| 【発明の名称】 |
容積形圧縮機 |
| 【発明者】 |
【氏名】栗田 慎
【氏名】早瀬 功
【氏名】土屋 豪
【氏名】櫻井 和夫
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| 【要約】 |
【課題】容積形圧縮機において、安価な構成で、適正圧縮時の高性能を維持しつつ、不足圧縮時に吐出室側から作動室側への逆流を抑制して、性能向上させる共に、低振動化ならびに低騒音化が図ること。
【解決手段】吸込んだ作動流体を容積縮小して圧縮する作動室３１と、作動室３１で圧縮された作動流体を吐出する吐出室１６と、両者３１，１６を連通する吐出流路２ｆとを備えた容積形圧縮機において、作動室３１から吐出室１６へ向かう流路抵抗に比べて吐出室１６から作動室３１へ向かう流路抵抗を有する吐出流路２ｆとする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】吸込んだ作動流体を容積縮小して圧縮する作動室と、前記作動室で圧縮された作動流体を吐出する吐出室と、前記作動室と前記吐出室とを連通する吐出流路とを備え、前記吐出流路は、前記作動室から前記吐出室へ向かう流路抵抗に比べて前記吐出室から前記作動室へ向かう流路抵抗を大きく構成したことを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項２】吸込んだ作動流体を容積縮小して圧縮する作動室と、前記作動室で圧縮された作動流体を吐出する吐出室と、前記作動室と前記吐出室とを連通する吐出流路とを備え、前記吐出流路は、流通断面積の小さな作動室側の流通路と、流通断面積の大きな吐出室側の流通路とを有するように構成したことを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項３】吸込んだ作動流体を容積縮小して圧縮する作動室と、前記作動室で圧縮された作動流体を吐出する吐出室と、前記作動室と前記吐出室とを連通する吐出流路とを備え、前記吐出流路は、流通断面積の小さな作動室側の流通路と、流通断面積の大きな吐出室側の流通路とを有し、前記作動室側の流通路と前記と吐出室側の流通路とを接続する流路壁面を外方かつ作動室側に延びるように構成したことを特徴とする容積形圧縮機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容積形圧縮機に係わり、特に不足圧縮時に吐出室から作動室に逆流を生じるスクロール圧縮機等好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な容積形圧縮機は、作動室内に吸い込んだ作動流体を作動室容積を縮小することによって、要求されている吐出圧力まで圧縮する流体機械である。容積形圧縮機の運転時の吸込圧力に対する吐出圧力の比は運転圧力比と呼ばれ、圧縮機を設計する際に要求される圧力比は設計圧力比と呼ばれている。容積形圧縮機の吐出ポートは設計圧力比に達すると作動室と吐出室とを連通するよう開口して、作動室内の作動流体が吐出されるよう設計されている（従来技術１）。
【０００３】この従来技術１の容積形圧縮機の運転時の性能は運転圧力比と設計圧力比の関係によって異なる。運転圧力比と設計圧力比とがほぼ等しい圧力条件の場合は、適正圧縮と呼ばれており、吐出ポートに開口する直前の作動室内圧力は吐出室内圧力とほぼ同じ圧力まで高くなっている。この適性圧縮の場合には、作動室が吐出室と連通した直後、作動室内の作動流体は作動室容積変化に伴い緩やかに吐出室へ吐出される。また、運転圧力比が設計圧力比に比べて高い圧力条件の場合は、不足圧縮と呼ばれ、吐出ポートに開口する直前の作動室内圧力は吐出室内圧力と比べると低い。この不足圧縮の場合には、作動室が吐出室に連通した直後、低圧の作動室内と高圧の吐出室内の圧力差により吐出室から作動室へと作動流体は逆流し、作動室内圧力は急激に高くなる。この急激に高圧になった作動室内の作動流体は、摺動部の隙間から低圧側の作動室へ漏洩してゆき、圧縮動力が増加するため、不足圧縮時には性能が低下する。
【０００４】この不足圧縮時の性能低下を低減するための一つの手段として、例えば特開平５−１３３３５２号公報に記載されているように、吐出ポートの吐出室側に吐出弁を設けたものがある。これによれば、吐出ポート開口直前の作動室内圧力に比べて吐出室内圧力が高い不足圧縮時に、作動室が吐出ポートに開口しても吐出弁を開口させず、作動流体をさらに圧縮して吐出室内圧力に達した後に吐出弁を開口して作動流体を吐出室に吐出することができるものである（従来技術２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術２の容積形圧縮機は、可動部を有する吐出弁を備えるため、吐出弁の信頼性の維持、寿命の制限、コストアップなどの問題が生ずるとともに、吐出弁によって流路抵抗が増加するため、適正圧縮時に性能低下するといった問題も生ずるものであった。
