JP2007154761A - スクロール圧縮機 - Google Patents

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    • F04C28/26Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels

Abstract

【課題】冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になったときに、電動機の制御とは関係なく過圧縮の発生を防止するとともに、圧縮機の効率の低下も防止し、さらに可動スクロール(22)の転覆による不具合の発生も防止する。
【解決手段】固定側ラップ(21b)の内周面と可動側ラップ(22b)の外周面との間に構成される第1圧縮室(25a)と、固定側ラップ(21b)の外周面と可動側ラップ(22b)の内周面との間に構成される第2圧縮室(25b)について、圧縮機構(20)の吸入行程における圧縮室(25a,25b)の吸入閉じ切り位置を調節することにより吸入容積を調整可能な吸入容積調整機構(30)を、渦巻きの外周側一巻き範囲内の少なくとも1箇所に設ける。
【選択図】図2

Description

本発明は、互いに噛み合う2つのスクロール部材の少なくとも一方が偏心回転運動をするスクロール圧縮機に関し、特に、過圧縮防止構造に関するものである。
従来より、スクロール圧縮機は例えば冷凍サイクルで冷媒ガスを圧縮する圧縮機構として用いられている(例えば特許文献1参照)。スクロール圧縮機は、互いに噛み合う渦巻き状のラップを鏡板上に有する固定スクロール(第1スクロール部材)と可動スクロール(第2スクロール部材)とをケーシング内に備えている。固定スクロールはケーシングに圧入や溶接により保持されたハウジングに固定され、可動スクロールは駆動軸(クランク軸)の偏心部に回転可能に嵌合している。このスクロール圧縮機では、可動スクロールが固定スクロールに対して自転することなく公転のみを行うことで、両スクロールのラップ間に形成される圧縮室を収縮させて冷媒などのガスを圧縮し、圧縮機構の吐出口から吐出する動作が行われる。ガスの吸入時には、両スクロールのラップの巻き終わり側が開放されており、ここが閉じ切られたときに圧縮室が形成されて、圧縮が開始される。
ところで、スクロール圧縮機は、吸入したガス容積をある一定の容積まで容積変化させて圧縮を行う構造であり、圧縮機構の形状によって決まった「固定容積比(固定圧縮比)」を有している。このスクロール圧縮機の圧縮機構の動作について具体的に説明すると、圧縮室はガスの圧縮中には圧縮機構の吐出口にはつながっておらず、固定スクロールと可動スクロールの渦巻き状の歯(ラップ)の間の圧縮室の容積が縮小することでガスが一定の圧力に達した後に圧縮室が吐出口と連通して、高圧ガスが吐出される。
そのため、例えば冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の設計点から外れた低圧縮比(低圧力比)の運転条件時の圧縮室の内圧(吐出圧)は、その運転条件での冷媒回路の高圧圧力よりも高い圧力まで上昇することになる(過圧縮)。過圧縮の発生時には余分な圧縮を行う分だけ動力が消費されるため、圧縮機の効率が低下する。
これに対して、上記特許文献1のスクロール圧縮機は、インバータ制御の電動機を備えた容量可変の圧縮機であって、渦巻き状のラップの巻き終わり部分の歯の厚さを薄くして側面の隙間を大きくした構成になっている。このスクロール圧縮機では、高速運転時には潤滑油のシール効果によってラップの巻き終わり部分での吸入冷媒の閉じ込み量が相対的に多いのに対して、低速運転時には潤滑油のシール効果が弱まることで隙間が大きく設定された箇所でガスの漏れが発生し、吸入冷媒の閉じ込み量が相対的に少なくなる。そのため、低速運転時には吸入冷媒量が少なくなった状態で冷媒が圧縮されるので、過圧縮を抑えることができる。
特開平11−82331号公報
特許文献1の圧縮機では、圧縮機の低速運転時に冷媒回路の運転条件が低圧縮比になっているときには過圧縮を防止できるものの、圧縮機の高速運転時に冷媒回路の運転条件が低圧縮比になっているときには吸入冷媒量が多いため、過圧縮を防止できない問題がある。つまり、この特許文献1のスクロール圧縮機では、電動機の回転速度を遅くすることが過圧縮防止の必要条件となる制約がある。
また、上記圧縮機では、冷媒回路の運転条件が低圧縮比の運転条件になっているときには、インバータ制御により電動機の回転数を低くした運転が行われるが、電動機は一般に高速回転よりも低速回転の方が効率が低下するため、圧縮機の効率も低下する問題があった。
さらに、スクロール圧縮機では、一般に固定スクロールに対して可動スクロールをガスの高圧圧力を利用して軸方向に押し付ける構造、もしくはスラスト軸受で可動スクロールを支持する構造により、可動スクロールが転覆(傾斜)するのを防止するようにしているが、低圧縮比の運転時には一般に高圧圧力が下がって可動スクロールの軸方向押し付け力が小さくなる(言い換えると軸方向荷重に対する半径方向荷重の比率が大きくなる)ため、前者の場合は転覆モーメントにより転覆が生じやすくなる。そして、可動スクロールが転覆すると、圧縮不良、運転能力の低下、及び圧縮機の効率の低下などの不具合が生じることとなる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になったときに、電動機の制御とは関係なく過圧縮の発生を防止するとともに、圧縮機の効率の低下も防止し、さらにスクロール部材の転覆による不具合の発生も防止することである。
第1の発明は、互いに噛み合う渦巻き状のラップ(21b,22b)を鏡板(21a,22a)上に備えた2つのスクロール部材(21,22)の少なくとも一方が偏心回転運動をする圧縮機構(20)をケーシング(10)内に備えたスクロール圧縮機を前提としている。
そして、このスクロール圧縮機は、ケーシング(10)に保持される第1スクロール部材(21)である固定スクロール(21)と該固定スクロール(21)に対して偏心回転運動をする第2スクロール部材(22)である可動スクロール(22)の渦巻きの巻き数が相違する非対称渦巻き構造に構成されるとともに、第1スクロール部材(21)のラップ(21b)の内周面と第2スクロール部材(22)のラップ(22b)の外周面との間に構成される第1圧縮室(25a)と、第1スクロール部材(21)のラップ(21b)の外周面と第2スクロール部材(22)のラップ(22b)の内周面との間に構成される第2圧縮室(25b)との両方について、圧縮機構(20)の吸入行程における圧縮室(25a,25b)の吸入閉じ切り位置を調節することにより吸入容積を調整可能な吸入容積調整機構(30)を、渦巻きの外周側一巻き範囲内の1箇所のみに備えている。
上記吸入容積調整機構(30)は、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方を、ケーシング(10)内に設けられている低圧空間(17)に対して連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)により構成されている。
上記開閉機構(31)は、該開閉機構(31)の連通状態におけるガスの流れを許容する連通路(32,37)と、該連通路(32,37)を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置とに移動可能な閉鎖部材(33)と、該閉鎖部材(33)に装着されるシール部材と、閉鎖部材(33)を開放位置と閉鎖位置とに位置変化させる開閉駆動機構(34)とを備えている。
上記開閉駆動機構(34)は、閉鎖部材(33)を開放位置に向かって付勢する付勢部材(35)と、閉鎖部材(33)に付勢部材(35)の付勢力に抗して高圧圧力を印加する状態と該閉鎖部材(33)に低圧圧力を印加する状態とを切り換える切換部材(36)とを備えている。
上記ケーシング(10)内には、可動スクロール(22)の駆動源であって回転速度を可変に調整することが可能な電動機(45)が収納されている。
