JP6125216B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents
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Description
図1は、本発明が適用されたスクロール型流体機械の第1実施形態である圧縮機一体型膨張機100の縦断面図である。
図1において、圧縮機一体型膨張機100は、図示省略した冷凍回路(蒸発器及び凝縮器)に接続され、取り込んだ高圧冷媒の膨張エネルギーによって、可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回駆動させ、この発生させた旋回駆動力によって、冷凍回路から取り込んだ低圧冷媒を圧縮して、冷凍回路の主圧縮機へ圧縮した冷媒を吐出するものであり、作動室としての膨張部1及び圧縮部2を備え、膨張部1で回収された動力によって圧縮部2を駆動するように構成されている。この膨張部1及び圧縮部2については、後に詳述する。
図5に示すように、スクロールユニット20は、固定スクロール3のラップ3Lと可動スクロール4のラップ4Lとを噛合わせて組合せて構成されている。ここで、可動スクロール4の公転旋回中に固定スクロール3と可動スクロール4との間の作動室としての膨張部1及び圧縮部2の気密を維持させる必要があるため、膨張部1及び圧縮部2のそれぞれにおいて、可動スクロール4のラップ4Lと固定スクロール3のラップ3Lとが最も接近する間隔を極力小さく設定する必要がある。この間隔を最小クリアランスと呼ぶ。最小クリアランス(言い換えると、シール部クリアランス)内には、潤滑用の油膜が形成されて、作動室としての膨張部1及び圧縮部2がそれぞれシールされている。
このように、膨張部1側の径方向及び軸方向の最小クリアランス(Cexp及びCZexp)のいずれも、圧縮部2側の最小クリアランス(Ccomp及びCZcomp)より小さく設定している。
まず、膨張部1側について説明する。図7に示すように、膨張部1における固定スクロール3及び可動スクロール4の各ラップ3La,4LaのピッチをPexpとし、膨張部1における固定スクロール3及び可動スクロール4の各ラップ3La,4Laの壁厚をtexpとする。また、図4に示すように、円柱部31bの軸心X3に対する孔部31dの中心軸(図4ではX1、X2)の偏心距離をクランク半径PORとする。なお、図7及び図8に示すように、可動スクロール4のラップ4L(4La,4Lb)は、固定スクロール3のラップ3L(3La,3Lb)を形成する溝内でスクロールユニット20の径方向についてクランク半径PORの2倍の距離分だけ移動可能となる。このクランク半径PORは、下記の式(1)で示される。
POR=Pexp/2−Cexp−texp・・・(1)
一方、圧縮部2側については、図8に示すように、圧縮部2における固定スクロール3及び可動スクロール4の各ラップ3Lb,4LbのピッチをPcompとし、膨張部1における固定スクロール3及び可動スクロール4の各ラップ3Lb,4Lbの壁厚をtcompとしたとき、クランク半径PORは、下記の式(2)で示される。
POR=Pcomp /2−Ccomp−tcomp・・・(2)
ここで、膨張部1及び圧縮部2におけるクランク半径PORは同じであるため、上記式(1)及び式(2)より、下記の式(3)の関係式が成立する。
Pexp/2−Cexp−texp=Pcomp /2−Ccomp−tcomp・・・(3)
また、上記式(3)より、下記の式(4)の関係が成り立つ、
Ccomp−Cexp=(Pcomp /2−tcomp )−(Pexp /2−texp )・・・(4)
ここで、上記式(4)において、Ccomp−Cexp>0(つまり、Ccomp > Cexp )となるためには、下記の式(5)を満足する必要がある。
Pcomp /2−tcomp >Pexp /2−texp・・・(5)
