JP2011027076A - Scroll compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯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。 The present invention relates to a scroll compressor used in a cooling device such as a cooling / heating air conditioner or a refrigerator, or a heat pump type hot water supply device.
従来、冷凍空調機や冷凍機に用いられるスクロール圧縮機は、一般に、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転拘束機構による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室が容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を行うものである。作動流体は旋回スクロールの旋回運動に伴い徐々に圧縮され、中心部に向かうに従い高圧状態となるため、旋回スクロールには固定スクロールから引き離される方向に離反力が働く。その結果、旋回スクロールと固定スクロールとの間には隙間が生じるため、圧縮途中の漏れが発生し、性能悪化を引き起こしてしまう。この対策として、旋回スクロールの背面に設けた背圧室に高圧と低圧との間の中間圧力を印加させ、固定スクロールからの離反を防止する方法がある（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, scroll compressors used in refrigeration air conditioners and refrigerators generally engage a fixed scroll and a rotating scroll where a spiral wrap rises from an end plate to form a compression chamber therebetween, and the rotating scroll is rotated by a rotation restraint mechanism. When it is swung along a circular orbit under the constraint of the above, suction, compression, and discharge are performed by moving the compression chamber while changing the volume. The working fluid is gradually compressed with the turning motion of the orbiting scroll, and becomes a high pressure state toward the center portion. Therefore, a separation force acts on the orbiting scroll in a direction away from the fixed scroll. As a result, a gap is generated between the orbiting scroll and the fixed scroll, so that leakage occurs during compression, resulting in performance deterioration. As a countermeasure, there is a method of preventing separation from the fixed scroll by applying an intermediate pressure between a high pressure and a low pressure to a back pressure chamber provided on the back surface of the orbiting scroll (see, for example, Patent Document 1).
図７は特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部の断面図である。旋回スクロール３の鏡板３ｂに設けられ、圧縮室１４側に開口する圧縮室側開口端２２ｃから背圧室１２に開口する背圧室側開口端２２ｂへ連通する連絡通路２２を備え、旋回スクロール３の旋回運動に伴い、圧縮室側開口端２２ｃが固定スクロール２の鏡板２ｂで開閉されることで連絡通路２２の連通及び閉塞が行われる。この連通及び閉塞の動作により、背圧室１２の圧力を所定の圧力（＝中間圧力）に維持している。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a compression mechanism portion of a conventional scroll compressor described in Patent Document 1. Provided on the end plate 3b of the orbiting scroll 3 is provided with a communication passage 22 that communicates from the compression chamber side opening end 22c that opens to the compression chamber 14 side to the back pressure chamber side opening end 22b that opens to the back pressure chamber 12, and the orbiting scroll 3 With the swiveling motion, the communication chamber 22 is connected and closed by opening and closing the compression chamber side opening end 22c by the end plate 2b of the fixed scroll 2. With this communication and closing operation, the pressure in the back pressure chamber 12 is maintained at a predetermined pressure (= intermediate pressure).
さらに、圧縮室側開口端２２ｃが旋回スクロール３の旋回運動に伴い、固定スクロール２のスラスト面と吸入室に連通する圧縮室を周期的に移動することで、旋回スクロール３の外側に形成される圧縮室に間欠的に給油可能であり、給油されたオイルがこの圧縮室のシールの役割を果たし、作動流体の漏れが抑えられ、圧縮効率の低下を抑制している。 Further, the compression chamber side opening end 22 c is formed outside the orbiting scroll 3 by periodically moving in the compression chamber communicating with the thrust surface of the fixed scroll 2 and the suction chamber as the orbiting scroll 3 rotates. Oil can be intermittently supplied to the compression chamber, and the supplied oil serves as a seal for the compression chamber, so that leakage of the working fluid is suppressed and a reduction in compression efficiency is suppressed.
しかしながら、上記従来技術では背圧室への給油に関しては何ら開示されていない。背圧室にはオルダムリングに代表されるような自転拘束機構が配置されているため、潤滑のためのオイルが必要となるが、通常はオイル溜りのオイルを導いて背圧室へと供給する。しかしオイル溜りのオイルは高圧状態であるため、大量に供給すると背圧室の圧力が高くなり、旋回スクロールに過剰な背圧が印加される恐れがある。過剰な背圧が印加された場合には、スラスト荷重が増大するため、性能悪化や信頼性悪化を引き起こすという課題を有していた。 However, the above prior art does not disclose any oil supply to the back pressure chamber. Since a rotation restraint mechanism such as the Oldham ring is arranged in the back pressure chamber, oil for lubrication is required, but usually the oil in the oil reservoir is guided and supplied to the back pressure chamber. . However, since the oil in the oil reservoir is in a high pressure state, if a large amount of oil is supplied, the pressure in the back pressure chamber increases, and there is a possibility that excessive back pressure is applied to the orbiting scroll. When an excessive back pressure is applied, the thrust load increases, so that there is a problem of causing performance deterioration and reliability deterioration.
