JP2019143543A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮工程途中に中間圧の冷媒を確実に導入でき、圧縮機効率の向上を図ることが可能なスクロール流体機械を提供することを目的とする。【解決手段】スクロール圧縮機１は、固定スクロール１８と、旋回スクロール１９とを備え、第１端板１８ａ又は第２端板１９ａに、圧縮室２０内の流体圧力よりも高圧の流体を圧縮室２０内に供給するインジェクションポート２６が設けられ、圧縮室２０の密閉が開始された後、圧縮室２０の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域が設定され、インジェクションポート２６を介して圧縮室２０内に供給される冷媒が有する圧力Ｐｉｎｊと吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ１に対する第１領域での冷媒の圧力Ｐｍと吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ２の割合が、２０％以上１００％未満であるとき、第１領域が開始されるように第１領域が設定され、インジェクションポート２６が第１領域に設けられることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール流体機械に関するものである。

一般に、端板上に渦巻状の壁体が設けられた固定スクロール部材と旋回スクロール部材とを噛み合わせ、公転旋回運動を行わせて流体を圧縮又は膨張するスクロール流体機械が知られている。スクロール流体機械のうちスクロール圧縮機は、例えば空気調和機などに適用される冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する装置である。

また、冷凍サイクルとして、ヒートポンプの能力向上やＣＯＰ（coefficient of performance）向上のため、冷媒を２段に分けて圧縮する２段圧縮冷凍サイクルが用いられる場合がある。２段圧縮冷凍サイクルは、エコノマイザ（気液分離器）が二つの膨張弁の間に設けられ、中間圧を有する冷媒をエコノマイザから圧縮過程の途中へ導入する。この冷凍サイクルは、ガスインジェクションサイクル、又は、エコノマイザーサイクルとも呼ばれる。

特開２００６−３１２８９８号公報

上述した２段圧縮冷凍サイクルを実現するためには、圧縮機の構造として、以下の３通りのいずれかが必要とされる。（１）高段圧縮部と低段圧縮部を１台の圧縮機の内部に収容する二段圧縮機において、低段圧縮部の吐出側と高段圧縮部の吸入側の間に中間圧の冷媒を導入する。（２）圧縮部を一つのみ備える単段圧縮機を２台直列に接続し、低段圧縮機の吐出側と高段圧縮機の吸入側の間に中間圧の冷媒を導入する。（３）圧縮部を一つのみ備える単段圧縮機において、圧縮部の圧縮工程途中に中間圧の冷媒を導入する。

上記（１）の場合、高段圧縮部と低段圧縮部を内部に収容する二段圧縮機が必要であるため、圧縮機単体の構造が複雑になる。上記（２）の場合、圧縮機が２台必要であるため、冷凍サイクルを構成するシステムが複雑になり、システムの大型化を招く。上記（３）の場合、圧縮部において中間圧の冷媒が導入されている間も圧縮室内の容積が減少し、冷媒の圧縮が進行する。そのため、圧縮室内の冷媒の圧力が高まり、導入前の冷媒の圧力との差が低下して、十分な量の冷媒を導入できない場合がある。この場合、ヒートポンプの能力向上やＣＯＰの向上を十分に図ることができない。

上述した特許文献１では、スクロール圧縮機の壁体の上縁に壁体段付き部が形成され、壁体には、壁体段付き部よりも渦巻き方向の中心側に高さが高い高部位、外周端側に高さが低い低部位が形成される。また、壁体が立設される端板の一側面に端板段付き部が形成され、一側面には端板段付き部よりも渦巻き方向の中心側に面が低い低面部、外周端側で面が高い高面部が形成される。端板段付き部は、壁体段付き部に対向する位置に形成される。また、低面部における端板段付き部の近傍領域に、圧縮室内の流体圧力よりも高圧の流体を圧縮室内に供給する流体供給部（インジェクションポート）が設けられている。

特許文献１の構成では、渦巻き方向の中心側に移動する圧縮室が壁体段付き部及び端板段付き部を通過する際に、圧縮室の容積減少率を緩やかにする、又は、容積を増加させることができる。また、流体供給部が低面部における端板段付き部の近傍領域に設けられている。

特許文献１では、旋回スクロール部材の旋回によって圧縮室の密閉が開始される時（吸入締め切り時）から、圧縮室の容積の減少率が緩やかな区間、又は、容積が増加する区間として設定された区間までの間隔が短い。そのため、冷媒が圧縮室に導入されることで、圧縮室内の圧力が早期に中間圧力（インジェクション圧力）まで高まるため、導入後の圧力で圧縮を行う期間が長くなり、無駄な圧縮動力が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧縮工程途中に中間圧の冷媒を確実に導入でき、圧縮機効率の向上を図ることが可能なスクロール流体機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のスクロール流体機械は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るスクロール流体機械は、第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と噛み合って圧縮室を形成するように相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材とを備え、前記第１端板又は前記第２端板に、前記圧縮室内の流体圧力よりも高圧の流体を前記圧縮室内に供給する流体供給部が設けられ、前記第１端板、前記第１壁体、前記第２端板及び前記第２壁体の形状によって、前記圧縮室の密閉が開始された後、前記圧縮室の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域が設定され、前記流体供給部を介して前記圧縮室内に供給される前記流体が有する圧力Ｐｉｎｊと前記圧縮室へ吸入される直前の前記流体が有する吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ１に対する前記第１領域での前記圧縮室内の前記流体の圧力Ｐｍと前記吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ２の割合が、２０％以上１００％未満であるとき、前記第１領域が開始されるように前記第１領域が設定され、前記流体供給部が前記第１領域に設けられることを特徴とする。

