スクロール圧縮機
【課題】密閉容器内に設けられた電動機等の構成機器の冷却効果を向上させ、潤滑油の粘度低下を防止する。
【解決手段】電動機３２等の機器が収容された下部密閉空間ｓ２に吸入管２９から低圧低温の冷媒ガスｒを吸入する。該冷媒ガスｒで電動機３２等の機器を冷却した後、該冷媒ガスｒをガス通路７２から上部密閉空間ｓ１に導入し、吸入口２６から圧縮空間に吸入する。圧縮空間ｃで冷媒ガスｒを圧縮し、加圧された冷媒ガスｒは吐出管２８から冷媒循環路８２に吐出される。旋回スクロール２４の背面２４ｃは主フレーム１８の平坦面で密閉支持される。旋回スクロール２４の鏡板に給油孔６８が穿設され、背面２４ｃと平坦面との間に潤滑油を供給する。
【解決手段】電動機３２等の機器が収容された下部密閉空間ｓ２に吸入管２９から低圧低温の冷媒ガスｒを吸入する。該冷媒ガスｒで電動機３２等の機器を冷却した後、該冷媒ガスｒをガス通路７２から上部密閉空間ｓ１に導入し、吸入口２６から圧縮空間に吸入する。圧縮空間ｃで冷媒ガスｒを圧縮し、加圧された冷媒ガスｒは吐出管２８から冷媒循環路８２に吐出される。旋回スクロール２４の背面２４ｃは主フレーム１８の平坦面で密閉支持される。旋回スクロール２４の鏡板に給油孔６８が穿設され、背面２４ｃと平坦面との間に潤滑油を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれるスクロール圧縮機に関し、詳しくは、スクロール圧縮機本体と共に密閉容器内に収容された電動機を含む構成機器の冷却効果を高め、かつ潤滑油の劣化を防止できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は、これまで多くの冷凍装置や空調機器に使用されてきている。高効率、低振動が特徴であり、往復動圧縮機と比べて部品点数が少なく、インバータによる可変速に適する回転数―トルク特性をもつなどの長所を有する。
【０００３】
特許文献１には、圧縮機、凝縮器、膨脹弁及び蒸発器を備えて冷凍サイクルを構成する冷凍装置において、圧縮機としてスクロール圧縮機を備え、圧縮機の吐出ガス温度及びその上昇率等の運転状態に応じて、圧縮途中の中間圧室に冷媒液を噴射し（所謂「液インジェクション」と称される。）、冷媒液の蒸発潜熱により圧縮ガスから熱を奪い、圧縮機の吐出ガス温度を制御する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、旋回スクロールと固定スクロールとで形成される圧縮空間と、旋回スクロールの背面側密閉空間とを連絡孔で連通させるスクロール圧縮機が開示されている。該連絡孔は、圧縮空間が最大圧力Ｐmaxと最小圧力Ｐminとの相乗平均圧力Ｐｍ（＝（Ｐmax×Ｐmin）１／２）となる位置に設けられ、旋回スクロールの背面側密閉空間を該相乗平均圧力Ｐｍとすることによって、スクロール圧縮機の軸方向の密封を保持するようにしている。以下、このスクロール圧縮機の構成を図５により説明する。
【０００５】
図５において、このスクロール圧縮機１００は、固定スクロール１０２がボルト１０８によりハウジング１０６と結合され、固定スクロール１０２とハウジング１０６間に、旋回スクロール１０４が収容されている。固定スクロール１０２は、鏡板１０２ａと、インボリュート曲線又は近似インボリュート曲線で形成されたラップ１０２ｂとからなる。旋回スクロール１０４は、鏡板１０４ａと、ラップ１０２ｂと同一曲線をなすラップ１０４ｂとからなる。
【０００６】
旋回スクロール１０４の鏡板１０４ａとハウジング１０６の対向面との間に、旋回スクロール１０４の自転を防止するオルダムリング１１０が取り付けられている。固定スクロール１０２には、被圧縮流体を吸入する吸入ポート１１２と、圧縮された流体を吐出する吐出ポート１１４とが設けられている。図示省略の電動機の出力軸と連結されたクランク軸１１６は、ハウジング１０６に装着された軸受１１８に回転可能に支持されている。クランク軸１１６の先端面の偏心した位置に凹設された凹部に、軸受１２０を介して旋回スクロール１０４の鏡板１０４ａに突設された軸が嵌合している。
【０００７】
固定スクロール１０２と旋回スクロール１０４とで形成された密閉空間ｃは、旋回スクロール１０４の鏡板１０４ａに穿設された、絞り機能を有する連絡孔１２２を通して、ハウジング１０６の内部に形成された空間ｓと連通している。連絡孔１２２は、密閉空間ｃの最大ガス圧力Ｐmax（絶対圧力）と最小ガス圧力Ｐmin（絶対圧力）との相乗平均圧力Ｐｍ（絶対圧力）（＝（Ｐmax×Ｐmin）１／２）に相当する位置に設けられている。これによって、空間ｓを相乗平均圧力Ｐｍに維持し、この圧力Ｐｍで旋回スクロール１０４を固定スクロール１０２に押し付けることで、軸方向密封を可能にしている。
【０００８】
特許文献３には、密閉容器の内部に、スクロール圧縮機の本体部分（圧縮機構）、及び該本体部分を構成する旋回スクロールを駆動する電動機を含む構成機器を収容したスクロール圧縮機が開示されている。以下、このスクロール圧縮機の本体部分（圧縮機構）の構成を図６により説明する。図６において、このスクロール圧縮機の本体部分２００は、図示省略の密閉容器内に収容されている。
【０００９】
鏡板２０２ａとラップ２０２ｂとからなる旋回スクロール２０２が設けられ、旋回スクロール２０２が図示省略の固定スクロールと対面して圧縮空間ｃを形成する。旋回スクロール２０２の背面２０２ｃには円筒形のボス部２０２ｄが一体に設けられ、電動機の出力軸２０４の上端２０４ａがボス部２０２ｄに遊嵌されている。該上端２０４ａは、出力軸２０４の軸芯に対して偏心しており、出力軸２０４が回転することによって、旋回スクロール２０２が公転運動を行なう。
【００１０】
このスクロール圧縮機は、密閉容器の外部から吸入管によって圧縮空間ｃに吸入した冷媒ガスを圧縮空間ｃで圧縮し、加圧された冷媒ガスを密閉容器内で循環し、電動機を含む構成機器を冷媒ガスで冷却した後、吐出管から密閉容器の外部へ吐出している。
出力軸２０４には軸方向に給油孔２１０が穿設されており、高圧の冷媒ガスにより密閉容器の底部に貯留した潤滑油が給油孔２１０を通して出力軸２０４の上端２０４ａに達し、ボス部外側空間ｓ１に流れる。
【００１１】
旋回スクロール２０２の背面側には、コンプライアントフレーム２０６と、ガイドフレーム２０８とが配設されている。旋回スクロール２０２の鏡板２０２ａには、圧縮空間ｃと旋回スクロール２０２の背面２０２ｃ側とを連通させる抽気孔２１２が穿設されている。圧縮空間ｃから旋回スクロール２０２に加わるスラスト荷重は、コンプライアントフレーム２０６のスラスト軸受面２０６ａで支持されている。
【００１２】
コンプライアントフレーム２０６とガイドフレーム２０８との間には、フレーム空間ｓ２が形成されている。また、コンプライアントフレーム２０６には、旋回スクロール２０２の背面２０２ｃに開口する抽気孔２１２の開口２１２ａと、フレーム空間ｓ２とを連通させる連通孔２１４が穿設されている。
また、コンプライアントフレーム２０６には、空間ｓ３が設けられ、該空間ｓ３に圧力調整弁２１６が配設されている。空間ｓ３を介して、ボス部外側空間ｓ１とその外側空間とを連通させる流路２１８及び２２０が設けられている。
【００１３】
こうして、ボス部外側空間ｓ１に流入した潤滑油を圧力調整弁２１６で所定圧力に保持すると共に、フレーム空間ｓ２に圧縮空間ｃの冷媒ガスを導入して、加圧雰囲気を形成さえるようにしている。これら空間ｓ１、ｓ２に生じる反力で、旋回スクロール２０２に圧縮空間ｃから加わるスラスト荷重を減殺し、旋回スクロール２０２の挙動安定性を維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２００８４７号公報
【特許文献２】特開昭５５−３７５２０号公報
【特許文献３】特開２０００−１６１２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１に開示された冷媒液のインジェクション方式は、吐出ガスの温度制御に有効な手段であり、圧縮機の安定運転を可能にするが、一方で、圧縮空間に冷媒液を導入するため、圧縮空間の圧力が高くなるという問題がある。圧縮空間の圧力が高くなると、圧縮に要する動力が大きくなる。さらに、高圧受液器と圧縮機間に流量制御弁付きの冷媒回路を設ける必要があると共に、圧縮機から吐出される冷媒ガスの温度を計測する温度センサ等を設ける必要があり、コストアップとなる。
