JP2912322B2 - スクロール圧縮機及びその動作方法 - Google Patents
スクロール圧縮機及びその動作方法Info
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Description
に関し、主に、背圧チャンバに送られる流体の圧力を調
整及び最適化したスクロール圧縮機に関する。
凍用圧縮機において広く用いられるようになっている。
スクロール圧縮機の主な利点としては、比較的安価でコ
ンパクトである点が挙げられる。しかし、スクロール圧
縮機においては、安定動作を達成することが課題となっ
ている。
す。スクロール圧縮機20は、シャフト24によって駆
動される旋回スクロール部材22を有する。固定スクロ
ール部材26のベースプレートには、螺旋状のスクロー
ルラップ28が起立して設けられている。一方、旋回ス
クロール部材22のベースプレートからは、螺旋状のス
クロールラップ27が起立して設けられており、スクロ
ールラップ27、28は、互いにフィットして係合して
いる。吐出ポート23には、圧縮された流体が受容され
る。背圧チャンバ29は、一対のシール30、32、及
びクランクケース33によって画定される。通気穴34
は、スクロールラップ27、28の間に画定される圧縮
チャンバからの流体を背圧チャンバ29へと流す。
旋回スクロール部材22の中心軸付近で生成される分離
力に対抗する力が得られる。この分離力は、旋回スクロ
ール部材22と固定スクロール部材26とを軸方向に分
離させようとする力である。背圧チャンバ29内で得ら
れる力は、この分離力に対向し、旋回スクロール部材2
2を固定スクロール部材26に向けて付勢するように作
用する。
ロール圧縮機には、幾つかの難点がある。特に、通気穴
34は、通常、旋回スクロール部材である旋回スクロー
ル部材22の旋回サイクルのほとんどの期間において、
スクロールラップ27、28の間に画定される圧力チャ
ンバと流体的に連通している。従って、背圧チャンバ2
9は、通気穴34を通じて、圧力チャンバ内の圧力変動
や圧力脈動にさらされる。
ャンバにおいても、スクロールラップ27、28間の圧
力チャンバ内の圧力は、動作サイクルの間に変動する。
圧力は、低圧即ち吸入圧41から、高圧即ち吐出圧42
へと増加する。吸入圧41から吐出圧42の間の遷移領
域は、中圧ランプ即ち遷移状態での中間圧として示され
る。従来の通気穴34は、通常、中間圧の一部期間と、
高圧42の一部期間における圧力がかかる。この圧力が
かかる期間は、図中に点線の期間47として示される。
場合によっては、固定スクロールラップ28が瞬間的に
通過することで、通気穴34が瞬間的に閉鎖されること
がある。この閉鎖期間は、付随的に発生するものであ
り、その閉鎖時間は限られたものである。
中において、背圧チャンバ内の圧力は脈動し、非常に劇
的に変動するおそれがある。この現象は、圧縮比が高い
場合に特に問題となる。即ち、低圧41と高圧42との
圧力比がある程度大きいと、圧力脈動が大きくなる。従
って、従来の通気穴を用いると、背圧チャンバ29内で
大きな圧力脈動が発生するおそれがある。
バのシーリングが悪くなり、動作が不安定となることが
見いだされている。この脈動により、前述した分離力に
対向するための背圧も変動する。背圧が変動すると、分
離力に対抗する力が得られなくなるおそれがあり、特
に、脈動により背圧が低圧になったときには、十分な力
が得られない。
によって、流体が圧力チャンバと背圧チャンバとの間を
往復することとなり、相当大きなポンピング損失が生じ
てしまう点である。この圧力損失は、圧縮機の効率の数
%程度に達し、従って望ましくない現象である。
ることが概ね望ましいが、一方で、背圧をある程度中圧
とすることもまた望ましい。従って、通気穴34をスク
ロール部材の中心近くにのみ配置して、通気穴34に高
圧42のみがかかるようにしても、満足し得る解決策と
はならない。
に他の複雑な問題が生じる。即ち、ある種の用途におい
ては、バルブが吐出ポート23近辺に配置される。この
バルブは、吐出圧44に応答して選択的に開閉され、吐
出圧は、中間圧43の最高点45で劇的に上昇する。こ
の場合、中間圧における低圧領域近辺での圧力は、背圧
チャンバ29に用いるには、非常に望ましくない圧力と
なってしまう。
吐出圧46よりも高くなる場合がある。これらの用途に
おいては、中間圧の領域をなくすことは望ましくない。
何故なら、最高点45近辺が、圧縮機の実際の最高動作
圧力となりうるからである。
するということは容易には達成できなかった。
クロール圧縮機の動作サイクルの一部でのみ通気穴を開
