WO2008038366A1

WO2008038366A1 - expanseur à spirale

Info

Publication number: WO2008038366A1
Application number: PCT/JP2006/319297
Authority: WO
Inventors: Mihoko Shimoji; Masayuki Kakuda; Toshihide Koda; Shin Sekiya; Fumihiko Ishizono; Tomokazu Matsui
Original assignee: Mitsubishi Electric Corporation
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-03
Also published as: US8128388B2; JP4607221B2; CN101573509A; ES2524982T3; EP2067928B1; EP2067928A4; US20100014999A1; EP2067928A1; JPWO2008038366A1

Description

明細書

スクロール膨張機

技術分野

[0001] 本発明は、冷媒を膨張させて動力を回収し、圧縮に利用するスクロール膨張機に関するものである。

背景技術

[0002] 従来のスクロール膨張機では、第 1固定スクロールと公転スクロールとによって、圧縮手段の圧縮室が形成される一方、第 2固定スクロールと公転スクロールによって、膨張手段の膨張室が形成されている。公転スクロールは、クランクシャフトに連結され、支持機構により自転しないように支持されながら、クランクシャフトに取り付けられたモータによって公転駆動するよう構成されている。また、圧縮機構の吐出口と膨張機構の吸入口がそれぞれ熱交換器に連結する配管の一端に直接接続され、圧縮機構の吸入口と膨張機構の吐出口が、支持機構力隔てられた経路で形成されて、る ( 例えば、特許文献 1参照)。

[0003] また、このような膨張機は、冷媒を膨張させる膨張機構と、回収動力により駆動されてサイクルの圧縮過程の一部を担うサブ圧縮機構とを密閉容器内に収めた構造となり、容器内には摺動部を潤滑するための潤滑油を保持する。このような膨張機を用いた冷凍サイクルでは、主圧縮機と膨張機のニケ所に潤滑油が貯留されるため、各々で潤滑油が不足することがないように油面のコントロールに配慮する必要がある。

[0004] このため、従来の膨張機を用いた冷凍空調装置においては、膨張機構とサブ圧縮機構とを収納した密閉容器内の圧力を主圧縮機の吐出圧力と同一またはほぼ同一の圧力として、膨張機構は膨張機容器の上方部力冷媒を吸入するようにするとともに、主圧縮機は、主圧縮機容器内が吸入圧雰囲気の場合は油面上部に圧縮機構の吸入部を設け、主圧縮機容器内が吐出圧雰囲気の場合は油面上部に容器からの吐出口を設けて、主圧縮機容器内で過剰な油を冷媒とともに回路経由で膨張機容器に戻すようにしてある（例えば、特許文献 2参照)。

[0005] また別の冷凍空調装置に於いては、膨張機構とサブ圧縮機構とを収納した密閉容器内の圧力をサブ圧縮機の吐出圧力として、膨張機構は膨張機容器外から直接冷媒を吸入し膨張後直接容器外に吐出するようにするとともに、主圧縮機は、主圧縮機容器内が吸入圧雰囲気の場合は油面上部に圧縮機構の吸入部を設け、主圧縮機容器内が吐出圧雰囲気の場合は油面上部に主圧縮機容器からの吐出口を設けて、主圧縮機容器内で過剰な油を冷媒とともに回路経由で膨張機容器内にもどすようにしてある (例えば、特許文献 3参照)。

[0006] 特許文献 1 :特公平 07— 037857号公報 (第 3頁〜第 4頁、第 1図、第 2図）

特許文献 2 :特開 2004— 325018号公報 (第 5頁、第 6頁、第 8頁、図 1、図 6) 特許文献 3 :特開 2004— 325019号公報 (第 3頁、第 8頁、図 1、図 6)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] しかしながら、上述のようなスクロール膨張機では、膨張機構をモータ等の駆動源と一体に構成しなければならず、構造が複雑であった。また、設計点を外れた運転条件においては、膨張機構と圧縮機構の回転数を一致させるために、膨張機構の流量または差圧を減じなければならず、回収動力が低下するという問題があった。さらに、圧縮機構の吐出口と膨張機構の吸入口がそれぞれ熱交換器に連結する配管の一端に直接接続され、圧縮機構の吸入口と膨張機構の吐出口が、支持機構が配置される空間から隔てられた経路で形成されているので、支持機構の摺動部に冷媒ガスともに循環する油が供給されず、潤滑不足による焼き付きが生じる虞れがあった。

[0008] さらに、特許文献 2および特許文献 3に記載されてヽるヽずれの冷凍空調装置においても、主圧縮機容器および膨張機容器の各々で過剰な潤滑油は冷媒とともに容器外へ吐出され、主圧縮機容器から膨張機容器へ或いは膨張機容器から主圧縮機容器へと移動させるようになって!/ヽるので、サブ圧縮機で圧縮後に主圧縮機で圧縮する場合、主圧縮機容器カゝら膨張機容器へはガスクーラの熱交を経由しなければならず、冷媒中に油が混在することによる熱交換性能の低下を招く虞がある。

[0009] また、アキュムレータのような容器部を備えたり、延長配管で回路が長大になったりしている場合には、主圧縮機、膨張機以外の容器部分で油が滞留したり油の移動に時間がかかったりすることにより、過渡的に油面のノ《ランスが保持できず、主圧縮機、膨張機どちらかの容器内の潤滑油が不足する可能性がある。このような事態を見越して初期封入する潤滑油を増量した場合には、主圧縮機または膨張機の容器内で油量が定常時に過剰となって、攪拌ロスを生じるという問題がある。

[0010] この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構造で回収動力の低下を抑えるとともに、支持機構の摺動部の潤滑および主圧縮機容器と膨張機容器の間で潤滑油を直接移動させて双方の油面コントロールを安定的に行うことができ、広い運転条件で効率が良ぐ信頼性の高いスクロール膨張機を得ることを目的としている。

課題を解決するための手段

[0011] この発明のスクロール膨張機は、揺動スクロールおよび第 1の固定スクロールから成り、冷媒を膨張させて動力を回収するスクロール型の膨張機構と、揺動スクロールが台板を前記膨張機構の揺動スクロールと共有し、第 2の固定スクロールと組み合わされて、前記膨張機構で回収した動力で冷媒を圧縮するスクロール型のサブ圧縮機構とを密閉容器内に備え、前記第 1の固定スクロールと前記第 2の固定スクロールにより、前記密閉容器内に上部空間と揺動スクロール運動空間と下部空間の 3つの空間を形成し、揺動スクロール運動空間にオルダムリングを配し、前記上部空間に開口する前記サブ圧縮機構の吐出口と、該上部空間と該下部空間を連通する油経路とを備えている。

[0012] また、この発明のスクロール膨張機は、該揺動スクロール運動空間が膨張後圧力となり、該上部空間と該下部空間がサブ圧縮機構の圧縮後圧力となるようにする場合、前記サブ圧縮機構の前記固定スクロールと前記揺動スクロールとの間に外周シールを備え、前記油経路は該上部空間と該下部空間を該揺動スクロール運動空間を経由しないで連通する油戻し孔とし、膨張後の冷媒を揺動スクロール運動空間から容器外へ吐出するポートはオルダムリングより下方とならない位置に設けている。

