JP7398642B2 - インジェクション機構付き圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、インジェクションサイクルに用いるインジェクション機構付き圧縮機に関するものである。
特許文献1は、従来のインジェクションサイクルに用いるスクロール型のインジェクション機構付き圧縮機を示す。この圧縮機のインジェクション機構は、固定スクロール外面側から圧縮室まで壁厚方向に貫通するインジェクション通路を備え、このインジェクション通路の外面側に逆止弁室を形成し、前記逆止弁室の外面側に、逆止弁となるバルブシートを挟んでインジェクションパイプ付きブロックを組み付けている。インジェクション機構部分のデッドボリュームを小さくして、圧縮流体再膨張等による効率低下を抑制し高効率化を図っている。
特開平11-107950号公報
本開示は、上記インジェクション機構の構造を合理化して、固定スクロールを大型化させることなく、高効率で信頼性が高くかつ低コストなインジェクション機構付き圧縮機を提供する。
本開示のインジェクション機構付き圧縮機は、固定スクロールの羽根のインボリュート伸開角延長側部分に固定スクロールの外周面から径方向に圧縮室へと繋がるインジェクション通路と前記インジェクション通路の途中に位置する逆止弁室を形成し、前記逆止弁室には前記インジェクション通路を開閉するシート状の逆止弁を配置するともに、前記インジェクション通路の前記圧縮室へと繋がるインジェクション吐出通路と前記逆止弁室とを前記固定スクロールの外面に面して開口する形状とし、前記インジェクション吐出通路と前記逆止弁室の開口には前記逆止弁を挟持させて蓋体を取り付け、前記インジェクション吐出通路と前記逆止弁室とを前記蓋体で密閉することにより前記固定スクロール内に前記インジェクション通路を形成した構成としてある。
本開示のインジェクション機構付き圧縮機は、固定スクロールの羽根のデッドスペースとなっている羽根のインボリュート伸開角延長側部分に、インジェクション通路及び逆止弁室を形成し逆止弁を設けてインジェクション機構部を構成している。よって、固定スクロールを大きくすることなくインジェクション機構部の逆止弁となるバルブシートの全長を長くし、その開閉ストロークを大きくしてインジェクション流体の流れを円滑化できる。そして、インジェクション効率を高め、バルブシートの信頼性を向上させることができる。また、先行文献技術のようなインジェクションパイプ付きブロック等の別部品を後付けすることなく、固定スクロール単体でインジェクション機構部を組み立てることができるので、組み立て性が向上し、且つ、固定スクロール外面に装着固定するマフラー形成用蓋等の部品の共用化も進めて低コスト化を図ることができる。したがって、信頼性が高く高効率かつ低コストなインジェクション機構付きの圧縮機とすることができる。
実施の形態1におけるインジェクション機構付き圧縮機の縦断面図 同インジェクション機構付き圧縮機の圧縮機構部分を示す拡大断面図 同インジェクション機構付き圧縮機の固定スクロールを上から見た平面図 同インジェクション機構付き圧縮機の固定スクロールの要部を示す拡大平面図 図4のA-A線断面図 実施の形態1におけるインジェクション機構付き圧縮機の蓋体を示す斜視図
(本開示の基礎となった知見等)
発明者らが本開示に想到するに至った当時、特許文献1に記載されたインジェクション機構付きスクロール圧縮機があった。このインジェクション機構付き圧縮機は、固定スクロールの外面側から圧縮室まで壁厚方向にインジェクション通路を貫通させて形成する。このインジェクション通路が開口する固定スクロールの外面にリードバルブ等のシート状の逆止弁を挟持するように、インジェクションパイプ付きブロックを組み付けている。しかしながら、ブロック組付けのためのネジ穴を固定スクロールの羽根対向部の薄い鏡板部に形成しなければならないので、当該羽根対向部分の鏡板の鏡板厚を大きくする必要があり、大型化するという課題があった。又、インジェクションパイプ付きブロックを、固定スクロール外面の平面上にリードバルブを挟持するように組み付ける必要があり、固定スクロールの外面にインジェクションパイプ付きブロックが存在してしまう。よって、ブロックと固定スクロールの外面に装着固定するマフラー形成用蓋等の部品との位置合せが必要となり組立性が悪化するとともに、マフラー形成用蓋等の部品はインジェクション機構なしタイプの圧縮機のものと共用することができず、専用のマフラー形成用蓋等の部品を必要としてコスト高になるという課題もあった。
