JP2007146747A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】中間仕切り板７を挟んで配置された第１、第２のシリンダ８ａ、８ｂの内、第２のシリンダに設けられたベーンには背圧付勢のためのバネ部材１７を設けずに、ベーン室１５ｂとシリンダ室１３ｂの圧力が通常運転時にはベーン室１５ｂが高く、シリンダ室１３ｂが低くなり、能力半減運転時にはシリンダ室１３ｂが高く、ベーン室１５ｂが低くなるように四方弁４０とその制御部３１からなる圧力切替機構を設けることで能力切替を実現する。さらに、ベーン溝１４ｂにオイル供給路１９を設けることで、ベーン摺動部への潤滑油供給を確保する密閉型圧縮機を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ室を２室備え、高能力運転時には２室同時に圧縮作用を行い、低能力運転時にはいずれか一方のシリンダ室での圧縮作用を停止して圧縮仕事を低減する、いわゆる能力可変をなすことができる冷凍空調用密閉型圧縮機とこの密閉型圧縮機を用いて冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置に関するものである。

一般的なロータリ式密閉型圧縮機の構成は、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、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。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溝が設けられていて、ここにベーンが摺動自在に収納される。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。

この結果、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２室に区分される。２室に区分された一室側には吸込み管が接続された吸込み部が連通され、他室側には密閉ケース内に開口する吐出部が連通される。

ところで、近年、２つのシリンダを上下方向に並べて配置した、２シリンダタイプのロータリ式密閉型圧縮機が使用されるようになってきている。このような２シリンダタイプの圧縮機では、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ものが開示されている。
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、高圧導入手段を構成するために、一方のシリンダ室と密閉ケース内とを連通する高圧導入孔を設け、冷凍サイクルに二段絞り機構を設け、この絞り機構の中間部から分岐して一方側のベーン室に連通し、中途部に電磁開閉弁を備えたバイパス冷媒管を設けている。

すなわち、圧縮機に対して高圧導入手段をなすための孔あけ加工が必要であるとともに、冷凍サイクル上の絞り装置を二段絞り機構としなければならず、さらにこの二段絞り機構とシリンダ室との間にバイパス冷媒管を接続するなど、構成が複雑化してコストに悪影響がある。

本発明は上記事情に基づきなされたものであり、その目的とするところは、第１シリンダと第２シリンダを備えることを前提として、一方のシリンダのベーンに対する押圧付勢構造を省略化し、部品数と加工手間の軽減を図り、信頼性の向上を図れる密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するため、本発明の冷凍サイクル装置は、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ロータリ式の圧縮機構部を収容し、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ロータリ式密閉形圧縮機において、圧縮機構部は、中間仕切板と中間仕切板の両側に設けられた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のシリンダおよび第２のシリンダと、これら第１のシリンダと第２のシリンダに設けられ、その先端縁が上記偏心ローラの周面に当接するよう押圧付勢され、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、第１のベーンの背面側端部及びバネ部材を収容する第１のベーン室と、第２のベーンの背面側端部を収容する前記中間仕切板と副軸受で密閉された第２のベーン室とを具備し、上記第２のシリンダに設けられるベーンは、上記ベーン室に導かれるケース内圧力と、上記第２シリンダ室に導かれる吸入圧力、もしくは吐出圧力との差圧に応じて押圧付勢される密閉型圧縮機を用い、四方切換弁、室内熱交換器、膨張機構及び室外熱交換器でヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成し、上記第１シリンダにおけるシリンダ室は、上記四方切換弁の切換動作に係わらず常に吸入圧力が導かれ、上記第２シリンダにおけるシリンダ室は、上記四方切換弁の切換動作に応じて吸入圧力、もしくは吐出圧力が導かれるように配管される。

本発明によれば、第１シリンダと第２シリンダを備えることを前提として、一方のシリンダのベーンに対する押圧付勢構造を省略化し、部品数と加工手間の軽減を図り、信頼性の向上を図れる密閉式圧縮機と、この密閉式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供できる。

（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、ロータリ式密閉型圧縮機の断面構造である。はじめにロータリ式密閉型圧縮機から説明すると、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、かつ上記回転軸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。

上記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。

また、第２シリンダ８ｂに設けられたベーン溝１４ｂにはオイル供給経路１９を設け、副軸受１１に設けられたオイル連通孔２０を経由して密閉ケース１内と連通させている。

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、上記ベーン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Ｒの作用を説明する。密閉ケース１の上端部に接続された吐出管２１は、凝縮器２２、膨張機構２３、蒸発器２４を介してアキュームレータ２５に接続される。アキュームレータ２５の底部には、圧縮機Ｒに対する第１の吸込み管２６ａと吸込み圧導入管２８が接続される。第１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内に直接連通し、吸込み圧導入管２８は四方弁４０の第３のポートｇに接続される。四方弁４０の第２のポートｆには密閉ケース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内に直接連通する第２の吸込み管２６ｂが接続される。

