JPH03260390A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、渦巻状ラップを夫々有する固定スクロールと
旋回スクロールとを噛み合わせ、旋回スクロールを自転
なしに固定スクロールに対して旋回運動させることによ
り、これらスクロールの渦巻状ラップ間に形成される対
をなす密閉室が逐次容積を減じ、これにより、吸入され
たガスが圧縮され、固定スクロール中央の吐出口から吐
出されるようになっているスクロール圧縮機に係り、更
に詳しく言えば吐出容量を変更するためのスクロール圧
縮機の容量制御に関するものである。

［従来の技術］ 上記のように吐出容量が制御できるスクロール圧縮機は
、例えば、特開昭６４−４５９８７号公報、同６４−４
５９８８号公報等に開示されている。特開昭６４−４５
９８７号のスクロール圧縮機は、吐出容量を制御するた
めに、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（容量低減運転）に見合った所定
の旋回角度だけ進んだ旋回角度位置において、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
に閉じ終わるような少なくとも一対のバイパス穴であっ
て吸入室に対しては通じている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を介しての吸
入室と各密閉室との間の連通を同時に開閉するための夫
々のピストンを各バイパス穴に設け、これらピストンの
背面に該ピストンの開閉動作用のガス圧を作用させるた
めのガス導入路が設けられている。

また、特開昭６４−４５９８８号は、同様に容量を制御
するために、各バイパス穴を固定スクロールの＠破の外
側でバイパス管で結び、これらのバイパス管に開閉弁を
設けた容量制御型のスクロール圧縮機に係るものである
。

上記のように構成したスクロール圧縮機において、これ
らのバイパス穴をピストンを押し下げることにより又は
開閉弁を閉じることにより遮断すると、バイパスするガ
スがないので、最大容積の圧縮室形成当初からガスの圧
縮を開始し、従来の圧縮機と同様に全負荷運転となる。

これに対して、バイパス穴をピストン又は開閉弁を開に
して連通させると最大容積の圧縮室の形成時から旋回ス
クロールがバイパス穴を塞ぐ位置まで旋回するまでは、
ガスは吸入室にバイパスして圧縮されず、旋回スクロー
ルのそれ以降の旋回によってのみガスは圧縮される。し
たがって、吐出容量も少なくなり、アンロード運転とな
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前者のスクロール圧縮機においては、アンロ
ード運転時には、圧縮される作動ガスは。

スプリングの付勢力に打ちかって固定スクロールのラッ
プ間をバイパスするのであるが、バイパスすることによ
りラップ間の密閉室内の圧力は吸入圧力に近づき、そう
すると、ピストンはスプリングによりバイパス穴を閉ぐ
方向へ押され、作動ガスは効率よくバイパスできなくな
り、損失も大きくなる。また固定スクロールのラップ外
線巻き終り点が両スクロールラップ間の密閉室が最大容
積となるところ又はそれより僅かに先のところに在る様
な、即ち、固定スクロールのラップ外線がその様な所ま
でしか延びていない様な、ラップ渦巻形状を固定スクロ
ールが有する場合（第２図のような固定スクロールラッ
プ形状の場合）には、ラップを介して吸入室と密閉室を
連通ずる該公報記載の如き一対のバイパス穴を固定スク
ロール端板に配設することはできない。

他方、後者のスクロール圧縮機においては、バイパス管
が設けられているので、フルロード運転時、バイパス管
内中に作動ガスが充満し、このガスの再膨張による干渉
があり、このため体積効率の低下による能力減、又、作
動空間の温度上昇による吐出ガス温度上昇、モータ巻線
温度の上昇等の問題がある。

本発明の目的は、前述の公知の容量制御スクロール圧縮
機における前記の諸種の問題点、特に無駄な損失という
問題点を解決すべくなされたものである。すなわち、本
発明はアンロード運転時には、作動ガスは圧損なく確実
にバイパスでき、また全負荷運転時にはバイパス管に因
る作動ガスの干渉のないスクロール圧縮機を提供するこ
とを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、特許請求の範囲
の各請求項に記載のスクロール圧縮機を提供するもので
ある。

