JP6125216B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

スクロール型流体機械 Download PDF

Info

Publication number
JP6125216B2
JP6125216B2 JP2012273926A JP2012273926A JP6125216B2 JP 6125216 B2 JP6125216 B2 JP 6125216B2 JP 2012273926 A JP2012273926 A JP 2012273926A JP 2012273926 A JP2012273926 A JP 2012273926A JP 6125216 B2 JP6125216 B2 JP 6125216B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scroll
wrap
expansion
movable scroll
comp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012273926A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014118865A (ja
Inventor
和彦 ▲高▼井
和彦 ▲高▼井
康臣 松本
康臣 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanden Holdings Corp
Original Assignee
Sanden Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanden Holdings Corp filed Critical Sanden Holdings Corp
Priority to JP2012273926A priority Critical patent/JP6125216B2/ja
Priority to DE112013006201.1T priority patent/DE112013006201T5/de
Priority to US14/652,287 priority patent/US20150322947A1/en
Priority to PCT/JP2013/083041 priority patent/WO2014092065A1/ja
Priority to CN201380065395.7A priority patent/CN104854308A/zh
Publication of JP2014118865A publication Critical patent/JP2014118865A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6125216B2 publication Critical patent/JP6125216B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01C13/04—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby for driving pumps or compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/0207—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F01C1/0215—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
    • F01C11/002—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/02—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/17—Tolerance; Play; Gap

