WO2016042673A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a scroll compressor mounted mainly in a refrigerator, an air conditioner, a water heater, or the like.
- Patent Document 2 discloses a scroll compressor having an asymmetric spiral structure, in which one injection port for injecting an intermediate-pressure refrigerant into a compression chamber is a base plate for a fixed scroll, and the following (1) to (3) By providing it at a position that satisfies the above condition, the injection flow rate is increased and the efficiency is improved.
- JP 2009-228478 A see, for example, [0020] and FIG. 3
- Japanese Patent No. 4265128 see, for example, claim 1, [0020], FIG. 4
- the present invention has been made to solve the above-described problems. Even when a refrigerant having a lower global warming potential (GWP) than a conventional HFC refrigerant is used, a refrigerating capacity equivalent to that of the HFC refrigerant is ensured. However, it aims at providing the scroll compressor which can suppress the fall of a coefficient of performance (COP).
- GWP global warming potential
- COP coefficient of performance
- a scroll compressor includes a shell that is an airtight container constituting an outer shell, and a compression mechanism portion that is provided inside the shell and compresses a refrigerant, and the compression mechanism portion includes a first base plate. And a first wrap, a fixed scroll in which the first wrap is erected along an involute curve on one surface of the first base plate, and a second base plate and a second wrap.
- a swing scroll in which a second lap is erected along an involute curve on one surface of the base plate, the winding angle of the first wrap being larger than the winding angle of the second wrap,
- a plurality of compression chambers are formed between the wrap and the second wrap, the volume of which decreases toward the inside in the radial direction, and the compression chamber includes a first compression chamber and a second compression having a smaller volume than the first compression chamber.
- the first base plate Is provided with a first injection port for injecting refrigerant into the first compression chamber, and a second injection port for injecting refrigerant into the second compression chamber, and the injection flow rate of the first injection port The injection flow rate of the second injection port is higher.
- the global warming is higher than that of the conventional HFC refrigerant by adopting an asymmetric spiral structure in which the winding angle of the first wrap of the fixed scroll is larger than the winding angle of the second wrap of the orbiting scroll.
- a refrigerant having a low coefficient (GWP) is used, a refrigerating capacity equivalent to that of an HFC refrigerant can be ensured.
- the injection flow rate of the second injection port is larger than the injection flow rate of the first injection port, the effect of reducing the input of the scroll compressor can be obtained by securing an appropriate injection flow rate. , A decrease in coefficient of performance (COP) can be suppressed.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
- the low-pressure side refrigerant is a hermetic scroll compressor that acts on a hermetic container.
- This scroll compressor has a function of sucking a fluid such as a refrigerant, compressing it and discharging it in a high-temperature / high-pressure state, and a compression mechanism section 35 inside a shell 8 which is a sealed container constituting the outer shell.
- the drive mechanism 36 and other components are housed and configured.
- a compression mechanism portion 35 is disposed on the upper side, and a drive mechanism portion 36 is disposed on the lower side, and an oil sump 12 is formed on the bottom portion of the shell 8.
- a refrigerant having a lower global warming potential (GWP) than a conventional HFC refrigerant is used.
- the compression mechanism portion 35 has a function of compressing the fluid sucked from the suction pipe 5 provided on the side surface of the shell 8 into a high-pressure fluid and then discharging it to the high-pressure space 14 formed above the inside of the shell 8. Have.
- the high-pressure fluid is discharged to the outside of the scroll compressor from a discharge pipe 13 provided at the upper part of the shell 8.
- the drive mechanism unit 36 plays a role of driving the orbiting scroll 2 constituting the compression mechanism unit 35. That is, the fluid is compressed by the compression mechanism 35 when the drive mechanism 36 drives the orbiting scroll 2 via the crankshaft 4.
- the compression mechanism unit 35 includes a fixed scroll 1 and a swing scroll 2. As shown in FIG. 1, the orbiting scroll 2 is arranged below the fixed scroll 1, and the fixed scroll 1 is arranged above the orbiting scroll 2.
- the fixed scroll 1 includes a first base plate 1c, and a first wrap 1b that is a spiral projection that is erected along an involute curve on one surface (the lower surface in FIG. 1) of the first base plate 1c. It is configured.
