JP5550425B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、押しのけ量を可変する容量制御機構を備えているスクロール圧縮機に関するものである。

要求される能力に応じて、押しのけ量を可変できる容量制御機構を備えたスクロール圧縮機が従来から知られている。このようなスクロール圧縮機の容量制御機構は、例えば特許文献１に示されるように、圧縮途中の冷媒を低圧側にリリーフすることにより、押しのけ量を低減する方式が一般的である。このため、スクロールの渦巻き方向途中に圧縮室に連通するリリーフポートを設け、該リリーフポートを介して圧縮途中の冷媒を低圧側にリリーフする構成を採用し、能力を低減できるようにしている。

特開平７−１２０６０号公報

しかしながら、上記のように、リリーフポートを介して圧縮途中の冷媒を低圧側にリリーフする構成の場合、リリーフ経路での圧力損失の発生により、その分だけ冷媒のリリーフ量が低減されてしまう。このため、容量制御機構を介してアンロードしているにも係わらず、能力が設定能力以上に出てしまうという課題があった。また、設計圧力比は、フルロード時もアンロード時も変わらないため、アンロード時には、圧縮効率が低下するという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アンロード時、設定された通りの能力を得ることができるとともに、圧縮効率を向上することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスクロール圧縮機は、固定スクロールおよび旋回スクロールが各々渦巻き状ラップの歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う位置に各々段部が設けられ、各々の渦巻き状ラップの高さが段部よりも外周側が高く、内周側が低くされた段付きスクロールとされているスクロール圧縮機構を備え、そのスクロール圧縮機構に押しのけ量を可変する容量制御機構が設けられているスクロール圧縮機において、前記容量制御機構は、スクロール最外周から圧縮室に冷媒を吸入する以外に、スクロール最外周よりも内周側であって、かつ前記段部よりも内周側の位置で前記圧縮室に冷媒を吸入する冷媒吸入ポートを有し、該冷媒吸入ポートからの冷媒吸入と、前記スクロール最外周からの冷媒吸入とに切替える容量切替え手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、容量制御機構が、スクロール最外周から圧縮室に冷媒を吸入する以外に、スクロール最外周よりも内周側であって、かつ段部よりも内周側の位置で圧縮室に冷媒を吸入する冷媒吸入ポートを有し、該冷媒吸入ポートからの冷媒吸入と、スクロール最外周からの冷媒吸入とに切替える容量切替え手段を備えているため、容量切替え手段によりフルロード時は、スクロール最外周から圧縮室に冷媒を吸入して圧縮し、アンロード時は、段付きスクロールの段部よりも内周側の冷媒吸入ポートに切替え、該冷媒吸入ポートから圧縮室に冷媒を吸入して圧縮することにより、圧縮機の押しのけ量を可変とし、容量制御することができる。従って、アンロード時、圧縮途中の冷媒をリリーフする方式のように、リリーフ経路の圧力損失により冷媒が十分リリーフされずに、能力が設定以上に出てしまうということもなく、設定された通りのアンロード率を得ることができる。また、アンロード時、設計圧力比を小さくすることができるため、中間条件（低負荷条件）での圧縮効率を向上することができる。さらに、アンロード時用の冷媒吸入ポートを段付きスクロールの段部よりも内周側に設けていることから、アンロード時の圧縮室に段部が含まれることがなく、段部での漏れをなくすることができるため、アンロード時の圧縮効率を一段と向上することができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記容量切替え手段は、前記冷媒吸入ポートに接近して設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、容量切替え手段が、冷媒吸入ポートに接近して設けられているため、冷媒吸入ポートの穿設によって形成されるデッドボリュームを可及的に小さくすることができる。従って、フルロード時に、冷媒吸入ポートがデッドボリュームとなることによる圧縮性能への影響を最小限に抑制することができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記スクロール最外周と前記冷媒吸入ポートとの間に、前記スクロール最外周の吸入領域と連なるリリーフポートが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、スクロール最外周と冷媒吸入ポートとの間に、スクロール最外周の吸入領域と連なるリリーフポートが設けられているため、内周側に設けられる冷媒吸入ポート位置によってはスクロール最外周に圧縮室が形成され、その圧縮室の圧力上昇により圧縮ロスが発生する場合もあるが、スクロール最外周と冷媒吸入ポートとの間に設けられるリリーフポートにより、かかる圧縮室の圧力をスクロール最外周の吸入領域にリリーフすることができる。従って、アンロード時の圧縮ロスの発生を抑制することができる。

