JP4782915B2 - 容量調整機構を備えたスクロール式機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスクロール式機械、特に容量調整機構を備えたスクロール式圧縮機に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
スクロール式機械は冷凍システムにおける圧縮機、並びに空調用及びヒートポンプ用の圧縮機としてますます多く使用されるようになって来ている。その主な理由は、スクロール式機械が極めて高い効率で稼働する能力を有する点にある。これらの機械は一般に互いに噛合わされた１対の螺旋翼を有し、そのうちの一方の螺旋翼は他方の螺旋翼に対し相対的に、外側の吸入ポートから中心の吐出ポートにかけて移動する間に次第に容積を減少して行く１個又は複数個の流体圧縮ポケットを形成するように旋回せしめられる。普通、適当な駆動軸を介しスクロール部材を駆動する電動モータが設けられている。これらのスクロール式機械は通常の稼働中、固定した圧縮比を持つように設計されている。
【０００３】
空調及び冷凍システムでは、広範囲の負荷に対する要求がある。固定した圧縮比の圧縮機を用いて広範囲の負荷に対する要求を満たすことは、システムの設計者に対して様々な問題を提示する。固定した圧縮比の圧縮機を広範囲の負荷に対する要求に対し適応させる１つの方法は、圧縮機中に容量調整機構を導入することである。空調用及び冷凍用の圧縮機中に、システムが遭遇し得る広範囲の負荷に対しよりよく適応するために容量調整機構を導入することは、望ましい方法であることが判明している。容量調整機構を設けるために数多くの試みが利用されて来ている。これらの従来機構としては吸入口の制御から、圧縮された吐出ガスの圧縮機吸入領域へのバイパスによる直接の戻しに至るまでの、広い範囲のものが利用されている。スクロール式圧縮機の容量調整はよく、吸入遅延法によって行われている。この方法では開放されると、噛合ったスクロール翼間に形成された流体圧縮ポケットを吸入ガス供給側に対し連通させるポートを、種々の位置に配して設け、これにより吸入ガスの圧縮開始点を遅らせる。この容量調整法は、実際に圧縮機の圧縮比を減少させることとする。このような機構は圧縮機の容量を減少するには有効であるが、圧縮機の予定した量のみの負荷解除を行い得るだけで、負荷解除量はスクロール螺旋翼に沿った負荷解除ポートの配置に依存する。多数のポートを様々な位置に設けて多段階の負荷解除を得ることも可能であるが、その方法によるとポート数が増えるほどますます高価につき、またそれぞれの組のポートの開閉を制御する別々の複数制御機構を設けるための追加のスペースが必要となる。
【０００４】
そこでこの発明はかかる不具合を解消し、単一の制御機構のみを利用して１００パーセントないし全容量から実質的に零の容量までの連続した範囲の負荷調整を、可能としようとするものである。またこの発明は、所望されるどのような程度の圧縮機負荷解除状態に対しても圧縮機及び／又は冷凍システムの運転効率を最大限のものとすることも、狙いとする。
【０００５】
【発明の要約】
この発明は圧縮機の負荷解除を、圧縮機の運転サイクル中に両スクロール部材の軸線方向での分離を周期的に得ることによって達成する。特にこの発明は一方のスクロール部材を他方のスクロール部材に対し相対的に移動させることを、パルス幅調整法により作動されるソレノイド弁によって行わせる。ソレノイド弁のパルス幅調整作動によって互いに噛合った螺旋翼の翼先を横切る向きの、両螺旋翼間の高圧側流体圧縮ポケットから低圧側流体圧縮ポケットへの、そして最終的には吸入側への漏れ径路が形成される。パルス幅調整周波数、したがってスクロール螺旋翼の翼先間の密封と密封解除との間の相対的な時間関係を制御することによって、無限の圧縮機負荷解除を単一の制御系で達成できる。また冷凍システム中の種々の状態を感知することによって各サイクルについての圧縮機の負荷と負荷解除の時間を所与の容量について、全システムの効率が最大限とされるように選択することが可能となる。
【０００６】
この発明は後述する実施例に示すように広範囲の様々な態様で実施できるが、その何れにおいても一方のスクロール部材を他方のスクロール部材に対し相対的に、全範囲での圧縮機の負荷解除を得るように軸線方向で往復動させることができる。単一の制御系を用いて全範囲での容量調整を可能としたこと、及び負荷及び負荷解除運転の時間の選択を可能としたことにより、極めて効率的なシステムを比較的低いコストで提供できる。
【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独特の容量制御機構を備えたスクロール式圧縮機を、符号１０で全体を指して示してある。スクロール式圧縮機１０は本願出願人の所有に係る米国特許Ｎｏ．５，１０２，３１６に記載されたタイプのものであり、ここに同特許を参照してその記載を加入する。スクロール式圧縮機１０は外殻１２を備え、この外殻１２内には固定子１４と回転子１６とを有する駆動モータ、回転子１６を取付けてあるクランク軸１８、クランク軸１８を回転可能に支持する上部軸受箱２０と下部軸受箱（図示せず）、及び圧縮装置２４を配設してある。
