JP4945306B2 - Scroll compressor and heat pump device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、スクロール圧縮機及びそれを用いた冷凍空調機器,ヒートポンプ給湯機等のヒートポンプ装置に係る。 The present invention relates to a scroll compressor and a heat pump device such as a refrigeration air conditioner and a heat pump water heater using the same.
従来は、特許文献1に記載されるように、旋回スクロールの鏡板の背面を、環状の外側背圧室,中央背圧室および内側背圧室とに区画し、外側背圧室を圧縮室の冷媒吸入部に連通し、前記中央背圧室を吐出室に連通するとともに、内側背圧室を電動機室に連通させ、運転開始時の旋回鏡板の傾きを防止し、旋回スクロールを固定スクロールに押付ける構造を備えたスクロール圧縮機が記載されていた。
Conventionally, as described in
特許文献1に記載されたスクロール圧縮機は、旋回スクロールを背面から固定スクロールに押付ける背圧力を最も大きく生み出す中央背圧室の圧力を、一定の絞りにより調節する構造である。
The scroll compressor described in
しかしながら、このような構造を備えたスクロール圧縮機を用いた冷媒サイクル、例えばヒートポンプ給湯機のように、要求される出湯能力によりスクロール圧縮機の圧力条件が大きく変わる装置に用いた場合、旋回スクロールへの適切な背圧力を与えるには不十分であることが分かった。 However, when it is used in a refrigerant cycle using a scroll compressor having such a structure, such as a heat pump water heater, the pressure condition of the scroll compressor varies greatly depending on the required hot water discharge capacity, the orbiting scroll is used. Was found to be insufficient to provide adequate back pressure.
ヒートポンプ給湯機の圧力条件の例を挙げて見ると、42℃で出湯させる圧力条件と、同じく90℃で出湯させる圧力条件では、圧縮機からの吐出圧力が大きく変化する。 Taking an example of the pressure condition of the heat pump water heater, the discharge pressure from the compressor varies greatly under the pressure condition of discharging at 42 ° C. and the pressure condition of discharging at 90 ° C.
そのような条件下で、42℃出湯条件で旋回スクロールの背面にかける圧力(旋回スクロールを固定スクロールに押付ける圧力。以下、背圧と呼ぶ)を適正化すると、90℃出湯条件では背圧が高くなりすぎて旋回スクロールを固定スクロールに過剰に押付けてしまい、摺動ロスが増加し効率が低下する。 Under such conditions, if the pressure applied to the back of the orbiting scroll under the 42 ° C. hot water condition (pressure that presses the orbiting scroll against the fixed scroll; hereinafter referred to as back pressure) is optimized, the back pressure will be reduced under the 90 ° C. hot water condition. It becomes too high and excessively presses the orbiting scroll against the fixed scroll, increasing the sliding loss and lowering the efficiency.
また同様に、90℃出湯条件で旋回スクロールにかかる背圧を適正化すると、42℃出湯条件では、旋回スクロールと固定スクロールとで形成する圧縮室内の圧力より背圧が小さくなり、旋回スクロールの固定スクロールへの押付け力が不足し、起動時の運転が不安定になるとともに、通常運転時に圧縮室からの漏れが増加し効率が低下するといった課題があった。 Similarly, if the back pressure applied to the orbiting scroll under the 90 ° C. hot water condition is optimized, the back pressure is smaller than the pressure in the compression chamber formed by the orbiting scroll and the fixed scroll under the 42 ° C. hot water condition, and the orbiting scroll is fixed. There was a problem that the pressing force to the scroll was insufficient, the operation at the time of start-up became unstable, and the leakage from the compression chamber increased during the normal operation and the efficiency was lowered.
上記課題を解決するために本発明におけるスクロール圧縮機は、旋回スクロールと、この旋回スクロールと互いにかみ合い圧縮室を形成する固定スクロールと、固定スクロールが固定されるフレームと、旋回スクロールと固定スクロールとフレームとにより形成される中間圧室と、旋回スクロールに設けられ、圧縮室と中間圧室を連通する連通孔と、この連通孔を開閉する連通孔開閉手段と、外部からの低圧の流体が導入される吸込圧空間と、中間圧室と吸込圧空間とを連通する連通路と、この連通路を開閉する連通路開閉手段と、を有し、連通路開閉手段により調整される中間圧室の圧力よりも小さい圧力の圧縮室に連通孔が連通するものである。
或いは、本発明におけるスクロール圧縮機は、旋回スクロールと、この旋回スクロールと互いにかみ合い圧縮室を形成する固定スクロールと、前記固定スクロールが固定されるフレームと、前記旋回スクロールと固定スクロールとフレームとにより形成される中間圧室と、前記旋回スクロールに設けられ、前記圧縮室と前記中間圧室を連通する連通孔と、前記圧縮室の圧力と前記中間圧室の圧力との差に応じて前記連通孔を開閉する連通孔開閉手段と、外部からの低圧の流体が導入される吸込圧空間と、前記中間圧室と吸込圧空間とを連通する連通路と、前記中間圧室の圧力と前記吸込圧空間の圧力との差に応じて前記連通路を開閉する連通路開閉手段と、を有し、前記連通孔開閉手段が前記連通孔を開く中間圧は、前記連通路開閉手段が前記連通路を開く中間圧よりも低いものである。
In order to solve the above-described problems, a scroll compressor according to the present invention includes a orbiting scroll, a fixed scroll that meshes with the orbiting scroll to form a compression chamber, a frame to which the fixed scroll is fixed, an orbiting scroll, a fixed scroll, and a frame. An intermediate pressure chamber formed by the orbiting scroll, a communication hole communicating with the compression chamber and the intermediate pressure chamber, a communication hole opening / closing means for opening and closing the communication hole, and a low-pressure fluid from the outside. Pressure of the intermediate pressure chamber adjusted by the communication path opening / closing means The communication hole communicates with the compression chamber having a smaller pressure .
