(57)【要約】【課題】  スクロール圧縮機において、吐出圧力よりも高圧になった圧縮室内の冷媒をリリース穴からリリース制御弁を経由して密閉容器内の吐出圧力空間へ放出させる場合に、リリース制御弁における流路抵抗と吐出圧損を低減する。【解決手段】  スクロール圧縮機５０では、固定スクロールラップ２ｂと旋回スクロールラップ３ｂとで圧縮室２３が形成される。冷媒ガスが過圧縮されるのを防止するリリース弁装置３０は、固定スクロールラップ間に形成されたリリース穴３１と、リリース穴に接続しリリース穴より大径の弁室３２と、弁室に接続するガイド部３３と、ガイド部に嵌合するストッパ３７と、このストッパの突起部に係合する弾性体と、弾性体とリリース穴間に配置されたバルブシート３５とを有する。弁室とガイド部の境界近傍から固定スクロールの吐出穴までを連通する連通路４０ａを形成した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールに立設した渦巻状の固定スクロールラップと旋回スクロールに立設した渦巻状の旋回スクロールラップとで形成される圧縮室で冷媒ガスが過圧縮されるのを防止するリリース弁装置を備えたスクロール圧縮機において、
前記リリース弁装置は、前記渦巻状の固定スクロールラップ間に形成されたリリース穴とこのリリース穴に接続しリリース穴より大径の弁室とこの弁室に接続し弁室よりも大径のガイド部とで形成され、前記固定スクロールが有する台板の厚さ方向に貫通して設けられた貫通孔と、この貫通孔に嵌合し突起部を有するストッパと、このストッパの突起部に係合する弾性体と、前記弾性体と前記リリース穴間に配置されたバルブシートを有し、前記弁室と前記ガイド部の境界近傍から前記固定スクロールの中心部に設けた吐出穴までを連通する連通路を形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記連通路は、前記弁室と前記ガイド部の境界近傍と、前記吐出穴とを連通し、前記固定スクロールラップに垂直な方向に延びる連通孔である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】
前記連通路は、前記弁室と前記ガイド部の境界近傍までの深さを有し、前記ガイド部と前記吐出穴とを連通する連通溝である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４】
前記連通溝は、前記ガイド部の径よりも幅の狭い溝であることを特徴とする請求項１または３に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記連通路は、前記固定スクロールラップの高さ方向に軸を有する円筒形であることを特徴とする請求項１または３、４の何れか１項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、冷凍空調機器や給湯機等に用いられるスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
旋回スクロールのラップと固定スクロールのラップを組み合わせて圧縮室を形成するスクロール圧縮機では、ラップの形状により吸込行程終了時の最大密閉空間容積である吸入容積と、圧縮室が吐出穴に開口する直前の最小密閉空間容積である最終圧縮室容積とが決定される。スクロール圧縮機をルームエアコンなどに使用する場合は、可変速運転や空調負荷の変動により、冷媒の吸込圧力と吐出圧力が広範囲に亘り変化する。そのため、許容圧縮比に対し設定容積比が過大となる過圧縮運転が生じる場合がある。
【０００３】