吐出管２１の凝縮器２２との中途部には吐出圧導入管２７が分岐接続され、その反対側端部は四方弁４０の第１のポートｅに接続される。四方弁４０の第４のポートｈには圧力導入管１８が接続され、その反対側端部は圧縮機Ｒのベーン室１５ｂに連通する。

次に、上述のロータリ式密閉型圧縮機Ｒを備えた冷凍サイクル装置の作用について説明する。

通常運転（全能力運転）を選択した場合、制御部３１は四方弁を第１のポートｅと第４のポートｈ間および第２のポートｆと第３のポートｇ間のみが連通する第１の状態に制御する。一方、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２分する。その結果、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、高圧ガスがバルブカバー１０ａを介して密閉ケース１内に吐出されて充満し、密閉ケース１上部の吐出管２１から吐出される。

この時、四方弁は第１のポートｅと第４のポートｈ間が開放されているため、吐出圧導入管２７から高圧ガス冷媒が圧力導入管１８を介して第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１３ｂは四方弁４０の第２のポートｆと第３のポートｇ間が開放されているため吸込み圧（低圧）雰囲気となるので、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。

能力半減運転を選択した場合、制御部３１は四方弁を第１のポートｅと第２のポートｆ間および第３のポートｇと第４のポートｈ間のみが連通する第２の状態に制御する。

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。吐出管２１から吐出された高圧冷媒ガスは吐出圧導入管２７を通って四方弁４０の第１のポートｅから吸入され、第２のポートｆから吐出されて第２の吸込み管２６ｂを通って第２のシリンダ室１３ｂへと流れ込んで第２のシリンダ室を高圧の状態に保つ。一方、四方弁４０の第３のポートｇと第４のポートｈが連通するようになっているので、ベーン室１５ｂは圧力導入管１８と吸込み圧導入管２８とを介して冷凍サイクルの低圧側に接続され、その結果ベーン室１５ｂは低圧の状態に保たれることになる。この結果、ベーン１６ｂはシリンダ室側が高圧、ベーン室側が低圧となり、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では圧縮作用は行われない。結局、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。

なお、第１のシリンダ室と第２のシリンダ室の容積が同じ場合は、第２のシリンダ室を停止させたときには能力半減運転となるが、両シリンダ室の容積比を適当な値に設定することにより、両シリンダを同時に運転したときと、第２のシリンダを停止させたときの能力の大きさの割合を任意に設定することが出来る。

（実施の形態２）
以上のようにして当該圧縮機は通常運転（全能力運転）と能力半減運転の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。

そこで、本発明の圧縮機は図４に示すように、潤滑油が中間仕切り板７の中央穴から設けられた中間仕切り板オイル連通孔３２を経由して第２シリンダ８ｂのベーン溝１４ｂに設けられたオイル供給経路１９に導かれ、その後副軸受１１に設けられたオイル排出連通孔２０を経由して密閉ケース内へ戻る潤滑油経路を形成し、摺動部に十分な潤滑油が供給される構成としたものである。

なお、オイル供給経路１９はベーン溝１４ｂに設けられており、ベーン室１５ｂとは連通していない。ベーン溝１４ｂにはベーン１６ｂが収納されている為、ベーン室１５ｂの密閉性が失われることはない。

また、オイル排出連通孔２０および中間仕切り板オイル連通孔３２は図５および図６に示すような副軸受１１に設けた溝３３、中間仕切り板７に設けた溝３４と第２のシリンダ端面との間で形成するようにしても同様の効果を得ることが出来る。

（実施の形態３）
第２シリンダのベーン１６ｂはバネ部材を備えておらず、その為自由状態であり、起動時、ベーン１６ｂの先端部が偏心ローラ１２ｂに接触するなどのベーン室１５ｂで踊り易く異常音の発生に至る虞がある。これを回避するために、運転を開始するにあたって、起動後の所定時間は１サイクル運転である第１圧縮機構部のみを作動させる能力半減運転を行う。起動時は、第２シリンダ室１３ｂには高圧の冷媒が導かれ、ベーン室１５ｂは低圧であるので、ベーン１６ｂは図７に示した状態のように最も後退した位置で差圧により保持される。その後、図８に示すように設定差圧力ΔＰに到達するまでの設定時間ｔ１に到達するまで能力半減運転を行い、設定時間ｔ１を経過したら、通常運転に移行する。この時、第２シリンダ室には吸入圧力が導かれ、通常圧縮作用がなされ、ベーン室１５ｂは高圧になり、ベーン１６ｂの先端は差圧により偏心ローラ１２ｂに摺接するように押圧付勢される。