[0013] 更に、この発明のスクロール膨張機は、該揺動スクロール運動空間がサブ圧縮吸入圧力となり、該上部空間と該下部空間がサブ圧縮機構の圧縮後圧力となるようにする場合、前記膨張機構の前記固定スクロールと前記揺動スクロールとの間に外周シールを備え、前記油経路は該上部空間と該下部空間を該揺動スクロール運動空間を経由しないで連通する油戻し孔とし、揺動スクロール運動空間に開口するサブ圧縮吸入管とを設け、サブ圧縮吸入管はオルダムリングより上方とならない位置に配置している。

[0014] 更に、この発明では、密閉容器内の 3つの空間すベてをサブ圧縮機構の圧縮後圧力となるようにする場合、前記膨張機構と前記サブ圧縮機構の外周部にそれぞれ外周シールを備え、前記油経路は該揺動スクロール運動空間と該上部空間に連通する油戻し孔と、該揺動スクロール運動空間と該下部空間を連通する油戻し孔としている。

[0015] 更に、この発明では、冷媒を圧縮する主圧縮機構と、圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、前記ガスクーラからの冷媒を膨張させて動力を回収する前記膨張機構と、前記膨張機構で回収した動力で前記種圧縮機構で圧縮された冷媒を圧縮する前記サブ圧縮機構を備えた前記スクロール膨張機と、前記膨張機構で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とで冷凍サイクルを構成し、前記主圧縮機構の主圧縮機容器もしくは主圧縮機構の圧縮室ならびに前記膨張機構と前記サブ圧縮機構を収納する前記密閉容器の該下部空間の底部もしくは該下部空間の適正油面高さより高い位置から油が流出する油配管を備えて、る。

発明の効果

[0016] この発明によれば、簡素な構造で回収動力の低下を抑え、さらにオルダムリングの摺動部への給油と主圧縮機容器および膨張機容器内の間で潤滑油が熱交換器を経由せずに行き来する均油が可能となり、広い運転条件で効率が良ぐ信頼性の高 V、スクロール膨張機を提供できる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。（実施の形態 1)

[図 2]この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機の膨張機構の横断面図である。（実施の形態 1)

[図 3a]この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機のサブ圧縮機構の固定スクロールを示す平面図である。（実施の形態 1) 圆 3b]この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機のサブ圧縮機構の揺動スクロールを示す平面図である。（実施の形態 1)

[図 4]この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機を用いた冷凍サイクルの基本構成を示す回路図である。（実施の形態 1)

圆 5]この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機を用いた冷凍サイクルにおける冷媒の状態量変化を示すモリエル線図である。（実施の形態 1)

圆 6]—般的な膨張'圧縮機構の流量と回転数の関係を説明するための模式図である。（実施の形態 1)

圆 7]この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機の膨張機構およびサブ圧縮機構の略断面図である。（実施の形態 1)

圆 8]—般的なチップシールの接触シール機能を説明するため断面図である。（実施の形態 1)

圆 9]この発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。（実施の形態 2)

圆 10]この発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機の膨張機構の横断面図である。（実施の形態 2)

圆 11a]この発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機のサブ圧縮機構の固定スクロールの平面図である。（実施の形態 2)

圆 l ib]この発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機のサブ圧縮機構の揺動スクロールの平面図である。（実施の形態 2)

圆 12]この発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機の膨張機構およびサブ圧縮機構の略断面図である。（実施の形態 2)

圆 13]この発明の実施の形態 3によるスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。（実施の形態 3)

圆 14]この発明の実施の形態 3によるスクロール膨張機の膨張機構の横断面図であるである。（実施の形態 3)

圆 15a]この発明の実施の形態 3によるスクロール膨張機のサブ圧縮機構の固定スクロールの平面図である。（実施の形態 3) 圆 15b]この発明の実施の形態 3によるスクロール膨張機のサブ圧縮機構の揺動スクロールの平面図である。（実施の形態 3)

圆 16]この発明の実施の形態 3によるスクロール膨張機の膨張機構およびサブ圧縮機構の略断面図である。（実施の形態 3)

[図 17a]この発明の実施の形態 4による冷凍サイクルの給油システムの構成を示す回路図であり、主圧縮機 11内が吸入圧 (P1)で、主圧縮機 11の吸入空間と膨張機 1の底面とを連通する油配管 80を設けた回路である。（実施の形態 4)

[図 17b]この発明の実施の形態 4による冷凍サイクルの給油システムの構成を示す回路図であり、主圧縮機内が吸入圧で、主圧縮機の油溜めと膨張機の適正油面より高

V、位置とを連通する油配管を設けた回路である。（実施の形態 4)

[図 17c]この発明の実施の形態 4による冷凍サイクルの給油システムの構成を示す回路図であり、主圧縮機内が吸入圧で、主圧縮機の圧縮室と膨張機の底面とを連通する油配管を設けた回路である。（実施の形態 4)

[図 17d]この発明の実施の形態 4による冷凍サイクルの給油システムの構成を示す回路図であり、主圧縮機内が吐出圧で、主圧縮機の吐出空間と膨張機の底面とを連通する油配管を設けた回路である。（実施の形態 4)

[図 17e]この発明の実施の形態 4による冷凍サイクルの給油システムの構成を示す回路図であり、主圧縮機内が吐出圧で、主圧縮機油溜めと膨張機の適正油面より高い位置とを連通する油配管を設けた回路である。（実施の形態 4)

[図 17f]この発明の実施の形態 4による冷凍サイクルの給油システムの構成を示す回路図であり、主圧縮機内が吐出圧で、主圧縮機圧縮室と膨張機の底面とを連通する油配管を設けた回路である。（実施の形態 4)

圆 18]この発明の実施の形態 4によるスクロール膨張機の膨張機構およびサブ圧縮機構の略断面図である。（実施の形態 4)

発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機の構成を示す縦断面図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。

[0019] 図 1において、スクロール膨張機 1の密閉容器 10内の下方には、膨張機構 5が設置されており、膨張機構 5の上方には、サブ圧縮機構 6が設置されている。膨張機構 5は、台板 51a上に渦巻歯 51cを形成した固定スクロール 51 (第 1の固定スクロール）と、台板 52a上に渦巻歯 52cを形成した揺動スクロール 52と力も成り、固定スクロール 51の渦巻歯 51cと揺動スクロール 52の渦巻歯 52cとは、咬合するように配置されている。また、サブ圧縮機構 6は、台板 61a上に渦巻歯 61cを形成した固定スクロール 61 (第 2の固定スクロール）と、台板 62a上に渦巻歯 62cを形成した揺動スクロール 62と力ら成り、固定スクロール 61の渦巻歯 61cと揺動スクロール 62の渦巻歯 62cとは、咬合するように配置されている。

