JP7281017B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

液体を注入しつつ気体を圧縮するスクロール圧縮機に関する。

特許文献１は、水（液体）を注入しつつ空気（気体）を圧縮するスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、固定スクロール、旋回スクロール、及び回転軸を備える。固定スクロールは、鏡板と、鏡板に立設されて渦巻き状に延在する固定ラップと、鏡板に立設されて固定ラップの外周側に配置された環状のダストラップとを有する。ダストラップは、後述の作動室にダストが侵入するのを防止するためのものである。

旋回スクロールは、鏡板と、鏡板に立設されて渦巻き状に延在する旋回ラップとを有する。回転軸は、水平方向に延在すると共に、その中心から偏心したクランク部を有し、このクランク部が旋回スクロールに接続されている。回転軸の回転により、旋回スクロールが固定スクロールに対して旋回する。

固定ラップと旋回ラップの間には、複数の作動室が形成されている。各作動室は、旋回ラップの旋回に伴い、ラップ延在方向の外側から内側に向かって移動すると共に、空気を吸入する吸入過程、空気を圧縮する圧縮過程、及び圧縮空気を吐出する吐出過程を順次行う。

給水配管系統は、作動室の上流側に水を注入する。これにより、作動室を形成する部材間の僅かな隙間をシールする作用や、圧縮熱を吸収して各部材の熱変形を防止して前述した隙間の拡大を抑制する作用をもたらす。その結果、作動室からの空気の漏洩を低減して、効率を高める。

ところが、水の一部が作動室に取り込まれず、ダストラップと固定ラップの間の空間（特に、回転軸の中心より下側の空間）に滞留する可能性がある。そのため、特許文献１では、ダストラップの下部に水抜孔を形成し、この水抜孔から排出された水を作動室の上流側に導出する導水配管を設けている。

特開２０１１－１８５２４７号公報（図５参照）

しかしながら、特許文献１では、ダストラップの水抜孔だけでなく導水配管を要するため、複雑な構造となる。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、簡素な構造で液体の滞留を防止することを課題の一つとするものである。

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、鏡板、前記鏡板に立設されて渦巻き状に延在する固定ラップ、及び前記鏡板に立設されて前記固定ラップの外周側に配置された環状のダストラップを有する固定スクロールと、鏡板、及び前記鏡板に立設されて渦巻き状に延在する旋回ラップを有する旋回スクロールと、水平方向に延在し、前記固定スクロールに対して前記旋回スクロールを旋回させる回転軸とを備え、前記固定スクロールの前記鏡板は、前記回転軸の中心より上側に位置する注水孔を有し、前記固定ラップの外端の近傍かつ前記固定ラップの幅方向内側に形成された作動室は、前記ダストラップと前記旋回ラップの間の流路と前記注水孔を介し、液体が注入される、スクロール圧縮機において、前記作動室が気体を閉じ込めて圧縮を開始するときの閉じ込み点は、前記回転軸の中心より下側であって、前記作動室が最も下側に移動したときの前記作動室の輪郭上の最下点に位置するか、若しくは前記最下点よりラップ延在方向の外側に位置し、前記固定スクロールは、前記回転軸の中心より下側に位置すると共に上方に向けられて前記ダストラップから前記固定ラップの外端まで延在する傾斜壁面を更に有し、前記傾斜壁面は、前記ダストラップから前記固定ラップの外端に向かって徐々に下がる形状である。

本発明によれば、簡素な構造で液体の滞留を防止することができる。

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明を適用した一実施形態におけるスクロール圧縮機の構成を表すブロック図である。 本発明を適用した一実施形態における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。 図２の矢視III－IIIによる径方向断面図である。 図３の部分IVの拡大図であり、本発明の一実施形態における傾斜壁面の構造を表す。 本発明を適用した第１の変形例における傾斜壁面の構造を表す部分拡大図である。 本発明を適用した第２の変形例における傾斜壁面の構造を表す部分拡大図である。 本発明を適用した第３の変形例における傾斜壁面の構造を表す部分拡大図である。 本発明を適用した第４の変形例における傾斜壁面の構造を表す部分拡大図である。

本発明を適用した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態におけるスクロール圧縮機の構成を表すブロック図である。図２は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。図３は、図２の矢視III－IIIによる径方向断面図である。図４は、図３の部分IVの拡大図である。なお、図３では、フェイスシールを図示するものの、便宜上、チップシールを図示していない。また、図３では、旋回ラップを図示するものの、図４では、便宜上、旋回ラップを図示していない。

