JP2001165073A - スクロール圧縮機および空気調和機 - Google Patents
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Abstract
えるスクロール圧縮機および空気調和機を提供する。 【解決手段】 スクロール圧縮機は、運転状態を検知す
る運転状態検知部27と、可変速モータ28と、制御部
26と、容量制御手段としてのアンロード機構12とを
備える。運転状態検知部27により検知された運転状態
に応じて、制御部26により、アンロード機構12の動
作制御およびモータ28の回転数制御を行なう。空気調
和機は、上記のスクロール圧縮機と、凝縮器23と、膨
張弁24と、蒸発器25とを備える。
Description
よび空気調和機に関し、より特定的には、運転状態の検
知結果に基づいて、アンロード運転/フルロード運転の
切換制御や冷媒インジェクション等の容量制御およびモ
ータの回転数制御を行なうことが可能なスクロール圧縮
機および空気調和機に関する。
す。この圧縮機は、特開平11−182479号公報に
開示されている。
容器63を備え、この密閉容器63内に固定スクロール
56および揺動スクロール(図示せず)が組み込まれ
る。密閉容器63の端部には、シリンダ53が形成され
ている。シリンダ53内にはピストン式制御弁51と圧
縮ばね52が設置されている。
9と連通する第1通路60、吸入圧力空間57と連通す
る第2通路61、吐出口55を介して吐出圧力空間58
と連通する第3通路62が設けられる。ピストン式制御
弁51の背圧空間54は、第3通路62と連通してい
る。
の吸入圧力(Ps)と吐出圧力(Pd)との差圧の大き
さに応じてピストン式制御弁51が移動し、第1通路6
0が開閉制御される。それにより、第1通路60が閉じ
られ吐出容量が100%の運転(フルロード運転)と、
第1通路60が開かれ吐出容量が低減した運転(アンロ
ード運転)とに圧縮機の運転状態が切換えられる。
縮機内部の圧力条件で自動的にアンロード運転とフルロ
ード運転との切換制御が行われるので、次に説明するよ
うな問題があった。その問題について図18を用いて説
明する。図18は、凝縮温度(Tc)と、蒸発温度(T
e)と、運転圧力比(Pr)との関係を示す図である。
低く凝縮温度が高い条件(図18に斜線で示す領域内)
で、かつ必要冷凍能力が小さい場合には、上述の圧縮機
はアンロード運転されない。それは、蒸発温度(Te)
が低く凝縮温度(Tc)が高い場合には、冷媒の吸入圧
力(Ps)は低く吐出圧力(Pd)が高くなるため、上
述の第1通路60が閉じられるからである。
ロード運転されないと、圧縮機は低速運転を余儀なくさ
れ、潤滑の厳しい運転を強いられるばかりでなく、低速
運転ではモータ効率も中高速運転時に比べて低く、圧縮
機内部の圧縮ガスの洩れ等により効率も低下し得る。
検知することなく自動的にアンロード運転とフルロード
運転との切換制御を行っていたため、運転状態に応じた
適切かつ効率的な運転が行なえない場合が生じるという
問題があった。この問題は、上記のような圧縮機を備え
る空気調和機においても同様に生じ得る。
れたものである。本発明の目的は、あらゆる運転状態に
応じて適切かつ効率的な運転を選択することができるス
クロール圧縮機および空気調和機を提供することにあ
る。
ール圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮室(40)を形成す
る可動スクロール(2)および固定スクロール(1)を
有するスクロール圧縮機であって、可変速モータ(2
8)と、容量制御手段(12,35)と、運転状態検知
部(27)と、制御部(26)とを備える。可変速モー
タ(28)は、可動スクロール(2)を駆動する。容量
制御手段(12,35)は、圧縮室(40)内に冷媒を
供給あるいは圧縮室(40)から低圧側へ冷媒をバイパ
スすることによりスクロール圧縮機の容量を制御する。
運転状態検知部(27)は、スクロール圧縮機の運転状
態を検知する。制御部(26)は、運転状態検知部(2
7)により検知された運転状態に応じて容量制御手段
(12,35)の動作制御およびモータ(28)の回転
数制御を行なう。
検知部(27)を備えることにより、スクロール圧縮機
の運転状態を検知することができる。ここで、スクロー
ル圧縮機が上述の制御部(26)を備えることにより、
スクロール圧縮機の運転状態に応じて容量制御手段(1
2,35)の動作制御およびモータ(28)の回転数制
御を行なうことができる。それにより、あらゆる運転条
件下で適切かつ効率的な運転を選択することができる。
なお、上記の運転状態検知部(27)や制御部(26)
は、圧縮機内部のみならず冷凍・空気調和機システム内
に設置されてもよい。
運転状態検知部(27)は、冷媒の吐出圧力に対する冷
媒の吸入圧力の比の値である運転圧力比を検知する運転
圧力比検知部と、スクロール圧縮機の運転時の必要能力
を検知する必要能力検知部とを含み、制御部(26)
は、上記運転圧力比および必要能力に応じて容量制御手
