JP5762352B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、能力向上を狙い、中間圧ガスを圧縮室へインジェクションする冷凍サイクルに用いられる圧縮機に関する。

低外気温時の暖房能力向上を狙ったガスインジェクション対応スクロール圧縮機は既に多数の文献により公知である。一般的には、インジェクション量を確保するためには、インジェクションされる側の圧縮室内圧力が低い段階で開口するような位置にポートを設置することが好ましい。特許文献１では、圧縮室が冷媒を吸入して閉じられる前にインジェクションが開始されるような位置にポートを設けたものが開示されている。しかしながら、この従来技術では、ポート内部の中間圧冷媒が吸入側へ漏れ出し、低圧冷媒の圧縮室内への流入を阻害し、冷媒循環量が減少し、性能が悪化するという問題点が指摘されてきた。また、インジェクション通路全体でのデッドボリュームが大きくなり、冷媒の再膨張による性能低下が発生していた。

特開平１０−３７８６８号公報

本発明は、上記問題に鑑み、中間圧ガスを圧縮室へインジェクションする冷凍サイクルに用いられる圧縮機において、低外気温時の暖房能力向上や中間圧冷媒の吸入側への流出防止による効率向上、デッドボリュームの低減を達成した圧縮機を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ハウジング（３０）、クランクシャフト（２５）を回転駆動する駆動部（２０）、クランクシャフト（２５）により公転運動する旋回スクロール（１１）、前記ハウジング（３０）に固定されて旋回スクロール（１１）を摺動支持するミドルハウジング（３６）、及び、ミドルハウジング（３６）に固定された固定スクロール（１２）を具備し、前記旋回スクロール（１１）と前記固定スクロール（１２）とによって形成された圧縮室（１５）に、中間圧の冷媒ガスを、前記旋回スクロール（１１）に形成した流路を経由して、複数個のインジェクションポート（１１−３、１１−４）からインジェクションするスクロール圧縮機において、前記旋回スクロール（１１）の公転運動によって、前記流路に対して間欠的に連通する間欠部を、インジェクションポート（１１−３、１１−４）の個数と同数箇所設けるとともに、前記流路が、前記間欠部１つごとに、前記インジェクションポート（１１−３、１１−４）の１つを対応させた複数個の流路であるスクロール圧縮機である。これにより、低外気温時の暖房能力向上や中間圧冷媒の吸入側への流出防止による効率向上、デッドボリュームの低減を達成できるとともに、複数個の間欠部によって各圧縮室へのインジェクションタイミングを独立して最適に制御することができる。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明の第１実施形態のヒートポンプサイクルを示す説明図である。 本発明の第１実施形態の圧縮機の全体構成の断面図である。 本発明の第１実施形態の圧縮機構部の要部断面図であり、 本発明の第１実施形態の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 本発明の第１実施形態を比較例と対比して、旋回スクロール内のインジェクション経路を説明する説明図である。 クランクシャフトの回転角θが０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 クランクシャフトの回転角θが３０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 クランクシャフトの回転角θが６０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 クランクシャフトの回転角θが９０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 クランクシャフトの回転角θが１２０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 クランクシャフトの回転角θが１８０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 クランクシャフトの回転角θが２１０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 クランクシャフトの回転角θが２７０°の固定スクロールと旋回スクロールの平面図である。 圧縮室内圧Ｐ２とクランクシャフトの回転角θとの関係を示すグラフである。 圧縮室内圧Ｐ２と吸入圧Ｐ１との差圧と、クランクシャフトの回転角θとの関係を示すグラフである。 間欠孔とインジェクションポートの開口面積と、クランクシャフトの回転角θとの関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の圧縮機構部の要部断面図である。 本発明の第３実施形態の圧縮機構部の要部断面図である。 本発明の第４実施形態の圧縮機構部の要部断面図である。 本発明の各実施形態の試算結果を一例として示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態は、給湯システムや車両用空調装置のヒートポンプサイクルに適用したものである。図１は、本発明の一実施形態のヒートポンプサイクルを示す説明図である。このヒートポンプシステムは、一例として給湯システムとして説明すれば、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機１と、貯湯タンク内の給湯水と圧縮機１により吐出された冷媒とで熱交換を行う熱交換器２と、熱交換器２から流出した冷媒を減圧する第１膨張弁３と、第２膨張弁４と、外気から吸熱して冷媒を蒸発させる熱交換器（蒸発器）５と、蒸発器５から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を蓄え、気相冷媒を圧縮機１に供給（冷媒供給配管３８経由）する気液分離器６とで構成している。

