JP4965379B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に用いられて好適なスクロール型流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械の一例としては密閉型のスクロール圧縮機があり、このような圧縮機は、潤滑油を含む作動流体（以下、冷媒という）の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、このスクロールユニットの下方に配され、回転軸によりスクロールユニットを駆動する電動機とを備え、これらは密閉容器を構成する筒状の胴部に収容されている。

そして、吐出室における冷媒の流路に電動機と密閉容器の外部とを電気的に接続するターミナルを位置づけ、ターミナルに冷媒を衝突させることにより、冷媒中の潤滑油を効率良く分離させる技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特許第３７０９１０３号公報

しかしながら、上記従来技術は、ターミナルに高圧冷媒を衝突させたときの衝撃力や、この際に冷媒から分離された高温潤滑油のターミナルへの恒常的な付着により、ターミナルにおける絶縁不良を生じかねないとの問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ターミナルにおける絶縁不良を簡易にして確実に防止することができるスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、潤滑油を含む冷媒の吸入から吐出の一連のプロセスを実施し、吐出孔から高圧冷媒を吐出するスクロールユニットと、スクロールユニットの下方に配され、回転軸によりスクロールユニットを駆動する電動機とを備えたスクロール型流体機械であって、スクロールユニット及び電動機が収容される筒状の胴部、及び胴部の上端に内嵌される上蓋を有する密閉容器と、上蓋とスクロールユニットとの間に形成され、吐出孔から吐出された高圧冷媒が胴部内を循環した後に流入される吐出室と、吐出孔を覆い、吐出孔側と吐出室とを区画する吐出カバーと、上蓋を貫通し、吐出室に流入した高圧冷媒が吐出室に開口する吐出口から密閉容器外に吐出される吐出管と、上蓋を吐出室の平面視略中央にて貫通し、電動機と密閉容器外とを電気的に接続するターミナルと、スクロールユニットと胴部との間に形成され、ターミナルを隔てた吐出管の反対側にて吐出室に開口する流入口から胴部内を循環した高圧冷媒が吐出室に流入される上昇流路と、流入口から吐出室に流入された高圧冷媒をターミナルへの衝突を回避して吐出口に誘導する高圧冷媒の流路変更部材とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、流入口と吐出口とを平面視にて直線で結ぶ仮想線、及びこの仮想線と略直交し、ターミナルの略中心を通る直交仮想線を形成し、流路変更部材は、流入口から少なくとも直交仮想線に至るまで上蓋の内周面に沿って、且つ吐出カバーに漸近して延設された衝立板であることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、上蓋は、吐出カバーと所定の距離を存して胴部の上端に内嵌され、衝立板は、衝立板の外周面、胴部の内周面、及び上蓋の端面にて、吐出室内に流入口から流出される高圧冷媒の誘導流路を形成することを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、衝立板は、上蓋の内周面に固定されることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、請求項３において、衝立板は、胴部の内周面に固定されることを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項１において、流路変更部材は、吐出カバーに固定され、且つ少なくとも吐出室内における吐出口の高さより高い位置にてターミナルを囲繞する円筒であることを特徴としている。

更にまた、請求項７記載の発明では、請求項１において、流路変更部材は、胴部の内周面に固定され、吐出室を断面視にて流入口側とターミナル側とに仕切り、且つ吐出口を吐出室の流入口側に位置づけるべく吐出管が貫通する仕切り板であることを特徴としている。
また、請求項８記載の発明では、請求項１から７の何れかにおいて、冷媒は二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴としている。

請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、ターミナルを隔てた吐出管の反対側にて吐出室に開口する上昇流路の流入口から吐出室に流入された高圧冷媒をターミナルへの衝突を回避して吐出管の吐出口に誘導する高圧冷媒の流路変更部材が備えられている。これにより、ターミナルに高圧冷媒が直接に衝突することを防止でき、ターミナルへの衝撃力や潤滑油の付着に起因するターミナルにおける絶縁不良を防止することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、流入口と吐出口とを平面視にて直線で結ぶ仮想線とターミナルの略中心を通って略直交する直交仮想線を形成し、流入口から少なくとも直交仮想線に至るまで上蓋の内周面に沿って、且つ吐出カバーに漸近して延設された衝立板を流路変更部材としている。これにより、流入口から吐出室に流入された高圧冷媒をターミナルへの衝突を回避して吐出口に確実に誘導することができるため、ターミナルにおける絶縁不良を確実に防止することができる。

