JPH0260873B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍空調用等の冷媒圧縮機あるいは
空気圧縮機として用いられるスクロール流体機械
に関するものである。

〔従来の技術〕

スクロール流体機械を空気圧縮機を例にとり、
第１図，第２図を参照して、従来技術の基本的構
成を説明する。

１は固定スクロールで、平板部１ｂにうず巻状
ラツプ部１ｂを直立している。２は旋回スクロー
ルで鏡板２ａにうず巻状のラツプ部２ｂを直立し
て形成されている。上記固定スクロール１と旋回
スクロール２は、互にラツプを内外に向けてかみ
合わせ、旋回スクロール２は固定スクロール１
と、該固定スクロール１に固定された外フレーム
９との間に収納されている。また外フレーム９と
旋回スクロール２との間には、オルダムキー３と
オルダムリング４等を備えたオルダム機構と呼称
される旋回手段が形成され、クランク軸１２下端
の偏心軸１２ａの偏心回転により、旋回スクロー
ル２は自転しないで旋回運動を行なう。クランク
軸１２が時計方向に回転し、旋回スクロール２が
時計方向に旋回運動すると、吸入空気は、吸入フ
イルタ１４、吸入管１８、吸入口１ｃを経て圧縮
機内に吸入され、ラツプ外周部の吸入室に流入
し、固定スクロール１および旋回スクロール２で
形成される圧縮機のうち、最も外側に位置してい
る圧縮機５ａが、旋回運動にともなつて容積が次
第に縮小しながら、両スクロール１，２の中心に
向かつて移動していく。

両圧縮機５ａが、両スクロール１，２の中心近
傍に達した時、両圧縮機５ａは、吐出口１ｄと連
絡して、圧縮ガスは吐出される。

しかし、上記の固定スクロール１と旋回スクロ
ール２の両部材間の圧縮作用により、両スクロー
ル間には主軸方向に互いに引き離そうとする軸方
向ガス力が発生する。両スクローが圧力により離
された場合は、ラツプ１ｂ，２ｂの平板部１ａ，
鏡板２ａとの軸方向端面間でのシールが不完全と
なり、ガス漏洩が増大し、効率の低下をきたす。
このため通常は、旋回ススクロール２の背面に、
スプリング等の機械的方法で軸方向押付力を与え
るか、もしくは特開昭51―117304号公報に記載の
ように、ある一定の圧力源１５を有する所から、
開閉弁１５ａを介在して圧力導入管１６を介し、
ガス圧を背圧室３５に導入し、前述の内部圧力に
よる軸方向ガス力と平衡させるようにしている。
１７は圧力導入孔を示し、６，７，８は軸受、１
０は圧力シール手段、１１はシールカバー、１３
はバランスウエイトを示す。

また、別の背圧力付与の方策として、例えば特
開昭55―37520号公報に示されているように、旋
回スクロールの鏡板に小孔を設け、圧縮途中のガ
ス圧を前記小孔を介して背圧室に導くものがあ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

今ここで、内部圧力により軸方向ガス力をFa
とし、背圧室３５内の圧力による軸方向押付力を
Fbとすると、一般的に Fs＝Fb−Fa なるスラスト力押付力Rsを旋回スクロール２か
ら固定スクロール１の軸方向摺動面に作用させる
が、前述した特開昭51―117304号公報、特開昭55
―37520号公報における背圧力付与方策において
は、一定回転速度で運転され、吐出圧力も吸入圧
力も変化しない定常運転時には適正な背圧室圧力
値が付与されるが、起動時もしくは低速回転への
移動時など吸入圧力が低下すると、適正背圧に対
して約２倍以上の過剰背圧が発生する。これらの
非定常運転時に背圧室内の背圧が異常に増加する
と、スラスト力Fsも大きくなり、摺動面である
固定スクロール平板部１ａ外周部およびスクロー
ルラツプ１ｂ，２ｂの先端部での摺動摩擦損失を
増大させ、機械効率が低下し、ひいては摺動面で
の凝着摩耗が起こり、圧縮機の信頼性が劣る傾向
にある。

上記従来の方法では、背圧室圧力値の過剰を解
消するためには、圧力源の圧力と開閉弁をともに
制御する必要がある。

本発明は上記問題点に鑑みて発明されたもの
で、特に頻繁に発生する吸入圧力が低下した時の
背圧の異常上昇から起こる圧縮機損傷を簡単な構
成により防止することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、非定常運転時などに前記背圧室圧
力が過剰となつた時、途中に過剰圧力に対して作
動する弁装置を介してその過剰な圧力を吸入路へ
逃がすため、通路で前記背圧室と吸入路とを連結
することにより達成される。

