(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロール（４０）と旋回スクロール（５０）とを含むスクロール圧縮機であって、
前記固定スクロールは、底板部（１）と、渦巻きラップ（２）とを有し、
前記固定スクロールには、
前記底板部を冷却するための第１冷却部（１０，１０'）と、
前記渦巻きラップを冷却するための第２冷却部（２１）と、
前記第1冷却部と前記第2冷却部とを連通させる中間連通部（３、３'、３''）と、
冷却流体の導入部（４）と、
冷却流体の排出部（５）と、が形成され、
前記導入部（４）、前記第２冷却部（２１）、前記中間連通部（３、３'、３''）、前記第１冷却部（１０、１０'）、前記排出部（５）の順或いはその反対の順に、冷却流体が流れる冷却流体回路が形成されている、
スクロール圧縮機。
【請求項２】
前記底板部（１）は、前記渦巻きラップと一体に形成された固定座（１１）と、前記渦巻きラップとは反対側から固定座に連結する固定蓋（１２）とを備えており、
前記第１冷却部は、前記固定蓋の内部又は前記固定座の内部のいずれか一方に形成されている、
請求項1に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記第１冷却部（１０）は、前記固定蓋（１２）に形成された第１溝（９）により構成されており、
前記第１溝（９）は、前記固定スクロール（４０）の渦巻きラップ（２）の間に形成された底面（２４）の形状に対応する溝形状を有し、前記固定蓋の中心に向かって延伸している、
請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記第１冷却部（１０'）は、前記固定座（１１）の内部に形成された第２溝（９'）により構成されており、
前記第２溝（９'）は、記固定スクロール（４０）の渦巻きラップ（２）の間に形成された底面（２４）の形状に対応する溝形状を有する、
請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記第２冷却部（２１）は、前記渦巻きラップ（２）の内部に形成された第３溝（２２）によって構成され、前記第３溝は前記渦巻きラップの渦巻き形状に沿って前記渦巻の中心に向かって延伸している、
請求項１〜４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記底板部の中央部分には、中央吐出ポート（６０）が形成され、前記導入部および前記排出部はそれぞれ前記底板部の外縁部分に形成されており、
前記中間連通部（３、３'、３''）は、前記底板部の前記中央吐出ポート（６０）に近接して形成されている、
請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記中間連通部（３）は、前記固定蓋（１２）の内部であって前記中央吐出ポートに近接して形成されており、
前記導入部および前記排出部は、それぞれ前記固定蓋の外縁部分に形成されている、
請求項６に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
前記中間連通部（３'）は、前記固定座（１１）の内部であって前記中央吐出ポートに近接して形成されており、
前記導入部および前記排出部は、それぞれ前記固定蓋の外縁部分に形成されている、
請求項６に記載のスクロール圧縮機。
【請求項９】
前記中間連通部（３''）は、前記固定蓋（１２）と前記固定座（１１）との連結部に形成され、且つ前記中央吐出ポートに近接して形成されており、
前記導入部および前記排出部は、それぞれ前記固定蓋の外縁部分に形成されている、
請求項６に記載のスクロール圧縮機。
【請求項１０】
前記冷却流体回路の最外側及び最内側には、それぞれ第１密閉機構（１３）、第２密閉機構（１４）が設けられている、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項１１】
前記導入部（４）及び前記排出部（５）には、それぞれ第３密閉機構（４１）、第４密閉機構（５１）が設けられている、
請求項1に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール圧縮機、特に、固定スクロールを冷却流体により冷却する冷却流体回路を有するスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機等の冷凍装置における圧縮機の種類の１つとして、スクロール圧縮機が存在する。スクロール圧縮機は、通常固定スクロールと旋回スクロールとを備え、固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成された圧縮室にガスを吸入して圧縮する。スクロール圧縮機では、固定スクロールの吸込み口からガス冷媒が吸入される。固定スクロール部材に対して、その軸を回転させずに公転させる旋回スクロールによって、両スクロール部材の渦巻き状のラップの間に形成される三日月状の圧縮室の容積が減少する。圧縮空間に封じ込められたガス冷媒は、旋回運動に伴う圧縮室の縮小により、うずの中心に向かって圧縮されていく。圧縮空間は中心部で最小となり、ガス冷媒の圧力が高められ、中心部にある吐出し口から外へ押し出される。
