JP3683759B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクロール圧縮機、詳しくは、鏡板に渦巻体を突設して成る固定および可動スクロールを備えたスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種スクロール圧縮機は、例えば特開昭５８−１２８４８５号公報に記載されているように知られている。この公報記載のスクロール圧縮機は、図９に示したように、密閉ケーシングＡの内方上部に、鏡板Ｂ１に渦巻体Ｂ２を突設して成る固定スクロールＢを設け、かつ、この固定スクロールＢの下部側に、同じく鏡板Ｃ１に渦巻体Ｃ２を突設して成る可動スクロールＣを前記各渦巻体Ｂ２，Ｃ２が互いに噛合するように上下対向状に支持すると共に、前記ケーシングＡの下部側にモータＤを設けて、該モータＤから延びる駆動軸Ｅを前記可動スクロールＣの下部側に設けた軸受ハウジングＦに軸受支持させる一方、前記駆動軸Ｅの軸受上端側を前記可動スクロールＣに連動連結させて、前記駆動軸Ｆの駆動に伴い前記可動スクロールＣを固定スクロールＢに対しオルダムリングなどの自転防止機構を介して公転駆動させるようにしている。
【０００３】
そして、前記可動スクロールＣの下方背面側で前記軸受ハウジングＦとの間には中間圧室Ｇを設けると共に、前記可動スクロールＣの鏡板Ｃ１に前記中間圧室Ｇと圧縮室とを連通させる中間圧孔Ｈを形成して、該中間圧孔Ｈから前記圧縮室における圧縮ガス流体の一部を前記中間圧室Ｇ側に導入させることにより、この中間圧室Ｇの内部を吸入圧力と吐出圧力との中間圧力に保持し、この中間圧力でもって前記可動スクロールＣを固定スクロールＢ側に押付けており、斯くすることにより、これら各スクロールＢ，Ｃの各渦巻体Ｂ２，Ｃ２をそれぞれ鏡板Ｃ１，Ｂ１側に互いに密接させ、運転時に、前記可動スクロールＣが前記固定スクロールＢに対し下方側に離間するのを防止し、この離間により、前記各渦巻体Ｂ２，Ｃ２間の圧縮室側から低圧側へのガス漏れの発生をなくして、前記圧縮室での圧縮損失を低減している。
【０００４】
更に、以上のスクロール圧縮機においては、前記圧縮室内で過圧縮を起こしたりするのを防止するため、前記固定スクロールＢに複数のリリーフポートＩを形成すると共に、前記固定スクロールＢの前記各リリーフポートＩとの対向部位に、前記圧縮室の内部圧力が所定圧力以上となったとき開動作されるリリーフ弁Ｊをそれぞれ設けている。斯くすることにより、前記圧縮室の内部圧力が所定圧力以上となったとき、前記リリーフ弁Ｊを開き、前記圧縮室内の圧縮ガスの一部を前記リリーフポートＩからケーシング内に開放させて、前記圧縮室内で過圧縮が発生したりするのを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上の構成では、前記リリーフポートＩにより前記圧縮室での過圧縮を防止できるのであるが、前記中間圧孔Ｈを介して前記中間圧室Ｇと前記各渦巻体Ｂ２，Ｃ２間に形成される圧縮室とを連通させ、前記中間圧室Ｇを中間圧に保持するようにしているから、この中間圧室Ｇと前記圧縮室との間でガス流体の出入りが発生することになり、つまり、前記中間圧孔Ｈが高圧の圧縮室側に開口されたときには、この圧縮室から前記中間圧室Ｇ内に高圧のガス流体が流入し、また、前記中間圧孔Ｈが中間圧室Ｇより低圧の圧縮室側に開口したときには、この圧縮室側に前記中間圧室Ｇから中間圧のガス流体が流入されるため、このガス流体の出入りにより圧縮損失や動力損失を招く問題があった。即ち、図１０は、縦軸に圧力を、横軸に圧縮容積をとったグラフであって、吸入側において前記各渦巻体Ｂ２，Ｃ２間の圧縮室にガス流体を吸入し、前記可動スクロールＣの公転運動に伴って前記ガス流体を圧縮室内で圧縮し、圧縮終了後に吐出口からケーシング内に吐出させるまでのガス流体の過程を示しており、ガス流体が前記圧縮室へと吸入されて封入されるとき、該圧縮室内に前記中間圧室Ｇから中間圧のガス流体が導入されることにより、同図の一点鎖線で示すように、前記圧縮室の内部圧力が高くなり、それだけ動力損失が生ずるのであり、また、高圧の圧縮室から中間圧室Ｇに排出されることにより、それだけ圧縮損失が生ずるのである。
