JP4654629B2 - スクロール型膨張機 - Google Patents
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Description
上記第1の発明では、膨張機構(35)に固定スクロール(60)と可動スクロール(65)とが設けられ、固定側ラップ(62)と可動側ラップ(67)が噛み合って流体室(37)が形成される。膨張機構(35)では、流入過程の流体室(37)へ作動流体が流入し、その作動流体が膨張過程の流体室(37)内で膨張する。また、膨張機構(35)では、インジェクションポート(71,…,76,…)を通じて膨張過程の流体室(37)へ作動流体を導入することが可能となっている。膨張過程の流体室(37)に対するインジェクションポート(71,…,76,…)からの作動流体の導入は、膨張過程の終了前に停止される。インジェクションポート(71,…,76,…)から流体室(37)へ流入した作動流体は、流入過程の流体室(37)へ流入した作動流体と共に膨張する。
本発明の実施形態1について説明する。本実施形態は、冷媒回路(50)を備えて冷凍サイクルを行う空調機である。
図1に示すように、冷媒回路(50)には、圧縮・膨張ユニット(40)と、放熱器(51)と、蒸発器(52)と、インジェクション回路(53)とが設けられている。圧縮・膨張ユニット(40)には、圧縮機部(20)と電動機(10)と膨張機部(30)とが設けられている。膨張機部(30)は、本発明に係るスクロール型膨張機により構成されている。圧縮・膨張ユニット(40)の詳細については後述する。
図2に示すように、上記圧縮・膨張ユニット(40)では、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング(41)を備えている。電動機(10)と圧縮機部(20)と膨張機部(30)とは、このケーシング(41)の内部に収納されている。圧縮・膨張ユニット(40)では、電動機(10)がケーシング(41)の中央部に配置され、電動機(10)の下方に圧縮機部(20)が、電動機(10)の上方に膨張機部(30)が配置されている。
先ず、上記空調機の動作について説明する。ここでは、空調機が冷房運転を行う場合の動作について説明する。
上記空調機の運転状態は、室外空気の温度や室内の設定温度等に応じて変動し、それに伴って圧縮機部(20)へ吸入される冷媒の密度や膨張機部(30)へ流入する冷媒の密度も変化する。一方、冷媒回路(50)は閉回路であるため、圧縮機部(20)と膨張機部(30)とでそれぞれを通過する冷媒の質量流量が一致しなければならない。そこで、圧縮機部(20)と膨張機部(30)と通過する冷媒量をバランスさせるため、運転状態によっては放熱器(51)から流出した冷媒の一部をインジェクション回路(53)から膨張機部(30)へ導入する必要が生じる。
本実施形態の膨張機部(30)では、インジェクションポート(71,76)を通じて膨張過程のA室(70)及びB室(75)へ高圧冷媒を導入することが可能となっている。この膨張機部(30)では、インジェクションポート(71,76)からのA室(70)及びB室(75)に対する高圧冷媒の導入が、膨張過程が終了するよりも前に停止される。
本実施形態の膨張機部(30)では、流入過程が終了してから膨張過程の流体室(37)に対するインジェクションポート(71,76)からの冷媒冷媒導入を開始するのではなく、流体室(37)が流入過程にある時点からインジェクションポート(71,76)を通じた冷媒導入を開始してもよい。
図7に示すように、本実施形態のインジェクション回路(53)では、流量調節弁(54)に代えて電磁弁(55)を設けるようにしてもよい。この変形例において、電磁弁(55)を開くとインジェクションポート(71,76)から流体室(37)へ冷媒が導入され、電磁弁(55)を閉じるとインジェクションポート(71,76)から流体室(37)への冷媒の導入が遮断される。また、電磁弁(55)を比較的短時間のうちに頻繁に開閉することとし、この電磁弁(55)の開閉間隔を調節すれば、インジェクションポート(71,76)から流体室(37)へ導入される冷媒の量を調節することもできる。
図8に示すように、本実施形態のインジェクション回路(53)では、流量調節弁(54)に代えて差圧弁(80)を設けるようにしてもよい。
本発明の実施形態2について説明する。本実施形態は、上記実施形態1において、膨張機部(30)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の膨張機部(30)について、上記実施形態1のものと異なる点について説明する。
本実施形態における膨張機部(30)の動作について、図10を参照しながら説明する。尚、図10における基準の0°は、図5の場合と同様の状態を示している。
本実施形態の膨張機部(30)は、A室(70)に対して第1A室用インジェクションポート(72)が連通する時期と第2A室用インジェクションポート(73)が連通する時期とをオーバーラップさせず、更にはB室(75)に対して第1B室用インジェクションポート(77)が連通する時期と第2B室用インジェクションポート(78)が連通する時期とをオーバーラップさせない構成であってもよい。