【０００９】
圧縮装置２４は上部軸受箱２０上で支持されている旋回スクロール部材２６を含み、この旋回スクロール部材２６はクランクピン２８及び駆動ブッシュ３０を介して、クランク軸１８に対し駆動を受けるように接続されている。旋回スクロール部材２６に対し噛合わせた非旋回スクロール部材３２を設けてあり、この非旋回スクロール部材３２は上部軸受箱２０に対し複数本のボルト３４及びそれと組合わせたスリーブ部材３６を用いて、軸線方向に沿い動き得るように取付けてある。両スクロール部材２６，３２間でこれらのスクロール部材間の相対回転を阻止するように働くオルダム接手３８を、設けてある。外殻１２の上端付近には仕切り板４０を配置してあり、この仕切り板４０は外殻１２の内部を上端側の吐出室４２と下方側の吸入室４４とに分割する。
【００１０】
運転時に旋回スクロール部材２６が非旋回スクロール部材３２に対し相対的に旋回するにつれ吸入ガスが、吸入管接手４６を通して吸入室４４中に引込まれる。この吸入ガスは吸入室４４から、非旋回スクロール部材３２中に設けた入口４８を通して圧縮装置２４中に引込まれる。両スクロール部材２６，３２上に設けられ互いに噛合わされている螺旋翼は可動の流体圧縮ポケットを区画形成し、これらの流体圧縮ポケットは旋回スクロール部材２６の旋回動の結果として、次第に容積を減少しつつ放射方向の内側に移動して入口４８から入った吸入ガスを圧縮する。圧縮ガスは非旋回スクロール部材３２中に設けられたハブ５０、及び仕切り板４０中に形成された通路５２を通して吐出室４２中に放出される。適当な圧力応動吐出弁５４を、ハブ５０内に設けるのが好ましい。
【００１１】
非旋回スクロール部材３２にはまたその上面に、環状の凹溝５６を形成してある。この凹溝５６内には浮動シール５８を配置してあり、この浮動シール５８は中間圧力のガスによって仕切り板４０の反対向きに付勢され、吐出室４４を吸入室４２から密封している。凹溝５６に対し流体圧縮ポケットから中間圧力のガスを供給するため非旋回スクロール部材３２には、それを貫通する通路６０を形成してある。
【００１２】
圧縮機１０には容量制御機構６６を付設してある。この容量制御機構６６は吐出管接手６８、ピストン７０、外殻結合金具７２、三方向ソレノイド弁７４、制御モジュール７６、及び１つ又は複数の適当なセンサーを有するセンサー装置７８を含む。吐出管接手６８はハブ５０に対し、ねじ嵌め或いはその他の方法で固定してある。この吐出管接手６８は、内部の空所８０と複数の吐出通路８２とを形成している。吐出弁５４は空所８０内に配置されている。したがって圧縮ガスは吐出弁５４の付勢荷重にうち克って該吐出弁５４を開放させ、圧縮ガスが空所８０内へと、そして通路８２を通して吐出室４２内へと流れる。
【００１３】
図１，３について述べると吐出管接手６８はピストン７０に対し先ず、吐出管接手６８上の複数個のタブ８４をピストン７０中に形成された対応個数のスロット８６に整列させることによって組付けられる。次に吐出管接手６８を図３に示す位置へと回転させ、タブ８４をスロット８６と非整列状態とする。位置決めピン８８によってタブ８４とスロット８６の非整列状態が維持され、コイルスプリング９０がこれらの要素を一緒に付勢する。
【００１４】
外殻結合金具７２は外殻１２に対し密封的に取付けられ、ピストン７０を摺動可能に支承している。ピストン７０と外殻結合金具７２とによって、圧力室９２が形成されている。圧力室９２はソレノイド弁７４に対し、管９４によって流体的に接続されている。ソレノイド弁７４はまた吐出室４２に対し管９６によって流体的に連通し、さらに管９８によって吸入管接手４６、したがって吸入室４４に対し流体的に連通している。ピストン７０と外殻結合金具７２間にはシール１００を設けてある。ピストン７０、シール１００及び外殻結合金具７２の組合わせによって自動芯出しシール機構が提供され、ピストン７０と外殻結合金具７２間の精密な整列が得られる。
【００１５】
図１に示すように通常の全負荷運転のため非旋回スクロール部材３２を旋回スクロール部材２６と密封係合するように付勢するためには、制御モジュール７６によりソレノイド弁７４を非作動状態（又は作動状態）として図１に示す位置へともたらす。このソレノイド弁７４の位置において吐出室４２は圧力室９２と管９６、ソレノイド弁７４及び管９４を介して直接に連通している。室４２，９２内の吐出圧力の圧縮流体はピストン７０の両面に作用して、図１に示すように非旋回スクロール部材３２を旋回スクロール部材２６向きに付勢する通常の付勢を可能として、各スクロール部材の軸線方向の端が相手側のスクロール部材の端板に対し密封的に係合する。両スクロール部材２６，３２の軸線方向シールによって圧縮装置２４は、１００％の容量で稼働する。
【００１６】
