JP2007170408A - ロータリコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】 内部高圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、第１の回転圧縮要素のローラのシール性を改善する。
【解決手段】 第１の回転圧縮要素３２とこの第１の回転圧縮要素３２よりも排除容積の小なる第２の回転圧縮要素３４を備え、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒を第２の回転圧縮要素３４にて圧縮して密閉容器１２内に吐出するロータリコンプレッサ１０において、第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０（第１のシリンダ）と第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８（第２のシリンダ）の高さ寸法及び両偏心部４２、４４の径を同一とし、下シリンダ４０の内径寸法を上シリンダ３８より大きくして、第１のローラ４８の肉厚寸法を第２のローラ４７より大きくした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、密閉容器内に駆動要素と、この駆動要素の回転軸にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を第２の回転圧縮要素にて圧縮して密閉容器内に吐出するロータリコンプレッサに関するものである。

従来、この種ロータリコンプレッサ、例えば回転軸を縦置き型とした内部高圧型ロータリコンプレッサは、密閉容器内に駆動要素と、この駆動要素の回転軸にて駆動される第１の回転圧縮要素とこの第１の回転圧縮要素よりも排除容積の小さい第２の回転圧縮要素にて構成されている。第１及び第２の回転圧縮要素は、当該第１及び第２の回転圧縮要素をそれぞれ構成する上下シリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されて各シリンダ内でそれぞれ偏心回転するローラと、各シリンダ間に介設されて両シリンダの一方の開口部を閉塞する中間仕切板と、両シリンダの他方の開口をそれぞれ閉塞すると共に回転軸の軸受けを有する支持部材とから構成されている。また、各支持部材の各シリンダとは反対側の面は凹陥され、この凹陥部をカバーにてそれぞれ閉塞することにより吐出消音室が形成されていた。

そして、前記駆動要素が駆動されると、回転軸と一体に設けた偏心部に嵌合されたローラが上下シリンダ内を偏心回転する。これにより、第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となりシリンダの高圧室側より吐出ポートを経て吐出消音室に吐出される。そして、吐出消音室に吐出された中間圧の冷媒ガスは第２の回転圧縮要素の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。これにより、密閉容器内は高温高圧となる。一方、密閉容器内に吐出された冷媒ガスは、冷媒吐出管からロータリコンプレッサの外部に吐出される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７９７０号公報

このような多段圧縮式ロータリコンプレッサでは、１段目となる第１の回転圧縮要素の排除容積が２段目の第２の回転圧縮要素の排除容積より大きくなるように各ローラの肉厚寸法（ローラ径方向の寸法）を設定していた。即ち、従来では第１及び第２の回転圧縮要素に上下シリンダの内径（ボア径）及び高さ、両偏心部の径が同一のものを使用しており、第１のローラの肉厚寸法を第２のローラの肉厚寸法より小さくすることで、第１の回転圧縮要素の排除容積が第２の回転圧縮要素の排除容積より大きくなるように設定していた。

しかしながら、内部高圧型ロータリコンプレッサでは、第１の回転圧縮要素のシリンダ内と密閉容器内との圧力差が大きく、上述の如く第１の回転圧縮要素のローラの肉厚寸法を小さくして、ローラによるシール幅を減らした場合、ローラ端面から冷媒リークが生じる問題が生じていた。

特に、中間仕切板と回転軸との間の隙間は密閉容器内と同様に高圧となる関係上、この高圧がローラ端面からシリンダ内に流入し易く、第１の回転圧縮要素のローラの肉厚を薄くすることで、係る高圧の流入が増大して、第１の回転圧縮要素の体積効率が低下する問題が生じていた。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、内部高圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサにおいて、第１の回転圧縮要素のローラのシール性を改善することを目的とする。

