JP6147605B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機に関し、特にスクロール型圧縮機に関する。

空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられるスクロール型圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを備える。固定スクロール、旋回スクロールは、それぞれ円板状の端板の一面側に、渦巻状のラップが一体的に形成されたものである。このような固定スクロールと旋回スクロールを、ラップを噛み合わせた状態で対向させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを電動機等により公転旋回運動させる。そして、双方のラップの間に形成される圧縮室を外周側から内周側に移動させつつその容積を減少させることで、圧縮室内の冷媒ガスの圧縮を行う。
圧縮室で圧縮された冷媒ガスは、固定スクロールの端板に形成される吐出ポートを通過して、ディスチャージカバーとハウジングとの間の高圧室に流入し、さらにハウジングに設けられる吐出管から冷媒回路に向けて吐出される。当該吐出ポートは、性能、あるいは、冷媒の圧縮比の関係から、固定スクロールの中心軸に対して偏心して設けられる場合が多い。

固定スクロールに形成される吐出ポートは、スクロール型圧縮機の性能、あるいは、騒音に影響を与えることから、種々の提案がなされている。
例えば特許文献１には、スクロールの旋回運動で圧縮された流体の吐出による振動・騒音を抑制するために、吐出ポートに中空円筒状のカラーを嵌着させることが提案されている。カラーを設けることで、筒内圧力脈動の加振力を低減することができ、騒音を抑えられるとしている。

実開平４−８２３９１号公報

スクロール型圧縮機が発生させる振動・騒音は、広い周波数の範囲にわたり、異なる複数の周波数帯で共鳴に基づく騒音が生ずる。したがって、特許文献１のように、一つの騒音低減手段により全ての周波数帯の騒音を低減することは困難である。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、スクロール型圧縮機に生じる複数の周波数帯の騒音を低減できるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の圧縮機は、主軸の偏心軸部に回転自在に連結される旋回スクロールと、旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、かつ圧縮された冷媒が通過する、圧縮室に連なる第１冷媒通路を端板に有する固定スクロールと、第１冷媒通路の下流側に連なり、第１冷媒通路よりも容積の大きい第２冷媒通路と、を備える。そして、第１冷媒通路は、上流側の開口端と下流側の開口端を備え、上流側の開口端が、固定スクロールの中心軸に対して偏心しており、下流側の開口端が占める領域に、第２冷媒通路の中心軸が存在することを特徴とする。
上記構成とすることで、第１冷媒通路の下流側の開口端から、第２冷媒通路の中心軸に形成される複数の共鳴モードの節に向けて吐出される。そのため、励起する共鳴モードの数を減少させることができ、第２冷媒通路内で生じる騒音を低減できる。

また、本発明の圧縮機は、第１冷媒通路の下流側の開口端の中心と、第２冷媒通路の中心軸とが一致することが好ましい。
第１冷媒通路の下流側の開口端の中心と第２冷媒通路の中心軸を一致させることで、第１冷媒通路から第２冷媒通路の中心軸に向けて冷媒を吐出できるため、第２冷媒通路内の騒音を低減できる。

さらに、本発明の圧縮機は、第１冷媒通路は、第２冷媒通路の中心軸に対して傾斜するように形成されることが好ましい。
第１冷媒通路を第２冷媒通路の中心軸に対して傾斜するように形成することで、第１冷媒通路から第２冷媒通路の中心軸に向けて冷媒を吐出できる。

さらに、本発明は、第１冷媒通路を第２冷媒通路の中心軸に対して傾斜するように形成する以外にも、第１冷媒通路を、その中心軸が、鉛直方向に沿って延びる第２冷媒通路の中心軸に一致するように形成することもできる。
第１冷媒通路の中心軸を第２冷媒通路の中心軸に一致するように形成することで、第１冷媒通路を傾斜させるように加工する必要がないので、加工を容易にすることができる。

なお、本発明は、第１冷媒通路と、第２冷媒通路と、を固定スクロールの端板に形成した圧縮機をも提供できる。

本発明によれば、圧縮機の吐出ポートにおいて、上流吐出ポート部から吐出キャビティの中心軸に向けて冷媒を吐出するように上流吐出ポート部を形成することで、吐出キャビティ内で生じる騒音を低減する。

