JP7253655B1 - 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、旋回スクロール22の鏡板面22dには、給油孔H4(図2参照)の開口J4が設けられている他、排油溝G2が設けられている。排油溝G2は、固定スクロール21の周方向溝G1(図4参照)に間欠的に連通する溝である。図3の例では、旋回スクロール22の鏡板面22dの所定位置から鏡板面22dの縁まで、排油溝G2が径方向に設けられている。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や排油溝G2が所定に移動するようになっている。なお、排油溝G2は、旋回スクロール22の位置に関わらず、背圧室S4(図1参照)に常時連通している。
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には周方向溝G1が設けられている。周方向溝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、周方向溝G1は、円弧部G11と、連通部G12と、を備えている。円弧部G11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G11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G1に高圧の潤滑油が間欠的に供給される。図5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G1とが2回連通している。また、連通部G12は、給油流路12(図2参照)における鏡板面21f(図4参照)側の開口J4の移動軌跡M4を部分的に含むように形成されている。連通部G12の位置・長さが設計段階で適宜に調整されることで、適度な量の潤滑油が周方向溝G1に間欠的に供給される。
なお、図6A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6Aでは、旋回スクロール22の給油流路12(図2参照)の開口J4(図2も参照)や排油溝G2(図3も参照)を固定スクロール21に投影することで示すようにしている。図6A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G1にまだ連通しておらず、また、排油溝G2も周方向溝G1に連通していない。このような非連通の区間を設けることで、周方向溝G1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G1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6Aに示す状態の後、図6B、図6C、及び図6Dの順で開口J4や排油溝G2の位置が変化する。
図6Bに示す状態では、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G1に連通するとともに、排油溝G2も周方向溝G1に連通している。これによって、吐出圧力に略等しい高圧の潤滑油が給油流路12(図2参照)を介して、周方向溝G1に供給される。なお、給油流路12と周方向溝G1との連通が開始されたとき、排油溝G2が周方向溝G1に連通していることが好ましい。これによって、周方向溝G1に既に存在している冷媒ガス等が高圧の潤滑油によって、排油溝G1bを介して背圧室S4(図1参照)に押し出されるため、周方向溝G1に潤滑油が流入しやすくなる。
図6Cに示すように、排油溝G2が周方向溝G1から外れた直後は、給油流路12(図2参照)の開口J4が周方向溝G1に連通している。言い換えると、給油流路12(図2参照)と周方向溝G1とが連通している間に、排油溝G2と周方向溝G1との連通が終了する。これによって、周方向溝G1において潤滑油の出口(図4に示す端部G11a)が塞がれた状態で、給油流路12(図2参照)を介して高圧の潤滑油が流入する。その結果、吐出圧力に略等しい高圧の潤滑油で周方向溝G1が満たされるため、固定スクロール21と旋回スクロール22(図1参照)との間のスラスト荷重を十分に低減できる。
図6Dに示すように、給油流路12(図2参照)の開口J4が周方向溝G1から外れた直後は、排油溝G2も周方向溝G1から外れた状態になっている。これによって、周方向溝G1が高圧の潤滑油で満たされた状態で維持される。
なお、図7の横軸は時刻を示し、縦軸は周方向溝G1(図4参照)の連通状態を示している。図7の実線のグラフは、周方向溝G1(図4参照)と排油溝G2(図3参照)との連通状態を示している。また、図7の一点鎖線のグラフは、周方向溝G1(図4参照)と給油流路12(図2参照)との連通状態を示している。
第1実施形態によれば、図6Cに示すように、給油流路12(図2参照)の開口J4と周方向溝G1とが連通している間に、排油溝G2と周方向溝G1との連通が終了する。これによって、排油溝G2と周方向溝G1との連通終了時から次回の連通開始時までの間は、周方向溝G1が高圧の潤滑油で満たされた状態で維持される。したがって、旋回スクロール22(図3参照)が周方向溝G1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(図1参照)や背圧室S4(図1参照)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実施形態は、旋回スクロール22A(図8参照)には排油溝は特に設けられず、固定スクロール21Aの鏡板面21Afに排油溝GA2(図9参照)が設けられる点が、第1実施形態とは異なっている。また、第2実施形態は、固定スクロール21Aの周方向溝G1(図9参照)に排油溝GA2(図9参照)が接続しており、この排油溝GA2が背圧室S4(図1参照)に間欠的に連通する点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他(スクロール圧縮機の全体的な構成等:図1参照)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図8に示す旋回スクロール22Aは、円板状の鏡板22Aaと、渦巻状の旋回ラップ22bと、筒状のボス部22c(図1参照)と、を備えている。旋回スクロール22Aの鏡板面22Adには、給油流路12(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22Aの旋回に伴って、給油流路12(図2参照)の開口J4が所定に移動するようになっている。なお、旋回スクロール22Aの鏡板面22Adには排油溝は特に設けられておらず、次に説明する固定スクロール21Aの鏡板面21Af(図9参照)に排油溝GA2(図9参照)が設けられている。
図9に示すように、固定スクロール21Aの鏡板面21fAには、周方向溝G1と、排油溝GA2と、が設けられている。周方向溝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。排油溝GA2は、背圧室S4(図1参照)と間欠的に連通する溝である。図9に示すように、排油溝GA2は、周方向溝G1において連通部G12とは反対側に接続している。
なお、図10Aでは、固定スクロール21A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10Aでは、旋回スクロール22の給油流路12の開口J4(図3も参照)を固定スクロール21Aに投影することで示している。図10A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G1にまだ連通しておらず、また、排油溝GA2も背圧室S4(図1参照)に連通していない。このような非連通の区間を設けることで、周方向溝G1に無駄に多くの潤滑油が供給されることを抑制できる。図10Aに示す状態の後、図10B、図10C、及び図10Dの順で開口J4の位置が変化する。
