JP2017031887A - スクロール圧縮機および熱サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】多段の圧縮機構をもち、低段の圧縮機構に導入される冷媒循環量と高段の圧縮機構に導入される冷媒循環量とが異なる場合であっても、簡易な構成で装置の小型化を実現することができるスクロール圧縮機および熱サイクルシステムを提供すること。
【解決手段】固定スクロール板状渦巻歯１１ｂの中心側の巻始めと外側の巻終わりとの間で圧縮室を外側圧縮部と内側圧縮部とに分割する分割壁を備え、旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂは、公転運動に伴って前記分割壁に干渉しないように、前記分割壁に対応する位置に分割領域を形成し、前記内側圧縮部を形成する固定スクロール板状渦巻歯３１および旋回スクロール板状渦巻歯３３の高さｈ２は、前記外側圧縮部を形成する固定スクロール板状渦巻歯３０および旋回スクロール板状渦巻歯３２の高さｈ１よりも高くする。
【選択図】図５

Description

本発明は、多段の圧縮機構をもち、低段の圧縮機構に導入される冷媒循環量と高段の圧縮機構に導入される冷媒循環量とが異なる場合であっても、簡易な構成で装置の小型化を実現することができるスクロール圧縮機および熱サイクルシステムに関する。

従来から、１つのスクロール圧縮機内に２段の圧縮機構を設けたものがある。例えば、特許文献１には、固定スクロールの圧縮室を２段に区分するランド部を設け、このランド部によって区分された外周側の低段の圧縮機構と内周側の高段の圧縮機構とを形成し、低段の圧縮機構によって圧縮された空気を高段の圧縮機構に導入する２段圧縮のスクロール圧縮機が記載されている。

特開２００４−３３２５５６号公報

ところで、上述した２段圧縮のスクロール圧縮機は、低段の圧縮機構で圧縮した冷媒循環量をそのまま高段の圧縮機構で圧縮するものであった。ここで、２段圧縮のスクロール圧縮機を２段圧縮２段膨張サイクルの圧縮機に適用しようとする場合、高段の圧縮機構には高段の膨張弁で膨張された中間圧の冷媒が導入されるため、高段の圧縮機構に導入される冷媒循環量は、低段に導入される冷媒循環量よりも大きくなり、２段圧縮を実現することが困難であった。この２段圧縮２段膨張サイクルを実現するには、低段のスクロール圧縮機と高段のスクロール圧縮機とからなる一対のスクロール圧縮機を必要としていた。このため、２段圧縮２段膨張サイクルのスクロール圧縮機は、装置構成が大型化するとともに配管構成の複雑化を招いていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多段の圧縮機構をもち、低段の圧縮機構に導入される冷媒循環量と高段の圧縮機構に導入される冷媒循環量とが異なる場合であっても、簡易な構成で装置の小型化を実現することができるスクロール圧縮機および熱サイクルシステムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスクロール圧縮機は、固定スクロール板状渦巻歯と旋回スクロール板状渦巻歯を互いに噛み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロール板状渦巻歯を公転運動させることによって前記圧縮室の冷媒を圧縮するスクロール圧縮機であって、前記固定スクロール板状渦巻歯の中心側の巻始めと外側の巻終わりとの間で前記圧縮室を外側圧縮部と内側圧縮部とに分割する分割壁を備え、前記旋回スクロール板状渦巻歯は、前記公転運動に伴って前記分割壁に干渉しないように、前記分割壁に対応する位置に分割領域を形成し、前記内側圧縮部を形成する前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯の高さは、前記外側圧縮部を形成する前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯の高さよりも高いことを特徴とする。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、上記の発明において、前記外側圧縮部は、低圧の冷媒を吸い込む外側吸込口と、前記外側吸込口から吸い込まれた冷媒を中間圧まで圧縮して吐出する外側吐出口とを有し、前記内側圧縮部は、前記外側吐出口から吐出された冷媒と外部から導入される冷媒とを吸い込む内側吸込口と、前記内側吸込口から吸い込まれた冷媒を高圧まで圧縮して吐出する内側吐出口とを有することを特徴とする。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、上記の発明において、前記固定スクロール板状渦巻歯の外側巻終わり位置は、対称型スクロールにおける固定スクロール板状渦巻歯の巻終わり位置からの伸開角θａが０°＜θａ≦１８０°で延伸されたことを特徴とする。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、上記の発明において、前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯はそれぞれ台板上に立設され、いずれか一方の台板には他方の台板と摺動する外壁が形成され、前記外壁の先端と前記他方の台板との摺動面にリング状シールを設けたことを特徴とする。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、上記の発明において、前記リング状シールは、熱膨張を吸収する熱膨張吸収部を有することを特徴とする。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、上記の発明において、前記熱膨張吸収部は、前記公転運動の軸方向に対して傾斜する１以上の分割ギャップであることを特徴とする。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、上記の発明において、前記熱膨張吸収部は、前記リング状シールの周方向に対して傾斜する１以上の分割ギャップであることを特徴とする。

