JPH03138473A

JPH03138473A - 可変速スクロール圧縮機

Info

Publication number: JPH03138473A
Application number: JP27586189A
Authority: JP
Inventors: Masao Shiibayashi; 正夫椎林; Yoshiaki Ibaraki; 茨木　善朗; Kazutaka Suefuji; 和孝末藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1991-06-12

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、冷凍、空調用の冷媒圧縮用や、ヘリウム圧縮
用に用いられる可変速スクロール圧縮機に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

本発明に最も近い可変速スクロール圧縮機としては、特
開昭５９−９３９８７号公報が公知である。

この公知技術は、旋回スクロール部材の鏡板の背面側の
背圧室の圧力（以下、背圧という）を、吸入圧力と吐出
圧力との中間的圧力とし、クランク軸下端の吐出圧力と
背圧との差圧を利用して軸受部に給油する構造である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の公知技術は差圧給油を行う構造であるため、圧縮
機の回転速度と関係無くほぼ一定量の潤滑油が送給され
る。

軸受部に送給された潤滑油は背圧室に排出され、背圧室
から圧縮室に流動して冷媒ガスと混合する。

圧縮機の回転速度が比較的低い場合、鏡板外周部から吸
入室への潤滑油の漏れ込み量が増えると共に、潤滑油に
より吸入ガスが加熱されることの影響が顕著となる。

一方、背圧室と圧力室とを連通している中間圧の孔（以
下、背圧孔という）など、潤滑油が流通する通路の断面
積は変化しない。このため、当該圧縮機が高速回転する
と背圧室から圧縮室への潤滑油の流動が円滑に行われず
、通路抵抗が大きくなるため背圧室内で潤滑油が占める
容積の比率が大きくなる。このため、背圧室内で回転し
ているバランスウェイトによる攪拌損失エネルギ量が増
大する。また、同時に鏡板外周部のフレーム室での油圧
変動が大きくなって運転状態で不安定となり、ひいては
圧縮機の性能低下を招く。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、低速回転
時および高速回転時における潤滑油流動についての不具
合を防止し、広い回転速度範囲で高効率を維持し得る可
変速スクロール圧縮機を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明の可変速スクロール
圧縮機は、スクロール部材の鏡板の背面側の背圧室とス
クロールラップ側の圧縮室とを連通する通路を設け、上記の通路に弁を設けるとともに、当該圧縮機の回転速
度若しくは運転圧力比に応じて上記の弁の開度を制御す
る制御手段を設けた。

本発明において弁とは、潤滑油の流路断面積を変化せし
め得る部材を総称する意である。

〔作用〕

前記構成よりなる可変速スクロール圧縮機において、低
回転速度域で背圧室から圧縮室側に排出される油量が少
なくなると、吸入冷媒ガスの圧縮機内部での加熱量が大
幅に低減される。

上記の吸入ガスの加熱の度合いを、吸入ガス温− ＝４− 度Ｔｓと、吸入室内のガス温度Ｔｓｏとの差ΔＴｓ（＝
ＴｓｏＴｓ）で表わすと、このΔＴｓは概ね次式の関係
を有している。

ただし、Ｇｏ　：軸受油量Ｃｐｏ：潤滑油の比熱Ｔｏ　＝背圧室内の潤滑油の油温Ｇｒ　：冷媒循環量Ｃｐｒ：ガスの定圧比熱上記（１）式から、Ｇｏの値が小さくなるとΔＴｓが小
さくなることが解る。この効果は低速域になるほど顕著
になる。

なお、低速域では、背圧室内でのバランスウェイトによ
る攪拌損失エネルギが小さいので、排出油量を絞っても
別設の不具合を生じてない。

また、高速域では上記排出油量が増加するので、背圧室
内の潤滑油量が減り、バランスウェイトによる攪拌損失
エネルギが節減される。

この攪拌損失エネルギの低減は、背圧室内での潤滑油と
ガスとの混合体の等価密度が低下することによるもので
ある。即ち、背圧室内のバランスウェイトは、冷媒ガス
と潤滑油とのミスト状混合体の中で振れ回っている。こ
のバランスウェイトによる攪拌損失Ｌｚは概ね次式で与
えられる。

