JP2010174720A - 回転式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さい回転式圧縮機を提供すること。
【解決手段】シリンダー室６を持つシリンダー５と、シリンダー室６内を偏心回転するピストン９と、シリンダー室６内を吸入室１２と圧縮室１３に仕切り、かつ、先端に先端円弧部１１Ａを持ったベーン１１と、シリンダー５に形成され、ベーン１１が往復運動するベーン溝１０を有し、ベーン１１の先端円弧部１１Ａをピストン９と揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機であって、ベーン１１がベーン溝１０内に最も収納された時点で、ベーン１１の先端円弧部１１Ａがシリンダー５の内周面５Ａに接触しないように、ベーン１１の先端円弧部１１Ａの吸入室１２に臨む円弧側面１１Ｂと圧縮室１３に臨む円弧側面１１Ｃを切り欠いたものであり、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧によってベーンに作用する力を小さくした。
【選択図】図３

Description

本発明は、ルームエアコン、冷蔵庫、空気調和装置に組み込まれる回転式圧縮機に関するものである。

従来、この種の回転式圧縮機は図５及び図６で示したように、密閉容器１内に電動機部と、電動機部によって駆動される圧縮機構部が収納されており、圧縮機構部は、シリンダー５と、このシリンダーの両端面に締結されてシリンダー室６を形成する上軸受け７及び下軸受け８と、この上軸受け７と下軸受け８との間に位置するシャフト４の偏心部に嵌合されるピストン９と、シリンダー５に形成されるベーン溝１０内を往復運動するベーン１１とで構成され、このベーン１１の背面に密閉容器１内に吐出された高温高圧の冷媒ガスの一部を背圧として作用させて、ベーン１１の先端部をピストン９の外周面に当接させることにより、シリンダー室６内にベーン１１によって仕切られた吸入室１２と圧縮室１３を形成するようにしている。ピストン９の偏心回転とベーン１１の往復運動によって吸入室１２と圧縮室１３の容積が変化し、この容積変化により、吸入ポート１４から吸入室１２に吸入された冷媒ガスが圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなり、圧縮室１３より吐出ポート１５、吐出マフラー室１０３を経て、密閉容器１内に吐出される。

ところで、この運転の際、圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓの差圧によって、ベーンが押し上げられてベーン飛びが生じ、体積効率が低下する問題があったので、その解決手段として特許文献１で、図７に示すように、ベーン１１の先端部をピストン９に形成された嵌合部に揺動自在に嵌合接続することにより、ベーン飛びを確実に防止するように構成した回転式圧縮機が開示された。
特開２０００−１２０５７２号公報

しかしながら、従来の回転式圧縮機では、図８に示すように、ベーン１１の先端部はピストン９の外周面で当接するのに対して、特許文献１で開示された回転式圧縮機では、図９に示すように、ベーン１１の背面部が密閉容器１内と連通していて、ベーン１１の背面には密閉容器１内に吐出された高温高圧の冷媒ガスの一部が背圧として作用するため、ベーン１１の先端円弧部はピストン９の外周面よりピストン９の径方向内側で当接し、接点２０３で線接触する。また、ベーン１１の先端円弧部には、この接点２０３を境に、吸入室１２に臨む円弧側面に吸入室圧力Ｐｓが働き、圧縮室１３に臨む円弧側面に圧縮室圧力Ｐｃが働く。従って、従来の回転式圧縮機と比べてベーン１１がベーン溝１０内を往復運動する際に、ベーン１１が圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓを受圧する面が大きくなるため、図１０に示すように、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーン１１に作用する力も大きくなり、この力の反力として接点２０１および接点２０２に働くベーン溝１０との摩擦抵抗力が増加して、ベーン１１がベーン溝１０内を往復運動することにより発生する摺動損失が大きくなる問題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に働くベーン溝との摩擦抵抗力を軽減することにより、ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減し、入力ロスの小さい回転式圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の回転式圧縮機は、シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を偏心回転するピストンと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切り、かつ、先端に先端円弧部を持ったベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端円弧部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機であって、前記ベーンが前記ベーン溝内に最も収納された時点で、前記ベーンの先端円弧部が前記シリンダーの内周面に接触しないように、前記ベーンの先端円弧部の吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面を切り欠いたものである。

