JPH10501319A - スクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スクロール型圧縮機用の改良された軸線方向密閉装置は、予め定められた位置に背圧穴を形成することにより背圧室において圧力を一定に維持することができ、圧縮ガスが放出される前は背圧穴が開放され、圧縮ガスが実質的に閉ざされた後は背圧穴が閉鎖され、これにより、スクロール型圧縮機の全作動時間にわたりより安定した軸線方向における密閉を得ることができ、固定スクロールと、該固定スクロールの下方部分に係合する回転スクロールとを具備し、これらスクロールの間に圧縮室が形成され、予め定められた位置に形成された背圧穴を有する背圧室を具備し、背圧穴が開放され、これにより、圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが放出室へ放出される前に圧縮室および背圧室が互いに連通状態になり、冷媒ガスが放出室へ放出された後には背圧穴が閉鎖され、これにより、吸引ガス圧よりも大きい圧力と放出ガス圧よりも小さい圧力とを有する中間圧が背圧室へ導入される。

Description

【発明の詳細な説明】 スクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置 技術分野 本発明はスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置に関し、特に、予め定めら れた部分に背圧穴を形成することにより背圧室における圧力を一定に維持できる スクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置に関し、この軸線方向密閉装置では、 圧縮されたガスが放出される前は背圧穴が開放され、圧縮されたガスが実質的に 閉ざされた後は背圧穴が閉鎖されるため、スクロール型圧縮機の全作動時間にわ たり軸線方向における安定した密閉が得られる。 背景技術 図１は従来のスクロール型圧縮機を示しており、このスクロール型圧縮機は、 圧縮機の主要本体１の内側上方部分に設けられた圧縮機構部分３０と、圧縮機の 主要本体１の内側下方部分に設けられたモータ機構部分４０とを有する。 圧縮機構部分３０は、固定スクロール２と、この固定スクロール２の下方部分 と係合する回転スクロール３とを有し、これらスクロールの間には圧縮室が形成 され、また、圧縮機構部分３０は、回転スクロール３の下方部分に配置され且つ 固定スクロール２を支持するようにされた主要フレーム４とを有する。 ここで図２を参照すると、ボルト１２により主要フレーム４へ係合されたリー フスプリング（leaf spring）１１と固定スクロール２とが係合した状態におい ては、固定スクロール２は回転軸５の方へ移動できる。 一方、モータ機構部分４０は、回転軸５上にきつく嵌挿されたステータ７と該 ステータ７の外面から離間したロータ６とを有する。 回転軸５はステータ７とロータ６との間の電磁気作動により回転される。 一方、回転軸５の上方部分は回転スクロール３と偏心して係合する。 図面において、参照番号８は回転スクロール３の回転を防止するる働きをする 旧型のハムカップリング（ham coupling）であり、参照番号１０は冷媒ガスを導 入するための吸引チューブである。 図３Ａ〜図３Ｃに示したように、従来のスクロール型圧縮機は、回転スクロー ル３が回転されたときに、回転スクロール３と固定スクロール２との間に形成さ れた二つの三日月形状の圧縮室２５および２６内へ吸引チューブ１０から該スク ロール型圧縮機へ吸引された冷媒ガスを導入するようになっている。 続いて圧縮室２５および２６の容積が減少し、冷媒ガスが圧縮室２５および２ ６の中心部へ向かって流れると冷媒ガスが圧縮される。 このとき、放出作動を行う嵌込み（built-in）型のスクロール型圧縮機では、 回転スクロール３が回転せしめられると二つの圧縮室２５および２６の両端部分 が互いに密閉接触し、放出穴１５が開かれ、それから、圧縮された冷媒ガスがそ の放出穴１５を通って放出されるときに、冷媒ガスの放出サイクル中にバルブな しで予め定められた容積が得られる。 従って、概して様々な作動状態で作動するスクロール型圧縮機では、放出の開 始まで圧縮されたガスの圧力が放出圧よりも高いときに放出が行われる。しかし ながら、放出の開始まで圧縮されたガスの圧力が放出圧よりも低いときには、ガ スが逆に圧縮室２５および ２６へ流れ込むため、圧縮室２５および２６内の圧力が急激に上昇し、それから 、放出圧よりも高くなる。 