JP2005048654A

JP2005048654A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2005048654A
Application number: JP2003281191A
Authority: JP
Inventors: Ryogo Kato; 亮吾加藤; Yoshitaka Shibamoto; 祥孝芝本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】容量制御が可能な圧縮機(10)において、運転効率の低下を防止する。
【解決手段】圧縮機(10)のケーシング(11)内に圧縮機構(31)とともに膨張機構(32)を設け、圧縮機構(31)からの吐出ガスの一部を膨張機構(32)に導入して動力回収しながら、容量制御を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧縮機に関し、特に、容量制御機構を備えた圧縮機に関する。

従来より、冷凍サイクルで冷媒を圧縮する圧縮機として、例えばスクロール圧縮機やロータリ圧縮機が用いられている。このうち、スクロール圧縮機は、ケーシング内に、互いに噛合する渦巻き状のラップが突設された固定スクロールと可動スクロールとを有する圧縮機構を備えている。固定スクロールは、ケーシングに固定され、可動スクロールは駆動軸の偏心部に連結されている。そして、このスクロール圧縮機は、可動スクロールが固定スクロールに対して自転することなく公転する動作により、両ラップ間に形成される圧縮室の容積を変化させて、その内部に導入した冷媒を圧縮するように構成されている。渦巻き状の圧縮室には外周縁部から冷媒が吸引され、圧縮室の容積が中心部に向かって縮小すると冷媒は圧縮されて圧縮室の中心部から吐出される。

ところで、圧縮機の運転容量を可変にするために、いわゆる低圧バイパス型の容量制御機構を備えた圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の容量制御機構は、スクロール圧縮機に適用されている。具体的に、この低圧バイパス型の容量制御機構では、圧縮途中のガスの一部を低圧側にバイパスするためのバイパス弁が固定スクロールに設けられている。そして、全負荷時には、バイパス弁を閉じた状態にすることで、圧縮室に吸入された冷媒の全量を圧縮する一方、容量制御時には、バイパス弁を開いた状態にして圧縮途中のガスの一部を低圧側に戻すことで、吐出ガスの量を減らせるようにしている。
特開２００１−１６５０７３号公報

しかし、上記低圧バイパス型の圧縮機構では、バイパスするガスを途中までは圧縮しているので、その圧縮動力が無駄になり、運転効率が低下する問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、容量制御が可能な圧縮機において、運転効率の低下を防止することである。

本発明は、圧縮機のケーシング内に圧縮機構とともに膨張機構を設け、圧縮機構からの吐出ガスの一部を膨張機構に導入して動力を回収しながら容量を制御するようにしたものである。

第１の発明は、ケーシング(11)内に、圧縮機構(31)(131)と、該圧縮機構(31)(131)を駆動する駆動機構(16,20)とを備えた圧縮機を前提としている。そして、この発明の圧縮機は、上記ケーシング(11)内に膨張機構(32)(132)を備えるとともに、該膨張機構(32)(132)の出力側部材(54)(113)が上記圧縮機構(31)(131)の入力側部材(53)(113)に連結され、さらに、上記圧縮機構(31)(131)の吐出ガスの一部を膨張機構(32)(132)に導入するバイパス通路(96)を備え、該バイパス通路(96)には流量調整機構(97)が設けられていることを特徴としている。

この第１の発明では、圧縮機構(31)(131)から吐出された高圧の吐出ガスの一部がバイパス通路(96)を通って膨張機構(32)(132)に導入される。バイパス通路(96)において流量調整機構(97)により吐出ガスの流量を調整することで、圧縮機の容量制御が行われる。一方、膨張機構(32)(132)には高圧の吐出ガスが流入し、この吐出ガスが膨張する。このことにより、冷媒のエネルギの一部が膨張機構(32)(132)の出力側部材(54)(113)の出力となり、この出力が圧縮機構(31)(131)の入力側部材(53)(113)に伝達される。したがって、圧縮機構(31)(131)を駆動する駆動機構(16,20)の動力を抑えることができ、効率のよい運転が可能となる。

第２の発明は、第１の発明の圧縮機において、圧縮機構(31)(131)に連通する吐出ポート(74)(142)及び吸入ポート(73)(141)と、膨張機構(32)(132)に連通する流入ポート(75)(143)及び流出ポート(76)(144)が設けられ、バイパス通路(96)が、上記吐出ポート(74)(142)に接続される吐出配管(94)から分岐して上記流入ポート(75)(143)に接続されていることを特徴としている。

この第２の発明では、圧縮機構(31)(131)から吐出された吐出ガスが吐出配管(94)を流れる際に、該吐出ガスの一部がバイパス通路(96)に分岐し、膨張機構(32)(132)に導入される。したがって、バイパス通路(96)の流量調整機構(97)を調整することで圧縮機構(31)(131)の容量制御を行えるとともに、膨張機構(32)(132)において動力を回収でき、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）が向上する。そして、圧縮機構(31)(131)と膨張機構(32)(132)とが一体になった機械の配管系統を変更するだけでよいので、従来例のような内部部品の加工を伴わず部品の共通化などのメリットもある。

