JPH0737857B2 - スクロール型流体装置及び空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、両歯スクロールを備えたスクロール型流体装
置及び該スクロール型流体装置を用いたエアーサイクル
式の空気調和装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、空気調和装置は冷媒を圧縮及び膨張させて冷凍サ
イクルを構成し、該冷媒と空気とを熱交換して空気調和
を行っていたが、近年、冷媒を用いずに空気を直接圧縮
及び膨張させて冷凍サイクルを構成するエアーサイクル
式の空気調和装置が開発されている。

このエアーサイクル式の空気調和装置には、 “エアコンビジネス”（1979年２月15日号） “省エネ時代の命題”に開示されているように、ケーシ
ング内に複数のベーンを備えたロータを収納して成るロ
ータリベーン式流体装置を用い、該ロータリベーン式流
体装置に熱交換器を接続したものがある。そして、上記
ロータリベーン式流体装置はロータの１回転中における
略可半部が圧縮機構に、他の略可半部が膨張機構に構成
されており、上記ロータを回転させて室内空気を圧縮機
構に吸込み、高温高圧空気に圧縮した後、熱交換器に流
して熱交換し、低温の高圧空気にして膨張機構に導き、
膨張させて低温低圧の空調空気にして室内に吹出すよう
にしている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したエアーサイクル式の空気調和装置においては、
ロータリベーン式流体装置を用いているために、ベーン
の先端面がケーシング内周面を常時摺接して移動するこ
とになる。

しかしながら、これではベーンの先端が摩耗し易く、特
に、潤滑が困難であるため、ベーンの寿命が短いという
問題がある。従って、メンテナンスを頻繁に行う必要が
あり、実用面で問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、摺接力を
小さくすることにより、長期間メンテナンスを不要と
し、実用上の問題を解消することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、両
歯スクロールを用いて圧縮手段と膨張手段を構成するこ
とにより、スラスト方向力をバランスさせて摺接力を小
さくするようにしたものである。

具体的に、第１図に示すように、請求項（１）に係る発
明が講じた手段は、先ず、基板（31）の前面に渦巻状の
第１固定ラップ（32）が立設されて成る第１固定スクロ
ール（３）と基板（41）の前面に渦巻状の第２固定ラッ
プ（42）が立設されて成る第２固定スクロール（４）と
が所定間隔を存して互いに前面を対面させて並設される
一方、基板（51）の両面に渦巻状の第１可動ラップ（5
2）と第２可動ラップ（53）とが立設されて成る可動ス
クロール（５）が上記両固定スクロール（３），（４）
間に第１可動ラップ（52）を第１固定ラップ（32）に、
第２可動ラップ（53）を第２固定ラップ（42）にそれぞ
れ噛合して並設されている。そして、上記可動スクロー
ル（５）の中心が両固定スクロール（３），（４）の中
心より偏心し且つ可動スクロール（５）が自転すること
なく公転するように該可動スクロール（５）を支持する
支持手段（６）が設けられると共に、上記可動スクロー
ル（５）を公転駆動させる駆動手段（７）が設けられて
いる。更に、上記第１固定スクロール（３）と可動スク
ロール（５）との間には、両ラップ（32），（52）の外
側に吸込口（25）が、中央部に吐出口（26）がそれぞれ
開口されて該吸込口（25）より流入した流体を両ラップ
（32），（52）間で圧縮する圧縮手段（21）が構成され
ている。加えて、上記第２固定スクロール（４）と可動
スクロール（５）との間には、両ラップ（42），（53）
の中央部に吸込口（27）が、外側に吐出口（28）がそれ
ぞれ開口されて該吸込口（27）より流入した流体を両ラ
ップ（42），（53）間で膨張させる膨張手段（22）が構
成されたスクロール型流体装置である。

また、請求項（２）に係る発明が講じた手段は、上記請
求項（１）記載のスクロール型流体装置における圧縮手
段（21）の吸込口（25）及び膨張手段（22）の吐出口
（28）がそれぞれ室内に連通される一方、圧縮手段（2
1）の吐出口（26）及び膨張手段（22）の吸込口（27）
にそれぞれエアー配管（13），（13）の一端が接続さ
れ、該両エアー配管（13），（13）の他端がそれぞれ熱
交換器（12）に接続されて構成した空気調和装置であ
る。

