JP2008101559A - Scroll compressor and refrigeration cycle using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスクロール圧縮機に係り、特に冷凍サイクルに好適なスクロール圧縮機に関する。 The present invention relates to a scroll compressor, and more particularly to a scroll compressor suitable for a refrigeration cycle.
冷凍サイクルの性能を向上させるために、ガスインジェクションサイクルを用いることが、特許文献1に記載されている。この公報に記載のように、ガスインジェクションサイクルを用いた冷凍サイクルでは、減圧部に2個の減圧装置を配置するとともに、2個の減圧装置の間に気液分離器を配置する。そして、蒸発過程で発生した吸熱能力に寄与しない中間圧力(インジェクション圧力)を有するガス冷媒を、気液分離器から取り出し、取り出したガス冷媒を圧縮機の圧縮室にインジェクション(注入)する。圧縮機に導かれた冷媒は、中間圧力から圧縮されるので、圧縮機の仕事量が減る。これにより、冷凍サイクルの性能向上が可能になるとともに、インジェクションガスが蒸発器を通らないことで蒸発器での圧力損失が低減する。
ガスインジェクションには種々の方法があるが、特許文献1に記載のスクロール圧縮機では、固定スクロールに1個のインジェクションポートを設けて、冷媒を注入している。さらに、密閉容積の異なる2つの圧縮室に、ガス冷媒を順次かつ間欠的に供給でき、その供給時間が比較的長くなるようにインジェクションポートの位置を定めている。その際、インジェクションされたガス冷媒が、吸込側へ流出しないようにインジェクションポート位置を定めて、1個のインジェクションポートだけあれば、ガス冷媒を確実に圧縮室にインジェクションできる。
There are various methods for gas injection. In the scroll compressor described in
冷媒インジェクションの他の例が、特許文献2に記載されている。この公報に記載のスクロール圧縮機では、ガスインジェクションの代わりに液冷媒を背圧室にインジェクションしている。温度の低い液冷媒を背圧室から圧縮室に導いたので、吐出温度の上昇が抑制され、その結果、モータの巻線や潤滑油などの温度上昇を抑制できる。ここで、圧縮室に直接インジェクションしないで背圧室にインジェクションしたので、吸込圧力と吐出圧力の比が大きい場合にも、旋回スクロールを固定スクロールへ押付ける力を確保している。
Another example of refrigerant injection is described in
スクロール圧縮機では、圧縮室の圧力が旋回スクロールの旋回運動に伴って変動する。上記特許文献1に記載のスクロール圧縮機では、インジェクションポートが1個であるから、旋回スクロールの位相(位置)によっては、圧縮室の圧力変動によりインジェクション量が極端に低下するおそれがある。インジェクション量が低下した最悪の場合には、圧縮室からインジェクションポートへ冷媒が逆流する。
In the scroll compressor, the pressure in the compression chamber varies with the orbiting motion of the orbiting scroll. In the scroll compressor described in
また、インジェクションサイクルを有する冷凍サイクルでは、その運転条件によっては、圧縮機に冷媒がインジェクションされずに運転される場合がある。この場合、固定スクロールに設けたインジェクションポートが、圧縮に寄与しないデッドボリュームとなる。そして、旋回スクロールの旋回に応じてその部分が低圧になると、再膨張して再膨張損失が増大し、圧縮機効率を低下させる。 In a refrigeration cycle having an injection cycle, the refrigerant may be operated without being injected into the compressor depending on the operating conditions. In this case, the injection port provided in the fixed scroll becomes a dead volume that does not contribute to compression. And when the part becomes a low pressure according to the turning of the orbiting scroll, the re-expansion loss increases and the compressor efficiency decreases.
さらに、圧縮室にガス冷媒をインジェクションすると、圧縮室内の圧力が上昇し、旋回スクロールと固定スクロールを互いに引離そうとする軸方向の力が大きくなる。その結果、旋回、固定の両スクロールラップの歯先と歯底との間にすき間が生じ、圧縮室の密閉性が悪化し、圧縮機の効率低下を引き起こす。 Further, when the gas refrigerant is injected into the compression chamber, the pressure in the compression chamber increases, and the axial force for separating the orbiting scroll and the fixed scroll from each other increases. As a result, a gap is generated between the tooth tip and the tooth bottom of both the turning and fixed scroll wraps, the sealing performance of the compression chamber is deteriorated, and the efficiency of the compressor is reduced.
上記特許文献2に記載のスクロール圧縮機では、液冷媒を背圧室にインジェクションすることにより、吐出温度の上昇を抑制できるとともに、旋回スクロールと固定スクロールの引離し力の増大を抑制できる。しかしながら、ガスインジェクションでは、吸熱能力に寄与しないガス冷媒を分離して圧縮機の仕事量を減らすことが可能であったが、液インジェクションではこのような効果を期待できない。
In the scroll compressor described in the above-mentioned
また、液インジェクションにおいても、圧縮室内の圧力が変動すると、インジェクション量が極端に低下したり、圧縮室から背圧室を経てインジェクション配管へ冷媒が逆流する恐れがある。なお特許文献2に記載のスクロール圧縮機では、差圧給油を採用しているので、背圧室へインジェクションすると、軸受などの摺動部への給油量が減少する。差圧給油では、以下に述べるように給油のためのポンプ等が無いので、給油量を増大させることが困難である。
Also in liquid injection, if the pressure in the compression chamber fluctuates, the injection amount may be extremely reduced, or the refrigerant may flow backward from the compression chamber to the injection pipe through the back pressure chamber. The scroll compressor described in
ここで、差圧給油では、密閉型の圧縮機の密閉容器の底部に貯留した潤滑油を、吐出圧力と背圧室内圧力(背圧)との差圧を利用して、軸受などの摺動部へ供給する。そして、背圧が低下した場合には、吐出圧力の雰囲気にある潤滑油が、軸受などの摺動部を経て背圧室に流入し、背圧が維持される。この差圧給油においては、背圧室へインジェクションすると、背圧室へ流入する潤滑油の量が減少し、軸受などの摺動部への給油量が減少する。 Here, in the differential pressure lubrication, the lubricating oil stored in the bottom of the hermetic container of the hermetic compressor is used to slide the bearings and the like using the differential pressure between the discharge pressure and the back pressure chamber pressure (back pressure). Supply to the department. When the back pressure is reduced, the lubricating oil in the atmosphere of the discharge pressure flows into the back pressure chamber through the sliding portion such as a bearing, and the back pressure is maintained. In this differential pressure lubrication, when injected into the back pressure chamber, the amount of lubricating oil flowing into the back pressure chamber decreases, and the amount of lubrication to the sliding portion such as the bearing decreases.
