JPS6411834B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスクロール圧縮機に関するもので、さ
らに、詳しくいえば容量制御可能なスクロール圧
縮機に関するものである。

スクロール圧縮機の基本構成は第１図および第
３図に示すように、吸入口１ｃおよび吐出口１ｄ
をそれぞれ周辺位置および中心位置に有する端板
１ａにうず巻き状ラツプ１ｂを直立させて形成し
た固定スクロール１と、端板２ａに固定スクロー
ル１のうず巻き状ラツプ１ｂと実質的に同一形状
のうず巻き状ラツプ２ｂを直立させて形成した旋
回スクロール２とを、互いにラツプ１ｂ，２ｂを
内側に向けてかみ合わせ、両スクロール１，２の
かみ合わされたうず巻き状ラツプ１ｂ，２ｂの外
周部および中心部にそれぞれ吸入口１ｃが開口す
る吸入室１ｅおよび吐出口１ｄが開口する中心域
１ｆが形成され、また固定スクロール１に結合さ
れたフレーム部分と旋回スクロール２との間にオ
ールダムリングと称する自転阻止部材３が配設さ
れているものである。

旋回スクロール２のスクロールピン２ｃはクラ
ンクシヤフト４の偏心したボス穴４ａに軸受支持
され、モータ７によりクランシヤフト４が駆動さ
れると旋回スクロール２は自転阻止部材３の作用
により自転することなく旋回運動するようになつ
ている。

第３図において旋回スクロール２をクランクシ
ヤフト４によつて時計方向に旋回運動させると、
両スクロール１，２の各ラツプ１ｂ，２ｂ間には
対をなす密閉室５ａ，５ａが対称的に形成され、
該密閉室は各ラツプ１ｂ，２ｂの最外端がそれぞ
れ相手ラツプ２ｂ，１ｂの外周面に接する時点、
即ち該密閉室が始めて形成された時点で最大容積
を占め、その後、旋回スクロール２の旋回運動に
ともなつて両ラツプ１ｂ，２ｂ間の接触部が周方
向かつ中心に向かつて移動するため該密閉室は逐
次容積を減じながら両スクロール１，２の周方向
かつ中心に向かつて移動していく。このように周
方向かつ中心に向かつて移動していく対をなす密
閉室は、該密閉室が吐出口１ｄに連通される直前
（吐出直前）において最小容積となり、その直後
に吐出口１ｄに連通する。このようにして、吸入
室１ｅから最大容積の密閉室に吸入されたガスは
最小容積まで圧縮されて吐出口１ｄへ吐出され
る。

このような構成および動作のスクロール圧縮機
では、固定スクロール１を旋回スクロール２とを
引き離そうとする力が密閉室に存在する圧縮ガス
の圧力によつて両スクロール１，２に作用する。
そのため、このままでは両スクロール１，２は離
れてしまい正常な圧縮作用を果たせなくなる。そ
こで、ガス圧、あるいはばね圧を旋回スクロール
の背面に作用させて旋回スクロール２に引き離そ
うとする力よりも大きい軸方向押付け力を加えて
いる。このようなスクロール圧縮機を密閉容器６
に納め、また密閉容器６にクランクシヤフト４を
駆動するモータ７を収納し、モータ７から発生す
る熱は吐出管１２ａから密閉容器６内に導入した
冷媒ガスに放出する。