これにより、ベーンとピストンの接続部をピストンの径方向外側に構成できるので、ベーンが圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓを受圧する面が小さくなり、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーンに作用する力も小さくすることができ、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に働くベーン溝との摩擦抵抗力を軽減することにより、ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減し、入力ロスの小さい回転式圧縮機を得ることが出来る。

また、本発明の回転式圧縮機は、シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を偏心回転するピストンと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切り、かつ、先端に先端円弧部を持ったベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端円弧部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機であって、前記ベーンが前記ベーン溝内に最も収納された時点で、前記ベーンの先端円弧部が前記シリンダーの最内周面に接触しないように、前記シリンダーの内周面を切り欠いたものである。

これにより、ベーンとピストンの接続部をピストンの径方向外側に構成できるので、ベーンが圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓを受圧する面が小さくなり、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーンに作用する力も小さくすることができ、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に働くベーン溝との摩擦抵抗力を軽減することにより、ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減し、入力ロスの小さい回転式圧縮機を得ることが出来る。

本発明の回転式圧縮機は、ベーンとピストンの接続部をピストンの径方向外側に構成して、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーンに作用する力を小さくすることができるので、この力の反力としてベーンに働くベーン溝との摩擦抵抗力が軽減される。従って、ベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さい回転式圧縮機を提供することが可能となる。

第１の発明は、シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を偏心回転するピストンと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切り、かつ、先端に先端円弧部を持ったベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端円弧部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機であって、前記ベーンが前記ベーン溝内に最も収納された時点で、前記ベーンの先端円弧部が前記シリンダーの内周面に接触しないように、前記ベーンの先端円弧部の吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面を切り欠いたものである。これにより、ベーンとピストンの嵌合接続部をピストンの径方向外側に構成できるので、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、ベーンが圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓを受圧する面が小さくなり、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーンに作用する力も小さくすることが
できる。従って、この力の反力としてベーンに働くベーン溝との摩擦抵抗力が軽減されるので、ベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の回転式圧縮機を、ベーンの先端円弧部の、吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面に設けた切欠きの外周面が、ベーンがベーン溝内に最も収納された時点で、シリンダーの内周面にほぼ一致するように構成したものである。これにより、ベーンの先端円弧部の、圧縮室に臨む円弧側面とピストンに形成された嵌合部によって形成される、冷媒ガスが吐出されずに残留するトップクリアランスボリュームを低減することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の回転式圧縮機を、ベーンの先端円弧部の、吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面に設けた切欠きの外周面が、ベーンがベーン溝内に最も収納された時点で、ピストンの外周面の延長面にほぼ一致するように構成したものである。これにより、ベーンの先端円弧部の、圧縮室に臨む円弧側面とピストンに形成された嵌合部によって形成されるトップクリアランスボリュームを低減することができる。

第４の発明は、シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を偏心回転するピストンと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切り、かつ、先端に先端円弧部を持ったベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端円弧部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機であって、前記ベーンが前記ベーン溝内に最も収納された時点で、前記ベーンの先端円弧部が前記シリンダーの最内周面に接触しないように、前記シリンダーの内周面を切り欠いたものである。これにより、ベーンとピストンの接続部をピストンの径方向外側に構成できるので、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、ベーンが圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓを受圧する面が小さくなり、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーンに作用する力も小さくすることができる。従って、この力の反力としてベーンに働くベーン溝との摩擦抵抗力が軽減されるので、ベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

第５の発明は、特に第４の発明の回転式圧縮機を、シリンダーの内周面に設けた切欠きの内周面が、ベーンがベーン溝内に最も収納された時点で、ベーンの先端円弧部の、吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面にほぼ一致するように構成したものである。これにより、シリンダー室の内周面に設けた切欠きのトップクリアランスボリュームを低減することができる。

第６の発明は、特に第１または第４の発明の回転式圧縮機で、作動冷媒としてＣＯ_２を用いたものであり、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、特に、圧縮室圧力と吸入室圧力の高い差圧によってベーンに作用する力の反力としてベーンに働くベーン溝との摩擦抵抗力が大きいので、より効果的にベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

第７の発明は、特に第１または第４の発明の回転式圧縮機で、作動冷媒としてＨＦＯ１２３４ｙｆを用いたものであり、特に、高温において化学的安定性が低下することに伴い、潤滑性が悪化するので、より効果的にベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面に従って説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における回転式圧縮機を示す縦断面図、図２は本発明の第１の実施の形態における回転式圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図である。図３は本発明の第１の実施の形態における回転式圧縮機の圧縮機構部の要部を示す要部平面図である。

