JP5076732B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来の冷凍装置を構成するスクロール圧縮機では、例えば、特許文献１の構成が知られていた。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の機構拡大平面図である。

図７に示すように、固定スクロール１０５の一部をなす鏡板１０５ａの一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップ１０５ｂに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化し、圧縮室と密閉容器内の吐出側とを連通するリリーフ孔１０１，１０２を設けると共に、圧縮室と密閉容器内の吐出側との圧力差によりリリーフ孔１０１，１０２を開閉するリリーフ弁１０３，１０４を設け、低圧力比運転時にリリーフ弁１０３，１０４を開いて過圧縮を防止する。
特開２０００−３２９０８２号公報

スクロール圧縮機が使用される本体システムにおける能力ランク多様化に伴い、一つの圧縮機で多様な能力ランクを共用化し、さらに高性能なスクロール圧縮機が求められている。

しかしながら、前記従来の構成では、多様な能力ランクにおいて圧力負荷の違いから低負荷条件に最適化すれば高負荷条件では性能が大幅にダウンし、逆に、高負荷条件に最適化すれば低負荷条件で性能が大幅にダウンする。リリーフ孔の位置を変更することで各負荷条件に最適化が可能となるが、負荷条件に応じてリリーフ孔の位置を変更するため、孔加工のプログラム変更以外に、リリーフ弁形状とリリーフ弁の組み立て行程の変更が生じ、大幅な設備投資がかかり、コストアップに繋がる。

本発明のスクロール圧縮機は、前記従来の課題を解決するもので、各負荷条件に応じて最適な位置でスロープを設けることで、加工プログラムのみの変更により、大幅にコストアップせずに高性能でかつ多様な能力ランクに対応することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記スクロールラップ上面の圧縮機能及びシール機能に影響を及ぼす部分に渦巻き中心部に向かってスロープを構成し、前記スロープの最深部の高さがスクロールラップ最上部の高さに対し、高さ比が０．９５以下であり、前記スロープがスクロールラップの外壁もしくは内壁のどちらか一方とのみ交差し、高さ比が異なる２つのスロープを持つ。

本発明のスクロール圧縮機は、各負荷条件に応じて最適な位置でスロープを設けることで、加工プログラムのみの変更により、大幅にコストアップせずに高性能でかつ多様な能力ランクに対応したスクロール圧縮機が得られる。

第１の発明は、密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成されるモータとこのモータで駆動する圧縮機構を配設し、固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して旋回スクロールが固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記スクロールラップ上面の圧縮機能及びシール機能に影響を及ぼす部分に渦巻き中心部に向かってスロープを構成し、前記スロープの最深部の高さがスクロールラップ最上部の高さに対し、高さ比が０．９５以下であり、前記スロープがスクロールラップの外壁もしくは内壁のどちらか一方とのみ交差し、高さ比が異なる２つのスロープを持つことにより、スクロールラップ形状を大きく変更せずに、本来のスクロールラップが持つ吸入開始と圧縮終了における容積比を小さくすることが可能となる。特に低負荷時に圧力差が小となる容積比において最適な容積比の位置にスロープを設けることで流体の吐出における過圧縮が低減され、高性能化が可能となる。また、スクロールラップ高さが低くなることで、流体
圧力によるスクロールラップ壁面に加わる曲げモーメントが減少し、スクロールラップ根元部の強度が向上し、高い信頼性を得ることが可能となる。また、加工プログラムのみの変更のため、大幅にコストアップせずに高性能でかつ多様な能力ランクに対応したスクロール圧縮機が得られる。

また、第１の発明は、スロープの最深部の高さがスクロールラップ最上部の高さに対し、高さ比が０．９５以下であることにより、オイルシールの影響を受けずに安定して流体が吐出される。逆に０．９５以上であると、オイルシールの影響を受け流体の吐出量にバラつきが生じてしまうため、過圧縮低減量にもバラつきが生じてしまう。よって、０．９５以下にすることで性能のバラつきを最小限に抑えることが可能となる。

