JP3764261B2

JP3764261B2 - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP3764261B2
Application number: JP27249697A
Authority: JP
Inventors: 秀夫平野; 博之河野; 秀人岡; 正浩坪川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2017-10-06
Also published as: JPH11107945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は業務用および家庭用の主として冷凍空調に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調用の電動圧縮機としては、圧縮部がレシプロ式のもの、ロータリー式のもの、スクロール式のものがある。現在はコスト、性能面等でそれぞれ特徴を活かして成長してきている。中でもスクロール式の圧縮機が高効率、低騒音、低振動という特徴を活かして実用化されてきた。
【０００３】
特開平０５−２４０１７６号公報は、スクロール圧縮機で１つのインジェクションポートを通じて隣接する２つの圧縮室にガスインジェクションを行い、各圧縮室へのインジェクション量を均等化するようにした技術を開示している。これにより、局部的な熱の偏りによって生じるスクロール部材の熱変形、油の潤滑性の悪化を防ぐことができる。
【０００４】
また、特開平０８−１４４９７１号公報は、圧力が中間圧と同圧となる、旋回スクロールの旋回位置より１８０°手前を中心とする±１２５°の範囲内にインジェクション位置設定する。これにより、スクロール圧縮機の特徴である緩やかな圧縮を利用して、安定的に、効率のよいガスインジェクションを実現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、運転モードの多様化は、スクロール圧縮機もインバータ制御などによって速度可変に運転してその時々に最適な運転状態が得られるようにすることや、ガスインジェクションも運転モードによっては遮断したり、遮断を解除したりすることが必要になってきている。さらに、ガスインジェクションによる冷媒ガスの過給に併せ、圧縮室での過圧縮の冷媒ガスを早期にバイパス吐出して過圧縮を防止することも望まれている。
【０００６】
しかし、この過給と過圧縮の防止とを上記従来のもなどに適用しようとすると、過給のためのインジェクションポート部のデッドボリュームでは、ガスインジェクションが行なわれないときのインジェクションポート部のデッドボリュームと同じように、最終圧縮過程にある圧縮室に通じているときにデッドボリューム内の冷媒ガスが昇圧され、次の閉じ込み終えた初期圧縮過程にある圧縮室に通じたときに、デッドボリューム内の冷媒ガスが再膨張して、そのときの運転性能に影響する。
【０００７】
本発明の目的は、主としてガスインジェクション、および過圧縮防止とを併せ行なって、あるいは必要に応じた要素とともに、運転モードの多様化に性能よく対応できるスクロール圧縮機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと円軌道運動される旋回スクロールとの間に形成する圧縮室にインジェクションポートを通じてガスインジェクションを行うようにしたものにおいて、固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成する圧縮室に所定の開口角度範囲で開口して冷媒吐出域に通じさせるバイパスポートを設けるとともに、同一の圧縮室に通じるバイパスポートとインジェクションポートとは異なった開口角度範囲でその圧縮室に通じる位置としたことを基本構成としている。
【０００９】
