JP2011163256A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入管から導かれた冷媒ガスが固定スクロールのラップ壁面に衝突することにより、固定スクロールから冷媒ガスへ熱が移動し、冷媒循環量の低下を引き起こす恐れがある。
【解決手段】吸入管１７の出口開口部１７ｏが、吸入管１７と固定スクロール１２のラップ内壁曲線の交点１２ｅにおける接線方向を向くように、吸入管１７で冷媒ガスの流れ方向を変えることで、吸入管１７から送り込まれる冷媒ガスが、固定スクロール１２のラップ壁面１２ｗに衝突することなく圧縮室１５に供給され、吸入加熱を抑制することができる。
【選択図】図３

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、空調装置や冷却装置などに用いられるスクロール圧縮機は、一般に、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転拘束機構による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室が容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を行うものである。冷媒ガスは固定スクロールの外周部に形成された吸入口から圧縮室へと送り込まれる。さらに詳しく言うと、吸入口の内部には吸入管が配置されており、この吸入管を経て冷媒ガスが圧縮室へと送り込まれる。

冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスは低温状態であるが、吸入管を経て圧縮室へと送り込まれる過程で熱を受ける。そのため実際に圧縮室にとじ込む時点では、冷媒ガスは膨張し、循環量の低下を引き起こしてしまう。この対策として、吸入管に二重管部材を備え、冷媒ガスへの熱伝達を抑制する方法がある（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縦断面図である。冷媒ガスは吸入管９１を経て圧縮室９２に導かれるが、この吸入管９１を周囲の熱から断熱する吸入冷媒断熱手段としての二重管部材９３を、吸入管９１の外周部に備える。これにより吸入管９１の周囲には空間部からなる断熱層９４が形成され、周囲の熱が吸入管９１や内部を流れる冷媒ガスに伝達することを抑制している。

特開２００８−１６９８１６号公報

しかしながら前記従来の構成では、冷媒ガスが吸入管を流れている時点では加熱の影響は少ないものの、吸入管から出た時点で固定スクロールのラップ壁面に衝突し、その後流れの向きを変えて圧縮室へと閉じ込められる。すなわち冷媒ガスが固定スクロールに衝突することで熱移動が発生し、冷媒ガスが加熱され、膨張してしまう。その結果、循環量の低下を引き起こすという課題を有していた。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、吸入管の出口開口部が、吸入管と固定スクロールのラップ内壁曲線の交点における接線方向を向くように、吸入管で冷媒ガスの流れ方向を変えたものである。これにより吸入管から送り込まれる冷媒ガスが、固定スクロールのラップ壁面に衝突することを防止できるため、冷媒ガスの吸入加熱が抑制され、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて圧縮室を形成し、自転拘束機構による規制により旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、固定スクロールの外周側に形成された吸入口から、吸入管を経て吸入した冷媒ガスを圧縮し、
固定スクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するスクロール圧縮機において、吸入管の出口開口部が、吸入管と固定スクロールのラップ内壁曲線の交点における接線方向を向くように構成し、吸入管で冷媒ガスの流れ方向を変えたものである。

かかる構成によれば、吸入管から送り込まれる冷媒ガスが、固定スクロールのラップ壁面に衝突することなく圧縮室に供給されるため、固定スクロールのラップ壁面に衝突した際に発生する熱移動を防止できる。その結果、冷媒ガスの吸入加熱が抑制され、循環量の低下を防止することが可能となるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

本発明のスクロール圧縮機は、吸入管の出口開口部の向きを規制することで、冷媒ガスと固定スクロールのラップ壁面との衝突を防止し、冷媒ガスの吸入加熱を抑制することができるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態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における圧縮機構の横断面図 本発明の実施の形態における圧縮機構の横断面図 本発明の実施の形態における圧縮機構の横断面図 本発明の実施の形態における吸入管の断面図 従来のスクロール圧縮機の縦断面図

