JPH11107968A - 圧縮機のインジェクション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インジェクションの遮断、遮断解除の機構を
利用して、低負荷運転時の効率を上げることを目的とす
る。 【解決手段】 圧縮室１３へのインジェクション経路５
０の途中に、インジェクション経路５０を開いてインジ
ェクションが行なわれるようにするインジェクション状
態と、インジェクション経路５０の上流側５０ａを閉じ
てインジェクションを遮断するとともに、下流側５０ｂ
を圧縮室１３への吸込み経路６０に通じさせるインジェ
クション遮断状態とに切り替わる切替え弁５６を設け
て、インジェクション遮断状態で圧縮室１３での圧縮流
体の一部を吸込み経路６０にバイパスさせて、吐出流量
を抑えることにより、上記の目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種圧縮機に圧縮対
象流体をインジェクションして圧縮対象流体の過給を図
るようにした圧縮機のインジェクション装置に関し、主
として業務用および家庭用の冷凍空調に使用される圧縮
機のインジェクション装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷凍空調用の電動圧縮機としては、圧縮
部がレシプロ式のもの、ロータリー式のもの、スクロー
ル式のものがある。現在はコスト、性能面等でそれぞれ
特徴を活かして成長してきている。中でもスクロール式
の圧縮機が高効率、低騒音、低振動という特徴を活かし
て実用化されてきた。

【０００３】特開平０８−１４４９７１号公報は、スク
ロール圧縮機で固定スクロールと旋回スクロールとの間
に形成される圧縮室に、気液分離器で分離された中間圧
の冷媒ガスを逆止弁を介してインジェクションして、ス
クロール圧縮機の特徴である緩やかな圧縮を利用して、
安定的に、効率のよいガスインジェクションを実現する
ようにしたものを開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、運転モード
の多様化は、圧縮機もインバータ制御などによって速度
可変に運転してその時々に最適な運転状態が得られるよ
うにすることや、ガスインジェクションを暖房などの高
速運転となる高負荷運転時には行なっても、冷房など低
速運転となる低負荷運転時には遮断すると言ったように
運転モードによっては遮断したり、遮断を解除したりす
ることが必要になってきている。

【０００５】しかし、このような可変速運転と、ガスイ
ンジェクションの遮断、遮断解除とを適宜行うのに、上
記従来のものでは運転速度やガスインジェクションの遮
断、遮断解除の違いにかかわらず、圧縮容積は一定のま
まであるため、最小ないしは中間の低負荷運転の効率確
保に限度があり、効率を十分に上げられない。

【０００６】本発明の目的は、インジェクションの遮
断、遮断解除の機構を利用して、低負荷運転時の効率を
上げられる圧縮機のインジェクション装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】圧縮室が吸込み位置から
吐出位置への変位によって密閉容積が縮小し、吸込み位
置で負荷サイクルから吸入した流体を圧縮して吐出位置
で負荷サイクルへ吐出するのに、負荷サイクル途中の気
液分離されたガス流体を圧縮室にインジェクションする
圧縮機のインジェクション装置において、上記の目的を
達成するために、本発明は、圧縮室へのインジェクショ
ン経路の途中に、インジェクション経路を開いてインジ
ェクションが行なわれるようにするインジェクション状
態と、インジェクション経路の上流側を閉じてインジェ
クションを遮断するとともに、下流側を圧縮室への吸込
み経路に通じさせるインジェクション遮断状態とに切り
替わる切替え弁を設けたことを１つの特徴としている。

【０００８】このような構成では、負荷サイクルの高負
荷運転時に切替え弁をインジェクション状態にすること
により圧縮対象流体の過給を行い、その吐出流量を増大
することで、高負荷運転時の負荷サイクルを高効率に運
転できるし、低負荷運転時には切替え弁をインジェクシ
ョン遮断状態にしてインジェクションによる過給をなく
すのに併せ、圧縮室での圧縮流体の一部をインジェクシ
ョン経路の下流側および切替え弁を通じ圧縮室への吸込
み経路にバイパスさせて、圧縮室の実際容積はそのまま
でもそれよりも小さな容積に対応する吐出流量に抑える
ので、低負荷運転時の負荷サイクルの運転を高効率に達
成することができる。従って、低負荷運転から高負荷運
転まで高効率になり、年間消費電力も低減する。設定温
度まで高負荷運転にて早期に立ち上げた後、低負荷運転
に切り換えたり、就寝中ないしは就寝中の所定時間の間
低負荷運転にするなど、低負荷運転の割合が多い場合に
特に有効である。

