JP2016169689A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】非対称スクロール圧縮機において容積または容積比の大きい圧縮室に多くのバイパス機構を設けることで過圧縮を抑制し、非対称スクロール圧縮機に適したバイパスポートを備えるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロール１と渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロール２とを噛み合わせることにより双方向に閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成する非対称スクロール圧縮機であって、閉じ込み容積が小さい圧縮室よりも閉じ込み容積の大きい圧縮室に多くのバイパス機構が設けられているスクロール圧縮機を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、業務用および家庭用の主として冷凍空調に使用されるスクロール圧縮機に関する。

冷凍空調用の電動圧縮機としては、スクロール圧縮機が高効率、低騒音、低振動という特徴を活かして実用化されてきた。このスクロール圧縮機は固定スクロール及び旋回スクロールが噛み合うことにより旋回スクロールのラップ外側に形成される圧縮室と旋回スクロールのラップ内側に形成される圧縮室を形成している。
ところでスクロール圧縮機では定格運転条件に合わせてその容積比が所定の値に設定されている。そのため例えば冷凍装置の高低差が比較的小さい運転条件では圧縮機構で冷媒を圧縮しすぎる過圧縮が発生するという問題があるが、これを回避するために圧縮機構にバイパスポートを設けることが提案されている。

先行文献１では図４および図５のように、運転条件により圧縮室８０内のガス圧力が吐出圧力より高くなると弁板１０３が開き、圧縮ガスが吐出口５５に到達する前に吐出し、圧縮途中の室内の圧力を下げるように弁作動する。そして、複数個の連通孔１０１、１０２は弁１０３によって開閉作動することにより、ガスを吸込んでから吐出するまでの広い領域に渡って、過圧縮状態が生じたときは弁が開き圧縮室内の圧力を下げる働きをする。

特開昭６２−１９７６８４号公報

しかしながら前記従来の構成では、非対称スクロール圧縮機に対しての好適なバイパスポートの位置及び構造についての考慮はされていなかった。

本発明は、この点を鑑みてなされたものであり、非対称スクロール圧縮機に適正に対応できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロールと渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロールとを噛み合わせることにより、閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成する非対称スクロール圧縮機において、閉じ込み容積の小さい圧縮室よりも閉じ込み容積の大きい圧縮室に多くの圧縮室から吐出空間へのバイパス機構が設けられたものである。

これによって、閉じ込み容積の大きい圧縮室の冷媒を確実に吐出することができ、過圧縮を防止することが可能となる。

本発明のスクロール圧縮機は、冷媒の過圧縮を防止することができ、広い運転範囲に渡り高効率を実現できるスクロール圧縮機を提供する。

本発明の実施形態１におけるスクロール圧縮機の全体断面図 同実施形態のスクロール圧縮機の固定スクロールの逆止弁側から見た正面図 同実施形態のスクロール圧縮機の圧縮過程を説明する旋回スクロール側から見た正面図 従来のスクロール圧縮機の旋回スクロール側から見た正面図 従来のスクロール圧縮機の過圧縮防止構造部分を示す断面図

第１の発明のスクロール圧縮機によれば、渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロールと渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロールとを噛み合わせることにより、閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成する非対称スクロール圧縮機において、閉じ込み容積の小さい圧縮室よりも閉じ込み容積の大きい圧縮室に多くの圧縮室から吐出空間へのバイパス機構を設けたものである。そしてこの構成によれば閉じ込み容積の大きい圧縮室の冷媒を確実に吐出することができ、過圧縮を防止することが可能である。

第２の発明のスクロール圧縮機によれば、渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロールと渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロールとを噛み合わせることにより、閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成する非対称スクロール圧縮機において、容積比が小さい圧縮室よりも容積比の大きい圧縮室に多くの圧縮室から吐出空間へのバイパス機構を設けたものである。そしてこの構成によれば容積比の大きい圧縮室の冷媒を確実に吐出することができ、過圧縮を防止することが可能である。

第３の発明は、特に第１、第２の発明のスクロール圧縮機において圧縮室の圧力がシステムの定格条件となるクランク角の範囲において圧縮室に開口するように設けられた１つのバイパス機構があり、圧縮室の圧力がシステムの定格条件の１／２の能力となる条件に対応する圧力となるクランク角の範囲において、圧縮室に開口するように１つ以上のバイパス機構を設けたものである。そしてこの構成によれば特にシステムの定格条件の１／２の能力となる条件において過圧縮を防止することが可能である。

