JP6150983B2 - 背圧調節装置を有するスクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、背圧調節装置を有するスクロール圧縮機に関するものである。

一般に、スクロール圧縮機は、らせん状のラップ（Ｗｒａｐ）を有する固定スクロールと旋回スクロールとの相対的な運動により冷媒を圧縮する装置のことをいう。

スクロール圧縮機は、旋回スクロールを支持し且つ固定スクロールと旋回スクロールとの封止を維持するために旋回スクロールの背面側に形成された背圧室を有する。適切な大きさの背圧（Ｂａｃｋ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が付与されるように、背圧室は、固定スクロール及び旋回スクロールにより形成される圧縮室の一地点に連通することもある。すなわち、背圧室には、吸入圧と吐出圧との中間圧が背圧として付与される。

しかし、高圧縮比では、相対的に大きくなった背圧により、固定スクロールと旋回スクロールとのスラスト（ｔｈｒｕｓｔ）面に摩耗が生じることがある。なお、低圧縮比では、相対的に小さくなった背圧により、旋回スクロールのドロップ（Ｄｒｏｐ）という問題が生じることがある。

本発明の一側面は、吸入及び吐出圧縮比に基づいて付与される背圧を調節する背圧調節装置を有するスクロール圧縮機を提供する。

本発明の付加的な側面は、以下の説明で部分的に説明される、一部は以下の説明から明らかになる、または、本発明の実施形態から学ぶことができるだろう。

本発明の一側面によれば、スクロール圧縮機は、外部から冷媒が流入する吸入室と、固定スクロールと旋回スクロールとにより形成されて、流入した冷媒を圧縮する圧縮室と、前記圧縮された冷媒が吐出される吐出室と、第１の位置において前記圧縮室に連通する第１の中間圧領域と、前記第１の位置とは異なる第２の位置において前記圧縮室に連通する第２の中間圧領域と、前記旋回スクロールを加圧するように前記旋回スクロールの背面側に形成される背圧室と、圧縮比に応じて前記第１の中間圧領域または前記第２の中間圧領域のいずれか一方に前記背圧室が連通するように制御する背圧調節装置と、を含む。

ここで、前記背圧調節装置は、前記第１の中間圧領域を前記背圧室に連通させる第１の流路、及び前記第２の中間圧領域を前記背圧室に連通させる第２の流路が形成されたシリンダーと、前記シリンダーの内部に進退可能に収容されて、前記第１の流路と前記第２の流路とを選択的に開閉するピストンと、を含むことができる。

また、前記ピストンの上端部に吐出圧が働くように前記シリンダーの上部は前記吐出室に連通することができる。

前記ピストンの下端部に吸入圧が働くように前記シリンダーの下部は前記吸入室に連通することができる。

前記シリンダーの上部内周面は、前記シリンダーの下部内周面よりも小径でよい。

前記シリンダーの下端部には、前記ピストンの下端部よりも小径のシート部が形成されるとよい。

前記ピストンは、前記第１の流路を開閉する第１の開閉部と、前記第２の流路を開閉する第２の開閉部と、を含むことができる。

また、前記ピストンの上端部は、前記ピストンの下端部よりも小径でよい。

前記第１の中間圧領域及び前記第２の中間圧領域は、前記固定スクロールの内部に形成されるとよい。

前記第１の中間圧領域は、前記第２の中間圧領域に比べて、前記吐出室の近くに形成されるとよい。

本発明の他の側面によれば、スクロール圧縮機は、固定スクロールと噛み合って旋回しつつ冷媒を圧縮する旋回スクロールを支持するように前記旋回スクロールの背面に形成された背圧室と、圧縮比に応じて自動で、第１の中間圧、または前記第１の中間圧よりも小さい第２の中間圧のいずれか一方を前記背圧室に付与する背圧調節装置と、を含む。

ここで、前記背圧調節装置は、前記第１の中間圧を前記背圧室に付与するための第１の流路、及び前記第２の中間圧を前記背圧室に付与するための第２の流路が形成されているシリンダーを含むことができる。

