JP2010048227A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロールの変形を防止しつつ圧損やデッドボリュームを減らして冷媒の圧縮効率を上げることの可能なスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】固定スクロール(36)の背面(36b)に吐出孔(56)を含んで凹部(36c)を設け、当該凹部の外周縁で締結された剛体からなる蓋体(50)によって凹部を覆うとともに蓋体との間に空間を形成し、作動流体（冷媒）を当該空間の外部に導く冷媒通路を凹部に開口して設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯器に好適なスクロール型流体機械に関するものである。

この種のスクロール型流体機械には、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットが容器内に備えられている。詳しくは、このユニットは互いに噛み合う固定及び可動の各スクロールを備えており、可動スクロールの背面にはボスが形成され、このボスには回転軸と一体形成されたクランクピンが連結されている。可動スクロールは、ボスを介して回転軸により駆動されることにより、自転することなく主軸フレームに支持されながら固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動する。これにより、各スクロールの渦巻きラップ間に形成される空間の容量が減少し、上記一連のプロセスが行われる。

ところで、固定スクロールは圧縮室の圧力による変形を防ぐために、剛性を確保すべく十分な厚さを有して構成されている。
しかしながら、通常、固定スクロールには圧縮した冷媒を固定スクロールの背面の吐出口から吐出するための吐出孔が穿設されており、固定スクロールを厚くすると、当該吐出孔が長くなり、そのため吐出孔における圧損が増大し或いは圧縮に寄与しないデッドボリュームが増大するという問題がある。このように吐出孔において圧損が増大し或いはデッドボリュームが増大すると、圧縮効率を低下させる要因となり、好ましいことではない。

そこで、固定スクロールの吐出口部分に吐出孔に連通する凹部を設け、吐出孔の長さを短くする技術が知られている（特許文献１参照）。
また、この種のスクロール型流体機械では、固定スクロールから主軸フレームを貫通するようにして上記吐出口から吐出した高圧の冷媒を主軸フレームの背面側に導く冷媒通路が形成されており、固定スクロールの背面には、吐出した冷媒を冷媒通路に送るべく吐出口及び冷媒通路の入口を覆う吐出ヘッドカバーが載置されているが（特許文献２参照）、当該冷媒通路についても長さを極力短くして圧損を低減することが望ましい。
特開２００１−２１４８７３号公報 特許第３８７３５９３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術では、固定スクロールの吐出口部分に吐出孔に連通する凹部を設けているため、固定スクロール中央部の厚さが薄くなり、固定スクロールの剛性を十分に保つことができず、固定スクロールが変形し兼ねないという問題がある。
そして、この問題は、上記特許文献２に示すように冷媒通路を設ける際、当該冷媒通路の入口部分をも含んで凹部を広く設ける場合において一層悪化するものと考えられる。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、固定スクロールの変形を防止しつつ圧損やデッドボリュームを減らして冷媒の圧縮効率を上げることの可能なスクロール型流体機械を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１のスクロール型流体機械は、容器内に設けられ、固定スクロール、及び、該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールの公転旋回運動により該可動スクロールの渦巻きラップ間に形成される圧縮室の容積を減少させながら作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、一端が前記固定スクロールを貫通して該固定スクロールの背面に開口するとともに他端が前記圧縮室と連通して設けられ、前記スクロールユニットにより圧縮された作動流体を前記固定スクロールの背面側に吐出させる一または複数の吐出孔とを備え、前記固定スクロールの背面には、前記吐出孔を含んで凹部が形成され、該凹部は、該凹部の外周縁で締結された剛体からなる蓋体により覆われるとともに該蓋体との間に空間を形成しており、前記固定スクロールの外周部には、前記凹部に開口して前記吐出孔から吐出された作動流体を前記空間の外部に導く冷媒通路が穿設されていることを特徴とする。

請求項２のスクロール型流体機械では、請求項１において、前記蓋体は、周縁部よりも中央部の厚みが大きいことを特徴とする。
請求項３のスクロール型流体機械では、請求項１または２において、前記蓋体は、背面の一部分に窪みを有していることを特徴とする。

