JP3708573B2 - 軸貫通二段スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、旋回スクロールが自転することなく旋回運動させるスクロール圧縮機において、クランク軸が旋回スクロール及び固定スクロールを貫通し、二段圧縮における効率を向上せしめるようにした軸貫通二段スクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第３６００１１４号明細書に、旋回スクロールに駆動軸を貫通させ、端板の両側にラップを設け、それぞれに固定スクロールを組み合わせて圧縮室を形成し、両圧縮室を並列に使って同時に圧縮する機構が示されている。しかし、この例では、両側の圧縮室を直列に使って二段圧縮する例は示されていない。
【０００３】
特開平５−６００７８号公報に、旋回スクロールの端板の両側にラップを設け、それぞれに固定スクロールを組み合わせて圧縮室を形成し、下部圧縮室を一段目の圧縮機とし、上部圧縮室を二段目の圧縮室とする構造が示されているが、軸受は端板の下部にあり、旋回スクロールを貫通していない。また、上部と下部のスクロールラップは異なる形状であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
二段圧縮機の効率が最高になるのは、一段目圧縮部の圧力比と二段目圧縮部の圧力比が等しい場合である。しかし、従来の方法では、上部と下部のラップ形状が異なっているために、上部の固有圧縮比と下部の固有圧縮比が異なり、圧縮機の効率は最高にはならない。 また、旋回スクロールの端板中央が貫通していないために、高圧段の吐出圧力が中央領域に作用することになり、低圧段中央領域に作用する吸入圧力との差圧による荷重が大きくなり、旋回スクロールが高圧段側から低圧段側へ強いスラスト力で押しつけられることになり、一方の面で摺動損失が増加し、他方の面では隙間が生じて漏れ損失が増加するという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による軸貫通二段スクロール圧縮機は、端板に渦巻状のラップを直立させた固定スクロール部材と旋回スクロール部材を、互いにラップを向き合わせ、偏心させて組み合わせ、旋回スクロール及び固定スクロールを貫通して設けられたクランク軸が旋回スクロール部材を自転することなく旋回運動させてガスを圧縮するようにしたスクロール圧縮機において、旋回スクロールには端板の両側にラップを直立させ、一方の面の第一ラップに第一固定スクロールラップを組合せて第一吸入室および第一圧縮室を形成し、他方の面の第二ラップに第二固定スクロールラップを組み合わせて第二吸入室および第二圧縮室を形成し、旋回スクロールの端板中央には、偏心軸が貫通する旋回軸受を設け、第一固定スクロールの端板中央には、クランク軸の一端を支持する第一固定軸受を設置し、第二固定スクロールの端板中央には、クランク軸の他端を支持する第二固定軸受を設置し、旋回スクロールが旋回駆動されることによって、第一吸入室に吸入したガスを第一圧縮室で圧縮し、圧縮し終わったガスを第二吸入室に移送して第二圧縮室で再圧縮するようにし、第一圧縮室の最小密閉容積と第二圧縮室の最大密閉容積とを等しくしたことを特徴とし、概略的には、旋回スクロールに駆動軸を貫通させ、端板の両側に渦形状が対称形で歯高が異なるスラップを直立し、上部圧縮室と下部圧縮室の受圧面を対称形にすると共に、両圧縮室の固有圧縮比を同一にする。
【０００６】
【作用】
一段目圧縮部の固有圧縮比と二段目圧縮部の固有圧縮比を等しくすることにより、小形化が可能になると同時に、二段圧縮機の効率を最高にすることができ、旋回スクロールにクランク軸の偏心軸を貫通させることにより高圧段側から低圧段側へ作用するスラスト力を低減する。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１〜図８により説明する。
【０００８】
図１は本発明の密閉型スクロール圧縮機の第一の実施例の全体構造を示す断面図である。密閉容器１００内に、第一固定スクロール２１０、端板の両側にラップを直立した旋回スクロール３００及び第二固定スクロール２２０からなる圧縮部と、旋回スクロール３００を駆動するクランク軸５００、駆動用の電動機７００が一体となって収納されている。クランク軸５００の偏心軸５２０は旋回スクロール３００を貫通し、両側の軸は第一固定スクロール２１０の端板と第二固定スクロール２２０の端板をそれぞれ貫通し、第一中心軸５１０が第一固定スクロール２１０の端板中央部に設けられた第一固定軸受２１２に、第二中心軸５３０が第二固定スクロール２３０の端板中央部に設けられた第二固定軸２２２にそれぞれ支持されている。電動機７００のロータ７２０の回転軸を支持する軸受７２１が上部に設けられている。
【０００９】
旋回スクロール３００は、旋回スクロール３００の第二ラップ側の端板３２０外周部と第二固定スクロール外周部の間に設けられた、オルダムリングを使った自転防止機構４００により自転を拘束され、クランク軸５００の回転により偏心軸５２０によって旋回駆動される。クランク軸５００には旋回スクロール３００の遠心力を打ち消して振動の発生を防止するために、第一バランスウェイト５１９及び第二バランスウェイト５３９が取り付けられている。ガスは吸入管１１０から第一吸入室２１３に吸入され、第一固定スクロール２１０と旋回スクロール３００で形成される第一圧縮室２１４で圧縮されて、中央部の第一吐出孔３２１から旋回スクロール端板内に設けられた連通路３２２へ吐出され、第二固定スクロール２２０と旋回スクロール３００で形成される第二吸入室２２３に吸入され、第二圧縮室２２４で圧縮されて第二吐出孔２２５から密閉容器１００内に吐出される。その後、ガスは吐出管１２０から密閉容器外へ吐出される。
