JP5621461B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

鏡板上に渦巻きラップを形成した固定スクロールと旋回スクロールをかみ合わせ複数の圧縮室を形成し、旋回スクロールに偏心部を有するクランク軸を連結させ、オルダムリングを用いて自転を防止し旋回運動をさせることで中心に向かって容積を減少させながら圧縮を行っていくスクロール圧縮機は、吸入室が圧縮空間を形成する渦巻きの外周部にあり、吐出孔が渦巻きの中心部に設けられ、吸入完了時の容積と圧縮終了時の容積とで決まる設定圧縮比が一定であるという特徴を有する。したがって、ある特定の吸入圧力と吐出圧力を持つ一つの運転条件に対しては、適正な設定圧縮比とすることにより、この運転条件に適した高効率のスクロール圧縮機が実現できる。

しかし実際には、例えばこのスクロール圧縮機を空調用冷媒圧縮機として使用した場合、外気温や湿度等によって空調負荷変動が起こるため、吸入圧力と吐出圧力は一年を通して様々に変化する。また、インバータ制御を用いた可変速運転によって圧力範囲はさらに拡大する。その結果、実際の運転圧縮比と設定圧縮比との間の差によって不足圧縮や過圧縮運転現象が発生する。不足圧縮時には、吐出孔付近のデッドボリュームに残留した高圧冷媒ガスが圧縮室に間欠的に逆流して再圧縮による入力の増加を招き、過圧縮時には、必要動力以上の圧縮動力が発生し入力の増加を招く結果となる。

過圧縮を低減する手段としてはバイパス孔を設けることが知られており、吐出孔に未だ開口していない圧縮室から吐出室へバイパス孔を介して吐出することで過圧縮損失の低減を図っている。しかし、前述のとおり、不足圧縮運転ではバイパス孔のデッドボリュームによる再圧縮損失が生じるため、バイパス孔の流路断面積には適正範囲が存在する。特に、旋回スクロールラップの外壁側と内壁側の二つの独立した圧縮室の閉じ込み容積が異なるスクロール圧縮機では、各圧縮室のバイパス孔流路断面積の適正範囲がそれぞれ異なるため、各圧縮室の閉じ込み容積に見合ったバイパス孔流路断面積を設定することで過圧縮損失を低減する手法を用いることが多い。

この過圧縮低減の手段としては種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているように、図８に示す固定スクロール１０１のラップ１０１ａ側から見た正面図において、固定スクロール１０１に組み合わされた斜線で示す旋回スクロール１０２のラップ１０２ａの外壁側の第１圧縮室１０３ａと内壁側の第２圧縮室１０３ｂには、固定スクロール１０１に形成されたそれぞれ複数の隣接するバイパス孔１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０５ａ、１０５ｂが開口し、固定スクロールラップ１０１ａの内壁１０１ｂは吸入付近まで延長されて閉じ込み容積が第２圧縮室１０３ｂよりも第１圧縮室１０３ａの方が大きい非対称スクロールの構成で、第１圧縮室１０３ａのバイパス孔１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの数を第２圧縮室１０３ｂのバイパス孔１０５ａ、１０５ｂの数よりも多く設定している。

さらに、図９に示す固定スクロールラップ１０１ａの反対側から見た正面図において、各圧縮室１０３ａ、１０３ｂのバイパス孔１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０５ａ、１０５ｂを包括するザグリ１０６ａ、１０６ｂを形成し、第１圧縮室１０３ａ側の隣接するバイパス孔１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにより形成される第１バイパス経路および第２圧縮室１０３ｂ側の隣接するバイパス孔１０５ａ、１０５ｂにより形成される第２バイパ
ス経路のそれぞれを開閉させる逆止弁１０７を有している。したがって、逆止弁１０７が容易にリフトするようになり、逆止弁１０７のリフトの時間遅れによる吐出損失を抑制することができる。

特許第３９４２７８４号公報

特許文献１の構成は、バイパス孔のデッドボリュームを必要最小限にして不足圧縮時の再圧縮損失を低減しながら、過圧縮時の適正な流路断面積の確保と逆止弁のリフト促進によって過圧縮損失も低減することで、幅広い運転範囲に対応した高効率なスクロール圧縮機を提供している。しかしながら、複数のバイパス孔を包含する逆止弁は、それと同一流路断面積を持つ一個のバイパス孔の逆止弁と比較して大型化するため、第１圧縮室と第２圧縮室のバイパス孔の二つの逆止弁と吐出孔の逆止弁の合計三つの逆止弁の配置がより困難になり、三つの逆止弁が離散化しやすくなる。

