JP2011106322A - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明に係るスクロール圧縮機100は、圧縮機構部40は、固定スクロール1と、揺動スクロール2と、オルダムリング9と、主軸4と、ガイドフレーム15と、コンプライアントフレーム3と、吸入逆止弁組立17と、固定スクロール1に設けられるリリーフ弁組立50と、コンプライアントフレーム3に設けられ、吸入圧力空間とフレーム空間とを連通させる逆止弁19と、を備え、電動機20の逆転運転時に、揺動スクロール2の背圧空間の圧力が密閉容器10内の圧力よりも低くなり、その差圧により冷凍機油10eが圧縮機構部40に給油されるように、揺動スクロール2の台板部にボス部空間2hと、膨張行程の圧縮室とを連通させる連通穴を設けたものである。
【選択図】図1
Description
圧縮機構部は、
台板部と、台板部の一方の面に板状渦巻歯が形成されている固定スクロールと、
台板部と、台板部の一方の面に固定スクロールの板状渦巻歯と同一形状の板状渦巻が設けられ、固定スクロールの板状渦巻歯と組み合わされて圧縮室を形成している揺動スクロールと、
揺動スクロールの自転を防止するオルダムリングと、
電動機に固定されて、揺動スクロールを駆動する主軸と、
圧縮室内の中間圧を背圧として浮上し、揺動スクロールを固定スクロールへ押し付けるとともに主軸を軸方向へ支えるコンプライアントフレームと、
密閉容器に固定され、コンプライアントフレームを軸方向に支えるとともに固定スクロールと締結されて結合されるガイドフレームと、
吸入逆止弁とバネとを有し、吸入逆止弁が前記バネにより吸入管の方向に閉じるように付勢される逆止弁組立と、
固定スクロールの台板部に設けられ、リリーフ弁と弁押えとを有し、固定スクロールの台板部を貫通して形成され、密閉容器内の空間に連通するリリーフ穴を開閉自在に閉塞するリリーフ弁組立と、
コンプライアントフレームに設けられ、吸入圧力空間に開口して連通するとともに、ガイドフレームとコンプライアントフレームとの間に形成されるフレーム空間に開口して連通し、内部に逆止弁部と、逆止弁部を吸入圧力空間側に付勢する逆止弁付勢バネとを有する逆止弁と、を備え、
電動機の逆転運転時に、揺動スクロールの背面側で、コンプライアントフレームの内側に形成されるボス部空間の圧力が密閉容器内の圧力よりも低くなり、その差圧により冷凍機油が圧縮機構部に給油されるように、揺動スクロールの台板部にボス部空間と、膨張行程の圧縮室とを連通させる連通穴を設けたことを特徴とする。
先ず、本実施の形態は、以下に示すに点に特徴がある。
(1)一般的なスクロール圧縮機は、逆転運転時に吐出空間圧力Pdが吸入空間圧力Psより大きくならないため、主軸の上端面と下端面に差圧が生じないので軸受部に差圧給油出来ず、主軸が焼き付いてしまう。しかし、本実施の形態のスクロール圧縮機は、逆転運転時に揺動スクロールのボス部空間を低圧にするために揺動スクロールに、圧縮室からボス部空間に連通する第一の連通穴を設け、さらに逆転運転時にコンプライアントフレームを浮上可能とする為に、高圧となる吸入圧力空間からフレーム背圧空間へ高い圧力を引き込むように、コンプライアントフレームに連通穴を設け、正転運転時はコンプライアント背圧空間から吸入空間へ圧力が逃げないように連通穴に逆止弁を設ける。そうすることで、逆転運転中にコンプライアントフレームが浮上し揺動スクロールのボス部空間の圧力を密閉容器の圧力より低下させることが出来る。そのため、逆転運転しても冷凍機油が差圧により、各軸受部に給油され、逆転運転中の軸焼付を防止し信頼性の向上を図ることが出来る。また、コンプライアントフレームに設けた第二の連通穴に逆止弁を設けることで、正転運転時にもコンプライアントフレームを浮上させることができ、性能低下を防ぐことが出来る。
