JP2024091916A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回スクロールの固定スクロールへの押付力をコントロールできる高効率なスクロール圧縮機の提供。
【解決手段】固定スクロール１１のスラスト面に圧力導入溝５５を設けるとともに、旋回スクロール鏡板１２ａのラップ面に連通溝５６ａを設け、互いの溝があるクランク角度において重なり別の空間と連通することで溝内の圧力を調整し、旋回スクロール１２にかかる背圧の最適化をはかる。これにより、無駄な機械損失を低減させて高効率なスクロール圧縮機とすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、特に空気調和機、給湯器、冷蔵庫等の冷凍機に用いられる、スクロール圧縮機に関する。

特許文献１は、空気調和機等に用いられているスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、旋回スクロール鏡板の反ラップ面に背圧領域を設け、旋回スクロールを固定スクロールに押し付けることで漏れ損失を低減させ、理論効率や冷暖房能力を向上させている。すなわち、旋回スクロール鏡板のラップ面と摺動する固定スクロール側に、常に吸入圧力を保持する溝や空間を設け、背圧との差圧を利用し、旋回スクロールを固定スクロールに押し付け、挙動がより安定するようにしている。

特許第４８９２２３８号公報

本開示は、前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押し付ける力を制御できるようにして効率を更に向上させたスクロール圧縮機を提供する。

本開示のスクロール圧縮機は、旋回渦巻きラップの外壁側に第１圧縮室が形成されるとともに、前記旋回渦巻きラップの内壁側には第２圧縮室が形成され、且つ、前記旋回スクロール鏡板の反ラップ面に背圧領域を形成して、前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押しつけるスクロール圧縮機において、前記固定スクロールの摺動面に圧力導入溝を設けるとともに、前記旋回渦巻スクロール鏡板のラップ面に連通溝を設け、互いの溝があるクランク角度において連通する構成としてある。

本開示のスクロール圧縮機は、旋回スクロールの押し返し力の強弱に合わせ、前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押し付ける力を調整できるようになり、無駄な機械損失を低減させて高効率なスクロール圧縮機とすることができる。

実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 同スクロール圧縮機の圧縮機構部を示す要部拡大断面図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧縮室の容積変化を示す図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧縮室の容積変化を示す図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧縮室の容積変化を示す図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧縮室の容積変化を示す図 同スクロール圧縮機の固定スクロールと旋回スクロールの噛み合う面を示す平面図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧力導入溝と連通溝の連通のさせ方の一例を示す図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧力導入溝と連通溝の連通のさせ方の一例を示す図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧力導入溝と連通溝の連通のさせ方の一例を示す図 同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧力導入溝と連通溝の連通のさせ方の一例を示す図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、スクロール圧縮機は、背圧との差圧を利用し、旋回スクロールを固定スクロールに押し付けることで、挙動がより安定するようにしている。しかしながら、前記旋回スクロールを固定スクロールから引き離す方向に作用する圧縮室内の圧力はクランクシャフトが１回転する間に変動するため、あるクランク角度によっては必要以上に押し付けすぎになるという課題があることを発明者らは発見し、これを解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

そこで本開示は、旋回スクロールを前記固定スクロールから引き離す方向に作用する力の強弱に合わせて鏡板にかける背圧を変動させるようにして、効率を向上させたスクロール圧縮機を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～図５Ｄを用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
図１～図５Ｄにおいて、スクロール圧縮機は、密閉容器１内に、冷媒を圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機構部２０とを配置して構成されている。

前記密閉容器１は、上下方向に沿って延びる円筒状に形成された胴部１ａと、胴部１ａの下部開口を塞ぐ下蓋１ｂと、胴部１ａの上部開口を塞ぐ上蓋１ｃとで構成されている。密閉容器１には、圧縮機構部１０に冷媒を導入する冷媒吸込管２と、前記圧縮機構部１０にて圧縮された冷媒を密閉容器１の外に吐出する冷媒吐出管３とを設けている。

前記圧縮機構部１０は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、旋回スクロール１２を旋回駆動する回転軸１３とを有している。

電動機構部２０は、密閉容器１に固定されたステータ２１と、ステータ２１の内側に配置されたロータ２２とを備える。前記ロータ２２には前記回転軸１３が固定されており、回転軸１３の上端には、回転軸１３に対して偏心した偏心軸１３ａが形成されている。前記偏心軸１３ａには、偏心軸１３ａの上面に開口する凹部によってオイル溜まりを形成している。

