JP2006291763A - 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、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圧縮中の漏れ損失低減が課題となっていた。
【解決手段】旋回スクロール１３の鏡板１３ａの背面の高圧部３０のオイル６を背圧空間２９に供給する連通路５４を設け、通路の一部を直径０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の絞り孔５７とすることにより、背圧空間２９および圧縮室１５に適量のオイル６を供給し、漏れ損失および吸入加熱を低減し、圧縮機効率向上および高信頼性化を実現することができる。
【選択図】図１

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、漏れ損失を低減するために、旋回スクロールのラップ先端部に、チップシール格納溝を設けて、その中にチップシールを装着し、さらに、チップシール格納溝と旋回スクロール鏡板背面の高圧部を連絡する連通路を設けた構成をとっていた（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部断面図である。図６に示すように、旋回スクロール１３のラップ先端１３ｂにチップシール格納溝８１を設けて、その中にチップシール８０を装着し、旋回スクロール１３と固定スクロール１２の摺動部をシールすると共に、チップシール格納溝８１と旋回スクロール１３の鏡板１３ａの背面の高圧部３０とを連通する連通路８２を設けて、高圧部３０にあるオイルを旋回スクロールのラップ先端１３ｂに導くことにより、良好な潤滑状況を達成し、漏れ損失を低減するものである。
特開２００１−２０７９７９号公報

二酸化炭素冷媒を使用する場合、圧力が従来のＨＦＣ冷媒の約３倍となり、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、従来の仕様では摺動損失の増大、あるいは、かじりや異常摩耗を引き起こしてしまう。また、大容量で多冷媒となるシステムでは、液冷媒の戻りが激しい過渡運転時においては、洗浄性の高い二酸化炭素の液冷媒により、旋回スクロールのスラスト面においてオイル切れや温度上昇が発生して焼付きに至る恐れがある。

また、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倍以上高い。このため、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は圧縮作用を行う際には、各ラップ部の歯先面と側壁からの漏れが増大し、性能低下を招く恐れがある。そこで、歯先面にチップシールを設けてシール性の向上を図ると、チップシールが接触することによる摺動損失の増大や、部品点数の増加及び加工工程の増加により生産性を低下させるという問題を有していた。また、高圧部からチップシール格納溝に供給されるオイル量は、高圧とチップシール格納溝の差圧で供給されるため、多量のオイル供給で、吸入加熱により性能を低下させる問題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロールの鏡板と固定スクロールの鏡板との摺動面における漏れ損失を低減するとともに、高圧縮比運転下で旋回スクロールと固定スクロールの摺動面における信頼性を向上し、高効率で信頼性の高い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、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、二酸化炭素と非相溶および部分相溶であるオイルを用い、旋回スクロール背面部の高圧部のオイルを背圧空間に供給する通路を設け、その通路の一部を直径０．２ｍｍ
以上０．６ｍｍ以下の絞り孔とした構成としたものである。

この構成により、高圧部のオイルを背圧空間に供給したあと、圧縮室の吸入室へ適量供給するため、高差圧運転下でも旋回スクロールと固定スクロールの漏れおよび吸入加熱を低減でき、摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。

本発明のスクロール圧縮機は、高圧縮比運転下で、圧縮効率を向上でき、冷凍空調機器の高効率化および高信頼性化を実現することができる。

第１の発明は、スクロール圧縮機において、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、二酸化炭素と非相溶および部分相溶であるオイルを用い、高圧部のオイルを背圧空間に供給する連通路を設け、連通路の一部を直径０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の絞り孔としたものである。

このスクロール圧縮機では、高圧部から背圧空間へ供給されたオイルは圧縮室に供給され、シールオイルとして作用し、ラップ部の歯先面からの漏れと側壁からの漏れを同時に低減させることができる。また、高差圧運転下でも旋回スクロールと固定スクロールの摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。そして、連通路の一部に設けた絞り孔の直径を０．２ｍｍ以上とすることにより、二酸化炭素に非相溶および部分相溶のオイルを用いた場合でも、高差圧運転下において、ラップ部の歯先面からの漏れと側壁からの漏れをシールし、同時に旋回スクロールと固定スクロールの摺動面においてかじりや焼付きのないだけの量のオイルを圧縮室へ供給することができる。さらに、絞り孔が詰まることなく運転でき、また、加工が容易である。そして、直径０．６ｍｍ以下によりオイル供給過多による吸入加熱による性能低下を抑制することができる。

また、チップシールを設けなくても良いので部品点数を増やすことがなく、コストを低く抑えることができる。これにより、高効率で高信頼性なスクロール圧縮機を実現できる。

第２の発明は、特に第１の発明で、高圧部のオイルが、旋回スクロールの旋回運動によって摺動仕切り環をまたいで間欠的に背圧空間へ供給されるように、旋回スクロールに連通路を設けたものである。これによって、冷媒循環量の変化に対しても給油量を調節することができるので、更に高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。また、間欠的に給油することにより、連通路の一部に設けた絞り孔の長さを抑えることができるので、さらに、絞り孔が詰まることなく運転できる。

第３の発明は、特に第２の発明の連通路により、高圧部のオイルが背圧空間と望む割合を、クランク軸の１回転に対して８％以上３０％以下としたものである。これにより、高圧部のオイルを背圧室および圧縮室に適量供給することができ、高効率で高信頼性なスクロール圧縮機を実現することができる。

第４の発明は、特に第２又は３の発明で、絞り孔にザグリを設けたものである。これにより、連通路の一部の絞り孔を加工した際のバリを除去できる。

第５の発明は、特に第４の発明で、絞り孔のザグリの直径を、旋回スクロールの鏡板背面側をシールするリング状の摺動仕切り環の幅よりも小さくしたものである。これによって、高圧部のオイルが連通路を通らずに、摺動仕切り環をまたいで背圧空間に供給されることを抑制でき、高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

