JP2005146902A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒とオイルとを十分に撹拌させることによって圧縮室隙間のシール性向上による高効率化と油膜確保による信頼性向上、コストアップの抑制を実現すること。
【解決手段】吸入室１３における冷媒の主な流れに沿って、その方向に直交して背圧調整弁２２のオイル供給通路２２ａの出口を開口させることにより、オイルを冷媒の流れにスムーズに乗せ、冷媒とオイルを撹拌させることができるため、第１、第２の圧縮室１１ａ、１１ｂへのオイル供給量が均等化され、摺動部、隙間における十分なオイル保持によって、シール性向上による高効率化と油膜確保による信頼性向上を両立させることが可能であり、信頼性確保を目的とした従来までの表面改質によるコストアップも抑制できる。
【選択図】図２

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部品と旋回スクロール部品をかみ合わせ複数の圧縮室を形成し、旋回スクロール部品背面に一定圧を印加することで固定スクロールラップ上面と旋回スクロール支持円板面とがスラスト摺動し、旋回スクロール部品に偏心部を有するクランクシャフトを連結させ、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において、各圧縮室には必ず微小な隙間が存在し、その隙間をオイルにて満たすことで他の圧縮室または吸入室、旋回スクロール部品背面室との流体の流通を防止している。

しかし、昨今のインバーター制御化によって運転周波数や温度、圧力などの運転条件は様々に変化し、それに伴ってオイルによるシール性能が不十分な運転条件が発生する。シール性能が低下すると各圧縮室での流体の漏れが大きくなり体積効率の低下や再圧縮による圧縮効率の低下を引き起こす。

また、オイルの供給量が極端に少ない場合にはシール面でのオイル保持量不足による潤滑状態の悪化が懸念されるため、摺動表面改質などの対策を講じる必要があり、コストアップにつながってしまう。

その対策として、従来からラップ上面部に樹脂製のチップシールを勘合させ、チップシールの浮上によって隙間が大きい場合でも流体の漏れを防止する方法がとられている。

しかし、チップシールの浮上は高低圧の圧力差によって行われるため、圧力差の小さい運転条件では十分に作用しない場合があり、低差圧でのチップシール浮上への対策によってコストアップが生じる。さらに、チップシールを追加する分材料費が増加し、コストアップとなっている。

これらの問題に対する対策として、図５に示す様に旋回スクロール１０４のラップ上面１０４ｇにオイル溝１２２を設けオイルの保持力を向上させることによって各圧縮室２１１での流体の漏れを低減している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１７６７９３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、旋回スクロールラップ内壁側に形成される圧縮室へオイルが偏って供給されている場合、その圧縮室の圧力は旋回スクロールラップ外壁側に形成される圧縮室の圧力よりも低いため、旋回スクロールラップ上面のオイル溝にオイルが保持されにくく、漏れを低減することが困難である。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、旋回スクロールラップ外壁側と内壁側に形成される二つの圧縮室へのオイル供給量の偏りを低減させることにより、オイル溝が無くても常時オイル保持可能な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、請求項１記載のとおり、固定スクロールの吸入室にオイル供給通路を形成し、オイル供給通路の出口を吸入室における流体の主な流れに沿って配設したものである。

従来であれば吸入室に供給されたオイルがラップ沿いに流れ、圧縮室へ偏って供給されていたものが、本構成によれば、吸入室に供給されたオイルが流体の流れに乗り、十分に撹拌されながら圧縮室へと導かれ、旋回スクロールラップ外壁側と内壁側に形成される二つの圧縮室へ適切な量のオイルを供給することができ、圧縮室のシール性、潤滑性向上による高効率化、長寿命化が可能である。

本発明のスクロール圧縮機は、圧縮室におけるオイル保持手段を新たに用いることなく圧縮室隙間のシール性向上による高効率化と油膜確保による信頼性向上、コストアップの抑制が可能である。

第１の発明は、固定スクロールの吸入室にオイル供給通路を形成し、オイル供給通路の出口を吸入室における流体の主な流れに沿って配設することにより、吸入室に供給されたオイルが流体の流れに乗り、十分に撹拌されながら圧縮室へと導かれ、旋回スクロールラップ外壁側と内壁側に形成される二つの圧縮室へ適切な量のオイルを供給することができ、圧縮室のシール性、潤滑性向上による高効率化、長寿命化が可能である。

