(57)【要約】【課題】運転効率のよい非対称型のスクロール圧縮機を得ること。【解決手段】固定スクロールの鏡板に設けられ、旋回スクロールが外圧縮室Ｙの閉じ込み角度位置からバイパス旋回角θout旋回し、前記外圧縮室Ｙの閉じ込み容積Ｖout(0)が縮小して所定のバイパス容積Ｖout(a)となったときに前記外圧縮室Ｙの先端部を吐出室に連通する逆止弁付の外圧縮室バイパスポートと、前記固定スクロールの鏡板に設けられ、前記旋回スクロールが内圧縮室Ｘの閉じ込み角度位置からバイパス旋回角θin旋回し、前記内圧縮室Ｘの閉じ込み容積Ｖin(0)が縮小して所定のバイパス容積Ｖin(a)となったときに前記内圧縮室Ｘの先端部を前記吐出室に連通する逆止弁付の内圧縮室バイパスポートと、を備えたスクロール圧縮機において、Ｖin(a)／Ｖin(0)＞Ｖout(a)／Ｖout(0)となるように、前記旋回スクロールの前記バイパス旋回角θout及びθinを設定した。【選択図】        図２−４
2007092722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールのラップ溝内の、旋回スクロールラップの内側に形成される内圧縮室Ｘの閉じ込み容積Ｖin(0)が、前記旋回スクロールラップの外側に形成される外圧縮室Ｙの閉じ込み容積Ｖout(0)よりも小さい非対称型の圧縮室と、
前記固定スクロールの鏡板に設けられ、前記旋回スクロールが前記外圧縮室Ｙの閉じ込み角度位置からバイパス旋回角θout旋回し、前記外圧縮室Ｙの閉じ込み容積Ｖout(0)が縮小して所定のバイパス容積Ｖout(a)となったときに前記外圧縮室Ｙの先端部を吐出室に連通する逆止弁付の外圧縮室バイパスポートと、
前記固定スクロールの鏡板に設けられ、前記旋回スクロールが前記内圧縮室Ｘの閉じ込み角度位置からバイパス旋回角θin旋回し、前記内圧縮室Ｘの閉じ込み容積Ｖin(0)が縮小して所定のバイパス容積Ｖin(a)となったときに前記内圧縮室Ｘの先端部を前記吐出室に連通する逆止弁付の内圧縮室バイパスポートと、
を備えたスクロール圧縮機において、
Ｖin(a)／Ｖin(0)＞Ｖout(a)／Ｖout(0)となるように、前記旋回スクロールの前記バイパス旋回角θout及びθinを設定したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記バイパス旋回角θinを、Ｖin(a)／Ｖin(0)＝Ｖout(a)／Ｖout(0)となる旋回角よりも５°〜３０°小さくしたことを特徴とする請求項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、冷蔵庫、冷凍庫及び空気調和機等のガス（冷媒）圧縮機として用いられるスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクロール圧縮機として、鏡板に渦巻体（スクロールラップ）を突設した固定スクロールと旋回スクロールとを備えたスクロール圧縮機において、前記固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成する圧縮室（内圧縮室Ｘ、外圧縮室Ｙ）のうち、吐出口に開口する直前の圧縮室（Ｘ１、Ｙ１）と前記ケーシング内とをリリーフポート（バイパスポート）により連通し、このリリーフポートに、前記圧縮室（Ｘ１、Ｙ１）から前記ケーシング内への流れのみを許すリリーフ弁（逆止弁）を設け、前記吐出口に開口する直前の圧縮室（Ｘ１、Ｙ１）内のそれぞれの流体が、各圧縮室（内圧縮室Ｘ、外圧縮室Ｙ）への前記流体の閉じ込み時における各圧縮室（Ｘ、Ｙ）の容積に対する各圧縮室（Ｘ１、Ｙ１）の容積の比が同じ値となった段階〔すなわち、{Ｘ１の容積Ｖin(a)／閉じ込み時における内圧縮室Ｘの容積Ｖin(0)}＝{Ｙ１の容積Ｖout(a)／閉じ込み時における外圧縮室Ｙの容積Ｖout(0)}となった段階〕で位相差をもって前記ケーシング内に順次リリーフされる位置に前記リリーフポートを開口させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０９８３０８号公報（請求項１、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各圧縮室（内圧縮室Ｘ、外圧縮室Ｙ）の容積減少による圧力上昇は、各圧縮室間で高圧ガス流体の漏れのない理想状態では、各圧縮室の容積減少と各圧縮室内の高圧ガス流体の温度上昇とにより決まる。しかしながら、隣り合う圧縮室間においては、各スクロールの加工精度や熱変形等により各圧縮室間に微小な隙間ができ、高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室へガス流体が漏れて流入するので、低圧側の圧縮室の圧力上昇は、漏れのない理想状態よりも大きくなる。