請求項１のスクロール型流体機械によれば、固定スクロールの背面には吐出孔を含んで凹部が設けられ、当該凹部は当該凹部の外周縁で締結され剛体からなる蓋体により覆われるとともに当該蓋体との間に空間を形成しており、固定スクロールの外周部には凹部に開口して吐出孔から吐出された作動流体を上記空間の外部に導く冷媒通路が穿設されている。

従って、固定スクロールに設けられた吐出孔の長さが短くなり、吐出孔における圧損やデッドボリュームを減少させるようにでき、さらに、凹部を径方向に極力広く設けることで、冷媒通路の長さが短くなり、冷媒通路における圧損をも減少させるようにでき、スクロールユニットによる冷媒の圧縮効率を向上させることができる。
一方、蓋体は凹部の外周縁で締結されるとともに剛体からなるので、固定スクロールに凹部を設けることにより低下する固定スクロールの剛性を補い、固定スクロールの変形を防止することが可能となる。

また、固定スクロールの凹部と蓋体により空間が確保されるので、当該空間により消音効果が発揮され、作動流体が吐出孔から吐出される際に発生する騒音を抑制することができる。
請求項２に記載のスクロール型流体機械によれば、蓋体は周縁部よりも中央部の厚みが大きいので、固定スクロールの剛性を軽量化を図りながら効果的に向上させることができる。

請求項３に記載のスクロール型流体機械によれば、蓋体の背面の一部分に窪みを有しているので、固定スクロールに設けられた凹部と蓋体との間の空間を拡張して消音効果を高めるようにでき、作動流体が吐出孔から吐出される際に発生する騒音をより一層抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るスクロール型流体機械の一つである密閉型のスクロール圧縮機の断面図を示す。
スクロール圧縮機（以下、圧縮機）１は冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれている。当該回路は、作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

同図に示すように、この圧縮機１はハウジング（容器）２を備え、ハウジング２の胴部４は、その上側及び下側が上蓋６及び下蓋８によってそれぞれ気密に嵌合されており、胴部４の内部が密閉され、高圧の吐出圧が作用している。また、胴部４には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、上蓋６の適宜位置には、ハウジング２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

胴部４内には電動モータ１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によって駆動される。また、回転軸１６の上端側には軸受１７を介して主軸フレーム１８に回転自在に支持されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受２０を介して副軸フレーム２２に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２４が装着されており、ポンプ２４は下蓋８の内側、すなわちハウジング２の底部に形成された貯油室２６内の潤滑油Ｌを吸引する。この潤滑油Ｌは、回転軸１６の内部に軸線に沿って穿設される給油路２８を経て各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールとして機能する。

なお、貯油室２６の潤滑油Ｌの油面には冷媒の吐出圧が作用しており、この冷媒の吐出圧が潤滑油Ｌの油面に作用することも給油路２８における潤滑油Ｌの上昇に寄与する。これより、給油路２８の出口においては冷媒の吐出圧に略等しい高圧環境となる。
また、副軸フレーム２２の適宜位置には潤滑油Ｌの導入口３２が形成されており、圧縮機１内の各摺動部分に供給された潤滑油Ｌは、導入口３２を介して貯油室２６に貯留される。

スクロールユニット３０は、胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
詳しくは、当該スクロールユニット３０は、可動スクロール３４及び固定スクロール３６から構成され、各スクロール３４、３６には、それぞれ対峙する面に渦巻きラップ３４ａ、３６ａが各々一体立設されており、これら渦巻きラップ３４ａ、３６ａ間に圧縮室を形成している。これより、固定スクロール３６に対して可動スクロール３４が旋回運動すると、渦巻きラップ３４ａ、３６ａが互いに噛み合い、協働して可動スクロール３４の外周側に形成された吸入室３７から吸入管１０を介して冷媒が当該圧縮室に吸入され、圧縮室が渦巻きラップ３４ａ、３６ａの中心に向けて移動しながらその容積が減少され、冷媒の圧縮が行われる。