【０００６】
また、この種圧縮機には、固定スクロールの渦巻体と可動スクロールの渦巻体とが対称なスクロール圧縮機と、その渦巻体が非対称なスクロール圧縮機とがあって、この非対称なスクロール圧縮機では、一対の圧縮室が１つの吐出ポートに交互に連通して吐出室へガス流体を吐出する構成であるため吐出タイミングにずれが生じる。この吐出タイミングのずれにより、運転圧縮比が圧縮室の圧縮比より大きい高圧縮比運転時には、吐出空間から吐出ポートに連通する圧縮室へのガス流体が逆流する現象が顕著となる。
【０００７】
本発明の目的は、圧縮室での圧縮損失および動力損失を低減できながら、しかも、過圧縮を少なくできるスクロール圧縮機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、鏡板２１，３１に渦巻体２２，３２を突設した固定スクロール２と可動スクロール３とを備え、この両スクロールの渦巻体を対向させて噛み合わせて圧縮室Ｘ，Ｙを形成したスクロール圧縮機において、固定スクロールの渦巻体２２は、その巻終り端から可動スクロールの渦巻体３２の巻終り端近くまで延びていて、その延長部の内側面は固定スクロールの渦巻体２２に連続する曲線状に成すとともに、固定スクロール２に形成した吐出口２３から吐出した流体を吐出室１Ａに導き、この吐出口２３を開閉する吐出弁２５を設け、固定スクロール２において、吐出口２３に開口される直前の２つの圧縮室Ｘ１，Ｙ１内のそれぞれの流体が、各圧縮室Ｘ，Ｙへの流体の閉じ込み時における各圧縮室Ｘ，Ｙの容積に対する各圧縮室Ｘ１，Ｙ１の容積の比が同じ値となった段階で位相差をもって吐出室１Ａに順次リリーフされる位置にリリーフポートおよびリリーフ弁を設けたことを特徴とする。
【００１０】
さらに，請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、固定スクロール２の鏡板２１に吐出口２３を開閉する吐出弁２５を設けるとともに、この吐出弁２５の取付基部からリリーフ弁を一体に延長した。
【００１１】
請求項１記載の発明は、非対称渦巻構造を前提とするものである。非対称渦巻構造のスクロール圧縮機では、運転圧縮比が渦巻の圧縮比より充分大きい高圧縮比運転時に、吐出空間から吐出ポートに連通する圧縮室へガスが逆流するため、２つの圧縮室の吐出タイミングがずれていることが災いし、圧縮不足による損失が発生し易い。そこで、固定スクロール２に吐出弁２５を設けることにより、逆流が抑えられ、圧縮効率を高く維持できる。
【００１２】
吐出弁の抵抗により流体は吐出ポートを通過する際に過圧縮するが、リリーフポートが吐出の補助ポートとして機能するため、吐出ポートから吐き出すガスの流速を低減できる。非対称渦巻と、吐出弁と、リリーフ弁との組合せで幅広い運転圧縮比に対応した圧縮効率の高い運転が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、部品点数の増加を最小にしながら高機能化できる。
【００１４】
【実施例】
