WO2016093151A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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WO2016093151A1
WO2016093151A1 PCT/JP2015/084049 JP2015084049W WO2016093151A1 WO 2016093151 A1 WO2016093151 A1 WO 2016093151A1 JP 2015084049 W JP2015084049 W JP 2015084049W WO 2016093151 A1 WO2016093151 A1 WO 2016093151A1
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wrap
chamber
movable
fixed side
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PCT/JP2015/084049
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English (en)
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Inventor
康夫 水嶋
泰弘 村上
Original Assignee
ダイキン工業株式会社
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    • F04C29/023Lubricant distribution through a hollow driving shaft

Definitions

  • the present invention relates to a scroll compressor.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149376 discloses that the compression chamber has a bottom of the fixed scroll (fixed side end plate).
  • a scroll compressor in which a relief hole common to the A chamber and the B chamber is formed to suppress over-compression loss is disclosed.
  • the A chamber is a compression chamber formed by being surrounded by the outer peripheral surface of the movable scroll wrap and the inner peripheral surface of the fixed scroll wrap.
  • the B chamber is a compression chamber formed by being surrounded by the inner peripheral surface of the movable scroll wrap and the outer peripheral surface of the fixed scroll wrap.
  • a relief hole is not provided in each of the A chamber and the B chamber, but a common relief hole is provided to suppress deterioration in efficiency due to an increase in dead volume. However, it is possible to suppress over-compression loss.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149376
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149376 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149376
  • the overcompression loss of the B chamber is sufficiently suppressed even though the overcompression loss of the A chamber can be sufficiently suppressed by the relief holes. In some cases, a state that cannot be suppressed occurs and high-efficiency operation is difficult.
  • An object of the present invention is to provide a scroll compressor capable of effectively suppressing overcompression loss in both the A room and the B room.
  • the scroll compressor according to the first aspect includes a fixed scroll and a movable scroll.
  • the fixed scroll includes a fixed side end plate and a fixed side wrap extending from the front surface of the fixed side end plate.
  • the movable scroll has a movable side end plate and a movable side wrap extending from the front surface of the movable side end plate.
  • the fixed side wrap and the movable side wrap are combined in a state where the front surface of the fixed side end plate and the front surface of the movable side end plate face each other, and are surrounded by the outer peripheral surface of the movable side wrap and the inner peripheral surface of the fixed side wrap.
  • the chamber and the second compression chamber surrounded by the inner peripheral surface of the movable wrap and the outer peripheral surface of the fixed wrap are formed as a compression chamber.
  • the fixed side end plate is formed with a discharge port and a relief hole penetrating from the front surface to the back surface, respectively.
  • the relief hole communicates with the first compression chamber and the second compression chamber for a predetermined period.
  • the relief hole is common to the first compression chamber and the second compression chamber.
  • a recess is formed on the front surface of the movable side end plate to allow communication between the second compression chamber and the discharge port.
  • the second compression chamber in the post-compression stage and the discharge port communicate with each other through a gap between the tip of the fixed side wrap and the recessed portion before communicating with the side gap between the fixed side wrap and the movable side wrap.
  • the overcompression of the first compression chamber and the second compression chamber is performed using only the relief hole under the low speed / low pressure ratio condition. It is difficult to sufficiently suppress both losses. Specifically, in order to sufficiently suppress the overcompression loss of the second compression chamber, before the second compression chamber in the post-compression stage and the discharge port communicate with each other via the side gap between the fixed side wrap and the movable side wrap. In addition, if the second compression chamber and the relief hole are to communicate with each other, it is necessary to shift the position of the relief hole to the front stage side. If the relief holes are arranged in this manner, the overcompression loss of the first compression chamber cannot be sufficiently suppressed.
  • the concave portion is formed in the movable side end plate, and the second compression chamber and the discharge port communicate with each other via a side gap between the fixed side wrap and the movable side wrap. Before, it communicates via the clearance gap between the front-end
  • an increase in the dead volume of the compression chamber can be suppressed as compared with the case where individual relief holes are provided in the first compression chamber and the second compression chamber.
  • the scroll compressor according to the second aspect is the scroll compressor according to the first aspect, and the recess has a step.
  • the dent is divided into a first dent and a second dent having a deeper dent than the first dent by a step.
  • the edge of the fixed side wrap on the outer peripheral surface side of the fixed side wrap faces the first dent, and then faces the second dent.
  • the concave portion has a step, and the first concave portion is formed in which the gap with the tip of the fixed side wrap is relatively small.
  • tip of a fixed side wrap opposes a 1st dent part, before facing the 2nd dent part with a deep dent depth. Therefore, at the start of communication between the second compression chamber and the discharge port via the recess, the clearance between the recess (first recess) and the tip of the fixed wrap is kept relatively small, and the high-speed refrigerant circulation amount is high. ⁇
  • the passage resistance can be kept relatively large during high pressure ratio operation. Therefore, it is possible to suppress an increase in backflow loss due to insufficient compression during high speed / high pressure ratio operation.
  • the scroll compressor according to the third aspect is the scroll compressor according to the second aspect, wherein the edge of the outer peripheral surface side of the fixed side wrap at the front end of the fixed side wrap is the second end of the compression chamber of the second compression chamber. After facing the two dents, the second compression chamber communicates with the relief hole.
  • the second compression chamber and the discharge port communicate with each other through a gap between the tip of the fixed wrap and the first and second recessed portions.
  • the refrigerant flows from the second compression chamber to the discharge port through the gap. Therefore, it is easy to suppress the overcompression loss of the second compression chamber when the scroll compressor is operated under the low speed / low pressure ratio condition.
  • a scroll compressor according to a fourth aspect is the scroll compressor according to the second aspect, wherein the edge of the outer peripheral surface side of the fixed side wrap at the front end of the fixed side wrap is the second end of the second compression chamber.
  • the second compression chamber and the relief hole communicate with each other after facing the first dent and before facing the second dent.
  • the second compression chamber communicates with the discharge port through a gap between the tip of the fixed side wrap and the first recess, and the second compression chamber passes through this gap. 2 Refrigerant flows from the compression chamber to the discharge port. Therefore, it is easy to suppress the overcompression loss of the second compression chamber when the scroll compressor is operated under the low speed / low pressure ratio condition.
  • a scroll compressor according to a fifth aspect is the scroll compressor according to any one of the second to fourth aspects, wherein an opening area formed in a gap between the tip of the fixed side wrap and the first recessed portion, and a discharge
  • the ratio with the opening area of the port is equal to the ratio between the minimum rotation speed and the maximum rotation speed of the scroll compressor.
  • the ratio of the opening area of the gap between the tip of the fixed wrap and the first recess and the opening area of the discharge port that can suppress the passage resistance when the compressor is at the maximum rotational speed is the ratio of the scroll compressor. It is equal to the ratio of the minimum speed and the maximum speed. Therefore, while suppressing over-compression loss under the low speed / low pressure ratio condition, the passage resistance of the gap between the tip of the fixed side wrap and the first recess is kept relatively high under the high speed / high pressure ratio condition, and the reverse flow due to insufficient compression An increase in loss can be suppressed.
  • the overcompression of the first compression chamber and the second compression chamber is performed using only the relief hole under the low speed / low pressure ratio condition. It is difficult to sufficiently suppress both losses. Specifically, in order to sufficiently suppress the overcompression loss of the second compression chamber, before the second compression chamber in the post-compression stage and the discharge port communicate with each other via the side gap between the fixed side wrap and the movable side wrap. In addition, if the second compression chamber and the relief hole are to communicate with each other, it is necessary to shift the position of the relief hole to the front stage side. If the relief holes are arranged in this manner, the overcompression loss of the first compression chamber cannot be sufficiently suppressed.
  • a recess is formed in the movable side end plate, and the second compression chamber and the discharge port are communicated with each other via a side gap between the fixed side wrap and the movable side wrap. In addition, it communicates through a gap between the tip of the fixed side wrap and the recessed portion of the movable side end plate. Therefore, the overcompression loss of the first compression chamber can be suppressed to the maximum by the relief hole, and the overcompression loss of the second compression chamber can be suppressed by using the recessed portion and the relief hole. Can be effectively suppressed. In addition, here, an increase in the dead volume of the compression chamber can be suppressed as compared with the case where individual relief holes are provided in the first compression chamber and the second compression chamber.
  • FIG. 5 is an enlarged vertical cross-sectional view of the center side (near the discharge port) of the fixed scroll and the movable scroll. It is the top view which looked at the movable scroll of the scroll compressor of FIG. 1 from upper direction.
  • FIG. 7 depicts a state immediately before the first compression chamber communicates with the discharge port via the side gap between the fixed side wrap and the movable side wrap. It is a figure which shows typically the state with which the fixed scroll and movable scroll of the scroll compressor of FIG. 1 were combined. It is the figure which looked through the movable side end plate through the state where the fixed scroll and the movable scroll were combined from below.
  • FIG. 8 depicts a state in which the left end portion of the preceding opening recess and the outer peripheral surface of the fixed side lap overlap each other in plan view. It is a figure which shows typically the state with which the fixed scroll and movable scroll of the scroll compressor of FIG. 1 were combined. It is the figure which looked through the movable side end plate through the state where the fixed scroll and the movable scroll were combined from below.
  • the configuration of the movable scroll is drawn with a two-dot chain line.
  • FIG. 9 illustrates a state in which the right end of the preceding opening recess (the left end of the discharge counterbore) and the outer peripheral surface of the fixed side lap overlap each other in plan view. Further, FIG. 9 depicts a state immediately before the second compression chamber communicates with the discharge port via the side gap between the fixed side wrap and the movable side wrap.
  • 2 is a timing chart showing communication timings of first and second compression chambers and a chamber chamber of the scroll compressor of FIG. 1.
  • FIG. 10 depicts a timing chart based on the closing of the first compression chamber (the rotation angle when the first compression chamber is closed is 0 degree (deg)).
  • FIG. 3 is a graph showing a change in the area (communication area) of a passage communicating the first and second compression chambers and the chamber chamber of the scroll compressor of FIG. 1.
  • the rotation angle is based on the first compression chamber when it is closed (the rotation angle when the first compression chamber is closed is 0 degree ( deg)).
  • the rotation angle is based on the time when the second compression chamber is closed (the rotation angle when the second compression chamber is closed is 0). Deg).
  • the scroll compressor 10 is mounted on, for example, an outdoor unit of an air conditioner and constitutes a part of a refrigerant circuit of the air conditioner.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a scroll compressor 10 according to an embodiment.
  • the scroll compressor 10 mainly includes a casing 20, a compression mechanism 30, a drive motor 60, a crankshaft 70, and a lower bearing 75.
  • the compression mechanism 30 includes a fixed scroll 40 and a movable scroll 50 (see FIG. 1).
  • expressions such as “upper” and “lower” may be used to describe the direction and arrangement, but the direction of the arrow U in FIG. To do.
  • expressions such as parallel and orthogonal may be used, but this includes the case of substantially parallel or orthogonal, that is, the case of substantially parallel or substantially orthogonal.
  • the scroll compressor 10 has a vertically long cylindrical casing 20.
  • the casing 20 includes a cylindrical member 21 that is open at the top and bottom, and an upper lid 22a and a lower lid 22b that are provided at the upper end and the lower end of the cylindrical member 21, respectively.
  • the cylindrical member 21 and the upper lid 22a and the lower lid 22b are fixed by welding so as to keep airtightness.
  • the casing 20 accommodates the components of the scroll compressor 10 including the compression mechanism 30, the drive motor 60, the crankshaft 70, and the lower bearing 75.
  • An oil reservoir space 25 is formed in the lower part of the casing 20. Refrigerating machine oil O for lubricating the compression mechanism 30 and the like is stored in the oil reservoir space 25.
