CN109072917A - 旋转式压缩机以及制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

提供小型且排出容量较大的旋转式压缩机以及制冷循环装置。在工作流体的最大排出压力达到3MPa以上的旋转式压缩机(2)中，在将气缸室(20a、20b)的内径设为D1，将气缸室(20a、20b)的合计高度设为H，将从定子(14)的上端部至密闭壳体(7)的上部内壁面的距离设为L1，将密闭壳体(7)的内侧截面积设为Ac，将排出流路(15)的总截面积设为Ad，将定子(14)的定子铁芯(14a)的厚度设为T时，下述关系式(1)～(3)全部成立，(1)0.85×D1＜H＜L1(2)0.06＜Ad/Ac＜0.13(3)1.2＜T/H＜1.5。

Description

旋转式压缩机以及制冷循环装置

技术领域

本发明的实施方式涉及旋转式压缩机以及使用了该旋转式压缩机的制冷循环装置。

背景技术

在将电动机和经由连结于该电动机的旋转轴来驱动的压缩机构部收容于密闭壳体内、并对制冷剂等工作流体进行压缩的旋转式压缩机中，为了使被压缩而排出的工作流体的排出容量增大，采取了各种对策，例如，采取了下述专利文献1所记载的那种对策。

在专利文献1所记载的旋转式压缩机中，在将气缸室的内径设为D、将气缸室的高度设为H时，在单缸型中，设为H/D≤0.4，在双缸型中，设为H/D≤0.3。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本专利第4864572号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1所记载的旋转式压缩机中，为了使排出容量增大，需要增大气缸室的内径，伴随于此，密闭壳体的内径也变大，因此耐压性降低。特别是，在排出压力较高的情况下，需要加厚密闭壳体的壁厚，会导致旋转式压缩机的大型化、重量增大、节省资源性的恶化。因此，考虑增大H/D，在不增大密闭壳体的内径的情况下将排出容量增大，但在该情况下，由于不能增大电动机的直径，因此在以往一般使用的4极电动机中，压缩负载转矩变得过大，压缩机效率降低。

本发明的实施方式的目的在于，提供一种小型并且排出容量较大的旋转式压缩机以及使用了该旋转式压缩机的制冷循环装置。

用于解决课题的手段

根据实施方式的旋转式压缩机，在旋转式压缩机中，其特征在于，具有：密闭壳体；极数为6极以上的电动机，收容于密闭壳体内的上部；压缩机构部，收容于密闭壳体内的下部，经由连结于电动机的旋转轴而被驱动；以及排出管，设于密闭壳体的上部，压缩机构部具有上下两端被封堵而在内部形成有气缸室的两个气缸，在气缸室内，嵌合于旋转轴的辊偏心旋转，从而将工作流体压缩，将在气缸室内压缩后的工作流体向密闭壳体内排出，电动机具有与旋转轴一体地旋转的转子和将该转子的外周包围的定子，并形成有将从气缸室内排出的工作流体导向排出管侧的排出流路，工作流体的最大排出压力达到3MPa以上，在将气缸室的内径设为D1，将两个气缸的气缸室的合计高度设为H，将从定子的上端部至密闭壳体的上部内壁面的距离设为L1，将密闭壳体的内侧截面积设为Ac，将排出流路的总截面积设为Ad，将定子的定子铁芯的厚度设为T时，下述关系式(1)～(3)全部成立，

