JPS63140884A - スクロ−ル圧縮機を備えた空調機 - 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、町変速駆動式（例えばインバータを介する電
動機駆動式）のスクロール圧縮機を用いた空調機、特に
スクロール圧縮機に過圧縮防止用バイパス弁が設けられ
ている空調機に関するものである。

〔従来の技術〕

冷媒圧縮用にスクロール圧縮機を用い九ｇ！調機は従来
公知である。スクロール圧縮機は、鏡板と該鏡板に一体
的に直立して形成された円のインボルユート又はそれに
近い渦巻き状のラツプとからなる捲回スクロール、およ
び該捲回スクロールと同様の構成を有し且つ鏡板の中心
に吐出孔を有する固定スクロールを、互にラツプを内側
に向けて噛み合せ、これを吸入口を有する密閉ノ１ウジ
ング内に収容し、オルダムリング機構により施回スクロ
ールの自転は許さないが捲回スクロールの中心が固定ス
クロールの中心の周りに捲回できるようＫなし、捲回ス
クロールを電動機駆動されるクランク軸によって固定ス
クロールの中心の周りに捲回スクロールの中心が捲回す
るように駆動するものである。捲回スクロールがこのよ
うに駆動されると、捲回および固定画スクロールの鏡板
およびラツプにより密閉空間（圧縮室）が形成され、こ
の圧縮室は捲回スクロールの捲回につれて中心に向って
移動しながらその容積が次第に縮少して遂には固定スク
ロールの鏡板中心に位置する吐出孔と連通ずるようにな
る。従ってこの圧縮室に吸入され閉−じ込められた冷媒
ガスは吸入時より高い圧力に圧縮されて該吐出孔から吐
出される。

第２図は、かかるスクロール圧縮機の吸入・圧縮動作を
説明する図であり、固定スクロールの渦巻状ラップ５ｂ
の中心に対して捲回スクロールの渦巻状ラップ６ｂの中
心が反時計方向に回シ、（ａ）から（ψまでのサイクル
を反復する。同図（ａ）では両ラップ間の空間１２ａは
未だ密閉空間を形成せず、ガスを吸入しつつある状態に
ある。（ｂ）では最大の密閉空間１２ｂが形成され、こ
こへのガス吸入が完了した状態である。（Ｃ）では、縮
少された密閉空間１２Ｃは固定スクロールの中心の吐出
孔１３につながる直前の状態、すなわちガス圧縮が完了
し吐出直前の状態にある。（ｄ）は密閉空間１２ｄが吐
出孔１３と連通しガスを吐出しつつある状態を示す。（
ｂ）に示す密閉空間１２ｂ内の圧力すなわち吸入圧力を
分母とし、（Ｃ）に示す密閉空間１２０内の圧力すなわ
ち吐出直前の圧力を分子とする比をスクロール圧縮機の
設定圧力比と称し、これはラップの形で定まる一定の値
を有する。他方、吸入圧力と吐出孔１３の圧力との比（
吐出圧力／吸入圧力）を運転圧力比と称し、これは空調
機の運転状態によって異る。

第３図は、捲回スクロールの回転角度と圧縮室内圧力と
の関係を示す図である。捲回スクロールの回転につれて
、吸入が完了した状態Ａから圧縮完了の状態Ｂ（設定圧
力比に達した状態）に至シ、その後吐出圧力の状態を経
て再び状９Ａに戻るサイクルを繰返す０運転圧力比が設
定圧力比より小さい場合には、圧縮室内の圧力は図中Ａ
−＋Ｂ−＋Ｃのように変化する。このような運転状況を
過圧縮と称し、この場合、ＤＢＣで示される面積に相当
する仕事が無駄な仕事になる。他方、運転圧力比が設定
圧力比より大きい場合は、圧縮室内の圧力はＡ−４Ｂ−
＋Ｅのように変化し、この場合、ＢＥＦで示される面積
に相当する余分な仕事を必要とするＯ 過圧縮は無駄な仕事を消費するから、これを低減するこ
とが望ましい。過圧縮を低減する手段としてバイパス弁
を設けることが従来公知である０これは、第４図に示す
ように固定スクロールの祷板に圧縮室と吐出側とを連通
するバイノ（ス孔２１を設け、且つ吐出側から圧縮室内
へのガスの逆流を防止する逆上弁を吐出側にて上記バイ
パス孔２１に設けたものである。このバイパス孔２１は
固定スクロールのラップ５ｂに近接して設りる。このバ
イパス孔２１は、捲回スクロールの回転に伴う圧縮行程
が成る段階まで進むまでは捲回スクロールのラップでり
われるので圧縮室と連通しないが圧縮行程が成る段階を
越えると捲回スクロールのラップで覆われることなく圧
縮室に連通ずるようになる。第３図において、ＧＨはバ
イパス孔２１が圧縮室に連通ずるような捲回スクロール
の回転角度範囲を示している。

