JP4222857B2

JP4222857B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP4222857B2
Application number: JP2003065421A
Authority: JP
Inventors: 一彦三原; 聡田部井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: JP2004271127A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機を冷却するためのリキッドインジェクション回路を備えた冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より冷凍・冷蔵・空調機器においては、冷凍装置の冷凍サイクルを構成する圧縮機の吐出ガス温度が異常に上昇すると、圧縮機の摺動部の焼き付きや巻線の焼損を来すため、リキッドインジェクションによる冷却方式が採用されている。この冷却方式は、受液器内の液冷媒をリキッドインジェクション回路によってスクロール圧縮機のスクロール圧縮要素の中間圧力部に供給し、蒸発させることによって圧縮機の吐出ガス温度を低下させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、上記スクロール圧縮機は、密閉容器内に回転軸を有する電動要素と、この電動要素で駆動されるスクロール圧縮要素とを備えており、このスクロール圧縮要素は、鏡板に渦巻き状のラップを立設させた揺動スクロールと、この揺動スクロールに向かい合ってかみ合う鏡板に渦巻き状のラップを立設させた固定スクロールとから構成され、揺動スクロールを固定スクロールに対して自転しないよう、公転させながら旋回させることにより、固定スクロールと揺動スクロールとで形成された複数の圧縮空間を外方から内方へ向かって次第に縮小させて圧縮を行うよう構成されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
そして、前記リキッドインジェクション回路は、上記スクロール圧縮要素において中間圧力となる圧縮空間に連通されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２１５４１３号公報
【特許文献２】
特開平３−２４６３８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記固定スクロールの鏡板の中央部には、密閉容器内の高圧室と圧縮空間とを連通する吐出孔（吐出ポート）が形成され、前述の如き圧縮作用により所定の圧縮比（高圧／低圧）で圧縮された冷媒をこの吐出孔から高圧室に吐出し、高圧室に連通して設けた吐出配管より冷媒回路内に高圧ガス冷媒を吐出するように構成されている。
【０００７】
しかしながら、特に電動要素が低速で運転されているときなどに、スクロール圧縮機が低圧縮比条件で運転されると、固定スクロールと揺動スクロールの間で過圧縮が発生し、それによって入力（圧縮仕事）が増大し、成績係数が悪化して圧縮機の特性が低下すると共に、密閉容器内の電動要素の軸受等に加わる負荷も増大する問題があった。
【０００８】
本発明は、係るスクロール圧縮機の低圧縮比条件運転時における過圧縮の発生を防止して上記不都合を解消できる冷凍装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷凍装置では、スクロール圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置及び蒸発器を順次環状に接続すると共に、受液器からスクロール圧縮機のスクロール圧縮要素における中間圧力部に液冷媒を供給するリキッドインジェクション回路を設けており、リキッドインジェクション回路から分岐してスクロール圧縮機の吐出配管に連通されたバイパス回路を備え、スクロール圧縮機のスクロール圧縮要素における圧縮比が規定値より低下した場合、リキッドインジェクション回路及びバイパス回路を介してスクロール圧縮要素における中間圧力部を吐出配管に連通させるので、スクロール圧縮要素における圧縮比が規定値より低下した場合は、スクロール圧縮機の中間圧力となる圧縮空間からリキッドインジェクション回路及びバイパス回路を介してスクロール圧縮機の吐出配管に冷媒を吐出することができるようになる。
【００１０】
