WO2020189602A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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pressure
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pressure chamber
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弘展 稲葉
泰造 佐藤
今井　哲也
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サンデン・オートモーティブコンポーネント株式会社
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    • F04C28/28—Safety arrangements; Monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a scroll compressor that compresses a working fluid in a compression chamber formed between laps of both scrolls by revolving a movable scroll with respect to a fixed scroll.
  • this type of scroll compressor has a compression mechanism consisting of a fixed scroll having a spiral wrap on the surface of the end plate and a movable scroll having a spiral wrap on the surface of the end plate, and the laps of each scroll are opposed to each other.
  • a compression chamber is formed between the laps, and the movable scroll is revolved around the fixed scroll by a motor to compress the working fluid (refrigerant) in the compression chamber.
  • a back pressure chamber is formed on the back surface of the end plate of the movable scroll to press the movable scroll against the fixed scroll against the compression reaction force from the compression chamber.
  • a back pressure passage connecting the discharge side (discharge space) of the compression mechanism and the back pressure chamber is formed, and an orifice (decompression part) is arranged in this back pressure passage to discharge after adjustment by the orifice.
  • the pressure is supplied to the back pressure chamber, and a back pressure load (back pressure) that overcomes the compression reaction force is applied to the movable scroll (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a pressure adjusting valve (relief valve) is provided between the back pressure chamber and the housing (suction pressure region), and is opened when the pressure (back pressure) in the back pressure chamber rises to the maximum value. I tried not to increase the back pressure.
  • This maximum value is set to a value at which the back pressure is appropriate in the operating range of the air conditioner in which the scroll compressor is used in the cooling operation.
  • a communication hole for pressure control is formed in the end plate of the movable scroll.
  • the oil flowing into the back pressure chamber from the back pressure passage can be returned to the compression chamber, and for example, in an operating state where the suction pressure is low, the pressure (back pressure) in the back pressure chamber is prevented from becoming excessive. Can be adjusted to.
  • This communication hole is set so that the back pressure becomes appropriate in the operating range in the heating operation.
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of a system in which a pressure adjusting valve is provided between the back pressure chamber and the suction pressure region as in Patent Document 1, and for pressure control on a movable scroll end plate as in Patent Document 2.
  • a block diagram of the system in which the communication holes are formed is shown in FIG.
  • Ps is the suction pressure
  • Pc is the pressure in the compression chamber
  • Pd is the discharge pressure
  • Pb is the pressure in the back pressure chamber, that is, the back pressure.
  • PCV in FIG. 4 is the pressure adjusting valve described above.
  • the vertical axis of the graph shown in FIG. 5 is the difference between the actual back pressure Pba and the required back pressure Pbn (Pba-Pbn) in the system of FIG. 4, the horizontal axis is the discharge pressure Pd, and L1 is more (Pba). When ⁇ Pbn) is large, it is a threshold value that causes excessive back pressure.
  • the vertical axis of the graph shown in FIG. 7 is the difference between the actual back pressure Pba and the required back pressure Pbn (Pba-Pbn) in the system of FIG. 6, the horizontal axis is the discharge pressure Pd, and L1 is the same or more (L1). When Pba-Pbn) is large, it is a threshold value that causes excessive back pressure.
  • the back pressure Pb depends on the suction pressure Ps.
  • the pressure Pc, the discharge pressure Pd, and the back pressure Pb in the compression chamber are also high as a whole, so that the difference (Pba-Pbn) is as shown by L4 in FIG. It becomes lower than the threshold value L1 of excess back pressure.
  • the pressure adjusting valve is the back pressure Pb during the cooling operation described above. Since it works only at the maximum value of, the difference (Pba-Pbn) becomes higher than the excess back pressure threshold L1 as shown by L5 in FIG. 5, and the movable scroll is excessively pressed against the fixed scroll, resulting in power consumption. Increase.
  • the position of the communication hole is designed according to the operating state in which the suction pressure Ps during the heating operation is relatively low, so that the suction pressure Ps is relatively low.
  • the communication hole functions to control the back pressure Pb, and the difference (Pba-Pbn) is lower than the excess back pressure threshold L1 as shown by L6 in FIG.
  • the present invention has been made to solve such conventional technical problems, and an object of the present invention is to provide a scroll compressor capable of eliminating the inconvenience of excessive back pressure in a wide range of suction pressure. And.
  • the scroll compressor of the present invention is provided with a compression mechanism consisting of a fixed scroll and a movable scroll in which spiral wraps are formed facing each other on each surface of each end plate, and the movable scroll is fixed.
  • the working fluid is compressed in the compression chamber formed between each lap of both scrolls by revolving and turning with respect to the scroll, and the back pressure chamber formed on the back surface of the end plate of the movable scroll and the compression chamber.
  • a back pressure passage that communicates the discharge side of the mechanism with the back pressure chamber, a decompression portion provided in this back pressure passage, and a communication for pressure control that is formed on the end plate of a movable scroll and communicates between the back pressure chamber and the compression chamber. It is characterized by having a hole and a pressure regulating valve provided between the back pressure chamber and the suction pressure region.
  • the scroll compressor according to the second aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the pressure regulating valve communicates the back pressure chamber with the suction pressure region when the pressure in the back pressure chamber rises to a predetermined maximum value. To do.
