(57)【要約】  スクロール圧縮機は、固定スクロール５と旋回スクロール６とを互いに噛み合わせて圧縮室１１を形成し、前記固定スクロールは、中央部側に吐出口５ｅが形成されると共に該吐出口の外周側に前記圧縮室と吐出側を連通するリリースポート５ｂとこのリリースポートから圧縮室側へ逆流するのを防ぐリリース弁５ａを有し、固定スクロールの外周側には吸込室１０と吸込通路５ｈを備えている。また、前記固定スクロールには、前記吐出側と前記吸込室または吸込通路とを連通するバイパス通路５ｆが形成され、該バイパス通路を開閉するバイパス弁１４を備えている。前記バイパス通路が開口する前記吸込室または吸込通路の部分よりも上流側には、上流側への逆流を防止する吸込逆止弁１５が設けられている。これにより、容量制御運転から通常運転に切り替わる際の冷媒の吐出側への吐出遅れを改善して低負荷運転条件においても高効率な容量制御を実現できる。
2012114455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に設けられた固定スクロールと旋回スクロールとを互いに噛み合わせて圧縮室を形成し、前記固定スクロールは、中央部側に吐出口が形成されると共に該吐出口の外周側に前記圧縮室と吐出側を連通するリリースポートとこのリリースポートを介して前記吐出側から圧縮室側への逆流を防ぐためのリリース弁を有し、前記固定スクロールの外周側には吸込室と該吸込室に通じる吸込通路を備えているスクロール圧縮機において、
前記固定スクロールに形成され、前記吐出側と前記吸込室または吸込通路とを連通するバイパス通路と、
このバイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記バイパス通路が開口する前記吸込室または吸込通路の部分よりも上流側に設けられ、上流側への逆流を防止する吸込逆止弁と
を備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のスクロール圧縮機において、前記バイパス弁は、前記バイパス通路を開閉するための弁体と、この弁体の背面側に設けられ前記弁体を作動させるための空間と、この空間に設けられたばねを備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載のスクロール圧縮機において、前記バイパス弁に設けられた前記弁体を作動させるための空間には、圧縮機の吸込側及び吐出側と連通させるための連通管が接続され、前記空間の接続先を圧縮機の吸込側または吐出側に切り替えることにより前記空間に吸込圧力または吐出圧力の冷媒を導入し、バイパス弁の開閉を行うように構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載のスクロール圧縮機において、前記バイパス弁の開閉の１周期における開閉の時間比を可変することで、任意の容量に制御することを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項５】
請求項２に記載のスクロール圧縮機において、前記バイパス弁に設けられた前記弁体を作動させるための空間は、前記固定スクロールに形成されたスイッチ弁通路を介して前記吸込室と連通されるように構成され、更に前記スイッチ弁通路を開閉するためのスイッチ弁を備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項６】
請求項５に記載のスクロール圧縮機において、前記スイッチ弁は、前記スイッチ弁通路を開閉する弁体と、該弁体１８ａを押圧するばねと、前記弁体を開閉動作させるためのコイルとを備えていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項７】
請求項５に記載のスクロール圧縮機において、前記スイッチ弁の開閉を制御することで通常運転時間とバイパス運転時間を制御し、前記通常運転時間とバイパス運転時間との比を制御することにより任意の容量に制御することを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール圧縮機に関し、特に高負荷から低負荷までのワイドレンジな運転に対応可能なスクロール圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般住宅において消費されるエネルギー、即ち、空調機で消費されるエネルギーや給湯機で消費されるエネルギーを低減する観点から、建物の断熱材に高断熱材を用いたり、高気密化して熱負荷を低減したり、或いは太陽熱利用などにより消費エネルギー低減の傾向が強まっている。【０００３】