なお、必ずしもオイル供給通路出口を流体の主な流れに直交させる必要はない。

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、オイル供給通路出口を固定スクロールラップ壁面または固定スクロールラップから延長された壁面に形成することにより、構成を容易にすることができ、多くの設計工数をかけることなく高効率化と信頼性向上を実現することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、オイル供給通路出口を固定スクロールラップ底面に形成することにより、特に効率への影響の大きい旋回スクロールラップ上面と固定スクロールラップ底面との隙間からの流体漏れを確実に低減させることができ、より確かな高効率化が可能である。

第４の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、オイル供給通路出口を旋回スクロールラップに形成することにより、旋回スクロールラップ外壁側と内壁側に形成される二つの圧縮室へ適量のオイルを精密に供給することが可能となり、圧縮機の運転条件と部品の摺動状態を考慮したより高精度な高効率化と長寿命化の両立を図ることができる。

第５の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、オイル供給通路出口を旋回スクロールラップ底面に形成することにより、特に信頼性への影響の大きい旋回スクロールラップ底面と固定スクロールラップ上面との摺動状態を緩和させることができ、信頼性を向上させることが可能であるし、焼き付き防止のための表面改質などを施す必要が無いために、コストダウンを図ることも可能である。

第６の発明は、特に、第１の発明のスクロール圧縮機において、オイル供給通路を複数個設けることにより、二つの圧縮室へのオイル供給量をより均等化することが可能であるし、意図的に片方の圧縮室への供給量を増加させることも容易にできる。

第７の発明は、特に、第６の発明のスクロール圧縮機において、オイル供給通路出口にメッシュ部品を配設することにより、部品構成を容易にすることができ、高効率化、長寿命化を実現させながら大幅なコストアップを防止することが可能である。

第８の発明は、特に、第６の発明のスクロール圧縮機において、オイル供給通路出口に多孔質体部品を配設することにより、オイルの粒径をより小さくすることができ、流体の流れに乗って撹拌されやすくなるため、確実なオイル供給量の均等化が実現できる。

第９の発明は、特に、第６の発明のスクロール圧縮機において、オイル供給通路出口にハニカム部品を配設することにより、オイルの粒径を小さくしながら部品としての強度も十分に確保することができ、オイル供給量の均等化と部品信頼性の確保が可能である。

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ＨＦＣ系冷媒またはＨＣＦＣ系冷媒を用いることで、ラップ高さが高くなり、冷媒とオイルとの撹拌が不十分になりやすい圧縮機においてオイル供給の均等化によってより効果的に高効率化が可能となる。

第１１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ＣＯ２を用いることで、差圧が大きくなっている圧縮機において圧縮室のシール性向上、オイル保持量向上による高効率化、信頼性確保がより効果的である。

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、本発明の第１の実施の形態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、その中央部にモータ３、上部に圧縮部が配置され、モータ３の回転子３ａに固定された駆動軸４の一端を支承する圧縮部の本体フレーム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。

駆動軸４に設けられた主軸方向の油穴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とを直立させたラップ支持円板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、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の中央部に吐出口１２、外周部に吸入室１３が配置されている。

駆動軸４の主軸から偏心して駆動軸４の上端部に配置された偏心軸１４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。旋回スクロール９のラップ支持円板９ｂと本体フレーム５に設けられたスラスト軸受１５との間は、油膜形成可能な微小隙間が設けられている。ラップ支持円板９ｂには偏心軸受１０とほぼ同心の環状シール部材１６が遊合状態で装着されており、その環状シール部材１６はその内側の背面室１７と外側の背圧室１８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潤滑油は駆動軸４の油穴７を通り旋回スクロ
ール９の偏心軸受１０と偏心軸１４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のラップ支持円板９ｂの背面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１８へと通じ、旋回スクロール９を固定スクロール６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１３へと導かれる。もう一方は偏心軸受１０、背面室１７、主軸受１９を通り圧縮部外部へ排出される。

吐出口１２の出口側を開閉する逆止弁装置２３が固定スクロール６の鏡板６ａの平面上に取り付けられており、その逆止弁装置２３は薄鋼板製のリード弁２３ａと弁押さえ２３ｂとからなる。

