JP4940630B2 - Scroll expander - Google Patents

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Description

本発明は、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、膨張、吐出を行うスクロール膨張機に関するものである。   The present invention engages the fixed scroll and the orbiting scroll where the spiral wrap rises from the end plate to form an expansion chamber between the two, and the orbiting scroll revolves along a circular orbit under the restriction of rotation by the rotation restricting mechanism. The present invention relates to a scroll expander that performs suction, expansion, and discharge by moving the expansion chamber while changing its volume.

従来、この種のスクロール流体機械のスクロール圧縮機においては、旋回スクロールおよび固定スクロール間の圧縮室で流体を吸入し、圧縮し、吐出するのに、旋回スクロールの背部に背圧室を設け、ここに導いた高圧の背圧によって旋回スクロールを固定スクロールの側に押圧し、圧縮室での流体圧により旋回スクロールが固定スクロールから押し離されないようにすることが従来から行われている。   Conventionally, in a scroll compressor of this type of scroll fluid machine, a back pressure chamber is provided at the back of the orbiting scroll to suck, compress, and discharge fluid in a compression chamber between the orbiting scroll and the fixed scroll. Conventionally, the orbiting scroll is pressed against the fixed scroll by the high-pressure back pressure guided to the side so that the orbiting scroll is not pushed away from the fixed scroll by the fluid pressure in the compression chamber.

この背圧は圧縮機構の吐出流体圧、圧縮途中の流体圧、旋回スクロールに連動するポンプ機構や圧縮機構の吐出側と吸入側の差圧を利用して、圧縮機構各部にオイルを供給するときの供給圧などの種々の方法で得られているが、背圧の変動により背圧設定が過剰となり、旋回スクロールが固定スクロールに強く押し付けられてしまうと、スラスト摺動部の異常摩耗や入力増加を招いてしまうため、背圧調整機構などを用いて様々な改善が加えられている。   This back pressure is obtained when oil is supplied to each part of the compression mechanism using the discharge fluid pressure of the compression mechanism, the fluid pressure during compression, the differential pressure between the discharge side and suction side of the pump mechanism or compression mechanism linked to the orbiting scroll. However, if the orbiting scroll is strongly pressed against the fixed scroll due to fluctuations in the back pressure, abnormal wear of the thrust sliding part and increased input will occur. Therefore, various improvements have been made using a back pressure adjusting mechanism.

また、スクロール圧縮機においては、スラスト摺動部をオイルを用いて積極的に潤滑を行おうとすると圧縮行程中の圧縮室にまでオイルが流入し、オイルの過熱損失によって効率を大きく低下させる問題を有していた。この問題を解決するために、固定スクロールのスラスト摺動部にオイル供給溝を設ける技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Also, in a scroll compressor, if the thrust sliding part is actively lubricated with oil, the oil flows into the compression chamber during the compression stroke, and the efficiency is greatly reduced due to the overheat loss of the oil. Had. In order to solve this problem, a technique of providing an oil supply groove in a thrust sliding portion of a fixed scroll has been disclosed (for example, see Patent Document 1).

図7は、特許文献1に記載された従来のスクロール圧縮機におけるスラスト摺動部を示すものである。図7において、背圧室に達したオイルが堀込み部270を通じてオイル供給溝271に進入して毛細管現象によってその全長に行き渡り、摺動部を適度に潤滑して効率低下等の問題を防止するものである。   FIG. 7 shows a thrust sliding portion in a conventional scroll compressor described in Patent Document 1. As shown in FIG. In FIG. 7, the oil that has reached the back pressure chamber enters the oil supply groove 271 through the digging portion 270 and reaches the entire length thereof by the capillary phenomenon, and the sliding portion is appropriately lubricated to prevent problems such as efficiency reduction. Is.

スクロール膨張機においても、スクロール圧縮機と同様にスラスト支持構成等は考えられるものの、スクロール膨張機でのこの種の技術開示はスクロール圧縮機と比較して非常に少ない。
特開2000−291571号公報
Even in the scroll expander, a thrust support structure and the like can be considered as in the scroll compressor, but this type of technical disclosure in the scroll expander is very small compared to the scroll compressor.
JP 2000-291571 A

スクロール膨張機において、旋回スクロールの支持方法として圧縮機と同様の手段を用いることは比較的容易であるが、以下の課題によりスクロール膨張機でのスラスト摺動部での潤滑性能向上が非常に重要な課題となってくる。   In the scroll expander, it is relatively easy to use the same means as the compressor as the support method of the orbiting scroll. However, it is very important to improve the lubrication performance at the thrust sliding part in the scroll expander due to the following problems. It will be a difficult task.

スクロール圧縮機とスクロール膨張機とを同等レベルのサイズで構成し、同条件(周波数、高圧/低圧、作動流体、スラスト損失)で運転した場合、「圧縮機の入力」と「膨張機の出力」に対するスラスト損失の割合は、一般的には「膨張機」>「圧縮機」となる。これは作動流体の物性で決定される理論圧縮動力、理論膨張動力の関係から定性的に決まるものである。   When the scroll compressor and scroll expander are configured with the same size and operated under the same conditions (frequency, high pressure / low pressure, working fluid, thrust loss), “compressor input” and “expander output” Generally, the ratio of the thrust loss to the ratio is “expander”> “compressor”. This is qualitatively determined from the relationship between theoretical compression power and theoretical expansion power determined by the physical properties of the working fluid.

したがってスクロール膨張機におけるスラスト摺動部の潤滑性能向上とスラスト損失の低減は、高効率化、高信頼性化の観点からも非常に重要度は高まってくる。
本発明は、そのような課題を解決するもので、スクロール流体機械のうちスクロール膨張機特有の特性を用いてスラスト摺動部での潤滑性を向上し、スラスト損失の少ない高効率で信頼性の高いスクロール膨張機を提供することを目的とする。
Therefore, improving the lubrication performance of the thrust sliding portion and reducing the thrust loss in the scroll expander is very important from the viewpoint of higher efficiency and higher reliability.
The present invention solves such a problem, and improves the lubricity at the thrust sliding portion by using the characteristics unique to the scroll expander among the scroll fluid machines, and is highly efficient and reliable with little thrust loss. An object is to provide a high scroll expander.

前記従来の課題を解決するために本発明のスクロール膨張機は、旋回スクロールの背面側に、オイルまたはオイル雰囲気の作動流体の圧力が作用する背圧室が形成され、内側の背圧室を略吸入圧力、外側の背圧室を略吐出圧力とするように旋回スクロール背面と摺動する環状摺動仕切り帯を設けて前記背圧室を2重構造で構成し、前記背圧室の圧力により前記旋回スクロールのスラスト荷重が前記固定スクロールに支持されるとともに、前記旋回スクロールのラップ外壁側と前記固定スクロールのラップ内壁側とで形成される膨張終了付近の膨張室と前記外側の背圧室との間に、前記スラスト荷重を支持するスラスト面を介して微小圧力差を設けた構成としている。   In order to solve the above-described conventional problems, the scroll expander of the present invention has a back pressure chamber in which the pressure of the working fluid in the oil or oil atmosphere acts on the back side of the orbiting scroll, and the inner back pressure chamber is substantially omitted. An annular sliding partition band that slides on the back of the orbiting scroll so as to set the suction pressure and the outer back pressure chamber to a substantially discharge pressure is provided, and the back pressure chamber is configured in a double structure. A thrust load of the orbiting scroll is supported by the fixed scroll, an expansion chamber near the end of expansion formed by the wrap outer wall side of the orbiting scroll and the wrap inner wall side of the fixed scroll, and the outer back pressure chamber, In this configuration, a minute pressure difference is provided through a thrust surface that supports the thrust load.