前記スクロール圧縮機は、前記シリンダーの内部に進退可能に収容されて、前記第１の流路と前記第２の流路とを選択的に開閉するピストンをさらに含むことができる。

本発明の他の側面によれば、スクロール圧縮機の旋回スクロールの背圧を調節する方法は、冷媒を吸入室に取り込むこと、前記取り込まれた冷媒を、固定スクロール及び旋回スクロールによって形成された圧縮室において圧縮すること、前記取り込まれた冷媒を吐出室に吐出すること、背圧室を形成して背圧を前記旋回スクロールに付与すること、及び前記圧縮室の異なる位置による異なる圧力を前記背圧室に連通させることによって前記背圧室の背圧を調節することを含む。

上述から明らかなように、背圧の大きさは高圧縮比及び低圧縮比で調節されるため、圧縮比が変わるにもかかわらず背圧の大きさは適切に維持され、よって、スクロール圧縮機の稼働領域が広くなる。

本発明の一実施例に係るスクロール圧縮機を示す断面図である。 図１におけるスクロール圧縮機の背圧調節装置の断面図で、第１の流路が開放されている状態を示す。 図１におけるスクロール圧縮機の背圧調節装置の断面図で、第２の流路が開放されている状態を示す。 図１におけるスクロール圧縮機のピストンを示す断面図である。 モード切替のための基準圧縮比を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例に係るスクロール圧縮機を示す断面図である。

図１に示すように、スクロール圧縮機１は、筐体２、駆動部及び圧縮機構部を含む。

筐体２の一側には、圧縮された冷媒が外部に吐出されるように吐出口３が設けられ、一側には冷媒が流入するように流入口４が設けられる。

駆動部は、筐体２の下側内部に圧入固定される固定子５と、固定子５の径方向中央部に回動可能に取り付けられる回転子６と、を含む。駆動軸７の上端には、偏心回転する偏心部８が設けられる。

圧縮機構部は、駆動軸７に嵌められ、筐体２の内周上端に固定されるフレーム９、駆動軸７により稼働し、上面にらせん状の旋回スクロールラップ３１が形成される旋回スクロール３０、及び下面に旋回スクロールラップ３１と噛み合う固定スクロールラップ２１が形成されている固定スクロール２０を含む。

フレーム９のスラスト面に形成された円形の溝には、旋回スクロール３０の背面側に背圧室４３が形成されるように、円形帯状のシーリング部材１０が設けられる。固定スクロール２０は、フレーム９の上側に固定され、旋回スクロール３０は、固定スクロールラップ２１と旋回スクロールラップ３１とが噛み合うように固定スクロール２０の下側において旋回する。
吸入室４１に流入した冷媒は、固定スクロール２０と旋回スクロール３０とにより形成された圧縮室４０に移動し、旋回スクロールの旋回運動により圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、固定スクロール２０の吐出ポート２３から吐出室４２に吐出される。固定スクロール２０には、圧縮室４０の一地点に連通する第１の中間圧領域４４と、圧縮室４０の他の地点に連通する第２の中間圧領域４５と、が形成される。

第１の中間圧領域４４は、第２の中間圧領域４５よりも高圧となる圧縮室４０の内側に連通する。すなわち、第１の中間圧領域４４は、第２の中間圧領域４５に比べて、吐出室４２の近くに形成される。

一方、スクロール圧縮機１は、背圧調節装置５０をさらに含む。背圧調節装置５０は、第１の中間圧通路５１を介して第１の中間圧領域４４に連通し、第２の中間圧通路５２を介して第２の中間圧領域４５に連通する。

また、背圧調節装置５０は、背圧通路５３を介して背圧室４３に連通する。また、背圧調節装置５０は、吸入圧通路５５を介して吸入室４１に連通し、吐出圧通路５４を介して吐出室４２に連通する。