前記固定スクロール１１及び前記旋回スクロール１２の下方には、前記固定スクロール１１及び前記旋回スクロール１２を支持する主軸受３０が設けられている。

主軸受３０には、前記回転軸１３を軸支する軸受部３１と、ボス収容部３２とが形成されている。前記主軸受３０は、密閉容器１に溶接や焼き嵌めによって固定される。

前記固定スクロール１１は、円板状の固定スクロール鏡板１１ａと、前記固定スクロール鏡板１１ａに立設した渦巻状の固定渦巻きラップ１１ｂと、前記固定渦巻きラップ１１ｂの周囲を取り囲むように立設した外周壁部１１ｃとを備え、前記固定スクロール鏡板１１ａの略中心部に吐出ポート１４が形成されている。

前記旋回スクロール１２は、円板状の旋回スクロール鏡板１２ａと、前記旋回スクロール鏡板１２ａのラップ側端面に立設した旋回渦巻きラップ１２ｂと、前記旋回スクロール鏡板１２ａの反ラップ側端面に形成した円筒状のボス部１２ｃとを備えている。

前記固定スクロール１１の固定渦巻きラップ１１ｂと前記旋回スクロール１２の旋回渦巻きラップ１２ｂとは相互に噛み合わされ、固定渦巻きラップ１１ｂと旋回渦巻きラップ１２ｂとの間に複数の圧縮室１５が形成される。

ボス部１２ｃは、旋回スクロール鏡板１２ａの略中央に形成され、前記偏心軸１３ａに挿入した状態でボス収容部３２に収容されている。

前記固定スクロール１１は、外周壁部１１ｃで複数本のボルト（図示せず）を用いて主軸受３０に固定される。一方、旋回スクロール１２は、オルダムリングなどの自転拘束部材１７を介して固定スクロール１１に対し動きを規制される。前記旋回スクロール１２の
自転を拘束する自転拘束部材１７は、前記固定スクロール１１と前記主軸受３０との間に設けている。これにより、前記旋回スクロール１２は、前記回転軸１３の前記偏心軸１３ａがクランク回転するのに伴い固定スクロール１１に対して、自転しないで旋回運動をする。

密閉容器１の底部には、潤滑油を貯留する貯油部４が形成されており、前記回転軸１３は、その下端部１３ｂが密閉容器１の下部に配置された副軸受１８に軸支されている。

前記回転軸１３の下端には容積型のオイルポンプ５を設けている。オイルポンプ５は、その吸い込み口が貯油部４内に存在するように配置されている。オイルポンプ５は、前記回転軸１３によって駆動され、前記密閉容器１の底部に設けられた前記貯油部４にある潤滑油を、圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げるので、オイル切れの心配が解消される。

前記回転軸１３には、前記回転軸１３の下端部１３ｂから前記偏心軸１３ａに至る回転軸オイル供給孔１３ｃが形成されている。前記オイルポンプ５で吸い上げた潤滑油は、前記回転軸１３内に形成している回転軸オイル供給孔１３ｃを通じて、前記副軸受１８の軸受、軸受部３１、前記ボス部１２ｃ内に供給される。

冷媒吸込管２から吸入される冷媒は、吸入ポート１５ａから圧縮室１５に導かれる。圧縮室１５は、外周側から中央部に向かって容積を縮めながら移動し、前記圧縮室１５で所定の圧力に到達した冷媒は、前記固定スクロール１１の中央部に設けた吐出ポート１４から吐出室６に吐出される。前記吐出ポート１４には吐出リード弁（図示せず）を設けている。前記圧縮室１５で所定の圧力に到達した冷媒は、前記吐出リード弁を押し開いて前記吐出室６に吐出される。前記吐出室６に吐出された冷媒は、前記密閉容器１内上部に導出され、冷媒吐出管３から吐出される。

本実施の形態によるスクロール圧縮機は、図２の要部拡大断面図に示すように、ボス収容部３２を高圧領域Ａとし、自転拘束部材１７を配置する前記旋回スクロール１２の外周部を中間圧領域Ｂとして、前記旋回スクロール１２を前記固定スクロール１１に押しつけている。以下、その構成を説明していく。

偏心軸１３ａは、旋回軸受１３ｄを介して、ボス部１２ｃに旋回駆動可能に挿入されている。偏心軸１３ａの外周面にはオイル溝１３ｅが形成されている。

旋回スクロール鏡板１２ａのスラスト力を受ける前記主軸受３０のスラスト面には、リング状のシール部材３３を設けている。前記シール部材３３は前記ボス収容部３２の外周に配置している。