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、圧縮機一体型膨張機として用いて好適なスクロール型流体機械に関する。
従来のスクロール型流体機械として、例えば、特許文献１に記載されたスクロール型流体機械が知られている。特許文献１に記載されたスクロール型流体機械は、渦巻き状のラップが形成された可動スクロールと、この可動スクロールのラップと噛合う渦巻き状のラップが形成された固定スクロールと、可動スクロールを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、この固定スクロールの渦巻きラップと可動スクロールの渦巻きラップとの間の作動室を仕切り壁により仕切って圧縮部と膨張部とを形成して構成されている。
このスクロール型流体機械は、例えば、冷凍回路に接続され、この冷凍回路から膨張部に取り込んだ高圧作動流体の膨張エネルギーによって可動スクロールを公転旋回駆動させ、冷凍回路から圧縮部に取り込んだ低圧作動流体を上記公転旋回駆動力によって圧縮し、この圧縮した作動流体を冷凍回路側に別に設けた主圧縮機へ吐出させている。このようにして、作動流体を膨張させて動力を回収し、この回収動力を利用して作動流体を圧縮している。
特開２０１２−５２５２７号公報
ここで、この種のスクロール型流体機械において、上記のように作動流体を膨張させて動力を回収し、この回収動力を利用して作動流体を圧縮する場合、膨張部における膨張比が高いため、膨張部における可動スクロールのラップと固定スクロールのラップとの間のシール部クリアランス（以下において、「最小クリアランス」と言う）が動力回収効率に与える影響が大きくなり、動力回収効率に悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、膨張部における最小クリアランスの動力回収効率への影響を低減したスクロール型流体機械を提供することを目的とする。
このため、本発明に係るスクロール型流体機械は、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、構成とする。
本発明のスクロール型流体機械によれば、膨張部における固定スクロールのラップと可動スクロールのラップとの間の最小クリアランスは、圧縮部における固定スクロールのラップと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ているので、作動流体の膨張エネルギーを利用して作動流体を圧縮するスクロール型流体機械において、膨張比の大きい膨張部における最小クリアランスの動力回収効率への影響を低減することができる。また、スクロールユニットは、膨張部を形成する可動スクロールと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、単板型スクロールユニットとしたので、例えば、膨張部を形成する可動スクロールと圧縮部を形成する可動スクロールとがそれぞれ別の部材上に形成され、各部材の背面（つまり、非ラップ形成面）を対向させて配置する、いわゆる背面型スクロールユニットと比べて、ユニットをコンパクトにすることができる。
本発明の一実施形態におけるスクロール型流体機械の縦断面図である。 本実施形態の固定スクロールを可動スクロール側からみた平面図である。 本実施形態の可動スクロールを固定スクロール側からみた平面図である。 本実施形態の偏心ブッシュの斜視図である。 本実施形態の膨張部側における可動スクロール及び固定スクロールの組合わされた状態を示した横断面図である。 図５に示すスクロールユニットの径方向の最小クリアランスを説明するための図で、（Ａ）は図５に示すＡ部の部分拡大図であり、（Ｂ）は図５に示すＢ部の部分拡大図である。 本実施形態の膨張部における可動スクロール及び固定スクロールの組合わされた状態を説明するための図であり、図５に示したＡ部の部分縦断面図である。 本実施形態の圧縮部における可動スクロール及び固定スクロールの組合わされた状態を説明するための図であり、図５に示したＢ部の部分縦断面図である。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
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１に示すように、圧縮機一体型膨張機１００はハウジング１０を備え、このハウジング１０内には、主に、固定スクロール３及び可動スクロール４を備えたスクロールユニット２０と、可動スクロール４を支持する支持部３０とが配設されている。