このような構成では、固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成する同一の圧縮室に対しガスインジェクションおよび過圧縮防止を行なう、インジェクションポート、およびバイパスポートが、その同一圧縮室に対して互いに異なった開口角度範囲で通じるので、インジェクションポートを通じたガスインジェクションと、バイパスポートを通じたバイパス吐出による過圧縮防止とが同一の圧縮室に対して異時に達成されるので、互いの働きが違っても影響し合わず、それぞれ初期の目的を達成して、運転性能の向上に寄与することができ、運転の多様化に性能よく対応しやすくなる。しかも、ガスインジェクションは暖房などの高負荷運転状態に好適であり、ガスインジェクションの過給、昇圧によって、バイパスポート部のデッドボリューム内の冷媒ガスの再膨張の影響を無くすことができ、寒冷地等でのより高負荷な暖房運転の効率を高めるのに好適である。
【００１０】
本発明のスクロール圧縮機は、バイパスポートは固定スクロールの内周側に設けられ、インジェクションポートは固定スクロールの外周側に設けられていることを特徴とし、バイパスボートとインジェクションポートとの同一圧縮室への開口角度を分離させやすい上、この分離によってバイパスポートは圧縮室の過圧縮が生じやすい高圧縮側で通じて過圧縮を防止しやすく、インジェクションポートは圧縮室の低圧縮側で通じて、大きな容積と低圧での高いインジェクション流量のガスインジェクションを達成して、暖房等の高負荷運転状態での性能を向上するのに好適である。
【００１１】
また、旋回スクロールは速度可変に駆動されるものであると、旋回スクロールを低負荷運転や高負荷運転などの運転モードに応じた速度で駆動することにより、運転モードの低負荷から高負荷までの選択される負荷状態に応じた運転速度を設定して最適運転することができ、運転の多様化に性能よく対応しやすい。
【００１２】
本発明のスクロール圧縮機は、また、固定スクロールおよび旋回スクロールの間に一対の圧縮室を形成する羽根の、前記一対の圧縮室の一方の圧縮室が規定の圧縮比を満足する渦巻き長さ位置から巻きおわり端まで、圧縮室を所定の隙間をもって吸込口側に開放し密閉されず高速運転に対する低速運転度合いに応じて冷媒の閉じ込み機能を低下させるオフセット面を設け、前記一方の圧縮室の密閉されない領域と、前記オフセット面のない密閉される他方の圧縮室とに順次に通じる位置にインジェクションポートを設けるとともに、ガスインジェクションを適時に遮断し、また遮断を解除する制御手段を設けたことも特徴としている。
【００１３】
このような構成では、ガスインジェクションの遮断、遮断解除によってガスインジェクションを適時に行え、高速運転に対し所定の低速運転となる低負荷運転時、ガスインジェクションを行わない最適運転にて、固定スクロールと旋回スクロールとが形成する一対の圧縮室のうちの一方の圧縮室の、オフセット面が作る隙間によって密閉されない領域は、前記隙間が小さくても吸入する冷媒をその隙間を通じて外部に逃がしやすく、隙間が設けられている範囲では閉じ込み機能を発揮しないので、圧縮室の全体の大きさに見合う容積での冷媒の過給はなく、前記圧縮室の前記隙間を形成しない範囲だけが有効に働いて設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成されるとともに、ガスインジェクションを行わないことで、旋回スクロールの旋回によってインジェクションポートが、密閉される他方の圧縮室への開口状態から一方の圧縮室の密閉されない領域に開口されるときに、インジェクションポートまわりの逆止弁などを含むデッドボリューム部分の冷媒は前記他方の圧縮室での圧縮過程で昇圧された状態から再膨張するが、密閉されない領域で冷媒ガスを逃がせるのと、前記密閉される他方の圧縮室が前記開口と通じ合わなくなった時点での容積よりも、前記一方の圧縮室の密閉されない領域が前記開口と通じ合うようになった時点での容積の方が大きくなるようにすることで、冷媒の再膨張による影響を低減し、ガスインジェクションを行わない最小ないしは中間の低負荷運転時の圧縮機の性能を向上することができる。
【００１４】
暖房運転など、高速運転となる高負荷運転時、前記閉じられない領域を持つ一方の圧縮室は、前記隙間が小さいことと、旋回スクロールの高速旋回とにより吸入した冷媒の閉じ込み性が向上して冷媒の吸入量が増大し、圧縮行程は低速運転時に対する高速運転度合いに応じた過給がなされるとともに、前記隙間のある領域を含む大きな容積を持った圧縮室の全体を利用した低圧のガスインジェクションを行うことにより高いインジェクション流量を確保し、実際の冷媒吐出量を必要十分に増加させられるので、暖房等の高負荷運転時の性能も向上する。しかも、ガスインジェクションは、インジェクションポートの開口が前記一方の圧縮室の密閉されない領域と密閉される他方の圧縮室とに順次に通じて行なわれ、一対の圧縮室を利用した広い開き角度でのガスインジェクションによる過給が行え、一方の圧縮室でしかガスインジェクションを行わない場合に比し、圧縮機の能力制御幅が拡大するとともに、暖房等の高負荷運転時の性能をさらに向上する。また、一対の圧縮室での過給のアンバランスによる振動や騒音の発生を抑えて運転の快適性が増す。