図２は、図１におけるスクロール圧縮機の背圧調節装置を示す断面図で、第１の流路が開放されている状態を示す。図３は、図１におけるスクロール圧縮機の背圧調節装置を示す断面図で、第２の流路が開放されている状態を示す。図４は、図１におけるスクロール圧縮機のピストンを示す断面図である。図５は、モード切替のための基準圧縮比を説明するための図である。

図２及び図３に示すように、背圧調節装置５０は、概略円筒状のシリンダー５６と、シリンダー５６の内部に収容されるピストン６０と、を含む。ピストン６０は、シリンダー５６の内部に上下に進退可能に収容される。
シリンダー５６の上部は、ピストン６０の上端部６４に吐出圧Ｐｄが働くように、吐出圧通路５４を介して吐出室４２に連通する。シリンダー５６の下部は、ピストン６０の下端部６５に吸入圧Ｐｓが働くように、吸入圧通路５５を介して吸入室４１に連通する。

このような構成により、ピストン６０は吸入圧Ｐｓと吐出圧Ｐｄとの圧縮比に応じて上側に前進したり下側に後退したりすることができる。

ここで、ピストン６０の上端部６４の直径がＤ１、ピストン６０の下端部６５の直径がＤ２の場合に、図２に示すように、Ｐｄ×Ｄ１＾２＜Ｐｓ×Ｄ２＾２の時にピストン６０は上側に前進し、図３に示すように、Ｐｄ×Ｄ１＾２＞Ｐｓ×Ｄ２＾２の時にピストン６０は下側に後退する。

そのため、ピストン６０の上端部６４の直径Ｄ１、及びピストン６０の下端部６５の直径Ｄ２を適切に設計することで、ピストン６０の前進と後退との基準圧縮比を決定することができる。

このような基準圧縮比は、図５に示すように、高圧縮比と低圧縮比との間の一定割合にすればよい。図５で、横軸は蒸発温度を表し、縦軸は凝集温度を表す。Ｐ５点とＰ６点との間は、略低圧縮比に相当し、Ｐ２点とＰ３点との間は、略高圧縮比に相当する。

吐出圧Ｐｄが吸入圧Ｐｓよりも高圧となるため、ピストン６０の上端部６４の直径Ｄ１をピストン６０の下端部６５の直径Ｄ２よりも小さく設計しなければならない。

一方、図２に示すように、シリンダー５６には、第１の中間圧通路５１を背圧通路５３に連通させることによって、第１の中間圧領域４４を背圧室４３に連通させる第１の流路Ｐａ１が形成される。

また、図３に示すように、第２の中間圧通路５２を背圧通路５３に連通させることによって、第２の中間圧領域４５を背圧室４３に連通させる第２の流路Ｐａ２が形成される。そのため、第１の流路Ｐａ１が開放される場合は、第１の中間圧Ｐｍ１が背圧室４３に付与され、第２の流路Ｐａ２が開放される場合は、第２の中間圧Ｐｍ２が背圧室４３に付与されることとなる。

ここで、第１の流路Ｐａ１と第２の流路Ｐａ２とは、ピストン６０によって選択的に開閉される。ピストン６０は、第１の流路Ｐａ１を開閉するように形成される第１の開閉部６１と、第２の流路Ｐａ２を開閉するように形成される第２の開閉部６２と、を含み、第１の開閉部６１と第２の開閉部６２とは連結部６３によって連結される。

第１の開閉部６１及び第２の開閉部６２はシリンダー５６の内周と密着するように形成され、連結部６３は、第１の流路Ｐａ１または第２の流路Ｐａ２を形成するようにシリンダー５６の内周よりもやや小径に形成される構成にすることができる。

また、シリンダー５６は、ピストン６０の形状に対応して、上部内周面５７が下部内周面５８よりも小径に形成される。シリンダー５６の下端部には、ピストン６０の離脱を防止するように、ピストン６０の下端部６５よりも大径のシート部５９を形成することができる。

