JPH05106567A - 密閉形スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】固定スクロール部材の鏡板の上方部側の上部容
器室１と、スクロールラップ側の圧縮室７とを連通する
通路を固定スクロール部材の鏡板部５に複数個設け、圧
縮室側に開口した通路の孔径はラップ厚さより大きくて
ラップ溝幅と同程度もしくは若干より小さく設定し、通
路には上下方向に移動可能な弁体と弁体２５１の変位を
抑制しかつ支持する弁受け手段３０１を備え、通路の孔
径は、たとえば圧縮室７側に開口した側の孔径をラップ
溝幅と同程度の円形状とし、一方、上部容器室１ａに開
口した側の孔径をラップ溝幅より大きい円形状とした円
錐形状の連通路とした。 【効果】広い回転速度の範囲で運転圧力に応じて圧縮室
の容積比が変化できるので圧縮機動力がより小さくな
り、低速運転時と高速運転時の圧縮機の性能が改善され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍空調用・冷蔵庫用
等の冷媒用圧縮機として用いられる密閉形スクロール圧
縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術の密閉形スクロール圧縮機
は、特開昭62−197684号公報に開示されているように、
スクロール圧縮機構部で圧縮された冷媒ガスは、上部の
吐出室から連通路を介して電動機室に至る。次いで冷媒
ガスは、電動機の周囲を通って、圧縮機の吐出管から外
部に流出する。圧縮室と吐出室とは、固定スクロール側
の鏡板部に設けた複数個の連通孔と連通孔を塞ぐリード
弁で隔離されている。この連通孔の孔径は、ラップ厚さ
より同等もしくは小さい寸法となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記引用例では、バイ
パス孔で圧縮室での過圧縮作用を防止している。しか
し、圧縮機が高速回転するとリード弁の追従性が悪くな
って、圧縮室での過圧縮作用を防止する作用がなくな
る。これは、圧縮機の回転数（運転周波数）が１５０Ｈ
ｚから１８０Ｈｚと高速回転化すると圧縮室の圧力変動
に対してリード弁の応答性がほとんどなくなるからであ
る。こうして、高速域での圧縮機の性能が低下すること
になる。このような現象は、吸入圧力の高くなる低速域
や中速域の運転条件でも発生する。吸入圧力が高くなる
と冷媒循環量が増大してバイパス用連通路での通路抵抗
が大きくなるためである。また、高速域では、過圧縮動
力の増加に伴い軸受荷重が増加し、軸受部の温度が上昇
するなど信頼性も低下する。

