JPH0830471B2 - インバータ駆動のスクロール圧縮機を備えた空調機 - Google Patents
インバータ駆動のスクロール圧縮機を備えた空調機Info
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- JPH0830471B2 JPH0830471B2 JP61289433A JP28943386A JPH0830471B2 JP H0830471 B2 JPH0830471 B2 JP H0830471B2 JP 61289433 A JP61289433 A JP 61289433A JP 28943386 A JP28943386 A JP 28943386A JP H0830471 B2 JPH0830471 B2 JP H0830471B2
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F04C18/063—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
- F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
- F04C28/16—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using lift valves
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
- F25B49/022—Compressor control arrangements
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/02—Compressor control
- F25B2600/021—Inverters therefor
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、可変速駆動式（例えばインバータを介する
電動機駆動式）のスクロール圧縮機を用いた空調機、特
にスクロール圧縮機に過圧縮防止用バイパス弁が設けら
れている空調機に関するものである。
電動機駆動式）のスクロール圧縮機を用いた空調機、特
にスクロール圧縮機に過圧縮防止用バイパス弁が設けら
れている空調機に関するものである。
［従来の技術］ 冷媒圧縮用にスクロール圧縮機を用いた空調機は従来
公知である。スクロール圧縮機は、鏡板と該鏡板に一体
的に直立して形成された円のインボリユート又はそれに
近い渦巻き状のラップとからなる旋回スクロール、およ
び該旋回スクロールと同様の構成を有し且つ鏡板の中心
に吐出孔を有する固定スクロールを、互にラップを内側
に向けて噛み合せ、これを吸入口を有する密閉ハウジン
グ内に収容し、オルダムリング機構により旋回スクロー
ルの自転は許さないが旋回スクロールの中心が固定スク
ロールの中心の回りに旋回できるようになし、旋回スク
ロールを電動機駆動されるクランク軸によって固定スク
ロールの中心の周りに旋回スクロールの中心が旋回する
ように駆動するものである。旋回スクロールがこのよう
に駆動されると、旋回および固定両スクロールの鏡板お
よびラップにより密閉空間（圧縮室）が形成され、この
圧縮室は旋回スクロールの旋回につれて中心に向って移
動しながらその容積が次第に縮少して遂には固定スクロ
ールの鏡板中心に位置する吐出孔と連通するようにな
る。従ってこの圧縮室に吸入され閉じ込められた冷媒ガ
スは吸入時より高い圧力に圧縮されて該吐出孔から吐出
される。
公知である。スクロール圧縮機は、鏡板と該鏡板に一体
的に直立して形成された円のインボリユート又はそれに
近い渦巻き状のラップとからなる旋回スクロール、およ
び該旋回スクロールと同様の構成を有し且つ鏡板の中心
に吐出孔を有する固定スクロールを、互にラップを内側
に向けて噛み合せ、これを吸入口を有する密閉ハウジン
グ内に収容し、オルダムリング機構により旋回スクロー
ルの自転は許さないが旋回スクロールの中心が固定スク
ロールの中心の回りに旋回できるようになし、旋回スク
ロールを電動機駆動されるクランク軸によって固定スク
ロールの中心の周りに旋回スクロールの中心が旋回する
ように駆動するものである。旋回スクロールがこのよう
に駆動されると、旋回および固定両スクロールの鏡板お
よびラップにより密閉空間（圧縮室）が形成され、この
圧縮室は旋回スクロールの旋回につれて中心に向って移
動しながらその容積が次第に縮少して遂には固定スクロ
ールの鏡板中心に位置する吐出孔と連通するようにな
る。従ってこの圧縮室に吸入され閉じ込められた冷媒ガ
スは吸入時より高い圧力に圧縮されて該吐出孔から吐出
される。
第２図は、かかるスクロール圧縮機の吸入・圧縮動作
を説明する図であり、固定スクロールの渦巻状ラップ5b
の中心に対して旋回スクロールの渦巻状ラップ6bの中心