【００１６】
特許文献２に開示されたスクロール圧縮機は、旋回スクロール１０４の背面側に略全面に亘って大きな容積の空間ｓが形成されているので、空間ｓに冷媒ガスが多量に流れ込み、圧縮効率が低下する。また、空間ｓが旋回スクロール１０４の背面に形成する面積が大きいため、該空間ｓのガス圧力によって旋回スクロール１０４を固定スクロール１０２に押し付ける力が過大となり、摩耗、焼付きが生じやすくなる。また、旋回スクロールと固定スクロール間の摺動面の摩擦力が大きくなり、圧縮機を駆動する動力を余分に消費する。
【００１７】
反面、該中間圧の冷媒ガスの圧力が低すぎると、旋回スクロールの挙動が不安定になり、騒音が大きくなると共に、摩耗や損傷が多くなるという問題がある。このように、空間ｓの容積が大きいので、その圧力調整が容易でない。
【００１８】
特許文献３に開示されたスクロール圧縮機では、旋回スクロールの背面側に、潤滑油及び冷媒ガスを導入させるための流路を形成させる必要がある。そのため、圧縮空間から受ける荷重を受けるコンプライアントフレーム及びガイドフレームが複雑な形状とならざるを得ない。また、これらは重量も大きい。従って、スクロール圧縮機の重量が大きくなると共に、高コストとなる。
【００１９】
また、圧縮空間から吐出した高圧高温の冷媒ガスで電動機等の機器を冷却するので、冷却効率が悪い。さらに、高圧の冷媒ガスが密閉容器の下部に溜まった潤滑油と接触するので、潤滑油に溶解する冷媒の量が多くなる。これによって、潤滑油が希釈されて粘度が低下し、スクロール圧縮機に組み込まれた滑り軸受等の負荷能力が低下するという問題がある。特に、アンモニア冷媒は、圧縮による温度上昇が大きいので、冷媒液のインジェクションなしでは、電動機の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化が起こる。
【００２０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、密閉容器内に設けられた電動機等の構成機器の冷却効果を向上させると共に、密閉容器の底部に貯留された潤滑油への冷媒の溶け込みを減少させて、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
かかる目的を達成するため、本発明のスクロール圧縮機は、
冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれたスクロール圧縮機において、
スクロール圧縮機本体及び電動機を含む構成機器が密閉容器内に収容され、該密閉容器に設けられた低圧冷媒ガスの吸入口と、該吸入口から密閉容器内に吸入された低圧冷媒ガスが密閉容器内を循環するように形成された低圧冷媒ガスの流通路と、固定スクロールの外周側壁に穿設され冷媒ガスを旋回スクロール及び固定スクロールで形成される圧縮空間に吸入する吸入孔と、該圧縮空間で加圧された高圧冷媒ガスを圧縮空間から密閉容器外に吐出する吐出管と、を備えているものである。
【００２２】
本発明のスクロール圧縮機では、密閉容器に設けられた吸入口から低圧冷媒ガスを吸入し、この低圧冷媒ガスで電動機等の機器を冷却した後、圧縮空間に吸入させる。そして、圧縮空間で圧縮して高圧にした冷媒ガスを吐出管から密閉容器の外部に送り出すようにしている。このように、吸入口から吸入した低圧低温の冷媒ガスで電動機等の機器を冷却するようにしているため、冷却効果を向上できると共に、密閉容器の底部に貯留された潤滑油への冷媒の溶け込みを減少させて、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることができる。
【００２３】
また、低温の冷媒ガスを密閉容器に導入しているので、電動機の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化を防止できる。従って、密閉容器内の（圧縮空間ではなく）密閉空間に冷媒液を注入し、該冷媒液を蒸発させて熱吸収を行なう冷却手段（以下、この冷却手段を「液インジェクション」という。）を用いる必要がない。
また、密閉容器内が高圧雰囲気とならないため、密閉容器の耐圧強度を低減できると共に、密閉容器の隔壁を簡素化できるため、密閉容器の外部にオイルヒータやオイルクーラを増設するのが容易になる。
【００２４】
本発明装置において、密閉容器の内面に固着され、旋回スクロールの鏡板の背面が摺接する平坦面を有し、該平坦面を介して旋回スクロールを旋回可能に支持する主支持フレームと、旋回スクロールの鏡板に穿設されると共に、旋回スクロールの鏡板と主支持フレームとの摺接面に開口し、前記電動機の出力軸に穿設された潤滑油導通孔から供給される潤滑油を該摺接面に供給する給油孔と、を備えるようにするとよい。
【００２５】
このように、圧縮空間から旋回スクロールが受けるスラスト荷重を前記主支持フレームで受けるようにしたので、広い支持面でスクロール圧縮機を支持でき、単位面積当りの荷重を低減できると共に、任意の領域に支持面を形成できる。
さらに、旋回スクロールの鏡板と主支持フレームとの摺接面に、前記給油孔から潤滑油を供給するようにしたので、該摺接面の磨耗や焼付きをなくし、旋回スクロールの駆動装置の動力低減を可能とする。また、該摺接面で気密が保持されるため、該摺接面のシール装置が不要になり、低コストとなる。
【００２６】
本発明装置において、密閉容器の外部で吐出管に介設されたオイルセパレータと、該オイルセパレータと吸入口とを接続する油戻し管と、該油戻し管に設けられた絞り機構と、を備え、オイルセパレータの潤滑油を該絞り機構を経て密閉容器に戻すように構成するとよい。
本発明では、密閉容器内は低圧雰囲気となっているため、高圧のオイルセパレータとの差圧により潤滑油の戻りが容易になる。そのため、返油のための特別な装置が不要になる。
【００２７】
本発明装置において、圧縮空間で形成される冷媒の最大圧力と最小圧力との間の中間圧力を形成する圧縮空間と旋回スクロールの鏡板を介して対面する位置に設けられた中間圧室と、該圧縮空間と中間圧室とを連通させる中間圧取出し孔とを、備え、中間圧力を有する冷媒を該中間圧取出し孔を介して中間圧室に導入するように構成するとよい。
【００２８】
該中間圧室を設けたことにより、圧縮空間から旋回スクロールに加わるスラスト荷重を減殺できる。また、中間圧室には吸入圧と吐出圧との間の中間の圧力を有する冷媒ガスが導入されるので、高圧とならず、旋回スクロールの背面側が浮き上がることがない。また、中間圧室は、特許文献２の空間ｓのように容積を大きくする必要がないので、押し付け力が過大になることはない。
【００２９】
これによって、スクロール圧縮機の挙動を安定させ、スクロール圧縮機とその支持機構との間に摩耗や焼付きをなくし、かつスクロール圧縮機を駆動するモータの動力を低減できる。なお、前記中間圧取出し孔に、圧力差で作動する制御弁等を設けるようにすれば、常に最適な中間圧を設定できるようになる。
【００３０】
本発明装置において、冷媒が、圧縮による温度上昇が特に大きいアンモニアであり、ヒートポンプサイクル装置が冷凍サイクルを構成した冷凍装置である場合でも、密閉容器内への液インジェクションを行なう必要がなく、かつモータ巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化が起こらない。
【発明の効果】
【００３１】
本発明装置によれば、冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれたスクロール圧縮機において、スクロール圧縮機本体及び電動機を含む構成機器が密閉容器内に収容され、該密閉容器に設けられた低圧冷媒ガスの吸入口と、該吸入口から密閉容器内に吸入された冷媒ガスが密閉空間内を循環するように形成された低圧冷媒ガスの流通路と、固定スクロールの外周側壁に穿設され冷媒ガスを旋回スクロール及び固定スクロールで形成される圧縮空間に吸入する吸入孔と、該圧縮空間で加圧された高圧冷媒ガスを圧縮空間から密閉容器外に吐出する吐出管と、を備えているので、電動機等の構成機器の冷却効果を向上できると共に、潤滑油への冷媒の溶け込みを減少させて、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることができる。