[0020] 軸 8は、膨張機構 5の固定スクロール 51およびサブ圧縮機構 6の固定スクロール 61 それぞれの中央に形成された軸受部 51b、 61bによって、回転自由に両持ち支持されて、る。膨張機構 5の揺動スクロール 52とサブ圧縮機構 6の揺動スクロール 62とは、それぞれの中央に形成された偏心軸受部 52b、 62bを軸 8に嵌合されたクランク部 8bによって貫通支持され、揺動運動できるようになつている。

[0021] 軸 8の下端には、給油ポンプ 16が装着され、軸 8内には給油孔 8cが開けられている。固定スクロール 61の外周部には、固定スクロール 61の上部空間 70から、固定スクロール 61と固定スクロール 51の間の揺動スクロール運動空間 71に連通する油戻し孔 17aが設けられている。また、固定スクロール 51の外周部には、揺動スクロール運動空間 71から下部空間 72に連通する油戻し孔 17bが設けられ、固定スクロール 5 1の下部空間 72には潤滑油 18が貯留されている。

[0022] 膨張機構 5の外周であって密閉容器 10の側面には、冷媒を吸入する膨張吸入管 1 3および膨張した冷媒を吐出する膨張吐出管 15が設置されている。一方、サブ圧縮機構 6の上方であって密閉容器 10の上面には、冷媒を吸入するサブ圧縮吸入管 12 が設置されており、サブ圧縮機構 6の固定スクロール 61より上方であって密閉容器 1 0内の側面には、圧縮した冷媒を吐出するサブ圧縮吐出管 14が設置されている。

[0023] 膨張機構 5においては、固定スクロール 51の台板 51aには、冷媒を吸入するための膨張吸入口 51dと冷媒を吐出するための膨張吐出口 51eとが開けられており、それぞれ膨張吸入管 13と膨張吐出管 15に連結している。サブ圧縮機構 6においては、固定スクロール 61の台板 61aには、冷媒を吸入するためのサブ圧縮吸入口 61dと冷媒を吐出するためのサブ圧縮吐出口 61eとが開けられており、サブ圧縮吸入口 61 dは、サブ圧縮吸入管 12に連結され、固定スクロール 61の台板 61a上にサブ圧縮吐出口 61eを開閉する吐出弁 30が取り付けられている。

[0024] サブ圧縮機構 6においては、固定スクロール 61における揺動スクロール 52に対向する面であって渦巻歯 61cの外周には、揺動スクロール 62と固定スクロール 61とをシールする外周シール 23aが設けられて!/、る。

[0025] 一方、膨張機構 5においては、サブ圧縮機構 6と同様に、固定スクロール 51における揺動スクロール 52に対向する面であって渦巻歯 51cの外周には、揺動スクロール 5 2と固定スクロール 51とをシールする外周シール 23bが設けられている。

[0026] 膨張機構 5の揺動スクロール 52とサブ圧縮機構 6の揺動スクロール 62とは、ピンなどの結合要素によって一体化され、サブ圧縮機構 6に設けたオルダムリング 7によつて、自転を規正される。また、揺動スクロール 52、 62が揺動運動することによって発生する遠心力を相殺するために、軸 8の両端には、ノランスウェイト 9a、 9bが取り付けられている。なお、膨張機構 5の揺動スクロール 52とサブ圧縮機構 6の揺動スクロール 62とは、台板 52a、 62aを共用した形で一体に形成されてもよい。

[0027] 膨張機構 5においては、固定スクロール 51の渦巻歯 51cと揺動スクロール 52の渦卷歯 52cとで形成される膨張室 5a内で、膨張吸入管 13から吸入した高圧の冷媒が膨張することによって動力が発生する。膨張室 5a内で膨張減圧した冷媒は、膨張吐出管 15から密閉容器 10外へ吐出される。膨張機構 5で発生した動力によって、サブ圧縮機構 6の固定スクロール 61の渦巻歯 61cと揺動スクロール 62の渦巻歯 62cとで形成されるサブ圧縮室 6a内で、サブ圧縮吸入管 12から吸入した冷媒が圧縮昇圧される。サブ圧縮室 6a内で圧縮昇圧された冷媒は、サブ圧縮吐出口 61eから吐出弁 3 0を経て、ー且密閉容器 10内の上部空間 70に吐出された後、サブ圧縮吐出管 14を通って密閉容器 10外へ吐出される。

[0028] 図 2は、図 1に示すこの発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機の膨張機構の A— A断面図である。 [0029] 揺動スクロール 52の渦巻歯 52cの内端部には、肉厚部 52dが設けられており、肉厚部 52dには、クランク部 8bが挿入される偏心軸受部 52bが貫通して形成されてヽる。

[0030] 固定スクロール 51の台板 51aに設けた膨張吸入口 51dは、開口面積を確保するために、略長穴の形状にして、揺動運動中に膨張吸入口 5 Idが閉塞される面積を低減するために、肉厚部 52dに切り欠き部 52eを設けている。また、膨張吐出口 51eは、揺動スクロール 52の渦巻歯 52cの外端部と干渉しない位置に開けられている。

[0031] 固定スクロール 51の台板 51a上であって渦巻歯 51cの外周には、外周シール 23b を装着するための外周シール溝 51gが形成されている。

[0032] 図 3aおよび図 3bは、この発明の実施の形態 1によるサブ圧縮機構を示す平面図であり、図 3aは、サブ圧縮機構の固定スクロールの平面図、図 3bは、サブ圧縮機構の揺動スクロールの平面図である。図 3aおよび図 3bに示すように、サブ圧縮機構 6の渦巻歯 61c、 62cは、膨張機構 5と同じ巻き方向で、揺動スクロール 62が膨張機構 5 の揺動スクロール 52と背面合わせ一体で揺動運動したときに、一方で圧縮、他方で膨張できるようになって、る。

[0033] 膨張機構 5の揺動スクロール 52と同様に、揺動スクロール 62の肉厚部 62dには、クランク部 8bが挿入される偏心軸受部 62bが貫通して形成されており、サブ圧縮吐出口 61eは、開口面積を確保するために略長穴の形状にして、揺動運動中に吐出口 6 leが閉塞される面積を低減するために、肉厚部 62dに切り欠き部 62eを設けている。また、サブ圧縮吸入口 61dは、揺動スクロール 62の渦巻歯 62cの外端部と干渉しない位置に開けられている。

[0034] 渦巻歯 61c、 62cの先端面には、チップシールを装着するためのチップシール溝 6 lf、 62fが形成されている。また、固定スクロール 61の台板 61a上であって渦巻歯 61 cの外周には、外周シール 23aを装着するための外周シール溝 61gが形成されている。

[0035] 図 4は、この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機を用いた冷凍サイクルの基本構成を示す回路図である。この発明の実施の形態 1では、二酸化炭素のような高圧側が超臨界となる冷媒を用いることを想定して、る。 [0036] 図 4において、スクロール膨張機 1の膨張機構 5が駆動するサブ圧縮機構 6の前段には、主圧縮機 11の電動機構 l ibが駆動する主圧縮機構 11aが設置されており、主圧縮機構 11aの前段には、冷媒を加熱する蒸発器 4が設置されている。一方、サブ圧縮機構 6の後段には、冷媒を冷却するガスクーラ 2が設置されており、ガスクーラ 2の後段には、スクロール膨張機 1の膨張機構 5と膨張弁 3とが並列に配置されている。

