JP2000345975A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量制御運転時においても、高効率の運転を
実施できるスクロール型流体機械を提供する。 【解決手段】 閉空間を形成し吸入管及び吐出管８を接
続したハウジング２と、該ハウジング２内に固定支持さ
れた固定スクロール９と、該固定スクロール９と噛み合
わされ、同固定スクロール９に対し自転を阻止されて公
転旋回運動を行う旋回スクロール１１と、該旋回スクロ
ール１１の駆動手段とを具備し、前記固定スクロール９
と前記旋回スクロール１１とが複数の接触点で接触して
三日月状の圧縮室を形成し、該圧縮室が外周側より容積
を減少させながら内側へ移動して吸入・圧縮・吐出を同
時に行うスクロール型流体機械であって、前記固定スク
ロール９の吸入口１８に開口面積を制御する可変絞り機
構３０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば冷凍装置
や空気調和装置などに使用されるスクロール型圧縮機等
のスクロール型流体機械に係り、特に、容量制御運転時
においても優れた運転効率を有するスクロール型流体機
械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スクロール型圧縮機などのス
クロール型流体機械においては、固定スクロール、旋回
スクロール及び自転阻止機構を具備することでスクロー
ル型圧縮機構を構成している。このスクロール型圧縮機
構において、一方の固定スクロールは、吸入管及び吐出
管を接続したハウジング内に固定支持された不動のスク
ロールである。他方の旋回スクロールは、固定スクロー
ルと上下または左右方向に噛み合わされた状態で配置さ
れ、自転阻止機構により自転を阻止されると共に、電動
モータなどの駆動源と連結されて、固定スクロールに対
し公転旋回運動を行うものである。この旋回スクロール
は、固定スクロールと複数の接触点で接触して三日月状
の圧縮室を形成し、同圧縮室が外周側より容積を減少さ
せながら内側へ移動することにより、吸入・圧縮・吐出
を同時に行うことができる。

【０００３】このようなスクロール型流体機械において
は、冷凍装置や空気調和装置などの運転状況に応じて容
量制御を行う場合がある。たとえば冷凍装置の場合、所
望の温度まで冷やして冷凍させる運転状態に比べて、冷
凍された状態を維持する運転状態ではスクロール圧縮機
の負荷がかなり低下する。このため、低負荷運転時には
容量制御を実施し、たとえば容量制御率を５０％に落と
して駆動源の負荷を下げ、省エネルギー運転を実施する
ことがある。

【０００４】従来の容量制御は、一定回転数で運転する
機種の場合、図４に示すように、固定スクロール９に圧
縮室から低圧側へ通じるバイパス穴Ｈを設けておき、同
バイパス穴Ｈを電磁弁（図示省略）などの手段を用いて
開閉することにより実施している。この場合、バイパス
穴Ｈが圧縮開始の位置となって容量制御が行われるの
で、どの容積比の位置にバイパス穴Ｈを設けるかによっ
て容量制御率を変えることができる。従って、圧縮性能
が同一でも容量制御率が異なる機種を製造する場合は、
バイパス穴Ｈを設ける位置を変えて対応するのが一般的
である。なお、図中の符号１はスクロール型圧縮機、２
はハウジング、６は回転シャフト、８は吐出管、１１は
旋回スクロール、１３はチップシール、１５は低圧室Ｌ
Ｒと高圧室ＨＲとの間を仕切るディスチャージカバー、
１６は吐出ポート、１７は吐出弁、１８は吸入口、１９
は吸入室をそれぞれ示している。