本発明の実施形態におけるスクロール型圧縮機を示す縦断面図である。 図１の固定スクロールの吐出ポート近傍の部分拡大図である。 本発明の実施形態における減音の効果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態を説明するための図である。 本発明の第２実施形態の他の例を説明するための図である。

[第１実施形態]
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のスクロール型圧縮機１は、ハウジング１０内に、電動モータ１２と、電動モータ１２により駆動されるスクロール型圧縮機構２とを備えている。このスクロール型圧縮機１は、冷媒を圧縮して例えば空気調和機や冷凍機などの冷媒回路に供給する。以下、スクロール型圧縮機１の構成を説明する。

ハウジング１０は、上端が開放された有底円筒状のハウジング本体１０１と、ハウジング本体１０１の上端の開口を覆うハウジングトップ１０２とを備えている。
ハウジング本体１０１の側面には、図示しないアキュムレータからハウジング本体１０１内に冷媒を導入する吸入管１３が設けられている。
ハウジングトップ１０２には、スクロール型圧縮機構２によって圧縮された冷媒を吐出する吐出管１４が設けられている。ハウジング１０の内部は、ディスチャージカバー２７によって低圧室１０Ａと高圧室１０Ｂとに仕切られている。

電動モータ１２は、ステータ１５と、ロータ１６とを備えている。
ステータ１５には、ハウジング本体１０１の側面に取り付けられた図示しない電源ユニットを介して電力が供給されることで、磁界を発生する巻き線が設けられている。ロータ１６は、永久磁石とヨークを主要素として備え、さらに主軸１７が中心に一体に結合されている。

電動モータ１２を挟んで主軸１７の両端側には、主軸１７を回転可能に支持する上部軸受１８および下部軸受１９が設けられている。
上部軸受１８に形成される収容空間１９０には、主軸１７の上端に設けられる偏心ピン１７Ａが突出し、収容されている。

スクロール型圧縮機構２は、固定スクロール２０と、固定スクロール２０に対して公転旋回運動する旋回スクロール３０とを備えている。
固定スクロール２０は、固定端板２１と、固定端板２１の一方の面から立設する渦巻状のラップ２２と、を備えている。固定スクロール２０は、また、固定端板２１に吐出ポート２３を備えている。なお、固定スクロール２０は、その中心軸Ｃが主軸１７の中心軸と、一致するように設けられている。
吐出ポート２３は、図２に示すように、いずれも開口形状が円形の上流吐出ポート部２４と、上流吐出ポート部２４に連通し、上流吐出ポート部２４よりも容積の大きい吐出キャビティ２５とからなる。なお、本実施形態は、上流吐出ポート部２４が本発明の第１冷媒通路に相当し、吐出キャビティ２５が本発明の第２冷媒通路に相当する。
上流吐出ポート部２４は冷媒の流れる向きＡの上流側に配置され、吐出キャビティ２５が下流側に配置される。上流吐出ポート部の上流側の開口端２４Ｂの中心は、固定スクロール２０の中心軸Ｃに対し、偏心して形成されている。上流吐出ポート部２４は、下流側の開口端２４Ａの中心Ｐ１と、吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２（中心軸Ｃと一致）が一致する。したがって、上流吐出ポート部２４は、中心軸Ｃ２（冷媒の流れる向きＡ）に対し傾斜するように形成されている。このように上流吐出ポート部２４が傾斜して形成されるところが本実施形態の特徴であり、上流吐出ポート部２４を通過した冷媒は、吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２に向けて吐出される。詳しくは後述するが、この冷媒の流れにより、スクロール型圧縮機１は、いくつかの共鳴モードの励起を回避することができる。
上流吐出ポート部２４は、上流側が固定スクロール２０と旋回スクロール３０の間に形成される圧縮室ＰＲに連通する。また、吐出キャビティ２５は、下流側が、固定スクロール２０の上方を覆うディスチャージカバー２７の下流吐出ポート部２６に連通している。
なお、吐出キャビティ２５、下流吐出ポート部２６、および高圧室１０Ｂは、それぞれの中心軸Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４が、鉛直方向に沿う固定スクロール２０の中心軸Ｃと一致するように設けられている。そのため、下流吐出ポート部２６の下流側の開口端２６Ａの中心Ｐ２は高圧室１０Ｂの中心軸Ｃ４に一致し、上流側の開口端２６Ｂの中心は、中心軸Ｃ２と一致する。

