JP4104534B2

JP4104534B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP4104534B2
Application number: JP2003384138A
Authority: JP
Inventors: 貴史角; 訓孝秋山; 治雄神谷; 世史紀多田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-11-13
Also published as: DE102004054328A1; DE102004054328B4; JP2005146958A

Description

本発明は、例えばＣＯ_２を冷媒として用いる超臨界冷凍サイクルに適用して好適な密閉型圧縮機に関するものである。

従来の圧縮機として、例えば特許文献１に示されるように、固定スクロール部材に可動スクロール部材が噛み合わされ、両クスロール部材間に形成される圧縮室で冷媒ガスを圧縮した後に、この圧縮冷媒ガスを固定スクロール部材の基板とハウジング（ケーシング）とによって形成される吐出室に吐出する圧縮機（即ち、スクロール型圧縮機）において、基板の吐出室側背面に低熱伝導率材料より成る断熱皮膜を設けたものが知られている。

これにより、吐出室に吐出された圧縮冷媒ガスによる固定スクロール部材および圧縮室側の冷媒ガスへの熱影響を低減することができ、固定スクロール部材の軸方向、半径方向の熱変形を抑制し、また、圧縮室へ流入した冷媒ガスが加熱されるのを抑制し、圧縮時における体積効率を向上させるようにしている。
実開昭５９−１１１９８２号公報

しかしながら、軽量、低コスト化を狙って、ハウジングとは別の部材によって吐出室を形成し、吸入した冷媒ガスによってハウジング内（吐出室周り）が低圧雰囲気となる低圧ドーム型圧縮機（密閉型圧縮機）とした場合には、吸入冷媒ガスは吐出室内の圧縮された高温冷媒ガスからの熱影響を受けてしまう（加熱されてしまう）ために、圧縮時の体積効率の低下を招くと言う問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、吐出室内の高温流体から吸入流体への熱伝達を抑制して、高効率な圧縮を可能とする密閉型圧縮機を提供することにある。

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。

請求項１に記載の発明では、密閉型圧縮機において、ケーシング（１０１）内に設けられ、吸入した流体を圧縮して吐出室（２５７）に吐出した後に、ケーシング（１０１）外に流出する圧縮機構部（２００）を有し、
圧縮機構部（２００）は、旋回スクロール（２４０）が公転作動され、この旋回スクロール（２４０）に対向する固定スクロール（２５０）との間に形成される作動室（２５６）で流体を圧縮するスクロール型圧縮機構部（２００）であり、
吐出室（２５７）は、ケーシング（１０１）を形成する部材とは別の部材（２６０）から形成され、
少なくとも吐出室（２５７）周りが吸入された流体の作動圧力と成っており、
吐出室（２５７）には、圧縮機構部（２００）によって圧縮された流体の熱が吸入された流体に伝達するのを抑制する断熱手段（２９０）が設けられ、
固定スクロール（２５０）の外周は、ケーシング（１０１）に内接するように形成されており、
固定スクロール（２５０）が内接するケーシング（１０１）の外側には、固定スクロール（２５０）の内部を径方向に貫通する流路を介して吐出室（２５７）内に連通する吐出パイプ（２８２）が設けられたことを特徴としている。

これにより、吸入された流体の温度上昇が抑制されるので、流体密度低下による圧縮時の体積効率の低下を抑制して高効率な圧縮が可能となる。また、小型、高効率、低騒音の密閉型圧縮機（１００）とすることができる。
請求項２に記載の発明では、別の部材（２６０）は、板状を成して固定スクロール（２５０）側の面に凹部（２６１）が設けられたリヤプレート（２６０）であり、
固定スクロール（２５０）のリヤプレート（２６０）側には、旋回スクロール（２４０）側にへこむ固定スクロール凹部（２５５）が形成されており、
吐出室（２５７）は、凹部（２６１）と、固定スクロール凹部（２５５）とによって形成される内部空間となっており、
固定スクロール（２５０）の内部を径方向に貫通する流路は、吐出パイプ（２８２）側から直線状に形成されて、固定スクロール凹部（２５５）の内周面に開口していることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、断熱手段（２９０）は、吐出室（２５７）の内壁面に設けられたことを特徴としている。