【０００４】本発明の目的は低速回転化と特に高速回転
化に伴う、いいかえれば、低速回転化と高速回転化のワ
イドレンジ化に伴う圧縮室の過圧縮現象に起因する圧縮
機の性能低下を解決することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】密閉容器内に、スクロー
ル圧縮機と電動機をフレームに支承した回転軸を介して
連設して収納すると共に、密閉容器室を上下室に区画
し、スクロール圧縮機は、円板状鏡板に渦巻状のラップ
を直立する固定スクロール部材及び旋回スクロール部材
を、ラップを内側にしてかみ合せ、旋回スクロール部材
を回転軸に連設する偏心軸部に係合し、旋回スクロール
部材を自転することなく固定スクロール部材に対し旋回
運動させ、固定スクロール部材には中心部に開口する吐
出口と外周部に開口する吸入口を設け、吸入口よりガス
を吸入し、両スクロール部材で形成される圧縮空間を中
心に移動させ容積を減少してガスを圧縮し、吐出口より
圧縮ガスを上部容器室に吐出し、通路を介し下部容器室
に導き、吐出管を介し器外に吐出する密閉形スクロール
圧縮機において、前記固定スクロール部材の鏡板の上方
部側の上部容器室と、スクロールラップ側の圧縮室とを
連通する通路を固定スクロール部材の鏡板部に複数個設
け、圧縮室側に開口した前記通路の孔径はラップ厚さよ
り大きくてラップ溝幅と同程度もしくは若干より小さく
設定し、前記通路には上下方向に移動可能な弁体と前記
弁体の変位を抑制しかつ支持する弁受け手段を備えるも
のである。前記弁体は、比較的軽量材の耐熱性のある樹
脂材料、また剛性の高い樹脂材料などで形成する。ま
た、上部容器室とスクロールラップ側の圧縮室とを連通
する通路を固定スクロール部材の鏡板部に複数個設け、
前記通路の孔径は、圧縮室側に開口した側の孔径をラッ
プ溝幅と同程度の円形状とし一方上部容器室に開口した
側の孔径を上記ラップ溝幅より大きい円形状とした円錐
形状の連通路構造とする。あるいは、前記通路には上下
方向に移動可能な弁体と前記弁体の変位を抑制しかつ支
持する弁受け手段を備え、前記弁体は電気的に通路を開
閉制御できる電動弁からなり、前記電動弁の前記弁体に
変位信号を電送する空調制御部を設けて、前記弁体の変
位量を制御してその通路面積を変えることにより吐出バ
イパス量を制御したことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明の作用を図１から図１１をもとにして説
明する。図１は、連通路２０１，２０２が弁体２５１，
２５２で塞がれた状態を示し、一方、図２は、吐出過程
時に弁体２５１，２５２が上方に移動して、連通路２０
１，２０２を介して上部容器室（以後「吐出室」と称す
る）１ａと圧縮室７とが連通した状態を示す。図３と図
４に示すように、固定スクロール部材５の鏡板５ａの上
方部側の吐出室１ａとスクロールラップ側の圧縮室７と
を連通する通路２０１，２０２を固定スクロール部材の
鏡板部５ａに設け、圧縮室７側に開口した通路の孔径は
ラップ厚さより大きくてラップ溝幅と同程度もしくは若
干より小さく設定している。このため、この通路を流れ
るガス量は、従来機に対して大幅に増加できる。カップ
状の弁体２５１，２５２は、比較的軽量材の耐熱性のあ
る樹脂材料で形成しているので、高速回転時にも、弁の
開閉の応答性がよくなる。このため、バイパス孔の通路
面積を広く設定しているので、過圧縮現象のときバイパ
ス弁体に作用する上向きの力が大きくなり、バイパス孔
での流路抵抗が小さくなることの相乗作用により、弁体
２５１，２５２の応答性が改善される。また、この応答
性の改善は、図２や図１１で示すように、連通路２０
１，２０２などをテーパ形状の通路とすることにより、
従来のストレート形状に対して、弁体のわずかな軸方向
の移動量でも大きな開口面積（通路面積）が得られるこ
