JP2010216691A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動部の潤滑性を向上させ、耐摩耗性を高めることが可能で、且つ、圧縮機への低圧ガスの吸込み量が低下することを防止する。
【解決手段】冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機１，油分離器２１，凝縮器２，減圧装置３，蒸発器４を冷媒配管で順次接続されて構成されている。前記油分離器と前記スクロール圧縮機とを接続する油戻し配管２２が設けられ、この油戻し配管を介して前記油分離器内の油を、スクロール圧縮機を構成する固定スクロール６の台板６ｄと旋回スクロール７の台板７ｄとの間の摺動部１４と、前記固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室８に戻す構成としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、冷凍装置や空調装置などの冷凍サイクル装置に関し、特に、蒸発器，圧縮機，凝縮器，減圧装置を有し、各々を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、圧縮機の運転停止を繰返し、蒸発器内の圧力または温度を所定の値にするように制御する冷凍サイクル装置であって、圧縮機から冷凍サイクル中に排出される油を圧縮機に戻すことに関する。

図７に、従来の一般的な冷凍サイクル装置の例を示す。スクロール圧縮機１から吐出された高温高圧ガスは、油分離器２１で油とガス（冷媒ガス）に分離され、ガスは凝縮器２で液化された後膨張弁３で減圧され、蒸発器４で低圧のガスとなる。油分離器２１でガスと分離された油は、油戻し配管２２から蒸発器４とスクロール圧縮機１の間に戻され、低圧のガスと共にスクロール圧縮機１に吸入・圧縮され、再度高温高圧ガスとなる冷凍サイクルが構成される。

油分離器で分離された油はスクロール圧縮機１の吸入側に戻されるため、低圧ガスが高温の油で加熱され、このため体積膨張して吸込み量が低下し、性能が低下する課題がある。

図８に冷凍サイクル装置に搭載されるスクロール圧縮機の例を示す。スクロール圧縮機は、低温低圧の冷媒ガスを吸入流路５から固定スクロール６と旋回スクロール７で構成される圧縮室８に吸入する。旋回スクロール７は、モータ９の駆動力を伝達する偏心軸を有するクランク軸１０の回転と、旋回スクロール７の回転を防止するオルダムリング１１により旋回運動する。圧縮室８は旋回スクロール７の旋回運動により、外周側から中心側に移動しながら徐々に容積を減少させ、圧縮室８内の冷媒ガスは圧縮されて高温高圧ガスとなり、圧縮機チャンバ内の吐出空間１２に吐出される。その後モータ９を冷却し吐出配管１３から吐出される。

旋回スクロール７の台板部７ｄには、圧縮室８と背圧室７ａを連通する連通穴７ｂを有し、運転中は背圧室７ａ内の圧力により固定スクロール６の台板部６ｄと旋回スクロール７の台板部７ｄは摺動部１４で密着し、旋回スクロール７の旋回運動により摺動する。摺動部１４は背圧室７ａと圧縮室８を遮蔽し、圧力差で背圧室７ａ内の油が圧縮室８に流れ摺動部１４を給油する。摺動部１４は運転状態により背圧室７ａと圧縮室８間の圧力差が少なくなると給油量が不足し、かじりや摩耗が発生する課題もあった。

特開２００３−２４０３６７号公報

上述したように、冷凍サイクル装置においては、油分離器を設置して潤滑油を冷凍サイクルの低圧側に戻すサイクルを構成する場合、圧縮機への低圧ガスの吸込み量が低下する課題がある。また、スクロール圧縮機の旋回スクロールと固定スクロールの間の摺動部は、運転状態によっては給油量が不足し、かじりや摩耗が発生する場合もあった。

本発明の目的は、摺動部の潤滑性を向上させ、耐摩耗性を高めることが可能で、且つ、圧縮機への低圧ガスの吸込み量が低下することを防止することができる冷凍サイクル装置を得ることにある。

