JP2005214070A - 密閉型往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率で配管の疲労の蓄積がなく信頼性の高い密閉型往復動圧縮機を提供する。
【解決手段】２段圧縮式の密閉型往復動圧縮機において、低圧冷媒吸込管及び低段側圧縮要素の吸込側を密閉ケース内に開口するとともに、低段側圧縮要素の吐出側と高段側圧縮要素の吸込み側を連通する連通路を設け、中間圧冷媒吸込み管と前記連通路を連通する中間吸込管、吐出管と高段側圧縮要素の吐出側とを接続する吐出接続管を備え、
前記中間吸込管内径をＤｓ、長さをＬｓとするとき
［数１］
２ｍｍ≦Ｄｓ≦４ｍｍ，３００ｍｍ≦Ｌｓ≦６００ｍｍ
とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は密閉型往復動圧縮機に係わり、特に冷凍機器や空気調和機など２温度の蒸発器を有する冷凍サイクルを構成する２段圧縮式の密閉型往復動圧縮機に関する。

蒸発圧力（温度）の異なる２つの蒸発器を有する冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の冷凍サイクルに用いる圧縮機として、密閉容器内に低段側圧縮要素と高段側圧縮要素の２つの圧縮要素を備えた２段圧縮式の密閉型往復動圧縮機が知られている（例えば、特許文献１）。

この特許文献１に記載の密閉型往復動圧縮機は、低温側冷媒ガスを密閉容器内に満たし、密閉型往復動圧縮機から吐出した冷媒を、凝縮器を通過後、減圧手段で減圧して高温側蒸発器と低温側蒸発器で蒸発させて後、それぞれ密閉型往復動圧縮機に戻るサイクルであり、低温側が密閉容器内に開放しており高温側は閉じた管路で１段目の吐出冷媒と混合して２段目に吸込まれている。しかしながら、密閉容器内部の配管に関し、その直径及び長さについて改良がなされておらず、流路損失が大きくなり高効率が得られず、また、密閉容器と圧縮機部の配管に自由度がなく運転中や輸送中に配管に歪みが生じ、配管に疲労が蓄積されて疲労破損が生じ、信頼性が低下する。
特開２００２−１０６９８９号公報（［００２２］、図１）

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高効率で配管の疲労の蓄積がなく信頼性の高い密閉型往復動圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、低圧冷媒吸込管、中間圧冷媒吸込管及び吐出管が接続された密閉容器内に、電動機部によって駆動される低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を収納し、前記低圧冷媒吸込管から低段側圧縮要素に低圧冷媒を吸込んで圧縮し吐出するとともに、前記低段側圧縮要素から吐出された冷媒及び中間圧冷媒吸込管から吸込まれた冷媒を吸込んで圧縮し、前記吐出管から吐出する密閉型往復動圧縮機において、前記低圧冷媒吸込管及び低段側圧縮要素の吸込側を密閉ケース内に開口するとともに、低段側圧縮要素の吐出側と高段側圧縮要素の吸込み側を連通する連通路を設け、前記中間圧冷媒吸込み管と前記連通路を連通する中間吸込管、前記吐出管と高段側圧縮要素の吐出側とを接続する吐出接続管を備え、
前記中間吸込管内径をＤｓ、長さをＬｓとしたとき
［数４］
２ｍｍ≦Ｄｓ≦４ｍｍ、３００ｍｍ≦Ｌｓ≦６００ｍｍとしたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機が提供される。

本発明に係わる密閉型往復動圧縮機によれば、高効率で配管の疲労の蓄積がなく信頼性の高い密閉型往復動圧縮機を提供することができる。

以下、本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る密閉型往復動圧縮機の縦断面図で、図２はその横断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る密閉型往復動圧縮機１は、低圧冷媒吸込管２ａ、中間圧冷媒吸込管２ｂ及び吐出管２ｃが接続された密閉容器２と、この密閉容器２に収容された電動機部３と、この電動機部３によって駆動される低段側圧縮要素４及び高段側圧縮要素５を有している。

上記密閉容器２の吐出管２ｃは、冷媒としてイソブタン（Ｒ６００ａ）を使用し蒸発圧力（温度）の異なる２つの蒸発器を有する例えば冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の凝縮器に接読され、中間圧冷媒管２ｂは冷蔵室用蒸発器に接続され、さらに、低圧冷媒管２ａは冷藏室用蒸発器よりも蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器に接続されている。