更に、第１の発明は、スロープがスクロールラップの外壁側もしくは内壁側のどちらか一方とのみ交差することにより、本来スクロールラップが持つ容積比において、スクロールラップ外壁で形成される容積比もしくはスクロールラップ内壁で形成される容積比のどちらか一方のみを変更することが可能となり、設計の自由度が広がる。

第１の発明は、高さ比が異なる２つのスロープを持つことにより、スクロールラップ外壁で形成される圧縮室とスクロールラップ内壁で形成される圧縮室において、片側の圧縮室における流体吐出は最適でもう一方の圧縮室で過圧縮となっている場合に、片側のみの高さ比を小さくすることで過圧縮を改善することが可能となる。また、流体吐出が最適な圧縮室の高さ比は一定と出来るため、デッドボリューム増加に伴う再圧縮による性能悪化を抑制することが可能となる。

第２の発明は、開始位置が異なる２つのスロープを持つことにより、本来スクロールラップが持つ容積比の内、スクロールラップ外壁で形成される容積比とスクロールラップ内壁で形成される容積比を同時に変更することが可能となり、設計の自由度が広がる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示すものである。

図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部にモータ３、上部に圧縮部が配置され、モータ３の回転子３ａに固定されたクランクシャフト４の一端を支承する圧縮部の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランクシャフト４に設けられた主軸方向の油穴７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の旋回軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮空間１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ｂと旋回軸受１０とを直立させた支持円盤９ａとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。

クランクシャフト４の主軸部４ａから偏心してクランクシャフト４の上端部に配置された旋回軸部４ｂは、旋回スクロール９の旋回軸受１０と係合摺動し、クランクシャフト４
の下端部に配置された副軸部４ｃは密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受１９により軸支され、主軸部４ａ、旋回軸部４ｂ、副軸部４ｃの三点で支持された構成をしている。旋回スクロール９の支持円盤９ａと本体フレーム５に設けられた第１のスラスト軸受１５ａとの間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。支持円盤９ａには旋回軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８とを仕切っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられた潤滑油はクランクシャフト４の油穴７を通り旋回スクロール９の旋回軸受１０と旋回軸部１４との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９の支持円盤９ａの背面に設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１８へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロールラップ６ｂ外周部の第２のスラスト軸受１５ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１３へと導かれる。もう一方は旋回スクロール９の内部の通路２６を経由し、圧縮空間１１へと導かれ、旋回スクロールラップ９ｂと固定スクロール６の鏡板６ａとの摺動部にオイルが供給される。また、圧縮部に流れなかった残りのオイルは旋回軸受１０、背面室１７、主軸受１４を通り圧縮部外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

図２は旋回スクロール９の旋回スクロールラップ９ｂとスロープ２４の位置関係を示した立体図である。旋回スクロールラップ９ｂの最上部の高さをｈ、スロープ２４の最深部の高さをｈ１としたときの高さ比をｈ１／ｈとする。旋回スクロールラップ９ｂ上面の圧縮機能及びシール機能に影響を及ぼす部分に渦巻き中心部に向かってスロープ２４を構成することにより、旋回スクロールラップ９ｂ形状を大きく変更せずに、本来の旋回スクロールラップ９ｂが持つ吸入開始と圧縮終了における容積比を小さくすることが可能となる。特に低負荷時に圧力差が小となる容積比において最適な容積比の位置にスロープ２４を設けることで流体の吐出における過圧縮が低減され、高性能化が可能となる。また、スクロールラップ９ｂの高さが低くなることで、流体圧力によるスクロールラップ９ｂ壁面に加わる曲げモーメントが減少し、スクロールラップ９ｂ根元部の強度が向上し、高い信頼性を得ることが可能となる。また、加工プログラムのみの変更のため、大幅にコストアップせずに高性能でかつ多様な能力ランクに対応したスクロール圧縮機が得られる。

