JP7493627B2 - Two-Stage Scroll Compressor - Google Patents
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Description
本開示は、主に冷凍機、空気調和機、および、給湯機に搭載される二段スクロール圧縮機に関するものである。The present disclosure relates to a two-stage scroll compressor that is mainly installed in a refrigerator, an air conditioner, and a water heater.
従来から、多段スクロール圧縮機において、密閉容器と、該密閉容器内に配置され冷媒を圧縮する複数の圧縮機構部と、前記複数の圧縮機構部を駆動する駆動機構部と、前記駆動機構部の回転を複数の圧縮機構部に伝達するクランクシャフトと、を備え、前記駆動機構部は、前記複数の圧縮機構部のうち2つの間に配置され、前記密閉容器は、前記複数の圧縮機構部のうちの1つが前記冷媒を吸入する低圧空間と、前記低圧空間から吸入した前記冷媒が前記複数の圧縮機構部のうちの1つで圧縮され吐出される中間圧空間と、前記中間圧空間から吸入した前記冷媒が前記複数の圧縮機構部のうちの異なる1つで圧縮されて吐出される高圧空間と、の3つの内部空間を有し、前記複数の圧縮機構部のそれぞれは、渦巻体を台板から突出させた固定スクロールおよび揺動スクロールを組み合わせて形成された圧縮室を構成することで、性能を維持した技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。Conventionally, a multi-stage scroll compressor includes a sealed container, a plurality of compression mechanisms arranged within the sealed container and compressing a refrigerant, a drive mechanism arranged to drive the plurality of compression mechanisms, and a crankshaft arranged to transmit rotation of the drive mechanism to the plurality of compression mechanisms, the drive mechanism being arranged between two of the plurality of compression mechanisms, the sealed container having three internal spaces: a low-pressure space in which one of the plurality of compression mechanisms draws in the refrigerant, an intermediate-pressure space in which the refrigerant drawn in from the low-pressure space is compressed by one of the plurality of compression mechanisms and discharged, and a high-pressure space in which the refrigerant drawn in from the intermediate-pressure space is compressed by a different one of the plurality of compression mechanisms and discharged, and each of the plurality of compression mechanisms has a compression chamber formed by combining a fixed scroll and an orbiting scroll having a scroll body protruding from a base plate, thereby maintaining performance (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1のように、低圧空間に冷媒を吸入する低段側の圧縮機構部が、スクロールをクランクシャフトが貫通する、いわゆる軸貫通型となった構成では、低段側のスクロールの中心部分を軸および軸受が占有してしまうため、押しのけ量をある一定以上に大きくできないという課題があった。In a configuration as disclosed in
本開示は、以上のような課題を解決するためになされたもので、低段側の圧縮機構部での押しのけ量を従来よりも大きくすることができる二段スクロール圧縮機を提供することを目的としている。The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a two-stage scroll compressor that can increase the displacement in the compression mechanism on the lower stage compared to conventional methods.
本開示に係る二段スクロール圧縮機は、外郭を構成するシェルと、前記シェル内に配置され、駆動源となる駆動機構部と、前記駆動機構部の上側に配置され、前記駆動機構部によって駆動される低段側圧縮機構部と、前記駆動機構部の下側に配置され、前記駆動機構部によって駆動される高段側圧縮機構部と、前記駆動機構部の回転力を前記低段側圧縮機構部および前記高段側圧縮機構部に伝達するクランクシャフトと、を備え、前記シェルは、前記低段側圧縮機構部が冷媒を吸入する低圧空間と、前記低圧空間から吸入した前記冷媒が前記低段側圧縮機構部で圧縮され吐出される中間圧空間と、前記中間圧空間から吸入した前記冷媒が前記高段側圧縮機構部で圧縮されて吐出される高圧空間と、の3つの内部空間を有し、前記低段側圧縮機構部および前記高段側圧縮機構部のそれぞれは、渦巻体を台板から突出させた固定スクロールおよび揺動スクロールを組み合わせて形成された圧縮室と、前記渦巻体の中央部に位置し、前記圧縮室と前記内部空間とを連通する吐出ポートと、を有し、前記低段側圧縮機構部は、上方に凹んだ形状を有し、前記クランクシャフトの上端部が嵌合される凹形状の第1揺動軸受部を有し、前記高段側圧縮機構部は、上下方向に貫通した穴を有し、前記クランクシャフトの下端部が嵌合される第2揺動軸受部を有し、前記クランクシャフトの下側にはオイルポンプが設けられているものである。 A two-stage scroll compressor according to the present disclosure includes a shell constituting an outer shell, a drive mechanism unit disposed within the shell and serving as a drive source, a low-stage compression mechanism unit disposed above the drive mechanism unit and driven by the drive mechanism unit, a high-stage compression mechanism unit disposed below the drive mechanism unit and driven by the drive mechanism unit, and a crankshaft that transmits rotational force of the drive mechanism unit to the low-stage compression mechanism unit and the high-stage compression mechanism unit, and the shell has a low-pressure space in which the low-stage compression mechanism unit draws in a refrigerant, an intermediate-pressure space in which the refrigerant drawn in from the low-pressure space is compressed by the low-stage compression mechanism unit and discharged, and a crankshaft that transmits rotational force of the drive mechanism unit to the low-stage compression mechanism unit and the high-stage compression mechanism unit. and a high-pressure space from which the compressed air is discharged, and each of the low-stage compression mechanism unit and the high-stage compression mechanism unit has a compression chamber formed by combining a fixed scroll and an oscillating scroll that causes a scroll to protrude from a base plate, and a discharge port that is located in the center of the scroll and communicates the compression chamber with the internal space, the low-stage compression mechanism unit has an upwardly concave shape and a first oscillating bearing unit into which the upper end of the crankshaft is fitted, the high-stage compression mechanism unit has a hole that penetrates in the vertical direction and a second oscillating bearing unit into which the lower end of the crankshaft is fitted, and an oil pump is provided below the crankshaft .
