JP2005351260A - 回転圧縮機の容量可変装置 - Google Patents

回転圧縮機の容量可変装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 圧縮機の外部へ吐出す高圧ガスを利用して圧縮室のベーンに圧力を加え圧縮がなされるようにする回転圧縮機の容量可変装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも一つの圧縮室と；該圧縮室の圧縮のための圧縮部材を備えた回転圧縮機と；該回転圧縮機の吐出側と前記圧縮室との間を連結する圧力調節部と；前記圧縮室で圧縮がなされる場合前記圧縮部材に加圧力を提供し、前記圧縮室で圧縮がなされない場合前記圧縮部材に加圧力を提供しないように前記圧力調節部を制御する制御部とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転圧縮機の容量可変装置に関し、さらに詳細には、複数の圧縮室を備えた回転圧縮機の容量可変装置に関する。
一般に、回転圧縮機は、回転軸の回転によってシリンダー内の圧縮室の圧力が次第に上昇し、その圧縮室から冷媒が放出されて密閉ケース内へ送られた後圧縮機外へ吐出されるようになっている。
このような圧縮がなされるシリンダーを複数備えた回転圧縮機が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された回転圧縮機では、上部シリンダーと下部シリンダーとを備え、いずれか一方のシリンダーのベーンにコイルばねを介して圧力を加え、残りのシリンダーのベーンには密閉ケースの高圧ガスを介して圧力を加える方式を採択している。
複数のシリンダーを備えた回転圧縮機では、同じ回転軸に連結された複数のシリンダーのローラが同方向に回転することによって複数のシリンダーにおいて同時圧縮を行ったり同時停止するため、圧縮機容量を異ならせる場合にはインバータを制御して回転軸の回転数を可変する方式を適用してきた。
しかしながら、この場合にはインバータを制御するための制御プログラムを設計し試してみる過程を必要とするため高コストとなり、圧縮機の運転に際して回転数制御のための制御過程が複雑になる他、圧縮機運転に伴う電力消耗が増加するという問題があった。
韓国公開特許公報第１９９８−７０１２８号
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の圧縮室のうち、圧縮する圧縮室と圧縮しない圧縮室を個別制御することによって圧縮容量を多段階に可変できるようにした回転圧縮機の容量可変装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、圧縮機外へ吐出す高圧ガスを利用して、圧縮する圧縮室のベーンに圧力を加える方法を適用することによって圧縮容量の可変のための制御過程が容易で簡便になされるようにした回転圧縮機の容量可変装置を提供することにある。
上記の目的を達成するべく、本発明に係る回転圧縮機の容量可変装置は、少なくとも一つの圧縮室と；前記圧縮室の圧縮のための圧縮部材を備えた回転圧縮機と；前記回転圧縮機の吐出側と前記圧縮室との間を連結する圧力調節部と、前記圧縮室で圧縮がなされる場合には前記圧縮部材に加圧力を加え、前記圧縮室で圧縮がなされない場合には前記圧縮部材に加圧力を加えないように前記圧力調節部を制御する制御部とを含むことを特徴とする。
前記圧縮部材は、ベーンと、該ベーンを弾性支持する弾性支持部と前記圧縮室内で偏心回転するローラとを含み、前記ベーンと弾性支持部は、前記圧縮室と連通する案内流路に設けられることを特徴とする。
前記圧力調節部は、前記吐出側と前記圧縮室との間を連結する連結流路と、該連結流路に介装されて前記回転圧縮機から吐出す高圧ガスを断続する弁とを含み、前記弁を開くと、前記ベーンの先端が前記ローラに密着されて前記圧縮室において圧縮がなされることを特徴とする。