段(12,35)の動作制御およびモータ(28)の回
転数制御を行なう。
転圧力比検知部と必要能力検知部とを有することによ
り、スクロール圧縮機の運転圧力比や必要能力等の運転
状態を検知することができる。このようにして検知され
た運転圧力比および必要能力に応じて制御部(26)に
よって容量制御手段(12,35)の動作制御およびモ
ータ(28)の回転数制御を行なうことにより、あらゆ
る運転条件下でスクロール圧縮機の高効率運転を行なう
ことができる。
容量制御手段(12,35)は、圧縮室(40)におけ
る圧縮開始時点を実質的に遅らせてアンロード運転を行
なうためのアンロード手段(12)を含む。
アンロード手段(12)を挙げることができる。このよ
うにアンロード手段(12)を備えた場合には、スクロ
ール圧縮機の運転状態に応じて意図的にアンロード手段
(12)を作動させることができ、アンロード運転を行
なうことができる。具体的には、たとえば蒸発温度が低
く凝縮温度が高くかつ必要冷凍能力が小さい条件下で、
アンロード手段(12)を意図的に作動させてアンロー
ド運転を行なうことができる。それにより、従来問題と
なっていた潤滑の厳しい低速運転を回避することができ
る。
容量制御手段(12,35)は、圧縮室(40)内に冷
媒をインジェクションするための冷媒インジェクション
手段(35)を含む。
て冷媒インジェクション手段(35)を挙げることがで
きる。このように冷媒インジェクション手段(35)を
備えた場合には、スクロール圧縮機の運転状態に応じて
適宜冷媒インジェクション手段(35)を作動させるこ
とができ、スクロール圧縮機の容量を増大することがで
きる。それにより、スクロール圧縮機の可変能力幅を増
大することができる。また、上述のアンロード手段(1
2)と併用した場合には、冷媒インジェクション時に不
必要にアンロード手段(12)が作動しないように制御
部(26)によってアンロード手段(12)の動作制御
を行なうことも可能となる。それにより、インジェクシ
ョン冷媒が吸入圧力室に洩れて冷媒の循環量の増加を充
分に図れないという事態を回避することができる。
縮後の冷媒を吐出する吐出ポート(19)と、吐出ポー
ト(19)を開閉し冷媒の逆流を防止するための吐出弁
(20)とを備える。
一般に低速運転が行われる。そのため、冷媒の吐出抵抗
が小さくなり、吐出ポート(19)における冷媒の逆流
が生じ得る。そこで、上記のように吐出弁(20)を設
けることにより、冷媒の逆流を防止することができ、逆
流損失を低減することができる。それにより、低速運転
時における効率を向上させることができる。
出圧に達した圧縮室(40)と連通するリリーフポート
(29)と、リリーフポート(29)を開閉するリリー
フ弁(31a)とを備える。
つ必要冷凍能力が大きい条件下では、アンロード状態で
高速運転を行なう。しかし、高速運転を行なうと、吐出
ガス流速が増大し、過圧縮損失が増大し得る。そこで、
上記のようにリリーフポート(29)およびリリーフ弁
(31a)を設けることにより、これらを介して吐出圧
に達した冷媒を高圧空間に適宜吐出することができる。
それにより、過圧縮損失を低減することができ、運転効
率を向上することができる。
可動スクロール(2)および固定スクロール(1)は、
渦巻体(41,42)を有し、一方の渦巻体(41)の
巻終り端部が他方の渦巻体(42)の巻終り端部近傍に
まで延在する。
対称渦巻を有することにより、アンロード機構の一構成
要素としてアンロードポートを設けた場合にはこれを1
箇所に集約することができ、また冷媒インジェクション
機構の一構成要素としてインジェクションポートを設け
た場合にもこれを1箇所に集約することができる。
定スクロール(1)の背面に吸入圧力空間(33)を備
える。
吸入圧力空間(33)を設けることにより、アンロード
運転時に低圧空間に冷媒を逃がすべく迂回通路を設ける
必要がなくなり、アンロード機構を簡素化することがで
きる。
から請求項8のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備
える。なお、本願明細書において、空気調和機とは、冷
暖房装置のみならず冷凍機をも含むものと定義する。
ル圧縮機を備えることにより、あらゆる運転状態におい
て高効率運転が可能となる。
圧縮する圧縮要素を有する圧縮機(37)と、冷媒を凝
縮あるいは蒸発させる複数の負荷側熱交換器(25a,
25b,25c)とを有するいわゆるマルチ型空気調和
機であって、可変速モータと、容量制御手段(12a)
と、運転状態検知部(39)と、制御部(38)とを備
える。可変速モータは、圧縮要素を駆動する。容量制御
手段(12a)は、圧縮要素に冷媒を供給あるいは圧縮
要素から冷媒を引き抜くことにより、圧縮機の容量を制
御する。運転状態検知部(39)は、空気調和機の運転
状態を検知する。制御部(38)は、運転状態検知部
(39)により検知された運転状態に応じて容量制御手
段(12a)の動作制御およびモータの回転数制御を行
