JP2014509706A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明はスクロール圧縮機（１０）に関し、該スクロール圧縮機は、周回スクロールプレート（３７）から固定スクロールに向かって軸方向に延びる周回スクロール壁（３５）を有する周回スクロール（２０）と、固定スクロールプレート（３０）から周回スクロールに向かって軸方向に延びる固定スクロール壁（２８）を有する固定スクロール（２２）と、偏心軸部（１６）を有し、該偏心軸部の回転が固定スクロールに対する周回スクロールの周回運動を与えるようになった軸方向に延びる駆動軸（１４）と、を備える。周回スクロール壁の軸端部分（３５）は、周回スクロール壁と固定スクロールプレートとの間のシールを行う第１のシール部（５８）を有し、固定スクロール壁の軸端部分（２９）は、固定スクロール壁と周回スクロールプレートとの間のシールを行う第２のシール部（５８）を有し、第１のシール部又は第２のシール部は、軸方向長さと半径方向幅のアスペクト比が１：１．２５又はそれ以上である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。

図７に、従来のスクロール圧縮機、又はポンプ１０を示す。ポンプ１０は、ポンプハウジング１２及び偏心軸部１６を有する駆動軸１４を備える。軸１４は、モータ１８により駆動され、偏心軸部は周回スクロール２０に連結され、使用時、軸の回転により固定スクロール２２に対する周回スクロールの周回運動を与えて、圧縮機のポンプ入口２４とポンプ出口２６との間の流体流路に沿ってポンプ送給するようになっている。

固定スクロール２２は、略円形のベースプレート３０に対して垂直に延びて軸方向の端面又は表面２９を有するスクロール壁２８を備える。周回スクロール２０は、略円形のベースプレート３７に対して垂直に延びて軸方向の端面又は表面３５を有するスクロール壁３４を備える。周回スクロール壁３４は、周回スクロールの周回移動の間に固定スクロール壁２８と協働するか又はかみ合う。各スクロールの相対的な周回移動によって、所定容積のガスが各スクロールの間に閉じ込められ、入口から出口にポンプ送給される。

スクロールポンプは潤滑剤を用いないドライポンプとすることができる。この場合、背漏れを防止するために、一方のスクロールのスクロール壁の軸端２９、３５と、他方のスクロールのベースプレート３０、３７との間の空間は、一般に先端シール部を備えるシール装置によってシールされる。先端シール部は、製造誤差及び作動誤差により生じる各スクロールの間の隙間を閉じて漏れを許容レベルに低減する。しかしながら、先端シール部は、先端シールダストの発生に悩まされ、作動要件に達するまでに所定の慣らし期間を必要とする。更に、通常のスクロールポンプにおいて、先端シール部は、摩耗後の定期的な交換を必要とする。

図６には、先端シール部３６を詳細に示す固定スクロール２２の拡大断面図が示されている。先端シール部３６は、半径方向の幅に対する軸方向長さが１：１であるアスペクト比を有する。つまり、先端シール部の半径方向の幅が先端シール部の軸方向の長さに等しいので、図６の断面に示すように、先端シール部の断面は正方形である。従って、先端シール部は、半径方向に関して比較的剛性が高い。

先端シール部は、固定スクロール壁に軸端において溝３８に配置される。先端シール部３６の軸端と溝３８のベース部との間には小さな軸方向の隙間が存在するので、使用時、隙間を占める流体は、先端シール部を周回スクロールのベースプレート３７に向かって軸方向に押し出す。従って、先端シール部は、シール部を対抗するシール面に付勢するように働く流体クッション上で支持される。更に、図６には示されていないが、先端シール部と溝の半径方向に向かい合う内面との間には半径方向の間隙が存在する。スクロールの相対的な周回運動の間に、シール部はその運動に一部に関して一方の半径方向内面に対して付勢され、その運動の他の一部に関して他方の半径方向内面に対して付勢される。シール部がこれらの位置の間を移動する際に、シール部の一方側からシール部の他方側への漏れ流路が存在するので漏れが増える。半径方向に比較的剛性の高い先端シール部３６は、溝内で比較的ゆっくりと位置を変えるので漏れが増える。

