(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板に直立して形成した渦巻き状のラップを備えた固定スクロールおよび旋回スクロールを有し、両スクロールを互いにラップを内側に向けて組合わせ、旋回スクロールラップ外壁面側と固定スクロールラップ外壁面側とに前記各々のラップと鏡板によって第１および第２の空間を形成し、この第１及び第２の空間は両スクロールの相対運動により中心方向に移動するに従いその容積を減少するとともに、前記両スクロールの外周側から吸入したガスを圧縮してスクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するものであり、吐出行程において前記第１の空間内のガスが、吐出口を形成する輪郭線が第１の空間側へ入り込んで形成される副流路を経て吐出口へ流出するスクロール流体機械において、
一方のスクロールのラップ巻始め角に対応する点が他方のスクロールラップ内壁から離れるよりも遅れて前記第１の空間内のガスが前記副流路を経て吐出口へ流出する構成にすると共に、
前記副流路の形成遅れは両スクロールが離れてから回転角度でほぼ１５°から４０°経過してから行なわれるように構成し、
更に、最小密閉空間の圧力よりも吐出圧力が高くなる高圧力比運転がなされる
ことを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
前記吐出口形状を多角形としたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
【請求項３】
前記吐出口形状を楕円形としたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
【請求項４】
第１の鏡板とこの第１の鏡板に直立する渦巻き状のラップとを備え前記鏡板の中央部に貫通孔を有する固定スクロールと、第２の鏡板とこの第２の鏡板に直立する渦巻き状のラップとを備えた旋回スクロールとを有し、これら両スクロールを互いにラップを内側に向けて組合わせ、旋回スクロールラップ外壁面側と固定スクロールラップ外壁面側とに前記各々のラップと前記第１及び第２の鏡板によって第１および第２の空間を形成するスクロール圧縮機構を備え、前記第１及び第２の空間は両スクロールの相対運動により中心方向に移動するに従いその容積を減少するとともに、吐出行程において吐出口を形成する輪郭線が前記第１の空間側へ入り込んで前記第１の空間と吐出口を連通する副流路を形成するスクロール流体機械において、
一方のスクロールのラップ巻始め角に対応する点が他方のスクロールラップ内壁から離れた後に前記副流路が形成される構成にすると共に、
前記副流路の形成遅れを、運転圧力比が小さい場合には早く、運転圧力比が大きい場合には遅くしたことを特徴とするスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋回スクロール及び固定スクロールのラップを互いに組み合わせて形成されるスクロール圧縮機構を有するスクロール流体機械、すなわち、スクロール圧縮機、スクロール冷凍機、スクロール真空ポンプ等のスクロール流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機の一例が、特開平５ー３３２２７１号公報に記載されている。この公報に示されたスクロール圧縮機のラップ部の詳細を図２及び図３に示す。図２に示すように、旋回スクロールのラップ１０と固定スクロールのラップ１３はそれぞれのラップの巻始め点３３、３４が他方のラップに接して、ほぼ軸対称な一対の最小密閉空間３１、３２を形成する。この最小密閉空間が形成される関係に固定スクロール及び旋回スクロールがあるとき（図２の状態）に、固定スクロールのラップ内壁面３７と旋回スクロールのラップ外壁面１００の双方にほぼ近接して吐出口１５を設ける。
【０００３】
旋回スクロールがさらに旋回すると、ラップの巻始め点３３、３４が他方のラップの内壁面３７、３６からそれぞれ離れ、吐出流路３８、３８が形成され、この一対の最小密閉空間３１、３２は吐出口に連通した一つの流路となる。その結果、最小密閉区間３１、３２内の圧縮ガスは両スクロールラップにより形成される吐出室３５を経て吐出口１５から機外へ流出する。この際、圧縮ガスの一部は、旋回スクロールのラップ外壁面１００が吐出口１５の輪郭線を横切って移動するので、吐出口１５のＡ部分から機外へ流出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
スクロール圧縮機の設定容積比は、行程容積と最小密閉空間の容積の比で表される。最小密閉空間の圧力よりも吐出圧力の高い場合（今後これを高圧力比運転と称す）、設定容積比が大きい方が圧縮機の入力は小さくてすみ、圧縮機の効率はよくなる。図２に示した従来のスクロール圧縮機においては、最小密閉空間を小さくし、設定容積比を大きくするために、吐出口の径を小さくするとともに、スクロールラップ巻始め角を小さくしており、スクロールラップ巻始めの形状が鋭角となり、この鋭角部に応力が集中し、亀裂等が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の技術における不具合を解消し、かつ設定容積比を大きくしたスクロール流体機械を提供することにある。◆
