JP4929051B2 - 密閉形スクロール圧縮機及び冷凍空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、密閉形スクロール圧縮機及び冷凍空調装置に係り、特に、二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とする密閉形スクロール圧縮機及び冷凍空調装置に好適なものである。冷凍空調装置としては、空気調和装置、冷蔵庫、冷凍庫などの冷凍サイクルを備えたものが含まれる。

密閉形スクロール圧縮機におけるスクロール圧縮要素は、端板面に直立する渦巻き状のスクロールラップを有する固定スクロール及び旋回スクロールをその主要構成部品として構成されている。このスクロール圧縮要素は、旋回スクロールが固定スクロールに対して相対的に自転せずに略一定半径の公転運動をすることにより、両者のスクロールラップ間に形成された作動室の容積を縮小し、作動流体の圧縮作用を成すものである。密閉形スクロール圧縮機は、密閉容器内にこのスクロール圧縮要素とこれを駆動する電動要素及び駆動軸とを備えており、通常、密閉容器内の圧力は圧縮機の吸込圧力（低圧）あるいは吐出圧力（高圧）になっている。

密閉容器内の圧力が吸込圧力になる所謂低圧ケース方式のスクロール圧縮機では、吸込作動ガスは、この密閉容器内でガス速度の大きさや方向を変えられることにより、その中に含まれる油滴が分離されてスクロール圧縮要素の作動室に流入される。そして、この作動室で圧縮された作動ガスは直接外部の冷凍サイクルに流出される。このため、少ない潤滑油で作動室のシール機能を賄わなければならず、スクロールラップ間の各部隙間（スクロールラップ先端部の軸方向隙間とスクロールラップ側面シール部の径方向隙間）を極めて小さく保つ必要があり、生産コストが上昇するという問題があった。

一方、密閉容器内の圧力が吐出圧力となる所謂高圧ケース方式のスクロール圧縮機では、吐出作動ガス中に含まれる潤滑油は密閉容器内に吐出されここで分離されるため、作動室内には比較的多くの潤滑油を供給することが可能となる。このため、油膜シールによりスクロールラップ間の隙間管理も容易になることから、低圧ケース方式の問題を解消でき、生産コストの低減が図れる。しかし、高圧ケース方式の密閉形スクロール圧縮機では、密閉容器の耐圧強度を確保するために、ケースの板厚を厚くする必要があり、圧縮機の重量が増大してコストが全体として上昇してしまう、という問題があった。

近年、地球温暖化防止の観点から、冷凍空調装置の冷媒として従来のフロン系冷媒に代わって温暖化係数の小さい自然冷媒が注目されてきている。冷凍空調装置用の自然冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒が有望視されている。ＣＯ_２冷媒は、フロン系冷媒に比べて臨界温度が約３１℃と低く、臨界圧力が約７．４ＭＰａと高いため、冷凍空調装置の動作圧力が高くなり、高圧側の圧力は１０ＭＰａ程度になる。従って、高圧ケース方式のＣＯ_２用スクロール圧縮機では、密閉容器の耐圧強度を確保するために、ケースの板厚を特に厚くする必要があり、圧縮機の重量が増大してコストが大幅に上昇してしまう、という問題があった。

前述した低圧ケース方式と高圧ケース方式のそれぞれの課題を解決するスクロール圧縮機の例として、再公表特許ＷＯ２００４／０１０００１号公報（特許文献１）に示されるものがある。この特許文献１には、ＣＯ_２が用いられ、電動要素と、固定スクロールと、旋回スクロールと、吸込作動ガスが導入される低圧室と、吐出作動ガスが導入される高圧室を備えたスクロール圧縮機において、低圧室に電動要素を収納し、高圧室に吐出作動ガスから潤滑油を分離する油分離手段を設け、この油分離手段により分離された油を差圧により各摺動部に供給する油供給経路を形成するとともに、旋回スクロールの背面に背圧室を形成し、油供給経路が背圧室を経由するようにし、背圧室に導入された油の圧力によって旋回スクロールを固定スクロールに向かって付勢するようにしたことが開示されている。

