(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業流体を圧縮するための旋回運動サイクルを有する圧縮機であって、
容積を変更する少なくとも１個の作業流体の圧縮用封鎖空間並びに吐出空間、及び
旋回運動サイクルの一時期に前記封鎖空間に対し且つ旋回運動サイクルの別の時期に前記吐出空間に対し選択的に冷却用の液体を供給するための液体注入機構であって、加圧流体に応動して作動するバルブを含む液体注入機構、
を備えた圧縮機。
【請求項２】
前記加圧流体が前記作業流体である請求項１の圧縮機。
【請求項３】
密閉外殻を備えていて、前記バルブを、該密閉外殻内に配置してある請求項１の圧縮機。
【請求項４】
前記バルブを、圧縮機の一構成要素内に配置してある請求項１の圧縮機。
【請求項５】
前記封鎖空間に供給する前記液体が、前記作業流体である請求項１の圧縮機。
【請求項６】
圧縮機が前記作業流体を吸入圧力から吐出圧力まで圧縮するものであり、前記バルブが、該吸入圧力と吐出圧力間の圧力差に応動して作動するものである請求項１の圧縮機。
【請求項７】
圧縮機が前記作業流体を吸入圧力から吐出圧力まで圧縮するものであり、前記バルブが、該両圧力間の中間圧力と吐出圧力との差に応動して作動するものである請求項１の圧縮機。
【請求項８】
冷却系統であって、
作業流体を圧縮するための旋回運動サイクルを有する圧縮機であって、該作業流体を圧縮するために容積を変更する少なくとも１個の流体圧縮用封鎖空間並びに吐出空間を形成する圧縮機、
凝縮器、
蒸発器、
これらの圧縮機、凝縮器及び蒸発器を、閉ループを形成するように直列接続する管路、
前記凝縮器と蒸発器間で上記管路に対し接続された冷却用液体注入管路であって、旋回運動サイクルの一時期に圧縮機の上記封鎖空間への出口を有し且つその一時期にその封鎖空間に流体を選択的に供給し、ならびに旋回運動サイクルの別の時期に前記吐出空間へ開口し且つその別の時期にその吐出空間に流体を選択的に供給する液体注入管路、及び
この液体注入管路を通しての流体流れを制御するために該液体注入管路中に配置してあるバルブであって、加圧流体に応動して作動するバルブ、
を備えた冷却系統。
【請求項９】
前記加圧流体が前記作業流体である請求項８の冷却系統。
【請求項１０】
前記圧縮機が密閉外殻を備えていて、前記バルブを、該密閉外殻内に配置してある請求項８の冷却系統。
【請求項１１】
前記バルブを、前記圧縮機の一構成要素内に配置してある請求項８の冷却系統。
【請求項１２】
前記圧縮機が前記作業流体を吸入圧力から吐出圧力まで圧縮するものであり、前記バルブが、該吸入圧力と吐出圧力間の圧力差に応動して作動するものである請求項８の冷却系統。
【請求項１３】
前記圧縮機が前記作業流体を吸入圧力から吐出圧力まで圧縮するものであり、前記バルブが、該両圧力間の中間圧力と吐出圧力との差に応動して作動するものである請求項８の冷却系統。
【請求項１４】
作業流体を処理するための旋回運動サイクルを有するスクロール式圧縮機であって、
互いに噛合わされた螺旋翼を有する第１及び第２のスクロール部材、
これらのスクロール部材間に周期的な相対旋回運動を生じさせ、上記螺旋翼間に、上記作業流体が吸入圧力にある放射方向外側位置から上記作業流体がより高い中心圧力にある放射方向内側の中心位置へと順次移動せしめられる複数個の封鎖空間を形成させる駆動機構、
旋回運動サイクルの一時期に前記複数個の封鎖空間のうちの少なくとも１個の封鎖空間中に且つ旋回運動サイクルの別の時期に前記放射方向内側の中心位置の中に液体を注入して上記作業流体の温度を低下させるための液体注入回路であって、液体供給源から上記した第１及び第２のスクロール部材のうちの１個のスクロール部材中に形成してある注入ポートへと導かれた注入通路を含む液体注入回路、及び
上記注入通路中に配置され該注入通路を通しての液体流れを制御するバルブであって、加圧流体に応動して作動するバルブ、
を備えたスクロール式圧縮機。
【請求項１５】
前記加圧流体が前記作業流体である請求項１４のスクロール式圧縮機。
【請求項１６】
前記液体が前記作業流体である請求項１４のスクロール式圧縮機。
【請求項１７】
密閉外殻を備えていて、前記バルブを、該密閉外殻内に配置してある請求項１４のスクロール式圧縮機。
【請求項１８】
前記バルブが、前記中心圧力に応動して作動するものである請求項１７のスクロール式圧縮機。
【請求項１９】
前記バルブを、前記した第１及び第２のスクロール部材のうちの１個のスクロール部材中に配置してある請求項１４のスクロール式圧縮機。
【請求項２０】
前記バルブが、前記中心圧力に応動して作動するものである請求項１９のスクロール式圧縮機。
【請求項２１】