が反時計方向に回り、（ａ）から（ｄ）までのサイクル
を反復する。同図（ａ）では両ラップ間の空間12aは未
だ密閉空間を形成せず、ガスを吸入しつつある状態にあ
る。（ｂ）では最大の密閉空間12bが形成され、ここへ
のガス吸入が完了した状態である。（ｃ）では、縮少さ
れた密閉空間12cは固定スクロールの中心の吐出孔13に
つながる直前の状態、すなわちガス圧縮が完了し吐出直
前の状態にある。（ｄ）は密閉空間12dが吐出孔13と連
通しガスを吐出しつつある状態を示す。（ｂ）に示す密
閉空間12b内の圧力すなわち吸入圧力を分母とし、
（ｃ）に示す密閉空間12c内の圧力すなわち吐出直前の
圧力を分子とする比をスクロール圧縮機の設定圧力比と
称し、これはラップの形で定まる一定の値を有する。他
方、吸入圧力と吐出孔13の圧力との比（吐出圧力／吸入
圧力）を運転圧力比と称し、これは空調機の運転状態に
よって異る。
を説明する図であり、固定スクロールの渦巻状ラップ5b
の中心に対して旋回スクロールの渦巻状ラップ6bの中心
が反時計方向に回り、（ａ）から（ｄ）までのサイクル
を反復する。同図（ａ）では両ラップ間の空間12aは未
だ密閉空間を形成せず、ガスを吸入しつつある状態にあ
る。（ｂ）では最大の密閉空間12bが形成され、ここへ
のガス吸入が完了した状態である。（ｃ）では、縮少さ
れた密閉空間12cは固定スクロールの中心の吐出孔13に
つながる直前の状態、すなわちガス圧縮が完了し吐出直
前の状態にある。（ｄ）は密閉空間12dが吐出孔13と連
通しガスを吐出しつつある状態を示す。（ｂ）に示す密
閉空間12b内の圧力すなわち吸入圧力を分母とし、
（ｃ）に示す密閉空間12c内の圧力すなわち吐出直前の
圧力を分子とする比をスクロール圧縮機の設定圧力比と
称し、これはラップの形で定まる一定の値を有する。他
方、吸入圧力と吐出孔13の圧力との比（吐出圧力／吸入
圧力）を運転圧力比と称し、これは空調機の運転状態に
よって異る。
第３図は、旋回スクロールの回転角度と圧縮室内圧力
との関係を示す図である。旋回スクロールの回転につれ
て、吸入が完了した状態Ａから圧縮完了の状態Ｂ（設定
圧力比に達した状態）に至り、その後吐出圧力の状態を
経て再び状態Ａに戻るサイクルを繰返す。運転圧力比が
設定圧力比より小さい場合には、圧縮室内の圧力は図中
Ａ→Ｂ→Ｃのように変化する。このような運転状況を過
圧縮と称し、この場合、DBCで示される面積に相当する
仕事が無駄な仕事になる。他方、運転圧力比が設定圧力
比より大きい場合は、圧縮室内の圧力はＡ→Ｂ→Ｅのよ
うに変化し、この場合、BEFで示される面積に相当する
余分な仕事を必要とする。
との関係を示す図である。旋回スクロールの回転につれ
て、吸入が完了した状態Ａから圧縮完了の状態Ｂ（設定
圧力比に達した状態）に至り、その後吐出圧力の状態を
経て再び状態Ａに戻るサイクルを繰返す。運転圧力比が
設定圧力比より小さい場合には、圧縮室内の圧力は図中
Ａ→Ｂ→Ｃのように変化する。このような運転状況を過
圧縮と称し、この場合、DBCで示される面積に相当する
仕事が無駄な仕事になる。他方、運転圧力比が設定圧力
比より大きい場合は、圧縮室内の圧力はＡ→Ｂ→Ｅのよ
うに変化し、この場合、BEFで示される面積に相当する
余分な仕事を必要とする。
過圧縮は無駄な仕事を消費するから、これを低減する
ことが望ましい。過圧縮を低減する手段としてバイパス
弁を設けることが従来公知である。これは、第４図に示
すように固定スクロールの鏡板に圧縮室と吐出側とを連
通するバイパス孔21を設け、且つ吐出側から圧縮室内へ
のガスの逆流を防止する逆止弁を吐出側にて上記バイパ
ス孔21に設けたものである。このバイパス孔21は固定ス
クロールのラップ5bに近接して設ける。このバイパス孔
21は、旋回スクロールの回転に伴う圧縮行程が或る段階
まで進むまでは旋回スクロールのラップで覆われるので
圧縮室と連通しないが圧縮行程が或る段階を越えると旋
回スクロールのラップで覆われることなく圧縮室に連通
するようになる。第３図において、GHはバイパス孔21が
圧縮室に連通するような旋回スクロールの回転角度範囲
を示している。
ことが望ましい。過圧縮を低減する手段としてバイパス
弁を設けることが従来公知である。これは、第４図に示
すように固定スクロールの鏡板に圧縮室と吐出側とを連
通するバイパス孔21を設け、且つ吐出側から圧縮室内へ
のガスの逆流を防止する逆止弁を吐出側にて上記バイパ
ス孔21に設けたものである。このバイパス孔21は固定ス
クロールのラップ5bに近接して設ける。このバイパス孔
21は、旋回スクロールの回転に伴う圧縮行程が或る段階
まで進むまでは旋回スクロールのラップで覆われるので
圧縮室と連通しないが圧縮行程が或る段階を越えると旋
回スクロールのラップで覆われることなく圧縮室に連通
するようになる。第３図において、GHはバイパス孔21が