このような住宅の高断熱化や高気密化などによる熱負荷の低下に対して、空調機や給湯機で用いられているスクロール圧縮機には、一台で広範囲に容量制御できることが要求されている。例えば、空調機における冷房運転では、運転開始時に室内の温度が高くなっているのが一般的であるため、急速に運転する必要がある。【０００４】
こうした場合、インバータ制御を用いて、始動時には大容量で高速運転（高速回転）し、室内が或る程度冷えて定常運転状態に移行すると、小容量で低速運転（低速回転）するようにしていた。しかし、この定常運転状態での低速運転は、特に最近の省エネルギー化を実施し、高断熱材が配備された建物に設備された空調機で使用される場合を想定すると、非常に低い回転速度で運転が行われることになる。【０００５】
ところが、スクロール圧縮機で過度に低速回転を行うと、インバータ効率や圧縮機効率が低下する上、構造的にすべり軸受での油膜破断が生じて軸受が損傷し易くなる。また、低速回転であるが故にクランクシャフトを回転させるためのモータ駆動が円滑に行われなくなる等、安定した運転動作も行われ難くなる。【０００６】
そこで、一般に小容量運転時には、回転速度を或る程度維持して容量制御を行うようにし、例えば室内が或る程度冷えたらスクロール圧縮機を停止し、室内の温度が上昇した場合に再び始動する運転パターンを繰り返すようにしている。【０００７】
しかし、こうした小容量運転時に停止・始動を繰り返す運転パターンは効率が悪いばかりでなく、快適な空気調和を実施できないため、容量制御を工夫する技術が提案されている。【０００８】
例えば、スクロール圧縮機の一部の構造を改良し、回転速度を一定にして吐出量を可変にする制御を行うものが特許文献１などに記載されている。この特許文献１に記載されているものでは、圧縮途中の冷媒ガスを吸込側にバイパスさせるバイパス通路を設け、更にこのバイパス通路を開閉する電磁弁を設けて、この電磁弁を開くことにより、圧縮途中の冷媒ガスを吸込側に排出することで容量制御をし、吐出量を可変するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１４３９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１に記載のものにおいて、前記パイパス通路の電磁弁を開いて容量制御を行おうとする場合、圧縮途中の圧縮室及びバイパス通路が吸込側と連通して、吸込圧力の冷媒が循環することになり、この循環路は容量制御運転時には吸込圧になっている。一方、容量制御運転時にもスクロール圧縮機の吐出側（例えば吐出チャンバ内）は吐出圧力となっている。【００１１】
このため、容量制御運転から通常運転に切り替わる際には、まず圧縮室やバイパス通路などを、吸込圧力から吐出圧力まで上昇させた後でなければ、圧縮された冷媒を吐出側に吐出できないため、冷媒を吐出側に吐出させるのに時間遅れが生じてしまい、冷媒循環量が低下するという課題があった。冷媒循環量の低下は、圧縮機の消費電力に対する圧縮仕事量の低下となり、圧縮機効率が低下する。【００１２】
本発明の目的は、容量制御運転から通常運転に切り替わる際の冷媒の吐出側への吐出遅れを改善して低負荷運転条件においても高効率な容量制御を実現できるスクロール圧縮機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、密閉容器内に設けられた固定スクロールと旋回スクロールとを互いに噛み合わせて圧縮室を形成し、前記固定スクロールは、中央部側に吐出口が形成されると共に該吐出口の外周側に前記圧縮室と吐出側を連通するリリースポートとこのリリースポートを介して前記吐出側から圧縮室側への逆流を防ぐためのリリース弁を有し、前記固定スクロールの外周側には吸込室と該吸込室に通じる吸込通路を備えているスクロール圧縮機において、前記固定スクロールに形成され、前記吐出側と前記吸込室または吸込通路とを連通するバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパス弁と、前記バイパス通路が開口する前記吸込室または吸込通路の部分よりも上流側に設けられ、上流側への逆流を防止する吸込逆止弁とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、容量制御運転から通常運転に切り替わる際の冷媒の吐出側への吐出遅れを改善することができるので、低負荷運転条件においても高効率な容量制御を実現できるスクロール圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のスクロール圧縮機の実施例１を示す縦断面図。
