JP5030581B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
上記スクロール圧縮機は、圧縮機の外径を大型化することなく、圧縮比を高め、圧縮性能を向上させることができる特長を有する。
しかしながら、熱膨張による影響に関して、上記特許文献のものでは、吸入温度から吐出温度までの連続的な温度勾配に対する追従は困難であり、温度勾配に対応してチップ隙間を最適化し、圧縮性能を向上させるには、まだまだ不十分である。また、スクロール部材における渦巻き状ラップの先端面とボトム面とに段部を設けた場合、端板の厚さは、外周側が薄く、内周側が厚くなるため、端板の圧力変形は、端板の厚さが一様なもののように、圧力上昇と変形量とが略比例するような関係にはならない。従って、これらの事情を考慮したチップ隙間の設定が必要となる。
すなわち、本発明にかかるスクロール圧縮機は、固定端板の一面に固定渦巻き状ラップが立設される固定スクロール部材と、旋回端板の一面に旋回渦巻き状ラップが立設され、前記固定スクロール部材に対して自転を阻止されつつ公転旋回駆動可能に組み合わされる旋回スクロール部材と、を備え、前記固定スクロール部材および前記旋回スクロール部材は、各々の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を有し、前記渦巻き状ラップの外周側におけるラップ高さが内周側ラップ高さよりも高くされ、前記渦巻き状ラップの周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な構成とされたスクロール圧縮機において、少なくとも前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされ、少なくとも前記段部よりも内周側において、該渦巻き状ラップのチップ隙間が、該渦巻き状ラップの中心側に向って漸次大きくされるとともに、前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの高さが該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配が、該渦巻き状ラップの中心側に向って漸次大きくされていることを特徴とする。
従って、吸入から吐出までの全領域においてチップ隙間からのガス漏れを低減し、圧縮効率を向上させることができる。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図4を用いて説明する。
図1には、スクロール圧縮機Sの部分縦断面図が示されている。このスクロール圧縮機Sは、密閉ハウジング1を備えた密閉形スクロール圧縮機Sであり、密閉ハウジング1の内部には、密閉ハウジング1内を高圧室HRと低圧室LRとに分離するディスチャージカバー2が設けられている。低圧室LR側には、圧縮機構3と電動モータ8とが設置されるとともに、吸入管6が接続されている。また、高圧室HR側には、吐出管7が接続されている。
圧縮機構3は、一対の固定スクロール部材12と、この固定スクロール12に噛み合わされて圧縮室Cを形成する旋回スクロール部材13と、を有する。固定スクロール部材12は、中央部に吐出ポート11を有し、フレーム5に固定設置され、一方、旋回スクロール部材13は、クランク軸9の一端に設けられているクランクピン9aにドライブブッシュを介して結合され、フレーム5上にオルダムリング等の自転阻止機構10を介して自転を阻止されつつ公転旋回駆動可能に設置される。
端板13aのボトム面(歯底面)も、上記端板12aと同様、段部13hが設けられることにより、内周側に形成される底の浅いボトム面13fと外周側に形成される底の深いボトム面13gとの2つの部位に分けられる。この隣り合うボトム面13f,13g間には、段部13hを構成する垂直な連結面が存在されることとなる。
具体的には、渦巻き状ラップ12bの先端面は、段部12eにより、その内周側に形成される低位の先端面12cと、外周側に形成される高位の先端面12dとの2つの部位に分けられ、隣り合う先端面12c,12d間には、段部12eを構成する垂直な連結面が存在することとなる。渦巻き状ラップ13bの先端面も、上記渦巻き状ラップ12bと同様、段部13eにより、内周側に形成される低位の先端面13cと、外周側に形成される高位の先端面13dとの2つの部位に分けられ、隣り合う先端面13c,13d間には、段部12eを構成する垂直な連結面が存在することとなる。
段部12hを構成する連結面は、端板12aを旋回軸方向から見て、旋回スクロール部材13の旋回に伴って段部13eを構成する連結面が描く包絡線に一致する円弧をなしており、段部13hを構成する連結面も、段部12eを構成する連結面が描く包絡線に一致する円弧をなしている。
これらのチップシール部材14a,14b、15a,15bは、渦巻き状ラップ12b,および13bの先端面12c,12d,13c,13dに設けられるチップシール溝14c,14d,15c,15dに嵌装される。なお、チップシール部材14a,14b、15a,15bは、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂製とされる。
また、上記チップ隙間ΔoとΔiとの関係は、Δo≦Δiとされ、上記段差δoとδiとの関係は、δo=δiとされている。
本実施形態のスクロール圧縮機Sは、固定スクロール部材12および旋回スクロール部材13が、各々の渦巻き状ラップ12b,13bの先端面12cと12d間、13cと13d間、およびボトム面12fと12g間、13fと13g間に、それぞれ段部12eと12hおよび段部13eと13hを有し、渦巻き状ラップ12b,13bの外周側におけるラップ高さが内周側ラップ高さよりも高くされた構成とされているため、渦巻き状ラップ12b,13bの周方向およびラップ高さ方向に、いわゆる三次元圧縮が行われる。この間、圧縮される冷媒ガスは、吸入位置から吐出位置までほぼ連続的な温度勾配で温度上昇される。これに伴ってスクロール部材12,13も温度上昇され、渦巻き状ラップ12b,13bは、その温度と長さ(高さ)に比例して熱膨張される。
