(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-19
(45)【発行日】2024-09-30
(54)【発明の名称】圧縮機および熱交換システム
(51)【国際特許分類】
F04C 18/02 20060101AFI20240920BHJP
【ＦＩ】
F04C18/02 311W
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2024001867
(22)【出願日】2024-01-10
【審査請求日】2024-01-15
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】316011466
【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000420
【氏名又は名称】弁理士法人ＭＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】青木 祐樹
(72)【発明者】
【氏名】黒野 亮
【審査官】山崎 孔徳
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２５７２８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０９２７７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０４Ｃ １８／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
渦巻き状の曲線部を有する旋回スクロールと、前記曲線部が収容される渦巻き状の溝を有し、前記溝に前記曲線部が収容されて冷媒を圧縮する圧縮室を形成する固定スクロールと、
前記固定スクロールが有する前記溝の底の中央より径方向外側に設けられ、前記圧縮室へ油を供給するための油供給開口部と
を含み、
前記圧縮室は、前記曲線部の外線側の外線室と、前記曲線部の内線側の内線室とを有し、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとにより形成される前記冷媒の最大閉じ込み容積が、前記内線室より前記外線室が大きく、
前記油供給開口部は、前記冷媒の吸込側に形成される吸込室と連通する前記外線室への該冷媒の閉じ込み前に、前記外線室と連通し、前記内線室への前記冷媒の閉じ込み後に、前記内線室と連通するような位置に設けられる、
圧縮機。
【請求項2】
前記油供給開口部は、前記固定スクロールが有する径方向の内側と外側の溝のうち、該外側の溝に設けられ、前記油供給開口部の径は、前記曲線部の幅より小さい、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項3】
前記油が給油される背圧室と、前記油供給開口部と前記背圧室との間に設けられる背圧弁と
を含み、
前記背圧室と前記背圧弁とを連通する連通路が常に開口している、請求項１または２に記載の圧縮機。
【請求項4】
前記冷媒は、Ｒ４１０Ａ以上の断熱指数を有する冷媒である、請求項１または２に記載の圧縮機。
【請求項5】
冷媒を圧縮する圧縮機を含み、前記冷媒と熱交換させるシステムであって、前記圧縮機が、
渦巻き状の曲線部を有する旋回スクロールと、
前記曲線部が収容される渦巻き状の溝を有し、前記溝に前記曲線部が収容されて前記冷媒を圧縮する圧縮室を形成する固定スクロールと、
前記固定スクロールが有する前記溝の底の中央より径方向外側に設けられ、前記圧縮室へ油を供給するための油供給開口部と
を含み、
前記圧縮室は、前記曲線部の外線側の外線室と、前記曲線部の内線側の内線室とを有し、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとにより形成される前記冷媒の最大閉じ込み容積が、前記内線室より前記外線室が大きく、
前記油供給開口部は、前記冷媒の吸込側に形成される吸込室と連通する前記外線室への該冷媒の閉じ込み前に、前記外線室と連通し、前記内線室への前記冷媒の閉じ込み後に、前記内線室と連通するような位置に設けられる、
熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧縮機および熱交換システムに関する。
【背景技術】
【0002】
空気調和装置やチラー等の熱交換システムには、空気や水等と熱交換を行う冷媒を循環するための圧縮機として、スクロール圧縮機が用いられる。
【0003】
スクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせて圧縮室を形成する。圧縮室は、旋回スクロールラップの外線側と内線側に形成され、外線側に形成されるものが外線室であり、内線側に形成されるものが内線室である。スクロール圧縮機は、外線室内と内線室内のシール性を向上させるため、外線室と内線室のそれぞれに油を供給する必要がある。
【0004】