第３の発明は、第１または第２の発明の圧縮機において、圧縮機構(31)及び膨張機構(32)がスクロール機構であり、第１平板部(51)、第１可動側ラップ(53)、第２平板部(52)、及び第２可動側ラップ(54)が順に積層されて一体化された可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により圧縮機構(31)が構成され、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により膨張機構(32)が構成されていることを特徴としている。

この第３の発明では、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)からなる圧縮機構(31)と、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)からなる膨張機構(32)とを２段に配置したスクロール圧縮機において、圧縮機構(31)からの吐出ガスの一部を膨張機構(32)に導入することで、容量制御を効率よく行える。

第４の発明は、第１または第２の発明の圧縮機において、圧縮機構(31)及び膨張機構(32)がスクロール機構であり、平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により圧縮機構(31)が構成され、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により膨張機構(31)が構成されていることを特徴としている。

この第４の発明では、可動スクロール(50)の平板部(55)を挟んで両側に配置された圧縮機構(31)と膨張機構(32)とを有するスクロール圧縮機において、圧縮機構(31)からの吐出ガスの一部を膨張機構(32)に導入することで、容量制御を効率よく行える。

第５の発明は、第１または第２の発明の圧縮機において、圧縮機構(131)及び膨張機構(132)がマルチベーン型のロータリ機構であり、断面非円形のシリンダ室(112)と、該シリンダ室(112)内で回転するピストン(113)と、該ピストン(113)に装着されてシリンダ室(112)の内面に圧接する複数のベーン(114)とを備え、シリンダ室(112)とピストン(113)との間の圧縮室(121)においてシリンダ室(112)、ピストン(113)、及びベーン(114)により圧縮機構(131)が構成され、シリンダ室(112)とピストン(113)との間の膨張室(122)においてシリンダ室(112)、ピストン(113)、及びベーン(114)により膨張機構(132)が構成されていることを特徴としている。

この第５の発明では、マルチベーン型のロータリ圧縮機において、圧縮機構(31)からの吐出ガスの一部を膨張機構(32)に導入することで、容量制御を効率よく行える。

上記第１の発明によれば、膨張機構(32)(132)の出力側部材(54)(113)を上記圧縮機構(31)(131)の入力側部材(53)(113)に連結するとともに、圧縮機構(31)(131)の吐出ガスの一部を膨張機構(32)(132)に導入するバイパス通路(96)に流量調整機構(97)を設けているため、バイパス通路(96)を流れる吐出ガスの流量を調整することで圧縮機の容量制御を行える。また、膨張機構(32)(132)に高圧の吐出ガスを導入し、膨張させることにより、ガスの膨張のエネルギの一部を圧縮機構(31)(131)の入力側部材(53)(113)に伝達することが可能となる。これにより、駆動機構(16,20)の圧縮動力を抑えることができるため、運転の効率が低下するのを防止できる。

また、圧縮機の容量制御を行うものとしてはインバータにより電動機を可変速駆動するものが一般に知られているが、本発明のようにバイパス通路(96)を用いて容量制御をする構成であればインバータが不要であるため、インバータによる動力の損失が生じず、しかも低コストである。

上記第２の発明によれば、バイパス通路(96)を、上記吐出ポート(74)(142)に接続される吐出配管(94)から分岐して上記流入ポート(75)(143)に接続した簡単な構成により、圧縮機構(31)(131)の容量制御を行えるとともに、膨張機構(32)(132)において動力を回収でき、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）が向上する。そして、圧縮機構(31)(131)と膨張機構(32)(132)とが一体になった機械の配管系統を変更するだけでよいので、従来例のような内部部品の加工を伴わず部品の共通化などのメリットもある。

また、上記第３の発明によれば、スクロール式の圧縮機構(31)と膨張機構(32)を２段にしているので、圧縮機が大型化するのを防止できる。

上記第４の発明によれば、平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する両歯型の可動スクロール(50)を用いているので、部品点数を少なくでき、コストダウンを図ることができる。

上記第５の発明によれば、シリンダ室(112)内で回転するピストン(113)が膨張機構(132)の出力側部材と圧縮機構(132)の入力側部材を兼ねることになるため、構造が簡単になり、装置のコストダウンを図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下に示す各実施形態の圧縮機は、いずれも冷凍装置の冷媒回路(90)に接続されるものである。

《発明の実施形態１》
実施形態１は、スクロール圧縮機(10)に関するものである。

図１に示すように、このスクロール圧縮機(10)は、縦長で円筒形の密閉容器状に形成されたケーシング(11)を備えている。ケーシング(11)の内部には、上から下へ向かって順に、本体機構(30)と、電動機(16)と、下部軸受(19)とが配置されている。また、ケーシング(11)の内部には、上下に延びる駆動軸(20)が回転軸として設けられている。そして、電動機(16)と駆動軸(20)とによって、後述の圧縮機構(31)を駆動する駆動機構(16,20)が構成されている。