(2)本実施の形態のスクロール圧縮機において、逆転運転時に揺動スクロールのボス部空間を低圧にするために、揺動スクロールにボス部空間に連通する第一の連通穴を設けるとともに、第一の連通穴に連通逆止弁を設ける。さらに逆転運転時にコンプライアントフレームを浮上可能とする為に、高圧の吸入圧力空間からフレーム背圧空間へ高い圧力を引き込む為にコンプライアントフレームに第二の連通穴を設け、正転運転時はコンプライアント背圧空間から吸入空間へ圧力が逃げないように第二の連通穴に逆止弁を設ける。そうすることで逆転運転中に、コンプライアントフレームが浮上し揺動スクロールのボス部空間の圧力を密閉容器の圧力より低下させることが出来る。そのため、逆転運転しても冷凍機油が差圧により、各軸受部に給油され、逆転運転中の軸焼付を防止し信頼性の向上を図ることが出来る。また、コンプライアントフレームに設けた連通穴に逆止弁を設けることで、正転運転時にもコンプライアントフレームを浮上させることができ、性能低下を防ぐことが出来る。
(3)本実施の形態のスクロール圧縮機は、固定スクロールの台板部の板状渦巻歯と反対側の面で、吸入圧力空間に対応する位置に、リリーフ弁と、弁押えとを備えるリリーフ弁組立が設けられている。吸入逆止弁組立を備えるスクロール圧縮機が、圧縮室に液冷媒が満たされた状態のときに、何らかの理由で正回転の反対の逆転運転始動すると、液圧縮によるパンピング圧が発生する。パンピング圧により、固定スクロールの板状渦巻歯がずれることでメカがロックするか、もしくは圧縮性能が低下する。リリーフ弁組立は、圧縮室で液圧縮が発生する場合に、液冷媒を圧縮室の外部(密閉容器の内部空間)に逃がして液圧縮によるパンピング圧の発生を抑制する。
また、フレーム空間15f(図13参照)は、コンプライアントフレーム3の吸入圧力空間1gに開口して連通する連通穴30a(軸直交方向)と、この連通穴30aに連通するとともにフレーム空間15fに開口して連通する連通穴30b(軸方向)に連通している。
(1)連通穴2kのコンプライアントフレーム3側の開口部は、主軸4の回転角度0°〜90°(概略の範囲)の間で、ボス部空間2hに連通する。
(2)連通穴2kのコンプライアントフレーム3側の開口部は、主軸4の回転角度90°〜360°(概略の範囲)の間で、ボス部空間2hに連通しない(連通穴2kは、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aの面で閉塞される)。
(1)吐出ポート1fに連通している一つの圧縮室1d(圧縮室Aとする)は、密閉容器10内の冷媒(冷凍サイクル全体の冷媒が同一圧力にバランスしている)を吸入し、主軸4の逆転が進み圧縮室Aが閉じると、容積を拡大しながら外側に移動する。このとき、圧縮室A内の圧力は徐々に低下する。
(2)圧縮室Aがボス部空間2hと連通穴2kを介して連通すると、圧縮室Aの圧力が冷凍サイクルのバランス圧力よりも低いので、冷凍サイクルのバランス圧力であったボス部空間2hの圧力は下がる。ボス部空間2hと圧縮室Aとの容積比は、例えば、10:1程度であり、この容積比と連通する前のそれぞれの圧力で、圧縮室Aがボス部空間2hと連通後のボス部空間2h及び圧縮室Aの圧力は決まる。主軸4の逆転がさらに進むと、圧縮室Aの容積が増加する分、ボス部空間2h及び圧縮室Aの圧力はさらに低下する。
(3)主軸4の逆転がさらに進み、圧縮室Aが解放されると、圧縮室Aは吸入圧力空間1gと連通する。吸入圧力空間1gは、吸入逆止弁組立17で閉じているので、吸入圧力空間1gの冷媒量は増加する。
(4)圧縮室Aの内側に形成される次の圧縮室Bも同様の動作を行う。そのため、ボス部空間2hの圧力はさらに低下する。また、吸入圧力空間1gの冷媒量もさらに増加する。