このようなバイパス弁を設けた場合、第３図において運
転圧力比がＣのとき、圧縮室内圧力は、点りからガスの
放出が始まるので（ＧＤ間では前記逆止弁の存在により
ガス放出は起らない）、Ａ→Ｄ→Ｃの如く変化し、無駄
な過圧縮は防止される。以上から明らかなように、ＧＨ
間でバイパス孔２１が通ずるようなバイパス弁を設ける
ことは少くとも、運転圧力比が１まで低下した運転状態
でも有効に過圧縮を防止できる。バイパス孔２１が圧縮
室に連通ずる時期はバイパス孔２１を設げる位置で定ま
る。

このようなバイパス弁を設けたスクロール圧縮機の公知
例は特開昭５７−１３７６７７方、％開昭５８−１２８
４８５号に開示式れている。

次に本発明の説明に関係のある他の事項として、定速回
転の圧縮機を用いた分冊の空調機と、可変速回転（例え
ばインバータを介する電動機駆動）の圧縮機を用いた公
知の空調機とに関して説明する。

定速の圧縮機を用いた空調機においては、負荷の小さい
場合は圧縮の容量が過大となるため、圧縮機は頻繁に運
獣・停止を繰り返す。圧縮機が停止すると空調機の冷媒
回路内の圧力はバランスする。圧縮機を運転すると空調
機の冷媒回路内には高圧部と低圧部が形成される。従っ
て圧縮機の運転・停止の繰り返しはバランス状態から高
圧、低圧を形成する仕事だけ余分な仕事を必要とする。

この問題を解決するために、負荷が大きいときは圧縮機
を高速回転し、負荷が小さいときは低速回転させる可変
速制御の圧縮機を用いた空調機が公知になっている。空
調機の冷媒回路の容積は一定であるから、上記のような
空調機においては圧縮機の高速回転時には吐出量が増加
して、吐出圧力がより高く、吸入圧力がより低いという
高運転圧力比の状態になり、また低速回転時には吐出圧
力がより低く、吸入圧力がより高いという低運転圧力比
の状態となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のようなバイパス弁を設けた従来のスクロール圧縮
機においては、例えば４１！ｉ！開昭５７−Ｌ３’１６
７７号に開示のものは起動時のトルクを低減するための
もので、バイパス弁の孔の位置については特に規定され
ていない。また特開昭５８−１２８４８５号にも圧縮室
の圧力が吐出圧力よりも高くなった時に圧縮ガスをバイ
パスさぜる・（イパス弁を設けることが開示されている
が、）（イパス弁の孔の位置については籍に規定されて
いない０ このように従来技術はバイパス孔の位置については特に
考慮が払われておらず、必ずしも効率を最適にするだめ
のバイパス弁の位置については明らかにされていなかっ
た。

本発明は可変速のスクロール圧縮機を用いて容量制御を
する空調機においてバイパス弁の孔の位置を効率が最適
になるように定めることによって大きい省エネルギーを
達成することを目的とする０〔問題点を解決するための
手段〕 一般に定速の圧縮機を用いた空調機においては運転圧力
比が設定圧力比を下回るよう々運転状態の発生頻度は比
較的少く、従って過圧縮防止のためのバイパス弁を設け
ても省エネルギー効果は殆んどないのが通例である。他
方、インバータを介する電動機駆動等の可変速のスクロ
ール圧縮機を用いて容量制御を行う空調機においては、
運転圧力比が設定圧力比を下回るような低速での運転状
態の発生頻度は非常に多いという事実を、本発明者は実
際の空調機の運転パターンの研究の結果、確認した。

本発明はこの事実に基くもので、可変速のスクロール圧
縮機を用いて容量制御をする空調機において、値が１よ
り小さい且つ発生頻度の最も多い運転圧力比／設定圧力
比の範囲にてバイパス弁が作動するような位置にバイパ
ス孔を設けたことを特徴とするものである。一般的には
核比の値は０．５〜０．７５の範囲に選定されるのがよ
い。

〔作用〕

上記のような位置にバイパス弁のバイパス孔を設けた結
果、可変速のスクロール圧縮機を用いた空調機において
、最も発生頻度の多い低運転圧力比のときにバイパス弁
が作動して過圧縮が防止されるので、動力損失が少くな
り、大巾な省エネルギー効果が達成される。

