JP4954259B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍、空調機器などに用いられるスクロール圧縮機の逆止弁の構造に関するものである。

従来のスクロール圧縮機として、固定スクロールと揺動スクロールとにより形成される圧縮室の外周部に、固定スクロールの鏡板外周から半径方向に貫通して設けた吸入通路を介して吸入冷媒ガスを流入する構成としたものがある。この種のスクロール圧縮機では、固定スクロールに設けられた吸入通路を２つの径からなる同軸円筒面で構成し、大径の円筒面に吸入パイプを接続し、小径の円筒面に、圧縮室外周空間と連通する吸入孔を設けている（例えば、特許文献１参照）。そして、小径の円筒面の内部に、小径の円筒面にガイドされて移動し、吸入パイプの吸入口を開閉する円筒形の逆止弁と、この逆止弁を、吸入パイプを閉塞する方向に付勢するスプリングとを収納している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のスクロール圧縮機では、圧縮機の運転が開始されると、圧縮室が吸入冷媒ガスを取り込むため負圧となり、この負圧が小径の円筒面に設けられた吸入孔を通じて逆止弁に作用する。これにより、逆止弁はスプリングの付勢力に抗って圧縮機半径方向の中心側に移動し、吸入パイプの開口を開放する。その結果、冷媒が吸入パイプから吸入通路を通じて吸入孔から圧縮室に吸入される。

特許第４３２１２２０号公報（図１、図２）

従来のスクロール圧縮機では、工事施工者などの間違いにより電源が誤った位相につながれるいわゆる逆相運転等により、圧縮機が逆回転し、冷媒が強制的に吐出側から吸入側に逆流してくる場合がある。この場合、吸入孔から小径の円筒面内に冷媒が逆流し、小径の円筒面内で反射して今度は吸入孔から圧縮室に戻っていく冷媒流れが生じる。このように、吸入孔から小径の円筒面内に冷媒が逆流すると、その逆流する冷媒の流れによりスプリングが縮み、縮んだスプリングが冷媒の流れと共に吸入孔から圧縮室へと流出してしまう場合がある。このようにスプリングが吸入通路から外れると、これ以降、逆止弁が機能しなくなってしまうという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、逆相運転時に逆止弁のスプリングが吸入通路から外れるのを防止することが可能なスクロール圧縮機を提供するものである。

この発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内に設けられ、それぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように互いに噛み合わされた固定スクロールおよび揺動スクロールと、固定スクロールにおいて外周から半径方向に形成された凹部で構成された通路と、通路の内周面から周方向に固定スクロールを貫通して圧縮室に連通するように構成された吸入孔とを有し、密閉容器を貫通して挿入される吸入パイプから直接冷媒を圧縮室に導くための吸入通路と、吸入通路の通路内に吸入パイプの開口を閉塞可能に設けられ、通路をガイドとして移動可能で、冷媒が吸入パイプに逆流するのを防止するための逆止弁と、一端が吸入通路の通路内のスプリング着座面に当接し、他端が逆止弁に当接して逆止弁を吸入パイプの開口を塞ぐ方向に付勢するスプリングとを有し、吸入通路の通路のスプリング着座面に、スプリングの伸縮方向に突出してスプリングの内周面に挿入される円筒状の凸部を形成したものである。

この発明に係るスクロール圧縮機は、吸入通路に逆止弁とスプリングとを設け、その吸入通路のスプリング着座面にスプリングの内周面に挿入される円筒状の凸部を形成したので、逆相運転時に逆止弁のスプリングが吸入通路から外れるのを防止することができる。

この発明の実施の形態１を表す圧縮機の縦断面図である。 この発明の実施の形態１を表す圧縮機の吸入通路付近を拡大した要部説明図である。 図１の固定スクロールの吸入通路付近を拡大した要部説明図である。 この発明の実施の形態２を表す圧縮機の吸入通路付近を拡大した要部説明図である。 この発明の実施の形態３を表す圧縮機の吸入通路付近を拡大した要部説明図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１、図２及び図３に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１を表すスクロール圧縮機の縦断面図である。図２は、図１の吸入通路付近を拡大した要部説明図であり、圧縮機が運転を停止した状態を示している。図３は、図１の固定スクロールの吸入通路付近を拡大した要部説明図である。

