JP2021076072A

JP2021076072A - スクロール圧縮機

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Publication number: JP2021076072A
Application number: JP2019203650A
Authority: JP
Inventors: 将弘麻生; Masahiro Aso; 啓晶中井; Hiroaki Nakai
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2039-11-11
Also published as: JP7345135B2

Abstract

【課題】インジェクション冷媒が吐出圧室や吐出空間内部の冷媒および固定スクロールと熱交換して生じるインジェクション冷媒の密度低下を抑制し、高効率な圧縮機を提供する。【解決手段】中間圧室１４７内部のインジェクション冷媒と固定スクロール１３５およびマフラ１３８との間に断熱材１５０，１５２を設け、中間圧室１４７内部のインジェクション冷媒と、このインジェクション冷媒より高温な、隣接する吐出圧室１４５、吐出空間１４９内部の冷媒および固定スクロール１３５との熱交換を低減する構成としている。これにより、インジェクション冷媒と吐出圧室、吐出空間内部の冷媒および固定スクロールとの熱交換を低減してインジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度の低下を抑制でき、冷媒循環量の低下を抑制し、高効率な圧縮機を提供することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、インジェクション機構を有するスクロール圧縮機に関するものである。

特許文献１はインジェクション機能を持つスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、固定スクロールの背面上にマフラを配置し、中間圧のインジェクション冷媒が圧縮機の側面から固定スクロールの背面とマフラによって形成された中間圧室を通過し、固定スクロールに設けられたインジェクションポートを介して圧縮工程中の圧縮室内に流入する。

また、固定スクロールの鏡板の中心部に、圧縮室で圧縮した冷媒を吐出する吐出ポートと、圧縮室が吐出ポートと連通する前に吐出圧に達した冷媒を吐出する吐出バイパスポートが設けられており、吐出ポートおよび吐出バイパスポートから吐出された冷媒が、固定スクロールの背面とマフラによって形成された吐出圧室を介して、密閉容器内の吐出空間へと排出される。

国際公開第２０１８／１５０５４０号

本開示は、上記インジェクション冷媒が吐出圧室や吐出空間内部の冷媒および固定スクロールとの熱交換により生じるインジェクション冷媒の密度低下を抑制し、高効率な圧縮機を提供する。

本開示におけるスクロール圧縮機は、中間圧室内部のインジェクション冷媒と固定スクロールおよびマフラとの間に断熱材を設け、中間圧室内部のインジェクション冷媒と、このインジェクション冷媒より高温な、隣接する吐出圧室、吐出空間内部の冷媒および固定スクロールとの熱交換を低減する構成としている。

本開示におけるスクロール圧縮機は、中間圧室内部のインジェクション冷媒と、このインジェクション冷媒より高温な、隣接する吐出圧室、吐出空間内部の冷媒および固定スクロールとの熱交換を低減することで、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度の低下を抑制でき、冷媒循環量の低下を抑制し、高効率な圧縮機を提供することができる。

実施の形態１によるスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル図実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図実施の形態１におけるスクロール圧縮機の要部拡大図実施の形態１におけるスクロール圧縮機の変形例を示す要部拡大図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、特許文献１に示すインジェクション機構付きのスクロール圧縮機が知られていた。このスクロール圧縮機は、中間圧室内部のインジェクション冷媒が、当該インジェクション冷媒より高温な、隣接する吐出圧室、吐出空間内部の冷媒および固定スクロールと熱交換することで温度が上昇する。その結果、インジェクション冷媒の密度が低下して冷媒循環量が低下し、圧縮機の効率が低下してしまう、と言う課題がある。発明者らはこのような課題を発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

そこで本開示は、中間圧室内部のインジェクション冷媒と固定スクロールおよびマフラとの間に断熱材を設けてインジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度低下を抑制し、高効率な圧縮機を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図３を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．構成］
図１は、実施の形態１によるスクロール圧縮機１００を備えた冷凍サイクル図である。

