JP4474613B2 - 密閉形スクロール圧縮機 - Google Patents

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本発明は、密閉形スクロール圧縮機に係り、具体的には、吸入部における気体の流通抵抗の改善及び組み立て手順に関する。
密閉形スクロール圧縮機は、円筒形のケースの上端部に蓋チャンバを、下端部に底チャンバを溶接して形成された密閉容器を有して形成され、この密閉容器内にクランク軸で連結された圧縮機構部と電動機部とを格納して構成される。圧縮機構部は、固定スクロールと電動機によって旋回駆動される旋回スクロールとからなっている。固定スクロールと旋回スクロールには互いに噛み合うようにした渦巻状のラップが設けられており、これらラップによって圧縮室が形成される。旋回スクロールが旋回すると、この圧縮室の容積が次第に縮小され、吸入配管を経て圧縮室に供給される気体、例えば冷媒ガスが連続的に圧縮される。
ここで、吸入ガスの流路は、特許文献1に開示された密閉形スクロール圧縮機においては、固定スクロールに形成された吸入口に下流端を挿入固着された直管状の銅材の接続配管(吸入パイプ)と、この接続配管の上流端内部に下流端を嵌め込まれた吸入配管とで形成されている。なお、接続配管は密閉容器の前記蓋チャンバを貫通しているが、前記蓋チャンバには、配管貫通用のパイプが挿通固着されており、接続配管はこの配管貫通用のパイプに挿通、固着されている。
接続配管の固定スクロールの吸入口への固着に際しては、接続配管のスピニングした下端部が固定スクロールの吸入口に挿し込まれ、次いで筒状の圧入部品が接続配管の内径に挿入される。圧入部品が吸入口に挿し込まれた接続配管のスピニング部のところに圧入されて接続配管が拡径され、接続配管外周が吸入口に固着される。圧入部品は、プレスなどで成形した強度の高い鉄系の部品であり、これに比較して強度の低い銅材の接続配管は、そのスピニング部に圧入部品を圧入することで押し広げられる。接続配管は、この押し広げにより外周面が吸入口内周面に密着しシール性を発揮するとともに、吸入パイプの吸入口への密着性が維持され、密閉容器の内部空間と冷媒ガスの吸入経路のシール性を維持できるようになっている。
また、圧入部品の下端面は、圧入が終了した状態では、吸入パイプの下端面より吸入口内に突出しており、この圧入部品の下端面が、圧縮機の運転停止時、吸入口内を上昇してくる逆止弁の上面と当接して高圧の冷媒ガスの吸入側への侵入を防止する。
前記吸入配管は、接続配管の上端から接続配管の全長の途中まで挿入されて接続配管にロウ付けされるとともに、蓋チャンバに取り付けられた前記配管貫通用のパイプが接続配管にロウ付けされ、密封された冷凍サイクルが形成される。
上述のように、従来公知の密閉形スクロール圧縮機の吸入側の構成は、接続配管を軟質の銅材で形成し、強度の高い筒状の鉄製圧入部品を圧入して接続配管を押し広げ、その外周面を固定スクロールの吸入口に密着シールさせて、冷媒ガスの吸入経路と圧縮機運転中高圧となる密閉容器内部を気密に遮断するとともに、鉄材で強度的に強い圧入部品の下端面を接続配管の先端より突出させて、逆止弁の上端面との衝突による磨耗を防止するようになっている。
特開平5−195967号公報(第9頁、図7)
地球環境の温暖化防止が叫ばれ、エネルギー消費の低減が喫緊の課題となっている現在、我々は各種機械類の効率に無関心ではいられない。上記密閉形スクロール圧縮機では、次のような課題があった。
