JP2003294325A - 圧縮機設備 - Google Patents

圧縮機設備

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JP2003294325A JP2002361689A JP2002361689A JP2003294325A JP 2003294325 A JP2003294325 A JP 2003294325A JP 2002361689 A JP2002361689 A JP 2002361689A JP 2002361689 A JP2002361689 A JP 2002361689A JP 2003294325 A JP2003294325 A JP 2003294325A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機を冷却することにより、圧縮機の性能
および潤滑が低下し且つ圧縮機にダメージが与えられる
ことを防止する。 【解決手段】 冷凍回路には、閉回路内で連結したスク
ロール式圧縮機、凝縮器および蒸発器が含まれている。
液体注入システムは、冷凍回路から液体冷媒を取り出
し、これを圧縮機に導く吸引ラインに注入して冷凍回路
において冷媒を冷却する。電子制御ユニットは、吐出ガ
ス温度センサから受け取った温度読み取りに基づいて制
御可能バルブを操作する。制御可能バルブは、電子膨張
バルブまたはソレノイドバルブであればよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通常、スクロール
式機械に関する。詳言すれば、本発明は、温度限界を越
えると流体を圧縮機の吸引ラインに注入する流体注入シ
ステムを組み込んだ気密のスクロール式圧縮機に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】冷凍空調システムは、通常、圧縮機、凝
縮器、膨張バルブまたは同等物および蒸発器を有してい
る。これらの構成部品は、連続的な流路において順番に
連結されている。作動流体は、そのシステムを通って流
れ、液体相と蒸気または気体相とを交互に繰り返す。
【０００３】 種々の圧縮機タイプが冷凍空調システム
に用いられ、往復式圧縮機に限定されることなく、スク
リュー式圧縮機および回転圧縮機が含まれている。回転
式圧縮機は、スクロール式圧縮機と同じくベーン型圧縮
機を包含することができる。スクロール式機械つまりス
クロール式圧縮機は２台のスクロール部材を用いて構成
され、各スクロール部材は端板部と螺旋状ラップ部とを
有する。スクロール部材は、互いに対して相対的な旋回
運動でかみ合わさるように設置されている。この旋回運
動の間に、螺旋状ラップ部は、連続した一連の密封空間
または三日月形のポケットを規定し、該密封空間のおの
おのが、比較的低い吸引圧力の放射方向外方位置から比
較的高い吐出圧力の中央位置まで内方へ移動すると寸法
が次第に減少する。圧搾された気体は、中央位置の密封
空間から、一方のスクロール部材の端板部を通して形成
された吐出通路を通って出て行く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】標準の冷凍サイクルに
おいて、蒸気は、より高い圧力に圧搾する圧縮機の中に
引き込まれる。圧搾された蒸気は冷却され、凝縮器で高
圧液体に凝縮され、ついでその高圧液体は典型的には膨
張バルブを通ってより低い圧力に膨張され、蒸発器で蒸
発させて熱を吸い込み、それによって所望の冷却効果を
得る。蒸発器を出て行く膨張した比較的低圧の蒸気は、
再び圧縮機の中に引き込まれ、新たに循環を開始する。
より低圧の蒸気を圧搾する作用によってより高圧の蒸気
にする仕事をもたらし、且つ蒸気温度を著しく高めるこ
とになる。この熱の大部分は圧縮工程および蒸発工程で
生じ、続いて凝縮工程時に大気に戻されないので、その
熱の一部は圧縮機の部品へ移動する。圧搾された所定の
冷媒蒸気および運転時の圧力条件によって、この熱移動