なう。なお、上記の負荷側熱交換器としては、たとえば
エアコンの室内機(蒸発器あるいは凝縮器)を挙げるこ
とができる。
(39)を備えることにより、空気調和機の運転状態を
検知することができる。この運転状態の検知結果に基づ
いて制御部(38)によって容量制御手段(12a)の
動作制御およびモータの回転数制御を行なうことができ
る。それにより、たとえば蒸発温度と凝縮温度との差が
小さく大能力が必要な場合には、制御部(38)によっ
て、容量制御手段(12a)を作動させてアンロード運
転を行ないかつモータを高速回転させることができ、過
圧縮損失を低減することができる。また、蒸発温度と凝
縮温度との差が大きく能力が小さくてよい場合には、制
御部(38)によって、容量制御手段(12a)を作動
させずフルロード運転を行ないかつモータを低速回転さ
せることができ、逆流損失(圧縮不足損失)を低減する
ことができる。その結果、あらゆる運転条件下で高効率
運転を行なえる。また、たとえば外気温が低く蒸発温度
も低い暖房運転時には、制御部(38)によって、容量
制御手段(12a)を作動させてガス冷媒のインジェク
ションを行ないかつモータを高速回転させることがで
き、モータの回転数を極端に上昇させることなく吐出冷
媒量を増加させることができる。この場合には、圧縮機
の信頼性を向上させることができる。さらに、圧縮機の
低速運転時に圧縮機の断熱効率が低下して吐出冷媒の温
度が上昇した場合、制御部(38)によって容量制御手
段(12a)を作動させて液冷媒のインジェクションを
行なうことにより、吐出冷媒の温度を低下させることが
できる。それにより、冷媒や潤滑油の寿命低下を抑制す
ることができるのみならず吐出冷媒の温度上昇に起因し
て空気調和機の運転を停止させる必要もなくなる。
状態検知部(39)は、上記圧縮機における冷媒の吐出
圧力に対する冷媒の吸入圧力の比の値である運転圧力比
を検知する運転圧力比検知部と、空気調和機の運転時に
おける負荷側熱交換器(25a,25b,25c)の必
要能力を検知する必要能力検知部とを含み、制御部(3
8)は、上記運転圧力比および必要能力に応じて容量制
御手段(12a)の動作制御およびモータの回転数制御
を行なう。
状態を検知し、これに基づいて容量制御手段(12a)
の動作制御およびモータの回転数制御を行なうことによ
り、前述のように高効率運転を行なうことができる。
状態検知部(39)は、負荷側熱交換器(25a,25
b,25c)の運転台数を検知する運転台数検知部を含
み、この運転台数をも考慮して容量制御手段(12a)
の動作制御およびモータの回転数制御を行なう。
温度の関係以外に、負荷側熱交換器(25a,25b,
25c)の運転台数も必要能力に影響を及ぼす。そこ
で、上記の運転台数検知部を設けることにより、運転台
数をも考慮して容量制御手段(12a)の動作制御およ
びモータの回転数制御を行なうことができる。それによ
り、蒸発温度と凝縮温度間の温度差が小さい場合の全負
荷側熱交換器(25a,25b,25c)運転状態や、
上記温度差が大きい場合の負荷側熱交換器(25a,2
5b,25c)の一部運転状態においても、高効率運転
を行なうことができる。
発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の
1つの実施の形態におけるスクロール圧縮機の概略構成
図である。
ル圧縮機は、ケーシング18と、固定スクロール1と、
可動スクロール2と、アンロード機構と、吐出管(高圧
ライン)14と、制御部26と、運転状態検知部27
と、モータ28とを備える。
可動スクロール2およびモータ28が組み込まれる。固
定スクロール1は、冷媒を吐出する吐出ポート19と、
アンロード運転時に開口されるアンロードポート4と、
弁穴5と、バイパス通路6と、バイパス弁7と、コイル
スプリング8と、蓋部材9と、操作圧室11と、吐出弁
20と、弁ばね21と、弁押え22とを有する。
る低圧空間3と、圧縮室40とを連通させ、アンロード
運転時に圧縮室40から低圧空間3に冷媒を引き抜き、
冷媒の圧縮開始点を実質的に遅らせる。バイパス弁7
は、操作圧室11内に設置され、アンロードポート4を
開閉する。
蓋部材9には、継手管16が挿通される。吐出弁20
は、吐出ポート19を開閉し、この吐出弁20が開くこ
とにより吐出圧に達した冷媒が吐出ドーム10に放出さ
れる。
軸を介してモータ28によって駆動される。この可動ス
クロール2と固定スクロール1との間に圧縮室40が形
成され、この圧縮室40内で冷媒が圧縮される。
ト4、弁穴5、バイパス通路6、バイパス弁7、コイル
スプリング8、蓋部材9、操作圧室11、アンロード操
作弁12、操作圧ライン15、継手管16、キャピラリ
チューブ17を含む。アンロード操作弁12を開いてア
ンロード機構を作動させることにより、スクロール圧縮
機のアンロード運転を行なうことができる。
10に放出された高圧冷媒をケーシング18の外部に吐
出する。このように吐出された冷媒は、たとえば凝縮器
23、膨張弁24および蒸発器25を経て低圧ライン1