【０００５】また、インバータ制御の電動モータを駆動
手段とする機種の場合には、周波数変更により電動モー
タ及び旋回スクロールの回転数を変化させることができ
るので、この周波数制御により容量制御を実施する方法
が採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のスクロール型流体機械の容量制御には、次のような
問題があった。一定回転数で運転する機種の場合は、バ
イパス穴Ｈの径が大きいと、図５に示すように他の圧縮
室との間が矢印のように連通してしまうことがあるの
で、バイパス穴Ｈの径をラップ厚さより大きくできない
という問題が生じる。このため、バイパス穴Ｈを開いた
容量制御時には、小さな径のバイパス穴Ｈが抵抗となっ
て流体を圧縮するので、この抵抗分のモータ入力（動
力）が増大して思ったほどモータ負荷が低下せず、結果
として圧縮機の効率が低下するという問題があった。ま
た、容量制御率を５０％以上に大きく設定しようとした
場合、バイパス穴Ｈの位置まで過圧縮することになるの
で、効率がさらに悪化するという問題があった。さら
に、容量制御率の違いに対して、バイパス穴Ｈの位置を
変えて対応するため、部品の共通化ができずに固定スク
ロールの種類が多くなるという問題もあった。なお、イ
ンバータ制御により運転する機種では、特に大容量機種
の場合、インバータ制御機構がかなり高価なものとなる
ため、コスト面で使用しにくいという問題がある。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、容量制御運転時においても高効率の運転を実施で
きるようにしたスクロール型流体機械の提供を目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため以下の手段を採用した。請求項１に記載のス
クロール型流体機械は、閉空間を形成し吸入管及び吐出
管を接続したハウジングと、該ハウジング内に固定支持
された固定スクロールと、該固定スクロールと噛み合わ
され、同固定スクロールに対し自転を阻止されて公転旋
回運動を行う旋回スクロールと、該旋回スクロールの駆
動手段とを具備し、前記固定スクロールと前記旋回スク
ロールとが複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を
形成し、該圧縮室が外周側より容積を減少させながら内
側へ移動して吸入・圧縮・吐出を同時に行うスクロール
型流体機械であって、前記固定スクロールの吸入口に開
口面積を制御する可変絞り機構を設けたことを特徴とす
るものである。

【０００９】上記のスクロール型流体機械において、前
記可変絞り機構は、前記吸入口の開口面積を変化させる
弁体がリニアに作動制御されるものでもよいし、あるい
は、前記可変絞り機構は、前記吸入口の開口面積を変化
させる弁体がステップ状に作動制御されるものでもよ
い。

【００１０】このようなスクロール型流体機械によれ
ば、固定スクロールの吸入口に開口面積を制御する可変
絞り機構を設けたので、同可変絞り機構により圧縮室内
に入り込む流体の量を制御して容量制御を実施すること
ができる。この結果、固定スクロールに設けていたバイ
パス穴は不要となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスクロール型
流体機械の一実施形態として、図２にスクロール型圧縮
機を示して説明する。図示のスクロール型圧縮機１は密
閉縦型と呼ばれているものである。このスクロール圧縮
機１は、有底筒形状のハウジング２と、該ハウジング２
内部の上部にフレーム３で支持されたスクロール型圧縮
機構４と、該スクロール型圧縮機構４の下方、すなわち
ハウジング２内部の下部にフレーム３などで支持して配
設された駆動手段のモータ５とを備え、該モータ５の回
転シャフト６が、スクロール型圧縮機構４の下部に連結
されている。

【００１２】前記ハウジング２は、筒部２ａの下端及び
上端が底部２ｂ及び蓋部２ｃでそれぞれ閉塞状態とさ
れ、筒部２ａには吸入管７が内部と貫通状態に接続され
るとともに、蓋部２ｃには吐出管８が内部に突出状態に
接続された閉空間を形成している。前記スクロール型圧
縮機構４は、フレーム３に固定された固定スクロール９
と、フレーム３と固定スクロール９との間にスラスト軸
受１０を介して公転旋回運動が可能に支持された旋回ス
クロール１１と、該旋回スクロール１１の外面に設けら
れ旋回スクロール１１の公転旋回運動を許容しながらそ
の自転を阻止する周知のオルダムリンク等よりなる自転
阻止機構１２とを備えている。

