WO2024003981A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
Definitions
- Scroll compressors are conventionally known as compressors used, for example, in air conditioners or refrigeration devices.
- the scroll compressor disclosed in Patent Document 1 includes a shell having a sealed space, a compression mechanism disposed within the shell to compress fluid, and a main frame fixed to an inner wall surface of the shell.
- the compression mechanism section has a compression chamber formed by combining a fixed scroll with a spiral body protruding from a base plate and an oscillating scroll.
- a suction port for supplying fluid into the compression chamber is provided in the main frame as a space penetrating in the vertical direction.
- the suction port is provided as a space that vertically passes through the main frame.
- the shape of the suction port is not appropriate, the pressure loss when fluid passes through the suction port will increase, resulting in a decrease in compressor efficiency, which can cause problems in terms of compressor performance. It had
- the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to provide a scroll compressor that can suppress a decrease in compressor efficiency.
- a scroll compressor includes a shell, a compression mechanism section that is disposed inside the shell and has a compression chamber that compresses fluid taken in from a fluid intake port, and a drive mechanism section that drives the compression mechanism section.
- the main frame includes a rotating shaft that rotates by a driving force generated in the drive mechanism, and a main frame that has an outer peripheral surface that is fixed in contact with the inner wall surface of the shell and supports the compression mechanism in the axial direction of the rotating shaft.
- the main frame is formed with a suction port that guides the fluid sucked into the shell to the compression chamber, and the suction port is a through hole formed on the outer periphery of the main frame, or a It is composed of a groove formed in the suction port and the inner wall surface of the shell, and includes an inlet section where the cross-sectional area of the flow path decreases from the upstream opening of the suction port, and a groove formed continuously with the inlet section to increase the flow rate. an outlet section whose cross-sectional area is expanded to reach the downstream opening of the suction port; and a second surface facing the first surface in the axial direction, and the boundary between the inlet and the outlet is located closer to the second surface than the middle between the first and second surfaces in the axial direction.
- the radially inner wall surface perpendicular to the axial direction at the outlet portion is an inclined surface that slopes radially inward from upstream to downstream.
- the boundary portion between the inlet portion and the outlet portion is located closer to the second surface than the middle between the first surface and the second surface in the axial direction.
- This allows the scroll compressor to increase the ratio of the inlet section, which is the part where the cross-sectional area of the flow path decreases, to the suction port, and because the inner wall surface of the inlet section changes gradually, it reduces fluid pressure loss. be able to.
- the radially inner wall surface perpendicular to the axial direction at the outlet portion is an inclined surface that slopes radially inward from upstream to downstream.
- FIG. 1 is an explanatory diagram showing a cross section of a scroll compressor according to Embodiment 1.
- FIG. 2 is a plan view of the main frame of the scroll compressor according to Embodiment 1, viewed from the subframe side in FIG. 1.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the main frame of the scroll compressor according to Embodiment 1, taken along a plane that includes the axis of the rotating shaft.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the main frame of the scroll compressor according to Embodiment 1, taken along a plane that includes the axis of the rotating shaft.
- FIG. 3 is a diagram showing another example of the suction port in the scroll compressor according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the main frame of the scroll compressor according to Embodiment 1, taken along a curved surface of a virtual cylindrical shape having a rotating shaft as a central axis.
- 7 is an enlarged cross-sectional view of the inlet portion of the suction port in any of FIGS. 3 to 6.
- FIG. 9 is a cross-sectional view of the scroll compressor according to Embodiment 1 taken along line DD in FIG. 8 and viewed from the arrow direction.
- FIG. 9 is a cross-sectional view of the scroll compressor 100 according to Embodiment 1 taken along line EE in FIG. 8 and viewed from the direction of the arrow.
- 11 is an enlarged view of the portion surrounded by a dotted line in FIG. 10.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the main frame of the scroll compressor according to Embodiment 1, taken along a curved surface of a virtual cylindrical shape having a rotating shaft as a central axis.
- 7 is an enlarged
- FIG. 1 is an explanatory diagram showing a cross section of a scroll compressor 100 according to the first embodiment.
- the scroll compressor 100 is a hermetic scroll compressor that sucks in fluid such as refrigerant, compresses it, and discharges it in a high-temperature, high-pressure state.
- the scroll compressor 100 has a shell 8 that is a closed container forming an outer shell.
- the scroll compressor 100 is of a so-called low-pressure shell type in which the sucked low-pressure fluid gas is once taken into the internal space of the shell 8 and then compressed.
- the compression mechanism section 31 is arranged above the drive mechanism section 32. Inside the shell 8, the rotation axis 5 is housed vertically. An oil reservoir 14 is located below the shell 8.
- a suction pipe 6 and a discharge pipe 7 are connected to the shell 8 .
- the suction pipe 6 is a pipe for sucking fluid into the shell 8 .
- the discharge pipe 7 is a pipe for discharging fluid to the outside of the shell 8.
- the suction pipe 6 is provided on the side surface of the shell 8, and the discharge pipe 7 is provided on the top surface of the shell 8.
- the direction in which the rotating shaft 5 extends is referred to as the axial direction
- the direction perpendicular to the axial direction is referred to as the radial direction
- the direction around the rotating shaft 5 is referred to as the circumferential direction.
- the space inside the shell 8 is divided into a low pressure space 16 and a high pressure space 17 depending on the pressure of the fluid existing in the space.
- the low pressure space 16 is a space communicating with the suction pipe 6, and is a space in which low pressure fluid exists before being taken into the compression chamber 9, which will be described later.
- the high pressure space 17 is a space communicating with the discharge pipe 7, and is a space in which the high pressure fluid discharged from the compression chamber 9 exists.
- the compression mechanism section 31 has a function of sucking in low pressure fluid that has flowed into the low pressure space 16 through the suction pipe 6, compressing it into high pressure fluid, and discharging the high pressure fluid into the high pressure space 17 within the shell 8. .
- the high-pressure fluid discharged into the high-pressure space 17 is discharged from the discharge pipe 7 to the outside of the scroll compressor 100.
- the drive mechanism section 32 has a function of driving the swinging scroll 2 that constitutes the compression mechanism section 31 so that the fluid is compressed by the compression mechanism section 31. That is, the drive mechanism section 32 drives the swinging scroll 2 via the rotating shaft 5, so that the compression mechanism section 31 compresses the fluid.
- the compression mechanism section 31 has a fixed scroll 1 and an oscillating scroll 2.
- the swinging scroll 2 is arranged on the lower side, and the fixed scroll 1 is arranged on the upper side.
- the fixed scroll 1 has a fixed base plate 1c and a fixed spiral body 1b which is a spiral protrusion provided on one surface of the fixed base plate 1c.
- the swinging scroll 2 includes a swinging base plate 2c and a swinging spiral body 2b which is a spiral protrusion provided on one surface of the swinging base plate 2c.
- the fixed scroll 1 and the swinging scroll 2 are installed in the shell 8 with the fixed scroll body 1b and the swing scroll body 2b meshed with each other.
- a compression chamber 9 for compressing fluid is formed between the fixed spiral body 1b and the oscillating spiral body 2b.
- a winding end portion of one of the fixed spiral body 1b and the oscillating spiral body 2b forms a fluid intake port 31a between it and the outer peripheral surface of the other spiral body.
- the compression mechanism section 31 compresses the fluid taken in from the fluid intake port 31a in the compression chamber 9.
- the fixed spiral body 1b and the oscillating spiral body 2b are formed to follow a curve such as an involute or an algebraic spiral.
- the fixed scroll 1 is fixed to the shell 8 via the main frame 3 or directly by shrink fitting or the like.
- a discharge port 1a is formed in the center of the fixed scroll 1 to discharge compressed high-pressure fluid.
- a discharge valve 11 made of a plate spring is disposed at the outlet opening of the discharge port 1a to cover the outlet opening and prevent backflow of fluid.
- a discharge valve holder 10 is provided at one end of the discharge valve 11 to limit the amount of lift of the discharge valve 11 . That is, when the fluid is compressed to a high pressure within the compression chamber 9, the discharge valve 11 is lifted against its elastic force, and the compressed high pressure fluid is discharged from the discharge port 1a into the high pressure space 17. ing.
- the discharge valve 11 is regulated by a discharge valve holder 10 so as not to be deformed more than necessary, and damage to the discharge valve 11 is prevented.
- the fixed scroll 1 is formed with a subport 1d that communicates with the high pressure space 17 and the compression chamber 9.
- a subport valve 21 made of a plate spring is disposed at the outlet opening of the subport 1d to cover the outlet opening and prevent backflow of fluid.
- a sub-port valve holder 20 is provided at one end of the sub-port valve 21 to limit the amount of lift of the sub-port valve 21. That is, when the fluid in the compression chamber 9 is compressed to a high pressure, the sub-port valve 21 is lifted against its elastic force, and the compressed high-pressure fluid is discharged from the sub-port 1d into the high-pressure space 17. It has become.
- the sub-port valve 21 is regulated by a sub-port valve holder 20 so as not to deform more than necessary, and damage to the sub-port valve 21 is prevented.
- the swinging scroll 2 is configured to perform an eccentric rotation movement without rotating relative to the fixed scroll 1 by an Oldham ring 18, which will be described later.
- a hollow cylindrical swing bearing portion 2d is formed at the center of the other surface (hereinafter referred to as the thrust surface) of the swing scroll 2.
- An eccentric portion 5a of the rotating shaft 5, which will be described later, is fitted into the swing bearing portion 2d with a slight gap from the inner surface of the swing bearing portion 2d.
- the thrust surface of the rocking scroll 2 is a surface that supports a thrust load, and a thrust bearing 3b is provided on this thrust surface.
- the drive mechanism section 32 includes at least a stator 13 fixedly held inside the shell 8 and a rotor 12 rotatably disposed on the inner peripheral surface of the stator 13 and fixed to the rotating shaft 5. .
- the stator 13 has a function of rotating the rotor 12 when energized. Further, the outer circumferential surface of the stator 13 is firmly supported by the shell 8 by shrink fitting, spot welding, or the like.
- the rotor 12 has a function of being rotationally driven by energizing the stator 13 and rotating the rotating shaft 5.
- the rotor 12 is fixed to the outer periphery of the rotating shaft 5, has a permanent magnet inside, and is held with a small gap from the stator 13.
- a main frame 3 and a subframe 4 are fixed inside the shell 8.
- the main frame 3 is arranged below the compression mechanism section 31.
- the main frame 3 has a cylindrical outer wall 3A extending in the axial direction, and an outer peripheral surface 3Aa of the outer wall 3A is fixed in contact with an inner wall surface 8a of the shell 8.
- the outer peripheral surface 3Aa of the main frame 3 is fixed to the inner wall surface 8a of the shell 8 by shrink fitting, welding, or the like.
- the main frame 3 has a through hole in the center thereof through which the rotating shaft 5 passes.
- a main bearing 3a is provided in the through hole.
- the main bearing 3a is constituted by, for example, a sliding bearing.
- the main frame 3 supports the swinging scroll 2 in the axial direction, and rotatably supports the rotating shaft 5 with a main bearing 3a.
