JP2007077976A

JP2007077976A - 容量可変回転圧縮機

Info

Publication number: JP2007077976A
Application number: JP2005351047A
Authority: JP
Inventors: Jung Bae Lee; ▲禎▼培李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-03-29
Also published as: CN1932296A; KR20070030024A

Abstract

【課題】容量可変回転圧縮機において、圧縮容量の可変範囲を広帯域多段に拡大し、低容量帯域における効率を向上させる。
【解決手段】この容量可変回転圧縮機は、互いに区画された第１及び第２圧縮室を備えたハウジングと、第１及び第２圧縮室内にそれぞれ設置された第１及び第２ローラーと、第１及び第２ローラーを回転させる回転軸と、第１ローラーの半径方向に進退しながら第１圧縮室を区画する第１ベーンと、第２ローラーの半径方向に進退しながら第２圧縮室を区画し、相互スライド自在に支持された第２ベーン及び第３ベーンと、圧縮容量制御のために第３ベーンを拘束したり拘束解除したりするベーン制御装置と、回転軸を回転させながら電気的な制御により回転速度を変化させられる駆動モーターと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、容量可変回転圧縮機に係り、より詳細には、ベーンの進退動作制御により圧縮容量を変化させることができる容量可変回転圧縮機に関する。

通常の容量可変回転圧縮機は、一つの圧縮室を有する圧縮機構と、圧縮機構を駆動させる駆動モーターとを備える。駆動モーターには、入力電源を調節することによって回転速度を変化させることができる通常のインバータモーターやＢＬＤＣモーター(Brushless DC Motor)が使用されてきた。すなわち、入力電源の調節を通じて駆動モーターの回転速度を変化させることによって、冷媒の圧縮容量を変化させるようになっている。

しかしながら、かかる通常の容量可変回転圧縮機は、単に駆動モーターの回転速度調節を通じて圧縮機構の動作を速くしたり遅くしたりする方式で冷媒の圧縮容量を変化させるものであるがために、冷媒の圧縮容量を広帯域多段には調節し難い問題があった。特に、この種の回転圧縮機は、回転速度を低減して低容量帯域で運転する場合、駆動モーターにかかる負荷によって効率が急激に低下してしまう問題があった。

一方、円筒形の圧縮室が形成されたハウジング、ハウジングの圧縮室内で偏心回転するローラー、及びローラーの半径方向に進退するベーンを備え、このベーンを制御して冷媒の圧縮容量を変化させるベーン制御型の容量可変回転圧縮機が提案されたことがある(例えば特許文献１参照)。ここで、ベーンは、相互分離された上部の第１ベーンと下部の第２ベーンとからなり、第１ベーン側には、必要によって第１ベーンをローラーの外面から離隔させるように第１ベーンを拘束する拘束手段が設置されている。この回転圧縮機は、拘束手段により第１ベーンが拘束されている状態では空回転をし、拘束手段により第１ベーンが拘束されていない拘束解除状態では圧縮動作を行う。したがって、必要に応じて第１ベーンを拘束または拘束解除することによって圧縮容量を変化させることができる。
大韓民国公開特許公報第2004-021140号

しかしながら、上記ベーン制御型の容量可変回転圧縮機も同様に、一つの圧縮室だけを備えるもので、拘束手段の制御により圧縮動作または空回転動作を行うことによって圧縮容量を変化させるがために、圧縮容量を広帯域多段に変化させるのには限界があった。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、圧縮容量の可変範囲を広帯域多段に拡大でき、かつ、低容量帯域における効率を向上させることができる容量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、本発明に係る容量可変回転圧縮機は、互いに区画された第１及び第２圧縮室を有するハウジングと、前記第１及び第２圧縮室内にそれぞれ設置された第１及び第２ローラーと、前記第１及び第２ローラーを回転させる回転軸と、前記第１ローラーの半径方向に進退しながら前記第１圧縮室を区画する第１ベーンと、前記第２ローラーの半径方向に進退しながら前記第２圧縮室を区画し、相互スライド自在に支持された第２ベーン及び第３ベーンと、圧縮容量制御のために前記第３ベーンを拘束したり拘束解除したりするベーン制御装置と、前記回転軸を回転させ、電気的な制御を通じて回転速度を変化させる駆動モーターと、を備えることを特徴とする。