  • a suction pipe 23 for sucking in a refrigerant that is a compression target of the compression mechanism 30 is provided so as to penetrate the upper lid 22a (see FIG. 1).
  • the lower end of the suction pipe 23 is connected to a fixed scroll 40 of the compression mechanism 30 described later.
  • the suction pipe 23 communicates with a compression chamber Sc of the compression mechanism 30 described later.
  • a low-pressure refrigerant before compression flows through the suction pipe 23.
  • the middle part of the cylindrical member 21 of the casing 20 is provided with a discharge pipe 24 through which the refrigerant discharged outside the casing 20 passes (see FIG. 1).
  • the discharge pipe 24 is arranged so that the end of the discharge pipe 24 inside the casing 20 protrudes below a housing 31 of the compression mechanism 30 described later. High-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism 30 (high-pressure refrigerant in the refrigeration cycle) flows through the discharge pipe 24.
  • the compression mechanism 30 mainly includes a housing 31, a fixed scroll 40 disposed above the housing 31, and a compression chamber Sc in combination with the fixed scroll 40. And a movable scroll 50 for forming
  • the compression mechanism 30 is an asymmetric spiral structure (asymmetric wrap type) scroll compressor.
  • the fixed scroll 40 includes a disk-shaped fixed side end plate 41 and a spiral (involute shape) fixed side wrap 42 extending downward from the front surface 41a (lower surface) of the fixed side end plate 41. And a peripheral edge portion 43 surrounding the fixed side wrap 42.
  • a non-circular discharge port 41c communicating with a compression chamber Sc, which will be described later, is formed through substantially the center of the fixed side end plate 41 in the thickness direction (up and down direction).
  • the discharge port 41c extends through the fixed side end plate 41 from the front surface 41a to the back surface 41b (upper surface).
  • the opening area A1 of the discharge port is designed to be a value that can suppress an increase in passage resistance even when the drive motor 60 of the scroll compressor 10 is operated at a maximum rotational speed N1 described later and the amount of refrigerant increases.
  • An enlarged recess 41d (see FIG. 1) is formed on the upper surface of the fixed side end plate 41 so as to be recessed downward.
  • the enlarged recess 41d is a recess formed in a substantially circular shape in plan view (see FIG. 3).
  • the enlarged recess 41d communicates with the discharge port 41c (see FIG. 1).
  • a lid body 44 is fixed with bolts 44a so as to close the enlarged recess 41d (see FIG. 1).
  • a chamber chamber 45 is formed between the enlarged recess 41d and the lid 44 (see FIG. 1).
  • a gasket 46 (see FIG.
  • the chamber chamber 45 functions as a muffler space that reduces the passage sound of the refrigerant.
  • the chamber chamber 45 communicates with the refrigerant passage 32 formed over the fixed scroll 40 and the housing 31 (see FIG. 3).
  • the refrigerant passage 32 is a passage that communicates the chamber chamber 45 and the high-pressure space below the housing 31.
  • Relief holes 47 are formed in the fixed side end plate 41 so as to penetrate the fixed side end plate 41 in the thickness direction (vertical direction) (see FIG. 5). In other words, the relief hole 47 extends through the fixed side end plate 41 from the front surface 41a to the back surface 41b.
  • the fixed side end plate 41 has relief holes 47 (first relief hole 47a, second relief hole 47b, third relief hole 47c, and fourth relief hole 47d) at four locations (see FIG. 2).
  • the four sets of relief holes 47 are common to the compression chamber Sc, more specifically, a first compression chamber 80 and a second compression chamber 90 (see FIGS. 5 and 7 to 9) described later. In other words, the four sets of relief holes 47 are shared by the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90.
  • each relief hole 47 is located at a position away from the fixed side wrap 42 when the fixed side end plate 41 is viewed from the lower surface side, specifically, at an intermediate position between the adjacent fixed side wraps 42.
  • the relief holes 47 formed in the fixed side end plate 41 are arranged along the fixed side wrap 42 in order from the outer peripheral side of the fixed side end plate 41 of the fixed side wrap 42 in order from the first relief hole 47a and the second relief hole 47b.
  • the first relief hole 47 a is a relief hole 47 arranged on the outermost peripheral side of the fixed side end plate 41
  • the fourth relief hole 47 d is a relief hole arranged on the most center side of the fixed side end plate 41.
  • the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90 are respectively connected to the relief hole 47 in the order of the first relief hole 47a, the second relief hole 47b, the third relief hole 47c, and the fourth relief hole 47d in one cycle. Communicate for a predetermined period.
  • the relief hole 47 can be configured as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149376.
  • each relief hole 47 is formed in the pair of round holes 147a formed on the front surface 41a side of the fixed side end plate 41 and the rear surface 41b side of the fixed side end plate 41, and communicates with both the pair of round holes 147a. And a counterbore hole 147b (see FIG. 5).
  • the relief hole 47 extends through the fixed side end plate 41 from the front surface 41a to the back surface 41b by a round hole 147a and a counterbore hole 147b.
  • Each pair of round holes 147a is a region (movable scroll 50 that is the maximum overlap position when the reciprocating movement of a movable side wrap 52 of the movable scroll 50 described later reciprocates with respect to the round hole 147a.
  • the movable side wrap 52 which is an overlapping portion of the locus of the movable side wrap 52 (see FIG. 4).
  • the movable side wrap 52 in the forward direction of the movable side wrap 52 reciprocating is shown as 152a
  • the movable side wrap 52 in the backward direction is shown as 152b.
  • each round hole 147a may be disposed inside the region 48.
  • Two or more round holes 147a are arranged along the longer diagonal line when the region 48 is regarded as a rhombus (see FIG. 4).
  • the pair of round holes 147a are arranged along the fixed side wrap 42 (see FIG. 2).
  • the diameter of each round hole 147a is larger than the tooth thickness of the chamfered tip (not shown) of the movable side wrap 52 of the movable scroll 50, and the teeth at the center of the movable side wrap 52 of the movable scroll 50 are included. It is set smaller than the thickness.
  • the counterbore hole 147b (see FIG. 5) is disposed on the back surface 41b side of the fixed side end plate 41 and communicates with both the pair of round holes 147a.
  • a relief valve 147c is arranged at the opening on the back surface 41b side of the fixed side end plate 41 of the counterbore 147b.
  • the relief valve 147c is disposed in the enlarged recess 41d.
  • the relief valve 147c is a check valve.
  • the relief valve 147c is provided with a relief valve presser 147d that limits the opening range of the relief valve 147c.
  • the fixed side wrap 42 is formed in a spiral shape (involute shape) and protrudes downward from the front surface 41 a of the fixed side end plate 41.
  • the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52 of the movable scroll 50 described later are combined in a state where the front surface 41a (lower surface) of the fixed side end plate 41 and the front surface 51a (upper surface) of the movable side end plate 51 face each other.
  • a compression chamber Sc is formed between the adjacent fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52 (see FIG. 1).
  • the compression chamber Sc includes a chamber A formed by the outer peripheral surface 52a of the movable side wrap 52 of the movable scroll 50 and the inner peripheral surface 42b of the fixed side wrap 42 of the fixed scroll 40, and the movable scroll.
  • the A chamber is called a first compression chamber 80 and the B chamber is called a second compression chamber 90.
  • the peripheral edge 43 is formed in a thick ring shape and is disposed so as to surround the fixed side wrap 42 (see FIG. 2).
  • the movable scroll 50 includes a substantially disc-shaped movable side end plate 51 and a spiral (involute shape) movable side wrap 52 extending upward from the front surface 51a (upper surface) of the movable side end plate 51. And a boss portion 53 formed in a cylindrical shape protruding downward from the back surface 51b (lower surface) of the movable side end plate 51 (see FIG. 1).
  • a recessed portion 56 is formed near the center of the front surface 51a of the movable side end plate 51 (see FIGS. 5 and 6).
  • the recessed portion 56 is formed so as to be recessed downward with respect to the surface with which the tip 42c of the fixed side wrap 42 (the tooth tip of the fixed side wrap 42) comes into sliding contact (see FIG. 5).
  • the recess 56 passes below the tip 42c of the fixed side wrap 42, the gap between the movable side end plate 51 and the fixed side wrap 42 is not sealed (see FIG. 5).
  • the recessed portion 56 is formed to allow the second compression chamber 90 (B chamber) and the discharge port 41c to communicate with each other.
  • the recess 56 is fixed before the second compression chamber 90 and the discharge port 41c in the latter stage of compression (the second half of the compression stroke) communicate with each other via the side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52. It forms so that it may communicate through the clearance gap between the front-end
  • the recess 56 is formed before the second compression chamber 90 in the latter stage of compression (the second half of the compression stroke) communicates with the relief hole 47 (that is, the fourth relief hole 47d) on the most central side of the fixed side end plate 41. It is formed so as to communicate with the discharge port 41 c through a gap between the tip 42 c of the fixed side wrap 42 and the recess 56.
  • the recess 56 has a step 56a (see FIGS. 5 and 6).
  • the recessed portion 56 is divided into a preceding opening recessed portion 54 and a discharge counterbore portion 55 that is deeper than the preceding opening recessed portion 54 (recessed below the preceding opening recessed portion 54) by the step 56a.
  • the preceding opening recess 54 is an example of a first recess.
  • the discharge counterbore portion 55 is an example of a second recess portion.
  • the leading opening recess 54 is formed in a shape that matches the shape of the fixed side wrap 42. Therefore, the arrangement of the leading opening dent 54 and the fixed side wrap 42 changes as follows.
  • the second compression chamber 90 and the discharge port 41c in the post-compression stage communicate with each other via a gap between the distal end 42c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54, and then a predetermined period elapses.
  • the front end 42c of the fixed side wrap 42 communicates through the clearance between the front end 42c of the fixed side wrap 42 and the discharge counterbore 55 (in a state where the front end 42c of the fixed side wrap 42 does not face the preceding opening recess 54).
  • the edge of the distal end 42 c of the fixed side wrap 42 on the outer peripheral surface 42 a side of the fixed side wrap 42 faces the preceding opening recess 54, and then the discharge counterbore part Opposite to 55. That is, in the post-compression stage of the second compression chamber 90, after the leading opening recess 54 passes below the edge on the outer peripheral surface 42a side of the tip 42c of the fixed side wrap 42, the discharge counterbore 55 passes.
  • the second compression chamber 90 and the discharge port 41c in the post-compression stage communicate with each other via an opening having a low height (a gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54), After a lapse of a predetermined period (without passing through a low-height opening), communication is established via a high-height opening (a gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the discharge counterbore 55). Therefore, even if the recess 56 is provided, the passage resistance can be kept relatively large under the high speed operation / high pressure ratio condition, and an increase in the backflow loss due to insufficient compression can be suppressed.
  • the length of the portion where the outer peripheral surface 42a of the fixed side wrap 42 overlaps the preceding opening recess 54 slightly changes while changing from the state shown in FIG. 8 to the state shown in FIG. Therefore, here, the average of the opening area A1, the height H, and the length of the portion where the outer peripheral surface 42a of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54 overlap while changing from the state shown in FIG. 8 to FIG.
  • the ratio of the product of the values is designed to be equal to the ratio of the maximum rotation speed N1 and the minimum rotation speed N2 of the scroll compressor 10.
  • the keyway 51c is formed in the back 51b of the periphery of the movable side end plate 51 (see FIG. 6).
  • An Oldham coupling 33 (see FIG. 1) is fitted in each keyway 51c.
  • the Oldham coupling 33 is a member for preventing the rotational movement of the movable scroll 50.
  • the Oldham coupling 33 is also fitted into an Oldham groove (not shown) formed in the housing 31.
  • the movable scroll 50 is supported by the housing 31 via the Oldham coupling 33.
  • the boss portion 53 is a cylindrical portion extending downward from the back surface 51b of the movable side end plate 51 (see FIG. 1).