さらに、圧縮室の圧縮比が狙いの運転圧縮比に概ね到達したタイミングでバイパス孔が開口するように設計すると、第１圧縮室と第２圧縮室の閉じ込み容積が概ね同一の対称スクロールでは、第１圧縮室と第２圧縮室の圧縮比はほぼ同時に運転圧縮比に到達するため、固定スクロールラップ外壁曲線の伸開開始角を基準とした各圧縮室のバイパス孔位置の伸開角が理論的に１８０度ずれ、概ね中心部に設けられた吐出孔と各圧縮室のバイパス孔は概ね一直線上に並んで三つの逆止弁をコンパクトにまとめることができるのに対し、上記従来の構成のような第１圧縮室と第２圧縮室の閉じ込み容積が異なる非対称スクロールでは、ある瞬間の第１圧縮室と第２圧縮室の圧縮比は異なるため、吐出孔と各圧縮室のバイパス孔は一直線上に並びにくく、三つの逆止弁がさらに離散化しやすくなるという問題がある。

加えて、実際の運転中には、下流側圧縮室から上流側圧縮室へのガス漏れや受熱等によって圧縮室内圧力の指圧線図は断熱圧縮時のそれとは異なるため、対称スクロールの構成であっても運転圧縮比に概ね到達するタイミングは第１圧縮室と第２圧縮室とで若干異なり、吐出孔と各圧縮室のバイパス孔は一直線上に並びにくくなる。すなわち、対称スクロール、非対称スクロールに関わらず、実運転に適したバイパス孔位置は吐出孔と一直線上に並びにくい。特に、逆止弁をリード弁とした場合、リフトのしやすさと折れ防止、騒音低減等の観点からリード弁には適切な長さと幅が存在するため、一直線上に並んでいない吐出孔とバイパス孔にリード弁を設けると複雑な配置となる。

さらに、バイパス孔の直径は旋回スクロールラップの幅よりも小さくすることで圧縮室間の漏れを防止する必要があることから、所定のガスの流量をバイパス孔から吐出させるためには各圧縮室に複数のバイパス孔を固定スクロールラップ曲線と概ね平行な曲線に沿って配置させることが多い。その結果、各圧縮室の複数のバイパス孔を包含し、かつ、リード弁とバイパス孔出口部とのシール長を確保しながら逆止弁の幅を最小化した、長円状の頭部を持つリード弁の長手方向軸が、第１圧縮室と第２圧縮室とで平行にならず、吐出孔のリード弁を含む三つのリード弁が様々な方向を向いて整列しなくなる。

特に、固定スクロールに設けられた複数のバイパス孔のうち、第２圧縮室のバイパス孔は第１圧縮室のそれよりも固定スクロールラップ巻き始め側に設けられることから、同じ伸開角度だけバイパス孔がずれたときのリード弁長手方向軸の角度のずれ量は第２圧縮室の方が大きく、第２圧縮室に開口する複数のバイパス孔の位置が三つのリード弁の配置に
大きな影響を与え、リード弁のコンパクト化設計に対して重要な要素の一つとなる。

このように、リード弁に代表される逆止弁が離散化して配置されると、逆止弁が開いて吐出されるガスの流れがお互いの逆止弁で妨げられて圧力損失が増大するし、騒音悪化の原因ともなる。また、固定スクロールの逆止弁側に、吐出室と密閉容器内部空間とを隔離するための隔離部材や騒音低減のための消音器を設けたスクロール圧縮機では、逆止弁の離散化によって隔離部材や消音器を大型化せざるを得ず、コストアップにもつながる。これは、逆止弁がリード弁以外の、例えばフリー弁の場合でも同様で、離散化によってフリー弁が大型化してコストアップするし、それに伴って隔離部材や消音器もコストアップする。

一方で、各圧縮室のバイパス孔の数は多ければ多いほどバイパス孔が圧縮室に開口しているクランク角範囲が広がり、それに伴ってバイパス孔が機能する運転圧縮比の範囲も広がるため、高効率化の面からは有利になる。したがって、バイパス孔のデッドボリュームをできるだけ抑えながら、その数をできるだけ多くすると同時に、逆止弁をコンパクト化することがスクロール圧縮機の高効率化と低コスト化を実現するためのキーポイントとなる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、バイパス孔の数をできるだけ増やして幅広い運転範囲での吐出損失を低減させると同時に、逆止弁全体を整列、コンパクト化して逆止弁からの流出ガス流線の適正化による吐出損失低減と隔離部材や消音器の小型化によるコスト低減を実現することが可能な高効率、低コストのスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、前記固定スクロールの中心部には吐出室に通じる吐出経路が形成され、前記固定スクロールに前記第１圧縮室と前記吐出室をバイパスするための第１バイパス経路が形成され、前記固定スクロールに前記第２圧縮室と前記吐出室をバイパスするための第２バイパス経路が形成され、前記第１バイパス経路と前記第２バイパス経路のそれぞれは少なくとも一つの孔によって構成され、前記吐出経路と前記バイパス経路にはそれぞれ逆止弁が配設され、前記第２バイパス経路は、前記第１圧縮室の前記第１バイパス経路よりも孔の数が少なく、孔の面積が大きい構成とするものである。

