JP2010261336A

JP2010261336A - 回転式密閉型圧縮機

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Publication number: JP2010261336A
Application number: JP2009111070A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Nakamura; 尚裕中村; Yoshinori Shirafuji; 好範白藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP5274361B2

Abstract

【課題】密閉容器やアキュームレーターの外径を大きくすることなく、質量上昇を最小限に抑制しつつ、振動低減を可能ならしめるようにする。
【解決手段】密閉容器Ｓ内の上部に電動要素Ｍを、その下部にシリンダー１、軸受４，５、ローリングピストン２、ベーン３が軸線方向に重ねて配設された圧縮要素Ｃをもつ回転式密閉型圧縮機の、前記圧縮要素Ｃの外周縁部に、軸方向の高さ（肉厚）を内周部よりも高く（厚く）した付加質量部１３を一体化して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ルームエアコン、冷蔵庫、給湯器などの、冷凍空調システムあるいは給湯システムに用いられる冷媒ガス圧縮を行う回転式密閉型圧縮機、特に振動を効率よく低減させることのできる回転式密閉型圧縮機に関する。

従来より、密閉容器内の上部に電動要素を、その下部にシリンダー、軸受、ローリングピストン、及びベーンが軸線方向に重ねて配設された圧縮要素をもつ回転式密閉型圧縮機は知られている。

このようなものにおいて、振動発生源としては、電動要素における回転子の振動と、圧縮要素における圧縮室内の冷媒負荷変動に伴う振動の二つが主である。

これら振動発生源からの振動が、密閉容器内部の周辺部品を介して伝達し、密閉容器、アキュームレーター等の外郭部を振動させ、騒音となる。

従来の振動低減方法としては、
ａ．上部の電動要素において、回転子の上部と下部のそれぞれにバランスウェイトを配設し、これにより回転子とクランクシャフト偏芯軸部の回転バランスを取ることで、振動を低減させる
ｂ．密閉容器外径、又はアキュームレーター外径を拡大し、質量上昇によって圧縮機の慣性モーメントを大きく取り、振動を抑制する
ｃ．シリンダーに質量部材をばねにより押しつけて摺動可能に保持させ、加振力に対して質量部材とシリンダーとの間にずれ変形を起こさせ、このときに生ずる摩擦により、シリンダーの動きを抑制する
等、いずれも質量上昇を伴う方法が主流である（例えば、特許文献１参照）。

また、その他、
ｄ．密閉容器と共振特性を持たない防振環を、シリンダーブロック直下の密閉容器内壁に焼きばめ圧入により固定することで、制振・防音効果を得られるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０３−０３７３９５号公報（第１図）特開昭５９−０６８５９２号公報（第３図，第４図）

しかしながら、前記ａのようなバランスウェイトによる回転バランス調整では、圧縮機高速回転運転下での密閉容器遠心方向の振動成分の制振効果は得られても、通常速度運転から低速運転時に最も支配的である密閉容器接線方向の振動成分の制振効果は十分に得ることはできない。

また、前記ｂのように密閉容器外径またはアキュームレーター外径を大きくすることは、圧縮機の質量上昇による部品材料費の上昇を伴うだけでなく、近年問題となっている環境負荷悪化（原材料使用量上昇）の要因となる。更に、圧縮機外形が大形化するため、ルームエアコン、冷蔵庫、給湯器等の製品に組み込む場合、搭載空間の確保が必要となり、最終製品の小形・軽量化を推進する上でも大きな問題となる。

また、前記ｃのようにシリンダーに質量部材をばねにより押しつけ、加振力に対して質量部材とシリンダーとの間にずれ変形を起こさせ、このときに発生する摩擦により、シリンダーの動きを抑制するものにあっては、付加する質量あたりの圧縮機本体の慣性モーメントが小さい。つまり、慣性モーメントを大きくするためには、付加質量を必要以上に大きくせざるを得ないという難点があった。

