JP4545039B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
このスクロール圧縮機には、一側面にうず巻式の壁体を有し、吸入管及び吐出管を接続したハウジング内に固定支持された固定スクロールと、一側面に設けられたうず巻式の壁体が固定スクロールの壁体と上下または左右方向に噛み合わされた状態で配置され、オルダムリンク機構により自転を阻止されると共に、電動モータなどの駆動源と連結されて、固定スクロールに対し公転旋回運動を行う旋回スクロールと、が備えられている。
スクロール圧縮機は、旋回スクロールの壁体が固定スクロールの壁体と複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を形成し、同圧縮室が外周側より容積を減少させながら内側へ移動することによって吸入・圧縮・吐出を同時に行うことができる。
また、このような可変速運転の際、低速運転から高速運転までの広い範囲にわたり効率よく運転できるものとして特許文献1に示されるものが提案されている。
これは、固定スクロールおよび旋回スクロールの壁体の少なくとも一方にその巻き終わり位置からさらに延ばした渦巻き状の延長壁体を設け、この延長壁体の内壁およびこれと対向する壁体の外壁の少なくとも一方を壁体の厚みが薄くなる方向に変位させて、相互間隔を大きくすることにより、スクロール圧縮機で、可変速により小能力から大能力の広い範囲にわたって効率よく運転することができるようにするものである。
一方、空気調和装置では、例えば、中間期における空調時のように必要とする冷媒量が少ない場合に、スクロール圧縮機からの吐出量を小さくしたいという要求がある。このため、例えば、特に大型の空気調和装置では、スクロール圧縮機から吐出した冷媒の一部をバイパスさせ、室内機に送らないようにして冷媒量を調節するようにされている。
特許文献1に示されるものは、主に、スクロール圧縮機の回転速度に対する冷媒吐出量を増加させるものであり、スクロール圧縮機の最低容量(最低冷媒吐出量)を低下させたいという要求を満足するものではない。さらに、拡大する間隔が半径方向であることから、部品の検査工程が困難である。
すなわち、本発明にかかるスクロール圧縮機は、固定側端板の一側面に立設された渦巻き状の固定側壁体を有する固定スクロールと、旋回側端板の一側面に立設された渦巻き状の旋回側壁体を有し、該旋回側壁体および前記固定側壁体をかみ合わせて圧縮室を形成するように公転旋回運動可能に支持される旋回スクロールと、を備えたスクロール圧縮機において、前記固定側壁体の先端部と前記旋回側端板との間および前記旋回側壁体と前記固定側端板との間の少なくともいずれか一方には、前記固定側壁体あるいは前記旋回側壁体の巻き終わり側に、対応する端板との間隔が、該壁体の中心側よりも大きく形成された拡大部が備えられ、該拡大部における前記間隔が、旋回スクロールの高速回転時には油シールが十分に形成され、旋回スクロールの回転速度が所定の回転数に下がると油シールが不十分となって、圧縮室に吸入されるべき冷媒ガスが漏れるように設定されたことを特徴とする。
この時、圧縮室に運ばれる潤滑油量は吸入される冷媒ガスの量、すなわち回転速度によって変動し、高速運転時には余裕があるが低速運転時になると回転速度の低下に伴い急速に低減されることになる。
本発明によれば、固定側壁体の先端部と旋回側端板との間および旋回側壁体と固定側端板との間の少なくともいずれか一方には、固定側壁体あるいは旋回側壁体の巻き終わり側に、対応する端板との間隔が、該壁体の中心側よりも大きく形成された拡大部が備えられ、該拡大部における前記間隔が、旋回スクロールの高速回転時には油シールが十分に形成され、旋回スクロールの回転速度が所定の回転数に下がると油シールが不十分となって、圧縮室に吸入されるべき冷媒ガスが漏れるように設定されているので、回転速度が低下して搬入される潤滑油量が所定量以下になると、拡大部以外で油シールが十分に維持されていても、まず、拡大部における油シールが十分に形成されなくなる。
拡大部の油シールが十分に形成されなくなると、拡大部から冷媒ガスが漏れるので、圧縮室に吸入される冷媒ガス量が低減されることになる。このため、圧縮室から吐出される冷媒ガス量を低減させることができる。
