JP4448314B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に係り、特に冷凍機や空調機器等のガス冷媒を用いるスクロール圧縮機に好適なものである。

ガス冷媒が吸込口から吸込室へ導かれ、さらには最大密閉空間へと移行される吸込行程を有するスクロール圧縮機において、吸込時における流体の流動抵抗を低減する目的で、圧縮室の最大密閉空間を形成する可能な限り直前まで吸込口側と連通させる手段が案出されている。

係るスクロール圧縮機としては、例えば、特開平１１−３３６６７８号公報（特許文献１）に示されたものがある。

このスクロール圧縮機は、固定スクロールおよび可動スクロールのそれぞれの台板上に直立する渦巻状の固定スクロールラップおよび可動スクロールラップを設け、可動スクロールを固定スクロールに対して旋回運動するように設置すると共に固定スクロールラップおよび可動スクロールラップを互いに噛み合わせて吸込室および圧縮室を形成し、吸込室に連通する吸込口を固定スクロールに形成すると共に、吸込口から吸込室側に延びる連通溝を固定スクロールに形成したものである。この連通溝は圧縮室の最大密閉空間を形成する直前まで吸込室に連通可能である。

固定スクロールに形成した連通溝によって、吸込空間内における流体の流路断面積が拡大し、可動スクロールラップによる吸込空間内にて生ずる攪拌損失を低減することができることが示されている。また、圧縮室の最大密閉空間を形成する直前まで吸込室と連通溝とを連通可能とすることによって、吸込過程において発生する漏れを伴う圧縮動作に起因する損失を低減できることが示されている。

特開平１１−３３６６７８号公報（図１１）

しかし、特許文献１には、固定スクロールに形成した連通溝自身の形状による流路損失に関しては開示されていない。例えば、この連通溝を底面が同じ深さの溝形状とし、吸込口と連通溝とが十分な面積を有して連通するように深い連通溝にすると、連通溝による損失が極めて大きくなってしまうことが判明した。すなわち、このような連通溝であると、吸込口から連通溝に流入した冷媒ガスが連通溝の先端垂直面に衝突し、ガス冷媒の流れが大きく乱れ、連通溝による流路損失が極めて大きくなってしまうものであった。そこで、連通溝を浅くすると、連通溝による吸込側の流路抵抗の低減による流路損失の低減効果が半減してしまうという問題があった。

また、特許文献１では、可動スクロールラップの巻き終り部の内線側および外線側に形成される圧縮室の最大密閉空間に対して、固定スクロール及び可動スクロールのそれぞれに独立した連通溝を形成しているため、複雑な構造となり、原価高を招いていた。

本発明の目的は、吸込口から吸込室側に延びる連通溝における流路損失を低減して吸込動力の損失低減を図り、高効率にできると共に、吸込過程において発生する漏れを伴う圧縮動作に起因する損失を低減しつつ、可動スクロールラップの巻き終り部の内線側および外線側に形成される圧縮室の最大密閉空間に対応する連通溝を安価な構造とすることができるスクロール圧縮機を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、固定スクロールおよび可動スクロールのそれぞれの台板上に直立する渦巻状の固定スクロールラップおよび可動スクロールラップを設け、前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して旋回運動するように設置すると共に前記固定スクロールラップおよび前記可動スクロールラップを互いに噛み合わせて吸込室および圧縮室を形成し、前記吸込室に連通する吸込口を前記固定スクロールに垂直に形成すると共に、前記吸込口から吸込室側に延びる連通溝を前記固定スクロールに形成したスクロール圧縮機において、前記可動スクロールラップの巻き終り部の内線側および外線側に前記圧縮室の最大密閉空間を交互に１８０度ずらして形成し、前記圧縮室の最大密閉空間をそれぞれ形成する際の前記可動スクロールの巻き終り部の内線および外線にほぼ一致してその内側に沿って前記連通溝の内側端部および外側端部が延びるように前記連通溝を形成し、前記連通溝の底面を前記吸込口の側面から吸込室側へ直線状に４５度以下の緩やかな角度で浅くなるように傾斜させた形状としたことにある。

