JP2011106353A - 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。ここで、図9に従来のスクロール圧縮機の圧縮途中の冷媒漏れの経路について示す。スクロール圧縮機については、図9(a)に示すラップ先端の軸方向隙間での冷媒漏れと、図9(b)に示すラップ側面(壁面)の径方向隙間での冷媒漏れ、の主に2つの漏れ経路が存在する。それぞれの隙間に対する冷媒漏れを防ぐ従来技術について説明する。 Conventionally, scroll compressors used in refrigeration air conditioners and refrigerators generally engage a fixed scroll and a rotating scroll in which 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. Here, FIG. 9 shows a refrigerant leakage path during compression of the conventional scroll compressor. Regarding the scroll compressor, there are mainly 2 refrigerant leakages in the axial gap at the lap tip shown in FIG. 9A and refrigerant leakage in the radial gap in the wrap side surface (wall surface) shown in FIG. There are two leak paths. The prior art for preventing refrigerant leakage in each gap will be described.
まず、ラップ先端の軸方向隙間での冷媒漏れ抑制技術について述べる。作動流体は旋回スクロール13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13には固定スクロール12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13と固定スクロール12のラップ先端に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13の背面に設けた背圧室29に高圧と低圧の中間圧力を印加させ、固定スクロール12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)。 First, a technique for suppressing refrigerant leakage in the axial gap at the wrap tip will be described. The working fluid is gradually compressed along with the orbiting motion of the orbiting scroll 13 and becomes a high pressure state toward the center portion. Therefore, a separating force acts on the orbiting scroll 13 in a direction away from the fixed scroll 12. As a result, a gap is generated at the end of the wrap between the orbiting scroll 13 and the fixed scroll 12, so that leakage occurs during compression, resulting in performance deterioration. As a countermeasure, there is a method of preventing separation from the fixed scroll 12 by applying high and low intermediate pressures to a back pressure chamber 29 provided on the back surface of the orbiting scroll 13 (see, for example, Patent Document 1).
図10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。なお、図中の符号については、特許文献1に示されているものを用いて説明する。旋回スクロール3の鏡板3bに設けられ、圧縮室側に開口する圧縮室側開口端22cから背圧室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、背圧室の圧力を所定の圧力(=中間圧力)に維持している。この結果、旋回スクロール3が固定スクロール2に適度に押し付けられることによってラップ先端の軸方向隙間が最小に保たれるので、冷媒漏れを防ぐことができる。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a compression mechanism portion of a conventional scroll compressor described in Patent Document 1. In addition, about the code | symbol in a figure, it demonstrates using what is shown by patent document 1. FIG. The orbiting scroll 3 is provided with a communication passage 22 provided on the end plate 3b of the orbiting scroll 3 and communicating with the back pressure chamber side opening end 22b that opens to the back pressure chamber from the compression chamber side opening end 22c that opens to the compression chamber side. With the movement, the communication passage 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. By this communication and closing operation, the pressure in the back pressure chamber is maintained at a predetermined pressure (= intermediate pressure). As a result, the orbiting scroll 3 is appropriately pressed against the fixed scroll 2 so that the axial gap at the tip of the wrap is kept to a minimum, so that refrigerant leakage can be prevented.
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を行っており、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、作動流体の軸方向隙間と同時に径方向隙間についても冷媒漏れが抑えられ、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 is intermittently supplied to the compression chamber, and the supplied oil acts as a seal for this compression chamber, and refrigerant leakage is suppressed in the radial gap as well as in the axial gap of the working fluid, reducing the compression efficiency Is suppressed.
次に、ラップ側面の径方向隙間での冷媒漏れ抑制技術について述べる。図11と図12は、特許文献2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。なお、図中の符号については、特許文献2に示されているものを用いて説明する。クランク軸2の上端部には、偏心部2aが設けられている。そしてこの偏心部2aに、バランスウエイト201c付のスライドブッシュ201が偏心部2aと隙間を持つように遊嵌されている。このスライドブッシュ201は、偏心部2aに遊嵌可能な筒部201aと、偏心部2aの偏心方向と逆側の筒部201a外周に取付けられたバランスウエイト201cとを有している。このスライドブッシュ201を介在してクランク軸2の回転力は圧縮要素CFに伝達可能である。 Next, a refrigerant leakage suppression technique in the radial gap on the side surface of the wrap will be described. 11 and 12 are cross-sectional views of a compression mechanism portion of a conventional scroll compressor described in Patent Document 2. FIG. In addition, about the code | symbol in a figure, it demonstrates using what is shown by patent document 2. FIG. An eccentric portion 2 a is provided at the upper end portion of the crankshaft 2. A slide bush 201 with a balance weight 201c is loosely fitted to the eccentric part 2a so as to have a gap with the eccentric part 2a. The slide bush 201 has a cylindrical portion 201a that can be loosely fitted to the eccentric portion 2a, and a balance weight 201c attached to the outer periphery of the cylindrical portion 201a opposite to the eccentric direction of the eccentric portion 2a. The rotational force of the crankshaft 2 can be transmitted to the compression element CF through the slide bush 201.