この構成によれば、第１スクロール部材と第２スクロール部材が相対的に公転旋回運動を行い、第２壁体が第１壁体と噛み合うことによって圧縮室が形成される。そして、公転旋回運動によって、圧縮室の密閉が開始された後、圧縮室の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域が設定されている。
また、第１端板又は第２端板に流体供給部が設けられ、流体供給部は、圧縮室内の流体圧力よりも高圧の流体を圧縮室内に供給する。そして、圧縮室の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域に流体供給部が設けられることから、圧縮室内の圧力変化が緩やかな又は略一定の過程において、供給される流体との圧力差を所定以上に維持したまま、流体を圧縮室へ供給できる。
さらに、第１領域は、前記流体供給部を介して前記圧縮室内に供給される前記流体が有する圧力Ｐｉｎｊと前記圧縮室へ吸入される直前の前記流体が有する吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ１に対する前記第１領域での前記圧縮室内の前記流体の圧力Ｐｍと前記吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ２の割合が、２０％以上１００％未満であるとき、第１領域が開始されるように設定されていることから、第１領域において圧縮室内の圧力が流体供給部を介して導入される流体の圧力よりも低くなるため、圧縮室内へ流体を確実に導入できる。

上記発明において、前記第１壁体及び前記第２壁体の少なくとも一方は、渦巻方向の外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に増加する第１壁体傾斜部を有し、前記第１端板及び前記第２端板の少なくとも一方は、前記第１壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該第１壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する第１端板傾斜部を有し、前記第１壁体傾斜部及び前記第１端板傾斜部の位置及び形状によって、前記第１領域の少なくとも一部が設定されてもよい。

この構成によれば、第１壁体傾斜部における壁体の高さが渦巻方向の外周側から内周側に向かって連続的に増加し、第１端板傾斜部において、第１壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が第１壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する。これにより、公転旋回運動時、壁体の渦巻形状に応じて圧縮室の幅が減少すると共に、圧縮室の高さ、すなわち、端板間の対向面間距離が増加する。したがって、第１壁体傾斜部及び第１端板傾斜部の位置及び形状によって、圧縮室の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域の少なくとも一部が設定される。外周側から吸い込まれた流体が内周側に向かうにしたがい、第１領域では、圧縮室内の圧力が略一定に維持される。

さらに、壁体の高さが連続的に増加するようになっており、従来の壁体及び歯底に段部が設けられた段付きスクロール流体機械に比べて、流体漏れを少なくすることができる。

第１壁体傾斜部及び第１端板傾斜部の傾斜は、滑らかに接続された傾斜に限定されるものではなく、小さな段差が階段状に接続されており、第１壁体傾斜部を全体としてみれば連続的に傾斜しているものも含まれる。第１壁体傾斜部及び第１端板傾斜部は、第１スクロール及び第２スクロールの両側に設けてもよいし、いずれか一方に設けてもよい。一方の壁体に第１壁体傾斜部を設け、他方の端板に第１端板傾斜部を設けた場合には、他方の壁体と一方の端板は平坦としてもよいし、従来の段付き形状と組み合わせた形状としてもよい。

上記発明において、前記第１領域の前に前記圧縮室の容積が減少する第２領域と、前記第１領域の後に前記圧縮室の容積が減少する第３領域とが設定されてもよい。

この構成によれば、圧縮室の容積が減少する第２領域が第１領域の前において設定されることによって、第１領域の前の第２領域において、流体が内周側に向かうにしたがい、圧縮室内の圧力が上昇する。圧力が上昇した流体は、第１領域では、内周側に向かうにしたがい、圧縮室内の圧力が略一定に維持される。そして、圧縮室の容積が減少する第３領域が第１領域の後において設定されることによって、第１領域の後の第３領域において、流体が内周側に向かうにしたがい、圧縮室内の圧力が再び上昇する。

上記発明において、前記第１壁体及び前記第２壁体の少なくとも一方は、渦巻方向の外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に減少する第２壁体傾斜部を有し、前記第１壁体及び前記第２壁体の少なくとも一方は、前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該第２壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する第２端板傾斜部を有し、前記第２壁体傾斜部及び前記第２端板傾斜部の位置及び形状によって、前記第２領域及び前記第３領域のそれぞれの少なくとも一部が設定されてもよい。

この構成によれば、第２壁体傾斜部における壁体の高さが外周側から内周側に向かって減少し、第２端板傾斜部において、第２壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が第２壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する。したがって、第２壁体傾斜部及び第２端板傾斜部の位置及び形状によって、圧縮室の容積が減少する第２領域及び第３領域のそれぞれの少なくとも一部が設定される。これにより、外周側から吸い込まれた流体は内周側に向かうにしたがい、壁体の渦巻形状に応じた圧縮室の幅の減少によって圧縮されるだけでなく、圧縮室の高さ、すなわち、端板間の対向面間距離の減少によって更に圧縮されることになる。これにより、三次元圧縮が可能となり、小型化を実現することができる。