本実施形態の膨張機部(30)では、膨張過程のA室(70)及びB室(75)へ冷媒を導入するインジェクションポート(72,73,77,78)の数を変更可能としてもよい。つまり、この膨張機部(30)では、膨張過程のA室(70)及びB室(75)へ冷媒を導入する際において、第1A室用インジェクションポート(72)と第1B室用インジェクションポート(77)だけを用いる状態と、第2A室用インジェクションポート(73)と第2B室用インジェクションポート(78)だけを用いる状態と、全てのインジェクションポート(72,73,77,78)を用いる状態とが相互に切換可能となっていてもよい。
上記の各実施形態では、膨張機構(35)の固定スクロール(60)にインジェクションポート(71,…,76,…)を形成しているが、これに代えて、可動スクロール(65)にインジェクションポート(71,…,76,…)を形成してもよい。
(35) 膨張機構
(37) 流体室
(60) 固定スクロール
(62) 固定側ラップ
(65) 可動スクロール
(67) 可動側ラップ
(70) A室(第1の流体室)
(71) A室用インジェクションポート(第1のインジェクションポート)
(72) 第1A室用インジェクションポート(第1のインジェクションポート)
(73) 第2A室用インジェクションポート(第1のインジェクションポート)
(75) B室(第2の流体室)
(76) B室用インジェクションポート(第2のインジェクションポート)
(77) 第1B室用インジェクションポート(第2のインジェクションポート)
(78) 第2B室用インジェクションポート(第2のインジェクションポート)
Claims (7)
- 固定スクロール(60)の固定側ラップ(62)と可動スクロール(65)の可動側ラップ(67)とが互いに噛み合って流体室(37)を形成する膨張機構(35)を備え、膨張機構(35)へ供給された作動流体が流体室(37)内で膨張するスクロール型膨張機であって、
上記膨張機構(35)には、膨張過程の流体室(37)へ作動流体を導入するためのインジェクションポート(71,…,76,…)とが設けられ、
上記インジェクションポート(71,…,76,…)の位置は、該インジェクションポート(71,…,76,…)から流体室(37)への作動流体の導入が膨張過程の終了前に停止するように設定され、
膨張過程の開始時点における流体室(37)の容積をV 1 とし、
インジェクションポート(71,…,76,…)からの作動流体の導入終了時点における流体室(37)の容積をV 2 とし、
単位時間当たりに流入過程の流体室(37)へ流入する作動流体の質量をAとし、
単位時間当たりにインジェクションポート(71,…,76,…)を通って膨張過程の流体室(37)へ流入する作動流体の質量をBとした場合に、
V 2 のV 1 に対する比V 2 /V 1 が、A+BのAに対する比(A+B)/Aの最大値に対応して設定されているスクロール型膨張機。 - 請求項1に記載のスクロール型膨張機において、
膨張機構(35)には、固定側ラップ(62)の内側面に沿って形成された第1の流体室(70)だけに開口する第1のインジェクションポート(71)と、固定側ラップ(62)の外側面に沿って形成された第2の流体室(75)だけに開口する第2のインジェクションポート(76)とが1つずつ設けられているスクロール型膨張機。 - 請求項1に記載のスクロール型膨張機において、
膨張機構(35)には、固定側ラップ(62)の内側面に沿って形成された第1の流体室(70)だけに開口する第1のインジェクションポート(72,73)と、固定側ラップ(62)の外側面に沿って形成された第2の流体室(75)だけに開口する第2のインジェクションポート(77,78)とが複数ずつ設けられているスクロール型膨張機。 - 請求項3に記載のスクロール型膨張機において、
1つの第1の流体室(70)に対して複数の第1のインジェクションポート(72,73)が開口可能となっており、
1つの第2の流体室(75)に対して複数の第2のインジェクションポート(77,78)が開口可能となっているスクロール型膨張機。 - 請求項3に記載のスクロール型膨張機において、
複数の第1のインジェクションポート(72,73)は、それぞれが常に別々の第1の流体室(70)に開口しており、
複数の第2のインジェクションポート(77,78)は、それぞれが常に別々の第2の流体室(75)に開口しているスクロール型膨張機。 - 請求項1乃至5の何れか1つに記載のスクロール型膨張機において、
インジェクションポート(71,…,76,…)が固定スクロール(60)に形成されているスクロール型膨張機。 - 請求項1乃至6の何れか1つに記載のスクロール型膨張機において、
膨張機構(35)へ供給される作動流体が臨界圧力以上の二酸化炭素であるスクロール型膨張機。
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