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、確実に圧縮室に冷媒をインジェクションすることおよびインジェクション冷媒の逆流を防止することにある。本発明の他の目的は、冷媒を確実にインジェクションして、圧縮機の性能を向上させることにある。本発明のさらに他の目的は、冷媒をインジェクションしないときの圧縮機の性能低下を抑制することにある。そして本発明は、これら目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is to reliably inject a refrigerant into a compression chamber and to prevent backflow of the injection refrigerant. Another object of the present invention is to reliably inject refrigerant and improve the performance of the compressor. Still another object of the present invention is to suppress a reduction in the performance of the compressor when the refrigerant is not injected. The present invention aims to achieve at least one of these objects.
上記目的を達成するための本発明の特徴は、旋回スクロールの背面側にこの旋回スクロールを固定スクロールに押圧するための背圧室を形成したスクロール圧縮機において、前記背圧室にこのスクロール圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の中間の圧力のガス状冷媒をインジェクションするインジェクションパイプを設けたことにある。 In order to achieve the above object, a feature of the present invention is that a scroll compressor having a back pressure chamber for pressing the orbiting scroll against the fixed scroll is formed on the back side of the orbiting scroll. An injection pipe for injecting a gaseous refrigerant having a pressure intermediate between the discharge pressure and the suction pressure is provided.
そしてこの特徴において、インジェクションするガス状冷媒にほぼ同じ圧力の液冷媒を混入させてもよく、旋回スクロールを駆動するシャフトを有し、このシャフトは軸心部に貫通孔が形成されており、このシャフトの下端に潤滑油ポンプを設けてこのスクロール圧縮機の摺動部に強制潤滑するものであってもよい。 And in this feature, liquid refrigerant having substantially the same pressure may be mixed in the gaseous refrigerant to be injected, and it has a shaft that drives the orbiting scroll, and this shaft has a through-hole formed in its axial center. A lubricating oil pump may be provided at the lower end of the shaft, and the sliding portion of the scroll compressor may be forcibly lubricated.
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向し旋回可能に設けられた旋回スクロールと、旋回スクロールの背面にあって吐出圧力と吸込圧力との中間の圧力となる背圧室とを備え、旋回スクロールでは渦巻状のラップが鏡板に立設されており、固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機において、背圧室に、ガス状の冷媒をインジェクションする回路を備えたものである。 Another feature of the present invention that achieves the above object is that the fixed scroll having a spiral wrap standing on the end plate, the orbiting scroll that is pivotably provided facing the fixed scroll, and the back of the orbiting scroll are provided. It has a back pressure chamber that is an intermediate pressure between the discharge pressure and the suction pressure, and in the orbiting scroll, a spiral wrap is erected on the end plate, and there are a plurality of spaces between the fixed scroll wrap and the orbiting scroll wrap. In the scroll compressor forming the compression chamber, a circuit for injecting a gaseous refrigerant is provided in the back pressure chamber.
そしてこの特徴において、インジェクション回路は、ガス状の冷媒に加えて液状の冷媒もインジェクションするものであってもよく、旋回スクロールおよび固定スクロールを収容する密閉容器を有し、旋回スクロールの背面中心部に吐出圧力に近い圧力となる第1の空間を形成し、密閉容器底部に貯留した潤滑油をこの第1の空間に導く手段を設け、第1の空間から背圧室へ潤滑油を漏出させる手段と、第1の空間内の大部分の潤滑油を密閉容器内の圧縮ガスと混合させることなく密閉容器底部へ戻す手段を設けてもよい。 In this feature, the injection circuit may inject a liquid refrigerant in addition to the gaseous refrigerant, and has an airtight container that accommodates the orbiting scroll and the fixed scroll, and is provided at the center of the rear surface of the orbiting scroll. Means for forming a first space having a pressure close to the discharge pressure, providing means for guiding the lubricating oil stored in the bottom of the sealed container to the first space, and leaking the lubricating oil from the first space to the back pressure chamber In addition, a means for returning most of the lubricating oil in the first space to the bottom of the sealed container without mixing with the compressed gas in the sealed container may be provided.
また上記特徴において、固定スクロールの最外周ラップの歯先に連通路を形成し、この連通路を介して導入される吸込圧力または圧縮室圧力と背圧室の圧力との差に応じて、背圧室内の流体を連通路を介して吸込室または圧縮室に逃がす背圧調整弁を設け、背圧室の圧力を調整するようにしてもよく、背圧室と圧縮室、または背圧室と吸込室を連通する背圧孔を、旋回スクロールの鏡板に形成し、背圧室の圧力を調整するようにしてもよく、背圧室と圧縮室、または背圧室と吸込室を間欠的に連通する背圧孔を旋回スクロールの鏡板に形成し、背圧室の圧力を調整してもよい。 Further, in the above feature, a communication path is formed at the tooth tip of the outermost peripheral wrap of the fixed scroll, and the back pressure chamber is adjusted according to the difference between the suction pressure or the compression chamber pressure introduced through the communication path and the pressure of the back pressure chamber. A back pressure adjusting valve that allows the fluid in the pressure chamber to escape to the suction chamber or the compression chamber via the communication path may be provided to adjust the pressure in the back pressure chamber, and the back pressure chamber and the compression chamber, or the back pressure chamber, A back pressure hole communicating with the suction chamber may be formed in the end plate of the orbiting scroll to adjust the pressure of the back pressure chamber, and the back pressure chamber and the compression chamber or the back pressure chamber and the suction chamber are intermittently connected. A communicating back pressure hole may be formed on the end plate of the orbiting scroll to adjust the pressure in the back pressure chamber.