圧縮装置２４の負荷解除を行うためには制御モジュール７６によりソレノイド弁７４を作動状態（又は非作動状態）として、ソレノイド弁７４を図２に示す位置へともたらす。このソレノイド弁７４の位置において吸入室４４は圧力室９２と吸入管接手４６、管９８、ソレノイド弁７４及び管９４を介して直接に連通する。したがって吐出圧力の流体が圧力室９２から吸入側へと放出され、ピストン７０の両面に作用する圧力差によって非旋回スクロール部材３２が図２に示すように上方向きに動かされて、各スクロール部材の翼先端が相手側のスクロール部材の端板から分離され、高圧側の流体圧縮ポケットから低圧側の流体圧縮ポケット、そして最終的には吸入室４４へとガスを抜くこととする間隙１０２が形成される。非旋回スクロール部材３２の負荷調整中、図９に示すような波形ばね座金１０４によって浮動シール５８と仕切り板４０間の密封関係が維持される。間隙１０２が形成されることによって、吸入ガスの引き続いての圧縮が実質的になくされる。この負荷解除が行われるとき吐出弁５４は閉鎖位置へと動き、吐出室４２ないし冷凍システムの下流側からの圧縮流体の逆流を阻止する。吸入ガスの圧縮を再開すべきときはソレノイド弁７４を非作動状態（又は作動状態）として図１の位置へともたらし、圧力室９２と吐出室４２間を再び連通させる。これにより吐出圧力の流体が再びピストン７０に作用して、両スクロール部材２６，３２を軸線方向で係合させる。軸線方向での密封的な係合によって圧縮装置２４の圧縮作用が再開される。
【００１７】
制御モジュール７６はセンサー装置７８に対し、スクロール式圧縮機１０を含む冷凍システムのその都度の特定の状態に対し要求される負荷解除の程度を決定するのに必要な情報を制御モジュール７６に対し提供するために、接続されている。この情報に基づいて制御モジュール７６はソレノイド弁７４を、圧力室９２が交互に吐出室４２と吸入室４４とに連通されることとなるようにパルス幅調整を受けて作動させる。ソレノイド弁７４がパルス幅調整モードで作動される周波数は、圧縮装置２４の稼働容量百分率を決定することとなる。感知される状態が変わるにつれて制御モジュール７６は、ソレノイド弁７４の作動周波数、したがって圧縮装置２４が負荷状態と負荷解除状態とで運転される相対的な時間ないし時期を変更する。ソレノイド弁７４の作動周波数の変更によって圧縮装置２４がシステムの要求に応じ、完全負荷状態ないし１００％の容量と完全負荷解除状態ないし０％の容量との間で、或いはその間の限定されない設定状態の何れかで、運転される。
【００１８】
図４にはこの発明の他の実施例に係る独特の容量制御機構を、符号１６６で全体を指して示してある。この容量制御機構１６６も、圧縮機１０に付設してあるものに図示されている。容量制御機構１６６は前記容量制御機構６６と類似しているが、前記三方向ソレノイド弁７４に代えて二方向ソレノイド弁１７４を用いている。容量制御機構１６６は吐出管接手６８、ピストン１７０、外殻結合金具７２、ソレノイド弁１７４、制御モジュール７６及びセンサー装置７８を含む。
【００１９】
ピストン１７０は前記ピストン７０と類似しているが、圧力室９２と吐出室４２間の通路１０６及びオリフィス１０８を有する。通路１０６とオリフィス１０８とを設けることによって三方向ソレノイド弁７４に代えて二方向ソレノイド弁１７４を使用でき、また管９６を無くすことができる。管９６を無くすことによって、外殻１２を通しての管接手と穴も無くすことができる。ピストン１７０と外殻結合金具７２との間にはシール１００を配設して、ピストン１７０と金具７２のための自動芯出しシール機構を提供してある。
【００２０】
ソレノイド弁１７４は、ソレノイド弁７４と類似の態様で動作する。圧力室９２はソレノイド弁１７４に対し、管９４によって流体的に接続されている。ソレノイド弁１７４はまた管９８によって吸入管接手４６と、したがって吸入室４４と流体的に接続されている。
【００２１】
通常の完全負荷運転のため非旋回スクロール部材３２を旋回スクロール部材２６に対し密封的に係合させるためには、制御モジュール７６によってソレノイド弁１７４を非作動状態（又は作動状態）として管９４と管９８間の流体流れを阻止する。このソレノイド弁１７４位置で圧力室９２は、通路１０６及びオリフィス１０８を介して吐出室４２と連通している。室４２，９２内の吐出圧力の圧縮流体がピストン１７０の両面に対して作用し、非旋回スクロール部材３２を旋回スクロール部材２６向きに付勢する通常の付勢を可能として、各スクロール部材の軸線方向の端が相手側のスクロール部材の端板に対し密封的に係合する。両スクロール部材２６，３２の軸線方向シールによって圧縮装置２４は、１００％の容量で稼働する。
【００２２】
