JPWO2011104879A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで小型化・軽量化構造として簡易に量産できると共に、超低速運転モードで効率良く小容量制御が可能なスクロール圧縮機を提供すること。【解決手段】この圧縮機では、吐出ポート１０８の外周にリリース機構を備えた固定スクロール１０２の天板に設けられた吐出ヘッドカバー１１８内の吐出ヘッド空間１２３から密閉ケース１１５外へ空間１２３内の冷媒ガスを導く吐出ガイド管１２０と、冷媒ガスを吸入するための吸入管１１３とを、パルス幅調整制御信号により開成、閉成とが制御されるソレノイド弁１２２により結合して連通し、空間１２３内の冷媒ガスをガイド管１２０から管１１３へ導くバイパス通路を形成している。低速回転範囲で小容量制御が必要なときには、インバータ１２８によるモータ１００の駆動と共に、ソレノイド駆動回路１２９からのパルス幅調整制御信号で弁１２２を閉成する運転と開成する運転との比率を変えた運転を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、エコ（環境対応）効果が高い新世代住宅向けの空調給湯システムにおける冷凍・空調回路の圧縮機として好適であると共に、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低い新冷媒を適用してのモータ系駆動信号周波数におけるワイドレンジな運転が可能であって、特に超低速運転モードで効率良く小容量制御を実施し得る小型化・軽量化構造のスクロール圧縮機に関する。

近年、一般住宅において消費されるエネルギー、即ち、空調機で消費されるエネルギーや給湯機で消費されるエネルギーを低減する観点から、建物の断熱材に高断熱材を用いて熱負荷を低減する傾向が強まっている。また、太陽光発電や太陽熱温水器を装備することにより、１年間の積算消費電力をゼロにする化石燃料ゼロ化住宅を具現する構想もある。

このような構想において、空調機や給湯機で用いられているスクロール圧縮機には、一台で広範囲に容量制御できることが要求されている。例えば、空調機における冷房運転では、運転開始時に室内の温度が高くなっているのが一般的であるため、急速に運転する必要がある。こうした場合、始動時には大容量で高速運転（高速回転）されるが、室内が或る程度冷えて始動から定常運転状態に移行すると、小容量で低速運転（低速回転）される。この定常運転状態での低速運転は、特に最近の省エネルギー化を実施し、高断熱材が配備された建物に設備された空調機で使用される場合を想定すると、非常に低い回転速度で運転が行われることになる。

ところが、スクロール圧縮機で過度に低速回転を行うと、構造的にすべり軸受での油膜破断が生じて軸受が損傷し易く、また低速回転であるが故にクランクシャフトを回転させるためのモータ駆動が円滑に行われなくなる等、安定した運転動作が行われ難くなる。そこで、一般に小容量運転時には、回転速度を或る程度維持して容量制御を行うようにし、例えば室内が或る程度冷えたらスクロール圧縮機を停止し、室内の温度が上昇した場合に再び始動する運転パターンを繰り返すようにしている。

しかしながら、こうした小容量運転時に停止・始動を繰り返す運転パターンは効率が悪いばかりでなく、快適に空気調和を実施できないため、容量制御を工夫する技術が提案されている。一般に、スクロール圧縮機で容量制御を行う場合、モータ駆動による回転速度を制御するか、或いは一部の構造を改良し、回転速度を一定にして吐出量を可変にする制御を行うか、それらを併用する手法が採用されている。例えば吐出量を可変にする技術として、クランクシャフトの軸方向で封止（シール）を解除して圧縮しない構造にした容量調整機構を備えたスクロール式機械（特許文献１参照）、制御圧力が低いときに圧縮途中の冷媒ガスを吸入側に排出して圧縮開始を遅らせるようにしたスクロール形圧縮機の容量制御機構（特許文献２参照）が挙げられる。

特許文献１では、圧縮機の一端側に設けた外殻結合金具と非旋回スクロール部材に接続したピストンとの間に形成される高圧室、吐出室、低圧な吸入管をそれぞれソレノイド弁を介在させて配管で結合し、ソレノイド弁をパルス幅調整（ＰＷＭ）制御してオン（開成）させたときに、高圧室から低圧な吸入管へ向かう管内が連通し、非旋回スクロール部材が外殻結合金具側へ移動し、クランクシャフトの軸方向でのシールが解除されて圧縮しなくなる。また、ソレノイド弁をオフ（閉成）させたときに、高圧室から吐出室へ向かう管内が連通し、非旋回スクロール部材が外殻結合金具と反対側のクランクシャフト側へ移動し、クランクシャフトの軸方向でのシールが行われて通常の圧縮動作が行われる。

