JPH11351167A - 多段階容量制御スクロール圧縮機 - Google Patents

多段階容量制御スクロール圧縮機

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JPH11351167A
JPH11351167A JP10165022A JP16502298A JPH11351167A JP H11351167 A JPH11351167 A JP H11351167A JP 10165022 A JP10165022 A JP 10165022A JP 16502298 A JP16502298 A JP 16502298A JP H11351167 A JPH11351167 A JP H11351167A
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scroll
compressor
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謙治 松葉
Shigeki Hagiwara
茂喜 萩原
Yoshitaka Shibamoto
祥孝 芝本
Hiroyuki Kuroiwa
弘之 黒岩
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 50%以下の部分負荷運転を多段階に変更可
能にする。 【解決手段】 非対称渦巻き型スクロール圧縮機の第1
スクロール21に、吐出容量を60%にする第1バイパ
ス弁27を設ける。また、第1スクロール21の渦巻き
外に、吸入側と吐出側とを連通させて圧縮機の設定負荷
を50%にする第2バイパス弁40を設ける。こうし
て、第1,第2バイパス弁27,40を閉鎖して、圧縮機
の実質負荷を100%にする。また、第1バイパス弁2
7を開放する一方、第2バイパス弁40を閉鎖して、圧
縮機の実質負荷を60%にする。また、第1,第2バイ
パス弁27,40を開放して、圧縮機の実質負荷を30
%にする。すなわち、最小容量運転時の容積比Vrを
「1」以上の値にして、信頼性の高い50%以下の部分負
荷運転を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、低容量域の部分
負荷運転を可能にする多段階容量制御スクロール圧縮機
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、渦巻き内にバイパス穴を設けて部
分負荷運転を可能にしたスクロール圧縮機として、図8
および図9(図8のX−X矢視断面図)に示すようなもの
がある(特開平9−170573号公報)。このスクロー
ル圧縮機は、第1スクロール1の渦巻巻終を第2スクロ
ール2の渦巻巻終よりも伸開角でπ(rad)だけ長くした
非対称渦巻き型のスクロール圧縮機である。そして、第
1スクロール1の内面と第2スクロール2の外面とで形
成される第1流体作動室Aと第1スクロール1の外面と
第2スクロール2の内面とで形成される第2流体作動室
Bとが、単一の低圧ポート3に対して交互に開閉するよ
うになっており、第1スクロール1に対する第2スクロ
ール2の最外方側接触点Eから略1巻き分だけ内方に巻
き戻した点Jに、第1流体作動室Aと第2流体作動室B
とに共通の共通バイパス穴4を設けている。
【0003】そして、上記第1スクロール1には、共通
バイパス穴4に連通する弁穴5を設け、この弁穴5の側
方部には低圧ポート3に連通するバイパス通路6を設け
ている。弁穴5には、共通バイパス穴4を開閉する段付
き円柱形のバイパス弁7を摺動自在に内装している。ま
た、バイパス弁7の段部にはコイルスプリング8を係止
させており、バイパス弁7の上部は蓋部材9で密閉され
て吐出ドーム10と仕切られて操作圧室11を形成して
いる。尚、操作圧室11には、電磁弁12によって低圧
ライン13と高圧ライン14とに選択的に連通される操
作圧ライン15を継手管16を介して接続している。1
7は高圧ライン14と低圧ライン13との短絡を防止す
るキャピラリチューブであり、18はケーシングであ
り、19は高圧ポートである。
【0004】上述のように、上記共通バイパス穴4は、
第1スクロール1に対する第2スクロール2の最外方側
接触点Eから略1巻き分だけ内方に巻き戻した点Jに設
けられている。したがって、電磁弁12を閉鎖してバイ
パス弁7の操作圧室11に高圧ガスを供給し、バイパス
弁7を閉鎖した場合には吐出容量は全容量(100%)と
なる。一方、電磁弁12を開放してバイパス弁7の操作
圧室11に低圧ガスを供給してバイパス弁7を開放した
場合には、共通バイパス穴4の位置が圧縮開始点となる
ために吐出容量は全容量の約60%になる。こうして、
スクロール圧縮機の吐出容量が100%と60%とに切
り換えられるのである。
【0005】尚、上記第1スクロール1に対する第2ス
クロール2の最外方側接触点Eから略3/4巻分だけ内
方に巻き戻した位置と、1巻き分だけ内方に巻き戻した
位置とに、2つの共通バイパス穴を設けることによっ
て、100%,70%,60%の3通りの吐出容量を得る
こともできる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の多段階容量制御スクロール圧縮機には、以下のよう
な問題がある。先ず、50%以下の部分負荷運転時には
容積比Vrがかなり小さくなるために、運転範囲が制限
されてしまうという問題がある。
【0007】例えば、上記第1,第2スクロール1,2の
固有容積比VrがVr=2.3である場合には、圧縮機と
して部分負荷時でも容積比Vrが「1」以上必要であるこ
とから、限界部分負荷率は1/2.3=0.44、つまり
44%運転が限界となる。固有容積比Vrを上げれば限
界部分負荷率は下がって50%以下の部分負荷運転が可
能になるのではあるが、その場合には逆に全負荷時の効
率が落ちてしまうために固有容積比Vrを上げることは
採用できない。ところが、1台の室外機で複数の室内機
を受け持つマルチタイプの空気調和機においては20%
〜30%負荷運転が必ず必要であり、上記従来の多段階
容量制御スクロール圧縮機を上記マルチタイプの空気調
和機に適用した場合には、圧縮機の運転・停止が頻繁に
行われたり、最適な空調条件を設定できない等の問題が
発生する。
【0008】また、負荷制御スクロール圧縮機として
は、上述の構成の他に電動機のインバータ制御による方