従って、吸入から吐出までの全領域においてチップ隙間からのガス漏れを低減し、圧縮効率を向上させ、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機を高性能化することができる。
次に、本発明の第2実施形態について、図5を用いて説明する。
本実施形態は、上記第1実施形態に対して、渦巻き状ラップ12b,13bの先端面の高さ(ラップ高さ)を、段階的に変化させるときのさせ方が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
上記第1実施形態では、先端面12cと12dおよび先端面13cと13dは、それぞれ一定の段差δoおよびδi(δo=δi)で段階的に高さを変化させているが、本実施形態では、各渦巻き状ラップ12b,13bにおける段部12e,13eの外周側の先端面12d,13dの段差δoよりも、内周側の先端面12c,13cの段差δi1を大きく(δo<δi1)している。
これにより、渦巻き状ラップ12b,13bの最外周から最内周までのチップ隙間を段階的に漸次大きくすることができる。特に、温度勾配の大きい段部12e,13eよりも内周側の高温域において、より大きな勾配(Εi)でチップ隙間Δiを段階的に漸次大きくすることができる。従って、渦巻き状ラップの最外周から最内周までの全範囲に亘って運転時のチップ隙間を最適化し、そのチップ隙間を全体的に小さくすることができる。
次に、本発明の第3実施形態について、図6を用いて説明する。
本実施形態は、上記第1および第2実施形態に対して、渦巻き状ラップ12b,13bの先端面の高さ(ラップ高さ)を、段階的に変化させるときのさせ方が異なっている。その他の点については、第1および第2実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、外周側の先端面12d,13dは、一定の段差δoで段階的に高さを変化させているが、内周側の先端面12c,13cは、中心側に向って段差δi2,δi3,δiNが漸次大きく(δi2<δi3<δiN)されている。
これにより、渦巻き状ラップ12b,13bの最外周から最内周までのチップ隙間を段階的に漸次大きくすることができる。特に、温度勾配の大きい12e,13eよりも内周側において、より大きな勾配(Εi)でチップ隙間Δiを段階的に漸次大きくすることができる。従って、渦巻き状ラップの最外周から最内周までの全範囲に亘って運転時のチップ隙間を最適化し、そのチップ隙間を全体的に小さくすることができる。
次に、本発明の第4実施形態について、図7を用いて説明する。
本実施形態は、上記第1ないし第3実施形態に対して、渦巻き状ラップ12b,13bにおける内周側先端面12c,13cの段差のつけ方が異なっている。その他の点については、第1ないし第3実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、内周側の先端面12c,13cにおいて、チップシール部材14a,15bが嵌装される位置の外周端側近傍に、チップ隙間を段階的に変化させる段差δiの1つが設けられ、この段差δi5は、他の段差δi6,δiNよりも高くされる。
次に、本発明の第5実施形態について、図8を用いて説明する。
本実施形態は、第1ないし第4実施形態に対して、渦巻き状ラップ12b,13bの先端面12c,12d,13c,13dに嵌装されるチップシール部材14a,14b,15a,15bの嵌装構造に係るものである点が異なっている。その他の構成については、第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、図8に示すように、渦巻き状ラップ12b,13bの段部12e,13eよりも外周側のチップシール溝14d,15dに嵌装される外周側チップシール部材14b,15bの頂面と、ラップ先端面12d,13dとの間の段差をεoとし、段部12e,13eよりも内周側のチップシール溝14c,15cに嵌装される内周側チップシール部材14a,15aの頂面と、ラップ先端面12c,13cとの間の段差をεiとしたとき、段差εo,εiの関係が、εo<εiとされる。
従って、チップ隙間からのガス漏れを低減し、圧縮効率を向上させ、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の高性能化を図ることができる。
次に、本発明の第6実施形態について、図9を用いて説明する。
本実施形態は、上記第5実施形態に対して、チップシール溝14c,14dおよび15c,15dの深さを、渦巻き状ラップ12b,13bの中心側に向って段階的に漸次深くしている点が異なっている。その他の点については、第5実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図9には、渦巻き状ラップ12b,13bの段部12e,13eよりも内周側のチップシール溝14c,15cの深さを、渦巻き状ラップ12b,13bの中心側に向って一定の段差εi1で段階的に漸次深くし、内周側チップシール部材14a,15aの頂面とラップ先端面12c,13c間の段差εiを、渦巻き状ラップ12b,13bの中心側に向って漸次大きくしたものが示されている。
従って、高圧領域でのチップ隙間からのガス漏れを低減し、効果的に圧縮効率を向上させることができる。
従って、吸入から吐出までの全領域においてチップ隙間からのガス漏れを低減し、圧縮効率を向上させることができる。
次に、本発明の第7実施形態について、図10を用いて説明する。