従来の構成では吐出孔と各バイパス経路の三つの逆止弁が離散化されて逆止弁からの流出ガスの干渉による吐出損失増加や逆止弁を覆う隔離部材等の大型化によるコストアップを招いていたものが、本構成によれば、過圧縮運転時に確実に吐出室へバイパスさせて吐出損失低減を実現すると同時に、第１バイパス経路と第２バイパス経路の孔の並びをできるだけ平行にして逆止弁を整列、コンパクト化できるため、逆止弁からの流出ガスの干渉抑制による吐出損失低減と逆止弁を覆う隔離部材等の小型化によるコスト低減が可能である。

本発明のスクロール圧縮機は、過圧縮運転時に確実に吐出室へバイパスさせて吐出損失低減を実現すると同時に、第１バイパス経路と第２バイパス経路の孔の並びをできるだけ平行にして逆止弁を整列、コンパクト化できるため、逆止弁からの流出ガスの干渉抑制による吐出損失低減と逆止弁を覆う隔離部材等の小型化によるコスト低減ができ、高効率と低コストを両立することが可能である。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図 同スクロール圧縮機の固定スクロールの逆止弁側正面図 同スクロール圧縮機の圧縮過程を説明する正面図 従来の構成における固定スクロールの正面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの正面図 本発明の実施の形態２における圧縮機構部の横断面図 本発明の実施の形態３における圧縮機構部の横断面図 従来のスクロール圧縮機の固定スクロールの正面図 従来のスクロール圧縮機の固定スクロールの逆止弁側正面図

第１の発明のスクロール圧縮機は、渦巻き状の固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に一対の圧縮室を形成し、クランク軸と自転防止部材によって前記旋回スクロールを旋回させ、前記旋回スクロールラップ外壁側の第１圧縮室と前記旋回スクロールラップ内壁側の第２圧縮室それぞれが吸入側より吐出側に向けて連続移行して流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記固定スクロールの中心部には吐出室に通じる吐出経路が形成され、前記固定スクロールに前記第１圧縮室と前記吐出室をバイパスするための第１バイパス経路が形成され、前記固定スクロールに前記第２圧縮室と前記吐出室をバイパスするための第２バイパス経路が形
成され、前記第１バイパス経路と前記第２バイパス経路のそれぞれは少なくとも一つの孔によって構成され、前記吐出経路と前記バイパス経路にはそれぞれ逆止弁が配設され、前記第２バイパス経路は、前記第１圧縮室の前記第１バイパス経路よりも孔の数が少なく、孔の面積が大きい構成とすることにより、バイパス孔の数をできるだけ増やして幅広い運転範囲での吐出損失を低減させると同時に、第２バイパス経路の孔の数をできるだけ少なくしながらその通路面積をできるだけ大きくとることで逆止弁をできるだけ小さくでき、第１バイパス経路と第２バイパス経路の孔の並びをできるだけ平行にすることで吐出孔の逆止弁を含む三つの逆止弁全体を整列、コンパクト化して逆止弁からの流出ガス流線の適正化による吐出損失低減と隔離部材や消音器の小型化によるコスト低減を実現することが可能である。

第２の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、前記逆止弁は薄板の弁体と前記弁体の可動範囲を拘束する弁押さえとから構成され、吐出経路と前記第１バイパス経路と前記第２バイパス経路のそれぞれに配設された少なくとも二つの前記弁体が一体化されて構成されているか、または、前記吐出経路と前記第１バイパス経路と前記第２バイパス経路のそれぞれに配設された少なくとも二つの前記弁押さえが一体化されて構成されることにより、部品点数を少なくして部品コストを低減するとともに、組立工数も削減されるので、組立コストの低減と組立ミスによる逆止弁機能低下リスクを抑えることも可能である。

第３の発明は、特に、第１または２の発明のスクロール圧縮機において、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室の閉じ込み容積が異なる非対称スクロールとすることにより、第１圧縮室の閉じ込み容積の方が大きい非対称スクロールでは、高温の固定スクロールのラップ巻き終り部に設けられた吸入孔から第１圧縮室の閉じ込み位置までの固定スクロールラップ内通路が短縮されることで、低温ガスの受熱が抑制されて体積効率を向上させることが可能である。

一方、固定スクロールラップ巻き終り部の吸入孔よりもさらに巻き始め側に設けられた、吸入孔とは別のバイパス吸入孔によって能力制御を行なうスクロール圧縮機では、第２圧縮室の閉じ込み容積の方が大きくなることもあり、このような構成でも第１の発明と同様の効果が得られる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、前記吐出室と、圧縮機構部と前記圧縮機構部を駆動する電動機を収納する密閉容器の内部空間との間には、隔離部材または消音器が設けられることにより、隔離部材によって密閉容器内部でのガス流路を長くとってオイルミストを効果的に分離し、密閉容器外部へのオイ
ル持ち出しを抑制したり、消音器によって圧縮機構部摺動部や逆止弁で発生する騒音を抑制したりすることが可能である。そして、逆止弁がコンパクト化されることによって隔離部材や消音器も小さくでき、材料コスト低減が可能である。