(1)0.85×D1＜H＜L1，

(2)0.06＜Ad/Ac＜0.13，

(3)1.2＜T/H＜1.5。

发明效果

由此，能够获得小型并且排出容量较大的旋转式压缩机以及使用了该旋转式压缩机的制冷循环装置。

附图说明

图1是以剖面图表示的包含旋转式压缩机的制冷循环装置的概略图。

图2是表示改变了4极电动机与6极电动机中的气缸室的高度与内径之比的情况下的COP比的图表。

图3是表示Ad/Ac与润滑油的排油量的关系的图表。

图4是表示Ad/Ac与电动机的效率比的关系的图表。

图5是表示T/H与电动机的效率比的关系的图表。

图6是表示T/H与排出流路的压力损失的比例的关系的图表。

图7是表示D2/H与COP比的图表。

具体实施方式

基于图1说明实施方式的制冷循环装置的概略。如图1所示，制冷循环装置1具有旋转式压缩机2、作为连接于旋转式压缩机2的散热器的冷凝器3、连接于冷凝器3的膨胀装置4、作为连接于膨胀装置4的吸热器的蒸发器5。在旋转式压缩机2设有储压器6。在该制冷循环装置1中，作为工作流体的制冷剂一边相变为气体状的气体制冷剂与液体状的液体制冷剂一边循环，在从气体制冷剂相变为液体制冷剂的过程中散热，在从液体制冷剂相变为气体制冷剂的过程中吸热，并利用这些散热和吸热而进行制暖、制冷、加热，冷却等。

另外，在旋转式压缩机2中进行气体制冷剂的压缩。在冷凝器3中，压缩后的气体制冷剂冷凝而成为液体制冷剂。在膨胀装置4中，冷凝后的液体制冷剂被减压。在蒸发器5中，减压后的液体制冷剂蒸发而成为气体制冷剂。在旋转式压缩机2的储压器6中，在利用蒸发器5蒸发后的气体制冷剂中含有液体制冷剂的情况下，将该液体制冷剂去除。

旋转式压缩机2具有上下两端被封堵而成为气密状态的圆筒状的密闭壳体7，在该密闭壳体7内的上部收容有电动机8，在密闭壳体7内的下部收容有作为将气体制冷剂压缩的部分的压缩机构部9。在电动机8连结有旋转轴10，经由该旋转轴10将压缩机构部9驱动。被压缩机构部9压缩后的气体制冷剂被排出到密闭壳体7内，密闭壳体7内被高压的气体制冷剂填满。在密闭壳体7的上部设有排出管11，密闭壳体7内的高压的气体制冷剂通过排出管11内导入冷凝器3。另外，在密闭壳体7内的底部存储有润滑油12。

电动机8具有固定于旋转轴10而与旋转轴10一体地旋转的转子13、以及将该转子13的外周包围的定子14，极数被设为6极以上。转子13具有层叠电磁钢板而得的转子铁芯13a以及插入到转子铁芯13a的内部的多个永磁体13b。定子14具有层叠电磁钢板而得的定子铁芯14a、以及卷绕于定子铁芯14a的励磁绕组14b。另外，在电动机8形成有将从压缩机构部9排出到密闭壳体7内的气体制冷剂导向作为密闭壳体7内的上部侧的排出管11侧的多个排出流路15，例如沿上下方向贯通转子13而形成的贯通孔、密闭壳体7的内周面与定子14的外周面间的间隙以及转子13外周面与定子14的内周面间的间隙等。

压缩机构部9具有：在上下方向上配置的两个气缸16a、16b、配置于气缸16a、16b之间而将这些气缸16a、16b的一方的端面封堵的分隔板17、配置于一方的气缸16a的上方侧即电动机8侧而将该气缸16a的上方侧的端面封堵的一方的轴承即主轴承18、以及配置于另一方的气缸16b的下方侧即电动机8的相反侧而将该气缸16b的下方侧的端面封堵的另一方的轴承即副轴承19。而且，在利用主轴承18与分隔板17封堵了两端面的气缸16a的内部形成有气缸室20a，在利用分隔板17与副轴承19封堵了两端面的气缸16b的内部形成有气缸室20b。在这些气缸16a、16b插通有旋转轴10，该旋转轴10被主轴承18与副轴承19轴支承。

