JP2022174444A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、インジェクションによる性能向上および吐出温度低減を高いレベルで実現するスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】本開示のスクロール圧縮機１００は、密閉容器１１０内を高圧空間２３０と低圧空間２４０に区画する仕切板１２０と、低圧空間２４０に配置された圧縮機構部１３０と供え、上記圧縮機構部１３０の固定スクロール１５０外周に、固定スクロール１５０とは別体で固定スクロール１５０に対し軸方向へ移動可能なインジェクションアダプタ１９０を設けて、固定スクロール１５０の軸方向への移動を抑制することなくアダプタ内インジェクション経路１９１を形成する。これにより、アダプタ内インジェクション経路１９１の断面積を大きくしてインジェクション流量を十分確保することができ、インジェクションによる性能向上および吐出温度低減効果を高いレベルで実現できる。【選択図】図２

Description

本開示は、スクロール圧縮機に関する。

特許文献１はスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、固定スクロールが軸方向に移動可能で、固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成し、冷凍サイクル内の冷媒の一部を圧縮室に導入して圧縮する。そして、吐出温度低減のためインジェクション経路を備えており、そのインジェクション経路は一部が固定スクロールに追従して微小振動可能な配管で構成している。

特開平１１－１６６４８９号公報

本開示は、インジェクション経路が固定スクロールに追従して微振動しないで、固定スクロールをインジェクション経路に対し軸方向に移動する。これにより、本開示は、インジェクションによる性能向上および吐出温度低減を実現したスクロール圧縮機を提供する。

本開示におけるスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、低圧空間に配置された圧縮機構部と、低圧空間に配置され圧縮機構部を駆動するための電動機部と、圧縮機構部を構成し、仕切板に隣接し、軸方向に移動可能な固定スクロールと、圧縮機構部を構成し、固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、圧縮機構部を構成し、旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、圧縮機構部を構成し、旋回スクロールを支持する主軸受と、固定スクロールの鏡板内に形成された鏡板内インジェクション経路と、圧縮室と鏡板内インジェクション経路を連通するインジェクションポートと、固定スクロールの外周に、固定スクロールとは別体で固定スクロールに対して軸方向に移動可能なように設けたインジェクションアダプタと、インジェクションアダプタに形成され、鏡板内インジェクション経路と連通するアダプタ内インジェクション経路と、一端をインジェクションアダプタに挿入し、他端側が密閉容器外の冷凍サイクルに接続されるインジェクション管と、を備える構成をしている。

本開示におけるスクロール圧縮機は、インジェクション経路となるインジェクションアダプタに対して固定スクロールが軸方向へ移動するので、インジェクション経路を構成するインジェクションアダプタを固定スクロールに追従させる必要がない。したがって、インジェクションアダプタに形成するアダプタ内インジェクション経路の断面積を拡大して、インジェクション流量を十分確保することができる。そのため、インジェクションによる性能向上および吐出温度低減効果を高いレベルで実現することができる。

本発明の一実施の形態におけるスクロール圧縮機の縦断面図 本実施の形態におけるスクロール圧縮機の要部断面図

（本開示の基礎となった知見等）
従来、密閉容器内低圧型のスクロール圧縮機では、起動時の液圧縮等により生じる圧縮室の異常な圧力上昇を逃がすために、固定スクロールを軸方向に移動可能な構成としている。そして、このようなスクロール圧縮機において吐出温度を低下させるため、冷凍サイクル中の液冷媒を圧縮室へインジェクションする技術が開示されている。しかし、固定スクロールに剛性の高いインジェクション管を直接挿入接続すると、固定スクロールの軸方向への移動が抑制される。
したがって、特許文献１では、固定スクロールとインジェクション管との間に固定スクロールに追従して微小振動可能な配管を配してインジェクション経路を構成することが開示されている。しかし、特許文献１の構成では、配管を微小振動可能とするため、当該配管として剛性の低い管、すなわち管径の細い配管を用いてインジェクション経路を構成している。そのため、インジェクション経路の断面積を大きくすることが出来ない。その結果、インジェクション流量が十分確保出来ず、性能向上および吐出温度低減といったインジェクション本来の効果が十分に得られないという課題があった。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、固定スクロールの外周に、固定スクロールとは別体で固定スクロールに対して相対的に移動可能なインジェクションアダプタを設け、このインジェクションアダプタにインジェクション管を挿入接続することで、固定スクロールの軸方向への移動を抑制することなくインジェクション経路を形成し、インジェクション流量を確保したスクロール圧縮機を提供する。

