JP3103673B2 - スクロール式圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば空気調和機の
冷凍サイクルを構成する圧縮機として用いられ、能力可
変形のスクロール式圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、空気調和機の冷凍サイクルを
構成する圧縮機においては、通常のロータリ式圧縮機と
比較して、運動騒音が極めて低く、かつ吸込弁や吐出弁
など不要で部品点数が少なくてすみ、しかも圧縮性能の
よいスクロール式圧縮機が多用される傾向にある。

【０００３】この種のスクロール式圧縮機は、固定スク
ロール翼の渦巻状の翼部と、旋回スクロール翼の渦巻状
の翼部とを噛合させ、これら翼部と各スクロール翼の鏡
板部とで圧縮空間を形成し、旋回スクロール翼を旋回運
動させて、圧縮空間に被圧縮ガスを吸込み、圧縮して吐
出するようになっている。また、この種の圧縮機は負荷
の変動に関係なく、一定の圧縮比で運転されることが特
徴である。

【０００４】しかるに、空調負荷に対して圧縮機の圧縮
能力を可変することは、空調快適性や省エネ化のために
は有効な手段である。たとえば冷媒加熱サイクルのよう
に、暖房運転時に冷媒を循環させるだけとして、より圧
縮比を小に保持できる。

【０００５】したがって、空気調和機の冷凍サイクル運
転をなす際、その能力を可変するレリース機構を備える
必要がある。このレリース機構は、圧縮空間における圧
縮途中のガスの一部を圧縮機外部に一旦取出し、この吸
込部に導く。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スクロール
式圧縮機の圧縮空間は、常に正常な圧力状態になってい
るとは限らない。たとえば、液冷媒を吸い込んで圧縮す
る、液バック運転となることがあり、圧縮空間が異常昇
圧状態に陥る。この状態が長時間継続すると、各スクロ
ール翼の翼部に大きなストレスがかかって、ついには破
断する虞れがある。

【０００７】そこで近時、固定スクロール翼を軸方向に
移動可能に支持し、圧縮空間が異常昇圧状態になった
ら、旋回スクロール翼との間隙を拡大させてガスを逃が
すようにした、いわゆるコンプライアンス機能が採用さ
れるようになった。ただし、このコンプライアンス機能
と上記能力可変機能をなすレリース機構との併用を考慮
すると、新たな問題が生じる。すなわち、レリース機構
を構成するレリースパイプを、軸方向に移動可能とした
固定スクロール翼に接続しなければならない。当然、レ
リースパイプは、圧縮機構部を収容する密閉ケースを貫
通して外部に延出されることになり、密閉ケースの貫通
部位置は固定である。

【０００８】上記レリースパイプは、本来、剛体のもの
であるから、密閉ケースの貫通部位と固定スクロール翼
に対する接続位置との相対的な関係は変わらない。すな
わち、固定スクロール翼の移動を常に規制してしまう。

【０００９】そこで、レリースパイプに対して何らかの
加工を施し、あるいは極端に肉厚を薄くして、ある程度
の可撓性を得ることが考えられるが、今度は、パイプ自
体の剛性が低下して折損し易く、あるいはパイプ形状が
複雑化したり、長尺化するなどの不具合に繋がる。

【００１０】このような理由から、スクロール式圧縮機
を備えた冷凍サイクルでは、能力可変機能をなすレリー
ス機構に付加してコンプライアンス機能を備えることは
不可能とされ、事実、そのような圧縮機は開発されてい
ない。

【００１１】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、コンプライアンス機
能と能力可変機能との併用を、不具合がなくて完全に得
られ、それぞれの機能を確実に発揮して、信頼性の向上
を図ったスクロール式圧縮機を提供しようとするもので
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
本発明は、

【００１３】固定スクロール翼の渦巻状の翼部と、旋回
スクロール翼の渦巻状の翼部とを噛合させ、これら翼部
と各スクロール翼の鏡板部とで圧縮空間を形成し、旋回
スクロール翼を旋回運動させて、圧縮空間に被圧縮ガス
を吸込み、圧縮して吐出するスクロール式圧縮機におい
て、上記固定スクロール翼を軸方向に移動可能に支持す
る支持手段を備え、この固定スクロール翼の背面側に、
圧縮空間から吐出される高圧ガスを一旦充填させる高圧
吐出室および圧縮途中の中間圧ガスを導く中間圧室とか
らなり、通常運転状態では、固定スクロール翼に背圧を
かけて軸方向の移動を規制し、圧縮空間の異常昇圧時に
は、固定スクロール翼の軸方向への移動を許容して旋回
スクロール翼とのクリアランスを広げさせ、圧縮空間の
ガスを逃がす背圧案内手段を備え、この背圧案内手段の
上記中間圧室に接続され、レリース運転時に開放して中
間圧室の中間圧ガスを圧縮機吸込部に導くレリース機構
を具備したことを特徴とするスクロール式圧縮機であ
る。