- the orbiting scroll 2 includes a second base plate 2c, and a second wrap 2b that is a spiral projection that is erected along an involute curve on one surface (the upper surface in FIG. 1) of the second base plate 2c. It consists of
- the fixed scroll 1 and the orbiting scroll 2 are mounted inside the shell 8 in a state where the first wrap 1b and the second wrap 2b are engaged with each other.
- a plurality of compression chambers 9 are formed between the first wrap 1b and the second wrap 2b.
- the outermost chamber is the first compression chamber 9a and the outward surface side of the first wrap 1b.
- the outermost chamber among the compression chambers 9 formed between the inner surface of the second wrap 2b and the second wrap 2b is referred to as a second compression chamber 9b.
- FIG. 2 is a detailed view of the compression mechanism unit 35 of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
- the winding angle (terminal angle) of the first wrap 1 b of the fixed scroll 1 is the same as that of the second wrap 2 b of the orbiting scroll 2. It has an asymmetric spiral structure larger than the winding angle. Then, the winding angle of the first wrap 1b of the fixed scroll 1 is made larger than the winding angle of the second wrap 2b of the orbiting scroll 2, and the volume of the first compression chamber 9a (when the suction is completed) is increased. By making it larger than the volume (at the time of completion of inhalation), the stroke volume is increased.
- the suction volume is increased, and the amount of refrigerant taken in during one rotation of the compression chamber 9 is increased.
- the winding angle of the first wrap 1b of the fixed scroll 1 is made larger by about 180 ° than the winding angle of the second wrap 2b of the orbiting scroll 2.
- the positions on the outer periphery side of the first wrap 1b and the second wrap 2b are constrained.
- the winding angle of 1b 180 degrees larger than the winding angle of the second wrap 2b of the orbiting scroll 2
- the first base plate 1 c of the fixed scroll 1 is provided with two injection ports 16 for injecting intermediate pressure refrigerant into the compression chamber 9.
- One is a first injection port 16a for injecting refrigerant into the first compression chamber 9a
- the other is a second injection port 16b for injecting refrigerant into the second compression chamber 9b.
- the area of the second injection port 16b is larger than the area of the first injection port 16a.
- the first injection port 16a and the second injection port 16b are respectively provided at positions where the injected refrigerant does not communicate with the low pressure space.
- the fixed scroll 1 is fixed inside the shell 8 through the frame 3 as shown in FIG.
- a discharge port 1 a that discharges a high-pressure fluid that has been compressed to a high pressure is formed at the center of the fixed scroll 1.
- a leaf spring valve 11 is provided at the outlet opening of the discharge port 1a so as to cover the outlet opening and prevent the backflow of the high-pressure fluid.
- a valve presser 10 that restricts the lift amount of the valve 11 is provided on one end side of the valve 11. That is, when the fluid is compressed to a predetermined pressure in the compression chamber 9, the valve 11 is lifted against the elastic force by the compressed high-pressure fluid, and the high-pressure fluid is discharged from the discharge port 1 a into the high-pressure space 14. After that, it is discharged to the outside of the scroll compressor through the discharge pipe 13.
- the orbiting scroll 2 performs an eccentric turning motion without rotating with respect to the fixed scroll 1.
- a hollow cylindrical concave bearing 2d for receiving a driving force is formed at a substantially central portion of a surface (hereinafter referred to as a thrust surface) opposite to the surface on which the second wrap 2b of the orbiting scroll 2 is formed. Yes.
- An eccentric pin portion 4a provided at the upper end of a crankshaft 4 to be described later is fitted (engaged) with the concave bearing 2d.
- the drive mechanism portion 36 is accommodated in the vertical direction inside the shell 8, and is rotatable to the crankshaft 4 that is a rotating shaft, the stator 7 fixedly held inside the shell 8, and the inner peripheral surface side of the stator 7. And at least a rotor 6 fixed to the crankshaft 4.
- the stator 7 has a function of rotating the rotor 6 when energized.
- the stator 7 is fixedly supported on the inner peripheral surface of the shell 8 by shrink fitting or the like on the outer peripheral surface.
- the rotor 6 has a function of rotating and driving the crankshaft 4 when the stator 7 is energized.
- the rotor 6 has a permanent magnet inside, is fixed to the outer periphery of the crankshaft 4, and is held with a slight gap from the stator 7.
- the crankshaft 4 rotates with the rotation of the rotor 6 and drives the orbiting scroll 2 to rotate.