在旋转轴10形成有圆柱状的两个偏心部21a、21b，一方的偏心部21a配置于气缸室20a内，另一方的偏心部21b配置于气缸室20b内。在偏心部21a嵌合有辊22a，在偏心部21b嵌合有辊22b。这些辊22a、22b被设为，一边伴随着旋转轴10的旋转使外周面滑动接触于气缸室20a、20b的内周面，一边偏心旋转。另外，在气缸16a设有能够往复滑动的叶片23a，在气缸16b设有能够往复滑动的叶片23b，这些叶片23a、23b通过使前端部抵接于辊22a、22b的外周面，将气缸室20a、20b内划分为吸入低压的气体制冷剂的吸入室与将吸入的气体制冷剂进行压缩的压缩室。

在主轴承18设有用于将在气缸室20a内压缩了的气体制冷剂向密闭壳体7内排出的排出孔24a与排出阀25a。在副轴承19设有用于将在气缸室20b内压缩了的气体制冷剂向密闭壳体7内排出的排出孔24b与排出阀25b。

另外，在主轴承18中，在包围排出阀25a的位置安装有消声器壳体26a，将排出阀25a开阀而排出的气体制冷剂在排出到消声器壳体26a内之后，从形成于消声器壳体26a的排出孔27向密闭壳体7内排出。在副轴承19中，在包围排出阀25b的位置安装有消声器壳体26b，将排出阀25b开阀而排出的气体制冷剂在排出到消声器壳体26b内之后，通过未图示的连通路径流入消声器壳体26a内，并从消声器壳体26a的排出孔27向密闭壳体7内排出。

这里，该旋转式压缩机2被设定为，工作时的气体制冷剂的最大排出压力达到3兆帕斯卡(MPa)以上，以下，详细地说明该旋转式压缩机2中的各部分的尺寸。

气缸室20a、20b的内径为相同的尺寸，这些气缸室20a、20b的内径被设为D1。

一方的气缸室20a的高度为H1，另一方的气缸室20b的高度为H2，两个气缸室20a、20b的合计高度H被设为(H＝H1+H2)。

从定子14的上端部至密闭壳体7的上部内壁面的距离被设为L1。

密闭壳体7的内侧的空间部分中的截面积被设为Ac。

排出流路15的总截面积被设为Ad。

定子14的定子铁芯14a的厚度被设为T。

以上说明的各尺寸被设定为，下述的关系式(1)～(3)全部成立。

(1)0.85×D1＜H＜L1

(2)0.06＜Ad/Ac＜0.13

(3)1.2＜T/H＜1.5

接着，在密闭壳体7内的气缸16a、16b的位置的水平剖面中，将形成于气缸室20a、20b的外侧而沿上下方向以及周向延伸的空间S的平均截面积设为Av。

另外，从电动机8的转子13的下端部至密闭壳体7的下部内壁面的距离被设为L2。

而且，以上说明的各尺寸被设定为，下述的关系式(4)以及(5)成立。

(4)Av/Ac＞0.1

(5)H＜L2/2

接着，主轴承18与副轴承19的内径被设为D2。

而且，以上说明的各尺寸被设定为，下述的关系式(6)成立。

(6)0.3＜D2/H＜0.4

在这样的构成中，通过向电动机8通电，转子13与旋转轴10旋转，从而压缩机构部9被驱动。通过压缩机构部9的驱动，低压的气体制冷剂通过储压器6而被吸入到气缸室20a、20b内，吸入的气体制冷剂在气缸室20a、20b内被压缩。

在气缸室20a内被压缩而成为高压的气体制冷剂从排出阀25a向消声器壳体26a内排出，并从消声器壳体26a的排出孔27向密闭壳体7内排出。另外，在气缸室20b内被压缩而成为高压的气体制冷剂从排出阀25b向消声器壳体26b内排出，通过未图示的连通路径流入消声器壳体26a内之后，从消声器壳体26a的排出孔27向密闭壳体7内排出。从排出孔27排出到密闭壳体7内的气体制冷剂通过形成于电动机8的排出流路15被导向作为密闭壳体7内的上部侧的排出管11侧，通过排出管11被导向冷凝器3。