低段側圧縮要素４はフレーム６に固定されて、さらに、低段側圧縮要素４はシリンダ４ａと、このシリンダ４ａの内部で摺動するピストン４ｂで構成されており、このピストン４ａにはボール４ｃがかしめられ、このポール４ｃにはロッド４ｄが固定されている。また、このロッド４ｄの反対側端面には外側大端４ｅが固定されている。

また、低段側圧縮要素４と同様に、高段側圧縮要素５はフレーム６に固定されて、さらに、高段側圧縮要素５はシリンダ５ａと、このシリンダ５ａの内部で摺動するピストン５ｂで構成されており、このピストン５ｂにはボール５ｃがカシメられ、このポール５ｃにはロッド５ｄが固定されている。また、このロッド５ｄの反対側端面には内側大端５ｅが固定されている。この内側大端５ｅの外側には、上記大端４ｅが摺動可能になるよう嵌合されている。

さらに、内側大端５ｅの内側には、回転軸７のクランク軸部７ａが摺動可能に嵌合されている。回転軸７は摺動可能にフレーム６に支えられ、下部には電動機部３のロータ３ｂが固着くされており、ロータ３ｂの外側にはステータ３ａが設けられている。フレーム６に一体的に固着された低段側圧縮要素４、高段側圧縮要素５及び電動機部３からなる圧縮機構部はスプリング（図示せず）により密閉容器２内に弾性支持されている。

また、低段側圧縮要素４には、シリンダ４ａの端面に弁装置４ｆが設けられており、低圧冷媒管２ａを介し蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器から吸込まれるガス冷媒は、密閉容器２内空間から低段側吸込管４ｇ、低段側吸込室４ｈ、弁装置４ｆを介してシリンダ４ａ内に吸込まれ、ピストン４ｂによって圧縮されて、弁装置４ｆ、低段側吐出室４ｉ、低段側圧縮要素４の吐出側と高段側圧縮要素５の吸込み側を連通する連通路４ｊの一部を構成する例えば中間ボリューム４ｋ内に吐出されるような構造になっている。一方、冷蔵室用蒸発器に接続される中間圧冷媒管２ｂと連通路４ｊの中間ボリューム４ｋ間には中間吸込管４ｐが設けられており、中間圧冷媒管２ｂ、中間吸込管４ｐを介して中間ボリューム４ｋ内に吸込まれた冷媒は、上記低段側圧縮要素４で中間圧力に圧縮された冷媒と混合され、連通路４ｊの一部を構成する例えば低圧側吐出管４ｌ、高段側吸込管５ｇを介して高段側吸込室５ｈ内に吸込まれるような構造になっている。

後述高段側圧縮要素５での圧縮行程において、上記中間吸込管４ｐを流れる冷媒の圧力損失ｄＰｓは
［数５］
ｄＰｓ＝ξ・（Ｌｓ／Ｄｓ）・（ρ／２）・ｖ^２ （１）
ここで、ξは管の表面粗さ係数、Ｌｓは中間吸込管の長さ、Ｄｓは中間吸込管の内径、ρは冷媒の密度、Ｖは流速である。

式（１）からもわかるように、管径は大きい方が損失は小さくなる。しかし、管径を大きくするとバネで支えられている圧縮機構部と密閉容器の間で圧縮機構部の自由度がなくなるため運転中や輸送中に配管に歪みが生じ疲労破壊を起こす可能性がある。圧力損失を小さく保ちなおかつ、疲労破壊を防止できる管径φＤｓは、２≦φＤｓ≦４が良好であることがわかった。

式（１）より管の長さに関して、圧力損失を小さくするには、中間吸込管４ｐについては短い方がよいが、管径を短くするとバネで支えられている圧縮機構部とケースの間で圧縮機構部の自由度が小さくなるため、運転中や輸送中に配管に歪みが生じ疲労破壊を起こす可能性がある。圧力損失を小さく保ちなおかつ疲労破壊を防止できる中間吸込管４ｐの長さＬｍは３００≦Ｌｍ≦６００が良好であることがわかった。

すなわち、上記中間吸込管４ｐは、その内径をＤｓ、長さをＬｓとしたとき、
［数６］
２ｍｍ≦Ｄｓ≦４ｍｍ、３００ｍｍ≦Ｌｓ≦６００ｍｍ
の条件を満たすのが好ましい。これにより、中間吸込管４ｐは圧力損失が小さくなって高効率であり、密閉容器２と圧縮機部間の中間吸込管４ｐに自由度があり、運転中や輸送中に中間吸込管４ｐに歪みが生じることがなくて疲労の蓄積がなく、疲労破損が生じない。

