JP2006291799A - 密閉型ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】片シリンダを休筒運転させることにより能力を全負荷運転と制御負荷運転の２段階に可変とした多気筒密閉形ロータリ圧縮機のうち、休筒運転側のシリンダのベーン室を密閉し、当収納室の圧力制御により運転モードを切り換えるものにおいて、休筒運転側のシリンダのベーン溝に潤滑油が供給されず、摺動部の摩耗を促進し、圧縮機の寿命を短くするという問題点があった。
【解決手段】第２のシリンダ８ｂに設けられたベーン室１５ｂに接続される吐出圧導入管を、密閉ケース１側面で、かつ潤滑油油面より下の部分に接続し、全負荷運転時、ベーン室へ高圧の潤滑油を導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ室を２室備え、２室同時に圧縮作用を行うと共に、いずれか一方のシリンダ室での圧縮作用を中断して圧縮仕事を低減し、いわゆる能力可変をなすことができる冷凍空調用密閉形ロータリ圧縮機の構造に関するものである。

一般的な密閉形ロータリ圧縮機の構成は、密閉ケース内に電動機部およびこの電動機部と連結される圧縮機構部を収容しており、圧縮機構部で圧縮したガスを一旦密閉ケース内に吐出する、ケース内高圧形となっている。前記圧縮機構部は、シリンダに設けられるシリンダ室にピストンが収容される。また、シリンダにはベーン室が設けられていて、ここにベーンが摺動自在に収納される。前記ベーンの先端縁は、シリンダ室側へ突出してピストンの周面に弾性的に当接するよう圧縮ばねによって押圧付勢される。

したがってシリンダ室はベーンによってピストンの回転方向に沿い二室に区分される。一室側に吸込み部が連通され、他室側に吐出部が連通される。吸込み部には吸込み管が接続され、吐出部は密閉ケース内に開口される。

ところで、近年、シリンダを上下に２セット備えた、２シリンダタイプの密閉形ロータリ圧縮機が標準化されつつある。そして、このような圧縮機において、常時圧縮作用をなすシリンダと、必要に応じて圧縮−停止の切換えを可能としたシリンダを備えることができれば、使用能力範囲が拡大されて有利となる。

たとえば、特許文献１には、シリンダ室を２室備え、必要に応じていずれか一方のシリンダ室のベーンをローラから強制的に離間保持するとともに、そのシリンダ室を高圧化して圧縮作用を中断させる高圧導入手段を備えたことを特徴とする技術が開示されている。
特開平１−２４７７８６号公報

この種の圧縮機は機能的に極めて優れるが、休筒運転時にベーンをピストンから強制的に離間保持するために、ベーンの背面側に密閉ベーン室を設置していた。ベーン室は通常圧縮機内部と連通している為潤滑油の雰囲気中にあり、摺動部に十分な潤滑油が供給されているが、特許文献１に示される圧縮機はベーン室を圧縮機内部と連通させておらず、いわゆる密閉室を形成している。その為ベーン摺動部に十分な潤滑油が供給されず、ベーン摺動部の摩耗、焼き付き等の問題が発生していた。

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、その目的とするところはベーン摺動部に十分な潤滑油を供給し、信頼性を向上させる事が可能な密閉形ロータリ圧縮機を提供しようとするものである。

前記目的を満足するため、本発明の密閉形ロータリ圧縮機は、第２のシリンダに設けられたベーン室に接続される吐出圧導入管を、密閉容器側面で、かつ潤滑油油面より下の部分に接続する。

本発明によれば、ベーン摺動部の摩耗を防ぎ信頼性の向上を図れる密閉形ロータリ圧縮機を提供できる。

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態を、図面にもとづいて説明する。

図１は、密閉形ロータリ圧縮機の断面構造である。はじめに密閉形ロータリ圧縮機Ｒから説明すると、密閉ケース１内の下部には後述する圧縮機構部２が設けられ、上部には電動機部３が設けられる。これら電動機部３と圧縮機構部２とは回転軸４を介して連結される。

電動機部３は、密閉ケース１の内面に固定されるステータ５と、このステータ５の内側に所定の間隙を存して配置され、かつ回転軸４が介挿されるロータ６とから構成される。

圧縮機構部２は、回転軸４の下部に、中間仕切り板７を介して上下に配設される第１のシリンダ８ａと、第２のシリンダ８ｂを備えている。第１のシリンダ８ａの上面部には主軸受９が重ね合わされ、第１のバルブカバー１０ａと共にシリンダ８ａに取付固定される。第２のシリンダ８ｂの下面部には副軸受１１が重ね合わされ、第２のバルブカバー１０ｂと共に第２のシリンダ８ｂに取付固定される。

