JP2007077977A - 容量可変回転圧縮機 - Google Patents

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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従来よりも拡大して、圧縮容量を多様に変化させられるようにし、かつ、ベーンの進退動作を制御する装置の構成を従来よりも簡素化する。
【解決手段】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、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、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られる容量可変回転圧縮機に関する。
従来、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ことができる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、上記容量可変回転圧縮機は、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可変とするがために、圧縮容量をより多様な範囲で可変とするのには限界があった。
しかも、この回転圧縮機は、圧縮室が一つのみ備えられているため、初期動作時に第１ベーンをローラー側に付勢するスプリングを設けなければならず、拘束手段の構成が複雑である。
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従来よりも拡大することができ、かつ、圧縮容量を多様に変化させられる容量可変回転圧縮機を提供することにある。
本発明の他の目的は、ベーンの進退動作を制御する装置の構成を従来よりも簡素化した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、を備えることを特徴とする。
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。
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。
前記ベーン制御装置は、前記第３ベーンの外面に形成された拘束溝と、前記第３ベーンの拘束のために前記拘束溝に進入するように進退可能に設置された拘束ピンと、前記拘束ピンを進退させるソレノイド駆動手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記ソレノイド駆動手段は、前記拘束ピンと連結されたプランジャと、前記プランジャの外側に配置されるソレノイドコイルと、を備えることを特徴とする。
前記ベーン制御装置は、前記第３ベーンの後端を付着させて拘束するように前記第３ベーンの後方に設置された電磁石を備えることを特徴とする。
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。
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。
前記第１ベーンと前記第２ベーンは、スプリングの弾性により前記第１及び第２ローラー側にそれぞれ加圧され、前記第３ベーンは、圧縮機の吐出圧力により前記第２ローラー側に加圧されることを特徴とする。
本発明による容量可変回転圧縮機は、第１圧縮室で圧縮動作がなされる際に、ベーン制御装置により第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るため、圧縮容量の可変範囲を従来よりも拡大することができ、圧縮容量を連続して多様に変化させられる効果が得られる。
また、本発明は、第３ベーンが吐出圧力により第２ローラー側に加圧されることによって第３ベーンの進退がなされるため、別途のスプリング無しでも第３ベーンを進退させることができ、従来よりもベーン制御装置の構成を簡素化することができる。
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。
図１ないし図４は、本発明の第１実施形態による容量可変回転圧縮機を示す図である。本実施形態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機構部２０と、密閉容器１０の内側下部に設置され、駆動機構部２０と回転軸２１を介して連結された圧縮機構部３０とを備える。
駆動機構部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。このような駆動機構部２０は、電源の印加(給電)によって回転子２３が回転し、回転子２３が回転軸２１を回転させることによって圧縮機構部３０を駆動させる。
圧縮機構部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間に介在させられた仕切り板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、圧縮容量が最大となる。
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、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の容積との比を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。
なお、本発明は、ベーン制御装置７０の動作サイクルを制御することによって最小から最大までの圧縮容量可変範囲をより多様化することができる。すなわち、第３ベーン５４の拘束及び拘束解除を反復し、第２圧縮室３２において圧縮動作と空回転動作が反復されるようにすることによって、圧縮容量の可変範囲をより多様化することが可能になる。
