(57)【要約】【課題】  ガスインジェクションサイクルにおいて、確実に圧縮室に冷媒をインジェクションして、圧縮機の性能を向上させる。【解決手段】  スクロール圧縮機４０は、鏡板７ａに渦巻状のラップ７ｂが立設された固定スクロール７と、固定スクロールに対向し旋回可能に設けられた旋回スクロール８と、旋回スクロールの背面にあって吐出圧力と吸込圧力との中間の圧力となる背圧室１８とを備える。旋回スクロールでは、渦巻状のラップ８ｂが鏡板８ａに立設されている。固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとの間に複数の圧縮室１３が形成される。背圧室に、ガス状の冷媒をインジェクションするパイプ１を備えている。【選択図】図２
2008101559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回スクロールの背面側にこの旋回スクロールを固定スクロールに押圧するための背圧室を形成したスクロール圧縮機において、前記背圧室にこのスクロール圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の中間の圧力のガス状冷媒をインジェクションするインジェクションパイプを設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記インジェクションするガス状冷媒にほぼ同じ圧力の液冷媒を混入させたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記旋回スクロールを駆動するシャフトを有し、このシャフトは軸心部に貫通孔が形成されており、このシャフトの下端に潤滑油ポンプを設けてこのスクロール圧縮機の摺動部に強制潤滑することを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向し旋回可能に設けられた旋回スクロールと、旋回スクロールの背面にあって吐出圧力と吸込圧力との中間の圧力となる背圧室とを備え、旋回スクロールでは渦巻状のラップが鏡板に立設されており、前記固定スクロールのラップと前記旋回スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機において、前記背圧室に、ガス状の冷媒をインジェクションする回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記インジェクション回路は、ガス状の冷媒に加えて液状の冷媒もインジェクションすることを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記旋回スクロールおよび固定スクロールを収容する密閉容器を有し、旋回スクロールの背面中心部に吐出圧力に近い圧力となる第１の空間を形成し、前記密閉容器底部に貯留した潤滑油をこの第１の空間に導く手段を設け、前記第１の空間から前記背圧室へ潤滑油を漏出させる手段と、前記第１の空間内の大部分の潤滑油を密閉容器内の圧縮ガスと混合させることなく密閉容器底部へ戻す手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記インジェクション回路は、ガス状の冷媒に加えて液状の冷媒もインジェクションすることを特徴とする請求項６に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
前記固定スクロールの最外周ラップの歯先に連通路を形成し、この連通路を介して導入される吸込圧力または圧縮室圧力と背圧室の圧力との差に応じて、背圧室内の流体を前記連通路を介して吸込室または圧縮室に逃がす背圧調整弁を設け、前記背圧室の圧力を調整することを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【請求項９】
前記背圧室と圧縮室または前記背圧室と吸込室とを連通する背圧孔を、前記旋回スクロールの鏡板に形成し、前記背圧室の圧力を調整することを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【請求項１０】
前記背圧室と圧縮室または前記背圧室と吸込室とを間欠的に連通する背圧孔を旋回スクロールの鏡板に形成し、前記背圧室の圧力を調整することを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
【請求項１１】
圧縮機，切換弁，第１熱交換器，第１減圧弁，気液分離器，第２減圧弁，第２熱交換器を順次配管接続した冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機は、請求項１に記載の圧縮機であり、前記気液分離器と前記圧縮機のインジェクションパイプとを接続したことを特徴とする冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクロール圧縮機に係り、特に冷凍サイクルに好適なスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルの性能を向上させるために、ガスインジェクションサイクルを用いることが、特許文献１に記載されている。この公報に記載のように、ガスインジェクションサイクルを用いた冷凍サイクルでは、減圧部に２個の減圧装置を配置するとともに、２個の減圧装置の間に気液分離器を配置する。そして、蒸発過程で発生した吸熱能力に寄与しない中間圧力（インジェクション圧力）を有するガス冷媒を、気液分離器から取り出し、取り出したガス冷媒を圧縮機の圧縮室にインジェクション（注入）する。圧縮機に導かれた冷媒は、中間圧力から圧縮されるので、圧縮機の仕事量が減る。これにより、冷凍サイクルの性能向上が可能になるとともに、インジェクションガスが蒸発器を通らないことで蒸発器での圧力損失が低減する。