ここでスライドブッシュ201の役割は以下のとおりである。圧縮要素CF内の2つの圧縮室間で冷媒の漏れがないように区切るためには、2つの圧縮室の間において旋回スクロール3と固定スクロール4との各渦巻状歯部3b、4b同士が隙間なく当接している必要がある。スライドブッシュ201はクランク軸2の偏心部2aに隙間を持って嵌められている(遊嵌されている)ため、圧縮室内のガス力により旋回スクロール3をスライド可能とすることができ、それにより2つの圧縮室間で旋回スクロール3と固定スクロール4との各渦巻状歯部3b、4b同士を隙間なく当接させることができる。つまり、スライドブッシュ201は、クランク軸2の偏心部2aに遊嵌されることで、圧縮室間で冷媒の漏れがないよう旋回スクロール3をスライド可能とする役割をなしている。 Here, the role of the slide bush 201 is as follows. In order to separate the refrigerant between the two compression chambers in the compression element CF so that there is no leakage of the refrigerant, the spiral tooth portions 3b and 4b of the orbiting scroll 3 and the fixed scroll 4 are spaced apart between the two compression chambers. It needs to be in contact. Since the slide bush 201 is fitted to the eccentric part 2a of the crankshaft 2 with a gap (is loosely fitted), the orbiting scroll 3 can be slid by the gas force in the compression chamber. The spiral tooth portions 3b and 4b of the orbiting scroll 3 and the fixed scroll 4 can be brought into contact with each other without any gap between the two compression chambers. That is, the slide bush 201 is loosely fitted to the eccentric portion 2 a of the crankshaft 2, thereby making it possible to slide the orbiting scroll 3 so that refrigerant does not leak between the compression chambers.
スクロール圧縮機の圧縮機構部の組立時において、両スクロール部品のラップ同士は複数のラップ接点を有し、且つラップ接点における隙間は均一或いは接触している。ここで、ラップ接点とは、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たときに、ラップ同士の距離が最も近くなる場所を指すものと定義する。図3にラップ接点の位置と名称の定義を示す。図3に示すような部品全体を捉えたマクロ的スケールではラップ同士は全て同時に接触しているように見える。しかしながらミクロ的スケールで考えると、運転時において旋回スクロールと固定スクロールの部材温度が異なるので、一部のラップ接点のみが接触し、その他のラップ接点については微小な隙間が存在することが予想され、その隙間からは冷媒の漏れが発生する。しかしながら、上記従来技術では、運転時の旋回スクロールと固定スクロールのラップ接点のそのような隙間に関しては何らの開示もなく、対応技術などの示唆もされていない。 When assembling the compression mechanism of the scroll compressor, the laps of both scroll parts have a plurality of lap contacts, and the gaps at the lap contacts are uniform or in contact. Here, the lap contact is defined as a point where the distance between the wraps is closest when the compression scroll is formed between the fixed scroll and the orbiting scroll. FIG. 3 shows the definition of the position and name of the lap contact. On the macro scale that captures the entire part as shown in FIG. 3, the laps seem to be in contact with each other at the same time. However, when considered on a microscopic scale, the member temperature of the orbiting scroll and the fixed scroll is different during operation, so it is expected that only some of the lap contacts will be in contact with each other, and there will be minute gaps for the other lap contacts. The refrigerant leaks from the gap. However, in the above prior art, there is no disclosure about such a gap between the orbiting scroll and the fixed scroll lap contact during operation, and no suggestion of a corresponding technology or the like.
ラップ先端の軸方向隙間での冷媒漏れ抑制に関する上記従来技術では、旋回スクロールが固定スクロールの軸方向に適度に押し付けられることによって、ラップ先端の軸方向隙間を最小にすることができるが、運転時のラップ接点の隙間に着眼し、同時にラップ側面の径方向隙間でのシール効果を高めることに関した技術は何ら開示されていない。 In the above related art relating to refrigerant leakage suppression in the axial gap at the lap tip, the axial gap at the lap tip can be minimized by appropriately pressing the orbiting scroll in the axial direction of the fixed scroll. There is no disclosure of a technique related to enhancing the sealing effect in the radial gap on the side surface of the lap while focusing on the gap of the lap contact.
また、ラップ側面の径方向隙間での冷媒漏れ抑制に関する上記従来技術では、旋回スクロールのラップを固定スクロールのラップに接触させようとしたときに、運転時には一部のラップ接点のみが接触することに関して何ら開示されていない。実際の運転時には、全てのラップ接点を同時に接触させることは困難であり、冷媒漏れによる漏れ損失の増大を招いていた。また、軸受内部にスライドブッシュを挿入できるように軸受径を大きく構成する必要があるので、軸受部での摺動損失の増大や、部品点数の増大によるコスト増を招いたりしていた。 Further, in the above related art relating to refrigerant leakage suppression in the radial gap on the side surface of the lap, when trying to make the orbiting scroll lap contact the fixed scroll lap, only a part of the lap contact contacts during operation. Nothing is disclosed. During actual operation, it is difficult to bring all the lap contacts into contact at the same time, leading to an increase in leakage loss due to refrigerant leakage. Further, since it is necessary to configure the bearing diameter to be large so that the slide bush can be inserted into the bearing, an increase in sliding loss at the bearing portion and an increase in cost due to an increase in the number of parts have been caused.