[0037] 主圧縮機 11の主圧縮機構 11aで昇圧された冷媒は、スクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6によって、さら〖こ昇圧される。サブ圧縮機構 6で昇圧された冷媒は、ガスクーラ 2で冷却された後、一部は、スクロール膨張機 1の膨張機構 5に送られ、膨張減圧される。膨張機構 5を通過する流量の調整および起動時における差圧の確保のため、スクロール膨張機 1の膨張機構 5と並列に膨張弁 3が設けられており、残りの冷媒は、膨張弁 3に送られ、膨張減圧される。膨張機構 5において、冷媒が等エントロピ的に膨張することによって、主軸 8を介して膨張機構 5からサブ圧縮機構 6に膨張動力が伝えられ、サブ圧縮仕事として用いられる。膨張機構 5で膨張した冷媒は、蒸発器 4 で加熱された後、再び主圧縮機 11の主圧縮機構 11aに戻る。

[0038] 図 5は、この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機を用いた冷凍サイクルにおける冷媒の状態量変化を示すモリエル線図である。図 5において、縦軸は圧力 P、横軸はェンタルピ hである。

[0039] 図 5に示すように、ガスクーラ 2で熱交換することによって、点 dから点 cまで冷却された冷媒は、膨張弁のような絞りによる減圧機構では点 c→点のように等ェンタルピ膨張する。しかしながら、膨張機構 5では、等エントロピ的に膨張することによって点 c 力も点 bとなる。このため、点でのェンタルピ h 'と点 bでのェンタルピ hの差 h '― h

b b b 分だけ、膨張動力として回収される。膨張後、蒸発器 4で熱交換され、点 bから点 aま b

で加熱された冷媒ガスは、主圧縮機 11の主圧縮機構 1 laで点 aから点 (Γまで圧縮された後、スクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6で点 (Γ力ゝら点 dまで圧縮される。上記のように、この発明の実施の形態 1においては、主圧縮機 11の圧縮機構 l ibで冷凍サイクルの圧縮過程の一部を担、、スクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6で圧縮過程の残りの一部を担う。サブ圧縮機構 6におけるェンタルピ差 h -h '分の圧縮動力は、 h '—h分の回収動力によって賄われる。

b b

[0040] 図 6は、一般的な膨張'圧縮機構の流量と回転数の関係を説明するため模式図である。

[0041] 図 6に示すように、膨張機構 5によって駆動されるサブ圧縮機構 6がある場合、冷媒の膨張機構 5を通過する重量流量を Ge、サブ圧縮機構 6の通過流量を Gc、膨張機構 5の吸込み行程容積を Vei、サブ圧縮機構 6の吸込み行程容積を Vcsとし、膨張機構 5の入口の冷媒比容積を V、圧縮機構 Cs入口の冷媒比容積を Vとすると、膨張機構 5側で決まる回転数 Nは、（1)式のように表される。

E

N Gev /Vei (1)

E ei

また、サブ圧縮機構 6側の回転数 Nは、（2)式のように表される。

C

N =Gcv /Vcs (2)

C cs

[0042] したがって、膨張機構 5とサブ圧縮機構 6との回転数をマッチングさせる条件である N =Nから、 (3)式を満たさなければならない。

E C

Gev ZGcv = Vei/ Vcs = σ (3)

ei cs vec

[0043] (3)式に示す膨張機構 5とサブ圧縮機構 6の行程容積の比 σ は、ある設計条件 vec

に対して機器のディメンジョンを決めると定数となる。設計条件以外で運転する場合には、（3)式を満たすように体積流量の比（Gev /Gev )を調整する必要が生じる。サブ圧縮機構 6で冷凍サイクルの圧縮過程の全てを担う場合 (この場合、サブ圧縮機構 6は、膨張機構 5からの回収動力だけでなく別の駆動源を併用する必要がある）は、膨張機構 5およびサブ圧縮機構 6それぞれの入口での比容積 V、 V 1S 運転条件力決まるので、通常、膨張弁 3のようなバイパス等の手段によって重量流量 Geを調整する。このとき、バイパスさせる流量は、膨張動力を回収することができない非回収流量となり、動力回収効果が低下することになるので、極力バイパス流量を抑える必要がある。

[0044] 図 5に示すように、冷凍サイクルの圧縮過程の一部（点 a→点 (Γ)を電動機構 l ib駆動の主圧縮機構 11aで担い、圧縮過程の残りの一部（点 (Γ→点 d)を回収動力駆動のサブ圧縮機構 6で担う場合には、点 (Γでの圧力に依存してサブ圧縮機構 6入口での比容積 Vが変わる。このため、点 cおよび点 aでの比容積が運転条件力決まっていても、回転数マッチングのためにサブ圧縮機構 6入口の比容積 vを調整することが可能となる。し力しながら、サブ圧縮機構 6の駆動は、膨張機構 5のみによって行なわれるので、圧縮動力を回収動力で賄うという動力のマッチングも必要となる。図 5における点 cTの圧力には下限があり、点 (Γでの圧力によるサブ圧縮機構 6入口の比容積 Vの調整にも限界がある。したがって、膨張機構 5側とサブ圧縮機構 6側の動力が cs

バランスした上で、（3)式の回転数マッチングの条件を満足させるために、膨張機構 5と並列に設けた膨張弁 3等力も冷媒をバイパスすることによって膨張機構 5の通過流量 Geの調整を行うこととなる。

[0045] 以上のように、スクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6で冷凍サイクルの圧縮過程の全てを担う場合よりも、冷凍サイクルの圧縮過程の一部を電動機構 l ib駆動の主圧縮機構 11aで担い、圧縮過程の残りの一部を回収動力駆動のスクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6で担う場合の方が、サブ圧縮機構 6入口の比容積 V による回転数の調整とサブ圧縮機構 6での昇圧幅による圧縮動力の調整とが併用されるので、バイパスによる回収効果の低下を抑制できる。

[0046] 図 7は、この発明の実施の形態 1によるスクロール膨張機の膨張機構およびサブ圧縮機構の略断面図である。

[0047] サブ圧縮機構 6の渦巻歯 6 lc、 62cには、サブ圧縮室 6aを仕切るチップシール 21 が装着されている。さらに、サブ圧縮機構 6の固定スクロール 61の台板 61a上であつて渦巻歯 61cの外周に外周シール 23aが設けられている。また、膨張機構 5においては、固定スクロール 51の台板 51aの外周部と揺動スクロール 52の台板 52aの外周部とは、接触するように構成されている。膨張機構 5の固定スクロール 51の台板 51a 上であって渦巻歯 51cの外周に外周シール 23bが設けられて!/、る。