【０００３】
ガスインジェクションには種々の方法があるが、特許文献１に記載のスクロール圧縮機では、固定スクロールに１個のインジェクションポートを設けて、冷媒を注入している。さらに、密閉容積の異なる２つの圧縮室に、ガス冷媒を順次かつ間欠的に供給でき、その供給時間が比較的長くなるようにインジェクションポートの位置を定めている。その際、インジェクションされたガス冷媒が、吸込側へ流出しないようにインジェクションポート位置を定めて、１個のインジェクションポートだけあれば、ガス冷媒を確実に圧縮室にインジェクションできる。
【０００４】
冷媒インジェクションの他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載のスクロール圧縮機では、ガスインジェクションの代わりに液冷媒を背圧室にインジェクションしている。温度の低い液冷媒を背圧室から圧縮室に導いたので、吐出温度の上昇が抑制され、その結果、モータの巻線や潤滑油などの温度上昇を抑制できる。ここで、圧縮室に直接インジェクションしないで背圧室にインジェクションしたので、吸込圧力と吐出圧力の比が大きい場合にも、旋回スクロールを固定スクロールへ押付ける力を確保している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２０５５５号公報
【特許文献２】特開平５−２６１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スクロール圧縮機では、圧縮室の圧力が旋回スクロールの旋回運動に伴って変動する。上記特許文献１に記載のスクロール圧縮機では、インジェクションポートが１個であるから、旋回スクロールの位相（位置）によっては、圧縮室の圧力変動によりインジェクション量が極端に低下するおそれがある。インジェクション量が低下した最悪の場合には、圧縮室からインジェクションポートへ冷媒が逆流する。
【０００７】
また、インジェクションサイクルを有する冷凍サイクルでは、その運転条件によっては、圧縮機に冷媒がインジェクションされずに運転される場合がある。この場合、固定スクロールに設けたインジェクションポートが、圧縮に寄与しないデッドボリュームとなる。そして、旋回スクロールの旋回に応じてその部分が低圧になると、再膨張して再膨張損失が増大し、圧縮機効率を低下させる。
【０００８】
さらに、圧縮室にガス冷媒をインジェクションすると、圧縮室内の圧力が上昇し、旋回スクロールと固定スクロールを互いに引離そうとする軸方向の力が大きくなる。その結果、旋回、固定の両スクロールラップの歯先と歯底との間にすき間が生じ、圧縮室の密閉性が悪化し、圧縮機の効率低下を引き起こす。
【０００９】
上記特許文献２に記載のスクロール圧縮機では、液冷媒を背圧室にインジェクションすることにより、吐出温度の上昇を抑制できるとともに、旋回スクロールと固定スクロールの引離し力の増大を抑制できる。しかしながら、ガスインジェクションでは、吸熱能力に寄与しないガス冷媒を分離して圧縮機の仕事量を減らすことが可能であったが、液インジェクションではこのような効果を期待できない。
【００１０】
また、液インジェクションにおいても、圧縮室内の圧力が変動すると、インジェクション量が極端に低下したり、圧縮室から背圧室を経てインジェクション配管へ冷媒が逆流する恐れがある。なお特許文献２に記載のスクロール圧縮機では、差圧給油を採用しているので、背圧室へインジェクションすると、軸受などの摺動部への給油量が減少する。差圧給油では、以下に述べるように給油のためのポンプ等が無いので、給油量を増大させることが困難である。
【００１１】
ここで、差圧給油では、密閉型の圧縮機の密閉容器の底部に貯留した潤滑油を、吐出圧力と背圧室内圧力（背圧）との差圧を利用して、軸受などの摺動部へ供給する。そして、背圧が低下した場合には、吐出圧力の雰囲気にある潤滑油が、軸受などの摺動部を経て背圧室に流入し、背圧が維持される。この差圧給油においては、背圧室へインジェクションすると、背圧室へ流入する潤滑油の量が減少し、軸受などの摺動部への給油量が減少する。
【００１２】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、確実に圧縮室に冷媒をインジェクションすることおよびインジェクション冷媒の逆流を防止することにある。本発明の他の目的は、冷媒を確実にインジェクションして、圧縮機の性能を向上させることにある。本発明のさらに他の目的は、冷媒をインジェクションしないときの圧縮機の性能低下を抑制することにある。そして本発明は、これら目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、旋回スクロールの背面側にこの旋回スクロールを固定スクロールに押圧するための背圧室を形成したスクロール圧縮機において、前記背圧室にこのスクロール圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の中間の圧力のガス状冷媒をインジェクションするインジェクションパイプを設けたことにある。
【００１４】
そしてこの特徴において、インジェクションするガス状冷媒にほぼ同じ圧力の液冷媒を混入させてもよく、旋回スクロールを駆動するシャフトを有し、このシャフトは軸心部に貫通孔が形成されており、このシャフトの下端に潤滑油ポンプを設けてこのスクロール圧縮機の摺動部に強制潤滑するものであってもよい。