また、背圧室と圧縮室を連通させる経路の圧縮室側開口端を、旋回スクロールの内側に形成される内側圧縮室には開口させていなかったため、内側圧縮室には十分なオイルが供給されにくく、作動流体の漏れによる圧縮効率の低下が発生する場合があった。更に、オイルの供給が過度に少ない場合には、旋回スクロールと固定スクロールとの潤滑不足となり、カジリや異常磨耗を引き起こすという課題を有していた。 Further, since the compression chamber side opening end of the path connecting the back pressure chamber and the compression chamber is not opened to the inner compression chamber formed inside the orbiting scroll, sufficient oil is supplied to the inner compression chamber. In some cases, the compression efficiency is reduced due to leakage of the working fluid. Furthermore, when the supply of oil is excessively small, lubrication between the orbiting scroll and the fixed scroll becomes insufficient, and there is a problem of causing galling and abnormal wear.
本発明は前記従来の課題を解決するもので、適切な背圧を印加しながら、圧縮室へ適切な量のオイルを供給することができるので、高信頼性を確保しながら高効率を両立できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and can supply an appropriate amount of oil to the compression chamber while applying an appropriate back pressure, so that high efficiency can be achieved while ensuring high reliability. An object is to provide a scroll compressor.
前記従来の課題を解決するために、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの背面には高圧領域と、高圧と低圧との間の中間圧領域からなる背圧室を形成し、自転拘束機構による規制により旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、固定スクロールに形成された吸入室から作動流体を吸入し、圧縮、吐出の一連の動作を行うスクロール圧縮機において、圧縮室は旋回スクロールのラップ外側に形成される外側圧縮室と旋回スクロールのラップ内側に形成される内側圧縮室とを有し、背圧室と外側圧縮室とを間欠的に連通させる第１の経路と、背圧室と内側圧縮室とを間欠的に連通させる第２の経路と、旋回スクロールの背面の高圧領域と吸入室に連通する第３の経路とを設けたものである。この構成によれば、適切な背圧を印加してスラスト荷重の増大を防ぎながら、圧縮室へ適切な量のオイルを供給することによって、シールによる圧縮途中の漏れと潤滑不足によるカジリや異常磨耗の両方を防ぐことができるので、高信頼性を確保しながら高効率を両立できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described conventional problems, a fixed scroll and a turning scroll in which a spiral wrap rises from an end plate are meshed to form a compression chamber therebetween, and a high pressure region, A back pressure chamber consisting of an intermediate pressure region is formed, and the orbiting scroll revolves with a predetermined orbiting radius along a circular orbit by regulation by a rotation restraining mechanism, so that the compression chamber changes its volume toward the center. In a scroll compressor that moves and sucks a working fluid from a suction chamber formed in a fixed scroll and performs a series of operations of compression and discharge, the compression chamber is an outer compression chamber formed on the outer side of the orbiting scroll and the orbiting scroll. A first path for intermittently communicating the back pressure chamber and the outer compression chamber, and intermittently connecting the back pressure chamber and the inner compression chamber. Those provided with a second path for communicating the high-pressure region of the back surface of the orbiting scroll and the third path communicating the suction chamber. According to this configuration, by supplying an appropriate amount of oil to the compression chamber while applying an appropriate back pressure to prevent an increase in thrust load, galling or abnormal wear due to leakage during sealing due to the seal and insufficient lubrication Therefore, an object of the present invention is to provide a scroll compressor that can achieve both high efficiency while ensuring high reliability.
本発明のスクロール圧縮機は、適切な背圧を印加しながら、圧縮室へ適切な量のオイルを供給することができるので、高効率・高信頼性を実現することができ、特に二酸化炭素などの高圧冷媒を用いた場合に効果的である。 Since the scroll compressor of the present invention can supply an appropriate amount of oil to the compression chamber while applying an appropriate back pressure, it can achieve high efficiency and high reliability, particularly carbon dioxide, etc. This is effective when a high-pressure refrigerant is used.
第１の発明は、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの背面には高圧領域と、高圧と低圧との間の中間圧領域からなる背圧室を形成し、自転拘束機構による規制により旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、固定スクロールに形成された吸入室から作動流体を吸入し、圧縮、吐出の一連の動作を行うスクロール圧縮機において、圧縮室は旋回スクロールのラップ外側に形成される外側圧縮室と旋回スクロールのラップ内側に形成される内側圧縮室とを有し、背圧室と外側圧縮室とを間欠的に連通させる第１の経路と、背圧室と内側圧縮室とを間欠的に連通させる第２の経路と、高圧領域と吸入室とを連通させる第３の経路とを設けたものである。この構成によれば、圧縮室へ適切な量のオイルを供給することによって、シールによる圧縮途中の漏れと、潤滑不足によるカジリや異常磨耗の両方を防ぐこ
とができる。
In the first invention, the fixed scroll and the orbiting scroll in which the spiral wrap rises from the end plate are meshed to form a compression chamber therebetween. A back pressure chamber consisting of a pressure area is formed, and the orbiting scroll revolves with a predetermined orbiting radius along a circular orbit by regulation by the rotation restraint mechanism, so that the compression chamber moves toward the center while changing its volume and is fixed. In a scroll compressor that sucks a working fluid from a suction chamber formed in the scroll and performs a series of operations of compression and discharge, the compression chamber is formed inside an outer compression chamber formed outside the orbiting scroll wrap and inside the orbiting scroll wrap. A first path that intermittently communicates the back pressure chamber and the outer compression chamber, and a second path that intermittently communicates the back pressure chamber and the inner compression chamber. A path, is provided with a third path for communicating the high-pressure region and the suction chamber. According to this configuration, by supplying an appropriate amount of oil to the compression chamber, it is possible to prevent both leakage during compression due to the seal and galling and abnormal wear due to insufficient lubrication.