とにも一因している。図９と図１０は、高速時と低速時
での作用と効果を説明するための図である。高速時での
弁体２５１，２５２の応答性が改善されることにより、
図９に示すように、吐出過程時での圧縮室の圧力は実線
から破線の変化をたどり、過圧縮動力（斜線部）がなく
なる。あるいは、吐出バイパス弁の弁体が電気的に通路
を開閉制御できる電動弁からなり、電動弁の弁体に変位
信号を電送する空調制御部を設けた構成により、弁体の
開閉動作を強制的に変化させて、この変位量を制御して
その通路面積を変えることができる。これにより吐出バ
イパス量を確実に制御できる。このようにして、複数個
の連通孔の位置により圧縮室に過圧縮現象が生じたと
き、この圧力をすみやかに上方部の吐出室に逃すことが
できるので、運転圧力（運転圧力比）に応じて圧縮室の
容積比が変化できる。そして圧縮機の必要動力がより小
さくなり、高速運転時の圧縮機の性能が改善される。こ
のため、年間を通して空調機の消費電力が大きく低減で
きる。また、図１０に示すように、低速時での低圧力比
運転条件では、過圧縮圧力をなくすことにより、内部漏
れの軽減効果とあいまって旋回スクロール背面側の背圧
室の圧力も低下する作用が生じる。従って、この低圧力
比時での給油差圧（吐出圧力と背圧室の圧力との差）が
より大きくとれて、従来機に対して運転圧力比の範囲が
より広くとれる。ひいては、圧縮機の信頼性を大幅に向
上できる効果に波及する。一方、上下方向に移動可能な
弁体と弁体の変位を抑制し、かつ、支持する弁受け手段
は、一個で構成するので、部品点数が最小で済み、製品
コスト面でも安価にできる。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を図１から図１４にわたって
示す。図１から図６の実施例について説明する。図１と
図２は、本発明の構成を示す密閉形スクロール圧縮機の
部分断面図である。図３と図４は、固定スクロール部材
５に複数個の連通用孔を設けた場合を示す実施例で、そ
の平面図と縦断面図である。図５は、上下方向に移動可
能な弁体２５１，２５２の斜視図である。図６は、弁体
２５１を連通用孔２０１に装着した場合を示す実施例
で、その縦断面図である。図１と図３に示すように、固
定スクロール部材５の鏡板５ａの上方部側の吐出室１ａ
と、スクロールラップ側の圧縮室７とを連通する通路２
０１，２０２，２０３と複数個を固定スクロール部材の
鏡板部５ａに設けている。孔２０３は、吐出口１０に体
して概ね一巻きスクロールラップの外側の位置にある。
圧縮室７側に開口した通路の孔径はラップ厚さｔより大
きくてラップ溝幅と同程度に設定し、通路には上下方向
に移動可能な弁体２５１，２５２と弁体の変位を抑制
し、かつ、支持する弁受け３０１を備える。弁受け３０
１は弁座２５１ｂ，２５２ｂおよび弁体と一体となって
おり、スプリング構造とする。この場合、弁受け３０１
は上チャンバ２ａの壁面で軸方向の動きが止められる。
また、この周囲には弁受け３０１の座クツ変形を防止す
るため円筒状のカバー４０１を取付けている。このよう
に、複数のバイパス弁体に対して一つの弁受け３０１に
て構成することは、組立て性においても有利となる。図
４に示すように、固定スクロール部材の鏡板内に設けた
通路の孔径は、圧縮室７側に開口した側の孔径をラップ
溝幅ｗと同程度の円形状とし、一方、吐出室１ａに開口
した側の孔径をラップ溝幅より大きい円形状とした円錐
形状の連通路構造としている。また、この連通路と係合
する弁体２５１，２５２も円錐形状としており、軽量化
のため底座部２５１ａを備えて内部を中空の構造として
いる。この円錐形状とすることにより、弁体の位置決め
が正確にできる。弁体の底部２５１ａとラップ溝底面部
５ｅとは微小すきまＬ、例えば数十ミクロン程度の位置
関係とする。これで、圧縮過程でのデッドボリュームを
最小限に抑えることができ、性能面でも有利となる。