【０００５】
図３は、閉じ込み時における外圧縮室Ｙの容積Ｖout(0)を２０ｃｃとし、閉じ込み時における内圧縮室Ｘの容積Ｖin(0)を１６ｃｃとしたときの外圧縮室Ｙ及び内圧縮室Ｘの容積[ｃｃ]と圧力比との関係を示す図であり、図６は、外圧縮室Ｙ及び内圧縮室Ｘそれぞれの圧縮容積比と、高圧ガス流体の漏れを考慮した圧力比との関係を示す図である。
【０００６】
図３に示すように、外圧縮室Ｙの閉じ込み容積Ｖout(0)が内圧縮室Ｘの閉じ込み容積Ｖin(0)より大きい（図３の例では、Ｖin(0)／Ｖout(0)＝１６ｃｃ／２０ｃｃ＝０．８）非対称型のスクロール圧縮機においては、同じ容積となったときの外圧縮室Ｙの圧力と内圧縮室Ｘの圧力とを比較すると、外圧縮室Ｙの方が高い圧力となる（図３では、吸入圧力を１として圧力比で示してある。）。従って、図６に示すように、隣接する外圧縮室Ｙから内圧縮室Ｘへのガス流体の流入により、同じ圧縮容積比における圧力は、外圧縮室Ｙよりも内圧縮室Ｘの方が高くなってしまう（漏れを考慮した内圧縮室Ｘの圧力が、漏れのない理想状態よりも高くなるのは、図２−４の矢印Ｍで示すように、隣接する高圧の外圧縮室Ｙから高圧ガス流体が流入するためである。）。
【０００７】
すなわち、図６に示すように、Ｖin(x)／Ｖin(0)＝Ｖout(x)／Ｖout(0)となる内圧縮室Ｘの圧力と外圧縮室Ｙの圧力とを比較すると、内圧縮室Ｘの圧力の方が外圧縮室Ｙの圧力より高くなっている。つまり、同じ圧縮容積比であっても、高圧ガス流体の漏れのある実運転上の圧力は、内圧縮室Ｘの方が高くなっている。
【０００８】
従って、上記の背景技術のように、内圧縮室Ｘと外圧縮室Ｙで圧縮容積比が同じとなる位置にバイパスポートを設けると、内圧縮室Ｘの方が、圧力が高い状態でバイパスポートと連通することになる。すなわち、バイパスを開始すべき所定の圧力に対し、少なくとも一方の圧縮室の圧力に差が発生することとなり、外圧縮室Ｙの圧力を所定の圧力とした場合、内圧縮室Ｘの圧力は過圧縮状態となり、スクロール圧縮機が無駄な過圧縮仕事を行うので、運転効率が低下する。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、運転効率のよい非対称型のスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定スクロールのラップ溝内の、旋回スクロールラップの内側に形成される内圧縮室Ｘの閉じ込み容積Ｖin(0)が、前記旋回スクロールラップの外側に形成される外圧縮室Ｙの閉じ込み容積Ｖout(0)よりも小さい非対称型の圧縮室と、前記固定スクロールの鏡板に設けられ、前記旋回スクロールが前記外圧縮室Ｙの閉じ込み角度位置からバイパス旋回角θout旋回し、前記外圧縮室Ｙの閉じ込み容積Ｖout(0)が縮小して所定のバイパス容積Ｖout(a)となったときに前記外圧縮室Ｙの先端部を吐出室に連通する逆止弁付の外圧縮室バイパスポートと、前記固定スクロールの鏡板に設けられ、前記旋回スクロールが前記内圧縮室Ｘの閉じ込み角度位置からバイパス旋回角θin旋回し、前記内圧縮室Ｘの閉じ込み容積Ｖin(0)が縮小して所定のバイパス容積Ｖin(a)となったときに前記内圧縮室Ｘの先端部を前記吐出室に連通する逆止弁付の内圧縮室バイパスポートと、を備えたスクロール圧縮機において、Ｖin(a)／Ｖin(0)＞Ｖout(a)／Ｖout(0)となるように、前記旋回スクロールの前記バイパス旋回角θout及びθinを設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかるスクロール圧縮機は、実運転上のバイパス圧力が内圧縮室Ｘと外圧縮室Ｙとで略同じとなり、運転効率が向上するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかるスクロール圧縮機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明にかかるスクロール圧縮機の実施例の縦断面図であり、図２−１は、外圧縮室Ｙの閉じ込み位置（旋回スクロール４２の旋回角０°）における圧縮部４の横断面図であり、図２−２は、旋回角９０°における圧縮部４の横断面図であり、図２−３は、旋回角１８０°（内圧縮室Ｘの閉じ込み位置）における圧縮部４の横断面図であり、図２−４は、旋回角２５８°（バイパス旋回角θout＝２５８°）における圧縮部４の横断面図であり、図２−５は、旋回角３７３°（バイパス旋回角θin＝３７３°−１８０°＝１９３°）における圧縮部４の横断面図であり、図３は、外圧縮室Ｙ及び内圧縮室Ｘの容積と圧力比との関係を示す図であり、図４は、旋回スクロールの旋回角と圧力比との関係を示す図であり、図５は、内圧縮室Ｘの圧縮旋回角と、圧縮容積比との関係を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、実施例のスクロール圧縮機１は、円筒状の密閉ケーシング２と、密閉ケーシング２の上部に設置されたメインフレーム３と、メインフレーム３の上方に設置された圧縮部４と、メインフレーム３の下方の電動機室２４に設置され、圧縮部４を駆動する電動機５と、を備えている。
【００１５】
メインフレーム３は、円盤状に形成され、外周部が密閉ケーシング２の内壁面に固定され、中央下部には、電動機５の回転軸６を支持する軸受３１が設けられ、中央上部には、後述の旋回スクロール４２を収容する円形の２段の凹部３ａが形成されている。
【００１６】
圧縮部４の上方の空間は、圧縮部４で圧縮された高圧冷媒（吐出ガス）が吐出される吐出室２３とされ、吐出室２３は、後述の固定スクロール４１及びフレーム３に設けられた図示しない連通孔又は切欠き部を介して電動機室２４に連通し、電動機室２４は、密閉ケーシング２に固定された吐出管２６に連通している。
【００１７】
円盤状に形成され、外周部がフレーム３の外周部にボルト締結された固定スクロール４１には、外部の図示しない冷凍サイクルを終えた低圧冷媒（吸入ガス）を圧縮部４に吸込む吸込管２５が、密閉ケーシング２を貫通して接続されている。圧縮部４は、外部の図示しない冷凍サイクルを終えた低圧冷媒を吸込管２５を介して吸込み、低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒として吐出室２３へ吐出し、電動機室２４及び吐出管２６を介して冷凍サイクルへ送り出す。
【００１８】
実施例のスクロール圧縮機１において、電動機５は、通常の従来の電動機と変わるとこころがないので、詳細な説明は省略する。電動機５は、密閉ケーシング２の外周部に設置された端子台５１から電力を供給される。
【００１９】
図１及び図２−１に示すように、圧縮部４は、円盤状の鏡板４１ａの下面に渦巻状の固定スクロールラップ４１ｂ（及びラップ溝４１ｃ）が形成された固定スクロール４１と、円盤状の鏡板４２ａの上面に破線で示す渦巻状の旋回スクロールラップ４２ｂ（及びラップ溝４２ｃ）が形成された旋回スクロール４２とを備えている。
【００２０】
図２−１に示すように、固定、旋回スクロールラップ４１ｂ、４２ｂ同士を互いに噛み合わることにより、ラップ溝４１ｃ内の旋回スクロールラップ４２ｂの内側に内圧縮室Ｘが形成され、ラップ溝４１ｃ内の旋回スクロールラップ４２ｂの外側に外圧縮室Ｙが形成される。
【００２１】
固定スクロール４１の鏡板４１ａには、その中央部に内圧縮室Ｘ及び外圧縮室Ｙにて圧縮された高圧冷媒を吐出室２３へ吐出するための吐出口４１ｄが設けられている。固定スクロール４１の外周部には、固定スクロール４１のラップ溝４１ｃと吸込管２５とを連通する有底の吸込孔４１ｅが設けられている。吸込孔４１ｅには、吸込管２５方向への冷媒の逆流を防止する逆止弁４５が設置されている。
【００２２】
逆止弁４５は、吸込孔４１ｅ内を摺動する弁体４５ａと、弁体４５ａを、吸込管２５の下端に形成された弁座に押付けて逆止弁４５を閉じる方向へ付勢するコイルバネ４５ｂとを備えている。
【００２３】
