JP2004278439A

JP2004278439A - 流体機械

Info

Publication number: JP2004278439A
Application number: JP2003072293A
Authority: JP
Inventors: Hisayoshi Fujiwara; 尚義藤原
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07
Also published as: CN1530550A; US6887058B2; US20040184943A1

Abstract

【課題】１個のシリンダ内に複数のヘリカル機構からなる作動室を設け、使用機器の用途を拡大できる流体機械を提供する。
【解決手段】本流体機械が具備するヘリカル機構部３は、シリンダ３１の一端側に設けられた低圧流体吸込孔３８と、シリンダ３１の他端側に設けられた吐出孔３６と、シリンダ３１の一端と他端間に設けられ螺旋状溝３４ｂに連通する中間流体吸込孔４０を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヘリカル機構部を有する流体機械に係わり、特に１個のシリンダ内に複数のヘリカル機構の作動室を有する流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヘリカル機構部を有するヘリカルコンプレッサは、第７図に示すように、ヘリカルコンプレッサ７１の螺旋状のブレード７２は、ローラ７３外周に形成された螺旋状溝７４に巻き付けた状態で、シリンダ７５の内腔に挿入され、ローラ７３をシリンダ中心から偏心させることによって、冷媒ガスを圧縮する圧縮室７６が形成されている。従って、モータ７７の回転によりローラ７３をシリンダ７５内で公転運動させると、圧縮室７６が螺旋に沿って移動され、螺旋のピッチが次第に小さくなって、圧縮室容積が小さくなり、冷媒ガスが圧縮される。螺旋状溝７４を１個設けることにより、螺旋状溝７４の両端はそれぞれ、吸込孔７７側と吐出孔７８側になる。
【０００３】
しかしながら、従来のヘリカルコンプレッサ７１は、螺旋状７４溝及びブレード７２が１個しかないため、吐出圧力及び吸込圧力が単一であり、このヘリカルコンプレッサを使用する機器が限定される（例えば、特許文献１など）。
【０００４】
そこで、使用機器の用途を拡大できる流体機械が要望されており、本願発明者らは、鋭意研究し、使用機器の用途を拡大できる流体機械を実現させるに至った。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５７０６８号公報（段落番号［００３３］、［００３４］、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、１個のシリンダ内に複数のヘリカル機構からなる作動室を設け、使用機器の用途を拡大できる流体機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、シリンダ内に偏心配置されたローラと、このローラの外周面に形成されローラの軸方向に並設された複数の螺旋状溝と、複数段の作動室が形成されるように前記複数の螺旋状溝に各々嵌められた複数の螺旋状のブレードと、前記シリンダの一端側に設けられた流体吸込孔と、前記シリンダの他端側に設けられた流体吐出孔と、前記シリンダの一端側と他端側間に設けられ複数段の作動室うちの毎後段作動室の吸込側に連通する中間流体吸込孔を有したヘリカル機構部を具備することを特徴とする流体機械が提供される。これにより、１個のシリンダ内に複数のヘリカル機構からなる作動室を設け、使用機器の用途を拡大できる流体機械が実現される。また、冷凍サイクルに組込むことにより、蒸発温度（圧力）の異なる複数の蒸発器を有する冷凍サイクル装置等吸込圧力の異なる機器に使用可能になる。