- the crankshaft 4 can be rotated by a bearing portion 3a positioned at the center of the frame 3 on the upper side and a sub-bearing 19a positioned at the center of the subframe 19 fixedly disposed below the shell 8 on the lower side. It is supported by. Further, an eccentric pin portion 4 a that fits with the concave bearing 2 d is formed at the upper end portion of the crankshaft 4 so that the swing scroll 2 can be rotated while being eccentric.
- the shell 8 is connected to a suction pipe 5 for sucking fluid, a discharge pipe 13 for discharging fluid, and an injection pipe 15 for injecting fluid into the compression chamber 9.
- the suction pipe 5 is provided on the side surface of the shell 8, and the discharge pipe 13 and the injection pipe 15 are provided on the top of the shell 8.
- the frame 3 and the subframe 19 are fixed inside the shell 8.
- the frame 3 is fixed to the upper side of the inner peripheral surface of the shell 8, and a through hole is formed at the center for supporting the crankshaft 4.
- the frame 3 supports the swing scroll 2 and also supports the crankshaft 4 in a freely rotatable manner by a bearing portion 3a.
- the frame 3 is preferably fixed to the inner peripheral surface of the shell 8 by shrink fitting or welding.
- the subframe 19 is fixed to the lower side of the inner peripheral surface of the shell 8, and a through hole is formed in the center portion for supporting the crankshaft 4.
- the subframe 19 rotatably supports the crankshaft 4 with a subbearing 19a.
- an Oldham ring 20 is disposed inside the shell 8 to prevent the rotational movement of the orbiting scroll 2 during the eccentric turning motion.
- the Oldham ring 20 is disposed between the fixed scroll 1 and the orbiting scroll 2, and functions to prevent the rotation movement of the orbiting scroll 2 and to enable the revolution movement.
- An oil pump 21 is fixed to the lower side of the crankshaft 4.
- the oil pump 21 is a positive displacement pump. As the crankshaft 4 rotates, the refrigerating machine oil held in the oil sump 12 passes through the oil passage 22 provided in the crankshaft 4 to the concave bearing 2d and the bearing portion 3a. The function to supply is fulfilled.
- FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram in which the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention is incorporated.
- FIG. 3 shows an example of a liquid injection cycle to which the present invention is applied.
- a refrigerant 2,3,3,3-tetrafluoro-1-propene (hereinafter “HFO-1234yf”, chemical formula CF3-CF ⁇ CH2) is used. Filled.
- HFO-1234yf 2,3,3,3-tetrafluoro-1-propene
- the refrigerant discharged from the discharge pipe 13 has a high temperature. Become. Therefore, the liquid refrigerant taken out from the outlet of the condenser 51 is injected into the compression chamber 9 to lower the discharge temperature of the scroll compressor and operate.
- the expansion expansion rate and the flow rate are controlled by the expansion valve 52 a and the electromagnetic valve 54, and enters the scroll compressor through the injection pipe 15, and enters the fixed scroll 1.
- the expansion valve 52 a and the electromagnetic valve 54 Through the injection port 16 and led to the compression chamber 9 to cool the refrigerant in the middle of compression.
- the gas refrigerant taken out from the outlet of the condenser 51 is controlled in its expansion rate by the expansion valve 52b, passes through the evaporator 53, returns to the inside of the scroll compressor from the suction pipe 5, and is sucked into the compression chamber 9 again. It is.
- FIG. 4 is a compression process diagram of the compression mechanism unit 35 of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
- 4A to 4F show the compression process of the compression chamber 9 every 60 °.
- the first compression chamber 9a and the second compression chamber 9b move while reducing the volume toward the center 1d (see FIG. 5 described later) of the fixed scroll 1 together with the eccentric orbiting motion of the orbiting scroll 2, and compress the refrigerant.
- FIG. 4A shows a state where the suction of the refrigerant is completed in the first compression chamber 9a having a large volume formed by the fixed scroll 1 and the orbiting scroll 2 (a closing completion angle of 0 °).
- the first injection port 16a has not yet communicated with the first compression chamber 9a.
- FIG. 4B the eccentric orbiting motion of the orbiting scroll 2 proceeds, the first injection port 16a is partially communicated with the first compression chamber 9a, and the injection is started.