第２の発明は、特に第１の発明において、高圧領域と背圧室とを連通させる第４の経路を設けたものである。この構成によれば、背圧室へと流入するオイルをコントロールすることができるので、適切な背圧を印加してスラスト荷重の増大を防ぐことができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a fourth path is provided for communicating the high pressure region and the back pressure chamber. According to this configuration, since the oil flowing into the back pressure chamber can be controlled, an appropriate back pressure can be applied to prevent an increase in thrust load.
第３の発明は、特に第１〜２の発明において、第３の経路に絞り部を設けたものである。この構成によれば、吸入室へのオイルの供給量をコントロールすることができるので、吸入加熱による体積効率の低下を防ぎながら、シールによる圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 In the third invention, in particular, in the first and second inventions, a throttle portion is provided in the third path. According to this configuration, since the amount of oil supplied to the suction chamber can be controlled, it is possible to prevent leakage during compression by the seal while preventing a decrease in volumetric efficiency due to suction heating.
第４の発明は、特に第１〜３の発明において、第１の経路が連通する比率と第２の経路が連通する比率とが、概略等しくなるように形成したものである。この構成によれば、旋回スクロールのラップ外側に形成される外側圧縮室と旋回スクロールの内側に形成される内側圧縮室の両方に、均等にオイルを供給することができるので、効果的に圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 In the fourth invention, in particular, in the first to third inventions, the ratio at which the first path communicates with the ratio at which the second path communicates is substantially equal. According to this configuration, oil can be supplied uniformly to both the outer compression chamber formed outside the orbiting scroll wrap and the inner compression chamber formed inside the orbiting scroll. Can prevent leakage.
第５の発明は、特に第１〜３の発明において、旋回スクロールを固定スクロールよりも熱膨張係数の大きい材料で構成し、第２の経路が連通する比率を、第１の経路が連通する比率に対して同等以上となるように形成したものである。運転時に旋回スクロールは固定スクロールに比べて熱膨張によって相対的に大きくなり、内側圧縮室を形成する径方向の隙間が広がってシール性が低下する。この構成によれば、このような場合においても、内側圧縮室にオイルをより多く供給することができるので、効果的に圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 In a fifth aspect of the invention, in particular in the first to third aspects of the invention, the orbiting scroll is made of a material having a larger thermal expansion coefficient than the fixed scroll, and the ratio at which the second path communicates is the ratio at which the first path communicates. Is formed so as to be equal to or greater than. During operation, the orbiting scroll is relatively larger than the fixed scroll due to thermal expansion, and the radial gap forming the inner compression chamber is widened, resulting in a decrease in sealing performance. According to this configuration, even in such a case, more oil can be supplied to the inner compression chamber, so that leakage during compression can be effectively prevented.
第６の発明は、特に第１〜５の発明において、作動流体としての冷媒を、二酸化炭素としたものである。二酸化炭素はＨＦＣ系冷媒と比べて圧縮途中の差圧が大きいが、適切な背圧を印加してスラスト荷重の増大を防ぎながら適切なオイルを供給することができるので、高い信頼性を確保しながら、より効果的に圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 In the sixth invention, particularly in the first to fifth inventions, the refrigerant as the working fluid is carbon dioxide. Carbon dioxide has a larger differential pressure during compression than HFC-based refrigerants, but it can supply appropriate oil while applying an appropriate back pressure to prevent an increase in thrust load, ensuring high reliability. However, leakage during compression can be prevented more effectively.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１の圧縮機構部の縦断面図である。以下、スクロール圧縮機について、その動作、作用を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a scroll compressor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a compression mechanism portion of FIG. Hereinafter, operation | movement and an effect | action are demonstrated about a scroll compressor.
図１、図２に示すように、本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでいる。さらに、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設けてスクロール式の圧縮機構２を構成している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the scroll compressor of the present invention includes a main bearing member 11 of a crankshaft 4 fixed by welding or shrink fitting in a sealed container 1, and a bolt on the main bearing member 11. A revolving scroll 13 that meshes with the fixed scroll 12 is sandwiched between the fixed scroll 12 that is stopped. Further, a scroll-type compression mechanism 2 is configured by providing an autorotation restraint mechanism 14 such as an Oldham ring that guides the orbiting scroll 13 so as to prevent the autorotation of the orbiting scroll 13 and move in a circular orbit between the orbiting scroll 13 and the main bearing member 11. is doing.
そして、クランク軸４の上端にある偏心軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６及び固定スクロール１２の外周部の吸入室１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガス
は固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。
Then, the orbiting scroll 13 is eccentrically driven by the eccentric shaft portion 4 a at the upper end of the crankshaft 4 to move the orbiting scroll 13 in a circular orbit, thereby forming between the fixed scroll 12 and the orbiting scroll 13. Utilizing the fact that the compression chamber 15 becomes smaller while moving from the outer peripheral side to the center portion, the refrigerant gas is sucked from the suction pipe 16 communicating with the outside of the sealed container 1 and the suction chamber 17 on the outer peripheral portion of the fixed scroll 12 to be compressed. Then, the refrigerant gas having a predetermined pressure or higher is repeatedly discharged from the discharge port 18 at the center of the fixed scroll 12 by opening the reed valve 19 into the sealed container 1.