法もある。ところが、その場合には、インバータ回路が
必要となって大幅なコストアップにつながる。また、特
に大型のインバータにおいては高調波が発生するという
問題もある。さらには、インバータ運転時の潤滑不良の
問題があり圧縮機の信頼性が低下するという問題もあ
る。
【0009】また、上述したように共通バイパス穴を多
数設けて50%以下の低部分負荷運転を狙うと、加工性
や組み立て性の低下を招いたり、第1,第2スクロール
の中心部に共通バイパス穴を設けるために剛性が低下し
たりする。さらに、第1,第2スクロールの渦巻き内の
ガス荷重が大幅に減少するためにガス荷重と可動側の第
2スクロールの遠心荷重とのバランスが崩れ、ピン軸受
(図示せず)での潤滑不良等の不具合が生じたり、第2ス
クロールの転覆が発生したりするという問題がある。
【0010】そこで、この発明の目的は、50%以下の
部分負荷運転を多段階に変更可能な安価で信頼性の高い
多段階容量制御スクロール圧縮機を提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る発明の多段階容量制御スクロール圧
縮機は、圧縮室内の所定位置に形成されて流体作動室内
の圧縮ガスを吸い込みポートに返す第1バイパス通路
と、上記第1バイパス通路を開閉する第1開閉手段と、
吐出側と吸い込み側とを連通する第2バイパス通路と、
上記第2バイパス通路を開閉すると共に,開放時には吐
出側の高圧ガスを所定量だけ吸い込み側に逃がす第2開
閉手段を備えたことを特徴としている。
【0012】上記構成によれば、第2開閉手段が第2バ
イパス通路を開・閉することによって、圧縮機の負荷が
100%と第1の所定%とに切り換えられる。一方、第
1開閉手段が第1バイパス通路を開・閉することによっ
て、上記圧縮機の吐出容量が100%と第2の所定%と
に切り換えられる。したがって、上記第1開閉手段の開
・閉と上記第2開閉手段の開・閉とを組み合わせることに
よって、上記圧縮機の実質負荷が4段階に切り換えられ
る。その場合に、上記圧縮機の吐出容量は、第1開閉手
段によって上記第2の所定%のみに切り換えられる。し
たがって、上記圧縮機の吐出容量が上記第2の所定%に
なったときの容積比が1以上になるように、上記圧縮機
の固定容積比および上記第2の所定%を設定しておけ
ば、上記圧縮機の実質負荷が最小になった場合でも容積
比を1以上に保って信頼性の高い多段階負荷制御が行わ
れる。
【0013】また、請求項2に係る発明は、請求項1に
係る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機において、
上記圧縮室を形成する第1スクロールと第2スクロール
は、一方のスクロールの渦巻巻終を他方のスクロールの
渦巻巻終よりも伸開角で180度だけ長くした非対称の
渦巻き形状を呈することを特徴としている。
【0014】上記構成によれば、第1スクロールの内面
と第2スクロールの外面とで形成される第1流体作動室
と、第1スクロールの外面と第2スクロールの内面とで
形成される第2流体作動室とが、同じ第1バイパス通路
の位置に交互に形成される。したがって、唯1つの第1
バイパス通路から各流体作動室内の高圧ガスが吸い込み
ポートに返される。
【0015】また、請求項3に係る発明は、請求項1に
係る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機において、
上記第2バイパス通路は、圧縮機本体の外に設けられて
いることを特徴としている。
【0016】上記構成によれば、上記第2バイパス通路
および第2開閉手段を上記圧縮機本体内に形成する必要
がなく、吐出ラインと吸入ラインとの間に形成すればよ
い。したがって、多段階容量制御スクロール圧縮機が安
価に製造される。
【0017】また、請求項4に係る発明は、請求項1ま
たは請求項3に係る発明の多段階容量制御スクロール圧
縮機において、上記第2バイパス通路および第2開閉手
段を複数備えたことを特徴としている。
【0018】上記構成によれば、上記第2バイパス通路
および第2開閉手段が複数設けられている。したがっ
て、各第2開閉手段の開・閉と上記第1開閉手段の開・閉
とを組み合わせることによって、8段階以上の多段階負
荷制御が行われる。
【0019】また、請求項5に係る発明は、請求項3に
係る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機において、
上記第2バイパス通路を開閉する第2開閉手段は、任意
の開度に制御可能な電動弁であることを特徴としてい
る。
【0020】上記構成によれば、上記第2バイパス通路
の開度が任意の開度に設定されるので、圧縮機の負荷が
100%と任意の%とに切り換えられる。したがって、
上記第1開閉手段の開・閉制御と上記第2開閉手段の開
度制御との組み合わせによって、圧縮機の実質負荷が任
意の多段階に切り換えられる。
【0021】また、請求項6に係る発明は、請求項1に
係る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機において、
上記第2開閉手段は、パイロット圧と上記吸い込み側の
圧力または吐出側の圧力との差圧によって動作するよう
になっていることを特徴としている。
【0022】上記構成によれば、上記第2開閉手段の制
御系を簡単に構成でき、多段階容量制御スクロール圧縮
機が安価に製造される。
【0023】また、請求項7に係る発明、請求項1に係
る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機において、上
記吸い込みポートに連通する低圧チャンバを冷却するた
めの液インジェクション管を備えたことを特徴としてい
る。
【0024】上記構成によれば、液インジェクション管
から噴射される冷却液によって低圧チャンバおよび駆動
モータが冷却される。こうして、上記圧縮室内の高圧ガ
スを吸い込みポートに返すことによる上記低圧チャンバ
の温度上昇が防止され、吐出ガスやモータの温度低下が
図られる。
【0025】また、請求項8に係る発明は、請求項1に
係る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機において、
上記第1開閉手段および第2開閉手段はパイロット圧に
よって動作するようになっており、上記第1開閉手段の
