(57)【要約】【課題】圧縮室内への液冷媒の吸い込み時に液圧縮された高圧液を、旋回スクロールの背圧領域などに入り込ませることなく外部排出させること。【解決手段】圧縮室から旋回スクロール２０の背圧領域３１に連通する連通流路２１を旋回スクロールのラップと台板に設け、旋回スクロール２０のラップに設けられた連通流路につながる圧縮室の室内所定圧力流体を外部に開放するリリーフ機構１１を固定スクロール１０に設ける構成とすることによって、圧縮室への液冷媒の吸い込みによる圧力上昇時に容易に液冷媒を排出しつつ背圧領域３１への液冷媒の進入を低減する。また、背圧領域３１などでの冷媒を多く含んだ油が発泡した場合には、旋回スクロール２０の連通流路２１を通じて圧縮室に排出し、さらに固定スクロール１０のリリーフ機構１１から排出されることで、背圧領域と圧縮室の想定外の圧力上昇も低減する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻状のラップを設けた固定スクロールと旋回スクロールとを互いのラップが向かい合うようにかみ合わせて複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの背面に背圧を印加し、前記旋回スクロールを自転させずに旋回運動させることにより前記圧縮室の容積を連続的に縮小し流体圧縮を行うスクロール圧縮機において、
前記圧縮室から前記旋回スクロールの背圧領域又は軸受部などの前記圧縮室以外の領域に連通する連通流路を、前記旋回スクロールのラップと台板に設け、
前記旋回スクロールのラップに設けられた連通流路につながる圧縮室の室内所定圧力流体を外部に開放するリリーフ機構を、前記固定スクロールに設ける
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、
前記連通流路は、前記旋回スクロールのラップと台板を貫通する貫通孔と、前記旋回スクロールのラップ端面と前記固定スクロールの台板との間の隙間と、からなることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記旋回スクロールのラップに設けられた連通流路の開口部に隣り合ってつながる複数の圧縮室に前記リリーフ機構が設けられることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、
前記固定スクロールに設けたリリーフ機構の流路抵抗を前記連通流路の流路抵抗より小さくすることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項５】
請求項２において、
前記旋回スクロールに設けた貫通孔の断面積を段階的又は連続的に変化させ、
前記固定スクロールに設けたリリーフ機構の流路抵抗を前記連通流路の流路抵抗より小さくする
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項６】
渦巻状のラップを設けた固定スクロールと旋回スクロールとを互いのラップが向かい合うようにかみ合わせて複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの背面に背圧を印加し、前記旋回スクロールを自転させずに旋回運動させることにより前記圧縮室の容積を連続的に縮小し流体圧縮を行うスクロール圧縮機において、
前記圧縮室から前記旋回スクロールの背圧領域又は軸受部などの前記圧縮室以外の領域に連通する連通流路を、前記旋回スクロールのラップと台板に設け、
前記旋回スクロールのラップに設けられた連通流路につながる圧縮室の室内所定圧力流体を外部に開放するリリーフ機構を、前記固定スクロールに設け、
前記旋回スクロールに設けた連通流路には、流体の流れ方向によって流路抵抗の変化する流路抵抗変化機構を設け、
前記流路抵抗変化機構は、前記圧縮室から前記圧縮室以外の領域への流体流れ方向の第１の流路抵抗を大きくし、前記圧縮室以外の領域から前記圧縮室への流体流れ方向の第２の流路抵抗を小さくする機能を有し、
前記固定スクロールに設けたリリーフ機構の流路抵抗を前記流路抵抗変化機構の前記第１の流路抵抗より小さくする
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項７】
