JP7154421B2 - scroll compressor - Google Patents
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Description
本発明は、スクロール圧縮機における機械式容量制御技術に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mechanical capacity control technique for a scroll compressor.
従来から、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて形成した圧縮室にて流体を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部に回転軸を介して連結された電動機とを備えたスクロール圧縮機が知られている。この種のスクロール圧縮機では、幅広い負荷範囲に対して高効率を実現するため、電動機をインバータ駆動とし、回転数を制御することによりスクロール圧縮機の容量制御を行う方法が知られている。しかし、低負荷時に回転数を低くしすぎると、圧縮室での冷媒漏れの増加等によりスクロール圧縮機効率が低下し、性能が低下する。このため、インバータによる回転数制御のみでは、低速の低負荷能力で高効率を維持することは難しい。 Conventionally, there has been known a scroll compressor including a compression mechanism for compressing a fluid in a compression chamber formed by combining a fixed scroll and an orbiting scroll, and an electric motor connected to the compression mechanism via a rotating shaft. It is In this type of scroll compressor, in order to achieve high efficiency over a wide load range, a method is known in which the capacity of the scroll compressor is controlled by driving the electric motor with an inverter and controlling the rotation speed. However, if the number of rotations is too low at low load, the efficiency of the scroll compressor will decrease due to an increase in leakage of refrigerant from the compression chamber, and the performance will deteriorate. Therefore, it is difficult to maintain high efficiency at low speed and low load capability only by controlling the rotation speed by the inverter.
そこで、機械的に排除容積(吸入容積)を可変する機械式容量制御を用いたスクロール圧縮機が提案されている。機械式容量制御では、冷媒を圧縮する通常運転である全負荷運転と、圧縮室内の冷媒の一部を圧縮せずに吸込側へとバイパスさせ、圧縮開始時の容積を縮小することで容量を低減する部分負荷運転とを、電動機の回転数を落とさずに切り替えることで、低負荷時における性能を改善する。 Therefore, a scroll compressor using mechanical capacity control for mechanically varying the displacement volume (suction volume) has been proposed. In mechanical capacity control, capacity is reduced by reducing the volume at the start of compression by bypassing full-load operation, which is normal operation that compresses the refrigerant, and bypassing a portion of the refrigerant in the compression chamber to the suction side without compressing it. Performance at low loads is improved by switching between reduced partial load operation and reduced motor rotation speed.
機械式容量制御を用いたスクロール圧縮機として、例えば特許文献1では、固定スクロールに、圧縮室と吸入室とを連通可能なバイパスポートを設け、バイパスポートをバイパス弁で開閉することで吸入容積を可変とするようにしている。バイパス弁は、スクロール圧縮機の外部に備えられた圧力切替装置によってバイパス弁に作用する圧力が高圧または低圧に切り替えられることにより、開閉動作する。
As a scroll compressor using mechanical capacity control, for example, in
特許文献1では、吸入容積を調整するにあたり、スクロール圧縮機の外部からバイパス弁に作用する圧力を調整する必要がある。つまり、スクロール圧縮機の外部に追加の配管等が必要であり、周囲構造の変更が必要であった。
In
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、スクロール圧縮機の周囲構造を変更することなく吸入容積を調整することが可能なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems, and to provide a scroll compressor capable of adjusting the suction volume without changing the peripheral structure of the scroll compressor.
本発明に係るスクロール圧縮機は、固定台板および固定台板に形成された固定渦巻歯を有する固定スクロールと、揺動台板および揺動台板に形成された揺動渦巻歯を有し、揺動渦巻歯が固定スクロールの固定渦巻歯に組み合わされて、作動ガスを低圧から高圧に圧縮する複数の圧縮室を形成する揺動スクロールと、揺動スクロールを駆動する駆動軸と、駆動軸の軸方向に固定スクロールを貫通して形成された挿入穴に挿入されて固定渦巻歯の一部を形成し、挿入穴の内部で自律的に上下動する自律可動歯と、固定スクロールに設けられ、自律可動歯を挿入穴内で揺動スクロールとは反対側に引き寄せて自律可動歯の先端面を揺動台板から離間させる磁石と、固定スクロール、揺動スクロール、駆動軸、自律可動歯および磁石を収容する密閉容器とを有し、自律可動歯は、磁石による磁力と低圧により自律可動歯に作用する力との合力と、高圧により自律可動歯に作用する力との大小関係によって、挿入穴の内部で自律的に上下動し、自律可動歯の先端面が、自律可動歯を除く固定渦巻歯の先端面と面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わることで吸入容積を調整するものである。 A scroll compressor according to the present invention has a fixed scroll having a fixed base plate and fixed spiral teeth formed on the fixed base plate, a swing base plate and a swing spiral tooth formed on the swing base plate, an orbiting scroll that combines an orbiting spiral tooth with a fixed spiral tooth of a fixed scroll to form a plurality of compression chambers for compressing a working gas from a low pressure to a high pressure; a drive shaft that drives the orbiting scroll; an autonomous movable tooth that is inserted into an insertion hole formed through the fixed scroll in the axial direction to form a part of the fixed spiral tooth and moves up and down autonomously inside the insertion hole; A magnet that draws the autonomous movable tooth to the opposite side of the oscillating scroll in the insertion hole and separates the tip surface of the autonomous movable tooth from the oscillating base plate, a fixed scroll, an oscillating scroll, a drive shaft, an autonomous movable tooth, and a magnet. The autonomous movable tooth has a closed container to accommodate, and the autonomous movable tooth has a magnitude relationship between the resultant force of the magnetic force by the magnet and the force acting on the autonomous movable tooth due to low pressure, and the force acting on the autonomous movable tooth due to high pressure. It moves up and down autonomously internally, and the tip surface of the autonomously movable tooth is flush with the tip surface of the fixed spiral tooth excluding the autonomously movable tooth. The inhalation volume is adjusted by switching.
