JP5389173B2 - ヒートポンプ装置、インジェクション対応圧縮機及びインジェクション対応スクロール圧縮機の製造方法 - Google Patents
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Description
また、圧縮室内の圧力が過渡的に凝縮器を出た冷媒の圧力よりも高くなったときにも、圧縮室内で圧縮されている途中の冷媒がインジェクション回路を凝縮器側へ流出する。
この発明は、例えば、圧縮室内の圧縮途中の冷媒がインジェクション回路側へ流出することを防ぐことを目的とする。
圧縮機と、放熱器と、第1膨張弁と、蒸発器とが順次接続された主冷媒回路と、
前記主冷媒回路における前記放熱器と前記第1膨張弁との間と、前記圧縮機に設けられたインジェクションパイプとを繋ぎ、第2膨張弁が設けられたインジェクション回路とを備え、
前記第2膨張弁の開度が小さくなると前記圧縮機の前記インジェクションパイプから圧縮室までの流路を閉鎖し、前記第2膨張弁の開度が大きくなると前記圧縮機の前記インジェクションパイプから前記圧縮室までの流路を開放する機構を設けたことを特徴とする。
前記流路の途中に設けられ、前記インジェクション回路から前記インジェクションパイプを介して冷媒が流入する冷媒流入室と、
前記流路のうち前記冷媒流入室と前記圧縮室との間において、前記冷媒流入室と前記圧縮室とに接続されて設けられた開閉弁室であって、前記冷媒流入室との接続口と前記圧縮室との接続口とが室内の同一面内に形成され、前記冷媒流入室側の冷媒と前記圧縮室側の冷媒との間の圧力差により前記冷媒流入室との接続口を開閉する開閉弁が設けられた開閉弁室と
を備えることを特徴とする。
圧縮室を形成し、前記圧縮室に吸入された吸入圧の吸入冷媒を吐出圧まで圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部が形成した前記圧縮室において、前記吸入冷媒が前記吸入圧よりも高く前記吐出圧よりも低い中間圧となる中間圧部へインジェクション冷媒を注入する冷媒注入部とを備え、
前記冷媒注入部は、
外部から前記インジェクション冷媒が流入する冷媒流入室と、
前記冷媒流入室と前記圧縮室の前記中間圧部とに接続された開閉弁室であって、前記冷媒流入室との接続口と前記中間圧部との接続口とが室内の同一面内に形成され、前記冷媒流入室側の冷媒と前記中間圧部側の冷媒との間の圧力差により前記冷媒流入室との接続口を開閉する開閉弁が設けられた開閉弁室とを備えることを特徴とする。
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
前記開閉弁は、前記ガイド孔が形成された円形板状の部材であり、前記ガイド棒が前記ガイド孔と噛み合うことにより、前記ガイド棒を軸として回転しないように設けられた
ことを特徴とする。
前記開閉弁は、前記開閉弁室の底面の円よりも小さい径の円形であり、前記ガイド棒の外周とほぼ同一寸法で同一形状のガイド孔が形成された
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
前記冷媒流入室は、前記固定台板の側部から内部に形成された部屋であり、
前記開閉弁室は、前記固定台板の上面側に形成された部屋である
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
前記開閉弁室は、前記対をなす圧縮室の各圧縮室に対応して設けられた
ことを特徴とする。
前記圧縮部と前記冷媒注入部とを内部に収納する密閉容器と、
前記密閉容器の側面部を貫通して設けられ、外部から前記冷媒流入室へ前記インジェクション冷媒を流入させるインジェクションパイプと
を備えることを特徴とする。
前記インジェクションパイプは、前記下側容器の側面部を貫通して設けられた
ことを特徴とする。
揺動渦巻歯を揺動台板の一方面側に形成し、
固定渦巻歯を固定台板の一方面側に形成し、
前記固定台板の側部に側部穴を形成し、
前記固定台板の他方面側に、窪みを形成し、
前記窪みの底面と前記側部穴とを連通する第1連通孔と、前記窪みの底面と前記固定台板の前記一方面側とを連通する第2連通孔とを前記固定台板に形成し、
前記固定台板に形成された前記窪みに、前記第1連通孔を開閉する開閉弁を配置し、
前記開閉弁が配置された前記窪みの開口部を塞ぐようにバックプレートを前記固定台板に取り付け、
前記揺動渦巻歯を形成した前記揺動台板を密閉容器内に配置し、
前記固定渦巻歯と前記揺動渦巻歯とを噛み合わせて圧縮室を形成するように、前記固定渦巻歯を形成した前記固定台板を前記密閉容器内に配置し、
前記密閉容器の外部から前記圧縮室へ吸入冷媒を流入させる吸入パイプを前記圧縮室の吸入口に接続し、
前記密閉容器の外部から前記側部穴へインジェクション冷媒を流入させるインジェクションパイプを前記側部穴に接続する
ことを特徴とする。