前記圧縮機が前記作業流体を吸入圧力から前記中心圧力まで圧縮するものであり、前記バルブが吸入圧力と中心圧力間の圧力差に応動して作動するものである請求項１４のスクロール式圧縮機。
【請求項２２】
前記圧縮機が前記作業流体を吸入圧力から前記中心圧力まで圧縮するものであり、前記バルブが該両圧力間の中間圧力と中心圧力との差に応動して作動するものである請求項１４のスクロール式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスクロール式機械、特に内部のバルブによって制御される液体注入機構を組込んである密閉型のスクロール式圧縮機に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
冷却・冷凍系統及び空気調和系統は一般に圧縮機、凝縮器、膨張弁又はその均等物、及び蒸発器を備えている。これらの構成要素は順次、連続した流路を形成するように接続される。系統を通して作業流体が流され、この作業流体は液相と蒸気ないし気相間で状態変化する。
【０００３】
冷却・冷凍系統では様々な型式の圧縮機が用いられており、それには往復動式圧縮機、スクリュー圧縮機、及び回転圧縮機等が含まれる。回転圧縮機にはベーン式圧縮機及びスクロール式圧縮機が含まれる。スクロール式圧縮機は、それぞれが端板と螺旋翼を有する２個のスクロール部材を用いて構成される。両スクロール部材の螺旋翼は、互いに嵌め合わされるようにして対向配置される。両スクロール部材は互いに相対旋回運動可能に係合するように、支持される。旋回運動の間に両螺旋翼は一連の封鎖空間を形成し、各封鎖空間は、比較的低い吸入圧力の放射方向外側の位置から比較的高い圧力の中心位置へと移動するにつれて順次容積を減少して行く。圧縮されたガスは中心位置で封鎖空間から、両スクロール部材のうちの１個のスクロール部材の端板に形成してある吐出通路を通して流出する。
【０００４】
いくつかの不利な条件のうちの何れかの条件下ではスクロール式圧縮機の吐出ガスが過度に熱くなり得、このような過熱は圧縮機の効率と耐久性に対し不利な影響を与える。圧縮ガスを冷却する１つの従来方法は、液状冷媒を凝縮器から注入通路を通し圧縮機中に直接注入する方法である。液状冷媒は圧縮機の吸入ガス領域中に注入してもよいし、また両スクロール部材により形成された中間の封鎖空間中に注入してもよい。この種の様々な方法は米国特許Ｎｏ．５，０７６，０６７、米国特許Ｎｏ．４，９７４，４２７、米国特許Ｎｏ．５，３２９，７８８、及び１９９４年５月３日付けの「液体注入機構を備えたスクロール式圧縮機」と題する米国特許出願Ｎｏ．０８／２３７，４４９に記載されている。これらの特許及び特許出願はすべて本願出願人のものであり、ここに引用してその記載を加入する。最適の運転効率を得るため及び吐出ガスの効果的な冷却を得るためには液体注入ポートをできるだけ中心側に、吐出通路に極力近接させて配置するのが望ましい。しかし不運にも注入ポートの中心側配置は、凝縮器の出口での液体供給圧力によって制約される。すなわち凝縮器出口での同圧力は吐出圧力付近の値のものであるが、なお圧縮機の吸入圧力と吐出圧力との間にある。吐出ポート付近の封鎖空間内のガス圧力が旋回運動サイクルの間ずっと凝縮器出口での液体供給圧力よりも高かったとすれば、液状冷媒は液体注入通路から圧縮機内の封鎖空間中に流れ得ないことになる。
【０００５】
したがって中心或いは最も内側の封鎖空間内の圧力を旋回運動サイクル中の少なくも一部の期間に、液体供給圧力よりも低い圧力にまで低下させるか、又は上述の空間圧力からする制約を避けるように吐出領域から十分に隔てた位置で液体を注入するのが、望ましいことになる。最も内側の封鎖空間内の圧力を低下させれば、圧縮冷媒が最も熱く冷却が最も効果的に行われることとなる吐出ポート付近に配置した注入ポートから液体を注入できることになる。中心部の最も内側の封鎖空間内の圧力を低下させる１つの方法は、各サイクル中に１回開閉する動的な一方向バルブを、吐出通路中で使用することである。しかしそのような一方向バルブは騒音を発生し得ると共に、信頼性に問題があり、またガス流れ損失からして圧縮機の効率を低める。さらに一方向バルブは余分の構成要素となって余分のコストを要求し、組立てコストも高める。
【０００６】
従来技術に従ったいくつかの液体注入機構は、冷却サイクルが停止されたときに圧縮機への液状冷媒の流れを選択的に遮断するための電磁弁を利用している。電磁弁を設ける目的は圧縮機稼働中の液体注入を可能としつつ、圧縮機停止期間中に凝縮器から封鎖空間へ冷媒が流れるのを阻止して、圧縮機起動時の液状冷媒のスラッジングに起因する重大な損傷の原因となり得る圧縮機のフラッジングを無くすためである。しかし圧縮機に電力が供給されたときに開放されるように配線されている電磁弁は、或る条件下で問題を生じさせる。圧縮機が過熱されたときは内部の温度センサーがモータへの電力供給を断つ。このとき電磁弁はなお電力供給を受け、圧縮機はもはや作動していないのに液状冷媒が圧縮機内の封鎖空間に注入される。封鎖空間中に液状冷媒が豊富に存在することからして、圧縮機の再起動がフラッジング状態での起動となる。かかる事態を防止する電気的な手段を講じることは可能である。例えば電磁弁をモータ巻線と直列に接続すると、上記の事態に対する保護が得られる。別の手段としてはモータ巻線の電流を感知して、電流がない状態が感知されると弁を閉じる方法がある。