〔作用〕

背圧室内の背圧が、スクロール起動時もしくは
低速回転への移行時等の非定常運転時など特に吸
入圧力が低下して、その適正値を越えて過剰の背
圧力となると、弁装置はその過剰背圧をきわめて
速やかに吸入路に貫流させる。その結果、運転条
件が変化しても、背圧室の圧力が異常上昇するこ
とがない。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第３図乃至第４図にもとづ
き説明する。第３図はスクロール流体機械を空気
圧縮機として用いた実施例である。尚図中第１図
と同一部分は同符号を付しその説明を省略する。

背圧の圧力源１５流体供給部からは、開閉弁と
して電磁弁１５ａを介在した圧力導入管１６が、
外フレーム９の圧力導入孔１７に接続され、背圧
室３５に開口している。なお、前記圧力源すなわ
ち流体供給部は特開昭55―37520号公報に記載の
方法でも良い。吐出口１ｄには、逆止弁１９ａを
介在した吐出管１９が接続され、他端は圧力タン
ク２０に接続されている。この圧力タンク２０に
は高圧圧力スイツチ２１が設置されている。また
上記圧力源１５の代りに、上記吐出管１９から導
管を分岐し（図示せず）、高圧ガスの一部を分岐
して絞り弁（図示せず）等により減圧したのち背
圧室３５に流入させてもよい。また固定スクロー
ル１に設けられた吸入口１ｃには、吸入フイルタ
１４から吸入管１８が接続され、背圧室３５と吸
入管１８とは絞り弁あるいは開閉弁等にてなる背
圧室圧力の制御手段２３を介在したバイパス管路
２４にて接続されている。２２は背圧逃し孔、２
５は背圧流入孔を示す。その他の部分は第１図の
従来例と同様である。

吸入空気は、吸入フイルタ１４および吸入管１
８を通つて、圧縮要素に向かい、固定スクロール
１に設けた吸入口１ｃから吸入室４０に通じる。
両スクロール１，２により従来例と同様に圧縮作
用が行なわれ、高温・高圧の吐出ガスとなつて、
固定スクロール１の吐出口１ｄから吐出管１９を
経て圧力タンク２０に吐出される。吐出管１９
は、逆止弁１９ａを途中に設け、圧縮機停止時の
圧力タンクから圧縮機への逆流を防止している。

上記構造のスクロール圧縮機の作用について説
明する。

制御手段２３として電磁弁２３ａを用いた場合
を説明する。一定回転速度で運転され、吐出圧力
も吸入圧力も変化しない定常運転時には前記圧力
源１５（流体供給部）から適正な背圧室圧力が背
圧室へ付与される。スクロール流体機械起動時も
しくは低速回転への移行時等の非定常運転時に、
背圧室圧力が過剰となつた時は、前記電磁弁２３
ａを開閉させて、その過剰背圧を低圧側に逃し、
背圧室圧力を適正値に保つように制御する。こう
することにより、本実施例によれば、 (1) スクロール流体機械の回転速度および圧力条
件がいかなる変化をしても背圧室圧力を最適に
変化させることができる。すなわち、(a)起動
時、低速回転へ移行時の非定常時に生じる特に
吸入圧力が低下して、例えば適正な背圧室圧力
値の２倍以上の過剰背圧が生じてもその過剰背
圧きわめて速やかに吸入路へ逃すことができ
る、又、(b)吐出圧力が低下した時、相対的に背
圧室圧力値が過剰背圧となつてもその過剰背圧
をきわめて速やかに吸入路へ逃がすことができ
るので、その結果、両スクロール間の摺動摩擦
損失の増大および損傷を防止できる。

(2) 吸入圧力と吐出圧力がバランスしている状態
からスクロール流体機械を起動すると、圧力比
は１から次第に大きくなるように変化するた
め、起動直後は背圧力の適正値は、バランス圧
力よりも一度小さい値となつた後大きくなる変
化をたどる。このような変化に対しても背圧値
を追随させることができ、その結果、両スクロ
ール間の摺動摩擦損失の増大および損傷を防止
でき、起動電流を小さく抑えることができる。

