JP2006144778A - 能力可変回転圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 空回転をする圧縮室内部の圧力を密閉容器内部の圧力(吐出圧力)と同圧にし、回転抵抗を最小限に抑えることができる能力可変回転圧縮機を提供する。
【解決手段】 密閉容器内に設置され、その内部空間が仕切り板により異なる容積の第１圧縮室と第２圧縮室とに区画されるハウジングと、第１及び第２圧縮室内で回転する回転軸と、回転軸の回転方向の変化に応じて第１及び第２圧縮室のうちいずれか一方において選択的に圧縮動作を行わせる偏心装置と、第１及び第２圧縮室のうち空回転をする方に吐出側の圧力が加えられるようにする圧力調節装置とを備え、仕切り板は、互いに重なる第１仕切り板と第２仕切り板とからなり、これら第１仕切り板と第２仕切り板との間に圧力調節装置が設けられる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、能力可変回転圧縮機に関し、より詳細には、２つの圧縮室のうち空回転をする圧縮室の内部と密閉容器の内部を同圧にする圧力調節装置を備えた能力可変回転圧縮機に関する。
冷媒圧縮能力を可変させられる能力可変圧縮機に係る技術が、本出願人により特許文献１にて出願された。この能力可変圧縮機は、回転軸の回転方向の変化に応じて各圧縮室のローラが偏心されたり偏心解除されつつ圧縮及び圧縮解除動作が遂行されるように動作する偏心装置を備える。また、この偏心装置は、各圧縮室の回転軸外面に設けられる２つの偏心カム、各偏心カムの外面に回転可能に結合され、その外面にローラが結合される偏心ブッシュ、及び回転軸が回転するときに、２つの偏心ブッシュのうちいずれか一つが偏心される位置でかかり、残りの一つが偏心されない位置でかかるようにする係止ピンを備える。
かかる従来の能力可変回転圧縮機は、偏心装置の動作に応じて、内容積の異なる２つの圧縮室のうちいずれか一方においてのみ圧縮動作が行われるようにしたもので、回転軸の回転方向を変更するだけで能力可変運転を行うことが可能である。
大韓民国特許出願第２００２−６１４６２号
本発明は、上記の能力可変回転圧縮機を改善しその機能を一層向上させるためのもので、その目的は、空回転をする圧縮室内部の圧力を密閉容器内部の圧力(吐出圧力)と同圧にすることによって回転抵抗を最小限に抑え得る能力可変回転圧縮機を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係る能力可変回転圧縮機は、密閉容器内に設置され、その内部空間が仕切り板により異なる容積の第１圧縮室及び第２圧縮室に区画されるハウジングと、前記第１及び第２圧縮室内で回転する回転軸と、前記回転軸の回転方向の変化に応じて前記第１及び第２圧縮室のうちいずれか一方において選択的に圧縮動作が行われるようにする偏心装置と、前記第１及び第２圧縮室のうち空回転をする方に吐出側の圧力が加えられるようにする圧力調節装置とを備え、前記仕切り板は、互いに重なる第１仕切り板と第２仕切り板とからなり、これら第１仕切り板と第２仕切り板との間に前記圧力調節装置が設けられることを特徴とする。
また、前記圧力調節装置は、前記第１仕切り板と第２仕切り板とが重なる部分に形成され、その内部に吐出側の圧力が提供される流路切換室と、前記流路切換室の両側と前記第１及び第２圧縮室がそれぞれ連通するように前記第１仕切り板と前記第２仕切り板にそれぞれ形成された第１及び第２連通穴と、前記第１及び第２連通穴のうち圧縮動作がなされる圧縮室側の連通穴を閉じるように、前記流路切換室内に進退可能に設置されるバルブ部材とを備えることを特徴とする。
また、前記流路切換室は、前記第１及び第２仕切り板が対面する部分から前記第１及び第２仕切り板の方にそれぞれ所定の深さずつ凹入形成される第１凹入部及び第２凹入部を有することを特徴とする。
また、前記第１及び第２連通穴は、内径が前記流路切換室の内径よりも小さく形成されることを特徴とする。