本発明のスクロール圧縮機によれば、固定スクロールの一部を自律可動歯で構成し、磁石による磁力と密閉容器内の圧力とに基づく自律可動歯の自律的な上下動により、自律可動歯の先端面が、自律可動歯を除く固定渦巻歯の先端面と面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わる。このため、スクロール圧縮機の周囲構造を変更することなく吸入容積を調整できる。 According to the scroll compressor of the present invention, a part of the fixed scroll is composed of the autonomously movable teeth, and the autonomously movable teeth are moved up and down autonomously based on the magnetic force of the magnet and the pressure inside the sealed container. The tip surface is switched between a contact state in which the tip surface is flush with the tip surface of the fixed spiral tooth excluding the autonomous movable tooth and a separated state in which the tip surface is not flush with the tip surface and is separated. Therefore, the suction volume can be adjusted without changing the peripheral structure of the scroll compressor.
実施の形態
図1は、実施の形態に係るスクロール圧縮機を示す縦断面模式図である。以下、図1を参照しながらスクロール圧縮機100の構成について説明する。図1のスクロール圧縮機100は、いわゆる縦置型のスクロール圧縮機であって、例えば冷媒等の作動ガスを圧縮し吐出するものである。図1においてZ方向は軸方向を示している。Embodiment FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing a scroll compressor according to an embodiment. The configuration of the
スクロール圧縮機100は、密閉容器1と、揺動スクロール3および固定スクロール4を有する圧縮機構部2と、電動機16と、駆動軸19と、油溜め空間5とを備える。
A
密閉容器1は、例えば円筒形状に形成されており、耐圧性を有している。密閉容器1の側面には、作動ガスを密閉容器1内に取り込むための吸入配管7が接続されている。密閉容器1の他の側面には、圧縮した作動ガスを密閉容器1から外へと吐出する吐出配管11が接続されている。配管内の矢印は、作動ガスの流れる方向を示す。吸入配管7の内部には、逆止弁9とバネ10とが配置されている。逆止弁9は、バネ10により吸入配管7を閉じる方向に付勢されており、作動ガスの逆流を防ぐ。
The sealed
密閉容器1は、密閉容器1内に高圧ガス雰囲気6を有する。密閉容器1の底部には、冷凍機油(以下、油)を貯留するための油溜め空間5が形成されている。油溜め空間5は、高圧ガス雰囲気6中に有り、駆動軸19の下端部を支持するサブフレーム37よりも下、サブフレーム37に設けられた副軸受27よりも下、駆動軸19の下端部よりも下などにある空間である。駆動軸19の下端面は、スラスト軸受28で支持されている。スラスト軸受28はサブフレーム37に固定されたホルダー29に固定されている。そして、密閉容器1内に圧縮機構部2、電動機16および駆動軸19が収容されている。
The closed
密閉容器1内において、電動機16の上部且つ圧縮機構部2の下部にはガイドフレーム30が密閉容器1に固定されており、電動機16の下部には駆動軸19を保持するサブフレーム37が密閉容器1に固定されている。ガイドフレーム30の内周側にはコンプライアントフレーム31が収納されている。ガイドフレーム30の内周面の圧縮機構部2側には、上部嵌合円筒面30aが形成されている。この上部嵌合円筒面30aは、コンプライアントフレーム31の外周面に形成された上部嵌合円筒面35aと係合されている。上部嵌合円筒面30aと上部嵌合円筒面35aとの間の周方向の一部には隙間が形成されてコンプライアントフレーム上部空間32aを形成している。
Inside the closed
一方、ガイドフレーム30の内周面の電動機16側には、下部嵌合円筒面30bが形成されている。この下部嵌合円筒面30bは、コンプライアントフレーム31の外周面に形成された下部嵌合円筒面35bと係合されている。コンプライアントフレーム31の外周面の2ヶ所には、上部円環状シール部材36aおよび下部円環状シール部材36bが配置されている。ガイドフレーム30の内面とコンプライアントフレーム31の外面との間は、上部円環状シール部材36aおよび下部円環状シール部材36bで仕切られている。
On the other hand, a lower fitting
上部円環状シール部材36aと下部円環状シール部材36bとの間には、コンプライアントフレーム下部空間32bが設けられている。なお、上部円環状シール部材36aおよび下部円環状シール部材36bは、図1においてコンプライアントフレーム31の外周面の2ヶ所に配置されているが、シール部材の位置は図1の例に限られない。例えば、上部円環状シール部材36aおよび下部円環状シール部材36bは、ガイドフレーム30の内周面の2ヶ所に配置されても良い。
A compliant frame
コンプライアントフレーム31には、揺動スクロール3と摺動するスラスト面33とコンプライアントフレーム下部空間32bとを連通するガス導入流路14が形成されている。ガス導入流路14は、揺動スクロール3の後述の揺動台板3aに形成された抽気孔3eと連通するように設けられている。さらに、ガイドフレーム30と密閉容器1の内壁との間には、流路14aが形成されている。流路14aは、固定スクロール4の後述の固定台板4aに形成された吐出孔4fから流出した高圧の作動ガスが通る流路である。
The
揺動スクロール3に設けられたボス部3cの外部とコンプライアントフレーム31との間には、吐出圧より低く、かつ吸入圧よりも高い圧力の中間圧の空間である中間圧空間38が形成されている。また、コンプライアントフレーム31には、中間圧調整弁空間39dが形成されており、中間圧調整弁空間39dには、中間圧空間38の圧力を調整する中間圧調整弁39aと、中間圧調整弁おさえ39bと、中間圧調整バネ39cとが配置されている。なお、中間圧調整バネ39cは自然長より縮められて中間圧調整弁空間39dに収納されている。さらに、コンプライアントフレーム31には、中間圧空間38と中間圧調整弁空間39dとを連通する貫通流路39eが形成されている。
Between the outside of the
また、中間圧調整弁空間39dとコンプライアントフレーム上部空間32aとは連通している。さらに、コンプライアントフレーム上部空間32aは、オルダムリング40の内側に連通するように形成されている。したがって、中間圧空間38とオルダムリング40の往復摺動面41とは、貫通流路39e、中間圧調整弁空間39d、コンプライアントフレーム上部空間32aを介して連通している。
Also, the intermediate pressure regulating
