JP2002161878A - 空調装置及びスクロール式圧縮機用の容量調整装置 - Google Patents

空調装置及びスクロール式圧縮機用の容量調整装置

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JP2002161878A JP2001282527A JP2001282527A JP2002161878A JP 2002161878 A JP2002161878 A JP 2002161878A JP 2001282527 A JP2001282527 A JP 2001282527A JP 2001282527 A JP2001282527 A JP 2001282527A JP 2002161878 A JP2002161878 A JP 2002161878A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力ピーク需要時の負荷制御を遮断可能なメ
ータを必要とすることなく、快適さと信頼性を確保しつ
つ得させる空調装置を提供する。 【解決手段】 低容量と高容量とに切替え可能な２段階
スクロール式圧縮機１０を電力会社からの負荷制限制御
信号４１６により、サーモスタット４０２及び制御モジ
ュール１９０を介して低容量と高容量との間で連続して
反復作動させる。上記信号はインターネットを介して受
取ることができる。冷媒ライン内の液状冷媒の温度を感
知するセンサ１８８及び外気温を感知するセンサ１８８
の一者又は両者の信号によっても、スクロール式圧縮機
を同様に反復作動させ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はスクロール式圧縮
機を備えた空調装置、特に吸入遅延型の連続容量調整機
構を組込んである空調装置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】電力会社が要求する夏季ピーク負荷に基
づくリミット制御は、冷凍用圧縮機の負荷制限に対する
必要性に鑑み歴史的に強い要求となっている。電力会社
は一般に、夏季の電力需要ピーク時に需要者に対し負荷
制限のための信号を送る。この信号は例えば遮断可能な
メータを介して空調装置に供給され、遮断可能なメータ
は空調装置への電力供給を一定時間遮断する。負荷制限
のために利用される伝統的な方法は、室内のサーモスタ
ットに空調装置のオン／オフ負荷サイクルを１５分のオ
ーダ毎で行わせることである。この方法の欠点は、その
ための機構を組込むための制御及び情報伝達ハードウェ
アのコストが要求時基準の処理から得られるコスト節減
よりも高いこと、そして同機構によって与えられる快適
さが長いオフサイクルによって減ぜしめられることであ
る。電力会社が利用している他の方法は、容量及び電力
を連続して約７５−８０％の容量にまで調整可能な可変
速空調装置を利用することである。しかし可変速インバ
ータは高価であるばかりでなく、調波により電力供給性
を減少して電力会社の本来の利益を損なう。２速度モー
タ又は転極モータを用いる２段階圧縮機は他の選択物で
あるが、本装置は信頼性を確保するため変速が行われる
間に１−２分間だけモータを停止させねばならないた
め、容量に限界がある。負荷制限を達成する一つの可能
性は、容量を調整される圧縮機を利用することである。
【０００３】冷媒圧縮機の容量調整を達成するために数
多くの装置が開発されて来ており、それらのものの大部
分は、スクロール部材によって形成される可動流体ポケ
ットの初期シール点を遅延させることとしている。一つ
の形式ではかかる装置は、吸入圧力領域と１対の可動流
体ポケットとの間を連通させる１対のベント通路を用い
ている。これらの通路は流体ポケットに対し普通、スク
ロール翼外端のシール点の３６０°内にある点で開口す
る。これらのベント通路の各々に対し各別のバルブ部材
を用いる装置もある。両バルブ部材は２つの流体ポケッ
ト間での圧力バランスを確保するように、同時に作動さ
れるものとされている。別の装置では２つのベント通路
を連通させる追加の通路が設けられ、それによって容量
調整を制御するのに単一のバルブを使用できることとし
ている。
【０００４】より最近になってスクロール式圧縮機用の
吸入遅延型の容量調整装置が開発されており、それにお
いては非旋回スクロール部材上でバルブリングを移動可
能に支持している。作動ピストンが設けられ、該作動ピ
ストンは非旋回スクロール部材に対しバルブリングを回
転させて、可動流体ポケットの選択された１つと連通し
て該流体ポケットを吸入圧力にまで排気する１個又は複
数個のベント通路を選択的に開閉する。本形式の容量調
整装置を組込んであるスクロール式圧縮機は米国特許Ｎ
ｏ．５，６７８，９８５及びＮｏ．６，１２３，５１７
に記載されており、ここに同米国特許を引用してその記
載を加入する。これらの容量調整装置では作動ピストン
が、ソレノイドバルブにより制御される流体圧力によっ
て作動せしめられる。本形式のものの１つの設計様式で
は、ソレノイドバルブと流体圧力の供給及び排気ライン
が圧縮機の外殻の外部に配置されている。他の設計様式
ではソレノイドバルブは圧縮機の外殻の外部に配置され
ているが、流体圧力の供給及び排気ラインは圧縮機の外
殻の内部に配置されている。
【０００５】
【発明の要約】この発明の目的とするところは、負荷リ
ミット制御と装置の快適さ及び信頼性との間のジレンマ
を解消することにある。上述した容量調整装置は、ソレ
ノイド機構の使用により容量の約６５％で作動するよう
に負荷解除できる２段階スクロール式圧縮機を提供する
