JPH0245673A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スクロール圧縮機に関し、特にインバータ駆
動と流体バイパス方式の容量制御機構を併用したスクロ
ール圧縮機に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は、例えば特願昭６１−２８３４０６号公報等に
開示された従来のスクロール圧縮機の構造を示す縦断面
図である。同図において、１は固定スクロールで、台板
部１ａの下面に渦巻突起１ｂが設けられている。２は揺
動スクロールで、台板部２ａの上面に渦巻突起２ｂが設
けられており、又、台板部２ａの中心部の下部に揺動軸
部２ｃが突出している。３は両渦巻突起１ｂ、２ｂを組
せて形成された圧縮室、４は各スクロール１．２の外周
に形成された吸入口、５は固定スクロールｌの台板部１
ａの中心部に設けられた吐出口、６は主軸で、上端の大
径部６ａに偏心孔６ｂが設けられている。

７は偏心孔６ｂに嵌合され、揺動軸部２Ｃを半径方向に
支持する揺動軸受、８．９は主軸６を駆動するモータロ
ータ及びモータステータで、外部の図示しないインバー
タにより駆動され、主軸６の回転数を可変にしうる。

１０は主軸６が回転駆動した時に揺動スクロール２が自
転せずに公転運動するように運動を規制するオルダム継
手、１１は上記各構成要素を収容する密閉容器、１２は
密閉容器１１に固着された吸入管、１３は固定スクロー
ル１に固着された吐出管で、吐出口５からの圧縮ガスを
密閉容器１１外に送出する。１４は固定スクロール１を
支持し、又、凹部１４ａ内に揺動スクロール２を１訂動
自在に支持すると共にオルダム継手１０を設け、且つ軸
受１５を介して主軸６の大径部６ａを回転自在に支持す
るブラケットで、返油孔１．４　ｂ及びガス通路１４ｃ
を有している。１６はブラケット１４゜モータステータ
９を支持すると共に主軸６を回転自在に支持するブラケ
ットで、返油孔１６ａ及び両ガス通路１６ｂ、１６Ｃｔ
−存している。１７は主軸６の下端に取付けられたオイ
ルキャンプ、１ｇは潤滑油である。なお、主軸６には偏
心貫通して偏心給油孔６Ｃが設けられ、その下端部が潤
滑油１８にン受ン貞されてし）る。

１９は固定スクロールｌの台板部１ａに設けられ吐出口
５と連通ずる以前の圧縮室３に通じる流体バイパス孔、
２０は流体バイパス孔１９の周囲に形成された弁座、２
１は同しく台板部１ａに設けられた排出孔で、その一端
を吸入圧空間に通しる固定スクロール１の外部に開口し
、他端を後述のスリット２８に開口している。２２はバ
イパス弁で、例えば冷媒圧縮機の弁材として用いられる
焼入れみがき綱板等より成る円形の板状弁である。

２３は弁座２０の上部を閉塞する弁座栓で、バイパス弁
２２のストッパの投口をする。２４は固定スクロール１
の固定板１ａに設けられ弁座２０と弁座栓２３の間の例
えば円柱状の弁座空間で、その境界周部がバイパス弁２
２のガイドになる。２５は弁座栓２３の中央に設けられ
た連通孔、２６は図示しない三方電磁弁等の切換えによ
って吸入圧吐出圧を導く圧力配管で、その内径が連通孔
２５と同寸法であり、弁座栓２３と密閉容器１１の配管
孔２７とにロー付等により固定されている。スクロール
圧縮機では固定スクロールｌと揺動スクロール２とが組
合さって対称な一対の圧縮室３が同時に複数組形成され
るので、流体バイパス孔１９も少なくとも一対の圧縮室
３に対応して対称な位置に少なくとも一対設ける必要が
ある。

さらに、流体バイパス孔１９の外側に同心円状にスリッ
ト２８を形成し、このスリット２８及び弁座空間２４を
介して流体バイパス孔１９と排出孔２１を連通ずるよう
にする。又、スリット２８には、弁座空間２４が低圧に
なった時にバイパス弁２２が滑らかに押上げられて弁座
栓２３に密着してバイパス弁２２のバタつきが防止され
るように、コイルバネ２９を配設する。

次に動作について説明する。モータロータ８が回転する
と主軸６が回転し、揺動スクロール２はオルダム継手１
０により自転を阻止されながら公転する。これにより、
吸入管１２からガス通路１６ｃ、１６ｂ、１４ｃおよび
吸入口４を介して圧縮室３に吸入ガスを取込み、次第に
圧縮して吐出口５から吐出管Ｉ３に吐出する。