【０００９】本発明は、また、切替え弁を設けるインジ
ェクション経路上の位置は、インジェクション遮断状態
で、圧縮室内の圧縮流体を圧縮室への吸込み経路にバイ
パスさせるバイパス流量を所定の範囲に規制する通路抵
抗が得られるように設定したこともさらなる特徴として
いる。

【００１０】このような構成では、インジェクション遮
断状態で、圧縮室内の圧縮流体が圧縮室への吸込み経路
にバイパスするのに、切替え弁のインジェクション経路
での位置設定によって、圧縮室内の圧縮流体を圧縮室へ
の吸込み経路にバイパスさせるときの通路抵抗を制御し
て、バイパス流量を所定の範囲に規制することができ、
どのようなインジェクション構造の場合でも過不足のな
い所定のバイパス量を実現し、低負荷運転時の高効率化
を保証することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の代表的な実施の形
態について図１参照しながら詳細に説明する。

【００１２】本実施の形態は冷凍空調用の横向き設置型
のスクロール圧縮機とした場合の一例で、図１に要部の
構成を示している。

【００１３】これにつき説明すると、密閉容器１内に
は、一端部にスクロール式の圧縮機構２が、中間部に圧
縮機構２を駆動する電動機３が、他端部には密閉容器１
の下部にあるオイル溜め５内のオイル４を潤滑対象部へ
送り出すオイルポンプ６とが、それぞれ設けられてい
る。

【００１４】圧縮機構２は固定スクロール１１の鏡板１
１ｄから立ち上がった羽根１１ａと、旋回スクロール１
２の鏡板１２ｄから立ち上がった羽根１２ａどうしを従
来同様に噛み合わせて構成し、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、双方間に形成する一対の圧縮室１３を図１に示す
固定スクロール１１の鏡板１１ｄに設けられた吸込口１
４に通じる外周側から、固定スクロール１１の鏡板１１
ｄ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圧縮を行い吐出する。

【００１５】これらの支持および駆動と、吸込み圧縮し
て吐出する流体の密閉容器１内での案内構造とは、どの
ように構成されてもよい。また、オイルポンプ６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は一端側に固定した主軸受部材９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９
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を挟み込んでいる。電
動機３は密閉容器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とからなり、
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１６を固定してある。

【００１６】クランク軸１６は密閉容器１の他端部側で
密閉容器１に溶接などして固定した図示しない副軸受部
材によって軸受され、反対側にある主軸１８を主軸受部
材９によって軸受されている。副軸受部材および主軸受
部材９は前記軸受のためのすべり軸受２１等を持ってい
る。主軸１８はこれの直径線上を往復移動できるように
保持した偏心軸受２３を介して旋回スクロール１２の鏡
板１２ｄ背面の偏心位置に突出した旋回軸１２ｂと嵌合
し、主軸１８が回転されると主軸受部材９と旋回スクロ
ール１２との間に設けたオルダムリング２８との協働に
より旋回スクロール１２を固定スクロールに対し自転さ
せずに円軌道運動するように旋回させる。しかし、上記
のような軸受構造は種々に変更することができる。

【００１７】本実施の形態１は冷凍空調用のスクロール
圧縮機であることにより、圧縮機構２によって吸込み、
圧縮して吐出する流体は冷媒であり、塩素を含まない例
えばフッ化炭素水素系の冷媒を用いる場合は特に、これ
と相溶性のあるオイル４が用いられ、冷媒に塩素がなく
潤滑性が望めなくてもこれとオイル４が相溶して密閉容
器１内各部の機械的摺動部分に冷媒によって持ち運ばれ
ることで、潤滑性を向上する。

【００１８】吸込口１４にはガス吸込み管３２が接続さ
れ、吐出口１５にはガス吸込み管３２とは逆の側にある
図示しないガス吐出管が、密閉容器１内のオイル溜め５
上の冷媒通路３３を通じて接続されている。

【００１９】オイルポンプ６はクランク軸１６によって
圧縮機構２とともに駆動され、オイル溜め５内のオイル
４をクランク軸１６に縦通形成したオイル通路３５に送
り出し、前記偏心軸受２３に先ず供給する。偏心軸受２
３に供給された後のオイル４の一部は各部隙間や所定の
通路を通って、すべり軸受２１や圧縮機構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。

【００２０】さらに、吐出口１５には圧縮機構２の停止
時に旋回スクロール１２が逆転するのを防ぐための逆止
弁４２と、これの動きを規制する逆止弁ストッパ４３と
が設けられている。

【００２１】前記ガス吐出管から吸込み管３２までの間
には、図１に示すように凝縮器４４、膨張弁４５、気液
分離器４６、キャピラリーチューブ４７、および蒸発器
４８などの冷凍空調用の負荷サイクル機器が順次接続さ
れ、密閉容器１内の圧縮機構２を含めて全体が環状に繋
がったヒートポンプタイプの冷凍サイクルを構成し、低
負荷な冷房と高負荷な暖房とが行えるようにしてあり、
そのために図示しない切り換え構造を有しているものと
する。