【００１０】
低圧段の複数の第一圧縮室２１４の内の１つの圧縮室が第一吐出孔３２１に開通する直前の最小密閉容積と、高圧段の第二圧縮室２２４が圧縮を開始するときの最大密閉容積がほぼ等しくなるように、第一圧縮室を形成するラップ２１１及び３１１と、第二圧縮室を形成するラップ２２１及び３１２は、渦巻形状が同じで、歯高比が前記最小密閉容積と最大密閉容積の比にほぼ等しくなるように設定され、かつ両室を連通する通路３２２が設けられており、上部の固有圧縮比と下部の固有圧縮比を同一とされる。
【００１１】
図２に二段圧縮冷凍サイクルの一例を示す。圧縮機１０００は一段目圧縮部１０１０と二段目圧縮部１０２０からなる。一段目吸入口１から吸入されたガスは、一段目吐出口２と二段目吸入口３の間で、中間吸入口１８００からガスを余分に吸入し、二段目吐出口４から吐出される。吐出ガスは四方弁１１００を通り、室内熱交換器１２００を通過して凝縮し、第一膨張弁１３００で減圧し、主流の冷媒は第二膨張弁１５００でさらに減圧して室外熱交換器１６００を経て蒸発し、四方弁１１００を通って吸入口１から再び圧縮機に吸入される。一部の冷媒は分岐部６で分岐して第三膨張弁１７００で減圧し、中間吸入口１８００に至る。この間、主流の冷媒と分岐した冷媒は、冷媒熱交換器１４００で互いに熱交換し、主流の冷媒は冷却されて液化し、分岐した冷媒は加熱されて一部蒸発し二相流となる。
【００１２】
このサイクルの状態変化をモリエル線図に表わすと図３のようになる。横軸は単位重量当たりのエンタルピで、縦軸は圧力である。一段目の吸入口１から吸入されたガスは一段目圧縮部で圧縮され、一段目吐出口２から二段目吸入口３の間で中間圧の二相流冷媒を吸入して、エンタルピが一旦減少し、二段目圧縮部で再び圧縮されて二段目吐出口４からサイクルへ吐出される。サイクルでの状態は、図２の５〜１０の位置に対応して同じ数字で示される。このサイクルでの圧縮機の動力は、一段で１の圧力から４の圧力まで圧縮する場合と比べて少なくて済み、効率が向上する。効率は、１から２までの固有圧縮比と３から４までの固有圧縮比が等しい場合に最高になり、前記第一圧縮室の固有圧縮比と第ニ圧縮室の固有圧縮比をほぼ等しくすることにより効率は最高とされる。
【００１３】
第一の実施例によれば、一つの旋回スクロール３００の両面で一段目と二段目の圧縮室を形成するので、径の小さい小型軽量の二段圧縮機が実現でき、第一圧縮室の固有圧縮比と第ニ圧縮室の固有圧縮比をほぼ等しくすることにより効率は最高とされる。また、一段目と二段目の連通路３２２を旋回スクロール端板３２０内に設けたので、連通のための配管が不要で、構造が簡単になる。また、偏心軸５２０をスクロール圧縮部の中央部に貫通することにより、軸の上下端面はほぼ等しい圧力が作用するため、余分なスラスト力がスクロール部に作用しなくなる。このため前記課題の項で述べた問題、即ち高圧段の吐出圧力が中央領域に作用することになり、低圧段中央領域に作用する吸入圧力との差圧による荷重が大きくなり、旋回スクロールが高圧段側から低圧段側へ強いスラスト力で押しつけられることになり、一方の面で摺動損失が増加し、他方の面では隙間が生じて漏れ損失が増加するという問題が解決される。上記第一の実施例において、第一圧縮室の固有圧縮比と第ニ圧縮室の固有圧縮比をほぼ等しくすることにより効率を最高とすること、及び偏心軸をスクロール圧縮部の中央部に貫通することにより、軸の上下端面はほぼ等しい圧力が作用するため、余分なスラスト力がスクロール部に作用しなくすることは、以下の各実施例においても同様である。
【００１４】
図４〜図７は本発明の第二の実施例を示す図である。図４は全体の断面図を示している。図５は図４の視点と９０°の方向から見た圧縮機構部の断面図である。図６は本実施例に使用される自転防止機構を構成するオルダムリング４００の一例を示している。図７は本実施例に使用される旋回スクロール、軸受、およびフレームの一例を示している。旋回スクロールの端板３２０は、第一ラップ３１１を持つ第一端板３２０ａと第二ラップ３１２を持つ第二端板３２０ｂに分かれる構造になっている。第一端板３２０ａと第二端板３２０ｂは、図６のオルダムリング４００を微少隙間を持って間に挾み、スペーサ３４０で間隔をおいて固定される。オルダムリング４００は、円又はだ円等の環状本体部に旋回側キー４０１及びフレーム側キー４０２が設けられている。この時、オルダムリング４００の旋回側キー４０１が端板に設けられたキー溝３２３に挿入される。オルダムリング４００は第一端板３２０ａと第二端板３２０ｂの間でキー溝３２３の方向に移動できる。
【００１５】
一体となった旋回スクロール３００とオルダムリング４００及びフレーム６００を、フレーム側キー４０２がフレームのキー溝６０１にはめ合うようにして、図４及び図５に示すように、第一固定スクロール２１０と第二固定スクロール２２０の間に挾んで、前記ふたつの固定スクロールをフレーム６００に固定する。第一固定スクロールと第二固定スクロールは、旋回スクロール端板の厚さより微少寸法だけ厚い円筒形のフレームを挾持して組合される。第一端板３２０ａと第二端板３２０ｂの間の空間は、第一吐出孔３２１と第二吸入室２２３を連通する連通路３２２としても使用される。第一バランスウェイト５１９が第一中心軸５１０に、第二バランスウェイト５３９が第二中心軸５３０に設けられている。
【００１６】
