JP7203796B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、スクロール圧縮機に関する。

近年、冷凍装置や空気調和装置等の冷凍サイクルにおいて、温暖化係数（ＧＷＰ）の低い冷媒が用いられることによって、圧縮機から吐出される冷媒（吐出ガス）の温度が高くなる傾向にある。

低温用冷凍装置等の高圧力比運転条件下で用いられる圧縮機では、吐出ガス温度を低下させるために、圧縮機の圧縮行程中に冷媒液を注入する液インジェクション構造が採用されるものがある（例えば特許文献１及び特許文献２）。

特開２０１９－２１０８６７号公報 国際公開第２０１８／１９８１６４号

しかしながら、特許文献１のように液冷媒を圧縮室に供給する液インジェクションポートが固定スクロール端板に形成されている構成においては、圧縮室と連通する液インジェクションポートは、非インジェクション時に冷媒の圧縮に寄与しない空間（デッドボリューム）となる。このため、特許文献１の構成では、非インジェクション時において圧縮効率の低下を招く可能性がある。

これに対して、特許文献２の構成は、液冷媒を圧縮室に導く流路が固定スクロール端板に形成されていないので特許文献１のようなデッドボリュームは生じない。しかしながら、導入された液冷媒は、固定スクロール端板の背面側の限られた空間を介して圧縮室に導かれるので、固定スクロール端板（ひいては固定スクロール全体）の冷却という観点から効率的でない。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吐出ガスの温度上昇を抑制するとともに、非インジェクション時の圧縮効率の低下を抑制することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示のスクロール圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係るスクロール圧縮機は、渦巻状の固定側壁体が固定側端板上に設けられた固定スクロールと、前記固定側壁体とともに冷媒を圧縮する圧縮室を形成し前記固定スクロールの中心軸線に対して相対的に公転旋回運動する旋回スクロールと、を有する圧縮機構と、前記圧縮機構を内部に収容するハウジングと、該ハウジングの内部に設けられ、前記中心軸線に対する円周方向に沿った複数の方向において前記固定側端板の背面側から前記固定側壁体の外周側を介して前記圧縮室の吸入側を連通させる冷媒流路と、を備えている。

本開示によれば、吐出ガスの温度上昇を抑制するとともに、非インジェクション時の圧縮効率の低下を抑制することができる。

本開示の一実施形態に係るスクロール圧縮機を備えている冷凍サイクルの概略構成図である。 本開示の一実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 本開示の一実施形態に係るスクロール圧縮機においてハウジングに収容された固定スクロールの平面図である。 変形例に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。

以下、本開示の一実施形態に係るスクロール圧縮機について、図１から図４を用いて説明する。

［スクロール圧縮機の構造について］
図１に示すように、スクロール圧縮機１１は、凝縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４、冷媒配管１５等と共に冷凍サイクル１０を構成している。この冷凍サイクル１０は、更にインジェクション回路２０を備えている。

インジェクション回路２０は、インジェクション配管２１、インジェクション配管２１に設けられたストレーナ２２、弁２３及びキャピラリチューブ２４を有している。

インジェクション配管２１は、凝縮器１２の冷媒出口に接続された冷媒配管１５とスクロール圧縮機１１とを接続しており、凝縮器１２で凝縮された液冷媒をスクロール圧縮機１１（詳細には、後述する液インジェクション管３４）に導いている。
ストレーナ２２は、インジェクション配管２１を流通する液冷媒に含まれている異物を取り除く。
弁２３は、インジェクション配管２１を流通する液冷媒の流量を調整する。弁２３は、例えば、開閉弁や流量調整弁等である。
キャピラリチューブ２４は、インジェクション配管２１を流通する液冷媒を液インジェクションに適した圧力に減圧する。

図２に示すように、スクロール圧縮機１１は、密閉型のスクロール圧縮機であり、内部に密閉空間を有するハウジング３３と、その密閉空間を分割するディスチャージカバー４０と、冷媒を圧縮する圧縮機構６０と、圧縮機構６０の旋回スクロール８０を公転旋回運動させる駆動軸９５と、駆動軸９５を駆動する電動モータ９６と、を備えている。

