JP7028969B2

JP7028969B2 - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP7028969B2
Application number: JP2020522699A
Authority: JP
Inventors: コザラ，フィリップ; クロッテン，トーマス; ゲーム，トルステン; アリアズ，ローラ
Original assignee: ハンオンシステムズ
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: DE102018124301A1; KR20190049458A; WO2019088523A1; US20200277955A1; JP2021500503A; CN111212978B; KR102118617B1; CN111212978A

Description

本発明は、空調モード及び熱ポンプモードにおいて効率的に作動するスクロール圧縮機（ｓｃｒｏｌｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）に関する。

一般に空気調和システムの冷却回路用スクロール圧縮機は、空気調和モード、即ち、冷却モードにおいて効率的に作動するように設計されている。目標は、最大流動率で低い電力消費である。このことは特定圧力比と速度で出口温度が低くなるようにする。しかし、熱ポンプ回路においては、客室内部を加熱するために、高い出口温度を達成しなければならない。高い出口温度を達成するためには、効率的なスクロール圧縮機を用いて高い圧力比を達成する必要がある。しかし、相対的により高い圧力比では体積効率が落ちて、圧縮機が非効率的になる。この場合、ベアリング荷重も増加する。

４４０°～９００°範囲のラップ角（ｗｒａｐａｎｇｌｅ）を有する通常のスクロール圧縮機の場合、効率的な作動のために２つの予備排出口とメーン排出口が必要である。それぞれの排出口は圧縮チャンバー内の圧力が高圧下になると、バルブ（２５）により閉鎖される。その結果、高温ガスが再び圧縮チャンバー内に流れ、圧縮機が非効率的になることが防止される。この理由から、従来技術によるＡ／Ｃ（ＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）圧縮機は、３重排出バルブ、いわゆる３フィンガーバルブを有する。高い排気ガス温度が要求される熱ポンプ回路で作動するスクロール圧縮機においては、高温ガスが再び圧縮チャンバー内に流れるようにすることが好ましい。

本発明の目的は、空気調和モードと熱ポンプモードの両方において効率的に作動する冷媒スクロール圧縮機を提案することにある。

上記課題は、請求項１に記載の特徴を有するスクロール圧縮機によって解決される。改善例は従属項に記載される。

解決策は、すべてのＡ／Ｃ（ＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）条件で、冷媒がメーン排出開口を通じて流出するまえに高圧に到達するようにスクロール構造を設計することにある。スクロール構造はメーン排出口にバルブが必要ではない。メーン排出口においてバルブが省略されるので、デッドボリューム（ｄｅａｄｖｏｌｕｍｅ）が提供されるが、メーン排出口におけるバルブ省略は、出力に否定的な影響を及ぼさないことがわかった。熱ポンプ状態では、予備出口バルブが閉鎖された状態に維持され、全体冷媒がメーン排出口を離れるようにできる。なお、高圧側での逆流は、低い圧力比となって、高い出口温度と不十分な圧縮を招く。

本発明によるスクロール圧縮機は、吸引流入口とシステム排出口を有するハウジングを備える。ハウジング内には、第１プレート（１４）に形成された第１スパイラル（ｓｐｉｒａｌ）を有する第１スクロール部材が配置されている。また、ハウジングは、回転可能に配置されており、第２プレートに形成された第２スパイラルを有する第２スクロール部材を含む。第２スパイラルは、第２スクロール部材が回転する時、第１スパイラル上に吸入チャンバー、中央チャンバー及び排出チャンバーを形成しながらスクローリングできるように、第１スパイラルと所定の角度で回転し、そして半径方向にオフセット配置された方式で結合されている。この場合、第１プレート（１４）内には、それぞれバルブにより遮断可能な２つの偏心配置された予備排出口と上記吸引流入口を通じて供給される冷媒用として中央に配置されたメーン排出口が形成されている。メーン排出口はデッドボリュームを有する排出キャビティにつながり、排出キャビティはメーン排出口とシステム排出口間に形成されており、システム排出口の方向に排出バルブを備える。この場合、排出キャビティにつながるメーン排出口の入口には、メーン排出口を遮断するためのバルブが備えられていない。排出バルブと排出キャビティはホルダーによりハウジング内に固定できる。（請求項１）。

本発明によるスクロール圧縮機の一実施例によると、スクロール圧縮機の出口側にリアヘッド（ｒｅａｒｈｅａｄ）と称するハウジング部の全体空洞が排出キャビティを形成することができ、この場合、排出キャビティの体積が、デッドボリュームに相応する。この場合、メーン排出口と２つの予備排出口が排出キャビティにつながる。（請求項２）
また、排出キャビティは第１プレート（１４）の出口側に配置されて、メーン排出口と２つの予備排出口を覆うドーム（ｄｏｍｅ）に形成される。（請求項３）

