JP2010048226A

JP2010048226A - スクロール型流体機械

Info

Publication number: JP2010048226A
Application number: JP2008215189A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Higashiyama; 彰良東山
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】スクロールユニットの渦巻壁の強度を確保しつつ、圧縮効率を向上させることのできるスクロール型流体機械を提供すること。
【解決手段】可動渦巻ラップ(18)の内周側面(20)及び外周側面(22)と、固定渦巻溝(32)の内周側壁面(36)及び外周側壁面(38)において、可動渦巻ラップ(18)の外周端(a)から内周側に一巻きした位置をテーパ開始点(b、c、d)として渦巻の内周側に向かうにつれテーパ角が増加するテーパ部(20a、22a、36a、38a)を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、スクロールユニットの構成に関する。

流体機械として、密閉容器内の一側に配設された電動機と他側に配設されたスクロールユニットとが回転軸を介して連結され、当該電動機により生じる回転によりスクロールユニットが駆動し、冷媒を圧縮する所謂スクロール型圧縮機がある。
この圧縮機のスクロールユニットは、互いに協働する渦巻状の壁を備えた固定スクロールと可動スクロールとから構成されている。可動スクロールは回転軸から偏心した偏心軸部を介して連結され、回転軸の回転に伴い公転旋回運動するものである。そして、この可動スクロールの公転旋回運動により、渦巻壁の外周側から内周側に向かって圧縮室が移動し容積が減少されていくことで作動流体が圧縮される。

そして、近年、小型軽量化を実現するために、従来は平行板状に形成されていた渦巻壁に対し、根本部から先端部に向けて先細り形状とした構成のスクロール圧縮機が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２２１７０号公報

しかしながら、圧縮室はスクロールユニットの内周側に向かうほど圧力は上昇し、圧縮室を形成する渦巻壁は内周側に向かうほど高圧力を受けることとなり、上記特許文献１に開示された技術のように、先細り形状とした渦巻壁では、十分な強度や耐久性を確保できないおそれがある。
ただし、強度確保のために渦巻壁の厚みを増せば、作動流体を取り込む容積が減少し、圧縮効率が悪化する。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、スクロールユニットの渦巻壁の強度、耐久性を確保しつつ、圧縮効率を向上させることのできるスクロール型流体機械を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のスクロール型流体機械では、容器に固定された固定スクロール、及び回転軸を介し駆動されることで該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールの公転旋回運動により該可動スクロールに形成された渦巻壁及び前記固定スクロールの渦巻壁との間に形成される圧縮室の容積を減少させて作動流体の圧縮を実施するスクロール型流体機械であって、前記固定スクロール及び可動スクロールのそれぞれの渦巻壁の側面に、該渦巻壁の根本部の径方向幅が拡がるように、渦巻の内周側に向かうにつれてテーパ角の増加するテーパ部が形成されていることを特徴としている。

請求項２のスクロール型流体機械では、請求項１において、前記可動スクロールの渦巻壁のテーパ部は、該渦巻壁の外周端から内周側に略一巻きした位置を開始点として形成されており、前記固定スクロールの渦巻壁のテーパ部は、前記可動スクロールのテーパ部の開始点と接触する位置を開始点として形成されていることを特徴としている。
請求項３のスクロール型流体機械では、請求項１または２において、前記可動スクロール及び前記固定スクロールのうち少なくとも一方の渦巻壁は、先端部の径方向幅が一定であることを特徴としている。

請求項４のスクロール型流体機械では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記固定スクロール及び前記可動スクロールそれぞれの渦巻壁のテーパ部は、互いに接触する側面のテーパ角が等しくなるよう形成されていることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のスクロール型流体機械によれば、固定スクロール及び可動スクロールのそれぞれの渦巻壁の側面に、渦巻壁の根元部の径方向幅が拡がるように、渦巻の内周側に向かうにつれてテーパ角の増加するテーパ部を形成する。
このように、渦巻壁の側面に渦巻の内周側に向かうにつれてテーパ角が増加するテーパ部を形成し、根元部の径方向幅を増加させることで、内周側ほど容積が減少し高圧となる圧縮室の圧力に応じて、当該渦巻壁の強度や耐久性を向上させることができる。