Ｌｉαρネ・Ｇｏ・　ω３・　γＢ８　　　　　　　　
・・・（２）ただし、 ρ＊　：潤滑油とガスとの混合体の等価密度ＣＤ：抗力
係数 ω　：回転角速度 γＢ　：バランスウェイトの外半径止揚の（２）式のρ傘を、本発明の構成によって高速回
転類で低下させると、攪拌損失Ｌｘが減少する。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る可変速スクロール圧縮機の１実施
例を示す断面図である。

第２図は上記実施例における固定スクロール部材の底面
図、第３図は同じく旋回スクロール部材の平面図、第４
図はそのＡ−Ａ断面図である。

第１図に示した１は密閉容器で、上部鏡板２ａ。

胴体部２ｂ、下部鏡板２ｃから成っている。

上記密閉容器１内の上方に圧縮機１００が、下方に電動
機３が、それぞれ収納されている。

そして、密閉容器１内は上部室（吐出室）ｌａと、電動
機室上部１ｂ、電動機室下部１ｃとに区画されている。

前記圧縮機部１００は固定スクロール部材５と旋回スク
ロール部材６とを互いに噛み合わせて圧縮室（密閉空間
）７を形成している。

固定スクロール部材５は、円板状の鏡板５ａ（第２図参
照）と、これに対して直立したインボリュート曲線（あ
るいはこれに近似した曲線）に形成されたラップ５ｂと
からなり、その中心部に吐出口１０を、外周部に吸入口
１６を備えている（第３図参照、第４図参照）。

旋回スクロール部材６は円板状の５鏡板６ａと、これに
対して直立して固定スクロールのラップに対応する形に
形成されたラップ６ｂと、ボス６ｃとからなっている。

第２図に示すごとく、固定スクロール部材５の鏡板５ａ
には旋回スクロール部材６の鏡板外周部の側部空間１１
ｍと圧縮室７とを連通ずる屈折通路２０１，２０２を設
け、その途中に電動弁１５０を設ける。

上記電動弁１５０は空調制御部１５５がらの指令により
、電気的に駆動されて前記屈折通路２０１゜２０２の通
路断面積を変化させる。

旋回スクロール部材６の背面とフレーム１１とで囲まれ
た空間２０（背圧室）には、旋回スクロール部材、固定
スクロール部材で囲まれた密閉室（圧縮室７）内のガス
圧によるスラスト方向のガス力（この力は旋回スクロー
ル部材６を下方に圧下する離反力となる）に対抗するた
め吸入圧力（低圧側圧力）と吐出圧力との中間の圧力が
作用する。

この中間圧力の設定は、第３図に示すように旋回スクロ
ール部材６の鏡板６ａに細孔６ｄを設け、この細孔を介
してスクロール内部のガスを背圧室− ８− に導き、旋回スクロール部材６の背面にガス圧力を作用
させて行う。この中間圧力の設定に関しては特開昭５３
−１１９４１２号公報、及び特開昭５５−３７５２０号
公報に詳述されている。

第１図に示したフレーム１１は、中央部に軸受を形成し
、この軸受により回転軸１４を支承している。

上記回転軸１４は、上端に偏心軸１４ａが形成されてク
ランク状をなしている。この偏心軸１４は第４図に示し
たボス６ｃに回転自在に嵌合されている。

前記フレーム１１に対して固定スクロール部材５が固定
されている。

旋回スクロール部材６は、オルダム機構１２を介してフ
レーム１１に支承され、自転することなく旋回駆動され
る。

回転軸１４の下端は、電動機のロータ３ｂに固定された
電動機軸１４ｂと一体に連設されている。

第２図に示した固定スクロール部材５の吸入口１６には
、密閉容器１を貫通して垂直方向の吸入管１７（第１図
参照）が接続され、吐出口１０が開口している上部室１
ａは、通路１８ａ、１８ｂを介して電動機室上部１ｂと
連通している。この電動機室上部１ｂは電動機ステータ
３ａと密閉容器１側壁との間の通路２１を介して電動機
室上部１ｃに連通している。