そして、上記電動機(45)は、吸入容積調整機構(30)により通常運転時よりも圧縮機構(20)の吸入容積を小さくする運転状態で、回転速度を通常運転時よりも速めるように構成されている。
この第1の発明では、渦巻きの外周側一巻き範囲内に吸入容積調整機構(30)を設けたことにより、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方について吸入容積を小さくする運転が可能となる。このように第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方の吸入容積を小さくすると、スクロール圧縮機の「固定圧縮比」が小さくなる。そうすると、吐出圧力が通常運転時よりも低くなる運転(以下、調整運転という)を行える。したがって、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときに、圧縮室(25a,25b)の内圧が、その運転条件での冷媒回路の高圧圧力よりも高くなりすぎるのを抑えられる。
さらに、上記吸入容積調整機構(30)を設けたことにより、圧縮機構(20)の容量を制御する運転が可能となる。具体的には、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方の吸入容積を小さくするように吸入容積調整機構(30)を作動させると、運転中であっても渦巻きの実質巻き数を小さくして容量制御を行える。
また、この発明では、吸入容積調整機構(30)を作動させると、圧縮室(25a,25b)の内圧による軸方向荷重が作用する面積を小さくすることができるとともに、渦巻きに対するガス荷重の作用点を駆動中心に近い位置に移動させることができるので、転覆モーメントが小さくなり、転覆が生じにくくなる。
また、この発明では、上述したように、吸入容積調整機構(30)が、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方を、ケーシング(10)内に設けられている低圧空間(17)に対して連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)により構成されている。ここで、上記「低圧空間(17)」は、ケーシング(10)内が低圧圧力になるタイプの圧縮機におけるケーシング(10)内の空間であってもよいし、ケーシング(10)内が高圧空間(16)と低圧空間(17)に区画されるタイプの圧縮機における低圧空間(17)であってもよいし、圧縮機構(20)の吸入側に連通する吸入空間であってもよい。
この構成では、開閉機構(31)を閉じている通常運転時の状態では、渦巻きの巻き終わり側で離れていた第1スクロール部材(21)のラップ(21b)の内周面と第2スクロール部材(22)のラップ(22b)の外周面とが実質的に接触したとき(ミクロンオーダーの隙間はあるが、その間に油膜が形成されて冷媒の漏れが問題にならない状態になったとき)の接触位置(シールポイント)が吸入閉じ切り位置となり、第1圧縮室(25a)での圧縮行程が開始される。また、同じく渦巻きの巻き終わり側で離れていた第1スクロール部材(21)のラップ(21b)の外周面と第2スクロール部材(22)のラップ(22b)の内周面とが実質的に接触したときの接触位置(シールポイント)が吸入閉じ切り位置となり、第2圧縮室(25b)での圧縮行程が開始される。
一方、開閉機構(31)を開いた状態にすると、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)のいずれにおいても、上記接触位置が開閉機構(31)のある位置を通過するまでは圧縮室(25a,25b)が閉じ切られない。つまり、開閉機構(31)の位置を通過したところにシールポイントが形成されるまでは、第1圧縮室(25a)及び第2圧縮室(25b)はケーシング(10)内の低圧空間(17)に連通した状態であり、両ラップ(21b,22b)の接触位置が開閉機構(31)の位置を通過した直後にシールポイントが形成された位置が吸入閉じ切り位置となって、圧縮行程に入る第1圧縮室(25a)及び第2圧縮室(25b)が形成される(図11〜図16参照)。そのため、開閉機構(31)を設ける位置に応じて、吸入容積の大きさを調整することが可能となる。そして、このようにして吸入容積の大きさを調整することにより、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときに、圧縮室(25a,25b)の内圧が冷媒回路の高圧圧力よりも高くなりすぎるのを抑えられる。
また、この発明では、上述したように、開閉機構(31)が、該開閉機構(31)の連通状態におけるガスの流れを許容する連通路(32,37)と、該連通路(32,37)を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置とに移動可能な閉鎖部材(33)と、該閉鎖部材(33)に装着されるシール部材と、閉鎖部材(33)を開放位置と閉鎖位置とに位置変化させる開閉駆動機構(34)とを備えている。
この構成では、開閉駆動機構(34)により閉鎖部材(33)を閉鎖位置に位置設定すると、開閉機構(31)を遮断状態に切り換えることができ、そうすることにより圧縮機構(20)を設計圧縮比となる通常運転で作動させることができる。また、開閉機構(31)により閉鎖部材(33)を開放位置に位置設定すると、開閉機構(31)を連通状態に切り換えることができ、そうすることにより圧縮機構(20)の吸入容積を変えた状態での運転を行えるので、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっている場合に対応できる。
また、この発明では、上述したように、開閉駆動機構(34)が、閉鎖部材(33)を開放位置に向かって付勢する付勢部材(35)と、閉鎖部材(33)に付勢部材(35)の付勢力に抗して高圧圧力を印加する状態と該閉鎖部材(33)に低圧圧力を印加する状態とを切り換える切換部材(36)とを備えている。
この構成では、閉鎖部材(33)に高圧圧力を印加すると、付勢部材(35)の付勢力に抗して閉鎖部材(33)を遮断状態に切り換えるようにすることができ、閉鎖部材(33)に低圧圧力を印加すると、付勢部材(35)の付勢力により閉鎖部材(33)を開放状態に切り換えるようにすることができる。このようにして閉鎖部材(33)を遮断状態と開放状態に切り換えることにより、圧縮機構(20)を設計圧縮比となる通常運転と、通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件とに対応させることができる。
また、この発明では、上述したように、第1スクロール部材(21)及び第2スクロール部材(22)が、渦巻きの巻き数が相違する非対称渦巻き構造に構成されている。
この構成では、非対称渦巻き構造の圧縮機構(20)において、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方について吸入閉じ切り位置を調整することができる。第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方で吸入閉じ切り位置を調整できるようにすると、上述したように、圧縮室(25a,25b)の吸入容積を小さくすることで固定圧縮比を小さくすることができるので、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときに、圧縮室(25a,25b)の内圧が、その運転条件での冷媒回路の高圧圧力よりも高くなりすぎるのを抑えられる。
さらに、この発明では、上述したように、吸入容積調整機構(30)が、渦巻きの外周側一巻き範囲内の1箇所のみに設けられている。
この構成では、吸入容積調整機構(30)を1箇所のみに設けているので、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方について、吸入容積を2段階に調整することができる。
