JP4024605B2

JP4024605B2 - 弁構造を備えたスクロール式圧縮機

Info

Publication number: JP4024605B2
Application number: JP2002197263A
Authority: JP
Inventors: 重樹岩波; 淳山崎; 弘樹石井; 世史紀多田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP2004036568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯ２を冷媒として用いる冷凍サイクル装置に適用して好適な弁構造およびそれを備える圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧縮機の弁構造に関わる技術として、特開平８−３１９９７３号公報に示されるものが知られている。この弁構造は吐出弁に適用されており、弁体およびシール面をそれぞれ回転曲面形状として形成し、両者が当接する際に線接触密閉を成すものとしている。
【０００３】
これにより、吐出ポート部の隙間容積（デッドボリューム）をほぼゼロにして、再膨張損失を低減するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、環境問題より温暖化係数の低いＣＯ２を冷媒として用いた冷凍サイクル装置が実用化されている。この冷凍サイクル装置においては臨界圧力を超えるような高圧条件で作動されるため、体積流量が非常に小さくなり圧縮機にとっては隙間容積による再膨張損失の影響度合いが非常に大きくなる。また、当然のことながら圧縮機としては高圧条件に耐え得る各部材の強度確保が重要となる。
【０００５】
そこで、ＣＯ２を冷媒とする圧縮機においては、隙間容積縮小可能な上記従来技術をベースにして、強度確保のために吐出弁の弁体を収容する吐出流路径（孔径）を可能な限り小さくし、それに合わせて、弁体自身も小型にしたものでの対応が考えられる。しかしながら、弁構造を小型にした分、冷凍サイクル装置内や圧縮機自身の内部で発生する異物が弁体に引っ掛かり易くなり、弁体の作動を妨げ、ひいては圧縮機の性能低下を引き起こすことが懸念される。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、吐出ポート部の隙間容積を抑えつつ、異物に対する信頼性に優れる弁構造およびそれを備える圧縮機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、ＣＯ２を冷媒として、この冷媒を圧縮、吐出するものであって、２つの作動室（１５２）からの圧縮冷媒が固定スクロール（１４０）の中心部で合流するスクロール式圧縮機において、
作動室（１５２）および吐出室（１５３）間を仕切る仕切り板（１４０）と、
仕切り板（１４０）の作動室（１５２）側に円形孔として開口する吐出ポート（１４１）と、
吐出ポート（１４１）に対して連通し、大径で略同心上に配置されると共に、仕切り板（１４０）の吐出室（１５３）側に円形孔として開口する吐出流路（１４２）と、
吐出ポート（１４１）および吐出流路（１４２）の境界に形成されるシール面（１４３）に当接する弁体（１６１）と、
吐出流路（１４２）に配設されて、弁体（１６１）をシール面（１４３）で作動室（１５２）側に付勢するコイルバネ（１６２）と、
弁体（１６１）の反吐出ポート側に設けられ、円筒状の大径部および小径部を備え、大径部が吐出流路（１４２）の内壁に挿入固定され、小径部がコイルバネ（１６２）の内周に挿入されてコイルバネ（１６２）を支持すると共に、弁体（１６１）が開く際のリフト量（ｄ）を規制するストッパ（１６３）と、
シール面（１４３）の外周側で、作動室（１５２）側に向けてへこむ溝部（１４４）とを有する弁構造（１６０）を備え、
溝部（１４４）の幅（Ｌ）寸法および深さ（Ｄ）寸法の少なくとも一方は、リフト量（ｄ）よりも大きく設定されており、