上記目的を達成するため本発明は、スクロール圧縮機，油分離器，凝縮器，膨張弁，蒸発器を冷媒配管で順次接続されて構成された冷凍サイクル装置において、前記油分離器と前記スクロール圧縮機とを接続する油戻し配管を備え、この油戻し配管を介して油分離器内の油を、スクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部に戻す構成としたことを特徴とする。

本発明の他の特徴は、スクロール圧縮機，油分離器，凝縮器，減圧装置，蒸発器を冷媒配管で順次接続されて構成された冷凍サイクル装置において、前記油分離器と前記スクロール圧縮機とを接続する油戻し配管を備え、この油戻し配管を介して前記油分離器内の油を、スクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部と、前記固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室に戻すことにある。

ここで、前記油分離器から油を戻す前記圧縮室は閉じ込み完了直後の圧縮室、或いは圧縮途中の圧縮室にすることができる。

また、圧縮途中の圧縮室に、前記凝縮器と前記膨張弁との間の冷媒を注入するインジェクション配管を備え、このインジェクション配管に、前記油分離器から油を戻す油戻し配管を分岐させてその一方を接続し、インジェクションされる冷媒と共に油を前記圧縮室に戻す構成とすることもできる。

前記油戻し配管は、途中で分岐され、一方の分岐管はスクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部に油を供給し、他方の分岐管は前記固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室に油を供給する構成とする。或いは、前記油戻し配管を複数本設け、一方の油戻し配管はスクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部に油を供給し、他方の油戻し配管は前記固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室に油を供給する構成としても良い。

本発明の更に他の特徴は、台板及び台板に直立する渦巻状のラップを有する固定スクロール及び旋回スクロールが互いにラップを内側にして噛合い、前記旋回スクロールはオルダム機構により前記固定スクロールに対して旋回運動し、前記旋回スクロールの反ラップ側には背圧室が形成され、この背圧室に作用する圧力により旋回スクロールを固定スクロールに押圧する構成スクロール圧縮機を備え、このスクロール圧縮機に、油分離器，凝縮器，減圧装置及び蒸発器を順次冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成した冷凍サイクル装置において、前記油分離器から分離した油を、旋回スクロールの台板と固定スクロールの台板の間の摺動部に戻すと共に、スクロール圧縮機の吸込み完了後の圧縮室にも戻す油戻し配管を備えることにある。

ここで、高圧の液冷媒及びガス冷媒の両方若しくはどちらか一方を、前記スクロール圧縮機の圧縮途中の圧縮室に導入するインジェクション配管を備え、このインジェクション配管には絞り機構を備え、前記油分離器から分離した油を、旋回スクロールの台板と固定スクロールの台板の間の摺動部に戻すと共に、前記インジェクション配管の前記絞り機構下流側にも、絞り機構を介して導入することで、インジェクション配管を利用して圧縮室に戻すことも可能となる。

油分離器からの油を固定スクロールと旋回スクロールの間の摺動部に油を戻すことにより、摺動部の潤滑性が向上し、耐摩耗性を高めることが可能となり、油分離器からの油を低圧側の配管に戻す必要はなくなるため、スクロール圧縮機への低圧ガスの吸込み量低下を回避して性能向上を図ることができる。

また、油分離器内の油を、スクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部に戻すと共に、固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室にも戻す構成にすれば、圧縮機の摺動部と圧縮室の両方に油戻しができるため、油分離器からの油戻り量が多いサイクルであっても、油分離器から凝縮器側への油の流出を防止できる効果がある。

本発明の冷凍サイクル装置の実施例１を示す冷凍サイクル構成図。 図１に示すスクロール圧縮機の詳細構造を示す縦断面図。 本発明の冷凍サイクル装置の実施例２を示す冷凍サイクル構成図。 図３に示すスクロール圧縮機の詳細構造を示す縦断面図。 本発明の冷凍サイクル装置の実施例３を示す冷凍サイクル構成図。 図５に示すスクロール圧縮機の詳細構造を示す縦断面図。 従来の一般的な冷凍サイクル装置の例を示す冷凍サイクル構成図。 図７に示すスクロール圧縮機の詳細構造を示す縦断面図。

