JPH11324951A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイパス式容量制御圧縮機を搭載する空気調
和機の運転能力調節をきめ細かく行うとともにエネルギ
ー効率を向上させることができる空気調和機を得るこ
と。 【解決手段】 固定スクロールの台板に少なくとも一対
のバイパスポートを設けた容量制御式のスクロール圧縮
機と、バイパスポートを吸入圧力雰囲気に開口する流路
と、この流路を開閉する制御弁と、この制御弁を空気調
和機の運転負荷に応じて設定された短周期の時間配分に
よる複数の制御パターンにより開閉する制御手段とを備
えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スクロール圧縮
機を用いた空気調和機の容量制御技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は、例えば実開平２−１０３６６３
号公報に示された従来の空気調和機の冷媒回路図であ
る。図において、１はバイパス容量制御手段を設けたス
クロール圧縮機、２は吐出配管、３は吸入配管である。
４は高圧冷媒ガスを冷却し凝縮する凝縮器、５は液化冷
媒を膨張させる膨張弁、６は膨張した低温低圧の気液混
合冷媒を通し、周囲の被冷却媒体より熱を奪う蒸発器、
７は温度センサで、設定温度と比較して膨張弁５の開度
を調整する。

【０００３】８は吐出配管２側からの配管９に設けられ
た容量制御停止用電磁弁、１０は吸入配管３側からの配
管１１に設けられた容量制御施行用電磁弁である。電磁
弁８、１０からの配管１２、１３は結合されスクロール
圧縮機の容量制御用配管１４としてスクロール圧縮機１
に接続されている。

【０００４】１５は凝縮器４に取り付けられた温度セン
サ、１６は吸入配管３に接続する低圧側圧力センサ、１
７は吐出配管２に接続する高圧側圧力センサである。

【０００５】次に圧縮機の容量制御動作について説明す
る。前記温度センサ、７、１５及び圧力センサ１６、１
７の少なくとも一つ以上の信号から空気調和機は負荷状
態を検知し、設定された温度または圧力値に達した場合
に圧縮機の運転負荷を全負荷または部分負荷に切り替え
る動作を行う。

【０００６】全負荷運転から部分負荷運転への切換は容
量制御施行用電磁弁１０を開き、容量制御停止用電磁弁
９を閉じる。これにより、スクロール圧縮機の容量制御
用配管１４は吸入配管３と連通し、蒸発器６側の低圧状
態となる。

【０００７】このときのスクロール圧縮機の動作を図４
及び図５で説明する。図４はスクロール圧縮機の圧縮室
を示す縦断面図であり、図５は図４の断面Ａ−Ａより見
た平面図である。図において、２０は固定スクロール
で、台板部２０ａの下面に渦巻２０ｂが設けられ、吐出
口２０ｃが開口している。

【０００８】２１は揺動スクロールで、台板部２１ａの
上面に渦巻２１ｂが組合わされ圧縮室２２を形成してい
る。揺動スクロールの台板下方に形成された揺動軸２１
ｃは電動機(図示せず)に連結した回転軸(図示せず)の偏
心軸受け部に連結され、自転防止部材(図示せず)によ
り、自転を阻止されながら公転するいわゆる揺動運動を
行うことで渦巻き２０ｂと２１ｂにより形成される圧縮
室２２の外側より低圧の冷媒ガスを取り込んで、中心側
へと搬送するにつれ、容積を縮小して圧力を高め、吐出
口２０ｃから吐出管２７へと送り出す。

【０００９】容量制御手段として固定スクロール２０の
台板部２０ａには、次の機構が設けられている。２３ａ
は渦巻き外側寄りの圧縮室２２に、中心部に対して対称
な位相になるように設けられた一対のバイパス穴で、上
方に設けられた大径の弁座穴２３ｂに連通している。バ
イパス穴２３ａに同心の環状スリット２３ｃが設けら
れ、この環状スリット２３ｃから外方の低圧部に通ずる
排出口２３ｄが開けられている。２４は弁座穴２３ｂの
底部の弁座に接し、バイパス穴２３ａを塞ぐ制御弁で、
環状スリット２３ｃに挿入された圧縮バネ２５により上
方への押圧力が与えられている。２６は弁座穴２３ｂの
上部に取り付けられた弁座栓で、連通穴２６ａが開けら
れていて、容量制御用配管１４に接続する圧力配管２３
が結合されている。