そこで従来、圧縮機での過圧縮による動力ロスを低減し、圧縮効率を向上させるために、スクロール圧縮機の固定スクロールにリリース弁装置を設け、リリース弁装置から圧縮室内の高圧の冷媒ガスあるいは液冷媒を密閉容器内の吐出圧力空間に導くようにしている。例えば特許文献１においては、固定スクロールの台板にリリース穴と弁室を連続して形成し、弁室内にリリース制御弁を設けてリリース弁装置を構成している。そして、圧縮室内の圧力が設定圧力を超えたらリリース制御弁が開口し、リリース穴から密閉容器内の吐出圧力空間に冷媒を逃がしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２１１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の従来のスクロール圧縮機では、吐出圧力よりも高圧の圧縮室内の冷媒を、固定スクロールのラップ間溝、すなわち圧縮室に連通するリリース穴からリリース制御弁を経由して吐出圧力空間へ放出している。この公報に記載のリリース制御弁装置では、リリース穴の容積は圧縮されない空間、いわゆるデッドボリューム(死容積)であり、再膨張損失となることから、できるだけリリース穴の容積を小さくしている。
【０００６】
また、リリース穴に連通する弁室に収容されるストッパに吐出空間への逃し流路を形成するが、応答性を向上させるためストッパそのものが小さく、さらに加工上の制限から逃し流路の断面形状を大きくできない。その結果、スクロール圧縮機の圧縮室が過圧縮になるのを必ずしも回避できないおそれがあり、入力増加の一因となる。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、吐出圧力よりも高圧になった圧縮室内の冷媒をリリース穴からリリース制御弁を通過して密閉容器内の吐出圧力空間へ放出させるリリース制御弁装置を備えたスクロール圧縮機において、リリース制御弁における吐出圧損を低減することにある。また、上記構成のスクロール圧縮機において過圧縮運転時の圧縮効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の特徴は、固定スクロールに立設した渦巻状の固定スクロールラップと旋回スクロールに立設した渦巻状の旋回スクロールラップとで形成される圧縮室で冷媒ガスが過圧縮されるのを防止するリリース弁装置を備えたスクロール圧縮機において、前記リリース弁装置は、前記渦巻状の固定スクロールラップ間に形成されたリリース穴とこのリリース穴に接続しリリース穴より大径の弁室とこの弁室に接続し弁室よりも大径のガイド部とで形成され、前記固定スクロールが有する台板の厚さ方向に貫通して設けられた貫通孔と、この貫通孔に嵌合し突起部を有するストッパと、このストッパの突起部に係合する弾性体と、前記弾性体と前記リリース穴間に配置されたバルブシートを有し、前記弁室と前記ガイド部の境界近傍から前記固定スクロールの中心部に設けた吐出穴までを連通する連通路を形成したことにある。
【０００９】
そしてこの特徴において、連通路は、前記弁室と前記ガイド部の境界近傍と、前記吐出穴とを連通し、前記固定スクロールラップに垂直な方向に延びる連通孔であってもよく、連通路は、前記弁室と前記ガイド部の境界近傍までの深さを有し、前記ガイド部と前記吐出穴とを連通する連通溝であってもよい。
【００１０】
また上記特徴において、前記連通溝は、前記ガイド部の径よりも幅の狭い溝であるのが好ましく、前記連通路は、前記固定スクロールラップの高さ方向に軸を有する円筒形であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リリース弁装置の冷媒流路を拡大することができ、吐出圧損が低減されるため、過圧縮運転時の圧縮効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るスクロール圧縮機の一実施例の縦断面図である。
【図２】本発明に係るリリース弁装置の一実施例の詳細縦断面図である。
【図３】本発明に係るリリース弁装置の変形例の詳細縦断面図である。
【図４】本発明に係るリリース弁装置のさらに他の実施例における閉路状態を説明する詳細縦断面図である。
【図５】図４に示したリリース弁装置の開路状態を説明する詳細縦断面図である。