また、図３のグラフは横軸に高さ比（ｈ１／ｈ）をとり、縦軸にはオイルが混在した状態でのスロープ２４からの漏れ流量の測定結果である。図３から分かるように高さ比が０．９５以上であるとオイルシールの影響を受け、流量にバラつきが生じている。よって、高さ比を０．９５以下にすることでオイルシールの影響を受けず高さ比に応じて一定量の流体の吐出量が得られ、過圧縮低減量のバラつきを最小限に抑えることが可能となり、性能の安定化を図ることが出来る。

また、図４に示すように、スロープ２４が旋回スクロールラップ９ｂの外壁側もしくは内壁側のどちらか一方とのみ交差することにより、本来旋回スクロールラップ９ｂが持つ容積比において、旋回スクロールラップ９ｂ外壁で形成される容積比もしくは旋回スクロールラップ９ｂ内壁で形成される容積比のどちらか一方のみを変更することが可能となり、設計の自由度が広がる。

また、図５に示すように、開始位置が異なる２つのスロープ２４を持つことにより、本来旋回スクロールラップ９ｂが持つ容積比において、旋回スクロールラップ９ｂ外壁で形成される容積比と旋回スクロールラップ９ｂ内壁で形成される容積比を同時に変更することが可能となり、設計の自由度が広がる。

また、図６に示すように、高さ比が異なる２つのスロープ２４を持つことにより、スクロールラップ外壁で形成される圧縮室とスクロールラップ９ｂ内壁で形成される圧縮室において、片側の圧縮室における流体吐出は最適でもう一方の圧縮室で過圧縮となっている場合に、片側のみの高さ比を小さくすることで流体の吐出抵抗が減少し過圧縮を改善することが可能となる。また、最適な流体吐出である圧縮室の高さ比は一定と出来るため、デッドボリューム増加に伴う再圧縮による性能悪化を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、スクロールラップ上面の圧縮機能及びシール機能に影響を及ぼす部分にスロープを構成することにより、圧縮機の構成を大きく変更せずに、高性能でかつ多様な能力ランクに対応したスクロール圧縮機が得られ、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ_２を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における旋回スクロールラップ上面のスロープの立体図 本発明の実施の形態１における旋回スクロールラップ上面に設けたスロープの最深部の高さ違いおける流量を示す特性図 本発明の実施の形態１における旋回スクロールラップ上面の外壁のみに交差するスロープの立体図 本発明の実施の形態１における旋回スクロールラップ上面の開始位置の異なる２つのスロープの立体図 本発明の実施の形態１における旋回スクロールラップ上面の高さ比が異なる２つのスロープの立体図 従来の縦型スクロール圧縮機の機構部拡大平面図

１ 密閉容器
２ 吐出管
３ モータ
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
４ クランクシャフト
４ａ 主軸部
４ｂ 旋回軸部
４ｃ 副軸部
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
７ 油穴
８ 給油ポンプ装置
９ 旋回スクロール
９ａ 支持円板
９ｂ 旋回スクロールラップ
１０ 旋回軸受
１１ 圧縮空間
１２ 吐出口
１３ 吸入室
１４ 主軸受
１５ａ 第１のスラスト軸受
１５ｂ 第２のスラスト軸受
１６ 環状シール部材
１７ 背面室
１８ 背圧室
１９ 副軸受
２０ 内部空間
２１ 絞り部
２２ 背圧調整弁
２２ａ オイル供給通路
２３ 逆止弁装置
２３ａ リード弁
２３ｂ 弁押さえ
２４ スロープ

Claims (2)

1. 固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し旋回運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記スクロールラップ上面の圧縮機能及びシール機能に影響を及ぼす部分に渦巻き中心部に向かってスロープを構成し、
   前記スロープの最深部の高さがスクロールラップ最上部の高さに対し、高さ比が０．９５以下であり、
   前記スロープがスクロールラップの外壁もしくは内壁のどちらか一方とのみ交差し、
   高さ比が異なる２つのスロープを持つことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 開始位置が異なる２つのスロープを持つことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。