〔実施例〕

第１図は本発明の空調機に用いられるスクロール圧縮機
の一例を示す縦断面図である。第１図において１は固定
スクロール５および流口スクロール６よりなる圧縮機部
であり、電動機２と直結され、密閉容器３内に収納され
ている。

固定スクロール５は鏡板５ａとこれに一体的に直立して
設けられた渦巻状のスクロールラップ５ｂとを有し、外
周部にはラップと同じ高さの外壁５Ｃを有する。旋回ス
クロール６は鏡板６ａとこれに一体的に直立して設けら
れた渦巻状のスクロールラップ６ｂとを有し、鏡板６ａ
の反対側にポス６Ｃを有する。上記固定スクロール５と
旋回スクロール６は互にラップ５ｂ、６ｂを内側に向け
て組合され、固定スクロール５は密閉容器３に固定され
たフレーム７に固定されている。

フレーム７は中央部に軸受７ａを形成して駆動ｓ４を支
承し、また、旋回スクロールの鏡板６ａの背面側に背圧
室８を形成している。

駆動軸４の上部には偏心軸４ａが突出しておシこの偏心
＠４ａが上記ボス６ＣＫ挿入され、また、フレーム７と
旋回スクロールの鏡板６ａとの間には旋回スクロール自
転防止機構９が設けられ、駆動［４の回転により、旋回
スクロール６は自ａｐｉＡぜずに固定スクロール５に対
し流口運動をする。

固定スクロール５の外周部には吸入孔１１が設Ｖブられ
、この吸入孔１１には密閉容器３を貫通して吸入管３１
が接続されている。固定スクロールの鏡板５ａの中央部
には吐出孔１３が設けられ、固定スクロール上部の吐出
室３ａは通路１４ａ。

１４ｂ、　１４ｅを経て、電動機上部の室３ｂに連通し
、この室３ｂには密閉容器３を貫通して吐出管３２が接
続されている。

旋回スクロールの鏡板６ａには、圧縮途中の圧縮室と背
圧室８を連通ずる背圧孔１６が開口し、この背圧孔１６
は固定、旋回の両スクロールラツプの噛合により対称形
に形成される二つの圧縮室にそれぞれ連通するように設
けられている。スクロール圧縮機の運転にともない吸入
圧力と吐出圧力の中間的な圧縮途中の圧力が上記背圧孔
１６を介し背圧室８に導入され、この背圧によりｌｊ！
！転中施回ス施回−ル６は固定スクロール５に対し軸方
向に押圧され、両鏡板５ａ、６ａおよびラップ５ｂ、５
ｂ先端の軸方向密封を保つ。

また固定スクロールの鏡板５ａには、第４図に固定スク
ロールの底面図を示す様に、設定圧力比の０．５〜０．
７の圧力比でバイパスするような位置に、ラップ５ｂに
近接してほぼラップの板淳に等シイ孔径のバイパス孔２
１を１ケ又はそれ以上鏡板５ａを貫通して設けである。

このバイパス孔２１は両スクロールのラップ５ｂ、６ｂ
の噛合により形成される二つの対称形の圧縮室のそれぞ
れの対称位置に開口している。まだ第５図に示す４口く
、上記鏡板５ａの室３ｂに面する端面には板状の逆止弁
２２とこの弁の開度を制限するストッパ２３とがポル１
−２４によって設げられている。この逆止弁２２は圧縮
室１２より上部の吐出室３ａの圧力が犬きσればバイパ
ス孔２１を閉鎖し、圧縮室１２の圧力が上部の吐出室３
ａより大きげればバイパス孔２１を開き、圧縮室１２よ
り上部の吐出室３ａへ流れるバイパス流路を形成する。

以上説明したスクロール圧縮機を用いた空調装置の冷媒
回路を第６図に示す。冷媒回路は四方切換弁３３、室内
熱交換器３４、膨張弁３５、室外熱交換器３６、スクロ
ール圧縮機１により構成され、圧縮機１は交流電源３８
からインバータ３７を介して前記電動機で駆動される。

四方切換弁３３を冷房側に切換えることにより、冷房運
転時は圧縮機１−四方切換弁３３−室外熱交換器３６−
膨張弁３５−室内熱交換器３４−四方切換弁３３−圧縮
機１の順に冷媒が循環する回路が形成される。また四方
切換弁３３を暖房側に切換えることにより冷媒循Ｓ経路
は逆転される。

インバータの駆動周波数は室内の冷房負荷あるいは暖房
負荷に応じて制御され、室内温式が設定温度に近づいた
場合には低速で運転するようにインバータの周波数を下
げるように制御される。かかる低速運転の場合には冷媒
循＃Ａ量が減少するため、相対的に熱交換器容積が大き
くなり、吐出圧力は低下し、吸入圧力は上昇し、したが
って運転圧力比の低い状態で運転される。