Alternatively, the scroll compressor according to the present invention is formed by a orbiting scroll, a fixed scroll that meshes with the orbiting scroll to form a compression chamber, a frame to which the fixed scroll is fixed, and the orbiting scroll, the fixed scroll, and the frame. An intermediate pressure chamber, a communication hole provided in the orbiting scroll and communicating the compression chamber and the intermediate pressure chamber, and the communication hole according to a difference between the pressure of the compression chamber and the pressure of the intermediate pressure chamber A communication hole opening / closing means for opening and closing, a suction pressure space into which a low-pressure fluid from the outside is introduced, a communication passage communicating the intermediate pressure chamber and the suction pressure space, and the pressure of the intermediate pressure chamber and the suction pressure A communication passage opening / closing means for opening and closing the communication passage according to a difference from the pressure in the space, and the communication passage opening / closing means has It is lower than the intermediate pressure to open the communication passage.
また、上記課題を解決するために本発明におけるヒートポンプ装置は、スクロール圧縮機と、水通路を流れる水と冷媒通路を流れる冷媒との熱交換を行う熱交換器と、この熱交換器と熱交換した冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とがそれぞれ冷媒管路で接続され、前記スクロール圧縮機は、旋回スクロールと、この旋回スクロールと互いにかみ合い圧縮室を形成する固定スクロールと、前記固定スクロールが固定されるフレームと、前記旋回スクロールと固定スクロールとフレームとにより形成される中間圧室と、前記旋回スクロールに設けられ、前記圧縮室と前記中間圧室を連通する連通孔と、この連通孔を開閉する連通孔開閉手段と、外部からの低圧の流体が導入される吸込圧空間と、前記中間圧室と吸込圧空間とを連通する連通路と、この連通路を開閉する連通路開閉手段と、を有し、前記スクロール圧縮機は、前記連通路開閉手段により調整される前記中間圧室の圧力よりも小さい圧力の前記圧縮室に前記連通孔が連通するものである。
In order to solve the above problems, a heat pump device according to the present invention includes a scroll compressor, a heat exchanger that performs heat exchange between water flowing through the water passage and refrigerant flowing through the refrigerant passage, and heat exchange with the heat exchanger. An expansion valve for decompressing the decompressed refrigerant and an evaporator for evaporating the decompressed refrigerant are connected to each other by a refrigerant pipe, and the scroll compressor is fixed to form an orbiting scroll and the orbiting scroll to engage with each other to form a compression chamber. A scroll, a frame to which the fixed scroll is fixed, an intermediate pressure chamber formed by the orbiting scroll, the fixed scroll, and the frame; and a communication that is provided in the orbiting scroll and communicates the compression chamber and the intermediate pressure chamber. a hole, a communicating hole opening and closing means for opening and closing the communication hole, and between the suction pressure of the fluid of the low pressure from the outside is introduced, the intermediate-pressure chamber and the suction pressure A communication passage that communicates with each other, and a communication passage opening and closing means that opens and closes the communication passage, and the scroll compressor has a pressure smaller than the pressure of the intermediate pressure chamber adjusted by the communication passage opening and closing means. The communication hole communicates with the compression chamber .
本発明によれば、本発明のスクロール圧縮機は、起動時にも旋回スクロールを固定スクロールに確実に押付け、旋回スクロールの離脱を防止できる。 According to the present invention, the scroll compressor of the present invention can surely press the orbiting scroll against the fixed scroll even at the time of activation, and can prevent the orbiting scroll from being detached.
また、本発明のスクロール圧縮機を搭載するヒートポンプ装置は、信頼性が高く、エネルギ効率に優れたものとなる。 Moreover, the heat pump device equipped with the scroll compressor of the present invention has high reliability and excellent energy efficiency.