状態とすることで、上述した従来技術における課題を解
決している。
縮機の動作サイクルの大半において、即ち通常状態で
は、閉じた状態となっており、ある特定の期間において
連通状態、即ち開状態となる。この発明により、中間圧
と吐出圧とを最適に選択して、通気穴が確実に最適な状
態で開いて背圧を最適な状態として維持することが可能
となる。また、圧力脈動も減少される。加えて、脈動が
減少することから、ポンプ損失も劇的に減少できる。
出あるいは通気システムでは、圧縮チャンバから背圧チ
ャンバへと流体を選択的に流通させており、動作サイク
ルの中間圧における一部の期間と、吐出圧における一部
の期間と、において流体が流通される。通気穴は、好ま
しくは、中間圧での流通と吐出圧での流通との間では閉
状態とする。このようにして、中間圧での流通及び吐出
圧での流通が行われるように、通気穴の位置と開状態と
なる期間とを選択的に決定することで、システムを良好
な状態に維持することができる。
スクロールのスクロールラップのチップを通じて形成さ
れる。通気穴は、その動作サイクルの大部分の期間にお
いて、固定スクロールのベースのエンドベースによりふ
さがれて、閉状態となっている。しかし、そのサイクル
の一部で、中間圧において通気穴が開いた状態となる。
次に、通気穴は閉状態となり、その後、吐出圧において
短期間、開状態となる。
には、吐出圧や中間圧で流体を通気させるための溝が形
成され、固定スクロールラップに対して旋回スクロール
ラップが相対移動する際に、周期的に、旋回スクロール
ラップ内の通気穴と流体的に連通する。
スクロールか固定スクロールのいずれかのベースプレー
トを通じて形成される。他方のスクロールのラップは、
スクロール圧縮機の動作サイクルの大半において、通気
穴を塞ぐことになる。しかし、通気穴が中圧にさらされ
る位置や、通気穴が吐出圧にさらされる位置において
は、通気穴が短期間開放される。本発明の最も好適な形
態においては、背圧チャンバに連通する二つの通気穴が
用いられ、その一方は、周期的に、中圧状態の期間の一
部で開状態となり、他方は、周期的に、吐出圧において
開状態となる。
は、以下の明細書及び添付図面を用いて明らかにされ
る。
は、そのベースプレート52から起立するスクロールラ
ップ53を有する。通気穴54は、ラップ53のチップ
56を通じて形成されている。通気穴54は、ボア58
と連通しており、このボア58は、ベースプレート52
を通じて通気穴162へとつながるクロスボア160に
連通している。通気穴162は、従来と同様に、背圧チ
ャンバ29と連通している。プラグ164は、ボア16
0のベースプレート52の端部を閉鎖している。
の中心部を示す。この固定スクロール部材60は、好ま
しくは、旋回スクロール部材50とともに用いられる。
ベースプレート64からは、ラップ62が起立してい
る。吐出ポート66は、ベースプレート64の中心部に
設けられている。第一の高圧通気用の溝68は、吐出ポ
ート66と連通する端部70から、他方の端部72へと
のびている。中間圧溝74は、溝68の端部72に隣接
する端部76から他方の端部78へとのびている。溝6
8、74は、ベースプレートの溝の端部に流体を排出す
る排出穴により置換することも可能である。
して説明する。周知のように、旋回スクロールは、固定
スクロールに対して繰り返し旋回する。旋回サイクルの
個々のステップにおける通気穴54の位置を、図4〜1
0を参照して説明する。
通気穴54は、固定スクロール60の上面に示される。
通気穴54は、ベースプレート64によって閉じられて
おり、溝68、74のいずれとも連通していない。この
点において、ラップ53とベースプレート64とが密着
していることから、実質的に、通気穴54を通じて流体
が流通することはない。従って、背圧チャンバに入り込
んだ流体は、そのまま背圧チャンバ内に維持され、スク
ロール圧縮機の動作サイクルにおいて、この状態では、
ポンプ損失や脈動は生じない。ただし、この図では、溝
74は、ラップ53の径方向外側の中間圧の部位と連通
している。溝68は、吐出ポート66を通じて、常に吐
出圧となっている。しかし、この図では、通気穴54
は、溝68、74のいずれとも連通していないので、上
記通気穴は、中間圧、吐出圧のいずれの部位にも連通し
ない。図5に、明瞭化のために、図4において旋回スク
ロールラップ53を除去した状態を示す。通気穴54
は、図4と同じ位置に示されている。
圧縮機の動作サイクルが進行した状態を示す。このステ
ップにおいても、通気穴54は、溝68、74のいずれ
とも連通していない。
ステップでは、通気穴54は、溝74の内側端部76と
