(57)【要約】【課題】吐出圧力損失を小さくしながら、逆流による再膨張損失も同時に低減する。【解決手段】各スクロールの渦巻きラップの巻き始め部分は、ラップ先端が外壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接続する第１の外円弧と、内壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接する第２の内円弧で形成され、且つ、固定スクロールの第１の外円弧と第２の内円弧をそれぞれの円弧と滑らかに接続しない第３の内円弧で接続したものである。これによって、圧縮終了時の吐出ガス通路の抵抗を小さくしながらも、運転条件が変化した場合でも吐出空間からの逆流を防いで高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。【選択図】図２
2007315172.tif 000002
【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、吐出を行う圧縮機構部と、前記圧縮空間と吐出空間との間に設けられた吐出口とリード弁とを備えたスクロール圧縮機においてにおいて、前記各スクロールの渦巻きラップの巻き始め部分は、ラップ先端が外壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接続する第１の外円弧と、内壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接する第２の内円弧で形成され、且つ、前記固定スクロールの前記第１の外円弧と前記第２の内円弧をそれぞれの円弧とは滑らかに接続しない第３の内円弧で接続して形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記旋回スクロールの渦巻きラップの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線によって、前記固定スクロールの渦巻きラップの内壁を形成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。
【請求項３】
前記第３の内円弧の壁面を前記吐出口の一部として形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】
前記第３の内円弧と外壁インボリュート曲線との距離を、前記固定スクロールのラップ厚さに対して大きくしたことを特徴とする請求項１〜３に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
冷媒を、高圧冷媒とすることを特徴とする請求項１〜４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、各スクロールの渦巻きラップの巻き始め部分を、ラップ先端が外壁インボリュート曲線の巻き始め点と滑らかに接続する外円弧と、内壁インボリュート曲線の巻き始め点と滑らかに接続する内円弧との２つの円弧で構成したものや、各スクロールの渦巻きラップの巻き始め部分を、ラップ先端が外壁インボリュート曲線の巻き始め点と滑らかに接続する外円弧と、内壁インボリュート曲線の巻き始め点と滑らかに接続しない内円弧との２つの円弧で構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１２０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スクロール圧縮機は図４および図５に示すように２つの圧縮室があり、旋回スクロールラップ６ｂの内壁面６ｄと固定スクロールラップ４ｂの外壁面４ｃとにより形成される第１圧縮室５ａと、旋回スクロールラップ６ｂの外壁面６ｅと前記固定スクロールラップ４ｂの内壁面４ｄとにより形成される第２圧縮室５ｂとの２つの圧縮室から構成され、両圧縮室５ａおよび５ｂがスクロールの中心方向に移動するに従って容積を縮小するように両スクロールの相対運動を行うことにより圧縮室のガスを圧縮し、吐出孔１１から吐出される。
【０００４】
前記第２圧縮室５ｂは設計容積比（吸込容積／吐出容積）に達したのち、吐出孔１１と連通する（図５の矢印Ａ）ため十分な吐出通路が確保できる。これに対して、前記第１圧縮室５ａは旋回スクロールラップ６ｂの内壁面６ｄと固定スクロールラップ４ｂの外壁面４ｃとの間を経由（図７の矢印Ｂ）してからでないと吐出孔１１に連通されない。
【０００５】
しかしながら、圧縮終了したガスが吐出室へ流れる際、スクロールラップの壁面間を通るが、このラップ間の距離が狭いと吐出ガス通路の抵抗が大きくなるため、圧縮機入力が増大し、効率を低下させてしまうという問題を有していた。
【０００６】
上記問題を解決するため、図６に示すように、各スクロールラップの巻き始め部分を、ラップ先端が外側インボリュート曲線の巻き始め点と滑らかに接続する外円弧と、内側インボリュートの巻き始め点と滑らかに接続しない内円弧との２つの円弧で構成することにより、吐出直後のガス通路を広げ、吐出抵抗による圧縮機入力が増大を低減し、圧縮効率を向上させる構成が提案されている。
【０００７】
しかしながら、吐出抵抗を小さくするために内円弧の径を変化させると、圧縮終了直後から急激に通路が広がるために、運転条件が変化して、設計容積比よりも少しでも大きな容積比となった場合には、吐出空間からの逆流が発生して圧縮機入力が増大するといった問題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮終了時の吐出ガス通路の抵抗を小さ