本発明の他の目的は、スクロールラップ先端部における応力集中を防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、鏡板に直立して形成した渦巻き状のラップを備えた固定スクロールおよび旋回スクロールを有し、両スクロールを互いにラップを内側に向けて組合わせ、旋回スクロールラップ外壁面側と固定スクロールラップ外壁面側とに前記各々のラップと鏡板によって第１および第２の空間を形成し、この第１及び第２の空間は両スクロールの相対運動により中心方向に移動するに従いその容積を減少するとともに、両スクロールの外周側から吸入したガスを圧縮してスクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するものであり、吐出行程において第１の空間内のガスが、吐出口を形成する輪郭線が第１の空間側へ入り込んで形成される副流路を経て吐出口へ流出するスクロール流体機械において、一方のスクロールのラップ巻始め角に対応する点が他方のスクロールラップ内壁から離れるよりも遅れて第１の空間内のガスが副流路を経て吐出口へ流出する構成にすると共に、前記副流路の形成遅れは両スクロールが離れてから回転角度でほぼ１５°から４０°経過してから行なわれるように構成し、更に、最小密閉空間の圧力よりも吐出圧力が高くなる高圧力比運転（例えば運転圧力比が１５．６程度）がなされるものである。そして好ましくは、出口形状を多角形または楕円形としたものである。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の第２の態様は、第１の鏡板とこの第１の鏡板に直立する渦巻き状のラップとを備え鏡板の中央部に貫通孔を有する固定スクロールと、第２の鏡板とこの第２の鏡板に直立する渦巻き状のラップとを備えた旋回スクロールとを有し、これら両スクロールを互いにラップを内側に向けて組合わせ、旋回スクロールラップ外壁面側と固定スクロールラップ外壁面側とに各々のラップと第１及び第２の鏡板によって第１および第２の空間を形成するスクロール圧縮機構を備え、第１及び第２の空間は両スクロールの相対運動により中心方向に移動するに従いその容積を減少するとともに、吐出行程において吐出口を形成する輪郭線が第１の空間側へ入り込んで第１の空間と吐出口を連通する副流路を形成するスクロール流体機械において、一方のスクロールのラップ巻始め角に対応する点が他方のスクロールラップ内壁から離れた後に副流路が形成されるものである。そして、好ましくは副流路の形成を両スクロールが離れてから回転角度でほぼ１５°から４０°経過してから行うものである。また好ましくは、副流路の形成遅れを、運転圧力比が小さい場合には早く、運転圧力比が大きい場合には遅くしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。図４に本発明に係るスクロール圧縮機の縦断面図を示す。密閉容器１内にスクロール圧縮機構２とモータ３が内蔵されている。スクロール圧縮機構２は旋回スクロール４と固定スクロール５、フレーム６、クランク軸７、旋回機構８を備えている。旋回スクロール４は、鏡板９上に直立する渦巻き状のラップ１０を有し、鏡板９の背面には、旋回機構８とクランク軸７のクランク部１６が挿入される旋回軸受１７が設けられている。固定スクロール５は鏡板１２に直立する渦巻き状のラップ１３を有し、外周部に吸入口１４が、また、鏡板中央部に吐出口１５がそれぞれ設けられている。旋回スクロール４と固定スクロール５は、互いにラップを内側にして組み合わされ、固定スクロール５とフレーム６とが締結される。クランク軸７の一方にはモータ３が設置され、クランク部１６は旋回スクロール４の旋回軸受１７に挿入される。
【０００９】
固定スクロール５の吸入口１４は、密閉容器１に設けた吸入管１８と接続され、さらに、密閉容器１には吐出管１９が設けられている。モータ３の回転によりクランク軸７が回転すると、旋回スクロール４は旋回機構８の働きにより姿勢を保ったまま固定スクロール５に対して旋回運動する。
【００１０】
以上の様に構成した本発明に係るスクロール圧縮機は、旋回スクロール４および固定スクロール５のそれぞれの鏡板９、１２と、それぞれのラップ１０、１３とで形成される空間が対称的な一対の密閉空間を形成し、一対の密閉空間は、スクロールの中心部へ移動するに従って、その容積を減少し、吸入口１４より吸入したガスを圧縮し、吐出口１５より吐出する。吐出されたガスは密閉容器１内の上部空間２０から空間２４、２５内に流入し、最終的に吐出管１９より吐出される。密閉容器１内下部には潤滑油２６が収容されており、クランク軸７につながった給油装置２７を通り圧縮機構２に給油される。
【００１１】
図１に、本発明に係る上記スクロール圧縮機の第１の実施例を示す。本実施例においては、吐出ポート径を小さく設定容積比を大きくしている。すなわち、スクロールラップが一対の最小密閉空間３１、３２を形成した後、圧縮ガスは吐出室３５を経て吐出口１５へ流れ出る。このタイミングに対して、旋回スクロールのラップ外壁面１００が吐出口１５の輪郭線を横切るタイミングを遅らせる。この結果、一対の最小密閉空間３１、３２の中で第１の空間３１内の圧縮ガスは、吐出口１５のＡ部分を経て吐出口１５へ流れ出るまで圧縮が進み、設定容積比を大きくすることが可能となる。そして、高圧力比運転時に圧縮機の入力を低減できる。さらに、スクロールラップ巻始めの形状を鋭角にする必要がなく、強度上の問題が解決される。