第４の発明は、特に第３の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールのラップ内側に形成される第１圧縮室に対して、前記システムの定格条件に対応するバイパス機構と吐出口が同時に開口するクランク角を有したものである。そしてこの構成によれば第１圧縮室から吐出される冷媒の流路面積を大きく確保することができ、確実に過圧縮を防止することが可能である。

第５の発明は、特に第３の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールのラップ外側に形成される第２圧縮室に対して、前記システムの定格条件に対応するバイパス機構と吐出口が同時に開口するクランク角を有したものである。そしてこの構成によれば第２圧縮室から吐出される冷媒の流路面積を大きく確保することができ、確実に過圧縮を防止することが可能である。

第６の発明は、特に第４、第５の発明のスクロール圧縮機において、第１圧縮室に対して設けられたバイパス機構と第２圧縮室に対して設けられたバイパス機構と吐出口が同時に圧縮室に開口するクランク角を有したものである。そしてこの構成によれば第１圧縮室または第２圧縮室から吐出される冷媒の流路面積を大きく確保することができ、より確実に過圧縮を防止することが可能である。

第７の発明は、特に第１〜６のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、バイパス機構は複数のポートを設けたものである。そしてこの構成によれば吐出される冷媒の
流路面積を確保しつつ、バイパス経路の、圧縮室への開口時間または開口クランク角を多く確保することができ、幅広い運転条件において過圧縮を防止することが可能である。

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）
本発明の実施の形態は冷凍空調用の縦置き設置型で密閉型のスクロール圧縮機とした場合の一例である。したがって取り扱う流体は冷媒であり、以下これを採用して説明する。しかし、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、冷凍空調以外の用途に用いられる場合も含み、設置の向きや密閉か否かも自由に選択できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の全体断面図を示すものである。図１に示す本実施形態のスクロール圧縮機は、渦巻状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロール１と渦巻状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロール２とで構成するスクロール式の圧縮機構が旋回スクロール２を旋回駆動する電動機３とともに密閉容器４内に設けられたスクロール圧縮機をなしている。電動機３は固定子が密閉容器４内に焼きばめなどして固定され、回転子５に直結したクランク軸６に有する偏心した軸や孔である偏心部７によってこれと嵌り合う旋回スクロール２の偏心軸受８を介して旋回スクロール２を固定スクロール１に対して円軌道運動させ、圧縮室９が外周にあるときに固定スクロール１の外周部にある吸入口１０を通じて冷媒を吸入しながら閉じ込んだ冷媒を圧縮し固定スクロール１のほぼ中央位置にある吐出口１１より吐出する。

クランク軸６はその主軸１２とこれと反対側の副軸１３が密閉容器４内に焼き締などして密着状態に取り付けられ、溶接により固定された主軸受部材１４および副軸受部材１６に設けた主軸受１５および副軸受１７によって軸受され、主軸受部材１４に固定スクロール１をボルト１８によって固定し、主軸受部材１４と旋回スクロール２との間に旋回スクロール２が旋回駆動されるときの自転を防止して円軌道運動するように規制する自転防止機構としての一例のオルダムリング１９を働かせるとともに、固定スクロール１と主軸受部材１４との間に旋回スクロール２を挟みこみ、旋回スクロール２の背面に形成した背圧室２０に導いた背圧によって旋回スクロール２を固定スクロール１の側に押圧して、圧縮した冷媒の圧力によって旋回スクロール２が固定スクロール１から離されないようにして、前記冷媒の吸入、圧縮、吐出の動作が確実に行われるようにする。

圧縮機構にて圧縮されて吐出口１１から吐出された直後のガスと吐出管２１から吐出される直前のガスはマフラー２２によって仕切られ、吐出口１１から吐出された直後のガスは吐出空間であるマフラー２２の内部空間を経由して、圧縮機外周部付近に設けられた下向きガス流路２３を通り回転子５の上部へと導かれる。ここで主軸受１５などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子５内部に設けられた回転子通路２４を介して回転子５下部へと到達後、ガスとオイルの混合流が遠心力によって固定子５下部コイルエンドに衝突し、気液分離される。気液分離後のガスは固定子２５外周に設けられた固定子通路２６を介して電動機３上部へと導かれ、圧縮機構に設けられた図示されていない上向きガス流路を通って圧縮機構上側空間へ到達後、吐出管２１から密閉容器４外部へと吐出される。

