JP7213382B1 - スクロール圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<スクロール圧縮機の構成>
図1は、第1実施形態に係るスクロール圧縮機100の縦断面図である。
スクロール圧縮機100は、ガス状の冷媒を圧縮する機器である。図1に示すように、スクロール圧縮機100は、密閉容器1と、圧縮機構部2と、クランク軸3(シャフト)と、電動機4と、主軸受5と、旋回軸受6と、を備えている。また、スクロール圧縮機100は、前記した構成の他に、オルダムリング7と、バランスウェイト8と、サブフレーム9と、電源端子10と、脚11と、を備えている。
なお、背圧室S4に含まれる「背圧」という文言は、背圧室S4の圧力の高さを特に限定するものではない。背圧室S4の圧力は、吸込圧力と吐出圧力との間の値になることが多いが、場合によっては、一時的に吐出圧力に略等しくなることもある。
電源端子10は、電動機4に電力を供給するための端子であり、配線を介して電動機4に電気的に接続されている。複数の脚11は、密閉容器1を支持するものであり、底チャンバ1cに設置されている。
図2に示すように、旋回スクロール22には、給油流路12が設けられている。給油流路12は、クランク軸3(図1参照)の給油貫通孔3dからの潤滑油を固定スクロール21(図1参照)の鏡板面21f側に導く流路である。給油流路12は、流路H3と、連通孔H2と、給油孔H4と、を含んで構成されている。
前記したように、旋回スクロール22は、円板状の鏡板22aと、渦巻状の旋回ラップ22bと、筒状のボス部22c(図2参照)と、を備えている。旋回スクロール22の鏡板22aの周壁には、連通孔H2の外周側の端部を塞ぐ密栓N1が嵌め込まれている。また、鏡板22aの上面には、給油孔H4(図2参照)の開口J4が設けられている。そして、旋回スクロール22の旋回に伴って、給油孔H4(図2参照)の開口J4が所定に移動するようになっている。
前記したように、固定スクロール21は、渦巻状の固定ラップ21bが台板21aに設けられた構成になっている。図4に示すように、固定スクロール21の鏡板面21fには、油溝G1が設けられている。油溝G1は、旋回スクロール22(図2参照)の給油流路12(図2参照)を介して、高圧の潤滑油が間欠的に供給される溝である。図4に示すように、油溝G1は、円弧状の周方向溝G1aと、この周方向溝G1aの一端に接続している排油溝G1bと、を備えている。
周方向溝G1aは、高圧の潤滑油が間欠的に供給される溝であり、円弧部G11aと、連通部G12aと、を備えている。円弧部G11aは、固定スクロール21の鏡板面21fに設けられた円弧状の溝である。円弧部G11aは、例えば、固定スクロール21を下面視した場合の中心付近を基準(円弧の中心)として、その中心角が30°以上かつ350°以下の範囲内で形成されている。
なお、図5は、排油溝G1bを含む平面で固定スクロール21及び旋回スクロール22を切断した場合の部分的な縦断面を示している。図5に示すように、排油溝G1bの深さL2は、周方向溝G1aの深さL1よりも浅くなっている。そして、排油溝G1bの流路面積が、周方向溝G1aの流路面積よりも小さくなっている。なお、排油溝G1bの「流路面積」とは、排油溝G1bの流路を、この排油溝G1bの延在方向に垂直な平面(図示せず)で切断した場合の断面の面積である(周方向溝G1aの流路面積も同様)。また、排油溝G1bの溝幅と、周方向溝G1aの溝幅と、は等しくてもよいが、これに限定されるものではない。図5に示すように、旋回スクロール22において周方向溝G1aや排油溝G1bに対応する箇所の鏡板面は、平面状になっている。
なお、図6では、旋回スクロール22の上面に設けられた給油流路12(図2参照)の開口J4の移動軌跡M4を一点鎖線で示している。前記したように、クランク軸3の給油貫通孔3d(図1参照)から給油流路12(図2参照)を介して、周方向溝G1aに高圧の潤滑油が間欠的に供給される。図6の例では、旋回スクロール22(図2参照)の旋回に伴い、給油流路12(図2参照)の開口J4が円形状の移動軌跡M4を通って元の位置に戻ってくるまでに、給油流路12と周方向溝G1aとが2回連通している。また、周方向溝G1aの連通部G12aは、給油流路12(図2参照)の開口J4の移動軌跡M4を部分的に含むように形成されている。このような連通部G12aの長さが、設計段階で適宜に調整されることで、十分な量の高圧の潤滑油が周方向溝G1aに間欠的に供給される。
