JPS60259794A - ヒ−トポンプ式空調機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はスクロール圧縮機を用いたヒートポンプ式空調
機に係り、特に高温風や高温水を得る場合に好適なヒー
トポンプ式空調機に関する。

〔発明の背景〕

スクロール圧縮機を用いた従来のヒートポンプ式空調機
について、第５図、第６図を参照して説明する。第５図
はヒートポンプ式空調機のサイクル系統図およびスクロ
ール圧縮機の縦断面図、第６図（ａｌはスクロール圧縮
機の圧縮機部の縦断面図、同図（ｂｌはその横断面図を
示している。図において、１００はスクロール圧縮機、
１０１は四方弁、１０２は’ｌ＆開昭Ｇｏ−２５９７９
４（２） 第１熱交換器、１０３は膨張弁、１０４は第２熱交換器
を示している。そして、これら各機器は図示の如く配管
接続され、四方弁１０１の実線位置または破線位置への
切換によシ冷媒を実線矢印または破線矢印の方向へ流す
ことでヒートポンプサイクルを構成している。

前記スクロール圧縮機１００の構造について詳しく説明
すると、密閉容器ｌ内には、圧縮機部２と電動機３が収
納されている。圧縮機部２には固定スクロール５と旋回
スクロール６とにより圧縮室９が形成され、旋回スクロ
ール６が電動機３に直結するクランク軸４により自転す
ることなく旋回駆動されることにより、圧縮室９は次第
に中心へ移動して容積が減少しガスを圧縮する。旋回ス
クロールの自転防止はオルダムリングとキーおよび旋回
スクロール背面に設けられたキーとからなるオルダム機
構１３によってなされる。旋回スクロール背面には中間
圧室１５が設けられており、旋回スクロール鏡板に設け
られた小孔（図示せず）によシ圧縮室に連通している。

中間圧室１５内の圧力は前記小孔の通じる圧縮室の平均
圧力にほぼ等しくなシ、この圧力は旋回スクロールを固
定スクロールに密着するために必要な適切な圧力となる
よう前記小孔の位置を決めである。軸受や旋回スクロー
ル鏡板摺動面の潤滑は、油溜１６の油を差圧または遠心
ポンプ作用により油通路１７．１８．１９を経て給油す
ることにより行なわれる。ガスは吸入管７から吸入室８
へ入り、圧縮されて吐出ボート１０から密閉容器１内へ
吐出され、吐出ガス通路１１を通って吐出管１２から圧
縮機外へ吐出される。

ところで、前記のスクロール圧縮機１００においては、
ヒートポンプサイクルの利用温度が高温度の場合、吐出
圧力が上昇して、吐出ガス温度も上昇するため、モータ
巻線温度が限界値を越えて焼損したり、油温が上昇して
軸受の潤滑に悪影響を及ぼしたり、油自身が劣化する等
の問題がある。

また第６図に示すように、圧縮室９ａ、９ｂが旋回スク
ロール６の旋回運動に伴ない、吸入を完了して最大密閉
容積Ｖｓを形成波、圧縮室は次第に中心へ移動しながら
容積が減少し、９ｃ、９ｄで示され６頁 る最小密閉容積Ｖｉを形成するまでの間は、冷凍サイク
ルの運転状態で決まる吐出圧力と無関係に、吸入圧力Ｐ
ｓと圧縮室容積Ｖｃ及びポリトロープ指数ｎとから圧縮
室圧力Ｐｃが次の様に決まる。

ｓ　ｎ Ｐｃ　＝　Ｐｓ　（） ｃ また中心部の吐出ボート１０に連通ずる直前の最小密閉
容積Ｖｉが形成された時の圧力Ｐｉも次のように決まる
。

Ｐｉ　＝　Ｐｓ　（−Ｍ−Ｌ−）” ■１ この後圧縮室が吐出ボートｌＯに連通ずると圧力は吐出
圧力Ｐｄになる。

ＰｄがＰｉに一致している時は、圧力は第７図の圧力容
積線図において１→２→３→の線をたどり圧縮動力損失
は生じないが、ＰｄがＰｉよシ低いと圧力は１→２→２
′→３′の線をたどり、過圧縮となって図の人のハツチ
ングで示す面積に相当する圧縮動力損失が生じる。逆に
ＰｄがＰｉよシ高いと圧力は１→２→２′→３′の線を
たどシ、不足圧縮とな７頁 って図のＢのハツチングで示す面積に相当する圧縮動力
損失が生じる。このように前記のスクロール圧縮機は設
計圧力比Ｐｉ／Ｐｓ以外の圧力比で運転すると効率が低
下するという欠点を持っている。