上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、圧縮機,切換弁,第1熱交換器,第1減圧弁,気液分離器,第2減圧弁,第2熱交換器を順次配管接続した冷凍サイクルにおいて、圧縮機は、旋回スクロールの背面側にこの旋回スクロールを固定スクロールに押圧するための背圧室が形成されており、背圧室にこのスクロール圧縮機の吐出圧と吸込圧の中間の圧力のガス状冷媒をインジェクションするインジェクションパイプが設けられており、気液分離器と圧縮機のインジェクションパイプとを接続したものである。 Still another feature of the present invention that achieves the above object is that a compressor, a switching valve, a first heat exchanger, a first pressure reducing valve, a gas-liquid separator, a second pressure reducing valve, and a second heat exchanger are sequentially connected by piping. In the refrigeration cycle, the compressor has a back pressure chamber for pressing the orbiting scroll against the fixed scroll on the back side of the orbiting scroll, and the discharge pressure and suction pressure of the scroll compressor are formed in the back pressure chamber. An injection pipe for injecting a gaseous refrigerant at an intermediate pressure is provided, and the gas-liquid separator and the injection pipe of the compressor are connected.
本発明によれば、圧縮室の圧力が変動してもガス冷媒または液ガス混合冷媒を確実に圧縮機にインジェクションするので、冷凍サイクルの性能が向上する。また、インジェクション冷媒が圧縮室から逆流しないので、インジェクション配管中の逆止弁が不要となる。さらに、冷媒をインジェクションしないときの圧縮機の効率低下を抑制できる。 According to the present invention, the gas refrigerant or the liquid-gas mixed refrigerant is reliably injected into the compressor even when the pressure in the compression chamber fluctuates, so that the performance of the refrigeration cycle is improved. In addition, since the injection refrigerant does not flow backward from the compression chamber, a check valve in the injection pipe becomes unnecessary. Furthermore, it is possible to suppress a reduction in the efficiency of the compressor when the refrigerant is not injected.
以下、本発明に係る冷凍サイクルおよびそれに用いるスクロール圧縮機の一実施例を、図面を用いて説明する。図1に、インジェクションサイクルを有する冷凍サイクル50のシステム図を示す。この図1は、空気調和機の冷凍サイクル50を示している。空気調和機は、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルを切換弁41により切り換える。以下、冷房運転の場合について、この冷凍サイクル50を説明する。冷房運転では、切換弁41は図1で実線のように切り換えられ、冷媒は矢印の方向に流れる。
Hereinafter, an embodiment of a refrigeration cycle according to the present invention and a scroll compressor used therefor will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system diagram of a
冷凍サイクル50は、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機40と、このスクロール圧縮機40の吐出ガスの流れ方向を切り換える切換弁41と、凝縮器として作用する第1熱交換器42と、この第1熱交換器42で凝縮した冷媒を減圧する第1,第2膨張弁43,45と、これら第1,第2膨張弁43,45間に配置した気液分離器44と、第2膨張弁45で減圧した冷媒を蒸発させる第2熱交換器46とを有し、これら各機器を順に配管で接続している。
The
気液分離器44には、インジェクション配管47が接続されている。インジェクション配管47の一端は、スクロール圧縮機40に接続されている。インジェクション配管47内は、圧縮機40で圧縮され、第1熱交換器42で凝縮された気液混合冷媒から、気液分離器44で分離されたガス冷媒が、流通する。インジェクション配管47の途中には、逆止弁48が設けられている。圧縮機40および第1熱交換器42,第1減圧弁43,気液分離器44,インジェクション配管47等は、インジェクションサイクルを形成する。
第1熱交換器42は、室外側に配置され、図示しない室外ファンにより室外空気が通風されて、室外空気と強制的に熱交換する。第1膨張弁43および第2膨張弁45は、冷暖房サイクルのいずれでも、2段階に冷媒圧力を減圧して膨張させる。第1膨張弁43および第2膨張弁45は、弁開度が可変であり、図示しない制御装置により制御される。
An
The