旋回スクロール３０も、円板状の旋回端板３１と、旋回端板３１の一方の面から立設する渦巻状のラップ３２とを備えている。
旋回スクロール３０の旋回端板３１の背面には、ボス３４が設けられているとともに、そのボス３４に軸受を介してドライブブッシュ３６が組み付けられている。ドライブブッシュ３６の内側には偏心ピン１７Ａが嵌められている。これにより、旋回スクロール３０が主軸１７の軸心に偏心して結合されるので、主軸１７が回転すると、旋回スクロール３０は、主軸１７の軸心からの偏心距離を旋回半径として回転（公転）する。
なお、旋回スクロール３０が、公転しつつも自転はしないよう、旋回スクロール３０と主軸１７との間には、自転を拘束する図示しないオルダムリングが設けられている。

互いに所定量だけ偏心し、１８０度位相をずらして噛み合わせられるラップ２２，３２は、旋回スクロール３０の回転角に応じて複数箇所で互いに接触する。すると、ラップ２２，３２の渦巻きの中心部（最内周部）に対して点対称に圧縮室ＰＲが形成されるとともに、旋回スクロール３０の旋回に伴って、圧縮室はその容積を減少させながら次第に内周側に移動される。そして、渦巻きの中心部で冷媒が最大に圧縮される。図１の圧縮室ＰＲはこの部分を示している。

次に、以上の構成を備えるスクロール型圧縮機１の動作を説明する。
スクロール型圧縮機１を起動するには、電動モータ１２を励磁するとともに、吸入管１３を通じてハウジング１０内に冷媒を導入する。
電動モータ１２が励磁されると主軸１７が回転し、それに伴って旋回スクロール３０が固定スクロール２０に対して公転旋回運動する。すると、旋回スクロール３０と固定スクロール２０との間の圧縮室ＰＲで冷媒が圧縮されるとともに、吸入管１３からハウジング１０内の低圧室１０Ａに導入された冷媒が旋回スクロール３０と固定スクロール２０との間に吸い込まれる。そして、圧縮室ＰＲ内で圧縮された冷媒は、固定端板２１の吐出ポート２３、ディスチャージカバー２７の下流吐出ポート部２６を順次通過して高圧室１０Ｂに吐出され、さらに吐出管１４から外部へと吐出される。こうして、冷媒の吸入、圧縮、および吐出が連続して行われる。

次に、スクロール型圧縮機１の特徴である共鳴モードの励起の回避について、図３を参照して、説明する。
スクロール圧縮機１が動作していると、冷媒が吐出キャビティ２５を通過する際に、騒音の原因となる共鳴モードが励起され得る。本実施形態は、励起される共鳴モードの数を少なくすることで、騒音を低減することを目的としている。
吐出キャビティ２５内には、１次モードから高次モードまで、複数の共鳴モードが生じる（図３では６つの共鳴モード（（ａ）（ｉ）〜（ｖｉ）を示している）。これらの共鳴モードが、上流吐出ポート部２４から流入した冷媒により励起されると吐出キャビティ２５内で騒音が生じる。ただし、冷媒が共鳴モードの節を通過すると、共鳴モードは励起されない。
図３（ａ）において、各々の吐出キャビティ２５に形成される複数の共鳴モードの節の位置の破線ＤＬで示している。なお、図３（ａ）の上段は吐出キャビティ２５を平面視しており、また、下段は縦端面を示している。また、各々の吐出キャビティ２５に付された２つの円２８，２９は、それぞれ冷媒を吐出させる位置（以下、加振入力位置と呼ぶ）を示し、実線の円２８は加振入力位置が吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２に一致している場合を示し、破線の円２９は加振入力位置が中心軸Ｃ２および節からずれている場合を示している。

