JP6539020B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
そこで本発明は、スクロールの中央部分の冷却を効果的に行うことのできるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
本実施形態のスクロール圧縮機1は、図1に示すように、スクロール圧縮機1の外殻をなすハウジング10と、ハウジング10に固定される固定スクロール20と、ハウジング10の内部に旋回可能に収容される旋回スクロール30とを主たる構成要素として備えている。これらの主たる構成要素は、アルミニウム系合金、鉄系合金等の金属材料から形成されている。
ハウジング10は、図1に示すように、第1ハウジング10aと、第2ハウジング10bとからなる密閉容器である。
第1ハウジング10aは、固定スクロール20に固定され、内部に固定スクロール20の冷却フィン24を収容する。第1ハウジング10aは、固定スクロール20の吐出ポート21eから吐出される圧縮流体を外部に向けて吐出する吐出ポート12を備えている。
第2ハウジング10bは、収容室11bの内部に、旋回スクロール30、自転防止機構40及び駆動軸50を収容し、かつ保持する。第2ハウジング10bは、収容室11bの内部に、自転防止機構40の第2要素45を収容する収容室11cと、駆動軸50及び主軸受54を収容する収容室11dを備えている。
固定スクロール20は、図1に示すように、概ね円板状に形成された端板21と、端板21の一方の面側に設けられる渦巻き状のラップ22と、端板21の他方の面側に設けられる冷却フィン24、固定スクロール20の最外周を取り囲む外周壁26とを備えており、例えばアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成される。外周壁26には、圧縮の対象となる流体を吸い込む吸入口27が設けられている。また、外周壁26は、外部に露出しており、ハウジング10の一部を構成している。なお、固定スクロール20において、ラップ22が設けられる側を正面といい、冷却フィン24が設けられる側を背面ということにする。ラップ22は、その先端に、旋回スクロール30の端板31と接触して封止する自己潤滑性を有するチップシール23が設けられている。
ここで、上流側の第1領域αに属する冷却フィン24を冷却フィン24αとし、下流側の第2領域βに属する冷却フィン24を冷却フィン24βとする。第1領域αにおいては長尺な冷却フィン24αが複数列に平行に配列されているのに対して、第2領域βにおいては冷却フィン24αよりも短尺な冷却フィン24βが千鳥状に配列されている。しかも、第2領域βにおいては、隣接する冷却フィン24βの間隔(フィンピッチ)を第1領域αよりも狭くすることにより、第1領域αよりも冷却フィン24βの枚数が多い。つまり、第2領域βにおける複数の冷却フィン24βは、第1領域αにおける複数の冷却フィン24αよりも分布が密である。この冷却フィン24α,冷却フィン24βの分布構造を採用することにより、第1領域αに比べて第2領域βの冷却効率が高い。
旋回スクロール30は、図1に示すように、概ね円板状に形成された端板31と、端板31の一方の面側に設けられる渦巻き状のラップ32と、端板31の他方の面側に設けられる冷却フィン34とを備えており、例えばアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成される。なお、固定スクロール20と同様に、ラップ32が設けられる側を正面といい、冷却フィン34が設けられる側を背面ということにする。
ラップ32は、その先端に、固定スクロール20の端板21の正面側と接触して圧縮室を封止する自己潤滑性を有するチップシール33が設けられている。
また、固定スクロール20の冷却フィン24と同様に、冷却フィン34は、上流側に配置される第1領域αの分布が粗であり、第1領域αよりも下流側に配置される第2領域βの分布が密である。
軸受プレート35は、中央部分に軸受37を収容し、かつ固定するボス36を備えている。ボス36に保持される軸受37は、駆動軸50の偏心軸53を支持している。
また、軸受プレート35は、図2に示すように、自転防止機構40の第1要素41を収容する3つのボス38を、周方向に等間隔で備えている。
自転防止機構40は、ピンクランク式の自転防止機構であり、図1に示すように、第1要素41と第2要素45を備えている。スクロール圧縮機1は、3つのボス38に対応して3つの自転防止機構40を備えている。
第1要素41は、軸受42を備える。軸受42は、例えば、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間に設けられる球状の転動体とを備える玉軸受からなる。軸受42の内輪にはクランクピン43が嵌合され、軸受42とともに第1要素41を構成する。第1要素41は、軸受プレート35のボス38の内部に収容されるが、このボス38は軸受42の軸受箱として機能する。