密閉容器１内は、吐出室６に吐出される冷媒と同じ高圧の冷媒で満たされ、回転軸オイル供給孔１３ｃは、偏心軸１３ａの上端に開口しているため、ボス部１２ｃ内は吐出冷媒と同等の高圧領域Ａとなる。

前記回転軸オイル供給孔１３ｃを通って前記ボス部１２ｃ内に導入された潤滑油は、前記偏心軸１３ａの外周面に形成された前記オイル溝１３ｅによって前記旋回軸受１３ｄ及び前記ボス収容部３２に供給される。前記ボス収容部３２の外周には前記シール部材３３を設けているので、前記ボス収容部３２は高圧領域Ａとなる。

前記旋回スクロール鏡板１２ａには、前記ボス部１２ｃ内に向かって形成した第１オイル導入孔５１と、ラップ側端面の外周に開口した第１オイル導出孔５２と、前記第１オイ
ル導入孔５１と前記第１オイル導出孔５２とを連通する第１鏡板オイル連通路５３とを設けている。

また、前記旋回スクロール鏡板１２ａには、旋回スクロール１２外周部の中間圧領域Ｂに開口する第２オイル導入孔６１と、前記圧縮室１５に開口する第２オイル導出孔６２と、前記第２オイル導入孔６１と前記第２オイル導出孔６２とを連通する第２鏡板オイル連通路６３とを設けている。前記第２オイル導入孔６１は、前記旋回スクロール鏡板１２ａの上面に形成している。

このように、前記旋回スクロール１２に、中間圧領域Ｂと圧縮室１５を間欠的に連通する第２オイル導出孔６２を形成することで、前記圧縮室１５の中間圧を中間圧領域Ｂに導き、様々な運転条件でも、必要最小限の荷重で前記旋回スクロール１２を前記固定スクロール１１に押し付けることができる。よって、圧縮機の摩擦損失を低減しつつ、前記旋回スクロール１２が前記固定スクロール１１から離反することを防止でき、前記圧縮室１５の気密性を高めることができる。

図３は、同スクロール圧縮機の旋回運動に伴う、圧縮室の容積変化を示す図で、固定スクロール１１に旋回スクロール１２を噛み合わせ、前記旋回スクロール１２の背面から見た状態である。図３Ｂは、図３Ａから９０度回転が進んだ状態、図３Ｃは、図３Ｂから更に９０度回転が進んだ状態、図３Ｄは、図３Ｃから更に９０度回転が進んだ状態を示している。

前記固定スクロール１１と前記旋回スクロール１２とにより形成される圧縮室１５として、前記旋回渦巻きラップ１２ｂの外壁側には第１圧縮室１５Ａが形成され、前記旋回渦巻きラップ１２ｂの内壁側には第２圧縮室１５Ｂが形成される。

そして、前記固定スクロール１１と前記旋回スクロール１２を噛み合わせた状態で、前記固定渦巻きラップ１１ｂの外周端部１１ｂｅを前記旋回渦巻きラップ１２ｂの外周端部１２ｂｅと同等まで延長することで、第１圧縮室１５Ａの冷媒を閉じ込める位置と第２圧縮室１５Ｂの冷媒を閉じ込める位置とは、略１８０度ずらしている。そして更に、前記第１圧縮室１５Ａの吸入容積を前記第２圧縮室１５Ｂの吸入容積よりも大きくなるように構成している。

更に、本実施形態のスクロール圧縮機では、図４の固定スクロール１１と旋回スクロール１２の噛み合う面の図に示すように、前記固定スクロール１１のスラスト面５４ａに二つの圧力導入溝５５を設けるとともに、前記旋回スクロールのスラスト面５４ｂには吸入空間と連通する二つの連通溝５６ａと、必要に応じて中間圧領域Ｂの空間と連通する一つの穴５６ｂを設け、あるクランク角で互いの溝と圧縮室１５、または吸入ポート１５ａ、または中間圧領域Ｂの空間に連通するように構成している。

そして、前記固定スクロール１１に設けた前記圧力導入溝５５は、常に前記旋回スクロール鏡板１２ａが動く範囲内に設定され、前記連通溝５６ａを介してでなければその他の空間と連通することができないようになっている。つまり、前記圧力導入溝５５は圧縮室１５と直接つながらない構成としてある。なお、前記圧力導入溝５５および前記連通溝５６ａが吸入圧になるようなタイミングでは圧縮室１５と連通する構成としてある。