一方、空調機は冷房時、暖房時弁室内外の温度の変化に
よって吸入圧力や吐出圧力が変動し、圧力も変化する。

また特に、高温風や高温水を得る設計になる高温ヒート
ポンプ式空調機の場合は、冷房時の圧力比Ｐ　ｄ／Ｐ　
ｓが３〜３５であるのに対して、暖房時および高温水給
湯時の圧力比は５５〜１０と広い圧力比範囲で運転され
る。このように広い圧力比範囲が要求される空調機に前
述のスクロール圧縮機を使用すると、年間を通じたエネ
ルギ効率比（ＳＥＥＲ）は最適圧力比運転時のエネルギ
効率比（ＥＥＲ）に比べてかなり低下するという問題が
ある。

以上述べた如く、従来のヒートポンプ式空調機において
は、スクロール圧縮機を高圧力比設計した場合、高温風
暖房時や高温水給湯時など圧力比の高い運転時には効率
は良いが、吐出ガス温度の′１％開昭ＧＯ−２５９７９
４（３） 過度の上昇が問題と々す、また冷房時など圧力比の低い
運転時には、吐出ガス温度が低く問題ないが、効率が低
下するという問題が生じる。

また、起動時には吸入圧力が高く、高圧力比設計のスク
ロール圧縮機では非常に大きな過圧縮現象が生じ起動ト
ルクが非常に大きくなって、モータのトルク不足を招い
たり、過大な起動電流が流れて電源容量不足を招いたり
する等の問題もある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高圧力比運転時には吐出ガス温度の過
度の上昇を防ぎ、低圧力比運転時および起動時には過圧
縮現象を防止して、信頼性が高く、しかも広範囲な条件
で効率の良い運転を行えるヒートポンプ式空調機を提供
することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、ヒートポンプサ
イクルに、第１、第２熱交換器が凝縮器として作用する
場合の当該凝縮器の出口側にそれぞれ接続する液冷媒イ
ンジェクション回路を設け、スクロール圧縮機内の最小
容積となる圧縮室部分９　百 に、その圧縮室の圧力とヒートポンプサイクルの高圧回
路圧力との差圧で作動する弁装置を設け、前記圧縮室内
の圧力がヒートポンプサイクルの高圧回路圧力よシ低い
時には前記弁装置を介して前記圧縮室と前記液冷媒イン
ジェクション回路とを連通させ、前記圧縮室内の圧力が
ヒートポンプサイクルの高圧回路圧力より高い時には前
記弁装置を介して圧縮室と吐出ポート側とを連通させる
ように構成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図により説
明する。第１図は本発明によるヒートポンプ式空調機の
サイクル系統図およびスクロール圧縮機の縦断面図、第
２図はスクロール圧縮機の圧縮機部の横断面図、第３図
は同圧縮機部および弁装置の断面斜視図、第４図は弁装
置の作動状態を示す断面斜視図を示している。第１図に
おいて、スクロール圧縮機１００　、四方弁１０１、第
１熱交換器１０２　、膨張弁１０３、第２熱交換器１０
４を、図示の如く配管接続することによりヒートポンプ
サイ１０　？丁 クルが構成されている。尚、実線の矢印は四方弁１０１
が実線位置へ切換えられたときの冷媒の流れ方向を示し
、破線の矢印は四方弁１０１が破線位置へ切換えられた
ときの冷媒の流れ方向を示している。また前記スクロー
ル圧縮機の基本的構成は、第５図と同様であるので、同
一部分もしくは相当する部分に同じ符号を付しており、
その説明を省略する。

前記ヒートポンプサイクルには、第１熱交換器１０２と
膨張１０３との間および第２熱交換器１０４と膨張弁１
０３との間にそれぞれ逆止弁１０５．１０６を介して接
続する液冷媒インジェクション回路１０７が設けられて
いる。前記逆止弁１０５および１０６は冷媒を矢印の方
向にのみ流すようになっている。

