JP2019035346A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出弁とバイパス弁とを固定スクロールの端板の板厚方向から見て重ねて配置した場合に、バイパスポートまたは吐出ポートから吐出した流体によって吐出弁またはバイパス弁の動作を阻害することがないスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】吐出弁１９および第２バイパス弁２４Ｂは、固定スクロール１３の端板１３Ａの板厚方向において互いに離間するとともに、板厚方向から見て吐出弁１９の腕部１９Ｃとバイパス弁２４Ｂの腕部とが交差するように配置されている。端板１３Ａには、吐出側面１３Ｄから板厚方向の途中位置まで形成された凹部３０が形成され、第２バイパス弁２４Ｂは、凹部３０の底面に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、バイパス弁を備えたスクロール圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機の固定スクロールの端板には、圧縮した流体を吐出する吐出ポートに加え、過圧縮防止や液圧縮防止のために圧縮途中の流体を吐出するバイパスポートが設けられている。バイパスポートは、吐出ポートを挟んで複数対設けられる場合がある。この場合には、吐出ポートを塞ぐ吐出弁と、各バイパスポートを塞ぐ複数のバイパス弁とを干渉させることなく配置することが困難となる。
これに対して、特許文献１では、吐出弁が配置される固定スクロールの端板に凹部を形成し、この凹部の底面にバイパス弁を配置することで、吐出弁とバイパス弁との干渉を避けることが開示されている。

特開平９−２１７６９１号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、吐出弁の開弁を早めるために、バイパスポートを塞ぐバイパス弁の頭部が吐出弁を押し上げる構成となっている。すなわち、バイパス弁の頭部と吐出弁とが、固定スクロールの端板の板厚方向から見た場合に重なるように配置されている。このような構成は、バイパス弁によって吐出弁を押し上げるためには必要なものであるが、バイパスポートから吐出された流体が吐出弁に衝突するおそれがあり、吐出弁の動作を却って阻害してしまうおそれがある。

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、吐出弁とバイパス弁とを板状部材（固定スクロールの端板）の板厚方向から見て重ねて配置した場合に、バイパスポートまたは吐出ポートから吐出した流体によって吐出弁またはバイパス弁の動作を阻害することがないスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様にかかるスクロール圧縮機は、スクロール圧縮機構と、該スクロール圧縮機構で圧縮した流体を吐出する吐出ポート及び圧縮途中の流体を吐出するバイパスポートが形成された板状部材と、前記吐出ポートの吐出側にて該吐出ポートを塞ぐ頭部および該頭部と固定部との間にわたって設けられた腕部を有するリード弁とされた吐出弁と、前記バイパスポートの吐出側にて該バイパスポートを塞ぐ頭部および該頭部と固定部との間にわたって設けられた腕部を有するリード弁とされたバイパス弁と、を備え、前記吐出弁および前記バイパス弁は、前記板状部材の板厚方向において互いに離間するとともに、前記板厚方向から見てそれぞれの前記腕部が交差するように配置されていることを特徴とする。

吐出弁とバイパス弁とを板状部材の板厚方向において互いに離間させるとともに、板厚方向から見てそれぞれの腕部が交差するように配置し、吐出弁の頭部とバイパス弁の腕部、又は、バイパス弁の頭部と吐出弁の腕部とが、板厚方向から見て重ならないようにした。これにより、一方の弁の頭部から吐出した流体が他方の弁の腕部に衝突することを回避することができ、他方の弁の動作を阻害しないようにすることができる。
板状部材としては、例えば、固定スクロールの端板や、固定スクロールの吐出側に設けられたディスチャージカバー等が挙げられる。

さらに、本発明の一態様に係るスクロール圧縮機では、前記板状部材には、吐出側面から前記板厚方向の途中位置まで形成された凹部が形成され、前記吐出弁または前記バイパス弁の一方は、前記凹部の底面に配置されていることを特徴とする。

板状部材の吐出側面から板厚方向の途中位置まで形成した凹部の底面に吐出弁またはバイパス弁の一方を配置することとした。これにより、吐出弁とバイパス弁のレイアウトの自由度を拡大することができる。