ケーシング(11)の内部は、本体機構(30)のハウジング(33)によって上下に仕切られている。このケーシング(11)の内部は、ハウジング(33)の上方の空間が低圧室(12)となり、その下方の空間が高圧室(13)となっている。

高圧室(13)には、電動機(16)と下部軸受(19)とが収納されている。電動機(16)は、固定子(17)と回転子(18)とを備えている。固定子(17)は、ケーシング(11)の胴部に固定されている。一方、回転子(18)は、駆動軸(20)における上下方向の中央部に固定されている。下部軸受(19)は、ケーシング(11)の胴部に固定されている。この下部軸受(19)は、駆動軸(20)の下端部を回転自在に支持している。

ケーシング(11)には、管状の吐出ポート(74)が設けられている。この吐出ポート(74)は、その一端が高圧室(13)における電動機(16)よりも上方の空間に開口している。

本体機構(30)のハウジング(33)には、これを上下に貫通する主軸受(34)が形成されている。駆動軸(20)は、この主軸受(34)に挿通され、主軸受(34)によって回転自在に支持されている。駆動軸(20)において、ハウジング(33)の上部に突出する上端部分は、偏心部(21)を構成している。偏心部(21)は、駆動軸(20)の中心軸に対して偏心している。

駆動軸(20)には、ハウジング(33)と固定子(17)の間にバランスウェイト(25)が取り付けられている。また、駆動軸(20)には、図示しないが、給油通路が形成されている。ハウジング(33)の底部に溜まった冷凍機油は、駆動軸の下端に設けられた給油ポンプ(26)の作用によって駆動軸(20)の下端から吸い上げられ、給油通路を通って各部へ供給される。更に、駆動軸(20)には、吐出通路(22)が形成されている。この吐出通路(22)については後述する。

図２にも示すように、低圧室(12)には、本体機構(30)の固定スクロール(40)及び可動スクロール(50)が収納されている。この本体機構(30)では、圧縮機構(31)と膨張機構(32)とが形成されている。また、低圧室(12)には、オルダムリング(39)が収納されている。

固定スクロール(40)は、第１固定側部材(41)と第２固定側部材(46)とによって構成されている。固定スクロール(40)を構成する第１固定側部材(41)及び第２固定側部材(46)は、ハウジング(33)に固定されている。

図３にも示すように、第１固定側部材(41)は、第１固定側ラップ(42)と第１外周部(43)とを備えている。尚、図３は、図２のＡ-Ａ断面における第１固定側部材(41)だけを図示したものである。

第１固定側ラップ(42)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成されている。一方、第１外周部(43)は、第１固定側ラップ(42)の周りを囲む厚肉のリング状に形成されると共に、第１固定側ラップ(42)と一体に形成されている。つまり、第１固定側部材(41)では、第１外周部(43)の内周面から第１固定側ラップ(42)が突き出ている。また、第１外周部(43)には、挿通孔(44)とボルト孔(45)とが３つずつ形成されている。第１固定側部材(41)は、このボルト孔(45)に通されたボルトによってハウジング(33)に締結固定される。

第１固定側部材(41)には、管状の吸入ポート(73)の一端が挿入されている（図２参照）。この吸入ポート(73)は、ケーシング(11)の上端部を貫通して設けられている。第１固定側部材(41)における吸入ポート(73)の下部には、吸入逆止弁(35)が設けられている。この吸入逆止弁(35)は、弁体(36)とコイルばね(37)とによって構成されている。弁体(36)は、キャップ状に形成されており、吸入ポート(73)の下端を塞ぐように設置されている。また、この弁体(36)は、コイルばね(37)によって吸入ポート(73)の下端に押し付けられている。

図２に示すように、第２固定側部材(46)は、第２固定側ラップ(47)と、第２外周部(48)と、第３平板部(49)とを備えている。第２固定側部材(46)の全体の形状は、第１固定側部材(41)よりも肉厚が薄くて小径の円板状となっている。第３平板部(49)は、円板状に形成されており、第２固定側部材(46)における上部に配置されている。第２外周部(48)は、第３平板部(49)と一体に形成され、該第３平板部(49)から下方へ延びている。第２外周部(48)の形状は、第３平板部(49)と外径の等しい肉厚のリング状となっている。

第２固定側部材(46)において、第２固定側ラップ(47)は、第２外周部(48)の内側に配置され、第３平板部(49)と一体に形成されている。この第２固定側ラップ(47)は、第１固定側ラップ(42)よりも低い渦巻き壁状に形成され、第３平板部(49)の下面から下方へ延びている。また、第２固定側ラップ(47)は、その渦巻き方向が第１固定側ラップ(42)の渦巻き方向と逆方向になっている。つまり、第１固定側ラップ(42)は右巻の渦巻き壁状に形成されているのに対し（図３参照）、第２固定側ラップ(47)は左巻の渦巻き壁状に形成されている。

