JP3925229B2 - 密閉型スクロール圧縮機およびそれを用いた冷凍サイクルおよび冷凍装置 - Google Patents

密閉型スクロール圧縮機およびそれを用いた冷凍サイクルおよび冷凍装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、業務用又は家庭用、あるいは乗り物用の冷凍空調装置、あるいは冷蔵庫などに用いられる密閉型スクロール圧縮機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機における軸受の配置や構造に関してはたとえば、特開平5−164068号公報に記載されているようなものがあり、図にその構成を示す。図において101は密閉容器でありクランク軸104で結合された電動機103と圧縮機構102を収納している。
【0003】
電動機103は密閉容器101に固定された固定子103aとクランク軸104に固定された回転子103bとからなっており、クランク軸104は電動機103の両側で軸支される構成になっている。
【0004】
圧縮機構102はクランク軸104を電動機の圧縮機構側で軸支する主軸受部材105と、この主軸受部材105上にボルト止めした固定スクロール106との間に、固定スクロール106と噛み合う旋回スクロール107を挟みこみ、旋回スクロール107と主軸受部材105との間に旋回スクロール107の自転を防止して円軌道運動をするように案内するオルダムリング等による自転防止機構108を設けて構成されている。
【0005】
旋回スクロール107には旋回軸107aが設けてあり、クランク軸104先端部に設けた旋回軸受132に嵌入されており、旋回スクロール107を偏心駆動することにより旋回スクロール107を円軌道運動させ、これにより固定スクロール106と旋回スクロール107との間に形成している圧縮室109が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器101外に通じた吸入パイプ110および固定スクロール106の吸入口111から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール106の中央部の吐出口112からリード弁113を押し開いて吐出室120に吐出させることを繰り返す。
【0006】
吐出室120に吐出された冷媒ガスは、固定スクロール106及び主軸受部材105の外周部に設けた連通孔(図示せず)を通り、電動機103あるいは固定子103aと密閉容器101の間を通って、さらに副軸受部材121の連通孔121aを通り、吐出パイプ122より密閉容器外に吐出される。
【0007】
給油機構は、クランク軸104により駆動されるポンプ118により構成され、密閉容器101底部にあるオイル溜め123のオイルを、クランク軸104を縦貫するオイル供給孔119を通じて旋回軸受132底部に供給する。供給されたオイルはここで2系統に分岐される。1系統は旋回軸受132と旋回スクロール107の旋回軸107aとの摺動部を潤滑した後、クランク軸104の主軸104aと主軸受部材105の主軸受105aとの摺動部を潤滑し、カバー125内に排出される。さらにカバー125から排出されたオイルは、密閉容器101底部にある固定子103aと密閉容器101の間を通って、さらに副軸受部材121の連通孔121bを通り、ポンプ118の吸入近傍に帰還する。
【0008】
もう一方の給油系統は、スクロール圧縮機構の場合、固定スクロールと旋回スクロールのラップ間で構成する圧縮室からの冷媒ガスの漏れを防ぐシールオイルが必要であるため、このシールオイルを供給する系統である。
【0009】
旋回スクロール107の外周部、つまり固定スクロール106と主軸受部材105で構成される背圧室126は吸入部と連通しており(図示せず)、吸入圧力(低圧)となっている。背圧室126は主軸受部材105に設けたシール部材127により、その外周部を
吸入圧力(低圧)部に、内周部を吐出圧力(高圧)部に仕切られている。また、旋回スクロール107には高圧部のオイルを低圧部に適量だけ導く絞り手段128が設けてあり、低圧側は旋回スクロール107外周部に、高圧側は旋回軸107a先端に連通孔129がそれぞれ開口し、連通孔129は旋回軸受132底部に臨んでいる。
【0010】
絞り手段128は、内径の小さい細管を用いており、その細孔の径と長さによりシールオイルの供給量が圧力差と一意的に決定される。
【0011】
旋回軸受132底部に供給されたオイルは、連通孔129、絞り手段128を通り背圧室126に導かれる。背圧室126は吸入部と連通しており、吸入された冷媒ガスとともに圧縮室109に吸い込まれる。その後、吐出口112から吐出室120に冷媒ガスとともに吐出される。冷媒ガスは前述した通り、圧縮機構102、電動機103、副軸受部材121を通り、吐出パイプ122より密閉容器外に吐出されるが、その間に気液分離され、冷媒ガス中のオイルは分離され、密閉容器101底部のオイル溜め123に戻される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、旋回スクロールに旋回軸を設けてあり、この旋回軸は旋回スクロールを駆動する軸となるため設計的にはある程度の強度を確保できる径にする必要がある。さらに、クランク軸はこの旋回軸を軸支する旋回軸受を収納し、かつその外周部に主軸を構成しているため、主軸径が大きくなり、主軸受部の機械損失の要因となっていた。