図１と図２において、回転式圧縮機１００は、円筒状の密閉容器１と、この密閉容器１の内部上側に配置された電動機部１０２、及びこの電動機部１０２の下側に配置され、この電動機部１０２によって駆動される圧縮機構部１０１によって構成されている。

電動機部１０２は、密閉容器１の内部上側の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２と、このステータ２の内側に若干の隙間を設けて挿入されるロータ３からなっており、このロータ３は中心部で鉛直方向にシャフト４に固定されている。

図１及び図２に示すように、圧縮機構部１０１は、シリンダー室６を持つシリンダー５と、このシリンダー５の両端面に締結されてシリンダー室６を形成する上軸受け７及び下軸受け８と、この上軸受け７と下軸受け８との間に位置するシャフト４の偏心部に嵌合されシリンダー室６内を偏心回転するピストン９と、先端に円弧角が１８０°を超える先端円弧部１１Ａを持ち、かつ、シリンダー５に形成されるベーン溝１０内を往復運動するベーン１１を有しており、ベーン１１の先端円弧部１１Ａをピストン９に形成された嵌合部９Ａに揺動自在に嵌合接続することにより、シリンダー室６内にベーン１１によって仕切られた吸入室１２と圧縮室１３を形成する。

図３に示すように、ベーン１１の先端円弧部１１Ａの、吸入室１２に臨む円弧側面１１Ｂと圧縮室１３に臨む円弧側面１１Ｃはベーン１１がベーン溝１０内に最も収納された時点で、シリンダー５の内周面にほぼ一致するように切り欠いている。

これにより、ベーン１１とピストン９の嵌合接続部をピストン９の径方向外側に構成できるので、ベーン１１がベーン溝１０内を往復運動する際に、ベーン１１が圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓを受圧する面が小さくなり、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーン１１に作用する力も小さくすることができる。従って、この力の反力としてベーン１１に働くベーン溝１０との摩擦抵抗力が軽減されるので、ベーン１１がベーン溝１０内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

しかも、ベーン１１の先端円弧部１１Ａの、吸入室１２に臨む円弧側面１１Ｂと圧縮室１３に臨む円弧側面１１Ｃはベーン１１がベーン溝１０内に最も収納された時点で、シリンダー５の内周面にほぼ一致するように切り欠いていて、ベーン１１の先端円弧部１１Ａの、圧縮室１３に臨む円弧側面１１Ｃとピストン９に形成された嵌合部９Ａによって形成されるトップクリアランスボリュームを低減することができるので、体積効率を低下させることなく、入力ロスが小さい回転式圧縮機を提供することが可能となる。

また、本実施の形態１の回転式圧縮機は、図３に示すように、ベーン１１の先端円弧部１１Ａの、吸入室１２に臨む円弧側面１１Ｂと圧縮室１３に臨む円弧側面１１Ｃに設けた切欠きの外周面が、ベーン１１がベーン溝内に最も収納された時点で、ピストン９の外周面９Ｂの延長面にほぼ一致するように構成されている。これにより、ベーン１１の先端円弧部１１Ａの、圧縮室に臨む円弧側面とピストンに形成された嵌合部によって形成されるトップクリアランスボリュームを低減することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態における回転式圧縮機の圧縮機構部の要部を示す要部
平面図である。図４において、前述の実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。

図４に示すように、ベーン１１がベーン溝１０内に最も収納された時点で、ベーン１１の先端円弧部１１Ａがシリンダー５の最内周面５Ａに接触しないように、シリンダー５の内周面５Ａを切り欠いたものであり、切り欠き部５Ｂ，５Ｃを有している。これにより、ベーン１１とピストン９の接続部をピストン９の径方向外側に構成できるので、ベーン１１がベーン溝１０内を往復運動する際に、ベーン１１が圧縮室圧力Ｐｃと吸入室圧力Ｐｓを受圧する面が小さくなり、圧縮室圧力と吸入室圧力の差圧Ｐｃ−Ｐｓによってベーン１１に作用する力も小さくすることができる。従って、この力の反力としてベーン１１に働くベーン溝１０との摩擦抵抗力が軽減されるので、ベーン１１がベーン溝１０内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