また、この発明では、上述したように、圧縮機構(20)が、ケーシング(10)に保持される第1スクロール部材(21)である固定スクロール(21)と、該固定スクロール(21)に対して偏心回転運動をする第2スクロール部材(22)である可動スクロール(22)とを備え、ケーシング(10)内には、可動スクロール(22)の駆動源であって回転速度を可変に調整することが可能な電動機(45)が収納されている。なお、固定スクロール(21)は、一般に、ケーシング(10)に圧入や溶接により保持されるハウジング(23)にボルト等で固定される。
この構成では、固定スクロール(21)に対して可動スクロール(22)が偏心回転運動をし、電動機(45)の回転速度制御により運転容量が可変に構成されたスクロール圧縮機において、スクロール圧縮機の固定圧縮比を小さくする制御を行うことができるので、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときに、圧縮室(25a,25b)の内圧が、その運転条件での冷媒回路の高圧圧力よりも高くなりすぎるのを抑えられる。また、この発明では、電動機(45)の回転数にかかわらず、吸入容積を調整できるし、電動機(45)の回転速度制御に機械的な容量制御機構でもある吸入容積調整機構(30)を組み合わせることにより、容量制御幅を広げることも可能となる。
さらにこの発明では、上述したように、電動機(45)が、吸入容積調整機構(30)により通常運転時よりも圧縮機構(20)の吸入容積を小さくする運転状態で、回転速度を通常運転時よりも速めるように構成されている。
この構成では、吸入容積調整機構(30)により圧縮機構(20)の吸入容積を通常運転時よりも小さくするときに、電動機(45)の回転速度を速くする制御が行われるので、電動機(45)の効率を低下させずに運転できる。また、電動機(45)の回転速度を速くする制御を行うことで、吸入容積が少なくなっても運転容量が低下するのを抑えられる。
次に、第2の発明は、第1の発明において、連通路(32,37)が、第1スクロールまたは第2スクロールの鏡板(21a,22a)に形成された穴(32)または溝(37)により構成されていることを特徴としている。
この第2の発明では、開閉機構(31)を連通状態に切り換えたとき、開閉機構(31)の位置を通過したところにシールポイントが形成される前には、圧縮室(25a,25b)のガスが連通路(32,37)を通って流れることで、圧縮室(25a,25b)が閉じ切られていない状態に保持される。そして、両ラップ(21b,22b)の接触位置が開閉機構(31)の位置を通過した直後にシールポイントが形成された位置が吸入閉じ切り位置となり、ガスの圧縮が開始される。
本発明によれば、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方の吸入容積を小さくすると、実質的に渦巻きの巻き数(圧縮比)を小さくするのと同じ状態になるため、運転条件に合わせて圧縮比を設定することができる。そして、スクロール圧縮機の固定圧縮比が小さくなり、吐出圧力(圧縮室(25a,25b)の内圧)が通常運転時よりも低くなる調整運転を行えるため、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときでも、圧縮室(25a,25b)の内圧が、その運転条件での冷媒回路の高圧圧力よりも高くなりすぎるのを抑えられる。したがって、過圧縮の発生を防止することが可能となる。
また、渦巻きの外周側一巻き範囲内に吸入容積調整機構(30)を設けたので、運転中に吸入閉じ切り位置を変更して吸入容積を小さくすることで、圧縮機の運転容量を小さくする制御も可能となる。
さらに、この発明では、吸入容積を調整することにより固定圧縮比を変えられるようにしているため、電動機(45)がインバータ制御の可変回転速度タイプである場合に、高速回転であるか低速回転であるかにかかわらず過圧縮を防止でき、電動機(45)の回転速度が過圧縮防止の制約になることはない。そして、低速運転でしか過圧縮を防止できない特許文献1の圧縮機とは違い、高速運転でも過圧縮を防止できるし、その際には電動機(45)を高効率で運転できるので圧縮機の効率低下を防止できる。
また、この発明では、吸入容積調整機構(30)を作動させると、圧縮室(25a,25b)の内圧による軸方向荷重が作用する面積を小さくすることができるとともに、渦巻きに対するガス荷重の作用点を中心に近い位置に移動させることができるので、転覆モーメントが小さくなり、転覆が生じにくくなる。したがって、圧縮不良、運転能力の低下、及び圧縮機の効率の低下などの不具合を防止できる。
ここで、従来のスクロール圧縮機の容量制御方法としては、圧縮機のON−OFF制御やインバータによる回転速度制御、さらには中間圧の冷媒を低圧側にバイパスさせるアンロード機構による制御などがあり、それぞれ単独または組み合わせて用いられている。いずれも圧縮機の定格能力に対して小さな能力で運転する場合は、効率よりも能力調整に重きを置いた制御を行っている。これに対して、本発明では、能力調整はもちろん、電動機(45)を高速回転することもできるので、効率低下も防止できる。
また、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方を、ケーシング(10)内に設けられている低圧空間(17)に対して連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)を設けるだけで、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方の吸入閉じ切り位置を調整し、吸入容積を変化させることができる。そして、吸入容積の大きさを調整することにより、冷媒回路の運転条件が渦巻きの設計点から離れた低圧縮比の運転条件になっているときでも過圧縮が発生するのを防止できるし、容量制御量の調節もできる。
また、開閉機構(31)を、該開閉機構(31)の連通状態におけるガスの流れを許容する連通路(32,37)と、該連通路(32,37)を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置とに移動可能な閉鎖部材(33)と、閉鎖部材(33)を開放位置と閉鎖位置とに位置変化させる開閉駆動機構(34)とを備えた構成にするだけで、吸入容積調整機構(30)の動作を制御できる。そして、圧縮機構(20)を冷媒回路の圧縮比(圧力比)の変動に対応させて運転することができ、過圧縮の発生も防止できる。
また、開閉駆動機構(34)を、閉鎖部材(33)を開放位置に向かって付勢する付勢部材(35)と、閉鎖部材(33)に付勢部材(35)の付勢力に抗して高圧圧力を印加する状態と該閉鎖部材(33)に低圧圧力を印加する状態とを切り換える切換部材(36)とを備えた構成にするだけで、開閉機構(31)の確実な動作を保証できる。そして、開閉機構(31)により吸入容積調整機構(30)の動作を制御することにより、圧縮機構(20)を、設計圧縮比となる通常運転と、通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件とに対応させることができるし、容量制御も可能となる。
さらに、非対称渦巻き構造のスクロール圧縮機において、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方の吸入容積を小さくすると、スクロール圧縮機の固定圧縮比が小さくなるので、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときでも、過圧縮の発生を防止することが可能となる。
また、上述したように、吸入容積調整機構(30)を渦巻きの外周側一巻き範囲内の1箇所のみに設けているため、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方について、吸入容積を2段階に調整することができる。そして、吸入容積調整機構(30)を複数箇所に設けるのに対して構造を簡素化することが可能となる。
また、固定スクロール(21)に対して可動スクロール(22)が偏心回転運動をし、電動機(45)の回転速度制御により運転容量が可変に構成されたスクロール圧縮機において、スクロール圧縮機の固定圧縮比を小さくする制御を行うことができるので、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときに、圧縮室(25a,25b)の内圧が、その運転条件での冷媒回路の高圧圧力よりも高くなりすぎるのを抑えられる。また、電動機(45)の回転数にかかわらず、吸入容積を調整できるし、運転中に吸入閉じ切り位置を変更して吸入容積を小さくする容量制御を行うことができる。