なお、以下の説明において、インジェクションとは、凝縮器を出た後の(高圧側の)液冷媒又は二相冷媒又はガス冷媒を圧縮機の圧縮室の途中に戻して、再圧縮することである。また、凝縮器を出た後の(高圧側の)液冷媒又は二相冷媒又はガス冷媒をインジェクション冷媒と呼ぶ。なお、凝縮器を出た後とは、凝縮器を出た直後でなく、所定の膨張弁や所定の熱交換器等を通った後の冷媒であってもよい。なお、凝縮器とは、放熱器、負荷側に熱を与える熱交換器又はガスクーラーと読み替えてもよい。
図1は、実施の形態1に係るスクロール圧縮機100の縦断面図である。スクロール圧縮機100は、後述するように、インジェクション機構を有するインジェクション対応圧縮機である。
また、図2から図4は、図1に示すスクロール圧縮機100の上部拡大図であり、いずれも同じ部分を示す図である。図2は、特に固定スクロール1を説明するための図である。図3は、特に揺動スクロール2を説明するための図である。図4は、特にコンプライアントフレーム3とガイドフレーム4とを説明するための図である。なお、図1から図4では、本来見えない構成要素を破線で示す。
図1に示すように、スクロール圧縮機100は、固定スクロール1、揺動スクロール2、コンプライアントフレーム3、ガイドフレーム4、電動機5、サブフレーム6、主軸7、オルダム機構8が密閉容器10内に収納されて形成される。なお、固定スクロール1と揺動スクロール2とを総称して圧縮部と呼ぶ。
固定スクロール1の外周部はガイドフレーム4にボルトによって締結され、固定されている。
固定スクロール1の台板部1aの一方面側(図2の下側)には、板状の渦巻歯1b(固定渦巻歯)が形成されている。固定スクロール1の渦巻歯1bと、後述する揺動スクロール2の渦巻歯2b(揺動渦巻歯)とが噛み合うことにより、圧縮室20が形成される。
台板部1aの前記一方面側(図2の下側)の外周部にはオルダム案内溝1cがほぼ一直線上に2個形成されている。オルダム案内溝1cにはオルダム機構8の爪8bが往復摺動自在に係合されている。
また、台板部1aの側部から内部には、台板部1aの側部に密閉容器10を貫通して設けられたインジェクションパイプ41(冷媒流入口)を介して、密閉容器10の外部のインジェクション回路からインジェクション冷媒が流入する冷媒流入室1eが形成されている。
また、台板部1aの反対の面側(図2の上側)には、2つの窪みの開口部がバックプレート31によって蓋をされ密閉された2つの開閉弁室1f(逆止弁室)が形成されている。各開閉弁室1fの下面には冷媒流入室1eと連通する流入室連通路1g(流入室連通孔、第1連通孔)との接続口と、圧縮室20と連通する圧縮室連通路1h(圧縮室連通孔、第2連通孔)との接続口とが形成されている。さらに、各開閉弁室1f内には開閉弁30(逆止弁)が収納されている。
なお、開閉弁30やバックプレート31などについて、詳しくは後述する。
また、冷媒流入室1e、流入室連通路1g、開閉弁室1f、圧縮室連通路1h、開閉弁30、バックプレート31等、インジェクション冷媒を圧縮室へ注入する機構を冷媒注入部と呼ぶ。
揺動スクロール2の台板部2aの一方面側(図3の上側)には、固定スクロール1の渦巻歯1bと実質的に同一形状の板状の渦巻歯2bが形成されている。上述したように、固定スクロール1の渦巻歯1bと、揺動スクロール2の渦巻歯2bとが噛み合うことにより、圧縮室20が形成される。
台板部2aの渦巻歯2bと反対の面側(図3の下側)の外周部には、固定スクロール1のオルダム案内溝1cとほぼ90度の位相差を持つオルダム案内溝2eがほぼ一直線上に2個形成されている。オルダム案内溝2eにはオルダム機構8の爪8aが往復摺動自在に係合されている。
また、ボス部2fの外径側には、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aと圧接摺動可能なスラスト面2dが形成されている。なお、ボス部2fの外径側において、揺動スクロール2のスラスト面2dとコンプライアントフレーム3との間に形成された空間をボス部外径空間15bと呼ぶ。また、スラスト軸受3aの外径側において、揺動スクロール2の台板部2aとコンプライアントフレーム3との間に形成された空間を台板外径部空間15cと呼ぶ。台板外径部空間15cは、吸入ガス雰囲気圧(吸入圧)の低圧空間となっている。
また、台板部2aには、固定スクロール1側の面(図3の上側の面)からコンプライアントフレーム3側の面(図3の下側の面)までを貫通する抽気孔2jが設けられる。つまり、台板部2aには、圧縮室20とスラスト面2d側の空間とを連通する抽気孔2jが設けられる。なお、抽気孔2jのコンプライアントフレーム3側の開口部(下開口部2k)が通常運転時に描く円軌跡が、コンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aの内部に常時収まるように、抽気孔2jは配置されている。そのため、抽気孔2jからボス部外径空間15bや台板外径部空間15cへ冷媒が漏れることがない。
コンプライアントフレーム3は、外周部に設けられた上下2つの円筒面3d,3eを、ガイドフレーム4の内周部に設けた円筒面4a,4bにより半径方向に支持されている。コンプライアントフレーム3の中心部には、電動機5により回転駆動される主軸7を半径方向に支持する主軸受3cと補助主軸受3hとが形成されている。