前記密閉室の容積は、旋回クスロール２を旋回
運動させるクランクシヤフト４のクランク角度す
なわち旋回スクロールの旋回角度の関数である。
容量制御可能でないスクロール圧縮機において一
つの最大容積の密閉室に取り込まれたガスが吐出
口から吐出され終るまでの該ガスの圧力変化とク
ランク角度の関係を線図であらわすと、第４図の
線ABCのようになる。α₁は密閉室が最大容積で
あるとき、すなわち圧縮開始時点に当るクランク
角度であり、このときの密閉室内のガス圧力は吸
入室１ｅにおける吸入圧力Psである。またα₂は
密閉室が最小容積になつたとき、すなわち圧縮ガ
スの吐出直前に当るクランク角度であり、このと
きの該密閉室内のガス圧力は設定圧力と呼ばれ
る。α₃は、吐出口１ｄへの圧縮ガスの吐出完了時
点に当るクランク角度である。クランク角度α₂か
らα₃までは、両スクロールのラツプで形成される
中心域１ｆは吐出口１ｄと連通しつつ容積が縮小
し、該中心域内のガス圧力は吐出口１ｄにおける
ガス圧力（運転圧力とよばれる）Phである。一
般に、容量制御可能でないスクロール圧縮機で
は、第４図のＢで示す如く設定圧力は運転圧力
Phに等しくなるように設計されており、図形
ABCDAで囲まれた面積が、吸入圧力Psである最
大容積の密閉室に閉じ込められたガスを運転圧力
Phに圧縮して吐出口１ｄから吐出するのに要す
る仕事量に比例する。

以上説明した第１図に示す従来のスクロール圧
縮機においては、両スクロール１，２のラツプ１
ｂ，２ｂ間に形成された最大容積の密閉室に閉じ
込められたガスをその時点から圧縮し始めるもの
であり、最大容積の密閉室の容積は一定であるか
ら、スクロール圧縮機のガス吐出量制御すなわち
容量制御をすることができない。そこで、例えば
全負荷運転（ラルロード運転）時よりも負荷が減
じた場合にそれに合わせてガス吐出量を減らした
容量制御運転（アンロード運転）を実施するため
には、密閉室内のガスの圧縮開始時点を該密閉室
の容積が前記最大の密閉室の容積よりも負荷減に
見合つた容積だけ小さくなつた時点まで遅らせる
こと、すなわち、ガスの圧縮開始時点を第４図に
おけるクランク角α₁の位置から負荷減に応じたク
ランク角α₄の位置まで遅らせる必要があるが、そ
れは第３図に示す如く旋回スクロールの運転によ
りクランク角α₄の位置で密閉室に対して閉じ終る
ようなバイパス穴１ｇを介して密閉室５ａを吸入
室１ｅへバイパス連通させることによつて達成さ
れる。

上記アンロード運転を実施するために第２図の
如く開閉弁１５、バイパス管１６を介して密閉室
内のガスを如上のバイパス穴１ｇから吸入室側に
バイパスした場合を考えると、第４図において、
クランク角度α₁で形成される最大容積よりも密閉
室の容積が減少したクランク角度α₄の位置からガ
スの圧縮が始まることになり、密閉室が吐出口に
連通する直前のクランク角度α₂の位置における該
密閉室内のガス圧力すなわちアンロード運転時の
設定圧力は、運転圧力Ph（これはアンロード運転
時でもフルロード運転時と同じである）よりも低
圧のPh′である。よつて、クランク角度α₂の位置
の直後に吐出口１ｄと連通した両スクロールラツ
プで形成された中心域１ｆ内のガス圧力は、吐出
口１ｄからのガスの逆流により瞬時に運転圧力
Phと等しくなり、この運転圧力Phにてクランク
角度α₃の位置で圧縮ガスの吐出が終る。したがつ
て、第２図に示すスクロール圧縮機においてアン
ドロード運転時に吸入ガスを吸入圧力Psから運
転圧力Phまで圧縮し吐出口１ｄから吐出するの
に要する仕事量は第４図において図形
A′FBCDA′で囲まれた面積に比例するものとな
る。

ところで両スクロールのラツプ１ｂ，２ｂの中
心域１ｆへの前記吐出口からのガスの逆流が阻止
されているとすると、第４図における曲線A′Fは
運転圧力Phに達するまで延長されて曲線A′B′と
なるので、その場合の吸入ガス圧縮開始から吐出
完了までに要する仕事量は図形A′FB′CDA′で囲
まれた面積に比例したものとなる。したがつて、
これと較べると、第２図に示すスクロール圧縮機
においては開閉弁１５、バイパス管１６を介して
密閉室内ガスを吸入室にバイパスしてアンロード
運転を行つた場合、第４図の斜線を引いた領域の
面積Ｓ相当分の動力損失を招くことになる。