3を通って再びスクロール圧縮機内に送り込まれる。
の運転状態を検知する。運転状態検知部27は、具体的
には運転圧力比検知部および必要能力検知部を有し、ス
クロール圧縮機の運転圧力比Prや、スクロール圧縮機
の運転時における必要能力を検知する。
力Pdに対する冷媒の吸入圧力Psの比の値(Pd/P
s)である。吐出圧力Pdは冷媒の凝縮過程における圧
力である凝縮圧力Pcに、また吸入圧力Psは冷媒の蒸
発過程における圧力である蒸発圧力Peに概ね置き換え
ることができるので、圧力Pc、Peを検知することに
より、運転圧力比Prを算出することができる。圧力P
c、Peは、たとえば凝縮温度Tc、蒸発温度Teを基
にして得られる。
ては、スクロール圧縮機を備える機器がたとえば空気調
和機の場合には、室内機吸込み空気温度、室内設定温
度、室内湿度や外気温度等の温度条件等を基にして検知
することができる。
ータであり、必要に応じてその回転数の増減を行なえ
る。
検知結果に基づいて、アンロード機構の動作制御および
モータ28の回転数制御を行なう。具体的には、アンロ
ード運転が適切であると判断した場合にはアンロード操
作弁12を開いてアンロード運転を行ない、かかる運転
状態で更なる容量制御が必要な場合にはモータ28の回
転数を増減させる。
た断面構造を示す。図2に示すように、固定スクロール
1と可動スクロール2はそれぞれ渦巻体41,42を有
し、該渦巻体41,42間に複数の圧縮室40が形成さ
れる。図2に示す例では、渦巻体41,42は、非対称
形状を有し、渦巻体41の巻終り端部は、渦巻体42の
巻終り端部近傍に位置する。
19とアンロードポート4以外に、図2に示すようにイ
ンジェクションポート30と、リリーフポート29とが
設けられている。
あるいは液冷媒を圧縮室40内にインジェクションする
ためのものであり、ガス冷媒をインジェクションするこ
とによりスクロール圧縮機の容量を増大させることがで
き、液冷媒をインジェクションすることにより吐出冷媒
の温度を低下させることができる。
非対称渦巻を有することにより、アンロードポート4や
インジェクションポート30を1箇所に集約することが
できる。つまり、これらのポートを1箇所に設けるだけ
で、圧縮の進行が約180度ずれて始まる2つの圧縮室
40に各ポートを順次連通させることができる。
19、リリーフポート29およびインジェクションポー
ト30と、圧縮室40との連通角度範囲を示す。図3に
おいてαはアンロードポート4の連通角度範囲を示し、
βはリリーフポート29の連通角度範囲を示し、γは吐
出ポート19の連通角度範囲を示し、δはインジェクシ
ョンポート30の連通角度範囲を示している。
機における特徴的な動作について説明する。
ル圧縮機の運転状態を検知する。具体的には、運転状態
検知部27における運転圧力比検知部により運転圧力比
Prを検知し、運転状態検知部27における必要能力検
知部によりスクロール圧縮機の必要能力を検知する。
サ等を用いて凝縮温度Tcと蒸発温度Teを検知し、こ
の値に基づいて凝縮圧力Pcおよび蒸発圧力Peを得
る。そして、これらの圧力値から運転圧力比Prを算出
する。
および蒸発温度Teとの関係例を図4に示す。なお、図
4には、冷媒としてR22(CHClF2)を使用した
場合のデータを示している。また、図5に、スクロール
圧縮機の効率比η*と運転圧力比Prとの関係を示す。
上記の効率比η*は、フルロード運転時の効率が最大と
なる圧力比での効率を1とし、他の場合の効率を比で示
したものである。
発温度Teの組合せによって運転圧力比Prの値が変化
するのがわかる。また、図5に示すように、運転圧力比
Prの値によって、フルロード運転が最適な場合と、ア
ンロード運転が最適な場合とがあるのがわかる。これ
は、スクロールの巻角、吐出ポートの位置などで、圧縮
開始時の圧縮室体積と、圧縮室が吐出ポートに連通し始
める時の圧縮室体積の比で最適な圧力比が決定されるこ
とに起因している。
く維持するには、運転圧力比Prの値によって、フルロ
ード運転とアンロード運転とを切換えることが好ましい
ことがわかる。
運転とフルロード運転とを切換える目安となるアンロー
ド/フルロード切換目標運転圧力比Proを2.2〜3
とすればよい。なお、この圧力比Proの値は使用する
冷媒の種類や、冷凍・空気調和機の用途などによって変
化するものと考えられるので、使用する冷媒の種類や用
途などに応じて予め圧力比Proの値を求めておく。
運転時に算出された圧力比Prと、上記圧力比Proと
を比較し、圧力比Prが圧力比Proよりも大きい場合
には原則としてフルロード運転を選択し、圧力比Prが
圧力比Proよりも小さい場合には原則としてアンロー
ド運転を選択する。また、時々刻々変化する室内温度、
凝縮温度Tcや蒸発温度Teなどから、やがて圧力比P
rが圧力比Proよりも小さくなると予測された場合に
アンロード運転を選択してもよい。
に、低運転圧力比条件下で過圧縮損失を低減することが
でき、高運転圧力比条件下で逆流損失を低減することが
できる。
操作弁12を閉じた状態に維持し、アンロード運転を行