ここで、ガイドフレーム4とコンプライアントフレーム3との間に形成され、上下をリング状のシール材16a、16bで仕切られた空間をフレーム空間15dと呼ぶ。なお、ガイドフレーム4の内周面にシール材16a、16bを収納するリング状のシール溝が2ヶ所に形成されている。しかし、このシール溝はコンプライアントフレーム3の外周面に形成されていてもよい。
コンプライアントフレーム3には、抽気孔2jの下開口部2kと対峙する位置に、スラスト軸受3a側からフレーム空間15d側までを貫通して、常時もしくは間欠的に抽気孔2jとフレーム空間15dとを連通する連通孔3sが形成されている。
また、コンプライアントフレーム3には、ボス部外径空間15bの圧力を調整する弁3t、弁押さえ3y、中間圧調整スプリング3mが収納された調整弁空間3pが設けられている。中間圧調整スプリング3mは、調整弁空間3pに自然長より縮められた状態で収納されている。なお、弁3tの外径側におけるコンプライアントフレーム3とガイドフレーム4との間の空間を、弁外径空間15eと呼ぶ。
また、コンプライアントフレーム3には、スラスト軸受3aの外径側に、オルダム機構環状部8cが往復摺動運動する往復摺動部3xが形成されている。往復摺動部3xには、弁外径空間15eと台板外径部空間15cとを連通する連通孔3nが形成されている。
ガイドフレーム4の内側面の固定スクロール1側(図4の上側)には、上嵌合円筒面4aが形成されている。上嵌合円筒面4aは、コンプライアントフレーム3の外周面に形成された上嵌合円筒面3dと係合されている。
また、ガイドフレーム4の内側面の電動機5側(図4の下側)には、下嵌合円筒面4bが形成されている。下嵌合円筒面4bは、コンプライアントフレーム3の外周面に形成された下嵌合円筒面3eと係合されている。
主軸7の揺動スクロール2側(図1の上側)には、揺動スクロール2の揺動軸受2cと回転自在に係合する揺動軸部7bが形成されている。揺動軸部7bの下側には、コンプライアントフレーム3の主軸受3c及び補助主軸受3hと回転自在に係合する主軸部7cが形成されている。
主軸7の逆側(図1の下側)には、サブフレーム6の副軸受6aと回転自在に係合する副軸部7dが形成されている。副軸部7dと上述した主軸部7cとの間に電動機5の回転子5aが焼嵌され、その周囲に固定子5bが設けられている。
また、主軸7の内部には、軸方向に貫通して設けられた高圧油給油穴7gが設けられている。さらに、主軸7の下端面には、高圧油給油穴7gと連通するオイルパイプ7fが圧入されている。
低圧の吸入冷媒は、吸入パイプ42から固定スクロール1の渦巻歯1bと揺動スクロール2の渦巻歯2bとにより形成される圧縮室20に入る。また、外部からインジェクションパイプ41を介して流入したインジェクション冷媒が、冷媒流入室1e、流入室連通路1g、開閉弁室1fを経て、圧縮室連通路1hから圧縮室20へ注入される。なお、インジェクション運転を行わない場合には、インジェクション冷媒は圧縮室20へ注入されない。
電動機5により主軸7が駆動され、揺動スクロール2が駆動する。揺動スクロール2は、オルダム機構8によって自転運動せず、公転運動(偏芯旋回運動)して、圧縮室20の容積を徐々に減少させる圧縮動作をする。この圧縮動作により吸入冷媒は高圧となり、固定スクロール1の吐出ポート1dより密閉容器10内に吐出される。吐出された冷媒は、吐出パイプ43から密閉容器10外に放出される。つまり、密閉容器10内は、高圧となる。
また、高圧油給油穴7gを流れる高圧油は、主軸7に設けられた横穴から主軸受3cと主軸部7cとの間に導かれる。主軸受3cと主軸部7cとの間に導かれた冷凍機油は、主軸受3cと主軸部7cとの間で吸入圧より高く吐出圧以下の中間圧Pm1まで減圧され、ボス部外径空間15bへ流れる。
なお、ボス部外径空間15bの中間圧Pm1となった冷凍機油は、冷凍機油に溶解していた冷媒の発砲で、一般にはガス冷媒と冷凍機油との2相になっている。
また、ボス部外径空間15bの中間圧Pm1となった冷凍機油は、揺動スクロール2のスラスト面2dとコンプライアントフレーム3のスラスト軸受3aの摺動部へ給油され、オルダム機構環状部8cの内側へ排出される。
そして、オルダム機構環状部8cの内側排出された冷凍機油は、オルダム機構環状部8cの摺動面とオルダム機構8の爪8a,8bの摺動面とに給油された後、台板外径部空間15cへ開放される。
なお、冷媒ガスが導かれるといっても、フレーム空間15dは上シール材16aと下シール材16bとで密閉された閉空間であるため、通常運転時には圧縮室20の圧力変動に呼応して圧縮室20とフレーム空間15dとは双方向に微少な流れを有する。つまり、圧縮室20とフレーム空間15dとは、いわば呼吸しているような状態となる。
一方、コンプライアントフレーム3には、(C)フレーム空間15dの中間圧Pm2に起因する力と、(D)下端面の高圧雰囲気に露出している部分に作用する高圧に起因する力との合計(C+D)が上向きの力として作用する。
そして通常運転時には、上向きの力(C+D)が下向きの力(A+B)より大きくなるように設定されている。