また電動機室上部１ｂは密閉容器１を貫通する吐出管１
９に連通している。９は吐出弁である。

２２は密閉容器室底部の油溜である。

なお、第１図において実線矢印は冷媒ガスの流れを示し
、破線矢印は潤滑油の流れを示している。

次に、第１図について潤滑油の流れを説明する。

潤滑油は油溜２２に溜められている。主軸１４の下端は
潤滑油中に浸漬されており、該主軸の上部の偏心軸部１
４ａが旋回軸受３２を介して旋回スクロール部材６を駆
動する。

主軸１４には油孔として作用する中心縦孔１３が設けら
れている。１３ａは揚油管である。

偏心軸部１４ａの下方にはバランスウェイト８が一体に
形成されている。

油溜２２内の潤滑油の油面には吐出圧力が掛かつている
。

一方、旋回軸受３９および主軸受４０の付近は、吐出圧
と吸入圧力との間の中間圧力になっている。

このため潤滑油は、吐出圧力と中間圧力との差圧によっ
て中心軸孔１３内を上昇して給油が行われる。

潤滑油は下軸受３３および主軸受３１に給油されるとと
もに、偏心軸部１４ａの上端の隙間を通って旋回軸受３
２に給油される。

」二記のように給油された潤滑油は、背圧室２０゜フレ
ーム室１］−ｍに流動する。

背圧室２０内の潤滑油はバランスウェイト８によって攪
拌されるとともに、屈折通路２０」。

２０２を経て圧縮室７に流動する。

ここで、背圧孔６ｄ（第３図、第４図参照）と屈折通路
２０１，２０２との最小通路面積の和をＳ、で表わし、
排油面積と呼ぶ。このＳｔは次式％式％（３）ただし、ｄｂ　：背圧孔の最小孔径Ｓｏ　；屈折通路の最小面積Ｓｏの値は電動弁１５０によって制御されて変化する。

本例においては、第５図について次に示す弁機構部１５
０ａのリフト量Ｑｉによって上記Ｓｏの値が決まる。

第５図および第６図は電動弁１５０の動作を説明するた
めの部分拡大断面図である。

第５図は電動弁１５０の弁機構部１５０ａが下降しくリ
フト量Ｑ１＝０）、屈折通路２０１は同２０２とが仕切
られてＳｏ句０となった状態を描いである。

第６図は、リフトＭｒｔｔが最大となり、ＳＯが最大値
、従ってＳｉも最大値となった状態を描いである。

」―記屈折通路２０］り開目都ｚＵＵＵ）１ｖ、ｗは、
背圧孔６ｄ（第３図、第４図）の位置に比し−（低圧側
となるように設定することが望ましい。

１１− １２− 上記電動弁１．５０によって、圧縮室７に吸入される潤
滑油量が制御される。そして、圧縮室７に吸入された潤
滑油は冷媒ガスと共に加圧され、吐出室］ａを経て電動
機室１ｂに流動する。

潤滑油は（第１図参照）油溜２２に流下し、再び揚油管
コ、　３　ａに吸入されて循環する。

第７図は電動弁１５０を制御するための空調制御部１５
５まわりの説明図である。

この空調制御部１５５はＡ／Ｄ変換器などのインタフェ
ースとマイコンとから成っている。該空調制御部は、イ
ンバータ部２００から運転周波数を拾ってきて、それに
応じて電気信号を電動弁１５０に送信し、弁機構部１５
０ａの開度を調整する。

図示の３０１．．３０２はそれぞれ吐出圧力、吸入圧力
を検知する圧力変換器で、その圧力信号を増幅器３０５
を介して空調制御部１５５に伝送している。

これにより、運転圧力比に応じて前記弁機構部１５０ａ
の弁開度調整を行わせ、背圧室２０から圧縮室７へ排出
される油量を調整することが出来る。

高い圧力比で運転するときは吸入圧、吐出圧の差圧が大
きいため潤滑油の循環流量が増加傾向を示すので、弁開
度を小さくして循環油量を適正ならしめるように制御す
る。低い圧力比の場合はその逆である。