【００１３】前記固定スクロール９は、固定側端板９ａ
と、該固定側端板９ａの内面に立設された渦巻き状の固
定側渦巻体９ｂと、固定側端板９ａの周縁部に形成され
た円筒状の周壁部９ｃとを備え、該固定側渦巻体９ｂの
先端面にはチップシール１３が嵌装されている。前記固
定側端板９ａには、その中央部に吐出通路１４が上下に
貫通状態に形成されるとともに、その上面にはハウジン
グ２内を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分割する仕切部材
として、ディスチャージカバー１５が配設されている。
このディスチャージカバー１５の中央部には吐出ポート
１６が開口しており、同吐出ポート１６を開閉する吐出
弁１７が設けられている。なお、高圧室ＨＲには、前記
吐出管８の開口端が貫通状態に固定され、吐出管８と高
圧室ＨＲとが接続されている。

【００１４】また、周壁部９ｃには、図１に示すよう
に、固定側端板９ａ及び固定壁９ｃの内面側とハウジン
グ２側とを連通する吸入口１８が形成され、該吸入口１
８は、固定スクロール９と旋回スクロール１１との間に
形成される吸入室１９に接続される。上述した吸入口１
８には、同吸入口１８の開口面積を変化させることがで
きる可変絞り機構３０が設けられている。この可変絞り
機構３０は、弁体３０ａが図示省略の駆動部により作動
して、吸入口１８の開口面積を変化させる機能を有する
ものである。具体的な例では、弁体３０ａを駆動部に採
用したステッピングモータでスライドさせて、そのスラ
イド量がリニアに変化するように制御してもよいし、あ
るいは、予め設定した複数の容量制御率（たとえば、０
％と５０％）のいずれかになるように、そのスライド量
がステップ状に変化するように制御してもよい。なお、
弁体３０ａの作動は、上述したスライドの他にも、回転
により開口面積を変化させるようにしたものでもよい。

【００１５】前記旋回スクロール１１は、前記固定側端
板９ａに対向状態に配された旋回側端板１１ａと、該旋
回側端板１１ａの内面に立設された固定側渦巻体９ｂと
噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻体１１ｂとを備
え、該旋回側渦巻体１１ｂの先端面にはチップシール１
３が嵌装されている。前記旋回側端板１１ａには、その
外面に円筒形状のボス２０が軸線を同じくして立設さ
れ、該ボス２０の内部には、ブッシュ２１が旋回軸受２
２を介して回転可能に嵌装されている。また、該ブッシ
ュ２１には、その内部に軸線から偏心した貫通孔２１ａ
が形成されている。

【００１６】固定スクロール９と旋回スクロール１１と
は、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦巻
体９ｂと旋回側渦巻体１１ｂとの互いの側面が複数個所
で線接触するように１８０度の位相差をもって噛み合わ
されている。また、この状態で、固定側渦巻体９ｂ及び
旋回側渦巻体１１ｂのチップシール１３がそれぞれ旋回
側端板１１ａ及び固定側端板９ａの内面に密接して、図
３に示すように、固定側渦巻体９ｂと旋回側渦巻体１１
ｂの中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密
閉空間となる圧縮室Ｐが形成される。なお、旋回スクロ
ール１１は、周知のオルダムリンクを備えた自転阻止機
構１２によって、フレーム３及び同フレーム３に固定さ
れた固定スクロール９に対して、自転が阻止された状態
で公転旋回運動可能に配されている。

【００１７】前記モータ５の回転シャフト６は、フレー
ム３の内周面に配された上部軸受２３及びモータ５の下
方に位置する図示省略の下部軸受に軸支され、軸線から
所定量偏心された偏心ピン２４が上端に突出状態に設け
られている。偏心ピン２４は、ブッシュ２１の貫通孔２
１ａに挿入され、ブッシュ２１を回転可能に支持してい
る。なお、回転シャフト６などの適所には、図示省略の
バランスウエイトが固定されている。