図３（ａ）（i）に示す一次モードの場合、吐出キャビティ２５の内壁上に節が形成される。一方、図３（ａ）（ii）に示す二次モードの場合、節は、吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２を通る直径上に形成される。
また、その他の共鳴モードで形成される節は、図３（ａ）（iii）〜（vi）に示す通りであり、吐出キャビティ２５の様々な位置に形成されるが、一次モードの（i）および高次モードの（iv）を除けば、各々の共鳴モードは、節が吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２を通る。そうすると、吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２には、異なる複数の共鳴モードの節の共通点が含まれることとなる。
また、上流吐出ポート部２４から吐出される冷媒は、球面波として吐出キャビティ２５を通過するため、下流側の開口端２４Ａの中心Ｐ１を中心軸Ｃ２に一致させることで、冷媒は中心軸Ｃ２を通り、下流吐出ポート部２６に吐出されることとなる。
したがって、図３（ａ）の例においては、実線の円２８で示される位置から冷媒を吐出キャビティ２５に吐出させると、図３（ａ）の（ii），（iii），（ｖ），（vi）の共鳴モードは励起されず、（i），（iv）の共鳴モードだけが励起される。一方、破線の円２９で示される位置から冷媒を吐出キャビティ２５に吐出させると、図３（ａ）の（i）〜（vi）の全ての共鳴モードが励起される。この共鳴モードの励起の様子が、実線、破線で対応して図３（ｃ）に示されているが、加振入力位置が吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２に一致することにより、励起される共鳴モードの数が減り、騒音を低減できる。

この騒音の低減効果を実現したのがスクロール型圧縮機１である。
すなわち、本実施形態では、上流吐出ポート部２４の下流側の開口端２４Ａの中心Ｐ１を吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２に一致させることで、励起される共鳴モードの数を減らす。
ただし、上流吐出ポート部２４の上流側の開口端２４Ｂが中心軸Ｃ２から偏心しているので、上流吐出ポート部２４を傾斜して形成することで、中心Ｐ１を中心軸Ｃ２に一致させるのである。
本実施形態によると、上流吐出ポート部２４の中心Ｐ１が中心軸Ｃ２に一致するので、上流吐出ポート部２４から吐出される冷媒は中心軸Ｃ２上に形成される複数の共鳴モードの節を通過する。この複数の共鳴モードは励起されないので、吐出キャビティ２５内の騒音が低減される。

以上のスクロール圧縮機１は、上流吐出ポート部２４の中心Ｐ１が中心軸Ｃ２に一致する最も好ましい例を適用しているが、共鳴モードの節を冷媒が通過できればよい。したがって、中心Ｐ１が中心軸Ｃ２からずれていても、開口端２４Ｂが占める領域に中心軸Ｃ２が存在していれば、本発明の効果を享受することができる。

［第２実施形態］
本実施形態は、上流吐出ポート部２４を傾斜させる代わりに、図４に示すように、吐出キャビティ２５の位置をずらすことで、吐出キャビティ２５の中心軸Ｃ２を上流吐出ポート部２４の中心軸Ｃ１（中心Ｐ１）に一致させる。そうすることで、吐出キャビティ２５内で生じる騒音を低減する。なお、上流吐出ポート部２４は中心軸Ｃが鉛直方向に沿って形成される。また、ここでいう位置をずらすとは、第１実施形態の吐出キャビティ２５の位置に対して用いる表現である。
吐出キャビティ２５は、固定スクロール２０の中心軸Ｃに対して偏心することになるが、この偏心に合せて、ディスチャージカバー２７およびハウジングトップ１０２の位置をずらすことで、各々の中心軸Ｃ３およびＣ４を中心軸Ｃ１に一致させる。

本実施形態によると、第１実施形態と同様に、吐出キャビティ２５内で励起する共鳴モードの数を減らすことができるため、吐出キャビティ２５内の騒音が低減される。
また、第１実施形態のように上流吐出ポート部２４を傾斜させて加工する必要がないので、第２実施形態は、加工が容易である。