以下、本発明の具体的実施例を図１〜図６を用いて説明する。本発明では、冷凍サイクル中の油分離器からの油を冷凍サイクルの低圧側には戻さない構成とし、スクロール圧縮機に吸入される低圧ガスが油分離器からの油で加熱されないようにし、それによって圧縮機への吸込み量低下を防止するようにしている。

図１及び図２に本発明の実施例１を示す。
図１において、１はスクロール圧縮機、２は凝縮器、３は膨張弁、４は蒸発器で、これらの機器は冷媒配管で順次接続されて冷凍サイクル装置を構成している。また、２１は油分離器で、スクロール圧縮機１から吐出された高温高圧ガスは、この油分離器２１で油とガス（冷媒ガス）に分離され、ガスは凝縮器２で液化された後、膨張弁３で減圧され、蒸発器４で低圧のガスとなり、スクロール圧縮機に再び吸入されて圧縮される。

本実施例では、油分離器２１でガスと分離された油は、油戻し配管２２を介してスクロール圧縮機１の固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との摺動部に戻される構成としている。

図１に示すスクロール圧縮機１の詳細構造を図２に示す。スクロール圧縮機は、蒸発器からの低温低圧の冷媒ガスを、吸入流路５を介して、固定スクロール６と旋回スクロール７で構成される圧縮室８に吸入する。旋回スクロール７は、モータ９の駆動力を伝達する偏心軸を有するクランク軸１０の回転と、旋回スクロール７の回転を防止するオルダムリング１１により旋回運動する。圧縮室８は旋回スクロール７の旋回運動により、外周側から中心側に移動しながら徐々に容積を減少させ、圧縮室８内の冷媒ガスは圧縮されて高温高圧ガスとなり、圧縮機チャンバ内の吐出空間１２に吐出される。その後、モータ９を冷却し吐出配管１３から吐出される。旋回スクロール７の台板７ｄには、圧縮室８と背圧室７ａを連通する連通穴７ｂが設けられ、運転中は背圧室７ａ内の圧力により固定スクロール６の台板６ｄと旋回スクロール７の台板７ｄとは、摺動部１４で旋回スクロール７の旋回運動により摺動する。摺動部１４は背圧室７ａと圧縮室８を遮蔽し、圧力差で背圧室７ａ内の油が圧縮室８に流れ、摺動部１４を潤滑する。なお、８ｂは固定スクロール６の台板６ｄ及び旋回スクロール７の台板７ｄに直立し、前記圧縮室８を形成するための渦巻状のラップである。

図１に示す油戻し配管２２は、図２に示す繋ぎ配管１５ａに接続される。繋ぎ配管１５ａは、固定スクロール６に開口する油連通穴６ｅに接続され、固定スクロールの台板６ｄと旋回スクロールの台板７ｄとの間の摺動部１４に、油分離器で分離された油を導入し、摺動部１４への給油量を増すものである。

このように、本実施例によれば、油分離器２１からの油をスクロール圧縮機１の摺動部１４に戻し、油分離器からの油を冷凍サイクルの低圧側には戻さない構成としているため、スクロール圧縮機への低圧ガスの吸込み量低下を防止することができる。また、摺動部１４へも十分な給油量を確保できるから、摺動部１４での潤滑性を向上し、耐摩耗性を高めることが可能である。

図３及び図４により、本発明の実施例２を説明する。これらの図において、図１や図２と同一符号を付したものは同一或いは相当する部分を示す。
図３に示すように、油分離器２１からの油戻し配管２２はスクロール圧縮機１に接続される。本実施例では、油戻し配管２２は途中で分岐され、一方の分岐管２２ａは、図４に示す繋ぎ配管１５ａに接続されている。この繋ぎ配管１５ａは、図２の例と同様、固定スクロール６の油連通穴６ｅに接続され、固定スクロールの台板６ｄと旋回スクロールの台板７ｄとの間の摺動部１４に、前記油分離器で分離された油が導入され、摺動部１４を潤滑する。