本実施形態のスクロール圧縮機は、圧縮機本体１、アフタークーラ２、タンク３、及び給水系統４（給液系統）を備える。圧縮機本体１は、給水系統４から供給された水（液体）を注入しつつ、空気（気体）を圧縮する。アフタークーラ２は、圧縮機本体１から吐出されて水を含む圧縮空気を冷却する。タンク３は、アフタークーラ２で冷却されて水を含む圧縮空気を一時的に貯留する。タンク３内に導入された水は、その自重によって圧縮空気から分離され、タンク３の下部に溜められる。

給水系統４は、タンク３内の圧力によって、タンク３の下部に溜められた水を圧縮機本体１に供給する。給水系統４は、例えば、水を冷却する水クーラ５（液体クーラ）と、水中の不純物を除去する水フィルタ（図示せず）と、減圧弁６と、電磁弁７と、オリフィス８とを有する。制御装置（図示せず）は、電磁弁７の開度を制御することにより、給水のタイミングや流量を制御する。

圧縮機本体１は、ケーシング１０、固定スクロール１１、旋回スクロール１２、及び回転軸１３を備える。固定スクロール１１は、ケーシング１０の開口側に連結されている。旋回スクロール１２は、ケーシング１０内に収納されている。回転軸１３は、ケーシング１０内の軸受１４で回転可能に支持されている。

固定スクロール１１は、略円形状の鏡板１５と、旋回スクロール１２に対向する鏡板１５の一面側（図２の右側）に立設されて、渦巻き状に延在する固定ラップ１６と、鏡板１５の一面側に立設されて、固定ラップ１６の外周側に配置された環状のダストラップ１７と、固定ラップ１６とダストラップ１７の間の空間（詳細には、回転軸１３の中心Ｏより上側の空間）に連通する吸入流路１８と、鏡板１５の中心部に形成された吐出流路１９と、鏡板１５の他面側（図２の左側）に立設された冷却フィン２０とを有する。ダストラップ１７は、後述の作動室にダストが侵入するのを防止するためのものであり、後述の旋回ラップとの干渉を避けるように配置されている。

旋回スクロール１２は、略円形状の鏡板２１と、固定スクロール１１に対向する鏡板２１の一面側（図２の左側）に立設されて、渦巻き状に延在する旋回ラップ２２と、鏡板２１の他面側（図２の右側）に立設された冷却フィン２３と、冷却フィン２３の先端側（図２の右側）に設けられた背面プレート２４とを有する。

固定スクロール１１に対向する旋回ラップ２２の先端側（図２の左側）にはシール溝が形成され、このシール溝には、固定スクロール１１の鏡板１５と接触するチップシールが設けられている。旋回スクロール１２に対向する固定ラップ１６の先端側（図２の右側）にはシール溝が形成され、このシール溝には、旋回スクロール１２の鏡板２１と接触するチップシールが設けられている。旋回スクロール１２に対向するダストラップ１７の先端側（図２の右側）にはシール溝が形成され、このシール溝には、旋回スクロール１２の鏡板２１と接触するフェイスシール２５が設けられている。

回転軸１３は、水平方向（図２の左右方向）に延在しており、その一端側（図２の左側）は、クランク部２６が設けられている。クランク部２６は、回転軸１３の中心Ｏから偏心しており、旋回軸受２７を介し旋回スクロール１２の背面プレート２４のボス部に接続されている。

回転軸１３の他端側（図２の右側）は、ケーシング１０の外部に突出しており、プーリ２８が設けられている。電動機の回転軸（図示せず）に設けられたプーリ（図示せず）とプーリ２８との間でベルト（図示せず）が架け渡されている。これにより、電動機の回転力が伝達されて回転軸１３が回転し、旋回スクロール１２が固定スクロール１１に対して旋回するようになっている。

旋回スクロール１２とケーシング１０の間には、旋回スクロール１２の自転を防止するための自転防止機構２９が設けられている。自転防止機構２９は、回転軸１３の周方向に互いに離間して配置された複数の補助クランク軸と、旋回スクロール１２の背面プレート２４に設けられて複数の補助クランク軸の一端側を支持する複数の軸受と、ケーシング１０に設けられて複数の補助クランク軸の他端側を支持する複数の軸受とで構成されている。

