(57)【要約】【課題】体積効率を簡易にして向上することができるスクロール型流体機械を提供する。【解決手段】圧縮室を構成し、第１吸入孔(58)から吸入された作動流体を固定渦巻体(42)の外壁(42c)、及び可動渦巻体(40)の内壁(40b)にて圧縮する第１圧縮部(60)と、ハウジング(2)内に区画され、第１吐出孔(52)と連通する吐出室(50)と、圧縮室を構成し、第２吸入孔(70)から吸入された作動流体を固定渦巻体の内壁(42b)、及び可動渦巻体の外壁(40c)にて圧縮する第２圧縮部(68)と、鏡板(38)に穿孔され、第２吐出孔(70)とハウジング内のスクロールユニット(28)外とを連通する連通路(72)とを具備する。【選択図】図２
2009030540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の吸入ポート及び吐出ポートを有するハウジングと、前記ハウジング内に収容されて回転軸により駆動され、可動渦巻体を有する可動スクロール、及び該可動渦巻体と略対称の渦巻き状をなす固定渦巻体を有する固定スクロールが互いに協働して圧縮室を形成し、作動流体の前記吸入ポートからの吸入、圧縮及び前記吐出ポートからの吐出の一連のプロセスを行うスクロールユニットとを備えたスクロール型流体機械であって、
前記吸入ポートが接続され、前記可動渦巻体の外端が前記固定渦巻体と当接する箇所の近傍にて前記固定スクロールの鏡板に穿孔される第１吸入孔と、
前記圧縮室を構成し、前記第１吸入孔から吸入された作動流体を前記固定渦巻体の外壁、及び前記可動渦巻体の内壁にて圧縮する第１圧縮部と、
前記第１圧縮部内の前記固定渦巻体の中央端が前記可動渦巻体と当接する箇所の近傍にて前記鏡板に穿孔される第１吐出孔と、
前記ハウジング内に区画され、前記第１吐出孔と連通する吐出室と、
前記吐出室と連通し、前記固定渦巻体の外端が前記可動渦巻体と当接する箇所の近傍にて前記鏡板に穿孔される第２吸入孔と、
前記圧縮室を構成し、前記第２吸入孔から吸入された作動流体を前記固定渦巻体の内壁、及び前記可動渦巻体の外壁にて圧縮する第２圧縮部と、
前記第２圧縮部内の前記可動渦巻体の中央端が前記固定渦巻体と当接する箇所の近傍にて前記鏡板に穿孔される第２吐出孔と、
前記鏡板に穿孔され、前記第２吐出孔と前記ハウジング内の前記スクロールユニット外とを連通する連通路と
を具備することを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記ハウジングに支持されると共に前記可動渦巻体の外壁に摺動し、前記ハウジングと前記可動スクロールとの間の空間を前記第１吸入孔側と前記第２吸入孔側とに気密に仕切る摺動弁を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
【請求項３】
前記吐出室には、前記第１吐出孔から前記吐出室に吐出された作動流体を熱媒体にて冷却する熱交換手段が配されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。
【請求項４】
前記熱交換手段は、前記ハウジング外から延設されて前記熱媒体としての水が流れ、前記吐出室にて巻回されるコイル状のチューブであることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。
【請求項５】
前記作動流体は二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のスクロール型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に用いられて好適なスクロール型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスクロール型流体機械の一例としては密閉型のスクロール圧縮機があり、このような圧縮機は、潤滑油を含む作動流体（以下、冷媒という）の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する固定及び可動スクロールから構成されたスクロールユニットを備えている。
ここで、固定スクロールの両側に可動スクロールを設けた両歯スクロールユニットや（特許文献１）、スクロールユニットにピストンユニットを組み合わせたユニット（特許文献２）によって２段圧縮構造を形成し、冷媒を段階的に圧縮することにより圧縮機の体積効率を向上する技術が知られている。
【特許文献１】特開平７−２７９６０２号公報
【特許文献２】特開平７−１０３１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記各従来技術は、２段圧縮構造の構成が複雑にならざるを得ず、圧縮機の生産性の低下を招いて好ましくない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その体積効率を簡易にして向上することができるスクロール型流体機械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】
