JP2007064005A - スクロール圧縮機および空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 それぞれの端版23a,25aの一側面に渦巻き状の壁体23b,25bを立設させた固定スクロール23および旋回スクロール25が、互いに噛み合うことにより冷媒を圧縮する複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機であって、固定スクロール23の端板23aの一側面には段差部42が設けられるとともに、旋回スクロール25の壁体25bの上縁には、端板23aの段差部42に対応する段付部45が設けられ、冷媒を圧縮中の複数の圧縮室に、外部から供給された冷媒を供給する供給部17pが設けられ、少なくとも複数の圧縮室が離間した段差部42および段付部45を含む間に、供給部17pから冷媒が供給されることを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
これらロータリ圧縮機や、スクロール圧縮機を用いた冷凍サイクルを能力向上させる手法として、放熱器と吸熱器との間に2つの減圧器を備え、これら減圧器を用いて冷媒を2段膨張させ、一の減圧器を通過した後の中間圧を有する冷媒を圧縮機の圧縮行程に供給するガスインジェクション(エコノマイザーサイクル)が知られている。
そのため、スクロール圧縮機の一対の圧縮室に対して、冷媒を均一に供給するさまざまな技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この構成によれば、外部から冷媒を供給するインジェクション流路の数を1本にすることができる。そのため、複数のインジェクション流路を用いる場合と比較して、インジェクション流路とスクロール圧縮機の筐体との接触部等におけるシール箇所を減らすことができる。
本発明のスクロール圧縮機は、それぞれの端版の一側面に渦巻き状の壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いに噛み合うことにより冷媒を圧縮する複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機であって、前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方の端板の前記一側面には、その高さが前記壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外端側で低くなる段差部が設けられるとともに、前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方の壁体の上縁には、前記端板の段差部に対応し、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦の中心部側で低く外端側で高くなる段付部が設けられ、前記冷媒を圧縮中の前記複数の圧縮室に、外部から供給された冷媒を供給する供給部が設けられ、少なくとも前記複数の圧縮室が離間した前記段差部および前記段付部を含む間に、前記供給部から冷媒が供給されることを特徴とする。
これら段差部および段付部と接する複数の圧縮室は、段差部および段付部が離間している隙間を介して連通している。そのため、供給部が一箇所に設けられていても、上記隙間を介して、複数の圧縮室へ冷媒を供給できる。
上記接触部における段差部と段付部との接触は線接触であり、一側面における端板と壁体との接触は面接触であるため、供給部を上記接触部に設けることにより、壁体により冷媒供給が妨げられる期間が短くなるからである。
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図13を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る空気調和機を説明する概略図である。
空気調和機1は、図1に示すように、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機3と、圧縮された冷媒の熱を放熱させるコンデンサ(放熱器)5と、放熱された冷媒の圧力を減圧させる第1膨張弁(高圧側減圧部)7と、減圧された冷媒を気液分離するレシーバ9と、液冷媒をさらに減圧する第2膨張弁(低圧側減圧部)11と、減圧された液冷媒に熱を吸収させるエバポレータ(吸熱器)13と、から概略構成されている。
レシーバ9とスクロール圧縮機3との間には、レシーバ9において気液分離された気体冷媒をスクロール圧縮機3に供給するインジェクション流路(供給部)17が配置されている。
スクロール圧縮機3は、図2に示すように、密封容器であるハウジング21と、冷媒を圧縮する固定スクロール23および旋回スクロール25と、旋回スクロール25を回転駆動するモータ27と、から概略構成されている。
ハウジング21には、ハウジング21内を高圧室HRと低圧室LRとに分離するディスチャージカバー29と、エバポレータ13から冷媒を低圧室LRに導く吸入管31と、高圧室HRから冷媒をコンデンサ5に導く吐出管33と、固定スクロール23および旋回スクロール25を支持するフレーム35と、が設けられている。
フレーム35と旋回スクロール25との間には、旋回スクロール25の自転を防止するオルダムリング39が設けられている。
固定スクロール23は、図3(a)に示すように、端板23aの一側面に渦巻き状の壁体23bが立設された構成となっている。旋回スクロール25は、図3(b)に示すように、固定スクロール23と同様に端板25aの一側面に渦巻き状の壁体25bが立設された構成となっており、特に壁体25bは固定スクロール23側の壁体23bと実質的に同一形状をなしている。旋回スクロール25は固定スクロール23に対して相互に公転旋回半径だけ偏心し、かつ、180度だけ位相をずらした状態で、壁体23b,25b同士を噛み合わせて組み付けられている。