（作用） 上記構成により、請求項（１）に係る発明では、駆動手
段（７）を駆動すると、可動スクロール（５）は支持手
段（６）によって両固定スクロール（３），（４）の中
心より偏心して支持されると共に、自転が阻止されてい
るので、該可動スクロール（５）は両固定スクロール
（３），（４）に対して該固定スクロール（３），
（４）の中心を中心して公転運動のみを行う。

そして、この可動スクロール（５）における基板（51）
の片側には圧縮手段（21）が、他の片側には膨張手段
（22）が構成されているので、可動スクロール（５）の
公転によって圧縮手段（21）における両ラップ（32），
（52）間には圧縮室（23）が該ラップ（32），（52）の
外側より形成され、中央に移動しつつ収縮する一方、上
記膨張手段（23）における両ラップ（42），（53）間に
は膨張室（24）が該ラップ（42），（53）の中央より形
成され、外側に移動しつつ膨張する。

この圧縮及び膨張作用により、請求項（２）に係る発明
では、室内空気が吸込口（25）を経て圧縮室（23）に流
入し、高温高圧の空気に圧縮されて吐出口（26）より吐
出し、エアー配管（13）を介して熱交換器（12）に流れ
る。その後、該熱交換器（12）において高温高圧空気は
外気等と熱交換して冷却され、低温高圧空気になり、エ
アー配管（13）を介して膨張手段（22）に導かれ、吸込
口（27）より膨張室（24）に流入し、低温低圧空気にな
って吐出口（28）より室内に吹出すことになる。

（発明の効果） 従って、請求項（１）に係る発明によれば、可動スクロ
ール（５）の片側に圧縮手段（21）を、他の片側に膨張
手段（22）を構成するようにしたために、可動スクロー
ル（５）のスラスト方向がバランスすることになり、各
ラップ（32），（42），（52），（53）の基板（31），
（41），（51）に対する押圧力を著しく軽減することが
できるので、各ラップ（32），（42），…の摺接力が小
さくなり、先端部の摩耗を小さくすることができる。

更に、上記公転スクロール（５）のスラスト方向力がバ
ランスすることにより、摩擦損失が少なく、また、メン
テナンスを長期間不要にすることができる一方、騒音及
び振動を低減することができる他、連続吐出であるの
で、過圧縮などの影響が少なく、コンパクトで高速運転
を可能にすることができる。更にまた、上記膨張手段
（22）で駆動力を回収することができることから、駆動
手段（７）の容量を小さくすることができ、省エネルギ
ー化を図ることができる。

更に一方、請求項（２）に係る発明によれば、上述した
スクロール型流体装置を用いているので、少ないメンテ
ナンスで空調動作を連続して行うことができることか
ら、冷媒を用いない冷凍サイクルで快適な空調を行うこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図及び第２図に示すように、（１）はエアーサイク
ル式の空気調和装置であって、空気を直接圧縮及び膨張
させて冷凍サイクルを構成しており、スクロール型流体
装置（11）に熱交換器（12）がエアー配管（13），（1
3）によって接続されて構成されている。

上記スクロール型流体装置（11）はケーシング（２）内
に第１固定スクロール（３）と第２固定スクロール
（４）と公転スクロール（５）とが上下方向に並設され
て構成され、該ケーシング（２）は偏平な矩形体に形成
されている。そして、上記第１固定スクロール（３）と
公転スクロール（５）の上半部とによって圧縮手段（2
1）が、上記第２固定スクロール（４）と公転スクロー
ル（５）の下半部とによって膨張手段（22）がそれぞれ
構成されている。

