JP2010223140A - 2段圧縮ロータリ圧縮機 - Google Patents

2段圧縮ロータリ圧縮機 Download PDF

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Abstract

【課題】低段側圧縮部の低段側吐出弁の変形を抑えて低段側吐出弁の耐久性を向上させるとともに、低段側吐出弁の閉じ遅れを防止して圧縮効率を向上することができる2段圧縮ロータリ圧縮機を得ること。
【解決手段】低段側端板に設けられ低段側圧縮室と低段側マフラー室とを連通する低段側吐出孔と、該低段側吐出孔の出口側に設置された低段側吐出弁と、を備えて成る低段側圧縮部と、高段側端板に設けられ高段側圧縮室と高段側マフラー室とを連通する前記低段側吐出孔より小さい高段側吐出孔と、該高段側吐出孔の出口側に設置された高段側吐出弁と、を備えて成る高段側圧縮部と、を備える2段圧縮ロータリ圧縮機において、前記低段側吐出弁の厚さを、前記高段側吐出弁の厚さより厚くした。
【選択図】図1

Description

本発明は、空気調和機の冷凍サイクルに使用される2段圧縮ロータリ圧縮機(以下、単に「ロータリ圧縮機」ともいう。)に関する。
一般に、2段圧縮ロータリ圧縮機は、密閉された円筒状の圧縮機筐体内部に、低段側圧縮部及び高段側圧縮部と、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を駆動するモータと、を備え、圧縮機本体筐体の側方にアキュムレータを備えている。
従来、密閉容器内にモータと、該モータにて駆動される低段側圧縮部及び高段側圧縮部を備え、前記低段側圧縮部で圧縮され、吐出された冷媒ガスを前記高段側圧縮部に吸引し、圧縮して吐出する2段圧縮ロータリ圧縮機において、前記高段側圧縮部の吐出孔を前記低段側吐出孔よりも小さくした2段圧縮ロータリ圧縮機が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−98081号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、低段側圧縮部及び高段側圧縮部の吐出弁の厚さを同一とし、低段側吐出孔を高段側吐出孔より大きくすると、吐出孔が大きくなった分、低段側吐出弁の差圧受圧面積が大きくなる。そのため、低段側吐出弁の凹み変形量が大きくなり、低段側吐出弁が吐出孔のエッジ部と高面圧で当接し、低段側吐出弁及びエッジ部の磨耗が早まって耐久性が低下する、という問題があった。
また、低段側圧縮部及び高段側圧縮部の吐出弁厚さが同一で、高段側圧縮部よりも低段側圧縮部の方が吐出孔径が大きいため、高段側吐出弁に対して低段側吐出弁の閉じ遅れが発生し、吐出された冷媒がマフラー室から圧縮室へ逆流しやすくなり、圧縮効率が低下する、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低段側圧縮部の低段側吐出弁の変形を抑えて低段側吐出弁の耐久性を向上させるとともに、低段側吐出弁の閉じ遅れを防止して圧縮効率を向上することができる2段圧縮ロータリ圧縮機を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、低段側圧縮部、高段側圧縮部及び該低段側、高段側圧縮部を駆動するモータを圧縮機筺体内に収容し、前記低段側圧縮部で圧縮され吐出された冷媒を前記高段側圧縮部に吸入し、さらに圧縮して吐出する2段圧縮ロータリ圧縮機において、前記高段側圧縮部の高段側吐出孔を前記低段側圧縮部の低段側吐出孔よりも小さくし、前記低段側吐出弁の厚さを、前記高段側吐出弁の厚さより厚くしたことを特徴とする。
本発明にかかる2段圧縮ロータリ圧縮機は、低段側吐出弁の厚さを、高段側吐出弁の厚さより厚くしたことにより、低段側吐出弁の変形量を抑えて吐出弁の耐久性を向上することができる、という効果を奏する。また、低段側吐出弁の閉じ遅れを防止して圧縮効率を向上することができる。
図1は、本発明にかかる2段圧縮ロータリ圧縮機の実施例を示す縦断面図である。 図2は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の低段側圧縮部及び高段側圧縮部の横断面図である。 図3は、図1のA−A線に沿う横断面図である。 図4は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の低段側端板の横断面図である。 図5は、図4のC−C線に沿う断面図である。 図6は、図1のB−B線に沿う横断面図である。 図7は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の高段側端板の横断面図である。 図8は、図7のD−D線に沿う断面図である。 図9は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の側面図である。