圧縮室に連通するような旋回スクロールの回転角度範囲
を示している。
このようなバイパス弁を設けた場合、第３図において
運転圧力比がＣのとき、圧縮室内圧力は、点Ｄからガス
の放出が始まるので（GD間では前記逆止弁の存在により
ガス放出は起らない）、Ａ→Ｄ→Ｃの如く変化し、無駄
な過圧縮は防止される。以上から明らかなように、GH間
でバイパス孔21が通ずるようなバイパス弁を設けること
は少くとも、運転圧力比がＩまで低下した運転状態でも
有効に過圧縮を防止できる。バイパス孔21が圧縮室に連
通する時期はバイパス孔21を設ける位置で定まる。
運転圧力比がＣのとき、圧縮室内圧力は、点Ｄからガス
の放出が始まるので（GD間では前記逆止弁の存在により
ガス放出は起らない）、Ａ→Ｄ→Ｃの如く変化し、無駄
な過圧縮は防止される。以上から明らかなように、GH間
でバイパス孔21が通ずるようなバイパス弁を設けること
は少くとも、運転圧力比がＩまで低下した運転状態でも
有効に過圧縮を防止できる。バイパス孔21が圧縮室に連
通する時期はバイパス孔21を設ける位置で定まる。
このようなバイパス弁を設けたスクロール圧縮機の公
知例は特開昭57−137677号、特開昭58−128485号に開示
されている。
知例は特開昭57−137677号、特開昭58−128485号に開示
されている。
次に本発明の説明に関係のある他の事項として、定速
回転の圧縮機を用いた公知の空調機と、可変速回転（例
えばインバータを介する電動機駆動）の圧縮機を用いた
公知の空調機とに関して説明する。
回転の圧縮機を用いた公知の空調機と、可変速回転（例
えばインバータを介する電動機駆動）の圧縮機を用いた
公知の空調機とに関して説明する。
定速の圧縮機を用いた空調機においては、負荷の小さ
い場合は圧縮の容量が過大となるため、圧縮機は頻繁に
運転・停止を繰り返す。圧縮機が停止すると空調機の冷
媒回路内の圧力はバランスする。圧縮機を運転すると空
調機の冷媒回路内には高圧部と低圧部が形成される。従
って圧縮機の運転・停止の繰り返しはバランス状態から
高圧、低圧を形成する仕事だけ余分な仕事を必要とす
る。
い場合は圧縮の容量が過大となるため、圧縮機は頻繁に
運転・停止を繰り返す。圧縮機が停止すると空調機の冷
媒回路内の圧力はバランスする。圧縮機を運転すると空
調機の冷媒回路内には高圧部と低圧部が形成される。従
って圧縮機の運転・停止の繰り返しはバランス状態から
高圧、低圧を形成する仕事だけ余分な仕事を必要とす
る。
この問題を解決するために、負荷が大きいときは圧縮
機を高速回転し、負荷が小さいときは低速回転させる可
変速制御の圧縮機を用いた空調機が公知になっている。
空調機の冷媒回路の容積は一定であるから、上記のよう
な空調機においては圧縮機の高速回転時には吐出量が増
加して、吐出圧力がより高く、吸入圧力がより低いとい
う高運転圧力比の状態になり、また低速回転時には吐出
圧力がより低く、吸入圧力がより高いという低運転圧力
比の状態となる。
機を高速回転し、負荷が小さいときは低速回転させる可
変速制御の圧縮機を用いた空調機が公知になっている。
空調機の冷媒回路の容積は一定であるから、上記のよう
な空調機においては圧縮機の高速回転時には吐出量が増
加して、吐出圧力がより高く、吸入圧力がより低いとい
う高運転圧力比の状態になり、また低速回転時には吐出
圧力がより低く、吸入圧力がより高いという低運転圧力
比の状態となる。
［発明が解決しようとする問題点］ 前記のようなバイパス弁を設けた従来のスクロール圧
縮機においては、例えば特開昭57−137677号に開示のも
のは起動時のトルクを低減するためのもので、バイパス
弁の孔の位置については特に規定されていない。また特
開昭58−128485号にも圧縮室の圧力が吐出圧力よりも高
くなった時に圧縮ガスをバイパスさせるバイス弁を設け
ることが開示されているが、バイパス弁の孔の位置につ
いては特に規定されていない。
縮機においては、例えば特開昭57−137677号に開示のも
のは起動時のトルクを低減するためのもので、バイパス
弁の孔の位置については特に規定されていない。また特
開昭58−128485号にも圧縮室の圧力が吐出圧力よりも高
くなった時に圧縮ガスをバイパスさせるバイス弁を設け
ることが開示されているが、バイパス弁の孔の位置につ
いては特に規定されていない。
このように従来技術はバイパス孔の位置については特
に考慮が払われておらず、必ずしも効率を最適にするた
めのバイパス弁の位置については明らかにされていなか
った。
に考慮が払われておらず、必ずしも効率を最適にするた
めのバイパス弁の位置については明らかにされていなか
った。
本発明は可変速のスクロール圧縮機を用いて容量制御
をする空調機においてバイパス弁の孔の位置を効率が最
適になるように定めることによって大きい省エネルギー
を達成することを目的とする。
をする空調機においてバイパス弁の孔の位置を効率が最