さらに、吐出キャビティ２５の位置をずらすのに合わせて、ディスチャージカバー２７およびハウジングトップ１０２の位置をずらして、下流吐出ポート部２６の中心軸Ｃ３と高圧室１０Ｂの中心軸Ｃ４が一致するのを維持している。したがって、高圧室１０Ｂ内で励起する共鳴モードの数が増えるのを抑えることで、高圧室１０Ｂ内の騒音が増大するのを防いでいる。

本発明は、ディスチャージカバー２７およびハウジングトップ１０２の位置をずらすのに代えて、図５に示すように、下流吐出ポート部２６を傾斜させることで、下流吐出ポート部２６の下流側の開口端２６Ａの中心Ｐ２を高圧室１０Ｂの中心軸Ｃ４に一致させることができる。この場合、下流吐出ポート部２６を傾斜して加工する必要があるが、ディスチャージカバー２７は、固定端板２１に比べて肉厚が薄いので、上流吐出ポート部２４を傾斜させるのに比べて、加工が容易である。
なお、中心Ｐ２が中心軸Ｃ４からずれていても、開口端２６Ａが占める領域に中心軸Ｃ４が存在していれば、本発明の効果を享受できることは前述の通りである。

以上、本実施形態について説明したが、上述した構成以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。
例えば、ディスチャージカバー２７を省いたスクロール型圧縮機にも本発明を適用することができる。この場合、固定端板は径の等しい吐出ポートのみを備え（吐出キャビティ２５に相当する部分を備えない）、この吐出ポートは高圧室（１０Ｂ）に直接連なることになる。そして、当該吐出ポートが本発明の第１冷媒通路に相当し、高圧室が本発明の第２冷媒通路に相当する。
また、上流吐出ポート部２４又は下流吐出ポート部２６を傾斜させる場合、直線状に形成するのに代えて、湾曲して形成してもよいし、クランク状や階段状のように段階的に傾斜さることができる。
なお、吐出キャビティ２５の横断面形状は円形に限定されず、他の断面形状としてもよい。

１ スクロール型圧縮機
２ スクロール型圧縮機構
１０ ハウジング
１０Ａ 低圧室
１０Ｂ 高圧室
１２ 電動モータ
１３ 吸入管
１４ 吐出管
１５ ステータ
１６ ロータ
１７ 主軸
１７Ａ 偏心ピン
１８ 下部軸受
１９ 上部軸受
２０ 固定スクロール
２１ 固定端板
２２，３２ ラップ
２３ 吐出ポート
２４ 上流吐出ポート部
２４Ａ，２４Ｂ 開口端
２５ 吐出キャビティ
２６ 下流吐出ポート部
２６Ａ，２６Ｂ 開口端
２７ ディスチャージカバー
３０ 旋回スクロール
３１ 旋回端板
３４ ボス
３６ ドライブブッシュ
１０１ ハウジング本体
１０２ ハウジングトップ
１９０ 収容空間
Ａ 向き
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 中心軸
Ｐ１，Ｐ２ 中心
ＰＲ 圧縮室

Claims (5)

1. 主軸の偏心軸部に回転自在に連結される旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、かつ圧縮された前記冷媒が通過する、前記圧縮室に連なる第１冷媒通路を端板に有する固定スクロールと、
   前記第１冷媒通路の下流側に連なり、前記第１冷媒通路よりも容積の大きい第２冷媒通路と、を備え、
   前記第１冷媒通路は、上流側の開口端と下流側の開口端を備え、
   前記上流側の開口端が、前記固定スクロールの中心軸に対して偏心しており、
   前記下流側の開口端が占める領域に、前記第２冷媒通路の中心軸が存在する、
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記第１冷媒通路の前記下流側の開口端の中心と、
   前記第２冷媒通路の中心軸とが一致する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第１冷媒通路は、
   前記第２冷媒通路の中心軸に対して傾斜するように形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
4. 前記第１冷媒通路は、
   その中心軸が、鉛直方向に沿って延びる前記第２冷媒通路の中心軸に一致するように形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
5. 前記第１冷媒通路と、前記第２冷媒通路が前記固定スクロールの前記端板に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧縮機。

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