再公表特許ＷＯ２００４／０１０００１号公報

特許文献１のスクロール圧縮機は、密閉容器内の電動要素が収納された空間の圧力を低圧（吸込圧力）に保つことにより、密閉容器の耐圧強度を低く設計することが可能となり、圧縮機の小型軽量化によるコスト低減が図れる。また、特許文献１のスクロール圧縮機は、高圧室に吐出作動ガスから潤滑油を分離する油分離手段を設け、この油分離手段により分離された油を差圧により各摺動部に供給する油供給経路を形成するとともに、旋回スクロールの背面に背圧室を形成し、油供給経路が背圧室を経由するようにし、背圧室に導入された油の圧力によって旋回スクロールを固定スクロールに向かって付勢している。これにより、スクロールラップ先端部の軸方向隙間を縮小する効果により圧縮作動室からの作動流体の漏れが低減され圧縮効率を向上することができるとしている。

しかし、実際の圧縮機への適用において以下の課題がある。なお、以下の説明では、特許文献１で用いられている参照符号を参考として括弧で示すが、本発明の実施形態における参照符号とは対応していない。

特許文献１の油供給経路では、高圧室（６）の油溜り（３１）に溜った潤滑油は、油供給経路（８）を通して第１段目の絞り（３７）により中間圧まで減圧されて背圧室（９）に導入される。この中間圧の油は、背圧室内摺動部を潤滑した後に、旋回スクロール（４）と偏心軸（２５）との隙間を通って、偏心軸（２５）及び回転軸（１１）の内部に形成された軸方向の油通路（４０）に導入される。この油通路（４０）に導入された中間圧の油は、絞り（４０）により第２段目の減圧がなされて低圧の油となり、メイン軸受（１３）及びサブ軸受（１２）を潤滑して低圧室（５）内の油溜り（４４）に溜る。従って、回転軸（１１）には、背圧室（９）内の中間圧と低圧室（５）内の低圧という軸方向の圧力分布が存在し、軸推力（軸スラスト力）が働くことになる。この軸スラスト力により機械摩擦損失が増大し、圧縮機の効率が低下する問題がある。

また、差圧給油により各摺動部を潤滑した油は、最終的には、全て密閉容器内の低圧室（５）に流入する。このため、低圧室（５）への油の漏れ込みが増加した場合には、低圧室（５）の油溜り（４４）の貯油量が増え高圧室（６）の油溜り（３１）の貯油量が不足して軸受摺動部等の潤滑不良を引き起こす恐れがある。特に、圧縮機停止時は吸入ラインの冷媒の流れがないため、低圧室（５）に溜った油は高圧室の油溜りに還流して回収されることなく、高圧室（６）と低圧室（５）の圧力がバランスするまで高圧室（６）の油が低圧室（５）に流入し続けることになる。特許文献１ではこの点について何ら言及されておらず、実運転における圧縮機の信頼性については配慮されていない。

さらに、背圧室（９）内の圧力調整を油供給経路（８）の背圧室（９）の上流側に設けた第１段目の絞り（３７）と背圧室（９）の下流側に設けた第２段目の絞り（４０）によって行う。圧力が通常のフロン系冷媒に比べて３〜４倍程度高いＣＯ_２冷媒では、高圧と低圧の圧力差も増加するため、背圧室の圧力設定のために油供給経路の流量を絞りで制御する特許文献１では、絞りの抵抗を大きくしなければならず、磨耗粉等の異物の混入により流れが阻害され易い。このため、流量制御機能が損なわれて圧縮機が潤滑不良となったり背圧室の圧力が不安定になったりして圧縮機及び冷凍空調装置の信頼性が低下する問題がある。