これによって、前記2重構造の背圧室の最適設計により、旋回スクロールが固定スクロールにスラスト支持されていながら、膨張室内の圧力分布の変動等により微小に旋回スクロールを固定スクロールから離反させる構成が可能となり、前記離反隙間を利用して固定スクロールと旋回スクロールの摺動部の潤滑を確実に行い、高効率で高信頼性のスクロール膨張機を提供することができる。   As a result, the double-structure back pressure chamber can be optimally designed so that, while the orbiting scroll is thrust-supported by the fixed scroll, the orbiting scroll can be slightly separated from the fixed scroll due to fluctuations in the pressure distribution in the expansion chamber. Thus, the sliding gap between the fixed scroll and the orbiting scroll can be reliably lubricated using the separation gap, and a highly efficient and highly reliable scroll expander can be provided.

本発明のスクロール膨張機は、スクロール膨張機特有の構成により、スラスト摺動面を潤滑した潤滑油が膨張室内に流入しても膨張機性能を大きく低下させない特徴を用いて、高効率でかつ信頼性の高い膨張機効率を実現することが可能となる。   The scroll expander of the present invention is highly efficient and reliable by using a characteristic that does not greatly reduce the expander performance even when lubricating oil that lubricates the thrust sliding surface flows into the expansion chamber due to the configuration unique to the scroll expander. It is possible to realize a highly efficient expander efficiency.

また、作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより特に高い効果を実現することができるとともに、二酸化炭素を作動流体に用いた冷凍装置おいて、膨張弁の代替として膨張機を用いることにより、冷凍サイクルのエネルギー消費効率をさらに高めることができる。   In addition, a particularly high effect can be realized by using a high-pressure refrigerant such as carbon dioxide as the working fluid, and an expander is used as an alternative to the expansion valve in the refrigeration apparatus using carbon dioxide as the working fluid. Thus, the energy consumption efficiency of the refrigeration cycle can be further increased.

第1の発明は、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、前記旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき前記膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、膨張、吐出を行う膨張機構部を備えたスクロール膨張機において、前記旋回スクロールの背面側に、オイルまたはオイル雰囲気の作動流体の圧力が作用する背圧室が形成され、内側の背圧室を略吸入圧力、外側の背圧室を略吐出圧力とするように旋回スクロール背面と摺動する環状摺動仕切り帯を設けて前記背圧室を2重構造で構成し、前記背圧室の圧力により前記旋回スクロールのスラスト荷重が前記固定スクロールに支持されるとともに、前記旋回スクロールのラップ外壁側と前記固定スクロールのラップ内壁側とで形成される膨張終了付近の膨張室と前記外側の背圧室との間に、前記スラスト荷重を支持するスラスト面を介して微小圧力差を設けるかあるいは略吐出圧力に設定したものである。   According to a first aspect of the present invention, a fixed scroll and a turning scroll where a spiral wrap rises from an end plate are meshed to form an expansion chamber therebetween, and the turning scroll is formed into a circular orbit under the restriction of rotation by a rotation restriction mechanism. In the scroll expander provided with an expansion mechanism that performs suction, expansion, and discharge by moving the expansion chamber while changing the volume when swung along, the oil or oil atmosphere is provided on the back side of the orbiting scroll. A back pressure chamber in which the pressure of the working fluid acts is formed, and an annular sliding partition band that slides on the back of the orbiting scroll so that the inner back pressure chamber is set to a substantially suction pressure and the outer back pressure chamber is set to a substantially discharge pressure. And the back pressure chamber has a double structure, and the thrust load of the orbiting scroll is supported by the fixed scroll by the pressure of the back pressure chamber, and the orbiting scroll A small pressure difference between the expansion chamber near the end of expansion formed by the outer wall side of the wrap and the inner wall side of the fixed scroll and the outer back pressure chamber via a thrust surface that supports the thrust load. Or set to a substantially discharge pressure.

これによって、旋回スクロールを固定スクロールに支持するとともに、前記2重構造の背圧室の最適設計により、膨張室内の圧力分布の変動等により微小に旋回スクロールを固定スクロールから離反させる構成が可能となり、前記離反隙間を利用してオイルまたはオ
イル雰囲気の作動流体をスラスト摺動部へ供給することができ、スラスト摺動部での機械損失を抑えることができる。また、スラスト摺動部を潤滑し終えたオイルは膨張終了付近の膨張室に流入することになるが、膨張終了付近の膨張室においてはオイル流入の影響による膨張機性能への影響は比較的少ないことから、膨張機性能を損なうことも少ない。
As a result, the orbiting scroll is supported by the fixed scroll, and the optimum design of the double-structure back pressure chamber enables a configuration in which the orbiting scroll is slightly separated from the fixed scroll due to fluctuations in the pressure distribution in the expansion chamber. The working fluid in the oil or the oil atmosphere can be supplied to the thrust sliding portion using the separation gap, and the mechanical loss in the thrust sliding portion can be suppressed. In addition, the oil that has finished lubricating the thrust sliding portion flows into the expansion chamber near the end of expansion, but in the expansion chamber near the end of expansion, the influence on the expander performance due to the influence of oil inflow is relatively small. For this reason, there is little damage to the expander performance.

第2の発明は、特に、第1の発明で、旋回スクロールと固定スクロールのスラスト摺動面にオイル供給手段を設けたものである。これによって、旋回スクロールの固定スクロールからの離反隙間を利用したオイル供給だけではスラスト摺動部の潤滑が厳しい場合においても、積極的にオイルを供給することが可能となる。   The second invention is the first invention, in particular, in which oil supply means is provided on the thrust sliding surfaces of the orbiting scroll and the fixed scroll. As a result, oil can be positively supplied even when the lubrication of the thrust sliding portion is severe by merely supplying oil using the separation gap from the fixed scroll of the orbiting scroll.

第3の発明は、特に、第2の発明で、オイル供給手段が、少なくとも1つ以上のオイル供給溝で構成されたものである。この場合、オイル供給溝の構成位置により意図したスラスト摺動面位置に積極的にオイルを供給することが可能となり、スラスト摺動部の中で潤滑的に厳しい部分への局部対応も可能となる。   The third invention is particularly the second invention, wherein the oil supply means comprises at least one oil supply groove. In this case, it becomes possible to positively supply oil to the intended thrust sliding surface position depending on the configuration position of the oil supply groove, and it is also possible to locally cope with a lubriciously severe part in the thrust sliding part. .