従って、図４Ｂに示すように、予め定められた作動状態によって様々な圧縮曲 線が得られる。 一方、従来のスクロール型圧縮機の圧縮工程中では、冷媒ガスの漏れが生じる 。この漏れは概して二つに分類される。一つは、図２に示したように、固定スク ロール２のスクロール渦巻き部２’と回転スクロール３のスクロール渦巻き部３ ’との側面周りで接線方向において生じる接線方向漏れと呼ばれる。もう一つは 、固定スクロール２と回転スクロール３との間における軸線方向の空隙のために インボリュート曲線のスクロール渦巻き部２’および３’の端部分で生じる径方 向漏れと呼ばれる。 上述の二つの漏れのうち後者の漏れは、この漏れが長さ方向において生じるた め、圧縮機の効率を決める深刻な問題となる。 従って、上記軸線方向漏れを防止するために、固定スクロール２または回転ス クロール３の後側に背圧室１３を形成し、従って、圧縮室２５および２６から放 出された圧縮ガスを導入し、圧縮ガスの圧力で回転スクロール３に向かって固定 スクロール２を押すようにされたスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置が業 界に導入された。 ガス圧を用いて軸線方向におけるガス漏れを密封するための構成では、供給さ れる力はガス圧とガス作用面積とに比例するが、作用面積が一定であるため、力 は圧力変化に従って変化する。 しかしながら、圧縮機は図４Ａに示したように台形領域内で作動し、圧縮機に とっては様々な状態は欠くことができない。 即ち、圧縮されているガス圧は、吸引圧および放出圧が蒸発器および凝縮器の 温度変化に従って変化するため変化することとなる。 従って、軸線方向における安定した密閉力を得るためには、スクロールの裏面 に供給するガス圧が圧縮室のガス圧の二分の一に達したとき、いかなる作動状態 においても軸線方向密閉力が一定となる。 しかしながら、バルブを備えていない嵌込み容積（built-in-volume）型の圧 縮機では、圧縮機は、放出開始角前ではいかなる圧力状態においても同様の圧縮 工程を有し、それから、図４Ｂに示すように所定の放出圧に従った様々なタイプ の圧縮工程を有するため、半分の圧力を正確に供給することができるように、ス クロールの裏側において圧縮室のガス圧の二分の一である予め定められた圧力に 対して放出開始前と放出開始後との間の平均圧力を背圧室に供給すべきである。 従って、従来の技術では、背圧穴２４を形成し、この背圧穴２４により、吸引 圧に近いレベルの予め定められたガス圧をスクロール裏面に供給し、放出圧およ び吸引圧を適切に分散するような予め定められた構成を提供する必要がある。ガ ス圧がスクロール裏面へ供給されたとき、作動状態に関係のなく常に高い供給力 が存在するように、背圧面を増大する必要がある。 即ち、詳細には、図２に示したように、従来のスクロール型圧縮機用の軸線方 向密閉装置は、固定スクロール２の後側に背圧室１３を形成し、システムの圧縮 サイクル中に得られる圧力の中間レベルの圧力の冷媒ガスを固定スクロール２の 予め定められた部分に形成された背圧穴１４を介して背圧室１３へ導入し、背圧 室におけるガス圧と圧縮室で圧縮されて圧縮室から放出されるガスにより生成さ れるガス圧との間の相乗効果を受け、固定スクロール２を回転スクロール３の方 へ動かすことにより軸線方向におけるガス漏れを防止するようにされている。 更に、回転スクロールの後側に背圧室を形成した他のタイプの従来におけるス クロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置がある。 即ち、従来のスクロール型圧縮機用の他の軸線方向密閉装置は、圧縮室内で圧 縮された予め定められた圧力を有する冷媒ガスを回転スクロールの予め定められ た部分に形成された背圧室へ導入し、圧縮されたガスの中間レベルの圧力と圧縮 室で圧縮されて圧縮室から放出されるガスにより得られる圧力との間の圧力差を 適切に制御することにより、圧縮されたガスの軸線方向漏れを防止するようにさ れている。 従来のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置の上記構成での背圧室１３に おけるガス圧は、背圧穴１４が開放され始めたときのガス圧と背圧穴１４が閉鎖 され始めたときのガス圧との間の平均ガス圧である。 このとき、図４Ｂに示すように、従来のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉 装置の背圧穴１４は、圧縮室と放出穴１５とが互いに連通するときには閉鎖され ている、即ち、放出開始前に閉鎖される。 