【図２】図１に示すスクロール圧縮機の固定スクロールの底面図で、旋回スクロールのラップも併記した図。
【図３】図２の要部拡大図で、バイパス通路の設置範囲を説明する図。
【図４】図１に示すスクロール圧縮機の通常運転（バイパス弁閉）時の動作を説明する要部断面図。
【図５】図１に示すスクロール圧縮機のバイパス運転（バイパス弁開）時の動作を説明する要部断面図。
【図６】本発明の実施例１におけるバイパス弁の開閉制御を説明する線図。
【図７】従来技術における低圧バイパス弁開度制御と、圧縮機の吐出流量、入力及び圧力との関係を説明する線図。
【図８】本発明の実施例１におけるバイパス弁開度制御と、圧縮機の吐出流量、入力及び圧力との関係を説明する線図。
【図９】本発明のスクロール圧縮機の実施例２を示す要部断面図。
【図１０】図９に示すスクロール圧縮機の固定スクロールの底面図で、図２に相当する図。
【図１１】図９におけるバイパス弁付近の構造を示す要部拡大図で、通常運転時の動作を説明する図。
【図１２】図９におけるバイパス弁付近の構造を示す要部拡大図で、通常運転からバイパス運転への遷移状態を説明する図。
【図１３】図９におけるバイパス弁付近の構造を示す要部拡大図で、バイパス運転時の動作を説明する図。
【図１４】図９におけるバイパス弁付近の構造を示す要部拡大図で、バイパス運転から通常運転への遷移状態を説明する図。
【図１５】本発明の実施例２におけるスイッチ弁の開度制御に対するバイパス弁の開度変化と、バイパス弁空間の圧力変化及び吸込室の圧力変化との関係を説明する線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１を図１〜図８を用いて説明する。  
図１は本発明のスクロール圧縮機の実施例１を示す縦断面図である。  
スクロール圧縮機１は、固定スクロール５と旋回スクロール６を互いに噛合わせて構成された圧縮機構部３、この圧縮機構部３を駆動する電動機４、前記圧縮機構部３と前記電動機４などを収納する密閉容器２などにより構成されている。【００１８】
前記密閉容器２内には、上部に前記圧縮機構部３、下部に前記電動機４が配置され、更に底部には潤滑油が貯留される油溜り１３が設けられている。また、前記密閉容器２は、胴部を構成する円筒状のケース２ａと、このケース２ａの上部に溶接された蓋チャンバ２ｂと、前記ケース２ａの下部に溶接された底チャンバ２ｃにより構成されている。前記蓋チャンバ２ｂには吸込パイプ２ｄが取り付けられ、前記ケース２ａには吐出パイプ２ｅが取り付けられ、また密閉容器２の内部は吐出チャンバ２ｆとなっている。【００１９】
前記圧縮機構部３は、鏡板５ｄ上に渦巻状のラップ５ｃを立設した固定スクロール５、鏡板６ｂ上に渦巻状のラップ６ａを立設した旋回スクロール６、前記固定スクロール５にボルト８により一体に固定されて前記旋回スクロール６を支持するフレーム９などにより構成されている。また、７は前記フレーム９に設けられた主軸受９ａにより回転自在に支持されているクランク軸で、このクランク軸７の上部に設けられた偏心部７ｂは、前記旋回スクロール６の背面のボス部に設けられた旋回軸受６ｃを介して、旋回スクロール６と連結されている。【００２０】
また、前記旋回スクロール６の下面と前記フレーム９との間にはオルダムリング１２が設けられており、このオルダムリング１２は、旋回スクロール６の下面に形成された溝とフレーム９に形成された溝に係合し、旋回スクロール６を自転させることなく、クランク軸７の偏心部７ｂの偏心回転を受けて公転（旋回）運動させるものである。【００２１】
前記電動機４は、固定子４ａと回転子４ｂを備え、固定子４ａは前記密閉容器２に圧入や溶接などの手段で固定され、前記回転子４ｂは前記クランク軸７に固定されて、前記固定子４ａ内に回転可能に配置されている。【００２２】
前記クランク軸７は、主軸部７ａと前記偏心部７ｂとで構成され、前記フレーム９に設けられた前記主軸受９ａと、前記密閉容器２のケース２ａに取り付けられた副軸受１７とで支持されている。前記偏心部７ｂはクランク軸７の主軸部７ａに対して偏心して一体に形成されており、前記旋回スクロール６の背面に設けられた前記旋回軸受６ｃに挿入して係合されている。また、前記クランク軸７は前記電動機４によって駆動され、偏心部７ｂを偏心回転運動させて、旋回スクロール６を旋回運動させる。  