上記密閉形スクロール圧縮機の吸入側ガス流路は、接続配管を介して吸入配管を固定スクロールの吸入口に接続している。そして、接続配管の下流端を固定スクロールの吸入口に固着するとともにその外周面を吸入口に密着させるために、接続配管内へ圧入部品を圧入して接続配管の先端部を押し広げるようになっている。その際、確実に接続配管の先端部が押し広げられるように、接続配管先端部の板厚を高精度に調整する必要から、接続配管の先端は細径にスピニング加工される。このスピニング加工により接続配管の内径が縮小されて内周面に段付きが生じ、さらに圧入部品の端面も接続配管内周面に対し、比較的大きな段付き形状を形成するとともに、圧入部品の非圧入側(冷媒ガス流れの上流側)の外周面と接続配管の内周面間に隙間が形成されている。また、吸入配管は接続配管の内部に挿入されるため、吸入配管の挿入側末端で、接続配管内面との間に吸入配管の肉厚分の段差が形成される。
これらのことから、結果的に吸入経路の流路断面積の不連続性が生じて吸入ガスの乱流が発生し、圧力損失が生じている。
また、吸入口に対し接続配管を固着するとともにシール性を維持するために、組み立て段階での煩雑な拡管作業が要求され、夫々の部品の煩雑な寸法管理を必要としていた。
本発明の課題は、密閉形スクロール圧縮機の吸入ガスの流れの圧力損失を低減し、エネルギー消費を低減することである。また、これに加えて組立部品を削減し組立方法を簡略化することである。
上記の課題は、固定スクロールの鏡板に穿設された吸入口に接続配管を介して吸入配管が接続され、固定スクロールの吸入口内に逆止弁を備えた密閉形スクロール圧縮機であって、前記接続配管は、銅系材質の吸入配管接続管とこの吸入配管接続管に一端が接続され他端が前記吸入口に圧入接続されて前記逆止弁と当接される鉄系材質の吸入口接続管とがロウ付けで接続して形成され、前記吸入配管は、前記吸入配管接続管に挿入され、その挿入先端部前記吸入口接続管に当接されてなり、前記吸入配管の内径と前記吸入口接続管の内径とを一致させてなる密閉形スクロール圧縮機により、達成される。
前記吸入口接続管には鉄系材質が用いられ、吸入配管接続管には銅系材質が用いられるから、吸入口接続管と吸入配管接続管の接続は、一方が他方に挿入された重ね接ぎ手をロウ付けして行われる。吸入口接続管を内側にし、吸入配管接続管を外側にした重ね接ぎ手の場合、上記構成によれば、吸入口接続管に、前記吸入配管の先端部が当接する。この結果、吸入配管の内周面に沿って流れてきた被圧縮気体は、吸入配管の先端部と吸入口接続管の上流側の端部の間で外周側に拡散されることなく、吸入口接続管の内周面に沿って流れるようになり、流路断面積の変動がなくなって圧力損失が低減される。
また、吸入口接続管を外側にし、吸入配管接続管を内側に挿入した重ね接ぎ手の場合、吸入口接続管の吸入配管接続管が挿入される部分の内径を、吸入配管接続管の外径に合わせて、吸入口に接続される部分に対して階段状に拡管する。そして、吸入口接続管の内径が小さい部分の上流側端部、つまり拡管部の段差面に、前記吸入配管の先端部を当接させる。この構成によっても、吸入配管の内周面に沿って流れてきた被圧縮気体は、吸入配管の下流側端面と吸入口接続管の上流側端部の間で外周側に拡がることなく、吸入口接続管の内周面に沿って流れるようになり、流路断面積の変動がなくなって圧力損失が低減される。
また、吸入口への接続配管の接続に際しては、鉄系材質で形成された吸入口接続管を銅系材質で形成された吸入配管接続管を予め接続して接続配管を形成しておき、形成された接続配管の吸入口接続管を固定スクロールの鏡板に穿設された吸入口に圧入、接続する。鉄系材質で形成された吸入口接続管を銅系材質で形成された吸入配管接続管を予め接続して接続配管を形成し、形成された接続配管の吸入口接続管を固定スクロールの鏡板に穿設された吸入口に圧入、接続することで、部品の加工精度の要求が緩やかになるとともに圧縮機組み立ての部品数が削減され、組み立て手順が簡略化される。
本発明によれば、密閉形スクロール圧縮機の吸入ガスの流れの圧力損失を低減するとともに、組立部品を削減し組立方法を簡略化することが可能になった。
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図1は本発明の実施の形態に係る密閉形スクロール圧縮機を示す断面図である。図示の密閉形スクロール圧縮機は、冷凍サイクルにおいて冷媒ガスの圧縮に用いられるもので、密閉容器1と、密閉容器1に内装された圧縮機構部2と、同じく密閉容器1に内装され、前記圧縮機構部2にクランク軸6で連結された電動機部10と、密閉容器1底部に配置された油溜り13を含んで構成されている。