本発明によると、容量切替え手段によりフルロード時は、スクロール最外周から圧縮室に冷媒を吸入して圧縮し、アンロード時は、段付きスクロールの段部よりも内周側に位置する冷媒吸入ポートに切替え、該冷媒吸入ポートから圧縮室に冷媒を吸入して圧縮することにより、圧縮機の押しのけ量を可変とし、容量制御することができるため、アンロード時、圧縮途中の冷媒をリリーフする方式のように、リリーフ経路の圧力損失で冷媒が十分リリーフされずに、能力が設定以上に出てしまうということもなく、設定された通りのアンロード率を得ることができる。また、アンロード時、設計圧力比を小さくすることができるため、中間条件（低負荷条件）での圧縮効率を向上することができる。さらに、アンロード時用の冷媒吸入ポートを段付きスクロールの段部よりも内周側に設けていることから、アンロード時の圧縮室に段部が含まれることがなく、段部での漏れをなくすることができるため、アンロード時の圧縮効率を一段と向上することができる。

本発明の第１実施形態にかかるスクロール圧縮機の主要部のフルロード時における断面構成図である。 図１に示すスクロール圧縮機の主要部の平面視図である。 図１に示すスクロール圧縮機の主要部のアンロード時における断面構成図である。 図３に示すスクロール圧縮機の主要部の平面視図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかるスクロール圧縮機の主要部のフルロード時における断面構成図が示され、図２には、その平面視図が示されている。
スクロール圧縮機の圧縮機構１は、公知の如く、一対の固定スクロール２と旋回スクロール３とにより構成されている。

固定スクロール２は、固定端板２Ａの一側面に固定渦巻き状ラップ２Ｂが立設された構成とされ、図示省略のハウジングに固定設置されている。固定スクロール２の固定端板２Ａには、その中央部付近に圧縮ガスを吐出する吐出口４が設けられているとともに、該吐出口４を開閉する吐出弁５が設置されている。

旋回スクロール３は、旋回端板３Ａの一側面に旋回渦巻き状ラップ３Ｂが立設された構成とされ、図示省略のハウジング側に設けられているスラスト軸受部にオルダムリンクあるいはピンリング等の自転阻止機構を介して自転を阻止されながら公転旋回駆動されるように、クランク軸に連結されて設置されている。

固定スクロール２および旋回スクロール３は、その固定渦巻き状ラップ２Ｂおよび旋回渦巻き状ラップ３Ｂ同士を互いに対向させ、１８０°位相をずらし、両者の間に一対の圧縮室６が形成されるように噛み合わされ、圧縮機構１を構成している。本実施形態の固定スクロール２および旋回スクロール３は、渦巻きを方向の途中に段部を備え、固定渦巻き状ラップ２Ｂおよび旋回渦巻き状ラップ３Ｂの高さが、段部よりも外周側が高く、内周側が低くされた段付きスクロールとされ、周方向および軸方向の双方に圧縮できる三次元圧縮可能な構成とされている。