このように、径方向の最小クリアランス(Cexp及びCcomp)については、具体的には、式(5)を満足するように、各ピッチ(Pcomp及びPexp)と各壁厚(tcomp及びtexp)を設定すればよい。例えば、各ピッチ(Pcomp及びPexp)を一致させると共に、膨張部1側の壁厚texpを圧縮部2側の壁厚tcompより厚く形成したり、各壁厚(tcomp及びtexp)を一致させると共に、膨張部1側のピッチPexpを圧縮部2側のピッチPcompより短く形成したりすればよく、また、上記式(5)を満たせば、各ピッチ(Pcomp及びPexp)又は各壁厚tcomp及びtexp)を膨張部1側と圧縮部2側とで一致させなくてもよい。なお、各ピッチ(Pcomp及びPexp)及び各壁厚(tcomp及びtexp)それぞれの寸法公差の上限及び下限値は、その公差範囲のいずれの寸法であっても、上記式(5)を満足するように設定されている。
図7及び図8に示すように、膨張部1における固定スクロール3のラップ3L(内側ラップ3La)を形成する溝深さをDexpとし、膨張部1における可動スクロール4のラップ4L(内側ラップ4La)の高さをhexpとし、圧縮部2における固定スクロール3のラップ3L(外側ラップ3Lb)を形成する溝深さをDcompとし、圧縮部2における可動スクロール4のラップ4L(外側ラップ4Lb)の高さをhcompとしたとき、下記の式(4)及び式(5)の関係式が成立する。
CZexp=Dexp−hexp・・・(6)
CZcomp=Dcomp−hcomp・・・(7)
ここで、上記式(6)及び式(7)より、CZcomp>CZexpとなるためには、下記の式(8)を満足する必要がある。
Dcomp−hcomp >Dexp−hexp・・・(8)
このように、軸方向の最小クリアランス(CZexp及びCZcomp)については、具体的には、式(8)を満足するように、固定スクロール3の各溝深さ(Dcomp及びDexp)と可動スクロール4の各ラップ高さ(hcomp及びhexp)を設定すればよい。例えば、各溝深さ(Dcomp及びDexp)を一致させると共に、膨張部1側の可動スクロール4のラップ高さhexpを圧縮部2側の可動スクロール4のラップ高さtcompより高く形成したり、可動スクロール4の各ラップ高さ(hcomp及びhexp)を一致させると共に、膨張部1側の固定スクロール3の溝深さDexpを圧縮部2側の溝深さDcompより浅く形成したりすればよく、また、上記式(8)を満たせば、各溝深さ(Dcomp及びDexp)又は各ラップ高さ(hcomp及びhexp)を膨張部1側と圧縮部2側とで一致させなくてもよい。なお、各溝深さ(Dcomp及びDexp)及び各ラップ高さ(hcomp及びhexp)それぞれの寸法公差の上限及び下限値は、その公差範囲のいずれの寸法であっても、上記式(8)を満足するようにそれぞれ設定されている。
1・・・・膨張部(作動室)
2・・・・圧縮部(作動室)
3・・・・固定スクロール
3L・・・渦巻き状のラップ
4・・・・可動スクロール
4L・・・渦巻き状のラップ
6・・・・固定軸
20・・・スクロールユニット
30・・・支持部
X1・・・固定軸の軸心
X2・・・固定スクロールの中心軸
Claims (2)
- 渦巻き状のラップがそれぞれ形成された固定スクロール及び可動スクロールを互いの前記ラップを対向配置し、前記固定スクロールの渦巻きラップと前記可動スクロールの渦巻きラップとの間に、作動流体を膨張させる膨張部及び作動流体を圧縮する圧縮部を形成するスクロールユニットと、前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して公転旋回運動可能に支持する支持部とを備え、前記膨張部で回収された動力によって前記圧縮部を駆動するスクロール型流体機械であって、
前記膨張部における前記固定スクロールのラップと前記可動スクロールのラップとの間の最小クリアランスは、前記圧縮部における前記固定スクロールのラップと前記可動スクロールのラップとの間の最小クリアランスより小さく設定され、
前記膨張部を形成する可動スクロールと前記圧縮部を形成する可動スクロールとが同一部材の同一面上に形成される、
スクロール型流体機械。 - 前記最小クリアランスは、前記スクロールユニットの径方向及び軸方向の少なくとも一方のクリアランスである、請求項1に記載のスクロール型流体機械。
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