弁構造（１６０）が、２つの作動室（１５２）の所定部に、それぞれサブ吐出弁部（１６０ｂ）として設けられたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、弁体（１６１）が開いて吐出ポート（１４１）から異物が流出した後、弁体（１６１）が閉じる際に弁体（１６１）近傍の異物は溝部（１４４）内に吸収されて、シール面（１４３）と弁体（１６１）との間で引っ掛かりにくくなるので、弁体（１６１）機能の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
また、弁体（１６１）のシール面（１４３）を仕切り板（１４０）内の突出ポート（１４１）と吐出流路（１４２）との間に形成するので、吐出ポート（１４１）の容積、即ち隙間容積を容易に小さく形成でき、再膨張損失を低減できる。
【００１１】
尚、弁構造としては、シンプルな構成としており、吐出ポート（１４１）、吐出流路（１４２）、弁体（１６１）の小型化が容易であり、仕切り板（１４０）の肉厚を確保して、ＣＯ２を冷媒とする高圧条件での強度を十分に確保することができる。
【００１３】
また、溝部（１４４）の幅（Ｌ）寸法および深さ（Ｄ）寸法の少なくとも一方は、弁体（１６１）が開く際のリフト量（ｄ）よりも大きく設定されているので、弁体（１６１）から流出しうる異物を確実に溝部（１４４）に吸収でき、弁体（１６１）機能の信頼性を更に向上させることができる。
【００１４】
また、作動室（１５２）の配置あるいは数に応じて弁構造（１６０）を複数有するものにおいては、異物が引っかかる確率が高くなるため、特にこの弁構造（１６０）を適用して有効である。
請求項２に記載の発明では、吐出ポート（１４１）の弁体（１６１）側に開口する開口径（ΦＢ）が、吐出ポート（１４１）の内径寸法（ΦＡ２）よりも大きくなるように、吐出ポート（１４１）の内壁がテーパ状に形成されたことを特徴としている。
請求項３に記載の発明では、弁体（１６１）の外周には、吐出流路（１４２）に内接する複数のガイド部（１６１ａ）と、冷媒を流通させる切欠き部（１６１ｂ）とが形成され、切欠き部（１６１ｂ）の深さ寸法（ｈ）および幅寸法（ｗ）は、それぞれリフト量（ｄ）よりも大きく設定されたことを特徴としている。
請求項４に記載の発明では、弁構造（１６０）は、固定スクロール（１４０）の中心部にも、メイン吐出弁部（１６０ａ）として設けられたことを特徴としている。
請求項５に記載の発明では、メイン吐出弁部（１６０ａ）の吐出ポート（１４１）の内径寸法（ΦＡ１）は、サブ吐出弁部（１６０ｂ）の吐出ポート（１４１）の内径寸法（ΦＡ２）よりも大きくなるようにしたことを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、複数の弁構造（１６０）における吐出ポート（１４１）の弁体（１６１）側に開口する開口径（ΦＢ）は、すべて同一に形成され、弁体（１６１）はすべて同一仕様として設定されることを特徴としている。
【００１６】
これにより、吐出ポート（１４１）の内径が異なる場合であっても、弁体（１６１）にかかる開弁圧を同一とすることができるので、弁体（１６１）の共通化が図れ、安価にすることができる。
【００１７】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明における第１実施形態について図１〜図４を用いて説明する。圧縮機１００はＣＯ２を冷媒とする冷凍サイクル装置（図示せず）に適用されるもので、ここでは、内部に組み込まれたモータ部１２０によって圧縮機部１３０が作動する電動圧縮機としている。
【００１９】
モータ部１２０および圧縮機部１３０は、フロントハウジング１１１、ミドルハウジング１１２、エンドハウジング１１３が互いに溶接されて形成される密閉容器としてのハウジング１１０内に収容されている。尚、フロントハウジング１１１には冷媒が吸入される吸入口１１１ａが設けられている。
【００２０】
ミドルハウジング１１２内のフロントハウジング１１１側および中間部には、それぞれ軸受け１３２、１３３が固定される支持板１１４およびフレーム１１５が設けられており、この軸受け１３２、１３３によって駆動シャフト１３１が回転可能に支持されている。
【００２１】