更に、請求項３から５に記載の発明によれば、上蓋を吐出カバーと所定の距離を存して胴部の上端に内嵌することにより、衝立板は、衝立板の外周面、胴部の内周面、及び上蓋の端面にて、吐出室内に流入口から流入される高圧冷媒の誘導流路を形成する。この誘導流路は、衝立板を上蓋の内周面、又は胴部の内周面に固定するだけの簡単な構成で形成されることから、上昇流路に連続する誘導流路を容易に形成することができ、ターミナルにおける絶縁不良を簡易にして確実に防止することができる。

更にまた、請求項６記載の発明によれば、吐出カバーに固定され、且つ少なくとも吐出室内における吐出口の高さより高い位置にてターミナルを囲繞する円筒を流路変更部材としている。これにより、流入口から吐出室に流出された高圧冷媒のターミナルへの衝突を確実に回避することができるため、ターミナルにおける絶縁不良を更に確実に防止することができる。

また、請求項７記載の発明によれば、胴部の内周面に固定され、吐出室を断面視にて流入口側とターミナル側とに仕切り、且つ吐出口を吐出室の流入口側に位置づけるべく吐出管が貫通する仕切り板を流路変更部材としている。これにより、流入口から吐出室に流出された高圧冷媒のターミナルへの衝突をより一層確実に回避できるため、ターミナルにおける絶縁不良をより一層確実に防止することができる。

更に、請求項８記載の発明によれば、冷媒が二酸化炭素からなる冷媒であることにより、スクロール型流体機械は高温高圧で作動し、上昇流路から吐出室に流入する高圧冷媒の温度、流速が増大するため、ターミナルに高圧冷媒を衝突させたときの衝撃力や、この際に高圧冷媒から分離された高温潤滑油のターミナルへの恒常的な付着のおそれが増大する。しかし、上記構成によれば、高圧冷媒のターミナルへの衝突を回避して吐出口に確実に誘導することができるため、ターミナルにおける絶縁不良防止効果をより顕著なものとすることができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
先ず、第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型のスクロール圧縮機の要部を示している。この圧縮機１は、冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれ、当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒という）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

圧縮機１は密閉容器２を備え、密閉容器２は両端が開口した筒状の胴部（センターシェル）４、この胴部４の上端、下端にそれぞれ気密に内嵌される上蓋（トップシェル）６、図示しない下蓋（ボトムシェル）を有し、これより胴部４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。胴部４の適宜位置には冷凍回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管８が接続され、一方、上蓋６の適宜位置には密閉容器２内の圧縮冷媒を冷凍回路へ吐出する吐出管１０が接続されている。

胴部４内にはスクロールユニット１２と、当該ユニット１２の下方に配され、回転軸１４によりユニットを駆動する図示しない電動モータ（電動機）とが収容されている。
当該ユニット１２は、可動スクロール１５及び固定スクロール１６から構成され、これらスクロール１５，１６の各鏡板には対向する渦巻きラップがそれぞれ一体形成されている。

そして、これら渦巻きラップが互いに協働し、固定スクロール１６の鏡板に内設されると共に吸入管８が接続される吸入室１８から冷媒を吸入して圧縮室を形成する。圧縮室は、固定スクロール１６に対する可動スクロール１５の公転旋回運動により、各渦巻きラップの中心に向けて移動しながら、その容積を減少させて、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施している。

可動スクロール１５は、その自転が図示しない自転阻止ピンにより阻止され、胴部４に固定される主軸フレーム１８上を公転旋回運動する。可動スクロール１５に公転旋回運動を付与するため、可動スクロール１５の鏡板の背面側にはボス２０が突出して形成され、それに対向する回転軸１４の上端側には偏心軸２２が一体形成されており、ボス２０は軸受を介して偏心軸２２に回転自在に支持されている。

一方、固定スクロール１６は、胴部４に固定されると共に、固定スクロール１６の鏡板の背面側に形成される冷媒の吐出室２４を圧縮室と区画している。
詳しくは、固定スクロール１６の中央部分の適宜位置には、その鏡板を貫通して吐出孔２６が穿設されており、吐出孔２６は吐出室２４側に配置された吐出弁２８により開閉される。吐出弁２８は吐出カバー３０で覆われ、吐出カバー３０によって圧縮室と吐出室２４とが区画されると共に、吐出弁２８の開弁時における音が抑制される。

一方、モータは、その内部に回転軸１４が配置されており、回転軸１４はモータへの通電によって駆動される。具体的には、モータは密閉容器２の外部に配置された駆動回路からターミナル３２を経由して電力が供給されており、ターミナル３２は上蓋６を貫通し、吐出室２４内に突出して設けられている。
図２に示される吐出室２４の平面拡大図を参照すると、ターミナル３２は吐出室２４の略中央に位置づけられ、一方、ユニット１２と胴部４との間の間隙には、吐出孔２６から吐出され密閉容器２の内部を循環した後の冷媒を吐出室２４に流入させる冷媒の第１〜第４上昇流路３４，３６，３８，４０が形成されている。