圧縮機のコスト高を招くことなく、かつ圧縮機の密閉容器外径寸法、アキュームレーター外径寸法を大きく変更することなく、冷媒排出量を拡大できる振動低減の手法が最も望まれているところである。しかし、この場合は、冷媒排出量拡大に伴う電動要素の必要トルク上昇により、回転子振動の上昇と、圧縮室の冷媒負荷変動の上昇を招き、圧縮機の振動が上昇するという新たな問題が発生する。そして、このような問題は、冷媒としてR410A冷媒、あるいは二酸化炭素等の高圧冷媒を使用した圧縮機において、顕著に現れていた。

また、前記ｄのように密閉容器と共振特性を持たない防振環を、シリンダーブロック直下の密閉容器内壁に焼きばめ圧入により固定することで、制振・防音効果を得られるようにしたものにあっては、密閉容器の共振特性をずらす効果はあるが、密閉容器接線方向の振動成分の低減には有効でなかった。さらに、密閉容器内周面に圧入されて密接した防振環を介して、圧縮機構部を密閉容器に溶接する際に発生した圧縮機構部の溶接部歪み及び密閉容器の歪みの影響が、圧縮室内部に伝播して歪変形し、圧縮機効率低下と部品接触停止等の信頼性低下を引き起こす虞があった。

本発明の技術的課題は、密閉容器やアキュームレーターの外径を大きくすることなく、質量上昇を最小限に抑制しつつ、振動低減を可能ならしめるようにすることにある。

本発明に係る回転式密閉型圧縮機は、下記の構成からなるものである。すなわち、密閉容器内の上部に電動要素を、その下部にシリンダー、軸受、ローリングピストン、ベーンが軸線方向に重ねて配設された圧縮要素をもつ回転式密閉型圧縮機において、圧縮要素の外周縁部に、付加質量部を一体化して設けたものである。

本発明に係る回転式密閉型圧縮機においては、圧縮要素の外周縁部に、付加質量部を一体化して設けたので、前記のように質量部材とシリンダーとの間の摩擦力を利用してシリンダーの動きを抑制するものと比べて、付加する質量あたりの圧縮機本体の慣性モーメントが大きい。このため、密閉容器やアキュームレーターの外径を大きくすることなく、質量上昇を最小限に抑制しつつ、振動低減を可能とすることができる。このため、冷媒排出容量を拡大することが可能となる。そして、環境負荷低減(原材料使用量低減)も効果的に推進することが可能となり、圧縮機効率が向上し、信頼性の確保が容易となる。

本発明の実施の形態１に係る回転式密閉型圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。本発明の実施の形態１に係る回転式密閉型圧縮機の圧縮要素部を示す横断面図である。本発明の実施の形態１に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図である。本発明の実施の形態２に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図である。本発明の実施の形態３に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図である。本発明の実施の形態４に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図である。本発明の実施の形態５に係る回転式密閉型圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。本発明の実施の形態５に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転式密閉型圧縮機の全体構成を示す縦断面図、図２はその圧縮要素部の横断面図、図３はその要部である付加質量部の模式図である。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機は、図１のように密閉容器Ｓ内の上部に電動要素Ｍ、その下部に圧縮要素Ｃが収納されている。

圧縮要素Ｃは、図１及び図２のようにクランクシャフト６と、クランクシャフト６と一体に成形された偏芯軸部７と、偏芯軸部７に装着されたローリングピストン２と、シリンダー１の内部に装着されて圧縮空間を２分するベーン３と、上軸受４及び下軸受５と、上軸受４とシリンダー１を締結する上軸受締結ボルト８と、下軸受５とシリンダー１を締結する下軸受締結ボルト９とを備えている。また、図１及び図３のようにシリンダー１の上下端面の外周縁部に、軸方向（鉛直方向）の高さ（肉厚）を内周部よりも高く（厚く）なるように一体形成した厚肉部で構成される付加質量部１３が設けられている。