さらに、本発明の一態様に係るスクロール圧縮機では、前記吐出弁または前記バイパス弁の他方の前記腕部のうち、弁開時に設置面から離間するリフト部が、前記凹部が開口する位置に重なるように設けられていることを特徴とする。

吐出弁またはバイパス弁の他方の腕部のうち、弁開時に設置面から離間するリフト部を、凹部が開口する位置に重なるように設けることとした。これにより、リフト部が設置面に対して接触する面積を凹部の開口の面積に相当する部分だけ減じることができ、リフト部が設置面に接触したまま離間しにくくなり弁開のタイミングが遅れる状態を回避することができる。特に、ミスト潤滑によって潤滑油が設置面と弁との間に存在している場合に好適である。

さらに、本発明の一態様に係るスクロール圧縮機では、前記吐出弁は、前記板状部材の吐出側面に配置され、前記バイパス弁は、前記凹部の前記底面に配置されていることを特徴とする。

バイパス弁を凹部の底面に配置することで、吐出側面に設置された吐出弁によって塞がれる吐出ポートよりもバイパスポートの体積を小さくすることができる。これにより、吐出弁側よりもトップボリュームによる再圧縮損失が生じやすいバイパス弁側のトップボリュームを小さくして効率低下を抑制することができる。

吐出弁の頭部とバイパス弁の腕部、又は、バイパス弁の頭部と吐出弁の腕部とが、板状部材の板厚方向から見て重ならないようにすることで、一方の弁の頭部から吐出した流体が他方の弁の腕部に衝突することを回避することができ、他方の弁の動作を阻害しないようにすることができる。

本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 固定スクロールを吐出側面から見た正面図である。 固定スクロールの縦断面図である。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２には、本発明を適用することができるスクロール圧縮機の一例が示されている。
スクロール圧縮機１は、横置きとされており、例えば輸送用冷凍機の圧縮機として用いられる。
スクロール圧縮機１は、外殻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、一端が封鎖されている有底のカップ状ハウジング３と、その開口端側に嵌合装着されるフロントハウジング４とからなり、両者をボルト等により一体に締め付け固定した構成とされている。

フロントハウジング４の内部には、クランク軸５がメイン軸受６およびサブ軸受７を介してその軸線回りに回転自在に支持されている。クランク軸５の一端側（図１において左端側）は小径軸部５Ａとされ、その小径軸部５Ａはフロントハウジング４を貫通して図１の左側に突出している。小径軸部５Ａの外部突出端には、外部からの動力を受ける電磁クラッチ、プーリー等が設けられ、エンジン等の外部駆動源からベルトを介して動力が入力されるようになっている。メイン軸受６とサブ軸受７との間には、リップシール８が設置され、ハウジング２内と大気との間をシールしている。

クランク軸５の他端側（図１において右端側）には、大径軸部５Ｂが設けられ、その大径軸部５Ｂには、クランク軸５の軸線より所定寸法だけ偏心したクランクピン５Ｃが一体に設けられている。クランク軸５は、大径軸部５Ｂおよび小径軸部５Ａがメイン軸受６およびサブ軸受７を介して支持されることにより、フロントハウジング４に回転自在に支持されている。クランクピン５Ｃには、ドライブブッシュ９および旋回軸受１０を介して後述する旋回スクロール１４が連結され、クランク軸５の回転駆動によって旋回スクロール１４が旋回駆動されるようになっている。

ドライブブッシュ９には、クランクピン５Ｃが嵌合するピン穴９Ａが設けられ、クランクピン５Ｃに嵌合されたドライブブッシュ９の外周に旋回軸受１０を介して旋回スクロール１４のボス部１４Ｃを嵌合することにより、クランクピン５Ｃと旋回スクロール１４が連結されている。ドライブブッシュ９には、旋回スクロール１４が旋回されることにより発生するアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト１１が設けられ、旋回スクロール１４と共に旋回駆動されるようになっている。

