JPH05288169A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】吸込み加熱を防止しつつ、吸込み完了直前の吸
込みポート側への逆流，吸込み干渉を防止して、圧縮機
の性能，能力向上を図る。 【構成】吸込み閉じ切り位置を同一方向とし、吸込みポ
ート４をこの近くに開口する。次に緩衝空間を旋回スク
ロール２の巻終わり延長方向に設け、吸込みポート４を
巻終わりより内周側に開口し、整流するガイドを設けス
ムーズに吸込み、あるいは、吸込み完了を従来より約５
０°早めることにより逆流を防止する。その方法は、固
定スクロール１の外側巻終わりを旋回半径と同じ半径の
円弧部と接続するブレード等により吸込みポート４と吸
込み室を隔絶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫，ルームエアコ
ン等に用いられる容積形圧縮機の一種であるスクロール
圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスクロール圧縮機を、特開昭56−
20701 号公報を参照して、図１２ないし図１６により説
明する。図１２は従来のスクロール圧縮機の圧縮要素部
の縦断面図、図１３，図１４は図１２のＩ−Ｉ断面を示
す渦巻部の平面図である。固定スクロール部材１は、端
板１ａと、これに直立している渦巻体１ｂとから、また
旋回スクロール部材２も同様に、端板２ａと、渦巻体２
ｂとさらに背面に突出したピン部２ｃからなる。渦巻形
状は、渦巻ピッチ，渦巻壁の厚さが一定になるインボリ
ュート曲線が一般に用いられている。固定スクロール部
材１の端板１ａの中心には吐出ポート３が、外周部には
吸込みポート４が設けられている。フレーム５は固定ス
クロール部材１の端板外周部にボルト（図示せず）によ
って固定されている。クランク軸６はフレーム５に設け
られた軸受部７により支持される。クランク軸６にはバ
ランスウエイト９，頭部には軸心Ｏから距離εだけ偏心
した位置を中心にボス穴１０が形成されている。ボス穴
１０に旋回スクロールピン部２ｃがはめ込まれている。
また、旋回スクロール部材２の自転防止のため、オルダ
ムリング１２が用いられている。

【０００３】両スクロール部材１，２は渦巻体１ｂ，２
ｂを互いに内側にして接してかみ合って、旋回スクロー
ル渦巻体の外側と内側にそれぞれ少なくとも一つの密閉
容積部を形成する。それぞれの密閉時の最大容積は、旋
回スクロール２の渦巻部端２ｂ１，２ｂ２とそれぞれ固
定スクロール１の渦巻部端１ｂ１，１ｂ２が接して閉じ
切り、形成される。閉じ切り位置１ｂ１，１ｂ２は、図
１３の状態では渦巻中心より互いに１８０°ずれたとこ
ろに、図１４では略同一方向に設定されている。図１４
のように、閉じ切り位置を１８０°以内でずらすことに
より、外周部に無駄な空間をなくし、吸込み容積を増加
させ、小形化に効果がある。このような小形化の他の例
に、特開昭55−109792号公報がある。

【０００４】電動機（図示せず）等によりクランク軸６
を時計方向に回転させることにより、旋回スクロール部
材２は固定スクロール部材１に対して姿勢を変えずに
（見かけ上自転しない）時計方向に公転運動する。図１
５に、閉じ切り位置が１８０°ずれ（図１４に相当）、
旋回スクロール外側巻終わり端２ｂ１が固定スクロール
巻終わり端１ｂ１と接している状態（０°とする図
（ａ））から、９０°ごとに公転させた状態を図
（ｂ)，(ｃ)，(ｄ）に示す。公転に伴い、両スクロール
の接点は内周側に移動する。ポート４から外周部に流入
した流体は、両スクロールの渦巻体の間に取り込まれ、
取り込み開始から１公転後に閉じ切られ、密閉容積Ｖ
１，Ｖ２が形成される。さらに、密閉容積部Ｖ１，Ｖ２
は内周側に向かって容積を縮小し、流体は圧縮され吐出
ポート３から吐出される。また、図１５の場合、二つの
吸込みのタイミングは互いに１８０°ずれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１５に示す点描部の
吸込み室に取り込む吸込み容積Ｖ（Ｖ′も同様）の容積
変化を縦軸に、両スクロール渦巻端が接したときからの
クランク軸の回転角度を横軸に取り、図１６に示すよう
に、容積Ｖ（Ｖ′）が最大となるのは閉じ切り前５０°
付近で、その容積は閉じ切り時の約１０５％となる。即
ち、一旦、両スクロール部材間に取り込まれた流体が閉
じ切り寸前に吸込みポート側に逆流する。この結果、従
来開示された構造では、閉じ切り時の流体の逆流によ
り、吸込み途中のもう一方の対向する吸込み室への流れ
と衝突し、流れを停滞させる。このように流れが干渉し
て、吸込みを阻害することにより、圧縮機の体積効率が
低下していた。この干渉の防止のため、吸込みポートと
閉じ切り位置の間に空間を残して緩衝部としているが、
吸込みポートから両スクロール部材間に取り込まれるま
での間に加熱損失が発生したり、吸込み干渉防止に対し
て不十分であった。