【００１５】
従って、低負荷運転から高負荷運転まで圧縮機の効率を高めることができ、年間消費電力を低減することができる。初期運転時は高負荷運転を行なって設定温度まで早期に立ち上げた後、低負荷運転に切り換えるとか、就寝中、あるいは就寝中のある時間だけ低負荷運転するおやすみタイマモードにするといったことで、低負荷運転の割合が多い場合に特に有利である。
【００１６】
この場合、インジェクションポートを、前記一方の圧縮室の密閉されない領域の閉じ込み開始点付近より通じ始める位置に設けると、インジェクションポートが通じ始めるときの密閉されない領域の容積が最大になるので、より低圧でより高いインジェクション流量が得られ、寒冷地等のより高負荷な暖房運転に有効である。
【００１７】
本発明は上記の各場合において、圧縮機構の吐出口を有する外面を圧縮機構およびその駆動機構を内蔵した密閉容器内で覆うマフラーに、インジェクションポートに接続されるインジェクションパイプが遊びを持って通る穴を設けると、マフラーは圧縮機構から吐出してくる冷媒を圧縮機構との間に形成している大きな空間で一旦受止めて空間内に拡散充満させながら消音するのに加え、前記穴は単独で、あるいは他の既設の穴と協働して、この一旦拡散され消音されたマフラー内の冷媒が、マフラーと密閉容器が形成する次の閉空間に適度に絞られた状態で通じて再度拡散充満しながら消音されるようにする消音穴を共用するので、インジェクションパイプの設置構造を利用して消音効果を高めることができる。
【００１８】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の説明と図面の記載から明らかであり、それぞれの特徴は単独で、あるいは必要に応じたものの組み合わせによってそれぞれ種々の効果を発揮する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な実施の形態についてその実施例とともに図１〜５を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本実施の形態１は冷凍空調用の横向き設置型のスクロール圧縮機とした場合の一例で、図１に全体の構成を示している。
【００２１】
これにつき説明すると、密閉容器１内には、一端部にスクロール式の圧縮機構２が、中間部に圧縮機構２を駆動する電動機３が、他端部には密閉容器１の下部にあるオイル溜め５内のオイル４を潤滑対象部へ送り出すオイルポンプ６とが、それぞれ設けられている。
【００２２】
圧縮機構２は固定スクロール１１と旋回スクロール１２の羽根１１ａ、１２ａどうしを従来同様に噛み合わせて構成し、旋回スクロール１２を自転させず円軌道運動させるように旋回駆動することによって、双方間に形成する一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂを図１〜図３に示す吸込口１４に通じる外周側から吐出口１５に通じる内周側に移動させながら、容積を縮小して圧縮を行い吐出する。
【００２３】
これらの支持および駆動と、吸込み圧縮して吐出する流体の密閉容器１内での案内構造とは、どのように構成されてもよい。また、オイルポンプ６もどのようなタイプのものでもよい。本実施の形態１では圧縮機構２は一端側に固定した主軸受部材９に固定スクロール１１をボルト止めして一体化し、これら主軸受部材９と固定スクロール１１との間に、固定スクロール１１と噛み合わせた旋回スクロール１２を挟み込んでいる。電動機３は密閉容器１に溶接などして固設した環状の固定子３ａと、これの内側に配した回転子３ｂとからなり、回転子３ｂに圧縮機構２の旋回スクロール１２を旋回駆動するクランク軸１６を固定してある。
【００２４】