また、本発明にかかるスクロール圧縮機は、上記の発明において、前記リング状シールの外周面および内周面に挟まれた領域に形成された１以上の空間部であることを特徴とする。

また、本発明にかかる熱サイクルシステムは、上記に記載されたスクロール圧縮機と、前記スクロール圧縮機によって圧縮された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧膨張して中間圧にする高段膨張弁と、前記高段膨張弁から導入された中間圧の冷媒を気液分離し、気体を前記スクロール圧縮機の中間圧の冷媒として前記内側圧縮部に導入する気液分離器と、前記気液分離器の液体を中間圧の冷媒として減圧膨張する低段膨張弁と、前記低段膨張弁から導入された低圧の冷媒を蒸発させ、前記スクロール圧縮機の低圧の冷媒として前記外側圧縮部に導入する蒸発器と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる熱サイクルシステムは、上記の発明において、前記凝縮器と前記高段膨張弁との間に過冷却器を設けたことを特徴とする。

また、本発明にかかる熱サイクルシステムは、上記の発明において、前記気液分離器から導出された冷媒と前記蒸発器から導出された冷媒との熱交換を行う熱交換器を設けたことを特徴とする。

また、本発明にかかる熱サイクルシステムは、上記の発明において、前記高段膨張弁に導入される直前の冷媒と、前記蒸発器から導出された冷媒との熱交換を行う熱交換器を設けたことを特徴とする。

また、本発明にかかる熱サイクルシステムは、上記に記載されたスクロール圧縮機と、前記スクロール圧縮機によって圧縮された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を分岐点で分岐し、分岐された一方の冷媒を減圧膨張して中間圧にする中間膨張弁と、前記中間膨張弁から導入された中間圧の冷媒と前記分岐点で分岐された他の高圧の冷媒との熱交換を行い、熱交換された中間圧の冷媒を前記スクロール圧縮機の中間圧の冷媒として前記内側圧縮部に導入する熱交換器と、前記熱交換器で熱交換された高圧の冷媒を減圧膨張して低圧の冷媒を生成する膨張弁と、前記膨張弁から導入された低圧の冷媒を蒸発させ、前記スクロール圧縮機の低圧の冷媒として前記外側圧縮部に導入する蒸発器と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる熱サイクルシステムは、上記の発明において、前記凝縮器と前記分岐点との間に過冷却器を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、固定スクロール板状渦巻歯の中心側の巻始めと外側の巻終わりとの間で圧縮室を外側圧縮部と内側圧縮部とに分割する分割壁を備え、前記旋回スクロール板状渦巻歯は、公転運動に伴って前記分割壁に干渉しないように、前記分割壁に対応する位置に分割領域を形成し、前記内側圧縮部を形成する前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯の高さは、前記外側圧縮部を形成する前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯の高さよりも高くしている。これにより、低段の圧縮機構に導入される冷媒循環量と高段の圧縮機構に導入される冷媒循環量とが異なる場合であっても、簡易な構成で装置の小型化を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１であるスクロール圧縮機が適用される熱サイクルシステムの概要構成を示す回路図である。 図２は、図１に示した熱サイクルシステムのＰ−Ｈ線図である。 図３は、スクロール圧縮機の構造を示す断面図である。 図４は、図３に示したＡ−Ａ線断面図である。 図５は、図３に示した固定スクロールと旋回スクロールの断面図である。 図６は、図４に示した固定スクロールを斜め下からみた斜視図である。 図７は、図４に示した旋回スクロールを斜め上からみた斜視図である。 図８は、対称型スクロール圧縮機の圧縮動作を説明する説明図である。 図９は、非対称型スクロール圧縮機の圧縮動作を説明する説明図である。 図１０は、インボリュート曲線上の位置と伸開角との関係を示す説明図である。 図１１は、対称型スクロール圧縮機と非対称型スクロール圧縮機との圧縮動作を比較した図である。 図１２は、非対称型スクロール圧縮機の圧縮動作によって再圧縮損失の低減を説明する説明図である。 図１３は、旋回スクロールが傾斜した場合の状態を示す断面図である。 図１４は、図１３の状態のときにおける外側圧縮部の圧縮効率低下を説明する説明図である。 図１５は、図１３の状態のときにおける内側圧縮部の体積効率低下を説明する説明図である。 図１６は、リング状シールを固定スクロールの外壁の先端面に設けた状態を示す断面図である。 図１７は、図３に示したスクロール圧縮機にリング状シールを設けた場合のＢ−Ｂ線断面図である。 図１８は、リング状シールを旋回スクロールの台板上に設けた状態を示す断面図である。 図１９は、リング状シールに分割ギャップを設けた一例を示す図である。 図２０は、リング状シールに分割ギャップを設けた一例を示す図である。 図２１は、リング状シールに空間部を設けた一例を示す図である。 図２２は、熱サイクルシステムの一例を示す回路図である。 図２３は、図２２に示した熱サイクルシステムのＰ−Ｈ線図である。 図２４は、熱サイクルシステムの一例を示す回路図である。 図２５は、図２４に示した熱サイクルシステムのＰ−Ｈ線図である。 図２６は、熱サイクルシステムの一例を示す回路図である。 図２７は、図２６に示した熱サイクルシステムのＰ−Ｈ線図である。 図２８は、熱サイクルシステムの一例を示す回路図である。 図２９は、図２８に示した熱サイクルシステムのＰ−Ｈ線図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

