JP2008309078A - 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で形成される圧縮室での漏れ損失が課題となっていた。
【解決手段】旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂ先端部にチップシール８０と格納するチップシール格納溝８１を設け、チップシール格納溝８１の底面が、摺動仕切り環７８の内側領域に連通する複数の連通路８２と８３を旋回スクロール１３の内部に設置し、摺動仕切り環７８の内側領域からに複数箇所からの高圧によりチップシール８０全域が確実に固定スクロール１２に押し付けられる様になり、高差圧運転時において、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。
【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、旋回スクロールのラップ先端部に設けたチップシールを格納するチップシール格納溝の底面と、高圧の摺動仕切り環を連絡する連絡溝を旋回スクロールの内部に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、摺動仕切り環７８の内側領域の高圧部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２０００−２１３４７７号公報

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倍以上高い。このため、圧縮室内での漏れにより性能の低下を引き起こしていた。

そこで、上記従来の構成のように、高圧の摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面に給油し、チップシール格納溝から溢れ出るオイルによって、その直角方向を横断して外側に形成されるより低圧の圧縮室への漏れ通路を遮断し、さらには圧縮室を形成する壁面へも供給される。しかし、運転中のチップシールとチップシール格納溝とのクリアランスによっては、チップシール全域が固定スクロールに押し付けられる状態にはならず、圧縮室内での漏れにより性能低下する課題を有していた。

また、高圧の摺動仕切り環の内側領域とチップシール格納溝の底面の差圧が大きいため、多量のオイルが圧縮室へ供給され、吸入加熱およびオイル圧縮により性能低下させる課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、チップシール格納溝の底面が、摺動仕切り環の内側領域に連通する連通路を複数個設置し、かつチップシール格納溝に適量のオイルを供給して圧縮室内での漏れを低減し、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、旋回スクロールの渦巻きラップ先端部にチップシールを格納するチップシール格納溝を設け、チップシール格納溝の底面が、摺動仕切り環の内側領域に連通する連通路を旋回スクロールの内部に複数個併設したものである。

この構成により、運転中、摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面に複数箇所高圧が導かれ、その圧力によりチップシール全域が固定スクロールに押し付けられる状態になり、圧縮室での漏れを低減できる。

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場合でも、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とともに、比較的摺動の厳しいハネスラスト面での高信頼性化を実現することができる。

第１の発明は、旋回スクロールの渦巻きラップ先端部にチップシールを格納するチップシール格納溝を設け、チップシール格納溝の底面が、摺動仕切り環の内側領域に連通する連通路を旋回スクロールの内部に複数個設置したものである。

特に、二酸化炭素冷媒を使用した場合、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の圧力差が高く、圧縮室内での漏れにより、性能の低下を引き起こしていた。本発明によって、運転中、摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面に複数箇所から高圧のオイルが導かれ、その圧力によりチップシール全域が確実に固定スクロールに押し付けられる様になり、圧縮室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。また、高差圧運転時、高圧の摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面に給油され、適量のオイルがチップシール格納溝から圧縮室へ溢れ出ることによって、比較的摺動の厳しいハネスラスト面にも供給することができるため、高信頼性化を実現することができる。

第２の発明は、特に第１の発明で、連通路の一部を絞り効果をもつ細穴としたものである。これによって、高圧の摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面へ供給されるオイルを適量に調節することができ、吸入加熱およびオイル圧縮による損失を低減し、圧縮室内の漏れ損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明で、チップシール格納溝とチップシールの径方向クリアランスをチップシールの厚みの０．０５〜０．１０倍の範囲としたものである。