【００１０】圧力配管２３に容量制御用配管１４から、
凝縮器側からの高圧冷媒が加えられ、蒸発器側からの低
圧冷媒が絶たれていると、制御弁２４は下側に押圧され
バイパス穴２３ａを閉じ、圧縮室２２の冷媒ガスはバイ
パスされることなく、全量が圧縮されて吐出口２０ｃよ
り送出され、全負荷運転を行う。

【００１１】次に、圧力配管２３に対し、蒸発器側の低
圧冷媒ガスが加えられ、凝縮器側の高圧冷媒ガスが絶た
れると、圧縮室２２の圧力により制御弁２４が押し上げ
られて、弁座栓２６に接し連通穴２６ａを閉じる。これ
により、バイパス穴２３ａから排出穴２３ｄが連通し、
圧縮室２２の冷媒ガスの一部が圧縮機内の低圧部に排出
され、吐出口２０ｃよりの送出冷媒量が減少することで
部分負荷運転を行う。

【００１２】全負荷運転と部分負荷運転の切り替えは前
記のようにセンサーにて検知した温度または圧力が設定
値に達した時点で行われるので、その設定値に到達する
までは全負荷運転または部分負荷運転状態が維持され
る。

【００１３】図６は、特開昭６２−１２６２８９号公報
に示されたロータリー圧縮機を設けた空気調和機を示す
冷媒回路図であり、図において、３１はロータリー圧縮
機の圧縮機部を示す。圧縮機部３１はメインベアリン
グ、サブベアリング（いずれも図示せず）に挟まれたシ
リンダ３２内にローラ３３を偏心回転自在に設ける。シ
リンダ３２内にはブレード３４を設け、ブレード３４の
両側に吸入ポート３５および吐出ポート３６を設けて構
成されている。この圧縮機部３１の吸入ポート３５、吐
出ポート３６間に四方弁３７を介して室内側熱交換器３
８、膨張弁３９、及び室外側熱交換器４０が連結され、
ヒートポンプ式の空気調和装置を構成している。なお、
４１は各冷凍サイクル構成機器を連結するための冷媒管
を示す。

【００１４】一方、圧縮機部３１のシリンダ３２には、
吸入ポート３５および吐出ポート３６がある側の反対の
壁部に位置してリリーフポート４２が設けられている。
このリリーフポート４２には弁４３が設けられ、圧力導
入管４４より高圧側電磁弁４６、低圧側電磁弁４７によ
り切り替えられた圧力を導入する。また４５は弁４３に
開側に付勢力を与えるスプリングである。高圧電磁弁４
６を開くとともに低圧電磁弁４７を閉じると、吐出圧力
が弁４３を押し下げてリリーフポート４２を閉塞し全負
荷運転を行い、高圧電磁弁４６を閉じるとともに低圧側
電磁弁４７を開くと、弁４３は押し上げられてリリーフ
ポート４２を開口し部分負荷運転を行う。上記電磁弁の
開閉は制御回路（図示せず）で制御し、図７に示す制御
ルーチンにより短時間で全負荷運転と部分負荷運転を切
換ることにより、中間的な能力を複数段階に可変できる
ようにしている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和機にお
けるスクロール圧縮機のバイパス式容量制御では、温度
または圧力センサの設定値に至るまで負荷運転と部分負
荷運転は切り替わらず、しかも２段階の能力制御である
ため、必要能力に応じたきめ細かな運転能力の調整がで
きず、室内機の吹出温度変化が増大したり、エネルギー
効率が低い等の問題点を有していた。