圧縮装置２４の負荷解除を行うためには制御モジュール７６によりソレノイド弁１７４を作動状態（又は非作動状態）として、該ソレノイド弁７４を図４に示す位置へともたらす。このソレノイド弁１７４の位置において吸入室４４は圧力室９２と吸入管接手４６、管９８、ソレノイド弁１７４及び管９４を介して直接に連通する。吐出圧力の流体が圧力室９２から吸入側へと放出され、ピストン１７０の両面に作用する圧力差によって非旋回スクロール部材３２が上方向きに動かされて、各スクロール部材の翼先端が相手側のスクロール部材の端板から分離され、高圧側の流体圧縮ポケットから低圧側の流体圧縮ポケット、そして最終的には吸入室４４へとガスが抜かれる。オリフィス１０８は、吐出室４２と圧力室９２間の吐出ガスの流れを制御するために設けられている。したがって圧力室９２が圧縮機の吸入側に接続されたとき、ピストン１７０の両面に対する圧力差が生ぜしめられる。この実施例でも波形ばね座金１０４を、非旋回スクロール部材３２の負荷調整中に浮動シール５８と仕切り板４０間の密封関係を維持するために設けている。前記したのと同様の間隙１０２が形成されると、吸入ガスの引き続いての圧縮が無くされる。この負荷解除が行われるとき吐出弁５４は閉鎖位置へと動き、吐出室４２ないし冷凍システムの下流側からの圧縮流体の逆流を阻止する。吸入ガスの圧縮を再開すべきときはソレノイド弁１７４を非作動状態（又は作動状態）として、通路１０６及びオリフィス１０８を介し圧力室９２を、吐出室４２によって加圧させることとする。図１−３に示した実施例と同様にセンサー装置７８は制御モジュール７６に対し、要求される負荷解除の程度を決定するのに必要な情報、したがってソレノイド弁１７４がパルス幅調整モードで作動される周波数を決定するのに必要な情報を、提供するために接続されている。
【００２３】
図５には、この発明の別の実施例に係る独特の容量制御機構を付設してあるスクロール式圧縮機２１０を示してある。
【００２４】
スクロール式圧縮機２１０は外殻２１２を備え、この外殻２１２内には固定子２１４と回転子２１６とを有する駆動モータ、回転子２１６を取付けてあるクランク軸２１８、クランク軸２１８を回転可能に支持する上部軸受箱２２０と下部軸受箱２２２、及び圧縮装置２２４を配設してある。
【００２５】
圧縮装置２２４は上部軸受箱２２０上で支持されている旋回スクロール部材２２６を含み、この旋回スクロール部材２２６はクランクピン２２８及び駆動ブッシュ２３０を介して、クランク軸２１８に対し駆動を受けるように接続されている。旋回スクロール部材２２６に対し噛合わせた非旋回スクロール部材２３２を設けてあり、この非旋回スクロール部材２３２は上部軸受箱２２０に対し複数本のボルト（図示せず）及びそれと組合わせたスリーブ部材（図示せず）を用いて、軸線方向に沿い動き得るように取付けてある。両スクロール部材２２６，２３２間でこれらのスクロール部材間の相対回転を阻止するように働くオルダム接手２３８を、設けてある。外殻２１２の上端付近には仕切り板２４０を配置してあり、この仕切り板２４０は外殻２１２の内部を上端側の吐出室２４２と下方側の吸入室２４４とに分割する。
【００２６】
運転時に旋回スクロール部材２２６が非旋回スクロール部材２３２に対し相対的に旋回するにつれ吸入ガスが、吸入管接手２４６を通して吸入室２４４中に引込まれる。この吸入ガスは吸入室２４４から、非旋回スクロール部材２３２中に設けた入口２４８を通して圧縮装置２２４中に引込まれる。両スクロール部材２２６，２３２上に設けられ互いに噛合わされている螺旋翼は可動の流体圧縮ポケットを区画形成し、この流体圧縮ポケットは旋回スクロール部材２２６の旋回動の結果として、次第に容積を減少しつつ放射方向の内側に移動して入口２４８から入った吸入ガスを圧縮する。圧縮ガスは非旋回スクロール部材２３２中に設けられた吐出ポート２５０、及び仕切り板２４０中に形成された通路２５２を通して吐出室２４２中に放出される。適当な圧力応動吐出弁２５４を、吐出ポート２５０内に設けるのが好ましい。
【００２７】
非旋回スクロール部材２３２にはまたその上面に、環状の凹溝２５６を形成してある。この凹溝２５６内には浮動シール２５８を配置してあり、この浮動シール２５８は中間圧力のガスによって仕切り板２４０の反対向きに付勢され、吸入室２４４と吐出室２４２間を密封している。凹溝２５６に対し中間圧力のガスを供給するため非旋回スクロール部材２３２には、それを貫通する通路２６０を形成してある。
【００２８】
圧縮機２１０には容量制御機構２６６を付設してある。この容量制御機構２６６は吐出管接手２６８、ピストン２７０、外殻結合金具２７２、ソレノイド弁１７４、制御モジュール７６、及び１つ又は複数の適当なセンサーを有するセンサー装置７８を含む。吐出管接手２６８は吐出ポート２５０内で、ねじ嵌め或いはその他の方法で固定してある。この吐出管接手２６８は、内部の空所２８０と複数の吐出通路２８２とを形成している。吐出弁２５４は、吐出管接手２６８の下方及び空所２８０の下方に配置されている。したがって圧縮ガスは吐出弁２５４の付勢荷重にうち克って該吐出弁２５４を開放させ、圧縮ガスが空所２８０内へと、そして通路２８２を通して吐出室２４２内へと流れる。
【００２９】