ここで、前記駆動モーターは、ＢＬ(ブラシレス)ＤＣモーターであることを特徴とする。

また、前記ベーン制御装置は、前記第３ベーン側の前記ハウジングに設置されたシリンダと、前記シリンダ内に進退可能に設置され、前記第３ベーンと連結されたピストンと、前記シリンダ内と連通する第１流路と、前記圧縮機の吐出側と前記第１流路とを連結する第２流路と、前記圧縮機の吸入側と前記第１流路とを連結する第３流路と、前記第１、第２及び第３流路が出会う地点に設置された流路可変弁と、を備えることを特徴とする。

また、前記流路可変弁は、前記第１流路を、前記第２流路と前記第３流路のいずれかに選択的に連通させる三方弁であることを特徴とする。

また、前記第３ベーンの幅は、前記第２ベーンの幅よりも小さいことを特徴とする。

また、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室とは、内部容積が相互に異なることを特徴とする。

本発明の容量可変回転圧縮機によれば、第１圧縮室で圧縮動作がなされる際に、ベーン制御装置で第３ベーンの進退を制御することによって第２圧縮室の圧縮動作または空回転動作を調節でき、かつ、電気的な制御により駆動モーターの回転速度制御ができるため、広帯域多段の容量可変を実現することが可能になる。

また、本発明は、低容量帯域で運転を行う場合、第２圧縮室が空回転状態にあるので駆動モーターにかかる負荷が大きなものではなく、効率低下が防止されるため、従来の容量可変回転圧縮機に比べてエネルギー効率が大きく向上する、という効果が得られる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明による容量可変回転圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１０の内側上部に設置された駆動モーター２０と、密閉容器１０の内側下部に設置され、駆動モーター２０と回転軸２１を介して連結された圧縮機構３０とを備える。

駆動モーター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置され、中心部が回転軸２１と結合された回転子２３とを備える。このような駆動モーター２０は、回転軸２１を回転させることによって圧縮機構３０を駆動させる。また、駆動モーター２０は、電気的な制御により回転速度が変化させられるＢＬＤＣモーターやインバータモーターからなる。すなわち、電気的な制御により回転速度を速くしたり遅くしたりする方式で、圧縮機構３０の動作速度を調節することによって圧縮容量を変化させるのである。

圧縮機構３０は、図１ないし図３に示すように、互いに区画された第１圧縮室３１と第２圧縮室３２を有するハウジングと、ガスの圧縮を行うように第１及び第２圧縮室３１,３２内にそれぞれ設けられた第１及び第２圧縮装置４０,５０とを備える。

ハウジングは、円筒形の第１圧縮室３１が形成された上部の第１ボディー３３、円筒形の第２圧縮室３２が形成され、第１ボディー３３の下部に設置された第２ボディー３４、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２を区画するために第１及び第２ボディー３３,３４間に介在させた仕切り板３５、及び第１圧縮室３１の上側開口と第２圧縮室３２の下側開口を閉鎖すると同時に回転軸２１を支持するよう、第１ボディー３３の上部と第２ボディー３４の下部にそれぞれ装着された第１及び第２フランジ３６,３７を備える。回転軸２１は、第１及び第２圧縮室３１,３２内の圧縮装置４０,５０を動作させるように第１及び第２圧縮室３１,３２の中心を貫通して設置される。

第１及び第２圧縮装置４０,５０は、各圧縮室３１,３２の回転軸２１の外面に取り付けられた第１及び第２偏心部４１,５１と、各圧縮室３１,３２の内面と接しながら回転するように第１及び第２偏心部４１,５１の外面にそれぞれ回転自在に結合された第１及び第２ローラー４２,５２とを備える。回転軸２１の外面に取り付けられる第１偏心部４１と第２偏心部５１は、相互反対方向に偏心される。これは、両者がバランスを維持することによって、回転軸２１の回転時に回転トルクの変化を最小化し、振動発生を低減させるためである。

また、第１圧縮装置４０は、第１ローラー４２の回転に応じて第１圧縮室３１の半径方向に進退しながら第１圧縮室３１を区画する第１ベーン４３と、第１ベーン４３を第１ローラー４２側に付勢する第１ベーンスプリング４４と、を備える。

また、第２圧縮装置５０は、第２ローラー５２の回転に応じて第２圧縮室３２の半径方向に進退しながら第２圧縮室３２を区画し、相接する面がスライド自在に支持された第２ベーン５３及び第３ベーン５４と、第２ベーン５３を第２ローラー５２側に付勢する第２ベーンスプリング５５とを備える。したがって、第２圧縮室３２は、相対的に幅の大きい下部の第２ベーン５３と相対的に幅の小さい上部の第３ベーン５４によって区画される。そして、第３ベーン５４は、第３ベーン５４を拘束したり拘束解除したりすることによって圧縮容量を変化させるベーン制御装置７０により進退が制御される。ベーン制御装置７０の具体的な構成については後述する。

