JP4690516B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置等に用いられるスクロール型流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール型圧縮機（スクロール型流体機械）の一例が、特開平８−１５１９９０号公報に開示されている。このスクロール型圧縮機の概略構成を図６、図７に示した。図において、符号１はハウジングであり、２は固定スクロール、３は旋回スクロールである。固定スクロール２と旋回スクロール３との噛み合わせにより圧縮室４が形成されている。
ハウジング１には冷媒が吸入される吸入管５ａと、圧縮された高圧の冷媒が吐出される吐出管５ｂとが設けられている。また、固定スクロール２の中央部には吐出孔６が設けられている。
ハウジング１の下部にはモータ７が設けられ、回転軸８により動力が旋回スクロール３に伝達されるようになっている。モータ７が回転すると、旋回スクロール３が公転旋回運動をして吸入管５ａから冷媒が吸入されて圧縮室４に導入される。
【０００３】
ここで、ハウジング１の底部は油溜り部１０となっており、回転軸８の回転に伴って回転軸８の下端部に設けられた不図示の油ポンプにより潤滑油が吸い上げられ、回転軸８内の油通路（不図示）を経由して各摺動部分に供給されるようになっている。その一部が冷媒に混入して圧縮室４内に吸入され、圧縮室４のシール効果を高める作用を有する。
圧縮室４に導入された冷媒は、旋回スクロール３の公転旋回に伴い次第に圧縮されて吐出孔６から排出される。排出された高圧の冷媒は噴射管９によりハウジング１の上部に吹き出される。
【０００４】
ここで、冷媒をこのままハウジング１から吐出すると、以下の問題が発生する。すなわち、冷媒には潤滑油が混入しているため、吐出後に冷媒が供給される熱交換器において、熱交換の効率が低下するという問題がある。また、潤滑油が流出することにより、油溜り部１０の潤滑油量が不足し、各摺動部の潤滑が不十分となるおそれが生ずる。
このため、以下のような構成とすることにより、冷媒に混入している潤滑油をハウジング１内で分離するようになっている。
すなわち、図７に示すように、噴射管９がハウジング１内壁の接線方向に冷媒を噴出するようになっており、噴出された冷媒はハウジング１の内壁に沿って円運動を行う。冷媒が円運動を行うことによって、遠心力により冷媒から潤滑油が分離される。分離された潤滑油は、重力で落下して油戻し油路１１を経て油溜り部１０に戻される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスクロール型圧縮機においては、噴射管９の開口部９ａが、吐出管５ｂの開口部５ｃより下方に位置している。このため、吐出室内の飛散している潤滑油は一方的に吐出管５ｂに吸引され、冷媒から潤滑油が十分に分離せずに吐出される場合がある。
このため、上記のような構造を採用したにもかかわらず、依然として熱交換器の効率が低下するという上述の問題を完全に解決することができていなかった。そして、潤滑油不足を防止するため、冷媒とともに吐出される潤滑油の量を補うために潤滑油を余分に用意する必要があり、重量の増加となっていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、潤滑油の分離を十分に行うことが可能なスクロール型流体機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のスクロール型流体機械は、ハウジングと、ハウジング内部に収容され、冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を高圧に圧縮して吐出する圧縮機構と、該圧縮機構から圧縮された冷媒を吐出させる吐出ポートと、この吐出ポートから吐出された冷媒が一時収容される高圧室と、該高圧室に開口してハウジング外に冷媒が吐出される吐出口とを備えたスクロール型流体機械において、前記吐出ポートおよび前記吐出口は前記ハウジングの中心部に設けられるとともに、前記吐出ポートの上部を覆う包囲カバーが前記圧縮機構に取り付けられ、該包囲カバーから延出して前記吐出ポートから吐出された冷媒を前記高圧室内へ略水平方向に吐出させる噴射管を備え、該噴射管の一端側開口部は、吐出ポートに対して水平方向に離れた位置に配置され、該噴射管の他端側開口部は、ハウジングの内壁の接線方向に対して鋭角な所定角度をなして、前記吐出管から離れたハウジングの内壁に近い位置に開口し、前記吐出口は、前記噴射管の開口部より下方に位置して前記高圧室内に開口し、前記噴射管から噴き出された冷媒は、前記高圧室内を旋回した後に前記吐出管に衝突し、衝突後に軸方向下方に流れる冷媒流は、さらに前記包囲カバーの平面に衝突し、Ｕ字状に回り込んで前記吐出管から吐出されることを特徴とする。
【０００８】
このスクロール型流体機械においては、前記吐出口は、前記噴射管の開口部より下方に位置しているので、従来のスクロール型圧縮機とは異なり、潤滑油の分離が十分に行われた後に冷媒が吐出口から吐出される。以下、この作用について説明する。
図５（ｂ）に示すように、従来のスクロール型流体機械においては、噴射管９から高圧室に吹き出された冷媒は、旋回しつつ比較的スムーズに上昇して吐出管５ｂを経て排出される。
一方、同図（ａ）に示した一例のように、本発明においては噴射管４５から吹き出された冷媒は、高圧室４４内を旋回した後、吐出口１８ａを備えた吐出管１８に衝突する。衝突後の冷媒流は円周方向成分及び軸方向成分を有する。軸方向下方に流れる冷媒流ｆ１は、さらに包囲カバー４１または固定スクロール３６の背面に衝突し、図のようにＵ字状に回り込んで吐出管１８から吐出される。このとき、冷媒が吐出管１８、包囲カバー４１または固定スクロール３６へ衝突することによる分離作用によって、冷媒に含まれる潤滑油が冷媒から分離される。
このように、本発明においては旋回による分離作用だけではなく、衝突による分離作用も働くので、従来のスクロール型流体機械よりも潤滑油の分離効果が大きい。
【０００９】
請求項２に記載のスクロール型流体機械は、請求項１に記載のスクロール型流体機械において、前記ハウジング底部には潤滑油が溜められる油溜り部が設けられ、一端が前記高圧室の底部に開口し、他端が前記油溜り部に臨んで開口する油戻し油路が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このスクロール型流体機械においては、分離された潤滑油が油戻し油路を経て油溜り部に戻される。
【００１１】
請求項３に記載のスクロール型流体機械は、請求項１または２に記載のスクロール型流体機械において、一端が前記高圧室の底部に開口し、他端が前記冷媒の流動経路に開口する油戻し油路が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このスクロール型流体機械においては、分離された潤滑油が再び冷媒に混合することにより、冷媒の流動に伴って装置系の各部に潤滑油を供給することができる。
冷媒の流動経路としては、圧縮機構の冷媒吸入口や、冷媒が圧縮される圧縮室が挙げられる。
【００１３】
また、圧縮機構から冷媒を吐出する吐出ポートに、これを包囲する包囲カバーを設け、この包囲カバーに前記噴射管を設ける構成としてもよい。さらに、吐出ポートに吐出弁を設けることも有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態のスクロール圧縮機（スクロール型流体機械）の全体構成を示す図である。図１において、１５は密閉ハウジングであり、吸入管１７から冷媒が吸入され、吐出管１８から冷媒が吐出されるようになっている。密閉ハウジング１５の内部には、その上部に圧縮機構Ｃが、下部に電動機Ｍが収納設置され、これらは回転シャフト１９を介して互いに連動連結されている。スクロール圧縮機構Ｃは固定スクロール２１、旋回スクロール２２、旋回スクロール２２の公転旋回運動を許容するがその自転を阻止するオルダムリンク２３等からなる。