なうには、制御部26によってアンロード操作弁12を
開く。
きい場合でも、アンロード運転を選択した方が有利な場
合がある。具体的には、たとえば蒸発温度Teが低く凝
縮温度Tcが高く(運転圧力比Prが高い)かつ必要能
力が小さい場合である。
部によってスクロール圧縮機の運転時における温度条件
等を基に必要能力をも検知しているので、この検知結果
に基づいて制御部26によりアンロード操作弁12を意
図的に開くようにする。それにより、潤滑の厳しいフル
ロード低速運転を回避することができ、スクロール圧縮
機の信頼性を向上することができる。
転数を適切に調節することにより、運転圧力比Prが高
い場合にアンロード運転を選択したとしても必要能力を
確保することができる。
示すように、運転圧力比Prが高い場合にアンロード運
転を行なうと、フルロード運転の場合と比べて圧縮不足
(逆流損失)が増大する。
けることにより、アンロード運転時における冷媒の逆流
を防止することができ、上記の逆流損失を低減すること
ができる(図8参照)。その結果、低速運転時における
効率を向上させることができる。
クロール圧縮機の断面図である。図9に示すように、吐
出圧に達した圧縮室40と連通するリリーフポート29
と、該リリーフポート29を開閉するリリーフ弁31a
とを設けている。リリーフ弁31a上に弁押え32を設
け、リリーフ弁31aおよび弁押え32はボルト43に
より固定スクロール1に取り付けられる。
により、たとえばアンロード状態で高速運転を行なった
場合に、リリーフポート29を通して吐出圧に達した冷
媒を吐出ドームに放出することができ、図7(a)およ
び図10に示すように、過圧縮損失を低減することがで
きる。このことも、スクロール圧縮機の効率向上に効果
的に寄与し得る。
背面に吸入圧力空間33を設けることが好ましい。それ
により、アンロード運転時にバイパス通路6aを通して
吸入圧力空間33に冷媒を逃がすことができ、低圧空間
に冷媒を逃がすべく迂回通路を設ける必要がなくなり、
アンロード機構を簡素化することができる。
圧縮機にさらに冷媒インジェクション機構を付加した場
合のスクロール圧縮機の概略構成図である。
は、圧縮室40に冷媒をインジェクションするためのイ
ンジェクションポート30と、インジェクションポート
30にに冷媒を導くインジェクション管35と、インジ
ェクション管35に冷媒を供給するインジェクション冷
媒供給部44とを備える。
えることにより、上述の場合よりもさらに可変能力幅を
増大することができる。すなわち、フルロード運転時に
モータ28高速回転させたとしても必要能力が得られな
い場合に、制御部26によりインジェクション冷媒供給
部44を駆動して圧縮室40にガス冷媒を供給すること
ができる。それにより、スクロール圧縮機の能力向上を
図ることができる。
部26によりアンロード操作弁12を閉じた状態に保持
しておく。それにより、インジェクション冷媒が吸入圧
縮室に洩れるのを阻止することができる。
温度から吐出された冷媒温度をも検知するようにする。
そして、冷媒温度が必要以上に高温となった場合には、
制御部26によりインジェクション冷媒供給部44を駆
動して圧縮室40に液冷媒を供給することができる。そ
れにより、冷媒や潤滑油の寿命低下を抑制することがで
きるばかりでなく、冷媒温度上昇に起因する機器の運転
停止をも回避することができる。
機の説明を行なったが、本発明に係るスクロール圧縮機
は、圧縮室40内に冷媒を供給する冷媒インジェクショ
ン機構と、圧縮室40から低圧側へ冷媒を引き抜くアン
ロード機構の少なくとも一方をスクロール圧縮機の容量
制御手段として備えていればよい。
図13〜図16を用いて説明する。図13は、本発明に
係る空気調和機の概略構成を示す図である。
チ型空気調和機であり、複数の負荷側熱交換器を備え
る。より詳しくは、該空気調和機は、凝縮器23と、膨
張弁24と、負荷側熱交換器としての蒸発器25a〜2
5cと、圧縮機37と、アンロード操作弁12aと、四
路切換弁36と、運転状態検知部39と、制御部38と
を備える。
よく、好ましくは、スクロール圧縮機である。また、圧
縮機37は、冷媒を圧縮する圧縮要素と、この圧縮要素
を駆動する可変速モータと、容量制御手段としてのアン
ロード機構を有する。なお、容量制御手段として上述の
スクロール圧縮機の場合と同様に、冷媒インジェクショ
ン機構を設けてもよい。
状態を検知する。この運転状態検知部39は、前述のス
クロール圧縮機の場合と同様に、圧縮機37における冷
媒の吐出圧力に対する冷媒の吸入圧力の比の値である運
転圧力比を検知する運転圧力比検知部と、空気調和機の
運転時における蒸発器25a〜25cの必要能力を検知
する必要能力検知部と、蒸発器25a〜25cの運転台
数を検知する運転台数検知部とを含む。なお、運転圧力
比や必要能力の検知方法については、前述のスクロール
圧縮機の場合と同様である。
および蒸発器25a〜25cの運転台数に応じてアンロ
ード機構の動作制御およびモータの回転数制御を行な
う。
