JP7429891B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、スクロール圧縮機に関する。

特許文献１は、固定スクロールが軸方向に移動可能で、固定スクロールの背面に導入した圧縮ガスの圧力により固定スクロールを旋回スクロールに押圧し、固定スクロールを経由してインジェクションを行うスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、固定スクロールと、固定スクロールと組み合わせて圧縮室を形成し主軸により固定スクロールに対して旋回運動する旋回スクロールと、旋回スクロールを軸方向に支持し主軸を半径方向に支持する主軸受と、主軸受に固定され固定スクロールの背面側に配置された静止部材と、固定スクロールの背面と静止部材の間に設けたシール材により囲われ圧縮ガスを導入される背圧室とを備える。

特許第３９３２５１９号公報

本開示は、軸方向に移動可能な固定スクロールが旋回スクロールに過剰に押し付けられるのを抑制し、高効率および高信頼性なスクロール圧縮機を提供する。

本開示におけるスクロール圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、前記密閉容器の低圧空間に配置された圧縮機構部と、前記低圧空間に配置され圧縮機構部を駆動するための電動機部と、前記圧縮機構部を構成し、前記仕切板に隣接し、軸方向のみに移動可能な固定スクロールと、前記圧縮機構部を構成し、前記固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールを支持する主軸受と、前記固定スクロールの背面に吐出圧を付与する高圧付与領域と、前記固定スクロールの背面に圧縮途中の圧力を付与する中圧付与領域と、前記固定スクロールの背面に前記中圧付与領域よりも低い圧力のインジェクション圧力を付与するインジェクション室と、を備えた構成としてある。

本開示におけるスクロール圧縮機は、インジェクション室の圧力を中圧付与領域の圧力よりも低くしているため、固定スクロールが旋回スクロールに過剰に押し付けられるのを抑制し、性能低下および信頼性悪化を抑制することができる。

実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 実施の形態１におけるスクロール圧縮機の要部断面図 実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの背面図 実施の形態１におけるスクロール圧縮機のインジェクション部詳細図

（本開示の基礎となって知見等）
従来、密閉容器内低圧型のスクロール圧縮機では、固定スクロールを軸方向に移動可能にし、固定スクロールの背面に圧縮ガスを導入し、固定スクロールを旋回スクロールに押し付ける構成が一般的なものとなっている。このような中にあって、近年、吐出温度を低下させるため冷凍サイクル中の液冷媒を圧縮室へインジェクションする技術が開示されている。しかし、固定スクロールが軸方向に移動可能なスクロール圧縮機では密閉容器外から固定スクロールに直接インジェクション管を挿入することが困難である。そうした状況下において、上記特許文献１では、インジェクション管を静止部材に挿入し、静止部材と固定スクロールの間に、固定スクロールが軸方向に移動してもシールが可能なシール部材を設け閉空間を形成し、この閉空間を経由してインジェクションを行っている。

しかし、この構成では、前記閉空間にはインジェクション圧が導入されるため、固定スクロールを旋回スクロールに押し付ける力が閉空間の部分だけ強くなり、そのため、インジェクション圧が高圧に近い圧力であると、固定スクロールが旋回スクロールに過剰に押し付けられ、性能低下および信頼性悪化を引き起こすという課題があった。

本発明者らはこのような課題を発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

そこで、本開示は、固定スクロールが旋回スクロールに過剰に押し付けられるのを抑制して、性能低下および信頼性悪化を引き起こすのを抑制したスクロール圧縮機を提供する。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～図３を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
図１～３において、圧縮機１００は、密閉容器１１０と、仕切板１２０と、圧縮機構部１３０と、電動機部１４０と、固定スクロール１５０と、旋回スクロール１６０と、自転抑制部材１７０と、主軸受１８０と、高圧付与領域１９０と、中圧付与領域２００と、インジェクション室２１０と、を備える。

仕切板１２０は、密閉容器１１０に溶接等で固定され、密閉容器１１０内を高圧空間２２０と低圧空間２３０に区画する。

圧縮機構部１３０は、低圧空間２３０に配置され、低圧空間２３０内の圧縮される前の低圧冷媒を吸入し、圧縮した後の高圧冷媒を高圧空間２２０に吐出する。

電動機部１４０は、低圧空間２３０に配置され、主軸２４０を介して圧縮機構部１３０を駆動する。

固定スクロール１５０は、圧縮機構部１３０を構成し、円板状の固定スクロール端板１５１と固定スクロール端板１５１から立設された渦巻状の固定渦巻きラップ１５２を備えている。固定スクロール端板１５１の略中心部には吐出ポート１５３が形成され、圧縮室２５０中心部と固定スクロール１５０の背面（反固定渦巻きラップ１５２面）１５４を連通している。圧縮途中の圧縮室２５０には背面１５４に連通する中圧ポート１５５が開口している。固定スクロール１５０の周壁１５６には冷媒を圧縮室２５０に取り込むための吸入部１５７が形成されている。背面１５４は、仕切板１２０に隣接している。