ものである。ソレノイド機構は室内サーモスタットによ
って直接に作動させることもできるし、装置の制御モジ
ュールによって作動させることもできる。約６５％であ
ると述べた低容量状態は、所望の場合には異なった百分
率のものであるように設計できる。ソレノイドは信頼性
よく「迅速に切換える」ことができ、したがってパルス
幅調整制御によって低容量（すなわち６５％）と全容量
（１００％）との間で連続した容量制御が行われて、ピ
ーク負荷時の容量減少と快適さとの間の良好な釣り合い
が得られる。
【０００６】この発明の制御解決策は一体的な負荷解除
ソレノイドを備えた２段階圧縮機、及び外部の電力会社
から伝達される信号、サーモスタット信号及び屋外の外
気温度信号に基づいてソレノイドの負荷サイクルを制御
するソフトウェア論理を備えたパルス幅調整（ＰＷＭ）
制御モジュールから、なっている。負荷サイクルはま
た、空調（Ａ／Ｃ）装置内に配置され圧縮機の最大負荷
での稼動状態の指標を与える温度センサ、圧力センサ、
電圧センサ又は電流センサである負荷センサに基づいて
も制御できる。圧縮機のモータはソレノイドの反復動作
中、連続して作動した状態に留められる。また蒸発器と
凝縮器のファン速度は、快適さと装置完全さを最大限と
するように圧縮機の負荷サイクルに比例して減少され
る。外部の電力会社からの負荷制限制御信号を利用して
スクロール式圧縮機の作動を制御することにより、前述
したような遮断可能なメータが必要でなくなる。
【０００７】この発明の他の特徴と長所とするところ
は、添付図面を参照して行う以下の説明から明瞭に理解
できる。
【０００８】
【実施例】図１にはこの発明に従った連続容量調整機構
を組込んであるスクロール式の密閉型冷媒圧縮機を、符
号１０で全体を指して示してある。
【０００９】圧縮機１０は概して、本願出願人の所有に
係る１９８８年８月３０日発行の米国特許Ｎｏ．４，７
６７，２９３に記載されたタイプのものであり、ここに
同米国特許を引用してその記載を加入する。圧縮機１０
は気密に密封された外殻１２を有し、この外殻１２内に
はそれぞれ直立する螺旋翼１８，２０を有する旋回スク
ロール部材１４及び非旋回スクロール部材１６が配置さ
れている。螺旋翼１８，２０は互いに噛合わされてい
て、両スクロール部材１４，１６の外周端から内周向き
に移動するにつれて次第に容積を減少する可動の流体ポ
ケット２２，２４を形成している。
【００１０】外殻１２に支持させてある主軸受ハウジン
グ２６が設けられており、この主軸受ハウジング２６は
旋回スクロール部材１４を、非旋回スクロール部材１６
に対し相対的に旋回動可能に支持している。非旋回スク
ロール部材１６は主軸受ハウジング２６に、例えば本願
出願人の所有に係る１９９５年４月１８日発行の米国特
許Ｎｏ．５，４０７，３３５に記載されているような適
当な態様で軸線方向で若干移動可能に支持して取付けて
あり、ここに同米国特許を引用してその記載を加入す
る。
【００１１】主軸受ハウジング２６に回転可能に支持さ
せた駆動軸２８が設けられ、この駆動軸２８はその上端
に、旋回スクロール部材１４に対し該スクロール部材１
４を駆動するように接続された偏心ピン３０を有する。
駆動軸２８の下端にはモータ回転子３２を取付けてあ
り、該回転子３２は、外殻１２に支持させてある固定子
３４と協力して駆動軸２８を回転駆動する。
【００１２】外殻１２は仕切り板３６を含み、この仕切
り板３６によって外殻１２の内部は、実質的に吸入圧力
にある下方の室３８と吐出圧力にある上方の室４０とに
区画されている。圧縮すべき冷媒を供給するための吸入
口４２を下方の室３８に開口させて設けてあり、また圧
縮された冷媒を冷凍系に流すための吐出口４４を上方の
室４０に開口させて設けてある。
【００１３】したがって圧縮機１０は、スクロール式の
冷媒圧縮機として典型的なものである。吸入口４２を介
し下方の室３８に供給された吸入ガスは、非旋回スクロ
ール部材１６に対し相対的に旋回スクロール部材１４が
旋回するにつれて可動の流体ポケット２２，２４に引き
込まれる。この吸入ガスは可動の流体ポケット２２，２
４が内向きに移動するにつれ圧縮され、次に非旋回スク
ロール部材１６中央の吐出ポート４６と仕切り板３６中
の吐出開口４８とを介して上方の室４０へと吐出され
る。圧縮された冷媒は次に、吐出口４４を介して冷凍系
へと供給される。
【００１４】特定の用途に使用される冷媒圧縮機を選択
するのに際し一般に、同用途において予測される最も不
利な稼働条件において適当な冷媒流れを与えるのに十分
な容量を有する圧縮機が選択されるであろうし、余分の
安全限界を付与するために若干大きな容量のものが選択
され得よう。しかし実際の稼働中にこのような「最悪ケ
ース」の不利な条件に出会うことはめったになく、した
がって圧縮機の余分の容量は、圧縮機の稼働時間のうち
高い割合の時間で軽度に負荷された状態下での圧縮機稼
働を招くことになる。このような圧縮機稼働は、系の全
体としての稼働効率を減少させることになる。したがっ
て一般的に出会う稼働条件の下で全体としての稼働効率
を改善し、なおかつ冷媒圧縮機が「最悪ケース」の稼働
条件を受入れ可能とするために、圧縮機１０には連続容
量調整機構が設けられている。この連続容量調整機構は
圧縮機が、電力会社からの夏季ピーク要件によって要求
されてきたリミット制御及び負荷制限を満たすことを可
能とする。
【００１５】連続容量調整機構は非旋回スクロール部材
１６に可動に支持されている環状のバルブリング５０、
外殻１２内で支持されている作動装置５２、及び作動装
置の動作を制御する制御機構５４を含む。