本開示に係る二段スクロール圧縮機によれば、低段側圧縮機構部は、上方に凹んだ形状を有し、クランクシャフトの上端部が嵌合される凹形状の第1揺動軸受部を有し、高段側圧縮機構部は、上下方向に貫通した穴を有し、クランクシャフトの下端部が嵌合される第2揺動軸受部を有する。つまり、高段側圧縮機構部ではクランクシャフトが貫通するように構成されているが、低段側圧縮機構部ではクランクシャフトが貫通するように構成されていない。そのため、低段側圧縮機構部ではシェル内の容積を有効活用して低段側の圧縮機構部での押しのけ量を従来よりも大きくすることができるので、大容量の二段スクロール圧縮機を得ることができる。According to the two-stage scroll compressor of the present disclosure, the low-stage compression mechanism has a first oscillating bearing part having an upwardly concave shape and into which the upper end of the crankshaft is fitted, and the high-stage compression mechanism has a second oscillating bearing part having a hole penetrating in the vertical direction and into which the lower end of the crankshaft is fitted. In other words, the high-stage compression mechanism is configured so that the crankshaft passes through, but the low-stage compression mechanism is not configured so that the crankshaft does not pass through. Therefore, the low-stage compression mechanism can effectively utilize the volume inside the shell to increase the displacement amount in the low-stage compression mechanism compared to conventional methods, thereby obtaining a large-capacity two-stage scroll compressor.
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本開示が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments described below. In addition, the size relationships of the components in the drawings may differ from the actual ones.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る二段スクロール圧縮機100の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a two-
実施の形態1に係る二段スクロール圧縮機100は、冷媒などの流体を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させる機能を有している。この二段スクロール圧縮機100は、外郭を構成する密閉容器であるシェル11を備えている。シェル11の内部には、第1圧縮機構部35、第2圧縮機構部36、駆動機構部37、および、その他の構成部品が収納されている。図1に示すように、シェル11内において、駆動機構部37の上側に第1圧縮機構部35が、駆動機構部37の下側に第2圧縮機構部36が、それぞれ配置されている。そして、この二段スクロール圧縮機100は、第1圧縮機構部35(以下、低段側圧縮機構部とも称する)を低段側とし、第2圧縮機構部36(以下、高段側圧縮機構部とも称する)を高段側として二段階圧縮を行う。つまり、二段スクロール圧縮機100は、第1圧縮機構部35で流体を圧縮した後、さらに第2圧縮機構部36で流体を圧縮する。また、シェル11の下部は油溜り20となっている。The two-
シェル11は、第1圧縮機構部35が流体を吸入する低圧空間22と、低圧空間22から吸入した流体が第1圧縮機構部35で圧縮され吐出される中間圧空間23と、中間圧空間23から吸入した流体が第2圧縮機構部36で圧縮されて吐出される高圧空間24との3つの内部空間を有する。The
第1圧縮機構部35は、シェル11の外部の配管と連通している吸入管8から吸入した流体を圧縮してシェル11内の中間圧空間23に排出する機能を有している。また、第2圧縮機構部36は、中間圧空間23から吸入した流体を圧縮してシェル11内の下方に形成されている高圧空間24に排出する機能を有している。高圧空間24に排出された高圧流体は、吐出管9からシェル11の外部に吐出されるようになっている。駆動機構部37は、流体を圧縮するために、第1圧縮機構部35を構成している第1揺動スクロール2と、第2圧縮機構部36を構成している第2揺動スクロール5とをそれぞれ駆動する機能を有している。つまり、駆動機構部37がクランクシャフト7を介して第1揺動スクロール2と第2揺動スクロール5とを駆動することによって、第1圧縮機構部35と第2圧縮機構部36とで流体を圧縮するようになっている。The
第1圧縮機構部35は、第1固定スクロール1と、第1揺動スクロール2とで構成されている。図1に示すように、第1揺動スクロール2は下側に、第1固定スクロール1は上側にそれぞれ配置されている。第1固定スクロール1は、第1固定台板1cと、第1固定台板1cの一方の面に設けられた渦巻状突起である第1固定渦巻体1bとを備えている。第1揺動スクロール2は、第1揺動台板2cと、第1揺動台板2cの一方の面に設けられた渦巻状突起である第1揺動渦巻体2bとを備えている。ここで、第1固定渦巻体1bおよび第1揺動渦巻体2bは、インボリュートあるいは代数螺旋などの曲線に沿って延びた形状をそれぞれ有している。第1固定スクロール1および第1揺動スクロール2は、第1固定渦巻体1bと第1揺動渦巻体2bとを互いに噛み合わせ、シェル11内に設けられている。そして、第1固定渦巻体1bと第1揺動渦巻体2bとの間には、容積が半径方向内側へ向かうに従って縮小する第1圧縮室12が形成されている。The
