(57)【要約】  オゾン層破壊係数ならびに地球温暖化係数が小さい炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを少なくとも含む冷媒を使用し、また冷媒を閉じ込めた後の圧縮室１５に冷凍機油を供給する第１の圧縮室給油路を設けることにより、地球環境への影響を抑制するとともに、再膨張加熱と高温の冷凍機油の供給とを原因とする冷媒の温度上昇を抑制することができる、すなわち冷媒の分解を抑制することができる。
2012042825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒が使用され、
前記冷媒を圧縮する圧縮室と、
前記冷媒を閉じ込めた後の前記圧縮室に冷凍機油を供給する第１の圧縮室給油経路とを有する、回転式圧縮機。
【請求項２】
前記第１の圧縮室給油経路を間欠的に閉塞するように構成されている、請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項３】
前記圧縮室が、鏡板と前記鏡板に形成された渦巻き状の壁であるラップとをそれぞれ備える固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせることにより、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間に形成され、
冷凍機油を貯める貯油部と、
前記貯油部から前記圧縮室に冷凍機油を供給する少なくとも１つの第２の圧縮室給油経路を有し、
前記第２の圧縮室給油経路の少なくとも１つが前記第１の圧縮室給油経路である、請求項１または２に記載の回転式圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮室として、前記旋回スクロールのラップの外側に形成される第１の圧縮室と、前記旋回スクロールのラップの内側に形成される第２の圧縮室とを有し、
前記第１の圧縮室と前記第２の圧縮室のうち、漏れ長さが長い方の圧縮室への冷凍機油の供給量が他方の圧縮室への供給量に比べて多い、請求項３に記載の回転式圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮室として、前記旋回スクロールのラップの外側に形成される第１の圧縮室と、前記旋回スクロールのラップの内側に形成される第２の圧縮室とを有し、
前記第１の圧縮室と前記第２の圧縮室のうち、容積変化率の高い方の圧縮室への冷凍機油の供給量が他方の圧縮室への供給量に比べて多い、請求項３または４に記載の回転式圧縮機。
【請求項６】
前記第１の圧縮室給油経路は、前記旋回スクロールの背面に設けられ前記貯油部から冷凍機油が導入される導入路部と、前記旋回スクロールのラップ内部に設けられ前記導入路部と連通するとともにラップ頂面に開口を備えるラップ内給油路部と、前記固定スクロールの鏡板に設けられ前記ラップ内給油路部の開口と間欠的に連通する凹部とから構成されている、請求項３〜５のいずれか１項に記載の回転式圧縮機。
【請求項７】
前記冷媒が、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンの少なくとも１つを含み、地球温暖化係数が５以上７５０以下、望ましくは５以上３５０以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転式圧縮機。
【請求項８】
前記冷媒が、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンを主成分とし、
ジフルオロメタンおよびペンタフルオロエタンが、地球温暖化係数が５以上７５０以下となるように、望ましくは５以上３５０以下となるように前記冷媒に混合されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転式圧縮機。
【請求項９】
前記冷凍機油が、（１）ポリオキシアルキレングリコール類、（２）ポリビニルエーテル類、（３）ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、（４）ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を含む合成油、（５）アルキルベンゼン類を主成分とする合成油、または（６）αオレフィン類を主成分とする合成油である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素原子を含まず、地球温暖化係数が低い、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを少なくとも含む冷媒を使用し、ルームエアコン、カーエアコン、冷蔵庫、その他の空気調和装置等の冷凍サイクル装置に組み込まれる回転式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置に使用される冷媒は、オゾン層破壊係数ゼロのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系（以下、「ＨＦＣ系冷媒」と称する）に移行している。しかしながら、このＨＦＣ系冷媒は、地球温暖化係数が非常に高い。そこで、オゾン層破壊係数および地球温暖化係数が低い冷媒を用いる圧縮機の開発が行われている。ところが、地球温暖化係数が低い冷媒は、一般的に安定性が低い。そのため、ルームエアコン、カーエアコン、冷蔵庫、その他の空気調和装置等の冷凍サイクル装置で長期的に使用される場合、冷媒の安定性および信頼性の確保が必要である。【０００３】
塩素原子を含まず、地球温暖化係数が低い、且つ炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を使用する場合、次のような問題がある。このような冷媒は、高温で分解しやすい特性を有するため、過圧縮または再膨張によって高温になると、それにより分解する。そのため、このような冷媒は、安定性が低い。特に、ルームエアコン、カーエアコン、冷蔵庫、その他の空気調和装置等で長期的に使用される場合、高温による冷媒の分解が長期に亘って起るため、冷媒の温度上昇に対する対策が必要となる。【０００４】