請求項６において、
前記流路抵抗変化機構は流体ダイオードであることを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
冷凍空調装置や空気圧縮機等に用いられる流体圧縮機および流体搬送機械に係り、特に、スクロール圧縮機に関する
【背景技術】
【０００２】
従来、ルームエアコンに適用されたスクロール圧縮機において、台板上に渦巻状のラップを形成した固定スクロールと旋回スクロールを互いにラップが向かい合うようにかみ合わせて、複数の圧縮室を形成し、旋回スクロール背面に背圧を印加し両スクロールの鏡板（台板の周辺部）を接触させ、かつ旋回スクロール背面に自転防止機構を備えて旋回スクロールを自転させずに旋回運動することによって、圧縮室容積を連続的に縮小し流体圧縮を行うような構成を備えたものは、例えば、特許文献１等で公知である。
【０００３】
そして、特許文献１においては、旋回スクロールのラップおよび台板を貫通する貫通孔を設け、この貫通孔を通して軸受部の高圧領域から背圧領域や圧縮室へ給油することで圧縮室のシール性を向上させる（油膜シールを形成する）ことが示されている。
【特許文献１】特開２００４−２２５６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に開示されたスクロール圧縮機において課題となるのは、冷凍サイクルからの液冷媒を多量に吸入した場合、非圧縮性の液冷媒を圧縮して圧縮室内に高い液圧（運転時に冷媒ガスを圧縮することにより得られる圧力範囲を超えた圧力）が発生する事態である。特許文献１に示されたスクロール圧縮機では、旋回スクロールのラップおよび台板を貫通する貫通孔を設けているため、圧縮室側から貫通孔を通って非圧縮室領域（背圧領域又は軸受部）へと液冷媒が流入することが考えられる。液冷媒が流入すると、背圧領域又は軸受部での潤滑性低下および液冷媒の発泡による油膜切れ等を生じ、信頼性を低下させる可能性がある。
【０００５】
また、低温条件下で一定時間運転を停止した場合、圧縮機（圧縮機構とモータからなるもの）内の油に冷媒が溶解しており油の油中冷媒比率が高い場合において発生しやすい現象として、背圧領域で冷媒の溶解した油が発泡して背圧が上昇し、旋回スクロール押し付け力の増大や、発泡により生じた冷媒ガス（通常動作時に圧縮室に入る冷媒ガスより高い圧力の冷媒ガス）が圧縮室に流入して圧縮室内の圧力が想定外に上昇することで、性能や信頼性を低下させるという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、圧縮室内への液冷媒の吸い込み時に液圧縮された高圧液を、旋回スクロールの連通流路を介して背圧領域などに入り込ませることなく外部排出させるとともに、冷媒を多く含んだ油が背圧領域などで発泡し背圧が上昇した際に、旋回スクロールの連通流路を介して圧縮室内に流入した冷媒を容易に排出させるスクロール圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
渦巻状のラップを設けた固定スクロールと旋回スクロールとを互いのラップが向かい合うようにかみ合わせて複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの背面に背圧を印加し、前記旋回スクロールを自転させずに旋回運動させることにより前記圧縮室の容積を連続的に縮小し流体圧縮を行うスクロール圧縮機において、前記圧縮室から前記旋回スクロールの背圧領域又は軸受部などの前記圧縮室以外の領域に連通する連通流路を、前記旋回スクロールのラップと台板に設け、
前記旋回スクロールのラップに設けられた連通流路につながる圧縮室の室内所定圧力流体を外部に開放するリリーフ機構を、前記固定スクロールに設ける構成とする。
【０００８】
また、前記スクロール圧縮機において、前記固定スクロールに設けたリリーフ機構の流路抵抗を前記連通流路の流路抵抗より小さくする構成とする。
【０００９】
また、渦巻状のラップを設けた固定スクロールと旋回スクロールとを互いのラップが向かい合うようにかみ合わせて複数の圧縮室を形成し、前記旋回スクロールの背面に背圧を印加し、前記旋回スクロールを自転させずに旋回運動させることにより前記圧縮室の容積を連続的に縮小し流体圧縮を行うスクロール圧縮機において、