上記各固定スクロール（３），（４）は、平板状に形成
された基板（31），（41）の前面（第１固定スクロール
（３）では下面、第２固定スクロール（４）では上面）
に渦巻状（インボリュート曲線）の第１固定ラップ（3
2）及び第２固定ラップ（42）が立設されて形成されて
いる。そして、上記各基板（31），（41）はケーシング
（２）の上面板及び下面板を兼用し、また、第１固定ラ
ップ（32）と第２固定ラップ（42）とは、同一方向視に
おいて、逆方向に巻回しており、上記各固定スクロール
（３），（４）は所定間隔を存して前面を互いに対面さ
せて上下に並設されている。

上記可動スクロール（５）は、円板状に形成された基板
（51）の両面（上面及び下面）に渦巻状（インボリュー
ト曲線）の第１可動ラップ（52）と第２可動ラップ（5
3）とが立設されて両歯スクロールに形成され、該可動
スクロール（５）は基板（51）が上記両固定スクロール
（３），（４）における各ラップ（32），（42）の先端
間に位置して両固定スクロール（３），（５）間並設さ
れている。そして、上記第１可動ラップ（52）と第２可
動ラップ（53）とは、同一方向視において、逆方向に巻
回しており、該第１可動ラップ（52）と第１固定ラップ
（32）とが、また、上記第２可動ラップ（53）と第２固
定ラップ（42）とがそれぞれ噛合されると共に、該各ラ
ップ（32），（42），（52），（53）は先端面が相対抗
する各基板（31），（41），（51）に接するように設け
られている。更に、上記各ラップ（32），（42），（5
2），（53）は噛合する各ラップ（32），（52）及び（4
2），（53）間において側面にて多点接触し、上記第１
固定スクロール（３）と公転スクロール（５）との基板
（31），（51）間には両ラップ（32），（52）によって
圧縮手段（21）の圧縮室（23）が形成される一方、上記
第２固定スクロール（４）と公転スクロール（５）との
基板（41），（51）間には両ラップ（42），（53）によ
って膨張手段（22）の膨張室（24）が形成されている。

また、上記可動スクロール（５）は支持手段（６）によ
ってケーシング（２）に支持されており、該支持手段
（６）は２つのクランクシャフト（61），（61）と２つ
の支持シャフト（62），（62）とがケーシング（２）の
４つの隅角部に対角線上に位置して設けられ、該各シャ
フト（61），（62）に可動スクロール（５）の基板（5
1）が連結されて構成されている。上記各シャフト（6
1），（62）は、第３図にも示すように、ほぼ中央部が
コ字状に屈折されて偏心軸部（63），（64）が形成され
て構成される一方、上記ケーシング（２）の上面板及び
下面板を形成する各固定スクロール（３），（４）の基
板（31），（41）には支持用ボス（33），（43）が形成
され、上記各シャフト（61），（62）の上部及び下部が
ボス（33），（43）に軸受（65），（65），…を介して
上下方向に回転自在に嵌挿支持されている。そして、上
記偏心軸部（63），（64）には可動スクロール（５）の
基板（51）に形成された４つのフランジ（54），（5
4），…が軸受（65），（65），…を介して回転自在に
連結され、上記可動スクロール（５）は該可動スクロー
ル（５）の中心が両固定スクロール（３），（４）の中
心より偏心すると共に、該可動スクロール（５）が自転
することなく両固定スクロール（３），（４）に公転の
み行うように支持されている。

更に、上記クランクシャフト（61）の下端部はケーシン
グ（２）外に延長され、該クランクシャフト（61）の下
部には駆動手段であるモータ（７）が取付けられてい
る。該モータ（７）のロータ（71）はクランクシャフト
（61）に取付けられる一方、ステータ（72）はモータケ
ース（73）に取付けられ、該モータケース（73）はケー
シング（２）の下面に固定され、上記モータ（７）は可
動スクロール（５）を公転駆動するように構成されてい
る。

一方、上記ケーシング（２）内には、第１固定スクロー
ル（３）と公転スクロール（５）との基板（31），（5
1）間及び第２固定スクロール（４）と公転スクロール
（５）との基板（41），（52）間に円筒状の隔壁（2a）
が各ラップ（32），（42），…の外側に位置して設けら
れ、該隔壁（2a）が圧縮手段（21）及び膨張手段（22）
の外周壁を形成している。そして、該圧縮手段（21）に
は吸込口（25）がケーシグ（２）の側面から隔壁（2a）
の内面に亘って形成されると共に、吐出口（26）が第１
固定スクロール（３）の基板（31）の中央部に形成され
ている。また、上記膨張手段（22）には吸込口（27）が
第２固定スクロール（４）の基板（41）の中央部に形成
されると共に、吐出口（28）がケーシング（２）の側面
から隔壁（2a）の内面に亘って形成されている。