適になるように定めることによって大きい省エネルギー
を達成することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 一般に定速の圧縮機を用いた空調機においては運転圧
力比が設定圧力比を下回るような運転状態の発生頻度は
比較的少く、従って過圧縮防止のためのバイパス弁を設
けても省エネルギー効果は殆んどないのが通例である。
他方、インバータを介する電動機駆動等の可変速のスク
ロール圧縮機を用いて容量制御を行う空調機において
は、運転圧力比が設定圧力比を下回るような低速での運
転状態の発生頻度は非常に多いという事実を、本発明者
は実際の空調機の運転パターンの研究の結果、確認し
た。即ち、インバータ駆動にすると、空調機起動時にお
けるスクロール圧縮機の定格回転数を上げ、室温が設定
温度に達してからの該圧縮機の低速回転数との比率を大
幅に拡大することが可能となり、これにより、低速時で
の運転圧力比／設定圧力比の比が0.5〜0.75ときわめて
低い領域の運転が可能となったのである。この運転パタ
ーンについては、第８図に関し後述する。
力比が設定圧力比を下回るような運転状態の発生頻度は
比較的少く、従って過圧縮防止のためのバイパス弁を設
けても省エネルギー効果は殆んどないのが通例である。
他方、インバータを介する電動機駆動等の可変速のスク
ロール圧縮機を用いて容量制御を行う空調機において
は、運転圧力比が設定圧力比を下回るような低速での運
転状態の発生頻度は非常に多いという事実を、本発明者
は実際の空調機の運転パターンの研究の結果、確認し
た。即ち、インバータ駆動にすると、空調機起動時にお
けるスクロール圧縮機の定格回転数を上げ、室温が設定
温度に達してからの該圧縮機の低速回転数との比率を大
幅に拡大することが可能となり、これにより、低速時で
の運転圧力比／設定圧力比の比が0.5〜0.75ときわめて
低い領域の運転が可能となったのである。この運転パタ
ーンについては、第８図に関し後述する。
本発明はこの事実に基くもので、可変速のスクロール
圧縮機を用いて容量制御をする空調機において、値が１
より小さい且つ発生頻度の最も多い運転圧力比／設定圧
力比である0.5〜0.75の範囲にて、バイパス弁が作動す
るような位置にバイパス孔を設けたことを特徴とするも
のである。
圧縮機を用いて容量制御をする空調機において、値が１
より小さい且つ発生頻度の最も多い運転圧力比／設定圧
力比である0.5〜0.75の範囲にて、バイパス弁が作動す
るような位置にバイパス孔を設けたことを特徴とするも
のである。
［作 用］ 上記のような位置にバイパス弁のバイパス孔を設けた
結果、可変速のスクロール圧縮機を用いた空調機におい
て、最も発生頻度の多い低運転圧力比のときにバイパス
弁が作動して過圧縮が防止されるので、動力損失が少く
なり、大巾な省エネルギー効果が達成される。
結果、可変速のスクロール圧縮機を用いた空調機におい
て、最も発生頻度の多い低運転圧力比のときにバイパス
弁が作動して過圧縮が防止されるので、動力損失が少く
なり、大巾な省エネルギー効果が達成される。
［実施例］ 第１図は本発明の空調機に用いられるスクロール圧縮
機の一例を示す縦断面図である。第１図において１は固
定スクロール５および旋回スクロール６よりなる圧縮機
部であり、電動機２と直結され、密閉容器３内に収納さ
れている。
機の一例を示す縦断面図である。第１図において１は固
定スクロール５および旋回スクロール６よりなる圧縮機
部であり、電動機２と直結され、密閉容器３内に収納さ
れている。
固定スクロール５は鏡板5aとこれに一体的に直立して
設けられた渦巻状のスクロールラップ5bとを有し、外周
部にはラップと同じ高さの外壁5cを有する。旋回スクロ
ール６は鏡板6aとこれに一体的に直立して設けられた渦
巻状のスクロールラップ6bとを有し、鏡板6aの反対側に
ボス6cを有する。上記固定スクロール５と旋回スクロー
ル６は互にラップ5b,6bを内側に向けて組合され、固定
スクロール５は密閉容器３に固定されたフレーム７に固
定されている。
設けられた渦巻状のスクロールラップ5bとを有し、外周
部にはラップと同じ高さの外壁5cを有する。旋回スクロ
ール６は鏡板6aとこれに一体的に直立して設けられた渦
巻状のスクロールラップ6bとを有し、鏡板6aの反対側に
ボス6cを有する。上記固定スクロール５と旋回スクロー
ル６は互にラップ5b,6bを内側に向けて組合され、固定
スクロール５は密閉容器３に固定されたフレーム７に固
定されている。
フレーム７は中央部に軸受7aを形成して駆動軸４を支
承し、また、旋回スクロールの鏡板6aの背面側に背圧室
８を形成している。
承し、また、旋回スクロールの鏡板6aの背面側に背圧室
８を形成している。
駆動軸４の上部には偏心軸4aが突出しておりこの偏心
軸4aが上記ボス6cに挿入され、また、フレーム７と旋回
スクロールの鏡板6aとの間には旋回スクロール自転防止
