(57)【要約】【課題】  運転中に両スクロール間のシール性を弱め、圧縮室内の内部漏れを大きくし、等価的に行程容積を小さくし高回転数の運転を行なうことでモータ効率を向上させ、低能力帯での高効率運転を可能とするスクロール圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】  この発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して圧縮室で圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納したスクロール圧縮機において、揺動スクロールの反圧縮室側に中間圧又は高圧空間を形成し、吸入管に連通する低圧空間から、中間圧又は高圧空間に連通するバイパス路を備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して前記圧縮室で圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納したスクロール圧縮機において、
前記揺動スクロールの反圧縮室側に中間圧又は高圧空間を形成し、前記吸入管に連通する低圧空間から、前記中間圧又は高圧空間に連通するバイパス路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して前記圧縮室で圧縮し前記密閉容器内の高圧空間に吐出する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納したスクロール圧縮機において、
前記固定スクロールが固定されると共に、外周面が前記密閉容器に固定されるガイドフレームと、
このガイドフレームの内周面に嵌入係合され、前記駆動軸を半径方向に支持する主軸受と、軸方向に支持するスラスト軸受とを有するコンプライアントフレームと、
前記揺動スクロールの台板部に形成され、板状渦巻歯側の面と前記コンプライアントフレーム側の面とを連通する抽気孔と、
前記コンプライアントフレームに設けられ、前記抽気孔と間欠的に連通し、該コンプライアントフレームの外側に連通する連通穴とを備え、この連通穴に連通し、前記ガイドフレームの内周面と、前記コンプライアントフレームの外周面との間に前記密閉容器内と圧力的に遮断された第２の空間を形成し、前記吸入管に連通する低圧空間から、前記ガイドフレームを介して前記第２の空間に連通するバイパス路を形成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項３】
密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して前記圧縮室で圧縮し前記密閉容器内の高圧空間に吐出する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納したスクロール圧縮機において、
前記固定スクロールが固定されると共に、外周面が前記密閉容器に固定されるガイドフレームと、
このガイドフレームの内周面に嵌入係合され、前記駆動軸を半径方向に支持する主軸受と、軸方向に支持するスラスト軸受とを有するコンプライアントフレームとを備え、前記揺動スクロールの反板状渦巻歯側の面と、前記コンプライアントフレームとの間に前記吸入管に連通する低圧空間と逆止弁を介して接続する第１の空間を形成し、前記吸入管に連通する低圧空間から、前記ガイドフレームを介して前記第１の空間に連通するバイパス路とを備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記バイパス路に流量制御弁を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
揺動スクロールの反圧縮室側に中間圧又は高圧空間を形成し、この中間圧又は高圧空間に低圧空間から流量制御弁を介して連通するバイパス路を有するスクロール圧縮機の運転方法において、
低能力運転時に、前記バイパス路の流量制御弁を開いて前記中間圧又は高圧空間の圧力を減少させ、前記圧縮室の機密性を低下させて等価的に行程容積を小さくして高回転数の運転を行うことを特徴とするスクロール圧縮機の運転方法。
【請求項６】