また、テーパ部は内周側に向かうにつれてテーパ角が増加することから、作動流体を取り込む渦巻外周側の容積は大きく確保し、作動流体を圧縮する渦巻内周側の容積はテーパ部が形成されている分さらに減少させることができ、圧縮効率を向上させることができる。
以上のことから、スクロールユニットの渦巻壁の強度、耐久性を確保しつつ、圧縮効率を向上させることができる。

請求項２のスクロール型流体機械によれば、可動スクロールの渦巻壁のテーパ部は外周端から内周側に略一巻きした位置を開始点として形成し、固定スクロールの渦巻部のテーパ部はこの可動スクロールのテーパ部の開始点と接触する位置を開始点として形成する。
つまり、可動スクロールの渦巻壁の外周端から略一巻き分の領域ではテーパ部は形成されていないため、この渦巻壁の略一巻き分の領域で形成される作動流体の取り込み容積を最大限確保し、圧縮効率の低下を確実に防止することができる。

請求項３のスクロール型流体機械によれば、可動スクロール及び固定スクロールのうち少なくとも一方の渦巻壁の先端部を、径方向幅を一定とする。
このように渦巻壁の先端部の径方向幅を一定で形成することで、簡易な構成でテーパ部を形成することができる。
請求項４のスクロール型流体機械によれば、固定スクロール及び可動スクロールそれぞれの渦巻壁のテーパ部を、互いに接触する側面のテーパ角が等しくなるよう形成する。

これにより、渦巻壁同士が接触する際にも片当たり等を防止し、十分な接触面積を確保することができ、当該渦巻壁の強度や耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１〜４を参照すると、図１には本発明のスクロール型流体機械の実施形態に係るスクロールユニットの縦断面図、図２には可動スクロールを固定スクロール側から視た平面図、図３には図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４には固定スクロールを可動スクロール側から視た平面図がそれぞれ示されている。

図１に示すスクロールユニット１は、図示しないスクロール型圧縮機に内装されている。当該スクロール型圧縮機は、例えば冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機等の冷凍回路に組み込まれ、この冷凍回路では作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒という）が循環するよう形成されている。
スクロールユニット１は、回転軸２と連結されている可動スクロール４と、当該可動スクロール４の一側に配設され、図示しないスクロール型圧縮機の容器に固定されている固定スクロール６とから構成されている。

可動スクロール４は、可動鏡板１０の他側面中央に筒状に突出したボス部１２が形成されている。そして、このボス部１２には偏心軸受１４を介して、回転軸２の端部にて当該回転軸２軸心から偏心した偏心軸部２ａが回転自在に嵌合されている。
また、図２にも示すように、可動鏡板１０の一側面である可動鏡板面１６には、平面視においてインボリュート曲線を形成する可動渦巻ラップ１８（渦巻壁）が一体に形成されている。

当該可動渦巻ラップ１８の内周側面２０及び外周側面２２は、外周端ａから内周側に一巻きした位置、即ち外周端ａから伸開角２πrad内周側の位置をテーパ開始点ｂとし、当該テーパ開始点ｂより渦巻の内周側の内周側面２０及び外周側面２２にテーパ部２０ａ、２２ａが形成されている。
当該テーパ部２０ａ、２２ａはそれぞれ、上記テーパ開始点ｂから渦巻の内周側に向かうにつれてテーパ角θ_１、θ_２が一定の割合で増加するよう形成されている。なお、当該テーパ角θ_１、θ_２は図３に示すように、可動鏡板面１６の鉛直方向に対する可動渦巻ラップ１８の側面の傾斜角度である。

当該可動渦巻ラップ１８は、先端部においては径方向の幅が全域一定である。一方、可動渦巻ラップ１８の根元部は、可動渦巻ラップ１８の両側面にテーパ部２０ａ、２２ａが形成されていることで、テーパ開始点ｂから渦巻の内周側に向かうにつれておける径方向の幅が拡がるよう構成されている。なお、可動渦巻ラップ１８のおける内周側面２０のテーパ角θ_１と外周側面２２のテーパ角θ_２の増加割合は異なっており、当該実施形態では可動渦巻ラップ１８の内周側面２０は外周側面２２よりも渦巻方向に長く、内周端で互いのテーパ角θ_１、θ_２が等しくなるよう外周側面２２のテーパ角θ_２の増加割合より内周側面２０のテーパ角θ_１の増加割合の方が高く形成されている。