特許文献１に係るスクロール圧縮機によれば、通常の容量制御時にはソレノイド弁をオフ（閉成）させて運転させ、小容量制御時にはソレノイド弁をオン（開成）させて低圧側の吸入菅へ戻す冷媒ガスの吐出量を調整することにより、０〜１００％の広範囲な容量制御が可能となる。この結果、上述したすべり軸受での油膜破断やトルク変動の問題により実際には実施できないモータ駆動による回転速度の下限設定値（モータへの駆動信号では周波数５Ｈｚ程度であるが、実際の設計上はそれよりも高い値に設定される）以下の超低速運転を行った場合に相当する小容量制御での圧縮動作が可能となり、その圧縮した冷媒ガスを吐出管へと導くことにより、冷媒サイクルで冷媒ガスを緩やかに循環させることができる。

特許文献２では、圧縮室に繋がるように固定スクロールにバイパス孔を設けると共に、バイパス孔に繋がるアンローダピストンを備えるアンローダ弁ブロックを固定スクロールに取り付け、圧縮機外からアンローダ弁ブロックに導入した制御圧力によりアンローダピストンを作動させ、制御圧力が高い場合にはバイパス孔が遮断されてフルロード運転となり、制御圧力が低い場合にはバイパス孔が開口されて圧縮室の冷媒ガスを吸入室にバイパスしての容量制御が行われる。

特許文献２に係るスクロール圧縮機によれば、制御圧力が低いときに圧縮途中の冷媒ガスを吸入室に排出し、吸入完了時の閉じ込め容積を小さくするものであるため、概ね５０〜１００％の範囲で容量制御が可能となる。

特開２００１−９９０７８号公報 特許第２５５０６１２号公報 特開２００６−２００４５５号公報

上述した特許文献１に係る技術は、容量調整機構の働きによりクランクシャフトの軸方向でシールを解除して圧縮を行わせない機能を持つもので、超低速運転モードの小容量制御時にはモータ駆動による回転速度の下限設定値以下の超低速運転を行った場合に相当する小容量制御での圧縮動作が可能であり、広範囲な容量制御が可能な優れた性能を持っている。

しかしながら、特許文献１に係る技術は、容量調整機構を設けるために圧縮機本体（密閉ケース）の改造箇所が相当に多く、容量調整機構自体に要する専用の部品や各部を結合する配管の数も多い上、各部において配管の両端部を結合するための煩雑な加工や作業が必要となる等、複雑な構造で組み立てにも手間を要するコスト高を避けられないものであるため、結果として、低コストで小型化・軽量化構造として簡易に量産できないという問題がある。

また、特許文献２に係る技術は、外部から導入した制御圧力が低いときに圧縮途中の冷媒ガスを吸入室に排出し、吸入完了時の閉じ込め容積を小さくして圧縮開始を遅らせる機能を持つもので、圧縮機本体（密閉ケース）の改造箇所や容量調整のために要する専用の部品が少なく、比較的簡素な構造であるために低コストで小型化・軽量化構造として簡易に量産することができる。

しかしながら、特許文献２に係る技術は、容量調整機構を持つ特許文献１に係る技術と比べれば容量制御の範囲が格段に狭く、ワイドレンジな運転には不向きであることにより、結果として、超低速運転モードでの小容量制御を的確に実施できないという基本性能上の問題がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、低コストで小型化・軽量化構造として簡易に量産できると共に、超低速運転モードで効率良く小容量制御が可能なスクロール圧縮機を提供することにある。