- a suction port 3c is formed on the outer circumference of the main frame 3 to connect the space inside the main frame 3 and the low pressure space 16 below the main frame 3.
- the suction port 3c is composed of a through hole that passes through the main frame 3 in the axial direction.
- the low pressure fluid present in the low pressure space 16 is sucked into the compression chamber 9 through the suction port 3c and the fluid intake port 31a.
- arrows 60a and 60b indicate the flow of fluid flowing into the shell 8 from the suction pipe 6 until it reaches the suction port 3c.
- An arrow 60a indicates that the fluid flowing into the shell 8 from the suction pipe 6 cools the drive mechanism section 32 while passing through the gap formed in the drive mechanism section 32 from top to bottom, and then flows into the drive mechanism section 32. It shows the flow rising through the formed gap from bottom to top and reaching the suction port 3c.
- An arrow 60b indicates a flow of fluid that flows into the shell 8 from the suction pipe 6, rotates around the rotating shaft 5, and then reaches the suction port 3c.
- the subframe 4 is disposed below the drive mechanism section 32 and is fixed to the inner wall surface 8a of the shell 8 by shrink fitting, welding, or the like.
- the subframe 4 has a through hole in the center through which the rotation shaft 5 passes.
- a secondary bearing 4a is provided in the through hole.
- the auxiliary bearing 4a is constituted by, for example, a ball bearing.
- the sub-frame 4 rotatably supports the rotating shaft 5 with a sub-bearing 4a.
- the rotating shaft 5 rotates as the rotor 12 rotates, causing the swinging scroll 2 to eccentrically rotate.
- the rotating shaft 5 is rotatably supported on the upper side by a main bearing 3a, and rotatably supported on the lower side by a sub-bearing 4a.
- An eccentric portion 5a is provided at the upper end of the rotating shaft 5.
- the eccentric portion 5a fits into the swing bearing portion 2d so that the swing scroll 2 can rotate eccentrically.
- An oil pump 15 is fixed to the lower part of the rotating shaft 5.
- the oil pump 15 is a positive displacement pump. As the rotary shaft 5 rotates, the oil pump 15 passes the refrigerating machine oil held in the oil reservoir 14 through an oil circuit 19 provided inside the rotary shaft 5 to the swing bearing 2d, the main bearing 3a, the thrust bearing 3b, and the sub bearing 3b. It functions to supply the bearing 4a and the like.
- an Oldham ring 18 is disposed within the shell 8 to prevent rotation of the orbiting scroll 2 during eccentric rotation.
- the Oldham ring 18 has the function of preventing the rotational movement of the swinging scroll 2 and also enabling the orbiting movement.
- the Oldham ring 18 is arranged between the swinging scroll 2 and the main frame 3, but it can also be arranged between the swinging scroll 2 and the fixed scroll 1.
- gaseous fluid is sucked into the low pressure space 16 in the shell 8 from the suction pipe 6, passes through the suction port 3c formed in the main frame 3, and is sucked into the compression chamber 9. be done.
- the compression chamber 9 reduces its volume while moving from the outer periphery toward the center as the orbiting scroll 2 moves eccentrically, thereby compressing the fluid inside the compression chamber.
- the fluid compressed in the compression chamber 9 is discharged from the discharge port 1a provided in the fixed scroll 1 into the high pressure space 17 against the discharge valve 11, and is discharged from the discharge pipe 7 to the outside of the shell 8. Further, when the fluid being compressed is compressed to a high pressure, it is discharged from the subport 1d provided in the fixed scroll 1 into the high pressure space 17 against the subport valve 21, and is discharged from the discharge pipe 7 to the outside of the shell 8.
- FIG. 2 is a plan view of the main frame 3 of the scroll compressor 100 according to the first embodiment, viewed from the subframe 4 side in FIG. 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the main frame 3 of the scroll compressor 100 according to the first embodiment, taken along line AA in FIG. 2 and viewed from the direction of the arrow.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the main frame 3 according to the first embodiment taken along a plane including the axis O of the rotating shaft 5.
- the vertical direction in FIG. 3 corresponds to the vertical direction in FIG.
- the dashed-dotted lines indicate the cut positions of BB and CC in FIG.
- the suction port 3c is provided on the outer periphery of the main frame 3. Specifically, the suction port 3c is provided outside the rocking base plate 2c (see FIG. 1) of the rocking scroll 2 so as not to overlap the rocking base plate 2c when viewed in the axial direction. This is to prevent the suction port 3c from being blocked by the rocking table plate 2c. Further, the main frame 3 is provided with a rib portion 3d in order to fix the main frame 3 to a processing table during processing. The suction port 3c is also provided avoiding this rib portion 3d.
- the suction port 3c has a hole surrounded by two wall surfaces 3ca and 3cb facing each other in the radial direction, and two wall surfaces 3cc and 3cd facing each other in the circumferential direction.
- the wall surface 3ca and the wall surface 3cb are arc-shaped surfaces extending in the circumferential direction.
- the wall surface 3cc is an arc-shaped surface that connects one end of the wall surface 3ca and the wall surface 3cb in the same direction.
- the wall surface 3cd is an arc-shaped surface that connects the other ends of the wall surface 3ca and the wall surface 3cb in the same direction.
- the suction port 3c further has a groove 3A1 formed in the outer wall 3A of the main frame 3.
- the groove 3A1 is formed continuously on the wall surface 3cb.
- the downstream end of the groove 3A1 is formed in an R shape.
- the thick arrows shown in FIG. 3 represent the flow of fluid sucked into the suction port 3c.
- the suction port 3c has an upstream opening 3c1 that is an opening at the upstream end of the suction port 3c, and a downstream opening 3c2 that is an opening at the downstream end of the suction port 3c.
- the main frame 3 has a first surface 71 and a second surface 72 that are perpendicular to the rotation axis 5 and oppose each other in the axial direction, and the upstream opening 3c1 is formed in the first surface 71. .
- the downstream opening 3c2 is formed across the second surface 72 and the inner wall surface of the outer wall 3A.
- FIG. 3 shows a configuration in which the main frame 3 has an outer wall 3A and a part of the downstream opening 3c2 is formed in the outer wall 3A
- the scroll compressor 100 of the first embodiment has a main frame 3A. 3 may have a so-called outer wall-less structure in which the outer wall 3A is not provided.
- the suction port 3c does not have the groove 3A1.
- the upstream opening 3c1 is formed in the first surface 71, and the downstream opening 3c2 is formed in the second surface 72.
- the suction port 3c forms a flow path whose cross-sectional area once decreases and then expands as it goes downstream from the upstream opening 3c1.
- the cross-sectional area of the flow path means the area of a cross section perpendicular to the fluid flow direction (axial direction).
- the inlet portion 30a a portion where the cross-sectional area of the flow path decreases from the upstream opening 3c1
- the inlet portion 30a a portion where the cross-sectional area of the flow path increases from the inlet portion 30a toward the downstream opening 3c2
- the cross-sectional area of the flow path decreases continuously from the upstream side to the downstream side.
- the flow of fluid passing through the suction port 3c has less separation from the wall surface 3ca in the area indicated by the broken line in FIG. 3, and the pressure loss of the fluid due to separation is reduced. be done.
- the downstream end of the groove 3A1 in the suction port 3c is formed in an R shape, it is possible to suppress the flow of fluid passing through the suction port 3c from separating from the inner wall surface of the groove 3A1.
- a boundary portion 30c between the inlet portion 30a and the outlet portion 30b is located closer to the second surface 72 than the middle between the first surface 71 and the second surface 72 in the axial direction.
- the dotted line extending in the left-right direction indicates the middle between the first surface 71 and the second surface 72 in the axial direction.
- the radially inner wall surface 3ca of the outlet portion 30b is an inclined surface that slopes radially inward from the upstream toward the downstream.
- the scroll compressor 100 can direct the flow of the fluid flowing out from the outlet portion 30b toward the fluid intake port 31a, and can increase the refrigerant intake efficiency.
- the flow of the fluid flowing into the shell 8 from the suction pipe 6 until it reaches the suction port 3c includes a flow indicated by the arrow 60a and a flow indicated by the arrow 60b.
- the fact that the wall surface 3ca is an inclined surface is particularly effective for the flow shown by the arrow 60a. This is because the fluid flow indicated by the arrow 60a flows into the suction port 3c parallel to the axial direction as shown in FIG.
- the scroll compressor 100 can change the fluid flowing into the suction port 3c parallel to the axial direction into a flow toward the fluid intake port 31a.
- the scroll compressor 100 has a combination of being able to reduce the pressure loss of the fluid at the inlet portion 30a and making the flow of the fluid flowing out from the outlet portion 30b flow toward the fluid intake port 31a. The decrease in efficiency can be suppressed.
- the cross-sectional area of the flow path of the inlet portion 30a is continuously reduced, but the design of the suction port 3c will be quantitatively evaluated.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the main frame 3 of the scroll compressor 100 according to the first embodiment, taken along a plane including the axis O of the rotating shaft 5.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the main frame 3 taken along line AA in FIG. 2 and viewed from the direction of the arrow.
- the inlet end of the inlet portion 30a on the radially inner wall surface 3ca of the two radially opposing wall surfaces is designated as point A1, and the outlet end of the inlet portion 30a on the wall surface 3ca is designated as point A2.
- the inlet end of the inlet portion 30a on the radially outer wall surface 3cb of the two opposing wall surfaces is designated as point B1, and the exit end on the wall surface 3cb is designated as point B2.
- Point A2 is also the intersection of the cut surface 40 and the wall surface 3ca.
- Point B2 is also the intersection of the cut surface 40 and the wall surface 3cb when the cross-sectional area of the flow path becomes the minimum in the suction port 3c.
- the cut surface 40 is a surface perpendicular to the rotating shaft 5 at the axial position where the cross-sectional area of the flow path is the minimum in the suction port 3c.
- the cut surface 40 can also be said to be a surface perpendicular to the rotation axis 5 at the boundary portion 30c between the inlet portion 30a and the outlet portion 30b.
- ⁇ 1 be the angle formed by the straight line L1 connecting points A1 and A2 and the straight line L2 connecting points B1 and B2. Note that when the flow passage cross-sectional area of the upstream end of the suction port 3c, that is, the flow passage cross-sectional area of the upstream opening 3c1, is the minimum, the straight line L1, the straight line L2, and the angle ⁇ 1 are not defined. Further, the outlet end of the outlet portion 30b on the radially inner wall surface 3ca of the two radially opposing wall surfaces is defined as a point C1. Let Lo be the straight line connecting point A2 and point C1.
- the angle ⁇ 1 is 0° and the cross-sectional area of the flow path does not change from the upstream opening 3c1 to the cut surface 40 at the inlet 30a of the suction port 3c, the fluid will flow from the wall 3ca at the inlet 30a. A relatively large amount of separation occurs, and the fluid pressure loss associated with the separation becomes large.
- the angle ⁇ 1 is larger than 0°, the separation of the fluid flow from the wall surface 3ca can be made smaller than when the angle ⁇ 1 is 0°, and pressure loss can be reduced.