(5)コンプライアントフレーム3に、吸入圧力空間1gとフレーム空間15fとを、連通させる吸入圧力空間1gに開口する連通穴30a(軸直交方向)及びフレーム空間15fに開口する連通穴30b(軸方向)とが形成されている。連通穴30b(軸方向)に、逆止弁部19aとバネ19bとを有する逆止弁19が収納され、吸入圧力空間1gの冷媒の圧力が、フレーム空間15fの冷媒の圧力より高く、且つバネ19bの力よりもその差圧による力が上回ると、逆止弁19は開く。吸入圧力空間1gの冷媒量が増加して、吸入圧力空間1gの冷媒の圧力が、フレーム空間15fの冷媒の圧力より高く、且つバネ19bの力よりもその差圧による力が上回ると、吸入圧力空間1gとフレーム空間15fとが連通し、吸入圧力空間1gの高圧の冷媒が、フレーム空間15fに流入してフレーム空間15fの圧力を上昇させる。それにより、コンプライアントフレーム3は、揺動スクロール2側に浮上する。すると、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aと揺動スクロール2のスラスト面2dが当接して、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aと揺動スクロール2のスラスト面2dとの隙間がなくなり、冷凍サイクルのバランス圧力(ボス部空間2hの圧力より高い)が流入しないため、ボス部空間2hは低下した圧力のままの状態を維持する。
(6)上記の動作を繰り返すことで、ボス部空間2hの圧力は、密閉容器10内の圧力(始動前の冷凍サイクルのバランス圧力に略等しい)よりも低くなる。即ち、油だめ10gの圧力がボス部空間2hの圧力よりも大きくなるので、その差圧により冷凍機油10eは、主軸4の中空空間4gを上昇して、ボス部空間2hに流入する。それにより、揺動軸受2c等の各軸受に給油することができる。従って、ボス部空間2hと圧縮室1dとを連通させる連通穴2kがない場合に発生する、電動機20の逆転運転時の主軸4の焼きつきを抑制することができる。
(7)吸入圧力空間1gの冷媒量は増え続けるが、吸入圧力空間1gの圧力が所定の圧力を超えると、リリーフ弁50aが開き、吸入圧力空間1gの冷媒は密閉容器10内へ解放される。リリーフ弁50aが開く吸入圧力空間1gの圧力は、逆止弁19が開く吸入圧力空間1gの圧力よりも高く設定される。
(1)固定スクロール1の板状渦巻歯1bと揺動スクロール2の板状渦巻歯2bとの噛み合わせにより最外周室が形成される主軸4の回転角度が0°とし、例えば、主軸4の回転角度が略0°〜90°(所定の主軸4の回転角度範囲)のときにボス部空間2hと最外周室とを連通させる連通穴2k。
(2)弁通路17dに摺動するように設けられ、吸入逆止弁17aと、バネ17bとからなり、吸入逆止弁17aが吸入管10aの端面に当接して止まり、シールされて冷媒の冷凍サイクルの吸入側への逆流を防ぐ吸入逆止弁組立17。
(3)固定スクロール1の台板部1aの板状渦巻歯1bと反対側の面で、吸入圧力空間1gに対応する位置で、固定スクロール1の台板部1aのリリーフ穴1hを開閉自在に閉塞するリリーフ弁50aと弁押え50bとを備えるリリーフ弁組立50。
(4)コンプライアントフレーム3に形成される、吸入圧力空間1gに開口する連通穴30a(軸直交方向)、フレーム空間15fに開口する連通穴30b(軸方向)、及び連通穴30b(軸方向)に収納される、逆止弁部19aとバネ19bとを有する逆止弁19。
(1)フレーム空間15fに開口する連通穴31c(軸方向);
(2)連通穴31c(軸方向)に連通し、スラスト軸受3a側に延びる連通穴31b(軸方向);
(3)連通穴31b(軸方向)に連通し、吸入圧力空間1gに連通する連通部31a、を備える。