本発明の目的は、コスト低減を図りつつ、圧縮機の効率向上及び信頼性向上を図ることができる密閉形スクロール圧縮機及び冷凍空調装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、密閉容器内を、電動要素が配置されると共に吸込作動ガスが導入される低圧室と、吐出作動ガスが導入される高圧室と、旋回スクロール背面部に形成され前記高圧室と前記低圧室との中間の圧力に保たれる背圧室とに区画し、一側端部が前記背圧室に設けられた軸受収納部内に位置されると共に他側端部が前記低圧室に設けられた軸受収納部内に位置され、前記電動要素によって回転されて前記旋回スクロールを駆動するクランク軸を備えた密閉形スクロール圧縮機において、前記低圧室内に位置して前記クランク軸を前記電動要素の両側で軸支する主軸受及び副軸受と、前記高圧室に貯留した潤滑油を前記主軸受及び前記副軸受の摺動部に差圧によって供給する油供給路と、前記主軸受及び前記副軸受の低圧室側開口端部に前記低圧室への潤滑油の流入を抑制するシール機構とを備え、前記クランク軸の両側の受ける軸方向推力をバランスさせたことにある。

また、本発明の第２の態様は、密閉容器内を、電動要素が配置されると共に吸込作動ガスが導入される低圧室と、吐出作動ガスが導入される高圧室と、旋回スクロール背面部に形成され前記高圧室と前記低圧室との中間の圧力に保たれる背圧室とに区画し、一側端部が前記背圧室に設けられた軸受収納部内に位置されると共に他側端部が前記低圧室に設けられた軸受収納部内に位置され、前記電動要素によって回転されて前記旋回スクロールを駆動するクランク軸を備えた密閉形スクロール圧縮機において、前記低圧室内に位置して前記クランク軸を前記電動要素の両側で軸支する主軸受及び副軸受と、前記高圧室に貯留した潤滑油を前記主軸受及び前記副軸受の摺動部に差圧によって供給する油供給路と、前記主軸受及び前記副軸受の低圧室側開口端部に前記低圧室への潤滑油の流入を抑制するシール機構とを備え、前記クランク軸の両端部に略同一の反対方向の軸方向推力を付与したことにある。

係る本発明の第１または第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記油供給路の途中に圧縮機の運転停止に対応して開閉される開閉弁を備えたこと。

係る本発明の密閉形スクロール圧縮機及び冷凍空調装置によれば、コスト低減を図りつつ、圧縮機の効率向上及び信頼性向上を図ることができる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態の密閉形スクロール圧縮機を図１から図５を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す横置き型の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１のＡ矢視図、図３は図１の主軸受近傍の拡大断面図、図４は図１の副軸受近傍の拡大断面図、図５は図１のクランク軸に作用する軸方向の圧力分布を示す模式図である。

図１及び図２において、密閉容器１は、その内部にスクロール圧縮要素を構成する主要部品である固定スクロール２と旋回スクロール３を収納している。両スクロール２、３とも、渦巻き形状のスクロールラップとこのラップが直立する端板とから構成されている。固定スクロール２は、そのスクロールラップ外周部にチェック弁機能を備えた吸込ポート２ａを設け、ラップ中心部に吐出ポート２ｂを設けている。吐出弁２ｃは吐出ポート２ｂを開閉するように設けられ、吐出カバー２ｄは吐出弁２ｃを覆う形で端板面に固定されている。旋回スクロール３のスクロールラップと反対側の面の中心部には旋回軸受３ａが設けられている。この旋回軸受３ａは、旋回スクロールの一部に背圧室１７内に突出して形成された旋回軸受部に内蔵されている。この旋回軸受部には、クランク軸４の一側端部が収納され、旋回軸受３ａにより軸支されている。

４は旋回スクロール２をその偏心部により駆動するクランク軸、４ａは軸内部を軸方向貫通して形成され軸両端面で開口する給油穴、４ｂはこの給油穴４ａに連通する給油横穴である。給油穴４ａはクランク軸４の軸内部を貫通して軸両端面で開口するように設けられている。これにより、給油穴４ａの一側開口は旋回軸受収納部の底部に対向され、給油穴４ａの他側開口は低圧室１６内に設けられた副軸受収納部の底部に対向されている。クランク軸４は、その両端部の軸径と圧力をそれぞれ略同一に保つように設定されている。

