(57)【要約】【課題】対称ラップ形状の吸入過程での受熱損失と圧力損失を小さくしながら、低圧縮比でも転覆せず、高圧縮比でカジリや異常磨耗のない高い信頼性を確保する、より高効率なスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置の固定スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂ底面と、固定スクロール１３の吸入空間１７とを連通させる通路１７ａを、固定スクロール１２の鏡板１２ａ内部に形成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機において、前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、前記旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置の前記固定スクロールの渦巻きラップ底面と、前記固定スクロールの吸入空間とを連通させる通路を、前記固定スクロールの鏡板内部に形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
通路が、吸入口を延長させた方向に形成されたことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
通路の内壁を、熱伝導率の小さい金属または樹脂で構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
通路内に、潤滑油を供給する孔を備えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
圧縮される気体が、二酸化炭素等の高圧冷媒であることを特徴とする請求項１乃至４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、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転規制機構による自転の規制のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室が容積を変えながら移動することで、吸入、圧縮、吐出を行うスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスクロール圧縮機は、固定スクロールの渦巻きラップの巻き終わり付近を外方向に延長させて、吸入通路を広くとったものがある。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平５−２６３７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図４に対称スクロール圧縮機の固定スクロールの断面図を示す。固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角と等しくなる位置で、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線を終了させて、ラップ形状を対称とすれば、圧縮室内の作動流体は圧力差を持たず、転覆モーメントを小さくすることができる。
【０００４】
しかしながら、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室では、作動流体を閉じ込める吸入過程において、受熱損失や圧力損失が大きく効率が低下するといった問題を有していた。
【０００５】
また、固定スクロールの渦巻きラップの巻き終わり付近を外方向に延長させて、吸入通路を広くとれば、圧縮室に吸入される冷媒の過熱を小さくすることができるので、体積効率低下を防ぐことができる。
【０００６】
しかしながら、旋回スクロールの鏡板の最外周部が旋回運動をしても、固定スクロールの渦巻きラップの内壁の内側に落ち込まないように設計する必要がある。圧縮室までの吸入通路を大きく構成しすぎると、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保できなくなるために漏れが発生するので、吸入過程での損失を小さくするには限界がある。つまり、同じ行程容積のスクロールを設計する場合は、ラップ高さを高くしなければならない。結果、ラップ高さ方向の漏れは増大してしまうといった問題を有していた。
【０００７】
一方、固定スクロールの渦巻きラップを、旋回スクロールの渦巻きラップの巻き終わり近くまで伸開させた、非対称ラップ形状にすれば、作動流体を閉じ込める吸入過程において受熱損失と圧力損失を最小にすることができるので、スクロール圧縮機をコンパクトに形成するとともに、作動流体の吸入過程における損失を小さくすることができる。
【０００８】
しかしながら、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室内の作動流体と、旋回スクロールのラップ部の内壁側に形成される圧縮室内の作動流体は、圧力差をもったまま圧縮されることになる。このとき、圧縮途中で、圧縮室間の漏れ損失が発生するといった問題を有していた。
【０００９】
また、この圧縮室間の圧力差が旋回スクロールに働く転覆モーメントを増大させる。結果として、低圧縮比の運転条件において転覆し、冷媒循環量の極端な減少を引き起こす。低圧縮比で転覆を抑えるために、旋回スクロールの背面に働く押し付け力を大きくすると、高圧縮比の運転条件において、旋回スクロールに過大な押し付け力が発生し、カジリや異常磨耗を引き起こすといった問題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、対称ラップ形状の吸入過程での受熱損失と圧力損失を小さくしながら、低圧縮比でも転覆せず、高圧縮比でカジリや異常磨耗のない高い信頼性を確保するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置の固定スクロールの渦巻きラップ底面と、固定スクロールの吸入空間とを連通させる通路を、固定スクロールの鏡板内部に形成したたものである。
【００１２】
これによって、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室の、作動流体を閉じ込める吸入過程において、圧縮室までの冷媒通路を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することができる。結果、対称ラップ形状の吸入過程での受熱損失と圧力損失を小さくしながら、低圧縮比でも転覆せず、高圧縮比で高い信頼性を確保するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスクロール圧縮機は、対称ラップ形状の吸入過程での受熱損失と圧力損失を小さくしながら、低圧縮比でも転覆せず、高圧縮比で高い信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロールの渦巻きラップの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置の固定スクロールの渦巻きラップ底面と、固定スクロールの吸入空間とを連通させる通路を、固定スクロールの鏡板内部に形成することにより、対称ラップ形状において、低圧縮比でも転覆を防止しながら、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室の、作動流体を閉じ込める吸入過程において、圧縮室までの冷媒通路を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の、通路は、吸入口を延長させた方向に形成することにより、冷媒がよりスムーズに旋回スクロールのラップ部の外側に形成される圧縮室に流入することなり、吸入過程における圧力損失を最小にすることができる。また、吸入孔を加工する際に、通路も一度に加工できることから生産工数を削減することができる。