更に、上記圧縮手段（21）の吸込口（25）及び膨張手段
（22）の吐出口（28）は室内に連通される一方、該圧縮
手段（21）の吐出口（26）及び膨張手段（22）の吸込口
（27）には上記エアー配管（13），（13）の一端が接続
されており、該各エアー配管（13），（13）の他端が上
記熱交換器（12）に接続されている。

次に、この空気調和装置（１）の空調動作について説明
する。

そこで、先ず、スクロール型流体装置（11）の圧縮及び
膨張動作について第４図及び第５図に基づき説明する。

該スクロール型流体装置（11）の両モータ（７），
（７）を駆動すると、クランクシャフト（61），（61）
が回転し、可動スクロール（５）は支持手段（６）によ
って自転が阻止されつつ、両固定スクロール（３），
（４）の中心を中心として該両固定スクロール（３），
（４）に対して公転運動のみを行うことになる。

この可動スクロール（５）の公転により、圧縮手段（2
1）においては、第４図（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に示すように、第１可動ラップ（52）が右回転
し、両ラップ（32），（52）の外周端（巻終り端）より
圧縮室（23）が形成され、該圧縮室（23）が中央部（巻
始め端）に向って渦巻状に移動しつつ収縮し、上記両ラ
ップ（32），（52）の内周端（巻始め端）より吐出口
（26）に連通する。

一方、同時に膨張手段（22）においては、第５図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、第１可
動ラップ（53）は左回転し、両ラップ（42），（53）の
内周端（巻始め端）より膨張室（24）が形成され、該膨
張室（24）が外側（巻終り端）に向って渦巻状に移動し
つつ膨張し、上記両ラップ（42），（53）の外周端（巻
終り端）より吐出口（28）に連通する。

このスクロール型流体装置（11）の圧縮及び膨張動作に
基づき空調動作を説明する。

先ず、室内空気は圧縮手段（21）の駆動によって吸込口
（25）よりケーシング（２）内に流入して両ラップ（3
2），（52）の外側より圧縮室（23）に流入する。そし
て、上記室内空気は圧縮室（23）内で圧縮されて高温高
圧空気となり、吐出口（26）より吐出してエアー配管
（13）を流れ、熱交換器（12）に流入する。

その後、上記高温高圧空気は熱交換器（12）で外気等と
熱交換して冷却され、低温高圧空気となる。続いて、こ
の低温高圧空気はエアー配管（13）を流れて膨張手段
（22）に導かれ、吸込口（27）よりケーシング内に流入
して両ラップ（42），（53）の中央部より膨張室（24）
に流入する。そして、上記低温高圧空気は膨張室（24）
内で膨張して低温低圧空気となり、吐出口（28）より空
調空気として吹出される。

このエアーサイクルを繰り返して室内を空気調和する。

従って、このスクロール型流体装置（11）によれば、可
動スクロール（５）の片側に圧縮手段（21）を、他の片
側に膨張手段（22）を構成するようにしたために、可動
スクロール（５）のスラスト方向力（上下方向の力）が
バランスすることになり、各ラップ（32），（42），
（52），（53）の基板（31），（41），（51）に対する
押圧力を著しく軽減することができるので、各ラップ
（32），（42），…の摺接力が小さくなり、先端部の摩
耗を小さくすることができる。

更に、上記公転スクロール（５）のスラスト方向力がバ
ランスすることにより、摩擦損失が少なく、また、メン
テナンスを長期間不要にすることができる一方、騒音及
び振動を低減することができる他、連続吐出であるの
で、過圧縮などの影響が少なく、コンパクトで高速運転
を可能にすることができる。更にまた、上記膨張手段
（22）で駆動力を回収することができることから、モー
タ（７）の容量を小さくすることができ、省エネルギー
化を図ることができる。