他方の分岐管２２ｂは、その途中に絞り機構であるキャピラリチューブ３２が設けられ、図４に示す別の繋ぎ配管１５ｂに接続され、この繋ぎ配管１５ｂは固定スクロール６に開口する圧縮室連通穴６ｆに接続され、閉込み完了（吸込み完了）直後の圧縮室８に油分離器２１からの油を導入する構成としている。

本実施例では、図１に示す実施例と同様に、油分離器２１からの油をスクロール圧縮機１の摺動部１４に戻すため、摺動部を十分に潤滑して耐摩耗性を高めることが可能である。また本実施例では、圧縮室連通穴６ｆを介して吸込み完了直後の圧縮室８にも油分離器２１からの油を導入するようにしているため、圧縮機へ吸入される低圧ガスを油分離器からの高温の油で加熱してしまう現象を最小限にできる。この結果、吸込み量低下を最小限にして、吸込み量減少による性能低下を、図１に示す実施例よりも更に防止できる。

本実施例では、圧縮機の摺動部と圧縮室の両方に油戻しができるため、油分離器からの油戻り量が多い冷凍サイクルであっても、油分離器から凝縮器側への油の流出を確実に防止できる効果がある。

なお、本実施例では油戻し配管２２を２つの分岐管２２ａ，２２ｂに分岐させた例を示したが、分岐管とする代わりに複数の油戻し配管を設けるようにしても良い。
また、摺動部１４へ背圧室７ａ側から十分に油を供給できる場合には、油分離器２１から摺動部１４への油戻しを省略し、閉込み完了後の圧縮室へのみ油分離器２１から油を戻すようにしても良い。

図５及び図６により、本発明の実施例３を説明する。これらの図において、図１〜図４と同一符号を付したものは同一或いは相当する部分を示す。
本実施例では、図５に示すように、凝縮機２と減圧装置３の間とスクロール圧縮機１とを絞り機構３１ａを有するインジェクション配管３１で接続したインジェクション機構を有している。前記インジェクション配管３１は、図６に示すインジェクション導入管３１ｂに接続され、更にインジェクション連通穴３１ｃを介して圧縮室８に連通されている。このインジェクション配管３１を設けることにより、凝縮器２で凝縮された液冷媒を、圧縮途中の圧縮室８に導入して圧縮ガスの冷却を行い、スクロール圧縮機１の過熱を防止するようにしている。

油分離器２１からの油戻し配管２２はスクロール圧縮機１に接続される。本実施例でも、油戻し配管２２は途中で分岐され、一方の分岐管２２ａは、図６に示す繋ぎ配管１５ａに接続され、この繋ぎ配管１５ａは固定スクロール６の油連通穴６ｅに接続されて摺動部１４に油分離器で分離された油を導入し、摺動部を潤滑する構成としている。

他方の分岐管２２ｃは、その途中に絞り機構であるキャピラリチューブ３２が設けられ、図５に示す前記インジェクション配管３１に接続されている。これにより、油分離器２１からの油は液インジェクション配管３１，インジェクション導入管３１ｂを流れる冷媒と共に圧縮途中の圧縮室８に導入される構成としている。

なお、前記分岐管２２ｃに設けた絞り機構であるキャピラリチューブ３２の代わりに電子膨張弁を採用し、絞り量を調整する方式とすることも可能である。
冷凍サイクル装置にインジェクション機構を有する本実施例によれば、油分離器２１からの油を、スクロール圧縮機１の摺動部１４に戻すことに加え、圧縮途中の圧縮室にも戻すことができるため、実施例２のように、圧縮機に新たな接続配管を設けることなく油戻し量を増すことが可能となる。従って、油分離器からの油戻り量が多い冷凍サイクル装置においても、油分離器から凝縮器側への油の流出を防止することが可能となる。

