JP2009052462A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】近年の冷凍空調機器の高効率化と高寿命化、二酸化炭素などの高圧冷媒の適用に伴い、スクロール圧縮機における固定スクロールと旋回スクロールの高信頼性および漏れ損失低減による高効率化が課題となっていた。
【解決手段】固定スクロール１２の渦巻きラップ先端部１２ｂの巻き始め部に渦巻き状のシール部材８０を設置し、高負荷時、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの歯底と固定スクロール１２のラップ部先端１２ｂの巻き始め部が変形し、また、固定スクロール１２の巻き始め部が、高温となり、旋回スクロール１３側へ熱膨張するが、固定スクロール１２の巻き始め部ラップ１２ｂの先端にシール部材８０を設けているので、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

従来、スクロール圧縮機において、旋回・固定鏡板間の摺動面の接触を良好な状態に保ち、耐久性を向上すると共に、漏れ損失を低減するために、旋回スクロールまたは固定スクロールのラップ部について、ラップ部先端の温度分布を測定した結果をもとに、鏡板の歯底からラップ先端までの高さ寸法を調整し、組み立て状態において各ラップ部先端と相手方の鏡板の歯底との間に最内周側で最も大きくなるようなスラスト方向隙間を形成するようにしたり、スラスト方向隙間を複数段階で変化するような構成をとっていた（例えば、特許文献１参照）。

図５は特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの断面図である。図５に示すように、旋回スクロール１３のラップ部先端１３ｄに、運転中の温度分布を測定した結果をもとに、内周側フラット面１３ｅと外周側フラット面１３ｆを有し、その内周側フラット面１３ｅと外周側フラット面１３ｆとの間を傾斜面として、温度上昇によるラップ先端部１３ｄの接触によるにかじりを防止し、漏れ損失を低減するものである。
特開平７−１９７８９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の構成では、固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成される各圧縮室が、圧縮作用を行うことによる圧縮熱で各ラップ部が熱膨張することは考慮しているが、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差による固定スクロールと旋回スクロールの変形は考慮していない。

吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールは、固定スクロール側へ変形し、旋回スクロールの背面を摺動仕切り環によって高圧と中間圧に仕切られている構成の場合、特に旋回スクロールの中心部は変形するため、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端の巻き始め部が片当たりにより接触面圧が高まり、お互いにカジリが発生して、圧縮機としての圧縮効率、耐久性が低下してしまう。

特に、二酸化炭素を冷媒とした場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、従来のＨＦＣ冷媒の冷凍サイクルの圧力差の約７〜１０倍以上高くなるため、旋回スクロールは、固定スクロール側へより変形しやすくなり、旋回スクロールの鏡板の歯底およびラップ部先端でカジリが発生し、圧縮機としての圧縮機効率および耐久性が低下してしまうという課題があった。

また、従来の構成では、旋回スクロールまたは固定スクロールのラップ部について、高負荷運転時のラップ部先端の温度分布を測定した結果をもとに、鏡板の歯底からラップ先端までの高さ寸法を調整した場合、低負荷運転時に、ラップ部先端で隙間となり、圧縮機の効率低下を発生させてしまう。

そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧による旋回スクロールの圧力変形があった場合でも高信頼性を実現すると共
に、全運転領域において高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールのラップ部先端の巻き始め部に渦巻き状のシール部材を設置したものである。

この構成により、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールが、固定スクロール側へ変形し、特に、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端の巻き始め部の変形が大きい場合でも、固定スクロールの巻き始め部先端にシール部材を設けているので、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。

本発明のスクロール圧縮機は、吐出圧力と吸入圧力の圧力差が高い高負荷運転時でも、比較的摺動が厳しい旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端での高信頼性化を実現できるとともに、低負荷運転時、シール部材による漏れ損失低減により圧縮機効率を向上でき、冷凍空調機器の高効率化が実現できる。

第１の発明は、固定スクロールのラップ部先端の巻き始め部に渦巻き状のシール部材を設置したものである。

これによって、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロールが、固定スクロール側へ変形し、特に、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端の巻き始め部の変形が大きくなり、また、固定スクロールの巻き始め部は、高温となり、旋回スクロール側へ熱膨張するが、固定スクロールの巻き始め部先端にシール部材を設けているので、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。

また、低負荷運転時、シール部材による漏れ損失低減により圧縮機効率を向上でき、高効率化が実現できる。

第２の発明は、特に第１の発明で、シール部材の存在領域を、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側が旋回する領域にほぼ一致させたものである。旋回スクロールの軸受のハウジングにおける鏡板厚みが、その外周部に対して薄くなっている構成の場合、軸受のハウジング部の内側が特に、固定スクロール側へ圧力変形するが、シール部材を旋回スクロールの軸受のハウジングの内側が旋回する領域に相当する固定スクロールの巻き始め部に設けているため、片当たりすることなく、高信頼性が実現できる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明で、固定スクロールのシール部材を設置した部分のラップ高さを他の部分より低くしたものである。これによって、高負荷時、旋回スクロールの鏡板底面中心部が、固定スクロール側へ変形した場合でも、シール部材を設けた固定スクロールのラップ先端が、旋回スクロールの鏡板底面に当接することが無く、高信頼性を実現することができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明で、シール部材格納溝とシール部材の間にバネ部材を配設したものである。