冷凍サイクルにおいて、蒸発器で蒸発した冷媒は圧縮機に吸入され、圧縮機によって規定の圧力まで圧縮される。その際、冷媒は、低圧から高圧に且つ低温から高温に大きく状態変化する。そのため、冷媒の安定性と信頼性とを確保できるように圧縮機を構成する必要がある。【０００５】
例えば特許文献１には、地球温暖化係数が低い冷媒を使用する圧縮機であって、圧縮機内部に吸入した冷媒を可能な限り低温から圧縮開始するために、冷媒を直接吸入ポートに供給するためのダイレクト吸入路を有する圧縮機が開示されている。このような構成により、冷媒をクランク室等の貯留空間に一時的に貯留した後に圧縮室に供給する場合に比べて、圧縮開始前の冷媒の温度上昇が抑制される。圧縮機によって規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度は、吸入ポートに冷媒を直接供給しない場合に比べて、圧縮開始前に温度上昇が抑制されたことによって低い。その結果、冷媒の分解が抑制され、冷媒の分解物（例えばスラッジ）を原因とする圧縮機の故障または寿命低下が抑制される。すなわち、圧縮機の信頼性および耐久性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２８４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、圧縮開始前の冷媒の温度上昇を抑制しても、圧縮機によって規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度が必要以上に高温になり、その結果として冷媒が分解することがある。その原因の一つとして、「再膨張加熱」がある。「再膨張加熱」は、圧縮途中の高圧の冷媒が、低圧の空間に漏れ、低圧の空間内で再膨張して高温となり、その結果として低圧空間内に存在する低圧の冷媒を加熱することを言う。このような再膨張加熱により、規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度が必要以上に高温になる。また、再膨張加熱が起こると、高温・高圧の冷媒を得るために費やした圧縮動力（エネルギ）の一部が低温・低圧の冷媒の加熱に使用されることになるため、圧縮機の効率が低下する。【０００８】
このような圧縮途中の冷媒の漏れを原因とする再膨張加熱を抑制する方法として、圧縮開始前（吸入工程）の冷媒に冷凍機油（オイル）を供給することにより、冷媒を閉じ込めた後の圧縮室のシール性を向上させることが考えられる。しかし、冷媒に比べて高温のオイルによって圧縮開始前（吸入工程）の冷媒が加熱されるという問題がある。【０００９】
そこで、本発明は、前記課題を解決するために、地球温暖化係数の低い冷媒を使用する回転式圧縮機であって、冷凍機油を使用して圧縮室のシール性を向上させることによって再膨張加熱を抑制することができるとともに、その冷凍機油による冷媒の加熱を抑制することができる、信頼性、耐久性に優れた高効率な回転式圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒が使用され、前記冷媒を圧縮する圧縮室と、前記冷媒を閉じ込めた後の前記圧縮室に冷凍機油を供給する第１の圧縮室給油経路とを有する、回転式圧縮機が提供される。【００１２】
冷媒を閉じ込めた後の圧縮室に冷凍機油を供給することにより、圧縮室のシール性が向上して圧縮途中の冷媒の漏れを原因とする再膨張加熱が抑制されるとともに、冷凍機油による冷媒の加熱が、吸入工程で冷凍機油を供給する場合に比べて抑制される。その結果、規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度が、吸入工程で冷凍機油を供給する場合に比べて低下し、それにより冷媒の分解が抑制される。【００１３】
冷媒を閉じ込めた後の圧縮室に冷凍機油を供給する方が、吸入工程で冷凍機油を供給する場合に比べて、規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度が低い理由は、以下の通りである。【００１４】
圧縮室に吸入されている途中（吸入行程中）の冷媒は、その温度が最も低い。そのような冷媒に対して高温の冷凍機油を供給すると、冷媒と冷凍機油との温度差が大きいために、冷媒が強く加熱される（その結果、冷媒の分解が大きく進む）。それに対して、圧縮途中の冷媒は、圧縮にともなって冷媒自体の温度が上昇しているため、供給される冷凍機油との温度差が小さい。さらに吐出圧近くまで圧縮された冷媒の場合、冷媒の温度は、供給される冷凍機油の温度に比べて高くなっている。したがって、冷媒を閉じ込めた後（圧縮工程）の圧縮室に冷凍機油を供給する方が、冷凍機油による冷媒の加熱を抑制することができる。このように、吸入行程での冷凍機油の供給を避けて圧縮工程で冷凍機油を供給することにより、冷媒の加熱を抑制しつつ、冷媒を閉じ込めた後の圧縮室のシール性を冷凍機油によって向上させることができる。なお、冷凍機油は、冷媒との温度差が可能な限り小さいタイミングで供給することが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転式圧縮機において、オゾン層破壊係数ならびに地球温暖化係数が低い冷媒を使用しつつ、冷媒の分解の原因である冷媒の温度上昇を抑制することができる。その結果、地球環境に配慮しつつ、信頼性、耐久性に優れた高効率な回転式圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の断面図
【図２】実施の形態１のスクロール圧縮機の圧縮機構の部分拡大断面図
【図３】実施の形態１のスクロール圧縮機の旋回スクロールの複数の状態を示す図
【図４】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の部分拡大断面図