背圧室１３の圧力と放出圧とを同時に用いて軸線方向における漏れを防止する ようにした構成では、背圧室１３の位置を変えずに放出ガス圧を加えるために、 背圧室１３の面積を増大する必要がある。即ち、図４Ｃに示すように、異なる作 動状態によって大きく変わる軸線方向の密閉力を得ることができる。 この場合、軸線方向密閉力”Ｆ”は次のようになる。 Ｆ＝（ＰＢ−ＰＯ）×ＡＢ−（ＰＣ−ＰＯ）×ＡＣ … 式１ ここで、Ｐｂは吸引室の圧力を示し、ＰＯは吸引ガスの圧力を示し、ＰＣは圧 縮室の圧力を示し、ＡＢは背圧室の面積を示し、ＡＤは圧縮室の面積を示す。 更に、背圧穴の直径が非常に小さいため、背圧ＰＢは圧縮室の圧力に従って大 きくは変化せず、圧縮室の平均圧力となり、次の式が得られる。即ち、上記工程 が定熱圧縮工程（ＰＶ^k＝ｃｏｎｓｔａｎｔ）である仮定すると、 ＰＢ＝ＰＯ［（Ｖ₀／Ｖ₁）^k＋（Ｖ₀／Ｖ₂）^k］／２ … 式２ ここで、小さい添字１は背圧穴１４が開放されたときを示し、小さい添字２は 背圧穴１４が閉鎖されたときを示す。 従って、式２に示されるように、背圧室の圧力ＰＢは吸引ガス圧の変化に従っ て変化するので、図４Ｂに示したように、吸引圧に比較して様々な放出圧を有す る作動状態のもとで安定した密閉力を得ることは困難である。 ここで、密閉力”Ｆ”は、固定スクロール２と回転スクロール３との間におい て最小限の軸線方向の空隙を維持するように実質的に大きくなければならない。 しかしながら、空隙が大きすぎるときには、固定スクロール２と回転スクロール ３との間の機械損失が増大するため、適切な加重をここに提供すべきである。 更に、密閉力”Ｆ”が放出ガス圧と中間ガス圧とを同時に受けるため、そこに 供給された二つの圧力を適切に配分することが重要である。 詳細には、圧縮率が高いときには放出ガスの圧力が高いため、単位面積当たり の力は同じ面積に対して非常に大きい。 一方、圧縮室から供給された中間圧は、圧縮室および背圧室が開かれたときの 圧力とこれらが閉鎖されたときの圧力との間の平均圧であるため、圧縮率に従っ た急激な変化はない。 従って、図４Ｃに示すように、スクロール型圧縮機の作動状態に基づいた密閉 力を算出するときに、放出圧と中間圧とを用いる構成 での密閉力は、放出圧が最も高いときに増大する。 従来の技術では、放出ガス圧が更に供給されるため、圧縮率に従った実質的な 差がある。更に、様々な作動状態における圧縮率で安定した密閉力を生成するこ とはできず、効率が低下する。 更に、圧縮室内で過剰な圧縮が行われたときには、圧縮室における高い圧力に よって、圧縮室内におけるガス漏れが増大するため、圧縮機の部品の摩擦が生じ 、これにより、システムの信頼性が低下する。 一方、図４Ａに示したような従来の他のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉 装置では、軸線方向密閉力は、図４Ｃに示したように、圧縮機の様々な作動状態 のもとで吸引ガス圧の変化に従って大きく変化する。 即ち、この場合、背圧穴１４の開放と閉鎖とのタイミングが重要な要素である 。図３Ａおよび図３Ｃに示したように、放出が開始される前に中間圧縮ガス圧が 作動されると、従来の圧縮機の背圧穴１４が低い圧縮ガス圧を有する圧縮室と連 通するため、軸線方向漏れの防止力は吸引ガス圧の関数に基づく。吸引ガス圧が 低いときには漏れ防止力は低い。逆に、吸引ガス圧が高いときには漏れ防止力は 高くなる。 従って、漏れ防止力は作動状態に従って不安定となる。 発明の開示 従って、本発明の目的は、スクロール型圧縮機用の従来の軸線方向密閉装置に おける問題を解決するスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置を提供すること にある。 本発明の他の目的は、予め定められた部分に背圧穴を形成することにより背圧 室内の圧力を一定に維持することができ、圧縮ガスが 放出される前は背圧穴が開放され、圧縮ガスが実質的に閉ざされた後は背圧穴が 閉鎖され、これにより、スクロール型圧縮機の全作動時間にわたり安定した軸線 方向における密閉を得ることができるスクロール型圧縮機用の改良型の軸線方向 密閉装置を提供することにある。 上記目的を達成するために、固定スクロールと、該固定スクロールの下方部分 に係合する回転スクロールとを具備し、これらスクロールの間に圧縮室が形成さ れ、予め定められた位置に形成された背圧穴を有する背圧室を具備し、背圧穴が 開放され、これにより、圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが放出室へ放出される前 に圧縮室および背圧室が互いに連通状態となり、冷媒ガスが放出室へ放出された 後において背圧穴が閉鎖され、これにより、吸引ガス圧よりも大きい圧力と放出 ガス圧よりも小さい圧力とを有する中間圧が背圧室へ導入されるスクロール型圧 縮機を軸線方向において密閉する装置を提供する。 