これにより、吐出室（２５７）内の圧縮された流体からの熱を直接的に断熱することができるので、吸入された流体に対する温度上昇の抑制効果を高めることができる。

尚、請求項４に記載の発明のように、断熱手段（２９０）は、吐出室（２５７）の外壁面に設けられるようにしても良い。

これにより、断熱手段（２９０）が、流体の低温低圧側となる環境に設けられることになるので、断熱手段（２９０）の材質選定を容易にし、また安価なものにすることができる。

そして、請求項５に記載の発明のように、断熱手段（２９０）は、吐出室（２５７）の内壁面あるいは外壁面に密着された断熱材（２９０）として形成することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、断熱手段（２９０）は、樹脂部材から成る断熱材（２９１）とし、吐出室（２５７）の内壁面あるいは外壁面に機械的に固定されるようにしても良い。

更に、請求項７に記載の発明のように、圧縮機構部（２００）は、吸入した流体を中間圧力に圧縮する第１圧縮機構部と、この中間圧力に圧縮された流体を更に圧縮して吐出室（２５７）に吐出する第２圧縮機構部とから成り、少なくとも吐出室（２５７）周りが吸入された流体の作動圧力に代えて中間圧力と成るような密閉型圧縮機（１００）への適用も可能である。

尚、請求項１〜請求項７に記載の発明においては、請求項８に記載の発明のように、ケーシング（１０１）内に外部電力を受けて駆動する電動機部（３００）を設けて、圧縮機構部（２００）が電動機部（３００）によって作動されるようにすると良い。

これにより、制御を踏まえた圧縮機構部（２００）の作動を容易に行うことができると共に、吸入される低温の冷媒によって電動機部（３００）を冷却することで、信頼性の高い密閉型圧縮機（１００）とすることができる。

更に、請求項１〜請求項８に記載の発明においては、請求項９に記載の発明のように、流体は冷凍サイクル内を流通する冷媒であり、冷媒の圧縮後の圧力は、臨界圧力を超えるように設定されたものに用いて好適である。

即ち、冷媒の圧縮後の圧力が臨界点を越えるような高い圧力で使用する場合には、冷媒の温度も高くなり、吸入される冷媒にとっては温度上昇の影響を受けやすくなる訳で、本発明を効果的に活用することができる。

請求項９に記載の発明における具体的な冷媒は、請求項１０に記載の発明のように、ＣＯ_２の場合が挙げられる。

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。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１に示し、まず具体的な構成について説明する。本実施形態の密閉型圧縮機１００は、ＣＯ_２を冷媒として圧縮後の圧力が臨界圧力を超えるような超臨界冷凍サイクルに適用されるものとしている。

密閉型圧縮機（以下、圧縮機）１００は、図１に示すように、ここではスクロール型の圧縮機構部２００に電動機部３００が一体的に設けられ、この電動機部３００によって圧縮機構部２００が作動される電動圧縮機としている。圧縮機構部２００および電動機部３００は、本体ケーシング１０１ａ、上部ケーシング１０１ｂ、下部ケーシング１０１ｃから成る耐圧容器（本発明のケーシングに対応）１０１内に収容されている。

尚、電動機部３００は、シャフト２１１に固定される回転子３１０と、この回転子３１０の外周側で本体ケーシング１０１ａの内壁に焼嵌固定された固定子３２０とから形成されている。電動機部３００に図示しない外部電源（バッテリ）から電力が供給されると回転子３１０が回転駆動され、シャフト２１１が回転される。

圧縮機構部２００は、上記シャフト２１１を本体部として形成される偏心クランク機構２１０に接続される旋回スクロール２４０およびこの旋回スクロール２４０に対向配置される固定スクロール２５０等から形成されている。

偏心クランク機構２１０は、シャフト２１１の一端側（図１中では下側）に形成された駆動ピン２１２に組付けられるブッシュ２１３と、このブッシュ２１３の抜け止めを行うスナップリング２１４によって形成されている。

シャフト２１１は、一端側に外径が大きく形成される主受け部２１１ａを有しており、主受け部２１１ａにはシャフト２１１の軸心に対して偏心して駆動ピン２１２が一体で設けられている。本体ケーシング１０１ａ内に設けられるミドルハウジング２２０には主軸受け２１５が固定されており、また開口部２３１を有するホルダ２３０には副軸受け２１６が固定されており、主軸受け２１５に主受け部２１１ａが対応し、また副軸受け２１６にはシャフト２１１の他端側が対応して、シャフト２１１は回転可能に支持されている。

