JPH11182479A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイパス運転と全容量運転との切り替え時
に、バイパス流路が半開半閉状態で停滞しにくく、ハン
チング動作を起こしにくく、圧縮効率および信頼性に優
れ、かつ低コストな冷媒圧縮機を得ること。 【解決手段】 密閉容器内に設けられ、回転運動を行い
駆動源となる回転体と、この回転体の回転運動によって
ガス冷媒を圧縮搬送する圧縮機構部分と、この圧縮機構
部分に設けられた圧縮室と、密閉容器内に設けられた吸
入ガス空間と、圧縮室と吸入ガス空間とを連通し、その
開閉により圧縮室の行程容積を可変とするバイパス流路
と、一方の面に圧縮室の吸入圧力と弾性力を作用させ、
他方の面に圧縮室の吐出圧力を作用させ、バイパス流路
の開閉動作を行うピストンを有するピストン式制御弁と
を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は空気調和機又は冷
凍機等に使用される冷媒圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷媒圧縮機の機構および動作をス
クロール圧縮機を用いて説明する。スクロール圧縮機の
圧縮機構部分は一般的に、その自転を規制しながら公転
運動をする揺動スクロールと、揺動スクロールに対して
位相を約１８０°ずらして設置された固定スクロールに
よって構成されている。揺動スクロールおよび固定スク
ロールは、互いに組み合わされることによって三日月形
状の圧縮室を形成し、揺動スクロールの公転運動に伴い
この圧縮室は渦巻の中心方向へと移動し、かつこの圧縮
室は徐々にその容積を減少させ内部雰囲気である冷媒ガ
スを圧縮搬送する機構を構成している。

【０００３】近年、空調機あるいは冷凍機がさほど能力
を必要としない条件下に於いて圧縮機より搬送される冷
媒ガスの流量を制限するため、圧縮室の内部に圧縮前の
吸入ガス雰囲気と連通するバイパス流路を設けることで
圧縮機の冷媒押しのけ量を可変とした、いわゆる容量制
御機構を備えたスクロール圧縮機が提案されている。一
般的にこのような容量制御機構は圧縮機外部にバイパス
流路を開閉する制御弁装置を備え、この制御弁装置は冷
凍回路の運転状態に応じて冷凍回路側より電気的な制御
信号を受け、全容量運転とバイパスによる容量制御運転
の切り替えを行っている。

【０００４】また、近年ではさらにこのような外部のバ
イパス制御弁や制御回路を持たず、単体のみで冷凍回路
の負荷の変動に応じたバイパス運転の切り替えを行う機
構が提案されている。このような機構を圧縮機内部に組
み込むことによって、従来は大きなコストアップの要因
を占めていた電磁弁を始めとするバイパス制御機構周辺
の大幅な部品数低減と、これに伴う大幅なコスト低減が
可能となる。

【０００５】図２４は特開平４−２８７８８８号公報に
示された可変容量スクロール圧縮機の圧縮機構部分の断
面図である。図に於いて、密閉容器１０に固定された固
定スクロール１１は揺動スクロール（図示せず）と互い
に約１８０度位相をずらして組み合わされており、この
揺動スクロールはクランクシャフト（図示せず）端部の
偏心軸（図示せず）に回転自在に嵌合され、前記クラン
クシャフトの回転によって固定スクロール１１に対して
円軌道上を公転運動する。

【０００６】前記固定スクロール１１の渦巻形状歯１１
ａおよび前記揺動スクロールの渦巻形状歯によって形成
された三日月形状の圧縮室は、前記クランクシャフトの
回転に伴って次第にその容積を減少させながら渦巻中心
方向へと移動し、これにより前記圧縮室に取り込まれた
冷媒ガスは連続的な圧縮作用を受けながら渦巻中心方向
へと搬送され、前記固定スクロール中心部の吐出口１４
より吐出される。

【０００７】前記密閉容器１０の端部には直線状のシリ
ンダー２が形成されており、このシリンダー２はその軸
方向位置によって外径を異にしている。前記シリンダー
２内部にはピストン式制御弁１が一軸方向可動に設置さ
れており、ピストン式制御弁１の大径部分１ａおよび小
径部分１ｂはそれぞれ、シリンダー２の大径部分２ａお
よび小径部分２ｂとスライド可能に嵌合され、ピストン
リング１５および１６によってピストン軸方向への冷媒
ガスの洩れを防いでいる。

【０００８】シリンダー２には、以下に示す４本の通路
が設けられている。大径部分２ａのピストン式制御弁１
の位置に応じて開閉される位置に第一の通路３１が、小
径部分２ｂのピストン式制御弁１と干渉しない背圧空間
２ｄに第二の通路３２が、対する大径部分２ａのピスト
ン式制御弁１と干渉しないばね側空間２ｃに第三の通路
３３が、大径部分２ａと小径部分２ｂの段差の補助背圧
空間２ｅには第四の通路３４が開口している。

【０００９】また、第一の通路３１は固定スクロール周
囲の吸入ガス空間１１ｂと、第二の通路３２は吐出口１
４と、第三の通路３３は圧縮途中の吸入圧力でも吐出圧
力でもないいわゆる中間圧力をもつ中間圧室１１ｃと、
第四の通路３４は吸入ガス空間１１ｂと連通している。
ここで、第一の通路３１と第三の通路３３はバイパス流
路を構成している。シリンダー２内部のばね側空間２ｃ
には圧縮ばね７が設置されており、そのばね力によって
ピストン式制御弁１を第二の通路３２に向けて押し付け
ている。

【００１０】次に、このピストン式制御弁１の基本動作
について説明する。図２４、図２５および図２６に於い
て、吸入圧力をＰｓ、吐出圧力をＰｄ、中間圧力をＰｍ
とする。また、ピストン式制御弁１の大径部分の面積を
Ｓ１、小径部分の面積をＳ２とする。ここで図２５の状
態に於いて、図中のピストン式制御弁１には主として以
下の式（１）〜（４）で示す力Ｆｂ、Ｆｓ、Ｆｄ、Ｆｍ
が作用する。ただしｋは圧縮ばねのばね定数、ｘはその
圧縮方向への変位である。 Ｆｂ＝ｋｘ …（１） Ｆｓ＝（Ｓ１−Ｓ２）×Ｐｓ …（２） Ｆｄ＝Ｓ２×Ｐｄ …（３） Ｆｍ＝Ｓ１×Ｐｍ …（４） 圧縮機が停止しているとき、吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐ
ｄ、中間圧力Ｐｍは互いに等しく、ピストン式制御弁１
は図２６のようにばね力によってシリンダー２の小径部
分２ｂに押し付けられており、第一の通路３１と第三の
通路３３とがシリンダー２を介して連通している。従っ
てこの条件ではピストン式制御弁１はバイパス流路が開
いた状態となっており、スクロール圧縮機はバイパス状
態となっている。

【００１１】圧縮機は起動直後はバイパス運転状態であ
るが、その後差圧がつき始めるとＦｄ＞（Ｆｂ＋Ｆｍ）
＝（Ｆｂ＋Ｆｓ）となりピストン式制御弁１が空間２ｃ
の向きに動き始め、その際冷凍回路の冷媒循環量に対し
ての熱負荷が大きいと更に中間圧力Ｐｍに対して吐出圧
力Ｐｄが大きくなり、ピストン式制御弁１が図２５の状
態を経て図２４の状態となり、第一の通路３１、いわゆ
るバイパス流路は塞がれ全容量運転となる。