チップシール格納溝とチップシールの径方向クリアランスをチップシールの厚みの０．０５倍以上にすることにより、運転中、チップシールが、熱膨張しても、摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面から導かれた複数箇所の高圧により、チップシール全域が確実に固定スクロールに押し付けられる様になり、圧縮室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。また、チップシール格納溝とチップシールの径方向クリアランスから圧縮室へ溢れ出る適量のオイルを比較的摺動の厳しいハネスラスト面にも供給することができるため、高信頼性化を実現することができる。そして、０．１０以下にすることにより、高圧の摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面に給油され、その高温のオイルがチップシール格納溝とチップシールの径方向クリアランスから圧縮室へ溢れ出る量を抑えることによって、吸入加熱およびオイル圧縮を抑制して圧縮室内の漏れ損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明で、チップシール格納溝とチップシールの軸方向クリアランスをチップシールの厚みの０〜０．０６倍としたものである。

チップシール格納溝とチップシールの軸方向クリアランスをチップシールの厚みの０倍以上にすることにより、旋回スクロールのラップ高さと固定スクロールのラップ高さの差
に相当する量のチップシール格納溝とチップシールの軸方向クリアランスに、高圧のオイルが満たされ、チップシール全域が確実に固定スクロールに押し付けられる様になり、圧縮室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。そして、０．０６倍以下とすることにより、摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面へ適量のオイルを導き、かつ圧縮室へ過度に供給することがないため、吸入加熱およびオイル圧縮による性能低下を抑制することができる。

第５の発明は、特に第１〜４の発明で、チップシール格納溝とチップシールの間にバネ部材を配設したものである。

これによって、より確実にチップシール全域が固定スクロールに押し付けられる様になり、圧縮室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。

第６の発明は、特に第１〜５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。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、摺動仕切り環の内側領域からチップシール格納溝の底面に複数箇所から高圧のオイルが導かれているため、その高圧によりチップシール全域が確実に固定スクロールに押し付けられる様になり、圧縮室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。

また、摺動仕切り環の内側領域の高圧のオイルを、チップシール格納溝の底面に適量導いているため、圧縮室内へも適量のオイルを導き、吸入加熱による性能低下なく、圧縮室内の漏れ損失を低減でき、高効率で高信頼性なスクロール圧縮機を実現できる。また、摺動損失を低減するとともに、オイルによる良好な潤滑により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、高信頼性なスクロール圧縮機を実現できる。

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、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１
９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、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの先端部にチップシール８０と格納するチップシール格納溝８１を設け、チップシール格納溝８１の底面が、摺動仕切り環７８の内側領域に連通する複数の連通路８２と８３を旋回スクロール１３の内部に設置している。

図２に示すように、複数の連通路８２および８３の摺動仕切り環７８側の開口部が高圧部３０に開口しているため、高圧部３０とチップシール格納溝８１の底面の差圧により、高圧部３０のオイル６は、チップシール格納溝８１の底面に供給される。

このような構成にすることによって、高圧部３０のオイル６は、連通路８２および８３によりチップシール格納溝８１とチップシール８０背面のスキマに形成される空間に供給され、吐出孔から吸入孔に至る圧縮空間全域にオイル６が供給される。

そして、運転中、摺動仕切り環７８の内側領域からチップシール格納溝８１の底面に複数箇所から高圧のオイル６が導かれ、その圧力によりチップシール８０全域が確実に固定スクロール１２に押し付けられる様になり、特に、高差圧運転時において、圧縮室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。

また、高差圧運転時、高圧の摺動仕切り環７８の内側領域からチップシール格納溝８１の底面に給油され、適量のオイル６がチップシール格納溝８１から圧縮室１５へ溢れ出ることによって、比較的摺動の厳しいハネスラスト面にも供給することができるため、高信頼性化を実現することができる。

（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、連通路８２および８３の一部を絞り効果をもつ細穴としたものである。

図３は、圧縮機構部の要部拡大断面図である。連通路８２および８３の一部を絞り効果をもつ細穴８４としている。

これによって、摺動仕切り環７８の内側領域である高圧部３０からチップシール格納溝８１の底面へ供給されるオイル６を適量に調節することができ、吸入加熱およびオイル圧縮による損失を低減し、圧縮室１５内の漏れ損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