が圧縮機の過熱になりうるレベルまで圧縮機の部品の温
度を上昇させ、圧縮機の性能および潤滑を低下させ且つ
圧縮機にダメージを与える結果になる。
【０００５】 過熱の問題を克服するために、種々の方
法が、スクロール式圧縮機の密封ポケットの中へ圧力下
の気体または液体冷媒を注入するために開発されてい
る。公知の先行技術の一つである冷凍サイクルから密封
ポケットの中へ液体冷媒を注入する方法は、スクロール
部材の一つによって規定された吸引口と一直線に位置す
る開口を有する注入継手を用いて、液体冷媒を注入する
ものである。注入した液体は、圧搾気体を冷却するため
に密閉ポケットの中へ吸引される。この方法は、本出願
人所有の米国特許第５０７６０６７号に開示されてお
り、その記載を参照のために本明細書に加入している。
他の公知の先行技術である液体注入方法は、１または２
以上の密閉ポケットと連通する中間加圧バイアス室を経
て、冷凍サイクルから直接１または２以上の密閉ポケッ
トの中へ液体冷媒を注入するものである。注入した液体
は、密閉ポケット中で圧搾気体を冷却する。この方法
は、本出願人所有の米国特許第５３２９７８８号および
第５４４７４２０号に開示されており、それらの記載を
参照のために本明細書に加入している。別の公知の先行
技術である液体注入方法は、スクロール部材の一つおよ
び開口を通して１または２以上の密閉ポケットへ延設す
る通路を経て、スクロール部材の中央部分に可能な限り
密接させるかまたは実際の吐出口に可能な限り密接させ
た位置で、冷凍サイクルから直接１または２以上の密閉
ポケットの中へ液体冷媒を注入するものである。この方
法は、本出願人所有の米国特許第５４６９８１６号に開
示されており、その記載を参照のために本明細書に加入
している。
【０００６】 これら先行技術のシステムには、冷凍圧
縮機では首尾よく働いても、それぞれ利点および欠点が
現れている。スクロール部材の吸引口への注入は単純で
あるが、気密外殻を通して延設する追加の継手を必要と
する。１または２以上の密閉ポケットの中へ直接注入す
るシステムは、温度をいっそう精確に制御できるけれど
も、スクロール式圧縮機の気密外殻を通して延設する追
加の継手が必要となるとともに、スクロール部材の機械
仕上げを追加することが必要となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧搾気体の温
度を下げるために、スクロール部材で形成したポケット
の中へ液体冷媒を注入するための単純で有効な方法を提
供することによってこれらの欠点を克服している。本発
明は、吐出ガスの温度を感知するために気密外殻の頂部
キャップに温度感知装置を使用している。吐出ガス温度
が所定の限界を越えると、電子制御部材が、スクロール
式圧縮機の吸引ラインへ所定量の液体冷媒を注入するた
めに装置を開く。この注入装置は、電子膨張バルブ、パ
ルシング（パルス幅変調）バルブ、または流通路の制御
可能な開口を有する他の公知の方法であればよい。本発
明の方法は、スクロール式圧縮機および冷凍システムの
簡単な変形だけを必要とする効果的な低コストの液体注
入システムを提供するものである。
【０００８】 本発明の適用可能性に関するその他の領
域は、以下に示す詳細な説明から明らかになるであろ
う。詳細な説明および特定の実施例は、本発明の好適な
具体例を示すものであるが、単に例示を目的とするため
のものであって、本発明の範囲を限定する意図のないこ
とが理解されるべきである。
【０００９】 本発明は、詳細な説明および添付図面か
らいっそう十分に理解できるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】好適な具体例に関する以下の記載
は単なる例示であって、本発明、その応用または利用を
限定することを意図するものではない。
【００１１】 同様の参照番号がいくつかの図について
同じまたは対応する部品を示している図面を参照する
と、図１においてスクロール式圧縮機を示し、該圧縮機
には本発明に係る液体注入システムを組み入れ且つ一般