第4の発明は、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、前記旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき前記膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、膨張、吐出を行う膨張機構部を備えたスクロール膨張機において、前記旋回スクロールの背面側に、オイルまたはオイル雰囲気の作動流体の圧力が作用する背圧室が形成され、前記背圧室の圧力により前記旋回スクロールのスラスト荷重が前記固定スクロールに支持されるとともに、前記旋回スクロールのラップ外壁側と前記固定スクロールのラップ内壁側とで形成される膨張終了付近の膨張室と前記背圧室との間に、背圧調整機構等の手段を用いて前記背圧室の圧力を吐出圧力よりも高く設定し、前記スラスト荷重を支持するスラスト面を介して圧力差を設け、前記背圧室と前記膨張室を絞り部を介して連通したものである。これによって、旋回スクロールを安定的に固定スクロールに支持するとともに、絞り部を介して適度に旋回スクロールが摺動しているスラスト摺動部にオイルを供給することが可能となる。また、スラスト摺動部を潤滑し終えたオイルは膨張終了付近の膨張室に導かれるが、膨張終了付近の膨張室においてはオイル流入の影響による膨張機性能への影響は比較的少ない。   According to a fourth aspect of the present invention, a fixed scroll and a turning scroll where a spiral wrap rises from an end plate are meshed to form an expansion chamber between the two, and the turning scroll is formed into a circular orbit under the restriction of rotation by a rotation restriction mechanism. In the scroll expander provided with an expansion mechanism that performs suction, expansion, and discharge by moving the expansion chamber while changing the volume when swung along, the oil or oil atmosphere is provided on the back side of the orbiting scroll. A back pressure chamber in which the pressure of the working fluid acts is formed, and the thrust load of the orbiting scroll is supported by the fixed scroll by the pressure of the back pressure chamber, and the wrap outer wall side of the orbiting scroll and the wrap of the fixed scroll Between the expansion chamber near the end of expansion formed on the inner wall side and the back pressure chamber, the back pressure is adjusted using a means such as a back pressure adjustment mechanism. Pressure set higher than the discharge pressure of the pressure differential via a thrust surface for supporting the thrust load provided, in which communication via the back pressure chamber and said expansion chamber diaphragm portion. As a result, the orbiting scroll is stably supported by the fixed scroll, and oil can be supplied to the thrust sliding portion where the orbiting scroll is sliding appropriately through the throttle portion. The oil that has finished lubricating the thrust sliding portion is guided to the expansion chamber near the end of expansion, but in the expansion chamber near the end of expansion, the influence of the oil inflow on the expander performance is relatively small.

第5の発明は、特に、第4の発明で、絞り部が、スラスト摺動面に形成された少なくとも1つ以上のオイル供給溝で構成されたものである。これによって、意図した位置に積極的にオイルを供給することが可能となり、スラスト摺動部の中で潤滑的に厳しい部分への局部対応も可能となる。   The fifth aspect of the invention is the fourth aspect of the invention, in which the throttle portion is composed of at least one oil supply groove formed on the thrust sliding surface. As a result, oil can be actively supplied to the intended position, and a local response to a severely lubricated portion of the thrust sliding portion is also possible.

第6の発明は、特に、第3および第5の発明で、オイル供給溝内の流れ方向が、旋回スクロールの旋回方向とほぼ同方向で構成したものである。これによって、差圧だけでなく、旋回スクロールの旋回運動によるオイル供給効果も加わり、スラスト摺動部の温度上昇が懸念させる高速運転時の場合においても、より高い効果を発揮できる。   The sixth aspect of the invention is particularly the third and fifth aspects of the present invention, wherein the flow direction in the oil supply groove is configured in substantially the same direction as the turning direction of the orbiting scroll. As a result, not only the differential pressure but also the oil supply effect due to the orbiting motion of the orbiting scroll is added, and a higher effect can be exhibited even in the case of high speed operation where the temperature rise of the thrust sliding portion is a concern.

第7の発明は、特に、第4の発明で、絞り部が、旋回スクロールの鏡板の圧力変形により形成される楔形状部で構成されたものである。これによって、旋回スクロールの全外周においてスラスト摺動面へのオイル供給がより積極的に行われるだけでなく、楔効果によるより安定的な油膜発生が期待できる。   In a seventh aspect of the invention, in particular, in the fourth aspect of the invention, the throttle portion is configured by a wedge-shaped portion formed by pressure deformation of the end plate of the orbiting scroll. As a result, not only oil supply to the thrust sliding surface is more positively performed on the entire outer periphery of the orbiting scroll, but also more stable oil film generation due to the wedge effect can be expected.

第8の発明は、特に、第7の発明で、旋回スクロールの反スラスト摺動面側の鏡板に、前記反スラスト摺動面側に開口する溝部を形成し、柔構造部を設けたものである。これによって、前記旋回スクロールの前期鏡板が、前記柔構造部により積極的な圧力変形を起こし、第7の発明で制御できない楔形状部を意図的に制御することが可能となる。   The eighth invention is the seventh invention, in particular, in which a groove portion that opens to the anti-thrust sliding surface side is formed on the end plate on the anti-thrust sliding surface side of the orbiting scroll, and a flexible structure portion is provided. is there. This makes it possible to intentionally control the wedge-shaped portion that cannot be controlled by the seventh aspect of the orbiting scroll due to the positive pressure deformation caused by the flexible structure portion.

第9の発明は、特に、第4の発明で、絞り部が、スラスト摺動面にエッチング処理などによって施された、微小溝あるいは微小凸凹部で構成されたものである。これによって、スラスト摺動部の広範囲にわたって比較的容易に絞り部を形成することが可能となり、スラスト摺動損失を最大限に軽減できるとともに、微小絞り部を形成できることから膨張室へのオイル流入量を必要最低限に抑えることが可能となる。   The ninth aspect of the invention is particularly the fourth aspect of the invention, wherein the throttle portion is constituted by a minute groove or a minute convex concave portion formed by etching or the like on the thrust sliding surface. This makes it possible to form the throttle part relatively easily over a wide range of the thrust sliding part, reducing the thrust sliding loss to the maximum and forming the fine throttle part, so that the amount of oil flowing into the expansion chamber Can be minimized.

第10の発明は、特に、第1〜9のいずれか1つの発明で、作動流体として高圧ガス、例えば二酸化炭素を用いたものである。二酸化炭素はフロン系冷媒に比べて差圧がより大きいため、スラスト摺動部での損失が一段と大きくなり、本発明の効果をより高めることができる。   The tenth aspect of the invention is particularly any one of the first to ninth aspects of the invention, in which a high-pressure gas such as carbon dioxide is used as the working fluid. Since carbon dioxide has a larger differential pressure than a chlorofluorocarbon refrigerant, the loss at the thrust sliding portion is further increased, and the effects of the present invention can be further enhanced.