前記クランク軸７内には、前記主軸受９ａ、前記副軸受１７及び前記旋回軸受６ｃなどへ潤滑油１３を導くための給油通路７ｃが形成されている。【００２３】
冷凍サイクルの冷媒ガスは、電動機４によりクランク軸７を介して旋回スクロール６が旋回運動されると、前記吸込パイプ２ｄから固定スクロール５と旋回スクロール６により画成される圧縮室１１に導入され、圧縮室１１が渦巻状ラップ５ｃ，６ａの中心側に移動するに従い、その容積が縮小することで圧縮される。圧縮された冷媒ガスは固定スクロール５の鏡板５ｄの略中央に設けられた吐出口５ｅから密閉容器２内の吐出チャンバ２ｆへ吐出され、吐出パイプ２ｅから外部（冷凍サイクルの凝縮器側）へと流出していく。【００２４】
次に、本実施例における固定スクロール５の構成を図２〜図４により説明する。図２は図１に示す固定スクロール５の底面図で、旋回スクロール６のラップ６ａも併記している図、図３は図２の吸込室付近を拡大して示す図、図４は図１に示すスクロール圧縮機の圧縮機機構部３付近を拡大して示す要部断面図である。【００２５】
これらに図に示すように、本実施例においては、前記固定スクロール５に、圧縮室１１と吐出側である前記吐出チャンバ２ｆとを連通させるリリースポート５ｂと、吸込室１０と前記吐出チャンバ２ｆを連通させるバイパス通路５ｆが形成されており、前記リリースポート５ｂには、吐出側から圧縮室１１側への逆流を防ぐための逆止弁であるリリース弁５ａが設けられ、前記バイパス通路５ｆには、該バイパス通路５ｆを開閉するためのバイパス弁１４が設けられている。また、前記バイパス通路５ｆが連通する吸込室１０の上流側には吸込通路５ｈが設けられ、この吸込通路５ｈよりも上流側（蒸発器側）には吸込逆止弁１５が設けられている。この吸込逆止弁１５は、前記バイパス通路５ｆが開口する前記吸込室１０または吸込通路５ｈよりも上流側に設ける必要があり、上流側（蒸発器側）への逆流を防止するものである。【００２６】
固定スクロール５の吸込室付近を拡大して示す図３には、旋回スクロール６のラップ６ａの、外線側圧縮室２１が吸込を完了した瞬間のラップ位置６ａ1と、同じく内線側圧縮室２２が吸込を完了した瞬間のラップ位置６ａ2を、仮想的に重ねて示している。前記バイパス通路５ｆの吸込室側の開口部は、図３に格子状の網掛けで示した吸込空間、即ち前記外線側圧縮室２１及び内線側圧縮室２２が吸込を完了した後の圧縮室には連通せず、しかも吸込空間には常時連通するか、少なくとも圧縮室が吸込を完了する直前には連通する位置に設けることが好ましい。これは、不十分な吸込により吸込完了時の圧縮室内の圧力が低下し、そこから再圧縮することによって不必要な動力が発生するのを防ぐためである。特に、図２のＡ部で示すように、通常運転時の吸込流路断面積確保のために、鏡板面よりも掘り込まれた掘込部を持つ固定スクロールの場合には、この掘込部Ａに、前記バイパス通路５ｆの開口部を設けることが望ましい。【００２７】
前記バイパス弁１４は、前記バイパス通路５ｆを開閉するための弁体１４ｂと、この弁体１４ｂの背面側（固定スクロール５と反対側）に設けられ前記弁体１４ｂを作動させるための空間１４ａと、この空間１４ａに設けられたばね１４ｃを備えている。また、前記空間１４ａは、前記吸込パイプ２ｄ（吸込側）及び前記吐出パイプ２ｅ（吐出側）と連通するように連通管２３が設けられており、更にこの連通管２３における密封容器２外の部分の途中には三方弁１６が設けられている。この三方弁１６を制御することで、前記弁体１４ｂ背面の空間１４ａに吸込圧力または吐出圧力の冷媒を、任意のタイミングで選択的に切り替えて導入可能に構成されている。吸込圧力の冷媒を空間１４ａに導入すれば弁体１４ｂは、該弁体１４ｂに作用する圧力差と前記ばね１４ｃにより、パイパス通路５ｆを開くように作動し、吐出圧力の冷媒を導入すれば、前記弁体１４ｂはパイパス通路５ｆを閉じるように構成されている。【００２８】
なお、本実施例では前記三方弁１６により、前記連通管２３の接続先を切り替えるようにしているが、これには限られず、前記空間１４ａの接続先を圧縮機の吸込側または吐出側に切り替えることにより前記空間１４ａに吸込圧力または吐出圧力の冷媒を導入してバイパス弁１４の開閉を行うように構成されていれば良く、例えば複数の電磁弁などを用いて構成するようにしても良い。【００２９】