に参照番号１０で示している。
【００１２】 スクロール式圧縮機１０は通常円筒形の
気密外殻１２を備え、該外殻の上端にはキャップ１４を
溶接しており、且つ下端には一体形成された複数の据付
け脚（図示しない）を有する基台１６を溶接している。
キャップ１４には、冷媒吐出継手１８を設け、該継手は
その内部に通常の吐出バルブ（図示しない）を有する。
気密外殻１２に付設した他の主な構成要素には、キャッ
プ１４と同一の点で気密外殻１２に外周端を溶接された
横向きの仕切り板２０と、入口継手２２と、気密外殻１
２に対して適宜の方法で固着された主軸受ハウジング２
４と、気密外殻１２に対して適宜の方法で固着された複
数の放射状外方延接の脚部を有する下部軸受ハウジング
２６とが含まれる。一般に横断面が四角形であるが丸コ
ーナー部を有するモータ固定子２８は、気密外殻１２の
中に圧着取り付けしている。固定子２８における丸コー
ナー部間の平坦部が、固定子２８と外殻１２との間に通
路を形成し、該通路は気密外殻１２の頂部から底部への
潤滑剤の還元流れを促進する。
【００１３】 上端で偏心するクランクピン３２を有す
る駆動軸ないしクランク軸３０は、主軸受ハウジング２
４中のベアリング３４および下部軸受ハウジング２６中
のベアリング３６で回転自在に支承している。クランク
軸３０はその下端部に比較的大径の同心の穴３８を有
し、該穴は、クランク軸３０の上端まで上方に延設し且
つ放射方向外方に位置させた小径の穴４０と連通させ
る。穴３８内にはスターラ４２を配置する。内側の気密
外殻１２の下方部には潤滑油を満たし、穴３８，４０は
ポンプとして働いてクランク軸３０の上方まで潤滑油を
汲上げ、最終的には潤滑を必要とするスクロール式圧縮
機１０の種々の部分の全てに対して潤滑油を供給する。
【００１４】 クランク軸３０は、貫通する巻線４４を
有するモータ固定子２８と、クランク軸３０上に圧嵌め
され且つ上下の釣合い重り４８，５０を有するモータ回
転子４６とを備える電動モータによって回転自在に駆動
される。一般タイプのモータプロテクタ５２は、モータ
巻線４４と隣接して設置され、モータがその正常温度範
囲を超えたならば、モータプロテクタ５２がモータを停
止する。
【００１５】 主軸受ハウジング２４の上方面は、旋回
スクロール部材５６を配置する環状で平坦なスラスト軸
受表面５４を備えている。スクロール部材５６は、その
上方面に通常の螺旋状弁体またはラップ部６０と、その
下方面に環状で平坦なスラスト表面６２とを有する端板
部５８からなる。ジャーナル軸受６６を内部に有する円
筒形のハブ６４は、下端面から下方向きに突出させてお
り、該ハブの中に中ぐり部を有する駆動ブッシュ６８を
回転可能に配置し、該中ぐり部の中にクランクピン３２
を駆動可能に配置する。クランクピン３２は、駆動ブッ
シュ６８の中ぐり部の一部において、平坦面と駆動可能
に係合する平坦面（図示しない）を一表面上に有し、本
出願人所有の米国特許第４８７７３８２号に記載された
ような放射方向で融通性を有する駆動機構を提供してお
り、参照のために同特許の記載を本明細書に加入する。
【００１６】 ラップ部６０は、非旋回スクロール部材
７４の一部を形成する非旋回スクロールラップ部７２と
かみ合う。非旋回スクロール部材７４に対する旋回スク
ロール部材５６の旋回運動の間に流体の可動ポケットを
造り出し、該ポケットは、スクロール部材５６，７４の
放射方向の外方位置から中心位置まで移動するにつれて
圧搾される。非旋回スクロール部材７４は、該部材の限
定的な軸方向運動を与える所望の方法で主軸受ハウジン
グ２４に取り付けられている。このような取り付けの特
有の方法は本発明にとって重要ではない。
【００１７】 非旋回スクロール部材７４は、中心に配
置の吐出ポート７６を有し、該吐出ポートは仕切り板２
０の開口７８を経て、キャップ１４と仕切り板２０とに
よって区画形成された吐出消音室８０と流体連通させ
る。スクロールラップ部６０，７２間の可動ポケットで
圧搾された流体は、吐出ポート７６および開口７８を通