本発明のロータリコンプレッサは、密閉容器内に駆動要素と、この駆動要素の回転軸にて駆動される第１の回転圧縮要素とこの第１の回転圧縮要素よりも排除容積の小なる第２の回転圧縮要素を備え、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を第２の回転圧縮要素にて圧縮して密閉容器内に吐出するものであって、第１及び第２の回転圧縮要素をそれぞれ構成する第１及び第２のシリンダと、回転軸に形成された第１及び第２の偏心部に嵌合されて第１及び第２のシリンダ内でそれぞれ偏心回転する第１及び第２のローラと、各シリンダ間に介設されて両シリンダの一方の開口部を閉塞する中間仕切板と、前記中間仕切板で閉塞する各シリンダの他方の開口部を閉塞する支持部材とを備え、
前記両シリンダの高さ寸法及び前記回転軸の両偏心部の径寸法を同一寸法として前記第１のシリンダの内径寸法を前記第２のシリンダの内径寸法より大きくし、
前記第１のローラの肉厚寸法を前記第２のローラよりも大きくしたものである。

本発明のロータリコンプレッサによれば、両シリンダの高さ寸法及び回転軸の両偏心部の径の寸法を同一とし、第１のシリンダの内径寸法を第２のシリンダより大きくすることで、その分、第１のローラの肉厚寸法を大きくすることが可能となる。

以下、図面に基づき本発明のロータリコンプレッサの実施形態を詳述する。

図１は本発明のロータリコンプレッサの一実施例として、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒を第２の回転圧縮要素３４にて圧縮して密閉容器１２内に吐出する、所謂内部高圧型の多段圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図、図２はロータリコンプレッサ１０の第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４の縦断側面図、図３は第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４の上下シリンダ３８、４０の平断面図をそれぞれ示している。尚、上記図１と図２はそれぞれ異なる断面を示している。

各図において、ロータリコンプレッサ１０は、鋼板から成る縦型円筒状の密閉容器１２内に駆動要素としての電動要素１４と、この電動要素１４の回転軸１６にて駆動される第１の回転圧縮要素３２とこの第１の回転圧縮要素３２よりも排除容積の小なる第２の回転圧縮要素３４からなる回転圧縮機構部１８を収納している。尚、本実施例のロータリコンプレッサ１０には冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）が使用される。

密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、の容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されており、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面には円形の取付孔１２Ｄが形成され、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。

電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に溶接固定されたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とから構成されており、このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定される。

ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成されている。

前記回転圧縮機構部１８は、中間仕切板３６を挟んで、２段目となる第２の回転圧縮要素３４を密閉容器１２内の電動要素１４側、１段目となる第１の回転圧縮要素３２を電動要素１４とは反対側に配置している。第１の回転圧縮要素３２は、当該第１の回転圧縮要素３２を構成する第１のシリンダとしての下シリンダ４０と、回転軸１６に形成された第１の偏心部４４に嵌合されて下シリンダ４０内で偏心回転する第１のローラ４８と、下シリンダ４０の下側（他方）の開口部を閉塞すると共に、回転軸１６の軸受け５６Ａを有する下部支持部材５６にて構成されている。また、第２の回転圧縮要素３４は、当該第２の回転圧縮要素３４を構成する第２のシリンダとしての上シリンダ３８と、回転軸１６に上記第１の偏心部４４と１８０度の位相差を有して形成された第２の偏心部４４に嵌合されて上シリンダ３８内で偏心回転する第２のローラ４６と、上シリンダ３８の上側（他方）の開口部を閉塞すると共に、回転軸１６の軸受け５４Ａを有する上部支持部材５４にて構成されている。

また、前記中間仕切板３６は、上下シリンダ３８、４０間に介設されて、両シリンダ３８、４０の一方の開口部（上シリンダ３８の下側及び下シリンダ４０の上側の開口部）を閉塞する。

下シリンダ４０には、下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を下シリンダ４０内の低圧室に連通させる吸込ポート１６１が形成されている。同様に、上シリンダ３８にも上部支持部材５４に形成された吸込通路５８を下シリンダ４０内の低圧室に連通させる吸込ポート１６０が形成されている。