  • the boss portion 53 is a cylindrical portion whose upper end is blocked.
  • the compression chamber Sc decreases in volume as it moves in the center direction of the fixed side end plate 41 and the movable side end plate 51 due to the revolution of the movable scroll 50, and the pressure in the compression chamber Sc increases at the same time. To do. That is, the pressure in the central compression chamber Sc is higher than that in the peripheral compression chamber Sc.
  • the refrigerant compressed in the compression chamber Sc is discharged from the discharge port 41 c formed at the top of the fixed scroll 40 to the upper chamber chamber 45 and passes through the refrigerant passage 32 formed in the fixed scroll 40 and the housing 31. And flows into the space below the housing 31.
  • the housing 31 is a member disposed below the movable side end plate 51 of the movable scroll 50 (see FIG. 1).
  • the housing 31 is press-fitted into the cylindrical member 21 of the casing 20, and the entire outer periphery of the housing 31 is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical member 21.
  • the fixed scroll 40 is disposed above the housing 31 so that the upper end surface of the housing 31 and the lower surface of the peripheral edge 43 of the fixed scroll 40 are in close contact with each other (see FIG. 1).
  • the housing 31 and the fixed scroll 40 are fixed by bolts or the like (not shown).
  • the housing 31 has a first recess 31 a formed at the upper center portion.
  • the first recess 31a is formed in a circular shape in plan view.
  • the boss portion 53 of the movable scroll 50 to which the eccentric portion 71 of the crankshaft 70 is coupled is accommodated inside the first recess 31a.
  • the upper bearing 35 that supports the crankshaft 70 is provided below the housing 31 (below the first recess 31a) (see FIG. 1).
  • the upper bearing 35 includes a bearing housing 35a formed integrally with the housing 31, and a bearing metal 35b accommodated in the bearing housing 35a (see FIG. 1).
  • the upper bearing 35 rotatably supports the main shaft 72 of the crankshaft 70.
  • a second recess 31b is formed on the upper surface of the housing 31 so as to surround the first recess 31a in plan view.
  • An Oldham joint 33 is disposed in the second recess 31b.
  • the drive motor 60 is a drive unit that drives the movable scroll 50.
  • the drive motor 60 includes an annular stator 61 fixed to the inner wall surface of the cylindrical member 21, and a rotor 62 rotatably accommodated with a slight gap (air gap) inside the stator 61 (FIG. 1). reference).
  • the rotor 62 is a cylindrical member, and the crankshaft 70 is inserted therein.
  • the rotor 62 is connected to the movable scroll 50 via the crankshaft 70.
  • the movable scroll 50 is driven by the rotation of the rotor 62.
  • the drive motor 60 is operated at a rotational speed in a range not higher than a predetermined maximum rotational speed N1 and not lower than a predetermined minimum rotational speed N2.
  • crankshaft 70 transmits the driving force of the drive motor 60 to the movable scroll 50.
  • the crankshaft 70 is disposed so as to extend in the vertical direction along the axial center of the cylindrical member 21, and connects the rotor 62 of the drive motor 60 and the movable scroll 50 of the compression mechanism 30.
  • the crankshaft 70 has a main shaft 72 whose central axis coincides with the central axis of the cylindrical member 21, and an eccentric portion 71 that is eccentric with respect to the axial center of the cylindrical member 21 (the central axis of the main shaft 72) (see FIG. 1). .
  • An oil passage 73 is formed inside the crankshaft 70 (see FIG. 1).
  • the eccentric portion 71 is disposed at the upper end of the main shaft 72 and is connected to the boss portion 53 of the movable scroll 50.
  • the main shaft 72 is rotatably supported by an upper bearing 35 provided in the housing 31 and a lower bearing 75 described later.
  • the main shaft 72 is connected to the rotor 62 of the drive motor 60 between the upper bearing 35 and the lower bearing 75.
  • the main shaft 72 rotates around a vertical axis extending in the vertical direction.
  • the oil flow path 73 is a flow path of the refrigerating machine oil O for supplying the refrigerating machine oil O for lubrication to the sliding portion of the scroll compressor 10.
  • the oil flow path 73 extends from the lower end to the upper end of the crankshaft 70 in the axial direction of the crankshaft 70, and opens at the upper and lower ends of the crankshaft 70.
  • the lower end of the crankshaft 70 is disposed in the oil reservoir space 25.
  • the refrigerating machine oil O in the oil reservoir space 25 is carried from the lower end side opening of the oil flow path 73 to the upper end side opening.
  • the refrigerating machine oil O flowing through the oil flow path 73 flows through an oil passage (not shown) communicating with the oil flow path 73 and is supplied to each sliding portion of the scroll compressor 10.
  • the refrigerating machine oil O that has lubricated the sliding portions is returned to the oil reservoir space 25.
  • the lower bearing 75 (see FIG. 1) is disposed below the drive motor 60, and rotatably supports the lower side of the main shaft 72 of the crankshaft 70.
  • the lower bearing 75 includes a bearing metal 75a accommodated in the lower housing 76 (see FIG. 1).
  • the lower housing 76 is fixed to the cylindrical member 21.
  • the suction pipe 23 and the compression chamber Sc are not in communication with each other, and the pressure in the compression chamber Sc increases as the volume of the compression chamber Sc decreases.
  • the high-pressure refrigerant compressed by the compression mechanism 30 is discharged from the discharge port 41 c located near the center of the fixed side end plate 41.
  • the overcompressed gas is discharged to the chamber chamber 45 through the relief hole 47. Is done.
  • the high-pressure refrigerant in the chamber 45 passes through the refrigerant passage 32 formed in the fixed scroll 40 and the housing 31 and flows into the space below the housing 31.
  • the relief valve 147c is basically not opened, and the first compression chamber is connected via the relief hole 47.
  • the 80 or the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 do not communicate with each other.
  • the opening area A2 between the leading opening dent 54 and the tip 42c of the fixed side wrap 42 is determined in advance so that an increase in the backflow loss is suppressed as much as possible under the high speed / high pressure ratio condition.
  • the lower part of the timing chart of FIG. 10 shows the timing at which the first compression chamber 80 and the chamber chamber 45 communicate with each other through the relief hole 47 and the side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52.
  • the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 include the relief hole 47, the gap between the tip 42 c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54, and the fixed side wrap 42.
  • the timing which communicates through the side surface clearance between the movable side wrap 52 and the movable side wrap 52 is shown.
  • the horizontal axis of FIG. 10 is based on the closed position of the first compression chamber 80 (the rotation angle of the closed position of the first compression chamber 80 is 0 degree (deg)). Is shown.
  • the first compression chamber 80 and the chamber chamber 45 have a first relief hole 47a and a second relief hole 47b. It can be seen that the third relief hole 47c, the fourth relief hole 47d, and the side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52 communicate with each other in order. As can be seen from FIGS.
  • the first compression chamber 80 communicates with the chamber chamber 45 via the side gap between the fixed wrap 42 and the movable wrap 52 and the discharge port 41 c, before the first compression chamber 80 communicates with the chamber chamber 45 via the side gap between the fixed wrap 42 and the movable wrap 52 and the discharge port 41 c, The first compression chamber 80 communicates with the fourth relief hole 47d, and overcompression of the first compression chamber 80 is easily prevented even under a low speed / low pressure ratio condition.
  • the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 are defined by the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52.
  • the first relief hole 47a, the second relief hole 47b, and the third relief hole 47c communicate with each other in order.
  • the timing at which the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 communicate with each other via the fourth relief hole 47d is the second compression chamber via the side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52 and the discharge port 41c. 90 and after the chamber 45 communicates. From FIG.
  • the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 communicate with each other through the side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52, the leading opening recess 54 and the distal end 42 c of the fixed side wrap 42 are provided.
  • the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 communicate with each other through the gap and the discharge port 41c. Therefore, overcompression is easily suppressed in the second compression chamber 90.
  • the second compression chamber 90 communicates with the chamber chamber 45 through the fourth relief hole 47d, the clearance between the discharge counterbore 55 and the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the discharge port 41c are used.
  • the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 communicate with each other, overcompression is easily suppressed in the second compression chamber 90.
  • FIG. 11 shows the rotation angle of the crankshaft 70 in the opening area of the passage communicating the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 (assuming that the relief valves 147c are all open). It is the graph which showed the change with respect to.
  • the rotation angle is the reference (the first compression chamber 80
  • the rotation angle at the time of closing is set to 0 degree (deg).
  • the time when the second compression chamber 90 is closed is used as a reference for the rotation angle (second compression chamber 90
  • the rotation angle at the time of closing is set to 0 degree (deg).
  • the second compression chamber 90 and the chamber chamber 45 communicate with each other through a side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52.
  • an opening area increases and sufficient opening area is easy to be ensured (refer FIG. 11). Therefore, also in the second compression chamber 90, overcompression can be sufficiently suppressed.
  • the scroll compressor 10 of this embodiment includes a fixed scroll 40 and a movable scroll 50.
  • the fixed scroll 40 includes a fixed side end plate 41 and a fixed side wrap 42 extending from the front surface 41 a of the fixed side end plate 41.
  • the movable scroll 50 includes a movable side end plate 51 and a movable side wrap 52 extending from the front surface 51 a of the movable side end plate 51.
  • the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52 are combined in a state where the front surface 41 a of the fixed side end plate 41 and the front surface 51 a of the movable side end plate 51 face each other, and the outer peripheral surface 52 a of the movable side wrap 52 and the fixed side wrap 42.
  • a first compression chamber 80 (A chamber) surrounded by the inner peripheral surface 42b; a second compression chamber 90 (B chamber) surrounded by the inner peripheral surface 52b of the movable side wrap 52 and the outer peripheral surface 42a of the fixed side wrap 42; Is formed as a compression chamber Sc.
  • the fixed side end plate 41 is formed with a discharge port 41c and a relief hole 47 that respectively penetrate from the front surface 41a to the back surface 41b.
  • the relief hole 47 communicates with the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90 for a predetermined period.
  • the relief hole 47 is common to the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90.
  • the front surface 51a of the movable side end plate 51 is formed with a recessed portion 56 that allows the second compression chamber 90 and the discharge port 41c to communicate with each other.
  • the second compression chamber 90 and the discharge port 41c in the post-compression stage are communicated with each other between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the recessed portion 56 before communicating with each other through a side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52. Communicate through gaps.
  • the scroll compressor When the scroll compressor is provided with a common relief hole 47 (especially the fourth relief hole 47d) in the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90, only the fourth relief hole 47d is provided in a low speed / low pressure ratio condition. It is difficult to sufficiently suppress the overcompression loss of the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90 by using them. Specifically, in order to sufficiently suppress the overcompression loss of the second compression chamber 90, the second compression chamber 90 and the discharge port 41c in the post-compression stage have a side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52. If the second compression chamber 90 and the fourth relief hole 47d are to be communicated with each other before communicating with each other, the position of the fourth relief hole 47d needs to be shifted to the front side. If the fourth relief hole 47d is arranged in this manner, the overcompression loss of the first compression chamber 80 cannot be sufficiently suppressed.
  • the recessed part 56 is formed in the movable side end plate 51, and the second compression chamber 90 and the discharge port 41c are communicated with each other through the side gap between the fixed side wrap 42 and the movable side wrap 52.
  • the tip end 42 c of the fixed side wrap 42 communicates with the recessed portion 56 of the movable side end plate 51 through a gap.
  • the second compression chamber Even if the chamber 90 and the chamber chamber 45 are communicated with each other, the refrigerant flows from the second compression chamber 90 to the chamber chamber 45 via the recess 56, so that the overcompression loss of the second compression chamber 90 is sufficiently suppressed. be able to. That is, here, the overcompression loss of the first compression chamber 80 is suppressed to the maximum by the fourth relief hole 47d, while the overcompression loss of the second compression chamber 90 is suppressed by using the recessed portion 56 and the fourth relief hole 47d. Therefore, the overcompression loss of both the first compression chamber 80 and the second compression chamber 90 can be effectively suppressed.