第1固定スクロール1は、シェル11に固定された第1フレーム3を介してシェル11内に固定されている。第1固定スクロール1の中央部には、圧縮され中間圧となった流体を吐出する第1吐出ポート1aが形成されている。第1吐出ポート1aの出口開口部には、この出口開口部を覆い、流体の逆流を防ぐ板バネ製の第1弁15が配置されている。第1弁15の一端側には、第1弁15のリフト量を制限する第1弁押え14が設けられている。つまり、第1圧縮室12内の中央部で中間圧力まで圧縮されると、第1弁15がその弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された流体が第1吐出ポート1aから中間圧空間23内に吐出される。The first
第1固定スクロール1には、第1吐出ポート1aの他に中間圧空間23と連通するサブポート1dが形成されている。サブポート1dの出口開口部には、この出口開口部を覆い、流体の逆流を防ぐ板バネ製のサブポート弁30が配置されている。サブポート弁30の一端側には、サブポート弁30のリフト量を制限するサブポート弁押え29が設けられている。つまり、第1圧縮室12の圧縮途中の流体が中間圧力以上まで圧縮されると、サブポート弁30がその弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された流体がサブポート1dから中間圧空間23内に吐出される。In addition to the
第1揺動スクロール2は、第1オルダムリング25によって第1固定スクロール1に対して自転することなく偏心旋回運動を行うようになっている。また、第1揺動スクロール2の中心部には、駆動力を受ける第1揺動軸受部2dが形成されている。第1揺動軸受部2dは、クランクシャフト7の上端部が嵌合される凹形状を有している。そして、後述するクランクシャフト7の上端部である第1偏心部7aには、僅かな隙間を有して第1揺動スクロール2の第1揺動軸受部2dが嵌合されている。The first orbiting
第2圧縮機構部36は、第2固定スクロール4と、第2揺動スクロール5とで構成されている。図1に示すように、第2揺動スクロール5は上側に、第2固定スクロール4は下側にそれぞれ配置されている。第2固定スクロール4は、第2固定台板4cと、第2固定台板4cの一方の面に設けられた渦巻状突起である第2固定渦巻体4bとを備えている。第2揺動スクロール5は、第2揺動台板5cと、第2揺動台板5cの一方の面に設けられた渦巻状突起である第2揺動渦巻体5bとを備えている。ここで、第2固定渦巻体4bおよび第2揺動渦巻体5bは、インボリュートあるいは代数螺旋などの曲線に沿って延びた形状をそれぞれ有している。第2固定スクロール4および第2揺動スクロール5は、第2固定渦巻体4bと第2揺動渦巻体5bとを互いに噛み合わせ、シェル11内に設けられている。そして、第2固定渦巻体4bと第2揺動渦巻体5bとの間には、容積が半径方向内側へ向かうに従って縮小する第2圧縮室13が形成されている。The
第2固定スクロール4は、シェル11に固定された第2フレーム6(以下、フレームとも称する)を介してシェル11内に固定されている。第2固定スクロール4の中央部には、圧縮され中間圧となった流体を吐出する第2吐出ポート4aが形成されている。第2吐出ポート4aの出口開口部には、この出口開口部を覆い、流体の逆流を防ぐ板バネ製の第2弁17が配置されている。第2弁17の一端側には、第2弁17のリフト量を制限する第2弁押え16が設けられている。つまり、第2圧縮室13内で流体が所定圧力まで圧縮されると、第2弁17がその弾性力に逆らって持ち上げられる。そして、圧縮された流体が第2吐出ポート4aから第2固定スクロール4背面に取り付けられたチャンバー31内の高圧空間24に吐出され、吐出管9を通ってシェル11の外部に吐出される。なお、チャンバー31と第2固定スクロール4背面とに囲まれた空間とで、第2吐出ポート4aと連通する高圧空間24を形成している。The second
第2揺動スクロール5は、第2オルダムリング26によって第2固定スクロール4に対して自転することなく偏心旋回運動を行うようになっている。また、第2揺動スクロール5の中心部には、駆動力を受ける第2揺動軸受部5dが形成されている。第2揺動軸受部5dは、クランクシャフト7の下端部が嵌合されるように上下方向に貫通した穴を有している。そして、後述するクランクシャフト7の下端部である第2偏心部7bには、僅かな隙間を有して第2揺動スクロール5の第2揺動軸受部5dが嵌合されている。The
駆動機構部37は、シェル11内に固着保持されたステータ19と、ステータ19の内周面側に回転可能に配置され、クランクシャフト7に固定されたロータ18と、シェル11内の長手方向に収容され、ロータ18と一体になって回転するクランクシャフト7とを備えている。ステータ19は、通電されることによってロータ18を回転駆動させる機能を有している。また、ステータ19は、外周面が焼き嵌めまたはスポット溶接などによりシェル11に固定支持されている。ロータ18は、ステータ19に通電がされることにより回転駆動し、クランクシャフト7を回転させる機能を有している。このロータ18は、内部に永久磁石を有している。また、ロータ18は、クランクシャフト7の外周に固定されており、ステータ19と僅かな隙間を隔てて保持されている。The
クランクシャフト7は、ロータ18の回転に伴って回転し、第1揺動スクロール2と第2揺動スクロール5とを回転駆動させるようになっている。このクランクシャフト7は、上側を第1フレーム3の中心部に位置する軸受部3aで、下側を第2フレーム6の中心部に位置する軸受部6aで、それぞれ回転可能に支持されている。クランクシャフト7の下端部には、第2揺動スクロール5を偏心しつつ回転できるように第2揺動軸受部5dと嵌め合う第2偏心部7bが設けられている。また、クランクシャフト7の上端部には、第1揺動スクロール2を偏心しつつ回転できるように第1揺動軸受部2dと嵌め合う第1偏心部7aが設けられている。ここで、第2偏心部7bは、クランクシャフト7の中心軸に対して偏心しているが、偏心する必要があるのは第2揺動スクロール5付近の部分のみであるため、第2固定スクロール4およびチャンバー31付近の部分は、偏心していなくてもよい。The
シェル11には、流体を吸入するための吸入管8、流体を吐出するための吐出管9、および、中間圧空間23を冷却する流体を導くインジェクション管10が、それぞれ連接されている。A
シェル11の内部には、第1フレーム3と第2フレーム6とが固着されている。第1フレーム3は、シェル11の内周面かつ駆動機構部37の上方に固着され、中心部にクランクシャフト7を軸支するため貫通孔3cが形成されている。この第1フレーム3は、クランクシャフト7を軸受部3aで回転自在に支持している。軸受部3aは、例えば滑り軸受によって構成されている。また、第2フレーム6は、シェル11の内周面かつ駆動機構部37の下方に固着され、中心部にクランクシャフト7を軸支するため貫通孔6eが形成されている。また、第2フレーム6の内部には、第2圧縮室13に流体を導く流路6bが形成されており、第2フレーム6の上部には、流路6bの入口である第2吸入ポート6cが形成されている。この第2フレーム6は、第2揺動スクロール5を支持するとともに、クランクシャフト7を軸受部6aで回転自在に支持している。なお、第2フレーム6は、その外周面を焼き嵌めまたはスポット溶接などによってシェル11の内周面に固定するとよい。A