上記の目的を達成するべく、本発明に係る回転圧縮機の容量可変装置は、複数の圧縮室と；前記複数の圧縮室の圧縮のための圧縮部材を持つ回転圧縮機と；前記回転圧縮機の吐出側と前記複数の圧縮室との間を断続する圧力調節部と；前記複数の圧縮室のうち少なくともいずれか一方の圧縮室において圧縮がなされる場合、前記圧力調節部を利用して該当圧縮部材に加圧力を加え、前記複数の圧縮室のうち圧縮する圧縮室と圧縮しない圧縮室を調節して前記圧縮機の圧縮容量を多段階に制御する制御部とを含むことを特徴とする。
前記圧縮部材は、前記複数の圧縮室に応じて個別的に備えられることを特徴とする。
前記圧縮部材は、ベーンと、該ベーンを弾性支持する弾性支持部とを含み、前記ベーンと弾性支持部は、該当圧縮室と連通する案内流路に設けられることを特徴とする。
前記圧力調節部は、前記吐出側と前記複数圧縮室との間を連結する連結流路と、該連結流路に介装されて前記回転圧縮機から吐出す高圧ガスを断続する複数の弁とを含む。
上記の目的を達成するべく、本発明に係る回転圧縮機の容量可変装置は、高圧ガスを吐出す回転圧縮機において、前記高圧ガスを生成するための第１圧縮室と；前記第１圧縮室と連通する第１案内流路と；前記第１案内流路に設けられる第１ベーンと；前記第１圧縮室と区画形成されて前記高圧ガスを生成するための第２圧縮室と；前記第２圧縮室と連通する第２案内流路と；前記第２案内流路に設けられる第２ベーンと；前記第１及び第２圧縮室内で偏心回転するローラと；前記回転圧縮機の吐出側と前記第１案内流路とを連結する連結流路に介装される第１弁と；前記回転圧縮機の吐出側と前記第２案内流路とを連結する連結流路に介装される第２弁と；前記第１圧縮室において圧縮がなされる場合前記第１弁を開き、前記第２圧縮室において圧縮がなされる場合前記第２弁を開く制御部とを含むことを特徴とする。
前記制御部が前記第１弁を開く場合、前記高圧ガスにより前記第１ベーンの先端が前記ローラに触れ前記第１圧縮室において圧縮がなされ、前記第２弁を開く場合、前記高圧ガスにより前記第２ベーンの先端が前記ローラに触れ前記第２圧縮室において圧縮がなされる。
前記制御部は、圧縮機容量に応じて前記第１及び第２弁のうちいずれか一つを開くものの、最大の圧縮機容量を生成するときには前記第１及び第２弁の両方を開く。
前記第１ベーンを弾性支持するとともに、前記第１案内流路に設けられる第１弾性支持部と、前記第２ベーンを弾性支持するとともに、前記第１案内流路に設けられる第２弾性支持部とをさらに含む。
前記第１及び第２弁は、開度調節可能なソレノイド弁である。
前記第１及び第２弁は、開放または閉鎖される開閉弁である。
上記の目的を達成するべく、本発明に係る回転圧縮機の容量可変装置は、高圧ガスを吐出す回転圧縮機において、前記高圧ガスを生成するための第１圧縮室と；前記第１圧縮室と連通する第１案内流路と；前記第１案内流路に設けられる第１ベーンと；前記第１圧縮室と区画形成されて前記高圧ガスを生成するための第２圧縮室と；前記第２圧縮室と連通する第２案内流路と；前記第２案内流路に介装される第２ベーンと；前記第１及び第２圧縮室内で偏心回転するローラと；前記回転圧縮機の吐出側と吸入側及び前記第１案内流路が交差する地点に介装される第１三方弁と；前記回転圧縮機の吐出側と吸入側及び前記第２案内流路が交差する地点に介装される第２三方弁と；前記第１圧縮室において圧縮がなされる場合、前記回転圧縮機の吐出側と前記第１案内流路とが連結されるように前記第１三方弁を制御し、前記第２圧縮室において圧縮がなされる場合、前記回転圧縮機の吐出側と前記第２案内流路とが連結されるように前記第２三方弁を制御する制御部とを含むことを特徴とする。
前記制御部は、前記第１圧縮室において圧縮がなされない場合、前記回転圧縮機の吸入側と前記第１案内流路とを連結するように前記第１三方弁を制御し、前記第２圧縮室において圧縮がなされない場合、前記回転圧縮機の吸入側と前記第２案内流路とを連結するように前記第２三方弁を制御する。