図1は、本発明第1の実施例にかかる横置スクロール圧縮機の縦断面図である。具体的には、後述する旋回スクロール101,固定スクロール102,フレーム109,オルダムリング110の各部品に対して、複数の断面からみた図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a horizontal scroll compressor according to a first embodiment of the present invention. Specifically, it is a diagram seen from a plurality of cross-sections for each component of the
図2は、固定スクロール102のスクロールラップ102n側からみた図1のA−A矢視断面図である。
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 as viewed from the scroll wrap 102n side of the
図3は差圧制御弁108の拡大図、図4は旋回スクロール101のスクロールラップ101b側からみた図、図5は旋回スクロール101の図4におけるB−B矢視断面図、図6は連通弁127の拡大図、図7は連通弁127開時の説明図、図8は連通弁127閉時の説明図、図9は圧縮機の運転圧力範囲内における中間圧の状態図である。
3 is an enlarged view of the differential
まず、構造を説明する。図1において、旋回スクロール101は、鏡板101aにスクロールラップ101bが立設している。その鏡板101aの背面には、旋回軸受101cを挿入した軸受保持部101dと、旋回オルダム溝101eが設けられる。
First, the structure will be described. In FIG. 1, the
固定スクロール102は、図2に示されるように、スクロールラップ102nの歯先面と同一面である固定スクロール基準面102aを有している。その固定スクロール基準面102aには周囲溝102bを設けてある。歯底(スクロールラップ102nと固定スクロール基準面102aとの間の面)には4個のリリース穴102cを有している。
As shown in FIG. 2, the
旋回スクロール101のスクロールラップ101bと固定スクロール102のスクロールラップ102nとを噛み合わせて、旋回スクロール101が旋回することにより、旋回スクロール101と固定スクロール102とからできた圧縮室103が外側から内側に移動しながら容積を減少させて圧縮室103内の作動冷媒を圧縮する。
The
スクロールラップ同士が冷凍機油を介して摺動するとともに、旋回スクロール101のスクロールラップ101bの歯先(スクロールラップ101bの固定スクロール102との対向面)と固定スクロール102の歯底,固定スクロール102のスクロールラップ102nの歯先(スクロールラップ102nの旋回スクロール101との対向面)と旋回スクロール101の歯底(鏡板101a)も冷凍機油を介して摺動する。各スクロールラップと固定スクロール102の歯底と旋回スクロール101の歯底とからできる閉じた空間が、圧縮室103となる。
The scroll wraps slide through the refrigerating machine oil, and the tip of the
リリース穴102cは、圧縮室103内の圧力が吐出圧以上になった場合に、このリリース穴102cから冷媒ガスを抜くためのものである。
The
図1に示すように、このリリース穴102cを覆い、圧縮室103内の圧力が吐出圧以上になったら開くように設けられたリード弁板であるリリース弁板104と、そのリリース弁板104の開口度を制限するリテーナ104aは固定ねじ105で、旋回スクロール101と反対側の固定スクロール102の端面に固定されている。その端面の中央近くには吐出穴102dが開口している。
As shown in FIG. 1, a
また、図2に示すように、固定スクロール102は歯底面102qの外縁側に、圧縮室103に機外から導入された低圧の冷媒ガス(作動流体)が供給される吸込圧空間の一部をなす吸込掘込102eを有している。その吸込堀込102eに連通する、固定スクロール102の背面(リリース弁板104取付け面)から吸込パイプ106を挿入するための吸込穴102f(図中、点線で表示)を、固定スクロール102の背面側に設ける。
In addition, as shown in FIG. 2, the
吸込圧空間と連通する吸込穴102fには、弁体107aと逆止弁ばね107bからなる吸込側逆止弁107を介して吸込パイプ106が挿入される。この吸込側逆止弁107は、圧縮室103に吸い込む低圧ガスが通過する吸込口116内のガス圧力が、吸込パイプ106内の圧力よりも高くなるとガス流路を閉じる。
A
さらに、固定スクロール102の外周には、吐出穴102dから吐出した吐出ガスや、そのガスから固定背面室117で分離した冷凍機油をモータ112側に流す複数個の流通溝102gを設ける。
Further, on the outer periphery of the
次に、背圧領域と吸込み圧領域との圧力差を制御する差圧制御弁108について説明する。図2,図3において、固定スクロール102に弁穴102hを設け、貫通する孔を有する弁シール102iを旋回スクロール101側に設ける。そして、この弁穴102hの側面から、吸込圧空間の一部をなすR溝102mと通じる吸込側導通路102kを有する。
Next, the differential
図3において、弁穴102hには、弁シール面を有する弁シール102iに設けられた孔を塞ぐ弁体108aと、この弁体108aを押付ける差圧弁ばね108bが設けられている。差圧弁ばね108bの固定のため、弁キャップ108dに設けられたばね位置決め突起108cに差圧弁ばね108bの一端を挿入した状態で、弁穴102hよりも直径の大きい弁キャップ挿入部102lに圧入された弁キャップ108dを設けている。
In FIG. 3, the
次に、フレーム109について説明する。フレーム109は、外周部に固定スクロール102を取り付ける固定取り付け面109aと、その内側に旋回スクロールはさみこみ面109bを有している。そのさらに内側には、旋回スクロール101の自転を防止するオルダムリング110をフレーム109と旋回スクロール101の間に配置するため、フレームオルダム溝109cを有している。
Next, the
また、フレーム109の中央部には、シャフト111と摺動する軸シール109dと、シャフト111と摺動して軸受けする主軸受109eを有していて、その旋回スクロール101側にシャフト111を受けるシャフトスラスト面109fを備えている。フレーム109の外周面には、固定スクロール102の外周設けられた複数個の流通溝102gと連通して、ガス及び油の流路となる複数の流通溝109hが設けられている。
In addition, a
略円形のリングであるオルダムリング110の一面には、フレーム側突起部110aが設けられ、もう一方の面には旋回スクロール側突起部110bを有する。
A
シャフト111は、その内部を貫通するシャフト給油孔111aと、シャフト給油孔111aと連通して主軸受109eに対向して開口する主軸受給油孔111bと、シャフト給油孔111aと連通して軸シール109dに対向して開口する軸シール給油孔111cと、シャフト給油孔111aと連通してシャフト111を軸受けする副軸受113に対向して開口する副軸受給油孔111dと、が設けられている。
The
シャフト111の一端部である偏心部111eは、旋回軸受101cに挿入されていて、一方の端部は副軸受113に挿入される。
An
副軸受113は副軸受ハウジング115に組み込まれていて、副軸受ハウジング115は密閉容器122に固定された副軸受支持板114に固定されている。
The
さらに、シャフト111にはロータ112aが圧入されており、このロータ112aと、密閉容器122に焼き嵌めされたステータ112bとでモータ112を形成する。
