、前記背圧室と前記圧縮室とを繋ぐ背圧室油流出路と、この背圧室油流出路の中に前後の差圧で開閉される背圧制御弁とを有するスクロール圧縮機において、前記背圧制御手段は、前記旋回スクロールの旋回に伴って、前記背圧室油流出路の開口が旋回内線側圧縮室との連通から旋回外線側圧縮室との連通に移行されるように構成したことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記背圧室油流出路の圧縮室への開口に近い前記固定スクロールの端板の内部に前記背圧制御弁を配置したこと。
（２）前記背圧室油流出路の圧縮室の直上に位置して前記背圧制御弁を配置したこと。

本発明によれば、背圧室からラップ先端シールのために効果的な給油を行って漏れ損失を低減しつつ、背圧室からの給油による加熱損失及び再膨張損失を抑制できる高効率のスクロール圧縮機を実現できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１のＭ部拡大図、図３は図１のスクロール圧縮機の固定スクロールと旋回スクロールとを組み合わせた状態（背圧弁流出流路と圧縮室外線側連通時）の断面図、図４は図３より旋回スクロールラップが１８０°回転した状態（背圧弁流出流路と圧縮室内線側連通時）の断面図である。なお、図３及び図４において、便宜的に旋回スクロールのラップのみに断面ハッチングを表してある。

まず、スクロール圧縮機の全体構成に関して主に図１を用いて説明する。固定スクロール１は、非対称歯形である固定スクロールラップ１ａと固定端板１ｂとを有している。これは、対称歯形でももちろん良い。歯底面に１対のバイパス穴１ｃと吐出穴１ｄを設けている。

旋回スクロール２は、旋回スクロールラップ２ａと旋回端板２ｂとを有している。その旋回端板２ｂの上面である旋回摺動面及びその旋回スクロールラップ２ａの表面には、ある程度の大きな負荷時に摺動が伴うと摩耗するなじみ層（図示せず）が形成されている。そのなじみ層の厚さは、両スクロール部材１、２を噛み合わせた場合のそれらの形状誤差によって生じる隙間のレベルである。このなじみ層は固定スクロール１の旋回スクロールとの対向面に設けてもよく、また、両方の部材に設けてももちろんよい。

このようなスクロールラップ１ａ、２ａを有する固定スクロール１、旋回スクロール２を噛み合わせ、固定スクロール１をフレーム１５にネジ固定して圧縮部３０が形成されている。旋回軸受２ｃにフレーム１５の主軸受１５ａで支持されたシャフト９の偏心ピン９ａを挿入する。また、そのフレーム１５と旋回スクロール２との間に、オルダムリング１６のキー部が旋回スクロール２の旋回オルダム溝（図示せず）とフレーム１５のフレームオルダム溝（図示せず）に挿入されている。この結果、旋回端板２ｂの上面側には、スクロールラップ１ａ、２ａの間に旋回内線側圧縮室２００及び旋回外線側圧縮室２０１、その周囲に吸込室６が形成される。一方、旋回端板２ｂの下面側には、背圧室４が形成される。

また、フレーム１５の下部から突出したシャフト９の下方には、駆動部であるモータ１７の回転運動部であるロータ１７ａが固定され、それと外周面で対向する位置にモータ１７の静止部であるステータ１７ｂが配されている。モータ１７はインバータなどにより回転数制御されるようになっている。これに伴ってシャフト９も回転数制御されることとなり、さらにはシャフト９で駆動される旋回スクロール２が回転数制御されることとなる。

これらの圧縮機構成要素は密閉容器２０で包含されている。そして、圧縮部３０の上部には圧縮部上部空間２０４が設けられ、圧縮部３０とモータ１７との間には圧縮部下部空間２０５が設けられている。また、シャフト９の下端は、密閉容器２０に固定された支え板１４に球面対偶を介して位置決めされた副軸受１４ａで支持される。この密閉容器２０の最下部には油を溜める貯油室２１０が設けられている。

圧縮部３０の外周側に複数個の流通溝２０６が設けられ、圧縮部上部空間２０４と圧縮部下部空間２０５とを連繋してある。ステータ１７ｂの側面に返油のための溝である返油溝２０７が設けられている。圧縮部３０にガスを送り込む吸込パイプ１８が密閉容器２０を貫通して圧縮部３０の吸込空間まで挿入されている。さらに、吐出パイプ１９が圧縮部下部空間２０５に挿入されている。