更に、インジェクション効率を上げるべく前記シート状の逆止弁の全長を長くして開閉ストロークを大きくし、インジェクション流体の流れを円滑なものにしようとすれば、インジェクション通路の固定スクロール外面側に開口する如く凹設してある逆止弁室を、逆止弁全長を長くした分だけある程度の容積のあるものとする必要がある。そのため、圧縮室に繋がるインジェクション通路総容積を増加させてしまい、圧縮流体の体積が大きく膨張して、圧縮機の効率を低下させてしまうという課題もあった。
発明者らはこのような課題を見出し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。
そこで本開示は、上記インジェクション機構の構成を合理化して、固定スクロールを大型化等させることなく高効率で信頼性が高くかつ低コストなインジェクション機構付き圧縮機を提供する。
以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
(実施の形態1)
以下、図1~図6を用いて、実施の形態1を説明する。
[1-1.構成]
図1は本開示の実施の形態に係るスクロール型のインジェクション機構付き圧縮機の縦断面図、図2は図1の圧縮機構部の要部拡大断面図である。以下、本実施の形態に係るインジェクション機構付き圧縮機について、その構成、作用を説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係るインジェクション機構付き圧縮機は、密閉容器1と、密閉容器1の内部一端側に内蔵したスクロール式の圧縮機構2と、圧縮機構2を駆動するモータ部3と、密閉容器1の内部他端側底部に設けられたオイルポンプ4とを備える。オイルポンプ4はオイル溜め5内のオイル6を潤滑対象部へ送り出している。
圧縮機構2は、図2に示すように、固定スクロール11の鏡板11bから立ち上がった羽根11aと、旋回スクロール12の鏡板12cから立ち上がった羽根12a同士を従来同様に噛み合わせて構成する。旋回スクロール12を自転させず円軌道運動させるように旋回駆動することによって、固定スクロール11と旋回スクロール12との間に形成する一対の圧縮室13を、固定スクロール11の鏡板11bに設けられた吸込口14に通じる外周側から、固定スクロール11の鏡板11bに設けられた吐出口15に通じる中心側に移動させながら、密閉容積を縮小して、冷媒を圧縮して吐出する。
これら固定スクロール11の支持および旋回スクロール12の駆動と、吸込み圧縮して吐出する圧縮流体の密閉容器1内での経路構造は、どのように構成されてもよい。また、オイルポンプ4もどのようなタイプのものでもよい。本実施の形態1では、圧縮機構2は密閉容器1の一端側に固定した主軸受部材7aに固定スクロール11をボルト止めして一体化し、これら主軸受部材7aと固定スクロール11との間に、固定スクロール11とかみ合わせた旋回スクロール12を挟み込んで構成している。また、モータ部3は、図1に示すように、密閉容器1に溶接などして固設した環状の固定子3aと、これの内側に配した回転子3bとで構成し、回転子3bに圧縮機構2の旋回スクロール12を旋回駆動するクランク軸8を固定してある。
クランク軸8の主軸8bは密閉容器1に溶接などして固定した副軸受部材7bと主軸受部材7aによって軸受されている。主軸8bの端部偏心位置には偏心軸8cが設けられ、旋回スクロール12と嵌合する。主軸8bが回転されると、主軸受部材7aと旋回スクロール12との間に設けたオルダムリング16との協働により、旋回スクロール12を固定スクロール11に対し自転させずに円軌道運動するように旋回させ、圧縮室13内の作動流体を圧縮するようになっている。
圧縮室13の吸込口14にはガス吸込み管17が接続される。圧縮室13で圧縮された冷媒ガスは吐出口15から吐出され、固定スクロール11の上部外面にマフラー形成用蓋18を覆着して形成したマフラー室19、これに連通した密閉容器1の上部空間1aを介して、ガス吐出管20から外部に吐出される。