前記圧縮室から前記旋回スクロールの背圧領域又は軸受部などの前記圧縮室以外の領域に連通する連通流路を、前記旋回スクロールのラップと台板に設け、
前記旋回スクロールのラップに設けられた連通流路につながる圧縮室の室内所定圧力流体を外部に開放するリリーフ機構を、前記固定スクロールに設け、
前記旋回スクロールに設けた連通流路には、流体の流れ方向によって流路抵抗の変化する流路抵抗変化機構を設け、
前記流路抵抗変化機構は、前記圧縮室から前記圧縮室以外の領域への流体流れ方向の第１の流路抵抗を大きくし、前記圧縮室以外の領域から前記圧縮室への流体流れ方向の第２の流路抵抗を小さくする機能を有し、
前記固定スクロールに設けたリリーフ機構の流路抵抗を前記流路抵抗変化機構の前記第１の流路抵抗より小さくする構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、特に、液状の流体が圧縮室側から圧縮室以外の領域（例えば、背圧領域、旋回スクロール軸受部など）へ流入することを低減し、高効率および高信頼な圧縮機を提供することができる。
【００１１】
また、背圧領域へ冷媒を多く含んだ油が給油されて発泡した場合においても、背圧領域および圧縮室内の不要な圧力上昇を抑制し、圧縮機の性能および信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機について、図１〜図５を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機における圧縮室の断面を示し、図２のＡ−Ａ’線の断面図である。図２は本実施形態に係るスクロール圧縮機における概略的な全体構成を示す図である。図３は本実施形態に係るスクロール圧縮機における旋回スクロールのラップに設けた連通流路の抵抗変化の一例を示す図である。図４は本実施形態に関する旋回スクロールのラップに設けた連通流路の抵抗変化の他例を示す図である。図５は本実施形態に関する旋回スクロールのラップに設けた連通流路の抵抗変化の更なる例を示す図である。
【００１３】
図面において、１は流体入口、２は流体出口、３は中間出口、５は旋回スクロール台板、６は固定スクロール台板、７は旋回スクロール鏡板、８は固定スクロール鏡板、１０は固定スクロール、１１はリリーフ機構、１２，１２ａ，１２ｂはリリーフポート、１５は旋回スクロールラップ、１６は固定スクロールラップ、２０は旋回スクロール、２１は貫通孔、２２は逆流低減機構、２３は流体ダイオード、３０，３０ａ，３０ｂは圧縮室、３１は背圧領域、４０は隙間、５０はフレーム、６０はシャフト、７０は自転防止機構、８０は背圧調整機構をそれぞれ表す。
【００１４】
図１と図２において、本実施形態に係るスクロール圧縮機は、主にステータとロータからなるモータ（不図示）と、主に圧縮室３０ａ，３０ｂと固定スクロール１０と旋回スクロール２０と背圧領域３１からなる圧縮機構と、から構成される。このスクロール圧縮機が冷凍サイクルに適用される場合に、冷凍サイクルに用いられる冷媒ガスは、流体入口１に導入されて圧縮室３０ａ，３０ｂを通ることで圧縮され、中間出口３から圧縮ガスが送出されてスクロール圧縮機の内部を経て流体出口２から出力されることになる。
【００１５】
図３に示す図示構造からも分かるように、本実施形態に係るスクロール圧縮機は、固定スクロール台板６上に渦巻状のラップ１６を形成した固定スクロール１０と、ラップ１５を形成した旋回スクロール２０とが互いにラップ１５，１６を向かい合うようにかみ合わされて複数の圧縮室３０ａ，３０ｂが形成され、この旋回スクロール５背面に背圧を印加し両スクロールの鏡板７，８を接触させている。さらに、旋回スクロール５背面に自転防止機構７０を備えており旋回スクロール５を自転させずに旋回運動させることにより、圧縮室３０の容積を連続的に縮小し流体圧縮を行うようになっている。
【００１６】