さらに、低段側圧縮要素４と同様に、高段側圧縮要素５にはシリンダ５ａの端面に弁装置５ｆが設けられており、高段側吸込室５ｈに吸込まれたガス冷媒は、弁装置５ｆを介してシリンダ５ａ内に吸込まれ、ピストン５ｂによって圧縮されて、弁装置５ｆ、高段側吐出室５ｉ、高段側吐出マフラ５ｊ、吐出接続管５ｋを介して、密閉容器２外の吐出管２ｃに吐出されるような構造になっている。

式（１）より管の長さに関して、圧力損失が小さくなるのは吐出接続管５ｋについては管径が大きい方がよいが、管径を大きくするとバネで支えられている圧縮機構部と密閉容器の間で圧縮機構部の自由度がなくなるため運転中や輸送中に配管に歪みが生じ疲労破壊を起こす可能性がある。圧力損失を小さく保ちなおかつ疲労破壊を防止できる吐出接続管５ｋの管径φＤｄは１．５≦φＤｄ≦３が良好であることがわかった。

すなわち、上記吐出接続管５ｋは、その内径をＤｄ、長さをＬｄとしたとき
［数７］
１．５ｍｍ≦Ｄｄ≦３ｍｍ，３５０ｍｍ≦Ｌｄ≦６００ｍｍ
の条件を満たすのが好ましい。これにより、吐出接続管５ｋは圧力損失が小さくなって高効率であり、密閉容器２と圧縮機部間の吐出接続管５ｋに自由度があり、運転中や輸送中に吐出接続管５ｋに歪みが生じることがなくて疲労の蓄積がなく、疲労破損が生じない。

密閉容器２と圧縮機部間の中間吸込管４ｐに自由度があり、運転中や輸送中に中間吸込管４ｐに歪みが生じることがなくて疲労の蓄積がなく、疲労破損が生じない。

次に、上記密閉型往復動圧縮機の圧縮運転について説明する。

図２に示すように、低圧冷媒管２ａを介し蒸発圧力の低い冷凍室用蒸発器から吸込まれるガス冷媒は、密閉容器２内空間から低段側圧縮要素４の低段側吸込管４ｇ、低段側吸込室４ｈ、弁装置ｆを介してシリンダ４ａ内に吸込まれ、ピストン４ｂによって圧縮されて、弁装置４ｆ、低段側吐出室４ｉ、連通路４ｊの中間ボリューム４ｋ内に吐出され、中間圧冷媒管２ｂ、中間吸込管４ｐを介して中間ボリューム４ｋ内に吸込まれた冷媒と混合され、連通路４ｊの低段側吐出管４ｌ、高段側吸込管５ｋを介して高段側吸込室５ｈ内に吸込まれる。さらに、高段側吸込室５ｈ内に吐出された中間圧冷媒は、高段側圧縮要素５の弁装置５ｆを介してシリンダ５ａ内に吸込まれ、ピストン５ｂによって圧縮されて、弁装置５ｆ、高段側吐出室５ｉ、高段側吐出マフラ５ｊ、吐出接続管５ｋを介して、密閉容器２外の吐出管２ｃに吐出される。

このような２段圧縮行程において、中間吸込管４ｐ及び吐出接続管５ｐは上記のような内径と長さの条件を満たすように形成されているので、中間吸込管４ｐ及び吐出接続管５ｋを流れる冷媒の流路損失が小さく電動機部３の回転数に比例した能力が得られて高い効率であり、また、密閉容器２と圧縮機部間の中間吸込管４ｐ及び吐出接続管５ｋに自由度があり、運転中や輸送中に中間吸込管４ｐ及び吐出接続管５ｋに歪みが生じることがなくて疲労の蓄積がなく、疲労破損が生じず信頼性が向上する。

上記のように本実施形態の密閉型往復動圧縮機によれば、高効率で配管の振動が小さく配管の疲労の蓄積がなく信頼性の高い密閉型往復動圧縮機が実現する。

次に、本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の他の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図２に示す上記実施形態が密閉容器内から吸込まれ低段側圧縮要素で圧縮された中間圧冷媒と中間圧の熱交換器から吸込まれた中間圧冷媒を中間ボリュームで混合した後低段側圧縮手段に吸込ませるのに対して、本実施形態は低圧の熱交換器から吸込まれ低段側圧縮要素で圧縮された中間圧冷媒と中間圧の熱交換器から吸込まれた中間圧冷媒を密閉容器内で混合した後低段側圧縮手段に吸込ませるものである。