本発明によれば、圧縮室の容積変化が緩やか又は略一定となる領域が設定されるため、圧縮工程途中に中間圧の冷媒を確実に導入でき、さらに、圧縮室内の圧力上昇を抑制できるため、圧縮機効率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る冷凍サイクルを示す構成図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の要部を示す部分縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールを示す縦断面図であり、図４のIII-III線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る固定スクロールを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る固定スクロールの壁体の歯先及び端板を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る固定スクロールの壁体及び端板を渦巻方向に展開して示した側面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回スクロールを示す縦断面図であり、図８のVII-VII線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る旋回スクロールを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回スクロールの壁体の歯先及び端板を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回スクロールの壁体及び端板を渦巻方向に展開して示した側面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機のチップシール隙間を示す側面図であり、（ａ）はチップシール隙間が相対的に小さい状態を示し、（ｂ）はチップシールが相対的に大きい状態を示す。 圧縮室の容積と旋回角の関係を示すグラフ、及び、圧縮室の圧力と旋回角の関係を示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
冷凍サイクル１０は、図１に示すように、冷媒（流体）を圧縮するスクロール圧縮機１と、圧縮された冷媒の熱を外部に放熱する凝縮器２と、凝縮器２から流出した冷媒を減圧する高圧側に設けられる第１膨張弁３と、減圧された冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するエコノマイザ（気液分離器）４と、液冷媒を更に減圧する低圧側に設けられる第２膨張弁５と、減圧された冷媒に熱を吸収させる蒸発器６と、エコノマイザ４からガス冷媒をスクロール圧縮機１に導くインジェクション流路７などを備える。

スクロール圧縮機１は、密閉型圧縮機であり、図２に示すように、内部に密閉空間を有するハウジング１１と、ハウジング１１内に配置され、密閉空間内に取り込まれた冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構１２と、スクロール圧縮機構１２に回転力を伝達する回転軸と、回転軸を介してスクロール圧縮機構１２の旋回スクロール１９を公転旋回運動させる電動モータを主たる要素として構成されている。

ハウジング１１は、底部が下部カバーによって密閉され、下部カバーの上部には、上下方向に長い円筒状の中間カバー１３を備えている。中間カバー１３の上部には、ディスチャージカバー１４及び上部カバー１５が設けられて、ハウジング１１が密閉されており、このディスチャージカバー１４と上部カバー１５間に、圧縮された高圧のガスが吐出される吐出チャンバー１６が形成されている。

ハウジング１１内には、スクロール圧縮機構１２が組み込まれるとともに、その下方にステータとロータとからなる電動モータが設置されている。電動モータは、ステータがハウジング１１に固定設置されることによって組み込まれ、ロータには、回転軸が固定されている。

スクロール圧縮機構１２は、ハウジング１１に対して固定設置されている固定スクロール１８と、摺動自在に支持され、固定スクロール１８と噛み合わされることにより圧縮室２０を形成する旋回スクロール１９などを備える。

ハウジング１１の側面には、冷媒を吸入する吸入口（図示せず。）が、密閉空間に連通するように形成されており、上部カバー１５の頭頂側には、吐出チャンバー１６と連通し、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出口１５ａが形成されている。

スクロール圧縮機構１２は、吸入配管及び吸入口を介してハウジング１１内に吸い込まれた冷媒ガスを、ハウジング１１内部に対して開口されている外周側の吸入口２１から圧縮室２０内に吸い込み、圧縮する。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール１８の中心部に設けられている吐出ポート２２及びディスチャージカバー１４に設けられている吐出口２３を介して吐出チャンバー１６内に吐出され、更に、上部カバー１５に設けられ、吐出チャンバー１６と連通している吐出管２４を介して圧縮機の外部へと送出されるようになっている。

また、ディスチャージカバー１４には、外部からスクロール圧縮機構１２の圧縮室２０の内部へ中間圧の冷媒を導入するインジェクション管２５が上部カバー１５を貫通して設けられる。インジェクション管２５及びインジェクションポート（流体供給部）２６を介して冷媒が圧縮室２０へ供給される。

リード弁２７は、薄板状部材であって、吐出ポート２２の出口部に設けられ、吐出ポート２２を開閉する。リード弁２７は、冷媒の流れを一方向のみに規定する。リード弁２７が設けられることによって、冷媒は、圧縮室２０から吐出チャンバー１６側に流れる。

固定スクロール１８は、図２に示されているように、略円板形状の端板（第１端板）１８ａと、端板１８ａの一側面上に立設された渦巻状の壁体（第１壁体）１８ｂとを備えている。旋回スクロール１９は、図２に示されているように、略円板形状の端板（第２端板）１９ａと、端板１９ａの一側面上に立設された渦巻状の壁体（第２壁体）１９ｂとを備えている。各壁体１８ｂ，１９ｂの渦巻形状は、例えば、インボリュート曲線やアルキメデス曲線を用いて定義されている。

固定スクロール１８と旋回スクロール１９は、その中心Ｏ１，Ｏ２を旋回半径ρだけ離し、壁体１８ｂ，１９ｂの位相を１８０°ずらして噛み合わされ、両スクロール１８，１９の壁体１８ｂ、１９ｂの歯先と歯底間に常温で僅かな高さ方向のクリアランス（チップクリアランス）を有するように組み付けられている。これにより、両スクロール１８，１９間に、その端板１８ａ，１９ａと壁体１８ｂ、１９ｂとにより囲まれて形成される複数対の圧縮室２０がスクロール中心に対して対称に形成される。旋回スクロール１９は、図示しないオルダムリング等の自転防止機構によって固定スクロール１８の周りを公転旋回運動する。

図２に示すように、向かい合う両端板１８ａ，１９ａ間の対向面間距離Ｌが、渦巻状の壁体１８ｂ，１９ｂの外周側から内周側に向かって、連続的に減少又は増加するように、壁体１８ｂ，１９ｂにおける歯先の傾斜や端板１８ａ，１９ａにおける歯底面の傾斜が設定されている。

