JP2015059536A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧側の密閉空間の冷媒ガスが低圧側の密閉空間に流入することを抑制するスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機は、台板に立設する渦巻状の旋回スクロールラップを有する旋回スクロール、及び、台板に立設する渦巻状の固定スクロールラップ、を有し、旋回スクロール及び固定スクロールにより形成された圧縮室で冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部と、電動機部の回転力を圧縮機構部に伝達するクランク軸と、を備え、旋回スクロールラップ及び固定スクロールラップの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成される。
【選択図】図３

Description

本発明はスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機において、旋回スクロールと固定スクロールは、台板とそれに直立した渦巻体を有し、向かい合う渦巻体の噛み合せにより複数の密閉空間が形成される。旋回スクロールの旋回運動により密閉空間は外周側から中央側に移動しながら容積を減じることにより、低圧の冷媒ガスを高圧のガスに圧縮する（例えば、特許文献１参照。）。圧縮過程において、渦巻体と向かい合う台板の間には微少な隙間が生じ、密閉空間内の高圧冷媒は圧力差により微少隙間を通じて隣り合う密閉空間に流入する。高圧の冷媒ガスが隣り合う密閉空間内に流入すると、流入した密閉空間の圧力を増加させ、圧縮機の圧縮動力増加の原因となる。さらに、高圧の冷媒ガスが冷媒ガス吸入部に流入すると、圧縮機の閉じ込み流量が減少して性能が低下する。

このような問題を解決するためスクロール圧縮機には冷媒と共に潤滑油が封入される。潤滑油がスクロール圧縮機構部に流入し、渦巻体と向かい合う台板の間の微少な隙間に入り込み油膜を形成することで、高圧冷媒ガスの流入を抑制する。

特開昭５７−７３８０３号公報

微少隙間に形成された油膜には、高圧側の密閉空間の冷媒ガスによって低圧側の密閉空間に押し流す方向への力が働く。この油膜を押し流す力は高圧側の冷媒ガスの密度と音速の二乗値と台板に垂直方向の隙間の面積を乗じた値と関係づけられるので、密度の高い渦巻体の中心部の密閉空間においては油膜を押し流す力が増大する。従って、冷媒ガスの油膜を押し流す力の大きくなる渦巻体中心部になるほど、高圧ガスの低圧への流入が増大する。

本発明は、高圧側の密閉空間の冷媒ガスが低圧側の密閉空間に流入することを抑制するスクロール圧縮機を提供することを課題とする。

本発明のスクロール圧縮機は、台板に立設する渦巻状の旋回スクロールラップを有する旋回スクロール、及び、台板に立設する渦巻状の固定スクロールラップ、を有し、旋回スクロール及び固定スクロールにより形成された圧縮室で冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部と、電動機部の回転力を圧縮機構部に伝達するクランク軸と、を備え、旋回スクロールラップ及び固定スクロールラップの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成される。

旋回スクロールラップ及び固定スクロールラップの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成されるので、冷媒ガスにより油膜を押し流す力が大きくなる渦巻体中心部であっても、高圧側の密閉空間の冷媒ガスが低圧側の密閉空間に流入することを抑制することができる。

Ｒ３２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒の油膜を押しのける力の違いを示す図 スクロール圧縮機の縦断面図 Ｒ３２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒における渦巻体の歯厚を示す図

本実施例のスクロール圧縮機について図面を用いて説明する。本実施例のスクロール圧縮機は、台板に立設する渦巻状の旋回スクロールラップを有する旋回スクロール、及び、台板に立設する渦巻状の固定スクロールラップ、を有し、旋回スクロール及び固定スクロールにより形成された圧縮室で冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部と、電動機部の回転力を圧縮機構部に伝達するクランク軸と、を備え、旋回スクロールラップ及び固定スクロールラップの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成される。旋回スクロールラップ及び固定スクロールラップの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成されるので、冷媒ガスにより油膜を押し流す力が大きくなる渦巻体中心部であっても、高圧側の密閉空間の冷媒ガスが低圧側の密閉空間に流入することを抑制することができる。

図２は本実施例におけるスクロール圧縮機の断面図である。密閉容器１内に圧縮機構部２と電動機３が収納される。圧縮機構部２は、固定スクロール４、旋回スクロール５、フレーム１１、オルダム機構１２、駆動軸１４を有する。固定スクロール４は、円板状の台板４ａ、台板４ａに直立する渦巻体（固定スクロールラップ）４ｂを有する。また、渦巻体４ｂの中心部分に吐出口１０が配置され、渦巻体の外周部に吸入口７が配置される。旋回スクロール５は、円板状の台板５ａ、渦巻体４ｂと噛み合うように成形され台板５ａに直立する渦巻体５ｂ（旋回スクロールラップ）、台板５ａの反渦巻体５ｂ面に形成されたボス５ｃ、ボス５ｃの内径部に形成された軸受部５ｄを有する。

