JP2010053798A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明が解決しようとする課題は、旋回スクロールの外線側と内線側の両方の圧縮室へ油を確実に供給し、圧縮室のシール性を向上させたスクロール圧縮機を提供することにある。
【解決手段】
本発明に係るスクロール圧縮機は、台板に立設する渦巻状のラップを有する旋回スクロールと、台板に立設する渦巻状のラップを有する固定スクロールと、旋回スクロール及び固定スクロールにより形成され旋回スクロールの内線側に位置する内線側圧縮室及び旋回スクロールの外線側に位置する外線側圧縮室とを有する圧縮室と、旋回スクロールの背部に設けられた背圧室と、背圧室と圧縮室とを連通し圧縮室側の開口部が内線側圧縮室及び外線側圧縮室の両方に開口するように形成された連通路とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機や空気調和機等において冷媒ガスを圧縮するためのスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールの圧縮作用により、両スクロールを互いに引き離そうとする力が発生する。この時、旋回スクロールが固定スクロールから引き離されないように、旋回スクロールの反固定スクロール側に吐出圧力と吸込圧力の中間の圧力となる背圧室を設け、この背圧によって旋回スクロールを固定スクロールに押付けている。背圧は背圧室と吸込室とをつなぐ連通路に設けられた逆止弁により調整される（例えば特許文献１参照）。

特許文献１においては、背圧室と吸込室とをつなぐ連通路に、弁体とこの弁体を押す差圧弁ばねから構成される圧力差制御弁を備え、背圧が吸込圧力＋一定値となるように制御される。圧力差制御弁が開くと背圧室の油が吸込室に供給され、この油が圧縮室内部を潤滑する。特許文献１は、旋回スクロールの外線側に形成される圧縮室には油が供給され易いが、内線側に形成される圧縮室には油が供給され難いといった問題があった。

特開平１０−１１０６８８号公報

本発明が解決しようとする課題は、旋回スクロールの外線側と内線側の両方の圧縮室へ油を確実に供給し、圧縮室のシール性を向上させたスクロール圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るスクロール圧縮機は、台板に立設する渦巻状のラップを有する旋回スクロールと、台板に立設する渦巻状のラップを有する固定スクロールと、旋回スクロール及び固定スクロールにより形成され旋回スクロールの内線側に位置する内線側圧縮室及び旋回スクロールの外線側に位置する外線側圧縮室とを有する圧縮室と、旋回スクロールの背部に設けられた背圧室と、背圧室と圧縮室とを連通し圧縮室側の開口部が内線側圧縮室及び外線側圧縮室の両方に開口するように形成された連通路とを備える。

本発明に係るスクロール圧縮機によれば、旋回スクロールの外線側と内線側の両方の圧縮室へ油を確実に供給でき、圧縮室のシール性を向上させたスクロール圧縮機を提供することができる。

本発明に係るスクロール圧縮機は、台板に立設する渦巻状のラップを有する旋回スクロールと、台板に立設する渦巻状のラップを有する固定スクロールと、旋回スクロール及び固定スクロールにより形成され旋回スクロールの内線側に位置する内線側圧縮室及び旋回スクロールの外線側に位置する外線側圧縮室とを有する圧縮室と、旋回スクロールの背部に設けられた背圧室と、背圧室と圧縮室とを連通し圧縮室側の開口部が内線側圧縮室及び外線側圧縮室の両方に開口するように形成された連通路とを備える。これにより、旋回スクロールの外線側と内線側の両方の圧縮室へ油を確実に供給でき、圧縮室のシール性を向上させたスクロール圧縮機を提供することができる。以下、本発明に係るスクロール圧縮機について、図面を用いて説明する。

本発明に係るスクロール圧縮機の第１の実施例を図１−図８を用いて説明する。図１は第１の実施例のスクロール圧縮機の縦断面図、図２は従来技術における図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２のＢ−Ｂ断面図、図４は旋回外線室が吸込完了になるときの説明図、図５は旋回内線室が吸込完了になるときの説明図、図６は第１の実施例における図１のＡ−Ａ断面図、図７は図６のＣ−Ｃ断面図、図８は第１の実施例における背圧制御弁の油戻し方法説明図である。

スクロール圧縮機１は、渦巻状のラップ６ａと５ｃを立設した旋回スクロール６及び固定スクロール５からなる圧縮機構部３と、この圧縮機構部３を駆動する電動機４と、この圧縮機構部３と電動機４を収納する密閉容器２とを備える。密閉容器２内の上部には圧縮機構部３が、下部には電動機４が配置される。そして、密閉容器２の底部には潤滑油１３が貯留される。