前記回転圧縮機の吸入側と前記第１案内流路とを連結する場合、第１ベーンが第１案内流路において流動するのを防止し、前記回転圧縮機の吸入側と前記第２案内流路とを連結する場合、第２ベーンが第２案内流路において流動するのを防止する。
上述の如く、本発明によれば、複数の圧縮室を個別制御して圧縮容量を多段階に可変させられるため、運転負荷に迅速に対応できる。また、本発明は、圧縮機の吐出ガスを利用するべく弁を使って簡単に具現できるため、製作コストが低く、圧縮機の圧縮容量を可変するための制御過程が簡単なため、制御の安全性と信頼性を確保できる。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の好ましい一実施の形態による回転圧縮機の容量可変装置の構成を示す図であり、図２は、図１の容量可変装置における圧縮部の内部構造を説明するための図である。
本発明に係る回転圧縮機の容量可変装置は、図１に示すように、空気調和機の冷凍サイクルに適用した例で、回転圧縮機１０が冷媒流路を介して凝縮機５０、膨脹装置６０及び蒸発器７０に連結されて閉回路を構成する。
回転圧縮機１０は、回転力を生じさせる駆動部２０と、駆動部２０の回転力により圧縮を行うべく上下部に区画形成される第１及び第２圧縮室４１Ａ，４１Ｂを持つ圧縮部４０とからなる。
駆動部２０は、一定の回転数で駆動する圧縮機モータを含み、圧縮機モータへの電源供給の際、回転軸３０を一定の回転数で回転させるための回転力を発生する一方、圧縮機モータへの電源遮断時には回転力を発生せずオフになる。
蒸発器７０の出口側の流路５から分けられる分岐流路５ａ，５ｂは、上下部圧縮室である第１及び第２圧縮室４１Ａ，４１Ｂの一側にそれぞれ連結される。圧縮機１０から吐出す高圧のガス冷媒は、凝縮機５０、膨脹装置６０、及び蒸発器７０を通って分岐流路５ａ，５ｂから第１及び第２圧縮室４１Ａ，４１Ｂに吸い込まれ、引き続き繰り返し循環する。
ここで、上部の第１圧縮室４１Ａの高さは下部の第２圧縮室４１Ｂの高さよりも高く形成されるため、第１圧縮室４１Ａの内容積が第２圧縮室４１Ｂの内容積よりも大きくなり、したがって、第１圧縮室の圧縮容量は第２圧縮室の圧縮容量よりも大きくなる。
圧縮室４１Ａ，４１Ｂは、シリンダー４０Ａ，４０Ｂ内にそれぞれ形成され、これらシリンダー４０Ａ、４０Ｂに吸入流路４２Ａ、４２Ｂと案内流路４４Ａ，４４Ｂをそれぞれ形成する。案内流路４４Ａ，４４Ｂの作用空間４９Ａ，４９Ｂ内においてばね４６Ａ，４６Ｂを支持する支持部４５Ａ，４５Ｂが移動自在に備えられる。ベーン４７Ａ，４７Ｂは、一端がばね４６Ａ、４６Ｂに弾性支持され、他端、つまり先端がローラ４３Ａ、４３Ｂに触れるようになる。ローラ４３Ａ、４３Ｂの回転により圧縮された高圧ガスは吐出口４８Ａ，４８Ｂを通って圧縮機１０の吐出流路１から外部へ吐出される。
本発明は、第１及び第２圧縮室のうちいずれか一方の圧縮室、或いは、第１及び第２圧縮室の両方において圧縮作用がなされるようにするべく、圧縮室から吐出される高圧ガスを提供する圧力調節部８０と、圧力調節部８０を制御する制御部９０とを備える。
圧力調節部８０は、圧縮機１０の吐出流路１に連結される連結流路３と、連結流路３から分けられる分岐流路３ａ，３ｂにそれぞれ介装される第１及び第２弁８１，８２をとを含む。ここで、第１及び第２弁には開度調節可能なソレノイド弁を採択したが、これに限定されず、流路に介装されてオン／オフ作動によって開閉できる開閉弁を採択してもいい。
第１弁８１は、分岐流路３ａから圧縮室４１Ａに供給する高圧ガスを断続し、第２弁８２は、分岐流路３ｂから圧縮室４１Ｂに供給する高圧ガスを断続する。