第２固定側部材(46)には、管状の流出ポート(76)の一端が挿入されている。この流出ポート(76)は、ケーシング(11)の上端部を貫通して設けられている。また、第２固定側部材(46)の第３平板部(49)には、その中央部に流入口(66)が形成されている。この流入口(66)は、第３平板部(49)を貫通するように形成されている。流入口(66)には、管状の流入ポート(75)の一端が挿入されている。この流入ポート(75)は、ケーシング(11)の上端部を貫通して設けられている。

可動スクロール(50)は、第１平板部(51)と、第１可動側ラップ(53)と、第２平板部(52)と、第２可動側ラップ(54)と、これらを順に積層して一体化するための支柱部材(61)とを備えている。第１可動側ラップ(53)は、第１平板部(51)と一体に形成されている。一方、第２可動側ラップ(54)は、第２平板部(52)と一体に形成されている。可動スクロール(50)では、第１可動側ラップ(53)と一体の第１平板部(51)の上面に３つの支柱部材(61)が立設され、第２可動側ラップ(54)と一体の第２平板部(52)が支柱部材(61)の上に載置されている。そして、可動スクロール(50)では、積み重ねられた第１平板部(51)と支柱部材(61)と第２平板部(52)とがボルト(62)によって締結されている。

第１平板部(51)及び第１可動側ラップ(53)について、図２，図４，図５を参照しながら説明する。尚、図４は、図２のＡ−Ａ断面における可動スクロール(50)だけを図示したものである。また、図５は、図２のＡ−Ａ断面における第１固定側部材(41)及び可動スクロール(50)を図示したものである。

図４に示すように、第１平板部(51)は、概ね円形の平板状に形成されている。この第１平板部(51)は、その前面（図２における上面）が第１固定側ラップ(42)の下端面と摺接する。第１平板部(51)には、半径方向へ膨出した部分が３つ形成されており、その部分のそれぞれに支柱部材(61)が１つずつ立設されている。支柱部材(61)は、やや厚肉で管状の部材であって、第１平板部(51)とは別体に形成されている。

第１可動側ラップ(53)は、高さが一定の渦巻き壁状に形成され、第１平面部の前面側（図２における上面側）に立設されている。この第１可動側ラップ(53)は、第１固定側部材(41)の第１固定側ラップ(42)と互いに噛み合わされる（図５参照）。そして、第１可動側ラップ(53)は、その側面が第１固定側ラップ(42)の側面と摺接する。

図２に示すように、第２平板部(52)は、第１平板部(51)と概ね同形状の平板状に形成されている。この第２平板部(52)は、その背面（図２における下面）が第１固定側ラップ(42)の上端面と摺接し、その前面（図２における上面）が第２固定側ラップ(47)の下端面と摺接する。

第２平板部(52)の前面側（図２における上面側）には、第２可動側ラップ(54)が立設されている。この第２可動側ラップ(54)は、その渦巻き方向が第１可動側ラップ(53)の渦巻き方向と逆方向になっている。つまり、第１可動側ラップ(53)は右巻の渦巻き壁状に形成されているのに対し（図４参照）、第２可動側ラップ(54)は左巻の渦巻き壁状に形成されている。

本体機構(30)では、第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)と第１平板部(51)と第２平板部(52)とによって、圧縮室(71)が形成されている。そして、可動スクロール(50)の第１平板部(51)、第２平板部(52)、及び第１可動側ラップ(53)と、第１固定側ラップ(42)を備える固定スクロール(40)の第１固定側部材(41)とが、圧縮機構(31)を形成している。

また、本体機構(30)では、第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)と第２平板部(52)と第３平板部(49)とによって、膨張室(72)が形成されている。そして、可動スクロール(50)の第２平板部(52)及び第２可動側ラップ(54)と、第３平板部(49)及び第２固定側ラップ(47)を備える固定スクロール(40)の第２固定側部材(46)とが、膨張機構(32)を形成している。

以上の構成において、第１可動側ラップ(53)は圧縮機構(31)の入力側部材になっており、第２可動側ラップ(54)は膨張機構(32)の出力側部材になっている。そして、膨張機構(32)の出力側部材（第２可動側ラップ）(54)が、圧縮機構(31)の入力側部材（第１可動側ラップ）(53)に連結されている。第２可動側ラップ(54)と第１可動側ラップ(53)は直結してもよいし、間に連結部材を介して連結してもよい。

可動スクロール(50)の第１平板部(51)には、その中央部に吐出口(63)が形成されている。この吐出口(63)は、第１平板部(51)を貫通している。また、この第１平板部(51)には、軸受部(64)が形成されている。この軸受部(64)は、略円筒状に形成され、第１平板部(51)の背面側（図２における下面側）に突設されている。更に、軸受部(64)の下端部には、鍔状の鍔部(65)が形成されている。

軸受部(64)の鍔部(65)の下面とハウジング(33)の間には、シールリング(38)が設けられている。このシールリング(38)の内側には、駆動軸(20)の給油通路を通じて高圧の冷凍機油が供給されている。シールリング(38)の内側へ高圧の冷凍機油を送り込むと、鍔部(65)の底面に油圧が作用して可動スクロール(50)が上方へ押し上げられる。