オイルポンプ4はクランク軸8によって圧縮機構2とともに駆動される。オイル溜め5内のオイル6は、クランク軸8に縦通形成したオイル通路8aに送り出され、各部隙間や所定の通路を通って、圧縮機構2内に供給されるとともに、残りは下部のオイル溜め5内に戻される。
前記ガス吐出管20からガス吸込み管17までの間には、図示しない凝縮器、膨張弁、気液分離器、キャピラリーチューブ、および蒸発器などの冷凍機構用の機器が順次接続され、密閉容器1内の圧縮機構2を含めて全体が環状に接続されたヒートポンプタイプの冷凍サイクルを構成する。このような冷凍サイクルによって、低負荷な冷房と高負荷な暖房とが行え、そのために図示しない切り換え構造を有している。
次にインジェクション機構の構成について説明する。図3は固定スクロール11を上から見た平面図、図4は固定スクロール11の要部、つまりインジェクション機構部分を示す拡大平面図、図5は図4のA-A線断面図、図6は蓋体を示す斜視図である。
固定スクロール11の鏡板11bには、図3、図4に示すようにその外周面から径方向に圧縮室13へと繋がりガスインジェクションを行うインジェクション通路21を形成する。また、その固定スクロール11内のインジェクション通路21途中には、固定スクロールの羽根11aのインボリュート伸開角延長側部分に逆止弁室22を形成し、前記逆止弁室22にリードバルブからなるシート状の逆止弁23を組み込んでいる。
上記インジェクション通路21には逆止弁23を介して図1、図2に示すインジェクション管24が接続され、このインジェクション管24には前記気液分離器から分岐するガス冷媒供給管(図示せず)が接続されている。これによって圧縮室13には気液分離器で気液分離された気相部分のガス冷媒が、ガス冷媒供給管、インジェクション管24、インジェクション通路21を通じてインジェクションされ、一旦インジェクションされた冷媒の逆流がリードバルブからなる逆止弁23によって阻止される。このようなガスインジェクションは圧縮機構2での圧縮機の効率を増大させる。
前記ガスインジェクションは冷凍装置の運転状態に応じて適時になされればよく、これの遮断、遮断解除を制御するため、冷媒供給管の途中には二方電磁弁(図示せず)が設けられ、冷凍装置の運転とともに適宜開閉制御されるようになっている。この制御は例えば冷凍装置の動作制御と共にマイクロコンピュータによって行えるが、特にこれに限られることはない。また、運転の多様化のために、本実施の形態では、冷暖房の兼用できるヒートポンプタイプのものであるのに加え、モータ部3を例えばインバータ制御して旋回スクロール12を可変速に旋回駆動できる。
前記インジェクション機構は前記の如き構成とすればよいが、特に、本実施の形態では、以下のように構成している。すなわち、図4、図5に拡大して示すように、固定スクロール11には、外周面から径方向に圧縮室13へと繋がるインジェクション入口通路21aを形成し、上記インジェクション入口通路21aには、当該インジェクション入口通路21aを圧縮室13へと繋ぐインジェクション吐出通路21bを一体に有する逆止弁室22を掘り込み形成することにより、インジェクション通路21としている。
上記インジェクション通路21及び逆止弁室22は、固定スクロール11の羽根11aのインボリュート伸開角延長側部分に形成してあり、逆止弁室22は、固定スクロール11の壁厚方向に形成したインジェクション連絡通路21cを介して前記インジェクション入口通路21aと連通している。そして、上記逆止弁室22は、前記インジェクション連絡通路21c部分側を一端として、前記インジェクション入口通路21aと鋭角に交差するように形成し、前記インジェクション連絡通路21c、インジェクション吐出通路21bの上面とともに固定スクロール11の外面に面して開口している。
さらに、上記逆止弁室22とインジェクション連絡通路21cとインジェクション吐出通路21bの上面開口には、シート状の逆止弁23を挟み込むように蓋体25が装着してある。逆止弁23は、前記逆止弁室22のインジェクション連絡通路21cを開閉するリードバルブからなる。