なお、上記実施例１〜３では、スクロール圧縮機が同様の構造のものの例を示したが、スクロール圧縮機の構造は実施例記載のものに限るものではない。

１ スクロール圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁（減圧装置）
４ 蒸発器
５ 吸入流路
６ 固定スクロール
６ｄ，７ｄ 台板
６ｅ 油連通穴
６ｆ 圧縮室連通穴
７ 旋回スクロール
７ａ 背圧室
７ｂ 連通穴
８ 圧縮室
８ｂ ラップ
９ モータ
１０ クランク軸
１１ オルダムリング
１２ 吐出空間
１３ 吐出配管
１４ 摺動部
１５ａ，１５ｂ 繋ぎ配管
２１ 油分離器
２２ 油戻し配管（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 分岐管）
３１ インジェクション配管
３１ａ 絞り機構
３１ｂ インジェクション導入管
３１ｃ インジェクション連通穴
３２ キャピラリチューブ（絞り機構）

Claims (9)

1. スクロール圧縮機，油分離器，凝縮器，膨張弁，蒸発器を冷媒配管で順次接続されて構成された冷凍サイクル装置において、
   前記油分離器と前記スクロール圧縮機とを接続する油戻し配管を備え、この油戻し配管を介して油分離器内の油を、スクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部に戻す構成としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. スクロール圧縮機，油分離器，凝縮器，減圧装置，蒸発器を冷媒配管で順次接続されて構成された冷凍サイクル装置において、
   前記油分離器と前記スクロール圧縮機とを接続する油戻し配管を備え、この油戻し配管を介して前記油分離器内の油を、スクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部と、前記固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記油分離器から油を戻す前記圧縮室は閉じ込み完了直後の圧縮室であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記油分離器から油を戻す前記圧縮室は圧縮途中の圧縮室であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 請求項４に記載の冷凍サイクル装置において、圧縮途中の圧縮室に、前記凝縮器と前記膨張弁との間の冷媒を注入するインジェクション配管を備え、このインジェクション配管に、前記油分離器から油を戻す油戻し配管を分岐させてその一方を接続し、インジェクションされる冷媒と共に油を前記圧縮室に戻すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
6. 請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記油戻し配管は、途中で分岐され、一方の分岐管はスクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部に油を供給し、他方の分岐管は前記固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室に油を供給する構成としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
7. 請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記油戻し配管は複数本設けられ、一方の油戻し配管はスクロール圧縮機を構成する固定スクロールの台板と旋回スクロールの台板との間の摺動部に油を供給し、他方の油戻し配管は前記固定スクロールと旋回スクロールとで形成される圧縮室に油を供給する構成としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
8. 台板及び台板に直立する渦巻状のラップを有する固定スクロール及び旋回スクロールが互いにラップを内側にして噛合い、前記旋回スクロールはオルダム機構により前記固定スクロールに対して旋回運動し、前記旋回スクロールの反ラップ側には背圧室が形成され、この背圧室に作用する圧力により旋回スクロールを固定スクロールに押圧する構成スクロール圧縮機を備え、このスクロール圧縮機に、油分離器，凝縮器，減圧装置及び蒸発器を順次冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成した冷凍サイクル装置において、
   前記油分離器から分離した油を、旋回スクロールの台板と固定スクロールの台板の間の摺動部に戻すと共に、スクロール圧縮機の吸込み完了後の圧縮室にも戻す油戻し配管を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
9. 請求項８に記載の冷凍サイクル装置において、高圧の液冷媒及びガス冷媒の両方若しくはどちらか一方を、前記スクロール圧縮機の圧縮途中の圧縮室に導入するインジェクション配管を備え、このインジェクション配管には絞り機構を備え、
   前記油分離器から分離した油を、旋回スクロールの台板と固定スクロールの台板の間の摺動部に戻すと共に、前記のインジェクション配管の前記絞り機構下流側にも、絞り機構を介して導入することを特徴とする冷凍サイクル装置。

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