第11の発明は、圧縮機、放熱器、膨張機、及び蒸発器を有する冷凍サイクル装置において、冷凍サイクル装置の減圧手段として、第1〜10のいずれか1つの発明のスクロール膨張機が用いられるものである。これにより、従来は減圧時のエネルギー損失として失っていたエネルギーの回収が可能となり、冷凍サイクル装置全体のエネルギー消費効率を高めることができる。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the refrigeration cycle apparatus having a compressor, a radiator, an expander, and an evaporator, the scroll expander according to any one of the first to tenth aspects is used as decompression means of the refrigeration cycle apparatus. Is. This makes it possible to recover energy that has been lost as an energy loss during decompression, and can improve the energy consumption efficiency of the entire refrigeration cycle apparatus.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるスクロール膨張機の断面図である。密閉容器1内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸4の主軸受部材11と、この主軸受部材11上にボルト止めした固定スクロール12との間に、固定スクロール12と噛み合う旋回スクロール13を挟み込んでスクロール式の膨張機構2を構成し、旋回スクロール13と主軸受部材11との間に旋回スクロール13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規制機構14を設けて、クランク軸4の上端にある偏心軸部4aにて旋回スクロール13を偏心駆動することにより旋回スクロール13を円軌道運動させている。これにより固定スクロール12と旋回スクロール13との間に形成している膨張室15が中央部から外周側に移動しながら容積が大きくなるのを利用して、密閉容器1外に通じた吸入パイプ16および固定スクロール12の中央部の吸入口17から作動流体を吸入して膨張していき、所定圧以下になった作動流体は固定スクロール12の外周側の吐出口18から密閉容器1外に吐出させることを繰り返す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the scroll expander according to the first embodiment of the present invention. An orbiting scroll 13 that meshes with the fixed scroll 12 between the main bearing member 11 of the crankshaft 4 fixed by welding or shrink fitting in the sealed container 1 and the fixed scroll 12 bolted on the main bearing member 11. A scroll-type expansion mechanism 2 is formed by sandwiching a rotary scroll mechanism 13, and an anti-rotation mechanism 14 such as an Oldham ring that guides the orbiting scroll 13 to rotate in a circular orbit between the orbiting scroll 13 and the main bearing member 11. Is provided, and the orbiting scroll 13 is eccentrically driven by the eccentric shaft portion 4 a at the upper end of the crankshaft 4, thereby causing the orbiting scroll 13 to move circularly. As a result, the expansion pipe 15 formed between the fixed scroll 12 and the orbiting scroll 13 increases in volume while moving from the central portion to the outer peripheral side, and the suction pipe 16 communicating with the outside of the sealed container 1 is utilized. The working fluid is sucked from the suction port 17 at the center of the fixed scroll 12 and expands, and the working fluid having a predetermined pressure or less is discharged from the discharge port 18 on the outer peripheral side of the fixed scroll 12 to the outside of the sealed container 1. Repeat that.

作動流体の膨張による動力は、膨張機構2の下部に配置されたジェネレータ3により電力として変換される。本実施の形態ではジェネレータ3を用いているが、クランク軸4に別の圧縮機構を連結していれば、膨張による動力はそのまま圧縮機構のアシストとして用いることができる。   The power generated by the expansion of the working fluid is converted as electric power by the generator 3 disposed at the lower part of the expansion mechanism 2. In this embodiment, the generator 3 is used. However, if another compression mechanism is connected to the crankshaft 4, the power generated by the expansion can be used as it is as an assist for the compression mechanism.

またクランク軸4の他端側は副軸受部材21によって支持され、クランク軸4の他端側の先端にはポンプ25を備えている。オイル6は、オイル溜め20からポンプ25により供給され、クランク軸4の軸方向の中心に設けられた給油経路(図示せず)を経て、主軸受部11a、偏心軸受部11bを潤滑および冷却した後、オイル戻し孔26を経て再循環を行う。   The other end side of the crankshaft 4 is supported by the auxiliary bearing member 21, and a pump 25 is provided at the tip end of the other end side of the crankshaft 4. The oil 6 is supplied from an oil reservoir 20 by a pump 25, and lubricates and cools the main bearing portion 11a and the eccentric bearing portion 11b through an oil supply path (not shown) provided in the axial center of the crankshaft 4. Thereafter, recirculation is performed through the oil return hole 26.

一方、偏心軸受部11bに到達したオイル6の一部は、旋回スクロール13の内部に設けられた絞り部28により減圧されて背圧室29に供給される。ここでは旋回スクロール13の反ラップ側の鏡板背面に、中心部と外周部とを仕切る環状摺動仕切り帯としてシール部材46を配置している。中心部側には膨張機構2のおおよそ吸入圧力である高圧が作
用し、外周部側には膨張機構2のおおよそ吐出圧力である低圧が作用する構成となっている。シール部材46は偏心軸受部11bに到達したオイル6の圧力と低圧側の背圧室29の圧力をシールする役割を持っている。背圧室29に減圧供給されたオイル6は、背圧室29と膨張終了付近の膨張室15とを連通している連絡路104を通り膨張室15へ流入する。背圧室29の圧力は、絞り部28と連絡路104等の抵抗によりおおよそ低圧の吐出圧力の場合もあれば、吐出圧力より微小に高い圧力の場合もある。
On the other hand, part of the oil 6 that has reached the eccentric bearing portion 11 b is decompressed by the throttle portion 28 provided inside the orbiting scroll 13 and supplied to the back pressure chamber 29. Here, a seal member 46 is disposed on the back of the end plate on the side opposite to the wrapping side of the orbiting scroll 13 as an annular sliding partition band that partitions the central portion and the outer peripheral portion. A high pressure that is approximately the suction pressure of the expansion mechanism 2 acts on the center portion side, and a low pressure that is approximately the discharge pressure of the expansion mechanism 2 acts on the outer peripheral portion side. The seal member 46 serves to seal the pressure of the oil 6 reaching the eccentric bearing portion 11b and the pressure of the back pressure chamber 29 on the low pressure side. The oil 6 supplied to the back pressure chamber 29 under reduced pressure flows into the expansion chamber 15 through a communication path 104 that connects the back pressure chamber 29 and the expansion chamber 15 near the end of expansion. The pressure in the back pressure chamber 29 may be a discharge pressure that is approximately low due to the resistance of the throttle portion 28 and the communication path 104, or may be slightly higher than the discharge pressure.

上記の構成により、旋回スクロール13は固定スクロール12に適度な押し付け力で押圧され旋回スクロール13のスラスト荷重が固定スクロール12に支持されているが、シール部材46の直径の選択や背圧室29の圧力微調整により、膨張室15の圧力分布の変動に伴なって微小に旋回スクロール13が固定スクロール12から離反する条件の設定が可能である。大きすぎる離反は膨張機15の大幅な性能低下を引き起こすが、一部分の数μmレベルの微小離反に関しては特段に膨張機15の性能低下には至らない場合が多く、本実施の形態においては、旋回スクロール13が固定スクロール12に適度な押し付け力で押圧されながら数μmの微小離反が発生する設定としている。   With the above configuration, the orbiting scroll 13 is pressed against the fixed scroll 12 with an appropriate pressing force, and the thrust load of the orbiting scroll 13 is supported by the fixed scroll 12. However, the diameter of the seal member 46 and the back pressure chamber 29 are selected. By finely adjusting the pressure, it is possible to set a condition in which the orbiting scroll 13 is slightly separated from the fixed scroll 12 as the pressure distribution in the expansion chamber 15 varies. A separation that is too large causes a significant decrease in the performance of the expander 15, but there are many cases in which the performance of the expander 15 is not particularly lowered with respect to a small separation of a few μm level. The scroll 13 is set to generate a slight separation of several μm while being pressed against the fixed scroll 12 with an appropriate pressing force.

