JPH0765577B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はスクロール圧縮機に関するものであり、特に
容量制御機構付スクロール圧縮機に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は特願昭61−283406号公報に示された従来のスク
ロール圧縮機の縦断面図を示し、特に全密閉形冷媒圧縮
機の場合を示す。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、また台板部2aの中心部の下部に揺動軸部2cが
突設されている。５は各渦巻突起1b,2bを組合せて形成
された圧縮室、３は各スクロール1,2の外周に形成され
た吸入口、４は固定スクロール１の台板部1aの中心部に
設けられた吐出口、６は主軸であり、主軸６の上端の大
径部6aに偏心穴6bが設けられている。７は偏心穴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、10は主軸６が駆動されたとき揺動スクロール２が自
転しない公転運動をするよう規制するオルダム継手、11
は各構成部材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４からの圧縮ガスを密閉容器11外に送出
する。25は固定スクロール１を支持し、また凹部25a内
に揺動スクロール２を揺動自在に支持するとともにオル
ダム継手10を設け、かつ軸受26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25bおよ
びガス通路25cを有している。27はブラケット25、モー
タステータ９を支持するとともに主軸６を回転自在に支
持するブラケットで、返油孔27aおよびガス通路27b,27c
を有している。6cは主軸６に偏心貫通して設けられた偏
心給油孔、28は主軸６の下端に取付けられたオイルキャ
ップ、29は潤滑油である。

又、14は固定スクロール１の台板部1aに設けられた流体
バイパス孔、15は流体バイパス孔14の周囲に形成された
円環状の内側の弁座、16は台板部1aに設けられた排出孔
で、その一端は吸入圧空間に通じる固定スクロール１の
外部に開口し、他端は流体バイパス孔14の周囲に同心状
にかつ円環状に設けられたスリット23と連通している。
17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鋼板等よりなる円形の板状弁であ
る。18は弁座15の上部を閉塞する弁座栓で、バイパス弁
17のストッパの役目をする。19は弁座15と弁座栓18の間
の弁座空間、20は弁座栓18の中央に設けられた連通孔、
21は図示しない三方電磁弁等の切換によって吸入圧、吐
出圧を導く圧力配管であり、弁座栓18の連通孔20と密閉
容器11の配管孔22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１と揺動スクロー
ル２とが組合わさって対称な一対の圧縮室５が同時に複
数形成されるので、流体バイパス孔14も少なくとも１対
の圧縮室５に対応して対称な位置に１対設ける必要があ
る。さらに、流体バイパス孔14と排出孔16はスリット23
及び弁座空間19を介して連通するようにする。又、スリ
ット23には、弁座空間19が低圧になったときにバイパス
弁17が押し上げられ弁座栓18に密着してバイパス弁17の
バタつきが防止されるように、コイルバネ24を配設す
る。又、第４図に示すようにスリット23の外周には外側
弁座30が形成される。

次に、上記した従来のスクロール圧縮機の動作について
説明する。まず、モータロータ８を回転させると主軸６
が回転し、揺動スクロール２はオルダム継手10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27c,27b,25c及び吸入口３を介して圧縮室５
に吸入ガスを取込み、次第に圧縮して吐出口４から吐出
管13に吐出する。ここで、圧縮機を容量制御しないで最
大能力で運転する場合は、図示しない三方電磁弁等を切
換えて圧力配管21の外端に吐出圧を導く。これにより、
弁座空間19の圧力が吐出圧となり、バイパス弁17に吐出
圧が作用し、バイパス弁17が下方に押し付けられて弁座
15,30に密着し、流体バイパス孔14とスリット23とがバ
イパス弁17によって同時に閉鎖される。従って、圧縮室
５の流体は吐出管13のみから有効に吐出され、排出孔16
からは排出されない。

又、圧縮機を容量制御する場合は、図示しない三方電磁
弁等の切換によって圧力配管21の外端に吸入圧を導く。
これにより、弁座空間19の圧力が吸入圧となる。一方、
流体バイパス孔14は圧縮室５の圧縮過程の途中に設けら
れており、圧縮室５と連通する流体バイパス孔14の圧力
は吸入圧力よりも高い。又、コイルバネ24はバイパス弁
17を押し上げるように設けられている。従って、バイパ
ス弁17が上部に押し上げられて弁座栓18に接触して保持
され、流体バイパス孔14と排出孔16は連通し、圧縮室５
内の流体の一部が流体バイパス孔14及び排出孔16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５内の圧縮容量が制御される。固定スクロー
ル１の外へ排出される流体の容量は、流体バイパス孔14
の径や個数、スリット23の断面積や個数、排出孔16の径
や個数及び流体バイパス孔14の固定スクロール１の渦巻
突起1bに対する位置により制御することができる。な
お、流体バイパス孔14の位置は、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５が形成された最上流位置から圧縮室５が吐出口４と
連通する直前の位置までの範囲で移動可能である。