クランクシャフト7の下側にはオイルポンプ21が固着されており、クランクシャフト7の回転力をオイルポンプ21に伝達できるよう、第2固定スクロール4には貫通孔4eが設けられている。オイルポンプ21は容積型ポンプでありクランクシャフト7の回転に従い、油溜り20に保有している冷凍機油をクランクシャフト7内部に設けられた油回路(図示せず)を通して第1揺動軸受部2d、軸受部3a、スラスト軸受部3b、第2揺動軸受部5d、軸受部6aに供給する機能を果たすようになっている。An
なお、シェル11内には、第1揺動スクロール2の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するための第1オルダムリング25、および、第2揺動スクロール5の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するための第2オルダムリング26が、それぞれ配置されている。図1において、第1オルダムリング25は、第1揺動スクロール2と第1フレーム3との間に配置され、第1揺動スクロール2の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。また、第2オルダムリング26は、第2揺動スクロール5と第2フレーム6との間に配置され、第2揺動スクロール5の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。なお、第1オルダムリング25は、第1揺動スクロール2と第1固定スクロール1との間に配置してもよいし、第2オルダムリング26は、第2揺動スクロール5と第2固定スクロール4との間に配置してもよい。In addition, a
第2フレーム6の上面には、後述する油上り低減のために外周側に向かうにつれて下方に傾斜した傾斜面6dが形成されている。また、第2フレーム6の上部の第2吸入ポート6cの外周側には、同じく後述する油上り低減のためのフレームカバー28が、例えばボルトなどにより取り付けられている。このフレームカバー28は、上方に突出した形状を有している。An
ここで、二段スクロール圧縮機100の動作について、図1を用いて簡単に説明する。なお、以下において、流体は冷媒であるものとする。
シェル11に設けられた図示省略の電源端子に通電されると、ステータ19とロータ18とにトルクが発生し、クランクシャフト7が回転する。クランクシャフト7の第1偏心部7aには回転自在に第1揺動スクロール2が嵌合されており、クランクシャフト7の第2偏心部7bには回転自在に第2揺動スクロール5が嵌合されている。また、第1揺動スクロール2の第1揺動渦巻体2bと第1固定スクロール1の第1固定渦巻体1bとがかみ合い複数の第1圧縮室12が形成されており、第2揺動スクロール5の第2揺動渦巻体5bと第2固定スクロール4の第2固定渦巻体4bとがかみ合い複数の第2圧縮室13が形成されている。 Here, the operation of the two-
When electricity is applied to a power supply terminal (not shown) provided on the
そして、吸入管8からガスを取り込んだ第1圧縮室12は、第1揺動スクロール2の偏心旋回運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、冷媒を圧縮する。ここで、第1圧縮室12で圧縮される冷媒は、二酸化炭素単体または二酸化炭素を含む混合冷媒である。このように、二段スクロール圧縮機100で圧縮する冷媒に、低GWPである二酸化炭素単体または二酸化炭素を含む混合冷媒を用いることで、地球温暖化の抑制に寄与することができる。第1圧縮室12で圧縮された冷媒ガスは、第1固定スクロール1に設けられた第1吐出ポート1aから第1弁15に逆らって中間圧空間23に吐出される。第1圧縮室12で圧縮された冷媒は、インジェクション管10から流入した冷媒と混合する。The
そして、中間圧空間23からガスを取り込んだ第2圧縮室13は、第2揺動スクロール5の偏心旋回運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、冷媒を圧縮する。第2圧縮室13で圧縮された冷媒ガスは、第2固定スクロール4に設けられた第2吐出ポート4aから第2弁17に逆らって吐出され吐出管9からシェル11外に排出される。なお、第1弁15および第2弁17は、それぞれ第1弁押え14および第2弁押え16によって必要以上に変形しないように規制されており、これによって第1弁15および第2弁17の破損を防止している。The
図2は、実施の形態1に係る二段スクロール圧縮機100を適用した気液分離器54付きの冷媒回路200の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a
冷媒回路200は、二段スクロール圧縮機100、ガスクーラ51、第1膨張弁52、気液分離器54、第2膨張弁53、蒸発器55が配管で順次接続され、冷媒が循環するように構成されている。また、この冷媒回路200において、気液分離器54の上部と二段スクロール圧縮機100のインジェクション管10とが配管で接続されている。The
ガスクーラ51は、空気と冷媒との間で熱交換を行うものであり、冷媒の熱を空気に放熱して冷媒を凝縮させる。蒸発器55は、空気と冷媒との間で熱交換を行うものであり、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により空気を冷却する。第1膨張弁52および第2膨張弁53は、冷媒を減圧して膨張させるものである。気液分離器54は、流入してきた気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。The
次に、冷媒回路200における冷媒の流れについて、図2を用いて簡単に説明する。
二段スクロール圧縮機100から吐き出された高温高圧の冷媒は、ガスクーラ51で冷却される。ガスクーラ51で冷却された冷媒は、第1膨張弁52で中間圧まで絞り膨張させられた後、気液分離器54に入る。気液分離器54の底部に溜まった液冷媒は、第2膨張弁53で低圧まで絞り膨張させられた後、蒸発器55でガス冷媒となり、二段スクロール圧縮機100の吸入管8から吸い込まれる。このように、冷媒回路200では、膨張弁を2つ設けて二段膨張で構成することにより、一段膨張で構成するよりも冷凍能力を向上させることができる。一方、気液分離器54にて分離されて気液分離器54の上部にあるガス冷媒は、二段スクロール圧縮機100のインジェクション管10から中間圧空間23に流入した後、第2圧縮室13に再び吸い込まれる。冷凍機油は、二段スクロール圧縮機100内の摺動部を潤滑するのに使用される他、冷媒に一部が巻き込まれて吐出管9から持ち出されて冷媒回路200を循環する。 Next, the flow of refrigerant in the
The high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the two-