５はクランク軸４を軸支するフレーム、５ａはフレーム５の中心に設けられクランク軸４を軸支する主軸受、５ｂはクランク軸４の給油横穴４ｂに油を導く給油通路である。６は旋回スクロール３の自転運動を防止するオルダムリングである。７は密閉容器１内に収納されたステータとロータからなる電動要素で、クランク軸４を回転駆動する。８はクランク軸４の偏心部と反対側の軸端を軸支する副軸受フレームで、中心に副軸受８ａを備えている。この副軸受８ａは、副軸受フレーム８の一部に低圧室１５内に突出して形成された副軸受収納部に内蔵されている。この副軸受収納部には、クランク軸４の他側端部が収納され、副軸受８ａにより軸支されている。

９は外部の冷凍回路から作動流体が流入する吸入ラインで、９ａ，９ｂ，９ｃは吸込作動ガスである作動流体が流れる吸込管である。１０は電動要素７が収納された密閉容器１の下部に取付けられた油戻し口である。１１は吸込管９ｂと吸込管９ｃそれに油戻し口１０とを接続する管継手で、両吸込管９ｂ，９ｃを結ぶ流れの横に油戻し口１０からの配管が開口するように配置されている。１２は外部の冷凍回路に吐出作動ガスである作動流体が流出する吐出ラインで、１２ａは吐出管である。１３ａと１３ｂは油供給路の一部を形成する油供給口で、両者を連通する管路の途中に開閉弁１４が設置されている。

密閉容器１内の空間は、電動要素７が収納され吸込作動ガスが流入する低圧室１５と、吐出作動ガスが流入する高圧室１６と、にフレーム５によって圧力区画されている。さらに、旋回スクロール３の背面部の固定スクロール２とフレーム５で囲まれた空間は、高圧と低圧の中間の圧力に保たれる背圧室１７として区画されている。

２０は高圧室１６に貯留された潤滑油である。２１は主軸受５ａと副軸受８ａの各々の低圧室１５側端部に取付けられているシールリングで、このシールリング２１はクランク軸４に非常に微小な隙間で回転自由に嵌合している。２１ａはシールリング２１の端面を閉塞するシールカバーである。２２はクランク軸の軸方向力（軸振動を防止のため電動要素７により極僅かの磁気推力が作用）を支持するスラストリングである。

本実施形態の密閉形スクロール圧縮機の作動流体の圧縮動作は以下の通りである。

電動要素７に通電することによりクランク軸４が回転し、旋回スクロール３を駆動する。旋回スクロール３はオルダムリング６により自転運動を阻止されているため、クランク軸の偏心部によりその中心は一定半径の公転運動をすることにより、固定スクロール２と旋回スクロール３の両ラップ間に形成される作動室がその容積を縮小して作動流体の圧縮作用が行われる。

吸入ライン９から吸込管９ａを通って密閉容器１の低圧室１５内に流入した作動流体は、この空間で液相成分（油や液冷媒等）が分離され、ガスのみ吸込管９ｂから流出する。吸込管９ｂから流出した吸込作動ガスは、管継手１１において低圧室１５内の底部に溜った油を油戻し口１０を通して吸込作動ガスの流れに乗せて回収しながら吸込管９ｃを通り吸込ポート２ａに流入する。作動室で圧縮された作動流体は、固定スクロール２の中心部の吐出ポート２ｂから吐出弁２ｃを通って吐出カバー２ｄ内の空間に入り、高圧室１６内でガス中の油分が分離されガス成分のみ吐出管１２ａを通って密閉容器１外部の冷凍回路に吐出される。

ここで、旋回スクロール３の背面空間である背圧室１７の圧力Ｐｂは吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄの中間の圧力になっている。この中間圧力によって旋回スクロール３の端板に背圧Ｐｂを付与して旋回スクロール３を固定スクロール２に押し付け、この押付け力によって圧縮反力による軸方向荷重を相殺して機械摩擦損失を軽減するとともに、スクロールラップ先端部の隙間を縮小してシール性が確保される。

この中間圧力の設定は、旋回スクロール３の端板を貫通する形で形成された背圧室１７と作動室内とを結ぶ中間圧穴３ｂの設定位置により変えられ、任意の圧力レベルに設定することができる。このように背圧室１７の圧力設定が絞りに依存しないため、常に安定した中間圧力に維持される。また、ここでは図示していないが、背圧室１７と低圧作動室とを結ぶ連通路の途中に配設するフラッパ弁のばね力の大きさを調節することによっても、任意の中間圧レベルに設定することが可能である。