【図６】図１に示したスクロール圧縮機の固定スクロール部における上面図である。
【図７】本発明に係るスクロール圧縮機のさらに他の実施例の固定スクロール部における上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るスクロール圧縮機のいくつかの実施例について、図面を用いて説明する。各図面における同一符号は、同一物または相当物を示す。
【実施例１】
【００１４】
本発明に係るスクロール圧縮機５０の一実施例を、図面を用いて説明する。図１に、スクロール圧縮機５０の縦断面図を示す。スクロール圧縮機５０では、密閉容器１内の上部に圧縮機構部が、その下部に電動機部が収納されている。圧縮機構部は渦巻状の旋回スクロールラップ３ｂが台板に立設された旋回スクロール３と、渦巻状の固定スクロールラップ２ｂが台板上に立設された固定スクロール２と、旋回スクロール３の自転防止手段であるオルダムリング４とを主要構成品としている。旋回スクロールラップ３ｂと固定スクロールラップ２ｂとは、噛み合わされて圧縮室を形成する。
【００１５】
固定スクロール２は、フレーム５にボルト８により締結されている。旋回スクロール３の反ラップ面側の下部には、フレーム５が配置されている。フレーム５は、その外周部で密閉容器１に固定されている。フレーム５と旋回スクロール３の間には、背圧室６が形成されている。背圧室６は、吸込室２２の圧力より高い圧力に設定されている。ここで、吸込室２２は、機外から冷媒ガスをこのスクロール圧縮機５０に導く吸込パイプ２０に連通し、固定スクロールラップ２ｂの最外周側に形成される。
【００１６】
旋回スクロール３には、この旋回スクロール３を回転駆動するために、下方に垂直に延びるクランク軸７が旋回軸受３ａを介して嵌合している。すなわち、クランク軸７の上端部に形成した偏心部７ａを、旋回スクロール３の中央部のボス部に保持された旋回軸受３ａが回動自在に支承している。さらに、クランク軸７の軸方向中間部を、フレーム５に保持された主軸受５ａが、回転自在に支承している。これにより、電動機部からの回転動力が旋回スクロール３へ伝達される。クランク軸の偏心部７ａと反対側の下端部は、密閉容器１に仕切板１４を介して保持された副軸受９で、回転自在に支承されている。
【００１７】
電動機部は、クランク軸７に圧入などにより固定された回転子１１と、焼嵌めなどにより密閉容器１に固定された固定子１２とから構成される。電動機部の下方は、仕切板１４で区画されており、このスクロール圧縮機５０の摺動部位に潤滑油を供給するための油溜まりが形成されている。クランク軸７の内部には、図１において破線で示すように潤滑油通路が形成されており、吐出圧力と背圧室６との圧力差により潤滑油は潤滑油通路を経由して各摺動部位に供給される。
【００１８】
このように構成したスクロール圧縮機５０内の冷媒ガスの流れについて、以下に説明する。本実施例に示すスクロール圧縮機５０は、密閉容器１の内部が吐出圧力空間となるいわゆる高圧チャンバ方式である。電動機部が回転するとクランク軸７が回転し、旋回スクロール３が固定スクロール２に対して旋回運動する。これにより、密閉容器１の天板部に固定された吸込パイプ２０から吸い込まれた冷媒は、固定スクロール２の台板２ａに形成された吸込口２１を通って、固定スクロール２の最外周溝部に形成した吸込室２２へ流入する。
【００１９】
次いで、固定スクロール２のラップ２ｂと旋回スクロール３のラップ３ｂが噛み合わされて形成される圧縮室２３に、冷媒ガスが閉じ込まれる。旋回スクロール３の旋回運動とともに圧縮室が中心部に移行し、それに連れて圧縮室の容積が縮小されて冷媒ガスは圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール２の台板２ａの中心部に設けられた吐出穴２４から密閉容器１内の上部に形成される吐出圧力空間２５に吐出される。その後、固定スクロール２の外周部と密閉容器１の内周面間に形成される隙間等を経て、フレーム８の上部近傍であって密閉容器２の側面部に固定された吐出パイプ２６からスクロール圧縮機５０の外部へ吐出される。