図２は図１における圧縮部の横断面を示した図で、吸入室１３における冷媒の主な流れの方向に直交して背圧調整弁２２のオイル供給通路２２ａ出口が開口している。

圧縮室１１は、固定スクロールラップ６ｂのラップ内壁６ｆと旋回スクロールラップ９ａのラップ外壁９ｅとで形成される三日月形の第１の圧縮室１１ａと、固定スクロールラップ６ｂのラップ外壁６ｇと旋回スクロールラップ９ａのラップ内壁９ｆとで形成される三日月形の第２の圧縮室１１ｂとに分けられ、それぞれ独立して冷媒の閉じ込みから吐出まで圧縮が行われる。

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。

吸入室１３における冷媒の主な流れに沿って、その方向に直交して背圧調整弁２２のオイル供給通路２２ａの出口を開口させることにより、オイルを冷媒の流れにスムーズに乗せ、冷媒とオイルを撹拌させることができるため、第１、第２の圧縮室１１ａ、１１ｂへのオイル供給量が均等化され、摺動部、隙間におけるオイル保持が十分になされる。

なお、オイル供給通路２２ａの出口を冷媒の主な流れに必ずしも直交させる必要はなく、ある程度の角度を持たせてもよい。

以上のように、本実施の形態においては、吸入室１３における冷媒の主な流れに沿って、その方向に直交して背圧調整弁２２のオイル供給通路２２ａの出口を開口させることにより、シール性向上による高効率化と油膜確保による信頼性向上を両立させることが可能である。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるスクロール圧縮機圧縮部の横断面図である。

図３において、背圧調整弁２２およびオイル供給通路２２ａを実施の形態１にて説明した位置に加えて、固定スクロール６のさらに別の位置および固定スクロールラップ６ｂ底面の位置に設けている。

上記構成により、オイルを多数の場所から供給させることによって冷媒とオイルとの撹拌がより容易になり、二つの圧縮室１１ａ、１１ｂへのオイル供給がより均等化される。

また、固定スクロールラップ６ｂ底面からのオイル供給により、特に効率への影響の大きい旋回スクロールラップ９ａ上面と固定スクロールラップ６ｂ底面との隙間からの流体漏れを確実に低減させることができ、オイル保持もされやすい。

以上のように、本実施の形態においては、オイルを多数の場所から供給させることによってオイル供給の均等化によって高効率化と長寿命化を両立させることができる。

また、固定スクロールラップ６ｂ底面からのオイル供給により、旋回スクロールラップ９ａ上面の隙間のシール性が向上し、より効果的な高効率化が可能となる。

なお、本実施の形態では、固定スクロール６にオイル供給通路２２ａを設けているが、旋回スクロール９に設けてもよい。

旋回スクロール９に設けることによって、比較的摺動状態の厳しい旋回スクロールラップ９ａ底面と固定スクロールラップ６ｂ上面との間にオイルが十分供給されるようになり、信頼性を向上させることができるし、従来ならば表面改質によって信頼性を確保していたものを表面改質無く実現できるため、コストダウンが可能である。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態におけるスクロール圧縮機圧縮部の横断面図である。

図４において、オイル供給通路２２ａの出口にメッシュ部品２４を取り付けている。

上記構成により、オイル供給通路２２ａから吸入室１３へ向けて噴出されたオイルがメッシュ部品２４を通ることで細分化され、オイル粒径が小さくなり、冷媒との撹拌が容易になる。

以上のように、本実施の形態においては、オイル供給通路２２ａの出口にメッシュ部品２４を取り付けることで、オイル撹拌が確実に発生し、二つの圧縮室１１ａ、１１ｂへのオイル供給の均等化がより容易に行われ、高効率化と長寿命化を両立させることが可能である。

なお、本実施の形態では、オイル供給通路２２ａの出口にメッシュ部品２４を取り付けているが、多孔質体部品やハニカム構造部品を取り付けてもよい。

多孔質体部品を取り付けることでオイル粒径をさらに縮小化することができ、効果的なオイル撹拌が可能であるし、ハニカム構造部品を取り付けることでオイル粒径を縮小化しながら部品としての強度を保つことができ、高効率化と部品としての信頼性の確保を両立させることが可能である。