このように、第２図に示すスクロール圧縮機で
は、全負荷運転（フルロード運転）時の圧縮ガス
吐出量よりも少ない圧縮ガス吐出量となるように
運転する容量制御運転（アンロード運転）時に
は、無駄な動力損失を免れないものである。

また、第２図の開閉弁１５を１個だけ作動さ
せ、たとえば第３図の右密閉室５ａだけバイパス
穴１ｇを介して吸入室にバイパスさせた場合、左
密閉室５ａ内との間に圧力差が生じ、旋回スクロ
ールのラツプ２ｂにはガスを圧縮するために要す
る荷重（矢印Ｅ）のほかにさらに上記圧力差によ
る荷重（矢印Ｄ）が加わる。このため摩擦動力が
増加し、摺動面の信頼性も低下する。

本発明は、従来のスクロール圧縮機における諸
種の問題点、特にアンロード運転における無駄な
動力損失という問題点を解決すべくなされたもの
で、その特徴とするところは、 吐出室に開口する吐出口を中心位置に有する端
板にうず巻き状ラツプを直立させて形成した固定
スクロールと、端板に前記固定スクロールのうず
巻き状ラツプと実質的に同一形状のうず巻き状ラ
ツプを直立させて形成した旋回スクロールとをか
み合わせ、前記両スクロールのかみ合わされたう
ず巻き状ラツプの外周部に吸入室を形成するとと
もに、旋回スクロールの自転を防止する手段と、
該旋回スクロールを自転することなく旋回運動さ
せるための旋回スクロール駆動手段と、を備え、
前記旋回スクロールの旋回運動中に該旋回スクロ
ールのうず巻き状ラツプと前記固定スクロールの
うず巻き状ラツプとの間に対称的に形成される対
をなす密閉室を逐次容積を減じながら前記吐出口
に向かつて移動させ前記吸入室からの吸入ガスを
圧縮ガスとして前記吐出口から吐出させるように
したスクロール圧縮機において、 前記固定スクロールの吐出口に前記吐出室か
ら前記両スクロールの中心域への圧縮ガスの逆
流を阻止する逆止弁を設けたこと、 前記密閉室が最大容積となる旋回スクロール
の旋回角度からアンロード運転に見合つた所定
の旋回角度だけ進んだ旋回角度位置において、
前記対をなす各密閉室に対して旋回スクロール
の旋回運動により同時に閉じ終るような少なく
とも一対のバイパス穴を固定スクロールの端板
に設け、これらの各バイパス穴と前記吸入室と
の間を結ぶそれぞれのバイパス通路中にこれら
バイパス通路を同時に開閉するための開閉弁を
設けたこと、 にある。

上記特徴をもつ本発明のスクロール圧縮機にお
いては、その対をなすバイパス通路中に各設けた
開閉弁の閉状態にて全負荷運転（フルロード運
転）を行え、また、該開閉弁の開状態にて容量制
御運転（アンロード運転）を行えるばかりでな
く、アンロード運転時の設定圧力比（容積比）が
フルロード運転時のそれと異なるにもかかわら
ず、吐出口に逆止弁を設けたため、第４図に示す
斜線部面積Ｓに相当する無駄な動力損失を招くこ
とはない。（設定圧力比とは設定圧力／吸入圧力
をいう。）さらに、対称的に対をなすバイパス通
路がそれぞれの開閉弁により同時に閉状態もしく
は開状態にされるので対をなす密閉室間の不都合
な圧力差、ひいてはそれによる荷重のアンバラン
スを生ずることもない。

以下本発明の一実施例を第３図ないし第５図を
参照して詳細に説明する。

第５図において、密閉容器６は、２つの部分６
ａ，６ｂからなり、以下に述べる機器を収納する
ものである。２つの部分６ａ，６ｂはその内部に
各機器を収納した後結合され一つの密閉容器６を
形成する。