旋回スクロール１３のラップ上面１３ｃには、運転中の温度分布を測定した結果をもとに、中心部である巻き始め部から外周部である巻き終わり部にかけて、徐々にハネ高さが高くなるようにスロープ形状が設けられている。これにより熱膨張による寸法変化を吸収し、局所摺動を防止することができる。 On the lap upper surface 13c of the orbiting scroll 13, based on the result of measuring the temperature distribution during operation, the height of the heel gradually increases from the winding start portion as the central portion to the winding end portion as the outer peripheral portion. Is provided with a slope shape. Thereby, the dimensional change by thermal expansion can be absorbed and local sliding can be prevented.
また旋回スクロール１３の背面１３ｅには、内周側に高圧領域３０と、外周側に高圧と低圧との間の中間圧に設定された背圧室２９とがシール部材７８を境にして形成されている。この背面１３ｅの圧力付勢により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、圧縮行程の漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。 Further, on the back surface 13e of the orbiting scroll 13, a high pressure region 30 is formed on the inner peripheral side, and a back pressure chamber 29 set to an intermediate pressure between high pressure and low pressure is formed on the outer peripheral side with the seal member 78 as a boundary. ing. The orbiting scroll 13 is stably pressed against the fixed scroll 12 by the pressure applied to the back surface 13e, and the circular orbital motion can be stably performed while reducing the leakage of the compression stroke.
クランク軸４の下端にはポンプ２５が設けられ、圧縮機運転中はスクロール圧縮機と同時に駆動される。ポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられたオイル溜め２０にあるオイル６を吸い上げ、オイルフィルタ等で異物を除去した後、クランク軸４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構２にオイル６を供給する。このときの供給圧は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。 A pump 25 is provided at the lower end of the crankshaft 4 and is driven simultaneously with the scroll compressor during compressor operation. The pump 25 sucks up oil 6 in an oil reservoir 20 provided at the bottom of the sealed container 1, removes foreign matter with an oil filter or the like, and then compresses the compression mechanism 2 through an oil supply hole 26 passing through the crankshaft 4. Oil 6 is supplied to The supply pressure at this time is substantially equal to the discharge pressure of the scroll compressor, and also serves as a back pressure source for the orbiting scroll 13. As a result, the orbiting scroll 13 does not move away from the fixed scroll 12 and does not come into contact with each other, and the predetermined compression function is stably exhibited.
このように供給されたオイル６の一部は、供給圧や自重によって、偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部６６ａ、クランク軸４と主軸受部材１１との間の軸受部６６ｂに進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、オイル溜め２０へ戻る。 Part of the oil 6 supplied in this way is applied to the fitting portion 66a between the eccentric shaft portion 4a and the orbiting scroll 13 and the bearing portion 66b between the crankshaft 4 and the main bearing member 11 by the supply pressure and its own weight. After entering and lubricating each part, it falls and returns to the oil sump 20.
また、旋回スクロール１３には、背圧室２９に一開口端５５ａ、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｃに他方の開口端５５ｂを有する経路５５が形成されている。図３は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた状態であり、位相を９０度ずつずらした図である。例えば図３に示す構成の場合、経路５５の他方の開口端５５ｂを、固定スクロール１２のラップ底面１２ｃに形成された２つの凹部１２ｄ，１２ｅに周期的に開口させることによって、凹部１２ｄにおいて第１の経路５５及び凹部１２ｅにおいて第２の経路５５として間欠的な連通を実現している。 The orbiting scroll 13 is formed with a path 55 having one opening end 55 a in the back pressure chamber 29 and the other opening end 55 b on the wrap upper surface 13 c of the orbiting scroll 13. FIG. 3 shows a state in which the orbiting scroll 13 is engaged with the fixed scroll 12, and the phase is shifted by 90 degrees. For example, in the case of the configuration shown in FIG. 3, the other opening end 55 b of the path 55 is periodically opened in the two recesses 12 d and 12 e formed on the wrap bottom surface 12 c of the fixed scroll 12, thereby In the second path 55 and the recess 12e, intermittent communication is realized as the second path 55.
図３の（Ｂ）の状態で開口端５５ｂが凹部１２ｄに開口しており、この状態では、旋回スクロール１２のラップ外側に形成される外側圧縮室１５ａと背圧室２９とが連通する第１の経路５５が形成され、第１の経路５５を通って、背圧室２９から外側圧縮室１５ａへとオイルが供給される。（Ｄ）の状態で開口端５５ｂが凹部１２ｅに開口しており、この状態では、旋回スクロール１２のラップ内側に形成される内側圧縮室１５ｂと背圧室２９とが連通する第２の経路５５が形成され、第２の経路５５を通って、背圧室２９から内側圧縮室１５ｂへとオイルが供給される。これに対し（Ａ）と（Ｃ）では、開口端５５ｂが２つの凹部１２ｄ，１２ｅに開口していないため、背圧室２９から圧縮室１５へとオイルが供給されることはない。以上のことから、背圧室２９内のオイル６は、第１及び第２の経路５５を通って圧縮室１５ａ，１５ｂへと導かれ、圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 In the state of FIG. 3B, the opening end 55b opens into the recess 12d. In this state, the outer compression chamber 15a formed outside the wrap of the orbiting scroll 12 and the back pressure chamber 29 communicate with each other. The passage 55 is formed, and the oil is supplied from the back pressure chamber 29 to the outer compression chamber 15a through the first passage 55. In the state of (D), the opening end 55b opens to the recess 12e, and in this state, the second path 55 through which the inner compression chamber 15b and the back pressure chamber 29 formed inside the wrap of the orbiting scroll 12 communicate with each other. And the oil is supplied from the back pressure chamber 29 to the inner compression chamber 15b through the second path 55. On the other hand, in (A) and (C), since the opening end 55b is not open to the two recesses 12d and 12e, oil is not supplied from the back pressure chamber 29 to the compression chamber 15. From the above, the oil 6 in the back pressure chamber 29 is guided to the compression chambers 15a and 15b through the first and second paths 55, and leakage during compression can be prevented.