第1膨張弁43と第2膨張弁45の間に設けられる気液分離器44は、第1膨張弁43または第2膨張弁45で膨張された冷媒に含まれる液冷媒とガス冷媒とを分離する。そして、液冷媒を第2膨張弁45に送り出し、ガス冷媒をインジェクション配管47に送り出す。気液分離器44内の冷媒は、第1膨張弁43で膨張されて減圧されたので、圧縮機
40の吐出圧力と吸込み圧力の中間の圧力である。第2熱交換器46は、室内側に配置される熱交換器であり、図示しない室内ファンにより、室内空気と強制的に熱交換される。
The gas-
このように構成した、本実施例に示した冷凍サイクル50の動作を、以下に詳述する。スクロール圧縮機40で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、切換弁41を通って第1熱交換器42に送られ、第1熱交換器42で室外ファンから送付された室外空気と熱交換して放熱し、凝縮液化する。凝縮した冷媒は、第1膨張弁43に送られ、第1膨張弁43でスクロール圧縮機40の吐出圧力よりは低く、スクロール圧縮機40の吸込圧力よりは高い中間圧力まで減圧される。そして、気液2相の湿り冷媒となって、気液分離器44に送られる。この湿り冷媒は、気液分離器44で液冷媒とガス冷媒に分離される。
気液分離器44で分離されたガス冷媒は、インジェクション配管47および逆止弁48を通り、後述するスクロール圧縮機40の背圧室に注入される。スクロール圧縮機40内では、背圧室から圧縮室に流入する。したがって、冷房運転サイクルでは、気液分離器
44で分離されたガス冷媒を圧縮機40で中間圧力から圧縮するので、スクロール圧縮機40の仕事量が低減し、冷凍サイクルの効率向上が可能になる。
The operation of the
The gas refrigerant separated by the gas-
その理由は、ガス冷媒を低圧まで膨張させて第2熱交換器46に導いても、蒸発器として作用する第2熱交換器46の蒸発過程で発生する吸熱能力に寄与しないからである。なぜなら、本実施例では液冷媒が蒸発してガス冷媒に相変化するときの潜熱吸熱を利用しているので、蒸発器には液冷媒だけが必要であり、ガス冷媒は必要無いからである。そこで、冷媒を圧縮機40の吸込圧力等の低圧まで膨張させずに、中間圧力まで膨張させ、その状態でガス化した分を圧縮途中段階の圧縮室へ導く。中間圧力のガス冷媒を圧縮機40で圧縮するので、ガス冷媒を吸込圧力等の低圧から中間圧力まで圧縮する動力が省かれる。さらに、分離されたガス冷媒は、第2熱交換器46を通らないので、第2熱交換器46での圧力損失を低減できる。
The reason is that even if the gas refrigerant is expanded to a low pressure and led to the
一方、気液分離器44で分離された液冷媒は、第2膨張弁45に送られてさらに減圧され、低温低圧の気液2相の湿り冷媒となる。この湿り冷媒は、第2熱交換器46で室内ファンが送風する室内空気と熱交換して吸熱し、気化する。その結果、ガス冷媒となってスクロール圧縮機40の吸込み側に流入する。第2熱交換器46から送られたガス冷媒は、スクロール圧縮機40に形成された圧縮途中の圧縮室にインジェクションされたガス冷媒と混合して圧縮される。そして、スクロール圧縮機40で所定圧力まで圧縮されて、高温高圧の冷媒ガスとして第1熱交換器42に送られる。
On the other hand, the liquid refrigerant separated by the gas-
以上は、冷房運転サイクル時の各機器の作用であるが、暖房運転サイクル時には、切換弁41は、図1の破線で表されるように切り換えられ、図の矢印とは逆向きに冷媒が流れる。この場合、第1熱交換器42は蒸発器として、第2熱交換器46は凝縮器として作用する。気液分離器44には、第2減圧弁45で減圧された冷媒が流入する。
The above is the action of each device during the cooling operation cycle. During the heating operation cycle, the switching
このインジェクションサイクルに用いるスクロール圧縮機40の詳細を、図2および図3を用いて説明する。図2は、本発明に係るスクロール圧縮機の一実施例の縦断面図である。固定スクロール7は円板状に形成された鏡板7aと、この鏡板7aの上に渦巻き状に立設されたラップ7bと、鏡板7aの外周側に位置し、ラップ7bを囲むように筒状に形成された支持部7dとを有している。ラップ7bが立設された鏡板7aの表面は、歯底
7cを形成する。支持部7dは、固定スクロール7の外周部に形成されており、支持部
7dをボルト等でフレーム17に固定している。支持部7dで固定されて固定スクロール7と一体となったフレーム17の周縁部を、溶接等によりケース9に固定する。
Details of the
固定スクロール7に対向して配置される旋回スクロール8は、フレーム17内に旋回可能に保持される。旋回スクロール8は、円板状の鏡板8aと、この鏡板8aに立設された渦巻き状のラップ8bと、鏡板8aの背面中央に設けられたボス部8dとを有している。固定スクロール7と同様に、鏡板8aのラップ8bが形成された側の表面は、歯底8cを形成する。旋回スクロール8でラップ8bが形成された部分よりも外径側の部分であって、固定スクロール7の歯先側端面と接する面は、旋回スクロール8の鏡板面8eを形成する。
The
ケース9は密閉容器であり、固定スクロール7と旋回スクロール8を有するスクロール部を上部に、旋回スクロール8を旋回駆動するモータ16を下部に収容する。ケース9の底部には、潤滑油39が貯えられている。モータ16の回転子16aは、旋回スクロール8を駆動するシャフト10に取り付けられている。シャフト10は、フレーム17に回転自在に設けられ、固定スクロール7の軸線と同軸である。シャフト10の先端には、クランク10aが設けられており、クランク10aに旋回軸受11を介して旋回スクロール8のボス部8dが回転可能に取り付けられている。
The
旋回スクロール8の軸線は、固定スクロール7の軸線に対して所定距離δだけ偏心している。旋回スクロール8のラップ8bは、固定スクロール7のラップ7bと周方向に所定角度だけ変えて重ね合わせられている。旋回スクロール8が固定スクロール7に対して自転しないで相対的に旋回運動するように、旋回スクロール8の背面側にオルダムリング