ハウジング３３は、上部ハウジング３３Ａ、中間ハウジング３３Ｂ及び図示しない下部ハウジングによって、内部に密閉空間を形成している。

上部ハウジング３３Ａと中間ハウジング３３Ｂとは、ディスチャージカバー４０の外周端部を挟んだ状態で接続されている。すなわち、ディスチャージカバー４０によってハウジング３３の内部の密閉空間が中心軸線Ｘ方向に分割されている。分割された密閉空間のうち、上部ハウジング３３Ａに対応する密閉空間が吐出チャンバ５３とされ、中間ハウジング３３Ｂに対応する密閉空間が吸入室５５とされている。

上部ハウジング３３Ａの上壁には冷媒を吐出するための吐出管３１が設けられ、吐出チャンバ５３と上部ハウジング３３Ａ（ハウジング３３）の外部とを連通させている。
吐出管３１は冷媒配管１５に接続されており、吐出管３１から吐出した冷媒が凝縮器１２に導かれるように構成されている（図１参照）。

中間ハウジング３３Ｂの側壁には冷媒を吸入するための吸入管３２が設けられ、吸入室５５と中間ハウジング３３Ｂ（ハウジング３３）の外部とを連通させている。
吸入管３２は冷媒配管１５に接続されており、蒸発器１４で蒸発した冷媒が吸入室５５に導かれるように構成されている（図１参照）。

吸入室５５には、冷媒を圧縮するための圧縮機構６０、駆動軸９５、電動モータ９６及び駆動軸９５を軸支するサポート部材９７が設けられている。

圧縮機構６０は、固定側端板７１上に渦巻状の固定側壁体７５が立設された固定スクロール７０及び旋回側端板８１上に渦巻状の旋回側壁体８５が立設された旋回スクロール８０を有している。
固定スクロール７０及び旋回スクロール８０においては、固定側壁体７５と旋回側壁体８５とが互いに噛み合って圧縮室６１を形成している。固定側壁体７５の歯先と旋回側端板８１の歯底との間、及び、旋回側壁体８５の歯先と固定側端板７１の歯底との間には、各壁体の熱膨張を考慮したチップ隙間が設定されている。

固定スクロール７０は、固定側端板７１の外周端部に形成された固定部７４によってサポート部材９７に対して固定されている。図３に示すように、固定部７４は半径方向の外側に向かって突出しており、円周方向に複数個所設けられている。サポート部材９７は中間ハウジング３３Ｂに固定されているので、固定スクロール７０はサポート部材９７を介して中間ハウジング３３Ｂに固定されていることになる。
なお、ここでいう「半径方向」や「円周方向」とは、固定スクロール７０の中心軸線Ｘに対するものである。

旋回スクロール８０は、駆動軸９５及び自転防止機構（例えば、オルダムリンク）によって固定スクロール７０の中心軸線Ｘに対して公転旋回運動するように構成されている。

固定スクロール７０の上方（固定側端板７１の背面側）にはディスチャージカバー４０が配置されており、固定側端板７１の背面とともに背圧室５４及び冷媒流路５１（環状流路５２を含む）を画定している。詳細には次の通りである。

図２及び図３に示すように、固定側端板７１の背面には、中心軸線Ｘ周りに円環状に形成された突条部７３が設けられている。また、固定側端板７１の背面に対向するディスチャージカバー４０の面には、突条部７３の形状に対応する円環状に形成された溝部４２が設けられている。

図２に示すように、突条部７３と溝部４２とは互いに嵌合するように構成されている。突条部７３が溝部４２に嵌合された状態において、突条部７３の内側にある固定側端板７１の背面と溝部４２の内側にあるディスチャージカバー４０の面との間には所定の空間が形成されている。この空間が背圧室５４とされている。この背圧室５４は、突条部７３の内側で円形状に形成されている。