［実施の形態１］
（適用システムの概要）
図１は、本発明の実施の形態１であるスクロール圧縮機２が適用される熱サイクルシステム１の概要構成を示す回路図である。また、図２は、図１に示した熱サイクルシステム１のＰ−Ｈ線図である。また、スクロール圧縮機２は、２段圧縮機である。さらに、熱サイクルシステム１の熱サイクルは、２段圧縮２段膨張サイクルである。

スクロール圧縮機２の高段側圧縮室は、冷媒循環量ＧＨの高圧冷媒ＲＨを生成して凝縮器３に導入する（図２の点Ｐ２から点Ｐ３）。高圧冷媒ＲＨは、凝縮器３によって放熱凝縮され、さらに、過冷却器４によって過冷却される（図２の点Ｐ３から点Ｐ４）。その後、高圧冷媒ＲＨは、高段膨張弁５で減圧膨張されて（図２の点Ｐ４から点Ｐ５）中間圧冷媒ＲＭとなって気液分離器６に導入される。中間圧冷媒ＲＭのうちの蒸気である気体状態の中間圧冷媒ＲＭ１は、スクロール圧縮機２の高段側圧縮室に導入される（図２の点Ｐ２）。一方、中間圧冷媒ＲＭのうちの液体状態の中間圧冷媒ＲＭ２は、低段膨張弁７で減圧膨張されて（図２の点Ｐ６から点Ｐ７）低圧冷媒ＲＬとなって蒸発器８に導入される。蒸発器８は、低圧冷媒ＲＬを蒸発させて（図２の点Ｐ７から点Ｐ１）、スクロール圧縮機２の低段側圧縮室に導入される（図２の点Ｐ１）。

その後、スクロール圧縮機２の低段側圧縮室は、導入された低圧冷媒ＲＬを中間圧冷媒ＲＭ３まで圧縮する。スクロール圧縮機２の高段側圧縮室は、中間圧冷媒ＲＭ１，ＲＭ３を高圧冷媒ＲＨまで圧縮する。したがって、スクロール圧縮機２の低段側圧縮室には、気液分離器６によって分離された液体状態の冷媒循環量ＧＬが導入される。一方、スクロール圧縮機２の高段側圧縮室には、気液分離器６によって分離された気体状態の冷媒循環量ＧＭと、低段側圧縮室から導入される冷媒循環量ＧＬとが加算された冷媒循環量ＧＨが導入される。すなわち、高段側圧縮室に導入される冷媒循環量は、低段側圧縮室に導入される冷媒循環量よりも大きい。

（スクロール圧縮機）
図３は、スクロール圧縮機２の構造を示す断面図である。また、図４は、図３に示したＡ−Ａ線断面図である。さらに、図５は、図３に示した固定スクロール１１と旋回スクロール１２の断面図である。また、図６は、図４に示した固定スクロール１１を斜め下からみた斜視図である。さらに、図７は、図４に示した旋回スクロール１２を斜め上からみた斜視図である。

固定スクロール１１および旋回スクロール１２は、低圧側圧縮室として機能する後述する外側圧縮部４０と高圧側圧縮室として機能する後述する内側圧縮部４１とを形成して２段圧縮を行う。図３に示すように、固定スクロール１１および旋回スクロール１２は、筐体１０ａ，１０ｂによって形成された筐体１０内に設けられる。２段圧縮は、旋回スクロール１２が固定スクロール１１に対して回転方向ＡＬで公転運動することによって行われる。クランクシャフト１３は、図示しない回転駆動源からの回転力を旋回スクロール１２に伝達する。スラスト軸受１４は、旋回スクロール１２の回転に対してスラスト方向に軸支する。筐体１０内には、中間圧室１６と高圧室１７とが形成される。なお、クランクシャフト１３には、旋回スクロール１２の公転運動に対する回転バランスをとるためのバランスウェイト１５が設けられている。

低圧冷媒吸込配管Ｌ１は、低圧冷媒ＲＬを外側圧縮部４０に導入する配管である。中間圧冷媒吸込配管Ｌ２は、中間圧冷媒ＲＭ１を中間圧室１６に導入する配管である。高圧冷媒吐出配管Ｌ３は、内側圧縮部４１から吐出弁１８及び高圧室１７を介して吐出された高圧冷媒ＲＨを筐体１０外に吐出する配管である。

