JP2016094824A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒ガスは、最も高温高圧の冷媒が吐出されるマフラー空間からから固定スクロールを経由して熱影響を受けてしまい、吸入室および圧縮室にとじ込められる時点で、その冷媒ガスは膨張し、循環量の低下および圧縮効率の低下を引き起こしてしまう。【解決手段】固定スクロール１２上部において、吐出口１７を覆うように設けられたマフラー１９により形成されたマフラー空間３７に重なる領域に凹部３８を設け、その凹部３８を閉塞する閉塞部材３９を設けることにより、マフラー空間３７から圧縮室１５への加熱（熱影響）を抑制し、高い体積効率および圧縮効率を実現する圧縮機を提供する。【選択図】図１

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圧縮機に関するものである。

従来、空調装置や冷却装置などに用いられる密閉型圧縮機は、一般に、冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスを圧縮機構部で圧縮し、冷凍サイクルへと送り込む役割を果たしている。冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスは吸入経路を経て、圧縮機構部に形成された圧縮室へと供給される。その後、圧縮されて高温高圧状態となった冷媒ガスは、圧縮機構部から密閉容器内へと吐出され、密閉容器に設けられた吐出管から冷凍サイクルへと送り込まれる。

すなわち、冷媒ガスは吸入管を経て、固定スクロールの吸入室に導かれ、圧縮された後、固定スクロールの吐出口から吐出される。吐出された高温高圧の冷媒ガスは、固定スクロール上部の吐出口を覆うように設けられたマフラーにより形成されたマフラー空間に吐出される（例えば、特許文献１、２参照）。

図６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断面図である。低温低圧の冷媒ガスは、吸接管３を通って、吸入室に導かれ、圧縮室１５の容積変化で圧縮される。その後、高温高圧の冷媒ガスは、固定スクロール１２上部の吐出口１７を通って、マフラー空間３７へと吐出される。

特開２００７−２４７６０１号公報 特開２００４−３１６５９１号公報

しかしながら、従来の構成では、固定スクロール１２の上部の吐出口１７から吐出された最も高温の冷媒ガスによる吸入室および圧縮室１５内の冷媒ガスへの熱影響については考慮されていなかった。特に、最も高温高圧の冷媒が吐出されるマフラー空間３７と低温低圧の冷媒が流れる固定スクロール１２の吸入室の位置関係によっては、吸入室の冷媒ガスは、マフラー空間３７から固定スクロール１２を経由して熱を受けてしまい、実際に圧縮室１５にとじ込める時点では、冷媒ガスは膨張し、循環量の低下を引き起こしてしまう課題を有していた。また、圧縮室１５の圧縮途中の冷媒ガスについても、マフラー空間３７から固定スクロール１２を経由して熱を受けてしまい、冷媒ガスは膨張し、圧縮損失の増加を引き起こしてしまう課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、体積効率の向上および圧縮損失低減による高効率を実現する圧縮機を提供することにある。

本発明の圧縮機は、固定スクロールの外周側に形成された吸入室に吸入された冷媒ガスを圧縮した後、固定スクロールの中央部に設けられた吐出口から吐出し、吐出口から吐出された冷媒ガスが、固定スクロール上部の吐出口を覆うように設けられたマフラー空間に、吐出されるスクロール圧縮機において、固定スクロール上部におけるマフラー空間に重
なる領域に凹部を設け、凹部を閉塞する閉塞部材を設けたものである。これによって、体積効率の向上および圧縮損失の低減による高効率を実現する圧縮機を提供できる。

本発明によれば、固定スクロール上部における最も高温の冷媒ガスが存在するマフラー空間と重なる領域に凹部を設け、凹部を閉塞する閉塞部材を設けているため、マフラー空間から吸入室および圧縮室への冷媒ガスの加熱（熱影響）を抑制することができ、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

本発明の実施の形態１による圧縮機の縦断面図 図１における圧縮機のＡ−Ａ線断面の詳細図 本発明の実施の形態１における旋回スクロールのラップ方向から見た正面図 本発明の実施の形態２による圧縮機の縦断面図 図４における圧縮機の断面図 従来のスクロール圧縮機の断面図

第１の発明は、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、前記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、前記固定スクロールの外周側に形成された吸入室に吸入された冷媒ガスを圧縮した後、前記固定スクロールの中央部に設けられた吐出口から吐出し、前記吐出口から吐出された冷媒ガスが、前記固定スクロール上部の吐出口を覆うように設けられたマフラーにより形成されたマフラー空間に吐出される圧縮機において、前記固定スクロール上部における前記マフラー空間に重なる領域に凹部を設け、前記凹部を閉塞する閉塞部材を設けたものである。