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。
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。

以下、図１～図２を用いて、本発明の一実施の形態を説明する。
［１－１．構成］
図１及び図２において、スクロール圧縮機１００は、密閉容器１１０と、仕切板１２０と、圧縮機構部１３０と、電動機部１４０と、固定スクロール１５０と、旋回スクロール１６０と、自転抑制部材１７０と、主軸受１８０と、鏡板内インジェクション経路１５１と、インジェクションポート１５２と、インジェクションアダプタ１９０と、アダプタ内インジェクション経路１９１と、インジェクション管２００と、シール部材２１０と、アダプタ押さえ部材２２０と、を備える。

仕切板１２０は、密閉容器１１０に固定され、密閉容器１１０内を高圧空間２３０と低圧空間２４０に区画する。
圧縮機構部１３０は、低圧空間２４０に配置され、低圧空間２４０内の圧縮される前の低圧冷媒を吸入し、圧縮した後の高圧冷媒を高圧空間２３０に吐出する。
電動機部１４０は、低圧空間２４０に配置され、主軸２５０を介して圧縮機構部１３０を駆動する。

固定スクロール１５０は、圧縮機構部１３０を構成し、円板状の固定スクロール鏡板１５３と固定スクロール鏡板１５３から立設された渦巻状の固定渦巻きラップ１５４を備えている。固定スクロール鏡板１５３の略中心部には吐出ポート１５５が形成される。吐出ポート１５５は高圧付与領域２６０を連通する。高圧付与領域２６０は、固定スクロール鏡板１５３の固定渦巻きラップ１５４側の面と、固定スクロール１５０の背面（固定渦巻きラップ１５４と反対側の面）１５６に設けられる。圧縮途中の圧縮室２７０には、背面１５６に形成された中圧付与領域２８０に連通する中圧ポート１５７が開口している。固定スクロール１５０の外周１５８には冷媒を圧縮室２７０に取り込むための吸入部１５９が形成されている。背面１５６は、仕切板１２０に隣接している。
旋回スクロール１６０は、圧縮機構部１３０を構成し、円板状の旋回スクロール鏡板１６１と、旋回スクロール鏡板１６１に立設された渦巻状の旋回渦巻きラップ１６２を備えている。また、旋回スクロール１６０の背面（旋回渦巻きラップ１６２と反対側の面）には、主軸２５０からの駆動力を受けるボス部１６３を備えている。旋回渦巻きラップ１６２は、固定渦巻きラップ１５４と噛み合わせることで圧縮室２７０が形成される。
自転抑制部材１７０は、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０の自転を防止する。

主軸受１８０は、密閉容器１１０に固定され、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０のスラスト負荷を支持する。また、主軸２５０をラジアル方向に支持している。上記主軸受１８０の外周端部にはガイドピン２９０が圧入される。固定スクロール１５０にガイドピン２９０が挿入されることで、固定スクロール１５０がラジアル方向および軸周りの回転方向に規制され軸方向に移動可能となる。

鏡板内インジェクション経路１５１は、固定スクロール鏡板１５３内に、略径方向に形成され、外周１５８に開口している。
インジェクションポート１５２は、圧縮室２７０と鏡板内インジェクション経路１５１を連通し、固定スクロール鏡板１５３内に形成される。インジェクションポート１５２は、１つまたは複数形成される。インジェクションポート１５２は、固定渦巻きラップ１５４と旋回渦巻きラップ１６２で閉じ込められた後の圧縮室２７０に、開口し、かつ、２つの圧縮室２７０に同時に開口しない範囲に形成される。
インジェクションアダプタ１９０は、固定スクロール１５０の外周１５８に、固定スクロール１５０とは別体で、固定スクロール１５０に対して軸方向に移動可能に備えられる。インジェクションアダプタ１９０は、固定スクロール１５０側の端面１９２と固定スクロール１５０の反対側の端面１９３を持つ円柱形状である。その端面１９２と端面１９３は、略平行である。
アダプタ内インジェクション経路１９１は、インジェクションアダプタ１９０内に形成され、端面１９２と端面１９３に開口する。アダプタ内インジェクション経路１９１は、鏡板内インジェクション経路１５１と連通する。
インジェクション管２００は、密閉容器１１０の内部と外部を連通する配管である。インジェクション管２００の一端がインジェクションアダプタ１９０に挿入接続され、インジェクション管２００の他端が密閉容器１１０外の冷凍サイクルに接続される。インジェクション管２００の内径断面積は、インジェクションポート１５２の合計断面積より大きい。