電動機５の回転軸６の上端部には、回転軸６と偏心させた旋回軸６ａが一体的に形成され、旋回軸６ａは、旋回スクロール４２の鏡板４２ａの下面側に形成された軸受部４２ｄに挿入されている。回転軸６が回転すると、旋回軸６ａが回転軸６周りを旋回し、オルダムリング４３を介して旋回スクロール４２を、固定スクロール４１に対して自転させずに公転運動させ、内圧縮室Ｘ及び外圧縮室Ｙの容積を縮小させる。
【００２４】
回転軸６及び旋回軸６ａには、密閉ケーシング２の底部に貯留されている潤滑油Ｏを圧縮部４側へ供給するための油路６ｂが設けられている。密閉ケーシング２の底部に貯留されている潤滑油Ｏは、回転軸６により駆動されるトロコイド型ポンプ６３によって吸引され、回転軸６を支持する下部軸受６１に取付られた潤滑油管６２を介して油路６ｂに流入し、圧縮部４側へ供給され、オルダムリング４３を含む圧縮部４の摺動部及び軸受３１等を潤滑する。
【００２５】
図２−１に示すように、旋回軸６ａが図の左下４５°方向へ偏心し、旋回スクロールラップ４２ｂの巻終り端４２ｅが、固定スクロール４１のスクロール溝４１ｃの外方壁面に接触している状態を旋回スクロール４２の旋回角０°とすると、このとき、外圧縮室Ｙが閉じ込まれ、閉じ込み容積Ｖout(0)の状態となる。
【００２６】
旋回スクロール４２が、図２−１に示す旋回角０°の状態から、図２−２に示す旋回角９０°の状態に反時計周りに旋回すると、外圧縮室Ｙも容積を縮小させながら９０°旋回した位置に移動し、図３及び図４に示すように、Ｖout(x)／Ｖout(0)は０．９０（＝１８ｃｃ／２０ｃｃ）となり、漏れを考慮した圧力比は、およそ１．１３となる。
【００２７】
図２−３に示すように、旋回スクロール４２が１８０°旋回すると、外圧縮室Ｙは容積をさらに縮小させて１８０°旋回した位置に移動し、図３及び図４に示すように、Ｖout(x)／Ｖout(0)は０．８０（＝１６ｃｃ／２０ｃｃ）となり、漏れを考慮した圧力比は１．３１となる。このとき、旋回スクロールラップ４２ｂの巻終り端４２ｅが、固定スクロール４１のスクロール溝４１ｃの内方壁面に接触し、内圧縮室Ｘが閉じ込まれ、閉じ込み容積Ｖin(0)の状態となり、Ｖout(x)／Ｖout(0)＝Ｖin(0)／Ｖout(0)＝０．８０となっている。
【００２８】
このように、実施例のスクロール圧縮機１は、外圧縮室Ｙの閉じ込み旋回角と内圧縮室Ｘの閉じ込み旋回角が１８０°位相が異なり、また、内圧縮室Ｘの閉じ込み容積Ｖin(0)が、外圧縮室Ｙの閉じ込み容積Ｖout(0)よりも小さい（Ｖin(0)／Ｖout(0)＝０．８０）非対称型のスクロール圧縮機となっている。
【００２９】
図２−４及び図４に示すように、外圧縮室Ｙから内圧縮室Ｘ（矢印Ｍ方向）へ高圧冷媒を流入させながら旋回スクロール４２が、バイパス旋回角θout＝２５８°旋回し、図３に示すように、Ｖout(a)／Ｖout(0)が０．７１３（＝１４．２６ｃｃ／２０ｃｃ）となり、漏れを考慮した圧力比が１．５となったときに、外圧縮室Ｙの先端部Ｙａを吐出室２３に連通する逆止弁４６（図１参照）付のバイパスポート４１ｆが設けられていて、圧力比が１．５となったときに高圧冷媒をバイパスさせる。
【００３０】
逆止弁４６は、固定スクロール４１の鏡板４１ａにねじ止めされバイパスポート４１ｆを塞ぐばね板で構成され、吐出圧室２３の圧力が圧縮部４の圧力よりも高いときは、バイパスポート４１ｆを塞ぐようになっている。逆止弁押え４７が、逆止弁４６と共に鏡板４１ａにねじ止めされ、高圧冷媒の噴出により逆止弁４６が開き過ぎて破損しないようにしている。
【００３１】
図２−５及び図４に示すように、外圧縮室Ｙから内圧縮室Ｘ（矢印Ｍ方向）へ高圧冷媒を浸入させながら旋回スクロール４２が、３７３°（内圧縮室Ｘの閉じ込み角度からバイパス旋回角θin＝１９３°）旋回し、図３に示すように、Ｖin(a)／Ｖin(0)が０．７３２（＝１１．７１ｃｃ／１６ｃｃ）となり、漏れを考慮した圧力比が１．５となったときに、内圧縮室Ｘの先端部Ｘａを吐出室２３に連通させ、高圧冷媒をバイパスさせる逆止弁４６（図１参照）付のバイパスポート４１ｇが設けられている。
【００３２】
バイパスポート４１ｆ、４１ｇがそれぞれ外圧縮室Ｙ、内圧縮室に連通している間にバイパスされなかった冷媒は、旋回スクロール４２がさらに旋回し、各圧縮室Ｙ、Ｘが圧縮部４の中心部まで移動する過程で再度圧縮され、中心部に到って吐出孔４１ｄに連通して吐出室２３に吐出される。