【0013】
また、シールオイル用に導く連通孔が旋回軸に設けてあるため、ポンプからの供給量が少ないとき、クランク軸の回転による遠心力でオイルが旋回軸受底部外周側に移動させられ、連通孔に供給されない場合があり、圧縮機のシール性が低下し、性能が低下してしまうという問題があった。
【0014】
さらに、絞り手段に用いている細孔の径と長さは一定であるため、圧力差が大きい場合は多量のオイルが圧縮室に流れ込むことになり、冷媒ガスを加熱したり、体積効率を悪化させるなど効率低下の要因ともなっていた。これを改善すべく流量を低減させようとすると細孔の径を小さくするか、長さを長くする必要があるが、加工するには限界があり、別構成で行おうとすると高価で複雑な構成となってしまうという欠点があった。
【0015】
一方、絞り手段は通常、内径の小さい細管を使用したりして狭い通路を形成するものであるが、圧縮機内あるいは冷凍サイクル内のコンタミ等の小さな異物がオイルと随伴してきた場合、詰まるなどして絞り手段の機能を損なう場合がある。そうなると圧縮室のオイルシールができなくなり、冷媒ガスの漏れが発生し、圧縮機の性能が低下し、不安定になってしまう。
【0016】
本発明の目的は、これらの課題を解決し、密閉型スクロール圧縮機の性能を向上させるとともに、性能を安定させることである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、旋回軸受端より分岐し、前記低圧部に導く給油経路を前記旋回スクロール鏡板内に設け、前記低圧側出口に絞り機構を設けるとともに、前記絞り機構の高圧側の給油経路よりさらに分岐した給油経路を設け、その出口を、前記旋回スクロールの旋回運動により前記仕切手段の高圧側と低圧側に交互に開口するように設けたものである。
【0018】
このような構成では、旋回軸および主軸の径を必要最小限に抑えることができ、軸受部の機械損失が低減され、効率向上が可能となる。また、圧縮室へのシールオイルを導く給
油経路の高圧側の入口を、ポンプからオイルが供給される旋回軸受部内周に設けてあるため、たとえポンプからの供給量が少なくなっても、クランク軸の回転による遠心力により入口近傍には常にオイルに満たされることになり、シールオイル不足になることはなく、圧縮室からの冷媒ガスの漏れを防止でき、性能の安定化が確保できる。
【0019】
また、絞り機構による連続給油と分岐給油経路の出口が低圧側に臨んだ時の断続給油の2系統を併用しているため、より変動の少ない安定したオイル供給が可能となり、万一冷凍サイクル内の微小なコンタミ等により絞り機構が閉塞された場合でも、分岐給油経路の出口が低圧側に臨んだ場合にシールオイルを供給するため、性能の大幅な低下を防ぐことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態にかかる密閉型スクロール圧縮機について、図を参照しながら説明する。図1は本発明の1実施例を示す密閉型スクロール圧縮機の断面図、図2は旋回軸受部周りの部分拡大断面図である。本実施の形態は、たとえば図1に示すような密閉型のスクロール圧縮機であって、密閉容器1内に溶接や焼き嵌めなどで固定した、クランク軸4の主軸受部材5と、この主軸受部材5上にボルト止めした固定スクロール6との間に、固定スクロール6と噛み合う旋回スクロール7を挟みこんでスクロール式の圧縮機2を構成し、旋回スクロール7と主軸受け部材5との間に旋回スクロール7の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転防止機構8を設け、クランク軸4の上端にある旋回軸部4aを旋回スクロール7に設けた旋回軸受32に嵌合させ、偏心駆動することにより旋回スクロール7を円軌道運動させ、これにより固定スクロール6と旋回スクロール7との間に形成している圧縮室9が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器1外に通じた吸入パイプ10および固定スクロール6の外周部の吸入口11から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール6の中央部の吐出口12からリード弁13を押し開いて容器内吐出室20に吐出させることを繰り返す。
【0021】