固定スクロール２の固定渦巻き状ラップ２Ｂの最外周端の外周には、吸入領域７が形成されており、該吸入領域７には、フルロード時用の冷媒吸入口８が開口されている。この冷媒吸入口８には、冷媒吸入配管９が接続されている。また、固定渦巻き状ラップ２Ｂの最外周端よりも内周側位置には、アンロード時用の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂが穿設されている。なお、本実施形態において、冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂは、上記段部よりも内周側位置で各々圧縮室６と連通されるように、それぞれ３個の小さい小穴に分割され、該穴の一部が固定渦巻き状ラップ２Ｂの壁面にかかるように穿設されている。

アンロード時用の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂには、冷媒吸入配管９から分岐された分岐吸入配管１１が接続されており、その分岐部には、冷媒の吸入位置を切替える容量切替え手段１２である三方切替え弁１２Ａが設けられている。該三方切替え弁１２Ａは、可能な限り冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂに接近して設けることが望ましい。また、三方切替え弁１２Ａは、冷媒吸入配管９と分岐吸入配管１１とに個別に設けられる２個の電磁弁により構成してもよく、この場合、分岐吸入配管１１に設けられる電磁弁は、可能な限り冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂに接近して設けることが望ましい。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
フルロード時、容量切替え手段１２である三方切替え弁１２Ａは、図１に示されるように、冷媒吸入配管９側に切替えられる。これによって、冷媒は、フルロード時用の冷媒吸入口８より固定スクロール２内に形成されている吸入領域７に吸い込まれ、固定スクロール２および旋回スクロール３の最外周から各々圧縮室６へと吸入される。図２に示す網掛けされた一対の圧縮室６Ａは、固定スクロール２および旋回スクロール３の最外周において吸入締め切りされた状態の圧縮室６Ａを示している。

この吸入締め切りされた圧縮室６Ａは、旋回スクロール３が公転旋回駆動されることによって、徐々に容積が減少されながら中心側へと移動され、該圧縮室６が吐出口４に連通されると、圧縮された冷媒ガスが吐出弁５を押しあけて図示省略の吐出チャンバー内に吐出され、そこから圧縮機外部へと送出される。これによって、スクロール圧縮機は、フルロード運転とされ、回転数に見合った最大能力を発揮することになる。

一方、制御手段からのアンロード信号が容量切替え手段１２としての三方切替え弁１２Ａに入力されると、三方切替え弁１２Ａは、図３に示されるように、分岐吸入配管１１側に切替えられる。これによって、冷媒はアンロード時用の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂから固定スクロール２および旋回スクロール３の最外周より内周側に形成されている一対の圧縮室６Ｂ内に吸入される。この圧縮室６Ｂは、図４に示す網掛けされた固定スクロール２および旋回スクロール３の段部よりも内周側に形成される圧縮室６Ｂであり、図２に示される固定スクロール２および旋回スクロール３の最外周に形成される圧縮室６Ａに比べて、容積が十分に小さい圧縮室６Ｂとされる。

アンロード時の冷媒圧縮は、この位置から始まり、旋回スクロール３が公転旋回駆動されることにより、上記圧縮室６Ｂは徐々に容積が減少されながら中心側へと移動され、該圧縮室６が吐出口４に連通されると、圧縮された冷媒ガスが吐出弁５を押しあけて図示省略の吐出チャンバー内に吐出され、そこから圧縮機外部へと送出される。これにより、スクロール圧縮機は、アンロード運転とされ、押しのけ量が低減されることとなる。

このように、圧縮途中の冷媒ガスを低圧側にリリーフする方式の容量制御に代え、アンロード時、三方切替え弁１２Ａにより冷媒の吸入を、スクロール最外周よりも内周側に設けられているアンロード時用の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂからの吸入に切替え、該冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂから圧縮室６内に冷媒を吸入して圧縮することにより、押しのけ量を可変し、容量制御するようにしている。このため、アンロード時、圧縮途中の冷媒をリリーフする方式のように、リリーフ経路の圧力損失により冷媒が十分リリーフされずに、能力が設定以上に出てしまうということがなく、設定された通りのアンロード率を得ることができる。また、アンロード時、設計圧力比を小さくすることができるため、特に中間条件（低負荷条件）での圧縮効率を向上することができる。