【０００７】
この発明は圧縮機の起動中における如何なる問題も解消するのみならず、注入ポートを吐出通路に極力近接させて配置可能とする低コストの液体注入機構を備えた圧縮機、特にスクロール式圧縮機を提供しようとするものである。
【０００８】
【発明の要約】
この発明は作業流体を圧縮するための圧縮機において、容積を変更する圧縮用の封鎖空間に対し選択的に冷却用の液体、好ましくは冷却・冷凍系統の凝縮器を出る液状作業流体の一部、を供給するための液体注入機構に係り、液体注入機構を制御するために、内部のパイロットバルブを利用する。このバルブは吐出圧力に応動して作動し、吐出圧力が特定の最小値よりも高い時期にのみ液体注入を行わせる。
【０００９】
この発明の他の特徴と長所は、添付図面を参照して行う以下の説明から明瞭に理解できる。
【００１０】
【実施例】
図１にはこの発明に従った独特の液体注入機構を組込んである冷凍用の密閉型スクロール式圧縮機を、全体を符号１０で指して示してある。このスクロール式圧縮機１０はほぼ円筒状の密閉外殻１２を備え、外殻１２の上端にはキャップ１４を、下端には一体形成された複数の据付け脚（図示せず）を有する基台部１６を、それぞれ溶着してある。キャップ１４には、内部に通例の吐出弁（図示せず）を有していてもよい冷媒吐出管接手１８を設けてある。外殻１２に取付けられている他の主な構成要素としてはキャップ１４と同一の点で外殻１２に外周端を溶着してある横向きの仕切り壁２０、入口管接手２２、外殻１２に対し適当な方法で取付けられている主軸受箱２４、及び放射方向の外向きに張出す複数の脚部のそれぞれを外殻１２に対し適当な方法で取付けられている下部軸受箱２６がある。横断面形状がほぼ正方形状であるが角部を円弧状に面取りしてあるモータ固定子２８を、外殻１２中に圧力ばめして設けてある。この固定子２８の面取り角部間の平坦面は該固定子２８と外殻１２間に、外殻１２内の頂部から底部への潤滑油の流れを促進する通路を付与する。
【００１１】
上端に偏心したクランクピン３２を有する駆動軸ないしクランク軸３０を、下部軸受箱２６中の軸受３４に回転可能に支承させてある。クランク軸３０はその下端部中に比較的大径の同心の穴３８を有し、この穴３８は、放射方向の外向きに傾斜させてクランク軸３０上端にまでかけて穿設されているより小径の穴４０に対し連通させてある。穴３８内には攪拌器４２を配設してある。外殻１２内の下部には潤滑油を満たしてあり、穴３８，４０は、クランク軸３０内で潤滑油を汲上げ最終的には潤滑を必要とする圧縮機の種々の部分の全てに潤滑油を供給するポンプとして働く。
【００１２】
クランク軸３０は上記固定子２８、該固定子２８を貫通している巻線４４、クランク軸３０上に圧力ばめされていると共に上下の釣合い重り４８，５０を有する回転子４６を備えた電動モータによって、駆動される。通常の型式のモータ保護器５２を、モータ巻線４４に近接位置させて設けてあり、このモータ保護器５２は、モータが通常の温度範囲を越えると該モータを遮断し電力供給を断つように働く。
【００１３】
主軸受箱２４の上面には平坦な環状スラスト受け面５４を形成してあり、このスラスト受け面５４上に旋回スクロール部材５６が配置されている。旋回スクロール部材５６は端板５８を備え、この端板５８はその上面に通常の螺旋翼６０を、また下面に平坦な環状スラスト受け面６２を、それぞれ有する。スクロール部材５６の下面から平軸受６６を内部に有する円筒状のハブ６４を下方向きに突出させてあり、このハブ６４中に、穴７０を有する駆動ブッシュ６８を回転可能に配設して、穴７０にクランクピン３２を嵌合してある。クランクピン３２は穴７０の内周面の一部に形成してある平坦面と係合する平坦面（以上、図示せず）を外面上に有し、これによって本願出願人の米国特許Ｎｏ．４，８７７，３８２に示されているような放射方向で融通性を有する駆動機構が提供されており、ここに同特許を引用してその記載を加入する。
【００１４】