また、下部支持部材５６の下シリンダ４０とは反対側（下側）の面で、且つ、軸受け５６Ａの外側を凹陥させ、この凹陥部を下部カバー６８にて閉塞することにより吐出消音室６４が形成される。同様に、上部支持部材５４の上シリンダ３８とは反対側（上側）の面を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー６３にて閉塞することにより吐出消音室６２が形成される。

この場合、上部支持部材５４の中央には前記軸受け５４Ａが起立形成されている。また、下部支持部材５６の中央には前記軸受け５６Ａが貫通形成される。また、軸受け５６Ａの下部カバー６８と当接する面（下面）には、図示しないＯリング溝が形成されており、当該Ｏリング溝内にはＯリング７１が収納される。

一方、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４は下部カバー６８側から複数の主ボルト８０・・にて締結される。即ち、本実施例では、下部カバー６８、下部支持部材５６、下シリンダ４０、中間仕切板３６及び上シリンダ３８を下部カバー６８側から４本の主ボルト８０・・にて締結している。また、上シリンダ３８には主ボルト８０・・の先端部に形成されたねじ山と相互に螺合するねじ溝が形成されている。

ここで、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４から構成される上記回転圧縮機構部１８を組み立てる手順を説明する。先ず、上部カバー６３と上部支持部材５４と上シリンダ３８を位置決めし、上シリンダ３８に螺合する２本の上ボルト７８、７８を上部カバー６３側（上側）から軸心方向（下方向）に挿通し、これらを一体化する。これにより、第２の回転圧縮要素３４が組み立てられる。

次に、上述の上ボルト７８、７８にて一体化された第２の回転圧縮要素３４を回転軸１６に挿通する。そして、中間仕切板３６と下シリンダ４０を組み付けて、これを下端側から回転軸１６に挿通し、既に取り付けられた上シリンダ３８と位置決めして、下シリンダ４０に螺合する２本の図示しない上ボルトを上部カバー６３側（上側）から軸心方向（下方向）に挿通し、これらを固定する。

そして、下部支持部材５６を下端側から回転軸１６に挿通した後、同様に、下部カバー６８を下端側から回転軸１６に挿通して、下部支持部材５６に形成された凹陥部を塞ぎ、下部カバー６８側（下側）から４本の主ボルト８０・・を軸心方向（上方向）に挿通する。このとき、主ボルト８０・・の先端部に形成されたねじ山と前記上シリンダ３８に形成されたねじ溝とを相互に螺合させることで、これらが締結され、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４が組み付けられる。

他方、本発明のロータリコンプレッサ１０は、第１の回転圧縮要素３２の第１のローラ４８の肉厚寸法（第１のローラ４８の径方向の厚さ）は、第２の回転圧縮要素３４の第２のローラ４６よりも大きくなるように構成されている。

本実施例では、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４をそれぞれ構成する上下シリンダ３８、４０の高さ寸法（軸心方向の寸法）及び両偏心部４２、４４の径を同一として、下シリンダ４０の内径（下シリンダ４０のボア径）の寸法を上シリンダ３８の内径（上シリンダ３８のボア径）より大きくすることにより、第１のローラ４６の肉厚寸法を第２のローラ４８より大きくしている。

従来では、図４に示すように上下シリンダ３８、４０の内径（ボア径）の寸法及び高さ、両偏心部４２、４４の径を同一とし、第１のローラ４８Ａ及び第２のローラ４６Ａの肉厚寸法により、第１の回転圧縮要素３２の排除容積が第２の回転圧縮要素３４の排除容積より大きくなるように設定していた。

即ち、第１のローラ４８Ａの肉厚を第２のローラ４８Ａの肉厚より薄くすることで、第１の回転圧縮要素３２の排除容積を第２の回転圧縮要素３４の排除容積より大きくしていた。