また、旋回スクロール２０のラップ１５には、一端を旋回スクロール２０のラップ端面に開口し、他端を背圧領域３１に繋がる貫通孔２１が設けられている。すなわち、貫通孔２１はラップ１５と台板５を貫通している孔である。貫通孔２１の開口部（ラップ端面側の開口部）を挟んで圧縮室３０ａと３０ｂが形成される（図１参照）。この際、図３を参照すると、ラップの端面側と固定スクロール１０の台板６との間は隙間４０が形成されている。そうすると、圧縮室３０と背圧領域３１との間には隙間４０及び貫通孔２１が形成されていて、圧縮室３０は、隙間４０と貫通孔２１からなる連通流路を介して、背圧領域３１に連通していることになる。
【００１７】
また、本実施形態においては、圧縮室３０ａには固定スクロール１０に設けたリリーフポート１２ａが開口しており、同様に圧縮室３０ｂにはリリーフポート１２ｂが開口するように構成されており、この構成が本実施形態に係るスクロール圧縮機の特徴の１つである。ここで、リリーフポート１２を有するリリーフ機構１１の機能は、圧縮室３０が予め設定された所定圧力に達すれば当該圧力を外部に開放するものである。
【００１８】
なお、背圧領域３１の背圧は圧縮機運転中に旋回スクロール２０の台板５の反圧縮室側に作用し旋回スクロール２０を固定スクロール１０に押し付ける力を発生し、圧縮に必要な密閉性を得つつ摺動損失を低減するように設定する。ここで、背圧は圧縮機内に吐出圧力を軸受部を介して減圧し背圧領域に導入する。一方で固定スクロール１０内に設けた弁体とバネを組み合わせた背圧調整機構８０を介して背圧室から略吸込圧力となる圧縮室へ背圧室の冷媒ガスを排出する。また、旋回スクロール２０に設けた貫通孔２１を介して背圧領域より圧縮室内の背圧に近い領域に排出する構成とする。背圧調整機構８０を介して圧縮室の吸込領域に流入する流体は、吸込流体に比べて高温高圧であるため流入した際に再膨張したり吸い込んだ流体を加熱させる等の影響があるが、貫通孔２１を背圧領域３１と流体の圧力や温度等の条件が近い領域に流入させるように配置することで、上記の損失を低減することができる。
【００１９】
このように、本実施形態は、圧縮室３０にリリーフ機構１１を設けることによって、冷凍サイクルからの液戻り等による圧縮室への液吸い込み発生時に、リリーフポートから液冷媒が容易に排出され、さらに、この液冷媒の排出によって、貫通孔２１を通した背圧領域３１への液冷媒の流入を低減し、性能や信頼性をより高めることが可能である。このように、圧縮室内の液冷媒を連通流路を通して背圧領域又は旋回スクロールの軸受部に導入させなくしているのでる。
【００２０】
次に、リリーフ機構（圧縮室３０及び固定スクロール１０に設置）と関連する連通流路の機能及び作用について以下説明する。旋回スクロール２０は、固定スクロール１０とフレーム５０との間の所定空間内に、シャフト６０や自転防止機構７０とともに組み込まれている。通常運転中においては、旋回スクロール２０は、背圧領域３１の背圧の作用により、図２の図示構成例で上方に向かって固定スクロール１０に押し付けられて旋回運転している。
【００２１】
しかし、圧縮室への液冷媒の流入による液冷媒の圧縮の場合には（圧縮室の想定外圧力上昇を引き起こす）、この上昇圧力によって旋回スクロール２０は固定スクロール１０から離脱して、下方にあるフレーム５０に接触しながら運転される場合もある。そうすると、旋回スクロール２０のラップ１５を貫通する貫通孔２１と、通常運転時においては浮上した状態でのクリアランス（隙間４０）及び液圧縮時においては下方に離脱した状態でのクリアランス（隙間４０）とを考慮に入れて、リリーフ機構１１の流路抵抗を、圧縮室３０と背圧領域３１とを連通する連通流路（旋回スクロール２０の台板５及びラップ１５を貫通する貫通孔２１＋隙間４０）の流路抵抗よりも小さく設定することが望ましい。換言すると、圧縮室３０での圧力上昇時には、圧縮室内の液冷媒を、連通流路を介した背圧領域３１又は軸受部に連通させるのではなくて、リリーフ機構１１を通して排出することが望ましいこととなる。  
このために、フレーム５０の配置関係により左右されるクリアランス４０の大小や貫通孔２１の寸法形状としては、適宜に流路の断面積を小さくしたり、図３に示すように断面積を段階的に変化したり（実際の加工に際して容易に流路抵抗を適宜可変できる）、または連続的に変化するような形状等により実現することができる。
【００２２】