なお、圧縮機構部が電動機の上側にある縦型スクロール圧縮機は圧縮機構部が密閉容器下部に貯留された高温オイルから受熱されないため高効率であり、一般的に多く用いられているが、第４の発明の構成はこのようなスクロール圧縮機に用いることで高効率と低オイル吐出、低騒音を実現でき、圧縮機構部が電動機の下側にある縦型スクロール圧縮機や圧縮機構部と電動機が横に並ぶ横型スクロール圧縮機でも吐出室と下部貯留オイルとを隔離する隔離部材は必要であり、同様の効果が期待できる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、旋回スクロールの背面には吸入圧力よりも高い圧力が印加され、旋回スクロールが固定スクロールに押付けられて圧縮運転されることにより、低圧縮比運転時に旋回スクロールが固定スクロールから離反して漏れ損失が増加する現象を抑制でき、それに伴って各圧縮室の圧力は断熱圧縮時の圧力に近づいて下がる。その結果、概ね運転圧縮比に到達するクランク角が進んで、バイパス経路をより吐出側の圧縮室に開口するように巻き始め側に設けることになり、バイパス経路が設けられた旋回スクロールまたは固定スクロールのラップ曲率がさらに小さくなるため、逆止弁の整列、コンパクト化がより困難になる。したがって、このような構成に適用するとより効果的である。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、バイパス経路の逆止弁側端部にはザグリが形成されることにより、逆止弁が作動してリフトする直前の逆止弁の座面への押付け力が小さくなり、容易にリフトするようになってリフト遅れに起因する吐出損失を低減することが可能である。そして、ザグリが形成された分だけ逆止弁を大きくしなければならず、より一層逆止弁の整列、コンパクト化が重要となるため、このような構成に適用するとより効果的である。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、前記第１バイパス経路および前記第２バイパス経路が複数の孔で構成され、前記第２バイパス経路を構成する複数の前記孔の中心間距離が、前記第１バイパス経路を構成する複数の前記孔の中心間距離よりも大きい。

第２バイパス経路の孔の数は第１のバイパス経路の孔の数よりも少ないため、バイパス経路が圧縮室に連通し始めてから閉塞するまでの間の時間またはクランク角も他方のバイパス経路よりも短くなり、バイパス機能を果たす圧縮比の幅が減少してしまうという課題があるが、本構成により、他方のバイパス経路よりも少ない孔の数でバイパス経路の圧縮
室への開口時間または開口クランク角をできるだけ大きく確保することができ、幅広い運転条件の圧縮比に対応することが可能である。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、バイパス経路設計圧縮比は、第１圧縮室および第２圧縮室それぞれがバイパス経路と連通する瞬間の幾何学的な圧縮比で定義され、最も発生頻度の高い運転条件の運転圧縮比に対し、前記バイパス経路設計圧縮比が小さくなるように前記バイパス経路を構成している。

圧縮室が同時に複数存在するというスクロール圧縮機の特徴から、圧縮室の圧力は、その一つ下流側（吐出側）の圧縮室からのガスの流入と、上流側の吸入室への流出との収支により、漏れや受熱を考慮しない理論断熱圧縮時の圧力よりも大きくなることもあれば小さくなることもある。しかし、圧縮が進むにつれてクランク角に対する圧力上昇量と温度上昇量が大きくなることから下流側圧縮室からの流入の影響が大きく、一般的には圧縮室の圧力は理論断熱圧縮時の圧力よりも大きくなることが多い。これはすなわち、所定の圧縮比に到達するクランク角が理論断熱圧縮時よりも実機の方が早くなるということである。

そこで本構成により、理論よりも早めの圧縮室圧力上昇に対応して、より早いタイミングでバイパス経路が圧縮室に連通することで吐出損失を抑制して高効率のスクロール圧縮機を実現することが可能である。

第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、前記固定スクロールラップ外壁と前記第２バイパス経路を構成する複数の孔それぞれとの距離が一定であるか、または、前記固定スクロールラップ内壁と前記第１バイパス経路を構成する複数の孔それぞれとの距離が一定である。

固定スクロールまたは旋回スクロールのラップ上面と、それに相対する他方のスクロールのラップ底面とは接触または微小な軸方向隙間を保持することによって圧縮室をシールし、圧縮室間のガス漏れを抑制している。

固定スクロールまたは旋回スクロールのうち、バイパス経路が形成されていない方のラップがバイパス経路の孔を閉塞しているとき、バイパス経路の孔の領域だけは微小な軸方向隙間を保持できないため、その領域以外の微小な軸方向隙間が保持された領域における最小シール長が圧縮室間のガス漏れによる漏れ損失に大きく寄与する。

そこで本構成により、バイパス経路を構成する複数の孔それぞれの最小シール長を一定の適切な大きさに設定することにより、漏れ損失を低減して圧縮機を高効率化できる。

しかしながら、バイパス経路の複数の孔をラップ壁面に沿って一定の距離で配置すると、第１のバイパス経路と第２のバイパス経路の孔を整列させることが困難となるため、本発明の基本構成によってより大きな効果を発揮する。