螺旋翼６０は、非旋回スクロール部材７４の一部分を形成している非旋回螺旋翼７２と噛合わせてある。非旋回スクロール部材７４は主軸受箱２４に、該スクロール部材７４の制限された軸線方向移動を可能とする任意の方法で支持されている。該支持方法は本発明にとって重要ではないが、図例では図３に示すように非旋回スクロール部材７４が周方向で間隔をあけた複数個の支持ボス７６を有し、各支持ボス７６は平坦な上面７８と軸線方向の穴８０を有する。穴８０内にはスリーブ８２を摺動可能に配置してあり、該スリーブ８２はボルト８４により主軸受箱２４に止め付けられている。ボルト８４は平坦な下面８６を有する大径頭部を有し、下面８６は支持ボス７６の上面７８に対し係合して非旋回スクロール部材７４の上方向き移動（旋回スクロール部材５６からの分離移動）を制限する。非旋回スクロール部材７４の反対方向への移動は、螺旋翼７２の下端面が旋回スクロール部材５６の平坦な上面（端板上面）に対し係合することで制限される。
【００１５】
非旋回スクロール部材７４は中心に配置の吐出ディフューザ８８を有し、このディフューザ８８は仕切り壁２０中の開口９０を介し、キャップ１４と仕切り壁２０とにより区画形成された吐出消音室９２と連通している。非旋回スクロール部材７４はその上面に、互いに同心配置の内周壁及び外周壁を有する環状凹溝９４を有し、この環状凹溝９４内には環状の浮動シール組立体９６を密封的に、かつ軸線方向での相対移動可能に配設してある。浮動シール組立体９６は凹溝９４の底部を隔離して該底部を、通路９８により中間流体圧力源に対し連通できることとする。したがって非旋回スクロール部材７４は該スクロール部材７４の中心部に作用する吐出圧力に基づく力と凹溝９４の底部に作用する中間圧力に基づく力とによって、旋回スクロール部材５６に向けて軸線方向で移動付勢される。この軸線方向の移動付勢、及び非旋回スクロール部材７４の制限された軸線方向での移動可能な支持は、本願出願人の前述米国特許Ｎｏ．４，８７７，３８２に詳細に記載されており、ここに同特許を引用してその記載を加入する。
【００１６】
両スクロール部材５６，７４間の相対回転はリング１００を備える通常のオルダム接手によって阻止され、リング１００は、非旋回スクロール部材７４中の直径方向で対向する溝穴１０４内に摺動可能に嵌合された第１の対のキー１０２と旋回スクロール部材５６中の直径方向で対向する溝穴（図示せず）内に摺動可能に嵌合された第２の対のキー（図示せず）とを、有する。
【００１７】
圧縮機１０は、外殻１２内に入る吸入ガスの一部がモータを冷却するように働く「側部低圧（ｌｏｗ  ｓｉｄｅ）」型式のものであるのが好ましい。戻り吸入ガスの適切な流れがある限り、モータは所期の温度限界内に留められる。しかし同流れが中断すると、冷却が中止されることによってモータ保護器５２が開放し圧縮機１０が停止されるように、図られている。
【００１８】
以上に説明して来たスクロール式圧縮機の構造は既に公知であるか、或いは本願出願人の係属中の特許出願の主題とされているものである。この発明の原理とするところを具体化したものは、全体を符号１１０で指してある独特の液体注入機構である。
【００１９】
図示の好ましい実施例に係る液体注入機構１１０は、吐出ディフューザ８８と組合わされた液体注入通路１１２を含む独特の構造を与える。吐出ディフューザ８８は、順次的な封鎖空間内の流体圧力を減らす長所を与える。この圧力減少により積極的な液体注入が吐出ディフューザ８８により近接した位置で、或いは中心位置で、つまり旋回運動サイクルのより後期に、各サイクルの間に閉鎖する動的吐出弁或いは注入される液状冷媒の流れを変更するポンプその他の機器を用いる必要なしに、行われ得ることとなる。したがって液状冷媒は、作業流体が最も熱く液状冷媒が作業流体をより有効に冷却することとなる吐出通路に近接した位置に注入される。液体注入機構１１０はまた図２−５に示すように独特の内部バルブ１１４を含み、このバルブ１１４は圧縮機１０中の種々の圧力に応動して、液状冷媒の供給路を選択的に開閉するように働く。従来技術に従った液体注入機構は、冷却・冷凍サイクルが停止されたときに液状冷媒源を選択的に遮断するため電磁弁を利用していた。電磁弁は冷却・冷凍サイクルが停止されたときには良好に働くが、モータ保護器５２によるモータの遮断によって圧縮機１０の運転が中断されたときには開放状態に留まり、液状冷媒が封鎖空間中へ流入するままとする。このためモータ保護器５２のリセット時に圧縮機１０は、電磁弁が開放状態に留まっていることからしてフラッジング状態で起動する。内部バルブ１１４はこの問題を、吐出圧力と凝縮器出口での冷媒圧力、つまり凝縮器を通しの冷媒流れの直接の指標であり圧縮機１０作動の指標となる圧力、との間の圧力差に応じて動作することにより、解消する。
【００２０】