圧縮機を容量制御しないで最大能力で運転する場合には
、図示しない三方電磁弁等を切換えて圧力配管２６の外
端に吐出圧を導く。これにより、弁座空間２４の圧力が
吐出圧となり、バイパス弁２２に吐出圧が作用してバイ
バイ弁２２が下方に押し付けられて弁座２０に密着し、
流体バイパス孔１９と、スリット２８に連通ずる排出孔
２Ｉがバイパス弁２２によって同時に閉鎖され、圧縮室
３の流体は吐出口５及び吐出管１３を介して圧縮機外へ
排出される。

又、圧縮機を容量制御する場合は、図示しないインバー
タによる運転周波数制御によりモークローク８の回転数
を制御し、又、図示しない三方電磁弁等の切換えによっ
て圧力配管２６の外端に吸入圧を導く、これにより、弁
座空間２４の圧力が吸入圧となる。流体バイパス孔１９
は圧縮室３の圧縮過程の途中に設けられているので、流
体ハイバス孔工９と連通ずる圧縮室３の圧力は吸入圧力
よりも高くなっている。従って、コイルバネ２９の作用
と圧力差によりバイパス弁２２が上方に押し上げられ、
弁座栓２３に接触して保持される。

これにより流体バイパス孔１９と排出孔２１は連通し、
圧縮室３内の流体の一部が流体バイパス孔１９及び排出
孔２１を通って吸入空間と通じる固定スクロール１の外
側へ排出され、圧縮室３内の圧縮容量が制御される。固
定スクロール１外へ排出される流体の容量は、流体バイ
パス孔１９の径や個数、スリット２８の断面積や個数及
び排出孔２１の径と個数及び固定スクロール１の渦巻突
起１ｂに対する流体バイパス孔１９の位置により制御す
ることができる。なお、流体バイパス孔１９は、固定ス
クロール１と揺動スクロール２によって流体の閉じ込み
が完了して圧縮室３が形成された最上流位置から圧縮室
３が吐出口５と連通ずる直前の位置迄の範囲に設けるこ
とが可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のスクロール圧縮機は以上のように構成されている
ので、空気調和機の室外機に適用した場合、特に室外機
１台に対して複数台の室内機を設けた所謂マルチエアコ
ンにおいては、その負荷容量即ち圧縮機の冷媒吐出量を
運転時に約１５％から１００％迄の広範囲に設定しても
インバータ出力周波数の変化とバイパス式容量制御機構
との併用で効率良く運転することが可能である。

しかしながら、冬Ｍ［！房時に低外気温で起動する際に
は、弁座空間２４には低圧の吸入圧力を導入している容
量側ｊ１あり　（アンロード）の運転モードにあり、バ
イパス弁２２はコイルバネ２９等の作用により弁座２０
から離れており、又、圧縮機の吸入圧力が低くしかもイ
ンバータによる運転周波数も小さいために、圧縮機から
の冷媒吐出量は、起動してしばら（の間少なく、又、吐
出圧力の上昇も遅くなる。その後、容量制御なしくフル
ロード）の運転モードに切換える際に、インバータによ
り低周波数で運転しつつ圧力配管２６に吐出圧を導入し
て切換えを行った場合について説明する。この場合、バ
イパス弁２２外周部と弁座空間２４境界周部の隙間を通
過する冷媒ガスの圧力損失が小さい即ちその隙間が広い
場合には、バイパス弁２２が弁座２０に着座する迄の間
、そのバイパス弁２２に作用する上記圧力損失分による
差圧が小さい、このためにバイパス弁２２をコイルバネ
２９の抗力に抗して下方向に移動させる力が小さいため
にバイパス弁２２が閉じずに、そのままアンロード運転
を行い、空気調和機の定常運転迄の立上り時間が長くな
る課題があった。

又、立上り時の圧縮機の吐出圧力をＰｄ、吸入圧力（バ
イパス弁２２下部の圧力）をＰｓとし、バイパス弁２２
上下間の圧力損失をΔＰ１、圧力配管２６の圧力損失を
ΔＰ２とすると、圧力配管２６が吐出圧力を導く場合に
は、後述のように、Ｐｄ　−Ｐｓ　−Δｐ、＋ΔＰ２が
成立する。バイパス弁２２を早く閉しるためにはこの圧
力損失へＰ、を大きくする必要がある。そのためにイン
バータによる運転周波数を高くして圧縮機を高回転で駆
動し、圧力配管２６に流入する冷媒流ｉＱを大きくする
方式が考えられる。しかし、低外気温時の起動では圧縮
機内の潤滑油１８に冷媒が溶、け込んでいるために、空
気調和機の立上り時間を早くするために高周波運転を行
うと、圧縮機の吸入圧力が急激に低下してフォーミング
現像が生じる。このために摺動部への潤滑油１８の給油
が阻害され、圧縮機の信転性の低下を招く恐れがあった
。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたも
ので、起動してから速い時期にフルロード運転に移行で
き、空気調和機の立上り時間を短縮できるスクロール圧
縮機を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るスクロール圧縮機は、スクロール圧縮機に
おいて、固定スクロールの台板部に設けられた弁座空間
の境界周部と弁座空間内に設けられたバイパス弁外周部
との間の隙間の面積を弁座空間に連結された圧力配管の
流路断面積よりも小さくしたものである。

