JP2015135092A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロール鏡板面と旋回スクロール鏡板面の間のシール性を向上させ、鏡板間からの冷媒の漏れを抑制した高効率な圧縮機を提供することを課題とする。【解決手段】スクロール圧縮機は、背圧室と連通し、固定スクロール鏡板２ｂの固定スクロールラップ２ｗ側の面に形成された吸込室連通路２ｆに開口する背圧流出穴２ｅと、を備え、吸込室連通路２ｅは、固定スクロールラップ2ｗの外周側に形成されるとともに、背圧流出穴２ｅの開口に対して、一方の側が吸込室１３に連通し、他方の側が圧縮室とは連通せずに吸込室１３と逆方向に向かって形成された油溜部２ｆｏを有し、背圧室の圧力が吸込室１３の圧力よりも大きな所定値となった場合に、背圧室内の潤滑油を背圧流出穴２ｅ及び吸込室連通路２ｆを介して吸込室１３へ導く。【選択図】図３

Description

本発明は冷媒を用いた冷凍機や給湯機、空調用等のスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、鏡板上に渦巻状のスクロールラップを有する固定スクロールと旋回スクロールを互いに噛み合わせて圧縮室を形成する。旋回スクロールが固定スクロールに対して旋回運動し、圧縮室の容積が渦巻きの中心に向かうに従って減少することで、冷媒ガスの吸込、圧縮、吐出を行う。旋回スクロールはその背面に設けられた背圧室の圧力(以下「背圧」という。)によって、固定スクロールに押し付けられる。

特許文献1では、この背圧室の作動流体(冷媒及び潤滑油)を背圧制御機構及び固定スクロール鏡板面に設けられた吸込室連通路を経由し、吸込室に流入させる。吸込室に流入した潤滑油は、スクロールラップ間のシール性を高め、吸込室と圧縮室との間の冷媒漏れを抑制する。また、吸込室連通路を流れる潤滑油は、旋回スクロールの旋回運動によって、固定スクロール鏡板面及び旋回スクロール鏡板面に広がり、鏡板面のシール性を高める。

特開2006-257882号公報

しかしながら、特許文献1においては、吸込室連通路が設けられるのは吸込室から背圧制御機構までの固定スクロール鏡板面の一部である。従って、鏡板面に潤滑油を広げる効果は限定的であり、固定スクロール鏡板と旋回スクロール鏡板の間からの冷媒漏れにより圧縮機の性能が低下する可能性がある。

本発明は、固定スクロール鏡板面と旋回スクロール鏡板面の間のシール性を向上させ、鏡板間からの冷媒の漏れを抑制した高効率な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、固定スクロール鏡板、及び、固定スクロール鏡板に立設する渦巻状の固定スクロールラップ、を有する固定スクロールと、旋回スクロール鏡板、及び、旋回スクロール鏡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と、固定スクロール及び旋回スクロールにより形成された圧縮室と、圧縮室に冷媒を吸い込む吸込室と、固定スクロール鏡板に形成され、圧縮室で圧縮された冷媒を圧縮室から吐出する吐出口と、旋回スクロール鏡板の旋回スクロールラップと反対側に位置し、吸込室よりも高い圧力が形成され、旋回スクロールを固定スクロールへ付勢する背圧室と、背圧室と連通し、固定スクロール鏡板の固定スクロールラップ側の面に形成された込室連通路に開口する背圧流出穴と、を備え、吸込室連通路は、固定スクロールラップの外周側に形成されるとともに、背圧流出穴の開口に対して、一方の側が吸込室に連通し、他方の側が圧縮室とは連通せずに吸込室と逆方向に向かって形成された油溜部を有し、背圧室の圧力が吸込室の圧力よりも大きな所定値となった場合に、背圧室内の潤滑油を背圧流出穴及び吸込室連通路を介して吸込室へ導く。

本発明によれば、固定スクロール鏡板面と旋回スクロール鏡板面の間のシール性を向上させ、鏡板間からの冷媒の漏れを抑制した高効率な圧縮機を提供することができる。

本発明の第1実施例のスクロール圧縮機の縦断面図 図1に示す第1実施例の背圧制御機構の詳細図 図1に示す第1実施例の固定スクロールをスクロールラップ側からみた平面図 図2に示す固定スクロールの吸込室連通路の断面形状 本発明の第2実施例の固定スクロールをスクロールラップ側からみた平面図 本発明の第3実施例の固定スクロールをスクロールラップ側からみた平面図