旋回スクロール１６０は、圧縮機構部１３０を構成し、円板状の旋回スクロール端板１６１と、旋回スクロール端板１６１に立設された渦巻状の旋回渦巻きラップ１６２と、旋回スクロール１６０の背面（反旋回渦巻きラップ１６２面）に設けたボス部１６３と、を備えている。ボス部１６３には主軸２４０が嵌合されており、旋回渦巻きラップ１６２は、固定渦巻きラップ１５２と噛み合わさって圧縮室２５０を形成している。

自転抑制部材１７０は、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０の自転を防止する。

主軸受１８０は、密閉容器１１０に固定され、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０のスラスト負荷を支持する。また、主軸２４０をラジアル方向に支持している。主軸受１８０の外周端部にはガイドピン２６０が圧入され、固定スクロール１５０にガイドピン２６０が挿入されることで、固定スクロール１５０がラジアル方向および軸周りの回転方向に規制され軸方向のみに移動可能となる。

高圧付与領域１９０は、固定スクロール１５０の背面１５４と仕切板１２０の間に、固定スクロール端板１５１の中心に対して同心の第１シール部材２７０を配置し、背面１５４と仕切板１２０と第１シール部材２７０で囲われた空間が形成され、この空間に吐出ポート１５３が開口し、吐出冷媒を導入することで形成される。

中圧付与領域２００は、固定スクロール１５０の背面１５４と仕切板１２０の間に、固定スクロール端板１５１の中心に対して同心の第２シール部材２７１を第１シール部材２７０より外側に配置し、背面１５４と仕切板１２０と第１シール部材２７０と第２シール部材２７１で囲われた空間が形成され、この空間に中圧ポート１５５が開口し、圧縮室２５０の圧縮途中の冷媒を導入することで形成される。

インジェクション室２１０は、固定スクロール１５０の背面１５４と仕切板１２０の間に設けた第３シール部材２７２を、固定スクロール端板１５１の中心に対して同心に第２シール部材２７１より外側に配置し、背面１５４と、仕切板１２０と、第２シール部材２７１と、第３シール部材２７２と、で囲われた空間で形成され、この空間に密閉容器１１０外の冷凍サイクル中から冷媒を導入することで形成される。

インジェクション室２１０を形成する仕切板１２０には、インジェクション経路１２１（図４参照）が設けられ、インジェクション室２１０と高圧空間２２０を貫通するように形成されている。インジェクション経路１２１の高圧空間２２０側にインジェクション管２８０が挿入される。

インジェクション管２８０と仕切板１２０とは、Ｏリングで連結され、高圧空間２２０とインジェクション経路１２１とをシールしている。

インジェクション管２８０は、密閉容器１１０を貫通し、密閉容器１１０外の冷凍サイクルに接続される。

ここで、インジェクション室２１０は、中圧付与領域２００よりも外側に設けられ、インジェクション室２１０の圧力は、中圧付与領域２００の圧力よりも低くなるような位置に、インジェクションポート１５８を固定スクロール端板１５１に設けられる。

また、インジェクションポート１５８は、インジェクション室２１０と中圧付与領域２００が圧縮室２５０を介して連通しないように設けられる。

［１－２．動作］
以上のように構成された圧縮機１００について、以下その動作、作用を説明する。

図１～３に基づいて、圧縮機１００の動作を説明する。電動機部１４０により主軸２４０が回転し、自転抑制部材１７０により旋回スクロール１６０は自転することなく旋回運動する。低圧空間２３０の低圧冷媒は固定スクロール１５０の吸入部１５７から圧縮室２５０へ吸入され、圧縮室２５０の容積が縮小し、冷媒は圧縮される。圧縮室２５０の圧縮途中の中間圧力の冷媒は、中圧ポート１５５を通り中圧付与領域２００に導入される。圧縮が終わった冷媒は、吐出ポート１５３を通り高圧付与領域１９０に導入され、その後、高圧空間２２０に吐出される。