このようにして、上述の不具合を完全に除去でき、ベーン１６ｂはベーン室１５ｂで踊ることなく、能力半減運転が確実に行われ 信頼性の向上が得られる。

以上のように、本発明に係る冷凍サイクル装置は、より簡素な構成で信頼性の高い能力可変圧縮機構を提供することが可能となるので、空気調和装置や冷蔵庫などの冷凍機器のほか、ヒートポンプ応用した給湯装置や乾燥機などの用途にも適用することが出来る。

本発明実施の形態１における密閉形圧縮機の断面図と冷凍サイクル構成図 本発明実施の形態２における第１および第２のシリンダの分解斜視図 本発明実施の形態２における第２のシリンダと中間仕切り板と副軸受の分解斜視図 本発明実施の形態２における圧縮機構部分のオイル供給経路断面図 本発明実施の形態２における副軸受の斜視図 本発明実施の形態２における中間仕切り板の斜視図 本発明実施の形態３における圧縮機構部の部分断面図 本発明実施の形態３における起動時の制御モードを示す図

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，８ｂ シリンダ
９ 主軸受
１０ａ，ｂ バルブカバー
１１ 副軸受
１２ａ，１２ｂ 偏心ローラ
１３ａ，１３ｂ シリンダ室
１４ａ，１４ｂ ベーン溝
１５ａ，ｂ ベーン室
１６ａ，ｂ ベーン
１７ バネ部材
１８ 圧力導入管
１９ オイル供給路
２０ オイル排出連通孔
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，ｂ 吸い込み管
２７ 吐出圧導入管
２８ 吸込み圧導入管
２９ 第１の電磁開閉弁
３０ 第２の電磁開閉弁
３１ 制御部

Claims (2)

1. 密閉ケース内に、外部から取り入れたガスを圧縮して吐出する圧縮機構部を収納し、前記圧縮機構部は、それぞれ偏心ローラを偏心回転自在に収納するシリンダ室を備えた第１および第２のシリンダが中間仕切り板を挟んで軸方向に配置され、前記中間仕切り板は前記偏心ローラを駆動する駆動軸が貫通する中央穴を有し、前記第１および第２のシリンダにはシリンダ室から径方向外側に向かって延設された第１および第２のベーン溝がそれぞれ設けられ、前記それぞれのベーン溝には先端が前記偏心ローラ周面に当接してシリンダ室を偏心ローラ回転方向に２分するベーンが出没自在に収納され、前記第１のシリンダの反中間仕切り板側端面には主軸受、第２のシリンダの反中間仕切り板側端面には副軸受が当接配置され、前記第一のベーン溝とこれに収納されたベーンの背面側端部と中間仕切り板と主軸受とにより第１のベーン室が、第２のベーン溝とこれに収納されたベーンの背面側端部と中間仕切り板と副軸受とにより第２のベーン室がそれぞれ形成されてなり、前記第１のベーン室にはベーン背面側端部を内径側に向かって押圧付勢するバネ部材が収納され、前記第２のベーン室には前記密閉ケース内の圧力が導入され、第２のシリンダのシリンダ室に導かれる吸入圧力又は吐出圧力との差圧に応じて第２のベーン溝に収納されたベーンが押圧付勢される密閉型圧縮機を備え、前記密閉型圧縮機の吐出管から吐出された高圧冷媒が、凝縮器、膨張弁、蒸発器などからなる周知の冷凍サイクルを経由した後分岐し、前記密閉型圧縮機の第１、第２のシリンダ室にそれぞれ連通する吸い込み管を介して吸入される冷凍サイクル装置であって、
   前記吐出管の凝縮器よりも冷媒の流れに対して上流側で分岐接続された吐出圧導入管が第１のポートに、前記第２のシリンダ室に連通する吸い込み管が第２のポートに、前記蒸発器の冷媒の流れに対して下流側で分岐接続された吸い込み圧導入管が第３のポートに、前記第２のベーン室に連通する圧力導入管が第４のポートの接続された四方弁を備え、前記四方弁を第１のポートと第４のポート間および第２のポートと第３のポート間でのみ冷媒通過が許容される第１の状態と、第１のポートと第２のポート間および第３のポートと第４のポート間のみで冷媒通過が許容される第２の状態とに選択的に制御する制御部を有する冷凍サイクル装置。
2. 少なくとも起動後の一定時間、四方弁が第２の状態となるように制御する制御部を有する請求項１記載の冷凍サイクル装置。

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