シール部材２１０は、固定スクロール１５０のインジェクションアダプタ１９０と対向する面に形成した環状の溝に備えられる。シール部材２１０は、インジェクションアダプタ１９０との摺動抵抗が小さい樹脂材で形成される。
アダプタ押さえ部材２２０は、インジェクションアダプタ１９０が固定スクロール１５０から離れる方向へ移動することを規制する。アダプタ押さえ部材２２０は、板状であり、固定スクロール１５０に固定されている。アダプタ押さえ部材２２０は、インジェクションアダプタ１９０と異なる摺動抵抗の少ない材料で形成される。

［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。
電動機部１４０が付勢されると主軸２５０が回転し、自転抑制部材１７０により旋回スクロール１６０は自転することなく旋回運動する。低圧空間２４０の低圧冷媒は、固定スクロール１５０の吸入部１５９から圧縮室２７０へ吸入され、圧縮室２７０の容積が縮小し、冷媒は圧縮される。圧縮途中の中間圧力の冷媒は、中圧ポート１５７を通り背面１５６に設けられた中圧付与領域２８０に導入される。圧縮が終わった冷媒は、吐出ポート１５５を通り背面１５６に設けられた高圧付与領域２６０に導入され、その後、高圧空間２３０に吐出される。

次に、インジェクションについて説明する。冷凍サイクルから分岐されたインジェクション回路から冷媒が、インジェクション管２００を通ってアダプタ内インジェクション経路１９１に導入される。アダプタ内インジェクション経路１９１に導入された冷媒は、シール部材２１０のシール作用により、低圧空間２４０に漏れ出すことなく鏡板内インジェクション経路１５１に導入される。鏡板内インジェクション経路１５１に導入された冷媒は、インジェクションポート１５２を通り圧縮途中の圧縮室２７０に導かれる。

ここで、シール部材２１０で囲まれた空間に掛かる圧力により、インジェクションアダプタ１９０に、固定スクロール１５０から離れる方向の力が作用する。しかしながら、アダプタ押さえ部材２２０により、インジェクションアダプタ１９０の移動が規制されるため、固定スクロール１５０とインジェクションアダプタ１９０の距離が一定以下に保持され、シール部材２１０のシール性が確保される。
また、インジェクションアダプタ１９０の端面１９２と端面１９３が略平行なので、インジェクションアダプタ１９０に作用する圧力の方向と、アダプタ押さえ部材２２０で押さえる方向が略同一直線上になる。これにより、インジェクションアダプタ１９０のずれ方向に作用する力が抑制でき、インジェクション管２００に曲げ方向の力がかからない。また、インジェクションアダプタ１９０は、円柱形状で、方向性がないため、組み立てが容易である。

一方、上記のように冷媒がインジェクションされる固定スクロール１５０には、上記のように中圧付与領域２８０に導入された冷媒の中間圧力と、高圧付与領域２６０に導入された冷媒の吐出圧力が作用し、固定スクロール１５０が旋回スクロール１６０に押し付けられる。一方、圧縮室２７０内の冷媒の圧力により、固定スクロール１５０を旋回スクロール１６０から引き離す力も作用する。この押し付ける力と引き離す力のバランスにより固定スクロール１５０が軸方向へ移動し、旋回スクロール１６０に適正な力で押し付けられる。
また、起動時の液圧縮等により圧縮室２７０の圧力が異常に上昇する場合は、圧力を逃がすために、固定スクロール１５０が軸方向に移動し、旋回スクロール１６０から離れる。

ここで、固定スクロール１５０は上記のように軸方向に移動する。しかしながら、インジェクション管２００と固定スクロール１５０の鏡板内インジェクション経路１５１とを連通させるインジェクションアダプタ１９０は、固定スクロール１５０とは別体に構成されるため、固定スクロール１５０に対し相対的に軸方向へ移動する。これにより、剛性の高いインジェクション管２００が挿入されてインジェクションアダプタ１９０の移動が規制されていても、固定スクロール１５０の軸方向の移動は規制されない。つまり、インジェクションアダプタ１９０は固定スクロール１５０に追従して微振動することなく、固定スクロール１５０の軸方向移動を可能としている。