［作　　　用］ 制御ピストン弁作動用の圧力を制御ピストン弁の背面に
作用させると、ピストン弁は全バイパス穴を閉塞する。

したがってバイパスするガスはなく、全負荷運転すなわ
ちフルロード運転ができる。

この場合、従来のようなバイパス管が設けられていない
ので、前述したような作動ガスの再膨張による干渉がな
い。

制御ピストン便作動用の圧力を下げ、又は無くすと、制
御ピストン弁は開き、バイパス路が連通ずる。したがっ
てアンロード運転となる。

［実　施　例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を実施した密閉形スクロール圧縮機の全
体構造断面図を示す。

第１図において、密閉容器１内の上方には圧縮機部２が
、下方には電動機３がそれぞれ配設され、また密閉容器
ｌの底部には潤滑の油溜り４が形成されている。前記圧
縮機部２は、端板上にうず巻状のラップ５ａを有する固
定スクロール５と、同じく端板上にうず巻状のラップ６
ａを有する旋回スクロール６と、固定スクロール５と一
体化され旋回スクロール６を支持するフレーム７とを具
え、固定スクロール５および旋回スクロール６のランプ
同志を噛み合わせた構成となっている。また旋回スクロ
ール６とフレーム７との間には、旋回スクロール６゛の
自転を防止するオルダム機構８が設けられている。電動
機３は密閉容器１に圧入締結され、クランク軸９を介し
て旋回スクロール６を旋回運動させるようになっている
。クランク軸９はフレーム７に設けた上部主軸受１０と
下部主軸受１１とで支持され、そのクランクピンは旋回
スクロール６の背面に設けた旋回軸受１２と嵌合されて
いる。

クランク軸９内には上部主軸受１０．下部主軸受１１お
よび旋回軸受１２へ潤滑油を導く給油通路１３が設けら
れ、かつ電動機３の軸（クランク軸）９の下端には油溜
り４の潤滑油を吸い上げて前記給油通路１３へ送り込む
給油装置１４が設けられている。

前記の圧縮機部２は、旋回スクロール６が電動機３で駆
動されるクランク軸９を介して旋回運動せしめられると
、旋回スクロール６と固定スクロール５とにより形成さ
れる対称的な対をなす密閉空間（圧縮室）がスクロール
中心方向に移動するに従って容積を減少して、吸入した
冷媒ガスを圧縮する。圧縮された冷媒ガスは固定スクロ
ールの端板の中央に設けられた吐出口１６から密閉容器
内の上部空間１７へ吐出される。

また、旋回スクロールの背面には、圧縮行程の冷媒ガス
を導かれる中間圧室１５が形成されている。中間圧室１
５の圧力は冷媒ガスの吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力
であり、スクロールのｍ動部への給油が吐出圧力と中間
室圧力との差圧を利用して行われる。潤滑油は給油装置
１４により給油通路１３を通り、下部主軸受１１、上部
主軸受１０および旋回軸受１２を潤滑した後、中間圧室
１５を経て圧縮室に流入し、冷媒ガスと混合した状態で
固定スクロール５の中央に設けた吐出口１６より密閉容
器ｌ内の上部空間１７へ吐出する。

フレーム７と密閉容器１の内側壁との間には、フレーム
７の外周部に軸方向（上下方向）に延びる溝１８を設け
ることによって、前記の上部空間１７中の冷媒ガスを圧
縮機部２の下方の空間へ導くようになっている。

第１図中、２０は密閉容器１を貫通して、＠閉容器１の
外部から圧縮機部２の吸入側に冷媒ガスを導くための吸
入管である。２１は密閉容器１内の圧縮機部２と電動機
３との間の空間に接続された吐出管であり、この吐出管
から圧縮された冷媒ガスが密閉容器１の外部へ流出する
。

さらに１本実施例においては、第１図、第２図に示すよ
うに、固定スクロール５の端板には、−対のバイパス穴
５ｂと５ｂ′、および５ｃと５ｃ’が設けられている。

これらのバイパス穴は、密閉室が最大容積となる旋回ス
クロール旋回角度からアンロード運転に見合った所定の
旋回角度だけ進んだ旋回位置において、前記対称的な対
をなす密閉室に対して、旋回スクロールの旋回運動によ
り同時に閉し終るような一対の第工のバイパス穴５ｂお
よび５Ｃを、夫々、固定スクロールラップ５８内線およ
び外線沿いに設け、又、密閉室が最大容積となる密閉室
内に前記固定スクロールラップ５ａ内線沿いのバイパス
穴５ｂに対応する第２のバイパス穴５ｂ’を固定スクロ
ールラップ内線沿いに設け、同様に、前記固定スクロー
ルラップ５ａ外線沿いのバイパス穴５ｃに対応する第２
のバイパス穴５ｃ’を固定スクロールラップ５ａ外線沿
いに設けである。バイパス穴５ｂ′、　５ｃ’は、夫々
。