クランク軸１６は密閉容器１の他端部側で密閉容器１に溶接などして固定した副軸受部材１７によって軸受され、反対側にある主軸１８を主軸受部材９によって軸受されている。副軸受部材１７および主軸受部材９は前記軸受のための転がり軸受２１と滑り軸受２２とを持っている。主軸１８はこれの直径線上を往復移動できるように保持した偏心軸受２３を介して旋回スクロール１２の背面の偏心位置に突出した旋回軸１２ｂと嵌合し、主軸１８が回転されると主軸受部材９と旋回スクロール１２との間に設けたオルダムリング２８との協働により旋回スクロール１２を固定スクロールに対し自転させずに円軌道運動するように旋回させる。しかし、上記のような軸受構造は種々に変更することができる。副軸受部材１７には前記オイルポンプ６を取付けてある。
【００２５】
本実施の形態１は冷凍空調用のスクロール圧縮機であることにより、圧縮機構２によって吸込み、圧縮して吐出する流体は冷媒であり、塩素を含まない例えばフッ化炭素水素系の冷媒を用いる場合は特に、これと相溶性のあるオイル４が用いられ、冷媒に塩素がなく潤滑性が望めなくてもこれとオイル４が相溶して密閉容器１内各部の機械的摺動部分に冷媒によって持ち運ばれることで、潤滑性を向上する。
【００２６】
吸込口１４にはガス吸込み管３２が接続され、吐出口１５には密閉容器１内のオイル溜め５上の冷媒通路３３を通じてガス吐出管３４が接続されている。
【００２７】
オイルポンプ６はクランク軸１６によって圧縮機構２とともに駆動され、オイル溜め５内のオイル４をクランク軸１６に縦通形成したオイル通路３５に送り出し、前記偏心軸受２３に先ず供給する。偏心軸受２３に供給された後のオイル４の一部は各部隙間や所定の通路を通って、滑り軸受２２や圧縮機構２内に供給されるとともに、残りは下部のオイル溜め５内に戻される。
【００２８】
さらに、吐出口１５には圧縮機構２の停止時に旋回スクロール１２が逆転するのを防ぐための逆止弁４２と、これの動きを規制する逆止弁ガイド４３とが設けられている。
【００２９】
前記ガス吐出管３４からガス吸込管３２までの間には、凝縮器４４、膨張弁４５、気液分離器４６、キャピラリーチューブ４７、および蒸発器４８が順次接続され、密閉容器１内の圧縮機構２を含めて全体が環状に繋がった冷凍サイクルを構成している。説明の簡単のために非ヒートポンプタイプのもので示してあるが、ヒートポンプタイプの冷凍サイクルを構成し、低負荷な冷房と高負荷な暖房とが行えるようにしてあり、図示しない切り換え構造を有しているものとする。
【００３０】
固定スクロール１１には、図１、図２に示すように圧縮室１３へのガスインジェクションを行うインジェクションポート５１が１つ設けられている。インジェクションポート５１には逆止弁５４とその逆止弁ガイド５５とを介してインジェクションパイプ５２が接続され、このインジェクションパイプ５２には前記気液分離器４６からのガス冷媒供給管５３が接続されている。これによって圧縮室１３には気液分離器４６で気液分離された気相部分のガス冷媒が冷媒供給管５３、インジェクションパイプ５２、インジェクションポート５１を通じてインジェクションされ、一旦インジェクションされた冷媒の逆流が逆止弁５４によって阻止される。このようなガスインジェクションは圧縮機構２での圧縮機の効率を増大させるので、その分だけ暖房能力が向上する。
【００３１】
冷凍装置の運転の多様化に合わせて、前記ガスインジェクションは冷凍装置の運転状態に応じて適時になされればよく、これの遮断、遮断解除を制御するため、冷媒供給管５３の途中には二方電磁弁５６が設けられ、冷凍装置の運転とともに適宜開閉制御されるようになっている。この制御は例えば冷凍装置の動作制御と共にマイクロコンピュータによって行えるが、特にこれに限られることはない。また、運転の多様化のために、本実施の形態１では冷暖房に兼用できるヒートポンプタイプのものであるのに加え、電動機３を例えばインバータ制御して旋回スクロール１２を可変速に旋回駆動させられるようにするとともに、ガスインジェクションに併せバイパスポート８１、８２による過圧縮冷媒ガスの圧縮室１３Ａ、１３Ｂからのバイパス吐出も行なえるようにしてある。
【００３２】