本実施形態は、上記第5および第6実施形態に対して、チップシール溝14c,14dおよび15c,15dの深さを、渦巻き状ラップ12b,13bの中心側に向って段階的に漸次深くすると同時に、渦巻き状ラップ12b,13bの先端面12c,12dおよび13c,13dの高さ(ラップ高さ)を中心側に向って段階的に漸次低くしている点が異なっている。その他の点については、第5および第6実施形態と同様であるので、説明は省略する。
従って、高圧領域でのチップ隙間からのガス漏れを低減し、効果的に圧縮効率を向上させることができる。
従って、吸入から吐出までの全領域においてチップ隙間からのガス漏れを低減し、圧縮効率を向上させることができる。
次に、本発明の第8実施形態について、図9および図10を用いて説明する。
本実施形態は、各渦巻き状ラップ12b,13bの段部12e,13eよりも外周側の先端面12d,13dおよびチップシール溝14d,15dを、図9に示す形態とし、段部12e,13eよりも内周側の先端面12c,13cおよびチップシール溝14c,15cの形態を、図10に示す形態としたものである。
従って、吸入から吐出までの全領域においてチップ隙間からのガス漏れを低減し、圧縮効率を向上させることができる。
また、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜変更することができる。
12 固定スクロール部材
12a 端板
12b 渦巻き状ラップ
12c,12d 先端面
12e,12h 段部
12f,12g ボトム面
13 旋回スクロール部材
13a 段板
13b 渦巻き状ラップ
13c,13d 先端面
13e,13h 段部
13f,13g ボトム面
14a,14b,15a,15b チップシール部材
14c,14d,15c,15d チップシール溝
Δo,Δi チップ隙間
δo,δi,δi1,δi2,δi3,δi5,δi6,δiN 段差
εo,εi,εi1,εi2,εi3,εiN 段差
Claims (12)
- 固定端板の一面に固定渦巻き状ラップが立設される固定スクロール部材と、旋回端板の一面に旋回渦巻き状ラップが立設され、前記固定スクロール部材に対して自転を阻止されつつ公転旋回駆動可能に組み合わされる旋回スクロール部材と、を備え、
前記固定スクロール部材および前記旋回スクロール部材は、各々の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を有し、前記渦巻き状ラップの外周側におけるラップ高さが内周側ラップ高さよりも高くされ、
前記渦巻き状ラップの周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な構成とされたスクロール圧縮機において、
少なくとも前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされ、少なくとも前記段部よりも内周側において、該渦巻き状ラップのチップ隙間が、該渦巻き状ラップの中心側に向って漸次大きくされるとともに、
前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの高さが該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配が、該渦巻き状ラップの中心側に向って漸次大きくされていることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 固定端板の一面に固定渦巻き状ラップが立設される固定スクロール部材と、旋回端板の一面に旋回渦巻き状ラップが立設され、前記固定スクロール部材に対して自転を阻止されつつ公転旋回駆動可能に組み合わされる旋回スクロール部材と、を備え、
前記固定スクロール部材および前記旋回スクロール部材は、各々の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を有し、前記渦巻き状ラップの外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされ、
前記渦巻き状ラップの周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な構成とされたスクロール圧縮機において、
前記段部よりも外周側の前記渦巻き状ラップの高さおよび内周側の前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向ってそれぞれ段階的または連続的に漸次低くされ、各々の前記渦巻き状ラップのチップ隙間が該渦巻き状ラップの外周側から中心側に向ってそれぞれ漸次大きくされるとともに、
前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの高さが該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配が、該渦巻き状ラップの中心側に向って漸次大きくされていることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記段部よりも外周側の前記渦巻き状ラップの最大チップ隙間Δoと、前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの最小チップ隙間Δiとの関係が、Δo≦Δiとされていることを特徴とする請求項1または2に記載のスクロール圧縮機。
- 前記段部よりも外周側の前記渦巻き状ラップの高さが該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配Εoと、前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの高さが該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配Εiとの関係が、Εo<Εiとされていることを特徴とする請求項2または3に記載のスクロール圧縮機。
