JP2004211681A

JP2004211681A - ロータリー圧縮機及び冷媒循環システム

Info

Publication number: JP2004211681A
Application number: JP2003369474A
Authority: JP
Inventors: Jin Kyu Choi; 鎮圭崔; Cheol Woo Kim; 哲宇金; Kook-Jeong Seo; 國正徐
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2004-07-29
Also published as: US6892548B2; CN1517557A; US20040129017A1

Abstract

【課題】バイパスされる冷媒の温度及び圧力を低下させて再吸入させることにより、バイパスの際、冷凍サイクルの効率低下、又は圧縮機の消費動力増加の問題点を防止することができる容量可変型ロータリー圧縮機及びこれを含む冷媒循環システムを提供する。
【解決手段】前記ロータリー圧縮機は、冷媒を圧縮するシリンダと、前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、前記バイパス管を通過する冷媒を冷却する冷却部及び減圧する減圧部と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は容量可変型ロータリー圧縮機及びこれを含む冷媒循環システムに係り、より詳しくは圧縮機の容量可変のため、バイパスされる冷媒が圧縮機に再吸入されるとき、最初の吸入時の温度及び圧力で再吸入できるようにするバイパスに関するものである。

図１に示すように、従来の容量可変型ロータリー圧縮機１０は、冷媒の圧縮作用が成されるシリンダ１１と、前記シリンダ１１に冷媒を吸入させる吸入管１２と、前記シリンダ１１から冷媒を吐出する吐出管１３と、冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダ１１に設けられるバイパス孔１１ａと、前記バイパス孔１１ａを介してバイパスされた冷媒をシリンダ１１に再吸入させるため、前記バイパス孔１１ａと前記吸入管１２とを連結するバイパス管１４とを含んでなる。前記シリンダ１１内には、シリンダ１１に対して偏心状態になったローラピストン１１ｂと、前記シリンダ１１の内部を高圧部１１ｄと低圧部１１ｅとに区画するベーン１１ｃと、が設けられる。前記バイパス管１４を通過する冷媒の断続手段として、前記バイパス孔１１ａを開閉するためのチェックバルブ１１ｆと、前記吐出管１３と前記バイパス管１４とを連結する連結管１５と、前記バイパス管１４と前記連結管１５との連結部に設けられる３方バルブ１６とが設けられる。

前記バイパス管１４は、前記３方バルブ１６により、前記バイパス孔１１ａと前記３方バルブ１６との間に位置する前管部１４ａと、前記３方バルブ１６と前記吸入管１２との間に位置する後管部１４ｂと、に区分される。３方バルブ１６は前記前管部１４ａを前記後管部１４ｂ又は前記連結管１５に選択的に連通させる。

このような従来の圧縮機１０において、容量可変は３方バルブ１６により制御される。３方バルブ１６が前記前管部１４ａを前記連結管１５に連通させると、吐出管１３の圧力がチェックバルブ１１ｆの外側に伝達され、チェックバルブ１１ｆの内側はこれより低いシリンダ１１の内部圧力が作用するため、チェックバルブ１１ｆが閉鎖される。したがって、冷媒がバイパスされることはなく大圧縮容量で運転される。

小圧縮容量が要求されるとき、前記前管部１４ａが前記後管部１４ｂに連通するように３方バルブ１６が制御されて、吸入管１２の圧力がチェックバルブ１１ｆの外側に伝達され、チェックバルブ１１ｆの内側には、シリンダ１１の内部圧力、つまり高圧部１１ｄ又は低圧部１１ｅの圧力が作用する。高圧部１１ｄの圧力は吸入管１２の圧力より高いため、チェックバルブ１１ｆの内側に外側より高い圧力が作用することにより、チェックバルブ１１ｆが開放される。したがって、チェックバルブ１１ｆの内側に高圧部１１ｄの圧力が作用するうちは、チェックバルブ１１ｆを介して冷媒がバイパスされ、圧縮機１０は小圧縮容量で運転される。