第二の実施例によれば、自転防止機構４００を旋回スクロール３００の端板３２０に内蔵したので、ラップ側の面に圧縮に無関係の機構を組み込まなくてすみ、更に小形化することができる。また、オルダムリング４００にかかる荷重が完全に対称になるため、リングを傾かせるような力が発生しない。また、バランスウェイト５１９、５３９が旋回スクロールの両側に設けられており、挙動の安定した運転ができ、信頼性が向上し、振動や騒音が低減する。
【００１７】
本発明の第三の実施例を図８に示す。本実施例では、吐出経路を変更するとともに、軸受への給油経路が示されている。第一中心軸５１０から、偏心軸５２０にかけて、給油通路５１１が設けられている。この給油通路から、第一固定軸受２１２へ向かって給油口５１２が、旋回軸受３３０へ向かって給油口５２２が設けられている。
【００１８】
圧縮機容器１内は吐出圧力であり、油槽内の油圧も吐出圧力である。第一圧縮室の中央室圧力は吐出圧力より低い中間圧力になっているので、差圧により、油が給油通路５１１、給油口５１２、５２２を通ってそれぞれ第一固定軸受２１２及び旋回軸受３３０に給油される。第一圧縮室から、第二圧縮室までのガスの経路は第二の実施例と同様である。第二中心軸５３０内には第二吐出孔に通じる吐出通路５３３が設けられており、第二圧縮室２２４で圧縮されたガスは、該通路を通って密閉容器１００内上部に導かれ、吐出管１２０から吐出される。このとき、吐出ガス中に含まれる油がトラップ５３４により遠心分離され、給油孔５３２から第二固定軸受２２２へ給油される。軸の上端には電動機７００のロータ７２０の回転軸を支えるころがり軸受７２１が設置されており、吐出ガス中に含まれる油ミストにより潤滑される。
【００１９】
第三の実施例によれば、吸入圧力と吐出圧力がかなり大きく変動しても、第一固定スクロール軸受２１２への給油差圧が常に発生し、第一の固定軸受２１２と旋回軸受３３３へ給油された油が合流してトラップ５３４を通過するので、第二固定軸受２２２へは、圧力条件によらず、枯渇すること無く遠心給油されるので、信頼性が高い。
【００２０】
以下、参考発明の実施の形態として、参考発明の第一ないし第四の実施例について説明する。参考発明の第一の実施例を図９に示す。本実施例では、固定スクロール２１０及び２２０と旋回スクロール３００からなる圧縮部を上部に、電動機７００を下部に設置してある。ロータ７２０は第一中心軸５１０に取り付けられている。軸の下端には油導入管５４０が取り付けられている。第一中心軸５１０から旋回軸５２０にかけて、給油通路５１１が設けられている。該給油通路から第一固定軸受２１２と旋回軸受３３０に向かって、それぞれ給油孔５１２及び５２２が設けられている。密閉容器１００内は吐出圧力であり、第一固定軸受の上端及び旋回軸受３３０の下端は、第一圧縮室２１４の中央室に連通しており、中間圧力なので、油８００が差圧によりそれぞれの軸受に給油される。電動機７００のロータ７１０の回転軸を支持するロータ軸受７２１が設置され、該軸受に向かって給油孔５１３が設けられており、遠心力により給油される。給油通路第一圧縮室から、第二圧縮室までのガスの経路は前記した本発明の第二の実施例と同様である。第二中心軸５３０内には第二吐出孔に通じる吐出通路５３３が設けられており、第二圧縮室２２４で圧縮されたガスは、該通路を通って密閉容器１００内上部に導かれ、吐出管１２０から吐出される。このとき、吐出ガス中に含まれる油が途中で遠心分離され、給油孔５３２から第二固定軸受２２２へ給油される。
【００２１】
参考発明の第一の実施例では、最上部にある第二固定軸受２２２にも強制給油ができるため全軸受を滑り軸受で構成することができる。また、圧縮部が上部にあるため、密閉容器１００内に液冷媒が寝込んだ場合も、圧縮室内にまで寝込むおそれが小さくなる。
【００２２】
参考発明の第二の実施例を図１０に示す。本実施例が参考発明の第一の実施例と異なる点は、旋回スクロールが３００ａと３００ｂに分割されたままで、それぞれに旋回軸受３３０ａと３３０ｂがつき、共通の旋回軸５２０に装着することにより、中心を位置決めされている点である。図１１に示されるように、旋回スクロール端板３２０ａには、相手側の固定スクロールとの位置決め用の基準孔（ホール）はなく、端板３２０ｂにスペーサ用の隆起リング３５０が形成されているのみである。したがって、旋回スクロールの径方向の位置決めは、それぞれ、軸受と偏心軸の位置関係によりなされる。また、回転方向の位置決めも、オルダムキー４１０とキー溝３２３の位置関係によりなされる。
【００２３】
参考発明の第二の実施例によれば、あらかじめ、オルダムリング４００を旋回スクロール端板３２０ａと３２０ｂに挟みこんだ後、再加工する必要が無く、個々の部品をすべて組み立て時に組み込めるので、加工及び組み立てが容易になる。
【００２４】
参考発明の第三の実施例を図１２に示す。スクロールの構成は図９に示す第四の実施例と同様である。旋回スクロール３００の第一圧縮室２１４側の軸方向ガス力と、第二圧縮室２２４側の軸方向ガス力を比較すると、第二圧縮室２２４側の方が高圧であり、大きな軸方向ガス力を発生する。したがって、旋回スクロール３００は、第一圧縮室２１４側へ押しつけられ、第一固定スクロールラップ２１１の先端と、旋回スクロール３００の第一ラップ３１１の先端は、相手スクロールの歯底に密着して隙間が０になるが、第二固定スクロールラップ３１２の先端と、旋回スクロール３００の第二ラップ２２１の先端には、わずかの隙間が生じる。本実施例では、旋回スクロール３００の第２ラップ２２１の先端にチップシール９００を装着してあり、この部分の漏れを防止している。無論、第二固定スクロールラップ２２１の先端にもチップシールを装着すれば漏れを防止する効果は大きくなる。
【００２５】
参考発明の第三の実施例によれば、第二圧縮室間の漏れを小さくできるので、圧縮機の性能をより高くすることができる。