ここで、開口端５５ｂの大きさと位置、２つの凹部１２ｄ，１２ｅの大きさと位置を調整して、第１の経路５５が連通する比率と、第２の経路５５が連通する比率とを、概略等しくなるように形成している。この場合、旋回スクロール１３のラップ外側に形成される外側圧縮室１５ａと旋回スクロール１３の内側に形成される内側圧縮室１５ｂの両方に、
均等にオイル６を供給することができるので、効果的に圧縮途中の漏れを防ぐことができる。
Here, by adjusting the size and position of the opening end 55b and the size and position of the two recesses 12d and 12e, the ratio at which the first path 55 communicates and the ratio at which the second path 55 communicates are roughly shown. They are formed to be equal. In this case, both the outer compression chamber 15a formed outside the wrap of the orbiting scroll 13 and the inner compression chamber 15b formed inside the orbiting scroll 13,
Since oil 6 can be supplied evenly, leakage during compression can be effectively prevented.
なお、旋回スクロール１３を固定スクロール１２よりも熱膨張係数の大きい材料で構成した場合、例えば旋回スクロール１３をアルミ系金属、固定スクロール１２を鉄系金属で構成した場合は、開口端５５ｂの大きさと位置、２つの凹部１２ｄ，１２ｅの大きさと位置を調整して、第２の経路５５が連通する比率を、第１の経路５５が連通する比率に対して、同等以上となるように形成する。旋回スクロール１３は固定スクロール１２に比べて熱膨張によって相対的に大きくなり、内側圧縮室１５ｂを形成する径方向の隙間が広がってシール性が低下するが、このような場合においても、内側圧縮室１５ｂにオイル６をより多く供給することができるので、効果的に圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 When the orbiting scroll 13 is made of a material having a larger thermal expansion coefficient than the fixed scroll 12, for example, when the orbiting scroll 13 is made of an aluminum-based metal and the fixed scroll 12 is made of an iron-based metal, the size of the opening end 55b is set. The position and the size and position of the two recesses 12d and 12e are adjusted so that the ratio at which the second path 55 communicates is equal to or greater than the ratio at which the first path 55 communicates. The orbiting scroll 13 is relatively larger than the fixed scroll 12 due to thermal expansion, and the radial gap forming the inner compression chamber 15b is widened to reduce the sealing performance. Since more oil 6 can be supplied to 15b, leakage during compression can be effectively prevented.
また、旋回スクロール１３には、背面の高圧領域３０に一開口端５６ａ、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｃに他方の開口端５６ｂを有する第３の経路５６が形成されている。他方の開口端５６ｂは吸入室１７に連続的に開口しており、高圧領域３０から吸入室１７へとオイル６が供給される。供給されたオイル６は、旋回スクロール１２のラップ外側に形成される外側圧縮室１５ａとラップ内側に形成される内側圧縮室１５ｂの両方に、ほぼ均等に冷媒ガスと一緒に吸入され、シール性を向上して圧縮途中の漏れを防いでいる。 Further, the orbiting scroll 13 is formed with a third path 56 having one opening end 56 a in the high pressure region 30 on the back surface and the other opening end 56 b on the wrap upper surface 13 c of the orbiting scroll 13. The other opening end 56 b opens continuously to the suction chamber 17, and the oil 6 is supplied from the high pressure region 30 to the suction chamber 17. The supplied oil 6 is sucked together with the refrigerant gas almost uniformly into both the outer compression chamber 15a formed outside the wrap of the orbiting scroll 12 and the inner compression chamber 15b formed inside the wrap. Improved to prevent leakage during compression.
図４に本発明の実施の形態における、第３の経路５６の要部拡大図を示す。本実施例においては、経路５６の一部である縦方向部分の通路断面積を小さくすることによって絞り部５６ｃを設けている。また、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｃの開口端５６ｂから吸入室１７へとつながる隙間によっても絞り部５６ｄを形成している。これらの絞り部５６ｃ，５６ｄによって、吸入室１７へのオイル６の供給量をコントロールすることができる。 FIG. 4 shows an enlarged view of a main part of the third path 56 in the embodiment of the present invention. In the present embodiment, the throttle portion 56 c is provided by reducing the passage cross-sectional area of the longitudinal portion that is a part of the path 56. In addition, the throttle portion 56 d is also formed by a gap connecting from the opening end 56 b of the wrap upper surface 13 c of the orbiting scroll 13 to the suction chamber 17. The amount of oil 6 supplied to the suction chamber 17 can be controlled by the throttle portions 56c and 56d.