- FIG. 4C the eccentric orbiting motion of the orbiting scroll 2 further proceeds, the first injection port 16a is in communication with the first compression chamber 9a, and the injection is performed.
- FIG. 4 (d) shows a state where the eccentric orbiting motion of the orbiting scroll 2 has further advanced, and the refrigerant suction of the second compression chamber 9b having a small volume has been completed. At this time, the second injection port 16b has not yet communicated with the second compression chamber 9b.
- the first compression chamber 9a continues to communicate with the first injection port 16a, and the injection is performed.
- the eccentric orbiting motion of the orbiting scroll 2 further proceeds, the second injection port 16b partially communicates with the second compression chamber 9b, and the injection is started.
- the first compression chamber 9a continues to communicate with the first injection port 16a, and the injection is performed.
- the eccentric orbiting motion of the orbiting scroll 2 further proceeds, the second injection port 16b is in communication with the second compression chamber 9b, and the injection is performed in earnest.
- the first injection port 16a starts to close from the first compression chamber 9a.
- the first injection port 16a is completely closed from the first compression chamber 9a.
- the second injection port 16b continues to communicate with the second compression chamber 9b and performs injection.
- FIG. 5 is an enlarged view of the fixed scroll 1 of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
- the radial length di1 of the first injection port 16a and the radial length di2 of the second injection port 16b with respect to the center 1d of the fixed scroll 1 as shown in FIG. It must be configured to be smaller than the thickness t of the wrap 2b.
- first gap of several tens of ⁇ m is formed in the height direction (the standing direction of the first wrap 1b).
- second A gap is formed between the second wrap 2b of the orbiting scroll 2 and the first base plate 1c of the fixed scroll 1, there is a gap of several tens of ⁇ m in the height direction (the standing direction of the second wrap 2b) (second A gap) is formed.
- FIG. 6 is a schematic diagram of the compression mechanism unit 35 of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
- the fixed scroll side tip seal 17a is attached to the tip of the first wrap 1b
- the orbiting scroll side tip seal 17b is attached to the tip of the second wrap 2b.
- the gap is sealed by floating.
- the radial thickness TIP of the orbiting scroll side tip seal 17b with respect to the center 1d of the fixed scroll 1 is the length of the first injection port 16a in the radial direction so that the two different compression chambers 9 are not connected to each other.
- the length di1 and the radial length di2 of the second injection port 16b need to be configured.
- FIG. 7 is a pressure diagram of the compression chamber 9 of the scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention.
- “INJ” in FIG. 7 means “injection”.
- the pressure rises by injecting liquid refrigerant into the compression chamber 9.
- the scroll compressor according to the first embodiment has an asymmetric spiral structure, and the first compression chamber 9a and the second compression chamber 9b have different volumes and rotation angles when the refrigerant is completely sucked. Then, pressure imbalance occurs between the first compression chamber 9a and the second compression chamber 9b, and the behavior of the orbiting scroll 2 becomes unstable. If the behavior of the orbiting scroll 2 becomes unstable, a load is applied to the Oldham ring 20 for preventing the rotation and the thrust surface between the orbiting scroll 2 and the frame 3 and the reliability is lowered.
- the area of the second injection port 16b is made larger than the area of the first injection port 16a, and the amount of refrigerant entering the first compression chamber 9a from the first injection port 16a (that is, the first injection port 16a).
- the refrigerant amount entering the second compression chamber 9b from the second injection port 16b (that is, the injection flow rate of the second injection port 16b) is larger than the injection flow rate of 16a.
- the pressure increase (D ⁇ E in FIG. 7) of the second compression chamber 9b having a smaller volume and lower original pressure than the first compression chamber 9a is changed to the pressure increase (A in FIG. 7).
- the injection flow rate of the first injection port 16a and the injection flow rate of the second injection port 16b are the same. Therefore, the difference between the pressure in the first compression chamber 9a (C in FIG. 7) and the pressure in the second compression chamber 9b (E in FIG. 7) remains large, and the first compression chamber 9a and the second compression chamber 9b. Therefore, the behavior of the orbiting scroll 2 is not stable.
- the orbiting scroll 2 since the behavior of the orbiting scroll 2 is more stable when the area of the second injection port 16b is larger than the area of the first injection port 16a than when both areas are the same, the orbiting scroll 2 The reliability of the thrust bearing provided in can also be improved.