密閉容器２は、円筒状のケース２ａに蓋チャンバ２ｂと底チャンバ２ｃが上下に溶接されて構成される。蓋チャンバ２ｂには吸込パイプ２ｄが設けられ、ケース２ａ側面には吐出パイプ２ｅが設けられる。密閉容器２の内部は吐出圧室２ｆとなる。吐出圧室２ｆには圧縮機構部３と電動機４が収納される。

圧縮機構部３は、台板５ｄ上に渦巻状のラップ５ｃを有する固定スクロール５と、台板６ｂ上に渦巻状のラップ６ａを有する旋回スクロール６と、固定スクロール５にボルト８で一体化されて旋回スクロール６を支持するフレーム９とを備える。

固定スクロール５に相対向して旋回スクロール６が旋回自在に配置される。旋回スクロール６の上面には、図２に示すように、固定スクロール５のラップ５ｃとかみ合う渦巻状のラップ６ａが設けられ、ラップ５ｃとラップ６ａとの間に吸込室１０と圧縮室１１が形成されている。

フレーム９は、その外周側が溶接によって密閉容器２の内壁面に固定される。固定スクロール５には、リリース弁装置１５が設けられる。フレーム９は、クランク軸７を回転自在に支持する主軸受９ａを備える。旋回スクロール６の下面側に、クランク軸７の偏心部７ｂが連結される。

旋回スクロール６の下面側とフレーム９との間にはオルダムリング１２が配置されており、オルダムリング１２は旋回スクロール６の下面側に形成された溝及びフレーム９に形成された溝に装着される。このオルダムリング１２は、旋回スクロール６を自転することなく、クランク軸７の偏心部７ｂの偏心回転を受けて公転運動をさせる働きをする。

電動機４は、固定子４ａおよび回転子４ｂを備える。固定子４ａは密閉容器２に圧入および溶接などにより締結される。回転子４ｂは固定子４ａ内に回転可能に配置される。回転子４ｂにはクランク軸７が固定されており、回転子４ｂが回ることにより、旋回スクロール６を旋回運動させる。

クランク軸７は、主軸７ａと偏心部７ｂとを備え、フレーム９に設けた主軸受９ａ及び下軸受１７により支持される。偏心部７ｂはクランク軸７の主軸７ａに対して偏心して一体に形成され、旋回スクロール６の背面に設けた旋回軸受に嵌合される。クランク軸７は電動機４によって駆動され、偏心部７ｂは主軸７ａに対して偏心回転運動し、旋回スクロール６を駆動させる。また、クランク軸７は、主軸受９ａ，下軸受１７および旋回軸受へ潤滑油１３を導く給油通路７ｃが設けられ、電動機側軸端に潤滑油１３を吸い上げて給油通路７ｃに導く給油管７ｄが装着される。

旋回スクロール６の背面側とフレーム９との間には、吸込パイプ２ｄの圧力と吐出圧室２ｆの圧力の中間の圧力となる背圧室１４が形成される。背圧室１４と吐出圧室２ｆの圧力差により、クランク軸７の中心部に形成された給油通路７ｃを介して、密閉容器２底部に封入した潤滑油１３が主軸受９ａなどに供給される。この背圧室１４は、密閉容器２内の潤滑油１３を圧縮機構部３の摺動部に供給する経路中に形成される。

冷媒ガスは、吸込パイプ２ｄから旋回スクロール６および固定スクロール５により形成される圧縮室１１に導かれる。その後、冷媒ガスは、圧縮室１１内において、スクロールの中心方向に移動するに従い容積を縮小し、圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール５の台板５ｄの略中央に設けられた吐出口５ｅから密閉容器２内の吐出圧室２ｆへ吐出され、吐出パイプ２ｅから外部へと流出する。

リリース弁装置１５は、過圧縮等を防止するために、圧縮室１１の圧力が吐出圧力以上になったとき、圧縮室１１と吐出圧室２ｆとを連通するものである。

つぎに背圧室１４の圧力調整機構である背圧制御弁１６について説明する。まず、図２及び図３を用いて従来技術における背圧制御弁１６について説明する。固定スクロール５は、ばね収納穴５ｆを備える。ばね収納穴５ｆの背圧室１４側に貫通穴５ｇが形成され、貫通穴５ｇにはピース１６ａが圧入される。ピース１６ａにはばね収納穴５ｆと背圧室１４とを連通する連通穴１６ｂが形成される。ばね収納穴５ｆには連通穴１６ｂを塞ぐように弁体１６ｃが、ばね１６ｄによって押付けられる。ばね１６ｄはシール部材１６ｅに取り付けら、シール部材１６ｅは、ばね収納穴５ｆと吐出圧室２ｆとを区画するように固定スクロール５に圧入される。ばね収納穴５ｆの側面には固定スクロール５端面部に形成されたＲ溝５ｈと連通する導通路５ｉが形成される。