【０００６】本発明の目的は、安価な構成で、適正圧縮時の高性能を維持しつつ、不足圧縮時に吐出室側から作動室側への逆流を抑制して、性能向上させることができると共に、低振動化ならびに低騒音化が図れる容積形圧縮機を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、吸込んだ作動流体を容積縮小して圧縮する作動室と、前記作動室で圧縮された作動流体を吐出する吐出室と、前記作動室と前記吐出室とを連通する吐出流路とを備え、前記吐出流路は、前記作動室から前記吐出室へ向かう流路抵抗に比べて前記吐出室から前記作動室へ向かう流路抵抗を大きく構成したことにある。
【０００８】本発明の第２の特徴は、吸込んだ作動流体を容積縮小して圧縮する作動室と、前記作動室で圧縮された作動流体を吐出する吐出室と、前記作動室と前記吐出室とを連通する吐出流路とを備え、前記吐出流路は、流通断面積の小さな作動室側の流通路と、流通断面積の大きな吐出室側の流通路とを有するように構成したことにある。
【０００９】本発明の第３の特徴は、吸込んだ作動流体を容積縮小して圧縮する作動室と、前記作動室で圧縮された作動流体を吐出する吐出室と、前記作動室と前記吐出室とを連通する吐出流路とを備え、前記吐出流路は、流通断面積の小さな作動室側の流通路と、流通断面積の大きな吐出室側の流通路とを有し、前記作動室側の流通路と前記と吐出室側の流通路とを接続する流路壁面を外方かつ作動室側に延びるように構成したことにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施例を図を用いて説明する。なお、第２実施例以降の実施例においては第１実施例と共通する構成を一部省略すると共に、重複する説明を省略する。各実施例の図における同一符号は同一物又は相当物を示す。
【００１１】まず、本発明の第1実施例の容積形圧縮機を図１から図３を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の容積形圧縮機を示す縦断面図、図２は図１の容積形圧縮機における吐出流路部の断面拡大図、図3は図1の容積形圧縮機における固定スクロールと旋回スクロールの一連の圧縮動作を説明する断面図である。なお、この第1実施例は容積形圧縮機としてスクロール圧縮機に本発明を適用したものである。
【００１２】この第１実施例におけるスクロール圧縮機２０の全体構成を図１を用いて説明する。
【００１３】スクロール圧縮機２０は密閉容器１内に圧縮機構部３０及び電動機部４０を収納して構成されている。
【００１４】圧縮機構部３０は、固定スクロール２と旋回スクロール３とフレーム７とオルダムリング９を備えている。固定スクロール２は、渦巻形に形成されたラップ２ａを鏡板２ｂから立設してラップ歯底２ｃ及びラップ歯先２ｄを有すると共に、フレーム７に固定されている。なお、フレーム７は密閉容器１に固定されている。また、固定スクロール２の中央部には、吐出ポート２ｅ及びそれに連なる吐出流路２ｆが形成されている。この吐出ポート２ｅ及び吐出流路２ｆについては、詳細を後述する。
【００１５】旋回スクロール３は、渦巻形に形成されたラップ３ａを鏡板３ｂに立設してラップ歯底３ｃ及びラップ歯先３ｄを有する。固定スクロール２及び旋回スクロール３は、それぞれのラップ２ａ，３ａが噛み合わされて作動室３１が形成される。この作動室３１の一連の変化については、詳細を後述する。
【００１６】電動機部４０は、ステータ１１とロータ１２とクランクシャフト１３とを備えている。ステータ１１は密閉容器１に固定され、ロータ１２はこのステータ１２内に回転可能に設けられている。クランクシャフト１３は、ロータ１３の中心部に固着され、その上部がフレーム７に設けられた主軸受け１８ａにより支持されると共に、偏心した上端部が旋回スクロール３を旋回軸受け１８ｂを介して旋回駆動するように連結されている。クランクシャフト１３の下端部には給油パイプ１４が取付けられている。この給油パイプ１４の下端は潤滑油を貯溜する密閉容器下部１０に延びている。また、クランクシャフト１３の中心部には給油穴１３ａが給油パイプ１４に連通して形成され、この給油穴１３ａを通して潤滑油が主軸受け１８ａ、旋回軸受け１８ｂ、及び固定スクロール２と旋回スクロール３との摺動部等に供給される。
【００１７】吸込パイプ５は、外部の冷凍サイクルに接続され、密閉容器１を貫通して固定スクロール２に至り、吸い込みポート１５に連通して設けられている。吐出パイプ６は、吐出室１６に連通して密閉容器１を貫通して外部の冷凍サイクルに接続されている。
