JP6783579B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態の前提となる、ガスインジェクションサイクルを適用した冷凍サイクル100の一例を示す。ここで、冷凍サイクル100が、冷凍回路の一例として挙げられる。
凝縮器130を通過した高圧Phの液体冷媒は、第1膨張弁140で中間圧のインジェクション圧力Pinjまで減圧されて気液二相となり、気液分離器150へと導入される。気液分離器150では、入口の状態がA点で、内部でB点の飽和気体冷媒とC点の飽和液体冷媒に分離される。その後、飽和液体冷媒は、第2膨張弁160でさらに減圧されて低圧Plとなり、蒸発器170へと導入される。蒸発器170では、外気と熱交換することで、低圧Plの液体冷媒が気化して気体冷媒となり、圧縮機120へと導入される。一方、インジェクション圧力Pinjの飽和気体冷媒は、圧縮機120の圧縮室にインジェクションされる。
スクロール圧縮機200は、スクロールユニット220と、気体冷媒の吸入室H1及び吐出室H2を有するハウジング240と、スクロールユニット220を駆動させる駆動部としての電動モータ260と、電動モータ260の駆動制御用のインバータ280と、を備えている。なお、インバータ280は、スクロール圧縮機200に組み込まれていなくてもよい。
図3及び図5に示すように、蒸発器170からの低圧・低温の気体冷媒は、吸入ポートP1を介して吸入室H1に導入され、その後、冷媒導入通路L1を介してスクロールユニット220の外端部付近の空間H5に導かれる。そして、空間H5の気体冷媒は、スクロールユニット220の圧縮室H3に取り込まれて圧縮される。圧縮室H3で圧縮された圧縮冷媒は、吐出通路L2及び逆止弁320を経由して吐出室H2に吐出され、その後、吐出室H2から吐出ポートP2を介して凝縮器130へと吐出される。このようにして、吸入室H1を介して流入される気体冷媒を圧縮室H3で圧縮し、この圧縮冷媒を吐出室H2を介して吐出するスクロールユニット220が構成される。
背圧調整弁400は、吸入室H1の吸入圧力Ps、吐出室H2の吐出圧力Pd及びインジェクション圧力Pinjに応じて作動し、背圧室H4の背圧Pmが吸入圧力Ps、吐出圧力Pd及びインジェクション圧力Pinjに応じた目標背圧Pcに近づくように、その弁開度を自動的に調整する機械式(自律式)の流量制御弁である。背圧調整弁400は、リアハウジング246の底壁部246Bにおいて、電動モータ260の駆動軸266の中心軸と直交する方向に延びるように形成された収容室246Cに収容されている。背圧調整弁400の構造及び背圧調整動作については後述する。
冷房運転時の理論値及び暖房運転時の理論値を参照すると、回転数Ncに応じて、インジェクション圧力Pinjに応じた差圧ΔPの変化特性が変化することが理解されよう。また、インジェクション圧力Pinjが高い場合、回転数Ncが高くなると差圧ΔPが低下することが理解されよう。さらに、冷房運転時の差圧ΔPは、暖房運転時の差圧ΔPより若干低くなることも理解されよう。従って、背圧調整弁400は、少なくとも、吸入圧力Ps、吐出圧力Pd、インジェクション圧力Pinj及び背圧Pmに応じて圧力供給通路L3の開度を増減し、図6及び図7に示す差圧ΔPとなるように制御する。
背圧調整弁400は、略段付円柱形状の外形をなすバルブハウジング410と、バルブハウジング410に内挿される弁ユニット420と、弁ユニット420を閉弁方向に付勢するベローズ組立体430と、を有している。ここで、ベローズ組立体430が、弾性体の一例として挙げられる。
平衡状態から吐出圧力Pdが上昇すると、図9に示すように、第6連通孔410Fを介して第1弁体424が吐出圧力Pdから受ける力が増加し、第1弁体424、第2弁体426、ベローズ組立体430及びコイルばね440に作用する力の合力が図中下方へと向かい、弁ユニット420を開弁方向へと移動させる。弁ユニット420が開弁方向に移動すると、圧力供給通路L3の開度が大きくなり、第6連通孔410Fを介して吐出圧力導入室H6から第1感圧室H7へと供給される潤滑油の流量が増加する。そして、圧力供給通路L3を介して背圧室H4へと供給される潤滑油の流量が増加し、背圧室H4の背圧Pmが上昇する。
平衡状態から吐出圧力Pdが上昇すると、図16に示すように、第1弁体424が吐出圧力Pdから受ける力が増加し、第1弁体424、第2弁体426、第3弁体428、ベローズ組立体430及びコイルばね440に作用する力の合力が図中下方へと向かい、弁ユニット420を閉弁方向へと移動させる。弁ユニット420が閉弁方向に移動すると、放圧通路L4の開度が小さくなり、放圧通路L4を介して背圧室H4から吸入室H1へと戻される潤滑油の流量が減少し、背圧室H4の背圧Pmが上昇する。