一方、固定スクロール23は、ハウジング21に固定されており、端板23aの背面中央には圧縮された流体の吐出ポート32が設けられている。
端板25aの底面も上述した端板23aと同様に、段差部43が形成されていることにより、中心部側に設けられた底の浅い底面25fと外端側に設けられた底の深い底面25gとの2つの部位に分けられている。隣り合う底面25f,25g間には、段差部43を構成し、前記底面25f,25gを繋いで垂直に切り立つ連結壁面25hが存在している。
また、連結壁面23hは、端板23aを旋回軸方向から見ると旋回スクロールの旋回に伴って連結縁25eが描く包絡線に一致する円弧をなしている。また、連結壁面25hも連結壁面23hと同様に、連結縁23eが描く包絡線に一致する円弧をなしている。
この結果、両スクロール23,25間には、互いに向かい合う端板23a,25aと壁体23b,25bとに区画された複数の圧縮室Cが形成される。
なお、図3においては、固定スクロール23の段付形状を示すため、固定スクロール23の上下を逆にして図示されている。
スクロール圧縮機3により圧縮され高圧となった冷媒は、図1に示すように、コンデンサ5に向かって吐出される。コンデンサ5に流入した冷媒はその熱を外部に放出して凝縮し、第1膨張弁7に向かって流出する。冷媒は第1膨張弁7により減圧され中間圧の冷媒となりレシーバ9に流入する。冷媒はレシーバ9において液冷媒とガス冷媒とに分離され、液冷媒は第2膨張弁11に向かって流出する。液冷媒は第2膨張弁11により減圧され低圧の冷媒となり、エバポレータ13に流入する。低圧の冷媒はエバポレータ13において外部の空気から熱を奪い、蒸発してガス冷媒となり、スクロール圧縮機3に流入し、再び圧縮される。
再びスクロール圧縮機3により圧縮された冷媒は、コンデンサ5に吐出され上述のサイクルを繰り返す。
図4(a)から図11(o)は、図2の固定スクロールと旋回スクロールとの動き、および、圧縮室の変化を説明する図である。図4(a)から図11(o)は、固定スクロール側から固定スクロールおよび旋回スクロールを見た透視図である。図12は、図4(a)から図11(o)までのインジェクションポートから冷媒が供給される圧縮室の容積変化を示すグラフである。
また、固定スクロール23の段差部42と旋回スクロール25の段付部45とは離間しており、旋回スクロール25の段差部43と固定スクロール23の段付部44とは離間している。
また、図5(c)のときに、段差部42と段付部45、および、段差部43と段付部44とは接触する。
スクロール最外周部壁面が相手スクロール壁面と接触するとき、圧縮室Cは低圧室LRに対して締め切られ、一対の独立した空間C1,C2となる。この時の圧縮室C1の容積は、図12におけるDである。以後、旋回角が進むにつれて圧縮室C(C1,C2)の容積は、図12に示すように、小さくなり、圧縮室内の冷媒は圧縮される。
また、この直後に、一方の圧縮室C1の中心部側端が、インジェクションポート17pと連通し、第1膨張弁7により減圧された中間圧の冷媒がインジェクション流路17を介して、圧縮室C1に供給され始める(図12中のE点)。
この間、段差部42と段付部45、および、段差部43と段付部44とは接触し続けているため、圧縮室C1,C2は独立した空間として隔離されている。また、圧縮室C1に対してインジェクションポート17pに対して中間圧の冷媒が供給され続けている。
以後、段差部42と段付部45、および、段差部43と段付部44が離間する。すると、固定スクロール23の壁体23bおよび旋回スクロール25の壁体25bを挟んで隣接していた圧縮室C1,C2が、段差部42と段付部45、および、段差部43と段付部44の離間部を介して連通する(図12のI点)。
この間、インジェクションポート17pから圧縮室C1に供給された中間圧の冷媒は、段差部42と段付部45、および、段差部43と段付部44の離間部を介して、圧縮室C1,C2内を自由に流通する。そのため、圧縮室C1,C2内の圧力は均一に保たれる。
また、この直前に、インジェクションポート17pの上に旋回スクロール25の壁体25bが移動する。そのため圧縮室C1との連通が閉ざされるとともに、圧縮室C1は更に渦方向の中心側へ移動するため、圧縮室C1への中間圧の冷媒供給が終了する(図12のM点)。
以後、旋回角が進むにつれて圧縮室C1,C2は渦方向の中心側へ移動し、最後には吐出ポート32と連通して、圧縮した冷媒を高圧室HRに向けて吐出する(図2参照)。
その結果、スクロール圧縮機3における圧縮室C1,C2の圧力バランスの崩れによる振動増大を防止できる。
そのため、スクロール圧縮機3が吐出する単位時間当たりの冷媒量を増やすことができ、空気調和機1の冷凍能力を向上させることができる。
なお、インジェクションポート17pは、図3(a)に示すように、固定スクロール23の底面23gにおける段差部42の連結壁面23hの近傍領域に形成されていてもよいし、図13に示すように、固定スクロール23の底面23fにおける連結壁面23hの近傍領域に形成されていてもよい。
さらには、インジェクションポート17pは、底面23fにおける連結壁面23hから離れた領域に形成されていてもよい。ただし、少なくとも圧縮室C1,C2が連通している間に、インジェクションポート17pと圧縮室C1とが連通する位置にインジェクションポート17pを形成する必要がある。
次に、本発明の第2の実施形態について図14および図15を参照して説明する。