図５及び図７，８には、吐出管接手２６８とピストン２７０を詳細に示してある。吐出管接手２６８には環状のフランジ２８４を設けてある。このフランジ２８４上には、リップシール２８６と浮動リテーナ２８８とを設置してある。ピストン２７０は吐出管接手２６８に対し圧力嵌め或いは他の方法で固定されており、該ピストン２７０は環状のフランジ２９０を有し、このフランジ２９０はリップシール２８６と浮動リテーナ２８８とを、該フランジ２９０とフランジ２８４間で挟持している。吐出管接手２６８はその内部に通路１０６及びオリフィス１０８を有し、この通路１０６及びオリフィス１０８は吐出室２４２を吐出管接手２６８、ピストン２７０、リップシール２８６、リテーナ２８８及び外殻２１２によって区画形成された圧力室２９２に対し流体的に接続している。外殻結合金具２７２は、外殻２１２によって形成された穴内で固定されており吐出管接手２６８、ピストン２７０、リップシール２８６及びリテーナ２８８からなる組立体を摺動可能に支承している。前記容量制御機構１６６について前述したのと同様に、圧力室２９２はソレノイド弁１７４に対し管９４によって流体的に接続され、ソレノイド弁１７４は管９８によって吸入管接手２４６、したがって吸入室２４４に対し流体的に接続されている。ピストン２７０、リップシール２８６及び浮動リテーナ２８８の組合わせによって自動芯出しシール機構が提供され、外殻結合金具２７２内の穴との精密な整列が達成される。リップシール２８６と浮動リテーナ２８８は放射方向での十分な融通性を有し、外殻結合金具２７２内の穴と吐出管接手２６８を固定してある吐出ポート２５０の穴との間の不整列がリップシール２８６と浮動リテーナ２８８とによって吸収補償されることとしてある。
【００３０】
通常の完全負荷運転のために非旋回スクロール部材２３２を旋回スクロール部材２２６に対し密封的に係合させるためには、制御モジュール７６によってソレノイド弁１７４を非作動状態（又は作動状態）として管９４と管９８間の流体流れを阻止する。このソレノイド弁１７４位置で圧力室２９２は、通路１０６及びオリフィス１０８を介して吐出室２４２と連通している。室２４２，２９２内の吐出圧力の圧縮流体がピストン２７０の両面に対して作用し、非旋回スクロール部材２３２を旋回スクロール部材２２６向きに付勢する通常の付勢を可能として、各スクロール部材の軸線方向の端が相手側のスクロール部材の端板に対し密封的に係合する。両スクロール部材２２６，２３２の軸線方向シールによって圧縮装置２２４は、１００％の容量で稼働する。
【００３１】
圧縮装置２２４の負荷解除を行うためには制御モジュール７６によりソレノイド弁１７４を作動状態（又は非作動状態）として、該ソレノイド弁１７４を図４に示す位置へともたらす。このソレノイド弁１７４の位置において吸入室２４４は圧力室２９２と吸入管接手２４６、管９８、ソレノイド弁１７４及び管９４を介して直接に連通する。吐出圧力の流体が圧力室２９２から吸入側へと放出され、ピストン２７０の両面に作用する圧力差によって非旋回スクロール部材２３２が上方向きに動かされて、各スクロール部材の翼先端が相手側のスクロール部材の端板から分離され、高圧側の流体圧縮ポケットから低圧側の流体圧縮ポケット、そして最終的には吸入室２４４へとガスが抜かれる。オリフィス１０８は、吐出室２４２と圧力室２９２間のガス流れを制御するために設けられている。したがって圧力室２９２が圧縮機の吸入側に接続されたとき、ピストン２７０の両面に対する圧力差が生ぜしめられる。この実施例でも波形ばね座金１０４を、非旋回スクロール部材２３２の負荷調整中に浮動シール２５８と仕切り板２４０間の密封関係を維持するために設けている。前記したのと同様の間隙１０２が形成されると、吸入ガスの引き続いての圧縮が無くされる。この負荷解除が行われるとき吐出弁２５４は閉鎖位置へと動き、吐出室２４２ないし冷凍システム下流側からの圧縮流体の逆流を阻止する。吸入ガスの圧縮を再開すべきときはソレノイド弁１７４を非作動状態（又は作動状態）として、管９４，９８間の流体流れを再び阻止し圧力室２９２を、通路１０６及びオリフィス１０８を介して吐出室２４２により加圧させることとする。図１−３に示した実施例におけるのと同様にセンサー装置７８は制御モジュール７６に対し、要求される負荷解除の程度を決定するのに必要な情報、したがってソレノイド弁１７４がパルス幅調整モードで作動される周波数を決定するのに必要な情報、を提供するために接続されている。
【００３２】
図６及び図１０，１１には、圧縮機２１０のための流体注入機構を詳細に示してある。圧縮機２１０は可動の流体圧縮ポケット中に流体を、吸入室２４４と吐出室２４２間の中間の点で注入する能力を有する。外殻２１２を通して流体注入管接手３１０を設けてあり、この流体注入管接手３１０は注入管３１２に対し流体的に接続され、注入管３１２は、非旋回スクロール部材２３２に取付けた注入管接手３１４に対し流体的に接続されている。非旋回スクロール部材２３２中には１対の放射方向通路３１６を形成してあり、これらの通路３１６は注入管接手３１４と１対の軸線方向通路３１８間を接続している。軸線方向通路３１８は圧縮装置２２４の非旋回スクロール部材２３２の面で可動の流体圧縮ポケットへと開口させてあり、容量制御機構が必要とするとき本技術分野で周知のように流体を可動の流体圧縮ポケット中に注入する。