このヒートポンプサイクルにおいては、第１膨張弁３の下流かつ第２膨張弁４の上流の分岐点７で分岐し、中間圧の冷媒ガスを、後述するように冷媒供給配管８、冷媒供給通路８’を通じて圧縮室にインジェクションする。圧縮機１の冷媒吐出通路（図示せず）は、油分離器４０の冷媒流入口４７に、冷媒配管４８を介して接続されている。油分離器４０は、ハウジング３０から吐出された圧縮冷媒から潤滑油を分離し、分離された潤滑油を、配管接続部材３４を介してハウジング３０内に戻す役割を果たす。本発明の一実施形態のヒートポンプサイクルでは、給湯システムとして説明したが、これに限らず、車両空調装置に適用しても良く、その他産業用や家庭用エアコンのヒートポンプシステムに適用しても良い。

図２は、本実施形態の圧縮機１の断面図である。この圧縮機は、スクロール型の電動圧縮機であり、冷媒を圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機部（駆動部）２０とを上下方向（縦方向）に配置した縦置きタイプになっている。本実施形態では縦置きタイプで説明するが、横置きタイプであってもよい。また、電動圧縮機に限らず、ベルト駆動であっても本実施形態は適用可能である。

ハウジング３０は、筒状部材３１、上蓋部材３２、下蓋部材３３を一体に接合して密閉容器構造としたものである。ハウジング３０の筒状部材３１の側方には、ブラケット４４を介して後述する油分離器４０が接合されている。電動機部２０は、固定子をなすステータ２１および回転子をなすロータ２２を有している。ステータ２１は、磁性材からなるステータコア２１１およびステータコイル２１２によって構成されている。ステータコイル２１２への電力の供給は、給電端子２３を介して行われる。ロータ２２は、ステータ２１の内周側に配置され、ステータコイル２１２に電力が供給されて回転磁界が発生すると、ロータ２２およびシャフト２５が一体に回転する。

シャフト２５は、その内部には潤滑オイルを流通させる主給油通路２５ａやパイプ部材５０が設けられており、シャフト２５と第１軸受部２９や第２軸受部２７との摺動部位へオイルを導く通路が形成されている。シャフト２５の上端は閉鎖部材２６で閉鎖され、シャフト２５のロータ２２よりも下方側の部位に、鍔部２５１が形成されている。鍔部２５１には、バランスウェイト２５４が配置され、ロータ２２にもバランスウェイト２２１、２２２が配置されている。筒状部材３１に固定されたミドルハウジング３６には、第１軸受部２９が形成され、シャフト２５は、第１軸受部２９によって回転可能に支持されている。シャフト２５の上方側の部位は、第２軸受部２７によって回転可能に支持されている。第２軸受部２７は、介在部材２８を介してハウジング３０の筒状部材３１に固定されている。

圧縮機構部１０は、旋回スクロール１１、固定スクロール１２からなるスクロール型の圧縮機構である。スラスト軸受部１３は、スラストプレート１３’とミドルハウジング３６の受圧面１３’’から構成される。スラストプレート１３’は、ミドルハウジング３６の受圧面１３’’や旋回スクロール１１に一体化されていても良い。固定スクロールには、旋回スクロール１１の歯部１１２に噛み合う渦巻き状の歯部１２２が形成されている。固定スクロール１２の基板部１２１の外周側は、ミドルハウジング３６に固定されている。シャフト２５下端部は、シャフト２５の回転中心に対して偏心した偏心部２５３になっている（シャフト２５は偏心部２５３を含めてクランクシャフトともいう）。旋回スクロール１１の基板部１１１の上面側の中心部には、シャフト２５の下端部が挿入される円筒状のボス部１１３が形成されている。両スクロール１１、１２の間には、旋回スクロール１１が偏心部２５３周りに自転することを防止する自転防止機構（図示せず）が設けられている。シャフト２５が回転中心Ｏ₁周りに回転すると、旋回スクロール１１は偏心部２５３周りに自転することなく、シャフト２５の回転中心Ｏ₁を中心として公転運動する。