図3は、実施の形態1に係る二段スクロール圧縮機100内の冷媒および冷凍機油の流れを示す図である。なお、図3中の矢印は、冷媒および冷凍機油の流れを示している。Fig. 3 is a diagram showing the flows of the refrigerant and the refrigeration oil in the two-
次に、二段スクロール圧縮機100内の冷媒および冷凍機油の流れについて、図3を用いて簡単に説明する。
吸入管8から取り込まれた冷媒および冷凍機油は、第1圧縮室12から吐き出される。その後、冷媒および冷凍機油は、第1固定スクロール1および第1フレーム3に設けられた通路と、ステータ19の外径側の通路とを通った後、その一部が第2フレーム6に設けられた第2吸入ポート6cから第2圧縮室13に取り込まれて再び圧縮される。そして、圧縮された冷媒および冷凍機油は、吐出管9から吐出されて冷媒回路200を循環する。このとき第2圧縮室13に冷媒とともに取り込まれる冷凍機油の量が多いと、ガスクーラ51および蒸発器55で冷凍機油が熱交換を阻害し、冷凍サイクルとしての効率が低下する。 Next, the flows of the refrigerant and the refrigerating machine oil in the two-
The refrigerant and refrigeration oil taken in through the
そこで、第2フレーム6の上面に、外周側に向かうにつれて下方に傾斜した傾斜面6dを形成し、第2フレーム6、第2固定スクロール4、および、チャンバー31の外周側近くに通路Xを設け、さらに、傾斜面6dの外周側を、通路Xを介して油溜り20と連通させている。二段スクロール圧縮機100内にこのような構造を設けることで、冷凍機油を、傾斜面6dの外周側から通路Xを通って油溜り20に返すことができる。冷凍機油は、クランクシャフト7が回転する遠心力により、シェル11内壁にへばりつき、重力により下方へと落ちる。傾斜面6dはシェル11内壁から落ちた冷凍機油を効率的に集め、シェル11下方の油溜り20へと導く効果がある。さらに、第2吸入ポート6cより半径方向外側にフレームカバー28を設けることにより、冷凍機油が、第2吸入ポート6cに取り込まれにくい構造としている。Therefore, an
以上により、二段スクロール圧縮機100から冷媒とともに吐出される冷凍機油の量を減らして、ガスクーラ51および蒸発器55での性能低下を防止することができる。As a result, the amount of refrigeration oil discharged together with the refrigerant from the two-
例えば、二酸化炭素など密度が大きい冷媒では、冷媒と冷凍機油との密度差が小さくなることにより、冷媒と冷凍機油との分離が難しくなり、二段スクロール圧縮機100から吐き出される冷凍機油の量が増加してしまうことになる。そして、傾斜面6dおよびフレームカバー28を設ける効果は、密度が高い冷媒ほど効果が大きい。For example, in the case of a refrigerant with a high density such as carbon dioxide, the difference in density between the refrigerant and the refrigerating machine oil becomes small, making it difficult to separate the refrigerant and the refrigerating machine oil, and increasing the amount of refrigerating machine oil discharged from the two-
図4は、実施の形態1に係る二段スクロール圧縮機100のスクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とで一致した場合を示す図である。図5は、実施の形態1に係る二段スクロール圧縮機100のスクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とでずれた場合を示す図である。図6は、実施の形態1に係る二段スクロール圧縮機100のモータトルクの計算結果を示す図である。Fig. 4 is a diagram showing a case where the winding end positions of the scrolls of the two-
なお、以下において、第1固定スクロール1および第1揺動スクロール2を低段側のスクロールと称し、第2固定スクロール4および第2揺動スクロール5を高段側のスクロールと称する。また、第1固定渦巻体1bおよび第1揺動渦巻体2bと、第2固定渦巻体4bおよび第2揺動渦巻体5bとを、それぞれ渦巻体と称する。In the following description, the first
図4および図5の(a)に示すように、低段側の第1固定スクロール1の第1固定渦巻体1bと第1揺動スクロール2の第1揺動渦巻体2bとの巻終同士を結んだ直線をA、図4および図5の(b)に示すように、高段側の第2固定スクロール4の第2固定渦巻体4bと第2揺動スクロール5の第2揺動渦巻体5bとの巻終同士を結んだ直線をBとしたとき、それらのなす角度をθとする。図4および図5の(c)に、AとBとのなす角度θを示す。図4の(c)は、スクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とで一致した場合の、AとBとのなす角度θを示しており、図5の(c)は、スクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とでずれた場合の、AとBとのなす角度θを示している。As shown in Fig. 4 and Fig. 5(a), a line connecting the winding ends of the first
ここで、後述する図6に示すようなモータトルクの効果の有無に基づき、θが20~160°以外、つまり、θ<20°またはθ>160°であれば、スクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とで「一致した」場合としている。Here, based on the presence or absence of the effect of the motor torque as shown in FIG. 6 described later, if θ is other than 20 to 160°, that is, θ<20° or θ>160°, it is considered that the end positions of the scroll body of the scroll "match" on the low-stage side and the high-stage side.
