JP2007285180A

JP2007285180A - 回転式圧縮機、これを用いた冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2007285180A
Application number: JP2006112185A
Authority: JP
Inventors: Takuya Hirayama; 卓也平山
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】高信頼性、高効率な回転式圧縮機、及び高信頼性、高効率な冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】本回転式圧縮機は、シリンダの両端面に設けられシリンダ室を覆う第１及び第２の蓋部材と、シリンダ室内で回転軸の偏心部に係合されたローラを備え、回転軸の偏心部とローラ間に転がり軸受を設けた回転式圧縮機において、第１及び第２の蓋部材の一方にシリンダ室内で圧縮された冷媒を吐出する吐出孔を設けるとともに、この吐出孔側のローラ端面の内径を前記転がり軸受の外径よりも小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は回転式圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置に係り、特に回転軸の偏心部とローラ間に転がり軸受を設けるとともにローラの形状を改良した回転式圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来、ローラ内周部とクランク外周部との間に転がり軸受を設けた回転式圧縮機が知られている（特許文献１）。

このようにローラ内周部とクランク外周部との間に転がり軸受を介在させる回転式圧縮機において、転がり軸受の信頼性を高めるためには転がり軸受の直径を大きくする必要があるが、圧縮機全体が大型化する不具合がある。一方、圧縮機の小型化を図る目的で、ローラの肉厚を薄くするとローラ端面のシール幅が小さくなり、軸受等の蓋部材に設けられる吐出孔をシリンダ室よりも径方向外側に突出して設ける必要があり、図６に示すように、シリンダ４１の内周壁４２に軸線方向に沿って吐出用の大きな切欠部（吐出路）４３を設ける必要がある。しかしながら、この切欠部４３は、圧縮室４４からのガス吐出時、高圧ガスが吐出されないで残留するデッドボリュームとなり、冷媒の再膨張損失が生じて、ガス吸込時の吸込効率が低下し、回転式圧縮機の効率が低下する。
特開平５−２５６２８３号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高信頼性、高効率な回転式圧縮機、及び高信頼性、高効率な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る回転式圧縮機は、シリンダ室を形成するシリンダと、このシリンダの両端面に設けられ前記シリンダ室を覆う第１及び第２の蓋部材と、前記シリンダ室を貫通して設けられた回転軸と、前記シリンダ室内で前記回転軸の偏心部に係合されたローラを備え、前記回転軸の偏心部とローラ間に転がり軸受を設けた回転式圧縮機において、前記第１及び第２の蓋部材の一方に前記シリンダ室内で圧縮された冷媒を吐出する吐出孔を設けるとともに、この吐出孔側のローラ端面の内径を前記転がり軸受の外径よりも小さくすることを特徴とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えることを特徴とする。

本発明に係る回転式圧縮機によれば、高信頼性、高効率な回転式圧縮機を提供することができる。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、高信頼性、高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る回転式圧縮機について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る回転式圧縮機の縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態の回転式圧縮機１は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とする縦型２シリンダ式の回転式圧縮機であり、縦長円筒状の密閉ケース２を備え、この密閉ケース２内の上部には電動機部３が設けられ、下部には電動機部３により回転軸４を介して駆動される回転式圧縮機構５が設けられる。

電動機部３は固定子６と、この固定子６内に回転可能に収容される回転子７とからなり、固定子６はほぼリング状の電磁鋼板を積層した積層体６ａと、この積層体６ａの歯部に集中巻き方式により巻装された固定子コイル６ｂを有し、回転子７には永久磁石が埋め込まれ、この回転子７は回転軸４に取り付けられる。

この取り付け状態において、回転子７の上端面７ａは固定子６の上端面６ｃよりも、僅かにｇだけ高く設定される。これにより、回転軸４に若干下向きのスラスト力を加えて、回転子６の上下動を抑制し、安定した回転を得る。

回転式圧縮機構５は回転軸４を支持する主軸受（上部軸受）８及び副軸受（下部軸受）９を備え、主軸受８に嵌合された第１の転がり軸受１０及び第２の転がり軸受１１と、副軸受９に嵌合された第３の転がり軸受１２を介して回転軸４が回転自在に支持される。

また、主軸受８と副軸受９間に、第１のシリンダ（シリンダブロック）１３、第２のシリンダ１４及びこれら第１、第２のシリンダ１３、１４間に介挿される中間仕切板１５が設けられ、主軸受８を覆う軸受カバー１６、第１、第２のシリンダ１３、１４及び副軸受９を覆う軸受カバー１７を両側から挟む締付ボルト１８等の固定具により一体化される。