図２は固定スクロール１を逆止弁２７側から見た図で、吐出口１１と、吐出空間から第１の圧縮室に開口するバイパス機構２９とその逆止弁２８と、吐出空間から第２の圧縮室に開口するバイパス機構３０と、第１の圧縮室に開口する、追加に設けたバイパス機構３１の一体化された逆止弁２７が示されている。また、各座面には逆止弁２７、２８よりも一回り小さい大きさのザグリが固定スクロール１に施されている。

図３は旋回スクロール側から見た圧縮室９の圧縮過程を示す図で、固定スクロールラップ１ａと旋回スクロールラップ２ａを組み合せている。旋回スクロールラップ２ａの外側で形成される第１圧縮室９ａと内側で形成される第２圧縮室９ｂは閉じ込み容積が異なる非対称スクロールで、閉じ込み容積は第１圧縮室９ａが第２圧縮室９より大きい。また、閉じ込みの容積比も第１圧縮室９ａの方が大きい。

第１圧縮室９ａが所定の圧縮比に到達した際に開口する各バイパス機構２９、３１は、それぞれ２９ａ、２９ｂ、２９ｃと、３１ａ、３１ｂ、３１ｃの三つの孔から構成され、固定スクロールラップ１ａに沿って壁面から概ね一定の距離だけ離れた位置に鏡板１ｂを貫通して設けられている。また、第２圧縮室９ｂが所定の圧縮比に到達した際に開口するバイパス機構３０はそれぞれ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの三つの孔から構成され、固定スクロールラップ１ａに沿って壁面から概ね一定の距離だけ離れた位置に鏡板１ｂを貫通して設けられている。

以上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３（ａ）、（ｂ）に示すクランク角にてそれぞれ第１圧縮室９ａ、第２圧縮室９ｂに吸入された冷媒を閉じ込み、旋回スクロールラップ２ａが旋回して図３（ｃ）のクランク角となった際に追加に設けたバイパス機構３１が第１圧縮室９ａに開口し始める。このとき第１圧縮室９ａの圧力が吐出圧であった場合、バイパス機構３１より冷媒が吐出される。このバイパス機構３１が設けられている位置は、たとえば第１圧縮室９ａ内の圧力がシステムの定格条件の１／２の能力となる条件に対応する圧力となる位置である。

図３（ｄ）のクランク角となった際には第２圧縮室９ｂに設けたバイパス機構３０が第２圧縮室９ｂに、図３（ｅ）のクランク角となった際には第１圧縮室に設けたバイパス機構２９が第１圧縮室９ａに、それぞれ開口し始める。このときの各圧縮室９ａ、９ｂ内の圧力は概ね吐出圧となっており各バイパス機構２９、３０より冷媒が吐出される。またこの際バイパス機構３１が第１圧縮室に開口している場合はバイパス機構３１からも冷媒が吐出される。

さらに圧縮が進み図３（ｆ）のクランク角となった際には第１圧縮室に設けたバイパス機構２９、３１と第２バイパス機構に設けたバイパス機構３０が各圧縮室９ａ、９ｂに開口しており、同時に固定スクロールラップ１ａと旋回スクロールラップ２ａとは中心部巻き始め部でお互いが離間し始めている。すなわち第１圧縮室９ａと第２圧縮室９ｂと各バイパス機構２９、３０、３１全てが連通して同一圧力になり始める瞬間である。このクランク角以降では吐出口１１と各バイパス機構２９、３０、３１の３つの経路を通じて冷媒が吐出される。

以上のように、本実施の形態においては、渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロール１と渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロール２とを噛み合わせることにより、閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成する非対称スクロール圧縮機において、閉じ込み容積の小さい圧縮室よりも閉じ込み容積の大きい圧縮室に多くの圧縮室から吐出空間へのバイパス機構を設けたことによって、閉じ込み容積の大きい圧縮室の冷媒を確実に吐出することができ、過圧縮を防止することが可能となる。そして、広い運転範囲に渡り高効率を実現できるスクロール圧縮機を提供することができる。

同様に閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成する非対称スクロール圧縮機において、容積比が小さい圧縮室よりも容積比の大きい圧縮室に多くの圧縮室から吐出空間へのバイパス機構を設けたことによって、容積比の大きい圧縮室の冷媒を確実に吐出することができ、
過圧縮を防止することが可能である。

また、圧縮室の圧力がシステムの定格条件となるクランク角の範囲において圧縮室に開口するように設けられた１つのバイパス機構３１があり、圧縮室の圧力がシステムの定格条件の１／２の能力となる条件に対応する圧力となるクランク角の範囲において、圧縮室に開口するように１つ以上のバイパス機構３１を設けたことによって、特にシステムの定格条件の１／２の能力となる条件において過圧縮を防止することが可能である。