また、後述する図6に示すようなモータトルクの効果の有無に基づき、θが20~160°(望ましくは30~150°)であれば、スクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とで「ずれた」場合としている。Furthermore, based on the presence or absence of the effect of the motor torque as shown in FIG. 6 described later, if θ is between 20 and 160° (preferably between 30 and 150°), it is considered that the end positions of the scroll body of the scroll are "shifted" between the low-stage side and the high-stage side.
このときのモータトルク計算結果を図6に示している。
図4に示すスクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とで一致した場合と、図5に示すスクロールの渦巻体の巻終位置が低段側と高段側とでずれた場合とを比較して、後者の方が、1回転中のモータトルクが平準化されており、回転角度毎の負荷が下がる。そのため、後者の方が、性能向上さらには振動および騒音の低減が見込める。特に、固定スクロールと揺動スクロールとの巻終位置が同じとなる対称スクロールの方が、モータトルクの変動が小さく、上記の効果が高い。 The motor torque calculation results at this time are shown in FIG.
Comparing the case where the end positions of the scroll spiral body coincide on the low stage side and the high stage side as shown in Fig. 4 with the case where the end positions of the scroll spiral body deviate from each other on the low stage side and the high stage side as shown in Fig. 5, the latter case has a more leveled motor torque during one rotation and a lower load per rotation angle. Therefore, the latter case is expected to improve performance and reduce vibration and noise. In particular, a symmetric scroll in which the end positions of the fixed scroll and the orbiting scroll are the same has smaller fluctuations in motor torque and is more effective than the above.
なおθ=180°となると、固定スクロールと揺動スクロールとの位置関係が逆転して効果がなくなってしまうため、θ=150°が上限となる。If θ=180°, the positional relationship between the fixed scroll and the orbiting scroll will be reversed and the effect will be lost, so the upper limit is θ=150°.
以上、実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100は、外郭を構成するシェル11と、シェル11内に配置され、駆動源となる駆動機構部37と、駆動機構部37の上側に配置され、駆動機構部37によって駆動される低段側圧縮機構部と、駆動機構部37の下側に配置され、駆動機構部37によって駆動される高段側圧縮機構部と、駆動機構部37の回転力を低段側圧縮機構部および高段側圧縮機構部に伝達するクランクシャフト7と、を備えている。また、シェル11は、低段側圧縮機構部が冷媒を吸入する低圧空間22と、低圧空間22から吸入した冷媒が低段側圧縮機構部で圧縮され吐出される中間圧空間23と、中間圧空間23から吸入した冷媒が高段側圧縮機構部で圧縮されて吐出される高圧空間24と、の3つの内部空間を有している。また、低段側圧縮機構部および高段側圧縮機構部のそれぞれは、渦巻体を台板から突出させた固定スクロールおよび揺動スクロールを組み合わせて形成された圧縮室と、渦巻体の中央部に位置し、圧縮室と内部空間とを連通する吐出ポートと、を有している。そして、低段側圧縮機構部は、上方に凹んだ形状を有し、クランクシャフト7の上端部が嵌合される凹形状の第1揺動軸受部2dを有し、高段側圧縮機構部は、上下方向に貫通した穴を有し、クランクシャフト7の下端部が嵌合される第2揺動軸受部5dを有する。As described above, the two-
実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100によれば、低段側圧縮機構部は、上方に凹んだ形状を有し、クランクシャフト7の上端部が嵌合される凹形状の第1揺動軸受部2dを有し、高段側圧縮機構部は、上下方向に貫通した穴を有し、クランクシャフト7の下端部が嵌合される第2揺動軸受部5dを有する。つまり、高段側圧縮機構部ではクランクシャフト7が貫通するように構成されているが、低段側圧縮機構部ではクランクシャフト7が貫通するように構成されていない。そのため、低段側圧縮機構部ではシェル11内の容積を有効活用して低段側の圧縮機構部での押しのけ量を従来よりも大きくすることができるので、大容量の二段スクロール圧縮機100を得ることができる。According to the two-
また、実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100は、高段側圧縮機構部をシェル11内に保持するフレームを備えている。そして、フレームの内部には、圧縮室に冷媒を導く流路6bが形成されており、フレームの上部に形成された流路6bの入口の外周側には、フレームカバー28が設けられている。The two-
実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100によれば、フレームの上部に形成された流路6bの入口である第2吸入ポート6cの外周側には、フレームカバー28が設けられているため、冷凍機油を第2吸入ポート6cに取り込まれにくい構造とすることができる。According to the two-