［１－２．動作］
以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用について説明する。

上記構成のスクロール圧縮機は、図５Ａ～図５Ｄに示すように、前記固定スクロール１１のスラスト面５４ａに設けられた圧力導入溝５５と旋回スクロールのスラスト面５４ｂに設けられた吸入空間に連通する連通溝５６ａとの連通および切り離しを行うことにより圧力導入溝５５内部をクランク角度毎に所定圧力になるようにコントロールすることができる。例えば、図５Ａでは二つの圧力導入溝５５と二つの連通溝５６ａの双方が連通し、図５Ｂでは二つの圧力導入溝５５と二つの連通溝５６ａのいずれか一方側が連通する。また、図５Ｃでは二つの圧力導入溝５５と二つの連通溝５６ａの双方とも非連通となるとともに一方の圧力導入溝５５は穴５６ｂと連通し、図５Ｄでは二つの圧力導入溝５５と二つの連通溝５６ａのいずれか一方が連通する。

したがって、あるクランク角度で前記旋回スクロール１２の押し付け力が弱くなる場合は、前記圧力導入溝５５を中間圧領域Ｂより低圧の空間と連通させることで押し付け力の補助的な役割を行い、転覆を抑制することができる。

また、逆にあるクランク角で前記旋回スクロール１２が固定スクロール１１に押し付ける押し付け力が必要以上に大きすぎる場合は、前記圧力導入溝５５と中間圧領域Ｂの空間を連通させることで押し付け力を弱め、摩擦損失を低減させることができる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態におけるスクロール圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部１０と、前記圧縮機構部１０を駆動する電動機構部２０と、前記圧縮機構部１０と前記電動機構部２０を収容した密閉容器１とを備え、前記圧縮機構部１０は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、前記旋回スクロール１２を旋回駆動する回転軸１３とを有し、前記固定スクロール１１は、円板状の固定スクロール鏡板１１ａと、前記固定スクロール鏡板１１ａに立設した固定渦巻きラップ１１ｂとを備え、前記旋回スクロール１２は、円板状の旋回スクロール鏡板１２ａと、前記旋回スクロール鏡板１２ａのラップ側端面に立設した旋回渦巻きラップ１２ｂを備え、前記固定渦巻きラップ１１ｂと前記旋回渦巻きラップ１２ｂとを相互に噛み合わせて、前記固定渦巻きラップ１１ｂと前記旋回渦巻きラップ１２ｂとの間に複数の圧縮室１５を形成し、前記圧縮室１５は、前記旋回渦巻きラップ１２ｂの外壁側に第１圧縮室１５Ａ、前記旋回渦巻きラップ１２ｂの内壁側に第２圧縮室１５Ｂが形成され、且つ、前記旋回スクロール鏡板１２ａの反ラップ面側に形成される背圧により前記旋回スクロールを前記固定スクロール１１に押しつけるスクロール圧縮機であって、前記固定スクロール１１の摺動面に圧力導入溝５５を設けるとともに、前記旋回スクロール鏡板１２ａのラップ面に連通溝５６ａを設け、前記互いの溝があるクランク角度において重なり別の圧力の空間と連通するような構成としてある。

この形態の構成によれば、圧力導入溝５５内の圧力とその圧力にするタイミングを制御することで、前記旋回スクロール１２の押し返し力の強弱に合わせ、前記旋回スクロール１２を前記固定スクロール１１に押し付ける力を調整できるようになり、摩擦抵抗を低減させて高効率なスクロール圧縮機とすることができる。

また、このスクロール圧縮機は、前記旋回スクロール背面において、前記固定スクロール１１に設けられた前記圧力導入溝５５が圧縮室１５と直接つながらない構成としてある。 この形態の構成によれば、圧力導入溝５５と連通溝５６ａが重なっていない時には圧縮工程に影響しないため、冷媒の再膨張ロスなどが抑えられ、高効率なスクロール圧縮機とすることができる。

