JP7300280B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関するものである。

特許文献１では、スクロール圧縮機において、吸入圧力及び吐出圧力に連動して開度が調整される調整弁を用いることにより、背圧室の圧力が所定の中間圧力となるように自律的に調整することを提案している。

特開２０１７－１１５７６２号公報

インジェクションにより、圧縮室に対して冷媒の過給を行ない、吐出流量を増加させ、冷凍サイクルの効率化を図る技術がある。特許文献１に記載された調整弁は、インジェクションに対応したものではないため、インジェクションにおけるオン／オフの切り替えに応じて背圧を調整することができない。すなわち、インジェクションのオン時に合わせて背圧を設定するとオフ時に背圧が過剰になってしまい、逆にインジェクションのオフ時に合わせて背圧を設定するとオン時に背圧が不足してしまう。
本発明の課題は、背圧の過不足を抑制することである。

本発明の一態様に係るスクロール圧縮機は、
固定端板の一端面に固定渦巻きが形成された固定スクロールと、
固定端板の一端側に配置され、可動端板の他端面に固定渦巻きに噛み合う可動渦巻きが形成された可動スクロールと、
固定端板、固定渦巻き、可動端板、及び可動渦巻きによって囲まれた空間であり、導入された熱媒体を圧縮する圧縮室と、
可動端板の一端側に形成され、固定スクロールに対して可動スクロールを押圧する背圧室と、
圧縮され外部へ排出された熱媒体の一部がインジェクションによって供給されたときに、供給された熱媒体を圧縮室に導入するインジェクション流路と、
インジェクション流路の圧力を受け、インジェクションが実行されているときには、インジェクションの圧力によって背圧室の圧力を調整し、インジェクションが停止されているときには圧縮室の圧力によって背圧室の圧力を調整する調整弁と、を備える。

本発明によれば、インジェクションのオン時にはインジェクションの圧力によって背圧室の圧力が調整され、インジェクションのオフ時には圧縮室の圧力によって背圧室の圧力が調整される。したがって、背圧の過不足を抑制することができる。

圧縮機を示す断面図である。 調整弁を示す断面図である。 ブロック図である。 圧縮室の圧力を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《一実施形態》
《構成》
図１は、圧縮機を示す断面図である。
圧縮機１１は、例えばカーエアコンの冷媒回路で用いられる電動型のスクロール圧縮機であり、冷媒（熱媒体）を吸入し、圧縮してから排出する。
以下の説明では、便宜的に、圧縮機１１における軸方向の一方側を前側とし、軸方向の他方側を後側とする。

圧縮機１１は、軸方向に沿って前側から順に並んだ、フロントハウジング１２と、センタハウジング１３と、リアハウジング１４と、によって気密性を保つように一体化されている。フロントハウジング１２には、冷媒を吸入する吸入口（図示省略）が形成されており、リアハウジング１４には、圧縮された冷媒を排出する排出口（図示省略）が形成されている。
フロントハウジング１２は、図示しない吸入口に連通した吸入室２１を備え、この吸入室２１に電動モータ２２が収容されている。電動モータ２２の回転軸２３は、前側がフロントハウジング１２によって回転自在に支持され、後側がセンタハウジング１３によって回転自在に支持されている。

センタハウジング１３には、固定スクロール２４と、可動スクロール２５と、が収容されている。
固定スクロール２４は、フロントハウジング１２の後側を閉塞するように固定されており、円板状に形成された固定端板２６と、この固定端板２６の前面に形成された固定渦巻き２７と、を備える。
可動スクロール２５は、固定端板２６の前側に配置されており、円板状に形成された可動端板２８と、この可動端板２８の後面に形成され、固定渦巻き２７と噛み合う可動渦巻き２９と、を備える。