図３，図５及び図６に示すように、固定スクロール１８の壁体１８ｂには、外周側から内周側に向かって、壁体平坦部１８ｂ１、第２壁体傾斜部１８ｂ２、壁体平坦部１８ｂ３、第１壁体傾斜部１８ｂ４、壁体平坦部１８ｂ５、第２壁体傾斜部１８ｂ６、壁体平坦部１８ｂ７が順に設けられている。また、図３，図４及び図６に示すように、固定スクロール１８の歯底面には、外周側から内周側に向けて、端板平坦部１８ａ１、第２端板傾斜部１８ａ２、端板平坦部１８ａ３、第１端板傾斜部１８ａ４、端板平坦部１８ａ５、第２端板傾斜部１８ａ６、端板平坦部１８ａ７の順に設けられている。

図７，図９及び図１０に示すように、旋回スクロール１９の壁体１９ｂには、外周側から内周側に向かって、壁体平坦部１９ｂ１、第２壁体傾斜部１９ｂ２、壁体平坦部１９ｂ３、第１壁体傾斜部１９ｂ４、壁体平坦部１９ｂ５、第２壁体傾斜部１９ｂ６、壁体平坦部１９ｂ７が順に設けられている。また、図７，図８及び図１０に示すように、旋回スクロール１９の歯底面には、外周側から内周側に向けて、端板平坦部１９ａ１、第２端板傾斜部１９ａ２、端板平坦部１９ａ３、第１端板傾斜部１９ａ４、端板平坦部１９ａ５、第２端板傾斜部１９ａ６、端板平坦部１９ａ７の順に設けられている。

旋回スクロール１９の壁体１９ｂに設けられた壁体平坦部１９ｂ１，１９ｂ３，１９ｂ５，１９ｂ７は、それぞれ、外周側から内周側に向かって、高さが一定である。すなわち、旋回スクロール１９の中心Ｏ２（図２参照）を通る軸線方向の寸法が一定とされている。なお、以下、壁体や歯底の高さは、中心Ｏ１，Ｏ２を通る軸線方向の寸法を意味する。

図１０に示されているように、旋回スクロール１９の壁体１９ｂの最外周側と最内周側には、それぞれ、高さが一定とされた壁体平坦部１９ｂ１，１９ｂ７が設けられている。これら壁体平坦部１９ｂ１，１９ｂ７は、図８に示すように、旋回スクロール１９の中心Ｏ２（図２参照）まわりに１８０°（例えば１８０°以上３６０°以下、好ましくは２１０°以下）の領域にわたって設けられている。

旋回スクロール１９の端板１９ａの歯底についても同様に、高さが一定とされた端板平坦部１９ａ１，１９ａ７が設けられている。これら端板平坦部１９ａ１，１９ａ７についても、旋回スクロール１９の中心Ｏ２まわりに１８０°（例えば１８０°以上３６０°以下、好ましくは２１０°以下）の領域にわたって設けられている。

図４に示すように、固定スクロール１８についても、旋回スクロール１９と同様に、壁体平坦部１８ｂ１，１８ｂ７及び端板平坦部１８ａ１，１８ａ７が設けられている。壁体平坦部１８ｂ１，１８ｂ７及び端板平坦部１８ａ１，１８ａ７についても、固定スクロール１８の中心Ｏ１まわりに１８０°（例えば１８０°以上３６０°以下、好ましくは２１０°以下）の領域にわたって設けられている。

図１０に示すように、旋回スクロール１９の壁体１９ｂに設けられた第１壁体傾斜部１９ｂ４は、外周側から内周側に向かって高さが連続的に増加する。図６に示すように、この第１壁体傾斜部１９ｂ４の歯先が対向する固定スクロール１８の端板１８ａ上の歯底面には、第１壁体傾斜部１９ｂ４の傾斜に応じて傾斜する第１端板傾斜部１８ａ４が設けられている。同様に、図６に示すように、固定スクロール１８の壁体１８ｂに設けられた第１壁体傾斜部１８ｂ４も、外周側から内周側に向かって連続的に増加し、図１０に示すように、この第１壁体傾斜部１８ｂ４の歯先に対向する旋回スクロール１９の端板１９ａ上の歯底面には、第１壁体傾斜部１８ｂ４の傾斜に応じて傾斜する第１端板傾斜部１９ａ４が設けられている。第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４及び第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４の渦巻方向の長さは、中心Ｏ１，Ｏ２回りに２０°以上、好ましくは１８０°以上に相当する長さとされている。

これにより、旋回スクロール１９の公転旋回運動時、壁体１８ｂ，１９ｂの渦巻形状に応じて圧縮室２０の幅が減少すると共に、圧縮室２０の高さ、すなわち、端板１８ａ，１９ａ間の対向面間距離が増加する。したがって、第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４及び第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４の渦巻方向の位置及び形状（例えば傾斜角度や渦巻方向の長さ）によって、圧縮室２０の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域の少なくとも一部が設定される。外周側の吸入口２１から吸い込まれた流体が内周側に向かうにしたがい、第１領域では、圧縮室２０内の圧力が略一定に維持される。