本発明は、上記技術的課題を解決するため、密閉ケース内で旋回スクロールの渦巻体と固定スクロールの渦巻体とが互いに噛み合わせられて圧縮室を形成し、当該固定スクロールは、中央部分に吐出ポートが形成されると共に、当該吐出ポートの外周側に当該圧縮室へ連通するリリースポートに繋がるリリース弁が設けられたスクロール圧縮機において、固定スクロールの天板に取り付けられて吐出ポート及びリリース弁を覆って吐出ヘッド空間を形成すると共に、所定の箇所に設けられた貫通孔を開成又は閉成するための吐出弁を備えた吐出ヘッドカバーと、吐出ヘッド空間から密閉ケース外へ当該吐出ヘッド空間内の冷媒ガスを導く吐出ガイド管と、冷媒ガスを吸入するための吸入管及び吐出ガイド管に結合されて連通すると共に、パルス幅調整制御信号により開成状態と閉成状態とが駆動制御されるソレノイド弁と、を備え、吐出ヘッドカバー、吐出ガイド管、及びソレノイド弁は、当該ソレノイド弁を開成状態として吐出ヘッド空間内の冷媒ガスを当該吐出ガイド管から吸入管へ導くためのバイパス通路を形成することを特徴とする。このスクロール圧縮機において、パルス幅調整制御信号を生成するソレノイド駆動回路を備えたことは好ましい。

また、上記スクロール圧縮機において、モータの回転部が略中央部分に取り付けられると共に、軸方向における一端側にフレームを介在させて旋回スクロールが取り付けられ、且つ他端側に軸支持部材が取り付けられた回転主軸となるクランクシャフトを備え、クランクシャフトにおけるモータの回転部と軸支持部材との間の箇所にフライホイールが設けられたことは好ましい。更に、このスクロール圧縮機において、モータは回転部と固定部とから成ると共に、モータ駆動回路により駆動されて回転部及びクランクシャフトが回転することは好ましい。加えて、このスクロール圧縮機において、モータ駆動回路の動作とパルス幅調整制御信号を生成するソレノイド駆動回路の動作とを操作指示により制御する操作指示制御手段を備えたことは好ましい。

本発明のスクロール圧縮機によれば、既存の基本構造を大幅に変更することなく、簡便な構造で超低速運転モード時に効率良く小容量制御を行うための容量調整機構を持たせているため、モータ駆動による回転速度の下限設定値以下の超低速運転を行った場合に相当する小容量制御での圧縮動作をモータ駆動の効率を劣化させることなく実行できる。この結果、０〜１００％の広範囲な容量制御が可能な優れた性能を持つ製品を低コストで小型化・軽量化構造として簡易に量産することができる。

本発明の実施例１に係るスクロール圧縮機の概略構成を回転主軸の延在方向に沿って断面にして示した側面図である。 図１に示すスクロール圧縮機に備えられる容量調整機構のソレノイド弁が閉成状態にある第１の運転モードのときの冷媒ガスの流れを示した要部の拡大側面断面図である。 図１に示すスクロール圧縮機に備えられる容量調整機構のソレノイド弁が開成状態にある第２の運転モードのときの冷媒ガスの流れを示した要部の拡大側面断面図である。 図１に示すスクロール圧縮機に備えられる容量調整機構の働きを含む容量制御時のモータ回転速度と負荷（容量）との関係を示した特性図である。

図１は、本発明の実施例１に係るスクロール圧縮機の概略構成を回転主軸の延在方向に沿って断面にして示した側面図である。

このスクロール圧縮機は、従来通りの基本構造として、冷媒ガスに対する吸い込みを行う吸入管１１３を装着するための吸入口と吐出を行う吐出管１１４を装着するための吐出口とが設けられた密閉ケース（チャンバ）１１５内の端側に渦巻体を有する固定スクロール１０２が取り付けられると共に、ロータ（回転部）１００ａ及びステータ（固定部）１００ｂから成るモータ１００のロータ１００ａを略中央部分に取り付けた回転主軸となるクランクシャフト１０６の一端側にフレーム１０５を介在させて相手側の渦巻体を有する旋回スクロール１０１を取り付け、且つ他端側に軸受支持板１１１及び副軸受１１２による軸支持部材を取り付けて成る組み立て体を、旋回スクロール１０１の渦巻体と固定スクロール１０２の渦巻体とが互いに噛み合わせられるように密閉ケース１１５内の残りの空間部分に組み込み、各部を取り付けて密閉して収納した構造となっている。