【００１５】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向し旋回可能に設けられた旋回スクロールと、旋回スクロールの背面にあって吐出圧力と吸込圧力との中間の圧力となる背圧室とを備え、旋回スクロールでは渦巻状のラップが鏡板に立設されており、固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を形成するスクロール圧縮機において、背圧室に、ガス状の冷媒をインジェクションする回路を備えたものである。
【００１６】
そしてこの特徴において、インジェクション回路は、ガス状の冷媒に加えて液状の冷媒もインジェクションするものであってもよく、旋回スクロールおよび固定スクロールを収容する密閉容器を有し、旋回スクロールの背面中心部に吐出圧力に近い圧力となる第１の空間を形成し、密閉容器底部に貯留した潤滑油をこの第１の空間に導く手段を設け、第１の空間から背圧室へ潤滑油を漏出させる手段と、第１の空間内の大部分の潤滑油を密閉容器内の圧縮ガスと混合させることなく密閉容器底部へ戻す手段を設けてもよい。
【００１７】
また上記特徴において、固定スクロールの最外周ラップの歯先に連通路を形成し、この連通路を介して導入される吸込圧力または圧縮室圧力と背圧室の圧力との差に応じて、背圧室内の流体を連通路を介して吸込室または圧縮室に逃がす背圧調整弁を設け、背圧室の圧力を調整するようにしてもよく、背圧室と圧縮室、または背圧室と吸込室を連通する背圧孔を、旋回スクロールの鏡板に形成し、背圧室の圧力を調整するようにしてもよく、背圧室と圧縮室、または背圧室と吸込室を間欠的に連通する背圧孔を旋回スクロールの鏡板に形成し、背圧室の圧力を調整してもよい。
【００１８】
上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、圧縮機，切換弁，第１熱交換器，第１減圧弁，気液分離器，第２減圧弁，第２熱交換器を順次配管接続した冷凍サイクルにおいて、圧縮機は、旋回スクロールの背面側にこの旋回スクロールを固定スクロールに押圧するための背圧室が形成されており、背圧室にこのスクロール圧縮機の吐出圧と吸込圧の中間の圧力のガス状冷媒をインジェクションするインジェクションパイプが設けられており、気液分離器と圧縮機のインジェクションパイプとを接続したものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧縮室の圧力が変動してもガス冷媒または液ガス混合冷媒を確実に圧縮機にインジェクションするので、冷凍サイクルの性能が向上する。また、インジェクション冷媒が圧縮室から逆流しないので、インジェクション配管中の逆止弁が不要となる。さらに、冷媒をインジェクションしないときの圧縮機の効率低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る冷凍サイクルおよびそれに用いるスクロール圧縮機の一実施例を、図面を用いて説明する。図１に、インジェクションサイクルを有する冷凍サイクル５０のシステム図を示す。この図１は、空気調和機の冷凍サイクル５０を示している。空気調和機は、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルを切換弁４１により切り換える。以下、冷房運転の場合について、この冷凍サイクル５０を説明する。冷房運転では、切換弁４１は図１で実線のように切り換えられ、冷媒は矢印の方向に流れる。
【００２１】
冷凍サイクル５０は、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機４０と、このスクロール圧縮機４０の吐出ガスの流れ方向を切り換える切換弁４１と、凝縮器として作用する第１熱交換器４２と、この第１熱交換器４２で凝縮した冷媒を減圧する第１，第２膨張弁４３，４５と、これら第１，第２膨張弁４３，４５間に配置した気液分離器４４と、第２膨張弁４５で減圧した冷媒を蒸発させる第２熱交換器４６とを有し、これら各機器を順に配管で接続している。
【００２２】
気液分離器４４には、インジェクション配管４７が接続されている。インジェクション配管４７の一端は、スクロール圧縮機４０に接続されている。インジェクション配管４７内は、圧縮機４０で圧縮され、第１熱交換器４２で凝縮された気液混合冷媒から、気液分離器４４で分離されたガス冷媒が、流通する。インジェクション配管４７の途中には、逆止弁４８が設けられている。圧縮機４０および第１熱交換器４２，第１減圧弁４３，気液分離器４４，インジェクション配管４７等は、インジェクションサイクルを形成する。  
第１熱交換器４２は、室外側に配置され、図示しない室外ファンにより室外空気が通風されて、室外空気と強制的に熱交換する。第１膨張弁４３および第２膨張弁４５は、冷暖房サイクルのいずれでも、２段階に冷媒圧力を減圧して膨張させる。第１膨張弁４３および第２膨張弁４５は、弁開度が可変であり、図示しない制御装置により制御される。
【００２３】
第１膨張弁４３と第２膨張弁４５の間に設けられる気液分離器４４は、第１膨張弁４３または第２膨張弁４５で膨張された冷媒に含まれる液冷媒とガス冷媒とを分離する。そして、液冷媒を第２膨張弁４５に送り出し、ガス冷媒をインジェクション配管４７に送り出す。気液分離器４４内の冷媒は、第１膨張弁４３で膨張されて減圧されたので、圧縮機
４０の吐出圧力と吸込み圧力の中間の圧力である。第２熱交換器４６は、室内側に配置される熱交換器であり、図示しない室内ファンにより、室内空気と強制的に熱交換される。