両スクロール１１、１２の歯部１１２、１２２同士が噛み合って、三日月形状に形成される作動室１５が複数個形成される。作動室１５は、旋回スクロール１１が公転運動することによって回転軸周方向に外周側から中心側へ容積を減少させながら移動し、供給された冷媒を圧縮する。冷媒は、冷媒供給配管３８（図１参照）を通じて供給され、固定スクロール１２側の基板部１２１の内部に形成された冷媒吸入通路（図示せず）を介して、両スクロール１１、１２の歯部１１２、１２２の最外周側に形成された吸入口１２３’（図３Ｂ参照）から圧縮室１５に供給される。中間圧冷媒ガスは、冷媒供給配管８（終端が二股に分岐）を経由して２箇所の冷媒供給通路８’（図３Ａ参照）を通じて圧縮室にインジェクションする。

固定スクロール１２側の基板部１２１の中心部には、作動室１５で圧縮された冷媒が吐出される吐出穴１２３が形成されている。吐出穴１２３の下方側には、吐出穴１２３と連通する吐出室１２４が形成されている。吐出室１２４は、固定スクロール１２の基板部１２１の下面に形成された凹部１２５と、固定スクロール１２の下面に固定された区画部材１８とによって区画形成されている。吐出室１２４には、作動室１５への冷媒の逆流を防止する逆止弁をなすリード弁１９が配置されている。

吐出室１２４へ流入した冷媒は、固定スクロール１２側の基板部１２１内に形成された冷媒吐出通路、および、ハウジング３０の筒状部材３１に形成された冷媒吐出口（いずれも図示せず）を介して、ハウジング３０外部へ吐出される。冷媒吐出口には、冷媒配管４８を介して、油分離器４０の冷媒流入口４７が接続されている。油分離器４０は、ハウジング３０から吐出された圧縮冷媒からオイルを分離し、分離されたオイルを、配管接続部材３４を通ってハウジング３０内に戻す機能を果たす。外筒部材４２１の内周側と内筒部材４２２の外周側との間に形成される円筒状空間４３には、油分離器４０の冷媒流入口４７（図示せず）から流入した冷媒が導入され、遠心力でオイルを分離する。

内筒部材４２２の上端の冷媒吐出口４５は、オイルが分離された冷媒を油分離器４０の外部の冷媒配管４９（図１参照）と接続している。油分離器４０の下方側部位は、配管接続部材３４に接続している。固定スクロール１２側の基板部１２１の内部に形成された固定側導油通路１２７は、配管接続部材３４を介して流入したオイルを固定スクロール１２側の基板部１２１の上面に開口する開口穴へ導く。旋回スクロール１１側の基板部１１１の内部には、固定側導油通路１２７の一方の通路と断続的に連通する図示しない可動側導油通路が形成されている。可動側導油通路を介して、オイルはボス部１１３に導入され、シャフト２５の偏心部２５３との間の隙間と、シャフト２５の内部に形成された主給油通路２５ａへ流入する。ハウジング３０内の最下部には、オイルを貯める貯油室３５が形成されている。

本実施形態の圧縮機１は、ハウジング３０、クランクシャフト２５を回転駆動する駆動部２０、クランクシャフト２５により公転運動する旋回スクロール１１、ハウジング３０に固定されて旋回スクロール１１を摺動支持するミドルハウジング３６、及びミドルハウジング３６に固定された固定スクロール１２を具備し、旋回スクロール１１と固定スクロール１２とによって形成された圧縮室１５に、中間圧の冷媒ガスをインジェクションするスクロール圧縮機である。本実施形態が適用されるスクロール圧縮機は、以上説明した全体構成に限定されずに、その他の中間圧ガスを圧縮室へインジェクションする冷凍サイクルに用いられる圧縮機において、本実施形態の特徴は適用可能である。

次に、図３Ａ、３Ｂを参照して、間欠孔（固定側間欠孔５２、旋回側間欠孔１１−１）とインジェクションポート１１−３、１１−４について、説明する。中間圧ガスは、図１の冷媒供給配管８、図３Ａの冷媒供給通路８’（２箇所設置）を経由して、間欠ピン５１から旋回スクロールに設けられたインジェクションポート１１−３、１１−４に供給される。間欠ピン５１は、固定スクロール１２に設けられた収容部に摺動自在に気密状態（Ｏリングなどでシール）ではめ込まれている。間欠ピン５１は、中間圧で旋回スクロールの基板部１１１の外周側の摺動面に押圧されている。間欠ピン５１の構造は、給油に適用した間欠給油技術と類似しているが、本実施形態では、公転運動を利用して中間圧ガスの間欠供給に適用している。