請求項１に記載の本発明では、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて圧縮室を形成し、自転拘束機構による規制により旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、固定スクロールの外周側に形成された吸入口から、吸入管を経て吸入した冷媒ガスを圧縮し、固定スクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するスクロール圧縮機において、吸入管の出口開口部が、吸入管と固定スクロールのラップ内壁曲線の交点における接線方向を向くように構成し、吸入管で冷媒ガスの流れ方向を変えたものである。この構成によれば、吸入管から送り込まれる冷媒ガスが、固定スクロールのラップ壁面に衝突することなく圧縮室に供給されるため、固定スクロールのラップ壁面に衝突した際に発生する熱移動を防止できる。その結果、冷媒ガスの吸入加熱が抑制され、循環量の低下を防止することが可能となるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

請求項２に記載の本発明では、特に請求項１に記載の吸入管の出口開口部付近を曲折させたものである。この構成によれば、円筒状の吸入管に曲げ加工を施すことで、管内経路が滑らかな状態で向きが変わり、緩やかに冷媒ガスの流れの向きを変えることができる。その結果、吸入管から冷媒ガスへの熱伝達を一層抑制することができ、循環量の低下を防止することができる。

請求項３に記載の本発明では、特に請求項１に記載の吸入管の軸方向下流側端部を閉塞し、周方向に出口開口部を形成したものである。この構成によれば、吸入口の寸法に関わらず、確実に出口開口部の向きを変えることができるため、固定スクロールのラップ壁面との衝突を防止することができる。

請求項４に記載の本発明では、特に請求項１から３のうちいずれか一項に記載の出口開口部の通路断面積が、吸入管の内径断面積と同等以上となるものである。この構成によれ
ば、出口開口部における冷媒ガスの圧力損失を防止することができるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

請求項５に記載の本発明では、特に請求項１から４のうちいずれか一項に記載の吸入管を低熱伝導材料で構成したものである。この構成によれば、吸入管から冷媒ガスへの熱伝達を低減できるため、冷媒ガスの吸入加熱を抑制することができ、循環量の低下を防止することができる。

請求項６に記載の本発明では、特に請求項１から４のうちいずれか一項に記載の吸入管の内部に低熱伝導材料を備えたものである。この構成によれば、冷媒ガスと吸入管の直接接触を防止することができるため、冷媒ガスの吸入加熱を抑制することができ、循環量の低下を防止することができる。

請求項７に記載の本発明では、特に請求項１から６のうちいずれか一項に記載の冷媒ガスを、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。この場合、特に冷媒ガスの温度差が大きくなるため、吸入管に導かれた冷媒ガスは、圧縮機構を構成する部品から吸入加熱の影響を受けやすい。そのため本発明の構成の効果が顕著に現れ、高効率を実現する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、本発明の第１の実施の形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。以下、スクロール圧縮機について、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と、その内部に圧縮機構２、モータ部３を備えて構成されている。密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したシャフト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を構成している。旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間には、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拘束機構１４を設け、シャフト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を円軌道運動させる。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向かって容積を縮めながら移動することを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６、及び固定スクロール１２の外周部に位置する吸入口１２ａから吸入管１７を経て冷媒ガスを吸入し、圧縮室１５に閉じ込んだのち圧縮を行う。所定の圧力に到達した冷媒ガスは、固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開けて、密閉容器１内に吐出される。

シャフト４の下端にはポンプ２５が設けられ、ポンプ２５の吸い込み口が貯油部２０内に存在するように配置する。ポンプ２５はスクロール圧縮機と同時に駆動されるため、ポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられた貯油部２０にあるオイル６を、圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げることができ、オイル切れの心配も解消される。ポンプ２５で吸い上げたオイル６は、シャフト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に供給される。なお、オイル６をポンプ２５で吸い上げる前もしくは吸い上げた後に、オイルフィルタ等でオイル６から異物を除去すると、圧縮機構２への異物混入が防止でき、更なる信頼性向上を図ることができる。

圧縮機構２に導かれたオイル６の圧力は、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。さらにオイル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、シャフト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、貯油部２０へ戻る。

高圧領域３０に供給されたオイル６の別の一部は、旋回スクロール１３に形成され、かつ高圧領域３０に一開口端を有する経路５１を通って、自転拘束機構１４が位置している背圧室２９に進入する。進入したオイル６は、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧室２９にて旋回スクロール１３の背圧印加の役割を果たしている。