本発明は、従来技術に関連する問題点を少なくとも緩和しようとするものである。

本発明はスクロール圧縮機を提供し、該スクロール圧縮機は、周回スクロールプレートから固定スクロールに向かって軸方向に延びる周回スクロール壁を有する周回スクロールと、固定スクロールプレートから周回スクロールに向かって軸方向に延びる固定スクロール壁を有する固定スクロールと、偏心軸部を有し、該偏心軸部の回転が固定スクロールに対する周回スクロールの周回運動を与えるようになった軸方向に延びる駆動軸と、を備え、周回スクロール壁の軸端部分は、周回スクロール壁と固定スクロールプレートとの間のシールを行う第１のシール部を有し、固定スクロール壁の軸端部分は、固定スクロール壁と周回スクロールプレートとの間のシールを行う第２のシール部を有し、第１のシール部又は第２のシール部は、軸方向長さと半径方向幅のアスペクト比が１：１．２５又はそれ以上である。

本発明の他の好ましい及び／又は適切な態様は請求項に記載される。
本発明を完全に理解できるように、例示的に与えられる実施形態は、添付図面を参照して以下に説明される。

スクロール圧縮機の固定スクロールの一部の断面を示す。 溝内の第１の位置での図１に示す先端シール部の拡大図である。 溝内の第２の位置での図１に示す先端シール部の拡大図である。 従来のスクロール壁及びシール部の一部を示す平面図である。 実施形態によるスクロール壁及びシール部の一部を示す平面図である。 従来のスクロール圧縮機の固定スクロールの一部の断面を示す。 従来のスクロール圧縮機の概略図を示す。

図１には、固定スクロール５０の一部の断面が示されている。固定スクロール５０は、本発明を具体化するスクロール圧縮機の一部を形成するが、本スクロール圧縮機は図１から５に示され以下に説明される態様を除いて図７に示す従来のスクロール圧縮機と構成及び作動が類似している。従って、簡潔さを目的として、スクロール圧縮機の全体の構造及び作動は詳細に説明しないものとする。

図１に示す固定スクロール５０は、固定スクロールプレート５２と、該プレート５２から略直交に延び、一般的にらせん状に巻いた固定スクロール壁５４とを備える。もしくは、マルチスタート（ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｒｔ）のスクロールポンプにおいて、スクロール壁は、通常は半径方向内側部分である、長さの一部に沿ってのみのインボリュートを形成することができる。固定スクロール壁の軸端は溝５６を備え、この溝内には先端シール部５８が配置されて図２及び３に示す周回スクロール６０に対してシールを行うようになっている。

本明細書の説明は、固定スクロールの先端シール部に関する。しかしながら、追加的に又は代替的に、同じ先端シール部構成を周回スクロールに設けることができることを理解されたい。

先端シール部が導入される場合、先端シール部５８は、１：１．２５よりも大きい軸方向長さと半径方向幅のアスペクト比を有する。つまり、アスペクト比がｘ（軸方向長さ）：ｙ（半径方向幅）である場合。ｘは１に等しく、ｙは１．２５又はそれ以上である。図１から３に示すように、軸方向長さは図４に示す長さに等しいが、先端シール部５８は半径方向により薄いので、より軽量かつ可撓性が高い。図示の実施形態において、アスペクト比は１：１．５であり、ポンプ要件次第では、先端シール部は、それぞれ１．８ｍｍ及び１．２ｍｍから４ｍｍ及び２．６ｍｍの範囲の軸方向の広がり及び半径方向の幅を有する。従って、アスペクト比は１：２以上とすることができる。