【００３３】
図１２，１３には、流体注入管接手３１０を詳細に示してある。流体注入管接手３１０は、内側部分３２０と外側部分３２２とを有する。内側部分３２０はＬ字形の通路３２４を有し、この通路３２４は一端で注入管３１２を密封的に支承している。外側部分３２２は外殻２１２の外部から該外殻２１２の内部へと延びており、外殻２１２の内部で内側部分３２０と一体的に連なっている。流体注入管接手３１０と外殻２１２とは、溶接又はろう付け３２６によって密封的に固定されている。外側部分３２２には、Ｌ字形通路３２４に連なる穴３３０を形成してある。外側部分３２２にはまた円筒状の穴３３２を有し、この穴３３２に冷凍システムの配管が取付けられる。
【００３４】
図１４は、圧縮機２１０の流体注入機構に対し流体を供給する蒸気注入機構を示している。圧縮機２１０は図１４に示すように凝縮器３５０、第１の膨張弁ないしスロットル３５２、フラッシュタンクないしエコノマイザ３５４、第２の膨張弁ないしスロットル３５６、蒸発器３５８、及びこれらの要素間を接続する一連のパイプ３６０を有する冷凍システム中において用いられている。圧縮機２１０はモータによって、冷媒ガスを圧縮するように作動される。圧縮されたガスは次いで、凝縮器３５０によって液化される。液化された冷媒は膨張弁３５２を通過してフラッシュタンク３５４内で膨張し、液体と気体とに分離される。気体状の冷媒はパイプ３６２内を通過し、流体注入管接手３１０を介して圧縮機２１０中に導入される。一方、残りの液状冷媒は膨張弁３５６内でさらに膨張し、次に蒸発器３５８内で気化されて圧縮機２１０中に再び取り入れられる。
【００３５】
フラッシュタンク３５４を設けて蒸気注入機構を採用したことにより圧縮機の容量を、圧縮機２１０の固定容量よりも大きな容量にまで増すことが可能となる。典型的には標準的な空調条件の下で圧縮機の容量を約２０％だけ増し、図１６に示すようにその容量の１２０％を有する圧縮機を提供できる。圧縮機２１０の容量を制御することができるように、パイプ３６２中にソレノイド弁３６４を設ける。圧縮機２１０の容量の増加百分率は、ソレノイド弁３６４をパルス幅調整モードで作動させることによって制御できる。圧縮機２１０の容量制御機構２６６と組合わせてソレノイド弁３６４をパルス幅調整モードで作動させることにより圧縮機２１０の容量を、図１６に示した直線上の何れの点にも位置させることができる。
【００３６】
図１５は、この発明の他の実施例に従った冷凍システムを模式的に示している。図１５に示す冷凍システムは図１４に示した冷凍システムと、前記フラッシュタンク３５４を熱交換器３５４’に置き換えたことを除いて同一である。圧縮機２１０はモータによって、冷媒ガスを圧縮するように作動される。圧縮されたガスは次いで、凝縮器３５０によって液化される。液化された冷媒は熱交換器３５４’の液体側へと送られ、一方、液化された冷媒の第２の部分は膨張弁３５２を通過して熱交換器３５４’の蒸気側へ気体及び液体状態で送られる。膨張弁３５２を通過する冷媒部分は熱交換器３５４’に直接送られる冷媒部分によって加熱され、圧縮機２１０中へ注入するための蒸気を提供することとなる。気体状の冷媒は次いでパイプ３６２を通過して、流体注入管接手３１０を介して圧縮機２１０中に導入される。他方、熱交換器３５４’を直接に通過する液状冷媒は膨張弁３５６中で膨張し、つぎに蒸発器３５８内で気化されて圧縮機２１０の吸入側へと再び取り入れられる。図１４に示したシステムに類似してパイプ３６２中にはソレノイド弁３６４を設けてあり、容量制御機構２６６と組合わせて使用するときに圧縮機２１０の容量を、図１６に示す直線上の何れの点にも位置させることが可能とされている。
【００３７】
この発明の好ましい実施例について説明して来たが、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を外れることなしに実施例に対し修正及び変形を加え得ることを、理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従ったスクロール式冷媒圧縮機を、完全負荷運転状態で示す縦断面図である。
【図２】図１に示すスクロール式冷媒圧縮機を、容量減少運転状態で示す縦断面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】この発明の他の実施例に従ったスクロール式冷媒圧縮機を、完全負荷運転状態で示す縦断面図である。
【図５】この発明の別の実施例に従ったスクロール式冷媒圧縮機を示す縦断面図である。
【図６】図５に示す圧縮機の横断平面図である。
【図７】図５に示すヒストン機構の拡大縦断面図である。
【図８】図７に示す吐出管接手の平面図である。
【図９】図５に示す付勢ばねの側面図である。