【００１５】
固定スクロール２１と旋回スクロール２２とを相互に所定距離だけ偏心させ、かつ１８０度だけ角度をずらせて噛み合わせることによって複数個の圧縮室Ｐが形成されている。
固定スクロール２１は、端板２４とその内面に立設された渦巻き状ラップ２５とを備えるとともに、渦巻き状ラップ２５の最外端に設けられた吸入孔２７、端板２４の中央に設けられた吐出孔２８を備えている。
旋回スクロール２２は端板３１とその内面に立設された渦巻き状ラップ３２とを備えている。
旋回スクロール２２はフレーム３３上に支持されている。フレーム３３は密閉ハウジング１５に固定されており、このフレーム３３の上面に形成されたスラスト面３３ａと旋回スクロール２２の背面とが摺接して旋回スクロール２２を支持している。
スラスト面３３ａには油溝３４が穿設されている。また、フレーム３３の上面中心部に穿設された円筒状の穴３３Ａが旋回スクロール２２の背面で限界され、油溜り室３５が形成されている。
旋回スクロール２２の端板３１下部外面にはボス４９が立設され、このボス４９内には、偏心ブッシュ５０が旋回軸受５１を介して回転自在に嵌挿され、この偏心ブッシュ５０に穿設された穴には、回転シャフト１９の上端から突出する偏心ピン５３が回転自在に嵌合されている。
【００１６】
３６はスクロール圧縮機構Ｃの上部を覆うディスチャージカバーであり、その中央には吐出孔２８と繋がる吐出ポート３７と、これを開閉する吐出弁３８が設けられている。
ディスチャージカバー３６の上面には、吐出ポート３７と吐出弁３８とを包囲する包囲カバー４１が設けられており、包囲カバー４１とディスチャージカバー３６との間に弁包囲室４２が形成され、包囲カバー４１の外側であって包囲カバー４１と密閉ハウジング１５との間は高圧室４４とされている。包囲カバー４１は密閉ハウジング１５より小径とされていることにより、包囲カバー４１周囲には、図のように包囲カバー４１を取り囲む環状溝４６が形成されている。
【００１７】
包囲カバー４１には噴射管４５が取り付けられている。図１および図２に示すように、噴射管４５の一端側開口部４５ａ（図２参照）は弁包囲室４２に開口し、他端側開口部４５ｂは、密閉ハウジング１５の内壁の接線方向に対して所定角度θをなして開口している。
ここで、θは鋭角に設定されている。図２に示すように、開口部４５ｂから密閉ハウジング１５に冷媒が噴射されると、噴射角度θによって流量がＱ₁，Ｑ₂に分配される（運動量保存則、ベルヌーイの式より）。流量比Ｑ₂／Ｑ₁は、
Ｑ₂／Ｑ₁ ＝ （１−COSθ）／（１＋COSθ）
となる。したがって、この比が十分に小さければ、噴射管４５の先端を必ずしも接線方向に折り曲げる必要はない。
また、上端が環状溝４６に開口し、下端が後述の油溜り部６０に臨んで開口する油戻し油路４７が設けられている。油戻し油路４７は管状であり、固定スクロール２１、フレーム３３を貫通して設けられている。
吐出管１８は、密閉ハウジング１５の中心軸線上に設けられ、その下端開口部である吐出口１８ａは高圧室４４において開口している。その開口位置は、噴射管４５の開口部４５ｂより下となっている。
【００１８】
密閉ハウジング１５の底部は油溜り部６０とされ、潤滑油が溜められている。
回転シャフト１９の下端部には容積型の油ポンプ６１が備えられており、この油ポンプ６１の吸込口（図示しない）は油溜り部６０内に開口している。
また、油ポンプ６１の吐出口（図示しない）は回転シャフト１５に穿設された給油孔６２に連通している。給油孔６２の上端は、旋回スクロール２２に対向して開口部６２ａを有している。
【００１９】
以上の構成からなる本例のスクロール型圧縮機は、以下のように動作する。
電動機Ｍを駆動することによって回転シャフト１９、偏心ピン５３、偏心ブッシュ５０、ボス４９等からなる公転旋回機構を介して旋回スクロール２２が駆動される。旋回スクロール２２はオルダムリンク２３によって自転を阻止されながら公転旋回半径の円軌道上を公転旋回運動する。
