WO2022149184A1

WO2022149184A1 - 二段スクロール圧縮機

Info

Publication number: WO2022149184A1
Application number: PCT/JP2021/000085
Authority: WO
Inventors: 修平小山; 俊貴今西; 航佐々野
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2022-07-14
Also published as: JPWO2022149184A1; DE112021006767T5

Abstract

二段スクロール圧縮機は、シェル（１１）と、駆動機構部（３７）と、駆動機構部の上側に配置される低段側圧縮機構部（３５）と、駆動機構部の下側に配置される高段側圧縮機構部（３６）と、クランクシャフト（７）とを備え、シェルは、低段側圧縮機構部が冷媒を吸入する低圧空間（２２）と、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、冷媒が高段側圧縮機構部で圧縮され吐出される高圧空間（２４）と、を有し、圧縮機構部のそれぞれは、固定スクロール（１、４）及び揺動スクロール（２、５）を組み合わせて形成された圧縮室（１２、１３）と、中央部に位置する吐出ポート（１ａ、４ａ）と、を有し、低段側圧縮機構部は、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（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、クランクシャフトの下端部が嵌合される第２揺動軸受部（５ｄ）を有する。

Description

二段スクロール圧縮機

　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。

　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）。

特許第６６８９４１４号公報

　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。

　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。

　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揺動軸受部を有するものである。

　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。

実施の形態１に係る二段スクロール圧縮機の断面図である。実施の形態１に係る二段スクロール圧縮機を適用した気液分離器付きの冷媒回路の一例を示す図である。実施の形態１に係る二段スクロール圧縮機内の冷媒および冷凍機油の流れを示す図である。実施の形態１に係る二段スクロール圧縮機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。実施の形態１に係る二段スクロール圧縮機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。実施の形態１に係る二段スクロール圧縮機のモータトルクの計算結果を示す図である。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

Claims

　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揺動軸受部を有する
　二段スクロール圧縮機。
　前記高段側圧縮機構部を前記シェル内に保持するフレームを備え、
　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。
　前記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が形成されている
　請求項２に記載の二段スクロール圧縮機。
　前記高段側圧縮機構部の前記固定スクロールの背面に取り付けられたチャンバーを備え、
　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。
　前記圧縮室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
　請求項１～４のいずれか一項に記載の二段スクロール圧縮機。
　前記低段側圧縮機構部の前記固定スクロールの前記渦巻体と前記揺動スクロールの前記渦巻体との巻終同士を結んだ直線をＡ、前記高段側圧縮機構部の前記固定スクロールの前記渦巻体と前記揺動スクロールの前記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θが３０度以上１５０度以下である
　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。