以上の構成により、背圧調節装置５０は、圧縮比に応じて自動で、第１の中間圧Ｐｍ１、または第１の中間圧Ｐｍ１よりも小さい第２の中間圧Ｐｍ２のいずれかを背圧室４３に付与することが可能になる。

すなわち、圧縮比（Ｐｄ／Ｐｓ）が大きい場合は、相対的に低圧である第２の中間圧Ｐｍ２を背圧室４３に付与し、圧縮比（Ｐｄ／Ｐｓ）が小さい場合は、相対的に高圧である第１の中間圧Ｐｍ１を背圧室４３に付与する。

次に、このようなスクロール圧縮機１の作動過程を、図１乃至図５を参照して簡単に説明する。

スクロール圧縮機１が駆動すると、固定子５に発生する誘導起電力によって、回転子６に固定されている駆動軸７が回転し、駆動軸７の上端に設けられた偏心部８に嵌められた旋回スクロール３０が固定スクロール２０に噛み合った状態で旋回する。

流入口４から流入した冷媒は、吸入室４１を経て、旋回スクロール３０と固定スクロール２０とにより形成された圧縮室４０に移動し、旋回スクロール３０の旋回運動によって圧縮される。

高圧に圧縮された冷媒は、吐出室４２と吐出口３とを経て外部に吐出される。

この時、スクロール圧縮機１が、設定された基準圧縮比を基準に低圧縮比で駆動する場合に、図２に示すように、背圧調節装置５０のピストン６０が上側に前進しながら第１の流路Ｐａ１が開放され、第２の流路Ｐａ２は閉鎖される。開放された第１の流路Ｐａ１を通して相対的に高圧である第１の中間圧Ｐｍ１が背圧室４３に付与される。

一方、スクロール圧縮機１が、設定された基準圧縮比を基準に高圧縮比で駆動する場合に、図３に示すように、背圧調節装置５０のピストン６０が下側に後退しながら第１の流路Ｐａ１は閉鎖され、第２の流路Ｐａ２が開放される。開放された第２の流路Ｐａ２を通して相対的に低圧である第２の中間圧Ｐｍ１が背圧室４３に付与される。

上述から明らかなように、背圧の大きさは高圧縮比及び低圧縮比で調節される。そのため、背圧の大きさは、圧縮比が変わるにもかかわらず適切に維持され、よって、スクロール圧縮機の稼働領域が広くなる。

特定の実施例を挙げて本発明の技術的思想を説明したが、本発明の権利範囲は特定実施例に限定されるものではない。特許請求の範囲に明示された本発明の技術的思想としての要旨から逸脱しない範囲内で、当該分野における通常の知識を有する者によって修正または変形可能な様々な実施例も、本発明の権利範囲に含まれるであろう。

１ スクロール圧縮機
２ 筐体
３ 吐出口
４ 流入口
５ 固定子
６ 回転子
７ 駆動軸
８ 偏心部
９ フレーム
１０ シーリング部材
２０ 固定スクロール
２１ 固定スクロールラップ
２３ 吐出ポート
３０ 旋回スクロール
３１ 旋回スクロールラップ
４０ 圧縮室
４１ 吸入室
４２ 吐出室
４３ 背圧室
４４ 第１の中間圧領域
４５ 第２の中間圧領域
５０ 背圧調節装置
５１ 第１の中間圧通路
５２ 第２の中間圧通路
５３ 背圧通路
５４ 吐出圧通路
５５ 吸入圧通路
５６ シリンダー
５７ 上部内周面
５８ 下部内周面
５９ シート部
６０ ピストン
６１ 第１の開閉部
６２ 第２の開閉部
６３ 連結部
６４ ピストン上端部
６５ ピストン下端部
Ｄ１ ピストン上端部直径
Ｄ２ ピストン下端部直径
Ｐａ１ 第１の流路
Ｐａ２ 第２の流路
Ｐｂ 背圧
Ｐｄ 吐出圧
Ｐｓ 吸入圧
Ｐｍ１ 第１の中間圧
Ｐｍ２ 第２の中間圧