例示のみを目的として提供するものであるので本発明を限定するものではない 以下の詳細な説明および図面から本発明をより理解できるであろう。 図面の簡単な説明 図１は従来のスクロール型圧縮機の鉛直断面図であり、 図２は従来のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置の断面図で、軸線方向 密閉装置の圧力の軸線方向における作動を示す図であり、 図３Ａは圧縮室の平面図で、従来のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装置の 背圧穴の位置と、冷媒ガスの吸引作動が終了した状態とを示す図であり、 図３Ｂは圧縮室の平面図で、従来のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装置の 背圧穴の位置と、冷媒ガスが放出され始まる直前の状態とを示す図であり、 図３Ｃは従来のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置の冷媒ガスが放出さ れる工程のスクロールおよび圧縮室の形状を示す平面図であり、 図４Ａは従来のスクロール型圧縮機の作動状態を示すグラフであり、 図４Ｂは図４Ａの作動状態におけるＰ１、Ｐ７およびＰ１４の作動状態に従っ たＰＶ図と背圧穴の開放／閉鎖の間隔とを示すグラフであり、 図４Ｃは放出圧＋中間圧構成と、放出が開始される前に背圧穴が連通する中間 圧構成と、本発明に従った図４Ａの中間圧を採用した構成の軸線方向密閉力を示 すグラフであり、 図５は本発明のスクロール型圧縮機用における背圧構成を示す略図であり、 図６Ａは本発明のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装置の平面図で、背圧穴 の位置と、冷媒ガスの吸引作動が終了した状態とを示す図であり、 図６Ｂは本発明のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装置の平面図で、背圧穴 の位置と、冷媒ガスが放出され始まる直前の状態とを示す図であり、 図６Ｃは本発明のスクロール型圧縮機の軸線方向密閉装置の平面図で、本発明 のスクロールの位置と圧縮室の位置とを示す図である。 発明を実施するための最良の形態 図５および図６を参照すると、本発明のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉 装置は、固定スクロール６１の内部に形成され且つ圧縮された冷媒ガスが放出さ れる際に通る放出穴７１と連通する放出路６２を有する。 放出路６２は固定スクロール６１の上方部分に接続され、放出室６４は上方遮 蔽部材６３の周辺に固定スクロール６１から離間して設けられる。 更に、背圧室６６は固定スクロール６１と上方遮蔽部材６３との間に形成され 、中間圧は、固定スクロール６１に形成された背圧穴６５を介して背圧室６６か ら圧縮室７５および７６へ供給される。 放出穴６７が上方遮蔽部材６３の両側部に形成されているため、固定スクロー ル６１の内部に形成された放出路６２を通る圧縮された冷媒が放出室６４へ放出 される。 一方、冷媒ガスを案内するための固定スクロール６１の放出路６２と上方遮蔽 部材６３の放出穴６７との間には補助フレーム６８が配置される。 本発明の実施形態では、基本的には、圧縮された冷媒ガスの放出前／後におい て圧縮室７５および７６を開放／閉鎖するために、圧縮室７５および７６の圧力 を固定スクロール６１の裏部分に形成された背圧室６６の方へ案内するための背 圧穴６５の位置を固定スクロール６１の内側部分の方へ動かし、吸引ガス圧より も高くて放出ガス圧よりも低い予め定められたレベルの圧力を背圧室６６へ供給 するようにした。 即ち、図４に示したように、圧縮室７５および７６と背圧室６６とが互いに連 通し始めるときは、圧縮された冷媒ガスが放出される前におけるこれらの間の連 通、および圧縮された冷媒ガスが放出された後におけるこれらの間の閉鎖動作で ある。 一方、本発明の他の実施形態では、背圧室６６と背圧穴６５とを固定スクロー ル６１ではなく回転スクロール５５に形成する。 