密閉容器1は、軸線を上下方向にして配置される円筒状のケース1aと、ケース1aの軸方向上端部を気密に塞ぐ蓋チャンバ1bと、ケース1aの軸方向下端部を気密に塞ぐ底チャンバ1cと、を含んで一体に構成され、蓋チャンバ1bには、冷媒ガスを圧縮機構部2に送り込む配管が貫通する穴1dが形成されている。
圧縮機構部2は、端板3a上に渦巻状のラップ3bが直立した固定スクロール3と、端板4a上に渦巻状のラップ4bが直立した旋回スクロール4とからなり、前記固定スクロール3と旋回スクロール4とが、ラップ3b、4bを互いに噛み合わせるように組み合わされてされてラップ3b、4bの間に圧縮室5が形成されている。固定スクロール3の端板3aのほぼ中央部に、圧縮室5と密閉容器1内部を連通する排出口9が設けられ、固定スクロール3の端板3aの外周部には、圧縮する冷媒ガスを前記圧縮室5に導く吸入口3cが形成されている。前記穴1dには、冷媒ガスを吸入口3cに導く接続配管22が挿通されるパイプ19が取り付けられている。前記接続配管22には、冷凍サイクルの蒸発器から冷媒ガスを供給する吸入配管23が接続されている。
前記ケース1aには、中央部にくぼみを備えた円盤状のフレーム7が軸線をケース1の軸線に合わせて固定され、フレーム7の上面に、ラップ3bを下向きにして固定スクロール3が固定され、旋回スクロール4がラップ4bをラップ3bに噛み合わせて固定スクロール3の下方に位置して、前記フレーム7の中央部のくぼみに配置されている。旋回スクロール4の端板4aの下面に形成されたボス部4cには、前記クランク軸6の上端に形成された偏心部6aが摺動自在に嵌入されている。
クランク軸6は、上部をフレーム7に主軸受8で支持され、下部を前記油溜り13上方に配置された下部軸受けで支持されており、下端部は前記油溜り13に満たされた冷凍機油に浸されている。クランク軸6内には給油路6b、給油穴6c、6dが形成されており、偏心部6aや主軸受8は、圧縮機の運転によって生じる密閉容器1内の高圧力と中間圧との圧力差で前記クランク軸6に形成されている給油路6b、給油穴6c、6dを経て供給される冷凍機油で潤滑されるようになっている。
電動機部10は、フレーム7の下方でケース1aに支持された固定子11と、前記クランク軸6に固定された回転子12を含んで構成されている。回転子12は、クランク軸6の、主軸受8の下部に突出した部分に圧入され、これに対向して固定子11が焼き嵌めによってケース1aに取り付けられている。
フレーム7と固定子11の間のケース1aに吐出パイプ15が取り付けられ、吐出パイプ15には、サイクル吐出配管17が接続されている。
上記構成の密閉形スクロール圧縮機の動作を説明する。電動機部10によってクランク軸6が回転すると、ボス部4cに嵌入された偏心部6aが偏心回転する。この偏心回転により、旋回スクロール4がクランク軸6の中心軸を中心とする円軌道に沿って公転運動し、旋回スクロール4のラップ4bが固定スクロール3の渦巻状のラップ3bに対して旋回運動する。この結果、ラップ3bとラップ4bによって形成される圧縮室5が、固定スクロール3の中心に近づきつつ、その容積を次第に小さくしていく。かかる動作で圧縮室5は最大の容積から最小の容積への変化を連続的に繰り返し、これによって、連続的に給排気運動を行う。
すなわち、冷凍サイクルの図示されていない蒸発器から吸入配管23、接続配管22を通って供給される冷媒ガスは、吸入口3cを経て圧縮室5に導かれる。圧縮室5に導かれた冷媒ガスは、旋回スクロール4の外側から内側へ移動しつつ順次圧縮され、圧縮室5の容積が十分に小さくなって冷媒ガスが十分圧縮されると、圧縮室5が固定スクロール3の端板3aの中心部へ設けられた排出口9に連通する位置に到達する。圧縮室5が排出口9に連通する位置になると、圧縮室5の高圧の冷媒ガスは、排出口9を経て、密閉容器1の内部に放出される。密閉容器1内に放出された冷媒ガスは、次いで、吐出パイプ15及び吐出配管17を経て冷凍サイクルの図示されていない凝縮器に送られる。