固定スクロール１は、端板１ａとこの端板１ａ
に直立させて形成したうず巻き状のラツプ１ｂと
からなり、中心部に吐出口１ｄを有し外周側に吸
入口１ｃに通じている吸入室１ｅを有する。吸入
口１ｃには吸入管８が連結され、吐出口１ｄは逆
止弁１６を介して密閉容器６内の固定スクロール
上方の吐出室６ｃに開口している。１７は逆止弁
１６の開度制限用ストツパである。

旋回スクロール２は、端板２ａとこの端板２ａ
に直立させて形成したうず巻き状のラツプ２ｂと
からなり、反ラツプ側の面（背面）にスクロール
ピン２ｃおよび端板２ａに２個の小孔２ｄを備え
ている。

両スクロール１，２のラツプ１ｂ，２ｂは、と
もに同じ形状に成形されている。また両スクロー
ル１，２は、ラツプ１ｂ，２ｂを互いに内側に向
けられてかみ合つている。また、フレーム９は、
固定スクロール１に数本のボルト（図示せず）に
よつて取付けられ、背圧室９ａを備えている。こ
の背圧室に前記小穴２ｄを介して導入されたガス
圧によつて旋回スクロール２に軸方向押付け力を
作用させることは従来例と同様である。

クランクシヤフト４はフレーム９に取付けた軸
受１０に回転自在に支持され、軸心は固定スクロ
ール１の中心と一致している。このクランクシヤ
フト４は、その端部にボス穴４ａをそなえ、この
ボス穴４ａの中心は、クランクシヤフト４の軸心
から旋回半径εだけ離れたところに位置してい
る。このボス穴４ａにはスクロールピン２ｃがは
め込まれている。自転阻止部材３は、平らなリン
グの両面に互いに直交する溝を備えたもので、旋
回スクロール２の背面とフレーム９との間に設け
られている。この自転阻止部材３の一方の溝には
フレーム９に固定されたオルダムキー１１がはめ
込まれ、他方の溝には旋回スクロールの背面に固
定されたオルダムキー（図示せず）がはめ込まれ
ている。

モータ７のステータ７Ｓは密閉容器６の内壁面
に取付けられ、ロータ７Ｒはクランスシヤフト４
に取付けられている。吐出配管１２は密閉容器６
に取付けられている。偏心した孔１３がクランク
シヤフト４に設けられ、その下方端１３ａはクラ
ンクシヤフト４の軸心と一致する位置で開口して
いるが、上方端はクランクシヤフト４の軸心から
離れたところにある。なお、符号１４は密閉容器
６の底部にためられている冷凍機油である。

旋回スクロール２は自転防止されながらクラン
クシヤフト４により第３図で時計方向に旋回運動
せしめられる。第３図に示すように、噛み合つた
固定・旋回両スクロール１，２のラツプ１ｂ，２
ｂ間には、旋回スクロールの自転なし旋回運動に
より、容積を減じつつ中心に向かつて移動する対
をなす密閉室５ａ，５ａおよび吐出口１ｄに通ず
る中心域１ｆが形成されることは従来のスクロー
ル圧縮機と同様である。さらに、本実施例におい
ては、第３図、第５図に示すように、固定スクロ
ールの端板１ａには１対のバイパス穴１ｇ，１ｇ
が設けられている。これらバイパス穴１ｇ，１ｇ
は、最大容積であるときの（即ち第４図のクラン
ク角度α₁であるときの）対をなす密閉室にそれぞ
れ開口し、該密閉室が旋回スクロールの運動によ
り最大容積よりもアンロード運転に見合つた所定
の容積だけ減少した容積になつたとき（即ち第４
図のクランク角度α₄になつたとき）に該対をなす
密閉室に対して旋回スクロールラツプによつて同
時に夫々閉じられ終るように設けられている。こ
れらのバイパス穴１ｇ，１ｇはバイパス管１９，
１９、開閉弁１８，１８を介して吸入室１ｅに結
ばれている。

全負荷運転時には開閉弁１８，１８を共に閉じ
ておく。全負荷運転時の圧縮・吐出動作は従来と
同様に第４図のＡ→Ｂ→Ｃの経過を辿つて行われ
るので、ここではその説明は省略し、吐出後の圧
縮ガスの流れについて述べる。