圧縮室に間欠的に連通して中間圧となる中間圧空間をコンプライアントフレームの外側に形成し、この中間圧空間に低圧空間から流量制御弁を介して連通するバイパス路を有するスクロール圧縮機の運転方法において、
低能力運転時に、前記バイパス路の流量制御弁を開いて前記中間圧空間の圧力を減少させ、前記圧縮室の機密性を低下させて等価的に行程容積を小さくして高回転数の運転を行うことを特徴とするスクロール圧縮機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍空調装置に用いるスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクロール圧縮機は、従動クランク機構を有し、定常運転時には駆動軸に対して偏心している可動スクロールの偏心量が増加し、固定スクロールとの偏心方向のシール性を向上させるが、起動時には可動スクロールの偏心量の増加を遅延させることで偏心方向のシール性を低下させ、圧縮反力による起動負荷を低減させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の従来のスクロール圧縮機は、コンプライアンス機構により、固定スクロールと可動スクロールの軸線方向の隙間を可変とし、起動時より圧力の上昇に伴い徐々に軸線方向のシール性を向上させることで起動負荷を低減させるとともに、定常運転時にはシール性の向上と、圧力バランスによるスラストロスの低減により高効率運転を行なっている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０８−１２１３５７号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ９５／１２７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のスクロール圧縮機は、定常運転時において固定スクロールと可動スクロールのシール性を圧力バランスや弾性体により向上させた場合、上述のような従動クランク機構やコンプライアンス機構では、過渡的な圧力バランスの変動なしでは両スクロール間のシール性を弱めることは出来ない。また、低能力帯の運転ではモータの回転数を低く抑える必要があり、モータ効率が低下する。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、運転中に両スクロール間のシール性を弱め、圧縮室内の内部漏れを大きくし、等価的に行程容積を小さくし高回転数の運転を行なうことでモータ効率を向上させ、低能力帯での高効率運転を可能とするスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内に、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて圧縮室を形成し、吸入管から低圧冷媒ガスを吸入して圧縮室で圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機部とを収納したスクロール圧縮機において、揺動スクロールの反圧縮室側に中間圧又は高圧空間を形成し、吸入管に連通する低圧空間から、中間圧又は高圧空間に連通するバイパス路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係るスクロール圧縮機は、上記構成により、固定スクロールと可動スクロールを押付ける押付け力を弱めることで、圧縮室内の内部漏れにより等価的に行程容積を小さくし、高回転数の運転を行なうことで、高効率運転を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１〜５は実施の形態１を示す図で、図１はスクロール圧縮機の縦断面図、図２は抽気孔端部の軌跡を示す図、図３は圧縮室と抽気孔及び連通穴の位置関係を示す図、図４は電動機の回転数とモータ効率の相関図、図５は変形例のスクロール圧縮機の縦断面図である。
図１に示す圧縮機は、底部に潤滑油２が貯留された密閉容器３と、密閉容器３内の高圧空間４に配置された固定子５ａ及び回転子５ｂを有する電動機部５と、電動機部５により駆動される圧縮機構部６とにより構成され、電動機部５の固定子５ａは密閉容器３の内壁３ａに焼嵌め等の方法により固定されている。
【０００９】