次に、本実施形態の軸受摺動部等の潤滑経路について説明する。

圧縮機運転中は、油供給経路の開閉弁１４は開かれ、密閉容器１の高圧室１６内に貯留された潤滑油２０は、差圧により油供給口１３ａから開閉弁１４、油供給口１３ｂを通りフレーム５に形成された給油通路５ｂを通ってクランク軸４の給油横穴４ｂの外側空間に達する。ここから、潤滑油は三つの経路に分かれて流れる。一つは主軸受５ａとクランク軸４の隙間を通って主軸受を潤滑し、さらにスラストリング２２を経由して背圧室１７に流入する経路であり、もう一つはクランク軸４の給油横穴４ｂから給油穴４ａを通ってクランク軸４の両側の軸端に流れる経路であり、最後の一つは先の二つに比べて流量は少ないがシールリング２１とクランク軸４の隙間から低圧室１５内に漏れる経路である。クランク軸４の両側の軸端に達した潤滑油は、旋回スクロール３側では旋回軸受３ａとクランク軸４との隙間を通って旋回軸受３ａを潤滑して背圧室１７に流入する。また、副軸受フレーム８側では、副軸受８ａとクランク軸４の隙間を通って副軸受を潤滑し、さらにシールリング２１とクランク軸４の隙間を通って低圧室１５内に流入する。背圧室１７内に入った潤滑油は、旋回スクロール３の端板摺動部やオルダムリング６の摺動部を潤滑した後、低圧作動室に流入して作動室内で再び圧縮され、最終的には密閉容器１内の高圧室１６の油貯留部に戻る。

以上が差圧給油による油供給路であるが、差圧給油を安定して行うためには常に高圧室１６側に一定量の油が確保されている必要がある。本実施形態ではクランク軸４の主軸受５ａと副軸受８ａの各低圧室側開口端部にシールリング２１を備え、シールリング２１とクランク軸４との隙間を５〜１０μｍ程度の微小隙間に保つことにより各軸受から低圧室１５への油の流入を抑制している。また、本シールリング２１は軸方向と径方向の位置が固定されないフローティングタイプのため組立てが容易であり、径方向の荷重は受けないため機械摩擦損失も少なく、運転中は圧力差でシールカバー２１ａに密着して軸方向のシールが維持される。

そして、圧縮機が停止した場合には、高圧室１６から低圧室１５への油供給路の途中に設けた開閉弁１４を閉じることにより、高圧室１６に貯留された油の低圧室１５への移動が防止され、運転状態の油面が保たれるため再起動運転時に油切れを起こす問題は解消される。

なお、本実施形態では、旋回軸受３ａ，主軸受５ａ，副軸受８ａとして滑り軸受の例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的なころがり軸受を使用することも可能である。

図５は、クランク軸４に作用する軸方向圧力分布の模式図を示す。前述した本実施形態の潤滑経路により、クランク軸４の両端部には吐出圧Ｐｄが作用し、偏心部を形成する段差部の両側の面には背圧Ｐｂが作用することになる。従って、偏心部の軸径をＤ１、主軸受部の軸径をＤ２、副軸受部の軸径をＤ３とすると、各々の軸径を等しくする（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３）ことにより、油及び作動流体の圧力に起因するクランク軸の軸方向推力（スラスト力）はバランスして零になり、軸スラスト力による機械摩擦損失を無くして密閉形スクロール圧縮機の効率を向上することができる。なお、組立て性を考慮した場合に生じる軸径の僅かな差異は、実用上何ら問題とならない。

以上説明したように、本実施形態によれば、密閉容器１内を、電動要素７が配置されると共に吸込作動ガスが導入される低圧室１５と、吐出作動ガスが導入される高圧室１６と、旋回スクロール背面部に形成され高圧室１６と低圧室１５との中間の圧力に保たれる背圧室１７とに区画し、電動要素７によって旋回スクロール３を駆動するクランク軸４の両端部の軸径と圧力を略同一に保つことにより、潤滑油及び作動流体の圧力に起因するクランク軸の軸方向推力（スラスト力）がバランスしてほぼ零になるため、軸スラスト力による機械摩擦損失を無くして密閉形スクロール圧縮機の効率を向上することができる。