【００１６】図２及び図５−７に示すようにバルブリン
グ５０は、ほぼ環状の主体部５６を備えており、この主
体部５６は実質的に同一直径線上に配置して放射方向内
向きに延出させてある１対の突起５８，６０を有してい
て、これらの突起５８，６０は、実質的に等しい軸線方
向及び周方向の寸法を有する。突起５８，６０の軸線方
向での両端付近には周方向に延びているところの実質的
に等しい適当な案内面６２，６４及び６６，６８を、そ
れぞれ設けてある。また主体部５６には周方向に延び軸
線方向で間隔をあけてあるところの実質的に等しい２対
の案内面７０，７２及び７４，７６を、これらの案内面
７０，７２と７４，７６が実質的に一直径線上で対向位
置すると共に各突起５８，６０からほぼ９０°だけ周方
向で隔てられているように配置して設けてある。図示の
ように案内面７２，７４は案内面６２，６６と同様に、
主体部５６から放射方向内向きに僅かに突出させてあ
る。案内面７２，７４及び６２，６６は全て、軸線方向
で整列すると共に主体部５６の半径よりも僅かに小さい
半径の円の周上に位置しているのが好ましい。また案内
面７０及び７６は案内面６４及び６８同様に主体部５６
から放射方向内向きに僅かに突出しており、案内面６４
及び６８と軸線方向で整列位置しているのが好ましい。
さらに案内面７０，７６及び６４，６８は主体部５６の
半径よりも僅かに小さい半径の円、好ましくは案内面７
２，７４及び６２，６６がその周上に位置している円の
半径と実質的に等しい半径の円、の周上に位置してい
る。主体部５６はまた周方向に延びている段部７８を有
し、この段部７８は一端に、軸線方向に延び周方向を向
くストップ面７９を有している。段部７８は、突起６０
と案内面７０，７２間に配置されている。段部７８の他
端付近には、軸線方向上向きに延びるピン８０を設けて
ある。バルブリング５０はアルミニウムのような適当な
金属から製作してよく、またそれに代えて適当な高分子
組成物から形成してもよい。ピン８０は主体部５６に設
けた適当な穴にプレス嵌めしてもよく、また主体部５６
に一体形成してもよい。
【００１７】前述したようにバルブリング５０は、非旋
回スクロール部材１６に可動に支持させるものに設計さ
れている。バルブリング５０を受け入れるために非旋回
スクロール部材１６は図２，３に示すように、放射方向
外向きの円筒状側壁部８２を有していて、該側壁部８２
の上端近くには環状の溝８４を形成してある。非旋回ス
クロール部材１６に対しバルブリング５０を組付けるた
め非旋回スクロール部材１６には、一直径線上で対向位
置する実質的に等しい放射方向内向きの１対の切欠き
（ノッチ）８６，８８を設けてあり、これらの切欠き８
６，８８は溝８４内に開口させてある。切欠き８６，８
８は、バルブリング５０上の突起５８，６０の周方向幅
よりも僅かに大きい周方向寸法を有する。
【００１８】溝８４の寸法は、バルブリング５０を組付
けたとき突起５８，６０を可動に受け入れるように設定
されており、また切欠き８６，８８の寸法は、突起５
８，６０が溝８４内へと移動可能であるように設定され
ている。さらに円筒状側壁部８２は、案内面６２，６
４，６６，６８，７０，７２，７４，７６が非旋回スク
ロール部材１６に対するバルブリング５０の回転運動を
摺動自在に支持することとなるような直径を有する。
【００１９】図２に示すように非旋回スクロール部材１
６はまた、ほぼ一直径線上で対向位置させた１対の放射
方向に沿う通路９０，９２を有しており、これらの通路
９０，９２は、溝８４の内面に開口すると共に非旋回ス
クロール部材１６の端板中を放射方向内向きに延びてい
る。通路９０の内端は軸線方向の通路９４によって可動
の流体ポケット２２と連通させてあり、また通路９２の
内端は軸線方向の通路９６によって可動の流体ポケット
２４と連通させてある。通路９４，９６は図８に示すよ
うに、旋回スクロール部材１４の螺旋翼１８の幅よりも
大きな幅を持たせることなく開口寸法を最大とするよう
に楕円形とするのが好ましい。通路９４は螺旋翼２０の
内側面に隣接位置させてあり、通路９６は螺旋翼２０の
外側面に隣接位置させてある。所望の場合には通路９
４，９６を円形のものとしてもよいが、その直径は、旋
回スクロール部材１４が該通路位置を通過するとき同通
路９４，９６の開口が該スクロール部材１４の内側面ま
では及ばないこととするものであるべきである。
【００２０】図９に示すように前記作動装置５２は、ピ
ストン・シリンダ機構９８とリターンスプリング機構９
９とを備えている。ピストン・シリンダ機構９８はシリ
ンダ１０４を形成する穴を有するハウジング１００を含
み、シリンダ１０４はその一端から内向きに延び、その
内部にはピストン１０６を摺動可能に配置してある。ピ
ストン１０６の外端１０７はハウジング１００の一端か
ら軸線方向外向きに突出しており、バルブリング５０の
一部を形成している前記ピン８０を受入れるものとされ
た長穴ないし楕円状の穴１０８を有する。長穴ないし楕
円状の穴１０８は作動中、ピストン１０６の外端１０７
の直線運動に対しピン８０のアーチ状運動を受容するも
のに、設計されている。ハウジング１００の懸垂部１１
０には適当な寸法の据付けフランジ１１２を固着してあ
り、この据付けフランジ１１２によってハウジング１０
０を、適宜のフランジ部材１１４に対しボルト１１５を
用いて固定できることとされている。フランジ部材１１
４は外殻１２内で、例えば主軸受ハウジング２６により
支持されている。
【００２１】懸垂部１１０内には下端から上向きに延び
る通路１１８を設けてあり、この通路１１８は横向きの
通路１２０へと連ねてあって、通路１２０がシリンダ１