図４は、スクロール圧縮機１の通常運転（バイパス弁閉）時の状態、即ち、前記空間１４ｃが吐出パイプ２ｅと連通して吐出圧力の冷媒で満たされ、バイパス弁１４が閉弁している状態の図である。図４中の矢印は冷媒の流れを示している。バイパス弁１４が閉じた通常運転時には、冷媒は吸込パイプ２ｄを通り、吸込室１０から、固定スクロール５と旋回スクロール６の噛み合いで形成される圧縮室１１へ吸い込まれ、この圧縮室１１は渦巻状のスクロールラップの中心方向に移動しながら、その容積が縮小することにより、冷媒は圧縮され、吐出口５ｅから吐出チャンバ２ｆへ吐出される。吐出チャンバ２ｆの冷媒は、更に吐出パイプ２ｅを通って圧縮機外（密閉容器外）へと吐出される。【００３０】
図５は、スクロール圧縮機のバイパス運転（バイパス弁開）時の状態、即ち、前記空間１４ｃが吸込パイプ２ｄと連通して吸込圧力の冷媒で満たされ、バイパス弁１４が開弁している状態の図である。図５中の矢印は冷媒の流れを示している。バイパス弁１４が開いたバイパス運転時には、吐出チャンバ２ｆと吸込室１０とがバイパス通路５ｆを介して連通する。吸込室１０は、前記バイパス弁１４の閉弁時には吸込圧力となっているため、開弁により吐出チャンバ２ｆの冷媒が吸込室１０へと流れ込み、吸込室１０は吐出圧力となる。即ち、吸込室１０と前記吸込パイプ２ｄとの間には前記吸込逆止弁１５が設けられているので、吐出チャンバ２ｆの冷媒が吸込室１０へと流れ込むと、前記吸込逆止弁１５はその前後の圧力差によって閉弁し、吸込通路５ｈを閉じる。従って、吐出チャンバ２ｆから吸込室１０に流れ込んだ冷媒が、吸込室１０から吸込パイプ２ｄ側へと逆流するのを防止できるので、吸込室１０は吐出圧力になる。【００３１】
一方、その間も旋回スクロールの偏心回転は行われているため、吐出圧力の冷媒は圧縮室１１へと吸い込まれ圧縮が開始されるが、圧縮室１１に吸い込まれた冷媒の圧力は初めから吐出圧力となっているため、吐出チャンバ２ｆと圧縮室１１には圧力差がなく、圧縮室１１の冷媒が僅かに圧縮されるだけで前記リリース弁５ａが開き、圧縮室の冷媒は、リリースポート５ｂから吐出チャンバ２ｆへとバイパスされる流路が形成される。吐出チャンバ２ｆに吐出された冷媒は再び前記バイパス通路５ｆを通って吸込室１０へと戻るバイパス循環路が形成される。なお、このバイパス運転時には、冷媒は圧縮ほとんど圧縮されずにリリースポート５ｂを通って吐出チャンバ２ｆに排出されるため、冷媒を圧縮するための動力は僅かである。【００３２】
図６は、本実施例のスクロール圧縮機において、容量制御を行った時のバイパス弁１４の開閉制御（バイパス弁開度の時間変化）を説明する図である。この図に示すように、バイパス弁１４は一定の周期で開閉を繰り返す。これにより、上述した、通常運転とバイパス運転が周期的に切り替わり、圧縮動力を必要最小限に抑えながら、圧縮冷媒の平均的な吐出流量を低減させることができる。【００３３】
本実施例における前記バイパス弁１４の開閉制御は、開閉の1周期における開閉の時間比を可変とすることにより、０〜１００％の間で無段階に任意の容量にすることができるように構成されている。例えば、1周期中にバイパス弁が開いている時間が、1周期全体の時間の４０％ならば、容量としては６０％となる。なお、開閉の周期は一定でも良いが、開閉の時間比に応じて周期の長さを可変にすることが好ましい。【００３４】
次に、本実施例の効果を説明する。  
まず、比較のために、上記特許文献１に示すような従来のスクロール圧縮機における動作を説明する。特許文献１のものでは、低圧バイパス弁（１５６）と高圧バイパス弁（１５７）が、通常運転とバイパス運転を切り替える役割を果たしている。通常運転時には、前記低圧バイパス弁（１５６）が閉じ、圧縮された冷媒は吐出管或いは高圧側のバイパス通路ＢＨを通って吐出側１０９Ｂへ吐出される。【００３５】
一方、バイパス運転時には、前記高圧バイパス弁（１５７）が閉じた状態で前記低圧バイパス弁（１５６）を開く。これにより、固定スクロールの上部に設けられた空間（吸込側と吐出側との間の中間領域に存在する流体をバイパスするバイパス機構（１４０））は吸込側と接続されることで吸込圧力となり、バイパス弁（１４６）が差圧で開いて、圧縮室の冷媒はほとんど圧縮されないままバイパス通路から、吸込側に排出される。このように、上記従来例のものでは、バイパス運転時には、圧縮室はほぼ吸込圧力で満たされることになる。【００３６】
これに対して、本実施例では、バイパス運転時には、吸込室１０も圧縮室１１もほぼ吐出圧力で満たされるように構成されている点が大きく異なっている。  
