JP5291423B2

JP5291423B2 - 流体機械

Info

Publication number: JP5291423B2
Application number: JP2008256217A
Authority: JP
Inventors: 正美根岸
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: JP2010084687A

Description

本発明は、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器に好適な流体機械に関するものである。

この種の流体機械、例えば密閉型のスクロール圧縮機は、ハウジング内で固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、潤滑油を含む冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施している。
詳しくは、可動及び固定スクロールの鏡板の鏡板面には、それぞれ渦巻き状のラップが立設され、これらラップが協働して圧縮室を形成し、この圧縮室の容積を減少することにより上記一連のプロセスを実施している。

ところで、このような流体機械では、冷媒に潤滑油を混合して吸入室に流すようにしているが、渦巻きラップ間の摺動部、特に吸入室よりも圧力が高くなる圧縮室へは圧縮が進むほど潤滑油が行き渡りにくく、摺動部に届く潤滑油が不足してしまい、摺動部のシール性能が低下したり摩耗したりし易いという問題がある。
そこで、冷媒の吐出圧を受けて可動スクロールの背面側に圧送され、潤滑を行いつつ可動スクロールを固定スクロールに押圧すべく可動スクロールに背圧を付与する潤滑油を固定スクロールと可動スクロールの摺動部に供給するという構成が知られている（特許文献１参照）。
特開２００８−１０６７１１号公報

可動スクロールの背面側を流れる潤滑油は、通常、冷媒の吐出圧を受けて可動スクロールの中心から放射状に拡散するように流れるため、上記背圧は、当該内周側では高いものの外周側にいくにつれて低下し、外周側では全般的に冷媒の吸入圧と吐出圧の中間圧に保持される。
この点に関し、上記特許文献１に開示された従来技術では、背圧が上記中間圧となるところで可動スクロールに貫通孔を設け、当該中間圧と同等或いはこれよりも若干低圧となる圧縮室の周辺で固定スクロールと可動スクロールとの摺動部に潤滑油を供給するようにしている。

しかしながら、このような構成では、冷媒の圧縮が進んだ中間圧よりも高圧となる中央部分の摺動部へは潤滑油を十分に供給できず、シール性能や耐摩耗性能を十分に確保することができず、ひいては流体機械の動力効率を十分に向上させることができないという問題がある。
また、潤滑油を冷媒に混合した状態にして吸入室に流すようにすると、潤滑油の分だけ冷媒の吸入量が減ることになり、圧縮室内における冷媒の体積効率が悪くなり、やはり流体機械の動力効率を十分に向上させることができないという問題もある。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、固定スクロールと可動スクロールの摺動部のシール性能や耐摩耗性能を十分に確保でき、動力効率の向上を図ることの可能な流体機械を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１の流体機械は、容器内を延び、該容器に回転自在に支持される回転軸と、前記容器内に設けられ、固定スクロール、及び、該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールの公転旋回運動により該可動スクロールと前記固定スクロールの渦巻きラップ間に形成される圧縮室の容積を減少させながら作動流体の吸入、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、前記容器内に収容され、前記回転軸を支持する軸受けを含む主軸フレームと、前記主軸フレームの上面と前記可動スクロールの鏡板面との間に形成され、潤滑油が内周側にて外周側よりも高圧となるよう加圧された状態で充填された背圧室と、該背圧室の圧力を前記圧縮室の圧力との差に応じて調整する背圧調整機構と、前記可動スクロール内を延び、前記可動スクロールの渦巻きラップの最外周の第１の所定位置において前記背圧調整機構を介して前記背圧室と連通するとともに前記渦巻きラップの先端で開口する第１連通路と、前記可動スクロール内を延び、前記可動スクロールの前記渦巻きラップの最内周の第２の所定位置において前記背圧室と連通するとともに前記渦巻きラップの先端で開口する第２連通路と、前記可動スクロール内を延び、前記渦巻きラップの前記第１の所定位置の両側面側において前記背圧調整機構を介して前記背圧室と連通するとともに前記圧縮室に臨んで開口する第３連通路と、前記可動スクロール内を延び、前記渦巻きラップの前記第２の所定位置の両側面側において前記背圧室と連通するとともに前記圧縮室に臨んで開口する第４連通路と、を備えることを特徴とする。