って吐出消音室８０の中に吐出する。非旋回スクロール
部材７４は、その上端面において平行の同軸側壁を持つ
環状凹み８２を有し、該環状凹み内には相対的な軸方向
移動のために環状シール組立体８４を密封配置し、該シ
ール組立体は、凹み８２が通路８６によって中間の流体
圧力源と流体連通できるように該凹みの底部を隔離する
のに役立つ。したがって、非旋回スクロール部材７４
は、該非旋回スクロール部材の中心部に作用する吐出圧
力によって生じた力と、凹み８２の底部に作用する中間
の流体圧力によって生じた力とにより、旋回スクロール
部材５６に対して軸方向に偏向している。この軸方向の
圧力偏向は、限定的な軸方向運動のために非旋回スクロ
ール部材７４を支える種々の技術とともに、本出願人所
有の前記米国特許第４８７７３８２号にいっそう詳細に
記載されている。
【００１８】 スクロール部材５６，７４の相対的回転
は通常のオルダム継手９９によって阻止され、該オルダ
ム継手は、非旋回スクロール部材７４の直径方向の対向
スロット内に摺動可能に配置された１対のキーと、旋回
スクロール部材５６の直径方向の対向スロット内に摺動
可能に配置された１対の第２キーとを有する。
【００１９】 圧縮機１０は、吸引ガス受入れ気密外殻
１２がモータの冷却を一部支援することを可能とする
「低側壁」タイプであると好ましい。帰還吸引ガスの十
分な流れがある限り、モータは所望の温度限界内のまま
である。しかしながら、この流れが止まると、冷却不足
によってモータプロテクタ５２が始動して圧縮機１０を
閉鎖するであろう。
【００２０】 広範に記載されたスクロール式圧縮機
は、当業界で公知であるかまたは出願人が譲り受けた他
の出願中の特許出願の主題のいずれかである。本発明の
原理を組み込んだ構成の細目は、図２で説明され且つ一
般に参照番号１００で示される独自の流体注入システム
を扱う細目である。流体注入システム１００は、冷却の
ために液体冷媒を注入するために用いられる。
【００２１】 液体注入システム１００は、冷凍回路１
０２と組み合わせて示している。冷凍回路１０２は圧縮
機１０およびガス吐出ライン１０４からなり、該吐出ラ
インは高圧冷媒を凝縮器１０６に供給するために吐出継
手１８と連結している。液体導管１０８は凝縮器１０６
から延設し、標準流れライン１１０および液体注入ライ
ン１１２に分岐する。冷凍回路１０２の通常運転を完結
すると、ライン１１０が比較的高圧の凝縮液体冷媒を膨
張バルブ１１４に送り、該膨張バルブで該液体冷媒を比
較的低圧の液体および蒸気へ膨張させる。流体ライン１
１６は、低圧の液体および蒸気を蒸発器１１８に送り、
該蒸発器で液体を蒸発させ、それによって熱を吸収させ
且つ所望の冷却効果を得る。最後に、吸引ライン１２０
の帰還ガスラインが、低圧の冷媒蒸気を蒸発器１１８か
ら圧縮機１０の吸引口継手２２へ送り出す。
【００２２】 圧縮機１０の冷却を得るために、液体注
入ライン１１２が働いて、比較的高圧の液体冷媒の一部
を冷凍回路１０２から抽出する。リストリクタ１２２
は、高負荷運転のもとで抽出液体量を圧縮機１０を冷却
するのに適した量まで絞るために設置する。好適な具体
例において、リストリクタ１２２は、校正済みの毛細管
である。しかしながら、リストリクタ１２２は、校正し
たオリフィス、つまり当業界で公知である他の絞りに関
して調整可能なネジ型の絞りでもよいことが理解される
べきである。この抽出液体は、流体ライン１２４によっ
て電子膨張バルブ１２６を経て吸引ライン１２０に送ら
れ、該吸引ラインにおいてその液体は冷却を達成するた
めに吸引口継手２２を経て圧縮機１０中へ注入される。
バルブ１２６は、電子制御ユニット１２８によって調整
され、該ユニットはバルブ１２６と頂部キャップ１４に
取り付けた温度センサ１３０とを連絡している。温度セ
ンサ１３０は、頂部キャップ１４に付設するように図示
されているが、本発明の範囲内で、ガス吐出ライン１０
４に位置させた温度センサ１３０'のような当業界で公
知の他の温度感知装置を用いてもよい。予定の限界を越