以下に、本発明にかかる2段圧縮ロータリ圧縮機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、本発明にかかる2段圧縮ロータリ圧縮機の実施例を示す縦断面図であり、図2は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の低段側圧縮部及び高段側圧縮部の横断面図であり、図3は、図1のA−A線に沿う横断面図であり、図4は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の低段側端板の横断面図であり、図5は、図4のC−C線に沿う断面図であり、図6は、図1のB−B線に沿う横断面図であり、図7は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の高段側端板の横断面図であり、図8は、図7のD−D線に沿う断面図であり、図9は、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機の側面図である。
図1に示すように、実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機1は、密閉された円筒状の圧縮機筐体10の内部に、圧縮部12と、圧縮部12を駆動するモータ11と、を備えている。
モータ11のステータ111は、圧縮機筐体10の内周面に焼きばめされて固定されている。モータ11のロータ112は、ステータ111の中央部に配置され、モータ11と圧縮部12とを機械的に接続する回転軸15に焼きばめされて固定されている。
圧縮部12は、低段側圧縮部12Lと、低段側圧縮部12Lに直列に接続され低段側圧縮部12Lの上側に積層されて設置された高段側圧縮部12Hと、を備えて成る。図2に示すように、低段側圧縮部12Lは、短い円筒状の低段側シリンダ121Lを備え、高段側圧縮部12Hは、短い円筒状の高段側シリンダ121Hを備えている。
低段側シリンダ121L及び高段側シリンダ121Hには、夫々モータ11と同芯に、低段側、高段側シリンダ内壁123L、123Hが形成されている。夫々のシリンダ内壁123L、123H内には、低段、高段シリンダ内径よりも小さい外径の円筒状の低段側、高段側ピストン125L,125Hが夫々配置され、夫々のシリンダ内壁123L、123Hと、低段側、高段側ピストン125L、125Hの間に、冷媒を吸入し圧縮して吐出する低段側、高段側作動室130L、130H(圧縮空間)が形成される。
低段、高段シリンダ121L、121Hには、低段、高段シリンダ内壁123L、123Hから径方向に、シリンダ高さ全域に亘る低段側、高段側ベーン溝が形成され、この溝内に、板状の低段側、高段側ベーン127L、127Hが嵌合されている。低段側、高段側ベーン127L、127Hの圧縮機筐体10側には、低段側、高段側スプリング129L、129Hが装着されている。
この低段側、高段側スプリング129L、129Hの反撥力により、低段側、高段側ベーン127L、127Hの先端が、低段側、高段側ピストン125L、125Hの外周面に押し付けられ、低段側、高段側ベーン127L、127Hにより、低段側、高段側作動室130L、130Hが、低段側、高段側吸入室131L、131Hと、低段側、高段側圧縮室133L、133Hとに区画される。
低段側、高段側シリンダ121L、121Hには、低段側、高段側吸入室131L、131Hに冷媒を吸入するために、低段側、高段側吸入室131L、131Hに連通する低段側、高段側吸入孔135L、135Hが設けられ、低段側シリンダ121Lの低段側吸入孔135L、高段側シリンダ121Hの高段側吸入孔135H及び後述する低段側マフラー吐出孔210Lは同一周方向に向けて設けられている。
また、低段側シリンダ121Lと高段側シリンダ121Hとの間には、中間仕切板140が設置され、低段側シリンダ121Lの低段作動室130Lと高段側シリンダ121Hの高段作動室130Hとを区画している。低段側シリンダ121Lの下側には、低段側端板160Lが設置され、低段側シリンダ121Lの低段作動室130Lの下部を閉塞している。また、高段側シリンダ121Hの上側には、高段側端板160Hが設置され、高段側シリンダ121Hの高段作動室130Hの上部を閉塞している。