また、固定スクロール６は、図１、４に示すように、固定鏡板３０の他側面に、上記可動渦巻ラップ１８と対応し、平面視においてインボリュート曲線を形成する固定渦巻溝３２（渦巻壁）が形成されている。当該固定渦巻溝３２は底面３４、内周側壁面３６、及び外周側壁面３８から構成されており、固定渦巻溝３２内部には、図４の鎖線で示すように、上記可動渦巻ラップ１８が公転旋回運動可能に収容されている。

当該固定渦巻溝３２の内周側壁面３６及び外周側壁面３８では、収容されている可動渦巻ラップ１８のテーパ開始点ａに相当する位置をそれぞれのテーパ開始点ｃ、ｄとし、当該内周側壁面３６及び外周側壁面３８のテーパ開始点ｃ、ｄより渦巻の内周側にテーパ部３６ａ、３８ａが形成されている。
当該固定渦巻溝３２の内周側壁面３６及び外周側壁面３８に形成されたテーパ部３６ａ、３８ａは、上記可動渦巻ラップ１８に形成された内周側面２０及び外周側面２２に形成されたテーパ部２０ａ、２２ａと対応しており、固定渦巻溝２２と可動渦巻ラップ１８とが接触する面のテーパ角θが等しくなるよう形成されている。つまり、固定渦巻溝３２の内周側壁面３６及び外周側壁面３８のテーパ部３６ａ、３８ａも、渦巻の内周側に向かうにつれてテーパ角が増加するよう形成されている。これにより、外周側の固定渦巻溝３２と内周側の固定渦巻溝３２の間に形成される固定渦巻ラップ３２ａの根元部分の幅は、内周側に向かうほど増加する構成となっている。なお、当該固定渦巻ラップ３２ａの先端部分の幅は全域一定である。

また、当該固定渦巻溝３２の底面３４の外周端部分には、固定鏡板３０の外周へと貫通し当該固定渦巻溝３２内へ冷媒を吸入可能な吸入孔４０が形成されている。さらに固定渦巻溝３２の底面３４の内周端部分には固定鏡板３０を軸方向に貫通する吐出孔４２が形成されている。
以下このように構成された本発明に係るスクロール型流体機械の作用について説明する。

スクロールユニット１は、図示しない電動機の駆動により回転する回転軸２を介して可動スクロール４が公転旋回運動する。当該可動スクロール４が公転旋回運動することにより、冷媒が吸入孔４０から固定渦巻溝３２内に吸入され、可動渦巻ラップ１８の内周側面２０及び外周側面２２と、固定渦巻溝３２の内周側壁面３６及び外周側壁面３８との間に形成される圧縮室に取り込まれる。

なお、冷媒の取り込み容積は、例えば可動渦巻ラップ１８の外周端ａの外周側面２２と固定渦巻溝３２の外周側壁面３８とが接触した時点において、当該可動渦巻ラップ１８の外周端ａ位置から、次に可動渦巻ラップ１８の外周側面２２と固定渦巻溝３２の外周側壁面３８とが接触している位置、即ち外周端ａから一巻きしたテーパ開始点ｂ、ｄの位置までの範囲で、可動渦巻ラップ１８の外周側面２２と固定渦巻溝３２の外周側壁面３８との間に形成される圧縮室の容積に相当する。一方、可動渦巻ラップ１８の外周端ａの内周側面２０と固定渦巻溝３２の内周側壁面３６とが接触する場合には、外周端ａからテーパ開始点ｂ、ｃの位置までの範囲で、可動渦巻ラップ１８の内周側面２０と固定渦巻溝３２の内周側壁面３６との間に形成される圧縮室の容積が冷媒の取り込み容積に相当する。

そして、当該圧縮室は可動スクロール４の公転旋回運動に伴い、容積を減少させながら渦巻の内周側へと移動する。圧縮された冷媒は固定渦巻溝３２の内周端にある吐出孔４２から吐出される。
このようにして、スクロールユニット１では、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが実施される。