この発明に従った新規な液体注入機構１１０は、図１１に模式的に図示されている。図１１はスクロール式圧縮機１０、凝縮器１１６、膨張弁１１８及び蒸発器１２０を有する冷却サイクルを図解している。上記要素１０，１１６，１１８，１２０は、作業流体冷媒が循環して流れる連続したループを形成するように直列接続されている。スクロール式圧縮機１０は気体状の冷媒を圧縮し、凝縮器１１６は気体状の冷媒を液相へと凝縮する。液相の冷媒の一部が次に、液体注入機構１１０によりスクロール式圧縮機１０中に注入される。液体注入機構１１０は凝縮器１１６の出口１２４から延びる管部材１２２によって形成された注入路を含み、該注入路はフィルタ１２６を経てスクロール部材５６，７４により形成された封鎖空間中に至る。図２に示すように液状冷媒は管部材１２２から、外殻１２の内外にまたがる接続器１２８中へと流入する。接続器１２８は、バルブ１１４を装着してある取付板１３０に接続されている。バルブ１１４から延出する第２の管部材１３２を設け、この管部材１３２を、ガスケット（図示せず）を備え複数本のボルト１３６により非旋回スクロール部材７４へと固定してある他の取付板１３４に対し接続してある。取付板１３４は第２の管部材１３２を、非旋回スクロール部材７４の端板中に形成した液体注入通路１１２に対し接続する。液体注入通路１２２は、非旋回スクロール部材７４の端板内面に形成された液体注入ポート１４０へと連ねてある。またバルブ１１４と取付板１３４間を接続する第３の管部材１４２を設けてある。取付板１３４は該第３の管部材１４２を、非旋回スクロール部材７４の端板中に形成した吐出圧力流体通路１４４に対し接続する。したがってバルブ１１４は液状冷媒の流路中に挿入されていると共に、吐出圧力の流体源を設けてあるものとなっている。管部材１３２，１４２は非旋回スクロール部材７４の軸線方向での移動を許容するように、銅管のような可撓性素材から形成するのが好ましい。非旋回スクロール部材７４の軸線方向移動量は比較的小さく、したがって管部材１３２，１４２のためのより複雑な可撓性接手は必要としない。
【００２１】
積極的な液体注入を促すため凝縮器出口１２４での液状冷媒の圧力は少なくとも旋回運動サイクルの一部の間、液体注入ポート１４０に対し連通する封鎖空間内の気体状冷媒の圧力よりも大であるべきである。このような能動的な圧力差によって液体注入機構１１０が、圧力を変更するとか流れに影響を与える液体ポンプその他の機器の援けなしに液体を注入することが可能となる。ディフューザ８８は旋回運動サイクルの後期に、同後期に至るまで気体状冷媒の圧力を減少させることからして、積極的な液体注入を促進する。
【００２２】
非旋回スクロール部材７４上での注入ポート１４０の配置は、極めて重要である。封鎖空間内の作業流体を熱力学的により有効に冷却するためには注入ポート１４０を、非旋回スクロール部材７４の螺旋翼７２の内壁面に沿いできるだけ中心側に配置すべきである。しかし注入ポート１４０が螺旋翼７２内であまりに中心側に配置されると、封鎖空間内の圧力が各旋回運動サイクルにおいて過度に長期間、高過ぎることになろう。このため注入ポート１４０をあまりに中心側に配置すれば作業流体を有効に冷却する上で液体注入量が不足することとなるか、逆流さえ生じる結果となろう。これに対し注入ポート１４０を、放射方向でのあまりに外側の位置に配置すれば、封鎖空間内に過剰量の液状冷媒が注入されることになろう。注入ポート１４０を放射方向であまりに外側に配置した場合にはまた、スクロール式圧縮機１０の動作にアンバランスが生じるであろう。
【００２３】
したがって注入ポート１４０は非旋回スクロール部材７４の端板上で、十分な量の液状冷媒注入を可能とするように極力中心側に配置するのが好ましい。できるだけ中心側に配置された注入ポート１４０を備えた液体注入機構１１０は圧縮機１０の作動に伴い、１サイクルの旋回運動中に２つの分離した封鎖空間内に液状冷媒を注入し得る。液体注入機構１１０は旋回運動サイクル中の一時期に第１の封鎖空間内に液体を、該第１の封鎖空間が吐出ディフューザ８８へと開口したときに注入し、旋回運動サイクル中の別の時期に第２の封鎖空間内に液体を、該第２の封鎖空間が吐出ディフューザ８８から遮断されたときに注入する。注入ポート１４０は勿論、旋回運動サイクル中の一部の期間に旋回スクロール部材５６の螺旋翼６０により遮蔽される。
【００２４】
この発明に係る新規な液体注入機構１１０は、スクロール式機械の吐出流れと稼働効率を改善する吐出ディフューザ８８と共に使用するのが好ましい。吐出ディフューザ８８は、従来の直線状の吐出通路よりも効率のよい加圧冷媒ガスの流路を与えることが判明している。ディフューザ８８は図１に破線で示すように、集束入口側部分と発散出口側部分とを入口ポート１４６と出口ポート１４８間に有するものであるのが好ましい。理想的なディフューザでは最も単純な形状として吐出流れ方向に沿い流路断面積が、集束入口側部分では漸次減少し発散出口側部分では漸次増大すべきである。ディフューザ８８はまた滑らかな入口、出口、及び入口と出口間のスロート部分をもつように形成すべきである。ディフューザ８８の出口ポート１４８は、仕切り壁２０中の開口９０を介して吐出消音室９２と連通している。
【００２５】