蓋体25によって挟持される逆止弁23は前記逆止弁室22に沿うように長細く形成され、一端を固定スクロール11にビス26にて共締め固定され、他端部側は前記インジェクション連絡通路21cを開閉する弁部23aとなっている。
又、蓋体25は、前記逆止弁室22周縁の浅い掘り込み凹部27にシール部材28を介して嵌め込み、前記逆止弁室22とインジェクション連絡通路21cとインジェクション吐出通路21bの上面開口を外部から遮蔽して密閉する如く、固定スクロール11の外面に固定してある。そして、本実施の形態の蓋体25は、前記一端のビス止め部から逆止弁室22内に嵌まり込んでデッドボリュームとなるスペースを低減するとともに、逆止弁23の最大開き角度を規制する弁止め部29aを有した弁押さえ部29が一体形成してある。上記弁止め部29aは、逆止弁23が当たる面側が円弧状に薄肉化されている。なお、上記弁押さえ部29は蓋体25に一体形成することなく別体物としてもよい。また、シール部材28は図4に示す如く、センター線Zを中心にして左右対称な形状としてある。
[1-2.動作]
以上のように構成されたインジェクション機構付き圧縮機ついて、以下その動作、作用について説明する。
本実施の形態のインジェクション機構付き圧縮機において、インジェクションが行なわれると、逆止弁23はインジェクション圧によって押し開かれてインジェクションが達成される。インジェクションが行なわれないとき、逆止弁23は自身の復元力によって閉じ、あるいはこれに圧縮室13での圧縮による流体圧力が加わって閉じ力を増すため、圧縮室13での圧縮流体が逆止弁23を越えてインジェクション管24の側に逃げるのを阻止して逆止弁機能を発揮し前記圧縮が達成される。
ここで、このインジェクション機構付き圧縮機は、固定スクロールの羽根11aのデッドスペースとなっている羽根のインボリュート伸開角延長側部分に、インジェクション連絡通路21c及び逆止弁室22を形成して逆止弁23を設けている。よって、逆止弁23は図3に例示したように、固定スクロール11の外径を現状維持のまま、つまり大きくすることなくその全長を長くして、開閉ストロークを大きくすることができる。したがって、圧縮機を大型化させることなく、逆止弁23の弁座部となるインジェクション連絡通路21cを流れる冷媒等のインジェクション流体の流れを円滑にすることができ、インジェクション効率を上げて圧縮機の効率を向上させることができる。特に本実施の形態では、逆止弁23の最大開き位置を規制する弁押さえ部29の弁止め部29aを円弧状にしているので、逆止弁23の先端側は弁止め部29aを直線状の傾斜面として形成した場合に比べ、その先端部分の開き角度を大きくすることができる。したがって、インジェクション流体の流れ抵抗を減少させてインジェクション効率をより向上させることができる。
また、逆止弁23の全長を長くすることによって、逆止弁23のシート開閉時における屈曲度合を穏やかにすることができる。よって、全長が短い逆止弁シートを用いて同程度のインジェクション流量を確保しようとした場合に懸念されるシートの鋭角な屈曲開閉による折れや、屈曲癖による開閉動作の不安定化を防止でき、開閉動作を安定化して信頼性の高いものとすることができる。特に本実施の形態では上記した如く、逆止弁23の最大開き位置を規制する弁押さえ部29の弁止め部29aを円弧状にしているので、弁止め部29aを直線状の傾斜面とした場合に比べ、逆止弁23の屈曲変形開始点に掛かる応力を低減することができ、シート折れや屈曲癖の発生等を効果的に低減して信頼性をより高いものとすることができる。
また、本実施の形態では、上記逆止弁23の全長を長くするために必要となる長細い逆止弁室22の逆止弁開閉ストローク用空間以外のデッドスペース部分に弁押さえ部29が嵌まり込んでこのデッドスペースを無くしているので、逆止弁室22を含むインジェクション通路容積、つまりデッドボリュームを必要最小限まで小さくすることができる。したがって、圧縮流体再膨張等による効率低下を効果的に抑制することができ、圧縮機を高効率にすることができる。すなわち、圧縮機運転の多様化で暖房時などの高負荷運転にて行なうガスインジェクションを、冷房時などの低負荷運転では行なわないようなときに、デッドボリューム内の冷媒や潤滑油が再膨張するようなことがあっても、その影響を少なくして、低負荷運転での圧縮機の効率、性能を向上することができる。さらに潤滑油がデッドボリュームに侵入しても、潤滑油量が少ないことにより、圧縮機構2の摺動部の潤滑性が低下するのを軽減して性能及び信頼性の低下を防止することができる。