【００１２】逆に冷凍回路の冷媒循環量が熱負荷に対し
て大きくなると吐出圧力Ｐｄに対して中間圧力Ｐｍの値
が大きくなり、ピストン式制御弁１は小径部分２ｂの向
きへと移動して第一の通路３１、いわゆるバイパス流路
が開きバイパス運転状態となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷媒圧縮機は以
上のように構成されているので、図２４〜図２６に示さ
れたピストン式制御弁では、バイパス流路を開いている
状態から閉じようとする力に吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐ
ｄを用いており、一方バイパス流路が閉じている状態か
ら開こうとする力にばね力と第３の通路３３から連通し
た中間圧力Ｐｍを用いている。この中間圧力Ｐｍは、バ
イパス流路即ち第一の通路３１が開いている状態では吸
入圧力Ｐｓと等しくなるが、バイパス流路が閉じている
状態では中間圧力Ｐｍとなり、第三の通路３３の圧縮室
への開口部分の位置に応じて吸入圧力Ｐｓよりも大きく
なる。

【００１４】従って、例えば図２６のバイパス流路が開
いている状態に於いて冷凍回路の熱負荷が大きくなり吐
出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差が開いてくると、ピスト
ン式制御弁１は次第にバイパス流路を閉じる方向へと移
動を始めやがて図２５の状態となるが、この状態では第
一の通路３１が半開半閉状態であり、その流路面積が減
少することから、第一の通路３１の流路抵抗が増し、そ
の結果ピストン式制御弁１を押し戻そうとする向きに働
くばね側空間２ｃの圧力が吸入圧力Ｐｓよりも大きくな
り、バイパス流路を完全に閉じるためには更なる吐出圧
力Ｐｄの上昇が必要となる。

【００１５】図２７の曲線は、前記ピストン式制御弁１
の挙動を、横軸に圧縮ばねの圧縮方向へのピストンの変
位、縦軸に吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差をとって表
したものであるが、曲線はバイパス流路が閉じ始める全
開限界位置までは直線変化するものの、全開限界位置と
全閉限界位置で囲まれた半開領域では、曲線の直線部分
を延長した図中の２点鎖線と比較してピストンの変位に
対する差圧のこう配が増大し、バイパス流路は半開半閉
状態にて停滞したり、あるいはハンチング動作を起こす
可能性が高くなる。前記半開領域を通過しバイパス流路
が完全に閉じられればこう配は再び直線部分と等しくな
るものの、ピストン式制御弁の開閉には非常に大きな差
圧の変化が必要である。

【００１６】図２８は吸入圧力Ｐｓの条件変化に対する
ピストン式制御弁の開閉時圧力の変化を示したものであ
るが、吸入圧力Ｐｓが上昇するほど弁閉開始線と弁開開
始線の間隔、即ち半開領域は大きくなる。バイパス流路
が半開半閉状態で長く停滞すると、冷媒ガスが閉じ込み
完了からバイパス流路の連通位置に至るまでの行程に於
いてある程度の圧縮作用を受けるため、圧縮室からの吸
入側への洩れと同様に再膨張による損失が発生し、圧縮
効率の低下を招くこととなる。

【００１７】また、半ば圧縮されかけた冷媒ガスはある
程度の高温と化すが、第一の通路３１が完全に閉じきっ
ていないことからこの高温と化したガスの一部は吸入ガ
ス空間へと戻ることになり、このような現象が繰り返さ
れることで吸入ガスおよび吐出ガスが非常に高温とな
る。吸入ガスが高温となれば冷媒循環量の低下を招き、
能力や圧縮効率を低下させる可能性があった。また吐出
ガスが高温となれば、最悪の場合熱膨張等による圧縮機
構部分の破損が起こる可能性があった。

【００１８】また、従来の可変容量式冷媒圧縮機は、相
似的な一対の圧縮室を持つスクロール圧縮機などに於い
て、相似的な一対の圧縮室に対して開口した一対のバイ
パス流路の開閉動作ポイントがずれたり、またバイパス
流路の絞り抵抗がずれることで、相似的な一方の圧縮室
の内圧が他方の圧縮室の内圧より低くなり、一方の圧縮
室がバイパス状態で他方の圧縮室が全容量状態である等
といった片肺運転に陥る可能性があり、軸受を始めとす
る機械要素に大きな負担が加わり、摩耗や焼付などの信
頼性上のトラブルを招く可能性があった。また、負荷の
アンバランスにより圧縮機の振動、騒音が大きくなる可
能性もあった。

【００１９】また、圧縮機の運転速度を可変とすること
で冷凍回路における冷媒循環量を調節する従来の可変速
圧縮機では、低速時の運転条件では圧縮室からの冷媒漏
れ量が冷媒循環量に対して相対的に大きくなったり、軸
受の油膜が確保できなくなったりと、性能及び信頼性の
観点から劣る点があった。

【００２０】この発明は上記の問題点を解決するために
なされたもので、第一の目的はピストン式制御弁の動作
をスムーズに行いバイパス流路が半開半閉状態で停滞す
る頻度を減少させることで、圧損および吐出ガス温度の
上昇を低減し、ハンチング動作を起こしにくく圧縮効率
および信頼性に優れ、かつ低コストをである容量制御式
の冷媒圧縮機を得ることである。

【００２１】また、第二の目的はピストン式制御弁の動
作によるバイパス運転と全容量運転の切り替えを対にな
った圧縮室に対して同時かつ均等に行うことにより、片
肺運転を起こす恐れのない容量制御機構を有する冷媒圧
縮機を得ることである。

【００２２】また、第三の目的は可変速圧縮機の低速あ
るいは中速での運転をバイパスによる容量制御運転によ
ってより高速側で運転することにより、低負荷時の性能
及び信頼性を向上させた冷媒圧縮機を得ることである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る冷媒圧縮
機は、密閉容器と、この密閉容器内に設けられ、回転運
動を行い駆動源となる回転体と、この回転体の回転運動
によってガス冷媒を圧縮搬送する圧縮機構部分と、この
圧縮機構部分に設けられた圧縮室と、密閉容器内に設け
られた吸入ガス空間と、圧縮室と吸入ガス空間とを連通
し、その開閉により圧縮室の行程容積を可変とするバイ
パス流路と、一方の面に圧縮室の吸入圧力と弾性力を作
用させ、他方の面に圧縮室の吐出圧力を作用させ、バイ
パス流路の開閉動作を行うピストンを有するピストン式
制御弁とを備えたものである。

【００２４】また、ピストン式制御弁の吐出圧力を作用
させる他方の面の一部に、吸入圧力と中間圧力とが切り
替わって作用する構成としたものである。

【００２５】また、ピストン式制御弁の吐出圧力を作用
させる他方の面の一部に、吸入圧力と吐出圧力とが切り
替わって作用する構成としたものである。

【００２６】また、ピストン式制御弁に於いて、吸入圧
力と吐出圧力との切り替えに要するピストンの行程が、
バイパス流路の開閉動作に要するピストンの行程より大
きいものである。