【００３２】
また、電動機の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化を防止できると共に、密閉容器に液インジェクションを行なう必要がない。さらに、密閉容器内を高圧雰囲気とする必要がないため、密閉容器の耐圧強度を低減できると共に、密閉容器の隔壁を簡素化できるため、密閉容器の外部にオイルヒータやオイルクーラを増設するのが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明装置の一実施形態に係るスクロール圧縮機の正面視断面図である。
【図２】前記スクロール圧縮機の圧縮機構の拡大断面図である。
【図３】前記圧縮機構の一部拡大断面図である。
【図４】前記スクロール圧縮機が組み込まれた冷凍装置の系統図である。
【図５】従来のスクロール圧縮機の正面視断面図である。
【図６】従来の別な構成を有するスクロール圧縮機の正面視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３５】
本発明装置の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１及び図２において、本実施形態のスクロール圧縮機１０は、円筒形の胴筒１２と、上キャップ１４と、下キャップ１６とが溶接によって接合されて密閉された圧縮機容器を形成している。胴筒１２の上端内面に、水平方向に主フレーム１８が固着され、主フレーム１８によって圧縮機容器内を上部空間と下部空間とに仕切っている。主フレーム１８は、例えば、焼きばめ、圧入、溶接等によって胴筒１２に固着される。
【００３６】
主フレーム１８の平坦な上面に、外側形状がハット形状の固定スクロール２０が固設されている。固定スクロール２０は、鏡板２０ａと渦巻き形状のラップ２０ｂとからなる。主フレーム１８の上面に、底面が平坦面２２ａを形成している凹部２２が刻設され、該凹部２２に旋回スクロール２４の鏡板２４ａが配置されている。旋回スクロール２４は、鏡板２４ａと渦巻き形状のラップ２４ｂとからなる。
【００３７】
固定スクロール２０と旋回スクロール２４のラップ同士が噛み合い、圧縮空間ｃを形成している。固定スクロール２０の外側の側壁に吸入口２６が設けられ、上面中央に加圧された冷媒ガスを吐出する吐出管２８が一体形成されている。吐出管２８は、上キャップ１４を貫通し、圧縮機容器の外部に導出されている。胴筒１２には、主フレーム１８によって仕切られた下部密閉空間ｓ２に連通する冷媒ガスの吸入管２９が接続されている。
【００３８】
胴筒１２の下部内面に環状のサブフレーム３０がボルト等で胴筒１２に固定され、該サブフレーム３０に、旋回スクロール２４を駆動する電動機３２が取り付けられている。電動機３２は、モータステータ３６と、モータコイル３８と、モータロータ４０と、中央に上下方向に配置された出力軸４２とから構成されている。モータステータ３６はモータフレーム３４に焼きばめされ、モータフレーム３４はサブフレーム３０にボルト等で結合されている。モータフレーム３４は胴筒１２に接触している必要はない。
【００３９】
出力軸４２は、主フレーム１８に設けられた主軸受４４と、サブフレーム３０に設けられた下軸受４６とで、密閉容器の半径方向及び長手方向に回転自在に支持されている。出力軸４２の上部には上バランサ４８が、下部には下バランサ５０が、夫々出力軸４２を挟んで反対方向に取り付けられている。旋回スクロール２４は、出力軸４２の中心から偏心して回転するので、そのアンバランスを打ち消すため、上バランサ４８及び下バランサ５０が設けられている。これらバランサは、出力軸４２と焼きばめ、圧入、ボルト締め等の方法で結合されている。
【００４０】
出力軸４２に作用するラジアル荷重の大部分は主軸受４４で支持されている。下軸受４６で、出力軸４２の軸方向の位置決めを行うと共に、残りのラジアル荷重を支持している。出力軸４２の下端は下軸受４６によって軸方向に固定されている。出力軸４２に熱膨脹による歪が生じないようにするため、出力軸４２の上部を支持する主軸受４４は円筒コロ軸受が用いられ、出力軸４２を軸方向に拘束しないようにしている。
【００４１】
サブフレーム３０の下面には、オイルポンプ５２がボルト等で結合され、該オイルポンプ５２の下部にオイル吸入管５４が上下方向に取り付けられている。圧縮機容器の底部には潤滑油ｏが貯留され、オイル吸入管５０の下端開口が該潤滑油ｏの液面下に没入している。出力軸４２の中心には、軸方向にオイル供給孔５６が穿設され、電動機３２が作動して、オイルポンプ５２が作動する。オイルポンプ５２によって、オイル吸入管５４が潤滑油ｏを吸込み、潤滑油ｏはオイル供給孔５６を通して出力軸４２の上端まで供給される。
【００４２】
出力軸４２の上端４２ａは軸中心に対して偏心しており、この上端４２ａの外周面に、旋回軸受ブッシュ５８を介して、旋回スクロール２４の背面２４ｃに一体形成された円筒形状のボス部６０が遊嵌されている。背面２４ｃには環状の中間圧室６２が設けられ、該中間圧室６２には、旋回スクロール２４の自転を防止するオルダムリング６４が設けられている。
【００４３】
出力軸４２が回転すると、旋回スクロール２４は、オルダムリング６４によって自転が抑えられ、公転運動のみを行う。これによって、冷媒ガスｒが吸入口２６から吸入され、圧縮空間ｃで圧縮され、高圧となって吐出管２８から吐出される。中間圧室６２は、冷媒ガスｒが吸入圧と吐出圧との間の中間圧となった圧縮空間ｃと対面した位置に配置されている。旋回スクロール２４の鏡板２０ａには、該圧縮空間ｃと中間圧室６２とを連通する連通孔６６が設けられている。
【００４４】
また、旋回スクロール２４の鏡板２０ａには、給油孔６８が穿設されている。該給油孔６８は、出力軸４２の上端４２ａ及び主フレーム１８の上面２２ａに対面する位置に複数の開口を有している。旋回スクロール２４には、圧縮空間ｃ内に存在する加圧された冷媒ガスｒの圧力がスラスト荷重として付加されている。このスラスト荷重は、旋回スクロール２４の背面２４ｃを介して主フレーム１８の平坦面２２ａに付加される。該背面２４ｃは平坦面２２ａに摺接しながら密閉面を形成している。
【００４５】
この密閉面に給油孔６８を介して潤滑油ｏを供給することで、旋回スクロール２４の動きを円滑にしながら密閉状態を保持している。旋回スクロール２４の外周端面に開口した給油孔６８の開口部はプラグ７０で閉塞されている。サブフレーム３０、モータフレーム３４及び主フレーム１８の一側には、互いに連通したガス通路７２が設けられている。このガス通路７２によって、主フレーム１８によって仕切られた上部密閉空間ｓ１と下部密閉空間ｓ２とが連通している。
【００４６】
図３において、旋回スクロール２４の背面２４ｃと平坦面２２ａとは、精密な平坦面に仕上げられており、これらの摺接面でスラスト荷重を受けている。中間圧室６２は、吸入圧と吐出圧との中間の圧力を有する圧縮空間ｃから冷媒ガスが流れ込み、中間圧雰囲気を形成している。この中間圧雰囲気が旋回スクロール２４を背面２４ｃから上向きに押し上げ、圧縮空間ｃから旋回スクロール２４に負荷されるスラスト荷重を減殺している。
【００４７】
固定スクロール２０と旋回スクロール２４とは直接接触せず、熱膨脹、冷媒ガス圧による弾性変形、加工上の誤差等によって軸方向隙間ａを生じる。この部分から冷媒ガスが漏れないように、ラップ２０ｂ及び２４ｂ間にチップシール７４が設けられ、該チップシール７４によって、ラップ２０ｂ及び２４ｂ間は気密に保持されている。
【００４８】
図４は、スクロール圧縮機１０が組み込まれた冷凍装置８０を示す。図４において、アンモニア等の冷媒ガスが循環する冷媒循環路８２に、冷凍サイクルを構成する機器類が組み込まれている。スクロール圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒ガスｒは、オイルセパレータ８４で潤滑油ｏを除去し、凝縮器８８、受液器９０、膨脹弁９２、及び蒸発器９４の順に回り、スクロール圧縮機１０の吸入管２９から密閉容器の下部密閉空間ｓ２に吸入される。