モータ部１２０は、ロータ部１２１とステータ部１２２とから成る。ロータ部１２１は、駆動シャフト１３１に固定されており、また、ステータ部１２２はロータ部１２１の外周側でミドルハウジング１１２の内周面に圧入によって固定されている。そして、図示しない外部電源からの電力がステータ部１２２に供給されると、ロータ部１２１の回転に伴って駆動シャフト１３１が回転駆動されるようにしている。尚、支持板１１４には、吸入口１１１ａから吸入された冷媒がミドルハウジング１１２内のモータ部１２０が収容される空間に流通する流通路１１４ａが設けられている。
【００２２】
圧縮機部１３０は、可動スクロール１３５と固定スクロール１４０とを有する周知のスクロール式圧縮機を成すものである。固定スクロール１４０は、ミドルハウジング１１２内の反モータ部側に固定されており、この固定スクロール１４０に噛み合うように可動スクロール１３５が配設されている。
【００２３】
可動スクロール１３５の反固定スクロール側には駆動シャフト１３１の先端部に設けられた偏心部１３１ａが軸受け１３４を介して挿入されている。そして、可動スクロール１３５は、図示しない自転防止機構によって駆動シャフト１３１の回転駆動に伴い固定スクロール１４０に対して公転する。
【００２４】
両スクロール１３５、１４０間の外周側には吸入室１５１が形成され、中心側に向けて作動室１５２が形成されている。そして、フレーム１１４にはモータ部１２０が収容される空間に流入した冷媒が吸入室１５１に流通する流通路１１５ａが形成されている。
【００２５】
固定スクロール１４０には、吐出口１１２ａに繋がる吐出室１５３が形成されており、作動室１５２と吐出室１５３との間には、本発明の特徴部となる吐出弁部（弁構造）１６０が設けられている。このスクロール式圧縮機１００においては、２つの作動室１５２からの圧縮冷媒が合流する固定スクロール１４０の中心部および２つの作動室１５２における所定部の合計３ヶ所に吐出弁部１６０を設けている。尚、中心部の吐出弁部１６０がメイン吐出弁部１６０ａ、他の２つがサブ吐出弁部１６０ｂとなっている。
【００２６】
基本的な吐出弁部１６０の構成は、上記３つとも同一であるので、中心部のメイン吐出弁部１６０ａを代表として、以下図２、図３を用いて詳細に説明する。
【００２７】
吐出弁部１６０は、固定スクロール１４０に円形孔として設けられた吐出ポート１４１および吐出流路１４２のうち、吐出流路１４２内に設けられた弁体１６１、スプリング１６２、ストッパ１６３から成る。尚、固定スクロール１４０は、本発明における作動室１５２および吐出室１５３を仕切る仕切り板に対応する。
【００２８】
吐出ポート１４１は、作動室１５２側に開口する小径の孔であり、径寸法および軸方向寸法は可能な限り小さく設定されている。吐出流路１４２は、吐出ポート１４１に連通し、吐出室１５３側に開口する流路であり、吐出ポート１４１よりも内径寸法が大きく設定され、略同心上に配置されている。
【００２９】
吐出ポート１４１と吐出流路１４２の境界部にはシール面１４３が形成されており、このシール面１４３には円板状の弁体１６１がスプリング１６２によって、作動室１５２側に付勢されて当接している。更に弁体１６１の反吐出ポート側にはストッパ１６３が設けられ、作動室１５２からの所定の吐出圧力によって弁体１６１が開く際のリフト量ｄを規制するようにしている。
【００３０】
弁体１６１の外周には、吐出流路１４２に内接する複数のガイド部１６１ａと冷媒を流通させる切欠き部１６１ｂが形成されている。切欠き部１６１ｂの深さ寸法ｈおよび幅寸法ｗはそれぞれ上記リフト量ｄよりも大きくなるように設定している。
【００３１】
そして、シール面１４３の外周側には、作動室１５２側にへこむ溝部１４４が設けられている。この溝部１４４の幅寸法Ｌおよび深さ寸法Ｄは共に、弁体１６１のガイド部１６１ａ、切欠き部１６１ｂと同様にリフト量ｄよりも大きくなるように設定している。尚、幅寸法Ｌ、深さ寸法Ｄのいずれか一方がリフト量ｄより大きくなるように設定しても良い。
【００３２】