従来のスクロール圧縮機は以上のように構成されてお
り、このようなスクロール圧縮機を空気調和機に用いた
場合、特に暖房運転から霜取り運転に切替える際に冷凍
サイクルの暖房・冷房運転の切替四方弁を切替える、い
わゆるリバースサイクルデフロストの場合、第３図に示
すように圧縮機の吐出圧力P_d、吸入圧力P_s及び圧縮室５
の圧力P_mは運転モードにより変化する。即ち、暖房から
霜取りに四方弁を切替える際に吐出圧力P_dと吸入圧力P_s
が均圧状態となり、その後徐々に吐出圧力P_dは氷結温度
（０℃）飽和圧力（4kg/cm²gage）に近づき、吸入圧力P
_sは上記均圧々力より低下し、吐出圧力P_dと吸入圧力P_s
の差圧は次第に大きくなってくる。

ここで、上記のような運転モードで容量制御をしないで
最大能力で運転する場合、即ち圧力配管21の外端に図示
しない三方電磁弁等の切替えによた吐出圧力P_dを導いて
いる場合のバイパス弁17の挙動について説明する。ま
ず、暖房運転時には吐出圧力P_dと吸入圧力P_sの差が大き
いためバイパス弁17は弁座15,30に密着し、液体バイパ
ス孔14及びスリット23を閉塞する。次に、暖房運転から
霜取り運転に切替えた際には、吐出圧力P_dと吸入圧力P_s
が均圧し、圧縮室５の圧力P_mは吸入圧力P_sよりも高いた
めにバイパス弁17には開く方向に圧力差による力が作用
する。又、コイルバネ24の反力もバイパス弁17を開くよ
うに作用する。従って、冷凍サイクルの四方弁切替によ
る暖房から霜取り運転へのモード切替時には、バイパス
弁17は開くことになる。このため、空調機の容量制御信
号としては容量制御なしの信号がでているにもかかわら
ず、圧縮機としては容量制御運転に移行する。その後、
吸入圧力P_sが吐出圧力P_dとの均圧状態からP_dより小さい
状態へ変化していく。このとき、吸入圧力P_sの減少程度
は、圧縮機が容量制御運転モードになっているために冷
媒吸入量が少なく、容量制御機構のない圧縮機を使った
同様の運転モード切替時に比べて小さくなる。この後、
吸入圧力P_sと吐出圧力P_dとの間の圧力差が次第に大きく
なり、吸入圧力P_sと吐出圧力P_dの差圧によって生じるバ
イパス弁17を閉じようとする力はバイパス弁17を開こう
とするコイルバネ24の反力や圧縮室５の圧力P_mによる反
力に打ち勝ってバイパス弁17を弁座15,30に密着させ、
圧縮機の運転は容量制御なしの本来の運転に復帰しよう
とする。

このように圧縮機が本来の容量制御なし運転に復帰する
に際して、バイパス弁17が弁座15に密着された状態が保
持されるか否かの判定について第４図によって説明す
る。第４図において、P_mは流体バイパス孔14と連通する
圧縮室５が流体バイパス孔14と連通しなくなる瞬間の主
軸６の回転角での圧力であり、このときの圧縮室５の内
容積をV_m、吸入閉じ込み容積をV_sとし、冷媒ガスの断熱
指数をγとすると、熱力学の公式により P_m＝P_s・（V_s/V_m）^ｒ＞P_s （ａ） ただし、V_s/V_m＞１、γ＞１ で表わされる。例えば、バイパス量が40％で、吸入圧力
が1kg/cm²gageのR22冷媒ガスであればγ＝1.1であるの
で、 P_m＝（１＋1.033）（1/（１−0.4））^1.1−1.033 ＝2.53kg/cm²gage となる。ここで、液体バイパス孔14の内側直径をd₁、吸
入側排出孔16と連通する同心円状スリット23の内径を
d₂、外径をd₃とすると、バイパス弁17が閉じている際に
バイパス弁17に作用する力即ちバイパス弁17を閉じよう
とする力F_cと開こうとする力Ｆ_θは、コイルバネ24がバ
イパス弁17を開こうとする反力F_sとし、また内側の弁座
15上の圧力分布が流体バイパス孔14側端部でP_m、スリッ
ト23側端部でP_s、弁座15上では直線的に変化するものと
して、 となる。従って、バイパス弁17を閉状態に保つためには F_c＞Ｆ_θ （ｄ） が必要十分条件となる。