【００２７】また、一対の圧縮室を有し、バイパス流路
はこの一対の圧縮室の相似的な位置に設けられ、ピスト
ン式制御弁を同時に開閉させたものである。

【００２８】また、回転体の回転数を可変としたもので
ある。

【００２９】また、最低回転数近傍に於いて大部分の運
転時間がバイパス運転状態であるものである。

【００３０】また、密閉容器と、この密閉容器内に設け
られ、回転運動を行い駆動源となる回転体と、この回転
体の回転運動によってガス冷媒を圧縮搬送する圧縮機構
部分と、この圧縮機構部分に設けられた圧縮室と、密閉
容器内に設けられた吸入ガス空間と、圧縮室と吸入ガス
空間とを連通し、その開閉により圧縮室の行程容積を可
変とするバイパス流路と、このバイパス流路を背圧を切
り替えることで開閉するバイパス流路開閉弁と、一方の
面に圧縮室の吸入圧力と弾性力を作用させ、他方の面に
圧縮室の吐出圧力を作用させ、バイパス流路開閉弁の背
圧を切り替えるピストン式制御弁とを備えたものであ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図１〜図５について、スクロール圧縮機
を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に
おける可変容量スクロール圧縮機の圧縮機構部分の断面
図である。図に於いて、密閉容器１０に固定された固定
スクロール１１は揺動スクロール（図示せず）と互いに
約１８０°位相をずらして組み合わされており、この揺
動スクロールはクランクシャフト（図示せず）端部の偏
心軸（図示せず）に回転自在に嵌合され、駆動源となる
回転体である前記クランクシャフトの回転によって固定
スクロール１１に対して円軌道上を公転運動する。前記
固定スクロール１１の渦巻形状歯１１ａおよび前記揺動
スクロールの渦巻形状歯によって形成された三日月形状
の圧縮室は、前記クランクシャフトの回転に伴って次第
にその容積を減少させながら渦巻中心方向へと移動し、
これにより前記圧縮室に取り込まれた冷媒ガスは連続的
な圧縮作用を受けながら渦巻中心方向へと搬送され、前
記固定スクロール中心部の吐出口１４より吐出される。

【００３２】前記密閉容器１０の端部には直線状のシリ
ンダー２が形成されている。このシリンダー２は図１に
示したように固定スクロール１１に対して加工されたも
のでも、また図示はしないが密閉容器１０内部の固定ス
クロール２以外の部分に設置されたものでも良い。前記
シリンダー２内部にはピストン式制御弁１が一軸方向可
動に設置されており、ピストン式制御弁１はシリンダー
２と軸方向にスライド可能に嵌合し、ピストンリング１
５および１６によってピストン軸方向への冷媒ガスの洩
れを防いでいる。ピストン式制御弁１のスライド幅はス
トッパー２ｆおよびストッパー２ｇによってその規制さ
れている。このストッパーはシリンダー２と一体加工さ
れたものでも、別個の部品であっても良い。

【００３３】また、シリンダー２には圧縮室内外部と連
通した通路が開口している。即ち、ピストン式制御弁１
によって開閉されうる位置に第一の通路３１が、背圧空
間２ｄには第二の通路３２が、その反対側の圧縮ばね７
が存在するばね側空間２ｃに第三の通路３３が開口して
いる。また、第一の通路３１は中間圧力室１１ｃと、第
二の通路３２は吐出口１４を経由するなどして吐出圧力
空間１１ｄなどの吐出ガス雰囲気と、第三の通路３３は
吸入圧力空間１１ｂなどの吸入ガス雰囲気とそれぞれ連
通している。ピストン式制御弁１にはバイパス連通路１
ｃが設けられており、ピストン式制御弁１の位置に応じ
て第一の通路３１とばね側空間２ｃとを連通する。

【００３４】さて、圧縮機が停止している状態では吸入
圧力Ｐｓおよび吐出圧力Ｐｄは等しく、ピストン式制御
弁１は図３の状態にあり、圧縮ばね７によるばね力とス
トッパー２ｇからの抗力のみが主に働いている。この状
態に於いてバイパス連通路１ｃは第一の通路３１と完全
に連通しており、この圧縮機はバイパス運転状態にある
と言える。

【００３５】圧縮機が起動し吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐ
ｄの差圧がつき始めるとピストン式制御弁１はストッパ
ー２ｇからの抗力を受けなくなり、圧縮ばね７を圧縮す
る方向へと移動を始める。この状態で、ピストン式制御
弁１には主に次式にて表される力が作用している。ここ
で、Ｆｂは圧縮ばねによる力、Ｆｓは吸入圧力Ｐｓによ
る力、Ｆｄは吐出圧力Ｐｄによる力を表しており、続く
数字は図番に対応している。また、Ｓはピストン式制御
弁１の断面積、ｋは圧縮ばねのばね定数、ｘはその圧縮
方向への変位である。 Ｆｂ３＝ｋｘ３ …（５） Ｆｓ３＝Ｓ×Ｐｓ３ …（６） Ｆｄ３＝Ｓ×Ｐｄ３ …（７） ピストン式制御弁１が移動し図２の状態となると、第一
の通路３１とバイパス連通路１ｃの位置がずれるため、
バイパス流路は半開状態となり絞られ、中間圧力室１１
ｃの圧力は吸入圧力Ｐｓよりやや高めの圧力となる。た
だし、本実施の形態１ではばね側空間２ｃは中間圧力室
１１ｃではなく吸入圧力空間１１ｂと連通しているた
め、ピストン式制御弁１が移動してもばね側空間２ｃの
内圧は変化しない。

【００３６】従って本実施の形態１のピストン式制御弁
１は、圧縮ばね７の圧縮方向への変位ｘおよび吐出圧力
Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差に対して図４に表すような特性
を示す。即ち、バイパス運転状態、半開領域、全容量運
転状態に於いてこう配が変化しないため、従来の技術と
異なり小さな高低圧差あるいは圧縮比でも弁の開閉動作
が完了することになる。また、ピストン式制御弁１の作
動に中間圧力Ｐｍを用いないため、図５に示すように吸
入圧力Ｐｓや吐出圧力Ｐｄの大小に関わらず一定の差圧
で制御することが可能となる。

【００３７】図４に於いて差圧が更に大きくなり直線が
全閉限界位置に到達すると、ピストン式制御弁１は図１
の状態となり全容量運転状態となる。逆にこの状態で差
圧が小さくなると、ピストン式制御弁１は図２の半開状
態を経由して図３のバイパス運転状態となる。

【００３８】図４における直線の全開限界位置より左
側、および全閉限界位置より右側はバイパス制御に関係
のない無駄なピストン式制御弁１の行程となるが、スト
ッパー２ｆおよびストッパー２ｇの位置を調節すること
でその挙動を最適に設定することが可能である。

【００３９】また、本実施の形態１ではバイパス連通路
１ｃを介してバイパス流路を構成しているが、従来の技
術と同ようにピストン式制御弁１の端面にてバイパス流
路の開閉を行う構造にすることでピストン式制御弁１の
構造をより簡単にすることが可能となる。また、実施の
形態１では、直線方向に開閉動作を行うピストンで説明
したが、軸周りの回転動作によって開閉を行うピストン
でもよい。

【００４０】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図６〜図１３について、スクロール圧縮機を用い
て説明する。実施の形態１と共通の構成や動作の説明は
省略する。図６は、この発明の実施の形態２における可
変容量スクロール圧縮機の圧縮機構部分の断面図であ
る。図に於いて、ピストン式制御弁１は大径部分１ａお
よび小径部分１ｂとから成り、シリンダー２の大径部分
２ａおよび小径部分２ｂとそれぞれ嵌合している。シリ
ンダー２の大径部分２ａには第一の通路３１が開口して
おり、ピストン式制御弁１の軸方向位置に応じてバイパ
ス流路として開閉する。

【００４１】シリンダー２側方の背圧空間２ｄは第二の
通路３２を経由し吐出圧力空間１１ｄなどの吐出ガス雰
囲気と連通し、その内圧は吐出圧力Ｐｄと等しくなって
おり、一方ばね側空間２ｃは第三の通路３３を経由して
吸入圧力空間１１ｂなどの吸入ガス雰囲気と連通し、そ
の内圧は吸入圧力Ｐｓと等しくなっている。また、ピス
トン式制御弁１の大径部分１ａと小径部分１ｂとの段差
部分、シリンダー２の大径部分２ａと小径部分２ｂとの
段差部分で構成される補助背圧空間２ｅには、中間圧力
室１１ｃから導かれた第四の通路３４が開口している。