詳しくは、可動スクロール３４が旋回運動すると、渦巻きラップ３４ａ、３６ａの側面が微少隙間を有して噛み合うとともに渦巻きラップ３４ａの頂面と固定スクロール３６の鏡板面及び渦巻きラップ３６ａの頂面と可動スクロール３４の鏡板面が微少隙管を有して噛み合いながら圧縮室の容積が減少され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが実施される。

上述した可動スクロール３４に旋回運動を付与するため、可動スクロール３４の背面３４ｂにはボス３８が凸設して形成され、このボス３８は軸受４４を介してクランクピン４２に連結されている。このクランクピン４２は、回転軸１６の上端側に一体形成され、回転軸１６の回転に伴い主軸フレーム１８上にて可動スクロール３４を公転旋回運動させる。

一方、可動スクロール３４の自転は自転阻止ピン６２により阻止されている。当該ピン６２は可動スクロール３４の背面３４ｂに突設され、主軸フレーム１８に形成される有底状のホール６４に遊嵌されている。即ち、可動スクロール３４の背面３４ｂと主軸フレーム１８との間の空隙４５には、いわゆるピン−ホール式の回転阻止機構６０が形成されている。詳しくは、回転阻止機構６０は、例えば４組のピン６２及びホール６４を有して構成されている。

固定スクロール３６は主軸フレーム１８に固定され、上蓋６に形成される吐出室５４側と圧縮室側とを仕切っている。詳しくは、主軸フレーム１８には回転軸１６と同心円状に円筒状の外周壁１９が固定スクロール３６に向けて延びており、固定スクロール３６は当該外周壁１９の上縁に接合されている。
図１、２に示すように、固定スクロール３６の背面３６ｂの中央部には凹部３６ｃが形成されている。また、当該凹部３６ｃの中央の適宜位置には、圧縮室側に連通して圧縮された冷媒を吐出する吐出孔５６が貫通して穿設されており、当該吐出孔５６は固定スクロール３６の凹部３６ｃ内に配設された吐出弁５８により開閉される。即ち、固定スクロール３６の背面３６ｂには、吐出弁５８により開閉される吐出孔５６を含んで凹部３６ｃが形成されている。

そして、凹部３６ｃは、当該吐出弁５８を含んで吐出ヘッド（蓋体）５０で覆われている。
吐出ヘッド５０は、剛体からなり、凹部３６ｃの外周縁において固定スクロール３６と複数のボルトによって強固に締結されている。これにより、凹部３６ｃと吐出ヘッド５０との間には空間５２が形成されている。

詳しくは、上記吐出ヘッド５０は、周縁部より中央部の厚みを大きくした凸型形状で構成されており、吐出ヘッド５０の背面には、空間５２の一部として、吐出弁５８の位置（一部分）に対応して窪み５０ａが形成されている。
また、固定スクロール３６の外周部には、凹部３６ｃに開口して冷媒通路７０が設けられており、圧縮され吐出孔５６から吐出された冷媒が当該冷媒通路７０を介して空間５２の外部に送出される。詳しくは、冷媒通路７０は固定スクロール３６及び主軸フレーム１８を貫通して主軸フレーム１８の背面側に延びている。これより、詳細については説明を省略するが、吐出孔５６から吐出された冷媒が当該冷媒通路７０を経てハウジング２内を循環可能である。

以下、このように構成された本発明に係るスクロール型流体機械の作用について説明する。
上述した圧縮機１によれば、電動モータ１４により回転軸１６が回転すると、可動スクロール３４が公転旋回運動を開始する。この可動スクロール３４の公転旋回運動は、吸入管１０から冷媒をスクロールユニット３０の内部に向けて吸入し、圧縮室の容積を縮小させながら当該冷媒を圧縮する。そして、このように圧縮された冷媒は、吐出孔５６を通って吐出弁５８を押し上げて固定スクロール３６の凹部３６ｃと吐出ヘッド５０の窪み５０ａで形成される空間５２に吐出され、冷媒通路７０を介して下方へ送出され、ハウジング２内を潤滑油Ｌを分離しながら循環した後、吐出室５４から吐出管１２を通じて圧縮機外へ送出される。