  • the scroll compressor of the invention of claim 3 is characterized in that carbon dioxide is used as a working fluid in each of the above inventions.
  • a compression mechanism consisting of a fixed scroll and a movable scroll in which spiral wraps are formed so as to face each other on each surface of each end plate is provided, and the movable scroll is rotated and swiveled with respect to the fixed scroll.
  • the back pressure chamber formed on the back surface of the end plate of the movable scroll communicates with the discharge side of the compression mechanism and the back pressure chamber.
  • the pressure control valve provided between the two Since the pressure control valve provided between the two is provided, the pressure in the back pressure chamber is always appropriately controlled by the communication hole, and the suction pressure becomes high and the pressure in the back pressure chamber becomes the maximum value. When it rises, the pressure regulating valve enables the back pressure chamber and the suction pressure region to communicate with each other.
  • back pressure chamber pressure back pressure chamber pressure
  • FIG. 1 It is sectional drawing of the scroll compressor of one Embodiment to which this invention was applied. It is a system configuration diagram of the scroll compressor of FIG. It is a figure which shows the relationship between the difference between the actual back pressure and the required back pressure, the discharge pressure, and the suction pressure in the case of the scroll compressor of FIG. It is a system block diagram of the scroll compressor provided with a pressure control valve. It is a figure which shows the relationship between the difference between the actual back pressure and the required back pressure, the discharge pressure, and the suction pressure in the case of the scroll compressor of FIG. It is a system block diagram of the scroll compressor which formed the hole for pressure control in a movable scroll. It is a figure which shows the relationship between the difference between the actual back pressure and the required back pressure, the discharge pressure, and the suction pressure in the case of the scroll compressor of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a scroll compressor 1 of an embodiment to which the present invention is applied.
  • the scroll compressor 1 of the embodiment is used, for example, in a refrigerant circuit of a vehicle air conditioner, sucks carbon dioxide refrigerant as a working fluid of the vehicle air conditioner, compresses and discharges it, and is an electric motor. It is a so-called inverter-integrated scroll compressor provided with 2, an inverter 3 for operating the electric motor 2, and a compression mechanism 4 driven by the electric motor 2.
  • carbon dioxide is used as the refrigerant
  • the high pressure side of the refrigerant circuit is in a supercritical state.
  • the scroll compressor 1 of the embodiment includes a main housing 6 that houses an electric motor 2 and an inverter 3 inside, a compression mechanism housing 7 that houses a compression mechanism 4 inside, an inverter cover 8, and a compression mechanism cover 9. It has.
  • the main housing 6, the compression mechanism housing 7, the inverter cover 8, and the compression mechanism cover 9 are all made of metal (made of aluminum in the embodiment), and they are integrally joined to the scroll compressor 1. Housing 11 is configured.
  • the main housing 6 is composed of a tubular peripheral wall portion 6A and a partition wall portion 6B.
  • the partition wall portion 6B is a partition wall that partitions the inside of the main housing 6 into a motor accommodating portion 12 accommodating the electric motor 2 and an inverter accommodating portion 13 accommodating the inverter 3.
  • One end surface of the inverter accommodating portion 13 is open, and this opening is closed by the inverter cover 8 after the inverter 3 is accommodated.
  • the other end surface of the motor accommodating portion 12 is also open, and this opening is closed by the compression mechanism housing 7 after the electric motor 2 is accommodated.
  • the partition wall portion 6B is provided with a support portion 16 for supporting one end portion (the end portion on the opposite side of the compression mechanism 4) of the rotating shaft 14 of the electric motor 2.
  • the compression mechanism housing 7 has an opening on the side opposite to the main housing 6, and this opening is closed by the compression mechanism cover 9 after the compression mechanism 4 is accommodated.
  • the compression mechanism housing 7 is composed of a tubular peripheral wall portion 7A and a frame portion 7B on one end side (main housing 6 side) thereof, and the compression mechanism 4 is contained in a space partitioned by the peripheral wall portion 7A and the frame portion 7B. Is housed.
  • the frame portion 7B forms a partition wall that separates the inside of the main housing 6 from the inside of the compression mechanism housing 7.
  • the frame portion 7B is provided with a through hole 17 through which the other end of the rotating shaft 14 of the electric motor 2 (the end on the compression mechanism 4 side) is inserted, and the through hole 17 is provided on the compression mechanism 4 side.
  • a front bearing 18 as a bearing member that supports the other end of the rotating shaft 14 is fitted.
  • Reference numeral 19 denotes a sealing material that seals the outer peripheral surface of the rotating shaft 14 and the inside of the compression mechanism housing 7 at the through hole 17.
  • the electric motor 2 is composed of a stator 25 around which a coil 35 is wound and a rotor 30. Then, for example, the direct current from the vehicle battery (not shown) is converted into a three-phase alternating current by the inverter 3 and supplied to the coil 35 of the electric motor 2, so that the rotor 30 is rotationally driven. ing.
  • a suction port (not shown) is formed in the main housing 6, and after the refrigerant sucked from the suction port passes through the main housing 6, the outside of the compression mechanism 4 in the compression mechanism housing 7 will be described later. It is sucked into the suction unit 37. As a result, the electric motor 2 is cooled by the intake refrigerant. Further, the refrigerant compressed by the compression mechanism 4 is configured to be discharged from a discharge space 27 described later as a discharge side of the compression mechanism 4 from a discharge port (not shown) formed on the compression mechanism cover 9.