図１に示すように、冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機１００、凝縮器１０１、膨張弁１０２ａ、１０２ｂ、気液分離器１０３、蒸発器１０４、および、インジェクション管１０５から構成されている。

凝縮器１０１から流出した高圧の冷媒は、上流側に設けられた膨張弁１０２ａによって減圧されて、一部液体冷媒が混じった中間圧の気体冷媒となり、気液分離器１０３において液体冷媒と気体冷媒に分離される。気液分離器１０３によって分離された中間圧の液体冷媒は、下流側の膨張弁１０２ｂによって更に減圧され、低圧の液体冷媒となって、蒸発器１０４に流入する。

蒸発器１０４において、低圧の液体冷媒は、蒸発して気体冷媒もしくは、一部液体冷媒が混じった気体冷媒として流出し、スクロール圧縮機１００に吸入される。

スクロール圧縮機１００は、蒸発器１０４から流入してくる低圧の冷媒を圧縮する。加えて、圧縮過程の途中で、前述の気液分離器１０３で分離された中間圧の気体冷媒をインジェクション管１０５を介して圧縮室にインジェクションさせて圧縮し、高圧となった冷媒を凝縮器１０１へと送り出す。

図２は、同実施の形態におけるスクロール圧縮機１００の縦断面図である。図３は、同実施の形態におけるスクロール圧縮機１００の要部拡大図である。

図２において、スクロール圧縮機１００は、圧縮機本体１１０と、圧縮機本体１１０を収容する密閉容器１１２とを備えている。密閉容器１１２の底部にはオイル１１４が貯留されている。圧縮機本体１１０はモータ要素１２０とモータ要素１２０によって駆動される圧縮要素１３０とからなる。

モータ要素１２０は、密閉容器１１２に、溶接や焼き嵌めによって固定した固定子１２１と、固定子１２１の内周側に配置された永久磁石を内蔵した回転子１２２とを備えている。

圧縮要素１３０は、モータ要素１２０の上方に配置される。

クランクシャフト１３２は、回転子１２２を圧入固定した主軸部１３２ａと主軸部１３２ａに対し偏心して形成された偏心軸部１３２ｂとからなる。

また、クランクシャフト１３２は、内部に給油穴１３２ｃが軸方向に貫通して設けられており、下端にオイルポンプ１３３を備えている。オイルポンプ１３３は、吸い込み口が確実にオイル１１４内に入る位置に配置されている。

クランクシャフト１３２は、密閉容器１１２に溶接や焼き嵌めによって固定した主軸受部材１３４で軸支される。

主軸受部材１３４上には、主軸受部材１３４にボルト止めされた固定スクロール１３５と、固定スクロール１３５と噛み合う旋回スクロール１３６とマフラ１３８が備えられている。

固定スクロール１３５および旋回スクロール１３６は、鋳鉄やアルミニウム合金から形成することができ、マフラ１３８は、炭素鋼や鋳鉄から形成することができる。

旋回スクロール１３６と主軸受部材１３４との間には、旋回スクロール１３６の自転を防止するオルダムリングのような自転拘束機構１３７が設けられている。

固定スクロール１３５と旋回スクロール１３６との間には、圧縮室１３９が形成される。

固定スクロール１３５は、外周に吸入ポート１４０を、中央に吐出ポート１４１を設けている。

吸入管１４２と吐出管１４３とインジェクション管１０５とは、密閉容器１１２外の冷凍サイクルに通じている。

吸入管１４２は、吸入ポート１４０を経由して、圧縮室１３９と連通している。

圧縮室１３９は、吐出リード弁１４４が設けられている吐出ポート１４１を経由してマフラ１３８内の吐出圧室１４５と連通している。

インジェクション管は、マフラ１３８内の中間圧室１４７と接続され、逆止弁１４８を備えたインジェクションポート１４６を経由して、閉じ込み後の圧縮室１３９に連通している。