【図１０】図５に示す非旋回スクロール部材の側面図である。
【図１１】図１０に示す非旋回スクロール部材の横断面図である。
【図１２】図５に示す注入管接手の拡大断面図である。
【図１３】図１２に示す注入管接手の平面図である。
【図１４】この発明に従った容量制御機構を利用した冷凍システムを示す模式図である。
【図１５】この発明の他の実施例に従った冷凍システムを示す模式図である。
【図１６】この発明に従った容量制御機構を用いた圧縮機の容量を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，２１０ スクロール式圧縮機
１２，２１２ 外殻
１８，２１８ クランク軸
２４，２２４ 圧縮装置
２６，２２６ 旋回スクロール部材
３２，２３２ 非旋回スクロール部材
４０，２４０ 仕切り板
４２，２４２ 吐出室
４４，２４４ 吸入室
５４，２５４ 圧力応動吐出弁
６６，１６６，２６６ 容量制御機構
７０，１７０，２７０ ピストン
７２，２７２ 外殻結合金具
７４，１７４ ソレノイド弁
７６ 制御モジュール
７８ センサー装置
９２ 圧力室
９４ 管
９６ 管
９８ 管
２８６ リップシール
２８８ 浮動シール
３１２ 注入管
３１６ 放射方向通路
３１８ 軸線方向通路
３６４ ソレノイド弁

Claims (37)

1. スクロール式機械であって、
   第１の端板と該第１の端板から突出する第１の螺旋翼を有する第１のスクロール部材、
   第２の端板と該第２の端板から突出する第２の螺旋翼を有し、該第２の螺旋翼を上記第１の螺旋翼に対し噛合わせてある第２のスクロール部材、
   第１及び第２のスクロール部材を互いに対し相対的に旋回させて上記第１及び第２の螺旋翼に、吸入圧領域と吐出圧領域との間で次第に容積を変更する可動の流体ポケットを形成させる駆動部材、
   を備えており、上記第１及び第２のスクロール部材が、両スクロール部材のシール面が互いに密封係合して上記流体ポケットが密封される第１の関係位置と両スクロール部材のシール面の少なくともひとつが互いに分離して上記流体ポケットの漏れ径路が形成される第２の関係位置とに移動可能であり、さらに、
   前記吐出圧領域内に配置され且つ第１のスクロール部材に接続してある流体作動ピストンであって、第１のスクロール部材に対し力を加えて該第１のスクロール部材を、スクロール式機械が実質的に全容量で稼働する上記第１の関係位置とスクロール式機械が実質的に零の容量で稼働する上記第２の関係位置との間で移動させる流体作動ピストン、
   を備えたスクロール式機械。
2. 前記駆動部材が、第１のスクロール部材が前記第２の関係位置にあるときにも駆動を継続するものである請求項１のスクロール式機械。
3. 圧縮流体を吐出させる吐出流路内に、圧縮流体の逆流を阻止する逆止弁を設けてある請求項２のスクロール式機械。
4. 前記流体作動ピストンが、スクロール式機械の容量を調整するために時刻パルス的に作動されるものである請求項１のスクロール式機械。
5. 前記流体作動ピストンに対し前記力を加えるように作用する流体圧力室を備えた請求項１のスクロール式機械。
6. 前記力が、スクロール式機械の軸線方向に作用するものである請求項５のスクロール式機械。
7. スクロール式機械から前記流体圧力室に対し加圧流体を供給する第１の通路を備えている請求項６のスクロール式機械。
8. 前記第１の通路を通しての流体流れを制御する弁を備えており、この弁が前記流体圧力室から加圧流体を排出可能であって、該弁により第１及び第２のスクロール部材を前記第１及び第２の関係位置間で移動させ得る請求項７のスクロール式機械。
9. 前記流体圧力室から加圧流体を排出するための第２の通路を設けてある請求項７のスクロール式機械。
10. スクロール式機械が外殻を有し、前記流体作動ピストンを、該外殻に固定した結合金具に摺動可能に支承させてある請求項１のスクロール式機械。
11. 前記流体作動ピストンと前記結合金具とによって圧力室を区画形成してある請求項１０のスクロール式機械。
12. 前記圧力室を、前記外殻によって形成された吸入室と連通させてある請求項１１のスクロール式機械。
13. 前記圧力室と前記吸入室との間に弁を設けてある請求項１２のスクロール式機械。
14. 前記圧力室を、前記外殻によって形成された吐出室と連通させてある請求項１１のスクロール式機械。
15. 前記圧力室と前記吐出室との間に弁を設けてある請求項１４のスクロール式機械。
16. 前記圧力室を、前記外殻内に形成された吸入室及び吐出室に対しそれぞれ連通させてある請求項１１のスクロール式機械。
17. 前記圧力室と前記した吸入室及び吐出室との間に単一の弁を設けてある請求項１６のスクロール式機械。
18. 前記弁が、ソレノイド弁である請求項８，１３，１５又は１７のスクロール式機械。
19. 前記ソレノイド弁が、パルス幅調整モードで作動されるものである請求項１８のスクロール式機械。