12を取り付ける。
The axis of the
旋回スクロール8のラップ8bと固定スクロール7のラップ7bを組み合わせて旋回スクロール8を旋回運動させると、2つのラップ7b,8b間に複数の圧縮室13が形成される。圧縮室13は三日月状をしており、圧縮室13が中央部に移動するに従い、連続的に容積が縮小する。複数形成される圧縮室13は、いわゆる非対称ラップの場合には、図3に示すように、旋回スクロール8のラップ8bの内壁面側と外壁面側に形成され、それぞれ旋回内線側圧縮室13aと旋回外線側圧縮室13bである。
When the
固定スクロール7のラップ7bの外径側端部には、吸込部38が形成されている。固定スクロール7のラップ7b形成面とは反対側から、止まり穴である吸込ポート14が形成されている。吸込ポート14は、冷房運転サイクル時には第2熱交換器46からの冷媒をスクロール部に導く。吸込部38は、吸込ポート14に対応した位置まで溝深さが徐々に変化し、その端部で吸込ポート14の一部に連通するように、ラップ面から止まり穴が形成されている。吸込部38は、吸込ポート14から吸い込まれた冷媒の流れ方向の変化を緩和する。
A
吸込部38に開放した固定スクロール7のラップ7bと旋回スクロール8のラップ
8bとで形成される空間を、吸込室20と呼ぶ。吸込室20は、冷房運転サイクル時には第2熱交換器46から、暖房運転サイクル時には第1熱交換器42からの冷媒を吸入している途中の空間である。旋回スクロール8の旋回運動の位相が進むと、吸込ポート14側が2つのスクロールラップ7b,8bにより閉じられ、圧縮室13に変わる。固定スクロール7の鏡板7aの渦巻中心付近には、吐出ポート15が貫通穴として形成されている。この吐出ポート15は、最内周側の圧縮室13と連通する。
A space formed by the
このように構成した本実施例のスクロール圧縮機の動作について、以下に説明する。モータ16がシャフト10を回転駆動すると、シャフト10のクランク10a部に保持された旋回軸受11を介して、旋回スクロール8に回転が伝えられる。これにより、旋回スクロール8は固定スクロール7の軸線を中心に、距離δの旋回半径で旋回運動する。その際、旋回スクロール8が自転しないように、オルダムリング12に形成した突起が旋回スクロール8の背面側に形成した溝内を移動するようにする。
The operation of the scroll compressor of this embodiment configured as described above will be described below. When the
旋回スクロール8が旋回運動するのにともない、固定,旋回ラップ7b,8bの間に形成された圧縮室13は中央に連続的に移動する。それとともに、圧縮室13の容積が連続的に縮小する。この旋回スクロール8の運動により、吸込ポート14から吸込まれた冷媒は、各圧縮室13内で順次圧縮される。圧縮が完了した冷媒は、吐出ポート15から吐出される。吐出ポート15から吐出された冷媒は、ケース9内の固定スクロール7の外周部を通過した後、ケース9の側部であってスクロール部の下部に取り付けた吐出パイプ6から圧縮機40の外部に出て、切換弁41に送られる。
As the
シャフト10の下端には、容積型または遠心式の給油ポンプ21が取り付けられている。シャフト10が回転すると給油ポンプ21も回転し、ケース9の底に貯留された潤滑油39を給油ポンプケース22に設けた潤滑油吸込口25より吸入する。給油ポンプ21で吸入された潤滑油39は、給油ポンプの吐出口29から、シャフト10の軸部に形成した軸方向に延びる貫通穴3を通ってスクロール圧縮機40の各部に導かれる。
A positive displacement or centrifugal
上部に導かれた潤滑油39の一部は、フレーム17およびシャフト10,旋回スクロール8,旋回スクロール8のボス部8dに設けたつば状の旋回ボス部材34で形成された第1の空間33に流入する。シャフト10の下部には、半径方向に延びる横穴24が形成されており、潤滑油39の一部は、この横穴24から噴出して、シャフト10の下部を回転支持する副軸受23を潤滑した後、ケース9底部の潤滑油39の貯留部に戻る。
Part of the lubricating
シャフト10の上部であって主軸受5に対向する部分には、半径方向に延びる横穴4が形成されており、潤滑油39の一部がこの横穴4から噴出して主軸受5を潤滑する。主軸受5を潤滑した潤滑油39は、第1の空間33に流入する。上下に延びる貫通穴3を通ってシャフト10のクランク10a上部に達した潤滑油39は、旋回軸受11を潤滑した後、第1の空間33に流入する。ここで、シャフト10には、軸受5,11の軸受隙間より十分溝幅が広い給油溝27,28を形成する。給油溝27,28の幅が広いので、潤滑油39が主軸受5および旋回軸受11を通過する際の流路抵抗が小さく、軸受5,11のそれぞれの上端と下端とで圧力勾配がほとんど生じない。したがって、潤滑油39中に溶解した冷媒が、減圧発泡するのを防止でき、高い軸受信頼性が得られる。
A
第1の空間33に流入した潤滑油の大部分は、フレーム17に形成した排油穴26aおよび排油パイプ26bを通ってケース9の底部へ落下する。このとき、排油パイプ26bの出口をケース9の内壁面に近接させ、かつ潤滑油39が下向きに流出するよう出口位置を形成したので、潤滑油39が吐出ガスと混合して機外に持ち出されるのを抑制する。その結果、圧縮室13内の潤滑油39が極端に減少して圧縮機40の信頼性を損なうのを防止できる。
Most of the lubricating oil flowing into the
第1の空間33に流入した残りの潤滑油39のなかで、オルダムリング12および圧縮室13を潤滑するとともに圧縮室13をシールするのに必要な最低限の潤滑油が、主軸受5の上方に位置するシール部材32の上端面と旋回ボス部材34の端面間に設けた油漏出手段から背圧室18に流入する。ここで、背圧室18は、旋回スクロール8の背面側とフレーム17間に形成される空間である。
Among the remaining
ところで、スクロール圧縮機40では、固定スクロール7と旋回スクロール8とが対向配置されており、旋回スクロール8が旋回すると、旋回,固定両ラップ7b,8b間に形成される複数の圧縮室13の容積が順次減少する。スクロール圧縮機40における圧縮作用により、固定スクロール7と旋回スクロール8には、互いに引離そうとする軸方向の力(以下、引離し力と称す)が発生する。固定,旋回両スクロール7,8が引離されると、固定スクロール7のラップ7bの歯先と旋回スクロール8の歯底、および旋回スクロール8のラップ8bの歯先と固定スクロール7の歯底との間にギャップが生じ、圧縮室13の密閉性が悪化し、圧縮機の効率が低下する。