图2示出了在使用工作时的最大排出压力达到3MPa以上的制冷剂(例如R410A、R32、二氧化碳)的额定条件下，使气缸室20a、20b的内径“D1”、密闭壳体7的内径保持相同的状态下增大气缸室20a、20b的合计高度“H”而增大气体制冷剂的排出容量的情况下的、“H/D1”以及使用4极电动机时与使用6极电动机时的COP(性能系数)比(使用6极电动机时的COP/使用4极电动机时的COP)的关系。

根据该图2可知，若成为0.85＜H/D1的区域、即压缩负载转矩较大的区域，则COP比达到1以上，由于大电流时的铜损抑制效果、铁芯间峰值磁通减少带来的铁损减少效果而6极电动机的一方效率变得更高。由此，在0.85×D1＜H的情况下，通过使用6极电动机，能够兼顾密闭壳体7的细径化、排出容量的增大、高效率化，可提供高耐压、小型轻量且排出容量较大、节省资源性较高的旋转式压缩机2。

另外，在图2中列举了6极电动机与4极电动机比较的情况来进行说明，但在6极以上的电动机、例如8极电动机、10极电动机等中也可获得相同的效果。

图3示出了测量了满足0.85×D1＜H并且使从定子14的上端部至密闭壳体7的上部内壁面的距离L1大于气缸室20a、20b的合计高度H时(H＜L1)的、相对于Ad(排出流路15的总截面积)/Ac(密闭壳体7的内侧空间部分的截面积)的来自排出管11的润滑油12的排油量的结果。

排油量由相对于气体制冷剂的循环量的重量比表示。若不改变气缸室20a、20b的内径、密闭壳体7的内径而改变气缸室20a、20b的合计高度“H”来增大气体制冷剂的排出容量，则电动机8的排出流路15中的气体制冷剂的流速变大，因此在排出流路15中润滑油难以从气体制冷剂分离，特别是，可知在Ad/Ac＜0.06时排油量急剧增加。

图4示出了相对于Ad/Ac的6极的电动机8的效率比。电动机8的效率比由相对于Ad/Ac＝0.13时的电动机效率的比表示。根据该图4可知，在Ad/Ac＞0.13时，为了确保排出流路15的面积会导致励磁绕组14b的占积率降低、永磁体13b的截面积降低等，电动机8的效率大幅度降低。据此，通过满足H＜L1和0.06＜Ad/Ac＜0.13(关系式2)，能够抑制电动机效率的恶化并且减少排油量。

图5示出了满足0.85×D1＜H＜L1(关系式1)、0.06＜Ad/Ac＜0.13(关系式2)时的、相对于T(定子铁芯14a的厚度)/H(气缸室20a、20b的合计高度)的6极的电动机8的效率比。电动机8的效率比由相对于T/H＝1.2时的电动机效率的比表示。可知在T/H＜1.2时，相对于压缩负载转矩，定子铁芯14a的厚度“T”较小，导致电动机8的效率降低。

图6示出了定子14的定子铁芯14a的厚度T与气缸室20a、20b的合计高度H的比例(T/H)、以及电动机8的排出流路15中的气体制冷剂的压力损失Wd与压缩机理论功Wth的比例的关系。在1.5＜T/H时，Wd/Wth急剧增加。据此，通过1.2＜T/H＜1.5(关系式3)，能够抑制电动机效率的恶化并且减少排出流路15的压力损失。

因此，通过全部满足以上的关系式1～关系式3，能够提供高耐压、小型轻量且排出容量较大、节省资源性较高并且排油量较少的、可靠性高的旋转式压缩机2。

另外，在谋求密闭壳体7的细径化与排出容量的增大化的情况下，通过设为Av/Ac＞0.1(关系式4)、并且H＜L2(从转子13的下端部至密闭壳体7的下部内壁面的距离)/2(关系式5)，能够在密闭壳体7的底部存储足够的量的润滑油12，即使在润滑油12被排油的情况下，也能够防止密闭壳体7内的润滑油12的油面的急剧的降低，能够提供可靠性更高的旋转式压缩机2。