- the injection flow rate is proportional to the area of the injection port 16, and in the asymmetric spiral structure, the winding angle (terminal angle) of the first wrap 1 b of the fixed scroll 1 is the second angle of the orbiting scroll 2. It is configured to be approximately 180 ° larger than the wrap angle of the wrap 2b. For this reason, it is desirable that the area of the first injection port 16a is about 80% to 90% of the area of the second injection port 16b. This is because when the winding angle of the first wrap 1b of the fixed scroll 1 is configured to be about 180 ° larger than the winding angle of the second wrap 2b of the orbiting scroll 2, the volume of the first compression chamber 9a is the second compression chamber 9b. This is because the volume becomes 1.1 to 1.2 times the volume of.
- the liquid injection cycle has been described.
- the present invention is similarly applied to the gas injection cycle for improving the heating capacity, so that the compression is performed. It is possible to prevent an increase in machine input.
- FIG. FIG. 8 is a detailed view of the compression mechanism 35 of the scroll compressor according to Embodiment 2 of the present invention.
- Embodiment 2 will be described, the same elements as those in Embodiment 1 are omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals.
- the area of the first injection port 16a and the area of the second injection port 16b are the same, but the number of the second injection ports 16b (two) is set to the number of the first injection ports 16a (1 One) more. The area of one injection port 16 is the same. By doing this, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
- the number of second injection ports 16b is two and the number of first injection ports 16a is one.
- the present invention is not limited to this, and the number of second injection ports 16b is the first injection port. Other numbers may be used as long as the number is greater than 16a.
- the conventional HFC refrigerant is obtained by adopting the asymmetric spiral structure in which the winding angle of the first wrap 1b is larger than the winding angle of the second wrap 2b. Even when a refrigerant with a lower global warming potential (GWP) is used, a refrigerating capacity equivalent to that of an HFC refrigerant can be ensured.
- the first base plate 1c of the fixed scroll 1 is provided with a first injection port 16a and a second injection port 16b.
- the area of the second injection port 16b is larger than the area of the first injection port 16a.
