JP2016160912A - Scroll fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機、ポンプ、膨張機等に適用することができるスクロール流体機械に関するものである。 The present invention relates to a scroll fluid machine that can be applied to a compressor, a pump, an expander, and the like.
スクロール流体機械は、端板上に渦巻き状ラップを立設した一対の固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、その一対の固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻き状ラップ同士を互いに対向させ、180度位相をずらして噛み合わせることにより、両スクロール間に一対の作動室を形成し、流体を給・排出する構成とされている。かかるスクロール流体機械において、例えばスクロール圧縮機では、固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻き状ラップのラップ高さを渦巻き方向の全周において一様な高さとし、圧縮室を外周側から内周側に容積を縮小しながら移動させ、圧縮室に吸入された流体を渦巻き状ラップの周方向に圧縮する二次元圧縮構造としたものが一般的である。 The scroll fluid machine includes a pair of fixed scrolls and orbiting scrolls each having a spiral wrap standing on an end plate, and the pair of fixed scrolls and the spiral scrolls of the orbiting scrolls are opposed to each other, and the phases are shifted by 180 degrees. By engaging, a pair of working chambers are formed between both scrolls, and the fluid is supplied and discharged. In such a scroll fluid machine, for example, in a scroll compressor, the wrap heights of the spiral wraps of the fixed scroll and the orbiting scroll are made uniform over the entire circumference in the spiral direction, and the volume of the compression chamber is increased from the outer peripheral side to the inner peripheral side. A two-dimensional compression structure is generally used in which the fluid sucked into the compression chamber is compressed while being compressed and compressed in the circumferential direction of the spiral wrap.
一方、圧縮容積比を大きくしてスクロール圧縮機を高効率化、小型軽量化するため、固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻き状ラップの歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置に各々段部を設け、その段部を境に渦巻き状ラップの外周側のラップ高さを内周側のラップ高さよりも高くし、圧縮室の軸線方向高さを渦巻き状ラップの外周側において内周側の高さよりも高くすることにより、流体を渦巻き状ラップの周方向および高さ方向の双方に圧縮する構造とした三次元圧縮構造の段付きスクロール圧縮機が提供されている。 On the other hand, in order to increase the compression volume ratio and to make the scroll compressor more efficient and smaller and lighter, each step is set at a predetermined position along the spiral direction of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the spiral wrap of the fixed scroll and the orbiting scroll. The height of the wrap on the outer periphery of the spiral wrap is made higher than the height of the wrap on the inner periphery, and the axial height of the compression chamber is set on the inner periphery of the spiral wrap on the outer periphery of the spiral wrap. There is provided a stepped scroll compressor having a three-dimensional compression structure in which a fluid is compressed in both the circumferential direction and the height direction of a spiral wrap by making the height higher than the height.
かかる段付きスクロール圧縮機としては、例えば特許文献1,2に示されるように、固定スクロールおよび旋回スクロールの双方のスクロールの渦巻き状ラップの歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置に各々段部を設けた両側段付き構造のスクロール圧縮機以外に、特許文献3,4に示されるように、固定スクロールおよび旋回スクロールの一方を渦巻き状ラップの歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置のみに段部を備えたスクロールとし、他方を渦巻き状ラップの歯先面の渦巻き方向に沿う所定位置のみに段部を備えたスクロールとした片側段付き構造のスクロール圧縮機が知られている。
As such stepped scroll compressors, for example, as shown in
三次元圧縮構造のスクロール圧縮機において、特許文献1,2に示されるように、固定および旋回スクロールの双方に各々段部を設けたものでは、一対の圧縮室が対称形とされており、内圧がバランスしていることから、段部間の噛み合いが外れて両圧縮室が連通することによりガスが混合しても、混合ロスが発生することはないが、両スクロールに段部を設ける必要があるため、加工に手間がかかるとともに、ガス漏れに寄与する段部メッシュ隙間が2箇所に存在することから、ガス漏れ量が多くなり易い等の課題を有する。
In a scroll compressor having a three-dimensional compression structure, as shown in
一方、特許文献3,4に示されるように、片側段付き構造としたものでは、段部による噛み合いが1箇所となるため、ガス漏れ量を低減することができるとともに、加工の手間を半減することができる。しかしながら、一対の圧縮室が段部の有無によって非対称形となり、容積がアンバランスとなることから、一対の圧縮室が吸入締め切りをして圧縮を開始した後、段部間の噛み合いが外れて両圧縮室が連通したとき、両圧縮室間に差圧が発生していることから、混合ロスが発生することとなり、その分効率が低下する等の課題を有している。
On the other hand, as shown in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、段付き構造として圧縮容積比を大きくすることによる高効率化、小型軽量化効果を享受しつつ、混合ロスの発生を解消して更なる高効率化を達成し得るスクロール流体機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and eliminates the occurrence of mixing loss while enjoying the effects of high efficiency and small size and light weight by increasing the compression volume ratio as a stepped structure. Another object of the present invention is to provide a scroll fluid machine that can achieve higher efficiency.