圧縮ガスは吐出口１ｄを通過後ガス圧により逆
止弁１６を逆止弁開度制限ストツパ１７の方向に
押し上げ、密閉容器６の上方の吐出室６ｃに吐き
出される。その後、圧縮ガスは通路１５を通つて
下方の部屋６ｄに流れ、モータ７の周囲を通つて
モータ７を冷却しながら吐出管１２に達し、この
吐出管１２を経由して使用箇所に送られる。

次にアンロード運転時について述べる。この場
合には開閉弁１８，１８を共に開いておく。よつ
て、バイパス穴１ｇ，１ｇはバイパス管１９，１
９を介して吸入室１ｅに連通される。逆つて、密
閉室が最大容積となつたクランク角度α₁の位置で
は未だガスの圧縮は開始されない。第３図におい
て、さらに時計方向に旋回スクロールを旋回運動
させ、固定スクロール１ａに設けたバイパス穴１
ｇ，１ｇが塞がれ終るクランク角度α₄になつたと
きに始めて密閉室内でのガスの圧縮が開始され
る。この時点での密閉室容積は全負荷運転時の圧
縮開始時点での密閉室容積に比べ十分に小さいた
め、密閉室内にとじ込められる吸入ガス量は少な
くなる。その後の圧縮動作は全負荷運転時と同じ
であり、逆止弁１６の存在により、第４図に示す
A′→Ｆ→B′→Ｃの経過を辿つてガスの圧縮・吐
出が行われる。すなわち逆止弁１６を吐出口１ｄ
に設けたことにより、アンドロード運転時におけ
るガスの圧縮・吐出に要する仕事量は、第４図に
おいて図形A′FB′CDA′により囲まれる面積に比
例するものとなり、逆止弁１６の無い第２図のス
クロール圧縮機のアンロード運転時の仕事量（図
形A′FBCDA′の面積）に比べて、第４図の斜線
領域の面積Ｓだけ仕事量が節約される。

第６図は、本発明の他の実施例の部分図を示
す。本実施例は、先述の実施例におけるバイパス
穴１ｇおよび該バイパス穴を吸入室１ｅと結ぶバ
イパス管１９並びに開閉弁１８の代わりに、吸入
室１ｅと密閉室５ａとに跨るバイパス穴２３を固
定スクロールの端板１ａに設け、このバイパス穴
２３内にピストン２１、スプリング２０を設ける
と共に、ピストン２１の位置決め動作用の作動ガ
スをピストン２１の背面に作用させるためのガス
通路２２を設けたのもである。その他の部分の構
成は前記の実施例と同じである。フルロード運転
の場合にはピストン２１は図示の如き位置に置か
れ、この場合には密閉室５ａと吸入室１ｅとは互
いに遮断される。他方、アンロード運転の場合に
は、図においてピストン２１は上に上つた位置に
置かれ、この場合には密閉室５ａは吸入室１ｅと
連通する。アンロード運転の場合の該連通状態
は、固定・旋回両スクロールのラツプ間の密閉室
５ａが最大容積となつたとき（第４図のクランク
角度α₁のとき）から旋回スクロールの運動により
アンロード運転に見合つた所定容積だけ減少した
容積となつたとき（第４図のクランク角度α₄にな
つたとき）に、旋回スクロールのラツプ２ｂによ
り遮断され終るように、バイパス穴２３の寸法が
定めてある。以上述べた機構は、先述の実施例と
同様に、対をなす密閉室に夫々対応して対をなし
て設けられているものであるが、第６図ではその
うちの片方のもののみ示してある。

上記ピストン２１の位置を下げ（フルロード運
転）又は上げる（アンロード運転）には、次のよ
うにする。即ち、ガス通路２２に高圧ガスを導入
すれば、スプリングの力と両スクロールのラツプ
間の密閉室５ａ内のガス圧との合成力より大きな
力でピストン２１は押し下げられた状態になる。
これにより、圧縮機は全負荷運転となる。またガ
ス通路２２に低圧ガスを導入すれば、スプリング
の力と密閉室５ａ内のガス圧との合成力の方が大
きくなつて、ピストン２１は押し上げられた状態
になる。これにより圧縮機はアンロード運転とな
る。このピストンの上げ又は下げは、前記対をな
すピストンのいずれについても同時に行うのであ
る。