また起動、停止の多い空気圧縮機の場合、電動
機（図示せず）には起動時の大きな電流が頻繁に
流れる。従つて起動電流を抑える軽負荷起動法が
要求される。この場合には、制御手段２３として
電磁弁２３ａを用い、この電磁弁２３ａと圧力タ
ンク２０の高圧圧力スイツチ２１を連係させる。
圧力タンク２０に吐出された空気圧力が、高圧の
設定圧力に達すれば、電磁弁２３ａを開路し、背
圧室３５内の圧力ガスを吸入管１８である吸入系
側に逃がし、背圧室３５の背圧室圧力を低圧力で
ある吸入圧力附近まできわめて速やかに低下させ
る。上記作用により、前述の軸方向押付力Fsが
作用しなくなり、旋回スクロール２と固定スクロ
ール１による圧縮作用は100％アンロード状態に
なる。即ち、軸方向押付力Fsが作用しなければ、
旋回スクロール２は固定スクロール１より軸方向
に離れ、ラツプ１ｂ，２ｂの先端面部のシールが
不完全となるからである。この時は圧力導入管１
６の電磁弁１５ａは既に閉路されている。又、こ
の方法はスクロール流体機械の運転停止後再起動
を行う時にも適用しうる方法であり、圧力差によ
る軸方向押付力が作用しないためいかなる起動、
再起動に対しても軽負荷起動が可能となる。第４
図は上記制御回路を示し、電源線RS間には、
「切」用の押釦スイツチ２６ｂ、「入」用の押釦ス
イツチ２６ａ、サーマルリレー２８、圧縮機用電
動機の電磁開閉器２７が直列に接続され、圧力ス
イツチ２６ａに並列に圧縮機用電動機の電磁開閉
器の正接点２７ａが接続されている。またサーマ
ルリレー２８と電磁開閉器２７とに並列に前述の
高圧圧力スイツチの接点２１′と電磁弁２３ａが
接続されている。電釦スイツチ２６ａを押せば、
サーマルリレー２８、電動機の電磁開閉器２７に
通電され、その接点２７ａは閉路し、圧縮機が運
転される。高圧圧力スイツチ２１の接点２１′と
電磁弁２３ａは連動しており、圧力スイツチ２１
が開路して電磁弁２３ａが消磁し、その通路が開
き、圧縮機はほぼ無負荷の状態になつても運転は
続行される。

これによつて、停止用の押しボタンスイツチ２
ａが作動しない限り、圧縮機は無負荷状態でも常
に運転され、起動電流が頻繁に繰り返し流される
ことがないため、電源容量はより小さくて済む。

以上のように、本実施例によれば、 (1) スクロール流体機械を一度停止した時もきわ
めて速やかに背圧室の圧力を吸入圧力と同一の
圧力にすることができ、いかなる起動、再起動
に対しても軽負荷起動が行える。

(2) 所望の時にきわめて速やかに背圧室の圧力を
吸入圧力と同一の圧力にすることができ、旋回
スクロールは固定スクロールより軸方向に離れ
るため、100％アンロード運転を行え、空気圧
縮機として用いた場合設定吐出圧力に達しても
スクロール流体機械を停止する必要が無く、起
動電流を小さく抑えることができ電源容量はよ
り小さくて良い。

などの効果がある。

次に制御手段２３を絞り弁として流量制御弁を
用いた場合は、背圧室３５から吸入管１８側への
ガス通過量（バイパス量）を制限し、かつ背圧レ
ベルをある必要最小値に調整できる。

また制御手段２３として、背圧室３５内の圧力
が異常高圧となつた場合、その高圧の背圧を低圧
吸入側へ逃がす圧力リリーフ弁を使用することも
できる。このリリーフ弁を用いれば、上記した何
らかの原因で背圧の異常上昇がおきても、すみや
かに背圧室３５内の高圧ガスを低圧側に逃し、過
大なスラスト押付力をラツプ先端、鏡板等の摺動
部に与えなくて済み、圧縮機の信頼性が向上す
る。

第５図に、本発明の更に他の実施例を示す。本
実施例は、上記圧力リリーフ弁としての機能を有
したもので、圧縮機本体内に制御手段を形成した
例である。すなわち、固定スクロール１の吸入口
１ｃと背圧室３５を形成するフレーム９とを直接
連絡する背圧逃し孔２９ａ，２９ｂを設け、途中
に弁室３５を形成し、この弁室に、鋼球の弁体３
０および座板３１を介し弁体を押圧するバネ３２
を配設している。３４ａ，３４ｂはＯリングを示
す。その他の部分は第３図と同様である。背圧室
３５が必要最小値ある設定圧力以下の場合は、バ
ネ３２の押圧力による弁体３０は背圧逃し孔２９
ａを塞ぎ正常運転が行なわれる。吸入圧力が低下
して背圧室３５の背圧が異常高圧になれば、該圧
力はバネ３２の押圧力に打勝つて弁体３０を押し
下げ逃し孔２９ａを開路し、背圧を吸入口１ｃに
逃がす。バネ３２の弾性力を調整することによつ
て、背圧室３５内に生ずる背圧を調節することが
できる。なお、鋼球の弁体３０は、弁構造として
のくさび形を形成してもよいし、この制御手段
は、吸入室４０に面した旋回スクロール鏡板２ａ
部に設けても、同一効果を得られる。尚上記実施
例は、空気圧縮機用のスクロール流体機械の例に
ついて説明したが、本発明は上記実施例に限定さ
れるものでなく、冷凍空調用等の冷媒圧縮機にも
適用されることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、スクロ
ール流体機械の回転速度および圧力条件が変化し
て吸入圧力が低下して背圧室圧力が過剰となつて
も、流体供給部の圧力および開閉弁を制御するこ
となく、その過剰分を速がやかに解消させること
ができる。例えば、起動時、低速回転への移行時
の非定常時等に吸入圧力が低下して適正な背圧室
圧力値の２倍以上の過剰背圧が生じてもその過剰
背圧をきわめて速やかに吸入路へ逃すことができ
る。その結果、両スクロール間の摺動摩擦損失の
増大および損傷を防止できる。