なお、図7Aでは、固定スクロール21と旋回スクロール22(図3参照)との環状の摺動面V1をドットで示している。また、図7Aでは、旋回スクロール22の給油流路12(図2参照)の開口J4を固定スクロール21に投影することで、開口J4の位置を示すようにしている。図7Aの状態では、旋回スクロール22が移動する過程で開口J4が周方向溝G1aにまだ連通していない。このような非連通の区間を設けることで、周方向溝G1aに無駄に多くの潤滑油が供給されることを抑制できる。したがって、周方向溝G1aから圧縮室S1(図1参照)に多量の潤滑油が流入することを抑制し、ひいては、冷媒の加熱損失を抑制できる。つまり、冷媒の温度上昇に伴う膨張で、圧縮室S1の冷媒量が少なくなる(冷凍能力が低下する)ことを抑制できる。図7Aに示す状態の後、図7B、及び図7Cの順で開口J4の位置が変化する。
図7Bに示すように、旋回スクロール22の給油流路12(図2参照)の開口J4が周方向溝G1aに連通することで、吐出圧力に略等しい高圧の潤滑油が周方向溝G1aに供給される。これによって、固定スクロール21と旋回スクロール22との間のスラスト荷重を低減できる。また、固定スクロール21の鏡板面21f(図4参照)と旋回スクロール22の鏡板22a(図1参照)との間の微小な隙間を介して、周方向溝G1aから圧縮室S1(図1参照)に潤滑油が適度に供給される。これによって、固定ラップ21b(図1参照)や旋回ラップ22b(図1参照)等が潤滑されるため、摩耗や焼付きを抑制できる。また、排油溝G1bを介して背圧室S4(図1参照)にも潤滑油が供給されることで、背圧室S4の各摺動部も十分に潤滑される。
図7Cに示すように、給油流路12(図2参照)の開口J4が周方向溝G1aから外れた状態では、油溝G1には潤滑油が特に供給されない。この状態において周方向溝G1aに存在する高圧の潤滑油は、排油溝G1bを介して、背圧室S4(図1参照)に徐々に流出する。前記したように、排油溝G1bは周方向溝G1aよりも浅いため、周方向溝G1aに存在する潤滑油が、排油溝G1bを介して急激に流出することを抑制できる。
なお、図8の横軸は時刻を示し、縦軸は油溝G1(図4参照)の連通状態を示している。図8の縦軸には、油溝G1の連通状態として、給油流路12(図2参照)と周方向溝G1a(図4参照)との連通(図8の破線)や、背圧室S4(図1参照)と排油溝G1b(図4参照)との連通(図8の一点鎖線)の他、給油流路12及び背圧室S4のいずれにも連通しない「非連通」(図8のタイムチャートの下端)を示している。
第1実施形態によれば、固定スクロール21の鏡板面21fに設けられた円弧状の周方向溝G1a(図4参照)に高圧の潤滑油が間欠的に供給される。また、排油溝G1bが周方向溝G1aよりも浅く(流路面積が狭く)なっているため、周方向溝G1aの潤滑油が高圧で維持されやすくなる。これによって、旋回スクロール22の鏡板22aが周方向溝G1aの付近で固定スクロール21に強く当たることを抑制し、ひいては、摺動面での摩擦損失や焼付きを抑制できる。また、圧縮室S1や背圧室S4の各摺動部に潤滑油が適度に供給されるため、スクロール圧縮機100の信頼性が高められる。
第2実施形態では、第1実施形態で説明したスクロール圧縮機100(図1参照)を備える空気調和機W1(冷凍サイクル装置:図9参照)について説明する。
なお、図9の実線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
一方、図9の破線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。
空気調和機W1は、冷房や暖房等の空調を行う機器である。図9に示すように、空気調和機W1は、スクロール圧縮機100と、室外熱交換器71と、室外ファン72と、膨張弁73と、四方弁74と、室内熱交換器75と、室内ファン76と、を備えている。
第2実施形態によれば、製造コストが低く、性能や信頼性の高いスクロール圧縮機100を空気調和機W1が備えている。これによって、空気調和機W1の全体としての製造コストを削減し、また、その性能や信頼性を高めることができる。
以上、本発明に係るスクロール圧縮機100や空気調和機W1について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、図10(第1の変形例)や図11(第2の変形例)のようにスクロール圧縮機が構成されるようにしてもよい。