一方、回転軸４は、中途部と下端部が主軸受９と副軸受１０に回転自在に枢支される。さらに回転軸４は各シリンダ８ａ，８ｂ内部を貫通するとともに、約１８０°の位相差をもって形成される２つの偏心部４ａ，４ｂを一体に備えている。

シリンダ部の詳細な構造について図２を用いて説明する。各偏心部４ａ，４ｂは互いに同一直径をなし、各シリンダ８ａ，８ｂ内径部に位置するよう組み立てられる。各偏心部４ａ，４ｂの周面には、互いに同一直径をなす偏心ローラ１２ａ，１２ｂが嵌合される。各シリンダ８ａ，８ｂには、シリンダ室１３ａ，１３ｂと連通するベーン溝１４ａ，１４ｂ及びベーン室１５ａ，１５ｂが設けられている。各ベーン溝１４ａ，１４ｂには、ベーン１６ａ，１６ｂがシリンダ室１３ａ，１３ｂに対して突没自在に収容される。ベーン室１５ａにはばね部材１７が収容される。ばね部材１７はベーン１６ａの背面側端面と密閉ケース１内周面との間に介在され、ベーン１６ａに弾性力（背圧）を付与して、この先端縁を偏心ローラ１２ａに接触させる圧縮ばねである。なお、各ベーン１６ａ，１６ｂの先端縁は半円状に形成されており、円形状の偏心ローラ１２ａ，１２ｂ周壁に偏心ローラ１２ａの回転角度にかかわらず線接触できる。

第１のベーン室１５ａおよびベーン１６ａ後端部は密閉ケース１内と連通しているため、密閉ケース１内の圧力を直接的に受けることになる。即ちベーン１６ａはベーン室１５ａに摺動自在に収容され、かつ後端部がベーン室１５ａに位置するので、密閉ケース１内圧力を直接的に受ける。

一方第２のベーン室１５ｂは密閉ケース１内とは連通しておらず、別個独立の密閉空間を形成している。第２のベーン室１５ｂの構造について以下図３を用いて説明する。第２のシリンダ８ｂに取り付け固定される中間仕切り板７及び副軸受け１１に密閉蓋部分７ａ，１１ａを設ける。これらを第２のシリンダ８ｂに取り付け固定することにより、第１のシリンダ８ａにおいては密閉ケース１内に開放されていた部分、すなわちベーン溝１４ｂ、及びベーン室１５ｂの上下を密閉できる。

これらを取り付け固定した状態での断面図を図４に示す。密閉空間を形成したベーン室１５ｂは、その背部に設置した圧力導入管１８を通じて密閉ケース１の外部と連通しており、ベーン室１５ｂおよびベーン１６ｂ後端部は圧力導入管１８により導かれた圧力を受けることになる。ベーン１６ｂ（破線部）の先端は第２のシリンダ室１３ｂに対向しており、ベーン先端はシリンダ室１３ｂ内の圧力を受ける。結局、ベーン１６ｂは先端部と後端部が受ける互いの圧力の大小に応じて、圧力の大きい方から圧力の小さい方向へ移動するよう構成されている。

再び図１を用いて当発明に係る圧縮機の作用を説明する。密閉ケース１の上端部には、吐出管２１が接続される。この吐出管２１は、凝縮器２２と、膨張機構２３および蒸発器２４を介してアキュームレータ２５に接続される。このアキュームレータ２５底部には、圧縮機Ｒに対する吸込み管２６ａ，２６ｂが接続される。一方の吸込み管２６ａは密閉ケース１と第１のシリンダ８ａ側部を貫通し、第１のシリンダ室１３ａ内に直接連通する。他方の吸込み管２６ｂは密閉ケース１を介して第２のシリンダ８ｂ側部を貫通し、第２のシリンダ室１３ｂ内に直接連通する。