〔作　用〕

本発明におけるスクロール圧縮機は、バイパス弁外周部
と弁座空間境界周部間の隙間面積を圧力配管の流路断面
積よりも小さくしてバイパス弁と弁座空間の間で生じる
圧力損失をなるべく大きくすることによりバイパス弁の
上下の差圧を有効に生じさせ、バイパス弁の閉成動作を
スムーズに行わせてアンロードからフルロードへの運転
状態の移行をスムーズに行う。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図について説明する。

全体の構成および動作は、第４図で説明しであるのでそ
の説明を省略する。第１図は本発明の一実施例の要部断
面を示し、同図において、第４図の従来例と同一、又は
相当部分には同符号を付し、その説明を省略する。第１
図において、圧力配管２６に吐出圧力を導入して、アン
ロード運転からフルロード運転に切換える時点で圧力配
管２６から流れ込む冷媒の流量をＱとすると、この流Ｗ
Ｑはアンロード運転での圧縮機最大吐出冷媒流量Ｑ１を
超えることはない、この流１１Ｑの冷媒がバイパス弁２
２外周部と弁座空間２４境界周部との隙間を通ることに
よってバイパス弁２２を弁座２０側へ押し付けようとす
るバイパス弁２２上下間の圧力損失ＡＰＩは下記（１）
式で表わされる。

ΔＰ＝−ζ・γ・ｄ　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・ｆｉｌ但し、ζ：圧力損失係数、γ：冷媒ガス比
重量、ｇ：重力加速度、シｌ：バイパス弁２２外周部と
弁座空間２４境界周部との隙間を流れる冷媒ガスの速度
である。

ここで、バイパス弁２２外周部と弁座空間２４境界周部
との隙間における冷媒ガスの速度ν、は、上記隙間部の
面積をＡ、とすれば、下記（２）式で表わされる。

ｖｌ−Ｑ／Ａ、　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（２）Ｆｉｌ、　（２）弐からバイパス
弁２２上下間の圧力Ｉ置火Δｐ、は、下記（３）式の関
係が成立する。

Δｐ、ｏｃ　Ｃ上）　”　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（３）一方、圧力配管２Ｇでの圧力損失
を八Ｐ２とすれば下部（４）式が成立する。

ΔＰ２−ζ・γ、ｎ′　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・＋４１ｇ 但し、ｖ８は圧力配管２６での冷媒ガスの速度である。

ここで、圧力配管２６の流路断面積（連通孔２５の流路
断面積も同じ）をＡ２とすれば、Ｖｔ”Ｑ／Ａｚ　　　
　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・（５）と
なる。

よって、［４）、　＋５１弐から（６）式の関係が成立
する。

Δｐ、ｏｃ　（±）１　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・（６）八２ ここで、アンロード運転からフルロード運転へ切換えた
際の圧縮機の吐出圧力をＰｄ、吸入圧力をＰｓとすると
、圧力配管２６の始端にＰｄ、バイパス弁２２の下部に
はＰｓが加わっているので、Ｐｄ　−Ｐｓ　＝　　ΔＰ
、＋　ΔＰ２　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・（力が成立する。従って、（７）式の左辺がある
一定の差値を保っている時に、バイパス弁２２上下間の
圧力損失ΔＰ１と圧力配管２６の圧力損失ΔＰ３とは種
種の組み合せがあるが、バイパス弁２２を素早く閉成さ
せるためには、差圧Ｐｄ　−Ｐｓに対して、ΔＰ１を大
きく、ΔＰ８を小さく保つことが必要となる。

即ち、 ΔＰ１）　ΔＰｔ　　　　　　　　　　・・・・・・・
・・・・・・・・（８）の条件が必要で、＋３１　、　
＋６１　、　（Ｒ１式より、八ｘ）　ＡＩ　　　　　　
　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・（９）とな
り、バイパス弁２２外同部と弁座空間２４境界周部間に
形成される円環状の面積Ａ、を圧力配管２６の流路断面
積Ａ！に比べて充分に小さくすることが必要である。

