JP2018053795A - スクロールコンプレッサの冷却機構 - Google Patents

Abstract

【課題】空冷効果が高まる上に、固定スクロール等の中心付近を効果的に冷却するスクロールコンプレッサの冷却機構を提供する。【解決手段】固定スクロールの固定ラップが形成されたのと反対側の表面１０に、その中心付近から略放射方向へ延出する複数の冷却フィン１２を設けるとともに、冷却フィンの頂上部１２Ｔと固定スクロールの表面側に取り付けられるカバープレート１４の裏面１４Ｒとの間に隙間を設け、更に、前記冷却風の流入口を構成する吐出孔２２のボス２２Ｂに、前記冷却フィンの頂上部に向って傾斜するスロープ２２Ｓを設けた。【選択図】図３

Description

本発明は、スクロールコンプレッサに関し、特に、スクロールコンプレッサの冷却機構に関する。

スクロールコンプレッサは、ケーシングに固定された固定スクロールと、ケーシング内に旋回可能に配置された旋回スクロールを備え、上記固定及び旋回の両スクロールが相互に噛合する渦巻状のラップを備えており、該ラップとラップが突設された基板により囲まれた圧縮作用空間が形成され、旋回スクロールの旋回により圧縮作用空間がスクロールの中心方向に体積を収縮しながら移動するよう形成され、圧縮作用空間内に導入された被圧縮流体が圧縮されて、スクロールの中央に形成された吐出口より吐出される。

かかるスクロールコンプレッサでは、圧縮作用に伴い圧縮熱が発生し、この圧縮熱がケーシングや、旋回スクロールを旋回する主軸、該主軸をケーシング内で回転自在に軸支する軸受等に伝わり、ひいてはスクロール式コンプレッサ全体が高温となる。圧縮室内に潤滑ないしは冷却のために潤滑油を供給し、又は上記圧縮室内に対する給油に加えて軸受内に潤滑油を供給する油冷式のスクロールコンプレッサにあっては、圧縮室及び軸受に給油される潤滑油により該部が冷却され、該潤滑油をオイルクーラ等を介して冷却して再度圧縮室や軸受に循環することにより圧縮機が冷却される。また、圧縮室内に潤滑ないしは冷却のために潤滑水を供給し、軸受にグリース等の潤滑剤を封入したものを使用するスクロールコンプレッサにあっては、圧縮室に供給される潤滑水により少なくとも圧縮室が冷却される。

一方、圧縮室に潤滑油や潤滑水を供給しないドライスクロールコンプレッサにあっては潤滑油等の冷却手段がなく、このままでは固定スクロールと可動スクロールが高温となり、各スクロールのラップ部が熱膨張してスクロール部材が接触を起こす原因ともなる。そこで、スクロールコンプレッサを空冷にて冷却する方法も提案されており、例えば、従来の冷却機構では、固定スクロール及び旋回スクロールに、例えば、略水平並行に、或いは放射状に配設された冷却又は放熱用のフィンを形成すると共に、例えば、旋回スクロールを駆動する駆動軸等にファンを取り付け、ファンで冷却フィン間に冷却風を通風することで空冷している（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開平８−２５４１９１号公報 特開２０００−２０５１５６号公報

しかしながら、冷却又は放熱用のフィンを設けるだけでは、冷却面積に限界があり、また、冷却フィン間を通る冷却風の上流と下流とでは冷却温度が異なるため、スクロールコンプレッサの特徴である中心部の高温域を効果的に冷却することが困難である。また、旋回している旋回スクロールを効果的に冷却することは容易ではなく、結果的に冷却に要する消費電力が増加するという問題もある。例えば、特許文献１及び２記載のスクロール流体機械では、冷却面積を増やすため、冷却フィンの数を増やすと、各冷却フィン間の隙間が緻密になり過ぎ、冷却風が通りにくくなり、逆に冷却効率を落とすこともある。また、特許文献１記載のスクロール流体機械では、冷却フィンを固定スクロールの表面に放射状に設けた実施例も開示しているが、冷却フィンを放射状に形成したものにおいては、固定スクロール等の中心部分に向って整流されることからは中心部分の冷却効果が高まるが、各冷却フィン間の隙間が固定スクロール等の中心に向かうにしたがって狭くなるため、外周部に比較して高温になる中心付近に、冷却風を効率よく送ることができず、中心付近を十分効果的に冷却することができない場合もある。