非対称歯形のスクロール圧縮機では、圧縮室を構成する外線室と内線室の理論最大容積（冷媒の最大閉じ込み容積）が異なり、外線室の容積が内線室の容積より大きい場合が多く、外線室のスクロールラップ間シール長さも大きくなる。このため、外線室と内線室とに同じ量の油を供給したのでは、外線室側の油が不足し、シール性が低下するおそれがあった。
【0005】
そこで、外線室への給油量を、内線室への給油量より多くして、シール性を向上させたスクロール圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１２－９２７７３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、上記従来の技術では、外線室に高温の油が多く供給されると、外線室の圧力が上昇し、圧縮に必要な動力が増加して圧縮機効率が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、上記課題に鑑み、渦巻き状の曲線部（ラップ、歯）を有する旋回スクロールと、
旋回スクロールラップが収容される渦巻き状の溝を有し、溝に旋回スクロールラップが収容されて冷媒を圧縮する圧縮室を形成する固定スクロールと、
固定スクロールが有する溝の底（固定スクロール歯底）の中央より径方向外側に設けられ、圧縮室へ油を供給するための油供給開口部と
を含み、
圧縮室は、旋回スクロールラップの外線側の外線室と、曲線部の内線側の内線室とを有し、旋回スクロールと固定スクロールとにより形成される冷媒の最大閉じ込み容積が、内線室より外線室が大きく、
油供給開口部は、外線室への冷媒の閉じ込み前に、外線室と連通し、内線室への冷媒の閉じ込み後に、内線室と連通するような位置に設けられる、
圧縮機が提供される。
旋回スクロールラップが収容される渦巻き状の溝を有し、溝に旋回スクロールラップが収容されて冷媒を圧縮する圧縮室を形成する固定スクロールと、
固定スクロールが有する溝の底（固定スクロール歯底）の中央より径方向外側に設けられ、圧縮室へ油を供給するための油供給開口部と
を含み、
圧縮室は、旋回スクロールラップの外線側の外線室と、曲線部の内線側の内線室とを有し、旋回スクロールと固定スクロールとにより形成される冷媒の最大閉じ込み容積が、内線室より外線室が大きく、
油供給開口部は、外線室への冷媒の閉じ込み前に、外線室と連通し、内線室への冷媒の閉じ込み後に、内線室と連通するような位置に設けられる、
圧縮機が提供される。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、圧縮機効率の低下を抑制することができる圧縮機および熱交換システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】熱交換システムの一例として空気調和装置の構成例を示した図。
【図2】空気調和装置に用いられる圧縮機としてスクロール圧縮機の構成例を示した断面図。
【図3】スクロール圧縮機の圧縮室内の構成例を示した図。
【図4】スクロール圧縮機の圧縮工程について説明する図。
【図5】スクロール圧縮機における背圧弁付近の構成例を示した断面図。
【図6】油供給開口部の位置について説明する図。
【図7】圧縮室と背圧室の連通区間について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図１は、熱交換システムの一例として空気調和装置の構成例を示した図である。熱交換システムは、熱媒体として冷媒を圧縮および膨張させながら密閉された系内を循環させ、熱交換の対象である空気や水等の流体を間接的に接触させて、冷媒と流体との間で熱交換を行うシステムである。したがって、熱交換システムは、このような構成のシステムであれば空気調和装置に限定されるものではなく、冷凍機、チラー、ヒートポンプ式給湯器等であってもよい。
【0012】
空気調和装置１０は、空気調和を行う空間内（室内）に設置される室内機１１と、室外に設置される室外機２０とを含み、室内機１１と室外機２０との間で冷媒を循環させ、室内の空気と熱交換させることにより空気調和を行う。
【0013】
室内機１１および室外機２０は、それぞれ２台以上で構成されていてもよく、室内機１１は、１台の室外機２０に対し、２台以上接続されていてもよい。冷媒としては、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）やハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）を使用することができる。ＨＦＣの種類としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２等を挙げることができる。ＨＦＯの種類としては、Ｒ１２３４ｙｆ等を挙げることができる。
【0014】
室内機１１は、リモコンとの間で赤外線等を使用した無線通信を行い、運転指令、停止指令、設定温度の変更指令、運転モードの変更指令等の種々の信号を受信する。室内機１１は、室外機２０と通信線を介して接続され、室外機２０と協働して室内の空気調和を行う。