圧縮機構部2は、吸入配管7から密閉容器1内に吸入される作動ガスを圧縮するものであり、揺動スクロール3および固定スクロール4を有する。固定スクロール4は、揺動スクロール3の上部に配置されている。固定スクロール4は、例えば鋳鉄等の金属で構成されており、密閉容器1に固定支持されたガイドフレーム30にボルト(図示せず)等で固定されている。
The
固定スクロール4は、固定台板4aと、固定台板4aの一方の面に形成された固定渦巻歯4bとを有する。揺動スクロール3は、揺動台板3aと、揺動台板3aの一方の面に形成された揺動渦巻歯3bとを有する。固定スクロール4および揺動スクロール3は、固定渦巻歯4bと揺動渦巻歯3bとが互いに向き合うように組み合わされて密閉容器1内に配置されている。固定渦巻歯4bと揺動渦巻歯3bとは、逆位相で組み合わされており、固定スクロール4の固定渦巻歯4bおよび揺動スクロール3の揺動渦巻歯3bとの間に圧縮室12が形成されている。
The fixed
固定スクロール4の外周部には2個1対の固定側オルダムリング溝15aが一直線上に形成されている。固定側オルダムリング溝15aには、オルダムリング40の2個1対の固定側キー42aが往復摺動自在に設置されている。固定台板4aの中心部には、圧縮機構部2で圧縮された高圧の作動ガスを吐出するための吐出孔4fが形成されている。
A pair of two fixed-side
揺動スクロール3の揺動台板3aにおいて、揺動渦巻歯3bが形成されている面と対向する面側には筒状のボス部3cが形成されている。ボス部3cの内面側には、揺動軸受26が設けられている。揺動軸受26には駆動軸19の揺動軸部21が挿入されており、揺動軸部21の回転により、揺動スクロール3が公転運動を行う。
A
揺動スクロール3の揺動台板3aの下方にコンプライアントフレーム31が位置しており、揺動スクロール3は、コンプライアントフレーム31に公転運動可能に支持されている。揺動スクロール3とコンプライアントフレーム31との間には、揺動スクロール3の自転を防止しながら揺動運動を与えるために、コンプライアントフレーム31に揺動自在に支持されたオルダムリング40が設けられている。揺動スクロール3の外周部には2個1対の揺動側オルダムリング溝15bが一直線上に形成されている。この揺動側オルダムリング溝15bは、固定側オルダムリング溝15aと約90度の位相差を持ち、オルダムリング40の2個1対の揺動側キー42bが往復摺動自在に設置されている。
A
揺動スクロール3の揺動台板3aにおいて、ボス部3cが形成されている面の外周部には、コンプライアントフレーム31のスラスト面33と摺動可能なスラスト面3dが形成されている。コンプライアントフレーム31のスラスト面33の外周部には、往復摺動面41が形成されており、オルダムリング40の揺動側キー42bが往復摺動する。ここで、固定スクロール4の固定渦巻歯4bと揺動スクロール3の揺動渦巻歯3bの外側の台板外周部空間(以下、吸入側空間8)は、吸入圧である吸入ガス雰囲気の低圧空間となっている。
The thrust surface 33 of the
電動機16は、駆動軸19を回転駆動させるものであって、電動機回転子16aおよび電動機固定子16bを有しており、回転数可変で、回転力を発生する。電動機回転子16aは焼嵌め等により駆動軸19に固定されており、電動機固定子16bは焼嵌め等により密閉容器1に固定されている。電動機固定子16bには、ガラス端子(図示せず)が接続されており、ガラス端子は外部から電力を得るためのリード線(図示せず)に接続されている。そして、電動機固定子16bに電力が供給されたとき、駆動軸19および電動機回転子16aが電動機固定子16bに対して回転する。なお、スクロール圧縮機100における回転系全体のバランシングを行うため、電動機回転子16aおよび駆動軸19にはバランスウェイト18aおよびバランスウェイト18bが固定されている。
The
駆動軸19は、電動機16により発生する回転力を圧縮機構部2に伝える。駆動軸19は、電動機回転子16aに接合された主軸部20と、主軸部20の上部に設けられた揺動軸部21と、主軸部20の下部に設けられ副軸部22と、を有する。揺動軸部21は、その中心軸が主軸部20の中心軸から偏心している。駆動軸19は、コンプライアントフレーム31の内周面に設けられた主軸受25で主軸部20が支持され、密閉容器1に固定支持されたサブフレーム37内に設けられた副軸受27で副軸部22が支持されている。また、駆動軸19の下端面はスラスト軸受28にその自重を支えられている。主軸受25および副軸受27は円筒形の構造をしており、例えば銅鉛合金等の滑り軸受からなる軸受構造で構成され、駆動軸19の主軸部20および副軸部22を回転可能に軸支している。
The
駆動軸19の内部には、給油路23と、供給路24aおよび供給路24bとが形成されている。給油路23は、駆動軸19の下端部から上端部に向けて駆動軸19の内部を軸方向に延びて形成されている。供給路24aおよび供給路24bは、駆動軸19の内部を径方向に延びて形成されており、給油路23に通じている。供給路24bは、その開口部が主軸受25に覆われる位置に設置されている。油は、給油路23、供給路24aおよび供給路24bを介して主軸受25および副軸受27等の各摺動部位に供給される。
Inside the
次に、スクロール圧縮機100の動作について説明する。吸入配管7に流れ込んだ低圧(吸入圧)の作動ガスにより、逆止弁9がバネ10のバネ力に打ち勝ち、弁止まり(図示せず)まで押し下げられる。その後、作動ガスは密閉容器1内の吸入側空間8に流入する。
Next, the operation of
一方、インバータ装置(図示せず)から電動機16へ電力が供給されることにより、駆動軸19が回転する。駆動軸19の回転により揺動軸部21が回転し、揺動スクロール3が揺動運動(公転運動)を行う。このとき、揺動スクロール3と固定スクロール4との間に形成された複数の圧縮室12のうち最外室に作動ガスが吸い込まれる。
On the other hand, the
そして、最外室は、揺動スクロール3の揺動運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、作動ガスを低圧から高圧へと昇圧させる。そして、昇圧した作動ガスは、吐出孔4fから高圧ガス雰囲気6に導かれ、流路14aを通り、密閉容器1の内部を高圧ガス雰囲気6とし、密閉容器1の側面に設けられた吐出配管11から外部へ吐出される。
As the
圧縮機構部2で圧縮途中の中間圧の作動ガスは、揺動台板3aの抽気孔3eからガス導入流路14を介し、コンプライアントフレーム下部空間32bへと導かれる。中間圧とは、吸入圧以上、吐出圧以下の圧力である。コンプライアントフレーム下部空間32bは、上部円環状シール部材36aと下部円環状シール部材36bとで密閉された空間となっている。そのため、コンプライアントフレーム下部空間32bに導入された中間圧の作動ガスにより、コンプライアントフレーム31は軸方向に浮上する。
The intermediate-pressure working gas that is being compressed in the
中間圧空間38の中間圧力Pm1は、「中間圧調整バネ39cの弾性力と中間圧調整弁39aとの中間圧に晒された面積によって決定される所定の圧力α」と、「吸入側空間8の圧力Ps」との和であり、Ps+αとなる。また、コンプライアントフレーム下部空間32bの中間圧力Pm2は、「連通する圧縮室12の位置で決定される所定の倍率β」と「吸入側空間8の圧力Ps」との積であり、Ps×βとなる。
The intermediate pressure Pm1 in the
コンプライアントフレーム31には、中間圧力Pm1および中間圧力Pm2が下向きに作用し、コンプライアントフレーム下端面34には高圧ガス雰囲気6による高圧の圧力Pdが上向きに作用する。圧力Pdによりコンプライアントフレーム31に作用する上向きの荷重は、中間圧力Pm1および中間圧力Pm2によりコンプライアントフレーム31に作用する下向きの荷重よりも大きい。このため、コンプライアントフレーム31は、ガイドフレーム30の内周面に沿って軸方向に浮上する。