Further, a
次に本実施例におけるスクロール圧縮機の動作を説明する。ステータ112bが通電制御されロータ112aが回転することにより、シャフト111が回転する。シャフト111が回転することにより偏心部111eが旋回軸受101cに駆動力を伝えて旋回スクロール101が旋回運動する。オルダムリング110があるため、旋回スクロール101の自転が防止される。
Next, the operation of the scroll compressor in this embodiment will be described. As the
この動作により、圧縮機外から吸込パイプ106を通じて吸い込まれた吸込口116内の冷媒ガスが、両スクロールの間に形成される圧縮室103に入り圧縮されて吐出穴102dから固定背面室117に吐出される。
By this operation, the refrigerant gas in the
固定背面室117に吐出された冷媒ガスは、固定スクロール102およびフレーム外周部にある流通溝102g,109hを通ってモータ室118に入る。
The refrigerant gas discharged into the fixed back
モータ室118に入った冷媒ガスはモータ112の隙間(ステータ112bのコイルやステータ112bとロータ112aとの隙間など)を通る。その過程で、圧縮室103内で冷凍機油が混入した冷媒ガスは、ロータ112aやステータ112bに衝突して、その冷媒ガスの中に含まれた冷凍機油が分離される。分離された油はモータ室118の下部の油たまりに落ちて溜まる。
The refrigerant gas that has entered the
モータ室118に入った冷媒ガスは、副軸支持板114に設けられた通気孔114aを通って、油分離板125に衝突し、更にその中に含まれる油を分離して吐出パイプ120より外部に出る。
The refrigerant gas entering the
モータ室118内の冷媒ガスの圧力と貯油室121内の冷媒ガスの圧力では、通気孔114aを通る流路抵抗により貯油室121の圧力の方がモータ室118の圧力より低くなる。この結果、モータ室118の冷凍機油119は、副軸支持板114の導油孔114bより押し出され、モータ室118の油面より貯油室121の油面が高くなる。
With the pressure of the refrigerant gas in the
次に給油について説明する。旋回スクロール101と固定スクロール102とフレーム109により形成される中間圧室123には、吐出圧力と吸込圧力の差圧により主軸受109eとシャフト111との間隙を通って冷凍機油が供給される。圧縮機の運転時間が経過するのに伴い、中間圧室123の圧力が徐々に上昇し、差圧制御弁108により吸込圧力と吐出圧力の間の圧力(以後、中間圧と称す。この中間圧は前述の背圧に相当する。)となる。
Next, refueling will be described. Refrigerating machine oil is supplied to the
吐出圧雰囲気にある貯油室121内の冷凍機油119は、貯油室121内の吐出圧と中間圧室123内の中間圧との差圧により、給油パイプ124からシャフト給油孔111aを通って偏心部111eの先端の開口部から旋回軸受101cに給油する。
The refrigerating
また、シャフト111の回転による遠心力により主軸受給油孔111b,軸シール給油孔111c,副軸受給油孔111dから各摺動部へ給油される。旋回軸受101cに給油された冷凍機油119は、中間圧室123に漏れこみ差圧制御弁108から吸込口116に入り、圧縮室103内を潤滑する。また潤滑に寄与しなかった冷凍機油119は冷媒ガスとともに固定背面室117に吐出される。
Further, the sliding force is supplied from the main bearing
次に旋回スクロール101と連通弁127との関係について説明する。図4,図5,図6において、旋回スクロール101には、スクロールラップ101bの外側であってスクロールラップ101bの近傍における鏡板101aに連通孔126を有する。この連通孔126を通じて連通弁127により、圧縮室103と中間圧室123との間の圧力を調整する。連通孔126は、圧縮室103側の開口部が、旋回スクロール101の旋回により固定スクロール102と旋回スクロール101とで圧縮室103が形成される位置に開口している。
Next, the relationship between the orbiting
連通弁127は、鏡板101aに設けられ、連通孔126と連通する連通弁孔127a内に、連通孔126を鏡板101a中で閉塞する連通弁体127bと、この連通弁体127bを押圧する連通弁ばね127cを有する開閉手段である。
The
さらに連通弁127は、連通弁ばね127cの一端を挿入する連通ばね位置決め突起127dが設けられた連通弁キャップ127eを有している。この連通弁キャップ127eは、連通弁孔127aと連通してその連通弁孔127aよりも直径の大きい連通弁キャップ挿入部127fに圧入されている。
Furthermore, the
連通弁キャップ127eは、冷媒ガスが通過する複数の流路を備え、それら流路の断面積を合わせた断面積が、連通孔126の流路断面積よりも大きいものが好ましい。
The
連通弁体127bは、圧縮室103と中間圧室123の差圧によって開閉する。連通弁ばね127cのばね力は連通弁体127bが正常に開閉できる設計であれば問題がないが、後述するように所定の差圧で連通孔126を開放できるように、連通弁ばね127cのばね力を設定する。
The
また、連通弁ばね127cは、連通弁体127b自体で正常に開閉できる形状、たとえば連通孔126へ押圧力を生じる可撓性のバネ部を連通弁体127bに設けるようにしてもよい。この場合は連通弁ばね127cがなくてもかまわない。
Further, the
このような連通弁127を旋回スクロール101に設けたことによって旋回軸受101cに対するバランスが悪くなったら、旋回スクロール101の中間圧室123側に重りを設けたりバランス調整穴を設けたりしてもよい。
If such a
また本実施例において、図4では中間連通孔126を旋回スクロール101におけるスクロールラップ101bの外側に設けたが、図10に示したように、中間連通孔126と図示しない連通弁127の位置を旋回スクロール101のスクロールラップ101bの内側に設けてもよい。
Further, in this embodiment, the
図10の旋回スクロールを用いた構成であっても、起動時は圧縮室103から圧縮した冷媒ガスを中間圧室123に供給できるため、中間圧室123の圧力が上昇しやすくなる。それにより旋回スクロール101を固定スクロール102に確実に押付けると伴に、旋回スクロール101の離脱を防止できる。
Even in the configuration using the orbiting scroll of FIG. 10, since the refrigerant gas compressed from the
また、旋回スクロール101のスクロールラップ101bの外側と内側にそれぞれ独立した連通孔126を設けた場合でも同様の効果は得られる。
The same effect can be obtained even when independent communication holes 126 are provided outside and inside the
次に図7と図8を用いて、連通弁127の動作について説明する。
Next, the operation of the
圧縮機停止時は、圧縮室103と中間圧室123は同じ圧力となっており、連通弁ばね127cのばね力によって連通弁体127bで連通孔126は閉じてた状態(図8)となっている。
When the compressor is stopped, the