【０００８】図７と図８は、本発明の構成を示すスクロ
ール圧縮機の圧縮室と連通用孔との位置関係を示す両ス
クロールが噛み合った時の平面図である。図７におい
て、連通路２０１は圧縮室７ａ，７ｂと両側の圧縮室と
連通しており、吐出口１０の通路とともに、過圧縮状態
のとき冷媒ガスはスムースに反ラップ側の吐出室にみち
びかれる。図８は、図７に対して連通路２０４を付加し
た場合で、連通路２０４は、固定スクロール部材５の鏡
板のラップ終端部により近い位置で、吐出口１０に対し
て約１.５ 巻スクロールラップの外側の位置にある。こ
の時は、圧縮室７ｃが吐出室１ａとつながっており、容
積比（図９に示すように、最大吸い込み容積、すなは
ち、行程容積Ｖｔｈと吐出時の最小容積Ｖ２との比、Ｖ
ｔｈ／Ｖ２の値）としてはこれまでの実施例で最も小さ
いものとなる。

【０００９】図１１と図１２は、その他の本発明の一実
施例を示すスクロール圧縮機の部分断面図と平面図であ
る。固定スクロール部材５の鏡板５ａの上方部側の吐出
室１ａと、スクロールラップ側の圧縮室７とを連通する
通路２０１，２０２に上下方向に移動可能なカップ状の
弁体２５１，２５２をそれぞれ設け、複数の弁体の変位
を抑制し、かつ、支持する弁受け手段となる平板３０２
を固スクロール部材の鏡板の真上に近接して一つ備えて
いる。この平板３０２は固定スクロール５に止めボルト
３０２ｃで固定されている。平板３０２の位置は、固定
鏡板部５ａの上端面５ｍからＬ２寸法とし、この寸法は
弁体２５１，２５２の高さＬｃ寸法（図５参照）より小
さく設定する。これにより、弁体２５１，２５２の連通
孔からの着脱を防止する。図１２で示すように、平板３
０２で吐出室１ａに流出する冷媒ガスが衝突して四方向
に方向変換されて、ガス中に混ざった油が分離しやすく
なる。すなわち、本構成とすることにより、ガスバイパ
ス機能とともに、吐出室１ａ空間での油分離作用が向上
し、ひいては密閉容器１としての油分離効率が改善され
る。

【００１０】図１３は、図１１の実施例を密閉形スクロ
ール圧縮機に組み込んだ場合の全体構成を示す縦断面図
である。図１３に示すように、密閉容器１内の上方に圧
縮機部１００が、下方に電動機部３が収納されている。
そして、密閉容器１内は上部室１ａ（吐出室）と電動機
室１ｂ，１ｃとに区画されている。

【００１１】圧縮機部１００は固定スクロール部材５と
旋回スクロール部材６を互いに噛合せて圧縮室（密閉空
間）７を形成している。固定スクロール部材５は、円板
状の鏡板５ａと、これに直立しインボリュート曲線ある
いはこれに近似の曲線に形成されたラップ５ｂとからな
り、その中心部に吐出口１０，外周部に吸入口１６を備
えている。旋回スクロール部材６は円板状の鏡板６ａ
と、これに直立し、固定スクロールのラップと同一形状
に形成されたラップ６ｂと、鏡板の反ラップ面に形成さ
れたボス６ｃからなっている。フレーム１１は中央部に
軸受部を形成し、この軸受部に回転軸１４が支承され、
回転軸先端の偏心軸１４ａは、ボス６ｃに旋回運動が可
能なように挿入されている。また、フレーム１１には固
定スクロール部材５が複数本のボルトによって固定さ
れ、旋回スクロール部材６はオルダムリングおよびオル
ダムキーよりなるオルダム機構１２によってフレーム１
１に支承され、旋回スクロール部材６は固定スクロール
部材５に対して、自転しないで旋回運動をするように形
成されている。回転軸１４には下部に、ロータ３ｂに固
定された電動機軸１４ｂを一体に連設し、電動機部３を
直結している。固定スクロール部材５の吸入口１６には
密閉容器１を貫通して垂直方向の吸入管１７が接続さ
れ、吐出口１０が開口している上部室１ａは通路１８
ａ，１８ｂを介して上部電動機室１ｂと連通している。
この上部電動室１ｂは電動機ステータ３ａと密閉容器１
側壁との間の通路２１を介して下部電動機室１ｃに連通
している。また上部電動機室１ｂは密閉容器１を貫通す
る吐出管２０に連通している。固定スクロール部材５の
鏡板５ａの上方部側の吐出室１ａと、スクロールラップ
側の圧縮室７とを連通する通路２０１，２０２に上下方
向に移動可能なカップ状の弁体２５１，２５２をそれぞ
れ設け、複数の弁体の変位を抑制し、かつ、支持する弁
受け手段となる平板３０２を固スクロール部材の鏡板の
真上に近接して一つ備えている。