- the injection flow rate of the second injection port 16b is configured to be larger than the injection flow rate of the one injection port 16a.
- HFO-1234yf 1,3,3,3-tetrafluoro-1-propene (“HFO-1234ze”, chemical formula CF3-CH ⁇ CHF), 1 , 2,3,3,3-pentafluoro-1-propene (“HFO-1225ye”, chemical formula CF3-CF ⁇ CHF), 1,2,3,3-tetrafluoro-1-propene (“HFO-1234ye”) , Chemical formula CHF2-CF ⁇ CHF), 3,3,3-trifluoro-1-propene (“HFO-1234zf”, chemical formula CF3-CH ⁇ CH2), and the like can be used.
- HFC-32 difluoromethane
- HFC-125 penentafluoroethane
- HFC-134 (1,1,2,2-tetrafluoroethane)
- HFC-134a (1,1,1,2- Tetrafluoroethane)
- HFC-143a (1,1,1-trifluoroethane)
- HFO-1123 1,1,2-trifluoroethene
Landscapes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
Description
特許文献2は非対称渦巻構造を有するスクロール圧縮機において、中間圧力の冷媒を圧縮室へインジェクションするための1つのインジェクションポートを、固定スクロールの台板であって、以下の(1)~(3)の条件を満たす位置に設けることで、インジェクション流量を増加させ効率を向上させている。
(1)密閉容積の大きい圧縮室と密閉容積の小さい圧縮室の両方に順次開口して二つの圧縮室に順次インジェクションできるような位置。
(2)密閉容積の小さい圧縮室への冷媒のインジェクション量が、密閉容積の大きい圧縮室へのインジェクション量より多くなるような位置。
(3)固定スクロールラップ外線より外側に揺動スクロールラップの厚さだけオフセットした線の外側領域、および固定スクロールラップ内線より内側に旋回スクロールラップの厚さだけオフセットした線の内側領域で、かつインジェクションされた冷媒が吸入側に漏れないような位置。
図1は、本発明の実施の形態1に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。
本実施の形態1では、図1に示すように、低圧側冷媒が密閉容器に作用する密閉型スクロール圧縮機である場合を例に示している。このスクロール圧縮機は、冷媒などの流体を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態として吐出させる機能を有しており、外郭を構成する密閉容器であるシェル8の内部に、圧縮機構部35、駆動機構部36、および、その他の構成部品が収納され、構成されている。シェル8の内部において、上側には圧縮機構部35が、下側には駆動機構部36がそれぞれ配置されており、また、シェル8の底部には油溜り12が形成されている。なお、本実施の形態1では、従来のHFC冷媒より地球温暖化係数(GWP)の低い冷媒が用いられている。
駆動機構部36は、圧縮機構部35を構成している揺動スクロール2を駆動する役割を果たしている。つまり、駆動機構部36がクランクシャフト4を介して揺動スクロール2を駆動することによって、圧縮機構部35で流体を圧縮するようになっている。
固定スクロール1は、第一台板1cと、第一台板1cの一方の面(図1では下面)にインボリュート曲線にならって立設された渦巻状の突起である第一ラップ1bと、で構成されている。
揺動スクロール2は、第二台板2cと、第二台板2cの一方の面(図1では上面)にインボリュート曲線にならって立設された渦巻状の突起である第二ラップ2bと、で構成されている。
そして、第一ラップ1bと第二ラップ2bとの間には、半径方向内側へ向かうに従って容積が縮小する圧縮室9が複数形成されている。なお、第一ラップ1bの内向面側と第二ラップ2bの外向面側との間に形成された圧縮室9のうち最外室を第一圧縮室9aと、第一ラップ1bの外向面側と第二ラップ2bの内向面側との間に形成された圧縮室9のうち最外室を第二圧縮室9bと、それぞれ称する。
本実施の形態1に係るスクロール圧縮機は、図2に示すように圧縮機構部35において、固定スクロール1の第一ラップ1bの巻き角(終端角)が揺動スクロール2の第二ラップ2bの巻き角より大きい非対称渦巻構造を有している。
そして、固定スクロール1の第一ラップ1bの巻き角を揺動スクロール2の第二ラップ2bの巻き角より大きくし、第一圧縮室9aの(吸入完了時の)容積を第二圧縮室9bの(吸入完了時の)容積より大きくすることで、行程容積を大きくとっている。そうすることにより吸入容積を増加させ、圧縮室9が一回転中に取り込む冷媒量を増加させている。
なお、非対称の効果を最大限得るためには、固定スクロール1の第一ラップ1bの巻き角を、揺動スクロール2の第二ラップ2bの巻き角より180°程度大きくするのがよい。
一つは、第一圧縮室9aに冷媒をインジェクションするための第一インジェクションポート16aであり、もう一つは、第二圧縮室9bに冷媒をインジェクションするための第二インジェクションポート16bである。そして、第二インジェクションポート16bの面積は第一インジェクションポート16aの面積より大きくなっている。また、第一インジェクションポート16aおよび第二インジェクションポート16bは、インジェクションされた冷媒が低圧空間に通じない位置にそれぞれ設けられている。