さらに、吸入容積調整機構(30)により圧縮機構(20)の吸入容積を通常運転時よりも小さくするときに、電動機(45)の回転速度を速くする制御が行われるので、電動機(45)の効率が高い運転ができるし、容量制御を行う前と同等の能力を維持できる。このように、電動機(45)の回転速度制御と吸入容積調整機構(30)の機械式容量制御を組み合わせることにより、過圧縮の低減に加えて、電動機(45)の効率の向上による圧縮機の効率の向上を実現できる。また、電動機(45)の回転速度を速くする制御を行うことで、運転容量が低下するのも抑えられる。つまり、運転容量を維持したまま、能力調整のためではなく効率向上のために吸入容積調整機構(30)を使用することができる。さらに、圧縮機構(20)の吸入容積を通常運転時よりも小さくするときに、電動機(45)の回転速度を速くする制御を行うことにより、渦巻きの内部の冷媒の漏れが減少し、圧縮効率が向上する効果もある。
上記第2の発明によれば、連通路(32,37)を、第1スクロールまたは第2スクロールの鏡板(21a,22a)に形成された穴(32)または溝(37)にするだけで、開閉機構(31)の連通状態の動作を保証できる。そして、開閉機構(31)によって吸入容積調整機構(30)の動作を制御することにより、圧縮機構(20)を、設計圧縮比となる通常運転と、通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件とに対応させることができるし、容量制御も可能となる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
《発明の前提技術
まず、本発明の前提技術について説明する。
前提技術のスクロール圧縮機は、例えば、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置の冷媒回路に設けられ、蒸発器から吸入した低圧の冷媒を圧縮して凝縮器へ吐出するものである。
図1に示すように、上記スクロール圧縮機(1)は、いわゆる全密閉型に構成されている。このスクロール圧縮機(1)は、縦長円筒形の密閉容器状に形成されたケーシング(10)を備えている。ケーシング(10)は、縦長円筒部材である胴部(11)と、胴部(11)の上端部に固定された上部胴体(12)と、胴部(11)の下端部に固定された下部胴体(13)とから構成されている。
このケーシング(10)内には、冷媒を圧縮する圧縮機構(20)と、該圧縮機構(20)を駆動する電動機(45)とが収納されている。この電動機(45)は、圧縮機構(20)の下方に配置され、回転軸である駆動軸(40)を介して圧縮機構(20)に連結されている。この電動機(45)には、インバータ制御により回転速度を可変に調整することが可能なブラシレスDCモータが用いられている。
上記ケーシング(10)の頂部である上部胴体(12)には、吸入管(14)が貫通して取り付けられている。この吸入管(14)は、終端(図の下端)が圧縮機構(20)に接続されている。上記ケーシング(10)の胴部(11)には、吐出管(15)が貫通して取り付けられている。この吐出管(15)は、終端(図の右端)がケーシング(10)内の圧縮機構(20)と電動機(45)の間に開口している。
上記駆動軸(40)は、ケーシング(10)の上下方向の中心線上に配置されている。この駆動軸(40)は、主軸部(41)と偏心部(42)とを備え、クランク軸を構成している。上記偏心部(42)は、主軸部(41)よりも小径に形成され、主軸部(41)の上端面に形成されている。そして、この偏心部(42)は、主軸部(41)の軸心に対して所定寸法だけ偏心し、偏心ピンを構成している。
上記ケーシング(10)の胴部(11)内には、その下端付近に、下部軸受部材(48)が固定されている。この下部軸受部材(48)は、滑り軸受(48a)を介して駆動軸(40)の主軸部(41)の下端部を回転自在に支持している。
なお、図示していないが、上記駆動軸(40)の内部には、上下方向へ延びる給油通路が形成されている。また、主軸部(41)の下端部には、給油ポンプ(43)が設けられている。この給油ポンプ(43)によってケーシング(10)の底部から冷凍機油が吸い上げられ、その冷凍機油は、駆動軸(40)の給油通路を通って圧縮機構(20)の摺動部や駆動軸(40)の軸受部へ供給される。
上記電動機(45)は、ステータ(46)とロータ(47)とによって構成されている。ステータ(46)は、ケーシング(10)の胴部(11)に固定されている。ロータ(47)は、駆動軸(40)の主軸部(41)に連結され、駆動軸(40)を回転駆動する。
上記圧縮機構(20)は、第1スクロール部材である固定スクロール(21)と、第2スクロール部材である可動スクロール(22)とを備えると共に、固定スクロール(21)を固定支持するハウジング(23)を備えている。固定スクロール(21)と可動スクロール(22)は、後述するように、互いに噛み合う渦巻き状のラップ(21b,22b)を鏡板(21a,22a)上に備えている。そして、上記圧縮機構(20)は、可動スクロール(22)が固定スクロール(21)に対して偏心回転運動をするように構成されている。
上記ハウジング(23)は、フランジ部(23a)と本体部(23b)と軸受部(23c)とによって構成されている。これらフランジ部(23a)、本体部(23b)および軸受部(23c)は、上から下へ連続して形成され、本体部(23b)がケーシング(10)の胴部(11)に嵌合して接合されている。フランジ部(23a)は、本体部(23b)の上端において該本体部(23b)から径方向外方へ突出している。軸受部(23c)は、本体部(23b)よりも小径に形成され、本体部(23b)の下面から下方へ突出している。この軸受部(23c)は、滑り軸受(23d)を介して駆動軸(40)の主軸部(41)を回転自在に支持している。
上記固定スクロール(21)は、固定側鏡板(21a)と、固定側ラップ(21b)と、縁部(21c)とを備えている。上記固定側鏡板(21a)は略円板状に形成されている。上記固定側ラップ(21b)は、固定側鏡板(21a)の下面に立設され、該固定側鏡板(21a)に一体形成されている。この固定側ラップ(21b)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成されている。上記縁部(21c)は、固定側鏡板(21a)の外周縁部から下方へ向かって延びる壁状の部分と、その壁上の部分の下端部から径方向外方へ突出し、ハウジング(23)のフランジ部(23a)の上面に固定されるフランジ状の部分とから構成されている。
上記可動スクロール(22)は、可動側鏡板(22a)と、可動側ラップ(22b)と、ボス部(22c)とを備えている。上記可動側鏡板(22a)は略円板状に形成されている。上記可動側ラップ(22b)は、可動側鏡板(22a)の上面に立設され、該可動側鏡板(22a)に一体形成されている。この可動側ラップ(22b)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成され、固定スクロール(21)の固定側ラップ(21b)に噛合するように構成されている。上記ボス部(22c)は、可動側鏡板(22a)の下面から下方へ延設され、該可動側鏡板(22a)に一体形成されている。
このボス部(22c)には、滑り軸受(22d)を介して駆動軸(40)の偏心部(42)が挿入されている。このため、上記駆動軸(40)が回転すると、可動スクロール(22)が主軸部(41)の軸心を中心として公転する。この可動スクロール(22)の公転半径は、偏心部(42)の偏心量、すなわち主軸部(41)の軸心から偏心部(42)の軸心までの寸法と同じである。
上記可動側鏡板(22a)はハウジング(23)の上端面に設けられた第1凹部(23e)内に位置し、上記ボス部(22c)はハウジング(23)の本体部(23b)に設けられた第2凹部(23f)内に位置している。なお、上記可動側鏡板(22a)とハウジング(23)との間には、可動スクロール(22)の自転を阻止するオルダム継手(24)が配設されている。上記第1凹部(23e)は可動側鏡板(22a)の偏心回転運動を許容する大きさに形成され、上記第2凹部(23f)はボス部(22c)の偏心回転運動を許容する大きさに形成されている。