39および制御部38を備えることにより、空気調和機
の運転状態の検知結果に基づいてアンロード機構の動作
制御およびモータの回転数制御を行なうことができる。
cにおける冷媒の蒸発温度と凝縮器23における冷媒の
凝縮温度との差が小さく大能力が必要な場合には、制御
部38によって、アンロード操作弁12aを開いてアン
ロード運転を行なうとともにモータを高速回転させる。
それにより、過圧縮損失を低減することができる。
てよい場合には、制御部38によって、アンロード操作
弁12aを閉じてフルロード運転を行なうとともにモー
タを低速回転させる。それにより、逆流損失を低減する
ことができる。
領域4で示される条件下においても高効率運転を行なえ
る。
冷媒インジェクション機構(図示せず)を備えた場合に
は、たとえば外気温が低く蒸発温度も低い暖房運転時
に、制御部38によって冷媒インジェクション機構を作
動させてガス冷媒のインジェクションを行ないかつモー
タを高速回転させることができる。この場合には、モー
タの回転数を極端に上昇させることなく吐出冷媒量を増
加させることができ、圧縮機の信頼性を向上させること
ができる。
効率が低下して吐出冷媒の温度が上昇した場合、冷媒イ
ンジェクション機構を作動させて液冷媒のインジェクシ
ョンを行なうことにより、吐出冷媒の温度を低下させる
ことができる。それにより、冷媒や潤滑油の寿命低下を
抑制することができるのみならず吐出冷媒の温度上昇に
起因して空気調和機の運転を停止させる必要もなくな
る。
気調和機では、蒸発温度と凝縮温度の関係以外に、負荷
側熱交換器の運転台数も必要能力に影響を及ぼす。そこ
で、上記のように運転台数検知部を設けることにより、
運転台数をも考慮してアンロード機構の動作制御および
モータの回転数制御を行なうことができる。
間の温度差が小さい場合の全蒸発器25a〜25c運転
状態や、上記温度差が大きい場合の蒸発器25a〜25
cの一部運転状態においても、高効率運転を行なうこと
ができる。
縮機の場合と同様に、吐出弁やリリーフ弁を設けてもよ
い。
明に係る空気調和機の動作例について説明する。図15
は、図13に示す空気調和機の動作の一例(冷房運転の
場合)を説明するためのフローチャートである。図16
は、図13に示す空気調和機に冷媒インジェクション機
構を付加した場合の空気調和機の動作の一例を説明する
ためのフローチャートである。
おいて、運転状態検知部39により、凝縮器(室外機)
23における凝縮温度Tcと、蒸発器(室内機)25a
〜25cにおける蒸発温度Teとを検知する。このと
き、圧縮機37の運転周波数fと現在の各室内機能力を
も検知しておく。
cと蒸発温度Teより冷媒凝縮時圧力Pc(吐出圧力P
dとほぼ等しい)および冷媒蒸発時圧力Pe(吸入圧力
Psとほぼ等しい)が得られ、これより運転圧力比Pr
(Pc/Pe)を算出する。
により、予めデータとしてインプットされているアンロ
ード/フルロード切換目標運転圧力比Proと上記の運
転圧力比Prとを比較する。
小さい場合には、ステップS4において、制御部38に
よりアンロード操作弁12aが開かれ、アンロード運転
が行なわれる。
運転時に、運転状態検知部39により、蒸発器(室内
機)25a〜25cの能力が充分か否かが検知される。
そして、能力が適切である場合には、ステップS6にお
いて圧縮機37の運転周波数fをそのまま維持し、能力
不足の場合には、ステップS8において制御部38によ
り上記運転周波数fを上昇させ、能力が過大である場合
には、ステップS7において制御部38により上記運転
周波数fを下降させる。
させた後に、ステップS9において、運転状態検知部3
9により、運転周波数fが運転可能な最大値でしかも蒸
発器(室内機)25a〜25cの能力が不足しているか
否かを判断する。そして、能力不足の場合には、ステッ
プS13において、制御部38によりアンロード操作弁
12aが閉じられ、フルロード運転が行なわれる。能力
が充分である場合には、ステップS10において、上記
運転周波数fをそのまま維持する。
下降させた後に、ステップS11において、運転周波数
fが運転可能な最小値でしかも蒸発器(室内機)25a
〜25cの能力が過大であるか否かを判断する。そし
て、能力が過大である場合には、ステップS12におい
て、制御部38により圧縮機37停止させ、能力が過大
ではない場合には、ステップS10において、上記運転
周波数fをそのまま維持する。
Pro以上の場合には、ステップS13に移行し、制御
部38によりアンロード操作弁12aを閉じた状態に維
持し、フルロード運転が行なわれる。
後、ステップS14において、運転状態検知部39によ
り、蒸発器(室内機)25a〜25cの能力が充分であ
るか否かを判断する。そして、能力が適切である場合に
は、ステップS15において圧縮機37の運転周波数f
をそのまま維持し、能力不足の場合には、ステップS1
9において制御部38により上記運転周波数fを上昇さ
せ、能力が過大である場合には、ステップS16におい
て制御部38により上記運転周波数fを下降させる。