【００１４】

【作用】このような構成によれば、背圧案内手段自体は
固定であり、ここにレリース機構を接続するので、固定
スクロール翼の軸方向への移動は自由である。すなわ
ち、能力可変機能と、コンプライアンス機能とが支障な
く併用される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１にもとづい
て説明する。

【００１６】たとえば空気調和機を構成する冷凍サイク
ル装置は、後述するスクロール式圧縮機Ａ、凝縮器Ｂ、
減圧装置Ｃおよび蒸発器Ｄを、冷媒管Ｐを介して連通す
るものである。

【００１７】上記スクロール式圧縮機Ａについて説明す
ると、図中１は密閉ケースであり、この密閉ケース１内
上部に支持フレーム２が設けられ、回転軸３を回転自在
に枢支している。上記回転軸３には、後述する圧縮機構
部４が連結され、下部にはステータ５とロータ６とから
なる電動機部７が設けられる。

【００１８】上記圧縮機構部４は、上記支持フレーム２
にオルダムリング１０を介して旋回自在に支持される旋
回スクロール翼１１と、この旋回スクロール翼１１と噛
合する固定スクロール翼１２と、この固定スクロール翼
１２を軸方向に移動可能に支持する支持手段１３、およ
び固定スクロール翼１２の背面側にガス圧を作用させる
背圧案内手段１４とから構成される。上記オルダムリン
グ１０は、旋回スクロール翼１１の自転を規制し、旋回
運動のみ行わせる。

【００１９】上記旋回スクロール翼１１は、上記回転軸
３の上端偏心部３ａに掛合するボス部１１ｃを備えた鏡
板部１１ａと、この鏡板部１１ａの上面側に一体に突設
される渦巻状の翼部１１ｂとからなる。

【００２０】上記固定スクロール翼１２は、鏡板部１２
ａと、この鏡板部１２ａの下面側に一体に突設され旋回
スクロール翼１１の翼部１１ｂと噛合する渦巻状の翼部
１２ｂとからなる。

【００２１】これら旋回，固定スクロール翼１１，１２
の鏡板部１１ａ，１２ａと翼部１１ｂ，１２ｂとで、一
対の圧縮空間ａが形成され、周端部側から被圧縮ガスで
ある冷媒ガスを取り込んで、中心部側に移動するととも
にその容積を縮小させ、圧縮作用を行えるようになって
いる。

【００２２】一方、上記固定スクロール翼１２の周端部
にはガイドリング２７が掛合され、さらにガイドリング
２７にはガイドピン３０が挿入される。上記ガイドピン
３０は、支持フレーム２に螺着され、ガイドリング２７
を軸方向に変位自在に保持している。このように、支持
手段１３が構成され、固定スクロール翼１２を軸方向に
移動可能となっている。

【００２３】一方、上記固定スクロ−ル鏡板部１２ａの
上面部は凹陥状に形成され、この中央部には、上記圧縮
空間ａの渦巻き中心部と連通するよう貫通する吐出ポー
ト１５が設けられる。

【００２４】さらに、固定スクロール鏡板部１２ａ上面
側には、吐出ポート１５を中心として、異なる半径の、
２つの突条１６ａ，１６ｂが一体に設けられ、かつこれ
ら互いの突条１６ａ，１６ｂ間の鏡板部１２ａ部位に
は、ここでは一対の中間圧導入孔１７，１７が貫通して
設けられる。

【００２５】このような固定スクロール翼１２の上面側
には、密閉ケース１内部を上端部空間と下部空間とに仕
切る背圧板１８が、突条１６ａ，１６ｂ上端と狭小の間
隙を存して密閉ケース１に取付固定される。

【００２６】この背圧板１８は、中央部に逆止弁１９を
備えた弁座部２０が設けられ、上記吐出ポート１５と連
通する。換言すれば、上記吐出ポート１５は逆止弁１９
を備えた弁座部２０を介して、背圧板１８の上部側空間
と連通する。

【００２７】上記弁座部２０の周囲で、かつ背圧板１８
の下面側には、上記固定スクロール翼１２に設けられる
突条１６ａ，１６ｂの半径よりも僅かに大きな半径をも
って、突条２１ａおよび段部２１ｂが設けられる。

【００２８】隣接する突条１６ａと２１ａ，１６ｂと２
１ｂ間に、それぞれシールリング２２ａ，２２ｂが介在
される。このことから、固定スクロール翼１２が背圧板
１８との狭小の間隙の範囲内で軸方向に移動しても、隣
接する突条１６ａと２１ａ，１６ｂと２１ｂ相互間にお
けるシールは完全なものとなっている。