しかしながら、第１のローラ４８Ａの肉厚寸法を小さくすることで、第１のローラ４８Ａの上下端面のシール幅が減少してしまう。この場合、内部高圧型ロータリコンプレッサ１０では、第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０内と密閉容器１２内との圧力差が大きいため、第１のローラ４８Ａのシール幅の減少により、第１のローラ４８Ａの上下端面からの冷媒リークが増大する問題が生じていた。

特に、下シリンダ４０の上側の開口部を閉塞する中間仕切板３６とその内側の回転軸１６との間の隙間３６Ａは、密閉容器１２内と同様に高圧となるため、従来よりこの隙間３６Ａに溜まった高圧が第１のローラ４８Ａの上側端面から下シリンダ４０内に流入し易かった。そのため、従来の如く第１のローラ４８Ａの肉厚を薄くした場合には、第１のローラ４８Ａ端面からのリークがより一層増大する不都合が生じていた。

更に、本実施例の如く高低圧差の大きい二酸化炭素を冷媒として使用した場合には、係る高圧と下シリンダ４０内との圧力差が激しいので、第１のローラ４８Ａの肉厚を薄くすることで、第１のローラ４８Ａによるシール性がより一層低下して、第１の回転圧縮要素３２の体積効率の悪化を招いていた。

しかしながら、本実施例の如く下シリンダ４０の内径寸法を上シリンダ３８より大きくすることで、第１及の回転圧縮要素３２の排除容積を第２の回転圧縮要素３４の排除容積より大きく設定しながら、第１のローラ４８の肉厚寸法を第２のローラ４６より大きくすることができるようになる。

また、下シリンダ４０の内径寸法を上シリンダ３８より大きくすることで、従来の如く上下シリンダ３８、４０の高さ、両偏心部４２、４４の径を同一としたままで、第１のローラ４８の肉厚寸法を第２のローラ４６より大きくすることが可能となる。

このように、偏心部４２、４４の径を従来のままとすることで、回転軸１６の加工を変更する必要が無い。また、従来使用していた上シリンダ３８及び第２のローラ４６もそのまま使用可能となる。更に、下シリンダ４０の高さ寸法も従来の寸法のままであるので、下シリンダ４０の素材は従来使用していたものをそのまま使用でき、切削加工する際の内径のみの変更で済む。従って、本実施例では、少なくとも下シリンダ４０の素材はそのままで、その切削加工と第１のローラ４８の外径の変更のみで対処可能となる。これにより、部品変更を最小限に抑えながら第１のローラ４８の肉厚寸法を第２のローラ４６より大きくすることができるようになる。

これにより、第１のローラ４８の端面からの冷媒リークを低減して、第１のローラ４８のシール性を改善することができるようになる。

他方、前記上部カバー６３には吐出消音室６２と密閉容器１２内とを連通する図示しない連通路が形成されており、この連通路から第２の回転圧縮要素３４で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが密閉容器１２内に吐出される。

そして、密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路５８、６０、吐出消音室６４及び電動要素１４の上側に対応する位置に、スリーブ１４０、１４１、１４２及び１４３がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４０と１４１は上下に隣接すると共に、スリーブ１４２はスリーブ１４１の略対角線上にある。

スリーブ１４０内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の吸込通路５８に連通される。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過して、スリーブ１４２に至り、他端はスリーブ１４２内に挿入接続されて吐出消音室６４に連通する。

また、スリーブ１４１内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０に連通される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は密閉容器１２内に連通される。

以上の構成で、次にロータリコンプレッサ１０の動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介して電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた偏心部４２、４４に嵌合された第１及び第２のローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。

これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して吸込ポート１６１から下シリンダ４０に低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり、下シリンダ４０の高圧室側より吐出ポート４１を経て吐出消音室６４内に吐出される。

吐出消音室６４に吐出された中間圧の冷媒ガスは、当該吐出消音室６４内に連通された冷媒導入管９２を通って、上部支持部材５４に形成された吸込通路５８を経由して吸込ポート１６０から上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。