【図５】実施の形態２に係るスクロール圧縮機の旋回スクロールの複数の状態を示す図
【図６】本発明の実施の形態３に係るロータリ圧縮機の断面図
【図７】実施の形態３のロータリ圧縮機の圧縮機構の拡大断面図
【図８】実施の形態３のロータリ圧縮機の圧縮機構の組立構成図
【図９】実施の形態３のロータリ圧縮機の圧縮機構の複数の状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る回転式圧縮機は、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒を使用し、前記冷媒を圧縮する圧縮室と、前記冷媒を閉じ込めた後の前記圧縮室に冷凍機油を供給する第１の圧縮室給油経路とを有する。オゾン層破壊係数ならびに地球温暖化係数が低い冷媒を使用することにより、地球環境への影響を抑制することができる。また、この炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒（または混合冷媒）が高温時に分解し易いという問題を解消するために、冷媒を閉じ込めた後の圧縮室に冷凍機油が供給される。これにより、圧縮室のシール性が向上することによって圧縮途中の冷媒の漏れを原因とする再膨張加熱が抑制されるとともに、冷凍機油の供給を原因とする冷媒の温度上昇が、吸入工程（冷媒が圧縮室に閉じ込められる前に）で冷凍機油を供給する場合に比べて抑制される。その結果、規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度が、吸入工程で冷凍機油が供給される場合に比べて低下し、冷媒の分解が抑制される。そして、地球環境に配慮しつつ、信頼性、耐久性に優れた高効率な回転式圧縮機を提供することができる。
【００１８】
第１の圧縮室給油経路を間欠的に閉塞するように、圧縮機は構成されてもよい。圧縮室のシール性の向上と、冷凍機油の供給を原因とする冷媒の温度上昇の抑制とを効果的に実現できる最適なタイミング且つ最適な量で冷凍機油を圧縮室に供給することができる。これにより、冷凍機油の供給による冷媒の温度上昇と冷媒の漏れによる再膨張加熱とをさらに確実に抑制することができる。
【００１９】
前記圧縮室が、鏡板と前記鏡板に形成された渦巻き状の壁であるラップとをそれぞれ備える固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせることにより、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間に形成される場合、冷凍機油を貯める貯油部から前記圧縮室に冷凍機油を供給する少なくとも１つの第２の圧縮室給油経路を設け、その前記第２の圧縮室給油経路の少なくとも１つが前記第１の圧縮室給油経路であってもよい。
【００２０】
一般に、複数の圧縮室を備え、複数の圧縮室内の冷媒を同時に圧縮する回転式圧縮機において、ある程度高圧にまで圧縮された圧縮途中の冷媒が低圧側の圧縮室に漏れる場合、冷媒は、冷媒を吸入している最中の圧縮室ではなく、一工程後の圧縮途中の圧縮室に漏れやすい（いわゆる、内部漏れが発生する）。その場合、漏れた冷媒の再膨張は、漏れた先の圧縮室内の冷媒の加熱のみならず、漏れた先の圧縮室内の圧力の上昇も引き起こす。このような内部漏れにより、冷媒の温度が上昇する。この対策として、圧縮室に冷凍機油を供給する少なくとも１つの第２の圧縮室給油経路を設けることにより、最適な量の冷凍機油を使用して、冷媒の温度上昇に特に寄与する内部漏れが発生する圧縮室のシール性を向上させることが可能になる。また、最適な量の冷凍機油を使用することにより、過剰量の冷凍機油が供給されることによって起こる、余計な冷凍機油による冷媒の加熱も抑制することができる。
【００２１】
前記圧縮室として、前記旋回スクロールのラップの外側に形成される第１の圧縮室と、前記旋回スクロールのラップの内側に形成される第２の圧縮室とを有する場合、第１の圧縮室と第２の圧縮室のうち、漏れ長さが長い方の圧縮室への冷凍機油の供給量を他方の圧縮室への供給量に比べて多くしてもよい。圧縮室の漏れ箇所の長さに対応してシール性を向上させるための冷凍機油の供給量を最適化することができるため、過剰量の冷凍機油が供給されることによって起こる、余計な冷凍機油による冷媒の加熱も抑制することができる。
【００２２】
前記圧縮室として、前記旋回スクロールのラップの外側に形成される第１の圧縮室と、前記旋回スクロールのラップの内側に形成される第２の圧縮室とを有する場合、前記第１の圧縮室と前記第２の圧縮室のうち、容積変化率の高い方の圧縮室への冷凍機油の供給量を他方の圧縮室への給油量に比べて多くしてもよい。最適な量の冷凍機油により、低圧側の圧縮室との圧力差が大きいために冷媒の漏れが発生し易い圧縮室のシール性を向上させることができる。過剰量の冷凍機油が供給されることによって起こる、余計な冷凍機油による冷媒の加熱も抑制することができる。
【００２３】
前記第１の圧縮室給油経路を、前記旋回スクロールの背面に設けられ前記貯油部から冷凍機油が導入される導入路部と、前記旋回スクロールのラップ内部に設けられ前記導入路部と連通するとともにラップ頂面に開口を備えるラップ内給油路部と、前記固定スクロールの鏡板に設けられ前記ラップ内給油路部の開口と間欠的に連通する凹部とから構成してもよい。これにより、冷媒を閉じ込めた後の圧縮室に対して、特定の期間に冷凍機油を供給することが可能になるとともに、冷凍機油の供給量の調整が行い易くなる。また、圧縮された冷媒が第１の圧縮室給油経路に逆流することも防止でき、信頼性の高いスクロール圧縮機を実現することができる。
【００２４】
冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンの少なくとも１つを含み地球温暖化係数が５以上７５０以下となるように、望ましくは５以上３５０以下のものであってもよい。このような冷媒によれば、環境負荷が小さく、高信頼性で高効率な回転式圧縮機を効果的に提供することができる。
【００２５】
冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンを主成分とし、ジフルオロメタンおよびペンタフルオロエタンが、地球温暖化係数が５以上７５０以下となるように、望ましくは５以上３５０以下となるように混合されたものであってもよい。このような冷媒によれば、環境負荷が小さく、また流速を抑制して温度を下げることができるので、高信頼性で高効率な回転式圧縮機を効果的に提供することができる。
【００２６】
冷凍機油として、（１）ポリオキシアルキレングリコール類、（２）ポリビニルエーテル類、（３）ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、（４）ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を含む合成油、（５）アルキルベンゼン類を主成分とする合成油、または（６）αオレフィン類を主成分とする合成油が使用されてもよい。このような冷凍機油により、高信頼性で高効率な回転式圧縮機を効果的に提供することができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
以下に挙げる３つの本発明の実施の形態に係る圧縮機では、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒が使用される。
【００２９】
（実施の形態１）
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、図２は図１に示す圧縮機構の部分拡大断面図、図３は圧縮機構の旋回スクロールの複数の状態を示す図である。以下、スクロール圧縮機について、その動作、作用を説明する。
【００３０】
図１に示すように本実施の形態１のスクロール圧縮機は、密閉容器１を有する。スクロール圧縮機はまた、密閉容器１の内部に、圧縮機構２、モータ部３、および貯油部２０を有する。圧縮機構２は、溶接または焼き嵌めなどによって密閉容器１に固定された主軸受部材１１と、この主軸受部材１１に支持されたシャフト４と、ボルトなどによって主軸受部材１１上に固定された固定スクロール１２と、主軸受部材１１と固定スクロール１２との間に配置され、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３とから構成されている。
【００３１】
固定スクロール１２は、鏡板１２ａと、鏡板１２ａに形成された渦巻き状の壁であるラップ１２ｂとを備え、旋回スクロール１３は鏡板１３ａと、鏡板１３ａに形成された渦巻き状の壁であるラップ１３ｂとを備える。旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間には、旋回スクロール１３の自転を防止するとともに、シャフト４に駆動されている旋回スクロール１３が円軌道で運動するように案内するオルダムリングなどを含む自転拘束機構１４が設けられている。シャフト４の上端に位置する偏心軸部４ａが旋回スクロール１３を偏心回転させることにより、旋回スクロール１３の円軌道の旋回運動が実現される。
【００３２】
このような構成より、固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成されている圧縮室１５が、外周側から中央に向かって容積を縮小しながら移動する。密閉容器１の外部に連通した吸入パイプ１６及び固定スクロール１２の外周部の吸入口１７を介して、冷媒（ガス）が圧縮室１５内に吸入される（吸入工程）。旋回スクロール１３の旋回運動によって圧縮室１５を閉じた後（冷媒を圧縮室１５に閉じ込めた後）、冷媒の圧縮が行われる（圧縮工程）。圧縮によって規定の圧力に到達した冷媒は、固定スクロール１２の中央部の吐出孔１８に設けられたリード弁１９を押し開き、吐出孔１８を介して圧縮室１５から密閉容器１内に移動する。
【００３３】
また、シャフト４の他端にはポンプ２５が設けられている。ポンプ２５は、吸い込み口が密閉容器１の底部に設けられた貯油部２０内に存在するように配置されている。ポンプ２５は圧縮機構２と同期して駆動されるため、ポンプ２５は、貯油部２０に貯えられた冷凍機油（オイル）６を、圧力条件または運転速度に関係なく、確実に吸い上げることができ、そして圧縮機構２に安定して供給することができる。このポンプ２５が吸い上げたオイル６は、シャフト４内を貫通しているオイル供給穴２６を通過して圧縮機構２に供給される。なお、ポンプ２５で吸い上げられる前または吸い上げられた後にオイル６内の異物をオイルフィルタ等で除去することにより、圧縮機構２への異物混入が防止でき、その結果、圧縮機の信頼性の更なる向上を図ることができる。
【００３４】
圧縮機構２に導入されたオイル６の圧力は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同一であるため、旋回スクロール１３に対する背圧源となる。すなわち、オイル６は、旋回スクロール１３の背面（主軸受部材１１と対向する面）を押圧し、旋回スクロール１３を固定スクロール１２に押し付ける役割を果たす。これにより、旋回スクロール１３は、固定スクロール１２から離れることなく、また固定スクロール１２に部分的に接触することなく、固定スクロール１２に接触した状態で維持される。その結果、圧縮機構２は、所定の圧縮能力を安定して発揮することができる。さらにオイル６の一部は、供給圧または自重によって偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、およびシャフト４と主軸受部材１１との間に設けられた軸受部６６に進入し、そして潤滑する。潤滑した後のオイル６は、図２に矢印で示すように、落下して貯油部２０へ戻る。
【００３５】
また、旋回スクロール１３の背面と主軸受部材１１との間にシール部材７８を配置することにより、シール部材７８の内側に高圧領域３０を画定するとともに、シール部材７８の外側に背圧室２９を画定している。高圧領域３０の圧力と背圧室２９の圧力とを完全に分離できるため、旋回スクロール１３の背面への圧力を安定的に制御することが可能となる。