このように可動スクロール３４の公転旋回運動が開始されて冷媒が圧縮されるが、上述したように固定スクロール３６には凹部３６ｃが設けられており、故に吐出孔５６は凹部３６ｃを設けない場合に比べて長さが短くなっている。これにより、吐出孔５６における圧損を低減できるとともに圧縮に寄与しないデッドボリュームを減らすことができ、圧縮効率を上げることが可能である。また、凹部３６ｃを径方向に極力広く設けることで、同様に冷媒通路７０の長さも短くなっている。これにより、やはり吐出孔５６における圧損を低減でき、圧縮効率を上げることが可能である。

一方、このように固定スクロール３６に凹部３６ｃが設けられていると、固定スクロール３６の鏡板が薄くなる傾向にあり、圧縮室の高圧により固定スクロール３６が押圧される際に変形するおそれがある。しかしながら、ここでは、吐出ヘッド５０は剛体からなり、凹部３６ｃの外周縁において固定スクロール３６と複数のボルトによって強固に締結されているので、低下した固定スクロール３６の剛性を補い、固定スクロール３６の変形を防止することが可能である。

特に、吐出ヘッド５０は周縁部よりも中央部の厚みを大きくして凸型形状に構成されているので、吐出ヘッド５０の剛性を軽量化を図りながら効果的に向上させることができる。
また、凹部３６ｃと吐出ヘッド５０との間には空間５２が形成され、この空間５２により消音効果が発揮されるので、冷媒が吐出孔５６から吐出される際に発生する騒音を抑制することができる。

特に、吐出ヘッド５０の背面の一部分には窪み５０ａが形成されているので、空間５２を拡張して消音効果を高めるようにでき、冷媒が吐出孔５６から吐出される際に発生する騒音をより一層抑制することができる。
以上で本発明の一実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

例えば、吐出ヘッド５０には窪み５０ａを設けているが、消音効果を十分に得ることができる限り、窪み５０ａを必ずしも設けなくてもよいし、窪み５０ａの位置や大きさについては状況に応じて変更することが可能である。
また、吐出ヘッド５０は周縁部よりも中央部の厚みが大きく吐出室５４に向かって凸型形状をなしているが、固定スクロール３６の剛性を補うことができれば形状は凸型形状に限定されるものではなく、平らな板状としても良い。

さらに、上記実施形態では冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、これに限らず種々の分野における密閉型以外の圧縮機または膨張機等のスクロール型の流体機械に適用可能である。

本発明の実施形態に係るスクロール型流体機械の縦断面図である。 図１の固定スクロール及び吐出ヘッド部分を拡大して示す図である。

符号の説明

１ スクロール型圧縮機
２ ハウジング
３６ 固定スクロール
３６ｃ 凹部
５０ 吐出ヘッド
５０ａ 窪み
５２ 空間
５６ 吐出孔
５８ 吐出弁

Claims (3)

1. 容器内に設けられ、固定スクロール、及び、該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールの公転旋回運動により該可動スクロールの渦巻きラップ間に形成される圧縮室の容積を減少させながら作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、
   一端が前記固定スクロールを貫通して該固定スクロールの背面に開口するとともに他端が前記圧縮室と連通して設けられ、前記スクロールユニットにより圧縮された作動流体を前記固定スクロールの背面側に吐出させる一または複数の吐出孔とを備え、
   前記固定スクロールの背面には、前記吐出孔を含んで凹部が形成され、
   該凹部は、該凹部の外周縁で締結された剛体からなる蓋体により覆われるとともに該蓋体との間に空間を形成しており、
   前記固定スクロールの外周部には、前記凹部に開口して前記吐出孔から吐出された作動流体を前記空間の外部に導く冷媒通路が穿設されていることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記蓋体は、周縁部よりも中央部の厚みが大きいことを特徴とする、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記蓋体は、背面の一部分に窪みを有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のスクロール型流体機械。

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