具体的には、固定スクロール１１と旋回スクロール１２との間に形成する一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂのそれぞれに所定の開口角度範囲で開口して双方を冷媒吐出域である、例えば密閉容器１内の冷媒吐出部に設けられるマフラー７１の内側の空間７３に通じさせるバイパスポート８１、８２を有するとともに、これらバイパスポート８１、８２とは異なった開口角度範囲で圧縮室１３Ａ、１３Ｂに順次に通じる位置に１つのインジェクションポート５１を設けてある。バイパスポート８１、８２にも逆止弁８３、８４が設けられ圧縮室１３Ａ、１３Ｂから空間７３への過圧縮冷媒ガスのバイパス吐出を可能にするが、空間７３側から圧縮室１３Ａ、１３Ｂへの吐出冷媒の逆流が起こらないようにしている。各逆止弁８３、８４にも逆止弁ガイド８５、８６が設けられている。
【００３３】
これにより、固定スクロール１１と旋回スクロール１２との間に形成する圧縮室１３Ａ、１３Ｂの同一のものに対しガスインジェクションおよび過圧縮防止を行なう、インジェクションポート５１と、バイパスポート８１または８２が、その圧縮室１３Ａ、１３Ｂの同一のものに対して互いに異なった開口角度範囲で通じる。例えば、圧縮室１３Ａには、図３の（ａ）から（ｅ）の間の変化で示す開口角度範囲でインジェクションポート５１が通じ、図３の（ａ）〜（ｈ）の変化を経て（ａ）に戻って１回転を終えた後の、図３の（ｅ）〜（ｈ）（ａ）〜（ｅ）の変化で示す開口角度範囲でバイパスポート８１が通じている。また、圧縮室１３Ｂには、図３の（ｅ）から（ｈ）（ａ）の間の変化で示す開口角度範囲でインジェクションポート５１が通じ、図３の（ａ）〜（ｈ）の変化を経て（ａ）に戻って１回転を終えた後の、図３の（ｅ）〜（ｈ）（ａ）〜（ｅ）の変化で示す開口角度範囲でバイパスポート８２が通じている。
【００３４】
従って、インジェクションポート５１を通じたガスインジェクションと、バイパスポート８１または８２を通じたバイパス吐出による過圧縮防止とが同一の圧縮室１３Ａまたは１３Ｂに対して異時に達成される。このため、互いの働きが違っても影響し合わず、それぞれ初期の目的を達成して、運転性能の向上に寄与することができ、運転の多様化に対応しやすくなる。しかも、ガスインジェクションは暖房などの高負荷運転状態に好適であり、ガスインジェクションの過給、昇圧によって、バイパスポート８１、８２部のデッドボリューム内の冷媒ガスの再膨張の影響を無くすことができ、寒冷地等でのより高負荷な暖房運転の効率を高めるのに好適である。
【００３５】
また、バイパスポート８１、８２は固定スクロール１１の内周側に設けられ、インジェクションポート５１は固定スクロールの外周側に設けられている。従って、バイパスボート８１、８２とインジェクションポート５１との同一圧縮室１３Ａ、１３Ｂへの開口角度範囲を分離させやすい上、この分離によってバイパスポート８１、８２は圧縮室１３Ａ、１３Ｂの過圧縮が生じやすい高圧縮側で通じて過圧縮を防止しやすく、インジェクションポート５１は圧縮室１３Ａ、１３Ｂの低圧縮側で通じて、大きな容積と低圧での高いインジェクション流量のガスインジェクションを達成して、暖房等の高負荷運転状態での性能を向上することができる。
【００３６】
また、旋回スクロール１１は上記のように速度可変に駆動されるものであると、旋回スクロール１１を低負荷運転や高負荷運転などの運転モードに応じた速度で駆動することにより、運転モードの低負荷から高負荷までの選択される負荷状態に応じた運転速度を設定して最適運転することができ、運転の多様化に性能よく対応しやすい。
【００３７】
しかも、本実施の形態では、また、固定スクロール１１および旋回スクロール１２の間に一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂを形成する羽根１１ａ、１２ａの、所定の低速運転にて前記一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂの一方の圧縮室１３Ｂが規定の圧縮比を満足する渦巻き長さ位置Ｃから巻きおわり端Ｄまで、一方の圧縮室１３Ｂを所定の隙間Ｓをもって吸込口１４側に開放し密閉されないようにするオフセット面１１ｂを設け、この一方の圧縮室１３Ｂの密閉されない領域と、前記オフセット面のない密閉される他方の圧縮室１３Ａとに、図３の（ａ）〜（ｅ）の変化と、図３の（ｅ）〜（ｈ）（ａ）の変化とで示すように順次に通じる位置にインジェクションポート５１を設けてある。
【００３８】