圧縮機構部６の固定スクロール８は、ボルト（図示せず）等によりガイドフレーム９に締結されている。この構成により、固定スクロール８とガイドフレーム９との締結面８ａにおいて密閉容器３内は高圧空間４と低圧空間１０とに区画されている。
【００１０】
揺動スクロール１１は、台板部１１ａの上面に固定スクロール８の板状渦巻歯８ｃと実質的に同一形状の板状渦巻歯１１ｂが形成されている。また、この揺動スクロール１１の台板部１１ａには、上面とコンプライアントフレーム１２側の面とを連通する小径の抽気孔１１ｃが形成されている。オルダムリング１３は、揺動スクロール１１の自転を拘束し、且つ、固定スクロール８に対する公転運動を実現している。
【００１１】
コンプライアントフレーム１２は、ガイドフレーム９の内周面９ａ、９ｂに嵌入係合され、軸方向の可動のみが許容されている。また、このコンプライアントフレーム１２は、電動機部５によって回転駆動される駆動軸１４を半径方向に支持する主軸受１２ａと、軸方向に支持するスラスト軸受１２ｂが形成されている。さらに、ガイドフレームの内周面９ａ、９ｂとコンプライアントフレームの外周面１２ｃとＯリング等のシール材１２ｄ、１２ｅによって、２つの空間、第１の空間１５ａ、第２の空間１５ｂが形成されている。
【００１２】
１はバイパス路であり、ガイドフレームを介して低圧空間１０から第１の空間１５ａへ繋がっている。バイパス路１には電磁弁１ａが取りつけられており、ユニット側の制御により流量が可変となっている。
【００１３】
次に、圧縮機の定常運転時の動作について説明する。定常運転時には密閉容器３の底部の潤滑油２が駆動軸１４に軸方向に貫通して設けられた高圧油給油穴１４ａを経由して揺動スクロール１１のボス部空間１１ｄに導かれる。そして、この高圧の潤滑油２は揺動軸受１１ｅで減圧されて中間圧となり、第１の空間１５ａに流れる。もう一つの経路として、高圧油給油穴１４ａの高圧の潤滑油２は、駆動軸１４に設けられた横穴１４ｂから主軸受１２ａに導かれ、この主軸受１２ａで減圧されて中間圧となり、前記と同じ第１の空間１５ａに流れる。
【００１４】
この時、第１の空間１５ａの中間圧力Ｐｍ１は、コンプライアントフレーム１２に設けられた逆止弁１２ｆによってほぼ決定される所定のばね定数αによって、Ｐｍ１＝Ｐｓ＋α  （Ｐｓは低圧空間１０の圧力）で制御されている。
【００１５】
他方、揺動スクロール１１の台板部１１ａに設けられた抽気孔１１ｃは、コンプライアントフレーム１２に設けられた連通穴１２ｇと、間欠的に連通する（図２、３参照）。このため、固定スクロール８と揺動スクロール１１とで形成される圧縮室６ａからの圧縮途上の冷媒ガスが、揺動スクロール１１の抽気孔１１ｃ及びコンプライアントフレーム１２の連通穴１２ｇを介して第２の空間１５ｂに導かれる。したがって、第２の空間１５ｂの中間圧力Ｐｍ２は、抽気孔１１ｃが実質的に連通する圧縮室６ａの位置でほぼ決定される所定の倍率βによって、Ｐｍ２＝Ｐｓ×βで制御される。
【００１６】
前記の構成、すなわち２つの中間圧力Ｐｍ１、Ｐｍ２及びコンプライアントフレーム１２の下端面１２ｈに作用する高圧空間４の圧力により、コンプライアントフレーム１２はガイドフレーム９に案内され固定スクロール８側（図１でおいて上方）に浮き上がる。そのため、スラスト軸受１２ｂを介してコンプライアントフレーム１２に押し付けられている揺動スクロール１１も同じく上方に浮き上がり、その結果、揺動スクロール１１の歯先と歯底は、固定スクロール８のそれぞれ歯底と歯先に接触し摺動しながら冷媒ガスを圧縮することになるので、冷媒ガスの漏れが少ない高効率な圧縮機が得られる。
【００１７】
上述の圧縮機において、圧縮室の行程容積は個々の圧縮機では一定であり、冷凍能力の制御は圧力条件や回転数により行なっているため、低能力帯の運転では低圧力条件、低回転数となる。図４に示すようにモータ効率は低回転数になるほど低下する傾向にある。
【００１８】
また、上述の圧縮機は定常運転時に歯底と歯先が接触シールされているが、このシール性は過渡的な圧力変動なしでは変動しない。そこでバイパス路１の電磁弁１ａの電磁弁を開き中間圧の第２の空間１５ｂの圧力を減少させ上記シール性を弱め、圧縮室内の内部漏れを大きくし、等価的に行程容積を小さくし高回転数の運転を行なうことでモータ効率を向上させ、低能力帯での高効率運転を可能とする。
【００１９】