本発明によれば、吸込口から吸込室側に延びる連通溝における流路損失を低減して吸込動力の損失低減を図ることができ、高効率にできると共に、吸込過程において発生する漏れを伴う圧縮動作に起因する損失を低減しつつ、可動スクロールラップの巻き終り部の内線側および外線側に形成される圧縮室の最大密閉空間に対応する連通溝を安価な構造とすることができるスクロール圧縮機が得られる。

以下、本発明の複数の実施形態のスクロール圧縮機について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機を図１から図４を用いて説明する。

本実施形態のスクロール圧縮機の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図である。本実施形態のスクロール圧縮機は、例えば冷凍機や空調機器等のガス冷媒を用いた圧縮機として用いられる。

図１において、１は密閉容器、２は圧縮機構部、３は可動スクロール、３ａは可動スクロール３の渦巻状のラップ、３ａは可動スクロール３の台板、４は固定スクロール、４ａは固定スクロール４の渦巻状のラップ、４ｂは固定スクロール４の台板、４ｃは吸込口、５はクランク軸、６は固定スクロール４とクランク軸５を回転させる軸受を具備するフレーム、７は電動機部、８は可動スクロールの自転を阻止し旋回運動させるための自転阻止部材に係るオルダムリング、１２はターミナル、１３はターミナルカバー取付用ピン、１４はガス冷媒吸込管である。

スクロール圧縮機は、密閉容器１内に、圧縮機構部２と電動機部７とがクランク軸５を介して連結して収納されて構成されている。圧縮機構部２は、固定スクロール４、可動スクロール３、フレーム６、クランク軸５、オルダムリング８を主要構成要素としている。

固定スクロール４は、台板４ｂと、この台板４ｂ上に直立する渦巻状の固定スクロールラップ４ａとを有している。固定スクロール４はボルトによりフレーム６の上側に締結されて固定されている。フレーム６の外周部は密閉容器１に固定されており、フレーム６の中央部にはクランク軸５の回転を受ける軸受６ａが具備されている。

固定スクロール４の外周部には吸込口４ｃが設けられている。この吸込口４ｃは、台板４ｂの上面（反ラップ面）から垂直に延びるように形成されている。吸込口４ｃの上部には外部サイクルに接続する吸込管１４が圧入されている。また、吸込口４ｃには、逆止弁１９が吸込口４ｃの延びる方向に移動可能に配置されている。逆止弁１９は、スプリング２０により背面から押圧され、吸込管１４の端部に当接可能になっている。固定スクロール４の中央部には吐出口４ｄが形成されている。

可動スクロール３は、台板３ｂと、この台板３ｂ上に直立する渦巻状のラップ３ａとを有している。可動スクロール３は固定スクロール４に対して旋回運動するように設置されている。可動スクロール３の旋回運動は、自転阻止部材であるオルダムリング８により自転することなく公転されるようになっている。

圧縮機構部２は、渦巻状のラップ４ａ、３ａをそれぞれ内側にして噛み合わせた固定スクロール４および可動スクロール３により圧縮室９および吸込室１０を形成する。固定スクロール４の吸込口４ｃはこの吸込室１０に連通されるように構成されている。

電動機部７は、ステータ１６およびロータ１５からなっている。ステータ１６は密閉容器１内に焼き嵌めなどにより固定されており、ロータ９は、ステータ１６内に回転可能に配置され、クランク軸５を圧入などにより固定している。電動機部７には、ターミナル１２を通して電力が供給される。

ここで、スクロール圧縮機の圧縮作用について説明する。

ロータ１５はステータ１６が発生する回転磁界により回転力が与えられて回転する。ロータ１５に固定されたクランク軸５はロータ１５の回転に伴い回転動作を行う。クランク軸５に連結された可動スクロール３はオルダムリングリング８の作用により自転することなく旋回運動（公転）する。可動スクロール３の旋回運動により、逆止弁１９が吸込口４ｃを開き、外部の冷凍サイクルより冷媒ガスが吸込管１４を介して圧縮機構部２に吸い込まれる。

吸込まれた冷媒ガスは、吸込口４ｃを通って固定スクロール２の吸込み室１０から圧縮室９に至り、圧縮室９で徐々に圧縮された後、吐出口４ｄから密閉容器１の中に放出される。放出された冷媒ガスは電動機部７を冷却して吐出パイプ１７から外部の冷凍サイクルへ供給される。