また、前記能力可変回転圧縮機は、前記密閉容器内部の吐出圧力が前記流路切換室に加えられるように、前記ハウジングと前記第１及び第２仕切り板に、それらが重なる方向に形成される第１連結流路と、前記第１連結流路と前記流路切換室が連通するように前記第１及び第２仕切り板のうち少なくとも一つに形成される第２連結流路とをさらに備えることを特徴とする。
前記第２連結流路は、第１及び第２仕切り板が相互対面する部分に溝形状に形成されることを特徴とする。
前記偏心装置は、前記第１及び第２圧縮室内部の前記回転軸の外面にそれぞれ設置される第１及び第２偏心カムと、前記第１及び第２偏心カムの外面にそれぞれ回転可能に結合される第１及び第２偏心ブッシュと、前記回転軸の回転方向の変化に応じて前記２つの偏心ブッシュのうちいずれか一つが偏心回転状態で、残りの一つが偏心解除状態で係止されるようにする係止装置とを備えることを特徴とする。
本発明に係る能力可変回転圧縮機は、圧力調節装置の動作により２つの圧縮室のうち空回転をする圧縮室の方に密閉容器内部の圧力(吐出圧力)が加えられ、空回転をする圧縮室内部と密閉容器内部が同圧に維持されるため、空回転をする圧縮室のベーンがローラを加圧して回転抵抗を招く問題を防止し、圧縮機の能力損失を最小限に抑えられ、その分だけ圧縮機の能力を向上させることが可能になる。
また、本発明は、２つの圧縮室間を区画する仕切り板が、相互に重なる第１及び第２仕切り板からなり、流路切換室を形成する第１及び第２凹入部及び連結流路が第１及び第２仕切り板が互いに対面する面から凹入形成されるため、圧力調節装置を構成するための流路切換室の加工及びバルブ部材の組立を容易にすることが可能になる。
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には、可能な限り同一の参照符号及び番号を共通使用するものとする。
図１は、本発明に従う能力可変回転圧縮機の内部構造を示す縦断面図である。同図において、能力可変回転圧縮機は、密閉容器１０の内側上部に設置され、回転力を生じさせる駆動部２０と、密閉容器１０の内側下部に設置され、駆動部２０と回転軸２１を介して連結される圧縮部３０とを備える。
駆動部２０は、密閉容器１０の内面に固定される円筒形の固定子２２と、固定子２２の内部に回転自在に設けられ、その中心部の回転軸２１に結合される回転子２３とを備える。この駆動部２０は、回転軸２１を正回転または逆回転させる。
圧縮部３０は、上部と下部に相異なる容積を有する円筒形の第１圧縮室３１と第２圧縮室３２がそれぞれ形成されたハウジングを備える。このハウジングは、図１及び図７に示すように、第１圧縮室３１が形成された第１ハウジング３３ａ、第２圧縮室３２が形成された第２ハウジング３３ｂ、第１圧縮室３１の上部と第２圧縮室３２の下部を塞ぐと共に、回転軸２１を回転自在に支持するように第１ハウジング３３ａの上面と第２ハウジング３３ｂの下面にそれぞれ設けられる２つのフランジ３５,３６、及び第１及び第２圧縮室３１,３２を区画するように、第１及び第２ハウジング３３ａ,３３ｂの間において互いに重なって設けられる第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂを備える。
第１圧縮室３１と第２圧縮室３２の内部の回転軸２１には、図１ないし図４に示すように、上部の第１偏心装置４０と下部の第２偏心装置５０がそれぞれ設けられ、第１及び第２偏心装置４０,５０の外面には第１ローラ３７と第２ローラ３８がそれぞれ回転自在に結合される。また、第１圧縮室３１の第１吸入口６３と第１吐出口６５との間、及び第２圧縮室３２の第２吸入口６４と第２吐出口６６との間にはそれぞれ第１及び第２ローラ３７,３８の外面と接した状態で半径方向に往復しつつ圧縮動作を行わせる第１及び第２ベーン６１，６２がそれぞれ設けられる。これら第１及び第２ベーン６１,６２はそれぞれ、第１及び第２ベーンバネ６１ａ,６２ａにて支持される。また、第１及び第２圧縮室３１,３２の吸入口６３,６４と吐出口６５,６６は、ベーン６１,６２を基準としてお互い反対方向に配される。ここでは詳細な図示を省略したが、２つの吐出口６５,６６は、ハウジングに形成される流路を介して密閉容器１０の内部と連通する。