低段側端板160Lには、下軸受け部161Lが形成され、下軸受け部161Lに、回転軸15の下部151が回転自在に支持されている。また、高段側端板160Hには、上軸受け部161Hが形成され、上軸受け部161Hに、回転軸15の中間部153が回転自在に支持されている。
回転軸15は、互いに180°位相をずらして偏芯させた低段側偏芯部152Lと高段側偏芯部152Hとを備え、低段側偏芯部152Lは、低段側圧縮部12Lの低段側ピストン125Lを回転自在に保持し、高段側偏芯部152Hは、高段側圧縮部12Hの高段側ピストン125Hを回転自在に保持している。
回転軸15が回転すると、低段側、高段側ピストン125L、125Hが、低段側、高段側シリンダ内壁123L、123Hに沿って低段側、高段側シリンダ121L、121H内を公転し、これに追随して低段側、高段側ベーン127L、127Hが往復運動する。この低段側、高段側ピストン125L、125H及び低段側、高段側ベーン127L、127Hの運動により、低段側、高段側吸入室131L、131H及び低段側、高段側圧縮室133L、133Hの容積が連続的に変化し、圧縮部12は、連続的に冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。
低段側端板160Lの下側には、低段側マフラーカバー170Lが設置され、低段側端板160Lとの間に低段側マフラー室180Lを形成している。そして、低段側圧縮部12Lの吐出部は、低段側マフラー室180Lに開口している。すなわち、低段側端板160Lには、低段側シリンダ121Lの低段側圧縮室133Lと低段側マフラー室180Lとを連通する低段側吐出孔190Lが設けられ、低段側吐出孔190Lの出口側には、圧縮された冷媒の逆流を防止する低段側吐出弁200Lが設置されている。
実施例では、低段側吐出孔190Lの孔径を、後述の高段側吐出孔190Hの孔径よりも大きくしている。低段側吐出孔190Lの孔径を大きくすることにより、高段側圧縮部12Hよりも冷媒の体積流量が大きい低段側圧縮部12Lの流量抵抗を小さくすることができる。
図3及び図4に示すように、低段側マフラー室180Lは、環状に連通された1つの室であり、低段側圧縮部12Lの吐出側と高段側圧縮部12Hの吸入側とを連通する中間連通路の一部である。低段側マフラー室180Lは、吐出冷媒の圧力脈動を低減させる。
また、図4及び図5に示すように、低段側吐出弁200Lの上には、低段側吐出弁200Lの撓み開弁量を制限するための低段側吐出弁押さえ201Lが、低段側吐出弁200Lとともにリベット203により固定されている。また、低段側端板160Lの外周壁部には、低段側マフラー室180L内の冷媒を吐出する低段側マフラー吐出孔210Lが設けられている。低段側マフラー吐出孔210Lは、圧縮部12の低段側吸入孔135L、高段側吸入孔135Hと圧縮機筐体10の周方向の同一位相位置に、径方向に設けられている。
高段側端板160Hの上側には、高段側マフラーカバー170Hが設置され、高段側端板160Hとの間に高段側マフラー室180Hを形成している。図6、図7及び図8に示すように、高段側端板160Hには、高段側シリンダ121Hの高段側圧縮室133Hと高段側マフラー室180Hとを連通する高段側吐出孔190Hが設けられ、高段側吐出孔190Hの出口側には、圧縮された冷媒の逆流を防止する高段側吐出弁200Hが設置されている。また、高段側吐出弁200Hの上には、高段側吐出弁200Hの撓み開弁量を制限するために、高段側吐出弁押さえ201Hが、高段側吐出弁200Hとともにリベット203により固定されている。高段側マフラー室180Hは、吐出冷媒の圧力脈動を低減させる。
高段側マフラー室180Hの吐出部は、圧縮機筐体10内に連通している。圧縮機筐体10の天部には、冷凍サイクルの高圧側と接続し、高圧冷媒を冷凍サイクル側に吐出する吐出管107が接続されている。
低段側シリンダ121L、低段側端板160L、低段側マフラーカバー170L、高段側シリンダ121H、高段側端板160H、高段側マフラーカバー170H及び中間仕切板140は、図示しないボルトにより一体に締結されている。ボルトにより一体に締結された圧縮部12のうち、高段側端板160Hの外周部が、圧縮機筐体10にスポット溶接により固着され、圧縮部12を圧縮機筐体10に固定している。
図1に示すように、円筒状の圧縮機筐体10の外周壁には、軸方向に離間して下部から順に、第1、第2、第3連通孔101、102、103が、圧縮機筐体10の略同一周方向位置に設けられている。