フレーム3は、シェル8の内周面の上側に固着され、中心部にクランクシャフト4を軸支するため貫通孔が形成されている。このフレーム3は、揺動スクロール2を支持するとともに、クランクシャフト4を軸受部3aで回転自在に支持している。なお、フレーム3は、その外周面を焼き嵌めや溶接などによってシェル8の内周面に固定するとよい。
サブフレーム19は、シェル8の内周面の下側に固着され、中心部にクランクシャフト4を軸支するため貫通孔が形成されている。このサブフレーム19は、クランクシャフト4を副軸受19aで回転自在に支持している。
シェル8に設けられた図示省略の電源端子に通電されると、ステータ7とロータ6とにトルクが発生し、クランクシャフト4が回転する。そして、クランクシャフト4の偏心ピン部4aに回転自在に嵌合されている揺動スクロール2は偏心旋回運動行い、それに伴って第一ラップ1bと第二ラップ2bとで形成される圧縮室9の容積を減少させる。この行程により、吸入管5から吸入され圧縮室9に入った冷媒は圧縮され、その温度および圧力が上昇する。
図3は本発明を適用した液インジェクションサイクルの一例を示しており、冷媒として2,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン(以下「HFO-1234yf」、化学式CF3-CF=CH2)が充填されている。
たとえば、スクロール圧縮機の吸入温度と吐出温度との差が大きければ、すなわちスクロール圧縮機の吸入側と吐出側との高圧低圧の差圧が大きければ、吐出管13から排出される冷媒は高温となる。そこで、凝縮器51の出口から取り出した液冷媒を圧縮室9へインジェクションすることにより、スクロール圧縮機の吐出温度を下げて運転を行う。
第一圧縮室9aおよび第二圧縮室9bは、揺動スクロール2の偏心旋回運動とともに固定スクロール1の中心1d(後述する図5参照)に向かってそれぞれ容積を減少させながら移動し、冷媒を圧縮する。
図4(a)は、固定スクロール1と揺動スクロール2とによって形成される容積の大きい第一圧縮室9aの、冷媒の吸入が完了したところを示している(閉じ込み完了角度0°)。この時、第一インジェクションポート16aは、未だ第一圧縮室9aと連通していない。
図4(b)は、揺動スクロール2の偏心旋回運動が進み、第一インジェクションポート16aが第一圧縮室9aと一部連通し、インジェクションが開始されている。
図4(d)は、揺動スクロール2の偏心旋回運動がさらに進み、容積の小さい第二圧縮室9bの、冷媒の吸入が完了したところを示している。この時、第二インジェクションポート16bは、未だ第二圧縮室9bと連通していない。一方、第一圧縮室9aは、引き続き第一インジェクションポート16aと全て連通しており、インジェクションが行われている。
図4(f)は、揺動スクロール2の偏心旋回運動がさらに進み、第二インジェクションポート16bが第二圧縮室9bと全て連通し、インジェクションが本格的に行われている。一方、第一インジェクションポート16aは第一圧縮室9aから閉じ始めている。
そして、揺動スクロール2の偏心旋回運動がさらに進み、再び図4(a)の状態に戻ると、第一インジェクションポート16aは第一圧縮室9aから完全に閉じる。第二インジェクションポート16bは引き続き第二圧縮室9bと全て連通し、インジェクションを行う。
ここで、異なる二つの圧縮室9(第一圧縮室9aおよび第二圧縮室9b)同士がインジェクションポート16(第一インジェクションポート16aまたは第二インジェクションポート16b)を介して繋がることを防止する必要がある。そのため、図5に示すように固定スクロール1の中心1dに対する、第一インジェクションポート16aの径方向の長さdi1および第二インジェクションポート16bの径方向の長さdi2は、揺動スクロール2の第二ラップ2bの厚さtより小さくなるように構成しなければならない。
そして、これら隙間をシールするため、図6に示すように固定スクロール側チップシール17aを第一ラップ1bの先端に、揺動スクロール側チップシール17bを第二ラップ2bの先端にそれぞれ取り付け、差圧によって浮上させて隙間をシールしている。
ここで、固定スクロール1の中心1dに対する、揺動スクロール側チップシール17bの径方向の厚さTIPは、異なる二つの圧縮室9同士が繋がらないように、第一インジェクションポート16aの径方向の長さdi1、および第二インジェクションポート16bの径方向の長さdi2より大きく構成する必要がある。
一方、本実施の形態1のようにインジェクションポート16を2つとすると、2つの圧縮室9に適切なインジェクション流量を確保することで、吐出温度の上昇を抑えつつスクロール圧縮機の入力増加を防止できる。
図7に示すように、液冷媒を圧縮室9にインジェクションすることにより圧力は上昇する。
ここで、本実施の形態1に係るスクロール圧縮機は非対称渦巻構造を有しており、第一圧縮室9aと第二圧縮室9bとで冷媒の吸入完了時の容積および回転角がそれぞれ異なるため、第一圧縮室9aと第二圧縮室9bとで圧力のアンバランスが発生し、揺動スクロール2の挙動は不安定となる。そして、揺動スクロール2の挙動が不安定となると、自転を防止するためのオルダムリング20や、揺動スクロール2とフレーム3との間のスラスト面に負荷がかかり、信頼性が低下する。
図8は、本発明の実施の形態2に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部35の詳細図である。
以下、本実施の形態2について説明するが、実施の形態1と重複するものについては省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態2では、第一インジェクションポート16aの面積と第二インジェクションポート16bの面積は同じであるが、第二インジェクションポート16bの数(2つ)を、第一インジェクションポート16aの数(1つ)より多くしている。なお、1つあたりのインジェクションポート16の面積は同じである。こうすることによっても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