図2は図1のII−II線断面図であり、圧縮機構(20)の横断面形状を表している。この図2に示すように、本前提技術のスクロール圧縮機(1)では、いわゆる非対称渦巻き構造が採用されており、固定側ラップ(21b)と可動側ラップ(22b)とで巻き数(渦巻きの長さ)が相違している。具体的に、上記固定側ラップ(21b)は、可動側ラップ(22b)よりも約1/2巻き分だけ渦巻きの巻き数が長くなっている。ただし、固定側ラップ(21b)の最外周の一巻き分には外周面は形成されておらず、その範囲で固定側ラップ(21b)が固定スクロール(21)の縁部(21c)につながっている。そして、固定側ラップ(21b)の巻き終わり端は、外周側端部とそれよりも一巻き分だけ長く巻かれたところに位置する内周側端部とが向き合った形で終結しており、その近傍に可動側ラップ(22b)の外周側端部(巻き終わり端)が位置している。
上記圧縮機構(20)は、固定側鏡板(21a)と可動側鏡板(22a)の間で固定側ラップ(21b)と可動側ラップ(22b)が噛合して区画形成された複数の圧縮室(25a,25b)を備えている。これら複数の圧縮室(25a,25b)は、固定側ラップ(21b)の内周面と可動側ラップ(22b)の外周面との間に構成される第1圧縮室(25a)と、固定側ラップ(21b)の外周面と可動側ラップ(22b)の内周面との間に構成される第2圧縮室(25b)とから構成され、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)のそれぞれが複数形成されている。この例では、上記固定側ラップ(21b)の巻き数が可動側ラップ(22b)の巻き数よりも多いため、第1圧縮室(25a)の最大容積が第2圧縮室(25b)の最大容積よりも大きい。
図1に示すように、上記固定スクロール(21)の外周側には、吸入管(14)の終端が接続される吸入ポート(29)が形成されている。この吸入ポート(29)には、図示していないが、圧縮室(25a,25b)への冷媒の吸入のみを許容し、逆向きの冷媒の流れを禁止する逆止弁が設けられている。この吸入ポート(29)は、可動スクロール(22)の公転運動に伴って、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)のそれぞれに間欠的に連通する。
上記固定側鏡板(21a)の上端部には凹陥部(21g)が形成され、該固定側鏡板(21a)の上面には、上記凹陥部(21g)を覆う吐出カバー(27)が取り付けられている。そして、この凹陥部(21g)が吐出カバー(27)で覆われた空間が吐出室(28)として構成されている。この固定側鏡板(21a)の中央には、吐出室(28)に開口する吐出ポート(26)が形成されている。この吐出ポート(26)は、可動スクロール(22)の公転運動に伴って第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)のそれぞれに間欠的に連通する。なお、上記吐出室(28)に吐出されたガス冷媒は、固定スクロール(21)とハウジング(23)に形成された図示しないガス通路を通じてハウジング(23)の下方の空間(高圧空間)(16)に導入され、吐出管(15)からケーシング(10)外へ吐出される。ケーシング(10)内は、ハウジング(23)の下方の空間が高圧空間(16)であるのに対して、ハウジングの上方の空間(圧縮機構(20)の周囲の空間)は、低圧空間(17)になるように構成されている。
この前提技術では、圧縮機構(20)の吸入行程における圧縮室(25a,25b)の吸入閉じ切り位置を調節することにより吸入容積を調整することのできる吸入容積調整機構(30)が設けられている。この吸入容積調整機構(30)は、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方で吸入閉じ切り位置(吸入行程が完了し、圧縮行程が開始される位置)を調節できるものであり、図2に示すように渦巻きの外周側一巻き範囲内の1箇所のみに設けられている。この吸入容積調整機構(30)は、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とを連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)により構成されている。
上記開閉機構(31)は、その断面構造を表す図3に示すように、具体的には、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とが連通状態にあるときに両圧縮室(25a,25b)間での冷媒の流れを許容する連通路(32)と、この連通路(32)を開放する開放位置と該連通路(32)を閉鎖する閉鎖位置とに移動可能なピストン(閉鎖部材)(33)と、このピストン(33)を開放位置と閉鎖位置とに位置変化させる開閉駆動機構(34)とを備えている。
上記連通路(32)は、固定側鏡板(21a)に形成された段付き穴(32)により構成されている。この段付き穴(32)は、固定スクロール(21)の底面図である図4に示すように、渦巻きの外周側一巻き範囲内で、図において渦巻き中心の左側斜め下方の位置に形成されている。この段付き穴(32)は、固定スクロール(21)のサブアセンブリを示す断面図である図5に示すように、固定側鏡板(21a)の上面に開口した大径部(32a)と、それよりも直径の小さな小径部(32b)とから構成されていて、小径部(32b)が上記連通路(32)を構成している。この段付き穴(32)は、小径部(32b)が固定側ラップ(21b)の歯と歯の間に位置するように形成されている。この小径部(32b)は、可動側ラップ(22b)の歯の厚さよりも直径が大きい円形の穴である。
上記段付き穴(32)の中には、図6に示す圧縮コイルバネ(付勢部材)(35)と、先端部で上記小径部(32b)を開閉する上記ピストン(33)(図7参照)とが装填されている。このピストン(33)は、図7に示すように、上記小径部(32b)と嵌合する寸法のプラグ部(33a)と、このプラグ部(33a)よりも大径で上記圧縮コイルバネ(35)が装着されるバネ受け部(33b)と、このバネ受け部(33b)よりも大径のシール装着部(33c)とが、先端(図の下端)側から連続するように一体的に形成されたものである。そして、上記シール装着部(33c)には周方向に沿ってシール装着溝(33d)が形成され、このシール装着溝(33d)には図8に示すリング状のシール部材(33e)が装着されている。
図5に示すように、上記開閉駆動機構(34)は、ピストン(33)を開放位置に向かって付勢する上記圧縮コイルバネ(35)と、ピストン(33)に低圧圧力を印加する状態と該ピストン(33)に圧縮コイルバネ(35)の付勢力に抗して高圧圧力を印加する状態とを切り換える切換弁(切換部材)(36)とから構成されている。切換弁(36)によりピストン(33)の後端面(上端面)に低圧圧力を印加した状態では、ピストン(33)を押し下げようとする力よりも圧縮コイルバネ(35)がピストン(33)を押し上げる力が勝って図9に示すように上記連通路(32)が開き、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とが連通状態になる(図3参照)。一方、切換弁(36)によりピストン(33)の後端面に高圧圧力を印加した状態では、ピストン(33)を押し下げる力が、圧縮コイルバネ(35)によりピストン(33)を押し上げようとする力よりも勝って図10に示すように上記連通路(32)が閉じ、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とが遮断状態となる。