【０００６】本発明の目的は、吸込み加熱を防止しつ
つ、吸込み完了直前の吸込みポート側への逆流による吸
込み干渉を防止して、圧縮機の能力および効率の向上を
図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、吸込みポートを吸込み室を形成する渦
巻体の閉じ切り位置近傍に開口させ、緩衝空間を固定ス
クロール巻終わり部延長方向で吸込みポート開口位置よ
り外周側に設ける。吸込みポートの開口部を旋回スクロ
ール渦巻端より内周側に設ける。このとき、吸込み開口
面積の確保として、固定スクロール渦巻体の内周側に吸
込み通路を延長して設ける。また、吸込み流体を整流す
るガイドを設けるなどにより、逆流干渉を小さくする。

【０００８】あるいは、逆流そのものの発生を防止する
方法として、固定スクロールの渦巻端１ｂ１、あるい
は、１ｂ２に旋回スクロール渦巻端２ｂ１，２ｂ２が接
する直前に、吸込み空間と吸込みポートの連通を遮断す
ればよい。旋回スクロール渦巻体の外側吸込み室の場合
は、固定スクロール渦巻端１ｂ１を公転半径εと同じ半
径の円弧部と接続し、この円弧部と旋回スクロール渦巻
端２ｂ１がなめらかに接するようにする。両吸込み室と
もに隔絶するには、旋回スクロールの巻終わりに接線方
向に延伸するブレード部を設ける。

【０００９】

【作用】吸込みポートを閉じ切り位置近傍に開口させる
ことにより、吸込みポート部に入ってからの流体の加熱
損失がなくなる。緩衝空間を固定スクロール渦巻体の巻
終わり部の延長方向で吸込みポート開口位置より外周側
に設け、流体を供給する吸込みポート側への干渉を小さ
くできる。吸込みポートの中心は固定スクロール渦巻体
の巻終わり部溝幅の略中心線上で、開口幅は公転直径以
下とし、かつ、旋回スクロール渦巻体の巻終わり部より
内周側にする。このように構成することにより、閉じ切
り前に直接吸込みポート側に逆流する経路を旋回スクロ
ールの渦巻体で遮断し、干渉を小さくできる。同様に、
吸込み流体を整流するガイドを設けることにより、反対
側の吸込み行程への干渉を小さくできる。

【００１０】両スクロール渦巻端が接する従来の閉じ切
り位置より公転角で約５０°前に、吸込み室と吸込みポ
ートが連通しないようにすれば、理論的には吸込みポー
ト側への逆流そのものを防ぐことができる。固定スクロ
ール渦巻端に接続した円弧部と旋回スクロール渦巻端が
なめらかに接するようにすれば、旋回スクロール渦巻体
の外側吸込み室逆流は防止できる。旋回スクロール渦巻
体の巻終わり部に設けたブレードにより、吸込みポート
と吸込み室の連通を遮断して、両方の吸込み室とも逆流
を防ぐことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図９によ
って説明する。なお、吸込み完了時の逆流に対する対策
はもう一方の反対側も同様の動作の場合は省略する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例に係るスクロー
ル圧縮機の吸込みポート部を示す平面図である。図にお
いて、吸込みポート４は旋回スクロール巻終わり部にか
からない近接位置に設けている。１６は旋回スクロール
巻終わり延長方向で吸込みポート４の開口位置より外周
側に設けられた緩衝空間である。この場合、逆流した流
れ１５ａは緩衝空間１６に流れ込み、干渉の少ない吸込
み流れ１５ｂを確保することができる。