ディフューザ８８の形状如何に拘わらず、該ディフューザ８８の横断面形状は円形であるのが好ましい。また発散出口側部分の開先角度は該部分の長さに依存して５−２０度の範囲にあるのが好ましく、約７−１５度であるのが理想的である。ディフューザ８８の長さは出口ポート１４８の直径に関連してできるだけ短くし、出口開口をできるだけ大きくし摩擦損失を極力減らして流出時に失われる気体の運動エネルギーを減らすようにする。
【００２６】
吐出ディフューザ８８は最も内側の封鎖空間内の圧力を、吐出流れ方向に沿い流路断面積が一定である通常の吐出通路を圧縮機に設けた場合におけるよりも減少させる。ディフューザ８８は吐出流れ方向での圧力損失を最小限としつつ圧縮機の効率と信頼性を、特に比較的高い圧力比で増加させる。
【００２７】
また、本発明のディフューザ８８では、流体が逆流方向にチョークする傾向があるので、吐出消音室９２から両螺旋翼６０と７２との最中心封鎖空間へ逆流することを制限しがちであると思われる。この結果として、最中心封鎖空間内の作業流体は、旋回運動の各サイクル時に圧力変動を増大させることになる。
【００２８】
したがって、吐出消音室９２内に含まれた作業流体は、最中心封鎖空間へ逆流せず、吐出消音室９２と最中心封鎖空間との間で圧力の均一化が起こらない傾向がある。最中心封鎖空間内の圧力は、吐出ディフューザ８８が存在しない場合よりも下がり、可能ならば旋回運動サイクルの後期には凝縮器１１６の出口１２４での供給圧力よりも低下する。明確な圧力勾配が結果的に生じるので、注入ポート１４０を通しての積極的な液体注入が生じる。この圧力低下は、螺旋翼６０が吐出ディフューザ８８を横切った直後または両螺旋翼の翼先が分れた後に起こることになる。この圧力低下により、適切な液体注入性能を維持させながら、注入ポート１４０をより中心の位置に配置させることが可能となる。換言すると、液体の注入は、ディフューザ８８が存在せず且つ圧力が低下しない場合よりも、より中心に近い位置で旋回運動の各サイクルにおけるより後期に行うことができる。したがって、液体注入機構１１０は、最中心封鎖空間が吐出ディフューザ８８に開口し即ち該ディフューザと連通すると、可能ならば旋回運動サイクルの時に液体を注入することができる。この圧力低下により、液体注入機構が、旋回運動サイクルの吐出時期つまり吐出ディフューザ８８を経て作業流体が吐出される時に、液体を注入することができる。
【００２９】
実際に本発明は圧力減少を生じさせるために吐出ディフューザ８８にバルブを設けることを必要とせず、吐出ディフューザ８８は各旋回運動サイクルの間ずっと吐出消音室９２と連通している。ここに連通とは、流体が流れ得る径路が存在する状態を指す。換言すると吐出ディフューザ８８は運動サイクルの何れの時期にも、吐出消音室９２に対し物理的に遮蔽されていない。類似して連通遮断状態とは、流体が流れ得る径路が存在しないか流体流れが物理的に遮断されている状態を指す。
【００３０】
前述したように液体注入機構１１０は、冷却系統の運転が停止されたときに液状冷媒の流れを選択的に遮断するための電磁弁を含むこともできる。しかし本発明に従った液体注入機構１１０は電磁弁の代わりに、圧縮機１０の吐出圧力の存在に呼応して液状冷媒の流れを選択的に遮断する内部バルブ１１４を備える。
【００３１】
図４，５に示すように内部バルブ１１４は、ハウジング１５０とピストン１５２を備えている。ハウジング１５０は前記取付板１３０に、その間にガスケット１５６を介在させ複数本のボルト１５４を用いて固定されている。ハウジング１５０は内部のチャンバ１５８を区画形成しており、チャンバ１５８は液状冷媒入口１６０、液状冷媒出口１６２及び吐出流体入口１６４を有する。液状冷媒入口１６０は、図２に示す前記取付板１３０及び接続器１２８を介して前記管部材１２２に接続されている。液状冷媒出口１６２は前記管部材１３２に接続され、吐出流体入口１６４は前記管部材１４２に接続されている。チャンバ１５８内でハウジング１５０に弁座１６６を固定してある。
【００３２】
ピストン１５２はチャンバ１５８の内壁面に摺接し、吐出流体入口１６４を液状冷媒出口１６２に対し密封するためのシール１６８を備えている。ピストン１５２はチャンバ１５８内の上部から弁座１６６を通してチャンバ１５８内の下部へと延びており、その下端には弁座１６６に対し係合するシール部材１７０を取付けてある。弁座１６６とピストン１５２間にコイルばね１７２を、図４でみてピストン１５２を上向きに移動付勢しシール部材１７０を弁座１６６に対し係合させるように、配設してある。図４に示すバルブ１１４の通常の閉鎖位置では、入口１６０と出口１６２間の液状冷媒流れが遮断される。圧縮機１０が作動しておらず吐出流体入口１６４での圧縮機吐出圧力と液状冷媒入口１６０での凝縮器出口流体圧力との間に圧力差がない状態でバルブ１１４は、図４に示す通常の閉鎖位置にある。