図１は縦形スクロール圧縮機を示しており、密閉ケーシング１の内方上部に、鏡板２１に渦巻体２２を突設し、前記鏡板２１の中央部に吐出口２３を形成した固定スクロール２と、鏡板３１に渦巻体３２を突設して成る可動スクロール３とを、互いに各渦巻体２２，３２が噛み合うように上下対向状に支持すると共に、前記ケーシング１の下部側にモータ４を設けて、該モータ４から延びる駆動軸４１を前記可動スクロール３の下部側に固定した軸受ハウジング５に軸受支持させる一方、前記駆動軸４１の軸受上端側を前記可動スクロール３における鏡板３１の裏面中央部に突設したボス部３３に挿嵌させて、前記駆動軸４１の駆動に伴い前記可動スクロール３を固定スクロール２に対しオルダムリング５０から成る自転防止機構を介して公転駆動させるようにしている。
【００１５】
また、前記固定スクロール２には、前記吐出口２３の上部側を覆うカバー体２４を固定ボルトなどを介して取付け、該カバー体２４を前記ケーシング１の内方上部側に固定した支持板６に連結させており、この支持板６には前記吐出口２３に連通する連通孔６１を設けている。さらに、前記固定スクロール２には前記ケーシング１を貫通して該ケーシング１内に突入する吸入管７を接続しており、また、前記連通孔６１が開口する前記ケーシング１の吐出室１Ａと、前記モータ４と軸受ハウジング５の空間１Ｂとを、連絡路１Ｃで連通して、前記ケーシング１内を高圧とした高圧ドーム構造とし、前記空間１Ｂに吐出管８を開口させている。
【００１６】
そして、前記モータ４の駆動に伴う前記駆動軸４１の回転で、前記固定スクロール２に対し可動スクロール３を公転駆動させることにより、前記吸入管７から前記各スクロール２，３の各渦巻体２２，３２間に形成される吸入部からガス流体を吸入して、これら各渦巻体２２，３２間の圧縮室で圧縮し、この圧縮ガス流体を前記吐出口２３から前記連通孔６１および連絡路１Ｃを経て前記空間１Ｂに吐出させ、該空間１Ｂから前記吐出管８を介して外部に吐出させるのである。
【００１７】
また以上の構成において、前記軸受ハウジング５と前記可動スクロール３との間でボス部３３の外周囲には背面室９が形成され、該背面室９は、前記ケーシング１内の高圧圧力が作用している。即ち、前記背面室９は、前記ケーシング１の底部油溜から前記駆動軸４１の内部を経て各潤滑箇所へと汲上げられる高圧の潤滑油が供給されていて、高圧圧力が作用するようになっており、この背面室９に作用する高圧圧力により前記可動スクロール３を固定スクロール２側に押圧するようにしている。また、図２，図３で明らかにしたように、前記固定スクロール２の鏡板２１に、前記各スクロール２，３の渦巻体２２，３２間に形成される圧縮室Ｘ，Ｙで、前記吐出口２３に開口する直前の圧縮室Ｘ１，Ｙ１を前記吐出室１Ａに連通させるリリーフポート１０を設けると共に、前記リリーフポート１０に前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１から前記吐出室１Ａへの流れのみを許すリリーフ弁１１を設け、このリリーフ弁１１の上部側に弁押え１２を設けたのである。
【００１８】
更に詳記すると、前記固定スクロール２の鏡板２１に、前記吐出口２３に開口される直前の二つの圧縮室Ｘ１，Ｙ１を前記吐出室１Ａに連通する二つのリリーフポート１０，１０を形成して、これら各リリーフポート１０，１０にそれぞれリリーフ弁１１，１１を設けると共に、この各リリーフ弁１１，１１の上部側にそれぞれ弁押え１２，１２を取付けたのである。また、前記リリーフ弁１１，１１および弁押え１２，１２は、図３で示したように、一対のリリーフ弁１１，１１を連結片１１ａで、一対の弁押え１２，１２を連結片１２ａでそれぞれ一体化して、前記各リリーフ弁１１および各弁押え１２をそれぞれ一つの部品にして部品点数を減少できるようにしている。また、前記リリーフ弁１１および弁押え１２は、前記各連結片１１ａ，１２ａの長さ方向両側で前記リリーフ弁１１および弁押え１２の各基部側を前記固定スクロール２の鏡板２１上に固定ボルトなどで共締めするようにしている。
【００１９】