圧縮機が起動すると、圧縮室103の圧力が上昇し始め、その影響で連通弁体127bが開いた状態(図7)となり、圧縮室103から中間圧室123へ冷媒ガスの流れが発生し、中間圧室123の圧力が上昇する。
When the compressor is started, the pressure in the
この旋回スクロール101の圧縮室103側と中間圧室123側との圧力差の作用により、旋回スクロール101自身に自己離脱回避作用が働くため、固定スクロール102に旋回スクロール101が押し付くことになる。
Due to the effect of the pressure difference between the
また起動後は、前述したように、主軸受109eとシャフトスラスト面109fの隙間を通って冷凍機油が供給され、中間圧室123の圧力が高まる。中間圧室123の圧力が、連通孔126が連通する圧縮室103より高くなると、差圧制御弁108により調整される。つまり冷媒ガスの中間圧は連通弁127だけでなく、差圧制御弁108で調整するようになる。
After the start-up, as described above, the refrigeration oil is supplied through the gap between the
次に図9を用いて、差圧制御弁108と連通弁127における吸込圧と中間圧との関係を示して、本実施例のスクロール圧縮機の運転圧力範囲内における中間圧の状態を説明する。図9の横軸は吸込圧を示し、縦軸は中間圧を示す。
Next, the state of the intermediate pressure within the operating pressure range of the scroll compressor of the present embodiment will be described using FIG. 9 by showing the relationship between the suction pressure and the intermediate pressure in the differential
図9に示すように、本実施例におけるスクロール圧縮機の運転圧力範囲内においては、連通孔126の開閉手段である連通弁127で形成される中間圧を、差圧制御弁108で形成される中間圧よりも小さく設定する。
As shown in FIG. 9, in the operating pressure range of the scroll compressor in this embodiment, the intermediate pressure formed by the
本実施例におけるスクロール圧縮機の運転圧力範囲において、連通弁127で調整される中間圧(線A)が、差圧制御弁108で調整される中間圧力(線B)よりも小さくなる圧力範囲で運転する。図9では、線Aと線Bの交点が運転圧力範囲の最大値と重っているが、この交点が運転圧力範囲に含まれていてもよい。
In the operating pressure range of the scroll compressor in this embodiment, the intermediate pressure (line A) adjusted by the
本実施例におけるスクロール圧縮機の運転圧力範囲では、起動時は圧縮室103から圧縮した冷媒ガスを中間圧室123に供給できるため、中間圧室123の圧力が上昇しやすい。それにより旋回スクロール101を固定スクロール102に確実に押付けられ、旋回スクロール101の離脱を防止できる。
In the operating pressure range of the scroll compressor in the present embodiment, the refrigerant gas compressed from the
また、スクロール圧縮機の運転が継続して行われ、スクロール圧縮機が接続する冷媒サイクルの安定状態においては、連通弁体127bが閉じて差圧制御弁108で中間圧が調整する。また、ヒートポンプ給湯機のように複数の運転圧力条件があっても安定した性能を確保できる。
Further, when the operation of the scroll compressor is continued and the stable state of the refrigerant cycle to which the scroll compressor is connected, the
本実施例におけるスクロール圧縮機の中間圧の変化について、運転状態と合わせてより詳細に説明する。スクロール圧縮機の起動後、最初に連通孔126の連通弁127が動作して中間圧室123内の中間圧が上昇する。またシャフト111を通る吐出圧力と同圧力だった冷凍機油が、軸受の間隙を通る間に減圧されて中間圧室123に供給されることによっても、中間圧が徐々に上昇する。
The change in the intermediate pressure of the scroll compressor in the present embodiment will be described in more detail together with the operation state. After the scroll compressor is started, the
すると、中間圧室123内の中間圧と吸込口116における吸込圧力との差圧も大きくなるため、連通孔126が連通する圧縮室103で圧縮された冷媒ガスの圧力よりも、中間圧室123の冷媒ガス圧力のほうが高くなる。
Then, since the differential pressure between the intermediate pressure in the
スクロール圧縮機の起動時のことだけを考慮するのであれば、少なくとも連通孔126が圧縮室103に開口し易くなるように連通弁ばね127cのばね力を調整することで、圧力が上がっていない状態の中間圧室123よりも高い圧力を圧縮室103から中間圧室123に供給することができる。これにより、中間圧室123の圧力不足で旋回スクロール101の固定スクロール102からの離脱を防止することができる。
If only the time of starting the scroll compressor is taken into consideration, the pressure is not increased by adjusting the spring force of the
しかしながら、中間圧室123の圧力を運転中に制御するときに、連通孔126の圧縮室103側開口部の位置によっては、必要以上に高い圧力が中間圧室123にかかる。すると旋回スクロール101が固定スクロール102に押付けられることになり、性能低下や旋回スクロール101の停止を生じる恐れがある。
However, when the pressure in the
そこで、連通孔126が連通する圧縮室103の圧力より中間圧室123の圧力が高くなると、連通弁体127bが閉じた状態(図8)で圧縮機は運転するように連通弁ばね127cのばね力を設定し、差圧制御弁108のみで中間圧を調整するようにした。
Therefore, when the pressure in the
図9において同じ吸込圧で比較すると、連通弁127で形成される中間圧の方が、差圧制御弁108で形成される中間圧より低い関係にあると、中間圧が連通弁127で制御される範囲を超えたときに、差圧制御弁108で中間圧を制御できるため、スクロール圧縮機の起動時から安定した運転状態に至るまで安定した性能を確保することができる。
In comparison with the same suction pressure in FIG. 9, if the intermediate pressure formed by the