突条部７３が溝部４２に嵌合された状態において、突条部７３の先端面と溝部４２の底面との間には所定の空間が形成されている。この空間が環状流路５２とされている。この環状流路５２は、突条部７３と溝部４２とによって円環状に形成されている。また、突条部７３の外側にある固定側端板７１の面と溝部４２の外側にあるディスチャージカバー４０の面との間には所定の空間が形成されている。この空間及び環状流路５２が冷媒流路５１とされている。

溝部４２の内周面と突条部７３の内周面との間にはＯリング９４が設けられており、背圧室５４と冷媒流路５１との間をシールしている。
一方、溝部４２の外周面と突条部７３の外周面との間にはシール部材（例えば、Ｏリング）が設けられておらず隙間が形成されている。この隙間は、円周方向に沿って少なくとも複数個所に（例えば全周に亘って）形成されている。この隙間も冷媒流路５１の一部である。

なお、図４に示すように、溝部４２の外周面からリング溝を省略することで、強制的にＯリングが設けられないように構成してもよい。これによって、組付け時に誤って不要なＯリングを設けてしまうことを回避できる。

固定側端板７１には、圧縮室６１と背圧室５４とを連通する吐出ポート７２が形成されている。また、ディスチャージカバー４０には、背圧室５４と吐出チャンバ５３とを連通する吐出ポート４１（固定側端板７１の吐出ポート７２とは異なる）が形成されている。つまり、圧縮室６１と吐出チャンバ５３とは、吐出ポート７２、背圧室５４及び吐出ポート４１を介して連通している。

背圧室５４においては、吐出ポート７２の出口部分にリード弁９２及びリード弁９２の可動範囲を規制するリテーナ９３が設けられている。

上部ハウジング３３Ａの壁面にはインジェクション配管２１から液冷媒を導くための液インジェクション管３４が設けられ、環状流路５２と上部ハウジング３３Ａ（ハウジング３３）の外部とを連通させている。

［冷媒の流れについて］
以上のように構成されたスクロール圧縮機１１において、冷媒は次のように流通する。
すなわち、蒸発器１４（図１参照）で蒸発した冷媒は、冷媒配管１５を介して吸入管３２からスクロール圧縮機１１の吸入室５５に導かれる。

吸入室５５に導かれた冷媒は、圧縮機構６０（圧縮室６１）の周囲から圧縮室６１に取り込まれる。圧縮室６１に取り込まれた冷媒は、旋回スクロール８０の公転旋回運動によって容積が変化する圧縮室６１で圧縮され、固定側端板７１の中央部分に形成された吐出ポート７２から背圧室５４に導かれる。

背圧室５４に導かれた冷媒は、ディスチャージカバー４０に形成された吐出ポート４１を介して吐出チャンバ５３に導かれる。

吐出チャンバ５３に導かれた冷媒は、吐出管３１から吐出管３１に接続された冷媒配管１５を介して凝縮器１２（図１参照）に導かれる。

図１に示すように、凝縮器１２に導かれた冷媒は熱交換によって凝縮され、一部の液冷媒がインジェクション液としてインジェクション配管２１に導かれるとともに残りの冷媒が冷媒配管１５を介して膨張弁１３に導かれる。

膨張弁１３に導かれた冷媒は膨張（減圧）され、蒸発器１４に導かれる。
一方、インジェクション配管２１に導かれたインジェクション液は、ストレーナ２２、弁２３及びキャピラリチューブ２４を介してスクロール圧縮機１１に設けられた液インジェクション管３４に導かれる。