図５に吸入室１７へのオイル６の供給量と成績係数の関係を示す。図５においては、２重量％以上２０重量％未満の割合でオイル６を冷媒ガスに供給することによって性能を最大化できることを示している。この理由としては、オイル６が少なすぎるとシール不足による圧縮途中の漏れが増大し、オイル６が多すぎるとオイル６が持つ熱量によって冷媒ガスが加熱されて冷媒密度が低下し、それによって体積効率が低下することを示している。すなわち、図４に示す絞り部５６ｃ，５６ｄを調整することによって、吸入室１７へのオイル６の供給量をコントロールして吸入加熱による体積効率の低下を防ぎながら、シールによる圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 FIG. 5 shows the relationship between the amount of oil 6 supplied to the suction chamber 17 and the coefficient of performance. FIG. 5 shows that the performance can be maximized by supplying the oil 6 to the refrigerant gas at a ratio of 2 wt% or more and less than 20 wt%. The reason for this is that if the amount of oil 6 is too small, leakage during compression increases due to insufficient sealing, and if the amount of oil 6 is too large, the refrigerant gas is heated by the amount of heat that oil 6 has and the density of the refrigerant decreases, thereby reducing the volume efficiency. Shows that it falls. That is, by adjusting the throttle portions 56c and 56d shown in FIG. 4, the supply amount of the oil 6 to the suction chamber 17 is controlled to prevent a decrease in volumetric efficiency due to suction heating, while preventing leakage during compression by the seal. be able to.
次に、本実施の形態１において、圧縮途中の圧縮室１５に間欠的に給油する第１及び第２の経路５５と、吸入室１７に給油する第３の経路を別々に形成した理由について説明する。間欠的に給油する第１及び第２の経路５５について、圧縮室１５に供給されるオイル６の量は、開口端５５ｂの大きさと位置、２つの凹部１２ｄ，１２ｅの大きさと位置を調整したことによる連通比率に依存する。一方、第３の経路について、吸入室１７に供給されるオイル６の量は、高圧領域３０と吸入室１７の冷媒ガスの圧力差に依存する。 Next, the reason why the first and second paths 55 for intermittently supplying oil to the compression chamber 15 during compression and the third path for supplying oil to the suction chamber 17 are separately formed in the first embodiment will be described. To do. For the first and second passages 55 for intermittently supplying oil, the amount of oil 6 supplied to the compression chamber 15 is adjusted in the size and position of the open end 55b and the size and position of the two recesses 12d and 12e. Depends on the communication ratio. On the other hand, for the third path, the amount of oil 6 supplied to the suction chamber 17 depends on the pressure difference between the refrigerant gas in the high pressure region 30 and the suction chamber 17.
圧縮機の信頼性を確保するためには、通常の運転条件だけではなく、高負荷条件においてもカジリや異常磨耗が発生しないことが求められる。高負荷条件においては、旋回スクロール１３が固定スクロール１２に強く押し付けられることによって摺動状態が厳しくなるが、高圧領域３０と吸入室１７の冷媒ガスの圧力差が大きくなることによって、オイル６が吸入室１７に多量に供給される。よって、多量に供給されたオイル６が潤滑性を高めて、カジリや異常磨耗を防ぐことが可能となる。つまり、圧縮途中の圧縮室１５に間欠的に給油する第１及び第２の経路５５、吸入室１７に給油する第３の経路５６を別々に形成
して圧縮室１５へ流入するオイル６量を適切に制御することによって、通常運転時には、シールによる圧縮途中の漏れを防ぎ、高負荷運転時には、潤滑不足によるカジリや異常磨耗の両方を防ぐことができるので、高信頼性を確保しながら高効率を両立できるスクロール圧縮機を実現することができる。
In order to ensure the reliability of the compressor, it is required not to cause galling or abnormal wear not only under normal operating conditions but also under high load conditions. Under the high load condition, the sliding state becomes severe when the orbiting scroll 13 is strongly pressed against the fixed scroll 12, but the oil 6 is sucked when the pressure difference between the refrigerant gas in the high pressure region 30 and the suction chamber 17 becomes large. A large amount is supplied to the chamber 17. Therefore, the oil 6 supplied in a large amount can improve lubricity and prevent galling and abnormal wear. That is, the first and second paths 55 for intermittently supplying oil to the compression chamber 15 in the middle of compression and the third path 56 for supplying oil to the suction chamber 17 are separately formed to reduce the amount of oil 6 flowing into the compression chamber 15. Proper control prevents leakage during compression due to the seal during normal operation, and prevents both galling and abnormal wear due to insufficient lubrication during high load operation, ensuring high reliability while ensuring high reliability. It is possible to realize a scroll compressor that can achieve both.