【0015】
室内機１１は、リモコンからの運転指令を受信して起動し、室外機２０に対し、起動を指示する。室外機２０は、起動後、室内の温度が設定温度になるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度等を調整し、冷媒の循環量等を制御する。
【0016】
室内機１１は、室内熱交換器１２と、室内ファン１３と、室内ファンモータ１４とを備える。室内ファン１３は、室内ファンモータ１４により駆動し、室内の空気を取り込み、室内熱交換器１２へ送り込む。室内熱交換器１２は、内部に冷媒が流通する伝熱管を有し、送り込まれた空気が伝熱管の表面に接触して熱交換を行うように構成されている。室内熱交換器１２により熱交換された空気は、室内へ排出される。
【0017】
室内機１１は、そのほか、室内温度等を計測するための各種センサや膨張弁等を備えることができる。
【0018】
室外機２０は、圧縮機２１と、アキュームレータ２２と、四方弁２３と、膨張弁２４と、室外熱交換器２５と、室外ファン２６と、室外ファンモータ２７とを備える。圧縮機２１は、スクロール圧縮機であり、圧縮機モータにより駆動し、低圧のガス冷媒を圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する。アキュームレータ２２は、過渡時の液戻りを貯留するための容器で、冷媒を適度な乾き度に調整する。乾き度は、蒸気と微小液滴との混合状態を示す湿り蒸気中における蒸気の占める割合である。
【0019】
四方弁２３は、空気調和装置１０の運転状態（運転モード）に応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。運転モードは、冷房モード、暖房モード、送風モード等である。膨張弁２４は、高圧の冷媒を減圧し、膨張させる弁である。室外ファン２６は、室外ファンモータ２７により駆動し、室外の空気を取り込み、室外熱交換器２５へ送り込む。室外熱交換器２５は、室内熱交換器１２と同様、内部に冷媒が流通する伝熱管を有し、送り込まれた空気が伝熱管の表面に接触して熱交換を行うように構成されている。室外熱交換器２５により熱交換された空気は、室外へ排出される。
【0020】
室外機２０は、さらに、制御装置２８を備えている。制御装置２８は、圧縮機２１、四方弁２３、膨張弁２４、室内ファンモータ１４、室外ファンモータ２７と接続され、これらの制御を行う。具体的には、圧縮機モータの回転数、膨張弁２４の開度、室内ファンモータ１４および室外ファンモータ２７の回転数等の制御である。これらを制御するため、室外機２０にも、各種センサが取り付けられる。制御装置２８は、各種センサにより検出された情報に基づき、これらの制御を行う。
【0021】
冷房運転時は、室内熱交換器１２を蒸発器とし、室外熱交換器２５を凝縮器として利用する。このため、制御装置２８は、矢印に示すように、圧縮機２１、室外熱交換器２５、膨張弁２４、室内熱交換器１２、四方弁２３、アキュームレータ２２、圧縮機２１の順で系内に封入された冷媒を循環させる。
【0022】
圧縮機２１は、低温低圧のガス状態の冷媒（冷媒ガス）を圧縮し、高温高圧の冷媒ガスとして吐出する。室外熱交換器２５は、室外の空気と熱交換を行い、冷媒ガスを冷却して凝縮させる。膨張弁２４は、冷媒を減圧して一部を気化させる。このため、冷媒は、気液が混合した状態で室内機１１へ供給される。膨張弁２４は、適度な液体の量になるように制御装置２８により開度が調整される。
【0023】
室内熱交換器１２は、室内の空気と熱交換を行い、凝縮した液体の冷媒が全て気化し、冷媒ガスとして室外機２０へ戻す。室内熱交換器１２から戻された冷媒ガスは、四方弁２３を通してアキュームレータ２２へ送られ、圧縮機２１へ戻される。
【0024】
制御装置２８は、室外機２０に実装されるが、これに限られるものではなく、室内機１１に実装されてもよいし、その他の中央制御盤等に実装されていてもよい。
【0025】
図２は、空気調和装置１０に用いられる圧縮機２１としてスクロール圧縮機の構成例を示した断面図である。図２に示す圧縮機２１は、縦型スクロール圧縮機であり、密閉容器（チャンバー）３０と、電動機（モータ）３１と、圧縮機構３２と、偏芯部を備える回転軸（クランクシャフト）３３とを含む。
【0026】
チャンバー３０は、中空の筒状の筒チャンバー３０ａと、筒チャンバー３０ａの下部に溶接される底チャンバー３０ｂと、筒チャンバー３０ａの上部に溶接される蓋チャンバー３０ｃとから構成される。チャンバー３０は、筒チャンバー３０ａの上部および下部が底チャンバー３０ｂと蓋チャンバー３０ｃとにより閉鎖されることで、内部に密閉空間が形成される。
【0027】
蓋チャンバー３０ｃには、圧縮機構３２の吸込口４６に接続される吸込パイプ３４が溶接またはロウ付けされている。圧縮機構３２の吐出口４７は、チャンバー３０内の空間と連通しており、筒チャンバー３０ａの側面には、チャンバー３０内の空間と外部とを連通する吐出パイプ３５が溶接またはロウ付けされている。このように、チャンバー３０内の空間は、吐出口から高圧の冷媒ガスが吐出された高圧雰囲気の空間となる。