したがって、インジェクションアダプタ１９０に形成するアダプタ内インジェクション経路１９１の断面積をインジェクションポート１５２の断面積より十分大きくして、インジェクション流量を確保することができる。
また、剛性の高いインジェクション管２００の内径断面積もインジェクションポート１５２の断面積より大きくして、インジェクション流量を最大限確保することができる。
また、上記固定スクロール１５０の軸方向の移動は、シール部材２１０とインジェクションアダプタ１９０との摺動抵抗が小さいので、スムーズに行える。更にまた、固定スクロール１５０が軸方向に移動すると、インジェクションアダプタ１９０とアダプタ押さえ部材２２０間で摺動が生じる。しかしながら、これらは異なる材料で構成されているため、摩耗が抑制される。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、スクロール圧縮機１００は、密閉容器１１０と、仕切板１２０と、圧縮機構部１３０と、電動機部１４０と、固定スクロール１５０と、旋回スクロール１６０と、自転抑制部材１７０と、主軸受１８０と、鏡板内インジェクション経路１５１と、インジェクションポート１５２と、インジェクションアダプタ１９０と、アダプタ内インジェクション経路１９１と、インジェクション管２００と、を備える。仕切板１２０は、密閉容器１１０内を高圧空間２３０と低圧空間２４０に区画する。圧縮機構部１３０は、低圧空間２４０に配置される。電動機部１４０は、低圧空間２４０に配置され、圧縮機構部１３０を駆動する。固定スクロール１５０は、圧縮機構部１３０を構成し、仕切板１２０に隣接し、軸方向に移動可能である。旋回スクロール１６０は、圧縮機構部１３０を構成し、固定スクロール１５０と噛み合されて圧縮室２７０を形成する。自転抑制部材１７０は、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０の自転を防止する。主軸受１８０は、圧縮機構部１３０を構成し、旋回スクロール１６０を支持する。鏡板内インジェクション経路１５１は、固定スクロール鏡板１５３内に形成される。インジェクションポート１５２は、圧縮途中の圧縮室２７０と鏡板内インジェクション経路１５１を連通する。インジェクションアダプタ１９０は、固定スクロール１５０の外周１５８に、固定スクロール１５０とは別体で、固定スクロール１５０に対して移動可能に備えられる。アダプタ内インジェクション経路１９１は、インジェクションアダプタ１９０内に形成され、鏡板内インジェクション経路１５１と連通する。インジェクション管２００は、一端がインジェクションアダプタ１９０に挿入され、他端側が密閉容器１１０外の冷凍サイクルに接続される。

このように、本開示のスクロール圧縮機１００は、固定スクロール１５０が軸方向に移動できるように、別体のインジェクションアダプタ１９０を設けてインジェクション経路を形成している。これによりインジェクション経路を構成するインジェクションアダプタ１９０が固定スクロール１５０の軸方向の動きを規制することがない。したがって、インジェクション経路の断面積を大きくすることができ、インジェクション流量を十分確保することができる。その結果、インジェクションによる性能向上および吐出温度低減効果を高いレベルで実現することができる。

なお、本開示のスクロール圧縮機１００は、本実施の形態のように、固定スクロール１５０とインジェクションアダプタ１９０の間にシール部材２１０を備えてもよい。
これにより、アダプタ内インジェクション経路１９１に導入された冷媒は、低圧空間２４０に漏れ出すことなく鏡板内インジェクション経路１５１に導入することができる。そのため、性能低下をより確実に抑制できる。

また、インジェクションアダプタ１９０が固定スクロール１５０から離れる方向へ移動することを規制するアダプタ押さえ部材２２０を備えてもよい。
これにより、固定スクロール１５０とインジェクションアダプタ１９０の距離を一定以下に保持することで、シール部材２１０のシール性が確保できる。