これにより、スクロール圧縮機の低圧縮比条件運転時において請求項３に示すような固定スクロールと揺動スクロールのラップ間における過圧縮の発生が防止される。従って、スクロール圧縮機の入力（圧縮仕事）増大が防止され、成績係数の悪化による特性低下を解消することができると共に、電動要素の回転軸受等に加わる負荷の増大も防止されるようになるので、スクロール圧縮機の長寿命化を図ることができるようになるものである。
【００１１】
また、請求項２の如くバイパス回路に弁装置を設ければ、スクロール圧縮要素の中間圧力部と吐出配管との連通を的確に制御することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の一実施形態を詳述する。図１は本発明の冷凍装置４０の冷媒回路図である。図１において、ＳＣはスクロール圧縮機（コンプレッサ）、４２はオイルセパレータ、４３は空冷式の凝縮器（コンデンサ）、４４は受液器（レシーバタンク）、４５はフィルタドライヤ、４６はモイスチャインジケータ、４７はストレーナ、４８はアキュムレータである。モイスチャインジケータ４６は図示しない減圧装置としての膨張弁の入口に接続され、ストレーナ４７は図示しない蒸発器の出口に接続される。
【００１３】
そして、スクロール圧縮機ＳＣ、オイルセパレータ４２、凝縮器４３、受液器４４、フィルタドライヤ４５、モイスチャインジケータ４６、前記膨張弁、蒸発器、ストレーナ４７、アキュムレータ４８は冷媒配管により順次環状に接続されて、冷凍装置４０の冷凍サイクルを構成している。４９は凝縮器４３を空冷するための送風機である。
【００１４】
前記受液器４４からは、後述する如く圧縮機ＳＣ内の後述する中間圧力部に連通したリキッドインジェクション回路５０が設けられており、このリキッドインジェクション回路５０には、ストレーナ５１、電動弁５２、電磁弁５４などが順次介設されている。また、このリキッドインジェクション回路５０の電動弁５２とストレーナ５１との間からはバイパス回路５６が分岐し、このバイパス回路５６はスクロール圧縮機ＳＣの吐出配管３２に接続されている。また、このバイパス回路５６には電磁弁（弁装置）５７が介設されている。
【００１５】
次に、図２はスクロール圧縮機ＳＣの縦断側面図を示している。この図において１は密閉容器で、この密閉容器１内には上側にスクロール圧縮要素２（圧縮要素）が、下側にこのスクロール圧縮要素２を駆動する電動要素３がそれぞれ収納されている。４はフレームで、このフレーム４は中央部において電動要素３の回転軸５を軸支している。
【００１６】
スクロール圧縮要素２は、固定スクロール７と揺動スクロール８とで構成されている。固定スクロール７は密閉容器１内を高圧室９と低圧室１０とに区画する円板状の鏡板１１と、この鏡板１１の一方の面周縁に突出された環状壁１２と、この環状壁１２で囲まれて鏡板１１に立設されたインボリュート状またはこれに近似する曲線から成る渦巻き状のラップ１３とで構成されている。そして、固定スクロール７は環状壁１２及びラップ１３の突出方向を下方として設けられている。
【００１７】
揺動スクロール８は円板状の鏡板１４と、この鏡板１４の一方の面に立設されたインボリュート状またはこれに近似する曲線から成る渦巻き状のラップ１５と、鏡板１４の他方の面の中央に突設されたピン部１６とで構成されている。そして、揺動スクロール８はラップ１５の突出方向を上方として、このラップ１５が固定スクロール７のラップ１３に向かい合ってかみ合うようにし、内部に複数の三日月状圧縮空間１７が形成されるようにしている。更に、この圧縮空間１７は外方から内方へ向かって次第に縮小され、吸入した冷媒を圧縮して行く構成とされている。
【００１８】
１９は回転軸５の先端に設けられて揺動スクロール８のピン部１６内に挿入された駆動部で、この駆動部１９の中心は回転軸５の軸心と偏心して設けられている。また、２０は固定スクロール７に対して揺動スクロール８が自転しないように円軌道上を公転させるオルダムリングである。
【００１９】
一方、固定スクロール７の鏡板１１中央部には、圧縮空間１７と高圧室９とを連通する吐出ポート１８が設けられている。また、吐出ポート１８の外方に位置する部分の鏡板１１には、同様に圧縮空間１７（中央の圧縮空間１７より外方に位置する中間圧力部となる圧縮空間）と高圧室９とを連通するリキッドインジェクションポート２１、２１が、吐出ポート１８を挟んで対称の位置にそれぞれ形成されている。そして、各リキッドインジェクションポート２１、２１に前記リキッドインジェクション回路５０が接続されている。
【００２０】
前記吐出ポート１８は薄板から成る吐出弁２２によって高圧室９側から閉塞されている。吐出弁２２はガイド２４によって鏡板１１に保持されており、吐出ポート１８の圧力が高圧室９の圧力に達した場合に開き、吐出ポート１８と高圧室９とを連通させる。