  • an increase in the dead volume of the compression chamber Sc can be suppressed as compared with the case where the first relief chamber 80 and the second compression chamber 90 are provided with individual relief holes.
  • the recessed part 56 has the level
  • the recessed portion 56 is divided into a preceding opening recessed portion 54 as a first recessed portion and a discharge counterbore portion 55 as a second recessed portion having a deeper depth than the preceding opening recessed portion 54 by a step 56a.
  • the In the second stage of compression of the second compression chamber 90 (the second half of the compression stroke), after the edge of the tip 42c of the fixed side wrap 42 on the outer peripheral surface 42a side of the fixed side wrap 42 faces the preceding opening recess 54, the discharge is performed. Opposite the counterbore 55.
  • the recessed portion 56 has a step 56a, and the leading opening recessed portion 54 that can suppress the gap with the tip 42c of the fixed side wrap 42 is relatively small.
  • tip 42c of the fixed side wrap 42 opposes the preceding opening recessed part 54, before facing the discharge counterbore part 55 with a deep dent depth. Therefore, when the communication between the second compression chamber 90 and the discharge port 41c is started via the recess 56, the clearance between the recess 56 (the preceding opening recess 54) and the tip 42c of the fixed side wrap 42 is kept relatively small.
  • the passage resistance can be kept relatively large during high speed / high pressure ratio operation with a large amount of refrigerant circulation. Therefore, it is possible to suppress an increase in backflow loss due to insufficient compression during high speed / high pressure ratio operation.
  • the edge portion of the distal end 42c of the fixed side wrap 42 on the side of the outer peripheral surface 42a of the fixed side wrap 42 faces the discharge counterbore portion 55 in the post-compression stage of the second compression chamber 90. After that, the second compression chamber 90 and the fourth relief hole 47d communicate with each other.
  • the second compression chamber 90 is interposed through the gap between the tip 42 c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54 and the discharge counterbore 55. And the discharge port 41c communicate with each other, and the refrigerant flows from the second compression chamber 90 to the discharge port 41c through these gaps. Therefore, it is easy to suppress the overcompression loss of the second compression chamber 90 when the scroll compressor 10 is operated under the low speed / low pressure ratio condition.
  • the ratio of the opening area A2 formed in the gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54 and the opening area A1 of the discharge port 41c is the scroll compressor. It is equal to the ratio of 10 minimum rotation speed N2 and maximum rotation speed N1.
  • the opening area A2 of the gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54, and the discharge port 41c capable of suppressing the passage resistance even when the scroll compressor 10 is operated at the maximum rotational speed N1.
  • the scroll compressor 10 is equal to the ratio of the minimum rotation speed N2 and the maximum rotation speed N1. For this reason, while suppressing the overcompression loss under the low speed / low pressure ratio condition, the passage resistance of the gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the leading opening recess 54 is kept relatively high under the high speed / high pressure ratio condition. An increase in the backflow loss due to the shortage can be suppressed.
  • each relief hole 47 has a pair of round holes 147a, but is not limited thereto.
  • each relief hole 47 may have one or three or more round holes 147a.
  • the shape of the hole formed in the front surface 41a of the fixed side end plate 41 included in the relief hole 47 is not limited to a round hole, and various shapes of holes can be employed.
  • the recess 56 formed in the movable side end plate 51 has a step 56a and is divided into a preceding opening recess 54 and a discharge counterbore 55 having different recess depths.
  • the present invention is not limited to this.
  • the movable side end plate may have a recess having no step and a uniform recess depth.
  • overcompression loss under low speed / low pressure ratio conditions and backflow loss under high speed / high pressure ratio conditions Is easy to achieve.
  • the recess 56 formed in the movable side end plate 51 has one step 56a, but is not limited thereto.
  • the recessed portion 56 may have two or more steps and may be partitioned into three or more regions having different depths.
  • the relief holes 47 are formed at four locations, but the present invention is not limited to this, and the relief holes 47 may be 1 to 3 locations, or 5 or more locations. Good.
  • the fourth relief hole 47 d may be formed as the relief hole 47 in the fixed side end plate 41.
  • the edge of the distal end 42 c of the fixed side wrap 42 on the outer peripheral surface 42 a side of the fixed side wrap 42 faces the preceding opening recess 54.
  • the second compression chamber 90 and the fourth relief hole 47d may communicate with each other before facing the discharge counterbore portion 55.
  • the second compression chamber 90 and the discharge port 41c are interposed via the gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54. And the refrigerant flows from the second compression chamber 90 to the discharge port 41c through the gap. Therefore, it is easy to suppress the overcompression loss of the second compression chamber 90 when the scroll compressor 10 is operated under the low speed / low pressure ratio condition.
  • the opening area formed in the gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening dent 54 is substantially constant during communication (from the state of FIG. 8 to the state of FIG. 9).
  • the present invention is not limited to this.
  • the opening area formed in the gap between the tip 42c of the fixed side wrap 42 and the preceding opening recess 54 may be designed to gradually increase from the start of communication, for example.
