JP2010059977A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の発生、ブレードの損傷がなく、非圧縮運転の継続が可能な冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】本冷凍サイクル装置は、２シリンダ形ロータリ圧縮機を有し、第１および第２圧縮部の内の一方の圧縮部は、ブレードの背面側を低圧または高圧に切換える切換部材を備えた、能力調整機構部を有し、負荷が大きいときには一方の圧縮部のブレードの背面側を高圧に切換えて通常運転を行い、負荷が小さいときには一方の圧縮部のブレードの背面側を低圧に切換えるブレードをローラから離間させて非圧縮運転を行うようにし、能力調整機構部を有する一方の圧縮部は、ブレードの背面側に背圧室を備え、通常運転時に前記背圧室に密閉ケース内空間の潤滑油を導くようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は２シリンダ形ロータリ圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に係わり、低負荷時に一方の圧縮部を非圧縮運転させて低能力運転を行う冷凍サイクル装置に関する。

従来、２シリンダ形ロータリ圧縮機において、低負荷時に一方の圧縮機構部を非圧縮運転させて低能力運転を行うことにより、運転効率を向上させることが知られている。

例えば、特許文献１には、非圧縮運転させるときに、シリンダ室内を高圧にするとともに、ブレード背面の背圧室を中間圧にすることにより、高圧と中間圧との圧力差によりブレードをローラから離間させて非圧縮運転を行うようにしたものが記載されている。

また、特許文献２には、ブレードの一側面に吐出圧力室を設け、非圧縮運転させるときに、ブレード背面の背圧室を低圧にすることにより、吐出圧力室の高圧によりブレードを反吐出圧力室側に押付けるとともに、背圧室の低圧とシリンダ室内の圧縮中の圧力との圧力差によりブレードをローラから離間させて非圧縮運転を行うようにしたものが記載されている。

しかしながら、特許文献２に記載のものは、非圧縮運転時に吐出圧力室の高圧が徐々に背圧室に漏れるとともに、シリンダ室内の圧力も次第に低圧になり、ブレードを後退状態で確実に保持できなくなり、非圧縮運転を継続することができない不具合があった。

特開平１−２４７７８６号公報 特開平６−５８２８０号公報（段落［００２５］、［００２８］、図３）

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、非圧縮運転の継続が可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、密閉ケースと、前記密閉ケース内に設けられた電動機部と、前記密閉ケース内に設けられこの電動機部と連結される圧縮機構部、とを収容したロータリ圧縮機を備えた冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機構部は、第１および第２圧縮部を備え、前記第１および第２圧縮部は、それぞれ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シリンダおよび第２シリンダと、これら第１シリンダ及び第２シリンダに設けられ、先端縁が前記ローラの曲面に当接し、ローラの回転方向に沿ってシリンダ室を二分するブレードとを具備し、前記第１および第２圧縮部の内の一方の圧縮部は、ブレードの背面側を低圧または高圧に切換える切換部材を備えた、能力調整機構部を有し、負荷が大きいときには一方の圧縮部のブレードの背面側を高圧に切換えて通常運転を行い、負荷が小さいときには一方の圧縮部のブレードの背面側を低圧に切換えブレードをローラから離間させて非圧縮運転を行うようにし、前記能力調整機構部を有する一方の圧縮部は、ブレードの背面側に背圧室を備え、通常運転時に前記背圧室に密閉ケース内空間の潤滑油を導くようにしたことを特徴とする冷凍サイクル装置を提供する事により達成される。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、非圧縮運転の継続が可能な冷凍サイクル装置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の概念図。 本発明に係る冷凍サイクル装置の圧縮機後部に用いられる２シリンダロータコンプレッサの縦断面図。 本発明に係る冷凍サイクル装置の圧縮機後部に用いられる能力調整機構の背圧室部位（全能力運転時）を示す断面図。 本発明に係る冷凍サイクル装置に用いられる能力調整機構の背圧室部位（能力調整運転時）を示す断面図。 本発明に係る冷凍サイクル装置に用いられる電源回路図。 本発明に係る冷凍サイクル装置の電源回路図に用いられる単相誘導電動機の効率と負荷とコンデンサの容量の相関図。 本発明に係る冷凍サイクル装置の能力調整状態を示す説明図。 本発明に係る冷凍サイクル装置の他の実施形態の能力調整状態を示す説明図。 本発明に係る冷凍サイクル装置に用いられる他の電源回路図。

以下、本発明に係る冷凍サイクル装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る冷凍サイクル装置の概念図、図２はこれに用いられる２シリンダロータコンプレッサの縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る冷凍サイクル装置１は、縦型２シリンダロータコンプレッサ２と、冷暖切替用四方弁３、室内熱交換器４、膨張装置としてのキャピラリチューブ５、室外熱交換器６、アキュムレータ７を順次接続して構成されている。