インジェクションされる冷媒は、外部からパイプなど冷媒供給配管８を介して、２箇所のうち一方側は、固定スクロール１２内部の冷媒供給通路８’に導入される。固定側間欠孔５２、旋回側間欠孔１１−１、旋回スクロール１１の内部通路１１−２、インジェクションポート１１−３の順に通過し、一方の圧縮室１５内へ至る。旋回スクロール１１において、旋回側間欠孔１１−１、旋回スクロール１１の内部通路１１−２、インジェクションポート１１−３が、流路を形成する。また、冷媒供給配管８から他方側の冷媒供給通路８’に導入されて、図３Ｂの右下に示す固定側間欠孔５２’、旋回側間欠孔１１−１’、旋回スクロール１１の内部通路１１−２’（図示せず）、インジェクションポート１１−３’ （図示せず）、又は、１１−４の順に通過し、他方の圧縮室１５内へ至る。旋回スクロール１１において、旋回側間欠孔１１−１’、旋回スクロール１１の内部通路１１−２’、インジェクションポート１１−４が、別個の流路を形成する。

間欠部は固定スクロールに挿入された間欠ピン５１、５１’（内部に固定側間欠孔５２、５２’）と、旋回スクロール１１に設けられた２箇所の旋回側間欠孔１１−１、１１−１’とで構成され、旋回スクロール１１の孔は間欠ピン孔の周りを公転運動し、間欠的に連通する（周知の間欠給油と作動は同様である）。本実施形態では、冷媒ガスをインジェクションポート１１−３、１１−４から圧縮室１５にインジェクションするように、冷媒供給配管８からそれぞれ独立した流路を旋回スクロール１１に形成し、この流路に対して、旋回スクロール１１の公転運動によって間欠的に連通する間欠部を設け、冷媒ガスを、間欠部、インジェクションポート１１−３、１１−４に経由して２箇所の圧縮室１５にインジェクションするものである。

インジェクションポート１１−３、１１−４は、圧縮室１５が閉じきる（図５Ａのクランク角０°）よりも前に開口していると、中間圧ガスが吸入側へ逆流してしまうが、間欠部の連通タイミングを適切にすることで、逆流を防止することができる。すなわち、本実施形態では、インジェクションポート１１−３、１１−４とは別に、もう一つ、中間圧〜インジェクションポートの連通タイミングを制御する機構（間欠部）を固定スクロール側に追加したものである。特許文献１は、圧縮室が冷媒を吸入して閉じられる前にインジェクションが開始されるような位置にインジェクションポートを設けたものであるが、本実施形態の固定側間欠孔５２、旋回側間欠孔１１−１による間欠部が存在しない。

本実施形態においては、圧縮途中の冷媒が吸入側へ逆流したり、中間圧ガスが吸入側に漏れ出すことによって、低圧冷媒の圧縮室内での吸入を阻害し、見かけの冷媒循環量が減少してしまうことを防止することができる。すなわち、間欠孔が連通したときには、圧縮室内圧力は中間圧との差圧が最も大きく、かつ、既にインジェクションポートは全開状態のため、通路面積が最大の状態でインジェクションが可能であるため、必要流量を確保することが容易となる。

ここで、中間圧ガスを圧縮室１５に導入する際に、旋回スクロール１１の内部に経路をとる場合には、間欠孔５２、５２’から、旋回側間欠孔１１−１、１１−１’、旋回スクロール１１の内部通路１１−２、１１−２’、インジェクションポート１１−３、１１−４間の空間はデッドボリュームとなり、インジェクションを実施しないモードでは、再圧縮・再膨張損失の原因になる。また、インジェクションを実施するモードでは、インジェクションの際に残った中間圧ガスが吸入室へ漏れ出すために、低圧冷媒が吸入されるのを阻害し、冷媒循環量が低下し、性能が悪化する。そのため、デッドボリュームを低減することは性能向上に有効である。この点について、以下、本実施形態の特徴を説明する。

図４を参照して、本実施形態を比較例（図４の上部図）と対比して、旋回スクロール内のインジェクション経路を説明する説明図である。この比較例では、間欠孔５２は１箇所である。これに対して、本実施形態では２箇所の間欠ピン５１、５１’、間欠孔５２、５２’を敢えて設置している。なお、圧縮室の形成状態によっては、必ずしも２箇所に限定されることなく、３箇所以上であっても良い。比較例に対し、本実施形態は、間欠ピンと間欠孔の間欠部をインジェクションポートの個数と同数箇所設けたものである。