【００４９】
オイルセパレータ８４とスクロール圧縮機１０の吸入管２９との間は、絞り弁８６が設けられた油戻し管８５が接続されている。密閉容器内の下部密閉空間ｓ２は低圧であるので、オイルセパレータ８４で分離された高圧の潤滑油は、下部密閉空間ｓ２とオイルセパレータ８４との圧力差によって、油戻し管８５及び吸入管２９を通り、下部密閉空間ｓ２に戻される。油戻し管８５は絞り弁８６を境にして、オイルセパレータ８４側が高圧となり、下部密閉空間ｓ２側が低圧となる。
【００５０】
かかる構成において、電動機３２の出力軸４２が回転すると、旋回スクロール２４が公転運動を行い、吸入口２６から冷媒ガスｒを吸入する。圧縮空間ｃに吸入された冷媒ガスｒは、圧縮空間ｃで圧縮され、高圧となって、吐出管２８から冷媒循環路８２に吐出される。同時に、スクロール圧縮機１０の作動によって、吸入管２９から低圧の冷媒ガスｒが下部密閉空間ｓ２に吸入される。
【００５１】
下部密閉空間ｓ２に吸入された低圧の冷媒ガスｒは、電動機３２及びその他の構成機器類を冷却し、ガス通路７２を通って上部密閉空間ｓ１に達する。上部密閉空間ｓ１に達した冷媒ガスｒは、吸入口２６から圧縮空間ｃに吸入される。冷媒ガスｒに混入している潤滑油は、この間に分離され、下部のオイル溜りに回収される。
中間圧室６２には、吸入圧と吐出圧との中間圧となった圧縮空間ｃから冷媒ガスｒが流入し、中間圧雰囲気を形成する。これによって、圧縮空間ｃから旋回スクロール２４に負荷されるスラスト荷重を減殺している。
【００５２】
また、出力軸４２の回転によってオイルポンプ５２が作動し、オイル溜りに溜まった潤滑油ｏを出力軸４２の上端まで汲み上げる。汲み上げられた潤滑油ｏは、給油孔６８を通り、旋回スクロール２４の背面２４ｃと平坦面２２ａ間の摺接面に供給される。該摺接面は旋回スクロール２４に作用するスラスト荷重で気密に保持されるが、該摺接面に供給される潤滑油ｏにより、摩擦力が低減され、摩耗や焼付きを防ぐことができる。
【００５３】
本実施形態によれば、このように、吸入管２９から吸入した低圧低温の冷媒ガスｒで電動機３２等の機器を冷却するようにしているため、冷却効果を向上できる。また、下部密閉空間ｓ２を低圧雰囲気としているので、オイル溜りに貯留された潤滑油ｏへの冷媒ガスｒの溶け込みを減少できる。そのため、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることができる。
【００５４】
また、低温の冷媒ガスを密閉容器に導入しているので、電動機３２の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化を防止できる。従って、冷媒液を下部密閉空間ｓ２に噴射する液インジェクションを行なう必要がない。
また、密閉容器内を高圧雰囲気とする必要がないため、密閉容器の耐圧強度を低減できると共に、密閉容器の隔壁を簡素化できるため、密閉容器の外部にオイルヒータやオイルクーラを増設するのが容易になる。
【００５５】
また、旋回スクロール２４が受ける圧縮空間ｃからのスラスト荷重を主フレーム１８で受けるようにしたので、中間圧室６２の形成領域を除き、中間圧室６２の外側及び内側に形成される広い支持面でスラスト荷重を受けることができる。そのため、単位面積当りの荷重を低減でき、旋回スクロール２４を主フレーム１８で安定して支持できる。また、中間圧室６２の位置を変えることで、任意の領域に支持面を形成できる。
【００５６】
また、旋回スクロール２４と主フレーム１８の摺接面に、給油孔６８から潤滑油を供給するようにしたので、該摺接面の摩耗や焼付きをなくし、電動機３２の動力低減を可能とする。また、該摺接面で気密が保持されるため、該摺接面のシール装置が不要になり、低コストとなる。
【００５７】
また、密閉容器内は低圧雰囲気となっているため、オイルセパレータ８４との差圧により潤滑油の戻りが容易になる。そのため、返油のための特別な装置が不要になる。
また、中間圧室６２を設け、旋回スクロール２４の背面２４ｃ側に中間圧を形成したので、圧縮空間ｃから旋回スクロール２４に加わるスラスト荷重を減殺できると共に、旋回スクロール２６の主フレーム１８からの浮き上がりを防止できる。
【００５８】
これによって、スクロール圧縮機１０の挙動を安定させ、スクロール圧縮機１０とその支持機構との間に摩耗や焼付きをなくし、かつスクロール圧縮機１０を駆動する電動機３２の動力を低減できる。なお、連通孔６６に圧力差で作動する制御弁等を設けるようにすれば、常に最適な中間圧を設定できるようになる。
【００５９】
さらに、冷媒が、圧縮による温度上昇が特に大きいアンモニアであっても、密閉容器内への液インジェクションを行なう必要がなく、かつモータ巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化が起こらない。
なお、冷媒ガスｒとしてＣＯ２を用い、ヒートポンプサイクルを形成して給湯を可能にしたヒートポンプサイクル装置に本発明装置を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、密閉容器内に設けられたスクロール圧縮機の冷却効果を高めて、潤滑油の劣化や構成機器の熱損傷を防止できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ スクロール圧縮機
１２ 胴筒
１４ 上キャップ
１６ 下キャップ
１８ 主フレーム
２０ 固定スクロール
２２ 凹部
２２ａ 平坦面
２４ 旋回スクロール
２６ 吸入口
２８ 吐出管
３０ サブフレーム
３２ 電動機
３４ モータフレーム
３６ モータステータ
３８ モータコイル
４０ モータロータ
４２ 出力軸
４２ａ 上端
４４ 主軸受
４６ 下軸受
４８ 上バランサ
５０ 下バランサ
５２ オイルポンプ
５４ オイル吸入管
５６ オイル供給孔
５８ 旋回軸受ブッシュ
６０ ボス部
６２ 中間圧室
６４ オルダムリング
６６ 連通孔
６８ 給油孔
７０ プラグ
７２ ガス通路
７４ チップシール
８０ 冷凍装置
８２ 冷媒循環路
８４ オイルセパレータ
８５ 油戻し管
８６ 絞り弁
８８ 凝縮器
９０ 受液器
９２ 膨脹弁
９４ 蒸発器
ａ 軸方向隙間
ｃ 圧縮空間
ｏ 潤滑油
ｒ 冷媒ガス
ｓ１ 上部密閉空間
ｓ２ 下部密閉空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれるスクロール圧縮機に関し、詳しくは、スクロール圧縮機本体と共に密閉容器内に収容された電動機を含む構成機器の冷却効果を高め、かつ潤滑油の劣化を防止できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は、これまで多くの冷凍装置や空調機器に使用されてきている。高効率、低振動が特徴であり、往復動圧縮機と比べて部品点数が少なく、インバータによる可変速に適する回転数―トルク特性をもつなどの長所を有する。
【０００３】
特許文献１には、圧縮機、凝縮器、膨脹弁及び蒸発器を備えて冷凍サイクルを構成する冷凍装置において、圧縮機としてスクロール圧縮機を備え、圧縮機の吐出ガス温度及びその上昇率等の運転状態に応じて、圧縮途中の中間圧室に冷媒液を噴射し（所謂「液インジェクション」と称される。）、冷媒液の蒸発潜熱により圧縮ガスから熱を奪い、圧縮機の吐出ガス温度を制御する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、旋回スクロールと固定スクロールとで形成される圧縮空間と、旋回スクロールの背面側密閉空間とを連絡孔で連通させるスクロール圧縮機が開示されている。該連絡孔は、圧縮空間が最大圧力Ｐmaxと最小圧力Ｐminとの相乗平均圧力Ｐｍ（＝（Ｐmax×Ｐmin）１／２）となる位置に設けられ、旋回スクロールの背面側密閉空間を該相乗平均圧力Ｐｍとすることによって、スクロール圧縮機の軸方向の密封を保持するようにしている。以下、このスクロール圧縮機の構成を図５により説明する。
【０００５】