バイパス穴５ｂ、５ｃから固定スクロールラップの巻き
角が夫々２πラジアン又は略２πラジアン進んだ位置に
設けられている。これらの穴５ｂ。

５ｂ′、５ｃ、５ｃ’はラップの内外線に沿って複数個
形成されている。尚、バイパス穴の径は、ラップ６ａの
厚さＳより小さく設定されている。

第３図は、第２図において矢視Ａ−Ａでみた断面図であ
る。同図に示されているように、対をなすバイパス穴５
ｂ、５ｂ’は、固定スクロール端板内にて一個の制御ピ
ストン弁２２で開閉されるようになっている連通穴５ｄ
で結ばれている。すなわち、バイパス穴５ｂ、５ｂ’を
連通ずるための連通穴５ｄを固定スクロール端板に設け
、この穴５ｄ内に、バイパス穴５ｂ、５ｂ’を同時に開
閉するための制御ピストン弁２２が設けられている。

そして制御ピストン弁２２と固定スクロール５に設けた
台座との間には、ピストン２２を開の方向へ押圧す各ス
プリング２３が介装されている。また制御ピストン弁２
２の動作用の圧力ガスを制御弁２２の背面に作用させる
ためのガス通路管２４が設けられている。対をなす他の
バイパス穴５ｃ。

５ｃ’にも上記した構造と同じ構造を有する制御ピスト
ン弁、スプリング、ガス通路管が設けられている。これ
らのガス通路管２４は、第１実施例では第１図に示すよ
うに、開閉弁２５．２６を介して、圧縮機の吸入側と吐
出側にそれぞれ連通されている。

次に上記実施例の動作について説明する。

電動機３によりクランク＃ｌＩ９を介して旋回スクロー
ルを旋回運動させると、吸入管２ｏから吸入されたガス
例えば冷媒ガスは固定スクロール５と旋回スクロール６
との作用で圧縮された後、固定スクロール５の中央に設
けられた吐出口１６から密閉容器上の上部空間１７に吐
出される。この吐出された冷媒ガスはフレーム７に設け
た通路１８を通って圧縮機部の下方の空間、すなわち、
フレーム７と電動機３との間の空間に流入し、吐出管２
１から密閉容器１の外に流出する。

さて、フルロード運転（全負荷運転）時には、吸入側と
結ばれた開閉弁２５は閉しておき、吐出側と結ばれた開
閉弁２６は開いておく。こうすることにより制御弁２２
の背面には、吐出圧力ガスが作用するため、制御弁はバ
イパス大側に押し下げられた状態となり、それぞれのバ
イパス穴５ｂと５ｂ′、および５ｃと５ｃ’は連通され
ていない状態となる。これにより、圧縮機はフルロード
運転状態となる。

他方、アンロード運転の場合には、開閉弁２５を開き、
開閉弁２６を閉しることにより、制御弁２２の背面に吸
入圧力ガスを導入する。この場合、スプリング２３の力
と密閉室内のガス圧とにより、制御弁２２は押し上げら
れた状態となり、バイパス穴５ｂと５ｂ′、および５ｃ
と５ｃ’は連通された状態となる。これにより圧縮機は
アンロード運転となる。すなわち、密閉室の冷媒ガスは
、バイパス穴５ｂから５ｂ’へ、また、５ｃから５ｃ’
へバイパスされアンロード運転となる。

第４図ｂｅよって、上記実施例のクランク角度とガス圧
との関係を更に詳しく説明する。密閉室の容積は、旋回
スクロール６を旋回運動させるクランク軸９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
大容積の密閉室に都市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
線図で表わすと、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時、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った時、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１
６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、両スクロールのラッ
プで形成される中心域は吐出口１６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１６におけるガ
ス圧力（運転圧力とよばれる）ｐｈである。