このように、低速運転時の吐出冷媒ガス量を低減することができるので、例えば、中間期における空調時のように必要とする冷媒量が少ない場合にスクロール圧縮機のみで対応できる可能性がある。この場合には、例えば、余分な冷媒ガスをバイパスさせる設備を設置する必要がなくなるので、空気調和装置の製造コストを低減させることができる。
なお、拡大部における間隔は、高速運転時で搬入される潤滑油量が十分ある場合には、油シールを形成できる程度の大きさとするのが圧縮効率の維持の面から見て好適である。
このように、締め切り後で圧縮された冷媒ガスが漏れることがないので、冷媒ガスを圧縮した動力を無駄にすることを防止することができる。
また、圧縮の進行が少ない巻き終わり端側から冷媒ガスの漏れが進行するので、動力のロスを低減させることができる。
また、本発明にかかるスクロール圧縮機では、前記拡大部は、前記固定側壁体あるいは前記旋回側壁体の巻き終わり側に向けて間隔が曲線的に漸増するように形成されていることを特徴とする。
こうすれば、吐出冷媒ガス量を徐々に低減できるので、吐出冷媒ガス量の調節を容易に行なうことができる。
図1は、本発明を適用する空気調和装置の冷媒圧縮機に使用されるスクロール圧縮機1の全体構造を示す縦断面図である。
スクロール圧縮機1は、上下に延設された有底筒形状のハウジング3と、ハウジング3内部の上部に上部軸受5で支持されたスクロール圧縮機構7と、スクロール圧縮機構7の下方、すなわちハウジング3内部の下部にハウジング3で支持して配設された駆動手段のモータ9とを備え、モータ9の駆動軸11が、スクロール圧縮機構7の下部に連結されている。
スクロール圧縮機構7には、上部軸受5に固定された固定スクロール19と、上部軸受5と固定スクロール19との間にスラスト軸受を介して公転旋回運動が可能に支持された旋回スクロール21と、旋回スクロール21の外面に設けられ旋回スクロール21の公転旋回運動を許容しながらその自転を阻止する周知のオルダムリンク機構23とが備えられている。
また、吸入管15の下端部に設けられた吸入口は、固定スクロール19と旋回スクロール21との間に形成される吸入室17に接続されており、これら吸入口及び吸入室17により冷媒ガスの吸入流路が形成されている。
また、この状態で、固定スクロール渦巻体19bの先端面及び旋回スクロール渦巻体21bの先端面がそれぞれ旋回スクロール端板21a及び固定スクロール端板19aの内面に所定の間隔D1を有するようにされている。
固定スクロール渦巻体19bと旋回スクロール渦巻体21bとによって中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密閉空間となる圧縮室Pが形成される。
なお、旋回スクロール21は、周知のオルダムリンク機構11によって、上部軸受5及び同上部軸受5に固定された固定スクロール19に対して、自転が阻止された状態で公転旋回運動可能に配されている。
図2は、旋回スクロール21の全体概略構成を示す斜視図である。図3は、旋回スクロール渦巻体21bを展開した状態を示す展開図である。
旋回スクロール渦巻体21bの巻き終わり端側には、中央側の歯丈H1に比べて歯丈が低く形成されている旋回側低位部49が設けられている。旋回側低位部49の渦巻き曲線に沿った長さLは、巻き終わり端から略四分の一周にわたり設けられている。
したがって、旋回スクロール渦巻体21bの大部分は、従来と同様な間隔にされていることになる。
なお、間隔D2は、高速回転時に油シールが十分形成される大きさに設定されている。
また、固定スクロール渦巻体19bの巻き終わり端側には、旋回スクロール渦巻体21bと同様な構成の固定側低位部53が設けられ、同様に拡大部55が形成されている。(図1参照)
モータ9の駆動軸11は、上部軸受5およびモータ9の下方に位置する下部軸受39に軸支され、軸線から所定量偏心された偏心ピン41が上端に突出状態に設けられている。偏心ピン41は、ブッシュ33の貫通孔に挿入され、ブッシュ33を回転可能に支持している。