- a portion of the wall surface 3cb of the suction port 3c that constitutes the inlet portion 30a extends substantially vertically, and the straight line L2 is a straight line extending substantially vertically. As shown in FIG. 5, it may be inclined with respect to the vertical direction.
- FIG. 5 is a diagram showing another example of the suction port 3c in the scroll compressor 100 according to the first embodiment.
- a portion of the wall surface 3cb of the suction port 3c that constitutes the inlet portion 30a is inclined radially inward from the upstream opening 3c1 toward the downstream. Therefore, the straight line L2 also slopes radially inward from the upstream opening 3c1 toward the downstream. In this way, the straight line L2 may be inclined with respect to the vertical direction.
- the main frame 3 applied to the scroll compressor 100 is often manufactured by casting, and a draft angle is set in the suction port 3c in order to pull out the molded product from the mold.
- the draft angle ⁇ 1 set for the purpose of pulling out the molded product from the mold was less than 12°, and this angle was insufficient from the viewpoint of pressure loss. Therefore, in the scroll compressor 100, the lower limit of the angle ⁇ 1, which is set for the purpose of reducing pressure loss, is 12° or more.
- the wall surface forming the suction port 3c is linear, but in the cross section shown in FIG. 4, the wall surface forming the suction port 3c is convex.
- the wall surface between the point A1 and the point A2 of the wall surface 3ca has a curved surface that is convex outward in the radial direction with respect to the straight line L1.
- the wall surface between the point A2 and the point C1 among the wall surfaces 3ca has a curved surface that is convex outward in the radial direction with respect to the straight line Lo.
- the angle ⁇ 1 formed in a cross section cut along a plane including the axis O of the rotating shaft 5 is defined.
- the angle ⁇ 2 formed in the cross section cut by the curved surface of the virtual cylinder having the rotation axis 5 as the central axis will be defined.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the main frame 3 of the scroll compressor 100 according to the first embodiment, cut along a curved surface of a virtual cylindrical shape having the rotating shaft 5 as the central axis.
- FIG. 6 shows a BB cross section cut along BB in FIG. 2 and viewed from the arrow direction, and a CC cross section cut along CC in FIG. 2 and viewed from the arrow direction. It is a diagram shown side by side.
- the wall surface 3da indicates a side surface (see FIG. 2) extending in the radial direction in the rib portion 3d.
- the dotted line extending in the left-right direction indicates the height position of the second surface 72 of the main frame 3.
- the inlet end of the inlet portion 30a on the wall surface 3cc which is one of the two circumferentially opposing wall surfaces, is a point A3, and the outlet end of the inlet portion 30a on the wall surface 3cc is a point A4.
- the inlet end of the inlet portion 30a on the wall surface 3cd which is the other of the two opposing wall surfaces, is a point B3, and the outlet end of the inlet portion 30a on the wall surface 3cd is a point B4.
- Point A4 is also the intersection of the cut surface 40 and the wall surface 3cc when the cross-sectional area of the flow path becomes the minimum in the suction port 3c.
- Point B4 is also the intersection of the cut surface 40 and the wall surface 3cd when the cross-sectional area of the flow path becomes the minimum in the suction port 3c.
- ⁇ 2 be the angle formed by the straight line L3 connecting points A3 and A4 and the straight line L4 connecting points B3 and B4.
- the wall surface 3cc and the wall surface 3cd are linear
- the straight line L3 is a straight line along the wall surface 3cc at the entrance part 30a
- the straight line L4 is a straight line along the wall surface 3cd at the entrance part 30a. Note that when the cross-sectional area of the upstream end of the suction port 3c, that is, the cross-sectional area of the upstream opening 3c1, is the minimum, the straight line L3, the straight line L4, and the angle ⁇ 2 are not defined.
- ⁇ 2 is set to be 12° or more and 100° or less for the same reason as ⁇ 1.
- one or both of ⁇ 1 and ⁇ 2 may be 12° or more and 100° or less.
- the scroll compressor 100 can reduce separation that occurs in the flow of fluid sucked into the suction port 3c, and can reduce pressure loss of the fluid due to separation.
- FIG. 7 is an enlarged sectional view of the inlet portion 30a of the suction port 3c in any of FIGS. 3 to 6.
- the inlet corner 50 has an R shape, as shown in FIG. According to Weisbach's entrance loss, the loss coefficient when the entrance corner 50 has a rounded shape is significantly smaller than when it has a right-angled shape. For this reason, the entrance corner 50 preferably has a rounded shape.
- the radius of curvature of the R-shaped entrance corner 50 is preferably 1 mm or more. This is because, in the manufacture of castings, the standard size of corner portions is determined by JIS, and the minimum value thereof is 1 mm. Note that this dimension of 1 mm is set for the reason that if the radius of curvature R is smaller than 1 mm, the casting and the mold may be damaged.
- the upper limit value of the radius of curvature R is set depending on the size of the suction port 3c. Considering that the R shape of the inlet corner 50 should be a quarter circle or a shape close to a quarter circle, the upper limit of the radius of curvature R is calculated using the following formula, where D is the inner diameter of the shell 8. It is assumed to be the value given. Radius of curvature R ⁇ D/4
- the scroll compressor 100 according to the first embodiment has a configuration in which the fixed scroll 1 is fixed to the main frame 3 fixed to the shell 8.
- Scroll compressor 100 according to Embodiment 1 may have a configuration in which each of fixed scroll 1 and main frame 3 is individually fixed to shell 8. That is, the scroll compressor 100 according to the first embodiment may have a frame outer wallless structure.
- the suction port 3c was composed of a through hole penetrating the main frame 3, but as shown in FIG. It may also consist of grooves.
- FIG. 8 is a diagram showing a modification of the scroll compressor 100 according to the first embodiment, and is a diagram of the main frame 3 fixed to the shell 8 viewed from below.
- FIG. 9 is a cross-sectional view of the scroll compressor 100 according to the first embodiment, taken along line DD in FIG. 8 and viewed from the direction of the arrow.
- the vertical direction in FIG. 9 corresponds to the vertical direction in FIGS. 1 and 3.
- the scroll compressor 100 of this modification is a scroll compressor with a frame outer wallless structure.
- the main frame 3 has a protrusion 61 that protrudes radially outward from the outer circumferential surface 3Aa, and is fixed to the inner wall surface 8a of the shell 8 by shrink-fitting with the protrusion 61.
- a plurality of protrusions 61 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
- FIG. 8 shows an example in which the number of protrusions 61 is three, the number is not limited to three.
- the suction port 3c is constituted by a groove 60 formed in the outer peripheral surface 3Aa of the main frame 3.
- the groove 60 is formed in a portion of the outer peripheral surface 3Aa of the main frame 3 other than the protrusion 61.
- the opening surface of the groove 60 is closed by the inner wall surface 8a of the shell 8.
- the opening surface of the groove 60 is closed by the inner wall surface 8a of the shell 8, so that the inner wall surface of the suction port 3c is formed by the main frame 3 and the shell 8.
- the suction port 3c is a hole surrounded by two radially opposing wall surfaces 3ca and 3cb and two circumferentially opposing walls 3cc and 3cd.
- the wall surface 3ca, the wall surface 3cd, the wall surface 3cb, and the wall surface 3cc are connected in this order to constitute the inner wall surface of the suction port 3c.
- the wall surface 3ca, the wall surface 3cd, and the wall surface 3cc are constituted by the inner wall surface of the groove 60 formed in the main frame 3, and the wall surface 3cb is constituted by the inner wall surface 8a of the shell 8.
- the angle formed by the straight line L1 connecting points A1 and A2 and the straight line L5 connecting points B1 and B2 is defined as ⁇ 1.
- Point A1 is the entrance end of the entrance portion 30a on the wall surface 3ca.
- Point A2 is the intersection of the cut surface 40 and the wall surface 3ca when the cross-sectional area of the flow path becomes the minimum in the suction port 3c.
- Point B1 is the entrance end of the entrance portion 30a on the wall surface 3cb.
- point B1 is the intersection of a straight line L5 that extends in the axial direction along the wall surface 3cb and a straight line L6 that includes point A1 and is perpendicular to the rotation axis 5.
- Point B2 is the intersection of the cut surface 40 and the wall surface 3cb.
- the angle ⁇ 1 is set to be 12° or more and 100° or less for the same reason as above.
- the scroll compressor 100 can reduce separation that occurs in the flow of fluid sucked into the suction port 3c, and can reduce pressure loss of the fluid due to separation.
- FIG. 9 shows an example in which the wall surface 3ca of the suction port 3c has a planar shape, it may have a curved shape that is convex toward the outside in the radial direction as in FIG. 4.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the scroll compressor 100 according to Embodiment 1 taken along line EE in FIG. 8 and viewed from the direction of the arrow.
- FIG. 10 illustration of the structure of the central portion of the main frame 3 is omitted.
- FIG. 11 is an enlarged view of the portion surrounded by a dotted line in FIG. 10.
- the scroll compressor 100 shown in FIG. 10 is a scroll compressor having a frame-less outer wall structure.
- the inner wall surface 8a of the shell 8 has a first inner wall surface 8a1 and a second inner wall surface 8a2.
- the second inner wall surface 8a2 is a wall surface that is formed in line with the first inner wall surface 8a1 in the axial direction and is located on the outer side of the first inner wall surface 8a1 in the radial direction.
- the main frame 3 is fixed to the second inner wall surface 8a2 by shrink fitting. Specifically, the main frame 3 is fixed to the second inner wall surface 8a2 with the protrusion 61 in contact with a stepped portion 80 between the first inner wall surface 8a1 and the second inner wall surface 8a2.
- the stepped portion 80 between the first inner wall surface 8a1 and the second inner wall surface 8a2 is used as a positioning portion when shrink fitting the main frame 3 to the second inner wall surface 8a2.
- the shell 8 needs to include a stepped portion 80 on the inner wall surface 8a for positioning the main frame 3 during shrink fitting. Since the step portion 80 is a part of the flow path formed by the suction port 3c, the step portion 80 in the suction port 3c allows the flow path formed by the suction port 3c to flow at the step portion 80. A sudden expansion of the road occurs.
- the second inner wall surface 8a2 is located on the outer side in the radial direction than the first inner wall surface 8a1, so that the flow path width is expanded downstream of the stepped portion 80 compared to the upstream side.
- a configuration that reduces pressure loss at the stepped portion 80 is required.
- the stepped portion 80 is configured to be located closer to the first surface 71 than the middle between the first surface 71 and the second surface 72 of the main frame 3 in the axial direction.
- a dotted line extending in the left-right direction indicates the middle between the first surface 71 and the second surface 72 of the main frame 3 in the axial direction.
- the magnitude of the pressure loss of the fluid is mainly related to the expansion rate of the flow passage cross-sectional area at the portion where the flow passage cross-sectional area rapidly expands and the flow velocity of the fluid.
- the expansion rate of the channel cross-sectional area is the ratio of the channel cross-sectional areas upstream and downstream of the stepped portion 80 (downstream channel cross-sectional area/upstream channel cross-sectional area).