(1)一般的なスクロール圧縮機は、逆転運転時に吐出空間圧力Pdが吸入空間圧力Psより大きくならないため、主軸4の上端面と下端面に差圧が生じないので軸受部に差圧給油出来ず、主軸4が焼き付いてしまう。しかし、本実施の形態のスクロール圧縮機100は、逆転運転時に吐出差圧給油方式で各軸受部に給油が出来るように、主軸4上端部を含むボス部空間2hへ吐出空間圧力Pdより低い圧力Pm’(膨張行程の渦巻内の圧力)を引き込む為に揺動スクロール2の台板部2aにボス部空間2hへの連通穴2kを設ける。さらに、コンプライアントフレーム3に、吸入圧力空間1gの高圧の冷媒がフレーム空間15fに流入してフレーム空間15fの圧力を上昇させる機構(連通穴及び逆止弁19)を設け、コンプライアントフレーム3を揺動スクロール2側に浮上させる。コンプライアントフレーム3が浮上して、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aと揺動スクロール2のスラスト面2dが当接して、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aと揺動スクロール2のスラスト面2dとの隙間がなくなり、冷凍サイクルのバランス圧力(ボス部空間2hの圧力より高い)が流入しないため、ボス部空間2hは低下した圧力のままの状態を維持することができる。そうすることで逆転運転中に主軸4の上端面と下端面と差圧が生じ、差圧給油することが可能となり各軸受部に給油することができ、軸焼付きを防ぎ信頼性の向上を図ることが出来る。
(2)本実施の形態のスクロール圧縮機100において、逆転運転時に軸受部に差圧給油が出来るように揺動軸受2cを含むボス部空間2hへ吐出空間圧力Pdより低い圧力Pm’(膨張行程の渦巻内の圧力)を引き込む為のボス部空間2hへの連通穴2kの位置は、逆転運転時に密閉容器10底部の油だめ10gから冷凍機油10eが連続的に吸い上げられるので冷凍機油10eの枯渇防止のため360°ボス部空間2hと連通穴2kが連通しないような位置、かつ正転運転時にスクロール内の圧縮途中の冷媒がボス部空間2hへ流入しない位置に設ける。そうすることで逆転運転中の油枯渇を防ぎ信頼性の向上を図ることが出来る。また、正転運転時の圧縮ガスのボス部空間2hへの流出を防ぐことができ、正転運転時の性能低下防止をすることが出来る。
(3)本実施の形態のスクロール圧縮機100は、固定スクロール1の台板部1aの板状渦巻歯1bと反対側の面で、吸入圧力空間1gに対応する位置に、リリーフ弁50aと、弁押え50bとを備えるリリーフ弁組立50が設けられている。吸入逆止弁組立17を備えるスクロール圧縮機100が、圧縮室1dに液冷媒が満たされた状態のときに、何らかの理由で正回転の反対の逆転運転始動すると、液圧縮によるパンピング圧が発生する。パンピング圧により、固定スクロール1の板状渦巻歯1bがずれることでメカがロックするか、もしくは圧縮性能が低下する。リリーフ弁組立50は、圧縮室1dで液圧縮が発生する場合に、液冷媒を圧縮室1dの外部(密閉容器10の内部空間)に逃がして液圧縮によるパンピング圧の発生を抑制する。
一般的なスクロール圧縮機は、逆転運転時に吐出空間圧力Pdが吸入空間圧力Psより大きくならないため、主軸4の上端面と下端面に差圧が生じないので軸受部に差圧給油出来ず、主軸4が焼き付いてしまう。
(1)固定スクロール1の板状渦巻歯1bと揺動スクロール2の板状渦巻歯2bとの噛み合わせの渦巻(圧縮室1d)内と、ボス部空間2hとを連通する連通穴2nと、連通穴2nに連通して渦巻(圧縮室1d)に開口する逆止弁収納部2qとを設ける。
(2)正転運転時にその連通穴2nを介して渦巻内からボス部空間2hへ冷媒が流れ込まないように連通逆止弁2pを設ける。