Intermediate pressure Pm1 and intermediate pressure Pm2 act downward on the
これにより、揺動スクロール3もスラスト面33を介して浮上するため、圧縮室12を形成する固定スクロール4と揺動スクロール3とのそれぞれの渦巻歯の先端と台板との隙間が小さくなる。その結果、高圧の作動ガスは圧縮室12から漏れにくくなり、高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。
As a result, the
一方、起動時または液圧縮時において、圧縮室12内が異常に高圧になる場合、揺動スクロール3に作用する軸方向のガス負荷が過大になる。そうすると、揺動スクロール3は、スラスト面33を介してコンプライアントフレーム31を押し下げる。すなわち固定スクロール4と揺動スクロール3のそれぞれの渦巻歯の先端と台板との間に比較的大きな隙間が生じる。この隙間により、圧縮室12内の異常な圧力上昇を抑制でき、摺動部の損傷がない信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることができる。
On the other hand, if the pressure inside the
次に、図1を参照して油の流れについて説明する。電動機回転子16aの回転に伴い、駆動軸19が回転すると、密閉容器1内が圧縮機構部2で圧縮されたガスで満たされ高圧ガス雰囲気6となる。高圧ガス雰囲気6に晒された油溜め空間5と圧縮機構部2の吸入側空間8とは、駆動軸19の給油路23で連通しているため、油溜め空間5の油は、差圧によって吸い上げられる。この油が、給油路23、供給路24aおよび供給路24bから、主軸受25、副軸受27および揺動軸受26にそれぞれ供給される。副軸受27に給油された油は副軸受27を潤滑した後、密閉容器1の下部の油溜め空間5に戻される。
Next, the flow of oil will be described with reference to FIG. When the
給油路23を通過して上昇し、主軸受25に給油された油は、主軸部20との間を潤滑した後、中間圧空間38または、高圧ガス雰囲気6へと導かれる。主軸受25を通過後、揺動スクロール3のボス部3cまで供給された油は、揺動軸受26を潤滑し、その過程で減圧され、中間圧となり結果的に中間圧空間38に導かれる。中間圧空間38に導かれた油は、貫通流路39eを通る際に、中間圧調整バネ39cのバネ力に打ち勝ち、中間圧調整弁39aを押し上げて、一旦、コンプライアントフレーム上部空間32aに排出される。その後、この油はオルダムリング40の内側に排出され、吸入側空間8に供給される。
The oil that has passed through the
また、一部の油は、中間圧空間38からスラスト面3dに給油された後に、往復摺動面41に供給され、吸入側空間8へと流入する。吸入側空間8へと流入した油は、低圧の作動ガスと共に圧縮機構部2へと吸入される。吸入された油は、圧縮機構部2を構成する固定スクロール4および揺動スクロール3の隙間のシールおよび潤滑をすることで正常な運転を可能にする。
A part of the oil is supplied to the
次に、本実施の形態の特徴部分の構成について説明する。本実施の形態は、スクロール圧縮機の周囲構造を変更することなく吸入容積を調整して容量制御を行う構造に特徴がある。また、本実施の形態では、電動機16の回転数を落とすことなく吸入容積を調整して、全負荷運転と部分負荷運転とを切り替える。以下、本実施の形態の容量制御技術について説明する。
Next, the configuration of the characteristic portion of this embodiment will be described. The present embodiment is characterized by a structure in which capacity control is performed by adjusting the suction volume without changing the surrounding structure of the scroll compressor. Further, in the present embodiment, the suction volume is adjusted without lowering the rotational speed of the
図2は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部の横断面模式図である。図3は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールにおける自律可動歯の動作説明図である。図3(a)は、全負荷運転時の自律可動歯の位置を示し、(b)は部分負荷運転時の自律可動歯の位置を示している。図4は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールから自律可動歯を取り外した状態を示す縦断面模式図である。図5は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールから自律可動歯を取り外した状態の横断面模式図である。図6は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の自律可動歯の斜視図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a compression mechanism portion of the scroll compressor according to the embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the autonomous movable teeth in the fixed scroll of the scroll compressor according to the embodiment. FIG. 3(a) shows the positions of the autonomous movable teeth during full-load operation, and FIG. 3(b) shows the positions of the autonomous movable teeth during partial-load operation. FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view showing a state in which the autonomous movable teeth are removed from the fixed scroll of the scroll compressor according to the embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional schematic diagram of a state in which the autonomous movable teeth are removed from the fixed scroll of the scroll compressor according to the embodiment. FIG. 6 is a perspective view of the autonomous movable teeth of the scroll compressor according to the embodiment.