【００２６】
参考発明の第四の実施例を図１３に示す。吸入圧力雰囲気の密閉容器１００内に、上部に第一固定スクロール２１０、第二固定スクロール２２０、及び旋回スクロール３００等からなる圧縮部が設置され、下部に電動機７００が設置されている。第二固定スクロールの上部には吐出カバー２３０がかぶせられ、内部が吐出室２３１になっており、吐出管２３０で密閉容器外と連通している。吸入管１１０は密閉容器１００に開口しており、吸入ガスは密閉容器内に導かれる。その後、第一吸入室２１３に導入され、第一圧縮室２１４で圧縮された後、第一吐出口３２１、連通路３２２を経て第二吸入室へ導入され、第二圧縮室２２４で圧縮され、第二吐出口２２５から吐出室２３１へ吐き出され、吐出管１２０から圧縮機外へ吐出される。クランク軸５００の下端には油ポンプ８１０が取り付けられており、油８００が油導入管５４０、軸内給油通路５１１を経て各軸受に給油される。
【００２７】
参考発明の第四の実施例によれば、密閉容器内１００の内部が吸入圧力雰囲気のため、容器肉厚を薄くすることができ、軽量化することができる。また、電動機７００が低温雰囲気にあるため、巻線温度が低く、信頼性が高くなり、また、銅損も低くなるので電動機効率が高い状態で使用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、旋回スクロールにクランク軸を貫通させ、端板の両側に渦形状が対称形で歯高が異なるラップを直立し、上部圧縮室と下部圧縮室の受圧面を対称形にすると共に、両圧縮室の固有圧縮比を同一にしたから、旋回スクロール端板に作用する荷重差を小さくすることができると共に、一段目の圧縮比と二段目の圧縮比を同じにして、それぞれの固有圧縮比を同一にし、二段圧縮機として、小形にできると共に、効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉型スクロール圧縮機の全体構造断面図
【図２】本発明の二段冷凍サイクルの一例を示す図
【図３】同冷凍サイクルのモリエル線図
【図４】本発明の第二の実施例の圧縮機の全体構造断面図
【図５】図４の直角方向から見た部分断面図
【図６】本発明の第二の実施例のオルダムリングの構造図
【図７】本発明の第二の実施例の旋回スクロール組立図
【図８】本発明の第三の実施例の全体構造断面図
【図９】参考発明の第一の実施例の全体構造断面図
【図１０】参考発明の第二の実施例の全体構造断面図
【図１１】参考発明の第二の実施例の旋回スクロール組立図
【図１２】参考発明の第三の実施例の旋回スクロール組立図
【図１３】参考発明の第四の実施例の全体構造断面図
【符号の説明】
１００−−密閉容器 １１０−−吸入管
１２０−−吐出管 １３０−−インジェクション管
１３１−−インジェクション口 ２１０−−第一固定スクロール
２１１−−第一固定スクロールラップ ２１２−−第一固定軸受
２１３−−第一吸入室 ２１４−−第一圧縮室
２２０−−第二固定スクロール ２２１−−第二固定スクロールラップ
２２２−−第二固定軸受 ２２３−−第二吸入室
２２４−−第二圧縮室 ２２５−−第二吐出孔
３００−−旋回スクロール ３１１−−旋回スクロール第一ラップ
３１２−−旋回スクロール第二ラップ ３２０−−端板
３２１−−第一吐出孔 ３２２−−連通路
３２３−−キ−溝 ３３０−−旋回軸受
３４０−−ピン ３４１−−ホール
３５０−−隆起リング ４００−−オルダムリング
４１０−−オルダムキー ５００−−クランク軸
５１０−−第一中心軸 ５１１−−給油通路
５１２−−給油孔 ５１９−−第一バランスウェイト
５２０−−偏心軸 ５２１−−給油通路
５２２−−給油孔 ５３０−−第二中心軸
５３１−−給油通路 ５３２−−給油孔
５３３−−吐出通路 ５３９−−第二バランスウェイト
５４０−−油導入管 ６００−−フレーム
７００−−電動機 ７１０−−ステ−タ
７２０−−ロータ ８００−−油
９００−−チップシール １０００−−圧縮機
１０１０−−低段側圧縮部 １０２０−−高段側圧縮部
１１００−−四方弁 １２００−−室内熱交換器
１３００−−第一膨張弁 １４００−−冷媒熱交換器
１５００−−第二膨張弁 １６００−−室外熱交換器
１７００−−第三膨張弁 １８００−−中間吸入口
【産業上の利用分野】
本発明は、旋回スクロールが自転することなく旋回運動させるスクロール圧縮機において、クランク軸が旋回スクロール及び固定スクロールを貫通し、二段圧縮における効率を向上せしめるようにした軸貫通二段スクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第３６００１１４号明細書に、旋回スクロールに駆動軸を貫通させ、端板の両側にラップを設け、それぞれに固定スクロールを組み合わせて圧縮室を形成し、両圧縮室を並列に使って同時に圧縮する機構が示されている。しかし、この例では、両側の圧縮室を直列に使って二段圧縮する例は示されていない。
【０００３】
特開平５−６００７８号公報に、旋回スクロールの端板の両側にラップを設け、それぞれに固定スクロールを組み合わせて圧縮室を形成し、下部圧縮室を一段目の圧縮機とし、上部圧縮室を二段目の圧縮室とする構造が示されているが、軸受は端板の下部にあり、旋回スクロールを貫通していない。また、上部と下部のスクロールラップは異なる形状であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