付加質量部１３は、図３のように密閉容器Ｓの内周面に対して隙間Ｌを空けて逃がしている。圧縮要素Ｃは、シリンダー１がその軸方向の中間部を密閉容器Ｓに対してスポット溶接で固定されている。通常、このスポット溶接部周辺の密閉容器内周面においては、溶接の影響により、溶接点Ｗを中心とした上下の断面で密閉容器内周全面に亘って密閉容器Ｓが歪み変形している。圧縮室内部においては、性能、信頼性等に対して所定の特性を発揮できように、シリンダー１、ローリングピストン２、ベーン３が数μｍ〜数１０μｍ程度の隙間を持つように選択嵌合されているが、この歪み変形の影響が圧縮室内部まで伝播すると、性能低下および信頼性低下の悪影響を受けることになる。そのため、隙間Ｌは溶接により変形した密閉容器Ｓから逃げるために必要で、０．２mm以上を確保すればよいものである。なお、付加質量部１３はシリンダー１の上端面あるいは下端面のどちらか片方に設けてもよいものである。

電動要素Ｍは、図１のように固定子Ｍ１と、回転子Ｍ２とを備えている。回転子Ｍ２には、クランクシャフト６が連結されている。回転子Ｍ２の上下には、クランクシャフト６の偏芯軸部７との回転バランスを取るために、上バランスウェイトＭ２ａと下バランスウェイトＭ２ｂがそれぞれ配設されている。

以上の構成を有する本実施の形態の回転式密閉型圧縮機において、圧縮要素Ｃから吐出された冷媒ガスは、吐出管１０から冷凍回路内へ送り出される。また、冷凍回路内から流入する冷媒ガスは、一旦、アキュームレーター１１に貯留され、アキュームレーター１１から吸入連結管１２を介してシリンダー１へ戻される。

本実施の形態においては、前記のようにシリンダー１の上下端面の外周縁部に、一体形成した厚肉部で構成される付加質量部１３を設けているので、質量部材とシリンダーとの間の摩擦力を利用してシリンダーの動きを抑制する従来のものと比べて、付加する質量あたりの圧縮機本体の慣性モーメントをより有効に大きく取ることができる。このため、密閉容器Ｓやアキュームレーター１１の外径を大きくすることなく、質量上昇を最小限に抑制しつつ、振動低減を可能とすることができる。そして、冷媒排出容量を拡大することが可能となり、環境負荷低減(原材料使用量低減)も効果的に推進することができ、圧縮機効率が向上し、信頼性の確保が容易となる。特に、冷媒としてR410A冷媒、あるいは二酸化炭素等の高圧冷媒を使用した圧縮機においては、より振動が大きくなる傾向にあるが、前述したようにシリンダー１の上下端面の外周縁部に、付加質量部１３を一体に設けることで、有効に振動低減させることができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一機能部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては前述の図１及び図２を参照するものとする。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機は、図４のように圧縮要素Ｃのシリンダー１の密閉容器Ｓへのスポット溶接位置を、シリンダー１の軸方向中間部とせず、上方へずらせた点に特徴を有し、それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと全て同一であり、実施の形態１のもつ機能を全て備えているものである。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機においては、シリンダー１の密閉容器Ｓへのスポット溶接位置を、シリンダー１の軸方向中間部とせず、上方へずらせたので、溶接歪の影響が圧縮機室内部へ伝播することを抑制することができる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一機能部分には同一符号を付してある。なお、ここでも説明にあたっては前述の図１及び図２を参照するものとする。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機は、図５のように圧縮要素Ｃの付加質量部１３を、シリンダー１部ではなく、上軸受４及び下軸受５のフランジ４ａ，５ａの外周縁部に、それぞれ一体に形成した点に特徴を有し、それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと全て同一であり、実施の形態１のもつ機能を全て備えているものである。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機においては、付加質量部１３を、上軸受４及び下軸受５のフランジ４ａ，５ａの外周縁部に、それぞれ一体に形成したので、密閉容器Ｓやアキュームレーター１１の外径を大きくすることなく、質量上昇を最小限に抑制しつつ、振動低減を可能とすることができる。そして、冷媒排出容量を拡大することも可能となる。特に冷媒として R410A冷媒、あるいは二酸化炭素等の高圧冷媒を使用した圧縮機において、より有効に振動低減させることができる。