くしながらも、吐出空間からの逆流を防いで高効率を実現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】
【０００９】
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、各スクロールの渦巻きラップの巻き始め部分は、ラップ先端が外壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接続する第１の外円弧と、内壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接する第２の内円弧で形成され、且つ、固定スクロールの第１の外円弧と第２の内円弧をそれぞれの円弧と滑らかに接続しない第３の内円弧で接続して形成したものである。これによって、圧縮終了時の吐出ガス通路の抵抗を小さくしながらも、吐出空間からの逆流を防いで高効率を実現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】
【００１０】
本発明のスクロール圧縮機は、特に高圧・低圧縮比冷媒である二酸化炭素冷媒を用いた場合に、高効率化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、各スクロールの渦巻きラップの巻き始め部分は、ラップ先端が外壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接続する第１の外円弧と、内壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接する第２の内円弧で形成され、且つ、固定スクロールの第１の外円弧と第２の内円弧をそれぞれの円弧と滑らかに接続しない第３の内円弧で接続して形成したものである。これによって、圧縮終了直後は、旋回スクロールの外壁と固定スクロールの内壁の最小距離は滑らかに増大するので、吐出空間からの逆流を防ぎながら、第３の内円弧に到達したときには、急激に吐出通路を増大させることができるので、逆流損失も小さく、且つ、吐出通路抵抗も小さくすることができる。結果、設計容積比での運転において高効率を実現できる。また、運転条件が変化して、設計容積比よりも少しでも大きな容積比となった場合でも、吐出通路は順次滑らかに増大するので、圧縮機入力の上昇を抑えることが出来るので、全運転領域に渡って高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１２】
第２の発明は、特に、第１の発明の、旋回スクロールの渦巻きラップの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた固定スクロールの渦巻きラップの内壁曲線によって、固定スクロールの渦巻きラップの内壁を形成したものである。これによって、吐出通路の経路が長くなって圧力損失が問題となる場合であっても、逆流損失も小さく、且つ、吐出通路抵抗も小さくすることができるので、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、第３の内円弧の壁面を吐出口の一部として形成したものである。これによって、圧縮終了直後は、旋回スクロールの外壁と固定スクロールの内壁の最小距離は滑らかに増大するので、吐出空間からの逆流を防ぎながら、第３の内円弧に到達したときには、急激に吐出通路を増大し、且つ直接吐出させることができるので、吐出通路抵抗を小さくすることができ、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１〜第３の発明の、第３の内円弧と外壁インボリュート曲線との距離を、固定スクロールのラップ厚さに対して大きくしたものである。これによって、高負荷運転時において、ラップ先端部付近の強度を高めて固定スクロールの鏡板の変形を抑制して、カジリや異常磨耗を防ぐことができる。また、圧縮終了直後の吐出圧力に達した空間を小さくすることができるので、圧縮室へと再膨張して逆流する冷媒を小さくすることができるので、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００１５】
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、二酸化炭素の場合は、ＨＦＣ系冷媒と比較して３〜４倍ほど密度が大きいので、圧縮室への再膨張して逆流する冷媒を減らすことによって、より高効率なすクロール圧縮機を提供することができる。
【００１６】
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。
【００１７】
（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。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旋回スクロール１３を円軌道運動させ、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。
【００１８】
図２に吐出過程の様子を拡大したものを示す。旋回スクロール１３の外壁側に形成される圧縮室１５に着目すると、おおよそ回転角度が６０〜１２０°の間に圧縮室１５は吐出口１８に連通する。回転角１２０°付近での吐出通路部分は図示されているように狭く、吐出抵抗を減らしながらも、適度に吐出口１８からの逆流を防いでいる。また、旋回スクロール１３が第３の内円弧に到達するとき（回転角度１８０°）から、吐出通路部分は劇的に拡大されているのが分かる。このとき、圧縮室１５の圧力は十分に高く逆流の心配は無いので、吐出抵抗を減らすことが出来る構成になっている。