このように、冷媒をバイパスさせる運転（バイパス運転）を行うスクロール圧縮機では、通常運転時とバイパス運転時とでは圧力が異なる空間が、圧縮室を含んで存在する。【００３７】
図７は、上記従来例におけるバイパス弁開度制御と、圧縮冷媒の吐出流量、圧縮機入力及び圧力との関係を説明する図である。図７において、「バイパス圧力」とはバイパス運転時に圧力が変化する空間（以下、バイパス空間と称す）の圧力であり、上記従来例のものでは、固定スクロールの上部に設けられたバイパス機構（１４０）の空間や、バイパス通路ＢＨの圧力である。【００３８】
図７において、横軸は時間の経過であり、この時間の経過に沿って、バイパス弁の動作に対する圧縮冷媒の吐出流量、圧縮機入力及び圧力との関係を時系列的に説明する。  
まず、低圧バイパス弁（１５６）が閉じ、高圧バイパス弁（１５７）が開いている通常運転時には、冷媒は普通に圧縮されて吐出されるので、必要な吐出流量が得られている。また、冷媒を圧縮するための動力として通常の圧縮機入力が必要となる。このとき、バイパス圧力（バイパス空間の圧力）は吐出圧力と一致している。【００３９】
次に、低圧バイパス弁（１５６）が開き、高圧バイパス弁（１５７）が閉じたバイパス運転に切り替わると、圧縮室は吸込側と連通することで、吸込圧力の冷媒で満たされる。また、前記バイパス空間も吸込側と連通しているので、吸込圧力となる。【００４０】
更に一定時間が経過し、再び通常運転に戻ると、前記低圧バイパス弁が閉じることで、圧縮が開始されるが、このとき前記バイパス空間の圧力は吸込圧力まで低下しているため、再圧縮が必要となる。このため、冷媒を吐出側の圧力以上に圧縮して吐出するのに時間が掛かり、低圧バイパス弁を閉じてから冷媒を吐出するまでに時間遅れが生じて、これが吐出遅れとなり、圧縮機入力に対して吐出流量の減少を招く。即ち、従来のものでは、容量制御運転時に圧縮機効率の低下を引き起こす課題がある。【００４１】
図８は、本実施例におけるバイパス弁開度制御と、圧縮冷媒の吐出流量、圧縮機入力及び圧力との関係を説明する図である。この図８において、前記図７と同じ部分の説明については説明を省略する。  
本実施例においては、上記バイパス空間は、吸込室１０、圧縮室１１及びバイパス通路５ｆであり、図８における「バイパス圧力」とは吸込室１０及びバイパス通路５ｆの圧力とする。【００４２】
図８の線図を時系列に沿って説明する。まず、バイパス弁１４が閉じている通常運転時には、冷媒は普通に圧縮されて吐出されるので、必要な吐出流量が得られている。また、冷媒を圧縮するための動力として通常の圧縮機入力が必要となる。このとき、バイパス圧力（バイパス空間の圧力）は吸込圧力となっている。【００４３】
次に、バイパス弁１４が開いてバイパス運転に切り替わると、吸込室１０は吐出チャンバ２ｆと連通し、吸込室１０やバイパス通路５ｆは吐出圧力で満たされ、圧縮室１１も吐出圧力となる。このように本実施例においては、バイパス運転時に前記バイパス圧力がほぼ吐出圧力となる点が大きな特徴である。【００４４】
更に一定時間が経過し、前記バイパス弁１４が閉じて再び通常運転に戻ると、圧縮室１１は既に吐出圧力の冷媒で満たされているため、再圧縮の必要がなく、即座に冷媒の吐出を開始でき、通常の吐出量を確保できる。即ち、本実施例によれば、冷媒を吐出側の圧力以上に圧縮して吐出するのに時間が掛からず、吐出遅れをなくすことができるので、容量制御運転時に、圧縮機入力に対して吐出流量が減少して圧縮機効率の低下するのを防止できる。従って、従来例に比較して吐出量を上昇できるから、容量制御運転時の圧縮機効率を向上できる。【００４５】
以上説明したように、本実施例によれば、容量制御運転時に圧縮機効率の低下するのを防止でき、しかも、バイパス弁１４の開閉の１周期における開閉の時間比を可変することで、０〜１００％の無段階で任意の容量に制御することができ、低速、低負荷運転条件においても高効率な容量制御を実現可能なスクロール圧縮機を得ることができる。【００４６】
また、本実施例による容量制御は、通常運転とバイパス運転を一定の時間比で切り替えるようにしているので、時間比の調節により０〜１００％の広い範囲で無段階に容量を可変することができるだけでなく、スクロール圧縮機を、高効率且つ高信頼性で運転できる回転速度条件で使用することも可能となる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本発明のスクロール圧縮機の実施例２を図９〜図１５により説明する。なお、図９〜図１５において図１〜図８と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。  