上記設定を行うと、固定スクロール12と旋回スクロール13とのスラスト摺動部101は、運転中に数μmの微小隙間を伴ないながら旋回運動が行われている味噌擂り運動状態となり、この微小隙間から背圧室29内のオイル6がスラスト摺動部101に流入しスラスト摺動部101の潤滑を有効に行うことができる。また、味噌擂り運動によりスラスト摺動部101へは常に新しいオイル6の供給が行われることとなり、オイル6の滞留を防止し、より良好なスラスト潤滑を実現することができる。   When the above setting is performed, the thrust sliding portion 101 between the fixed scroll 12 and the orbiting scroll 13 enters a taste-moving movement state in which the orbiting movement is performed with a small gap of several μm during operation. The oil 6 in the back pressure chamber 29 flows into the thrust sliding portion 101 and the thrust sliding portion 101 can be lubricated effectively. Further, new oil 6 is always supplied to the thrust sliding portion 101 due to the miso movement, so that the oil 6 is prevented from staying and better thrust lubrication can be realized.

ここで、背圧室29内の圧力は、おおよそ低圧の吐出圧力あるいは吐出圧力より微小に高い圧力の設定であることが構成上望ましい。背圧室29内の圧力を背圧調整機構等を用いて意図的に吐出圧力よりも高く設定した場合、味噌擂り運動状態下での安定的な背圧設定は困難となり、信頼性上のバラツキの要因となりうる。背圧室29内の圧力をおおよそ低圧の吐出圧力あるいは吐出圧力より微小に高い圧力に設定した方が困難性は少なく、構成上も容易であり、好適である。   Here, the pressure in the back pressure chamber 29 is preferably set to a low discharge pressure or a pressure slightly higher than the discharge pressure. If the pressure in the back pressure chamber 29 is intentionally set to be higher than the discharge pressure using a back pressure adjustment mechanism or the like, it is difficult to stably set the back pressure under the taste-impairing state, and there is a variation in reliability. It can be a factor. It is less difficult to set the pressure in the back pressure chamber 29 to a discharge pressure that is approximately low pressure or a pressure that is slightly higher than the discharge pressure.

スクロール膨張機の場合には、背圧室29から膨張室15へ流入したオイル6は膨張機構2の膨張性能に大きく影響を与えることは少ない。これはラップ中心部から作動流体の膨張行程が開始し、ラップ外周部では膨張行程がほぼ完了し、吐出行程に移っていることによるものである。スクロール圧縮機の場合では、オイル6が流入するところは圧縮開始付近の圧縮室に相当するため、高温のオイル6が流入すると吸入過熱損失となり大きな損失をもたらすが、スクロール膨張機ではこのような懸念は少ない。   In the case of a scroll expander, the oil 6 that has flowed into the expansion chamber 15 from the back pressure chamber 29 hardly affects the expansion performance of the expansion mechanism 2. This is because the expansion stroke of the working fluid starts from the center portion of the lap, the expansion stroke is almost completed at the outer peripheral portion of the lap, and the discharge stroke is started. In the case of a scroll compressor, the place where the oil 6 flows in corresponds to the compression chamber near the start of compression, so if the high-temperature oil 6 flows in, it causes a large loss due to suction overheating. There are few.

以上のような構成を用いることにより、スラスト摺動部101の信頼性が高く、高効率なスクロール膨張機を提供することができる。   By using the configuration as described above, it is possible to provide a highly efficient scroll expander in which the thrust sliding portion 101 is highly reliable.

なお、スラスト摺動部101へのオイル6の供給が不足する場合においては、旋回スクロール13側あるいは固定スクロール12側に、意図的にオイル6の供給手段を講じても良い。オイル6の供給手段がある場合においても、背圧室29と膨張終了付近の膨張室15との間の差圧は少なく、過度にオイル6が供給させることも少ない。   In addition, when the supply of the oil 6 to the thrust sliding part 101 is insufficient, the supply means of the oil 6 may be intentionally provided on the orbiting scroll 13 side or the fixed scroll 12 side. Even when there is means for supplying the oil 6, the differential pressure between the back pressure chamber 29 and the expansion chamber 15 near the end of expansion is small, and the oil 6 is not excessively supplied.

図2は、本実施の形態1あるいは後述の本実施の形態2における要部平面図である。図2に示すように、オイル6の供給手段の一例としては、少なくとも1つ以上のオイル供給溝103のような例があげられる。例では、旋回スクロール13のスラスト摺動部101である固定スクロール12のスラスト面にオイル供給溝103を設けてある。オイル供給溝103は比較的細い浅溝で形成されている。オイル供給溝103が存在する場合には、
背圧室29の圧力の調整は前述の調整とは当然異なり、仕様毎の最適化設計が必要である。
FIG. 2 is a plan view of a main part in the first embodiment or the second embodiment described later. As shown in FIG. 2, an example of the supply means for the oil 6 includes at least one oil supply groove 103. In the example, the oil supply groove 103 is provided on the thrust surface of the fixed scroll 12 which is the thrust sliding portion 101 of the orbiting scroll 13. The oil supply groove 103 is formed by a relatively thin shallow groove. When the oil supply groove 103 exists,
The adjustment of the pressure in the back pressure chamber 29 is naturally different from the adjustment described above, and an optimization design for each specification is required.

オイル供給溝103は任意の位置に構成することが可能であるが、スラスト摺動部101の潤滑状態が厳しい位置に構成することにより、その部分に積極的にオイルを供給することが可能となる。これにより、よりスラスト摺動部の潤滑状態が良好なスクロール膨張機を提供することができる。   The oil supply groove 103 can be configured at an arbitrary position. However, when the lubrication state of the thrust sliding portion 101 is configured at a severe position, oil can be positively supplied to the portion. . Thereby, the scroll expander in which the lubrication state of the thrust sliding portion is better can be provided.

さらに、オイル供給溝103内の流れ方向が旋回スクロール13の旋回方向と同方向で構成した場合、背圧室29内で旋回運動する旋回スクロール13の鏡板部のポンピング効果により、オイル6の圧送効果も期待できる。スラスト摺動部101の温度上昇が懸念させる高速運転時においては、ポンピング効果がより高められ、圧力差に依存するだけでなく、旋回運動を利用したより高い潤滑環境を実現することができる。   Further, when the flow direction in the oil supply groove 103 is configured in the same direction as the turning direction of the orbiting scroll 13, the pumping effect of the end plate portion of the orbiting scroll 13 that orbits in the back pressure chamber 29 causes the oil 6 pumping effect. Can also be expected. During high-speed operation, which is concerned about the temperature rise of the thrust sliding portion 101, the pumping effect is further enhanced, and not only depends on the pressure difference, but also a higher lubrication environment using a turning motion can be realized.