図４の下部図に見られるように、本実施形態では、２箇所の間欠ピン５１、５１’、間欠孔５２、５２’を、シャフト２５の回転中心Ｏ₁と各インジェクションポート１１−３、１１−４とを結ぶ半径方向に設置している。インジェクションポート出口に直結する縦孔である１１−３、１１−４の容積は変わらないものの、旋回スクロール１１の内部通路１１−２、１１−２’の長さを大幅に縮小することができ、デッドボリュームが低減することができる。間欠孔５２（５２’）の位置は、この半径方向同一線上に限定されていなくてもよい。間欠孔５２（５２’）は、図３Ｂに見られるように、シャフト２５の回転中心Ｏ１とインジェクションポート１１−３（１１−４）とを結ぶ半径方向から見て、図４の下部図に示すように正逆９０°以内に設置すると良い（時計回りが正転）。この場合には、比較例に対して、旋回スクロール１１の内部通路１１−２、１１−２’の長さを充分縮小することができる。

間欠孔５２（５２’）の中心軸Ｏ_３、回転中心Ｏ₁、インジェクションポート１１−３（１１−４）の中心軸がなす角度を、インジェクションポートに対する間欠孔の取付角と呼ぶと、図３Ｂに示すように、インジェクションポート１１−３に対する間欠孔５２の取付角αと、インジェクションポート１１−４に対する間欠孔５２’の取付角βは、正逆９０°以内の任意の角度として、スペース上都合の良い場所に設置すれば良い（取付角α＝βである必要はなく、異なる角度であっても良い）。

次に、図５Ａ〜Ｈによって、クランクシャフトの回転角θ毎の固定スクロールと旋回スクロールの位置関係、間欠部等の開閉状態を説明するとともに、図６Ａ〜Ｃを参照して作動原理を詳説する。
図５Ａは、クランクシャフトの回転角θ＝０°のときを表している。このとき、インジェクションポート１１−３、１１−４は既に全開である。ちょうど旋回スクロールの歯部１１２の端部が固定スクロールの歯部１２２に当接して、吸入工程が完了して圧縮工程が開始されるところである。このとき、旋回スクロール１１の旋回側間欠孔１１−１（中心軸Ｏ₂）は、間欠ピン５１の固定側間欠孔５２（中心軸Ｏ₃）に対して、軌跡Ｘ１のように公転運動（公転中心Ｏ₄）し、固定側間欠孔５２と旋回側間欠孔１１−１とが、まさに連通しようとしている。ここでは、固定側間欠孔５２と旋回側間欠孔１１−１との開閉タイミングは、固定側間欠孔５２’と旋回側間欠孔１１−１’との開閉タイミングと、同じタイミングにしているので、固定側間欠孔５２と旋回側間欠孔１１−１との開閉タイミングについてのみ述べる。なお、これらのタイミングに、敢えて位相差を設けることも可能である。位相差を設ければ、２つの圧縮室１５への中間圧ガスのインジェクション時期を、個々に調整することができる。

図５Ｂから図５Ｄにかけて、固定側間欠孔５２と旋回側間欠孔１１−１（両者を間欠部という）は連通し、インジェクションポート１１−３、１１−４から２箇所の圧縮室１５に中間圧の冷媒ガスを供給する。図６Ａ、Ｂに見られるように、圧縮室内圧Ｐ２は、クランクシャフトの回転角θ＝０°のときに圧縮室１５は吸入完了して、上昇を開始する。同時に、圧縮室内圧Ｐ２に対する中間圧Ｐ１の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２は減少してゆく。差圧ΔＰが正の期間は、中間圧Ｐ１で圧縮室に冷媒を、逆流なくインジェクションすることができる。

図５Ｄのクランクシャフトの回転角θ＝９０°のときに間欠部は閉口開始したのち、インジェクションが終了する。このとき、差圧ΔＰはまだ正に保たれている。図５Ｅに至り、インジェクションポート１１−３、１１−４が、固定スクロール１２の歯部１２２によって閉口される。図６Ｃに見られるように、間欠部による開口（θ＝０°）を、インジェクションポート１１−３、１１−４の開口時期（前回サイクルのθ＝２１０°）の後に行うことができる。したがって、既にインジェクションポートは全開状態のため、通路面積が最大の状態でインジェクションが可能である。特に、差圧ΔＰは、吸気完了後（θ＝０°の圧縮開始後）急速に減少するので、充分な差圧ΔＰを保持している間、間欠部による開口直後に迅速に、インジェクションすることができる。特許文献１の場合には、インジェクションポートが完全に開口していない状態でインジェクションするので、迅速に十分な流量をインジェクションすることができないが、本実施形態ではこのような問題は発生しない。