背圧制御弁１６の動作について説明する。密閉容器２下部に溜められた潤滑油１３は密閉容器２と背圧室１４の圧力差により給油管と給油通路を通って各軸受部に給油される。軸受部に給油された潤滑油１３は背圧室１４に入り、ここで潤滑油１３内に溶け込んでいた冷媒が発泡し背圧室１４の圧力を上昇させる。背圧室１４とばね収納穴５ｆの圧力差がばね１６ｄの押付力より勝ると弁体１６ｃが開き、背圧室１４内の潤滑油１３は導通路５ｉ及びＲ溝５ｈを通って吸込室１０に供給される。すなわち、背圧室１４の圧力は、吸込圧力＋一定値（この一定値はばね力によって決まる）となる。

吸込室１０に供給された潤滑油１３は、圧縮室１１の内部潤滑に利用され隙間のシールを行う。ここで、圧縮室１１は旋回スクロール６の外線側に形成される旋回外線室１１ａと内線側に形成される旋回内線室１１ｂの２つの圧縮室が存在する。図４に、旋回外線室１１ａが吸込完了となるクランク軸７の回転角１２０゜前からの様子を示す。旋回外線室１１ａはＲ溝５ｈから供給された潤滑油１３の流れと同じ方向に旋回スクロール６のラップ６ａが固定スクロール５のラップ５ｃ壁面に近づき、潤滑油１３を旋回スクロール６が掻きこみながら吸込完了する。つまり、旋回外線室１１ａへは潤滑油１３が供給され易いことがわかる。これに対し、図５に示すように旋回内線室１１ｂはＲ溝５ｈから供給された潤滑油１３の流れと逆の方向に、旋回スクロール６のラップ６ａが固定スクロール５のラップ５ｃ壁面に近づいている。つまり、旋回内線室１１ｂへは潤滑油１３が供給され難いことがわかる。以上から従来技術では、旋回内線室に潤滑油が供給され難く、旋回内線室のシール性が低下するといった問題があった。

図６及び図７に本発明の第１の実施例における背圧制御弁の構造を示す。固定スクロール５にはばね収納穴５ｆが形成される。ばね収納穴５ｆの背圧室１４側に貫通穴５ｇが形成され、貫通穴５ｇにはピース１６ａが圧入される。ピース１６ａにはばね収納穴５ｆと背圧室１４を連通する連通穴１６ｂが形成される。また、連通穴１６ｂは固定スクロール５の外周溝５ｂと連通している。ばね収納穴５ｆには連通穴１６ｂを塞ぐように、弁体１６ｃがばね１６ｄによって押付けられる。ばね１６ｄはシール部材１６ｅに取り付けられており、シール部材１６ｅは、ばね収納穴５ｆと吐出圧室２ｆとを区画するように固定スクロール５に圧入される。ばね収納穴５ｆの側面には固定スクロール５の歯底面５ｊに開口した導通路５ｉが形成される。導通路５ｉは、歯底面５ｊの幅中央部に開口する。

つぎに、背圧制御弁１６から圧縮室１１への潤滑油１３の供給方法について図８を用いて説明する。ここで、図８は旋回外線室１１ａの吸込完了を０゜として、クランク軸７の一回転中の様子を示す。０゜から１２０゜の区間では導通路５ｉは旋回スクロール６の内線側に開口して旋回内線室１１ｂへ潤滑油１３を供給する。１８０゜から３００゜の区間では導通路５ｉは旋回スクロール６の外線側に開口して旋回外線室１１ａへ潤滑油１３を供給する。導通路５ｉの固定スクロール５歯底面５ｊ開口部は旋回スクロール６のラップ６ａの厚みより小さくなっており、旋回外線室１１ａと旋回内線室１１ｂが導通路５ｉによって連通することはない。また、導通路５ｉの圧縮室側開口部は吸込が完了する前の圧縮室（旋回外線室１１ａ，旋回内線室１１ｂ）に開口するので（つまり、導通路５ｉの圧縮室側開口部は閉じ切った後の圧縮室には開口しないので）、ばね収納穴５ｆはほぼ吸込圧力に保たれ、ばね収納穴５ｆは死容積にならず再膨張損失が生じない。この再膨張損失はすき間容積比（死容積／圧縮機の押除容積）が大きいほど損失が増大する。特に、二酸化炭素を冷媒とした圧縮機は押除容積が小さく、すき間容積比が大きくなるので、導通路５ｉを吸込完了する前の圧縮室に導通路５ｉの圧縮室側開口部が開口する構造が適している。