０４の内端へと開口している。懸垂部１１０内には第２
の横向きの通路１２４も設けてあり、この通路１２４
は、懸垂部１１０の側壁を外向きに貫通し内端で通路１
１８と連ねてある。比較的小さな第３の横向きの通路１
２８を、通路１２０とは反対側で通路１１８に連ねて設
けてあり、この通路１２８は、ハウジング１００の端壁
１３０を通して外向きに開口している。
【００２２】ハウジング１００上にはピン部材１３２を
設けてあり、このピン部材１３２にリターンスプリング
１３４の一端を接続し、該スプリング１３４の他端を前
記ピン８０に接続している。リターンスプリング１３４
の長さと強さは、シリンダ１０４が通路１２８を介して
完全に排気されたときバルブリング５０及びピストン１
０６を図９に示す位置へと付勢するような値のものとさ
れている。
【００２３】図１０，１２に示すように制御機構５４は
弁胴１３６を含み、この弁胴１３６は、一面に円錐面１
３８を有する放射方向外向きのフランジ１３７を有す
る。弁胴１３６は、外殻１２の穴１４０に挿入されて円
錐面１３８を穴１４０の周縁に衝合され、そこから外向
きに突出する円筒部３００で外殻１２に対し溶着されて
いる。弁胴１３６の円筒部３００は直径を拡大してある
ねじ穴３０２を含み、該ねじ穴３０２は軸線方向内向き
に延びて凹み付け領域１５４に開口している。
【００２４】弁胴１３６はハウジング１４２を含み、こ
のハウジング１４２は、実質的に平坦な上面１４６から
下向きに延びる第１の通路１４４であって横向きの第２
の通路１４８と交差している第１の通路１４４を有す
る。第２の通路１４８は、外殻１２の穴１４０の領域内
へと外向きに開口している。上面１４６から下向きに延
びる第３の通路１５０であって横向きの第４の通路１５
２と交差している第３の通路１５０も設けられており、
第４の通路１５２も、弁胴１３６の端部内に設けられた
凹み付け領域１５４に開口させてある。
【００２５】上面１４６には適当な締付け具を用いてマ
ニホールド１５６を密封的に取付けてあり、このマニホ
ールド１５６は、流体ライン１６０，１６２の一端を接
続して該流体ライン１６０，１６２をそれぞれの通路１
５０，１４４と密封的に連通させる管継手を含む。
【００２６】ソレノイドコイル機構１６４は弁胴１３６
に対し密封的に取付けられるものに設計されており、細
長い管部材３０４の開口端に密封的に取付けられたねじ
継手３０６を有する。ねじ継手３０６は前記ねじ穴３０
２に螺合させるものとされており、Ｏリング３０６によ
って密封が図られている。管部材３０４内にはプランジ
ャ１６８を可動に配置してあり、このプランジャ１６８
は管部材３０４の閉鎖端３０９に受けさせたスプリング
１７４によって、管部材３０４から外向きに移動するよ
うに付勢されている。プランジャ１６８の外端上にはバ
ルブ部材１７６を設けてあり、このバルブ部材１７６
は、弁座１７８と協力して通路１４８を選択的に閉鎖す
る。管部材３０４上にはソレノイドコイル１７２を配置
してあり、このソレノイドコイル１７２は、管部材３０
４の外端に螺合したナット３１０によって該管部材３０
４に固定されている。
【００２７】作動装置５２に対し加圧流体を供給するた
め図１１に示すように非旋回スクロール部材１６内に
は、吐出ポート４６から下向き延びた通路１７９とそれ
に連なるほぼ放射方向の通路１８０とを設けてある。通
路１８０は放射方向に延びて、非旋回スクロール部材１
６の外周面に開口している。流体ライン１６０の他端は
通路１８０へと密封的に接続してあり、これによって吐
出ポート４６から弁胴１３６へと圧縮流体の供給を行い
得る。周方向に長い開口１８２をバルブリング５０に設
けてあり、この開口１８２を適宜に配置して、非旋回ス
クロール部材１６に対するバルブリング５０の回転運動
を許容しつつ流体ライン１６０がバルブリング５０内を
通過できるように図られている。
【００２８】弁胴１３６からピストン・シリンダ機構９
８に対し加圧流体を供給するため、流体ライン１６２は
弁胴１３６から延びて図９に示すように、ハウジング１
００の懸垂部１１０内に設けてある前記通路１２４へと
接続されている。
【００２９】バルブリング５０は非旋回スクロール部材
１６に対し単に、突起５８，６０を切欠き８６，８８と
整列させ該突起５８，６０を環状溝８４中へと移動させ
ることによって容易に組込める。その後でバルブリング
５０を所望の位置へと回転させて、突起５８，６０の軸
線方向の上面及び下面が案内面６２，６４，６６，６
８，７０，７２，７４，７６と協力して非旋回スクロー
ル部材１６上でバルブリング５０を可動に支持すること
とする。それから作動装置５２のハウジング１００をフ
ランジ部材１１４上に、ピストン１０６の外端１０７に
ピン８０を支承させつつ位置させ得る。次いでスプリン
グ１３４の一端を、ピン部材１３２に対し接続できる。
その後でスプリング１３４の他端をピン８０に対し接続
して、組立てを完了できる。
【００３０】バルブリング５０を組立てるのに先立って
非旋回スクロール部材１６を、普通そうするように主軸
受ハウジング２６に対し適当なボルト１８４を用いて取
付けるけれども、或る場合には主軸受ハウジング２６へ
の非旋回スクロール部材１６の組付けに先立って連続容
量調整機構を非旋回スクロール部材１６に対し組込むの
が好ましい。この組込みは図４に示すように単に、バル
ブリング５０の周縁に沿わせて適当に配置した複数個の
アーチ形切欠き１８６を設けることで容易に達成でき
る。これらの切欠き１８６は、バルブリング５０を組込
まれた非旋回スクロール部材１６に対しボルト１８４を
容易に取付け得ることとする。