【0028】
チャンバー３０の底部には、油を貯留する貯油部３６が形成される。貯油部３６に貯留される油は、圧縮機２１内の各摺動部へ供給される。
【0029】
モータ３１は、固定子（ステータ）３１ａと、回転子（ロータ）３１ｂとを備える。ステータ３１ａは、チャンバー３０に圧入や溶接等によって固定される。ロータ３１ｂは、ステータ３１ａ内に回転可能に配置される。
【0030】
クランクシャフト３３は、主軸と、偏芯部（ピン部）３３ａとを備える。クランクシャフト３３は、上側が、圧縮機構３２が備えるフレーム４２の主軸受４９により回転可能に支持され、下側がハウジング５１内に設けられる下軸受５２により回転可能に支持されている。ピン部３３ａは、主軸に対して偏芯して回転運動する。クランクシャフト３３には、主軸受４９や下軸受５２等へ貯油部３６に貯油された油を供給するための給油縦穴や給油横穴等の給油穴３７が設けられている。給油縦穴は、縦型スクロール圧縮機の場合、鉛直方向である回転軸の軸方向に延びるように設けられ、給油横穴は、給油縦穴に対して略垂直方向に延びるように設けられる。なお、油は、貯油部３６内に吸込口が挿入された給油ポンプ５３により給油穴３７を介して各摺動部へ供給される。各摺動部へ供給された油は、圧縮機２１内を循環し、貯油部３６へ戻される。
【0031】
圧縮機構３２は、旋回スクロール４０と、旋回スクロール４０と噛み合って冷媒を圧縮する圧縮室４８を形成する固定スクロール４１と、フレーム４２と、オルダムリング４３と、背圧弁４４とを備える。
【0032】
旋回スクロール４０は、渦巻き状の曲線部、すなわちインボリュートを断面線とする旋回スクロールラップと、旋回端板と、クランクシャフト３３のピン部３３ａが挿入される旋回軸受４５とを有する。
【0033】
固定スクロール４１は、渦巻き状の曲線部、すなわちインボリュートを断面線とする固定スクロールラップと、固定端板とを有する。固定スクロールラップの外周部に吸込口４６が配置され、固定スクロールラップの中央部に吐出口４７が配置されている。固定スクロールラップの外線側および内線側には、溝が存在し、溝は、旋回スクロールラップが収容され、旋回運動可能な幅を有する。
【0034】
旋回スクロール４０は、固定スクロール４１と相対向して旋回自在に配置されており、旋回スクロールラップと固定スクロールラップによって吸込口４６と連通する吸込室と、圧縮室４８とが形成される。
【0035】
フレーム４２は、クランクシャフト３３の主軸を回転可能に支持する主軸受４９を備える。フレーム４２には、ボルトにより固定スクロール４１が所定位置に固定される。旋回スクロール４０とフレーム４２との間には、背圧室５０が形成される。
【0036】
オルダムリング４３は、リングにキーを備え、旋回スクロール４０とフレーム４２との間に配置される。オルダムリング４３のキーは、旋回スクロール４０に設けられたキー溝とフレーム４２に設けられたキー溝に挿入されており、旋回スクロール４０を自転させずに旋回運動をさせる。
【0037】
背圧弁４４は、背圧室５０と、圧縮室４８とを連通する通路に設けられ、圧力差で開き、背圧室５０の圧力（背圧）を制御する。
【0038】
したがって、圧縮機構３２は、旋回スクロール４０と固定スクロール４１とを噛み合わせ、旋回スクロール４０とフレーム４２との間にオルダムリング４３を配置し、固定スクロール４１をフレーム４２にネジ固定することにより形成される。旋回端板の上面側には、旋回スクロール４０および固定スクロール４１のラップ間に旋回スクロール４０の内線側の圧縮室（内線室）と、旋回スクロール４０の外線側の圧縮室（外線室）とが形成される。また、旋回端板の上面側であって、吸込側に、吸込室が形成される。さらに、旋回端板の下面側に、背圧室５０が形成される。
【0039】
モータ３１は、筒チャンバー３０ａに設けられた電源端子５５を介して電源が供給される。
【0040】
図３は、圧縮機構３２内を下側から見た図である。圧縮機構３２は、旋回スクロール４０と固定スクロール４１とを備え、固定スクロール４１は、旋回スクロール４０を挟み込むようにフレーム４２に締結される。固定スクロール４１は、インボリュートを断面線とする固定スクロールラップ４１ａを備える。インボリュートは、円筒体に糸を巻き付け、それをほどいていく際の糸の先端がとる軌跡を表した形状で、渦巻き状である。固定スクロール４１は、主軸の軸方向の下側から見て、固定スクロールラップ４１ａの部分が渦巻き状に下方に延び、固定スクロールラップ４１ａの外線側および内線側の両方に溝が形成されている。
【0041】
旋回スクロール４０は、固定スクロールラップ４１ａの外線側および内線側の両方に形成された溝に、渦巻き状に上方に延びる旋回スクロールラップ４０ａが収容される形で差し込まれる。固定スクロールラップ４１ａの外線側および内線側の両方に形成された溝に旋回スクロールラップ４０ａを差し込んだ後に残る隙間によって圧縮室４８が形成される。