また、インジェクションアダプタ１９０の固定スクロール１５０側の面とアダプタ押さえ部材２２０側の面が略平行であってもよい。
これにより、インジェクションアダプタ１９０に作用する圧力の方向と、アダプタ押さえ部材２２０で押さえる方向を略一致させることができる。そのため、インジェクションアダプタ１９０のずれを抑制でき、シール部材２１０およびインジェクションアダプタ１９０の異常摩耗等も低減できる。

また、インジェクション管２００の内径の断面積をインジェクションポート１５２の断面積より大きくしてもよい。
これにより、インジェクション流量を最大限確保できる。そのため、インジェクションによりさらに性能向上および吐出温度低減効果が確保できる。

（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、本実施の形態を説明した。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。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

本実施の形態では、シール部材２１０は、固定スクロール１５０のインジェクションアダプタ１９０と対向する面に形成した環状の溝に備えられると説明した。しかしながら、シール部材２１０は、インジェクションアダプタ１９０の固定スクロール１５０と対向する面に形成した環状の溝に備えてもよい。また、シール部材２１０の材質も、インジェクションアダプタ１９０との摺動抵抗が小さければ樹脂以外の材料でもよい。
本実施の形態では、アダプタ押さえ部材２２０は、インジェクションアダプタ１９０と異なる材料で形成されると説明した。しかしながら、アダプタ押さえ部材２２０もしくはインジェクションアダプタ１９０の少なくともどちらかの表面を表面処理等で異材質にしてもよい。
なお、上述の実施の形態は、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。

本開示は、インジェクション経路の断面積を大きくでき、インジェクション流量を十分確保して、インジェクションが持つ性能向上および吐出温度低減を高いレベルで実現することができる。よって、密閉容器内低圧型スクロール圧縮機にインジェクションを行うものに効果的に適用可能である。具体的には、給湯機、温水暖房装置、空気調和装置などの電気製品に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に、本開示は適用可能である。

１００ スクロール圧縮機
１１０ 密閉容器
１２０ 仕切板
１３０ 圧縮機構部
１４０ 電動機部
１５０ 固定スクロール
１５１ 鏡板内インジェクション経路
１５２ インジェクションポート
１５３ 固定スクロール鏡板
１５４ 固定渦巻きラップ
１５５ 吐出ポート
１５６ 背面
１５７ 中圧ポート
１５８ 外周
１５９ 吸入部
１６０ 旋回スクロール
１６１ 旋回スクロール鏡板
１６２ 旋回渦巻きラップ
１６３ ボス部
１７０ 自転抑制部材
１８０ 主軸受
１９０ インジェクションアダプタ
１９１ アダプタ内インジェクション経路
１９２ 端面
１９３ 端面
２００ インジェクション管
２１０ シール部材
２２０ アダプタ押さえ部材
２３０ 高圧空間
２４０ 低圧空間
２５０ 主軸
２６０ 高圧付与領域
２７０ 圧縮室
２８０ 中圧付与領域
２９０ ガイドピン

Claims (5)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、
   前記低圧空間に配置された圧縮機構部と、
   前記低圧空間に配置され、前記圧縮機構部を駆動するための電動機部と、
   前記圧縮機構部を構成し、前記仕切板に隣接し、軸方向に移動可能な固定スクロールと、
   前記圧縮機構部を構成し、前記固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、
   前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、
   前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールを支持する主軸受と、
   前記固定スクロールの鏡板内に形成された鏡板内インジェクション経路と、
   前記圧縮室と前記鏡板内インジェクション経路を連通するインジェクションポートと、
   前記固定スクロールの外周に、前記固定スクロールとは別体で前記固定スクロールに対して軸方向に移動可能なように設けたインジェクションアダプタと、
   前記インジェクションアダプタに形成され、前記鏡板内インジェクション経路と連通するアダプタ内インジェクション経路と、
   一端を前記インジェクションアダプタに挿入接続し、他端側が前記密閉容器外の冷凍サイクルに接続されるインジェクション管と、
   を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロールと前記インジェクションアダプタの間に、シール部材を備えたことを特徴とする、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記インジェクションアダプタの前記固定スクロールから離れる方向への移動を規制する、アダプタ押さえ部材を備えたことを特徴とする、
   請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記インジェクションアダプタの前記固定スクロール側の面と前記アダプタ押さえ部材側の面が略平行であることを特徴とする、
   請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記インジェクション管の内径の断面積が、前記インジェクションポートの断面積より大きいことを特徴とする、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

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