える温度を感知すると、制御ユニット１２８は電子膨張
バルブ１２６を開いて所定量の液体冷媒を冷凍回路１０
２の吸引ライン１２０に注入する。注入される液体冷媒
の量は、電子膨張バルブ１２６の開口によって制御され
る。電子膨張バルブ１２６をさらに開けば、さらに多く
の液体冷媒が注入される。電子制御ユニット１２８と協
働する温度センサ１３０は吐出温度を監視し、吐出温度
を許容限界内に戻すようにバルブ１２６を制御する。
【００２３】 したがって、本発明は、低コストで能率
的であり、且つ圧縮機自体には大幅な変更を行うことな
しに冷凍システムに組み込むことができる独自の液体注
入システムを提供するものである。
【００２４】 ついで図３を参照すると、本発明の他の
具体例に係る液体注入システム２００を示している。液
体注入システム２００もまた冷凍回路１０２と組み合わ
せて示している。冷凍回路１０２は、圧縮機１０、吐出
継手１８に連結したガス吐出ライン１０４、凝縮器１０
６、液体導管１０８，標準流れライン１１０、液体注入
ライン１１２，膨張バルブ１１４、流体ライン１１６、
蒸発器１１８、および吸引口継手２２に連結した吸引ラ
イン１２０における帰還ガスラインとからなる。
【００２５】 液体注入ライン１１２が働いて、比較的
高圧の液体冷媒の一部を冷凍回路１０２から抽出する。
リストリクタ１２２は、高負荷運転のもとで抽出液体の
量を圧縮機１０を冷却するのに適した量に絞るために設
置している。ついで、抽出液体は、流体ライン１２４に
よってパルス幅変調ソレノイドバルブ２２６を経て吸引
ライン１２０に送られ、該吸引ラインにおいてその液体
は吸引口継手２２を経て圧縮機１０中に注入されて冷却
を達成する。したがって、液体注入システム２００は、
電子膨張バルブ１２６をパルス幅変調ソレノイドバルブ
２２６に交換することを除いて液体注入システム１００
と同一である。ソレノイドバルブ２２６は、電子制御ユ
ニット１２８によって制御され、該制御ユニットが、ソ
レノイドバルブ２２６と頂部キャップ１４に取り付けた
温度センサ１３０またはガス吐出ライン１０４に取り付
けた温度センサ１３０'とを連絡している。予定の限界
を越える温度を感知すると、電子制御ユニット１２８が
パルス幅変調信号をソレノイドバルブ２２６に送り、所
定の量の液体冷媒を冷凍回路１０２の吸引ライン１２０
に注入する。注入される液体冷媒の量は、ソレノイドバ
ルブ２２６の開口時間を制御するパルス幅変調信号によ
って調整される。電子制御ユニット１２８と協働する温
度センサ１３０は吐出温度を監視し、且つ吐出温度が許
容限界に戻るようにソレノイドバルブ２２６を制御す
る。
【００２６】 図２および図３は、それぞれ電子膨張バ
ルブ１２６およびソレノイドバルブ２２６を示している
が、本発明の範囲内で、所望するならばバルブ１２６ま
たはソレノイドバルブ２２６に代えて他の公知のタイプ
の制御可能バルブを使用することができる。
【００２７】 本発明の記載は単に説明するためのもの
であるから、本発明の要旨から逸脱しない変形例は本発
明の範囲内にあることを意味している。このような変形
例は、本発明の精神および範囲から逸脱しているとみな
すことはできない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る液体注入システムに組み込むス
クロール式圧縮機の縦断面図である。
【図２】 本発明に係る液体注入システムに組み込む冷
凍システムの概略説明図である。
【図３】 本発明の他の具体例に係る液体注入システム
に組み込む冷凍システムの概略説明図である。
【符号の説明】