  • the compression mechanism 4 is composed of a fixed scroll 21 and a movable scroll 22.
  • the fixed scroll 21 integrally includes a disk-shaped end plate 23 and an involute-shaped or spiral wrap 24 having a curved line similar thereto standing on the surface (one surface) of the end plate 23.
  • the surface of the end plate 23 on which the wrap 24 is erected is fixed to the compression mechanism housing 7 with the frame portion 7B side as the side.
  • a discharge hole 26 is formed in the center of the end plate 23 of the fixed scroll 21, and the discharge hole 26 communicates with the discharge space 27 in the compression mechanism cover 9.
  • Reference numeral 28 denotes a discharge valve provided in the opening on the back surface (the other surface) side of the end plate 23 of the discharge hole 26.
  • the movable scroll 22 is a scroll that revolves and turns with respect to the fixed scroll 21, and has a disk-shaped end plate 31 and an involute shape erected on the surface (one surface) of the end plate 31 or an approximation thereof.
  • a spiral wrap 32 formed of a curved line and a boss portion 33 projecting from the center of the back surface (the other surface) of the end plate 31 are integrally provided.
  • the movable scroll 22 is arranged so that the lap 32 faces the lap 24 of the fixed scroll 21 and meshes with each other with the protruding direction of the lap 32 as the fixed scroll 21 side, and the compression chamber 34 is provided between the laps 24 and 32. To form.
  • the lap 32 of the movable scroll 22 faces the lap 24 of the fixed scroll 21, and the tip of the lap 32 is in contact with the surface of the end plate 23, and the tip of the lap 24 is in contact with the surface of the end plate 31.
  • a columnar driving protrusion 48 projecting at a position eccentric from the axial center of the rotating shaft 14 is provided.
  • a columnar eccentric bush 36 is also attached to the drive projection 48, and is provided at the other end of the rotating shaft 14 eccentrically from the axial center of the rotating shaft 14.
  • the eccentric bush 36 is attached to the drive projection 48 at a position eccentric from the axial center of the eccentric bush 36, and the eccentric bush 36 is fitted to the boss portion 33 of the movable scroll 22. Then, when the rotating shaft 14 is rotated together with the rotor 30 of the electric motor 2, the movable scroll 22 is configured to revolve around the fixed scroll 21 without rotating.
  • Reference numeral 49 denotes a balance weight attached to the outer peripheral surface of the rotating shaft 14 on the movable scroll 22 side of the front bearing 18.
  • the eccentric direction and the contact position of each of the laps 24 and 32 move while rotating, and the compression chamber 34 sucking the refrigerant from the above-mentioned suction portion 37 on the outside. Gradually shrinks while moving inward. As a result, the refrigerant is compressed and finally discharged from the central discharge hole 26 to the discharge space 27 via the discharge valve 28.
  • 38 is an annular thrust plate.
  • the thrust plate 38 is for partitioning the back pressure chamber 39 formed on the back surface side of the end plate 31 of the movable scroll 22 and the suction portion 37 as the suction pressure region outside the compression mechanism 4 in the compression mechanism housing 7. It is located outside the boss portion 33 and is interposed between the frame portion 7B and the movable scroll 22.
  • Reference numeral 41 denotes a sealing material attached to the back surface of the end plate 31 of the movable scroll 22 and abutting against the thrust plate 38, and the back pressure chamber 39 and the suction portion 37 are partitioned by the sealing material 41 and the thrust plate 38.
  • 42 is a sealing material that is attached to the surface of the frame portion 7B on the thrust plate 38 side, abuts on the outer peripheral portion of the thrust plate 38, and seals between the frame portion 7B and the thrust plate 38.
  • reference numeral 43 denotes a back pressure passage formed from the compression mechanism cover 9 to the compression mechanism housing 7, and an orifice 44 as a decompression portion is installed in the back pressure passage 43.
  • the back pressure passage 43 communicates with the inside of the discharge space 27 (the discharge side of the compression mechanism 4) in the compression mechanism cover 9 and the back pressure chamber 39, whereby the back pressure chamber 39 is connected to the back pressure chamber 39 as shown by an arrow in FIG.
  • the discharge pressure adjusted to be reduced by the orifice 44 is mainly supplied with oil.
  • the pressure (back pressure) in the back pressure chamber 39 causes a back pressure load that presses the movable scroll 22 against the fixed scroll 21. Due to this back pressure load, the movable scroll 22 is pressed against the fixed scroll 21 against the compression reaction force from the compression chamber 34 of the compression mechanism 4, and the contact between the laps 24 and 32 and the end plates 31 and 23 is maintained and compressed.
  • the refrigerant can be compressed in the chamber 34.
  • an oil passage 46 extending in the axial direction is formed in the rotating shaft 14, and a pressure adjusting valve (relief valve) 47 is provided in the oil passage 46 located on the support portion 16 side. ..
  • the oil passage 46 communicates the back pressure chamber 39 with the inside of the main housing 6 (suction pressure region), and the oil flowing into the back pressure chamber 39 from the back pressure passage 43 flows into the oil passage 46 and is the main. It flows out into the housing 6.