(1)実施の形態1の連通穴2kは、正転運転時に圧縮室1dの圧力が所定の値以上になると圧縮室1dからボス部空間2hに冷媒が流入するので、圧縮室1dとボス部空間2hとが連通する角度(主軸4の回転角度)に制限がある。それに対して、実施の形態2の連通逆止弁2pを用いる方法は、正転運転時に圧縮室1dの圧力が高くなっても、連通逆止弁2pで塞ぐためボス部空間2hへ冷媒が流入しない。従って、連通角度の自由度が実施の形態1より増す。
(2)実施の形態1の連通穴2kは、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aで連通穴2kを塞ぐ必要があるが、実施の形態2の連通逆止弁2pではその必要がない。
Claims (3)
- 密閉容器内に、圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、前記圧縮機構部を潤滑する冷凍機油とを備え、前記密閉容器内が高圧で、前記密閉容器に吸入冷媒を吸入する吸入管を具備するスクロール圧縮機であって、
前記圧縮機構部は、
台板部と、前記台板部の一方の面に板状渦巻歯が形成されている固定スクロールと、
台板部と、前記台板部の一方の面に前記固定スクロールの前記板状渦巻歯と同一形状の板状渦巻が設けられ、前記固定スクロールの前記板状渦巻歯と組み合わされて圧縮室を形成している揺動スクロールと、
前記揺動スクロールの自転を防止するオルダムリングと、
前記電動機に固定されて、前記揺動スクロールを駆動する主軸と、
前記圧縮室内の中間圧を背圧として浮上し、揺動スクロールを固定スクロールへ押し付けるとともに主軸を軸方向へ支えるコンプライアントフレームと、
前記密閉容器に固定され、前記コンプライアントフレームを軸方向に支えるとともに前記固定スクロールと締結されて結合されるガイドフレームと、
吸入逆止弁とバネとを有し、前記吸入逆止弁が前記バネにより前記吸入管の方向に閉じるように付勢される逆止弁組立と、
前記固定スクロールの前記台板部に設けられ、リリーフ弁と弁押えとを有し、前記固定スクロールの前記台板部を貫通して形成され、前記密閉容器内の空間に連通するリリーフ穴を開閉自在に閉塞するリリーフ弁組立と、
前記コンプライアントフレームに設けられ、吸入圧力空間に開口して連通するとともに、前記ガイドフレームと前記コンプライアントフレームとの間に形成されるフレーム空間に開口して連通し、内部に逆止弁部と、前記逆止弁部を前記吸入圧力空間側に付勢する逆止弁付勢バネとを有する逆止弁と、を備え、
前記電動機の逆転運転時に、前記揺動スクロールの背面側で、前記コンプライアントフレームの内側に形成されるボス部空間の圧力が前記密閉容器内の圧力よりも低くなり、その差圧により前記冷凍機油が前記圧縮機構部に給油されるように、前記揺動スクロールの前記台板部に前記ボス部空間と、膨張行程の前記圧縮室とを連通させる連通穴を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記電動機の正転運転時に、前記圧縮室から前記連通穴を介して前記ボス部空間へ冷媒が流れ込まないように、前記連通穴に連通逆止弁を設けることを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。
- 前記揺動スクロールの前記台板部における前記連通穴の位置は、前記主軸の一回転のうちの所定の回転範囲で前記連通穴が前記ボス部空間と連通し、且つ前記電動機の正転運転時に前記圧縮室の圧縮途中の冷媒が前記ボス部空間へ流入しない位置(前記圧縮室の圧縮途中の圧力がボス部空間圧力より小さくなる位置)であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のスクロール圧縮機。
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