この密閉状態において、細部構造的には旋回スクロール１０１の背面に取り付けられた旋回軸受に対し、フレーム１０５の主軸受１０５ａにより支持されるクランクシャフト１０６の偏心部１０６ａが挿入され、旋回スクロール１０１及びフレーム１０５の間に配置したオルダムリング１０７がクランクシャフト１０６の回転に際して旋回スクロール１０１の自転運動を拘束し、旋回運動を行わせるようになっている。また、旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２は、何れも端板に立設する渦巻体を有し、各渦巻体の巻角が異なることにより、組み付け状態で端板及び渦巻体壁面で形成される２つの圧縮室の最大密閉容積が異なる非対称スクロール形状を成している。

この非対称スクロール形状とは、旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２のインボリュート曲線で形成された各渦巻体を互いに噛み合わせ、旋回スクロール１０１の巻き終わり側のラップの外側で形成される圧縮室とその内側で形成される圧縮室との大きさが異なり、クランクシャフト１０６の軸回転に対して位相が約１８０度ずれて形成されている構造を示す。

具体的に云えば、固定スクロール１０２は、中央近くに吐出ポート１０８が開口されており、渦巻体の内側曲線の巻き終わりが旋回スクロール１０１の渦巻体の巻き終わり付近まで約１８０度延長している。このため、旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２の各渦巻体を組み合わせ圧縮室を形成するとき、旋回スクロール１０１の渦巻体の外側曲線と固定スクロール１０２の渦巻体の内側曲線とによって閉じ込められて形成される第１の圧縮室と、旋回スクロール１０１の渦巻体の内側曲線と固定スクロール１０２の渦巻体の外側曲線とによって閉じ込められて形成される第２の圧縮室とは大きさが異なり、クランクシャフト１０６の回転に対して位相が約１８０度ずれて形成される。

また、このスクロール圧縮機では、固定スクロール１０２における吐出ポート１０８の外周側に圧縮室へ連通するリリースポート１２５に繋がる過圧縮防止弁であるリリース弁１２４が設けられている。その他、固定スクロール１０２の天板に取り付けられた吐出ヘッドカバー１１８は、吐出ポート１０８及びリリース弁１２４を覆って吐出ヘッド空間１２３を形成すると共に、所定の箇所に設けられた貫通孔１１９を開成又は閉成するための逆止弁作用を持つ吐出弁１２１を備えている。

更に、吐出ガイド管１２０は、吐出ヘッド空間１２３から密閉ケース１１５外へ吐出ヘッド空間１２３内の冷媒ガスを導くもので、吐出ヘッドカバー１１８に一端側が結合され、中途部分が密閉ケース１１５を貫通し、且つ他端側が密閉ケース１１５外へ引き出されている。冷媒ガスを吸入するための吸入管１１３と吐出ガイド管１２０の他端側とはパルス幅調整（ＰＷＭ）制御信号により開成状態と閉成状態とが駆動制御されるソレノイド弁１２２に結合されて連通するようになっている。

ここでの吐出ヘッドカバー１１８、吐出ガイド管１２０、及びソレノイド弁１２２は、ソレノイド弁１２２を開成状態として吐出ヘッド空間１２３内の冷媒ガスを吐出ガイド管１２０から吸入管１１３へ導くためのバイパス通路を形成する。また、超低速運転モード時にはソレノイド弁１２２における開成状態と閉成状態とを反復動作させ、バイパス通路の使用の有無を繰り返すことにより、小容量制御を行うための容量調整機構として働かせる。

吸入管１１３は、冷媒ガスを取り入れるためのもので、固定スクロール１０２に連通している。吐出管１１４は圧縮した冷媒ガスを外部へ吐出するためのものであ。モータ１００の下部の軸受支持板１１１に取り付けられた副軸受１１２は、フレーム１０５の主軸受１０５ａと共にクランクシャフト１０６を支持している。因みに、密閉ケース１１５内のクランクシャフト１０６の他端側の部屋は、油を貯める油貯め室１１６として用いられる。クランクシャフト１０６におけるモータ１００のロータ１００ａと軸支持部材の副軸受１１２との間の箇所に回転を安全に保つためのフライホイール１１７が設けられている。