１０ スクロール式圧縮機 １２ 気密外殻 １４ 頂部キャップ １８ 冷媒吐出継手 ２０ 仕切り板 ２２ 吸引口継手 ２４ 主軸受ハウジング ２６ 下部軸受ハウジング ２８ モータ固定子 ３０ クランク軸 ３２ クランクピン ４２ スターラ ４４ 巻線 ４６ モータ回転子 ５２ モータプロテクタ ５６ 旋回スクロール部材 ５８ 端板部 ６０，７２ ラップ部 ６４ ハブ ７４ 非旋回スクロール部材 ７６ 吐出ポート １００，２００ 液体注入システム １０２ 冷凍回路 １０４ ガス吐出ライン １０６ 凝縮器 １０８ 液体導管 １１０ 標準流れライン １１２ 液体注入ライン １１４ 膨張バルブ １１６ 流体ライン １１８ 蒸発器 １２０ 吸引ライン １２２ リストリクタ １２４ 流体ライン １２６ 電子膨張バルブ １２８ 電子制御ユニット １３０ 温度センサ ２２６ ソレノイドバルブ
フロントページの続き (72)発明者 サイモン ワイ ワン 中華人民共和国、ホンコン、パーキンス ロード 33、キャベンディッシュ ハイ ツ、アパートメント １−１Ａ (72)発明者 ウェイン アール ベリー 中華人民共和国、ホンコン、ハーバー ロ ード １、コンベンション プラザ、アパ ートメント 1701 Ｆターム(参考） 3H003 AA05 AC03 BE02 BE09 3H029 AA02 AA14 AB03 BB12 CC46 CC48 CC57 CC87 3H039 AA03 AA04 BB13 CC40 CC47

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸引口および吐出口を形成している外殻
    と、 前記吸引口から流体を受け取り且つ前記流体を吸引圧力
    から吐出圧力まで圧搾する前記外殻内に配置した圧縮機
    と、 前記吐出口と前記吸引口との間に配設する冷凍回路であ
    って、前記吸引口と連絡する吸引流体ラインを含む冷凍
    回路と、 液体冷媒を前記吸引流体ラインに注入するために前記冷
    凍回路の付設点と前記吸引流体ラインとの間に配設する
    液体注入回路とを備える圧縮機設備。
  2. 【請求項２】 吸引口および吐出口を形成している外殻
    と、 前記外殻内に配置され且つ第１端板部から延設する第１
    スクロールラップ部を有する第１スクロール部材と、 前記外殻内に配置され且つ第２端板部から延設する第２
    スクロールラップ部を有する第２スクロール部材であっ
    て、前記第２スクロールラップ部が複数の閉鎖ポケット
    を規定するために前記第１スクロールラップ部とかみ合
    う第２スクロール部材と、 前記第２スクロール部材を前記第１スクロール部材に対
    して旋回させるための駆動機構であって、複数の前記ポ
    ケットが前記吸引口と連通する放射方向で外側の位置か
    ら吐出口と連通する中央位置まで移動する駆動機構と、 前記吐出口と前記吸引口との間に配設する冷凍回路であ
    って、前記吸引口と連通する吸引流体ラインを含む冷凍
    回路と、 液体冷媒を前記吸引流体ラインに注入するために前記冷
    凍回路の付設点と吸引流体ラインとの間に配設する液体
    注入回路とを備えるスクロール式圧縮機設備。
  3. 【請求項３】 前記液体注入回路が、前記外殻の外側の
    場所で前記吸引流体ラインと連結する請求項１または２
    記載の圧縮機設備。
  4. 【請求項４】 前記液体注入回路がさらに、 前記吐出圧力で前記吐出口に供給されるガスの温度を監
    視するための温度センサと、 前記吸引流体ラインまでの前記液体冷媒の流れを調整す
    るための制御可能バルブと、 前記温度センサと前記制御可能バルブとを連絡する電子
    制御部材であって、前記温度センサの温度読み取りに基
    づいて前記制御可能バルブを開口する電子制御部材とを
    備える請求１，２または３記載の圧縮機設備。
  5. 【請求項５】 前記制御可能バルブが電子膨張バルブで
    ある請求項４記載の圧縮機設備。
  6. 【請求項６】 前記制御可能バルブがソレノイドバルブ
    である請求項４記載の圧縮機設備。
  7. 【請求項７】 前記ソレノイドバルブがパルス幅変調部
    材によって制御される請求項６記載の圧縮機設備。
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