JPH10115292A - スクロールコンプレッサ及び空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率が高く大幅な低負荷運転が可能なガスエ
ンジン駆動のスクロールコンプレッサ及び空調装置の提
供。 【解決手段】 固定スクロール１１と旋回スクロール１
２とにより圧縮室を形成するガスエンジン駆動のスクロ
ールコンプレッサ１０である。固定スクロール１１に
は，所定の圧縮段階を形成する圧縮室１５の位置に開口
部１６が設けられており，開口部１６には低圧の冷媒ガ
スの流通路１７が連結されると共に上記冷媒ガス流通路
には開閉手段が設けられている。そして，コンプレッサ
１０の負荷が所定値以下の場合には，上記開閉手段を開
路し圧縮室１５の冷媒ガスを流出させる。並びに流通路
１７を冷媒回路の低圧部に連結した空調装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，ガスエンジン駆動のスクロール
コンプレッサ及びガスエンジン駆動のスクロールコンプ
レッサを用いた空調装置に関するものであり，特に広い
能力容量の範囲において高い効率を維持することの出来
るものに関する。

【０００２】

【従来技術】空調装置は，図４に示すように，コンプレ
ッサ９１と，コンプレッサ９１により圧縮された高温高
圧ガスを放熱，凝縮して高温高圧の液状と化する第１の
熱交換器９２と，第１熱交換器９２で生成した高温高圧
冷媒液を膨張させ低温低圧液を生成する膨張弁９３と，
膨張弁９３で生成した低温低圧液を吸熱，蒸発させ低温
低圧の冷媒ガスを生成する第２の熱交換器９４と，第２
熱交換器９４にて生成した低温低圧の冷媒ガスを蓄えて
コンプレッサ９１に供給するアキュムレータ９５とを有
する。

【０００３】更に，通常は，第１熱交換器９２と膨張弁
９３との間に過冷却熱交換部９６が設けられる。同図に
おいて，符号９７１は，暖房時の冷媒回路，符号９７２
は冷房時の冷媒回路であり，符号９２１は暖房時に用い
る絞り機構である。そして，暖房時には，コンプレッサ
９１で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは，室内の第１熱
交換器９２に供給され，放熱して室内を暖房し凝縮して
高温高圧の液状となる。そして，回路９７１を経て絞り
機構９２１により高温高圧の気液２相となり，過冷却熱
交換部９６にて再び高温高圧の冷媒液となり，膨張弁９
３に供給される。

【０００４】そして，膨張弁９３を経て低温低圧の冷媒
液となり，室外の第２熱交換器（エバポレータ）９４に
より蒸発して低温低圧の冷媒ガスとなり，アキュムレー
タ９５を経てコンプレッサ９１の吸入側にもどる。一
方，冷房時には，コンプレッサ９１により圧縮された高
温高圧の冷媒ガスは，室外の第１熱交換器９２に供給さ
れ，外部に放熱し凝縮して高温高圧の冷媒液となる。そ
して，回路９７２を経て過冷却熱交換部９６に入り，こ
こで更に冷却された後，膨張弁９３にて低温低圧の冷媒
ガスとなり，室内の第２熱交換器（エバポレータ）９４
に入り，吸熱蒸発して室内を冷房する。そして，低温低
圧の冷媒ガスは，アキュムレータ９５を経て再びコンプ
レッサ９１に戻る。

【０００５】コンプレッサ９１には，ロータリーベーン
タイプ等の他にスクロールタイプが知られており，スク
ロールコンプレッサは効率が高く騒音も少ないという利
点がある。また，コンプレッサ９１は，電動機により駆
動されるものの他に都市ガスやＬＰガスのガスエンジン
により駆動されるものがある。ガスエンジンにより駆動
されるコンプレッサ（所謂ガスヒートポンプまたはＧＨ
Ｐ）は，動力（燃料）費が安価であると共に暖房時にエ
ンジン排熱を利用できるのでスピード暖房が可能である
という利点がある。