固定スクロール１０２、旋回スクロール１０１、及びフレーム１０５により形成される背圧室（中間室）１０９には、油貯め室１１６から供給される油がクランクシャフト１０６の偏心部１０６ａの周りに設けられた旋回軸受を通って導かれる。背圧室１０９では、油中の冷媒ガスが発泡して圧力上昇したとき、その上昇圧力を制御弁で吸入側に逃がして所定の圧力レベルを保持する。この吸入側は固定スクロール１０２の渦巻体の外周に設けられた固定外周溝に連通しているが、この固定外周溝は冷媒ガスの吸込口に連通しているため、これによって固定外周溝内は常に吸入圧となる。旋回スクロール１０１においては、中央部分に吐出圧力が作用し、その外周部分には中間圧力が作用する。このため、旋回スクロール１０１は固定スクロール１０２に対して適正な圧力で押し付けられ、これによってスクロールラップ間の軸方向におけるシールが保たれることになる。

このスクロール圧縮機の場合、圧縮室で圧縮された冷媒ガスが吐出圧力以上であると、リリースポート１２５及びリリース弁１２４を介して吐出室１０３に吐出され、吐出圧力未満であると、リリース弁１２４が閉じられ、吐出ポート１０８から吐出される周知の高圧チャンバ方式の構造となっている。

その他、スクロール圧縮機本体外には、モータ１００を駆動するためのモータ駆動回路であるインバータ１２８と、ソレノイド弁１２２の開成状態と閉成状態とを駆動制御するためのパルス幅調整制御信号を生成するソレノイ駆動回路１２９と、これらのインバータ１２８及びソレノイ駆動回路１２９の動作を操作指示により制御する操作指示制御手段としての空調機制御回路１３０と、が備えられている。

このような構造のスクロール圧縮機では、密閉ケース１１５内に４つの異なる圧力が存在する。１つ目の圧力は、吐出室１０３、１０４やモータ１００の周り、或いは油貯め室１１６の圧力で、何れも高圧な吐出圧力である。２つ目の圧力は、吸入管１１３内の空間と吸入管１１３が固定スクロール１０２に接続されている空間との圧力で、低圧な吸入圧力である。３つ目の圧力は、背圧室１０９の圧力で、吐出圧力と吸入圧力との中間程度の中間圧力である。４つ目の圧力は、ソレノイド弁１２２の閉成状態と開成状態との動作により吐出圧力に設定されたり、或いは吸入圧力に設定される吐出ヘッド空間１２３の圧力である。

このスクロール圧縮機の圧縮動作は、ソレノイド弁１２２の閉成状態での第１の運転モードと、ソレノイド弁１２２の開成状態での第２の運転モードと、に分けられる。

図２は、スクロール圧縮機に備えられる容量調整機構のソレノイド弁１２２が閉成状態にある第１の運転モードのときの冷媒ガスの流れを示した要部の拡大側面断面図である。

第１の運転モードでは、ソレノイド駆動回路１２９がパルス幅調整制御信号の矩形波の立ち下がり区間の周期Ｔ１でソレノイド弁１２２の閉成状態とすると共に、インバータ１２８がモータ１００を駆動してロータ１００ａ及びクランクシャフト１０６を回転させると、これに伴って旋回スクロール１０１が旋回運動を開始する。この動作により旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２の渦巻体が噛み合い、第１の圧縮室及び第２の圧縮室を形成する。

このとき、吸入管１１３から流入した冷媒ガスが第１の圧縮室及び第２の圧縮室で圧縮される。第１の圧縮室及び第２の圧縮室では、クランクシャフト１０６の回転に伴い、中央方向に容積を減少させながら圧縮動作が行われ、これにより高圧化された冷媒ガスが固定スクロール１０２に形成された吐出ポート１０８から吐出ヘッド空間１２３に吐出される。この圧縮の過程で吐出圧力レベルに応じてリリースポート１２５及びリリース弁１２４を介して高圧化された冷媒ガスが吐出ヘッド空間１２３に吐出される。尚、リリース弁１２４は、押さえ部１２６の先端側に取り付けられたコイルばね１２７の先端に装着されたカバー部分を示すものであるが、各部を含めたリリース弁機構部をリリース弁と呼ぶこともある。

何れにしても、吐出ヘッド空間１２３の冷媒ガスの圧力は吐出圧力よりも僅かに高く、吐出室１０３の圧力よりも高くなるため、吐出ヘッドカバー１１８の貫通孔１１９を覆う吐出弁１２１を押し開き、冷媒ガスが吐出室１０３に吐出される。この後、冷媒ガスは吐出室１０４から最終的に吐出管１１４を通って外部へ吐出される。