本実施の形態の固定スクロール4は、図3および図4に示すように軸方向に貫通して形成された挿入穴46を有し、挿入穴46に自律可動歯50が軸方向に移動可能に挿入されている。自律可動歯50は、自律可動歯50に作用する力関係により自律的に動作し、全負荷運転と部分負荷運転とを切り替える。具体的には、自律可動歯50は、高負荷時に図3(a)に示すように下方向、つまり揺動スクロール3側に移動し、これによりスクロール圧縮機100は高負荷運転を行う。自律可動歯50は、低負荷時に図3(b)に示すように上方向、つまり揺動スクロール3から離れる方向に移動し、これによりスクロール圧縮機100は部分負荷運転を行う。自律可動歯50の具体的な構成および動作については改めて詳述する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the fixed
挿入穴46は、図4および図5に示すように固定台板4aに形成された段付き連通穴44と、固定渦巻歯4bに形成された歯穴45とを有する。段付き連通穴44と歯穴45とは軸方向に連通している。段付き連通穴44は、円柱状の上部穴44aと、上部穴44aよりも小径で円柱状の下部穴44bとを有する。歯穴45は、固定渦巻歯4bを、基端部から揺動台板3aと対向する先端部まで切り欠いて形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
自律可動歯50は、図6に示すように主にその形状が円柱状の受圧部51と、受圧部51に一体に形成された部分渦巻歯53とを有する。受圧部51は、平面的に見て部分渦巻歯53の外形よりも大きい径で形成されており、挿入穴46の上部穴44aに挿入されている。部分渦巻歯53は、挿入穴46の下部穴44bおよび歯穴45に挿入されている。このように、部分渦巻歯53が歯穴45に挿入されることで、固定渦巻歯4bの少なくとも1箇所が部分渦巻歯53で構成されている。
As shown in FIG. 6 , the autonomously
上部穴44aの上部開口は磁石13で塞がれている。磁石13は、鉄で形成された固定スクロール4との間に作用する磁力によって固定台板4aに保持されている。磁石13は、自律可動歯50を引き寄せ、自律可動歯50を揺動スクロール3から離れる方向に移動させるために設けられている。上部穴44aと下部穴44bとの境界部分には、自律可動歯50の軸方向下側の位置決めを行う段差44cが形成されている。
The upper opening of the
固定スクロール4の固定台板4aにはさらに、固定台板4aの外周面から径方向内側に延びる高圧ガス導入流路43が形成されている。高圧ガス導入流路43の径方向内側の端部は、段付き連通穴44の上部穴44aに連通している。高圧ガス導入流路43は、高圧ガス雰囲気6と連通しており、高圧ガス雰囲気6の高圧ガスを上部穴44aに導入する。上部穴44aに高圧ガスが導入されることにより、自律可動歯50の受圧部51には下向きの押圧力が作用するようになっている。
The fixed
なお、自律可動歯50の受圧部51は、図6に示すように上面が湾曲面51aとなっており、高圧ガスの力を受けやすい面形状となっている。また、自律可動歯50の受圧部51にはシール溝52が設けられており、シール溝52に例えばO-ringのようなシール部材(図示せず)が装着されて受圧部51と上部穴44aとが密接にシールされている。これにより、高圧ガス導入流路43から上部穴44aに導入された高圧ガスが圧縮機構部2へ流入しないようになっている。
The
また、自律可動歯50において部分渦巻歯53の周方向の両端面はテーパ面53aとなっており、固定渦巻歯4bに形成された歯穴45の傾斜面45a(図5参照)に沿うテーパ面となっている。部分渦巻歯53の各テーパ面53aは、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が狭まる傾斜面で構成されている。
In the autonomous
ここで、仮に、部分渦巻歯53のテーパ面53aが逆向き、つまり径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が広がるテーパ面であると、以下の問題が生じる。圧縮機構部2では、径方向外側から中心部に向かうにつれて圧力が高くなるため、自律可動歯50には、径方向外向きのガス荷重が作用する。したがって、部分渦巻歯53のテーパ面53aが、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が広がる傾斜となっていると、このガス荷重によって部分渦巻歯53が径方向外向きに押圧され、歯穴45との間に隙間を形成する可能性がある。部分渦巻歯53と歯穴45との間に隙間が形成されると、圧縮効率の低下を招くため好ましくない。
Here, if the
このことから、部分渦巻歯53のテーパ面53aは、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が狭まるテーパ面で構成されている。これにより径方向外向きに押圧するガス荷重が部分渦巻歯53に作用しても、部分渦巻歯53は歯穴45の傾斜面45aによって支持され、部分渦巻歯53と歯穴45との間に隙間が生じることを避けることができる。その結果、部分渦巻歯53と歯穴45との気密性を保ちつつ、部分渦巻歯53と歯穴45の傾斜面45aとの間に隙間が生じることを防止できる。
Therefore, the
次に、図3を参照して、自律可動歯50の位置について説明する。
自律可動歯50は、図3(a)に示すように受圧部51が段差44cに当接した位置と、図3(b)に示すように受圧部51が段差44cから離れて受圧部51の上面が磁石13に当接した位置とに、段付き連通穴44内で上下動する。図3(a)に示すように受圧部51が段差44cに当接した位置にあるとき、部分渦巻歯53の先端面53bは、部分渦巻歯53を除く固定渦巻歯4bの先端面4baに倣う仮想面60と面一となる。以下、部分渦巻歯53の先端面53bが仮想面60と面一になる状態を「当接状態」と呼称する。Next, the position of the autonomous