(実施の形態2)
本発明の第1の実施の形態と重複する部分については、詳細説明を省略するが、第1の実施の形態と異なる部分については以下、図3を用いて詳細に説明する。
(Embodiment 2)
Detailed descriptions of portions that are the same as those in the first embodiment of the present invention are omitted, but portions that are different from the first embodiment will be described in detail below with reference to FIG.

図3は本発明の第2の実施の形態におけるスクロール膨張機の断面図である。図3に示すように、スクロール13の反ラップ側の鏡板背面に、中心部と外周部とを仕切るシール部材46を配置している。シール部材46は偏心軸受部11bに到達したオイル6の圧力と背圧室29の圧力をシールする役割を持っている。背圧室29に供給されたオイル6が溜まるに従い、背圧室29の圧力が上昇するが、その圧力を一定に保つために、背圧調整機構9が構成されており、背圧室29の圧力が設定された圧力より高くなると背圧調整機構9が作動するようになっている。背圧調整機構9の出口側は吐出口18に連通されており、背圧室29の圧力は膨張機構2の吐出圧力より高い任意の圧力に調整することが可能となっている。背圧調整機構9は、従来技術(特許文献1)のような、スクロール圧縮機で用いられているものがそのままスクロール膨張機においても適用が可能である。   FIG. 3 is a sectional view of a scroll expander according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a seal member 46 that partitions the central portion and the outer peripheral portion is disposed on the rear surface of the scroll 13 on the side opposite to the wrap. The seal member 46 has a role of sealing the pressure of the oil 6 reaching the eccentric bearing portion 11 b and the pressure of the back pressure chamber 29. As the oil 6 supplied to the back pressure chamber 29 accumulates, the pressure in the back pressure chamber 29 rises. In order to keep the pressure constant, the back pressure adjusting mechanism 9 is configured. When the pressure becomes higher than the set pressure, the back pressure adjusting mechanism 9 is activated. The outlet side of the back pressure adjustment mechanism 9 communicates with the discharge port 18, and the pressure in the back pressure chamber 29 can be adjusted to an arbitrary pressure higher than the discharge pressure of the expansion mechanism 2. The back pressure adjusting mechanism 9 used in the scroll compressor as in the prior art (Patent Document 1) can be applied to the scroll expander as it is.

上記構成により、旋回スクロール13が固定スクロール12から離反することなく、旋回スクロール13は固定スクロール12に適度な押し付け力で押圧され、スラスト荷重が固定スクロール12に支持されている。   With the above configuration, the orbiting scroll 13 is pressed against the fixed scroll 12 with an appropriate pressing force without the orbiting scroll 13 being separated from the fixed scroll 12, and the thrust load is supported by the fixed scroll 12.

スクロール流体機械は容積型の流体機械のため、特段の構成を用いない場合は、スクロールラップ形状により圧縮比あるいは膨張比が決定される。スクロール膨張機がある運転圧力範囲内で運転され、過膨張あるいは不足膨張が発生する場合であってもラップ形状の選定と背圧調整機構9の調整を最適に行うことにより、背圧室29の圧力は最適値に設定することができる。本実施の形態においては、旋回スクロール13のラップ外壁側と固定スクロール12のラップ内壁側とで形成される膨張終了付近の膨張室15の圧力より、背圧室29の圧力を高く設定している。   Since the scroll fluid machine is a positive displacement fluid machine, the compression ratio or the expansion ratio is determined by the scroll wrap shape when no special configuration is used. Even if the scroll expander is operated within a certain operating pressure range and overexpansion or underexpansion occurs, the selection of the wrap shape and the adjustment of the back pressure adjusting mechanism 9 are performed optimally, so that the back pressure chamber 29 The pressure can be set to an optimum value. In the present embodiment, the pressure of the back pressure chamber 29 is set higher than the pressure of the expansion chamber 15 near the end of expansion formed by the wrap outer wall side of the orbiting scroll 13 and the wrap inner wall side of the fixed scroll 12. .

上記構成をとることにより、固定スクロール12と旋回スクロール13とのスラスト摺動部101を介して、オイル6が潤沢である背圧室29の方が圧力が高く、膨張室15の方が低い状態となる。当然のことながらスラスト摺動部101は、オイル6が介在し適度な油膜力でスラスト潤滑を行っているが、必ずしも一様に油膜力が発生しているわけではない。油膜力が低下している部分は、スラスト摺動部101そのものが絞り部として作用し、前述の圧力差によりオイル6がスラスト摺動部101へ供給され、冷却作用をもたらすだけでなくオイル6の滞留を防止し、より良好なスラスト潤滑を実現することができる。   By adopting the above configuration, the pressure in the back pressure chamber 29 where the oil 6 is rich is higher and the expansion chamber 15 is lower through the thrust sliding portion 101 between the fixed scroll 12 and the orbiting scroll 13. It becomes. As a matter of course, the thrust sliding portion 101 intervenes oil 6 and performs thrust lubrication with an appropriate oil film force. However, the oil film force is not necessarily generated uniformly. In the portion where the oil film force is reduced, the thrust sliding portion 101 itself acts as a throttle portion, and the oil 6 is supplied to the thrust sliding portion 101 due to the pressure difference described above, and not only brings about a cooling action but also the oil 6 Stagnation is prevented and better thrust lubrication can be realized.

スクロール膨張機の場合には、背圧室29から膨張室15へ流入したオイル6は膨張機構2の性能に大きく影響を与えることは少ない。これはラップ中心部から作動流体の膨張行程が開始し、ラップ外周部では膨張行程がほぼ完了し、吐出行程に移っていることによるものである。スクロール圧縮機の場合では、オイル6が流入するところは圧縮開始付近の圧縮室に相当するため、高温のオイル6が流入すると吸入過熱損失となり大きな損失をもたらす。したがってスクロール圧縮機の場合においては、オイル6の流入を積極的に行うことができず、効率とスラスト摺動部の信頼性を両立させることが課題となっていた。   In the case of a scroll expander, the oil 6 that has flowed from the back pressure chamber 29 into the expansion chamber 15 does not significantly affect the performance of the expansion mechanism 2. This is because the expansion stroke of the working fluid starts from the center portion of the lap, the expansion stroke is almost completed at the outer peripheral portion of the lap, and the discharge stroke is started. In the case of the scroll compressor, the place where the oil 6 flows in corresponds to the compression chamber near the start of compression. Therefore, when the high-temperature oil 6 flows in, the suction overheat loss occurs and causes a large loss. Therefore, in the case of the scroll compressor, the oil 6 cannot be actively introduced, and it has been a problem to achieve both efficiency and reliability of the thrust sliding portion.

しかしながらスクロール膨張機では、オイル6の流入に特段の配慮をはらう必要が少なく、効率とスラスト摺動部の信頼性を両立させることが非常に容易である。これにより、スラスト摺動部101の信頼性が高く、高効率なスクロール膨張機を提供することができる。   However, in the scroll expander, there is little need to pay special attention to the inflow of the oil 6, and it is very easy to achieve both efficiency and reliability of the thrust sliding portion. Thereby, the reliability of the thrust sliding part 101 is high, and a highly efficient scroll expander can be provided.