コンプライアントフレーム3が揺動スクロール2に押し付けられているため、揺動スクロール2も、コンプライアントフレーム3と同様に固定スクロール1側(図1の上側)に浮き上がった状態となる。その結果、揺動スクロール2の渦巻歯2bの歯先と、固定スクロール1の歯底(台板部1a)とが接触するとともに、固定スクロール1の渦巻歯1bの歯先と、揺動スクロール2の歯底(台板部2a)とが接触する。
図5は、インジェクション回路を有するヒートポンプ装置の回路構成の一例を示す図である。図6は、図5に示すヒートポンプ装置の冷媒の状態についてのモリエル線図である。図6において、横軸は比エンタルピ、縦軸は冷媒圧力を示す。
圧縮機51(スクロール圧縮機100)で高温高圧となった気相冷媒(図6の点1)は、圧縮機51の吐出パイプ43から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器52で熱交換されて液化する(図6の点2)。このとき、冷媒から放熱された熱により空気や水などが温められ、暖房や給湯がされる。
熱交換器52で液化された液相冷媒は、第1膨張弁53(減圧機構)で中間圧まで減圧され、気液二相状態になる(図6の点3)。第1膨張弁53で気液二相状態になった冷媒は、レシーバー59で圧縮機51へ吸入される冷媒と熱交換され、冷却されて液化される(図6の点4)。レシーバー59で液化された液相冷媒は、内部熱交換器54、第3膨張弁55側(本流)と、第2膨張弁56側(支流,インジェクション回路)とに分岐して流れる。
本流を流れる液相冷媒は、第2膨張弁56で減圧され気液二相状態となった支流を流れる冷媒と内部熱交換器54で熱交換されて、さらに冷却される(図6の点5)。内部熱交換器54で冷却された液相冷媒は、第3膨張弁55(減圧機構)で減圧されて気液二相状態になる(図6の点6)。第3膨張弁55で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器57で熱交換され、加熱される(図6の点7)。そして、熱交換器57で加熱された冷媒は、レシーバー59でさらに加熱され(図6の点8)、吸入パイプ42から圧縮機51に吸入される。
一方、支流を流れる冷媒は、上述したように、第2膨張弁56(減圧機構)で減圧されて(図6の点9)、内部熱交換器54で熱交換される(図6の点10)。内部熱交換器54で熱交換された気液二相状態の冷媒(インジェクション冷媒)は、気液二相状態のまま圧縮機51のインジェクションパイプ41から固定スクロール1の冷媒流入室1eへ流入する。
圧縮機51内での圧縮動作について詳しくは後述するが、圧縮機51内では、本流を流れ吸入パイプ42から吸入された冷媒(図6の点8)が、中間圧まで圧縮、加熱される(図6の点11)。中間圧まで圧縮、加熱された冷媒(図6の点11)と、インジェクション冷媒(図6の点8)とが合流して、温度が低下する(図6の点12)。そして、温度が低下した冷媒(図6の点12)が、さらに圧縮、加熱され高温高圧となり、吐出される(図6の点1)。
ここで、第2膨張弁56の開度は、例えば、電子制御により制御される。
圧縮機51(スクロール圧縮機100)で高温高圧となった気相冷媒(図6の点1)は、圧縮機51の吐出パイプ43から吐出され、凝縮器となる熱交換器57で熱交換されて液化する(図6の点2)。熱交換器57で液化された液相冷媒は、第3膨張弁55で中間圧まで減圧され、気液二相状態になる(図6の点3)。第3膨張弁55で気液二相状態になった冷媒は、内部熱交換器54で熱交換され、冷却され液化される(図6の点4)。内部熱交換器54では、第3膨張弁55で気液二相状態になった冷媒と、内部熱交換器54で液化された液相冷媒を第2膨張弁56で減圧させて気液二相状態になった冷媒(図6の点9)とを熱交換させている。内部熱交換器54で熱交換された液相冷媒(図6の点4)は、レシーバー59側(本流)と、内部熱交換器54側(支流,インジェクション回路)とに分岐して流れる。
本流を流れる液相冷媒は、レシーバー59で圧縮機51に吸入される冷媒と熱交換されて、さらに冷却される(図6の点5)。レシーバー59で冷却された液相冷媒は、第1膨張弁53で減圧されて気液二相状態になる(図6の点6)。第1膨張弁53で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器52で熱交換され、加熱される(図6の点7)。このとき、冷媒が吸熱することにより空気や水などが冷やされ、冷房されたり、冷水や氷を作ったり、冷凍がされる。
そして、熱交換器57で加熱された冷媒は、レシーバー59でさらに加熱され(図6の点8)、吸入パイプ42から圧縮機51に吸入される。
一方、支流を流れる冷媒は、上述したように、第2膨張弁56で減圧されて(図6の点9)、内部熱交換器54で熱交換される(図6の点10)。内部熱交換器54で熱交換された気液二相状態の冷媒(インジェクション冷媒)は、気液二相状態のまま圧縮機51のインジェクションパイプ41から固定スクロール1の冷媒流入室1eへ流入する。
圧縮機51内での圧縮動作については、暖房運転時と同様である。