第８図は、インバータ部２００から出力される駆動周波
数Ｈ６と、弁機構部１５０ａの排油面積Ｓ、および弁リ
フト量Ｑ１との関係を示す図表である。

上記のＳｉとＱｉとはほぼ比例関係を有している。

本実施例における駆動周波数Ｈａ　（Ｈｚ　）と、５ｆ
ｆｉ、　Ｑｔとの関係は実線カーブａ、ａ’のごとくで
ある。本発明を実施する際、鎖線カーブｂ、ｂ’の如く
設定しても同様の作用、効果が得られる。

本実施例においては鏡板外周部の側部空間１１ｍ内に溜
まった潤滑油を排出させているので、この部分の圧力変
動が抑制される。従って、油圧変動に伴う軸トルクの増
加現象が軽減され、圧縮性能が向上するという効果も派
生する。

第９図は本実施例と従来例との全断熱効率を対比して示
した図表である。

また第１０図は本実施例と従来例とを比較して、吸入ガ
スの内部加熱量ΔＴｓｏおよび背圧室内の攪拌損失Ｌｚ
　を示した図表である。

これらの図表により、本実施例が従来例に比して広い運
転範囲内で効率が高いことが解る。

以上に説明した実施例は潤滑油循環量を適正ならしめる
ように構成したものであるが、同様の構成によって背圧
室内の圧力を制御することもでき、背圧室内の圧力を適
正に保つことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の可変速スクロール圧縮機
は、広い速度範囲内で潤滑油の循環流量を適正ならしめ
、潤滑油流量不適による不具合（例えば軸受の焼付、圧
縮効率の低下など）を防止することができる。

これに伴って圧縮機の軸トルクを広い範囲で低下させる
ことができ、運転可能な圧力範囲を拡大することが可能
である。

さらに、背圧室の圧力調整が可能となり、背圧の不適に
よるガス漏れの防止や、背圧の不適による摩擦損失の防
止が可能となり、スクロール圧縮機の効率向上に寄与し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可変速スクロール圧縮機の１実施
例を示す垂直断面図である。第２図は上記実施例における固定スクロール部材の底面
図、第３図は同じく旋回スクロール部材の平面図、第４
図はそのＡ−Ａ断面図である。第５図及び第６図は上記実施例における電動弁１５０の
作用、効果を説明するための部分拡大断面図である。第７図は上記実施例における制御機構の説明図である。第８図は同じく作用説明のための図−Ｊｆｆある。第９図および第１０図は前記実施例の効果を説明するた
めの図をである。１５− ＝１６− １・・・閉容器、３・・・電動機、５・・・固定スクロ
ール部材、６・・・旋回スクロール部材、７・・・圧縮
室、８・・・バランスウェイト、１１・・・フレーム、
１４・・・クランク状の回転軸、１４ａ・・・偏心軸、
２０・・・背圧室、１５０・・・電動弁、１５０ａ・・
・弁機構部、１５５・・・） −ヤー、Ａ＄（ぐ） ←睦据目四（Ｓ）

Claims

【特許請求の範囲】１、スクロール圧縮機軸と電動機軸とを直結して該スク
ロール圧縮機と電動機とを密閉容器内に収納し、上記密
閉容器内を上、下に区画してなり、前記スクロール圧縮
機は固定スクロール部材と旋回スクロール部材とを噛合
せしめるとともに旋回スクロール部材を偏心軸に係合し
て該旋回スクロール部材を自転せしめることなく旋回運
動させる構造であり、前記固定スクロール部材は中心部
に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを有し、
上記双方のスクロール部材の間に形成された圧縮空間に
吸入したガスを圧縮して上部容器室内に吐出し、通路を
経て下部容器室に導き、吐出管を介して密閉容器外に吐
出するスクロール圧縮機において、前記旋回スクロール部材の鏡板の背面側の背圧室と、ス
クロールラップ側の圧縮室とを連通する通路を設け、上記通路に弁を設けると共に、当該圧縮機の回転速度若
しくは運転圧力比に応じて上記弁の開度を制御する制御
手段を設けたことを特徴とする可変速スクロール圧縮機
。