- 少なくとも前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップには、その先端面に設けられたチップシール溝にチップシール部材が嵌装され、該チップシール部材が嵌装される位置の外周端側近傍に、前記チップ隙間を段階的に変化させる段差の1つが設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
- 前記段差の高さが、前記チップ隙間を段階的に変化させる他の段差の高さよりも高くされていることを特徴とする請求項5に記載のスクロール圧縮機。
- 固定端板の一面に固定渦巻き状ラップが立設される固定スクロール部材と、旋回端板の一面に旋回渦巻き状ラップが立設され、前記固定スクロール部材に対して自転を阻止されつつ公転旋回駆動可能に組み合わされる旋回スクロール部材と、を備え、
前記固定スクロール部材および前記旋回スクロール部材は、各々の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を有し、前記渦巻き状ラップの外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされ、
前記各渦巻き状ラップには、それぞれその先端面に設けられたチップシール溝にチップシール部材が嵌装され、
前記渦巻き状ラップの周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な構成とされたスクロール圧縮機において、
前記段部よりも外周側の前記渦巻き状ラップに嵌装された外周側チップシール部材の頂面とラップ先端面間の段差εoと、前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップに嵌装された内周側チップシール部材の頂面とラップ先端面間の段差εiとの関係が、εo<εiとされていることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップに設けられる内周側チップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされ、
前記段差εiが、該渦巻き状ラップの外周側から中心側に向って漸次大きくされていることを特徴とする請求項7に記載のスクロール圧縮機。 - 前記段部よりも外周側の前記渦巻き状ラップに設けられる外周側チップシール溝の深さおよび前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップに設けられる内周側チップシール溝の深さが、各々の前記渦巻き状ラップの中心側に向ってそれぞれ段階的または連続的に漸次深くされ、
前記段差εoおよびεiが、各々の前記渦巻き状ラップの外周側から中心側に向ってそれぞれ漸次大きくされていることを特徴とする請求項7に記載のスクロール圧縮機。 - 前記内周側チップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされることに対応して、前記段部よりも内周側の渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされ、
前記内周側チップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされるときの勾配Εgと、前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配Εrとの関係が、Εg>Εrとされていることを特徴とする請求項8または9に記載のスクロール圧縮機。 - 前記内周側および前記外周側チップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされることに対応して、前記内周側および前記外周側の前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされ、
前記内周側および前記外周側チップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされるときの勾配Εgと、前記内周側および前記外周側の前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配Εrとの関係が、それぞれΕg>Εrとされていることを特徴とする請求項8または9に記載のスクロール圧縮機。 - 前記段部よりも外周側の前記渦巻き状ラップに設けられる外周側チップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされ、
前記段差εoが、該渦巻き状ラップの外周側から内周側に向って漸次大きくされるとともに、
前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップに設けられるチップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされることに対応して、前記段部よりも内周側の前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされ、
前記内周側チップシール溝の深さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次深くされるときの勾配Εgと、前記渦巻き状ラップの高さが、該渦巻き状ラップの中心側に向って段階的または連続的に漸次低くされるときの勾配Εrとの関係が、Εg>Εrとされていることを特徴とする請求項7に記載のスクロール圧縮機。
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