The autonomously
自律可動歯50は、図3(b)に示すように受圧部51が段差44cから離れた位置にあるとき、部分渦巻歯53の先端面53bは、仮想面60から離間した状態となる。以下、部分渦巻歯53の先端面53bが仮想面60から離間した状態を「離間状態」と呼称する。離間状態では、自律可動歯50の先端面53bと仮想面60との間に隙間61が形成される。
In the autonomously
図7は、実施の形態に係るスクロール圧縮機において自律可動歯が離間状態にあるときの圧縮行程を示す渦巻動作図である。なお、図7において自律可動歯の図示は省略している。図7において(a)は、最外室が形成された吸入完了時を示しており、この状態の駆動軸19の回転位相を0°とする。(b)、(c)、(d)は、回転位相を0°から90°ずつ進めたときの固定渦巻歯4bおよび揺動渦巻歯3bの状態を示している。
FIG. 7 is a spiral motion diagram showing a compression stroke when the autonomously movable teeth are in a separated state in the scroll compressor according to the embodiment. It should be noted that illustration of the autonomous movable teeth is omitted in FIG. In FIG. 7, (a) shows the completion of suction when the outermost chamber is formed, and the rotational phase of the
自律可動歯50が当接状態の場合、作動ガスの吸入を完了した最外室70は、揺動スクロール3の揺動運動に伴って中心方向に移動しながら容積を減じることで内部の作動ガスの圧縮を行う。したがって、自律可動歯50が当接状態の場合の吸入容積は、図7(a)においてドットで示した最外室70の容積V1となる。
When the autonomously
一方、自律可動歯50が離間状態の場合、図7(a)に示すように最外室70を構成する2つの圧縮室、つまり自律可動歯50を境として径方向に隣接する外側圧縮室12aおよび内側圧縮室12bが隙間61を介して連通する。外側圧縮室12aは、固定渦巻歯4bの外面と揺動渦巻歯3bの内面との間に形成されている。内側圧縮室12bは、固定渦巻歯4bの内面と揺動渦巻歯3bの外面との間に形成されている。外側圧縮室12aおよび内側圧縮室12bが隙間61を介して連通する場合、最外室70は、揺動スクロール3の揺動運動に伴い、図7(a)→(b)→(c)に示すように中心方向に移動しながら容積を減じるものの、圧縮動作を行わない。
On the other hand, when the autonomous
そして、図7(c)に示すように外側圧縮室12aと内側圧縮室12bとが非連通となることで、外側圧縮室12aにて圧縮動作が開始される。引き続き図7の(c)→(d)のように外側圧縮室12aが中心方向に移動しながら容積を減じることで作動ガスの圧縮が続けられ、外側圧縮室12aが最内室となると、最内室の作動ガスが吐出孔4fから吐出される。
Then, as shown in FIG. 7(c), the
このように、自律可動歯50が離間状態の場合、図7(c)に示す状態から圧縮が開始されるため、クロスハッチングで示した外側圧縮室12aの容積V2が吸入容積となる。なお、図7(c)において外側圧縮室12aと非連通となった内側圧縮室12bは、図7(d)の回転位相において隙間61を介して内側圧縮室12bの外側に連通するため、圧縮室としては機能しない。
Thus, when the autonomous
このように、自律可動歯50が離間状態にあるときは、自律可動歯50が当接状態にあるときに比べて吸入容積がV1からV2に減る。このため、電動機16の回転数を落とすことなく低負荷での運転を行うことができる。つまり、低負荷時に電動機16の回転数を落とさなくてよいため、作動ガスの漏れを防ぐことができる。
Thus, when the autonomous
次に、自律可動歯50に作用する力に応じた自律可動歯50の自律的な上下動作について説明する。
Next, the autonomous vertical motion of the autonomous
図8は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の自律可動歯に作用する力の説明図である。
スクロール圧縮機100の起動後、密閉容器1内の圧力は徐々に上昇し、高圧ガス雰囲気6の圧力も上昇する。高圧ガス導入流路43は高圧ガス雰囲気6と連通しているため、高圧ガス導入流路43の圧力は、高圧ガス雰囲気6と同じ圧力Pdとなる。いま、自律可動歯50にかかる力を考えると、受圧部51の湾曲面51aには、圧力Pdによるガス力Fdが軸方向下向きに加わる。また、自律可動歯50には、磁石13の磁力により軸方向上向きの力Fmが加わる。さらに、自律可動歯50には、部分渦巻歯53の先端面53bに、吸入圧力Psによる軸方向上向きの力Fsが加わる。これらの力関係により自律可動歯50は自律的に上下動し、全負荷運転と部分負荷運転との切り替えを行う。FIG. 8 is an explanatory diagram of forces acting on the autonomous movable teeth of the scroll compressor according to the embodiment.