ここで説明したソレノイド弁１２２を閉成状態にしてバイパス通路を使わずに冷媒ガスを流す第１の運転モードは、フルロード運転と呼ばれても良い。バイパス通路とは、吐出ヘッド空間１２３に繋がる吐出ガイド管１２０から開成状態のソレノイド弁１２２を通って吸入管１１３へ連通する循環路を示すものである。

図３は、スクロール圧縮機に備えられる容量調整機構のソレノイド弁１２２が開成状態にある第２の運転モードでの冷媒ガスの流れを示した要部の拡大側面断面図である。

第２の運転モードでは、ソレノイド駆動回路１２９がパルス幅調整制御信号の矩形波の立ち上がり区間の周期Ｔ２でソレノイド弁１２２の開成状態とすると共に、インバータ１２８がモータ１００を駆動してロータ１００ａ及びクランクシャフト１０６を回転させると、これに伴って旋回スクロール１０１が旋回運動を開始する。この動作により旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２の渦巻体が噛み合い、第１の圧縮室及び第２の圧縮室を形成する。

但し、第２の運転モードでは、ソレノイド弁１２２が開成状態となっているため、吐出ヘッド空間１２３に繋がる吐出ガイド管１２０から開成状態のソレノイド弁１２２を通って吸入管１１３へ連通するバイパス通路が形成され、これによって吐出ヘッド空間１２３内の冷媒ガスがバイパス通路を通って吸入管１１３へ流れ込み、その圧力は吸入圧力よりも僅かに高くなる。従って、吐出ヘッド空間１２３内の圧力は低下して吸入圧力に設定される。

このとき、吐出ヘッド空間１２３の圧力は吐出室１０３よりも低くなるため、吐出ヘッドカバー１１８の貫通孔１１９を覆う吐出弁１２１が塞がれ、冷媒ガスが吐出室１０３に吐出されない。こうした状態で吸入管１１３から流入した冷媒ガスが第１の圧縮室及び第２の圧縮室で圧縮されたとき、リリースポート１２５及びリリース弁１２４を介して吐出ヘッド空間１２３に吐出され、これ以降に圧縮された冷媒ガスが吐出ポート１０８から吐出ヘッド空間１２３に吐出される。

吐出ヘッド空間１２３に吐出された冷媒ガスは、吐出ヘッド空間１２３に繋がる吐出ガイド管１２０から開成状態のソレノイド弁１２２を通って吸入管１１３へ流れる。

ここで説明したソレノイド弁１２２を開成状態にしてバイパス通路を使用して冷媒ガスを流す第２の運転モードは、アンロード運転と呼ばれても良い。尚、リリースポート１２５とリリース弁１２４とは、全ての回転角度の領域で吐出ヘッド空間１２３と連通するように設けられていることが望ましい。その理由は、スクロールラップでの内部圧縮を回避でき、アンロード運転での圧縮動作が小さくなるためである。

実施例１に係るスクロール圧縮機では、インバータ１２８によるモータ１００の駆動と共に、ソレノイド駆動回路１２９からのパルス幅調整制御信号の矩形波の立ち下がり区間の周期Ｔ１でソレノイド弁１２２の閉成状態とするフルロード運転と立ち上がり区間の周期Ｔ２でソレノイド弁１２２の開成状態とするアンロード運転とを切り替え、容量制御を行うことができる。但し、このスクロール圧縮機では、高速運転モード時でも容量制御が可能であるが、高速回転からモータ駆動による回転速度の下限設定値よりも幾分高い所定の設定値までの低速回転範囲ではインバータ１２８によるモータ１００の駆動で通常運転モードを実施し、所定の設定値以下の低速回転範囲で小容量制御が必要なときには容量調整機構を働かせて超低速運転モードとして、フルロード運転とアンロード運転との比率を変えて運転することが好ましい。