パイロットポートと第2開閉手段のパイロットポートと
は,圧縮機本体の上部中心に設けられた1つの継手金具
を介して,夫々のパイロットラインに接続されているこ
とを特徴としている。
【0026】上記構成によれば、上記第1,第2開閉手
段のパイロットポートと夫々のパイロットラインとを接
続する継手金具は圧縮機本体の上部中心に1つだけ設け
ればよく、ケーシングトップ中心1箇所からの取り出し
となる。そのために、上記ケーシングトップの偏心した
2箇所から取り出した場合には操作管との楕円形の溶接
が2箇所必要に成るに比して、上記ケーシングトップと
操作管との溶接作業が容易に行え、組み立て工数が低減
されて更なるコストダウンが図られる。
【0027】また、請求項9に係る発明は、請求項1に
係る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機と、固定吐
出容量の標準スクロール圧縮機とを備えて、上記多段階
容量制御スクロール圧縮機と上記標準スクロール圧縮機
とを並列に接続したことを特徴としている。
【0028】上記構成によれば、多段階容量制御スクロ
ール圧縮機と標準スクロール圧縮機とでツインの多段階
容量制御スクロール圧縮機を構成している。したがっ
て、上記標準スクロール圧縮機によるアンロードとフル
ロードとの2つのロード状態への切り換えと、多段階容
量制御スクロール圧縮機によるn段階の負荷切り換えと
を組み合わせることによって、2×n段階に負荷が切り
換えられる。こうして、更に多段階に負荷制御が行われ
る。
【0029】また、請求項10に係る発明は、請求項1
に係る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機におい
て、上記第1開閉手段はパイロット圧で動作するように
なっており、上記第1開閉手段のパイロットポートとこ
のパイロットポートにパイロットラインを接続するため
の継手金具とはねじで接続されていることを特徴として
いる。
【0030】上記構成によれば、上記第1開閉手段のパ
イロットポートと継手金具とはテーパねじで確実に接続
されている。したがって、継手金具の振動に強く耐漏れ
性や耐熱性の高い取り付け構造が実現される。
【0031】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図1は、第1実施の形態の多
段階容量制御スクロール圧縮機における部分断面図であ
る。第1スクロール21,第2スクロール22,低圧ポー
ト23,共通バイパス穴24,弁穴25,バイパス通路2
6,バイパス弁27,コイルスプリング28,蓋部材29,
吐出ドーム30,操作圧室31,電磁弁32,低圧ライン
33,高圧ライン34,操作圧ライン35,継手管36,キ
ャピラリチューブ37,ケーシング38および高圧ポー
ト39は、図8および図9に示す従来の非対称渦巻き型
多段階容量制御スクロール圧縮機における第1スクロー
ル1,第2スクロール2,低圧ポート3,共通バイパス穴
4,弁穴5,バイパス通路6,バイパス弁7,コイルスプリ
ング8,蓋部材9,吐出ドーム10,操作圧室11,電磁弁
12,低圧ライン13,高圧ライン14,操作圧ライン1
5,継手管16,キャピラリチューブ17,ケーシング1
8および高圧ポート19と同じ構成を有し、同様に動作
する。
【0032】本実施の形態においては、上記第1スクロ
ール21における渦巻き外に、低圧ポート23に連通す
る吸入側と吐出ドーム30内の吐出側とを選択的に連通
させる第2のバイパス弁40を設けている。以下、バイ
パス弁27を第1バイパス弁と言い、バイパス弁40を
第2バイパス弁と言う。第2バイパス弁40は、第1ス
クロール21の鏡板41の高圧側の表面に突出して設け
られた円筒状のシリンダ部42と、先端にボールを有し
てシリンダ部42内を摺動する弁体43と、この弁体4
3とシリンダ部42との間に縮装されたスプリング44
で概略構成されている。
【0033】上記シリンダ部42の低圧側端部には、シ
リンダ部42内に連通する軸孔を有すると共に外周面に
は取付ねじが設けられた取付部42aを設けている。ま
た、鏡板41には、この鏡板41を貫通する貫通孔45
が穿たれており、この貫通孔45の上端部にシリンダ部
42の取付部42aを螺合する取付孔45aを設けてい
る。そして、シリンダ部42の取付部42aを鏡板41
の取付孔45aに螺合することによって、シリンダ部4
2を鏡板41の高圧側の表面に突出させて固定し、上記
吸入側とシリンダ部42内とが貫通孔45および取付部
42aの軸孔を介して連通される。また、シリンダ部4
2の上部は吐出ドーム30とは仕切られて操作圧室46
を形成している。尚、操作圧室46には、第2の電磁弁
47によって低圧ライン33と高圧ライン34とに選択
的に連通される操作圧ライン48を継手管49を介して
接続している。以下、電磁弁32を第1電磁弁と言い、
電磁弁47を第2電磁弁と言う。尚、50は高圧ライン
34と低圧ライン33との短絡を防止するキャピラリチ
ューブである。
【0034】上記弁体43の外周面には低圧側が小径で
ある段部が設けられており、この小径部にスプリング4
4が装着されている。また、シリンダ部42の軸方向中
間部には半径方向に内側と外側とを連通する貫通孔51
が設けられ、弁体43が最下部まで摺動した場合に弁体
43の大径部でシリンダ部42の貫通孔51を閉鎖する
ようになっている。ここで、貫通孔51の大きさは、圧
縮機の負荷が例えば50%になるように設定される。
【0035】したがって、上記第2電磁弁47を閉鎖し
て第2バイパス弁40の操作圧室46に高圧ガスを供給
し、弁体43を下方に摺動させた場合には、弁体43の
上記大径部が貫通孔51を閉鎖して圧縮機の負荷は10
0%に設定される(以下、このようにして設定された負
荷を設定負荷と言う)。一方、第2電磁弁47を開放し
て第2バイパス弁40の操作圧室46に低圧ガスを供給
し、弁体43を上方に摺動させた場合には、弁体43の
貫通孔51が開放されて圧縮機の設定負荷は50%とな
る。すなわち、本実施の形態においては、上記第2バイ
パス通路を貫通孔45で構成し、上記第2開閉手段を第
2バイパス弁40で構成するのである。
【0036】上記構成の多段階容量制御スクロール圧縮
機は、第1バイパス弁27と第2バイパス弁40との開
閉を制御することによって、以下のように多段階負荷制