第１及び第２偏心装置４０,５０は、各圧縮室３１,３２に対応する位置の回転軸２１の外面に同じ方向に偏心されるように形成される第１偏心カム４１と第２偏心カム５１を備え、第１及び第２偏心カム４１,５１の外面には上部の第１偏心ブッシュ４２と下部の第２偏心ブッシュ５２が回転自在に結合される。上部の第１偏心ブッシュ４２と下部の第２偏心ブッシュ５２は、図２に示すように、円筒形の連結部４３を介して一体に連結され、偏心方向は互いに反対になるようになっている。そして、第１及び第２ローラ３７,３８は、第１及び第２偏心ブッシュ４２,５２の外面にそれぞれ回転自在に結合される。
さらに、図２及び図３に示すように、第１偏心カム４１と第２偏心カム５１との間の回転軸２１の外面には、第１及び第２偏心カム４１,５１と同方向に偏心された偏心部４４が設けられ、この偏心部４４には、回転軸２１の回転方向の変化に応じて、第１及び第２偏心ブッシュ４２,５２を回転軸２１と偏心された状態で回転させるか、あるいは偏心が解除された状態で回転させる係止装置８０が設けられる。この係止装置８０は、偏心部４４の一側の外面に突出するように螺合される係止ピン８１と、回転軸２１の回転に応じて、係止ピン８１が偏心ブッシュ４２,５２の偏心位置と偏心解除位置においてそれぞれ係止されるよう第１偏心ブッシュ４２と第２偏心ブッシュ５２とをつなぐ連結部４３に周り方向に長く形成される係止溝８２とを備える。
この構成によれば、回転軸２１の偏心部４４に結合された係止ピン８１が連結部４３の係止溝８２に入った状態で回転軸２１が回転するときに、係止ピン８１が所定区間回動して係止溝８２の両端に形成された第１及び第２係止部８２ａ,８２ｂのうちいずれか一方に係止されるため、第１及び第２偏心ブッシュ４２,５２を回転軸２１と共に回転させることが可能になる。また、この構成では、係止ピン８１が係止溝８２の両側に形成される第１及び第２係止部８２ａ,８２ｂのうちいずれか一方に係止されるときに、第１及び第２偏心ブッシュ４２,５２のうちいずれか一つを偏心された状態にすると同時に、残りの一つを偏心解除された状態にすることにより、第１及び第２圧縮室３１,３２のうちいずれか一方において圧縮動作が行われ、残りの一方においては空回転が行われるようにする。もちろん、回転軸２１の回転方向が変わると第１及び第２偏心ブッシュ４２,５２の偏心状態は上述した場合と反対になる。
さらに、本発明に従う能力可変回転圧縮機は、図１に示すように、吸入配管６９の冷媒を、第１圧縮室３１の第１吸入口６３と第２圧縮室３２の第２吸入口６４のうち、圧縮動作が行われる吸入口側にのみ吸入させるべく吸入流路を切り換える流路切換装置７０を備える。
この流路切換装置７０は、円筒形状の胴体部７１と、胴体部７１に設けられるバルブ装置とを備える。胴体部７１中央の入口７２には吸入配管６９が連結され、胴体部７１両側の第１出口７３と第２出口７４には、第１圧縮室３１の吸入口６３と第２圧縮室３２の吸入口６４にそれぞれ連結される第１及び第２配管６７、６８が結合される。胴体部７１の内部に設けられるバルブ装置は、胴体部７１の中央に設置される円筒形の弁座７５、弁座７５の両端の開閉のために胴体部７１の両側内部に往復可能に設置される第１開閉部材７６と第２開閉部材７７、そしてこれらの開閉部材７６，７７を一緒に動かせるよう第１及び第２開閉部材７６，７７を連結する連結部材７８を備える。このように構成される流路切換装置７０は、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２のうちいずれか一方において圧縮動作が行われるときに、第１及び第２出口７３,７４の方に働く圧力の違いにより胴体部７１内の第１開閉部材７６と第２開閉部材７７が圧力の低い方に移動しつつ自動で吸入流路を切り換えるようにしたものである。すなわち、流路切換装置７０によれば、圧縮動作が行われる方に吸入流路が形成される。