前記ハウジング１０は、固定スクロール３を固定支持するメインフレーム１１と、メインフレーム１１の上部を閉止するキャップ状のトップシェル１２と、メインフレーム１１の下部を閉止するキャップ状のボトムシェル１３とを備え、トップシェル１２とボトムシェル１３との間にメインフレーム１１を挟み込むようにしている。
前記トップシェル１２側には、図１に模式的に示すように、冷凍回路からの冷媒を膨張部１内へ流入させる膨張側吸入管１４と、膨張部１で膨張された冷媒を冷凍回路に向けて吐出する膨張側吐出管１５と、圧縮部２で圧縮された冷媒を冷凍回路に向けて吐出する圧縮側吐出管１６とが配置されている。膨張側吸入管１４、膨張側吐出管１５は、固定スクロール３に形成された、膨張側吸入室３ｄ、膨張側吐出室３ｅにそれぞれ接続され、圧縮側吐出管１６は、トップシェル１２とメインフレーム１１との間に形成された圧縮側吐出室１２ａに接続されている。また、メインフレーム１１の外周部側には、冷凍回路から取り込んだ冷媒を圧縮部２内へ流入させる圧縮側吸入管１７が配置され、この圧縮側吸入管１７は、固定スクロール３に形成された圧縮側吸入室３ｆに接続されている。
前記スクロールユニット２０は、渦巻き状のラップ３Ｌ，４Ｌ（図２及び図３参照）がそれぞれ形成された固定スクロール３及び可動スクロール４を、互いのラップ３Ｌ，４Ｌを後述する最小クリアランスを確保するように対向配置して備えている。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との間に作動流体の作動室を構成する膨張部１及び圧縮部２（図１参照）を形成している。
前記固定スクロール３は、図１に示すように、ラップ形成面側を下方に向けて、メインフレーム１１に形成された段付き状凹部１１ａの最上部座面１１ａ１に固定されている。図２に示すように、固定スクロール３には、渦巻き状のラップ３Ｌとしての内側ラップ３Ｌａ及び外側ラップ３Ｌｂが形成されると共に、環状の中間仕切り壁３ａ及び外側仕切り壁３ｂが立設されている。内側ラップ３Ｌａは中間仕切り壁３ａよりも中心側に立設され、外側ラップ３Ｌｂは中間仕切り壁３ａと外側仕切り壁３ｂとの間に立設される。また、固定スクロール３には、シールリング５（図１参照）が嵌挿される環状溝３ｃ（図２参照）が中間仕切り壁３ａの端面に形成されている。
また、固定スクロール３には、図２に示すように、膨張側吸入室３ｄが膨張部１の内周端である中心部に形成され、膨張側吐出室３ｅが中間仕切り壁３ａの内側の膨張部１の外周端に形成され、圧縮側吸入室３ｆが外側仕切り壁３ｂの内側の圧縮部２の外周端に形成され、中間仕切り壁３ａの外側の圧縮部２の内周端に圧縮側吐出孔３ｇが貫通して形成されている。
前記可動スクロール４は、オルダムリング等の自転阻止機構５０により自転を阻止された状態で、ラップ形成面側を上方に向けてメインフレーム１１の中間台座面１１ａ２に載置されつつ、支持部３０により後述する固定軸６の軸心周りに公転旋回運動可能に支持されている。可動スクロール４には、図３に示すように、渦巻き状のラップ４Ｌとしての内側ラップ４Ｌａ及び外側ラップ４Ｌｂが形成されている。内側ラップ４Ｌａの壁面は、固定スクロール３の内側ラップ３Ｌａの壁面と対向し、外側ラップ４Ｌｂの壁面は、固定スクロール３の外側ラップ３Ｌｂの壁面と対向し、各ラップ４Ｌａ，４Ｌｂは相反する渦巻の方向で立設されている。また、可動スクロール４のラップ形成面とは反対面には、図１に示すように後述する偏心ブッシュ３１が可動スクロール４に対して相対回動可能に内挿される凹部４ａが形成されている。
これらの固定スクロール３及び可動スクロール４を、図１に示すように各ラップの壁面を対向させて組み合わせて、固定スクロール３の内側ラップ３Ｌａと可動スクロール４の内側ラップ４Ｌａとの間で膨張部１を形成し、固定スクロール３の外側ラップ３Ｌｂと可動スクロール４の外側ラップ４Ｌｂとの間で圧縮部２を形成する。このように、本実施形態のスクロールユニット２０は、膨張部１を形成する可動スクロール４と圧縮部２を形成する可動スクロール４とが同一部材の同一面上に形成される、いわゆる単板型スクロールユニットである。
前記支持部３０は、固定軸６に回動可能に軸支され、可動スクロール４を固定軸６の軸心Ｘ１周りに公転旋回運動可能に支持するものである。支持部３０は、具体的には、偏心ブッシュ３１と、ニードルベアリング３２と、ラジアルベアリング３３、スラストベアリング３４とを備えて構成される。
