JP4653994B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
代数螺線曲線を基本渦曲線として、この基本渦曲線の包絡線に基づく側面形状の渦巻体を有する旋回スクロール及び非旋回スクロールを備えスクロール圧縮機において、
前記非旋回スクロールの渦巻体の内線側の基本渦曲線と当該基本渦曲線の包絡線に基づく前記非旋回スクロールの渦巻体との距離が異なる部分を有し、
前記渦巻体の巻き始めから所定の偏角までは前記距離は一定であり、
前記所定の偏角以上から前記渦巻体の巻終り部まで前記距離を大きくしていくものである。
同様に破線9を基本渦曲線とする旋回渦巻体内側壁面2iは、式r=aθk+εH(式2)(但し、破線8とは偏角が180度ずれている。)で表される包絡線のうち、εHだけ外側の曲線となり、固定渦巻体外側壁面4oはεHだけ内側の曲線となる。それぞれの包絡線2i、4o間の距離は、破線8を基本渦曲線とした旋回渦巻体外側壁面2oと固定渦巻体内側壁面4iの間の距離と同様に旋回半径εとなっている。
本実施例のスクロール圧縮機は、極座標形式で表される代数螺線曲線を基本渦曲線としてこの基本渦曲線の包絡線に基づく側面形状を備えた渦巻体が端板に対して直立して設けられた旋回スクロール及び非旋回スクロールを備え、この旋回スクロール及び非旋回スクロールの前記渦巻体を内側に向けた状態で互いにかみ合い、前記旋回スクロールが前記非旋回スクロールに対して見かけ上自転しないように所定の半径で公転運動して、前記2つのスクロールの渦巻体間に生じる密閉空間内の流体の体積を縮小することで圧縮作用を行う圧縮機構を有するスクロール圧縮機において、前記2つのスクロールのうち少なくとも前記旋回スクロールの渦巻体は、当該渦巻体の基本渦曲線と包絡線との距離が異なる部分を有するものである。
上述のように、渦巻体を形成するための基本渦曲線を代数螺線曲線としてその形状が基本渦曲線の包絡線で構成された旋回スクロールの渦巻体(旋回渦巻体)及び非旋回スクロールの渦巻体(非旋回渦巻体)をもち、それらのうちの少なくとも旋回スクロールの渦巻体は、渦巻体の基本渦曲線と包絡線との距離が異なる部分を有するものとした。この構成によれば、旋回スクロールの渦巻体のラップ厚さを任意に変化させることができ、設計容積比を増大して高圧力比運転において信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することができる。特に、非旋回スクロールの渦巻体と旋回スクロールの渦巻体とを互いに噛み合せて組み合せることによって、旋回スクロールの渦巻体の内側と外側とに吸込完了時の内容積である押し退け容積が互いに異なる一対の密閉空間を形成する、いわゆる非対称ラップを有するスクロール圧縮機であって、その旋回スクロールの吐出側である巻き始め部のラップ厚さを厚くし、設計容積比を高めるために渦巻体の巻き角を多くするように設けられた旋回スクロールの渦巻体を有する場合には、渦巻体の巻き角を多くすること無く旋回スクロールの巻き終わり部の幅を広くできるので信頼性を確保しながら設計容積比を高めることが可能となる。
また、上述の本実施例のスクロール圧縮機において、旋回スクロールの渦巻体における基本渦曲線と包絡線との距離が異なる部分は、渦巻体の巻き終り端部を含むようにしてもよい。この場合、巻き始め部分のラップ厚が他のラップ厚に比べて厚くなるように旋回スクロールの渦巻体が設けられていても、代数螺線曲線を基準渦曲線として渦巻体の巻き終わり部はラップ厚が薄くならずに、巻き始めから巻き終わりまで所望の厚みをもった渦巻体を得ることができる。
また、上述の本実施例のスクロール圧縮機において、旋回スクロールの渦巻体における基本渦曲線と包絡線との距離が異なる部分は、他の部分よりも当該距離が離れているようにしてもよい。この場合も、巻き始め部分のラップ厚が他のラップ厚に比べて厚くなるように旋回スクロールの渦巻体が設けられていても、代数螺線曲線を基準渦曲線として渦巻体の巻き終わり部はラップ厚が薄くならずに、巻き始めから巻き終わりまで所望の厚みをもった渦巻体を得ることができる。
また、上述の本実施例のスクロール圧縮機において、基本渦曲線である代数螺線曲線は、動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとしたとき、r=aθ k (式1)で表される式を用いても良い。このとき旋回スクロールの渦巻体における基本渦曲線と包絡線との距離が異なる部分は、当該渦巻体の任意の偏角θの区間で異なるようにしてもよい。当該渦巻体の巻き終り端部から360度以内の偏角θの区間で異なるようにしてもよい。この場合は、渦巻体を形成するための基本渦曲線を代数螺線曲線として構成された旋回スクロールの渦巻体(旋回渦巻体)及び固定スクロールの渦巻体(固定渦巻体)をもち、前記旋回渦巻体外側壁面(内側壁面)を構成する基本渦曲線と包絡線との距離を任意の偏角θにおいて減少(増加)させる。また、同時に固定渦巻体内側壁面(外側壁面)のうち、旋回渦巻体外側壁面(内側壁面)と同一の偏角θにおいて、基本渦曲線と包絡線との距離を旋回渦巻体で減少(増加)させた分だけ増加(減少)させる。これにより任意の偏角θにおいて旋回渦巻体のラップ厚さを変化させることができ、2つの渦巻体の幾何学的接触が保障される。特に当該渦巻体の巻き終り端部から360度以内の偏角θの区間で異なるようにしてもよい。