【００１６】また、ロータリー圧縮機のバイパス式容量
制御において、全負荷運転と部分負荷運転を短時間に切
り替える方法は、部分負荷運転時の組込容積の低下に伴
い、圧縮室内部の圧力上昇が遅れると、ロータリー圧縮
機の構造上、吐出孔から排出されない冷媒ガスが直接吸
入圧力室に戻るために不足圧縮ロスが増大し、圧縮比の
大きな運転条件や部分負荷時の能力低減幅を大きく設定
した場合には大幅な性能低下をきたすという問題点があ
った。

【００１７】この発明は、かかる問題点を解消するため
になされたもので、バイパス式容量制御圧縮機を搭載す
る空気調和機の運転能力調節をきめ細かく行うとともに
エネルギー効率を向上させることができる空気調和機を
得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る空気調和
機は、固定スクロールの台板に少なくとも一対のバイパ
スポートを設けた容量制御式のスクロール圧縮機と、バ
イパスポートを吸入圧力雰囲気に開口する流路と、この
流路を開閉する制御弁と、この制御弁を空気調和機の運
転負荷に応じて設定された短周期の時間配分による複数
の制御パターンにより開閉する制御手段とを備えたもの
である。

【００１９】また、バイパスポートを位相の異なる複数
対のバイパスポートで構成し、制御手段はこれら全ての
バイパスポートの制御弁を同時に開閉するものである。

【００２０】また、バイパスポートを位相の異なる複数
対のバイパスポートで構成し、制御手段は、空気調和機
が容量制御幅を大きく取る必要の無い負荷状態において
は、スクロール圧縮機の内側の圧縮室に設けられたバイ
パスポートを閉じ、外側の圧縮室に設けられたバイパス
ポートを開閉するものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の
実施の形態１における空気調和機の冷媒回路図である。
図において、１はバイパス容量制御手段を設けたスクロ
ール圧縮機で、２は吐出配管、３は吸入配管である。４
は高圧冷媒ガスを冷却し凝縮する凝縮器、５は液化冷媒
を膨張させる膨張弁、６は膨張した低温低圧の気液混合
冷媒を通し、周囲の被冷却媒体より熱を奪う蒸発器、７
は温度センサで、設定温度と比較し、膨張弁５の開度を
調整する。

【００２２】８は吐出配管２側からの配管９に設けられ
た容量制御停止用電磁弁、１０は吸入配管３側からの配
管１１に設けられた容量制御施行用電磁弁である。容量
制御停止用電磁弁８、容量制御施行用電磁弁１０からの
配管１２、１３は結合され、スクロール圧縮機の容量制
御用配管１４としてスクロール圧縮機１に接続されてい
る。１５は凝縮器４に取り付けられた温度センサ、１６
は吸入配管３に接続する低圧側圧力センサ、１７は吐出
配管２に接続する高圧側圧力センサであり、５０は容量
制御を行う制御手段であるコントローラーである。

【００２３】次に圧縮機の容量制御動作について説明す
る。前記温度センサ、７、１５及び圧力センサ１６、１
７の少なくとも一つ以上の信号から空気調和機は負荷状
態を検知し、容量制御を行うコントローラー５０におい
て検知された温度または圧力信号を基に予め設定された
数秒単位の時間配分に従って圧縮機の運転負荷を全負荷
または部分負荷に切り替える。

【００２４】全負荷運転から部分負荷運転への切換は、
容量制御施行用電磁弁１０を開き、容量制御停止用電磁
弁８を閉じる。これにより、スクロール圧縮機１の容量
制御用配管１４は吸入配管３と連通し、蒸発器６側の低
圧状態となる。このときのスクロール圧縮機１の動作
は、従来の容量制御の動作と同様であるが、全負荷運転
とバイパス運転の切り替えは前記のように容量制御コン
トローラーにより数秒単位で行われる。表１に切換パタ
ーンと運転能力の一例を示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】切換時間は空気調和機の吹出温度変化およ
び圧力変動が許容できる範囲により設定されるが、現実
的な範囲としては数秒〜数十秒単位で選択される。