本発明は、以上のような事情から為されたものであり、その目的は、空冷効果が高まる上に、固定スクロール等の中心付近を効果的に冷却することができるスクロールコンプレッサ及びその冷却機構を提供することにある。

本発明者は、スクロールコンプレッサから外に排熱する方法で熱の影響を抑制するために、最も高温になる固定スクロール等の中心部分を冷やせるように放射形状の冷却フィン形状にすると共に、圧縮室を封止する平板とフィンの間に隙間を設けることで、フィンの上部にある壁面に冷却風が当たると、そのフィンと平板の間に設けた隙間を冷却風が通るようにすることができ、暖かい風と冷たい風の通る経路が分かれるようにすることができ、また、暖かい風をフィンと平板の間に設けた隙間に逃がすことで、壁面付近での空気の流れのよどみや滞留を少なくして通風抵抗を低減し得ることを見出した。

更に、本発明者は、冷却風の流入口にある圧縮空気の吐出孔のボスに、冷却風がボスから剥離してボスの付近で空気が滞留しないようにボスにスロープを設けた。このスロープによって空気の滞留が無くなり、滞留によって熱がこもるのを防止した。また、圧縮空気の吐出孔のボスに冷却風が沿うように流れるようなボスの形状にする事で、ボスと冷却風の間で熱交換が行われるため、伝熱面積をスロープの分だけ増やす事が出来、冷却性能の向上に繋がることを見出した。

即ち、上記目的を達成するため、本発明は、固定ラップが形成された固定スクロールと、駆動軸と一体をなす偏心軸部に枢支され、旋回ラップが形成された旋回スクロールと、冷却ファンとを備え、前記固定ラップと前記旋回ラップとを噛み合わせ、前記駆動軸を介して前記旋回スクロールを一定の偏心量で旋回させることにより、前記固定スクロールの外周部より吸入した空気を、その中心方向へ向うにしたがって圧縮して吐出させるとともに、前記冷却ファンの回転により生成される冷却風により冷却するようにしたスクロールコンプレッサの冷却機構において、少なくとも前記固定スクロールの前記固定ラップが形成されたのと反対側の表面に、その中心付近から略放射方向へ延出する複数の冷却フィンを設けるとともに、冷却フィンの頂上部と固定スクロールの表面側に取り付けられるカバープレートの裏面との間に隙間を設けたことを特徴とする。これにより、冷効果が高まる上に、固定スクロール等の中心付近を効果的に冷却することができる

また、上記スクロールコンプレッサの冷却機構において、更に、前記固定スクロールの前記表面側の中心部に、前記冷却風の流入口を構成する吐出孔を有し、該吐出孔のボスに、前記冷却フィンの頂上部に向って傾斜するスロープを設けたことを特徴とする。冷却風の流入口にある圧縮空気の吐出孔のボスに、冷却風がボスから剥離してボスの付近で空気が滞留しないようにボスにスロープを設けたので、このスロープによって空気の滞留が無くなり、滞留によって熱がこもるのを防止した。また、圧縮空気の吐出孔のボスに冷却風が沿うように流れるようなボスの形状にする事で、ボスと冷却風の間で熱交換が行われるため、伝熱面積をスロープの分だけ増やす事が出来、冷却性能の向上に繋がる。