さらに、間欠部は閉口時期と、インジェクションポートの閉口時期も、図５Ｄや図５Ｅに見られるように、比較的同時に行うことができる。これにより、圧縮室に連結する流路のデッドボリュームをなくし、無駄な圧力損失を減らすことができる。インジェクションポートは、固定スクロール１２の歯部１２２によって開閉されるものであるので、インジェクションポートの開口する角度範囲は、必然的に広い角度範囲（２５０〜３６０°程度）に亘るものである。このため、特許文献１の従来技術においては、圧縮室が冷媒を吸入して閉じられる時期とインジェクションが開始される時期を同時にすると、どうしても、インジェクションポートの閉口時期が遅れてしまい、圧縮室の内圧が上がるために逆流などが発生しやすいのである。

本実施形態においては、インジェクションポートの歯部１２２による開閉とは独立して、間欠部によりインジェクション時期を重畳的に制御できるので、上述のような問題は発生しない。このため、本実施形態においては、間欠部は閉口時期と、インジェクションポートの閉口時期とをほぼ同時にすることができ、逆流や圧力損失を防止することができる。

図５Ｆから図５Ｈまで圧縮室は、内部に移動して圧縮が進行する。図５Ｇではインジェクションポートは開口するが、間欠部は閉鎖されている。その後次の圧縮サイクルとして、図５Ａに戻り、同じことが繰り返される。圧縮室は一時期４つ発生して、内部の２つの圧縮室は、図５Ｂで連結して、吐出口１２３から圧縮された冷媒ガスが吐出される。

本実施形態では、インジェクションポート１１−３、１１−４の開閉が、固定スクロール１２の歯部１２２によって行われ、インジェクションポート１１−３、１１−４が全開し、かつ、圧縮室１５の吸気が完了した後に、前記間欠部が連通するようにした。図６Ｃで、吸入完了とは、回転角０°に当る。このとき既にインジェクションポートは全開となっている。吸入完了前に間欠部も連通してしまっていると、中間圧ガスが間欠部→インジェクションポート→吸入側へと漏れ出てしまうので、吸入完了時には、間欠部は連通させられない。ただし、吸入完了時には中間圧と圧縮室内圧力の差圧が大きいので、直後にインジェクションを実施する方が、効率的にインジェクションが可能となる。そのため、吸入完了直後に間欠部が連通するような位置関係に設定することが望ましい。

図６Ｃに示すような開閉時期制御は、上記説明に必ずしも限定されずに、次のような観点から変更することもできる。すなわち、旋回スクロールの歯部１１２の端部が固定スクロールの歯部１２２に当接して、吸入工程が完了して圧縮工程が開始する時点と、間欠部の開口時点とはほぼ同時に行われるが、逆流がなされない角度範囲であれば、必ずしも同時点でなくても良い。また、インジェクションポートの開口時点と間欠部の開口時点とは、間欠部の開口開始前に、少なくともインジェクションポートの開口が全開になっていれば良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の他の実施形態について以下に述べる。
第１実施形態においては、間欠部が、旋回スクロール１１の旋回側間欠孔１１−１、１１−１’と、固定スクロール１２に形成された固定側間欠孔５２、５２’とから構成されていたが、以下に述べる第２実施形態では、固定スクロール１２に設ける代わりに、固定側間欠孔５２、５２’を、ミドルハウジング３６に形成している。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

固定スクロール側には吐出室などがあり、ＣＯ２を冷媒とするような体格の小さい圧縮機においては、固定側間欠孔５２を設置する上での制約が厳しいときがある。また、吐出冷媒ガスなどで固定スクロール側は高温になることが多く、インジェクションガスを、固定スクロール内を通過するうちに加熱されないように配慮する必要がある（加熱されると比容積が増して冷媒重量流量が低下したり、吐出温度の上昇を引き起こす）。このため、固定側間欠孔５２をミドルハウジング３６に形成すれば、このような設計上の配慮が不要となり好都合である。