【０００３】
このようなスクロール圧縮機は、効率が高く、体積が小さく、低振動、低騒音の特徴を有しているため、冷凍システム及び空調システムにおいて広く採用されている。
【０００４】
一方、冷凍システム及び空調システムにおいて圧縮機のエネルギー消費量がシステム全体のエネルギー消費量の大半を占めるため、スクロール圧縮機の効率を高めることはシステム全体の省エネと効率向上にとって重要な意義を有している。
【０００５】
また、各種の圧縮行程において、等温圧縮行程は一番効率の良い圧縮サイクルであるが、等温圧縮を実現するためには、圧縮行程で冷却を行い、圧縮行程の仕事により発生した熱量をガス冷媒から除去する必要がある。スクロール圧縮機の冷却方法として外部冷却方式がある。現在使われている外部冷却構造としては、圧縮機のヘッド外部に冷却用フィンを設置する構造、またはヘッド部に水冷ジャケットを設け水冷却または油冷却を行う構造などが提案されている。
【発明の概要】
【０００６】
しかし、現在使われているこれらのスクロール圧縮機の冷却構造では、冷却流体とガス冷媒との間の冷却面積が小さいため、スクロール圧縮機の省エネ効果も顕著でない。
また、スクロール圧縮機のスクロール部は、平面部とラップとを備えており、現状のように圧縮機のヘッドに冷却フィンまたは冷却ジャケットを設けて冷却する場合、平面部の冷却は可能であるが、ラップ部の冷却は難しいという問題点を有している。
【０００７】
本発明の課題は、、冷却面積が小さいため冷却効果が不十分であるという問題点を解決し、冷却効果の高いスクロール圧縮機を提供することにある。
【０００８】
本発明の係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを含むスクロール圧縮機であって、固定スクロールは、底板部と、渦巻きラップとを備えている。ここで、固定スクロールには、底板部を冷却するための第１冷却部と、渦巻きラップを冷却するための第２冷却部と、第1冷却部と第2冷却部とを連通させる中間連通部と、冷却流体の導入部と、冷却流体の排出部と、が形成されている。また、導入部、第２冷却部、中間連通部、第１冷却部、排出部の順或いはその反対の順に、冷却流体が流れる冷却流体回路が形成される。
【０００９】
一例として、底板部は、渦巻きラップと一体に形成された固定座と、渦巻きラップとは反対側から固定座に連結する固定蓋とを備えており、第１冷却部は、固定蓋の内部又は固定座の内部のいずれか一方に形成されている。
【００１０】
一例として、第１冷却部は、固定蓋に形成された第１溝により構成されており、第１溝は、固定スクロールの渦巻きラップの間に形成された底面の形状に対応する溝形状を有し、固定蓋の中心に向かって延伸している。
【００１１】
別の一例として、第1冷却部は、固定座の内部に形成された第２溝により構成されており、第２溝は、固定スクロールの渦巻きラップの間に形成された底面の形状に対応する溝形状を有している。
【００１２】
一例として、第２冷却部は、渦巻きラップの内部に形成された第３溝によって構成され、第３溝は渦巻きラップの渦巻き形状に沿って渦巻の中心に向かって延伸している。
一例として、底板部の中央部分には、中央吐出ポートが形成され、導入部および排出部はそれぞれ底板部の外縁部分に形成されており、中間連通部は、底板部の中央吐出ポートに近接して形成されている。
【００１３】
一例として、中間連通部は、固定蓋の内部であって中央吐出ポートに近接して形成されており、導入部および排出部は、それぞれ固定蓋の外縁部分に形成されている。
【００１４】
別の一例として、中間連通部は、固定座の内部であって中央吐出ポートに近接して形成されており、導入部および排出部は、それぞれ固定蓋の外縁部分に形成されている。
【００１５】
一例として、中間連通部は、固定蓋と固定座との連結部に形成され、且つ中央吐出ポートに近接して形成されており、導入部および排出部は、それぞれ固定蓋の外縁部分に形成されている。
【００１６】
一例として、冷却流体回路の最外側及び最内側には、それぞれ第１密閉機構が設けられている。
【００１７】
一例として、導入部及び排出部には、それぞれ第２密閉機構が設けられている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るスクロール圧縮機では、固定スクロールの底板部と渦巻きラップとのそれぞれに第1冷却部と第2冷却部とが設けられており、固定スクロールの底板部と渦巻きラップとをそれぞれ冷却することができる。その結果、冷却面積が増加し、、スクロール圧縮機自体の効率が増大し、冷凍システム全体として顕著な省エネ効果を得ることができる。