吸入容積調整機構(30)(開閉機構(31))の動作の詳細については後述するが、ピストン(33)を閉鎖位置にして運転を行うと、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とが遮断状態になるため、設計値通りの吸入容積で冷媒を圧縮する通常運転となる。これに対して、ピストン(33)を開放位置にして運転を行うと、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とが連通状態になるため、設計値よりも少ない吸入容積で冷媒を圧縮する調整運転となる。この調整運転を行うとき、本前提技術では、電動機(45)の回転速度を通常運転時よりも速めるようにしている。
−運転動作−
次に、上述したスクロール圧縮機(1)の運転動作について説明する。
まず、上記電動機(45)を駆動すると、駆動軸(40)が回転し、可動スクロール(22)(22)が固定スクロール(21)に対して公転運動を行う。その際、固定スクロール(21)は、オルダム継手(24)によって自転が阻止される。
上記可動スクロール(22)の公転運動に伴って、圧縮室(25a,25b)の容積が周期的に増減を繰り返す。上記圧縮室(25a,25b)では、吸入ポート(29)に連通した部分の容積が増大するときに、冷媒回路の冷媒が吸入管(14)から吸入ポート(29)を通って圧縮室(25a,25b)に吸い込まれ、吸入側が閉じ切られた部分の容積が減少するときに冷媒が圧縮された後、吐出ポート(26)から吐出室(28)に吐出される。吐出室(28)の冷媒は、図示しないガス通路を通じてハウジング(23)の下方の高圧空間(16)に流入し、吐出管(15)から冷媒回路の凝縮器に供給される。
(通常運転時の圧縮機構の動作)
ここで、吸入容積調整機構(30)が作動していないとき(通常運転時)の圧縮機構(20)の冷媒吸入動作及び冷媒圧縮動作について、図11から図16を参照して説明する。この通常運転時は、開閉機構(31)のピストン(33)が閉鎖位置にあって連通路(32)を閉鎖しており、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とが遮断状態になっている。なお、図11から図16は、圧縮機構(20)の動作状態を6つの段階に分けて示す断面図であり、可動スクロール(22)が図の時計回り方向に所定の角度間隔で公転している様子を表している。
まず、図11に示した第1の動作状態では、可動側ラップ(22b)の巻き終わり端が固定側ラップ(21b)の歯と歯の間に位置しており、最外周の第1圧縮室(25a-0)と第2圧縮室(25b-0)の両方が低圧側に開放された状態で、両圧縮室(25a-0,25b-0)が吸入ポート(29)に連通している。なお、第1圧縮室(25a)に関し、図の中心線Y上のポイントP1で可動側ラップ(22b)の外周面と固定側ラップ(21b)の内周面とが実質的に接触しており(ここで言う「接触」はミクロンオーダーの隙間はあるが、油膜が形成されるために冷媒の漏れが問題にならない状態のことである)、その接触位置(シールポイント)P1よりも内周側(渦巻きの巻始め側)の部分(25a-1)は既に圧縮行程に入っている。
ここから可動スクロール(22)が図において時計回り方向に公転し、図12の第2の動作状態になると、可動側ラップ(22b)の巻き終わり端の内周面が固定側ラップ(21b)の外周面に接触し、その接触位置(シールポイント)P2が第2圧縮室(25b-1)の吸入閉じ切り位置となる。このとき、最外周の第1圧縮室(25a-0)では容積が拡大する吸入行程の途中であり、まだ巻き終わり側のシールポイントは形成されていない。
そこから可動スクロール(22)が公転して図13の第3の動作状態になると、第2圧縮室(25b-1)では容積が縮小して冷媒の圧縮行程が始まり、最外周の第1圧縮室(25a-0)では容積がさらに拡大して冷媒の吸入行程が進む。図14の第4の動作状態では、第2圧縮室(25b-1)での圧縮行程と最外周の第1圧縮室(25a-0)での吸入行程がさらに進んでいる。なお、第2圧縮室(25b)に関しては、既に圧縮途中の第2圧縮室(25b-1)に対して渦巻きの巻き終わり側に新たな第2圧縮室(25b-0)が形成され、そこで吸入行程が開始されている。
図15に示す第5の動作状態になると、最外周の第2圧縮室(25b-0)での吸入行程がさらに進む一方、可動側ラップ(22b)の巻き終わり端の外周面が固定側ラップ(21b)の内周面に接触し、その接触位置(シールポイント)P1が第1圧縮室(25a-1)の吸入閉じ切り位置となる。図16に示す第6の動作状態になると、図15の状態で形成された第1圧縮室(25a-1)での圧縮行程が進むとともに、最外周の第2圧縮室(25b-0)での吸入行程が進む。そして、図11に示す第1の動作状態に戻って、圧縮途中の第1圧縮室(25a-1)の外周側(渦巻きの巻き終わり側)に新たな第1圧縮室(25a-0)が形成される。
その後は、図11から図16の動作が繰り返され、圧縮途中の第1圧縮室(25a-1)及び第2圧縮室(25b-1)が容積を縮小しながら渦巻きの内周側へ移動して、それぞれ吐出直前の第1圧縮室(25a-2)及び第2圧縮室(25b-2)へ変化していく。そして、第1圧縮室(25a-2)及び第2圧縮室(25b-2)は、最も内周側へ移動して容積が最小になったときに吐出ポート(26)と連通し、冷媒が圧縮機構(20)から吐出される。
(調整運転時の圧縮機構の動作)
次に、吸入容積調整機構(30)が作動しているとき(調整運転時)の圧縮機構(20)の冷媒吸入動作及び冷媒圧縮動作について、同じく図11から図16を参照して説明する。この調整運転時は、吸入容積調整機構(30)である開閉機構(31)はピストン(33)が開放位置にあって連通路(32)である小径部(32b)を開放しており、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とが連通状態(連通可能な状態)になっている。
まず、図11に示した第1の動作状態において、最外周の第1圧縮室(25a-0)と第2圧縮室(25b-0)の両方が低圧側に開放された状態で、両圧縮室(25a-0,25b-0)が吸入ポート(29)に連通している点は通常運転時と同じである。一方、通常運転時には可動側ラップ(22b)の外周面と固定側ラップ(21b)の内周面が図の中心線Y上のポイントP1で接触し、このポイント(シールポイント)P1よりも内周側(渦巻きの巻始め側)の第1圧縮室(25a-1)が既に閉じ切られていたのに対して、この第1圧縮室(25a-1)は連通路(32)を介して、吸入行程の途中にある最外周の第2圧縮室(25b-0)に連通している。したがって、この第1圧縮室(25a-1)はまだ吸入閉じ切り位置の手前の状態であり、上記第2圧縮室(25b)と同様に吸入行程の途中の段階である。
図12の第2の動作状態になると、固定側ラップ(21b)の内周面と可動側ラップ(22b)の外周面との接触点P1が開閉機構(31)の連通路(32)を通過した直後の位置に変位している。したがって、このときの接触位置(シールポイント)P1が第1圧縮室(25a-1)の吸入閉じ切り位置となる。一方、この状態で通常運転時には閉じ切られていた最外周の第2圧縮室(25b-1)は、圧縮行程に入った第1圧縮室(25a-1)の渦巻き外周側に形成されている最外周の第1圧縮室(25a-0)に連通路(32)を通じて連通している。そして、この最外周の第1圧縮室(25a-0)が吸入行程の途中であるため、上記第2圧縮室(25b)は吸入閉じ切り前である。
この状態は図13に示す第3の運転状態と図14に示す第4の運転状態でも同じであり、第2圧縮室(25b-1)は吸入閉じ切り前の状態で、まだ巻き終わり側のシールポイントは形成されていない。このとき、最外周の第1圧縮室(25a-0)も吸入行程の途中である。なお、図14に示す第4の動作状態では、上記第2圧縮室(25b-1)の渦巻き外周側に、新たな第2圧縮室(25b-0)が形成され始めている。
図15に示す第5の動作状態になると、固定側ラップ(21b)の外周面と可動側ラップ(22b)の内周面との接触点P2が開閉機構(31)の連通路(32)を通過する。したがって、このときの接触点P2が第2圧縮室(25b-1)のシールポイントとなり、第2圧縮室(25b-1)での圧縮行程が開始される。この状態で、通常運転時には最外周の第1圧縮室(25a-1)が閉じ切られた状態になっていたが、調整運転時には最外周の第1圧縮室(25a-1)が最外周の第2圧縮室(25b-0)を通じて低圧側に連通しているため、まだ吸入行程の途中である。このことは図16の第6の動作状態でも同じであり、図11の第1の動作状態に戻っても同じである。
