JP5180698B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に組み込まれて好適なスクロール型流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械、例えば密閉型スクロール圧縮機は、シェル内で固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、潤滑油を含む作動流体としての冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施して圧縮室を形成する。
また、シェル内にはフレームが固定され、フレームは、固定スクロールを支持するとともに可動スクロールを公転旋回可能に支持し、可動スクロールとの間に圧縮室よりも減圧された可動スクロールの背圧室を形成している。

そして、固定スクロール及びフレームの互いに対向する各合わせ面、換言すると固定スクロールをフレームにねじ締結するための各締結面間にシール部材を配置する技術が開示されている（例えば特許文献１及び２参照）。
特開２００２−４８０７７号公報 特開２００７−１２７０５４号公報

ところで、このような締結面を形成する締結構造では、上記背圧室をその外部と区画するために所定のシール性を要求される。
しかしながら、上記各従来技術のシール部材は何れもリング状の仕切り部材であって、締結面の全面をシールすることはできないため、締結構造の形成に際して締結面に歪が生じた場合にはシール部材がずれたり破損したりして締結面間に隙間が生じるおそれがある。

また、シール部材を設けたとしても締結面を厳密に加工する必要があるため、圧縮機の加工コストについて格別な配慮がなされていない。
更に、締結構造の形成に際してシール部材が潰れることにより締結面間のクリアランスが適正に保持できなくなるおそれもある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、可動スクロールの背圧室への冷媒の漏洩を簡易にして確実に防止して体積効率を向上することができ、且つ加工コストを低減することができるスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、シェル内で固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、潤滑油を含む作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施して圧縮室を形成するスクロール型流体機械であって、シェル内に固定され、固定スクロールを支持するとともに可動スクロールを公転旋回可能に支持し、可動スクロールとの間に圧縮室よりも減圧された可動スクロールの背圧室を形成するフレームと、固定スクロール及びフレームの互いに対向する各締結面を合わせてねじ締結することにより、固定スクロールをフレームに固定するとともに背圧室をその外部と区画する締結構造とを備え、締結構造は、各締結面間にこれら各締結面の全面に亘ってシール部材を介挿してなり、固定スクロール及びフレームを各締結面の位置にて貫通し、圧縮室からの作動流体が流れる第１作動流体通路と、シェルの内周面と固定スクロール及びフレームの外周面との間に、第１作動流体通路を経由した作動流体が流れる第２作動流体通路とを備え、シール部材は、略円環状に形成されるとともに、第２作動流体通路を遮る位置に作動流体から潤滑油を分離する油分離孔を有することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、シール部材は金属薄板であることを特徴としている。

更にまた、請求項３記載の発明では、請求項２において、金属薄板は銅材からなることを特徴としている。

請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、固定スクロールとフレームとの締結構造が各締結面間にこれら各締結面の全面に亘ってシール部材を介挿してなることにより、締結構造の形成に際して締結面に歪が生じ、ひいては締結面間に隙間が生じたとしても、締結面の全面に亘ってシールすることができるため、圧縮室側から背圧室への作動流体の漏洩を簡易にして確実に防止することができ、スクロール型流体機械の体積効率を向上することができる。

しかも、締結面の加工誤差によって生じる締結面間の隙間も締結面の全面に亘ってシールすることができるため、固定スクロール及びフレームの締結面を厳密に加工する必要はなく、スクロール型流体機械の加工コストを低減することができる。
また、本発明によれば、固定スクロール及びフレームを各締結面の位置にて貫通し、圧縮室からの作動流体が流れる第１作動流体通路を備えており、第１作動流体通路から背圧室への作動流体の漏洩を簡易にして確実に防止することができる。
更にまた、本発明によれば、シェルの内周面と固定スクロール及びフレームの外周面との間に、第１作動流体通路を経由した作動流体が流れる第２作動流体通路を備えることにより、第２作動流体通路から背圧室への作動流体の漏洩をも防止することができる。
しかも、シール部材を略円環状に形成することにより、シール部材を簡易な加工で形成することができ、その加工コストを低減することができて好ましい。
更に、金属薄板が第２作動流体通路を遮る位置に作動流体から潤滑油を分離する油分離孔を有することにより、作動流体に含まれる潤滑油を効率的に分離することができるため、スクロール型流体機械が組み込まれる冷凍回路のＯＣＲ（潤滑油循環率）を向上することができて好適である。

また、請求項２記載の発明によれば、シール部材を金属薄板とすることにより、締結構造の形成に際して締結面間のクリアランスを締結面の全面に亘って適正に保持することができるため、シール部材の変形に伴う締結面間の隙間の発生を防止することができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、金属薄板は銅材からなることにより、シール部材の熱伝導性が高まり、その熱変形を防止して締結構造の形成時にのみ変形させることができるため、スクロール型流体機械の作動によってシェル内が高温になっても締結面間のシール性が保持されて好ましい。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型スクロール圧縮機の縦断面図を示しており、この圧縮機１は冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれている。当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒と称する）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