ここで、弁座15の巾 は一般に流体バイパス孔14の内径d₁やスリット23の内径
d₂、外径d₃に比して充分に小さいので、バイパス弁17の
下面に加わる力や圧力のモデルは、弁座15の中心径（中
心部の直径）d_sにおいてその内側の液体バイパス孔14側
の圧力をP_m、外側のスリット23側の圧力をP_sとして代表
させることができる。このモデルを第５図に示す。この
第５図から となり、コイルバネ24による力F_sはバイパス弁17の面積
に加わる圧力に換算して一般的に0.05kg/cm²gage程度で
あるので、無視できる。従って、バイパス弁17の閉塞保
持の必要十分条件式は となる。

次に、（ｅ）式の条件を満たす場合について考えると、
（ａ）式で示したようにP_m＞P_sであり、 P_d−P_s＞P_d−P_m が成立する。従って、（ｅ）式を満たすために有効な手
段としては よりも大きくすること、即ち弁座15の中心径d_sを内径と
しスリット23の外径d₃を外径とする円環面の面積を弁座
中心径d_sを外径とする円の面積よりも大きくすることが
必要である。特に、前述したように、空調機霜取り運転
に移行した際に、容量制御なし運転をしているにもかか
わらず吐出圧力と吸入圧力が均圧するため一たんバイパ
ス弁17が開き、吐出圧力と吸入圧力の差が小さくかつバ
イパス量が多い場合にはバイパス弁17が再び閉じても流
体バイパス孔14と連通した圧縮室５の圧力P_mが吐出圧力
P_dよりも大となることがあった。例えば、吐出圧力P_d＝
4kg/cm²gage、吸入圧力P_s＝3kg/cm²gageにおいてバイパ
ス弁17が閉じたとしても、（ａ）式より流体バイパス孔
14と連通した圧縮室圧力P_mはバイパス量が40％の場合、
R22冷媒ガスで となることがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような場合には、ある与えられた前記円環面と前記
円の面積ではバイパス弁17は（ｅ）式を満足しない場合
が生じ、バイパス弁17は（ｅ）式を完全に満足する圧力
条件即ちP_dとP_sの圧力差が充分生じるまではバタツキが
生じ、圧縮機の運転は容量制御運転となり、冷媒循環量
が少ない状態で空調機が霜取り運転をすることになり、
霜取り時間が長くなるという課題が生じた。

又、単純にスリット23の外周の直径を大きくして（ｅ）
式の条件を満たすようにした場合、スリット23内にはコ
イルバネ24を挿入するために充分な深さをとらねばなら
ず、不必要な加工によりコストが高い圧縮機となる恐れ
があった。

上述した第６図に示した容量制御機構付スクロール圧縮
機においては、弁座15の中心径内側の円面積と中心径外
側のスリット23により形成される円環面の面積との関係
は具体的に規定されてなく、上述の課題を解決すること
ができなかった。

この発明は上記のような課題を解決するために成された
ものであり、バイパス弁のバタツキをなくして不用な容
量制御運転を防止し、圧縮器としての信頼性を向上する
ことができるとともに、空調器としての霜取り時間を短
縮することができる容量制御機構付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〕

この発明に係るスクロール圧縮機は、流体バイパス孔の
外周に設けられたスリットの外周を外周とし、弁座の内
周と外周の中間の中心周を内周として定まる面の面積を
弁座の中心周を外周として定まる面の面積より大きくし
たものである。

〔作 用〕

この発明においては、流体バイパス弁とスリットの間に
形成された弁座の中心周を内周とし、スリットの外周を
外周として定まる面の面積を弁座の中心周を外周として
定まる面の面積より大きくしており、低圧の吸入圧力の
受圧面積が相対的に大きくなったことにより吐出圧力と
吸入圧力の差圧がバイパス弁に加わり易くなり、この差
圧が小さい場合でもバイパス弁が弁座に密着保持され
る。従って、バイパス弁のバタツキはなくなり、容量制
御なしの運転が確実に行われる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面ととともに説明する。第
１図及び第２図はこの実施例によるスクロール圧縮機の
容量制御機構の縦断正面図及び固定スクロール上方から
見た平面図である。図において、23aはスリット23の上
側部分に形成した径大部であり、この径大部23aの外径
は、この外径を外径とし弁座15の中心径を内径とする円
環面の面積が弁座15の中心径を外径とする円の面積の２
倍以上となるように定められている。即ち、この径大部
23aの外周は、この外周を外周とし、弁座15の内周と外
周の中間の中間周を内周として定まる面の面積が弁座15
の中心周を外周として定まる面の面積の２倍以上となる
ように定められている。他の構成は第６図に示した従来
のものと同様である。