なお、付加質量部１３は、上軸受４あるいは下軸受５のいずれか一方に設けてもよいものである。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４に係る回転式密閉型圧縮機の要部である付加質量部の模式図であり、図中、前述の実施の形態１のものと同一機能部分には同一符号を付してある。なお、ここでも説明にあたっては前述の図１及び図２を参照するものとする。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機は、図６のように付加質量部１３を、シリンダー１の上下端面の外周縁部に、それぞれ締結ボルト１４により分離可能に固定した点に特徴を有し、それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと全て同一であり、実施の形態１のもつ機能を全て備えているものである。

シリンダー１の機械加工工程においては、最終仕上げ工程で、通常、シリンダー１の上下端面を砥石で挟み込んで研磨加工している。したがって、本実施の形態のように付加質量部１３が分離可能となっていれば、シリンダー研磨加工の邪魔になることもなく、シリンダー１は従来通りの方法で研磨加工することができる。また、付加質量部１３を、例えば振動が問題となる冷凍能力すなわち冷媒排出量が最大の圧縮機の機種だけに配設することも可能であり、圧縮機容量別の仕様変更が容易となる。

なお、付加質量部１３はシリンダー１の上端面あるいは下端面のどちらか片方に設けてもよいものである。

実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５に係る回転式密閉型圧縮機の全体構成を示す縦断面図、
図８はその要部である付加質量部の模式図であり、各図中、前述の実施の形態１のものと同一機能部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機は、図７及び図８のように付加質量部１３を、シリンダー１部ではなく、上軸受４及び下軸受５のフランジ４ａ，５ａの外周縁部に、それぞれ締結ボルト１４により分離可能に固定した点に特徴を有し、それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと全て同一であり、実施の形態１のもつ機能を全て備えているものである。

本実施の形態の回転式密閉型圧縮機においては、付加質量部１３を、上軸受４及び下軸受５のフランジ４ａ，５ａの外周縁部に、それぞれ分離可能に固定したので、シリンダー研磨加工の邪魔になることもなく、シリンダー１は従来通りの方法で研磨加工することができる。また、付加質量部１３を、例えば振動が問題となる冷凍能力すなわち冷媒排出量が最大の圧縮機の機種だけに配設することも可能であり、圧縮機容量別の仕様変更が容易となる。

Ｓ密閉容器、Ｍ電動要素、Ｃ圧縮要素、１シリンダー、２ローリングピストン、３ベーン、４上軸受、５下軸受、１３付加質量部。

Claims

密閉容器内の上部に電動要素を、その下部にシリンダー、軸受、ローリングピストン、ベーンが軸線方向に重ねて配設された圧縮要素をもつ回転式密閉型圧縮機において、
圧縮要素の外周縁部に、付加質量部を一体化して設けたことを特徴とする回転式密閉型圧縮機。
前記付加質量部は、前記密閉容器の内周面に対して隙間を開けて前記シリンダーの外周縁部に形成されたことを特徴とする請求項１記載の回転式密閉型圧縮機。
前記シリンダーの外周面の前記密閉容器への溶接位置を、前記シリンダーの上下方向の中間位置より上方の位置で溶接されるようにしたことを特徴とする請求項２記載の回転式密閉型圧縮機。
前記付加質量部は、前記圧縮要素の外周縁部に分離可能に固定されていることを特徴とする請求項１記載の回転式密閉型圧縮機。
冷媒としてR410A冷媒、あるいは二酸化炭素等の高圧冷媒を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転式密閉型圧縮機。