メーン排出口だけが排出キャビティにつながる本発明によるスクロール圧縮機の追加の実施例によると、排出キャビティがドームを備えて形成されており、このようなドームは第１プレート（１４）の出口側に配置されており、それと同時にメーン排出口を覆い、この場合、２つの予備排出口は排出キャビティとシステム排出口間に形成された隙間につながる。合目的には排出キャビティとシステム排出口間に隙間が提供される。この場合、隙間は２つの予備排出口と排出キャビティの出口が隙間につながるように形成される。（請求項４）

好ましくは、本発明によるスクロール圧縮機は６６０°の総ラップ角を有することができる。その結果、スクロール部材のスパイラル間にそれぞれ吸入チャンバー、中央チャンバー及び排出チャンバーが形成される。この場合、メーン排出口がバルブによって遮断されることなく、中央チャンバー内ですべてのテストポイントにおいて、常に必要な高圧が達成される。ただ予備排出口だけが開閉される。（請求項５）

本発明はまた、空気調和モードまたは熱ポンプモードにおいて前述したスクロール圧縮機の用途を含み、この場合、予備排出口のバルブは冷却エネルギーを発生させるための空気調和モードでは開放及び閉鎖され、熱を発生させるための熱ポンプモードでは閉鎖された状態に維持される。（請求項６）

本発明の長所は、スクロール圧縮機（単にコンプレッサと称することもある）が、熱ポンプモードにおいて相対的により低い圧力とより低い速度で作動できる。それはより良いＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ、Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）、より低いエネルギー消費及びベアリング荷重を誘導する。好ましくは、ベアリングの長寿命が達成できるか、ベアリングの大きさが減少できる。また、本発明によるスクロール圧縮機はシャットダウン時に改善されたＮＶＨ挙動を有するという重要な長所がある。

スクロール圧縮機のスクロール部材の概略図である。３フィンガーバルブである。本発明によるスクロール圧縮機の断面図である。（実施例１）本発明によるスクロール圧縮機の断面図である。（実施例２）本発明によるスクロール圧縮機の断面図である。（実施例３）空気調和モードを説明するための概略図である。空気調和モードを説明するための概略図である。空気調和モードを説明するためのスクロール圧縮機の等方性圧縮に関するダイヤグラムである。熱ポンプモードを説明するためのスクロール圧縮機の等方性圧縮に関するダイヤグラムである。

以下、図面を参照して、スクロール圧縮機を詳しく説明する。繰り返される特徴は、図面において同一の番号で表示されている。

図１は、スクロール圧縮機の第１スクロール部材１３の概略図である。この場合、図１（Ａ）に示すように、第１スクロール部材１３は第１スパイラル１５、２つの予備排出口３及びメーン排出口４を有する。図１（Ｂ）は、２つの予備排出口３及びメーン排出口４を有する第１スクロール部材１３の出口側形状を示す。

図２は、３フィンガーバルブ５を示す図である。３フィンガーバルブ５のフィンガーまたはブレード６を用いて２つの予備排出口３を遮断する。３フィンガーバルブ５のメーンブレードまたは中央ブレード７を用いて、メーン排出口４を遮断する。３フィンガーバルブ５は、予備排出口３とメーン排出口４の同時開閉を可能にする。

本発明によるスクロール圧縮機のコンセプトによると、メーン排出口４にはバルブが提供されないため、メーン排出口４は常に開いており、この場合、メーン排出口４は排出キャビティにつながる。

図３は、本発明によるスクロール圧縮機の断面図（実施例１）を示す。本発明によるスクロール圧縮機は、吸引流入口１０とシステム排出口１１を有するハウジングを備える。ハウジング９内には、第１プレート１４に形成された第１スパイラル１５を有する第１スクロール部材１３が固定配置されている。また、ハウジング９は第２プレート１２に形成された第２スパイラル２を有し回転可能に配置された第２スクロール部材１を含み、第２スパイラル２は、第２スクロール部材１が回転する時、第１スパイラル１５上に吸入チャンバーＳＣ、中央チャンバーＭＣ及び排出チャンバーＤＣ（図６及び７を参照）を形成しながらスクローリングされるように、第１スパイラル１５と所定の角度で回転し、そして半径方向にオフセット配置された方式で結合されており、第１プレート１４内には、それぞれバルブ１６により遮断可能な２つの偏心配置された予備排出口３と吸引流入口１０を通じて供給される冷媒用に中央に配置されたメーン排出口４が形成されている。