本実施例のスクロール圧縮機は、固定スクロール鏡板、及び、固定スクロール鏡板に立設する渦巻状の固定スクロールラップ、を有する固定スクロールと、旋回スクロール鏡板、及び、旋回スクロール鏡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と、固定スクロール及び旋回スクロールにより形成された圧縮室と、圧縮室に冷媒を吸い込む吸込室と、固定スクロール鏡板に形成され、圧縮室で圧縮された冷媒を圧縮室から吐出する吐出口と、旋回スクロール鏡板の旋回スクロールラップと反対側に位置し、吸込室よりも高い圧力が形成され、旋回スクロールを固定スクロールへ付勢する背圧室と、背圧室と連通し、固定スクロール鏡板の固定スクロールラップ側の面に形成された込室連通路に開口する背圧流出穴と、を備え、吸込室連通路は、固定スクロールラップの外周側に形成されるとともに、背圧流出穴の開口に対して、一方の側が吸込室に連通し、他方の側が圧縮室とは連通せずに吸込室と逆方向に向かって形成された油溜部を有し、背圧室の圧力が吸込室の圧力よりも大きな所定値となった場合に、背圧室内の潤滑油を背圧流出穴及び吸込室連通路を介して吸込室へ導く。本実施例のスクロール圧縮機によれば、固定スクロール鏡板面と旋回スクロール鏡板面の間のシール性を向上させ、鏡板間からの冷媒の漏れを抑制した高効率な圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の各実施例について図面を用いて説明する。まず、本発明の第1実施例のスクロール圧縮機について、図1〜図4を用いて説明する。

図1は本発明の第1実施例のスクロール圧縮機の縦断面図である。密閉容器1内に圧縮機構部及び電動機部が収納される。圧縮機構部は、固定スクロール鏡板に立設する渦巻状の固定スクロールラップを有する固定スクロール2と、旋回スクロール鏡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3と、旋回スクロール3の自転防止手段であるオルダムリング4とを備える。固定スクロール2と旋回スクロール3噛み合わせて圧縮室が形成される。フレーム5と旋回スクロール3のラップと反対側の面により形成される背面空間に、吸込室の圧力より高い圧力に設定される背圧室6が形成される。フレーム5はその外周部で密閉容器1に固定され、クランク軸7を支持する主軸受5aを備える。固定スクロール2はフレーム5にボルト8により締結される。クランク軸の偏心部7aには旋回スクロールボス部の旋回軸受3aがはめ合わされ、電動機部からの回転動力を旋回スクロール3へ伝達する。クランク軸7の偏心部7aと反対側の軸端部は副軸受9で支えられる。電動機部は回転子10と固定子11から構成される。固定子11は焼嵌めや溶接等により密閉容器1に固定される。回転子10はクランク軸7に圧入等により固定される。

次に、スクロール圧縮機における冷媒の流れについて説明する。本実施例の圧縮機は密閉容器1内部が吐出圧力空間となる高圧チャンバ方式である。圧縮機電動機部を回転させてクランク軸7が回転することにより、旋回スクロール3が固定スクロール2に対して旋回運動する。これにより、吸込パイプ12より吸い込まれた冷媒は、圧縮機構部の吸込室13へ流入し、固定スクロール2のラップと旋回スクロール3のラップが噛み合わされて形成される圧縮室14に閉じ込まれて圧縮される。その後、圧縮室14で圧縮された冷媒は、固定スクロール2の鏡板部に設けられた吐出口15から密閉容器1内の吐出圧力空間16に吐出され、吐出パイプ(図示せず)を通り圧縮機外部へ吐出される。

また、圧縮機内部には、摺動部位に潤滑油を供給するための貯油部17を備える。クランク軸7の内部には、潤滑油通路7bが形成されている。吐出圧力と背圧室6との圧力差により潤滑油は潤滑油通路7bを上昇し、潤滑油の一部は、副軸受9、主軸受5aへの油供給路へ分岐して、副軸受9及び主軸受5aの各軸受を潤滑する。残りの潤滑油は、クランク軸上端から吐出されて旋回軸受3aを潤滑した後、背圧室6へ流入する。背圧室6に流入した潤滑油は、固定スクロール外周部に設けられた背圧制御機構18を通り、吸込室13へ流入する。

図2及び図3に示すように、背圧制御機構18は、固定スクロールの周囲溝2aにかかる位置に固定スクロール鏡板2bを貫通して形成された背圧流入穴2c、背圧弁穴2d、背圧流出穴2e、背圧弁穴2d内にあって弁シール面2gに差圧弁ばね2hで押し付けられる弁体2i、差圧弁ばね2hの一端を支持し背圧弁穴2dに圧入され弁キャップ2j、を含んで構成される。