  • the pressure adjusting valve 47 is provided between the back pressure chamber 39 and the main housing 6 (suction pressure region), and is opened when the pressure (back pressure) in the back pressure chamber 39 rises to a predetermined maximum value. , It works so that the back pressure does not rise any more. This maximum value is set so that it can be operated within the operating range of the air conditioner for vehicles in the cooling operation.
  • a communication hole 51 is cut in the end plate 31 of the movable scroll 22.
  • the communication hole 51 is a hole for pressure control that communicates the back pressure chamber 39 on the back side of the end plate 31 of the movable scroll 22 and the compression chamber 34 on the front surface side of the end plate 31.
  • the communication hole 51 acts to release the pressure (back pressure) in the back pressure chamber 39 to the compression chamber 34 so that the back pressure does not become excessive in the operating state of a relatively low suction pressure.
  • the oil in the back pressure chamber 39 is also returned to the compression chamber 34 at this time. This is extremely effective when the pressure in the discharge space 27 is reduced by the orifice 44 in the back pressure passage 43 and applied to the back pressure chamber 39 as in the embodiment.
  • the position of the communication hole 51 is set so that an appropriate back pressure is applied under the conditions of heating operation of the vehicle air conditioner.
  • FIG. 2 is a system configuration diagram of the scroll compressor 1 of FIG. 1, in which Ps is the suction pressure of the suction unit 37 (inside the main housing 6), Pc is the pressure of the compression chamber 34, and Pd is the discharge of the discharge space 27.
  • the pressure and Pb are the pressure of the back pressure chamber 39, that is, the back pressure.
  • PCV in FIG. 2 is a pressure regulating valve 47, and 51 is the above-mentioned communication hole.
  • the vertical axis of the graph shown in FIG. 3 is the difference between the actual back pressure Pba and the required back pressure Pbn (Pba-Pbn) in the system of FIG. 2, the horizontal axis is the discharge pressure Pd, and L1 is the same as described above. If the above (Pba-Pbn) is large, it is a threshold value that causes excessive back pressure.
  • the position of the communication hole 51 is designed according to the operating state in which the suction pressure Ps during the heating operation is relatively low. Therefore, in the operating state where the suction pressure Ps is relatively low, the communication hole 51 functions to control the back pressure Pb, and the difference (Pba-Pbn) is greater than the excess back pressure threshold L1 as shown by L2 in FIG. It is controlled in a sufficiently low area.
  • the compression chamber 34 is located on the suction side (outside) and the discharge side (center side) of the compression mechanism 4 because carbon dioxide is used as the refrigerant.
  • the difference in pressure Pc becomes large. Therefore, the back pressure Pb supplied through the orifice 44 also increases, but when the back pressure Pb rises to the maximum value, the pressure adjusting valve 47 is opened so that the back pressure Pb does not rise any more.
  • the difference (Pba-Pbn) does not rise above the threshold value L1 of the excess back pressure as shown by L3 in FIG.
  • the back pressure passage 43 orifice 44 that communicates the back pressure chamber 39 and the discharge space 27 formed on the back surface of the end plate 31 of the movable scroll 22 is provided, and the back pressure is adjusted to reduce the pressure.
  • a communication hole 51 for pressure control that communicates the back pressure chamber 39 and the compression chamber 34 is formed in the end plate 31 of the movable scroll 22, and the back pressure chamber 39 and the inside of the main housing 6 are formed. Since the pressure adjusting valve 47 is provided between the (suction pressure region), the pressure of the back pressure chamber 39 is always appropriately controlled by the communication hole 51, and the back pressure chamber 39 is in an operating state where the suction pressure is high.
  • the pressure (back pressure) of the above increases to the maximum value, the back pressure chamber 39 and the inside of the main housing 6 (suction pressure region) can be communicated with each other by the pressure adjusting valve 47.
  • back pressure chamber pressure back pressure chamber pressure
  • the present invention is applied to the scroll compressor used in the refrigerant circuit of the air conditioner for vehicles, but the present invention is not limited to this, and the present invention is effective for the scroll compressor used in the refrigerant circuit of various refrigerating devices. Is. Further, in the embodiment, the present invention is applied to a so-called inverter-integrated scroll compressor, but the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a normal scroll compressor not integrally provided with an inverter.