上記した課題を解決するために、本発明のスクロール流体機械は、以下の手段を採用している。
即ち、本発明にかかるスクロール流体機械は、端板上に渦巻き状ラップが立設され、その渦巻き状ラップ同士が互いに対向されて噛み合わされる一対の固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、前記固定スクロールおよび旋回スクロールの一方が前記渦巻き状ラップの歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置のみに段部を備え、他方が前記歯底面側の段部に対応する前記渦巻き状ラップの歯先面の渦巻き方向に沿う所定位置のみに段部を備えた片側段付きスクロールとされ、前記歯底面に設けられる前記段部の位置が、吸入締め切りをした前記渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the scroll fluid machine of the present invention employs the following means.
That is, the scroll fluid machine according to the present invention includes a pair of fixed scrolls and orbiting scrolls in which spiral wraps are erected on end plates, and the spiral wraps face each other and mesh with each other. One of the orbiting scrolls has a step portion only at a predetermined position along the spiral direction of the tooth bottom surface of the spiral wrap, and the other is in the spiral direction of the tooth tip surface of the spiral wrap corresponding to the step portion on the tooth bottom side. It is a one-side stepped scroll provided with a step portion only at a predetermined position along the position, and the position of the step portion provided on the tooth bottom surface is only π radians at an extension angle from the winding end position of the spiral wrap with suction closed It is provided at a position on the inner peripheral side in the spiral direction or at a position on the outer peripheral side from the position.
本発明によれば、一対の固定スクロールおよび旋回スクロールを噛み合わせることによって形成される一対の作動室の一方側のみに段部が設けられている片側段付き構造のスクロール流体機械にあって、歯底面に設けられる段部の位置が、吸入締め切りをした渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けられているため、一対の作動室の一方側のみに段部が設けられている片側段付き構造のスクロール流体機械では、両作動室内の内圧がアンバランスとなることから、その内圧が段部間の噛み合いが外れて混合する際、混合ロスが発生することになるが、歯底面の段部位置を、吸入締め切りをした渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けたことにより、一対の作動室の内圧が変わる前の実質的に同一内圧のときに、段部間の噛み合いを外して両作動室を連通状態とすることができる。従って、一対の作動室の一方側のみに段部が存在することに起因して発生する混合ロスを無くし、その分効率を向上させることができる。また、片側段付き構造のスクロール流体機械として、段部メッシュ隙間を2箇所から1箇所に減らすことにより、作動媒体の漏れを半減して効率の向上を図ることができるともに、段部加工の手間を半減することにより、コスト低減を図ることができる。 According to the present invention, there is provided a scroll fluid machine having a one-side step structure in which a step portion is provided only on one side of a pair of working chambers formed by meshing a pair of fixed scrolls and a turning scroll. The position of the step provided on the bottom surface is provided at a position on the inner peripheral side in the spiral direction by an angle of π radians from the winding end position of the spiral wrap with the suction cut off or at a position on the outer peripheral side from the position. Therefore, in a scroll fluid machine having a one-side stepped structure in which a step portion is provided only on one side of a pair of working chambers, the internal pressure between both the working chambers becomes unbalanced, so that the internal pressure is meshed between the step portions. Mixing loss will occur when mixing out, but the position of the step on the root surface is π radians at the extension angle from the winding end position of the spiral wrap with suction closed By providing it at the position on the inner peripheral side of the spiral direction or on the outer peripheral side from that position, the meshing between the step portions is released when the internal pressure of the pair of working chambers is substantially the same before the internal pressure changes. Both working chambers can be in communication. Accordingly, the mixing loss caused by the presence of the step portion on only one side of the pair of working chambers can be eliminated, and the efficiency can be improved correspondingly. Moreover, as a scroll fluid machine with a stepped structure on one side, it is possible to improve the efficiency by reducing the leakage of the working medium by halving the gap of the step mesh from two to one, and to work on the step processing. The cost can be reduced by halving the value.