メーン排出口４は、デッドボリュームを有する排出キャビティ１７につながり、排出キャビティ１７は、メーン排出口４とシステム排出口１１間に形成されており、システム排出口１１の方向に排出バルブ１８を備える。この場合、排出キャビティ１７につながるメーン排出口４の入口には、メーン排出口４を遮断するためのバルブ１６が提供されていない。排出バルブ１８と排出キャビティ１７はホルダー１９によりハウジング９内に固定されている。本実施例において、予備排出口３とメーン排出口４は排出キャビティにつながる。

図４は、本発明によるスクロール圧縮機の断面図（実施例２）を示す。この場合、実施例１との相違点は、排出キャビティ１７がドーム８を備えて形成されており、ドーム８は、メーン排出口４だけを覆う。予備排出口３がドーム８とシステム排出口１１間に形成された隙間２０につながる。

図５は、本発明によるスクロール圧縮機の断面図（実施例３）を示す。この場合、実施例２との相違点は、ドーム８が予備排出口３とメーン排出口４を覆うことにある。予備排出口３とメーン排出口４がドーム８を介して排出キャビティ１７につながる。

図６及び図７は、空気調和モードを詳細説明するための概略図である。第１スパイラル１５と第２スパイラル２の相違する回転角がそれぞれ図示されており、この場合、第１スパイラル１５と第２スパイラル２の間にはそれぞれ吸入チャンバーＳＣ、中央チャンバーＭＣ及び排出チャンバーＤＣが形成されている。図６（ａ）は、０°または３６０°の回転角を示し、この場合、吸入チャンバーＳＣは３５ｂａｒの圧力を、中央チャンバーＭＣは、１３０ｂａｒの圧力を、そして排出チャンバーＤＣは１３０ｂａｒの圧力を有する。図６（ｂ）は、回転角が９０°であり、この場合、中央チャンバーＭＣは４５ｂａｒの圧力を有する。

図７（ａ）は、１８０°の回転角を示し、この場合、中央チャンバーＭＣは５７ｂａｒの圧力を有する。図７（ｂ）のように、回転角が２７０°の時、中間チャンバーＭＣは７９ｂａｒの圧力を有する。

図８は、空気調和モードを説明するためのスクロール圧縮機の等方性圧縮に関するダイヤグラムである。領域２１と領域２２でスクロール圧縮機の等方性圧縮に関するダイヤグラムを図示しており、このダイヤグラムにおいて、予備排出口３のバルブは領域２１で開閉される。例えばメーン排出口４にメーン排出バルブが存在しなくても、結合された内部圧縮チャンバー内で高い圧力の流動が発生せず、この場合、圧縮チャンバーは排出チャンバーＤＣと排出キャビティ１７で形成されている。排出チャンバーＤＣと排出キャビティ１７のレベルは同一である。圧縮機は低い出口温度を有する。総ラップ角は６６０°に至り、その結果、３つの圧縮チャンバー、吸入チャンバーＳＣ、中央チャンバーＭＣ及び排出チャンバーＤＣが常に形成される。特定冷媒ＣＯ２の特性により、中間チャンバーＭＣ内のすべての温度調節テストポイントで要求される高い圧力が達成（３６０°の回転角）される。従って、メーン排出バルブ４が必要ではない。予備排出口３だけが閉鎖及び開放される。

図９は、熱ポンプモードを説明するためのスクロール圧縮機の等方性圧縮に関するダイヤグラムである。領域２１と領域２２でスクロール圧縮機の等方性圧縮に関するダイヤグラムを図示している。熱ポンプモードにおいて、予備排出口３のバルブ１６は閉鎖された状態に維持される。メーン排出口４が常に開放されているので、高い圧力の流動が可能である。圧縮チャンバー内の圧力レベルは排出キャビティ１７内の圧力レベルより低い。スクロール圧縮機は熱ポンプの効率的な作動のために要求される高い出口温度を有する。

１第２スクロール部材
２第２スパイラル
３予備排出口
４メーン排出口
５３フィンガーバルブ
６フィンガーまたはブレード
７メーンブレードまたは中央ブレード
８ドーム
９ハウジング
１０吸引流入口
１１システム排出口
１２第２プレート
１３第１スクロール部材
１４第１プレート
１５第１スパイラル
１６バルブ
１７排出キャビティ
１８排出バルブ
１９ホルダー
２１領域
２２領域
ＤＣ排出チャンバー
ＳＣ吸入チャンバー
ＭＣ中央チャンバー