また、密閉容器１の側面部から、第２のベーン室１５ｂに接続される吐出圧導入管２７が設けられる。吐出圧導入管２７の密閉容器１への取り付け位置は、密閉容器の底部とする。これは第２のシリンダへの潤滑油供給を考慮したものであるが、詳細については後述する。また蒸発器２４と吸い込み管２６の中途部から分岐して吸込み圧導入管２８が設けられる。吸込み圧導入管２８は吐出圧導入管２７と合流し、第２のベーン室１５ｂへと導かれる。吐出圧導入管２７で、吸込み圧導入管２８との合流部よりも上流側には開閉弁２９が設けられる。また吸込み圧導入管２８にも同様に開閉弁３０が設けられる。開閉弁２９および開閉弁３０は、それぞれ電磁弁であって、制御部３１からの電気信号に応じて開閉制御されるようになっている。

このようにして、第２のベーン室１５ｂに接続される吐出圧導入管２７、吸込み圧導入管２８、吸い込み管それぞれに設けられた開閉弁により圧力切換え機構Ｋが構成される。そして、圧力切換え機構Ｋの切換え作動に応じて、第２のシリンダ８ｂのベーン室１５ｂに吸込み圧もしくは吐出圧が導かれるようになっている。

以下に、上述の密閉形ロータリ圧縮機Ｒを備えた冷凍サイクル装置の作用について説明する。

先ず、通常運転（全能力運転）を選択した場合には、制御部３１は、第１の開閉弁２９を開放し、第２の開閉弁３０を閉成する。第１のシリンダ８ａにおいては、ベーン１６ａがばね部材１７によって常に弾性的に押圧付勢されるため、ベーン１６ａの先端が偏心ローラ１２ａに接して第１のシリンダ室１３ａ内を吸込み室と圧縮室に二分する。

偏心ローラ１２ａの回転にともなって、第１のシリンダ室１３ａ内のガスが圧縮される。回転軸４が継続して回転され、高圧ガスがバルブカバー１０ａを介して密閉ケース１内に吐出され充満し、密閉ケース１上部の吐出管２１から吐出される。

この時、第１の開閉弁２９は開放されているため、吐出圧導入管２７から高圧ガスが第２のシリンダ８ｂのベーン室１５ｂに導かれる。一方第２のシリンダ室１５ｂは吸込み圧（低圧）雰囲気となる。ベーン１６ｂは、その先端部が低圧条件となり、かつ後端部が高圧条件となるため、偏心ローラ１２ｂに摺接するように押圧付勢される。すなわち、第１のシリンダ室１３ａと、第２のシリンダ室１３ｂとの両方で圧縮作用がなされ、全能力運転が行われることになる。

次に、特別運転（圧縮能力を半減する運転）を選択すると、制御部３１は第１の開閉弁２９を閉成し、第２の開閉弁３０を開放するように切換え設定する。第１のシリンダ室１３ａにおいては上述したように通常の圧縮作用がなされ、密閉ケース１内に吐出された高圧ガスが充満してケース内高圧となる。一方第吸入管２６ｂより分岐した吸入圧導入管２８を通じて吸入圧が第２のシリンダ８ｂのベーン室１５ｂに導入される。一方第２のシリンダ室１５ｂには吸い込み管２６ｂ及びアキュームレータ２５を経て吸入圧（低圧）が導かれる。そのため、ベーン１６ｂは前後端部とも低圧雰囲気下に置かれ、前後端部において差圧が存在しない。ところが第２のシリンダ室１３ｂ内部には偏心ローラ１２ｂが回転運動を行っているためベーン１６ｂはベーン室１５ｂへと強制的に収納され、偏心ローラ１２ｂ外周面から離間した位置で、移動することなく停止状態を保持することになる。よって第２のシリンダ室１３ｂにおいては圧縮作用が行われず、第１のシリンダ室１３ａでの圧縮作用のみが有効であり、能力を半減した運転がなされることになる。

以上のようにして当該圧縮機は通常運転（全能力運転）と特別運転（能力半減運転）の２つの運転モードでの運転を可能としている。しかし、この種の圧縮機においては第２のシリンダ８ｂに設けられたベーン溝１４ｂ及びベーン室１５ｂは密閉され、密閉ケース１とは遮断されている。そのためベーン摺動部への潤滑油供給が十分に行われず、ベーン摺動部の摩耗、焼き付き等の問題が発生していた。しかし当該発明の圧縮機においては第２のシリンダ８ｂのベーン室１５ｂに導かれる高圧ガスは密閉容器の底部より導かれている。密閉容器内底部には運転状態によらず常に潤滑油が存在する。よって通常運転（全能力運転）時に第２のベーン室１５ｂには、高圧状態の潤滑油が導かれることになる。従ってベーン溝１４ｂには十分な潤滑油が供給され、ベーン摺動部の摩耗、焼き付き等のような問題は発生しない。なお、特別運転（能力半減運転）時に、第２のシリンダ８ｂのベーン室１５ｂには低圧ガスが導かれ、潤滑油の供給が不足するようにも思われるが、そもそも特別運転時には第２のシリンダでは圧縮作用を行っておらずベーン自体静止しているため、摩耗、焼き付き等を考慮する必要はない。