（２段圧縮機構）
図４〜図７に示すように、固定スクロール１１は、台板１１ａ上に立設した固定スクロール板状渦巻歯１１ｂを有する。旋回スクロール１２は、台板１２ａ上に立設した旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂを有する。固定スクロール１１と旋回スクロール１２とは、固定スクロール板状渦巻歯１１ｂの先端と旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂの先端とを互いに噛み合わせて、外側圧縮部４０と内側圧縮部４１とを形成する。そして、外側圧縮部４０および内側圧縮部４１内で、旋回スクロール１２の外側および内側に圧縮室を形成し、旋回スクロール１２に公転運動させることによって圧縮室の容積を減少して圧縮室を中心側に移動させ圧縮室の冷媒を圧縮する。

図４に示すように、固定スクロール板状渦巻歯１１ｂの中心側の巻始め位置ＰＡと外側の巻終わり位置ＰＢとの間で圧縮室を分割するように隣接する固定スクロール板状渦巻歯１１ｂ間を連接した分割壁２０が設けられる。さらに、旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂは分割壁２０に対応する位置で旋回スクロール１２の公転運動に伴って分割壁２０に干渉しないように分断された分断領域Ｅ（図７参照）が形成される。この分割壁２０によって外側圧縮部４０と内側圧縮部４１とが形成される。また、図５〜図７に示すように、この分断領域Ｅの形成によって旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂは、外側圧縮部４０内で公転運動する旋回スクロール板状渦巻歯３２と内側圧縮部４１内で公転運動する旋回スクロール板状渦巻歯３３とを有することになる。また、固定スクロール板状渦巻歯１１ｂは、分割壁２０によって外側圧縮部４０を形成する固定スクロール板状渦巻歯３０と内側圧縮部４１を形成する固定スクロール板状渦巻歯３１とを有することになる。

外側圧縮部４０における旋回スクロール板状渦巻歯３２の外側の巻終わり位置には、低圧冷媒吸込口２１が形成され、低圧冷媒吸込配管Ｌ１に接続される。また、外側圧縮部４０における旋回スクロール板状渦巻歯３２の巻始め位置には、外側圧縮部４０において圧縮された中間圧冷媒ＲＭ３を中間圧室１６に吐出する中間圧冷媒吐出口２３が形成される。さらに、内側圧縮部４１における旋回スクロール板状渦巻歯３３の外側の巻終わり位置には、中間圧室１６に通じて中間圧冷媒ＲＭ１，ＲＭ３を吸い込む中間圧冷媒吸込口２２が形成される。また、内側圧縮部４１における旋回スクロール板状渦巻歯３３の内側の巻始め位置、すなわち中心には、高圧冷媒吐出口２４が形成される。高圧冷媒吐出口２４は、吐出弁１８を介して高圧室１７に連通し、高圧冷媒吐出配管Ｌ３を介して、内側圧縮部４１で圧縮された高圧冷媒ＲＨを外部に吐出する。

ここで、内側圧縮部４１に吸い込まれる冷媒循環量は、外側圧縮部４０に吸い込まれる冷媒循環量よりも多いため、図５に示すように、内側圧縮部４１を形成する固定スクロール板状渦巻歯３１および旋回スクロール板状渦巻歯３３の高さｈ２を、外側圧縮部４０を形成する固定スクロール板状渦巻歯３０および旋回スクロール板状渦巻歯３２の高さｈ１よりも高くしている。高さｈ１，ｈ２を調整することによって、内側圧縮部４１の圧縮容積を外側圧縮部４０の圧縮容積よりも大きくすることができる。これによって、高段の圧縮機構に高段の膨張弁で膨張された中間圧の冷媒が導入され、高段の圧縮機構に導入される冷媒循環量が低段に導入される冷媒循環量より大きくなっても、簡単な構成で装置の小型化を実現できる。

なお、図５に示すように、固定スクロール板状渦巻歯１１ｂの先端側および旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂの先端側には、それぞれチップシール５１，５２が設けられ、上述した外側圧縮部４０および内側圧縮部４１による圧縮時に、固定スクロール板状渦巻歯１１ｂの外側と内側との間の冷媒漏れ、および旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂの外側と内側との間の冷媒漏れを防止している。

［実施の形態２］
（非対称型スクロール圧縮機構造の適用）
ところで、図８に示すように、実施の形態２のスクロール圧縮機２は、固定スクロール１１の巻終わり位置ＰＢ１０と旋回スクロール１２の巻終わり位置ＰＢ１１とが、中心（高圧冷媒吐出口２４の位置）に対して対称に配置されている。