更に一方、上記空気調和装置（１）によれば、上述した
スクロール型流体装置（11）を用いているので、少ない
メンテナンスで空調動作を連続して行うことができるこ
とから、冷媒を用いない冷凍サイクルで快適な空調を行
うことができる。

尚、本実施例においてはエアーサイクル式の空気調和装
置（１）について説明したが、本発明のスクロール型流
体装置（11）は他の装置に適用してもよい。

また、本実施例の空気調和装置（１）は室内空気を直接
に吸込み、室内に直接吹出すようにしたが、圧縮手段
（21）の吸込口（25）及び膨張手段（22）の吐出口（2
8）を室内熱交換器などに接続して２次空気などを冷却
するようにしてもよい。

また、支持手段（６）は実施例のものに限られず、可動
スクロール（５）を偏心させ且つ自転しないように支持
するものであればよい。

また、駆動手段は２つのモータ（７），（７）を用いた
が、１つのモータ（７）を用い、他のクランクシャフト
（61）にはベルト等で連結するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示しており、第１図はスクロ
ール型流体装置を断面にして示す空気調和装置の構成
図、第２図はスクロール型流体装置の断面平面図、第３
図は支持シャフトを示す断面側面図である。第４図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は圧縮手段の圧縮動作
を示す説明図、第５図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）
は膨張手段の膨張動作を示す説明図である。 （１）…空気調和装置 （２）…ケーシング （３），（４）…固定スクロール （５）…可動スクロール （６）…支持手段 （７）…モータ （11）…スクロール型流体装置 （12）…熱交換器 （13）…エアー配管 （21）…圧縮手段 （22）…膨張手段 （25），（27）…吸込口 （26），（28）…吐出口 （31），（41），（51）…基板 （32），（42），（52），（53）…ラップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板（31）の前面に渦巻状の第１固定ラッ
   プ（32）が立設されて成る第１固定スクロール（３）と
   基板（41）の前面に渦巻状の第２固定ラップ（42）が立
   設されて成る第２固定スクロール（４）とが所定間隔を
   存して互いに前面を対面させて並設される一方、基板
   （51）の両面に渦巻状の第１可動ラップ（52）と第２可
   動ラップ（53）とが立設されて成る可動スクロール
   （５）が上記両固定スクロール（３），（４）間に第１
   可動ラップ（52）を第１固定ラップ（32）に、第２可動
   ラップ（53）を第２固定ラップ（42）にそれぞれ噛合し
   て並設され、 上記可動スクロール（５）の中心が両固定スクロール
   （３），（４）の中心より偏心し且つ可動スクロール
   （５）が自転することなく公転するように該可動スクロ
   ール（５）を支持する支持手段（６）が設けられると共
   に、上記可動スクロール（５）を公転駆動させる駆動手
   段（７）が設けられ、 上記第１固定スクロール（３）と可動スクロール（５）
   との間には、両ラップ（32），（52）の外側に吸込口
   （25）が、中央部に吐出口（26）がそれぞれ開口されて
   該吸込口（25）より流入した流体を両ラップ（32），
   （52）間で圧縮する圧縮手段（21）が構成される一方、 上記第２固定スクロール（４）と可動スクロール（５）
   との間には、両ラップ（42），（53）の中央部に吸込口
   （27）が、外側に吐出口（28）がそれぞれ開口されて該
   吸込口（27）より流入した流体を両ラップ（42），（5
   3）間で膨張させる膨張手段（22）が構成されているこ
   とを特徴とするスクロール型流体装置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載のスクロール型流体装置
   における圧縮手段（21）の吸込口（25）及び膨張手段
   （22）の吐出口（28）がそれぞれ室内に連通される一
   方、圧縮手段（21）の吐出口（26）及び膨張手段（22）
   の吸込口（27）にそれぞれエアー配管（13），（13）の
   一端が接続され、該両エアー配管（13），（13）の他端
   がそれぞれ熱交換器（12）に接続されていることを特徴
   とする空気調和装置。