【００３３】
圧縮機１０が作動し始めると吐出圧力の流体が吐出流体入口１６４に、管部材１４２と吐出圧力流体通路１４４（図２）を介して供給される。この吐出圧力の流体はピストン１５２に対し、図５に示すように該ピストン１５２を下向きに移動させシール部材１７０を弁座１６６から引き離すように作用し、これによりバルブ１１４が開放されて入口１６０から出口１６２への液状冷媒流れが可能となる。ピストン１５２の軸線方向移動を制限するためにストッパピン１７４を、チャンバ１５８を横切る向きで該チャンバ１５８内を貫通させてある。図５に示すバルブ１１４の開放位置で液状冷媒は、図１１に示す凝縮器出口１２４から管部材１２２及びフィルタ１２６を経て接続器１２８（図２）内に流入する。この液状冷媒は接続器１２８から取付板１３０内とバルブ１１４内を介し、また管部材１３２と液体注入通路１１２を介し、そして最終的には注入ポート１４０を介して、スクロール翼６０，７２により形成された封鎖空間中へと流れる。この液状冷媒流れは、圧縮機１０が停止し吐出流体入口１６４に対し吐出加圧流体がもはや供給されなくなってコイルばね１７２がバルブ１１４を再び閉鎖するまで、継続する。このように液状冷媒の流れは、圧縮機１０内における吐出圧力と液状冷媒の圧力との間の圧力差によって選択的に制御される。
【００３４】
図６−１０はこの発明に従った液体注入機構の他の実施例を示しており、液体注入機構の全体は符号２１０で指してある。液体注入機構２１０は液体注入機構１１０と、内部バルブ１１４が一体的なバルブ２１４に置換されている点を除いて、類似している。
【００３５】
バルブ２１４はピストン２５２を備え、このピストン２５２は、非旋回スクロール部材７４内に直接配置してある内部チャンバ２５８に摺動可能に支承されている。チャンバ２５８は液状冷媒入口２６０、液状冷媒出口２６２及び吐出流体入口２６４を有する。液状冷媒入口２６０は凝縮器出口１２４及び管部材１２２に対し、取付板２３０と取付板２３４間にまたがる管部材２３２を介し接続してある。取付板２３０は接続器１２８に対し接続され、取付板２３４は複数本のボルト１３６を用いて非旋回スクロール部材７４に固定されている。取付板２３４は管部材２３２を、非旋回スクロール部材７４の端板中に形成した液体注入通路１１２に対し連通させる。液体注入通路１１２は非旋回スクロール部材７４の端板内面に形成された液体注入ポート１４０へと連らなり、液体注入ポート１４０は液体注入機構１１０について前述した通りに作用する。管部材２３２も非旋回スクロール部材７４の軸線方向移動を許容するように、可撓性素材から形成するのが好ましい。
【００３６】
内部チャンバ２５８は非旋回スクロール部材７４の端板内で、注入通路１１２と交差して上記した入口２６０及び出口２６２を形成している。チャンバ２５８はまた、吐出ディフューザ８８と連通する吐出流体通路２４４と交差して上記入口２６４を形成している。通路２４４におけるディフューザ８８反対側の端は、プラグ２８０を用いて閉塞してある。したがってバルブ２１４も液状冷媒の流路中に挿入されていると共に、吐出圧力の流体源を設けてあるものとされている。
【００３７】
ピストン２５２はチャンバ２５８に摺動可能に嵌合され、チャンバ２５８内に挿入した上で該チャンバ２５８の開放端にプラグ２８２を装着して抜け出し不能に拘束するものとされている。図９の図例ではプラグ２８２にベント孔２８４を、ピストン２５２の自由な移動を可能とするために形成してある。このベント孔２８４は圧縮機の吸入圧力領域に開口させてあり、ピストン２５２の背面には吸入圧力が加わる。このように吸入圧力を作用させることでピストン２５２の動きが圧縮機の稼働の指標となる、吐出圧力と吸入圧力間の圧力差に呼応したものとなる。図８の図例ではピストン２５２の背面に中間圧力を、前記のもの同様の浮動シール組立体９６（図１）を内装させた環状凹溝９４とチャンバ２５８間を連動させるベント孔２８４′を介して、作用させている。したがって図８の場合にはピストン２５２の動きが、吐出圧力と中間圧力との間の圧力差によって制御される。図８の実施例は液状冷媒の注入と圧力比との間のより密接した関係を与え、過度の温度に対する保護に係る制御をより精密に達成する。図８及び図９の何れの図例でもピストン２５２はコイルばね２７２によって、プラグ２８２から遠去かる向きに移動付勢されている。ピストン２５２は入口２６０及び出口２６２を入口２６４に対し密封する第１のシール２６８、及び入口２６０及び出口２６２を圧縮機１０の吸入領域（図８の場合には中間圧力領域）に対し密封する第２のシール２８８を備える。
【００３８】