これにより、所定の低速運転となる低負荷運転時、ガスインジェクションを行なわない最適運転にて、固定スクロール１１と旋回スクロール１２とが形成する一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂのうちの一方の圧縮室１３Ｂの、オフセット面１１ｂが作る隙間Ｓによって密閉されない領域は、前記隙間Ｓが小さくても吸入する冷媒をその隙間Ｓを通じて外部に逃がしやすく、隙間Ｓが設けられている範囲でＬ１は閉じ込み機能を発揮しないので、圧縮室１３Ｂの全体の大きさに見合う容積での冷媒の過給はなく、前記圧縮室１３Ｂの前記隙間Ｓを形成しない範囲Ｌ２だけが有効に働いて設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成されるとともに、ガスインジェクションを行わないことで、旋回スクロール１２の旋回によってインジェクションポート５１が、図３の（ｄ）に示す密閉される他方の圧縮室１３Ａへの開口状態から、図３の（ｅ）〜（ｆ）に示すように一方の圧縮室１３Ｂの密閉されない領域に開口されるときに、インジェクションポート５１まわりの逆止弁などを含むデッドボリューム部分の冷媒は前記他方の圧縮室１３Ａでの圧縮過程で昇圧された状態から再膨張するが、密閉されない領域で冷媒ガスを逃がせるのと、前記密閉される他方の圧縮室１３Ａが前記インジェクションポート５１の開口と通じ合わなくなった時点での容積よりも、前記一方の圧縮室１３Ｂの密閉されない領域が前記インジェクションポート５１開口と通じ合うようになった時点での容積の方が大きくなるようにすることで、冷媒の再膨張による影響を低減し、ガスインジェクションを行わない最小ないしは中間の低負荷運転時の圧縮機の性能を向上することができる。
【００３９】
暖房運転など、高速運転となる高負荷運転時、前記閉じられない領域を持つ一方の圧縮室１３Ｂは、前記隙間Ｓが小さいことと、旋回スクロール１２の高速旋回とにより吸入した冷媒の閉じ込み性が向上して冷媒の吸入量が増大し、圧縮行程は低速運転時に対する高速運転度合いに応じた過給がなされるとともに、前記隙間Ｓのある領域を含む大きな容積を持った圧縮室１３Ｂの全体を利用した低圧のガスインジェクションを行うことにより、図４に示すようにサイクル側ガス発生量と圧縮機側ガス吸い込み量との基準バランス点Ｏ０を、基準圧Ｐよりも低圧Ｐ１側であるＯ１にシフトさせて、インジェクション流量が基準流量Ｑ０よりも大流量側であるＱ１にシフトさせ、高いインジェクション流量を確保し、実際の冷媒吐出量を必要十分に増加させられるので、暖房等の高負荷運転時の性能も向上する。しかも、ガスインジェクションは、インジェクションポート５１の開口が前記一方の圧縮室１３Ｂの密閉されない領域と密閉される他方の圧縮室１３Ａとに順次に通じて行なわれ、一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂを利用した広い開き角度範囲でのガスインジェクションによる過給が行え、一方の圧縮室でしかガスインジェクションを行わない場合に比し、圧縮機の能力制御幅が拡大するとともに、暖房等の高負荷運転時の性能をさらに向上する。また、一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂでの過給のアンバランスによる振動や騒音の発生を抑えて運転の快適性が増す。
【００４０】
従って、本実施の形態１では、低負荷運転から高負荷運転状態まで圧縮機の効率が向上し、年間消費電力の低減を図ることもできる。初期運転時は高速運転にて設定温度にまで早期に立ち上げた後、低速運転に切り換えるとか、就寝中、あるいは就寝中の圧時間の間おやすみタイマモードで低速で運転すると言ったように、低速運転モードでの運転割合が高い場合に特に有利である。
【００４１】
ここで、１つの実施例を示すと、オフセット量が０．５ｍｍで、オフセットの長さを旋回スクロール１２の旋回角度範囲で言うと１８０°範囲、インジェクションポート５１の直径が２．２ｍｍ、インジェクションポート５１の圧縮室１３Ａへの開口角度範囲が−２°〜１６３°、圧縮室１３Ｂへの開口角度範囲が１７８°〜３４３°といずれも１６５°、バイパスポート８１の圧縮室１３Ａへの開口角度範囲がほぼ１８０°〜１回転＋１８０°、バイパスポート８２の圧縮室１３Ｂへの開口角度範囲がほぼ１回転＋１８０°〜２回転＋１８０°で好適であった。
【００４２】
