JP5787559B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機構を備える圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機構は、たとえば、特許文献１に示されるようにスクロール圧縮機の圧縮機構、特許文献２に示されるように２段圧縮機の高段側の圧縮機構として用いられている。
スクロール圧縮機構は、固定スクロールと旋回スクロールとを渦巻き状の壁体同士を組み合わせて配置し、固定スクロールに対し旋回スクロールを公転旋回運動させることで壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて該圧縮室内の流体の圧縮を行うものである。スクロール圧縮機構の周縁部から圧縮室に導入され、圧縮された流体は、高温・高圧とされ、固定スクロールの中心部に設けられた吐出孔から外部空間に吐出される。
したがって、スクロール圧縮機構の中心部分および固定スクロールの外側部分である背側に流体の高温・高圧が作用する。一方、旋回スクロールの外側部分である背側には、低温・低圧の流体が存在している。

特開２００３−１５５９８４号公報 特開平５−８７０７４号公報

スクロール圧縮機構では、一般に、固定スクロールは、外周端部がハウジングに固定して取り付けられ、旋回スクロールは、中心側に近い位置で支持されている。このスクロール圧縮機構に上述の圧力関係が作用すると、熱膨張と圧力変形によって固定スクロールは中心部が旋回スクロール側に位置するように反り、旋回スクロールも同様な形状に反ることとなる。旋回スクロールは支持されている位置では移動しないので、外周側部分は、固定スクロール側に接近するように変形することとなる。したがって、旋回スクロールの支持位置よりも外周側部分では、旋回スクロールと固定スクロールとは互いに接近する方向へ変形、すなわち、圧力変形することになる。

ところで、近年、地球環境保全の観点から、自然冷媒の一つである二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒ガスとして用いることが検討されている。たとえば、ＣＯ_２のような高圧冷媒を冷媒ガスに用いると、圧縮された際の温度および圧力が通常の冷媒に比べて高くなるので、上述の変形が大きくなり、外周側部分で固定スクロールおよび旋回スクロールの歯先と歯底とが接触し易くなる。
固定スクロールおよび旋回スクロールの歯先と歯底とが接触すると、壁体が損傷する恐れがあるので、信頼性が低下する。

この対策としては、固定スクロールおよび旋回スクロールの歯先と歯底との間隔（チップ隙間）を大きくすることが考えられる。しかし、このようにすると、中心部で、間隔が大きくなるので、漏れ隙間が大きくなり、効率が低下するという課題がある。
また、高圧部分の体積を減少させ、作用する圧力の大きさを減少させることも考えられる。しかし、高圧部分の体積を減少させると、吐出脈動が大きくなったり、吐出圧損が大きくなったりして効率が低下する恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、信頼性を確保できるとともに効率を向上させることができる圧縮機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、外周側に位置する固定側支持位置で固定して取り付けられた固定側端板の一側面に立設された渦巻き状の固定側壁体を有する固定スクロールと、一側面に該固定側壁体とかみ合う渦巻き状の旋回側壁体が立設され、前記固定側支持位置よりも中心側に位置する旋回側支持位置に公転旋回運動可能に支持される旋回側端板を有する旋回スクロールと、を有するスクロール圧縮機構を備えている圧縮機であって、前記固定側壁体の先端部と前記旋回側端板との間隔および前記旋回側壁体の先端部と前記固定側端板との間隔の少なくともいずれか一方は、前記旋回側支持位置よりも外側で前記固定側支持位置よりも中心側の前記間隔が、前記旋回側支持位置よりも中心側の前記間隔よりも大きくされており、前記間隔の変化は、前記固定側端板または前記旋回側端板の厚さの０．２５〜２．０×１０ ^−３ 倍とされている圧縮機である。

本態様によれば、固定スクロールの固定側壁体と旋回スクロールの旋回側壁体とが相互にかみ合うように配置されてスクロール圧縮機構が構成されている。
この状態で旋回スクロールが公転旋回運動すると、かみ合った固定側壁体および旋回側壁体間に形成される圧縮室の容積が中央部に移動するに連れて漸次減少させられるので、スクロール圧縮機構の周縁部から圧縮室へ導入される媒体は、徐々に圧縮され、高温・高圧の状態とされ、固定スクロールの固定側端板の中心部分に設けられた吐出孔から外部空間に吐出される。
固定スクロールの固定側端板は、この圧縮された高温・高圧の媒体によって押圧されるので、熱膨張および圧力変形することになる。固定側端板は、外周側に位置する固定側支持位置で固定して取り付けられているので、中心部が旋回スクロール側に位置するように反ることになる。