また、本実施の形態では、上記逆止弁室22とインジェクション連絡通路21cとインジェクション吐出通路21bの上面開口を塞ぐ蓋体25と固定スクロール11との嵌合面には、シール部材28を設けているので、逆止弁室22、インジェクション連絡通路21c、インジェクション吐出通路21bからなるインジェクション通路21への高圧冷媒ガスの漏れ込みを防止できる。よって、更に高効率なインジェクション機構付き圧縮機とすることができる。
また、上記逆止弁機能を含むインジェクション機構部分は、固定スクロール11の外面を掘り込んで逆止弁室22とインジェクション連絡通路21cとインジェクション吐出通路21bを形成して、その上面開口を蓋体25で密閉することにより構成しているので、当該インジェクション機構部は固定スクロール11のみで単独に構成されることになる。よって、先行技術のようにインジェクションパイプ付きブロック等を後付けすることなく固定スクロール単体でインジェクション機構部を組み立てることができ、組み立て性、つまり生産性を向上させることができる。また、蓋体25に逆止弁開閉時の弁止めとなる弁止め部29aを一体形成しているので、蓋体25と弁止め部29aを別々に組み付ける必要もなく、更に生産性を上げることができる。加えて逆止弁室22とインジェクション連絡通路21cとインジェクション吐出通路21bの上面開口を塞ぐ蓋体25のシール部材28はセンター線を中心に左右対称形状としているので、固定スクロール11外面の掘り込み凹部27への組み付け時に向きを合わせる煩わしい手間も不要となり、生産性を更に向上させることができる。
加えて、上記逆止弁室22とインジェクション連絡通路21cとインジェクション吐出通路21bの上面開口にビス止めする蓋体25をビス止めする部分は、インボリュート伸開角延長側部分の羽根構成のない部分としているので、蓋体25をビス止めするためのネジ穴を付設するに際し、固定スクロール11の鏡板を厚くする必要もなく、大型化することをも防止できる。
又、本実施の形態では、前記固定スクロール11の外面はインジェクションパイプ付きブロックが存在しないので、固定スクロール外面に装着固定するマフラー形成用蓋18を、インジェクション機構がないものと共用化することもでき、前記生産性向上によるコストダウンに加え更なるコストダウンを図ることができる。
[1-3.効果等]
以上のように、本開示のインジェクション機構付き圧縮機は、固定スクロールの羽根のインボリュート伸開角延長側部分に固定スクロールの外周面から径方向に圧縮室へと繋がるインジェクション通路とインジェクション通路の途中に位置する逆止弁室を形成し、前記逆止弁室には前記インジェクション通路を開閉するシート状の逆止弁を配置するともに、前記インジェクション通路の圧縮室へと繋がるインジェクション吐出通路と前記逆止弁室とを前記固定スクロールの外面に面して開口する形状とし、前記インジェクション吐出通路と前記逆止弁室の開口には前記逆止弁を挟持させて蓋体を取り付け、前記インジェクション吐出通路と前記逆止弁室とを前記蓋体で密閉することにより固定スクロール内にインジェクション通路を形成する。したがって、固定スクロールを大型化等させることなく、高効率で信頼性が高くかつ低コストなインジェクション機構付き圧縮機とすることができる。
すなわち、固定スクロールの羽根のデッドスペースとなっている羽根のインボリュート伸開角延長側部分に、インジェクション通路及び逆止弁室を形成しバルブシートを設けてインジェクション機構部を構成している。よって、固定スクロールを大型化することなくインジェクション機構部の逆止弁となるバルブシートの全長を長くしてその開閉ストロークを大きくすることができ、効率を高めると同時に信頼性を向上させることができる。また、インジェクションパイプ付きブロック等の別部品を取り付けすることなく、固定スクロール単体でインジェクション機構部を組み立てることができるので、組み立て性が向上し、且つ、固定スクロール外面に装着固定するマフラー形成用蓋等の部品を共用化して低コストを図ることもできる。したがって、信頼性が高く高効率かつ低コストなインジェクション機構付きの圧縮機とすることができる。