図１において、密閉容器１０内には、圧縮機機構部１００と、ステータ及びロータより構成される電動機７とが配置されており、この圧縮機機構部１００と電動機７は、電動機７の発生する回転力を圧縮機機構部１００に伝達する駆動軸４によって連結されている。

圧縮機機構部１００は、鏡板の一方に板状渦巻歯を有する固定スクロール１と、同形状の板状渦巻歯および揺動軸受け２ａを有する揺動スクロール２と、コンプライアントフレーム６と、フレーム５０等とを備えている。

ここで、図２を用いて吸入通路付近について説明する。固定スクロール１には、冷媒を、固定スクロール１と揺動スクロール２とにより形成される圧縮室１ｇに導くための吸入通路１１が形成されている。吸入通路１１は、固定スクロール１の外周から圧縮室１ｇに貫通して形成され、吸入パイプ３から直接冷媒を圧縮室１ｇに導く通路であり、固定スクロール１の鏡板外周から半径方向に形成された略円筒状の凹部で構成された通路１２と、通路１２の内周面から圧縮室外周部に向けて貫通形成された吸入孔１３とで構成されている。

通路１２は、３つの異なる径からなる同軸円筒面を有しており、通路１２の開放端側の円筒面１ａが吸入パイプ接続部１２ａとなり、円筒面１ｂ及び円筒面１ｃが逆止弁摺動部１２ｂとなる。円筒面１ａ、円筒面１ｂ、円筒面１ｃは、この順に内径が小さく構成されている。

吸入パイプ接続部１２ａには密閉容器１０を貫通して挿入される吸入パイプ３が接続される。また、逆止弁摺動部１２ｂには、円筒面１ｂにガイドされて移動可能であり、冷媒の逆流を防ぐための円筒形の逆止弁１４と、スプリング１５とが収納されている。スプリング１５は、一端が吸入通路１１内の後述のスプリング着座面１ｄに当接し、他端が逆止弁１４に当接して逆止弁１４を吸入パイプ３の開口を塞ぐ方向に付勢している。

このように構成された逆止弁摺動部１２ｂにおいて、圧縮機の正転運転時は、逆止弁１４はスプリング１５をその付勢力に抗して押圧し、吸入パイプ３の閉塞を開放する。これにより、吸入通路１１と吸入パイプ３とが連通し、吸入パイプ３からの冷媒が吸入通路１１の通路１２及び吸入孔１３を通過して圧縮室１ｇに吸入される。一方、圧縮機の停止時は、逆止弁１４はスプリング１５の付勢力により吸入パイプ３の開口を閉塞し、冷媒の逆流を防止する。

逆止弁摺動部１２ｂは、図３に示すように、円筒面１ｂと、円筒面１ｂよりも小径の円筒面１ｃとを有し、円筒面１ｃの円筒面軸方向の一端は閉塞されスプリング着座面１ｄとなっている。スプリング着座面１ｄには、円筒面軸方向（スプリング１５の伸縮方向）に突出する円筒状の凸部１ｅが設けられており、この凸部１ｅの外周にスプリング１５が装着される。また、円筒面１ｂと円筒面１ｃとの間の円環状の段差部分１ｆは、逆止弁１４がスプリング１５の付勢力に抗して押圧された際に逆止弁１４と当接する逆止弁当接面である。

次に動作について説明する。圧縮機の運転が開始されると、圧縮室１ｇが吸入冷媒ガスを取り込むため負圧となり、この負圧が吸入孔１３及び通路１２を介して逆止弁１４に作用し、逆止弁１４はスプリング１５の付勢力に抗して圧縮機半径方向の中心側に移動する。これにより、吸入パイプ３の閉塞が開放され、吸入パイプ３及び吸入通路（通路１２及び吸入孔１３）が連通し、吸入パイプ３より密閉容器１０内に冷媒ガスが吸入され、冷媒ガスは吸入通路１１（通路１２及び吸入孔１３）を介して圧縮室１ｇの外周部（圧縮室外周空間１ｉ）に流入する。その後、冷媒ガスは電動機７によって駆動軸４を介して与えられる回転力を利用して圧縮され、高圧状態となって固定スクロール１の吐出口１ｈより密閉容器１０内に排出される。密閉容器１０内に排出された高圧の冷媒ガスにより、密閉容器１０内は高圧雰囲気で満たされ、この高圧冷媒ガスは、密閉容器１０の胴部に設けられた吐出パイプ５より密閉容器１０外に排出される。