偏心ピン41および駆動軸11には、これらを上下に貫通する油通路43が形成されるとともに、駆動軸11の下端には潤滑油ポンプ機構45が設けられている。また、ハウジング3の底部には潤滑油47が貯留されており、潤滑油47内に駆動軸11下端の潤滑油ポンプ機構45が配されている。
モータ9により駆動軸11を回転させると、旋回スクロール21がオルダムリンク機構23によって自転を阻止されつつ公転旋回運動を行う。
そして、吸入管15より冷媒ガスを吸入室17に導入すると冷媒ガスは固定スクロール渦巻体19bと旋回スクロール渦巻体21bとで形成される圧縮室Pに吸入され、圧縮室Pが順次内側へ移動することによって圧縮される。圧縮された高圧の冷媒ガスは、吐出通路25を通って、吐出弁27を開いて吐出される。吐出された高圧の冷媒ガスは吐出管13から空気調和装置の熱交換器に送られる。
このとき、背圧室37にも高圧の冷媒ガスが導入され、背圧室37は高圧となる。
この充満された潤滑油は、背圧室37の高圧を維持して、旋回スクロール21の背圧室37に面しているボス31および旋回スクロール端板21aの部分に作用して、旋回スクロール21を固定スクロール19に押しつける。
また、この潤滑油22の一部は、旋回軸受35、ブッシュ33および偏心ピン41の部分を潤滑し、さらに上部軸受5の軸支部を潤滑する。
そして、これらの部分を潤滑した潤滑油47は駆動軸11の表面を通ってハウジング3の下部に回収される。
また、圧縮室Pに送られた潤滑油47は、ハウジング内のモータを冷却した後、一部冷媒ガスと一緒に吐出管13から吐出され、空気調和装置を循環して吸入管15を通って吸入室17へ戻されることになる。
さらに、吐出通路25と吐出管13との間で回収される潤滑油47は、吸入室17に回収される。
冷媒ガスが潤滑油を搬送する力は流入速度の二乗に比例するため、高速回転(高運転回転数Hz)時には十二分な潤滑油が搬送されることになる。したがって、拡大部51,55にも十分な油シールが形成されるので、その他の大部分が従来と同じ間隔であることもあいまって、従来のものと同様な体積効率(すなわち、吐出する冷媒ガス量に相当)となっている。
運転回転数が低下して、S1になると冷媒ガスによって運ばれる潤滑油47量が低減され、全体に影響が少し出て、従来のものも体積効率が若干減少し始める。この傾向は、運転回転数の低下とともに従来のものでも体積効率の低下が認められる。この体積効率低下の減少とは別に軸受への給油およびスクロール間の潤滑性確保のため、最低運転回転数S0を設定している。上記圧縮機は吸入ガスが直接圧縮室へ入る構造のものについて説明したが、当然、吸入ガスが一旦ハウジング内へ入った後圧縮室へ入る構造の圧縮機についても同様の減少となる。
この運転回転数がさらに低下すると、油シールが不十分となる領域が巻き終わり端から中心方向に徐々に拡大するので、冷媒ガスの漏れが徐々に大きくなる。
最低運転回転数S0においては、拡大部51,55の全域で漏れるようになり、体積効率は従来の半分以下となる。
なお、最低運転回転数S0における体積効率は、図3に示すように拡大部51,55の拡大部分の面積Mにより略決定されるので、この面積Mを調整することによって任意の体積効率とすることができる。
本実施形態にかかるスクロール圧縮機によれば、固定スクロール渦巻体19bおよび旋回スクロール渦巻体21bの巻き終わり側に、間隔が中心側よりも大きく形成された拡大部51,55が備えられているので、スクロール圧縮機1の運転回転数が低下して圧縮室Pへ搬入される潤滑油量が所定量以下になると、拡大部51,55以外で油シールが十分に維持されていても、まず、拡大部51,55における油シールが十分に形成されなくなる。
拡大部51,55の油シールが十分に形成されなくなると、拡大部51,55から冷媒ガスが漏れるので、圧縮室に吸入される冷媒ガス量が低減されることになる。このため、圧縮室Pから吐出される冷媒ガス量を低減させることができる。
このように、低運転回転数時の吐出冷媒ガス量を低減することができるので、例えば、中間期における空調時のように必要とする冷媒量が少ない場合にスクロール圧縮機1のみで対応できる可能性がある。
この場合には、例えば、余分な冷媒ガスをバイパスさせる設備を設置する必要がなくなるので、空気調和装置の製造コストを低減させることができる。