【０００６】しかしながら，ガスエンジン駆動のスクロ
ールコンプレッサは，ガスエンジンの可変速度範囲（回
転数範囲）が電動機に比べて狭いため，エンジンの速度
制御により運転可能な軽負荷の能力レベルが高く，従っ
てガスエンジンのみにより対応できる負荷範囲が狭いと
いう問題がある。その為，ガスエンジン駆動のコンプレ
ッサ９１を小負荷で運転する方法として，図５に示すよ
うに，コンプレッサ９１からの吐出冷媒の一部をバイパ
ス回路９７５からアキュムレータ９５（又はアキュムレ
ータ９５の上流側もしくは下流側）に戻し，熱交換器に
対する入力を低減して軽負荷に対応するという方法が知
られている。

【０００７】即ち，軽負荷の場合には，開閉弁９７６を
開路し，第１熱交換器９２に対するコンプレッサ９１の
出力を減少させる。しかしながら，この場合，アキュム
レータ９５に戻される冷媒ガスは，高温高圧でありエン
タルピーが高く，コンプレッサは高エンタルピーの冷媒
ガスを圧縮するためコンプレッサの仕事が増大するとい
う問題がある。そのため，アキュムレータ９５に戻され
る冷媒のエンタルピーを下げるために，更に，図５の破
線で示すように，回路９７８から液状の低エンタルピー
の冷媒をアキュムレータ９５に注入してエンタルピーを
下げるという方法が提案されている。

【０００８】一方，空調装置では，室内の熱交換器９２
又は９４を複数用いて同一の場所または別々の場所に設
置し，所望により必要な場所の熱交換器を作動させ又空
調の強弱を調整するマルチユニットタイプのものが，ビ
ル等の他に家庭内においても多く用いられるようになっ
ている。そして，上記マルチユニットタイプの空調装置
においては，作動させる熱交換器の台数によりコンプレ
ッサの負荷容量が大幅に変化する。そのため，コンプレ
ッサは，非常に広範囲の負荷容量の変動に対応可能でな
ければならない。

【０００９】

【解決しようとする課題】しかしながら，ガスエンジン
駆動のスクロールコンプレッサは，マルチユニットタイ
プの空調装置のように大幅に負荷容量が低下するものに
対しては，前記の方法によって出力を抑制することは甚
だ困難であり，また，このとき効率が大幅に低下すると
いう問題がある。例えば，ガスエンジン駆動のスクロー
ルコンプレッサを用いた場合には，図６に示すように，
空調装置のシステムＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ），即ち投入熱量に対す
る有効暖房（発熱）熱量又は有効冷房（吸収）熱量の比
は，大幅に低下する。

【００１０】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたものであり，効率を余り低下させることなく大幅
な低負荷運転が可能なガスエンジン駆動のスクロールコ
ンプレッサ及び空調装置を提供しようとするものであ
る。

【００１１】

【課題の解決手段】本願の請求項１の発明は，固定スク
ロールと旋回スクロールとにより圧縮室を形成し，旋回
スクロールの旋回により吸入口より吸入した冷媒ガスを
順次圧縮し吐出口から吐出するガスエンジン駆動のスク
ロールコンプレッサであって，上記固定スクロールに
は，所定の圧縮段階を形成する圧縮室の位置に開口部が
設けられており，該開口部には冷媒ガスの流通路が連結
されると共に上記冷媒ガス流通路には開閉手段が設けら
れており，コンプレッサ負荷が所定値以下の場合には，
上記開閉手段を操作し上記圧縮室の冷媒ガスを流出させ
ることを特徴とするガスエンジン駆動のスクロールコン
プレッサにある。

【００１２】スクロールコンプレッサにおいては，吸入
された冷媒ガスは，閉じた圧縮室を形成し，位置を変え
吐出口の側に移行しつつ徐々に圧縮され，やがて吐出口
に達する。そして，本発明の装置では，所定の圧縮段階
に移行した圧縮室の位置に開口部が設けられており，こ
の開口部は開閉手段を介して流通路に連通可能となって
いる。