【００２０】
上述したように、本実施例に示すスクロール圧縮機５０には、過圧縮を回避するために、リリース弁装置３０が設けられている。このリリース弁装置３０について、以下に説明する。図２は、リリース弁装置３０の一実施例の図であり、リリース弁装置３０の周りだけを拡大して示した縦断面図である。リリース弁装置３０は、圧縮室２３内の圧力が吐出圧力以上になったとき、圧縮室２３から密閉容器１の内部であって天井部付近に形成される吐出圧力空間２５に、冷媒ガスを放出する。
【００２１】
圧縮室２３は一対形成されるので、後述するように圧縮室２３ごとにリリース弁装置３０は設けられている。固定スクロール２のスクロールラップ２ｂ間（溝部）の台板２ａに、この台板２ａを上下方向に貫通する円筒形のリリース穴３１が形成されている。リリース穴３１は軸方向（上下方向）の中間部から大径の円筒穴に変わって弁室３２になっており、この弁室３２のさらに上部には、弁室３２の径より僅かに径の大きな円筒穴のガイド部３３が形成されている。このリリース穴３１は、圧縮室２３と密閉容器１内に形成される吐出圧力空間２５を連通している。
【００２２】
最も大径のガイド部３３の壁面をガイドとして、断面凸型の焼結金属製のストッパ３７がガイド部３３内に収容されている。ストッパ３７をガイド部３３内に収容するときは、凸部を下向きにして収容する。ストッパ３７の凸部は、先端側に行くに連れ僅かに径の小さなテーパ形状となっている。このストッパ３７の凸部を利用して、弾性体であるコイルばね３６が巻回されている。コイルばね３６の下端側と弁室３２の上表面との間には、この弁室３２の内径より小さく、リリース穴３１の径より大径の薄鉄板からなるバルブシート３５が配設されている。弁室３２の底面には、リリース穴３１側から外周側にかけて断面が上に凸となるように弁座が形成されている。バルブシート３５およびコイルばね３６、ストッパ３７は、リリース制御弁３４を構成する。
【００２３】
ここで、本実施例の特徴として、ガイド部３３と弁室３２の境界部近傍に、固定スクロール２の中心部付近に形成される吐出穴２４に連通する連通穴４０ａを形成している。なお、ストッパ３７の抜け防止等のため、ガイド部３３の上面にはリテーナ３９が配設されており、ボルト４１でリテーナ３９は固定スクロール２に固定されている。
【００２４】
図３に、図２に示した実施例の変形例を示す。本変形例では、連通穴４０ａの代わりに、固定スクロール２の上面から弁室３２とガイド部３３の境界付近までの連通溝４０を形成している。これは、連通穴４０ａを形成するよりも連通溝４０を形成する方が製作性に富むためである。なお、連通溝は僅かの部分なので、固定スクロール２の強度に対する影響はほとんどない。連通穴４０ａの場合であっても連通溝４０の場合であっても、穴径または溝幅はリリース穴３１の断面積以上になる大きさとすることが、冷媒ガスの流動抵抗（圧損）を低減するために望ましい。
【００２５】
このように構成したリリース制御弁装置３０の動作を、図４および図５に示した縦断面図を用いて説明する。なお、この図４および図５ではストッパ３７ａおよび連通溝（穴）４０、４０ａの形状が本実施例と相違しているが、この相違点については後述する。図４はスクロール圧縮機５０で過圧縮が発生していない通常運転状態を示しており、図５はスクロール圧縮機５０の圧縮室２３内で過圧縮が発生した状態を示している。
【００２６】
通常運転状態では、圧縮室２３内の圧力Ｐは吐出圧力Ｐｃｒより低い。その結果、リリース穴３１を介してバルブシート３５に加わる力Ｆは、リリース穴３１の断面積をＡとすると、Ｆ＝ＡＰ、Ｆ＜ＡＰｃｒとなる。このとき、バルブシート３５はリリース穴３１の上面に形成された弁座に押し付けられる。
【００２７】