Claims

スクロール圧縮機であって、
前記スクロール圧縮機が吸引流入口（１０）とシステム排出口（１１）を有するハウジング（９）と、前記ハウジング（９）内に固定配置されており、第１プレート（１４）に形成された第１スパイラル（１５）を有する第１スクロール部材（１３）と、前記ハウジング（９）内に回転可能に配置されており、第２プレート（１２）に形成された第２スパイラル（２）を有する第２スクロール部材（１）とを含み、前記第２スパイラル（２）は第２スクロール部材（１）が回転する時、前記第１スパイラル（１５）上に吸入チャンバー（ＳＣ）、中央チャンバー（ＭＣ）、及び排出チャンバー（ＤＣ）を形成しながらスクローリングされるように、前記第１スパイラル（１５）と所定の角度で回転し、そして半径方向にオフセット配置された方式で結合されており、前記第１プレート（１４）内には、それぞれバルブ（１６）により遮断可能な２つの偏心配置された予備排出口（３）と前記吸引流入口（１０）を通じて供給される冷媒用として中央に配置されたメーン排出口（４）とが形成されており、
前記メーン排出口（４）がデッドボリューム（ｄｅａｄｖｏｌｕｍｅ）を有する排出キャビティ（１７）につながり、前記２つの予備排出口（３）が前記バルブ（１６）を介して前記排出キャビティ（１７）につながり、前記排出キャビティ（１７）は前記メーン排出口（４）と前記システム排出口（１１）間に形成されており、前記システム排出口（１１）の方向に排出バルブ（１８）を備え、前記排出キャビティ（１７）につながるメーン排出口（４）の入口には、前記メーン排出口（４）を遮断するためのバルブ（１６）が備えられておらず、
前記排出バルブ（１８）は前記ハウジング（９）の内壁に固定されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
前記排出キャビティ（１７）がドーム（８）を備えて形成されており、前記ドーム（８）は前記第１プレート（１４）の出口側に配置され、前記メーン排出口（４）と前記２つの予備排出口（３）を覆うことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
スクロール圧縮機であって、
前記スクロール圧縮機が吸引流入口（１０）とシステム排出口（１１）を有するハウジング（９）と、前記ハウジング（９）内に固定配置されており、第１プレート（１４）に形成された第１スパイラル（１５）を有する第１スクロール部材（１３）と、前記ハウジング（９）内に回転可能に配置されており、第２プレート（１２）に形成された第２スパイラル（２）を有する第２のスクロール部材（１）を含み、前記第２スパイラル（２）は第２スクロール部材（１）が回転する時、前記第１スパイラル（１５）上に吸入チャンバー（ＳＣ）、中央チャンバー（ＭＣ）、及び排出チャンバー（ＤＣ）を形成しながらスクローリングされるように、前記第１スパイラル（１５）と所定の角度で回転し、そして半径方向にオフセット配置された方式で結合されており、前記第１プレート（１４）内には、それぞれバルブ（１６）により遮断可能な２つの偏心配置された予備排出口（３）と前記吸引流入口（１０）を通じて供給される冷媒用として中央に配置されたメーン排出口（４）とが形成されており、
前記メーン排出口（４）がデッドボリューム（ｄｅａｄｖｏｌｕｍｅ）を有する排出キャビティ（１７）につながり、前記排出キャビティ（１７）は前記メーン排出口（４）と前記システム排出口（１１）間に形成されており、前記システム排出口（１１）の方向に排出バルブ（１８）を備え、前記排出キャビティ（１７）につながるメーン排出口（４）の入口には、前記メーン排出口（４）を遮断するためのバルブ（１６）が備えられておらず、
前記排出キャビティ（１７）がドーム（８）を備えて形成されており、前記ドーム（８）は前記第１プレート（１４）の出口側に配置され、前記メーン排出口（４）または前記メーン排出口（４）と前記２つの予備排出口（３）を覆い、
前記排出キャビティ（１７）とシステム排出口（１１）間には、前記システム排出口（１１）と連通され、前記第１プレート（１４）、前記ドーム（８）、及び前記ハウジング（９）によって囲まれた隙間（２０）が形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。
６６０°の総ラップ角（ｔｏｔａｌｗｒａｐａｎｇｌｅ）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
前記予備排出口（３）のバルブ（１６）が冷却エネルギーを発生させるための空気調和モードにおいて開放及び閉鎖され、前記予備排出口（３）のバルブ（１６）が熱を発生させるための熱ポンプモードにおいて閉鎖された状態に維持されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。