次に、圧縮機構部２の詳細に関して、図２から図４を参照しながら説明する。図２は、図１のスクロール圧縮機の固定スクロールと可動スクロールのラップを互いに噛み合わせた状態の断面図で、固定スクロール外線側と可動スクロール内線側によって最大密閉空間が形成された状態を示す。図３は図２における固定スクロール内線側と可動スクロール外線側によって最大密閉空間が形成された状態を示す図である。図４は図１の固定スクロール単体のガス冷媒吸込口を通る部分の断面図で、図１と上下逆に示してある。

図２および図３に示す各圧縮空間９（最大密閉空間９ａを含む）は、固定スクロールラップ４ａと可動スクロールラップ３ａとの巻終り端同士がほぼ１８０度偏位した位置で互いに噛み合うことにより形成される。可動スクロール３が固定スクロール４に対して見かけ上自転しないように旋回運動するとき、図２に示す固定スクロールラップ４ａの外線側と可動スクロールラップ３ａの内線側とに囲まれた最大密閉空間９ａと、図３に示す固定スクロールラップ４ａの内線側と可動スクロールラップ３ａの外線側とに囲まれた最大密閉空間９ａとが交互にでき、交互に圧縮されて行く過程を経て吐出口４ｄから密閉容器１の中に放出される。

図２および図３に示すように、ガス冷媒が吸込管１４を介して吸込口４ｃ、吸込室１０を経由して最大密閉空間９ａへと導かれる過程に連通溝１８が設けられている。この連通溝１８は、固定スクロール４の台板４ｂに窪むように形成され、吸込室１０と連通されて設けられると共に、吸込口４ｃから吸込室側へ延びて設けられている。

連通溝１８の吸込室側は、固定スクロールラップ４ａの外線側と可動スクロールラップ３ａの内線側とに囲まれる最大密閉空間９ａと、固定スクロールラップ４ａの内線側と可動スクロールラップ３ａの外線側とに囲まれる最大密閉空間９ａとが形成される付近まで延びており、かつ最大密閉空間形成時にはガス冷媒が漏れないよう十分なシール幅を持たせている。換言すれば、連通溝１８の吸込室側の内側端部および外側端部は、可動スクロールラップ３ａの巻き終り部の内線側および外線側に交互に形成される圧縮室９の最大密閉空間をそれぞれ形成する際のその巻き終り部の内線および外線にほぼ一致してその内側に沿って延びている。連通溝１８の効果を最大限に発揮するために、連通溝１８は可能な限り長く形成されている。

また、固定スクロールラップ４ａと可動スクロールラップ３ａとの巻終り端同士がほぼ１８０度偏位した位置で互いに噛み合うような圧縮構造に連通溝１８を応用することにより、連通溝１８は、固定スクロールラップ４ａの外線側と可動スクロールラップ３ａ内線側に囲まれる最大密閉空間９ａと、固定スクロールラップ４ａの内線側と可動スクロールラップ３ａ外線側に囲まれる最大密閉空間９ａとの両方に役割を果たすような一つの先細りの三角形状で形成することが可能である。

図４に示すように、この連通溝１８は、吸込室１０の側面部と連通されて設けられ、吸込口４ｃの側面部から吸込室側へ延びている。連通溝１８の底面形状は、吸込口側から吸込室側へ浅くなるようになだらかに傾斜されている。連通溝１８の底面の傾斜は、直線状に４５度以下の緩やかな傾斜角度となっている。

また、スクロール圧縮機の運転状態から停止状態に入る際、圧縮機構部２で圧縮されていたガス冷媒が吸込口４ｃから冷凍サイクル側に逆流する現象が起こることを防止するため、吸込口４ｃに逆止弁１９を具備している。この逆止弁１９と連通溝１８の縦断面形状の傾斜化とが併用されることで、連通溝１８の縦断面形状傾斜化が逆止弁１９の応答性を促進する作用を及ぼす。すなわち、圧縮室９内にあったガス冷媒が逆流し始めると、吸込口４ｃを通過する前に必ず連通溝１８を経由しなければならず、連通溝１８の縦断面形状にある傾斜の方向と同方向に沿って流れるガス冷媒は逆止弁１９を閉める向きと一致するからである。このように連通溝１８の傾斜を使って上手く逆止弁１９を閉めることができる。