この一体化により、第１、第２のシリンダ１３、１４内に、各々シリンダボアにより画成される第１のシリンダ室１９、第２のシリンダ室２０が形成され、これら第１、第２のシリンダ室１９、２０に第１のローラ２１、第２のローラ２２が収容される。

なお、本実施形態のような２シリンダ式の回転式圧縮機においては、一方（第１の）シリンダ側の主軸受８が本発明の第１の蓋部材に、中間仕切板１５が第２の蓋部材に相当し、他方（第２の）シリンダ側の副軸受９が本発明の第１の蓋部材に、中間仕切板１５が第２の蓋部材に相当する。また、本発明は１シリンダ式の回転式圧縮機にも実施可能であり、１シリンダ式の回転式圧縮機においては、主軸受が本発明の第１の蓋部材に、副軸受が本発明の第２の蓋部材に相当する。

第１、第２のシリンダ室１９、２０に、後述の第１のローラ２１、第２のローラ２２が収容され、これらの第１、第２のローラ２１、２２は、第１のローラ用転がり軸受２３、第２のローラ用転がり軸受２４を介して回転軸４の第１のクランク部４ａ、第２のクランク部４ｂに各々係合され、回転軸４の回転駆動に伴い、第１、第２のシリンダ室１９、２０内を転動しつつ偏心回転して、圧縮作用をなす。

また、第２のクランク部４ｂの下部には、段部４ｄが形成され、この段部４ｄを第３の転がり軸受１２の内輪に当設させることにより、第３の転がり軸受１２で回転軸４のスラスト荷重を支持するようになっている。これにより、軸方向スラスト荷重によるスラスト摺動損失を低減でき、効率が向上する。

第１のシリンダ室１９と第２のシリンダ室２０は、同様の構造を有するので、以下、第１のシリンダ室１９について説明し、第２のシリンダ室２０については説明を省略する。

図１及び図２に示すように、第１のシリンダ１３にはシリンダボアの内周面（シリンダ内周面）より半径方向外方に延びる第１のブレード溝２５が形成され、この第１のブレード溝２５に第１のブレード２６が第１のローラ２１を押圧するようにばね付勢されて収容され、この第１のブレード２６により第１のシリンダ室１９は吸込側チャンバと圧縮側チャンバに区画される。また、第１のシリンダ１３には第１の吸込口（図示せず）が形成され、この第１の吸込口の第１のブレード溝２５を挟んだ反対側の主軸受８には、第１の吐出孔２７が形成される。なお、ブレードはローラと一体のものであってもよい。

さらに、吸込み効率向上の点から、シリンダの内周壁に設けられる切欠部（吐出路）はできるだけ小さく、あるいはなくすることが必要であり、上記円形の第１の吐出孔２７はその全体が第１のシリンダ室１９に臨むような状態で設けられ、さらに、吐出孔側の第１のローラ端面（縮径部端面）２１ｃのシール幅Ｈは第１の吐出孔２７のシリンダ内径内側の径方向突出長さＰより大きく設けられる。

図３及び図４に示すように、シール幅Ｈを第１の吐出孔２７の突出長さＰより大きくするために、第１のローラ２１は改良された構造を有する。例えば、第１のローラ２１は比較的肉薄な円筒状をなし、第１のシリンダ１３内面に当接して摺動する円筒部２１ａと、この円筒部２１ａの一端側すなわち吐出孔２７側からフランジ状に突出し主軸受８に当接して摺動するローラ縮径部２１ｂからなり、このローラ縮径部２１ｂの内径ｒ_１は第１の転がり軸受２３の外径ｒ_２よりも小さく形成される。

このようなローラ構造にすることにより、第１の吐出孔２７を完全に、あるいは、その大部分を第１のシリンダ室１９に開口させても、ローラ縮径部２１ｂのシール幅Ｈを第１の吐出孔２７のシリンダ内径内側の径方向突出長さＰより大きくすることにより、ローラ縮径部２１ｂが第１の吐出孔２７を通過する際にローラ端面（縮径部端面）２１ｃで第１の吐出孔２７を完全にシールすることが可能になる。そのため、シリンダ内周壁の吐出用の切欠部を廃止し、あるいは、小さくすることができ、デッドボリュームを小さくして冷媒の再膨張損失を低減し、ガス吸込時の吸込効率が向上して、回転式圧縮機の効率が向上する。