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Abstract

【課題】吸入圧の広い範囲において、過剰背圧となる不都合を解消することができるスクロール圧縮機を提供する。 【解決手段】可動スクロール２２の鏡板３１の背面に形成された背圧室３９と、吐出空間２７と背圧室３９を連通する背圧通路４３と、背圧通路４３に設けられたオリフィス４４と、可動スクロール２２の鏡板３１に形成され、背圧室３９と圧縮室３４を連通する圧力制御用の連通孔５１と、背圧室３９とメインハウジング６内の間に設けられた圧力調整弁４７を備える。

Description

スクロール圧縮機
　本発明は、固定スクロールに対して可動スクロールを公転旋回運動させることにより、両スクロールのラップ間に形成された圧縮室で作動流体を圧縮するスクロール圧縮機に関する。
　従来よりこの種スクロール圧縮機は、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた固定スクロールと、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた可動スクロールから成る圧縮機構を備え、各スクロールのラップを対向させてラップ間に圧縮室を形成し、モータにより固定スクロールに対して可動スクロールを公転旋回運動させることにより、圧縮室で作動流体（冷媒）を圧縮するように構成されている。
　この場合、可動スクロールの鏡板の背面には、圧縮室からの圧縮反力に対向して可動スクロールを固定スクロールに押し付けるための背圧室が形成されている。従来では圧縮機構の吐出側（吐出空間）と背圧室を連通する背圧通路を形成し、この背圧通路にはオリフィス（減圧部）を配置することで、オリフィスで調整された後の吐出圧を背圧室に供給し、圧縮反力に打ち勝つ背圧荷重（背圧）を可動スクロールに付加するようにしていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
　また、特許文献１では背圧室とハウジング（吸入圧領域）の間に圧力調整弁（リリーフ弁）を設け、背圧室の圧力（背圧）が最大値に上昇した場合に開いて、それ以上背圧が上昇しないようにしていた。この最大値はスクロール圧縮機が使用される空調装置の冷房運転での運転範囲で背圧が適正となる値に設定される。
　更に、特許文献２では可動スクロールの鏡板に圧力制御用の連通孔を形成していた。この連通孔を形成することで、背圧通路から背圧室に流入したオイルを圧縮室に戻せると共に、例えば吸入圧が低い運転状態では、背圧室内の圧力（背圧）が過剰とならないように調整することができる。この連通孔は、暖房運転での運転範囲で背圧が適正となるように設定される。
特開２０１７－１６６３６６号公報 特許第５８５９４８０号公報
　ここで、特許文献１のように背圧室と吸入圧領域の間に圧力調整弁を設けたシステムの構成図を図４に示し、特許文献２のように可動スクロールの鏡板に圧力制御用の連通孔を形成したシステムの構成図を図６に示す。尚、各図においてＰｓは吸入圧、Ｐｃは圧縮室の圧力、Ｐｄは吐出圧、Ｐｂは背圧室の圧力、即ち背圧である。また、図４にＰＣＶで示すのは前述した圧力調整弁である。
　また、図５に示すグラフの縦軸は図４のシステムにおける実際の背圧Ｐｂａと必要な背圧Ｐｂｎの差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）、横軸は吐出圧Ｐｄであり、Ｌ１はそれ以上（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）が大きいと過剰背圧となる閾値である。更に、図７に示すグラフの縦軸は図６のシステムにおける実際の背圧Ｐｂａと必要な背圧Ｐｂｎの差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）、横軸は吐出圧Ｐｄであり、Ｌ１は同じくそれ以上（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）が大きいと過剰背圧となる閾値である。
　図４の圧力調整弁を用いたシステムでは、背圧Ｐｂは吸入圧Ｐｓに依存することになる。そして、吸入圧Ｐｓが比較的高い運転状態では、圧縮室の圧力Ｐｃや吐出圧Ｐｄ、背圧Ｐｂも全体的に高くなるので、図５中にＬ４で示すように差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）は過剰背圧の閾値Ｌ１より低くなる。
　一方、暖房運転時に吸入圧Ｐｓが比較的低い運転状態では、圧縮室の圧力Ｐｃや吐出圧Ｐｄ、背圧Ｐｂは全体的に低くなるが、圧力調整弁が前述した冷房運転時の背圧Ｐｂの最大値でしか働かないため、図５中にＬ５で示すように差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）は過剰背圧の閾値Ｌ１より高くなり、可動スクロールが固定スクロールに過剰に押し付けられて、消費電力が増大する。
　また、図６の圧力制御用の連通孔を用いたシステムでは、暖房運転時の吸入圧Ｐｓが比較的低い運転状態に合わせて連通孔の位置が設計されるため、吸入圧Ｐｓが比較的低い運転状態では、連通孔が機能して背圧Ｐｂが制御され、図７中にＬ６で示すように差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）は過剰背圧の閾値Ｌ１より低くなる。
　しかしながら、特に二酸化炭素を冷媒（作動流体）として使用する場合には、圧縮機構の吸入側（外側）と吐出側（中心側）で圧縮室の圧力Ｐｃの差が大きくなるため、吸入圧Ｐｓが比較的高い運転状態では、オリフィスを介して供給される背圧Ｐｂがより高くなってしまい、図７中にＬ７で示すように差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）は過剰背圧の閾値Ｌ１より高くなり、可動スクロールが固定スクロールに過剰に押し付けられて、消費電力が増大するという問題があった。