【００１３】図２は、本発明の一実施例に係るスクロー
ル圧縮機の吸込みポート部を示す平面図である。図にお
いて、吸込みポート４は、旋回スクロール渦巻端２ｂ１
（２ｂ２）より内周側に設けられているが、吸込みポー
トの中心を固定スクロール巻終わり部溝幅の略中心線上
で、開口幅を公転直径以下としている。これにより、両
スクロール渦巻端が接したときも、吸込みポートと吸込
み室が直接連通することはない。逆流した流れ１５ａは
固定スクロール溝の終わり部で向きを反転し、吸込み流
れ１５ｂと同じ方向の流れとなり、流れの正面衝突を回
避できる。この場合、吸込みポートの開口面積が旋回ス
クロール渦巻体で塞がれ小さくなるが、図３に示す図２
のIII−III矢視断面図のように、内周側に延ばした吸込
み通路溝２０を設けることにより、開口面積を確保する
ことができる。

【００１４】図４は、本発明の他の実施例であるスクロ
ール圧縮機の吸込みポート部を示す平面図である。固定
スクロール渦巻溝端の幅が小さく、吸込みポート４を、
旋回スクロールの巻終わり部より内周側に設けた場合、
両スクロール渦巻端が接したときも吸込みポートと吸込
み室が、直接、連通する場合がある。この場合を想定
し、旋回スクロールの巻終わり延長部に吸込みポート４
を設け、整流ガイド１７を設けた。この場合の逆流した
流れ１５ａと干渉しない流れを１５ｂとして図示する。
この場合、整流ガイドとして別体の部品を必要とする
が、図５に示すスクロール圧縮機の吸込みポート部の平
面図のように、旋回スクロールの巻終わりを延長して旋
回スクロールと一体に、整流ガイド部２ｄを設けること
ができる。

【００１５】図６は、本発明の他の実施例であるスクロ
ール圧縮機の吸込みポート部を示す平面図である。公転
半径εと同じ半径の円弧部１ｃは固定スクロールの外側
渦巻端１ｂ１になめらかに接続しており、旋回スクロー
ル渦巻端２ｂ１となめらかに接するようになっている。
円弧部の中心角度θは、約４０°として、従来の閉じ切
り位置より早く吸込み室と吸込みポート部を隔絶してい
る。円弧部の角度を５０°より小さくしたのは、流体自
身の慣性による過給効果および吸込通路面積を確保する
ことにより、実際に吸込み室に取り込まれる流体の量を
最大にするためである。こうして、流体の逆流をなく
し、実際の吸込み量（圧縮機の能力）も大きくすること
ができる。このタイミングは、他の実施例にも共通し、
吸込みの通路の遮断もしくは閉じ切るのに最も効果的で
ある。なお、この円弧部を設けて、旋回スクロール渦巻
の外側の逆流を防止する改良は、吸込み閉じ切り位置が
１８０°ずれた位置でも、旋回スクロール渦巻体に逃げ
部を設けることにより、構成は可能であり、圧縮機の能
力を高める効果は同様である。

【００１６】図７，図８は、本発明の第六，第七の実施
例に係るスクロール圧縮機の吸込みポート部を示す平面
図である。旋回スクロールの巻終わりにブレード１８と
スプリング１９を設け、吸込みポート４を従来の閉じ切
りより前に吸込み室と連通しないように設ける。図７，
図８は、ブレードをそれぞれ旋回スクロール，固定スク
ロールに設けた溝部２１に挿入されている。図９は図７
のブレード部の縦断面図である。これにより、両吸込み
室とも逆流を防止することができる。本実施例では、ス
プリングを必要としたが、ブレード１８と固定スクロー
ルに設けた溝部１ｄを図１０のように配設すれば、スプ
リングを省略することができる。なお、吸込みポートの
形状は矩形として、通路面積の確保を図っている。

【００１７】本発明の渦巻形状はインボリュート曲線に
限定されない。図１１は、本発明の他の実施例に係るス
クロール圧縮機の渦巻部の平面図である。本実施例で
は、渦巻として任意のなめらかに伸開する曲線とその包
絡線より構成した場合である。ここでは、なめらかに伸
開する曲線として代数螺線の例を示す。代数螺線は極座
標（動径ｒ，偏角θ）表示で、ａ，ｋをパラメータ（こ
れらはθの関数などとしてもよい）として次の数１で表
される。