また、本実施形態によれば、密閉容器１内を、電動要素７が配置されると共に吸込作動ガスが導入される低圧室１５と、吐出作動ガスが導入される高圧室１６と、旋回スクロール背面部に形成され高圧室１６と低圧室１５との中間の圧力に保たれる背圧室１７とに区画し、電動要素７のロータを両側で軸支するクランク軸４の主軸受５ａと副軸受８ｂの各低圧室側開口端部に、各軸受５ａ、８ａから低圧室１５への潤滑油の流入を抑制するシール機構２１を備えるとともに、高圧室１６から低圧室１５への給油経路の途中に開閉弁１４を備えることにより、圧縮機運転中は高圧室１６から低圧室１５への潤滑油の漏洩を主軸受５ａと副軸受８ａの各低圧室側開口端部に設けたシール機構２１により効果的に抑制するとともに、圧縮機停止時に高圧室１６から低圧室１５への給油経路途中に設けた開閉弁１４を閉じることにより、高圧室１６に貯留された潤滑油の低圧室１５への移動が防止され、運転状態の油面を保つことができる。このように、高圧室１６内に常に適正な油面（貯油量）が維持されるため、密閉形スクロール圧縮機の信頼性を向上することができる。
（第２〜第４実施形態）
次に、本発明の第２〜第４実施形態について図６〜図９を用いて説明する。これらの第２〜第４実施形態は、以下に述べる点で第１実施形態または対比する実施形態と相違し、その他の点については第１実施形態または対比する実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図、図７は図６のＢ−Ｂ横断面図である。図６及び図７において、２３は吸入ライン９及び吐出ライン１２にそれぞれに設けた逆止弁で、２４は吐出管１２ａと低圧室１５の圧力取出しのための均圧口２５とを結ぶ経路の途中に設けた開閉弁である。

この第２実施形態では、吸入ライン９から逆止弁２３、吸込管９ａを通って密閉容器１の低圧室１５内に流入した作動流体は、副軸受フレーム８、電動要素７が収納された空間で液相成分（油や液冷媒等）が分離され、ガス冷媒のみが低圧室１５内に取付けられたＪ字型の吸込管９ｂから流出する。Ｊ字型吸込管９ｂの底部には油戻し小穴１０ａが形成され、低圧室１５内の底部に溜った油を吸込作動ガスの流れに乗せて搬送し、吸込管９ｃを通って吸込ポート２ａに流入する。このように、第２実施形態では、吸込作動ガスによって電動要素７を効果的に冷却することができるため、モータの温度上昇を抑え圧縮機の性能・信頼性が向上する。

圧縮機運転中の軸受摺動部等の潤滑経路において、高圧室１６と低圧室１５を結ぶ経路途中に設けた開閉弁２４は閉じられており、密閉容器１の高圧室１６内に貯留された潤滑油２０は、差圧により固定スクロール２およびフレーム５に形成された給油通路５ｂを通ってクランク軸４の給油横穴４ｂの外側空間に達し、それ以降は第１実施形態で説明したのと同様な給油が行われる。

圧縮機が停止した場合は、高圧室１６と低圧室１５を結ぶ経路途中に設けた開閉弁２４を開くことにより、吸入ライン９と吐出ライン１２に設けた逆止弁２３が作動して高圧室１６と低圧室１５の圧力がバランスするため、高圧室１６に貯留された潤滑油２０の低圧室１５への移動が防止され運転状態の油面を保たれる。これによって、再起動時に油切れを起こす問題は解消され、密閉形スクロール圧縮機の信頼性を向上することができる。
（第３実施形態）
図８は本発明の第３実施形態の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。この第３実施形態は、第１実施形態の横置き型を縦置き型に適用したものである。