第１０の発明は、特に、第１〜９のいずれか１つの発明のスクロール圧縮機において、作動流体として二酸化炭素を用い、前記第２バイパス経路が１個の孔で構成され、前記第１バイパス経路が２個の孔で構成されることにより、自然冷媒の二酸化炭素を用いることで地球温暖化防止に寄与すると同時に、ＨＦＣ等のフロン系冷媒と比較して体積循環量が小さいという特徴からバイパス経路の総断面積を比較的小さくできるため、孔の数を最小限とすることで孔のデッドボリューム残留ガスの再膨張、再圧縮による損失の低減と加工工数の低減を図ることが可能である。

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、本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。図１において、鉄製の密閉容器１の内部全体は吐出管２に連通する高圧雰囲気となり、その中央部に電動機３、上部に圧縮機構が配置され、電動機３の回転子３ａに固定されたクランク軸４の一端を支承する圧縮機構の本体フレーム５が密閉容器１に固定されており、その本体フレーム５に固定スクロール６が取り付けられている。

クランク軸４に設けられた軸方向の油通路７は、その一端が給油ポンプ装置８に通じ、他端が最終的に旋回スクロール９の偏心軸受１０に通じている。固定スクロール６と噛み合って圧縮室１１を形成する旋回スクロール９は、渦巻き状の旋回スクロールラップ９ａと偏心軸受１０とを直立させた旋回鏡板９ｂとからなり、固定スクロール６と本体フレーム５との間に配置されている。

固定スクロール６は、固定鏡板６ａと渦巻き状の固定スクロールラップ６ｂとからなり、固定スクロールラップ６ｂの中央部に吐出孔１２と吐出孔１２に通じる吐出室１３、外周部に吸入孔１４および圧縮が開始されるまでの流体通路である吸入室１５が配置されている。

クランク軸４の主軸から偏心してクランク軸４の上端部に配置された偏心軸１６は、旋回スクロール９の偏心軸受１０と係合摺動すべく構成されている。旋回鏡板９ｂの背面９ｃと、旋回スクロール９の軸方向への移動を規制する本体フレーム５に設けられたスラスト拘束面５ａとの間は、微小な隙間が設けられている。本体フレーム５のスラスト拘束面５ａには環状シール部材１７が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１７はその内側の背面室１８と外側の背圧室１９とを仕切っている。

給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルはクランク軸４の油通路７を通り、旋回スクロール９の偏心軸受１０と偏心軸１６との間に形成された軸方向の内部空間２０へ導かれ、一方は旋回スクロール９の旋回鏡板背面９ｃに設けられた絞り部２１を経由して固定スクロール６と本体フレーム５とによって囲まれて形成される背圧室１９へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロールラップ６ｂに押さえつける機能を持った背圧調整弁２２、オイル供給通路２２ａを通って吸入室１５へと導かれる。もう一方は偏心軸受１０、背面室１８、主軸受２３を通り圧縮機構外部へ排出される。

吐出孔１２の出口側を開閉する逆止弁装置２４が固定スクロール６の固定鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２４は薄鋼板製のリード弁２４ａと弁押さえ２４ｂとからなる。

クランク軸４の下端は密閉容器１内に溶接や焼き嵌めして固定された副軸受け２５により軸受けされ、安定に回転することができる。副軸受け２５はジャーナル軸受け構成となっており、給油ポンプ装置８によって吸い上げられたオイルの一部が副軸受け２５へと供給される。

圧縮機構にて圧縮されて吐出孔１２から吐出された直後のガスと、吐出管２から吐出される直前のガスはマフラー２６によって仕切られ、吐出孔１２から吐出された直後のガスはマフラー２６の内部空間を経由して、圧縮機構外周部付近に設けられた下向きガス流路２７を通り、図示された点線矢印のごとく回転子３ａ上部へと導かれる。ここで主軸受け
２３などを潤滑後排出されたオイルと合流し、回転子３ａ内部に設けられた回転子通路３ｂを介して回転子３ａ下部へと到達後、ガスとオイルの混合流が遠心力によって固定子３ｃ下部コイルエンドに衝突し、気液分離される。気液分離後のガスは固定子３ｃ外周に設けられた固定子通路３ｄを介して電動機３上部へと導かれ、圧縮機構に設けられた図示されていない上向きガス流路を通って圧縮機構上側空間へ到達後、吐出管２から密閉容器１外部へと吐出される。

図２は固定スクロール６を逆止弁２４側から見た図で、吐出孔１２と一対のバイパス経路２８、２９の一体化された逆止弁２４が一点鎖線で示されている。また、各座面には逆止弁２４よりも一回り小さい大きさのザグリ３０が固定スクロール６に施されている。なお、吐出孔１２のみ旋回スクロール９に形成されていても本願発明と同様の効果が得られるが、吐出孔１２も固定スクロール６に形成されている方がより効果的であるし、逆止弁２４の配置や密閉容器内ガス経路の構成も容易である。

図３は固定スクロールラップ６ｂ側から見た圧縮室１１の圧縮過程を示す図で、固定スクロールラップ６ｂと旋回スクロールラップ９ａを組み合わせている。旋回スクロールラップ９ａの外壁側で形成される第１圧縮室１１ａと内壁側で形成される第２圧縮室１１ｂは閉じ込み容積が概ね同一の対称スクロールである。