また、本発明にかかるスクロール流体機械は、端板上に渦巻き状ラップが立設され、その渦巻き状ラップ同士が互いに対向されて噛み合わされる一対の固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールが渦巻き状ラップの歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置に各々段部を備えた両側段付きスクロールとされ、前記各段部の高さが前記固定スクロールと前記旋回スクロールとで異なる高さとされるとともに、前記歯底面に設けられる前記段部の位置が、吸入締め切りをした前記渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けられていることを特徴とする。 Further, the scroll fluid machine according to the present invention includes a pair of fixed scrolls and orbiting scrolls in which spiral wraps are erected on end plates, and the spiral wraps are opposed to each other, and the fixed scrolls and The orbiting scroll is a double-sided stepped scroll having step portions at predetermined positions along the spiral direction of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the spiral wrap, and the height of each step portion is the fixed scroll and the orbiting scroll. And the position of the step provided on the tooth bottom surface is a position on the inner circumferential side of the spiral direction by π radians at an extension angle from the winding end position of the spiral wrap that has been closed by suction. It is provided in the position of the outer peripheral side rather than the position.
本発明によれば、一対の固定スクロールおよび旋回スクロールを噛み合わせることによって形成される一対の作動室の双方に段部が設けられている両側段付き構造のスクロール流体機械にあって、各段部の高さが固定スクロールと旋回スクロールとで異なる高さとされるとともに、歯底面に設けられる段部の位置が、吸入締め切りをした渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けられているため、一対の作動室に高さの異なる段部が設けられている両側段付き構造のスクロール流体機械では、両作動室内の内圧がアンバランスとなることから、その内圧が段部間の噛み合いが外れて混合する際、混合ロスが発生することになるが、歯底面の段部位置を、吸入締め切りをした渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けたことにより、一対の作動室の内圧が変わる前の実質的に同一内圧のときに、段部間の噛み合いを外して両作動室を連通状態とすることができる。従って、一対の作動室に存在する段部を異なる高さとした両側段付き構造のスクロール流体機械において、段部高さが異なることに起因する混合ロスを無くし、その分効率を向上させることができる。 According to the present invention, there is provided a scroll fluid machine having a stepped structure on both sides in which a step portion is provided in both of a pair of working chambers formed by meshing a pair of fixed scroll and a turning scroll. The height of the step is different between the fixed scroll and the orbiting scroll, and the position of the step provided on the tooth bottom surface is the swirl direction by π radians at the extension angle from the winding end position of the spiral wrap with suction closed In a scroll fluid machine having a double-sided step structure in which a pair of working chambers are provided with stepped portions having different heights because they are provided at a position on the inner peripheral side or a position on the outer peripheral side relative to the position, Since the internal pressure of the gear is unbalanced, when the internal pressure is disengaged between the stepped portions and mixed, a mixing loss will occur. Before the internal pressure of the pair of working chambers changes due to the provision of an angle of π radians from the winding end position of the spiral wrap that has been closed and closed at a position on the inner peripheral side in the spiral direction or a position on the outer peripheral side from that position When the internal pressure is substantially the same, both the working chambers can be brought into communication with each other by disengaging the step portions. Accordingly, in a scroll fluid machine having a stepped structure having different stepped portions in a pair of working chambers, mixing loss due to the difference in stepped portion height can be eliminated, and the efficiency can be improved correspondingly. .
さらに、本発明のスクロール流体機械は、上述のいずれかのスクロール流体機械において、前記歯底面の前記段部位置が前記渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπ/2ラジアンないしπラジアンだけ渦巻き方向内周側位置の範囲に設けられていることを特徴とする。 Furthermore, the scroll fluid machine according to the present invention is the scroll fluid machine according to any one of the above-described scroll fluid machines, wherein the stepped position of the tooth bottom surface is an extension angle of π / 2 radians or π radians from the winding end position of the spiral wrap. It is provided in the range of the position on the inner peripheral side in the spiral direction.
本発明によれば、歯底面の段部位置が渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπ/2ラジアンないしπラジアンだけ渦巻き方向内周側位置の範囲に設けられているため、段部を設けることによって圧縮容積比を大きくしたことによる効果を確保しながら、一対の作動室の内圧が段部間の噛み合いが外れて混合するときに発生する混合ロスを無くすることができる。従って、段付き構造としたことによるスクロール流体機械の高効率化、小型軽量化効果を享受しつつ、混合ロスを解消して更なる高効率化を図ることができる。 According to the present invention, the step position of the tooth bottom surface is provided in the range of the position in the spiral direction by π / 2 radians or π radians from the winding end position of the spiral wrap. By ensuring the effect of increasing the compression volume ratio, it is possible to eliminate the mixing loss that occurs when the internal pressure of the pair of working chambers is disengaged and mixed. Therefore, the mixing loss can be eliminated and further efficiency can be improved while enjoying the high efficiency and small size and light weight effect of the scroll fluid machine due to the stepped structure.