連通している。従って、中間圧の流体は、溝の端部7
8、内側端部76、通気穴54を通じて背圧チャンバへ
と連通する。溝74の端部は、この点においては旋回ス
クロールのラップには覆われておらず、中間圧の端部7
6と連通できるようになっている。スクロール圧縮機の
動作サイクルのこの段階において中間圧が内側端部76
と連通する位置は、所望により調整することが可能であ
る。内側端部の連通位置は、個々のスクロール圧縮機の
用途に応じて、特定の大きさの中間圧が得られるよう
に、慎重に選択される。例えば、通気穴54と連通する
際の中間圧をできるだけ高くすることが好ましい場合も
ある。この場合、通気穴54が図7に示される位置にあ
るときに、中間圧力が最大となる点に溝74が連通する
ように、溝74が設計される。当業者であれば、これら
の本発明に係る特徴を理解することが可能であり、か
つ、個々のスクロール圧縮機の個々の所望の動作特性に
あわせた溝の設計が可能であることが理解できよう。
点において、通気穴54は、内側端部76を越えて溝7
4と連通しなくなる直前の状態となっている。
68のいずれとも連通しない状態となっている。この状
態で、背圧チャンバ29内に蒸気が封じ込められて維持
される。また、脈動即ちパルセーションやポンプ損失も
起こらない。
態で、通気穴54は、溝68の端部72と連通してい
る。また、吐出ポート66吐出圧の流体は、端部70、
端部72、通気穴54を通じて、背圧チャンバ29と連
通する。
4、5に示される状態へと戻る。吐出ポートから流入し
た蒸気は、背圧チャンバ29内に封じ込められ、その状
態が維持される。
細かく調整することが可能である。図11に、本発明に
おける1サイクルの動作期間での圧力チャンバの圧力を
示す。図の77、78の小さい領域で示されるように、
背圧チャンバと連通させる際の圧力を、種々の圧力のう
ち、個々のスクロール圧縮機に応じた所望の圧力に応じ
て細かく調整して圧縮機を設計することが可能である。
従って、領域77における吐出圧、及び領域78におけ
る所望の中間圧において、流体を背圧チャンバと連通さ
せることが可能である。
離力の一部は、中間圧の遷移領域43に依存しており、
また、一部は、吐出圧42(あるいは吐出圧44、46
に変動することもある)に依存する。従って、背圧チャ
ンバの圧力及びその力もまた、これらの二つの力の成分
に依存し、かつ、二つの力に個々に独立して応答するこ
とが望ましく、また必要でもある。領域77、78の広
さを適切に選択し、かつ、通気穴54をそれぞれ溝の端
部72、76に連通させる時間と、中間圧43の領域に
おける領域78の位置と、背圧チャンバ29の領域と、
を適切に定めることで、背圧チャンバの圧力を個々に最
適化することができる。その結果、得られる背圧チャン
バからの圧力は、スクロールの分離力の変動に応じた最
適なものとなる。用途においては、領域78内の平均圧
力を高くすることで、背圧チャンバ29内の平均圧力が
高くしたうえで、かつ、中間圧領域43の大きさへの応
答における損失も生じない場合がある。平均圧力が高い
と、所定の背圧力を得るために必要な背圧チャンバの領
域を小さくすることができるので、圧縮機全体のサイズ
を小さくすることができる。従って、多くの場合、領域
78は、中間圧の領域43においてできるだけ圧力の高
い領域に近づけることが望ましい。本発明によれば、上
記及びその他の条件を考慮したうえで、個々のスクロー
ル圧縮機に対して、最適な特性が得られるようにそれぞ
れ設計を行うことができる。
を示す。この形態においては、旋回スクロール91のベ
ース92には、二つの通気穴94、96が、そのラップ
98の一部に隣接して設けられている。図示されるよう
に、通気穴94、96は、好ましくはラップ98の内側
端部の近辺に形成される。固定スクロール97は、通気
穴94を覆うが通気穴96は覆わない位置において示さ
れている。点線99、100は、旋回スクロールラップ
91の旋回運動における通気穴94、96の軌跡を示
す。図示されるように、動作サイクルの大部分におい
て、通気穴94、96は、スクロールラップ97によっ
て覆われ、閉状態となる。通気穴96は、圧縮サイクル
の一部、即ち領域77において、吐出圧の状態の流体と
連通し、通気穴94は、圧縮サイクルの一部、即ち領域
78において、中間圧の流体と連通する。双方の通気穴
ともに、背圧チャンバ29と連通している。
と同様の利点が得られる。
成109を示す。この実施形態においては、固定スクロ
ールラップ110は、ラップ114に隣接したベース1
12を有する。通気穴116、118は、ベース112
を通じて形成されている。旋回スクロールラップ120