【０００４】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、作動流体の吸入ポート及び吐出ポートを有するハウジングと、ハウジング内に収容されて回転軸により駆動され、可動渦巻体を有する可動スクロール、及び可動渦巻体と略対称の渦巻き状をなす固定渦巻体を有する固定スクロールが互いに協働して圧縮室を形成し、作動流体の吸入ポートからの吸入、圧縮及び吐出ポートからの吐出の一連のプロセスを行うスクロールユニットとを備えたスクロール型流体機械であって、吸入ポートが接続され、可動渦巻体の外端が固定渦巻体と当接する箇所の近傍にて固定スクロールの鏡板に穿孔される第１吸入孔と、圧縮室を構成し、第１吸入孔から吸入された作動流体を固定渦巻体の外壁、及び可動渦巻体の内壁にて圧縮する第１圧縮部と、第１圧縮部内の固定渦巻体の中央端が可動渦巻体と当接する箇所の近傍にて鏡板に穿孔される第１吐出孔と、ハウジング内に区画され、第１吐出孔と連通する吐出室と、吐出室と連通し、固定渦巻体の外端が可動渦巻体と当接する箇所の近傍にて鏡板に穿孔される第２吸入孔と、圧縮室を構成し、第２吸入孔から吸入された作動流体を固定渦巻体の内壁、及び可動渦巻体の外壁にて圧縮する第２圧縮部と、第２圧縮部内の可動渦巻体の中央端が固定渦巻体と当接する箇所の近傍にて鏡板に穿孔される第２吐出孔と、鏡板に穿孔され、第２吐出孔とハウジング内のスクロールユニット外とを連通する連通路とを具備することを特徴としている。
【０００５】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、ハウジングに支持されると共に可動渦巻体の外壁に摺動し、ハウジングと可動スクロールとの間の空間を第１吸入孔側と第２吸入孔側とに気密に仕切る摺動弁を更に具備することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項１又は２において、吐出室には、第１吐出孔から吐出室に吐出された作動流体を熱媒体にて冷却する熱交換手段が配されることを特徴としている。
【０００６】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、熱交換手段は、ハウジング外から延設されて熱媒体としての水が流れ、吐出室にて巻回されるコイル状のチューブであることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、請求項１から４の何れかにおいて、作動流体は二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、スクロールユニットが第１吸入孔、第１圧縮部、第１吐出孔からなる第１段圧縮行程と、第２吸入孔、第２圧縮部、第２吐出孔からなる第２段圧縮行程とを行う２段圧縮構造をなしている。これにより、固定スクロールの適宜位置を穿孔するだけの構成で段階的に冷媒の圧縮を行うことができ、圧縮室における冷媒の漏洩を低減しつつ、圧縮機１の体積効率を簡易にして向上することができる。
【０００８】
しかも、２段圧縮構造の形成に係るスクロールユニットの重量や負荷の増大を抑制しつつ、冷媒を段階的に圧縮することができ、スクロールユニットを駆動するための動力を大幅に低減することもできる。
また、請求項２記載の発明によれば、ハウジングと可動スクロールとの間の空間を第１吸入孔側と第２吸入孔側とに気密に仕切る摺動弁を備えることにより、第１段圧縮行程と第２段圧縮行程とに係る作動流体の混合を確実に回避でき、スクロール型流体機械の体積効率を更に向上することができる。
【０００９】
更に、請求項３記載の発明によれば、第１段圧縮行程後の作動流体を冷却する熱交換手段を有することにより、第２段圧縮行程に係る作動流体の温度を低下させ、低温高圧の作動流体を段階的に形成することができるため、特に冬季の低外気温時におけるスクロール型流体機械の体積効率をより一層向上することができる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、吐出室にコイル状のチューブを巻回して水を流すだけの構成で、スクロール型流体機械の体積効率を簡易にして向上することができる。
【００１０】
また、請求項５記載の発明によれば、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることにより、スクロールユニットは高温高圧で作動するため、スクロール型流体機械の体積効率の低下が懸念されるが、上記構成によれば、スクロール型流体機械の体積効率を簡易にして向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型のスクロール圧縮機を示している。この圧縮機１は、冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれ、当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒という）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。
【００１２】