二段圧縮機の効率が最高になるのは、一段目圧縮部の圧力比と二段目圧縮部の圧力比が等しい場合である。しかし、従来の方法では、上部と下部のラップ形状が異なっているために、上部の固有圧縮比と下部の固有圧縮比が異なり、圧縮機の効率は最高にはならない。 また、旋回スクロールの端板中央が貫通していないために、高圧段の吐出圧力が中央領域に作用することになり、低圧段中央領域に作用する吸入圧力との差圧による荷重が大きくなり、旋回スクロールが高圧段側から低圧段側へ強いスラスト力で押しつけられることになり、一方の面で摺動損失が増加し、他方の面では隙間が生じて漏れ損失が増加するという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による軸貫通二段スクロール圧縮機は、端板に渦巻状のラップを直立させた固定スクロール部材と旋回スクロール部材を、互いにラップを向き合わせ、偏心させて組み合わせ、旋回スクロール及び固定スクロールを貫通して設けられたクランク軸が旋回スクロール部材を自転することなく旋回運動させてガスを圧縮するようにしたスクロール圧縮機において、旋回スクロールには端板の両側にラップを直立させ、一方の面の第一ラップに第一固定スクロールラップを組合せて第一吸入室および第一圧縮室を形成し、他方の面の第二ラップに第二固定スクロールラップを組み合わせて第二吸入室および第二圧縮室を形成し、旋回スクロールの端板中央には、偏心軸が貫通する旋回軸受を設け、第一固定スクロールの端板中央には、クランク軸の一端を支持する第一固定軸受を設置し、第二固定スクロールの端板中央には、クランク軸の他端を支持する第二固定軸受を設置し、旋回スクロールが旋回駆動されることによって、第一吸入室に吸入したガスを第一圧縮室で圧縮し、圧縮し終わったガスを第二吸入室に移送して第二圧縮室で再圧縮するようにし、第一圧縮室の最小密閉容積と第二圧縮室の最大密閉容積とを等しくしたことを特徴とし、概略的には、旋回スクロールに駆動軸を貫通させ、端板の両側に渦形状が対称形で歯高が異なるスラップを直立し、上部圧縮室と下部圧縮室の受圧面を対称形にすると共に、両圧縮室の固有圧縮比を同一にする。
【０００６】
【作用】
一段目圧縮部の固有圧縮比と二段目圧縮部の固有圧縮比を等しくすることにより、小形化が可能になると同時に、二段圧縮機の効率を最高にすることができ、旋回スクロールにクランク軸の偏心軸を貫通させることにより高圧段側から低圧段側へ作用するスラスト力を低減する。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１〜図８により説明する。
【０００８】
図１は本発明の密閉型スクロール圧縮機の第一の実施例の全体構造を示す断面図である。密閉容器１００内に、第一固定スクロール２１０、端板の両側にラップを直立した旋回スクロール３００及び第二固定スクロール２２０からなる圧縮部と、旋回スクロール３００を駆動するクランク軸５００、駆動用の電動機７００が一体となって収納されている。クランク軸５００の偏心軸５２０は旋回スクロール３００を貫通し、両側の軸は第一固定スクロール２１０の端板と第二固定スクロール２２０の端板をそれぞれ貫通し、第一中心軸５１０が第一固定スクロール２１０の端板中央部に設けられた第一固定軸受２１２に、第二中心軸５３０が第二固定スクロール２３０の端板中央部に設けられた第二固定軸２２２にそれぞれ支持されている。電動機７００のロータ７２０の回転軸を支持する軸受７２１が上部に設けられている。
【０００９】
旋回スクロール３００は、旋回スクロール３００の第二ラップ側の端板３２０外周部と第二固定スクロール外周部の間に設けられた、オルダムリングを使った自転防止機構４００により自転を拘束され、クランク軸５００の回転により偏心軸５２０によって旋回駆動される。クランク軸５００には旋回スクロール３００の遠心力を打ち消して振動の発生を防止するために、第一バランスウェイト５１９及び第二バランスウェイト５３９が取り付けられている。ガスは吸入管１１０から第一吸入室２１３に吸入され、第一固定スクロール２１０と旋回スクロール３００で形成される第一圧縮室２１４で圧縮されて、中央部の第一吐出孔３２１から旋回スクロール端板内に設けられた連通路３２２へ吐出され、第二固定スクロール２２０と旋回スクロール３００で形成される第二吸入室２２３に吸入され、第二圧縮室２２４で圧縮されて第二吐出孔２２５から密閉容器１００内に吐出される。その後、ガスは吐出管１２０から密閉容器外へ吐出される。
【００１０】
低圧段の複数の第一圧縮室２１４の内の１つの圧縮室が第一吐出孔３２１に開通する直前の最小密閉容積と、高圧段の第二圧縮室２２４が圧縮を開始するときの最大密閉容積がほぼ等しくなるように、第一圧縮室を形成するラップ２１１及び３１１と、第二圧縮室を形成するラップ２２１及び３１２は、渦巻形状が同じで、歯高比が前記最小密閉容積と最大密閉容積の比にほぼ等しくなるように設定され、かつ両室を連通する通路３２２が設けられており、上部の固有圧縮比と下部の固有圧縮比を同一とされる。
【００１１】
図２に二段圧縮冷凍サイクルの一例を示す。圧縮機１０００は一段目圧縮部１０１０と二段目圧縮部１０２０からなる。一段目吸入口１から吸入されたガスは、一段目吐出口２と二段目吸入口３の間で、中間吸入口１８００からガスを余分に吸入し、二段目吐出口４から吐出される。吐出ガスは四方弁１１００を通り、室内熱交換器１２００を通過して凝縮し、第一膨張弁１３００で減圧し、主流の冷媒は第二膨張弁１５００でさらに減圧して室外熱交換器１６００を経て蒸発し、四方弁１１００を通って吸入口１から再び圧縮機に吸入される。一部の冷媒は分岐部６で分岐して第三膨張弁１７００で減圧し、中間吸入口１８００に至る。この間、主流の冷媒と分岐した冷媒は、冷媒熱交換器１４００で互いに熱交換し、主流の冷媒は冷却されて液化し、分岐した冷媒は加熱されて一部蒸発し二相流となる。