一方、旋回スクロールの旋回側端板には、固定スクロールと挟まれた中央部の圧縮された媒体の高温・高圧が作用する。旋回側端板の固定スクロールに対して反対側の面には、低温・低圧の媒体が存在するので、旋回側端板は、中央部が固定スクロールと離隔するように反ることになる。すなわち、圧縮運転中、固定側端板および旋回側端板はともに中央部が旋回スクロール側に突起するように反ることになる。
このとき、旋回側端板は、固定側支持位置よりも中心側に位置する旋回側支持位置において支持されており、この位置では旋回側端板は移動しないので、旋回側端板の旋回側支持位置よりも外周側部分は、固定スクロール側に接近するように変形することとなる。
したがって、旋回スクロールの旋回側支持位置よりも外周側部分では、旋回スクロールと固定スクロールとは互いに接近する方向へ変形することになる。

本態様では、固定側壁体の先端部と旋回側端板との間隔および旋回側壁体と固定側端板との間隔の少なくともいずれか一方は、旋回側支持位置よりも外側の間隔が、中心側の間隔よりも大きくされているので、旋回スクロールと固定スクロールとが互いに接近する方向へ変形してもそれらが接触することを回避することができる。このように、旋回スクロールと固定スクロールとが接触することを抑制できるので、接触により固定側壁体あるいは旋回側壁体が損傷することを抑制でき、信頼性を確保することができる。
また、中心部分における固定側壁体の先端部と旋回側端板との間隔および旋回側壁体と固定側端板との間隔は、大きくされることがないので、漏れ隙間が大きくなることはなく、効率の低下を防止することができる。衝突防止のために全体の隙間を大きくすることに比べて効率を向上させることができる。
なお、固定側壁体の先端部と旋回側端板との間隔および旋回側壁体と固定側端板との間隔は、より小さい方の間隔を拡げるようにするのが望ましいし、両方の間隔を拡げるようにしてもよい。

本態様では、前記間隔の変化は、前記固定側壁体または前記旋回側壁体の高さを調節して行われてもよい。
固定側壁体または旋回側壁体の高さは、固定側端板または旋回側端板の面を削るよりも容易に加工することができるので、容易に製造することができる。
この場合、間隔の変化は、前記固定側端板または前記旋回側端板の厚さの０．２５〜２．０×１０^−３倍とされるのが好適である。

本発明によると、固定側壁体の先端部と旋回側端板との間隔および旋回側壁体と固定側端板との間隔の少なくともいずれか一方は、旋回側支持位置よりも外側の間隔が、中心側の間隔よりも大きくされているので、接触により固定側壁体あるいは旋回側壁体が損傷することを抑制でき、信頼性を確保することができる。また、効率の低下を防止することができる。

本発明の一実施形態にかかる圧縮機の縦断面図である。 図１のスクロール圧縮機構を示す断面相当図である。 図１のスクロール圧縮機構の部分を示す部分縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる圧縮機の縦断面図である。図２は、図１のスクロール圧縮機構を示す断面相当図である。図３は、図１のスクロール圧縮機構の部分を示す部分断面図である。

圧縮機１には、円筒形状の密閉ハウジング３と、密閉ハウジング３内の下部に設置された低段側のロータリ圧縮機構５と、高段側のスクロール圧縮機構７と、ロータリ圧縮機構５およびスクロール圧縮機構７の間に設置され、ロータリ圧縮機構５およびスクロール圧縮機構７を駆動する電動モータ９と、が備えられている。
密閉ハウジング３は、筒部１１の上下に底部１３および蓋部１５が溶接されて閉塞された中空円筒形状とされている。
電動モータ９には、密閉ハウジング３の軸線方向に延在するように配置された駆動軸１７と、駆動軸１７の周囲に固定された回転子１９と、回転子１９の周囲を覆うように密閉ハウジング３に固定された固定子２１と、が備えられている。