また、容量切替え手段１２である三方切替え弁１２Ａを、アンロード時用の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂに可能な限り近づけて設けるようにしているため、冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂの穿設によって形成されるデッドボリュームを可及的に小さくすることができる。これにより、フルロード時、アンロード時用の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂがデッドボリュームとなることによる圧縮性能への影響を最小限に抑制することができる。

さらに、アンロード時用の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂを段付きスクロールの段部よりも内周側に設けるようにしている。このため、アンロード時の圧縮室６に段部が含まれることがなく、従って、段部からの冷媒漏れをなくすることができ、アンロード時の圧縮効率を一段と向上することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図２および図４を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、リリーフポート１３Ａ，１３Ｂを設けた構成としている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、内周側の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂの位置によってはスクロール最外周に圧縮室６が形成され、その圧縮室６の圧力上昇により圧縮ロスが発生する場合があるので、固定渦巻き状ラップ２Ｂおよび旋回渦巻き状ラップ３Ｂの最外周端と、内周側の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂとの間に、スクロール最外周の吸入領域７に連なるリリーフポート１３Ａ，１３Ｂを設けることにより、上記圧縮室６の圧力を吸入領域７にリリーフできるようにしている。

このように、スクロール最外周と冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂとの間に、スクロール最外周の吸入領域７と連なるリリーフポート１３Ａ，１３Ｂを設けることにより、内周側の冷媒吸入ポート１０Ａ，１０Ｂの位置によってはスクロール最外周に圧縮室６が形成され、圧縮ロスが発生することになる場合もあるが、リリーフポート１３Ａ，１３Ｂを介してかかる圧縮室６内の圧力をスクロール最外周の吸入領域７にリリーフすることが可能となる。このため、アンロード時の圧縮ロスの発生を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、容量切替え手段１２である三方切替え弁１２Ａの切替えは、圧力を検知して自動的に切替えられるようにしてもよく、あるいはデマンド信号により電気的に切替えるようにしてもよい。このため、三方切替え弁１２Ａとしては、圧力式の自動容量制御弁を用いてもよいし、あるいは電磁式の切替え弁を用いてもよい。

また、スクロール圧縮機としては、圧縮機構１がハウジング内に内蔵されているモータによりクランク軸が駆動されるタイプの密閉型電動スクロール圧縮機、または駆動源が内蔵されておらず、クランク軸がハウジングから外部に突出され、外部駆動源により駆動されるタイプの開放型スクロール圧縮機のいずれであってもよい。

１ 圧縮機構
２ 固定スクロール
３ 旋回スクロール
６，６Ａ，６Ｂ 圧縮室
１０Ａ，１０Ｂ 冷媒吸入ポート（アンロード時用）
１２ 容量切替え手段
１２Ａ 三方切替え弁
１３Ａ，１３Ｂ リリーフポート

Claims (3)

1. 固定スクロールおよび旋回スクロールが各々渦巻き状ラップの歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う位置に各々段部が設けられ、各々の渦巻き状ラップの高さが段部よりも外周側が高く、内周側が低くされた段付きスクロールとされているスクロール圧縮機構を備え、そのスクロール圧縮機構に押しのけ量を可変する容量制御機構が設けられているスクロール圧縮機において、
   前記容量制御機構は、スクロール最外周から圧縮室に冷媒を吸入する以外に、スクロール最外周よりも内周側であって、かつ前記段部よりも内周側の位置で前記圧縮室に冷媒を吸入する冷媒吸入ポートを有し、
   該冷媒吸入ポートからの冷媒吸入と、前記スクロール最外周からの冷媒吸入とに切替える容量切替え手段を備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記容量切替え手段は、前記冷媒吸入ポートに接近して設けられていることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記スクロール最外周と前記冷媒吸入ポートとの間に、前記スクロール最外周の吸入領域と連なるリリーフポートが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
   

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