前記のように、従来の容量可変型ロータリー圧縮機１０は、小圧縮容量が要求されるとき、バイパス管１４を介して冷媒がバイパスされ、バイパスされた冷媒は吸入管１２に流入し、再びシリンダ１１に再吸入される。ところが、こうしてバイパスされる冷媒は、吸入後からバイパスされるまで一定程度の圧縮作用を受けるため、最初吸入時よりは温度及び圧力が上昇した状態となり、この温度及び圧力の状態でシリンダ１１に再吸入されると、冷媒の比体積増加により実質的な質量流量が減少して、全体として冷凍サイクル効率が低下し、圧力上昇による圧縮機１０の吸入圧力の上昇により、圧縮機１０の消費動力が増加する問題点があった。

したがって、本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、容量可変型ロータリー圧縮機において、バイパスされる冷媒の温度及び圧力を低下させて再吸入させることにより、バイパスの際、冷凍サイクルの効率低下、又は圧縮機の消費動力増加の問題点を防止することができる容量可変型ロータリー圧縮機及びこれを含む冷媒循環システムを提供することにある。

前記のような目的を達成するため、本発明は、冷媒を圧縮するシリンダと、前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、前記バイパス管を通過する冷媒を冷却する冷却部と、を含んでなる容量可変型ロータリー圧縮機を提供する。

前記ロータリー圧縮機は、前記バイパス管を通過する冷媒を減圧する減圧部をさらに含み、前記断続手段は、前記バイパス孔の開閉のためのチェックバルブと、前記吐出管と前記バイパス管とを連結する連結管と、前記バイパス管と前記連結管との連結部に設けられる３方バルブと、を含み、前記バイパス管は、前記バイパス孔と前記３方バルブとの間に設けられる前管部と、前記３方バルブと前記吸入管との間に設けられる後管部と、に区分され、前記３方バルブは、前記前管部を前記後管部又は前記連結管に選択的に連通させ、前記３方バルブが前記前管部を前記後管部に連通させると、前記チェックバルブが開き、前記バイパス孔を介して冷媒がバイパスされることにより、小容量の圧縮がなされ、前記３方バルブが前記前管部を前記連結管に連通させると、前記チェックバルブが閉じ、大容量の圧縮がなされる。

また、本発明は、冷媒を圧縮するシリンダと、前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、前記バイパス管を通過する冷媒を減圧する減圧部とを含んでなる容量可変型ロータリー圧縮機を提供する。

前記減圧部は毛細管である。

また、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張器、及び蒸発器からなる冷媒循環システムにおいて、前記圧縮機は、冷媒を圧縮するシリンダと、前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、前記バイパス管を通過する冷媒を冷却する冷却部と、を含んでなる冷媒循環システムを提供する。

前記ロータリー圧縮機は、前記バイパス管を通過する冷媒を減圧するための減圧部をさらに含み、前記減圧部は前記冷却部と前記吸入管との間に設けられる。

また、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張器、及び蒸発器からなる冷媒循環システムにおいて、前記圧縮機は、冷媒を圧縮するシリンダと、前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、前記バイパス管を通過する冷媒を減圧する減圧部と、を含んでなる冷媒循環システムを提供する。

以上のような本発明による容量可変型ロータリー及びこれを含む冷媒循環システムは、圧縮機シリンダ内の冷媒をバイパスさせ、吸入管を介して再吸入可能にするバイパス管を含み、このバイパス管には、再吸入される冷媒を最初吸入時の温度及び圧力で再吸入できるように、冷媒を冷却する冷却部と、圧力を低下させる減圧部と、が含まれるので、再吸入される冷媒の温度上昇による比体積の増加による質量流量の減少が防止され、吸入圧力の上昇が防止される。したがって、全体として冷凍サイクルの効率の低下、又は圧縮機の消費動力の増加の問題点が解決される。