次に、スクロール圧縮機の背圧室油流出路付近（図１のＭ）に関して主に図２〜４を参照しながら説明する。

背圧室４と旋回内側線側圧縮室２００または旋回外側線側圧縮室２０１とを連繋する流路である背圧室油流出路は、背圧弁流入穴１００ｇ、背圧弁穴１００ｆ、背圧弁流出流路１００ｅを備えて構成されている。ここで、背圧弁穴１００ｆには圧縮されたコイル状ばね１００ｂ、弁板１００ｃを配置した後、背圧弁穴１００ｆを弁キャップ１００ｄで蓋をし、背圧制御弁１００が形成される。背圧弁流出流路１００ｅは固定スクロールラップ１ａ間の固定端板１ｂ側から旋回内側線側圧縮室２００側及び旋回外側線側圧縮室２０１側の両方にシャフト９の回転位相角によって開口するように設けられている。

次に、係る構成による動作及び作用効果を説明する。

まず、圧縮対象流体である冷媒の流れ及びそれに関わる作用効果を述べる。吸込パイプ１８から流入した冷媒は、吸込室６に流入された後、両スクロール部材１、２間に形成される旋回内側線側圧縮室２００及び旋回外側線側圧縮室２０１で圧縮され、吐出穴１ｄから圧縮部上部空間２０４に吐出される。この結果、密閉容器２０の内部は概略吐出圧となる。圧縮部上部空間２０４に出た油を含む冷媒は、圧縮部３０の側面にある流通溝２０６を通って圧縮部下部空間２０５に入り、密閉容器側面の吐出パイプ１９から圧縮機外に流出される。

モータ１７によりクランク軸９が回転され、旋回スクロール２がオルダムリング１６により自転することなく公転運動されることにより、旋回内側線側圧縮室２００及び旋回外側線側圧縮室２０１が形成される。この時、旋回スクロール２は、冷媒による引き離し力で押下げる向きに力がかけられるが、これに対抗する上向きの引付力が後述のメカニズムによる背圧（背圧室４の圧力）と旋回軸受２ｃの吐出圧とで発生される。これにより、旋回スクロール２に作用する付勢力が上向きとされ、旋回スクロール２が固定スクロール１に押付けられる。このように、固定スクロール１は旋回スクロール２の支持部材の役割を担っている。一方、固定スクロール１は、それが固定されているフレーム１５を支持部材としている。

次に、油の流れ及び作用効果のうちの一般的な内容を説明する。油は、各摺動部の潤滑や圧縮部３０のシールのためにスクロール圧縮機内を循環している。

貯油室２１０の油は、吐出圧と背圧との圧力差によって、シャフト９の給油穴９ｂを通り、旋回軸受２ｃと主軸受１５ａを潤滑した後、背圧室４へ流入される。この結果、軸受部の排油手段が背圧室２１０の背圧室流体流入手段となる。

背圧室４へ流入した油の一部はオルダムリング１６のキー部の潤滑を行いつつ、固定スクロール１の下面に開口する背圧室油流出路の背圧弁流入穴１００ｇに流入する。背圧弁流入穴１００ｇに入った油は、その後、背圧制御弁１００に至る。背圧制御弁１００の弁板１００ｃは、その下面側の圧力が上面側の圧力にコイル状ばね１００ｂの圧縮量に対応する所定値を加えた値よりも高くなると上昇する。すなわち、弁板１００ｃが開口して背圧室４内の冷媒を含む油が背圧弁穴１００ｆに流入する。これは、弁板１００ｃの下面側の圧力が上面側の圧力に弁ばね１００ｂの圧縮量に対応する所定値になるまで継続する。以上より、この背圧制御弁１００は、弁板１００ｃの下面の圧力をその上面の圧力よりも所定値だけ高い圧力に制御する作用を有する。

さらには、背圧弁穴１００ｆに流入した冷媒を含む油は、背圧弁流出流路１００ｅを通って、固定スクロールラップ１ａ間の固定端板１ｂ側から旋回内側線側圧縮室２００に開口し（図３参照）、さらに旋回外側線側圧縮室２０１にも開口する（図４参照）ため、両圧縮室２００、２００１に対し直接の給油が行われる。これによって、旋回スクロールラップ２ａの先端部及び固定端板１ｂの摺動面を効果的にシールする。さらに、旋回内側線側圧縮室２００及び旋回外側線側圧縮室２０１に流入した油は、ミスト状になり圧縮室２００、２００１内で分散され、圧縮室内の旋回端板２ｂに付着し、固定スクロールラップ１ａの先端部及び旋回端版２ｂの摺動面をシールするための給油も同時に行う。