ハウジング２内には、一対の固定スクロール１３および旋回スクロール１４により構成されるスクロール圧縮機構１２が組み込まれている。固定スクロール１３は、端板（板状部材）１３Ａと端板１３Ａから立設されている渦巻き状ラップ１３Ｂとから構成されており、また、旋回スクロール１４は、端板１４Ａと端板１４Ａから立設されている渦巻き状ラップ１４Ｂとから構成されている。
渦巻き状ラップ１３Ｂ，１４Ｂの歯先面には、相手方スクロールの歯底面との間に形成されるチップシール面をシールするチップシール１６が、歯先面に設けられている溝内に嵌合設置されている。

固定スクロール１３と旋回スクロール１４は、その中心を旋回半径分だけ離し、渦巻き状ラップ１３Ｂ，１４Ｂの位相を１８０度ずらして噛み合わされ、両スクロールの渦巻き状ラップ１３Ｂ，１４Ｂの歯先面と歯底面間に常温で僅かなラップ高さ方向のクリアランスを有するように組み付けられる。これによって、図１に示されるように、両スクロール１３，１４間に、その端板１３Ａ，１４Ａと渦巻き状ラップ１３Ｂ，１４Ｂとにより限界される一対の圧縮室１５がスクロール中心に対して対称に形成されるとともに、旋回スクロール１４が固定スクロール１３の周りをスムーズに旋回されるようになっている。

固定スクロール１３は、カップ状ハウジング３の内底面に複数本のボルト１７を介して固定設置されている。また、旋回スクロール１４は、端板１４Ａの背面に設けられているボス部１４Ｃに対して、上述の通り、クランク軸５の一端側に設けられているクランクピン５Ｃがドライブブッシュ９および旋回軸受１０を介して結合されている。旋回スクロール１４は、フロントハウジング４のスラスト軸受け面により端板１４Ａの背面が支持され、そのスラスト軸受け面と端板１４Ａの背面との間に設けられているオルダムリンク等の自転阻止機構１８を介して、自転が阻止されながら固定スクロール１３の周りを公転旋回駆動されるようになっている。自転阻止機構１８は、ピンリング式の自転阻止機構としてもよい。

固定スクロール１３には、端板１３Ａの中央部位に圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート１３Ｃが開口されており、吐出ポート１３Ｃには、リード弁とされた吐出弁１９が設置されている。吐出弁１９の側方には、吐出弁１９の動作範囲を規制する吐出リテーナ２０が設けられている。
固定スクロール１３の端板１３Ａの背面側には、カップ状ハウジング３の内面との間にハウジング２の内部空間から区画された吐出室２１が形成されている。

図２に示すように、固定スクロール１３の端板１３Ａには、吐出ポート１３Ｃを挟んで複数対のバイパスポート２３が形成されている。各バイパスポート２３は、圧縮室１５と吐出室２１との間を連通するように形成されている。

図３に示すように、各バイパスポート２３の吐出室２１への開口部には、各圧縮室１５内の圧力が設定圧以上になったとき、各々のバイパスポート２３を吐出室２１に開放するリード弁とされたバイパス弁２４が設けられている。バイパス弁２４が開となることによって、過圧縮あるいは液圧縮が防止される。

一方の第１バイパス弁２４Ａは、固定スクロール１３の端板１３Ａの吐出室２１側の吐出側面１３Ｄ上に取り付けられている。第１バイパス弁２４Ａの側方には、第１バイパス弁２４Ａの動作範囲を規制する第１バイパスリテーナ２５Ａが設けられている。第１バイパス弁２４Ａ及び第１バイパスリテーナ２５Ａの一端は、固定ボルト２６Ａによって端板１３Ａに対して固定されている。