以上、本実施例に係るスクロール圧縮機は、背圧室と圧縮室とを連通し圧縮室側の開口部が内線側圧縮室及び外線側圧縮室の両方に開口するように形成された連通路を備えるので、旋回スクロールの外線側と内線側両方の圧縮室へ油を確実に供給でき、圧縮室のシール性を向上させることができる。また、連通路の圧縮室側の開口部は、内線側圧縮室が閉じきる前において内線側圧縮室に開口しており外線側圧縮室が閉じきる前において外線側圧縮室に開口している（内線側圧縮室が閉じきる前においてのみ内線側圧縮室に開口しており外線側圧縮室が閉じきる前においてのみ外線側圧縮室に開口している／内線側圧縮室が閉じきった後には内線側圧縮室に開口せず外線側圧縮室が閉じきった後には外線側圧縮室に開口しない）ので、ばね収納穴５ｆはほぼ吸込圧力に保たれ、ばね収納穴５ｆは死容積にならず再膨張損失を抑制することができる。

本発明の第２の実施例を図９を用いて説明する。図９は第２の実施例における図６のＣ−Ｃ断面図である。ここで、基本的構造は実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

実施例１と異なる点は、ばね収納室５ｆと歯底面５ｊをつなぐ導通路５ｉが歯底面５ｊに対し斜めに構成される点である。導通路５ｉを歯底面５ｊに対し斜めに構成することにより、圧縮機の組立てが容易となる。つまり、シール部材１６ｅを圧入する前に、シール部材１６ｅが圧入されている穴からドリルを挿入して導通路５ｉを加工し、その後、シール部材１６ｅを圧入すれば、導通路５ｉ加工時にできる穴を別途塞ぐ手間がなくなり、組立てが容易となる。

本発明の第３の実施例を図１０を用いて説明する。本実施例においては、本発明に係るスクロール圧縮機が、作動冷媒として二酸化炭素を用いたヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルに適用される。二酸化炭素を用いたヒートポンプ式給湯機は高圧側が臨界点を超えた超臨界サイクルとなる。本発明に係るスクロール圧縮機１を起動することにより、圧縮された高温・高圧の作動流体は、実線矢印で示すように吐出パイプ２ｅからガスクーラ１９に流入する。ガスクーラ１９にいおいて、作動流体は水配管１９ａと対向流で熱交換し、作動流体は冷却され、水は加熱される。この冷却された作動流体は、膨張弁２０で絞られ、断熱膨張して低温・低圧となる。低温・低圧となった作動流体は、蒸発器２１においてファン２１ａにより供給された空気からの熱を吸熱してガス化され、その後、吸込パイプ２ｄを経てスクロール圧縮機１に吸込される。ガスクーラ１９で作られたお湯は３００〜５００Ｌのタンク（図示せず）に貯められる。

制御回路２２は、水配管１９ａの出口側温度センサ１９ｂ，入口側温度センサ１９ｃ、及び水流量計２３から温度と流量を検知し、これらから加熱能力を算出して目標の加熱能力となるようにスクロール圧縮機１の回転速度を制御する。また、スクロール圧縮機１の圧縮機温度センサ１ａを検知して目標の圧縮機温度となるように膨張弁２０の開度を制御する。これらの制御を行いながら目標の貯湯温度，加熱能力に設定し運転を行う。

本実施例におけるヒートポンプ式給湯機は本発明に係るスクロール圧縮機を搭載しているので、第１の実施例と同様の効果を奏する。つまり、本実施例によれば、圧縮室のシール性を向上させたスクロール圧縮機を搭載するので、エネルギ効率に優れたヒートポンプ式給湯機を提供することができる。また、本実施例においては、本発明に係るスクロール圧縮機をヒートポンプ式給湯機に適用したが、空気調和機等に適用することもできる。この場合も、エネルギ効率に優れた空気調和機等を提供することができる。