御を可能にしている。先ず、上述のように上記第2電磁
弁47を閉鎖することによって、第2バイパス弁40が
閉鎖して圧縮機の設定負荷は100%となる。この状態
で、第1電磁弁32を閉鎖して第1バイパス弁27の操
作圧室31に高圧ガスを供給すると、第1バイパス弁2
7は閉鎖して吐出容量は100%となる。したがって、
この場合における圧縮機の実質負荷は100%(=10
0%×100%)となる(図1の状態)。また、第1電磁
弁32を開放して第1バイパス弁27の操作圧室31に
低圧ガスを供給すると、第1バイパス弁27は開放して
吐出容量は60%となる。したがって、この場合におけ
る圧縮機の実質負荷は60%(=100%×60%)とな
る。次に、第2電磁弁47を開放することによって、第
2バイパス弁40が開放して圧縮機の設定負荷は50%
となる。この状態で、第1上記電磁弁32を開放して第
1バイパス弁27を開放すると吐出容量は60%とな
る。したがって、この場合における圧縮機の実質負荷は
30%(=50%×60%)となる(図2の状態)。
【0037】この場合、上記第1スクロール21には、
第1スクロール21に対する第2スクロール22の最外
方側接触点Eから略1巻き分だけ内方に巻き戻した点J
(図9を参照)のみに、唯一つの共通バイパス穴24を穿
って第1バイパス弁27を設けている。したがって、最
小容量運転時の吐出容量は60%となる。そのために、
第1,第2スクロール21,22の固有容積比Vrが2.3
である場合に、最小容量運転時の容積比Vrは1.38
(=2.3×0.6)となって「1」以上の値を呈する。即
ち、本実施の形態によれば信頼性の高い50%以下の部
分負荷運転が可能になるのである。
【0038】このように、本実施の形態においては、上
記非対称渦巻き型スクロール圧縮機の第1スクロール2
1には、第1スクロール21に対する第2スクロール2
2の最外方側接触点Eから略1巻き分だけ内方に巻き戻
した点J(図9参照)に、低圧ポート23に連通して吐出
容量を60%にする第1バイパス弁27を設ける。さら
に、第1スクロール21の渦巻き外には、上記吸入側と
吐出側とを選択的に連通させて圧縮機の設定負荷を50
%にする第2バイパス弁40を設けている。そして、第
1電磁弁32および第2電磁弁47の開閉によって、低
圧ライン33および高圧ライン34の圧力と上記吸入側
の圧力との差圧によって第1バイパス弁27および第2
バイパス弁40を開閉するようにしている。したがっ
て、第2バイパス弁40および第1バイパス弁27を閉
鎖すれば、圧縮機の実質負荷を100%にできる。ま
た、第2バイパス弁40を閉鎖する一方、第1バイパス
弁27を開放すれば、圧縮機の実質負荷を60%にでき
る。また、第2バイパス弁40および第1バイパス弁2
7を開放すれば、圧縮機の実質負荷を30%にできる。
【0039】すなわち、本実施の形態によれば、最小容
量運転時の容積比Vrを「1」以上の値にして、信頼性の
高い50%以下の部分負荷運転を行うことができる。
【0040】その場合に、上記構成を有する多段階容量
制御スクロール圧縮機は、上記第1バイパス弁27を有
する従来の非対称渦巻き型の多段階容量制御スクロール
圧縮機における第1スクロール21の渦巻き外に、鏡板
41を貫通する貫通孔45を穿ち、この貫通孔45の上
端部にシリンダ部42の取付部42aを螺合するだけで
簡単に構成することができる。また、渦巻き外に設けら
れる第2スクロール弁40は、渦巻き内に設けられる第
1スクロール弁27のような精密性を必要とはしない。
したがって、少ない部品点数で、安価に提供できる。
【0041】図3は、図1に示す多段階容量制御スクロ
ール圧縮機の変形例を示す部分断面図である。図3に示
す多段階容量制御スクロール圧縮機における第1スクロ
ール61,第2スクロール62,第1バイパス弁63,第
1電磁弁64,低圧ライン65,高圧ライン66,操作圧
ライン67,高圧ポート68,第2バイパス弁69,貫通
孔70,第2電磁弁71および操作圧ライン72は、図
1に示す多段階容量制御スクロール圧縮機における第1
スクロール21,第2スクロール22,第1バイパス弁2
7,第1電磁弁32,低圧ライン33,高圧ライン34,操
作圧ライン35,高圧ポート39,第2バイパス弁40,
貫通孔45,第2電磁弁47および操作圧ライン48と
同じ構成を有し、同様に動作する。
【0042】本実施の形態においては、上記操作圧ライ
ン67,72をケーシング73の天面中央に取り付けら
れた一つの継手管74を介して第1バイパス弁63およ
び第2バイパス弁69に接続している。継手管74には
2本の孔74a,74bが互い違いに設けられており、第
1孔74aには第1管ボルト継手75によって操作圧ラ
イン67が接続される一方、第2孔74bには第2管ボ
ルト継手76によって操作圧ライン72が接続されてい
る。さらに、第1孔74aには第1配管77によって第
1バイパス弁63の操作圧室78が接続され、第2孔7
4bには第2配管79によって第2バイパス弁69の操
作圧室80が接続されている。
【0043】このように、上記2本の操作圧ライン6
7,72を一つの継手管74でまとめてケーシング73
のトップ中央から引き出すことによって、組み立て工数
を低減して更なるコストダウンを図ることができるので
ある。
【0044】図4は、第2実施の形態における多段階容
量制御スクロール圧縮機を示す部分断面図である。第1
スクロール81,第2スクロール82,低圧ポート83,
バイパス弁84,第1電磁弁85,低圧ライン86,高圧
ライン87,操作圧ライン88,継手管89および高圧ポ
ート90は、図1に示す多段階容量制御スクロール圧縮
機における第1スクロール21,第2スクロール22,低
圧ポート23,第1バイパス弁27,第1電磁弁32,低
圧ライン33,高圧ライン34,操作圧ライン35,継手
管36および高圧ポート39と同じ構成を有し、同様に
動作する。
【0045】図1に示す多段階容量制御スクロール圧縮
機では、第1スクロール21の鏡板41に穿たれた貫通
孔45の上部に第2バイパス弁40を設け、第2バイパ
ス弁40を開閉して上記吸入側と吐出側とを選択的に連
通させることによって、圧縮機の設定負荷を100%と
50%とに切り換えるようにしている。ところで、上記
吸入側と吐出側との選択的連通は、他の方法によっても
可能である。
【0046】図4においては、上記低圧ライン86と高
圧ライン87とを第2電磁弁91およびキャピラリチュ