【００３３】
以上説明したように、実施例のスクロール圧縮機１においては、（Ｖin(a)／Ｖin(0)＝０．７３２）＞（Ｖout(a)／Ｖout(0)＝０．７１３）となっていて、図５に示すように、内圧縮室Ｘのバイパス旋回角θin＝１９３°は、Ｖin(a)／Ｖin(0)＝Ｖout(a)／Ｖout(0)＝０．７１３となる旋回角２０７°よりも１４°小さくしている。
【００３４】
内圧縮室Ｘのバイパス旋回角θin＝１９３°を、Ｖin(a)／Ｖin(0)＝Ｖout(a)／Ｖout(0)となる旋回角よりも、どの程度小さくするかは、スクロール圧縮機１の圧縮部４の加工精度、熱変形、旋回スクロールラップの巻数、外圧縮室Ｙの閉じ込み旋回角と内圧縮室Ｘの閉じ込み旋回角の位相差、冷媒圧力及び回転速度等により変化する高圧冷媒の漏れ量によって異なるが、小さくする角度を５°〜３０°とすることにより、外圧縮室Ｙと内圧縮室Ｘの実運転上のバイパス圧力を略同じとすることができる。
【００３５】
なお、本実施例では、各圧縮室に一対のバイパスポートを設け、圧力比が１．５となったとき各圧縮室の高圧冷媒をバイパスさせる例を示したが、各圧縮室にバイパス圧力の異なる２対又は３対のバイパスポートを設け、異なるバイパス圧力で高圧冷媒をバイパスさせるようにしてもよい。また、外圧縮室Ｙの閉じ込み旋回角と内圧縮室Ｘの閉じ込み旋回角の位相差は、必ずしも１８０°とする必要はなく、９０°程度であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、静粛性と省エネ性が要求される冷蔵庫、冷凍庫及び空気調和機等のガス圧縮機に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかるスクロール圧縮機の実施例を示す縦断面図である。
【図２−１】外圧縮室の閉じ込み位置における圧縮部の横断面図である。
【図２−２】旋回角９０°における圧縮部の横断面図である。
【図２−３】旋回角１８０°における圧縮部の横断面図である。
【図２−４】旋回角２５８°における圧縮部の横断面図である。
【図２−５】旋回角３７３°における圧縮部の横断面図である。
【図３】外圧縮室及び内圧縮室の圧縮容積と圧力比との関係を示す図である。
【図４】旋回スクロールの旋回角と圧力比との関係を示す図である。
【図５】内圧縮室の圧縮旋回角と圧縮容積比との関係を示す図である。
【図６】外圧縮室及び内圧縮室それぞれの圧縮容積比と、高圧ガス流体の漏れを考慮した圧力比との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  スクロール圧縮機
２  密閉ケーシング
２３  吐出室
２４  電動機室
２５  吸込管
２６  吐出管
３  メインフレーム
４  圧縮部
４１  固定スクロール
４１ｂ  固定スクロールラップ
４１ｄ  吐出口
４１ｆ  外圧縮室バイパスポート
４１ｇ  内圧縮室バイパスポート
４２  旋回スクロール
４２ｂ  旋回スクロールラップ
４２ｅ  巻終り端
４１ａ、４２ａ  鏡板
４１ｃ、４２ｃ  ラップ溝
４３  オルダムリング
４６  逆止弁
５  電動機
６  回転軸
６ａ  旋回軸
Ｏ  潤滑油
Ｘ  内圧縮室
Ｘａ  内圧縮室の先端部
Ｙ  外圧縮室
Ｙａ  外圧縮室の先端部
Ｖin(0)  内圧縮室の閉じ込み容積
Ｖin(a)  内圧縮室のバイパス開始時の容積
Ｖout(0)  外圧縮室の閉じ込み容積
Ｖout(a)  外圧縮室のバイパス開始時の容積
θin  内圧縮室のバイパス旋回角
θout  外圧縮室のバイパス旋回角
【図１】
2007092722.tif 000003
【図２−１】
2007092722.tif 000004
【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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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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