詳細には、背圧室６６が回転スクロール５５の裏側に形成され、背圧穴６５が 回転スクロール５５に形成され、従って、圧縮室７５および７６と回転スクロー ル５５の裏側に形成された背圧室６６とにより、背圧穴６５の開放／閉鎖が行わ れる。 このとき、背圧穴６５の直径は背圧室６６の面積に比べて比較的小さく、背圧 室６６のガス圧は圧縮室７５および７６の圧力に従っては変化せず、開放／閉鎖 時の背圧穴６５の圧力は圧縮室７５および７６の間の平均圧力になる。 背圧穴６５の直径を大きくしたとき、圧縮室７５および７６の圧力は背圧室６ ６へ直接供給され、圧縮室７５および７６の圧力が低いときには、背圧室６６の 圧力が低く、圧縮室７５および７６の圧力が高いときには、背圧室６６の圧力が 高く、従って、より安定した漏れ防止力が得られる。 本発明の一実施形態に従ったスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置の作用 および効果を添付の図面を参照しつつ以下で説明する。 固定スクロール６１と回転スクロール５５とにより形成された圧縮室７５およ び７６において、回転スクロール５５の回転により冷媒ガスが圧縮されたとき、 ガス漏れを防止するための背圧穴６５の開放／閉鎖作動が、圧縮室７５および７ ６により圧縮されたガスの放出開始前／後で行われる。 従って、背圧室６６に供給されるガス圧は吸引ガス圧と放出ガス圧との間の平 均圧力値となる。 詳細には、様々な作動状態のもとで、即ち、吸引ガスと放出ガスとの圧縮状態 が異なるとき、所定の作動状態に対応した安定した漏 れ防止力が背圧室６６に形成され、これにより、スクロール型圧縮機の安定した 軸線方向における漏れ防止が達成される。 更に、放出されているガスが放出穴７１から放出され、それから、背圧室６６ と圧縮室７５および７６との中間部分に形成された放出路６２を通って左方向お よび右方向へ導入され、それから、上方遮蔽部材６３と補助フレーム６８と密閉 材６９との間に形成された密閉空間を通って上方遮蔽部材に形成された放出穴６ ７へ導入される。 従って、放出ガスは放出穴６７の上方の上方部分へ直接供給される。従来に比 べて供給する加重を低減でき、また、固定スクロール６１が上下運動においてい かなる影響も受けないので、放出穴６７の大きさを小さくしたとき、背圧室６６ の中間圧だけが固定スクロール６１の上方部分へ供給され、これにより、固定ス クロール６１を下方へより安定して押すようにされた中間圧および背圧構成が達 成される。 上述したように、本発明のスクロール型圧縮機用の軸線方向密閉装置では、放 出開始角を通り過ぎた後において高い圧力を有する圧縮されたガスと連通する改 良型の背圧穴を提供することにより、様々な作動状態のもとでの安定したガス漏 れ防止力が得られるようにし、これにより、放出ガス圧と吸引ガス圧との間の中 間ガス圧だけが背圧室へ供給される。更に、過剰な圧縮が行われ、放出ガス圧が 増大したときには、漏れ防止力が放出ガスの増大と共に増大するため、圧縮機の 効率損失やシステムの摩擦が防止され、従って、圧縮機の信頼性が増す。 本発明の好適な実施形態を例示を目的として開示したが、添付の請求の範囲に 記載された本発明の範囲および精神を逸脱することなく様々な修正、追加および 代替が可能であることは当業者には明ら かである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＮ，ＪＰ，Ｕ Ｓ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固定スクロールと、 該固定スクロールの下方部分に係合する回転スクロールとを具備し、これらス クロールの間に圧縮室が形成され、 予め定められた位置に形成された背圧穴を有する背圧室を具備し、前記背圧穴 が開放され、これにより、圧縮室内で圧縮された冷媒ガスが放出室へ放出される 前に圧縮室と背圧室とが互いに連通状態となり、冷媒ガスが放出室へ放出された 後に前記背圧穴が閉鎖され、これにより、吸引ガス圧よりも大きい圧力と放出ガ ス圧よりも小さい圧力とを有する中間圧が前記背圧室へ導入されるスクロール型 圧縮機用の軸線方向密閉装置。 ２．前記背圧穴が前記固定スクロールに形成され、前記背圧室が前記固定スク ロールの上方部分に形成される請求項２に記載の軸線方向密閉装置。 ３．前記背圧穴が前記回転スクロールに形成され、前記背圧室が前記回転スク ロールの裏側に形成される請求項３に記載の軸線方向密閉装置。 ４．前記固定スクロールの両側部に形成された放出穴を更に有し、該放出穴を 通って、圧縮された冷媒が放出室の方へ流れ、これにより、固定スクロールが放 出ガス圧により動かされない請求項２に記載の軸線方向密閉装置。