吐出圧室１４５および中間圧室１４７は、固定スクロール１３５の背面とマフラ１３８に囲まれることで形成されている。

図３に示すように、マフラ１３８の内壁表面は、断熱材１５０で被覆されている。断熱材１５０は、耐油性や耐熱性に優れた材料で、熱伝導率が０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、さらに好ましくは熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料、例えば、中空セラミックやニトリル系発泡ゴム（ＮＢＲ）を用いることができる。断熱材１５０をマフラ１３８の内壁表面に設ける方法としては、例えば、中空セラミックを含む塗料をマフラ１３８の内壁表面に塗布したり、ニトリル系発泡ゴム（ＮＢＲ）を接着剤を介してマフラ１３８の内壁表面に接着させたりする方法などがある。

固定スクロール１３５と中間圧室１４７の間には、断熱材１５２を介在させている。断熱材１５２は、断熱材１５０と同様の材料を用いることができる。中空セラミックを用いる場合、シール性の観点から、固定スクロール１３５において、マフラ１３８とともに中間圧室１４７を形成している面にのみ介在させ、締結面となる部分を避けることが望ましい。弾性が高い高分子材料を用いる場合、断熱材１５２は、ガスケットの役割も担うことができるので、固定スクロール１３５とマフラ１３８の間に挟んで締結することで、シール性を同時に向上させることができる（図示せず）。

［１−２．動作］
以上のように構成されたスクロール圧縮機１００について、以下その動作、作用を説明する。

モータ要素１２０に通電されると、固定子１２１に発生する磁界により回転子１２２はクランクシャフト１３２とともに回転する。

クランクシャフト１３２の回転に伴い、オイルポンプ１３３が駆動し、密閉容器１１２の底部に貯留されているオイル１１４が圧力条件や運転速度に関係なく、確実に吸い上げられる。これによって、オイル切れの心配が解消される。オイルポンプ１３３によって吸い上げられたオイル１１４は、給油穴１３２ｃを通じて、圧縮要素１３０に供給される。なお、オイルポンプ１３３でオイル１１４を吸い上げる前後に、オイルフィルタ等でオイル１１４から異物を除去すると、圧縮要素１３０に異物が混入することを防ぐことができ、信頼性の向上を図ることができる。

圧縮要素１３０に供給されるオイル１１４は、スクロール圧縮機１００から吐出される冷媒の圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３６に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３６は、固定スクロール１３５から離れたり、片当たりすることなく、所定の位置で旋回することができるため、安定して圧縮機能を発揮することができる。

また、クランクシャフト１３２の回転に伴い、クランクシャフト１３２の偏心軸部１３２ｂは偏心回転する。

旋回スクロール１３６は、偏心軸部１３２ｂにより偏心駆動し、自転拘束機構１３７によって円軌道運動することで、圧縮室１３９の容積を変化させる。

吸入管１４２から吸入される冷媒は、吸入ポート１４０を経由して、圧縮室１３９に導かれる。圧縮室１３９に吸入された冷媒は、外周側から中央に向かって容積を減じながら移動し、所定の圧力に達すると、吐出ポート１４１に設けられている吐出リード弁１４４を押し開いて、マフラ１３８と固定スクロール１３５の背面とで囲まれた吐出圧室１４５に吐出される。吐出圧室１４５に吐出された冷媒は、吐出空間１４９を介して吐出管１４３から密閉容器１１２外に吐出される。

一方、インジェクション管１０５から導かれた中間圧の冷媒は、マフラ１３８と固定スクロール１３５の背面とで囲まれた中間圧室１４７に流入し、インジェクションポート１４６に設けられている逆止弁１４８を押し開き、閉じ込み後の圧縮室１３９にインジェクションされる。インジェクションされた冷媒は、吸入ポート１４０から吸入された冷媒と共に圧縮され、吐出管１４３から密閉容器１１２外に吐出される。