【００３６】
固定スクロール１２のラップ１２ｂ間の鏡板１２ａの部分１２ｃには、凹部１２ｄが形成されている。また、旋回スクロール１３には、ラップ内給油路５５が形成されている。ラップ内給油路５５は、一方の開口５５ａを介して、背圧室２９に連通されている。そして、背圧室２９は、旋回スクロール１３の背面側に設けられた導入路５４と、シャフト４内に設けられたオイル供給穴２６とを介して、貯油部２０に連通されている。一方、ラップ内給油路５５の他方の開口５５ｂは、固定スクロール１２の鏡板１２ａと摺接するラップ１３ａの頂面に形成されている。このラップ内給油路５５の開口５５ｂは、図３に破線で示すように、旋回スクロール１３の旋回運動により、円の旋回軌跡を描くように固定スクロール１２に対して相対的に移動する。
【００３７】
図３は、固定スクロール１２に噛み合わせられた旋回スクロール１３の複数の状態を示しており、具体的には位相が９０度ずつ異なる旋回スクロール１３の状態を示している。図３に示すように、固定スクロール１２と旋回スクロール１３とにより形成される圧縮室１５として、旋回スクロール１３のラップ１３ａの外側に形成される第１の圧縮室１５ａと、ラップ１３ａの内側に形成される第２の圧縮室１５ｂとがある。第１の圧縮室１５ａ、第２の圧縮室１５ｂはそれぞれ、旋回スクロール１３の旋回運動により、容積を縮小しながら中央に向かって移動する。圧縮室１５内の冷媒が吐出圧力に到達し、且つ圧縮室１５と吐出孔１８とが連通した時、圧縮室１５内の冷媒はリード弁１９を押し開いて吐出室３１内に移動する。
【００３８】
図３に示すように、ラップ内給油路５５の開口５５ｂと、固定スクロール１２の鏡板１２ａの部分１２ｃに形成された凹部１２ｄとが間欠的に連通する。これにより、ラップ内給油路５５と第２の圧縮室１５ｂとが、凹部１２ｄを介して間欠的に連通される。
【００３９】
以下、第２の圧縮室１５ｂに注目して説明する。図３（ａ）に示すように、旋回スクロール１３の最も外側に形成された第２の圧縮室１５ｂと吸入口１７とが連通し、冷媒の第２の圧縮室１５ｂへの導入が開始される（吸入工程の開始）。そして、図３（ｃ）に示すように、旋回スクロール１３の旋回運動によって第２の圧縮室１５ｂが閉じ、冷媒が第２の圧縮室１５ｂ内に閉じ込められる（圧縮工程の開始）。その後、図３（ｄ）に示すように、旋回スクロール１３の旋回運動によってラップ内給油路５５の開口５５ｂが凹部１２ｄを介して第２の圧縮室１５ｂに連通し、そして、ラップ内給油路５５を介して背圧室２９から冷媒を閉じ込めた後の第２の圧縮室１５ｂにオイル６が供給される。これに対して、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、開口５５ｂと凹部１２ｄとが連通していない場合、背圧室２９から第２の圧縮室１５ｂにオイルがほとんど供給されない。このように、ラップ内給油路５５の開口５５ｂと第２の圧縮室１５ｂとを固定スクロール１２の凹部１２ｄを介して間欠的に連通させることにより、ラップ内給油路５５を介して第２の圧縮室１５ｂに、オイル６が間欠的に供給される。なお、第２の圧縮室１５ｂにオイル６を供給する理由については後述する。
【００４０】
以上のように、本実施の形態１によれば、オゾン層破壊係数ならびに地球温暖化係数が低い、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒を使用することにより、地球環境への影響を抑制することができる。また、冷媒を閉じ込めた後（圧縮工程）の第２の圧縮室１５ｂにオイル６を供給することにより、規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度が、吸入工程（すなわち吸入口１７と連通した状態）でオイル６を供給する場合に比べて低下する。
【００４１】
圧縮工程の第２の圧縮室１５ｂにオイル６を供給する方が、吸入工程の第２の圧縮室１５ｂにオイル６を供給する場合に比べて、規定の圧力まで圧縮された後の冷媒の温度が低い理由は、以下の通りである。
【００４２】
第２の圧縮室１５ｂに吸入されている途中（吸入行程中）の冷媒は、その温度が最も低い。そのような冷媒に対して高温のオイル６を供給すると、冷媒とオイル６との温度差が大きいために、冷媒が強く加熱される（その結果、冷媒の分解が大きく進む）。それに対して、圧縮途中の冷媒は、圧縮にともなって冷媒自体の温度が上昇しているため、供給されるオイル６との温度差が小さい。さらに吐出圧近くまで圧縮された冷媒の場合、冷媒の温度は、供給されるオイル６の温度に比べて高くなっている。したがって、冷媒を閉じ込めた後（圧縮工程）の第２の圧縮室１５ｂにオイル６を供給する方が、オイル６による冷媒の加熱を抑制することができる。このように、吸入行程でのオイル６の供給を避けて圧縮工程でオイル６を供給することにより、冷媒の加熱を抑制しつつ、冷媒を閉じ込めた後の第２の圧縮室１５ｂのシール性をオイル６によって向上させることができる。なお、オイル６は、冷媒との温度差が可能な限り小さいタイミングで供給することが望ましい。
【００４３】
さらに、オイル６によって第２の圧縮室１５ｂ（固定スクロール１２の鏡板１２ａと旋回スクロール１３のラップ１３ｂとの間およびラップ１２ｂと鏡板１３ａとの間）のシール性が向上されるため、再膨張加熱、すなわち第２の圧縮室１５ｂからの冷媒の漏れを抑制することができる。
【００４４】
その結果、冷媒の温度上昇が抑制され、冷媒の分解が抑制される。そして、地球環境に配慮しつつ、信頼性、耐久性に優れた高効率な回転式圧縮機を提供することができる。
【００４５】
さらに、旋回スクロール１３の背面のオイル６を、旋回スクロール１３が特定の位相のときに（すなわちシャフト４が特定の回転角度のときに）、ラップ内給油路５５と凹部１２ｄとを介して第２の圧縮室１５ｂに供給することができる。すなわち、第２の圧縮室１５ｂのシール性の向上と、オイル６の供給による冷媒の温度上昇の抑制とを効果的に実現できる最適なタイミング且つ最適な量でオイル６を第２の圧縮室１５ｂに供給することができる。これにより、オイル６の供給を原因とする冷媒の温度上昇と冷媒の漏れを原因とする再膨張加熱とをさらに確実に抑制することができる。