ーブ92が介設されたバイパス通路93で接続すること
によって、上記吸入側と吐出側との選択的連通を可能に
するのである。尚、上記キャピラリチューブ92は、高
圧ライン87と低圧ライン86との短絡を防止する。以
下、例えば、第2電磁弁91をその開放時における圧縮
機の設定負荷が50%になるように構成した場合を例
に、本実施の形態における多段階容量制御スクロール圧
縮機の動作について説明する。
【0047】本多段階容量制御スクロール圧縮機は、第
1電磁弁85と第2電磁弁91との開閉を制御すること
によって、以下のように多段階負荷制御を行う。先ず、
第2電磁弁91を閉鎖することによって圧縮機の設定負
荷は100%となる。この状態で第1電磁弁85を閉鎖
すると、第1バイパス弁84が閉鎖して吐出容量は10
0%となる。したがって、この場合における圧縮機の実
質負荷は100%となる。また、第1電磁弁85を開放
すると、第1バイパス弁84は開放して吐出容量は60
%となる。したがって、この場合における圧縮機の実質
負荷は60%となる。次に、第2電磁弁91を開放する
ことによって圧縮機の設定負荷は50%になる。この状
態で、第1電磁弁85を開放すると吐出容量は60%と
なる。したがって、この場合の圧縮機の実質負荷は30
%となるのである。こうして、第1実施の形態の場合と
同様に、最小容量運転時の容積比Vrを「1」以上の値に
して、信頼性の高い50%以下の部分負荷運転を行うこ
とができるのである。
【0048】上記実施の形態においては、上記低圧ライ
ン86と高圧ライン87とを第2電磁弁91が介設され
たバイパス通路93で接続するという非常に簡単な方法
によって、上記吸入側と吐出側との選択的連通を可能に
している。したがって、第1実施の形態のように、圧縮
機本体内に第2バイパス弁40を設ける必要がなく、更
なるコストダウンを図ることができる。
【0049】尚、上記第2電磁弁91に換えて、ステッ
ピングモータ等によって開度を制御可能な電動弁を用い
ることによって圧縮機の設定負荷を任意に多段階に変更
できる。したがって、その場合には、第1電磁弁85の
開放・閉鎖と組み合わせることによって、信頼性の高い
50%以下の任意の多段階負荷制御を行うことが可能と
なるのである。
【0050】図5は、図4に示す多段階容量制御スクロ
ール圧縮機の変形例を示す部分断面図である。図5に示
す多段階容量制御スクロール圧縮機における第1スクロ
ール101,第2スクロール102,低圧ポート103,
バイパス弁104,第1電磁弁105,低圧ライン10
6,高圧ライン107,操作圧ライン108,継手管10
9および高圧ポート110は、図1に示す多段階容量制
御スクロール圧縮機における第1スクロール21,第2
スクロール22,低圧ポート23,第1バイパス弁27,
第1電磁弁32,低圧ライン33,高圧ライン34,操作
圧ライン35,継手管36および高圧ポート39と同じ
構成を有し、同様に動作する。但し、バイパス弁104
は、吐出容量を50%にする位置に設けられているもの
とする。
【0051】図5においては、上記低圧ライン106と
高圧ライン107とを、開放時における圧縮機の設定負
荷を75%にする第2電磁弁111が介設されたバイパ
ス通路113、および、開放時における圧縮機の設定負
荷を65%にする第3電磁弁112が介設されたバイパ
ス通路114で接続するのである。そして、第1電磁弁
105と第2電磁弁111と第3電磁弁112との開閉
を制御することによって、以下のように多段階負荷制御
を行う。
【0052】先ず、第2電磁弁111および第3電磁弁
112を閉鎖することによって圧縮機の設定負荷は10
0%となる。この状態で第1電磁弁105を閉鎖する
と、第1バイパス弁104が閉鎖して吐出容量は100
%となる。したがって、この場合における圧縮機の実質
負荷は100%となる。また、第1電磁弁105を開放
すると第1バイパス弁104は開放して吐出容量は50
%となる。したがって、この場合における圧縮機の実質
負荷は50%となる。次に、第3電磁弁112を閉鎖す
る一方第2電磁弁111を開放することによって圧縮機
の設定負荷は75%になる。この状態で、第1電磁弁1
05を閉鎖すると吐出容量は100%となる。したがっ
て、この場合の圧縮機の実質負荷は75%となる。次
に、第2電磁弁111および第3電磁弁112を開放す
ることによって、圧縮機の設定負荷は49%(=75%
×65%)となる。この状態で第1電磁弁105を開放
すると吐出容量は50%となる。したがって、この場合
における圧縮機の実質負荷は24%(=75%×65%
×50%)となる。こうして、最小容量運転時の容積比
Vrを「1」以上の値にして、信頼性の高い50%以下の
多段階負荷制御を行うことができるのである。尚、上記
説明では4段階の負荷制御を例に説明したが、最大8段
階の負荷制御が可能である。
【0053】図6は、第3実施の形態における多段階容
量制御スクロール圧縮機の構成図である。本実施の形態
では、上記各実施の形態の何れか一つの構造を有する多
段階容量制御スクロール圧縮機(以下、容量制御機と言
う)と標準の構造(非容量制御)のスクロール圧縮機(以
下、標準機と言う)とを組み合わせることによって、5
0%以下の高多段階負荷制御を行うものである。
【0054】上記標準機121は、高圧ガス供給対象の
システムが必要とする最大容量(以下、単に必要最大容
量と言う)の1/2の最大吐出容量を有する非容量制御型
のスクロール圧縮機である。上記容量制御機122は、
例えば図5に示す多段階容量制御スクロール圧縮機であ
り、上記システムの必要最大容量の1/2の最大吐出容
量を有する。尚、容量制御機122は、第1電磁弁12
3を開閉することによってバイパス弁(図5参照)の開閉
を制御して吐出容量を100%と50%とに切り換え、
第2電磁弁124を開閉することによって圧縮機の設定
負荷を100%と75%とに切り換え、第3電磁弁12
5を開閉することによって圧縮機の設定負荷を100%
と65%とに切り換えるようになっている。尚、容量制
御機122における例えば第1スクロールの渦巻き外に
ノズルを有する液インジェクション管126を設け、シ
ステム側からの液ライン127を接続している。
【0055】上記構成の多段階容量制御スクロール圧縮
機は次のように動作する。先ず、標準機121をアンロ
ード状態にする。この状態で、容量制御機122を上述