　本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、吸入圧の広い範囲において、過剰背圧となる不都合を解消することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成る圧縮機構を備え、可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回運動させることにより、両スクロールの各ラップ間に形成された圧縮室で作動流体を圧縮するものであって、可動スクロールの鏡板の背面に形成された背圧室と、圧縮機構の吐出側と背圧室を連通する背圧通路と、この背圧通路に設けられた減圧部と、可動スクロールの鏡板に形成され、背圧室と圧縮室を連通する圧力制御用の連通孔と、背圧室と吸入圧領域の間に設けられた圧力調整弁を備えたことを特徴とする。
　請求項２の発明のスクロール圧縮機は、上記発明において圧力調整弁は、背圧室の圧力が所定の最大値に上昇した場合に、当該背圧室と吸入圧領域を連通することを特徴とする。
　請求項３の発明のスクロール圧縮機は、上記各発明において作動流体として二酸化炭素を使用することを特徴とする。
　本発明によれば、各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成る圧縮機構を備え、可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回運動させることにより、両スクロールの各ラップ間に形成された圧縮室で作動流体を圧縮するスクロール圧縮機において、可動スクロールの鏡板の背面に形成された背圧室と、圧縮機構の吐出側と背圧室を連通する背圧通路と、この背圧通路に設けられた減圧部と、可動スクロールの鏡板に形成され、背圧室と圧縮室を連通する圧力制御用の連通孔と、背圧室と吸入圧領域の間に設けられた圧力調整弁を設けたので、常には連通孔にて背圧室の圧力を適切に制御しながら、吸入圧が高い運転状態となって背圧室の圧力が最大値に上昇した場合には、圧力調整弁により背圧室と吸入圧領域を連通することができるようになる。
　これにより、低い吸入圧の運転状態から高い吸入圧での運転状態に渡って、可動スクロールに過剰な背圧（背圧室の圧力）がかかる不都合を解消し、運転範囲の拡大を図ることができるようになる。これは特に作動流体として二酸化炭素を使用した場合に極めて効果的となる。
本発明を適用した一実施形態のスクロール圧縮機の断面図である。 図１のスクロール圧縮機のシステム構成図である。 図１のスクロール圧縮機の場合の実際の背圧と必要な背圧の差、吐出圧、及び、吸入圧の関係を示す図である。 圧力調整弁を設けたスクロール圧縮機のシステム構成図である。 図４のスクロール圧縮機の場合の実際の背圧と必要な背圧の差、吐出圧、及び、吸入圧の関係を示す図である。 圧力制御用の孔を可動スクロールに形成したスクロール圧縮機のシステム構成図である。 図６のスクロール圧縮機の場合の実際の背圧と必要な背圧の差、吐出圧、及び、吸入圧の関係を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明を適用した一実施例のスクロール圧縮機１の断面図である。実施例のスクロール圧縮機１は、例えば車両用空気調和装置の冷媒回路に使用され、車両用空気調和装置の作動流体としての二酸化炭素冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものであり、電動モータ２と、この電動モータ２を運転するためのインバータ３と、電動モータ２によって駆動される圧縮機構４とを備えた所謂インバータ一体型のスクロール圧縮機である。二酸化炭素を冷媒として用いる場合、冷媒回路の高圧側は超臨界状態となる。
　実施例のスクロール圧縮機１は、電動モータ２及びインバータ３をその内側に収容するメインハウジング６と、圧縮機構４をその内側に収容する圧縮機構ハウジング７と、インバータカバー８と、圧縮機構カバー９を備えている。そして、これらメインハウジング６と、圧縮機構ハウジング７と、インバータカバー８と、圧縮機構カバー９は何れも金属製（実施例ではアルミニウム製）であり、それらが一体的に接合されてスクロール圧縮機１のハウジング１１が構成されている。
　メインハウジング６は、筒状の周壁部６Ａと仕切壁部６Ｂとから構成されている。この仕切壁部６Ｂは、メインハウジング６内を、電動モータ２を収容するモータ収容部１２とインバータ３を収容するインバータ収容部１３とに仕切る隔壁である。このインバータ収容部１３は一端面が開口しており、この開口はインバータ３が収容された後、インバータカバー８によって閉塞される。
　モータ収容部１２も他端面が開口しており、この開口は電動モータ２が収容された後、圧縮機構ハウジング７によって閉塞される。仕切壁部６Ｂには電動モータ２の回転軸１４の一端部（圧縮機構４とは反対側の端部）を支持するための支持部１６が突設されている。
　圧縮機構ハウジング７は、メインハウジング６とは反対側が開口しており、この開口は圧縮機構４が収容された後、圧縮機構カバー９によって閉塞される。圧縮機構ハウジング７は、筒状の周壁部７Ａと、その一端側（メインハウジング６側）のフレーム部７Ｂとから構成され、これら周壁部７Ａとフレーム部７Ｂで区画される空間内に圧縮機構４が収容される。フレーム部７Ｂはメインハウジング６内と圧縮機構ハウジング７内を仕切る隔壁を成す。
　また、フレーム部７Ｂには電動モータ２の回転軸１４の他端部（圧縮機構４側の端部）を挿通する貫通孔１７が開設されており、この貫通孔１７の圧縮機構４側には、回転軸１４の他端部を支持する軸受部材としてのフロントベアリング１８が嵌合されている。また、１９は貫通孔１７部分にて回転軸１４の外周面と圧縮機構ハウジング７内とをシールするシール材である。