第１弁８１を開くと、高圧ガスは案内流路４４Ａの作用空間４９Ａ内に供給され、これにより作用空間４９Ａ内に配置された支持部４５Ａが加圧され、その支持部４５Ａに一端が支持されたベーン４７Ａが圧縮室側に移動してその先端がローラ４３Ａに触れるようになる。この状態で、ローラ４３Ａの回転により圧縮がなされ、圧縮された高圧ガスは吐出口４８Ａを介して排出される。第２弁８２を開く場合もまた、作用空間４９Ｂ内に供給される高圧ガスによりベーン４７Ｂの先端がローラ４３Ｂに触れ、この状態でローラ４３Ｂの回転により圧縮された高圧ガスは吐出口４８Ｂを介して排出される。
第１及び第２弁のうちいずれか一方の弁のみを開く場合、閉じている弁と連結される圧縮室に対しては高圧ガスが遮断され加圧力がベーンに届かず、たとえローラが回転してもその圧縮室では実質的な圧縮は起こらず空回転がなされる。
一方、圧縮機起動の際、ベーンがローラに完全に密着されない状態でローラが回転すると、正常圧縮よりも小さく圧縮され吐出圧力が大きくないため、開放された弁を介して提供される加圧力が充分でない。以降、所定時間が経過し圧縮機の吐出圧力が増大し、弁を介して提供される加圧力が大きくなると、ベーンの先端がローラに密着し正常圧縮がなされる。
このように構成される回転圧縮機の容量可変装置の動作について説明する。
圧縮機を採用したシステムの運転負荷または使用者の要求に応じて圧縮機の圧縮容量を設定する場合、図３に示すように、圧縮容量に応じて３段モードに区分する。
制御部９０では要求される圧縮容量を生成するべく圧力調節部８０の第１及び第２ソレノイド弁８１，８２を制御する。
第１モードに設定した場合、第１圧縮室４１Ａにおいて圧縮がなされ、第２圧縮室４１Ｂにおいては圧縮がなされないようにするべく、制御部９０は、第１弁８１を開き、第２弁８２を閉じる。第２モードに設定した場合、第２圧縮室４１Ｂにおいてのみ圧縮がなされるようにするべく、制御部９０は第１弁８１を閉じ、第２弁８２を開く。第３モードに設定した場合、制御部９０は、第１圧縮室４１Ａ及び第２圧縮室４１Ｂの両方において圧縮がなされるようにするべく、第１弁８１も第２弁８２も開く。
圧縮容量に対しては、第３モードにおいて最大、第２モードにおいて最小、第１モードにおいて第３モードと第２モードとの中間とする。
前述した一実施の形態では、制御部９０により圧力調節部８０の弁を制御することによって圧縮能力を３段に容易に具現している。ところが、複数の圧縮室のうち、空回転する圧縮室では実質的に圧縮はなされないが、ローラの回転によりベーン、ばね、及び支持部が作用空間内で往復動することになり、これにより作動騒音を誘発する場合もある。
そこで、図４では、圧力調節部１００の複数の三方弁１０１，１０２を採用し、これらの三方弁の一側に、蒸発器７０の出口側の流路５から延設される延長流路６において分けられる分岐流路６ａ，６ｂを連結する。圧縮室に高圧ガスを供給する場合、三方弁１０１，１０２は、圧縮機の吐出側の分岐流路と圧縮室とを連結するように流路を形成する一方、圧縮室に高圧ガスを供給しない場合には三方弁１０１，１０２は蒸発器の吐出側の分岐流路と圧縮室とを連結するように流路を形成する。
例えば、第１モードで運転する場合、図５のように、制御部１１０は、第１三方弁１０１を制御して高圧ガスが案内流路４４Ａの作用空間４９Ａに供給されるようにする。これと同時に、第２三方弁１０２を介しては高圧ガスが供給されないようにするとともに、その案内流路４４Ｂと分岐流路６ｂとを連結することによって作用空間４９Ｂに吸入圧力を働かせ、ベーン４７Ｂ、ばね４６Ｂ、及び支持部４５Ｂを後ろに移動させてこれらの流動を防止する。これにより、圧縮室４１Ｂにおいてローラ４３Ｂが回転しても作動騒音が発生しなくなる。
本発明の好ましい一実施の形態による回転圧縮機の容量可変装置の構成を示す図である。 図１の容量可変装置における圧縮部の内部構造を説明するための図である。 本発明に係る回転圧縮機において運転モード別各部の動作を示すテーブルである。 本発明の他の実施の形態による回転圧縮機の容量可変装置の構成を示す図である。 図４の回転圧縮機において上部圧縮室で圧縮がなされ、下部圧縮室で圧縮がなされない動作を示す図である。