圧縮機１はハウジング２を備え、ハウジング２は筒状の胴部４、及び胴部４の両端にそれぞれ気密に嵌合される上蓋６、下蓋８から構成されている。また、胴部４の適宜位置には、上記回路から冷媒を取り込む吸入管（吸入ポート）１０、及び圧縮機１にて圧縮された圧縮冷媒を上記回路へ吐出する吐出管（吐出ポート）１２が接続されている。
胴部４内には電動モータ１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によって駆動される。また、回転軸１６の上端側は軸受を介して主軸フレーム１８に回転自在に支持され、主軸フレーム１８はハウジング２に固定されている。
【００１３】
一方、回転軸１６の下端側は軸受を介して副軸フレーム２０に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２２が装着されており、このポンプ２２は下蓋８の内側に形成された貯油室２４内の潤滑油を吸引し、吸引された潤滑油は回転軸１６内を軸線方向に穿孔される給油路２６を上昇し、回転軸１６の上端からモータ１４やスクロールユニット２８等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑及びシールがなされる。また、副軸フレーム２０の適宜位置には潤滑油の導入口３０が形成され、圧縮機１内の各摺動部分に供給された潤滑油は導入口３０を介して貯油室２４に貯留される。
【００１４】
上記スクロールユニット２８は胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
当該ユニット２８は、可動スクロール３２及び固定スクロール３４から構成され、これらスクロール３２，３４はそれぞれ鏡板３６，３８を備え、鏡板３６には鏡板３８に向けて延びる可動渦巻体４０が立設され、鏡板３８にも鏡板３６に向けて延びる固定渦巻体４２が立設されている。
【００１５】
可動及び固定渦巻体４０，４２は、互いに略対称のインボリュート曲線となる渦巻き状をなし、ユニット２８はいわゆる対称スクロール構造をなしており、インボリュート開始点からインボリュート終了点までのインボリュート展開角が略等しく構成されている。すなわち、可動及び固定渦巻体４０，４２がこれらの渦巻き状の中央端部を境に略左右対称の形状をなして配置されている。
【００１６】
そして、可動及び固定渦巻体４０，４２が互いに協働し、鏡板３８の外周側に内設されると共に吸入管１０と連通する吸入室４４から冷媒を吸入して圧縮室を形成する。圧縮室は、固定スクロール３４に対する可動スクロール３２の公転旋回運動により、可動及び固定渦巻体４０，４２の中心に向けて移動しながら、その容積を減少させて上記一連のプロセスを実施する。
【００１７】
可動スクロール３２は、その自転が図示しない自転阻止機構により阻止されており、主軸フレーム１８上を公転旋回運動する。可動スクロール３２に公転旋回運動を付与するため、可動スクロール３２の鏡板３６の背面側にはボス４６が突出して形成され、それに対向する回転軸１６の上端側には偏心軸４８が一体形成されており、ボス４６は軸受を介して偏心軸４８に回転自在に支持されている。
【００１８】
一方、固定スクロール３４は、主軸フレーム１８に固定され、鏡板３８の背面側に形成される冷媒の吐出室５０を圧縮室と区画している。更に、固定渦巻体４２の略中央には、圧縮室と吐出室５０とを連通する冷媒の吐出孔（第１吐出孔）５２が鏡板３８を貫通して穿設されており、吐出孔５２は鏡板３８の背面側に配置された吐出弁５４により開閉される。
【００１９】
上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い可動スクロール３２が主軸フレーム１８上を公転旋回運動し、これにより吸入室４４の冷媒がユニット２８の内方に向けて流動しながら圧縮され、圧縮された高圧冷媒が吐出孔５２から吐出室５０に吐出される。
吐出室５０内には、ハウジング２外から上蓋６を介してコイル状に巻回されたチューブ５６が配されている。チューブ５６には、破線で示すようにハウジング２外から市水等の水が冷却水として供給され、この冷却水を熱媒体として吐出室５０に吐出された冷媒が冷却される（熱交換手段）。
【００２０】
ここで、本実施形態のユニット２８は２段圧縮構造をなして形成され、吐出室５０に吐出された冷媒は再びユニット２８に吸入される。
詳しくは、図２に示される、図１のＡ−Ａ方向からユニット２８をみた平面図を参照して、冷媒の流れと共に説明する。なお、冷媒の流れは実線矢印で示している。
吸入室４４には、可動渦巻体４０の外端４０ａが固定渦巻体４２と当接する箇所の近傍にて固定スクロール３４の鏡板３８に第１吸入孔５８が穿孔されている。
【００２１】
第１吸入孔５８から吸入された冷媒は、固定渦巻体４２の外壁４２ｃ、及び可動渦巻体４０の内壁４０ｂにて閉じられた圧縮室の第１圧縮部６０にて圧縮され（第１段圧縮行程）、圧縮された冷媒は吐出孔５２を経て吐出室５０に吐出される。吐出孔５２は、第１圧縮部６０内であって、固定渦巻体４２の中央端４２ｄが可動渦巻体４０と当接する箇所の近傍に穿孔されている。
【００２２】
一方、吸入室４４には、固定渦巻体４２の外端４２ａが可動渦巻体４０と当接する箇所の近傍にて第２吸入孔６２が鏡板３８に穿孔され、第２吸入孔６２には吐出室５０に連通する連通管６４（図１）が接続されている。
