JP2012017690A - 回転式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダー高さを高くすることでシリンダー容積拡大を行い、かつ圧縮機の性能低下を抑制する
【解決手段】吸入口１１を有するシリンダー６と、前記シリンダー６内に配されて偏心回転するピストン９と、前記シリンダー内を吸入室１２と圧縮室１３に仕切るベーン１０とを有し、作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒からなる単一冷媒または前記冷媒を含む混合冷媒を用いるとともに、前記吸入口１１を構成する吸入孔１１ａ、１１ｂはシリンダー高さ方向に並べて複数設けた構成としてあり、１個の吸入孔の場合よりも大きな吸入面積を確保することができ、吸入圧損を抑えることができて圧縮機の性能を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を作動冷媒としたルームエアコン、冷蔵庫、空気調和装置等に組み込まれる回転式圧縮機の性能向上に関する。

従来の冷凍装置では、作動冷媒としてオゾン層破壊係数ゼロのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系に移行してきているが、このＨＦＣ系冷媒は一方では地球温暖化係数が非常に高いため近年問題になってきている。そこで塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした作動冷媒の冷凍装置が考えられて来ている。

図３、図４は、従来のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系作動冷媒下で使用される回転式圧縮機の縦断面図と横断面図である。シリンダー４１の内面にピストン４３が挿入され、シャフト４２の回転と共に回転し、ベーン４４、上軸受け４５、および下軸受け４６で仕切られた吸入室４９および圧縮室５０で作動冷媒を吸入および圧縮する構成になっている。また、シリンダー４１には吸接管４７が接続され吸入孔４８が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１２６８９０号公報

しかしながら、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした作動冷媒の冷凍装置の回転式圧縮機を考えた場合、前記作動冷媒の比容積がＲ４１０Ａ等のハイドロフルオロカーボン系作動冷媒と比較して２．５倍程度になるため、Ｒ４１０Ａと同等の冷房能力を得るためにはシリンダー容積を約２．５倍にする必要がある。シリンダー容積を大きくする方法としてはシリンダー高さを高くするか、シリンダー内径を大きくするかのどちらかの方法がある。

シリンダー内径を大きくするためには、シール部および締結部を確保し圧縮機の外径を大きくする必要があり、この圧縮機を搭載するエアコン等自身の大きさも大きくなって材料費が上がり、コストの高い商品になってしまう。

一方、シリンダー高さを高くする方法は高さ方向だけ高くするだけですみ、圧縮機の大きさおよびこの圧縮機を搭載するエアコン等自身の大きさを大きくしないですむため、材料費の上昇を抑えられる利点がある。ただ、シリンダー高さを高くする方法は圧縮機の吸入圧損の増大や受熱面積の増大を招き圧縮機の性能を低下させやすいため対策が必要となる。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、シリンダー高さを高くすることでシリンダー容積拡大を行い、かつ圧縮機の性能低下を抑制することを目的としている

上記目的を達成するために本発明は、吸入口と吐出口を有するシリンダーと、前記シリンダー内に配されて偏心回転するピストンと、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンとを有し、作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒からなる単一冷媒または前記冷媒を含む混合冷媒を用いるとともに、前記吸入口を構成する吸入孔はシリンダー高さ方向に並べて複数設けた構成としてあり、１個の吸入孔の場合よりも大きな吸入面積を確保することができる。

本発明はシリンダーに複数の吸入孔を高さ方向に並べて設けたことにより大きな吸入面積を確保し、吸入圧損を抑えることができて圧縮機の性能を向上することができる。また、高さ方向に吸入孔を並べているためピストンによる吸入孔の締め切り角度を小さくでき実質の圧縮できるシリンダー容積を大きくすることができると共に、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした作動冷媒を使用しても支障なく動作させることが出来る。

本発明の実施の形態１にかかる回転式圧縮機の圧縮機構部を示す縦断面図 同回転式圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図 従来の回転式圧縮機の圧縮機構部を示す縦断面図 同回転式圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図

第１の発明は、吸入口と吐出口を有するシリンダーと、前記シリンダー内に配されて偏心回転するピストンと、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンとを有し、作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒からなる単一冷媒または前記冷媒を含む混合冷媒を用いるとともに、前記吸入口を構成する吸入孔はシリンダー高さ方向に並べて複数設けた構成としてある。これにより、より大きな吸入面積を確保し、吸入圧損を抑えることができて圧縮機の性能を向上することができる。また、高さ方向に吸入孔を並べているためピストンによる吸入孔の締め切り角度を小さくでき、実質の圧縮できるシリンダー容積を大きくすることできると共に、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした作動冷媒を使用しても支障なく動作させることができる。