- the expansion width of the flow passage width downstream of the stepped portion 80 is constant in the axial direction, and therefore, the larger the cross-sectional area of the flow passage at the axial position where the stepped portion 80 is arranged, the smaller the expansion ratio becomes.
- the scroll compressor 100 can reduce the pressure loss of the fluid at the stepped portion 80.
- the step portion 80 is preferably located upstream of the boundary portion 30c between the inlet portion 30a and the outlet portion 30b, also from the viewpoint of ensuring the length of the shrink-fitting surface.
- the stepped portion 80 has a stepped surface 80a extending in the radial direction.
- a relief portion 81 that is a concave portion recessed toward the outside in the radial direction is formed at the connection portion of the second inner wall surface 8a2 with the stepped surface 80a.
- the relief portion 81 is provided to ensure that the protruding portion 61 of the main frame 3 comes into contact with the stepped surface 80a to improve positioning accuracy. If the inner surface shape of the relief portion 81 is, for example, rectangular, separation occurs in the fluid flow at the right angle portion. Therefore, in the relief portion 81, the extended portion of the stepped surface 80a (the portion surrounded by a dotted line in FIG. 11) is configured in an R shape. Thereby, the scroll compressor 100 can make the fluid flow in the relief part 81 the flow shown by the arrow in FIG. 11, and can suppress separation of the fluid in the relief part 81.
- the scroll compressor 100 of the first embodiment includes a shell 8, a compression mechanism section 31 that is disposed inside the shell 8 and has a compression chamber 9 that compresses fluid taken in from a fluid intake port 31a, and a compression mechanism section 31.
- the drive mechanism unit 32 includes a drive mechanism unit 32 that drives the drive mechanism unit 32, and a rotating shaft 5 that rotates by the driving force generated by the drive mechanism unit 32.
- the scroll compressor 100 further includes a main frame 3 having an outer peripheral surface fixed in contact with the inner wall surface 8a of the shell 8 and supporting the compression mechanism section 31 in the axial direction of the rotating shaft 5.
- the main frame 3 is formed with a suction port 3c that guides the fluid sucked into the shell 8 into the compression chamber 9.
- the suction port 3c is configured by a through hole formed in the outer circumferential portion of the main frame 3 or a groove 60 formed in the outer circumferential surface 3Aa of the main frame 3 and the inner wall surface 8a of the shell 8.
- An inlet portion 30a is formed continuously with the inlet portion 30a, and the flow path cross-sectional area is expanded from the upstream opening 3c1 of the suction port 3c to the downstream opening 3c2 of the suction port 3c. It has an exit portion 30b leading to the outlet portion 30b.
- the main frame 3 has a first surface 71 that is perpendicular to the rotation axis 5 and has an upstream opening 3c1 of the suction port 3c formed therein, and a second surface 72 that axially opposes the first surface 71. , has.
- the boundary portion between the inlet portion 30a and the outlet portion 30b is located closer to the second surface 72 than the middle between the first surface 71 and the second surface 72 in the axial direction, and is located in the radial direction perpendicular to the axial direction at the outlet portion 30b.
- the inner wall surface is an inclined surface that slopes inward in the radial direction from upstream to downstream.
- the boundary between the inlet portion 30a and the outlet portion 30b is located closer to the second surface 72 than the middle between the first surface 71 and the second surface 72 in the axial direction.
- the ratio of the inlet portion 30a which is the portion where the cross-sectional area of the flow path decreases, in the suction port 3c is large, and the inner wall surface of the inlet portion 30a changes gradually, reducing pressure loss. be able to.
- a radially inner wall surface perpendicular to the axial direction of the outlet portion 30b is an inclined surface that slopes radially inward from upstream to downstream.
- the straight line L1 is the inlet end of the inlet portion 30a at the radially inner wall surface 30ca of the two opposing wall surfaces in a cross section taken by cutting the suction port 3c on a plane including the axis O of the rotating shaft 5.
- This is a straight line connecting A1 and the outlet end A2 of the inlet portion 30a.
- the straight line L2 connects the inlet end B1 of the inlet portion 30a at the radially outer wall surface 30cb of the two opposing wall surfaces in a cross section taken by cutting the suction port 3c on a plane including the axis O of the rotating shaft 5. This is a straight line connecting the inlet portion 30a and the outlet end B2.
- the straight line L3 is a straight line that connects the inlet end A3 of the inlet part 30a and the outlet end A4 of the inlet part 30a on one of the two wall surfaces.
- L4 is a virtual cylindrical surface having the rotating shaft 5 as its central axis, and L4 is an inlet end B3 of the inlet portion 30a and an outlet end of the inlet portion 30a on the other of the two opposing wall surfaces in a cross section taken through the suction port 3c. This is a straight line connecting B4.
- the scroll compressor 100 can suppress a decrease in compressor efficiency.
- the shape of the suction port 3c can be formed, for example, by a mold, excessive manufacturing steps and costs can be suppressed.
- the wall surface between the points A1 and A2 is a curved surface that is convex outward in the radial direction with respect to the straight line L1.
- the wall surface between the point A2 and the point C1 is a straight line Lo connecting the point A2 and the point C1.
- it has a curved surface that is convex outward in the radial direction.
- point C1 is the outlet end of the outlet portion 30b on the inner wall surface in the radial direction among the two opposing wall surfaces in the cross section taken by cutting the suction port 3c on the plane including the axis O of the rotating shaft 5. It is a point.