ブッシュ２１３は、偏心穴２１３ａが設けられた円筒状の部材であり、この偏心穴２１３ａには上記駆動ピン２１２が回転可能に挿入され、駆動ピン２１２の先端部にＣ字状を成すスナップリング２１４が固定され、ブッシュ２１３の抜け止めが成されている。このようにブッシュ２１３は、シャフト２１１の軸心に対して偏心した形で装着されており、シャフト２１１の回転時に、シャフト２１１の軸心の周りを公転する。そして、ブッシュ２１３には、回転作動時における動的なアンバランスを相殺するためのバランサ２１７が圧入、かしめ、焼嵌め、溶接等によって固定されている。

偏心クランク機構２１０のブッシュ２１３には、旋回スクロール２４０が接続されている。旋回スクロール２４０は、円板状の端板部２４１の各平面（図１中の上下面）に渦巻き状の羽根部２４２および円筒状のボス部２４３が設けられたものであり、ボス部２４３内には旋回スクロール軸受け２４５が圧入されている。ブッシュ２１３は、旋回スクロール軸受け２４５を介してボス部２４３に挿入されている。そして、旋回スクロール２４０は、ミドルハウジング２２０に固定されたスラスト軸受け２４６によって、ブッシュ２１３を介した公転作動が可能となるように支持されている。また、スラスト軸受け２４６は、圧縮作動時において旋回スクロール２４０に発生するスラスト荷重を受ける役割を果たす。

尚、端板部２４１の外周側には自転防止穴２４４が設けられており、後述する固定スクロール２５０に設けられた自転防止ピン２５４が挿入され、旋回スクロール２４０の自転を防止するようにしている。

旋回スクロール２４０の反シャフト側には、端板部２５１に渦巻き状の羽根部２５２が形成された固定スクロール２５０が設けられ、固定スクロール２５０はミドルハウジング２２０に図示しないボルトによって固定されている。そして、旋回スクロール２４０の羽根部２４２と固定スクロール２５０の羽根部２５２とがシャフト２１１の長手方向に嵌合して三日月状の作動室２５６を形成している。

固定スクロール２５０の反羽根部側には凹部２５５が設けられ、更に中心部には吐出孔２５３が設けられている。固定スクロール２５０の凹部２５５の開口側には、耐圧容器１０１を形成する部材（各ケーシング１０１ａ〜１０１ｃ）とは別の部材と成るリヤプレート２６０が設けられ、図示しないガスケットが介在されてボルト２６２によって固定されている。

リヤプレート２６０の固定スクロール２５０側には、凹部２６１が設けられており、固定スクロール２５０、リヤプレート２６０の両凹部２５５、２６１によって、内部空間と成る吐出室２５７が形成されている。そして、吐出孔２５３には、吐出室２５７側に開く吐出弁２７０および吐出弁２７０の最大開度を規制するストッパ２７１が設けられ、ボルト２７２によって固定スクロール２５０に固定されている。

そして、固定スクロール２５０に固定されるリヤプレート２６０と下部ケーシング１０１ｃとの間には空間１０１が形成されるようにしている。

ミドルハウジング２２０には冷媒通路２２１および吸入室２２２が設けられており、主に電動機部３００が収容される空間は、冷媒通路２２１、ボス部２４３の外側部、スラスト軸受け２４６を介して吸入室２２２に連通するようにしている。更に、図示しない固定スクロール２５０に設けられた通路によって、吸入室２２２と作動室２５６とが連通するようにしている。

加えて、固定スクロール２５０には、端板部２５１の板厚方向に貫通する連通穴２５８が設けられており、吸入室２２２と空間１０１ｄとが連通するようにしている。

上部ハウジング１０１ｂには本体ケーシング１０１ａ内に連通する吸入パイプ２８１が設けられ、また固定スクロール２５０には、吐出室２５７内に連通する吐出パイプ２８２が設けられている。

そして、本発明では、吐出室２５７の内壁面に断熱手段を設けるようにしている。断熱手段は、例えばシリコンゴムのような多孔質性の断熱材２９０としており、リヤプレート２６０の凹部２６１の内壁面に予めコーティングによって密着させて、設けるようにしている。