第１〜第４上昇流路３４，３６，３８，４０は、それぞれ吐出室２４に開口する第１〜第４流入口３４ａ，３６ａ，３８ａ，４０ａを有しており、ターミナル３２からみて、第１〜第３流入口３４ａ，３６ａ，３８ａは吐出管１０側に配される一方、第４上昇流路（上昇流路）４０の第４流入口（流入口）４０ａは、ターミナル３２を隔てた吐出管１０の反対側に配されている。

具体的には、図２中に第４流入口４０ａの中央と吐出管１０の吐出口１０ａの中央とを直線で結ぶ仮想線Ｌ_Ｖ、及びこの仮想線Ｌ_Ｖとターミナル３２の平面中心Ｏを通って略直交する直交仮想線Ｌ_ＯＶとを形成したとき、ターミナル３２は仮想線Ｌ_Ｖ上に位置づけられている。そして、第１〜第３流入口３４ａ，３６ａ，３８ａは直交仮想線Ｌ_ＯＶを境界としたときの吐出口１０側の吐出室２４の領域Ａに略位置づけられる一方、第４流入口４０ａは直交仮想線Ｌ_ＯＶを境界としたときの領域Ａとは反対側の吐出室２４の領域Ｂに略位置づけられている。

ここで、本実施形態では、第４流入口４０ａから吐出室２４に流入される冷媒をターミナル３２への衝突を回避して吐出口１０ａに誘導する衝立板（流路変更部材）４２を備えている。
図１，２に加え、図３の衝立板４２の斜視図にも示されるように、衝立板４２は、湾曲状に形成された薄板であって、その上端部４２ａにおいて上蓋６の内周面６ａに溶接、固定されている。衝立板４２の長手方向における一端には、第４流入口４０ａの胴部径方向幅Ｗ以上の幅Ｗ２を存して屈曲された段差部４２ｂが形成され、段差部４２ｂは第４流入口４０ａを領域Ｂ内で区画している。そして、衝立板４２は、段差部４２ｂから直交仮想線Ｌ_ＯＶ、ひいては領域Ａに至るまで上蓋６の内周面６ａに沿って湾曲状に延設されている。

これに対し、衝立板４２の下端部４２ｃには、吐出カバー３０を固定するために締結されるボルト４４に合致する位置に切り欠き４２ｄが形成され、これより衝立板４２の下端部４２ｃは吐出カバー３０に漸近して位置づけられる。
一方、上蓋６は、その端面６ｂの径方向幅はＷ３の寸法を有し、吐出カバー３０から距離Ｄを存して胴部４に内嵌されており、第４流入口４０ａの幅Ｗは上蓋の端面６ｂの幅Ｗ３より小さく設定されている。

こうして設置、形成される衝立板４２及び上蓋６により、衝立板４２の外周面４２ｅ、胴部４の内周面４ａ、上蓋６の端面６ｂにて、領域Ｂが区画され、第４流入口４０ａから吐出室２４に流入された冷媒を領域Ａに位置づけられる吐出口１０ａにターミナル３２を隔てて誘導する誘導流路４６が形成される。
ここで、衝立板４２の固定に際して、図４に示されるように、衝立板４２の長手方向における段差部４２ｂと対向する他端にタブ４２ｆを設け、上端部４２ａを上蓋６の内周面６ａに溶接する代わりに、これら段差部４２ｂ及びタブ４２ｆを胴部４の内周面４ａに溶接、固定しても良く、この場合にも上記誘導流路４６を形成することができる。

上述した圧縮機１によれば、ターミナル３２を介した駆動回路からの電力供給によりモータが駆動されて回転軸１４が回転すると、可動スクロール１５が自転することなく公転旋回運動する。この可動スクロール１５の公転旋回運動は、吸入管８を介して胴部４内に取り込んだ冷媒をユニット１２の外周側からその内部に向けて吸入させる。そして、圧縮室の容積が縮小すると、吐出孔２６から高圧の圧縮冷媒が吐出され、この冷媒は下蓋近傍まで流下して密閉容器２内を循環し潤滑油を含んだ後に第１〜第４上昇流路３４，３６，３８，４０を経て吐出室２４に至る。そして、吐出室２４に流入された冷媒は、図２中の太線矢印で示すように、特に第４上昇流路４０から吐出室２４に流入された冷媒は誘導流路４６を経た後に、吐出管１０に至り、圧縮機１の外部へ送出される。