【００４６】
ここからは、ラップ内給油路５５を介して第２の圧縮室１５ｂにオイル６を供給する理由について説明する。まず、固定スクロール１２と旋回スクロール１３とが備えるラップの形状について説明する。本実施の形態において、固定スクロールおよび旋回スクロールのラップの渦巻き形状は、インボリュート曲線によって定義されている。インボリュート曲線は、伸開角をθ、基礎円半径をａとすると、デカルト座標系で以下の関数で表される。
【００４７】
【数１】
2012042825.tif 000003
【００４８】
数１で表される曲線を基準曲線とする。旋回半径εで旋回したときの基準曲線が描く二つの包絡線のうち、外側の包絡線は以下の関数で表される。
【００４９】
【数２】
2012042825.tif 000004
【００５０】
同様に、内側包絡線は以下の関数で表される。
【００５１】
【数３】
2012042825.tif 000005
【００５２】
固定スクロール１２または旋回スクロール１３のいずれか一方のラップの外面を上述の基準曲線の関数で定義し、それに組み合わされる他方のラップの内面の上述の外側包絡線の関数で定義することにより、固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとを噛み合わせることによって同時に形成される、旋回スクロール１３のラップ１３ｂの内面側の複数の最小ラジアル隙間または旋回スクロール１３のラップ１３ｂの外面側の複数の最小ラジアル隙間が等しくなる。本実施の形態においては、巻き数が異なるように固定スクロール１２のラップ１２ｂと旋回スクロール１３のラップ１３ｂを形成することによって非対称の圧縮室１５を実現することにより、圧縮室１５の容積の拡大を図っている。
【００５３】
非対称の圧縮室が形成されているために、旋回スクロール１３のラップ１３ｂ内面側に形成される第２の圧縮室１５ｂの容積変化率は、ラップ１３ｂの外面側に形成される第１の圧縮室１５ａの容積変化率に比べて大きい。容積変化率が大きい第２の圧縮室１５ｂにおいては、冷媒の圧力が第１の圧縮室１５ａに比べて急激に上昇するため、低圧側の圧縮室１５との圧力差が大きくなる。そのため、第２の圧縮室１５ｂからラップと鏡板との間を介する低圧側の圧縮室１５への冷媒の漏れが発生し易く、シール性を向上させる必要がある。
【００５４】
そこで、本実施の形態１では、容積変化率の大きい第２の圧縮室１５ｂに対し、より多くのオイル６が供給されるようにラップ内給油路５５と凹部１２ｄとを適当に設けている。これにより、第２の圧縮室１５ｂから低圧側の圧縮室１５への冷媒の漏れが抑制され、低圧側の圧縮室１５内の冷媒に対する再膨張加熱が抑制されるともに、内部漏れを原因とする圧力上昇を抑制することができる。その結果、高温で分解しやすい、本実施の形態１のスクロール圧縮機に使用される冷媒の温度上昇が抑制される。
【００５５】
なお、第１の圧縮室１５ａにオイル６を供給するための別の圧縮室給油経路（第１の圧縮室給油経路を除いた第２の圧縮室給油経路）を設け、第２の圧縮室１５ｂに間欠的に供給されるオイル６の量に比べて少ない量のオイル６を、別の圧縮室給油経路を介して第１の圧縮室１５ａに供給するようにしてもよい。このような別の圧縮室給油経路として、例えば、図２に示す圧縮室給油経路５７が設けられる。圧縮室給油経路５７は、旋回スクロール１３に形成されている。また、圧縮室給油経路５７の一方の開口が、ラップ１３ｂの頂面に形成されている。他方の開口は、旋回スクロール１３の背面に設けられた導入路５４、シャフト４に設けられたオイル供給穴２６などを介して貯油部２０に連通している。これより、固定スクロール１２の鏡板１２ａと旋回スクロール１３のラップ１３ｂの頂面との隙間から若干量のオイル６を供給することができる。
【００５６】
この場合も、冷媒に対する再膨張加熱が抑制されるともに内部漏れを原因とする圧力上昇を抑制することができる。また、容積変化率の高い第２の圧縮室１５ｂへのオイル６の供給量が第１の圧縮室１５ａへの供給量に比べて多いため、低圧側の圧縮室１５との圧力差が大きいために冷媒の漏れが発生し易い圧縮室のシール性を、最適な量のオイルで向上させることができる。これにより、過剰量の冷凍機油が供給されることによって起こる、余計な冷凍機油による冷媒の加熱も抑制することができる。
【００５７】
また、第２の圧縮室１５ｂに供給するオイル６の量に関して、冷媒を閉じ込めた後（第２の圧縮室１５ｂが閉じた後）に供給されるオイルの量に比べて少ない量のオイルが、冷媒が閉じ込める前（第２の圧縮室１５ｂの閉じ始める前）または冷媒を閉じ込める最中（第２の圧縮室１５ｂが閉じ始めてから完全に閉じるまでの間）に供給されてもよい。すなわち、必要なオイル６の量の大部分が冷媒を閉じ込めた後に供給されていれば、冷媒の温度上昇、すなわち冷媒の分解を抑制することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図４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の部分拡大断面図である。図５は旋回スクロールの複数の状態を示す図である。圧縮室給油経路５６以外の構成要素は前記実施の形態１のものと同一である。図４、図５において、図２、図３と同じ構成要素については同じ符号を用いている。また、圧縮室給油経路５６に関する説明のみを行い、他の構成要素の説明は省略する。
【００５９】