固定端板２６の前面と可動端板２８の後面とが対向し、固定渦巻き２７と可動渦巻き２９とが噛み合っている。固定渦巻き２７の先端は、図示しないチップシールを介して可動端板２８の後面に摺動可能に接触し、可動渦巻き２９の先端は、図示しないチップシールを介して固定端板２６の前面に摺動可能に接触している。固定端板２６の前面、固定渦巻き２７、可動端板２８の後面、及び可動渦巻き２９で囲まれた区画によって、冷媒を圧縮するための圧縮室３１が形成されている。軸方向から見ると、圧縮室３１は、三日月状の密閉空間となる。

可動スクロール２５の前側には、背圧室３２が形成されている。背圧室３２には、後述する中間圧力のオイルが供給されることにより、固定スクロール２４に対して可動スクロール２５を押圧し、圧縮室３１の密閉性を高めている。
可動端板２８の前面には、ボス３３が形成され、回転軸２３の後端には、偏心させたクランク端部３４が形成され、クランク端部３４がボス３３に回転自在の状態で嵌め込まれている。回転軸２３の回転運動は、クランク端部３４によって旋回運動として可動スクロール２５に伝達される。可動スクロール２５は、例えばピン＆ホールを介して自転が阻止され、且つ固定スクロール２４に対する公転が許容されている。

固定端板２６の中央には、前後方向に貫通した吐出孔３５が形成され、吐出孔３５は、固定端板２６の後側に形成された吐出室３６に連通している。固定端板２６の後面には、吐出孔３５の後端側を開閉可能な吐出弁３７が設けられている。
固定スクロール２４に対して可動スクロール２５が公転すると、圧縮室３１は、前後方向から見て、スクロール中心に向かって変位してゆき、且つ容積が縮小してゆく。圧縮室３１は、スクロール外側にあるときに、図示しない吸入口と連通して冷媒を吸入し、スクロール中心にあるときに吐出孔３５と連通して圧縮した冷媒を吐出する。吐出弁３７は、吐出圧を受けるときに、吐出室３６に冷媒を吐出させる。吐出された冷媒は、図示しない吐出口から外部へ排出される。

吐出室３６の底部には、冷媒から分離されたオイルが貯留される。リアハウジング１４には、調整弁４１を取り付ける取付穴４２が形成されている。取付穴４２は、リアハウジング１４に形成されたオイル戻し流路４３を介して吐出室３６の底部に連通している。取付穴４２は、リアハウジング１４に形成されたオイル戻し流路４４に連通している。オイル戻し流路４４は、センタハウジング１３に形成されたオイル戻し流路４５を介して背圧室３２に連通している。したがって、吐出室３６の底部に貯留されたオイルは、吐出室３６の圧力Ｐｄを受けて、オイル戻し流路４３、調整弁４１、オイル戻し流路４４、及びオイル戻し流路４５を順に経て、背圧室３２に供給される。これにより、可動スクロール２５に背圧を与え、軸受を含む各摺動部の潤滑が行なわれる。高圧のオイルは、調整弁４１によって中間圧力に減圧される。

また、回転軸２３の内方には、軸方向に沿って延び、前端側が吸入室２１に連通し、後端側がオリフィス４６を介して背圧室３２に連通するオイル戻し流路４７が形成されている。したがって、背圧室３２に供給されたオイルは、背圧室３２の圧力Ｐｍを受けて、オリフィス４６、及びオイル戻し流路４７を順に経て、回転軸２３の前端側へ供給される。これにより、軸受を含む各摺動部の潤滑が行なわれる。なお、中間圧力のオイルは、オリフィス４６によって低圧に減圧される。

固定端板２６には、軸方向に貫通して圧縮室３１に連通する連通路５１が形成されている。圧縮機１１には、一端が連通路５１に連通し、他端側がリアハウジング１４を貫通して外部に突き出たインジェクションパイプ５２が設けられている。インジェクションパイプ５２には、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部がインジェクションによって導入されることで、冷媒が過給される。固定端板２６には、一端が連通路５１の途中に連通し、他端が固定端板２６の後端面に連通する連通路５３が形成されている。連通路５３は、リアハウジング１４に形成された連通路５４を介して取付穴４２に連通している。連通路５１及びインジェクションパイプ５２が「インジェクション流路」に対応する。