これによって、より確実にシール部材全域が旋回スクロールの鏡板底面に確実に押し付けられる様になり、圧縮室での漏れを低減でき、全運転領域において高効率なスクロール圧縮機を実現することができる。

第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明で、作動冷媒に二酸化炭素を用いたものである。

二酸化炭素冷媒は、高差圧冷媒であるため、旋回スクロールの鏡板と固定スクロールの鏡板とが摺動する面には、過大な押し付け力が発生するため、摺動損失の増大、あるいは、かじりや異常摩耗を引き起こしてしまう。特に、旋回スクロールは、固定スクロール側へより変形しやすくなり、旋回スクロールの鏡板の歯底と固定スクロールのラップ部先端でカジリが発生し、圧縮機としての圧縮機効率および耐久性が低下してしまう。また、二酸化炭素冷媒を使用する場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、フロンを冷媒とする従来の冷凍サイクルの圧力差の約７〜１０倍以上高く、圧縮室内での漏れにより更に性能の低下を引き起こしていた。第１〜５の発明により、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧による旋回スクロールの圧力変形があった場合でも、固定スクロールの巻き始め部先端にシール部材を設けているので、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。また、全運転領域において高効率を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は同スクロール圧縮機の固定スクロール正面図である。図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、作用を説明する。

図１に示すように、本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けてクランク軸４の上端にある偏心軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより、旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。

旋回スクロール１３の背面部分には、主軸受部材１１に配置されている摺動仕切り環７８があり、旋回運動を行いながら摺動仕切り環７８により、摺動仕切り環７８の内側領域である高圧部３０と、外側領域である高圧と低圧の中間圧に設定された背圧空間２９とに仕切られている。この背面の圧力付加により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。

さらに、固定スクロール１２には、旋回スクロール１３の背面の背圧空間２９における圧力を制御する背圧調整弁９を備えている。

圧縮機運転中は、クランク軸４の下向きの他端にはポンプ２５が設けられ、スクロール圧縮機と同時に駆動される。これによりポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられたオイル溜め２０にあるオイル６を吸い上げてクランク軸４内を通縦しているオイル供給穴２６
を通じて圧縮機構２に供給する。このときの供給圧は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。

このように供給されたオイル６の一部は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、クランク軸４と主軸受部材１１との間の軸受部６６に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、オイル溜め２０へ戻る。

また、高圧部３０に供給されたオイル６は、旋回スクロール内部に設けられた連通路５４によって旋回スクロール１３の外周部まわりにあって自転規制機構１４が位置している背圧空間２９に進入し、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との噛み合せによる摺動部および自転規制機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧空間２９にて旋回スクロール１３の背圧を印加する。

背圧空間２９に進入するオイル６は、絞り５７での絞り作用によって高圧部３０と圧縮室１５の低圧側との圧力の中間となる中間圧に設定される。背圧空間２９は高圧部３０の高圧側との間が環状仕切り環７８によってシールされていて、進入してくるオイルが充満するにつれて圧力を増し、所定の圧力を超えると、背圧調整弁９が作用して、圧縮室１５の吸入部分に戻され進入する。

このオイル６の進入は所定の周期で繰り返され、この繰り返しのタイミングは吸入、圧縮、吐出の繰り返しサイクルと、絞り孔５７による減圧設定と背圧調整機構９での圧力設定との関係の組み合わせによって決まり、固定スクロール１２と旋回スクロール１３のラップ１３ｂとの摺動部への意図的な潤滑となる。この意図的な潤滑は前記したように背圧調整弁９による連絡路１０の凹部１０５への開口によって常時保証される。吸入口１７へと供給されたオイル６は旋回スクロール１３の旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室１５間の漏れ防止に役立っている。

さらに、図１、２に示すように、固定スクロール１２の渦巻きラップ先端部１２ｂの巻き始め部に渦巻き状のシール部材８０を設けている。

このような構成にすることにより、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧により、旋回スクロール１３が、固定スクロール１２側へ変形し、特に、旋回スクロール１３の鏡板１３ａ歯底と固定スクロール１２のラップ１２ｂ部先端の巻き始め部の変形が大きくなり、また、固定スクロール１２の巻き始め部は、高温となり、旋回スクロール１３側へ熱膨張するが、固定スクロール１２の巻き始め部ラップ１２ｂ先端にシール部材８０を設けているので、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。