本実施形態によれば、連通溝１８の底面を吸込口側から吸込室側へ浅くなるように傾斜させた形状としているので、連通溝１８における冷媒ガスの流れの乱れを防止することができ、連通溝における流路損失を低減して吸込動力の損失低減を図ることができる。これによって、高効率のスクロール圧縮機を得ることができる。

そして、固定スクロール４に垂直に形成した吸込口４ｃの側面部から吸込室側へ連通溝１８の底面をなだらかに傾斜させ、具体的には、直線状に４５度以下の緩やかな角度で傾斜させているので、連通溝１８における冷媒ガスの流れの乱れをより確実に防止することができる。

また、固定スクロール４および可動スクロール３の巻き終り端同士をほぼ１８０度偏位させ、可動スクロールラップ３ａの巻き終り部の内線側および外線側に圧縮室９の最大密閉空間を交互に形成し、圧縮室９の最大密閉空間をそれぞれ形成する際のその巻き終り部の内線および外線にほぼ一致してその内側に沿って連通溝１８の内側端部および外側端部が延びるように形成しているので、吸込過程において発生する漏れを伴う圧縮動作に起因する損失を低減しつつ、連通溝を一つで形成して安価な構造とすることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第２実施形態のスクロール圧縮機における図２に相当する図、図６は本発明の第２実施形態のスクロール圧縮機における図３に相当する図である。この第２実施形態は、次に述べる通り第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一である。

本実施形態では、連通溝１８の形状をスクロールラップ曲線に近似した円弧、円弧および直線だけで形成したものである。このように連通溝１８を単純な形状にすることにより、連通溝１８の加工時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のスクロール圧縮機の固定スクロールと可動スクロールのラップを互いに噛み合わせた状態の断面図である。 図２における固定スクロール内線側と可動スクロール外線側によって最大密閉空間が形成された状態を示す図である。 図１の固定スクロール単体のガス冷媒吸込口を通る部分の断面図である。 本発明の第２実施形態のスクロール圧縮機における図２に相当する図である。 本発明の第２実施形態のスクロール圧縮機における図３に相当する図である。

符号の説明

１…密閉容器、２…圧縮機構部、３ａ…可動スクロールラップ、３ｂ…可動スクロール台板、３…可動スクロール、４…固定スクロール、４ａ…固定スクロールラップ、４b…固定スクロール台板、４ｃ…吸込口、４d…吐出口、５…クランク軸、６…フレーム、７…電動機部、８…オルダムリング、９…圧縮室、１０…吸込室、１２…ターミナル、１３…ピン、１４…吸込管、１５…ロータ、１６…ステータ、１７…吐出パイプ、１８…連通溝、１９…逆止弁、２０…スプリング。

Claims (1)

1. 固定スクロールおよび可動スクロールのそれぞれの台板上に直立する渦巻状の固定スクロールラップおよび可動スクロールラップを設け、
   前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して旋回運動するように設置すると共に前記固定スクロールラップおよび前記可動スクロールラップを互いに噛み合わせて吸込室および圧縮室を形成し、
   前記吸込室に連通する吸込口を前記固定スクロールに垂直に形成すると共に、
   前記吸込口から吸込室側に延びる連通溝を前記固定スクロールに形成したスクロール圧縮機において、
   前記可動スクロールラップの内線側および外線側に前記圧縮室の最大密閉空間を交互に１８０度ずらして形成し、
   前記圧縮室の最大密閉空間をそれぞれ形成する際の前記可動スクロールの巻き終り部の内線および外線にほぼ一致してその内側に沿って前記連通溝の内側端部および外側端部が延びるように前記連通溝を形成し、
   前記連通溝の底面を前記吸込口の側面から吸込室側へ直線状に４５度以下の緩やかな角度で浅くなるように傾斜させた形状としたことを特徴とするスクロール圧縮機。

Images