他方の第２バイパス弁２４Ｂは、図４に示すように、固定スクロール１３の端板１３Ａの吐出側面１３Ｄから板厚方向の途中位置まで形成された凹部３０の底部に設けられている。これにより、第２バイパス弁２４Ｂと吐出弁１９とは、端板１３Ａの板厚方向に離間するように配置されている。凹部３０は、その長手方向が吐出弁１９の長手方向に対して直交するように設けられている（図３参照）。
第２バイパス弁２４Ｂの側方には、第２バイパス弁２４Ｂの動作範囲を規制する第２バイパスリテーナ２５Ｂが設けられている。第２バイパス弁２４Ｂ及び第２バイパスリテーナ２５Ｂの一端は、図３に示すように、固定ボルト２６Ｂによって凹部３０の底部に対して固定されている。

図３に示すように、吐出弁１９及び吐出リテーナ２０は、一端が固定ボルト２６Ｃによって端板１３Ａの吐出側面１３Ｄに対して固定されている。
図４に示すように、吐出弁１９が凹部３０の開口部を覆うように配置されている。具体的には、吐出ポート１３Ｃの出口を塞ぐ吐出弁１９の頭部１９Ａと固定ボルト２６Ｃによって固定された固定部１９Ｂとの間にわたって設けられた腕部１９Ｃの一部が、凹部３０の開口部を覆うように配置されている。さらに具体的には、吐出弁１９の腕部１９Ｃのうち、吐出弁１９の弁開時に設置面である吐出側面１３Ｄから離間するリフト部が凹部３０の開口部を覆うように配置されている。

図３に示すように、バイパスポート２３の出口を塞ぐ第２バイパス弁２４Ｂの頭部２４Ｂ１と固定ボルト２６Ｂによって固定された固定部２４Ｂ２との間にわたって設けられた腕部２４Ｂ３と、吐出弁１９の腕部１９Ｃとが、端板１３Ａの板厚方向から見て直交するように配置されている。すなわち、第２バイパス弁２４Ｂの頭部２４Ｂ１と、吐出弁１９とが端板１３Ａの板厚方向から見て重ならないように配置されている。

上述のスクロール圧縮機１は、以下のように動作する。
吸入ポート（図示省略）からハウジング２内の吸入チャンバー２２内に吸込まれた低圧の冷媒ガスは、旋回スクロール１４の旋回駆動により、一対の圧縮室１５内に吸込まれる。この冷媒ガスは、圧縮室１５が外周側から中心側へと渦巻き状ラップ１３Ｂ，１４Ｂの周方向に容積を減少しながら移動される間に圧縮され、一対の圧縮室１５が合流して吐出ポート１３Ｃと連通されることにより、吐出弁１９を開いて吐出室２１内に吐き出される。吐出された高圧ガスは、ハウジング２に設けられている吐出口を経て外部に送出される。なお、冷媒中にはミスト状の潤滑油が含まれており、これにより各所を潤滑するようになっている。

圧縮過程において、運転条件によって圧縮室１５内の圧力が異常上昇して過圧縮状態となったり、あるいは液冷媒を吸込み、液圧縮することにより圧力が異常上昇したりすることがある。このような場合、固定スクロール１３および旋回スクロール１４の渦巻き状ラップ１３Ｂ，１４Ｂに過圧縮や液圧縮による過大な応力が負荷されることがあり、渦巻き状ラップ１３Ｂ，１４Ｂが破損するリスクがある。このような場合には、各圧縮室１５に開口されるバイパスポート２３からバイパス弁２４を介して吐出室２１に冷媒をリリーフする。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
吐出弁１９と第２バイパス弁２４Ｂとを固定スクロール１３の端板１３Ａの板厚方向において互いに離間させるとともに、板厚方向から見てそれぞれの腕部１９Ｃ，２４Ｂ３が交差するように配置し、第２バイパス弁２４Ｂの頭部２４Ｂ１と吐出弁１９の腕部１９Ｃが板厚方向から見て重ならないようにした。これにより、第２バイパス弁２４Ｂの頭部２４Ｂ１から吐出した冷媒が吐出弁１９の腕部１９Ｃに衝突することを回避することができ、吐出弁１９の動作を阻害しないようにすることができる。