【００２７】このように全負荷運転時間とバイパス運転
時間の切換を短周期で行うことにより、単位時間の平均
的な冷凍能力を全負荷運転能力とバイパス運転能力の間
の能力で連続的に変化させることが可能となり、空気調
和機の必要能力に応じた圧縮機の連続的な容量制御運転
ができるため、エネルギー効率が良好で吹出温度の変化
の少ない快適性の良好な空気調和機を得ることができ
る。

【００２８】なお、固定スクロールの台板に設けられた
バイパスポートを閉じる制御弁は従来と同様圧縮機の内
部に設けられるが、圧縮機の外部であるユニット配管中
にあっても同様の運転ができる。さらに前記制御弁は圧
力により開閉を制御するものであるが、電磁弁等の電気
的開閉手段で制御することも可能である。

【００２９】また、バイパス運転を行う場合、容積形圧
縮機（スクロール形、ロータリー形等）では圧縮室の圧
力が高圧側の吐出圧力に到達するクランク軸回転タイミ
ングが遅れるため、吐出弁の開く時間が短くなり、圧縮
室に取り込んだ冷媒ガスを全量排出できないで、低圧側
の圧縮室に逆流する現象が発生する。このような場合、
ロータリー圧縮機では逆流する冷媒ガスは全量吸入圧力
室に戻されるため、エネルギーロスが増大し、さらに吐
出ガス温度が増大するため、運転できる圧力条件範囲の
制約が大きくなる。

【００３０】これに対してスクロール圧縮機は圧縮室が
低圧室、中間圧室、高圧室に区画されているため、逆流
は高圧室から中間圧室に起こり、吸入圧室に逆流するロ
ータリー圧縮機と比較するとエネルギーロスが相対的に
少なく効率が良いとともに、吐出温度上昇も少なく、運
転圧力範囲の制限も小さくすることができる。

【００３１】さらに、連続的な容量制御運転をインバー
タによる電動機回転速度の変化で実施する方式に対し
て、インバータが不要であることにより、高調波漏洩電
流、インバータ変換によるエネルギーロス等のインバー
タに関する問題点を無くすことができると共に、インバ
ータのコスト分を低減できる利点がある。

【００３２】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を説明する固定スクロールの平面図である。全負荷
運転とバイパス運転を切換えて容量制御運転をする場
合、バイパス運転時の運転能力が容量制御幅の下限値と
なる。このため、容量制御幅を大きく取るためにはバイ
パス運転時の運転能力を低減する事が重要である。

【００３３】一般にスクロール圧縮機をバイパス運転さ
せる場合、バイパスポートをスクロール渦巻の組合わせ
により形成される一対の圧縮室それぞれに設け、バイパ
スポート位置は渦巻の中心側にあるほど、容量制御幅は
大きくなる。

【００３４】但し、渦巻の組合わせで形成される、最外
室、中間室、最内室のそれぞれの圧縮室の形成されるク
ランク軸の回転タイミングにおいて、バイパスポートが
中間室のみに有る場合は、最外室に取込まれた冷媒ガス
はバイパスポートからバイパスされるまでに一旦圧縮さ
れるため、圧縮ロスが発生し、圧縮機の効率を低下させ
る。これを避けるためにはバイパスポートを最外室、中
間室それぞれに設けて、バイパス運転時はバイパスポー
トを同時に開放させれば良い。

【００３５】図２において、２３ｅは固定スクロールの
最外室に設けられたバイパスポート、２３ｆは中間室に
設けられたバイパスポートである。このバイパスポート
を前述の様な弁構造を用いてあらかじめ設定された切換
パターンで同時開閉することにより、容量制御幅を大き
くした効率の良い連続的容量制御が実現できる。

【００３６】また、空気調和機の運転負荷に応じて、容
量制御幅を大きく取る必要の無い負荷状態においては、
中間室側のバイパスポートを閉じた状態で、最外室のバ
イパスポートのみを短時間で開閉させる容量制御運転も
可能である。この場合すべてのバイパスポートを開閉す
る運転に比較して、負荷変動が少なく効率の良い運転が
できる。