【００４２】次に、本実施の形態２におけるピストン式
制御弁１に働く力関係について説明する。圧縮機起動前
は吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐｄおよび中間圧力Ｐｍは全
て等しく、ピストン式制御弁１は図８の状態にあり、主
に圧縮ばね７によるばね力と、ストッパー２ｇから受け
る抗力のみが働いている。この状態で第一の通路３１と
第三の通路３３は連通しており、即ちこの圧縮機はバイ
パス状態にある。

【００４３】さて、図８に於いて圧縮機が起動し徐々に
差圧がつき始めると、圧力差によってピストン式制御弁
１は圧縮ばね７を圧縮する方向に移動を始めストッパー
８からの抗力を受けなくなる。ただし、この状態では中
間圧力室１１ｃは吸入圧力空間１１ｂと連通しているた
め、その内圧は吸入圧力Ｐｓと等しくなる。従ってピス
トン式制御弁１には主に以下の式で表される力が作用す
る。ここで、Ｆｂは圧縮ばねによる力、Ｆｓは吸入圧力
Ｐｓによる力、Ｆｄは吐出圧力Ｐｄによる力、Ｆｍは中
間圧力による力を表しており、続く数字は図番に対応し
ている。また、Ｓ１はピストン式制御弁１の大径部分１
ａの面積、Ｓ２は小径部分１ｂの面積であり、ｋは圧縮
ばねのばね定数、ｘはその圧縮方向への変位である。

【００４４】差圧が更に大きくなり、ピストン式制御弁
１が更に圧縮ばねを圧縮する方向に移動すると、バイパ
ス連通路１ｃは図７に示すように第一の通路３１に対し
て半開状態となる。この状態では第一の通路３１即ちバ
イパス流路が半開半閉状態であり、その流路面積が減少
することから第一の通路３１の流路抵抗が増し、中間圧
力室１１ｃの内圧は吸入圧力Ｐｓと比較して上昇する。
これに伴って補助背圧空間２ｅの内圧も上昇し、ピスト
ン式制御弁１の圧縮ばね７を圧縮する方向に移動させる
力が更に増大する。従って、中間圧力Ｐｍが比較的大き
ければ、ピストン式制御弁１はこのバイパス流路半開状
態では差圧の増加に対して非常に感度良く移動すること
になる。図７の状態で、ピストン式制御弁には主に次の
ような力関係が成り立つ。 また、中間圧力Ｐｍはバイパス流路が閉じるに連れて上
昇するため、ピストン式制御弁１の移動がある臨界点に
達し、中間圧力Ｐｍ圧による押付け力Ｆｍの増加が圧縮
ばね力Ｆｂの増加より大きくなると、それ以降ピストン
式制御弁１は高低圧差の更なる増加に依存することなく
自然にバイパス流路を閉鎖し、圧縮機は図６の全容量運
転状態へと移行する。

【００４５】従って本実施の形態２のピストン式制御弁
１は、圧縮ばね７の圧縮方向への変位ｘおよび吐出圧力
Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差に対して図９の二点鎖線部分に
表すような不可逆的な特性を示す。即ち、全開限界位置
に於いてバイパス流路は閉じ始め、これによって補助背
圧空間２ｅの内圧が上昇し、高低圧差のこう配が小さく
なる。差圧およびバイパス流路の開閉度に応じて決定さ
れるある臨界点にピストン式制御弁１が達すると、ピス
トン式制御弁１は二点鎖線で表されるように自動的に不
可逆的にバイパス流路を閉じる方向に移動する。

【００４６】さて、ピストン式制御弁１が移動しバイパ
ス流路開口部６ｃが完全に塞がると図６の全容量運転状
態となる。図６の状態から再びバイパス運転状態に移行
するには高低圧差の減少が条件となるが、 Ｐｍ６＞Ｐｍ７＞Ｐｍ８＝Ｐｓ８ …（１８） であり、補助背圧空間２ｅの内圧が上昇していることか
ら、バイパス流路が開いている状態から閉じるときの高
低圧差又は圧縮比が、バイパス流路が閉じている状態か
ら開くときの高低圧差又は圧縮比より大きい、ハンチン
グ耐力に優れた容量制御機構を簡単な構造で構築するこ
とができる。全容量運転からバイパス運転への移行につ
いても、ピストン式制御弁が圧縮ばね７を押し戻す方向
に移動し、バイパス流路が半開半閉状態となると、補助
背圧空間２ｅの内圧は急激に吸入圧力Ｐｓと混合し減圧
するため、ピストン式制御弁１を押し戻そうとする力が
弱まり、臨界点に達すると、それ以降は更なる差圧の減
少に依存することなく、二点鎖線で示されるように自動
的かつ不可逆的にバイパス運転状態へと移行することが
可能となる。

【００４７】図１０は実施の形態２におけるピストン式
制御弁のパラメータをある適当な値に設定した際の、吸
入圧力Ｐｓおよび吐出圧力Ｐｄに対するピストン式制御
弁の開閉状態を表した図である。図１０に於いて、弁閉
開始線はある吸入圧力Ｐｓに於いてバイパス運転状態か
ら全容量運転状態へと移行する際の吐出圧力Ｐｄの境界
を表しており、弁開開始線はある吸入圧力Ｐｓに於いて
全容量運転状態からバイパス運転状態へと移行する際の
吐出圧力Ｐｄの境界を表している。

【００４８】図１０に於いて、弁開開始線と弁閉開始線
の傾きが異なるため図中の破線より右側の領域では弁開
開始線が弁閉開始線と比較してより高圧側に位置してお
り、バイパス流路が開いている状態から閉じるときの高
低圧差又は圧縮比がバイパス流路が閉じている状態から
開くときの高低圧差又は圧縮比より大きく、図９のよう
にバイパス流路の開閉動作は不可逆特性を持つことがで
きるが、破線に近づくにつれて全容量運転移行時とバイ
パス運転移行時の圧力差が図１１に示すように小さくな
り、図１０破線の位置で弁開開始線と弁閉開始線は交差
し、バイパス流路が開いている状態から閉じるときの高
低圧差又は圧縮比がバイパス流路が閉じている状態から
開くときの高低圧差又は圧縮比と等しくなる。

【００４９】更に図１０の破線より左側の領域では弁開
開始線と弁閉開始線の上下位置が入れ替わり、吸入圧力
Ｐｓが低下するに従って図１３のように半開領域でのこ
う配が直線変化に近づく。これは、ピストン式制御弁に
不可逆特性をもたらしている中間圧力Ｐｍが、吸入圧力
Ｐｓの変動に応じて比例的に変化するため、吸入圧力Ｐ
ｓの低下に伴って図６〜図８における補助背圧空間２ｅ
の圧力変動幅が小さくなることに起因する。

【００５０】従って、実施の形態２は、吸入圧力Ｐｍの
変動がさほど大きくない冷媒圧縮機に於いて非常に有効
である。また、実施の形態２ではバイパス連通路１ｃを
介してバイパス流路を構成しているが、従来の技術と同
ようにピストン式制御弁１の端面にてバイパス流路の開
閉を行う構造をとってもよい。また、実施の形態１で
は、直線方向に開閉動作を行うピストンで説明したが、
軸周りの回転動作によって開閉を行うピストンでもよ
い。