By the way, in the
そこで、旋回スクロール8の鏡板8aの背面側に、圧縮機40の吐出圧力と吸込圧力の間の圧力(中間圧)となる背圧室18を形成する。中間圧を旋回スクロール8の背圧として作用させると、旋回スクロール8は固定スクロール7側に押圧され、上記引離し力を打ち消す。それとともに、旋回スクロール8と固定スクロール7間に引付力が発生する。
Therefore, a
しかしながら、引付力が大きすぎると旋回スクロール8と固定スクロール7間に作用するスラスト力が大きくなり、両ラップ7b,8bの歯先と歯底の摺動摩擦が増大する。そこで、引付力を適当な大きさに調整する。この引付力すなわち背圧の大きさを調整するために、図2に示すように旋回スクロール8の鏡板8aに、背圧孔35を形成した。
However, if the attractive force is too large, the thrust force acting between the orbiting
背圧孔35は、背圧室18と圧縮室13を連通する連通路である。背圧が高くなると、背圧室18と圧縮室13の圧力差に応じて、自動的に背圧室18の流体が圧縮室13に逃げ、背圧が適正な値に維持される。逆に、背圧が低くなると、圧縮室13の流体が背圧室18に流入して背圧を高め、背圧を適正な値に維持する。
The
シール部材32はリング状をしており、フレーム17に形成した円環溝31に図示しない波状バネとともに挿入されている。シール部材32は、圧縮機40の吐出圧力である第1の空間33と、圧縮機40の吸込圧力と吐出圧力の中間の圧力である背圧室18とを仕切る。油漏出手段として、複数の穴30が旋回ボス部材34に軸方向に延びて形成されている。旋回スクロール8が旋回運動すると、複数の穴30はシール部材32を挟んで円周上を移動し、第1の空間33と背圧室18にその開口部が交互に臨む。これにより、第1の空間33の潤滑油39を、背圧室18に移送する。
The
背圧室18への給油量は、旋回ボス部材34に形成した複数の穴30の数や各穴30の径および深さを変えることにより自由に調整できる。背圧室18に流入した潤滑油39は、背圧が高くなると、旋回スクロール8の鏡板8aに形成した背圧孔35を通って圧縮室13へ流入する。そして、旋回スクロール8の旋回とともに旋回スクロール8の中央部に移動し、吐出ポート15から吐出される。吐出ポート15から吐出された潤滑油39の一部は、吐出パイプ6から機外へ流出する。残りの潤滑油39は、冷媒と分離されてケース9の底部に貯留する。
The amount of oil supplied to the
上述した背圧孔35の位置は、以下のように設定する。旋回スクロール8の鏡板8aに背圧孔35は形成される。その際、旋回スクロール8の旋回に伴い形成される圧縮室13の背圧孔35部での圧力が、予め定めた背圧値に近い値になるように、背圧孔35を位置決めする。図3に、背圧孔35の一例を示す。圧縮室13の背圧孔35部での圧力は、旋回外線側圧縮室13bの圧力である。
The position of the
旋回外線側圧縮室13b内の圧力は、旋回スクロール8が1旋回する間に変動するので、1旋回中の平均圧力が圧縮室13の背圧孔35部の圧力となる。図4に、旋回スクロール8の旋回角と圧縮室13の圧力との関係を示す。横軸は旋回スクロール8の旋回角に対応するクランク角である。旋回スクロール8が旋回運動するにつれて、旋回外線側圧縮室13bの圧力は、図中の線A−B−Cのように吸込圧力から吐出圧力まで上昇する。一方、旋回内線側圧縮室13aの圧力は、図中の線A−D−E−Cのように上昇する。
Since the pressure in the orbiting outer line
このとき、圧縮室13の位置は旋回スクロール8の旋回とともに中央に移動するので、圧縮室13に背圧孔35が含まれない場合も生じる。したがって圧縮室13が背圧孔35を含むときだけ、すなわち、開口区間においてだけ、旋回外線側圧縮室13bの圧力である線F−Gの圧力が背圧孔35に作用する。この線F−Gの平均の圧力が、背圧室18に作用する背圧とバランスするように、背圧孔35を形成する。
At this time, since the position of the
背圧孔35の圧縮室13側の圧力は、上述したように線F−Gのように変動しているので、冷媒の流れる方向が、旋回スクロール8の旋回中に、あるクランク角範囲では背圧室18から圧縮室13へ、またあるクランク角範囲では圧縮室13から背圧室18へと変化する。このような背圧孔35を往復する冷媒の流れは、いわゆる呼吸損失を生じる。そこでこの呼吸損失を低減するため、背圧孔35を間欠的に、背圧室18および圧縮室13に連通させる。
Since the pressure on the
背圧孔35を間欠的に背圧室および圧縮室に連通させる例を、図5および図6を用いて説明する。図5は、図2に示したスクロール圧縮機40について、背圧孔35の周りの部分を拡大して示した縦断面図である。また図6は、旋回スクロール8の歯底面である鏡板8a部での横断面図であり、固定スクロール7と旋回スクロール8のみを示す図である。旋回スクロール8の鏡板8aに断面コの字型に形成した背圧孔35と、固定スクロール7のラップ7b側表面に形成し、半径方向外方から斜めに内径側に延びる連通溝36を併せて示す。
An example in which the
連通溝36は、背圧室18の一部を構成する。旋回スクロール8が、1旋回すると、背圧孔35の背圧室18側の開口35aは、図6中で円37で示された軌跡をたどる。このとき、1旋回中のあるクランク角範囲、具体的には背圧孔35の開口35aが連通溝36に臨む間だけ、背圧室18と圧縮室13が連通する。クランク角の他の範囲では、背圧孔35の開口35aは、固定スクロール7のラップ7b側の表面7eで閉塞されており、背圧室18と圧縮室13は遮断されている。背圧室18と圧縮室13を間欠的に連通させたので、図4に示した圧縮曲線における線F−Gの長さが短くなり、圧力変動を抑制することができる。
The
次に、インジェクションサイクルに用いる圧縮機40としての構成を、図2を用いて説明する。背圧室18に連通するように、ケース9を貫通してインジェクションパイプ1が設けられている。インジェクションパイプ1の端部は、図1に示したインジェクション配管47に接続されている。