なお、ストッパ３７ａの突起部を除く高さは、ガイド部３３の深さより僅かに低くしておけば、ストッパ３７ａは通常運転時に、リテーナ３９と干渉することなく上下方向に移動できる。また、ストッパ３７ａがガイド部３３をガイドとして円滑に動くために、ストッパ３７ａを焼結金属製として自己潤滑性を有するようにしている。リリース穴３１の上面の弁座にバルブシート３５が密着しているので、固定スクロールラップ２ｂと旋回スクロールラップ３ｂとで構成される圧縮室２３内の冷媒ガスは、端面（チップ）からの漏れを除いてすべて固定スクロール２の中心部に移動し、吐出穴２４から吐出圧力空間２５へ特別な圧損を生じることなく流動する。
【００２８】
一方、過圧縮が発生した図５に示す状態では、リリース穴３１での圧力Ｐは圧縮室２３の圧力Ｐと等しく、Ｐ＞Ｐｃｒである。この場合リリース穴３１からバルブシート３５に加わる力Ｆは、Ｆ＝ＡＰ＞ＡＰｃｒとなる。その結果、コイルばね３６は上方に押し戻されそれとともにストッパ３７ａも上方に移動するが、リテーナ３９にその移動を制限される。そのため、コイルばね３６が縮む。バルブシート３５は弁座から離れ、弁室３２とガイド部３３の境界付近に形成された吐出穴４０への連通穴４０ａまたは連通溝４０が開口する。圧縮室２３の冷媒ガスの一部は、リリース穴３１、弁室３２から連通穴４０ａまたは連通溝４０を経て、吐出穴２４へバイパスし、吐出圧力空間２５へと流れ込む。圧縮室２３内の冷媒ガスの一部がバイパスしたので、圧縮室２３内の圧力は低下し、過圧縮が回避される。なお、連通穴４０ａまたは連通溝４０の深さは、コイルばね３６が全圧縮しても浮上したバルブシート３５が溝４０に引っ掛かってリリース穴３１を閉じられないという不具合を防止すため、コイルばね３６の下端が溝４０に届かない深さとしている。
【００２９】
ここで図５では、矢印により冷媒の流れを示している。溝４０を付加したので、リリース弁装置３０が作動すると、圧縮室２３から吐出圧力空間２５に一部の冷媒ガスが流出する。その際後述するように流出する冷媒ガスの一部は、ストッパ３７に設けられた貫通孔３８ａ、３８ｂを通って吐出圧力空間２５に流出するが、流出する冷媒ガスの残りは溝４０を通って吐出穴２４に流出する。すなわち、冷媒ガスの流出流路面積が増大する。これにより、吐出圧力損失が低減される。特に過圧縮運転での圧縮効率を高めることができる。
【００３０】
ところで、図４および図５に示した実施例では、ストッパ３７ａにも上下に貫通する貫通孔３８ａ、３８ｂが形成されている。貫通孔３８ａはストッパ３７ａの中心部を貫通する丸孔であり、貫通孔３８ｂはストッパ３７ａの中心軸から偏心した位置に周方向に沿う長孔形状に形成された孔であり、図６、７に示すように周方向に３個形成されている。このストッパ３７ａの形状は、従来用いられているものをそのまま使用したものである。
【００３１】
従来は、コイルばね３６の軸方向の隙間から、過圧縮状態の圧縮室２３の冷媒ガスをこれらの貫通孔３８ａ、３８ｂに導き、その冷媒ガスを吐出穴２４を介さずに、直接吐出圧力空間２５に導くようにしていた。従来のリリース弁装置３０では、これらの貫通孔３８ａ、３８ｂだけであったので、十分な流路面積が確保できなかったこと、およびコイルばね３６が完全に収縮するとコイルばね３６の軸方向隙間が失われ、流路がバルブシート３５で塞がれてバイパス流路が閉じられること等のため、過圧縮を必ずしも回避できなかった。本実施例では、従来の過圧縮回避方法に加え、さらに過圧縮を回避できるバイパス流路を確保しているので確実に過圧縮を回避できる。
【００３２】
なお、図２に示した実施例では、吐出穴２４に連通穴４０を連通させることにより、過圧縮時のバイパス流路を確保している。この連通穴４０は固定スクロール２を鋳物等で作成したり、２分割にすることにより作成可能であるが、製作上の容易さを考慮して、図４、５に示す例では、固定スクロールの上端面から弁室３２およびガイド部３３との境界付近まで切り込んだ溝４０ａとしている。この溝４０ａでも、連通穴４０と同じ作用・効果が得られる。すなわち、通常運転時にはバルブシート３５が弁座に密着してリリース穴３１が塞がれるので、圧縮室２３内の冷媒ガスがバイパスするおそれはない。また、過圧縮時には、連通溝４０ａがバイパス流路として作用し、過圧縮を回避できる。したがって、図２に示す実施例でも、図４、５に示す実施例でも同様に、スクロール圧縮機５０における過圧縮を回避できる。