【００１２】なお、２２は密閉容器底部の油溜りを示
す。尚、図中実線矢印は冷媒ガスの流れ方向、破線矢印
は油の流れ方向を示す。潤滑油２２ａは、密閉容器１の
下部に油溜り２２として溜められる。回転軸１４の下端
は偏心軸部（クランクピン）１４ａを備え、偏心軸部１
４ａが旋回スクロール６の鏡板６ａのボス部６ｃ内の旋
回軸受３２を介して、スクロール圧縮要素部である旋回
スクロール６と係合している。回転軸１４には、各軸受
部への給油を行なうための中心縦孔１３が回転軸１４の
下端から上端面まで形成される。１３ａは、回転軸１４
の下端と底部油溜り２２を連ねる揚油管である。偏心軸
部１４ａの下部には、旋回スクロール６のボス部６ｃの
先端面と対向する主軸受４０の上部にバランスウエイト
８が回転軸１４と結合し一体化して形成されている。潤
滑油２２ａの油溜り２２内に浸漬けされた揚油管１３ａ
の下端は高圧の吐出圧力Ｐｄを受けており、一方、下流
となる旋回軸受３２（図１参照）及び主軸受(すべり軸
受３１，ころがり軸受４０)のまわりは、旋回鏡板６ａ
に設けた細孔６ｄ（図１参照）により圧縮途中の圧力で
ある中間圧力Ｐｍを受けているため、（Ｐｄ−Ｐｍ）の
圧力差によって、容器底部の油溜り２２中の潤滑油２２
ａは、中心縦孔１３内を上昇する。

【００１３】このように、各軸受部への給油を、中心縦
孔給油による差圧給油法によって行なう。

【００１４】中心縦孔１３内を上昇した潤滑油２２ａ
は、主軸受３１ａ及び旋回軸受３２へ給油される。旋回
軸受３２へ給油された油は、背圧室４１に流入し、背圧
室４１に流入した油は冷媒ガスと混合し、ひいては、背
圧孔６ｄ（図１参照）を介して圧縮室７に流出する。圧
縮室７に至った油は、冷媒ガスとともに加圧され、固定
スクロール５上方の吐出室１ａさらに電動機室１ｂへと
移動する。この吐出室１ａと電動機室１ｂとで主に冷媒
ガスと油は分離され、油は密閉容器１の下部の油溜り２
２に落下し、再び各摺動部に供給される。

【００１５】図１４は、さらにその他の本発明の構成を
示す密閉形スクロール圧縮機の部分断面図である。連通
路２０３，２０２には上下方向に移動可能な弁体２５３
（２５２）と弁体の変位を抑制し、かつ、支持する弁受
け手段２５７を備えている。弁受け手段２５７にはスプ
リング部材２５７ｃが弁体２５３を支えている。弁体に
は、それぞれの連通路の数に応じて電気的に通路を開閉
制御できるマグネットコイルをもつ複数の電動弁１５
０，１５１を備えており、個々の電動弁の弁体に変位信
号を電送する一つの空調制御部１５５を設ける。たとえ
ば、圧力変換器（図示せず）などによって吸入圧力Ｐｓ
と吐出圧力Ｐｄや回転数Ｎｏの信号を空調制御部１５５
で受けて、これらの運転状態に応じて弁体２５２，２５
３の変位を個々に強制的に電気的に制御する。なお、こ
の空調制御部１５５はＡ／Ｄ変換器などのインタフェー
スとマイコンとからなっている。空調制御部１５５はイ
ンバータ部２００から運転周波数をひろってきたり、あ
るいは、前述のように圧力変換器などから圧力信号を受
けて、それらに応じて電気信号を弁部２５２，２５３な
どの弁開度を個々に調整する。この操作により、吐出バ
イパス量を運転状態により確実に制御でき、運転圧力
（運転圧力比）に応じて圧縮室の容積比が容易に、しか
も、確実に変化させることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば次の効果がある。