この切り欠き部５Ｂ，５Ｃは、図４に示すように、シリンダー５の内周面に、ベーン１１がベーン溝１０内に最も収納された時点で、ベーン１１の先端円弧部１１Ａの、吸入室１２に臨む円弧側面１１Ｂと圧縮室１３に臨む円弧側面１１Ｃにほぼ一致する切欠き形状となっている。これにより、シリンダー室の内周面に設けた切欠きのトップクリアランスボリュームを低減することができる。

なお、前述の実施の形態の回転式圧縮機で、作動冷媒としてＣＯ_２を用いることが出来る。これにより、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、特に、圧縮室圧力と吸入室圧力の高い差圧によってベーンに作用する力の反力としてベーンに働くベーン溝との摩擦抵抗力が大きいので、より効果的にベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

また、前述の実施の形態の回転式圧縮機で、作動冷媒としてＨＦＯ１２３４ｙｆを用いることが出来る。これにより、特に、高温において化学的安定性が低下することに伴い、潤滑性が悪化するので、より効果的にベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる回転式圧縮機は、摺動損失を低減し、入力ロスを小さくすることができるため、給湯器用圧縮機、空気圧縮の用途にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態における回転式圧縮機を示す縦断面図 本発明の第１の実施の形態における回転式圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図 本発明の第１の実施の形態における回転式圧縮機の圧縮機構部の要部を示す要部平面図 本発明の第２の実施の形態における回転式圧縮機の圧縮機構部の要部を示す要部平面図 従来の回転式圧縮機の圧縮機構部を示した縦断面図 従来の回転式圧縮機の圧縮機構部を示した横断面図 従来の回転式圧縮機における他の圧縮機構部を示した横断面図 従来の回転式圧縮機の圧縮機構部における動作を示す模式図 従来の回転式圧縮機における他の圧縮機構部における動作を示す模式図 従来の回転式圧縮機における他の圧縮機構部における動作を示す模式図

１ 密閉容器
２ ステータ
３ ロータ
４ シャフト
５ シリンダー
５Ａ 最内周面
５Ｂ、５Ｃ 切り欠き部
６ シリンダー室
７ 上軸受け
８ 下軸受け
９ ピストン
９Ａ 嵌合部
１０ ベーン溝
１１ ベーン
１１Ａ 先端円弧部
１１Ｂ 円弧側面
１１Ｃ 円弧側面
１２ 吸入室
１３ 圧縮室
１４ 吸入ポート
１５ 吐出ポート
１００ 回転式圧縮機
１０１ 圧縮機構部
１０２ 電動機部
１０３ 吐出マフラー室

Claims (7)

1. シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を偏心回転するピストンと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切り、かつ、先端に先端円弧部を持ったベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端円弧部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機であって、前記ベーンが前記ベーン溝内に最も収納された時点で、前記ベーンの先端円弧部が前記シリンダーの内周面に接触しないように、前記ベーンの先端円弧部の吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面を切り欠いたことを特徴とする回転式圧縮機。
2. ベーンの先端円弧部の、吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面に設けた切欠きの外周面が、前記ベーンがベーン溝内に最も収納された時点で、シリンダーの内周面にほぼ一致する請求項１に記載の回転式圧縮機。
3. ベーンの先端円弧部の、吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面に設けた切欠きの外周面が、前記ベーンがベーン溝内に最も収納された時点で、ピストンの外周面の延長面にほぼ一致する請求項１に記載の回転式圧縮機。
4. シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を偏心回転するピストンと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切り、かつ、先端に円弧角が１８０°を越える先端円弧部を持ったベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端円弧部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機であって、前記ベーンが前記ベーン溝内に最も収納された時点で、前記ベーンの先端円弧部が前記シリンダーの最内周面に接触しないように、前記シリンダーの内周面を切り欠いたことを特徴とする回転式圧縮機。
5. シリンダーの内周面に設けた切欠きの内周面が、ベーンがベーン溝内に最も収納された時点で、前記ベーンの先端円弧部の、吸入室に臨む円弧側面と圧縮室に臨む円弧側面にほぼ一致する請求項４に記載の回転式圧縮機。
6. 作動冷媒としてＣＯ_２を用いたことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の回転式圧縮機。
7. 作動冷媒としてＨＦＯ１２３４ｙｆを用いたことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の回転式圧縮機。