【００１９】
また、第1冷却部と第2冷却部とを連通させる中間連通部が設けられ、冷却流体は、第２冷却部→中間連通部→第1冷却部との順番またはその逆の順番で直流形式に流れる構造になっている。通常、底板部に形成される第1冷却部の断面積は渦巻きラップに形成された第２冷却部の断面積より大きいため、冷却流体が底板部と渦巻部とを並列に流れる構造にした場合、第1冷却部と第2冷却部とにおける冷却流体の片寄りが発生し、渦巻きラップの冷却効果が低下する問題点が発生する。しかし、本発明では、冷却流体は、第２冷却部→中間連通部→第1冷却部との順番またはその逆の順番で直流形式に流れる構造になっているため、第1冷却部と第2冷却部とにおける冷却流体の片寄りが発生せず、渦巻きラップの冷却効果がアップする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮機の縦断面図
【図２】固定スクロールの斜視図
【図３】固定スクロールの冷却構造の断面図
【図４】固定スクロール冷却構造の一部断面図
【図５】固定座の平面図
【図６】固定蓋の底面図
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図
【図８】固定スクロールの冷却構造変形例１の断面図
【図９】固定スクロールの冷却構造変形例２の断面図
【図１０】固定スクロールの冷却構造変形例３の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜圧縮機の全体構成＞
本発明の一実施形態に係るスクロール部材である固定スクロール４０および旋回スクロール５０を備える圧縮機１００を、図１に示す。この圧縮機１００は、蒸発器、凝縮器、膨張弁などと共に冷媒回路を構成し、その冷媒回路中のガス冷媒を圧縮する役割を担うものであって、主に、円筒状の密閉ドーム型のケーシング３００、スクロール圧縮機構１５０、オルダムリング３９０、駆動モータ１６０、下部主軸受６００、吸入管１９０、および吐出管２００から構成されている。スクロール圧縮機構１５０は、固定スクロール４０および旋回スクロール５０を備えている。以下、この圧縮機１００の構成部品についてそれぞれ詳述していく。
【００２２】
（１）ケーシング
ケーシング３００は、略円筒状の胴部ケーシング部３１０と、胴部ケーシング部３１０の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部３３０と、胴部ケーシング部３１０の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部３２０とを有する。そして、このケーシング３００には、主に、ガス冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構１５０と、スクロール圧縮機構１５０の下方に配置される駆動モータ１６０とが収容されている。このスクロール圧縮機構１５０の旋回スクロール５０と駆動モータ１６０とは、ケーシング３００内を上下方向に延びるように配置される駆動軸１７０によって連結されている。
【００２３】
（２）スクロール圧縮機構
スクロール圧縮機構１５０は、図１に示されるように、主に、支持台２３０と、支持台２３０の上方に密着して配置される固定スクロール４０と、固定スクロール４０に噛合する旋回スクロール５０とから構成されている。
【００２４】
（２−１）固定スクロール
固定スクロール４０は、図２〜図６に示すように、主に、底板部１と、その底板部１から下方に垂直に延びるインボリュート状の渦巻きラップ２とから構成される。
【００２５】
底板部１は、渦巻きラップ２と一体に形成された固定座１１と、渦巻きラップ２とは反対側から固定座１１に連結する固定蓋１２とを備えており、固定座１１と固定蓋１２とは図示しない連結ボルトなどによって連結されている。
【００２６】
固定蓋１２には、後述する圧縮室４００に連通する吐出穴６０が形成されており、吐出穴６０は、固定座１１及び固定蓋１２の中央部分において上下方向に貫通するように形成されている。また、固定蓋１２には、冷却流体の導入部４と冷却流体の排出部５が形成されている。導入部４に連結される導入管４'を介して、固定スクロール４０内に形成されている冷却流体回路に冷却流体を導入し、冷却流体回路から排出される冷却流体は排出部５に連結される５'を介して外部に排出される。
【００２７】
（２−２）旋回スクロール
旋回スクロール５０は、図１に示すように、主に、鏡板５１０と、鏡板５１０の鏡面から上方に延びるインボリュート状のラップ５２０と、鏡板５１０の下面から下方に延びる軸受部５３０と、鏡板５１０の両端部に形成される溝部５４０とから構成されている。旋回スクロール５０は、駆動軸１７０の外周溝に嵌合する軸受部５３０を有している。