After starting the
(全負荷運転)
高負荷時、すなわち高圧ガス導入流路43を介して上部穴44aに高圧の作動ガスが流入し、自律可動歯50に作用する力関係がFd>Fm+Fsとなるとき、自律可動歯50は軸方向下向きに押し付けられる。つまり、自律可動歯50は揺動スクロール3側に押圧されて当接状態となり、吸入容積がV1となる全負荷運転が行われる。(full load operation)
When the load is high, that is, when high-pressure working gas flows into the
(部分負荷運転)
低負荷時、すなわち自律可動歯50に作用する力関係がFd≦Fm+Fsとなるとき、自律可動歯50は磁石13に引きつけられ、離間状態となる。このため、最外室70は圧縮室として機能しない無効空間となり、吸入容積がV2となる部分負荷運転が行われる。(partial load operation)
When the load is low, that is, when the force relationship acting on the autonomously
以上説明したように、本実施の形態のスクロール圧縮機100は、固定台板4aおよび固定台板4aに形成された固定渦巻歯4bを有する固定スクロール4と、揺動台板3aおよび揺動台板3aに形成された揺動渦巻歯3bを有する。スクロール圧縮機100は、揺動渦巻歯3bが固定スクロール4の固定渦巻歯4bに組み合わされて、作動ガスを低圧から高圧に圧縮する複数の圧縮室12を形成する揺動スクロール3と、揺動スクロール3を駆動する駆動軸19と、駆動軸19の軸方向に固定スクロール4を貫通して形成された挿入穴46に挿入されて固定渦巻歯4bの一部を形成し、挿入穴46の内部で自律的に上下動する自律可動歯50と、固定スクロール4に設けられ、自律可動歯50を挿入穴46内で揺動スクロール3とは反対側に引き寄せて自律可動歯50の先端面43bを揺動台板3aから離間させる磁石13と、固定スクロール4、揺動スクロール3、駆動軸19、自律可動歯50および磁石13を収容する密閉容器1とを有する。自律可動歯50は、磁石13による磁力と低圧により自律可動歯50に作用する力との合力と、高圧により自律可動歯50に作用する力との大小関係によって、挿入穴46の内部で自律的に上下動し、自律可動歯50の先端面53bが、自律可動歯50を除く固定渦巻歯4bの先端面4baと面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わることで吸入容積を調整する。
As described above, the
このように、固定スクロール4の固定渦巻歯4bの一部を、挿入穴46の内部で自律的に上下動する自律可動歯50で構成し、磁石13による磁力と密閉容器1内の圧力とに基づく自律可動歯50の自律的な上下動により、自律可動歯50の先端面53bが、自律可動歯50を除く固定渦巻歯4bの先端面4baと面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わる構成とした。これにより、スクロール圧縮機100の周囲構造を変更することなく自律可動歯50の位置に応じて吸入容積を調整できる。
In this way, a part of the fixed
本実施の形態のスクロール圧縮機100は、高圧により自律可動歯50に作用する力が合力よりも大きいとき、自律可動歯50は揺動スクロール3側に押圧され、複数の圧縮室12のうち、自律可動歯50を境として駆動軸19の径方向に隣接する2つの圧縮室12を仕切る。また、高圧により自律可動歯50に作用する力が合力以下のとき、自律可動歯50は揺動スクロール3から離れる方向に押圧され、2つの圧縮室12を連通させる。
In the
このように、高圧により自律可動歯50に作用する力が合力よりも大きいとき、自律可動歯50を境として駆動軸19の径方向に隣接する2つの圧縮室12が仕切られるので、高負荷時に全負荷運転を行うことができる。また、高圧により自律可動歯50に作用する力が合力以下のとき、自律可動歯50を境として駆動軸19の径方向に隣接する2つの圧縮室12が連通して圧縮動作を行わないので、低負荷時に部分負荷運転を行うことができる。
In this way, when the force acting on the autonomous
本実施の形態のスクロール圧縮機100において自律可動歯50は、円柱状の受圧部51と部分渦巻歯53とを有し、部分渦巻歯53が固定渦巻歯4bの一部を形成している。固定台板4aには、外周面から径方向内側に延びて挿入穴46に連通する高圧ガス導入流路43が形成されており、高圧ガス導入流路43により、密閉容器1内の高圧の作動ガスが挿入穴46に導びかれて自律可動歯50の受圧部51に高圧が作用する。
In
このように、高圧ガス導入流路43によって自律可動歯50の受圧部51に高圧を作用させることができ、密閉容器1内の圧力により自律可動歯50を動作させることができる。
In this manner, high pressure can be applied to the
1 密閉容器、2 圧縮機構部、3 揺動スクロール、3a 揺動台板、3b 揺動渦巻歯、3c ボス部、3d スラスト面、3e 抽気孔、4 固定スクロール、4a 固定台板、4b 固定渦巻歯、4ba 先端面、4f 吐出孔、5 油溜め空間、6 高圧ガス雰囲気、7 吸入配管、8 吸入側空間、9 逆止弁、10 バネ、11 吐出配管、12 圧縮室、12a 外側圧縮室、12b 内側圧縮室、13 磁石、14 ガス導入流路、14a 流路、15a 固定側オルダムリング溝、15b 揺動側オルダムリング溝、16 電動機、16a 電動機回転子、16b 電動機固定子、18a バランスウェイト、18b バランスウェイト、19 駆動軸、20 主軸部、21 揺動軸部、22 副軸部、23 給油路、24a 供給路、24b 供給路、25 主軸受、26 揺動軸受、27 副軸受、28 スラスト軸受、29 ホルダー、30 ガイドフレーム、30a 上部嵌合円筒面、30b 下部嵌合円筒面、31 コンプライアントフレーム、32a コンプライアントフレーム上部空間、32b コンプライアントフレーム下部空間、33 スラスト面、34 コンプライアントフレーム下端面、35a 上部嵌合円筒面、35b 下部嵌合円筒面、36a 上部円環状シール部材、36b 下部円環状シール部材、37 サブフレーム、38 中間圧空間、39a 中間圧調整弁、39c 中間圧調整バネ、39d 中間圧調整弁空間、39e 貫通流路、40 オルダムリング、41 往復摺動面、42a 固定側キー、42b 揺動側キー、43 高圧ガス導入流路、44 段付き連通穴、44a 上部穴、44b 下部穴、44c 段差、45 歯穴、45a 傾斜面、46 挿入穴、50 自律可動歯、51 受圧部、51a 湾曲面、52 シール溝、53 部分渦巻歯、53a テーパ面、53b 先端面、60 仮想面、61 隙間、70 最外室、100 スクロール圧縮機。 Reference Signs List 1 sealed container 2 compression mechanism 3 oscillating scroll 3a oscillating bedplate 3b oscillating spiral tooth 3c boss portion 3d thrust surface 3e bleeding hole 4 fixed scroll 4a fixed bedplate 4b fixed spiral Teeth 4ba Tip surface 4f Discharge hole 5 Oil reservoir space 6 High pressure gas atmosphere 7 Suction pipe 8 Suction side space 9 Check valve 10 Spring 11 Discharge pipe 12 Compression chamber 12a Outer compression chamber 12b inner compression chamber 13 magnet 14 gas introduction channel 14a channel 15a fixed-side Oldham ring groove 15b rocking-side Oldham ring groove 16 electric motor 16a electric motor rotor 16b electric motor stator 18a balance weight 18b balance weight, 19 drive shaft, 20 main shaft portion, 21 swing shaft portion, 22 sub-shaft portion, 23 oil supply passage, 24a supply passage, 24b supply passage, 25 main bearing, 26 swing bearing, 27 sub-bearing, 28 thrust Bearing 29 Holder 30 Guide Frame 30a Upper Fitting Cylindrical Surface 30b Lower Fitting Cylindrical Surface 31 Compliant Frame 32a Compliant Frame Upper Space 32b Compliant Frame Lower Space 33 Thrust Surface 34 Compliant Frame Lower end surface 35a Upper fitting cylindrical surface 35b Lower fitting cylindrical surface 36a Upper annular sealing member 36b Lower annular sealing member 37 Subframe 38 Intermediate pressure space 39a Intermediate pressure regulating valve 39c Intermediate pressure regulating spring 39d intermediate pressure regulating valve space 39e through passage 40 Oldham ring 41 reciprocating sliding surface 42a fixed side key 42b rocking side key 43 high pressure gas introduction passage 44 stepped communication hole 44a upper portion Hole 44b Lower hole 44c Step 45 Tooth hole 45a Inclined surface 46 Insertion hole 50 Autonomous movable tooth 51 Pressure receiving part 51a Curved surface 52 Seal groove 53 Partial spiral tooth 53a Tapered surface 53b Tip surface , 60 imaginary plane, 61 gap, 70 outermost chamber, 100 scroll compressor.