すると冷媒ガスは吸入管１７を経て密閉ハウジング１５内に入り、フレーム３３のガス通路（図示せず）を通り吸入孔２７を経て圧縮室Ｐ内に吸入される。
そして、旋回スクロール２２の公転旋回運動により圧縮室Ｐの容積が減少するに伴って圧縮されながら中央部に至り、吐出孔２８、吐出ポート３７を経て吐出弁３８を押し上げて弁包囲室４２に入る。
【００２０】
一方、潤滑油は、油溜り部６０から、回転シャフト１９が回転することにより油ポンプ６１によって吸い上げられ、給油孔６２を上昇して開口部６２ａから噴出し、旋回軸受５１を潤滑した後、ボス４９の旋回により周囲に吹き出される。そして、その一部が冷媒に混入して吸入孔２７から圧縮室Ｐ内に取り込まれ、固定スクロール２１と旋回スクロール２２との接触部分を潤滑するとともにシール性能を高める。潤滑後の潤滑油は、冷媒とともに吐出ポート３７を経て弁包囲室４２内に入る。
【００２１】
冷媒は、噴射管４５によって弁包囲室４２から高圧室４４に吹き出される。
図２に示すように、噴射管４５の開口部４５ｂから吹き出された冷媒は円運動を行い、このときの遠心力により、その密度差のために冷媒に混入していた潤滑油が分離し、密閉ハウジング１５の内壁に付着する。付着した潤滑油は重力によって環状溝４６に落下し、油戻し油路４７を通過し、油溜り部６０に戻る。
また、冷媒は高圧室４４内を旋回した後、図５に示すように吐出管１８に衝突する。衝突後の冷媒流は円周方向成分及び軸方向成分を有する。軸方向下方に流れる冷媒は、さらに包囲カバー４１または固定スクロール３６の背面に衝突し、符号ｆ１で示すようにＵ字状に回り込んで吐出管１８を経て吐出される。このとき、冷媒が吐出管１８、包囲カバー４１または固定スクロール３６へ衝突することによる分離作用によって、冷媒に含まれる潤滑油が冷媒から分離される。
分離された潤滑油は半径方向遠方に吹き飛ばされた後、ｆ２に示すように環状溝４６を旋回する冷媒流に合流して搬送され、油戻し油路４７から油溜り部６０に戻る。
潤滑油が分離した後の冷媒は、吐出管１８を経て密閉ハウジング１５外に吐出され、その後熱交換器等に送られる。
【００２２】
このように、本例のスクロール型圧縮機においては、吐出管１８の吐出口１８ａが噴射管４５の開口部４５ｂより下方に位置しているので、冷媒流の旋回による潤滑油分離効果だけではなく、衝突による分離効果をも得ることができる。したがって、潤滑油の分離が十分に行われて熱交換器に潤滑油が送られることがないので、熱交換の効率を低下させない。また、潤滑油が圧縮機から排出されないので、油溜り部６０の潤滑油量は必要最小限で済み、圧縮機を軽量化することができる。
また、このように圧縮機内において冷媒と潤滑油を分離することにより、別途そのための装置を設ける必要がなく、システムを小型化することができる。
さらにまた、吐出弁３８が設けられていることにより、圧縮機停止時等において、高圧室４４の高圧冷媒が逆流することがなく、旋回スクロール２２の逆回転が防止される。したがって、逆回転により発生する渦巻き状ラップ２５、３２に対する過大な荷重、各摺動部への給油不足を防止することができる。
【００２３】
なお、本例の変形例として、以下の構成としてもよい。
図３に示すように、油戻し油路４７’の一端を上記と同様に環状溝４６に開口し、他端を吸入孔２７に開口する。
このように構成することにより、高圧室４４内で分離した潤滑油が油戻し油路４７’を経て、再び圧縮室Ｐに吸入されることとなる。これにより、圧縮室Ｐに潤滑油が供給され、シール性能が向上して圧縮室Ｐ内の冷媒漏れを防ぐことができる。
また、図４に示すように、固定スクロール２１を貫通させた油戻し油路４７”のように、直接圧縮室Ｐに開口するようにしてもよい。この場合も、上記油戻し油路４７’と同じ効果を得ることができる。
【００２４】