以上のように、本実施形態では、領域Ｂに開口する第４流入口４０ａから吐出室２４に流入された冷媒をターミナル３２への衝突を回避して領域Ａにおける吐出口１０ａに誘導する衝立板４２が備えられている。これにより、ターミナル３２に冷媒が直接に衝突することを防止でき、ターミナル３２への衝撃力や潤滑油の付着に起因するターミナル３２における絶縁不良を防止することができる。

また、衝立板４２を第４流入口４０ａから少なくとも直交仮想線Ｌ_ＯＶ、ひいては領域Ａに至るまで上蓋６の内周面６ａに沿って、且つ吐出カバー３０に漸近して延設することにより、第４流入口４０ａから吐出室２４に流入された冷媒をターミナル３２への衝突を回避して吐出口１０ａに確実に誘導することができるため、ターミナル３２における絶縁不良を確実に防止することができる。

更に、上蓋６を吐出カバー３０と所定の距離Ｄを存して胴部４の上端に内嵌することにより、衝立板４２は、衝立板４２の外周面４２ｅ、胴部４の内周面４ａ、及び上蓋６の端面６ｂにて、吐出室２４内に第４流入口４０ａから流入される冷媒の誘導流路４６を形成する。この誘導流路４６は、衝立板４２を上蓋６の内周面６ａ、又は胴部４の内周面４ａに固定するだけの簡単な構成で形成されることから、第４上昇流路４０に連続する誘導流路４６を容易に形成することができ、ターミナル３２における絶縁不良を簡易にして確実に防止することができる。

次に、第２実施形態について説明する。
図５に示されるように、当該第２実施形態では、上記第１実施形態の衝立板４２に代わり、円筒４８を備えるものであり、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしているため、主としてこの異なる点について説明する。
円筒４８は、吐出カバー３０に溶接固定され、少なくとも吐出カバー３０から吐出口１０ａにかけての高さＨより高い高さＨ２を有しており、好ましくは、ターミナル３２を囲繞するべく上蓋６の内周面６ａに漸近して延設される。

図６に示されるように、第４流入口４０ａから吐出室２４に流入された冷媒は、円筒４８によりその流路が変更され、円筒４８の外周面に沿ってターミナル３２を回避しながら吐出口１０ａに誘導される。
このように、上記第１実施形態と同様に、第２実施形態においても、第４流入口４０ａから吐出室２４に流入された冷媒をターミナル３２への衝突を回避して吐出口１０ａに確実に誘導することができるため、ターミナル３２における絶縁不良を簡易にして確実に防止することができる。

特に当該第２実施形態の場合には、円筒４８の高さをＨ２＞Ｈとなるべく形成し、更にＨ２を上蓋６の内周面６ａに漸近するべく設定することにより、例えば、第４流入口４０ａから流入した冷媒経路が上下方向に乱れたとしても、ターミナル３２への冷媒の衝突を確実に回避することができるため、ターミナル３２における絶縁不良を更に確実に防止することができる。

次に、第３実施形態について説明する。
図７に示されるように、当該第３実施形態では、上記各実施形態の衝立板４２や円筒４８に代わり、仕切り板５０を備えるものであり、他は上記各実施形態と同一の構成をなしているため、主としてこの異なる点について説明する。
仕切り板５０は、円形状の薄板であって、胴部４の内周面４ａに溶接固定され、吐出室４２を断面視にて吐出カバー３０側の領域Ｃとターミナル３２側の領域Ｄとに区画し、吐出口１０ａを領域Ｃに位置づけるべく吐出管１０が貫通している。

このように、上記各実施形態と同様に、第３実施形態においても、冷媒のターミナル３２への衝突を回避し、ターミナル３２における絶縁不良を簡易にして確実に防止することができる。
特に当該第３実施形態の場合には、吐出室２４を領域Ｃ，Ｄに仕切ることにより、第４流入口４０ａから吐出室２４に流出された冷媒のターミナル３２への衝突をより一層確実に回避できるため、ターミナル３２における絶縁不良をより一層確実に防止することができる。なお、少なくとも、第４流入口４０ａの上方からターミナル３２の下方にかけての吐出室２４内の空間が仕切り板５０によって領域Ｃ，Ｄに区画されれば良く、仕切り板５０は円形状に限らず楕円形状等に形成しても良い。この場合には、仕切り板５０への吐出管１０の貫通は不要となり得るため、仕切り板５０の加工を容易にしつつ、ターミナル３２への冷媒の衝突を回避することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、作動流体に二酸化炭素からなる冷媒を使用しているが、これに限定されない。但し、冷媒に二酸化炭素を使用することにより、圧縮機１は高温高圧で作動し、第４上昇流路４０から吐出室２４に流入される冷媒の温度、流速が増大するため、ターミナル３２に高圧の作動流体を衝突させたときの衝撃力や、この際に冷媒から分離された高温潤滑油のターミナル３２への恒常的な付着のおそれが増大する。しかし、上記構成によれば、冷媒のターミナル３２への衝突を回避して吐出口１０ａに確実に誘導することができるため、ターミナル３２における絶縁不良防止効果をより顕著なものとすることができる。