【００２４】
このように構成した、本実施例に示した冷凍サイクル５０の動作を、以下に詳述する。スクロール圧縮機４０で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、切換弁４１を通って第１熱交換器４２に送られ、第１熱交換器４２で室外ファンから送付された室外空気と熱交換して放熱し、凝縮液化する。凝縮した冷媒は、第１膨張弁４３に送られ、第１膨張弁４３でスクロール圧縮機４０の吐出圧力よりは低く、スクロール圧縮機４０の吸込圧力よりは高い中間圧力まで減圧される。そして、気液２相の湿り冷媒となって、気液分離器４４に送られる。この湿り冷媒は、気液分離器４４で液冷媒とガス冷媒に分離される。  
気液分離器４４で分離されたガス冷媒は、インジェクション配管４７および逆止弁４８を通り、後述するスクロール圧縮機４０の背圧室に注入される。スクロール圧縮機４０内では、背圧室から圧縮室に流入する。したがって、冷房運転サイクルでは、気液分離器
４４で分離されたガス冷媒を圧縮機４０で中間圧力から圧縮するので、スクロール圧縮機４０の仕事量が低減し、冷凍サイクルの効率向上が可能になる。
【００２５】
その理由は、ガス冷媒を低圧まで膨張させて第２熱交換器４６に導いても、蒸発器として作用する第２熱交換器４６の蒸発過程で発生する吸熱能力に寄与しないからである。なぜなら、本実施例では液冷媒が蒸発してガス冷媒に相変化するときの潜熱吸熱を利用しているので、蒸発器には液冷媒だけが必要であり、ガス冷媒は必要無いからである。そこで、冷媒を圧縮機４０の吸込圧力等の低圧まで膨張させずに、中間圧力まで膨張させ、その状態でガス化した分を圧縮途中段階の圧縮室へ導く。中間圧力のガス冷媒を圧縮機４０で圧縮するので、ガス冷媒を吸込圧力等の低圧から中間圧力まで圧縮する動力が省かれる。さらに、分離されたガス冷媒は、第２熱交換器４６を通らないので、第２熱交換器４６での圧力損失を低減できる。
【００２６】
一方、気液分離器４４で分離された液冷媒は、第２膨張弁４５に送られてさらに減圧され、低温低圧の気液２相の湿り冷媒となる。この湿り冷媒は、第２熱交換器４６で室内ファンが送風する室内空気と熱交換して吸熱し、気化する。その結果、ガス冷媒となってスクロール圧縮機４０の吸込み側に流入する。第２熱交換器４６から送られたガス冷媒は、スクロール圧縮機４０に形成された圧縮途中の圧縮室にインジェクションされたガス冷媒と混合して圧縮される。そして、スクロール圧縮機４０で所定圧力まで圧縮されて、高温高圧の冷媒ガスとして第１熱交換器４２に送られる。
【００２７】
以上は、冷房運転サイクル時の各機器の作用であるが、暖房運転サイクル時には、切換弁４１は、図１の破線で表されるように切り換えられ、図の矢印とは逆向きに冷媒が流れる。この場合、第１熱交換器４２は蒸発器として、第２熱交換器４６は凝縮器として作用する。気液分離器４４には、第２減圧弁４５で減圧された冷媒が流入する。
【００２８】
このインジェクションサイクルに用いるスクロール圧縮機４０の詳細を、図２および図３を用いて説明する。図２は、本発明に係るスクロール圧縮機の一実施例の縦断面図である。固定スクロール７は円板状に形成された鏡板７ａと、この鏡板７ａの上に渦巻き状に立設されたラップ７ｂと、鏡板７ａの外周側に位置し、ラップ７ｂを囲むように筒状に形成された支持部７ｄとを有している。ラップ７ｂが立設された鏡板７ａの表面は、歯底
７ｃを形成する。支持部７ｄは、固定スクロール７の外周部に形成されており、支持部
７ｄをボルト等でフレーム１７に固定している。支持部７ｄで固定されて固定スクロール７と一体となったフレーム１７の周縁部を、溶接等によりケース９に固定する。
【００２９】
固定スクロール７に対向して配置される旋回スクロール８は、フレーム１７内に旋回可能に保持される。旋回スクロール８は、円板状の鏡板８ａと、この鏡板８ａに立設された渦巻き状のラップ８ｂと、鏡板８ａの背面中央に設けられたボス部８ｄとを有している。固定スクロール７と同様に、鏡板８ａのラップ８ｂが形成された側の表面は、歯底８ｃを形成する。旋回スクロール８でラップ８ｂが形成された部分よりも外径側の部分であって、固定スクロール７の歯先側端面と接する面は、旋回スクロール８の鏡板面８ｅを形成する。
【００３０】
ケース９は密閉容器であり、固定スクロール７と旋回スクロール８を有するスクロール部を上部に、旋回スクロール８を旋回駆動するモータ１６を下部に収容する。ケース９の底部には、潤滑油３９が貯えられている。モータ１６の回転子１６ａは、旋回スクロール８を駆動するシャフト１０に取り付けられている。シャフト１０は、フレーム１７に回転自在に設けられ、固定スクロール７の軸線と同軸である。シャフト１０の先端には、クランク１０ａが設けられており、クランク１０ａに旋回軸受１１を介して旋回スクロール８のボス部８ｄが回転可能に取り付けられている。
【００３１】
旋回スクロール８の軸線は、固定スクロール７の軸線に対して所定距離δだけ偏心している。旋回スクロール８のラップ８ｂは、固定スクロール７のラップ７ｂと周方向に所定角度だけ変えて重ね合わせられている。旋回スクロール８が固定スクロール７に対して自転しないで相対的に旋回運動するように、旋回スクロール８の背面側にオルダムリング
１２を取り付ける。
【００３２】
旋回スクロール８のラップ８ｂと固定スクロール７のラップ７ｂを組み合わせて旋回スクロール８を旋回運動させると、２つのラップ７ｂ，８ｂ間に複数の圧縮室１３が形成される。圧縮室１３は三日月状をしており、圧縮室１３が中央部に移動するに従い、連続的に容積が縮小する。複数形成される圧縮室１３は、いわゆる非対称ラップの場合には、図３に示すように、旋回スクロール８のラップ８ｂの内壁面側と外壁面側に形成され、それぞれ旋回内線側圧縮室１３ａと旋回外線側圧縮室１３ｂである。