第１平板部(51)の軸受部(64)には、駆動軸(20)の偏心部(21)が挿入されている。偏心部(21)の上端面には、吐出通路(22)の入口端が開口している。この吐出通路(22)は、その入口端付近がやや大径に形成され、その内部に筒状シール(23)とコイルばね(24)とが設置されている。筒状シール(23)は、その内径が吐出口(63)の直径よりも僅かに大きい管状に形成され、コイルばね(24)によって第１平板部(51)の背面に押し付けられている。また、吐出通路(22)の出口端は、駆動軸(20)の側面における固定子(17)と下部軸受(19)の間に開口している（図１参照）。

第１平板部(51)とハウジング(33)の間には、オルダムリング(39)が介設されている。このオルダムリング(39)は、図示しないが、第１平板部(51)と係合する一対のキーと、ハウジング(33)と係合する一対のキーとを備えている。そして、オルダムリング(39)は、可動スクロール(50)の自転防止機構を構成している。

図６に示すように、本実施形態のスクロール圧縮機(10)は、冷凍装置の冷媒回路(90)に設けられる。この冷媒回路(90)では、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

冷媒回路(90)において、スクロール圧縮機(10)は、吐出ポート(74)が吐出配管(94)を介して凝縮器(91)の一端に接続されている。この凝縮器(91)の他端は膨張弁(92)を介して蒸発器(93)の一端に接続され、蒸発器(91)の他端は吸入配管(95)を介して吸入ポート(73)に接続されている。

上記冷媒回路(90)には、圧縮機構(31)の吐出ガスの一部を膨張機構(32)に導入するバイパス通路(96)が設けられている。バイパス通路(96)は、上記吐出ポート(74)に接続された吐出配管(95)から分岐して上記流入ポート(75)に接続された通路である。このバイパス通路(96)には、流量調整機構として電動弁(97)が設けられている。また、上記流入ポート(75)は、流出配管(98)を介して吸入配管(95)に接続されている。

−運転動作−
スクロール圧縮機(10)において、電動機(16)で発生した回転動力は、駆動軸(20)によって可動スクロール(50)に伝達される。駆動軸(20)の偏心部(21)と係合する可動スクロール(50)は、オルダムリング(39)によって案内され、自転することなく公転運動だけを行う。

可動スクロール(50)の公転運動に伴い、蒸発器(93)で蒸発した低圧冷媒が吸入ポート(73)へ吸入される。この低圧冷媒は、吸入逆止弁(35)の弁体(36)を押し下げて圧縮室(71)へ流入する。そして、可動スクロール(50)の第１可動側ラップ(53)が移動するにつれて圧縮室(71)の容積が小さくなり、圧縮室(71)内の冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、吐出口(63)を通って圧縮室(71)から吐出通路(22)へ流入する。その後、高圧冷媒は、吐出通路(22)から高圧室(13)へ流入し、吐出ポート(74)を通ってケーシング(11)から送り出される。

吐出ポート(74)から吐出された高圧冷媒は、一部がバイパス通路(96)へ分岐する一方、残りが凝縮器(91)へ送られて凝縮する。凝縮器(91)で凝縮した冷媒は、膨張弁(92)を通過する際に減圧され、蒸発器(93)で蒸発する。そして、蒸発した冷媒が吸入ポート(73)から圧縮機構(31)に吸入される。

一方、吐出ポート(74)から吐出された冷媒の一部はバイパス通路(96)の電動弁(97)で流量が調整され、流入ポート(75)から膨張機構(32)に流入する。そして、この膨張機構において冷媒が膨張する際に第２可動側ラップ(54)が移動し、第２可動側ラップ(54)が移動するにつれて膨張室(72)の容積が大きくなる。つまり、膨張機構(32)の膨張室(72)へ導入された冷媒は、その内部エネルギの一部が第２可動側ラップ(54)を移動させるための動力に変換される。そして、可動スクロール(50)は、電動機(16)で発生した駆動力と、膨張機構(32)で冷媒から回収された動力との両方によって駆動される。

この実施形態１では、電動弁(97)の弁開度を調整することにより圧縮機(10)の容量制御を行える。例えば、圧縮した冷媒ガスの量を１００とし、そのうちの１０を膨張機構(32)に回して動力回収を行うと、圧縮に必要な消費動力は約９０に抑えられる。また、そのとき、９０の冷媒が蒸発器に流れるので、能力が大幅に低下することも防止できる。

−実施形態１の効果−
この実施形態１によれば、圧縮機構(31)の吐出ガスの一部を膨張機構(32)に導入するバイパス通路(96)に流量調整機構として電動弁(97)を設けているため、バイパス通路(96)を流れる吐出ガスの流量を調整することで圧縮機の容量を無段階で制御できる。