次に、以上の構成による作用について説明する。前記スクロール圧縮機による運転時には、前記吸入管７からの吸入ガス流体が、前記各スクロール２，３における各渦巻体２２，３２の外方側に形成される吸入部から内部に導入されて、前記各圧縮室Ｘ，Ｙ内で圧縮され、この圧縮ガス流体が前記吐出口２３から前記支持板６の連通孔６１を経て吐出室１Ａから前記空間１Ｂに導かれ、この空間１Ｂから吐出管８を介して外部に吐出される。このとき、前記背面室９には、前記ケーシング１の底部油溜から前記駆動軸４１の内部を経て各潤滑箇所へと汲上げられる高圧の潤滑油が供給されて高圧が作用し、この高圧圧力により、前記可動スクロール３が固定スクロール２側に押付けられる。従って、前記固定スクロール２から可動スクロール３が離間したりするのが確実に防止され、前記各渦巻体２２，３２をそれぞれ鏡板３１，２１に密接させることができ、しかも、前記圧縮室Ｘ，Ｙから低圧側へのガス漏れの発生を防止でき、前記圧縮室Ｘ，Ｙでの圧縮損失および動力損失を低減することができるのである。
【００２０】
しかも、前記固定スクロール２には、前記圧縮室Ｘ，Ｙのうち前記吐出口２３に開口する直前の第１圧縮室Ｘ１，Ｙ１と前記吐出室１Ａとをリリーフポート１０，１０により連通し、この各リリーフポート１０に前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１から吐出室１Ａへの流れのみを許すリリーフ弁１１，１１を設けているから、前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１の圧力が前記吐出室１Ａ内の圧力以上となったとき、これら各リリーフ弁１１が開かれ、前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１内の圧縮ガスの一部が前記各リリーフポート１０から前記吐出室１Ａに開放されて、前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１内で過圧縮が発生したりするのを防止できる。従って、前記軸受ハウジング５の軸受に対する荷重や駆動トルクが異常に高くなるのも防止できるのである。
【００２１】
即ち、冷凍装置の冷媒圧縮に用いる場合、冷凍装置のシステムにより決まる圧力比、つまり凝縮圧力と蒸発圧力とにより決まる圧力比が、前記各スクロール２，３の設計圧力比より低いと、換言すると蒸発圧力で決まる吸入圧力が高くなりシステムにより決まる圧力比が設計圧力比より低くなったり、逆に凝縮圧力で決まる吐出圧力が低くなりシステムにより決まる圧力比が設計圧力比より低くなると、リリーフポート１０を設けない場合では、図５の圧縮特性曲線Ｒ２のように圧縮室Ｘ，Ｙの高圧圧力Ｐ０２が高くなるのに対し、リリーフポート１０を設けた場合には図５の圧縮特性曲線Ｒ１のように圧縮室Ｘ，Ｙの高圧圧力Ｐ０１を前記高圧圧力をＰ０２に比較して低くできるのである。尚、図５においてＰ１は圧縮室Ｘ，Ｙの閉じ込み時における低圧圧力である。
【００２２】
また、システムで決まる圧力比が設計圧力比より低いと、固定スクロール２と可動スクロール３との間の離反力が増大し、図６の点線Ｐｘで示したように前記可動スクロール３を固定スクロール２に押付け力、つまりスラスト軸受荷重が減少し、可動スクロール３が不安定となりガス漏れが生じたり、また、逆に前記軸受ハウジング５の軸受に対する荷重や駆動トルクが高くなるのであるが、リリーフポート１０を設けることにより前記したシステムにより決まる圧力比が低い場合、つまり過圧縮される場合でも、また、液圧縮により過圧縮される場合でも、前記固定スクロール２に可動スクロール３を押し付ける押し付け力、つまりスラスト軸受荷重を増大させられ、従って、前記可動スクロール３が固定スクロール２に対し離反することのない適正な押し付け力が得られるのであって、前記可動スクロール３が不安定となったり、ガス漏れが生ずるのを防止でき、それでいて、前記軸受ハウジング５の軸受に対する荷重や駆動トルクが高くなるのも防止できるのである。