固定スクロールの周囲溝2aの内周側であって固定スクロールラップの外周側には、半径を一定とする弧（固定スクロールラップの中心側を凹とする曲線）形状の吸込室連通路2fが設けられる。吸込室連通路2fの一方は、背圧制御機構18から吸込室13へ連通する。吸込室連通路2fの他方は、圧縮室とは連通せずに、背圧制御機構18から吸込室13と逆方向に向かって形成される油溜部2foが形成される。

ここで、周囲溝2aの圧力は背圧室6の圧力となり、周囲溝2aの流体(冷媒と潤滑油)の圧力が、吸込室連通路2fの流体の圧力（つまり吸込室13の圧力よりも差圧弁ばね2hの特性や弁シール面2gの流路断面積で決まる設定圧）よりも高いとき、弁体2iは弁シール面2gより押し上げられ、周囲溝2aの流体は背圧流入穴2c及び背圧流出穴2eを経て、吸込室連通路2fに沿って固定スクロール鏡板上を流れる。つまり、図3に矢印で示すように、一部の流体は吸込室連通路2fを経て吸込室13へ流入し、残りの流体は油溜部2foへ流れ込む。この背圧制御機構18の作用により、周囲溝2aの流体の圧力は吸込室13の圧力よりも設定圧だけ高い圧力に保持される。

ここで、吸込室連通路2fの断面形状は図4に示すような矩形、台形、又は円弧形状等、流体の流れを阻害しない形状とする。特に吸込室連通路2fの断面形状を図4(b)のような台形とすることにより、固定スクロール鏡板面2bに加工によるバリが発生することを防止できる。

吸込室連通路2fを流れる流体には潤滑油が含まれる。潤滑油が吸込室13に流入することにより、固定スクロールラップ2wと旋回スクロールラップ3wの間のシール性が高まり、吸込室13と圧縮室14との間の冷媒の漏れが抑制される。また、吸込室連通路2fを流れる潤滑油は旋回スクロール3の旋回運動によって、固定スクロール鏡板面2b上に広がり、鏡板面のシール性を高める。

本実施例のスクロール圧縮機は、さらに、固定スクロールのラップの外側に吸込室連通路2fを形成し、吸込室連通路2fの一方を背圧制御機構18から吸込室13へ連通させ、吸込室連通路2fの他方を油溜部2foとして構成とする。背圧制御機構18から吸込室連通路2fへと流れる潤滑油が固定スクロール鏡板面2bのより広い範囲に行き渡るようになり、固定スクロールと旋回スクロール鏡板間の冷媒の漏れを抑制することができる。また、背圧制御機構18を経て吸込室連通路2fに流れ込む潤滑油の量は、前述したように、背圧室6の圧力と吸込室13の圧力との差圧、及び、差圧弁ばね2hの特性や弁シール面2gの流路断面積に依存する。このため、圧縮機が過渡的な運転状態にあるときなど、吸込室連通路2fに流れる潤滑油の量が安定せず、吸込室13へ流入する潤滑油が不足する。このような場合であっても、本実施例のスクロール圧縮機によれば、吸込室連通路2fの油溜部2foに滞留した潤滑油が、吸込室連通路2fを通り、吸込室13へ給油されることで潤滑油の不足を補い、潤滑油不足によるシール性の低下を防止することができる。

次に、本発明の第2実施例について図5を用いて説明する。図5は本発明の第2実施例のスクロール圧縮機の固定スクロールをスクロールラップ側からみた平面図である。第1実施例とは吸込室連通路2fにおいて相違するが、その他の点については第1実施例と基本的には同一である。

本実施例では、吸込室連通路2fを、固定スクロールラップ2wを形成するインボリュート曲線の延長線（インボリュート曲線A）と、インボリュート曲線Aを一定量オフセットさせたインボリュート曲線Bで形成する。第1実施例のように、吸込室連通路2fを半径一定とする弧形状とした場合、吸込室連通路2fの吸込室13と反対側に背圧制御機構を超えて延長した端部が、固定スクロールラップ外周部2woに近接するため、吸込室連通路2fの端部は圧縮室との間のシール性を確保できる位置までしか吸込室連通路（油溜部）を形成できない。

しかしながら、本実施例によれば、吸込室連通路2fと固定スクロールラップ外周部2woとの間は常に一定の距離が確保できる。従って、油溜部2foをより長く設定することができ、固定スクロール鏡板面2bのより広い範囲のシール性を向上させることができる。

