JP6755428B1 - スクロール圧縮機、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<スクロール圧縮機の構成>
図1は、第1実施形態に係るスクロール圧縮機100の縦断面図である。
図1に示すスクロール圧縮機100は、ガス状の冷媒を圧縮する機器である。図1に示すように、スクロール圧縮機100は、密閉容器1と、圧縮機構部2と、クランク軸3(シャフト)と、電動機4と、主軸受5と、旋回軸受6と、を備えている。また、スクロール圧縮機100は、前記した構成の他に、オルダムリング7と、バランスウェイト8a,8bと、サブフレーム9と、を備えている。
主軸3aは、電動機4の回転子4bに同軸で固定され、この回転子4bと一体で回転する。偏心部3bは、主軸3aに対して偏心しながら回転する軸であり、前記したように、旋回スクロール22のボス部22cに嵌合している。そして、偏心部3bが偏心しながら回転することで、旋回スクロール22が旋回するようになっている。
旋回軸受6は、旋回スクロール22のボス部22cに対して偏心部3bを回転自在に軸支するものであり、ボス部22cの内周壁に固定されている。
なお、図2では、潤滑油の流れを矢印で図示している。また、図2では、旋回スクロール22の給油孔hgが、後記する第1制御溝hc1に連通している状態を示している。
図2に示すように、旋回スクロール22の鏡板22aには、給油孔hgが設けられている。給油孔hgは、クランク軸3の貫通孔3cを介して流出する高圧の潤滑油を固定スクロール21側に導く流路である。給油孔hgは、その上流側が鏡板22aの下面の中央付近で開口し、下流側が鏡板22aの上面(つまり、鏡板面22f)の所定箇所で開口している。
前記したように、固定スクロール21は、渦巻状の固定ラップ21bが台板21aに設けられた構成になっている。図3に示すように、固定スクロール21の鏡板面21fの周縁付近には、環状の外周溝hoが設けられている。この外周溝hoは、旋回スクロール22の鏡板22aとフレーム23との間に入った潤滑油の影響で余分な圧縮動力が生じることを抑制する機能を有している。外周溝hoは、旋回スクロール22とフレーム23との間の所定の隙間(背圧室Sbの一部)に臨んでいる。
なお、図4では、第1の溝h1(図3参照)や第2の溝h2等(図3参照)の図示を省略している。また、旋回ラップ22bの吸入口J1側の端部が固定ラップ21bの壁面に接するとき(外線側圧縮室Spoが形成されるとき)のクランク角を0°とする。
なお、図5では、旋回ラップ22bを上から(つまり、旋回ラップ22bの先端から根元に向かう方向に)見た場合において、旋回スクロール22が紙面右側に偏心している瞬間の各力を関係を図示している。また、図5の符号w1は、旋回スクロール22の旋回運動を示している。
なお、クランク角の変化に伴って旋回スクロール22の偏心方向も変化(回転)する。そこで、本実施形態では、所定のクランク角(スラスト荷重が大きくなりやすい所定のクランク角)における旋回スクロール22の偏心方向を基準として、図5に示す偏荷重領域AR1で固定スクロール21から旋回スクロール22を引き離す向きの力を作用させるようにしている。
スクロール圧縮機100のクランク角が大きくなるにつれて、給油孔hgの開口e1が、図6の紙面で反時計回りに移動する。また、第1制御溝hc1及び第2制御溝hc2は、それぞれ、給油孔hgの開口e1の移動軌跡T(図6の一点鎖線の円)の一部と重なるように、円弧状に設けられている。なお、固定スクロール21の鏡板面21fにおける給油孔hgの開口e1の移動軌跡Tにおいて、第1制御溝hc1が開口e1に連通する範囲(位置Bを含む所定範囲)と、第2制御溝hc2が開口e1に連通する範囲(位置Dを含む所定範囲)と、は異なっている。
図7Aは、クランク角に対する各油溝の圧力の変化を示す説明図である。
図7Bは、クランク角に対するスラスト荷重の変化を示す説明図である(適宜、図3、図6を参照)。
なお、図7Aや図7Bの横軸は、スクロール圧縮機100におけるクランク角である。図7Aの縦軸は、各油溝の圧力である。図7Bの縦軸は、旋回スクロール22に作用するスラスト荷重(軸方向の力)である。なお、図7Bには、前記した不足圧縮条件でのスラスト荷重を示している。