【００５１】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図１４〜図１９について、スクロール圧縮機を用
いて説明する。実施の形態１、２と共通の構成や動作の
説明は省略する。図１４は、この発明の実施の形態３に
おける可変容量スクロール圧縮機の圧縮機構部分の断面
図である。図に於いて、ピストン式制御弁１は大径部分
１ａおよび小径部分１ｂとから成り、シリンダー２の大
径部分２ａおよび小径部分２ｂとそれぞれ嵌合してい
る。シリンダー２の大径部分２ａには第一の通路３１が
開口しており、ピストン式制御弁１の軸方向位置に応じ
てバイパス流路として開閉する。

【００５２】シリンダー２側方の背圧空間２ｄは第二の
通路３２を経由し吐出圧力空間１１ｄなどの吐出ガス雰
囲気と連通し、その内圧は吐出圧力Ｐｄと等しくなって
おり、一方ばね側空間２ｃは第三の通路３３を経由して
吸入圧力空間１１ｂなどの吸入ガス雰囲気と連通し、そ
の内圧は吸入圧力Ｐｓと等しくなっている。ピストン式
制御弁１にはバイパス連通路１ｃの他に吸入圧力抽気通
路１ｄおよび吐出圧力抽気通路１ｅが設けられており、
またシリンダー２にも補助背圧空間２ｅと連通された補
助背圧空間連通路２ｈが設けられている。

【００５３】次に、本実施の形態３におけるピストン式
制御弁１に働く力関係について説明する。圧縮機起動前
は吸入圧力Ｐｓおよび吐出圧力Ｐｄは等しいため、ピス
トン式制御弁１は図１６のようにバイパス状態にあり、
ストッパー２ｇから抗力を受けている。また、補助背圧
空間連通路２ｈは吸入圧力抽気通路１ｄと連通し、補助
背圧空間２ｅの内圧Ｐｘは吸入圧力Ｐｓと等しくなって
いる。

【００５４】さて、図１６に於いて圧縮機が起動し徐々
に差圧がつき始めるとピストン式制御弁１は圧縮ばねを
圧縮する方向に向かって移動を始めストッパー８からの
抗力を受けなくなる。この状態で、ピストン式制御弁に
は主に次式にて表される力が作用する。ここで、Ｆｂは
圧縮ばねによる力、Ｆｓは吸入圧力Ｐｓによる力、Ｆｄ
は吐出圧力Ｐｄによる力、Ｆｘは補助背圧空間２ｅの内
圧による力を表しており、続く数字は図番に対応してい
る。また、Ｓ１はピストン式制御弁１の大径部分１ａの
面積、Ｓ２は小径部分１ｂの面積であり、ｋは圧縮ばね
のばね定数、ｘはその圧縮方向への変位である。

【００５５】差圧が更に大きくなるとピストン式制御弁
はこれに応じて更に圧縮ばねを圧縮する方向に移動し、
これまで吸入圧力抽気通路１ｄに連通していた補助背圧
空間連通路２ｈは図１５に示されるように吸入圧力抽気
通路１ｄと吐出圧力抽気通路１ｅの中間部に位置するよ
うになる。吸入圧力抽気通路１ｄと吐出圧力抽気通路１
ｅの中間部には圧力こう配があり、ピストン式制御弁１
の移動によって補助背圧空間２ｅの内圧Ｐｘは吸入圧力
Ｐｓから吐出圧力Ｐｄへと次第に上昇し、ピストン式制
御弁１の圧縮ばね７を圧縮する方向に働く力が更に増大
する。

【００５６】従って、ピストン式制御弁１は、補助背圧
空間連通路２ｈが吸入圧力抽気通路１ｄと吐出圧力抽気
通路１ｅの中間部に位置した状態では差圧の増加に対し
て非常に感度良く移動することになる。ピストン式制御
弁１が移動し、ある臨界点においてこの圧力こう配によ
って押付け力Ｆｘの増加がばね力Ｆｂの増加より大きく
なれば、ピストン式制御弁は更なる差圧の上昇に依存す
ることなく、自動的かつ不可逆的に図１４の状態にまで
移動し全容量運転状態へと移行する。図１４の状態にお
けるピストン式制御弁１にかかる力は次式にて表され
る。 Ｆｂ１４＝ｋｘ１４ …（２３） Ｆｓ１４＝Ｓ１×Ｐｓ１４ …（２４） Ｆｄ１４＝Ｓ２×Ｐｄ１４ …（２５） Ｆｍ１４＝（Ｓ１−Ｓ２）×Ｐｄ１４ …（２６） また、この全容量運転状態からバイパス運転状態に移行
するには高低圧差が低下すれば良いが、図１４の状態で
は補助背圧空間２ｅの内圧ＰｘがＰｄ１４へと上昇して
いることから、ピストンが作動を始める高低圧差は図１
６のバイパス状態よりも低くなり、バイパス流路が開い
ている状態から閉じるときの高低圧差又は圧縮比が、バ
イパス流路が閉じている状態から開くときの高低圧差又
は圧縮比より大きい、ハンチング耐力に優れた容量制御
機構を簡単な構造で構成することができる。

【００５７】全容量運転からバイパス運転への移行につ
いても、ピストン式制御弁が圧縮ばね７を押し戻す方向
に移動すると補助背圧空間２ｅの内圧が圧力こう配に応
じて減圧するため、ピストン式制御弁１を押し戻そうと
する力が弱まり、ある臨界点に達すれば更なる差圧の減
少に依存することなく自動的にバイパス運転状態へと移
行することが可能となる。

【００５８】従って実施の形態３のピストン式制御弁１
は、圧縮ばね７の圧縮方向への変位ｘおよび吐出圧力Ｐ
ｄと吸入圧力Ｐｓの差に対して図１７に表すような挙動
を示す。即ち、全開限界位置に於いてバイパス流路は閉
じ始めるが、補助背圧空間２ｅの内圧が上昇し、高低圧
差のこう配が小さくなり、差圧に応じて決定されるある
臨界点にピストン式制御弁１が達すると、ピストン式制
御弁１は二点鎖線で表されるように自動的かつ不可逆的
にバイパス流路を閉じる方向に移動する。

【００５９】図１８は実施の形態３におけるピストン式
制御弁のパラメータをある適当な値に設定した際の、吸
入圧力Ｐｓおよび吐出圧力Ｐｄに対するピストン式制御
弁の開閉状態を表した図である。実施の形態３では弁開
開始線と弁閉開始線の傾きが等しく互いに交差すること
がないため、吸入圧力Ｐｓの値が変化しても常に、バイ
パス流路が開いている状態から閉じようとするときの差
圧が、バイパス流路が閉じている状態から開こうとする
時の差圧より大きい容量制御機構となり、冷凍回路にて
用いられる運転条件の変動の大きい圧縮機においても特
に有効である。

【００６０】さて、実施の形態２では補助背圧空間２ｅ
の内圧がバイパス流路の開閉度合に直接依存しており、
図９において曲線のこう配や臨界点の位置は全開限界位
置および全閉限界位置に対して一意的に決定されるもの
であったが、実施の形態３においては吸入圧力抽気通路
１ｄと吐出圧力抽気通路１ｅをバイパス流路に対して任
意の位置に配置できるため、図１７における曲線のこう
配や臨界点の位置が全開限界位置および全閉限界位置に
対して理想的となるように、補助背圧空間２ｅの内圧変
動を最適設計することが可能である。バイパス流路が半
開状態にある頻度はできるだけ小さい方が望ましいた
め、図１７においてピストン式制御弁１は、半開領域に
おいては可能な限り二点鎖線にて表される自動的かつ不
可逆的な挙動を示すことが理想的である。従って、バイ
パス流路が半開半閉状態にあるときは、ピストン式制御
弁１の移動に対して常に補助背圧空間２ｅの内圧が変化
するように設計を行えばよい。