前記スクロール圧縮機１００内の最小容積となる圧縮室
９部分には、その圧縮室９の圧力とヒートポンプサイク
ルの高圧回路圧力との差圧で作動する弁装置２０．２０
が装設されている。前記の弁装置２０は、第３図に示す
如く、固定スクロール５の鏡板に装着される弁本体２１
と、その弁本体２１内の弁ｌｌ 頁 室２２に収納される弁体２３とを備えている。前記弁室
２２の下方は前記鏡板に穿った第１ボート２４を介して
前記圧縮室９内に連通し、かつ上方は弁本体２１の弁シ
ート部に穿った第２ボート２５を介して前記液冷媒イン
ジェクション回路１０７に連通していると共に、途中は
弁本体２１および前記鏡板に亘って穿った第３ボート２
６を介して吐出ボート１０に連通している。前記弁体２
３は、その上下面に受圧面を形成し、かつ内部に両受圧
面に開口する流路ｎを設けている。前記流路２７の下開
口端は弁体２３の中心に位置し、上開口端は弁体２３の
中心よシ前記第２ボート２５の半径以上の距離だけずれ
て位置している。

そして、前記の弁装置においては、弁体２３の上受圧面
に作用する圧力が下受圧面に作用する圧力よりも高いと
き、該弁体２３がその差圧によシ下降させられて第１７
−１２４および第３ボート２６を閉じ、弁体２３内の流
路２７を介して圧縮室９内と液冷媒インジェクション回
路１０７とを連通させる。また弁体２３の上受圧面に作
用する圧力が下受圧面に１１開昭ＧＯ−２５９７９４（
４） 作用する圧力よりも低いときには、該弁体２３がその差
圧によシ上昇させられて第２ポート２５を閉じると同時
に、第１ボート２４および第３ボート２６を開いて圧縮
室９内と吐出ボート１０とを前記の両ボート２４．２７
を介して連通させるようになっている。

尚、本実施例において、前記第１ボート２４を第２図に
示す如く、ラップ壁面にほぼ接する位置に、かつ圧縮吐
出過程の一時期には当該第１ボート２４と吐出ボート１
０とが同一圧縮室に連通ずるような位置に設けた例を示
しているが、この位置は効率面で最も良好にできる位置
であって、それ以外の位置に設けることを妨げるもので
はない。

次に本発明の作用について説明する。

設計圧力比よりも高い圧力比で運転されている時は、圧
縮室９の圧力よりヒートポンプサイクルの高圧側圧力、
即ち凝縮器として作用している第１熱交換器１０２また
は第２熱交換器１０４の出口に接続する液冷媒インジェ
クション回路１０７の圧力の方が高いので、弁装置２０
の弁体２３が第３図の如く下降させられる。これにより
第１ボート２４と第１３頁 ３ボート２６が閉じて圧縮室９と吐出ボート１ｏとは遮
断される。また、このとき液冷媒インジェクション回路
１０７と圧縮室９とは弁体２３の流路ｎを介して連通し
、矢印イで示す如く液冷媒が圧縮室９にインジェクショ
ンされて減圧し、気化して圧縮室９内のガス温度を低下
させる。従って、吐出ガス温度も低下し、過度の上昇が
防止される。