【0042】
圧縮室４８は、旋回スクロールラップ４０ａの内線４０ｃ側に形成される内線室と、旋回スクロールラップ４０ａの外線４０ｂ側に形成される外線室とから構成される。
【0043】
旋回スクロール４０は、旋回軸受４５をクランクシャフト３３の偏芯したピン部３３ａに挿入され、クランクシャフト３３の回転に伴い、旋回運動をする。旋回スクロール４０の旋回運動によって圧縮室４８は、その容積を徐々に縮小し、冷媒を圧縮する。
【0044】
固定スクロール４１は、主軸の軸方向の下側から見て、径方向の中央に吐出口４７を有し、吐出口４７を一端とし、その一端から固定スクロールラップ４１ａに沿って形成された渦巻き状の溝の他端に吸込口４６を有する。吸込口４６は、吐出口４７から径方向に離間した位置であって、当該径方向の縁部に近い側に設けられている。
【0045】
圧縮機２１は、非対称歯形の圧縮機であり、内線室と外線室の圧縮開始の角度が略１８０度ずれており、圧縮室４８の理論最大容積（冷媒の最大閉じ込み容積）が、内線室より外線室の方が大きくなっている。閉じ込み容積は、旋回スクロールラップ４０ａと固定スクロールラップ４１ａとにより閉鎖され、吸込口４６および吐出口４７のいずれにも連通していないときの空間の容積である。
【0046】
固定スクロール４１は、歯底（旋回スクロールラップ４０ａの上面が接する部分）の中央より径方向外側に、圧縮室４８へ油を供給するための油供給開口部５６を備える。油供給開口部５６は、歯底の外線室寄りに配置しているため、内線室より外線室に開口する時間が長く、内線室よりも外線室へ多くの油を供給することができる。
【0047】
圧縮室４８は、旋回スクロール４０の端板と旋回スクロールラップ４０ａ、固定スクロール４１の端板と固定スクロールラップ４１ａによって形成されるが、その摺動部には微小の隙間が存在する。隣り合う圧縮室４８には、圧力差があるため、隣り合う圧縮室４８の間で漏れ流れが生じる。圧縮室４８への給油は、この微小の隙間をシールし、漏れ流れによる圧縮機効率の低下を抑制する効果がある。非対称歯形の圧縮機では、最大閉じ込み容積が内線室より外線室の方が大きいため、固定スクロール４１と旋回スクロール４０との摺動部にある隙間のシール長さも外線室の方が長くなり、内線室より外線室の必要給油量が多くなる。
【0048】
油供給開口部５６は、固定スクロールラップ４１ａの歯底中央より径方向外側に設けられているため、内線室よりも外線室へ多くの油を供給することができ、外線側への油の供給量が不足することを防止し、シール性の低下を抑制することができる。
【0049】
なお、図３には、背圧弁４４から背圧室５０へ連通する背圧室側連通路５７と鏡板溝５８とが示されている。油は、背圧室５０から鏡板溝５８、背圧室側連通路５７、背圧弁４４、圧縮室側連通路５９を介して、油供給開口部５６から圧縮室４８内へ給油される。
【0050】
図４は、旋回スクロール４０の旋回運動に伴う冷媒の圧縮工程を例示した図である。図４（ａ）は、内線室における圧縮工程を示し、図４（ｂ）は、外線室における圧縮工程を示す。旋回スクロール４０の旋回スクロールラップ４０ａは、中央の吐出口４７に近隣した一端（巻き始め）から吸込口４６に近隣した他端（巻き終わり）へと渦巻き状に形成されており、巻き終わりの外線側が固定スクロール４１に接しているとき（クランクシャフト３３のピン部３３ａの偏芯方向が、図４に向かって上側に向いているとき）が、クランク角が０°の位置にあるものとする。
【0051】
吸込口４６から吸い込まれた冷媒は、クランク角が０°度の位置にあるとき、旋回スクロールラップ４０ａの巻き終わりの外線側が固定スクロール４１の内線側と接しており、旋回スクロールラップ４０ａの内線側にのみ取り込まれる。旋回スクロール４０が旋回運動し、クランク角が１８０°の位置に移動すると、巻き終わりの内線側が固定スクロール４１に接し、三日月状の内線室４８ａが形成され、内線室４８ａに冷媒が取り込まれる。
【0052】
旋回スクロール４０がクランク角３６０°の位置へ進み、クランク角０°に戻ると、三日月状の内線室４８ａの容積が減少し、内線室４８ａに取り込まれた冷媒が圧縮される。さらにクランク角が進み、冷媒が圧縮され、吐出口４７に連通すると、圧縮は終了し、冷媒は吐出口４７から吐出される。これが繰り返されることにより、内線室４８ａを使用した冷媒の圧縮が行われる。
【0053】
旋回スクロールラップ４０ａの外線室４８ｂへは、クランク角１８０°の位置にあるとき、旋回スクロールラップ４０ａの巻き終わりの内線４０ｃ側が固定スクロール４１の外線側と接しており、旋回スクロールラップ４０ａの外線４０ｂ側にのみ取り込まれる。旋回スクロール４０がクランク角３６０°の位置に移動すると、巻き終わりの外線４０ｂ側が固定スクロール４１に接し、三日月状の外線室４８ｂが形成され、外線室４８ｂに冷媒が取り込まれる。
【0054】