【００１８】

【数１】

【００１９】代数螺線，包絡線の選び方は色々できる
が、渦巻体の内側曲線に代数螺線を選び、渦巻体の外側
曲線には、内側曲線を１８０°回転させ、これを旋回半
径εで公転運動させたときにできる二つの包絡線のう
ち、内側の方を選んだ場合である。このようにすること
により、旋回及び固定スクロールの渦巻体を同一形状と
することができ、旋回半径と同じ半径の１本のエンドミ
ルで渦巻体の加工ができる。また、図のように容易に渦
巻中心部のトップクリアランス容積を零とし、再膨張損
失を無くすことができるといったメリットのある渦巻体
を構成できる。このような渦巻形状を用いることによ
り、渦巻体の加工時に図１のような円弧部を容易に残す
加工ができる。

【００２０】さらに代数螺線の数１で、例えば係数ａを
定数，指数ｋをｋ＜１.０ の定数にすることにより渦巻
壁の厚みを中心部では厚く外周部では薄いといった、中
心部で圧力差が大きいために必要な渦巻体の強度確保，
流体の内部漏れ低減に効果がある。また同じ能力，圧力
比の渦巻形状を得るのに、インボリュート曲線よりも渦
巻体の直径が小形ながら、旋回半径を大きくできるとい
ったメリットのある渦巻体を構成できる。このような渦
巻形状を用いることにより、吸込みポートを旋回スクロ
ール渦巻体にかかるように設けても、吸込みポートの塞
ぎが小さいため、体積効率の高いスクロール圧縮機を得
ることができる。

【００２１】以上の実施例は、各々独立して用いても効
果があるが、組合わせて用いることにより、効率向上の
効果を増すことができる。また、本発明のスクロール圧
縮機を冷凍・空調システムに用いることにより、効率の
高く振動の小さいシステムが得られる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、渦巻の巻き終わり部の
近傍に吸込みポートを設けることにより、圧縮する流体
の吸込み加熱損失をなくして、スクロール圧縮機の効率
を向上することができる。また、吸込み室の閉じ切りの
タイミングを工夫することにより吸込み室からの流体の
逆流を防止し、流体の供給をスムーズにして、体積効率
の高いスクロール圧縮機とすることができる。このよう
なスクロール圧縮機を冷凍サイクルに搭載することによ
り、エネルギ効率に優れ、振動の小さい冷凍・空調シス
テムが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の本発明におけるスクロール圧縮機吸
込みポート要部の平面図。

【図２】第二の実施例の本発明におけるスクロール圧縮
機吸込みポート要部の平面図。

【図３】図２の吸込み通路III−III矢視断面図。

【図４】第三の実施例の本発明におけるスクロール圧縮
機吸込みポート要部の平面図。

【図５】第四の実施例の本発明におけるスクロール圧縮
機吸込みポート要部の平面図。

【図６】第五の実施例の本発明におけるスクロール圧縮
機吸込みポート要部の平面図。

【図７】第六の実施例の本発明におけるスクロール圧縮
機吸込みポート要部の平面図。

【図８】第七の実施例の本発明におけるスクロール圧縮
機吸込みポート要部の平面図。

【図９】図７のブレード部の縦断面図。

【図１０】第八の実施例の本発明におけるスクロール圧
縮機吸込みポート要部の平面図。

【図１１】本発明における他のスクロール圧縮機の渦巻
部の平面図。

【図１２】従来のスクロール圧縮機の縦断面図。

【図１３】従来のスクロール圧縮機の渦巻部の平面図。

【図１４】従来のスクロール圧縮機の渦巻部の平面図。

【図１５】スクロール圧縮機の圧縮原理の説明図。

【図１６】スクロール圧縮機の吸込み室の容積変化の説
明図。

【符号の説明】

１…固定スクロール、２…旋回スクロール、３…吐出ポ
ート、４…吸込みポート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 博 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 遠藤 和広 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】渦巻体をもつ固定スクロール及び旋回スク
   ロールを互いに接してかみあわせ、前記旋回スクロール
   を前記固定スクロールに対して公転するようにして、前
   記固定スクロールの前記渦巻体の内側及び外側渦巻の巻
   き終わりの２か所で閉じ切り、前記旋回スクロールの前
   記渦巻体の外側および内側に密閉容積を形成し、公転す
   るに従い、内周側に向かって移動して容積が小さくなり
   圧縮するスクロール圧縮機において、前記２か所の閉じ
   切り位置を渦巻中心より略同一方向とし、この閉じ切り
   位置の近傍に圧縮する流体を供給する吸込みポートを形
   成し、前記固定スクロール渦巻体の巻終わり部延長方向
   で前記吸込みポートの開口位置より外周側に緩衝空間を
   有することを特徴とするスクロール圧縮機。