【０００８】
また、本発明の他の態様によれば、シリンダ内に偏心配置されたローラと、ローラの外周面に形成されローラの軸方向に並設された複数の螺旋状溝と、この複数の螺旋状溝に嵌められ複数の作動室を形成する複数の螺旋状のブレードと、前記複数の螺旋状溝間に設けられたシールリングと、このシールリングの両側に形成された各作動室に各々連通する吸込孔及び吐出孔を有したヘリカル機構部を具備することを特徴とする流体機械が提供される。これにより、１個のシリンダ内に複数のヘリカル機構からなる作動室を設け、使用機器の用途を拡大できる流体機械が実現される。また、複数の作動室の溝ピッチ等の螺旋形状が互いに異なることによって、圧縮比が異なる２つの条件で圧縮を行うことが可能となり、さらに、シールリングによるシール構造により、両者間の漏れを減少でき、圧縮効率を高めることができる。
【０００９】
好適な一例では、前記シールリングは、切欠部を有し、この切欠部を拡開することにより、ローラの外周面に形成されたリング状溝に出し入れ自在に装着される。これにより、ローラ３３Ａへの装着が容易になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる流体機械の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明に係わる流体機械の第１実施形態の縦断面図である。
【００１２】
図１に示すように、本第１実施形態の流体機械例えば縦型ヘリカルコンプレッサ１は、ケーシング２内に収容されたヘリカル機構部例えばヘリカル圧縮機構部３と、このヘリカル圧縮機構部３をクランク部（図示せず）が形成されたクランクシャフト５を介して駆動する電動機部６とを有している。
【００１３】
ヘリカル圧縮機構部３には、１個のシリンダ（シリンダブロック）３１内に複数例えば２個の作動室を形成する下作動室３２ａ、上作動室３２ｂが設けられており、下作動室３２ａ、上作動室３２ｂは、各々連続して連なる下作動室部３２ａ_１、上作動室部３２ｂ_１からなり、下作動室部３２ａ_１、上作動室部３２ｂ_１は、クランク部に嵌合されシリンダ３１内に偏心して設置されるローラ３３と、このローラ３３の外周面に形成されローラ３３の軸方向に並設された複数例えば２個の螺旋状溝３４ａ、３４ｂと、ローラ３３とシリンダ３２との間に介装され複数の螺旋状溝３４ａ、３４ｂに各々嵌められた複数の螺旋状のブレード３５ａ、３５ｂにより形成されている。また、螺旋状溝３４ａ、３４ｂは巻き方向が同一方向に形成されており、その製造も容易になる。
【００１４】
さらに、螺旋状溝３４ａ、３４ｂは、断面形状が例えばほぼ矩形をなす一方、その各々の溝ピッチはローラ３３の軸下方向から上方向に向かって暫次小さくなるように形成され、ブレード３５ａ、３５ｂは、ローラ３３の偏心回転運動によりシリンダ内周壁に拘束されて螺旋状溝３４ａ、３４ｂ内を円滑に出し入れ摺動される。従って、下作動室部３２ａ_１、上作動室部３２ｂ_１は、ローラ３３の偏心回転により、ローラ３３の軸下方向から上方向に向かって容積が小さくなるように連続的に体積変化し、この体積変化により作動流体である冷媒が圧縮されるようになっている。
【００１５】
シリンダ３２の下作動室３２ａ側は、高圧Ｐｄ１の冷媒を吐出する吐出孔３６が設けられた主軸受３７により閉塞され、上作動室３２ｂ側は、シリンダ３２の端部近傍に設けられ低圧Ｐｓ１の冷媒を吸込む吸込孔３８に近接して配設された副軸受３９により閉塞されている。また、下作動室３２ａと上作動室３２ｂ間のシリンダ３２には、中間圧力Ｐｍの冷媒を吸込む中間流体吸込孔４０が毎後段作動室の吸込側、例えば上作動室３２ｂの吸込側に連通するように設けられている。さらに、ケーシング２の上部には吐出孔３６に連通し高圧の冷媒を吐出する吐出管２１が接続されている。