【００６１】従って、例えば図１９に示すように、吸入
圧力抽気通路１ｄおよび吐出圧力抽気通路１ｅの距離を
バイパス流路の開閉に要するピストン式制御弁１の移動
距離より十分大きくとるなどして、吸入圧力と吐出圧力
との切り替えに要するピストンの行程が、バイパス流路
の開閉動作に要するピストンの行程より大きくなるよう
にピストン式制御弁１を設計すれば、図１７に示すよう
に半開領域では常に二点鎖線で表された自動的かつ不可
逆的な挙動を示すピストン式制御弁を得ることが可能と
なる。

【００６２】また、実施の形態３ではバイパス連通路１
ｃを介してバイパス流路を構成しているが、従来の技術
と同ようにピストン式制御弁１の端面にてバイパス流路
の開閉を行う構造をとってもよい。また、実施の形態１
では、直線方向に開閉動作を行うピストンで説明した
が、軸周りの回転動作によって開閉を行うピストンでも
よい。

【００６３】実施の形態４．実施の形態１〜３に示した
スクロール圧縮機は、例えば図１において圧縮途中の中
間圧力室１１ｃにバイパス流路が開口しており、バイパ
ス運転時は圧縮室に組み込まれた冷媒ガスはこのバイパ
ス流路を経由して吸入圧力雰囲気へと戻される。この
時、この冷媒ガスがある程度の圧縮作用を受けてからバ
イパスすると、圧縮室外への冷媒ガス漏れの発生と同様
に再圧縮による損失が発生し、圧縮効率の低下や吐出ガ
ス温度の上昇を招くこととなる。

【００６４】従って、前記バイパス流路の圧縮室への開
口部分が、圧縮室への冷媒ガス組み込み完了時に前記圧
縮室に連通していれば、再圧縮による損失の発生と吐出
ガス温度の上昇を回避することが可能となる。スクロー
ル圧縮機は一般に圧縮室への冷媒ガスの組み込み完了か
ら吐出ガス雰囲気への吐出開始までクランクシャフトが
複数回転するが、バイパス流路開口部を圧縮室への冷媒
ガス組み込み完了時に圧縮室と連通する位置に設ければ
よい。

【００６５】また、スクロール圧縮機以外にもヘリカル
ブレード圧縮機等が圧縮室への冷媒ガスの組み込み完了
から吐出ガス雰囲気への吐出開始までクランクシャフト
が複数回転する圧縮機として知られているが、スクロー
ル圧縮機と同様にバイパス流路開口部を圧縮室への冷媒
ガス組み込み完了時に圧縮室と連通する位置に設けるこ
とで再圧縮による損失の発生と吐出ガス温度の上昇を回
避することが可能となる。

【００６６】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５を図２０について、スクロール圧縮機を用いて説明
する。なお、本発明の実施の形態１〜４と共通の構造や
動作の説明は省略する。図２０は本発明の実施の形態５
における可変容量スクロール圧縮機の固定スクロール背
面部分の断面図である。図に於いて、固定スクロール１
１の中間圧力室１１ｃにはバイパス流路１１ｅが開口し
ており、バイパス流路は実施の形態１〜３で示したピス
トン式制御弁１によってその開閉を制御されている。ピ
ストン式制御弁１は一対の相似的な圧縮室各々に対して
一対配置されており、また一対のバイパス流路１１ｅの
圧縮室への開口部分も、各々の圧縮室に対して同一のク
ランクシャフトの回転位相角度にて同時に開閉する位置
に配置されている。

【００６７】また、一対のピストン式制御弁１のばね定
数やシリンダー内径を始めとする設計値も統一されてい
る。従って、この可変容量冷媒圧縮機は、一対の圧縮室
の相似的な位置に設けた複数のバイパス流路を同時に開
閉することとなり、一方の圧縮室がバイパス状態で、他
方の圧縮室が全容量状態といった片肺運転に陥り、揺動
スクロールが自転しようとする自転モーメントが増大し
たり、圧縮室内のガス負荷のアンバランスが生じている
方向に圧縮室を変形させようとする力が働き軸受を始め
とする機械要素に大きな負担が加わる可能性を低減する
ことが可能となる。

【００６８】さて、一対の相似的な圧縮室についてはバ
イパス流路を同時に開閉させるが、これらのバイパス流
路とは別のクランクシャフトの回転位相角度にて連通す
るような位置に更なる一対のバイパス流路を設置し、バ
イパス流路が開閉動作するための条件設定を任意に振り
分けることで、運転条件の変化に対して更にきめ細かく
対応可能な、多段階的な容量制御機構を得ることが可能
である。

【００６９】実施の形態６．以下、この発明の実施の形
態６を図２１について、スクロール圧縮機を用いて説明
する。なお、実施の形態１〜５と共通の構造や動作の説
明は省略する。図２１は本発明の実施の形態６における
可変容量スクロール圧縮機の固定スクロール背面部分の
斜視図である。図に於いて、固定スクロール１１及び揺
動スクロール（図示せず）によって形成される一対の相
似的な圧縮室には、同一のクランクシャフトの回転位相
角度にて同時に開閉する位置に一対のバイパス流路１１
ｅが各々に対して連通している。これらのバイパス流路
１１ｅはバイパス弁３によって開閉され、バイパス弁３
は実施の形態１〜３にて示したピストン式制御弁１と連
結されており、ピストン式制御弁１の動作に応じてバイ
パス流路１１ｅを開閉する。

【００７０】実施の形態６では１個のピストン式制御弁
１の動作によって複数のバイパス流路１１ｅの開閉動作
を行うため、実施の形態５のように相似的な一対の圧縮
室各々にピストン式制御弁１を用いる場合に起こり得
る、ピストン式制御弁１のばらつきによるバイパス流路
１１ｅの開閉ポイントのずれを未然に回避することが可
能となる。従って、この可変容量冷媒圧縮機は、一対の
圧縮室の相似的な位置に設けた複数のバイパス流路が、
１個ないし数個のピストン式制御弁によって同時に開閉
することとなり、一方の圧縮室がバイパス状態で、他の
圧縮室が全容量状態といった片肺運転に陥る可能性を低
減するとともに、部品点数を低減させることが可能とな
る。

【００７１】実施の形態７．以下、この発明の実施の形
態７を図２２について、スクロール圧縮機を用いて説明
する。なお、本発明の実施の形態１〜５と共通の構造や
動作の説明は省略する。図２２は本発明の実施の形態７
における可変容量スクロール圧縮機の固定スクロールの
断面図である。図に於いて、固定スクロール１１、及び
揺動スクロール（図示せず）によって形成される一対の
相似的な圧縮室には、同一のクランクシャフトの回転位
相角度にて同時に開閉する位置に一対のバイパス流路１
１ｅが各々に対して連通している。これらのバイパス流
路１１ｅはバイパス流路開閉弁３によって開閉され、バ
イパス流路開閉弁３は圧縮ばね８によるばね力、吸入圧
力空間１１ｂから連通した吸入圧力Ｐｓ、中間圧力室１
１ｃからバイパス流路１１ｅを経て連通した中間圧力Ｐ
ｍ、および密閉容器内の適当な場所に設置されたチャン
バー５内の背圧力Ｐｂによって制御されている。チャン
バー５内の背圧力Ｐｂは実施の形態１〜３にて示したピ
ストン式制御弁（図示せず）によって制御されており、
一対のバイパス流路開閉弁３は同一の背圧力Ｐｂを受け
ている。