また、膨張機構(32)の出力側部材である第２可動側ラップ(54)を上記圧縮機構(31)の入力側部材である第１可動側ラップ(53)に連結しているため、膨張機構(32)に高圧の吐出ガスを導入し、膨張させることにより、ガスの膨張のエネルギの一部を圧縮機構(31)の入力側部材である第１可動側ラップ(53)に直接伝達することが可能となる。したがって、電動機(16)の圧縮動力を抑えることができ、高効率の運転が可能となる。

さらに、この実施形態１では、スクロール式の圧縮機構(31)と膨張機構(32)を２段にしているので、圧縮機が大型化するのを防止できる。また、膨張機構(32)のない単段圧縮機（具体的には、第２可動側ラップ(54)と第２固定側部材(46)と流入ポート(75)と流出ポート(76)のないもの）の第２平板部(52)を第２可動側ラップ(54)付きとし、第２固定側部材(46)、流入ポート(75)及び流出ポート(76)を付加するだけでこの構造にできるので、共通化が容易である。

また、バイパス通路(96)が、上記吐出ポート(74)に接続される吐出配管(94)から分岐して上記流入ポート(75)に接続した簡単な構成であるため、コストアップも抑えられる。

さらに、冷凍サイクルのＣＯＰを高められる圧縮／膨張一体型の機械の配管系統を変更するだけでよいので、従来例のような内部部品の加工を伴わず部品の共通化などのメリットもある。

さらに、上述した従来技術の低圧バイパス型の容量制御機構では、複数のバイパス弁を設けなければ容量を無段階に調整するのが困難であるが、本実施形態では容易に無段階の調整が可能となる。また、多数のバイパス弁を設ける場合はそれぞれに死容積ができるために圧縮損失による効率低下が生じるが、本実施形態ではそのような問題も生じない。そのうえ、従来の構造では低容量（全負荷の１０〜３０％程度）に制御するには吐出逆止弁がないと圧縮できないため、騒音や振動の問題が生じやすくなるが、本実施形態では吐出逆止弁は不要であり、騒音や振動も生じない。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。この実施形態２もスクロール圧縮機(10)に関するものであるが、本体機構(30)の構造が実施形態１とは異なっている。

この本体機構(30)は、可動スクロール(50)をいわゆる両歯型に構成したものである。この可動スクロール(50)は、図７に示すように、一枚の平板部(55)と、この平板部(55)の下面に形成された第１可動側ラップ(53)と、平板部(55)の上面に形成された第２可動側ラップ(54)とを備えている。上記可動スクロール(50)の平板部(55)の下面には軸受部(64)が形成され、該軸受部(64)には駆動軸(20)の偏心部(21)が挿入されている。

固定スクロール(40)は、上記可動スクロール(50)の下方の位置でケーシング(11)に固定された第１固定側部材(41)と、第１固定側部材(41)の上面に固定された第２固定側部材(46)とを備えている。第１固定側部材(41)には、上記第１可動側ラップ(53)が噛合する第１固定側ラップ(42)が形成され、第２固定側部材(46)には、上記第２可動側ラップ(54)が噛合する第２固定側ラップ(47)が形成されている。そして、第１固定側部材(41)と可動スクロール(50)とによって圧縮機構(31)の圧縮室(71)が形成され、第２固定側部材(46)と可動スクロール(50)とによって膨張機構(32)の膨張室(72)が形成されている。

第２固定側部材(46)と可動スクロール(50)との間には、可動スクロール(50)の自転を防止するオルダムリング(39)が装着されている。また、第１固定側部材(41)は主軸受(34)を有し、該主軸受(34)によって駆動軸(20)が回転自在に支持されている。

ケーシング(11)内には、本体機構(30)のすぐ上方に仕切板(85)が固定されている。この仕切板(85)には第２固定側部材(46)の上端部(86)が挿入されるとともにＯリング(87)が装着され、該Ｏリング(87)により仕切板(85)の上下の空間をシールしている。また、第２固定側部材(46)の外周面にもＯリング(88)が装着され、該Ｏリング(88)により、その上下の空間をシールしている。

上記ケーシング(11)には、第１固定側部材(41)を通って圧縮室(71)に連通する吸入ポート(73)と、圧縮室(71)から第１吐出口(63)を通って第１固定側部材(41)の下方の空間に流出した冷媒を吐出する吐出ポート(74)が設けられている。また、ケーシング(11)には、膨張機構(31)へ冷媒を導入する流入ポート(75)と、膨張機構から冷媒を導出する流出ポート(76)とが設けられている。

その他の構成については上記実施形態とほぼ同様であるため、ここでは説明を省略する。なお、実施形態１と同一の符号は、実施形態１のものと同じ構成要素であることを示している。

このスクロール圧縮機(10)を用いた冷媒回路については図示を省略しているが、実施形態１において図６に示したのと同様に吐出ポート(74)が凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を介して吸入ポート(73)に接続されている。また、吐出配管から分岐したバイパス通路が流入ポート(75)に接続され、流出ポート(76)は吸入配管に接続されている。