また、実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100において、フレームの上面には、外周側に向かうにつれて下方に傾斜した傾斜面6dが形成されている。In the two-
実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100によれば、フレームの上面には、外周側に向かうにつれて下方に傾斜した傾斜面6dが形成されているため、傾斜面6dによってシェル11内壁から落ちた冷凍機油を効率的に集めることができる。According to the two-
また、高段側圧縮機構部の固定スクロールの背面に取り付けられたチャンバー31を備え、フレーム、高段側圧縮機構部の固定スクロール、および、チャンバー31の外周側に、傾斜面6dの外周側とシェル11の下方に形成された油溜り20とを連通させる通路Xが設けられている。The frame also includes a
実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100によれば、傾斜面6dの外周側とシェル11の下方に形成された油溜り20とを連通させる通路Xにより、傾斜面6dで効率的に集められた冷凍機油を、シェル11下方の油溜り20へと導くことができる。According to the two-
また、実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100において、低段側圧縮機構部の固定スクロールの渦巻体と揺動スクロールの渦巻体との巻終同士を結んだ直線をA、高段側圧縮機構部の固定スクロールの渦巻体と揺動スクロールの渦巻体との巻終同士を結んだ直線をBとしたとき、AとBとのなす角度θが30度以上150度以下である。In addition, in the two-
実施の形態に係る二段スクロール圧縮機100によれば、AとBとのなす角度θが30度以上150度以下であるので、1回転中のモータトルクが平準化され、回転角度毎の負荷が下がるため、性能向上さらには振動および騒音の低減を見込むことができる。In the two-
1 第1固定スクロール、1a 第1吐出ポート、1b 第1固定渦巻体、1c 第1固定台板、1d サブポート、2 第1揺動スクロール、2b 第1揺動渦巻体、2c 第1揺動台板、2d 第1揺動軸受部、3 第1フレーム、3a 軸受部、3b スラスト軸受部、3c 貫通孔、4 第2固定スクロール、4a 第2吐出ポート、4b 第2固定渦巻体、4c 第2固定台板、4e 貫通孔、5 第2揺動スクロール、5b 第2揺動渦巻体、5c 第2揺動台板、5d 第2揺動軸受部、6 第2フレーム、6a 軸受部、6b 流路、6c 第2吸入ポート、6d 傾斜面、6e 貫通孔、7 クランクシャフト、7a 第1偏心部、7b 第2偏心部、8 吸入管、9 吐出管、10 インジェクション管、11 シェル、12 第1圧縮室、13 第2圧縮室、14 第1弁押え、15 第1弁、16 第2弁押え、17 第2弁、18 ロータ、19 ステータ、20 油溜り、21 オイルポンプ、22 低圧空間、23 中間圧空間、24 高圧空間、25 第1オルダムリング、26 第2オルダムリング、28 フレームカバー、29 サブポート弁押え、30 サブポート弁、31 チャンバー、35 第1圧縮機構部、36 第2圧縮機構部、37 駆動機構部、51 ガスクーラ、52 第1膨張弁、53 第2膨張弁、54 気液分離器、55 蒸発器、100 二段スクロール圧縮機、200 冷媒回路。1 First fixed scroll, 1a First discharge port, 1b First fixed scroll, 1c First fixed base plate, 1d Sub-port, 2 First swing scroll, 2b First swing scroll, 2c First swing base plate, 2d First swing bearing portion, 3 First frame, 3a Bearing portion, 3b Thrust bearing portion, 3c Through hole, 4 Second fixed scroll, 4a Second discharge port, 4b Second fixed scroll, 4c Second fixed base plate, 4e Through hole, 5 Second swing scroll, 5b Second swing scroll, 5c Second swing base plate, 5d Second swing bearing portion, 6 Second frame, 6a Bearing portion, 6b Flow path, 6c Second intake port, 6d Inclined surface, 6e Through hole, 7 Crankshaft, 7a First eccentric portion, 7b Second eccentric portion, 8 Intake pipe, 9 Discharge pipe, 10 Injection pipe, 11 Shell, 12 First compression chamber, 13 second compression chamber, 14 first valve stopper, 15 first valve, 16 second valve stopper, 17 second valve, 18 rotor, 19 stator, 20 oil reservoir, 21 oil pump, 22 low pressure space, 23 intermediate pressure space, 24 high pressure space, 25 first Oldham ring, 26 second Oldham ring, 28 frame cover, 29 sub-port valve stopper, 30 sub-port valve, 31 chamber, 35 first compression mechanism, 36 second compression mechanism, 37 drive mechanism, 51 gas cooler, 52 first expansion valve, 53 second expansion valve, 54 gas-liquid separator, 55 evaporator, 100 two-stage scroll compressor, 200 refrigerant circuit.