フレーム１１は、中央部に軸受部１１ａを有し、軸受部１１ａに駆動軸１４が支承される。フレーム１１には固定スクロールの平板部４ｃが複数本のボルトにより固定される。駆動軸先端の偏芯軸部１４ａは旋回スクロールの軸受５ｄに挿入される。オルダム機構１２と偏芯軸１４ａの回転により、固定スクロール４に対して自転することなく旋回スクロール５が旋回運動する。駆動軸１４には電動機３の回転子３ａが直結され、固定子３ｂは密閉容器１内に固定される。

固定スクロール４の吸入口７には密閉容器１を貫通する吸入管１７が接続される。吸入管１７から低圧の冷媒ガスが吸入され、固定スクロールの渦巻体４ｂと旋回スクロールの渦巻体５ｂが噛み合うことにより形成された密閉空間である圧縮室９に流入する。その後、駆動軸１４の回転による旋回スクロール４の旋回運動により圧縮室９は容積を減じながら中央部に移動し、圧縮室９内の冷媒ガスは圧縮されて中央部分の吐出口１０から吐出室１ａに吐出される。吐出室１ａに吐出された冷媒は、通路１８ａを介してモータ室１ｂと連通した後に、密閉容器１を貫通する吐出管１９から吐出される。

旋回スクロール５の反渦巻体５ｂ面とフレーム１１で囲まれた空間となる背圧室２０には、旋回スクロール５を固定スクロール４から引き離そうとする離反力（圧縮室９のスラスト方向のガス力）に対抗するため、低圧となる吸入圧力と高圧となる吐出圧力の中間的な圧力を作用させる。背圧室２０に作用する背圧室圧力は、旋回スクロールの円板状の平板５ａに圧縮室９と背圧室２０との間を連通する背圧穴(図示せず)を設けることにより作用させることができる。

密閉容器下部に溜まる潤滑油６に開口する給油管３０が駆動軸１４に接続される。潤滑油６は、駆動軸内の貫通穴１４ｂを介して、偏芯軸部１４ａと旋回スクロールのボス５ｃとで囲まれる空間５ｅから旋回スクロールの軸受５ｄを給油した後、背圧室２０に排出される。背圧室に流入した潤滑油は、背圧穴、又は、旋回スクロールの台板５ａと接する固定スクロール平板部の鏡板面４ｄと固定スクロール鏡板面４ｄと接する旋回スクロール平板部の鏡板面５ｆとの間の隙間から圧縮室９に流入する。圧縮室９に入り込んだ潤滑油６の一部は、圧縮室９を構成する固定スクロール４の台板４ａ及び渦巻体４ｂと、旋回スクロール５の台板５ａ及び渦巻体５ｂとの間に生じる微少隙間に入り込み、油膜を形成する。油膜を形成しない潤滑油は吐出口１０から密閉容器1内に吐出される。

本実施例のスクロール圧縮機においては、旋回スクロールの渦巻体５ｂ及び固定スクロールラップの渦巻体４ｂの歯厚を外側から中心側に向かって（一部又は全体にわたり）大きくなるように形成する。旋回スクロールの渦巻体５ｂ及び固定スクロールラップの渦巻体４ｂの歯厚を外側から中心側に向かって大きくなるように形成したので、高圧側の密閉空間から低圧側の密閉空間に働く冷媒ガスの油膜を押しのける力が大きくなる渦巻体中心側になるほど、渦巻体外側に対し油膜の幅を大きくとることができ、高圧ガスの低圧側への流入を抑制することがでる。従って、圧縮動力が低減された環境負荷の少ないスクロール圧縮機を提供することが可能となる。

ここで、微少隙間に形成された油膜には、高圧側の密閉空間の冷媒ガスによって低圧側の密閉空間に押し流す方向への力が働き、この押し流される力は高圧側の冷媒ガスの密度と音速の二乗値と隙間の台板に垂直方向の面積を乗じた値と関係づけられる。従って、圧縮室内の冷媒の密度と音速の二乗値を乗じた値に基づいて、渦巻体４ｂ、５ｂの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成されることにより、必要以上に油膜の幅を大きくすることなく適切な油膜の幅を確保することができるので、歯厚の増大を抑制しつつ、高圧ガスの低圧側への流入を抑制することができる。

本実施例おいては、特に、冷媒としてＲ３２冷媒を用いる。図１はＲ３２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒の油膜を押しのける力の違いを示す図である。図１において、縦軸は冷媒が微少隙間の油膜に働く低圧側の密閉空間方向に押し流す力であり、横軸は旋回スクロールの回転角度を示す。図１に示すように、地球温暖化係数（ＧＷＰ）がＲ４１０Ａ冷媒に対して低いＲ３２冷媒のように音速が早くなる冷媒においては、微少隙間に形成される潤滑油の油膜に働く力がＲ４１０Ａよりも大きくなる。図１において、吸入ポイントは密閉空間が最大となるポイントであり、吐出ポイントは密閉空間が最小となるポイントである。従って、従来のＲ４１０Ａ用スクロール圧縮機と同等の構造の圧縮機においてＲ３２冷媒を使用すると、各圧縮室間における高圧ガスの漏れこみ量が増加する。