上記各例においては、噴射管４５の先端は折曲しないこととしたが、従来例（図７参照）の様に折曲させても良い。この場合、噴射管４５の先端を環状溝４６に向けて折曲させることで、噴射管４５から吹き出された冷媒が環状溝４６にスムーズに流入される。環状溝４６においては冷媒流の流路断面積が小さく維持されることから、冷媒流の速度が急激に低下することが防止されて、潤滑油の分離効果が大きくなることが期待される。但し、折曲角度が大きいと圧力損失の原因となってしまうことから、急激な角度変化をつけずに折曲することが望ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスクロール型流体機械においては、吐出口が噴射管の開口部より下方に位置しているので、潤滑油の分離が十分に行われる。したがって、熱交換器に冷媒が送られることがないので、熱交換の効率を低下させない。また、潤滑油が圧縮機から排出されないので、油溜り部の潤滑油は必要最小限で済み、圧縮機を軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態におけるスクロール型圧縮機の縦断面図である。
【図２】 同スクロール型圧縮機の高圧室部分の横断面図である。
【図３】 スクロール型圧縮機の変形例を示す縦断面図である。
【図４】 スクロール型圧縮機の変形例を示す縦断面図である。
【図５】 従来のスクロール型圧縮機と本発明の一実施形態のスクロール型圧縮機とで冷媒流の流れを比較した図である。
【図６】 従来のスクロール型圧縮機の縦断面図である。
【図７】 同スクロール型圧縮機の横断面図である。
【符号の説明】
１５ 密閉ハウジング（ハウジング）
１８ａ 吐出口
２１ 固定スクロール
２２ 旋回スクロール
４４ 高圧室
４５ 噴射管
４５ｂ 開口部
４７ 油戻し油路
６０ 油溜り部
Ｐ 圧縮室
Ｃ 圧縮機構

Claims (3)

1. ハウジングと、ハウジング内部に収容され、冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を高圧に圧縮して吐出する圧縮機構と、該圧縮機構から圧縮された冷媒を吐出させる吐出ポートと、この吐出ポートから吐出された冷媒が一時収容される高圧室と、該高圧室に開口してハウジング外に冷媒が吐出される吐出口とを備えたスクロール型流体機械において、
   前記吐出ポートおよび前記吐出口は前記ハウジングの中心部に設けられるとともに、前記吐出ポートの上部を覆う包囲カバーが前記圧縮機構に取り付けられ、該包囲カバーから延出して前記吐出ポートから吐出された冷媒を前記高圧室内へ略水平方向に吐出させる噴射管を備え、該噴射管の一端側開口部は、吐出ポートに対して水平方向に離れた位置に配置され、該噴射管の他端側開口部は、ハウジングの内壁の接線方向に対して鋭角な所定角度をなして、前記吐出管から離れたハウジングの内壁に近い位置に開口し、
   前記吐出口は、前記噴射管の開口部より下方に位置して前記高圧室内に開口し、前記噴射管から噴き出された冷媒は、前記高圧室内を旋回した後に前記吐出管に衝突し、衝突後に軸方向下方に流れる冷媒流は、さらに前記包囲カバーの平面に衝突し、Ｕ字状に回り込んで前記吐出管から吐出されることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 請求項１に記載のスクロール型流体機械において、
   前記ハウジング底部には潤滑油が溜められる油溜り部が設けられ、
   一端が前記高圧室の底部に開口し、他端が前記油溜り部に臨んで開口する油戻し油路が設けられていることを特徴とするスクロール型流体機械。
3. 請求項１または２に記載のスクロール型流体機械において、
   一端が前記高圧室の底部に開口し、他端が前記冷媒の流動経路に開口する油戻し油路が設けられていることを特徴とするスクロール型流体機械。

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