【００１３】そのため，吐出口に移行する圧縮室と開口
部とが連通可能な時間帯の間に，冷媒ガスの一部を上記
流通路に排出することにより，コンプレッサの負荷に対
する出力（冷媒量及び吐出圧）を低減させることができ
る。そして，排出される冷媒ガスの量は，流通路の背圧
と圧縮室の圧力差，開口部や流通路の流路の大きさ，開
閉手段の開路時間等により決まるから，これらの条件の
設定と開路時間の制御により調整可能である。

【００１４】そして，本装置においては，冷媒ガスを最
終段階まで圧縮せず圧縮途中の冷媒ガスを排出するから
コンプレッサの仕事量は大幅に低減し，効率を低下させ
ずに低負荷に対応することが容易となる。また，排出さ
れる冷媒ガスは，最終段階まで圧縮されていないから，
エンタルピーが相対的に低く，前記のように空調装置に
おいて排出冷媒ガスをアキュムレータ又はアキュムレー
タ９５の上流もしくは下流側に戻しても，コンプレッサ
の仕事はそれほど大きくならない。

【００１５】即ち，従来の軽負荷対応策では，コンプレ
ッサからの吐出冷媒の一部をバイパス回路からアキュム
レータ又はアキュムレータの上流又は下流側に戻すた
め，コンプレッサの仕事量自体は低減せず熱交換器に対
する入力だけを抑制する。従って，軽負荷になるに従っ
て効率も大幅に低下するが，本装置においては，コンプ
レッサの出力自体を抑制するから効率が高く，高エンタ
ルピーの冷媒ガスが還流されることもなくコンプレッサ
にかかる負担が減少し，容易に軽負荷に対応可能とな
る。

【００１６】上記のように，請求項１の発明によれば，
効率を余り低下させることなく大幅な低負荷運転が可能
なガスエンジン駆動のスクロールコンプレッサを提供す
ることができる。なお，請求項２記載のように，上記冷
媒ガス排出手段は，異なる圧力段階を形成する複数の圧
縮室に設けることが出来る。即ち，異なる圧力段階を形
成する複数の圧縮室にそれぞれ上記開口部を設け，各開
口部を上記低圧の冷媒ガス流通路に連結すると共にそれ
ぞれの流通路に開閉手段を設ける。その結果，異なる冷
媒ガス排出手段を開路することにより，排出する冷媒ガ
スの圧力段階と排出量とを変化させることが可能とな
る。

【００１７】次に，請求項３の発明のコンプレッサにお
いては，更に，上記同じ開口部又は別個の開口部を高圧
の冷媒源に連結可能とする。即ち，上記開口部または第
２の開口部には，高圧の冷媒供給源に連結されると共に
中間に第２の開口手段を備えた第２の冷媒ガス流通路が
連結されている。そして，コンプレッサ負荷が所定値以
下の場合には，上記第２開閉手段を閉路すると共に前記
第１開閉手段を開路して前記のように圧縮室の冷媒ガス
を流出させ低負荷に対応する。

【００１８】一方，コンプレッサ負荷が所定値以上の場
合には，上記第１開閉手段を閉路すると共に上記第２開
閉手段を開路して上記冷媒供給源から上記圧縮室に高圧
冷媒を注入し，コンプレッサの出力を急速に増大させる
ことが可能となる。そして，上記圧縮室に注入される冷
媒のエンタルピーや量は，冷媒供給源の冷媒状況やここ
と圧縮室との圧力差，開口部や流通路の流路の大きさ，
第２開閉手段の開路時間等により決まるから，これらの
条件の設定と開路時間の制御によりコンプレッサの出力
の調整が可能である。