もちろん、インジェクション運転するか否かの基準は、上記の基準でなくてもよく、例えば、冷房運転時にインジェクション運転しても構わない。
図7は、固定スクロール1に対する揺動スクロール2の相対位置を、吸入完了状態を0度として90度毎に示した図である。
固定スクロール1の渦巻歯1bと揺動スクロール2の渦巻歯2bとが噛み合うことにより対をなす圧縮室20a,20bが形成される。なお、圧縮室20a,20bを総称して圧縮室20と呼ぶ。圧縮室20は、主軸7の回転に伴い揺動スクロール2が回転することにより、徐々に容積が小さくなりながら中央部へ移動する。つまり、圧縮室20に吸入された冷媒は、主軸7の回転に伴い揺動スクロール2が公転運動することにより、徐々に圧縮されて、圧力を高めながら中央部へ移動する。そして、圧縮室20が中央部に設けられた吐出ポート1dと連通すると、圧縮された冷媒が吐出ポート1dから密閉容器10内へ吐出される。
0度の時点(冷媒吸入完了時点)から主軸7が90度回転すると、圧縮室20の容積が少し小さくなるとともに、圧縮室20が少し中央部寄りに移動する。そして、この時点で、圧縮室20は、圧縮室連通路1hと連通する。そのため、インジェクション運転をしているのであれば、圧縮室連通路1hからインジェクション冷媒が流入する。つまり、吸入パイプ42から圧縮室20へ吸入された吸入冷媒が、吸入された時点の吸入圧(低圧)よりも高く、吐出ポート1dから吐出される時点の吐出圧(高圧)よりも低い中間圧になる中間圧部へ、インジェクション冷媒は注入される。
さらに冷媒吸入完了時点から180度、270度、360度と主軸7が回転する。この間は、圧縮室20は、圧縮室連通路1hと連通している。そのため、この間は、圧縮室連通路1hからインジェクション冷媒が圧縮室20へ流入しつつ、圧縮室20内の冷媒が圧縮されて徐々に中央部寄りに移動する。
主軸7の回転が冷媒吸入完了時点から360度を過ぎると、圧縮室20は、圧縮室連通路1hとの連通を終了する。そして、これ以降、圧縮室20が吐出ポート1dと連通するまで、外部から圧縮室20への冷媒の流入がないまま、圧縮室20内の冷媒は圧縮される。
そして、主軸7の回転が冷媒吸入完了時点から450度を過ぎると、圧縮室20は吐出ポート1dと連通して、圧縮された冷媒が吐出ポート1dから密閉容器10内へ吐出される。
図8は、開閉弁室1fの構成を示す分解斜視図である。なお、図8では、本来見えない構成要素を破線で示す。
2つの開閉弁室1fは、固定スクロール1の台板部1aの渦巻歯1bとは逆側に設けられた2つの円柱形の窪みに、バックプレート31を被せボルト34によって締結して密閉されて形成される。ここでは、2つの窪みの両方の開口部を塞ぐ1つのバックプレート31を被せている。もちろん、窪み毎に別々のバックプレート31を被せるようにしてもよい。
なお、各窪みの下側の平面には、流入室連通路1gとの接続口と圧縮室連通路1hとの接続口とが形成されている。流入室連通路1gは、台板部1aの側部から内部へ向かって形成された冷媒流入室1eと連通する。また、圧縮室連通路1hは、渦巻歯1b側の面と連通する。つまり、圧縮室連通路1hは、圧縮室20と連通する。すなわち、各窪みの下側の平面には、冷媒流入室1eとの接続口と、圧縮室20との接続口とが形成されている。
なお、ガイド突起部31aは、流入室連通路1gと圧縮室連通路1hとが形成された面と垂直方向(図1の上下方向、鉛直方向)に棒状に伸びた突起である。また、ガイド孔30bが鍵穴型に形成されるとともに、ガイド突起部31aも鍵型に形成されている。そのため、開閉弁30は、開閉弁室1f内で固定台板の面方向と垂直方向(図1の上下方向)に移動可能であるが、ガイド孔30bとガイド突起部31aとが噛み合うことにより、ガイド突起部31aを軸として回転しない状態となる。つまり、圧縮室連通路1hと連通する位置に配置された通過孔30aの位置がずれることがない。
また、開閉弁30を窪みの内径とほぼ同一径の円形とするか、あるいはガイド孔30bをガイド突起部31aの外周とほぼ同一寸法及び同一形状とすることで、水平方向に開閉弁30がずれることがない。なお、開閉弁30を窪みの内径とほぼ同一径の円形とした場合には、開閉弁30の外周と窪みの内壁とが擦れて、バリが生じる虞がある。そのため、開閉弁30を窪みの内径よりも少し小さい径の円形とするとともに、ガイド孔30bをガイド突起部31aの外周とほぼ同一寸法で同一形状とすることが望ましい。
また、ここでは、窪みを円柱形とし、開閉弁30を円形の板状として、加工し易く、製造し易い形状にしたため、ガイド孔30bやガイド突起部31aの形状の工夫により開閉弁30の回転を防止する必要があった。しかし、窪みを角柱状とし、開閉弁30を多角形にして、開閉弁30の回転を防止してもよい。
図9は、インジェクション運転を行う場合の一方の開閉弁室1f付近を示す図である。
インジェクション運転を行う場合には、気液二相状態のインジェクション冷媒が、インジェクションパイプ41から固定スクロール1の台板部1aの内部に形成された冷媒流入室1eへ流入する。冷媒流入室1eへ流入したインジェクション冷媒は、2つの流入室連通路1gへそれぞれ流入する。