图7示出了相对于主轴承18与副轴承19的内径D2和气缸室20a、20b的合计高度H之比即D2/H的、额定条件下的COP比。COP比由相对于D2/H＝0.3时的COP的比表示。在D2/H＜0.3的区域，通过增大H使主轴间距离变大，相对于此，旋转轴10的刚性变得不充分，旋转轴10的挠曲变得过大，由此COP大幅度降低。另一方面，在D2/H＞0.4的区域，相对于压缩负载转矩，旋转轴10的直径增大至必要以上，导致轴滑动损失的增大，COP降低。据此，通过设为0.3＜D2/H＜0.4(关系式6)，能够提供进一步成为高效率的旋转式压缩机2。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子提示的，并不意图限定发明的范围。该新的实施方式能够以其他的各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形，包含在发明的范围、主旨中，并且包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。

附图标记说明

1…制冷循环装置

2…旋转式压缩机

3…冷凝器(散热器)

4…膨胀装置

5…蒸发器(吸热器)

8…电动机

9…压缩机构部

10…旋转轴

11…排出管

13…转子

14…定子

14a…定子铁芯

15…排出流路

16a、16b…气缸

18、19…轴承

20a、20b…气缸室

22a、22b…辊

Claims (4)

1.一种旋转式压缩机，其特征在于，具有：密闭壳体；极数为6极以上的电动机，收容于所述密闭壳体内的上部；压缩机构部，收容于所述密闭壳体内的下部，经由连结于所述电动机的旋转轴而被驱动；以及排出管，设于所述密闭壳体的上部，

所述压缩机构部具有上下两端被封堵而在内部形成有气缸室的两个气缸，在所述气缸室内，嵌合于所述旋转轴的辊偏心旋转，从而将工作流体压缩，将在所述气缸室内压缩后的工作流体向所述密闭壳体内排出，

所述电动机具有与所述旋转轴一体地旋转的转子和将该转子的外周包围的定子，并形成有将从所述气缸室内排出的工作流体导向所述排出管侧的排出流路，工作流体的最大排出压力达到3MPa以上，

在所述旋转式压缩机中，在将所述气缸室的内径设为D1，将所述两个气缸的气缸室的合计高度设为H，将从所述定子的上端部至所述密闭壳体的上部内壁面的距离设为L1，将所述密闭壳体的内侧截面积设为Ac，将所述排出流路的总截面积设为Ad，将所述定子的定子铁芯的厚度设为T时，下述关系式(1)～(3)全部成立，

(1)0.85×D1＜H＜L1，

(2)0.06＜Ad/Ac＜0.13，

(3)1.2＜T/H＜1.5。

2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，

在所述密闭壳体内的所述气缸的位置处的水平剖面中，将形成于所述气缸室的外侧而沿上下方向延伸的空间的平均截面积设为Av，将从所述电动机的所述转子的下端部至所述密闭壳体的下部内壁面的距离设为L2时，还有下述关系式(4)以及(5)成立，

(4)Av/Ac＞0.1，

(5)H＜L2/2。

3.根据权利要求1或2所述的旋转式压缩机，其特征在于，

所述旋转轴被在一方的所述气缸的所述电动机侧的端面侧设置的一方的轴承和在另一方的所述气缸的与所述电动机相反的一侧的端面侧设置的另一方的轴承轴支承，将所述轴承的内径设为D2时，还有下述关系式(6)成立，

(6)0.3＜D2/H＜0.4。

4.一种制冷循环装置，其特征在于，具备：

权利要求1至3的任一项所述的旋转式压缩机、连接于所述旋转式压缩机的散热器、连接于所述散热器的膨胀装置以及连接于所述膨胀装置与所述旋转式压缩机之间的吸热器。