なお、第１領域は、渦巻方向にわたって、１つの第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４又は第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４のみが設けられることによって設定されてもよいし、複数の第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４又は第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４が直列に配置されることによって設定されてもよい。複数の第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４又は第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４が直列に配置される場合は、それぞれの傾斜角度を異ならせたり、間に壁体平坦部又は端板平坦部を設けたりすることによって実現される。
また、吸入締め切り時における容積と、第１領域における容積との比は、０．５以上１以下（好ましくは０．６以上０．８以下）とする。これにより、ヒートポンプシステムにおけるＣＯＰをより最適にすることができる。

固定スクロール１８の端板１８ａには、圧縮室２０内の流体圧力よりも高圧の冷媒を圧縮室２０内に供給するインジェクションポート２６が設けられる。旋回スクロール１９が公転旋回運動をして、旋回スクロール１９の壁体１９ｂの歯先が、インジェクションポート２６上へ移動して両者が重なると、圧縮室２０とインジェクションポート２６の連通が閉じられる。反対に、旋回スクロール１９の壁体１９ｂの歯先が、インジェクションポート２６上から移動してインジェクションポート２６が開口すると、圧縮室２０とインジェクションポート２６とが連通する。インジェクションポート２６は、上述した圧縮室２０の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域に設けられる。これにより、圧縮室２０内の圧力変化が緩やか又は略一定の過程において、インジェクションポート２６から供給される冷媒との圧力差を所定以上に維持したまま、冷媒を圧縮室２０へ供給できる。第１領域では、中間圧冷媒のインジェクション工程が行われる。

第１領域は、インジェクションポート２６を介して圧縮室２０内に供給される冷媒が有する圧力（中間圧力）Ｐｉｎｊと吸入口２１に吸入される直前の冷媒が有する圧力（吸入圧力）Ｐｓとの差圧Ｐ１に対する第１領域での圧縮室２０内の冷媒の圧力Ｐｍと吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ２の割合が、２０％以上（好ましくは５０％以上、更に好ましくは７０％以上）１００％未満であるとき、第１領域が開始されるように設定されるとよい。これにより、第１領域において圧縮室２０内の圧力がインジェクションポート２６を介して導入される冷媒の圧力よりも低くなるため、圧縮室２０内へ冷媒を確実に導入できる。
なお、上記関係は、以下の式で表される。
０．２≦Ｐ２／Ｐ１＝（Ｐｍ−Ｐｓ）／（Ｐｉｎｊ−Ｐｓ）＜１

旋回スクロール１９の壁体１９ｂに設けられた第２壁体傾斜部１９ｂ２，１９ｂ６は、外周側から内周側に向かって高さが連続的に減少する。この第２壁体傾斜部１９ｂ２，１９ｂ６の歯先が対向する固定スクロール１８の端板１８ａ上の歯底面には、第２壁体傾斜部１９ｂ２，１９ｂ６の傾斜に応じて傾斜する第２端板傾斜部１８ａ２，１８ａ６が設けられている。同様に、固定スクロール１８の壁体１８ｂに設けられた第２壁体傾斜部１８ｂ２，１８ｂ６も、外周側から内周側に向かって連続的に減少し、この第２壁体傾斜部１８ｂ２，１８ｂ６の歯先に対向する旋回スクロール１９の端板１９ａ上の歯底面には、第２壁体傾斜部１８ｂ２，１８ｂ６の傾斜に応じて傾斜する第２端板傾斜部１９ａ２，１９ａ６が設けられている。

これにより、旋回スクロール１９の公転旋回運動時、壁体１８ｂ，１９ｂの渦巻形状に応じて圧縮室２０の幅が減少すると共に、圧縮室２０の高さ、すなわち、端板１８ａ，１９ａ間の対向面間距離が減少する。したがって、第２壁体傾斜部１８ｂ２，１８ｂ６，１９ｂ２，１９ｂ６及び第２端板傾斜部１８ａ２，１８ａ６，１９ａ２，１９ａ６の渦巻方向の位置及び形状（例えば傾斜角度や渦巻方向の長さ）によって、圧縮室２０の容積が減少する第２領域及び第３領域のそれぞれの少なくとも一部が設定される。外周側の吸入口２１から吸い込まれた冷媒は内周側に向かうにしたがい、壁体１８ｂ，１９ｂの渦巻形状に応じた圧縮室２０の幅の減少によって圧縮されるだけでなく、圧縮室２０の高さ、すなわち、端板１８ａ，１９ａ間の対向面間距離の減少によって更に圧縮されることになる。これにより、三次元圧縮が可能となり、小型化を実現することができる。

圧縮室２０の容積が減少する第２領域は、旋回スクロール１９の公転旋回運動に伴う圧縮室２０の移動方向において第１領域の前に設定され、第３領域は、圧縮室２０の移動方向において第１領域の後に設定される。第２領域は、外周側にて壁体１８ｂ，１９ｂ同士が噛み合って圧縮室２０を形成して締め切った後から、第１領域が開始するまでの領域である。第３領域は、第１領域が終了した後から、圧縮された冷媒の吐出ポート２２からの吐出が終了するまでの領域である。

圧縮室２０の容積が減少する第２領域が第１領域の前において設定されることによって、第１領域の前の第２領域において、冷媒が内周側に向かうにしたがい、圧縮室２０内の圧力が上昇する。圧力が上昇した冷媒は、第１領域では、内周側に向かうが、圧縮室２０内の圧力が略一定に維持される。そして、圧縮室２０の容積が減少する第３領域が第１領域の後において設定されることによって、第１領域の後の第３領域において、冷媒が内周側に向かうにしたがい、圧縮室２０内の圧力が再び上昇する。第２領域では、低段圧縮工程が行われ、第３領域では、高段圧縮工程が行われる。第１領域における圧縮室２０の緩やかな容積変化又は略一定である容積変化とは、第２領域又は第３領域における圧縮室２０の容積変化と比較して緩やか又は略一定であることをいう。