【００１２】
このサイクルの状態変化をモリエル線図に表わすと図３のようになる。横軸は単位重量当たりのエンタルピで、縦軸は圧力である。一段目の吸入口１から吸入されたガスは一段目圧縮部で圧縮され、一段目吐出口２から二段目吸入口３の間で中間圧の二相流冷媒を吸入して、エンタルピが一旦減少し、二段目圧縮部で再び圧縮されて二段目吐出口４からサイクルへ吐出される。サイクルでの状態は、図２の５〜１０の位置に対応して同じ数字で示される。このサイクルでの圧縮機の動力は、一段で１の圧力から４の圧力まで圧縮する場合と比べて少なくて済み、効率が向上する。効率は、１から２までの固有圧縮比と３から４までの固有圧縮比が等しい場合に最高になり、前記第一圧縮室の固有圧縮比と第ニ圧縮室の固有圧縮比をほぼ等しくすることにより効率は最高とされる。
【００１３】
第一の実施例によれば、一つの旋回スクロール３００の両面で一段目と二段目の圧縮室を形成するので、径の小さい小型軽量の二段圧縮機が実現でき、第一圧縮室の固有圧縮比と第ニ圧縮室の固有圧縮比をほぼ等しくすることにより効率は最高とされる。また、一段目と二段目の連通路３２２を旋回スクロール端板３２０内に設けたので、連通のための配管が不要で、構造が簡単になる。また、偏心軸５２０をスクロール圧縮部の中央部に貫通することにより、軸の上下端面はほぼ等しい圧力が作用するため、余分なスラスト力がスクロール部に作用しなくなる。このため前記課題の項で述べた問題、即ち高圧段の吐出圧力が中央領域に作用することになり、低圧段中央領域に作用する吸入圧力との差圧による荷重が大きくなり、旋回スクロールが高圧段側から低圧段側へ強いスラスト力で押しつけられることになり、一方の面で摺動損失が増加し、他方の面では隙間が生じて漏れ損失が増加するという問題が解決される。上記第一の実施例において、第一圧縮室の固有圧縮比と第ニ圧縮室の固有圧縮比をほぼ等しくすることにより効率を最高とすること、及び偏心軸をスクロール圧縮部の中央部に貫通することにより、軸の上下端面はほぼ等しい圧力が作用するため、余分なスラスト力がスクロール部に作用しなくすることは、以下の各実施例においても同様である。
【００１４】
図４〜図７は本発明の第二の実施例を示す図である。図４は全体の断面図を示している。図５は図４の視点と９０°の方向から見た圧縮機構部の断面図である。図６は本実施例に使用される自転防止機構を構成するオルダムリング４００の一例を示している。図７は本実施例に使用される旋回スクロール、軸受、およびフレームの一例を示している。旋回スクロールの端板３２０は、第一ラップ３１１を持つ第一端板３２０ａと第二ラップ３１２を持つ第二端板３２０ｂに分かれる構造になっている。第一端板３２０ａと第二端板３２０ｂは、図６のオルダムリング４００を微少隙間を持って間に挾み、スペーサ３４０で間隔をおいて固定される。オルダムリング４００は、円又はだ円等の環状本体部に旋回側キー４０１及びフレーム側キー４０２が設けられている。この時、オルダムリング４００の旋回側キー４０１が端板に設けられたキー溝３２３に挿入される。オルダムリング４００は第一端板３２０ａと第二端板３２０ｂの間でキー溝３２３の方向に移動できる。
【００１５】
一体となった旋回スクロール３００とオルダムリング４００及びフレーム６００を、フレーム側キー４０２がフレームのキー溝６０１にはめ合うようにして、図４及び図５に示すように、第一固定スクロール２１０と第二固定スクロール２２０の間に挾んで、前記ふたつの固定スクロールをフレーム６００に固定する。第一固定スクロールと第二固定スクロールは、旋回スクロール端板の厚さより微少寸法だけ厚い円筒形のフレームを挾持して組合される。第一端板３２０ａと第二端板３２０ｂの間の空間は、第一吐出孔３２１と第二吸入室２２３を連通する連通路３２２としても使用される。第一バランスウェイト５１９が第一中心軸５１０に、第二バランスウェイト５３９が第二中心軸５３０に設けられている。
【００１６】
第二の実施例によれば、自転防止機構４００を旋回スクロール３００の端板３２０に内蔵したので、ラップ側の面に圧縮に無関係の機構を組み込まなくてすみ、更に小形化することができる。また、オルダムリング４００にかかる荷重が完全に対称になるため、リングを傾かせるような力が発生しない。また、バランスウェイト５１９、５３９が旋回スクロールの両側に設けられており、挙動の安定した運転ができ、信頼性が向上し、振動や騒音が低減する。
【００１７】
本発明の第三の実施例を図８に示す。本実施例では、吐出経路を変更するとともに、軸受への給油経路が示されている。第一中心軸５１０から、偏心軸５２０にかけて、給油通路５１１が設けられている。この給油通路から、第一固定軸受２１２へ向かって給油口５１２が、旋回軸受３３０へ向かって給油口５２２が設けられている。
【００１８】
圧縮機容器１内は吐出圧力であり、油槽内の油圧も吐出圧力である。第一圧縮室の中央室圧力は吐出圧力より低い中間圧力になっているので、差圧により、油が給油通路５１１、給油口５１２、５２２を通ってそれぞれ第一固定軸受２１２及び旋回軸受３３０に給油される。第一圧縮室から、第二圧縮室までのガスの経路は第二の実施例と同様である。第二中心軸５３０内には第二吐出孔に通じる吐出通路５３３が設けられており、第二圧縮室２２４で圧縮されたガスは、該通路を通って密閉容器１００内上部に導かれ、吐出管１２０から吐出される。このとき、吐出ガス中に含まれる油がトラップ５３４により遠心分離され、給油孔５３２から第二固定軸受２２２へ給油される。軸の上端には電動機７００のロータ７２０の回転軸を支えるころがり軸受７２１が設置されており、吐出ガス中に含まれる油ミストにより潤滑される。