図1又は図9に示すように、圧縮機筐体10の外側部には、独立した円筒状の密閉容器からなるアキュムレータ25が、アキュムホルダー252及びアキュムバンド253により保持されている。アキュムレータ25の天部中心には、冷凍サイクルの低圧側と接続するシステム接続管255が接続され、アキュムレータ25の底部中心に設けられた底部連通孔257には、一端がアキュムレータ25の内部上方まで延設され、他端が低段側吸入管104の他端に接続される低圧連絡管31が接続されている。
冷凍サイクルの低圧冷媒をアキュムレータ25を介して低段側圧縮部12Lに導く低圧連絡管31は、第2連通孔102及び低段側吸入管104を介して低段側シリンダ121Lの低段側吸入孔135Lに接続されている。
低段側マフラー室180Lの低段側マフラー吐出孔210Lには、第1連通孔101を通して低段側吐出管105の一端が接続され、高段側シリンダ121Hの高段側吸入孔135Hには、第3連通孔103を通して高段側吸入管106の一端が接続され、低段側吐出管105の他端と高段側吸入管106の他端とは、中間連絡管23により接続されている。低圧連絡管31と中間連絡管23とは、互いに干渉しないように曲げ形成されている。
圧縮機筺体10内には、およそ高段側シリンダ121Hの高さまで潤滑油が封入されており、潤滑油は、回転軸15の下部に挿入された図示しない羽根ポンプにより圧縮部12を循環し、摺動部品の潤滑及び微小隙間によって圧縮冷媒の圧縮空間を区画している箇所のシールをしている。
実施例の2段圧縮ロータリ圧縮機1においては、上述のように、低段側圧縮部12Lの低段側吐出孔190Lの孔径を、高段側圧縮部12Hの高段側吐出孔190Hの孔径よりも大きくしている。また、耐磨耗鋼板(例えば、スウェーデン鋼)製の低段側吐出弁200Lの厚さを、高段側吐出弁200Hの厚さより厚くしている。
一般に、ロータリ圧縮機の吐出弁に用いられる耐磨耗鋼板の板厚は、0.257mm、0.305mm、0.381mm、0.406mm、0.457mm及び0.508mmの6種類である。板厚0.257mmのものは、単段圧縮ロータリ圧縮機や2シリンダー型ロータリ圧縮機のような比較的小形のロータリ圧縮機に用いられ、板厚0.508mmのものは、比較的大形のロータリ圧縮機に用いられ、通常の2段圧縮ロータリ圧縮機に用いられるのは、板厚0.305mm、0.381mm、0.406mm、0.457mmの4種類である。板厚が薄いと高段側圧縮室133Hの圧力が所定の圧力に達する前に開いてしまい、板厚が厚いと低段側圧縮室133Lの圧力が所定の圧力に達しても開かないからである。
そこで、例えば、高段側吐出弁200Hの板厚を、0.305mmとしたとき、低段側吐出弁200Lの板厚を、1ランク上の板厚0.381mm(厚さ1.25倍)とする。また、高段側吐出弁200Hの板厚を、0.381mmとし、低段側吐出弁200Lの板厚を、2ランク上の板厚0.457mm(厚さ1.20倍)としてもよいし、高段側吐出弁200Hの板厚を、0.305mmとし、低段側吐出弁200Lの板厚を、3ランク上の板厚0.457mm(厚さ1.50倍)としてもよい。一般的には、低段側吐出弁200Lの板厚を、高段側吐出弁200Hの板厚の1.2倍〜1.5倍の厚さとするのがよい。
このように、低段側吐出弁200Lの厚さを、高段側吐出弁200Hの厚さより厚くすることにより、低段側吐出弁200Lの撓み変形量を抑え、低段側吐出弁200Lの耐久性を向上することができる。また、低段側吐出弁200Lの厚さを厚くすることにより、低段側吐出弁200Lの閉弁速度を速くして圧縮効率を向上することができる。
また、回転数可変型の2段圧縮ロータリ圧縮機1の場合、高速回転時、すなわち循環冷媒流量が大きいときには、吐出孔における流路抵抗がより大きくなるため、低段側吐出孔190Lの孔径を高段側吐出孔190Hの孔径よりも大きくすれば、高段側圧縮部12Hよりも冷媒の体積流量が大きい低段側圧縮部12Lの流量抵抗を小さくすることができる。また、低段側吐出弁200Lの厚さを厚くすることにより、閉弁速度が速くなって圧縮効率を向上することができる。
以上のように、本発明にかかる2段圧縮ロータリ圧縮機は、空気調和機に有用である。
1 2段圧縮ロータリ圧縮機(ロータリ圧縮機)
10 圧縮機筺体
11 モータ
12 圧縮部
15 回転軸
23 中間連絡管
25 アキュムレータ
31 低圧連絡管
101 第1連通孔
102 第2連通孔
103 第3連通孔
104 低段側吸入管
105 低段側吐出管
106 高段側吸入管
107 吐出管
111 ステータ
112 ロータ
12L 低段側圧縮部
12H 高段側圧縮部
121L 低段側シリンダ