また、図４に示すように、メイン吐出弁部１６０ａとサブ吐出弁部１６０ｂにおいては、冷媒の吐出流量が異なることから、それぞれの吐出ポート１４１の内径寸法をφＡ１＞φＡ２となるようにしている。即ち、吐出流量の多いメイン吐出弁部１６０ａ側の吐出ポート径が大きくなるようにしている。しかしながら、吐出ポート１４１の弁体１６１側に開口する開口面積（開口径で示すとφＢ）をメイン、サブ吐出弁部１６０ａ、１６０ｂ共に同一としており、弁体１６１、スプリング１６２、ストッパ１６３は、各吐出弁部１６０ａ、１６０ｂにおいてすべて同一仕様設定としている。
【００３３】
次に上記構成に基づく作動および作用効果について説明する。圧縮機１００はモータ部１２０の駆動によって可動スクロール１３５が公転作動され、吸入口１１１ａ、流通路１１４ａ、１１５ａを経て吸入室１５１に流入する冷媒を作動室１５２で圧縮する。この時冷媒がモータ部１２０を流通することにより、モータ部１２０は冷却される。
【００３４】
そして、作動室１５２で圧縮された冷媒が所定の吐出圧力に達すると、吐出弁部１６０ａ、１６０ｂの弁体１６１がリフト量ｄで規制されて開き、冷媒は吐出ポート１４１、弁体１６１の切欠き部１６１ｂ、吐出流路１４２、吐出室１５３を経て吐出口１１２ａから吐出される。
【００３５】
ところで、冷凍サイクル装置内や圧縮機１００自身の内部には各部材を成形する際に生じる細かな切り屑、切り粉等の異物が存在し、冷媒と共に流動する。本発明においては、シール面１４３の外周側に溝部１４４を形成しているので、弁体１６１が開いて吐出ポート１４１から異物が流出した後、弁体１６１が閉じる際に弁体１６１近傍の異物は溝部１４４内に吸収されて、シール面１４３と弁体１６１との間で引っ掛かりにくくすることができ、弁体１６１の機能の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
ここで、溝部１４４の幅寸法Ｌおよび深さ寸法Ｄは共に弁体１６１のリフト量ｄよりも大きくしているので、弁体１６１から流出しうる異物を確実に溝部１４４に吸収できようにしている。
【００３７】
また、複数設定される吐出弁部１６０ａ、１６０ｂに対して、吐出ポート１４１の弁体１６１側に開口する開口面積（開口径φＢ）をすべて同一として、弁体１６１、スプリング１６２、ストッパ１６３を共通仕様としており、安価な対応を可能としている。
【００３８】
これは、吐出ポート１４１の内径が異なる場合でも、吐出弁１６１側に開口する開口面積を同一にすることで、弁体１６１にかかる開弁力を同一にして共通化を可能としている訳である。
【００３９】
尚、弁体１６１のシール面１４３を固定スクロール１４０内の突出ポート１４１と吐出流路１４２との間に形成するので、吐出ポート１４１の容積、即ち隙間容積を容易に小さく形成でき、再膨張損失を低減できる。
【００４０】
また、弁構造としては、シンプルな構成としており、吐出ポート１４１、吐出流路１４２、弁体１６１の小型化が容易であり、固定スクロール１４０の肉厚を確保して、ＣＯ２を冷媒とする高圧条件での強度を十分に確保することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。第２実施形態は弁体１６１を半球体状にしたものであり、吐出ポート１４１の弁体１６１側を円錐状に開くように開口させてシール面１４３を形成している。そしてシール面１４３の外周側には溝部１４４を形成している。
【００４２】
これにより、上記第１実施形態と同様に溝部１４４によって異物の引っ掛かりを抑制すると共に、弁体１６１と吐出ポート１４１とが接触する円周上の線でのシールを可能とし、吐出ポート１４１の容積を更に小さくして再膨張損失を低減できる。
【００４３】
（参考例）
上記第１、第２実施形態ではスクロール式の圧縮機部１３０を用いたものとして説明したが、他の型式の圧縮機部１３０の場合を示す。図６は、圧縮機部１３０に２つの圧縮部１３０ａを有し、昇圧、圧縮する２段ロータリ式のものに適用した例である。ここでは駆動シャフト１３１に２つのロータ１３６を設け、それぞれの作動室１５２および吐出室１５３の間に吐出弁部１６０を設けている。この２つの吐出弁部１６０を形成する弁体１６１、スプリング１６２、ストッパ１６３は、上記第１実施形態同様にそれぞれ同一仕様のものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における圧縮機を示す断面図である。