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、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１の圧縮機構部の要部拡大断面図である。図のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作と作用を説明する。

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部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背面の背圧空間２９の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を通じて圧縮機構部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６５や、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。

また、背圧空間２９に進入するオイル６は、連通路５４の一部に設けられた絞り孔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。

ここで、連通路５４の一部に設けられた絞り孔５７の直径は、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下にするのが好適である。

すなわち、本発明のスクロール圧縮機では、高圧部３０から背圧空間２９へ供給されたオイル６は、圧縮室１５に供給され、シールオイルとして作用し、ラップ部の歯先面からの漏れと側壁からの漏れを同時に低減させることができる。また、高差圧運転下でも旋回スクロール１３と固定スクロール１２の摺動面におけるかじりや異常摩耗を抑制することができる。

そして、連通路５４の一部に設けた絞り孔５７の直径を０．２ｍｍ以上とすることにより、二酸化炭素に非相溶および部分相溶のオイルを用いた場合でも、高差圧運転下において、ラップ部の歯先面からの漏れと側壁からの漏れをシールし、同時に旋回スクロール１３と固定スクロール１２の摺動面においてかじりや焼付きのないだけの量のオイルを圧縮室１５へ供給することができ、さらに、絞り孔５７が詰まることなく運転でき、また、加工が容易である。

また、絞り孔５７の直径を０．６ｍｍ以下とすることにより、オイルが圧縮室１５の吸入口１７に過多に供給され、吸入加熱により性能が低下することを抑制することができ、高効率化を実現できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の縦断面図、図４は図３の圧縮機構部の要部拡大断面図である。図に示すように、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの背面の高圧部３０のオイル６を、旋回スクロール１３の旋回運動によって摺動仕切り環７８をまたいで、間欠的に背圧空間２９へ給油する通路５４と絞り孔５７を旋回スクロール１３に設けている。以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作と作用を説明する。

図５は、旋回スクロール１３の鏡板１３ａを下面側から見た状態で、旋回スクロール１３の旋回運動に対する絞り孔５７の開口部と主軸受部品１１に設けられた環状仕切り環７８との相対的位置関係を示している。旋回スクロール１３は図５の（ａ）〜（ｄ）の順番に矢印に示すように旋回運動をする。この時、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの背面において、環状仕切り環７８の内周部が高圧部３０を形成し、その外周部は背圧空間２９を形成している。したがって、絞り孔５７の開孔部が環状仕切り環７８の外周部に位置する場合のみ高圧部３０と背圧空間２９が連通され、オイル６が背圧空間２９に供給される。図においては、オイル６が供給可能となるのは（ｄ）の状態の時のみである。

上記構成により、オイル６の供給が間欠的になされ、供給量を抑えることが可能となり、連通路の一部に設けた絞り孔５７の長さを抑えることができるので、さらに、絞り孔５７が詰まることなく運転できる。

また、高圧部３０が背圧空間２９に臨む割合が、クランク軸４の１回転に対して８％以上３０％以下になるような位置に、連通路５４の一部に設けた絞り孔の開口部を設けている。ここで、高圧部３０が背圧空間２９に臨む割合は、絞り孔５７の開口部の径と、絞り孔５７の径の中心と旋回スクロール１３の鏡板１３ｂの中心との距離によって決まる。これにより、高圧部３０のオイル６を背圧空間２９および圧縮室１５に適量供給することができ、高効率で高信頼性なスクロール圧縮機を実現することができる。

また、絞り孔５７の開口部にザグリを設けている。これにより、連通路５４の一部の絞り孔５７を加工した際のバリを除去できる。

また、絞り孔５７のザグリの直径Ａを、旋回スクロール１３の鏡板１３ａの背面側をシールするリング状の摺動仕切り環７８の幅Ｂよりも小さくしている。これによって、高圧部３０のオイル６が連通路５４を通らずに、摺動仕切り環７８をまたいで背圧空間２９に供給されることを抑制でき、高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、高圧縮比運転下でも、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断面図 図１のスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の断面図 図３のスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態２における旋回スクロールの所定旋回位置における旋回スクロールと固定スクロールの位置関係を示す平面図 従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部の断面図

符号の説明

２ 圧縮機構部
４ クランク軸
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
１４ 自転規制機構
１５ 圧縮室
１７ 吸入口
２９ 背圧空間
３０ 高圧部
７８ 摺動仕切り環
５４ 連通路
５７ 絞り孔
５８ ザグリ

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、クランク軸を回転させ、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、
   二酸化炭素を冷媒とし、かつ、二酸化炭素と非相溶および部分相溶であるオイルを用い、前記高圧部のオイルを前記背圧空間に供給する連通路を設け、前記通路の一部を直径０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の絞り孔としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記連通路を、前記高圧部の前記オイルが、前記旋回スクロールの旋回運動によって前記摺動仕切り環をまたいで間欠的に背圧空間へ供給されるように、前記旋回スクロールに設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記連通路により、前記高圧部の前記オイルが前記背圧空間と臨む割合を、前記クランク軸の１回転に対して８％以上３０％以下としたことを特徴とする請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記絞り孔にザグリを設けたことを特徴とする請求項２又は３記載のスクロール圧縮機。
5. 前記絞り孔の前記ザグリの直径を、前記旋回スクロールの鏡板背面側をシールする前記リング状の摺動仕切り環の幅よりも小さくしたことを特徴とする請求項４記載のスクロール圧縮機。