この構成によれば、固定スクロール上部におけるマフラー空間と重なる領域に設置した凹部は、閉塞部材により、高温の冷媒が浸入しにくい淀んだ状態である。この淀んだ冷媒ガスが断熱層の役割を果たし、最も高温の冷媒が通過するマフラー空間から、固定スクロールの最も低温である圧縮開始前の圧縮室への加熱（熱影響）を抑制することができ、高い体積効率を得ることができる。また、マフラー空間から、圧縮中の圧縮室への加熱（熱影響）についても抑制することができ、高い圧縮効率を得ることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記固定スクロール上部における前記マフラー空間に重なる領域以外にも前記凹部を設け、前記凹部を前記閉塞部材により閉塞したものである。

この構成によれば、第１の発明に加えて、比較的高温の冷媒が存在するマフラー上部の容器内空間から、固定スクロールの吸入室および圧縮室への加熱（熱影響）を抑制することができ、さらに高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

第３の発明は、第１から２のいずれかの発明において、前記凹部を閉塞する前記閉塞部材を、熱伝導率の低い材料で形成したものである。

この構成によれば、高温の冷媒が通過するマフラー空間から、断熱空間への加熱（熱影響）を、熱伝導率の低い材料で形成した閉塞部材で抑制することができ、さらに、固定スクロールにおける吸入室および圧縮室への加熱（熱影響）を抑制することができるため、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

第４の発明は、第１から３のいずれかの発明において、前記凹部を閉塞する前記閉塞部材の表面に、断熱層を形成したものである。

この構成によれば、高温の冷媒が通過するマフラー空間から、断熱空間への加熱（熱影響）を閉塞部材表面の断熱層で抑制することができ、さらに、固定スクロールにおける吸入室および圧縮室への加熱（熱影響）を抑制することができるため、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

第５の発明は、第１から４のいずれかの発明において、前記マフラーを、熱伝導率の低い材料で形成したものである。

この構成によれば、比較的高温の冷媒が存在するマフラー上部の容器内空間から、閉塞部材を経由して断熱空間への加熱（熱影響）を抑制することができ、さらに、固定スクロールにおける吸入室および圧縮室への加熱（熱影響）を抑制することができるため、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

第６の発明は、第１から５のいずれかの発明において、前記マフラーの表面に、断熱層を形成したものである。

この構成によれば、比較的高温の冷媒が存在するマフラー上部の容器内空間から、閉塞部材への加熱を抑制できるため、断熱空間への加熱（熱影響）を抑制し、さらに、固定スクロールにおける吸入室および圧縮室への加熱（熱影響）を抑制することができるため、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

第７の発明は、第１から６のいずれかの発明において、作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。

この構成によれば、特に冷媒ガスの密度が高いため、圧力損失の比率も大きくなり、また温度差が大きくなるため、冷媒ガスは吸入室および圧縮途中の圧縮室を通過する際に加熱されやすくなる。そのため本発明の構成の効果が顕著に現れ、高い体積効率および圧縮効率を実現する圧縮機を提供することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による圧縮機の縦断面図である。

また、図２は図１のＡ−Ａ線断面の詳細図、図３は、旋回スクロールのラップ方向から見た正面図である。図のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

図１に示すように、本発明の圧縮機は、密閉容器１と、その内部に圧縮機構部１０、電動機部２０を備えて構成されている。密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したシャフト５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部１０を構成している。旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間には、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、シャフト５の上端にある偏心軸部５ａ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を円軌道運動させる。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向かって容積を縮めながら移動することを利用して、密閉容器１外の冷凍サイクルに通じた吸接管３から、吸接管３と圧縮室１５の間にある固定スクロールに設けられた常に吸入圧力である吸入室１６を経て冷媒ガスを吸入し、圧縮室１５に閉じ込んだのち圧縮を行う。所定の圧力に到達した冷媒ガスは、固定スクロール１２の中央部の吐出口１７からリード弁１８を押し開けて、吐出される。

固定スクロール１２の一方の容器内空間３１側には、吐出口１７及びリード弁１８を覆うマフラー１９が設けられている。マフラー１９は、吐出口１７を一方の容器内空間３１から隔離し、マフラー空間３７を形成し、周囲は固定スクロール１２に固定されている。