旋回スクロール４０がクランク角３６０°の位置へ移動し、クランク角０°の位置へ戻り、再びクランク角１８０°、３６０°の位置へ進んでいくにつれて三日月状の外線室４８ｂの容積が減少し、外線室４８ｂに取り込まれた冷媒が圧縮されていく。クランク角が進むにつれて圧縮室４８は次第に中央の吐出口４７に近づき、外線室４８ｂが吐出口４７に連通すると、吐出口４７から吐出される。これが繰り返されることにより、外線室４８ｂを使用した冷媒の圧縮が行われる。
【0055】
図５は、圧縮機２１における背圧弁４４付近の構成例を示した断面図である。固定スクロール４１は、旋回スクロール４０を挟み込むようにフレーム４２に締結される。旋回スクロール４０とフレーム４２との間には背圧室５０が形成され、背圧室５０の圧力（背圧）は、吸入圧力と吐出圧力の間の圧力となっている。
【0056】
背圧室５０は、油供給開口部５６に連続する圧縮室側連通路５９と、背圧室側連通路５７および鏡板溝５８により接続される。背圧弁４４は、圧縮室側連通路５９と背圧室側連通路５７の間に設けられており、油供給開口部５６が開口する圧縮室４８の圧力と背圧の差圧で開閉し、背圧を調整する。ここでは、鏡板溝５８を備える構成を例示しているが、これに限られるものではなく、鏡板溝５８を備えていなくてもよい。この場合、旋回スクロール４０の回転運動（クランク角）に応じて、背圧室５０が背圧室側連通路５７と連通することになる。
【0057】
ところで、チャンバー３０内は、圧縮された高温の冷媒で満たされるため、冷媒に接触している貯油部３６に貯留されている油は、高温になっている。油は、クランクシャフト３３の主軸の内部に形成された給油穴３７を介して主軸受４９や下軸受５２、旋回軸受４５とピン部３３ａとの間、背圧室５０等へ供給される。
【0058】
背圧室５０へ供給された油は、オルダムリング４３とフレーム４２、オルダムリング４３と旋回スクロール４０、旋回スクロール４０と固定スクロール４１の摺動部に給油し、その一部は、鏡板溝５８、背圧室側連通路５７、背圧弁４４、圧縮室側連通路５９、油供給開口部５６を順に通り、圧縮室４８へ給油される。油供給開口部５６は、固定スクロール４１の歯底のうち、径方向の最も外側にある歯底の中央より径方向外側に設けられている。径方向は、主軸の軸方向の下側から見て、略円形の固定スクロール４１の径方向である。固定スクロール４１の歯底は、旋回スクロールラップ４０ａが上側へ向けて延びていることから、旋回スクロールラップ４０ａの上面に接して摺動する略平坦な部分である。
【0059】
このように、油供給開口部５６が、歯底の中央より径方向外側に設けられることにより、最大閉じ込め容積が内線室４８ａより大きい外線室４８ｂへの給油量を多くすることができ、これにより、シール性を高め、圧縮機効率を向上させることができる。
【0060】
高温の油を圧縮室４８に給油すると、圧縮室４８内の冷媒が高温の油によって加熱され、圧縮室４８の圧力が上昇する。圧縮室４８の圧力が上昇すると、圧縮機２１の動力が増加し、圧縮機効率が低下する。特に、最大閉じ込め容積が小さい内線室４８ａは、圧力増加が大きく、適切な量の給油が必要となる。
【0061】
内線室４８ａへの給油量は、油供給開口部５６を、内線室４８ａと外線室４８ｂのそれぞれに連通させる時間の割合を変化させることにより調整することができる。この連通時間の割合は、油供給開口部５６の径方向位置を調整することにより調整することができる。特に、高温の油により圧力増加が大きくなり易い内線室４８ａとの連通時間の割合を小さくし、外線室４８ｂとの連通時間の割合を大きくすることができる。
【0062】
具体的には、油供給開口部５６は、外線室４８ｂへの冷媒の閉じ込み前に、外線室４８ｂと連通し、内線室４８ａへの冷媒の閉じ込み後に、内線室４８ａと連通するような位置に設けることができる。
【0063】
内線室４８ａの圧力増加を抑制するために内線室４８ａへの給油量を減らし、外線室４８ｂへの給油量を増やすと、外線室４８ｂでも圧力が増加する。油供給開口部５６を、外線室４８ｂへの冷媒の閉じ込み前にその一部が吸込室と連通するような位置に設けることで、油は開空間に流入するため、外線室４８ｂの圧力上昇を抑制することができる。また、油供給開口部５６の位置を調整し、適切な給油量となっている内線室４８ａでは、油供給開口部５６を、内線室４８ａへの冷媒の閉じ込み前に吸込室と連通しないような位置に設けることで、閉じ込み前には油が流れないため、吸込室の冷媒が加熱されることはなく、冷媒の加熱による圧縮機効率の低下を抑制することができる。
【0064】
図６は、圧縮室４８と背圧室５０の連通区間について説明する図である。縦軸は吸入圧力を１としたときの圧力比を示し、横軸はクランク角（°）を示す。クランク角は、外線室４８ｂの圧縮を開始したときを０°とした例を示している。圧縮機２１は、非対称歯形であるため、内線室４８ａの圧縮開始の位置は、１８０°ずれている。
【0065】
油供給開口部５６の位置が、固定スクロール４１の歯底の中央より径方向外側に配置される場合、外線室４８ｂと背圧室５０との連通区間は、内線室４８ａと背圧室５０との連通区間より長くなる。
【0066】