Claims (13)

1. 外部から冷媒が流入する吸入室と、
   固定スクロールと旋回スクロールとにより形成されて、流入した冷媒を圧縮する圧縮室と、
   前記圧縮された冷媒が吐出される吐出室と、
   第１の位置において前記圧縮室に連通する第１の中間圧領域と、
   前記第１の位置とは異なる第２の位置において前記圧縮室に連通する第２の中間圧領域と、
   前記旋回スクロールを加圧するように前記旋回スクロールの背面側に形成される背圧室と、
   圧縮比に応じて前記第１の中間圧領域または前記第２の中間圧領域のいずれか一方に前記背圧室が連通するように制御する背圧調節装置と、
   を含み、
   前記背圧調節装置は、前記第１の中間圧領域を前記背圧室に連通させる第１の流路、及び前記第２の中間圧領域を前記背圧室に連通させる第２の流路が形成されたシリンダーを含み、
   前記シリンダーの上部内周面は、前記シリンダーの下部内周面よりも小径であり、
   前記背圧調節装置が、前記第１の流路と前記第２の流路との間の中間位置では、前記第１の中間圧領域及び前記第２の中間圧領域双方に前記背圧室が連通するように制御することを特徴とする、スクロール圧縮機。
2. 前記背圧調節装置は、前記シリンダーの内部に進退可能に収容されて、前記第１の流路と前記第２の流路とを選択的に開閉するピストンを含むことを特徴とする、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記ピストンの上端部に吐出圧が働くように、前記シリンダーの上部は前記吐出室に連通していることを特徴とする、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記ピストンの下端部に吸入圧が働くように、前記シリンダーの下部は前記吸入室に連通していることを特徴とする、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記シリンダーの下端部には、前記ピストンの下端部よりも小径のシート部が形成されることを特徴とする、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記ピストンは、前記第１の流路を開閉する第１の開閉部と、前記第２の流路を開閉する第２の開閉部と、を含むことを特徴とする、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記ピストンの上端部は、前記ピストンの下端部よりも小径であることを特徴とする、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記第１の中間圧領域及び前記第２の中間圧領域は、前記固定スクロールの内部に形成されてい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。
9. 前記第１の中間圧領域は、前記第２の中間圧領域に比べて、前記吐出室の近くに形成されてい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。
10. 固定スクロールと噛み合って旋回しつつ冷媒を圧縮する旋回スクロールを支持するように前記旋回スクロールの背面に形成された背圧室と、
    圧縮比に応じて自動で、第１の中間圧、または前記第１の中間圧よりも小さい第２の中間圧のいずれか一方を前記背圧室に付与する背圧調節装置と、
    を含み、
    前記背圧調節装置は、前記第１の中間圧を前記背圧室に付与するための第１の流路、及び前記第２の中間圧を前記背圧室に付与するための第２の流路が形成されているシリンダーを含み、
    前記シリンダーの上部内周面は、前記シリンダーの下部内周面よりも小径であり、
    前記背圧調節装置が、前記第１の流路と前記第２の流路との間の中間位置では、前記第１の中間圧と前記第２の中間圧との間の圧力を前記背圧室に付与することを特徴とする、スクロール圧縮機。
11. 前記シリンダーの内部に進退可能に収容されて、前記第１の流路と前記第２の流路とを選択的に開閉するピストンをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載のスクロール圧縮機。
12. 前記圧縮比は、前記吸入室の圧力に対する吐出室の圧力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。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機の旋回スクロールの背圧を調節する方法であって、
    冷媒を吸入室に取り込み、
    前記取り込まれた冷媒を、固定スクロール及び旋回スクロールによって形成された圧縮室において圧縮し、
    前記取り込まれた冷媒を吐出室に吐出し、
    背圧室を形成して背圧を前記旋回スクロールに付与し、
    前記圧縮室の異なる位置による異なる圧力を前記背圧室に連通させることによって前記背圧室の背圧を調節すること、
    を含むことを特徴とする方法。