これらの熱負荷に対して空調機の容量の選定は定格回転
数の容量で選定しているが、殿大負荷の熱負荷に対して
も能力的に満足するように選定しているため、一般的に
は容量的に余裕があり、前述したように低速での運転が
ほとんどである。

“次に空調機の年間での運転圧力比の残直について述べ
る。

第７図および第８図は、スクロール圧縮機を用いた空調
機の実際の運転パターンに基づいて作成した図であり、
圧縮機回転数を横軸、運転圧力比と設定圧力比との比（
運転圧力比／設定圧力比）を縦軸にとった場合の両者の
関係を示すチャートである。図中の円とそれに付した数
値はその円の中心で表わされる運転状態が年間（これを
１００とする）に占める割合、すなわち運転頻度を示し
ている。第７図は定速の圧縮機を用いた空調機の場合で
あり、第８図はインバータ駆動による可変速圧縮機を用
いて負荷に応じた容量制御をする空調機の場合である。

第７図かられかるように、定速圧縮機を用いる場合は運
転圧力比が設定圧力比以上であるような運転状態の頻度
が大きい。これに対し、第８図かられかるように、回転
速匿の制御をする圧縮機を用いた空調機の場合には、運
転圧力比／設定圧力比の値が０．５〜０．７５であるよ
うな運転状態が年間の８５％を占め、そのような運転状
態の頻度が非常に大きいことがわかる。

本発明の前記実施例では、かかる事実に鑑み、前記の如
く、設定圧力の０．５〜０．７５の圧力比でバイパス弁
が作動するような位置にバイパス孔２１を設けたため、
上記最も頻度の多い運転状態において過圧縮が防止でき
、効果的に省エネルギー効果を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、インバータ等に
より回転数制御する冷凍空調装置において運転頻度の多
い低運転圧力比にてバイパス弁が作動するようにバイパ
ス孔の位置を設定したスクロール圧縮機を用いることに
より従来のバイパス弁のないスクロール圧縮機に対して
約１０チの高い省エネ効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空調機に用いるスクロール圧縮機の例
を示す縦断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）はスクロール圧
縮機の動作の様子を示す平面図、第３図はスクロール圧
縮機の流目スクロールの回転角度と圧縮室内圧力の変化
を示すグラフ、第４図はバイパス孔を備えた固定スクロ
ールの底面図、第５図はバイパス弁の構造を例示した一
部拡大断面図、第６図は本発明の空調機の実施例におけ
る冷媒回路の図、第７図は定速の圧縮機を用いた空調装
置の運転パターンを示す図、第８図は可変速の圧縮機を
用いた空調装置の運転パターンを示す図である０ ２・・・電動機　　　　　３・・・密閉容器４・・・駆
動軸　　　　　５・・・固定スクロール６・・・流目ス
クロール　７・・・フレーム８・・・背圧室　　　　　
１１・・・吸入孔１３・・・吐出孔　　　　１６・・・
背圧孔２１・・・バイパス孔　　２２・・・逆止弁０第
１図 第２図 （α）（ｂ） 第３図 旋回スクロールの回転角層 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　夫々鏡板と該鏡板から一体的に直立した渦巻状ラツ
   プとよりなる固定スクロールおよび施回スクロールを、
   互にラツプを内側にして噛み合わせ、固定スクロールの
   鏡板中心には吐出孔を有し、固定スクロールに対して施
   回スクロールを自転なしに施回運動させて、両スクロー
   ルの鏡板およびラツプで形成される圧縮室で圧縮された
   冷媒ガスを上記吐出孔から吐出させるようにしてなるス
   クロール圧縮機を備え、且つ該スクロール圧縮機の駆動
   回転速度を空調負荷に応じて変化させるよう制御する空
   調機において、固定スクロールの鏡板を貫通して圧縮室
   側と吐出側とを連通するバイパス孔を固定スクロールの
   ラツプ近傍に設けると共に、該バイパス孔に圧縮室側か
   ら吐出室側への冷媒ガスの流通を許す逆止弁よりなるバ
   イパス弁を設け、上記バイパス孔を、値が１より小で且
   つ発生頻度の最も多い運転圧力比／設定圧力比の範囲に
   て上記バイパス弁を通る冷媒ガスの流通が起るような位
   置に設けたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた
   空調機。 ２　上記運転圧力比／設定圧力比の範囲を０．５〜０．
   ７５の範囲に選定した特許請求の範囲第１項記載のスク
   ロール圧縮機を備えた空調機。