【００１９】
また、第３の内円弧の壁面を吐出口１８の一部として形成しているので、吐出口１８の吐出抵抗を減らすために径を大きく構成していても、圧縮室１５へと逆流してしまうデットボリュームは小さくすることができる。図３に本発明の実施の形態１における固定スクロール１２ラップ中心部の拡大図を示す。吐出圧力損失と逆流による再膨張損失の関係は、一般的には、圧縮終了後の吐出通路を大きくとる構成では、吐出圧力損失は小さくできるが、再膨張損失は大きい。反対に吐出通路を小さくとる構成では、再膨張損失（逆流損失）は小さくできるが、吐出圧力損失は大きい。しかしながら、本構成においては、逆流を抑えながら急激に吐出通路を拡大できて、同時に吐出口１８のデットボリュームを小さくしているので、逆流してくる冷媒の量も小さくすることが出来る。結果、吐出圧力損失と逆流損失をそれぞれ小さくすることができる。図３を見ても分かるように、破線で示された従来のラップ先端形状と比較して、吐出口１８に連なる体積（デットボリューム）が減少していることがわかる。
【００２０】
また、運転条件が変化して、設計容積比よりも少しでも大きな容積比となった場合でも、吐出通路は順次滑らかに増大するので、逆流を抑えて圧縮機入力の上昇を抑えることが出来るので、全運転領域に渡って高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２１】
なお、旋回スクロール１３の渦巻きラップの外壁曲線の巻き終わり端近くまで伸びた固定スクロール１２の渦巻きラップの内壁曲線によって、固定スクロール１２の渦巻きラップの内壁を形成することによって、旋回スクロール１３の内壁側に形成される圧縮室１５
の圧縮比に対して、旋回スクロール１３の外壁側に形成される圧縮室１５の圧縮比が大きくなる場合においても、逆流損失と吐出通路抵抗のバランスを最良に保つことができるので、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２２】
なお、第３の内円弧と固定スクロール１２の外壁インボリュート曲線との距離を、固定スクロール１２のラップ厚さに対して大きくした場合（図示せず）は、高負荷運転時において、ラップ先端部付近の強度を高めて固定スクロール１２の鏡板の変形を抑制して、カジリや異常磨耗を防ぐことができる。また、圧縮終了直後の吐出圧力に達した空間をより小さくすることができるので、圧縮室へと再膨張して逆流する冷媒量をより小さくすることができ、より高効率なスクロール圧縮機を提供することができる。
【００２３】
なお、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることにより、二酸化炭素の場合は、ＨＦＣ系冷媒と比較して３〜４倍ほど密度が大きいので、圧縮室１５への再膨張して逆流する冷媒を小さくすることができる本構成を用いれば、より高効率なす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】
【００２４】
以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、各スクロールの渦巻きラップの巻き始め部分は、ラップ先端が外壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接続する第１の外円弧と、内壁インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接する第２の内円弧で形成され、且つ、固定スクロールの第１の外円弧と第２の内円弧をそれぞれの円弧と滑らかに接続しない第３の内円弧で接続したものである。これによって、圧縮終了時の吐出ガス通路の抵抗を小さくしながらも、運転条件が変化した場合でも吐出空間からの逆流を防いで高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができるので、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、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】
【００２５】
【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における吐出過程の様子を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における固定スクロールラップ中心部の拡大図
【図４】従来のスクロール圧縮機における圧縮過程拡大図
【図５】従来のスクロール圧縮機におけるラップ中心の拡大図
【図６】その他従来のスクロール圧縮機におけるラップ中心の拡大図
【符号の説明】
【００２６】
１    密閉容器
２    圧縮機構
４    クランク軸
４ａ    主軸部
１１  主軸受部材
１２  固定スクロール
１３  旋回スクロール
１４  自転規制機構
１５  圧縮室
１６  吸入パイプ
１７    吸入口
１８    吐出口
１９  リード弁
【図１】
2007315172.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007315172.tif 000007
【図６】
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