【００１７】(1）広い回転速度の範囲において、運転圧
力（運転圧力比）に応じて圧縮室の容積比が変化できる
ので背圧室の圧力がより適正に維持することができ、運
転圧力比範囲がより広くとれる。特に、低圧力比への運
転範囲が拡大できる。

【００１８】(2）低速運転時と高速運転時の圧縮機の性
能と信頼性を大幅に向上できる。このため、年間を通し
て空調機の消費電力が大きく低減できる。

【００１９】(3）軸受荷重の大幅低減により、とくに高
速域での圧縮機の信頼性が向上する。

【００２０】(4）複数の弁体の変位を抑制しかつ支持す
る弁受け手段となる平板を固スクロール部材の鏡板の真
上に近接して設けたため、この周辺部での油分離作用が
向上し、密閉容器としての油分離効率が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す密閉形スクロール圧縮機の
部分断面図。

【図２】本発明の構成を示す密閉形スクロール圧縮機の
部分断面図。

【図３】固定スクロール部材５に連通用孔を設けた場合
を示す実施例の平面図。

【図４】固定スクロール部材５に連通用孔を設けた場合
を示す実施例の縦断面図。

【図５】上下方向に移動可能な弁体の斜視図。

【図６】弁体を連通用孔に装着した場合を示す実施例の
縦断面図。

【図７】本発明の構成を示すスクロール圧縮機の圧縮室
と連通用孔との位置関係を示すもので両スクロールが噛
み合った時の平面図。

【図８】本発明の構成を示すスクロール圧縮機の圧縮室
と連通用孔との位置関係を示すもので両スクロールが噛
み合った時の平面図。

【図９】作用と効果の説明図。

【図１０】作用と効果の説明図。

【図１１】本発明の一実施例を示すスクロール圧縮機の
部分断面図と平面図。

【図１２】本発明の一実施例を示すスクロール圧縮機の
部分断面図と平面図。

【図１３】密閉形スクロール圧縮機の全体構成を示す縦
断面図。

【図１４】本発明の構成を示す密閉形スクロール圧縮機
の部分断面図。

【符号の説明】

１…密閉容器、１ａ…上部容器室、１ｂ…電動機室(下
部容器室)、３…電動機、５…固定スクロール、５ａ…
固定スクロール鏡板部、６…旋回スクロール、７…圧縮
室、１１…フレーム、２２…油溜り、３２…旋回軸受、
４１…背圧室、１５５…空調制御部、２０１，２０２，
２０３…連通路、２５１，２５２，253…弁体、３０
１，３０２…弁受け手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉容器内に、スクロール圧縮機と電動機
   をフレームに支承した回転軸を介して連設して収納する
   と共に、密閉容器室を上下室に区画し、前記スクロール
   圧縮機は、円板状の鏡板に渦巻状のラップを直立する固
   定スクロール部材及び旋回スクロール部材を、ラップを
   内側にしてかみ合せ、前記旋回スクロール部材を回転軸
   に連設する偏心軸部に係合し、前記旋回スクロール部材
   を自転することなく前記固定スクロール部材に対して旋
   回運動させ、前記固定スクロール部材には中心部に開口
   する吐出口と外周部に開口する吸入口を設け、前記吸入
   口よりガスを吸入し、両スクロール部材で形成される圧
   縮空間を中心に移動させ容積を減少してガスを圧縮し、
   前記吐出口より圧縮ガスを上部容器室に吐出し、通路を
   介し下部容器室に導き、吐出管を介して器外に吐出する
   密閉形スクロール圧縮機において、 前記固定スクロール部材の前記鏡板の上方部側の前記上
   部容器室と、スクロールラップ側の圧縮室とを連通する
   通路を前記固定スクロール部材の鏡板部に複数個設け、
   前記圧縮室側に開口した前記通路の孔径はラップ厚さよ
   り大きくてラップ溝幅と同程度もしくは若干より小さく
   設定し、前記通路には上下方向に移動可能な弁体と前記
   弁体の変位を抑制しかつ支持する弁受け手段を備えたこ
   とを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。