次に、調整弁４１について説明する。
図２は、調整弁を示す断面図である。
ここでは、便宜的に、調整弁４１における軸方向の一方側を上側とし、軸方向の他方側を下側とする。
調整弁４１は、上側ボディ６１と下側ボディ６２とを接続して構成されている。上側ボディ６１は、略円筒状に形成されており、下端側の内周面に雌ねじ部が形成されている。下側ボディ６２は、略円筒状に形成されており、上端側の外周面に雄ねじ部が形成されている。これら雌ねじ部と雄ねじ部とが嵌め合わされている。上側ボディ６１と下側ボディ６２との上下方向の間には、ホルダ６３が設けられている。

上側ボディ６１には、ポート６４～６６が形成されている。ポート６４は、上側ボディ６１の上端に形成されており、オイル戻し流路４３を介して吐出室３６に連通する。ポート６４には、異物の侵入を防ぐために、例えば金属メッシュからなるフィルタ部材６７が設けられている。ポート６５は、上側ボディ６１の側部に形成されており、オイル戻し流路４４、４５を介して背圧室３２に連通する。ポート６６は、上側ボディ６１の側部におけるポート６５よりも下側に形成されており、連通路５４、５３を介して連通路５１に連通する。各ポートは、Ｏリング等のシール部材によって気密性が保たれている。
上側ボディ６１の内部には、上から下に向かって、圧力室Ｈ１と、圧力室Ｈ２と、圧力室Ｈ３と、圧力室Ｈ４と、が順に形成されている。各圧力室は、Ｏリング等のシール部材によって気密性が保たれている。

上側ボディ６１の内側には、ポート６４よりも下側で、且つポート６５よりも上側となる位置に、略円柱状の弁座部材６８が固定されている。弁座部材６８には、径方向の中心位置に、軸方向に貫通した弁孔６９が形成されている。上側ボディ６１の内側には、弁座部材６８よりも下側となる位置に、上下方向に延び、上下方向に進退可能な弁体７１が設けられている。弁体７１は、弁孔６９よりも太く、その上端部は、先端に向かうほど細くなる円錐状に形成されている。弁体７１が上昇し、上端部が弁座部材６８に当接するときに弁孔６９が閉塞される。一方、弁体７１が下降し、上端部が弁座部材６８から離れるときに弁孔６９が開放される。したがって、弁体７１の進退位置によって弁孔６９の開度が調整される。

上側ボディ６１の内側には、ポート６５よりも下側で、ポート６６よりも上側となる位置に、径方向の内側に向かって突出した隔壁７２が形成されている。隔壁７２は、弁体７１が摺動可能な状態で弁体７１の外周面に接しており、弁体７１の上端側と下端側とを区画している。弁座部材６８及び隔壁７２によって圧力室Ｈ１が形成され、圧力室Ｈ１はポート６５を介して背圧室３２に連通する。
弁体７１の外周面には、ポート６６よりも下側となる位置に、径方向の外側に向かって突出する大径部７３が形成されている。隔壁７２及び大径部７３によって圧力室Ｈ２が形成され、圧力室Ｈ２はポート６６を介して圧縮室３１に連通する。隔壁７２の下面と大径部７３の上面との間には、コイルスプリング７４が設けられている。コイルスプリング７４は、弁体７１を下降させる方向に付勢している。

弁体７１の内方には、軸方向に沿って延びる内部通路７５が形成されており、上端側及び下端側には、夫々、径方向の外側と内側とを連通させる連通孔７６が形成されている。弁体７１の下端には、連結部材７７が嵌め合わされている。
ホルダ６３は、ハウジング８１と、ダイアフラム８２と、作動ピン８３と、を備える。ハウジング８１は、上端側が閉塞された略円筒状であり、下側ボディ６２の内側に配置されている。ハウジング８１の上端には、径方向の外側に突出したフランジ８４が形成されており、このフランジ８４を上側ボディ６１内の段差と下側ボディ６２の上端とで挟み込むことで、ハウジング８１を固定している。ダイアフラム８２は、円板状の弾性薄膜であり、その外周縁部が上側ボディ６１内の段差とフランジ８４とに挟み込まれることで固定されている。弁体７１が弁座部材６８に当接しているときに、連結部材７７の下端はダイアフラム８２の上面に接触している。