コンプレッサ２は、高圧の密閉ケース１１と、この密閉ケース１１内に収容され第１圧縮部１２と第２圧縮部１３からなる圧縮機構部１４と、クランク軸１５を介して圧縮機構部１４を作動させる電動機部（モータ機構部）１６を有している。

圧縮機構部１４は、第１圧縮部１２を構成する第１シリンダ１２ｃと、第２圧縮部１３を構成する第２シリンダ１３ｃが立設されたクランク軸１５の軸方向に沿って上下２段に配置され、上段の第１シリンダ１２ｃと下段の第２シリンダ１３ｃの各シリンダ室は中間仕切板１７によって仕切られている。

第１シリンダ１２ｃ及び第２シリンダ１３ｃの各シリンダ室は、その高さ、内径寸法が同一で同一容量に設定してあり、クランク軸１５は、主軸受１８と副軸受１９とによって回転自在に軸支されて、第１シリンダ１２ｃ及び第２シリンダ１３ｃに対応する部分には、互いに１８０°位相をずらした偏心部１５ｘ、１５ｙが設けられている。

第１シリンダ１２ｃのシリンダ室にはクランク軸１５の偏心部１５ｘに嵌合された第１ローラ１２ｒが収容され、第２シリンダ１３ｃのシリンダ室には偏心部１５ｙに嵌合された第２ローラ１３ｒが回転可能に収容され、かつ第１シリンダ１２ｃ、第２シリンダ１３ｃの各シリンダ室は第１ブレード１２ｂ、第２ブレード１３ｂによって低圧室と高圧室に仕切られ、さらに、第１ローラ１２ｒ、第２ローラ１３ｒの外周壁の一部は、偏心回転にともなって各シリンダ室周壁に油膜シールを介して当接するようになっている。

また、第１圧縮部１２、第２圧縮部１３のうち、第２圧縮部１３の第２シリンダ１３ｃにのみに、第２ローラ１３ｒを空転させる能力調整機構２０が設けられている。

図３及び図４に示すように、能力調整機構２０は、第２シリンダ１３ｃに形成されたブレード溝１３ｍのブレード１３ｂの背面側に形成される背圧室１３ｓに収納され第２ブレード１３ｂの背面を押圧するスプリング１３ｐと、密閉ケース１１を貫通し背圧室１３ｓに設けられた圧力導入口１３ｃ１に一端が連通する圧力導入管２１と、第２シリンダ１３ｃに設けられ背圧室１３ｓと高圧の密閉ケース１１内空間を適宜連通する一対の連通口２２と、この連通口２２を適宜開閉する弁体２３と、圧力導入管２１の他端が連通する圧力調整用四方弁２４を有している。

上記圧力導入管２１の圧力導入口１３ｃ１への取り付けは、鉄鋼製の密閉ケース１１に銅パイプ製ガイドパイプ１１ｐを組立て、ガイドパイプ１１ｐとシリンダ１３ｃに形成されたテーパ口１３ｃ２に圧入されたテーパ付き圧力導入管２１間をロー付けすることで行われる。

なお、弁体２３はこの両圧力作用面に密閉ケース１１内の高圧と背圧室１３ｓの高圧がかかる場合、常開になるように設定されており、また、弁体２３はリード弁、フリー弁、もしくはその他の弁であってもよい。

図１及び図２に示すように、圧力調整用四方弁２４はスライドタイプで、密閉ケース１１内空間を含む冷凍サイクルの高圧側に、高圧側連通管２５を介して連通される高圧ポート２４Ｈ、冷凍サイクルの低圧側すなわちアキュムレータ７に低圧側連通管２６を介して連通される低圧ポート２４Ｌ、第２シリンダ１３ｃの背圧室１３ｓに圧力導入管２１を介して連通される第１の案内ポート２４ａ及び第２シリンダ１３ｃのシリンダ室に吸込管２７を介して連通される第２の案内ポート２４ｂを有している。

そして、通常運転時は高圧ポート２４Ｈと第１の案内ポート２４ａを連通させて圧力導入管２１、高圧側連通管２５を介して背圧室１３ｓと冷凍サイクルの高圧側とを連通させるとともに低圧ポート２４Ｌと第２の案内ポート２４ｂを連通させて吸込管２７、低圧側連通管２６を介して第２シリンダ１３ｃのシリンダ室とアキュムレータ７を連通させる。

また、非圧縮（能力調整）運転時はスライダ２４ｓを作動させることで、高圧ポート２４Ｈと第２の案内ポート２４ｂを連通させて吸込管２７、高圧側連通管２５を介して第２シリンダ１３ｃのシリンダ室と冷凍サイクルの高圧側とを連通させるとともに、第１の案内ポート２４ａと低圧ポート２４Ｌを連通させて背圧室１３ｓとアキュムレータ７を連通させるようになっている。