本発明は前記従来の課題を解決するもので、運転時のラップ接点の隙間を考慮して圧縮途中の冷媒漏れを効果的に防ぎ、高効率な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 an object thereof is to provide a highly efficient scroll compressor by effectively preventing refrigerant leakage during compression in consideration of a gap between lap contacts during operation.
前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールラップの内壁側と固定スクロールラップの外壁側とが接触するか、前記旋回スクロールラップ
の外壁側と前記固定スクロールラップの内壁側とが接触するか、のいずれかとなるように圧縮室を構成して、少なくとも、前記ラップ同士が接触しない側の前記旋回スクロールラップの壁面の粗さを接触する側の前記旋回スクロールラップの壁面の粗さに比べて大きくする、或いは、前記ラップ同士が接触しない側の前記固定スクロールラップの壁面の粗さを接触する側の前記固定スクロールラップの壁面の粗さに比べて大きくするように構成したものである。これによって、ラップ同士が接触する側の壁面では、径方向隙間を小さくすることによって冷媒漏れを防ぎ、ラップ同士が接触しない側の壁面では、表面粗さを接触する側より大きくすることによって通路抵抗を大きくして冷媒漏れを防ぐことができるので、高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
In order to solve the conventional problems, the scroll compressor according to the present invention is configured such that the inner wall side of the orbiting scroll wrap and the outer wall side of the fixed scroll wrap contact each other, or the outer wall side of the orbiting scroll wrap and the fixed scroll wrap The compression chamber is configured to be in contact with the inner wall side, and at least the surface of the orbiting scroll wrap on the side that contacts the roughness of the wall surface of the orbiting scroll wrap on the side where the wraps do not contact each other. Increase the surface roughness of the fixed scroll wrap on the side where the wraps do not contact each other, or increase the surface roughness of the fixed scroll wrap on the side where the wrap does not contact. It is composed. Thus, on the wall surface on the side where the wraps are in contact with each other, the refrigerant leakage is prevented by reducing the radial gap, and on the wall surface on the side where the wraps are not in contact, the passage resistance is increased by making the surface roughness larger than that on the side where the laps are in contact. Since the refrigerant can be prevented from leaking, a highly efficient scroll compressor can be provided.
本発明のスクロール圧縮機は、旋回スクロールラップと固定スクロールラップとの接触の仕方によって壁面の表面粗さを適正に構成することにより、高効率を実現することができる。 The scroll compressor of this invention can implement | achieve high efficiency by comprising appropriately the surface roughness of a wall surface by the way of contact with a turning scroll wrap and a fixed scroll wrap.
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の前記ラップ同士を噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、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させたときに、圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動することで、作動流体の吸入、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、旋回スクロールラップの内壁側と固定スクロールラップの外壁側とが接触するか、旋回スクロールラップの外壁側と固定スクロールラップの内壁側とが接触するか、のいずれかとなるように構成して、少なくとも、ラップ同士が接触しない側の旋回スクロールラップの壁面の粗さを接触する側の記旋回スクロールラップの壁面の粗さに比べて大きくする、或いは、ラップ同士が接触しない側の固定スクロールラップの壁面の粗さを接触する側の固定スクロールラップの壁面の粗さに比べて大きくするように構成したものである。これによって、ラップ同士が接触する側の壁面では、表面粗さを相応に小さくすることによって径方向隙間の冷媒漏れを防ぎ、ラップ同士が接触しない側の壁面では、表面粗さを接触する側より大きくすることによって通路抵抗を大きくして冷媒漏れを防ぐことができるので、高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。 According to a first aspect of the present invention, a compression scroll is formed between the fixed scroll and the orbiting scroll, each of which has a spiral wrap rising from an end plate, and the orbiting scroll follows a circular orbit by regulation by a rotation restraint mechanism. In a scroll compressor that performs a series of operations of suction, compression, and discharge of the working fluid by moving the compression chamber toward the center while changing the volume when swung at a predetermined turning radius, The inner wall side and the outer wall side of the fixed scroll wrap are in contact with each other, or the outer wall side of the orbiting scroll wrap is in contact with the inner wall side of the fixed scroll wrap, and at least the wraps are in contact with each other. Make the wall surface of the orbiting scroll wrap on the non-contact side larger than the wall surface of the orbiting scroll wrap on the contacting side. Or one in which wraps is configured to larger than the roughness of the wall surface of the fixed scroll wrap on the side in contact with the roughness of the wall surface of the fixed scroll wrap on the side not in contact. Accordingly, the wall surface on the side where the wraps are in contact prevents the refrigerant leakage in the radial gap by appropriately reducing the surface roughness, and the wall surface on the side where the wraps are not in contact with the surface roughness is less than the side on which the surface is in contact. Since the passage resistance can be increased and the refrigerant leakage can be prevented by increasing the size, a highly efficient scroll compressor can be provided.