【００３３】
固定スクロール７のラップ７ｂの外径側端部には、吸込部３８が形成されている。固定スクロール７のラップ７ｂ形成面とは反対側から、止まり穴である吸込ポート１４が形成されている。吸込ポート１４は、冷房運転サイクル時には第２熱交換器４６からの冷媒をスクロール部に導く。吸込部３８は、吸込ポート１４に対応した位置まで溝深さが徐々に変化し、その端部で吸込ポート１４の一部に連通するように、ラップ面から止まり穴が形成されている。吸込部３８は、吸込ポート１４から吸い込まれた冷媒の流れ方向の変化を緩和する。
【００３４】
吸込部３８に開放した固定スクロール７のラップ７ｂと旋回スクロール８のラップ
８ｂとで形成される空間を、吸込室２０と呼ぶ。吸込室２０は、冷房運転サイクル時には第２熱交換器４６から、暖房運転サイクル時には第１熱交換器４２からの冷媒を吸入している途中の空間である。旋回スクロール８の旋回運動の位相が進むと、吸込ポート１４側が２つのスクロールラップ７ｂ，８ｂにより閉じられ、圧縮室１３に変わる。固定スクロール７の鏡板７ａの渦巻中心付近には、吐出ポート１５が貫通穴として形成されている。この吐出ポート１５は、最内周側の圧縮室１３と連通する。
【００３５】
このように構成した本実施例のスクロール圧縮機の動作について、以下に説明する。モータ１６がシャフト１０を回転駆動すると、シャフト１０のクランク１０ａ部に保持された旋回軸受１１を介して、旋回スクロール８に回転が伝えられる。これにより、旋回スクロール８は固定スクロール７の軸線を中心に、距離δの旋回半径で旋回運動する。その際、旋回スクロール８が自転しないように、オルダムリング１２に形成した突起が旋回スクロール８の背面側に形成した溝内を移動するようにする。
【００３６】
旋回スクロール８が旋回運動するのにともない、固定，旋回ラップ７ｂ，８ｂの間に形成された圧縮室１３は中央に連続的に移動する。それとともに、圧縮室１３の容積が連続的に縮小する。この旋回スクロール８の運動により、吸込ポート１４から吸込まれた冷媒は、各圧縮室１３内で順次圧縮される。圧縮が完了した冷媒は、吐出ポート１５から吐出される。吐出ポート１５から吐出された冷媒は、ケース９内の固定スクロール７の外周部を通過した後、ケース９の側部であってスクロール部の下部に取り付けた吐出パイプ６から圧縮機４０の外部に出て、切換弁４１に送られる。
【００３７】
シャフト１０の下端には、容積型または遠心式の給油ポンプ２１が取り付けられている。シャフト１０が回転すると給油ポンプ２１も回転し、ケース９の底に貯留された潤滑油３９を給油ポンプケース２２に設けた潤滑油吸込口２５より吸入する。給油ポンプ２１で吸入された潤滑油３９は、給油ポンプの吐出口２９から、シャフト１０の軸部に形成した軸方向に延びる貫通穴３を通ってスクロール圧縮機４０の各部に導かれる。
【００３８】
上部に導かれた潤滑油３９の一部は、フレーム１７およびシャフト１０，旋回スクロール８，旋回スクロール８のボス部８ｄに設けたつば状の旋回ボス部材３４で形成された第１の空間３３に流入する。シャフト１０の下部には、半径方向に延びる横穴２４が形成されており、潤滑油３９の一部は、この横穴２４から噴出して、シャフト１０の下部を回転支持する副軸受２３を潤滑した後、ケース９底部の潤滑油３９の貯留部に戻る。
【００３９】
シャフト１０の上部であって主軸受５に対向する部分には、半径方向に延びる横穴４が形成されており、潤滑油３９の一部がこの横穴４から噴出して主軸受５を潤滑する。主軸受５を潤滑した潤滑油３９は、第１の空間３３に流入する。上下に延びる貫通穴３を通ってシャフト１０のクランク１０ａ上部に達した潤滑油３９は、旋回軸受１１を潤滑した後、第１の空間３３に流入する。ここで、シャフト１０には、軸受５，１１の軸受隙間より十分溝幅が広い給油溝２７，２８を形成する。給油溝２７，２８の幅が広いので、潤滑油３９が主軸受５および旋回軸受１１を通過する際の流路抵抗が小さく、軸受５，１１のそれぞれの上端と下端とで圧力勾配がほとんど生じない。したがって、潤滑油３９中に溶解した冷媒が、減圧発泡するのを防止でき、高い軸受信頼性が得られる。
【００４０】
第１の空間３３に流入した潤滑油の大部分は、フレーム１７に形成した排油穴２６ａおよび排油パイプ２６ｂを通ってケース９の底部へ落下する。このとき、排油パイプ２６ｂの出口をケース９の内壁面に近接させ、かつ潤滑油３９が下向きに流出するよう出口位置を形成したので、潤滑油３９が吐出ガスと混合して機外に持ち出されるのを抑制する。その結果、圧縮室１３内の潤滑油３９が極端に減少して圧縮機４０の信頼性を損なうのを防止できる。
【００４１】
第１の空間３３に流入した残りの潤滑油３９のなかで、オルダムリング１２および圧縮室１３を潤滑するとともに圧縮室１３をシールするのに必要な最低限の潤滑油が、主軸受５の上方に位置するシール部材３２の上端面と旋回ボス部材３４の端面間に設けた油漏出手段から背圧室１８に流入する。ここで、背圧室１８は、旋回スクロール８の背面側とフレーム１７間に形成される空間である。
【００４２】
ところで、スクロール圧縮機４０では、固定スクロール７と旋回スクロール８とが対向配置されており、旋回スクロール８が旋回すると、旋回，固定両ラップ７ｂ，８ｂ間に形成される複数の圧縮室１３の容積が順次減少する。スクロール圧縮機４０における圧縮作用により、固定スクロール７と旋回スクロール８には、互いに引離そうとする軸方向の力（以下、引離し力と称す）が発生する。固定，旋回両スクロール７，８が引離されると、固定スクロール７のラップ７ｂの歯先と旋回スクロール８の歯底、および旋回スクロール８のラップ８ｂの歯先と固定スクロール７の歯底との間にギャップが生じ、圧縮室１３の密閉性が悪化し、圧縮機の効率が低下する。