密閉容器１０底部には潤滑油１０ａが貯留されており、この潤滑油１０ａ内に駆動軸４下端が侵漬されている。駆動軸４中心には給油穴４ａが設けられており、密閉容器１０底部はこの給油穴４ａおよび揺動軸受け２ａおよび主軸受６ａを介して圧縮室外周空間１ｉと連通している。運転中は密閉容器１０内が高圧雰囲気で満たされるので、吸入冷媒ガスの低圧雰囲気との差圧により、潤滑油１０ａは給油穴４ａ内を上昇して揺動スクロール２に設けられた揺動軸受け２ａ、コンプライアントフレーム６に設けられた主軸受６ａを潤滑した後に圧縮室外周空間１ｉに導かれる。

次に、この発明の実施の形態１の特徴部分の構造による作用について説明する。
以上のように構成したスクロール圧縮機を備えた空調冷熱装置の施工時などに、工事施工者などの間違いにより、電源が誤った位相につながれる場合がある。このような電源のつなぎ間違いが生じると、逆相運転となり圧縮機が逆回転し、冷媒が強制的に吐出側から吸入側に逆流する。この場合、冷媒は、吸入孔１３から通路１２に向けて流れ、スプリング１５にあたる。このような冷媒の流れによりスプリング１５は吸入通路１１の通路１２内で移動したり、縮んだり等するが、スプリング１５の内側に挿通する凸部１ｅが設けられているため、スプリング１５の移動が抑制され、スプリング１５が吸入通路１１から外れるのを防止することができる。

このように、この実施の形態１は、吸入通路１１のスプリング着座面１ｄに、スプリング１５の伸縮方向に突出してスプリング１５の内周面に挿入される円筒状の凸部１ｅを設けたものである。これにより、逆相運転などの異常モードの際にスプリング１５が吸入通路１１から外れるといった不都合を解消することができる。よって、逆相解除後、正常な電源接続状態に戻すことにより正常に運転を再開することが可能となり、信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

実施の形態２．
以上の実施の形態１は、吸入通路１１のスプリング着座面１ｄに、スプリング１５の内周面に挿入される円筒状の凸部１ｅを設け、逆相運転時に逆流した冷媒によりスプリング１５が吸入通路１１から外れるのを防止するものであった。凸部１ｅを設けたことにより、通常運転・停止時にスプリング１５が凸部１ｅに接触する構造であると、長期使用によりスプリング１５が破損する可能性がある。実施の形態２はこれを防止する構造について説明するものである。

図４は、この発明の実施の形態２のスクロール圧縮機の吸入通路要部拡大図である。図４において図２と同一部分には同一符号を付す。
図４において、ｄｃはスプリング着座面１ｄの外径（円筒面１ｃの内径）、Dｓはスプリング１５の外径、ｄｓはスプリング１５の内径、Ｄｏはスプリング着座面１ｄに設けられた凸部１ｅの外径である。本実施の形態２は、各寸法の関係が、（ｄｃ−Ｄｓ）＜（ｄｓ−Ｄｏ）の関係を満たす構造とした点に特徴を有する。

圧縮機の通常運転・停止時にはスプリング１５は縮められたり伸長したりといった動作をするが、その伸縮動作に伴いスプリング１５は伸縮方向とは別方向にも変位する。具体的には、スプリング１５はスプリング着座面１ｄに設置された状態で、スプリング１５と円筒面１ｃとの間で隙間（ｄｃ−Ｄｓ）をもち、この隙間の範囲で変位することが可能である。ここで、スプリング１５と円筒面１ｃとの間の隙間（ｄｃ−Ｄｓ）が、スプリング１５と凸部１ｅとの間の隙間（ｄｓ−Ｄｏ）を越えると、スプリング１５の内側が凸部１ｅの外周面に接触してこすれることになる。よって、このような接触が長期に渡り繰り返されると、スプリング１５が破損する恐れがある。したがって、この実施の形態２では、図４に示すように、円筒面１ｃとスプリング１５の外径との間の距離（ｄｃ−Ｄｓ）を、スプリング１５の内径と凸部１ｅの外径との間の距離（ｄｓ−Ｄｏ）より小さく構成している。これにより、圧縮機の通常運転・停止時にスプリング１５が通路１２内で変位する場合に、スプリング１５が円筒面１ｃに接触することでそれ以上の移動が規制される。よって、スプリング１５が凸部１ｅと接触するのを防止することができる。