請求項２の流体機械では、請求項１において、前記背圧調整機構は前記可動スクロール内に配設されていることを特徴とする。

請求項１の流体機械によれば、可動スクロールには、可動スクロールの渦巻きラップの最外周の第１の所定位置において背圧調整機構を介して前記背圧室と連通するとともに渦巻きラップの先端で開口する第１連通路と可動スクロールの渦巻きラップの最内周の第２の所定位置において背圧室と連通するとともに渦巻きラップの先端で開口する第２連通路とが形成されているので、中間圧である渦巻きラップの最外周において可動スクロールの渦巻きラップの先端に潤滑油が供給されるのみならず、高圧となる渦巻きラップの最内周において可動スクロールの渦巻きラップの先端に潤滑油が供給される。

これにより、可動スクロールの渦巻きラップと固定スクロールの鏡板面の微少隙間が全体的に良好にシールされるので、可動スクロールと固定スクロールの渦巻きラップにより形成される圧縮室のシール性が向上し、圧縮効率を上げることが可能である。
また、可動スクロールの先端に潤滑油を供給することにより摺動部の油膜が厚くなるので、摺動部の摩耗を防ぐことができる。

また、可動スクロールには、渦巻きラップの第１の所定位置の両側面側において背圧調整機構を介して前記背圧室と連通するとともに圧縮室に臨んで開口する第３連通路と渦巻きラップの第２の所定位置の両側面側において背圧室と連通するとともに圧縮室に臨んで開口する第４連通路とが形成されているので、可動スクロールの鏡板面に潤滑油が供給されるため、可動スクロールの鏡板面と固定スクロールの渦巻きラップの微少隙間が全体的に良好にシールされる。また、可動スクロールが公転旋回運動をすることにより、可動スクロールの渦巻きラップの側面と固定スクロールの渦巻きラップの側面間が全体的に良好にシールされる。

従って、可動スクロールと固定スクロールの渦巻きラップにより形成される圧縮室のシール性が向上し、圧縮効率をより向上させることが可能である。
請求項２の流体機械によれば、背圧調整機構が可動スクロールに内蔵されているので、背圧室の圧力が比較的大きくなり、背圧力不足をなくすことができる。
また、圧縮室の圧力が背圧室の圧力より大きくなることがある場合でも、背圧調整機構が作動流体の逆流を防ぐ逆止弁の効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る流体機械の一つである密閉型のスクロール圧縮機の断面図を示す。
スクロール圧縮機（以下、圧縮機）１は冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯器などの冷凍回路に組み込まれている。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）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。

同図に示すように、この圧縮機１はハウジンク２を備え、ハウジング２の胴部４は、その上側及び下側が上蓋６及び下蓋８によってそれぞれ気密に嵌合されており、胴部４の内部が密閉され、高圧の吐出圧が作用している。また、胴部４には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、上蓋６の適宜位置には、ハウジング２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

胴部４内には電動モータ１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によって駆動される。また、回転軸１６の上端側は軸受１７を介して主軸フレーム１８に回転自在に支持されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受２０を介して副軸フレーム２２に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２４が装着されており、ポンプ２４は下蓋８の内側、すなわちハウジング２の底部に形成された貯油室２６内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は、回転軸１６の内部に軸線に沿って穿設される給油路２８を経て各摺動部分や軸受等の潤滑剤、並びに、摺動面のシールとして機能する。

なお、貯油室２６の潤滑油の油面には冷媒の吐出圧が作用しており、この冷媒の吐出圧が潤滑油の油面に作用することも給油路２８における潤滑油の上昇に寄与する。これより、給油路２８の出口においては冷媒の吐出圧に略等しい高圧環境となる。
また、副軸フレーム２２の適宜位置には潤滑油の導入口３２が形成されており、圧縮機１内の各摺動部分に供給された潤滑油は、導入口３２を介して貯油室２６に貯留される。