【００３１】作用を説明すると、１個又は複数個のセン
サ１８８によって感知された系作動条件により圧縮機の
全容量での稼働が必要とされる場合には、屋内ユニット
制御モジュール１９０がセンサ１８８からの信号に応じ
作動してソレノイドコイル機構１６４のソレノイドコイ
ル１７２を励磁させ、それによって通路１４８と通路１
５２とを連通させる。したがって実質的に吐出圧力の加
圧流体が吐出ポート４６からシリンダ１０４へと通路１
７９，１８０、流体ライン１６０、通路１５０，１５
２，１４８，１４４、流体ライン１６２、及び通路１２
４，１１８，１２０を介して流れることが許容される。
この流体圧力によってピストン１０６がシリンダ１０４
に対して外向きに移動してバルブリング５０を、突起５
８，６０が通路９０，９２に対し密封的に重なり合う位
置へと回転させる。これによって互いに噛合うスクロー
ル部材１４，１６により形成された可動の流体ポケット
中に引き込まれた吸入ガスが、通路９０，９２を通して
排気されるのが阻止される。
【００３２】負荷状態が、圧縮機１０の全容量での稼働
が必要とされない点にまで変動すると、センサ１８８が
それを示す信号を屋内ユニット制御モジュールないしコ
ントローラ１９０へと供給し、該コントローラ１９０に
よってソレノイドコイル機構１６４のソレノイドコイル
１７２が解磁される。したがってスプリング１７４の付
勢下でプランジャ１６８が管部材３０４から外向きに移
動し、それによりバルブ部材１７６が弁座１７８と密封
的に係合するように移動されて通路１４８が閉鎖され、
該通路１４８を通しての流体流れが遮断される。凹み付
け領域ないし凹み１５４が常に吐出ポート４６と連通し
ていて常に吐出圧力下にある点に、留意すべきである。
この吐出圧力によってバルブ部材１７６が、弁座１７８
に対し緊密に密封係合し該係合関係に留められるのが援
けられる。
【００３３】シリンダ１０４内に含まれる加圧ガスはベ
ント通路１２８を介し下方の室３８中へと戻され、それ
によってスプリング１３４がバルブリング５０を、通路
９０，９２が突起５８，６０によってもはや閉鎖されな
い位置へと戻すように回転させることが可能となる。ス
プリング１３４はピストン１０６を、シリンダ１０４に
対し内向きに移動させる。この位置で互いに噛合うスク
ロール部材１４，１６により形成された可動の流体ポケ
ットに引き込まれた吸入ガスの一部は通路９０，９２を
介して、該流体ポケットが通路９４，９６外にまで移動
して吸入ガスの容積、したがって圧縮機の容量が減少さ
れることとなる時点まで排気される。容量調整機構を、
圧縮機１０が通常は減少された容量での作動モード（す
なわちソレノイドコイルが解磁され、作動ピストン・シ
リンダ機構に対し流体圧力が何ら供給されない状態）に
配置することによって本容量調整機構が、圧縮機が減少
された容量モードで始動され比較的低い始動トルクしか
必要としなくなるといった長所を与えることとなる。こ
れにより所望の場合にはコスト的により低い始動トルク
モータの利用が可能となる。
【００３４】バルブリング５０を図１の調整位置と図２
の非調整位置との間で移動させ得る速度は、ベント通路
１２８と供給ラインとの相対寸法に直接に関係すること
に留意すべきである。換言すると通路１２８は常に吸入
圧力にある下方の室３８へと開口しているので、ソレノ
イドコイル機構１６４のソレノイドコイル１７２が励磁
されたとき吐出ポート４６から流れる加圧流体の一部は
連続して吸入圧力へと排気される。この流体の容積は、
通路１２８の相対的な寸法を調整することによって制御
できる。しかし通路１２８の寸法が減らされているの
で、シリンダ１０４を排気するのに必要な時間が増して
減少された容量から全容量へと切換えるのに必要な時間
が増す。
【００３５】上述した実施例ではハウジング１００内に
設けた通路１２８を、シリンダ１０４から作動圧力を排
気して圧縮機１０を減少された容量へと戻し得ることと
したが、通路１２８を省略しそれに代えて弁筒１３６内
にベント通路を設けることも可能である。そのような実
施例を、図１３，１４に示してある。図１３はベント通
路１９２を設けてある、変更された弁筒１３６’を示
し、該ベント通路１９２は通路１４４’を連続して吸入
圧力へと排気して、流体ライン１６２’を介しシリンダ
１０４を吸入圧力へと排気させることとする。図１４は
ベント通路１２８を省略してある、変更されたピストン
・シリンダ機構９８’を示している。弁筒１３６’及び
ピストン・シリンダ機構９８’の作用と機能は、他の点
では上述したものと実質的に変わりない。したがって弁
筒１３６，１３６’及びピストン・シリンダ機構９８，
９８’の各対応部分は実質的に同一であり、弁筒１３
６’及びピストン・シリンダ機構１３６’の対応部分
は、前述した符号にダッシュ（’）を付けた符号で示し
てある。
【００３６】以上の実施例は容量調整のための有効で比
較的低いコストの装置を提供するが、シリンダ１０４の
排気を同様にバルブを利用して制御する三方向ソレノイ
ド弁を利用することもできる。そのような装置は図１５
に示されいる。本実施例では弁筒１９４を前述したのと
同様に外殻１２に固着してあり、この弁筒１９４は、ス
プール弁１９８を移動可能に配置してある長い中心穴１
９６を有する。スプール弁１９８は、外殻１２から外向
きにソレノイドコイル２００内へと延出しており、ソレ
ノイドコイル２００が励磁されると長さ方向に沿い弁筒
１９４から外向きに移動するものとされている。ソレノ
イドコイル２００が励磁していない状態でスプール弁１
９８を弁筒１９４内へと付勢するコイルスプリング２０
２を、設けてある。