このため、図８（ａ）に示すように、外側圧縮部４０において、低圧冷媒ＲＬは、最初、旋回スクロール１２の内側の第１内側圧縮室６０−１と旋回スクロール１２の外側の第１外側圧縮室６１−１とを形成する。一方、旋回スクロール１２の１回転（３６０°）後は、第１内側圧縮室６０−１は圧縮された第２内側圧縮室６０−２となり、第１外側圧縮室６１−１は圧縮された第２外側圧縮室６１−２となる。すなわち、第１内側圧縮室６０−１および第１外側圧縮室６１−１は、それぞれ第２内側圧縮室６０−２および第２外側圧縮室６１−２の１回転前の状態を示している。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から、第２内側圧縮室６０−２が中間圧冷媒吐出口２３に連通する連通角θＡ分、旋回スクロール１２が回転した状態である。この場合、第２内側圧縮室６０−２の中間圧冷媒が中間圧冷媒吐出口２３に連通して吐出すると同時に、第１外側圧縮室６１−１に通じ、矢印Ａ１に示すように、第１外側圧縮室６１−１に比して相対的に圧力が高い第２内側圧縮室６０−２の圧縮された中間圧冷媒が第１外側圧縮室６１−１に漏れてしまう。この結果、再圧縮損失が生じ、圧縮効率が低下することになる。

そこで、図９に示すように、固定スクロール１１の巻終わり位置ＰＢ２０と旋回スクロール１２の巻終わり位置ＰＢ２１とが、中心（高圧冷媒吐出口２４の位置）に対して非対称に配置することが好ましい。ここで、非対称型スクロール圧縮機は、図９に示すように、対称型スクロール圧縮機における固定スクロール１１の巻終わり位置ＰＢ１０を、巻終わり位置ＰＢ１０からの伸開角θａを０°＜θａ≦１８０°で延伸したものである。図９では、伸開角θａを１８０°とする巻終わり位置ＰＢ２０にしている。

ここで、固定スクロール１１および旋回スクロール１２の各内壁及び各外壁は、インボリュート曲線ＬＩを形成している。インボリュート曲線ＬＩは、その法線が常に一定の円（基礎円Ｃ）に接する平面曲線である。図１０に示すように、インボリュート曲線ＬＩの伸開角をθ（°）、基礎円Ｃの半径をＲとすると、インボリュート曲線Ｌ１上の位置ＰＢ（θ）＝｛ＰＢｘ（θ），ＰＢｙ（θ）｝は、次式で表せる。
ＰＢｘ（θ）＝Ｒ｛cosθ＋（θ×π／１８０）sinθ｝
ＰＢｙ（θ）＝Ｒ｛sinθ−（θ×π／１８０）cosθ｝
したがって、上述した伸開角θａは、巻終わり位置ＰＢ１０の伸開角をθ１とし、巻終わり位置ＰＢ２０の伸開角をθ２とすると、θａ＝θ２−θ１となる。換言すれば、巻終わり位置ＰＢ２０は、巻終わり位置ＰＢ１０から伸開角θａに対応する分、延伸されている。

図９は、図８（ａ）に示した対称型スクロール圧縮機に対して、固定スクロール１１の巻終わり位置ＰＢ２０と旋回スクロール１２の巻終わり位置ＰＢ２１とを同じ角度位置に配置した非対称型スクロール圧縮機にしたものである。この非対称型スクロール圧縮機の配置では、図８（ａ）に示した第１内側圧縮室６０−１と第１外側圧縮室６１−１とが形成されたとき、半回転前の外側圧縮室６１−０が既に形成されている。この外側圧縮室６１−０は、１回転後には、第１外側圧縮室６１−１となる。すなわち、第１内側圧縮室６０−１が形成されたとき、第１外側圧縮室６１−１は、既に半周期前から圧縮されていることになる。したがって、図８（ｂ）に示した連通角θＡとなった場合、第１外側圧縮室６１−１の圧力は、第２内側圧縮室６０−２の圧力とほぼ同じになり、第２内側圧縮室６０−２で圧縮された中間圧冷媒が第１外側圧縮室６１−１に漏れる量が低減する。この結果、再圧縮損失が小さくなり、圧縮効率の低下を防止することができる。

図１１は、図８に示した対称型スクロール圧縮機と図９に示した非対称型スクロール圧縮機とによる内側圧縮室と外側圧縮室の圧力変化および連通角θＡでの圧力差を比較した図である。特性曲線Ｌ６０−１，Ｌ６０−２，Ｌ６１−０，Ｌ６１−１，Ｌ６１−２は、それぞれ第１内側圧縮室６０−１，第２内側圧縮室６０−２，外側圧縮室６１−０，第１外側圧縮室６１−１，第２外側圧縮室６１−２の圧力変化を示している。図１１（ｂ）に示すように、非対称型スクロール圧縮機では、回転角が０°となる１回転前の回転角θ１のときから、第１外側圧縮室６１−１となる外側圧縮室６１−０を圧縮しているので、第１外側圧縮室６１−１の最初（回転角０°）のときの圧力は底上げされて高くなり、連通角θＡでの圧力差ＰＲ２は、図１１（ａ）に示す対称型スクロール圧縮機の圧力差ＰＲ１に比して圧力差ΔＰＲ分、小さくなる。