ここで、通常は、冷媒流入室1eへ流入したインジェクション冷媒の圧力が圧縮室20内(特に、圧縮室20において圧縮室連通路1hが連通した位置、すなわち中間圧部)の冷媒の圧力よりも高い。そのため、流入室連通路1gへ流入したインジェクション冷媒は、開閉弁室1fに設けられた開閉弁30をバックプレート31側(図9の上側)へ押し上げる。その結果、流入室連通路1gへ流入したインジェクション冷媒が開閉弁室1fへ流入する。そして、圧縮室20が圧縮室連通路1hと連通したときに、開閉弁室1fのインジェクション冷媒は、圧縮室連通路1hを通じて圧縮室20へ流入する。
図5,4に基づき説明したように、インジェクション運転を行わない際には、ヒートポンプ装置における第2膨張弁56は閉である。そのため、冷媒流入室1eへインジェクション冷媒は流入してこない。
しかし、圧縮室20内(特に、圧縮室20において圧縮室連通路1hが連通した位置、すなわち中間圧部)の圧力が冷媒流入室1eから開閉弁室1fまでの冷媒の圧力より高いため、圧縮室20が圧縮室連通路1hと連通したときに、圧縮室連通路1hを介して圧縮室20内の冷媒が開閉弁室1fへ逆流する。
この場合、開閉弁室1fへ流入した冷媒は、開閉弁30の通過孔30aを通って、開閉弁室1fへ流入する。しかし、圧縮室20内の圧力が冷媒流入室1e内の圧力よりも高いため、圧縮室20から開閉弁室1fへ流入した冷媒は、開閉弁30を流入室連通路1g側(図10の下側)へ押し付ける。その結果、流入室連通路1gは開閉弁30によって塞がれる。したがって、開閉弁室1fへ流入した冷媒は、流入室連通路1gから冷媒流入室1eへ流出しない。
一方、インジェクション運転を行っていない場合のように、冷媒流入室1e側の冷媒の圧力が圧縮室20内の冷媒の圧力よりも低い場合には、開閉弁30は流入室連通路1g側へ押し付けられ、開閉弁30は閉じた状態となる。そのため、圧縮室20から逆流して開閉弁室1fへ流入した冷媒は、流入室連通路1gから冷媒流入室1eへ流出しない。
すなわち、開閉弁30は、冷媒流入室1e側(流入室連通路1g)の冷媒の圧力と、圧縮室20内(圧縮室連通路1h)の冷媒の圧力との圧力差によって開閉する。
なお、仮に開閉弁30が設けられていない場合には、圧縮室20内の冷媒がインジェクション回路に逆流してしまい、圧縮室連通路1hから第2膨張弁56までの容積が圧縮における死容積となり、効率は大幅に低下する。つまり、開閉弁30を用いることにより死容積を大幅に低減することができ、圧縮効率を高めることができる。
つまり、開閉弁30は、圧力差と重力とのみにより動作しており、コイルバネ等のバネ力を一切用いることなく動作している。そのため、信頼性が非常に高く、また低コストで作ることができる。
まず、固定スクロール1や揺動スクロール2等を上述した形状に形成する。
特に、固定スクロール1については、渦巻歯1bと、固定スクロール1の台板部1aに、冷媒流入室1eとなる穴と、2つの窪みと、流入室連通路1gとなる孔と、圧縮室連通路1hとなる孔とを形成する機械加工を施すとともに、形成した窪みに開閉弁30を配置し、バックプレート31を取り付ける。なお、固定スクロール1の台板部1aに、冷媒流入室1eとなる穴と、2つの窪みと、流入室連通路1gとなる孔と、圧縮室連通路1hとなる孔とは、いずれも直線的な削り加工をすることで形成できる。また、渦巻歯1bと、冷媒流入室1eとなる穴と、2つの窪みと、流入室連通路1gとなる孔と、圧縮室連通路1hとなる孔とを形成する機械加工の順序はどのような順序であってもよい。
次に、図1に示すように、密閉容器10の下側容器10aに、サブフレーム6、電動機5、主軸7、ガイドフレーム4、コンプライアントフレーム3、オルダム機構8を配置するとともに、揺動スクロール2を主軸7に係合するように配置する。また、揺動スクロール2との間に圧縮室20が形成されるように固定スクロール1を配置する。そして、インジェクションパイプ41を冷媒流入室1eと接続されるように下側容器10aに取り付け、吸入パイプ42を圧縮室20の吸入口に接続されるように下側容器10aに取り付け、吐出パイプ43を下側容器10aに取り付けるとともに、下側容器10aに上側容器10bを取り付け、密閉する。
これにより、スクロール圧縮機100が製造される。
特に、スクロール圧縮機100では、流入室連通路1gと圧縮室連通路1hとの開閉弁室1fへの接続口が、開閉弁室1fの同じ面に設けられ、開閉弁30が流入室連通路1g側の圧力と圧縮室連通路1h側の圧力との圧力差で開閉する。そのため、開閉弁30がスムーズに移動して開閉でき、信頼性を向上できる。また、開閉弁室1fをコンパクトに形成できる。さらに、スクロール圧縮機100では、コイルスプリングを用いることなく、圧縮室20内の圧力と冷媒流入室1eの圧力との圧力差により開閉を制御することもできるので、コイルスプリングを用いた開閉弁に比べ、部品数の削減を図ることもできる。