【００１８】偏心ピン２４及び回転シャフト６には、こ
れらを上下に貫通する油通路２５が形成されるととも
に、回転シャフト６の下端には潤滑油ポンプ機構（図示
省略）が設けられている。この潤滑油ポンプ機構は、油
通路２５の下端に接続されている。また、ハウジング２
の底部２ｂには潤滑油が貯留されており、該潤滑油内に
回転シャフト６下端の潤滑油ポンプ機構が配されてい
る。

【００１９】次に、上記構成のスクロール圧縮機１にお
けるガス（流体）の圧縮方法について説明する。モータ
５を駆動することにより、回転シャフト６の回転が偏心
ピン２４、ブッシュ２１、旋回軸受２２及びボス２０を
介して旋回スクロール１１に伝達されるとともに、旋回
スクロール１１が自転阻止機構によって自転が阻止され
た状態で固定スクロール９に対して公転旋回運動を行
う。このとき、ガスは、吸入管７からハウジング２内に
供給されるとともにモータ５を冷却し、さらに吸入口１
８及び吸入室１９を経て圧縮室Ｐへと供給される。

【００２０】そして、圧縮室Ｐ内のガスは、旋回スクロ
ール１１の上記公転旋回運動による圧縮室Ｐの容積縮小
に伴い、圧縮されながら中央部に移送される。このよう
にして、さらに圧縮されたガスは、吐出通路１４及び吐
出ポート１６から吐出弁１７を押し開けて高圧室ＨＲ内
に排出され、該高圧室ＨＲから吐出管８によって外部へ
と排出される。

【００２１】また、底部２ｂに貯留された潤滑油は、潤
滑油ポンプによって吸い上げられるとともに油通路２５
内を通って偏心ピン２４先端から出され、偏心ピン２
４、ブッシュ２１、旋回軸受２２、スラスト軸受１０及
び自転阻止機構１２等を潤滑した後、ハウジング２の底
部２ｂに戻されて再度貯留される。

【００２２】続いて、絞り機構３０の作用を説明する。
この絞り機構３０は、容量制御が必要となった場合に弁
体３０ａを作動させるものであり、吸入口１８の開口面
積を絞ることによってスクロール機構４の圧縮室内に導
入されるガス量を制御することができる。通常の運転、
すなわち容量制御率０％では、弁体３０ａが吸入口１８
を全開にして開口面積が最大となる位置にあり、所定の
ガス量がスムーズに圧縮室内へ導入される。このような
状態から弁体３０ａをスライドさせて吸入口１８を絞
り、開口面積を徐々に小さくしていくと、入口の抵抗が
増して圧縮室内へ導入されるガス量は減少していくの
で、圧縮機の容量制御を行うことができる。

【００２３】この時、弁体３０ａのスライド量がステッ
ピングモータの作動によりリニアに変化するものであ
り、また、吸入口１８の開口面積も弁体３０ａのスライ
ド量に比例して変化する形状、たとえば矩形のものであ
れば、吸入口１８の開口面積がステッピングモータの作
動に比例して変化するものとなる。従って、開口面積に
応じて変化するガス導入量をステッピングモータの作動
で容易に制御することができるので、広範囲にわたる容
量制御をきめ細かく実施することができる。

【００２４】一方、弁体３０ａのスライド量がステップ
状に変化する場合、予め必要となる容量制御率に対応す
るガス導入量となるように、弁体３０ａを段階的にスラ
イドさせて吸入口１８の開口面積を変化させる。たとえ
ば、容量変化率が０％と５０％との２段階で運転する場
合、弁体３０ａは、吸入口１８を全開にする位置と、容
量変化率５０％に対応するガス導入量を達成する吸入口
１８の開口面積の位置との間でスライドして移動する。
従って、予め設定された容量変化率のなかから状況に応
じて最適のものを選択して、迅速に切り換えることがで
きる。なお、容量変化率の設定は、上述した２段階及び
その変化率に限定されることはなく、３段階以上の多段
階に設定してもよいし、また、５０％以外の設定値にし
てもよい。