は、通気穴116を覆うが、118は覆わない状態で示
されている。旋回スクロールが旋回すると、通気穴11
6、118は、周期的に、圧縮サイクルの選択された期
間において、吐出圧あるいは中間圧の流体と連通する。
しかし、上述の実施形態と同様に、この実施形態におい
ても、スクロール圧縮機の動作サイクルの大半におい
て、旋回スクロールラップ120が通気穴116、11
8を覆うようにすることが好ましい。
を示す。この実施形態で、流体連通ライン122は、固
定スクロールラップ110の周にのびるとともに、この
固定スクロールラップ110を通じて背圧チャンバ29
へと到達する。
背圧チャンバに排出あるいは通気される流体の調整方法
及び装置が得られる。本発明の好適形態によれば、スク
ロール圧縮機の動作サイクルにおいて、それぞれ短時間
での通気が二回生じる。第一の部位において、中間圧の
流体が背圧チャンバと流体的に連通する。その後、連通
しない状態が一定期間続き、その後に、吐出圧において
再度流体が連通し、再度連通しない状態となる。このよ
うにして、本発明では、スクロール圧縮機の一回の動作
サイクルあたり、それぞれ短期間で二回流体が背圧チャ
ンバと連通する。この流体が連通する期間は、入念に細
かく設定することが可能である。以上のようにして、背
圧チャンバにおける、通気穴を通じての脈動やポンプ損
失をなくすことができ、かつ、背圧チャンバの圧力を細
かく調整することができる。
の態様にて利用することができる。例えば、図3に示す
ように、通気穴は、旋回スクロールに形成できる。ま
た、図13に示されるような配置で、通気穴を固定スク
ロール側に形成することも可能である。更に、図3に示
される溝は、旋回スクロールのチップを通じて、二つの
通気穴に用いることもできる。各通気穴は、排他的にそ
れぞれ一方の溝に連通させてもよい。更に、本明細書で
いう「背圧チャンバ」は、例えば、シーリングを3つ用
いることで、互いに分離された二つのチャンバとするこ
とも可能である。この種の「デュアルチャンバ」式の背
圧チャンバも、本発明の範囲内のものである。勿論、本
発明を用いてその他の多様な変形を行うことも可能であ
る。例えば、上記実施形態では、吐出圧と中間圧との二
つの領域で流体の連通を行ったが、連通を行う期間は、
これに限られるものではない。例えば、中間圧内での異
なる2つの期間で背圧チャンバが流体と連通するように
してもよい。上述の実施例は、単なる一例に過ぎない。
ば、上記実施形態に対して種々の変形、修正が可能であ
り、従って、本発明は、特許請求の範囲によってのみ限
定されるものである。
(B)は、従来のスクロール圧縮機の通常の動作サイク
ルにおける圧力を示すグラフ。
の説明図。
ロールの中心部の説明図。
の最初のステップの説明図。
た状態の説明図。
ルにおける圧力を示すグラフ。
図。
Claims (9)
- 【請求項1】 スクロール圧縮機であって、 ベースプレートと、該ベースプレートから起立するスク
ロールラップと、をそれぞれ備えた固定スクロール部材
を有し、 ベースプレートと、該ベースプレートから起立するスク
ロールラップと、をそれぞれ備えた旋回スクロール部材
を有し、この旋回スクロール部材は、動作サイクルの間
に前記固定スクロール部材に対して相対的に駆動され、 前記旋回スクロール部材の前記ラップと前記固定スクロ
ール部材の前記ラップとにより複数の圧力チャンバが形
成され、 前記スクロール部材のうちの一方のベースプレートの、
他方の前記スクロール部材とは逆側に設けられた背圧チ
ャンバを有するものにおいて、 流体を前記背圧チャンバに流通させるシステムを有し、
このシステムは、前記スクロール部材の前記動作サイク
ルの一部の期間中に、選択的に前記背圧チャンバの少な
くとも一つと連通する少なくとも一つの通気穴を備え、
かつ、この通気穴は、前記動作サイクルの大半の期間は
閉鎖状態であり、 更に、前記システムは、二つの開口部を有し、第一の開
口部では、前記背圧チャンバに吐出圧で流体が流通さ
れ、第二の開口部では、前記吐出圧とは異なる圧力で、
前記背圧チャンバで流体が連通されることを特徴とする
請求項1記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項2】 前記異なる圧力は、中間圧であることを
特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項3】 前記スクロール部材のうちの前記一方の
ベースプレートには、一対の通気穴が設けられており、
これらの通気穴は、前記他方のスクロール部材の前記ス
クロールラップによって、前記スクロール圧縮機の動作