従って、冷媒としてＲ３２を用いる場合、渦巻体４ｂ、５ｂの歯厚の変化幅は、従来のＲ４１０Ａ用スクロール圧縮機の渦巻体の歯厚に対して、Ｒ４１０Ａ冷媒とＲ３２冷媒での冷媒物性の違いによる油膜を押し流す力の違いを反映させるのが好ましい。

そこで本実施例においては、渦巻体の外側から中心部に向かって、渦巻体の歯厚tを従来のＲ４１０Ａ用スクロール圧縮機の歯厚ｔ’に対して、駆動軸１４の回転角θに応じて以下の式に基づいて変化させて、固定スクロール４と旋回スクロール５それぞれの渦巻体４ｂ、５ｂの歯厚が大きくなるように形成する。
ｔ（θ）∝（ρa²/ρ’a’²）×t’（θ）
ここで、ρはＲ３２冷媒の密度、ρ’はＲ４１０Ａ冷媒の密度、aはＲ３２冷媒の音速、a’はＲ４１０Ａ冷媒の音速を示す。これらρ、ρ’、a、a’はそれぞれ圧縮の進行に応じて変化する。

図３はＲ３２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒における渦巻体の歯厚を示す図であり、旋回スクロールの回転角度における渦巻体４ｂ、５ｂの歯厚を示す。渦巻体４ｂ、５ｂの歯厚を上式のように構成することで、油膜を押し流す作用の大きなＲ３２冷媒を用いた圧縮機においても、Ｒ４１０Ａ冷媒を使用する圧縮機と同等まで高圧ガスが低圧側に流入する影響を低下させることができ、Ｒ３２冷媒を使用する環境負荷のより少ないスクロール圧縮機を提供することが可能となる。

１ 密閉容器
１ａ 吐出室
１ｂ モータ室
２ 圧縮機構部
３ 電動機
３ａ 電動機の回転子
３ｂ 電動機の固定子
４ 固定スクロール
４ａ 固定スクロールの円板状の台板
４ｂ 固定スクロールの渦巻体
４ｃ 固定スクロールの平板部
４ｄ 固定スクロールの鏡板面
４ｅ 固定スクロール鏡板面上の溝
４ｆ 固定スクロールの鏡板面上の液冷媒導入口が旋回スクロール鏡板面に対し相対的に移動する軌跡
４ｊ 固定スクロールの鏡板面上の液冷媒導入口
５ 旋回スクロール
５ａ 旋回スクロールの円板状の平板部
５ｂ 旋回スクロールの渦巻体
５ｃ 旋回スクロールのボス
５ｄ 旋回スクロールの軸受
５ｅ 偏芯軸部と旋回スクロールのボスとで囲まれる空間
５ｆ 旋回スクロールの鏡板面
５ｇ 旋回スクロール平板内の通路
５ｈ 旋回スクロールの平板内の通路の圧縮室側開口部
５ｊ 旋回スクロールの平板内の通路の鏡板面側開口部
５ｋ 旋回スクロールの平板内の通路の圧縮室側開口部が固定スクロール鏡板面上で移動する軌跡
５ｎ 旋回スクロールの鏡板面の溝が固定スクロール鏡板面上で移動する軌跡
６ 密閉容器下部の油溜り部
７ 固定スクロールの吸入口
９ 圧縮室
１０ 固定スクロールの吐出口
１１ フレーム
１１ａ フレームの軸受部
１２ オルダム機構
１４ 駆動軸
１４ａ 駆動軸の偏芯軸部
１４ｂ 駆動軸の貫通穴
１７ 吸入管
１８ａ 通路
１９ 吐出管
２０ 背圧室
３０ 給油管

Claims (4)

1. 台板に立設する渦巻状の旋回スクロールラップを有する旋回スクロール、及び、台板に立設する渦巻状の固定スクロールラップ、を有し、前記旋回スクロール及び前記固定スクロールにより形成された圧縮室で冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、
   前記電動機部の回転力を前記圧縮機構部に伝達するクランク軸と、
   を備え、
   前記旋回スクロールラップ及び前記固定スクロールラップの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成されるスクロール圧縮機。
2. 請求項１において、前記圧縮室内の冷媒の密度と音速の二乗値を乗じた値に基づいて、前記旋回スクロールラップ及び前記固定スクロールラップの歯厚が渦巻状の外側から中心側に向かって大きくなるように形成されるスクロール圧縮機。
3. 請求項１又は２において、前記冷媒がＲ３２であるスクロール圧縮機。
4. 請求項３において、前記旋回スクロールラップ及び前記固定スクロールラップの歯厚が、前記圧縮室内の冷媒ガスの密度と音速の二乗値を乗じた値のＲ３２冷媒に対するＲ４１０Ａ冷媒の比をＲ４１０Ａ冷媒用圧縮機の歯厚に対し乗じた値となるように形成されるスクロール圧縮機。