【００１８】次に、第１実施例における固定スクロール２に設けられた吐出ポート２ｅ及び吐出流路２ｆの詳細について図２を用いて説明する。
【００１９】吐出流路２ｆは、作動室３１に開口した吐出ポート２ｅから第１吐出流路２ｆ１、第２吐出流路２ｆ２の順に形成されている。第１吐出流路２ｆ１は、吐出ポート２ｅから吐出室１６方向に延びる流路壁面Ｗ１により形成され、その直径がＤ１であり、その距離がＬ１である。第２吐出流路２ｆ２は、流路壁面Ｗ１から延びる半径方向壁面Ｗ２１とそれから延びる流路方向壁面Ｗ２２から成る流路壁面Ｗ２により形成されている。半径方向壁面Ｗ２１は、流路壁面Ｗ１から外方かつ作動室側へ延びており、その外径がＤ２であり、作動室側へ延びる距離がＬ２１である。流路方向壁面２２は、半径方向壁面Ｗ２１の外周端から吐出室１６側に延びており、その直径がＤ２であり、その距離がＬ２２である。この場合、Ｄ１＜Ｄ２である。
【００２０】このように、吐出通路２ｆは、第１吐出通路２ｆ１より拡大する第２吐出通路２ｆ２を有しているので、作動室３１から吐出室１６へ向かう流路抵抗に比べて吐出室１６から作動室３１に向かう流路抵抗が大きい吐出流路を構成することになる。
【００２１】なお、第１吐出流路２ｆ１の流路壁面Ｗ１及び第２吐出通路２ｆ２の流路方向壁面Ｗ２は、それぞれ一定の直径Ｄ１及びＤ２で形成されているが、次第に変化する直径であってもよい。また、固定スクロール２に吐出流路２ｆを設けているが、旋回スクロール３に設けた場合でも本発明を適用できる。
【００２２】次に、第１実施例における固定スクロール２と旋回スクロール３による圧縮動作を図３を用いて説明する。
【００２３】電動機部４０に通電してロータ１２を回転すると、クランクシャフト１３が回転して旋回スクロール３が旋回運動する。それに伴い、作動流体は吸込パイプ５から吸い込みポート１５に吸込まれ、固定スクロール２と旋回スクロール３とで形成される密閉空間となる作動室３１内へと吸い込まれる。この吸込行程が完了すると、この作動室３１は、図３（Ａ）に示すように、密閉された状態となり、旋回スクロール３の内側に形成される作動室３１ａと、旋回スクロール３の外側に形成される作動室３１ｂとが左右に形成される。さらに、旋回スクロール３が旋回運動することにより、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、左右に形成された作動室３１ａ，３１ｂの容積が減少するため、吸い込まれた作動流体は固定スクロール２中心方向へと送られながら圧縮されてゆく。旋回スクロール３の旋回運動が更に進むことにより、図３（Ｄ）に示す吐出開始の状態に至り、作動室３１ａ、３１ｂが吐出ポート２ｅに連通し、吐出行程を開始する。このこの吐出行程を終えた後に、図３（Ａ）の吸込完了の状態となり、圧縮動作が開始される。
【００２４】このような圧縮動作において、固定スクロールラップ２ａと旋回スクロールラップ３ａ間、固定スクロール歯先２ｄと旋回スクロール歯底３ｃ間、さらには固定スクロール歯底２ｃと旋回スクロール歯先３ｄ間には僅かな隙間が存在しており、その隙間のシールや摺動部の潤滑を目的として、潤滑油が常時供給されている。即ち、密閉容器下部１０に貯溜した潤滑油をクランクシャフト１３に固定した給油パイプ１４とクランクシャフト１３内部に設けた給油穴１３ａを経由させて、各軸受１８ａ、１８ｂ及び前記摺動部の隙間に供給している。しかし、作動流体は十分にシールされていない隙間を通り、高圧側の作動室から低圧側の作動室へと漏洩し、その分だけ入力動力を余分に必要とするため、性能が低下するので、この作動流体の漏洩量をできるだけ低減することが必要である。
【００２５】上述した図３（Ｄ）のように、容積縮小した作動室３１ａ，３１ｂが固定スクロール２の吐出ポート２ｅに連通すると、作動流体は、作動室３１内の圧力が吐出室１６内の圧力より高なれば、吐出流路２ｆを経由して吐出室１６へと吐出される。ここで、吐出ポート２ｅに開口する直前の作動室３１内の圧力と吐出室１６内の圧力の関係によって、作動室３１と吐出室１６とを連通する吐出流路２ｆ内部の流れの状態は異なる。吐出ポート２ｅに開口する直前の作動室３１内の圧力と吐出室１６内圧力とが、ほぼ同等である適正圧縮の場合には、作動流体は作動室３１の容積縮小変化に伴い、吐出室１６へ緩やかに吐出される。
【００２６】吐出ポート２ｅ開口直前の作動室３１内圧力が吐出室１６内の圧力より低い圧力条件である不足圧縮の場合には、作動室３１が吐出ポート２ｅに連通した直後に、吐出室１６内と作動室３１内の圧力差によって、適正圧縮時とは逆向きの吐出室１６から作動室３１への逆流が発生する。しかし、作動室３１から吐出室１６へ向かう流路抵抗に比べて吐出室１６から作動室３１に向かう流路抵抗が大きい吐出流路２ｆの構成となっているので、作動室３１内への逆流を抑制することができる。