20. 前記弁に接続して制御モジュールを設けてある請求項８，１３，１５又は１７のスクロール式機械。
21. 前記制御モジュールに接続して少なくとも１個のセンサーを設けてあり、制御モジュールが、該センサーからの信号に応じて前記弁を制御するものである請求項２０のスクロール式機械。
22. 第１及び第２のスクロール部材と、前記第１のスクロール部材と外殻との間に放射方向の融通性を有するように作動できるシール手段とを収容する外殻をさらに備える請求項１のスクロール式機械。
23. 前記流体作動ピストンが、前記吐出圧領域において吐出圧力に応答する請求項１のスクロール式機械。
24. スクロール式機械であって、
    外殻、
    第１の端板と該第１の端板から突出する第１の螺旋翼を有する第１のスクロール部材、
    第２の端板と該第２の端板から突出する第２の螺旋翼を有し、該第２の螺旋翼を上記第１の螺旋翼に対し噛合わせてある第２のスクロール部材、
    第１及び第２のスクロール部材を互いに対し相対的に旋回させて上記第１及び第２の螺旋翼に、吸入圧領域と吐出圧領域との間で次第に容積を変更する可動の流体ポケットを形成させる駆動部材、
    を備えており、上記第１及び第２のスクロール部材が、両スクロール部材のシール面が互いに密封係合して上記流体ポケットが密封される第１の関係位置と両スクロール部材のシール面の少なくともひとつが互いに分離して上記流体ポケットの漏れ径路が形成される第２の関係位置とに移動可能であり、さらに、
    上記外殻によって形成された穴に摺動可能に支承され第１のスクロール部材に接続してある流体作動ピストンであって、第１のスクロール部材に対し力を加えて該第１のスクロール部材を、スクロール式機械が実質的に全容量で稼働する上記第１の関係位置とスクロール式機械が実質的に零の容量で稼働する上記第２の関係位置との間で移動させる流体作動ピストン、
    上記流体作動ピストンと上記穴との間に配置されたシール手段であって、放射方向での融通性を有するシール手段、
    を備えたスクロール式機械。
25. 前記外殻と前記流体作動ピストンとの間に環状の挿入物を配置してあり、前記シール手段を流体作動ピストンと該挿入物との間に設けてある請求項２４のスクロール式機械。
26. 前記シール手段が、リップシールを含むものである請求項２５のスクロール式機械。
27. 前記シール手段が、浮動リテーナを含むものである請求項２４又は２６のスクロール式機械。
28. スクロール式機械であって、
    第１の端板と該第１の端板から突出する第１の螺旋翼を有する第１のスクロール部材、
    第２の端板と該第２の端板から突出する第２の螺旋翼を有し、該第２の螺旋翼を上記第１の螺旋翼に対し噛合わせてある第２のスクロール部材、
    第１及び第２のスクロール部材を互いに対し相対的に旋回させて上記第１及び第２の螺旋翼に、吸入圧領域と吐出圧領域との間で次第に容積を変更する可動の流体ポケットを形成させる駆動部材、
    上記第１及び第２のスクロール部材を、両スクロール部材のシール面が互いに密封係合して上記流体ポケットが密封される第１の関係位置と両スクロール部材のシール面の少なくともひとつが互いに分離して上記流体ポケットの漏れ径路が形成される第２の関係位置との間で移動させ、さらに前記吐出圧領域内に配置され且つ第１のスクロール部材に接続してある流体作動ピストンを有する移動機構、
    第１及び第２のスクロール部材のうちの一方のスクロール部材に配設され、上記流体ポケットのうちの少なくとも１つの流体ポケット中に流体を注入する流体注入装置、
    を備えたスクロール式機械。
29. 前記移動機構が、パルス幅調整モードで作動されるものである請求項２８のスクロール式機械。
30. 前記移動機構が、ソレノイド弁を含むものである請求項２８のスクロール式機械。
31. 前記ソレノイド弁が、パルス幅調整モードで作動されるものである請求項３０のスクロール式機械。
32. 流体作動ピストンが、第１のスクロール部材に対し力を加えて該第１のピストンを、前記した第１の関係位置と第２の関係位置との間で移動させる請求項２８のスクロール式機械。
33. 前記駆動部材が、前記流体作動ピストンが前記第２の関係位置にあるときにも作動を継続するものである請求項３２のスクロール式機械。
34. 前記流体作動ピストンが、スクロール式機械の容量を調整するために時刻パルス的に作動されるものである請求項２８のスクロール式機械。
35. 前記流体注入装置が、前記流体ポケットに注入される流体の流れを制御するためのソレノイド弁を含むものである請求項２８から３４までの何れか一項に記載のスクロール式機械。
36. 前記ソレノイド弁が、パルス幅調整モードで作動されるものである請求項３５のスクロール式機械。
37. 前記流体ポケットに注入される流体が蒸気である請求項２８から３５までの何れか一項に記載のスクロール式機械。

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