前記偏心ブッシュ３１は、固定軸６の軸心Ｘ１に対して偏心して回動可能に固定軸６に軸支され、可動スクロール４に形成される凹部４ａに、可動スクロール４に対して相対回動可能に内挿されている。
具体的には、偏心ブッシュ３１は、図４に示すように、可動スクロール４の凹部４ａの内径より大きく拡径された鍔部３１ａと、鍔部３１ａから立設される円柱部３１ｂと、鍔部３１ａの外周部の一部に一体形成されるバランスウェイト３１ｃとを備える。円柱部３１ｂは、この円柱部３１ｂの軸心Ｘ３に対して偏心されて固定軸６の軸心Ｘ１と一致する中心軸を有する孔部３１ｄを有し、固定軸６の軸心Ｘ１に対し偏心して組み付け可能に形成されている。この孔部３１ｄに固定軸６の軸部６ａ（図１参照）がニードルベアリング３２を介して嵌挿され、偏心ブッシュ３１が固定軸６に回動可能に軸支される。円柱部３１ｂは、ラジアルベアリング３３を介して可動スクロール４の凹部４ａに内挿される。鍔部３１ａと、固定軸６の基部６ｂ（図１参照）との間にはスラストベアリング３４が配設される。
前記固定軸６は、図１に示すように、上端側の軸部６ａと、メインフレーム１１の底部に貫通して形成される孔部１１ｃに嵌挿される基部６ｂと、下端側に拡径されて形成された鍔部６ｃとを有し、軸部６ａと基部６ｂは同軸（Ｘ１）で形成されている。固定軸６は、例えば、孔部１１ｃに基部６ｂを嵌挿させて、鍔部６ｃをメインフレーム１１の下面にボルト止め等することにより、その軸心Ｘ１を固定スクロール３の中心軸Ｘ２とほぼ一致させて、メインフレーム１１に固定される。つまり、固定軸６は、偏心ブッシュ３１を回動可能に支持するだけであり、自身が回転することはない。
このように、偏心ブッシュ３１、ニードルベアリング３２、ラジアルベアリング３３及びスラストベアリング３４から成る支持部３０は、固定軸６にニードルベアリング３２を介して軸支される偏心ブッシュ３１の円柱部３１ｂを固定軸６の軸心Ｘ１に対して偏心させ、その円柱部３１ｂを可動スクロール４の凹部４ａに、可動スクロール４に対して相対回動可能に、ラジアルベアリング３２を介して内挿させることにより、可動スクロール４を軸心Ｘ１周りに公転旋回運動可能に支持する。
次に、本実施形態における固定スクロール３のラップ３Ｌと可動スクロール４のラップ４Ｌとの間の最小クリアランスについて説明する。
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。
上記最小クリアランスは、スクロールユニット２０の径方向と、軸方向（各ラップの高さ方向）とでそれぞれ設定されている。そして、径方向の最小クリアランスＣは、膨張部１側と圧縮部２側とでそれぞれ設定されており、図５に示したＡ部及びＢ部の部分拡大図である図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、膨張部１側の径方向最小クリアランスＣexpは圧縮部２側の径方向最小クリアランスＣcompより小さく設定されている。また、軸方向最小クリアランスＣＺ（つまり、ラップの先端とラップを形成する溝底との間のクリアランス）についても、膨張部１側と圧縮部２側とでそれぞれ設定されており、図５に示したＡ部及びＢ部の拡大縦断面図である図７及び図８に示すように、膨張部１側の軸方向最小クリアランスＣＺexpは圧縮部側２の軸方向最小クリアランスＣＺcompより小さく設定されている。
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。
以下に、膨張部１及び圧縮部２における固定スクロール３のラップ３Ｌ（３Ｌａ，３Ｌｂ）及び可動スクロール４のラップ４Ｌ（４Ｌａ，４Ｌｂ）の、径方向についての位置関係を、図４、図７及び図８を参照して詳述する。
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。
次に、膨張部１及び圧縮部２における固定スクロール３のラップ３Ｌ（３Ｌａ，３Ｌｂ）及び可動スクロール４のラップ４Ｌ（４Ｌａ，４Ｌｂ）の、軸方向についての位置関係を詳述する。
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。
次に、本実施形態の圧縮機一体型膨張機１００の動作について、図１を用いて概略説明する。