- the scroll compressor 100 can suppress the occurrence of pressure loss due to fluid separation.
- the inlet corner 50 of the inlet portion 30a of the suction port 3c is rounded.
- the scroll compressor 100 can significantly reduce the loss coefficient and reduce pressure loss compared to the case where the inlet corner 50 has a right-angled shape.
- the radius of curvature of the entrance corner 50 is 1 mm or more and less than D/4, where D is the inner diameter of the shell 8.
- the scroll compressor 100 can significantly reduce the loss coefficient and reduce the pressure loss of the fluid.
- the inner wall surface 8a of the shell is formed in line with the first inner wall surface 8a1 in the axial direction with respect to the first inner wall surface 8a1, is located on the outer side of the first inner wall surface 8a1 in the radial direction, and is fixed to the main frame 3. It has a second inner wall surface 8a2.
- the stepped portion 80 between the first inner wall surface 8a1 and the second inner wall surface 8a2 is located closer to the first surface 71 than the middle between the first surface 71 and the second surface 72 of the main frame 3 in the axial direction.
- the scroll compressor 100 can reduce the pressure loss of the fluid at the stepped portion 80.
- the step portion 80 has a step surface 80a that extends in the radial direction, and a relief portion 81 that is a recess that is recessed toward the outside in the radial direction is formed at the connection portion of the second inner wall surface 8a2 with the step surface 80a.
- the extended portion of the stepped surface 80a in the relief portion 81 is configured in an R shape.
- the scroll compressor 100 can suppress separation of fluid at the relief portion 81.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Abstract
スクロール圧縮機は、シェル内に吸入された流体を圧縮室に導く吸入ポートが、吸入ポートの上流側開口から流路断面積が縮小していく部分である入口部と、入口部に連続して形成され、流路断面積が拡大して前記吸入ポートの下流側開口に至る出口部と、を有する。メインフレームは、回転軸に対して垂直な面であって吸入ポートの上流側開口が形成された第1面と、第1面に軸方向に対向する第2面とを有し、入口部と出口部との境界部分は、軸方向において第1面と第2面との中間よりも第2面側に位置し、出口部において軸方向に垂直な径方向の内側の壁面は、上流から下流に向かうに連れて径方向の内側に傾斜する傾斜面となっている。
Description
主に冷凍機、空気調和機または給湯機に搭載されるスクロール圧縮機に関するものである。
従来、例えば空気調和装置または冷凍装置などに用いられる圧縮機として、スクロール圧縮機が知られている。例えば特許文献1に開示されたスクロール圧縮機は、密閉空間を有するシェルと、シェル内に配置され、流体を圧縮する圧縮機構部と、シェルの内壁面に固定されたメインフレームと、を備える。圧縮機構部は、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有している。メインフレームには、圧縮室内に流体を供給するための吸入ポートが、上下方向に貫通する空間として設けられている。
上記特許文献1の圧縮機では、吸入ポートがメインフレームを上下方向に貫通する空間として設けられている。このような圧縮機においては、吸入ポートの形状が適切でなければ、流体の吸入ポート通過時の圧力損失が大きくなり、結果として圧縮機の効率の低下を招くなど、圧縮機の性能面の課題を有していた。
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、圧縮機の効率の低下を抑えることが可能なスクロール圧縮機を提供することを目的としている。
本開示に係るスクロール圧縮機は、シェルと、シェルの内部に配置され、流体取込口から取り込んだ流体を圧縮する圧縮室を有する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する駆動機構部と、駆動機構部にて発生した駆動力により回転する回転軸と、シェルの内壁面に接触して固定された外周面を有し、圧縮機構部を回転軸の軸方向に支持するメインフレームと、を備え、メインフレームには、シェル内に吸入された流体を圧縮室に導く吸入ポートが形成されており、吸入ポートは、メインフレームの外周部に形成された貫通孔、または、メインフレームの外周面に形成された溝とシェルの内壁面とにより構成されており、吸入ポートの上流側開口から流路断面積が縮小していく部分である入口部と、入口部に連続して形成され、流路断面積が拡大して吸入ポートの下流側開口に至る出口部と、を有し、メインフレームは、回転軸に対して垂直な面であって吸入ポートの上流側開口が形成された第1面と、第1面に軸方向に対向する第2面とを有し、入口部と出口部との境界部分は、軸方向において第1面と第2面との中間よりも第2面側に位置し、出口部において軸方向に垂直な径方向の内側の壁面は、上流から下流に向かうに連れて径方向の内側に傾斜する傾斜面となっているものである。
本開示に係るスクロール圧縮機によれば、入口部と出口部との境界部分が、軸方向において第1面と第2面との中間よりも第2面側に位置している。これにより、スクロール圧縮機は、流路断面積が縮小していく部分である入口部の吸入ポートにおける割合を大きくでき、その入口部の内壁面が緩やかに変化するため、流体の圧力損失を減らすことができる。そして、出口部において軸方向に垂直な径方向の内側の壁面は、上流から下流に向かうに連れて径方向の内側に傾斜する傾斜面となっている。これにより、スクロール圧縮機は、出口部から流出した流体の流れが流体取込口に向かい、冷媒取込効率を上げることができる。これらの結果、スクロール圧縮機は、圧縮機の効率の低下を抑えることができる。
以下、図面に基づいて本開示の実施の形態について説明する。各図において、同一の符号を付した機器などについては、同一のまたはこれに相当する機器を表すものであって、これは明細書の全文において共通している。また、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であって、本開示は明細書内の記載のみに限定されるものではない。また、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。また、温度および圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システムおよび装置などにおける状態および動作などにおいて相対的に定まるものとする。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100の断面を示す説明図である。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密閉型のスクロール圧縮機である。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8を有する。スクロール圧縮機100は、吸入された低圧流体ガスをシェル8の内部空間に一旦取り込んでから圧縮するいわゆる低圧シェル型である。シェル8の内部には、流体を圧縮する圧縮機構部31、圧縮機構部31を駆動する駆動機構部32、駆動機構部32にて発生した駆動力により回転する回転軸5およびその他の構成部品が収納されている。
図1は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100の断面を示す説明図である。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密閉型のスクロール圧縮機である。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8を有する。スクロール圧縮機100は、吸入された低圧流体ガスをシェル8の内部空間に一旦取り込んでから圧縮するいわゆる低圧シェル型である。シェル8の内部には、流体を圧縮する圧縮機構部31、圧縮機構部31を駆動する駆動機構部32、駆動機構部32にて発生した駆動力により回転する回転軸5およびその他の構成部品が収納されている。
図1に示されるように、シェル8内において、駆動機構部32の上側に圧縮機構部31が配置されている。シェル8内において、回転軸5は垂直方向に収容されている。シェル8の下方は油溜り14となっている。シェル8には、吸入管6と吐出管7とが接続されている。吸入管6は流体をシェル8内部に吸入するための管である。吐出管7は流体をシェル8外部に吐出するための管である。吸入管6はシェル8の側面、吐出管7はシェル8の上面にそれぞれ設けられている。なお、以下の説明において、回転軸5が延びる方向を軸方向、軸方向に垂直な方向を径方向、回転軸5周りの方向を周方向という。
シェル8の内部の空間は、その空間に存在する流体の圧力により、低圧空間16と高圧空間17とに分けられる。低圧空間16は、吸入管6と通ずる空間であり、後述する圧縮室9に取り込まれる前の低圧流体が存在する空間である。高圧空間17は、吐出管7と通ずる空間であり、圧縮室9から吐出された高圧流体が存在する空間である。
圧縮機構部31は、吸入管6を通って低圧空間16に流入した低圧流体を吸入し、圧縮して高圧流体とし、高圧流体をシェル8内の高圧空間17に吐出する機能を有している。高圧空間17に吐出された高圧流体は、吐出管7からスクロール圧縮機100の外部に吐出される。駆動機構部32は、圧縮機構部31で流体が圧縮されるように、圧縮機構部31を構成している揺動スクロール2を駆動する機能を果たしている。つまり、駆動機構部32は、回転軸5を介して揺動スクロール2を駆動し、これにより圧縮機構部31で流体が圧縮されるようになっている。
圧縮機構部31は、固定スクロール1と揺動スクロール2とを有する。図1に示すように、揺動スクロール2は下側に、固定スクロール1は上側に配置されるようになっている。固定スクロール1は、固定台板1cと、固定台板1cの一方の面に設けられた渦巻状突起である固定渦巻体1bと、を有する。揺動スクロール2は、揺動台板2cと、揺動台板2cの一方の面に設けられた渦巻状突起である揺動渦巻体2bと、を有する。固定スクロール1および揺動スクロール2は、固定渦巻体1bと揺動渦巻体2bとを互いに噛み合わせた状態でシェル8内に装着されている。
固定渦巻体1bと揺動渦巻体2bとの間には、流体を圧縮する圧縮室9が形成されている。固定渦巻体1bおよび揺動渦巻体2bの一方の渦巻体の巻き終わり部は、他方の渦巻体の外周面との間に流体取込口31aを形成している。圧縮機構部31は、流体取込口31aから取り込んだ流体を圧縮室9で圧縮する。固定渦巻体1bおよび揺動渦巻体2bは、インボリュートまたは代数螺旋などの曲線に沿うように形成されている。
固定スクロール1は、メインフレーム3を介して、または焼嵌めなどによって直接、シェル8に固定されている。固定スクロール1の中央部には、圧縮されて高圧となった流体を吐出する吐出ポート1aが形成されている。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吐出弁11が配設されている。吐出弁11の一端側には、吐出弁11のリフト量を制限する吐出弁押え10が設けられている。つまり、圧縮室9内で流体が高圧圧力まで圧縮されると、吐出弁11がその弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された高圧流体が吐出ポート1aから高圧空間17に吐出されるようになっている。吐出弁11は、吐出弁押え10によって必要以上に変形しないよう規制されており、吐出弁11の破損が防止されるようになっている。
固定スクロール1には、吐出ポート1aの他に高圧空間17および圧縮室9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21が配設されている。サブポート弁21の一端側には、サブポート弁21のリフト量を制限するサブポート弁押え20が設けられている。つまり、圧縮室9の圧縮途中の流体が高圧圧力まで圧縮されると、サブポート弁21がその弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された高圧流体がサブポート1dから高圧空間17内に吐出されるようになっている。サブポート弁21は、サブポート弁押え20によって必要以上に変形しないよう規制されており、サブポート弁21の破損が防止されるようになっている。