大径部７３及びダイアフラム８２によって圧力室Ｈ３が形成され、圧力室Ｈ３は、下端側の連通孔７６、内部通路７５、上端側の連通孔７６、及びポート６５を介して、背圧室３２に連通する。
ハウジング８１の上端面には、凹部８５が形成され、凹部８５の底面を作動ピン８３が進退可能な状態で貫通している。作動ピン８３が貫通する穴には隙間があり、凹部８５とハウジング８１の内側とは連通している。ダイアフラム８２及び凹部８５によって圧力室Ｈ４が形成され、圧力室Ｈ４は大気開放されている。
作動ピン８３における凹部８５の底面よりも上側には、径方向の外側に突出したフランジ状のストッパ８６が形成されている。ストッパ８６が凹部８５の底面に当接すると、作動ピン８３がそれ以上下降することがない。ストッパ８６が凹部８５の底面に当接したときに、作動ピン８３の上端はハウジング８１の上端面よりも下側となる。

作動ピン８３の下端には、ばね受け８７が嵌め合わされている。ハウジング８１の内周面には、略円筒状のアジャスト部材８８が設けられている。ハウジング８１の内周面には雌ねじ部が形成され、アジャスト部材８８の外周面には雄ねじ部が形成されており、これら雌ねじ部と雄ねじ部とが嵌め合わされている。ばね受け８７とアジャスト部材８８との間には、コイルスプリング８９が設けられている。コイルスプリング８９は、作動ピン８３を上昇させる方向に付勢しているため、作動ピン８３の上端がダイアフラム８２を介して連結部材７７の下端に当接している。アジャスト部材８８のねじ込み位置によって、作動ピン８３に対する押圧力が調整される。

上記の構成により、ポート６４には吐出室３６の圧力Ｐｄが供給され、弁体７１の先端部が圧力Ｐｄの受圧面となるため、圧力Ｐｄは開弁方向に作用する。圧力室Ｈ２には、連通路５１の圧力Ｐｆが供給され、弁体７１における大径部７３の上面が圧力Ｐｆの受圧面となるため、圧力Ｐｆは開弁方向に作用する。連通路５１の圧力Ｐｆは、インジェクションのオン時はインジェクションの圧力Ｐｉとなり、インジェクションのオフ時は圧縮室３１の圧力Ｐｃとなる。圧力室Ｈ３には、背圧室３２の圧力Ｐｍが供給され、弁体７１における大径部７３の下面が圧力Ｐｍの受圧面となるため、圧力Ｐｍは閉弁方向に作用する。圧力室Ｈ４には、基準となる大気圧力Ｐｏが供給され、ダイアフラム８２は、圧力室Ｈ３と圧力室Ｈ４との差圧ΔＰ（＝Ｐｍ－Ｐｏ）に応じて変形する。すなわち、差圧ΔＰが大きいほど、開弁方向に作用する。したがって、供給される各圧力を考慮し、各受圧面積、及び各スプリングのばね定数を調整することで、所望の特性が得られる。

図３は、ブロック図である。
一実施形態は、背圧室３２の入口側に設けた調整弁４１により、背圧室３２に供給される圧力Ｐｍを自律的に調整するものである。
図中の（ａ）は、インジェクションのオン時を示し、図中の（ｂ）は、インジェクションのオフ時を示している。ここでは、冷媒の流れを点線矢印で示し、オイルの流れを実線矢印で示す。なお、冷媒回路を循環するオイルについては説明を省略する。吸入室２１に導入された冷媒は、圧縮室３１で圧縮され、吐出室３６に吐出され、オイルと分離させてから外部へ排出される。インジェクションがオンとなる場合、外部へ排出された冷媒の一部は、インジェクションによって圧縮室３１に導入されることで、圧縮室３１に対して冷媒の過給が行なわれる。