機構９が設けられ、駆動軸４の回転により、旋回スクロ
ール６は自転せずに固定スクロール５に対し旋回運動を
する。
軸4aが上記ボス6cに挿入され、また、フレーム７と旋回
スクロールの鏡板6aとの間には旋回スクロール自転防止
機構９が設けられ、駆動軸４の回転により、旋回スクロ
ール６は自転せずに固定スクロール５に対し旋回運動を
する。
固定スクロール５の外周部には吸入孔11が設けられ、
この吸入孔11には密閉容器３を貫通して吸入管31が接続
されている。固定スクロールの鏡板5aの中央部には吐出
孔13が設けられ、固定スクロール上部の吐出室3aは通路
14a,14b,14cを経て、電動機上部の室3bに連通し、この
室3bには密閉容器３を貫通して吐出管32が接続されてい
る。
この吸入孔11には密閉容器３を貫通して吸入管31が接続
されている。固定スクロールの鏡板5aの中央部には吐出
孔13が設けられ、固定スクロール上部の吐出室3aは通路
14a,14b,14cを経て、電動機上部の室3bに連通し、この
室3bには密閉容器３を貫通して吐出管32が接続されてい
る。
旋回スクロールの鏡板6aには、圧縮途中の圧縮室と背
圧室８を連通する背圧孔16が開口し、この背圧孔16は固
定、旋回の両スクロールラップの噛合により対称形に形
成される二つの圧縮室にそれぞれ連通するように設けら
れている。スクロール圧縮機の運転にともない吸入圧力
と吐出圧力の中間的な圧縮途中の圧力が上記背圧孔16を
介し背圧室８に導入され、この背圧により運転中旋回ス
クロール６は固定スクロール５に対し軸方向に押圧さ
れ、両鏡板5a,6aおよびラップ6b,5b先端の軸方向密封を
保つ。
圧室８を連通する背圧孔16が開口し、この背圧孔16は固
定、旋回の両スクロールラップの噛合により対称形に形
成される二つの圧縮室にそれぞれ連通するように設けら
れている。スクロール圧縮機の運転にともない吸入圧力
と吐出圧力の中間的な圧縮途中の圧力が上記背圧孔16を
介し背圧室８に導入され、この背圧により運転中旋回ス
クロール６は固定スクロール５に対し軸方向に押圧さ
れ、両鏡板5a,6aおよびラップ6b,5b先端の軸方向密封を
保つ。
また固定スクロールの鏡板5aには、第９図に固定スク
ロールの底面図を示すように、圧縮室の圧縮比が設定圧
力比の0.5〜0.75となる位置に、ラップ5bに近接してほ
ぼラップの板厚に等しい孔径のバイパス孔21を１ケ又は
それ以上鏡板5aを貫通して設けてある。このバイパス孔
21は両スクロールのラップ5b,6bの噛合により形成され
る二つの対称形の圧縮室のそれぞれの対称位置に開口し
ている。また第５図に示す如く、上記鏡板5aの吐出室3a
に面する端面には板状の逆止弁22とこの弁の開度を制御
するストッパ23とがボルト24によって設けられている。
この逆止弁22は圧縮室12より上部の吐出室3aの圧力が大
きければバイパス孔21を閉鎖し、圧縮室12の圧力が上部
の吐出室3aより大きければバイパス孔21を開き、圧縮室
12より上部の吐出室3aへ流れるバイパス流路を形成す
る。
ロールの底面図を示すように、圧縮室の圧縮比が設定圧
力比の0.5〜0.75となる位置に、ラップ5bに近接してほ
ぼラップの板厚に等しい孔径のバイパス孔21を１ケ又は
それ以上鏡板5aを貫通して設けてある。このバイパス孔
21は両スクロールのラップ5b,6bの噛合により形成され
る二つの対称形の圧縮室のそれぞれの対称位置に開口し
ている。また第５図に示す如く、上記鏡板5aの吐出室3a
に面する端面には板状の逆止弁22とこの弁の開度を制御
するストッパ23とがボルト24によって設けられている。
この逆止弁22は圧縮室12より上部の吐出室3aの圧力が大
きければバイパス孔21を閉鎖し、圧縮室12の圧力が上部
の吐出室3aより大きければバイパス孔21を開き、圧縮室
12より上部の吐出室3aへ流れるバイパス流路を形成す
る。
以上説明したスクロール圧縮機を用いた空調装置の冷
媒回路を第６図に示す。冷媒回路は四方切換弁33、室内
熱交換器34、膨張弁35、室外熱交換器36、スクロール圧
縮機１により構成され、圧縮機１は交流電源38からイン
バータ37を介して前記電動機で駆動される。
媒回路を第６図に示す。冷媒回路は四方切換弁33、室内
熱交換器34、膨張弁35、室外熱交換器36、スクロール圧
縮機１により構成され、圧縮機１は交流電源38からイン
バータ37を介して前記電動機で駆動される。
四方切換弁33を冷房側に切換えることにより、冷房運
転時は圧縮機１−四方切換弁33−室外熱交換器36−膨張
弁35−室内熱交換器34−四方切換弁33−圧縮機１の順に
冷媒が循環する回路が形成される。また四方切換弁33を
暖房側に切換えることにより冷媒循環経路は逆転され
る。
転時は圧縮機１−四方切換弁33−室外熱交換器36−膨張
弁35−室内熱交換器34−四方切換弁33−圧縮機１の順に