以上の圧縮行程において、圧縮機内では、吐出圧室１４５、吐出空間１４９内の冷媒が固定スクロール１３５、中間圧室１４７内の冷媒より温度が高くなっているが、中間圧室１４７を形成しているマフラ１３８の内壁表面は、断熱材１５０で覆われているから、圧縮機内で最も高温状態にある吐出圧室１４５および吐出空間１４９から中間圧室１４７への熱侵入を抑制することができる。これにより、インジェクション管１０５から中間圧室１４７内に流入した冷媒が、吐出圧室１４５、吐出空間１４９内の高温の冷媒との熱交換により加熱されることを抑制できる。

さらに、本実施の形態においては、固定スクロール１３５と中間圧室１４７の間も、断熱材１５２で覆われている。そのため、固定スクロール１３５から中間圧室１４７内への熱侵入も抑制することができる。これにより、インジェクション管１０５から中間圧室１４７内に流入した冷媒が、固定スクロール１３５との熱交換により加熱されることを抑制することができる。

以上により、インジェクション管１０５から中間圧室１４７内に流入した冷媒の温度上昇が最小限に抑えられ、冷媒の密度が低下することによる冷媒循環量の低下を抑制できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態の一つを例示する。

実施の形態１では、中間圧室１４７と吐出圧室１４５を一つのマフラ１３８内に形成したものを例示した。しかしこれら中間圧室１４７及び吐出圧室１４５はそれぞれ独立した別々のマフラで形成してもよい。

例えば、図４に示すように、中間圧室１４７は第１マフラ２３８で形成し、吐出圧室１４５は第１マフラ２３８とは別の第２マフラ２４０で形成するようにしてもよい。

このようにすれば、中間圧室１４７を形成する第１マフラ２３８は実施の形態のマフラ１３８或いは本実施の形態の第２マフラ２４０よりも熱伝導率が低い材料で形成することができ、吐出圧室１４５および吐出空間１４９から中間圧室１４７への熱侵入をより強力に抑制でき、吐出圧室１４５、吐出空間１４９内の高温の冷媒との熱交換による加熱抑制効果を高めることができる。

上記第１マフラ２３８は、具体的には、耐油性や耐熱性に優れた材料で、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料、例えば、中空セラミックやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を成型して用いることができる。

なお、固定スクロール１３５と中間圧室１４７の間には、実施の形態１と同様断熱材１５２を介在させている。この断熱材１５２は、実施の形態１の断熱材１５０と同様の材料を用いることができる。中空セラミックを用いる場合、シール性の観点から、固定スクロール１３５において、第１マフラ２３８とともに中間圧室１４７を形成している面にのみ介在させ、締結面となる部分を避けることが望ましい。弾性が高い高分子材料を用いる場合、断熱材１５２は、ガスケットの役割も担うことができるので、固定スクロール１３５と第１マフラ２３８の間に挟んで締結することで、シール性を同時に向上させることができる。

なお、上述の各実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態におけるスクロール圧縮機は、鏡板から立ち上がる渦巻状のラップを有する固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、固定スクロールと旋回スクロールのラップを噛み合わせることで、固定スクロールと旋回スクロールの間に圧縮室を形成し、前記固定スクロールの背面上には、吐出圧室と中間圧室を区画いるマフラを配置するとともに、前記中間圧室には前記圧縮室へ冷媒をインジェクションするインジェクションポートを設け、且つ、前記マフラ上に吐出圧室から吐出管へと繋がる吐出空間を設けたスクロール圧縮機において、前記中間圧室内部のインジェクション冷媒と固定スクロールおよびマフラとの間に断熱材を設けた構成としてある。

これにより、中間圧室内部のインジェクション冷媒と、インジェクション冷媒より高温な、隣接する吐出圧室、吐出空間内部の冷媒および固定スクロールとの間で熱交換が生じるのを抑制して、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度低下を抑制でき、冷媒循環量の低下を抑制し、高効率な圧縮機を提供することができる。