この構成は、従来技術に対して多くの利点をもたらす。通常使用さる材料から先端シール部５８を製造する場合、摩耗速度及び先端シール部の寿命（圧力−速度の形態）は、一般に変わらないままである。更に、先端シール部５８は、短い慣らし時間又は安定化時間を示す。先端シール部５８は薄いので半径方向により可撓性があり、更に、その断面積は小さいので、軸方向に対しても可撓性がある。従って、全ての軸端面６２を周回スクロールに対して良好に呈示することができる。従って、そうであれば、大抵、全ての軸端部は初期の使用時に迅速にすれ合うようになる。

軸端面６２は、従来の先端シール部の軸端面よりも相対的に小さな領域を占めるので、使用時に周回スクロールに対する摩耗に起因して発生するダストが少ない。使用時に発生するダストは定期的に取り除く必要があるので、ダストの発生が少なくなると所有者費用が安価になる。更に、先端シール部の半径方向の剛性が比較的高い従来技術において、軸端面の一部又はコーナ部だけが周回スクロールに呈示される場合がある。本実施形態の軸端面は従来の軸端面よりも小さく、より可撓性の高いシール部は良好に全ての端面を周回スクロールに呈示することができるのに対して、従来技術ではスクロールの端面のコーナ部だけを周回スクロールに呈示することができることを理解されたい。

図４及び５は、それぞれ従来の構成及び本発明の実施形態による構成に関する、スクロール壁の溝内の先端シール部の一部の平面図を示す。両方の図面において、スクロール壁はらせん状であるが、スクロール壁を説明する目的で直線的に示されている。

図４及び５において、スクロール壁２９、３５の周回運動の間に、流体の半月形ポケットはスクロール壁２０、２２の間に閉じ込められ、ポンプ装置の出口に向かう流路に沿って圧縮される。閉じ込められた流体ポケットが流路を通る際に、先端シール部３６、５８は、差圧の方向の変化を受ける。これに関連して、シール部を横切る差圧は、軸の回転毎に繰り返される周期様態で、シール部を周回運動の第１の部分の間に半径方向内側へ、周回運動の第２の部分の間に半径方向外側へ追いやる傾向がある。従って、先端シール部の一部は、閉じ込められたポケットの上流部にある場合は溝の半径方向内側に対して追いやられ、閉じ込められたポケット下流部にある場合は溝の半径方向外側に対して追いやられる。対向するスクロールの先端シール部では逆になる。

詳細には、ポンプ使用時の任意の時間において先端シール部３６、５８の全長を考慮すると、先端シール部の第１の部分６８、７０は、溝７４の半径方向内側７２に配置され、先端シール部の第２の部分７６、７８は、溝の半径方向外側８０に配置される。第１の部分と第２の部分との間では、先端シール部３６、５８の中間部分８２、８４が、溝の半径方向内側７２と半径方向外側８０との間の隙間を埋めている。先端シール部と溝の半径方向内側７２との間、先端シール部の下部、及び先端シール部と溝の半径方向外側８の間を延びる漏れ流路が存在するので、流体は、中間部分において先端シール部を横切って漏れることができる。つまり、中間部分８２、８４において、先端シール部は、溝の一方の側面に押し付けることで漏出経路をブロックしない。従来の先端シール部３６は軸方向の深さに対して大きな半径方向幅を有するので、半径方向に比較的剛性が高い。結果的に、中間部分８２の長さが長く、これは大きな漏れが発生することを意味する。先端シール部５８は軸方向深さに対して半径方向幅が小さいので、半径方向に比較的可撓性がある。結果的に、中間部分８４の長さが短く、これは漏れの発生が少ないことを意味する。

本実施形態の他の利点は、先端シール部が占める空間が半径方向において小さいので、スクロール壁の厚さが低減されることである。従って、図１には６巻きが示されているが図６には５巻きだけが示されている。従って、多くの巻きは入口と出口との間の長いポンプ経路と等化であり圧縮を高めるので、所定サイズのポンプに関して、本実施形態により高いポンプ性能が可能になる。もしくは、本実施形態により、より小型ポンプにおいて類似のポンプ性能が可能になる。後者に関連して、従来よりも容積の小さいポンプは、一般に必要な材料が少なく製作が安価であり、使用時の占有面積が小さくなる。