本実施例におけるフルロード運転およびアンド
ロード運転における吸入ガスの圧縮・吐出作用は
先述の実施例と同様であつて、吐出口１ｄに逆止
弁が無いものに比べて仕事量が節約できる。

第７図は、１例として、フルロード運転時の設
定圧力比（設定圧力／吸入圧力）および運転圧力
比（運転圧力／吸入圧力）が共に3.3であるスク
ロール圧縮機において、バイパスによる容量（ガ
ス吐出量）制御をする場合、吐出口に逆止弁を設
けたものと設けないものについて圧縮機の所要動
力を示したものであり、フルロード運転時を100
％として表わしてある。本発明の如く逆止弁付き
のものの方が、アンロード運転時に所要動力が少
なくてすむことがわかる。

以上述べたように、本発明のスクロール圧縮機
においては、その対をなすバイパス通路中に各設
けた開閉弁を閉状態また開状態とすることより、
フルロード運転およびアンドロード運転のいずれ
をも行えるばかりでなく、吐出口に逆止弁を設け
たため、アンドロード運転時に無駄な動力損失を
招くことはない。さらに、対称的に対をなすバイ
パス通路がそれぞれの開閉弁により同時に閉状態
もしくは開状態にされるので対をなす密閉室間の
不都合な圧力差、ひいてはそれによる不都合な荷
重のアンバランスを生ずることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスクロール圧縮機の例を示す縦
断面図、第２図はアンロード運転用のバイパス通
路を有するが吐出口に逆止弁を有しないスクロー
ル圧縮機の縦断面図、第３図は固定・旋回両スク
ロールの噛み合わせ部の平面断面図、第４図はク
ランク角度とガス圧との関係を示す線図、第５図
は本発明のスクロール圧縮機の一実施例の縦断面
図、第６図は本発明の他の実施例の部分断面図、
第７図は吐出口に逆止弁を設けた場合と設けない
場合の所要動力を比較して示した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吐出室に開口する吐出口を中心位置に有する
   端板にうず巻き状のラツプを直立させて形成した
   固定スクロールと、端板に前記固定スクロールの
   うず巻き状ラツプと実質的に同一形状のうず巻き
   状ラツプを直立させて形成した旋回スクロールと
   をかみ合わせ、前記両スクロールのかみ合わされ
   たうず巻き状ラツプの外周部に吸入室を形成する
   と共に、旋回スクロールの自転を防止する手段
   と、該旋回スクロールを自転することなく旋回運
   動させるための旋回スクロール駆動手段と、を備
   え、前記旋回スクロールの旋回運動中に該旋回ス
   クロールのうず巻き状ラツプと前記固定スクロー
   ルのうず巻き状ラツプとの間に対称的に形成され
   る対をなす密閉室を逐次容積を減じながら前記吐
   出口に向かつて移動させ前記吸入室からの吸入ガ
   スを圧縮ガスとして前記吐出口から吐出させるよ
   うにしたスクロール圧縮機において、 前記固定スクロールの吐出口に前記吐出室から
   前記両スクロールの中心域への圧縮ガスの逆流を
   阻止する逆止弁を設けるとともに、前記密閉室が
   最大容積となる旋回スクロールの旋回角度からア
   ンロード運転に見合つた所定の旋回角度だけ進ん
   だ旋回角度位置において、前記対をなす各密閉室
   に対して旋回スクロールの旋回運動により同時に
   閉じ終るような少なくとも一対のバイパス穴を固
   定スクロールの端板に設け、これらの各バイパス
   穴と前記吸入室との間を結ぶそれぞれのバイパス
   通路中にこれらバイパス通路を同時に開閉するた
   めの開閉弁を設けたことを特徴とするスクロール
   圧縮機。