尚、前記冷却機構を備えるようにドライスクロールコンプレッサを構成するのが好適である。

本発明によれば、空冷効果が高まる上に、固定スクロール等の中心付近を効果的に冷却することができるスクロールコンプレッサ及びその冷却機構を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスクロールコンプレッサの冷却機構の要部であるフィン構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るスクロールコンプレッサの冷却機構の要部であるフィン構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロールコンプレッサの冷却機構の構造を説明するための図である。 スクロールコンプレッサにおける冷却空気の流れを説明するための図であり、（a）は、本発明の一実施形態に係るスクロールコンプレッサにおける冷却空気の流れを説明するための図、（b）は、第１の比較例における冷却空気の流れを説明するための図である。 第２の比較例に係るスクロールコンプレッサのフィン構造を含む冷却機構を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスクロールコンプレッサの冷却機構の要部であるフィン構造を示す斜視図、図２は、その平面図である。図３は、本発明の一実施形態に係るスクロールコンプレッサの冷却機構の構造を説明するための図である。尚、図１、図２及び図３等には、本実施形態のスクロールコンプレッサにおける要部である冷却機構を構成するフィン構造等が設けられる固定スクロールの表面側のみを示しているが、本実施形態のスクロールコンプレッサは、圧縮室に潤滑油や潤滑水を供給しない、いわゆるドライスクロールコンプレッサであり、かかるドライスクロールコンプレッサ（以下、単にスクロールコンプレッサと呼ぶ）としての図示しない他の公知の基本的構成を有するのは、勿論である。また、図２及び図３において、空気の流れを矢印で示す。

図１乃至図３に示すように、本実施形態のスクロールコンプレッサは、図示しない固定ラップが形成された固定スクロールと、図示しない駆動軸と一体をなす偏心軸部に枢支され、旋回ラップが形成された旋回スクロールと、図示しない冷却ファンとを備え、上記固定ラップと上記旋回ラップとを噛み合わせ、上記駆動軸を介して上記旋回スクロールを一定の偏心量で旋回させることにより、上記固定スクロールの外周部より吸入した空気を、その中心方向へ向うにしたがって圧縮して吐出させるとともに、上記冷却ファンの回転により生成される冷却風により冷却するようにした冷却機構を備えている。また、本実施形態のスクロールコンプレッサは、第１の特徴として、上記固定スクロールの上記固定ラップが形成されたのと反対側の表面１０に、その中心付近から略放射方向へ延出する複数の冷却フィン１２を設けるとともに、冷却フィン１２の頂上部１２Ｔと固定スクロールの表面１０側に取り付けられるカバープレート（図１及び図２では図示せず、図３参照）１４の裏面１４Ｒとの間に隙間１５を設けている。

本実施形態のスクロールコンプレッサでは、スクロールコンプレッサの圧縮機本体において最も高温になる中心部分を冷やせるように、固定スクロールの表面１０に、その中心付近から略放射方向へ延出する複数の冷却フィン１２を設けている。ここで、図２から分かるように、複数の冷却フィン１２の長さは、限られたスペース内で表面積をできるだけ増加させるために、不均一になるように形成されている。また、冷却フィン１２（１２Ａ）の頂上部１２Ｔとカバープレート１４の裏面１４Ｒとの間に、図３に示すように、隙間１５を設けることで、図３において冷却フィン１２の上方にあるカバープレート１４の裏面１４Ｒに冷却風が当たると、その冷却フィン１２の頂上部１２Ｔとカバープレート１４の裏面１４Ｒとの間の隙間１５を冷却風が通るようになる。こうする事で暖かい風と冷たい風の通る経路が分かれる。また、暖かい風を隙間１５に逃がすことで、カバープレート１４の裏面１４Ｒ付近での空気の流れのよどみや滞留を少なくし通風抵抗を低減することができる。

また、本実施形態のスクロールコンプレッサは、第２の特徴として、更に、上記固定スクロールの上記表面１０側の中心部に、上記冷却風の流入口を構成する吐出孔２２を有し、吐出孔２２のボス２２Ｂに、上記冷却フィン１２の頂上部１２Ｔに向って傾斜するスロープ２２Ｓを設けている。

ここで、本実施形態のスクロールコンプレッサの冷却機構における上記スロープ２２Ｓの作用効果について説明する。図４は、スクロールコンプレッサにおける冷却空気の流れを説明するための図であり、（a）は、本実施形態のスクロールコンプレッサの冷却機構における冷却空気の流れを説明するための図、（b）は、第１の比較例における冷却空気の流れを説明するための図である。尚、図４（a）（b）において、空気の流れを矢印で示す。
図４（a）と図４（b）を比較すれば明らかなように、本実施形態と第１の比較例は、どちらも上記した吐出孔２２とそのボス２２Ｂを有しているのは同様であるが、本実施形態では、ボス２２Ｂには、図４（a）に示すように、冷却フィン１２の頂上部１２Ｔに向って傾斜するスロープ２２Ｓを設けているのに対し、第１の比較例ではボス２２Ｂには、このようなスロープが設けられていない。尚、本実施形態と第１の比較例は、放射状の冷却フィン１２等それ以外の構成はどちらも同じであり、スロープ２２Ｓの有無のみが相違している。