図２及び３は、先端シール部５８の一部と、チャンネル又溝７４の半径方向側面７２、８０との間の半径方向の間隙Ｒを示す。この間隙は、図面において説明目的で誇張されている。先端シール部は、シール部の真下の空間Ｇを占めるガスによって、周回スクロール６０の対向面６２に対して圧力を加えるようになっている。シール部は、半径方向の差圧と、周回スクロールが周回する際の対向面に対する抵抗との組み合わせによって、溝の側面に対して付勢される。

前述のように、単一の先端シール部５８の長さに沿った異なる部位において、シール部は図２又は３に示す位置に配置されるか、又は図示の２つの位置の間を移動する途中である。つまり、先端シール部５８の第１の部分７０は、図２の溝の半径方向内側７２に位置し、先端シール部の第２の部分７８は、図３の溝の半径方向外側８０に位置する。先端シール部が図示の２つの位置にある場合、漏出通路が先端シール部を横切って形成されて漏れが生じる。漏出経路は、先端シール部の一方の半径方向の表面に沿って、隙間Ｇを横切って、先端シール部の反対側の半径方向の表面に沿って延びる。先端シール部５８は、従来のものに比べて半径方向に可撓性があるので、先端シール部５８は図示の２つの位置の間をより迅速に移動し、結果的に漏れが低減する。前述のように、各先端シール部の一方又は両方は、１：１．２５よりも大きなアスペクト比を有している。好ましくは、アスペクト比は、各先端シール部の全長にわたってほぼ同じであるが、各先端シール部の一方又は両方は、長さに沿って異なるアスペクト比を有することができる。

スクロール圧縮機は一般に流体をポンプ送給するように作動するが、その代わりに、固定スクロール対して周回スクロールを回転させるために加圧流体を使用する場合、電力を発生するための発電機として作動することができる。本発明は、クロール圧縮機をポンプ送給及びエネルギ発生のために使用することを意図している。

５４ 固定スクロール壁
５８ シール部
６０ 周回スクロール
６２ 軸端面
７２ 半径方向内側
７４ 溝
８０ 半径方向外側

Claims (6)

1. 周回スクロールプレートから固定スクロールに向かって軸方向に延びる周回スクロール壁を有する、周回スクロールと、
   固定スクロールプレートから前記周回スクロールに向かって軸方向に延びる固定スクロール壁を有する固定スクロールと、
   偏心軸部を有し、該偏心軸部の回転が前記固定スクロールに対する前記周回スクロールの周回運動を与えるようになった、軸方向に延びる駆動軸と、
   を備えるスクロール圧縮機であって、
   前記周回スクロール壁の軸端部分は、前記周回スクロール壁と前記固定スクロールプレートとの間のシールを行う第１のシール部を有し、前記固定スクロール壁の軸端部分は、前記固定スクロール壁と前記周回スクロールプレートとの間のシールを行う第２のシール部を有し、
   前記第１のシール部又は前記第２のシール部は、軸方向長さと半径方向幅のアスペクト比が１：１．２５又はそれ以上である、スクロール圧縮機。
2. 前記第１のシール部又は前記第２のシール部は、ポンプ入口からポンプ出口への全インボリュートにわたって、軸方向長さ対半径方向幅が１：１．２５又はそれ以上のアスペクト比を有する、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第１のシール部及び前記第２のシール部は、軸方向長さと半径方向幅のアスペクト比が１：１．２５又はそれ以上である、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記アスペクト比は、１：１．５又はそれ以上である、請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記周回スクロール壁の前記軸端部分は、前記第１のシール部を配置する溝を有し、前記固定スクロール壁の前記軸端部分は、前記第２のシール部を配置するための溝を有する、請求項１から４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のスクロール圧縮機のためのシール部。

Images