図９は本発明の実施例２を示すスクロール圧縮機の圧縮機構部付近の断面図であり、また図１０は図９に示すスクロール圧縮機の固定スクロールの底面図で、旋回スクロールラップも併記している図である。【００４８】
上述した実施例１では、バイパス弁１４を、吸込パイプ２ｄ及び吐出パイプ２ｅを流れる冷媒の圧力を利用して開閉制御するようにしたが、この実施例２は吸込室１０の圧力変化を利用してバイパス弁１４を開閉制御するようにしたものである。【００４９】
図９に示すように、本実施例においても前記実施例１と同様に、固定スクロール５に、吸込室１０と吐出チャンバ２ｆとを接続するバイパス通路５ｆを設け、このバイパス通路５ｆの吐出チャンバ側開口部にはバイパス弁１４が設けられている。このバイパス弁１４は、前記バイパス通路５ｆを開閉するための弁体１４ｂと、この弁体１４ｂの背面側（固定スクロール５と反対側）に設けられ前記弁体１４ｂを作動させるための空間１４ａと、この空間１４ａに設けられたばね１４ｃを備えている。【００５０】
また、前記空間１４ａは、固定スクロール５に形成されたスイッチ弁通路５ｇを介して、前記吸込室１０と連通されるように構成されている。また、前記スイッチ弁通路５ｇの前記吐出チャンバ２ｆ側開口部には、該開口部を開閉するためのスイッチ弁１８が設けられており、このスイッチ弁１８が開けば、前記空間１４ａは前記吸込室１０に連通し、スイッチ弁１８が閉じれば、前記空間１４ａは吸込室１０との連通が遮断されるように構成されている。前記スイッチ弁１８は、前記スイッチ弁通路５ｇを開閉する弁体１８ａ、該弁体１８ａを前記スイッチ弁通路５ｇ側に押圧するばね１８ｂ、及び前記弁体１８ａを開閉動作させるためのコイル１８ｃを備えている。【００５１】
前記スイッチ弁１８のコイル１８ｃに通電すると、コイル中心部に磁場が発生し、鉄等で作られたスイッチ弁の前記弁体１８ａは磁力に引き付けられて浮上し、該弁体１８ａは開く。一方、コイルへの通電を行わないと、ばね１８ｂの力によって弁体１８ａは固定スクロール５側へ押され、前記スイッチ弁通路５ｇを塞ぐ。【００５２】
前記スイッチ弁通路５ｇは、容積の小さいバイパス弁１４の前記空間１４ａへの冷媒の流入または前記空間１４ａからの流出のみに用いられるため、その通路面積を非常に小さくすることができ、弁体１８ａにかかる冷媒の圧力も小さいために、弁体１８ａを開閉させることは容易に可能である。【００５３】
図１０に示すように、前記バイパス通路５ｆは図２に示す実施例１と同様の位置に設けられ、また前記スイッチ弁通路５ｇは、前記図３に格子状の網掛けで示したバイパス通路５ｆの吸込室側開口部の接続先範囲と同様の範囲に設けられる。前記スイッチ弁通路５ｇは、バイパス弁１４における空間１４ａに接続されており、前記スイッチ弁１８のコイルへの電流をＯＮ−ＯＦＦすることによりスイッチ弁を開閉させることができ、スイッチ弁通路５ｇの連通、非連通を任意に切り替えることができる。  
他の構成は上記実施例１と同様であるので、説明を省略する。【００５４】
次に、この実施例２の動作を図１１〜図１５により説明する。  
図１１〜図１４は図９におけるバイパス弁付近の構造を拡大して示す図で、図１１は通常運転時の状態、図１２は通常運転からバイパス運転への遷移状態、図１３はバイパス運転時の状態、図１４はバイパス運転から通常運転への遷移状態をそれぞれ説明する図である。【００５５】
スクロール圧縮機の起動時には、バイパス弁１４とスイッチ弁１８は図１１に示す状態となっている。即ち、起動時には圧縮機内の圧力は均一であるため、ばね１８ｂの力によって弁体１８ａは固定スクロール５側へ押され、前記スイッチ弁通路５ｇを塞ぐことで閉弁している。圧縮機の運転に伴って吸込室の圧力は低下するので、バイパス弁１４はその背面側の空間１４ａと吸込室１０側との圧力差により閉じた状態が保持される。【００５６】