クランク軸4の下端は密閉容器1の下部のオイル溜め14に達して、密閉容器1内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受部材15により軸支され、安定に回転することができる。電動機3は主軸受部材5と副軸受部材15との間に位置して、密閉容器1に溶接や焼き嵌めなどして固定された固定子3aと、クランク軸4の途中の外まわりに一体に結合された回転子3bとで構成され、回転子3bの上下端面の外周部分にはピン16により止め付けられたバランスウェイト17a、17bが設けられ、これにより回転子3bおよびクランク軸4が安定して回転し、旋回スクロール7を安定して円軌道運動させることができる。
【0022】
給油機構はクランク軸4の下端で駆動されるポンプ18によって構成され、オイル溜め14内のオイルを、クランク軸4を通縦しているオイル供給孔19を通じて旋回軸受部空間33に供給する。供給されたオイルは2系統に分岐され、1系統は旋回軸受32と旋回軸部4aを潤滑し、主軸部4bと主軸受5aを潤滑した後、主軸受部材5の下に滴下し、最終的にオイル溜め14に回収される。
【0023】
次にもう1系統について説明する。旋回スクロール7外周部には背圧室34が固定スクロール6と主軸受部材5により形成され、この背圧室34は吸入部と連通している。さらに背圧室34と旋回軸受部空間33とを連通させる連通孔35aを旋回スクロール7の鏡板7b内に設け、背圧室側開口部には絞り手段38を設けている。連通孔35aは旋回軸受部空間33内周に旋回軸4a端部近傍に対向させるように開口しており、連通孔35bが旋回スクロール7の鏡板7bの主軸受部材側から、連通孔35aに直交するように設けられている。旋回スクロール7の鏡板7bの主軸受部材側は主軸受部材5に配設した断面
が矩形のシール部材37により仕切られており、内側は吐出圧(高圧)、外側は背圧室34となり吸入圧(低圧)となっている。
【0024】
連通孔35bは、旋回スクロール7の旋回運動により、シール材37の内外周に交互に臨む位置に設けられている。旋回軸受部空間33に供給されたオイルは、絞り手段38の上流側(高圧)と下流側(低圧)との差圧により、連続的に背圧室34に供給されるとともに、連通孔35bがシール材37の外周部(背圧室34)に臨んでいる状態のとき差圧により連通孔35a、35bを通って背圧室34に導かれる。逆に、連通孔35bがシール材37の内周部に望んでいる状態のときは、差圧が発生せず、連通孔35a、35bにはオイルが流れず、絞り手段38を通るのみの供給となる。
【0025】
連通孔35bの開口部径は、シール材37の幅より小さく構成してあり、連通孔35bによりシール材37を越え、高低圧が連通することを防いでいる。背圧室34に導かれたオイルは吸入部から圧縮室9に吸い込まれ、冷媒ガスとともに吐出口12より容器内吐出室20に吐出される。
【0026】
容器内吐出室20に吐出された冷媒ガスは、容器内吐出室20と圧縮機構2の下部を連通させる圧縮機構連通路21、この圧縮機構連通路21から通路カバー30により仕切られた回転子上部室22に続く連通路23、回転子上部室22と回転子下部室24を連通させるように回転子3bに設けた回転子通路25を通り、回転子3b下部に設けられた分離板31に衝突し、回転子3bの回転を受け、固定子3aの内周に衝突させられる。
【0027】
このように圧縮機構2から吐出された冷媒ガスを拘束して取り扱うことにより、圧縮機構2から吐出された冷媒ガスが経路途中でオイルと接触して、それを随伴していても、前記分離板31から固定子3a内周への衝突により気液分離を行い、冷媒ガスに随伴しているオイルを効率よく分離し、オイル溜め14に回収することができる。
【0028】
気液分離された冷媒ガスは電動機3の下に至り、さらに固定子3aの下部と上部とを連通させるように固定子3aまたは固定子3aと密閉容器1との間に設けられた固定子通路26を通って前記通路カバー30外周の固定子上部室27に抜けた後、圧縮機構上部室29と前記固定子上部室27とを連通させるように圧縮機構2または圧縮機構2と密閉容器1との間に設けた圧縮機構上昇連通路(図示せず)を通り、前記圧縮機構上部室29に至り、吐出パイプ28より密閉容器外に吐出される。
【0029】
以上のように、圧縮室9のシールオイルは、連通孔35bが旋回スクロール7の旋回運動により、シール材37の内外周に交互に臨む位置に設けられており、連通孔35bがシール材37の外周部(背圧室34)に臨んでいる状態のとき差圧により連通孔35a、35bを通って背圧室34に導かれ、背圧室34から吸入部を通して供給される。逆に連通孔35bがシール材37の内周部に臨んでいる状態のときは、差圧が発生せず、連通孔35bにはオイルが流れないため、圧縮室9へのシールオイル供給量は、旋回スクロール7が旋回運動する1回転において、連通孔35bがシール材37の外周側に臨む割合に影響される。この場合、連通孔35bの開口部径は、オイルの流れに対し、大きな抵抗とならない程度の大きさで、シール材37の幅より小さく構成してある。
【0030】