この結果、図１２に示すように、非対称型スクロール圧縮機の再圧縮損失Ｓ２は、対称型スクロール圧縮機の再圧力損失Ｓ１に比して小さくなる。

なお、非対称型スクロール圧縮機の構成は、実施の形態１に示した２段圧縮２段膨張サイクルのみならず、２段圧縮１段膨張サイクルにも適用できる。具体的には、内側圧縮部４１を形成する固定スクロール板状渦巻歯３１および旋回スクロール板状渦巻歯３３の高さｈ２を、外側圧縮部４０を形成する固定スクロール板状渦巻歯３０および旋回スクロール板状渦巻歯３２の高さｈ１よりも高くする構成を採用しなくてもよい。

［実施の形態３］
（冷媒漏れ防止機構）
ところで、筐体１０内は中間圧室１６が中間圧ＰＭとなっている。筐体１０内の圧力を中間圧ＰＭにすると、旋回スクロール１２の背面に中間圧ＰＭが印加されるため、旋回スクロール１２のスラスト荷重が低減し、機械損失の低減とスラスト軸受１４の摩耗抑制によってスクロール圧縮機２の信頼性を高めることができる。

しかし、図１３に示すように、旋回スクロール１２の旋回スクロール板状渦巻歯１２ｂは、ラジアル方向Ａ２の荷重を受けるため、旋回スクロール１２は、少しの傾斜を伴った公転によって揺動する運動状態となる場合がある。この場合、固定スクロール１１の外周部の旋回スクロール１２側の先端面と、旋回スクロール１２の台板１２ａの上面との間に隙間ｄが発生する。この隙間ｄが発生すると、中間圧室１６の中間圧冷媒ＲＭが、低圧冷媒ＲＬを圧縮する外側圧縮部４０に漏れてしまう。この中間圧冷媒ＲＭの外側圧縮部４０への漏れは、外側圧縮部４０の圧縮効率を低下させる。

外側圧縮部４０の圧縮効率低下は、図１４に示すように、外側圧縮部４０における中間圧冷媒ＲＭの増大によって、外側圧縮部４０の圧力が上昇し、領域Ｅ１０分の圧縮動力が増大するからである。また、図１５に示すように、外側圧縮部４０の低圧冷媒よりも高温の中間圧冷媒が外側圧縮部４０に漏れることにより、矢印Ａ１０のように低圧冷媒が加熱され、外側圧縮部４０で圧縮された中間圧冷媒が矢印Ａ１１に示すように理想的な中間圧冷媒よりも高温化する。この高温化した中間圧冷媒が内側圧縮部４１に導入されると内側圧縮部４１の中間圧冷媒の密度が低下するため、内側圧縮部４１の体積効率が低下する。

このため、本実施の形態３では、図１３に示すように、固定スクロール１１に、旋回スクロール１２の軸方向断面がコの字型となる外壁１１ｃを形成し、外壁１１ｃの先端面と旋回スクロール１２の台板１２ａとの摺動面に、リング状シールを設けるようにしている。図１６および図１７では、リング状シール７０が外壁１１ｃの先端面側に設けられている。

リング状シール７０は、図１８に示すように、旋回スクロール１２の台板１２ａ側に設けてもよい。また、リング状シール７０の形状は円形に限定されず、使用形態に合わせて楕円形や多角形などとしてもよい。

（リング状シールの熱膨張吸収部）
ところで、リング状シール７０は、例えば樹脂や金属によって形成される。しかし、リング状シール７０は、スクロール圧縮機２の運転に伴う温度上昇によって熱膨張が発生する。特に、リング状シール７０は、幅や厚さに比して周長が長く、熱膨張時は円周方向の伸びが溝内に設置されて拘束されるため熱応力が生じ、さらに軸方向への変形による齧りが発生して破損する場合がある。

このため、リング状シール７０に、熱膨張時における熱膨張を吸収する熱膨張吸収部を設けることが好ましい。例えば、図１９に示すように、リング状シール７０の一部に熱膨張時の逃げ代として分割ギャップ７１を設ける。図１９の分割ギャップ７１は、旋回スクロール１２の軸方向に対して傾斜する。ここで、分割ギャップ７１の周方向幅ｄ１０は、熱膨張時の熱膨張量に応じた値となる。また、分割ギャップ７１は、溝に拘束されるため、周方向に複数設けることが好ましい。分割ギャップ７１を設けることによって、熱膨張時の齧りを回避することができるとともに、冷媒漏れを確実に遮断することができる。