【００３７】スプール弁１９８は軸線方向に沿った中心
の通路２０４を有し、該通路２０４の内端はプラグ２０
６によって閉鎖されている。３群の放射方向に沿う通路
２０８，２１０，２１２を、軸線方向で互いに隔ててス
プール弁１９８に設けてある。各群の通路は中心の通路
２０４から放射方向外向きに延びて、軸線方向で互いに
間隔をあけてある環状溝２１４，２１６，２１８内へと
それぞれ開口する１個又は複数個の通路からなる。弁筒
１９４には第１の高圧供給通路２２０が設けられ、この
第１の通路２２０は中心穴１９６へと開口させてあり、
流体ライン１６０へと接続して弁筒１９４に対し圧縮流
体を供給するものとされている。弁筒１９４には第２の
通路２２２を、同様に中心穴１９６へと開口させて設け
てあり、この第２の通路２２２はその外端で流体ライン
１６２へ接続して中心穴１９６をシリンダ１０４と連通
させるものとされている。弁筒１９４にはベント通路２
２４も設けられており、このベント通路２２４は一端で
中心穴１９６へと開口し、他端で外殻１２内の下方の室
３８内へと開口している。
【００３８】図１５に図示の装置の作用を説明すると、
ソレノイドコイル２００が解磁している状態ではスプー
ル弁１９８は、環状溝２１４が通路２２２と連通すると
共に環状溝２１８がベント通路２２４と連通していてシ
リンダ１０４から連続して排気が行われる位置をとる。
この状態でスプール弁１９８は、通路２２０の軸線方向
両側に環状シール２２６，２２８が位置していて吐出ポ
ート４６からの圧縮流体の流れが阻止される位置にあ
る。容量調整機構を作動させて圧縮機１０の容量を増大
させたい場合にはソレノイドコイル２００を励磁させ、
スプール弁１９８を弁筒１９４から外向きに移動させ
る。これによって環状溝２１８がベント通路２２４との
連通を断たれる位置へと移動すると共に、環状溝２１６
が高圧供給通路２２０に対し連通する位置へと移動す
る。通路２２２が環状溝２１４に対し連通する位置に留
められているので通路２２０からの加圧流体はシリンダ
１０４に対し、スプール弁１９８内の通路２１０，２０
８を介して供給されることになる。軸線方向で間隔をあ
けて配置してある適宜の追加の複数環状シールをスプー
ル弁１９８上に設けて、スプール弁１９８と中心穴１９
６間のシール関係を確保してある。
【００３９】この発明に係る連続容量調整機構はその試
験を、外殻の最終的な溶接に先立って行うのに特に適し
ている。この試験を行うためには、吐出ポート４６に加
圧流体を供給しソレノイドコイルに対し適当な作動電力
を供給しさえすればよい。ソレノイドコイルのサイクリ
ングによって必要なバルブリングの回転運動を生じさ
せ、それによって内部の諸作動要素が正しく組込まれて
いるかどうかを確認できる。加圧流体は同流体を生成す
るように圧縮機を作動させるか、或いは適当な外部の源
から供給できる。
【００４０】図１６には、この発明に利用される制御構
造物４００を示してある。制御構造物４００はサーモス
タット４０２、屋内ユニット制御モジュール１９０、屋
内蒸発器コイル４０４、屋外ユニット４０６、２個の温
度センサ１８８、及び可変速ブロワ４１０，４１２を備
えている。ブロワ４１２は屋内蒸発器コイル４０４と組
合わせてあり、ブロワ４１０は屋外ユニット４０６中の
凝縮器コイル４１４と組合わせてある。図１６に示すよ
うに制御構造物４００は、屋外ユニット４０６と屋内蒸
発器コイル４０４間を延びる冷媒ライン内の液状冷媒の
温度を監視する１個の温度センサ１８８と屋外の外気の
温度を監視する１個の温度センサ１８８とを有する。こ
れらの温度センサ１８８のうちの一者又は両者を、制御
モジュール１９０によって利用できる。
【００４１】サーモスタット４０２は、室内又は屋内の
温度を制御するものである。このサーモスタット４０２
は、負荷制限サイクルを要求する電力会社からの負荷解
除信号４１６を受取ることができる。電力会社からの負
荷解除信号４１６は任意のものであり、それが存在する
場合にサーモスタット４０２はこの信号を、負荷制限サ
イクルを開始するために制御モジュール１９０へと送
る。信号４１６に加えるか同信号４１６に代えて制御モ
ジュール１９０は、２個の温度センサ１８８の何れかが
予定された温度を越えたことを読取ったときに負荷制限
サイクルを開始するようにプログラムできる。
【００４２】屋内蒸発器コイル４０４は、屋外ユニット
４０６内に配置してあるスクロール式圧縮機１０を含む
典型的な冷凍回路の一部である。１対の冷媒ライン４１
８，４２０を、屋内蒸発器コイル４０４と屋外ユニット
４０６のスクロール式圧縮機１０との間に設けてある。
冷媒ライン４１８は屋内蒸発器コイル４０４に対し液状
の冷媒を引き渡す液体引き渡しラインであり、冷媒ライ
ン４２０は屋内蒸発器コイル４０４から冷媒を引き渡す
吸入冷媒ラインである。２個の温度センサ１８８のうち
の１個は、冷媒ライン４１８内の温度を監視する。
【００４３】屋外ユニット４０６はスクロール式圧縮機
１０、凝縮器４１４、及び凝縮器４１４と関連させてあ
るブロワ４１０を備えている。
【００４４】制御モジュール１９０はそれが負荷制限開
始信号を受取るまで、スクロール式圧縮機１０を最大容
量で稼働させる。負荷制限開始信号は電力会社からの負
荷解除信号４１６から来ることもできるし、屋外温度が
予め選択した温度、好ましくは１００°Ｆ、を越えたと
きに屋外の外気温度センサ１８８から来ることもできる
し、さらに冷媒ライン４１８内の液体の温度が予定した
温度、好ましくは１０５°Ｆを越えたときに液体ライン
温度センサ１８８から来ることもできる。
【００４５】制御モジュール１９０は負荷制限開始信号