以上のように、開閉機構(31)の連通路(32)を開いておくことにより、第1圧縮室(25a)及び第2圧縮室(25b)の両方の吸入容積が通常運転時に比べて小さくなる。その結果、通常運転時よりも圧縮比が小さくなり、吸入圧力が通常運転時と同じとすると吐出圧力が下がることになる。
なお、この調整運転を行うとき、本前提技術では、電動機(45)の回転速度を通常運転時よりも速めるようにしているため、スクロール圧縮機(1)の能力を通常運転時と同等に保つことができる。
前提技術の効果−
以上のように、この前提技術では、圧縮途中で容量制御する場合と異なり、渦巻きの外周側一巻き範囲内で容量制御を行うことで吸入容積を変化させる吸入容積調整機構(30)を設けたことによって、スクロール圧縮機(1)の圧縮比を小さくすることができる。そのため、吐出圧力を通常運転時よりも低くする調整運転を行える。したがって、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機(1)の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときでも、圧縮室(25a,25b)の内圧が、その運転条件での冷媒回路の高圧圧力よりも上昇しすぎるのを抑えられる。したがって、過圧縮の発生を防止することが可能となる。
さらに、この前提技術では、低差圧で高速運転を行う場合でも、過圧縮を防止でき、電動機(45)の回転速度が過圧縮防止の制約になることはない。そして、低速運転でしか過圧縮を防止できない特許文献1の圧縮機(1)とは違い、高速運転でも過圧縮を防止できるし、その際には電動機(45)を高効率で運転できるので圧縮機(1)の効率低下を防止できる。
また、本前提技術では、吸入容積調整機構(30)を設けたことによって、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方の吸入容積を通常運転時よりも小さくするように調整が可能となる。そして、圧縮室(25a,25b)の吸入容積を吸入容積調整機構(30)によって調整したうえで、圧縮機(1)の能力が通常運転時の能力と同等になるように電動機(45)の回転速度を速めるようにすることで、電動機(45)の効率向上と渦巻き内部漏れの低減を同時に達成することができる。つまり、本前提技術では、運転容量を維持したまま、能力調整のためではなく効率向上のために吸入容積調整機構(30)を使用することができる。なお、吸入容積調整機構(30)により圧縮機構(20)の吸入容積を通常運転時よりも小さくするときに、必ず電動機(45)の回転速度を速くする制御を行う必要はなく、場合によっては電動機(45)の回転速度を変えないようにしてもよい。この場合、能力の可変範囲を低容量側に拡大することができる。
さらに、この前提技術では、吸入容積調整機構(30)を作動させると、圧縮室(25a,25b)の内圧による軸方向荷重が作用する面積を小さくすることができるうえ、可動側ラップ(22b)に対するガス荷重の作用点を駆動軸(40)の偏心部(42)の中心に近い位置に移動させることができるので、転覆モーメントが小さくなり、転覆が生じにくくなる。したがって、圧縮不良、運転能力の低下、及び圧縮機(1)の効率の低下などの不具合を防止できる。
また、この前提技術では、吸入容積調整機構(30)を渦巻きの外周側一巻き範囲内の1箇所のみに設けているため、吸入容積を2段階に調整することができる。そして、吸入容積調整機構(30)を1箇所のみに設けると、複数箇所に設けるのに対して構造を最も簡素化することが可能となる。
さらに、本前提技術では、吸入容積調整機構(30)として、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とを連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)を設けるだけで、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の吸入閉じ切り位置を調整し、吸入容積を変化させることができるから、その点でも構造が複雑になるのを防止できる。
特に、開閉機構(31)は、該開閉機構(31)の連通状態におけるガスの流れを許容する連通路である段付き穴(32)の小径部(32b)と、この小径部(32b)を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置とに移動可能な閉鎖部材であるピストン(33)と、ピストン(33)を開放位置と閉鎖位置とに位置変化させる開閉駆動機構(34)とを備えたものであり、連通路(32)を固定スクロール(21)の鏡板に形成した段付き穴(32)により構成しているので、構造が極めて簡単である。また、開閉駆動機構(34)は、ピストン(33)を開放位置に向かって付勢する付勢部材である圧縮コイルバネ(35)と、ピストン(33)に低圧圧力を印加する状態と高圧圧力を印加する状態とを切り換える切換部材である切換弁(36)とを備えた構成にするだけで、開閉機構(31)の確実な動作を保証できる。
《発明の実施形態
本発明の実施形態は、開閉機構(31)(吸入容積調整機構(30))の構造を上記前提技術とは異ならせた例である。具体的には、開閉機構(31)は、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)を、ケーシング(10)内に設けられている低圧空間(17)に対して連通状態と遮断状態とに切り換え可能に構成されている。開閉機構(31)は連通路(32)を除いては上記前提技術と同じ構成である。連通路(32)は、上記前提技術の小径部(32b)に相当する部分が、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)を互いに連通するとともに、可動スクロール(21)内を径方向外方へ外周まで貫通し、周囲の低圧空間(17)と連通する貫通孔(32c)になっている。なお、上記連通路(32)は、圧縮機構(20)の吸入側の配管に連通するようにしてもよいし、吸入空間が設けられている場合はその吸入空間に連通するようにしてもよい。
この実施形態においても、開閉機構(31)を閉じている通常運転時の状態では、上記前提技術と同様、渦巻きの巻き終わり側で離れていたラップ(21b,22b)同士が実質的に接触してシールポイントの形成された位置が吸入閉じ切り位置となり、そのときに第1圧縮室(25a)及び第2圧縮室(25b)での圧縮行程が開始される。
一方、開閉機構(31)を開いた状態にすると、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)のいずれにおいても、可動側ラップ(22b)と固定側ラップ(21b)の接触位置が開閉機構(31)のある位置を通過するまでは圧縮室(25a,25b)が閉じ切られない。この点も上記前提技術と同じである。つまり、上記接触位置が開閉機構(31)の位置を通過するまでは、第1圧縮室(25a)及び第2圧縮室(25b)はケーシング(10)内の低圧空間(17)に連通した状態であり、上記接触位置が開閉機構(31)の位置を通過した直後の位置が吸入閉じ切り位置となって、圧縮行程に入る圧縮室(25a,25b)が形成される。そのため、開閉機構(31)を設ける位置に応じて、吸入容積の大きさを調整することが可能となる。
このようにして吸入容積の大きさを調整することにより、上記前提技術と同様、冷媒回路の運転条件がスクロール圧縮機(1)の通常運転時の設計点から外れた低圧縮比の運転条件になっているときに、圧縮室(25a,25b)の内圧が冷媒回路の高圧圧力よりも高くなりすぎるのを抑えられるので、過圧縮が発生するのを防止できる。また、運転容量を維持したまま、能力調整のためではなく効率向上のために吸入容積調整機構(30)を使用することもできる。
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
例えば、本発明は、両歯タイプのスクロール圧縮機や、両方のスクロール部材が旋回するタイプのスクロール圧縮機にも適用可能である。