第１圧縮室１１ａが所定の運転圧縮比に到達した時に開口する第１バイパス経路２８は第１バイパス孔２８ａ、２８ｂ、２８ｃの三つの孔から構成され、第２バイパス経路２９は第２バイパス孔２９ａ、２９ｂの二つの孔から構成されており、固定スクロールラップ６ｂに沿って壁面から概ね一定の距離だけ離れた位置に鏡板６ａを貫通して設けられている。第１バイパス経路２８と第２バイパス経路２９の総断面積は概ね等しく、第２バイパス孔２９ａ、２９ｂの直径は第１バイパス孔２８ａ、２８ｂ、２８ｃの直径よりも大きい。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。図３（ａ）に示すクランク角にて第１圧縮室１１ａ、第２圧縮室１１ｂともに吸入ガスを閉じ込み、旋回スクロールラップ９ａが旋回して図３（ｂ）のクランク角の時に第１バイパス孔ａ２８ａと第２バイパス孔ａ２９ａがほぼ同時にそれぞれ第１圧縮室１１ａと第２圧縮室１１ｂに開口し始める。このときの各圧縮室１１ａ、１１ｂの圧縮比は概ね運転圧縮比に到達しており、ほぼ吐出圧力である。

さらに圧縮が進み、図３（ｃ）のクランク角では第１バイパス経路２８と第２バイパス経路２９の全てのバイパス孔２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２９ａ、２９ｂが各圧縮室１１ａ、１１ｂに開口しており、同時に、固定スクロールラップ６ｂと旋回スクロールラップ９ａとは中心部巻き始め部でお互いが離間し始めている。すなわち、第１圧縮室１１ａと第２圧縮室１１ｂ、および吐出孔１２付近のデッドボリュームの全てが連通して同一圧力になり始める瞬間である。このクランク角から後は吐出孔１２と各バイパス経路２８、２９の三つの経路を通じて吐出室１３へ吐出される。

各圧縮室１１ａ、１１ｂの圧力上昇が理想的な断熱圧縮である場合、図３（ｂ）から図３（ｃ）までの間は、吐出圧力に到達済みの各圧縮室１１ａ、１１ｂのガスはそれぞれのバイパス経路２８、２９から吐出室１３へ吐出され、各圧縮室１１ａ、１１ｂの閉じ込み容積が概ね等しいことから循環量も概ね等しく、各バイパス経路２８、２９の流路断面積も概ね等しいため、各圧縮室１１ａ、１１ｂはバランスよくガスが吐出される。

しかし、実運転では固定スクロールラップ６ｂや旋回スクロールラップ９ａの壁面や上面での各圧縮室１１ａ、１１ｂのシール点における漏れや高温状態の固定スクロール６や
旋回スクロール９からガスへの熱伝達等によって各圧縮室１１ａ、１１ｂの圧力はバランスよくならないことが多い。一般的には、漏れや熱伝達等によって各圧縮室１１ａ、１１ｂの圧力は断熱圧縮時の圧力よりも高くなるため、所定の運転圧縮比で各バイパス経路２８、２９から効率的に吐出させるには、各バイパス経路２８、２９を吸入巻き終り側へ移動させる必要がある。

すなわち、第１圧縮室１１ａ、第２圧縮室１１ｂそれぞれが各バイパス経路２８、２９と連通する瞬間の幾何学的な圧縮比を第１バイパス経路設計圧縮比および第２バイパス経路設計圧縮比と定義すると、第１バイパス経路設計圧縮比および第２バイパス経路設計圧縮比を所定の運転圧縮比よりも小さくする必要がある。

これは、各圧縮室１１ａ、１１ｂの閉じ込み容積が異なる非対称スクロールでも同様である。

図４は第１バイパス経路２８と第２バイパス経路２９の孔の数と直径が等しい従来の構成の場合の各バイパス経路２８、２９の理想的な位置を断熱圧縮時と実運転時とで比較したもので、断熱圧縮時の第１バイパス経路２８を構成する第１バイパス孔２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、第２バイパス経路２９を構成する第２バイパス孔２９ｃ、２９ｄ、２９ｅに対して、実運転時は孔二つ分だけ吸入側へ移動した第１バイパス孔２８ａ、２８ｂ、２８ｃと第２バイパス孔２９ａ、２９ｂ、２９ｃとで各バイパス経路２８、２９が構成されている。

このとき、第２バイパス経路２９の位置は第１バイパス経路２８の位置と比較して固定スクロールラップ６ｂの巻き始め側にあり、各バイパス孔２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅは固定スクロールラップ６ｂに沿って平行に配置されているため、曲率の小さい固定スクロールラップ６ｂ巻き始め側にある第２バイパス経路２９を構成する三つの第２バイパス孔２９ａ、２９ｂ、２９ｃの並びは、長円状の頭部を持つリード弁を想定した場合、そのリード弁の長手方向の軸は断熱圧縮時の第２バイパス孔２９ｃ、２９ｄ、２９ｅの長手方向軸に対して大きく傾く。そして、その傾き度合いは第１バイパス経路２８よりも大きくなる。