次に、高圧領域３０と背圧室２９とを連通させる第４の経路５４について説明する。高圧領域３０に供給されたオイル６の一部は、高圧領域３０に一開口端を有する第４の経路５４を通って、自転拘束機構１４が位置している背圧室２９に進入し、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧室２９にて旋回スクロール１３の背圧を印加する。背圧室２９におけるオイル量については、第４の経路５４を介して高圧領域３０から背圧室２９へと進入するオイル６の量と、第１及び第２の経路５５を介して背圧室２９から圧縮室１５へと進入するオイル６の量とを比較して、前者のオイル量が多い場合、背圧室２９には過剰なオイル６が供給されるため圧力が上昇してしまう。その結果、旋回スクロール１３に過剰な背圧が印加される。過剰な背圧が印加された場合には、スラスト荷重が増大するため、性能悪化や信頼性悪化を引き起こすという課題がある。そこで、本実施の形態１におけるスクロール圧縮機においては、背圧室２９へ流入するオイル６を制御できるようにして第４の経路５４を設けている。また、旋回スクロール１３の背面１３ｅにシール部材７８を配置することで、高圧領域３０と背圧室２９に仕切る。これにより、高圧領域３０から背圧室２９への圧力の漏れ込みを防止できるので、背圧室２９へのオイル流入は第４の経路５４のみで制御することができる。 Next, the 4th path | route 54 which connects the high voltage | pressure area | region 30 and the back pressure chamber 29 is demonstrated. Part of the oil 6 supplied to the high pressure region 30 enters the back pressure chamber 29 where the rotation restraint mechanism 14 is located through the fourth path 54 having one open end in the high pressure region 30, and the thrust In addition to lubricating the sliding portion and the sliding portion of the rotation restraining mechanism 14, the back pressure of the orbiting scroll 13 is applied in the back pressure chamber 29. Regarding the amount of oil in the back pressure chamber 29, the amount of oil 6 entering the back pressure chamber 29 from the high pressure region 30 via the fourth path 54, and the back pressure chamber via the first and second paths 55. Compared with the amount of oil 6 that enters the compression chamber 15 from 29, if the former oil amount is large, the excess pressure of the oil 6 is supplied to the back pressure chamber 29, so that the pressure rises. As a result, excessive back pressure is applied to the orbiting scroll 13. When an excessive back pressure is applied, the thrust load increases, which causes a problem of causing performance deterioration and reliability deterioration. Therefore, in the scroll compressor according to the first embodiment, the fourth path 54 is provided so that the oil 6 flowing into the back pressure chamber 29 can be controlled. Further, the sealing member 78 is disposed on the back surface 13 e of the orbiting scroll 13, so that the high pressure region 30 and the back pressure chamber 29 are partitioned. Thus, leakage of pressure from the high pressure region 30 to the back pressure chamber 29 can be prevented, so that oil inflow into the back pressure chamber 29 can be controlled only by the fourth path 54.
次に、第４の経路５４の経路の形成方法について説明する。本実施の形態１のスクロール圧縮機では、第４の経路５４を高圧領域３０と背圧室２９の間で間欠的に連通させている。具体的には第４の経路５４の一開口端５４ａを常時高圧領域３０に開口させ、旋回スクロール１３の背面１３ｅに形成された他方の開口端５４ｂを、高圧領域３０と背圧室２９を周期的に往来させるものである。これにより、背圧室２９へ過剰なオイル６が供給されることがないため、背圧の異常な上昇が防止できる。 Next, a method for forming the fourth path 54 will be described. In the scroll compressor according to the first embodiment, the fourth path 54 is intermittently communicated between the high pressure region 30 and the back pressure chamber 29. Specifically, one opening end 54 a of the fourth path 54 is always opened to the high pressure region 30, and the other opening end 54 b formed on the back surface 13 e of the orbiting scroll 13 is cycled between the high pressure region 30 and the back pressure chamber 29. It is intended to make traffic. Thereby, since excessive oil 6 is not supplied to the back pressure chamber 29, an abnormal increase in back pressure can be prevented.
なお、第４の経路５４を介して高圧領域３０から背圧室２９へと進入するオイル６を、第１及び第２の経路５５を介して背圧室２９から圧縮室１５へと進入するオイル６に比べて少なくできる構成、例えば第４の経路５４に絞り部を設ける方法（図示せず）等で実現しても同等の効果が得られる。 The oil 6 that enters the back pressure chamber 29 from the high pressure region 30 via the fourth path 54 is the oil that enters the compression chamber 15 from the back pressure chamber 29 via the first and second paths 55. Even if it is realized by a configuration that can be reduced as compared with 6, for example, a method (not shown) of providing a throttle portion in the fourth path 54, the same effect can be obtained.
次に、望ましい第１及び第２の経路５５と、第４の経路５４の連通比率に対して説明する。図６は旋回スクロール１３の回転位相に対して、第１及び第２の経路５５と、第４の経路５４の連通状態を示している。図６に示すように、一回転のうち第４の経路５４が高圧領域３０から背圧室２９へ連通している区間より、第１及び第２の経路５５が背圧室２９から圧縮室１５に連通している区間の合計を同等以上に設定する。この構成によると、背圧室２９へのオイル供給時間より、背圧室２９からのオイル排出時間の方が長くなるため、背圧室２９の圧力が異常上昇する恐れがない。すなわち、旋回スクロール１３に対し過剰背圧の印加がないため、高効率かつ高信頼性を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。 Next, a desirable communication ratio between the first and second paths 55 and the fourth path 54 will be described. FIG. 6 shows the communication state of the first and second paths 55 and the fourth path 54 with respect to the rotational phase of the orbiting scroll 13. As shown in FIG. 6, the first and second paths 55 are connected from the back pressure chamber 29 to the compression chamber 15 from the section where the fourth path 54 communicates from the high pressure region 30 to the back pressure chamber 29 in one rotation. Set the total number of sections communicating with to at least equal. According to this configuration, since the oil discharge time from the back pressure chamber 29 is longer than the oil supply time to the back pressure chamber 29, there is no possibility that the pressure in the back pressure chamber 29 will rise abnormally. That is, since no excessive back pressure is applied to the orbiting scroll 13, a scroll compressor that realizes high efficiency and high reliability can be provided.