本実施形態では、第２領域による低段圧縮工程を経た後、第１領域によるインジェクション工程が設けられる。そのため、旋回スクロール１９の公転旋回運動によって圧縮室２０の密閉が開始される時（吸入締め切り時）から、圧縮室２０の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域までの間隔が長い。そのため、冷媒が圧縮室に導入されることで、圧縮室内の圧力が早期に中間圧力（インジェクション圧力）まで高まるため、導入後の圧力で圧縮を行う期間が長くなり、無駄な圧縮動力が生じる。

以上より、エコノマイザ４からインジェクション流路７及びインジェクションポート２６を介してスクロール圧縮機構１２の圧縮過程の途中へ冷媒を導入する２段圧縮冷凍サイクルが実現される。また、圧縮室２０の容積が減少する第２領域と第３領域の間に、圧縮室２０の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域が設けられ、スクロール圧縮機構１２を一つのみ備える単段のスクロール圧縮機１において、エコノマイザ４からスクロール圧縮機構１２の圧縮工程途中に中間圧の冷媒を導入できる。

なお、本実施形態でいう第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４、第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４、第２壁体傾斜部１８ｂ２，１８ｂ６，１９ｂ２，１９ｂ６及び第２端板傾斜部１８ａ２，１８ａ６，１９ａ２，１９ａ６における連続的という意味は、滑らかに接続された傾斜に限定されるものではなく、機械加工又は積層造形（ＡＭ）などによる製作時に不可避的に生じるような小さな段差が階段状に接続されており、傾斜部を全体としてみれば連続的に傾斜しているものも含まれる。ただし、いわゆる段付きスクロールのような大きな段差は含まれない。

第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４、第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４、第２壁体傾斜部１８ｂ２，１８ｂ６，１９ｂ２，１９ｂ６及び第２端板傾斜部１８ａ２，１８ａ６，１９ａ２，１９ａ６には、コーティングが施されてもよい。コーティングとしては、例えば、リン酸マンガン処理やニッケルリンめっき等が挙げられる。

図６及び図１０に示すように、第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４よりも外周側に配置される第２壁体傾斜部１８ｂ２，１９ｂ２の外周側端部１８ｂ８，１９ｂ８における歯先高さは、第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４の内周側端部１８ｂ９，１９ｂ９における歯先高さと同一であるとよい。これにより、第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４及び第２壁体傾斜部１８ｂ２，１９ｂ２を間に挟んで、一方の端部１８ｂ８，１９ｂ８と他方の端部１８ｂ９，１９ｂ９で測定を行うことができ、固定スクロール１８又は旋回スクロール１９の寸法測定を好適に行うことができる。

端板１８ａ，１９ａについても、図６及び図１０に示すように、第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４よりも外周側に配置される第２端板傾斜部１８ａ２，１９ａ２の外周側端部１８ａ８，１９ａ８における歯底面高さは、第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４の内周側端部１８ａ９，１９ａ９における歯底面高さと同一であるとよい。これにより、第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４及び第２端板傾斜部１８ａ２，１９ａ２を間に挟んで、一方の端部１８ａ８，１９ａ８と他方の端部１８ａ９，１９ａ９で測定を行うことで、固定スクロール１８又は旋回スクロール１９の寸法測定を好適に行うことができる。

固定スクロール１８の壁体１８ｂの歯先には、チップシールが設けられる。チップシールは樹脂製とされており、対向する旋回スクロール１９の端板１９ａの歯底に接触して流体をシールする。チップシールは、壁体１８ｂの歯先に周方向にわたって形成されたチップシール溝１８ｄ内に収容されている。なお、旋回スクロール１９の壁体１９ｂの歯先に対しても同様に、チップシール溝１９ｄが形成され、チップシール溝１９ｄ内にチップシールが設けられる。

両スクロール１８，１９が相対的に公転旋回運動を行うと、旋回直径（旋回半径ρ×２）分だけ歯先と歯底の位置が相対的にずれる。この歯先と歯底の位置ずれに起因して、傾斜部では、歯先と歯底との間のチップクリアランスが変化する。例えば、図１１（ａ）ではチップクリアランスＴが小さく、図１１（ｂ）ではチップクリアランスＴが大きいことを示している。チップシール２８は、このチップクリアランスＴが旋回運動によって変化しても、背面から圧縮流体によって端板１９ａの歯底側に押圧されるので、追従してシールできるようになっている。

上述したスクロール圧縮機１は、以下のように動作する。
図示しない電動モータ等の駆動源によって、旋回スクロール１９が固定スクロール１８回りに公転旋回運動を行う。これにより、各スクロール１８，１９の外周側から流体を吸い込み、各壁体１８ｂ，１９ｂ及び各端板１８ａ，１９ａによって囲まれた圧縮室２０に冷媒を取り込む。

まず、外周側にて壁体１８ｂ，１９ｂ同士が噛み合って圧縮室２０を形成して締め切った後に、第２領域において、圧縮室２０内の冷媒は外周側から内周側に移動するにしたがい圧縮され、図１２に示すように、圧縮室２０内の圧力が上昇する。圧縮された冷媒は、第１領域へ移動し、第１領域では、冷媒は内周側に向かう。そして、インジェクション管２５及びインジェクションポート（流体供給部）２６を介して、エコノマイザ４から中間圧の冷媒が圧縮室２０へ供給される。第１領域では、図１２に示すように、圧縮室２０内の圧力変化が緩やか又は略一定であり、エコノマイザ４から供給される冷媒との圧力差を所定以上に維持したまま、流体を圧縮室２０へ供給できる。