図５において、このスクロール圧縮機１００は、固定スクロール１０２がボルト１０８によりハウジング１０６と結合され、固定スクロール１０２とハウジング１０６間に、旋回スクロール１０４が収容されている。固定スクロール１０２は、鏡板１０２ａと、インボリュート曲線又は近似インボリュート曲線で形成されたラップ１０２ｂとからなる。旋回スクロール１０４は、鏡板１０４ａと、ラップ１０２ｂと同一曲線をなすラップ１０４ｂとからなる。
【０００６】
旋回スクロール１０４の鏡板１０４ａとハウジング１０６の対向面との間に、旋回スクロール１０４の自転を防止するオルダムリング１１０が取り付けられている。固定スクロール１０２には、被圧縮流体を吸入する吸入ポート１１２と、圧縮された流体を吐出する吐出ポート１１４とが設けられている。図示省略の電動機の出力軸と連結されたクランク軸１１６は、ハウジング１０６に装着された軸受１１８に回転可能に支持されている。クランク軸１１６の先端面の偏心した位置に凹設された凹部に、軸受１２０を介して旋回スクロール１０４の鏡板１０４ａに突設された軸が嵌合している。
【０００７】
固定スクロール１０２と旋回スクロール１０４とで形成された密閉空間ｃは、旋回スクロール１０４の鏡板１０４ａに穿設された、絞り機能を有する連絡孔１２２を通して、ハウジング１０６の内部に形成された空間ｓと連通している。連絡孔１２２は、密閉空間ｃの最大ガス圧力Ｐmax（絶対圧力）と最小ガス圧力Ｐmin（絶対圧力）との相乗平均圧力Ｐｍ（絶対圧力）（＝（Ｐmax×Ｐmin）１／２）に相当する位置に設けられている。これによって、空間ｓを相乗平均圧力Ｐｍに維持し、この圧力Ｐｍで旋回スクロール１０４を固定スクロール１０２に押し付けることで、軸方向密封を可能にしている。
【０００８】
特許文献３には、密閉容器の内部に、スクロール圧縮機の本体部分（圧縮機構）、及び該本体部分を構成する旋回スクロールを駆動する電動機を含む構成機器を収容したスクロール圧縮機が開示されている。以下、このスクロール圧縮機の本体部分（圧縮機構）の構成を図６により説明する。図６において、このスクロール圧縮機の本体部分２００は、図示省略の密閉容器内に収容されている。
【０００９】
鏡板２０２ａとラップ２０２ｂとからなる旋回スクロール２０２が設けられ、旋回スクロール２０２が図示省略の固定スクロールと対面して圧縮空間ｃを形成する。旋回スクロール２０２の背面２０２ｃには円筒形のボス部２０２ｄが一体に設けられ、電動機の出力軸２０４の上端２０４ａがボス部２０２ｄに遊嵌されている。該上端２０４ａは、出力軸２０４の軸芯に対して偏心しており、出力軸２０４が回転することによって、旋回スクロール２０２が公転運動を行なう。
【００１０】
このスクロール圧縮機は、密閉容器の外部から吸入管によって圧縮空間ｃに吸入した冷媒ガスを圧縮空間ｃで圧縮し、加圧された冷媒ガスを密閉容器内で循環し、電動機を含む構成機器を冷媒ガスで冷却した後、吐出管から密閉容器の外部へ吐出している。
出力軸２０４には軸方向に給油孔２１０が穿設されており、高圧の冷媒ガスにより密閉容器の底部に貯留した潤滑油が給油孔２１０を通して出力軸２０４の上端２０４ａに達し、ボス部外側空間ｓ１に流れる。
【００１１】
旋回スクロール２０２の背面側には、コンプライアントフレーム２０６と、ガイドフレーム２０８とが配設されている。旋回スクロール２０２の鏡板２０２ａには、圧縮空間ｃと旋回スクロール２０２の背面２０２ｃ側とを連通させる抽気孔２１２が穿設されている。圧縮空間ｃから旋回スクロール２０２に加わるスラスト荷重は、コンプライアントフレーム２０６のスラスト軸受面２０６ａで支持されている。
【００１２】
コンプライアントフレーム２０６とガイドフレーム２０８との間には、フレーム空間ｓ２が形成されている。また、コンプライアントフレーム２０６には、旋回スクロール２０２の背面２０２ｃに開口する抽気孔２１２の開口２１２ａと、フレーム空間ｓ２とを連通させる連通孔２１４が穿設されている。
また、コンプライアントフレーム２０６には、空間ｓ３が設けられ、該空間ｓ３に圧力調整弁２１６が配設されている。空間ｓ３を介して、ボス部外側空間ｓ１とその外側空間とを連通させる流路２１８及び２２０が設けられている。
【００１３】
こうして、ボス部外側空間ｓ１に流入した潤滑油を圧力調整弁２１６で所定圧力に保持すると共に、フレーム空間ｓ２に圧縮空間ｃの冷媒ガスを導入して、加圧雰囲気を形成さえるようにしている。これら空間ｓ１、ｓ２に生じる反力で、旋回スクロール２０２に圧縮空間ｃから加わるスラスト荷重を減殺し、旋回スクロール２０２の挙動安定性を維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２００８４７号公報
【特許文献２】特開昭５５−３７５２０号公報
【特許文献３】特開２０００−１６１２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１に開示された冷媒液のインジェクション方式は、吐出ガスの温度制御に有効な手段であり、圧縮機の安定運転を可能にするが、一方で、圧縮空間に冷媒液を導入するため、圧縮空間の圧力が高くなるという問題がある。圧縮空間の圧力が高くなると、圧縮に要する動力が大きくなる。さらに、高圧受液器と圧縮機間に流量制御弁付きの冷媒回路を設ける必要があると共に、圧縮機から吐出される冷媒ガスの温度を計測する温度センサ等を設ける必要があり、コストアップとなる。
【００１６】
特許文献２に開示されたスクロール圧縮機は、旋回スクロール１０４の背面側に略全面に亘って大きな容積の空間ｓが形成されているので、空間ｓに冷媒ガスが多量に流れ込み、圧縮効率が低下する。また、空間ｓが旋回スクロール１０４の背面に形成する面積が大きいため、該空間ｓのガス圧力によって旋回スクロール１０４を固定スクロール１０２に押し付ける力が過大となり、摩耗、焼付きが生じやすくなる。また、旋回スクロールと固定スクロール間の摺動面の摩擦力が大きくなり、圧縮機を駆動する動力を余分に消費する。
【００１７】
反面、該中間圧の冷媒ガスの圧力が低すぎると、旋回スクロールの挙動が不安定になり、騒音が大きくなると共に、摩耗や損傷が多くなるという問題がある。このように、空間ｓの容積が大きいので、その圧力調整が容易でない。
【００１８】
特許文献３に開示されたスクロール圧縮機では、旋回スクロールの背面側に、潤滑油及び冷媒ガスを導入させるための流路を形成させる必要がある。そのため、圧縮空間から受ける荷重を受けるコンプライアントフレーム及びガイドフレームが複雑な形状とならざるを得ない。また、これらは重量も大きい。従って、スクロール圧縮機の重量が大きくなると共に、高コストとなる。
【００１９】
また、圧縮空間から吐出した高圧高温の冷媒ガスで電動機等の機器を冷却するので、冷却効率が悪い。さらに、高圧の冷媒ガスが密閉容器の下部に溜まった潤滑油と接触するので、潤滑油に溶解する冷媒の量が多くなる。これによって、潤滑油が希釈されて粘度が低下し、スクロール圧縮機に組み込まれた滑り軸受等の負荷能力が低下するという問題がある。特に、アンモニア冷媒は、圧縮による温度上昇が大きいので、冷媒液のインジェクションなしでは、電動機の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化が起こる。
【００２０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、密閉容器内に設けられた電動機等の構成機器の冷却効果を向上させると共に、密閉容器の底部に貯留された潤滑油への冷媒の溶け込みを減少させて、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
かかる目的を達成するため、本発明のスクロール圧縮機は、
冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれたスクロール圧縮機において、
スクロール圧縮機本体及び電動機を含む構成機器が密閉容器内に収容され、該密閉容器に設けられた低圧冷媒ガスの吸入口と、該吸入口から密閉容器内に吸入された低圧冷媒ガスが密閉容器内を循環するように形成された低圧冷媒ガスの流通路と、固定スクロールの外周側壁に穿設され冷媒ガスを旋回スクロール及び固定スクロールで形成される圧縮空間に吸入する吸入孔と、該圧縮空間で加圧された高圧冷媒ガスを圧縮空間から密閉容器外に吐出する吐出管と、を備えているものである。