また、図２０に示すように、分割ギャップ７１に替えて分割ギャップ７２を設けるようにしてもよい。分割ギャップ７２は、旋回スクロール１２または固定スクロール１１の周方向に対して傾斜する。ここで、分割ギャップ７２の周方向幅ｄ２０は、熱膨張時の熱膨張量に応じた値となる。また、分割ギャップ７２は、溝に拘束されるため、周方向に複数設けることが好ましい。分割ギャップ７２を設けることによって、熱膨張時の齧りを回避することができるとともに、冷媒漏れを確実に遮断することができる。

さらに、図２１に示すように、分割ギャップ７１，７２ではなく、リング状シール７０の外周面７０ａおよび内周面７０ｂに挟まれ、外周面７０ａおよび内周面７０ｂを含まない領域に形成された１以上の空間部７３を設けるようにしてもよい。この空間部７３は、熱膨張時に空間部７３がつぶれることによって熱膨張を吸収し、リング状シール７０の外形の変形が抑えられ、分割ギャップを有するリング状シールと比べ、冷媒漏れをより確実に遮断することができる。

本実施の形態３は、上述した実施の形態１に示した２段圧縮のスクロール圧縮機以外の一般のスクロール圧縮機にも適用できる。例えば、１段圧縮のスクロール圧縮機にも適用することができる。

（適用熱サイクル例）
上述した実施の形態１〜３では、２段圧縮２段膨張サイクルを採用する熱サイクルシステムの一例として図１，２に示した熱サイクルシステムを示した。しかし、図１，２に示した熱サイクルシステム以外の熱サイクルシステムにも実施の形態１〜３に示したスクロール圧縮機２は適用できる。

例えば、図２２および図２３に示すように、図１に示した熱サイクルシステム１から過冷却器４を削除した構成としてもよい。

また、図２４および図２５に示すように、図２２および図２３の熱サイクルシステムにおいて、気液分離器６で分離された中間圧冷媒ＲＭ２と蒸発器８から導出される低圧冷媒ＲＬとの間で熱交換を行う内部熱交換器９を設けるようにしてもよい。

さらに、図２６および図２７に示すように、図１および図２の熱サイクルシステムにおいて、高段膨張弁５に導入される直前の高圧冷媒ＲＨと、蒸発器８から導出された低圧冷媒ＲＬとの間で熱交換を行う内部熱交換器９ａを設けるようにしてもよい。

また、図２８および図２９に示すように、図１に示した熱サイクルシステム１の気液分離器６を削除し、過冷却器４から導出された高圧冷媒ＲＨを分岐点ＰＳで分岐し、分岐された一方の高圧冷媒ＲＨを中間膨張弁５ａに導入して減圧膨張し、この減圧膨張された中間圧冷媒と、減圧膨張されない他方の高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器９ｂを設ける。内部熱交換器９ｂは、減圧膨張されない他方の高圧冷媒の熱を用いて、断熱膨張された中間圧冷媒を加熱する。この中間圧冷媒はそのままスクロール圧縮機２の高段側圧縮室に導入される。一方、内部熱交換器９ｂを介した、断熱膨張されない高圧冷媒は、低段膨張弁７に導入され、減圧膨張されて中間圧冷媒となる。

なお、上述した凝縮器３を用いて加熱する場合、熱サイクルシステムはヒートポンプシステムとなり、蒸発器８を用いて冷却する場合、熱サイクルシステムは、通常の冷凍システムとなる。

また、上述したスクロール圧縮機２は、外側圧縮部４０と内側圧縮部４１とを有する２段圧縮機であったが、これに限らず、多段圧縮機としてもよい。

１ 熱サイクルシステム
２ スクロール圧縮機
３ 凝縮器
４ 過冷却器
５ 高段膨張弁
５ａ 中間膨張弁
６ 気液分離器
７ 低段膨張弁
８ 蒸発器
９，９ａ，９ｂ 内部熱交換器
１０，１０ａ，１０ｂ 筐体
１１ 固定スクロール
１１ａ，１２ａ 台板
１１ｂ 固定スクロール板状渦巻歯
１１ｃ 外壁
１２ 旋回スクロール
１２ｂ 旋回スクロール板状渦巻歯
１３ クランクシャフト
１４ スラスト軸受
１５ バランスウェイト
１６ 中間圧室
１７ 高圧室
１８ 吐出弁
２０ 分割壁
２１ 低圧冷媒吸込口
２２ 中間圧冷媒吸込口
２３ 中間圧冷媒吐出口
２４ 高圧冷媒吐出口
３０，３１ 固定スクロール板状渦巻歯
３２，３３ 旋回スクロール板状渦巻歯
４０ 外側圧縮部
４１ 内側圧縮部
５１，５２ チップシール
６０−１ 第１内側圧縮室
６０−２ 第２内側圧縮室
６１−０ 外側圧縮室
６１−１ 第１外側圧縮室
６１−２ 第２外側圧縮室
７０ リング状シール
７０ａ 外周面
７０ｂ 内周面
７１，７２ 分割ギャップ
７３ 空間部
ＡＬ 回転方向
ｄ 隙間
Ｅ 分断領域
ＧＨ，ＧＬ，ＧＭ 冷媒循環量
Ｌ１ 低圧冷媒吸込配管
Ｌ２ 中間圧冷媒吸込配管
Ｌ３ 高圧冷媒吐出配管
θＡ 連通角