[0048] 図 8は、チップシールの接触シール機能を説明するためにチップシール周辺を拡大した断面図である。

[0049] 図 8において、チップシール 21は、仕切られる両側のサブ圧縮室 6aの差圧によつて、矢印で示すように高圧側である左方および下方から押圧される。このため、チップシール 21は、チップシール 21を装着するために設けられたチップシール溝 62f内で、右方の壁および上方の台板に押付けられて、揺動スクロール 62と固定スクロール 61との間の接触シールを行う。外周シール 23の接触シール作用も、チップシール 21の接触シール作用と同様である。

[0050] この発明の実施の形態 1においては、膨張機構 5は、高圧 Ph (点 cの圧力)から低圧 P1 (点 bの圧力)までの膨張過程を担い、サブ圧縮機構 6は、中間圧 Pm (点 (Γの圧力）力も高圧 Ph (点 dの圧力 ^点 cの圧力)までの圧縮過程を担う。このため、揺動スクロール 52、 62においては、中央の膨張室 5aおよび中央の圧縮室 6aの双方に高圧 Ph が作用し、外周の膨張室 5aには低圧 Pl、外周のサブ圧縮室 6aには中間圧 Pmが作用する。密閉容器 10内は、高圧 Phとしているので、外周のサブ圧縮室 6a(Pm)と密閉容器 10内（Ph)との差圧をシールするために、サブ圧縮機構 6の固定スクロール 6 1の台板 61a上であって渦巻歯 61cの外周に外周シール 23aを設けている。

また、外周の膨張室 5a (P1)と密閉容器 10内 (Ph)との差圧をシールするために、膨張機構 5の固定スクロール 51の台板 51a上であって渦巻歯 61cの外周に外周シーノレ 23bを設けている。

[0051] 密閉容器 10内の上部空間 70および下部空間 72を低圧 Pほたは中間圧 Pmとした場合、中央のサブ圧縮室 6a(Ph)と上部空間 72の間の差圧と、中央の膨張室 5a (Ph )と下部空間 71との間のおよび上部密閉容器 10内（P1)との差圧をシールするために、揺動スクロール 52、 62の偏心軸受 52b、 62bの外周にそれぞれ内周シールが必要となる。また、サブ圧縮機構の吐出口 61eとサブ圧縮吐出管 14を上部空間 70を経由せずに連結することになるため、吐出弁 30を装着するための高圧 Phの吐出弁空間を低圧 P1になる上部空間と隔てて固定スクロール 61内に設ける必要があり、吐出弁周辺の構造が複雑になる。したがって、密閉容器 10内の上部空間 70と下部空間 72を高圧 Phにすると、内周シールを設ける必要がなぐサブ圧縮機構の吐出弁まわりの構造を簡単にでき、製造コストを低減できる。

[0052] 図 7において、矢印は、高圧 Phを基準とした揺動スクロール 52、 62に作用する軸方向差圧力の分布を示す。揺動スクロール 52、 62の中央部の差圧力は、膨張機構 5側もサブ圧縮機構 6側も 0となる。しかしながら、揺動スクロール 52、 62の外周部の差圧力は、膨張機構 5側では PI— Phとなり、サブ圧縮機構 6側では Pm— Phとなる。この差圧力を積分した結果、揺動スクロール 52、 62は、軸 8方向に下向きの押付力（サブ圧縮機構 6側から膨張機構 5側に向力う力) Fを受けることになり、押付力 Fは、膨張機構 5の渦巻歯 5 lc、 52cの先端面および台板 5 la、 52aで支持される。

[0053] ここで、膨張機構 5の渦巻歯 5 lc、 52cの先端面および台板 5 la、 52aの外周部の押付力が過大にならない程度に、サブ圧縮機構 6における外周シール 23aが装着される外周シール溝 6 lgの直径、または膨張機構 5における外周シール 23bが装着される外周シール溝 5 lgの直径を設定する。すなわち、押付力を抑える場合は、外周シール溝 61gの直径を大きくして、サブ圧縮機構 6が中間圧 Pmを受ける面積を大きくするか、または、外周シール溝 51gの直径を小さくして、膨張機構 5が低圧 P1を受ける範囲を小さくすればよい。

[0054] スクロール型の流体機械にぉヽては、圧縮機および膨張機のヽずれの場合でも、また、揺動スクロールの片面のみに渦巻歯を備えた片面渦巻構造および揺動スクロールの両面に渦巻歯を備えた両面渦巻構造のいずれの場合でも、冷媒の圧力による軸方向力を支持する点で揺動スクロールの軸方向の位置が決まり、摇動スクロールの反押付け側の面には組立てクリアランスに相当する隙間が生じる。このため、圧力の異なる膨張室 5aの間またはサブ圧縮室 6aの間で漏れが生じる。

[0055] この実施の形態 1によるスクロール膨張機においては、押付力 Fによって、揺動スクロール 52、 62は一体的に膨張機構 5の固定スクロール 51に押付けられるので、膨張機構 5の渦巻歯 51c、 52cの先端の隙間は、ほとんどなくなる。このため、膨張機構 5 においては、渦巻歯 51c、 52cの先端からの漏れを低減できる。特に、二酸化炭素のような高圧 Phが非常に高い圧力となる場合には、中間圧 Pmと低圧 P1との差圧も大きいので必要な押付力 Fを得るための外周シール 23a、 23bの直径の調整量が小さくて済み、外径寸法を拡大せずに成立できる。一方、サブ圧縮機構 6においては、揺動スクロール 62の渦巻歯 62cの先端面と固定スクロール 61の台板 61aとの間およびサブ圧縮機構 6の揺動スクロール 62の台板 62aと固定スクロール 61の渦巻歯 61cの先端面との間に隙間が生じる。し力しながら、渦巻歯 61c、 62cの先端にチップシール 21を装着しているので、渦巻歯 61c、 62cの先端における渦巻内側力も外側への径方向漏れはほとんどなくなりチップシール 21サイドでの渦巻歯 61c、 62cに沿った周方向漏れのみに抑えることができる。 [0056] また、膨張機構 5においては、固定スクロール 51の台板 51aの外周部と摇動スクロール 52の台板 52aの外周部とを接触するように構成して、るので、より広、面積で押付力 Fを支持することができ、渦巻歯 51c、 52cの歯先に作用する面圧の絶対値とともに作動圧力変動時の変動幅を抑えている。

[0057] ここで、膨張機構 5およびサブ圧縮機構 6の揺動半径!:は、渦巻歯のピッチを p、渦卷歯の厚さを tとしたとき、（4)式のような関係にある。

r= (p/2) t (4)

[0058] この発明の実施の形態 1においては、揺動半径 rは、膨張機構 5とサブ圧縮機構 6とで等しい。し力しながら、渦巻歯の厚さ tは、サブ圧縮機構 6の渦巻歯 6 lc、 62cよりも膨張機構 5の渦巻歯 51c、 52cの方が厚くなつている。また、それに応じて、渦巻歯のピッチ Pも、サブ圧縮機構 6の渦巻歯 61c、 62cよりも膨張機構 5の渦巻歯 51c、 52c の方が大きくなつている。渦巻歯の厚さ tは、サブ圧縮機構 6の渦巻歯 6 lc、 62cよりも膨張機構 5の渦巻歯 51c、 52cの方が厚くなつているので、サブ圧縮機構 6における圧縮前後の差圧に比べて膨張前後の差圧が大きい膨張機構 5の渦巻歯 51c、 52 cの強度を確保することができる。