さらに、本発明に従う能力可変回転圧縮機は、図１に示すように、第１及び第２圧縮室３１,３２のうち空回転を行う圧縮室の内部に密閉容器１０の吐出圧力が加えられるようにすることによって、空回転を行う圧縮室の内部と密閉容器１０の内部の圧力を同圧にする圧力調節装置９０を備える。
圧力調節装置９０は、図７及び図８に示すように、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２を区画する第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂ内部に形成される流路切換室９１、流路切換室９１の両側と第１及び第２圧縮室３１、３２がそれぞれ連通するように第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂに形成された第１及び第２連通穴９２，９３、及び流路切換室９１内に昇降自在に設置されるバルブ部材９４を備える。また、圧力調節装置９０は、図１及び図８に示すように、密閉容器１０内部の吐出圧力が流路切換室９１に加えられるように、第１及び第２ハウジング３３ａ，３３ｂと第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂには、これらが重なる方向(上下方向)に貫通形成される第１連結流路９５と、第１連結流路９５と流路切換室９１が連通するように第１及び第２仕切り板３４ａ、３４ｂが重なる部分に形成された第２連結流路９６とを備える。
図７に基づいて圧力調節装置９０について詳細に説明すると、流路切換室９１は、第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂが対面して重なる部分から第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂの方にそれぞれ所定深さずつ凹入形成される第１凹入部９１ａ及び第２凹入部９１ｂを備える。また、流路切換室９１と第１連結流路９５を連通させる第２連結流路９６は、第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂが互いに対面する面に溝状に形成される。
この構成によれば、第１及び第２圧縮室３１，３２を区画する仕切り板が、互いに重なる第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂで構成され、流路切換室９１を形成する第１及び第２凹入部９１ａ，９１ｂ及び第２連結流路９６が、第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂが対面する面から凹入形成されるため、圧力調節装置９０の構成が容易になる。すなわち、流路切換室９１を形成する第１及び第２凹入部９１ａ，９１ｂ及び第２連結流路９６を、第１及び第２仕切り板３４ａ，３４ｂの対面する面から切削加により形成可能にすることによって、圧縮機の製造において圧力調節装置９０を構成するための流路切換室９１の加工作業を容易にすることができ、かつ、バルブ部材９４を流路切換室９１に容易に進入させて設置することができる。
流路切換室９１と各圧縮室３１、３２をそれぞれ連通させる第１及び第２連通穴９２，９３は、その内径が流路切換室９１の内径よりも小さく形成される。これは、圧力差により流路切換室９１内で昇降するバルブ部材９４により、第１及び第２連通穴９２，９３を閉じるためである。
バルブ部材９４は、円形の薄い平板形状を有し、その直径が第１及び第２連通穴９２，９３よりも大きく形成される。これは、バルブ部材９４が圧縮動作が行われる圧縮室内部の吸入力により、圧縮動作が行われる方に移動して第１及び第２連通穴９２，９３のうち圧縮動作が行われる方を閉じ、空回転をする圧縮室の方を開くようにするためである。このようなバルブ部材９４の動作を円滑にさせるためには、圧縮動作が行われる圧縮室でバルブ部材９４の動作のための吸入力が生成されるように、第１仕切り板３４ａ及び第２仕切り板３４ｂにそれぞれ形成される第１及び第２連通穴９２，９３の位置を、第１及び第２ベーン６１，６２の反対側にすることが好ましい。