符号の説明
１ 吐出流路
３ 連結流路
３ａ、３ｂ、５ａ、５b、６ａ、６b 分岐流路
５ 流路
６ 延長流路
１０ 回転圧縮機
２０ 駆動部
３０ 回転軸
４０ 圧縮部
４０Ａ、４０Ｂ シリンダー
４１Ａ、４１Ｂ 第１及び第２圧縮室
４２Ａ、４２Ｂ 吸入流路
４３Ａ、４３Ｂ ローラ
４４Ａ、４４Ｂ 室内流路
４５Ａ、４５Ｂ 支持部
４６Ａ、４６Ｂ ばね
４７Ａ、４７Ｂ ベーン
４８Ａ、４８Ｂ 吐出口
４９Ａ、４９Ｂ 作用空間
５０ 凝縮機
６０ 膨張装置
７０ 蒸発器
８０ 圧力調整部
８１、８２ 第１及び第２ソレノイド
９０、１１０ 制御部
１００ 圧力調節部
１０１、１０２ 第１、第２三方弁

Claims (16)

  1. 少なくとも一つの圧縮室と；
    前記圧縮室の圧縮のための圧縮部材を備えた回転圧縮機と；
    前記回転圧縮機の吐出側と前記圧縮室との間を連結する圧力調節部と；
    前記圧縮室で圧縮がなされる場合には前記圧縮部材に加圧力を加え、前記圧縮室で圧縮がなされない場合には前記圧縮部材に加圧力を加えないように前記圧力調節部を制御する制御部とを含むことを特徴とする回転圧縮機の容量可変装置。
  2. 前記圧縮部材は、ベーンと、該ベーンを弾性支持する弾性支持部と前記圧縮室内で偏心回転するローラとを含み、前記ベーンと弾性支持部は、前記圧縮室と連通する案内流路に設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  3. 前記圧力調節部は、前記吐出側と前記圧縮室との間を連結する連結流路と、該連結流路に介装されて前記回転圧縮機から吐出す高圧ガスを断続する弁とを含み、前記弁を開くと、前記ベーンの先端が前記ローラに密着されて前記圧縮室において圧縮がなされることを特徴とする請求項２に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  4. 複数の圧縮室と；
    前記複数の圧縮室の圧縮のための圧縮部材を持つ回転圧縮機と；
    前記回転圧縮機の吐出側と前記複数の圧縮室との間を断続する圧力調節部と；
    前記複数の圧縮室のうち少なくともいずれか一方の圧縮室において圧縮がなされる場合、前記圧力調節部を利用して該当圧縮部材に加圧力を加え、前記複数の圧縮室のうち圧縮する圧縮室と圧縮しない圧縮室を調節して前記圧縮機の圧縮容量を多段階に制御する制御部とを含むことを特徴とする回転圧縮機の容量可変装置。
  5. 前記圧縮部材は、前記複数の圧縮室に応じて個別的に備えられることを特徴とする請求項４に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  6. 前記圧縮部材は、ベーンと、該ベーンを弾性支持する弾性支持部とを含み、前記ベーンと弾性支持部は、該当圧縮室と連通する案内流路に設けられることを特徴とする請求項５に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  7. 前記圧力調節部は、前記吐出側と前記複数圧縮室との間を連結する連結流路と、該連結流路に介装されて前記回転圧縮機から吐出す高圧ガスを断続する複数の弁とを含むことを特徴とする請求項４に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  8. 高圧ガスを吐出す回転圧縮機において、
    前記高圧ガスを生成するための第１圧縮室と；
    前記第１圧縮室と連通する第１案内流路と；
    前記第１案内流路に設けられる第１ベーンと；
    前記第１圧縮室と区画形成されて前記高圧ガスを生成するための第２圧縮室と；
    前記第２圧縮室と連通する第２案内流路と；
    前記第２案内流路に設けられる第２ベーンと；
    前記第１及び第２圧縮室内で偏心回転するローラと；
    前記回転圧縮機の吐出側と前記第１案内流路とを連結する連結流路に介装される第１弁と；