なお、背圧室に高圧を導く構造は、上記のように圧力調整用四方弁を設け圧力導入管から積極的に導いてもよいが、圧力調整用四方弁を設けずに、低圧圧力導入管のみを設け、非圧縮運転から通常運転への切換時に、低圧圧力導入管を閉じて、弁体２３と連通口２２の弁座間の隙間、ブレード溝とブレードの隙間から高圧冷媒を背圧室に流入させ、徐々に高圧にするようにしてもよい。

上記電動機部１６は、商用電源周波数で駆動される単相誘導電動機であり、通常運転時と非圧縮運転時とで運転コンデンサの容量を切換えるようになっている。

例えば、図５に示すように、商用電源Ｐに接続された主巻線１６ａに並列に補助巻線１６ｂが接続され、この補助巻線１６ｂに直列にコンデンサＲ１が接続され、さらに、このコンデンサＲ１と並列に、直列に接続されたコンデンサＲ２とコンデンサスイッチＳＷ１が接続されている。ＳＷ１が閉じたときのコンデンサ容量はＲ１＋Ｒ２になり、ＳＷ１が開いたときのコンデンサ容量はＲ１になる。

なお、図９に示すように、コンデンサＲ１とコンデンサＲ２を直列に接続し、さらに、コンデンサＲ２と並列にコンデンサスイッチＳＷ１を接続するようにしてもよく、ＳＷ１が閉じたときのコンデンサ容量はＲ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）になる。

また、コンデンサスイッチＳＷ１はスイッチ用コイル１６ｃにより開閉され、このスイッチ用コイル１６ｃは、図２に示すスライダ２４ｓを作動させる四方弁切換コイル２４ｃと並列で、かつ圧力調整用四方弁切替スイッチＳＷ２を介して商用電源Ｐに接続されている。

単相誘導電動機において、負荷に対する最大効率点は１点であり、その特性は接続されるコンデンサの容量によって変化する。

従って、全能力運転時には図５のコンデンサスイッチＳＷ１を閉状態にしてコンデンサＲ１とコンデンサＲ２を並列状態にし、その容量を増加させ、能力調整運転時には、コンデンサスイッチＳＷ１を開放状態にしてコンデンサＲ１の容量のみとし、図６に示すように、全能力運転時と能力調整運転時でともに、最大効率点で電動機部１６を運転する。これにより、冷凍サイクル装置１は高効率で運転が可能になる。

次に本実施形態の冷凍サイクル装置の動作を説明する。

全能力運転時（両圧縮部運転時）には、能力調整機構が設けられていない第１圧縮部１２は通常の圧縮運転を行い、能力調整機構２０が設けられた第２圧縮部１３も通常の圧縮運転を行う。

すなわち、図３に示すように、第２圧縮部１３の通常圧縮運転は、図２の圧力調整用四方弁２４を介して背圧室１３ｓと冷凍サイクルの高圧側を連通して第２ブレード１３ｂの背圧室１３ｓに高圧を導入するとともに第２シリンダ１３ｃのシリンダ室とアキュムレータ７を連通し、第２ブレード１３ｂをスプリング１３ｐ及び高圧で押圧し、第２ブレード１３ｂと第２ローラ１３ｒにより第２シリンダ１３ｃのシリンダ室を仕切る。また、このとき、弁体２３は開放され連通口２２を介して高圧の密閉ケース１１内空間と背圧室１３ｓは連通される。

また、この通常運転時には第２ブレード１３ｂが第２ローラ１３ｒに追従しアキュムレータ７から第２シリンダ１３ｃのシリンダ室内に低圧冷媒を吸込んで圧縮仕事を行うが、第２ブレード１３ｂの背圧室１３ｓの潤滑油は、第２ブレード１３ｂの動きに伴い、背圧室１３ｓの内外を行き来する。

上記のようにブレード溝１３ｍのブローチ加工用縦穴を兼ねた連通口２２の近傍に弁体２３を設け、弁体２３と連通口２２とは任意な距離を持って組み込まれているため、潤滑油の流入、流出が阻害されない。このため潤滑油に対する圧縮仕事がなく、全能力運転での省エネルギを達成できる。

これに対して、能力調整運転時（単圧縮部運転時）には、図１及び図４に示すように、圧力調整用四方弁２４を介して背圧室１３ｓとアキュムレータ７を連通し、第２ブレード１３ｂの背面に吸込圧を導入するとともに第２シリンダ１３ｃのシリンダ室と冷凍サイクルの高圧側を連通する。このとき、低圧の背圧室１３ｓと高圧の密閉ケース１１内空間との圧力差により弁体２３が連通口２２を閉塞し、高圧の密閉ケース１１内空間と背圧室１３ｓを完全に遮断する。