揺動スクロール2は、後述のオルダムリング18によって固定スクロール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。揺動スクロール2の他方の面(以下、スラスト面と称する)の中心部には、中空円筒形状の揺動軸受部2dが形成されている。揺動軸受部2dには、回転軸5の後述する偏心部5aが揺動軸受部2dの内面から僅かな隙間を有して嵌め合わされている。揺動スクロール2のスラスト面は、スラスト荷重を支持する面であり、このスラスト面にはスラスト軸受3bが設けられている。
駆動機構部32は、シェル8内部に固着保持されたステータ13と、ステータ13の内周面側に回転可能に配設され、回転軸5に固定されたロータ12と、で少なくとも構成されている。ステータ13は、通電されることによってロータ12を回転駆動させる機能を有している。また、ステータ13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8に固着支持されている。ロータ12は、ステータ13に通電がされることにより回転駆動し、回転軸5を回転させる機能を有している。このロータ12は、回転軸5の外周に固定されており、内部に永久磁石を有し、ステータ13と僅かな隙間を隔てて保持されている。
シェル8の内部には、メインフレーム3およびサブフレーム4が固着されている。メインフレーム3は、圧縮機構部31の下方に配置されている。メインフレーム3は、軸方向に延びる筒状の外壁3Aを有しており、外壁3Aの外周面3Aaがシェル8の内壁面8aに接触して固定されている。メインフレーム3の外周面3Aaは、焼き嵌めまたは溶接などによってシェル8の内壁面8aに固着されている。メインフレーム3は、回転軸5を通すための貫通孔を中心部に有している。貫通孔には主軸受3aが設けられている。主軸受3aは、例えば滑り軸受によって構成されている。メインフレーム3は、揺動スクロール2を軸方向に支持するとともに、回転軸5を主軸受3aで回転自在に支持している。
また、メインフレーム3の外周部には、メインフレーム3内の空間とメインフレーム3の下方の低圧空間16とを繋ぐ吸入ポート3cが形成されている。吸入ポート3cは、メインフレーム3を軸方向に貫通する貫通孔で構成されている。低圧空間16に存在する低圧流体は、この吸入ポート3cおよび流体取込口31aを通って圧縮室9に吸入される。図1において、矢印60aおよび矢印60bは、吸入管6からシェル8内に流入した流体が吸入ポート3cに到達するまでの流れを示している。矢印60aは、吸入管6からシェル8内に流入した流体が、駆動機構部32に形成された隙間を上から下へと通過しながら駆動機構部32を冷却し、その後、駆動機構部32に形成された隙間を下から上へと上昇して吸入ポート3cに到達する流れを示している。矢印60bは、吸入管6からシェル8内に流入した流体が、回転軸5の周囲を旋回した後、吸入ポート3cに到達する流れを示している。
サブフレーム4は、駆動機構部32の下方に配置され、シェル8の内壁面8aに焼き嵌めまたは溶接などによって固着されている。サブフレーム4は、回転軸5を通すための貫通孔を中心部に有している。貫通孔には副軸受4aが設けられている。副軸受4aは、例えばボールベアリングによって構成されている。サブフレーム4は、副軸受4aで回転軸5を回転自在に支持している。
回転軸5は、ロータ12の回転に伴って回転し、揺動スクロール2を偏心旋回運動させる。この回転軸5は、上側が主軸受3aで回転可能に支持され、下側が副軸受4aで回転可能に支持されている。この回転軸5の上端部には、揺動スクロール2を偏心しつつ回転できるように揺動軸受部2dと嵌め合う偏心部5aが設けられている。
回転軸5の下部にはオイルポンプ15が固着されている。オイルポンプ15は容積型ポンプである。オイルポンプ15は、回転軸5の回転に従い、油溜り14に保有している冷凍機油を回転軸5内部に設けられた油回路19を通して揺動軸受部2d、主軸受3a、スラスト軸受3bおよび副軸受4aなどに供給する機能を果たすようになっている。
また、シェル8内には、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オルダムリング18が配設されている。オルダムリング18は、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。図1において、オルダムリング18は、揺動スクロール2とメインフレーム3との間に配置されているが、揺動スクロール2と固定スクロール1の間に配置することも可能である。
ここで、スクロール圧縮機100の動作について簡単に説明する。シェル8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13とロータ12とにトルクが発生し、回転軸5が回転する。回転軸5の回転は、偏心部5aを介して揺動スクロール2に伝えられる。回転駆動力が伝達された揺動スクロール2は、オルダムリング18により自転が規制され、偏心旋回運動する。
揺動スクロール2の偏心旋回運動に伴い、吸入管6からシェル8内の低圧空間16に吸入されたガス状態の流体が、メインフレーム3に形成された吸入ポート3cを通り、圧縮室9に吸入される。圧縮室9は、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、圧縮室内部の流体を圧縮する。圧縮室9で圧縮された流体は、固定スクロール1に設けた吐出ポート1aから吐出弁11に逆らって高圧空間17に吐出され、吐出管7からシェル8外に吐出される。また、圧縮途中の流体が高圧圧力まで圧縮されると、固定スクロール1に設けたサブポート1dからサブポート弁21に逆らって高圧空間17に吐出され、吐出管7からシェル8外に吐出される。
図2は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100のメインフレーム3を、図1のサブフレーム4側から見た平面図である。図3は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100のメインフレーム3を、図2のA-Aでカットし、矢印方向から見た断面図である。言い換えれば、図3は、実施の形態1に係るメインフレーム3を、回転軸5の軸心Oを含む面にて切断した断面図である。図3の上下方向は、図1の上下方向と一致している。図3において一点鎖線は、図2のB-BおよびC-Cのカット位置を示している。
図2に示すように吸入ポート3cは、メインフレーム3の外周部に設けられている。具体的には、吸入ポート3cは、軸方向に見たときに揺動スクロール2の揺動台板2c(図1参照)の外側に揺動台板2cと重ならないように設けられている。これは、揺動台板2cによって吸入ポート3cが塞がれないようにするためである。またメインフレーム3には、メインフレーム3を加工時に加工台に固定するために、リブ部3dが設けられている。吸入ポート3cは、このリブ部3dも避けて設けられている。
吸入ポート3cは、径方向に対向する2つの壁面3caおよび壁面3cbと、周方向に対向する2つの壁面3ccおよび壁面3cdと、によって囲まれた孔を有する。壁面3caおよび壁面3cbは、周方向に延びて形成された円弧状の面である。壁面3ccは、壁面3caおよび壁面3cbの同一方向の一端同士を繋ぐ円弧状の面である。壁面3cdは、壁面3caおよび壁面3cbの同一方向の他端同士を繋ぐ円弧状の面である。壁面3ca、壁面3cd、壁面3cbおよび壁面3ccは、この順に繋がって吸入ポート3cの内壁面を構成している。図3に示すように、吸入ポート3cはさらに、メインフレーム3の外壁3Aに形成された溝3A1を有する。溝3A1は、壁面3cbに連続して形成されている。溝3A1の下流端は、R形状に形成されている。
図3に示す太線矢印は、吸入ポート3cに吸入された流体の流れを表している。吸入ポート3cは、吸入ポート3cの上流端の開口である上流側開口3c1と、吸入ポート3cの下流端の開口である下流側開口3c2と、を有する。メインフレーム3は、回転軸5に対して垂直な面であって軸方向に対向する第1面71と第2面72とを有し、上流側開口3c1は第1面71に形成されている。下流側開口3c2は第2面72および外壁3Aの内壁面に跨がって形成されている。
図3には、メインフレーム3が外壁3Aを有しており、下流側開口3c2の一部が外壁3Aに形成された構成を示したが、実施の形態1のスクロール圧縮機100は、メインフレーム3が外壁3Aを有していない、いわゆる外壁レス構造でもよい。スクロール圧縮機100が外壁レス構造の場合、吸入ポート3cは溝3A1を有していない。スクロール圧縮機100が外壁レス構造の場合、上流側開口3c1は、第1面71に形成され、下流側開口3c2は、第2面72に形成される。
吸入ポート3cは、上流側開口3c1から下流に向かうにしたがって流路断面積が一旦縮小した後、拡大する流路を形成している。流路断面積とは、流体の流れる方向(軸方向)に直交する断面の面積を意味する。以下では、吸入ポート3cにおいて、上流側開口3c1から流路断面積が縮小していく部分を入口部30a、入口部30aから下流側開口3c2に向かって流路断面積が拡大していく部分を出口部30bという。
吸入ポート3cにおいて、入口部30aでは、流路断面積が上流側から下流側にかけて連続的に小さくなっている。流路断面積が連続的に小さくなることで、吸入ポート3cを通過する流体の流れは、図3の破線で示す領域において壁面3caからの剥離が小さくなり、剥離に伴う流体の圧力損失が低減される。また、吸入ポート3cにおいて溝3A1の下流端がR形状に形成されているため、吸入ポート3cを通過する流体の流れが溝3A1の内壁面から剥離することを抑えることができる。
吸入ポート3cにおいて、入口部30aと出口部30bとの境界部分30cは、軸方向において第1面71と第2面72との中間よりも第2面72側に位置している。図3において左右方向に延びる点線は、軸方向において第1面71と第2面72との中間を示している。上記構成により、スクロール圧縮機100は、流路断面積が縮小していく部分である入口部30aの吸入ポート3cにおける割合を大きくでき、その入口部30aの内壁面が緩やかに変化するため、流体の圧力損失を減らすことができる。
また、出口部30bにおいて径方向の内側の壁面3caは、上流から下流に向かうに連れて径方向の内側に傾斜する傾斜面となっている。これにより、スクロール圧縮機100は、出口部30bから流出した流体の流れを流体取込口31aに向かう流れにすることができ、冷媒取込効率を上げることができる。なお、吸入管6からシェル8内に流入した流体が吸入ポート3cに到達するまでの流れには、上述したように、矢印60aで示す流れと、矢印60bで示す流れと、がある。壁面3caが傾斜面であることは、特に矢印60aに示す流れに対して有効である。これは、矢印60aで示す流体の流れは、図1に示すように軸方向に平行に吸入ポート3cに流入するため、壁面3caが仮に垂直面であると、そのまま軸方向に平行に進む流れとなり、流体取込口31aに向かう流れとならない。これに対し、壁面3caが傾斜面であることで、スクロール圧縮機100は、軸方向に平行に吸入ポート3cに流入してくる流体を、流体取込口31aに向かう流れに変更できる。
スクロール圧縮機100は、入口部30aにおける流体の圧力損失を減らすことができることと、出口部30bから流出した流体の流れを流体取込口31aに向かう流れにすること、との組み合わせにより、圧縮機の効率の低下を抑えることができる。
ここで、吸入ポート3cは、入口部30aの流路断面積が連続的に小さくなるとしたが、吸入ポート3cの設計に関し、定量的に評価する。
図4は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100のメインフレーム3を、回転軸5の軸心Oを含む面にて切断した断面図である。言い換えれば、図4は、メインフレーム3を図2のA-Aでカットし、矢印方向から見た断面図である。
図4に示す断面において、径方向に対向する2つの壁面のうち径方向の内側の壁面3caにおける入口部30aの入口端を点A1、壁面3caにおける入口部30aの出口端を点A2とする。図4に示す断面において、対向する2つの壁面のうち径方向の外側の壁面3cbにおける入口部30aの入口端を点B1、壁面3cbにおける出口端を点B2とする。点A2は、切断面40と壁面3caとの交点でもある。点B2は、吸入ポート3cにおいて流路断面積が最小となるときの切断面40と壁面3cbとの交点でもある。切断面40は、吸入ポート3cにおいて流路断面積が最小となる軸方向位置における回転軸5に垂直な面である。切断面40は、入口部30aと出口部30bとの境界部分30cにおける回転軸5に垂直な面ともいえる。
点A1と点A2を結ぶ直線L1と、点B1と点B2とを結ぶ直線L2と、のなす角をθ1とする。なお、吸入ポート3cの上流端の流路断面積、つまり上流側開口3c1の流路断面積が最小となる場合は、直線L1、直線L2およびなす角θ1は定義しない。また、径方向に対向する2つの壁面のうち径方向の内側の壁面3caにおける出口部30bの出口端を点C1とする。点A2と点C1とを結ぶ直線をLoとする。
仮に、なす角θ1が0°であり、吸入ポート3cの入口部30aにおいて流路断面積が上流側開口3c1から切断面40の位置まで変化しない場合、流体の流れは入口部30aにおいて壁面3caから比較的大きく剥離し、剥離に伴う流体の圧力損失が大きくなる。一方、なす角θ1が0°より大きい場合、流体の流れの壁面3caからの剥離が、なす角θ1が0°の場合よりも小さくできて圧力損失を低減できる。
なお、図4では、吸入ポート3cの壁面3cbのうち入口部30aを構成する部分が略鉛直方向に延びており、直線L2が略鉛直方向に延びる直線となっているが、直線L2は、次の図5に示すように鉛直方向に対して傾斜していてもよい。
図5は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100における吸入ポート3cの他の例を示す図である。この例では、吸入ポート3cの壁面3cbのうち入口部30aを構成する部分が上流側開口3c1から下流に向かうにしたがって径方向内側に傾斜している。このため、直線L2もまた、上流側開口3c1から下流に向かうにしたがって径方向内側に傾斜している。このように、直線L2は鉛直方向に対して傾斜していてもよい。