【００２８】
旋回スクロール５０は、その溝部５４０にオルダムリング３９０（図１参照）が嵌め込まれることにより、支持台２３０に支持される。また、軸受部５３０には、駆動軸１７０の上端が嵌入される。旋回スクロール５０は、このようにスクロール圧縮機構１５０に組み込まれることによって、駆動軸１７０の回転により自転することなく支持台２３０内を公転する。旋回スクロール５０のラップ５２０は固定スクロール４０の渦巻きラップ２に噛み合っており、固定スクロールの渦巻きラップ２と旋回スクロールの渦巻きラップ５２０の接触部の間には圧縮室４００が形成される（図１参照）。そして、この圧縮室４００は、旋回スクロール５０の公転に伴い中心に向かって変位し、その容積が収縮していく。      
【００２９】
これにより、圧縮機１００では、圧縮室４００に入ったガス冷媒が圧縮される。
【００３０】
（２−３）支持台
支持台２３０は、その外周面において、周方向の全体に亘って胴部ケーシング部３１０に圧入固定されている。支持台２３０の外周面には一組の扇形通路が形成され、中央吐出ポート６０から吐出された高圧ガスは上部空間２９０から下部空間２８０に送られ、その後吐出管２００により排出される。また、この支持台２３０は、その上端面が固定スクロール４０の下端面と密着するように、複数のボルト３８０により固定スクロール４０と締結固定されている。
【００３１】
（３）オルダムリング
オルダムリング３９０は、上述したように、旋回スクロール５０の自転運動を防止するための部材であって、支持台２３０に形成されるオルダム溝（図示せず）に嵌め込まれている。なお、このオルダム溝は、長円形状の溝であって、支持台２３０において互いに対向する位置に配設されている。
【００３２】
（４）下部主軸受
下部主軸受６００は、駆動モータ１６０の下方の下部空間に配設されている。この下部主軸受６００は、胴部ケーシング部３１０に固定されるとともに駆動軸１７０の下端側軸受を構成し、駆動軸１７０を支持している。
【００３３】
（６）吸入管
吸入管１９０は、冷媒回路の冷媒をスクロール圧縮機構１５０に導くためのものであって、ケーシング３００の上壁部３３０に気密状に嵌入されている。吸入管１９０は、上部高圧空間２９０を上下方向に貫通すると共に、内端部が固定スクロール４０に嵌入されている。
【００３４】
（７）吐出管
吐出管２００は、ケーシング３００内の冷媒をケーシング３００外に吐出させるためのものであって、ケーシング３００の胴部ケーシング部３１０に気密状に嵌入されている。
【００３５】
＜固定スクロールの冷却構造＞
固定スクロール４０の冷却構造を図３〜図４に示す。底板部を冷却する第１冷却部１０は固定蓋１２に形成された第１溝９により構成されている。第１溝９は固定スクロール４０の渦巻きラップ２の間に形成された底面２４の形状に対応する溝形状を有しており、固定蓋１２の中心に向かって延伸されている。導入部４、排出部５は、固定蓋１２の外縁部分に形成されており、中央吐出ポート６０は固定蓋１２の中央部分に形成されている。
【００３６】
一方、固定座１１と一体形成されている渦巻きラップ２には、第２冷却部２１が形成されている。この第２冷却部２１は、渦巻きラップ２の内部に形成された第３溝２２によって構成され、第３溝２２は渦巻きラップ２の渦巻き形状に沿って渦巻の中心に向かって延伸されている。
【００３７】
また、第1冷却部１０と第２冷却部２１とを連通させる中間連通部３は、図１０に示すように、固定座１１に形成された第２冷却部２１と固定蓋１２に形成された第１冷却部１０との接触面で形成され、且つ中央吐出ポート６０に近接して形成されている。
【００３８】
＜固定スクロールの冷却回路及び特徴＞
固定蓋１２の外縁部に形成された導入部４から導入された冷却流体は、図５に示す固定座１１の渦巻きラップ２の内部に形成された第３溝２２の外端２３に導入される。第３溝２２は渦巻きラップ２の渦巻き形状に沿って渦巻の中心に向かって延伸されているため、第２冷却部２１の形状も渦巻きラップ２の渦巻き形状に沿った形状を有し、冷却流体は渦巻きの外端２３から中心端２５まで流れ、固定座１１の渦巻きラップ２内部を隈無く冷却することができる。
【００３９】
第２冷却部２１の中心端２５から流出した冷却流体は、中間連通部３を経由して第１冷却部１０を構成する第１溝９の中心端９１に流入する。第１溝９は固定スクロール４０の渦巻きラップ２の間に形成された底面２４の形状に対応する溝形状を有しているため、第１溝９の中心端９１から流入した冷却流体は、第１溝９の形状に沿って第１溝９の外端９２に流れ、排出部５から排出される。その結果、冷却流体は固定蓋１２を冷却することができる。
【００４０】