また、本構成ではオイル供給通路２２ａが吸入室１３における冷媒の主な流れに沿わず、冷媒のよどみ領域に配設されていても高効率化と長寿命化が可能である。

さらに、実施の形態１から３のいずれにおいても、特に、ラップ高さが高くオイル撹拌のされにくいＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いた圧縮機や、差圧が大きく圧縮室間の漏れが大きいＣＯ２を用いた圧縮機などに用いることでより大きな効果を得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、圧縮室におけるオイル保持手段を新たに用いることなく圧縮室隙間のシール性向上による高効率化と油膜確保による信頼性向上、コストアップの抑制が可能となるので、高効率化と信頼性向上を両立させる場合に有効であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機の
ほかに、自然冷媒ＣＯ２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。

本発明の実施の形態１における縦型スクロール圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における縦型スクロール圧縮機圧縮部の横断面図 本発明の実施の形態２における縦型スクロール圧縮機圧縮部の横断面図 本発明の実施の形態３における縦型スクロール圧縮機圧縮部の横断面図 従来例の特許文献１における縦型スクロール圧縮機圧縮部の縦断面図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 吐出管
３ モータ
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
４ 駆動軸
５ 本体フレーム
６ 固定スクロール
６ａ 鏡板
６ｂ 固定スクロールラップ
６ｃ ラップ終了部
６ｄ ラップ開始部
６ｅ ラップ上面
６ｆ ラップ内壁
６ｇ ラップ外壁
６ｈ ラップ最外周部
６ｉ 反ラップ鏡板面
７ 油穴
８ 給油ポンプ装置
９ 旋回スクロール
９ａ 旋回スクロールラップ
９ｂ ラップ支持円板
９ｃ ラップ終了部
９ｄ ラップ開始部
９ｅ ラップ外壁
９ｆ ラップ内壁
９ｇ ラップ上面
１０ 偏心軸受
１１ 圧縮室
１１ａ 第１の圧縮室
１１ｂ 第２の圧縮室
１２ 吐出口
１３ 吸入室
１４ 偏心軸
１５ スラスト軸受
１６ 環状シール部材
１７ 背面室
１８ 背圧室
１９ 主軸受
２０ 内部空間
２１ 絞り部
２２ 背圧調整弁
２２ａ オイル供給通路
２３ 逆止弁装置
２３ａ リード弁
２３ｂ 弁押さえ
２４ メッシュ部品
１０４ 旋回スクロール
１０４ｇ ラップ上面
１２２ オイル溝
２１１ 圧縮室

Claims (11)

1. 固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に直立して形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して、旋回スクロールの一部をなすラップが支持円板上に直立するとともに、前記固定スクロールラップに類似した形状の旋回スクロールラップを互いに噛み合わせて、両スクロール間に渦巻き形の対称形の一対の圧縮空間を形成し、前記固定スクロールラップの中心部に吐出室に通じる吐出口を設け、前記固定スクロールラップの外側には吸入室を設け、自転阻止部材を介して前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対し公転運動を行うことによって、前記各圧縮空間が吸入側より吐出側に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画され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前記吸入室にオイル供給通路を形成し、前記オイル供給通路の出口は前記吸入室における流体の主な流れに沿って配設されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記オイル供給通路出口を前記固定スクロールラップ壁面または前記固定スクロールラップから延長された壁面に形成した請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記オイル供給通路出口を前記固定スクロールラップ底面に形成した請求項１記載のスクロール圧縮機。
4. 前記オイル供給通路出口を前記旋回スクロールラップに形成した請求項１記載のスクロール圧縮機。
5. 前記オイル供給通路出口を前記旋回スクロールラップ底面に形成した請求項１記載のスクロール圧縮機。
6. 前記オイル供給通路を複数個設けた請求項１〜５いずれかに記載のスクロール圧縮機。
7. 前記オイル供給通路出口にメッシュ部品を配設した請求項６記載のスクロール圧縮機。
8. 前記オイル供給通路出口に多孔質体部品を配設した請求項６記載のスクロール圧縮機。
9. 前記オイル供給通路出口にハニカム部品を配設した請求項６記載のスクロール圧縮機。
10. 作動流体としてＨＦＣ系冷媒またはＨＣＦＣ系冷媒を用いた請求項１〜９いずれかに記載のスクロール圧縮機。
11. 作動流体として高圧冷媒であるＣＯ２を用いた請求項１〜９いずれかに記載のスクロール圧縮機。
    

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