第１及び第２ボディー３３,３４には、図２及び図３に示すように、第１及び第２圧縮室３１,３２内部にガスが流入する第１及び第２吸入口６１,６２がそれぞれ形成され、これら吸入口６１,６２には、第１及び第２吸入管１５,１６がそれぞれ連結される。第１及び第２吸入管１５,１６は、図１に示すように、アキュムレータ１３から延在する冷媒吸入配管１４から分岐する。また、上部の第１フランジ３６と下部の第２フランジ３７には、各圧縮室３１,３２で加圧されたガスの吐出のために、第１吐出口６３と第２吐出口６４がそれぞれ形成される。したがって、圧縮機の稼働時に、密閉容器１０の内部は、第１及び第２吐出口６３,６４から排出される圧縮ガスにより高圧に維持され、密閉容器１０中の圧縮ガスは、密閉容器１０の上部に設けられた吐出配管１２に沿って外部へ案内される。

ベーン制御装置７０は、図１及び図３に示すように、第３ベーン５４の後端側に設置されたシリンダ７１と、第３ベーン５４の進退方向に沿って進退するようにシリンダ７１内に設置され、第３ベーン５４の後端と連結されたピストン７２とを備える。さらに、ベーン制御装置７０は、シリンダ７１の内部と連通する第１流路７３を形成するようにシリンダ７１の後端に連結された第１圧力調節管７３ａと、圧縮機の吐出側と第１流路７３を連通させる第２流路７４を形成するように吐出配管１２から分岐して第１圧力調節管７３ａに連結された第２圧力調節管７４ａと、圧縮機の吸入側と第１流路７３を連通させる第３流路７５を形成するように冷媒吸入配管１４から分岐して第１圧力調節管７３ａに連結された第３圧力調節管７５ａと、第１、第２及び第３圧力調節管７３ａ,７４ａ,７５ａが出会う地点に設置された流路可変弁７６と、を備える。流路可変弁７６は、電気的な制御信号により動作する通常の三方弁からなると良い。

このように構成される容量可変回転圧縮機の動作について説明すると、下記の通りである。

図１に示すように、流路可変弁７６の動作により第２流路７４が第１流路７３と連通した状態で圧縮機が動作すると、ベーン制御装置７０のシリンダ７１内に吐出側の圧力が働くので、ピストン７２が第３ベーン５４を加圧し、これにより、第３ベーン５４は、第２ローラー５２の回転に応じて第２ローラー５２の外面と接した状態で進退する。また、第１ベーン４３は、第１ベーンスプリング４４により付勢されるので、第１ローラー４２の回転に応じて進退しながら第１圧縮室３１を区画し、第２ベーン５３は、第２ベーンスプリング５５により付勢されるので、第３ベーン５４と共に進退しながら第２圧縮室３２を区画する。この場合には、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２の両方で圧縮動作がなされるため、圧縮容量が大きくなる。

なお、このように両方の圧縮室３１,３２で圧縮動作がなされる間に、駆動モーター２０に印加される入力電源周波数の制御を通じて駆動モーター２０の回転速度を変化させることで、圧縮容量を一層大きくしたり小さくしたりすることも可能である。すなわち、駆動モーター２０の回転をより速くすると、圧縮容量がより大きくなり、駆動モーター２０の回転を多少遅くすると、圧縮容量がより小さくなる。ただし、このように圧縮室３１,３２の両方で圧縮動作がなされる時には、駆動モーター２０の速度を遅くすると駆動モーター２０にかかる負荷が大きいために効率が低下してしまうので、駆動モーター２０の速度を遅くして圧縮容量を調節することは好ましくない。

一方、図４に示すように、流路可変弁７６の動作により第３流路７５が第１流路７３と連通した状態で圧縮機が動作すると、ベーン制御装置７０のシリンダ７１内に吸入側の圧力が働くのでピストン７２は後退し、ピストン７２の後退により第３ベーン５４の先端が第２ローラー５２の外面から離れた状態を維持する。したがって、このときには第２圧縮室３２で空回転がなされ、圧縮容量が減少する。したがって、第２圧縮室３２で圧縮がなされないので、第１圧縮室３１の容積と第２圧縮室３２の容積を等しくした場合、圧縮容量は最大圧縮容量の５０％となる。