また、上記断熱材は、中間圧室を形成するマフラの内壁をマフラより熱伝導率の低い材料で被覆することにより形成している。

これにより、吐出圧室および吐出空間から中間圧室への熱伝導を抑制し、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度の低下を抑制できる。

また、上記断熱材は、固定スクロールと中間圧室との間に固定スクロールより熱伝導率の低い材料を介在させることで形成している。

これにより、固定スクロールから中間圧室への熱伝導を抑制でき、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度の低下を抑制できる。

また、上記熱伝導率の低い材料を高分子材料で構成している。

これにより、吐出圧室、吐出空間および固定スクロールと中間圧室との間の断熱効果を高めることができ、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度の低下をより効果的に抑制できる。

また、熱伝導率の低い材料を中空セラミックで構成している。

また、中間圧室を第１マフラで形成し吐出圧室を第２マフラで形成する構成とし、第１マフラを第２マフラよりも熱伝導率の低い材料で形成とてもよい。

これにより、中間圧室内部のインジェクション冷媒と、インジェクション冷媒より高温な、隣接する吐出圧室、吐出空間内部の冷媒との間で生じる熱交換をより強力に抑制して、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度低下を抑制でき、冷媒循環量の低下を抑制して、高効率な圧縮機を提供することができる。

また、中間圧室を第１マフラで形成し吐出圧室を第２マフラで形成する構成としたものでは、第１マフラを高分子材料で構成している。

これにより、吐出圧室、吐出空間および固定スクロールと中間圧室との間の断熱効果をより強力に高めることができ、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度低下を抑制して高効率化できるとともにスクロール圧縮機の軽量化を図ることができる。

本開示にかかるスクロール圧縮機は、インジェクション冷媒の温度上昇に伴う密度の低下を抑制して、高効率な圧縮機とすることができる。よって、給湯機、温水暖房装置、空気調和装置や、冷凍機などの冷凍サイクル装置のスクロール圧縮機として有用である。

１００スクロール圧縮機
１０１凝縮器
１０２ａ、１０２ｂ膨張弁
１０３気液分離器
１０４蒸発器
１０５インジェクション管
１１０圧縮機本体
１１２密閉容器
１１４オイル
１２０モータ要素
１２１固定子
１２２回転子
１３０圧縮要素
１３２クランクシャフト
１３２ａ主軸部
１３２ｂ偏心軸部
１３２ｃ給油穴
１３３オイルポンプ
１３４主軸受部材
１３５固定スクロール
１３６旋回スクロール
１３７自転拘束機構
１３８マフラ
１３９圧縮室
１４０吸入ポート
１４１吐出ポート
１４２吸入管
１４３吐出管
１４４吐出リード弁
１４５吐出圧室
１４６インジェクションポート
１４７中間圧室
１４８逆止弁
１４９吐出空間
１５０断熱材
１５２断熱材
２３８第１マフラ
２４０第２マフラ

Claims

固定スクロールの背面上に、吐出圧室と中間圧室を区画するマフラを配置し、前記中間圧室には冷媒をインジェクションするインジェクションポートを備えたスクロール圧縮機において、前記中間圧室内の冷媒と前記固定スクロールおよび前記マフラとの間に断熱材を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
前記断熱材は、前記中間圧室を形成する前記マフラの内壁を前記マフラより熱伝導率の低い材料で被覆することで形成した請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記断熱材は、前記固定スクロールと前記マフラとの間に前記固定スクロールより熱伝導率の低い材料を介在させることで形成した請求項１に記載のスクロール圧縮機。
前記熱伝導率の低い材料を高分子材料で構成した請求項２または請求項３に記載のスクロール圧縮機。
前記熱伝導率の低い材料を中空セラミックで構成した請求項２または請求項３に記載のスクロール圧縮機。
固定スクロールの背面上に、中間圧室を形成する第１マフラと吐出圧室を形成する第２マフラを配置し、前記第１マフラを第２マフラよりも熱伝導率の低い材料で形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
前記第１マフラは高分子材料で構成した請求項６に記載のスクロール圧縮機。