シャフト５の下端にはポンプ６が設けられ、ポンプ６の吸い込み口が貯オイル部２内に存在するように配置する。ポンプ６はスクロール圧縮機と同時に駆動されるため、ポンプ６は密閉容器１の底部に設けられた貯オイル部２にあるオイルを、圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げることができ、オイル切れの心配も解消される。ポンプ６で吸い上げたオイルは、シャフト５内を通縦しているオイル供給穴７を通じて圧縮機構部１０に供給される。なお、オイルをポンプ６で吸い上げる前もしくは吸い上げた後に、オイルフィルタ等でオイルから異物を除去すると、圧縮機構部１０への異物混入が防止でき、更なる信頼性向上を図ることができる。

圧縮機構部１０に導かれたオイルの圧力は、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。さらにオイルの一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部５ａと旋回スクロール１３との嵌合部、シャフト５と主軸受部材１１との間の軸受部８に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、貯オイル部２へ戻る。

高圧領域３５に供給されたオイルの別の一部は、旋回スクロール１３に形成され、かつ高圧領域３５に一開口端を有する経路７ａを通って、自転拘束機構１４が位置している背圧室３６に進入する。進入したオイルは、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３６にて旋回スクロール１３の背圧印加の役割を果たしている。

ここで冷媒ガスの圧縮に関して、詳細に説明する。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の圧縮機構部１０の横断面図であり、（Ａ）〜（Ｄ）の順番に位相を９０度刻みでずらした状態を示す図である。ここで旋回スクロール１３のラップ外壁と固定スクロール１２のラップ内壁に囲まれて形成される圧縮室を第１の圧縮室１５ａ、旋回スクロール１３のラップ内壁と固定スクロール１２のラップ外壁に囲まれて形成される圧縮室を第２の圧縮室１５ｂとする。図３の（Ａ）は、第１の圧縮室１５ａが冷媒ガスを閉じ込めた瞬間の状態であり、その圧縮室を１５ａ−１とする。その後、第１の圧縮室１５ａは、（Ｂ）の１５ａ−２、（Ｃ）の１５ａ−３、（Ｄ）の１５ａ−４、（Ａ）の１５ａ−５、（Ｂ）の１５ａ−６、（Ｃ）の１５ａ−７と移動し、（Ｄ）の１５ａ−８では固定スクロール１２の中心部に形成された吐出口１７を経て、点線で示したマフラー空間３７に吐出される。

同様に、圧縮室１５ｂにおいて、図３の（Ｃ）は、第２の圧縮室１５ｂが冷媒ガスを閉じ込めた瞬間の状態であり、順次中心方向に圧縮室１５ｂが移動し、固定スクロール１２の中心部に形成された吐出口１７を経て、点線で示したマフラー空間３７に吐出される。

ここで、圧縮室１５ａと圧縮室１５ｂが、常に、吸入圧力となる領域となる吸入室１６は、それぞれの圧縮室について、冷媒ガスが閉じこんだ瞬間の、固定スクロール１２と旋回スクロール１３のラップ接点を結んだ範囲より下流の領域となる。

本実施の形態では、固定スクロール１２上部におけるマフラー空間３７に重なる領域に凹部３８と、この凹部３８を閉塞する閉塞部材３９を設けている。閉塞部材３９は図２に示すようにリード弁１８の部分を刳り貫いて固定スクロール１２の上方を覆うシート形状としている。また、凹部３８は、図２、図３において、斜線部で示した場所に設けているが、これに限定されるものではない。

この構成によれば、固定スクロール１２上部におけるマフラー空間３７と重なる領域に設置した凹部３８は、閉塞部材３９により、高温の冷媒が浸入しにくい淀んだ状態である。 この淀んだ冷媒ガスが断熱層の役割を果たし、最も高温の冷媒が通過するマフラー空間３７から、特に、固定スクロール１２の最も低温の冷媒ガスである圧縮開始前の圧縮室１５への加熱（熱影響）を、この凹部３８の断熱効果で抑制することができ、高い体積効率を得ることができる。また、マフラー空間３７から、圧縮途中の圧縮室１５への加熱（熱影響）についても抑制することができ、高い圧縮効率を得ることができる。

本実施の形態では、リード弁の構成によるが、凹部３８が、圧縮室１５に重なる領域が可能な限り広いほど、断熱効果により、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係わるスクロール圧縮機の縦断面図である。また、図５は図４の断面図である。

本実施の形態の基本的な構成は、図１と同一であるので説明を省略する。また、図１で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

本実施の形態では、固定スクロール１２上部におけるマフラー空間３７に重なる領域以外にも凹部３８を設け、この凹部３８を閉塞部材３９で閉塞している。ここで、凹部３８は、図５において、斜線部で示した場所に設けているが、これに限定されるものではない。