また、本発明では、第１圧縮室３１の容積と第２圧縮室３２の容積を異ならせることによって、圧縮容量の可変範囲を変化させることができる。例えば、第１圧縮室３１の容積と第２圧縮室３２との容積比を４０:６０とし、第２圧縮室３２の空回転がなされるようにすると、圧縮容量は最大圧縮容量の４０％となる。あるいは、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２との容積比を３０:７０とし、第２圧縮室３２の空回転がなされるようにすると、圧縮容量は最大圧縮容量の３０％となる。

さらに本発明は、第２圧縮室３２の空回転がなされる際に、駆動モーター２０の回転速度を変化させることによって圧縮容量の可変範囲をより多様化することができる。すなわち、ベーン制御装置７０による機構的な容量可変の他に、駆動モーター２０に印加される入力電源周波数の制御を通じて駆動モーター２０の回転速度を変化させることによって、容量可変範囲をさらに多様化することができる。

例えば、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２との容積比を５０:５０とし、第２圧縮室３２の空回転がなされるようにした状態で、駆動モーター２０の回転速度を遅くすると、５０％よりも低い圧縮容量が得られる。また、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２との容積比を３０:７０とし、第２圧縮室３２の空回転がなされるようにした状態で、駆動モーター２０の回転速度を遅くすると、３０％よりも低い圧縮容量が得られる。このように低容量帯域で運転を行う場合にも、第２圧縮室３２が空回転状態であるので駆動モーター２０にかかる負荷が大きなものではなく、圧縮機の効率低下が防止される。したがって、低容量帯域で運転をする場合にもエネルギーの消費が大きくなく、従来の容量可変回転圧縮機に比べて、エネルギー効率を大きく向上させることが可能になる。

本発明による容量可変回転圧縮機の構成を示す断面図であり、第２圧縮室で圧縮動作がなされている状態を示す図である。図１のII-II線による断面図である。図１のIII-III線による断面図である。本発明による容量可変回転圧縮機の構成を示す断面図であり、第２圧縮室で空回転がなされている状態を示す図である。

符号の説明

１０密閉容器
２０駆動モーター
２１回転軸
３０圧縮機構
３１第１圧縮室
３２第２圧縮室
４２第１ローラー
４３第１ベーン
５２第２ローラー
５３第２ベーン
５４第３ベーン
７０ベーン制御装置
７１シリンダ
７２ピストン
７６流路可変弁

Claims

互いに区画された第１及び第２圧縮室を有するハウジングと、
前記第１及び第２圧縮室内にそれぞれ設置された第１及び第２ローラーと、
前記第１及び第２ローラーを回転させる回転軸と、
前記第１ローラーの半径方向に進退しながら前記第１圧縮室を区画する第１ベーンと、
前記第２ローラーの半径方向に進退しながら前記第２圧縮室を区画し、相互スライド自在に支持された第２ベーン及び第３ベーンと、
圧縮容量制御のために前記第３ベーンを拘束したり拘束解除したりするベーン制御装置と、
前記回転軸を回転させ、電気的な制御を通じて回転速度を可変させる駆動モーターと、
を備える容量可変回転圧縮機。
前記駆動モーターは、ＢＬ(ブラシレス)ＤＣモーターであることを特徴とする請求項１に記載の容量可変回転圧縮機。
前記ベーン制御装置が、
前記第３ベーン側の前記ハウジングに設置されたシリンダと、
前記シリンダ内に進退可能に設置され、前記第３ベーンと連結されたピストンと、
前記シリンダ内と連通する第１流路と、
前記圧縮機の吐出側と前記第１流路とを連結する第２流路と、
前記圧縮機の吸入側と前記第１流路とを連結する第３流路と、
前記第１、第２及び第３流路が出会う地点に設置された流路可変弁と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の容量可変回転圧縮機。
前記流路可変弁が、前記第１流路を、前記第２流路と前記第３流路のいずれかに選択的に連通させる三方弁であることを特徴とする請求項３に記載の容量可変回転圧縮機。
前記第３ベーンの幅が、前記第２ベーンの幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の容量可変回転圧縮機。
前記第１圧縮室と前記第２圧縮室は、内部容積が相互に異なることを特徴とする請求項１に記載の容量可変回転圧縮機。