しかも、本実施の形態では、インジェクションポート５１を、前記一方の圧縮室１３Ｂの密閉されない領域の閉じ込み開始点付近より通じ始める位置に設けてあるので、インジェクションポート５１が通じ始めるときの密閉されない領域の容積が最大になるので、より大きな容積および低圧でのより高いインジェクション流量が得られ、寒冷地等の高負荷な暖房運転に有効であるし、ガスインジェクションを行なわないときのインジェクションポートまわりのデッドボリューム部の冷媒ガスの再膨張の影響をさらに低減しその分性能を向上することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、一対の圧縮室１３Ａ、１３Ｂの双方につきガスインジェクションと過給防止とを行なうようにしてあるが、その一方にだけ行なうようにしてもよい。
【００４４】
さらに、本実施の形態では図１、図２に示すように、圧縮機構２の吐出口１５を有する外面を圧縮機構２および電動機３などの駆動機構を内蔵した密閉容器１内で覆うマフラー７１に、インジェクションポート５１に接続されるインジェクションパイプ５２が遊びを持って通る穴７２を設けると、マフラー７１は圧縮機構２から吐出してくる冷媒を圧縮機構２との間に形成している大きな空間７３で一旦受止めて、この空間７３内に拡散充満させてながら消音するのに加え、前記穴７２は単独で、あるいは他の既設の穴と協働して、この一旦拡散され消音されたマフラー７１内の冷媒が、マフラー７１と密閉容器１が形成する次の閉空間７４に適度に絞られた状態で通じて再度拡散充満しながら消音されるようにする消音穴を共用するので、インジェクションパイプ５２の設置構造を利用して消音効果を高めることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のスクロール圧縮機の基本構成によれば、インジェクションポートを通じたガスインジェクションと、バイパスポートを通じたバイパス吐出による過圧縮防止とを、同一の圧縮室に対して異時に達成して、互いの働きが違っても影響し合わずにそれぞれ初期の目的を達成して、運転性能の向上に寄与することができ、運転の多様化に性能よく対応しやすくなる。しかも、ガスインジェクションは暖房などの高負荷運転状態に好適であり、ガスインジェクションの過給、昇圧によって、バイパスポート部のデッドボリューム内の冷媒ガスの再膨張の影響を無くすことができ、寒冷地等でのより高負荷な暖房運転の効率を高めるのに好適である。
【００４６】
特に、バイパスポートは固定スクロールの内周側に設けられ、インジェクションポートは固定スクロールの外周側に設けられていることを１つの特徴として、バイパスボートとインジェクションポートとの同一圧縮室への開口角度を分離させやすく、かつ、過圧縮を防止しやすいし、大きな容積と低圧での高いインジェクション流量のガスインジェクションを達成して、暖房等の高負荷運転状態での性能を向上するのに好適である。
【００４７】
また、旋回スクロールは速度可変に駆動されるものであると、運転モードの低負荷から高負荷までの選択される負荷状態に応じた運転速度で最適運転することができ、運転の多様化に性能よく対応しやすい。
【００４８】
本発明のスクロール圧縮機のさらなる別の特徴によれば、高速運転に対する所定の低速運転となる低負荷運転時、羽根の巻きおわり端側で密閉されない一方の圧縮室ではその全体の大きさに見合う容積での冷媒の過給はなく、設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成されるとともに、ガスインジェクションを行わずインジェクションポートまわりの逆止弁などを含むデッドボリューム部分の冷媒の再膨張があっても、圧縮室の密閉されない領域で冷媒ガスを逃がせるのと、密閉される他方の圧縮室のインジェクションポートと通じ合わなくなるときの容積よりも、前記一方の圧縮室の密閉されない領域がインジェクションポートと通じ合うようになるときの容積の方が大きくなるようにすることとで、冷媒の再膨張による影響を低減し、ガスインジェクションを行わない最小ないしは中間の低負荷運転時の圧縮機の性能を向上することができる。
【００４９】