第１の比較例では、図４（b）に示すように、冷却風がボス２２の付近で滞流してしまう。これに対して、本実施形態では、図４（a）に示すように、冷却風の流入口にある圧縮空気の吐出孔のボス２２に、冷却風がボス２２から剥離してボス２２の付近で空気が滞留しないようにボス２２にスロープ２２Ｓを設けたので、このスロープ２２Ｓによって空気の滞留が無くなり、滞留によって熱がこもるのを防止することができる。また、圧縮空気の吐出孔のボス２２に冷却風が沿うように流れるようなボス２２の形状になっているので、ボス２２と冷却風の間で熱交換が行われるため、伝熱面積をスロープ２２Ｓの分だけ増やす事が出来る結果、冷却性能の向上に繋がっている。

本発明者は、本実施形態のスクロールコンプレッサにおいて、図３及び図４（a）に示したように、冷却空気の流れを整えた結果、どの程度冷却効果が改善するかを確認するため、解析を行った。図５は、第２の比較例に係るスクロールコンプレッサの冷却機構（フィン構造及びボス形状）を示す平面図である。尚、図５においても、空気の流れを矢印で示す。この第２の比較例と本実施形態のスクロールコンプレッサについて、熱流体解析を行った結果、本実施形態では、第２の比較例に比べておよそ１６℃の冷却効果の改善が見られた。

以上に述べた実施形態では、ドライスクロールコンプレッサに本発明を適用したが、本発明の冷却機構は、潤滑油又は潤滑水による冷却とファンからの冷却風による冷却とを併用する等、ドライ式以外のスクロールコンプレッサに適用され得るのは勿論である。また、以上に述べた実施形態では、固定スクロールの表面に形成された冷却機構についてのみ述べたが、放射状の冷却フィン等、同様の冷却機構を旋回スクロールのラップと反対の面側にも設けるものでも良い。

本発明は、フィンによる空冷を行うスクロールコンプレッサに広く適用することができる。

１０ 固定スクロールの表面、 １２ 冷却フィン、
１２Ａ 中心から延出する冷却フィン、 １２Ｂ 周縁部に設けられた短めの冷却フィン、
１２Ｔ 冷却フィンの頂上部、 １４ カバープレート、 １４Ｒ 裏面、 １５ 隙間、
２２ 吐出孔、 ２２Ｂ ボス、 ２２Ｓ スロープ

Claims (3)

1. 固定ラップが形成された固定スクロールと、駆動軸と一体をなす偏心軸部に枢支され、旋回ラップが形成された旋回スクロールと、冷却ファンとを備え、前記固定ラップと前記旋回ラップとを噛み合わせ、前記駆動軸を介して前記旋回スクロールを一定の偏心量で旋回させることにより、前記固定スクロールの外周部より吸入した空気を、その中心方向へ向うにしたがって圧縮して吐出させるとともに、前記冷却ファンの回転により生成される冷却風により冷却するようにしたスクロールコンプレッサの冷却機構において、
   少なくとも前記固定スクロールの前記固定ラップが形成されたのと反対側の表面に、その中心付近から略放射方向へ延出する複数の冷却フィンを設けるとともに、冷却フィンの頂上部と固定スクロールの表面側に取り付けられるカバープレートの裏面との間に隙間を設けたことを特徴とするスクロールコンプレッサの冷却機構。
2. 請求項１に記載のスクロールコンプレッサの冷却機構において、更に、前記固定スクロールの前記表面側の中心部に、前記冷却風の流入口を構成する吐出孔を有し、該吐出孔のボスに、前記冷却フィンの頂上部に向って傾斜するスロープを設けたことを特徴とするスクロールコンプレッサの冷却機構。
3. 請求項１又は２に記載の冷却機構を備えることを特徴とするドライスクロールコンプレッサ。

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