この冷媒の圧縮では、可動渦巻ラップ１８の内周側面２０及び外周側面２２と、固定渦巻溝３２の内周側壁面３６及び外周側壁面３８において、可動渦巻ラップ１８の外周端ａから一巻きした位置をテーパ開始点ｂ、ｃ、ｄとして渦巻の内周側に向かうにつれテーパ角が増加するテーパ部２０ａ、２２ａ、３６ａ、３８ａが形成され、可動渦巻ラップ１８及び固定渦巻ラップ３２ａの根元部の径方向幅が拡がっていることで、内周側ほど高圧となる圧縮室の圧力に応じて、当該可動渦巻ラップ１８及び固定渦巻ラップ３２ａの強度や耐久性を向上させることができる。

また、可動渦巻ラップ１８及び固定渦巻溝３２の外周端から略一巻き分の領域ではテーパ部２０ａ、２２ａ、３６ａ、３８ａは形成されていないため、冷媒の取り込み容積は最大限確保し、冷媒を圧縮する渦巻内周側の容積はテーパ部２０ａ、２２ａ、３６ａ、３８ａが形成されている分さらに減少させることができ、圧縮効率を向上させることができる。

さらに、可動渦巻ラップ１８及び固定渦巻ラップ３２ａの先端部の径方向の幅はそれぞれ一定であるため、簡易な構成でテーパ部２０ａ、２２ａ、３６ａ、３８ａを形成することができる。
そして、当該可動渦巻ラップ１８の内周側面２０及び外周側面２２と、固定渦巻溝３２の内周側壁面３６及び外周側壁面３８のテーパ部２０ａ、２２ａ、３６ａ、３８ａは互いに接触する面のテーパ角がそれぞれ等しくなるよう形成されているため、片当たり等が防止され、十分な接触面積を確保することができ、可動渦巻ラップ１８及び固定渦巻溝３２の強度や耐久性をより向上させることができる。

これらのことから、本発明に係るスクロール型流体機械では、スクロールユニット１の可動渦巻ラップ１８及び固定渦巻溝３２の強度を確保しつつ、圧縮効率を向上させることができる。
以上で本発明に係るスクロール型流体機械の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態におけるスクロールユニット１は、固定スクロール６に固定渦巻溝３２が形成された所謂非対称スクロール圧縮機であるが、所謂対称スクロール圧縮機にも適用可能である。つまり、可動スクロール及び固定スクロールに互いに対峙する渦巻壁を備え、内周端部を境に略左右対称の形状をなして配置された対称スクロール圧縮機であっても、それぞれの渦巻壁の外周端から内周側に略一巻きした位置を開始点としてテーパ部を形成した構成としても上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明のスクロール型流体機械の実施形態に係るスクロールユニットの縦断面図である。可動スクロールを固定スクロール側から視た平面図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。固定スクロールを可動スクロール側から視た平面図である。

符号の説明

１スクロールユニット
４可動スクロール
６固定スクロール
１０可動鏡板
１６可動鏡板面
１８可動渦巻ラップ（渦巻壁）
２０内周側面
２２外周側面
２０ａ、２２ａ、３６ａ、３８ａテーパ部
３０固定鏡板
３２固定渦巻溝（渦巻壁）
３２ａ固定渦巻ラップ
３４底面
３６内周側壁面
３８外周側壁面

Claims

容器に固定された固定スクロール、及び回転軸を介し駆動されることで該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールの公転旋回運動により該可動スクロールに形成された渦巻壁及び前記固定スクロールの渦巻壁との間に形成される圧縮室の容積を減少させて作動流体の圧縮を実施するスクロール型流体機械であって、
前記固定スクロール及び可動スクロールのそれぞれの渦巻壁の側面に、該渦巻壁の根本部の径方向幅が拡がるように、渦巻の内周側に向かうにつれてテーパ角の増加するテーパ部が形成されていることを特徴とするスクロール型流体機械。
前記可動スクロールの渦巻壁のテーパ部は、該渦巻壁の外周端から内周側に略一巻きした位置を開始点として形成されており、
前記固定スクロールの渦巻壁のテーパ部は、前記可動スクロールのテーパ部の開始点と接触する位置を開始点として形成されていることを特徴とする請求項１記載のスクロール型流体機械。
前記可動スクロール及び前記固定スクロールのうち少なくとも一方の渦巻壁は、先端部の径方向幅が一定であることを特徴とする請求項１または２記載のスクロール型流体機械。
前記固定スクロール及び前記可動スクロールそれぞれの渦巻壁のテーパ部は、互いに接触する側面のテーパ角が等しくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のスクロール型流体機械。