例えば、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２との容積比が５０：５０の場合に第３ベーン５４の拘束を５０％に設定すると、圧縮容量は最大圧縮容量の７５％となり、同条件で第３ベーン５４の拘束を８０％に設定すると、圧縮容量は最大圧縮容量の６０％となる。
また、第１圧縮室３１と第２圧縮室３２との容積比が３０：７０の場合に第３ベーン５４の拘束を５０％に設定すると、圧縮容量は最大圧縮容量の６５％となり、同条件で第３ベーン５４の拘束を８０％に設定すると、圧縮容量は最大圧縮容量の４４％となる。
図５は、本発明の第２実施形態による容量可変回転圧縮機のベーン制御装置を示す図である。本実施形態によるベーン制御装置８０は、第３ベーン５４の外面に形成される拘束溝８１と、拘束溝８１に進入して第３ベーン５４を拘束するように、第３ベーン５４の進退方向と交差する方向に進退する拘束ピン８２と、拘束ピン８２を進退させるように仕切り板３５に設置されたソレノイド駆動手段と、を備える。ソレノイド駆動手段は、拘束ピン８２と連結されたプランジャ８３と、プランジャ８３の周囲に配置されたソレノイドコイル８４と、を備える。この構成では、ソレノイドコイル８４に印加される電源を制御してプランジャ８３を進退させることによって拘束ピン８２を進退させ、これにより、拘束ピン８２が拘束溝８１に進入して第３ベーン５４を拘束するようにすする。それ以外の構成は、第１実施形態におけるそれと同様であるから、その説明は省略する。
図５に示す第２実施形態において、第３ベーン５４の拘束を解除した状態で圧縮機が稼働すると、第１圧縮室３１側の圧縮動作による圧力が密閉容器内に作用し、この密閉容器１０内部の圧力が第３ベーン５４の後端側に作用し、第３ベーン５４は第２ローラー５２側に加圧される。これにより、第３ベーン５４と第２ベーン５３が共に進退するようになるため、第２圧縮室３１で圧縮動作がなされる。
図６は、本発明の第３実施形態による容量可変回転圧縮機のベーン制御装置を示す図である。本実施形態によるベーン制御装置９０は、第３ベーン５４の後端を付着させて拘束するように、第３ベーン５４の後方に取り付けられた電磁石９１を備える。この構成では、電磁石９１に電源を印加(給電)し、第３ベーン５４の後退時に第３ベーン５４の後端が電磁石９１に付着し拘束されるようにする。それ以外の構成は、第１実施形態におけるそれと同様であるから、その説明は省略する。
図６に示す実施形態においても、第３ベーン５４の拘束を解除した状態で圧縮機が稼働すると、第３ベーン５４の後端に吐出圧力が作用するので第３ベーン５４が第２ローラー５２側に加圧される。これにより、第３ベーン５４と第２ベーン５３が共に進退するようになるため、第２圧縮室３２で圧縮動作がなされる。
本発明の第１実施形態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１のII-II線での断面図である。 図１のIII-III線での断面図である。 本発明の第１実施形態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。 本発明の第２実施形態による容量可変回転圧縮機のベーン制御装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による容量可変回転圧縮機のベーン制御装置を示す断面図である。
符号の説明
１０ 密閉容器
２０ 電動機構部
２１ 回転軸
３０ 圧縮機構部
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
７０,８０,９０ ベーン制御装置
７１ シリンダ
７２ ピストン
７６ 流路可変弁

Claims (9)

  1. 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、
    を備える容量可変回転圧縮機。
  2. 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。
  3. 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２に記載の容量可変回転圧縮機。
  4. 前記ベーン制御装置が、
    前記第３ベーンの外面に形成された拘束溝と、
    前記第３ベーンの拘束のために前記拘束溝に進入するように進退可能に設置された拘束ピンと、
    前記拘束ピンを進退させるソレノイド駆動手段と、
    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。
  5. 前記ソレノイド駆動手段が、前記拘束ピンと連結されたプランジャと、前記プランジャの外側に配置されるソレノイドコイルと、を備えることを特徴とする請求項４に記載の容量可変回転圧縮機。
  6. 前記ベーン制御装置が、
    前記第３ベーンの後端を付着させて拘束するように前記第３ベーンの後方に設置された電磁石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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 前記第１ベーンと前記第２ベーンは、スプリングの弾性により前記第１及び第２ローラー側にそれぞれ加圧され、前記第３ベーンは、圧縮機の吐出圧力により前記第２ローラー側に加圧され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。
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