次に、インジェクションについて説明する。冷凍サイクルから分岐されたインジェクション回路により冷媒が複数のインジェクション管２８０を通ってインジェクション経路１２１を経由し、インジェクション室２１０に導入される。インジェクション室２１０に導入された冷媒は、固定スクロール端板１５１に設けたインジェクションポート１５８を通り圧縮途中の圧縮室２５０に導かれる。

高圧付与領域１９０に導入された吐出圧力および中圧付与領域２００に導入された中間圧力と、ともに、インジェクション室２１０に導入された圧力により、固定スクロール１５０が旋回スクロール１６０に押し付けられる。一方、圧縮室２５０内の冷媒圧力により、固定スクロール１５０を旋回スクロール１６０から引き離す力が作用する。この押し付ける力と引き離す力のバランスで固定スクロール１５０が旋回スクロール１６０に適正な力で押し付けられる。

本実施の形態では、インジェクション室２１０が、固定スクロール端板１５１の中心に対して同心の空間で形成されている。そのため、固定スクロール１５０を押し付ける力は均等になる。

そのため、固定スクロール１５０が傾いて押される等の不安定な挙動を抑制できる。 また、本実施の形態では、インジェクション室２１０は、中圧付与領域２００よりも外側に設けられ、インジェクション室２１０の圧力は、中圧付与領域２００の圧力よりも低くなるように、固定スクロール端板１５１にインジェクションポート１５８を設けている。そのため、インジェクション室２１０の圧力により、固定スクロール１５０が、旋回スクロール１６０に過剰に押付けられることがなく、性能の低下や信頼性低下を抑制できる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、圧縮機１００は、密閉容器１１０と、仕切板１２０と、圧縮機構部１３０と、電動機部１４０と、固定スクロール１５０と、旋回スクロール１６０と、自転抑制部材１７０と、主軸受１８０と、高圧付与領域１９０と、中圧付与領域２００と、インジェクション室２１０と、を備える。仕切板１２０は、密閉容器１１０内を高圧空間２２０と低圧空間２３０に区画する。圧縮機構部１３０は、低圧空間２３０に配置されている。電動機部１４０は、低圧空間２３０に配置され圧縮機構部１３０を駆動する。固定スクロール１５０は、圧縮機構部１３０を構成し、仕切板１２０に隣接し、軸方向のみに移動可能である。旋回スクロール１６０は、圧縮機構部１３０を構成し、固定スクロール１５０と噛み合わされて圧縮室２５０を形成する。自転抑制部材１７０は、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０の自転を防止する。主軸受１８０は、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０を支持する。高圧付与領域１９０は、固定スクロール１５０の背面１５４に吐出圧を付与する。中圧付与領域２００は、固定スクロール１５０の背面１５４に圧縮室２５０の圧縮途中の圧力を付与する。

そして、インジェクション室２１０は、中圧付与領域２００よりも外側に設けられ、インジェクション室２１０の圧力は、中圧付与領域２００の圧力よりも低くなるようになっている。すなわち、インジェクション室２１０は、中圧付与領域２００に中圧ポート１５５を介して繋がる圧縮室２５０より圧力が低い圧縮初期側の圧縮室２５０とインジェクションポート１５８を介して繋がっている。つまり、インジェクション室２１０と中圧付与領域２００が圧縮室２５０を介して連通しない位置にインジェクションポート１５８と中圧ポート１５５を設けてインジェクション室２１０の圧力が中圧付与領域２００の圧力よりも低くなるようにしている。

これにより、インジェクション室２１０の圧力により、固定スクロール１５０が、旋回スクロール１６０に過剰に押付けられることがなくなり、適正な力で押し付けられ、性能の低下や信頼性低下を抑制できる。

また、インジェクション室２１０は、固定スクロール１５０の中心に対して、同心に設けられ、固定スクロール１５０の背面１５４にインジェクション圧力を付与する。

これにより、固定スクロール１５０の押付力を均等にすることができ、固定スクロール１５０の挙動を安定化することができる。そのため、性能低下を抑制できる。

又、本実施の形態では図４に示すようにインジェクション室２１０を構成する第３シール部材２７２を、固定スクロール１５０の背面１５４に設けた環状溝３４９に摺動自在に挿入し、軸方向に移動可能な構成にしている。