その後、冷媒は第３領域へ移動し、第３領域において、冷媒が内周側に向かうにしたがい圧縮され、図１２に示すように、圧縮室２０内の圧力が再び上昇する。圧縮された冷媒は、最終的に固定スクロール１８に形成された吐出ポート２２から吐出される。

以上の通り、本実施形態のスクロール圧縮機１によれば、以下の作用効果を奏する。
端板１８ａ，１９ａ間の対向面間距離が壁体１８ｂ，１９ｂの外周側から内周側に向かって連続的に減少する傾斜を設けることとしたので、三次元圧縮が可能となり、小型化を実現することができる。

端板１８ａ，１９ａ間の対向面間距離が壁体１８ｂ，１９ｂの外周側から内周側に向かって連続的に増加する傾斜を設けることとしたので、圧縮室２０の密閉が開始された後、圧縮室２０の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域が設定される。第１領域にインジェクションポート２６が設けられることから、圧縮室２０内の圧力変化が緩やかな又は略一定の過程において、供給される冷媒との圧力差を所定以上に維持したまま、冷媒を圧縮室２０へ確実に供給できる。

端板１８ａ，１９ａ間の対向面間距離が壁体１８ｂ，１９ｂの外周側から内周側に向かって連続的に減少する傾斜を設けることとしたので、三次元圧縮が可能となり、小型化を実現することができる。

さらに、傾斜部が連続的に増加又は減少するようになっており、従来の壁体及び歯底に段部が設けられた段付きスクロール流体機械に比べて、流体漏れを少なくすることができる。

各壁体１８ｂ，１９ｂの歯先にチップシール２８を設けることとしたので、旋回運動に応じて傾斜部における歯先と歯底との間のチップクリアランスＴ（図１１参照）が変化しても、チップシールを追従させることができ、流体漏れを抑制することができる。

壁体１８ｂ，１９ｂ及び／又は端板１８ａ，１９ａにコーティングを施すこととした。これにより、加工精度を出すのが難しい傾斜部の加工バラツキをコーティングの膜厚で補うことができ、流体漏れをさらに抑制することができる。

壁体１８ｂ，１９ｂ及び端板１８ａ，１９ａの最外周部及び最内周部に壁体平坦部１８ｂ１，１８ｂ７，１９ｂ１，１９ｂ７及び端板平坦部１８ａ１，１８ａ７，１９ａ１，１９ａ７を設けることとした。これにより、壁体の歯先が傾斜していると計測点の設定が難しく計測精度を上げることが困難となることを回避して、形状測定を精度良く行うことができる。そして、スクロール形状の寸法管理やチップクリアランス管理が容易になる。

壁体平坦部１８ｂ１，１８ｂ７，１９ｂ１，１９ｂ７及び端板平坦部１８ａ１，１８ａ７，１９ａ１，１９ａ７を１８０°の領域にわたって設けることで、スクロール１８，１９の中心０１，０２を挟んだ両側の平坦部で測定を行うことができる。これにより固定スクロール１８又は旋回スクロール１９の形状寸法を好適に行うことができる。
また、平坦部の範囲が１８０°を大きく超えてしまうと、傾斜部の領域が減少し傾斜部の傾きφが大きくなってしまう。傾きφが大きくなると公転旋回運動時の旋回直径に起因するチップクリアランスＴの変化量が大きくなり流体漏れが大きくなるおそれがある。したがって、壁体平坦部１８ｂ１，１８ｂ７，１９ｂ１，１９ｂ７及び端板平坦部１８ａ１，１８ａ７，１９ａ１，１９ａ７は１８０°の領域とされている。ただし、この１８０°は厳密なものではなく、流体漏れが大きくならない範囲で１８０°を多少（例えば３０°程度）超えた角度は許容される。

傾斜部の傾きφを、渦巻状の壁体１８ｂ，１９ｂが延在する周方向に対して一定となるようにした。これにより、公転旋回運動時の旋回直径に起因するチップクリアランスＴを傾斜部の各位置において同等とすることができ、流体漏れを抑制することができる。

本実施形態では、第１壁体傾斜部１８ｂ４，１９ｂ４、第１端板傾斜部１８ａ４，１９ａ４、第２壁体傾斜部１８ｂ２，１８ｂ６，１９ｂ２，１９ｂ６及び第２端板傾斜部１８ａ２，１８ａ６，１９ａ２，１９ａ６を両スクロール１８，１９に設けることとしたが、いずれか一方に設けてもよい。
具体的には、一方の壁体（例えば旋回スクロール１９の壁体１９ｂ）に第１壁体傾斜部１９ｂ４及び第２壁体傾斜部１９ｂ２，１９ｂ６を設け、他方の端板（例えば固定スクロール１８の端板１８ａ）に第１端板傾斜部１９ａ４及び第２端板傾斜部１９ａ２，１９ａ６を設けた場合には、他方の壁体１８ｂと一方の端板１９ａは平坦とする。
また、従来の段付き形状と組み合わせた形状、すなわち、固定スクロール１８の端板１８ａに第１端板傾斜部１８ａ４及び第２端板傾斜部１８ａ２，１８ａ６を設ける一方で、旋回スクロール１９の端板１９ａに段部が設けられた形状と組み合わせてもよい。