【００１６】
また、ローラ３３が偏心回転運動する際、ローラ３３を公転させ、自転させないように自転防止機構としてのオルダムリング７が、ローラ３３の端面と副軸受３９との間に設置されている。
【００１７】
次に本第１実施形態の横型ヘリカル圧縮機の使用方法について説明する。
【００１８】
図１に示すような横型ヘリカル圧縮機１は、図２に示すような蒸発温度（蒸発圧力）が異なる２個の蒸発器を有する冷凍サイクル回路に組込まれて使用される。
【００１９】
図２に示す冷凍サイクル回路５１において、本第１実施形態の横型ヘリカル圧縮機１には吐出孔３６、吸込孔３８及び中間流体吸込孔４０が設けられ、吐出孔３６から吸込孔３８あるいは中間流体吸込孔４０へと順次、凝縮器５２、第１キャピラリチューブ５３、第１蒸発器５４、気液分離器５５、第２キャピラリチューブ５６、第２蒸発器５７が接続され、閉サイクルの冷凍サイクルが構成されている。さらに、上記第１、第２キャピラリチューブ５３、５４の絞り量の設定と、上記第１、第２蒸発器５４、５７の熱交換容量の設定から、第１蒸発器５４では冷媒を第１蒸発温度（蒸発圧力）で蒸発させ、第２蒸発器５７では冷媒を第１の蒸発温度（蒸発圧力）より低い第２の蒸発温度で蒸発させるようになっている。
【００２０】
第１蒸発器器５４は、例えば冷蔵庫の冷蔵室の蒸発器であり、第２蒸発器５７は冷凍室の蒸発器である。気液分離器５５は、その上端部に第１蒸発器３２と連通する冷媒管の開口端が接続され、底部には第２キャピラリチューブ５６と連通する冷媒管の開口端が接続される。また、気液分離器５５の上端部にはバイパス管５８の一端部が接続されており、このバイパス管５８の他端部はヘリカル圧縮機１の中間圧冷媒吸込孔４０に接続されている。シリンダ３２の一端側である下部側には第２蒸発器５７に連通する低圧冷媒吸込孔３８が設けられ、シリンダ３２の他端側である上部側には吐出孔３６が設けられ、ケーシング２の上部には、凝縮器５２に連通する吐出管２１が接続されている。
【００２１】
本第１実施形態のヘリカル圧縮機１は、上記のように冷凍サイクルに組込まれて使用されるので、吸込孔３８から吸込まれた第２蒸発器５７からのより低い蒸発温度（より低圧）の冷媒ガスは、下作動室３２ａに流入し、ローラ３２の偏心回転により、ローラ３３の軸下方向から上方向に向かって暫次が小さくなるように連続的に体積変化する下作動室３２ａより中間圧力に圧縮され、下作動室３２ａから流出して上作動室３２ｂ間に流入する。一方中間流体吸込流路４０から吸込まれた第１蒸発器５５からの中間蒸発温度（中間圧）の冷媒ガスは、上作動室３２ｂに流入し、下作動室３２ａから吐出される中間圧力の冷媒と混合し、上作動室３２ｂで圧縮して、吐出孔３６、吐出管２１から吐出される。圧縮された冷媒は、凝縮器５１で凝縮され、第１キャピラリチューブ５３で減圧され、その一部が第１冷却器５４で蒸発して、冷蔵室を冷却した後、未蒸発に液冷媒と共に氣液分離器５５に流入し、ガス冷媒は上記のように中間吸込孔４０に吸込まれる。一方、液冷媒は、第２キャピラリチューブ５６で減圧され、第２蒸発器５７で蒸発して冷凍室を冷却し、ガス冷媒は上記のように吸込孔３８に吸込まれる。上記のような冷媒の圧縮過程において、より低い蒸発温度（より低圧）の冷媒ガスは、体積効率が小さくなるため一般的に圧縮効率が低下するが、下作動室３２ａと上作動室３２ｂで２段圧縮され、さらに、中間圧力のガス冷媒が混合するので、効率よく圧縮することができる。
【００２２】