なお、図10に示す領域K2は、図4(第1実施形態)に示す領域K1に対応している。図10に示すように、周方向溝GA1aは、円弧部G11aと、連通部G13aと、を備えている。連通部G13aは、給油流路12(図2参照)の開口J4の移動軌跡M4の一部を含むように形成されている。図10に示すように、開口J4が円形状の移動軌跡M4を一周する間に、開口J4と油溝G1とが1回連通するようにしてもよい。このような構成でも、設計段階で連通部G13aの長さを適宜に調整することで、高圧の潤滑油を周方向溝GA1aに適切に供給できる。
図11に示すように、周方向溝GB1aにおいて、排油溝G1b(図4参照)とは反対側の端部がT字状に形成されていてもよい。このような構成でも、設計段階で連通部G14aの長さを適宜に調整することで、高圧の潤滑油を周方向溝GB1aに適切に供給できる。また、図11の例では、給油流路12(図2参照)の開口J4が円形状の移動軌跡M4を一周して元の位置に戻ってくるまでに、開口J4と油溝G1とが1回連通する構成を示しているが、2回連通するようにしてもよい。このような構成でも、第1実施形態と同様の効果が奏される。
また、各実施形態では、排油溝G1b(図4参照)が周方向溝G1a(図4参照)の端部から径方向外側に設けられる例について説明したが、排油溝G1bが背圧室S4(図1参照)に連通している構成であれば、排油溝G1bが延在する方向は適宜に変更可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
2 圧縮機構部
12 給油流路
21 固定スクロール
21b 固定ラップ
21f 鏡板面
22 旋回スクロール
22b 旋回ラップ
23 フレーム
3 クランク軸(シャフト)
3c 給油ピース(遠心ポンプ)
3d 給油貫通孔
4 電動機
4a 固定子
4b 回転子
71 室外熱交換器
73 膨張弁
75 室内熱交換器
100 スクロール圧縮機
G1 油溝
G1a,GA1a,GB1a 周方向溝
G11a 円弧部
G12a,G13a,G14a 連通部
G1b 排油溝
H1 挿通孔
J4 開口
L1 深さ(周方向溝の深さ)
L2 深さ(排油溝の深さ)
M4 移動軌跡
S1 圧縮室
S4 背圧室
W1 空気調和機(冷凍サイクル装置)
Claims (4)
- 密閉容器と、
固定子及び回転子を有し、前記密閉容器に収容される電動機と、
潤滑油が流れる給油貫通孔を有し、前記回転子と一体で回転するシャフトと、
渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、
渦巻状の旋回ラップを有し、前記固定ラップと前記旋回ラップとの間に圧縮室が形成される旋回スクロールと、
前記シャフトの挿通孔を有し、前記固定スクロールを支持するフレームと、を備え、
前記旋回スクロールと前記フレームとの間には、背圧室が設けられ、
前記旋回スクロールには、前記給油貫通孔からの潤滑油を前記固定スクロールの鏡板面側に導く給油流路が設けられ、
前記固定スクロールの前記鏡板面には、円弧状の周方向溝と、前記周方向溝の一端に接続している排油溝と、が設けられ、
前記排油溝は、前記背圧室に連通しており、
前記排油溝の流路面積は、前記周方向溝の流路面積よりも小さく、
前記給油流路と前記周方向溝とが間欠的に連通し、
前記周方向溝は、円弧状を呈する円弧部と、前記給油流路と間欠的に連通する連通部と、を有し、
前記連通部は、前記円弧部において前記排油溝とは反対側に接続しており、前記給油流路における前記鏡板面側の開口の移動軌跡を部分的に含むように形成され、
前記給油流路が、1つの前記周方向溝に含まれる前記連通部と前記円弧部とに交互に連通する、スクロール圧縮機。 - 前記周方向溝の深さは、1mm以上であって3mm以下の範囲内であり、
前記排油溝の深さは、0.1mm以上であって1mm未満の範囲内であること
を特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記シャフトの下端付近に設けられる遠心ポンプを備え、
前記給油貫通孔は、前記シャフトの上部で開口していること
を特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、を備える冷凍サイクル装置。
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