以下、本発明の対象である、吸入配管23から冷媒ガスを圧縮室5に導入する吸入経路の構成を、本実施の形態について説明する。図2、図3、図4は本実施の形態の冷媒ガスの吸入流路構成の一例を示している。図2は吸入流路の要部断面図、図3は接続配管22の拡大断面図、図4は図3に示す接続配管に吸入配管23を接続した状態を示す断面図である。
図2に示すように、蓋チャンバ1bには、パイプ溶接用の穴1dが開口されており、この穴1dには、銅製のパイプ19aとフレア部を有するリング状鉄板19bを予め一体にロウ付けして形成された配管貫通用のパイプ19が挿入され、プロジェクション溶接されている。
一方、接続配管22は、図3に示すように、一端、言い換えると冷媒ガス流れの下流側端部をスピニング加工した銅製の吸入配管接続管22bと、吸入配管接続管22bの前記スピニング加工した部分の内部に挿入されて予めロウ付けなどで一体に気密的に接合された鉄製でパイプ状の吸入口接続管22aで構成されている。吸入口接続管22aは、その一部が吸入配管接続管22bの前記スピニング加工した部分に重なり合うとともに、残りの部分は吸入配管接続管22bの前記スピニング加工した側の端部から突出している。また、吸入口接続管22aの前記突出している部分、すなわち冷媒ガス流れの下流側端部の外径は、後述する固定スクロール3の吸入口3cへの気密性のある圧入のため、そして、吸入口接続管22aの突出側端面(以下、下端面という)22cは、逆止弁18の上面18aに当接した際のシール性向上のため、それぞれ精密に仕上げられている。接続配管22は前記パイプ19aに挿通され、気密にロウ付けされて接合されている。このとき、前記吸入配管接続管22bが前記パイプ19aに挿通される位置にあり、吸入配管接続管22bと吸入口接続管22aのロウ付け部は、前記パイプ19よりも、下流側位置にある。
なお、図3では吸入配管接続管22bの吸入口接続管22aの挿入側にスピニング形状を示しているが、吸入口接続管22aに用いる鉄パイプの寸法や、後述する吸入配管23の肉厚寸法などとの組み合わせで、スピニング加工を必ずしも行う必要はない。
固定スクロール3の吸入口3cは、端板3aを固定スクロール3の軸線方向に貫通して形成され、吸入口3cの旋回スクロール4側端部に、内径を小さくした段差が設けられている。この段差に支持されるコイルバネ(以下、バネという)21が軸線を吸入口3cの軸線に合わせて吸入口3c内に配置され、バネ21に支持される逆止弁18が吸入口3c内を上下に摺動可能に吸入口3cに嵌入、内装されている。そして接続配管22は、その吸入口接続管22aの下流側端部を、図2に示すように、吸入口3cに圧入され、冷媒ガスの吸入経路と圧縮機運転時に高圧となる密閉容器1a内部を気密的に遮断している。
吸入口接続管22aの下端面22cは、圧縮機の運転停止時、バネ21によって図上上向きに付勢されている逆止弁18の上面18aに当接して両者間をシールし、圧縮室5の高圧の冷媒ガスが接続配管22に逆流するのを防いでいる。このため、吸入口接続管22aに強度的に強い鉄材を用い、その下端面22cと逆止弁18の上面18aの圧縮機の運転停止時の衝突による磨耗を回避している。
さらに、冷凍サイクルの蒸発器(図示せず)に連通する吸入配管23が、図2に示すように、接続配管22の上側から、その先端部、具体的には下流側端面23aが吸入口接続管22aの上端面22dに当接して密着するように接続配管22に挿入されている。吸入配管23は、密閉容器1外で、前記パイプ19よりも密閉容器1外側に突出している接続配管22にロウ付けされ、冷凍サイクル(図示せず)が形成されている。吸入配管23の内径と吸入口接続管22aの内径は同一とし、吸入配管接続管22bの内径に対する吸入配管23の外径は僅少な隙間で挿入できる寸法関係に形成してある。