なお、この実施の形態２の寸法設定の場合、スプリング１５は凸部１ｅには当接しないものの、上述したように円筒面１ｃには当接する。よって、スプリング１５と円筒面１ｃとの接触によるこすれの問題が生じる。しかしながら、円筒面１ｃの役割はスプリング１５の移動規制であるため、円筒面１ｃの円筒面軸方向の長さは、スプリング１５のコイルの１巻分程度の長さだけあれば十分であり、凸部１ｅの同方向の長さよりも十分に短く設定されている。よって、スプリング１５と円筒面１ｃとの接触による擦れは、スプリング１５と凸部１ｅとの接触によるものと比べて無視できる程度のものである。

次に実施の形態２の特徴部分の構造による作用について説明する。なお、圧縮機構の動作については実施の形態１と同じである。
圧縮機の運転が開始されると、圧縮室１ｇが吸入冷媒ガスを取り込むため負圧となり、この負圧が吸入孔１３及び通路１２を介して逆止弁１４に作用し、逆止弁１４はスプリング１５の付勢力に抗して圧縮機半径方向の中心側に移動する。このとき、スプリング１５は逆止弁１４により押圧されて縮むが、スプリング１５は、縮む方向だけでなく、通路１２内を通過する冷媒の流れにより他の方向にも移動することが通常である。このとき、本例の構造では、スプリング１５のスプリング着座面１ｄに当接する１巻目が円筒面１ｃに当接して移動が規制される。よって、スプリング１５が凸部１ｅに当接することはない。

以上のように、この実施の形態２ではスプリング着座面１ｄの外径とスプリング外径との差（ｄｃ−Ｄｓ）を、凸部の外径とスプリング内径との差（ｄｓ−Ｄｏ）より小さく構成しているので、円筒面１ｃによりスプリング１５の移動が規制され、スプリング１５の内面が凸部１ｅの外周に接触するのを防止することができる。よって、長期に渡って使用されても、スプリング１５が擦れて破損する恐れがない。

実施の形態３．
実施の形態３は、圧縮機が運転されて吸入パイプ３から吸入通路１１内に流れ込んだ冷媒により、逆止弁１４がスプリング１５の付勢力に抗する方向（圧縮機半径方向の中心側に向かう方向）に押圧される場合に、スプリング１５が過剰に押圧されて損傷するのを防止する構造に関する。

図５は、この発明の実施の形態３のスクロール圧縮機の吸入通路要部拡大図で、逆止弁が最大限押圧された状態を示している。
図５において、１ｆは、円筒面１ｂと円筒面１ｃとの段差部分で構成される円環状の逆止弁当接面である。ｈｏは、この逆止弁当接面１ｆとスプリング着座面１ｄとの距離である。逆止弁１４は、一端が閉塞板１４ａにより閉塞された円筒形を成しており、Ｈｇは、逆止弁１４の閉塞板１４ａの内面１４ｂと逆止弁１４の開放端１４ｃとの距離（逆止弁１４の内部空間の軸方向の長さ）である。図５に示すように、逆止弁１４の開放端１４ｃが逆止弁当接面１ｆに当接した状態が、逆止弁１４が最大限押圧された状態である。また、Ｈｓ（図示せず）はスプリング１５の密着高さである。実施の形態３では、これら各部の寸法関係が、（Ｈｇ+ｈｏ）＞Ｈｓを満たすようにした点に特徴を有している。