【００１９】
第三の実施例によれば、吸入圧力と吐出圧力がかなり大きく変動しても、第一固定スクロール軸受２１２への給油差圧が常に発生し、第一の固定軸受２１２と旋回軸受３３３へ給油された油が合流してトラップ５３４を通過するので、第二固定軸受２２２へは、圧力条件によらず、枯渇すること無く遠心給油されるので、信頼性が高い。
【００２０】
以下、参考発明の実施の形態として、参考発明の第一ないし第四の実施例について説明する。参考発明の第一の実施例を図９に示す。本実施例では、固定スクロール２１０及び２２０と旋回スクロール３００からなる圧縮部を上部に、電動機７００を下部に設置してある。ロータ７２０は第一中心軸５１０に取り付けられている。軸の下端には油導入管５４０が取り付けられている。第一中心軸５１０から旋回軸５２０にかけて、給油通路５１１が設けられている。該給油通路から第一固定軸受２１２と旋回軸受３３０に向かって、それぞれ給油孔５１２及び５２２が設けられている。密閉容器１００内は吐出圧力であり、第一固定軸受の上端及び旋回軸受３３０の下端は、第一圧縮室２１４の中央室に連通しており、中間圧力なので、油８００が差圧によりそれぞれの軸受に給油される。電動機７００のロータ７１０の回転軸を支持するロータ軸受７２１が設置され、該軸受に向かって給油孔５１３が設けられており、遠心力により給油される。給油通路第一圧縮室から、第二圧縮室までのガスの経路は前記した本発明の第二の実施例と同様である。第二中心軸５３０内には第二吐出孔に通じる吐出通路５３３が設けられており、第二圧縮室２２４で圧縮されたガスは、該通路を通って密閉容器１００内上部に導かれ、吐出管１２０から吐出される。このとき、吐出ガス中に含まれる油が途中で遠心分離され、給油孔５３２から第二固定軸受２２２へ給油される。
【００２１】
参考発明の第一の実施例では、最上部にある第二固定軸受２２２にも強制給油ができるため全軸受を滑り軸受で構成することができる。また、圧縮部が上部にあるため、密閉容器１００内に液冷媒が寝込んだ場合も、圧縮室内にまで寝込むおそれが小さくなる。
【００２２】
参考発明の第二の実施例を図１０に示す。本実施例が参考発明の第一の実施例と異なる点は、旋回スクロールが３００ａと３００ｂに分割されたままで、それぞれに旋回軸受３３０ａと３３０ｂがつき、共通の旋回軸５２０に装着することにより、中心を位置決めされている点である。図１１に示されるように、旋回スクロール端板３２０ａには、相手側の固定スクロールとの位置決め用の基準孔（ホール）はなく、端板３２０ｂにスペーサ用の隆起リング３５０が形成されているのみである。したがって、旋回スクロールの径方向の位置決めは、それぞれ、軸受と偏心軸の位置関係によりなされる。また、回転方向の位置決めも、オルダムキー４１０とキー溝３２３の位置関係によりなされる。
【００２３】
参考発明の第二の実施例によれば、あらかじめ、オルダムリング４００を旋回スクロール端板３２０ａと３２０ｂに挟みこんだ後、再加工する必要が無く、個々の部品をすべて組み立て時に組み込めるので、加工及び組み立てが容易になる。
【００２４】
参考発明の第三の実施例を図１２に示す。スクロールの構成は図９に示す第四の実施例と同様である。旋回スクロール３００の第一圧縮室２１４側の軸方向ガス力と、第二圧縮室２２４側の軸方向ガス力を比較すると、第二圧縮室２２４側の方が高圧であり、大きな軸方向ガス力を発生する。したがって、旋回スクロール３００は、第一圧縮室２１４側へ押しつけられ、第一固定スクロールラップ２１１の先端と、旋回スクロール３００の第一ラップ３１１の先端は、相手スクロールの歯底に密着して隙間が０になるが、第二固定スクロールラップ３１２の先端と、旋回スクロール３００の第二ラップ２２１の先端には、わずかの隙間が生じる。本実施例では、旋回スクロール３００の第２ラップ２２１の先端にチップシール９００を装着してあり、この部分の漏れを防止している。無論、第二固定スクロールラップ２２１の先端にもチップシールを装着すれば漏れを防止する効果は大きくなる。
【００２５】
参考発明の第三の実施例によれば、第二圧縮室間の漏れを小さくできるので、圧縮機の性能をより高くすることができる。
【００２６】
参考発明の第四の実施例を図１３に示す。吸入圧力雰囲気の密閉容器１００内に、上部に第一固定スクロール２１０、第二固定スクロール２２０、及び旋回スクロール３００等からなる圧縮部が設置され、下部に電動機７００が設置されている。第二固定スクロールの上部には吐出カバー２３０がかぶせられ、内部が吐出室２３１になっており、吐出管２３０で密閉容器外と連通している。吸入管１１０は密閉容器１００に開口しており、吸入ガスは密閉容器内に導かれる。その後、第一吸入室２１３に導入され、第一圧縮室２１４で圧縮された後、第一吐出口３２１、連通路３２２を経て第二吸入室へ導入され、第二圧縮室２２４で圧縮され、第二吐出口２２５から吐出室２３１へ吐き出され、吐出管１２０から圧縮機外へ吐出される。クランク軸５００の下端には油ポンプ８１０が取り付けられており、油８００が油導入管５４０、軸内給油通路５１１を経て各軸受に給油される。
【００２７】
参考発明の第四の実施例によれば、密閉容器内１００の内部が吸入圧力雰囲気のため、容器肉厚を薄くすることができ、軽量化することができる。また、電動機７００が低温雰囲気にあるため、巻線温度が低く、信頼性が高くなり、また、銅損も低くなるので電動機効率が高い状態で使用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、旋回スクロールにクランク軸を貫通させ、端板の両側に渦形状が対称形で歯高が異なるラップを直立し、上部圧縮室と下部圧縮室の受圧面を対称形にすると共に、両圧縮室の固有圧縮比を同一にしたから、旋回スクロール端板に作用する荷重差を小さくすることができると共に、一段目の圧縮比と二段目の圧縮比を同じにして、それぞれの固有圧縮比を同一にし、二段圧縮機として、小形にできると共に、効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉型スクロール圧縮機の全体構造断面図