なお、本実施の形態2では、第二インジェクションポート16bの数を2つ、第一インジェクションポート16aの数を1つとしたが、それに限定されず、第二インジェクションポート16bの数が第一インジェクションポート16aの数より多ければ他の数でもよい。
また、固定スクロール1の第一台板1cに、第一インジェクションポート16aおよび第二インジェクションポート16bが設けられており、第二インジェクションポート16bの面積を第一インジェクションポート16aの面積より大きくし、第一インジェクションポート16aのインジェクション流量より、第二インジェクションポート16bのインジェクション流量の方が多くなるように構成している。そうすることにより、第一圧縮室9aと第二圧縮室9bとで圧力のアンバランスが小さくなり、揺動スクロール2の挙動が安定する。
つまり、適切なインジェクション流量を確保することで、余分な仕事をすることなく冷媒を圧縮できるため、スクロール圧縮機の入力を低減する効果が得られ、成績係数(COP)の低下を抑制することができる。さらには、揺動スクロール2に設けられたスラスト軸受の信頼性も向上できる。
Claims (12)
- 外郭を構成する密閉容器であるシェルと、
前記シェルの内部に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、を備え、
前記圧縮機構部は、
第一台板と第一ラップとを有し前記第一台板の一方の面にインボリュート曲線にならって第一ラップが立設された固定スクロールと、
第二台板と第二ラップとを有し前記第二台板の一方の面にインボリュート曲線にならって第二ラップが立設された揺動スクロールと、で構成され、
前記第一ラップの巻き角は前記第二ラップの巻き角より大きく、前記第一ラップと前記第二ラップとの間に、半径方向内側へ向かうに従って容積が縮小する圧縮室が複数形成され、
前記圧縮室は、第一圧縮室および該第一圧縮室より容積の小さい第二圧縮室を少なくとも有し、
前記第一台板には、前記第一圧縮室に冷媒をインジェクションするための第一インジェクションポート、および前記第二圧縮室に冷媒をインジェクションするための第二インジェクションポートが設けられ、
前記第一インジェクションポートのインジェクション流量より前記第二インジェクションポートのインジェクション流量の方が多い
スクロール圧縮機。 - 前記第二インジェクションポートの面積は、前記第一インジェクションポートの面積より大きい
請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第二インジェクションポートの数は、前記第一インジェクションポートの数より大きい
請求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第一圧縮室は、前記第一ラップの内向面側と前記第二ラップの外向面側との間に形成された前記圧縮室のうち最外室に形成され、前記第二圧縮室は、前記第一ラップの外向面側と前記第二ラップの内向面側との間に形成された前記圧縮室のうち最外室に形成されている
請求項1~3のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 閉じ込み完了角度を0°としたとき、前記第一インジェクションポートが開口するときの回転角は、前記第二インジェクションポートが開口するときの回転角より大きい
請求項1~4のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 前記固定スクロールの中心に対する、前記第一インジェクションポートの径方向の長さおよび前記第二インジェクションポートの径方向の長さは、前記揺動スクロールの前記第二ラップの厚さより小さい
請求項1~5のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 前記第一ラップと前記第二台板との間には、高さ方向に第一隙間が形成されており、前記第二ラップと前記第一台板との間には、高さ方向に第二隙間が形成されており、
前記第一ラップの先端には、前記第一隙間をシールする固定スクロール側チップシールが取り付けられており、前記第二ラップの先端には、前記第二隙間をシールする揺動スクロール側チップシールが取り付けられている
請求項1~6のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 前記固定スクロールの中心に対する、前記揺動スクロール側チップシールの径方向の厚さは、前記第一インジェクションポートの径方向の長さおよび前記第二インジェクションポートの径方向の長さより大きい
請求項7に記載のスクロール圧縮機。 - 前記冷媒は、mおよびnは1以上5以下の整数で、m+n=6の関係が成立する分子式:C3HmFnで表され、かつ分子構造中に二重結合を1つ有する単一冷媒、または前記単一冷媒を含む混合冷媒である
請求項1~8のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。 - 前記単一冷媒は、2,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペンである
請求項9に記載のスクロール圧縮機。 - 前記混合冷媒は、ジフルオロメタンを含む
請求項9または10に記載のスクロール圧縮機。 - 前記混合冷媒は、1,1,2-トリフルオロエテンを含む
請求項9~11のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
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