Next, the structure as the
このように構成したスクロール圧縮機40では、気液分離器44で分離したガス冷媒を背圧室18に注入する。注入されたガス冷媒は、上記潤滑経路、すなわちケース9の底部の潤滑油溜りからシャフト10内を伝わって背圧室18に達した潤滑油とともに、背圧孔35を通って圧縮室13に流入する。上述したように、背圧孔35を間欠的に背圧室18と圧縮室13に連通させたので、背圧室18からのガス冷媒の流出先である圧縮室13側の圧力変動は小さくなり、呼吸損失も小さくなる。その結果、ガス冷媒を圧縮室13に直接インジェクションする場合に比べて、呼吸損失を低減できるとともに、インジェクション量を増大させることができる。
In the
ガス冷媒のインジェクション量が増大すると、蒸発器での吸熱能力に寄与しないガス冷媒を、低圧から中間圧力まで圧縮する動力を、より大幅に低減できる。従来、呼吸損失や流路抵抗による圧損により、分離したガス冷媒を全てインジェクションするのが困難であり、一部のガス冷媒を蒸発器を介して圧縮していた。本実施例では、インジェクション量を増やしているので、このような無駄な圧縮を回避できる。 When the injection amount of the gas refrigerant increases, the power for compressing the gas refrigerant that does not contribute to the heat absorption capability in the evaporator from a low pressure to an intermediate pressure can be greatly reduced. Conventionally, it has been difficult to inject all of the separated gas refrigerant due to pressure loss due to respiratory loss and flow path resistance, and some of the gas refrigerant has been compressed via an evaporator. In this embodiment, since the injection amount is increased, such useless compression can be avoided.
気液分離器44で分離されたガス冷媒は、第2熱交換器46を通らないので、第2熱交換器46での圧力損失を低減できる。また、ガス冷媒の流出先である圧縮室13側の圧力変動の影響を小さく抑えたので、インジェクション圧力をガス冷媒の流出先の最大圧力よりも高い圧力に設定することが可能となる。その結果、圧縮室13から背圧室18を通ってインジェクション配管47にガス冷媒が逆流するのを防止でき、インジェクションサイクル中の騒音源となる逆止弁48が不要となる。
Since the gas refrigerant separated by the gas-
従来用いられている圧縮室13に直接冷媒ガスをインジェクションする方法では、冷媒ガスのインジェクションにより圧縮室13の圧力が高くなり、インジェクションしない場合に比べて、旋回スクロール8を固定スクロール7から引き離す引離し力が増大し、圧縮機の効率が低下するおそれがあった。
In the conventional method of directly injecting the refrigerant gas into the
これに対して、本実施例によれば、ガス冷媒を背圧室18に流入させ、背圧孔35を通過する際の圧力損失により、ガス冷媒の圧力が少し低くなった状態で圧縮室13へ流入する。その結果、引離し力が増大するとともに押付け力も増大するので、固定,旋回両スクロール7,8が引離されることによる圧縮機40の効率低下を防止できる。
On the other hand, according to the present embodiment, the gas refrigerant is caused to flow into the
なお、従来の圧縮室13に直接インジェクションする方法では、インジェクションポートと逆止弁で形成される圧縮室13側の空間が、インジェクションしないで運転するときに、圧縮に寄与しないデッドボリュームとなり、再膨張損失を生じるおそれがあった。本実施例によれば、インジェクションポートが不要なのでデッドボリュームが生じず、インジェクションしないで運転しても圧縮機40の効率が低下しない。また、本実施例によれば、主軸受5および旋回軸受11に給油ポンプで潤滑油39を供給している。そのため、背圧室18に冷媒ガスをインジェクションしても、軸受摺動部への給油量が減少するおそれがない。
In the conventional method of directly injecting into the
上記実施例では、気液分離器44で分離したガス冷媒を、背圧室18にインジェクションしているが、ガス冷媒に加えて一部の液冷媒を背圧室18にインジェクションしてもよい。液冷媒をもインジェクションする場合には、低温の液冷媒が背圧室18を経由して圧縮室13へ流入するので圧縮室13が冷やされ、吐出ポート15から吐出される冷媒ガスの吐出温度を下げることができる。その結果、モータの巻線や潤滑油などの温度上昇も抑制できる。
In the above embodiment, the gas refrigerant separated by the gas-
本発明に係るスクロール圧縮機40の他の実施例を、図7および図8を用いて説明する。図7は、スクロール圧縮機40の縦断面図であり、図8はスクロール圧縮機40が備える背圧調整弁2部を拡大して示す縦断面図である。本実施例が図2に示した実施例と相違するのは、軸受部への給油を、吐出圧力と背圧との圧力差で行う差圧給油としたこと、および背圧孔の代わりに背圧調整弁2を用いて背圧を調整したことにある。
Another embodiment of the
差圧給油構造について、説明する。潤滑油39はケース9の底部の潤滑油溜り39aに貯留されており、この潤滑油溜り39a部の雰囲気圧力は吐出圧力である。これに対して、背圧室18内の圧力は、吐出圧力より低い。そこで、潤滑油溜り39aに貯留している潤滑油39は、潤滑油溜り39a部の雰囲気圧力と背圧室18の圧力との圧力差で、シャフト10の軸心部に形成した貫通穴3を通って背圧室18に流入する。