【００２２】圧縮室１３を形成する固定部材である固定
スクロール１１の鏡板１１ｄには、図１、図２の（ａ）
に示すように前記一対の圧縮室１３の一方または双方へ
のガスインジェクションを行うインジェクションパイプ
５２が接続され、このインジェクションパイプ５２から
の導入口８５から圧縮室１３にほぼ壁厚方向に延びるイ
ンジェクションポート５１が設けられている。インジェ
クションパイプ５２には前記気液分離器４６からのガス
冷媒供給管５３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４６で気液分離された気相部分のガ
ス冷媒が冷媒供給管５３、インジェクションパイプ５
２、インジェクションポート５１を通じて圧縮室１３へ
インジェクションされる。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ので、
その分だけ暖房能力が向上する。

【００２３】冷凍サイクルの運転の多様化に合わせて、
前記ガスインジェクションは冷凍サイクルの運転状態に
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５３の途中には三方電磁弁５
６が設けられ、冷凍サイクルの冷房、暖房の運転切替え
とともに適宜切り換えられるようになっている。この切
替え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
は冷暖房に併用できるヒートポンプタイプのものである
のに加え、電動機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させられるようにして
ある。

【００２４】特に、本実施の形態では、三方電磁弁５６
は、圧縮室１３への冷媒供給管５３、インジェクション
パイプ５２、およびインジェクションポート５１がなす
インジェクション経路５０の途中に、インジェクション
経路５０を開いてインジェクションが行なわれるように
する図１の（ａ）に示すインジェクション状態と、イン
ジェクション経路５０の上流側５０ａを閉じてインジェ
クションを遮断するとともに、下流側５０ｂを圧縮室１
３への吸込み経路６０に通じさせる図１の（ｂ）に示す
インジェクション遮断状態とに切り替わる切替え弁をな
すものとしてある。

【００２５】これにより、冷凍サイクルの暖房運転など
高負荷運転時に三方電磁弁５６を、図１の（ａ）で示す
インジェクション状態にすることにより、圧縮対象流体
である冷媒の過給を行い、その吐出流量を増大すること
で、冷凍サイクルを高効率に運転できるし、冷房運転な
ど低負荷運転時には三方電磁弁５６を図１の（ｂ）に示
すインジェクション遮断状態にすることにより、圧縮流
体である冷媒のインジェクションによる過給をなくすの
に併せ、圧縮室１３での圧縮流体である圧縮冷媒の一部
をインジェクション経路５０の下流側５０ｂおよび三方
電磁弁５６を通じ圧縮室１３への吸込み経路６０にバイ
パスさせて、圧縮室１３の実際容積はそのままでもそれ
よりも小さな容積に対応する吐出流量に抑えるので、最
小ないしは中負荷状態を含む低負荷運転時の冷凍サイク
ルの運転を高効率に達成することができる。従って、低
負荷運転から高負荷運転まで高効率になり、年間消費電
力も低減する。設定温度まで高負荷運転にて早期に立ち
上げた後、低負荷運転に切り換えたり、就寝中ないしは
就寝中の所定時間の間低負荷運転にするなど、低負荷運
転の割合が多い場合に特に有効である。

【００２６】このような作用効果は、圧縮機の種類やこ
れに接続される負荷サイクルの種類が違っても変わるこ
とはなく、それら各種のものも本発明の範疇に属する。
また、三方電磁弁５６も前記インジェクション状態と、
インジェクション遮断状態とが得られれば、どのような
切替え形式のものでも採用できる 三方電磁弁５６を設けるインジェクション経路５０上の
位置は、図１の（ｂ）に示すインジェクション遮断状態
で、圧縮室１３内の圧縮冷媒を圧縮室１３への吸込み経
路６０にバイパスさせるバイパス流量を所定の範囲に規
制する通路抵抗が得られるように設定する。この設定
は、インジェクション経路５０におけるインジェクショ
ンパイプ５２の長さの違いや、インジェクションパイプ
５２の固定スクロール１１への接続構造、導入口８５お
よびインジェクションポート５１の繋がり構造などによ
り、インジェクション経路５０が固定スクロール１１内
に形成するデッドボリュームの大きさや形状の違いと言
った、通路抵抗に影響する各種要素の違いに応じて行な
う。