スクロールユニット３０は、胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
詳しくは、当該スクロールユニット３０は、可動スクロール３４及び固定スクロール３６から構成され、各スクロール３４，３６には、それぞれ対峙する面に渦巻きラップ３４ａ、３６ａが各々一体立設されており、これら渦巻きラップ３４ａ、３６ａ間に圧縮室３９を形成している。これより、固定スクロール３６に対して可動スクロール３４が旋回運動すると、渦巻きラップ３４ａ、３６ａが互いに噛み合い、協働して可動スクロール３４の外周側に形成された吸入室３７から吸入管１０を介して冷媒が圧縮室３９に吸入され、圧縮室３９が渦巻きラップ３４ａ、３６ａの中心に向けて移動しながらその容積が減少され、冷媒の圧縮が行われる。

詳しくは、可動スクロール３４が旋回運動すると、渦巻きラップ３４ａ、３６ａの側面が微少隙間を有して噛み合うとともに渦巻きラップ３４ａの歯先（先端）３４ｃと固定スクロール３６の鏡板面及び渦巻きラップ３６ａの歯先と可動スクロール３４の鏡板面３４ｄが微少隙間を有して噛み合いながら圧縮室の容積が減少され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが実施される。

上述した可動スクロール３４に旋回運動を付与するため、可動スクロール３４の背面３４ｂにはボス部３８が凸設して形成され、このボス部３８は軸受４４を介してクランクピン４２に連結されている。このクランクピン４２は、回転軸１６の上端側に一体形成され、回転軸１６の回転に伴い主軸フレーム１８上にて可動スクロール３４を公転旋回運動させる。

一方、可動スクロール３４の自転は自転阻止ピン６２により阻止されている。当該ピン６２は可動スクロール３４の背面３４ｂに突設され、主軸フレーム１８に形成される有底上のホール６４に遊嵌されている。即ち、可動スクロール３４の背面３４ｂと主軸フレーム１８との間の空隙４５には、いわゆるピン−ホール式の回転阻止機構６０が形成されている。詳しくは、回転阻止機構６０は、例えば４組のピン６２及びホール６４を有して構成されている。

図２にスクロールユニット３０の拡大図を示すように、可動スクロール３４にはテーパ面に当接するように挿入された弁体７２とスプリング７４とから構成される背圧調整機構７０が内蔵されている。また、可動スクロール３４は、背圧調整機構７０の背面から背圧調整機構７０の上側に位置する最外周の渦巻きラップ３４ａの歯先３４ｃに貫通する連通路（第１連通路）８０と、連通路８０の両側に位置し、背圧調整機構７０の背面から渦巻きラップ３４ａの側面側に位置する可動スクロール３４の鏡板面３４ｄに貫通する一対の連通路（第３連通路）８２、８２とを有する。

さらに、可動スクロール３４は、ボス部３８からボス部３８の上側に位置する最内周の渦巻きラップ３４ａの歯先３４ｃの所定位置に貫通する連通路（第２連通路）８４と、連通路８４の両側に位置し、ボス部３８から渦巻きラップ３４ａの側面側に位置する可動スクロール３４の鏡板面３４ｄに貫通する連通路（第４連通路）８６とを有する。
即ち、図３に図２のＡ−Ａ線に沿う断面図を示すように、連通路８０は可動スクロール３４の最外周の所定位置となる渦巻きラップ３４ａの歯先３４ｃから背圧調整機構７０に向けて穿設されており、連通路８２、８２は連通路８０を挟んだ両側にある鏡板面３４ｄから背圧調整機構７０に向けて穿設されている。また、連通路８４は最内周の所定位置となる渦巻きラップ３４ａの歯先３４ｃにボス部３８に向けて穿設されており、連通路８６は連通路８４を挟んだ両側にある鏡板面３４ｄからボス部３８に向けて穿設されている。