図４に示すように、本実施の形態２のスクロール圧縮機において、圧縮室給油経路５６は、旋回スクロール１３の鏡板１３ａに形成されている。また、圧縮室給油経路５６は、背圧室２９と旋回スクロール１３のラップ１３ｂの外面側に形成される第１の圧縮室１５ａとを連通している。ただし、圧縮室給油経路５６は、旋回スクロール１３が図５（ｂ）に示す状態のときは第１の圧縮室１５ａと連通して第１の圧縮室１５ａにオイル６を供給するが、図５（ａ）、５（ｃ）、５（ｄ）に示す状態のときは、固定スクロール１２の鏡板１２ａによって閉塞され、第１の圧縮室１５ａへのオイル６の供給を行わない。外周から中央に向かって移動するにしたがって圧縮室の容積が縮小するスクロール圧縮機は、中央側に位置する圧縮室に比べて外側にある圧縮室の方が容積は大きい。そのため、容積が小さい高圧側の圧縮室から容積が大きい低圧側の圧縮室へと冷媒が漏れる箇所の長さである漏れ長さ（言い換えると必要なシール長さ）は、旋回スクロール１３のラップ１３ｂの外側に形成される第１の圧縮室１５ａの方が内側に形成される第２の圧縮室１５ｂに比べて長い。したがって、漏れ長さが長い第１の圧縮室１５ａに対して、第２の圧縮室１５ｂに供給するオイル６の量に比べて多い量のオイル６を圧縮室給油経路５６を介して供給することにより、漏れ長さが長い第１の圧縮室１５ａが十分にシールされる。これにより、高温で分解しやすい冷媒の温度上昇が抑制される。
【００６０】
本実施の形態２によれば、冷媒の再膨張加熱および内部漏れによる圧力上昇を抑制できるとともに、漏れ長さが長い第１の圧縮室１５ａへのオイル６の供給量を第２の圧縮室１５ｂへの供給量に比べて多くすることにより、圧縮室の漏れ箇所の長さに対応してシール性を向上させるためのオイル６の給油量を最適化できるため、過剰量の冷凍機油が供給されることによって起こる、余計な冷凍機油による冷媒の加熱も抑制することができる。
【００６１】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３に係るロータリ圧縮機の縦断面図である。図７はロータリ圧縮機の圧縮機構の拡大断面図である。図８は、ロータリ圧縮機の圧縮機構の組立構成図である。そして、図９は、ロータリ圧縮機の圧縮機構の複数の状態を示す図である。図６および図７に示すように、ロータリ圧縮機において、電動機１０２と圧縮機構１０３とが、クランクシャフト１３１を介して連結した状態で密閉容器１０１内に収納されている。圧縮機構１０３は、シリンダ１３０と、このシリンダ１３０の両端面を閉塞する上側軸受１３４ａの端板１３４と下側軸受１３５ａの端板１３５とによって形成された吸入室１４９および圧縮室１３９と、シリンダ内１３０に内に配置されたピストン１３２と、ピストン１３２の外周面と接触してシリンダ１３０を吸入室１４９と圧縮室１３９とに区画するベーン１３３とを有する。ピストン１３２は、側軸受１３４ａおよび下側軸受１３５ａによって支持されたクランクシャフト１３１の偏心部１３１ａに嵌合し、クランクシャフト１３１によって偏心回転する。ベーン１３３は、偏心回転するピストン１３２の外周面との接触を維持するために、ピストン１３２の偏心回転に対応して、ピストン１３２に向かって往復運動するように構成されている。
【００６２】
クランクシャフト１３１には、貯油部２０からオイルを汲み取る、中心軸に沿って油穴１４１が形成されている。上側軸受１３４ａ、下側軸受１３５ａに対向するクランクシャフト１３１の部分には、それぞれ油穴１４１に連通した給油穴１４２、１４３が設けられている。また、クランク軸１３１の偏心部１３１ａのピストン１３２に対向する部分には、油穴１４１に連通した給油穴１４４と、給油穴１４と連通した油溝１４５とが形成されている。
【００６３】
一方、シリンダ１３０には、吸入室１４９にガス状態の冷媒を吸入するための吸入ポート１４０が形成されている。シリンダ１３０の内周面と摺接するピストン１３２の摺接部が吸入ポート１４０を通過して吸入ポート１４０から離れると、吸入室１４９が徐々に拡大し、それにより、冷媒が吸入ポート１４０から吸入室１４９内に吸入される。上側軸受１３４ａには、圧縮室１３９から冷媒を吐出するための吐出ポート１３８が開通されている。吐出ポート１３８は上側軸受１３４ａを貫通する円形断面を備える孔として形成されている。吐出ポート１３８の上面には、所定の圧力以上の圧力を受けた場合に開く吐出弁１３６と、この吐出弁１３６を覆うカップマフラ−１３７とが設けられている。
【００６４】
シリンダ１３０の内周面と摺接するピストン１３２の摺動部が吐出ポート１３８に近づくにしたがい、圧縮室１３９が徐々に縮小される。圧縮室１３９内の冷媒が所定の圧力以上に圧縮されると、吐出弁１３６が開く。吐出弁１３６が開くと、冷媒は、吐出ポート１３８から流出し、カップマフラ−１３７によって密閉容器１０１内に吐出される。
【００６５】
一方、クランク軸１３１の偏心部１３１ａ、上側軸受１３４ａの端板１３４、およびピストン１３２の内周面で囲まれる空間１４６と、クランク軸１３１の偏心部１３１ａ、下側軸受１３５ａの端板１３５、およびピストン１３２の内周面で囲まれる空間１４７とが構成されている。その空間１４６、１４７には油穴１４１から給油穴１４２、１４３を介してオイルが漏れ込んでくる。この空間１４６、１４７の圧力は、ほぼ常に圧縮室１３９内の圧力に比べて高く、概ね吐出圧力と同じである。
【００６６】
また、シリンダ１３０の高さは、ピストン１３２がシリンダ１３０の内部で摺動できるように、ピストン１３２の高さに比べてわずかに大きく設定されている。そのため、このピストン１３２の端面と上側軸受１３４ａの端板１３４、下側軸受１３５ａの端板１３５との間には隙間がある。この隙間を介して空間１４６，１４７内のオイルが圧縮室１３９内に漏れる。
【００６７】
以上のように構成されたロータリ圧縮機において、図８に示すように、下側時軸受１３５ａの端板１３５に凹部状の圧縮室給油経路１５５が設けられている。図９は、クランクシャフト１３１の中心軸方向から見た、ピストン１３２と給油路１５５の位置関係を示している。図９の左下に示すように、圧縮室給油経路１５５の入口１５５ａとピストン１３２の内側とが連通する同時に、圧縮室給油経路１５５の出口１５５ｂと圧縮室１３９とが連通する、クランクシャフト１３１のクランク角度の区間で圧縮室１３９に給油が行われる。入口１５５ａと出口１５５ｂのクランク軸中心に対する角度位置が異なるように圧縮室給油経路１５５を設けることにより、入口１５５ａにオイルが流入するようなクランク角度の区間を決定することができる。それにより、出口１５５ｂの位置の自由度が増加する。その結果、冷媒が漏れる箇所近傍に圧縮室給油経路１５５の出口１５５ｂを設けることが可能となる。