そこで、本発明の一実施例ではＡ　＋　／　Ａ　ｚ≦０
．７の限定条件を設けたものである。

第２図によりＡｔ／Ａｚ≦０．７にした理由を説明する
。第２図において、横軸にＡ　＋　／　Ａ　ｚの面積比
をとり、縦軸にバイパス弁２２に生じる上下の圧力差Δ
Ｐをとっている。実線の曲線は、低外気温時の起動を考
慮して、アンロード運転からフルロード運転の切換え時
における吐出圧力Ｐｄ−４ｋｔ／−・ｇａｇｅ且つ（７
）式の左辺のＰｄ　−Ｐｓの値が小さい時で、流１１Ｑ
の冷媒ガスが圧力配管２６からバイパス弁２２経路へ流
入した時にバイパス弁２２上下ニ発生する圧力損失ΔＰ
１即ちバイパス弁２２の上下面に作用する圧力差をＡ　
＋　／　Ａ　ｔの値に対してプロットしたものである。

又、−点鎖線の曲線は、Ａ＋／Ａｘの値に対してバイパ
ス弁２２を確実に素早く閉しるのに必要とされるバイパ
ス弁２２に加える最小限の圧力差の実験値を示したもの
である。

ここで、実線の曲線と一点鎖線の曲線との交点Ｘ　（Ａ
ｔ／Ａｚ＝０．７）より左の領域即ちＡ＋／Ａｘ≦０．
７の領域では実線の圧力差が一点鎖線の圧力差を上回り
、バイパス弁２２を確実に素早く閉じることができる。

従って、実用上は、バイパス弁２２外周部と弁座空間２
４境界周部間の隙間面積Ａ、を圧力配管２６の流路断面
積Ａｚより小さくすれば、起動してアンロード運転から
フルロード運転に切換える際にバイパス弁２２を素早く
閉成してその切換えが直ちに行われるが、ＡＩ／Ａ２≦
０．７とすれば低外気温時の起動直後においても確実に
素早くその切換えを行うことができる。

第３図は、バイパス弁２２が弁座空間２４内を移動する
際に、弁座空間２４境界周部にひっかからない事を説明
するための図である。同図において、バイパス弁２２の
外径をｄ及び厚さをｔとし、弁座空間２４の境界周部の
直径をＤとすると、Ｄ＞Ｊ丁７１１１−の関係が成立す
れば、バイパス弁２２は弁座空間２４の周面にひっかか
らない、何故ならば、１丁７Ｔ１１−はバイパス弁２２
が傾いた時の最大幅を表わしているからである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によればバイパス弁外周部と弁座
空間境界周部間に生じる隙間面積を弁座空間に連結され
た圧力配管の流路断面積より小さくなるように構成した
ので、バイパス弁と弁座空間との間で生じる圧力損失を
なるべく大きくしてバイパス弁の上下の差圧を有効に生
じさせ、起動直後におけるアンロード運転からフルロー
ド運転への移行をスムーズにできるものが得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスクロール圧縮機の竿
部断面図、第２図はバイパス弁上下の圧力差と面積比（
−八＋／ｎｚ）との関係の一例を示す線図、第３図はバ
イパス弁と弁座空間との関係の一例を示す説明図、第４
図はスクロール圧縮機の縦断面図である。 図中、■・・・固定スクロール、２・・・揺動スクロー
ル、ｌａ、２ａ・・・台板部、Ｉｂ、２ｂ・・・渦巻突
起、３・・・圧縮室、４・・・吸入口、５・・・吐出口
、６・・・主軸、８・・・モータロータ、９・・・モー
タステータ、１９・・・流体バイパス孔、２０・・・弁
座、２１・・・排出孔、２２・・・バイパス弁、２３・
・・弁座栓、２４・・・弁座空間、２５・・・連通孔、
２６・・・圧力配管、２８・・・スリット、２９・・・
コイルバネ。 第１図 代理人　　　　大　　岩　　増　　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　台板部の下部に渦巻突起が設けられると共に上記台板
   部の中心部に吐出口が設けられた固定スクロールと、台
   板部上に渦巻突起が設けられ上記固定スクロールの渦巻
   突起と組合されて圧縮室を形成する揺動スクロールと、
   吸入圧と吐出圧を切換え可能に導入される圧力配管と、
   該圧力配管に連結され上記固定スクロールの台板部に設
   けられた弁座空間と、上記固定スクロールの台板部に設
   けられ上記吐出口に連通する以前の上記圧縮室と吸入圧
   空間とを上記弁座空間を介して連通する流体バイパス通
   路と、上記弁座空間に配設され上記圧力配管により導入
   された圧力に応じて上記流体バイパス通路を開閉するバ
   イパス弁とを備え、上記揺動スクロールの揺動により上
   記圧縮室内の流体を圧縮するスクロール圧縮機において
   、上記弁座空間の境界周部と上記バイパス弁外周部間に
   形成される隙間の面積を上記圧力配管の流路断面積より
   も小さくした事を特徴とするスクロール圧縮機。