元来、スクロール圧縮機100に適用されるメインフレーム3は鋳造で製造されることが多く、吸入ポート3cには金型から成形品を引き抜くために抜け勾配が設定されている。しかし、金型から成形品を引き抜くことを目的として設定される抜け勾配としてのなす角θ1は12°未満であり、この角度では圧力損失の観点から不十分であった。このため、スクロール圧縮機100において、圧力損失の低減を目的として設定されるなす角θ1の下限値は12°以上とする。
また、スクロール圧縮機100において、なす角θ1の上限値は、面取り形状の場合であるθ1=90°に製造誤差分などを加えた値に設定される。ここで、θ1=90°の場合の損失係数は、Weisbachの入口損失からすると、あくまで非圧縮性流体の場合ではあるが、θ1=0°の場合と比較して1/2に低減される。吸入ポート3cにおける流体の圧力損失は、流体の流量に損失係数を乗じることにより算出できる。このため、スクロール圧縮機100は、θ1=90°の場合、θ1=0°の場合と比較して損失係数を1/2に低減できることで、吸入ポート3cにおける流体の圧力損失を低減できる。以上より、なす角θ1の上限値は、θ1=90°に製造誤差分などである10°を加算して、100°とする。つまり、なす角θ1は、12°以上、100°以下とする。
ところで、上記図3に示す断面では、吸入ポート3cを形成する壁面が直線状である例を示したが、図4に示す断面では、吸入ポート3cを形成する壁面が凸形状である。具体的には、壁面3caのうち点A1から点A2の間の壁面が、直線L1に対して径方向の外側に凸の曲面状となっている。また、壁面3caのうち点A2から点C1の間の壁面が、直線Loに対して径方向の外側に凸の曲面状となっている。壁面3caが上記のように構成されていることにより、流体の剥離に伴う圧力損失の発生を抑制できる。また、点A2を境とした上流側と下流側の壁面は、点A2において滑らかに連続しており、この点からも、流体の剥離に伴う圧力損失の発生を抑制できる。
上記では、回転軸5の軸心Oを含む面にて切断する断面におけるなす角θ1について定義した。続いて、回転軸5を中心軸に持つ仮想円筒形状の曲面にて切断した断面におけるなす角θ2について定義する。
図6は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100のメインフレーム3を、回転軸5を中心軸に持つ仮想円筒形状の曲面にて切断した断面図である。言い換えれば、図6は、図2のB-Bでカットし、矢印方向から見たB-B断面と、図2のC-Cでカットし、矢印方向から見たC-C断面と、を左右に並べて示した図である。図6の断面において、壁面3daは、リブ部3dにおいて径方向に延びる側面(図2参照)を示している。また、図6の断面において、左右方向に延びる点線は、メインフレーム3の第2面72の高さ位置を示している。
図6に示す断面において、周方向に対向する2つの壁面の一方である壁面3ccにおける入口部30aの入口端を点A3、壁面3ccにおける入口部30aの出口端を点A4とする。図6に示す断面において、対向する2つの壁面の他方である壁面3cdにおける入口部30aの入口端を点B3、壁面3cdにおける入口部30aの出口端を点B4とする。点A4は、吸入ポート3cにおいて流路断面積が最小となるときの切断面40と壁面3ccとの交点でもある。点B4は、吸入ポート3cにおいて流路断面積が最小となるときの切断面40と壁面3cdとの交点でもある。点A3と点A4を結ぶ直線L3と、点B3と点B4とを結ぶ直線L4と、のなす角をθ2とする。
図6の断面において、壁面3ccおよび壁面3cdは直線状であり、直線L3は入口部30aにおいて壁面3ccに沿う直線、直線L4は入口部30aにおいて壁面3cdに沿う直線である。なお、吸入ポート3cの上流端の断面積、つまり上流側開口3c1の断面積が最小となる場合は、直線L3、直線L4およびなす角θ2は定義しない。
θ2は、θ1と同様の理由から、12°以上、100°以下とされる。
実施の形態1のスクロール圧縮機100は、θ1およびθ2の一方または両方が12°以上、100°以下とされていればよい。これにより、スクロール圧縮機100は、吸入ポート3cに吸入される流体の流れに生じる剥離を小さくでき、剥離に伴う流体の圧力損失を低減できる。
図7は、図3から図6のいずれかにおける、吸入ポート3cの入口部30aの拡大断面図である。吸入ポート3cの入口部30aにおける流体の流れの剥離を抑制するためには、図7に示すように、入口角部50をR形状とすることが好ましい。Weisbachの入口損失からすると、入口角部50をR形状にした場合の損失係数は、直角形状の場合と比較して大幅に小さくなる。このため、入口角部50はR形状が好ましい。
R形状である入口角部50の曲率半径は、1mm以上とするのが良い。これは、鋳物の製造において、JISにて角部の大きさの目安が定められており、その最小値が1mmであるからである。なお、この1mmという寸法は、曲率半径Rが1mmよりも小さいと、鋳物および鋳型が損傷する可能性があるなどの理由から設定されている。
曲率半径Rの上限値は、吸入ポート3cの大きさに応じて設定される。入口角部50のR形状として、四分円または四分円に近い形を確保することを考えると、曲率半径Rの上限値は、シェル8の内径をDとしたとき、次の式で求められる値とされる。
曲率半径R<D/4
曲率半径R<D/4
なお、上記では、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100が、シェル8に固着されたメインフレーム3に、固定スクロール1を固着した構成について説明した。実施の形態1に係るスクロール圧縮機100は、固定スクロール1およびメインフレーム3のそれぞれが、シェル8に個別に固着された構成となっていてもよい。つまり、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100は、フレーム外壁レス構造のスクロール圧縮機100でもよい。
また、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100において、吸入ポート3cはメインフレーム3を貫通する貫通孔で構成されていたが、次の図7に示すようにメインフレーム3の外周面3Aaに形成された溝で構成されてもよい。
図8は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100の変形例を示す図であり、シェル8に固定されたメインフレーム3を下方側から見た図である。図9は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100を図8のD-Dでカットし、矢印方向から見た断面図である。図9の上下方向については、図1および図3の上下方向と一致している。
この変形例のスクロール圧縮機100は、フレーム外壁レス構造のスクロール圧縮機である。メインフレーム3は、外周面3Aaから径方向の外側に突出する突出部61を有し、突出部61でシェル8の内壁面8aに焼き嵌め固定されている。突出部61は、周方向に等間隔で複数形成されている。図8では、突出部61の数が3つの例を示しているが、3つに限定されるものではない。そして、この変形例では、吸入ポート3cがメインフレーム3の外周面3Aaに形成された溝60で構成されている。溝60は、メインフレーム3の外周面3Aaにおいて突出部61以外の部分に形成されている。溝60の開口面はシェル8の内壁面8aによって塞がれている。溝60の開口面がシェル8の内壁面8aに塞がれることにより、吸入ポート3cの内壁面は、メインフレーム3とシェル8とによって形成されている。具体的には、吸入ポート3cは、径方向に対向する2つの壁面3caおよび壁面3cbと、周方向に対向する2つの壁面3ccおよび壁面3cdと、によって囲まれた孔である。壁面3ca、壁面3cd、壁面3cbおよび壁面3ccは、この順に繋がって吸入ポート3cの内壁面を構成している。壁面3ca、壁面3cdおよび壁面3ccが、メインフレーム3に形成された溝60の内壁面で構成され、壁面3cbがシェル8の内壁面8aで構成されている。
図9に示すように、点A1と点A2を結ぶ直線L1と、点B1と点B2とを結ぶ直線L5と、のなす角をθ1とする。点A1は、壁面3caにおいて入口部30aの入口端である。点A2は、吸入ポート3cにおいて流路断面積が最小となるときの切断面40と壁面3caとの交点である。点B1は、壁面3cbにおいて入口部30aの入口端である。具体的には、点B1は、壁面3cbに沿って軸方向に延びる直線L5と、点A1を含んで回転軸5に垂直な直線L6との交点である。点B2は、切断面40と壁面3cbとの交点である。
上記構成においても、なす角θ1は、上記と同様の理由から、12°以上、100°以下とされる。これにより、スクロール圧縮機100は、吸入ポート3cに吸入される流体の流れに生じる剥離を小さくでき、剥離に伴う流体の圧力損失を低減できる。なお、図9では、吸入ポート3cの壁面3caが平面状である例を示しているが、図4と同様に径方向の外側に凸の曲面状でもよい。
図10は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100を図8のE-Eでカットし、矢印方向から見た断面図である。図10では、メインフレーム3の中心部分の構造の図示は省略している。図11は、図10において点線で囲った部分の拡大図である。図10のスクロール圧縮機100は、フレーム外壁レス構造のスクロール圧縮機である。シェル8の内壁面8aは、第1内壁面8a1と、第2内壁面8a2と、を有する。第2内壁面8a2は、第1内壁面8a1に対して軸方向に並んで形成され、第1内壁面8a1よりも径方向の外側に位置する壁面である。第2内壁面8a2には、メインフレーム3が焼き嵌めにより固定されている。詳しくは、メインフレーム3は、第1内壁面8a1と第2内壁面8a2との段差部分80に突出部61が接触した状態で第2内壁面8a2に固定されている。
第1内壁面8a1と第2内壁面8a2との段差部分80は、メインフレーム3を第2内壁面8a2に焼き嵌めする際の位置決め部として用いられている。言い換えれば、フレーム外壁レス構造の場合、シェル8は、焼き嵌め時にメインフレーム3の位置決めを行うための段差部分80を内壁面8aに含む必要がある。段差部分80は、吸入ポート3cにより形成される流路の一部であるため、吸入ポート3cに段差部分80があることで、吸入ポート3cにより形成される流路は、段差部分80にて流路の急拡大が生じる。言い換えれば、第2内壁面8a2が第1内壁面8a1よりも径方向の外側に位置することで、段差部分80より下流は、上流に比べて流路幅が拡大する。流体の流れは、流路断面積が急拡大する場合、渦が発生し圧力損失を生じさせるため、フレーム外壁レス構造では、段差部分80における圧力損失を低減する構成が必要である。
そこで、実施の形態1のスクロール圧縮機100では、段差部分80を、軸方向においてメインフレーム3の第1面71と第2面72との中間よりも第1面71側に位置する構成としている。図10において、左右方向に延びる点線は、軸方向においてメインフレーム3の第1面71と第2面72との中間を示している。
流体の圧力損失の大きさは、主に、流路断面積が急拡大する部分の流路断面積の拡大率と、流体の流速と、が関係する。流路断面積の拡大率が大きいほど、また、流体の流速が大きいほど、流体の圧力損失は大きくなる。なお、流路断面積の拡大率とは、ここでは、段差部分80の上流と下流の流路断面積の比(下流の流路断面積/上流の流路断面積)である。段差部分80よりも下流における流路幅の拡大幅は、軸方向に一定であり、故に、段差部分80が配置される軸方向位置における流路断面積が大きいほど、拡大率は小さくなる。
流速は、流路断面積と反比例のような関係にあるため、吸入ポート3cの上流側開口3c1から、入口部30aの出口端、言い換えれば入口部30aと出口部30bとの境界部分30c、に近づくにつれて加速していく。したがって、段差部分80は、流速が入口部30aにおいて加速しきらず、流路断面積が縮小しきらない位置である、入口部30aと出口部30bとの境界部分30cより上流側に設けている。これにより、スクロール圧縮機100は、段差部分80での流体の圧力損失を低減できる。また、段差部分80の位置は、焼き嵌め面の長さの確保の点からも、入口部30aと出口部30bとの境界部分30cより上流側とする方がよい。
また、図11に示すように、段差部分80は、径方向に延びる段差面80aを有する。第2内壁面8a2において段差面80aとの接続部分には、径方向の外側に凹んだ凹部で構成された逃げ部81が形成されている。逃げ部81は、メインフレーム3の突出部61が段差面80aに確実に接触して位置決め精度を高めるために設けられている。逃げ部81の内面形状が例えば矩形状であると、直角部分で流体の流れに剥離が生じる。このため、逃げ部81において段差面80aの延長部分(図11において点線で囲った部分)は、R形状に構成されている。これにより、スクロール圧縮機100は、逃げ部81における流体の流れを図11の矢印で示す流れにすることができ、逃げ部81における流体の剥離を抑えることができる。
(実施の形態1の効果)
実施の形態1のスクロール圧縮機100は、シェル8と、シェル8の内部に配置され、流体取込口31aから取り込んだ流体を圧縮する圧縮室9を有する圧縮機構部31と、圧縮機構部31を駆動する駆動機構部32と、駆動機構部32にて発生した駆動力により回転する回転軸5と、を備える。スクロール圧縮機100はさらに、シェル8の内壁面8aに接触して固定された外周面を有し、圧縮機構部31を回転軸5の軸方向に支持するメインフレーム3を備える。メインフレーム3には、シェル8内に吸入された流体を圧縮室9に導く吸入ポート3cが形成されている。吸入ポート3cは、メインフレーム3の外周部に形成された貫通孔、または、メインフレーム3の外周面3Aaに形成された溝60とシェル8の内壁面8aとにより構成されており、吸入ポート3cの上流側開口3c1から流路断面積が縮小していく部分である入口部30aと、入口部30aに連続して形成され、流路断面積が拡大して吸入ポート3cの下流側開口3c2に至る出口部30bと、を有する。メインフレーム3は、回転軸5に対して垂直な面であって吸入ポート3cの上流側開口3c1が形成された第1面71と、第1面71に軸方向に対向する第2面72と、を有する。入口部30aと出口部30bとの境界部分は、軸方向において第1面71と第2面72との中間よりも第2面72側に位置し、出口部30bにおいて軸方向に垂直な径方向の内側の壁面は、上流から下流に向かうに連れて径方向の内側に傾斜する傾斜面となっている。