121H 高段側シリンダ
123L 低段側シリンダ内壁
123H 高段側シリンダ内壁
125L 低段側ピストン
125H 高段側ピストン
127L 低段側ベーン
127H 高段側ベーン
129L 低段側スプリング
129H 高段側スプリング
130L 低段側作動室
130H 高段側作動室
131L 低段側吸入室
131H 高段側吸入室
133L 低段側圧縮室
133H 高段側圧縮室
135L 低段側吸入孔
135H 高段側吸入孔
140 中間仕切板
151 下部
152L 低段側偏芯部
152H 高段側偏芯部
153 中間部
160L 低段側端板
160H 高段側端板
161L 下軸受け部
161H 上軸受け部
170L 低段側マフラーカバー
170H 高段側マフラーカバー
180L 低段側マフラー室
180H 高段側マフラー室
190L 低段側吐出孔
190H 高段側吐出孔
200L 低段側吐出弁
200H 高段側吐出弁
201L 低段側吐出弁押さえ
201H 高段側吐出弁押さえ
203 リベット
210L 低段側マフラー吐出孔
252 アキュムホルダー
253 アキュムバンド
255 システム接続管
257 底部連通孔

Claims (3)

  1. 低段側圧縮部、高段側圧縮部及び該低段側、高段側圧縮部を駆動するモータを圧縮機筺体内に収容し、前記低段側圧縮部で圧縮され吐出された冷媒を前記高段側圧縮部に吸入し、さらに圧縮して吐出する2段圧縮ロータリ圧縮機であって、前記高段側圧縮部の高段側吐出孔を前記低段側圧縮部の低段側吐出孔よりも小さくしたものにおいて、
    前記低段側吐出弁の厚さを、前記高段側吐出弁の厚さより厚くしたことを特徴とする2段圧縮ロータリ圧縮機。
  2. 円筒状の低段側シリンダと、該低段側シリンダの下側を閉塞する低段側端板と、該低段側端板の下側を閉塞して該低段側端板との間に低段側マフラー室を形成する低段側マフラーカバーと、前記低段側シリンダの上側を閉塞する中間仕切板と、モータにより回転駆動される回転軸の低段側偏芯部に保持され前記低段側シリンダの低段側シリンダ内壁に沿って該低段側シリンダ内を公転し前記低段側シリンダ内壁との間に低段側作動室を形成する低段側ピストンと、前記低段側シリンダの低段側ベーン溝内から前記低段側作動室内に突出して前記低段側ピストンに当接し、前記低段側作動室を低段側吸入室と低段側圧縮室とに区画する低段側ベーンと、前記低段側端板に設けられ前記低段側圧縮室と前記低段側マフラー室とを連通する低段側吐出孔と、該低段側吐出孔の出口側に設置された低段側吐出弁と、を備えて成る低段側圧縮部と、
    前記中間仕切板を介して前記低段側圧縮部に積層され、円筒状の高段側シリンダと、該高段側シリンダの上側を閉塞する高段側端板と、前記高段側端板の上側を閉塞して該高段側端板との間に高段側マフラー室を形成する高段側マフラーカバーと、前記モータにより回転駆動される回転軸の高段側偏芯部に保持され前記高段側シリンダの高段側シリンダ内壁に沿って該高段側シリンダ内を公転し前記高段側シリンダ内壁との間に高段側作動室を形成する高段側ピストンと、前記高段側シリンダの高段側ベーン溝内から前記高段側作動室内に突出して前記高段側ピストンに当接し、前記高段側作動室を高段側吸入室と高段側圧縮室とに区画する高段側ベーンと、前記高段側端板に設けられ前記高段側圧縮室と前記高段側マフラー室とを連通する前記低段側吐出孔より小さい高段側吐出孔と、該高段側吐出孔の出口側に設置された高段側吐出弁と、を備えて成る高段側圧縮部と、
    前記低段側圧縮部、高段側圧縮部及びモータを収容する密閉された圧縮機筐体と、
    前記圧縮機筐体の側方に配置されたアキュムレータと、
    前記低段側吸入室に連通する低段側吸入孔を、前記アキュムレータを介して冷凍サイクルの低圧側に連通させる低圧連絡管と、
    前記低段側マフラー室を、前記高段側吸入室に連通する高段側吸入孔に連通させる中間連絡管と、
    前記高段側マフラー室を、前記圧縮機筐体内を介して前記冷凍サイクルの高圧側に連通させる吐出管と、
    を備える2段圧縮ロータリ圧縮機において、
    前記低段側吐出弁の厚さを、前記高段側吐出弁の厚さより厚くしたことを特徴とする2段圧縮ロータリ圧縮機。
  3. 前記低段側吐出弁の厚さを、前記高段側吐出弁の厚さの1.2〜1.5倍の厚さとしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の2段圧縮ロータリ圧縮機。
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