[0059] 以上のような構成によれば、スクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6で冷凍サイクルの圧縮過程の一部を担うので、バイパスによる回収効果の低下を抑制でき、広い運転条件で効率の良いスクロール膨張機を得ることができる。また、揺動スクロール 52 、 62が膨張機構 5の固定スクロール 51に押付けられるように構成し、サブ圧縮機構 6 の固定スクロール 61および揺動スクロール 62の渦卷歯 61c、 62cにチップシール 21 を装着しているので、漏れ損失を低減することができる。

[0060] また、サブ圧縮機構 6で中間圧 Pm力も高圧 Phに圧縮することによって、膨張機構 5の渦巻歯 51c、 52cの先端面および台板 5 la、 52aの外周部を押付けるようにしたので、サブ圧縮機構 6における昇圧は起動後に生じ、起動前にはサブ圧縮機構 6の外周部〜中央部全域が高圧 Phとなり、膨張機構 5の歯先押付けがより確実となるため起動性の良いスクロール膨張機 1を得ることが可能となる。

[0061] また、膨張機構 5の膨張動力によって軸 8が回転すると、給油ポンプ 16によって、給油孔 8cを経由して、各軸受部 61b、 62b、 52b、 51bへ潤滑油 18が供給される。また、軸受部 61b、 62b、 52b、 51bに供給された分の上部空間 70への漏洩量は、油戻し孔 17aを経由して揺動スクロール運動空間 71に流入し、オルダムリング 7を潤滑後、油戻し孔 17bを経由して下部空間 72の油貯留部へ戻されることにより、給油機構が成り立つている。

[0062] さらに、サブ圧縮機構の吐出ガスは、サブ圧縮吐出口 61eから吐出弁を経て、ー且上部空間 70に吐出されるので、上部空間 70内で吐出ガスとともに循環する油が気液分離され、冷媒中に油が混在することによる熱交^^の性能低下を防止できる効果がある。

[0063] 実施の形態 2.

図 9は、この発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機の構成を示す縦断面図、図 10は、図 9に示すこの発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機の膨張機構の A— A断面図、図 11aはこの発明の実施の形態 2によるサブ圧縮機構の固定スクロールの平面図、図 l ibはこの発明の実施の形態 2によるサブ圧縮機構の揺動スクローノレの平面図である。

[0064] この発明の実施の形態 2に示すスクロール膨張機 1では、図 9に示すように、膨張機構 5の固定スクロール 51の台板 51a上であって渦巻歯 51cの外周に外周シール 23b を設け、サブ圧縮機構 6の固定スクロール 61の台板 61a上には外周シール 23aを設けていない。また、固定スクロール 51と固定スクロール 61内に、揺動スクロール運動空間 71を経由しない油戻し孔 17cを設け、主圧縮機 11で圧縮された冷媒を吸入するサブ圧縮吐出管 12を揺動スクロール運動空間 71に開口させ、揺動スクロール運動空間 71内に配置されるオルダムリング 7より下方に設けて、る。

この発明の実施の形態 2に示すスクロール膨張機 1のその他の構成および機能は

、実施の形態 1に示すスクロール膨張機 1と同様である。

[0065] この実施の形態 2によるスクロール膨張機においては、実施の形態 1と同様、膨張機構 5は、高圧 Phから低圧 Pほでの膨張過程を担い、サブ圧縮機構 6は、中間圧 P mから高圧 Phまでの圧縮過程を担う。このため、揺動スクロール 52、 62においては、中央の膨張室 5aおよび中央の圧縮室 6aの双方に高圧 Phが作用し、外周の膨張室 5aには低圧 Pl、外周のサブ圧縮室 6aには中間圧 Pmが作用する。オルダムリング 7 より下方に設けたサブ圧縮吸入管 12から吸入された冷媒は、サブ圧縮機構 6の外周部から吸入され、圧縮室 6aで圧縮される。圧縮された冷媒は、サブ圧縮吐出口 61e 力も吐出弁 30を経て、上部空間 70に吐出された後、容器外へ吐出される。そして、下部空間 72は、揺動スクロール運動空間 71を経由しない油戻し孔 17cを通じて上部空間 70と同じ圧縮後圧力となる。揺動スクロール運動空間 71と低圧 P1となる膨張機構 5の外周部は、外周シール 23bによってシールされおり、揺動スクロール運動空間 71内は中間圧 Pmとなつて!、る。

[0066] 図 12は、この発明の実施の形態 2によるスクロール膨張機の膨張機構およびサブ圧縮機構の略断面図である。

[0067] 図 12において、矢印は、中間圧 Pmを基準とした揺動スクロール 52、 62に作用する軸方向差圧力の分布を示す。揺動スクロール 52、 62の中央部の差圧力は、膨張機構 5側もサブ圧縮機構 6側も Ph—Pmで等しい。しかしながら、揺動スクロール 52、 62の外周部の差圧力は、膨張機構 5側では Pl—Pmとなり、サブ圧縮機構 6側では 0 となる。この差圧力を積分した結果、揺動スクロール 52、 62は、軸 8方向に下向きの押付力 (サブ圧縮機構 6側力も膨張機構 5側に向力力) Fを受けることになり、押付力 Fは、膨張機構 5の渦巻歯 5 lc、 52cの先端面および台板 5 la、 52aで支持される

[0068] ここで、膨張機構 5の渦巻歯 5 lc、 52cの先端面および台板 5 la、 52aの外周部の押付力が過大にならない程度に、膨張機構 5における外周シール 23bが装着される外周シール溝 51gの直径を設定している。すなわち、押付力を抑える場合は、外周シール溝 51gの直径を小さくして、膨張機構 5が低圧 P1を受ける範囲を小さくすればよい。

[0069] また、膨張機構 5の膨張動力によって軸 8が回転すると、給油ポンプ 16によって、給油孔 8cを経由して、各軸受部 61b、 62b、 52b、 51bへ潤滑油 18が供給される。そして、軸受部 61b、 62b、 52b、 51bに供給された分の上部空間 70への漏洩量は、油戻し孔 17cを経由して下部空間 72の油貯留部へ戻される。

[0070] オルダムリング 7は、油リッチな上部空間 70および下部空間 72から切り離された摇動スクロール空間内に配置されているが、サブ圧縮機構 6に吸入される冷媒が、揺動スクロール運動空間 71内のオルダムリング 7の下方から吸入されるようになっているので、回路内を冷媒とともに循環する油によって、摺動部を潤滑することが可能となる

[0071] この発明の実施の形態 2に示すスクロール膨張機 1のその他の動作は、実施の形態 1に示すスクロール膨張機 1と同様である。

[0072] 以上のような構成によれば、実施の形態 1と同様に、スクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6で冷凍サイクルの圧縮過程の一部を担うので、バイパスによる回収効果の低下を抑制でき、広い運転条件で効率の良いスクロール膨張機を得ることができるとともに、サブ圧縮機構 6の吐出部構造を簡素化でき、冷凍サイクル内を循環する油量も抑制されるので、低コストで性能が高い膨張機を得ることができる。

[0073] また、オルダムリング 7をサブ圧縮機構 6の吸入ガスとともに循環する油で潤滑するように構成したので、信頼性の高い膨張機が得られ、さらに、サブ圧縮機構 6の両側の渦巻歯 61c、 62cの外周部が中間圧 Pmとなるので、固定スクロール 61と揺動スクロール 62との間の大径の外周シール 23aを必要とせず、スクロール膨張機 1の製造コストを低減することができる。

[0074] 実施の形態 3.