弁装置を電磁弁等の開閉弁とした実施例によれ
ば、この他に、 (1) 吸入圧力と吐出圧力がバランスしている状態
からスクロール流体機械を起動すると、圧力比
は１から次第に大きくなるように変化するた
め、起動直後は背圧力の適正値は、バランス圧
力よりも一度小さい値となつた後大きくなる変
化をたどる。このような変化に対しても背圧値
を追随させることができ、その結果、両スクロ
ール間の摺動摩擦損失の増大および損傷を防止
でき、起動電流を小さく抑えることができる。

(2) スクロール流体機械を一度停止した時もきわ
めて速やかに背圧室の圧力を吸入圧力と同一の
圧力にすることができ、いかなる起動、再起動
に対しても軽負荷起動が行える。

(3) 所望の時にきわめて速やかに背圧室の圧力を
吸入圧力と同一の圧力にすることができ、旋回
スクロールは固定スクロールより軸方向に離れ
るため、100％アンロード運転を行え、空気圧
縮機として用いた場合設定吐出圧力に対しても
スクロール流体機械を停止する必要が無く、起
動電流を小さく抑えることができ電源容量はよ
り小さくて良い。効果を奏するので、性能に大
きく影響を及ぼす背圧室内の異常な背圧上昇を
防止し圧縮機の損傷を防ぐ、また、起動電流を
抑えうる起動方式、アンローダ方式をスクロー
ル流体機械に適用することができる等の効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスクロール流体機械の縦断面
図、第２図はスクロールの噛合状態を示す横断面
図、第３図は本発明の一実施例を示すスクロール
流体機械の縦断面図、第４図は制御回路図、第５
図は他の実施例を示す断分的拡大断面図である。 １…固定スクロール、１ａ…平板部、１ｂ…ラ
ツプ部、１ｃ…吸入部、１ｄ…吐出口、２…旋回
スクロール、２ａ…鏡板、２ｂ…ラツプ部、３…
オルダムキー、４…オルダムリング、９…外フレ
ーム、１４…吸入フイルタ、１５…圧力源、１５
ａ…電磁弁、１６…圧力導入管、１８…吸入管、
１９…吐出管、２０…圧力タンク、２１…高圧圧
力スイツチ、２１′…接点、２３…制御手段、２
３ａ…電磁弁、２４…バイパス経路、２９ａ，２
９ｂ…背圧逃し孔、３０…弁体、３２…バネ、３
５…背圧室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 旋回スクロールと固定スクロールとを互いに
   かみ合せ、前記旋回スクロールの背部に背圧室を
   形成し、流体供給部から前記背圧室に供給した流
   体により背圧室圧力を生起して、前記旋回スクロ
   ールを前記固定スクロールに押圧するスクロール
   流体機械において、非定常運転時に前記背圧室圧
   力の過剰圧力を吸入路に逃す弁装置を介して前記
   背圧室と吸入路とを通路で連通したことを特徴と
   するスクロール流体機械。 ２ 前記弁装置が電磁弁であつて、該電磁弁の開
   閉により背圧室圧力を制御する特許請求の範囲第
   １項記載のスクロール流体機械。 ３ 前記弁装置が流量制御弁である特許請求の範
   囲第１項記載のスクロール流体機械。 ４ 前記弁装置が圧力リリーフ弁である特許請求
   の範囲第１項記載のスクロール流体機械。 ５ 前記弁装置が弁体と押圧バネからなり、前記
   押圧バネの押し付け力が前記背圧室の圧力レベル
   の必要最小値相当に設定している特許請求の範囲
   第１項記載のスクロール流体機械。 ６ 前記弁装置で電磁弁であつて、圧力スイツチ
   との連係により設定圧力を越えたときに、前記流
   体供給部を閉じ、前記電磁弁を開路して背圧室圧
   力を吸入圧力状態に制御することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のスクロール流体機械。