【００７２】従って実施の形態７では複数のバイパス開
閉動作が一つのピストン式制御弁の動作に集約されてい
るため、この可変容量冷媒圧縮機は、一対の圧縮室の相
似的な位置に設けた複数のバイパス流路が同時に開閉す
ることとなり、一方の圧縮室がバイパス状態で、他の圧
縮室が全容量状態といった片肺運転に陥る可能性を低減
するとともに、部品点数を低減させることが可能とな
る。

【００７３】実施の形態８．実施の形態１〜７において
示したピストン式制御弁によるバイパス制御機構を、回
転体の回転数が一定である可変容量式冷媒圧縮機に適用
することで、従来は大きなコストアップの要因を占めて
いた電磁弁やセンサー類、制御用の外部配管を始めとす
るバイパス制御機構周辺の大幅な部品数低減が可能とな
り、これに伴う大幅なコスト低減を実現した圧縮機を得
ることができる。また、実施の形態１〜７では主にスク
ロール圧縮機を用いて実施の形態を説明したが、実施の
形態１〜７はロータリー方式、レシプロ方式、あるいは
ヘリカルブレード方式などの他方式の冷媒圧縮機につい
ても適用可能である。

【００７４】実施の形態９．実施の形態１〜７において
示したピストン式制御弁によるバイパス制御機構を、従
来まで圧縮機の運転速度を可変とすることで冷媒循環量
を可変としていた可変速圧縮機に適用することで、冷凍
回路の運転条件変化に対してより幅広くかつ効率的に対
応することが可能となる。例えば従来、可変速圧縮機は
その最大能力に対して冷凍回路がさほど冷凍能力を必要
としない場合、最大運転速度に対してその運転速度を中
速あるいは低速に落とすことで冷媒循環量を絞っていた
が、圧縮機はその運転速度が小さくなるほど冷媒循環量
に対する圧縮室外への冷媒漏れ量が相対的に大きくな
り、漏れにより圧縮効率が低下する。

【００７５】また、運転速度が小さくなると、軸受など
の油膜が確保しにくくなるなど、機械要素部分の信頼性
が低下する。また、冷凍回路においては、冷凍回路が必
要としている冷凍能力が小さいとき必然的に冷凍回路の
高低圧差若しくは圧縮比が小さい場合が多いが、スクロ
ール圧縮機やヘリカルブレード圧縮機のように圧縮機の
最適圧縮比が設計時点に於いて決定されるような圧縮機
では、低負荷運転時に過圧縮による損失が発生する。

【００７６】従って、実施の形態９では、従来の可変速
圧縮機に実施の形態１〜７に示したピストン式制御弁に
よるバイパス制御機構を組み合わせることで、従来の可
変速圧縮機における低負荷運転、即ち低速あるいは中速
運転を、バイパス制御による中速あるいは高速運転にて
代替することが可能となる。これによって、最低能力が
従来と同等でありながら最低運転速度が従来より高い、
性能及び信頼性に優れた可変速圧縮機を得ることができ
る。

【００７７】図２３は小能力運転時の可変速スクロール
圧縮機について、横軸にクランクシャフトの回転角度、
縦軸に圧縮室の内圧をとって表したものである。従来の
可変速スクロール圧縮機では、冷凍回路の負荷が比較的
小さいとき、冷凍回路の高低圧差に対して圧縮機の組み
込み圧縮比が相対的に大きくなり、過圧縮による損失が
発生したが、冷凍回路の負荷が小さい、即ち圧縮機の運
転速度が低速であるような運転条件時にバイパス流路を
開きバイパス流路開口から圧縮を開始させれば、低負荷
時でも過圧縮損失の発生しない高効率な可変速圧縮機を
得ることができる。バイパス流路開口位置を１箇所のみ
でなく数箇所適当な位置に配置すれば、運転条件の変化
に対して更にきめ細かく対応したバイパス制御機構を得
ることが可能である。

【００７８】

【発明の効果】この発明に係る冷媒圧縮機は、ピストン
式制御弁の開閉動作はバイパス流路の圧力変動によって
妨げられることがなくなり、バイパス流路の半開状態で
停滞する運転範囲が減少するため、全体として半開に起
因する圧損の小さい高効率な冷媒圧縮機が得られる。さ
らに、半開に起因する圧損が小さいため、その圧損に起
因する吐出ガス温度の上昇を低減することが可能な信頼
性の高い圧縮機が得られる。さらに、高低圧差が大きい
とき若しくは圧縮比が大きいときには確実に全容量運転
となり、逆に高低圧差が小さいとき若しくは圧縮比が小
さいときには確実にバイパス運転となるので、制御性の
良い、高効率、高信頼性の冷媒圧縮機が得られる。

【００７９】また、ピストン式制御弁の吐出圧力を作用
させる他方の面の一部に中間圧力又は吸入圧力を切り替
えて作用させることにより、ピストン式制御弁は不可逆
特性を有することとなり、その結果ピストン式制御弁の
安定性が向上し、運転圧力が多少ハンチングしてもそれ
につられてピストン式制御弁がハンチングを起こすこと
はない。このため、制御性が良好でかつ、ピストン式制
御弁などの破損確立の小さい信頼性の高い冷媒圧縮機を
得ることができる。また簡単な構造でバイパス流路の半
開での停滞が解消されるため、全体として半開に起因す
る圧損の無い高効率な冷媒圧縮機が低コストで得られ
る。さらに、半開に起因する圧損がないため、その圧損
に起因する吐出ガス温度の上昇を回避することが可能な
信頼性の高い冷媒圧縮機が低コストで得られる。

【００８０】また、ピストン式制御弁の吐出圧力を作用
させる他方の面の一部に吐出圧力又は吸入圧力を切り替
えて作用させることにより、ピストン式制御弁は全運転
領域で不可逆特性を有することとなり、その結果ピスト
ン式制御弁の安定性が向上し、運転圧力が多少ハンチン
グしてもそれにつられてピストン式制御弁がハンチング
を起こすことはない。このため、全運転領域で制御性が
良好でかつ、ピストン式制御弁などの破損確立の小さい
信頼性の高い冷媒圧縮機を得ることができる。また、簡
単な構造でバイパス流路の半開での停滞が解消されるた
め、全運転領域で半開に起因する圧損の無い高効率な冷
媒圧縮機が低コストで得られる。さらに、半開に起因す
る圧損がないため、全運転領域でその圧損に起因する吐
出ガス温度の上昇を回避することが可能な信頼性の高い
冷媒圧縮機が低コストで得られる。

【００８１】また、ピストン式制御弁の吸入圧力と吐出
圧力との切り替えに要するピストンの行程が、バイパス
流路の開閉動作に要するピストンの行程より大きくなる
構成としたので、ピストン式制御弁の部品の多少のばら
つきが多少あっても、安定したバイパス制御が可能とな
り、容量制御の制御信頼性の高い冷媒圧縮機が安価に得
られる。

【００８２】また、一対の圧縮室の相似的な位置に設け
たバイパス流路を同時に開閉させることにより、対にな
っている圧縮室の一部の圧縮室だけが全容量運転とな
り、残りの圧縮室がバイパス運転となるいわゆる片肺運
転を回避できる。このため、片肺運転に起因して自転モ
ーメント、即ち揺動スクロール自身が自転しようとする
モーメントが増大することのない、高効率で信頼性の高
い冷媒圧縮機が得られる。

【００８３】また、回転体の回転数が可変の冷媒圧縮機
にバイパス制御機構を適用することにより、中速及び低
速での軽負荷運転を高速及び中速でのバイパス運転にて
代替することとなり、中速及び低速での軽負荷時の過圧
縮損失の発生が回避され、高効率な冷媒圧縮機が得られ
る。