図４は、実施例１に係るスクロール圧縮機に備えられる容量調整機構の働きを含む容量制御時のモータ回転速度と負荷（容量）との関係を示した特性図である。

実施例１に係るスクロール圧縮機では、フルロード運転に対してＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２）まで容量を可変することができる。図４中では、ソレノイド弁１２２の閉成状態とする周期Ｔ１を零にする（即ち、ソレノイド弁１２２の開成状態とする周期Ｔ２を１００％にする）と、負荷（吐出容量）はｃ点で示されるように零となり、周期Ｔ１を５０％（周期Ｔ２を５０％）にすると、負荷（吐出容量）はｂ点で示されるように５０％となり、周期Ｔ２を零（周期Ｔ１を１００％）にすると負荷（吐出容量）はａ点で示されるように１００％となることを示している。

即ち、このスクロール圧縮機は、０〜１００％の広範囲な容量制御が可能であり、ａ点以下の低回転速度の範囲（超低速運転モード）で容量調整機構による容量制御（ソレノイド弁１２２による容量制御）を行う機能を持つ。但し、図４中の特性上の点線で示される領域は、スクロール圧縮機においてインバータ１２８によるモータ１００の駆動で回転速度の下限設定値（実際にはその値よりもやや高めの所定の設定値とされる）以下で運転が行われた結果を示すものではなく、回転速度の下限設定値より高い所定の設定値の運転、並びに容量調整機構による容量制御（ソレノイド弁１２２による容量制御）が併用された結果、下限設定値以下の超低速運転を行った場合に相当する小容量制御での圧縮動作が可能となることを示している。

ところで、アンロード運転とフルロード運転とをソレノイド弁１２２の開成状態と閉成状態とを切り替え制御して行うことは、一般的に行われている。実施例１に係るスクロール圧縮機では、吐出ヘッド空間１２３を形成する吐出ヘッドカバー１１８の貫通孔１１９を開成、閉成させるための吐出弁１２１の働きによりアンロード運転とフルロード運転との切り替えが可能となる。

ソレノイド弁１２２を閉成状態にすることで吸入管１１３から吸入された冷媒ガスが圧縮後に吐出ヘッド空間１２３に吐出され、吐出弁１２１を押し開いて吐出室１０３への吐出が行われるが、ソレノイド弁１２２を開成状態にすると、圧縮された冷媒ガスは吸入管１１３側へ流れて吐出ヘッド空間１２３内の圧力が低下するために吐出弁１２１を押し開くことができず、吐出室１０３への吐出が行われない。こうしたソレノイド弁１２２の閉成状態、開成状態により圧縮機の運転状態（回転動作状態）で冷媒ガスの吐出室１０３に対する吐出量をオン、オフすることができる。

ここで、ソレノイド弁１２２における閉成状態の時間（周期Ｔ１）と開成状態の時間（周期Ｔ２）との比率を変えることにより、吐出量を０〜１００％まで可変させることができる。但し、スクロール圧縮機は冷凍サイクルにおける蒸発器からの吸入圧力（蒸発温度）と凝縮器への吐出圧力（凝縮温度）とが変動するため、閉成状態と開成状態との動作切り替えに要する時間を示す１動作切り替え周期（Ｔ１＋Ｔ２）については余り長く設定できない。この１動作切り替え周期（Ｔ１＋Ｔ２）を長くすると、吸入圧力と吐出圧力とがそれぞれ変動し、それらの変動振幅が時間の長さに比例して大きくなって圧縮動作を不安定にさせる要因になるため、変動振幅が大きくならないように１動作切り替え周期（Ｔ１＋Ｔ２）を設定する必要がある。

また、実施例１に係るスクロール圧縮機は、高圧チャンバ方式で密閉ケース１１５内の全体が高圧でその占有体積が大きい上、ソレノイド弁１２２における閉成状態、開成状態の切り替え制御により吐出ヘッド空間１２３の圧力が変化すると共に、吐出ヘッド空間１２３の体積がバッファとなって余分に圧縮する構造となっている。このため、吐出ヘッド空間１２３の体積分だけ圧縮動作に遅れが生じてソレノイド弁１２２における閉成状態、開成状態の切り替え制御の動力を増大させる要因となることを配慮し、吐出ヘッド空間１２３の体積を極力小さくすることが重要である。