本発明によると、一対の作動室の一方側のみに段部が設けられている片側段付き構造のスクロール流体機械では、両作動室内の内圧がアンバランスとなることから、その内圧が段部間の噛み合いが外れて混合する際、混合ロスが発生することになるが、歯底面の段部位置を、吸入締め切りをした渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けたことにより、一対の作動室の内圧が変わる前の実質的に同一内圧のときに、段部間の噛み合いを外して両作動室を連通状態とすることができるため、一対の作動室の一方側のみに段部が存在することに起因して発生する混合ロスを無くし、その分効率を向上させることができる。しかも片側段付き構造のスクロール流体機械として、段部メッシュ隙間を2箇所から1箇所に減らすことにより、作動媒体の漏れを半減して効率の向上を図ることができるともに、段部加工の手間を半減することにより、コスト低減を図ることができる。 According to the present invention, in a scroll fluid machine having a one-side stepped structure in which a step is provided only on one side of a pair of working chambers, the internal pressure in both working chambers becomes unbalanced. When mixing is performed with the meshing disengaged, a mixing loss will occur, but the position of the stepped portion on the root surface will be the inner circumference in the spiral direction by π radians at the extension angle from the winding end position of the spiral wrap with suction closed. By providing at the position on the outer side or the position on the outer periphery side than that position, when the internal pressure of the pair of working chambers is substantially the same before the change, the engagement between the step portions is released and the two working chambers communicate with each other. Therefore, the mixing loss caused by the presence of the step portion on only one side of the pair of working chambers can be eliminated, and the efficiency can be improved correspondingly. Moreover, as a scroll fluid machine with a one-sided step structure, the step mesh clearance can be reduced from two to one, thereby reducing the leakage of the working medium by half and improving the efficiency. Cost reduction can be achieved by halving.
また、本発明によると、一対の作動室に高さの異なる段部が設けられている両側段付き構造のスクロール流体機械の場合、両作動室内の内圧がアンバランスとなることから、その内圧が段部間の噛み合いが外れて混合する際、混合ロスが発生することになるが、歯底面の段部位置を、吸入締め切りをした渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けたことによって、一対の作動室の内圧が変わる前の実質的に同一内圧のときに、段部間の噛み合いを外して両作動室を連通状態とすることができるため、一対の作動室に存在する段部を異なる高さとした両側段付き構造のスクロール流体機械において、段部高さが異なることに起因する混合ロスを無くし、その分効率を向上させることができる。 Further, according to the present invention, in the case of a scroll fluid machine having a double-sided step structure in which a pair of working chambers are provided with stepped portions having different heights, the internal pressures in both working chambers are unbalanced. When mixing is performed with the meshing between the stepped portions disengaged, a mixing loss will occur, but the stepped portion on the root surface will be swirled by π radians at an extension angle from the winding end position of the spiral wrap with suction closed. When the inner pressure of the pair of working chambers is substantially the same before the internal pressure of the pair of working chambers is changed, the two parts are disengaged from each other. Since the chambers can be in a communication state, in the scroll fluid machine having a stepped structure with different stepped portions present in the pair of working chambers, the mixing loss due to the difference in the stepped portion height is eliminated, So Thereby improving the frequency efficiency.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図5を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態に係るスクロール流体機械の縦断面図が示され、図2には、その固定スクロールと旋回スクロールの異なる旋回角位置での噛み合い状態説明図(A)ないし(D)が示されている。
ここでは、スクロール流体機械の一例として、外部からの動力で駆動されるタイプの開放型スクロール圧縮機(スクロール流体機械)1に適用した場合の例について説明する。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a scroll fluid machine according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of meshing states of the fixed scroll and the orbiting scroll at different turning angle positions (A). (D) is shown.
Here, as an example of the scroll fluid machine, an example in which the present invention is applied to an open scroll compressor (scroll fluid machine) 1 of a type driven by external power will be described.