図 13は、この発明の実施の形態 3よるスクロール膨張機の構成を示す縦断面図、図 14は、図 13に示すこの発明の実施の形態 3によるスクロール膨張機の膨張機構の A— A断面図、図 15aはこの発明の実施の形態 3によるサブ圧縮機構の固定スクロールの平面図、図 15bはサブ圧縮機構の揺動スクロールの平面図である。

[0075] この発明の実施の形態 3に示すスクロール膨張機 1では、図 13に示すように、サブ圧縮機構 6の固定スクロール 61の台板 61a上であって渦巻歯 61cの外周に外周シール 23aを設け、膨張機構 5の固定スクロール 51の台板 51a上には外周シール 23b を設けていない。また、固定スクロール 51と固定スクロール 61内に、揺動スクロール運動空間 71を経由しない油戻し孔 17cを設け、揺動スクロール運動空間 71内に配置されるオルダムリング 7より上方に膨張後の冷媒を吐出する膨張吐出管 15を設けている。この発明の実施の形態 3に示すスクロール膨張機 1のその他の構成および機能は、実施の形態 1に示すスクロール膨張機 1と同様である。 [0076] この実施の形態 3によるスクロール膨張機においては、実施の形態 1と同様、膨張機構 5は、高圧 Phから低圧 Pほでの膨張過程を担い、サブ圧縮機構 6は、中間圧 P mから高圧 Phまでの圧縮過程を担う。このため、揺動スクロール 52、 62においては、中央の膨張室 5aおよび中央の圧縮室 6aの双方に高圧 Phが作用し、外周の膨張室 5aには低圧 Pl、外周のサブ圧縮室 6aには中間圧 Pmが作用する。サブ圧縮機構 6 で圧縮された吐出ガスは、サブ圧縮吐出口 61eから吐出弁 30を経て、密閉容器 10 内の上部空間 70に吐出された後、容器外へ吐出される。そして、下部空間 72は、揺動スクロール運動空間 71を経由しない油戻し孔 17cを通じて上部空間 70と同じ圧縮後圧力となる。一方、膨張機構 5で膨張した冷媒は、揺動スクロール運動空間 71に開放され、オルダムリング 7より上方に設けた膨張吐出管 15から容器外へ吐出される。揺動スクロール運動空間 71と中間圧 Pmとなるサブ圧縮機構 6の外周部は、外周シール 23aによってシールされおり、揺動スクロール運動空間 71内は膨張後圧力となつている。

[0077] また、図 15aに示すように、低圧 P1になる揺動スクロール運動空間 71と中間圧 Pmとなる外周のサブ圧縮室 6aとの間を隔離する外周シール 23aの外周シール溝 61gの中心を、固定スクロール 61の渦巻歯 61cの座標中心から外接円中心へ近づけている。このため、外周シール溝 61gの直径が小さくなり、サブ圧縮機構 6が中間圧 Pmを受ける面積を抑え、膨張機構 5の渦巻歯 5 lc、 52cの先端面および台板 5 la、 52aの外周部の押付力が過大となるのを避けている。

[0078] 図 16は、この発明の実施の形態 3によるスクロール膨張機の膨張機構およびサブ圧縮機構の略断面図である。

[0079] 図 16において、矢印は、低圧 P1を基準とした揺動スクロール 52、 62に作用する軸方向差圧力の分布を示す。揺動スクロール 52、 62の中央部の差圧力は、膨張機構 5側もサブ圧縮機構 6側も Ph—Plで等しい。し力しながら、揺動スクロール 52、 62の外周部の差圧力は、膨張機構 5側では 0となり、サブ圧縮機構 6側では Pm— P1となる。この差圧力を積分した結果、揺動スクロール 52、 62は、軸 8方向に下向きの押付力 (サブ圧縮機構 6側力も膨張機構 5側に向力力) Fを受けることになり、押付力 Fは、膨張機構 5の渦巻歯 51c、 52cの先端面および台板 51a、 52aで支持される。 [0080] また、膨張機構 5の膨張動力によって軸 8が回転すると、給油ポンプ 16によって、給油孔 8cを経由して、各軸受部 61b、 62b、 52b、 51bへ潤滑油 18が供給される。そして、軸受部 61b、 62b、 52b、 51bに供給された分の上部空間 70への漏洩量は、油戻し孔 17cを経由して下部空間 72の油貯留部へ戻される。

[0081] オルダムリング 7は、油リッチな上部空間 70および下部空間 72から切り離された摇動スクロール運動空間 71内に配置されているが、膨張後の冷媒が揺動スクロール運動空間 71内のオルダムリング 7より上部から吐出されるようになっているので、回路内を冷媒とともに循環する油と膨張後低温となった冷媒とによって、摺動部を潤滑 Z冷却することが可能となる。

[0082] この発明の実施の形態 3に示すスクロール膨張機 1のその他の動作は、実施の形態 1に示すスクロール膨張機 1と同様である。

[0083] 以上のような構成によれば、実施の形態 1と同様に、スクロール膨張機 1のサブ圧縮機構 6で冷凍サイクルの圧縮過程の一部を担うので、バイパスによる回収効果の低下を抑制でき、広い運転条件で効率の良いスクロール膨張機を得ることができるとともに、サブ圧縮機構 6の吐出部構造を簡素化でき、冷凍サイクル内を循環する油量も抑制されるので、低コストで性能が高い膨張機を得ることができる。

[0084] また、オルダムリング 7を膨張機構 5の吐出ガスおよび循環する油で潤滑 Z冷却するように構成したので、信頼性の高い膨張機が得られ、さらに、膨張機構 5の両側の渦巻歯 51c、 52cの外周部が低圧 PIとなるので、固定スクロール 51と揺動スクロール 52との間の大径の外周シール 23bを必要とせず、スクロール膨張機 1の製造コストを低減することができる。

[0085] なお、この実施の形態 3においては、外周シール 23aの内側にテンションリングを装着してもよぐさらに漏れを低減できる効果がある。

[0086] 実施の形態 4.