図２及び図３の示すように、液インジェクション管３４に導かれたインジェクション液（矢印で図示）は、冷媒流路５１の環状流路５２に流入する。

図３に示すように、環状流路５２に流入したインジェクション液は、環状流路５２の形状に沿うように拡散して、環状流路５２を満たす。

環状流路５２に導かれたインジェクション液は、中心軸線Ｘを中心として半径方向外側に向かって環状流路５２の外周縁から固定側端板７１の背面側に流出する。

このとき、前述した通り、溝部４２の外周面と突条部７３の外周面との間には円周方向に沿って少なくとも複数個所に隙間が形成されているので、インジェクション液は隙間を介して円周方向に沿った複数の方向に流出することになる。例えば、溝部４２の外周面と突条部７３の外周面との間の隙間が全周に亘って形成されていれば、インジェクション液は全周方向に亘って流出することになる。
なお、インジェクション液が円滑に流出するように、隙間の形状を工夫してもよい。例えば、溝部４２の外周面及び／又は突条部７３の外周面において、中心軸線Ｘの方向に沿った浅溝を円周方向に複数形成してもよい。

図２に示すように、固定側端板７１の背面側に流出したインジェクション液は、固定側端板７１の背面側及び固定側壁体７５の外周側を介して圧縮室６１の吸入側に導かれて、蒸発器１４から吸入室５５に導かれた冷媒とともに圧縮機構６０で圧縮される。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
ハウジング３３の内部に設けられ、中心軸線Ｘに対する円周方向に沿った複数の方向において固定側端板７１の背面側から固定側壁体７５の外周側を介して圧縮室６１の吸入側を連通させる冷媒流路５１を備えているので、固定側端板７１の背面側にインジェクション液として導入された液冷媒を冷媒流路５１によって固定側端板７１の背面側から固定側壁体７５の外周側に導くことができる。このため、インジェクション液によって固定スクロール７０を冷却することができる。これによって、圧縮室６１で圧縮される冷媒（吐出ガス）の温度上昇を抑制することができる。また、固定側壁体７５の熱膨張を抑制することができ、チップ隙間を小さく設定することができる。

また、中心軸線Ｘに対する全周方向において固定側端板７１の背面側から固定側壁体７５の外周側を介して圧縮室６１の吸入側にインジェクション液が導かれる場合、インジェクション液によって固定スクロール７０を全周方向に亘って冷却することができる。これによって、固定スクロール７０を更に効率的に冷却することができる。

また、インジェクション液は、冷媒流路５１によって固定側壁体７５の外周側を介して圧縮室６１の吸入側に導かれるので、圧縮室６１に吸入される吸入冷媒（蒸発器１４から導かれた冷媒）を冷却することができる。これによって、圧縮室６１で圧縮される冷媒の温度上昇を更に抑制することができる。

また、インジェクション液が流通する冷媒流路５１が固定スクロール７０に形成されていないので、非インジェクション時でも冷媒流路５１がデッドボリュームにならない。このため、非インジェクション時の圧縮効率の低下を抑制することができる。

また、環状流路５２によって、簡便な構造で中心軸線Ｘに対する半径方向の外側に向かってインジェクション液を流出させることができる。

また、冷媒流路５１は、ディスチャージカバー４０と固定側端板７１とによって画定されているので、固定スクロール７０にデッドボリュームを生じさせることなく、かつ、簡便な構造によって冷媒流路５１を画定することができる。更に、環状流路５２は、溝部４２と突条部７３とによって画定されているので、簡便な構造によって環状流路５２を画定することができる。

また、溝部４２の外周面と突条部７３の外周面との間には冷媒流路５１の一部としての隙間が形成されているので、簡便な構造で環状流路５２の外周縁からインジェクション液を流出させることができる。

なお、図４に示すように、環状流路５２を中心軸線Ｘ方向に拡張することで、環状流路５２の流路断面積を増大させてもよい。

以上の通り説明した本開示の一実施形態に係るスクロール圧縮機は、例えば以下のように把握される。
すなわち、本開示の一態様に係るスクロール圧縮機（１１）は、渦巻状の固定側壁体（７５）が固定側端板（７１）上に設けられた固定スクロール（７０）と、前記固定側壁体（７５）とともに冷媒を圧縮する圧縮室（６１）を形成し前記固定スクロール（７０）の中心軸線（Ｘ）に対して相対的に公転旋回運動する旋回スクロール（８０）と、を有する圧縮機構（６０）と、前記圧縮機構（６０）を内部に収容するハウジング（３３）と、該ハウジング（３３）の内部に設けられ、前記中心軸線（Ｘ）に対する円周方向に沿った複数の方向において前記固定側端板（７１）の背面側から前記固定側壁体（７５）の外周側を介して前記圧縮室（６１）の吸入側を連通させる冷媒流路（５１）と、を備えている。