また、暖房運転など、高速運転となる高負荷運転時、前記閉じられない領域を持つ一方の圧縮室は、吸入した冷媒の閉じ込み性が向上して冷媒の吸入量が増大し、圧縮行程は低速運転時に対する高速運転度合いに応じた過給がなされるとともに、前記隙間のある領域を含む大きな容積を持った圧縮室の全体を利用した低圧のガスインジェクションを行うことにより高いインジェクション流量を確保し、実際の冷媒吐出量を必要十分に増加させられるので、暖房等の高負荷運転時の性能も向上する。しかも、一対の圧縮室を利用した広い開き角度でのガスインジェクションによる過給が行え、一方の圧縮室でしかガスインジェクションを行わない場合に比し、圧縮機の能力制御幅が拡大するとともに、暖房等の高負荷運転時の性能をさらに向上する。また、一対の圧縮室での過給のアンバランスによる振動や騒音の発生を抑えて運転の快適性が増す。
【００５０】
従って、低負荷運転から高負荷運転まで圧縮機の効率を高めることができ、年間消費電力を低減することができる。初期運転時は高負荷運転を行なって設定温度まで早期に立ち上げた後、低負荷運転に切り換えるとか、就寝中、あるいは就寝中のある時間だけ低負荷運転するおやすみタイマモードにするといったことで、低負荷運転の割合が多い場合に特に有利である。
【００５１】
この場合、インジェクションポートを、前記一方の圧縮室の密閉されない領域の閉じ込み開始点付近より通じ始める位置に設けると、より低圧でより高いインジェクション流量が得られ、寒冷地等のより高負荷な暖房運転に有効である。
【００５２】
本発明は上記の各場合において、さらに別の特徴により、インジェクションパイプの設置構造を利用して消音効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示すスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１の圧縮機の要部の断面図である。
【図３】図１の圧縮機の圧縮室での圧縮の進行状態とインジェクションポートおよびバイパスポートの開口位置の変化を示す説明図である。
【図４】サイクル側ガス発生量と圧縮機側ガス吸い込み量とのバランス点と、インジェクション圧力とインジェクション流量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２圧縮機構
３電動機
１１固定スクロール
１１ａ羽根
１１ｂオフセット面
１２旋回スクロール
１２ａ羽根
１３Ａ、１３Ｂ圧縮室
１４吸込口
１５吐出口
５１インジェクションポート
７１マフラー
７２穴
７３空間
８１、８２バイパスポート

Claims

固定スクロールと円軌道運動される旋回スクロールとの間に形成する圧縮室にインジェクションポートを通じてガスインジェクションを行うようにしたスクロール圧縮機において、
固定スクロールと旋回スクロールとの間に形成する圧縮室に所定の開口角度範囲で開口して冷媒吐出域に通じさせるバイパスポートを設けるとともに、同一の圧縮室に通じるバイパスポートとインジェクションポートとは異なった開口角度範囲でその圧縮室に通じる位置とし、バイパスポートは固定スクロールの内周側に設けられ、インジェクションポートは固定スクロールの外周側に設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
旋回スクロールは速度可変に駆動されるものである請求項１に記載のスクロール圧縮機。
固定スクロールおよび旋回スクロールの間に一対の圧縮室を形成する羽根の、前記一対の圧縮室の一方の圧縮室が規定の圧縮比を満足する渦巻き長さ位置から巻きおわり端まで、圧縮室を所定の隙間をもって吸込口側に開放し密閉されず高速運転に対する低速運転度合いに応じて冷媒の閉じ込み機能を低下させるオフセット面を設け、前記一方の圧縮室の密閉されない領域と、前記オフセット面のない密閉される他方の圧縮室とに順次に通じる位置にインジェクションポートを設けるとともに、ガスインジェクションを適時に遮断し、また遮断を解除する制御手段を設けた請求項１、２のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
インジェクションポートは、前記一方の圧縮室の密閉されない領域の閉じ込み開始点付近より通じ始める位置に設けられる請求項３に記載のスクロール圧縮機。
圧縮機構の吐出口を有する外面を圧縮機構およびその駆動機構を内蔵した密閉容器内で覆うマフラーに、インジェクションポートに接続されるインジェクションパイプが遊びを持って通る穴を設けた請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。