この状態で背圧室１３ｓは低圧になり第２ブレード１３ｂの背面には吸込圧が作用するとともに第２ブレード１３ｂの先端側には第２シリンダ１３ｃのシリンダ室内の高圧が作用する。この結果、スプリング１３ｐが設けられているにもかかわらず、第２ブレード１３ｂは先端側と背面との大きな圧力差により背圧室１３ｓ側に確実に後退し、偏心回転する第２ローラ１３ｒに当接することなく、第２シリンダ１３ｃのシリンダ室内は低圧室と高圧室に仕切られず、第２ローラ１３ｒは空転し、第２圧縮部１３では圧縮運転が行われず、図７に示すように、コンプレッサ２は全圧縮能力の５０％の圧縮運転を行う。

非圧縮運転時に第２ブレード１３ｂを大きな圧力差により第２ローラ１３ｒから離間させるために、第２ブレード１３ｂを第２ローラ１３ｒに押付けるスプリング１３ｐのバネ定数を小さくする必要がなく、通常運転時において、背圧室１３ｓの第２ブレード１３ｂをスプリング１３ｐ及び高圧で押圧するので、第２ブレード１３ｂがジャンピングして、騒音を発生したり、損傷することがない。

また、非圧縮運転時において、第２ブレード１３ｂは第２ブレード溝１３ｍ内に確実に後退、保持されるので、第２ブレード１３ｂがジャンピングすることがない。

なお、第２シリンダ１３ｃと第１シリンダ１２ｃの容積比を変えることにより、圧縮能力調整することができ、例えばその比を７：３にすれば、図８に示すように、能力調整運転時の能力は３０％になる。

上記のように本実施形態の冷凍サイクル装置によれば、インバータ等の複雑な電子回路を使わなくても、能力調整機構を設け、この能力調整機構を圧力調整用四方弁のスライダを作動させることで、コンプレッサの能力を可変とすることができる。

また、このような安価で故障が少ない能力可変機構を設けることによる性能低下もない。

さらに、通常運転時には、ブレードをスプリング及び高圧で押圧するので、ジャンピングして、騒音を発生したり、損傷することがなく、また、能力調整運転時には、確実にブレードをシリンダブレード溝内に保持できるために、始動時直ぐに５０〜６０ｒｐｓで運転される商用コンプレッサにおいても、ブレードジャンピングなどの異常音の発生を防止できる。

さらにまた、運転中にも能力調整機構を作動させることが可能となり、快適性や省エネルギ性が確保できる。

また、弁体により、密閉ケース内と背圧室の遮断ができ、密閉ケース内の高圧冷媒が吸込側にリークすることがないので能力調整機構部で漏れ損失をゼロとすることができる。

本発明では、２シリンダ形ロータリ圧縮機構の一方に、低負荷時に非圧縮運転させて低能力運転を行うようにした能力調整機構をもうけたので、騒音の発生が抑えられ、ブレードの損傷もなく、非圧縮運転の継続が可能となる。従って、そのような圧縮機構を備えた冷凍サイクル装置の提供は産業上利用可能性大なるものである。

１…冷凍サイクル装置、２…シリンダロータコンプレッサ、３…冷暖切替用四方弁、４…室内熱交換器、６…室外熱交換器、７…アキュムレータ、１１…密閉ケース、１２…第１の圧縮部、１３…第２の圧縮部、１３ｂ…第２のブレード、１３ｃ…第２のシリンダ、１３ｍ…第２のブレード溝、１３ｒ…第２のローラ、１３ｓ…背圧室、１３ｐ…スプリング、１４…圧縮機部、１６…電動機部、２０…能力調整機構、２１…圧力導入管、２２…連通口、２３…弁体、２４…圧力調整用四方弁、２６…低圧側連通管。

Claims (1)

1. 密閉ケースと、前記密閉ケース内に設けられた電動機部と、前記密閉ケース内に設けられこの電動機部と連結される圧縮機構部、とを収容したロータリ圧縮機を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機構部は、第１および第２圧縮部を備え、
   前記第１および第２圧縮部は、それぞれ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シリンダおよび第２シリンダと、これら第１シリンダ及び第２シリンダに設けられ、先端縁が前記ローラの曲面に当接し、ローラの回転方向に沿ってシリンダ室を二分するブレードとを具備し、
   前記第１および第２圧縮部の内の一方の圧縮部は、ブレードの背面側を低圧または高圧に切換える切換部材を備えた、能力調整機構部を有し、
   負荷が大きいときには一方の圧縮部のブレードの背面側を高圧に切換えて通常運転を行い、負荷が小さいときには一方の圧縮部のブレードの背面側を低圧に切換えブレードをローラから離間させて非圧縮運転を行うようにし、
   前記能力調整機構部を有する一方の圧縮部は、ブレードの背面側に背圧室を備え、通常運転時に前記背圧室に密閉ケース内空間の潤滑油を導くようにしたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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