開放型スクロール圧縮機(スクロール流体機械)1は、図1に示されるように、外郭を構成するハウジング2を備えている。このハウジング2は、前端側が開口され、後端側が密閉された円筒形状をなすものであり、前端側の開口にフロントハウジング3をボルト4で締め付け固定することにより内部に密閉空間を形成し、その密閉空間にスクロール圧縮機構5および駆動軸6が組み込まれる構成とされている。
As shown in FIG. 1, the open type scroll compressor (scroll fluid machine) 1 includes a
駆動軸6は、フロントハウジング3に主軸受7および副軸受8を介して回転自在に支持されており、フロントハウジング3からリップシール(またはメカニカルシール)9を介して外部に突出された前端部に、フロントハウジング3の外周部に軸受10を介して回転自在に設置されたプーリ11が電磁クラッチ12を介して連結され、外部から動力が伝達可能とされている。この駆動軸6の後端には、所定寸法だけ偏心したクランクピン13が一体に設けられ、後述するスクロール圧縮機構5の旋回スクロール16が、その旋回半径を可変とするドライブブッシュおよびドライブ軸受を含む公知の従動クランク機構14を介して連結されるようになっている。
The
スクロール圧縮機構5は、一対の固定スクロール15と旋回スクロール16とを180度位相をずらして噛み合わせることにより両スクロール15,16間に一対の圧縮室(作動室)17を形成し、その圧縮室17を外周位置から中心位置へと容積を減少しながら移動させることにより流体(冷媒ガス)を圧縮するものである。固定スクロール15は、中心部位に圧縮したガスを吐出する吐出ポート18を備えており、ハウジング2の底壁面にボルト19を介して固定設置されている。また、旋回スクロール16は、駆動軸6のクランクピン13に従動クランク機構14を介して連結され、フロントハウジング3のスラスト軸受面に公知の自転阻止機構20を介して公転旋回駆動自在に支持されている。
The
固定スクロール15の端板15Aの外周には、Oリング21が設けられ、そのOリング21がハウジング2の内周面に密接されることにより、ハウジング2の内部空間を吐出チャンバー22と吸入チャンバー23とに区画している。吐出チャンバー22には、吐出ポート18が開口され、圧縮室17からの圧縮ガスが吐出されるようになっており、そこから圧縮された高圧ガスが冷凍サイクル側へと送出されるようになっている。また、吸入チャンバー23には、ハウジング2に設けられた吸入ポート24が開口されており、冷凍サイクルを循環した低圧ガスが吸込まれ、その低圧ガスが吸入チャンバー23を経て圧縮室17内に吸入されるようになっている。
An O-
一対の固定スクロール15および旋回スクロール16は、それぞれ端板15A,16A上に渦巻き状ラップ15B,16Bを立設した構成とされるが、本実施形態では、図2に示されるように、固定スクロール15および旋回スクロール16の一方、ここでは、旋回スクロール16が渦巻き状ラップ16Bの歯底面16Dの渦巻き方向に沿う所定位置のみに段部16Eを備えたスクロールとされ、他方の固定スクロール15が渦巻き状ラップ15Bの歯先面15Cの渦巻き方向に沿う所定位置(旋回スクロール16側の渦巻き状ラップ16Bの歯底面16Dに設けられた段部16Eに対応する位置)のみに段部15Eを備えたスクロールとされている。
The pair of fixed
上記の如く、旋回スクロール16の歯底面16Dのみに段部16Eを設けるとともに、その段部16Eに対応して固定スクロール15の渦巻き状ラップ15Bの歯先面15Cのみに段部15Eを設け、また、歯底面15Dに段部を設けていない固定スクロール15の歯底面15Dの全面をフラットな面となし、更には、旋回スクロール16の渦巻き状ラップ16Bの歯先面16Cを全て同一高さとすることによって、一方の圧縮室17側のみに段部を備えた片側段付き構造のスクロール圧縮機1を構成している。
As described above, the
かかる構成とした片側段付き構造のスクロール圧縮機1では、吸入締め切りされた一対の圧縮室17の一方は、段部を有する圧縮室、他方は、段部を有しない圧縮室とされることから、互いに非対称形の圧縮室となって容積がアンバランスとなる。このため、一対の圧縮室17は、圧縮容積比が異なる圧縮室とされ、圧縮過程において差圧が発生し、段部間の噛み合いが外れて一対の圧縮室17が連通状態とされたとき、混合による圧縮ロスが発生することになる。
In the scroll compressor 1 having a one-sided step structure having such a configuration, one of the pair of
例えば、図3に示されるように、吸入締め切りされた図3(A)の状態において、旋回スクロール16の渦巻き状ラップ16Bの巻き終わり位置16Fから伸開角で1.5πラジアンだけ渦巻き方向の内周側位置に歯底面16D側の段部16Eを設けたものでは、図3(A)の位置において、段部16E,15Eは互いに噛み合っており、一対の圧縮室17間はシール状態とされている。この状態から圧縮が開始され、旋回角で90°進んだ図3(B)位置では段部16E,15E同士はまだ噛み合いを保っているが、図3(B)位置から(C)位置へと90°旋回角が進むときに、段部16E,15E同士の噛み合いが外れ、圧縮が進んで差圧が発生していた一対の圧縮室17同士が連通することから、混合ロスが発生することになる。