ここで冷媒ガスの圧縮に関して、詳細に説明する。図２は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた状態の圧縮機構２の横断面図であり、（ａ）〜（ｄ）の順番に位相を９０度ずつずらした状態を示す図である。ここで旋回スクロール１３のラップ外壁と固定スクロール１２のラップ内壁に囲まれて形成される圧縮室を第１の圧縮室１５ａ、旋回スクロール１３のラップ内壁と固定スクロール１２のラップ外壁に囲まれて形成される圧縮室を第２の圧縮室１５ｂとする。図２の（ａ）は、第１の圧縮室１５ａが冷媒ガスを閉じ込めた瞬間の状態であり、その圧縮室を１５ａ−１とする。その後、第１の圧縮室１５ａは、（ｂ）の１５ａ−２、（ｃ）の１５ａ−３、（ｄ）の１５ａ−４、（ａ）の１５ａ−５、（ｂ）の１５ａ−６、（ｃ）の１５ａ−７と移動し、（ｄ）の１５ａ−８では固定スクロール１２の中心部に形成された吐出口１８を経て、密閉容器１内に吐出される。

冷媒ガスは圧縮が進むにつれ高温高圧状態となり、吐出口１８からリード弁１９を押し開けて吐出した冷媒ガスは、固定スクロール１２の反ラップ面へと導かれる。すなわち、固定スクロール１２は高温状態の冷媒ガスと接触しているため、運転中の固定スクロール１２の温度は、冷媒ガスの吐出温度に近い温度まで上昇している。

一方、低温低圧状態の冷媒ガスは固定スクロール１２の外周部に形成された吸入口１２ａから圧縮室１５ａ、１５ｂへと供給されるが、冷媒ガスが固定スクロール１２の内部に送り込まれる方向と、実際に冷媒ガスが圧縮室１５に閉じ込められる方向が、約９０度ずれている。すなわち、冷媒ガスが吸入口１２ａを経て内部に入ってきても、固定スクロール１２のラップ壁面１２ｗで衝突し、流れの向きを変えることになる。

冷媒ガスが固定スクロール１２のラップ壁面１２ｗに衝突することにより、冷媒ガスは加熱され、膨張する。その結果、圧縮室１５に閉じ込める冷媒ガスの質量が減り、冷媒循環量の低下、すなわち冷凍能力もしくは加熱能力の低下を引き起こしてしまう。

図３は固定スクロール１２に吸入管１７を配置したときの横断面図である。上記課題を解決するため本実施の形態のスクロール圧縮機では、吸入管１７の出口開口部１７ｏが、吸入管１７と固定スクロール１２のラップ内壁曲線の交点１２ｅにおける接線方向を向くように、吸入管１７で冷媒ガスの流れ方向を変える。これにより、吸入管１７から送り込まれる冷媒ガスが、固定スクロール１２のラップ壁面１２ｗに衝突することなく圧縮室１５ａ、１５ｂに供給される。すなわち、固定スクロール１２のラップ壁面１２ｗに衝突した際に発生する熱移動を防止することができる。吸入管１７は固定スクロール１２の吸入口１２ａの内部に配置されているため、少なからず固定スクロール１２から熱を受け、温度は上昇する。しかし、吸入管１７と固定スクロール１２が同一温度にはなることはない。また吸入管１７が固定スクロール１２から極力熱を受けないようにする方法として、固
定スクロール１２の吸入口１２ａにＯリングを配置し、Ｏリングを介在させて吸入管１７と固定スクロール１２のシール性を確保する方法もある（図示せず）。この場合、吸入管１７の外周部に断熱層が形成されるため、より熱の移動が少なくなり、冷媒ガスの加熱も低減される。以上のことから、吸入管１７の内部で冷媒ガスの流れ方向を変えることにより、冷媒ガスの吸入加熱が抑制され、循環量の低下を防止することが可能となるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

吸入管１７で冷媒ガスの流れ方向を変える方法として、１つは図３に示すように吸入管１７の出口開口部１７ｏ付近を曲折させる方法がある。この場合、円筒状の吸入管１７に曲げ加工を施すことになるため、管内経路がＲ形状で滑らかに仕上がり、冷媒ガスの流れも乱れることなく流れ方向を変えることができる。その結果、吸入管１７から冷媒ガスへの熱伝達を一層抑制することができ、冷媒ガスの吸入加熱を防止することができる。