また、接続配管22の、鉄製の吸入口接続管22aと銅製の吸入配管接続管22bのロウ付け部は、蓋チャンバ1bのパイプ19aよりも内側すなわち密閉容器1の内部に位置しており、ロウが吸入配管接続管22bの外径より盛り上がってもパイプ19aに挿入できるようになっている。なお、接続配管22は鉄製の吸入口接続管22aと銅製の吸入配管接続管22bで形成したが、銅メッキした鉄系材料で一体的に構成してもよい。
上記構成の吸入経路の組み立てについて、以下、説明する。予め、吸入配管接続管22bと吸入口接続管22aがロウ付けにより接合され、図3に示す接続配管22が形成される。組み立てにあたってはまず、固定スクロール3の吸入口3cにバネ21、逆止弁18が組み込まれ、次いで、接続配管22の吸入口接続管22aが吸入口3cに圧入される。この接続配管22の圧入により、吸入口接続管22aの外周面と吸入口3cの間が気密にシールされ、同時に、接続配管22が吸入口3cに固着される。接続配管22の取り付け後、固定スクロール3は予めクランク軸6の偏心部6aに嵌入されている旋回スクロール4に組み合わされてフレーム7に固定される。
それから蓋チャンバ1bが取り付けられる。蓋チャンバ1bには予めパイプ19が取り付けられており、蓋チャンバ1bは、前記接続配管22がパイプ19内に挿通されるように、接続配管22とパイプ19の芯を合わせ、密閉容器1の軸線方向に下ろしながら、取り付けられる。次いで、接続配管22とパイプ19がロウ付けされ、接続配管22とパイプ19の間が気密にシールされる。最後に、図4に示すように、吸入配管23が、その下流側端面23aが吸入口接続管22aの上端面22dに密着するように接続配管22に挿入され、前記接続配管22にロウ付けされて、接続配管22と吸入配管23の間が気密にシールされる。これで、密閉容器1内部と密閉容器1外部の間がシールされるとともに、冷媒ガスの吸入経路が密閉容器1外部に対して気密にシールされる。
また、本実施の形態では、図4に示すように、接続配管22の吸入配管接続管22bの内径D、吸入口接続管22aの内径d、吸入配管23の内径Do、吸入配管23の肉厚t、吸入配管接続管22bの内径と吸入配管23の外径の差を2δとしたとき、これらの数値を次の関係を満たすように設定した。2δは、吸入配管23を接続配管22に挿入するために必要な隙間である。
Do=d
D=2δ+Do+2t
すなわち、吸入配管23の下流側端面23aを吸入口接続管22aの上端面22dに密着させ、さらに、吸入口接続管22aの内径dと吸入配管23の内径Doを一致させることで、吸入経路における内周面の径方向の段差をなくして流れ抵抗を低減する効果が得られた。
また、流通抵抗を低減する効果は、吸入配管23の下流側端面23aを吸入口接続管22aの上端面22dに密着させた場合、Do=dのときが最も大きいが、Doとdの差が吸入口接続管22aの上端面22dの厚みsの2倍未満であれば、流通抵抗を低減する効果が得られる。
なお、上記実施の形態では、吸入口接続管22aの上流端が吸入配管接続管22bのスピニング加工された下流端内部に挿入されているが、図5に示すように、吸入口接続管22aの上流側部分の内径を階段状に拡大し、吸入配管接続管22bの下流端を前記内径が拡大された吸入口接続管22aの上流端内部に挿入する構成としてもよい。この場合、吸入配管接続管22bに挿入される吸入配管23の先端部、具体的には下流側端面は、吸入口接続管22aの内径が拡大されていない部分の上流側端部上端面、言い換えると拡管部の段差面に当接するようにすればよい
本実施の形態によれば、冷凍サイクルの蒸発器(図示せず)から吸入配管23で送られてくる冷媒ガスを固定スクロール3の吸入口3cへ導く接続配管22が、吸入口3cへ圧入される鉄系材料からなる吸入口接続管22aと、この吸入口接続管22aに結合される銅系材料からなる吸入配管接続管22bで構成され、両者が予めロウ付けなどで気密に結合されてから、固定スクロール3の吸入口3cに圧入される。このため、組立部品として従来のパイプ部と圧入部品の2部品を、接続配管22の1部品に省略でき、組み立て部品が削減されるとともに、組み立て方法の簡略化が可能になった。