次に、連通流路の流路抵抗を変化させる他の構成例について、図４と図５を参照しながら以下説明する。図４は旋回スクロール２０内に逆流低減機構を備えた例を示す。旋回スクロール２０に逆流低減機構２２を設け、背圧領域３１から圧縮室３０に流入する場合には抵抗が小さく、逆流時（液媒体圧縮による想定外の圧力上昇時の流れ）においては流路抵抗を大きくして逆流を低減する。図４の上図から分かるように、背圧領域からの圧力によって、スプリング付勢されたスライダがスプリングに抗して右動して、背圧領域からの流体が抵抗少なく圧縮室に送られる（圧縮室のシール性確保）。これに対して、図４の下図に図示構造は、スプリング付勢されたスライダが連通流路を塞ぎ、圧縮機からの液冷媒流路の抵抗は増大するように機能するものである。
【００２３】
逆流低減機構としては、他に弁体と弾性体を組み合わせたものや液冷媒の温度低下に反応した温度感応による機構があり、また、図５に示すような流れる方向により流路抵抗が変化する、いわゆる流体ダイオード２３を使用してもよい。特に、旋回スクロール２０が、回転軸方向に上下する隙間が大きい場合には液冷媒の逆流もより発生しやすいため、上述した逆流低減機構は更に効果的である。なお、逆流を低減するだけでなく逆流を抑止できる構造であっても当然良い。
【００２４】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機は、背圧領域と圧縮室との連通流路を介して再膨張や加熱による損失の低減を図りつつ、圧縮室での液冷媒圧縮による圧力上昇時には当該連通流路を通して冷媒が背圧領域に入り込まないように、圧縮室並びに固定スクロールにリリーフ機構を設けたことを主たる特徴とするものである。
【００２５】
具体的な構成及び作用としては、旋回スクロールラップに圧縮室と圧縮室以外を連通する連通流路（具体例では貫通孔）を設け、連通流路の圧縮室側の開口部に連通する圧縮室に関して固定スクロールにリリーフ機構が開口できるように配置することで、液冷媒の吸い込み時に容易に排出しつつ圧縮室以外への液冷媒の進入を低減するものである。また、圧縮室以外の背圧領域や軸受部などでの冷媒を多く含んだ油が発泡した場合には、旋回スクロールの流路を通じて圧縮室に排出されるだけでなく、さらに固定スクロールから排出されることで、背圧領域と圧縮室の不要な圧力上昇も低減するものである。圧縮室と背圧領域を連通する圧縮機を例として説明したが、旋回スクロールに圧縮室と軸受部を連通する貫通孔を備えた圧縮機においても同様の効果が得られる。なお、以上の説明ではスクロール圧縮機を例示して説明したが、本発明はこれに限らず流体圧縮機および流体搬送機械に適用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機における圧縮室の断面を示し、図２のＡ−Ａ’線の矢印断面図である。
【図２】本実施形態に係るスクロール圧縮機における概略的な全体構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係るスクロール圧縮機における旋回スクロールのラップに設けた連通流路の抵抗変化の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に関する旋回スクロールのラップに設けた連通流路の抵抗変化の他例を示す図である。
【図５】本実施形態に関する旋回スクロールのラップに設けた連通流路の抵抗変化の更なる例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  流体入口
２  流体出口
３  中間出口
５  旋回スクロール台板
６  固定スクロール台板
７  旋回スクロール鏡板
８  固定スクロール鏡板
１０  固定スクロール
１１  リリーフ機構
１２，１２ａ，１２ｂ  リリーフポート
１５  旋回スクロールラップ
１６  固定スクロールラップ
２０  旋回スクロール
２１  貫通孔
２２  逆流低減機構
２３  流体ダイオード
３０，３０ａ，３０ｂ  圧縮室
３１  背圧領域
４０  隙間
５０  フレーム
６０  シャフト
７０  自転防止機構
８０  背圧調整機構
【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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