次に、このように構成される能力可変回転圧縮機の動作について述べる。
回転軸２１が第１方向に回転すると、図３に示すように、第１圧縮室３１の第１偏心ブッシュ４２の外面が回転軸２１に対して偏心回転し、係止ピン８１は係止溝８２の第１係止部８２ａに係止された状態となるため、第１ローラ３７は第１圧縮室３１の内面と接して回転し続き、これにより第１圧縮室３１の圧縮動作がなされる。このときに、第２圧縮室３２では、図４に示すように、第１偏心ブッシュ４２と反対方向に偏心された第２偏心ブッシュ５２の外面が回転軸２１と同心をなし、第２ローラ３８が第２圧縮室３２の内面と離れた状態となるため、空回転がなされる。また、第１圧縮室３１で圧縮動作がなされるときには、第１圧縮室３１の吸入口６３の方に冷媒が吸入されるので、流路切換装置７０の動作により第１圧縮室３１の方にのみ冷媒が吸入されるように流路が切り換えられる。
このように第１圧縮室３１が圧縮動作を行い、第２圧縮室３２が空回転をするときには、図８に示すように、流路切換室９１内のバルブ部材９４が、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２の圧力差により上部に移動して第１圧縮室３１側の第１連通穴９２を閉じる。これは、第１圧縮室３１内部の偏心された第１ローラ３７が第１ベーン６１から第１連通穴９２の位置まで回転する間には第１連通穴９２側の圧力が上昇するが、第１ローラ３７が第１連通穴９２の位置を通り過ぎる瞬間からは第１連通穴９２側に吸入力が働きバルブ部材９４が上部に移動するからである。このときに、第２圧縮室３２側の第２連通穴９３は、第１連結流路９５と第２連結流路９６を介して密閉容器１０内と連通するように開放される。これと同時に、第１圧縮室３１から加圧吐出される流体は密閉容器１０内部の圧力を上昇させ、この圧力が第１及び第２連結流路９５，９６と流路切換室９１を経て第２圧縮室３２内に流入する。したがって、空回転する第２圧縮室３２の内部が密閉容器１０の内部と同圧を維持し、よって、第２ベーン６２が空回転する第２ローラ３８を加圧する現象、第２圧縮室３２内部にオイルが流入する現象などが防止されるため、回転軸２１の回転抵抗が減少する。この結果、回転軸２１の回転が円滑になる。
回転軸２１が第２方向に回転するときには、図５に示すように、第１圧縮室３１の第１偏心ブッシュ４２の外面が回転軸２１と偏心解除された状態で係止ピン８１が係止溝８２の第２係止部８２ｂに係止されるため、第１ローラ３７が第１圧縮室３１の内面と離れた状態で回転し、第１圧縮室３１の空回転がなされる。このとき、第２圧縮室３２では、図６に示すように、第２偏心ブッシュ５２の外面が回転軸２１と偏心された状態になり、第２ローラ３８が第２圧縮室３２の内面と接して回転する状態となるため、圧縮動作がなされる。
また、第２圧縮室３２において圧縮動作がなされるときには、第２圧縮室３２の吸入口６４側に冷媒が吸入されるため、流路切換装置７０の動作により第２圧縮室３２側にのみ冷媒が吸入されるように吸入流路が切り換えられる。また、このように第２圧縮室３２において圧縮動作が行われ、第１圧縮室３１において空回転が行われるときには、図９に示すように、圧力調節装置９０のバルブ部材９５が第２圧縮室３２側に移動して第２圧縮室３２側の第２連通穴９３を閉じる。このときに、第１圧縮室３１側の第１連通穴９２は、第２連結流路９６と連通するように開放される。これにより、第１圧縮室３１が密閉容器１０内部と同圧に維持され、空回転をする第１ローラ３７を第１ベーン６１が加圧することが防止されるため、回転軸２１の回転抵抗が減少し、回転軸２１の回転が円滑になる。