For example, as shown in FIG. 3, in the state of FIG. 3 (A) in which the suction is closed, the inside of the spiral direction is 1.5π radians from the winding
この状態は、図5の筒内圧(圧縮室の内圧)の変化を示すグラフにも表示されている通りであり、かかる混合ロスは効率の低下をもたらすこととなる。図3(C)位置から旋回角で90°進んだ図3(D)位置で再び段部16E,15E同士が噛み合い、更に旋回角が90°進むと、360°旋回して図3(A)の状態に戻る。これにより、先の(A)位置で吸入締め切りされた一対の圧縮室17は、一回り内周側の圧縮室位置に移動し、更に旋回が進むことによって一対の圧縮室17は合流し、圧縮されたガスは吐出ポート18を経て吐出チャンバー22内に吐出されることになる。なお、図5は、旋回角が大きい方から小さい方へと旋回が進むように表示されたものとなっている。
This state is as shown in the graph showing the change of the in-cylinder pressure (compression chamber internal pressure) in FIG. 5, and such a mixing loss results in a reduction in efficiency. The stepped
本実施形態は、段部16E,15Eの位置を特定することにより、段部16E,15Eの噛み合いが外れて一対の圧縮室17が連通したときに発生する混合ロスを解消しようとものである。そのため、図2に示されるように、歯底面16Dに段部16Eを設けた旋回スクロール16が、図2(A)に示す位置、すなわち吸入締め切りされた位置に旋回されたとき、その渦巻き状ラップ16Bの巻き終わり位置16Fから伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその移置よりも外周側の位置に歯底面16Dの段部16Eを設けた構成としている。
In the present embodiment, by specifying the positions of the
具体的には、旋回スクロール16の渦巻き状ラップ16Bの巻き終わり位置16Fから伸開角でπ/2ラジアンないしπラジアンだけ渦巻き方向内周側位置の範囲に歯底面16Dの段部16Eを設けた構成としている。かかる構成とすることによって、図2(A)位置で吸入締め切りされたとき、段部16E,15E同士は未だ噛み合っているが、(A)の位置から(B)の位置に向って旋回が進むと、直ちに段部16E,15E同士の噛み合いが外れ、一対の圧縮室17同士が連通することとなるが、この状態では、一対の圧縮室17内の内圧は略吸入圧であって差圧が発生していないため、一対の圧縮室17同士が連通しても、ガスの混合による混合ロスが発生することはない。
Specifically, a
図2(A)の位置から(B)の位置を経て(C)の位置まで180°旋回する間、段部16E,15E同士の噛み合いは外れており、この間一対の圧縮室17は互いに連通された状態のまま圧縮工程が進み、(C)位置で段部16E,15E同士が再び噛み合い、更に90°旋回角が進むと、360°旋回して図2(A)の状態に戻ることになる。これによって、先の(A)位置で吸入締め切りされた一対の圧縮室17は、一回り内周側の圧縮室位置に移動し、更に旋回が進むことによって一対の圧縮室17は合流し、圧縮されたガスは吐出ポート18を経て吐出チャンバー22内に吐出されることになる。
While turning 180 ° from the position in FIG. 2A to the position (C) through the position (B), the
図4のグラフには、この間の筒内圧(圧縮室の内圧)の変化が示されている。図5に示した比較例のものと対比すると、比較例のものは、旋回角が650°付近で混合ロスが発生しているのに対して、本実施形態のもの(渦巻き状ラップ16Bの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置に段部16Eを設けたもの)では、混合ロスが発生していないことが解る。
The graph of FIG. 4 shows changes in the in-cylinder pressure (compression chamber internal pressure) during this period. In contrast to the comparative example shown in FIG. 5, the comparative example has a mixing loss when the swivel angle is around 650 °, whereas that of the present embodiment (the winding of the
斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記スクロール圧縮機1において、電磁クラッチ12を通電オン状態にすると、駆動源からプーリ11および電磁クラッチ12を介して駆動軸6に動力が入力され、駆動軸6が回転駆動される。これによって、駆動軸6のクランクピン13にドライブブッシュを含む従動クランク機構14を介して連結されている旋回スクロール16が固定スクロール15の周りに公転旋回駆動されることになる。
Thus, according to the present embodiment, the following operational effects are obtained.