を受取った場合、可変速ブロワ４１２を低速に、好まし
くは７０％の空気流れが得られる状態に、切換えると共
に情報伝達ライン４２４を介してスクロール式圧縮機１
０を、全容量（１００％）と減少された容量、好ましく
は６５％の容量、との間で切換える信号を伝える。蒸発
器ブロワ４１２の速度減少に加えて所望の場合には可変
速ブロワ４１０の凝縮器ファン速度も、圧縮機負荷サイ
クルに比例して快適さと系効率を最大とするように減少
させることができる。４０秒のサイクル時間で４５％の
使用率（すなわち１８秒のオン、２２秒のオフ）を利用
することによって２０％の系容量及び電力の減少が与え
られることを、見出した。上述した好ましい系は１００
％と６５％との間でサイクルする圧縮機について述べた
ものであるが、所望の場合には圧縮機を他の容量間でサ
イクルさせることもできる。例えば蒸気注入と吸入遅延
容量調整との両者を行うものに設計された圧縮機は、蒸
気注入を行いながら１２０％、蒸気注入なしで１００
％、吸入遅延容量調整を行いながら６５％で機能するよ
うに設計できる。制御モジュール１９０は、これらの容
量の何れの間でも連続してサイクルするようにプログラ
ムできる。また上述した系は冷媒温度と屋外の外気温度
とを監視する２個の温度センサ１８８を設けたものにつ
いて述べたが、系の最大負荷稼働条件を決定できる他の
センサを利用することもできる。これらのセンサには圧
力を監視する負荷センサ４３０、電圧を監視する負荷セ
ンサ４３２、電流を監視する負荷センサ４３４、凝縮コ
イル中点温度センサ４３６、空調系内で圧縮機１０のモ
ータ巻線の温度を監視する温度センサ４３８が、含まれ
る。
【００４６】制御モジュール１９０のために利用可能な
追加のものは、室内サーモスタットの誤差対設定点及び
／又は可能な屋外外気に基づいて例えば１０−３０秒と
いった可変のサイクル時間を用いる適応方策であろう。
この適応方法は、快適さ対ピーク時負荷減少及び最適ソ
レノイドサイクル寿命をより有効に釣り合わせるであろ
う。インターネットに基づく通信の出現により今や電力
会社からの制御信号を、インターネットによって容易に
受取ることが可能となった。したがって複数の家屋又は
単一家屋内の複数設備を互いに一致せずして同調して、
単一家屋又は個別的な複数家屋内で快適さの著しい減少
をひき起こすことなしに電力会社からの信号に依拠した
全体としての要求時負荷変更を達成できる。
【００４７】以上に説明した本発明の実施例は前述した
長所と特徴を与えるように十分な配慮を行ったものであ
るが、本発明は特許請求の範囲の記載を公正に解釈した
範囲を外れることなく同実施例に数多くの変形又は修正
を施して実施可能であることは、容易に理解される通り
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従った連続容量調整装置を組込んで
あるスクロール式圧縮機を示す縦断部分図である。
【図２】バルブリングを閉鎖ないし非調整位置においた
状態で示す、図１の圧縮機の縦断部分図である。
【図３】外殻の上部を取除いて示した、図１の圧縮機の
平面図である。
【図４】改造されたバルブリングの一部を示す拡大図で
ある。
【図５】図１の圧縮機に組込んであるバルブリングを示
す斜視図である。
【図６】図５の６−６線に沿う断面図である。
【図７】図５の７−７線に沿う断面図である。
【図８】図１の圧縮機の一部を構成するスクロール機構
を示す断面図で、断面は図１の８−８線に沿う。
【図９】図１の圧縮機に組込んである作動機構を詳細に
示す拡大断面図である。
【図１０】外殻の一部を切欠いて図示した、図１の圧縮
機の斜視図である。
【図１１】図１の圧縮機の縦断部分図で、非旋回スクロ
ール部材内に設けた加圧流体供給通路を示している。
【図１２】図１の圧縮機に組込んであるソレノイドバル
ブ機構を示す拡大断面図である。
【図１３】図１２に類似の拡大断面図で、ソレノイドバ
ルブ機構の変形例を示している。
【図１４】図９に類似の拡大断面図で、図１３のソレノ
イドバルブ機構と組合わせて使用するのに適当した変形
作動機構を示している。
【図１５】図１２，１３に類似の拡大断面図で、ソレノ
イドバルブ機構に係る別の実施例を示している。
【図１６】この発明の連続容量調整装置のための制御構
造物を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ スクロール式圧縮機 １４ 旋回スクロール部材 １６ 非旋回スクロール部材 １８ 螺旋翼 ２０ 螺旋翼 ２２，２４ 流体ポケット ３８ 下方の室（吸入圧力領域） ５０ バルブリング ５２ 作動装置 ５４ 制御機構 ９０，９２ 通路 ９４，９６ 通路 １２８ ベント通路 １６４ ソレノイドコイル機構 １７２ ソレノイドコイル １８８ 温度センサ １９０ 屋内ユニット制御モジュール（コント
ローラ） １９２ ベント通路 １９８ スプール弁 ２００ ソレノイドコイル ２２４ ベント通路 ４０２ サーモスタット ４１０，４１２ 可変速ブロワ ４３０ 負荷センサ ４３２ 負荷センサ ４３４ 負荷センサ ４３６ 温度センサ ４３８ 温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H029 AA02 AA14 AA21 AB03 BB42 BB51 BB52 BB53 BB54 BB57 BB60 CC25 CC51 CC52 CC58 CC59 CC60 CC62 CC91 3H039 AA03 AA06 AA12 BB21 BB22 BB23 BB28 CC32 CC39