The differential pressure oil supply structure will be described. The lubricating
この際、潤滑油39の一部は、シャフト10の主軸受5に対向する部分に開口し、シャフト10内を半径方向に延びる横穴4を通って主軸受5を潤滑する。そして、主軸受5を潤滑した後、背圧室18に達する。残りの潤滑油39は、貫通穴3を通ってシャフト10のクランク10a上部に達し、旋回軸受11を潤滑して背圧室18に流入する。潤滑油
39は、主軸受5および旋回軸受11を通過する際、軸受隙間が小さいので絞られ、吐出圧力より低い圧力で背圧室18に流入する。
At this time, a part of the lubricating
背圧室18に流入した潤滑油39は、背圧が高くなると、吸込室20または圧縮室13への連通路に設けた背圧調整弁2が開く。背圧調整弁2が開いたので、潤滑油39は背圧室18から吸込室20または圧縮室13へ流入し、圧縮室13を通って吐出ポート15から吐出される。
When the back pressure of the lubricating
次に背圧調整弁2の構成および動作について、説明する。固定スクロール7のラップ
7bよりも外側には、背圧調整弁2の弁体2aを収容可能なように軸方向に延びる段付きの穴が背面側から形成されている。一方、この段付き穴に対応する位置に、背圧室18側から穴が形成されている。背圧室18側の穴は、背圧室18と通じている下側の空間2dを形成する。
Next, the configuration and operation of the back
段付き穴の側部に、この段付き穴と背圧室18側とを連通する穴が斜めに形成されている。斜めに形成された穴の背圧室18側端部は、固定スクロール7のラップ7b側表面に形成された溝である連通路2fに接続されている。段付き穴および斜めの穴で形成される空間2eは、連通路2fを介して吸込室20または圧縮室13に連通する。下側の空間
2dの上面には、この空間を閉じることが可能なように、弁体2aが配置されている。弁体2aは、段付き穴に嵌合する部材2cの下部に固定されたバネ2bにより、下側の空間2d側へ押付けられている。
A hole that communicates the stepped hole and the
したがって、弁体2aは、背圧室18に連通する下側の空間2dの圧力による力が、連通路2fを介して空間2eに伝わった吸込室20または圧縮室13の圧力による力と、バネ2bの押付け力の合計より高くなった場合に、上方へ移動する。そして、下側の空間
2dと空間2eを連通させる。つまり、背圧調整弁2は、背圧室18内の圧力が予め設定した値よりも高くなると、背圧室18内の流体を吸込室20または圧縮室13に逃がす。
Therefore, the
この背圧調整2弁を有する構造においても、インジェクション配管47を経て背圧室
18に注入されたガス冷媒は、背圧室18に達した潤滑油と一緒になる。そして、背圧調整弁2を通って、吸込室20または圧縮室13に流入する。したがって、本実施例においても、背圧調整弁2が間欠的に背圧室18と吸込室20または圧縮室13を連通させるので、背圧室18内の圧力は、吸込室20または圧縮室13側の圧力変動の影響を受けず、ほぼ一定の圧力であり、呼吸損失の少ない良好なインジェクションを実現できる。
Also in the structure having the back pressure adjusting two valves, the gas refrigerant injected into the
また本実施例によれば、ガス冷媒を圧縮室13に直接インジェクションする場合に比べて、呼吸損失を低減でき、インジェクション量を増大させることができる、インジェクション配管47にガス冷媒が逆流するのを防止でき、逆止弁48が不要となる、ガス冷媒が背圧室18に流入してから、背圧調整弁2を通過し、その際の圧力損失があるので、図2に示した実施例と同様の理由で、固定,旋回両スクロール7,8間の引離し力とともに押付け力も増大し、体積効率の低下を防止できる、従来必要なインジェクションポートが不要なので、デッドボリュームは生じず、インジェクションしないで運転する際にも圧縮機の効率は低下しない、等の効果がある。
Further, according to the present embodiment, it is possible to reduce the breathing loss and increase the injection amount as compared with the case where the gas refrigerant is directly injected into the
なお本実施例では、主軸受5および旋回軸受11に潤滑油39を、吐出圧力と背圧の差圧により供給しているので、インジェクションにより背圧室18に流入するガス冷媒の量が多いと、その分だけ軸受を経由して背圧室18に流入する潤滑油の量が少なくなる。つまり、インジェクションしない場合には、背圧室から流出する流体の流れは、ケース底部の油溜りからの潤滑油の流れとみなせるが、インジェクションしたときにはこの潤滑油の流れにインジェクションガスの流れが加わる。その結果、背圧室18からの流体の流量を一定とすると、潤滑油量が減少する。
In this embodiment, since the lubricating
そこで、背圧調整弁2のバネ2bの押付け力を小さくする。バネ2bの押付け力が小さいと、背圧室18から吸込室20または圧縮室13へ逃げる流体の量が増加する。背圧室18へ流入する潤滑油の量が、背圧室18にインジェクションしないときと同程度であるように、インジェクション圧力を調整する。これにより、軸受部への給油量の減少を回避できる。ガス冷媒だけでなく液冷媒を含むガス冷媒をインジェクションしてもよいことは、図2に示した実施例と同様である。
Therefore, the pressing force of the
1 インジェクションパイプ
2 背圧調整弁
7 固定スクロール
8 旋回スクロール
13 圧縮室
18 背圧室
35 背圧孔
40 スクロール圧縮機
50 冷凍サイクル
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