一方、図５に示す、第１バイパス経路２８よりも第２バイパス経路２９の方が孔の数が少なく、直径が大きい本発明の構成の場合、断熱圧縮時の第１バイパス孔２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、第２バイパス孔２９ｃ、２９ｄと、孔二つ分だけ吸入側へ移動した実運転時の第１バイパス孔２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、第２バイパス孔２９ａ、２９ｂとを比較すると、断熱圧縮時の第２バイパス孔２９ｃ、２９ｄの長手方向軸と実運転時との第２バイパス孔２９ａ、２９ｂの長手方向軸との傾きは図４の従来の構成の場合よりも小さくなる。すなわち、第１バイパス経路２８と第２バイパス経路２９とで設計圧縮比変更時の孔の並びの平行度が悪化しにくいということである。

その結果、図２おいて、実運転時に適正に吐出されるように構成した各バイパス経路２８、２９と吐出孔１２の逆止弁２４は整列してコンパクトにまとめることができる。したがって、逆止弁２４からの流出ガスがお互いに邪魔しあうことがないので吐出損失の悪化を抑制することができ、吐出孔１２から吐出された直後の吐出室１３内のガスと吐出管２から吐出される直前のガスとを仕切る機能と逆止弁２４の作動音低減機能とを兼ね備えたマフラー２６を小型化して材料費削減による低コスト化も実現することが可能である。

第１バイパス経路２８と第２バイパス経路２９の孔の並びの平行度が悪かったとしても、ザグリ３０をその分だけ大きくし、それに伴って逆止弁２４の頭部も大きくすれば逆止弁２４の三つのリード弁は整列可能であるが、頭部が大きくなり、逆止弁２４からの吐出
時のリフトのしやすさや、吐出が完了して逆止弁２４が閉じる時の衝撃音等が悪化し、逆止弁２４自体が大型化してしまう。したがって、第１バイパス経路２８と第２バイパス経路２９の孔の並びの平行度は逆止弁２４の構成に対して非常に重要であり、本発明はその平行度を小さく保つことができる。

なお、第２バイパス経路２９は必ずしも２個である必要はなく、ガスの体積循環量に応じて増やしてもよいし、１個で構成してもよい。また、その全ての孔の直径が第１バイパス経路２８の孔の直径よりも大きい必要はなく、逆止弁２４の整列、コンパクト化が図れるのであれば１個だけ直径を大きくしてもよい。さらに、本実施の形態では、逆止弁２４が一体化されて部品点数削減と組立工数削減を行なっているが、三つの逆止弁２４が別体であっても逆止弁２４の整列、コンパクト化による効果に何ら変わりはない。

また、特に大循環量のスクロール圧縮機では、各バイパス経路２８、２９の孔の数が増えるため、逆止弁２４の整列、コンパクト化が非常に困難になるので本発明の構成はより効果的である。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における圧縮機構部横断面図である。固定スクロール６に３個の孔２８ａ、２８ｂ、２８ｃで構成された第１バイパス経路２８と２個の孔２９ａ、２９ｂで構成された第２バイパス経路２９が設けられ、第２バイパス経路２９は第１バイパス経路２８よりも孔の数が少なく、孔の面積が大きいため、実施の形態１と同様、各バイパス経路２８、２９と吐出孔１２の逆止弁２４は整列してコンパクトにまとめることができる。

同時に、第２バイパス経路２９は第１バイパス経路２８よりも孔の中心間距離が大きく設定されており、第２バイパス経路２９が第２圧縮室１１ｂに開口している時間をできるだけ大きく確保でき、幅広い運転条件の圧縮比に対応して過圧縮による吐出損失の低減を実現することが可能である。

図６において、第１圧縮室１１ａの閉じ込み容積は第２圧縮室１１ｂよりも大きい非対称スクロールである。この構成では、各バイパス経路２８、２９を設ける位置が概ね対称ではなくなるため、逆止弁２４を整列、コンパクト化するためには第１バイパス経路２８と第２バイパス経路２９の設計圧縮比が異なる設計とせざるを得ない場合が多いが、その場合には特に、本発明の構成によって逆止弁２４の整列、コンパクト化と各バイパス経路２８、２９が各圧縮室１１ａ、１１ｂに開口する適正なタイミングとを両立しやすいため、より効果的に高効率化と低コスト化、低騒音化を実現することが可能である。