サイクルの大半の期間は閉鎖されていることを特徴とす
る請求項1記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項4】 前記通気穴は、前記旋回スクロール部材
に形成されていることを特徴とする請求項3記載のスク
ロール圧縮機。 - 【請求項5】 前記通気穴は、前記固定スクロール部材
に形成されていることを特徴とする請求項3記載のスク
ロール圧縮機。 - 【請求項6】 スクロール圧縮機であって、 ベースプレートと、該ベースプレートから起立するスク
ロールラップと、をそれぞれ備えた固定スクロール部材
を有し、 ベースプレートと、該ベースプレートから起立するスク
ロールラップと、をそれぞれ備えた旋回スクロール部材
を有し、この旋回スクロール部材は、動作サイクルの間
に前記固定スクロール部材に対して相対的に駆動され、 前記旋回スクロール部材の前記ベースプレートの、前記
固定スクロール部材とは逆側に設けられた背圧チャンバ
を有するものにおいて、 前記固定スクロールのベースプレートに設けられて、吐
出圧の流体を前記固定スクロールのベースプレートの一
部と連通させるための第一の溝を有し、 前記固定スクロールのベースプレートに設けられて、吐
出圧以外の圧力にある流体を前記固定スクロールベース
プレートの一部と連通させるための第二の溝を有し、 前記第一及び第二の溝から、前記旋回スクロールラップ
を通じて、前記背圧チャンバへと、圧縮された流体を流
通させるための、少なくとも一つの通気穴を有すること
を特徴とするスクロール圧縮機。 - 【請求項7】 前記旋回スクロールラップの前記通気穴
は、該旋回スクロールラップのチップに形成されて、前
記固定スクロール部材の前記ベースプレートの前記溝と
周期的に連通するように運動されることを特徴とする請
求項6記載のスクロール圧縮機。 - 【請求項8】 前記スクロールラップには前記通気穴が
一つ設けられており、この通気穴は、前記第一の溝と連
通した後に前記固定スクロール部材の前記ベースプレー
トにより閉鎖され、その後、前記第二の溝と連通した後
に前記固定スクロール部材の前記ベースプレートによっ
て閉鎖されることで、前記溝のそれぞれと交互に連通状
態となることを特徴とする請求項7記載のスクロール圧
縮機。 - 【請求項9】 ベースプレートと、該ベースプレートか
ら起立するスクロールラップと、をそれぞれ備えた固定
スクロール部材と、 ベースプレートと、該ベースプレートから起立するスク
ロールラップと、をそれぞれ備えた旋回スクロール部材
と、 前記スクロール部材のうちの一方のベースプレートの、
他方の前記スクロール部材とは逆側に設けられた背圧チ
ャンバと、をそれぞれ備えたスクロール圧縮機の動作方
法であって、前記旋回スクロール部材を、動作サイクル
の間に前記固定スクロール部材に対して相対的に駆動す
るステップを有する方法において、 前記固定スクロール部材と前記旋回スクロール部材との
前記各スクロールラップの間に形成される圧力チャンバ
から、前記背圧チャンバへと、流体を連通させる連通ス
テップを有し、この連通ステップは断続的に実行され
て、前記旋回スクロール部材の前記動作サイクルの大半
において、前記流体の連通が行われないようにされ、前記流体を連通させる連通ステップでは、二つの開口部
を用い、第一の開口部によって前記背圧チャンバに吐出
圧で流体を流通させ、第二の開口部によって前記吐出圧
とは異なる圧力で前記背圧チャンバに流体を連通させる
ことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/789,933 US5762483A (en) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | Scroll compressor with controlled fluid venting to back pressure chamber |
US08/789933 | 1997-01-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10213083A JPH10213083A (ja) | 1998-08-11 |
JP2912322B2 true JP2912322B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=25149153
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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