次に、本発明の第3実施例について図6を用いて説明する。図6は本発明の第3実施例のスクロール圧縮機の固定スクロールをスクロールラップ側からみた平面図である。第1実施例とは吸込室連通路2fにおいて相違するが、その他の点については第1実施例と基本的には同一である。

本実施例では、吸込室連通路2fの背圧制御機構18から吸込室13へ連通する部分の流路断面積を油溜部2foの流路断面積と異ならせる。

例えば、固定スクロール2及び旋回スクロール3のラップ高さが高い場合には、鏡板面のシールよりもラップ間のシールにより多くの潤滑油が必要となるため、油溜部2foよりも、背圧制御機構18から吸込室13へ連通する部分の吸込室連通路の流路断面積（吸込室連通路の幅や深さ。図6では吸込室連通路の幅。）を大きく設定し、吸込室13に十分な量の潤滑油を流入させる。

逆に、ラップ間のシールよりも鏡板面のシールにより多くの潤滑油が必要となる場合は、背圧制御機構18から吸込室13へ連通する部分よりも、油溜部2foの吸込室連通路の流路断面積（吸込室連通路の幅や深さ。図6では吸込室連通路の幅。）を大きく設定し、油溜部2foに十分な量の潤滑油を流入させる。

このように、吸込室連通路の流路断面積（吸込室連通路の幅や深さ）を任意に設定することで、吸込室連通路に流れる潤滑油の量を調整することができる。

また、本実施例では、背圧制御機構18から吸込室13と反対側に形成される部分（油溜部）の吸込室連通路2fの幅が細くなるため、固定スクロールラップ外周部2woと吸込室連通路2fとの距離が保たれ、吸込室連通路2fと圧縮室14との間のシール性を確保することができる。

1…密閉容器、2…固定スクロール、2a…周囲溝、2b…固定スクロール鏡板、2c…背圧流入穴、2d…背圧弁穴、2e…背圧流出穴、2f…吸込室連通路、2fo…油溜部、2g…弁シール面、2h…差圧弁ばね、2i…弁体、2j…弁キャップ、2w…固定スクロールラップ、2wo…固定スクロールラップ外周部、3…旋回スクロール、3a…旋回軸受、3w…旋回スクロールラップ、4…オルダムリング、5…フレーム、5a…主軸受、6…背圧室、7…クランク軸、7a…クランク軸偏心部、8…ボルト、9…副軸受、10…回転子、11…固定子、12…吸込パイプ、13…吸込室、14…圧縮室、15…吐出口、16…吐出圧力空間、17…貯油部、18…背圧制御機構

Claims (5)

1. 固定スクロール鏡板、及び、前記固定スクロール鏡板に立設する渦巻状の固定スクロールラップ、を有する固定スクロールと、
   旋回スクロール鏡板、及び、前記旋回スクロール鏡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と、
   前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにより形成された圧縮室と、
   前記圧縮室に冷媒を吸い込む吸込室と、
   前記固定スクロール鏡板に形成され、前記圧縮室で圧縮された冷媒を前記圧縮室から吐出する吐出口と、
   前記旋回スクロール鏡板の前記旋回スクロールラップと反対側に位置し、前記吸込室よりも高い圧力が形成され、前記旋回スクロールを前記固定スクロールへ付勢する背圧室と、
   前記背圧室と連通し、前記固定スクロール鏡板の前記固定スクロールラップ側の面に形成された吸込室連通路に開口する背圧流出穴と、を備え、
   前記吸込室連通路は、前記固定スクロールラップの外周側に形成されるとともに、前記背圧流出穴の開口に対して、一方の側が前記吸込室に連通し、他方の側が前記圧縮室とは連通せずに前記吸込室と逆方向に向かって形成された油溜部を有し、
   前記背圧室の圧力が前記吸込室の圧力よりも大きな所定値となった場合に、前記背圧室内の潤滑油を前記背圧流出穴及び前記吸込室連通路を介して前記吸込室へ導くスクロール圧縮機。
2. 請求項1において、前記吸込室連通路は、前記固定スクロールラップの中心側を凹とする曲線で形成されたスクロール圧縮機。
3. 請求項2において、前記吸込室連通路は、インボリュート曲線で形成されたスクロール圧縮機。
4. 請求項1乃至3の何れかにおいて、前記吸込室連通路の一方の側の流路断面積が前記吸込室連通路の他方の側の流路断面積と異なるように形成されたスクロール圧縮機。
5. 請求項4において、前記吸込室連通路の一方の側の流路幅が前記吸込室連通路の他方の側の流路幅よりも大きく形成されたスクロール圧縮機。