本態様に係るスクロール圧縮機（１１）は、ハウジング（３３）の内部に設けられ、中心軸線（Ｘ）に対する円周方向に沿った複数の方向において固定側端板（７１）の背面側から固定側壁体（７５）の外周側を介して圧縮室（６１）の吸入側を連通させる冷媒流路（５１）を備えているので、固定側端板（７１）の背面側にインジェクション液として導入された液冷媒を冷媒流路（５１）によって固定側端板（７１）の背面側から固定側壁体（７５）の外周側に導くことができる。このため、インジェクション液によって固定スクロール（７０）を冷却することができる。これによって、圧縮室（６１）で圧縮される冷媒（吐出ガス）の温度上昇を抑制することができる。また、固定側壁体（７５）の熱膨張を抑制することができ、チップ隙間を小さく設定することができる。
また、インジェクション液は、冷媒流路（５１）によって固定側壁体（７５）の外周側を介して圧縮室（６１）の吸入側に導かれるので、圧縮室（６１）に吸入される吸入冷媒を冷却することができる。これによって、圧縮室（６１）で圧縮される冷媒の温度上昇を更に抑制することができる。
また、インジェクション液が流通する冷媒流路（５１）が固定スクロール（７０）に形成されていないので、非インジェクション時でも冷媒流路（５１）がデッドボリュームにならない。このため、非インジェクション時の圧縮効率の低下を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、前記冷媒流路（５１）は、前記中心軸線（Ｘ）に対する全周方向において前記固定側端板（７１）の背面側から前記固定側壁体（７５）の外周側を介して前記圧縮室（６１）の吸入側を連通させる。

本態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、冷媒流路（５１）は、中心軸線（Ｘ）に対する全周方向において固定側端板（７１）の背面側から固定側壁体（７５）の外周側を介して圧縮室（６１）の吸入側を連通させるので、インジェクション液として導入された液冷媒を中心軸線（Ｘ）に対する全周方向に亘って固定側端板（７１）の背面側から固定側壁体（７５）の外周側に導くことができる。このため、インジェクション液によって固定スクロール（７０）を全周方向に亘って冷却することができる。これによって、固定スクロール（７０）を更に効率的に冷却することができる。

また、本開示の一態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、前記冷媒流路（５１）は、液冷媒が導入されるとともに前記固定側端板（７１）の背面側で前記中心軸線（Ｘ）周りに円環状に形成される環状流路（５２）を有し、該環状流路（５２）は、外周縁が前記固定側端板（７１）の背面側に連通している。

本態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、冷媒流路（５１）は、液冷媒が導入されるとともに固定側端板（７１）の背面側で中心軸線（Ｘ）周りに円環状に形成される環状流路（５２）を有し、環状流路（５２）は、外周縁が固定側端板（７１）の背面側に連通しているので、簡便な構造で中心軸線（Ｘ）に対する半径方向の外側に向かってインジェクション液を流出させることができる。

また、本開示の一態様に係るスクロール圧縮機（１１）は、前記固定側端板（７１）の背面側に設けられたディスチャージカバー（４０）を備え、前記冷媒流路（５１）は、前記ディスチャージカバー（４０）と前記固定側端板（７１）とによって画定されている。

本態様に係るスクロール圧縮機（１１）は、固定側端板（７１）の背面側に設けられたディスチャージカバー（４０）を備え、冷媒流路（５１）は、ディスチャージカバー（４０）と固定側端板（７１）とによって画定されているので、固定スクロール（７０）にデッドボリュームを生じさせることなく、かつ、簡便な構造によって冷媒流路（５１）を画定することができる。