第2実施形態(図8参照)は、固定スクロール21Aの第1排油溝hA1が吸入口J1に連通している一方、第2排油溝hA2がラップ溝hrに連通している点が、第1実施形態(図3参照)とは異なっている。なお、その他(スクロール圧縮機の全体的な構成等:図1参照)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図8に示す第1排油溝hA1は、第1油溝hm1に流入した高圧の潤滑油を固定スクロール21Aの吸入口J1に導く溝であり、鏡板面21fの所定箇所に設けられている。図8の例では、第1油溝hm1において、第2油溝hm2から離れている側の端部と、吸入口J1と、を接続するように、直線状の第1排油溝hA1が設けられている。
第2実施形態によれば、第1排油溝hA1が吸入口J1に連通し、また、第2排油溝hA2がラップ溝hrに連通している。これによって、例えば、第1排油溝hA1を介して流れる潤滑油が圧縮室Sp(図4参照)に供給されるため、圧縮室Spからの冷媒漏れを抑制できる。したがって、第2実施形態によれば、スクロール圧縮機の漏れ損失を低減し、高効率化を図ることができる。
第3実施形態(図9参照)は、固定スクロール21Bの第1排油溝hB1が吸入口J1に連通している一方、第2排油溝hB2が背圧溝hkを介して外周溝hoに連通している点が、第1実施形態(図3参照)とは異なっている。なお、その他(スクロール圧縮機の全体的な構成等:図1参照)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図9に示す背圧溝hkは、第2排油溝hB2を介して流れる潤滑油を外周溝ho(図9の例では、所定の孔hsの付近)に導く溝であり、円弧状を呈している。そして、第2油溝hm2において、第1油溝hm1から離れている側の端部と、背圧溝hkの上流側の端部と、を接続するように、第2排油溝hB2が設けられている。また、第1油溝hm1において、第2油溝hm2から離れている側の端部と、吸入口J1と、を接続するように、第1排油溝hB1が設けられている。
第3実施形態によれば、第2油溝hm2を流れる高圧の潤滑油が、第2排油溝hB2及び背圧溝hkを順次に介して、外周溝hoに供給される。これによって、固定スクロール21Bの鏡板面21fに潤滑油が供給されるため、鏡板間のシール性や潤滑性を高めることができる。したがって、スクロール圧縮機の性能や信頼性を第1実施形態よりもさらに高めることができる。
第4実施形態(図10参照)は、第1油溝hm1よりも第1制御溝hc1のほうが深さが浅い点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他(スクロール圧縮機の全体的な構成や、各溝の下面視での配置:図1、図3参照)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
なお、図10では、旋回スクロール22の鏡板面に垂直であって、第1制御溝hc1及び第1油溝hm1を通る所定の曲面(図示せず)で断面をとったときの給油孔hgの付近の構成を示している。また、図10では、給油孔hgが第1制御溝hc1に連通したときの状態を示している。
第4実施形態によれば、高圧の潤滑油の供給に伴う急激なスラスト荷重の変動を抑制し、ひいては、旋回スクロール22の鏡板面圧の偏りによる摩耗やシール性の低下を抑制できる。したがって、スクロール圧縮機の性能や信頼性を第1実施形態よりもさらに高めることができる。
第5実施形態(図11参照)は、給油孔hg(図11には図示せず、図2参照)の開口e1が第1制御溝hc1に連通し始める過程で、開口e1と第1制御溝hc1とが重なる面積が徐々に増加する点が、第1実施形態(図3参照)とは異なっている。なお、その他(スクロール圧縮機の全体的な構成等:図1参照)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
スクロール圧縮機のクランク角が大きくなるにつれて、給油孔hg(図11には図示せず、図2参照)の開口e1が、図11で反時計回りに位置A,B,C,D,E,F,Gの順で移動する。また、第1制御溝hc1及び第2制御溝hc2は、それぞれ、給油孔hgの開口e1の移動軌跡Tの一部と重なるように、円弧状に設けられている。
第5実施形態によれば、高圧の潤滑油の供給に伴う急激なスラスト荷重の変動を抑制し、ひいては、旋回スクロール22の鏡板面圧の偏りによる摩耗やシール性の低下を抑制できる。したがって、スクロール圧縮機の性能や信頼性を第1実施形態よりもさらに高めることができる。