【００２１】
フレーム４の外周部にはスクロール圧縮要素２に冷媒を導く図示しない吸込通路が設けられている。また、３１は密閉容器１に取り付けられた吸込配管であり、この吸込配管３１はフレーム４の下方で密閉容器１内の低圧室１０に連通している。３２は密閉容器１の上部に取り付けられた前記吐出配管で、この吐出配管３２は密閉容器１内の高圧室９に連通している。
【００２２】
図１に戻って、上記吐出配管３２はオイルセパレータ４２に接続され、吸込配管３１はアキュムレータ４８に接続される。この図において５８は低圧センサであり、前記スクロール圧縮機ＳＣの低圧室１０の圧力（低圧）を検出する。また、５９は高圧センサであり、前記スクロール圧縮機ＳＣの高圧室９の圧力（高圧）を検出する。そして、６１は制御装置であり、前記両センサ５８、５９の出力に基づいて前記電磁弁５７、５３や電動弁５２を制御する。
【００２３】
以上の構成でスクロール圧縮機ＳＣの電動要素３が運転されると、回転軸５を介して揺動スクロール８が駆動される。即ち、揺動スクロール８は、そのピン部１６に挿入された駆動部１９（回転軸５の軸心に対して偏心している）により駆動され、オルダムリング２０で固定スクロール７に対して自転しないように円軌道上を公転しながら旋回させられる。そして、固定スクロール７と揺動スクロール８とはこれらのラップ１３、１５間に形成された圧縮空間１７を外方から内方に向かって次第に縮小させて行く。
【００２４】
一方、吸込配管３１から密閉容器１内の低圧室１０に流入した冷媒は、フレーム４外周の前記吸込通路を通ってスクロール圧縮要素２の圧縮空間１７に導かれるので、冷媒は揺動スクロール８の旋回により外方から内方に向かって次第に圧縮されて行く。
【００２５】
ここで、スクロール圧縮機ＳＣの通常運転時の圧縮比を例えば３（例えば高圧が１８ｋｇ／ｃｍ²で低圧が６ｋｇ／ｃｍ²）とすると、高圧室９の圧力は前記１８ｋｇ／ｃｍ²となる。従って、前述の如き固定スクロール７に対する揺動スクロール８の旋回により、両のラップ１３、１５間の圧縮空間１７が外方から内方に向かって次第に圧縮され、鏡板１１中央の吐出ポート１８の位置でその圧力が高圧室９の圧力に達すると、吐出弁２２が開いて圧縮された冷媒ガスは高圧室９に吐出される。高圧室９内に吐出された冷媒ガスは吐出配管３２から密閉容器１外に吐出される。
【００２６】
スクロール圧縮機ＳＣの吐出配管３２に吐出された高温高圧の冷媒ガスは、オイルセパレータ４２を経て凝縮器４３に入り、この凝縮器４３にて空冷され、凝縮液化された後、受液器４４に一旦貯溜され、その後前記膨張弁で減圧されてから蒸発器にて蒸発する。このときに生ずる吸熱作用により冷凍装置４０は冷却能力を発揮する。このように、スクロール圧縮機ＳＣからは高温の冷媒ガスが吐出されるので、吐出配管３２の温度（吐出温度）は急激に上昇する。
【００２７】
吐出配管３２の温度が上昇すると、図示しない吐出温度センサがそれを感知して制御装置６１は電磁弁５３を開き、電動弁５２の弁開度を拡大する。これによって、受液器４４内の液冷媒の一部はリキッドインジェクション回路５０に流入し、ストレーナ５１、電動弁５２で絞られた後、電磁弁５３を経てスクロール圧縮機ＳＣのリキッドインジェクションポート２１、２１から中間圧力となる圧縮空間１７内に供給（インジェクション）されてスクロール圧縮機ＳＣの吐出ガス温度を低下させる。また、スクロール圧縮機ＳＣの吐出温度が低下すると、制御装置６１は電動弁５２の弁開度を縮小する。
【００２８】
ここで、例えば電動要素３が低速で運転されるなどにより、前記圧縮比が例えば２（例えば高圧が１２ｋｇ／ｃｍ²で低圧が６ｋｇ／ｃｍ²）などの規定値より低下し、低圧縮比条件となった場合、密閉容器１内の高圧室９の圧力は前記１２ｋｇ／ｃｍ²となる。この場合も同様に固定スクロール７に対して揺動スクロール８が旋回すると、両スクロール７、８のラップ１３、１５間の圧縮空間１７が外方から内方に向かって次第に圧縮されて行く。
【００２９】
この場合、前記リキッドインジェクションポート２１、２１が形成された位置における圧縮空間１７では過圧縮状態となる。制御装置６１は低圧センサ５８と高圧センサ５９の出力に基づき、圧縮比が上記規定値２より低下した場合、電磁弁５３及び５７を開き、電動弁５２を全開とする。これにより、中間圧力部となる圧縮空間１７はリキッドインジェクションポート２１、２１、リキッドインジェクション回路５０及びバイパス回路５６を介して吐出配管３２に連通され、当該リキッドインジェクションポート２１、２１からリキッドインジェクション回路５０及びバイパス回路５６を経て吐出配管３２に当該圧縮空間１７（中間圧力部）から冷媒ガスが吐出されるようになる。