このスクロール圧縮機の固定スクロール４０には、底板部１と渦巻きラップ２のそれぞれに第1冷却部１０と第２冷却部２１とが設けられており、固定スクロールの底板部１と渦巻きラップ２とをそれぞれ冷却することができる。その結果、冷却面積が増加し、、スクロール圧縮機自体の効率が増大し、冷凍システム全体として顕著な省エネ効果を得ることができる。
【００４１】
また、第1冷却部１０と第2冷却部２１とを連通させる中間連通部３が設けられ、冷却流体は、導入部４→第２冷却部２１の第３溝２２の外端２３→第２冷却部２１の第３溝２２の中心端２５→中間連通部３→第1冷却部１０の第１溝９の中心端９１→第1冷却部１０の第１溝９の外端９２→排出部５との順番で直流形式の冷却流体回路に流れる構造になっている。通常、冷却流体を底板部と渦巻部とに並列に流す場合、底板部に形成される底板冷却部の断面積は渦巻きラップに形成された渦巻きラップ冷却部の断面積より大きいため、底板冷却部と渦巻きラップ冷却部とにおける冷却流体の片寄りが発生し、渦巻きラップの冷却効果が低下する問題点が発生する。しかし、ここでは、冷却流体は、第２冷却部２１→中間連通部３→第1冷却部１０との順番で直流形式に流れているため、第1冷却部１０と第２冷却部２１とにおける冷却流体の片寄りが発生せず、渦巻きラップ２の冷却効果がアップする。
【００４２】
また、中間連通部３が中央吐出ポート６０に近接して形成されているため、中央吐出ポート６０の冷却効果もアップすることができる。
【００４３】
さらに、冷却流体回路の最外側には第１密閉機構１３が、冷却流体回路の最内側には第２密閉機構１４が形成されている。これらの密閉機構は、例えば、固定蓋１２に冷却流体回路に沿って形成された溝と、これらの溝に填め込まれた密閉シールリングより構成されている。これらの密閉機構により、冷却流体と圧縮機の冷媒との混入を防ぐことができる。
【００４４】
また、図６に示すように、固定座１２に設けられた導入部４の下部には楕円孔が設けられている。導入部４から導入された冷却流体は渦巻きラップ２の第３溝２２に導入されるが、第３溝２２の断面積が導入部４の断面積に比べて著しく小さいため、導入時の流体の抵抗が大きくなる。導入部４の下部と第３溝２２との間に楕円孔が設けられているため、断面積の急激な変化による流体の抵抗を低減することができる。
【００４５】
また、図７に示すように、導入部４には第３密閉機構４１、排出部５には第４密閉機構５１がそれぞれ設けられている。これらの密閉機構は、例えば、導入部４及び排出部５形成された溝と、これらの溝に填め込まれた密閉シールリングより構成されている。これらの密閉機構により、冷却流体と圧縮機の冷媒との混入を防ぐことができる。
【００４６】
＜変形例＞
上記実施形態では、冷却流体の冷却回路として、第２冷却部２１→中間連通部３→第1冷却部１０との順番で直流形式を採用しているが、冷却流体の冷却回路として、第１冷却部１０→中間連通部３→第２冷却部２１との順番で直流形式を採用することも可能である。
【００４７】
また、上記実施形態では、第１冷却部１０が固定蓋１２に形成された第１溝９により構成された例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。図８、図９に示すように、第１冷却部１０'が固定座１１に形成された第２溝９'により構成された構造でも、同様の冷却効果を得ることができる。
【００４８】
中間連通部の配置位置として、図８に示すように、中間連通部３'を渦巻きラップ２に形成し、第１冷却部１０'と第２冷却部２１とを連通させることが可能である。
【００４９】
また、中間連通部の配置位置として、図９では、中間連通部３''を固定蓋１２に形成し、第１冷却部１０'と第２冷却部２１とを連通させることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１          底板部
２          渦巻きラップ
３、３'、３''  間連通部
４          導入部
５          排出部
９          第１溝
９'        第２溝
１０、１０'  冷却部
１１        固定座
１２        固定蓋
２１        第２冷却部
２２        第３溝
４０        固定スクロール
５０        旋回スクロール
６０        中央吐出ポート
１３、１４  第１密閉機構
４１、５１  第２密閉機構
【図１】
0005758221.tif 000002
【図２】
0005758221.tif 000003
【図３】
0005758221.tif 000004
【図４】
0005758221.tif 000005
【図５】
0005758221.tif 000006
【図６】
0005758221.tif 000007
【図７】
0005758221.tif 000008
【図８】
0005758221.tif 000009
【図９】
0005758221.tif 000010
【図１０】
0005758221.tif 000011