また、バイパス管に設けられる冷却部は、別途の熱交換器を有しておらず、凝縮器の一部を使用するので、別途の設置費用及び空間確保が要求されない利点がある。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図２に示すように、本発明の一実施例によるロータリー圧縮機１００は、冷媒を吸入する吸入孔１１１、冷媒を吐き出す吐出孔１１２、及び冷媒をバイパスさせるバイパス孔１１３を有するシリンダ１１０と、前記吸入孔１１１から冷媒が吸入されるようにする吸入管１２０と、前記吐出孔１１２から冷媒が吐き出されるようにする吐出管１３０とを含む。

前記シリンダ１１０内には、前記シリンダ１１０の内面に沿って回転して冷媒を圧縮するように、前記シリンダ１１０に対して偏心状態にあるローラピストン１１４と、前記シリンダ１１０の内部を高圧部１１６と低圧部１１７とに区画するベーン１１５と、が設けられ、前記バイパス孔１１３を開閉するチェックバルブ１１８が設けられる。

前記バイパス孔１１３と前記吸入管１２０とはバイパス管１４０により連結されるので、前記バイパス孔１１３を通して吐き出された冷媒がシリンダ１１０に再吸入され、前記バイパス管１４０と前記吐出管１３０とは連結管１５０により連結され、バイパス管１４０と連結１５０との連結部には３方バルブ１６０が設けられる。

前記チェックバルブ１１８、前記連結管１５０、及び前記３方バルブ１６０は前記バイパス管１４０に流れる冷媒を断続する断続手段となる。

バイパス管１４０は、３方バルブ１６０により、バイパス孔１１３と３方バルブ１６０との間に位置する前管部１４１と、３方バルブ１６０と吸入管１２０との間に位置する後管部１４２と、に区分される。前記３方バルブ１６０は前記前管部１４１を前記後管部１４２又は前記連結管１５０に選択的に連通させる。前記後管部１４２には、この後管部１４２を通過する冷媒を冷却するための冷却部１７０と、冷媒の圧力を低下させるための減圧部１８０と、が設けられる。

図３は圧縮機１００が大圧縮容量で運転される場合の状態を示す概略図、図４は圧縮機１００が小圧縮容量で運転される場合の状態を示す概略図である。図３及び図４に基づき、本発明の容量可変型ロータリー圧縮機１００の動作を説明する。

冷媒は吸入管１２０を介してシリンダ１１０に吸入され圧縮作用を受けた後、吐出管１３０を介して吐き出される。この過程で、シリンダ１１０のバイパス孔１１３を介して冷媒がバイパスされるか否かによって、吐き出される冷媒の量が変化して圧縮容量が可変となる。

圧縮機１００の圧縮容量の変換は前記３方バルブ１６０の制御によりなされる。大圧縮容量が要求される場合、前記バイパス管１４０の前管部１４１が前記連結管１５０に連通するように、３方バルブ１６０を制御する。前記連結管１５０は吐出管１３０に連結されるため、吐出管１３０の圧力が、連結管１５０、及びこの連結管１５０に連通するバイパス管１４０の前管部１４１を介してチェックバルブ１１８に伝達される。

シリンダ１１０の内外部を基準として、チェックバルブ１１８の内外側の圧力を比較すると、チェックバルブ１１８の外側には吐出管１３０の圧力が作用し、チェックバルブ１１８の内側にはシリンダ１１０内の高圧部１１６又は低圧部１１７の圧力が作用する。圧縮の進行中、シリンダ１１０内の圧力は吐出管１３０の圧力より低いため、チェックバルブ１１８の外側には常に内側より高い圧力が作用する。

したがって、チャックバルブ１１８は閉じ、シリンダ１１０内の冷媒がバイパスされることなく、すべて吐出孔１１２を介して吐き出される。このときの冷媒の流動は図３に矢印で示されているが、チェックバルブ１１８は閉じている。

反対に、小圧縮容量が要求される場合、前記バイパス管１４０の前管部１４１がバイパス管１４０の後管部１４２に連通するように３方バルブ１６０を制御する。このバイパス管１４０は吸入管１２０に連結されているので、吸入管１２０の圧力がチェックバルブ１１８に伝達される。