また、このスクロール圧縮機は、前記各構成下において、前記圧力導入溝５５および前記連通溝５６ａが吸入圧になるようなタイミングで圧縮室１５と連通する構成としてある。 この形態の構成によれば、前記圧力導入溝５５内の圧力と前記旋回スクロール１２背
面の圧力の差が大きくなり、前記旋回スクロール１２を前記固定スクロール１１に押し付ける力を増大させることができるため、前記旋回スクロール１２の挙動を安定させることができる。また、第１圧縮室１５Ａよりも前記圧力導入溝５５の圧力が低いため、その間のスラスト面では第１圧縮室１５Ａから圧力導入溝５５に向かって潤滑油の流れができる。したがって中圧空間から圧縮室内に潤滑油が無駄に多く入り込むのを防ぐことができ、その結果、吐油量を低減させ、高効率な冷凍システムとすることができる。また本構成によれば、横型スクロール圧縮機等の構成において、中圧空間内の潤滑油が重力により下側に溜まり、中間圧空間上部側に潤滑油が存在しない場合であっても、圧縮室側からスラスト面に潤滑油を供給することができ、高信頼性のスクロール圧縮機とすることができる。

以上、本発明について上記実施の形態を用いて説明したが、上記実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

なお、上記実施の形態において説明したスクロール圧縮機には、Ｒ３２、二酸化炭素、又は炭素間に二重結合を有する冷媒を用いることができる。

本開示にかかるスクロール圧縮機は、高効率化でき、温水暖房装置、空気調和機、給湯器、又は冷凍機などの各種冷凍サイクル装置に有用である。

１ 密閉容器
２ 冷媒吸込管
３ 冷媒吐出管
４ 貯油部
５ オイルポンプ
６ 吐出室
１０ 圧縮機構部
１１ 固定スクロール
１１ａ 固定スクロール鏡板
１１ｂ 固定渦巻きラップ
１２ 旋回スクロール
１２ａ 旋回スクロール鏡板
１２ｂ 旋回渦巻きラップ
１３ 回転軸
１３ａ 偏心軸
１３ｂ 下端部
１３ｃ 回転軸オイル供給孔
１３ｄ 旋回軸受
１３ｅ オイル溝
１４ 吐出ポート
１５ 圧縮室
１５ａ 吸入ポート
１５Ａ 第１圧縮室
１５Ｂ 第２圧縮室
１７ 自転拘束部材
１８ 副軸受
２０ 電動機構部
２１ ステータ
２２ ロータ
３０ 主軸受
３１ 軸受部
３２ ボス収容部
５１ 第１オイル導入孔
５２ 第１オイル導出孔
５３ 第１鏡板オイル連通路
５４、５４ａ、５４ｂ スラスト面
５５ 圧力導入溝
５６ａ 連通溝
５６ｂ 穴
６１ 第２オイル導入孔
６２ 第２オイル導出孔
６３ 第２鏡板オイル連通路
Ａ 高圧領域
Ｂ 中間圧領域

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機構部と、前記圧縮機構部と電動機構部を収容した密閉容器とを備え、
   前記圧縮機構部は、固定スクロールと、旋回スクロールと、前記旋回スクロールを旋回駆動する回転軸とを有し、
   前記固定スクロールは、円板状の固定スクロール鏡板と、前記固定スクロール鏡板に立設した固定渦巻きラップとを備え、
   前記旋回スクロールは、円板状の旋回スクロール鏡板と、前記旋回スクロール鏡板のラップ側端面に立設した旋回渦巻きラップとを備え、
   前記固定渦巻きラップと前記旋回渦巻きラップとを相互に噛み合わせて、前記固定渦巻きラップと前記旋回渦巻きラップとの間に複数の圧縮室を形成し、
   前記圧縮室は、前記旋回渦巻きラップの外壁側に第１圧縮室、前記旋回渦巻きラップの内壁側に第２圧縮室が形成され、且つ、
   前記旋回スクロール鏡板の反ラップ面側に形成される背圧によって前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押しつけるスクロール圧縮機であって、
   前記固定スクロールのスラスト面に圧力導入溝を設けるとともに、旋回渦巻スクロール鏡板のラップ面に連通溝を設け、前記互いの溝があるクランク角度において重なり別の圧力の空間と連通するような構成とし、互いの溝が重なり合うタイミングと連通する空間を制御することで溝内の圧力を調整し、前記旋回スクロールにかかる力を最適化するスクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロールに設けた圧力導入溝は、常に旋回スクロール鏡板が動く範囲内に設定され、連通溝を介してでなければその他の空間と連通することができないようにしていることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記圧力導入溝および連通溝が吸入圧になるようなタイミングで圧縮室と連通する構成としてあることを特徴とする請求項１または２記載のスクロール圧縮機。