【００２２】
本発明のスクロール圧縮機では、密閉容器に設けられた吸入口から低圧冷媒ガスを吸入し、この低圧冷媒ガスで電動機等の機器を冷却した後、圧縮空間に吸入させる。そして、圧縮空間で圧縮して高圧にした冷媒ガスを吐出管から密閉容器の外部に送り出すようにしている。このように、吸入口から吸入した低圧低温の冷媒ガスで電動機等の機器を冷却するようにしているため、冷却効果を向上できると共に、密閉容器の底部に貯留された潤滑油への冷媒の溶け込みを減少させて、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることができる。
【００２３】
また、低温の冷媒ガスを密閉容器に導入しているので、電動機の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化を防止できる。従って、密閉容器内の（圧縮空間ではなく）密閉空間に冷媒液を注入し、該冷媒液を蒸発させて熱吸収を行なう冷却手段（以下、この冷却手段を「液インジェクション」という。）を用いる必要がない。
また、密閉容器内が高圧雰囲気とならないため、密閉容器の耐圧強度を低減できると共に、密閉容器の隔壁を簡素化できるため、密閉容器の外部にオイルヒータやオイルクーラを増設するのが容易になる。
【００２４】
本発明装置において、密閉容器の内面に固着され、旋回スクロールの鏡板の背面が摺接する平坦面を有し、該平坦面を介して旋回スクロールを旋回可能に支持する主支持フレームと、旋回スクロールの鏡板に穿設されると共に、旋回スクロールの鏡板と主支持フレームとの摺接面に開口し、前記電動機の出力軸に穿設された潤滑油導通孔から供給される潤滑油を該摺接面に供給する給油孔と、を備えるようにするとよい。
【００２５】
このように、圧縮空間から旋回スクロールが受けるスラスト荷重を前記主支持フレームで受けるようにしたので、広い支持面でスクロール圧縮機を支持でき、単位面積当りの荷重を低減できると共に、任意の領域に支持面を形成できる。
さらに、旋回スクロールの鏡板と主支持フレームとの摺接面に、前記給油孔から潤滑油を供給するようにしたので、該摺接面の磨耗や焼付きをなくし、旋回スクロールの駆動装置の動力低減を可能とする。また、該摺接面で気密が保持されるため、該摺接面のシール装置が不要になり、低コストとなる。
【００２６】
本発明装置において、密閉容器の外部で吐出管に介設されたオイルセパレータと、該オイルセパレータと吸入口とを接続する油戻し管と、該油戻し管に設けられた絞り機構と、を備え、オイルセパレータの潤滑油を該絞り機構を経て密閉容器に戻すように構成するとよい。
本発明では、密閉容器内は低圧雰囲気となっているため、高圧のオイルセパレータとの差圧により潤滑油の戻りが容易になる。そのため、返油のための特別な装置が不要になる。
【００２７】
本発明装置において、圧縮空間で形成される冷媒の最大圧力と最小圧力との間の中間圧力を形成する圧縮空間と旋回スクロールの鏡板を介して対面する位置に設けられた中間圧室と、該圧縮空間と中間圧室とを連通させる中間圧取出し孔とを、備え、中間圧力を有する冷媒を該中間圧取出し孔を介して中間圧室に導入するように構成するとよい。
【００２８】
該中間圧室を設けたことにより、圧縮空間から旋回スクロールに加わるスラスト荷重を減殺できる。また、中間圧室には吸入圧と吐出圧との間の中間の圧力を有する冷媒ガスが導入されるので、高圧とならず、旋回スクロールの背面側が浮き上がることがない。また、中間圧室は、特許文献２の空間ｓのように容積を大きくする必要がないので、押し付け力が過大になることはない。
【００２９】
これによって、スクロール圧縮機の挙動を安定させ、スクロール圧縮機とその支持機構との間に摩耗や焼付きをなくし、かつスクロール圧縮機を駆動するモータの動力を低減できる。なお、前記中間圧取出し孔に、圧力差で作動する制御弁等を設けるようにすれば、常に最適な中間圧を設定できるようになる。
【００３０】
本発明装置において、冷媒が、圧縮による温度上昇が特に大きいアンモニアであり、ヒートポンプサイクル装置が冷凍サイクルを構成した冷凍装置である場合でも、密閉容器内への液インジェクションを行なう必要がなく、かつモータ巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化が起こらない。
【発明の効果】
【００３１】
本発明装置によれば、冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれたスクロール圧縮機において、スクロール圧縮機本体及び電動機を含む構成機器が密閉容器内に収容され、該密閉容器に設けられた低圧冷媒ガスの吸入口と、該吸入口から密閉容器内に吸入された冷媒ガスが密閉空間内を循環するように形成された低圧冷媒ガスの流通路と、固定スクロールの外周側壁に穿設され冷媒ガスを旋回スクロール及び固定スクロールで形成される圧縮空間に吸入する吸入孔と、該圧縮空間で加圧された高圧冷媒ガスを圧縮空間から密閉容器外に吐出する吐出管と、を備えているので、電動機等の構成機器の冷却効果を向上できると共に、潤滑油への冷媒の溶け込みを減少させて、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることができる。
【００３２】
また、電動機の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化を防止できると共に、密閉容器に液インジェクションを行なう必要がない。さらに、密閉容器内を高圧雰囲気とする必要がないため、密閉容器の耐圧強度を低減できると共に、密閉容器の隔壁を簡素化できるため、密閉容器の外部にオイルヒータやオイルクーラを増設するのが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明装置の一実施形態に係るスクロール圧縮機の正面視断面図である。
【図２】前記スクロール圧縮機の圧縮機構の拡大断面図である。
【図３】前記圧縮機構の一部拡大断面図である。
【図４】前記スクロール圧縮機が組み込まれた冷凍装置の系統図である。
【図５】従来のスクロール圧縮機の正面視断面図である。
【図６】従来の別な構成を有するスクロール圧縮機の正面視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３５】
本発明装置の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１及び図２において、本実施形態のスクロール圧縮機１０は、円筒形の胴筒１２と、上キャップ１４と、下キャップ１６とが溶接によって接合されて密閉された圧縮機容器を形成している。胴筒１２の上端内面に、水平方向に主フレーム１８が固着され、主フレーム１８によって圧縮機容器内を上部空間と下部空間とに仕切っている。主フレーム１８は、例えば、焼きばめ、圧入、溶接等によって胴筒１２に固着される。
【００３６】
主フレーム１８の平坦な上面に、外側形状がハット形状の固定スクロール２０が固設されている。固定スクロール２０は、鏡板２０ａと渦巻き形状のラップ２０ｂとからなる。主フレーム１８の上面に、底面が平坦面２２ａを形成している凹部２２が刻設され、該凹部２２に旋回スクロール２４の鏡板２４ａが配置されている。旋回スクロール２４は、鏡板２４ａと渦巻き形状のラップ２４ｂとからなる。
【００３７】
固定スクロール２０と旋回スクロール２４のラップ同士が噛み合い、圧縮空間ｃを形成している。固定スクロール２０の外側の側壁に吸入口２６が設けられ、上面中央に加圧された冷媒ガスを吐出する吐出管２８が一体形成されている。吐出管２８は、上キャップ１４を貫通し、圧縮機容器の外部に導出されている。胴筒１２には、主フレーム１８によって仕切られた下部密閉空間ｓ２に連通する冷媒ガスの吸入管２９が接続されている。
【００３８】
胴筒１２の下部内面に環状のサブフレーム３０がボルト等で胴筒１２に固定され、該サブフレーム３０に、旋回スクロール２４を駆動する電動機３２が取り付けられている。電動機３２は、モータステータ３６と、モータコイル３８と、モータロータ４０と、中央に上下方向に配置された出力軸４２とから構成されている。モータステータ３６はモータフレーム３４に焼きばめされ、モータフレーム３４はサブフレーム３０にボルト等で結合されている。モータフレーム３４は胴筒１２に接触している必要はない。