その他、上述したスクロール圧縮機の場合、バイパス通路における吐出ヘッド空間１２３から吸入管１１３に導くまでの配管での圧力損失、並びにリリースポート１２５での圧力損失が発生するため、回転速度に応じて配管の寸法やリリースポート１２５の寸法を適切に設定することが望ましい。主に低速回転で容量制御する場合にはリリースポート１２５の寸法はさほど関与しないが、比較的高速回転で容量制御する場合にはリリースポート１２５の寸法を大きくした方が良い。但し、リリースポート１２５の寸法を大きくすると、フルロード運転時にリリースポート１２５内の冷媒ガスが再膨張することにより圧力損失が増大するため、係る点を留意する必要がある。

何れにしても、実施例１に係る容量調整機構を備えたスクロール圧縮機では、超低速運転モード時に効率良く小容量制御を行うための簡便な構造の容量調整機構を持つことにより、モータ駆動による回転速度の下限設定値（モータ１００への駆動信号では周波数５Ｈｚ程度）以下の超低速運転を行った場合に相当する小容量制御での圧縮動作をモータ駆動の効率を劣化させることなく実行でき、０〜１００％の広範囲な容量制御が可能な優れた性能を持つ。この結果、製品化した場合に低コストで小型化・軽量化構造として簡易に量産することができる。

１０１ 旋回スクロール
１０２ 固定スクロール
１０３、１０４ 吐出室
１０５ フレーム
１０５ａ 主軸受
１０６ クランクシャフト
１０６ａ 偏心部
１０７ オルダムリング
１０８ 吐出ポート
１０９ 背圧室（中間室）
１１０ モータ
１１０ａ ロータ
１１０ｂ ステータ
１１１ 軸受支持板
１１２ 副軸受
１１３ 吸入管
１１４ 吐出管
１１５ 密閉ケース（チャンバ）
１１６ 油貯め室
１１７ フライホイール
１１８ 吐出ヘッドカバー
１１９ 貫通孔
１２０ 吐出ガイド管
１２１ 吐出弁（逆止弁）
１２２ ソレノイド弁
１２３ 吐出ヘッド空間
１２４ リリース弁
１２５ リリースポート
１２６ 押さえ部
１２７ コイルばね
１２８ インバータ（モータ駆動回路）
１２９ ソレノイド駆動回路
１３０ 空調機制御回路

Claims (5)

1. 密閉ケース内で旋回スクロールの渦巻体と固定スクロールの渦巻体とが互いに噛み合わせられて圧縮室を形成し、当該固定スクロールは、中央部分に吐出ポートが形成されると共に、当該吐出ポートの外周側に当該圧縮室へ連通するリリースポートに繋がるリリース弁が設けられたスクロール圧縮機において、
   前記固定スクロールの天板に取り付けられて前記吐出ポート及び前記リリース弁を覆って吐出ヘッド空間を形成すると共に、所定の箇所に設けられた貫通孔を開成又は閉成するための吐出弁を備えた吐出ヘッドカバーと、前記吐出ヘッド空間から前記密閉ケース外へ当該吐出ヘッド空間内の冷媒ガスを導く吐出ガイド管と、前記冷媒ガスを吸入するための吸入管及び前記吐出ガイド管に結合されて連通すると共に、パルス幅調整制御信号により開成状態と閉成状態とが駆動制御されるソレノイド弁と、を備え、
   前記吐出ヘッドカバー、前記吐出ガイド管、及び前記ソレノイド弁は、当該ソレノイド弁を開成状態として前記吐出ヘッド空間内の前記冷媒ガスを当該吐出ガイド管から前記吸入管へ導くためのバイパス通路を形成することを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記パルス幅調整制御信号を生成するソレノイド駆動回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１記載のスクロール圧縮機において、モータの回転部が略中央部分に取り付けられると共に、軸方向における一端側にフレームを介在させて前記旋回スクロールが取り付けられ、且つ他端側に軸支持部材が取り付けられた回転主軸となるクランクシャフトを備え、
   前記クランクシャフトにおける前記モータの回転部と前記軸支持部材との間の箇所にフライホイールが設けられたことを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項３記載のスクロール圧縮機において、前記モータは、前記回転部と固定部とから成ると共に、モータ駆動回路により駆動されて当該回転部及び前記クランクシャフトが回転することを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項４記載のスクロール圧縮機において、前記モータ駆動回路の動作と前記パルス幅調整制御信号を生成するソレノイド駆動回路の動作とを操作指示により制御する操作指示制御手段を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。

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