【００８４】また、最低回転数近傍に於いて大部分の運
転時間がバイパス運転状態になるようにして、運転回転
数が増加するように設定したので、最低回転数近傍に於
いての過圧縮及びスラスト軸受損失などが回避され、高
効率な冷媒圧縮機が得られると同時に、軸受部分の摺動
速度が増加することで軸受の潤滑状態が改善された信頼
性の高い冷媒圧縮機が得られる。

【００８５】また、バイパス流路の開閉動作をバイパス
流路開閉弁の背圧の切り替えによって行う場合に、ピス
トン式制御弁の動作によって背圧の切り替えを行うよう
にしたので、従来の電磁弁やセンサー類や制御用の外部
配管が不要となることに加えて、複数のバイパス流路の
開閉を一つのピストン式制御弁の動作で制御することが
可能となり、部品数の大幅な低減による低コスト化と高
い制御安定性を確保することが可能な冷媒圧縮機が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１を示す冷媒圧縮機の断
面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１を示す冷媒圧縮機にお
けるピストン式制御弁部分の断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１を示す冷媒圧縮機にお
けるピストン式制御弁部分の断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態１におけるピストン式制
御弁の挙動を示す図である。

【図５】 本発明の実施の形態１におけるピストン式制
御弁の挙動を示す図である。

【図６】 本発明の実施の形態２を示す冷媒圧縮機の断
面図である。

【図７】 本発明の実施の形態２を示す冷媒圧縮機にお
けるピストン式制御弁部分の断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態２を示す冷媒圧縮機にお
けるピストン式制御弁部分の断面図である。

【図９】 本発明の実施の形態２におけるピストン式制
御弁の挙動を示す図である。

【図１０】 本発明の実施の形態２におけるピストン式
制御弁の挙動を示す図である。

【図１１】 本発明の実施の形態２におけるピストン式
制御弁の挙動を示す図である。

【図１２】 本発明の実施の形態２におけるピストン式
制御弁の挙動を示す図である。

【図１３】 本発明の実施の形態２におけるピストン式
制御弁の挙動を示す図である。

【図１４】 本発明の実施の形態３を示す冷媒圧縮機の
断面図である。

【図１５】 本発明の実施の形態３を示す冷媒圧縮機に
おけるピストン式制御弁部分の断面図である。

【図１６】 本発明の実施の形態３を示す冷媒圧縮機に
おけるピストン式制御弁部分の断面図である。

【図１７】 本発明の実施の形態３におけるピストン式
制御弁の挙動を示す図である。

【図１８】 本発明の実施の形態３におけるピストン式
制御弁の挙動を示す図である。

【図１９】 本発明の実施の形態３におけるピストン式
制御弁の要部断面図である。

【図２０】 本発明の実施の形態５を示す冷媒圧縮機の
断面図である。

【図２１】 本発明の実施の形態６を示す冷媒圧縮機の
断面図である。

【図２２】 本発明の実施の形態７を示す冷媒圧縮機の
断面図である。

【図２３】 本発明の実施の形態９における冷媒圧縮機
の特性を示す図である。

【図２４】 従来の冷媒圧縮機を示す断面図である。

【図２５】 従来の冷媒圧縮機におけるピストン式制御
弁部分の断面図である。

【図２６】 従来の冷媒圧縮機におけるピストン式制御
弁部分の断面図である。

【図２７】 従来の冷媒圧縮機におけるピストン式制御
弁の挙動を示す図である。

【図２８】 従来の冷媒圧縮機におけるピストン式制御
弁の挙動を示す図である。

【符号の説明】

１ ピストン式制御弁、１ａ 大径部分、１ｂ 小径部
分、１ｃ バイパス連通路、１ｄ 吸入圧力抽気通路、
１ｅ 吐出圧力抽気通路、２ シリンダー、２ａ 大径
部分、２ｂ 小径部分、２ｃ ばね側空間、２ｄ 背圧
空間、２ｅ 補助背圧空間、２ｆ ストッパー、２ｇ
ストッパー、２ｈ 補助背圧空間連通路、３ バイパス
流路開閉弁、４ シリンダー、５ チャンバー、７ 圧
縮ばね、８ 圧縮ばね、１１ 固定スクロール、１１ａ
固定スクロール歯先、１１ｂ吸入圧力空間、１１ｃ
中間圧力室、１１ｄ 吐出圧力空間、１１ｅ バイパス
流路、１４ 吐出口、１５ ピストンリング、１６ ピ
ストンリング、３１ 第一の通路、３２ 第二の通路、
３３ 第三の通路、３４ 第四の通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 喜英 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器と、 この密閉容器内に設けられ、回転運動を行い駆動源とな
   る回転体と、 この回転体の回転運動によってガス冷媒を圧縮搬送する
   圧縮機構部分と、 この圧縮機構部分に設けられた圧縮室と、 前記密閉容器内に設けられた吸入ガス空間と、 前記圧縮室と前記吸入ガス空間とを連通し、その開閉に
   より前記圧縮室の行程容積を可変とするバイパス流路
   と、 一方の面に前記圧縮室の吸入圧力と弾性力を作用させ、
   他方の面に前記圧縮室の吐出圧力を作用させ、前記バイ
   パス流路の開閉動作を行うピストンを有するピストン式
   制御弁と、 を備えたことを特徴とする冷媒圧縮機。
2. 【請求項２】 前記ピストン式制御弁の吐出圧力を作用
   させる他方の面の一部に、吸入圧力と中間圧力とが切り
   替わって作用する構成としたことを特徴とする請求項１
   記載の冷媒圧縮機。
3. 【請求項３】 前記ピストン式制御弁の吐出圧力を作用
   させる他方の面の一部に、吸入圧力と吐出圧力とが切り
   替わって作用する構成としたことを特徴とする請求項１
   記載の冷媒圧縮機。
4. 【請求項４】 前記ピストン式制御弁に於いて、吸入圧
   力と吐出圧力との切り替えに要する前記ピストンの行程
   が、前記バイパス流路の開閉動作に要する前記ピストン
   の行程より大きいことを特徴とする請求項３記載の冷媒
   圧縮機。
5. 【請求項５】 一対の前記圧縮室を有し、前記バイパス
   流路はこの一対の圧縮室の相似的な位置に設けられ、前
   記ピストン式制御弁を同時に開閉させたことを特徴とす
   る請求項１記載の冷媒圧縮機。
6. 【請求項６】 前記回転体の回転数が可変であることを
   特徴とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
7. 【請求項７】 最低回転数近傍に於いて大部分の運転時
   間がバイパス運転状態であることを特徴とする請求項６
   記載の冷媒圧縮機。
8. 【請求項８】 密閉容器と、 この密閉容器内に設けられ、回転運動を行い駆動源とな
   る回転体と、 この回転体の回転運動によってガス冷媒を圧縮搬送する
   圧縮機構部分と、 この圧縮機構部分に設けられた圧縮室と、 前記密閉容器内に設けられた吸入ガス空間と、 前記圧縮室と前記吸入ガス空間とを連通し、その開閉に
   より前記圧縮室の行程容積を可変とするバイパス流路
   と、 このバイパス流路を背圧を切り替えることで開閉するバ
   イパス流路開閉弁と、 一方の面に前記圧縮室の吸入圧力と弾性力を作用させ、
   他方の面に前記圧縮室の吐出圧力を作用させ、前記バイ
   パス流路開閉弁の背圧を切り替えるピストン式制御弁
   と、を備えたことを特徴とする冷媒圧縮機。