図 17a乃至図 17fは、この発明の実施の形態 4のスクロール膨張機を備えた冷凍サイタルの給油システムを含めて示す回路図である。図 17aは主圧縮機 11内が吸入圧 (P1)で、主圧縮機 11の吸入空間と膨張機 1の底面とを連通する油配管 80を設けた回路である。図 17bは主圧縮機 11内が吸入圧 (P1)で、主圧縮機 11の油溜めと膨張機 1の適正油面より高い位置とを連通する油配管 80を設けた回路である。図 17cは主圧縮機 11内が吸入圧 (P1)で、主圧縮機 11の圧縮室と膨張機 1の底面とを連通する油配管 80を設けた回路である。図 17dは主圧縮機内が吐出圧 (Pm)で、主圧縮機 11の吐出空間と膨張機 1の底面とを連通する油配管 80を設けた回路である。図 17e は主圧縮機 1内が吐出圧 (Pm)で、主圧縮機 11の油溜めと膨張機 1の適正油面より高い位置とを連通する油配管 80を設けた回路である。図 17fは主圧縮機 11内が吐出圧 (Pm)で、主圧縮機 11圧縮室と膨張機 1底面とを連通する油配管 80を設けた回路である。

[0087] 図 17a、 17b、 17dおよび 17eに示された給油システムは、主圧縮機容器 11と膨張機 1の下部空間 72の容器の適正油面高さより高い位置あるいは容器底面とを油配管 80によって連通させ、低圧 P1または中間圧 Pmとなる主圧縮機 11と高圧 Phとなる膨張機 1の下部空間 72との差圧によって、膨張機 1の過剰な油を主圧縮機 11内に戻すことにより、膨張機 1内の油面を適正な位置に保持させるというものである。

[0088] これにより、膨張機 1の容器 10内で油量が定常時に過剰となって、攪拌ロスを生じるのを防止できる効果がある。

[0089] さらに、膨張機 1内で分離された油 18が、主圧縮機 11と膨張機 1の間で回路を経由せずに、直接主圧縮機 11に移動するので、膨張機 1が主圧縮機 11の油分離器として機能し、冷媒中に油が混在することによる熱交換性能の低下を抑制できる効果がある。すなわち、油分離器や主圧縮機容器内に油分離空間を設ける必要がなぐコンパクトで効率の高い冷凍システムが得られる。

[0090] また、図 17cおよび 17fに示すように、油配管 80を膨張機 1の下部空間 72に滞留する潤滑油 18を主圧縮機 11の圧縮室内あるいは吸入側に油 18を供給する油インジェクシヨン管としてもよぐ熱交性能を低下させることなぐ主圧縮機 11の圧縮室内が油リッチとなり、隙間漏れが低減されて、効率を向上できる効果がある。

[0091] すなわち、油配管 80の主圧縮機 11側の連通場所によって、油戻し量や主圧縮機 11の圧縮室内への油流入量を変化させることができる。

[0092] また、図 18に示すように油配管 80を膨張機 1底面に突出させ、油配管 80の側面に油穴 80aを設けてもよぐ油穴 80aの径、油穴 80aの高さ位置、油配管 80の突出量によって油流量や油保持量の設計が可能となり、設計効率を向上できる効果がある。

[0093] なお、この実施の形態 4を備えた冷凍サイクルの給油システムにおいて、油配管 80 に油流量制御機能を備えた開閉弁 81を設けてもよぐ油面高さや油インジェクション量を運転条件に応じて適正に制御できる効果がある。

[0094] とくに、主圧縮機 11の容器内が吐出圧雰囲気 (Ph)の従来の冷凍サイクルでは、油分離器と主圧縮機 11に圧力差がな!ヽため、油分離器から主圧縮機 11に油を戻すにはヘッド差が必要となり、設置の制約が生じるが、本実施の形態の冷凍サイクルにおいては、主圧縮機 11の容器内が吐出圧雰囲気 (Pm)の場合でも、膨張機 1との間には差圧が生じるので、設置の制約が生じない。

Claims

請求の範囲

[1] 密閉容器内に設けられ、揺動スクロールおよび第 1の固定スクロール力成り、冷媒を膨張させて動力を回収するスクロール型の膨張機構と、

前記密閉容器内に設けられ、揺動スクロールが台板を前記膨張機構の揺動スクロールと共有し、第 2の固定スクロールと組み合わされて、前記膨張機構で回収した動力で冷媒を圧縮するスクロール型のサブ圧縮機構とを備えたスクロール膨張機に於いて、

前記第 1の固定スクロールと前記第 2の固定スクロールにより、前記密閉容器内に上部空間と揺動スクロール運動空間と下部空間の 3つの空間を形成し、

前記揺動スクロール運動空間にオルダムリングを配し、前記上部空間に開口する前記サブ圧縮機構の吐出口と、該上部空間と該下部空間を連通する油経路とを備えて、ることを特徴とするスクロール膨張機。

[2] 前記サブ圧縮機構の前記固定スクロールと前記揺動スクロールとの間に設けられた外周シールを備え、前記油経路は該上部空間と該下部空間を該揺動スクロール運動空間を経由しないで連通する油戻し孔であって、該揺動スクロール運動空間が膨張後圧力となり、該上部空間と該下部空間がサブ圧縮機構の圧縮後圧力となることを特徴とする請求項 1記載のスクロール膨張機。

[3] 前記膨張機構の前記固定スクロールと前記揺動スクロールとの間に設けられた外周シールと、該揺動スクロール運動空間に開口するサブ圧縮吸入管とを備え、前記油経路は該上部空間と該下部空間を該揺動スクロール運動空間を経由しな、で連通する油戻し孔であって、該揺動スクロール運動空間がサブ圧縮吸入圧力となり、該上部空間と該下部空間がサブ圧縮機構の圧縮後圧力となることを特徴とする請求項 1記載スクロール膨張機。

[4] 前記膨張機構の前記固定スクロールと前記揺動スクロールとの間に設けられた外周シールと、前記サブ圧縮機構の前記固定スクロールと前記揺動スクロールとの間に設けられた外周シールとを備え、前記油経路は該上部空間と該揺動スクロール運動空間を連通する第 1の油戻し孔と、該揺動スクロール運動空間と下部空間を連通する第 2の油戻し孔であって、該揺動スクロール運動空間と該上部空間と該下部空間がサブ圧縮機構の圧縮後圧力となることを特徴とする請求項 1記載のスクロール膨張機。

[5] 前記オルダムリングよりも高い位置力膨張機容器外への吐出が行われるように膨張機構吐出管を設けたことを特徴とする請求項 2記載のスクロール膨張機。

[6] 前記オルダムリングよりも低、位置力サブ圧縮機構への吸入が行われるようにサブ圧縮吸入管を設けたことを特徴とする請求項 3記載のスクロール膨張機。

[7] 冷媒を圧縮する主圧縮機構と、

圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、

前記ガスクーラ力の冷媒を膨張させて動力を回収する前記膨張機構と、前記膨張機構で回収した動力で前記主圧縮機構で圧縮された冷媒を圧縮する前記サブ圧縮機構を備えた前記スクロール膨張機と、

前記膨張機構で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とで冷凍サイクルを構成し、前記主圧縮機構の主圧縮機容器もしくは主圧縮機構の圧縮室ならびに前記膨張機構と前記サブ圧縮機構を収納する前記密閉容器の該下部空間の底部もしくは該下部空間の適正油面高さより高い位置力油が流出する油配管を備えたことを特徴とする請求項 1乃至請求項 6記載のスクロール膨張機。