本実施形態では、壁体平坦部１８ｂ１，１８ｂ７，１９ｂ１，１９ｂ７及び端板平坦部１８ａ１，１８ａ７，１９ａ１，１９ａ７を設けることとしたが、内周側及び／又は外周側の平坦部を省略して第２壁体傾斜部１８ｂ２，１９ｂ２を壁体１８ｂ，１９ｂの全体に延長して設けるようにしてもよい。

本実施形態では、第１領域の設定について、第１壁体傾斜部、第１端板傾斜部、第２壁体傾斜部及び第２端板傾斜部を形成する例について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、段付きスクロール部材のように段差部によって、圧縮室の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域が設定されてもよい。

本実施形態では、スクロール圧縮機として説明したが、膨張機として用いるスクロール膨張機に対しても本発明を適用することができる。

１ ：スクロール圧縮機
２ ：凝縮器
３ ：第１膨張弁
４ ：エコノマイザ
５ ：第２膨張弁
６ ：蒸発器
７ ：インジェクション流路
１０ ：冷凍サイクル
１１ ：ハウジング
１２ ：スクロール圧縮機構
１３ ：中間カバー
１４ ：ディスチャージカバー
１５ ：上部カバー
１５ａ ：吐出口
１６ ：吐出チャンバー
１８ ：固定スクロール
１８ａ ：端板
１８ａ１ ：端板平坦部
１８ａ２ ：第２端板傾斜部
１８ａ３ ：端板平坦部
１８ａ４ ：第１端板傾斜部
１８ａ５ ：端板平坦部
１８ａ６ ：第２端板傾斜部
１８ａ７ ：端板平坦部
１８ａ８ ：外周側端部
１８ａ９ ：内周側端部
１８ｂ ：壁体
１８ｂ１ ：壁体平坦部
１８ｂ２ ：第２壁体傾斜部
１８ｂ３ ：壁体平坦部
１８ｂ４ ：第１壁体傾斜部
１８ｂ５ ：壁体平坦部
１８ｂ６ ：第２壁体傾斜部
１８ｂ７ ：壁体平坦部
１８ｂ８ ：外周側端部
１８ｂ９ ：内周側端部
１８ｄ ：チップシール溝
１９ ：旋回スクロール
１９ａ ：端板
１９ａ１ ：端板平坦部
１９ａ２ ：第２端板傾斜部
１９ａ３ ：端板平坦部
１９ａ４ ：第１端板傾斜部
１９ａ５ ：端板平坦部
１９ａ６ ：第２端板傾斜部
１９ａ７ ：端板平坦部
１９ａ８ ：外周側端部
１９ａ９ ：内周側端部
１９ｂ ：壁体
１９ｂ１ ：壁体平坦部
１９ｂ２ ：第２壁体傾斜部
１９ｂ３ ：壁体平坦部
１９ｂ４ ：第１壁体傾斜部
１９ｂ５ ：壁体平坦部
１９ｂ６ ：第２壁体傾斜部
１９ｂ７ ：壁体平坦部
１９ｂ８ ：外周側端部
１９ｂ９ ：内周側端部
２０ ：圧縮室
２１ ：吸入口
２２ ：吐出ポート
２３ ：吐出口
２４ ：吐出管
２５ ：インジェクション管
２６ ：インジェクションポート
２７ ：リード弁
２８ ：チップシール

Claims (4)

1. 第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、
   前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と噛み合って圧縮室を形成するように相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材と、
   を備え、
   前記第１端板又は前記第２端板に、前記圧縮室内の流体圧力よりも高圧の流体を前記圧縮室内に供給する流体供給部が設けられ、
   前記第１端板、前記第１壁体、前記第２端板及び前記第２壁体の形状によって、前記圧縮室の密閉が開始された後、前記圧縮室の容積変化が緩やか又は略一定となる第１領域が設定され、
   前記流体供給部を介して前記圧縮室内に供給される前記流体が有する圧力Ｐｉｎｊと前記圧縮室へ吸入される直前の前記流体が有する吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ１に対する前記第１領域での前記圧縮室内の前記流体の圧力Ｐｍと前記吸入圧力Ｐｓとの差圧Ｐ２の割合が、２０％以上１００％未満であるとき、前記第１領域が開始されるように前記第１領域が設定され、
   前記流体供給部が前記第１領域に設けられることを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記第１壁体及び前記第２壁体の少なくとも一方は、渦巻方向の外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に増加する第１壁体傾斜部を有し、
   前記第１端板及び前記第２端板の少なくとも一方は、前記第１壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該第１壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する第１端板傾斜部を有し、
   前記第１壁体傾斜部及び前記第１端板傾斜部の位置及び形状によって、前記第１領域の少なくとも一部が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. 前記第１領域の前に前記圧縮室の容積が減少する第２領域と、前記第１領域の後に前記圧縮室の容積が減少する第３領域とが設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール流体機械。
4. 前記第１壁体及び前記第２壁体の少なくとも一方は、渦巻方向の外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に減少する第２壁体傾斜部を有し、
   前記第１壁体及び前記第２壁体の少なくとも一方は、前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該第２壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する第２端板傾斜部を有し、
   前記第２壁体傾斜部及び前記第２端板傾斜部の位置及び形状によって、前記第２領域及び前記第３領域のそれぞれの少なくとも一部が設定されていることを特徴とする請求項３に記載のスクロール流体機械。
   
   

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