Claims (4)
揺動台板および前記揺動台板に形成された揺動渦巻歯を有し、前記揺動渦巻歯が前記固定スクロールの前記固定渦巻歯に組み合わされて、作動ガスを低圧から高圧に圧縮する複数の圧縮室を形成する揺動スクロールと、
前記揺動スクロールを駆動する駆動軸と、
前記駆動軸の軸方向に前記固定スクロールを貫通して形成された挿入穴に挿入されて前記固定渦巻歯の一部を形成し、前記挿入穴の内部で自律的に上下動する自律可動歯と、
前記固定スクロールに設けられ、前記自律可動歯を前記挿入穴内で前記揺動スクロールとは反対側に引き寄せて前記自律可動歯の先端面を前記揺動台板から離間させる磁石と、
前記固定スクロール、前記揺動スクロール、前記駆動軸、前記自律可動歯および前記磁石を収容する密閉容器とを有し、
前記自律可動歯は、前記磁石による磁力と前記低圧により前記自律可動歯に作用する力との合力と、前記高圧により前記自律可動歯に作用する力との大小関係によって、前記挿入穴の内部で自律的に上下動し、前記自律可動歯の先端面が、前記自律可動歯を除く前記固定渦巻歯の先端面と面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わることで吸入容積を調整するスクロール圧縮機。a fixed scroll having a fixed base plate and a fixed spiral tooth formed on the fixed base plate;
It has an oscillating bed plate and oscillating spiral teeth formed on the oscillating bed plate, and the oscillating spiral teeth are combined with the fixed spiral teeth of the fixed scroll to compress working gas from low pressure to high pressure. an orbiting scroll forming a plurality of compression chambers;
a drive shaft that drives the orbiting scroll;
an autonomous movable tooth that is inserted into an insertion hole formed through the fixed scroll in the axial direction of the drive shaft to form a part of the fixed spiral tooth and that moves up and down autonomously within the insertion hole; ,
a magnet provided on the fixed scroll for drawing the autonomously movable tooth to the opposite side of the oscillating scroll in the insertion hole to separate the tip surface of the autonomously movable tooth from the oscillating base plate;
a closed container containing the fixed scroll, the orbiting scroll, the drive shaft, the autonomously movable teeth, and the magnet;
The autonomous movable tooth is positioned inside the insertion hole depending on the magnitude relationship between the resultant force of the magnetic force of the magnet and the force acting on the autonomous movable tooth due to the low pressure, and the force acting on the autonomous movable tooth due to the high pressure. A contact state in which the tip surface of the autonomously movable tooth is flush with the tip surface of the fixed spiral tooth excluding the autonomously movable tooth, and a separated state in which the tip surface is separated from the stationary spiral tooth except for the autonomously movable tooth. A scroll compressor that adjusts the suction volume by switching to
前記高圧により前記自律可動歯に作用する力が前記合力以下のとき、前記自律可動歯は前記揺動スクロールから離れる方向に押圧され、前記2つの圧縮室を連通させる請求項1記載のスクロール圧縮機。When the force acting on the autonomously movable tooth due to the high pressure is larger than the resultant force, the autonomously movable tooth is pressed toward the oscillating scroll, and the plurality of compression chambers are driven with the autonomously movable tooth as a boundary. partitioning two compression chambers adjacent to each other in the radial direction of the shaft;
2. The scroll compressor according to claim 1, wherein when the force acting on said autonomously movable tooth due to said high pressure is equal to or less than said resultant force, said autonomously movable tooth is pressed in a direction away from said orbiting scroll to allow communication between said two compression chambers. .
前記固定台板には、外周面から径方向内側に延びて前記挿入穴に連通する高圧ガス導入流路が形成されており、前記高圧ガス導入流路により、前記密閉容器内の高圧の作動ガスが前記挿入穴に導びかれて前記自律可動歯の前記受圧部に前記高圧が作用する請求項1または請求項2記載のスクロール圧縮機。The autonomous movable tooth has a cylindrical pressure-receiving portion and a partial spiral tooth, the partial spiral tooth forming a part of the fixed spiral tooth,
A high-pressure gas introduction passage extending radially inward from an outer peripheral surface and communicating with the insertion hole is formed in the fixed base plate. 3. The scroll compressor according to claim 1, wherein the high pressure is applied to the pressure-receiving portion of the autonomous movable tooth by being guided into the insertion hole.
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