しかし、図9で示した関係とは逆に、連通弁127で形成される中間圧の方が、差圧制御弁108で形成される中間圧より高い関係にあると、中間圧が差圧制御弁108で制御される範囲を超えたときに、差圧制御弁108が働かなくなり、中間圧が高くなり過ぎ、圧縮機への入力が増大して性能低下を引き起こしてしまうことになる。
However, contrary to the relationship shown in FIG. 9, if the intermediate pressure formed by the
従って、図9に示すように、連通弁127で形成される中間圧の方が、同じ吸込圧力で比較したとき、差圧制御弁108で形成される中間圧より低い関係が成り立つ運転圧力範囲でスクロール圧縮機を制御するように運転するのが好ましい。言い換えると、同じ吸込圧で比較したときに、連通弁127が連通孔126を開く中間圧力は、差圧制御弁108が吸込側導通路102kを開く中間圧力よりも低いものである。
Therefore, as shown in FIG. 9, when the intermediate pressure formed by the
スクロール圧縮機を以上の構成とすることにより、起動時に中間圧室123の圧力を上昇しやすくでき、旋回スクロール101を固定スクロール102に確実に押付け、旋回スクロール101の離脱を防止できる。また、サイクルの安定状態においては連通弁体127bが閉じて差圧制御弁108で中間圧が形成されるために、ヒートポンプ装置、例えばヒートポンプ給湯機のように複数の運転圧力条件があっても常に安定した性能を確保できる。
By configuring the scroll compressor as described above, the pressure in the
次に、本実施例におけるスクロール圧縮機を用いた冷媒サイクルの実施例について説明する。本実施例では、上述のスクロール圧縮機をヒートポンプ給湯機に適用した場合の冷媒サイクルを、図11を用いて説明する。 Next, an embodiment of the refrigerant cycle using the scroll compressor in the present embodiment will be described. In the present embodiment, a refrigerant cycle when the above-described scroll compressor is applied to a heat pump water heater will be described with reference to FIG.
本実施例では、作動冷媒として二酸化炭素を用い、冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油(PAG)もしくはポリアルファオレフィン系油(PAO)を用いた。冷凍機油はこれらと同等の性能を有するものであれば、これらに限定されるものではないことはない。 In this example, carbon dioxide was used as the working refrigerant, and polyalkylene glycol oil (PAG) or polyalphaolefin oil (PAO) was used as the refrigerating machine oil. The refrigerating machine oil is not limited to these as long as it has performance equivalent to these.
図11において、本実施例のスクロール圧縮機200,水通路202を流れる水と冷媒通路203を流れる冷媒との熱交換を行う熱交換器201,熱交換器201と熱交換した冷媒を減圧する膨張弁29,減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器30とは、密閉された冷媒管路で接続されている。
In FIG. 11, the
本実施例におけるスクロール圧縮機200から吐出した高温,高圧の冷媒が熱交換器201に供給され、その冷媒と対向する流れの水通路202を流れる水と熱交換する。水と熱交換した冷媒は、膨張弁204を通って減圧されて、蒸発器205に送られる。
The high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
蒸発器205では、蒸発器ファン206が送風した空気と液化した冷媒との間で熱交換を行い、低温,低圧の冷媒がスクロール圧縮機200に戻り再び圧縮される。
In the
熱交換器201で加熱される水について説明する。給水口207を通じて導入された上水は、水通路202を通り熱交換器201で加熱される。加熱された水は湯となり、蛇口やシャワーノズル、若しくは風呂給湯口となる出湯口213から出湯される。
The water heated by the
図11に示したヒートポンプ給湯機は、給水口207から導入された水を熱交換器201で加熱しながら貯湯タンク208に溜めておき、貯湯タンク208から出湯するタンク出湯と、給水口207から導入された水を熱交換器201で加熱して直接、出湯口213から出湯する直接出湯と、それらを組み合わせたタンク湯混合出湯のいずれも可能な装置である。
In the heat pump water heater shown in FIG. 11, the water introduced from the
タンク出湯の場合、給水口207から給水された水は一旦、貯湯タンク208に貯められ、ポンプ209を用いて貯湯タンク208の下部から水を熱交換器201に供給する。熱交換器201で加熱された水は、熱交換器201と貯湯タンク208に開となっているタンク湯混合弁210を通じて貯湯タンク208の上部に戻される。熱交換器201で加熱された水は、貯湯タンク208内で上方より貯まっていき、やがて貯湯タンク208内に所定量高温の水が貯まったことが図示しないセンサで検知されると、ポンプ209が停止して貯湯タンク208内の水の循環を停止する。
In the case of tank hot water, water supplied from the
冷媒サイクルの運転は、ポンプ209の運転開始に合わせてスクロール圧縮機200の運転を始めるようにしてもよい。冷媒サイクルの運転停止は、ポンプ209による貯湯タンク208内の高温水が貯まるのに応じて徐々に回転数を減らして停止するようにしてもよいし、ポンプ209の回転停止に合わせて運転停止するようにしてもよい。
The operation of the refrigerant cycle may start the operation of the
次に、直接出湯であるが、冷媒サイクルが給水された水を加熱するのに必要な状態になっていない場合には、タンク湯混合弁210の開度を調節して、熱交換器201で加熱された水にタンク湯を混合させて出湯する。
Next, although it is direct hot water but the refrigerant cycle is not in a state necessary for heating the supplied water, the opening degree of the tank hot
冷媒サイクルが必要な加熱状態になっている場合には、タンク湯混合弁210にてタンク湯を混合させずに出湯させる。冷媒サイクルが十分な加熱状態になるまでタンク湯混合弁210の開度を調節して徐々にタンク湯を混合する割合を低下するように制御するのが好ましい。熱交換器201から出る水の温度を検知することで制御できる。
When the refrigerant cycle is in the required heating state, the hot water is discharged without mixing the hot water in the hot water