シリンダ１１０の内外側を基準として、チェックバルブ１１８の内外側の圧力を比較すると、チェックバルブ１１８の外側はバイパス管１４０の前管部１４１及び後管部１４２を介して吸入管１２０に連通するので、吸入管１２０の圧力を受ける。ローラピストン１１４の位置によって、チェックバルブ１１８の内側にはシリンダ１１０内の高圧部１１６又は低圧部１１７の圧力が作用する。この際、高圧部１１６の圧力は吸入管１２０の圧力より高いため、チェックバルブ１１８の内側に高圧部１１６の圧力が作用するうちは、チェックバルブ１１８の内側圧力が外側圧力より高い。したがって、チェックバルブ１１８が開き、冷媒がバイパス孔１１３を介してバイパスされる。バイパスされる冷媒はバイパス管１４０と吸入管１２０とを通してシリンダ１１０に再吸入される。このときの冷媒の流動が図４に矢印で示されているが、チェックバルブ１１８は開いている。

バイパス管１４０には、冷媒の冷却のための冷却部１７０と圧力低下のための減圧部１８０とが設けられるが、その作用は次のようなものである。

圧縮機１００に吸入された冷媒は、バイパスされるまで一定程度の圧縮作用を受けるため、温度及び圧力が上昇する。この冷媒がそのままで再吸入されると、温度上昇による比体積増加により実質的な質量流量が減少して、全体としての冷凍サイクル効率が低下し、圧力上昇による圧縮機１００の吸入圧力の上昇により圧縮機１００の消費動力が増加する。

これを防止するため、本発明のバイパス管１４０には、バイパスされる冷媒が最初吸入時の温度及び圧力で再吸入できるように冷媒を冷却する冷却部１７０と、圧力を低下させる減圧部１８０とが設けられる。

前記減圧部１８０は毛細管又は膨張バルブなどから構成でき、前記冷却部１７０は一般の熱交換器から構成できる。特に、冷却部１７０は別途の熱交換器を備えることなく、前記圧縮機１００を採用する冷媒循環システムの凝縮器の一部を用いることが好ましい。これについては以下に説明する。

図５は本発明の一実施例による容量可変型ロータリー圧縮機１００を採用した冷媒循環システムの概略図である。同図に示すように、本発明による冷媒循環システムは、冷媒を圧縮する圧縮機１００と、圧縮された冷媒を気体から液状に変化させる凝縮器２００と、凝縮された冷媒の圧力を低下させる膨張器３００と、減圧された冷媒を気化させる蒸発器４００と、が一つのサイクルを成すように構成される。

前記圧縮機１００は前述した容量可変型ロータリー圧縮機１００であって、冷媒をバイパスさせて吐出冷媒量を調節することができるようにバイパス管１４０を含む。前記バイパス管１４０には、圧縮機１００のシリンダ１１０に再吸入される冷媒が最初吸入時の温度及び圧力で再吸入できるように冷媒を冷却する冷却部１７０と、圧力を低下させる減圧部１８０とが設けられる。

特に、この冷却部１７０は、図示のように、冷媒循環システムの凝縮器の一部を用いて熱交換を行うため、別途の熱交換器を備えていなくても冷媒を冷却することができる。

従来の容量可変型ロータリー圧縮機の構造を示す概略図である。本発明の一実施例による容量可変型ロータリー圧縮機の構造を示す概略図である。図２のロータリー圧縮機が大圧縮容量で運転される場合の状態を示す概略図である。図２のロータリー圧縮機が小圧縮容量で運転される場合の状態を示す概略図である。図２のロータリー圧縮機を採用した冷媒循環システムを示す概略図である。

符号の説明

１００ロータリー圧縮機
１１１吸入孔
１１２吐出孔
１１３バイパス孔
１１４ローラピストン
１１５ベーン
１１６高圧部
１１７低圧部
１１８チェックバルブ
１２０吸入管
１３０吐出管
１４０バイパス管
１４１前管部
１４２後管部
１５０連結管
１６０３方バルブ
１７０冷却部
１８０減圧部