【００３０】
このようなリキッドインジェクションポート２１、２１から冷媒ガスの吐出により、係る低圧縮比条件運転時におけるスクロール圧縮要素２の過圧縮が防止される。これにより、スクロール圧縮機ＳＣの入力（圧縮仕事）増大が防止され、成績係数の低減による特性低下が解消される。また、電動要素３の回転軸５を受けるフレーム４に加わる負荷の増大も防止されるようになるので、スクロール圧縮機ＳＣの構成部品の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができるようになる。
【００３１】
尚、圧縮比が規定値以上に復帰したら、制御装置６１は電磁弁５７を閉じ、電磁弁５３及び電動弁５２の制御を通常状態に復帰させる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、スクロール圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置及び蒸発器を順次環状に接続すると共に、受液器からスクロール圧縮機のスクロール圧縮要素における中間圧力部に液冷媒を供給するリキッドインジェクション回路を設けて成る冷凍装置において、リキッドインジェクション回路から分岐してスクロール圧縮機の吐出配管に連通されたバイパス回路を備え、スクロール圧縮機のスクロール圧縮要素における圧縮比が規定値より低下した場合、リキッドインジェクション回路及びバイパス回路を介してスクロール圧縮要素における中間圧力部を吐出配管に連通させるので、スクロール圧縮要素における圧縮比が規定値より低下した場合は、スクロール圧縮機の中間圧力となる圧縮空間からリキッドインジェクション回路及びバイパス回路を介してスクロール圧縮機の吐出配管に冷媒を吐出することができるようになる。
【００３３】
これにより、スクロール圧縮機の低圧縮比条件運転時において請求項３に示すような固定スクロールと揺動スクロールのラップ間における過圧縮の発生が防止される。従って、スクロール圧縮機の入力（圧縮仕事）増大が防止され、成績係数の悪化による特性低下を解消することができると共に、電動要素の回転軸受等に加わる負荷の増大も防止されるようになるので、スクロール圧縮機の長寿命化を図ることができるようになるものである。
【００３４】
また、請求項２の如くバイパス回路に弁装置を設ければ、スクロール圧縮要素の中間圧力部と吐出配管との連通を的確に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】図１の冷凍装置のスクロール圧縮機の縦断側面図である。
【符号の説明】
ＳＣスクロール圧縮機
１密閉容器
３電動要素
２スクロール圧縮要素
７固定スクロール
８揺動スクロール
９高圧室
１０低圧室
２１リキッドインジェクションポート
４０冷凍装置
４３凝縮器
４４受液器
５０リキッドインジェクション回路
５６バイパス回路
６１制御装置

Claims

スクロール圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置及び蒸発器を順次環状に接続すると共に、前記受液器から前記スクロール圧縮機のスクロール圧縮要素における中間圧力部に液冷媒を供給するリキッドインジェクション回路を設けて成る冷凍装置において、
前記リキッドインジェクション回路から分岐して前記スクロール圧縮機の吐出配管に連通されたバイパス回路を備え、前記スクロール圧縮機のスクロール圧縮要素における圧縮比が規定値より低下した場合、前記リキッドインジェクション回路及びバイパス回路を介して前記スクロール圧縮要素における中間圧力部を前記吐出配管に連通させることを特徴とする冷凍装置。
前記バイパス回路に弁装置を設けたことを特徴とする請求項１の冷凍装置。
前記スクロール圧縮機は、密閉容器内に前記スクロール圧縮要素と該スクロール圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、
前記スクロール圧縮要素は、鏡板に渦巻き状のラップを立設させた揺動スクロールと、該揺動スクロールに向かい合ってかみ合う鏡板に渦巻き状のラップを立設させた固定スクロールとから構成され、該固定スクロールと揺動スクロールとで形成された複数の圧縮空間を外方から内方へ向かって次第に縮小させて圧縮を行うよう、前記揺動スクロールを固定スクロールに対して公転しながら旋回させると共に、
前記リキッドインジェクション回路は中間圧力となる前記圧縮空間に連通されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の冷凍装置。