図１に示すように、固定スクロール３６は主軸フレーム１８に固定され、上蓋６に形成される吐出室５４側と圧縮室３９側とを仕切っている。詳しくは、主軸フレーム１８には回転軸１６と同心円状に円筒状の外周壁１９が固定スクロール３６に向けて延びており、固定スクロール３６は当該外周壁１９の上縁に接合されている。
このように固定スクロール３６が当該外周壁１９の上縁に接合されていることにより、固定スクロール３６と主軸フレーム１８との間には、可動スクロール３４の摺動する旋回摺動領域が形成されている。そして、当該旋回摺動領域のうち主軸フレーム１８の上面、固定スクロール３６の鏡板面、可動スクロール３４及び外周壁１９との間には背圧室４６が形成されている。当該背圧室４６には、上記給油路２８の出口から吐出した高圧の潤滑油が加圧された状態で充填されている。詳しくは、背圧室４６には、内周側が高圧となり外周側にいくにつれて低圧となるように潤滑油が充填されている。これより、背圧室４６において、背圧は、外周側では全般的に冷媒の吸入圧と吐出圧の中間圧に保持される。

固定スクロール３６の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する吐出孔５６が貫通して穿設されており、この吐出孔５６は固定スクロール３６の背面３６ｂ側に配置された吐出弁５８により開閉される。また、吐出弁５８は吐出ヘッド５０で覆われており、この吐出ヘッド５０により、吐出弁５８の開弁時における音が抑制される。
そして、固定スクロール３６及び主軸フレーム１８には、外周部分に位置して冷媒通路（図示せず）が軸線方向に延びて貫通している。これより、詳細については説明を省略するが、吐出孔５６から吐出された冷媒が当該冷媒通路を経てハウジング２内を循環可能である。

以下、このように構成された本発明に係る流体機械の作用について説明する。
上述した圧縮機１によれば、電動モータ１４により回転軸１６が回転すると、可動スクロール３４が公転旋回運動を開始する。この可動スクロール３４の公転旋回運動は、吸入管１０から冷媒をスクロールユニット３０の内部に向けて吸入し、圧縮室の容積を縮小させながら当該冷媒を圧縮する。そして、このように圧縮された高圧の冷媒は吐出孔５６から吐出されハウジング２内で潤滑油を分離しながら循環した後、吐出室５４から吐出管１２を通じて圧縮機外へ送出される。

この際に、背圧室４６の圧力が圧縮室３９より高くなると、背圧調整機構７０において弁体７２が上方に押し上げられることで開弁し、潤滑油が連通路８０、８２を通り、渦巻きラップ３４ａの歯先３４ｃ及び可動スクロール３４の鏡板面３４ｄに供給される。また、可動スクロール３４の最内周の所定位置に設けられた連通路８４、８６において、潤滑油はボス部３８から連通路８４、８６を通り、歯先３４ｃ及び鏡板面３４ｄに供給される。

連通路８０及び８４を介して渦巻きラップ３４ａの歯先３４ｃに潤滑油が供給されることにより、歯先３４ｃと固定スクロール３６の鏡板面との摺動部の油膜が厚くなるので、可動スクロール３４の渦巻きラップ３４ａと固定スクロール３６の鏡板面との微少隙間が良好にシールされる。従って、圧縮室３９のシール性も向上するので、圧縮効率を上げることができる。また、摺動部の油膜が厚くなるため、摺動部の摩耗を防ぐことができる。