固定ラップ１６と旋回ラップ２２の間（詳細には、固定ラップ１６の幅方向内側かつ旋回ラップ２２の幅方向外側）には、複数の第１作動室が形成されている。第１作動室は、旋回ラップ２２の旋回に伴い、ラップ延在方向の外側から内側に向かって（図３では、反時計回りに）移動すると共に、空気を吸入する吸入過程、空気を圧縮する圧縮過程、及び圧縮空気を吐出する吐出過程を順次行う。吸入過程の第１作動室は、固定ラップ１６の外端（言い換えれば、ラップ延在方向の外側の端部）の近傍に位置し、吸入フィルタ３０、吸入流路１８、及びダストラップ１７と旋回ラップ２２の間の流路３１を介し、空気を吸入する。吐出過程の第１作動室は、吐出流路１９を介し、圧縮空気を吐出する。

旋回ラップ２２と固定ラップ１６の間（詳細には、旋回ラップ２２の幅方向内側かつ固定ラップ１６の幅方向外側）には、複数の第２作動室が形成されている。第２作動室は、旋回ラップ２２の旋回に伴い、ラップ延在方向の外側から内側に向かって（図３では、反時計回りに）移動すると共に、空気を吸入する吸入過程、空気を圧縮する圧縮過程、及び圧縮空気を吐出する吐出過程を順次行う。吸入過程の第２作動室は、旋回ラップ２２の外端（言い換えれば、ラップ延在方向の外側の端部）の近傍に位置し、吸入フィルタ３０及び吸入流路１８を介し、空気を吸入する。吐出過程の第２作動室は、吐出流路１９を介し、圧縮空気を吐出する。

固定スクロール１１の鏡板１５における旋回ラップ２２の外端の近傍には、注水孔３２（注液孔）が形成されている。注水孔３２は、旋回ラップ２２の旋回に伴い、旋回ラップ２２の幅方向外側と内側に交互に位置する。注水孔３２が旋回ラップ２２の幅方向外側に位置する場合、ダストラップ１７と旋回ラップ２２の間の流路３１と注水孔３２を介し、上述した給水系統４からの水が吸入過程の第１作動室へ導出される。注水孔３２が旋回ラップ２２の幅方向内側に位置する場合、注水孔３２を介し、給水系統４からの水が吸入過程の第２作動室へ導出される。これにより、作動室を形成する部材間の僅かな隙間をシールする作用や、圧縮熱を吸収して各部材の熱変形を防止して前述した隙間の拡大を抑制する作用をもたらす。その結果、作動室からの空気の漏洩を低減して、効率を高める。

ところが、注水孔３２からの水の一部が作動室に取り込まれず、ダストラップ１７と固定ラップ１６の間の空間（特に、回転軸１３の中心Ｏより下側の空間）に滞留する可能性がある。そのため、本実施形態の特徴として、固定ラップ１６の外端の近傍に形成された第１作動室が空気を閉じ込めて圧縮を開始するときの閉じ込み点Ｐ（詳細には、回転軸１３の軸方向から見たときの第１作動室の輪郭上の、固定ラップ１６と旋回ラップ２２が近接する２つの近接点のうち、ラップ延在方向の外側に位置する近接点）は、回転軸１３の中心Ｏより下側であって、作動室が最も下側に移動したときの作動室の輪郭上の最下点に位置する。

更に、固定スクロール１１は、回転軸１３の中心Ｏより下側に位置すると共に上方に向けられて、ダストラップ１７から固定ラップ１６の外端まで延在する傾斜壁面３３を有する。傾斜壁面３３は、ダストラップ１７から固定ラップ１６の外端に向かって徐々に下がるように形成されている。本実施形態の傾斜壁面３３は、回転軸１３の軸方向から見た場合に、全体的に直線状に延在する（図４参照）。

以上のように構成された本実施形態では、傾斜壁面３３により、ダストラップ１７と固定ラップ１６の間の流路３１から第１作動室への水の導出を促す。したがって、簡素な構造で（別の言い方をすれば、低コストで）、ダストラップ１７と固定ラップ１６の間の空間における水の滞留を防止することができる。その結果、外部への水の漏れも防止することができる。