【００２３】
しかも、前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１内での過圧縮の発生を防止するにあたっては、従来のように、前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１と可動スクロールの背面側とを中間圧孔を介して連通し、中間圧を可動スクロールに作用させるのでなく、換言すると、前記圧縮室Ｘ１，Ｙ１と中間圧室との間でガス流体を出入させるのでなく、この可動スクロール３の背面側に設けた背面室９に前記ケーシング１内の高圧圧力を付与して、前記可動スクロール３を固定スクロール２側に押付けるようにしているため、従来のように、中間圧室を介して圧縮ガス流体が高圧側から低圧側に洩れることによる圧縮損失や動力損失をなくすことができるのである。
【００２４】
ところで、以上説明したスクロール圧縮機は、固定スクロール２における渦巻体２２の巻終り端と、前記可動スクロール３における渦巻体３２の巻終り端とを１８０度の位相差とし、前記各渦巻体２２，３２により形成する二つの圧縮室Ｘ，Ｙの吸入口を対称位置に設けた比較例としての一般的なスクロール圧縮機であるが、図４は、固定スクロール２における渦巻体２２の巻終り端から前記可動スクロール３における渦巻体３２の巻終り端近くにまで延びるインボリュート曲線形状の延長部２２ａを設けて、前記各スクロール２，３を非対称形に形成したスクロール圧縮機であって、この場合、前記リリーフポート１０を前記各スクロール２，３の渦巻体２２，３２間に形成する二つの圧縮室Ｘ，Ｙと交互に連通する位置、つまり、図４の実線で示した位置に開口させることにより、一つのリリーフポート１０を設けるだけで、このリリーフポート１０を前記固定スクロール２の鏡板２１で前記公転スクロール２の公転駆動時に前記第１圧縮室Ｘ１，Ｙ１と交互に連通されられるのであって、図４の実線と点線とで示したように、各圧縮室Ｘ，Ｙごとにリリーフポート１０を設ける場合に比較してその加工性を向上できるのである。尚、前記渦巻体２２の延長部２２ａは、その内側面だけをインボリュート曲線状に形成するようにしてもよい。
【００２５】
即ち、以上のように、前記固定スクロール２の渦巻体２２にインボリュート曲線状の延長部２２ａを設けて、前記各スクロール２，３を非対称形に成して、前記各渦巻体２２，３２間の前記第１圧縮室Ｘ１，Ｙ１でガス流体を圧縮するとき、これら各圧縮室Ｘ１，Ｙ１間では図７に示したように所定の位相差でもってガス流体の圧縮が行われるため、図４の実線位置に一つのリリーフポート１０を設けるだけで、前記公転スクロール２の公転駆動時、前記リリーフポート１０を、図７に示したように前記第１圧縮室Ｘ１，Ｙ１に所定期間交互に開口させられるのである。このとき、前記固定スクロール２の鏡板２１に形成する一つのリリーフポート１０は、前記鏡板２１に設ける渦巻体２２の厚みより小さく、かつ、該渦巻体２２の厚みにできるだけ近い孔径に形成することが望ましく、斯くすることにより、前記リリーフポート１０をガス流体が通過するときの抵抗を軽減することができながら、このリリーフポート１０を介して前記圧縮室Ｘ，Ｙの高圧側から低圧側にガス流体がリークしたりして圧縮損失を招いたりするのをなくすことができる。
【００２６】