ピストン２５２は、バルブ２１４が閉鎖される図９の第１の位置とバルブ２１４が開放される図１０の第２の位置との間で移動可能である。ピストン２５２は普通、ばね２７２による該ピストン２５２のプラグ２８２反対方向への移動付勢によって図９の閉鎖位置にある。この位置ではピストン２５２のランド部が入口２６０と出口２６２間に位置し、該入口２６０と出口２６２間が遮断される。
【００３９】
圧縮機１０が作動し始めると吐出圧力の流体が吐出流体入口２６４に供給される。ピストン２５２の両端には種々の加圧流体が作用する。ピストン２５２の動きは、該ピストン２５２の各端に作用する流体圧力とコイルばね２７２のばね荷重とによって制御されることになる。入口２６４を通して供給される吐出圧力がピストン２５２の反対側の端に作用している加圧流体とばね２７２の荷重に打克つと、ピストン２５２は図１０に示す位置に移動する。この位置ではピストン２５２外周面の環状溝２９０が入口２６０と出口２６２に整列位置し、バルブ２１４が開放される。環状溝２９０は、液状冷媒が入口２６０から出口２６２へと流れるのを可能とする。ピストン２５２がプラグ２８２に対し当接することで、入口２６０と出口２６２に対する環状溝２９０の整列状態が維持される。図１０の開放位置で液状冷媒は、図１１に示す凝縮器出口１２４から管部材１２２及びフィルタ１２６を経て接続器１２８内に流入する。この液状冷媒は接続器１２８から取付板２３０内とバルブ２１４内を介し、また管部材２３２と液体注入通路１１２を介し、そして最終的には注入ポート１４０を介して、スクロール翼６０，７２により形成された封鎖空間中へと流れる。この液状冷媒流れは、圧縮機１０が停止し吐出流体入口２６４に対し吐出加圧流体がもはや供給されなくなるまで、継続する。このように液状冷媒の流れは、圧縮機１０の作動により生ぜしめられる加圧冷媒によって選択的に制御される。１実施例では液状冷媒の流れが、高吐出温度を生じさせる状態の指標となる、圧縮機の圧力比によって制御される。
【００４０】
この発明の好ましい実施例について詳細に説明して来たが、この発明が、特許請求の範囲を適正に解釈した範囲内で実施例の構造に変形或いは修正を加えて実施可能であることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従った独特の液体注入機構を組込んであるスクロール式圧縮機を示す一部欠裁縦断面図で、縦断面は図２の１−１線に沿う。
【図２】図１の２−２線に沿った横断面図である。
【図３】図１に示したスクロール式圧縮機の非旋回スクロール部材を示す側面図である。
【図４】この発明に従った独特の内部パイロットバルブを、バルブ閉鎖状態で示す縦断面図である。
【図５】図４に示したバルブを、バルブ開放状態で示す縦断面図である。
【図６】図２に類似の横断面図で、この発明に従った独特の内部パイロットバルブの別の実施例を示している。
【図７】図６に示したスクロール式圧縮機の非旋回スクロール部材を示す側面図である。
【図８】図６の８−８線に沿った断面図で、内部パイロットバルブを閉鎖位置で示している。
【図９】図６の一部分の一部横断拡大図で、内部パイロットバルブを閉鎖位置で示している。
【図１０】図６の一部分の一部横断拡大図で、内部パイロットバルブを開放位置で示している。
【図１１】この発明に従った液体注入機構を組込んである冷却系統の模式図である。
【符号の説明】
１０            圧縮機
１２            外殻
３０            クランク軸
５６            旋回スクロール部材
６０            螺旋翼
７２            螺旋翼
７４            非旋回スクロール部材
８８            吐出ディフューザ
９４            環状凹溝
９８            通路
１１０，２１０  液体注入機構
１１２          液体注入通路
１１４，２１４  バルブ
１１６          凝縮器
１１８          膨張弁
１２０          蒸発器
１２２          管部材
１２４          凝縮器出口
１２８          接続器
１３２，２３２  管部材
１４０          液体注入ポート
１４２          管部材
１４４，２４４  吐出圧力流体通路
１５０          ハウジング
１５２，２５２  ピストン
１５８，２５８  チャンバ
１６０，２６０  液状冷媒入口
１６２，２６２  液状冷媒出口
１６４，２６４  吐出流体入口
１６６          弁座
１７０          シール部材
１７２，２７２  コイルばね
２８４，２８４′  ベント孔
２９０          環状溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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