本第１実施形態の横型ヘリカル圧縮機によれば、上記のようにして、冷凍サイクルに組込むことにより、蒸発温度（圧力）の異なる複数の蒸発器を有する冷凍サイクル装置等吸込圧力の異なる機器に使用可能であり、使用範囲を拡大できる。
【００２３】
また、本発明に係わる流体機械の第２実施形態について説明する。
【００２４】
上記第１実施形態が複数の互いに連通する作動室を有するのに対して、本第２実施形態はシールリングを設けることにより、各々独立した複数の作動室に仕切るものである。
【００２５】
例えば、図３に示すように、第２実施形態のヘリカル圧縮機１Ａに設けられたヘリカル圧縮機構部３Ａの下作動室３２Ａａと上作動室３２Ａｂ間には、両作動室３２Ａａ、３２Ａｂを独立して仕切るシールリング４１Ａが設けられている。下作動室３２Ａａ及び上作動室３２Ａｂは、互いに独立しているので、ローラ３３Ａに形成される２個の螺旋状溝３４Ａａ、３４Ａｂは、同一巻き方向、逆方向でもよく、また、２個の螺旋状溝３４Ａａ、３４Ａｂの形状は、ピッチが異なるなど互いに異なる形状であってもよい。それぞれの圧力条件に合った形状を選択することができ、１台のコンプレッサで、２つの圧縮条件で圧縮を行うことが可能となる。
【００２６】
上記シールリング４１Ａは、ローラ３３Ａの外周面に形成されたリング状溝４２Ａに出入り自在に装着される。このようにローラ３３Ａに形成した２個の螺旋状溝３４Ａａ、３４Ａｂの間にリング溝４２Ａを形成し、このリング溝４２Ａにはシールリング４１Ａを出入り自由に装着することにより、ローラ３３Ａの公転運動によっても、リング外周とシリンダ内周は常に接し、かつシールリング４１Ａとリング溝４２Ａが互いに接しながら摺動することでシールを行ない、全体としてシールリング４１Ａ両面のシールを維持することができる。
【００２７】
また、上記シールリング４１Ａの装着は、図４に示すように、弾性を有する部材でリング状に形成され切欠部４１Ａａを有し、拡開、スプリングバックを利用して行われる。これにより、ローラ３３Ａへの装着が容易になる。なお、図５に示すように、この切欠部４１Ａａからのガスリークを防ぐために、リング溝に装着したときに重なり合う部分を有する形状とするのが好ましい。また、シールリング４１Ａは、このシールリング４１Ａが装着された状態のローラ３３Ａをシリンダ３１Ａ内に挿入したとき、シールリング４１Ａの外周がシリンダ３１Ａ内周に接するようになっている。なお、下作動室３２Ａａには第１吸込孔３８Ａ、第１吐出孔４３Ａ、上作動室３２Ａｂには第２吸込孔４４Ａ、第２吐出孔４５Ａ、吐出管２１Ａが各々連通して設けられ、下作動室３２Ａａは、第１吸込孔３８Ａ、第１吐出孔４３Ａを介して一の冷凍サイクル（図示せず）に接続され、上作動室３２Ａｂは、第２吸込孔４４Ａ、第２吐出孔４５Ａ、吐出管２１Ａを介して他の冷凍サイクル（図示せず）に接続されて用いられる。他の構成は図１に示す横型ヘリカル圧縮機と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
【００２８】
本第２実施形態においては、シールリング４１Ａにより、下作動室３２Ａａと上作動室３２Ａｂに仕切る構造とし、両作動室３２Ａａ、３２Ａｂの溝ピッチ等の螺旋形状が互いに異なることによって、圧縮比が異なる２つの条件で圧縮を行うことが可能となる。さらに、本第２実施形態の構造では、同一条件はもとより、異なる圧力条件でも使用可能である。上記２個の螺旋状溝が同一巻き方向であると、２個の螺旋状溝による４つの圧力のうち、吐出圧力Ｐｄ１と吸込圧力Ｐｓ２の圧力が近いとき、この２つの間をシールリング４１Ａでシールする構造とすることで両者間の漏れを減少でき、ヘリカル圧縮機の効率を高めることができる。また、２個の螺旋状溝が、ピッチなどの螺旋形状が互いに異ならして、圧縮比が異なる２つの条件で圧縮を行うことができる。２個の螺旋状溝を、回転方向に互いに１８０°ずらして形成することにより、２個の螺旋状溝が同一巻き方向である場合でも、回転方向に互いに１８０°ずれることで、トルク変動を更に小さくできる。