フルロード運転時には、第４図の実線で示す如＜、Ａ−
）Ｂ→Ｃ−）Ｄの経過をたどり、ガスの圧縮、吐出が行
われる。

一方、前記実施例のアンロード運転は図の２点鎖線で示
されるや すなわち、クランク角度α、（圧縮開始時点）で形成さ
れる最大容積から、密閉室の容積が減少を始め、バイパ
ス穴５　ｂ　’　ｙ　５　ｃ　’が吸入側と連通したク
ランク角度α、から、作動室の流体は、バイパス穴５ｂ
よりバイパス５ｂ’へ、また、バイパス５ｃよりバイパ
ス穴５ｃ’へと吸入側に作動流体はバイパスされ、クラ
ンク角度α。に達する。このクランク角度α４の位置で
バイパス穴を旋回スクロールのラップが閉じ終る。

この場合、バイパス通路系の圧損により、クランク角度
α、の位置での圧力は、吸入圧力Ｐｓにバイパス通路系
の圧損分βを加えたＰｓ十βとなる。

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α、の位置からガスの圧縮
が始まり、！閉室が吐出口に連通ず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。よって、クランク角度α２の
位置の直後に吐出口１６と連通した両スクロールラップ
で形成された中心域内のガス圧力は、吐出口１６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α、の位置で圧縮ガス
の吐出が終る。したがって、アンロード運転においては
、Ａ−＋Ｅ−ＬＡ’→Ｆ→Ｂ−＋Ｃ４Ｄの経過をたどっ
てガスの圧縮・吐出が行われる。

なお、上記実施例において、起動期間中は弁２５を開け
、弁２６を閉しておけば、起動負荷を軽減することに役
立つ。

第５図に示す実施例は、第１図に示す実施例のものに比
べて、制御ピストン弁２２の背面に作用するガス圧供給
路が相違するだけで他の部分は同じである。すなわち、
ガス通路２４は開閉弁２６を介して圧縮機の吐出側のみ
に接続されている。

したがって、開閉弁２６を開くことにより制御ピストン
弁２２の背面には吐出圧力ガスが作用し、制御弁２２は
押し下げられ、フルロード運転状態となる。又、開閉弁
２６を閉とすると、制御弁２２の背面に作用していた吐
出圧力ガスは、バイパス穴５ｂ、５ｂ′、５ｃ、５ｃ’
より少しづつ洩れ。

ひいては、制御弁２２の背面の作動圧力ガスは減少し、
スプリング２３の力が上まわった時、制御弁２２は押し
上げられ、アンロード運転状態となる。

なお、第５図において、起動期間中は弁２６を閉してお
くことにより、起動負荷軽減効果が得られる。

第６図に示す実施例は、第５図に示す実施例と比べて、
ガス通路２４は開閉弁２５を介して圧縮機の吸入側にの
み接続され、また制御ピストン弁２２を収容している室
の壁には密閉容器１内の上部空間１ブに通じる絞り孔或
はキャピラリ２７が穿設されている。したがって、開閉
弁２５を開くことにより制御弁２２の背面に低圧の吸入
圧力ガスが作用し、制御弁２２はスプリング２３の力に
より押し上げられ、アンロード運転状態となる。

又、開閉弁２５を閉とすると、制御ピストン弁２２の背
面には上部空間１７に開閉する絞り孔２７から高圧の吐
出圧力ガスが作用し、これにより制御ピストン弁２２は
押し下げられ、フルロード運転状態となる。

なお、第６図において、起動期間中は弁２５を開けてお
くことにより、起動負荷の軽減が可能である。

第７図に示す実施例は、制御ピストン弁２２の背面側は
上部空間１７と細孔２８を介して連通されている。圧縮
機起動時には上部空間］７の圧力は低いのでピストン弁
２２は押し上げられ、圧縮室の圧力は吸入室にバイパス
する。その後、上部空間１７の圧力上昇に伴い、細孔２
８を通じて制御弁２２の背面には吐出圧力ガスが作用し
、制御弁２２は押し下げられ、フルロード運転となる。