この第３実施形態では、密閉容器１の内部に、下部に圧縮要素を、上部に電動要素７を配置している。副軸受フレーム８の上側空間は、油分離機能を備え、かつ潤滑油２０が貯留された高圧室１６として区画されている。副軸受フレーム８の下側空間は圧縮要素および電動要素７が収納された低圧室１５になっている。

圧縮機運転中は給油経路途中に設けた開閉弁１４を開くことにより、高圧室１６に貯留された潤滑油２０は差圧で軸受摺動部等に供給される。圧縮機停止時は開閉弁１４を閉じることにより、高圧室１６に貯留された潤滑油２０は低圧室１５への移動が防止され、運転状態の油面を保つことができる。

この第３実施形態では、縦置き型の圧縮機のため横置き型よりも圧縮機の設置スペースを縮小することができる。
（第４実施形態）
図９は本発明の第４実施形態の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。この第４実施形態は、第２実施形態の横置き型を縦置き型に適用したものである。

この第４実施形態では、密閉容器１の上部に圧縮要素を下部に電動要素７を配置している。副軸受フレーム８の下側空間は、油分離機能を備え、かつ潤滑油２０が貯留された高圧室１６として区画されている。副軸受フレーム８の上側空間は圧縮要素および電動要素７が収納された低圧室１５になっている。８ｂは副軸受フレーム８の中心に取付けられた給油管で、その端部が潤滑油２０中に侵漬されている。この第４実施形態においても、吸入ライン９と吐出ライン１２に逆止弁２３を設け、かつ高圧室１６と低圧室１５を結ぶ経路の途中に開閉弁２４を備えることにより図６に示した横置き型の第２実施形態と同様に動作し、密閉形スクロール圧縮機の性能・信頼性を向上することができる。
（第５実施形態）
図１０は本発明の第５実施形態の冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。この冷凍サイクルは、第１実施形態の密閉形スクロール圧縮機３１を組込んだものである。第２〜第４実施形態の密閉形スクロール圧縮機３１を組み込んでも良い。

ここでは、冷媒としてのＣＯ_２（二酸化炭素）を用いた冷凍サイクルを例に挙げて説明する。ＣＯ_２冷媒は、無毒で不燃性の自然冷媒であり地球温暖化係数（ＧＷＰ）もフロン系冷媒の数千分の一と小さく地球環境保全の点で優れている。反面、ＣＯ_２冷媒は、臨界温度が約３１℃と低いことから冷凍空調装置の通常の運転条件で高圧側の動作圧力が臨界圧力（約７ＭＰａ）を超える超臨界サイクルとなり、高圧冷媒でモリエル線図上の理論ＣＯＰ（成績係数）が低いという欠点がある。このことから、各機器及びシステムの効率向上が強く求められている。

図１０において、図１から図５と同一符号を付したものは同一部品であり同一の作用をなす。第１実施形態の密閉形スクロール圧縮機３１を備えた冷凍空調装置３０が示されている。３２はガスクーラ（放熱器）、３３は膨張弁、３４は蒸発器である。冷媒の流れは以下の通りである。

密閉形スクロール圧縮機３１から吐出された高温・高圧の超臨界状態の冷媒は、ガスクーラ３２に入って放熱し温度低下する。このガスクーラ３２から出た冷媒は膨張弁３３に入り低温・低圧の気液二相冷媒となって吐出される。膨張弁３３を出た気液二相冷媒は蒸発器３４に入って吸熱・ガス化してスクロール圧縮機３１に戻り、再び圧縮されて高温・高圧の超臨界状態の冷媒となる。以上のサイクルが繰り返され冷凍（冷蔵）作用をなす。

第１実施形態の密閉形スクロール圧縮機３１を備えることにより、クランク軸に作用する軸スラスト力を無くして差圧給油により常に安定して軸受摺動部に潤滑油が供給され、性能・信頼性に優れた密閉形スクロール圧縮機を提供することが可能となり、特に、高圧冷媒で高圧と低圧の圧力差も大きくなることから負荷荷重が増大し摺動部の摩擦損失低減が課題となるＣＯ_２冷媒を用いた冷凍空調装置３０の性能・信頼性の向上を図ることができる。さらに、密閉容器１内の大部分を吸込圧力（低圧）としているため、密閉容器１の耐圧強度を低く抑えることができ、密閉形スクロール圧縮機３１の軽量化・低コスト化を図ることができる。