一方、吐出室３６で分離されたオイルは、調整弁４１により高圧のＰｄから中間圧力のＰｍまで減圧され、背圧室３２へ供給される。背圧室３２に供給されたオイルは、オリフィス４６により中間圧力のＰｍから低圧のＰｓまで減圧され、吸入室２１へ供給される。インジェクションがオンのときには、インジェクションの圧力Ｐｉが連通路５１に供給され、連通路５１の圧力Ｐｆ（＝Ｐｉ）が調整弁４１に取り込まれる。一方、インジェクションがオフのときには、圧縮室３１の圧力Ｐｃが連通路５１に供給され、連通路５１の圧力Ｐｆ（＝Ｐｃ）が調整弁４１に取り込まれる。調整弁４１は、圧力Ｐｆが高いほど、弁孔６９の開度が大きくなるため、背圧室３２へ供給されるＰｍが高くなる。逆に、圧力Ｐｆが低いほど、弁孔６９の開度が小さくなるため、背圧室３２へ供給されるＰｍが低くなる。

《作用》
次に、一実施形態の主要な作用効果について説明する。
インジェクションにおけるオン／オフの切り替えに応じて背圧を調整しないと、背圧に過不足が生じてしまう。すなわち、インジェクションのオン時に合わせて背圧を設定するとオフ時に背圧が過剰になってしまい、逆にインジェクションのオフ時に合わせて背圧を設定するとオン時に背圧が不足してしまう。
そこで、インジェクションの流路となる連通路５１の圧力Ｐｆによって背圧室３２の圧力Ｐｍを調整する調整弁４１を設けている。

インジェクションが実行されているオン時には、インジェクションの圧力Ｐｉが連通路５１に供給され、インジェクションが停止されているオフ時には、圧縮室３１の圧力Ｐｃが連通路５１に供給される。これにより、インジェクションのオン時には、インジェクションの圧力Ｐｉが調整弁４１の開度を大きくし、背圧室３２へ供給される圧力Ｐｍを上昇させる。一方、インジェクションのオフ時には、圧縮室３１の圧力Ｐｃが調整弁４１の開度を小さくし、背圧室３２へ供給される圧力Ｐｍを減少させる。したがって、インジェクションのオン／オフが切り替わっても、背圧の過不足を抑制することができる。

図４は、圧縮室の圧力を示す図である。
ここでは、クランク角度の増加に伴って圧縮されてゆく圧力を示しており、インジェクションのオン時の特性を太い実線で示し、インジェクションのオフ時の特性を太い点線で示している。また、圧縮室３１にインジェクションパイプ５２が連通しているクランク角度範囲を連通角度としている。図中の（ａ）は、連通角度にあるときに連通路５１に導入される圧力Ｐｆを示す。図中の（ｂ）は、連通角度にあるときに連通路５１に導入される圧力Ｐｃを示す。この図から明らかなように、インジェクションがオフとなるときの圧力Ｐｆよりも、インジェクションがオンとなるときの圧力Ｐｆが高くなる。したがって、連通路５１の圧力Ｐｆを調整弁４１に取り込むことで、インジェクションのオン／オフに順応して背圧の過不足を抑制することができる。

また、調整弁４１は、吐出室３６から背圧室３２への経路上に設けられ、連通路５１の圧力Ｐｆが高いほど、開度を大きくすることで背圧室３２の圧力Ｐｍを高くするように設定されている。このように、連通路５１の圧力Ｐｆに応じて背圧室３２の圧力Ｐｍを調整することで、背圧の過不足を確実に抑制することができる。
また、連通路５１の圧力Ｐｆは、固定端板２６に形成された連通路５３、及びリアハウジング１４に形成された連通路５４を介して調整弁４１に供給される。このように、簡易な構造で、連通路５１の圧力Ｐｆを容易に調整弁４１に取り込むことができ、圧縮機１１全体に大きな設計変更が求められることもない。