（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、チップシール格納溝８１とチップシール８０の径方向クリアランスΔＷをチップシールの厚みＷの０．０５〜０．１０倍の範囲としたものである。

図４は、旋回スクロール１３のラップ１３ｂの要部拡大断面図である。チップシール格納溝８１とチップシール８０の径方向クリアランスΔＷをチップシールの厚みＷの０．０５倍以上にすることにより、運転中、チップシール８０が、熱膨張しても、摺動仕切り環７８の内側領域からチップシール格納溝８１の底面から導かれた複数箇所の高圧により、チップシール８０全域が確実に固定スクロール１２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。また、チップシール格納溝８１とチップシール８０の径方向クリアランスΔＷから圧縮室１５へ溢れ出る適量のオイル６を比較的摺動の厳しいハネスラスト面にも供給することができるため、高信頼性化を実現することができる。そして、０．１０以下にすることにより、高圧の摺動仕切り環７８の内側領域からチップシール格納溝８１の底面に給油され、その高温のオイル６がチップシール格納溝８１とチップシール８０の径方向クリアランスΔＷから圧縮室１５へ溢れ出る量を抑えることによって、吸入加熱およびオイル圧縮を抑制して圧縮室１５内の漏れ損失を低減でき、高効率なスクロール圧縮機を実現できる。

（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、チップシール格納溝８１とチップシール８０の軸方向クリアランスΔＨをチップシール８０の厚みＨの０〜０．０６倍としたものである。

これによって、チップシール格納溝８１とチップシール８０の軸方向クリアランスΔＨに高圧のオイルが満たされ、チップシール８０全域が確実に固定スクロール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。そして、０．０６倍以下とすることにより、摺動仕切り環７８の内側領域からチップシール格納溝８１の底面へ適量のオイル６を導き、かつ圧縮室１５へ過度に供給することがないため、吸入加熱およびオイル圧縮による性能低下を抑制することができる。

（実施の形態５）
本発明の第４の実施の形態のスクロール圧縮機は、チップシール格納溝８１とチップシール８０の間にバネ部材８５を配設したものである。

図５は、旋回スクロール１３のラップ１３ｂの要部拡大断面図である。これによって、バネ力により、より確実にチップシール８０全域が固定スクロール１２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６）
本発明の第５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のラップ先端１２ｂ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。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１〜４の実施の形態により、摺動仕切り環７８の内側領域の高圧部３０のオイル６を、チップシール格納溝８１の底面に適量導いているため、圧縮室内へも適量のオイル６を導き、吸入加熱による性能低下なく、圧縮室内の漏れ損失を低減でき、高効率で高信頼性なスクロール圧縮機を実現できる。また、摺動損失を低減するとともに、オイル６による良好な潤滑により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、高信頼性なスクロール圧縮機を実現できる。

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圧縮機構部の断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の断面図 本発明の実施の形態３、４におけるスクロール圧縮機の旋回スクロールのラップ部断面図 本発明の実施の形態５におけるスクロール圧縮機の旋回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
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 チップシール
８１ チップシール格納溝
８２、８３ 連通路
８４ 細穴
８５ バネ

Claims (6)

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、前記旋回スクロールの渦巻きラップ先端部にチップシールを格納するチップシール格納溝を設け、前記チップシール格納溝の底面が、前記摺動仕切り環の内側領域に連通する連通路を前記旋回スクロールの内部に複数個設置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 連通路の一部を絞り効果をもつ細穴としたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. チップシール格納溝と前記チップシールの径方向クリアランスを前記チップシールの厚みの０．０５〜０．１０倍の範囲と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. チップシール格納溝と前記チップシールの軸方向クリアランスを前記チップシールの厚みの０〜０．０６倍としたことを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. チップシール格納溝とチップシールの間にバネ部材を配設し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。
6. 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１〜５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

Images