【図２】本発明の二段冷凍サイクルの一例を示す図
【図３】同冷凍サイクルのモリエル線図
【図４】本発明の第二の実施例の圧縮機の全体構造断面図
【図５】図４の直角方向から見た部分断面図
【図６】本発明の第二の実施例のオルダムリングの構造図
【図７】本発明の第二の実施例の旋回スクロール組立図
【図８】本発明の第三の実施例の全体構造断面図
【図９】参考発明の第一の実施例の全体構造断面図
【図１０】参考発明の第二の実施例の全体構造断面図
【図１１】参考発明の第二の実施例の旋回スクロール組立図
【図１２】参考発明の第三の実施例の旋回スクロール組立図
【図１３】参考発明の第四の実施例の全体構造断面図
【符号の説明】
１００−−密閉容器 １１０−−吸入管
１２０−−吐出管 １３０−−インジェクション管
１３１−−インジェクション口 ２１０−−第一固定スクロール
２１１−−第一固定スクロールラップ ２１２−−第一固定軸受
２１３−−第一吸入室 ２１４−−第一圧縮室
２２０−−第二固定スクロール ２２１−−第二固定スクロールラップ
２２２−−第二固定軸受 ２２３−−第二吸入室
２２４−−第二圧縮室 ２２５−−第二吐出孔
３００−−旋回スクロール ３１１−−旋回スクロール第一ラップ
３１２−−旋回スクロール第二ラップ ３２０−−端板
３２１−−第一吐出孔 ３２２−−連通路
３２３−−キ−溝 ３３０−−旋回軸受
３４０−−ピン ３４１−−ホール
３５０−−隆起リング ４００−−オルダムリング
４１０−−オルダムキー ５００−−クランク軸
５１０−−第一中心軸 ５１１−−給油通路
５１２−−給油孔 ５１９−−第一バランスウェイト
５２０−−偏心軸 ５２１−−給油通路
５２２−−給油孔 ５３０−−第二中心軸
５３１−−給油通路 ５３２−−給油孔
５３３−−吐出通路 ５３９−−第二バランスウェイト
５４０−−油導入管 ６００−−フレーム
７００−−電動機 ７１０−−ステ−タ
７２０−−ロータ ８００−−油
９００−−チップシール １０００−−圧縮機
１０１０−−低段側圧縮部 １０２０−−高段側圧縮部
１１００−−四方弁 １２００−−室内熱交換器
１３００−−第一膨張弁 １４００−−冷媒熱交換器
１５００−−第二膨張弁 １６００−−室外熱交換器
１７００−−第三膨張弁 １８００−−中間吸入口
Claims (7)
- 端板に渦巻状のラップを直立させた固定スクロール部材と旋回スクロール部材を、互いにラップを向き合わせ、偏心させて組み合わせ、旋回スクロール及び固定スクロールを貫通して設けられたクランク軸が旋回スクロール部材を自転することなく旋回運動させてガスを圧縮するようにしたスクロール圧縮機において、旋回スクロールには端板の両側にラップを直立させ、一方の面の第一ラップに第一固定スクロールラップを組合せて第一吸入室および第一圧縮室を形成し、他方の面の第二ラップに第二固定スクロールラップを組み合わせて第二吸入室および第二圧縮室を形成し、旋回スクロールの端板中央には、偏心軸が貫通する旋回軸受を設け、第一固定スクロールの端板中央には、クランク軸の一端を支持する第一固定軸受を設置し、第二固定スクロールの端板中央には、クランク軸の他端を支持する第二固定軸受を設置し、旋回スクロールが旋回駆動されることによって、第一吸入室に吸入したガスを第一圧縮室で圧縮し、圧縮し終わったガスを第二吸入室に移送して第二圧縮室で再圧縮するようにし、第一圧縮室の最小密閉容積と第二圧縮室の最大密閉容積とを等しくしたことを特徴とする軸貫通二段スクロール圧縮機。
- 第一圧縮室の固有圧縮比と第二圧縮室の固有圧縮比を等しくしたことを特徴とする請求項１記載の軸貫通二段スクロール圧縮機。
- 第一固定スクロールラップと第二固定スクロールラップは、渦巻の形状が同じであり、歯高の比が第一圧縮室の最大密閉容積と最小密閉容積との比に等しいことを特徴とする請求項１記載の軸貫通二段スクロール圧縮機。
- 第一圧縮室で圧縮されたガスを放出する第一吐出孔を旋回スクロールの端板に設け、該吐出孔と第二吸入室とを連通する連通路を旋回スクロールの端板内に設けたことを特徴とする請求項１記載の軸貫通二段スクロール圧縮機。
- 自転防止機構を旋回スクロール端板の厚さの範囲内に設けたことを特徴とする請求項１記載の軸貫通二段スクロール圧縮機。
- 旋回スクロールは、端板の厚さの範囲内で２分割可能で、該端板の間に自転防止機構部品を面内移動可能に挟み込んだことを特徴とする請求項３記載の軸貫通二段スクロール圧縮機。
- クランク軸の油溜り下端面から第一固定スクロールに支持されている第一中心軸内と偏心軸内に渡る給油通路を設け、該給油通路から、第一固定スクロールに装着した第一固定軸受の高圧雰囲気側軸受端に近い軸受面と、旋回スクロールに設けた旋回軸受の高圧雰囲気側軸受端に近い軸受面に向かって開口する給油孔をそれぞれ設け、第二固定スクロールに支持されている第二中心軸内に第二圧縮室の吐出ガスが通るガス通路を設け、該通路から遠心分離された油を第二固定軸受に給油する給油孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の軸貫通二段スクロール圧縮機。
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