固定スクロール１３の端板１３Ａの吐出側面１３Ｄから板厚方向の途中位置まで形成した凹部３０の底面に第２バイパス弁２４Ｂを配置することとした。これにより、吐出弁１９と第２バイパス弁２４Ｂのレイアウトの自由度を拡大することができる。

吐出弁１９の腕部１９Ｃのうち、弁開時に設置面である吐出側面１３Ｄから離間するリフト部を、凹部３０の開口部に重なるように設けることとした。これにより、リフト部が設置面に対して接触する面積を凹部３０の開口の面積に相当する部分だけ減じることができ、リフト部が設置面に接触したまま離間しにくくなり弁開のタイミングが遅れる状態を回避することができる。特に、ミスト潤滑によって潤滑油が設置面と吐出弁１９との間に存在しており粘着力が高いので好適である。

第２バイパス弁２４Ｂを凹部３０の底面に配置することで、吐出側面１３Ｄに設置された吐出弁１９によって塞がれる吐出ポート１３Ｃよりもバイパスポート２３の体積を小さくすることができる。これにより、吐出弁１９側よりもトップボリュームによる再圧縮損失が生じやすいバイパス弁２４側のトップボリュームを小さくして効率低下を抑制することができる。

なお、上述した本実施形態では、横置きとされた輸送用冷凍機に用いられるスクロール圧縮機１としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば縦置きでもよく、また電動モータによって駆動されるスクロール圧縮機でも良い。

また、本実施形態では、吐出弁１９及びバイパス弁２４を設ける板状部材として固定スクロール１３を例として説明したが、例えば、固定スクロールの吐出側にディスチャージカバーを設けた構成とされる場合（例えば特開２０１３−１６７２１５号公報の図２参照）には、ディスチャージカバーに吐出弁１９及びバイパス弁２４を設けることとしても良い。この場合、バイパスポートは、吐出ポートから独立してディスチャージカバーまで導くように構成される。

また、本実施形態では、吐出弁１９と第２バイパス弁２４Ｂとが端板１３Ａの板厚方向から見て直交するように配置されることとした（図３参照）が、直交せずに斜めに交差するようにしても良い。

１ スクロール圧縮機
１２ スクロール圧縮機構
１３ 固定スクロール
１３Ａ 端板（板状部材）
１３Ｃ 吐出ポート
１３Ｄ 吐出側面
１４ 旋回スクロール
１９ 吐出弁
１９Ａ 頭部
１９Ｂ 固定部
１９Ｃ 腕部
２０ 吐出リテーナ
２３ バイパスポート
２４ バイパス弁
２４Ａ 第１バイパス弁
２４Ｂ 第２バイパス弁
２５Ａ 第１バイパスリテーナ
２５Ｂ 第２バイパスリテーナ
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 固定ボルト
３０ 凹部

Claims (4)

1. スクロール圧縮機構と、
   該スクロール圧縮機構で圧縮した流体を吐出する吐出ポート及び圧縮途中の流体を吐出するバイパスポートが形成された板状部材と、
   前記吐出ポートの吐出側にて該吐出ポートを塞ぐ頭部および該頭部と固定部との間にわたって設けられた腕部を有するリード弁とされた吐出弁と、
   前記バイパスポートの吐出側にて該バイパスポートを塞ぐ頭部および該頭部と固定部との間にわたって設けられた腕部を有するリード弁とされたバイパス弁と、
   を備え、
   前記吐出弁および前記バイパス弁は、前記板状部材の板厚方向において互いに離間するとともに、前記板厚方向から見てそれぞれの前記腕部が交差するように配置されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記板状部材には、吐出側面から前記板厚方向の途中位置まで形成された凹部が形成され、
   前記吐出弁または前記バイパス弁の一方は、前記凹部の底面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記吐出弁または前記バイパス弁の他方の前記腕部のうち、弁開時に設置面から離間するリフト部が、前記凹部が開口する位置に重なるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記吐出弁は、前記板状部材の吐出側面に配置され、
   前記バイパス弁は、前記凹部の前記底面に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスクロール圧縮機。

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