例えば、図３に示すように、本実施形態の密閉型往復動圧縮機１の密閉容器２に設けられた低圧冷媒吸込管２ａと低段側圧縮要素４の吸込側である吸込マフラー４ｍを連通する低圧吸込管４ｐを設けるとともに、低段側吐出管４ｌ、中間圧冷媒吸込管２ｂ及び高段側圧縮要素５の吸込側である高段側吸込管５ｇを密閉容器２内に開口し、吐出管２ｃと高段側圧縮要素５の吐出側である高段側吐出マフラ５ｊとを接続する吐出接続管５ｐを備えている。

上記低圧吸込管４ｐは、その内径をＤｓ、長さをＬｓとしたとき
［数８］
２ｍｍ≦Ｄｍ≦４ｍｍ、３００ｍｍ≦Ｌｍ≦６００ｍｍ
であり、上記吐出接続管５ｐの内径をＤｄ、長さをＬｄとしたとき
［数９］
１．５ｍｍ≦Ｄｄ≦３ｍｍ、３５０ｍｍ≦Ｌｄ≦６００ｍｍ
である。本実施形態の密閉型往復動圧縮機によれば、高効率で配管の振動が小さく配管の疲労の蓄積がなく信頼性の高い密閉型往復動圧縮機が実現する。

なお、他の構成は図２示す密閉型往復動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。

本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の一実施形態の縦断面図。 本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の一実施形態の横断面図。 本発明に係わる密閉型往復動圧縮機の他の実施形態の縦断面図。

符号の説明

１…密閉型往復動圧縮機、２…密閉容器、２ａ…低圧冷媒吸込管、２ｂ…中間圧冷媒吸込管、２ｃ…吐出管、３…電動機部、４…低段側圧縮要素、４ａ…シリンダ、４ｂ…ピストン、４ｊ…連通路、４ｐ…中間吸込管、５…高段側圧縮要素、５ａ…シリンダ、５ｂ…ピストン、５ｐ…吐出接続管、６…フレーム、７…回転軸。

Claims (3)

1. 低圧冷媒吸込管、中間圧冷媒吸込管及び吐出管が接続された密閉容器内に、電動機部によって駆動される低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を収納し、前記低圧冷媒吸込管から低段側圧縮要素に低圧冷媒を吸込んで圧縮し吐出するとともに、前記低段側圧縮要素から吐出された冷媒及び中間圧冷媒吸込管から吸込まれた冷媒を吸込んで圧縮し、前記吐出管から吐出する密閉型往復動圧縮機において、
   前記低圧冷媒吸込管及び低段側圧縮要素の吸込側を密閉ケース内に開口するとともに、低段側圧縮要素の吐出側と高段側圧縮要素の吸込み側を連通する連通路を設け、前記中間圧冷媒吸込み管と前記連通路を連通する中間吸込管、前記吐出管と高段側圧縮要素の吐出側とを接続する吐出接続管を備え、
   前記中間吸込管内径をＤｓ、長さをＬｓとしたとき
   ［数１］
   ２ｍｍ≦Ｄｓ≦４ｍｍ、３００ｍｍ≦Ｌｓ≦６００ｍｍ
   としたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
2. 低圧冷媒吸込管、中間圧冷媒吸込管及び吐出管が接続された密閉容器内に、電動機部によって駆動される低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を収納し、前記低圧冷媒吸込管から低段側圧縮要素に低圧冷媒を吸込んで圧縮し吐出するとともに、前記低段側圧縮要素から吐出された冷媒及び中間圧冷媒吸込管から吸込まれた冷媒を吸込んで圧縮し、前記吐出管から吐出する密閉型往復動圧縮機において、
   前記低圧冷媒吸込管と低段側圧縮要素の吸込側を連通する低圧吸込管を設けるとともに、前記中間圧冷媒吸込管及び高段側圧縮要素の吸込側を密閉ケース内に開口し、前記吐出管と高段側圧縮要素の吐出側とを接続する吐出接続管を備え、
   前記低圧吸込管内径をＤｓ、長さをＬｓとしたとき
   ［数２］
   ２ｍｍ≦Ｄｓ≦４ｍｍ，３００ｍｍ≦Ｌｓ≦６００ｍｍ
   としたことを特徴とする密閉型往復動圧縮機。
3. 前記吐出接続管の内径をＤｄ、長さをＬｄとしたとき
   ［数３］
   １．５ｍｍ≦Ｄｄ≦３ｍｍ，３５０ｍｍ≦Ｌｄ≦６００ｍｍ
   としたことを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の密閉型往復動圧縮機。

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