さらには、図３のように旋回内側線側圧縮室２００に潤滑油が供給される際、旋回内側線側圧縮室２００は圧縮過程の途中であり、このときの旋回内側線側圧縮室２００の圧力Ｐｉは吸込圧力Ｐｓより高くなる（Ｐｉ＞Ｐｓ）。また、図４のように旋回外側線側圧縮室２０１においても同様であり、旋回外側線側圧縮室２０１の圧力Ｐｏは吸込圧力Ｐｓより高くなる（Ｐｏ＞Ｐｓ）。このように、背圧弁流出流路１００ｅは（Ｐｉ＞Ｐｓ、Ｐｏ＞Ｐｓ）となる位置に設けられているため、高温高圧である冷媒を含む油の膨張を抑制することができ、両圧縮室２００、２０１内の温度及び圧力上昇を抑えることができ、これにより加熱損失及び再膨張損失の低減を実現できる。

その後、油は冷媒と共に昇圧され、ミスト状になって吐出穴１ｄより冷媒と共に圧縮室上部空間２０４に吐き出される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。図５は本発明の第２実施形態のスクロール圧縮機のＭ部相当図である。この第２実施形態は、次に述べる通り第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一である。

この第２実施形態では、背圧制御弁１００の位置を固定スクロール１の端面まで移動させることにより、背圧弁流出流路１００ｅの容積を減少させたものである。弁板１００ｃが閉じた状態であるとき、背圧弁穴１００ｆ及び背圧弁流出流路１００ｅ領域はデッドボリュームとなり、圧縮工程を繰り返す際に、圧縮室内に逆流し再膨張損失を引き起こすので、この第２実施形態のように背圧弁流出流路１００ｅの容積を減少させることによって、再膨張損失を低減することができ、効率向上が図れる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６を用いて説明する。図６は本発明の第３実施形態のスクロール圧縮機のＭ部相当図である。この第３実施形態は、次に述べる通り第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第２実施形態と基本的には同一である。

この第３実施形態では、背圧制御弁１００の位置を固定スクロール１の圧縮室２０１の直上部に固定端板１ｂに対し平行に配置したものである。この第３実施形態によれば、背圧弁流出流路１００ｅの容積を第２実施形態よりさらに減少させることができ、さらに再膨張損失を低減して効率向上が図れる。

本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図である。図１のＭ部拡大図である。図１のスクロール圧縮機の固定スクロールと旋回スクロールとを組み合わせた状態（背圧弁流出流路と圧縮室外線側連通時）の断面図である。図３より旋回スクロールラップが１８０°回転した状態（背圧弁流出流路と圧縮室内線側連通時）の断面図である。本発明の第２実施形態のスクロール圧縮機のＭ部相当図である。本発明の第３実施形態のスクロール圧縮機のＭ部相当図である。

符号の説明

１…固定スクロール、１ａ…固定スクロールラップ、１ｂ…固定端板、１ｃ…バイパス穴、１ｄ…吐出穴、２…旋回スクロール、２ａ…旋回スクロールラップ、２ｂ…旋回端板、２ｃ…旋回軸受、３…吸込口、４…背圧室、６…吸込室、９…シャフト、９ａ…偏心ピン、９ｂ…給油穴、１４…支え板、１４ａ…副軸受、１５…フレーム、１７…モータ、１７ａ…ロータ、１７ｂ…ステータ、１８…吸込パイプ、１９…吐出パイプ、２０…密閉容器、３０…圧縮部、１００…背圧制御弁、１００ｂ…コイル状ばね、１００ｃ…弁板、１００ｄ…弁キャップ、１００ｅ…背圧弁流出流路、１００ｆ…背圧弁穴、１００ｇ…背圧弁流入穴、２００…旋回内線側圧縮室、２０１…旋回外線側圧縮室、２０４…圧縮部上部空間、２０５…圧縮部下部空間、２０６…流通溝、２０７…返油溝、２１０…貯油室。

Claims

端板とそれに立設するスクロールラップとを有する固定スクロールと、
端板とそれに立設するスクロールラップとを有すると共に前記固定スクロールに噛み合って旋回運動をすることにより前記固定スクロールとの間に圧縮室を形成する旋回スクロールと、
前記旋回スクロールに前記固定スクロールへの押付け力を与える背圧室と、
前記背圧室に冷媒を含む油を流入させる背圧室油流入手段と、
前記背圧室の油を前記圧縮室に流出させて当該背圧室の圧力を制御する背圧制御手段とを備え、
前記背圧制御手段は、前記背圧室と前記圧縮室とを繋ぐ背圧室油流出路と、この背圧室油流出路の中に前後の差圧で開閉される背圧制御弁とを有するスクロール圧縮機において、
前記背圧制御手段は、前記旋回スクロールの旋回に伴って、前記背圧室油流出路の開口が旋回内線側圧縮室との連通から旋回外線側圧縮室との連通に移行されるように構成した
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１において、前記背圧室油流出路の圧縮室への開口に近い前記固定スクロールの端板の内部に前記背圧制御弁を配置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項２において、前記背圧室油流出路の圧縮室の直上に位置して前記背圧制御弁を配置したことを特徴とするスクロール圧縮機。