【００３３】
図６に、固定スクロール２の上面図を示す。固定スクロール２の下面側には、固定スクロールラップ２ｂが形成されているが、上面側の中心部には吐出穴２４が形成されている。また、旋回スクロールラップ３ｂと固定スクロールラップ２ｂにより複数の圧縮室２３が形成されるので、これらの複数の圧縮室２３に対応して固定スクロールの台板２ａにリリース弁装置３０が複数個設けられている。
【００３４】
４個のリリース弁装置３０のうち２個は、吸込室２２に連通するリリース弁装置３０ａ、３０ｂである。他の２個は、吐出圧力空間２５に連通するリリース弁装置３０ｃ、３０ｄである。吸込室２２に連通するリリース弁装置３０ａ、３０ｂは、吸込口２１から液冷媒が吸い込まれて液圧縮運転になった場合に、リリース制御弁３４が開いて液圧縮を回避する。
【００３５】
一方、吐出圧力空間２５に連通するリリース弁装置３０ｃ、３０ｄは、圧縮行程の途中で圧縮室２３内の圧力が吐出圧力以上になる過圧縮運転の際に、リリース制御弁３４を開き、冷媒ガスを吐出圧力空間２５に逃す。ここで図６に示すように、圧縮室２３に連通する弁室３２と吐出穴２４とを連通する連通溝４０は、ガイド部３３の径よりも幅が狭くなっている。その結果、ガイド部３３が連通溝４０を通って吐出穴２４側に抜けることを防止できる。
【実施例２】
【００３６】
本発明に係るスクロール圧縮機５０の他の実施例を、図７を用いて説明する。本実施例は上記実施例と連通溝４０ｂの溝幅が相違している。圧縮室２３に連通するリリース弁装置３０ｄの弁室３２と吐出穴２４とを、弁室３２よりも径が小さい上下方向に軸を持つ円筒形の溝４０で連通している。円筒形の溝４０であっても、上記実施例と同様に吐出圧力損失の低減が可能になる。それとともに、円筒形の連通溝４０を加工するときは、工具をＸＹ方向に移動させることなくＺ軸（Ｘ−Ｙ平面に垂直方向）方向にだけ移動させればよく、加工時間を短縮できる。
【００３７】
上記各実施例においては、連通溝または連通孔を高さ方向に変化させていないが、リリース制御弁側の高ささえ確保されていれば、吐出穴に向けて下向きまたは上向きの斜めの連通路であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１…密閉容器、２…固定スクロール、２ａ…固定スクロール台板、２ｂ…固定スクロールラップ、３…旋回スクロール、３ａ…旋回軸受、３ｂ…旋回スクロールラップ、４…オルダムリング、５…フレーム、５ａ…主軸受、６…背圧室、７…クランク軸、７ａ…クランク軸偏心部、８…ボルト、９…副軸受、１１…回転子、１２…固定子、１４…仕切板、２０…吸込パイプ、２１…吸込口、２２…吸込室、２３…圧縮室、２４…吐出穴、２５…吐出圧力空間、２６…吐出パイプ、３０、３０ａ〜３０ｄ…リリース弁装置、３１…リリース穴、３２…弁室、３３…ガイド部、３４…リリース制御弁、３５…バルブシート、３６…コイルばね（弾性体、３７、３７ａ…ストッパ、３８ａ、３８ｂ…貫通孔、３９…リテーナ、４０…連通溝(連通路)、４０ａ…連通孔(連通路)、４１…ボルト、５０…スクロール圧縮機。
【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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【図６】
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【図７】
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