【００１６】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、通路の内壁を、熱伝導率の小さい金属または樹脂で形成することにより、固定スクロールからの過熱損失を最小にすることができる。
【００１７】
第４の発明は、特に、第１〜第３の発明の、通路内に、潤滑油を供給する孔を備えることにより、旋回スクロールのラップ部の外壁側に形成される圧縮室のシール性を向上させ、圧縮過程での漏れ損失を低減させることができる。
【００１８】
第５の発明は、特に、第１〜第４の発明の、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、低圧縮比から高圧縮比の運転までの幅広い運転範囲を持つ給湯機等の用途に用いても、転覆を防止しながら、圧力損失と受熱損失をより効果的に小さくして、高効率で高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の断面図を示すものである。密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構１４を設けて、クランク軸４の上端にある主軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６および固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００２１】
固定スクロール１２と軸受１１に囲まれて形成される背圧室２９は旋回スクロール１３が固定スクロール１２から引き離されないだけの背圧を常に有している必要がある。しかし、この背圧が過剰になると、旋回スクロール１３が固定スクロール１２に強く押し付けられて、スクロール摺動部の異常磨耗や入力増加を招くことになる。このため背圧は常に一定に保つ必要がある。そこで、背圧調整機構９を設けている。背圧調整機構９は、背圧室２９から固定スクロール１２の内部を通って吸入口１７へと連通している通路９ａに、バルブ９ｂを設けたもので、背圧室２９の圧力が設定圧力より高くなるとバルブ９ｂが開き、背圧室２９のオイルが吸入口１７へと供給され、背圧室内を一定の中間圧に維持している。旋回スクロール１３の背面には前述の中間力が印加され、運転中に転覆するのを抑えている。転覆すると固定スクロール１２と旋回スクロール１３が離れてしまい、その部分に漏れが発生してしまう。また吸入口１７へと供給されたオイルは旋回運動とともに圧縮室１５へと移動し、圧縮室間の漏れ防止に役立っている。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の固定スクロール１２の斜視図と平面図を示している。固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの内壁曲線が終了する伸開角とおおよそ等しくなる位置の固定スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂ底面と、固定スクロール１３の吸入空間１７とを連通させる通路１７ａを、固定スクロール１２の鏡板１２ａ内部に形成している。
【００２３】
図３は、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の伸開角の定義を示している。この定義に従えば、固定スクロール１２の渦巻きラップ１２ｂの内壁曲線の伸開角が、旋回スクロール１３の渦巻きラップ１３ｂの内壁曲線が終了する伸開角と等しくなる位置において、旋回スクロール１３のラップ１３ｂ外壁側に形成される圧縮室１５ａと旋回スクロール１３のラップ１３ｂ内壁側に形成される圧縮室１５ｂの容積は等しい。
【００２４】
そのため、本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機の圧縮室１５ａと圧縮室１５ｂは圧力差を持たず、結果、旋回スクロール１３に働く転覆モーメントを小さくすることができる。
【００２５】
また、冷媒が圧縮室１５ａに閉じ込められるまでの間に、加熱されることによって体積効率が低下したり、狭い通路を通ることによって圧力損失が発生したりして効率を低下させる要因となっていた。従来であれば、この通路を大きく取ると、圧縮室１５ａと背圧室２９との間のシール長が確保できなくなって漏れが発生し、体積効率を低下させる。しかし、本発明によれば、通路１７ａは吸入口１７から圧縮室１５ａまでの冷媒通路となるので、その冷媒通路（１７ａ）を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を最小にすることが可能となる。
【００２６】
なお、通路１７ａは、吸入口１７を延長させた方向に形成することにより、冷媒がよりスムーズに旋回スクロール１３のラップ部１３ｂの外側に形成される圧縮室１５ａ流入することなり、吸入過程における圧力損失を最小にすることができる。また、吸入孔１７を加工する際に、通路１７ａも一度に加工できることから生産工数を削減することができる。
【００２７】
なお、通路１７ａの内壁を、熱伝導率の小さい金属または樹脂で形成することにより、固定スクロール１２からの冷媒への過熱損失を最小にすることができる。
【００２８】
なお、通路１７ａ内に、背圧室２９から固定スクロール１２の内部を通って吸入口１７へと連通している通路９ａを通路１７ａに開口させる。つまり、通路１７ａ内に潤滑油を供給する孔を備えることにより、旋回スクロール１３のラップ部１３ｂの外壁側に形成される圧縮室１５ａのシール性を向上させ、圧縮過程での漏れ損失を低減させることができる。
【００２９】
なお、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすると、固定スクロール１２作用する圧力差による歪みの影響が大きくなる。結果、ラップ１２ｂ高さに比べて鏡板１２ａを厚くして強度を上げる必要がある。一方、鏡板１２ａの内部に形成される通路１７ａはその分大きく形成することができるので、圧力損失と受熱損失をより効果的に小さくして、その鏡板１２ａの内部を有効に利用することができる。よって、低圧縮比から高圧縮比の運転までの幅広い運転範囲を持つ給湯機等の用途に用いても、転覆を防止しながら、圧力損失と受熱損失をより効果的に小さくして、高効率で高信頼性を確保したスクロール圧縮機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、吸入過程において、圧縮室までの冷媒通路を大きく構成して、圧力損失と受熱損失を小さくしながら、圧縮室と中間圧潤滑油室（背圧室）あるいは高圧冷媒とのシール長が確保することが可能となるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、オイルフリー圧縮機、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの斜視透視図と断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の伸開角の定義説明図
【図４】従来の対称スクロール圧縮機の固定スクロールの断面図
【符号の説明】
【００３２】
１    密閉容器
２    圧縮機構
３    電動機
３ａ    固定子
３ｂ    回転子
４    クランク軸
４ａ    主軸部
６    オイル
７    給油機構
９    背圧調整機構
９ａ    通路
９ｂ    バルブ
１１    主軸受部材
１２    固定スクロール
１２ａ    鏡板
１２ｂ    ラップ
１２ｃ    溝
１３    旋回スクロール
１３ａ    鏡板
１３ｂ    ラップ
１４    自転規制機構
１５    圧縮室
１５ａ    旋回スクロールのラップ外壁側に形成される圧縮室
１５ｂ    旋回スクロールのラップ内壁側に形成される圧縮室
１６    吸入パイプ
１７    吸入口
１７ａ    通路
１８    吐出口
１９    リード弁
２９    背圧室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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