【００６８】
また、図９左下に示すように、圧縮室１５５の出口１５５ｂを圧縮室１３９内のピストン１３２とシリンダ１３０の接点近傍位置に設けることにより、必要最小量のオイルでピストン１３２とシリンダ１３０の間を介する冷媒の漏れを抑制することができる。これにより、高温で分解しやすい冷媒の温度上昇が抑制される。
【００６９】
本実施の形態３によれば、オゾン層破壊係数ならびに地球温暖化係数が低い冷媒を使用することにより、地球環境への影響を抑制することができる。また冷媒を閉じ込めた後の圧縮室１３９にオイルを供給することにより、冷媒の再膨張加熱が抑制されるとともに、冷凍機油による冷媒の加熱が、吸入工程（冷媒が圧縮室に閉じ込められる前に）で冷凍機油を供給する場合に比べて抑制される。その結果、冷媒の分解が抑制される。
【００７０】
以上、実施の形態１〜３の回転式圧縮機を説明した。実施の形態１〜３の回転式圧縮機では、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒を使用している。この混合冷媒として、ハイドロフルオロオレフィンと、炭素の二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンとを混合した冷媒を使用してもよい。
【００７１】
また、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）またはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）と、ハイドロフルオロカーボンの一種であるジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）との混合冷媒を使用してもよい。
【００７２】
さらに、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）またはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）と、ハイドロフルオロカーボンの一種であるペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）との混合冷媒を使用してもよい。
【００７３】
さらにまた、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）またはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）と、ハイドロフルオロカーボンの一種であるペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）およびジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とが混合された、３成分からなる混合冷媒を使用してもよい。
【００７４】
そして、上記の混合冷媒は、地球温暖化係数が５以上７５０以下となるように、望ましくは５以上３５０以下となるように、混合それぞれ２成分混合もしくは３成分混合したものが好ましい。
【００７５】
また、本発明に係る回転式圧縮機に使用する冷凍機油としては、（１）ポリオキシアルキレングリコール類、（２）ポリビニルエーテル類、（３）ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、（４）ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を含む合成油、（５）アルキルベンゼン類を主成分とする合成油、または（６）αオレフィン類を主成分とする合成油が好ましい。
【００７６】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【００７７】
２０１０年９月２７日に出願された日本特許出願第２０１０−２１４８７７号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明によれば、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒を使用する場合でも、回転式圧縮機は、高い信頼性、高い耐久性、および高効率を実現することができる。そのため、本発明は、回転式圧縮機を備える、エアーコンディショナー、ヒートポンプ式給湯機、冷凍冷蔵庫、除湿機などの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１２  固定スクロール
１２ａ  鏡板
１２ｂ  ラップ
１２ｄ  凹部
１３  旋回スクロール
１３ａ  鏡板
１３ｂ  ラップ
１４  自転拘束機構
１５  圧縮室
１５ａ  第１の圧縮室
１５ｂ  第２の圧縮室
１７  吸入口
１８  吐出孔
１９  リード弁
２０  貯油部
２９  背圧室
３０  高圧領域
５５  ラップ内給油路
５６  圧縮室給油経路
１３０  シリンダ
１３１  クランク軸
１３３  ベーン
１３４ａ  上軸受
１３５ａ  下軸受
１３９  圧縮室
１４１  油穴
１５５  圧縮室給油経路
【図１】
2012042825.tif 000006
【図２】
2012042825.tif 000007
【図３】
2012042825.tif 000008
【図４】
2012042825.tif 000009
【図５】
2012042825.tif 000010
【図６】
2012042825.tif 000011
【図７】
2012042825.tif 000012
【図８】
2012042825.tif 000013
【図９】
2012042825.tif 000014
【国際調査報告】
2012042825.tif 000015
2012042825.tif 000016
2012042825.tif 000017
2012042825.tif 000018