図10Bに示す状態では、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G1に連通するとともに、排油溝GA2も背圧室S4(図1参照)に連通している。すなわち、排油溝GA2の径方向外側の端部が環状の摺動面V1から出ている部分を介して、排油溝GA2が背圧室S4(図1参照)に連通している。これによって、吐出圧力に略等しい高圧の潤滑油が給油流路12(図2参照)を介して、周方向溝G1に供給される。なお、給油流路12(図2参照)と周方向溝G1との連通が開始されたとき、排油溝GA2が背圧室S4(図1参照)に連通していることが好ましい。これによって、周方向溝G1に既に存在している冷媒ガス等が高圧の潤滑油によって、排油溝GA2を介して背圧室S4(図1参照)に押し出されるため、周方向溝G1に潤滑油が流入しやすくなる。
図10Cに示すように、排油溝GA2の径方向外側の端部が環状の摺動面V1の内側に入ることで、排油溝GA2と背圧室S4(図1参照)との連通が終了する。排油溝GA2と背圧室S4との連通が終了した直後は、給油流路12(図2参照)の開口J4が周方向溝G1に連通した状態になっている。言い換えると、給油流路12(図2参照)と周方向溝G1とが連通している間に、排油溝GA2と背圧室S4(図1参照)との連通が終了する。これによって、周方向溝G1において潤滑油の出口が塞がれた状態で、給油流路12(図2参照)を介して高圧の潤滑油が流入する。その結果、吐出圧力に略等しい高圧の潤滑油で周方向溝G1が満たされるため、固定スクロール21Aと旋回スクロール22(図1参照)との間のスラスト荷重を十分に低減できる。
図10Dに示すように、給油流路12(図2参照)の開口J4が周方向溝G1から外れた直後は、排油溝GA2は背圧室S4(図1参照)に連通していない。これによって、周方向溝G1が高圧の潤滑油で満たされた状態で維持される。
第2実施形態によれば、図10Cに示すように、給油流路12(図2参照)の開口J4と周方向溝G1とが連通している間に、排油溝GA2と背圧室S4(図1参照)との連通が終了する。これによって、排油溝GA2と背圧室S4との連通終了時から次回の連通開始時までの間は、周方向溝G1が高圧の潤滑油で満たされた状態で維持される。したがって、固定スクロール21Aと旋回スクロール22との間のスラスト荷重を適度に低減できる。
第3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11参照)について説明する。
なお、図11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11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11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3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12(第1の変形例)や図13(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12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12に示すように、周方向溝GA1は、円弧部G11と、連通部G13と、を備えている。連通部G13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12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と周方向溝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G13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GA1に適切に供給できる。
図13に示すように、周方向溝GB1において、排油溝G2(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G14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GB1に適切に供給できる。また、図13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と周方向溝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、第1実施形態では、排油溝G2(図4参照)が径方向に設けられる例について説明したが、排油溝G2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G2が延在する方向は適宜に変更可能である。なお、第2実施形態の排油溝GA2(図9参照)についても同様のことがいえる。
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
21,21A 固定スクロール
21b 固定ラップ
21f,21Af 鏡板面(固定スクロールの鏡板面)
22 旋回スクロール
22b 旋回ラップ
22d,22Ad 鏡板面(旋回スクロールの鏡板面)
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,GA1,GB1 周方向溝
G11 円弧部
G12,G13,G14 連通部
G2 排油溝(旋回スクロールの排油溝)
GA2 排油溝(固定スクロールの排油溝)
H1 挿通孔
J4 開口
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 (5)
- 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、前記給油流路に間欠的に連通する周方向溝が設けられ、
前記周方向溝は、前記固定スクロールの吸込口には連通しておらず、
前記旋回スクロールの鏡板面には、前記背圧室に連通している排油溝が設けられ、
前記排油溝と前記周方向溝とが間欠的に連通し、
前記給油流路と前記周方向溝との連通が開始されたとき、前記排油溝が前記周方向溝に連通しており、
前記給油流路と前記周方向溝とが連通している間に、前記排油溝と前記周方向溝との連通が終了するスクロール圧縮機。 - 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、前記給油流路に間欠的に連通する周方向溝が設けられるとともに、当該周方向溝に接続している排油溝が設けられ、
前記周方向溝は、前記固定スクロールの吸込口には連通しておらず、
前記排油溝と前記背圧室とが間欠的に連通し、
前記給油流路と前記周方向溝との連通が開始されたとき、前記排油溝が前記背圧室に連通しており、
前記給油流路と前記周方向溝とが連通している間に、前記排油溝と前記背圧室との連通が終了するスクロール圧縮機。 - 前記周方向溝は、円弧状を呈する円弧部と、前記給油流路に間欠的に連通する連通部と、を有し、
前記連通部は、前記円弧部に接続しており、前記給油流路における前記固定スクロールの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ていること
を特徴とする請求項1又は請求項2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又は請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 請求項1又は請求項2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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