第2の発明は、特に、第1の発明の、ラップをインボリュート曲線で構成し、旋回スクロールラップのインボリュート曲線の基礎円半径が、固定スクロールラップのインボリュート曲線の基礎円半径と異なるようにするもので、旋回スクロールラップの基礎円半径を固定スクロールラップの基礎円半径よりも大きくした場合は、ラップ同士が接触する側を旋回スクロールラップの外壁側と固定スクロールラップの内壁側とにすることができる。また、旋回スクロールラップの基礎円半径を固定スクロールラップの基礎円半径よりも小さくした場合は、ラップ同士が接触する側を旋回スクロールラップの内壁側と固定スクロールラップの外壁側とにすることができる。これによって、ラップ同士が接触する側の壁面を選択的にコントロールすることができる。 In the second invention, in particular, the lap is constituted by an involute curve according to the first invention, and the basic circle radius of the involute curve of the orbiting scroll wrap is different from the basic circle radius of the involute curve of the fixed scroll wrap. When the base circle radius of the orbiting scroll wrap is larger than the base circle radius of the fixed scroll wrap, the sides where the wraps come into contact can be the outer wall side of the orbiting scroll wrap and the inner wall side of the fixed scroll wrap. . In addition, when the base circle radius of the orbiting scroll wrap is made smaller than the base circle radius of the fixed scroll wrap, the sides where the wraps come into contact can be the inner wall side of the orbiting scroll wrap and the outer wall side of the fixed scroll wrap. . Thereby, the wall surface on the side where the laps come into contact can be selectively controlled.
第3の発明は、特に第1または第2の発明の、旋回スクロール及び固定スクロールを形成する材料の熱膨張係数が異なるようにするもので、旋回スクロールを形成する材料を例えばアルミ系金属、固定スクロールを形成する材料を例えば鉄系金属で構成すると、アルミ系金属の方が鉄系金属よりも熱膨張係数が高いので、ラップ同士が接触する側を旋回スクロールのラップの外壁側と固定スクロールラップの内壁側とにすることができる。また、旋回スクロールを形成する材料を例えば鉄系金属、固定スクロールを形成する材料を例えばアルミ系金属で構成すると、ラップ同士が接触する側を旋回スクロールのラップの内壁側と固定スクロールラップの外壁側とにすることができる。これによって、ラップが接触する側の壁面を選択的にコントロールすることができる。 The third invention is to make the coefficient of thermal expansion of the materials forming the orbiting scroll and the fixed scroll different from those of the first or second invention. If the material forming the scroll is made of, for example, an iron-based metal, the aluminum-based metal has a higher thermal expansion coefficient than the iron-based metal, so the side where the laps come into contact with the outer wall side of the orbiting scroll and the fixed scroll wrap Can be on the inner wall side. Further, when the material forming the orbiting scroll is made of, for example, an iron-based metal, and the material forming the fixed scroll is made of, for example, an aluminum-based metal, the side where the wraps contact each other is the inner wall side of the orbiting scroll and the outer wall side of the fixed scroll wrap. Can be. This makes it possible to selectively control the wall surface on the side where the lap contacts.
第4の発明は、特に第1〜3のいずれか1つの発明の、ラップが接触しない側に形成される圧縮室への給油量を、ラップが接触する側に形成される圧縮室への給油量に対して多くすることによって、シール効果を高めて冷媒漏れをより効果的に防ぐことができる。 The fourth aspect of the invention relates to the amount of oil supplied to the compression chamber formed on the side where the wrap is in contact with the amount of oil supplied to the compression chamber formed on the side where the lap does not contact, By increasing the amount, the sealing effect can be enhanced and refrigerant leakage can be prevented more effectively.
第5の発明は、特に第1〜5のいずれか1つの発明の、作動流体としての冷媒を二酸化炭素とすることによって、圧縮途中の差圧が大きい場合でも冷媒漏れをより効果的に防ぐことができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, by using carbon dioxide as the working fluid of any one of the first to fifth aspects of the invention, refrigerant leakage can be more effectively prevented even when the differential pressure during compression is large. Can do.
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 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を挟み込んでスクロール式の圧縮機構2を構成し、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、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。 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. The scroll-type compression mechanism 2 is configured by sandwiching the orbiting scroll 13 meshing with the fixed scroll 12 between the fixed scroll 12 and the rotation of the orbiting scroll 13 between the orbiting scroll 13 and the main bearing member 11. Then, a rotation restraint mechanism 14 such as an Oldham ring that guides the circular scroll to move is provided, and the orbiting scroll 13 is eccentrically driven by the eccentric shaft portion 4 a at the upper end of the crankshaft 4, whereby the orbiting scroll 13 is circularly orbited. As a result, the compression chamber 15 formed between the fixed scroll 12 and the orbiting scroll 13 moves from the outer peripheral side to the center portion. Utilizing this, the refrigerant gas is sucked and compressed from the suction pipe 16 leading to the outside of the sealed container 1 and the suction chamber 17 on the outer peripheral portion of the fixed scroll 12, and the refrigerant gas having a predetermined pressure or higher is compressed. The reed valve 19 is pushed open from the discharge port 18 at the center of the fixed scroll 12 and discharged into the sealed container 1 repeatedly.