また上記シール性を弱めた場合、圧縮室内の内部漏れ量が過大とならないよう、歯底と歯先のすきまが小さくなるようにリリーフ量を調整するのも良い。
【００２０】
また、図５に示すように、バイパス路１を中間圧の第１の空間１５ａと連通するよう設けても良い。
さらに第１の空間１５ａと第２の空間１５ｂにそれぞれバイパス路１を設けても良い。
【００２１】
実施の形態２．
図６は実施の形態２を示す図で、スクロール圧縮機の縦断面図である。
図６のスクロール圧縮機は、ガイドフレーム９の内周面と、揺動スクロール１１の台板部１１ａの反渦巻歯側の面との間に第３の空間１５ｃが形成されている。この第３の空間１５ｃは、密閉容器３内の高圧空間４と各軸受等の摺動部を介して連通しているので、高圧が摺動部で減圧して中間圧の空間になっている。また、第３の空間１５ｃは、圧縮室６ａと絞り孔１１ｇで連通しており、絞り孔１１ｇで中間圧を減圧して圧縮室６ａに逃がす。第３の空間１５ｃ内の潤滑油２は絞り孔１１ｇから圧縮室６ａに流出する。
【００２２】
上記実施の形態１と同様、バイパス路１の電磁弁１ａの電磁弁を開き中間圧の第３の空間１５ｃの圧力を減少させスクロール同士の歯底と歯先の接触シール性を弱め、圧縮室内の内部漏れを大きくし、等価的に行程容積を小さくし高回転数の運転を行なうことでモータ効率を向上させ、低能力帯での高効率運転を可能とする。
【００２３】
実施の形態３．
図７は実施の形態３を示す図で、スクロール圧縮機の縦断面図である。
図７のスクロール圧縮機は、ガイドフレーム９の内周面と、揺動スクロール１１の台板部１１ａの反渦巻歯側の面との間に第４の空間１５ｄが形成されている。この第４の空間１５ｄは、密閉容器３内の高圧空間４と駆動軸１４を介して連通しているので、高圧空間になっている。第４の空間１５ｄ内に入る潤滑油２は油排出路１１ｆから密閉容器３内へ戻る。
【００２４】
上記実施の形態１と同様、バイパス路１の電磁弁１ａの電磁弁を開き高圧の第４の空間１５ｄの圧力を減少させスクロール同士の歯底と歯先の接触シール性を弱め、圧縮室内の内部漏れを大きくし、等価的に行程容積を小さくし高回転数の運転を行なうことでモータ効率を向上させ、低能力帯での高効率運転を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１を示す図で、スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】実施の形態１を示す図で、抽気孔端部の軌跡を示す図である。
【図３】実施の形態１を示す図で、圧縮室と抽気孔及び連通穴の位置関係を示す図である。
【図４】実施の形態１を示す図で、電動機の回転数とモータ効率の相関図である。
【図５】実施の形態１を示す図で、変形例のスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図６】実施の形態２を示す図で、スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図７】実施の形態３を示す図で、スクロール圧縮機の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  バイパス路、１ａ  電磁弁、２  潤滑油、３  密閉容器、３ａ  内壁、４  高圧空間、５  電動機部、５ａ  固定子、５ｂ  回転子、５ｃ  コイルエンド、６  圧縮機構部、６ａ  圧縮室、８  固定スクロール、８ａ  締結面、８ｂ  台板部、８ｃ  渦巻歯、９  ガイドフレーム、９ａ，９ｂ  内周面、１０  低圧空間、１１  揺動スクロール、１１ａ  台板部、１１ｂ  渦巻歯、１１ｃ  抽気孔、１１ｄ  ボス部空間、１１ｅ  揺動軸受、１１ｆ  油排出路、１１ｇ  絞り孔、１２  コンプライアントフレーム、１２ａ  主軸受、１２ｂ  スラスト軸受、１２ｃ  外周面、１２ｄ，１２ｅ  シール材、１２ｆ  逆止弁、１２ｇ  連通穴、１２ｈ  下端面、１３  オルダムリング、１４  駆動軸、１４ａ  高圧油給油穴、１４ｂ  横穴、１５ａ  第１の空間、１５ｂ  第２の空間、１５ｃ  第３の空間、１５ｄ  第４の空間。
【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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