【００１９】それ故，請求項３の発明のコンプレッサに
おいては，軽負荷のみならず高負荷の範囲にも広い範囲
に渡って負荷対応が可能である。また，請求項４記載の
ように，上記冷媒注入手段は，異なる高圧の冷媒供給源
に連結するものを複数設けることができる。これによっ
て，注入する冷媒量の調整範囲即ち負荷能力の変化範囲
を広げることができ，制御可能な出力範囲が大幅に増大
する。

【００２０】そして，請求項５記載の空調装置は，上記
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスエン
ジン駆動のコンプレッサを用いた空調装置である。即
ち，上記空調装置は，請求項１から請求項４のいずれか
１項に記載のスクロールコンプレッサと，該コンプレッ
サにより圧縮された高温高圧ガスを放熱，凝縮すること
により高温高圧の液状と化する第１の熱交換器と，該第
１熱交換器で生成した高温高圧冷媒液を膨張させ低温低
圧液を生成する膨張弁と，該膨張弁で生成した低温低圧
液を吸熱，蒸発させ低温低圧の冷媒ガスを生成する第２
の熱交換器と，該第２熱交換器にて生成した低温低圧の
冷媒ガスを蓄えると共に上記コンプレッサに供給するア
キュムレータとを有している。

【００２１】そして，上記コンプレッサの前記第１の冷
媒ガス流通路は，上記アキュムレータ又はアキュムレー
タの上流又は下流側に連通されており，請求項３，４の
発明のように前記第２の冷媒ガス流通路を備えるものに
おいては，上記第２冷媒ガス流通路は，上記第１熱交換
器の出力側と上記第２熱交換器の上流側の間の流路に連
結する。その結果，本空調装置は，上記第１の冷媒ガス
流路を介して比較的エンタルピーの低い冷媒ガスをアキ
ュムレータ又はアキュムレータの上流又は下流側に還流
して軽負荷に対する対応が容易であり，且つ高効率とな
り，その時のコンプレッサに対する負担も軽減できる。

【００２２】また，第２の冷媒ガス流通路を備えて第１
熱交換器の下流側と上記第２熱交換器の上流側の間の流
路から冷媒を圧縮室に注入することにより，コンプレッ
サの出力アップが可能となる。上記のように，請求項５
の発明によれば，ガスエンジンを駆動源とし，軽負荷の
場合にも空調装置の効率が高く，また，マルチユニット
タイプのように負荷変動範囲の広いものに対応可能な空
調装置を提供することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】

実施形態例１ 本例は，図２に示すように，スクロールコンプレッサ１
０と，コンプレッサ１０により圧縮された高温高圧ガス
を放熱，凝縮することにより高温高圧の液状と化する第
１の熱交換器２１と，第１熱交換器２１で生成した高温
高圧冷媒液を膨張させ低温低圧液を生成する膨張弁２３
と，膨張弁２３で生成した低温低圧液を吸熱，蒸発させ
低温低圧の冷媒ガスを生成する第２の熱交換器２５と，
第２熱交換器２５にて生成した低温低圧の冷媒ガスを蓄
えると共にコンプレッサ１０に供給するアキュムレータ
２６とを有する空調装置１である。

【００２４】即ち，暖房時には，コンプレッサ１０で圧
縮された高温高圧の冷媒ガスは，室内の第１熱交換器２
１に供給され，放熱して室内を暖房し凝縮して高温高圧
の液状となる。そして，回路３０１を経て絞り機構２１
１により高温高圧の気液２相となり，過冷却熱交換部２
２にて再び高温高圧の冷媒液となり，膨張弁２３に供給
される。そして，膨張弁２３を経て低温低圧の冷媒液と
なり，室外の第２熱交換器（エバポレータ）２５により
蒸発して低温低圧の冷媒ガスとなり，アキュムレータ２
６を経てコンプレッサ１０の吸入側に戻る。