なお、拡大部51,55は、旋回スクロール渦巻体21bおよび固定スクロール渦巻体19bの巻き終わり側の一巻き未満の部分に形成すれば、一番外側に形成される圧縮室Pが旋回スクロール渦巻体21bあるいは固定スクロール渦巻体19bの巻き終わり端によって吸入を締め切られた後に冷媒ガスが漏れることがなくなるので、冷媒ガスを圧縮した動力を無駄にすることを防止することができる。
このため、運転回転数の低下に伴いある運転回転数S1から冷媒ガスの漏れる部分が徐々に大きくなるので、吐出冷媒ガス量を徐々に低減させることができる。
吐出冷媒ガス量を徐々に低減できるので、吐出冷媒ガス量の調節を容易に行なうことができる。
また、圧縮の進行が少ない巻き終わり端側から冷媒ガスの漏れが進行するので、動力のロスを低減させることができる。
また、さらに、拡大部51,55は、旋回スクロール渦巻体21bおよび固定スクロール渦巻体19bの巻き終わり側の高さを低くして形成されるので、加工する範囲が狭く、容易に加工することができ、高さのみの形状変更であるため部品の検査工程も容易となる。
こうすると、両方に設けたものと比較して冷媒ガス量の低減効果は略半分となるので、それほど大きな低減を要しないものに用いるとよい。
段差低位部63によって拡大部65を構成したもの61の体積効率の変化が図4に示されている。
なお、拡大部65の拡大した面積は、拡大部51,55の面積Mと略同じとしている。このため、拡大部65の間隔は、拡大部51,55の渦巻き曲線に沿った長さの中間部分の間隔と略同じとなっている。
したがって、拡大部が巻き終わり端に向けて漸増するものに比べて、所要の吐出冷媒ガス量を得るための運転回転数の調節は難しくなるが、体積効率は低運転回転数まで高く維持することができる。
さらに、旋回スクロール渦巻体21bおよび固定スクロール渦巻体19bの歯丈を減少させることと固定スクロール端板19aおよび旋回スクロール端板21aの巻き終わり端に対応する部分を削ることを組み合わせて拡大部を形成するようにしてもよい。
19 固定スクロール
19a 固定スクロール端板
19b 固定スクロール渦巻体
21 旋回スクロール
21a 旋回スクロール端板
21b 旋回スクロール渦巻体
51,55,65 拡大部
Claims (5)
- 固定側端板の一側面に立設された渦巻き状の固定側壁体を有する固定スクロールと、
旋回側端板の一側面に立設された渦巻き状の旋回側壁体を有し、該旋回側壁体および前記固定側壁体をかみ合わせて圧縮室を形成するように公転旋回運動可能に支持される旋回スクロールと、を備えたスクロール圧縮機において、
前記固定側壁体の先端部と前記旋回側端板との間および前記旋回側壁体と前記固定側端板との間の少なくともいずれか一方には、前記固定側壁体あるいは前記旋回側壁体の巻き終わり側に、対応する端板との間隔が、該壁体の中心側よりも大きく形成された拡大部が備えられ、該拡大部における前記間隔が、旋回スクロールの高速回転時には油シールが十分に形成され、旋回スクロールの回転速度が所定の回転数に下がると油シールが不十分となって、圧縮室に吸入されるべき冷媒ガスが漏れるように設定されたことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記拡大部は、前記固定側壁体あるいは前記旋回側壁体の巻き終わり側の一巻き未満の部分に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。
- 前記拡大部は、前記固定側壁体あるいは前記旋回側壁体の巻き終わり側に向けて間隔が漸増するように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記拡大部は、前記固定側壁体あるいは前記旋回側壁体の高さを低くして形成されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
- 前記拡大部は、前記固定側壁体あるいは前記旋回側壁体の巻き終わり側に向けて間隔が曲線的に漸増するように形成されていることを特徴とする請求項3に記載のスクロール圧縮機。
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