この実施形態２においては、平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する両歯型の可動スクロール(50)を用いているので、部品点数を少なくでき、コストダウンを図ることができる。また、可動スクロール(50)の平板部(55)の上下でスラスト荷重が作用するが、その作用方向が逆のため、通常の片側だけに可動側ラップがあるスクロール圧縮機よりスラスト軸受けロスが少なく高効率である。

また、圧縮機構(31)の吐出ガスの一部を膨張機構(32)に導入し、膨張機構(32)で動力を回収することにより圧縮動力を低減できる。さらに、膨張機構(32)に導入する吐出ガスの流量を調整することにより圧縮機構(31)を無段階で容量制御できる。

《発明の実施形態３》
次に、本発明の実施形態３について説明する。この実施形態３はマルチベーン型のロータリ圧縮機を用いた冷凍装置に関するものである。

図８は、この冷凍装置における冷媒回路(90)の構成図であり、ロータリ圧縮機(100)については本体機構(110)の概略構成を示している。ロータリ圧縮機(100)の本体機構(110)は図示しないケーシングに収納されている。本体機構(110)は、断面非円形のシリンダ室(112)を有するシリンダ(111)と、該シリンダ室(112)内で回転するピストン(113)と、該ピストン(113)に装着されてシリンダ室(112)の内周面に圧接する複数のベーン(114)とを備えている。シリンダ(111)には、シリンダ室(112)を閉塞するように、図示しないフロントヘッド及びリヤヘッドが装着されている。

シリンダ室(112)は軸直角断面がほぼ楕円形に形成され、ピストン(113)は軸直角断面が円形に形成されている。このピストン(113)には複数枚のベーン(114)が装着され、各ベーン(114)はシリンダ室(112)の内周面に圧接するように構成されている。

シリンダ室(112)とピストン(113)との間には、圧縮室(121)と、それよりも容積の小さな膨張室(122)とが形成されている。そして、上記圧縮室(121)において、シリンダ室(112)、ピストン(113)、及びベーン(114)により、圧縮機構(131)が構成され、上記膨張室(122)において、シリンダ室(112)、ピストン(113)、及びベーン(114)により、膨張機構(132)が構成されている。この構成において、ピストン(113)は、圧縮機構(131)の入力側部材であるとともに、膨張機構(132)の出力側部材になっている。

シリンダ(111)には、圧縮室(121)に連通する吸入ポート(141)及び吐出ポート(142)と、膨張室(122)に連通する流入ポート(143)及び流出ポート(144)が設けられている。吐出ポート(142)には吐出弁(145)が装着される一方、流出ポート(144)には弁は設けられていない。

この実施形態の冷媒回路(90)においても、吐出ポート(142)は吐出配管(94)を介して凝縮器(91)の一端に接続されている。凝縮器(91)の他端は膨張弁(92)を介して蒸発器(93)の一端に接続され、蒸発器(93)の他端は吸入配管(95)を介して吸入ポート(141)に接続されている。また、吐出配管(94)から分岐したバイパス通路(96)は流量調整機構である電動弁(97)を介して流入ポート(143)に接続され、流出ポート(144)は流出配管(98)を介して吸入配管(95)に接続されている。

この実施形態３において、ピストン(113)が回転すると、圧縮室(121)では隣り合う２枚のベーン(114)とシリンダ(111)及びピストン(113)の間に区画される空間の容積が拡大することにより蒸発器(93)から冷媒が吸入され、さらにピストン(113)が回転すると上記容積が逆に縮小することになって冷媒が圧縮される。冷媒は、圧縮室(121)内が所定圧に達することで吐出弁(145)が開いて圧縮室(121)から吐出される。この冷媒は、一部がバイパス通路(96)を流れる一方、残りは凝縮器(91)に流入して凝縮する。凝縮した冷媒は膨張弁(92)において減圧された後に蒸発器(93)で蒸発し、吸入配管(95)を通って圧縮室(121)に吸入され、再度圧縮される。

また、バイパス通路(96)を流れる冷媒は、電動弁(97)で流量を調整されて、流入ポート(143)から膨張室(122)へ流入する。この冷媒は、膨張室(122)で膨張した後に流出ポート(144)を通って流出し、蒸発器(93)からの冷媒と合流して圧縮室(121)に吸入される。膨張室では、冷媒が膨張する際のエネルギの一部がピストン(113)を回転させる動力として回収される。

この実施形態３においては、シリンダ室(112)内で回転するピストン(113)が膨張機構(131)の出力側部材と圧縮機構(112)の入力側部材を兼ねているため、構造が簡単であり、装置のコストダウンを図ることができる。

また、上記各実施形態と同様に、圧縮機構(131)の吐出ガスの一部を膨張機構(132)に導入し、膨張機構(132)で動力を回収することにより圧縮動力を低減できる。さらに、膨張機構(132)に導入する吐出ガスの流量を調整することにより圧縮機構(131)を連続的に容量制御できる。