また旋回スクロール13の背面13eには、高圧領域30と、高圧と低圧の中間圧に設
定された背圧室29とが形成されている。この背面13eの圧力付加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、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。
A high pressure region 30 and a back pressure chamber 29 set to a high pressure and a low pressure are formed on the back surface 13e of the orbiting scroll 13. By applying pressure on the back surface 13e, the orbiting scroll 13 is stably pressed against the fixed scroll 12, and leakage can be reduced and the circular orbit motion can be stably performed.
圧縮機運転中は、クランク軸4の下端にはポンプ25が設けられ、スクロール圧縮機と同時に駆動される。これによりポンプ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を吸い上げて、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。 During operation of the compressor, a pump 25 is provided at the lower end of the crankshaft 4 and is driven simultaneously with the scroll compressor. As a result, the pump 25 sucks up the oil 6 in the oil reservoir 20 provided at the bottom of the hermetic container 1 and removes foreign matter with an oil filter or the like, and then passes through the oil supply hole 26 running vertically through the crankshaft 4. Supply to the compression mechanism 2. 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、クランク軸4と主軸受部材11との間の軸受部66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 enters the fitting portion between the eccentric shaft portion 4a and the orbiting scroll 13 and the bearing portion 66 between the crankshaft 4 and the main bearing member 11 due to the supply pressure and its own weight. Then, the respective parts are lubricated and dropped, and the oil sump 20 is returned.
図3に固定スクロールラップ12aと旋回スクロールラップ13aとを噛み合わせて双方間に圧縮室15を形成したときの、ラップ接点の位置と名称の定義を示す。一般的に、スクロール圧縮機のラップの巻き数は2〜3以上あるために、図3に示すようにラップ接点は3〜5箇所以上は同時に存在する。本実施の形態1における説明においては、図3に示す名称の定義に従い、旋回スクロールラップ13aの外壁13a1側に形成される接点を外壁接点、内壁13a2側に形成される接点を内壁接点と呼ぶことにする。また、旋回スクロール13の中心部に近い接点から1,2,3と番号を付与した。 FIG. 3 shows the definition of the position and name of the lap contact when the compression scroll 15 is formed between the fixed scroll wrap 12a and the orbiting scroll wrap 13a. In general, since the scroll compressor has two or more wraps, three or more lap contacts are present at the same time as shown in FIG. In the description of the first embodiment, according to the definition of the name shown in FIG. 3, the contact formed on the outer wall 13a1 side of the orbiting scroll wrap 13a is referred to as an outer wall contact, and the contact formed on the inner wall 13a2 side is referred to as an inner wall contact. To. Further, numbers 1, 2, and 3 are assigned from the contact points close to the center of the orbiting scroll 13.
図4〜6に、クランク軸4の回転角度(クランク角度)毎に運転時のラップ接点における隙間変化を示す。図4〜6において、計算条件は二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ給湯機の定格運転条件である。また、運転時のラップ接点における隙間変化は、組立時のラップ接点の隙間を基準(=0)としたときの、運転時のラップ接点の隙間変化を示している。縦軸において、プラスの値は隙間が拡大することを、マイナスの値は隙間が縮小することを意味している。以下、それぞれの図について順に考察する。 4 to 6 show a change in the gap at the lap contact point during operation for each rotation angle (crank angle) of the crankshaft 4. 4-6, the calculation conditions are the rated operating conditions of a heat pump water heater using a carbon dioxide refrigerant. Further, the gap change in the lap contact during operation indicates the change in the gap of the lap contact during operation when the gap of the lap contact during assembly is set as a reference (= 0). On the vertical axis, a positive value means that the gap is enlarged, and a negative value means that the gap is reduced. In the following, each figure will be considered in turn.
図4は運転時の温度を考慮したときのラップ接点の隙間変化を示す。実施の形態におけるスクロール圧縮機は、密閉容器1内が高温かつ高圧の吐出ガスで満たされるので、固定スクロール12の方が旋回スクロール13よりも温度が高くなる。結果として、内壁側接点(内壁接点2)においてラップ接点の隙間が小さくなる。反対に外壁側接点については、ラップ接点の隙間が大きくなることが分かる。 FIG. 4 shows a change in the gap of the lap contact when the temperature during operation is taken into consideration. In the scroll compressor in the embodiment, the temperature of the fixed scroll 12 is higher than that of the orbiting scroll 13 because the sealed container 1 is filled with high-temperature and high-pressure discharge gas. As a result, the gap of the lap contact is reduced at the inner wall side contact (inner wall contact 2). On the other hand, it can be seen that the gap between the lap contacts increases for the outer wall side contacts.