Claims (14)

1. 固定スクロール板状渦巻歯と旋回スクロール板状渦巻歯を互いに噛み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロール板状渦巻歯を公転運動させることによって前記圧縮室の冷媒を圧縮するスクロール圧縮機であって、
   前記固定スクロール板状渦巻歯の中心側の巻始めと外側の巻終わりとの間で前記圧縮室を外側圧縮部と内側圧縮部とに分割する分割壁を備え、
   前記旋回スクロール板状渦巻歯は、前記公転運動に伴って前記分割壁に干渉しないように、前記分割壁に対応する位置に分割領域を形成し、
   前記内側圧縮部を形成する前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯の高さは、前記外側圧縮部を形成する前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯の高さよりも高いことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記外側圧縮部は、低圧の冷媒を吸い込む外側吸込口と、前記外側吸込口から吸い込まれた冷媒を中間圧まで圧縮して吐出する外側吐出口とを有し、
   前記内側圧縮部は、前記外側吐出口から吐出された冷媒と外部から導入される冷媒とを吸い込む内側吸込口と、前記内側吸込口から吸い込まれた冷媒を高圧まで圧縮して吐出する内側吐出口とを有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。
3. 前記固定スクロール板状渦巻歯の外側巻終わり位置は、対称型スクロールにおける固定スクロール板状渦巻歯の巻終わり位置からの伸開角θａが０°＜θａ≦１８０°で延伸されたことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記固定スクロール板状渦巻歯および前記旋回スクロール板状渦巻歯はそれぞれ台板上に立設され、いずれか一方の台板には他方の台板と摺動する外壁が形成され、前記外壁の先端と前記他方の台板との摺動面にリング状シールを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のスクロール圧縮機。
5. 前記リング状シールは、熱膨張を吸収する熱膨張吸収部を有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。
6. 前記熱膨張吸収部は、前記公転運動の軸方向に対して傾斜する１以上の分割ギャップであることを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記熱膨張吸収部は、前記リング状シールの周方向に対して傾斜する１以上の分割ギャップであることを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記熱膨張吸収部は、前記リング状シールの外周面および内周面に挟まれた領域に形成された１以上の空間部であることを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
9. 請求項１〜８に記載されたスクロール圧縮機と、
   前記スクロール圧縮機によって圧縮された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧膨張して中間圧にする高段膨張弁と、
   前記高段膨張弁から導入された中間圧の冷媒を気液分離し、気体を前記スクロール圧縮機の中間圧の冷媒として前記内側圧縮部に導入する気液分離器と、
   前記気液分離器の液体を中間圧の冷媒として減圧膨張する低段膨張弁と、
   前記低段膨張弁から導入された低圧の冷媒を蒸発させ、前記スクロール圧縮機の低圧の冷媒として前記外側圧縮部に導入する蒸発器と、
   を備えたことを特徴とする熱サイクルシステム。
10. 前記凝縮器と前記高段膨張弁との間に過冷却器を設けたことを特徴とする請求項９に記載の熱サイクルシステム。
11. 前記気液分離器から導出された冷媒と前記蒸発器から導出された冷媒との熱交換を行う熱交換器を設けたことを特徴とする請求項９または１０に記載の熱サイクルシステム。
12. 前記高段膨張弁に導入される直前の冷媒と、前記蒸発器から導出された冷媒との熱交換を行う熱交換器を設けたことを特徴とする請求項９または１０に記載の熱サイクルシステム。
13. 請求項１〜８に記載されたスクロール圧縮機と、
    前記スクロール圧縮機によって圧縮された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、
    前記凝縮器によって凝縮された冷媒を分岐点で分岐し、分岐された一方の冷媒を減圧膨張して中間圧にする中間膨張弁と、
    前記中間膨張弁から導入された中間圧の冷媒と前記分岐点で分岐された他の高圧の冷媒との熱交換を行い、熱交換された中間圧の冷媒を前記スクロール圧縮機の中間圧の冷媒として前記内側圧縮部に導入する熱交換器と、
    前記熱交換器で熱交換された高圧の冷媒を減圧膨張して低圧の冷媒を生成する膨張弁と、
    前記膨張弁から導入された低圧の冷媒を蒸発させ、前記スクロール圧縮機の低圧の冷媒として前記外側圧縮部に導入する蒸発器と、
    を備えたことを特徴とする熱サイクルシステム。
14. 前記凝縮器と前記分岐点との間に過冷却器を設けたことを特徴とする請求項１３に記載の熱サイクルシステム。

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