本発明に従う能力可変回転圧縮機を示す縦断面図である。 図１に示す能力可変回転圧縮機の偏心装置の構成を示す斜視図である。 能力可変回転圧縮機の回転軸が第１方向に回転するときに第１圧縮室の圧縮動作を示す横断面図である。 能力可変回転圧縮機の回転軸が第１方向に回転するときに第２圧縮室の空回転動作を示す横断面図である。 回転軸が第２方向に回転するときに第１圧縮室の空回転動作を示す横断面図である。 回転軸が第２方向に回転するときに第２圧縮室の圧縮動作を示す横断面図である。 図１に示す能力可変回転圧縮機の仕切り板及び圧力調節装置の構成を示す分解斜視図である。 第２圧縮室が空回転する場合の図７の圧力調節装置を示す断面図である。 第１圧縮室が空回転する場合の図７の圧力調節装置を示す断面図である。
符号の説明
１０ 密閉容器
２０ 駆動部
２１ 回転軸
２２ 固定子
２３ 回転子
３０ 圧縮部
３１ 第１圧縮室
３２ 第２圧縮室
３７ 第１ローラ
３８ 第２ローラ
４０ 第１偏心装置
５０ 第２偏心装置
７０ 流路切換装置
８１ 係止ピン
８２ 係止溝
９０ 圧力調節装置
９１ 流路切換室
９２ 第１連通穴
９３ 第２連通穴
９４ バルブ部材
９５ 第１連結流路
９６ 第２連結流路

Claims (8)

  1. 密閉容器内に設置され、その内部空間が仕切り板により異なる容積の第１圧縮室及び第２圧縮室に区画されるハウジングと、
    前記第１及び第２圧縮室内で回転する回転軸と、前記回転軸の回転方向の変化に応じて前記第１及び第２圧縮室のうちいずれか一方において選択的に圧縮動作が行われるようにする偏心装置と、
    前記第１及び第２圧縮室のうち空回転をする方に吐出側の圧力が加えられるようにする圧力調節装置とを備え、
    前記仕切り板は、互いに重なる第１仕切り板と第２仕切り板とからなり、これら第１仕切り板と第２仕切り板との間に前記圧力調節装置が設けられることを特徴とする能力可変回転圧縮機。
  2. 前記圧力調節装置は、
    前記第１仕切り板と第２仕切り板とが重なる部分に形成され、その内部に吐出側の圧力が提供される流路切換室と、
    前記流路切換室の両側と前記第１及び第２圧縮室がそれぞれ連通するように前記第１仕切り板と前記第２仕切り板にそれぞれ形成された第１及び第２連通穴と、
    前記第１及び第２連通穴のうち圧縮動作がなされる圧縮室側の連通穴を閉じるように、前記流路切換室内に進退可能に設置されるバルブ部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載の能力可変回転圧縮機。
  3. 前記流路切換室は、前記第１及び第２仕切り板が対面する部分から前記第１及び第２仕切り板の方にそれぞれ所定の深さずつ凹入形成される第１凹入部及び第２凹入部を有することを特徴とする請求項２に記載の能力可変回転圧縮機。
  4. 前記第１及び第２連通穴は、内径が前記流路切換室の内径よりも小さく形成されることを特徴とする請求項２に記載の能力可変回転圧縮機。
  5. 前記密閉容器内部の吐出圧力が前記流路切換室に加えられるように、前記ハウジングと前記第１及び第２仕切り板に、それらが重なる方向に形成される第１連結流路と、前記第１連結流路と前記流路切換室が連通するように前記第１及び第２仕切り板のうち少なくとも一つに形成される第２連結流路とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の能力可変回転圧縮機。
  6. 前記第２連結流路は、第１及び第２仕切り板が相互対面する部分に溝形状に形成されることを特徴とする請求項５に記載の能力可変回転圧縮機。
  7. 前記バルブ部材が薄い平板形状を有することを特徴とする請求項２に記載の能力可変回転圧縮機。
  8. 前記偏心装置は、
    前記第１及び第２圧縮室内部の前記回転軸の外面にそれぞれ設置される第１及び第２偏心カムと、
    前記第１及び第２偏心カムの外面にそれぞれ回転可能に結合される第１及び第２偏心ブッシュと、
    前記回転軸の回転方向の変化に応じて前記２つの偏心ブッシュのうちいずれか一つが偏心回転状態で、残りの一つが偏心解除状態で係止されるようにする係止装置とを備えることを特徴とする請求項１に記載の能力可変回転圧縮機。
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