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

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３にその構成を示す。図３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１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１または請求項２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２に記載の密閉型スクロール圧縮機。
5. 請求項１乃至４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５記載の冷凍サイクルを備えた冷凍装置。

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