第２の発明は第１の発明の吸入口はシリンダーの外側に設けた１個の吸入孔と、この外側吸入孔と連通するように前記シリンダーの内壁側に設けた複数の吸入孔で構成してあり、アキュムレータにつながる吸入管を１個で構成できるため、安価な圧縮機を得ることができる。

第３の発明は第２の発明のシリンダーの外側に設けた吸入孔の直径は前記シリンダーの内壁に設けた複数の吸入孔の直径よりも大きく設定してあり、シリンダーの外側の吸入孔が大きいのでその吸入圧損が小さなって圧縮機の性能を向上することができる。

第４の発明は第２の発明のシリンダーの内壁側に設けた複数の吸入孔の中心位置は前記シリンダーの外側に設けた吸入孔の中心位置よりもベーン側に設けたものであり、ピストンによる吸入孔の締め切り角度をより小さくでき、実質の圧縮できるシリンダー容積を大きくすることできる。

第５の発明は第２の発明のシリンダーの内壁側に設けた複数の吸入孔は前記シリンダーのそれぞれの端面側より内壁に向かって斜めに形成してあり、前記シリンダー内壁に対し
て吸入孔が斜めになっているため吸入の流れが良くなり、吸入圧損を減らすことができるとともに、ドリル加工で吸入孔を加工できるため安価に生産することができる。

第６の発明は、特に、第１〜５の発明の作動冷媒として、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いたものであり、効果的に高信頼性で高効率な回転式圧縮機を提供することができる。

第７の発明は、特に、第１〜６の発明のハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンとし、ハイドロフルオロカーボンをジフルオロメタンとした混合冷媒を用いたものであり、流速を下げることができ、効果的に高信頼性で高効率な回転式圧縮機を提供することができる。

第８の発明は、特に、第１〜６の発明のハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンとし、ハイドロフルオロカーボンをペンタフルオロエタンとした混合冷媒を用いたものであり、吐出温度を下げることができ、効果的に高信頼性で高効率な回転式圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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、本発明の実施の形態１にかかる回転式圧縮機の縦断面図、図２は図１のＡ―Ａ（二点鎖線で示す）における圧縮機構部５の横断面図である。

図１に示すように、密閉容器１の上部にモータ２を配置しその下部に圧縮機構部５が配置してある。モータはその固定子２ａを密閉容器内面に固定してある。圧縮機構部５はモータ２の回転子２ｂで駆動されるシャフト４を有する。そしてこの圧縮機構部５は吸入口１１と吐出口（図示せず）を有するシリンダー６の上端に主軸受け７を、下端に副軸受け８をボルト等で固定してある。シリンダー６内にはピストン９が配置され、このピストン９はシャフト４の偏心部４ａに挿入してシリンダー６内で偏心回転を行う。シリンダー６の吸入口１１にはアキュムレータ１５および吸入管１６が接続されている。また、シリンダー６の外側には１個の吸入孔１１ｃが形成されシリンダー６の内壁側には前記吸入孔１１ｃにつながる２個の吸入孔１１ａ、１１ｂが高さ方向に並べ斜めに形成されて、前記吸入口１１を構成している。そして、この吸入口１１の外側の吸入孔１１ｃは内壁側の吸入孔１１ａ、１１ｂよりも径が大きくかつ内壁側の吸入孔１１ａ、１１ｂの中心は外側の吸入孔１１ｃの中心よりもベーン１０側になるように設けられている。

また、作動冷媒としては、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィン（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆ）をベース成分とした冷媒（以降、冷媒Ｒと称する）を用い、密閉容器１の底部にはこの冷媒Ｒと相溶性のある極圧添加剤を含まないポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類の冷凍機油３が溜められている。

以上のように構成された回転式圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。冷媒Ｒはシリンダー６に設けられた吸入口１１の外側の吸入孔１１ｃから内壁側の吸入孔１１ａ、１１ｂに分流して吸入室１２に吸入される。また、圧縮室１３にある冷媒Ｒはピストン９の左方向の回転（矢印方向）とともに圧縮され、吐出口（図示せず）より密閉容器１内に吐出される。密閉容器１内に吐出された圧縮冷媒Ｒはモータ２の隙間を通って密閉容器１の上部にある吐出管１４より吐出され、その際まわりにある冷凍機油のミストも一緒
に吐出される。