【００１２】
図５に、高圧力比運転をして第１の空間内の圧力を測定した結果を示す。横軸は旋回スクロール回転角度であり、スクロールラップ巻始め角に対応する点がスクロールラップ内壁から離れる位置を基準位置としており、圧縮が進む方向を回転角度の増加方向としている。４３はスクロールラップ巻始め角に対応する点がスクロールラップ内壁から離れると同時に、吐出口の輪郭線が第１の空間側へ入り込んで形成された流路を経て第１の空間内の圧縮ガスが吐出口へ流出するスクロール流体機械における圧力の理論値を示している。つまり、スクロールラップ巻始め角に対応する点がスクロールラップ内壁から離れた瞬間に、圧縮室内圧力が吐出圧力になると仮定して得た理論値である。
【００１３】
測定値４０は、スクロールラップ巻始め角に対応する点３３がスクロールラップ内壁から離れると同時に、吐出口１５の輪郭線が第１の空間３１側へ入り込んで形成された流路を通して第１の空間３１内の圧縮ガスが吐出口１５へ流出する場合のスクロール流体機械の圧力である。測定値４１は、スクロールラップ巻始め角に対応する点３３がスクロールラップ内壁３７から離れるよりも約２０°遅れて第１の空間３１内の圧縮ガスが、吐出口１５の輪郭線が第１の空間３１側へ入り込んで形成される流路を通して吐出口１５へ流出するスクロール流体機械の圧力である。また、測定値４２はスクロールラップ巻始め角に対応する点３３がスクロールラップ内壁３７から離れるよりも約４０°遅れて第１の空間３１内の圧縮ガスが、吐出口１５の輪郭線が第１の空間３１側へ入り込んで形成される流路を通して吐出口１５へ流出するスクロール流体機械の圧力である。
【００１４】
この結果から、第１の空間３１内の圧縮ガスは、吐出流路３８から吐出口１５へ流出するよりも、吐出口１５の輪郭線が第１の空間３１側へ入り込んで形成される流路を通して吐出口１５へ流出する方が支配的であることがわかる。これより、スクロールラップが、一対の最小密閉空間３１、３２を形成し、圧縮ガスが吐出室３５を経て吐出口１５へ流れ出るタイミングに比べ、圧縮ガスが吐出口１５のＡ部分を経て吐出口１５へ流れ出るタイミングを遅らせることにより、一対の最小密閉空間３１、３２のガスは吐出口１５のＡ部分を経て吐出口１５へ流れ出るまで圧縮が進み、設定容積比を大きくすることが可能となる。
【００１５】
図６に、圧縮機の入力の測定結果を示す。横軸は旋回スクロールラップ外壁面１００が吐出口１５の輪郭線を横切る旋回スクロール回転角度であり、従来のスクロール流体機械ではこの値は０°である。吐出口１５の径が小さくなるにつれ、旋回スクロール回転角度は増加する。旋回スクロール回転角度の基準は、スクロールラップ巻始め角に対応する点３３がスクロールラップ内壁３７から離れる位置である。
【００１６】
測定値５０は運転圧力比が３．３の場合であり、測定値５１は運転圧力比が１５．６の場合である。回転角度の値が２０゜近辺に入力が最小となる回転角度の最適値があり、高圧力比運転時に圧縮機の入力を低減出来る。
【００１７】
上記実施例では、吐出口がストレートな場合を示したが、吐出口の途中を絞ったり拡大したりしてもてもよい。また、吐出口形状は円形以外に、楕円形や多角形であってもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は上記のような構成にしたので、設定容積比が大きくなり高圧力比運転時に圧縮機の入力を低減できる。また、スクロールラップ先端部における応力集中を防止し、スクロールラップ巻始めの強度を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるスクロールラップの吐出口付近の詳細正面図である。
【図２】従来のスクロールラップを説明するスクロールラップ部の詳細図である。
【図３】従来のスクロールラップの吐出口付近の詳細正面図である。
【図４】本発明に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図５】スクロール圧縮機の圧縮機室内圧力の説明図である。
【図６】スクロール圧縮機の入力の説明図である。
【符号の説明】
１…密閉容器  ２…スクロール圧縮機構  ３…モータ
４…旋回スクロール  ５…固定スクロール  ６…フレーム
７…クランク軸  ８…旋回機構  ９…鏡板  １０…ラップ
１１…旋回軸受  １２…鏡板  １３…ラップ  １４…吸入口
１５…吐出口  １６…クランク部  １７…旋回軸受  １８…吸入管
１９…吐出管  ２０…上部空間  ２４、２５…空間  ２６…油
２７…給油装置  ３０…バランスウェイト  ３１、３２…最小密閉空間
３５…吐出室  ３６、３７…ラップ外壁面  ３８…吐出流路
４０…圧縮室内圧力  ４１…圧縮室内圧力  ４２…圧縮室内圧力
５０…圧縮機入力  ５１…圧縮機入力  １００…ラップ外壁面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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