【００３７】

【発明の効果】この発明に係る空気調和機は、固定スク
ロールの台板に少なくとも一対のバイパスポートを設け
た容量制御式のスクロール圧縮機と、バイパスポートを
吸入圧力雰囲気に開口する流路と、この流路を開閉する
制御弁と、この制御弁を空気調和機の運転負荷に応じて
設定された短周期の時間配分による複数の制御パターン
により開閉する制御手段とを備えたことにより、スクロ
ール圧縮機の全負荷運転と部分負荷運転を短周期で切り
替えて、中間能力を多段階に実現することができる。ま
た、バイパス運転時に圧縮機の圧縮室内部が不足圧縮状
態となった場合でも、不足圧縮により圧縮室から吐出さ
れない冷媒ガスはロータリー圧縮機では、直接吸入室に
戻されるのに対して、スクロール圧縮機では中間圧力室
に戻されるため、エネルギーロスが少なく、効率の良い
空気調和機が得られる効果がある。さらに、連続的な容
量制御運転をインバータによる電動機回転速度の変化で
実現する方式に対して、インバータが不要であることに
より、高調波漏洩電流、インバータ変換によるエネルギ
ーロス等のインバータに関する問題点を無くすことがで
きると共に、インバータコスト分を低減できる利点があ
る。

【００３８】また、バイパスポートを位相の異なる複数
対のバイパスポートで構成し、制御手段はこれら全ての
バイパスポートの制御弁を同時に開閉することにより、
容量制御幅を大きくした効率の良い連続的容量制御が実
現できる。

【００３９】また、バイパスポートを位相の異なる複数
対のバイパスポートで構成し、制御手段は、空気調和機
が容量制御幅を大きく取る必要の無い負荷状態において
は、スクロール圧縮機の内側の圧縮室に設けられたバイ
パスポートを閉じ、外側の圧縮室に設けられたバイパス
ポートを開閉することにより、負荷変動が少なく効率の
良い運転ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による空気調和機の
冷媒回路図である。

【図２】 この発明の実施の形態２によるスクロール圧
縮機のバイパスポート位置を示す要部断面図である。

【図３】 従来の空気調和機の冷媒回路図である。

【図４】 従来のスクロール圧縮機の圧縮室を示す縦断
面図である。

【図５】 従来のスクロール圧縮機の圧縮室を示す断面
図である。

【図６】 従来のロータリー圧縮機を設けた空気調和機
を示す冷媒回路図である。

【図７】 従来のロータリー圧縮機を設けた空気調和機
の制御ルーチンを示す図である。

【符号の説明】

１ スクロール圧縮機、２ 吐出配管、３ 吸入配管、
４ 凝縮器、５ 膨張弁、６ 蒸発器、７ 温度セン
サ、８ 容量制御停止用電磁弁、９ 吐出配管側からの
配管、１０ 容量制御施行用電磁弁、２３ｅ バイパス
ポート、２３ｆバイパスポート、５０ コントローラ
ー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 教秀 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 関屋 慎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定スクロールの台板に少なくとも一対
   のバイパスポートを設けた容量制御式のスクロール圧縮
   機と、 前記バイパスポートを吸入圧力雰囲気に開口する流路
   と、 この流路を開閉する制御弁と、 この制御弁を当該空気調和機の運転負荷に応じて設定さ
   れた短周期の時間配分による複数の制御パターンにより
   開閉する制御手段と、を備えたことを特徴とする空気調
   和機。
2. 【請求項２】 前記バイパスポートを位相の異なる複数
   対のバイパスポートで構成し、前記制御手段はこれら全
   てのバイパスポートの前記制御弁を同時に開閉すること
   を特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 【請求項３】 前記バイパスポートを位相の異なる複数
   対のバイパスポートで構成し、前記制御手段は、当該空
   気調和機が容量制御幅を大きく取る必要の無い負荷状態
   においては、前記スクロール圧縮機の内側の圧縮室に設
   けられた前記バイパスポートを閉じ、外側の圧縮室に設
   けられた前記バイパスポートを開閉することを特徴とす
   る請求項１記載の空気調和機。