この構成によれば、固定スクロール１２上部におけるマフラー空間３７に重なる領域以外に設置した凹部３８は、高温の冷媒ガスが侵入しにくい淀んだ状態であるため、淀んだ冷媒ガスが断熱層の役割を果たし、比較的高温の冷媒が存在するマフラー１９上部の容器内空間３１から、固定スクロール１２の吸入室１６および圧縮室１５への加熱を、この凹部３８の断熱効果で抑制することができ、さらに高い体積効率と圧縮効率を得ることができる。

また、実施の形態２において、マフラー１９を、熱伝導率の低い材料（例えば、樹脂性材料）で形成することができる。

この構成によれば、比較的高温の冷媒が存在するマフラー１９上部の容器内空間３１から、閉塞部材３９へ加熱（熱影響）を、熱伝導率の低い材料で形成したマフラー１９で抑制することができ、凹部３８への加熱（熱影響）を抑制することができ、さらに、固定スクロール１２における吸入室１６および圧縮室１５への加熱（熱影響）を抑制することができるため、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

また、マフラー１９の表面に断熱層を形成できる。断熱層には、例えば、樹脂コーティ
ングあるいは、内部が真空、空気の中空ビーズを含んだものがあるが、これに限定するものではない。

この構成により、比較的高温の冷媒が存在するマフラー１９上部の容器内空間３１から、閉塞部材３９へ加熱（熱影響）を、マフラー１９の表面に形成した断熱層で抑制することができ、凹部３８への加熱（熱影響）を抑制することができ、さらに、固定スクロール１２における吸入室１６および圧縮室１５への加熱（熱影響）を抑制することができるため、高い体積効率および圧縮効率を得ることができる。

また、実施の形態１、２において、凹部３８を閉塞する閉塞部材３９を、熱伝導率の低い材料（例えば、樹脂性材料）で形成することができる。

この構成によれば、最も高温の冷媒が通過するマフラー空間３７および、比較的高温の冷媒が存在するマフラー１９上部の容器内空間３１から、断熱空間となる凹部３８への加熱（熱影響）を抑制することができ、さらに、固定スクロール１２の吸入室１６への加熱（熱影響）を抑制することができるため、圧縮室１５内での高い体積効率と圧縮効率を得ることができる。

また、実施の形態１、２において、凹部を閉塞する閉塞部材の表面に断熱層を形成することができる。断熱層には、例えば、樹脂コーティングあるいは、内部が真空、空気の中空ビーズを含んだものがあるが、これに限定するものではない。

この構成により、断熱空間となる凹部３８への加熱を抑制することができ、さらに、高い体積効率と圧縮効率を得ることは言うまでもない。

また、上記各実施の形態における圧縮機においては、冷媒として二酸化炭素を用いることができる。二酸化炭素は高温冷媒であり、このような高温冷媒を用いる場合には、本発明は更に有効である。

本発明は、スクロール圧縮機やロータリー圧縮機など、密閉容器内に圧縮機構部と電動機部を有する圧縮機に適用でき、特に高温冷媒を用いる圧縮機に適している。

１ 密閉容器
２ 貯オイル部
３ 吸接管
４ 吐出管
１０ 圧縮機構部
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１３ 旋回スクロール
１４ 自転拘束機構
１６ 吸入室
１７ 吐出口
１９ マフラー
２０ 電動機部
３１ 容器内空間
３７ マフラー空間
３８ 凹部
３９ 閉塞部材

Claims (7)

1. 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、前記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、前記固定スクロールの外周側に形成された吸入室に吸入された冷媒ガスを圧縮した後、前記固定スクロールの中央部に設けられた吐出口から吐出し、前記吐出口から吐出された冷媒ガスが、前記固定スクロール上部の吐出口を覆うように設けられたマフラーにより形成されたマフラー空間に吐出される圧縮機において、前記固定スクロール上部における前記マフラー空間に重なる領域に凹部を設け、前記凹部を閉塞する閉塞部材を設けたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記固定スクロール上部における前記マフラー空間に重なる領域以外にも前記凹部を設け、前記凹部を前記閉塞部材により閉塞したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記閉塞部材を、熱伝導率の低い材料で形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記閉塞部材の表面に断熱層を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記マフラーを、熱伝導率の低い材料で形成したことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記マフラーの表面に断熱層を設けたことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の圧縮機。
7. 作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としてなる請求項１から６のいずれか１項に記載の圧縮機。