また、旋回スクロール13の反ラップ側の鏡板背面に、中心部と外周部とを仕切るシール部材5を配置しない構成においても上記効果は同様に得ることが可能である(図示せず)。   Further, the above effect can be similarly obtained even in a configuration in which the seal member 5 that partitions the center portion and the outer peripheral portion is not disposed on the back surface of the end-wrap side of the orbiting scroll 13 (not shown).

なお、本発明の第1の実施の形態と類似するが、図2に示すように、絞り部を旋回スクロール13とのスラスト摺動部101である固定スクロール12のスラスト面に構成してもよい。図2では、旋回スクロール13の回転方向に沿うようにオイル供給溝103を2本設ける構成としており、比較的細い浅溝で形成されオイル6が流れた場合でも粘性抵抗により絞り効果が発生する程度のものである。この構成により、背圧室29の圧力と、旋回スクロール13の回転とによりオイルが積極的に供給されスラスト摺動部101の潤滑性が一層向上する。   Although similar to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the throttle portion may be configured on the thrust surface of the fixed scroll 12 that is the thrust sliding portion 101 with the orbiting scroll 13. . In FIG. 2, two oil supply grooves 103 are provided along the rotation direction of the orbiting scroll 13, so that a narrowing effect is generated due to viscous resistance even when the oil 6 flows due to a relatively thin shallow groove. belongs to. With this configuration, oil is positively supplied by the pressure in the back pressure chamber 29 and the rotation of the orbiting scroll 13, and the lubricity of the thrust sliding portion 101 is further improved.

オイル供給溝103が存在する場合には、背圧調整機構9とオイル供給溝103の絞り効果との兼ね合いで背圧室29の圧力が決定されるが、最適化により任意の圧力に設定は可能である。なお、絞り効果を発生させるために、オイル供給溝103を局部的に絞る構成としても良い。   When the oil supply groove 103 exists, the pressure of the back pressure chamber 29 is determined in consideration of the back pressure adjusting mechanism 9 and the throttle effect of the oil supply groove 103, but can be set to an arbitrary pressure by optimization. It is. In order to generate the squeezing effect, the oil supply groove 103 may be locally squeezed.

また、オイル供給溝103内の流れ方向が旋回スクロール13の旋回方向とほぼ同方向で回転方向に沿うように構成した場合も、本発明の第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Further, when the flow direction in the oil supply groove 103 is configured to be substantially the same as the turning direction of the orbiting scroll 13 and along the rotation direction, the same effect as that of the first embodiment of the present invention can be obtained. it can.

別の絞り部の構成としては図4に示すような構成となっていてもよい。図4は、本発明の第2の実施の形態における絞り部の構成一例を示すものであり、旋回スクロールおよび固定スクロールの運転時圧力変形の状態を概念的に示したものである。   As another configuration of the aperture portion, a configuration as shown in FIG. 4 may be used. FIG. 4 shows an example of the configuration of the throttle section in the second embodiment of the present invention, and conceptually shows the state of pressure deformation during operation of the orbiting scroll and the fixed scroll.

本構成例では、旋回スクロール13を圧力差により固定スクロール12に押圧させて図4のような周囲が浮き上がる弾性変形を起こさせたものである。弾性変形量は旋回スクロール13の鏡板13aの剛性等により様々であり、いずれもあまり大きな量ではなく数μm〜20μm以下程度のものであり、スラスト摺動部101に楔形状部102を形成させたものである。   In this configuration example, the orbiting scroll 13 is pressed against the fixed scroll 12 by a pressure difference, and the elastic deformation in which the surroundings are lifted as shown in FIG. 4 is caused. The amount of elastic deformation varies depending on the rigidity of the end plate 13a of the orbiting scroll 13 and the like, and none of them is a very large amount and is about several μm to 20 μm or less, and the wedge-shaped portion 102 is formed on the thrust sliding portion 101. Is.

楔形状部102はスラスト摺動部101の潤滑面では、楔効果による油膜力の発生を補うだけでなく、微小隙間の絞り部として作用しオイル6の流入を促進する。この変形は旋回スクロール13の鏡板13aの全外周で起こり得るものであり、スラスト摺動部101の大きな摺動改善を期待することができ、さらに高効率なスクロール膨張機を提供することができる。   On the lubrication surface of the thrust sliding portion 101, the wedge-shaped portion 102 not only compensates for the generation of oil film force due to the wedge effect, but also acts as a narrow gap narrowing portion to promote the inflow of the oil 6. This deformation can occur on the entire outer periphery of the end plate 13a of the orbiting scroll 13, and a great improvement in sliding of the thrust sliding portion 101 can be expected, and a more efficient scroll expander can be provided.

図5は、旋回スクロール13の反スラスト摺動面側から見た要部平面図である。図5に示すように、旋回スクロール13の反スラスト摺動面側の鏡板13aに、反スラスト摺動面側に開口する溝部105を形成し、鏡板13aに柔構造部を設けることにより、楔形状部102の構成を容易にし、変形量を意図的に制御することができる。溝部105は略環状であってもよいし、部分的に途切れた複数溝であってもよく、特段の形状の制限を受けるものではない。   FIG. 5 is a plan view of the main part of the orbiting scroll 13 as viewed from the anti-thrust sliding surface side. As shown in FIG. 5, a groove portion 105 that opens to the anti-thrust sliding surface side is formed in the end plate 13a on the anti-thrust sliding surface side of the orbiting scroll 13, and a flexible structure portion is provided on the end plate 13a. The configuration of the unit 102 can be facilitated, and the amount of deformation can be intentionally controlled. The groove portion 105 may be substantially annular or may be a plurality of grooves that are partially interrupted, and is not subject to any special shape limitation.

これは、旋回スクロール13の鏡板13aは溝部105付近で剛性が低下し弾性変形が促進された結果であり、剛性のコントロールにより楔形状部102を制御することが可能となる。   This is a result of the rigidity of the end plate 13a of the orbiting scroll 13 being reduced in the vicinity of the groove 105 and the elastic deformation being promoted, and the wedge-shaped portion 102 can be controlled by controlling the rigidity.

さらに別の絞り部の構成としては、図6に示すような構成もあげられる。固定スクロール12のスラスト摺動面101にエッチング処理などによって施された微小溝106を広範囲にわたって構成した場合、スラスト摺動面101での摺動損失低減効果はさらに効果的なものとなる。エッチング処理を用いた場合には、比較的容易に広範囲にわたって絞り部を形成することができ、絞り部自体の絞り効果も大きくとれることから、膨張室15へのオイル6の流入量を必要最低限に抑えることが可能となる。機械加工によるオイル供給溝を多数設けることによっても対応はある程度可能であるが、要求される絞り効果を実現するには限界があり、過度のオイル6の膨張室15への流入を招く結果となる。エッチング処理などによって施された微小溝106を多数設けることは、スラスト摺動面101の潤滑状態がより厳しい状態への対応策として非常に有効である。   As another configuration of the aperture portion, a configuration as shown in FIG. When the micro-groove 106 formed on the thrust sliding surface 101 of the fixed scroll 12 by etching or the like is configured over a wide range, the sliding loss reducing effect on the thrust sliding surface 101 becomes more effective. When the etching process is used, the throttle part can be formed over a wide range relatively easily, and the throttle effect of the throttle part itself can be increased, so that the amount of oil 6 flowing into the expansion chamber 15 is reduced to the minimum necessary amount. It becomes possible to suppress to. Although some measures can be taken by providing a large number of oil supply grooves by machining, there is a limit to realizing the required throttling effect, resulting in excessive inflow of oil 6 into the expansion chamber 15. . Providing a large number of micro grooves 106 formed by etching or the like is very effective as a countermeasure for a situation where the lubrication state of the thrust sliding surface 101 is more severe.