  • the recess 56 formed in the movable side end plate 51 has the step 56a, but is not limited to this.
  • the recessed portion 56 may have a gradient whose depth changes continuously.
  • the present invention is useful as a scroll compressor capable of effectively suppressing the overcompression loss in both the A chamber and the B chamber.

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Abstract

A室及びB室共に、効果的に過圧縮損失を抑制可能なスクロール圧縮機を提供する。スクロール圧縮機は、固定側鏡板(41)及び固定側ラップ(42)を有する固定スクロール(40)と、可動側鏡板(51)及び可動側ラップ(52)を有する可動スクロール(50)とを備える。両ラップは、可動側ラップ外周面(52a)及び固定側ラップ内周面(42b)に囲まれる第1圧縮室(80)と、可動側ラップ内周面(52b)及び固定側ラップ外周面(42a)に囲まれる第2圧縮室(90)とを形成する。固定側鏡板には、吐出ポート(41c)と、第1及び第2圧縮室に共通で、第1及び第2圧縮室とそれぞれ所定期間連通するリリーフ穴(47)とが形成される。可動側鏡板の前面(51a)に、第2圧縮室と吐出ポートとを連通させる凹み部(56)が形成される。圧縮後段の第2圧縮室と吐出ポートとは、ラップ間の側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップの先端(42c)と凹み部との隙間を介して連通する。

Description

スクロール圧縮機
 本発明は、スクロール圧縮機に関する。
 現在、冷凍装置等に用いられるスクロール圧縮機には、1台で、高速・高圧力比条件から低速・低圧力比条件まで幅広い条件で効率よく運転可能であることが求められている。
 特に、低速・低圧縮比条件におけるスクロール圧縮機の運転効率を改善するため、特許文献1(特開2011-149376号公報)には、固定スクロールの歯底(固定側鏡板)に、圧縮室のA室およびB室に共通のリリーフ穴を形成し、過圧縮損失を抑制したスクロール圧縮機が開示されている。なお、A室とは、可動スクロールのラップの外周面と、固定スクロールのラップの内周面と、によって囲まれて形成される圧縮室である。B室とは、可動スクロールのラップの内周面と、固定スクロールのラップの外周面と、によって囲まれて形成される圧縮室である。特許文献1(特開2011-149376号公報)では、A室およびB室にそれぞれ個別にリリーフ穴を設けるのではなく、共通のリリーフ穴を設けることで、死容積の増大による効率の悪化を抑制しつつ、過圧縮損失を抑制することが可能である。
 しかし、特許文献1(特開2011-149376号公報)のように、A室およびB室に共通のリリーフ穴を形成する場合、A室の過圧縮損失およびB室の過圧縮損失のいずれをも効率的に抑制可能な位置にリリーフ穴を配置することが設計上困難である。そのため、従来より、特に低速・低圧力比条件でスクロール圧縮機を運転する際には、A室の過圧縮損失はリリーフ穴によって十分に抑制可能であっても、B室の過圧縮損失を十分に抑制できない状態が発生し、高効率な運転が困難な場合が生じうる。
 本発明の課題は、A室およびB室共に、効果的に過圧縮損失を抑制可能なスクロール圧縮機を提供する事にある。
 第1観点に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと、可動スクロールと、を備える。固定スクロールは、固定側鏡板と、固定側鏡板の前面から延びる固定側ラップと、を有する。可動スクロールは、可動側鏡板と、可動側鏡板の前面から延びる可動側ラップと、を有する。固定側ラップと可動側ラップとは、固定側鏡板の前面と可動側鏡板の前面とが対向する状態で組み合わされ、可動側ラップの外周面および固定側ラップの内周面によって囲まれる第1圧縮室と、可動側ラップの内周面および固定側ラップの外周面によって囲まれる第2圧縮室と、を圧縮室として形成する。固定側鏡板には、それぞれ前面から背面まで貫通する、吐出ポートおよびリリーフ穴が形成される。リリーフ穴は、第1圧縮室および第2圧縮室と、それぞれ所定期間連通する。リリーフ穴は、第1圧縮室および第2圧縮室に共通である。可動側鏡板の前面には、第2圧縮室と吐出ポートとを連通させる凹み部が形成される。圧縮後段の第2圧縮室と、吐出ポートとは、固定側ラップと可動側ラップとの側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップの先端と凹み部との隙間を介して連通する。
 スクロール圧縮機に、第1圧縮室および第2圧縮室に共通のリリーフ穴を設ける場合、低速・低圧力比条件において、そのリリーフ穴だけを用いて第1圧縮室および第2圧縮室の過圧縮損失を共に十分に抑制することは困難である。具体的には、第2圧縮室の過圧縮損失の十分に抑制するため、圧縮後段の第2圧縮室と吐出ポートとが、固定側ラップと可動側ラップとの側面隙間を介して連通する前に、第2圧縮室とリリーフ穴とを連通させようとすると、リリーフ穴の位置を前段側へずらす必要がある。このようにリリーフ穴を配置すると、逆に第1圧縮室の過圧縮損失を十分に抑制できなくなる。
 これに対し、第1観点に係るスクロール圧縮機では、可動側鏡板に凹み部が形成され、第2圧縮室と吐出ポートとが、固定側ラップと可動側ラップとの側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップの先端と可動側鏡板の凹み部との隙間を介して連通する。そのため、第1圧縮室の過圧縮損失をリリーフ穴によって最大限抑制しつつ、第2圧縮室の過圧縮損失を凹み部およびリリーフ穴を用いて抑制することができ、両圧縮室の過圧縮損失を効果的に抑制可能である。
 また、ここでは、第1圧縮室と第2圧縮室とに個別のリリーフ穴を設ける場合に比べ、圧縮室の死容積の増大を抑制できる。
 第2観点に係るスクロール圧縮機は、第1観点のスクロール圧縮機であって、凹み部は、段差を有する。凹み部は、段差により、第1凹み部と、第1凹み部より凹みの深さが深い第2凹み部と、に区画される。第2圧縮室の圧縮後段において、固定側ラップの先端の、固定側ラップの外周面側の縁部が、第1凹み部と対向した後、第2凹み部と対向する。
 ここでは、凹み部が段差を有し、固定側ラップの先端との隙間が比較的小さく抑制される第1凹み部が形成される。そして、固定側ラップの先端の、固定側ラップの外周面側の縁部は、凹みの深さが深い第2凹み部と対向する前に第1凹み部と対向する。そのため、凹み部を介した第2圧縮室と吐出ポートとの連通開始時に、凹み部(第1凹み部)と固定側ラップの先端との隙間は比較的小さく保たれ、冷媒循環量の多い高速・高圧力比運転時には通路抵抗を比較的大きく保つことができる。そのため、高速・高圧力比運転時に、圧縮不足による逆流損失の増大を抑制することができる。
 第3観点に係るスクロール圧縮機は、第2観点のスクロール圧縮機であって、第2圧縮室の圧縮後段において、固定側ラップの先端の、固定側ラップの外周面側の縁部が、第2凹み部と対向した後に、第2圧縮室とリリーフ穴とが連通する。
 ここでは、リリーフ穴が第2圧縮室と連通する前に、固定側ラップの先端と第1凹み部および第2凹み部との隙間を介して第2圧縮室と吐出ポートとが連通し、これらの隙間を通って第2圧縮室から吐出ポートに冷媒が流れる。そのため、低速・低圧力比条件でスクロール圧縮機が運転される際に、第2圧縮室の過圧縮損失を抑制することが容易である。
 第4観点に係るスクロール圧縮機は、第2観点のスクロール圧縮機であって、第2圧縮室の圧縮後段において、固定側ラップの先端の、固定側ラップの外周面側の縁部が、第1凹み部と対向した後であって、第2凹み部と対向する前に、第2圧縮室とリリーフ穴とが連通する。
 ここでは、リリーフ穴が第2圧縮室と連通する前に、固定側ラップの先端と第1凹み部との隙間を介して第2圧縮室と吐出ポートとが連通し、この隙間を通って第2圧縮室から吐出ポートに冷媒が流れる。そのため、低速・低圧力比条件でスクロール圧縮機が運転される際に、第2圧縮室の過圧縮損失を抑制することが容易である。
 第5観点に係るスクロール圧縮機は、第2観点から第4観点のいずれかのスクロール圧縮機であって、固定側ラップの先端と第1凹み部との隙間に形成される開口面積と、吐出ポートの開口面積との比が、当該スクロール圧縮機の最低回転数と最高回転数との比に等しい。
 ここでは、固定側ラップの先端と第1凹み部との隙間の開口面積と、圧縮機が最高回転数の場合に通路抵抗を抑制可能な吐出ポートの開口面積との比が、スクロール圧縮機の最低回転数と最高回転数との比と等しい。そのため、低速・低圧力比条件で過圧縮損失を抑制しつつ、高速・高圧力比条件で固定側ラップの先端と第1凹み部との隙間の通路抵抗を比較的大きく保ち、圧縮不足による逆流損失の増大を抑制することができる。
 スクロール圧縮機に、第1圧縮室および第2圧縮室に共通のリリーフ穴を設ける場合、低速・低圧力比条件において、そのリリーフ穴だけを用いて第1圧縮室および第2圧縮室の過圧縮損失を共に十分に抑制することは困難である。具体的には、第2圧縮室の過圧縮損失の十分に抑制するため、圧縮後段の第2圧縮室と吐出ポートとが、固定側ラップと可動側ラップとの側面隙間を介して連通する前に、第2圧縮室とリリーフ穴とを連通させようとすると、リリーフ穴の位置を前段側へずらす必要がある。このようにリリーフ穴を配置すると、逆に第1圧縮室の過圧縮損失を十分に抑制できなくなる。
 これに対し、本発明に係るスクロール圧縮機では、可動側鏡板に凹み部が形成され、第2圧縮室と吐出ポートとが、固定側ラップと可動側ラップとの側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップの先端と可動側鏡板の凹み部との隙間を介して連通する。そのため、第1圧縮室の過圧縮損失をリリーフ穴によって最大限抑制しつつ、第2圧縮室の過圧縮損失を凹み部およびリリーフ穴を用いて抑制することができ、両圧縮室の過圧縮損失を効果的に抑制可能である。また、ここでは、第1圧縮室と第2圧縮室とに個別のリリーフ穴を設ける場合に比べ、圧縮室の死容積の増大を抑制できる。
本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図1のスクロール圧縮機の固定スクロールを下方から見た平面図である。 図1のスクロール圧縮機の蓋体を取り除いた状態の固定スクロールを上方から見た平面図である。 図1の固定スクロールに形成されたリリーフ穴の配置を模式的に示す図である。 図1のスクロール圧縮機の固定スクロールおよび可動スクロールの縦断面拡大図である。図5は、固定スクロールおよび可動スクロールの中心側(吐出ポート近傍)の縦断面拡大図である。 図1のスクロール圧縮機の可動スクロールを上方から見た平面図である。 図1のスクロール圧縮機の固定スクロールと可動スクロールとが組み合わされた状態を模式的に示す図である。固定スクロールと可動スクロールとが組み合わされた状態を、下方から、可動側鏡板を透視して見た図である。ここでは、可動スクロールの構成については二点鎖線で描画している。図7は、第1圧縮室が、固定側ラップと可動側ラップとの側面隙間を介して吐出ポートと連通する直前の状態を描画している。 図1のスクロール圧縮機の固定スクロールと可動スクロールとが組み合わされた状態を模式的に示す図である。固定スクロールと可動スクロールとが組み合わされた状態を、下方から、可動側鏡板を透視して見た図である。ここでは、可動スクロールの構成については二点鎖線で描画している。図8は、平面視において、先行開口凹み部の左側端部と、固定側ラップの外周面とが重なった状態を描画している。 図1のスクロール圧縮機の固定スクロールと可動スクロールとが組み合わされた状態を模式的に示す図である。固定スクロールと可動スクロールとが組み合わされた状態を、下方から、可動側鏡板を透視して見た図である。ここでは、可動スクロールの構成については二点鎖線で描画している。図9は、平面視において、先行開口凹み部の右側端部(吐出座ぐり部の左側端部)と、固定側ラップの外周面とが重なった状態を描画している。また、図9は、第2圧縮室が、固定側ラップと可動側ラップとの側面隙間を介して吐出ポートと連通する直前の状態を描画している。 図1のスクロール圧縮機の、第1および第2圧縮室とチャンバ室との連通タイミングを示したタイミングチャートである。図10は、第1圧縮室の閉じ切りを基準とした(第1圧縮室の閉じ切り時の回転角を0度(deg)とした)タイミングチャートを描画している。 図1のスクロール圧縮機の、第1および第2圧縮室とチャンバ室とを連通する通路の面積(連通面積)の変化を示したグラフである。第1圧縮室とチャンバ室とを連通する通路の面積に関するグラフについては、第1圧縮室の閉じ切り時を回転角の基準としている(第1圧縮室の閉じ切り時の回転角を0度(deg)としている)。また、第2圧縮室とチャンバ室とを連通する通路の面積に関するグラフについては、第2圧縮室の閉じ切り時を回転角の基準としている(第2圧縮室の閉じ切り時の回転角を0度(deg)としている)。
 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を、図面を参照しながら説明する。なお、下記の実施形態は、実施例に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
 (1)全体構成
 本実施形態に係るスクロール圧縮機10について説明する。スクロール圧縮機10は、例えば、空気調和装置の室外機に搭載され、空気調和装置の冷媒回路の一部を構成する。
 図1は、一実施形態に係るスクロール圧縮機10の概略縦断面図である。