【００２７】このようにすると、図１の（ｂ）に示すイ
ンジェクション遮断状態で、圧縮室１３内の圧縮冷媒が
圧縮室１３への吸込み経路６０にバイパスするのに、三
方電磁弁５６のインジェクション経路５０での位置設定
によって、圧縮室１３内の圧縮冷媒を圧縮室１３への吸
込み経路６０にバイパスさせるときの通路抵抗を制御し
て、バイパス流量を所定の範囲に規制することができ、
どのようなインジェクション構造の場合でも過不足のな
い所定のバイパス量を実現し、低負荷運転時の高効率化
を保証することができる。

【００２８】本実施の形態の１つの実施例としては、図
１に示すようにインジェクションパイプ５２内に導入口
８５の部分から延びたキャピラリチューブ８０を設ける
ことによりデッドボリューム内での通路抵抗を高めてあ
り、三方電磁弁５６をインジェクション位置近くに設け
ることができる。これによって、バイパス経路は短くな
り、圧縮機まわりにかさ低く設けることができる。

【００２９】なお、図示していないが、固定スクロール
と速度可変な旋回スクロールとの間に一対の圧縮室を形
成する羽根の、所定の低速運転にて前記一対の圧縮室の
一方が規定の圧縮比を満足する渦巻き長さ位置から巻き
おわり端まで、前記一方の圧縮室を所定の隙間を持って
吸込口側に開放し密閉されないようにするオフセット面
を設け、前記一方の圧縮室の密閉されない領域と、前記
オフセット面のない密閉される他方の圧縮室とに順次に
通じる位置にインジェクションポートを設けた場合に
は、バイパス時の能力をさらに小さくでき、能力可変幅
を拡大することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の１つの特徴によれば、高負荷運
転時に切替え弁をインジェクション状態にすることによ
り圧縮対象流体の過給を行い、その吐出流量を増大する
ことで、高負荷運転時の負荷サイクルを高効率に運転で
きるし、低負荷運転時には切替え弁をインジェクション
遮断状態にしてインジェクションによる過給をなくすの
に併せ、圧縮室での圧縮流体の一部をインジェクション
経路の下流側および切替え弁を通じ圧縮室への吸込み経
路にバイパスさせて、圧縮室の実際容積よりも小さな容
積に対応する吐出流量に抑えて、低負荷運転時の負荷サ
イクルの運転を高効率に達成することができる。従っ
て、低負荷運転から高負荷運転まで高効率になり、年間
消費電力も低減する。設定温度まで高負荷運転にて早期
に立ち上げが後、低負荷運転に切り換えたり、就寝中な
いしは就寝中の所定時間の間低負荷運転にするなど、低
負荷運転の割合が多い場合に特に有効である。

【００３１】本発明のさらなる特徴によれば、切替え弁
のインジェクション経路での位置設定によって、圧縮室
内の圧縮流体を圧縮室への吸込み経路にバイパスさせる
ときの通路抵抗を制御して、バイパス流量を所定の範囲
に規制することができ、どのようなインジェクション構
造の場合でも過不足のない所定のバイパス量を実現し、
低負荷運転時の高効率化を保証することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施の形態を示すスクロール
圧縮機の要部の縦断面図で、その（ａ）はインジェクシ
ョン状態、その（ｂ）はインジェクション遮断状態を示
している。

【符号の説明】

２ 圧縮機構 ３ 電動機 １１ 固定スクロール １１ｄ 鏡板 １２ 旋回スクロール １３ 圧縮室 １４ 吸込口 １５ 吐出口 ４６ 気液分離器 ５０ インジェクション経路 ５１ インジェクションポート ５２ インジェクションパイプ ５３ 冷媒供給管 ５６ 三方電磁弁 ８５ 導入ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪川 正浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮室が吸込み位置から吐出位置への変
   位によって密閉容積が縮小し、吸込み位置で負荷サイク
   ルから吸入した流体を圧縮して吐出位置で負荷サイクル
   へ吐出するのに、負荷サイクル途中の気液分離されたガ
   ス流体を圧縮室にインジェクションする圧縮機のインジ
   ェクション装置において、 圧縮室へのインジェクション経路の途中に、インジェク
   ション経路を開いてインジェクションが行なわれるよう
   にするインジェクション状態と、インジェクション経路
   の上流側を閉じてインジェクションを遮断するととも
   に、下流側を圧縮室への吸込み経路に通じさせるインジ
   ェクション遮断状態とに切り替わる切替え弁を設けたこ
   とを特徴とする圧縮機のインジェクション装置。
2. 【請求項２】 切替え弁を設けるインジェクション経路
   上の位置は、インジェクション遮断状態で、圧縮室内の
   圧縮流体を圧縮室への吸込み経路にバイパスさせるバイ
   パス流量を所定の範囲に規制する通路抵抗が得られるよ
   うに設定した請求項１に記載の圧縮機のインジェクショ
   ン装置。