本実施形態の空気調和機の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、スクロール圧縮機のインジェクションポート周辺構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図14および図15を用いてインジェクションポート周辺構成のみを説明し、その他構成要素等の説明を省略する。
図14は、本実施形態における空気調和機のスクロール圧縮機の構成を説明する部分拡大図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
インジェクション流路117には、フレーム135と旋回スクロール125との間に中間圧冷媒の流れを制御する弁構造(制御部)119が設けられている。
具体的には、インジェクションポート121と連通する圧縮室C1が、段差部42と段付部45、および、段差部43と段付部44との隙間を介して、他の圧縮室C2と連通する間のみ、溝部120とインジェクションポート121とが連通するように溝部120の形状が決定されている。
空気調和機101の作用については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
図15は、図14の貫通孔から冷媒が供給される圧縮室の容積変化を示すグラフである。
圧縮室C1が締め切られてから(図15のD点)、圧縮室C1とインジェクションポート121とが連通する(図15のE点)までは、第1の実施形態と同様に、インジェクションポート121から中間圧の冷媒は圧縮室C1に供給されていいない。
圧縮室C1と圧縮室C2とが連通した後は、溝部120とインジェクションポート121とが連通し(図14参照)、インジェクションポート121から圧縮室C1および圧縮室C2に中間圧の冷媒が供給される。
以後、旋回角が進むにつれて圧縮室C1,C2は渦方向の中心側へ移動し、最後には吐出ポート32と連通して、圧縮した冷媒を高圧室HRに向けて吐出する(図2参照)。
次に、本発明の第3の実施形態について図16を参照して説明する。
本実施形態の空気調和機の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、スクロール圧縮機のインジェクションポート構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図16を用いてインジェクションポート周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図16は、本実施形態における空気調和機のスクロール圧縮機の構成を説明する部分拡大図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
固定スクロール323の連結壁面(接触部)323hには、インジェクション流路17(図1参照。)から供給された中間圧冷媒を圧縮室Cに供給する貫通孔であるインジェクションポート(供給部、貫通孔)317pが形成されている。
インジェクションポート317pは、壁体23bおよび底面23f,23gと略平行に形成されているとともに、壁体23b側に寄った位置に形成されている。
空気調和機301の作用については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
インジェクションポート317pは、図16に示すように、連結壁面323hに形成され、旋回スクロール25における壁体25bの連結縁25e(図3(b)参照。)により開閉される。
連結壁面323hにおける連結縁25eとの接触は線接触であり、端板23aの底面における壁体25bとの接触は面接触のであるため、インジェクションポート317pを上記連結壁面323hに設けることにより、壁体25bにより冷媒供給が妨げられる期間が短くなるからである。
次に、本発明の第4の実施形態について図17を参照して説明する。
本実施形態の空気調和機の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、スクロール圧縮機のインジェクションポート構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図17を用いてインジェクションポート周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図17は、本実施形態における空気調和機のスクロール圧縮機の構成を説明する部分拡大図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
固定スクロール423の底面23fには、インジェクション流路17(図1参照。)から供給された中間圧冷媒を圧縮室Cに供給する貫通孔であるインジェクションポート(供給部、貫通孔)417pが形成されている。
具体的には、底面23fの段差部42の近傍領域であって、旋回スクロール25のチップシール26b(図3(b)参照。)が摺動しない範囲Lに、インジェクションポート417pが形成されている。
空気調和機401の作用については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本発明の第5の実施形態について図18を参照して説明する。
本実施形態の空気調和機の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、スクロール圧縮機に中間圧冷媒を供給するインジェクション流路の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図18を用いてインジェクション流路周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図18は、本実施形態における空気調和機を説明する概略図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