 スクロール圧縮機10は、図1に示されるように、ケーシング20、圧縮機構30、駆動モータ60、クランク軸70、および下部軸受75を主に有する。圧縮機構30は、固定スクロール40および可動スクロール50を含む(図1参照)。
 (2)詳細構成
 スクロール圧縮機10のケーシング20、圧縮機構30、駆動モータ60、クランク軸70、および下部軸受75について以下に詳述する。
 なお、以下の説明では、方向や配置を説明するために、「上」、「下」等の表現を用いる場合があるが、特に断りの無い場合、図1中の矢印Uの方向を上とする。また、以下の説明では、平行や直交等の表現を用いる場合があるが、これには実質的に平行や直交の場合、つまり略平行や略直交の場合を含む。
 (2-1)ケーシング
 スクロール圧縮機10は、縦長円筒状のケーシング20を有する。ケーシング20は、上下が開口した円筒状の円筒部材21と、円筒部材21の上端および下端にそれぞれ設けられた上蓋22aおよび下蓋22bと、を有する。円筒部材21と、上蓋22aおよび下蓋22bとは、気密を保つように溶接により固定される。
 ケーシング20には、圧縮機構30、駆動モータ60、クランク軸70および下部軸受75を含むスクロール圧縮機10の構成機器が収容される。
 ケーシング20の下部には、油溜空間25が形成される。油溜空間25には、圧縮機構30等を潤滑するための冷凍機油Oが溜められる。
 ケーシング20の上部には、圧縮機構30の圧縮対象である冷媒を吸入する吸入管23が、上蓋22aを貫通して設けられる(図1参照)。吸入管23の下端は、後述する圧縮機構30の固定スクロール40に接続される。吸入管23は、後述する圧縮機構30の圧縮室Scと連通する。吸入管23には、圧縮前の低圧の冷媒(冷凍サイクルにおける低圧の冷媒)が流れる。
 ケーシング20の円筒部材21の中間部には、ケーシング20外に吐出される冷媒が通過する吐出管24が設けられる(図1参照)。吐出管24は、吐出管24のケーシング20内側の端部が、後述する圧縮機構30のハウジング31の下方に突出するように配置される。吐出管24には、圧縮機構30により圧縮された高圧の冷媒(冷凍サイクルにおける高圧の冷媒)が流れる。
 (2-2)圧縮機構
 圧縮機構30は、図1に示されるように、主に、ハウジング31と、ハウジング31の上方に配置される固定スクロール40と、固定スクロール40と組み合わされて圧縮室Scを形成する可動スクロール50と、を有する。圧縮機構30は、非対称渦巻き構造(非対称ラップ型)のスクロール圧縮機である。
 (2-2-1)固定スクロール
 固定スクロール40は、円板状の固定側鏡板41と、固定側鏡板41の前面41a(下面)から下方に延びる渦巻状(インボリュート形状)の固定側ラップ42と、固定側ラップ42を囲む周縁部43とを有する。
 固定側鏡板41の略中心には、後述する圧縮室Scに連通する非円形形状の吐出ポート41cが、固定側鏡板41を厚さ方向(上下方向)に貫通して形成される。言い換えれば、吐出ポート41cは、前面41aから背面41b(上面)まで、固定側鏡板41を貫通して延びる。吐出ポートの開口面積A1は、スクロール圧縮機10の駆動モータ60が後述する最高回転数N1で運転され、冷媒量が増加した場合にも通路抵抗の上昇を抑制可能な値に設計されている。
 固定側鏡板41の上面には、下方に凹むように拡大凹部41d(図1参照)が形成されている。拡大凹部41dは、平面視において略円形状に形成された凹部である(図3参照)。拡大凹部41dは、吐出ポート41cと連通する(図1参照)。固定スクロール40の上面には、拡大凹部41dを塞ぐように蓋体44がボルト44aにより固定されている(図1参照)。拡大凹部41dと蓋体44との間には、チャンバ室45が形成される(図1参照)。なお、蓋体44と固定側鏡板41との間には、ガスケット46(図3参照)が配置され、蓋体44と固定側鏡板41との間はシールされている。チャンバ室45は、冷媒の通過音を低減するマフラー空間として機能する。なお、チャンバ室45は、固定スクロール40およびハウジング31にわたって形成された、冷媒通路32と連通している(図3参照)。冷媒通路32は、チャンバ室45とハウジング31の下方の高圧空間とを連通する通路である。
 固定側鏡板41には、リリーフ穴47が、固定側鏡板41を厚さ方向(上下方向)に貫通して形成されている(図5参照)。言い換えれば、リリーフ穴47は、前面41aから背面41bまで、固定側鏡板41を貫通して延びる。固定側鏡板41には、4箇所にリリーフ穴47(第1リリーフ穴47a,第2リリーフ穴47b,第3リリーフ穴47c,第4リリーフ穴47d)が形成されている(図2参照)。4組のリリーフ穴47は、圧縮室Sc、より具体的には後述する第1圧縮室80および第2圧縮室90(図5、図7~図9参照)に共通である。言い換えれば、4組のリリーフ穴47は、第1圧縮室80および第2圧縮室90に共用される。4組のリリーフ穴47は、第1圧縮室80および第2圧縮室90が、圧縮行程の1サイクル(吸引行程から吐出行程まで)中に、全てのリリーフ穴47と所定期間連通するように配置されている。なお、各リリーフ穴47は、図2のように、固定側鏡板41を下面側から見た時に、固定側ラップ42から離れた位置、具体的には、隣接する固定側ラップ42の中間位置に配置されている。ここでは、固定側鏡板41に形成されるリリーフ穴47を、固定側ラップ42に沿って、固定側ラップ42の固定側鏡板41の外周側から順に、第1リリーフ穴47a、第2リリーフ穴47b、第3リリーフ穴47c、および第4リリーフ穴47dと呼ぶ。言い換えれば、第1リリーフ穴47aが固定側鏡板41の最外周側に配置されるリリーフ穴47であり、第4リリーフ穴47dが固定側鏡板41の最中心側に配置されるリリーフ穴である。第1圧縮室80および第2圧縮室90は、それぞれ、1サイクル中に、第1リリーフ穴47a、第2リリーフ穴47b、第3リリーフ穴47c、第4リリーフ穴47dの順に、リリーフ穴47と所定期間連通する。
 リリーフ穴47には、例えば特開2011-149376号公報に開示されているような構成を適用可能である。
 例えば、各リリーフ穴47は、固定側鏡板41の前面41a側に形成される1対の丸穴147aと、固定側鏡板41の背面41b側に形成され、1対の丸穴147aの両方と連通する座ぐり穴147bと、を含む(図5参照)。リリーフ穴47は、丸穴147aと座ぐり穴147bとにより、前面41aから背面41bまで、固定側鏡板41を貫通して延びる。
 各1対の丸穴147aは、後述する可動スクロール50の可動側ラップ52が公転運動をする際に、丸穴147aに対して往復して通過する際の最大重なり位置となる領域(可動スクロール50の可動側ラップ52の軌跡の重なり部分である、略菱型形状の領域48)の内部に配置されている(図4参照)。図4中では、往復する可動側ラップ52の、往方向の可動側ラップ52を152a、復方向の可動側ラップ52を152bとして示している。1対の丸穴147aをこのように配置することで、丸穴147aの開口面積が十分確保されやすい。また、第1圧縮室80と第2圧縮室90とが、リリーフ穴47によって連通する不具合が確実に防止されやすい。丸穴147aの位置は、少なくとも各丸穴147aの中心が、領域48の内側に配置されていればよい。丸穴147aは、領域48を菱形とみなした場合の、長い方の対角線に沿って、2個以上配置される(図4参照)。1対の丸穴147aは、固定側ラップ42に沿って並ぶように配置されている(図2参照)。なお、それぞれの丸穴147aの直径は、可動スクロール50の可動側ラップ52の面取りされた先端(図示せず)の歯厚より大きく、かつ、可動スクロール50の可動側ラップ52の中央部の歯厚より小さく設定されている。
 座ぐり穴147b(図5参照)は、固定側鏡板41の背面41b側に配置され、1対の丸穴147aの両方と連通する。座ぐり穴147bの固定側鏡板41の背面41b側の開口には、リリーフ弁147cが配置されている。リリーフ弁147cは、拡大凹部41dに配置されている。リリーフ弁147cは逆止弁である。リリーフ弁147cには、そのリリーフ弁147cの開く範囲を制限するリリーフ弁押さえ147dが設けられている。
 固定側ラップ42は、渦巻き状(インボリュート形状)に形成され、固定側鏡板41の前面41aから下方に突出する。固定側ラップ42と、後述する可動スクロール50の可動側ラップ52とが、固定側鏡板41の前面41a(下面)と可動側鏡板51の前面51a(上面)とが対向する状態で組み合わされることで、隣接する固定側ラップ42と可動側ラップ52との間には圧縮室Scが形成される(図1参照)。なお、圧縮室Scには、可動スクロール50の可動側ラップ52の外周面52aと、固定スクロール40の固定側ラップ42の内周面42bと、によって囲まれて形成されるA室と、可動スクロール50の可動側ラップ52の内周面52bと、固定スクロール40の固定側ラップ42の外周面42aと、によって囲まれて形成されるB室と、を含む(図5参照)。ここでは、A室を第1圧縮室80と呼び、B室を第2圧縮室90と呼ぶ。
 周縁部43は、厚肉のリング状に形成され、固定側ラップ42を取り囲むように配置される(図2参照)。
 (2-2-2)可動スクロール
 可動スクロール50は、略円板状の可動側鏡板51と、可動側鏡板51の前面51a(上面)から上方に延びる渦巻状(インボリュート形状)の可動側ラップ52と、可動側鏡板51の背面51b(下面)から下方に突出する、円筒状に形成されたボス部53と、を有する(図1参照)。
 可動側鏡板51の前面51aの中心付近には、凹み部56が形成されている(図5、図6参照)。凹み部56は、固定側ラップ42の先端42c(固定側ラップ42の歯先)が摺接する面に対し、下方に凹むように形成されている(図5参照)。凹み部56が固定側ラップ42の先端42cの下方を通過する際には、可動側鏡板51と固定側ラップ42との間はシールされない(図5参照)。
 凹み部56は、第2圧縮室90(B室)と、吐出ポート41cとを連通させるために形成されている。特に、凹み部56は、圧縮後段(圧縮行程の後半)の第2圧縮室90と吐出ポート41cとが、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップ42の先端42cと凹み部56との隙間を介して連通するように形成されている。また、凹み部56は、圧縮後段(圧縮行程の後半)の第2圧縮室90が、固定側鏡板41の最中心側のリリーフ穴47(つまり、第4リリーフ穴47d)と連通する前に、固定側ラップ42の先端42cと凹み部56との隙間を介して吐出ポート41cと連通するように形成されている。
 凹み部56は、段差56aを有する(図5、図6参照)。凹み部56は、段差56aにより、先行開口凹み部54と、先行開口凹み部54より凹みの深さが深い(先行開口凹み部54よりも下方に凹む)吐出座ぐり部55と、に区画されている。先行開口凹み部54は、第1凹み部の一例である。吐出座ぐり部55は、第2凹み部の一例である。
 先行開口凹み部54は、固定側ラップ42の形状に合わせた形状に形成されている。そのため、先行開口凹み部54と、固定側ラップ42との配置とは以下のように変化する。
 平面視において、圧縮機構30の1サイクル中のあるタイミングで、図8のように、先行開口凹み部54の一端(図8では左端)の全体と、固定側ラップ42の外周面42aの一部とが重なり合う。先行開口凹み部54と固定側ラップ42とがこのような配置になった時点で、先行開口凹み部54と固定側ラップ42の先端42cとの隙間を介して、第2圧縮室90と吐出ポート41cとが連通し始める。なお、この時点では、第2圧縮室90と吐出ポート41cとは、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通していない。つまり、圧縮後段の第2圧縮室90と吐出ポート41cとは、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間を介して連通する。
 図8の状態から、更にクランク軸70が回転すると、あるタイミングで、図9のように、先行開口凹み部54の他端(図9では右端)の全体と、固定側ラップ42の外周面42aの一部とが重なり合う。言い換えれば、あるタイミングで、吐出座ぐり部55の一端(図9では左端)の全体と、固定側ラップ42の外周面42aの一部とが、図9のように重なり合う。その結果、この時点から、吐出座ぐり部55と固定側ラップ42の先端42cとの隙間を介して、第2圧縮室90と吐出ポート41cとが連通し始める。
 ここで示したように、圧縮後段の第2圧縮室90と吐出ポート41cとは、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間を介して連通し、その後、所定期間が経過した後に、(固定側ラップ42の先端42cが先行開口凹み部54と対向しない状態で)固定側ラップ42の先端42cと吐出座ぐり部55との隙間を介して連通する。言い換えれば、第2圧縮室90の圧縮後段において、固定側ラップ42の先端42cの、固定側ラップ42の外周面42a側の縁部は、先行開口凹み部54と対向した後、吐出座ぐり部55と対向する。つまり、第2圧縮室90の圧縮後段において、固定側ラップ42の先端42cの外周面42a側の縁部の下方を、先行開口凹み部54が通過した後、吐出座ぐり部55が通過する。このように、圧縮後段の第2圧縮室90と吐出ポート41cとは、初めは高さの低い開口(固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間)を介して連通し、所定期間経過後に、(高さの低い開口は通過せずに)高さの高い開口(固定側ラップ42の先端42cと吐出座ぐり部55との隙間)を介して連通する。そのため、凹み部56を設けても、高速運転/高圧力比条件において、通路抵抗を比較的大きく保つことが可能で、圧縮不足による逆流損失の増大を抑制することができる。
 先行開口凹み部54は、過圧縮を防止し、低速・低圧力比条件の効率を向上させることを目的としている。そのため、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間に形成される開口面積A2と、吐出ポート41cとの開口面積A1との比が、後述するスクロール圧縮機10の最低回転数N2と最高回転数N1との比に等しくなるように設計されている(A1:A2=N1:N2)。そのため、低速・低圧力比条件では過圧縮損失を抑制しつつ、高速・高圧力比条件では、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間の通路抵抗を比較的大きく保ち、圧縮不足による逆流損失の増大を抑制することができる。