本発明の第1あるいは第2の実施の形態において、作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合では、フロン系冷媒に比べて差圧がより大きいため、スラスト摺動部101での損失が一段と厳しくかつ大きくなり、本発明の効果をより一層高めることができる。   In the first or second embodiment of the present invention, when the working fluid is a high-pressure refrigerant, for example, carbon dioxide, the differential pressure is larger than that of the chlorofluorocarbon-based refrigerant. However, the effect of the present invention can be further enhanced.

また、圧縮機、放熱器、膨張機、及び蒸発器を有する冷凍サイクル装置において、冷凍サイクル装置の減圧手段としてスクロール膨張機を用いた場合、従来は減圧時のエネルギー損失として失っていたエネルギーの回収が可能となり、冷凍サイクル装置全体のエネルギー消費効率を高めることができる。冷凍サイクル装置の冷媒が二酸化炭素である場合は、膨張過程での理論回収動力がフロン系冷媒と比べて非常に大きくなるため、エネルギー回収効果も非常に大きなものとなる。   Further, in a refrigeration cycle apparatus having a compressor, a radiator, an expander, and an evaporator, when a scroll expander is used as a decompression means of the refrigeration cycle apparatus, energy recovery that has been lost as an energy loss at the time of decompression is conventionally performed. Thus, the energy consumption efficiency of the entire refrigeration cycle apparatus can be increased. When the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus is carbon dioxide, the theoretical recovery power in the expansion process is much larger than that of the chlorofluorocarbon refrigerant, so that the energy recovery effect is very large.

以上のように、本発明にかかるスクロール膨張機は、旋回スクロールと固定スクロールのスラスト摺動部での潤滑状態を良好にすることができるため、高信頼性でかつ高効率なスクロール膨張機とすることができる。また、作動流体を冷媒と限ることなく、空気、ヘリウムを作動流体とするスクロール膨張機の用途にも適用できる。   As described above, since the scroll expander according to the present invention can improve the lubrication state at the thrust sliding portion of the orbiting scroll and the fixed scroll, it is a highly reliable and highly efficient scroll expander. be able to. Further, the present invention can be applied to a scroll expander that uses air or helium as a working fluid without limiting the working fluid to a refrigerant.

本発明の実施の形態1におけるスクロール膨張機の縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the scroll expander in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1におけるスクロール膨張機の要部平面図The principal part top view of the scroll expander in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2におけるスクロール膨張機の縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the scroll expander in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2におけるスクロール膨張機の要部を示す概念図The conceptual diagram which shows the principal part of the scroll expander in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるスクロール膨張機の要部平面図The principal part top view of the scroll expander in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2におけるスクロール膨張機の要部平面図The principal part top view of the scroll expander in Embodiment 2 of this invention 従来のスクロール圧縮機におけるのスラスト摺動部の構成を示す平面図The top view which shows the structure of the thrust sliding part in the conventional scroll compressor

符号の説明Explanation of symbols

2 膨張機構
6 オイル
12 固定スクロール
13 旋回スクロール
14 自転規制機構
15 膨張室
27 作動流体
29 背圧室
101 スラスト摺動部
102 楔形状部
103 オイル供給溝
104 連絡路
105 溝部
106 微小溝
2 Expansion mechanism 6 Oil 12 Fixed scroll 13 Orbiting scroll 14 Rotation restriction mechanism 15 Expansion chamber 27 Working fluid 29 Back pressure chamber 101 Thrust sliding portion 102 Wedge shape portion 103 Oil supply groove 104 Connection path 105 Groove portion 106 Micro groove

Claims (3)

鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に膨張室を形成し、前記旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき前記膨張室が容積を変えながら移動することで、吸入、膨張、吐出を行う膨張機構部を備えたスクロール膨張機において、
前記旋回スクロールの背面側に、オイルまたはオイル雰囲気の作動流体の圧力が作用する背圧室が形成され、前記背圧室の圧力により前記旋回スクロールのスラスト荷重が前記固定スクロールに支持されるとともに、前記旋回スクロールのラップ外壁側と前記固定スクロールのラップ内壁側とで形成される膨張終了付近の膨張室と前記背圧室との間に、背圧調整機構等の手段を用いて前記背圧室の圧力を吐出圧力よりも高く設定し、前記スラスト荷重を支持するスラスト面を介して圧力差を設け、前記背圧室と前記膨張室を絞り部を介して連通し、
前記絞り部が、スラスト摺動面に形成された少なくとも1つ以上のオイル供給溝であり、前記オイル供給溝内の流れ方向が、前記旋回スクロールの旋回方向とほぼ同方向であることを特徴とするスクロール膨張機。
When the fixed scroll and the orbiting scroll where the spiral wrap rises from the end plate are engaged to form an expansion chamber between the two, and the orbiting scroll is orbited along a circular orbit under the restriction of rotation by the rotation restricting mechanism In the scroll expander including an expansion mechanism that performs suction, expansion, and discharge by moving the expansion chamber while changing the volume,
On the back side of the orbiting scroll, a back pressure chamber in which the pressure of the working fluid in the oil or oil atmosphere acts is formed, and the thrust load of the orbiting scroll is supported by the fixed scroll by the pressure of the back pressure chamber, Using a means such as a back pressure adjusting mechanism between the expansion chamber near the end of expansion formed on the wrap outer wall side of the orbiting scroll and the wrap inner wall side of the fixed scroll, and the back pressure chamber, the back pressure chamber pressure is set higher than the discharge pressure, provided the pressure differential via a thrust surface for supporting the thrust load, and communicating through said back pressure chamber and said expansion chamber diaphragm portion,
The throttle part is at least one oil supply groove formed on a thrust sliding surface, and a flow direction in the oil supply groove is substantially the same as a turning direction of the orbiting scroll. Scroll expander to do.
作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項1に記載のスクロール膨張機。 The scroll expander according to claim 1, wherein the working fluid is a high-pressure refrigerant, for example, carbon dioxide. 圧縮機、放熱器、膨張機、及び蒸発器を有する冷凍サイクル装置において、前記冷凍サイクル装置の減圧手段として用いられる請求項1または2に記載のスクロール膨張機。 The scroll expander according to claim 1 or 2, wherein the scroll expander is used as decompression means of the refrigeration cycle apparatus in a refrigeration cycle apparatus having a compressor, a radiator, an expander, and an evaporator.
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