第2要素45は、第1要素41と同様の構成を有しており、2つの軸受46と、軸受46の内輪に挿入されるクランクピン47と、を備えている。第2要素45は、ハウジング10の収容室11cに収容、保持される。
駆動軸50は、図示を省略する駆動原、例えば電動モータの回転駆動力を旋回スクロール30に伝達する。
駆動軸50は、図1に示すように、駆動原に接続される接続端51が一方端側に設けられ、軸受プレート35に保持される軸受37に保持される偏心軸53が他方端に設けられている。
駆動軸50は、主軸受54と副軸受55の二つの軸受により、ハウジング10に回転可能に支持されている。主軸受54は偏心軸53の近傍で駆動軸50を支持し、副軸受55は接続端51の近傍で駆動軸50を支持する。
次に、以上の構成を備えるスクロール圧縮機1の動作は以下の通りである。
図示を省略する駆動原の回転に従って駆動軸50が回転すると、旋回スクロール30が公転旋回運動を開始する。そうすると、吸入口27から吸入される流体は、ラップ22とラップ32によって形成される三日月形状の圧縮空間において圧縮され、中央部分に設けられる吐出ポート12から吐出される。
スクロール圧縮機1が動作している間に、自転防止機構40は、旋回スクロール30が自転するのを防止する。
また、スクロール圧縮機1が動作している間に、固定スクロール20の背面に設けられる冷却フィン24及び旋回スクロール30の背面に設けられる冷却フィン34を取り込まれた外気が通過することで、固定スクロール20及び旋回スクロール30が冷却される。
次に、スクロール圧縮機1の効果を説明する。
流体が圧縮されると温度上昇するので、スクロール圧縮機1が動作している間に、固定スクロール20と旋回スクロール30は高温に晒され、熱膨張する。熱膨張が許容範囲を超えると、一方のスクロールの歯先と、他方のスクロールの歯底が接触し、旋回スクロール30の円滑な旋回運動を阻害するおそれがある。特に、圧縮の程度が大きくなる旋回スクロール30の径方向の中央部分ほど高温に晒される。
特に、スクロール圧縮機1は、図3に示すように、固定スクロール20,旋回スクロール30の中央部分を含む第2領域βにおける複数の冷却フィン24βが、第1領域αにおける複数の冷却フィン24αよりも分布が密であるから、第2領域βは第1領域αよりも冷却面積が広いので冷却効率を上げることができる。
冷却媒体の流れる向きの下流側である第2領域βには、第1領域αを通過して温度が上がった冷却媒体が流入する。したがって、仮に第2領域βにおける冷却フィン24βと第1領域αにおける冷却フィン24αの分布密度が同じだとすると、第2領域βにおける冷却効率が第1領域αより悪くなる。ところが、本実施形態においては、第2領域βにおける冷却フィン24βの分布を密にして冷却効率を上げるので、第2領域βについても第1領域αと同等の冷却効率を得ることができる。
しかも、第2領域βの複数の冷却フィン24βは、千鳥状に配列されているので、個々の冷却フィン24βに前縁効果が生じるので、熱伝達率が高い。したがって、スクロール圧縮機1は、当該中央部分の熱膨張を抑制する効果が大きく、固定スクロール20及び旋回スクロール30に生じる温度分布が軽減される。
また、第1領域αを通過した冷却媒体が第2領域βに流入するため、第1領域αにおける冷却媒体の温度上昇が小さいほど、第2領域βの冷却フィン24βを効率よく冷却することができる。第1領域αは、中央部分に比べて流体圧縮による温度上昇の程度が小さいので、冷却フィン24αの分布を第2領域βの冷却フィン24βよりも粗としても、十分な冷却効果を得ることができるとともに冷却媒体の温度上昇を最小限に抑えることができ、当該中央部分の熱膨張を抑制することができる。
図4の形態において、フィン24α,24βを上方から風路カバー66で覆うことが好ましい。そうすることにより、第2領域βの冷却フィン24βに冷却媒体を確実に導くことができる。
カバーガイド60は、導入プレート61と、導入プレート61に連なり、導入プレート61に対して傾斜する連結部63と、連結部63に連なり、導入プレート61と平行な遮蔽プレート65と、を備えている。
また、カバーガイド60は、導入プレート61が第1領域αに対応する冷却媒体の流れの上流側に、連結部63は第2−1領域β1に対応するスクロール圧縮機1の中央部に対応し、遮蔽プレート65が第2−2領域β2に対応する下流側に配置されるように形成されている。導入プレート61は、冷却フィン24β1の先端から所定の間隔をあけて設けられている。連結部63は、導入プレート61に連なる部位から遮蔽プレート65に連なる部位に向けて傾斜して設けられている。また、遮蔽プレート65は、冷却フィン24β2に接することで、第2−2領域β2を遮蔽する。
図7に示す形態において、第1領域αの冷却フィン24αの頂面を仕切りプレート67で覆うことが好ましく、そうすることにより、上方から冷却媒体が第1領域αに導入されることを阻止し、第2−1領域β1に冷却媒体をより確実に導くことができる。