さらに、図８で示したように、前記固定スクロール２の鏡板２１に設けた前記吐出口２３との対向部位に、該吐出口２３を開閉する吐出弁２５を取付けると共に、この吐出弁２５の取付基部２５ａから前記各リリーフ弁１１，１１を一体に延長させるようにしてもよい。斯くするときには、前記吐出弁２５と前記各リリーフ弁１１，１１とを一つの部品にできるから、部品点数を減少できコストダウンが可能となり、また、組付性を高めることもできる。尚、これら弁の上部には、図３と同様に弁のリフトを規制する弁押えが設けられている。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、通常運転圧縮比では、２つの圧縮室からの吐出タイミングがずれていることで、１つの吐出ポートを通過するガスの流速は大きくならないので吐出抵抗を小さくできるというメリットがある。しかも、固定スクロール２に吐出弁２５を設けたので、吐出空間から吐出ポート２３に連通する圧縮室へのガス逆流を抑制し、圧縮効率を高く維持できる。さらに、非対称渦巻と、吐出弁２５と、リリーフ弁との組合せで、幅広い運転圧縮比に対応した圧縮効率の高い運転が可能になる。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、部品点数の増加を最小にしながら高機能化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるスクロール圧縮機の全体構造を示す一部省略した縦断面図。
【図２】 リリーフポートおよびリリーフ弁を設けた固定スクロールの一部を示す拡大断面図。
【図３】 図２の平面図。
【図４】 非対称形とした固定および可動スクロールの説明図。
【図５】 リリーフポートを設けた場合と設けない場合との圧縮曲線を示すグラフ。
【図６】 スラスト軸受荷重と圧力比との関係を示すグラフ。
【図７】 非対称形スクロールの圧縮曲線を示すグラフ。
【図８】 吐出口に吐出弁を設けた実施例の図３に対応する平面図。
【図９】 従来のスクロール圧縮機を示す縦断面図。
【図１０】 従来の圧縮曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 密閉ケーシング、１Ａ 高圧室、２ 固定スクロール、３ 可動スクロール、２１，３１ 鏡板、２２，３２ 渦巻体、２３ 吐出口、２５ リーフ形吐出弁、１０ リリーフポート、１１ リリーフ弁、Ｘ，Ｙ 圧縮室、Ｘ１，Ｙ１ 吐出口開口直前の圧縮室。

Claims (2)

1. 鏡板（２１）（３１）に渦巻体（２２）（３２）を突設した固定スクロール（２）と可動スクロール（３）とを備え、この両スクロール（２）（３）の渦巻体（２２）（３２）を対向させて噛み合わせて圧縮室（Ｘ，Ｙ）を形成したスクロール圧縮機において、
   前記固定スクロール（２）の渦巻体（２２）は、その巻終り端から可動スクロール（３）の渦巻体（３２）の巻終り端近くまで延びていて、その延長部の内側面は前記固定スクロール（２）の渦巻体（２２）に連続する曲線状に成すとともに、前記固定スクロール（２）に形成した吐出口（２３）から吐出した流体を吐出室（１Ａ）に導き、この吐出口（２３）を開閉する吐出弁（２５）を設け、
   前記固定スクロール（２）において、前記吐出口（２３）に開口される直前の２つの圧縮室（Ｘ１，Ｙ１）内のそれぞれの流体が、各圧縮室（Ｘ，Ｙ）への前記流体の閉じ込み時における各圧縮室（Ｘ，Ｙ）の容積に対する各圧縮室（Ｘ１，Ｙ１）の容積の比が同じ値となった段階で位相差をもって前記吐出室（１Ａ）に順次リリーフされる位置にリリーフポートおよびリリーフ弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロール（２）の鏡板（２１）に前記吐出口（２３）を開閉する前記吐出弁（２５）を設けるとともに、前記吐出弁（２５）の取付基部から前記リリーフ弁（１１）を一体に延長した、請求項１記載のスクロール圧縮機。

Images