【００２５】一方，冷房時には，コンプレッサ１０によ
り圧縮された高温高圧の冷媒ガスは，室外の第１熱交換
器２１に供給され，外部に放熱し凝縮して高温高圧の冷
媒液となる。そして，回路３０２を経て過冷却熱交換部
２２に入り，ここで更に冷却された後，膨張弁２３にて
低温低圧の冷媒ガスとなり，室内の第２熱交換器（エバ
ポレータ）２５に入り，吸熱蒸発して室内を冷房する。
そして，低温低圧の冷媒ガスは，アキュムレータ２６を
経て再びコンプレッサ１０に戻る。同図において，符号
２１２は一方向弁である。

【００２６】上記コンプレッサ１０は，図１に示すよう
に，固定スクロール１１と旋回スクロール１２とにより
圧縮室１５，１５１〜１５５を形成し，旋回スクロール
１２の旋回により吸入口より吸入した冷媒ガスを順次圧
縮し吐出口から吐出する，ガスエンジン４１（図２）に
より駆動されるスクロールコンプレッサである。そし
て，図１に示すように，固定スクロール１１には，２０
％から５０％の圧縮段階を形成する圧縮室１５の位置に
開口部１６が設けられており，開口部１６には低圧の冷
媒ガスの流通路１７が連結されると共に，図２に示すよ
うに，上記冷媒ガス流通路１７には開閉手段１７１が設
けられている。

【００２７】そして，コンプレッサ１０（空調装置１）
の負荷が例えば５０％以下の場合には，開閉手段１７１
を開路し上記圧縮室１５の冷媒ガスを流出させ，流通路
１７からアキュムレータ２６に還流させる。そして，本
装置１においては，低負荷のときには，コンプレッサ１
０は，冷媒ガスを最終段階まで圧縮せず圧縮途中の冷媒
ガスを圧縮室１５から排出するからコンプレッサ１０の
仕事量は大幅に低減し，効率を低下させずに低負荷に対
応することができる。

【００２８】この時，圧縮室１５から排出される冷媒ガ
スは，最終段階まで圧縮されていないから，エンタルピ
ーが相対的に低く，アキュムレータ２６に戻しても，コ
ンプレッサ１０に対する負担はそれほど大きくならな
い。即ち，図５に示す従来の軽負荷対応策では，コンプ
レッサからの吐出冷媒の一部をバイパス回路からアキュ
ムレータ又はアキュムレータの上流側に戻すため，コン
プレッサの仕事量自体は低減せず熱交換器に対する入力
だけを抑制する。従って，軽負荷になるに従ってコンプ
レッサの効率も大幅に低下するが，本装置１において
は，コンプレッサ１０の出力自体を低減させるから効率
が高く，また，高エンタルピーの冷媒ガスがコンプレッ
サ１０に還流されることがなくコンプレッサ１０にかか
る仕事が減少する。上記のように，本例によれば，効率
を余り低下させることなく大幅な低負荷運転が可能なガ
スエンジン駆動の空調装置１を得ることができる。

【００２９】実施形態例２ 本例は，実施形態例１において，コンプレッサ１０に
は，前記開口部１６と別個に図示しない第２の開口部が
設けられており，この第２開口部は，図３に示すよう
に，高圧の冷媒供給源としての過冷却熱交換部２２の下
流に連結されると共に中間に第２の開閉手段１８１を備
えた第２の冷媒ガス流通路１８が連結されている。

【００３０】そして，空調装置１の負荷が所定値以下の
場合には，第２開閉手段１８１を閉路すると共に第１開
閉手段１７１を開路して前記圧縮室１５の冷媒ガスを流
出させ，空調装置１の負荷が所定値以上の場合には，第
１開閉手段１７１を閉路すると共に第２開閉手段１８１
を開路して圧縮室１５に高圧冷媒を注入する。それ故，
本例の空調装置１においては，軽負荷のみならず高負荷
の範囲にも迅速に対応でき，広い範囲に渡る負荷変動に
高速に適応可能となる。その他については，実施形態例
１と同様である。