さらに、実施形態で説明した連通路(32)の形状は、円形の段付き穴に限らず、適宜設定した形状に変更してもよい。
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
以上説明したように、本発明は、互いに噛み合う2つのスクロール部材の少なくとも一方が偏心回転運動をするスクロール圧縮機の過圧縮防止構造について有用である。
本発明の前提技術に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図1のII−II線断面図であり、圧縮機構の横断面構造を示している。 開閉機構(吸入容積調整機構)の断面構造図である。 固定スクロールの底面図である。 固定スクロールのサブアセンブリを示す断面図である。 開閉機構を構成する圧縮コイルバネの断面図である。 開閉機構を構成するピストンの正面図である。 ピストンに装着されるシール部材の断面図である。 開閉機構を連通状態で示す断面図である。 開閉機構を遮断状態で示す断面図である。 圧縮機構の第1の動作状態を示す断面図である。 圧縮機構の第2の動作状態を示す断面図である。 圧縮機構の第3の動作状態を示す断面図である。 圧縮機構の第4の動作状態を示す断面図である。 圧縮機構の第5の動作状態を示す断面図である。 圧縮機構の第6の動作状態を示す断面図である。 実施形態に係る開閉機構の断面構造図である。
符号の説明
1 スクロール圧縮機
10 ケーシング
17 低圧空間
20 圧縮機構
21 固定スクロール(第1スクロール部材)
21a 固定側鏡板
21b 固定側ラップ
22 可動スクロール(第2スクロール部材)
22a 可動側鏡板
22b 可動側ラップ
25a 第1圧縮室
25b 第2圧縮室
30 吸入容積調整機構
31 開閉機構
32 穴(連通路)
33 ピストン(閉鎖部材)
34 開閉駆動機構
35 圧縮コイルバネ(付勢部材)
36 切換弁(切換部材)
37 溝(連通路)
45 電動機

Claims (13)

  1. 互いに噛み合う渦巻き状のラップ(21b,22b)を鏡板(21a,22a)上に備えた2つのスクロール部材(21,22)の少なくとも一方が偏心回転運動をする圧縮機構(20)をケーシング(10)内に備えたスクロール圧縮機であって、
    第1スクロール部材(21)のラップ(21b)の内周面と第2スクロール部材(22)のラップ(22b)の外周面との間に構成される第1圧縮室(25a)と、第1スクロール部材(21)のラップ(21b)の外周面と第2スクロール部材(22)のラップ(22b)の内周面との間に構成される第2圧縮室(25b)との少なくとも一方について、圧縮機構(20)の吸入行程における圧縮室(25a,25b)の吸入閉じ切り位置を調節することにより吸入容積を調整可能な吸入容積調整機構(30)を、渦巻きの外周側一巻き範囲内の少なくとも1箇所に備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 請求項1において、
    吸入容積調整機構(30)は、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の両方で吸入閉じ切り位置を調節可能な機構であることを特徴とするスクロール圧縮機。
  3. 請求項2において、
    吸入容積調整機構(30)は、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)とを連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)により構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  4. 請求項1または2において、
    吸入容積調整機構(30)は、第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の少なくとも一方を、ケーシング(10)内に設けられている低圧空間(17)に対して連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)により構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  5. 請求項1または2において、
    吸入容積調整機構(30)は、第1スクロール部材(21)のラップ(21b)と第2スクロール部材(22)のラップ(22b)とが実質的に接触した状態で形成される第1圧縮室(25a)と第2圧縮室(25b)の少なくとも一方について、その接触位置の内周側と外周側とを連通状態と遮断状態とに切り換え可能な開閉機構(31)により構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  6. 請求項3から5の何れか1つにおいて、
    開閉機構(31)は、該開閉機構(31)の連通状態におけるガスの流れを許容する連通路(32,37)と、該連通路(32,37)を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置とに移動可能な閉鎖部材(33)と、閉鎖部材(33)を開放位置と閉鎖位置とに位置変化させる開閉駆動機構(34)とを備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  7. 請求項6において、
    開閉駆動機構(34)は、閉鎖部材(33)を開放位置に向かって付勢する付勢部材(35)と、閉鎖部材(33)に付勢部材(35)の付勢力に抗して高圧圧力を印加する状態と該閉鎖部材(33)に低圧圧力を印加する状態とを切り換える切換部材(36)とを備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  8. 請求項6または7において、
    連通路(32,37)は、第1スクロール部材(21)または第2スクロール部材(22)の鏡板(21a,22a)に形成された穴(32)または溝(37)により構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  9. 請求項1または2において、
    第1スクロール部材(21)及び第2スクロール部材(22)は、渦巻きの巻き数が相違する非対称渦巻き構造に構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  10. 請求項9において、
    吸入容積調整機構(30)が、渦巻きの外周側一巻き範囲内の1箇所のみに設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  11. 請求項2において、
    第1スクロール部材(21)及び第2スクロール部材(22)は、渦巻きの巻き数が等しい対称渦巻き構造に構成され、
    吸入容積調整機構(30)は、渦巻きの中心に対して対称の位置に設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  12. 請求項1から11の何れか1つにおいて、
    圧縮機構(20)は、ケーシング(10)に保持される第1スクロール部材(21)である固定スクロール(21)と、該固定スクロール(21)に対して偏心回転運動をする第2スクロール部材(22)である可動スクロール(22)とを備え、
    ケーシング(10)内には、可動スクロール(22)の駆動源であって回転速度を可変に調整することが可能な電動機(45)が収納されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
  13. 請求項12において、
    電動機(45)は、吸入容積調整機構(30)により通常運転時よりも圧縮機構(20)の吸入容積を小さくする運転状態で、回転速度を通常運転時よりも速めるように構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
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