変形例に係る背圧調整弁400は、バルブハウジング410の小径部に電磁アクチュエータ450を備え、この電磁アクチュエータ450によって弁ユニット420を強制的に移動できるように構成されている。また、背圧調整弁400には、電磁アクチュエータ450を電子制御するために、マイクロコンピュータなどを内蔵した制御装置460が付設されている。制御装置460には、吸入圧力Psを検出する吸入圧力センサ470、吐出圧力Pdを検出する吐出圧力センサ480、インジェクション圧力Pinjを検出するインジェクション圧力センサ490、背圧Pmを検出する背圧センサ500、スクロールユニット220の回転数Ncを検出する回転数センサ510の各出力信号が入力されている。なお、変形例に係る背圧調整弁400は、その大部分が第1実施形態と共通しているため、同一符号を付すことでその説明を省略する(以下同様)。
ステップ1(図では「S1」と略記する。以下同様。)では、制御装置460が、吸入圧力センサ470、吐出圧力センサ480、インジェクション圧力センサ490、背圧センサ500及び回転数センサ510から、吸入圧力Ps、吐出圧力Pd、インジェクション圧力Pinj、背圧Pm及び回転数Ncを夫々読み込む。
ステップ4では、制御装置460が、偏差eの絶対値が所定値より大きいか否かを判定する。ここで、所定値は、背圧Pmが目標背圧Pcに近づいたか否か、即ち、フィードバック制御によって背圧Pmが目標背圧Pcになったか否かを判定するための閾値であって、例えば、背圧調整弁400の作動特性、背圧の要求精度などに応じて適宜設定することができる。そして、制御装置460は、偏差eの絶対値が所定値より大きいと判定すれば(Yes)、処理をステップ5へと進める。一方、制御装置460は、偏差eの絶対値が所定値以下であると判定すれば(No)、処理を終了させる。
ステップ6では、制御装置460が、背圧センサ500から背圧Pmを読み込み、その後、処理をステップ3へと戻す。
200 スクロール圧縮機
220 スクロールユニット
222 固定スクロール
224 旋回スクロール
400 背圧調整弁
424 第1弁体(弁体)
428 第3弁体(弁体)
430 ベローズ組立体(弾性体)
450 電磁アクチュエータ
460 制御装置
470 吸入圧力センサ
480 吐出圧力センサ
490 インジェクション圧力センサ
500 背圧センサ
510 回転数センサ
H3 圧縮室
H4 背圧室
L3 圧力供給通路
L4 放圧通路
Claims (7)
- 固定スクロール及び旋回スクロールにより区画される圧縮室の容積を増減すると共に、冷媒回路の途中から取り出された気体冷媒を前記圧縮室にインジェクションし、気体冷媒を吸入、圧縮及び吐出するスクロールユニットと、
前記旋回スクロールを前記固定スクロールに向けて押し付ける背圧室の圧力を、前記圧縮室に吸入される気体冷媒の吸入圧力、当該圧縮室から吐出される気体冷媒の吐出圧力、及び、当該圧縮室にインジェクションされる気体冷媒のインジェクション圧力に応じて調整する背圧調整弁と、
を有することを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記背圧調整弁は、弾性体及び前記背圧室の圧力により閉弁方向に付勢される弁体を、前記吸入圧力、前記吐出圧力及び前記インジェクション圧力により開弁方向に移動させ、前記圧縮室で圧縮された気体冷媒から分離された潤滑油を前記背圧室に供給する流量を増減することで、前記背圧室の圧力を調整する、
ことを特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記背圧調整弁は、前記潤滑油を前記背圧室に供給する通路に配置された、
ことを特徴とする請求項2に記載のスクロール圧縮機。 - 前記背圧調整弁は、弾性体及び前記背圧室の圧力により開弁方向に付勢される弁体を、前記吸入圧力、前記吐出圧力及び前記インジェクション圧力により閉弁方向に移動させ、前記圧縮室で圧縮された気体冷媒から分離された潤滑油が供給される前記背圧室から、前記潤滑油が排出される流量を増減することで、前記背圧室の圧力を調整する、
ことを特徴とする請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記背圧調整弁は、前記潤滑油を前記背圧室から排出する通路に配置された、
ことを特徴とする請求項4に記載のスクロール圧縮機。 - 前記背圧調整弁は、前記弁体を移動させる電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータを電子制御する制御装置と、を更に有し、
前記制御装置は、前記背圧室の圧力が前記吸入圧力、前記吐出圧力及び前記インジェクション圧力に応じた目標圧力になるように、前記電磁アクチュエータを制御する、
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のスクロール圧縮機。 - 前記制御装置は、前記吸入圧力、前記吐出圧力及び前記インジェクション圧力に加え、前記スクロールユニットの回転数に応じた目標圧力を算出する、
ことを特徴とする請求項6に記載のスクロール圧縮機。
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