In the scroll compressor 1, when the
こうしてスクロール圧縮機1が駆動されると、冷凍サイクル側から吸入ポート24を介して吸入チャンバー23内に低圧の冷媒ガスが吸い込まれ、その冷媒ガスが旋回スクロール16の旋回駆動により一対の圧縮室17内に吸入される。この冷媒ガスは、旋回スクロール16が旋回駆動し、圧縮室17が外周側から中心側へと容積を減少しながら移動されることにより圧縮され、固定スクロール15の中心部位に設けられている吐出ポート18を介して吐出チャンバー22に吐出され、そこから冷凍サイクル側へと送出される。
When the scroll compressor 1 is driven in this way, a low-pressure refrigerant gas is sucked into the
この間、図2(A)の旋回角位置において吸入締め切りされた一対の圧縮室17は、順次(B)位置、(C)位置、(D)位置を経て360°旋回し、再び(A)位置に戻ることになる。本実施形態の片側段付きスクロール圧縮機1は、旋回スクロール16の渦巻き状ラップ16Bの歯底面16Dのみに設けた段部16Eを、吸入締め切りされた図2(A)位置において、旋回スクロール16の渦巻き状ラップ16Bの巻き終わり位置16Fから伸開角巻き終わり位置から伸開角でπ/2ラジアンないしπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置に設けた構成としている。
During this time, the pair of
このため、吸入締め切りされた図2(A)位置では、段部16E,15Eは噛み合っているが、(A)位置から(B)位置に向って旋回すると、直に段部16E,15Eの噛み合いが外れ、一対の圧縮室17は連通状態となる。しかし、このとき、一対の圧縮室17内の内圧は、未だ吸入圧であり、差圧が発生していないことから、一対の圧縮室17同士が連通して互いのガスが混合しても、それによって混合ロスが発生することはない。
For this reason, the stepped
これによって、一対の圧縮室17の一方側のみに段部16Eが設けられている片側段付き構造のスクロール圧縮機1でありながら、一対の圧縮室17の一方側のみに段部16Eが存在することに起因して発生する混合ロスを無くし、その分効率を向上させることができる。また、片側段付き構造のスクロール圧縮機1として、段部メッシュ隙間を2箇所から1箇所に減らすことにより、作動媒体の漏れを半減して効率の向上を図ることができるともに、段部加工の手間を半減することにより、コスト低減を図ることができる。
As a result, the
また、歯底面16D側に設ける段部16Eの位置が、渦巻き状ラップ16Bの巻き終わり位置16Fから伸開角でπ/2ラジアンないしπラジアンだけ渦巻き方向内周側位置の範囲に設けられているため、段部16Eを設けて圧縮容積比を大きくしたことによる効果を確保しながら、一対の作動室17の内圧が段部16E,15E間の噛み合いが外れて混合するときに発生する混合ロスを無くすることができる。従って、段付き構造としたことによるスクロール圧縮機(スクロール流体機械)1の高効率化、小型軽量化効果を享受しつつ、混合ロスを解消して更なる高効率化を図ることができる。
Further, the position of the
[その他実施形態]
(1)上記した第1実施形態では、旋回スクロール16側の渦巻き状ラップ16Bの歯底面16Dのみに段部16Eを設けた片側段付き構造の開放型スクロール圧縮機1について説明したが、固定スクロール15側の渦巻き状ラップ15Bの歯底面15Dのみに段部を設けた片側段付き構造としてもよく、これによっても第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
[Other embodiments]
(1) In the first embodiment described above, the open scroll compressor 1 having a one-side stepped structure in which the stepped
(2)また、上記第1実施形態では、片側段付き構造のスクロール圧縮機1に適用した例について説明したが、両側段付き構造のスクロール圧縮機であっても、固定スクロール15と旋回スクロール16に設けられる段部の高さが異なるものの場合、段部の高さが異なることにより、一対の圧縮室17間に差圧が発生することから、段部間の噛み合いが外れて両圧縮室17が連通したとき、上述の如く混合ロスが発生することになる。
(2) In the first embodiment, the example applied to the scroll compressor 1 having a one-sided step structure has been described. However, even if the scroll compressor has a double-sided step structure, the fixed
このため、両側段付き構造のスクロール圧縮機であって、両スクロールに設ける段部の高さが異なるものの場合は、歯底面側に設けられる段部の位置を吸入締め切りされた渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けた構成とすることにより、第1実施形態で説明した片側段付き構造のスクロール圧縮機1の場合と同様、混合ロスを解消し、効率を向上することができる等の効果を得ることができる。 For this reason, in the case of a scroll compressor having a stepped structure on both sides, the height of the stepped portions provided on both scrolls is different, so that the position of the stepped portion provided on the tooth bottom side is wound by a spiral wrap with the suction closed. A scroll compressor having a one-sided step structure described in the first embodiment by adopting a configuration in which the opening angle is π radians from the end position and is provided at a position on the inner peripheral side in the spiral direction or a position on the outer peripheral side than the position. As in the case of 1, effects such as elimination of mixing loss and improvement of efficiency can be obtained.