油供給開口部５６の位置が、上記の外線室４８ｂへの冷媒の閉じ込み前に、外線室４８ｂと連通し、内線室４８ａへの冷媒の閉じ込み後に、内線室４８ａと連通するような位置である場合、クランク角が０°より小さい角度のときに外線室４８ｂと背圧室５０と連通を開始し、クランク角が１８０°より大きい角度のときに内線室４８ａと背圧室５０と連通を開始する。
【0067】
このようにして、圧縮室４８に給油する油の量を適正化することで、高温の油が給油されることによる圧縮室４８の加熱を抑制し、圧縮機効率を向上させることができる。
【0068】
図７は、油供給開口部５６を設ける範囲の一例を示した図である。図７は、旋回スクロール４０を取り除いて固定スクロール４１のみを示した図であり、主軸の軸方向の下側から見た図である。固定スクロール４１は、固定スクロールラップ４１ａを備え、固定スクロールラップ４１ａの両隣には、溝６０を有する。溝６０は、渦巻き状で、旋回スクロールラップ４０ａが収容され、旋回運動可能な幅、深さを有している。
【0069】
溝６０の底は、略平坦で、一端（巻き終わり）が吸込口４６に連続し、他端（巻き始め）が吐出口４７に連続している。油供給開口部５６は、略円形の開口で、旋回スクロールラップ４０ａの幅より小さい径を有する。油供給開口部５６の径が、旋回スクロールラップ４０ａの幅より大きいと、油供給開口部５６を介して内線室４８ａと外線室４８ｂとが繋がり、圧力が高い方から低い方へ冷媒が漏れ出てしまうからである。
【0070】
油供給開口部５６の位置は、外線室４８ｂが閉じ込み前に油供給開口部５６と連通するため、一点鎖線Ａで示す境界より径方向外側とされる。また、油供給開口部５６の位置は、内線室４８ａが閉じ込み後に油供給開口部５６と連通するため、二点鎖線Ｂで示す境界より径方向外側とされる。
【0071】
油供給開口部５６の位置は、内線室４８ａより外線室４８ｂに多くの油を供給するため、点線Ｃで示す境界より径方向外側とされる。また、油供給開口部５６の位置は、内線室４８ａに連通する必要があるため、破線Ｄで示す境界より径方向内側とされる。
【0072】
旋回スクロールラップ４０ａの巻き終わりが固定スクロール４１と接する方向が、クランク角が０°の位置にあるとすると、油供給開口部５６は、吸込口４６から連続する溝６０の底の、クランク角が略１８０°～略３２５°の位置に設けることができる。
【0073】
これらのことから、図７に示す一点鎖線Ａ、二点鎖線Ｂ、点線Ｃ、破線Ｄで囲まれた領域内に、油供給開口部５６を設けることができる。なお、外線室４８ｂと油供給開口部５６の連通区間を大きくするには、径方向外側へ近づける。外線室４８ｂが閉じ込み前に油供給開口部５６との連通区間を大きくするには、吸込口４６側へ近づける。
【0074】
再び図５を参照すると、背圧室側連通路５７には、固定スクロール４１のフレーム４２と突き合わせて連結される鏡板に鏡板溝５８を設けることができる。これにより、背圧室５０は、鏡板溝５８を介して背圧室側連通路５７に連通した状態とすることができる。すると、背圧弁４４は、圧縮室４８と背圧室５０との圧力差のみで開閉を決定し、背圧室５０の圧力を制御することができる。また、背圧弁４４は、内線室４８ａ、外線室４８ｂの背圧室５０との給油区間の制御が容易となる。
【0075】
冷媒は、断熱指数が大きいほど、圧縮室４８に高温の油が給油されたときの圧力上昇が大きくなる。このような場合に、油供給開口部５６の位置を、上記のように調整することで、圧縮室４８の加熱を抑制して圧縮機効率の低下を抑制することができる。断熱指数が大きい冷媒としては、ジフルオロメタン（Ｒ３２）や、Ｒ３２とペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）を５０質量％ずつ含むＲ４１０Ａ等がある。これらの断熱指数が大きく、高温の油が給油されたときの圧力上昇が大きくなるＲ３２やＲ４１０Ａに対して、このように調整することが効果的である。なお、冷媒は、Ｒ３２やＲ４１０Ａに限らず、Ｒ４１０Ａ以上の断熱指数を有した冷媒に対しても同様に効果的である。
【0076】
これまで本発明の圧縮機および熱交換システムについて上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【0077】
したがって、本発明によれば、（１）渦巻き状の曲線部を有する旋回スクロールと、前記曲線部が収容される渦巻き状の溝を有し、前記溝に前記曲線部が収容されて冷媒を圧縮する圧縮室を形成する固定スクロールと、前記固定スクロールが有する前記溝の底の中央より径方向外側に設けられ、前記圧縮室へ油を供給するための油供給開口部とを含み、前記圧縮室は、前記曲線部の外線側の外線室と、前記曲線部の内線側の内線室とを有し、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとにより形成される前記冷媒の最大閉じ込み容積が、前記内線室より前記外線室が大きく、前記油供給開口部は、前記外線室への前記冷媒の閉じ込み前に、前記外線室と連通し、前記内線室への前記冷媒の閉じ込み後に、前記内線室と連通するような位置に設けられる、圧縮機を提供することができる。