冷媒が循環する回路が形成される。また四方切換弁33を
暖房側に切換えることにより冷媒循環経路は逆転され
る。
インバータの駆動周波数は室内の冷房負荷あるいは暖
房負荷に応じて制御され、室内温度が設定温度に近づい
た場合には低速で運転するようにインバータの周波数を
下げるように制御される。かかる低速運転の場合には冷
媒循環量が減少するため、相対的に熱交換器容量が大き
くなり、吐出圧力は低下し、吸入圧力は上昇し、したが
って運転圧力比の低い状態で運転される。
房負荷に応じて制御され、室内温度が設定温度に近づい
た場合には低速で運転するようにインバータの周波数を
下げるように制御される。かかる低速運転の場合には冷
媒循環量が減少するため、相対的に熱交換器容量が大き
くなり、吐出圧力は低下し、吸入圧力は上昇し、したが
って運転圧力比の低い状態で運転される。
これらの熱負荷に対して空調機の容量の選定は定格回
転数の容量で選定しているが、最大負荷の熱負荷に対し
ても能力的に満足するように選定しているため、一般的
には容量的に余裕があり、前述したように低速での運転
がほとんどである。
転数の容量で選定しているが、最大負荷の熱負荷に対し
ても能力的に満足するように選定しているため、一般的
には容量的に余裕があり、前述したように低速での運転
がほとんどである。
次に空調機の年間での運転圧力比の頻度について述べ
る。
る。
第７図および第８図は、スクロール圧縮機を用いた空
調機の実際の運転パターンに基づいて作成した図であ
り、圧縮機回転数を横軸、運転圧力比と設定圧力比との
比（運転圧力比／設定圧力比）を縦軸にとった場合の両
者の関係を示すチャートである。図中の円とそれに付し
た数値はその円の中心で表わされる運転状態が年間（こ
れを100とする）に占める割合、すなわち運転頻度を示
している。第７図は定速の圧縮機を用いた空調機の場合
であり、第８図はインバータ駆動による可変速圧縮機を
用いて負荷に応じた容量制御をする空調機の場合であ
る。第７図からわかるように、定速圧縮機を用いる場合
は運転圧力比が設定圧力比以上であるような運転状態の
頻度が大きい。これに対し、第８図からわかるように、
回転速度の制御をする圧縮機を用いた空調機の場合に
は、運転圧力比／設定圧力比の値が0.5〜0.75であるよ
うな運転状態が年間の85％を占め、そのような運転状態
の頻度が非常に大きいことがわかる。
調機の実際の運転パターンに基づいて作成した図であ
り、圧縮機回転数を横軸、運転圧力比と設定圧力比との
比（運転圧力比／設定圧力比）を縦軸にとった場合の両
者の関係を示すチャートである。図中の円とそれに付し
た数値はその円の中心で表わされる運転状態が年間（こ
れを100とする）に占める割合、すなわち運転頻度を示
している。第７図は定速の圧縮機を用いた空調機の場合
であり、第８図はインバータ駆動による可変速圧縮機を
用いて負荷に応じた容量制御をする空調機の場合であ
る。第７図からわかるように、定速圧縮機を用いる場合
は運転圧力比が設定圧力比以上であるような運転状態の
頻度が大きい。これに対し、第８図からわかるように、
回転速度の制御をする圧縮機を用いた空調機の場合に
は、運転圧力比／設定圧力比の値が0.5〜0.75であるよ
うな運転状態が年間の85％を占め、そのような運転状態
の頻度が非常に大きいことがわかる。
本発明の前記実施例では、かかる事実に鑑み、前記の
如く、圧縮室の圧縮比が設定圧力比の0.5〜0.75となる
位置にバイパス孔21を設けた。次にバイパス孔の位置に
ついて説明する。
如く、圧縮室の圧縮比が設定圧力比の0.5〜0.75となる
位置にバイパス孔21を設けた。次にバイパス孔の位置に
ついて説明する。
空調用スクロール圧縮機では設定圧力比は使用条件か
ら、大体3.0〜3.8程度とするのが一般的であるが、設定
容積比は下記の式で示される。
ら、大体3.0〜3.8程度とするのが一般的であるが、設定
容積比は下記の式で示される。
即ち、第２図で最大の密閉空間12bをVsとし、最小密
閉空間12cをVdiとした場合、その各々の密閉空間の時の
空間内圧力をPs,Pdiとすると、理論上Ps＊（Vs）ｋ＝Pd
i＊（Vdi）ｋとなり、設定容積比はVs/Vdi＝（Pdi/Ps）
1/kとなる。
閉空間12cをVdiとした場合、その各々の密閉空間の時の
空間内圧力をPs,Pdiとすると、理論上Ps＊（Vs）ｋ＝Pd
i＊（Vdi）ｋとなり、設定容積比はVs/Vdi＝（Pdi/Ps）
1/kとなる。
ここでｋは断熱指数でフロン22の場合、ｋ＝1.184で
ある。
ある。
仮に設定圧力比を3.3とすると、上式から設定容積比
は2.7となる。
は2.7となる。
即ち、吸入圧力で吸入された冷媒は旋回スクロールの
旋回につれて圧縮され最小密閉容器では吸入容積の1/2.
7＝0.37倍の容積まで圧縮されて圧力も吸入圧力の3.3倍
の圧力となる。
旋回につれて圧縮され最小密閉容器では吸入容積の1/2.