降させた後、ステップS17において、運転周波数fが
運転可能な最小値でしかも蒸発器(室内機)25a〜2
5cの能力が過大であるか否かを判断する。そして、能
力が過大である場合には、ステップS4に移行し、制御
部38によりアンロード操作弁12aを開いてアンロー
ド運転を行ない、能力が過大ではない場合には、ステッ
プS18において、上記運転周波数fをそのまま維持す
る。
昇させさせた後、ステップS20において、運転周波数
fが運転可能な最大値でしかも蒸発器(室内機)25a
〜25cの能力が不足であるか否かを判断する。そし
て、能力不足である場合には、ステップS22において
圧縮機37の運転周波数fを最大値で維持し、能力不足
ではない場合には、ステップS21において上記運転周
波数fを維持する。
ンロード/フルロードの切換が頻繁に起こり、異常振動
する可能性があるが、同一運転周波数でのアンロード運
転時能力Quとフルロード運転時能力Qfの能力変化率
Qf/Quよりもフルロード(またはアンロード)状態
下での最小運転周波数時能力Qminと最大運転周波数時
能力Qmaxの能力変化率Qmax/Qminを大きくすること
で、アンロード/フルロード切換時のハンチングを防止
することができる。
た場合の動作例について説明する。図16を参照して、
ステップS21までの動作については上述の場合と同様
であるので説明は省略する。ステップS20において運
転周波数fが運転可能な最大値でしかも蒸発器(室内
機)25a〜25cの能力が不足である場合、ステップ
S22において、冷媒インジェクション機構を作動させ
てガス冷媒を圧縮機37の圧縮要素内にインジェクショ
ンする。
3において、蒸発器(室内機)25a〜25cの能力が
充分であるか否かを判断する。能力が適切である場合に
は、ステップS24において圧縮機37の運転周波数f
をそのまま維持し、能力不足の場合には、ステップS2
5において上記運転周波数fを最大値で維持し、能力が
過大である場合には、ステップS26において制御部3
8により上記運転周波数fを下降させる。
り、あらゆる運転状態において空気調和機の高効率運転
を行なえる。
圧縮機を備えているが、複数の圧縮機を備えてもよい。
また、空気調和機が複数の圧縮機を備えた場合、前述の
容量制御機構付インバータ圧縮機と、他のタイプの圧縮
機(たとえば、一定速容量制御機構付圧縮機や、一定速
一定容量型圧縮機等)とを組合わせてもよい。
説明を行なったが、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではない。
あらゆる運転状態で高効率運転を行なうことができ、可
変能力幅が大きく、かつ信頼性の高いスクロール圧縮機
および空気調和機が得られる。また、空気調和機の場合
には、多数の小型圧縮機を並列に接続した複雑なシステ
ムになることを回避でき、低コスト化も可能となる。
ール圧縮機の概略構成図である。
ェクションポートおよび吐出ポートの開口角度範囲例を
示す図である。
圧力比の関係を示す図である。
ある。
力比条件下での冷媒の圧力変化と可動スクロールの回転
角との関係を示す図である。(b)は、アンロードOF
Fの時の通常運転圧力比条件下での冷媒の圧力変化と可
動スクロールの回転角との関係を示す図である。(c)
は、アンロードOFFの時の高運転圧力比条件下での冷
媒の圧力変化と可動スクロールの回転角との関係を示す
図である。
比条件下での冷媒の圧力変化と可動スクロールの回転角
との関係を示す図である。(b)は、アンロードONの
時の通常運転圧力比条件下での冷媒の圧力変化と可動ス
クロールの回転角との関係を示す図である。(c)は、
アンロードONの時の高運転圧力比条件下での冷媒の圧
力変化と可動スクロールの回転角との関係を示す図であ
る。
吐出弁を設けた場合の冷媒の圧力変化と可動スクロール
の回転角との関係を示す図である。
スクロール圧縮機の部分断面図である。
でリリーフ弁を設けた場合と設けない場合における冷媒
の圧力変化と可動スクロールの回転角との関係を示す図
である。
圧)空間とした場合のスクロール圧縮機の部分断面図で
ある。
ン機構を備えた場合のスクロール圧縮機の概略構成図で
ある。
る。
る。
るためのフローチャートである。
ション機構を付加した場合の空気調和機の動作例を説明
するためのフローチャートである。
転圧力比の関係を示す図である。
間、4 アンロードポート、5 弁穴、6,6a バイ
パス通路、7 バイパス弁、8 コイルスプリング、9
蓋部材、10 吐出ドーム、11 操作圧室、12,
12a アンロード操作弁、13 低圧ライン、14
吐出管(高圧ライン)、15 操作圧ライン、16 継
手管、17 キャピラリチューブ、18 ケーシング、
19 吐出ポート、20 吐出弁、21弁ばね、22
弁押え、23 凝縮器、24 膨張弁、25 蒸発器、
26,38 制御部、27,39運転状態検知部、28
モータ、29 リリーフポート、30 インジェクショ
ンポート、31 リリーフ弁機構、31a リリーフ
弁、32 弁押え、33 吸入圧力空間、34 吸入