圧縮機１はシェル２を備え、シェル２の円筒胴部をなすセンターシェル４は、その上側及び下側がトップシェル６及びボトムシェル８でそれぞれ気密に嵌合され、センターシェル４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。センターシェル４に形成される冷媒の図示しない吸入室には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、トップシェル６の適宜位置には、シェル２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

センターシェル４内には電動モータ１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によって駆動される。また、回転軸１６の上端側は軸受を介して主軸フレーム（フレーム）１８に回転自在に支持されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受を介して副軸フレーム２０に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２２が装着されており、ポンプ２２はボトムシェル８の内側に形成された貯油室２４内の潤滑油を吸引する。吸引された潤滑油は回転軸１６内を軸線方向に貫通する給油路２６を上昇し、圧縮機１内の各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールとして機能する。更に、副軸フレーム２０の適宜位置には潤滑油の導入口３０が形成されており、圧縮機１内の各摺動部分等に供給された潤滑油は導入口３０を介して貯油室２４に貯留される。

上記ユニット２８はセンターシェル４内においてモータ１４の上方に配置され、潤滑油を含む冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
詳しくは、当該ユニット２８は、可動スクロール３２及び固定スクロール３４から構成されており、各スクロール３２，３４には対峙する渦巻きラップが一体形成されている。そして、これら各渦巻きラップが互いに協働し、吸入管１０から冷媒を吸入して圧縮室を形成し、固定スクロール３４に対する可動スクロール３２の公転旋回運動により、圧縮室は渦巻きラップ中心に向けて移動しながら、その容積が減少される。

上述した可動スクロール３２に公転旋回運動を付与するため、可動スクロール３２の下部にはボス３６が形成され、このボス３６は軸受を介して偏心軸３８に連結されている。この偏心軸３６は回転軸１６の上端側に一体形成され、回転軸１６の回転が偏心軸３８の偏心回転に変換され、この偏心回転がボス３６を介して可動スクロール３２の主軸フレーム１８上における公転旋回運動に変換される。

一方、固定スクロール３４は主軸フレーム１８にねじ４０により固定され、トップシェル６に形成される吐出室４２側と圧縮室側とを仕切っている。固定スクロール３４の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する吐出孔４４が貫通して穿設されており、この吐出孔４４は固定スクロール３４の背面側に配置された吐出弁４６により開閉される。また、吐出弁４６は吐出ヘッド４８で覆われ、吐出ヘッド４８内は固定スクロール３４及び主軸フレーム１８を貫通する第１冷媒下降通路（第１作動流体通路）５０と気密に連通している。

また、モータ１４の外周面にはセンターシェル４の内周面との間に第２冷媒下降通路５２と第１冷媒上昇通路５４とが形成され、更に、主軸フレーム１８及び固定スクロール３４の外周面とセンターシェル４の内周面との間には吐出室４２に連通する第２冷媒上昇通路（第２作動流体通路）５６が形成されている。即ち、吐出ヘッド４８内は通路５０〜５６を介して吐出室４２と連通している。

上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール３２が自転することなく公転旋回運動する。この可動スクロール３２の公転旋回運動は、吸入管１０からの冷媒をユニット２８の内部に向けて吸入させて圧縮室を形成し、この圧縮室の容積を減少させることにより、圧縮された高圧の冷媒が通路５０〜５６を経てシェル内を循環した後、吐出室４０から吐出管１２を通じて圧縮機外へ送出される。

一方、可動スクロール３２の公転旋回運動に伴い給油路２６を上昇した潤滑油は回転軸１６の上端から回転軸１６に沿ってモータ１４側に流下される一方、可動スクロール３２と主軸フレーム１８との間に流入され、シールリング５８によって圧縮室よりも減圧され、固定スクロール３４に対して可動スクロール３２を押圧する背圧室６０を形成する。そして、背圧室６０の潤滑油は固定スクロール３４に対する可動スクロール３２の摺動面に供給され、ユニット２８の円滑な作動に寄与する。

ところで、図２のユニット２８及び主軸フレーム１８の拡大断面図を参照すると、背圧室６０は、固定スクロール３４及び主軸フレーム１８の互いに対向する締結面３４ａ，１８ａを合わせてねじ４０により締結した締結構造６２によって通路５０，５６と区画され、特に第１冷媒下降通路５０は締結面３４ａ，１８ａを貫通して形成されている。そして、この締結構造６２は、締結面３４ａ，１８ａ間の全面に亘って厚さ１ｍｍ程度の銅薄板６４が介挿されて構成されている。