【００２９】
また、本発明に係わる流体機械の第２実施形態について説明する。
【００３０】
上記第１実施形態はヘリカル圧縮機構部が密閉ケーシングに収容されるのに対して、本第３実施形態はヘリカル圧縮機構部が開放型のカバーに覆われたものである。
【００３１】
例えば、図６に示すように、ヘリカル圧縮機１Ｂは、ヘリカル圧縮機構部３Ｂ、電動機部６Ｂ、これらを連結するクランクシャフト５Ｂ及びこのクランクシャフト５Ｂのヘリカル圧縮機構部３Ｂ側の端部に取付けられた冷却用ファン８Ｂを有し、これらは中空無底円筒形状の開放型カバー２Ｂに覆われている。また、第１作動室３２Ｂａには第１吸込孔３８Ｂ、第２吐出孔４３Ｂ、第２作動室３２Ｂｂには第２吸込孔４４Ｂ、第２吐出孔４５Ｂが各々設けられている。従って、密閉型ケーシングを用いていないので、全ての吸込孔及び吐出孔が外部と直接接続できる。空気中で使用する場合、外部と接続せず開放状態にしておけば、大気圧として使用できる。
【００３２】
なお、上記３実施形態共に、流体機械として、冷媒ガスを圧縮するヘリカルコンプレッサを例にとり説明したが、本発明に係わる流体機械は、これに限らず、真空ポンプあるいは流体が液体である流体ポンプ等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のヘリカルコンプレッサの縦断面図。
【図２】本発明の第１実施形態のヘリカルコンプレッサを組込んだ冷凍サイクルの概念図。
【図３】本発明の第２施形態のヘリカルコンプレッサの縦断面図。
【図４】（ａ）は本発明の第２施形態のヘリカルコンプレッサに用いられるシールリングの拡開時の側面図、（ｂ）はその平面図。
【図５】本発明の第２施形態のヘリカルコンプレッサに用いられるシールリングの平面図。
【図６】本発明の第３施形態のヘリカルコンプレッサの縦断面図。
【図７】従来のヘリカルコンプレッサの縦断面図。
【符号の説明】
１縦型ヘリカルコンプレッサ
２ケーシング
３ヘリカル圧縮機構部
５クランクシャフト
６電動機部
７オルダムリング
３１シリンダ（シリンダブロック）
３２ローラ
３２ａ下作動室
３２ａ_１下作動室部
３２ｂ上作動室
３２ｂ_１上作動室部
３３ローラ
３４ａ、３４ｂ螺旋状溝
３５ａ、３５ｂブレード
３６吐出孔
３７主軸受
３８吸込孔
３９副軸受
４０中間流体吸込孔

Claims

シリンダ内に偏心配置されたローラと、このローラの外周面に形成されローラの軸方向に並設された複数の螺旋状溝と、複数段の作動室が形成されるように前記複数の螺旋状溝に各々嵌められた複数の螺旋状のブレードと、前記シリンダの一端側に設けられた流体吸込孔と、前記シリンダの他端側に設けられた流体吐出孔と、前記シリンダの一端側と他端側間に設けられ複数段の作動室うちの毎後段作動室の吸込側に連通する中間流体吸込孔を有したヘリカル機構部を具備することを特徴とする流体機械。
シリンダ内に偏心配置されたローラと、ローラの外周面に形成されローラの軸方向に並設された複数の螺旋状溝と、この複数の螺旋状溝に嵌められ複数の作動室を形成する複数の螺旋状のブレードと、前記複数の螺旋状溝間に設けられたシールリングと、このシールリングの両側に形成された各作動室に各々連通する吸込孔及び吐出孔を有したヘリカル機構部を具備することを特徴とする流体機械。
前記シールリングは、切欠部を有し、この切欠部を拡開することにより、ローラの外周面に形成されたリング状溝に出し入れ自在に装着されることを特徴とする請求項２に記載の流体機械。