また、タンク湯混合弁210を通過した水の温度を検知して、設定温度よりも高い場合には水混合弁211を調節して、加熱していない水を混ぜて出湯するように制御する。貯湯タンク208内のタンク湯を出湯させる場合にも水混合弁211を用いる。
Further, the temperature of the water that has passed through the tank hot
流量調整弁212は、冷媒サイクルが必要な加熱状態に至っていない場合や、出湯させる水の温度が設定温度に達していない場合などに、水の流量よりも水の温度を設定温度に近づけるために、水の流量を少なくする場合に開度が少なくなるように制御される。
The flow
このように用いられるヒートポンプ給湯機において、上述のスクロール圧縮機を用いた運転について説明する。 In the heat pump water heater used in this way, the operation using the scroll compressor described above will be described.
図11に示すヒートポンプ給湯機の運転を開始すると、スクロール圧縮機200が運転を開始し、ロータ112aが回転しシャフト111を通じて旋回スクロール101が旋回する。旋回スクロール101と固定スクロール102とから形成される圧縮室103が旋回中心に移動するに伴い冷媒である二酸化炭素が圧縮される。
When the operation of the heat pump water heater shown in FIG. 11 is started, the
旋回スクロール101を固定スクロール102に押圧するための中間圧室123の圧力は、冷凍機油に溶け込んだ作動冷媒である二酸化炭素がガス化することにより、上昇する。
The pressure in the
二酸化炭素がPAGもしくはPAOに溶け込む量は、エアコンなどで使用されているR410Aとポリオールエステル系油(POE)との組合せより少なく、二酸化炭素とPAGもしくはPAOの組合せの場合、背圧が上昇し難い。その結果、起動時に中間圧室123の圧力が不足して、旋回スクロール101が固定スクロール102に押圧できない場合がある。
The amount of carbon dioxide dissolved in PAG or PAO is less than the combination of R410A and polyol ester oil (POE) used in air conditioners and the like, and in the case of a combination of carbon dioxide and PAG or PAO, the back pressure is unlikely to increase. . As a result, the pressure in the
しかし、本実施例のスクロール圧縮機を使用することにより、圧縮機が起動すると、圧縮室103の圧力が上昇し始め、その影響で連通弁体127bが開いた状態となり、圧縮室103から中間圧室123へ冷媒ガスの流れが発生し、中間圧室123の圧力が上昇する。この旋回スクロール101の圧縮室103側と中間圧室123側との圧力差により、固定スクロール102に旋回スクロール101が押し付く。
However, by using the scroll compressor of this embodiment, when the compressor is started, the pressure in the
また起動後は、主軸受109eとシャフトスラスト面109fの隙間を通って冷凍機油が供給され、中間圧室123の圧力が高まる。中間圧室123の圧力が、連通孔126が連通する圧縮室103より高くなると、差圧制御弁108により調整される。
Further, after the start-up, refrigeration oil is supplied through the gap between the
以上により、図11に示したヒートポンプ給湯機では、二酸化炭素とPAGもしくはPAOの組合せの如く二酸化炭素に対する溶け込み量が少ない冷凍機油を用いても、確実に旋回スクロール101を固定スクロール102に押圧できる。
As described above, in the heat pump water heater shown in FIG. 11, the revolving
また、図11に示したヒートポンプ給湯機では、一例として、効率よく貯湯するために貯湯タンク208の水を熱交換器201で90℃以上とし、直接、熱交換器201から出湯する場合は42℃で出湯するようにスクロール圧縮機200の運転を制御する。
Further, in the heat pump water heater shown in FIG. 11, as an example, in order to efficiently store hot water, the water in the hot
この場合においても、図9に示した関係が成り立つように、連通弁127の連通弁ばね127cのばね力が、差圧制御弁108の差圧弁ばね108bのばね力よりも小さくなるように設定することで、本実施例のヒートポンプ給湯装置は、信頼性が高く、エネルギ効率に優れたヒートポンプ給湯機を得ることができる。
Also in this case, the spring force of the
101 旋回スクロール
101a 鏡板
101b,102n スクロールラップ
101c 旋回軸受
101d 軸受保持部
101e 旋回オルダム溝
102 固定スクロール
102a 固定スクロール基準面
102b 周囲溝
102c リリース穴
102d 吐出穴
102e 吸込掘込
102f 吸込穴
102g 流通溝
102h 弁穴
102i 弁シール
102k 吸込側導通路
102l 弁キャップ挿入部
102m R溝
103 圧縮室
104 リリース弁板
104a リテーナ
105 固定ねじ
106 吸込パイプ
107 吸込側逆止弁
107a,108a 弁体
107b 逆止弁ばね
108 差圧制御弁
108b 差圧弁ばね
108c ばね位置決突起
108d 弁キャップ
109 フレーム
109a 固定取り付け面
109b 旋回スクロールはさみこみ面
109c フレームオルダム溝
109d 軸シール
109e 主軸受
109f シャフトスラスト面
109h 流通溝
110 オルダムリング
110a フレーム側突起部
110b 旋回スクロール側突起部
111 シャフト
111a シャフト給油孔
111b 主軸受給油孔
111c 軸シール給油孔
111d 副軸受給油孔
111e 偏心部
112 モータ
112a ロータ
112b ステータ
113 副軸受
114 副軸受支持板
114a 通気孔
114b 導油孔
115 副軸受ハウジング
116 吸込口
117 固定背面室
118 モータ室
119 冷凍機油
120 吐出パイプ
121 貯油室
122 密閉容器
123 中間圧室
124 給油パイプ
125 油分離板
126 連通孔
127 連通弁
127a 連通弁孔
127b 連通弁体
127c 連通弁ばね
127d 連通ばね位置決突起
127e 連通弁キャップ
127f 連通弁キャップ挿入部
200 スクロール圧縮機
201 熱交換器
202 水通路
203 冷媒通路
204 膨張弁
205 蒸発器
206 蒸発器ファン
207 給水口
208 貯湯タンク
209 ポンプ
210 タンク湯混合弁
211 水混合弁
212 流量調整弁
213 出湯口