また、旋回渦巻体外側壁面の任意の偏角θから巻終わりまでの区間において基本渦曲線と包絡線との距離を偏角θの関数として当該区間における距離を徐々に減少させていってもよく、同時に固定渦巻体内側壁面のうち、旋回渦巻体外側壁面と同一の区間において旋回渦巻体で減少させた分だけ増加させるように基本渦曲線と包絡線との距離も同様に偏角θの関数とする。これにより旋回渦巻体の外径を大きく変えることなく旋回渦巻体のラップ厚さが増加される。
更に、本実施例のスクロール圧縮機は、渦巻体が端板に対して直立して設けられた旋回スクロール及び非旋回スクロールを備え、この旋回スクロール及び非旋回スクロールの前記渦巻体を内側に向けた状態で互いにかみ合い、前記旋回スクロールが前記非旋回スクロールに対して見かけ上自転しないように所定の半径で公転運動して、前記2つのスクロールの渦巻体間に生じる密閉空間内の流体の体積を縮小することで圧縮作用を行う圧縮機構を有するスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの渦巻体の外側側面と密閉空間をなす前記固定スクロール内側側面と、当該固定スクロールの渦巻体の内側側面と前記旋回スクロールの渦巻体を挟んで設けられた前記固定スクロールの渦巻体の外側側面との間の前記固定スクロールの渦巻体間距離は、最外周の渦巻体間距離が他の渦巻体間距離よりも大きいものである。
このような構成を備えることで、旋回スクロールの渦巻体と固定スクロールの渦巻体との最外周部分が接触する区間において、固定スクロールの渦巻体のラップ間距離が他の区間のラップ間距離よりも大きくなることで旋回スクロールの渦巻体巻き終わり部を他の部分と同等以上にラップ幅を広げることができ、旋回スクロールの信頼性を向上することができ、スクロール圧縮機を性能向上することができる。
さらに、本実施例を適用したスクロール圧縮機を冷凍サイクルに用いた冷凍用機器は、従来の大きさと変わらない圧縮機の外形寸法で所望の圧力比を得ることができたので、冷凍用機器における冷凍サイクルの占める領域に対して非冷凍物に対する領域を大きくすることができる。
Claims (8)
- 代数螺線曲線を基本渦曲線として、この基本渦曲線の包絡線に基づく側面形状の渦巻体を有する旋回スクロール及び非旋回スクロールを備えスクロール圧縮機において、
前記非旋回スクロールの渦巻体の内線側の基本渦曲線と当該基本渦曲線の包絡線に基づく前記非旋回スクロールの渦巻体との距離が異なる部分を有し、
前記渦巻体の巻き始めから所定の偏角までは前記距離は一定であり、
前記所定の偏角以上から前記渦巻体の巻終り部まで前記距離を大きくしていく
ことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記基本渦曲線である代数螺線曲線は、動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとしたとき、r=aθ k で表されることを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。
- 前記非旋回スクロールの渦巻体における基本渦曲線と包絡線との距離が異なる部分は、当該渦巻体の巻き終り端部から360度以内の偏角θの区間で異なっていることを特徴とする請求項1または2に記載のスクロール圧縮機。
- 請求項1乃至3の何れかに記載のスクロール圧縮機において、
前記各渦巻体はいわゆる非対称ラップをなすことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 代数螺線曲線を基本渦曲線として、この基本渦曲線の包絡線に基づく側面形状の渦巻体を有する旋回スクロール及び非旋回スクロールを備えスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロールの渦巻体の外線側の基本渦曲線と当該基本渦曲線の包絡線に基づく前記旋回スクロールの渦巻体との距離が異なる部分を有する請求項1乃至4の何れかに記載のスクロール圧縮機。 - 前記旋回スクロールの渦巻体の巻き始めから所定の偏角までは前記距離は一定であり、 前記所定の偏角以上から前記旋回スクロールの渦巻体の巻終り部まで前記距離を小さくしていくことを特徴とする請求項5記載のスクロール圧縮機。
- 前記旋回スクロールの渦巻体の外線側の基本渦曲線である代数螺線曲線は、動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとしたとき、r=aθ k で表されることを特徴とする請求項6記載のスクロール圧縮機。
- 前記旋回スクロールの渦巻体における基本渦曲線と包絡線との距離が異なる部分は、当該渦巻体の巻き終り端部から360度以内の偏角θの区間で異なっていることを特徴とする請求項6または7に記載のスクロール圧縮機。
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