のようにして上記実質負荷を24%にする。そうする
と、標準機121からシステムへの吐出容量は必要最大
容量の0%(=50%×0%)であり、容量制御機122
からシステムへの吐出容量は必要最大容量の12%(=
50%×24%)であるから、システムへの実質吐出容
量は、必要最大容量の12%(=標準機0%+容量制御
機12%)となる。以下、同様にして、容量制御機12
2の実質負荷を50%にするとシステムへの吐出容量は
必要最大容量の25%(=50%×50%)となるから、
システムへの実質吐出容量は必要最大容量の25%とな
る。また、容量制御機122の実質負荷を75%にする
とシステムへの実質吐出容量は必要最大容量の37.5
%となる。また、容量制御機122の実質負荷を100
%にするとシステムへの実質吐出容量は必要最大容量の
50%となる。
【0056】次に、上記標準機121をフルロード(1
00%)状態にする。この状態で、容量制御機122を
上述のようにして上記実質負荷を24%にする。そうす
ると、標準機121からシステムへの吐出容量は必要最
大容量の50%(=50%×100%)であり、容量制御
機122からシステムへの吐出容量は必要最大容量の1
2%(=50%×24%)であるから、システムへの実質
吐出容量は必要最大容量の62%(=標準機50%+容
量制御機12%)となる。以下、同様にして、容量制御
機122の実質負荷を50%にするとシステムへの実質
吐出容量は必要最大容量の75%となる。また、容量制
御機122の実質負荷を75%にするとシステムへの実
質吐出容量は必要最大容量の87.5%となる。また、
容量制御機122の実質負荷を100%にするとシステ
ムへの実質吐出容量は必要最大容量の100%となる。
【0057】その場合に、上記容量制御機122におい
ては、上記吐出ドーム内の高温高圧ガスが上記吸入側に
戻されるために上記第1スクロールと第2スクロールと
で構成される圧縮部や上記第2スクロールを駆動するモ
ータの温度が高温になる。そこで、本実施の形態におい
ては、容量制御機122に液インジェクション管126
を設けてシステム側から液冷媒を噴射するようにしてい
る。したがって、噴射された液冷媒は、第1スクロール
と第2スクロールとで構成される圧縮部から第2スクロ
ールを回転駆動するモータ側に流下して、上記圧縮部や
モータが冷却される。こうして、吐出ガスやモータ温度
の低下が行われ、運転可能範囲が拡大する。尚、この容
量制御機に対する液インジェクション管の取り付けは、
第1,第2実施の形態における多段階容量制御機スクロ
ール圧縮機に適用しても一向に差し支えない。
【0058】上述のように、本実施の形態においては、
システムが必要とする最大容量の1/2の最大吐出容量
を有する標準機121とシステムが必要とする最大容量
の1/2の最大吐出容量を有する容量制御機122とで
ツインの多段階容量制御スクロール圧縮機を構成してい
る。したがって、標準機121をアンロード状態とフル
ロード状態とに切り換えると同時に、容量制御機122
の実質負荷を24%,50%,75%および100%に切
り換えることによって、ツインの多段階容量制御スクロ
ール圧縮機からシステムへの実質吐出容量を、システム
の必要最大容量の12%,25%,37.5%,50%,6
2%,75%,87.5%および100%の8段階に切り
換え可能になる。また、容量制御機122の実質負荷を
最大の8段階に切り換えれば、ツインの多段階容量制御
スクロール圧縮機からシステムへの実質吐出容量は16
段階に切り換え可能になる。尚、上述では説明を簡単に
するために、標準機121および容量制御機122の最
大吐出容量をシステムの必要最大容量の1/2であると
しているが、これに限定されるのではなく必要とする実
質吐出容量に応じて適宜設定すればよい。
【0059】ところで、上記各実施の形態(以下、第1
実施の形態で代表する)における第1バイパス弁27の
操作圧室31に接続される継手管36は、その先端を蓋
部材29に穿たれた穴に挿入して取り付けられ、Oリン
グ52でシールされている。ところが、このような取付
構造は継手管36の振動に対して弱く、使用条件によっ
ては漏れが発生する。また、耐熱性の問題もある。そこ
で、第4実施の形態においては、図7に示すような取付
構造を採用する。
【0060】図7(a)においては、継手管131の先端
のテーパ部に雄ねじ132を設ける一方、蓋部材133
のテーパ穴には雌ねじ134を設ける。そして、継手管
131の先端のテーパ部を蓋部材133のテーパ穴に螺
合して継手管131を蓋部材133に取り付けるのであ
る。こうしてテーパねじでシールすることによって、継
手管131の振動に強く耐漏れ性や耐熱性の高い取付構
造が得られる。また、図7(b)においては、継手管本体
135と管体136とを分離し、管体136を蓋部材1
37と一体に形成するのである。そして、管体136の
先端をケーシング138の穴139を通して突出させ
て、穴139の箇所で溶接止めする。そして、管体13
6の先端のテーパ部に継手管本体135のテーパ穴を螺
合するのである。このように、管体136を蓋部材13
7とを一体に構成し、継手管本体135とテーパねじで
結合することによって、管体136の振動にも強く耐漏
れ性や耐熱性の高い取付構造が得られる。
【0061】尚、上記各実施の形態においては、図9に
示すように、第1スクロール21,61,81,101の
渦巻巻終を第2スクロール22,62,82,102の渦
巻巻終よりも伸開角でπ(rad)だけ長くして、第1スク
ロール21,61,81,101に対する第2スクロール
22,62,82,102の最外方側接触点Eを上記渦巻
巻終とした、所謂非対称渦巻き型のスクロール圧縮機を
例に説明している。しかしながら、この発明はこれに限
定されるものではなく、対称な一対のスクロールの渦巻
巻終を互いに伸開角でπ(rad)だけずらした所謂対称渦
巻き型のスクロール圧縮機の場合にも適用できる。但
し、この対称渦巻き型のスクロール圧縮機の場合には、
第1スクロールの内面と第2スクロールの外面とで形成
される第1流体作動室Aと第1スクロールの外面と第2
スクロールの内面とで形成される第2流体作動室Bとは
同一位置に形成されずに互いに対向して形成されるた
め、圧縮機の吐出容量を変えるための第1バイパス弁
は、第1流体作動室A用と第2流体作動室B用との2つ
を互いに対向した位置に設ける必要がある。