図5については、運転時の温度及び旋回スクロールラップ13aの基礎円半径を固定スクロールラップ12aの基礎円半径より0.034%小さく構成したときのラップ接点の隙間変化を示す。図5を見ても分かるように、基礎円半径を変化させることによって、選択的に内壁13a2側のラップ接点の隙間を小さくすることができる。反対に、旋回スクロールラップ13aの基礎円半径を固定スクロールラップ12aの基礎円半径より大きくすると(図示せず)、選択的に外壁13a1側のラップ接点の隙間を小さくすることができる。 About FIG. 5, the temperature at the time of a driving | running | working and the clearance gap change of the lap contact when the base circle radius of the turning scroll wrap 13a is comprised 0.034% smaller than the base circle radius of the fixed scroll wrap 12a are shown. As can be seen from FIG. 5, the gap between the lap contacts on the inner wall 13a2 side can be selectively reduced by changing the base circle radius. On the contrary, if the base circle radius of the orbiting scroll wrap 13a is larger than the base circle radius of the fixed scroll wrap 12a (not shown), the gap between the lap contacts on the outer wall 13a1 side can be selectively reduced.
図6については、運転時の温度及び旋回スクロール13を形成する材料をアルミ系金属、固定スクロール12を形成する材料を鉄系金属で構成することによって、熱膨張係数の異なる材料を採用した場合のラップ接点の隙間変化を示す。図6を見ても分かるように、旋回スクロール13が固定スクロール12よりも熱膨張するために、選択的に外壁13a1側のラップ接点の隙間を縮小することが可能となる。反対に、旋回スクロール13を形
成する材料を鉄系金属、固定スクロール12を形成する材料をアルミ系金属で構成することによって(図示せず)、選択的に内壁13a2側のラップ接点の隙間を小さくすることができる。
For FIG. 6, the temperature at the time of operation and the material for forming the orbiting scroll 13 are made of aluminum-based metal, and the material for forming the fixed scroll 12 is made of iron-based metal. It shows the gap change of the lap contact. As can be seen from FIG. 6, since the orbiting scroll 13 is more thermally expanded than the fixed scroll 12, it is possible to selectively reduce the gap between the lap contacts on the outer wall 13a1 side. On the other hand, the material for forming the orbiting scroll 13 is made of an iron-based metal and the material for forming the fixed scroll 12 is made of an aluminum-based metal (not shown), so that the gap between the lap contacts on the inner wall 13a2 side is selectively reduced. can do.
なお、密閉容器1内が高温で高圧の吐出ガスで満たされている場合だけではなく、低温で低圧の吸入ガスで満たされている場合や、定格運転条件以外の運転条件、冷媒を変更した場合の運転条件等についても、基礎円半径の変化量や、熱膨張係数の異なる金属を組み合わせを調整することによって、選択的に旋回スクロールラップ13aの外壁13a1側或いは内壁13a2側のラップ接点の隙間を小さくすることができる。結果として、ラップ接点の隙間が接触することとなり、冷媒漏れを低減することができる。 Not only when the sealed container 1 is filled with high-temperature and high-pressure discharge gas, but also when it is filled with low-temperature and low-pressure suction gas, or when operating conditions other than the rated operating conditions or the refrigerant is changed As for the operating conditions, the gap between the outer wall 13a1 side or the inner wall 13a2 side of the orbiting scroll wrap 13a can be selectively set by adjusting the amount of change in the basic circle radius and the combination of metals having different thermal expansion coefficients. Can be small. As a result, the gap between the lap contacts comes into contact, and refrigerant leakage can be reduced.
一方、旋回スクロールラップ13aの外壁13a1側のラップ接点の隙間を選択的に小さくして接触させた場合には、反対側である旋回スクロールラップ13aの内壁13a2側のラップ接点の隙間が大きくなる。また、旋回スクロールラップ13aの内壁13a2側のラップ接点の隙間を選択的に小さくして接触させた場合には、反対側である旋回スクロールラップ13aの外壁13a1側のラップ接点の隙間が大きくなる。 On the other hand, when the gap of the lap contact on the outer wall 13a1 side of the orbiting scroll wrap 13a is selectively reduced and brought into contact, the gap of the lap contact on the inner wall 13a2 side of the orbiting scroll wrap 13a on the opposite side is increased. Further, when the gap of the lap contact on the inner wall 13a2 side of the orbiting scroll wrap 13a is selectively reduced and brought into contact, the gap of the lap contact on the outer wall 13a1 side of the orbiting scroll wrap 13a on the opposite side is increased.
これらの構成によって、ラップ接点の隙間が大きくなる方での冷媒漏れを防ぐ方法について説明する。一般的に、Darcy−Weisbachの式として良く知られているように、隙間(管路)を通る流量は、
△p=λ・(L/d)・(ρ・u2/2) ・・・(1)
で表される。ここで、Δpは差圧、λは管路摩擦係数、Lは流路長さ、dは管路直径、ρは流体密度、uは流体の流速である。
With these configurations, a method for preventing refrigerant leakage when the gap between the lap contacts is increased will be described. Generally, as is well known as the Darcy-Weisbach equation, the flow rate through the gap (pipe) is
△ p = λ · (L / d) · (ρ · u 2/2) ··· (1)
It is represented by Here, Δp is a differential pressure, λ is a pipe friction coefficient, L is a flow path length, d is a pipe diameter, ρ is a fluid density, and u is a fluid flow velocity.