《変形例１》
本実施形態では、調整弁４１の一例として図２のバルブ構造について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、吐出室３６の圧力Ｐｄを背圧室３２の圧力Ｐｍまで減圧し、且つ連通路５１の圧力Ｐｆに応じて背圧室３２の圧力Ｐｍを調整可能なものであれば、任意のバルブ構造を採用することができる。例えば、特開２０１７－１１５７６２号公報に開示された図４のバルブ構造を採用してもよく、この場合は吸入室２１の圧力Ｐｓを取り込む代わりに、連通路５１の圧力Ｐｆを取り込む構成とすればよい。このバルブ構造を採用した場合でも、本実施形態と同様の作用効果が得られる。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１…圧縮機、１２…フロントハウジング、１３…センタハウジング、１４…リアハウジング、２１…吸入室、２２…電動モータ、２３…回転軸、２４…固定スクロール、２５…可動スクロール、２６…固定端板、２７…固定渦巻き、２８…可動端板、２９…可動渦巻き、３１…圧縮室、３２…背圧室、３３…ボス、３４…クランク端部、３５…吐出孔、３６…吐出室、３７…吐出弁、４１…調整弁、４２…取付穴、４３…オイル戻し流路、４４…オイル戻し流路、４５…オイル戻し流路、４６…オリフィス、４７…オイル戻し流路、５１…連通路、５２…インジェクションパイプ、５３…連通路、５４…連通路、６１…上側ボディ、６２…下側ボディ、６３…ホルダ、６４…ポート、６５…ポート、６６…ポート、６７…フィルタ部材、６８…弁座部材、６９…弁孔、７１…弁体、７２…隔壁、７３…大径部、７４…コイルスプリング、７５…内部通路、７６…連通孔、７７…連結部材、８１…ハウジング、８２…ダイアフラム、８３…作動ピン、８４…フランジ、８５…凹部、８６…ストッパ、８７…ばね受け、８８…アジャスト部材、８９…コイルスプリング、Ｈ１…圧力室、Ｈ２…圧力室、Ｈ３…圧力室、Ｈ４…圧力室、Ｐｃ…圧縮室の圧力、Ｐｄ…吐出室の圧力、Ｐｉ…インジェクションの圧力、Ｐｍ…背圧室の圧力、Ｐｏ…大気圧力、Ｐｓ…吸入室の圧力

Claims (2)

1. 固定端板の一端面に固定渦巻きが形成された固定スクロールと、
   前記固定端板の一端側に配置され、可動端板の他端面に前記固定渦巻きに噛み合う可動渦巻きが形成された可動スクロールと、
   前記固定端板、前記固定渦巻き、前記可動端板、及び前記可動渦巻きによって囲まれた空間であり、導入された熱媒体を圧縮する圧縮室と、
   前記可動端板の一端側に形成され、前記固定スクロールに対して前記可動スクロールを押圧する背圧室と、
   圧縮され外部へ排出された前記熱媒体の一部がインジェクションによって供給されたときに、供給された前記熱媒体を前記圧縮室に導入するインジェクション流路と、
   前記インジェクション流路の圧力を受け、前記インジェクションが実行されているときには、前記インジェクションの圧力によって前記背圧室の圧力を調整し、前記インジェクションが停止されているときには前記圧縮室の圧力によって前記背圧室の圧力を調整する調整弁と、
   前記固定端板に形成され、前記インジェクション流路と前記調整弁とを連通する連通路と、を備えることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記固定端板の他端側に形成され、前記圧縮室から前記熱媒体が吐出される吐出室を備え、
   前記調整弁は、前記吐出室から前記背圧室への経路上に設けられ、前記インジェクション流路の圧力が高いほど、開度を大きくすることで前記背圧室の圧力を高く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。

Images