【００３９】
出力軸４２は、主フレーム１８に設けられた主軸受４４と、サブフレーム３０に設けられた下軸受４６とで、密閉容器の半径方向及び長手方向に回転自在に支持されている。出力軸４２の上部には上バランサ４８が、下部には下バランサ５０が、夫々出力軸４２を挟んで反対方向に取り付けられている。旋回スクロール２４は、出力軸４２の中心から偏心して回転するので、そのアンバランスを打ち消すため、上バランサ４８及び下バランサ５０が設けられている。これらバランサは、出力軸４２と焼きばめ、圧入、ボルト締め等の方法で結合されている。
【００４０】
出力軸４２に作用するラジアル荷重の大部分は主軸受４４で支持されている。下軸受４６で、出力軸４２の軸方向の位置決めを行うと共に、残りのラジアル荷重を支持している。出力軸４２の下端は下軸受４６によって軸方向に固定されている。出力軸４２に熱膨脹による歪が生じないようにするため、出力軸４２の上部を支持する主軸受４４は円筒コロ軸受が用いられ、出力軸４２を軸方向に拘束しないようにしている。
【００４１】
サブフレーム３０の下面には、オイルポンプ５２がボルト等で結合され、該オイルポンプ５２の下部にオイル吸入管５４が上下方向に取り付けられている。圧縮機容器の底部には潤滑油ｏが貯留され、オイル吸入管５０の下端開口が該潤滑油ｏの液面下に没入している。出力軸４２の中心には、軸方向にオイル供給孔５６が穿設され、電動機３２が作動して、オイルポンプ５２が作動する。オイルポンプ５２によって、オイル吸入管５４が潤滑油ｏを吸込み、潤滑油ｏはオイル供給孔５６を通して出力軸４２の上端まで供給される。
【００４２】
出力軸４２の上端４２ａは軸中心に対して偏心しており、この上端４２ａの外周面に、旋回軸受ブッシュ５８を介して、旋回スクロール２４の背面２４ｃに一体形成された円筒形状のボス部６０が遊嵌されている。背面２４ｃには環状の中間圧室６２が設けられ、該中間圧室６２には、旋回スクロール２４の自転を防止するオルダムリング６４が設けられている。
【００４３】
出力軸４２が回転すると、旋回スクロール２４は、オルダムリング６４によって自転が抑えられ、公転運動のみを行う。これによって、冷媒ガスｒが吸入口２６から吸入され、圧縮空間ｃで圧縮され、高圧となって吐出管２８から吐出される。中間圧室６２は、冷媒ガスｒが吸入圧と吐出圧との間の中間圧となった圧縮空間ｃと対面した位置に配置されている。旋回スクロール２４の鏡板２０ａには、該圧縮空間ｃと中間圧室６２とを連通する連通孔６６が設けられている。
【００４４】
また、旋回スクロール２４の鏡板２０ａには、給油孔６８が穿設されている。該給油孔６８は、出力軸４２の上端４２ａ及び主フレーム１８の上面２２ａに対面する位置に複数の開口を有している。旋回スクロール２４には、圧縮空間ｃ内に存在する加圧された冷媒ガスｒの圧力がスラスト荷重として付加されている。このスラスト荷重は、旋回スクロール２４の背面２４ｃを介して主フレーム１８の平坦面２２ａに付加される。該背面２４ｃは平坦面２２ａに摺接しながら密閉面を形成している。
【００４５】
この密閉面に給油孔６８を介して潤滑油ｏを供給することで、旋回スクロール２４の動きを円滑にしながら密閉状態を保持している。旋回スクロール２４の外周端面に開口した給油孔６８の開口部はプラグ７０で閉塞されている。サブフレーム３０、モータフレーム３４及び主フレーム１８の一側には、互いに連通したガス通路７２が設けられている。このガス通路７２によって、主フレーム１８によって仕切られた上部密閉空間ｓ１と下部密閉空間ｓ２とが連通している。
【００４６】
図３において、旋回スクロール２４の背面２４ｃと平坦面２２ａとは、精密な平坦面に仕上げられており、これらの摺接面でスラスト荷重を受けている。中間圧室６２は、吸入圧と吐出圧との中間の圧力を有する圧縮空間ｃから冷媒ガスが流れ込み、中間圧雰囲気を形成している。この中間圧雰囲気が旋回スクロール２４を背面２４ｃから上向きに押し上げ、圧縮空間ｃから旋回スクロール２４に負荷されるスラスト荷重を減殺している。
【００４７】
固定スクロール２０と旋回スクロール２４とは直接接触せず、熱膨脹、冷媒ガス圧による弾性変形、加工上の誤差等によって軸方向隙間ａを生じる。この部分から冷媒ガスが漏れないように、ラップ２０ｂ及び２４ｂ間にチップシール７４が設けられ、該チップシール７４によって、ラップ２０ｂ及び２４ｂ間は気密に保持されている。
【００４８】
図４は、スクロール圧縮機１０が組み込まれた冷凍装置８０を示す。図４において、アンモニア等の冷媒ガスが循環する冷媒循環路８２に、冷凍サイクルを構成する機器類が組み込まれている。スクロール圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒ガスｒは、オイルセパレータ８４で潤滑油ｏを除去し、凝縮器８８、受液器９０、膨脹弁９２、及び蒸発器９４の順に回り、スクロール圧縮機１０の吸入管２９から密閉容器の下部密閉空間ｓ２に吸入される。
【００４９】
オイルセパレータ８４とスクロール圧縮機１０の吸入管２９との間は、絞り弁８６が設けられた油戻し管８５が接続されている。密閉容器内の下部密閉空間ｓ２は低圧であるので、オイルセパレータ８４で分離された高圧の潤滑油は、下部密閉空間ｓ２とオイルセパレータ８４との圧力差によって、油戻し管８５及び吸入管２９を通り、下部密閉空間ｓ２に戻される。油戻し管８５は絞り弁８６を境にして、オイルセパレータ８４側が高圧となり、下部密閉空間ｓ２側が低圧となる。
【００５０】
かかる構成において、電動機３２の出力軸４２が回転すると、旋回スクロール２４が公転運動を行い、吸入口２６から冷媒ガスｒを吸入する。圧縮空間ｃに吸入された冷媒ガスｒは、圧縮空間ｃで圧縮され、高圧となって、吐出管２８から冷媒循環路８２に吐出される。同時に、スクロール圧縮機１０の作動によって、吸入管２９から低圧の冷媒ガスｒが下部密閉空間ｓ２に吸入される。
【００５１】
下部密閉空間ｓ２に吸入された低圧の冷媒ガスｒは、電動機３２及びその他の構成機器類を冷却し、ガス通路７２を通って上部密閉空間ｓ１に達する。上部密閉空間ｓ１に達した冷媒ガスｒは、吸入口２６から圧縮空間ｃに吸入される。冷媒ガスｒに混入している潤滑油は、この間に分離され、下部のオイル溜りに回収される。
中間圧室６２には、吸入圧と吐出圧との中間圧となった圧縮空間ｃから冷媒ガスｒが流入し、中間圧雰囲気を形成する。これによって、圧縮空間ｃから旋回スクロール２４に負荷されるスラスト荷重を減殺している。
【００５２】
また、出力軸４２の回転によってオイルポンプ５２が作動し、オイル溜りに溜まった潤滑油ｏを出力軸４２の上端まで汲み上げる。汲み上げられた潤滑油ｏは、給油孔６８を通り、旋回スクロール２４の背面２４ｃと平坦面２２ａ間の摺接面に供給される。該摺接面は旋回スクロール２４に作用するスラスト荷重で気密に保持されるが、該摺接面に供給される潤滑油ｏにより、摩擦力が低減され、摩耗や焼付きを防ぐことができる。
【００５３】
本実施形態によれば、このように、吸入管２９から吸入した低圧低温の冷媒ガスｒで電動機３２等の機器を冷却するようにしているため、冷却効果を向上できる。また、下部密閉空間ｓ２を低圧雰囲気としているので、オイル溜りに貯留された潤滑油ｏへの冷媒ガスｒの溶け込みを減少できる。そのため、潤滑油の粘度低下を防止し、軸受負荷能力を維持させることができる。
【００５４】
また、低温の冷媒ガスを密閉容器に導入しているので、電動機３２の巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化を防止できる。従って、冷媒液を下部密閉空間ｓ２に噴射する液インジェクションを行なう必要がない。
また、密閉容器内を高圧雰囲気とする必要がないため、密閉容器の耐圧強度を低減できると共に、密閉容器の隔壁を簡素化できるため、密閉容器の外部にオイルヒータやオイルクーラを増設するのが容易になる。
【００５５】