次に、上記構成に基づく作動およびその作用効果について説明する。電動機部３００に電力が供給されると回転子３１０が回転駆動し、シャフト２１１がそれに伴い回転し、ブッシュ２１３は、偏心量をもってシャフト２１１のまわりを公転する。そして、ブッシュ２１３と共に、旋回スクロール２４０が公転し、冷媒は吸入パイプ２８１から電動機部３００、冷媒通路２２１、吸入室２２２を通って作動室２５６に流入し、高温高圧に（臨界点を超えて）圧縮され、更に吐出孔２５３、吐出弁２７０を経て、吐出室２５７に吐出され、吐出パイプ２８２から流出される。

この圧縮機１００においては、吸入パイプ２８１から吸入される冷媒は、吸入室２２２から連通穴２５８を介して、空間１０１ｄにも至り、耐圧容器１０１内は、吸入冷媒の圧力雰囲気となる。これがいわゆる低圧ドーム型圧縮機であり、圧縮された冷媒の圧力を固定スクロール２５０、リヤプレート２６０で受けることになり、耐圧容器１０１としては高耐圧性を不要として、軽量、低コストにすることができるというメリットを持っている。

本発明では断熱材２９０によって、吐出室２５７に吐出された高温の冷媒の熱がリヤプレート２６０を介して空間１０１ｄの吸入冷媒に伝達されるのを抑制することができるので、吸入冷媒の温度上昇を抑制して、冷媒の密度低下による圧縮時の体積効率の低下を抑制して高効率な圧縮が可能となる。

そして、断熱材２９０を吐出室２５７（リヤプレート２６０）の内壁面に設けるようにしているので、吐出室２５７内の圧縮された冷媒からの熱を直接的に断熱することができ、吸入冷媒に対する温度上昇の抑制効果を高めることができる。

また、圧縮機構部２００として、スクロール型の圧縮機構部を採用しているので、小型、高効率、低騒音の圧縮機１００とすることができる。

また、圧縮機構部２００が、耐圧容器１０１内に設けられる電動機部３００によって作動される電動圧縮機１００としているので、制御を踏まえた圧縮機構部２００の作動を容易に行うことができると共に、吸入される低温の冷媒によって電動機部３００を冷却することで、信頼性の高い圧縮機１００とすることができる。

また、本実施形態のように、冷媒としてＣＯ_２を用いて、冷媒の圧縮後の圧力が臨界点を越えるような高い圧力で使用する場合には、冷媒の温度も高くなり、吸入される冷媒にとっては温度上昇の影響を受けやすくなるため、本発明を効果的に活用することができる。

尚、吐出室２５７に設ける断熱材２９０は、上記実施形態に対して、図２に示すように、固定スクロール２５０の凹部２５５の内壁面にも設けても良く、これにより、両スクロール２４０、２５０の作動室２５６における圧縮途中の冷媒に対する断熱も可能として、冷媒密度の低下を抑制して、更に高効率な圧縮を可能とすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、断熱材２９１を樹脂材から成るものとし、且つ、リヤプレート２６０の外壁面に設けるようにしたものである。

この断熱材２９１は、リヤプレート２６０の外壁面に沿うように予め形成しておき、リヤプレート２６０に嵌合させた後に、図示しない係合爪やねじ締付け等によって機械的に固定されるようにしている。

これにより、断熱材２９１が、吸入冷媒の低温低圧側となる環境に設けられることになるので、断熱材２９１の材質選定を容易にし、また安価なものにすることができる。

（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、吐出室２５７周りが吸入冷媒の圧力雰囲気に置かれる圧縮機１００に適用したものとして説明したが、圧縮機構部２００を、例えば、周知のようにシリンダ内にロータとベーンとが配設されて成るロータリ式の第１圧縮機構部と第２圧縮機構部とから構成して、吸入された冷媒を第１圧縮機構部で中間圧力に圧縮して、この中間圧力に圧縮された冷媒を更に第２圧縮機構部で圧縮して、吐出室（２５７）に吐出するようにして、吐出室（２５７）周りが中間圧力と成るようにした中間圧ドーム型圧縮機に適用するようにとしても良い。

この圧縮機の吐出室（２５７）に上記第１、第２実施形態と同様の断熱材（２９０）を設けて、圧縮された冷媒の熱が中間圧力の冷媒に伝達しないようにすれば、第２圧縮機構部における冷媒の密度低下を抑制して、圧縮効率を高めることができる。