また、低負荷運転時、シール部材８０による漏れ損失低減により圧縮機効率を向上でき、高効率化が実現できる。

また、図２に示すように、シール部材８０の存在領域を、旋回スクロール１３の軸受のハウジング部１３ｃの内側が旋回する領域にほぼ一致させている。図１に示すように、旋回スクロール１３の軸受のハウジング１３ｃの内側における鏡板厚みが、その外周部に対して薄くなっている構成であると、軸受のハウジング部１３ｃの内側の鏡板１３ａが、特に、固定スクロール１２側へ圧力変形するが、シール部材８０を旋回スクロール１３の軸受のハウジング１３ｃの内側が旋回する領域に相当する固定スクロール１２の巻き始め部に設けているため、片当たりすることなく、高信頼性が実現できる。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態のスクロール圧縮機は、固定スクロール１２のシール部材８０を設置した部分のラップ１２ｂの高さを他の部分より低くしたものである。図３に固定スクロール１２の断面図を示す。固定スクロール１２のシール部材８０を設置した部分のラップ１２ｂの高さを他の部分より、Δｈだけ低くしている。これによって、高負荷時、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの底面中心部が、固定スクロール１２側へ変形した場合でも、シール部材８０を設けた固定スクロール１２のラップ１２ｂ先端が、旋回スクロール１３の鏡板１３ａ底面に当接することが無く、高信頼性を実現することができる。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態のスクロール圧縮機は、シール部材格納溝８１とシール部材８０の間にバネ部材８５を配設したものである。

図４は、固定スクロール１２のラップ１２ｂの要部拡大断面図である。これによって、バネ８５のバネ力により、より確実にシール部材８０全域が旋回スクロール１３に押し付けられる様になり、圧縮室１５での漏れを低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現することができる。

（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態のスクロール圧縮機は、作動冷媒に二酸化炭素を用いたものである。二酸化炭素冷媒は、高差圧冷媒であるため、旋回スクロール１３の鏡板１３ａと固定スクロール１２のラップ１２ｂ先端とが摺動する面には、過大な押し付け力が発生するため、摺動損失の増大、あるいは、かじりや異常摩耗を引き起こしてしまう。特に、旋回スクロール１３は、固定スクロール１２側へより変形しやすくなり、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの歯底と固定スクロール１２のラップ１２ｂ先端でカジリが発生し、圧縮機としての圧縮機効率および耐久性が低下してしまう。また、二酸化炭素冷媒を使用する場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差は、フロンを冷媒とする従来の冷凍サイクルの圧力差の約７〜１０倍以上高く、圧縮室内での漏れにより更に性能の低下を引き起こしていた。本発明の第１〜３の実施の形態により、高負荷時、吐出圧力と吸入圧力の差圧による旋回スクロール１３の圧力変形があった場合でも、固定スクロール１２のラップ１２ｂ巻き始め部先端にシール部材８０を設けているので、片当たりすることなく、高信頼性を実現できる。また、全運転領域において高効率を実現することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、高差圧運転下でも、圧縮効率向上を実現することがき、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの正面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの断面図 本発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機の固定スクロールのラップ部断面図 従来のスクロール圧縮機の旋回スクロールの断面図

符号の説明

６ オイル
１１ 主軸受部材
１２ 固定スクロール
１２ａ 鏡板
１２ｂ ラップ
１３ 旋回スクロール
１３ａ 鏡板
１３ｂ ラップ
１３ｃ ハウジング部
１４ 自転規制機構
１５ 圧縮室
１７ 吸入口
２９ 背圧空間
３０ 高圧部
３１ 高圧空間
７８ 摺動仕切り環
８０ シール部材
８１ シール部材格納溝
８５ バネ

Claims (5)

1. 鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合せて、前記旋回スクロールを自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたときに容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行う圧縮室を形成し、前記旋回スクロールとこれの鏡板背面側を略支持する軸受部材にリング状の溝部を設け、前記軸受部材と前記鏡板背面側の中央部に潤滑用オイルにより高圧を与える高圧部と、この高圧部とは前記溝部に装着された合口部を有するリング状の摺動仕切り環によって仕切られ、前記旋回スクロール鏡板背面の外周部に前記高圧部より低い所定の圧力を印加する背圧空間とを設けたスクロール圧縮機において、前記固定スクロールのラップ部先端の巻き始め部に渦巻き状のシール部材を設置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. シール部材の存在領域を、旋回スクロールの軸受のハウジング部の内側が旋回する領域にほぼ一致させたことを特徴とした請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 固定スクロールのシール部材を設置した部分のラップ高さを他の部分より低くしたことを特徴とした請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. シール部材とそのシール部材格納溝の間にバネ部材を配設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 作動冷媒に二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

Images