　電動モータ２は、コイル３５が巻装されたステータ２５と、ロータ３０から構成されている。そして、例えば車両のバッテリ（図示せず）からの直流電流がインバータ３により三相交流電流に変換され、電動モータ２のコイル３５に給電されることで、ロータ３０が回転駆動されるよう構成されている。
　また、メインハウジング６には、図示しない吸入ポートが形成されており、吸入ポートから吸入された冷媒は、メインハウジング６内を通過した後、圧縮機構ハウジング７内の圧縮機構４の外側の後述する吸入部３７に吸入される。これにより、電動モータ２は吸入冷媒により冷却される。また、圧縮機構４にて圧縮された冷媒は、当該圧縮機構４の吐出側としての後述する吐出空間２７から圧縮機構カバー９に形成された図示しない吐出ポートより吐出される構成とされている。
　圧縮機構４は、固定スクロール２１と可動スクロール２２から構成されている。固定スクロール２１は、円盤状の鏡板２３と、この鏡板２３の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ２４を一体に備えており、このラップ２４が立設された鏡板２３の表面をフレーム部７Ｂ側として圧縮機構ハウジング７に固定されている。固定スクロール２１の鏡板２３の中央には吐出孔２６が形成されており、この吐出孔２６は圧縮機構カバー９内の吐出空間２７に連通している。２８は吐出孔２６の鏡板２３の背面（他方の面）側の開口に設けられた吐出バルブである。
　可動スクロール２２は、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するスクロールであり、円盤状の鏡板３１と、この鏡板３１の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ３２と、鏡板３１の背面（他方の面）の中央に突出形成されたボス部３３を一体に備えている。この可動スクロール２２は、ラップ３２の突出方向を固定スクロール２１側としてラップ３２が固定スクロール２１のラップ２４に対向し、相互に向かい合って噛み合うように配置され、各ラップ２４、３２間に圧縮室３４を形成する。
　即ち、可動スクロール２２のラップ３２は、固定スクロール２１のラップ２４と対向し、ラップ３２の先端が鏡板２３の表面に接し、ラップ２４の先端が鏡板３１の表面に接するように噛み合う。回転軸１４の他端部、即ち、可動スクロール２２側の端部には、当該回転軸１４の軸心から偏心した位置にて突出する円柱状の駆動突起４８が設けられている。そして、この駆動突起４８には、これも円柱状の偏心ブッシュ３６が取り付けられ、回転軸１４の他端部において当該回転軸１４の軸心から偏心して設けられている。
　この場合、偏心ブッシュ３６は当該偏心ブッシュ３６の軸心から偏心した位置にて駆動突起４８に取り付けられ、この偏心ブッシュ３６は可動スクロール２２のボス部３３に嵌合されている。そして、電動モータ２のロータ３０と共に回転軸１４が回転されると、可動スクロール２２は自転すること無く、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するように構成されている。尚、４９はフロントベアリング１８より可動スクロール２２側の回転軸１４の外周面に取り付けられたバランスウエイトである。
　可動スクロール２２は固定スクロール２１に対して偏心して公転旋回するため、各ラップ２４、３２の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、外側の前述した吸入部３７から冷媒を吸入した圧縮室３４は、内側に向かって移動しながら次第に縮小していく。これにより冷媒は圧縮されていき、最終的に中央の吐出孔２６から吐出バルブ２８を経て吐出空間２７に吐出される。
　図１において３８は円環状のスラストプレートである。このスラストプレート３８は、可動スクロール２２の鏡板３１の背面側に形成された背圧室３９と、圧縮機構ハウジング７内の圧縮機構４の外側の吸入圧領域としての吸入部３７とを区画するためのものであり、ボス部３３の外側に位置してフレーム部７Ｂと可動スクロール２２の間に介設されている。４１は可動スクロール２２の鏡板３１の背面に取り付けられてスラストプレート３８に当接するシール材であり、このシール材４１とスラストプレート３８により背圧室３９と吸入部３７とが区画される。
　尚、４２はフレーム部７Ｂのスラストプレート３８側の面に取り付けられてスラストプレート３８の外周部に当接し、フレーム部７Ｂとスラストプレート３８間をシールするシール材である。
　また、図１において、４３は圧縮機構カバー９から圧縮機構ハウジング７に渡って形成された背圧通路であり、この背圧通路４３内には減圧部としてのオリフィス４４が取り付けられている。背圧通路４３は圧縮機構カバー９内の吐出空間２７（圧縮機構４の吐出側）内と背圧室３９とを連通しており、これにより、図１中矢印で示す如く背圧室３９にオリフィス４４で減圧調整された吐出圧の主にオイルが供給されるように構成されている。
　この背圧室３９内の圧力（背圧）により、可動スクロール２２を固定スクロール２１に押し付ける背圧荷重が生じる。この背圧荷重により、圧縮機構４の圧縮室３４からの圧縮反力に抗して可動スクロール２２が固定スクロール２１に押し付けられ、ラップ２４、３２と鏡板３１、２３との接触が維持され、圧縮室３４で冷媒を圧縮可能となる。
　一方、回転軸１４内には軸方向に渡るオイル通路４６が形成されており、このオイル通路４６内には、支持部１６側に位置して圧力調整弁（リリーフ弁）４７が設けられている。オイル通路４６は背圧室３９とメインハウジング６内（吸入圧領域）とを連通しており、背圧通路４３から背圧室３９内に流入したオイルは、オイル通路４６内に流入してメインハウジング６内に流出する。また、圧力調整弁４７は背圧室３９とメインハウジング６（吸入圧領域）との間に設けられ、背圧室３９内の圧力（背圧）が所定の最大値に上昇した場合に開放し、それ以上背圧が上昇しないように機能する。この最大値は、車両用空気調和装置の冷房運転での運転範囲で運転可能となるように設定されている。