次に管路摩擦係数λと粗さの関係について示す。図7にレイノルズ数を横軸に縦軸左に管路摩擦係数λ、縦軸右に粗さを示す平均突起高さを管路直径で除した相対粗度を示す(ムーディー線図)。この図7において、粗さが大きくなれば管路摩擦係数λも大きくなることを示し、式(1)から隙間(管路)を通る流量も減らすことができる。 Next, the relationship between the pipe friction coefficient λ and the roughness will be shown. FIG. 7 shows the relative roughness obtained by dividing the Reynolds number on the horizontal axis by the pipe friction coefficient λ on the left side of the vertical axis and the average protrusion height showing the roughness on the right side of the vertical axis by the pipe diameter (Moody diagram). In FIG. 7, it is shown that the pipe friction coefficient λ increases as the roughness increases, and the flow rate through the gap (pipe) can be reduced from the equation (1).
次に、スクロール圧縮機の径方向隙間に関しても、図7に示すDarcy−Weisbachの式に示される関係が適応可能かどうかについて検証を行った。スクロール圧縮機の径方向隙間の形状を模した実験装置によって管路摩擦係数λを測定した。ここで、スクロール圧縮機の径方向隙間は矩形なので、水力学的に等価な直径である水力直径として径方向隙間を置換した。図7にラップ隙間δa=10μmのときの管路摩擦係数λを同時にプロットした。また、オイルを混入させた場合の管路摩擦係数λについても同時に測定した。混入率は2.8%である。これらの結果を見ても分かるように、スクロール圧縮機における漏れ通路にもDarcy−Weisbachの式が適応可能であること、オイルを混入させることで管路摩擦係数λを大きくすることができること、がわかった。 Next, it was verified whether the relationship shown in the Darcy-Weisbach equation shown in FIG. 7 can be applied to the radial clearance of the scroll compressor. The pipe friction coefficient λ was measured by an experimental apparatus simulating the shape of the radial gap of the scroll compressor. Here, since the radial gap of the scroll compressor is rectangular, the radial gap is replaced with a hydraulic diameter that is a hydraulically equivalent diameter. FIG. 7 simultaneously plots the pipe friction coefficient λ when the lap gap δa = 10 μm. Further, the pipe friction coefficient λ when oil was mixed was also measured at the same time. The mixing rate is 2.8%. As can be seen from these results, the Darcy-Weisbach equation can be applied to the leakage passage in the scroll compressor, and the pipe friction coefficient λ can be increased by mixing oil. all right.
以上の結果より、ラップ同士が接触しない側の旋回スクロールラップ13aの壁面の粗さを接触する側の旋回スクロールラップ13aの壁面の粗さに比べて大きくする、或いはラップ同士が接触しない側の固定スクロールラップ12aの壁面の粗さを接触する側の固定スクロールラップ12aの壁面の粗さに比べて大きくすることによって、通路抵抗を大きくして冷媒漏れを防ぐことができる。 From the above results, the roughness of the wall surface of the orbiting scroll wrap 13a on the side where the wraps do not contact each other is made larger than the roughness of the wall surface of the orbiting scroll wrap 13a on the contact side, or the side where the wraps do not contact each other. By increasing the roughness of the wall surface of the scroll wrap 12a as compared with the roughness of the wall surface of the fixed scroll wrap 12a on the contact side, the passage resistance can be increased and refrigerant leakage can be prevented.
前述のように、粗さを粗くすることによって冷媒漏れを防ぐことができるのであれば、ラップが接触する側の壁面のラップ接点についても、加工精度が原因で生じる微小な隙間が存在するので、粗さを粗くすることによってより冷媒漏れを防ぐことができる。しかしながら、ラップが接触する側の壁面の隙間は十分小さく冷媒漏れを防ぐ効果が小さいことに加えて、ラップが接触する際の摩擦抵抗による損失が増大し、かえってスクロール圧縮
機全体の効率低下を招いてしまう。以上より、ラップ同士が接触しない側の旋回スクロールラップ13aの壁面或いは固定スクロールラップ12aの壁面の粗さを、それぞれラップ同士が接触する側の旋回スクロールラップ13aの壁面或いは固定スクロールラップ12aの壁面の粗さに比べて大きくする必要がある。
As described above, if the refrigerant leakage can be prevented by roughening the roughness, there is a minute gap caused by the processing accuracy also on the lap contact on the wall surface on the side where the lap contacts. By making the roughness rough, it is possible to prevent refrigerant leakage. However, the gap between the walls on the side where the lap contacts is small enough to prevent the refrigerant from leaking, and in addition, the loss due to frictional resistance when the lap contacts increases, resulting in a decrease in the efficiency of the entire scroll compressor. I will. From the above, the roughness of the wall surface of the orbiting scroll wrap 13a on the side where the wraps do not contact or the wall surface of the fixed scroll wrap 12a is determined on the wall surface of the orbiting scroll wrap 13a or the wall surface of the fixed scroll wrap 12a. It needs to be larger than the roughness.