膨張側吸入管１４から吸入された高圧の冷媒は、膨張側吸入室３ｄを経て膨張部１に取り込まれる。膨張部１は、各スクロール３，４の間の容積を増大させ、冷媒の膨張エネルギーによって可動スクロール４を固定スクロール３の軸心Ｘ１周りに継続して公転旋回運動させる。可動スクロール４の公転旋回運動に供した冷媒を、膨張側吐出室３ｅ及び膨張側吐出管１５を介して冷凍回路に向けて吐出させる。一方、圧縮側吸入管１７から吸入された低圧の冷媒は、圧縮側吸入室３ｆを経て圧縮部２に取り込まれる。圧縮部２は、可動スクロール４の公転旋回運動により各スクロール３，４の間の容積を減少させ、これに伴い取り込んだ冷媒を圧縮する。そして圧縮した冷媒を、圧縮側吐出孔３ｇ、圧縮側吐出室１２ａ及び圧縮側吐出管１６を介して冷凍回路の主圧縮機へ向けて吐出する。このように、膨張比の大きい膨張部１で冷媒を膨張させ、その膨張エネルギーを利用して冷媒を圧縮比の小さい圧縮部２で圧縮する。
かかる本実施形態の圧縮機一体型膨張機１００によれば、膨張部１側の最小クリアランス（Ｃexp及びＣＺexp）を、圧縮部２側の最小クリアランス（Ｃcomp及びＣＺcomp）より小さく設定するので、作動流体の膨張エネルギーを利用して作動流体を圧縮するスクロール型流体機械において、膨張比の大きい膨張部１におけるクリアランスの動力回収効率への影響を低減することができ、膨張エネルギーを効率的に回収して冷媒を圧縮することができる。
また、本実施形態においては、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）より小さく設定したため、膨張部１において確実なシールを行うことができる。なお、これに限らず、圧縮部２側より膨張部１側を小さく設定する最小クリアランスは、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ればよい。
そして、本実施形態においては、スクロールユニット２０は、膨張部１を形成する可動スクロール４と圧縮部２を形成する可動スクロール４とが同一部材の同一面上に形成される、単板型スクロールユニットとしたので、例えば、膨張部１を形成する可動スクロール４と圧縮部２を形成する可動スクロール４とがそれぞれ別の部材上に形成され、各部材の背面（つまり、非ラップ形成面）を対向させて配置する、いわゆる背面型スクロールユニットと比べて、ユニットをコンパクトにすることができる。
なお、本実施形態では、可動スクロール４と偏心ブッシュ３１との間には、単にラジアルベアリング３３を設けた場合で説明したが、これに限らず、例えば、更にスラストベアリングを、凹部４ａを形成するボスの端面と偏心ブッシュ３１の鍔部３１ａとの間に設けるように構成してもよい。
また、本実施形態では、偏心ブッシュ３１と、凹部４ａ及び軸部６ａとの間には、ニードルベアリング３２及びラジアルベアリング３３を設けた場合で説明したが、これに限らず、これらベアリング３２，３３を設けずに、偏心ブッシュ３１自体を可動スクロール４及び軸部６ａの互いの相対回転を受容する滑り軸受としても良い。
さらに、本実施形態では、固定軸６は、その軸心Ｘ１を固定スクロール３の中心軸Ｘ２とほぼ一致させて、メインフレーム１１に固定される場合で説明したが、これに限らず、軸心Ｘ１を固定スクロール３の中心軸Ｘ２とずらして固定するようにしてもよい。
また、本実施形態においては、支持部３０は、メインフレーム１１に固定された固定軸６に軸支される構成の場合で説明したが、これに限らず、図示省略するが、回転可能な軸に軸支されるように構成してもよい。また、スクロールユニット２０は、単板型スクロールユニットの場合で説明したが、これに限らず、図示省略するが、上述の背面型スクロールユニットであってもよい。この場合、例えば、膨張部１を形成する可動スクロール４と圧縮部２を形成する可動スクロール４とは、両面にスクロールを設けた一体の部材で構成しても良いし、別体の部材とする場合は、両可動スクロールを連結し、作動流体の膨張により膨張部１で発生する回転駆動力を圧縮部２に伝達する連結軸を設けて構成してもよい。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、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。
１００・・スクロール型流体機械
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)