ここで、密着高さとは、スプリング１５が押し縮められてコイル同士が接触する状態のスプリング１５全体の高さである。スプリング１５が密着高さまで押圧されると、スプリング１５に過大な応力が発生する。図５の構造の場合、逆止弁１４がスプリング１５の付勢力に抗して最大限押圧された状態のときのスプリング収容空間内の長さ（スプリング着座面１ｄと逆止弁１４の閉塞板１４ａとの間の距離）はＨｇ+ｈｏであり、スプリング１５は最大限この長さまで縮むことになる。したがって、スプリング収容空間内の長さＨｇ+ｈｏがスプリング１５の密着高さＨｓよりも短いと、スプリング１５に過大な応力が発生し、このような押圧が長期渡って繰り返されると、スプリング１５が破損する恐れがある。よって、この実施の形態３では、逆止弁１４が最大限押圧された状態におけるスプリング収容空間内の長さ（スプリング着座面１ｄと逆止弁１４の閉塞板１４ａとの間の距離＝Ｈｇ+ｈｏ）を、密着高さＨｓよりも大きく設定し、スプリング１５が密着高さまで縮むことを防止している。

次に実施の形態３の特徴部分の構造による作用について説明する。なお、圧縮機構の動作については実施の形態１と同じである。圧縮機の運転中は冷媒ガスが吸入通路１１内を流れて、逆止弁１４がスプリング１５の付勢力に抗する方向に押し付けられる。このとき、逆止弁１４が最大限押圧されて逆止弁１４の開放端１４ｃが逆止弁当接面１ｆに当接した状態においても、スプリング１５は密着高さまでは縮まない。

以上のように、この実施の形態３では、逆止弁１４がスプリング１５の付勢力に抗する方向に最大限押し付けられた状態における、スプリング着座面１ｄと逆止弁１４の閉塞板１４ａとの間の距離（Ｈｇ＋ｈｏ）を、スプリング１５の密着高さＨｓよりも大きく構成した。これにより、スプリング１５に過大な応力を発生させることがなく、長期使用におけるスプリング１５の破損を防止できる。

１ 固定スクロール、１ａ 円筒面、１ｂ 円筒面、１ｃ 円筒面、１ｄ スプリング着座面、１ｅ 凸部、１ｆ 逆止弁当接面、１ｇ 圧縮室、１ｈ 吐出口、１ｉ 圧縮室外周空間、２ 揺動スクロール、２ａ 揺動軸受け、３ 吸入パイプ、４ 駆動軸、４ａ 給油穴、５ 吐出パイプ、６ コンプライアントフレーム、６ａ 主軸受、７ 電動機、１０ 密閉容器、１０ａ 潤滑油、１１ 吸入通路、１２ 通路、１２ａ 吸入パイプ接続部、１２ｂ 逆止弁摺動部、１３ 吸入孔、１４ 逆止弁、１４ａ 閉塞板、１４ｂ 内面、１４ｃ 開放端、１５ スプリング、５０ フレーム、１００ 圧縮機機構部。

Claims (3)

1. 密閉容器内に設けられ、それぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように互いに噛み合わされた固定スクロールおよび揺動スクロールと、
   前記固定スクロールにおいて外周から半径方向に形成された凹部で構成された通路と、前記通路の内周面から周方向に前記固定スクロールを貫通して前記圧縮室に連通するように構成された吸入孔とを有し、前記密閉容器を貫通して挿入される吸入パイプから直接冷媒を前記圧縮室に導くための吸入通路と、
   前記吸入通路の前記通路内に前記吸入パイプの開口を閉塞可能に設けられ、前記通路をガイドとして移動可能で、冷媒が前記吸入パイプに逆流するのを防止するための逆止弁と、
   一端が前記吸入通路の前記通路内のスプリング着座面に当接し、他端が前記逆止弁に当接して前記逆止弁を前記吸入パイプの開口を塞ぐ方向に付勢するスプリングとを有し、
   前記吸入通路の前記通路の前記スプリング着座面に、前記スプリングの伸縮方向に突出して前記スプリングの内周面に挿入される円筒状の凸部を形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
   
2. 前記スプリング着座面の外径とスプリング外径との差は、前記凸部の外径とスプリング内径との差より小さいことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記逆止弁は一端が閉塞板により閉塞された円筒形であり、前記逆止弁が前記スプリングの付勢力に抗する方向に最大限押し付けられた状態における、前記スプリング着座面と前記逆止弁の前記閉塞板との間の距離が、前記スプリングの密着高さよりも大きいこと特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクロール圧縮機。

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