なお、本発明は、上記各実施形態に係る発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、開放型のスクロール圧縮機1に適用した例について説明したが、スクロール膨張機やスクロールポンプ等にも同様に適用できることは云うまでもない。また、開放型スクロール圧縮機1に限らず、圧縮機構とモータを内蔵したタイプのスクロール圧縮機に適用してもよいことは勿論である。 The present invention is not limited to the invention according to each of the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention. For example, in the above embodiment, the example applied to the open type scroll compressor 1 has been described, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a scroll expander, a scroll pump, and the like. Of course, the present invention is not limited to the open scroll compressor 1 and may be applied to a scroll compressor having a built-in compression mechanism and motor.
1 スクロール圧縮機(スクロール流体機械)
15 固定スクロール
16 旋回スクロール
15A,16A 端板
15B,16B 渦巻き状ラップ
15C,16C 歯先面
15D,16D 歯底面
15E 歯先面の段部
16E 歯底面の段部
16F 巻き終り位置
1 Scroll compressor (scroll fluid machine)
15 fixed
Claims (3)
前記固定スクロールおよび旋回スクロールの一方が前記渦巻き状ラップの歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置のみに段部を備え、他方が前記歯底面側の段部に対応する前記渦巻き状ラップの歯先面の渦巻き方向に沿う所定位置のみに段部を備えた片側段付きスクロールとされ、
前記歯底面に設けられる前記段部の位置が、吸入締め切りをした前記渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。 A spiral wrap is erected on the end plate, and the spiral wrap is provided with a pair of fixed scroll and orbiting scroll in which the spiral wraps face each other and mesh with each other,
One of the fixed scroll and the orbiting scroll has a step portion only at a predetermined position along the spiral direction of the tooth bottom surface of the spiral wrap, and the other has a tooth tip surface of the spiral wrap corresponding to the step portion on the tooth bottom surface side. It is a one-side stepped scroll provided with a step portion only at a predetermined position along the spiral direction of
The position of the step provided on the tooth bottom surface is a position on the inner peripheral side in the spiral direction by an angle of π radians from the winding end position of the spiral wrap that has been closed by suction, or a position on the outer peripheral side than that position. A scroll fluid machine characterized by being provided.
前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールが渦巻き状ラップの歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置に各々段部を備えた両側段付きスクロールとされ、
前記各段部の高さが前記固定スクロールと前記旋回スクロールとで異なる高さとされるとともに、前記歯底面に設けられる前記段部の位置が、吸入締め切りをした前記渦巻き状ラップの巻き終わり位置から伸開角でπラジアンだけ渦巻き方向内周側の位置もしくはその位置よりも外周側の位置に設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。 A spiral wrap is erected on the end plate, and the spiral wrap is provided with a pair of fixed scroll and orbiting scroll in which the spiral wraps face each other and mesh with each other,
The fixed scroll and the orbiting scroll are both-side stepped scrolls each provided with a step portion at a predetermined position along the spiral direction of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the spiral wrap,
The height of each stepped portion is different between the fixed scroll and the orbiting scroll, and the position of the stepped portion provided on the tooth bottom surface is from the winding end position of the spiral wrap that has been closed by suction. A scroll fluid machine characterized in that it is provided at a position on the inner peripheral side in the spiral direction or at a position on the outer peripheral side with respect to the position by an extension angle of π radians.
The step position of the tooth bottom surface is provided in a range of a spiral direction inner circumferential side position by π / 2 radians or π radians from the winding end position of the spiral wrap. The scroll fluid machine according to 1 or 2.
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