【００２７】このように、本発明の実施例においては、吐出ポート２ｅ開口直後の作動室３１内の圧力の急激な上昇を緩和できるため、中央部の高圧側作動室３１から周辺部の低圧側作動室３１への内部漏洩を低減でき、性能向上を図ることができると共に、作動室３１内のガス圧変動が縮小するため、低振動化ならびに低騒音化が図れ、しかも、従来技術のように吐出弁を必要としないので、適正圧縮時の高性能を維持しつつ、不足圧縮時に性能向上させることができると共に、可動部となる吐出弁を必要としないためことにより信頼性を向上及びコスト低減を図ることができる。
【００２８】次に、本発明の第２実施例を図４を用いて説明する。図４は本発明の第２実施例における吐出流路部の断面図である。
【００２９】この第２実施例のものは、第１実施例のものと比較して、第１吐出流路２ｆ１の流路壁面Ｗ１の距離Ｌ１′を短くし、第２吐出流路２ｆ２の流路壁面Ｗ２の距離Ｌ２２′を長くした点にて相違している。このようにすることにより、作動室３１から吐出室１６へ向かう流路抵抗に比べて吐出室１６から作動室３１に向かう流路抵抗がより大きい吐出流路２ｆを構成することができる。
【００３０】次に、本発明の第３実施例を図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第３実施例に用いる流路部材の平面図、図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
【００３１】この第３実施例のものは、一般に用いられるスクロール圧縮機の固定スクロール２の吐出通路端面にブッシュ等の流路部材５０を付加したものである。この流路部材５０は、第１実施例の吐出流路２ｆと同じ吐出流路２ｆを有するものである。この第３実施例によれば、一般的なスクロール圧縮機の固定スクロールの設計を大きく変更せずに、第１実施例のものと同様な効果を得ることができる。
【００３２】次に、本発明の第４、第５、第６及び第７実施例を図７から図１０を用いて説明する。
【００３３】第４実施例のものは、図７に示すように、第１実施例のものと比較して、第２吐出流路２ｆ２に第３吐出流路２ｆ３を加えたものである。第３吐出流路２ｆ２は、流路壁面Ｗ２から延びる半径方向壁面Ｗ３１とそれから延びる流路方向壁面Ｗ３２から成る流路壁面Ｗ３により形成されている。半径方向壁面Ｗ３１は、流路壁面Ｗ２から外方かつ作動室側へ延びており、その外径がＤ３であり、作動室側へ延びる距離がＬ３１である。流路方向流路壁面３２は、半径方向壁面Ｗ３１の外周端から吐出室１６側に延びており、その直径がＤ３であり、その距離がＬ３２である。この場合、Ｄ２＜Ｄ３である。このようにすることにより、作動室３１から吐出室１６へ向かう流路抵抗に比べて吐出室１６から作動室３１に向かう流路抵抗がより大きい吐出流路２ｆを構成することができる。
【００３４】第５実施例のものは、図８に示すように、第１実施例のものに比較して、第２吐出通路２ｆ２を第１吐出通路２ｆ１に対して偏心して形成した点にて相違している。具体的には、第５実施例のものは、内径の異なる二種の吐出流路２ｆ１，２ｆ２が異なる中心軸を持つように配設された流路構造である。
【００３５】第６実施例のものは、図９に示すように、第５実施例のものに比較して、第２吐出通路２ｆ２にさらに偏心した第３吐出通路２ｆ３を形成した点にて相違している。この第３吐出通路２ｆ３は、第１吐出通路２ｆ１に対する第２吐出通路２ｆ２の偏心方向と同じ方向に偏心させたものである。
【００３６】第７実施例のものは、図１０に示すように、第６実施例のものに比較して、第３吐出通路２ｆ３を第２吐出通路２ｆ２の偏心方向と逆の方向に偏心して形成した点にて相違している。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、安価な構成で、適正圧縮時の高性能を維持しつつ、不足圧縮時に吐出室側から作動室側への逆流を抑制して、性能向上させることができると共に、低振動化ならびに低騒音化が図れる容積形圧縮機を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月９日（１９９９．１１．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２６６６（Ｐ２００１−１３２６６６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３１８７１７ |
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