【００４３】
そこで、旋回スクロール８の鏡板８ａの背面側に、圧縮機４０の吐出圧力と吸込圧力の間の圧力（中間圧）となる背圧室１８を形成する。中間圧を旋回スクロール８の背圧として作用させると、旋回スクロール８は固定スクロール７側に押圧され、上記引離し力を打ち消す。それとともに、旋回スクロール８と固定スクロール７間に引付力が発生する。
【００４４】
しかしながら、引付力が大きすぎると旋回スクロール８と固定スクロール７間に作用するスラスト力が大きくなり、両ラップ７ｂ，８ｂの歯先と歯底の摺動摩擦が増大する。そこで、引付力を適当な大きさに調整する。この引付力すなわち背圧の大きさを調整するために、図２に示すように旋回スクロール８の鏡板８ａに、背圧孔３５を形成した。
【００４５】
背圧孔３５は、背圧室１８と圧縮室１３を連通する連通路である。背圧が高くなると、背圧室１８と圧縮室１３の圧力差に応じて、自動的に背圧室１８の流体が圧縮室１３に逃げ、背圧が適正な値に維持される。逆に、背圧が低くなると、圧縮室１３の流体が背圧室１８に流入して背圧を高め、背圧を適正な値に維持する。
【００４６】
シール部材３２はリング状をしており、フレーム１７に形成した円環溝３１に図示しない波状バネとともに挿入されている。シール部材３２は、圧縮機４０の吐出圧力である第１の空間３３と、圧縮機４０の吸込圧力と吐出圧力の中間の圧力である背圧室１８とを仕切る。油漏出手段として、複数の穴３０が旋回ボス部材３４に軸方向に延びて形成されている。旋回スクロール８が旋回運動すると、複数の穴３０はシール部材３２を挟んで円周上を移動し、第１の空間３３と背圧室１８にその開口部が交互に臨む。これにより、第１の空間３３の潤滑油３９を、背圧室１８に移送する。
【００４７】
背圧室１８への給油量は、旋回ボス部材３４に形成した複数の穴３０の数や各穴３０の径および深さを変えることにより自由に調整できる。背圧室１８に流入した潤滑油３９は、背圧が高くなると、旋回スクロール８の鏡板８ａに形成した背圧孔３５を通って圧縮室１３へ流入する。そして、旋回スクロール８の旋回とともに旋回スクロール８の中央部に移動し、吐出ポート１５から吐出される。吐出ポート１５から吐出された潤滑油３９の一部は、吐出パイプ６から機外へ流出する。残りの潤滑油３９は、冷媒と分離されてケース９の底部に貯留する。
【００４８】
上述した背圧孔３５の位置は、以下のように設定する。旋回スクロール８の鏡板８ａに背圧孔３５は形成される。その際、旋回スクロール８の旋回に伴い形成される圧縮室１３の背圧孔３５部での圧力が、予め定めた背圧値に近い値になるように、背圧孔３５を位置決めする。図３に、背圧孔３５の一例を示す。圧縮室１３の背圧孔３５部での圧力は、旋回外線側圧縮室１３ｂの圧力である。
【００４９】
旋回外線側圧縮室１３ｂ内の圧力は、旋回スクロール８が１旋回する間に変動するので、１旋回中の平均圧力が圧縮室１３の背圧孔３５部の圧力となる。図４に、旋回スクロール８の旋回角と圧縮室１３の圧力との関係を示す。横軸は旋回スクロール８の旋回角に対応するクランク角である。旋回スクロール８が旋回運動するにつれて、旋回外線側圧縮室１３ｂの圧力は、図中の線Ａ−Ｂ−Ｃのように吸込圧力から吐出圧力まで上昇する。一方、旋回内線側圧縮室１３ａの圧力は、図中の線Ａ−Ｄ−Ｅ−Ｃのように上昇する。
【００５０】
このとき、圧縮室１３の位置は旋回スクロール８の旋回とともに中央に移動するので、圧縮室１３に背圧孔３５が含まれない場合も生じる。したがって圧縮室１３が背圧孔３５を含むときだけ、すなわち、開口区間においてだけ、旋回外線側圧縮室１３ｂの圧力である線Ｆ−Ｇの圧力が背圧孔３５に作用する。この線Ｆ−Ｇの平均の圧力が、背圧室１８に作用する背圧とバランスするように、背圧孔３５を形成する。
【００５１】
背圧孔３５の圧縮室１３側の圧力は、上述したように線Ｆ−Ｇのように変動しているので、冷媒の流れる方向が、旋回スクロール８の旋回中に、あるクランク角範囲では背圧室１８から圧縮室１３へ、またあるクランク角範囲では圧縮室１３から背圧室１８へと変化する。このような背圧孔３５を往復する冷媒の流れは、いわゆる呼吸損失を生じる。そこでこの呼吸損失を低減するため、背圧孔３５を間欠的に、背圧室１８および圧縮室１３に連通させる。
【００５２】
背圧孔３５を間欠的に背圧室および圧縮室に連通させる例を、図５および図６を用いて説明する。図５は、図２に示したスクロール圧縮機４０について、背圧孔３５の周りの部分を拡大して示した縦断面図である。また図６は、旋回スクロール８の歯底面である鏡板８ａ部での横断面図であり、固定スクロール７と旋回スクロール８のみを示す図である。旋回スクロール８の鏡板８ａに断面コの字型に形成した背圧孔３５と、固定スクロール７のラップ７ｂ側表面に形成し、半径方向外方から斜めに内径側に延びる連通溝３６を併せて示す。
【００５３】
連通溝３６は、背圧室１８の一部を構成する。旋回スクロール８が、１旋回すると、背圧孔３５の背圧室１８側の開口３５ａは、図６中で円３７で示された軌跡をたどる。このとき、１旋回中のあるクランク角範囲、具体的には背圧孔３５の開口３５ａが連通溝３６に臨む間だけ、背圧室１８と圧縮室１３が連通する。クランク角の他の範囲では、背圧孔３５の開口３５ａは、固定スクロール７のラップ７ｂ側の表面７ｅで閉塞されており、背圧室１８と圧縮室１３は遮断されている。背圧室１８と圧縮室１３を間欠的に連通させたので、図４に示した圧縮曲線における線Ｆ−Ｇの長さが短くなり、圧力変動を抑制することができる。