これにより、固定スクロール１５０の軸方向への移動を規制しないので、固定スクロール１５０の挙動を安定化することができる。そのため、性能低下を抑制できる。

また、本実施の形態のように、第３シール部材２７２を弾性部材３７０で仕切板１２０に押し付ける構成にしてもよい。

これにより、固定スクロール１５０が軸方向に移動した場合でも、第３シール部材２７２が仕切板１２０に押し付けられるので、インジェクション室２１０から低圧空間２３０への漏れを抑制できる。そのため、性能低下を抑制できる。

また、本実施の形態のように、インジェクション経路１２１のインジェクション室２１０側を開閉する逆止弁２９０を設けてもよい。

これにより、インジェクションを行わない場合に逆止弁２９０が閉じることで、デッドボリュームを低減できる。そのため、圧縮室２５０内の冷媒再膨張損失を抑制し、性能低下を抑制できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１では、インジェクション室２１０を、固定スクロール端板１５１の中心に対して、同心に配置することで押し付け力を均等にすることを開示したが、圧縮室２５０が固定スクロール端板１５１の中心に対して偏っている場合等で、圧縮室２５０側からの固定スクロール１５０を旋回スクロール１６０から引き離す力が固定スクロール端板１５１の中心からずれている場合は、インジェクション室２１０を、固定スクロール１５０を旋回スクロール１６０に押し付ける力と引き離す力の合力として、固定スクロール１５０が旋回スクロール１６０に均等に押し付けられるように、インジェクション室２１０を配置すればよい。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。

また、実施の形態１では、逆止弁２９０をインジェクション経路１２１のインジェクション室２１０側に設けたが、インジェクションポート１５８内に設置すれば、よりデッドボリュームを低減でき、性能低下を抑制できる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、固定スクロールを旋回スクロールに適正な力で押し付けることで、固定スクロールを旋回スクロールに過剰に押付けるのを抑制し挙動を安定化することができる。そのため、固定スクロールの過剰な押付や挙動不安定による性能低下を抑制することができる。よって、密閉容器内低圧型スクロール圧縮機にインジェクションを行うものに適用可能である。具体的には、給湯機、温水暖房装置、空気調和装置などの電気製品に利用する冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。

１００ 圧縮機
１１０ 密閉容器
１２０ 仕切板
１２１ インジェクション経路
１３０ 圧縮機構部
１４０ 電動機部
１５０ 固定スクロール
１５１ 固定スクロール端板
１５２ 固定渦巻きラップ
１５３ 吐出ポート
１５４ 背面
１５５ 中圧ポート
１５６ 周壁
１５７ 吸入部
１５８ インジェクションポート
１６０ 旋回スクロール
１６１ 旋回スクロール端板
１６２ 旋回渦巻きラップ
１６３ ボス部
１７０ 自転抑制部材
１８０ 主軸受
１９０ 高圧付与領域
２００ 中圧付与領域
２１０ インジェクション室
２２０ 高圧空間
２３０ 低圧空間
２４０ 主軸
２５０ 圧縮室
２６０ ガイドピン
２７０ 第１シール部材
２７１ 第２シール部材
２７２ 第３シール部材
２８０ インジェクション管
２９０ 逆止弁
３４９ 環状溝
３７０ 弾性部材

Claims (6)

1. 密閉容器と、前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、前記密閉容器の前記低圧空間に配置された圧縮機構部と、前記低圧空間に配置され圧縮機構部を駆動するための電動機部と、前記圧縮機構部を構成し、前記仕切板に隣接し、軸方向のみに移動可能な固定スクロールと、前記圧縮機構部を構成し、前記固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールを支持する主軸受と、前記固定スクロールの背面に吐出圧を付与する高圧付与領域と、前記固定スクロールの前記背面に圧縮途中の圧力を付与する中圧付与領域と、前記固定スクロールの背面に前記中圧付与領域よりも低い圧力のインジェクション圧力を付与するインジェクション室と、を備え、前記インジェクション室を前記中圧付与領域の外側に設けたスクロール圧縮機。
2. 前記インジェクション室は、前記固定スクロールの中心に対して同心に配置した請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記インジェクション室と前記中圧付与領域が前記圧縮室を介して連通しないようにインジェクションポートと中圧ポートを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記インジェクション室は、前記仕切板と前記固定スクロールとの間にシール部材を配置して構成し、前記シール部材は前記固定スクロールに設けた環状溝に摺動自在に挿入した請求項１～３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記シール部材は弾性部材によって前記仕切板に押し付ける構成とした請求項４に記載のスクロール圧縮機。
6. インジェクション経路の前記インジェクション室側を開閉する逆止弁を設けた請求項１～５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。