また、旋回スクロール２４が受ける圧縮空間ｃからのスラスト荷重を主フレーム１８で受けるようにしたので、中間圧室６２の形成領域を除き、中間圧室６２の外側及び内側に形成される広い支持面でスラスト荷重を受けることができる。そのため、単位面積当りの荷重を低減でき、旋回スクロール２４を主フレーム１８で安定して支持できる。また、中間圧室６２の位置を変えることで、任意の領域に支持面を形成できる。
【００５６】
また、旋回スクロール２４と主フレーム１８の摺接面に、給油孔６８から潤滑油を供給するようにしたので、該摺接面の摩耗や焼付きをなくし、電動機３２の動力低減を可能とする。また、該摺接面で気密が保持されるため、該摺接面のシール装置が不要になり、低コストとなる。
【００５７】
また、密閉容器内は低圧雰囲気となっているため、オイルセパレータ８４との差圧により潤滑油の戻りが容易になる。そのため、返油のための特別な装置が不要になる。
また、中間圧室６２を設け、旋回スクロール２４の背面２４ｃ側に中間圧を形成したので、圧縮空間ｃから旋回スクロール２４に加わるスラスト荷重を減殺できると共に、旋回スクロール２６の主フレーム１８からの浮き上がりを防止できる。
【００５８】
これによって、スクロール圧縮機１０の挙動を安定させ、スクロール圧縮機１０とその支持機構との間に摩耗や焼付きをなくし、かつスクロール圧縮機１０を駆動する電動機３２の動力を低減できる。なお、連通孔６６に圧力差で作動する制御弁等を設けるようにすれば、常に最適な中間圧を設定できるようになる。
【００５９】
さらに、冷媒が、圧縮による温度上昇が特に大きいアンモニアであっても、密閉容器内への液インジェクションを行なう必要がなく、かつモータ巻き線の焼損や潤滑油の熱劣化が起こらない。
なお、冷媒ガスｒとしてＣＯ２を用い、ヒートポンプサイクルを形成して給湯を可能にしたヒートポンプサイクル装置に本発明装置を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、密閉容器内に設けられたスクロール圧縮機の冷却効果を高めて、潤滑油の劣化や構成機器の熱損傷を防止できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ スクロール圧縮機
１２ 胴筒
１４ 上キャップ
１６ 下キャップ
１８ 主フレーム
２０ 固定スクロール
２２ 凹部
２２ａ 平坦面
２４ 旋回スクロール
２６ 吸入口
２８ 吐出管
３０ サブフレーム
３２ 電動機
３４ モータフレーム
３６ モータステータ
３８ モータコイル
４０ モータロータ
４２ 出力軸
４２ａ 上端
４４ 主軸受
４６ 下軸受
４８ 上バランサ
５０ 下バランサ
５２ オイルポンプ
５４ オイル吸入管
５６ オイル供給孔
５８ 旋回軸受ブッシュ
６０ ボス部
６２ 中間圧室
６４ オルダムリング
６６ 連通孔
６８ 給油孔
７０ プラグ
７２ ガス通路
７４ チップシール
８０ 冷凍装置
８２ 冷媒循環路
８４ オイルセパレータ
８５ 油戻し管
８６ 絞り弁
８８ 凝縮器
９０ 受液器
９２ 膨脹弁
９４ 蒸発器
ａ 軸方向隙間
ｃ 圧縮空間
ｏ 潤滑油
ｒ 冷媒ガス
ｓ１ 上部密閉空間
ｓ２ 下部密閉空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれたスクロール圧縮機において、
スクロール圧縮機本体及び電動機を含む構成機器が密閉容器内に収容され、該密閉容器に設けられた低圧冷媒ガスの吸入口と、該吸入口から密閉容器内に吸入された低圧冷媒ガスが密閉容器内を循環するように形成された低圧冷媒ガスの流通路と、固定スクロールの外周側壁に穿設され冷媒ガスを旋回スクロール及び固定スクロールで形成される圧縮空間に吸入する吸入孔と、該圧縮空間で加圧された高圧冷媒ガスを圧縮空間から密閉容器外に吐出する吐出管と、を備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記密閉容器の内面に固着され、旋回スクロールの鏡板の背面が摺接する平坦面を有し、該平坦面を介して旋回スクロールを旋回可能に支持する主支持フレームと、
旋回スクロールの鏡板に穿設されると共に、旋回スクロールの鏡板と主支持フレームとの摺接面に開口し、前記電動機の出力軸に穿設された潤滑油導通孔から供給される潤滑油を該摺接面に供給する給油孔と、を備えてい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】
前記密閉容器の外部で前記吐出管に介設されたオイルセパレータと、該オイルセパレータと前記吸入口とを接続する油戻し管と、該油戻し管に設けられた絞り機構と、を備え、
オイルセパレータの潤滑油を該絞り機構を経て前記密閉容器に戻すように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮空間で形成される冷媒の最大圧力と最小圧力との間の中間圧力を形成する圧縮空間と旋回スクロールの鏡板を介して対面する位置に設けられた中間圧室と、該圧縮空間と中間圧室とを連通させる中間圧取出し孔とを、備え、
中間圧力を有する冷媒を該中間圧取出し孔を介して中間圧室に導入するように構成したことを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記冷媒がアンモニアであり、前記ヒートポンプサイクル装置が冷凍サイクルを構成した冷凍装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項１】
冷媒を圧縮又は減圧して熱の授受を行なうヒートポンプサイクル装置に組み込まれたスクロール圧縮機において、
スクロール圧縮機本体及び電動機を含む構成機器が密閉容器内に収容され、該密閉容器に設けられた低圧冷媒ガスの吸入口と、該吸入口から密閉容器内に吸入された低圧冷媒ガスが密閉容器内を循環するように形成された低圧冷媒ガスの流通路と、固定スクロールの外周側壁に穿設され冷媒ガスを旋回スクロール及び固定スクロールで形成される圧縮空間に吸入する吸入孔と、該圧縮空間で加圧された高圧冷媒ガスを圧縮空間から密閉容器外に吐出する吐出管と、を備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記密閉容器の内面に固着され、旋回スクロールの鏡板の背面が摺接する平坦面を有し、該平坦面を介して旋回スクロールを旋回可能に支持する主支持フレームと、
旋回スクロールの鏡板に穿設されると共に、旋回スクロールの鏡板と主支持フレームとの摺接面に開口し、前記電動機の出力軸に穿設された潤滑油導通孔から供給される潤滑油を該摺接面に供給する給油孔と、を備えてい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】
前記密閉容器の外部で前記吐出管に介設されたオイルセパレータと、該オイルセパレータと前記吸入口とを接続する油戻し管と、該油戻し管に設けられた絞り機構と、を備え、
オイルセパレータの潤滑油を該絞り機構を経て前記密閉容器に戻すように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮空間で形成される冷媒の最大圧力と最小圧力との間の中間圧力を形成する圧縮空間と旋回スクロールの鏡板を介して対面する位置に設けられた中間圧室と、該圧縮空間と中間圧室とを連通させる中間圧取出し孔とを、備え、
中間圧力を有する冷媒を該中間圧取出し孔を介して中間圧室に導入するように構成したことを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記冷媒がアンモニアであり、前記ヒートポンプサイクル装置が冷凍サイクルを構成した冷凍装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のスクロール圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２３１６５３（Ｐ２０１１−２３１６５３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０１４９７（Ｐ２０１０−１０１４９７）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
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