7＝0.37倍の容積まで圧縮されて圧力も吸入圧力の3.3倍
の圧力となる。
一方、本発明のように途中にバイパス孔を設ける場合
もその位置での圧縮室内の圧力は密閉空間の容積変化か
ら同様に求められる。
もその位置での圧縮室内の圧力は密閉空間の容積変化か
ら同様に求められる。
即ち一般にスクロールラップの内線、外線はインボリ
ュート曲線となっており、密閉空間は旋回スクロールの
外線と固定スクロールの内線との接点、及びこれと180
度対称の位置の旋回スクロールの内線と固定スクロール
外線との接点によりシールされ、高さ方向は各々のラッ
プ先端部でシールされて形成される。
ュート曲線となっており、密閉空間は旋回スクロールの
外線と固定スクロールの内線との接点、及びこれと180
度対称の位置の旋回スクロールの内線と固定スクロール
外線との接点によりシールされ、高さ方向は各々のラッ
プ先端部でシールされて形成される。
この際の密閉空間の容積Ｖは下記に示される。
Ｖ＝２εｈ｛２（１＋ξ）（λ−π）＋π｝ ここでε：クランク軸の旋回半径、h:ラップ高さ、ξ:t
/ε、 t:ラップ厚さ、λ：旋回スクロール外線の接点でのイン
ボリュート巻き角度 従って、運転圧力比／設定圧力比＝0.5の場合、運転
圧力比＝3.3＊0.5＝1.65となるが、この時の密閉空間内
の圧縮室内圧力が丁度この値になる位置にバイパス孔を
設けることにより、低圧力比運転時での過圧縮を防止す
ることができる。
/ε、 t:ラップ厚さ、λ：旋回スクロール外線の接点でのイン
ボリュート巻き角度 従って、運転圧力比／設定圧力比＝0.5の場合、運転
圧力比＝3.3＊0.5＝1.65となるが、この時の密閉空間内
の圧縮室内圧力が丁度この値になる位置にバイパス孔を
設けることにより、低圧力比運転時での過圧縮を防止す
ることができる。
因にこの時のV/Vs＝（Ps/P）1/k ここで、P:密閉空間容積Ｖの時の圧縮室内圧力、P/Ps
＝1.65として、以上の式よりV/Vs＝0.665となる。
＝1.65として、以上の式よりV/Vs＝0.665となる。
一例としてVs:64.2cc/rev ε:4.5mm t:3.6mm h:32.2mmとした場合、上式から λ＝11.4radとなる。
即ちこの位置にバイパス孔を設けた場合、極座標で示
すと第９図のとおりの位置となる。
すと第９図のとおりの位置となる。
同様に、運転圧力比／設定圧力比＝0.75の場合、運転
圧力比＝3.3＊0.75＝2.48となるが、この時の密閉空間
内の圧縮室内圧力が丁度、吸入圧力＊2.48より高い場合
に、圧縮室内の圧縮ガスをバイパスするような位置にバ
イパス孔を設ければよいことになる。
圧力比＝3.3＊0.75＝2.48となるが、この時の密閉空間
内の圧縮室内圧力が丁度、吸入圧力＊2.48より高い場合
に、圧縮室内の圧縮ガスをバイパスするような位置にバ
イパス孔を設ければよいことになる。
上に求めたバイパス孔の位置（XY座標による）を、第
９図に示す。即ち、前者の場合の位置を、第９図におけ
る実線の直径線上に、また後者の場合の位置を点線の直
径線上に示す。
９図に示す。即ち、前者の場合の位置を、第９図におけ
る実線の直径線上に、また後者の場合の位置を点線の直
径線上に示す。
以上のような位置にバイパス孔を設けたので、上記最
も頻度の多い運転状態において過圧縮が防止でき、効果
的に省エネルギー効果を高めることができる。即ち、本
発明は、インバータ駆動することにより、スクロール圧
縮機を極めて低速の領域まで運転可能として、その運転
効率を高めることができる。その反面、スクロール圧縮
機の構造上、低速運転になるとスクロールラップ間の冷
媒の漏洩が増加し圧縮空間内の圧力上昇によって、過圧
縮の増加により効率の低下を招く要因が生ずるが、本発
明では、この過圧縮を防止すべく、運転圧力比／設定圧
力比の相対比を0.5〜0.75の範囲を選択するものであ
る。即ち、該相対比を0.5未満にすることはスクロール
圧縮機運転上現実的でなく、また該相対比を0.75を越え
るような位置、即ちスクロールのより内側乃至中心寄り
にバイパス孔を設けると、ある時点でより最終に近い圧
縮室の圧縮ガスがバイパス孔内に導入され、その後旋回
スクロールが回転し、旋回スクロールのラップが内側へ
移動しバイパス孔上を通過すると、該バイパス孔内に滞
留した高圧ガスは、比較的圧力の低い次の圧縮室に流入
して該室の圧力を上昇させ、結果的に圧縮動力損失の要
因となり、過圧縮を防止すべきバイパス孔の機能を減殺
する傾向が出てくるので、本発明では、前述のような運
転頻度に基づき該相対対比の上限を定め好適な運転を可
能とするものである。
も頻度の多い運転状態において過圧縮が防止でき、効果
的に省エネルギー効果を高めることができる。即ち、本
発明は、インバータ駆動することにより、スクロール圧
縮機を極めて低速の領域まで運転可能として、その運転
効率を高めることができる。その反面、スクロール圧縮
機の構造上、低速運転になるとスクロールラップ間の冷
媒の漏洩が増加し圧縮空間内の圧力上昇によって、過圧
縮の増加により効率の低下を招く要因が生ずるが、本発
明では、この過圧縮を防止すべく、運転圧力比／設定圧
力比の相対比を0.5〜0.75の範囲を選択するものであ
る。即ち、該相対比を0.5未満にすることはスクロール
圧縮機運転上現実的でなく、また該相対比を0.75を越え
るような位置、即ちスクロールのより内側乃至中心寄り
にバイパス孔を設けると、ある時点でより最終に近い圧
縮室の圧縮ガスがバイパス孔内に導入され、その後旋回
スクロールが回転し、旋回スクロールのラップが内側へ
移動しバイパス孔上を通過すると、該バイパス孔内に滞
留した高圧ガスは、比較的圧力の低い次の圧縮室に流入
して該室の圧力を上昇させ、結果的に圧縮動力損失の要
因となり、過圧縮を防止すべきバイパス孔の機能を減殺
する傾向が出てくるので、本発明では、前述のような運
転頻度に基づき該相対対比の上限を定め好適な運転を可
能とするものである。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、インバータ制
御により駆動されるスクロール圧縮機を備えた空調機に
おいて、運転頻度の多い低運転圧力比にてバイパス弁が
作動するようにバイパス孔の位置を設定したスクロール
圧縮機を用いることにより従来のバイパス弁のないスク
ロール圧縮機に対して約10％の高い省エネ効果を得るこ
とができる。
御により駆動されるスクロール圧縮機を備えた空調機に
おいて、運転頻度の多い低運転圧力比にてバイパス弁が
作動するようにバイパス孔の位置を設定したスクロール
圧縮機を用いることにより従来のバイパス弁のないスク
ロール圧縮機に対して約10％の高い省エネ効果を得るこ
とができる。
第１図は本発明の空調機に用いるスクロール圧縮機の例