他方、上シリンダ３８内に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、下シリンダ４０の高圧室側より吐出ポート３９を経て吐出消音室６４内に吐出される。

そして、吐出消音室６２に吐出された冷媒は、図示しない連通路を経由して密閉容器１２内に吐出された後、電動要素１４の隙間を通過して密閉容器１２内上側へと移動し、当該密閉容器１２上側に接続された冷媒吐出管９６からロータリコンプレッサ１０の外部に吐出される。

以上詳述する如く、本実施例の如く第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４をそれぞれ構成する上下シリンダ３８、４０の高さ寸法及び両偏心部４２、４４の径を同一として、下シリンダ４０の内径（下シリンダ４０のボア径）の寸法を上シリンダ３８の内径（上シリンダ３８のボア径）より大きくすることで、設計変更による生産コストの高騰を抑えると共に、第１のローラ４８の肉厚寸法を第２のローラ４６の肉厚寸法より大きくして、第１の回転圧縮要素３２の排除容積を第２の回転圧縮要素３４の排除容積より大きく設定することが可能となる。これにより、第１のローラ４８のシール性が改善され、第１の回転圧縮要素３２の体積効率の向上を図ることができるようになる。

尚、上記各実施例では回転軸を縦置き型として説明したが、本発明は回転軸を横置き型としたロータリコンプレッサにも適応できることは言うまでもない。

更に、ロータリコンプレッサの冷媒として二酸化炭素を用いるものとしたが、他の冷媒を使用した場合にも有効である。

本発明の一実施例の内部高圧型ロータリコンプレッサの縦断側面図である。 図１のロータリコンプレッサの第１及び第２の回転圧縮要素の縦断側面図である。 図１のロータリコンプレッサの第１及び第２の回転圧縮要素のシリンダの平断面図である。 従来の内部高圧型ロータリコンプレッサの第１及び第２の回転圧縮要素の縦断側面図である。

符号の説明

１０ ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１６ 回転軸
１８ 回転圧縮機構部
２０ ターミナル
２２ ステータ
２４ ロータ
２６ 積層体
２８ ステータコイル
３０ 積層体
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３６ 中間仕切板
３８ 上シリンダ
４０ 下シリンダ
４２ 第１の偏心部
４４ 第２の偏心部
４６ 第１のローラ
４８ 第２のローラ
５４ 上部支持部材
５６ 下部支持部材
５４Ａ、５６Ａ 軸受け
５８、６０ 吸込通路
６２、６４ 吐出消音室
６３ 上部カバー
６８ 下部カバー
８０ 主ボルト
１６０、１６１ 吸込ポート

Claims (1)

1. 密閉容器内に駆動要素と、該駆動要素の回転軸にて駆動される第１の回転圧縮要素とこの第１の回転圧縮要素よりも排除容積の小なる第２の回転圧縮要素を備え、前記第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を前記第２の回転圧縮要素にて圧縮して前記密閉容器内に吐出するロータリコンプレッサにおいて、
   前記第１及び第２の回転圧縮要素をそれぞれ構成する第１及び第２のシリンダと、
   前記回転軸に形成された第１及び第２の偏心部に嵌合されて前記第１及び第２のシリンダ内でそれぞれ偏心回転する第１及び第２のローラと、
   前記各シリンダ間に介設されて両シリンダの一方の開口部を閉塞する中間仕切板と、
   前記中間仕切板で閉塞する各シリンダの他方の開口部を閉塞する支持部材とを備え、
   前記両シリンダの高さ寸法及び前記回転軸の両偏心部の径寸法を同一寸法として前記第１のシリンダの内径寸法を前記第２のシリンダの内径寸法より大きくし、
   前記第１のローラの肉厚寸法を前記第２のローラよりも大きくしたことを特徴とするロータリコンプレッサ。

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