【0078】
本発明によれば、（２）前記油供給開口部は、前記固定スクロールが有する径方向の内側と外側の溝のうち、該外側の溝に設けられ、前記油供給開口部の径は、前記曲線部の幅より小さい、上記（１）に記載の圧縮機を提供することができる。
【0079】
本発明によれば、（３）前記油が給油される背圧室と、前記油供給開口部と前記背圧室との間に設けられる背圧弁とを含み、前記背圧室と前記背圧弁とを連通する連通路が常に開口している、上記（１）または（２）に記載の圧縮機を提供することができる。
【0080】
本発明によれば、（４）前記冷媒は、Ｒ４１０Ａ以上の断熱指数を有する冷媒である、上記（１）～（３）のいずれかに記載の圧縮機を提供することができる。
【0081】
本発明によれば、冷媒を圧縮する上記（１）～（４）のいずれかに記載の圧縮機を含み、前記冷媒と熱交換させるシステムを提供することができる。
【符号の説明】
【0082】
１０…空気調和装置
１１…室内機
１２…室内熱交換器
１３…室内ファン
１４…室内ファンモータ
２０…室外機
２１…圧縮機
２２…アキュームレータ
２３…四方弁
２４…膨張弁
２５…室外熱交換器
２６…室外ファン
２７…室外ファンモータ
２８…制御装置
３０…チャンバー
３０ａ…筒チャンバー
３０ｂ…底チャンバー
３０ｃ…蓋チャンバー
３１…モータ
３１ａ…ステータ
３１ｂ…ロータ
３２…圧縮機構
３３…クランクシャフト
３３ａ…ピン部
３４…吸込パイプ
３５…吐出パイプ
３６…貯油部
３７…給油穴
４０…旋回スクロール
４０ａ…旋回スクロールラップ
４０ｂ…外線
４０ｃ…内線
４１…固定スクロール
４１ａ…固定スクロールラップ
４２…フレーム
４３…オルダムリング
４４…背圧弁
４５…旋回軸受
４６…吸込口
４７…吐出口
４８…圧縮室
４８ａ…内線室
４８ｂ…外線室
４９…主軸受
５０…背圧室
５１…ハウジング
５２…下軸受
５３…給油ポンプ
５４…下フレーム
５５…電源端子
５６…油供給開口部
５７…背圧室側連通路
５８…鏡板溝
５９…圧縮室側連通路
６０…溝
１１…室内機
１２…室内熱交換器
１３…室内ファン
１４…室内ファンモータ
２０…室外機
２１…圧縮機
２２…アキュームレータ
２３…四方弁
２４…膨張弁
２５…室外熱交換器
２６…室外ファン
２７…室外ファンモータ
２８…制御装置
３０…チャンバー
３０ａ…筒チャンバー
３０ｂ…底チャンバー
３０ｃ…蓋チャンバー
３１…モータ
３１ａ…ステータ
３１ｂ…ロータ
３２…圧縮機構
３３…クランクシャフト
３３ａ…ピン部
３４…吸込パイプ
３５…吐出パイプ
３６…貯油部
３７…給油穴
４０…旋回スクロール
４０ａ…旋回スクロールラップ
４０ｂ…外線
４０ｃ…内線
４１…固定スクロール
４１ａ…固定スクロールラップ
４２…フレーム
４３…オルダムリング
４４…背圧弁
４５…旋回軸受
４６…吸込口
４７…吐出口
４８…圧縮室
４８ａ…内線室
４８ｂ…外線室
４９…主軸受
５０…背圧室
５１…ハウジング
５２…下軸受
５３…給油ポンプ
５４…下フレーム
５５…電源端子
５６…油供給開口部
５７…背圧室側連通路
５８…鏡板溝
５９…圧縮室側連通路
６０…溝
【要約】
【課題】 圧縮機効率の低下を抑制することができる圧縮機および熱交換システムを提供すること。
【解決手段】 圧縮機２１は、旋回スクロールラップ４０ａを有する旋回スクロール４０と、旋回スクロールラップ４０ａが溝に収容されて冷媒を圧縮する圧縮室４８を形成する固定スクロール４１と、固定スクロール４１が有する溝の底の中央より径方向外側に設けられ、圧縮室４８へ油を供給するための油供給開口部５６とを含む。圧縮室４８は、旋回スクロールラップ４０ａの外線側の外線室と内線側の内線室とを有し、旋回スクロール４０と固定スクロール４１とにより形成される冷媒の最大閉じ込み容積が、内線室より外線室が大きい。油供給開口部５６は、外線室への冷媒の閉じ込み前に、外線室と連通し、内線室への冷媒の閉じ込み後に、内線室と連通するような位置に設けられる。
圧縮機
【選択図】 図３
【解決手段】 圧縮機２１は、旋回スクロールラップ４０ａを有する旋回スクロール４０と、旋回スクロールラップ４０ａが溝に収容されて冷媒を圧縮する圧縮室４８を形成する固定スクロール４１と、固定スクロール４１が有する溝の底の中央より径方向外側に設けられ、圧縮室４８へ油を供給するための油供給開口部５６とを含む。圧縮室４８は、旋回スクロールラップ４０ａの外線側の外線室と内線側の内線室とを有し、旋回スクロール４０と固定スクロール４１とにより形成される冷媒の最大閉じ込み容積が、内線室より外線室が大きい。油供給開口部５６は、外線室への冷媒の閉じ込み前に、外線室と連通し、内線室への冷媒の閉じ込み後に、内線室と連通するような位置に設けられる。
圧縮機
【選択図】 図３
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