ロータリ圧縮機構５には、駆動軸１７の下方部に設けられる偏心部２３と、偏心部２３に回転可能に嵌合されたロータ２５と、ロータ２５の外周面と１箇所で直線状に摺接する断面円形のシリンダ室２７を構成する空間部を有し、この空間部にロータ２５を配置した状態で密閉ハウジング３に、たとえば、溶接により結合固定されるシリンダ部材２９と、シリンダ部材２９の上端面に固定されてロータ２５の上方で駆動軸１７を回転自在に支持する上部軸受３１と、シリンダ部材２９の下端面に固定されてロータ２５の下方で駆動軸１７を回転自在に支持する下部軸受３３と、シリンダ室２７内を吸入側と吐出側とに仕切る図示省略のブレードおよびブレード押えバネ等と、が備えられている。
ロータリ圧縮機構５は、この構成に限定されず、公知の構造のものが用いられてよい。

低段側ロータリ圧縮機構５は、アキュームレータ３５および吸入管３７を経てシリンダ室２７内に低圧の冷媒ガス（媒体）を吸入し、この冷媒ガスをロータ２５の回動により中間圧まで圧縮した後、吐出チャンバ３９を介して密閉ハウジング３内に吐き出すように構成されている。密閉ハウジング３内に吐き出された中間圧冷媒ガスは、電動モータ９の回転子１９に設けられているガス通路等を介して電動モータ９の上部空間に流動され、そこから高段側のスクロール圧縮機構７へと吸入されて２段圧縮されるように構成されている。

スクロール圧縮機構７には、固定スクロール４１と、旋回スクロール４３とが備えられている。
固定スクロール４１には、固定端板（固定側端板）４５とその下面に立設された渦巻き状をした固定渦巻体（固定側壁体）４７とが備えられている。
固定端板４５は、筒部１１の内側に円環状に設けられた台座に載置され、複数箇所をボルトによって接合されることによって密閉ハウジング３に固定して取り付けられている。すなわち、固定端板４５は、ボルトが位置する外周側の固定側支持位置Ｆ（図２参照）で固定して取り付けられている。
固定端板４５の略中央部には、圧縮された冷媒ガスの吐出ポート４９が貫通するように形成されている。

旋回スクロール４３には、旋回端板（旋回側端板）５１とその上面に立設された渦巻き状をした旋回渦巻体（旋回側壁体）５３とが備えられている。
旋回スクロール４３は、旋回渦巻体５３が固定渦巻体４７と噛合うように設置されている。固定スクロール４１と旋回スクロール４３とは、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、かつ、１８０度の位相差をもって噛み合わされることにより、固定渦巻体４７と旋回渦巻体５３の中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密閉空間となる圧縮室Ｐが形成される。

旋回端板５１の下面中央には、中空円筒状の旋回ボス５５が下方に突出するように設けられている。
駆動軸１７を支持する軸受部５７を備えた軸受部材５９が、密閉ハウジング３に固定設置されている。旋回スクロール４３は、軸受部材５９によって旋回ボス５５の外周側の旋回側支持位置Ｃ（図２参照）で支持されている。旋回側支持位置Ｃは、旋回端板５１の外周端よりも軸線中心に近い内側位置とされている。したがって、旋回側支持位置Ｃは、固定端板４５の外周側に位置する固定側支持位置Ｆよりも軸線中心に近い位置とされている。

旋回側支持位置Ｃよりも外周側に位置する固定渦巻体４７の高さ（歯丈）Ｈ１は、旋回側支持位置Ｃよりも内周側に位置する固定渦巻体４７の高さＨ２よりも小さくされている。したがって、旋回側支持位置Ｃよりも外周側における固定渦巻体４７の先端（歯先）と旋回端板５１との間隔Ｓ１は、旋回側支持位置Ｃよりも内周側における固定渦巻体４７の先端と旋回端板５１との間隔Ｓ２よりも大きくされている。
高さＨ２と高さＨ１との差、言い換えれば、間隔Ｓ２と間隔Ｓ１との差は、種々の条件によって決定されるが、たとえば、旋回側端板５１の厚さの０．２５〜２．０×１０^−３倍とされるのが好ましい。