【0062】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1に係
る発明の多段階容量制御スクロール圧縮機は、圧縮室内
の所定位置に形成される流体作動室内の圧縮ガスを吸い
込みポートに返す第1バイパス通路を第1開閉手段で開
閉することによって、圧縮機の吐出容量を100%と第
1の所定%とに切り換え、吐出側と吸い込み側とを連通
する第2バイパス通路を第2開閉手段で開閉することに
よって、上記圧縮機の負荷を100%と第2の所定%と
に切り換えるので、上記第1開閉手段の開・閉と上記第
2開閉手段の開・閉との組み合わせによって、上記圧縮
機の実質負荷を4段階に切り換え設定することができ
る。
【0063】その場合に、上記圧縮機の吐出容量は、上
記第1開閉手段によって第1の所定%のみに切り換えら
れる。したがって、上記圧縮機の吐出容量が上記第1の
所定%であるときの容積比が1以上になるように上記圧
縮機の固定容積比と上記第1の所定%とを設定しておけ
ば、圧縮機の実質負荷が最小になった場合の容積比を1
以上に保つことができる。したがって、この発明によれ
ば、信頼性の高い多段階負荷制御を行うことができる。
【0064】また、請求項2に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機における第1スクロールと第2スク
ロールとは、一方のスクロールの渦巻巻終を他方のスク
ロールの渦巻巻終よりも伸開角で180度だけ長くした
非対称の渦巻き形状を呈するようにしたので、第1スク
ロールの内面と第2スクロールの外面とで形成される第
1流体作動室と、第1スクロールの外面と第2スクロー
ルの内面とで形成される第2流体作動室とを、同じ第1
バイパス通路の位置に交互に形成できる。したがって、
上記第1バイパス通路は1つだけ設ければよく、上記第
1スクロールの剛性の低下や加工組み立て性の低下を防
止できる。さらに、部品点数を少なくしてコストダウン
を図ることができる。
【0065】また、請求項3に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機における上記第2バイパス通路は圧
縮機本体の外に設けられているので、上記第2バイパス
通路および第2開閉手段を圧縮機本体内に設ける必要が
なく、吐出ラインと吸入ラインとの間に設ければよい。
したがって、多段階容量制御スクロール圧縮機を安価に
製造できる。
【0066】また、請求項4に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機は、上記圧縮機本体の外に設けられ
た第2バイパス通路及び第2開閉手段は複数在るので、
各第2開閉手段の開・閉と上記第1開閉手段の開・閉とを
組み合わせることによって、8段階以上の多段階負荷制
御を行うことができる。
【0067】また、請求項5に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機は、圧縮機本体の外に設けられた上
記第2バイパス通路を開閉する第2開閉手段を、任意の
開度に制御可能な電動弁で構成したので、上記第2バイ
パス通路の開度を任意の開度に設定できる。したがっ
て、圧縮機の負荷を100%と任意の%とに切り換える
ことができる。すなわち、この発明によれば、上記第1
開閉手段の開・閉制御と上記第2開閉手段の開度制御と
の組み合わせによって、圧縮機の実質負荷を任意の多段
階に切り換え設定できる。
【0068】また、請求項6に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機における上記第2開閉手段は、パイ
ロット圧と上記吸い込み側の圧力または吐出側の圧力と
の差圧によって動作するようになっているので、上記第
2開閉手段の制御系を簡単に構成でき、多段階容量制御
スクロール圧縮機を安価に製造できる。
【0069】また、請求項7に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機は、上記吸い込みポートに連通する
低圧チャンバを冷却するための液インジェクション管を
備えたので、上記液インジェクション管から噴射される
冷却液によって低圧チャンバおよび駆動モータを冷却で
きる。したがって、上記圧縮室内の高圧ガスを吸い込み
ポートに返すことによる上記低圧チャンバの温度上昇を
防止し、吐出ガスやモータの温度低下を図ることができ
る。
【0070】また、請求項8に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機は、上記第1開閉手段のパイロット
ポートと第2開閉手段のパイロットポートを、圧縮機本
体の上部中心に設けられた1つの継手金具を介して夫々
のパイロットラインに接続しているので、ケーシングト
ップ中心部1箇所からの取り出しになり、上記ケーシン
グトップと操作管との溶接作業を容易にできる。したが
って、この発明によれば、組み立て工数を低減して更な
るコストダウンを図ることができる。
【0071】また、請求項9に係る発明の多段階容量制
御スクロール圧縮機は、請求項1に記載の多段階容量制
御スクロール圧縮機と標準スクロール圧縮機とを並列に
接続したので、上記標準スクロール圧縮機によるアンロ
ードとフルロードとの2つのロード状態への切り換えと
上記多段階容量制御スクロール圧縮機によるn段階の負
荷切り換えとを組み合わせることによって、2n段階に
負荷を切り換えることができる。したがって、この発明
によれば、更に多段階に負荷制御を行うことができる。
【0072】また、請求項10に係る発明の多段階容量
制御スクロール圧縮機は、上記第1開閉手段のパイロッ
トポートと継手金具とはねじで接続されているので、耐
漏れ性や耐熱性の高い取り付け構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の多段階容量制御スクロール圧縮機に
おける第1実施の形態の部分断面図である。
【図2】図1に示す多段階容量制御スクロール圧縮機の
吐出容量が30%である場合の部分断面図である。
【図3】図1とは異なる多段階容量制御スクロール圧縮
機の部分断面図である。
【図4】第2実施の形態における多段階容量制御スクロ
ール圧縮機の断面図である。
【図5】図4とは異なる多段階容量制御スクロール圧縮
機の部分断面図である。