【００２５】上述した可変絞り機構３０を採用すること
により、容量制御を目的として従来設けていたバイパス
穴Ｈが不要となるので、このバイパス穴Ｈが原因となっ
ていたモータ入力の増大や過圧縮による圧縮性能の低下
を防止でき、容量制御時における効率を向上させること
ができる。また、バイパス穴Ｈの位置を変えて容量制御
率の異なるスクロール型流体機械を提供していたため、
従来は多種類の固定スクロール９を製造する必要があっ
たが、上述した絞り機構３０の採用により、広い範囲で
の部品の共通化が可能となる。さらに、高価なインバー
タ制御を採用しなくても容量制御を実施できるので、特
に大容量機種においてはコストの低減にも有効である。

【００２６】ところで、上述した本発明の可変絞り機構
３０は、実施形態に示した密閉縦型のスクロール型圧縮
機の他にも、開放型や横型のスクロール型圧縮機及びス
クロール型流体機械に対しても同様に適用可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスクロー
ル型流体機械は、容量制御を実施するのに可変絞り機構
を採用したので、容量制御運転時においても高効率で運
転できるようになる。このため、省エネルギーに貢献で
きて商品性の高いスクロール型流体機械となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るスクロール型流体機械の一実施
形態として密閉縦型スクロール圧縮機を示す要部断面図
である。

【図２】 密閉縦型スクロール圧縮機の概要を示す部分
断面図である。

【図３】 固定側渦巻体及び旋回側渦巻体の関係を示す
説明図である。

【図４】 従来技術に係るスクロール型流体機械の要部
断面図である。

【図５】 バイパス穴の問題点を説明するために示した
要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ スクロール型圧縮機（スクロール型流体機
械） ２ ハウジング ３ フレーム ４ スクロール型圧縮機構 ５ モータ（駆動手段） ６ 回転シャフト ７ 吸入管 ８ 吐出管 ９ 固定スクロール ９ａ 固定側端板 ９ｂ 固定側渦巻体 １０ スラスト軸受 １１ 旋回スクロール １１ａ 旋回側端板 １１ｂ 旋回側渦巻体 １２ 自転阻止機構 １３ チップシール １４ 吐出通路 １５ ディスチャージカバー １６ 吐出ポート １７ 吐出弁 １８ 吸入口 １９ 吸入室 ２０ ボス ２１ ブッシュ ２１ａ 貫通孔 ２２ 旋回軸受 ２３ 上部軸受 ２４ 偏心ピン ２５ 油通路 ３０ 可変絞り機構 ３０ａ 弁体 Ｈ バイパス穴 Ｐ 圧力室 ＬＲ 低圧室 ＨＲ 高圧室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉空間を形成し吸入管及び吐出管を接続
   したハウジングと、該ハウジング内に固定支持された固
   定スクロールと、該固定スクロールと噛み合わされ、同
   固定スクロールに対し自転を阻止されて公転旋回運動を
   行う旋回スクロールと、該旋回スクロールの駆動手段と
   を具備し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールと
   が複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を形成し、
   該圧縮室が外周側より容積を減少させながら内側へ移動
   して吸入・圧縮・吐出を同時に行うスクロール型流体機
   械であって、 前記固定スクロールの吸入口に開口面積を制御する可変
   絞り機構を設けたことを特徴とするスクロール型圧縮機
   械。
2. 【請求項２】 前記可変絞り機構は、前記吸入口の開口
   面積を変化させる弁体がリニアに作動制御されることを
   特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
3. 【請求項３】 前記可変絞り機構は、前記吸入口の開口
   面積を変化させる弁体がステップ状に作動制御されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。