上記構成において、容量制御なしの最大容量運転を行う
場合に弁座空間19に吐出圧力を導入すると、スリット23
に径大部23aを設けたことによりバイパス弁17に対する
低圧の吸入圧力の受圧面積が大きくなり、バイパス弁17
に対する吐出圧力と吸入圧力との差圧がかかり易くな
り、バイパス弁17は早期に閉塞保持される。

例えば、前述した空調機の霜取り運転時において、吐出
圧力P_d＝4kg/cm²gage、吸入圧力P_s＝3kg/cm²gage、バイ
パス量40％に設定し、冷媒ガスR22を用いたスクロール
圧縮機を用いた場合、圧縮室５の圧力P_mはP_m＝6kg/cm²g
ageとなり、（ｅ）式より となって、 となり、（ｅ）式の条件は充分に満足される。

従って、空調機の霜取り運転時に吐出圧力と吸入圧力が
均圧している時点から徐々に吸入圧力が下っていくと
き、その差圧が小さい時即ち霜取り運転切替後早期に確
実に最大容量運転を行うことができる。

又、スリット23は上側部分のみ径を大きくし、下側部分
は径を大きくしなかったので切削加工はそれだけ容易と
なり、安価な圧縮機が得られる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、スリットの外周を外周
とし、弁座の中心周を内周として定まる面を大きくして
いるので、最大容量運転時にバイパス弁には高圧の吐出
圧力と低圧の吸入圧力の差圧がかかり易くなり、バイパ
ス弁を閉塞保持するための差圧を小さくでき、最大容量
運転を確実に行うことができ、信頼性を向上することが
できる。又、この圧縮機を用いた空調機においては、霜
取り運転切替後に早期にバイパス弁の閉塞保持が達成さ
れてバイパス弁のバタツキがなくなり、早期に最大容量
運転に移行できるので、霜取り運転時間を短縮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明によるスクロール圧縮機の
容量制御機構の縦断正面図及び要部平面図、第３図は空
調機の動作特性図、第４図及び第５図は閉塞状態のバイ
パス弁への作用外力の説明図及びモデル図、第６図は従
来のスクロール圧縮機の縦断正面図である。 １……固定スクロール、1a,2a……台板部、1b,2b……渦
巻突起、２……振動スクロール、４……吐出口、５……
圧縮室、６……主軸、８……ロータ、９……ステータ、
11……密閉容器、14……流体バイパス孔、15,30……弁
座、16……排出孔、17……バイパス弁、19……弁座空
間、23……スリット、23a……径大部、24……コイルバ
ネ。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】台板部の下部に渦巻突起が設けられるとと
   もに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この渦巻突起が固
   定スクロールの渦巻突起とを組み合わされて圧縮室を形
   成する揺動スクロールを備え、揺動スクロールの揺動に
   より圧縮機内の流体を圧縮する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吸入圧と吐出圧
   を切換可能に導入される弁座空間と、固定スクロールの
   台板部に設けられ吐出口と連通する以前の圧縮機と弁座
   空間とを連通する流体バイパス孔と、流体バイパス孔の
   外周でかつ一端が弁座空間に開口して設けられたスリッ
   トと、流体バイパス孔とスリットとの間に設けられた弁
   座と、固定スクロールの台板部に設けられ弁座空間と吸
   入圧空間とを連通する排出孔と、弁座空間に設けられ弁
   座空間に吐出圧が導入された際に流体バイパス孔とスリ
   ットを開口するバイパス弁と、スリットに収納され、バ
   イパス弁に閉塞方向に力が加わった際に逆方向にバイパ
   ス弁を押圧する付勢手段とを備え、上記弁座の内周と外
   周の中間の中間周を内周とし、スリットの外周を外周と
   して定まる面の面積を弁座の中心周を外周して定まる面
   の面積より大きくしたことを特徴とするスクロール圧縮
   機。