第２実施形態の場合には、固定側間欠孔５２をミドルハウジング３６に形成することになるので、スラスト軸受部１３の受圧面積確保に配慮する必要がある。本実施形態では、中間圧ガスを圧縮機内へ導入後、図７に示すごとく、ミドルハウジング３６側に経路をとる。この場合、旋回スクロールの背面側にあるスラスト軸受けをまたぐ経路をとるため、一部に荷重を受けることのできない領域を設けざるを得ない（油膜切れを起こし異常磨耗の発生がないように留意する必要がある）。本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図８を参照して、間欠ピン５１（５１’）に設けられた固定側間欠孔５２（５２’）の断面積をＳ１とし、旋回側間欠孔１１−１（１１−１’）の断面積をＳ２、インジェクションポート１１−３（１１−４）の断面積をＳ３とする。第３実施形態においては、Ｓ２＞Ｓ３となっている場合、旋回スクロール１１の基板部１１１内に開けられた横穴である内部通路１１−２、１１−２’の中心位置を、基板部１１１の厚さの中間面Ｍよりも、固定側間欠孔５２（５２’）に寄せて（図８の上側）貫通させて、旋回側間欠孔１１−１（１１−１’）の容積を小さくした実施形態である。これにより、内部通路１１−２、１１−２’の容積は変わらないものの、旋回側間欠孔１１−１（１１−１’）からインジェクションポート１１−３（１１−４）に至る総容積を縮小することができ、デッドボリュームを低減することができる。本実施形態は、間欠部が単数又は複数の場合にいずれも適用することができる。

Ｓ２＜Ｓ３となっている場合には、内部通路１１−２、１１−２’の中心位置を、基板部１１１の厚さの中間面Ｍよりも図８の下側を貫通させることで、インジェクションポート１１−３（１１−４）の容積を小さくできるので、同じ効果を得ることが出来る。図８は、固定側間欠孔５２、５２’を、ミドルハウジング３６に形成した場合であるが、固定スクロール１２に形成した場合においても、内部通路１１−２、１１−２’の中心位置を同様な考え方で設置すれば、同様な効果を得ることができる。本実施形態は、間欠部が単数又は複数の場合にいずれも適用することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態は、図９に示されている。本実施形態では、固定側間欠孔５２（５２’）の断面積Ｓ１が、旋回側間欠孔１１−１（１１−１’）の断面積Ｓ２より大きくした実施形態である。これらの間欠孔が、大小二つの孔により構成されていても、機能上の効果は、断面積Ｓ１、断面積Ｓ２の大小関係に因らない。ただし、デッドボリュームを低減することを目的とした場合、Ｓ１＞Ｓ２とさせる方が、効果的である。図９は、固定側間欠孔５２、５２’を、ミドルハウジング３６に形成した場合であるが、固定スクロール１２に形成した場合においても、Ｓ１＞Ｓ２とすれば、同様な効果を得ることができる。本実施形態は、間欠部が単数又は複数の場合にいずれも適用することができる。

図１０は、各実施形態を適用した試算結果である。図１０のＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶは、それぞれ、比較例、図４の下部図の実施形態、図８の実施形態、図９の実施形態を個別に実施した場合の試算結果を表す。今回検討した一例としてのサンプル試算においては、デッドボリューム低減効果は、ＩＩで、比較例と比較して４８％に減少、ＩＩＩで、同８７％に減少、ＩＶで、同８３％に減少が可能となり、インジェクション実施有無を含めた年間効率を比較した場合、それぞれ、＋１１％、＋５％、＋６％の向上効果が得られることがわかった。

１１ 旋回スクロール
１１−１、１１−１’ 旋回側間欠孔
１１−３、１１−４ インジェクションポート
１２ 固定スクロール
２０ 駆動部、電動機部
２５ クランクシャフト
３０ ハウジング
５２ 固定側間欠孔

Claims (8)