また、上記スクロール圧縮機において、前記蓋体にインジェクション通路開閉用の逆止弁の弁押さえ部を一体に設けた構成としておけば、インジェクション通路のデッドボリュームを必要最小限まで小さくして、圧縮流体再膨張等による効率低下を効果的に抑制することができる。したがって、圧縮機をより高効率化することができる。
更に、上記スクロール圧縮機において、前記固定スクロールと蓋体との嵌合面にシール部材を設けた構成としておけば、インジェクション通路への高圧冷媒ガスの漏れを防止しできる。したがって、更に高効率なインジェクション機構付き圧縮機とすることができる。
更にまた、上記スクロール圧縮機において、前記蓋体のシール部材を左右対称形状とした構成としておけば、シール部材の取り付けが容易となり、更に生産性を向上させることができる。
以上、本開示における技術の実施の形態を説明したが、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本発明のインジェクション機構付き圧縮機は、固定スクロールを大型化等させることなく高効率で信頼性が高くかつ低コストなインジェクション機構付き圧縮機とすることができる。よって、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷凍装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に有用である。
1 密閉容器
1a 上部空間
2 圧縮機構
3 モータ部
3a 固定子
3b 回転子
4 オイルポンプ
5 オイル溜め
6 オイル
7a 主軸受部材
7b 副軸受部材
8 クランク軸
8a オイル通路
8b 主軸
8c 偏心軸
11 固定スクロール
11a 羽根
11b 鏡板
12 旋回スクロール
12a 羽根
12c 鏡板
13 圧縮室
14 吸込口
15 吐出口
16 オルダムリング
17 ガス吸込み管
18 マフラー形成用蓋
19 マフラー室
20 ガス吐出管
21 インジェクション通路
21a インジェクション入口通路
21b インジェクション吐出通路
21c インジェクション連絡通路
22 逆止弁室
23 逆止弁
23a 弁部
24 インジェクション管
25 蓋体
26 ビス
27 掘り込み凹部
28 シール部材
29 弁押さえ部
29a 弁止め部

Claims (4)

  1. 圧縮室が吸入位置から吐出位置への変位によって密閉容積が縮小し、前記吸入位置で吸入した流体を圧縮して前記吐出位置で外部に吐出するのに、前記圧縮室に逆止弁を介し圧縮対象流体をインジェクションするインジェクション機構付き圧縮機であって、前記圧縮室を形成する固定スクロールの羽根のインボリュート伸開角延長側部分に前記固定スクロールの外周面から径方向に前記圧縮室へと繋がるインジェクション通路と前記インジェクション通路の途中に位置する逆止弁室を形成し、前記逆止弁室には前記インジェクション通路を開閉するシート状の逆止弁を配置するともに、前記インジェクション通路の前記圧縮室へと繋がるインジェクション吐出通路と前記逆止弁室とを前記固定スクロールの外面に面して開口する形状とし、前記インジェクション吐出通路と前記逆止弁室の開口には前記逆止弁を挟持させて蓋体を取り付け、前記インジェクション吐出通路と前記逆止弁室とを前記蓋体で密閉することにより前記インジェクション通路を前記固定スクロール内に形成したインジェクション機構付き圧縮機。
  2. 前記蓋体にインジェクション通路開閉用の逆止弁の弁押さえ部を一体に設けた請求項1記載のインジェクション機構付き圧縮機。
  3. 前記固定スクロールと前記蓋体との嵌合面にシール部材を設けた請求項1もしくは2記載のインジェクション機構付き圧縮機。
  4. 前記蓋体の前記シール部材は左右対称形状とした請求項3に記載のインジェクション機構付き圧縮機。

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