また、第１圧縮室１１ａの方が第２圧縮室１１ｂよりも体積循環量が大きいことに対応し、第１バイパス経路２８の総断面積を第２バイパス経路２９よりも大きく設定することでそれぞれの圧縮室１１ａ、１１ｂでバイパス経路２８、２９からの過圧縮を抑えた適切な吐出を図り、吐出損失の低減を実現している。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における圧縮機構部横断面図である。固定スクロール６に２個の孔２８ａ、２８ｂで構成された第１バイパス経路２８と、それらの各孔２８ａ、２８ｂよりも面積が大きい１個の孔２９ａで構成された第２バイパス経路２９が設けられており、第１圧縮室１１ａの閉じ込み容積が第２圧縮室１１ｂよりも大きい非対称スクロールであることに対応して第１バイパス経路２８の総断面積は第２バイパス経路２９の総断面積よりも大きく設定されている。したがって、実施の形態１と同様、各バイパス経路２８、２９と吐出孔１２の逆止弁２４は整列してコンパクトにまとめることができるとと
もに、各圧縮室１１ａ、１１ｂの閉じ込み容積に見合ったバイパス通路２８、２９の流路断面積を設定することで過圧縮による吐出損失を低減することが可能である。

本実施の形態は自然冷媒の二酸化炭素を冷媒として使用しており、冷媒放出による地球温暖化リスクを最小限にできる。

二酸化炭素はＨＦＣ等のフロン系冷媒と比較して体積循環量が小さいという特徴からバイパス経路２８、２９の総断面積を比較的小さくできるため、孔の数を最小限とすることで孔のデッドボリューム残留ガスの再膨張、再圧縮による損失の低減と加工工数の低減を図ることが可能である。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、過圧縮運転時に確実に吐出室へバイパスさせて吐出損失低減を実現すると同時に、第１バイパス経路と第２バイパス経路の孔の並びをできるだけ平行にして逆止弁を整列、コンパクト化できるため、逆止弁からの流出ガスの干渉抑制による吐出損失低減と逆止弁を覆う隔離部材等の小型化によるコスト低減ができ、高効率と低コストを両立することが可能であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機のほかに、自然冷媒の二酸化炭素を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

１ 密閉容器
３ 電動機
４ クランク軸
６ 固定スクロール
６ｂ 固定スクロールラップ
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
１１ 圧縮室
１１ａ 第１圧縮室
１１ｂ 第２圧縮室
１２ 吐出孔
１３ 吐出室
２４ 逆止弁
２４ａ リード弁
２４ｂ 弁押さえ
２６ マフラー
２８ 第１バイパス経路
２９ 第２バイパス経路
３０ ザグリ

Claims (10)

1. 渦巻き状の固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に一対の圧縮室を形成し、クランク軸と自転防止部材によって前記旋回スクロールを旋回させ、前記旋回スクロールラップ外壁側の第１圧縮室と前記旋回スクロールラップ内壁側の第２圧縮室それぞれが吸入側より吐出側に向けて連続移行して流体を圧縮すべく容積変化するスクロール圧縮機であって、前記固定スクロールの中心部には吐出室に通じる吐出経路が形成され、前記固定スクロールに前記第１圧縮室と前記吐出室をバイパスするための第１バイパス経路が形成され、前記固定スクロールに前記第２圧縮室と前記吐出室をバイパスするための第２バイパス経路が形成され、前記第１バイパス経路と前記第２バイパス経路のそれぞれは少なくとも一つの孔によって構成され、前記吐出経路と前記バイパス経路にはそれぞれ逆止弁が配設され、前記第２バイパス経路は、前記第１圧縮室の前記第１バイパス経路よりも孔の数が少なく、孔の面積が大きいことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記逆止弁は薄板の弁体と前記弁体の可動範囲を拘束する弁押さえとから構成され、吐出経路と前記第１バイパス経路と前記第２バイパス経路のそれぞれに配設された少なくとも二つの前記弁体が一体化されて構成されているか、または、前記吐出経路と前記第１バイパス経路と前記第２バイパス経路のそれぞれに配設された少なくとも二つの前記弁押さえが一体化されて構成されている請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第１圧縮室と前記第２圧縮室の閉じ込み容積が異なる非対称スクロールである請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記吐出室と、圧縮機構部と前記圧縮機構部を駆動する電動機を収納する密閉容器の内部空間との間には、隔離部材または消音器が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記旋回スクロールの背面には吸入圧力よりも高い圧力が印加され、前記旋回スクロールが前記固定スクロールに押付けられて圧縮運転される請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記バイパス経路の前記逆止弁側端部にはザグリが形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記第１バイパス経路および前記第２バイパス経路が複数の孔で構成され、前記第２バイパス経路を構成する複数の前記孔の中心間距離が、前記第１バイパス経路を構成する複数の前記孔の中心間距離よりも大きい請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
8. バイパス経路設計圧縮比は、第１圧縮室および第２圧縮室それぞれがバイパス経路と連通する瞬間の幾何学的な圧縮比で定義され、最も発生頻度の高い運転条件の運転圧縮比に対し、前記バイパス経路設計圧縮比が小さくなるように前記バイパス経路を構成した請求項１〜７のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記固定スクロールラップ外壁と前記第２バイパス経路を構成する複数の孔それぞれとの距離が一定であるか、または、前記固定スクロールラップ内壁と前記第１バイパス経路を構成する複数の孔それぞれとの距離が一定である請求項１〜８のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
10. 作動流体として二酸化炭素を用い、前記第２バイパス経路が１個の孔で構成され、前記第１バイパス経路が２個の孔で構成された請求項１〜９のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。