1. ハウジング（３０）、クランクシャフト（２５）を回転駆動する駆動部（２０）、クランクシャフト（２５）により公転運動する旋回スクロール（１１）、前記ハウジング（３０）に固定されて旋回スクロール（１１）を摺動支持するミドルハウジング（３６）、及び、ミドルハウジング（３６）に固定された固定スクロール（１２）を具備し、前記旋回スクロール（１１）と前記固定スクロール（１２）とによって形成された圧縮室（１５）に、中間圧の冷媒ガスを、前記旋回スクロール（１１）に形成した流路を経由して、複数個のインジェクションポート（１１−３、１１−４）からインジェクションするスクロール圧縮機において、
   前記旋回スクロール（１１）の公転運動によって、前記流路に対して間欠的に連通する間欠部を、インジェクションポート（１１−３、１１−４）の個数と同数箇所設けるとともに、前記流路が、前記間欠部１つごとに、前記インジェクションポート（１１−３、１１−４）の１つを対応させた複数個の流路であるスクロール圧縮機。
2. 前記間欠部の中心軸（Ｏ_３）から、前記クランクシャフト（２５）の回転中心（Ｏ₁）を経て、前記インジェクションポート（１１−３、１１−４）の中心軸に至る角度（α、β）が、正逆９０°以内である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. 前記間欠部が、前記旋回スクロール（１１）の旋回側間欠孔（１１−１、１１−１’）と、前記ミドルハウジング（３６）に形成された固定側間欠孔（５２、５２’）とから構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記間欠部が、前記旋回スクロール（１１）の旋回側間欠孔（１１−１、１１−１’）と、前記固定スクロール（１２）に形成された固定側間欠孔（５２、５２’）とから構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
5. ハウジング（３０）、クランクシャフト（２５）を回転駆動する駆動部（２０）、クランクシャフト（２５）により公転運動する旋回スクロール（１１）、前記ハウジング（３０）に固定されて旋回スクロール（１１）を摺動支持するミドルハウジング（３６）、及び、ミドルハウジング（３６）に固定された固定スクロール（１２）と、
   前記旋回スクロール（１１）と前記固定スクロール（１２）とによって形成された圧縮室（１５）と、
   前記旋回スクロール（１１）に形成した流路を介して、中間圧の冷媒ガスを前記圧縮室（１５）にインジェクションするインジェクションポート（１１−３、１１−４）と、
   前記旋回スクロール（１１）の公転運動によって、前記流路に対して間欠的に連通する間欠部とを有し、
   前記間欠部は、前記旋回スクロール（１１）の旋回側間欠孔（１１−１、１１−１’）と、前記ミドルハウジング（３６）または前記固定スクロール（１２）に形成された固定側間欠孔（５２、５２’）とから構成され、
   前記流路が、前記クランクシャフト（２５）の回転軸方向の、前記旋回側間欠孔（１１−１、１１−１’）、及び、前記インジェクションポート（１１−３、１１−４）、並びに、前記回転軸に対する垂直面上にある内部通路（１１−２、１１−２’）が連結して構成されたことを特徴とするスクロール圧縮機。
6. ハウジング（３０）、クランクシャフト（２５）を回転駆動する駆動部（２０）、クランクシャフト（２５）により公転運動する旋回スクロール（１１）、前記ハウジング（３０）に固定されて旋回スクロール（１１）を摺動支持するミドルハウジング（３６）、及び、ミドルハウジング（３６）に固定された固定スクロール（１２）と、
   前記旋回スクロール（１１）と前記固定スクロール（１２）とによって形成された圧縮室（１５）と、
   前記旋回スクロール（１１）に形成した流路を介して、中間圧の冷媒ガスを前記圧縮室（１５）にインジェクションするインジェクションポート（１１−３、１１−４）と、
   前記旋回スクロール（１１）の公転運動によって、前記流路に対して間欠的に連通する間欠部とを有し、
   前記間欠部は、前記旋回スクロール（１１）の旋回側間欠孔（１１−１、１１−１’）と、前記ミドルハウジング（３６）または前記固定スクロール（１２）に形成された固定側間欠孔（５２、５２’）とから構成され、
   前記旋回側間欠孔（１１−１、１１−１’）の断面積（Ｓ２）と前記インジェクションポート（１１−３、１１−４）の断面積（Ｓ３）に大小がある場合には、いずれか大きい方の流路長さを短くしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
7. 前記インジェクションポート（１１−３、１１−４）の開閉が、前記固定スクロール（１２）の歯部（１２２）によって行われ、前記インジェクションポート（１１−３、１１−４）が全開し、かつ、前記圧縮室（１５）の吸気が完了した後に、前記間欠部が連通するようにしたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記旋回側間欠孔（１１−１、１１−１’）の断面積（Ｓ２）が、前記固定側間欠孔（５２、５２’）の断面積（Ｓ１）より、小さくしたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

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