実施の形態1のスクロール圧縮機100は、シェル8と、シェル8の内部に配置され、流体取込口31aから取り込んだ流体を圧縮する圧縮室9を有する圧縮機構部31と、圧縮機構部31を駆動する駆動機構部32と、駆動機構部32にて発生した駆動力により回転する回転軸5と、を備える。スクロール圧縮機100はさらに、シェル8の内壁面8aに接触して固定された外周面を有し、圧縮機構部31を回転軸5の軸方向に支持するメインフレーム3を備える。メインフレーム3には、シェル8内に吸入された流体を圧縮室9に導く吸入ポート3cが形成されている。吸入ポート3cは、メインフレーム3の外周部に形成された貫通孔、または、メインフレーム3の外周面3Aaに形成された溝60とシェル8の内壁面8aとにより構成されており、吸入ポート3cの上流側開口3c1から流路断面積が縮小していく部分である入口部30aと、入口部30aに連続して形成され、流路断面積が拡大して吸入ポート3cの下流側開口3c2に至る出口部30bと、を有する。メインフレーム3は、回転軸5に対して垂直な面であって吸入ポート3cの上流側開口3c1が形成された第1面71と、第1面71に軸方向に対向する第2面72と、を有する。入口部30aと出口部30bとの境界部分は、軸方向において第1面71と第2面72との中間よりも第2面72側に位置し、出口部30bにおいて軸方向に垂直な径方向の内側の壁面は、上流から下流に向かうに連れて径方向の内側に傾斜する傾斜面となっている。
このように、入口部30aと出口部30bとの境界部分が、軸方向において第1面71と第2面72との中間よりも第2面72側に位置している。これにより、スクロール圧縮機100は、流路断面積が縮小していく部分である入口部30aの吸入ポート3cにおける割合が大きく、その入口部30aの内壁面が緩やかに変化するため、圧損を減らすことができる。そして、出口部30bにおいて軸方向に垂直な径方向の内側の壁面は、上流から下流に向かうに連れて径方向の内側に傾斜する傾斜面となっている。これにより、スクロール圧縮機100は、出口部30bから流出した流体の流れが流体取込口31aに向かい、冷媒取込効率を上げることができる。これらの結果、スクロール圧縮機100は、圧縮機の効率の低下を抑えることができる。
スクロール圧縮機100は、直線L1と直線L2とがなす角θ1、および、直線L3と直線L4とがなす角θ2、の一方または両方が12°以上、100°以下である。ここで、直線L1は、回転軸5の軸心Oを含む面で吸入ポート3cを切断した断面にて対向する2つの壁面のうち、径方向の内側の壁面30caにおいて、入口部30aの入口端A1と、入口部30aの出口端A2とを結ぶ直線である。直線L2は、回転軸5の軸心Oを含む面で吸入ポート3cを切断した断面にて対向する2つの壁面のうち、径方向の外側の壁面30cbにおいて、入口部30aの入口端B1と、入口部30aの出口端B2とを結ぶ直線である。直線L3は、2つの壁面の一方において、入口部30aの入口端A3と、入口部30aの出口端A4とを結ぶ直線である。L4は、回転軸5を中心軸に持つ仮想円筒状の面で吸入ポート3cを切断した断面にて対向する2つの壁面の他方において、入口部30aの入口端B3と、入口部30aの出口端B4とを結ぶ直線である。
上記構成により、吸入ポート3cに吸入される流体の流れに生じる剥離が小さくなり、剥離に伴う流体の圧力損失を低減できる。その結果、スクロール圧縮機100は、圧縮機の効率の低下を抑制できる。また、吸入ポート3cの形状は、例えば鋳型により形成できるため、過大な製造工程およびコストを抑制することができる。
回転軸5の軸心Oを含む面で吸入ポート3cを切断した断面(図4に示す断面)において点A1から点A2の間の壁面は、直線L1に対して径方向の外側に凸の曲面状となっている。また、回転軸5の軸心Oを含む面で吸入ポート3cを切断した断面(図4に示す断面)において点A2から点C1の間の壁面は、点A2と点C1とを結ぶ直線Loに対して径方向の外側に凸の曲面状となっている。なお、点C1は、回転軸5の軸心Oを含む面で吸入ポート3cを切断した断面にて対向する2つの壁面のうち、径方向の内側の壁面において、出口部30bの出口端である点である。
上記構成により、スクロール圧縮機100は、流体の剥離に伴う圧力損失の発生を抑制できる。
吸入ポート3cの入口部30aの入口角部50には、R形状が施されている。
上記構成により、スクロール圧縮機100は、入口角部50を直角形状とした場合と比較して損失係数を大幅に低減でき、圧力損失を低減できる。
入口角部50の曲率半径は、シェル8の内径をDとしたとき、1mm以上、D/4未満である
上記構成により、スクロール圧縮機100は、損失係数を大幅に低減でき、流体の圧力損失を低減できる。
シェルの内壁面8aは、第1内壁面8a1と、第1内壁面8a1に対して軸方向に並んで形成され、第1内壁面8a1よりも径方向の外側に位置し、メインフレーム3が固定された第2内壁面8a2と、を有する。第1内壁面8a1と第2内壁面8a2との段差部分80は、軸方向においてメインフレーム3の第1面71と第2面72との中間よりも第1面71側に位置している。
上記構成により、スクロール圧縮機100は、段差部分80での流体の圧力損失を低減できる。
段差部分80は、径方向に延びる段差面80aを有し、第2内壁面8a2において段差面80aとの接続部分には、径方向の外側に凹んだ凹部で構成された逃げ部81が形成されており、逃げ部81において段差面80aの延長部分は、R形状に構成されている。
上記構成により、スクロール圧縮機100は、逃げ部81における流体の剥離を抑えることができる。
1 固定スクロール、1a 吐出ポート、1b 固定渦巻体、1c 固定台板、1d サブポート、2 揺動スクロール、2b 揺動渦巻体、2c 揺動台板、2d 揺動軸受部、3 メインフレーム、3A 外壁、3Aa 外周面、3A1 溝、3a 主軸受、3b スラスト軸受、3c 吸入ポート、3c1 上流側開口、3c2 下流側開口、3ca 壁面、3cb 壁面、3cc 壁面、3cd 壁面、3d リブ部、4 サブフレーム、4a 副軸受、5 回転軸、5a 偏心部、6 吸入管、7 吐出管、8 シェル、8a 内壁面、8a1 第1内壁面、8a2 第2内壁面、9 圧縮室、10 吐出弁押え、11 吐出弁、12 ロータ、13 ステータ、14 油溜り、15 オイルポンプ、16 低圧空間、17 高圧空間、18 オルダムリング、19 油回路、20 サブポート弁押え、21 サブポート弁、30a 入口部、30b 出口部、30c 境界部分、31 圧縮機構部、31a 流体取込口、32 駆動機構部、40 切断面、50 入口角部、60 溝、61 突出部、71 第1面、72 第2面、80 段差部分、80a 段差面、100 スクロール圧縮機、A1 入口端、A2 出口端、A3 入口端、A4 出口端、B1 入口端、B2 出口端、B3 入口端、B4 出口端、O 軸心、R 曲率半径、θ1 なす角、θ2 なす角。
Claims (8)
- シェルと、
前記シェルの内部に配置され、流体取込口から取り込んだ流体を圧縮する圧縮室を有する圧縮機構部と、
前記圧縮機構部を駆動する駆動機構部と、
前記駆動機構部にて発生した駆動力により回転する回転軸と、
前記シェルの内壁面に接触して固定された外周面を有し、前記圧縮機構部を前記回転軸の軸方向に支持するメインフレームと、を備え、
前記メインフレームには、前記シェル内に吸入された流体を前記圧縮室に導く吸入ポートが形成されており、
前記吸入ポートは、前記メインフレームの外周部に形成された貫通孔、または、前記メインフレームの前記外周面に形成された溝と前記シェルの前記内壁面とにより構成されており、前記吸入ポートの上流側開口から流路断面積が縮小していく部分である入口部と、前記入口部に連続して形成され、流路断面積が拡大して前記吸入ポートの下流側開口に至る出口部と、を有し、
前記メインフレームは、前記回転軸に対して垂直な面であって前記吸入ポートの前記上流側開口が形成された第1面と、前記第1面に前記軸方向に対向する第2面とを有し、前記入口部と前記出口部との境界部分は、前記軸方向において前記第1面と前記第2面との中間よりも前記第2面側に位置し、前記出口部において前記軸方向に垂直な径方向の内側の壁面は、上流から下流に向かうに連れて前記径方向の内側に傾斜する傾斜面となっているスクロール圧縮機。 - 前記回転軸の軸心を含む面で前記吸入ポートを切断した断面にて対向する2つの壁面のうち、前記径方向の内側の壁面において、前記入口部の入口端である点A1と前記入口部の出口端である点A2とを結ぶ直線L1と、
前記回転軸の軸心を含む面で前記吸入ポートを切断した断面にて対向する2つの壁面のうち、前記径方向の外側の壁面において、前記入口部の入口端である点B1と前記入口部の出口端である点B2とを結ぶ直線L2と、がなす角θ1、および、
前記回転軸を中心軸に持つ仮想円筒状の面で前記吸入ポートを切断した断面にて対向する2つの壁面の一方において、前記入口部の入口端A3と、前記入口部の出口端A4とを結ぶ直線L3と、
前記回転軸を中心軸に持つ仮想円筒状の面で前記吸入ポートを切断した断面にて対向する2つの壁面の他方において、前記入口部の入口端B3と、前記入口部の出口端B4とを結ぶ直線L4と、がなす角θ2、の一方または両方が、
12°以上、100°以下である請求項1記載のスクロール圧縮機。 - 前記回転軸の軸心を含む面で前記吸入ポートを切断した前記断面において前記点A1から前記点A2の間の壁面は、前記直線L1に対して前記径方向の外側に凸の曲面状となっている請求項2記載のスクロール圧縮機。
- 前記回転軸の軸心を含む面で前記吸入ポートを切断した断面にて対向する前記2つの壁面のうち、前記径方向の内側の壁面において、前記出口部の出口端である点を点C1とするとき、
前記回転軸の軸心を含む面で前記吸入ポートを切断した前記断面において前記点A2から前記点C1の間の壁面は、前記点A2と前記点C1とを結ぶ直線Loに対して前記径方向の外側に凸の曲面状となっている請求項2または請求項3記載のスクロール圧縮機。 - 前記吸入ポートの前記入口部の入口角部に、R形状が施されている請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
- 前記入口角部の曲率半径は、前記シェルの内径をDとしたとき、1mm以上、D/4未満である請求項5記載のスクロール圧縮機。
- 前記シェルの前記内壁面は、第1内壁面と、前記第1内壁面に対して前記軸方向に並んで形成され、前記第1内壁面よりも前記径方向の外側に位置し、前記メインフレームが固定された第2内壁面と、を有し、
前記第1内壁面と前記第2内壁面との段差部分は、前記軸方向において前記メインフレームの前記第1面と前記第2面との中間よりも前記第1面側に位置している請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 前記段差部分は、前記径方向に延びる段差面を有し、前記第2内壁面において前記段差面との接続部分には、前記径方向の外側に凹んだ凹部で構成された逃げ部が形成されており、前記逃げ部において前記段差面の延長部分は、R形状に構成されている請求項7記載のスクロール圧縮機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/025533 WO2024003981A1 (ja) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | スクロール圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
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PCT/JP2022/025533 WO2024003981A1 (ja) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | スクロール圧縮機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2024003981A1 true WO2024003981A1 (ja) | 2024-01-04 |
Family
ID=89381791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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PCT/JP2022/025533 WO2024003981A1 (ja) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | スクロール圧縮機 |
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Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2024003981A1 (ja) |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
US6280155B1 (en) * | 2000-03-21 | 2001-08-28 | Tecumseh Products Company | Discharge manifold and mounting system for, and method of assembling, a hermetic compressor |
JP2005264752A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Mitsubishi Electric Corp | スクロール圧縮機 |
-
2022
- 2022-06-27 WO PCT/JP2022/025533 patent/WO2024003981A1/ja unknown
Patent Citations (2)
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