 なお、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間との開口面積A2は、固定側ラップの先端42cと先行開口凹み部54の上下方向の高さH(図5参照)と、平面視において、固定側ラップ42の外周面42aと先行開口凹み部54とが重なる部分の長さ(例えば、図8であれば矢印で示した長さL)と、の積で表される。つまり、上記のA1:A2=N1:N2という関係式は、A1:(H×L)=N1:N2と表すことができる。なお、実際には、平面視において、固定側ラップ42の外周面42aと先行開口凹み部54とが重なる部分の長さは、図8から図9の状態へと変化する間に若干変化する。そのため、ここでは、開口面積A1と、高さHおよび図8から図9の状態へと変化する間の固定側ラップ42の外周面42aと先行開口凹み部54とが重なる部分の長さの平均値の積との比が、スクロール圧縮機10の最高回転数N1と最低回転数N2との比に等しくなるように設計されている。
 可動側鏡板51の周縁の背面51bには、キー溝51cが形成されている(図6参照)。各キー溝51cには、オルダム継手33(図1参照)が嵌め込まれる。オルダム継手33は、可動スクロール50の自転運動を防止するための部材である。オルダム継手33は、ハウジング31に形成されるオルダム溝(図示せず)にも嵌め込まれている。可動スクロール50は、オルダム継手33を介してハウジング31に支持されている。
 ボス部53は、可動側鏡板51の背面51bから下方に延びる円筒状の部分である(図1参照)。ボス部53は、上端の塞がれた円筒状部分である。ボス部53に後述するクランク軸70の偏心部71が挿入されることで、ボス部53と偏心部71とが連結される。ボス部53と偏心部71で接続されたクランク軸70が回転すると、オルダム継手33の働きにより可動スクロール50は固定スクロール40に対して自転することなく公転し、圧縮室Sc(第1圧縮室80および第2圧縮室90)内の冷媒が圧縮される。より具体的には、圧縮室Scは、可動スクロール50の公転により、固定側鏡板41および可動側鏡板51の中心方向に移動するに連れ容積が減少し、それと共に圧縮室Sc内の圧力が上昇する。つまり、周縁側の圧縮室Scよりも、中央側の圧縮室Scの圧力は高圧になる。なお、圧縮室Scで圧縮された冷媒は、固定スクロール40の上部に形成された吐出ポート41cから上方のチャンバ室45に吐出され、固定スクロール40およびハウジング31に形成された冷媒通路32を通過して、ハウジング31の下方の空間へと流入する。
 (2-2-3)ハウジング
 ハウジング31は、可動スクロール50の可動側鏡板51の下方に配置される部材である(図1参照)。ハウジング31は、ケーシング20の円筒部材21に圧入され、ハウジング31の外周面の全周が、円筒部材21の内周面に固定されている。ハウジング31の上方には、ハウジング31の上端面と、固定スクロール40の周縁部43の下面とが密着するように、固定スクロール40が配置されている(図1参照)。ハウジング31と固定スクロール40とは、図示しないボルト等により固定されている。
 ハウジング31には、図1のように、中央上部に第1凹部31aが形成されている。第1凹部31aは、平面視において円形状に形成されている。第1凹部31aの内側には、クランク軸70の偏心部71が連結された、可動スクロール50のボス部53が収容される。
 ハウジング31の下部(第1凹部31aの下方)には、クランク軸70を軸支する上部軸受35が設けられる(図1参照)。上部軸受35は、ハウジング31と一体に形成された軸受ハウジング35aと、軸受ハウジング35a内に収容された軸受メタル35bとを含む(図1参照)。上部軸受35は、クランク軸70の主軸72を回転自在に軸支する。
 ハウジング31の上面には、平面視において、第1凹部31aを取り囲むように、第2凹部31bが形成される。第2凹部31bには、オルダム継手33が配置される。
 (2-3)駆動モータ
 駆動モータ60は、可動スクロール50を駆動する駆動部である。駆動モータ60は、円筒部材21の内壁面に固定された環状のステータ61と、ステータ61の内側に僅かな隙間(エアギャップ)を空けて回転自在に収容されたロータ62とを有する(図1参照)。
 ロータ62は、円筒状の部材で、内部にクランク軸70が挿通されている。ロータ62は、クランク軸70を介して可動スクロール50と連結されている。ロータ62が回転することで、可動スクロール50が駆動される。
 駆動モータ60は、所定の最高回転数N1以下、かつ、所定の最低回転数N2以上の範囲の回転数で運転される。
 (2-4)クランク軸
 クランク軸70は、駆動モータ60の駆動力を可動スクロール50に伝達する。クランク軸70は、円筒部材21の軸心に沿って上下方向に延びるように配置され、駆動モータ60のロータ62と、圧縮機構30の可動スクロール50とを連結する。
 クランク軸70は、円筒部材21の軸心と中心軸が一致する主軸72と、円筒部材21の軸心(主軸72の中心軸)に対して偏心した偏心部71とを有する(図1参照)。クランク軸70の内部には、油流路73が形成されている(図1参照)。
 偏心部71は、主軸72の上端に配置され、可動スクロール50のボス部53に連結される。
 主軸72は、ハウジング31に設けられた上部軸受35、および、後述する下部軸受75により、回転自在に軸支される。また、主軸72は、上部軸受35と下部軸受75との間で、駆動モータ60のロータ62と連結される。主軸72は、上下方向に延びる鉛直軸周りに回転する。
 油流路73は、スクロール圧縮機10の摺動部分に、潤滑のための冷凍機油Oを供給するための冷凍機油Oの流路である。油流路73は、クランク軸70の軸方向に、クランク軸70の下端から上端まで延び、クランク軸70の上下の端部で開口する。クランク軸70の下端は、油溜空間25内に配置されている。油溜空間25の冷凍機油Oは、油流路73の下端側の開口から、上端側の開口まで運ばれる。油流路73を流れる冷凍機油Oは、油流路73と連通する図示しない油通路を流れて、スクロール圧縮機10の各摺動部分に供給される。各摺動部分を潤滑した冷凍機油Oは、油溜空間25に戻される。
 (2-5)下部軸受
 下部軸受75(図1参照)は、駆動モータ60の下方に配置され、クランク軸70の主軸72の下部側を回転自在に軸支する。下部軸受75は、下部ハウジング76に収容された軸受メタル75aを含む(図1参照)。下部ハウジング76は、円筒部材21と固定されている。
 (3)スクロール圧縮機の動作
 スクロール圧縮機10の動作について説明する。
 (3-1)圧縮動作
 駆動モータ60が駆動されると、ロータ62が回転し、ロータ62と連結されたクランク軸70も回転する。クランク軸70が回転すると、オルダム継手33の働きにより、可動スクロール50は自転せずに、固定スクロール40に対して公転する。そして、低圧の(吸入圧の)冷媒が、吸入管23を通ってケーシング20内に吸引される。より具体的には、低圧の冷媒が、吸入管23から圧縮室Sc(第1圧縮室80および第2圧縮室90)へ、圧縮室Scの周縁側から吸引される。可動スクロール50が公転するのに従い、吸入管23と圧縮室Scとは連通しなくなり、圧縮室Scの容積が減少するのに伴って、圧縮室Scの圧力が上昇する。冷媒は、周縁側の圧縮室Scから、中央側の圧縮室Scへ移動するにつれ圧力が上昇し、最終的に高圧(吐出圧)となる。圧縮機構30によって圧縮された高圧の冷媒は、固定側鏡板41の中央付近に位置する吐出ポート41cから吐出される。また、圧縮室Sc内部で過圧縮ガスが生じる場合(圧縮室Scの圧力がリリーフ弁147cの閉弁圧以上の場合)には、過圧縮ガスは、リリーフ穴47を通ってチャンバ室45へ吐出される。チャンバ室45の高圧の冷媒は、固定スクロール40およびハウジング31に形成された冷媒通路32を通過して、ハウジング31の下方の空間へ流入する。
 (3-2)第1圧縮室および第2圧縮室とチャンバ室との連通について
 以下に、第1圧縮室80および第2圧縮室90と、チャンバ室45と、の連通に関して説明する。なお、ここでは、特に、スクロール圧縮機10が低速・低圧力比条件で運転される場合に関し(例えば、スクロール圧縮機10が最低回転数N2付近で運転される場合に関し)、第1圧縮室80および第2圧縮室90と、チャンバ室45との連通を、図を用いて説明する。
 なお、高速・高圧力比条件(例えば、スクロール圧縮機10が最高回転数N1付近で運転される条件)では、リリーフ弁147cは基本的に開かず、リリーフ穴47を介して、第1圧縮室80または第2圧縮室90と、チャンバ室45とが連通しない。また、先行開口凹み部54と固定側ラップ42の先端42cとの開口面積A2は、高速・高圧力比条件において逆流損失の上昇ができるだけ抑制されるように予め決定されている。
 図10のタイミングチャートの下段は、第1圧縮室80とチャンバ室45とが、リリーフ穴47、および、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通するタイミングを示している。また、図10のタイミングチャートの上段は、第2圧縮室90とチャンバ室45とが、リリーフ穴47、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間、および、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通するタイミングを示している。なお、図10の横軸は、第1圧縮室80の閉じきり位置を基準とした(第1圧縮室80の閉じ切り位置の回転角を0度(deg)とした)クランク軸70の回転角を示している。
 初めに、図10の下段の第1圧縮室80とチャンバ室45との連通に関するタイミングチャートを見ると、第1圧縮室80とチャンバ室45とは、第1リリーフ穴47a、第2リリーフ穴47b、第3リリーフ穴47c、第4リリーフ穴47d、および固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間、を介して、順に連通することが分かる。図7および図10から分かるように、第1圧縮室80が、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間と、吐出ポート41cとを介して、チャンバ室45と連通する前に、第1圧縮室80は第4リリーフ穴47dを介して連通しており、低速・低圧力比条件下でも、第1圧縮室80の過圧縮が防止されやすい。
 次に、図10の上段の第2圧縮室90とチャンバ室45との連通に関するタイミングチャートを見ると、第2圧縮室90とチャンバ室45とは、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間および吐出ポート41cを介して、第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通する前に、第1リリーフ穴47a、第2リリーフ穴47b、第3リリーフ穴47c、を介して、順に連通していることが分かる。しかし、第2圧縮室90とチャンバ室45とが第4リリーフ穴47dを介して連通するタイミングは、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間および吐出ポート41cを介して第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通した後である。固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間および吐出ポート41cを介して第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通する直前を描画した図9からも、第2圧縮室90は、第4リリーフ穴47dを介してチャンバ室45と連通していないことが分かる。そのため、第4リリーフ穴47dは、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通した後に、冷媒がチャンバ室45に移送されることを補助する(冷媒の抜けをよくする)役割は果たすものの、過圧縮の防止には十分に寄与しない可能性がある。しかし、ここでは、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通する前に、先行開口凹み部54と固定側ラップ42の先端42cとの隙間および吐出ポート41cを介して、第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通する。そのため、第2圧縮室90において過圧縮が十分に抑制されやすい。さらに、ここでは、第2圧縮室90が第4リリーフ穴47dを介してチャンバ室45と連通する前に、吐出座ぐり部55と固定側ラップ42の先端42cとの隙間および吐出ポート41cを介して、第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通するため、第2圧縮室90において過圧縮が抑制されやすい。
 図11は、第1圧縮室80および第2圧縮室90とチャンバ室45とを連通する通路の開口面積(リリーフ弁147cは全て開いていると仮定している)の、クランク軸70の回転角に対する変化を示したグラフである。なお、図11では、第1圧縮室80とチャンバ室45とを連通する通路の開口面積のグラフについては、第1圧縮室80の閉じ切り時を回転角の基準としている(第1圧縮室80の閉じ切り時の回転角を0度(deg)としている)。また、図11では、第2圧縮室90とチャンバ室45とを連通する通路の開口面積のグラフについては、第2圧縮室90の閉じ切り時を回転角の基準としている(第2圧縮室90の閉じ切り時の回転角を0度(deg)としている)。
 ここでは、可動側鏡板51に先行開口凹み部54が形成されているために、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して第2圧縮室90とチャンバ室45とが連通する前に、開口面積が増大し、十分な開口面積が確保されやすいことが分かる(図11参照)。そのため、第2圧縮室90においても、過圧縮が十分に抑制することができる。