Claims

冷媒を圧縮するシリンダと、
前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、
前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、
冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、
前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、
前記バイパス管を通過する冷媒を冷却する冷却部と、を含んでなることを特徴とする容量可変型ロータリー圧縮機。
前記ロータリー圧縮機は、前記バイパス管を通過する冷媒を減圧する減圧部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の容量可変型ロータリー圧縮機。
前記減圧部は、前記冷却部と前記吸入管との間に設けられることを特徴とする請求項２に記載の容量可変型ロータリー圧縮機。
前記ロータリー圧縮機は、前記バイパス管を通過する冷媒を断続するための断続手段をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の容量可変型ロータリー圧縮機。
前記断続手段は、前記バイパス孔の開閉のためのチェックバルブと、前記吐出管と前記バイパス管とを連結する連結管と、前記バイパス管と前記連結管との連結部に設けられる３方バルブと、を含み、
前記バイパス管は、前記バイパス孔と前記３方バルブとの間に設けられる前管部と、前記３方バルブと前記吸入管との間に設けられる後管部と、に区分され、
前記３方バルブは、前記前管部を前記後管部又は前記連結管に選択的に連通させることを特徴とする請求項４に記載の容量可変型ロータリー圧縮機。
前記３方バルブが前記前管部を前記後管部に連通させると、前記チェックバルブが開き、前記バイパス孔を介して冷媒がバイパスされることにより、小容量の圧縮がなされ、
前記３方バルブが前記前管部を前記連結管に連通させると、前記チェックバルブが閉じ、大容量の圧縮がなされることを特徴とする請求項５に記載の容量可変型ロータリー圧縮機。
前記冷却部及び前記減圧部は前記後管部に設けられることを特徴とする請求項５に記載の容量可変型ロータリー圧縮機。
冷媒を圧縮するシリンダと、
前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、
前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、
冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、
前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、
前記バイパス管を通過する冷媒を減圧する減圧部と、を含んでなることを特徴とする容量可変型ロータリー圧縮機。
前記減圧部は毛細管であることを特徴とする請求項８に記載の容量可変型ロータリー圧縮機。
圧縮機、凝縮器、膨張器、及び蒸発器からなる冷媒循環システムにおいて、前記圧縮機は、
冷媒を圧縮するシリンダと、
前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、
前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、
冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、
前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、
前記バイパス管を通過する冷媒を冷却する冷却部と、を含んでなることを特徴とする冷媒循環システム。
前記冷却部は前記凝縮器の一部に設けられることを特徴とする請求項１０に記載の冷媒循環システム。
前記ロータリー圧縮機は、前記バイパス管を通過する冷媒を減圧するための減圧部をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷媒循環システム。
前記減圧部は前記冷却部と前記吸入管との間に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の冷媒循環システム。
前記ロータリー圧縮機は前記バイパス管を通過する冷媒を断続するための断続手段をさらに含み、
前記断続手段は、前記バイパス孔の開閉のためのチェックバルブと、前記吐出管と前記バイパス管とを連結する連結管と、前記バイパス管と前記連結管との連結部に設けられる３方バルブと、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷媒循環システム。
圧縮機、凝縮器、膨張器、及び蒸発器からなる冷媒循環システムにおいて、前記圧縮機は、
冷媒を圧縮するシリンダと、
前記シリンダの内部に冷媒を吸入させる吸入管と、
前記シリンダから冷媒を吐出する吐出管と、
冷媒をバイパスさせて圧縮容量を可変にするため、前記シリンダに設けられるバイパス孔と、
前記バイパス孔を介してバイパスされた冷媒を前記シリンダ内に再吸入させるため、前記バイパス孔と前記吸入管とを連結するバイパス管と、
前記バイパス管を通過する冷媒を減圧する減圧部と、を含んでなることを特徴とする冷媒循環システム。