この様にして、起動時の負荷低減を図ることができる。

［発明の効果］ 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穴に跨りそれらを同時に開閉
する制御ピストン弁を固定スクロール端板に設け、この
制御ピストン弁を閉状態また開状態とすることにより、
フルロード運転およびアンロード運転のいずれも行える
。しかも、従来のようにバイパス穴を結ぶバイパス管を
必要としないので、フルロード運転時の作動ガスの再膨
張がなく、またアンロード運転時の制御ピストン弁の作
動も確実に行なえ、バイパス経路での作動ガスの圧力損
失も小さく、無駄な損失を招くことはない。

また、対照的に対をなすバイパス穴を介するバイパス連
通通路がそれぞれの制御弁により同時に閉状態もしくは
開状態にされるので、対をなす密閉空間の不都合な圧力
差、延いては、それによる荷重のアンバランスを生じる
こともない。

また、固定スクロールのラップ外線が両スクロールラン
プ間の密閉室が最大容積となる所またはそれより少し先
の所までしか延びていない様な圧縮機に対しても、本発
明は適用可能である。

また第１および第２のバイパス穴を夫々複数個設けるこ
とによって、アンロード運転時におけるバイパス路での
圧損が更に小さくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の１実施例を示す断面図、第２回（’
）、　（０）は同実施例における固定・旋回両スクロー
ルの噛み合わせのそれぞれ異なる状態を示す平面断面図
、第３図は制御ピストン弁に係る部分の詳細図であって
第２図（イ）において矢視Ａ−Ａでみた断面図、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．第
６．第７図は本発明の更にそれぞれ異なる実施例を示す
断面図である。 ５・固定スクロール　　５ａ・・ラップ５ｂ、５ｂ　、
５ｃ、５ｃ”・・バイパス穴５ｄ・・連通穴　　　　　
６・・・旋回スクロール２２・・制御ピストン弁　２３
・・・スプリング２４・・・ガス通路管　　　２５．２
６・・・開閉弁（他１名） 第３図 第２図 第６図 第７図

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近傍に有する端
   板にうず巻き状のラッ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ラップ
   と同一曲線のうず巻き状ラッ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ッ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、を具え、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ッ
   プと前記固定スクロールのうず巻き状ラップとの間に対
   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って移動させて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った所定の旋回角度だけ進ん
   だ旋回位置において前記対をなす密閉室に対して、旋回
   スクロールの旋回運動により同時に閉じ終わるような一
   対の第１のバイパス穴（５ｂ、５ｃ）をそれぞれ固定ス
   クロールのラップ内線および外線に沿って固定スクロー
   ルの端板に設け、又、密閉室が最大容積となる密閉室内
   に前記固定スクロールのラップ内線沿いの第１のバイパ
   ス穴（５ｂ）に対応する第２のバイパス穴（５ｂ′）を
   固定スクロールのラップ内線に沿って固定スクロールの
   端板に設けると共に、同様に、前記固定スクロールのラ
   ップ外線沿いの第１のバイパス穴（５ｃ）に対応する第
   ２のバイパス穴（５ｃ′）を固定スクロールのラップ外
   線に沿って固定スクロールの端板に設け、これらの第２
   のバイパス穴 （５ｂ′、５ｃ′）は、第１のバイパス穴（５ｂ、５ｃ
   ）から、それぞれ２πラジアン又は略２πラジアンだけ
   固定スクロールのラップ巻き角が進んだ位置にあり、固
   定スクロールの端板には、これら第１のバイパス穴（５
   ｂ、５ｃ）とそれに対応する第２のバイパス穴（５ｂ′
   、５ｃ′）とに跨り且つそれらの第１および第２のバイ
   パス穴を同時に開閉するための制御ピストン弁をそれぞ
   れ設け、これら制御ピストン弁の背面に該弁の開閉動作
   用の圧力を作用させるための圧力導入路を具えたことを
   特徴とするスクロール圧縮機。 ２　制御ピストン弁を開方向に付勢するスプリングを固
   定スクロール端板に設けた請求項１記載のスクロール圧
   縮機。 ３　前記の第１および第２のバイパス穴（５ｂ、５ｂ′
   、５ｃ、５ｃ′）はラップの内外線に沿って複数個形成
   されている請求項１又は２記載のスクロール圧縮機。