【００３１】

【発明の効果】上記のように，本発明によれば，効率を
余り低下させることなく大幅な低負荷運転が可能なガス
エンジン駆動のスクロールコンプレッサ及び空調装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１のコンプレッサの要部断面図。

【図２】実施形態例１の空調装置のシステム構成図。

【図３】実施形態例２の空調装置のシステム構成図。

【図４】従来の空調装置のシステム構成図。

【図５】ガスエンジン駆動のスクロールコンプレッサを
用いた従来の空調装置のシステム構成図。

【図６】ガスエンジン駆動のスクロールコンプレッサを
用いた従来の空調装置の負荷率と効率の関係の１例を示
した図。

【符号の説明】

１０．．．スクロールコンプレッサ， １１．．．固定スクロール， １２．．．旋回スクロール， １５．．．圧縮室， １６．．．開口部， １７．．．冷媒ガス流通路，

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定スクロールと旋回スクロールとによ
   り圧縮室を形成し，旋回スクロールの旋回により吸入口
   より吸入した冷媒ガスを順次圧縮し吐出口から吐出する
   ガスエンジン駆動のスクロールコンプレッサであって，
   上記固定スクロールには，所定の圧縮段階を形成する圧
   縮室の位置に開口部が設けられており，該開口部には低
   圧の冷媒ガスの流通路が連結されると共に上記冷媒ガス
   流通路には開閉手段が設けられており，コンプレッサ負
   荷が所定値以下の場合には，上記開閉手段を開路し上記
   圧縮室の冷媒ガスを流出させることを特徴とするガスエ
   ンジン駆動のスクロールコンプレッサ。
2. 【請求項２】 請求項１において，異なる圧力段階を形
   成する複数の圧縮室にそれぞれ前記開口部が設けられて
   おり，各開口部は前記低圧の冷媒ガス流通路が連結され
   ると共にそれぞれの流通路に開閉手段が設けられている
   ことを特徴とするガスエンジン駆動のスクロールコンプ
   レッサ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において，前記
   開口部または別個に設けた第２の開口部には，高圧の冷
   媒供給源に連結されると共に中間に第２の開閉手段を備
   えた第２の冷媒ガス流通路が連結されており，コンプレ
   ッサ負荷が所定値以下の場合には，上記第２開閉手段を
   閉路すると共に前記第１開閉手段を開路して前記圧縮室
   の冷媒ガスを流出させ，コンプレッサ負荷が所定値以上
   の場合には，上記第１開閉手段を閉路すると共に上記第
   ２開閉手段を開路して上記冷媒供給源から上記圧縮室に
   高圧冷媒を注入することを特徴とするガスエンジン駆動
   のスクロールコンプレッサ。
4. 【請求項４】 請求項３において，前記開口部は，異な
   った圧力の高圧の冷媒供給源に連結されると共に中間に
   前記第２の開閉手段を備えた複数の第２冷媒ガス流通路
   が連結されていることを特徴とするガスエンジン駆動の
   スクロールコンプレッサ。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれか１項に
   記載のスクロールコンプレッサと，該コンプレッサによ
   り圧縮された高温高圧ガスを放熱，凝縮することにより
   高温高圧の液状と化する第１の熱交換器と，該第１熱交
   換器で生成した高温高圧冷媒液を膨張させ低温低圧液を
   生成する膨張弁と，該膨張弁で生成した低温低圧液を吸
   熱，蒸発させ低温低圧の冷媒ガスを生成する第２の熱交
   換器と，該第２熱交換器にて生成した低温低圧の冷媒ガ
   スを蓄えると共に上記コンプレッサに供給するアキュム
   レータとを有しており，上記コンプレッサの前記第１の
   冷媒ガス流通路は，上記アキュムレータ又はアキュムレ
   ータの上流もしくは下流側に連通されており，前記第２
   の冷媒ガス流通路を備えるものにおいては，上記第２冷
   媒ガス流通路は，上記第１熱交換器の下流側と上記第２
   熱交換器の上流側の間の流路に連結されていることを特
   徴とする空調装置。