一方、設計圧力比よりも低い圧力比で運転されている時
および起動時は、ヒートポンプサイクルの高圧側圧力、
即ち凝縮器出口に接続する液冷媒インジェクション回路
１０７の圧力より圧縮室９の圧力の方が高くなり、弁装
置２ｏの弁体２３が第４図の如く上昇させられる。これ
にょシ第２ポート２５が閉じて圧縮室９と液冷媒インジ
ェクション回路１０７とは遮断される。また、このとき
圧縮室９と吐出ボートｌＯとは第１ボート２４および第
３ボート２６を介して連通し、圧縮室９内のガスが矢印
口で示す如く吐出ボートｌｏ側へ逃がされる。従って、
過圧縮が防止され、低圧力比運転時の効率が向上し、ま
た起動時には過大トルク、過大電流を防止１４頁 できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、高圧力比運転時
には吐出ガス温度の過度の上昇を防ぎ、かつ低圧力比運
転時および起動時には過圧縮現象を防止できるので、信
頼性が高くなり、しかも広範囲な条件で効率の良い運転
を行える。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示し、第１図
は本発明によるヒートポンプ式空調機のサイクル系統図
およびスクロール圧縮機の縦断面図、第２図はスクロー
ル圧縮機の圧縮機部の横断面図、第３図は同圧縮機部お
よび弁装置の断面斜視図、第４図は弁装置の作動状態を
示す断面斜視図、第５図は従来のヒートポンプ式空調機
のサイクル系統図およびスクロール圧縮機の縦断面図、
第６図（ａ）はスクロール圧縮機の圧縮機部の縦断面図
、同図Ｔｂ）はその横断面図、第７図は圧力容積線図で
ある。 ５、・・・固定スクロール、６・・・旋回スクロール、
９ｌ５ 百 ・・・圧縮室、１０・・・吐出ボート、２０・・・弁装
置、２１・・・弁本体、２２・・・弁室、２３・・・弁
体、２４・・・第１ボート、２５・・・第２ボート、２
６・・・第３ポート、２７・・・流路、１００・・・ス
クロール圧縮機、１０１・・・四方弁、１０２・・・第
１熱交換器、１０３・・・膨張弁、１０４・・・第２熱
交換器、１０７・・・液冷媒インジェクション回路。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第　１　ロ ー第２図 易　３　コ 第４図 １０７ 第５図 第６図 ′Ｐ、７図 ６藷Ｖ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　圧縮機、四方弁、第１熱交換器、膨張弁、第２熱
   交換器を配管接続してヒートポンプサイクルを構成し、
   前記圧縮機として、鏡板にうず巻状のラップを直立して
   なる固定スクロール部材および旋回スクロール部材を備
   え、両スクロール部材を互にラップを内側に向けて組み
   合わせ、固定スクロール部材に対し、旋回スクロール部
   材を自転しないように旋回させて、冷媒を圧縮するスク
   ロール圧縮機を用いたヒートポンプ式空調機において、
   前記ヒートポンプサイクルに、第１、第２熱交換器が凝
   縮器として作用する場合の当該凝縮器の出口側にそれぞ
   れ接続する液冷媒インジェクション回路を設け、前記ス
   クロール圧縮機内の最小密閉容積となる圧縮室に連通ず
   る位置に、前記圧縮室の圧力とヒートポンプサイクルの
   高圧回路圧力との差圧で作動する弁装置を設け、前記圧
   縮室内の圧力がヒートポンプサイクルの高圧回路圧力２
   頁 より低い時には前記弁装置を介して前記圧縮室と前記液
   冷媒インジェクション回路とを連通させ、前記圧縮室内
   の圧力がヒートポンプサイクルの高圧回路圧力より高い
   時には前記弁装置を介して圧縮室と吐出ボート側とを連
   通させるように構成したことを特徴とするヒートポンプ
   式空調機。 ２、　前記弁装置は、固定スクロール部材の鏡板に装着
   される弁本体と、その弁本体内の弁室に収納される弁体
   とを備え、前記弁室の一方は前記鏡板に穿った第１ボー
   トを介して前記圧縮室内に連通し、かつ他方は弁本体の
   弁シート部に設けた第２ボートを介して前記液冷媒イン
   ジェクション回路に連通ずると共に、途中は弁本体およ
   び鏡板に亘って穿った第３ポートを介して前記吐出ボー
   トに連通し、前記弁体の両面には受圧面が形成され、か
   つ内部に両受圧面に開口する流路が設けられ、前記圧縮
   室内の圧力がヒートポンプサイクルの高圧回路圧力より
   低いと、その圧力差によシ前記弁体が第１ボートを閉じ
   る位置に変位させられて、圧縮室と液冷媒インジェクシ
   ョン回路とを前記流３頁 路を介して連通し、前記圧縮室内の圧力がヒートポンプ
   サイクルの高圧回路圧力よシ高くなると、その圧力差に
   より前記弁体が第２ボートを閉じる位置に変位させられ
   て、圧縮室と吐出ボートとを前記第３ボートを介して連
   通する構成となっていることを特徴とする特許梢求の範
   囲第１項記載のヒートポンプ式空調機。