また、吸入口接続管22aの内径と吸入配管23の内径の差を吸入口接続管22aの上流側端部の肉厚の2倍未満、好ましくは0に形成して、吸入配管23の下流側端面23aと吸入口接続管22aの上端面22dを当接させて吸入流路の内周面の段差をくしたことから、吸入流路内の冷媒ガスの流れを層流に改善でき、従来の密閉形スクロール圧縮機で、接続配管と吸入配管の内周面の段差や、接続配管のスピニング形状と、圧入によってこの部分を押し広げて固定スクロールの吸入口に密着シールするのに用いる圧入部品の端面で生じていた、吸入流路内の段差による吸入冷媒ガスの乱流による圧力損失が低減され、冷凍サイクル性能の改善が可能になった。
さらに、従来の接続配管では、スピニング部の内外径寸法と圧入部品の外径寸法を高度に管理する必要があったが、本実施の形態では、主に固定スクロール3の吸入口3cに圧入する接続配管22の鉄製の吸入口接続管22aの外径寸法を管理すればよく、品質保証上の煩雑さが改善された。
本発明の実施の形態に係る密閉形スクロール圧縮機を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る密閉形スクロール圧縮機の吸入流路の要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る密閉形スクロール圧縮機の接続配管を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る接続配管と吸入配管の関係を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る接続配管と吸入配管の関係の他の例を示す断面図である。
符号の説明
1 密閉容器
2 圧縮機構部
3 固定スクロール
3c 吸入口
4 旋回スクロール
5 圧縮室
9 排出口
10 電動機部
11 固定子
12 回転子
13 油溜り
15 吐出パイプ
17 サイクル吐出配管
18 逆止弁
19 パイプ
22 接続配管
22a 吸入口接続管
22b 吸入配管接続管
22c 吸入口接続管の下端面
22d 吸入口接続管の上端面
23 吸入配管
23a 吸入配管の下流側端面

Claims (3)

  1. 固定スクロールの鏡板に穿設された吸入口に接続配管を介して吸入配管が接続され、前記固定スクロールの前記吸入口内に逆止弁を備えた密閉形スクロール圧縮機であって、
    前記接続配管は、銅系材質の吸入配管接続管とこの吸入配管接続管に一端が接続され他端が前記吸入口に圧入接続されて前記逆止弁と当接される鉄系材質の吸入口接続管とがロウ付けで接続して形成され、
    前記吸入配管は、前記吸入配管接続管に挿入され、その挿入先端部前記吸入口接続管に当接されてなり、
    前記吸入配管の内径と前記吸入口接続管の内径とを一致させてなる密閉形スクロール圧縮機。
  2. 請求項1に記載の密閉形スクロール圧縮機において、前記吸入口接続管は前記吸入配管接続管に挿入して接続され、前記吸入配管の先端が前記吸入口接続管の端面に当接されていることを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
  3. 請求項1に記載の密閉形スクロール圧縮機において、前記吸入口接続管は前記吸入配管接続管が挿入される拡管部を有し、前記吸入配管の先端が前記吸入口接続管の前記拡管部の段差面に当接されていることを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
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