図１１の状態から、スイッチ弁１８のコイル１８ｃに短時間通電すると図１２に示すように、通電している時間の間だけ弁体１８ａが上昇してスイッチ弁１８が開く。スイッチ弁１８が開くと、吸込室１０と前記バイパス弁１４の空間１４ａとが連通し、該空間１４ａが吸込圧力となる。また、このとき、吐出チャンバ２ｆ内は吐出圧力となっているから、図１２にＡで示した部分には吐出圧力がかかる。従って、弁体１４ｂは圧力差で持ち上げられ、図１３に示すように、バイパス弁１４は開いて、吐出チャンバ２ｆと吸込室１０が連通し、吐出チャンバ２ｆ内の吐出圧力の冷媒がバイパス通路５ｆを通って、吸込室１０に流入するバイパス運転が開始される。なお、前記スイッチ弁１８への通電は短時間のみであるので、スイッチ弁１８は図１３に示すようにすぐに閉じる。このため、前記バイパス運転中は、前記空間１４ａ内の圧力は吸込圧力に保たれたままとなっている。【００５７】
このバイパス運転の状態では、吸込室１０には吐出チャンバ２ｆの冷媒が流入しているから吐出圧力となっている。次に、このバイパス運転の状態から再びスイッチ弁１８に短時間通電すると、スイッチ弁１８は開いて図１４で示す状態となる。このため、吸込室１０の吐出圧力の冷媒が前記バイパス弁１４の空間１４ａに流れ込んで、前記空間１４ａは吐出圧力となり、弁体１４ｂの上下の面に作用する圧力は釣り合う。前記弁体１４ｂにはばね１４ｃにより弁体１４ｂを閉じる方向に力が与えられているから、弁体１４ｂはバイパス通路５ｆを塞ぎ、バイパス弁１４は閉じる。前記スイッチ弁１８は短時間だけ通電されるため、図１１に示した通常運転に切り替わり、スクロール圧縮機は通常の圧縮動作を開始する。【００５８】
図１５はこの実施例２において、スイッチ弁１８の開度制御に対するバイパス弁１４の開度変化と、バイパス弁１４の空間１４ａの圧力変化及び吸込室１０の圧力変化との関係を説明する線図である。【００５９】
この図１５に示す通り、上記の動作を繰り返すことで、スクロール圧縮機の容量制御運転を行うことができる。即ち、スイッチ弁１８に通電して短時間スイッチ弁を開くとバイパス弁１４の空間１４ａの圧力が吐出圧力から吸込圧力に変化し、それによってバイパス弁１４が開くので、吸込室１０は吐出圧力となり、バイパス運転が実施される。再び、スイッチ弁１８に通電して短時間スイッチ弁を開くとバイパス弁１４の空間１４ａの圧力が吸込圧力から吐出圧力に変化し、それによってバイパス弁１４は閉じ、吸込室１０は吸込圧力となって通常運転に戻る。従って、スイッチ弁１８の開閉を制御することで、通常運転時間とバイパス運転時間を制御するデューティ容量制御運転が可能となる。従って、この実施例２においても、前記通常運転時間とバイパス運転時間との比（デューティ比）を制御することにより、自由に吐出量を制御でき、容量制御運転が可能となる。【００６０】
また、本実施例においても、バイパス運転時には吸込室１０を吐出圧力に保つことができるから、通常運転への切り替えの際、バイパス弁１４を閉じると即座に吐出を開始することができ、通常運転への切り替えの際の冷媒の吐出側への吐出遅れを改善することができる。これにより、低負荷運転条件においても高効率な容量制御を実現できるスクロール圧縮機を得ることができる。【００６１】
このように、本実施例においても上記実施例１と同様の効果が得られるだけでなく、本実施例では、バイパス運転に必要なバイパス弁１４及びスイッチ弁１８を密閉容器２内に設けることができる。従って、実施例１に示すような密閉容器２外に設けていた連通管２３や三方弁１６などの構造部品が不要となるから、コンパクトで安価に製作できる効果も得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１：スクロール圧縮機、
２：密閉容器（２a：ケース、２ｂ：蓋チャンバ、２ｃ：底チャンバ、２ｄ：吸込パイプ、２ｅ：吐出パイプ、２ｆ：吐出チャンバ）、
３：圧縮機構部、
４：電動機（４ａ：固定子、４ｂ：回転子）、
５：固定スクロール（５ａ：リリース弁、５ｂ：リリースポート、５ｃ：ラップ、５ｄ：鏡板、５ｅ：吐出口、５ｆ：バイパス通路、５ｇ：スイッチ弁通路、５ｈ：吸込通路）、６：旋回スクロール（６ａ：ラップ、６ｂ：鏡板、６ｃ：旋回軸受）、
７：クランク軸（７ａ：主軸部、７ｂ：偏心部、７ｃ：給油通路）
８：ボルト、
９：フレーム（９ａ：主軸受）、
１０：吸込室、
１１：圧縮室、        
１２：オルダムリング、
１３：油溜り、
１４：バイパス弁（１４ａ：空間、１４ｂ：弁体、１４ｃ：ばね）、
１５：吸込逆止弁、
１６：三方弁、
１７：副軸受、
１８：スイッチ弁（１８ａ：弁体、１８ｂ：ばね、１８ｃ：コイル）、
２１：外線側圧縮室、２２：内線側圧縮室、
２３：連通管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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