シールオイルの供給量は多すぎると冷媒ガスを過熱し、体積効率を低下させ、性能低下につながるため、適正量に抑える必要があり、そのため、連通孔35bがシール部材37の内周部(高圧側)に臨む割合を外周部(低圧側)に臨む割合より大きくしている。
【0031】
また、シールオイルの供給量をさらに抑えようとするときには、連通孔35bの径を小さくすることが有効であるが、加工や組立上のバラツキにより、シール部材37により連
通孔35bの開口部が、シール部材37の外周部に開口しない状態、つまり閉塞状態になる可能性が高くなる。そこで連通孔35bの開口部に図2に示すような座グリ35cを設けることにより、連通孔35bの径を小さく設定しても、閉塞状態になることを防止することができる。かつ、連通孔35bの加工時のバリや返りの発生を防止することができる。
【0032】
当然ながら座グリ35cの径はシール部材37の幅よりも小さくする必要がある。
【0033】
このように、絞り機構38による連続給油と連通孔35bが低圧側に臨んだときの断続給油の2系統を併用することにより、より変動の少ない安定したオイル供給が可能となり、万一冷凍サイクル内の微小なコンタミ等により絞り機構38が閉塞された場合でも、連通孔35bが低圧側に臨んだ場合にシールオイルを供給するため、性能の大幅な低下を防ぐことができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明のスクロール圧縮機によれば、上記説明で明らかなように、圧縮室へのシールオイルの供給について常にオイルが充満している空間から必要最適油量を安定して供給することができるので、性能向上が図れ、性能の確保、安定化も図れる。また、供給されたオイルにコンタミ等の異物が混入していたとしても、その異物により、シールオイルの供給が遮られることはなく、安定した性能を確保できる。
【0035】
また本発明の冷凍サイクルによれば圧縮機構に常に適量のオイルが供給されるので、効率が高くかつ安定した冷凍サイクルとすることができる。
【0036】
また本発明の冷凍装置によれば上記説明から明らかなように高効率の装置とすることができるので、小型化、省エネルギー化を実現した装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す密閉型スクロール圧縮機の断面図
【図2】 同実施例における密閉型スクロール圧縮機の旋回軸受部周りの部分拡大断面図
【図3】 従来の実施の形態における密閉型スクロール圧縮機を示す断面図
【符号の説明】
1 密閉容器
2 圧縮機構
4 クランク軸
4a 旋回軸部
4b 主軸部
5 主軸受部材
5a 主軸受
6 固定スクロール
7 旋回スクロール
14 オイル溜め
19 オイル供給孔
32 旋回軸受
33 旋回軸受部空間
34 背圧室
35a、35b 連通孔
35c 座グリ
37 シール材
38 絞り手段

Claims (6)

  1. 密閉容器内に圧縮機構部と電動機と油溜りを配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールと、この旋回スクロールを前記固定スクロールとにより挟む位置に設けられた主軸受部材と、前記旋回スクロールの鏡板に設けられた旋回軸受部に嵌合し、旋回スクロールを旋回運動させる旋回軸を有するクランクシャフトと、前記主軸受部材に設けられ前記クランクシャフトを軸支する主軸受部と、同じく前記主軸受部材に前記旋回スクロールの鏡板の旋回軸受側空間を高圧部と低圧部に仕切る仕切手段を有し、前記油溜りの油を前記クランクシャフトに軸方向に設けられた油孔を通して前記旋回軸端に供給し、前記旋回軸受および前記主軸受けを潤滑した後、前記油溜りに戻す給油経路を設けた密閉型スクロール圧縮機において、前記旋回軸端より分岐し、前記低圧部に導く給油通路を前記旋回スクロール鏡板内に設け、前記低圧側出口に絞り機構を設けるとともに、前記絞り機構の高圧側の給油経路よりさらに分岐した給油経路を設け、その出口を、前記旋回スクロールの旋回運動により前記仕切手段の高圧側と低圧側に交互に開口するように設けたことを特徴とする密閉型スクロール圧縮機。
  2. 仕切手段に断面矩形のリング状のシール部材を用い、分岐給油経路出口の径を前記シール部材の幅より小さく構成したことを特徴とする請求項に記載の密閉型スクロール圧縮機。
  3. 旋回スクロールの旋回運動1回転あたりに分岐給油経路出口が仕切手段の低圧側に臨む割合より高圧側に臨む割合を大きくしたことを特徴とする請求項または請求項に記載の密閉型スクロール圧縮機。
  4. 分岐給油経路出口にシール部材の幅より小さな径の座グリを設けたことを特徴とする請求項に記載の密閉型スクロール圧縮機。
  5. 請求項1乃至のいずれかに記載の密閉型スクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル。
  6. 請求項記載の冷凍サイクルを備えた冷凍装置。
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