また、連通路８２及び８６を介して可動スクロール３４の鏡板面３４ｄにも潤滑油が供給されることにより、鏡板面３４ｄと固定スクロールの渦巻きラップ３６ａとの摺動部の油膜が厚くなるので、固定スクロール３６の渦巻きラップ３６ａと可動スクロール３４の鏡板面３４ｄとの微少隙間が良好にシールされる。さらに、可動スクロール３４が公転旋回運動することにより、可動スクロール３４の渦巻きラップ３４ａの側面と固定スクロール３６の渦巻きラップ３６ａの側面間にも潤滑油が給油され、可動スクロール３４の渦巻きラップ３４ａの側面と固定スクロール３６の渦巻きラップ３６ａの側面間が良好にシールされる。これにより、圧縮室３９のシール性が向上するため、圧縮効率を上げることができる。

このように、中間圧領域となる最外周の渦巻きラップ３４ａの先端３４ｃ及び鏡板面３４ｄの所定位置に設けられた連通路８０、８２と、高圧領域となる可動スクロール３４の最内周の渦巻きラップ３４ａの先端３４ｃ及び鏡板面３４ｄの所定位置に設けられた連通路８４、８６とを備えることにより、渦巻きラップ３４ａ全体に潤滑油が良好に供給される。即ち、中間圧領域と高圧領域にそれぞれ給油のための連通路を設けることにより、可動スクロール３４の歯先３４ｃ及び鏡板面３４ｄ全体が潤滑油でシールされ、圧縮効率をより向上させることが可能である。

また、可動スクロール３４には背圧調整機構７０が内蔵されているので、背圧室４６の圧力が圧縮が有る程度進んだ圧縮室３９に対して調整され、背圧室４６の圧力が比較的大きくなり背圧力不足をなくすことができる。また、圧縮室３９の圧力が背圧室４６よりも高くなる場合に、冷媒が逆流することを防ぐ逆止弁としての効果もある。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記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、上記実施形態では背圧調整機構７０はテーパ面に弁体７２をスプリング７４で押圧する構成となっているが、同様の機能を有しているのであれば背圧調整機構７０は上記構成に限定されるものではない。
また、上記実施形態では密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、これに限らず種々の圧縮機または膨張機等の流体機械に適用可能である。

本発明の実施形態に係る流体機械の縦断面図である。図１に示したスクロールユニットを拡大して示した図である。図２のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。

符号の説明

１スクロール圧縮機
２ハウジング
３０スクロールユニット
３４可動スクロール
３４ａ渦巻きラップ
３４ｃ歯先
３４ｄ鏡板面
３６固定スクロール
３６ａ渦巻きラップ
３８ボス部
３９圧縮室
７０背圧調整機構
８０，８２，８４，８６連通路

Claims

容器内を延び、該容器に回転自在に支持される回転軸と、
前記容器内に設けられ、固定スクロール、及び、該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールの公転旋回運動により該可動スクロールと前記固定スクロールの渦巻きラップ間に形成される圧縮室の容積を減少させながら作動流体の吸入、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、
前記容器内に収容され、前記回転軸を支持する軸受けを含む主軸フレームと、
前記主軸フレームの上面と前記可動スクロールの鏡板面との間に形成され、潤滑油が内周側にて外周側よりも高圧となるよう加圧された状態で充填された背圧室と、
該背圧室の圧力を前記圧縮室の圧力との差に応じて調整する背圧調整機構と、
前記可動スクロール内を延び、前記可動スクロールの渦巻きラップの最外周の第１の所定位置において前記背圧調整機構を介して前記背圧室と連通するとともに前記渦巻きラップの先端で開口する第１連通路と、
前記可動スクロール内を延び、前記可動スクロールの前記渦巻きラップの最内周の第２の所定位置において前記背圧室と連通するとともに前記渦巻きラップの先端で開口する第２連通路と、
前記可動スクロール内を延び、前記渦巻きラップの前記第１の所定位置の両側面側において前記背圧調整機構を介して前記背圧室と連通するとともに前記圧縮室に臨んで開口する第３連通路と、
前記可動スクロール内を延び、前記渦巻きラップの前記第２の所定位置の両側面側において前記背圧室と連通するとともに前記圧縮室に臨んで開口する第４連通路と、
を備えることを特徴とする流体機械。
前記背圧調整機構は前記可動スクロール内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。