第6実施形態では、第1実施形態で説明したスクロール圧縮機100(図1参照)を備える空気調和機W(冷凍サイクル装置:図12参照)について説明する。
なお、図12の実線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
一方、図12の破線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。
空気調和機Wは、冷房や暖房等の空調を行う機器である。図12に示すように、空気調和機Wは、スクロール圧縮機100と、室外熱交換器Eoと、室外ファンFoと、膨張弁Veと、四方弁Vfと、室内熱交換器Eiと、室内ファンFiと、を備えている。
室外熱交換器Eoは、その伝熱管(図示せず)を通流する冷媒と、室外ファンFoから送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
室外ファンFoは、室外熱交換器Eoに外気を送り込むファンである。室外ファンFoは、駆動源である室外ファンモータMoを備え、室外熱交換器Eoの付近に設置されている。
室内ファンFiは、室内熱交換器Eiに室内空気を送り込むファンである。室内ファンFiは、駆動源である室内ファンモータMiを備え、室内熱交換器Eiの付近に設置されている。
一方、暖房運転時(図12の実線矢印を参照)には、スクロール圧縮機100、室内熱交換器Ei(凝縮器)、膨張弁Ve、及び室外熱交換器Eo(蒸発器)が、四方弁Vfを介して順次接続されてなる冷媒回路において、冷凍サイクルで冷媒が循環する。このように第6実施形態では、冷媒回路Rsにおいて、スクロール圧縮機100、「凝縮器」、膨張弁Ve、及び「蒸発器」を順次に介して冷媒が循環するようになっている。
第6実施形態によれば、空気調和機Wが、製造コストが低く性能や信頼性の高いスクロール圧縮機100を備えている。これによって、空気調和機Wの全体としての製造コストを削減し、また、その性能や信頼性を高めることができる。
以上、本発明に係るスクロール圧縮機100や空気調和機Wについて各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、各実施形態では、第1制御溝hc1(図3参照)や第2制御溝hc2(図3参照)が円弧状である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、給油孔hgの開口e1の移動軌跡Tの一部を含むような形状であれば、第1制御溝hc1や第2制御溝hc2を他の形状(例えば、折れ線状や直線状)にしてもよい。
また、各実施形態では、第1制御溝hc1(図3参照)の一端に第1油溝hm1が接続される構成について説明したが、これに限らない。例えば、円弧状を呈する第1制御溝hc1の両端以外の所定箇所に第1油溝hm1が接続されるようにしてもよい。なお、第2制御溝hc2や第2油溝hm2についても同様のことがいえる。
また、各実施形態では、固定スクロール21(図3参照)の鏡板面21fに環状の外周溝hoが設けられる構成について説明したが、これに限らない。例えば、外周溝hoを省略し、第1排油溝hn1や第2排油溝hn2が、その径方向外側の端部を介して、背圧室Sb(図2参照)に連通するようにしてもよい。
また、例えば、第3実施形態と第6実施形態とを組み合わせ、空気調和機W(第6実施形態:図12参照)が、第3実施形態で説明した構成のスクロール圧縮機(図9参照)を備えるようにしてもよい。この他にも、様々な組み合わせが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
2 圧縮機構部
3 クランク軸(シャフト)
3c 貫通孔
4 電動機
4a 固定子
4b 回転子
21,21A,21B,21C,21D 固定スクロール
21b 固定ラップ
21f 鏡板面
22 旋回スクロール
22f 鏡板面
22b 旋回ラップ
23 フレーム
100 スクロール圧縮機
e1 開口
h1 第1の溝
h2 第2の溝
hm1 第1油溝
hm2 第2油溝
hc1 第1制御溝
hc2 第2制御溝
hg 給油孔
ho 外周溝
hn1,hA1,hB1 第1排油溝
hn2,hA2,hB2 第2排油溝
AR1 偏荷重領域
Cs 円
Q1 第1領域
Q2 第2領域
Sp 圧縮室
T 移動軌跡
Z 軸線
Rs 冷媒回路