ここで、吸入室１２に吸入されて実際に吐出される冷媒Ｒの量はピストン９の外周が吸入孔１１ａ、１１ｂを締め切った位置θｓ１（ベーン１０中心からの回転方向の角度）により決められる。吸入孔１１ｃの延長線の角度θｓ２よりもθｓ１を小さく設定でき、このθｓ１が小さい角度になるほど、実際に吐出される冷媒Ｒの量が多くなる。

本発明では、シリンダー６の外側に設けられた吸入孔１１ｃの直径を大きく形成するとともに、内壁側に設けられた吸入孔１１ａ、１１ｂの直径を吸入孔１１ｃより小さく設定しかつベーン１０側に寄せているため、θｓ１を小さくして実際に吐出される冷媒Ｒの量を多く設定できる。また、吸入孔１１ｃの直径を大きくして吸入圧損を低減し圧縮機の性能を向上することもできる。

さらに、外側の吸入孔１１ｃが１個で構成されているため、アキュムレータ１５に接続する吸接管を１個で構成でき、安価に生産することができる。

なお、上記実施例では、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒からなる単一冷媒または前記冷媒を含む混合冷媒を作動冷媒として使用しているが、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用してもよい。

また、ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）またはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）とし、ハイドロフルオロカーボンをジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とした、混合冷媒を作動冷媒としてもよい。

また、ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）またはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）とし、ハイドロフルオロカーボンをペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とした、混合冷媒を作動冷媒としてもよい。

また、ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）またはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）とし、ハイドロフルオロカーボンをペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とした、３成分からなる混合冷媒を作動冷媒としてもよい。

また、冷凍機油として冷媒Ｒと相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類の冷凍機油を使用しているため、冷凍サイクルに出て行った冷凍機油を回転式圧縮機に回収することができ、信頼性の高い回転式圧縮機を得ることができる。

なお、本実施の形態１ではローリングピストン型の回転式圧縮機の吸入口について説明したが、スライディングベーン型など他の回転式圧縮機や、スクロール圧縮機の吸入口等、冷媒Ｒを使用した時の吸入圧損を低減して安価に生産することができるのは同様である。

また、本実施の形態１では圧縮機構部の駆動機構として密閉容器内にモータを配設したが、これに限定するものではなく、モータを密閉容器の外に配設したり、エンジンで駆動したりしても構わない。

上述したように、本発明にかかる回転式圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒下でも吸入圧損が小さく圧縮機性能の良い圧縮機を確保することができるため、給湯器用圧縮機、カーエアコン用圧縮機、冷凍冷蔵庫用圧縮機、除湿機用圧縮機等の用途にも適用できる。

１ 密閉容器
２ モータ
２ａ 固定子
２ｂ 回転子
３ 冷凍機油
４ シャフト
４ａ 偏心部
５ 圧縮機構部
６ シリンダー
７ 主軸受け
８ 副軸受け
９ ピストン
１０ ベーン
１１ 吸入口
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 吸入孔
１２ 吸入室
１３ 圧縮室
１４ 吐出管
１５ アキュムレータ
１６ 吸入管

Claims (8)

1. 吸入口と吐出口を有するシリンダーと、前記シリンダー内に配されて偏心回転するピストンと、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンとを有し、作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒からなる単一冷媒または前記冷媒を含む混合冷媒を用いるとともに、前記吸入口を構成する吸入孔はシリンダー高さ方向に並べて複数設けたことを特徴とする回転式圧縮機。
2. 吸入口はシリンダーの外側に設けた１個の吸入孔と、この外側吸入孔と連通するように前記シリンダーの内壁側に設けた複数の吸入孔で構成した請求項１記載の回転式圧縮機。
3. シリンダーの外側に設けた吸入孔の直径は前記シリンダーの内壁に設けた複数の吸入孔の直径よりも大きく設定した請求項２記載の回転式圧縮機。
4. シリンダーの内壁側に設けた複数の吸入孔の中心位置は前記シリンダーの外側に設けた吸入孔の中心位置よりもベーン側に位置させた請求項２記載の回転式圧縮機。
5. シリンダーの内壁側に設けた複数の吸入孔は前記シリンダーのそれぞれの端面側より内壁に向かって斜めに形成した請求項２記載の回転式圧縮機。
6. 炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のタリ圧縮機。
7. ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンとし、ハイドロフルオロカーボンをジフルオロメタンとした混合冷媒を作動冷媒としたことを特徴とする請求項６記載の回転式圧縮機。
8. ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンとし、ハイドロフルオロカーボンをペンタフルオロエタンとした混合冷媒を作動冷媒としたことを特徴とする請求項６記載の回転式圧縮機。