また、従来のようにローラを肉厚円筒状に形成する場合には、その肉厚（幅）により制約を受けて、ローラ用転がり軸受の小型化が要求され、その外径が小さくなるため、ローラ用転がり軸受の信頼性が劣るが、上記本構造では、第１のローラ縮径部２１ｂの内径ｒ_１は第１の転がり軸受２３の外径ｒ_２よりも小さくすることにより、円筒部２１ａの肉薄化が可能になり、第１の転がり軸受２３を大型にして、ローラ用転がり軸受の信頼性を向上させることができる。

さらに、運転圧力が高いＣＯ_２を作動流体として用い、他の作動流体に比べて回転軸にかかるガス負荷力が大きくとも、大型の転がり軸受を使用することが可能なため、高性能、高信頼性が実現される。

なお、図１中、符号２２ａは第２のローラ２２の円筒部、２２ｂは第２のローラ２２のローラ縮径部、２８は第２のブレード、２９は第２の吐出孔である。

本実施形態の回転式圧縮機によれば、単に肉厚の円筒状のローラを用いるのと異なり、比較的肉薄な円筒状の円筒部を用いることで大型な転がり軸受の使用が可能となって信頼性が向上し、さらに、ローラ縮径部を用いることで、比較的肉薄な円筒状の円筒部を用いることで生じるシール幅の減少を補って、シール幅を増加させ、シリンダ室に完全に、あるいは、その大部分が露出する吐出孔をローラ縮径部で覆うようにして、高効率が実現する。

なお、本実施形態では、軸方向スラスト荷重は第３の転がり軸受１２によって支持されるが、図５に示すように、回転軸４の回転子７直下の部位にリング状の支持部材４ｃを嵌合させ、この支持部材４ｃが第１の転がり軸受１０の内輪１０ａで支持されるようにしてもよい。

また、図１に示すように、本実施形態に係る回転式圧縮機１は、例えば、スプリットタイプの冷暖房兼用タイプの空気調和機等の冷凍サイクル装置３１に組み込まれて使用され、この冷凍サイクル装置３１は圧縮機１、室外熱交換器３２、絞り機構３３、室内熱交換器３４を順次配管接続して構成される。本回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置によれば、信頼性、高効率が実現される。

なお、本発明に用いられる転がり軸受は、摺動損失が小さく、また、騒音も小さなボールベアリングが好ましい。

本発明の一実施形態に係る回転式圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図。本発明の一実施形態に係る回転式圧縮機のシリンダ室の平面図。本発明の一実施形態に係る回転式圧縮機のローラの縦断面図。本発明の一実施形態に係る回転式圧縮機のローラの斜視図。本発明の他の実施形態に係る回転式圧縮機の縦断面図。従来の回転式圧縮機のシリンダ室の平面図。

符号の説明

１…回転式圧縮機、２…密閉ケース、３…電動機部、４…回転軸、４ａ…第１のクランク部、４ｂ…第２のクランク部、５…回転式圧縮機構、６…固定子、７…回転子、８…主軸受、９…副軸受、１０…第１の転がり軸受、１１…第２の転がり軸受、１２…第３の転がり軸受、１３…第１のシリンダ、１４…第２のシリンダ、１５…中間仕切板、１６…主軸受カバー、１７…副軸受カバー、１９…第１のシリンダ室、２０…第２のシリンダ室、２１…第１のローラ、２１ａ…第１の円筒部、２１ｂ…第１のローラ縮径部、２１ｃ…第１のローラ端面、２２…第２のローラ、２３…第１のローラ用転がり軸受、２４…第２のローラ用転がり軸受、２５…第１のブレード溝、２６…第１のブレード、２７…第１の吐出孔、３１…冷凍サイクル、３２…室外熱交換器、３３…絞り機構、３４…室内熱交換器。

Claims

シリンダ室を形成するシリンダと、
このシリンダの両端面に設けられ前記シリンダ室を覆う第１及び第２の蓋部材と、
前記シリンダ室を貫通して設けられた回転軸と、
前記シリンダ室内で前記回転軸の偏心部に係合されたローラを備え、
前記回転軸の偏心部とローラ間に転がり軸受を設けた回転式圧縮機において、
前記第１及び第２の蓋部材の一方に前記シリンダ室内で圧縮された冷媒を吐出する吐出孔を設けるとともに、この吐出孔側のローラ端面の内径を前記転がり軸受の外径よりも小さくすることを特徴とする回転式圧縮機。
前記回転軸を軸支する主軸受及び副軸受の少なくとも一方に転がり軸受を設け、この転がり軸受の内輪で前記回転軸のスラスト荷重を支持することを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。
請求項１または２記載の圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。