を示す縦断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）はスクロール圧
縮機の動作の様子を示す平面図、第３図はスクロール圧
縮機の旋回スクロールの回転角度と圧縮室内圧力の変化
を示すグラフ、第４図はバイパス孔を備えた固定スクロ
ールの底面図、第５図はバイパス弁の構造を例示した一
部拡大断面図、第６図は本発明の空調機の実施例におけ
る冷媒回路の図、第７図は定速の圧縮機を用いた空調装
置の運転パターンを示す図、第８図は可変速の圧縮機を
用いた空調装置の運転パターンを示す図、第９図は固定
スクロールのバイパス孔の位置の具体例を示す図であ
る。 ２……電動機、３……密閉容器 ４……駆動軸、５……固定スクロール ６……旋回スクロール、７……フレーム ８……背圧室、11……吸入孔 13……吐出孔、16……背圧孔 21……バイパス孔、22……逆止弁。
を示す縦断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）はスクロール圧
縮機の動作の様子を示す平面図、第３図はスクロール圧
縮機の旋回スクロールの回転角度と圧縮室内圧力の変化
を示すグラフ、第４図はバイパス孔を備えた固定スクロ
ールの底面図、第５図はバイパス弁の構造を例示した一
部拡大断面図、第６図は本発明の空調機の実施例におけ
る冷媒回路の図、第７図は定速の圧縮機を用いた空調装
置の運転パターンを示す図、第８図は可変速の圧縮機を
用いた空調装置の運転パターンを示す図、第９図は固定
スクロールのバイパス孔の位置の具体例を示す図であ
る。 ２……電動機、３……密閉容器 ４……駆動軸、５……固定スクロール ６……旋回スクロール、７……フレーム ８……背圧室、11……吸入孔 13……吐出孔、16……背圧孔 21……バイパス孔、22……逆止弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒田 哲哉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−119080（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−128485（ＪＰ，Ａ) 「日立評論」ｖｏｌ．67 Ｎｏ．７ （1985−７）第73〜78頁“インバータ駆動 容量制御パッケージ形空調機"
Claims (1)
- 【請求項１】夫々鏡板と該鏡板から一体的に直立した渦
巻状ラップとよりなる固定スクロールおよび旋回スクロ
ールを、互にラップを内側にして噛み合わせ、固定スク
ロールの鏡板中心には吐出孔を有し、固定スクロールに
対して旋回スクロールを自転なしに旋回運動させて、両
スクロールの鏡板およびラップで形成される圧縮室で圧
縮された冷媒ガスを上記吐出孔から吐出させるようにし
てなるスクロール圧縮機を備え、且つ該スクロール圧縮
機をインバータで駆動して駆動回転数を空調負荷に応じ
て変化させるよう制御する空調機において、固定スクロ
ールの鏡板を貫通して圧縮室側と吐出側とを連通するバ
イパス孔を、固定スクロールのラップ近傍に設けると共
に、該バイパス孔に圧縮室側から吐出室側への冷媒ガス
の流通を許す逆止弁よりなるバイパス弁を設け、上記バ
イパス孔を、圧縮室の圧力比が設定圧力比の0.5〜0.75
となる位置に設けたことを特徴とするインバータ駆動の
スクロール圧縮機を備えた空調機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61289433A JPH0830471B2 (ja) | 1986-12-04 | 1986-12-04 | インバータ駆動のスクロール圧縮機を備えた空調機 |
| KR1019870012067A KR910002404B1 (ko) | 1986-12-04 | 1987-10-30 | 냉동공조장치 |
| US07/124,279 US4774816A (en) | 1986-12-04 | 1987-11-23 | Air conditioner or refrigerating plant incorporating scroll compressor |
| DE19873740726 DE3740726A1 (de) | 1986-12-04 | 1987-12-01 | Klima- oder kuehlanlage mit einem spiralkompressor fuer das kaeltemittel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61289433A JPH0830471B2 (ja) | 1986-12-04 | 1986-12-04 | インバータ駆動のスクロール圧縮機を備えた空調機 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8343798A Division JP2824476B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | インバータ駆動のスクロール圧縮機を備えた空調機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63140884A JPS63140884A (ja) | 1988-06-13 |
| JPH0830471B2 true JPH0830471B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17743183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61289433A Expired - Lifetime JPH0830471B2 (ja) | 1986-12-04 | 1986-12-04 | インバータ駆動のスクロール圧縮機を備えた空調機 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4774816A (ja) |
| JP (1) | JPH0830471B2 (ja) |
| KR (1) | KR910002404B1 (ja) |
| DE (1) | DE3740726A1 (ja) |
Cited By (1)
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| JP2001165073A (ja) * | 1999-12-06 | 2001-06-19 | Daikin Ind Ltd | スクロール圧縮機および空気調和機 |
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