管、35 インジェクション管、36 四路切換弁、3
7 圧縮機、40 圧縮室、41,42 渦巻体、43
ボルト、44 インジェクション冷媒供給部。
Claims (12)
- 【請求項1】 冷媒を圧縮する圧縮室(40)を形成す
る可動スクロール(2)および固定スクロール(1)を
有するスクロール圧縮機であって、 前記可動スクロール(2)を駆動する可変速モータ(2
8)と、 前記圧縮室(40)内に冷媒を供給あるいは前記圧縮室
(40)から低圧側へ冷媒をバイパスすることにより、
前記スクロール圧縮機の容量を制御する容量制御手段
(12,35)と、 前記スクロール圧縮機の運転状態を検知する運転状態検
知部(27)と、 前記運転状態検知部(27)により検知された運転状態
に応じて前記容量制御手段(12,35)の動作制御お
よび前記モータ(28)の回転数制御を行なう制御部
(26)と、を備えた、スクロール圧縮機。 - 【請求項2】 前記運転状態検知部(27)は、冷媒の
吐出圧力に対する冷媒の吸入圧力の比の値である運転圧
力比を検知する運転圧力比検知部と、前記スクロール圧
縮機の運転時の必要能力を検知する必要能力検知部とを
含み、 前記制御部(26)は、前記運転圧力比および前記必要
能力に応じて前記容量制御手段(12,35)の動作制
御および前記モータ(28)の回転数制御を行なう、請
求項1に記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項3】 前記容量制御手段(12,35)は、前
記圧縮室(40)における圧縮開始時点を遅らせてアン
ロード運転を行なうためのアンロード手段(12)を含
む、請求項1または請求項2に記載のスクロール圧縮
機。 - 【請求項4】 前記容量制御手段(12,35)は、前
記圧縮室(40)内に冷媒をインジェクションするため
の冷媒インジェクション手段(35)を含む、請求項1
から請求項3のいずれかに記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項5】 圧縮後の冷媒を吐出する吐出ポート(1
9)と、 前記吐出ポート(19)を開閉し冷媒の逆流を防止する
ための吐出弁(20)とを備えた、請求項1から請求項
4のいずれかに記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項6】 吐出圧に達した前記圧縮室(40)と連
通するリリーフポート(29)と、 前記リリーフポート(29)を開閉するリリーフ弁(3
1a)とを備えた、請求項1から請求項5のいずれかに
記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項7】 前記可動スクロール(2)および前記固
定スクロール(1)は、渦巻体(41,42)を有し、 一方の前記渦巻体(41)の巻終り端部が他方の前記渦
巻体(42)の巻終り端部近傍にまで延在する、請求項
1から請求項6のいずれかに記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項8】 前記固定スクロール(1)の背面に吸入
圧力空間(33)を備えた、請求項3から請求項7のい
ずれかに記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項9】 請求項1から請求項8のいずれかに記載
のスクロール圧縮機を備えた、空気調和機。 - 【請求項10】 冷媒を圧縮する圧縮要素を有する圧縮
機(37)と、冷媒を凝縮あるいは蒸発させる複数の負
荷側熱交換器(25a,25b,25c)とを有する空
気調和機であって、 前記圧縮要素を駆動する可変速モータと、 前記圧縮要素に冷媒を供給あるいは前記圧縮要素から冷
媒を引き抜くことにより、前記圧縮機の容量を制御する
容量制御手段(12a)と、 前記空気調和機の運転状態を検知する運転状態検知部
(39)と、 前記運転状態検知部(39)により検知された運転状態
に応じて前記容量制御手段(12a)の動作制御および
前記モータの回転数制御を行なう制御部(38)と、を
備えた、空気調和機。 - 【請求項11】 前記運転状態検知部(39)は、前記
圧縮機における冷媒の吐出圧力に対する冷媒の吸入圧力
の比の値である運転圧力比を検知する運転圧力比検知部
と、前記空気調和機の運転時における前記負荷側熱交換
器(25a,25b,25c)の必要能力を検知する必
要能力検知部とを含み、 前記制御部(38)は、前記運転圧力比および前記必要
能力に応じて前記容量制御手段(12a)の動作制御お
よび前記モータの回転数制御を行なう、請求項10に記
載の空気調和機。 - 【請求項12】 前記運転状態検知部(39)は、前記
負荷側熱交換器(25a,25b,25c)の運転台数
を検知する運転台数検知部を含み、 前記運転台数をも考慮して容量制御手段(12a)の動
作制御および前記モータの回転数制御を行なう、請求項
11に記載の空気調和機。
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