また、スクロール圧縮機100では、固定スクロール1の台板部1aに対して、単に直線状に、冷媒流入室1e、2つの窪み、流入室連通路1g、圧縮室連通路1hを形成し、開閉弁30を設置して、バックプレート31で蓋をして開閉弁室1fを形成している。つまり、スクロール圧縮機100では、直線状の穴を開け、開閉弁30とバックプレート31とを設置するだけである。そのため、例えば、開閉弁の弁座部に対して冷媒流路の溝を設ける等の複雑な加工が不要である。そのため、加工工数の低減を図ることができる。
また、インジェクションパイプ41を固定スクロール1の台板部1aの側部に取り付ければよいので、インジェクションパイプ41を密閉容器10の側部に設けられる。そのため、インジェクションパイプ41に接続する配管は、密閉容器10の側部に配置すればよく、密閉容器10の上側に配置する必要がない。一般に、圧縮機を備えるヒートポンプ装置を小型化する場合、いわゆる室外機において密閉容器10の上下側のスペースに余裕がなくなる。ここで、スクロール圧縮機100であれば、インジェクションパイプ41に接続する配管を密閉容器10の上側に配置しなければならない圧縮機に比べ、密閉容器10の上側のスペースを節約でき、ヒートポンプ装置の小型化が可能となる。
実施の形態2では、板バネにより構成された開閉弁32を用いるスクロール圧縮機100について説明する。
実施の形態2に係るスクロール圧縮機100では、上述したように、板バネにより構成された開閉弁32を用いる。開閉弁32は、流入室連通路1gを覆うように設けられる。
インジェクション運転を行っている場合のように、冷媒流入室1e側の冷媒の圧力が圧縮室20内の冷媒の圧力よりも高い場合には、開閉弁32はバックプレート33側へ押し曲げられる。そして、流入室連通路1gからインジェクション冷媒が開閉弁室1fへ流入し、圧縮室連通路1hを通って圧縮室20内へ流入する。
一方、インジェクション運転を行っていない場合のように、冷媒流入室1e側の圧力が圧縮室20内の圧力よりも低い場合には、開閉弁32は流入室連通路1g側へ押し付けられる。そのため、圧縮室20から逆流して開閉弁室1fへ流入した冷媒は、流入室連通路1gから冷媒流入室1eへ流出しない。
以上の実施の形態に係るスクロール圧縮機は、
密閉容器内に、固定スクロール及び揺動スクロールを噛み合わせ、固定スクロールに対して揺動スクロールを自転なしに公転運動させることにより、両スクロールの板状渦巻歯で形成される圧縮室で圧縮された冷媒を、固定スクロール中心部に設けた吐出ポートから、固定スクロール背面の吐出空間に吐出し、また圧縮室へ流入される冷媒の圧力と圧縮室から吐出された冷媒の圧力との中間圧の冷媒を圧縮過程の中間部へインジェクションすることが可能なスクロール圧縮機において、
固定スクロールの側面から内部を貫通し圧縮室連通路を通して圧縮室に流入する冷媒流入室の途中に2つの開閉弁と2つの開閉弁を収納する開閉弁室を有し、また開閉弁室を密閉する1つのバックプレートを有することを特徴とする。
また、上記説明では、スクロール圧縮機100における固定スクロール1の台板部1aに、冷媒流入室1eや開閉弁室1f等を設ける例を説明した。しかし、これに限らず、固定スクロール1の台板部1aとは別に、冷媒流入室1eや開閉弁室1f等を設ける構成としてもよい。
Claims (14)
- 圧縮機と、放熱器と、第1膨張弁と、蒸発器とが順次接続された主冷媒回路と、
前記主冷媒回路における前記放熱器と前記第1膨張弁との間と、前記圧縮機に設けられたインジェクションパイプとを繋ぎ、第2膨張弁が設けられたインジェクション回路と、
前記第2膨張弁の開度が小さくなると前記圧縮機の前記インジェクションパイプから圧縮室までの流路を閉鎖し、前記第2膨張弁の開度が大きくなると前記圧縮機の前記インジェクションパイプから前記圧縮室までの流路を開放する機構と
を備え、
前記機構は、
前記流路の途中に設けられ、前記インジェクション回路から前記インジェクションパイプを介して冷媒が流入する冷媒流入室と、
前記流路のうち前記冷媒流入室と前記圧縮室との間において、前記冷媒流入室と前記圧縮室とに接続されて設けられた開閉弁室であって、前記冷媒流入室との接続口と前記圧縮室との接続口とが室内の同一面内に形成され、前記冷媒流入室側の冷媒と前記圧縮室側の冷媒との間の圧力差により前記冷媒流入室との接続口を開閉する開閉弁が設けられた開閉弁室と
を備え、
前記開閉弁は、前記開閉弁室内を所定の移動方向へ移動可能に設けられ、前記冷媒流入室との接続口を閉鎖した場合に、前記圧縮室との接続口と重なる位置に孔が形成された
ことを特徴とするヒートポンプ装置。 - 前記機構は、前記主冷媒回路を流れる冷媒と前記インジェクション回路を流れる冷媒との間の圧力差で動作することを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ装置。
- 前記開閉弁は、板状の部材である
ことを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ装置。 - 圧縮室を形成し、前記圧縮室に吸入された吸入圧の吸入冷媒を吐出圧まで圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部が形成した前記圧縮室において、前記吸入冷媒が前記吸入圧よりも高く前記吐出圧よりも低い中間圧となる中間圧部へインジェクション冷媒を注入する冷媒注入部とを備え、