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、実施形態１では、吐出配管(94)から分岐したバイパス通路(94)を膨張機構(32)の流入ポート(75)に接続するようにしているが、バイパス通路(94)は、圧縮機構(31)の吐出口(63)からの吐出冷媒の一部を圧縮機(10)のケーシング(11)内を通って膨張機構(32)の流入口(66)へ導入する通路にしてもよい。

また、本発明は、圧縮機構(31)(131)の吐出冷媒の一部を膨張機構(32)(132)に導入して動力回収と容量制御を行うことを可能にしたものであり、圧縮機構(31)(131)や膨張機構
(32)(132)の形式はスクロール式やマルチベーン型のロータリ式に限らず、その他の形式を採用してもよい。

以上説明したように、本発明は、容量制御を行う圧縮機について有用である。

実施形態１におけるスクロール圧縮機の構成を示す概略断面図である。図１のスクロール圧縮機の要部を示す拡大断面図である。固定スクロールの第１固定側部材を示す断面図である。可動スクロールを示す断面図である。第１固定側部材及び可動スクロールを示す平面図である。図１のスクロール圧縮機を用いた冷媒回路の構成図である。実施形態２のスクロール圧縮機の部分断面図である。実施形態３の冷媒回路の構成図である。

符号の説明

(10) スクロール圧縮機
(11) ケーシング
(16) 電動機（駆動機構）
(20) 駆動軸（駆動機構）
(31) 圧縮機構
(32) 膨張機構
(40) 固定スクロール
(42) 第１固定側ラップ
(47) 第２固定側ラップ
(50) 可動スクロール
(51) 第１平板部
(52) 第２平板部
(53) 第１可動側ラップ（入力側部材）
(54) 第２可動側ラップ（出力側部材）
(55) 平板部
(73) 吸入ポート
(74) 吐出ポート
(75) 流入ポート
(76) 流出ポート
(94) 吐出配管
(96) バイパス通路
(97) 流量調整機構
(100) ロータリ圧縮機
(112) シリンダ室
(113) ピストン（入力側部材、出力側部材）
(114) ベーン
(121) 圧縮室
(122) 膨張室
(131) 圧縮機構
(132) 膨張機構
(142) 吐出ポート
(141) 吸入ポート
(143) 流入ポート
(144) 流出ポート

Claims

ケーシング(11)内に、圧縮機構(31)(131)と、該圧縮機構(31)(131)を駆動する駆動機構(16,20)とを備えた圧縮機であって、
上記ケーシング(11)内に膨張機構(32)(132)を備えるとともに、該膨張機構(32)(132)の出力側部材(54)(113)が上記圧縮機構(31)(131)の入力側部材(53)(113)に連結され、
上記圧縮機構(31)(131)の吐出ガスの一部を膨張機構(32)(132)に導入するバイパス通路(96)を備え、該バイパス通路(96)には流量調整機構(97)が設けられていることを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
圧縮機構(31)(131)に連通する吐出ポート(74)(142)及び吸入ポート(73)(141)と、膨張機構(32)(132)に連通する流入ポート(75)(143)及び流出ポート(76)(144)が設けられ、
バイパス通路(96)は、上記吐出ポート(74)(142)に接続される吐出配管(94)から分岐して上記流入ポート(75)(143)に接続されていることを特徴とする圧縮機。
請求項１または２に記載の圧縮機において、
圧縮機構(31)及び膨張機構(32)がスクロール機構であり、
第１平板部(51)、第１可動側ラップ(53)、第２平板部(52)、及び第２可動側ラップ(54)が順に積層されて一体化された可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、
第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により圧縮機構(31)が構成され、
第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により膨張機構(32)が構成されていることを特徴とする圧縮機。
請求項１または２に記載の圧縮機において、
圧縮機構(31)及び膨張機構(32)がスクロール機構であり、
平板部(55)の一方の面に立設された第１可動側ラップ(53)と該平板部(55)の他方の面に立設された第２可動側ラップ(54)とを有する可動スクロール(50)と、第１可動側ラップ(53)に噛合する第１固定側ラップ(42)と第２可動側ラップ(54)に噛合する第２固定側ラップ(47)とを有する固定スクロール(40)とを備え、
第１固定側ラップ(42)と第１可動側ラップ(53)により圧縮機構(31)が構成され、
第２固定側ラップ(47)と第２可動側ラップ(54)により膨張機構(31)が構成されていることを特徴とする圧縮機。
請求項１または２に記載の圧縮機において、
圧縮機構(131)及び膨張機構(132)がマルチベーン型のロータリ機構であり、
断面非円形のシリンダ室(112)と、該シリンダ室(112)内で回転するピストン(113)と、該ピストン(113)に装着されてシリンダ室(112)の内面に圧接する複数のベーン(114)とを備え、
シリンダ室(112)とピストン(113)との間の圧縮室(121)においてシリンダ室(112)、ピストン(113)、及びベーン(114)により圧縮機構(131)が構成され、
シリンダ室(112)とピストン(113)との間の膨張室(122)においてシリンダ室(112)、ピストン(113)、及びベーン(114)により膨張機構(132)が構成されていることを特徴とする圧縮機。