また、上記第１、第２実施形態において、圧縮機構部２００は、スクロール式のものに限らす、ピストン式やベーン式等の圧縮機構部としても良い。

また、圧縮機１００として、圧縮機構部２００が電動機部３００によって作動される電動圧縮機として説明したが、例えば車両に搭載される内燃機関（エンジン）のような外部原動機によって作動されるものとしても良い。

更に、冷媒としてＣＯ_２を用いた超臨界冷凍サイクルに適用したものとして説明したが、これに限らずフロン等を用いる通常の冷凍サイクルに適用しても良い。

本発明の第１実施形態を示す密閉型圧縮機の全体構成を示す断面図である。第１実施形態の変形例における吐出室近傍を示す断面図である。第２実施形態における吐出室近傍を示す断面図である。

符号の説明

１００密閉型圧縮機
１０１耐圧容器（ケーシング）
２００スクロール型圧縮機構部（圧縮機構部）
２４０旋回スクロール
２５０固定スクロール
２５６作動室
２５７吐出室
２６０リヤプレート（別の部材）
２９０、２９１断熱材（断熱手段）
３００電動機部

Claims

ケーシング（１０１）内に設けられ、吸入した流体を圧縮して吐出室（２５７）に吐出した後に、前記ケーシング（１０１）外に流出する圧縮機構部（２００）を有し、
前記圧縮機構部（２００）は、旋回スクロール（２４０）が公転作動され、この旋回スクロール（２４０）に対向する固定スクロール（２５０）との間に形成される作動室（２５６）で前記流体を圧縮するスクロール型圧縮機構部（２００）であり、
前記吐出室（２５７）は、前記ケーシング（１０１）を形成する部材とは別の部材（２６０）から形成され、
少なくとも前記吐出室（２５７）周りが前記吸入された流体の作動圧力と成っており、
前記吐出室（２５７）には、前記圧縮機構部（２００）によって圧縮された流体の熱が前記吸入された流体に伝達するのを抑制する断熱手段（２９０）が設けられ、
前記固定スクロール（２５０）の外周は、前記ケーシング（１０１）に内接するように形成されており、
前記固定スクロール（２５０）が内接する前記ケーシング（１０１）の外側には、前記固定スクロール（２５０）の内部を径方向に貫通する流路を介して前記吐出室（２５７）内に連通する吐出パイプ（２８２）が設けられたことを特徴とする密閉型圧縮機。
前記別の部材（２６０）は、板状を成して前記固定スクロール（２５０）側の面に凹部（２６１）が設けられたリヤプレート（２６０）であり、
前記固定スクロール（２５０）の前記リヤプレート（２６０）側には、前記旋回スクロール（２４０）側にへこむ固定スクロール凹部（２５５）が形成されており、
前記吐出室（２５７）は、前記凹部（２６１）と、前記固定スクロール凹部（２５５）とによって形成される内部空間となっており、
前記固定スクロール（２５０）の内部を径方向に貫通する前記流路は、前記吐出パイプ（２８２）側から直線状に形成されて、前記固定スクロール凹部（２５５）の内周面に開口していることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
前記断熱手段（２９０）は、前記吐出室（２５７）の内壁面に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
前記断熱手段（２９０）は、前記吐出室（２５７）の外壁面に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
前記断熱手段（２９０）は、前記吐出室（２５７）の内壁面あるいは外壁面に密着された断熱材（２９０）であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
前記断熱手段（２９０）は、樹脂部材から成る断熱材（２９１）であり、前記吐出室（２５７）の内壁面あるいは外壁面に機械的に固定されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
前記圧縮機構部（２００）は、前記吸入した流体を中間圧力に圧縮する第１圧縮機構部と、この中間圧力に圧縮された流体を更に圧縮して前記吐出室（２５７）に吐出する第２圧縮機構部とから成り、
少なくとも前記吐出室（２５７）周りが前記吸入された流体の作動圧力に代えて前記中間圧力と成ることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
前記ケーシング（１０１）内に設けられ、外部電力を受けて駆動する電動機部（３００）を有し、
前記圧縮機構部（２００）は、前記電動機部（３００）によって作動されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
前記流体は、冷凍サイクル内を流通する冷媒であり、
前記冷媒の圧縮後の圧力は、臨界圧力を超えるように設定されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の密閉型圧縮機。
前記冷媒は、ＣＯ_２を用いたことを特徴とする請求項９に記載の密閉型圧縮機。