次に、表面粗さが粗い方に給油することによってより冷媒漏れを防ぐことができることに着目し、旋回スクロールラップ13aの外壁13a1側に形成される圧縮室15及び内壁13a2側に形成される圧縮室15のどちらか一方に選択的に給油量を多くする具体的な構成について説明する。 Next, paying attention to the fact that refrigerating can be further prevented by refueling with a rougher surface, the compression formed on the compression chamber 15 and the inner wall 13a2 side formed on the outer wall 13a1 side of the orbiting scroll wrap 13a. A specific configuration for selectively increasing the amount of oil supply to either one of the chambers 15 will be described.
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のラップ先端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8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8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、第1及び第2の経路の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 at the lap tip 13 c of the orbiting scroll 13. FIG. 8 shows a state where 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. 8, the other opening end 55 b of the path 55 is periodically opened in two recesses 12 d and 12 e formed in the wrap bottom surface 12 c of the fixed scroll 12, thereby The intermittent communication of the route is realized.
図8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、旋回スクロールラップ13aの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の経路が形成され、第1の経路を通って、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、旋回スクロールラップ13aの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の経路が形成され、第2の経路を通って、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)(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から圧縮室へとオイルが供給されることはない。 In the state of FIG. 8B, the open end 55b opens into the recess 12d, and in this state, the outer compression chamber 15a formed outside the orbiting scroll wrap 13a and the back pressure chamber 29 communicate with each other. And the oil is supplied from the back pressure chamber 29 to the outer compression chamber 15a through the first route. In the state of (d), the opening end 55b opens to the recess 12e. In this state, the second path through which the inner compression chamber 15b and the back pressure chamber 29 formed inside the orbiting scroll wrap 13a communicate with each other is provided. Oil is supplied from the back pressure chamber 29 to the inner compression chamber 15b through the second path. On the other hand, in (a) and (c), since the opening end 55b does not open to the two recesses 12d and 12e, oil is not supplied from the back pressure chamber 29 to the compression chamber.
以上のことから、背圧室29内のオイル6は、第1及び第2の経路を通って圧縮室15へと導かれ、圧縮途中の漏れを防ぐことができる。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の経路が連通する比率と、第2の経路が連通する比率とを調整することが可能となる。つまり、旋回スクロールラップ13aの外側に形成される外側圧縮室15aと旋回スクロールラップ13aの内側に形成される内側圧縮室15bのどちらか一方の給油量を多くする構成が可能となる。 From the above, the oil 6 in the back pressure chamber 29 is guided to the compression chamber 15 through the first and second paths, and leakage during compression can be prevented. Here, by adjusting the size and position of the opening end 55b and the size and position of the two recesses 12d and 12e, it is possible to adjust the ratio at which the first path communicates and the ratio at which the second path communicates. It becomes possible. That is, it becomes possible to increase the amount of oil supplied to either the outer compression chamber 15a formed outside the orbiting scroll wrap 13a or the inner compression chamber 15b formed inside the orbiting scroll wrap 13a.
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、圧縮途中の差圧が大きい場合でも、冷媒漏れをより効果的に防ぐことができる。 Finally, when the working fluid is a high-pressure refrigerant, such as carbon dioxide, refrigerant leakage can be more effectively prevented even when the differential pressure during compression is large.
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、ラップが接触しない側の旋回スクロールの壁面或いは固定スクロールの壁面の粗さを、それぞれラップが接触する側の旋回スクロールの壁面或いは固定スクロールの壁面の粗さに比べて大きくしたものである。これによって、ラップが接触する側の壁面では、径方向隙間を縮小することによって冷媒漏れを防ぎ、ラップが接触しない側の壁面では、表面粗さを粗くすることによって通路抵抗を大きくして冷媒漏れを防ぐことができるので、高効率な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, in the scroll compressor according to the present invention, the roughness of the wall surface of the orbiting scroll on the side where the lap does not contact or the wall surface of the fixed scroll is determined. This is larger than the roughness of. As a result, refrigerant leakage is prevented by reducing the radial clearance on the wall surface on the side where the lap contacts, and on the wall surface on the side where the lap does not contact, the passage resistance is increased by increasing the surface roughness, thereby causing refrigerant leakage. Therefore, a highly efficient scroll compressor can be provided. 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
12a 固定スクロールラップ
12c ラップ溝底面
12d 凹部
12e 凹部
13 旋回スクロール
13a 旋回スクロールラップ
13c ラップ先端
13e 背面
14 自転拘束機構
15 圧縮室
15a 旋回スクロールのラップ外側圧縮室
15b 旋回スクロールのラップ内側圧縮室
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
55a 開口端(背圧室側)
55b 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)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Fixed scroll 12a Fixed scroll wrap 12c Lap groove bottom surface 12d Concave 12e Concave 13 Orbiting scroll 13a Orbiting scroll wrap 13c Lap tip 13e Back surface 14 Rotation restraint mechanism 15 Compression chamber 15a Orbiting scroll wrap outer compression chamber 15b Orbiting scroll lap inner compression chamber 29 Back pressure chamber 30 High pressure region 54 Fourth path 54a Open end (high pressure region side)
54b Open end (back pressure chamber side)
55 1st and 2nd path | routes 55a Open end (back pressure chamber side)
55b 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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