【００２９】固定スクロール翼１２の吐出ポート１５周
囲に設けられる凹陥部と背圧板弁座部２０とで、圧縮空
間ａから吐出される高圧ガスが導かれる高圧吐出室２２
が形成され、かつ半径が異り、かつ互いに隣接する突条
１６ａと２１ａ，１６ｂと２１ｂ相互間に形成される空
間部は、上記中間圧導入孔１７と連通する中間圧室２３
となり、これらで上記背圧案内手段１４が構成される。

【００３０】上記背圧板１８の上面側一部には、レリー
ス用突部１８ａが一体に設けられていて、ここに上記中
間圧室２３に連通し、かつレリース用突部１８ａ側面に
開口するレリース通路４０が設けられる。

【００３１】このレリース通路４０の側面開口端は、ス
プリング４１で弾性的に押圧付勢されるレリース弁４２
によって開閉自在となっている。上記スプリング４１の
他端部は受け具４３によって支持されていて、ここには
また、レリース管４４が接続される。

【００３２】上記レリース管４４は、密閉ケース１外部
に延出され、圧縮機Ａの吸込部である冷媒管Ｐに接続さ
れる。また、上記レリース管４４の中途部には、電磁開
閉弁４５が設けられていて、これらによってレリース機
構４６が構成される。

【００３３】しかして、このようにして構成されるスク
ロール式圧縮機において、電動機部７に通電して圧縮機
構部４を駆動すると、蒸発器Ｄで蒸発した低圧の冷媒ガ
スが、冷媒管Ｐを介して密閉ケース１内に導入され、背
圧板１８より下部空間に充満する。

【００３４】この冷媒ガスは、旋回スクロール翼１１と
固定スクロール翼１２とで形成される圧縮空間ａの外周
側に吸込まれる。そして、旋回スクロール翼１１の旋回
運動にともなって徐々に中心部に移送され、かつ空間容
量が減少することにより圧縮される。

【００３５】所定圧まで上昇したところで、高圧の冷媒
ガスは吐出ポート１５から高圧吐出室２２と弁座部２０
を介して密閉ケース１の背圧板１８より上部空間に充満
する。さらに、冷媒管Ｐを介して外部の凝縮器Ｂに導か
れる。

【００３６】この凝縮器Ｂで高圧の冷媒ガスは凝縮し、
液冷媒に変って減圧装置Ｃに導かれ、断熱膨脹する。さ
らに、蒸発器Ｄに導かれて蒸発し、ここに導かれる被空
調室空気と熱交換をなし、被空調室の冷房作用をなす。
上記蒸発器Ｄで蒸発して低圧となった冷媒ガスは、再び
圧縮機Ａに吸込まれ上述の作用を繰り返す。

【００３７】なお、圧縮空間ａでの圧縮作用にともなっ
て、吐出ポート１５から吐出される高圧のガスは一旦高
圧吐出室２２に充満して、固定スクロール翼１２の中央
部に高圧の背圧をかける。

【００３８】また、圧縮空間ａから中間圧のガスの一部
が中間圧導入孔１７を介して中間圧室２３へ導かれ、こ
こに充満して固定スクロール翼１２の周端部に中間圧の
背圧をかける。

【００３９】このようにして、通常の運転状態では、背
圧案内手段１４が固定スクロール翼１２に効果的な背圧
をかける。固定スクロール翼１２は、支持手段１３によ
って軸方向へ移動可能に支持されているが、上記背圧案
内手段１４の作用によって軸方向への移動を規制され、
旋回スクロール翼１１との圧縮空間ａを形成するクリア
ランスを最適な状態に保持する。

【００４０】運転条件によっては、圧縮空間ａに液冷媒
を吸い込むことがあり、このときに異常高圧に昇圧す
る。背圧案内手段１４の背圧よりも圧縮空間ａの圧力が
上回り、固定スクロール翼１２は軸方向に移動する。

【００４１】旋回スクロール翼１１とで形成される圧縮
空間ａのクリアランスが拡大することとなり、圧縮空間
ａの異常高圧ガスを密閉ケース１内へ逃がす。各スクロ
ール翼部１１ｂ，１２ｂのストレスが解消され、いわゆ
るコンプライアンス機能を発揮する。

【００４２】また、運転中に空調負荷に対して能力を可
変する際には、電磁開閉弁４５を開放してレリース機構
４６を作用させる。すなわち、サイクル側からの信号に
よって上記開閉弁４５が開放されると、レリース弁４２
は圧縮機Ａの吸込部と直接的に連通して、負圧化する。

【００４３】上記レリース弁４２は、レリース通路４０
を開放して中間圧室２３と連通する。ここに充満してい
た中間圧の冷媒ガスは、直ちにレリース通路４０からレ
リース管４４に導かれることとなり、圧縮空間ａにおけ
る高圧レリースがなされる。