  1. 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。
  2. 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。
JP2012273926A 2012-12-14 2012-12-14 スクロール型流体機械 Active JP6125216B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012273926A JP6125216B2 (ja) 2012-12-14 2012-12-14 スクロール型流体機械
DE112013006201.1T DE112013006201T5 (de) 2012-12-14 2013-12-10 Spiral-Fluidmaschine
US14/652,287 US20150322947A1 (en) 2012-12-14 2013-12-10 Scroll-Type Fluid Machine
PCT/JP2013/083041 WO2014092065A1 (ja) 2012-12-14 2013-12-10 スクロール型流体機械
CN201380065395.7A CN104854308A (zh) 2012-12-14 2013-12-10 涡旋型流体设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012273926A JP6125216B2 (ja) 2012-12-14 2012-12-14 スクロール型流体機械

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014118865A JP2014118865A (ja) 2014-06-30
JP6125216B2 true JP6125216B2 (ja) 2017-05-10

Family

ID=50934353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012273926A Active JP6125216B2 (ja) 2012-12-14 2012-12-14 スクロール型流体機械

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150322947A1 (ja)
JP (1) JP6125216B2 (ja)
CN (1) CN104854308A (ja)
DE (1) DE112013006201T5 (ja)
WO (1) WO2014092065A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6393115B2 (ja) * 2014-08-28 2018-09-19 サンデンホールディングス株式会社 スクロール型流体機械
WO2016124147A1 (zh) * 2015-02-06 2016-08-11 艾默生环境优化技术(苏州)有限公司 涡旋组件、涡旋式压缩及膨胀一体机器和循环系统
CN105986839B (zh) * 2015-02-06 2018-11-20 艾默生环境优化技术(苏州)有限公司 涡旋组件、涡旋式压缩及膨胀一体机器和循环系统
JP6226002B2 (ja) * 2016-01-26 2017-11-08 ダイキン工業株式会社 スクロール圧縮機及びそれを備えた空気調和装置
ES2582011B2 (es) * 2016-05-11 2017-07-07 Manuel ÁLVAREZ LÓPEZ Máquina de fluido polivalente.
KR20210029282A (ko) * 2018-08-02 2021-03-15 티악스 엘엘씨 액체 냉매 펌프
GB2583373A (en) * 2019-04-26 2020-10-28 Edwards Ltd Scroll pump crank sleeve

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2552791Y2 (ja) * 1989-11-30 1997-10-29 アネスト岩田株式会社 スクロール流体機械
JP4658381B2 (ja) * 2001-05-31 2011-03-23 三菱重工業株式会社 スクロール圧縮機
JP4031223B2 (ja) * 2001-09-27 2008-01-09 アネスト岩田株式会社 スクロール式流体機械
EP1717413A4 (en) * 2004-02-20 2008-04-23 Toyota Motor Co Ltd BRAYTON CYCLE DEVICE AND DEVICE FOR RECOVERING EXHAUST GAS HEATING FOR COMBUSTION ENGINE
JP2006291925A (ja) * 2005-04-14 2006-10-26 Sanden Corp スクロール型流体機械
JP2007045682A (ja) * 2005-08-12 2007-02-22 Sumco Corp シリコン単結晶の育成方法およびシリコンウェーハ
JP2009024621A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Mitsubishi Electric Corp スクロール膨張機
JP2010077885A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Daikin Ind Ltd 膨張機
JP2011214484A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Toyota Industries Corp 廃熱利用装置及び廃熱利用装置における圧縮機制御方法
JP5209764B2 (ja) * 2010-08-04 2013-06-12 サンデン株式会社 スクロール型流体機械

Also Published As

Publication number Publication date
US20150322947A1 (en) 2015-11-12
JP2014118865A (ja) 2014-06-30
DE112013006201T5 (de) 2015-09-10
CN104854308A (zh) 2015-08-19
WO2014092065A1 (ja) 2014-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6125216B2 (ja) スクロール型流体機械
JP4584306B2 (ja) スクロール膨張機
JP5209764B2 (ja) スクロール型流体機械
JP5441982B2 (ja) 回転圧縮機
JP5787559B2 (ja) 圧縮機
JP5138032B2 (ja) スクロール流体機械
CN104093986B (zh) 涡旋式压缩机
JP2010007550A (ja) スクロール型流体機械
JP2010133260A (ja) スクロール型流体機械
JP2008121481A (ja) スクロール流体機械
JPH09126168A (ja) 流体機械
JP5506839B2 (ja) スクロール圧縮機及び空気調和装置
JPWO2012127719A1 (ja) スクロール型圧縮機
KR102548470B1 (ko) 올담링을 구비한 압축기
JP6005493B2 (ja) スクロール型流体機械
JP6393116B2 (ja) スクロール型流体機械
JP6008516B2 (ja) スクロール圧縮機
JP2014020209A (ja) ２段圧縮機および２段圧縮システム
JP7138807B2 (ja) スクロール圧縮機
JP7486149B2 (ja) スクロール圧縮機
JP5119786B2 (ja) 流体機械および冷凍サイクル装置
EP3483447B1 (en) Scroll compressor
WO2019163309A1 (ja) スクロール流体機械
JP2015078665A (ja) スクロール圧縮機
JP2023037549A (ja) スクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160809

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161006

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170314

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170405

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6125216

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350