本実施形態では、固定渦巻体４７の高さを前記のように間隔を調節しているが、これは構造的に固定端板４５の方が変形しやすく、かつ、固定渦巻体４７の先端と旋回端板５１との間隔が、旋回渦巻体５３の先端と固定端板４５との間隔よりも小さくされているからである。
たとえば、旋回渦巻体５３の先端と固定端板４５との間隔が、固定渦巻体４７の先端と旋回端板５１との間隔よりも小さくされている場合には、旋回渦巻体５３の高さを調節してもよい。また、固定渦巻体４７の高さおよび旋回渦巻体５３の高さの両方を調節するようにしてもよい。
さらに、固定渦巻体４７の高さおよび旋回渦巻体５３の高さを調節するのではなく、固定端板４５および／または旋回端板５１の表面を削ることによって間隔を調節してもよい。

旋回スクロール４３と軸受部材５９との間には、旋回スクロール４３をその自転を阻止しつつ公転旋回させる自転阻止機構６１が設けられている。
旋回ボス５５の中空部内に位置する駆動軸１７の先端部には、軸線中心が偏心した偏心ピン６３が設けられている。偏心ピン６３の外周には、旋回ボス５５と係合する旋回軸受６５が設けられている。駆動軸１７の回転が、偏心ピン６３および旋回軸受６５を介して旋回ボス５５に伝えられることによって、旋回スクロール４３は公転旋回駆動される。

固定端板４５の上面には、吐出ポート４９を開閉する吐出弁６７と、固定端板４５との間で吐出チャンバ６９を形成する吐出カバー７１と、が固定して取り付けられている。
吐出カバー７１には、密閉ハウジング３の蓋部１５を貫通して外部、すなわち冷凍サイクルと接続されている吐出管７３の端部が貫通して取り付けられている。

スクロール圧縮機構７は、ロータリ圧縮機構５により圧縮されて密閉ハウジング３に吐き出された中間圧の冷媒ガスを圧縮室Ｐ内に吸入し、該中間圧冷媒ガスを旋回スクロール４３の公転旋回駆動により高温高圧状態に圧縮した後、吐出弁６７を経て吐出チャンバ６９に吐き出すように構成されている。この高温高圧の冷媒ガスは、吐出チャンバ６９から吐出管７３を経て圧縮機１の外部、すなわち冷凍サイクル側に送出されるようになっている。

また、駆動軸１７の下端部とロータリ圧縮機構５の下部軸受３３との間には、公知の容積形給油ポンプ７５が組み込まれている。給油ポンプ７５は、密閉ハウジング３の底部に形成されている油溜まり７７に充填されている潤滑油を汲み上げ、駆動軸１７内に設けられている給油孔７９を介して低段側のロータリ圧縮機構５および高段側のスクロール圧縮機構７の軸受部等の所要潤滑部位に潤滑油１３を強制給油できるように構成されている。

以上のように構成された本実施形態にかかる圧縮機１の動作について説明する。
電動モータ９を作動させると、駆動軸１７が回転されて圧縮機１の作動が開始される。
吸入管３７を介して低段側のロータリ圧縮機構５のシリンダ室２７に吸入された低温低圧の冷媒ガスは、ロータ２５の回動により中間圧まで圧縮された後、吐出チャンバ３９に吐き出される。この中間圧冷媒ガスは、吐出チャンバ３９から電動モータ９の下部空間内に吐き出された後、電動モータ９の回転子１９に設けられているガス通路等を流通して電動モータ９の上部空間側に流動される。

高段側のスクロール圧縮機構７では、旋回スクロール４３が駆動軸１７の回転に伴う偏心ピン６３の動作によって固定スクロール４１に対して公転旋回駆動されている。
電動モータ９の上部空間側に流動された中間圧冷媒ガスは、高段側のスクロール圧縮機構７を構成する軸受部材３１と密閉ハウジング３との間の隙間等を通り固定スクロール４１に設けられているスクロール圧縮機構７の吸入口に導かれ、圧縮室Ｐ内に吸入される。
圧縮室Ｐは、中心側に移動するに連れて容積が漸次減少させられるので、吸入された中間圧冷媒ガスは、徐々に圧縮され、高温・高圧の状態とされる。
このようにスクロール圧縮機構７により高温高圧状態に２段圧縮された冷媒ガスは、吐出ポート４９を通って吐出弁６７を押し上げて吐出チャンバ６９内に吐き出される。吐出チャンバ６９の高温高圧の冷媒ガスは、吐出管７３を介して圧縮機１の外部、すなわち冷凍サイクル側に送出される。