詳しくは、図３の、図２のＡ−Ａ方向から主軸フレーム１８をみた平面図を参照すると、銅薄板６４は、各ねじ４０の各ねじ孔４１及び各第１冷媒下降通路５０を遮る位置が開口加工され、また、モータ１４等のケーブル通線部６６を遮る位置が切り欠き加工されるものの、各第２冷媒上昇通路５６を遮る位置には切り欠き加工をしない略円環状に形成されている。そして、各第２冷媒上昇通路５６を遮る位置には潤滑油の油分離孔６８が複数形成されている。

以上のように、本実施形態では、締結構造６２が銅薄板６４を介して固定スクロール３４を主軸フレーム１８に締結することにより、締結構造６２の形成に際して締結面３４ａ，１８ａに歪が生じ、ひいては締結面３４ａ，１８ａ間に隙間が生じたとしても、締結面３４ａ，１８ａの全面に亘ってシールすることができるため、通路５０，５６から背圧室６０への冷媒の漏洩を簡易にして確実に防止することができ、圧縮機１の体積効率を向上することができる。

しかも、締結面３４ａ，１８ａの加工誤差によって生じる締結面３４ａ，１８ａ間の隙間も締結面３４ａ，１８ａの全面に亘ってシールすることができるため、締結面３４ａ，１８ａを厳密に加工する必要はなく、圧縮機１の加工コストを低減することができる。
また、ねじ孔４１、第１冷媒下降通路５０、及びケーブル通線部６６の加工が必要なものの、第２冷媒上昇通路５６の切り欠き加工が不要な略円環状に銅薄板６４を形成することができるため、締結構造６２のシール部材を簡易な加工で形成することができ、その加工コストを低減することができる。

更に、銅薄板６４の第２冷媒上昇通路５６を遮る位置に潤滑油の油分離孔６８を設けることにより、冷媒に含まれる潤滑油を第２冷媒上昇通路５６において効率的に分離することができるため、圧縮機１が組み込まれる冷凍回路のＯＣＲ（潤滑油循環率）を向上することができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

例えば、上記実施形態では、締結構造６２のシール部材に銅薄板６４を用いているが、これに限らず、例えばステンレス等の所定の強度を有する他の材質からなる金属薄板であれば、締結構造６２の形成に際して締結面３４ａ，１８ａ間のクリアランスを締結面３４ａ，１８ａの全面に亘って適正に保持することができるため、シール部材の変形に伴う締結面３４ａ，１８ａ間の隙間の発生を防止することができる。但し、金属薄板を銅材とすることにより、シール部材の熱伝導性が高まり、その熱変形を防止して締結構造６２の形成時にのみ変形させることができるため、圧縮機１の作動によってシェル２内が高温になっても締結面３４ａ，１８ａ間のシール性が保持されて好ましい。

本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１のスクロールユニット及び主軸フレームの拡大図である。 図２のＡ−Ａ方向から主軸フレームをみた平面図である。

符号の説明

１ スクロール型流体機械（密閉型スクロール圧縮機）
２ シェル
１８ 主軸フレーム（フレーム）
１８ａ 締結面
３２ 可動スクロール
３４ 固定スクロール
３４ａ 締結面
５０ 第１冷媒下降通路（第１作動流体通路）
６０ 背圧室
６２ 締結構造
６４ シール部材（銅薄板、金属薄板）
６８ 油分離孔

Claims (3)

1. シェル内で固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、潤滑油を含む作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施して圧縮室を形成するスクロール型流体機械であって、
   前記シェル内に固定され、固定スクロールを支持するとともに前記可動スクロールを公転旋回可能に支持し、前記可動スクロールとの間に前記圧縮室よりも減圧された前記可動スクロールの背圧室を形成するフレームと、
   前記固定スクロール及び前記フレームの互いに対向する各締結面を合わせてねじ締結することにより、前記固定スクロールを前記フレームに固定するとともに前記背圧室をその外部と区画する締結構造とを備え、
   前記締結構造は、前記各締結面間にこれら各締結面の全面に亘ってシール部材を介挿してなり、
   前記固定スクロール及び前記フレームを前記各締結面の位置にて貫通し、前記圧縮室からの作動流体が流れる第１作動流体通路と、前記シェルの内周面と前記固定スクロール及び前記フレームの外周面との間に、第１作動流体通路を経由した作動流体が流れる第２作動流体通路とを備え、
   前記シール部材は、略円環状に形成されるとともに、前記第２作動流体通路を遮る位置に作動流体から潤滑油を分離する油分離孔を有することを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記シール部材は金属薄板であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記金属薄板は銅材からなることを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。

Images