 (4)特徴
 (4-1)
 本実施形態のスクロール圧縮機10は、固定スクロール40と、可動スクロール50と、を備える。固定スクロール40は、固定側鏡板41と、固定側鏡板41の前面41aから延びる固定側ラップ42と、を有する。可動スクロール50は、可動側鏡板51と、可動側鏡板51の前面51aから延びる可動側ラップ52と、を有する。固定側ラップ42と可動側ラップ52とは、固定側鏡板41の前面41aと可動側鏡板51の前面51aとが対向する状態で組み合わされ、可動側ラップ52の外周面52aおよび固定側ラップ42の内周面42bによって囲まれる第1圧縮室80(A室)と、可動側ラップ52の内周面52bおよび固定側ラップ42の外周面42aによって囲まれる第2圧縮室90(B室)と、を圧縮室Scとして形成する。固定側鏡板41には、それぞれ前面41aから背面41bまで貫通する、吐出ポート41cおよびリリーフ穴47が形成される。リリーフ穴47は、第1圧縮室80および第2圧縮室90と、それぞれ所定期間連通する。リリーフ穴47は、第1圧縮室80および第2圧縮室90に共通である。可動側鏡板51の前面51aには、第2圧縮室90と吐出ポート41cとを連通させる凹み部56が形成される。圧縮後段の第2圧縮室90と、吐出ポート41cとは、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップ42の先端42cと凹み部56との隙間を介して連通する。
 スクロール圧縮機に、第1圧縮室80および第2圧縮室90に共通のリリーフ穴47(特に第4リリーフ穴47d)を設ける場合、低速・低圧力比条件において、その第4リリーフ穴47dだけを用いて第1圧縮室80および第2圧縮室90の過圧縮損失を共に十分に抑制することは困難である。具体的には、第2圧縮室90の過圧縮損失の十分に抑制するため、圧縮後段の第2圧縮室90と吐出ポート41cとが、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通する前に、第2圧縮室90と第4リリーフ穴47dとを連通させようとすると、第4リリーフ穴47dの位置を前段側へずらす必要がある。このように第4リリーフ穴47dを配置すると、逆に第1圧縮室80の過圧縮損失を十分に抑制できなくなる。
 これに対し、ここでは、可動側鏡板51に凹み部56が形成され、第2圧縮室90と吐出ポート41cとが、固定側ラップ42と可動側ラップ52との側面隙間を介して連通する前に、固定側ラップ42の先端42cと可動側鏡板51の凹み部56との隙間を介して連通する。そのため、第4リリーフ穴47dが、上記実施形態のように、第2圧縮室90とチャンバ室45とが固定側ラップ42および可動側ラップ52の側面隙間を介して連通した後に、第2圧縮室90とチャンバ室45とを連通させるものであっても、凹み部56を介して第2圧縮室90からチャンバ室45へ冷媒が流れるため、第2圧縮室90の過圧縮損失を十分に抑制することができる。つまり、ここでは、第1圧縮室80の過圧縮損失を第4リリーフ穴47dによって最大限抑制しつつ、第2圧縮室90の過圧縮損失を凹み部56および第4リリーフ穴47dを用いて抑制することができ、第1圧縮室80および第2圧縮室90の両圧縮室の過圧縮損失を効果的に抑制可能である。
 また、ここでは、第1圧縮室80と第2圧縮室90とに個別のリリーフ穴を設ける場合に比べ、圧縮室Scの死容積の増大を抑制することができる。
 (4-2)
 本実施形態のスクロール圧縮機10では、凹み部56は、段差56aを有する。凹み部56は、段差56aにより、第1凹み部としての先行開口凹み部54と、先行開口凹み部54より凹みの深さが深い第2凹み部としての吐出座ぐり部55と、に区画される。第2圧縮室90の圧縮後段(圧縮行程の後半)において、固定側ラップ42の先端42cの、固定側ラップ42の外周面42a側の縁部が、先行開口凹み部54と対向した後、吐出座ぐり部55と対向する。
 ここでは、凹み部56が段差56aを有し、固定側ラップ42の先端42cとの隙間が比較的小さく抑制することが可能な先行開口凹み部54が形成される。そして、固定側ラップ42の先端42cの外周面42a側の縁部は、凹みの深さが深い吐出座ぐり部55と対向する前に、先行開口凹み部54と対向する。そのため、凹み部56を介した第2圧縮室90と吐出ポート41cとの連通開始時に、凹み部56(先行開口凹み部54)と固定側ラップ42の先端42cとの隙間は比較的小さく保たれ、冷媒循環量の多い高速・高圧力比運転時には通路抵抗を比較的大きく保つことができる。そのため、高速・高圧力比運転時に、圧縮不足による逆流損失の増大を抑制することができる。
 (4-3)
 本実施形態のスクロール圧縮機10では、第2圧縮室90の圧縮後段において、固定側ラップ42の先端42cの、固定側ラップ42の外周面42a側の縁部が、吐出座ぐり部55と対向した後に、第2圧縮室90と第4リリーフ穴47dとが連通する。
 ここでは、第4リリーフ穴47dが第2圧縮室90と連通する前に、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54および吐出座ぐり部55との隙間を介して第2圧縮室90と吐出ポート41cとが連通し、これらの隙間を通って第2圧縮室90から吐出ポート41cに冷媒が流れる。そのため、低速・低圧力比条件でスクロール圧縮機10が運転される際に、第2圧縮室90の過圧縮損失を抑制することが容易である。
 (4-4)
 本実施形態のスクロール圧縮機10では、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間に形成される開口面積A2と、吐出ポート41cの開口面積A1との比が、スクロール圧縮機10の最低回転数N2と最高回転数N1との比に等しい。
 ここでは、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間の開口面積A2と、スクロール圧縮機10が最高回転数N1で運転される場合にも通路抵抗を抑制可能な吐出ポート41cの開口面積A1との比が、スクロール圧縮機10の最低回転数N2と最高回転数N1との比と等しい。そのため、低速・低圧力比条件で過圧縮損失を抑制しつつ、高速・高圧力比条件で固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間の通路抵抗を比較的大きく保ち、圧縮不足による逆流損失の増大を抑制することができる。
 (5)変形例
 以下に本実施形態の変形例を示す。なお、複数の変形例が適宜組み合わせてもよい。
 (5-1)変形例A
 上記実施形態のスクロール圧縮機10では、各リリーフ穴47は一対の丸穴147aを有するが、これに限定されるものではない。例えば、各リリーフ穴47は、1個または3個以上の丸穴147aを有してもよい。また、リリーフ穴47に含まれる固定側鏡板41の前面41aに形成された穴の形状は、丸穴に限定されるものではなく、各種形状の穴を採用可能である。
 (5-2)変形例B
 上記実施形態のスクロール圧縮機10では、可動側鏡板51に形成される凹み部56は段差56aを有し、凹みの深さが異なる、先行開口凹み部54および吐出座ぐり55に区画されているが、これに限定されるものではない。例えば、可動側鏡板は、段差のない、凹みの深さが一様な凹み部を有するものであってもよい。ただし、凹み部に段差を設けて深さが異なる先行開口凹み部54および吐出座ぐり55に区画することで、低速・低圧力比条件における過圧縮損失と、高速・高圧力比条件における逆流損失との両立が容易に実現されやすい。
 (5-3)変形例C
 上記実施形態のスクロール圧縮機10では、可動側鏡板51に形成される凹み部56は段差56aを1箇所有するが、これに限定されるものではない。凹み部56は、2個以上の段差を有し、3つ以上の深さの異なる領域に区画されていてもよい。
 (5-4)変形例D
 上記実施形態では、可動側鏡板51に第2圧縮室90と吐出ポート41cとを連通させる凹み部56が形成されているが、これに加え、固定側鏡板41に第1圧縮室80と吐出ポート41cとを連通させる凹み部が更に形成されてもよい。
 (5-5)変形例E
 上記実施形態では、リリーフ穴47は、4箇所に形成されているが、これに限定されるものではなく、リリーフ穴47は、1~3箇所であってもよく、5箇所以上であってもよい。例えば、固定側鏡板41には、第4リリーフ穴47dだけがリリーフ穴47として形成されてもよい。
 (5-6)変形例F
 上記実施形態に係る図10のタイミングチャートは一例であって、これに限定されるものではない。
 例えば、スクロール圧縮機10では、第2圧縮室90の圧縮後段において、固定側ラップ42の先端42cの、固定側ラップ42の外周面42a側の縁部が、先行開口凹み部54と対向した後であって、吐出座ぐり部55と対向する前に、第2圧縮室90と第4リリーフ穴47dとが連通してもよい。
 この場合にも、第4リリーフ穴47dが第2圧縮室90と連通する前に、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間を介して第2圧縮室90と吐出ポート41cとが連通し、この隙間を通って第2圧縮室90から吐出ポート41cに冷媒が流れる。そのため、低速・低圧力比条件でスクロール圧縮機10が運転される際に、第2圧縮室90の過圧縮損失を抑制することが容易である。
 (5-7)変形例G
 上記実施形態では、固定側ラップ42の先端42cと先行開口凹み部54との隙間に形成される開口面積が、連通中(図8の状態から図9の状態になるまでの間)概ね一定になるように設計されているが、これに限定されるものではない。固定側ラップ42の先端42cと、先行開口凹み部54との隙間に形成される開口面積は、例えば、連通開始から次第に大きくなるように設計されてもよい。
 (5-8)変形例H
 上記実施形態のスクロール圧縮機10では、可動側鏡板51に形成される凹み部56は段差56aを有するが、これに限定されるものではない。凹み部56は、深さが連続的に変化する勾配を有するものであってもよい。
 本発明は、A室及びB室共に、効果的に過圧縮損失を抑制可能なスクロール圧縮機として有用である。
10 スクロール圧縮機
40 固定スクロール
41 固定側鏡板
41a 固定側鏡板の前面
41b 固定側鏡板の背面
41c 吐出ポート
42 固定側ラップ
42a 固定側ラップの外周面
42b 固定側ラップの内周面
42c 固定側ラップの先端
47 リリーフ穴
47d 第4リリーフ穴(リリーフ穴)
50 可動スクロール
51 可動側鏡板
51a 可動側鏡板の前面
52 可動側ラップ
52a 可動側ラップの外周面
52b 可動側ラップの内周面
54 先行開口凹み部(第1凹み部)
55 吐出座ぐり部(第2凹み部)
56 凹み部
56a 段差
80 第1圧縮室
90 第2圧縮室
A1 吐出ポートの開口面積
A2 固定側ラップの先端と先行開口凹み部との隙間に形成される開口面積
N1 最高回転数
N2 最低回転数
Sc 圧縮室
特開2011-149376号公報

Claims (5)

  1.  固定側鏡板(41)と、前記固定側鏡板の前面(41a)から延びる固定側ラップ(42)と、を有する固定スクロール(40)と、
     可動側鏡板(51)と、前記可動側鏡板の前面(51a)から延びる可動側ラップ(52)と、を有する可動スクロール(50)と、
    を備え、
     前記固定側ラップと前記可動側ラップとは、前記固定側鏡板の前記前面と前記可動側鏡板の前記前面とが対向する状態で組み合わされ、前記可動側ラップの外周面(52a)および前記固定側ラップの内周面(42b)によって囲まれる第1圧縮室(80)と、前記可動側ラップの内周面(52b)および前記固定側ラップの外周面(42a)によって囲まれる第2圧縮室(90)と、を圧縮室(Sc)として形成し、
     前記固定側鏡板には、それぞれ前記前面から背面(41b)まで貫通する、
     吐出ポート(41c)と、
     前記第1圧縮室および前記第2圧縮室と、それぞれ所定期間連通する、前記第1圧縮室および前記第2圧縮室に共通のリリーフ穴(47)と、
    が形成され、
     前記可動側鏡板の前記前面には、前記第2圧縮室と前記吐出ポートとを連通させる凹み部(56)が形成され、
     圧縮後段の前記第2圧縮室と、前記吐出ポートとは、前記固定側ラップと前記可動側ラップとの側面隙間を介して連通する前に、前記固定側ラップの先端(42c)と前記凹み部との隙間を介して連通する、
    スクロール圧縮機(10)。
  2.  前記凹み部は、段差(56a)を有し、前記段差により、第1凹み部(54)と、前記第1凹み部より凹みの深さが深い第2凹み部(55)と、に区画され、
     前記第2圧縮室の圧縮後段において、前記固定側ラップの前記先端の、前記固定側ラップの前記外周面側の縁部は、前記第1凹み部と対向した後、前記第2凹み部と対向する、
    請求項1に記載のスクロール圧縮機。
  3.  前記第2圧縮室の圧縮後段において、前記固定側ラップの前記先端の、前記固定側ラップの前記外周面側の前記縁部が、前記第2凹み部と対向した後に、前記第2圧縮室と前記リリーフ穴(47d)とが連通する、
    請求項2に記載のスクロール圧縮機。
  4.  前記第2圧縮室の圧縮後段において、前記固定側ラップの前記先端の、前記固定側ラップの前記外周面側の前記縁部が、前記第1凹み部と対向したした後であって、前記第2凹み部と対向する前に、前記第2圧縮室と前記リリーフ穴(47d)とが連通する、
    請求項2に記載のスクロール圧縮機。
  5.  前記固定側ラップの前記先端と前記第1凹み部との隙間に形成される開口面積(A2)と、前記吐出ポートの開口面積(A1)との比が、スクロール圧縮機の最低回転数(N2)と最高回転数(N1)との比に等しい、
    請求項2から4のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
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