また別の方法としては、吸入管１７の軸方向下流側端部を閉塞し、周方向に出口開口部１７ｏを形成する方法もある。図４は固定スクロール１２に吸入管１７を配置したときの横断面図である。図４に示す構成は、特に吸入口１２ａの寸法が小さ過ぎる、もしくは大き過ぎる場合、すなわち吸入管１７の曲げ加工が困難な場合に効果的である。吸入口１２ａの寸法に関わらず、出口開口部１７ｏの向きを変えることができるため、固定スクロール１２のラップ壁面１２ｗとの衝突を確実に防止することができる。

また冷媒ガスを閉じ込む吸入行程では、管路抵抗を減らし、圧力損失を低減させることが高効率化のポイントとなる。圧力損失が発生すると所定以上の圧縮比が必要となり、無駄な動力が発生するだけでなく、信頼性悪化にも繋がる場合がある。図５は吸入管１７の断面図である。前述の対策として図５に示すように、出口開口部１７ｏの通路断面積Ｓｏを、吸入管１７の内径断面積Ｓｍと同等以上にする。これにより、出口開口部１７ｏにおける通路抵抗を減らし、冷媒ガスの圧力損失を防止することができるため、高効率かつ高信頼性の両立を実現することができる。

前述したように、吸入管１７は固定スクロール１２の吸入口１２ａの内部に配置されているため、少なからず固定スクロール１２から熱を受ける。そこで冷媒ガスの吸入加熱を抑制するには、吸入管１７を低熱伝導材料で構成するのが望ましい。この構成では、仮に固定スクロール１２からの吸入管１７に熱が移動しても、吸入管１７の外周面側と内周面側で温度勾配ができるため、吸入管１７の内周面側から冷媒ガスへの熱伝達を低減できる。

また吸入管１７の内部に低熱伝導材料を備える構成も望ましい。例えば、低熱伝導材料を吸入管１７の内周面に塗布する方法や、低熱伝導材料で構成した円筒管を吸入管１７の内部に配置し二重構成にする方法などがある。これらの構成では、冷媒ガスと吸入管１７の直接接触を防止することができるため、冷媒ガスの吸入加熱をより効果的に抑制することができ、循環量の低下を防止することができる。

最後に冷媒ガスを、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合、特に冷媒ガスの温度差が大きくなるため、吸入管１７に導かれた冷媒ガスは、圧縮機構２を構成する部品から吸入加熱の影響を受けやすい。そのため本発明の構成の効果が顕著に現れ、高効率を実現する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、吸入管の出口開口部の向きを規制することで、冷媒ガスと固定スクロールのラップ壁面との衝突を防止し、冷媒ガスの吸入加熱を抑制することができるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することが
できる。さらに、製品であるルームエアコン等の空調機やヒートポンプ式給湯機として、より省エネで環境に優しい快適な製品とすることが可能である。

１２ 固定スクロール
１２ａ 吸入口
１２ｅ 吸入管とラップ内壁の交点
１２ｗ ラップ壁面
１３ 旋回スクロール
１４ 自転拘束機構
１５ 圧縮室
１７ 吸入管
１７ｏ 出口開口部
１８ 吐出口
Ｓｏ 通路断面積
Ｓｍ 内径断面積

Claims (7)

1. 鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて圧縮室を形成し、自転拘束機構による規制により前記旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、前記圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、前記固定スクロールの外周側に形成された吸入口から、吸入管を経て吸入した冷媒ガスを圧縮し、前記固定スクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するスクロール圧縮機において、前記吸入管の出口開口部が、前記吸入管と前記固定スクロールのラップ内壁曲線の交点における接線方向を向くように構成し、前記吸入管で冷媒ガスの流れ方向を変えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記吸入管の出口開口部付近を曲折させ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. 前記吸入管の軸方向下流側端部を閉塞し、周方向に出口開口部を形成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。
4. 前記出口開口部の通路断面積が、前記吸入管の内径断面積と同等以上となるように構成したことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記吸入管を低熱伝導材料で構成したことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記吸入管の内部に低熱伝導材料を備えたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
7. 冷媒ガスを、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。