ここで、第１及び第２吸入孔５８，６２はともに吸入室４４に設けられるが、吸入室４４には第１吸入孔５８側と第２吸入孔６２側とを気密に仕切る摺動弁６６が設けられている。
【００２３】
摺動弁６６は、明確には図示しないが、可動スクロール３２の公転旋回運動によっても、継続的にその一端を胴部４の内壁に押圧支持させると共に、他端を可動渦巻体４０の外壁４０ｃに摺動させるべく、その長手方向にばね等が内蔵された伸縮構造をなし、胴部４と可動スクロール３２との間の空間に形成される吸入室４４を気密に仕切っている。
こうして吐出室５０に吐出され、チューブ５６を流れる冷却水と熱交換して冷却された冷媒は、連通管６４、第２吸入孔６２を順次経て再びユニット２８の内方に導かれる。
【００２４】
第２吸入孔６２から吸入された冷媒は、固定渦巻体４２の内壁４２ｂ、及び可動渦巻体４０の外壁４０ｃにて閉じられた圧縮室の第２圧縮部６８にて圧縮され（第２段圧縮行程）、圧縮された冷媒は第２吐出孔７０から吐出される。
第２吐出孔７０は、第２圧縮部６８内であって、可動渦巻体４０の中央端４０ｄが固定渦巻体４２と当接する箇所の近傍に穿孔される。
【００２５】
第２吐出孔７０から吐出された冷媒は、鏡板３８にＬ字状に内設された連通路７２を経て、ハウジング２内のユニット２８とモータ１４との間に吐出される。そして、ハウジング２内を循環した冷媒が吐出管１２を通じて圧縮機１の外部へ送出される。
一方、冷媒の吐出圧の作用と相俟ってポンプ２２で汲み上げられた潤滑油は給油路２６から吐出され、軸受等を潤滑しながら回転軸１６に沿ってハウジング２内を流下する一方、可動スクロール３２と主軸フレーム１８との間、及び吸入室４４を順次経てユニット２８の内方に供給される。
【００２６】
以上のように、本実施形態では、ユニット２８が第１吸入孔５８、第１圧縮部６０、吐出孔５２からなる第１段圧縮行程と、第２吸入孔６２、第２圧縮部６８、第２吐出孔７０からなる第２段圧縮行程とを行う２段圧縮構造をなしている。これにより、固定スクロール３４の鏡板３８の適宜位置を穿孔するだけの構成で段階的に冷媒の圧縮を行うことができ、圧縮室における冷媒の漏洩を低減しつつ、圧縮機１の体積効率を簡易にして向上することができる。
【００２７】
しかも、上記構成により、２段圧縮構造の形成に係るユニット２８の重量や負荷の増大を抑制しつつ、冷媒を段階的に圧縮することができ、ユニット２８を駆動するためのモータ１４の動力を大幅に低減することもできる。
また、摺動弁６６を備えることにより、第１段圧縮行程と第２段圧縮行程とに係る冷媒の混合を確実に回避でき、圧縮機１の体積効率を更に向上することができる。
【００２８】
更に、吐出室５０にコイル状のチューブ５６を巻回して水を流すだけの構成で、第１段圧縮行程後の冷媒を冷却することができ、また、第２段圧縮行程に係る冷媒の温度を低下させ、低温高圧の冷媒を段階的に形成することができるため、特に冬季の低外気温時における圧縮機１の体積効率を簡易にしてより一層向上することができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２９】
例えば、上記実施形態では、冷凍空調機やヒートポンプ給湯機に好適なスクロール型圧縮機に二酸化炭素冷媒を使用しているが、冷媒の種類や圧縮機の用途、種類についてはこれに限定されるものではない。但し、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることにより、ユニット２８は高温高圧で作動して圧縮機の体積効率の低下が懸念されるが、上記構成によれば、圧縮機１の体積効率を簡易にして向上できて好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態のスクロール型圧縮機の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線の方向からみたスクロールユニットの平断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      圧縮機（スクロール型流体機械）
２      ハウジング
１０    吸入管（吸入ポート）
１２    吐出管（吐出ポート）
１６    回転軸
２８    スクロールユニット
３２    可動スクロール
３４    固定スクロール
３８    固定スクロールの鏡板
４０    可動渦巻体
４０ａ  可動渦巻体の外端
４０ｂ  可動渦巻体の内壁
４０ｃ  可動渦巻体の外壁
４０ｄ  可動渦巻体の中央端
４２    固定渦巻体
４２ａ  固定渦巻体の外端
４２ｂ  固定渦巻体の内壁
４２ｃ  固定渦巻体の外壁
４２ｄ  固定渦巻体の中央端
５０    吐出室
５２    吐出孔（第１吐出孔）
５６    チューブ（熱交換手段）
５８    第１吸入孔
６０    第１圧縮部
６２    第２吸入孔
６６    摺動弁
６８    第２圧縮部
７０    第２吐出孔
７２    連通路
【図１】
2009030540.tif 000003
【図２】
2009030540.tif 000004