第１の実施例のスクロール圧縮機の縦断面図。 従来技術における図１のＡ−Ａ断面図。 図２のＢ−Ｂ断面図。 旋回外線室が吸込完了になるときの説明図。 旋回内線室が吸込完了になるときの説明図。 第１の実施例における図１のＡ−Ａ断面図。 図６のＣ−Ｃ断面図。 第１の実施例における背圧制御弁の油戻し方法説明図。 第２の実施例における図６のＣ−Ｃ断面図。 二酸化炭素を用いたヒートポンプ式給湯機のサイクル。

符号の説明

１ スクロール圧縮機
１ａ 圧縮機温度センサ
２ 密閉容器
２ａ ケース
２ｂ 蓋チャンバ
２ｃ 底チャンバ
２ｄ 吸込パイプ
２ｅ 吐出パイプ
２ｆ 吐出圧室
３ 圧縮機構部
４ 電動機
４ａ 固定子
４ｂ 回転子
５ 固定スクロール
５ａ 吸入口
５ｂ 外周溝
５ｃ，６ａ ラップ
５ｄ，６ｂ 台板
５ｅ 吐出口
５ｆ ばね収納穴
５ｇ 貫通穴
５ｈ Ｒ溝
５ｉ 導通路
５ｊ 歯底面
６ 旋回スクロール
７ クランク軸
７ａ 主軸
７ｂ 偏心部
７ｃ 給油通路
７ｄ 給油管
８ ボルト
９ フレーム
９ａ 主軸受
１０ 吸込室
１１ 圧縮室
１１ａ 旋回外線室
１１ｂ 旋回内線室
１２ オルダムリング
１３ 潤滑油
１４ 背圧室
１５ リリース弁装置
１６ 背圧制御弁
１６ａ ピース
１６ｂ 連通穴
１６ｃ 弁体
１６ｄ ばね
１６ｅ シール部材
１７ 下軸受
１９ ガスクーラ
１９ａ 水配管
１９ｂ 出口側温度センサ
１９ｃ 入口側温度センサ
２０ 膨張弁
２１ 蒸発器
２１ａ ファン
２２ 制御回路
２３ 水流量計

Claims (12)

1. 台板に立設する渦巻状のラップを有する旋回スクロールと、
   台板に立設する渦巻状のラップを有する固定スクロールと、
   前記旋回スクロール及び固定スクロールにより形成され、前記旋回スクロールの内線側に位置する内線側圧縮室及び前記旋回スクロールの外線側に位置する外線側圧縮室とを有する圧縮室と、
   前記旋回スクロールの背部に設けられた背圧室と、
   前記背圧室と前記圧縮室とを連通し、前記圧縮室側の開口部が前記内線側圧縮室及び前記外線側圧縮室の両方に開口するように形成された連通路と、を備えたスクロール圧縮機。
2. 請求項１において、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部は、前記内線側圧縮室が閉じきる前において前記内線側圧縮室に開口しており、前記外線側圧縮室が閉じきる前において前記外線側圧縮室に開口しているスクロール圧縮機。
3. 請求項１において、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部は、前記内線側圧縮室が閉じきる前においてのみ前記内線側圧縮室に開口しており、前記外線側圧縮室が閉じきる前においてのみ前記外線側圧縮室に開口しているスクロール圧縮機。
4. 請求項１乃至３の何れかにおいて、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部は、前記内線側圧縮室が閉じきった後には前記内線側圧縮室に開口せず、前記外線側圧縮室が閉じきった後には前記外線側圧縮室に開口しないスクロール圧縮機。
5. 請求項１乃至４の何れかにおいて、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部は前記固定スクロールの歯底面に位置するスクロール圧縮機。
6. 請求項５において、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部は前記固定スクロールの歯底面の幅方向中央部に位置するスクロール圧縮機。
7. 請求項１乃至６の何れかにおいて、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部の直径は、前記旋回スクロールの前記ラップの幅より小さいスクロール圧縮機。
8. 請求項７において、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部により前記内線側圧縮室と前記外線側圧縮室とが連通しないように、前記連通路の前記圧縮室側の前記開口部が形成されたスクロール圧縮機。
9. 請求項１乃至８の何れかにおいて、前記連通路に前記背圧室の圧力を制御する差圧制御弁を備えたスクロール圧縮機。
10. 作動冷媒に二酸化炭素を用いた請求項１乃至９の何れかに記載のスクロール圧縮機。
11. 請求項１乃至１０の何れかに記載のスクロール圧縮機を用いた冷凍サイクル。
12. 請求項１乃至１０の何れかに記載のスクロール圧縮機を用いたヒートポンプ式給湯機。

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