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空調装置であって、 互いに噛合う螺旋翼を有する２つのスクロール部材を備
    えたスクロール式圧縮機であって、高容量とこの高容量
    よりも小さく零よりも大きい最低容量との間で選択的に
    作動可能なスクロール式圧縮機、及びこのスクロール式
    圧縮機に接続してあるコントローラであって、外部の電
    力会社からの負荷制限制御信号に応じ該圧縮機を、上記
    した高容量と最低容量との間で反復作動させるコントロ
    ーラ、を備えた空調装置。
  2. 【請求項２】 空調装置であって、 互いに噛合う螺旋翼を有する２つのスクロール部材を備
    えたスクロール式圧縮機であって、低容量と高容量との
    間で選択的に作動可能なスクロール式圧縮機、このスク
    ロール式圧縮機を上記低容量と上記高容量との間で反復
    作動させるため、該圧縮機に接続してあるソレノイドバ
    ルブ、及びこのソレノイドバルブに接続してあるコント
    ローラであって、制御信号に応じて上記圧縮機を上記低
    容量と上記高容量との間で連続して反復作動させるよう
    に該ソレノイドバルブをパルス幅制御するコントロー
    ラ、を備えた空調装置。
  3. 【請求項３】 前記コントローラが、外部の電力会社か
    らの負荷制限制御信号に応動するものである請求項２の
    空調装置。
  4. 【請求項４】 前記コントローラに接続されたセンサで
    あって前記圧縮機の最大負荷容量での作動を示す状態を
    感知するセンサを、備えた請求項１又は２の空調装置。
  5. 【請求項５】 前記コントローラに接続された圧力セン
    サを、備えた請求項１又は２の空調装置。
  6. 【請求項６】 前記コントローラに接続された温度セン
    サを、備えた請求項１又は２の空調装置。
  7. 【請求項７】 前記温度センサによって感知される温度
    が、空調装置内の冷媒の温度である請求項６の空調装
    置。
  8. 【請求項８】 前記温度センサによって感知される温度
    が、外気の温度である請求項６の空調装置。
  9. 【請求項９】 モータ巻線を有するモータを備えてお
    り、前記温度センサによって感知される温度が、該モー
    タ巻線の温度である請求項６の空調装置。
  10. 【請求項１０】 インターネットへの接続部を備えてお
    り、前記した外部の電力会社からの負荷制限制御信号
    が、該インターネットへの接続部を介して供給されるも
    のである請求項１又は３の空調装置。
  11. 【請求項１１】 前記コントローラに接続されたサーモ
    スタットを備えており、前記した外部の電力会社からの
    負荷制限制御信号が、該サーモスタットに供給されるも
    のである請求項１又は３の空調装置。
  12. 【請求項１２】 前記した圧縮機の反復作動が、固定さ
    れたサイクル時間で生じる請求項１又は２の空調装置。
  13. 【請求項１３】 固定された前記サイクル時間が、６０
    秒以下である請求項１２の空調装置。
  14. 【請求項１４】 前記した圧縮機の反復作動が、可変の
    サイクル時間で生じる請求項１又は２の空調装置。
  15. 【請求項１５】 可変速のブロワを備えており、前記コ
    ントローラが、前記した圧縮機の反復作動と同時に該ブ
    ロワの速度を減少させるものである請求項１又は２の空
    調装置。
  16. 【請求項１６】 前記コントローラに応動して前記圧縮
    機を、前記高容量と前記最低容量との間で切換えるソレ
    ノイドバルブを備えている請求項１の空調装置。
  17. 【請求項１７】 前記圧縮機を反復作動させるために、
    パルス幅制御を用いることとしてある請求項１の空調装
    置。
  18. 【請求項１８】 スクロール式圧縮機用の容量調整装置
    であって、 第１の端板と該端板上に立設した第１の螺旋翼とを有す
    る第１のスクロール部材、第２の端板と該端板上に立設
    した第２の螺旋翼とを有する第２のスクロール部材であ
    って、第２の螺旋翼を上記第１の螺旋翼に対し、放射方
    向外側の位置から放射方向内側の位置へと移動するにつ
    れ容積を減少して行く少なくとも２個の可動流体ポケッ
    トが両螺旋翼間に形成されるように噛合わせてある第２
    のスクロール部材、 上記した少なくとも２個の流体ポケットのうちの１個の
    流体ポケットと実質的に吸入圧力にある領域との間を連
    通させる第１の流体通路、 上記した少なくとも２個の流体ポケットのうちの他の１
    個の流体ポケットと実質的に吸入圧力にある領域との間
    を連通させる第２の流体通路、 上記した第１の流体通路と第２の流体通路を実質的に同
    時に開閉してスクロール式圧縮機の容量を調整する単一
    のバルブ部材、及びこのバルブ部材に接続してあるコン
    トローラであって、制御信号に応じてスクロール式圧縮
    機を低容量と高容量との間で連続して反復作動させるよ
    うにパルス幅制御されるコントローラ、を備えた容量調
    整装置。
  19. 【請求項１９】 前記コントローラが前記圧縮機を、外
    部の電力会社からの負荷制限制御信号に応じて前記した
    低容量と高容量との間で反復作動させるものである請求
    項１８の容量調整装置。
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