また、吐出圧導入管２７の取り付け位置は密閉ケース１の底部に限定する必要はなく、運転時の潤滑油油面より下であればよい。

（実施の形態２）
近年オゾン層保護の観点から、塩素を含まないＨＦＣ冷媒を用いた圧縮機が開発されている。当機構を有した圧縮機をそういったＨＦＣ冷媒に用いることも可能である。

（実施の形態３）
また、地球温暖化防止の観点から二酸化炭素等の自然冷媒を用いた圧縮機が開発されている。そのような自然冷媒を用いた圧縮機に当発明を適用することも可能である。

以上のように、本発明にかかる密閉形ロータリ圧縮機によれば、ベーン摺動部の摩耗を防ぎ信頼性の向上を図ることができるので、能力を広範囲にわたって可変する事が要求される冷凍空調機器や、ヒートポンプを使用した給湯装置などの用途にも適用できる。

本発明実施例１に係る密閉形ロータリ圧縮機の縦断面と冷凍サイクル構成を示す図 同実施例１に係る第１のシリンダと第２のシリンダの分解斜視図 本発明実施例１に係る第１のシリンダと中間仕切り板と副軸受けの分解斜視図 本発明の実施例１に係る圧縮機構部分の断面図

符号の説明

１ 密閉ケース
２ 圧縮機構部
３ 電動機部
４ 回転軸
５ ステータ
６ ロータ
７ 中間仕切り板
８ａ 第１のシリンダ
８ｂ 第２のシリンダ
９ 主軸受け
１０ａ バルブカバー
１０ｂ バルブカバー
１１ 副軸受け
１２ａ 偏心ローラ
１２ｂ 偏心ローラ
１３ａ 第１のシリンダ室
１３ｂ 第２のシリンダ室
１４ａ ベーン溝
１４ｂ ベーン溝
１５ａ ベーン室
１５ｂ ベーン室
１６ａ ベーン
１６ｂ ベーン
１７ ばね部材
１８ 圧力導入管
１９ オイル供給溝
２０ オイル連通孔
２１ 吐出管
２２ 凝縮器
２３ 膨張弁
２４ 蒸発器
２５ アキュームレータ
２６ａ 吸い込み管
２６ｂ 吸い込み管
２７ 吐出圧導入管
２８ 吸い込み圧導入管
２９ 第１の開閉弁
３０ 第２の開閉弁
３１ 制御部

Claims (3)

1. 密閉ケース内に、電動機部およびこの電動機部と連結されるロータリ式の圧縮機構部を収容し、前記圧縮機構部で圧縮したガスを一旦密閉ケース内に吐出してケース内高圧とする多気筒密閉形ロータリ圧縮機であって、前記圧縮機構部は、それぞれ偏心ローラが偏心回転自在に収容されるシリンダ室を備えた第１および第２のシリンダと、これらシリンダに設けられ、その先端縁が前記偏心ローラ周面に当接するよう押圧付勢されて偏心ローラの回転方向に沿ってシリンダ室を二分するベーンと、それぞれのベーン背面側端部を収容するベーン室とを具備し、前記第１のシリンダに設けられるベーンは前記ベーン室に配備されるばね部材によって押圧付勢され、前記第２のシリンダに設けられるベーンは前記ベーン室に導かれる吸込み圧もしくは吐出圧に応じて押圧付勢及び離間保持されてなり、前記第２のシリンダに設けられるベーン室への高圧導入を密閉ケースの底部より行うことを特徴とする密閉形ロータリ圧縮機。
2. 塩素を含まないＨＣＦＣやＨＦＣ等を冷媒とした請求項１記載の密閉形ロータリ圧縮機。
3. 二酸化炭素やアンモニア等の自然冷媒を冷媒とした請求項１記載の密閉形ロータリ圧縮機。
   

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