固定スクロール20の冷却フィン24は、上述した実施形態に従い、固定スクロール20の中央部分を含む第2領域βにおける複数の冷却フィン24βが、第1領域αにおける複数の冷却フィン24αよりも分布が密とされている。旋回スクロール30の冷却フィン34についても、同様の分布とされる。
3Dタイプのスクロール圧縮機1は、温度が高くなる固定スクロール20及び旋回スクロール30に設けられる冷却フィン24及び冷却フィン34は、中央部分の方が周囲よりも背が高いので、冷却能力が高い。
スクロール圧縮機1は、3Dタイプのスクロール圧縮機であるために、固定スクロール20の背面及び旋回スクロール30の背面はともに中央に位置する低段部21a,31aが窪んでいる。本実施形態は、この窪みを利用して、当該部分の冷却フィン24及び冷却フィン34の背を高くしている。一方で、中央部分及びその周囲の外周部分において、冷却フィン24の先端は同一平面上に並んでいる。冷却フィン34についても同様である。したがって、スクロール圧縮機1は、中央部分の冷却フィン24,34の背を高くしながらも、冷却フィン24,34の先端の位置を中央から外周に亘って揃えることができる。このことは、冷却フィン24,34の背を高くするために、中央部分に位置する冷却フィン24,34が突出することで周囲に不必要なスペースを占有するのを避けること、また、例えば、第1ハウジング10aの冷却フィン24に対応する部分が平坦な形状で足りること、を示唆している。
10 ハウジング
10a 第1ハウジング
10b 第2ハウジング
11b 収容室
11c 収容室
11d 収容室
12 吐出ポート
20 固定スクロール
21 端板
21a 低段部
31a 低段部
21b 高段部
31b 高段部
21c 凹溝
21e 吐出ポート
22 ラップ
23 チップシール
24 冷却フィン
24α 冷却フィン
24β 冷却フィン
24β1 冷却フィン
24β2 冷却フィン
26 外周壁
27 吸入口
30 旋回スクロール
31 端板
32 ラップ
33 チップシール
34 冷却フィン
35 軸受プレート
36 ボス
37 軸受
38 ボス
38a 内壁
40 自転防止機構
41 第1要素
42 軸受
43 クランクピン
44 偏心軸
45 第2要素
46 軸受
47 クランクピン
50 駆動軸
51 接続端
53 偏心軸
54 主軸受
55 副軸受
60 カバーガイド
61 導入プレート
63 連結部
65 遮蔽プレート
66 風路カバー
67 仕切りプレート
C 中心
α 第1領域
β 第2領域
β1 第2−1領域
β2 第2−2領域
Claims (6)
- 正面に固定側ラップと背面に複数の冷却フィンとが設けられる固定スクロールと、
前記固定スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされ、正面に旋回側ラップと背面に複数の冷却フィンとが設けられる旋回スクロールと、を備え、
前記固定スクロール、及び、前記旋回スクロールの一方又は双方は、
直線状に冷却媒体が流れる向きの上流側に設けられる、前記冷却フィンの分布が粗な第1領域と、
前記第1領域よりも下流側に設けられる、前記第1領域よりも前記冷却フィンの分布が密な第2領域と、を備え、
前記第2領域において、前記冷却フィンが前記固定スクロール、及び、前記旋回スクロールの一方又は双方の中央部分を取り囲み、
前記第1領域における前記冷却フィン(24α)が前記第2領域における前記冷却フィン(24β)よりも、前記上流側から下流側に向けた寸法が大きいことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記第2領域は、
前記第1領域に隣接して設けられる、前記冷却フィンの分布が密な第2−1領域と、
前記第2−1領域よりも下流側に設けられる、前記冷却フィンの分布が前記第2−1領
域よりも粗な第2−2領域と、を備える、
請求項1のスクロール圧縮機。 - 前記第2領域は、
前記冷却フィンが千鳥状に配列されている、
請求項1又は請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第1領域は、
前記冷却フィンが前記第2領域における前記固定スクロールの中央部分に導くように放
射状に配列されている、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第1領域に供給される前記冷却媒体の一部を、前記冷却フィンを通過させずに前記
第2領域に導くガイドを備える、
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第1領域に属する前記冷却フィンは、
前記第2領域に属する前記冷却フィンより、背が低い、
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
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