スクロール圧縮機構７では、吐出チャンバ６９内に高温・高圧の冷媒ガス８１が、固定端板４５および旋回端板５１で挟まれた空間の中央部に高温・高圧の冷媒ガス８３が存在することになる。
固定スクロール４１の固定端板４５は、この冷媒ガス８１によって押圧されるので、熱膨張および圧力変形することになる。固定側端板４５は、外周側に位置する固定側支持位置Ｆで固定して取り付けられているので、図３に示されるように中心部が旋回スクロール４３側に位置するように反ることになる。

旋回スクロール４３の旋回端板５１には、冷媒ガス８３の高温・高圧が作用するので、旋回端板５１は、図３に示されるように中央部が固定スクロール４１と離隔するように反ることになる。すなわち、圧縮運転中、固定端板４５および旋回端板５１はともに中央部が下方に突起するように反ることになる。
旋回端板５１は、旋回側支持位置Ｃにおいて支持されており、この位置では旋回端板は上下方向に移動しないので、旋回端板５１の旋回側支持位置Ｃよりも外周側部分は、固定スクロール４１側に接近するように変形することとなる。
したがって、旋回側支持位置Ｆよりも外周側部分では、旋回スクロール４１と固定スクロール４３とは互いに接近する方向へ変形することになる。

本実施形態では、旋回側支持位置Ｃよりも外周側における固定渦巻体４７の先端と旋回端板５１との間隔Ｓ１は、旋回側支持位置Ｃよりも内周側における固定渦巻体４７の先端と旋回端板５１との間隔Ｓ２よりも大きくされているので、前記のように旋回側支持位置Ｃよりも外周側部分で固定スクロール４１と旋回スクロール４３とが互いに接近する方向へ変形してもそれらが接触することを回避することができる。
このように、固定スクロール４１と旋回スクロール４３とが接触することを抑制できるので、接触により固定渦巻体４７あるいは旋回渦巻体５３が損傷することを抑制でき、信頼性を確保することができる。

また、旋回側支持位置Ｃよりも中心部分における固定渦巻体４７の先端部と旋回端板５１との間隔および旋回渦巻体５３と固定端板４５との間隔は、大きくされることがないので、漏れ隙間が大きくなることはなく、効率の低下を防止することができる。したがって、衝突防止のために全体の隙間を大きくすることに比べて効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
たとえば、上記実施形態では、低段側圧縮機構をロータリ圧縮機構５、高段側の圧縮機構をスクロール圧縮機構７とした密閉型２段圧縮機の例について説明したが、圧縮機は、２段圧縮機に限らず、スクロール圧縮機構のみを備えた単段の圧縮機（スクロール圧縮機）であってもよいことはもちろんである。

１ 圧縮機（密閉型圧縮機）
７ スクロール圧縮機構
４１ 固定スクロール
４３ 旋回スクロール
４５ 固定端板
４７ 固定渦巻体
５１ 旋回端板
５３ 旋回渦巻体
Ｃ 旋回側支持位置
Ｆ 固定側支持位置
Ｓ１，Ｓ２ 間隔

Claims (2)

1. 外周側に位置する固定側支持位置で固定して取り付けられた固定側端板の一側面に立設された渦巻き状の固定側壁体を有する固定スクロールと、
   一側面に該固定側壁体とかみ合う渦巻き状の旋回側壁体が立設され、前記固定側支持位置よりも中心側に位置する旋回側支持位置に公転旋回運動可能に支持される旋回側端板を有する旋回スクロールと、を有するスクロール圧縮機構を備えている圧縮機であって、
   前記固定側壁体の先端部と前記旋回側端板との間隔および前記旋回側壁体の先端部と前記固定側端板との間隔の少なくともいずれか一方は、前記旋回側支持位置よりも外側で前記固定側支持位置よりも中心側の前記間隔が、前記旋回側支持位置よりも中心側の前記間隔よりも大きくされており、
   前記間隔の変化は、前記固定側端板または前記旋回側端板の厚さの０．２５〜２．０×１０ ^−３ 倍とされていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記間隔の変化は、前記固定側壁体または前記旋回側壁体の高さを調節して行われることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。

Images