　更に、可動スクロール２２の鏡板３１には、連通孔５１が削設されている。この連通孔５１は可動スクロール２２の鏡板３１の背面側の背圧室３９と、鏡板３１の表面側の圧縮室３４とを連通する圧力制御用の孔である。連通孔５１は、比較的低い吸入圧の運転状態では、背圧室３９内の圧力（背圧）を圧縮室３４に逃がして背圧が過剰とならないように作用する。また、背圧室３９内のオイルもこのとき圧縮室３４に戻される。これは実施例の如く背圧通路４３で吐出空間２７の圧力をオリフィス４４で減圧して背圧室３９に印加する際に極めて有効なものとなる。また、連通孔５１の位置は、車両用空気調和装置の暖房運転の条件で適正な背圧が加わるように設定されている。
　次に、図２及び図３を参照しながら、図１のスクロール圧縮機１の圧力調整弁４７と連通孔５１の機能について説明する。図２は図１のスクロール圧縮機１のシステム構成図であり、この図においてＰｓは吸入部３７（メインハウジング６内）の吸入圧、Ｐｃは圧縮室３４の圧力、Ｐｄは吐出空間２７の吐出圧、Ｐｂは背圧室３９の圧力、即ち背圧である。また、図２にＰＣＶで示すのは圧力調整弁４７であり、５１は前述した連通孔である。
　また、図３に示すグラフの縦軸は図２のシステムにおける実際の背圧Ｐｂａと必要な背圧Ｐｂｎの差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）、横軸は吐出圧Ｐｄであり、Ｌ１は前述同様にそれ以上（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）が大きいと過剰背圧となる閾値である。
　図１のスクロール圧縮機１の場合、連通孔５１の位置は暖房運転時の吸入圧Ｐｓが比較的低い運転状態に合わせて設計されている。従って、吸入圧Ｐｓが比較的低い運転状態では、連通孔５１が機能して背圧Ｐｂが制御され、図３中にＬ２で示すように差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）は過剰背圧の閾値Ｌ１より十分低い領域で制御される。
　そして、例えば冷房運転で吸入圧Ｐｓが比較的高い運転状態となると、二酸化炭素を冷媒として使用している関係上、圧縮機構４の吸入側（外側）と吐出側（中心側）で圧縮室３４の圧力Ｐｃの差が大きくなる。そのため、オリフィス４４を介して供給される背圧Ｐｂも高くなるが、背圧Ｐｂが最大値に上昇した場合、圧力調整弁４７が開放してそれ以上背圧Ｐｂが上昇しないようにする。これにより、吸入圧Ｐｓが比較的高い運転状態においても、図３中にＬ３で示すように差（Ｐｂａ－Ｐｂｎ）が過剰背圧の閾値Ｌ１以上に上がることは無くなる。
　以上詳述した如く、本発明では可動スクロール２２の鏡板３１の背面に形成された背圧室３９と吐出空間２７を連通する背圧通路４３オリフィス４４を設け、吐出圧を減圧調整して背圧室３９に供給するスクロール圧縮機１において、可動スクロール２２の鏡板３１に、背圧室３９と圧縮室３４を連通する圧力制御用の連通孔５１を形成し、背圧室３９とメインハウジング６内（吸入圧領域）の間に圧力調整弁４７を設けたので、常には連通孔５１にて背圧室３９の圧力を適切に制御しながら、吸入圧が高い運転状態となって背圧室３９の圧力（背圧）が最大値に上昇した場合には、圧力調整弁４７により背圧室３９とメインハウジング６内（吸入圧領域）を連通することができるようになる。
　これにより、低い吸入圧の運転状態から高い吸入圧での運転状態に渡って、可動スクロール２２に過剰な背圧（背圧室の圧力）がかかる不都合を解消し、運転範囲の拡大を図ることができるようになる。これは特に実施例の如く冷媒（作動流体）として二酸化炭素を使用した場合に極めて有効である。
　尚、実施例では車両用空気調和装置の冷媒回路に使用されるスクロール圧縮機に本発明を適用したが、それに限らず、各種冷凍装置の冷媒回路で使用されるスクロール圧縮機に本発明は有効である。また、実施例では所謂インバータ一体型のスクロール圧縮機に本発明を適用したが、それに限らず、インバータを一体に備えない通常のスクロール圧縮機にも適用可能である。
　１　スクロール圧縮機
　４　圧縮機構
　６　メインハウジング
　７　圧縮機構ハウジング
　９　圧縮機構カバー
　１１　ハウジング
　１４　回転軸
　２１　固定スクロール
　２２　可動スクロール
　２３、３１　鏡板
　２４、３２　ラップ
　２７　吐出空間（吐出側）
　３４　圧縮室
　３９　背圧室
　４３　背圧通路
　４４　オリフィス（減圧部）
　４６　オイル通路
　４７　圧力調整弁
　５１　連通孔

Claims (3)

  1. 　各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成る圧縮機構を備え、前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して公転旋回運動させることにより、両スクロールの前記各ラップ間に形成された圧縮室で作動流体を圧縮するスクロール圧縮機において、
    　前記可動スクロールの鏡板の背面に形成された背圧室と、
    　前記圧縮機構の吐出側と前記背圧室を連通する背圧通路と、
    　該背圧通路に設けられた減圧部と、
    　前記可動スクロールの鏡板に形成され、前記背圧室と前記圧縮室を連通する圧力制御用の連通孔と、
    　前記背圧室と吸入圧領域の間に設けられた圧力調整弁を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 　前記圧力調整弁は、前記背圧室の圧力が所定の最大値に上昇した場合に、当該背圧室と前記吸入圧領域を連通することを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
  3. 　前記作動流体として二酸化炭素を使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。
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