【図２】図１における吐出弁部を示す拡大図である。
【図３】図２におけるＡ方向からの弁体を示す矢視図である。
【図４】メインおよびサブの吐出弁部を示す拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態における吐出弁部を示す拡大図である。
【図６】その他の実施形態における圧縮機を示す断面図である。
【符号の説明】
１００圧縮機
１４０固定スクロール（仕切り板）
１４１吐出ポート
１４２吐出流路
１４３シール面
１４４溝部
１５２作動室
１５３吐出室
１６１弁体

Claims

ＣＯ２を冷媒として、この冷媒を圧縮、吐出するものであって、２つの作動室（１５２）からの圧縮冷媒が固定スクロール（１４０）の中心部で合流するスクロール式圧縮機において、
前記作動室（１５２）および吐出室（１５３）間を仕切る仕切り板（１４０）と、
前記仕切り板（１４０）の前記作動室（１５２）側に円形孔として開口する吐出ポート（１４１）と、
前記吐出ポート（１４１）に対して連通し、大径で略同心上に配置されると共に、前記仕切り板（１４０）の前記吐出室（１５３）側に円形孔として開口する吐出流路（１４２）と、
前記吐出ポート（１４１）および前記吐出流路（１４２）の境界に形成されるシール面（１４３）に当接する弁体（１６１）と、
前記吐出流路（１４２）に配設されて、前記弁体（１６１）を前記シール面（１４３）で前記作動室（１５２）側に付勢するコイルバネ（１６２）と、
前記弁体（１６１）の反吐出ポート側に設けられ、円筒状の大径部および小径部を備え、前記大径部が前記吐出流路（１４２）の内壁に挿入固定され、前記小径部が前記コイルバネ（１６２）の内周に挿入されて前記コイルバネ（１６２）を支持すると共に、前記弁体（１６１）が開く際のリフト量（ｄ）を規制するストッパ（１６３）と、
前記シール面（１４３）の外周側で、前記作動室（１５２）側に向けてへこむ溝部（１４４）とを有する弁構造（１６０）を備え、
前記溝部（１４４）の幅（Ｌ）寸法および深さ（Ｄ）寸法の少なくとも一方は、前記リフト量（ｄ）よりも大きく設定されており、
前記弁構造（１６０）が、前記２つの作動室（１５２）の所定部に、それぞれサブ吐出弁部（１６０ｂ）として設けられたことを特徴とするスクロール式圧縮機。
前記吐出ポート（１４１）の前記弁体（１６１）側に開口する開口径（ΦＢ）が、前記吐出ポート（１４１）の内径寸法（ΦＡ２）よりも大きくなるように、前記吐出ポート（１４１）の内壁がテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式圧縮機。
前記弁体（１６１）の外周には、前記吐出流路（１４２）に内接する複数のガイド部（１６１ａ）と、前記冷媒を流通させる切欠き部（１６１ｂ）とが形成され、
前記切欠き部（１６１ｂ）の深さ寸法（ｈ）および幅寸法（ｗ）は、それぞれ前記リフト量（ｄ）よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクロール式圧縮機。
前記弁構造（１６０）は、前記固定スクロール（１４０）の中心部にも、メイン吐出弁部（１６０ａ）として設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のスクロール式圧縮機。
前記メイン吐出弁部（１６０ａ）の吐出ポート（１４１）の内径寸法（ΦＡ１）は、前記サブ吐出弁部（１６０ｂ）の吐出ポート（１４１）の内径寸法（ΦＡ２）よりも大きくなるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のスクロール式圧縮機。
複数の前記弁構造（１６０）における前記吐出ポート（１４１）の前記弁体（１６１）側に開口する開口径（ΦＢ）は、すべて同一に形成され、
前記弁体（１６１）はすべて同一仕様として設定されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のスクロール式圧縮機。