Claims (8)
前記シェル内に配置され、駆動源となる駆動機構部と、
前記駆動機構部の上側に配置され、前記駆動機構部によって駆動される低段側圧縮機構部と、
前記駆動機構部の下側に配置され、前記駆動機構部によって駆動される高段側圧縮機構部と、
前記駆動機構部の回転力を前記低段側圧縮機構部および前記高段側圧縮機構部に伝達するクランクシャフトと、を備え、
前記シェルは、
前記低段側圧縮機構部が冷媒を吸入する低圧空間と、前記低圧空間から吸入した前記冷媒が前記低段側圧縮機構部で圧縮され吐出される中間圧空間と、前記中間圧空間から吸入した前記冷媒が前記高段側圧縮機構部で圧縮されて吐出される高圧空間と、の3つの内部空間を有し、
前記低段側圧縮機構部および前記高段側圧縮機構部のそれぞれは、
渦巻体を台板から突出させた固定スクロールおよび揺動スクロールを組み合わせて形成された圧縮室と、前記渦巻体の中央部に位置し、前記圧縮室と前記内部空間とを連通する吐出ポートと、を有し、
前記低段側圧縮機構部は、上方に凹んだ形状を有し、前記クランクシャフトの上端部が嵌合される凹形状の第1揺動軸受部を有し、
前記高段側圧縮機構部は、上下方向に貫通した穴を有し、前記クランクシャフトの下端部が嵌合される第2揺動軸受部を有し、
前記クランクシャフトの下側にはオイルポンプが設けられている
二段スクロール圧縮機。 A shell that constitutes the outer hull;
A drive mechanism portion that is disposed within the shell and serves as a drive source;
A low-stage compression mechanism unit that is arranged above the drive mechanism unit and driven by the drive mechanism unit;
A high-stage compression mechanism unit that is arranged below the drive mechanism unit and driven by the drive mechanism unit;
A crankshaft that transmits a rotational force of the drive mechanism to the low-stage compression mechanism and the high-stage compression mechanism,
The shell is
The compressor has three internal spaces: a low-pressure space into which the low-stage compression mechanism draws a refrigerant; an intermediate-pressure space into which the refrigerant drawn from the low-pressure space is compressed by the low-stage compression mechanism and discharged; and a high-pressure space into which the refrigerant drawn from the intermediate-pressure space is compressed by the high-stage compression mechanism and discharged.
Each of the low-stage side compression mechanism unit and the high-stage side compression mechanism unit is
a compression chamber formed by combining a fixed scroll and an orbiting scroll, the fixed scroll having a scroll body protruding from a base plate; and a discharge port located in the center of the scroll body and communicating the compression chamber with the internal space,
The low-stage compression mechanism portion has an upwardly concave shape and a first rocking bearing portion into which an upper end portion of the crankshaft is fitted.
The high-stage compression mechanism portion has a hole penetrating in the vertical direction and has a second rocking bearing portion into which a lower end portion of the crankshaft is fitted,
An oil pump is provided below the crankshaft.
前記フレームの内部には、前記圧縮室に冷媒を導く流路が形成されており、
前記フレームの上部に形成された前記流路の入口の外周側には、フレームカバーが設けられている
請求項1に記載の二段スクロール圧縮機。 A frame is provided to hold the high-stage compression mechanism unit within the shell,
A flow path is formed inside the frame to guide a refrigerant to the compression chamber,
The two-stage scroll compressor according to claim 1 , further comprising a frame cover provided on an outer circumferential side of an inlet of the flow passage formed in an upper portion of the frame.
請求項2に記載の二段スクロール圧縮機。 The two-stage scroll compressor according to claim 2 , wherein an inclined surface is formed on an upper surface of the frame, the inclined surface being inclined downward toward an outer periphery.
前記フレーム、前記高段側圧縮機構部の前記固定スクロール、および、前記チャンバーの外周側に、前記傾斜面の外周側と前記シェルの下方に形成された油溜りとを連通させる通路が設けられている
請求項3に記載の二段スクロール圧縮機。 A chamber is provided on a rear surface of the fixed scroll of the high-stage compression mechanism section,
4. The two-stage scroll compressor according to claim 3, wherein a passage is provided on the outer circumferential side of the frame, the fixed scroll of the high-stage compression mechanism, and the chamber, for communicating the outer circumferential side of the inclined surface with an oil reservoir formed below the shell.
容積型ポンプであり、
前記クランクシャフトの回転に従い、前記油溜りに保有している冷凍機油を前記クランクシャフト内部に設けられた油回路を通して前記第1揺動軸受部および前記第2揺動軸受部に供給する
請求項4に記載の二段スクロール圧縮機。 The oil pump is
It is a positive displacement pump,
The two-stage scroll compressor according to claim 4, wherein refrigeration oil held in the oil sump is supplied to the first rocking bearing portion and the second rocking bearing portion through an oil circuit provided inside the crankshaft in accordance with rotation of the crankshaft.
請求項1~5のいずれか一項に記載の二段スクロール圧縮機。 The two-stage scroll compressor according to any one of claims 1 to 5 , wherein the refrigerant compressed in the compression chamber is carbon dioxide alone or a mixed refrigerant containing carbon dioxide.
請求項1~6のいずれか一項に記載の二段スクロール圧縮機。 The two-stage scroll compressor according to any one of claims 1 to 6, wherein when a line connecting the ends of the spiral body of the fixed scroll and the spiral body of the orbiting scroll of the low-stage compression mechanism is denoted by A and a line connecting the ends of the spiral body of the fixed scroll and the spiral body of the orbiting scroll of the high-stage compression mechanism is denoted by B, an angle θ between A and B is 30 degrees or more and 150 degrees or less.
請求項1~7のいずれか一項に記載の二段スクロール圧縮機。 The two-stage scroll compressor according to any one of claims 1 to 7, wherein the second rocking bearing portion is fitted to a second eccentric portion that is a lower end portion of the crankshaft with a small gap therebetween.
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