最後に、上記各実施形態では冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、本発明はこれに限らず種々の分野における密閉型以外の圧縮機又は膨脹機等のスクロール型の流体機械に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機の要部を示した縦断面図である。 図１の吐出室を拡大して示した平面図である。 図２の衝立板を拡大して示した斜視図である。 図３の衝立板の変形例を拡大して示した斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機の要部を示した縦断面図である。 図５の吐出室を拡大して示した平面図である。 本発明の第３実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機の要部を示した縦断面図である。

符号の説明

１ スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
２ 密閉容器
４ 胴部
４ａ 胴部の内周面
６ 上蓋
６ａ 上蓋の内周面
６ｂ 上蓋の端面
１０ 吐出管
１０ａ 吐出口
１２ スクロールユニット
１４ 回転軸
２４ 吐出室
２６ 吐出孔
３０ 吐出カバー
３２ ターミナル
４０ 第４上昇流路（上昇流路）
４０ａ 第４流入口（流入口）
４２ 衝立板（流路変更部材）
４２ｅ 衝立板の外周面
４６ 誘導流路
４８ 円筒（流路変更部材）
５０ 仕切り板（流路変更部材）

Claims (8)

1. 潤滑油を含む冷媒の吸入から吐出の一連のプロセスを実施し、吐出孔から作動流体を吐出するスクロールユニットと、該スクロールユニットの下方に配され、回転軸により前記スクロールユニットを駆動する電動機とを備えたスクロール型流体機械であって、
   前記スクロールユニット及び前記電動機が収容される筒状の胴部、及び該胴部の上端に内嵌される上蓋を有する密閉容器と、
   前記上蓋と前記スクロールユニットとの間に形成され、前記吐出孔から吐出された高圧冷媒が前記胴部内を循環した後に流入される吐出室と、
   前記吐出孔を覆い、該吐出孔側と前記吐出室とを区画する吐出カバーと、
   前記上蓋を貫通し、前記吐出室に流入した高圧冷媒が前記吐出室に開口する吐出口から前記密閉容器外に吐出される吐出管と、
   前記上蓋を前記吐出室の平面視略中央にて貫通し、前記電動機と前記密閉容器外とを電気的に接続するターミナルと、
   前記スクロールユニットと前記胴部との間に形成され、前記ターミナルを隔てた前記吐出管の反対側にて前記吐出室に開口する流入口から前記胴部内を循環した高圧冷媒が前記吐出室に流入される上昇流路と、
   前記流入口から前記吐出室に流入された高圧冷媒を前記ターミナルへの衝突を回避して前記吐出口に誘導する該高圧冷媒の流路変更部材とを備えたことを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記流入口と前記吐出口とを平面視にて直線で結ぶ仮想線、及び該仮想線と略直交し、前記ターミナルの略中心を通る直交仮想線を形成し、
   前記流路変更部材は、前記流入口から少なくとも前記直交仮想線に至るまで前記上蓋の内周面に沿って、且つ前記吐出カバーに漸近して延設された衝立板であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記上蓋は、前記吐出カバーと所定の距離を存して前記胴部の上端に内嵌され、
   前記衝立板は、該衝立板の外周面、前記胴部の内周面、及び前記上蓋の端面にて、前記吐出室内に前記流入口から流出される高圧冷媒の誘導流路を形成することを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記衝立板は、前記上蓋の内周面に固定されることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。
5. 前記衝立板は、前記胴部の内周面に固定されることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。
6. 前記流路変更部材は、前記吐出カバーに固定され、且つ少なくとも前記吐出室内における前記吐出口の高さより高い位置にて前記ターミナルを囲繞する円筒であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
7. 前記流路変更部材は、前記胴部の内周面に固定され、前記吐出室を断面視にて前記流入口側と前記ターミナル側とに仕切り、且つ前記吐出口を前記吐出室の前記流入口側に位置づけるべく前記吐出管が貫通する仕切り板であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
8. 前記冷媒は二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のスクロール型流体機械。

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