なお、上記一実施形態において、傾斜壁面３３は、回転軸１３の軸方向から見た場合に、全体的に直線状に延在する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、傾斜壁面３３は、ダストラップ１７から固定ラップ１６の外端に向かって徐々に下がるように形成されていればよい。例えば図５で示す変形例のように、傾斜壁面３３は、回転軸１３の軸方向から見た場合に、全体的に曲線状に延在してもよい。また、例えば図６で示す変形例のように、傾斜壁面３３は、回転軸１３の軸方向から見た場合に、曲線状（詳細には、例えば図示のように曲率中心が上側に位置する曲線状）に延在する部分３３ａと、直線状に延在する部分３３ｂとを有してもよい。また、例えば図７で示す変形例のように、傾斜壁面３３は、回転軸１３の軸方向から見た場合に、曲線状に延在する部分３３ａと、曲線状（詳細には、図示のように曲率中心が上側に位置する曲線状）に延在する部分３３ｃとを有してもよい。また、例えば図８で示す変形例のように、傾斜壁面３３は、回転軸１３の軸方向から見た場合に、曲線状に延在する部分３３ａと、曲線状（詳細には、図示のように曲率中心が下側に位置する曲線状）に延在する部分３３ｄとを有してもよい。これらの変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態において、固定ラップ１６の外端の近傍に形成された第１作動室が空気を閉じ込めて圧縮を開始するときの閉じ込み点Ｐは、回転軸１３の中心Ｏより下側であって、作動室が最も下側に移動したときの作動室の輪郭上の最下点に位置する場合を例にとって説明したが、これに限られない。前述した閉じ込み点は、回転軸１３の中心Ｏより下側であって、前述した最下点よりラップ延在方向の外側に位置してもよい。この場合も、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態において、固定ラップ１６及び旋回ラップ２２の先端側にチップシールが設けられた場合を例にとって説明したが、これに限られない。水のシール性能が十分であれば、固定ラップ１６及び旋回ラップ２２の先端側にチップシールが設けられなくてもよい。

また、上記一実施形態において、給水系統４は、固定スクロール１１の注水孔３２（すなわち、旋回ラップ２２の外端の近傍の位置）に水を供給する場合を例にとって説明したが、これに限られない。給水系統４は、固定スクロール１１の吸入流路１８若しくはその上流側に水を供給してもよい。

また、上記一実施形態において、回転軸１３は、電動機の出力軸と別体として成形され、プーリ等を介し電動機の回転力が伝達される場合を例にとって説明したが、これに限られない。回転軸は、電動機の出力軸と同軸接続されてもよいし、電動機の出力軸と一体として成形されたものでもよい。

１１…固定スクロール、１２…旋回スクロール、１３…回転軸、１５…鏡板、１６…固定ラップ、１７…ダストラップ、２１…鏡板、２２…旋回ラップ、３３…傾斜壁面

Claims (6)

1. 鏡板、前記鏡板に立設されて渦巻き状に延在する固定ラップ、及び前記鏡板に立設されて前記固定ラップの外周側に配置された環状のダストラップを有する固定スクロールと、
   鏡板、及び前記鏡板に立設されて渦巻き状に延在する旋回ラップを有する旋回スクロールと、
   水平方向に延在し、前記固定スクロールに対して前記旋回スクロールを旋回させる回転軸とを備え、
   前記固定スクロールの前記鏡板は、前記回転軸の中心より上側に位置する注水孔を有し、
   前記固定ラップの外端の近傍かつ前記固定ラップの幅方向内側に形成された作動室は、前記ダストラップと前記旋回ラップの間の流路と前記注水孔を介し、液体が注入される、スクロール圧縮機において、
   前記作動室が気体を閉じ込めて圧縮を開始するときの閉じ込み点は、前記回転軸の中心より下側であって、前記作動室が最も下側に移動したときの前記作動室の輪郭上の最下点に位置するか、若しくは前記最下点よりラップ延在方向の外側に位置し、
   前記固定スクロールは、前記回転軸の中心より下側に位置すると共に上方に向けられて前記ダストラップから前記固定ラップの外端まで延在する傾斜壁面を更に有し、
   前記傾斜壁面は、前記ダストラップから前記固定ラップの外端に向かって徐々に下がる形状であることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記傾斜壁面は、前記回転軸の軸方向から見た場合に、全体的に直線状に延在することを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記傾斜壁面は、前記回転軸の軸方向から見た場合に、全体的に曲線状に延在することを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記傾斜壁面は、前記回転軸の軸方向から見た場合に、直線状に延在する部分と曲線状に延在する部分とを有することを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記傾斜壁面は、前記回転軸の軸方向から見た場合に、曲線状に延在する複数の部分を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
6. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記注水孔は、前記旋回ラップの外端の近傍に位置することを特徴とするスクロール圧縮機。

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