また、本開示の一態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、前記ディスチャージカバー（４０）の前記固定側端板（７１）の背面に対向する面には、前記中心軸線（Ｘ）周りに円環状の溝部（４２）が形成され、前記固定側端板（７１）の背面には、前記溝部（４２）に嵌合する円環状の突条部（７３）が形成され、前記環状流路（５２）は、前記溝部（４２）と該溝部（４２）に嵌合された前記突条部（７３）とによって画定されている。

本態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、ディスチャージカバー（４０）の固定側端板（７１）の背面に対向する面には、中心軸線（Ｘ）周りに円環状の溝部（４２）が形成され、固定側端板（７１）の背面には、溝部（４２）に嵌合する円環状の突条部（７３）が形成され、環状流路（５２）は、溝部（４２）と溝部（４２）に嵌合された突条部（７３）とによって画定されているので、簡便な構造によって環状流路（５２）を画定することができる。

また、本開示の一態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、前記溝部（４２）の外周面と前記突条部（７３）の外周面との間には隙間が形成されている。

本態様に係るスクロール圧縮機（１１）において、溝部（４２）の外周面と突条部（７３）の外周面との間には隙間が形成されているので、環状流路（５２）の外周縁からインジェクション液を流出させることができる。

１０ 冷凍サイクル
１１ スクロール圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 膨張弁
１４ 蒸発器
１５ 冷媒配管
２０ インジェクション回路
２１ インジェクション配管
２２ ストレーナ
２３ 弁
２４ キャピラリチューブ
３１ 吐出管
３２ 吸入管
３３ ハウジング
３３Ａ 上部ハウジング（ハウジング）
３３Ｂ 中間ハウジング（ハウジング）
３４ 液インジェクション管
４０ ディスチャージカバー
４１ 吐出ポート
４２ 溝部
５１ 冷媒流路
５２ 環状流路
５３ 吐出チャンバ
５４ 背圧室
５５ 吸入室
６０ 圧縮機構
６１ 圧縮室
７０ 固定スクロール
７１ 固定側端板
７２ 吐出ポート
７３ 突条部
７４ 固定部
７５ 固定側壁体
８０ 旋回スクロール
８１ 旋回側端板
８５ 旋回側壁体
９２ リード弁
９３ リテーナ
９４ Ｏリング
９５ 駆動軸
９６ 電動モータ
９７ サポート部材

Claims (5)

1. 渦巻状の固定側壁体が固定側端板上に設けられた固定スクロールと、前記固定側壁体とともに冷媒を圧縮する圧縮室を形成し前記固定スクロールの中心軸線に対して相対的に公転旋回運動する旋回スクロールと、を有する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を内部に収容するハウジングと、
   該ハウジングの内部に設けられ、前記中心軸線に対する円周方向に沿った複数の方向において前記固定側端板の背面側から前記固定側壁体の外周側を介して前記圧縮室の吸入側を連通させる冷媒流路と、
   を備え、
   前記冷媒流路は、液冷媒が導入されるとともに前記固定側端板の背面側で前記中心軸線周りに円環状に形成される環状流路を有し、
   該環状流路は、外周縁が前記固定側端板の背面側に連通しているスクロール圧縮機。
2. 前記冷媒流路は、前記中心軸線に対する全周方向において前記固定側端板の背面側から前記固定側壁体の外周側を介して前記圧縮室の吸入側を連通させる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記固定側端板の背面側に設けられたディスチャージカバーを備え、
   前記冷媒流路は、前記ディスチャージカバーと前記固定側端板とによって画定されている請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記ディスチャージカバーの前記固定側端板の背面に対向する面には、前記中心軸線周りに円環状の溝部が形成され、
   前記固定側端板の背面には、前記溝部に嵌合する円環状の突条部が形成され、
   前記環状流路は、前記溝部と該溝部に嵌合された前記突条部とによって画定されている請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記溝部の外周面と前記突条部の外周面との間には隙間が形成されている請求項４に記載のスクロール圧縮機。

Images