【図6】第3実施の形態における多段階容量制御スクロ
ール圧縮機の構成図である。
【図7】図1,図3〜図5における継手管の蓋部材への
取付構造とは異なる取付構造を示す図である。
【図8】従来の負荷制御スクロール圧縮機の部分断面図
である。
【図9】図8のX−X矢視断面図である。
【符号の説明】
21,61,81,101…第1スクロール、22,62,
82,102…第2スクロール、23,83,103…低
圧ポート、27,63,84,104…(第1)バイパス
弁、29,133,137…蓋部材、32,64,85,1
05,123…第1電磁弁、33,65,86,106…低
圧ライン、34,66,87,107…高圧ライン、35,
48,67,72,88,108…操作圧ライン、36,4
9,74,89,109,131…継手管、39,68,9
0,110…高圧ポート、40,69…第2バイパス弁、
41…鏡板、 42…シリンダ
部、43…弁体、 44…スプリ
ング、45,51,70…貫通孔、 31,46,
78,80…操作圧室、47,71,91,111,124
…第2電磁弁、52…Oリング、 7
5…第1管ボルト継手、76…第2管ボルト継手、
77,79…配管、93,113,114…バイパ
ス通路、112,125…第3電磁弁、121…標準
機、 122…容量制御機、126…
インジェクション管、 135…継手管本体、13
6…管体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝本 祥孝 大阪府堺市築港新町3丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内 (72)発明者 黒岩 弘之 大阪府堺市築港新町3丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮室内の所定位置に形成されて流体作
    動室内の圧縮ガスを吸い込みポート(23)に返す第1バ
    イパス通路(26)と、 上記第1バイパス通路(26)を開閉する第1開閉手段
    (27)と、 吐出側と吸い込み側とを連通する第2バイパス通路(4
    5)と、 上記第2バイパス通路(45)を開閉すると共に、開放時
    には吐出側の高圧ガスを所定量だけ吸い込み側に逃がす
    第2開閉手段(40)を備えたことを特徴とする多段階容
    量制御スクロール圧縮機。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の多段階容量制御スクロ
    ール圧縮機において、 上記圧縮室を形成する第1スクロール(21)と第2スク
    ロール(22)とは、一方のスクロールの渦巻巻終を他方
    のスクロールの渦巻巻終よりも伸開角で180度だけ長
    くした非対称の渦巻き形状を呈することを特徴とする多
    段階容量制御スクロール圧縮機。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の多段階容量制御スクロ
    ール圧縮機において、 上記第2バイパス通路(93)は、圧縮機本体の外に設け
    られていることを特徴とする多段階容量制御スクロール
    圧縮機。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項3に記載の多段階
    容量制御スクロール圧縮機において、 上記第2バイパス通路(113,114)および第2開閉
    手段(111,112)を複数備えたことを特徴とする多
    段階容量制御スクロール圧縮機。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載の多段階容量制御スクロ
    ール圧縮機において、 上記第2バイパス通路(93)を開閉する第2開閉手段
    は、任意の開度に制御可能な電動弁であることを特徴と
    する多段階容量制御スクロール圧縮機。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の多段階容量制御スクロ
    ール圧縮機において、 上記第2開閉手段(40)は、パイロット圧と上記吸い込
    み側の圧力または吐出側の圧力との差圧によって動作す
    るようになっていることを特徴とする多段階容量制御ス
    クロール圧縮機。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の多段階容量制御スクロ
    ール圧縮機において、 上記吸い込みポート(23)に連通する低圧チャンバを冷
    却するための液インジェクション管(126)を備えたこ
    とを特徴とする多段階容量制御スクロール圧縮機。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の多段階容量制御スクロ
    ール圧縮機において、 上記第1開閉手段(63)および第2開閉手段(69)はパ
    イロット圧によって動作するようになっており、 上記第1開閉手段(63)のパイロットポートと第2開閉
    手段(69)のパイロットポートとは、圧縮機本体の上部
    中心に設けられた1つの継手金具(74)を介して、夫々
    のパイロットライン(67,72)に接続されていること
    を特徴とする多段階容量制御スクロール圧縮機。
  9. 【請求項9】 請求項1に記載の多段階容量制御スクロ
    ール圧縮機(122)と、 固定吐出容量の標準スクロール圧縮機(121)とを備え
    て、 上記多段階容量制御スクロール圧縮機(122)と上記
    標準スクロール圧縮機(121)とを並列に接続したこ
    とを特徴とする多段階容量制御スクロール圧縮機。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載の多段階容量制御スク
    ロール圧縮機において、 上記第1開閉手段はパイロット圧で動作するようになっ
    ており、 上記第1開閉手段のパイロットポートとこのパイロット
    ポートにパイロットラインを接続するための継手金具
    (131,135)とは、ねじで接続されていることを特
    徴とする多段階容量制御スクロール圧縮機。
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