また、特に旋回スクロール１３を固定スクロール１２よりも熱膨張係数の大きい金属で形成した場合、例えば旋回スクロール１３をアルミ系金属、固定スクロール１２を鉄系金属で形成した場合は、第４の経路５４が連通した後に第２の経路が連通するように形成することが望ましい。旋回スクロール１３は固定スクロール１２に比べて熱膨張によって相対的に大きくなり、旋回スクロール１３のラップ内側に形成される内側圧縮室１５ｂを形成する径方向の隙間が広がってシール性が低下する。このような場合においても、第４の経路５４によってオイル６が背圧室２９に供給された直後に、第２の経路からオイル６が
内側圧縮室１５ｂへと排出されるために、第１と第２の経路５５の連通比率が同じでも、第２の経路５５からのオイル６の量が多くなる。結果、より効果的に圧縮途中の漏れを防ぐことができる。
In particular, when the orbiting scroll 13 is formed of a metal having a larger thermal expansion coefficient than the fixed scroll 12, for example, when the orbiting scroll 13 is formed of an aluminum-based metal and the fixed scroll 12 is formed of an iron-based metal, the fourth path 54 is used. It is desirable to form so that the second path communicates after the communication. The orbiting scroll 13 is relatively larger than the fixed scroll 12 due to thermal expansion, and the radial gap forming the inner compression chamber 15b formed inside the wrap of the orbiting scroll 13 is widened to lower the sealing performance. Even in such a case, immediately after the oil 6 is supplied to the back pressure chamber 29 by the fourth path 54, the oil 6 is discharged from the second path to the inner compression chamber 15b. Even if the communication ratio of the second path 55 is the same, the amount of oil 6 from the second path 55 increases. As a result, leakage during compression can be prevented more effectively.
最後に作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合、ＨＦＣ系冷媒と比べて圧縮途中の差圧が大きいが、そのような場合でも適切な背圧を印加してスラスト荷重の増大を防ぎながら、適切なオイルを供給することができるので、高い信頼性を確保しながら、より効果的に圧縮途中の漏れを防ぐことができる。 Finally, when the working fluid is a high-pressure refrigerant, such as carbon dioxide, the differential pressure during compression is larger than that of the HFC refrigerant, but even in such a case, an appropriate back pressure is applied to prevent an increase in thrust load. However, since appropriate oil can be supplied, leakage during compression can be prevented more effectively while ensuring high reliability.
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、背圧室と外側圧縮室とを間欠的に連通させる第１の経路と、背圧室と内側圧縮室とを間欠的に連通させる第２の経路と、高圧領域と吸入室とを連通させる第３の経路とを設けたものである。この構成によれば、適切な背圧を印加してスラスト荷重の増大を防ぎながら、圧縮室へ適切な量のオイルを供給することによって、シールによる圧縮途中の漏れと潤滑不足によるカジリや異常磨耗の両方を防ぐことができるので、運転条件にかかわらず高信頼性を確保しながら高効率を両立できるスクロール圧縮機を提供することができる。よって、作動流体を冷媒と限ることなく、空気、ヘリウムを作動流体とするスクロール圧縮機や、膨張機も含むスクロール流体機械の用途にも適用できる。 As described above, the scroll compressor according to the present invention includes the first path for intermittently communicating the back pressure chamber and the outer compression chamber, and the second path for intermittently communicating the back pressure chamber and the inner compression chamber. And a third path for communicating the high-pressure region and the suction chamber. According to this configuration, by supplying an appropriate amount of oil to the compression chamber while applying an appropriate back pressure to prevent an increase in thrust load, galling or abnormal wear due to leakage during sealing due to the seal and insufficient lubrication Therefore, it is possible to provide a scroll compressor that can achieve both high efficiency and high reliability regardless of operating conditions. Therefore, the working fluid is not limited to a refrigerant, and can also be applied to a scroll fluid machine including a scroll compressor using an air or helium working fluid or an expander.
１２ 固定スクロール
１２ｂ ラップ溝
１２ｃ ラップ溝底面
１２ｄ 凹部
１２ｅ 凹部
１３ 旋回スクロール
１３ｃ ラップ先端
１３ｅ 背面
１４ 自転拘束機構
１５ 圧縮室
１５ａ 外側圧縮室
１５ｂ 内側圧縮室
２９ 背圧室
３０ 高圧領域
５４ 第４の経路
５４ａ 開口端（高圧領域側）
５４ｂ 開口端（背圧室側）
５５ 第１及び第２の経路
５４ａ 開口端（背圧室側）
５４ｂ 開口端（圧縮室側）
５６ 第３の経路
５６ａ 開口端（高圧領域側）
５６ｂ 開口端（吸入室側）
５６ｃ 絞り部（断面積縮小による）
５６ｄ 絞り部（隙間による）
12 fixed scroll 12b wrap groove 12c wrap groove bottom surface 12d recess 12e recess 13 turning scroll 13c lap tip 13e back surface 14 rotation restraint mechanism 15 compression chamber 15a outer compression chamber 15b inner compression chamber 29 back pressure chamber 30 high pressure region 54 fourth path 54a Open end (high pressure area side)
54b Open end (back pressure chamber side)
55 First and second paths 54a Open end (back pressure chamber side)
54b Open end (compression chamber side)
56 3rd path | route 56a Open end (high pressure area | region side)
56b Open end (suction chamber side)
56c Restriction part (by cross-sectional area reduction)
56d Aperture (due to gap)
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