本発明の第１実施形態を示す横置き型の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のＡ矢視図である。 図１の主軸受近傍の拡大断面図である。 図１の副軸受近傍の拡大断面図である。 図１のクランク軸に作用する軸方向圧力分布の模式図である。 本発明の第２実施形態の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。 図６のＢ−Ｂ横断面図である。 本発明の第３実施形態の縦置き型の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。 本発明の第４実施形態の縦置き型の密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。 本発明の第５実施形態の冷凍空調装置の冷凍サイクルを示す図である。

符号の説明

１…密閉容器、２…固定スクロール、２ａ…吸込ポート、２ｂ…吐出ポート、２ｃ…吐出弁、２ｄ…吐出カップ、３…旋回スクロール、３ａ…旋回軸受、３ｂ…中間圧穴、４…クランク軸、４ａ…給油穴、４ｂ給油横穴、５…フレーム、５ａ…主軸受、５ｂ…給油通路、６…オルダムリング、７…電動要素、８…副軸受フレーム、８ａ…副軸受、８ｂ…給油管、９…吸入ライン、９ａ，９ｂ，９ｃ…吸込管、１０…油戻し口、１０ａ…油戻し小穴、１１…管継手、１２…吐出ライン、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…吐出管、１３ａ，１３ｂ…油供給口、１４…開閉弁、１５…低圧室（吸入空間）、１６…高圧室（吐出空間）、１７…背圧室（中間圧空間）、２０…潤滑油、２１…シールリング、２１ａ…シールカバー、２２…スラストリング、２３…逆止弁、２４…開閉弁、３０…冷凍サイクル、３１…密閉形スクロール圧縮機、３２…ガスクーラ、３３…膨張弁、３４…蒸発器。

Claims (3)

1. 密閉容器内を、電動要素が配置されると共に吸込作動ガスが導入される低圧室と、吐出作動ガスが導入される高圧室と、旋回スクロール背面部に形成され前記高圧室と前記低圧室との中間の圧力に保たれる背圧室とに区画し、
   一側端部が前記背圧室に設けられた軸受収納部内に位置されると共に他側端部が前記低圧室に設けられた軸受収納部内に位置され、前記電動要素によって回転されて前記旋回スクロールを駆動するクランク軸を備えた密閉形スクロール圧縮機において、
   前記低圧室内に位置して前記クランク軸を前記電動要素の両側で軸支する主軸受及び副軸受と、前記高圧室に貯留した潤滑油を前記主軸受及び前記副軸受の摺動部に差圧によって供給する油供給路と、前記主軸受及び前記副軸受の低圧室側開口端部に前記低圧室への潤滑油の流入を抑制するシール機構とを備え、
   前記クランク軸の両側の受ける軸方向推力をバランスさせたことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
2. 密閉容器内を、電動要素が配置されると共に吸込作動ガスが導入される低圧室と、吐出作動ガスが導入される高圧室と、旋回スクロール背面部に形成され前記高圧室と前記低圧室との中間の圧力に保たれる背圧室とに区画し、
   一側端部が前記背圧室に設けられた軸受収納部内に位置されると共に他側端部が前記低圧室に設けられた軸受収納部内に位置され、前記電動要素によって回転されて前記旋回スクロールを駆動するクランク軸を備えた密閉形スクロール圧縮機において、
   前記低圧室内に位置して前記クランク軸を前記電動要素の両側で軸支する主軸受及び副軸受と、前記高圧室に貯留した潤滑油を前記主軸受及び前記副軸受の摺動部に差圧によって供給する油供給路と、前記主軸受及び前記副軸受の低圧室側開口端部に前記低圧室への潤滑油の流入を抑制するシール機構とを備え、
   前記クランク軸の両端部に略同一の反対方向の軸方向推力を付与したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
3. 請求項１または２において、前記油供給路の途中に圧縮機の運転停止に対応して開閉される開閉弁を備えたことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。

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