オイルセパレータ503とインジェクション流路517との間には、オイルセパレータ503により分離された潤滑油をインジェクション流路517に供給するオイル流路519が配置されている。オイル流路519には絞り521が設けられ、絞り521により、オイルセパレータ503内とインジェクション流路517内との圧力差を調整している。
スクロール圧縮機3により圧縮され高圧となった冷媒は、図18に示すように、オイルセパレータ503に向かって吐出される。オイルセパレータ503に流入した冷媒は、スクロール圧縮機3の潤滑油と冷媒とに分離され、分離された冷媒はコンデンサ5に向かって吐出される。
オイルセパレータ503において分離された潤滑油は、オイル流路519によりインジェクション流路517に供給される。インジェクション流路517に供給された潤滑油は、冷媒とともにスクロール圧縮機3に流入する。
再びスクロール圧縮機3により圧縮された冷媒は、コンデンサ5に吐出され上述のサイクルを繰り返す。
上記の実施の形態においては、この発明を空気調和機として説明したが、具体的には冷凍機、空調機など、その他各種の空気調和機を適用した機器に適用できるものである。
3,103,303,403 スクロール圧縮機
5 コンデンサ(放熱器)
7 第1膨張弁(高圧側減圧部)
11 第2膨張弁(低圧側減圧部)
13 エバポレータ(吸熱器)
17,517 インジェクション流路(供給部)
17p,121,317p,417p インジェクションポート(供給部、貫通孔)
23,323,423 固定スクロール
23a,25a 端板
23b,25b 壁体
25,125 旋回スクロール
42,43 段差部
44,45 段付部
119 弁構造(制御部)
323h 連結壁面(接触部)
503 オイルセパレータ(油分離器)
C,C1,C2 圧縮室
Claims (6)
- それぞれの端版の一側面に渦巻き状の壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いに噛み合うことにより冷媒を圧縮する複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機であって、
前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方の端板の前記一側面には、その高さが前記壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外端側で低くなる段差部が設けられるとともに、
前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方の壁体の上縁には、前記端板の段差部に対応し、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦の中心部側で低く外端側で高くなる段付部が設けられ、
前記冷媒を圧縮中の前記複数の圧縮室に、外部から供給された冷媒を供給する供給部が設けられ、
少なくとも前記複数の圧縮室が離間した前記段差部および前記段付部を含む間に、前記供給部から冷媒が供給されることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記供給部が、前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方の端板に設けられた貫通孔であり、
該貫通孔が、少なくとも前記複数の圧縮室が離間した前記段差部および前記段付部を含む間に、前記複数の圧縮室と連通する位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。 - 前記供給部が、前記段差部における前記段付部との接触部に設けられていることを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。
- 前記壁体の上縁における、前記段付部からうずの中心部側の領域、および、前記段付部から外端側の領域には、前記端板と接触するシール部材が設けられ、
前記端板における前記シール部材が摺動しない領域に、前記供給部が設けられていることを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。 - 前記供給部から前記複数の圧縮室への前記冷媒の供給を制御する制御部を有し、
該制御部が、前記段差部と前記段付部とが離間している間に、前記供給部から冷媒が供給されるように制御することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のスクロール圧縮機。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載のスクロール圧縮機と、
該スクロール圧縮機により圧縮された冷媒から潤滑油を分離する油分離器と、
該スクロール圧縮機により圧縮された冷媒の熱を放熱させる放熱器と、
放熱された冷媒の圧力を減圧させる高圧側減圧部と、
減圧された冷媒を更に減圧させる低圧側減圧部と、
該低圧側減圧部で減圧された冷媒に熱を吸収させる吸熱器と、を有し、
前記スクロール圧縮機の供給部には、前記高圧側減圧部により減圧された冷媒と、前記油分離器により分離された前記潤滑油と、が供給されることを特徴とする空気調和機。
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