101 orbiting scroll 101a end plate 101b, 102n scroll wrap 101c orbiting bearing 101d bearing holding portion 101e orbiting Oldham groove 102 fixed scroll 102a fixed scroll reference surface 102b peripheral groove 102c release hole 102d discharge hole 102e suction hole 102f suction hole 102g flow groove 102h valve Hole 102i Valve seal 102k Suction side conduction path 102l Valve cap insertion part 102m R groove 103 Compression chamber 104 Release valve plate 104a Retainer 105 Fixing screw 106 Suction pipe 107 Suction side check valves 107a, 108a Valve body 107b Check valve spring 108 Difference Pressure control valve 108b Differential pressure valve spring 108c Spring positioning projection 108d Valve cap 109 Frame 109a Fixed mounting surface 109b Orbiting scroll pinching surface 109c Groove 109d shaft seal 109e main bearing 109f shaft thrust surface 109h flow groove 110 Oldham ring 110a frame side protrusion 110b orbiting scroll side protrusion 111 shaft 111a shaft oil supply hole 111b main bearing oil supply hole 111c shaft seal oil supply hole 111d sub bearing oil supply hole 111e Eccentric part 112 Motor 112a Rotor 112b Stator 113 Sub bearing 114 Sub bearing support plate 114a Vent hole 114b Oil guide hole 115 Sub bearing housing 116 Suction port 117 Fixed back chamber 118 Motor chamber 119 Refrigerating machine oil 120 Discharge pipe 121 Oil storage chamber 122 Sealed container 123 Intermediate pressure chamber 124 Oil supply pipe 125 Oil separation plate 126 Communication hole 127 Communication valve 127a Communication valve hole 127b Communication valve body 127c Communication valve spring 127d Communication spring positioning protrusion 127e Communication valve key 127f Communication valve cap insertion part 200 Scroll compressor 201 Heat exchanger 202 Water passage 203 Refrigerant passage 204 Expansion valve 205 Evaporator 206 Evaporator fan 207 Water supply port 208 Hot water storage tank 209 Pump 210 Tank hot water mixing valve 211 Water mixing valve 212 Flow rate adjustment valve 213
Claims (4)
前記連通路開閉手段により調整される前記中間圧室の圧力よりも小さい圧力の前記圧縮室に前記連通孔が連通するスクロール圧縮機。 A orbiting scroll, a fixed scroll that meshes with the orbiting scroll to form a compression chamber, a frame to which the fixed scroll is fixed, an intermediate pressure chamber formed by the orbiting scroll, the fixed scroll, and the frame; and the orbiting scroll A communication hole communicating with the compression chamber and the intermediate pressure chamber, a communication hole opening / closing means for opening and closing the communication hole, a suction pressure space into which low-pressure fluid from the outside is introduced, and the intermediate pressure chamber A communication passage that communicates with the suction pressure space, and a communication passage opening and closing means that opens and closes the communication passage,
A scroll compressor in which the communication hole communicates with the compression chamber having a pressure smaller than the pressure of the intermediate pressure chamber adjusted by the communication passage opening / closing means .
前記連通孔開閉手段が前記連通孔を開く中間圧は、前記連通路開閉手段が前記連通路を開く中間圧よりも低いスクロール圧縮機。The scroll compressor in which the communication hole opening / closing means opens the communication hole is lower than the intermediate pressure in which the communication path opening / closing means opens the communication path.
前記スクロール圧縮機は、前記連通路開閉手段により調整される前記中間圧室の圧力よりも小さい圧力の前記圧縮室に前記連通孔が連通するヒートポンプ装置。The scroll compressor is a heat pump device in which the communication hole communicates with the compression chamber having a pressure smaller than the pressure of the intermediate pressure chamber adjusted by the communication passage opening / closing means.
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