Eo 室外熱交換器(凝縮器/蒸発器)
Ei 室内熱交換器(蒸発器/凝縮器)
Ve 膨張弁
W 空気調和機(冷凍サイクル装置)
Claims (10)
- 密閉容器と、
渦巻状の固定ラップを有し、前記密閉容器の内部に固定される固定スクロールと、
前記固定ラップとともに圧縮室を形成する渦巻状の旋回ラップを有する旋回スクロールと、
前記旋回スクロールを支持するフレームと、
固定子及び回転子を有する電動機と、
潤滑油を導く貫通孔を有し、前記回転子と一体で回転するシャフトと、を備え、
前記固定スクロールの鏡板面において前記固定ラップの径方向外側には、第1の溝が設けられるとともに、第2の溝が設けられ、
前記第1の溝の位置は、前記固定スクロールの鏡板面において、前記シャフトの軸線を中心として扇状を呈する第1領域に含まれ、
前記第2の溝の位置は、前記シャフトの軸線を中心として、前記第1領域から周方向で所定にずれている扇状の第2領域に含まれ、
前記貫通孔からの潤滑油を導く給油孔が、前記旋回スクロールの鏡板面に開口し、
前記旋回スクロールの旋回に伴い、前記給油孔の一つの開口が、前記第1の溝及び前記第2の溝に交互に連通するスクロール圧縮機。 - 前記第1の溝には、前記固定ラップの径方向外側において、前記固定ラップに沿うように設けられる円弧状の第1油溝と、前記第1油溝に連通している第1制御溝と、が含まれ、
前記第2の溝には、前記固定ラップの径方向外側において、前記固定ラップに沿うように設けられる円弧状の第2油溝と、前記第2油溝に連通している第2制御溝と、が含まれ、
前記固定スクロールの鏡板面における前記給油孔の前記開口の移動軌跡において、前記第1制御溝が前記開口に連通する範囲と、前記第2制御溝が前記開口に連通する範囲と、が異なっていること
を特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記シャフトの軸線を中心として、前記第1制御溝と、前記第2制御溝と、が径方向で部分的に重なっていること
を特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 前記旋回スクロールの旋回において、前記圧縮室からのガスの吐出が開始されるときのクランク角から180°進んだ所定のクランク角である高スラスト荷重角となっているとき、前記旋回スクロールの偏心方向を基準として、前記シャフトの回転の向きに90°以上かつ180°以下の角度をなす所定の偏荷重領域の少なくとも一部を前記給油孔の前記開口が通過すること
を特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 扇状の前記第1領域の中心角、及び、扇状の前記第2領域の中心角は、それぞれ、180°以下であること
を特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記固定スクロールの鏡板面の周縁付近には、前記フレームの背圧室に連通する環状の外周溝が設けられ、
前記固定スクロールの鏡板面には、前記第1の溝と前記外周溝とを連通させる第1排油溝が設けられるとともに、前記第2の溝と前記外周溝とを連通させる第2排油溝が設けられること
を特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第1制御溝の深さは、前記第1油溝の深さよりも浅く、
前記第2制御溝の深さは、前記第2油溝の深さよりも浅いこと
を特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 前記旋回スクロールの旋回中、前記給油孔の前記開口と前記第1の溝とが重なる面積が単調増加するように、前記第1の溝が設けられていること
を特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第1制御溝及び前記第2制御溝は、それぞれ、円形の前記移動軌跡よりも径の大きい所定の円の一部をなす円弧状であること
を特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機を備え、
前記スクロール圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路を含んでなる冷凍サイクル装置。
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