前記冷媒注入部は、
外部から前記インジェクション冷媒が流入する冷媒流入室と、
前記冷媒流入室と前記圧縮室の前記中間圧部とに接続された開閉弁室であって、前記冷媒流入室との接続口と前記中間圧部との接続口とが室内の同一面内に形成され、前記冷媒流入室側の冷媒と前記中間圧部側の冷媒との間の圧力差により前記冷媒流入室との接続口を開閉する開閉弁が設けられた開閉弁室とを備え、
前記開閉弁は、前記開閉弁室内を所定の移動方向へ移動可能に設けられ、前記冷媒流入室との接続口を閉鎖した場合に、前記中間圧部との接続口と重なる位置に孔が形成された
ことを特徴とするインジェクション対応圧縮機。 - 前記開閉弁は、板状の部材である
ことを特徴とする請求項4に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記開閉弁には、ガイド孔が形成され、前記開閉弁室内に設けられ前記移動方向に伸びたガイド棒が、前記ガイド孔を貫通して設けられた
ことを特徴とする請求項5に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記開閉弁室は、前記冷媒流入室との接続口と前記中間圧部との接続口とが底面に形成された円柱形に形成され、
前記開閉弁は、前記ガイド孔が形成された円形板状の部材であり、前記ガイド棒が前記ガイド孔と噛み合うことにより、前記ガイド棒を軸として回転しないように設けられた
ことを特徴とする請求項6に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記開閉弁室は、前記冷媒流入室との接続口と前記中間圧部との接続口とが底面に形成された円柱形に形成され、
前記開閉弁は、前記開閉弁室の底面の円よりも小さい径の円形であり、前記ガイド棒の外周とほぼ同一寸法で同一形状のガイド孔が形成された
ことを特徴とする請求項6に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記圧縮部は、揺動台板の上面側に揺動渦巻歯が形成された揺動スクロールと、前記揺動スクロールの前記揺動渦巻歯と噛みあって前記圧縮室を形成する固定渦巻歯が固定台板の下面側に形成された固定スクロールとを有し、
前記冷媒流入室は、前記固定台板の側部から内部に形成された部屋であり、
前記開閉弁室は、前記固定台板の上面側に形成された部屋である
ことを特徴とする請求項4に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記開閉弁室は、前記固定台板の上面側に形成された窪みがバックプレートにより蓋をされ形成された部屋である
ことを特徴とする請求項9に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記圧縮部は、前記揺動スクロールの前記揺動渦巻歯と前記固定スクロールの前記固定渦巻歯とが噛み合って対をなす圧縮室を形成し、
前記開閉弁室は、前記対をなす圧縮室の各圧縮室に対応して設けられた
ことを特徴とする請求項9に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記インジェクション対応圧縮機は、さらに、
前記圧縮部と前記冷媒注入部とを内部に収納する密閉容器と、
前記密閉容器の側面部を貫通して設けられ、外部から前記冷媒流入室へ前記インジェクション冷媒を流入させるインジェクションパイプと
を備えることを特徴とする請求項4に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 前記密閉容器は、下側容器と、前記下側容器と組み合わさって内部に密閉空間を形成する上側容器とを有し、
前記インジェクションパイプは、前記下側容器の側面部を貫通して設けられた
ことを特徴とする請求項12に記載のインジェクション対応圧縮機。 - 揺動渦巻歯を揺動台板の一方面側に形成し、
固定渦巻歯を固定台板の一方面側に形成し、
前記固定台板の側部に側部穴を形成し、
前記固定台板の他方面側に、窪みを形成し、
前記窪みの底面と前記側部穴とを連通する第1連通孔と、前記窪みの底面と前記固定台板の前記一方面側とを連通する第2連通孔とを前記固定台板に形成し、
前記固定台板に形成された前記窪みに、前記第1連通孔を開閉する開閉弁を配置し、
前記開閉弁が配置された前記窪みの開口部を塞ぐようにバックプレートを前記固定台板に取り付け、
前記揺動渦巻歯を形成した前記揺動台板を密閉容器内に配置し、
前記固定渦巻歯と前記揺動渦巻歯とを噛み合わせて圧縮室を形成するように、前記固定渦巻歯を形成した前記固定台板を前記密閉容器内に配置し、
前記密閉容器の外部から前記圧縮室へ吸入冷媒を流入させる吸入パイプを前記圧縮室の吸入口に接続し、
前記密閉容器の外部から前記側部穴へインジェクション冷媒を流入させるインジェクションパイプを前記側部穴に接続する
ことを特徴とするインジェクション対応スクロール圧縮機の製造方法。
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