【００５４】
次に、インジェクションサイクルに用いる圧縮機４０としての構成を、図２を用いて説明する。背圧室１８に連通するように、ケース９を貫通してインジェクションパイプ１が設けられている。インジェクションパイプ１の端部は、図１に示したインジェクション配管４７に接続されている。
【００５５】
このように構成したスクロール圧縮機４０では、気液分離器４４で分離したガス冷媒を背圧室１８に注入する。注入されたガス冷媒は、上記潤滑経路、すなわちケース９の底部の潤滑油溜りからシャフト１０内を伝わって背圧室１８に達した潤滑油とともに、背圧孔３５を通って圧縮室１３に流入する。上述したように、背圧孔３５を間欠的に背圧室１８と圧縮室１３に連通させたので、背圧室１８からのガス冷媒の流出先である圧縮室１３側の圧力変動は小さくなり、呼吸損失も小さくなる。その結果、ガス冷媒を圧縮室１３に直接インジェクションする場合に比べて、呼吸損失を低減できるとともに、インジェクション量を増大させることができる。
【００５６】
ガス冷媒のインジェクション量が増大すると、蒸発器での吸熱能力に寄与しないガス冷媒を、低圧から中間圧力まで圧縮する動力を、より大幅に低減できる。従来、呼吸損失や流路抵抗による圧損により、分離したガス冷媒を全てインジェクションするのが困難であり、一部のガス冷媒を蒸発器を介して圧縮していた。本実施例では、インジェクション量を増やしているので、このような無駄な圧縮を回避できる。
【００５７】
気液分離器４４で分離されたガス冷媒は、第２熱交換器４６を通らないので、第２熱交換器４６での圧力損失を低減できる。また、ガス冷媒の流出先である圧縮室１３側の圧力変動の影響を小さく抑えたので、インジェクション圧力をガス冷媒の流出先の最大圧力よりも高い圧力に設定することが可能となる。その結果、圧縮室１３から背圧室１８を通ってインジェクション配管４７にガス冷媒が逆流するのを防止でき、インジェクションサイクル中の騒音源となる逆止弁４８が不要となる。
【００５８】
従来用いられている圧縮室１３に直接冷媒ガスをインジェクションする方法では、冷媒ガスのインジェクションにより圧縮室１３の圧力が高くなり、インジェクションしない場合に比べて、旋回スクロール８を固定スクロール７から引き離す引離し力が増大し、圧縮機の効率が低下するおそれがあった。
【００５９】
これに対して、本実施例によれば、ガス冷媒を背圧室１８に流入させ、背圧孔３５を通過する際の圧力損失により、ガス冷媒の圧力が少し低くなった状態で圧縮室１３へ流入する。その結果、引離し力が増大するとともに押付け力も増大するので、固定，旋回両スクロール７，８が引離されることによる圧縮機４０の効率低下を防止できる。
【００６０】
なお、従来の圧縮室１３に直接インジェクションする方法では、インジェクションポートと逆止弁で形成される圧縮室１３側の空間が、インジェクションしないで運転するときに、圧縮に寄与しないデッドボリュームとなり、再膨張損失を生じるおそれがあった。本実施例によれば、インジェクションポートが不要なのでデッドボリュームが生じず、インジェクションしないで運転しても圧縮機４０の効率が低下しない。また、本実施例によれば、主軸受５および旋回軸受１１に給油ポンプで潤滑油３９を供給している。そのため、背圧室１８に冷媒ガスをインジェクションしても、軸受摺動部への給油量が減少するおそれがない。
【００６１】
上記実施例では、気液分離器４４で分離したガス冷媒を、背圧室１８にインジェクションしているが、ガス冷媒に加えて一部の液冷媒を背圧室１８にインジェクションしてもよい。液冷媒をもインジェクションする場合には、低温の液冷媒が背圧室１８を経由して圧縮室１３へ流入するので圧縮室１３が冷やされ、吐出ポート１５から吐出される冷媒ガスの吐出温度を下げることができる。その結果、モータの巻線や潤滑油などの温度上昇も抑制できる。
【００６２】
本発明に係るスクロール圧縮機４０の他の実施例を、図７および図８を用いて説明する。図７は、スクロール圧縮機４０の縦断面図であり、図８はスクロール圧縮機４０が備える背圧調整弁２部を拡大して示す縦断面図である。本実施例が図２に示した実施例と相違するのは、軸受部への給油を、吐出圧力と背圧との圧力差で行う差圧給油としたこと、および背圧孔の代わりに背圧調整弁２を用いて背圧を調整したことにある。
【００６３】
差圧給油構造について、説明する。潤滑油３９はケース９の底部の潤滑油溜り３９ａに貯留されており、この潤滑油溜り３９ａ部の雰囲気圧力は吐出圧力である。これに対して、背圧室１８内の圧力は、吐出圧力より低い。そこで、潤滑油溜り３９ａに貯留している潤滑油３９は、潤滑油溜り３９ａ部の雰囲気圧力と背圧室１８の圧力との圧力差で、シャフト１０の軸心部に形成した貫通穴３を通って背圧室１８に流入する。
【００６４】
この際、潤滑油３９の一部は、シャフト１０の主軸受５に対向する部分に開口し、シャフト１０内を半径方向に延びる横穴４を通って主軸受５を潤滑する。そして、主軸受５を潤滑した後、背圧室１８に達する。残りの潤滑油３９は、貫通穴３を通ってシャフト１０のクランク１０ａ上部に達し、旋回軸受１１を潤滑して背圧室１８に流入する。潤滑油
３９は、主軸受５および旋回軸受１１を通過する際、軸受隙間が小さいので絞られ、吐出圧力より低い圧力で背圧室１８に流入する。
【００６５】
背圧室１８に流入した潤滑油３９は、背圧が高くなると、吸込室２０または圧縮室１３への連通路に設けた背圧調整弁２が開く。背圧調整弁２が開いたので、潤滑油３９は背圧室１８から吸込室２０または圧縮室１３へ流入し、圧縮室１３を通って吐出ポート１５から吐出される。