また、固定スクロール１のラップ内側に形成される第１圧縮室９ａに対して、前記システムの定格条件に対応するバイパス機構２９と吐出口１１が同時に開口するクランク角を有したことによって、第１圧縮室９ａから吐出される冷媒の流路面積を大きく確保することができ、確実に過圧縮を防止することが可能である。

また、固定スクロール１のラップ外側に形成される第２圧縮室９ｂに対して、前記システムの定格条件に対応するバイパス機構３０と吐出口１１が同時に開口するクランク角を有したことによって、第２圧縮室９ｂから吐出される冷媒の流路面積を大きく確保することができ、確実に過圧縮を防止することが可能である。

また、第１圧縮室９ａに対して設けられたバイパス機構２９・３１と第２圧縮室９ｂに対して設けられたバイパス機構３０と吐出口１１が同時に圧縮室に開口するクランク角を有したことによって、第１圧縮室９ａまたは第２圧縮室９ｂから吐出される冷媒の流路面積を大きく確保することができ、より確実に過圧縮を防止することが可能である。

また、１つのバイパス機構は複数のポートを設けたことによって、吐出される冷媒の流路面積を確保しつつ、バイパス経路の、圧縮室への開口時間または開口クランク角を多く確保することができ、幅広い運転条件において過圧縮を防止することが可能である。

なお、図２において逆止弁２７、２８は必ずしも別体となっている必要はなく、１つにまとめてもよい。また第２圧縮室よりも第１圧縮室に多く設けられるバイパス機構の数は１つである必要はなく、スクロール圧縮機の容積比や冷媒の体積循環量に応じて２つ以上設けてもよい。

また、各バイパス機構２９、３０、３１を構成する吐出ポートは必ずしも３つである必要はなく、ガスの体積循環量に応じて増やしても良いし減らしても良い。またすべてのポートの孔の直径が同じである必要もなく逆止弁の形状や配置に合わせて孔の直径を変えてもよい。

本発明は、給湯機、温水暖房装置、空気調和装置などの電気製品に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機の過圧縮防止に有用である。

１ 固定スクロール
１ａ 固定スクロールラップ
２ 旋回スクロール
２ａ 旋回スクロールラップ
９ａ 第１圧縮室
９ｂ 第２圧縮室
１１ 吐出口
２７、２８ 逆止弁
２９ 第１圧縮室に開口するバイパス機構
３０ 第２圧縮室に開口するバイパス機構
３１ 第１圧縮室に開口する、追加に設けたバイパス機構

Claims (7)

1. 渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロールと渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロールとを噛み合わせることにより、閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成し、前記固定スクロールもしくは前記旋回スクロールの中心部に吐出口を形成する非対称スクロール圧縮機において、閉じ込み容積の小さい圧縮室よりも閉じ込み容積の大きい圧縮室に多くの圧縮室から吐出空間へのバイパス機構が設けられているスクロール圧縮機。
2. 渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった固定スクロールと渦巻き状の基本羽根が鏡板上に立ち上がった旋回スクロールとを噛み合わせることにより、閉じ込み容積が異なる圧縮室を形成し、前記固定スクロールもしくは前記旋回スクロールの中心部に吐出口を形成する非対称スクロール圧縮機において、容積比の小さい圧縮室よりも容積比の大きい圧縮室に多くの圧縮室から吐出空間へのバイパス機構が設けられているスクロール圧縮機。
3. 前記圧縮室の圧力がシステムの定格条件となるクランク角の範囲において前記圧縮室に開口するように設けられた１つのバイパス機構があり、前記圧縮室の圧力がシステムの定格条件の１／２の能力となる条件に対応する圧力となるクランク角の範囲において圧縮室に開口するように１つ以上のバイパス機構が設けられている請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記固定スクロールのラップ内側に形成される圧縮室を第１圧縮室とし、前記第１圧縮室に対して、前記システムの定格条件に対応するバイパス機構と前記吐出口が同時に開口するクランク角を有する請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記固定スクロールのラップ外側に形成される圧縮室を第２圧縮室とし、前記第２圧縮室に対して、前記システムの定格条件に対応するバイパス機構と前記吐出口が同時に開口するクランク角を有する請求項３に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記第１圧縮室に対して設けられた前記バイパス機構と前記第２圧縮室に対して設けられた前記バイパス機構と前記吐出口が同時に圧縮室に開口するクランク角を有する請求項４または５に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記バイパス機構は複数のポートを設けたものである請求項１から６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。