    前記回転圧縮機の吐出側と前記第２案内流路とを連結する連結流路に介装される第２弁と；
    前記第１圧縮室において圧縮がなされる場合前記第１弁を開き、前記第２圧縮室において圧縮がなされる場合前記第２弁を開く制御部とを含むことを特徴とする回転圧縮機の容量可変装置。
  9. 前記制御部が前記第１弁を開く場合、前記高圧ガスにより前記第１ベーンの先端が前記ローラに触れ前記第１圧縮室において圧縮がなされ、前記第２弁を開く場合、前記高圧ガスにより前記第２ベーンの先端が前記ローラに触れ前記第２圧縮室において圧縮がなされることを特徴とする請求項８に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  10. 前記制御部は、圧縮機容量に応じて前記第１及び第２弁のうちいずれか一つを開くものの、最大の圧縮機容量を生成するときには前記第１及び第２弁の両方を開くことを特徴とする請求項８に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  11. 前記第１ベーンを弾性支持するとともに、前記第１案内流路に設けられる第１弾性支持部と、前記第２ベーンを弾性支持するとともに、前記第１案内流路に設けられる第２弾性支持部とをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  12. 前記第１及び第２弁は、開度調節可能なソレノイド弁であることを特徴とする請求項８に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  13. 前記第１及び第２弁は、開放または閉鎖される開閉弁であることを特徴とする請求項８に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  14. 高圧ガスを吐出す回転圧縮機において、
    前記高圧ガスを生成するための第１圧縮室と；
    前記第１圧縮室と連通する第１案内流路と；
    前記第１案内流路に設けられる第１ベーンと；
    前記第１圧縮室と区画形成されて前記高圧ガスを生成するための第２圧縮室と；
    前記第２圧縮室と連通する第２案内流路と；
    前記第２案内流路に介装される第２ベーンと；
    前記第１及び第２圧縮室内で偏心回転するローラと；
    前記回転圧縮機の吐出側と吸入側及び前記第１案内流路が交差する地点に介装される第１三方弁と；
    前記回転圧縮機の吐出側と吸入側及び前記第２案内流路が交差する地点に介装される第２三方弁と；
    前記第１圧縮室において圧縮がなされる場合、前記回転圧縮機の吐出側と前記第１案内流路とが連結されるように前記第１三方弁を制御し、前記第２圧縮室において圧縮がなされる場合、前記回転圧縮機の吐出側と前記第２案内流路とが連結されるように前記第２三方弁を制御する制御部とを含むことを特徴とする回転圧縮機の容量可変装置。
  15. 前記制御部は、前記第１圧縮室において圧縮がなされない場合、前記回転圧縮機の吸入側と前記第１案内流路とを連結するように前記第１三方弁を制御し、前記第２圧縮室において圧縮がなされない場合、前記回転圧縮機の吸入側と前記第２案内流路とを連結するように前記第２三方弁を制御することを特徴とする請求項１４に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
  16. 前記回転圧縮機の吸入側と前記第１案内流路とを連結する場合、第１ベーンが第１案内流路において流動するのを防止し、前記回転圧縮機の吸入側と前記第２案内流路とを連結する場合、第２ベーンが第２案内流路において流動するのを防止することを特徴とする請求項１５に記載の回転圧縮機の容量可変装置。
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