【００６６】
次に背圧調整弁２の構成および動作について、説明する。固定スクロール７のラップ
７ｂよりも外側には、背圧調整弁２の弁体２ａを収容可能なように軸方向に延びる段付きの穴が背面側から形成されている。一方、この段付き穴に対応する位置に、背圧室１８側から穴が形成されている。背圧室１８側の穴は、背圧室１８と通じている下側の空間２ｄを形成する。
【００６７】
段付き穴の側部に、この段付き穴と背圧室１８側とを連通する穴が斜めに形成されている。斜めに形成された穴の背圧室１８側端部は、固定スクロール７のラップ７ｂ側表面に形成された溝である連通路２ｆに接続されている。段付き穴および斜めの穴で形成される空間２ｅは、連通路２ｆを介して吸込室２０または圧縮室１３に連通する。下側の空間
２ｄの上面には、この空間を閉じることが可能なように、弁体２ａが配置されている。弁体２ａは、段付き穴に嵌合する部材２ｃの下部に固定されたバネ２ｂにより、下側の空間２ｄ側へ押付けられている。
【００６８】
したがって、弁体２ａは、背圧室１８に連通する下側の空間２ｄの圧力による力が、連通路２ｆを介して空間２ｅに伝わった吸込室２０または圧縮室１３の圧力による力と、バネ２ｂの押付け力の合計より高くなった場合に、上方へ移動する。そして、下側の空間
２ｄと空間２ｅを連通させる。つまり、背圧調整弁２は、背圧室１８内の圧力が予め設定した値よりも高くなると、背圧室１８内の流体を吸込室２０または圧縮室１３に逃がす。
【００６９】
この背圧調整２弁を有する構造においても、インジェクション配管４７を経て背圧室
１８に注入されたガス冷媒は、背圧室１８に達した潤滑油と一緒になる。そして、背圧調整弁２を通って、吸込室２０または圧縮室１３に流入する。したがって、本実施例においても、背圧調整弁２が間欠的に背圧室１８と吸込室２０または圧縮室１３を連通させるので、背圧室１８内の圧力は、吸込室２０または圧縮室１３側の圧力変動の影響を受けず、ほぼ一定の圧力であり、呼吸損失の少ない良好なインジェクションを実現できる。
【００７０】
また本実施例によれば、ガス冷媒を圧縮室１３に直接インジェクションする場合に比べて、呼吸損失を低減でき、インジェクション量を増大させることができる、インジェクション配管４７にガス冷媒が逆流するのを防止でき、逆止弁４８が不要となる、ガス冷媒が背圧室１８に流入してから、背圧調整弁２を通過し、その際の圧力損失があるので、図２に示した実施例と同様の理由で、固定，旋回両スクロール７，８間の引離し力とともに押付け力も増大し、体積効率の低下を防止できる、従来必要なインジェクションポートが不要なので、デッドボリュームは生じず、インジェクションしないで運転する際にも圧縮機の効率は低下しない、等の効果がある。
【００７１】
なお本実施例では、主軸受５および旋回軸受１１に潤滑油３９を、吐出圧力と背圧の差圧により供給しているので、インジェクションにより背圧室１８に流入するガス冷媒の量が多いと、その分だけ軸受を経由して背圧室１８に流入する潤滑油の量が少なくなる。つまり、インジェクションしない場合には、背圧室から流出する流体の流れは、ケース底部の油溜りからの潤滑油の流れとみなせるが、インジェクションしたときにはこの潤滑油の流れにインジェクションガスの流れが加わる。その結果、背圧室１８からの流体の流量を一定とすると、潤滑油量が減少する。
【００７２】
そこで、背圧調整弁２のバネ２ｂの押付け力を小さくする。バネ２ｂの押付け力が小さいと、背圧室１８から吸込室２０または圧縮室１３へ逃げる流体の量が増加する。背圧室１８へ流入する潤滑油の量が、背圧室１８にインジェクションしないときと同程度であるように、インジェクション圧力を調整する。これにより、軸受部への給油量の減少を回避できる。ガス冷媒だけでなく液冷媒を含むガス冷媒をインジェクションしてもよいことは、図２に示した実施例と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る冷凍サイクルのシステム図である。
【図２】本発明に係るスクロール圧縮機の一実施例の縦断面図である。
【図３】図２に示したスクロール圧縮機が有する旋回スクロールと固定スクロールにより形成される圧縮室の平面図である。
【図４】図２に示したスクロール圧縮機の圧縮室内の圧力の変化を説明するグラフである。
【図５】図２に示したスクロール圧縮機に形成される背圧孔の詳細縦断面図である。
【図６】図２に示したスクロール圧縮機に形成される背圧孔の平面図である。
【図７】本発明に係るスクロール圧縮機の他の実施例の縦断面図である。
【図８】図２または図７に示したスクロール圧縮機が有する背圧調整弁の縦断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  インジェクションパイプ
２  背圧調整弁
７  固定スクロール
８  旋回スクロール
１３  圧縮室
１８  背圧室
３５  背圧孔
４０  スクロール圧縮機
５０  冷凍サイクル
【図１】
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【図２】
2008101559.tif 000004
【図３】
2008101559.tif 000005
【図４】
2008101559.tif 000006
【図５】
2008101559.tif 000007
【図６】
2008101559.tif 000008
【図７】
2008101559.tif 000009
【図８】
2008101559.tif 000010