【００４４】このような高圧レリース時に、コンプライ
アンス機能が確実に作用するためには、圧縮空間ａで発
生するスラスト力よりも大になるように、高圧吐出室２
２の面積を設定しておく必要がある。

【００４５】そして、圧縮空間ａが異常昇圧して固定ス
クロール翼１２を軸方向に移動せしめても、レリース管
４４は密閉ケース１に固定される背圧板１８に接続され
るので、何らの影響も受けない。すなわち、能力可変機
能およびコンプライアンス機能ともに、常に万全に作用
することとなる。

【００４６】なお、上記実施例においては、レリース弁
４２を背圧板１８に一体に突設したレリース用突部１８
ａ内に備えたが、これに限定されるものではなく、図２
に示すようにしてもよい。

【００４７】すなわち、レリース弁４２Ａを固定スクロ
ール鏡板部１２ａ内に設けたレリース機構４６Ａであっ
てもよい。この場合、中間圧導入孔１７を１つとして、
これに対して圧縮工程の低圧側に、圧縮空間ａと中間圧
室２３とを連通するレリースポート１７ａを設け、ここ
に新たなレリース弁４２Ａを開閉自在に収容する。

【００４８】レリース用突部１８ａ内に設けられるレリ
ース通路４０にレリース管４４が接続され、レリース機
構４６Ａが構成されるほか、他の構成は先に図１で説明
した実施例と全く同一でよく、ここでは同番号を付して
新たな説明を省略する。

【００４９】サイクル側からの信号で電磁開閉弁４５が
開放されると、中間圧室２３の圧力が吸込ガス圧となっ
て、レリース弁４２Ａはレリースポート１７ａを開放
し、圧縮空間ａの高圧レリースがなされること、および
コンプライアンス機能が作用して、固定スクロール翼１
２が軸方向に移動しても、レリース機構４６Ａに対する
悪影響は何ら生じないことなど、全て上記実施例と同様
である。

【００５０】また、中間圧導入孔１７をレリースポート
１７ａに対して圧縮工程の高圧側に設けることによっ
て、コンプライアンス効果を損なうことがなく、レリー
ス効率を大幅に向上させ得る。

【００５１】なお、上述したいずれの実施例において
も、電磁開閉弁４５を起動時に開放することによって、
圧縮仕事を減じることができ、起動トルクが小さくなっ
て、いわゆる省エネ運転に寄与する。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定スクロール翼を軸方向に移動可能に支持する支持手段
および固定スクロール翼の背面側に、高圧および中間圧
をかける背圧案内手段とからなるコンプライアンス機能
と、上記背圧案内手段を構成する中間圧室にレリース機
構を接続して能力可変機能をなすようにしたから、コン
プライアンス機能と能力可変機能とを不具合がなく完全
に併用でき、それぞれの機能を確実に発揮して、信頼性
の向上を図れる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、スクロール式圧縮機
要部の縦断面図および冷凍サイクルの構成図。

【図２】他の実施例の、スクロール式圧縮機要部の縦断
面図および冷凍サイクルの構成図。

【符号の説明】

１２…固定スクロール翼、１２ａ…（固定スクロール翼
の）鏡板部、１２ｂ…（固定スクロール翼の）翼部、１
１…旋回スクロール翼、１１ａ…（旋回スクロール翼
の）鏡板部、１１ｂ…（旋回スクロール翼の）翼部、ａ
…圧縮空間、１３…支持手段、２２…高圧吐出室、２３
…中間圧室、１４…背圧案内手段、４６…レリース機
構。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定スクロール翼の渦巻状の翼部と、旋回
   スクロール翼の渦巻状の翼部とを噛合させ、これら翼部
   と各スクロール翼の鏡板部とで圧縮空間を形成し、旋回
   スクロール翼を旋回運動させて、圧縮空間に被圧縮ガス
   を吸込み、圧縮して吐出するスクロール式圧縮機におい
   て、上記固定スクロール翼を軸方向に移動可能に支持す
   る支持手段と、この固定スクロール翼の背面側に、圧縮
   空間から吐出される高圧ガスを一旦充填させる高圧吐出
   室および圧縮途中の中間圧ガスを導く中間圧室とからな
   り、通常運転状態では、固定スクロール翼に背圧をかけ
   て軸方向の移動を規制し、圧縮空間の異常昇圧時には、
   固定スクロール翼の軸方向への移動を許容して旋回スク
   ロール翼とのクリアランスを広げさせ、圧縮空間のガス
   を逃がす背圧案内手段と、この背圧案内手段に接続さ
   れ、上記中間圧室と連通し、レリース運転時に開放して
   中間圧室の中間圧ガスを圧縮機吸込部に導くレリース機
   構とを具備したことを特徴とするスクロール式圧縮機。