JP2012172571A - ロータリ圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータリ圧縮機の効率を改善する。
【解決手段】ロータリ圧縮機100は、圧縮機構3、モータ2、吸入経路14、帰還経路16、可変容積機構30、インバータ42及び制御部44を備えている。帰還経路16は、作動室25から吸入経路14へと作動流体を戻す役割を担う。可変容積機構30は、圧縮機構3の吸入容積を変更する役割を担う。吸入容積の減少をモータ2の回転数の増加で補償するように可変容積機構30及びインバータ42が制御される。帰還経路16の入口としての帰還ポートの直径をDb、圧縮吐出ポート29の直径をDdと定義したとき、Db≦Ddの関係を満たす。
【選択図】図2
【解決手段】ロータリ圧縮機100は、圧縮機構3、モータ2、吸入経路14、帰還経路16、可変容積機構30、インバータ42及び制御部44を備えている。帰還経路16は、作動室25から吸入経路14へと作動流体を戻す役割を担う。可変容積機構30は、圧縮機構3の吸入容積を変更する役割を担う。吸入容積の減少をモータ2の回転数の増加で補償するように可変容積機構30及びインバータ42が制御される。帰還経路16の入口としての帰還ポートの直径をDb、圧縮吐出ポート29の直径をDdと定義したとき、Db≦Ddの関係を満たす。
【選択図】図2
Description
本発明は、ロータリ圧縮機に関する。
圧縮機のモータは、通常、インバータとマイクロコンピュータとで制御されている。モータの回転数を下げれば、圧縮機が用いられた冷凍サイクル装置を定格よりも十分に低い能力で運転できる。特許文献1は、さらに、インバータ制御で実現できないような低い能力で冷凍サイクル装置を運転するための一つの技術を提供する。
図16は、特許文献1に記載された空気調和装置の構成図である。圧縮機715、四方弁717、室内側熱交換器718、減圧装置719及び室外側熱交換器720によって冷凍サイクルが構成されている。圧縮機715のシリンダには、圧縮行程の開始から途中まで開口する中間吐出口が設けられている。中間吐出口は、バイパス路723によって、圧縮機715の吸入路に接続されている。バイパス路723には、流量制御装置721及び電磁開閉弁722が設けられている。低い設定周波数の運転時にのみ、電磁開閉弁722を開く。これにより、より低い能力での運転が可能となる。
ところで、冷凍サイクル装置の効率を上げるための近道は、圧縮機の効率を上げることである。圧縮機の効率は、使用されたモータの効率に大きく依存する。多くのモータは、定格回転数(例えば60Hz)の近傍の回転数で最も高い効率を発揮するように設計されている。そのため、極端に低い回転数でモータを駆動したのでは、圧縮機の効率の向上は期待できない。また、バイパス路のような能力可変機構を設けた場合、能力可変機構の稼動時はもちろんのこと、能力可変機構の停止時における圧縮機の効率の低下も大きな問題となる。
こうした事情に鑑み、本発明は、低い能力が必要なとき(負荷が小さいとき)にも高い効率を発揮しうるロータリ圧縮機を提供することを目的とする。本発明は、さらに、負荷が小さいときだけでなく、負荷が大きいとき(例えば定格能力での運転時)にも高い効率を発揮しうるロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、
シリンダと、自身の外周面と前記シリンダの内周面との間に作動室が形成されるように前記シリンダの内部に配置されたピストンと、前記作動室を吸入室と圧縮−吐出室とに仕切るベーンとを有する圧縮機構と、
前記ピストンを動かすモータと、
圧縮するべき作動流体を前記吸入室に導く吸入経路と、
圧縮された作動流体を前記圧縮−吐出室から流出させる吐出ポートと、
前記作動室に面した帰還ポートを入口として有し、前記作動室から前記吸入経路へと作動流体を戻す帰還経路と、
前記帰還経路に設けられ、前記圧縮機構の吸入容積を相対的に小さくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを許容し、前記吸入容積を相対的に大きくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを禁止する可変容積機構と、
前記モータを駆動するインバータと、
前記吸入容積の減少を前記モータの回転数の増加で補償するように前記可変容積機構及び前記インバータを制御する制御部と、
を備え、
前記帰還ポートの直径をDb、前記吐出ポートの直径をDdと定義したとき、Db≦Ddの関係を満たす、ロータリ圧縮機を提供する。
シリンダと、自身の外周面と前記シリンダの内周面との間に作動室が形成されるように前記シリンダの内部に配置されたピストンと、前記作動室を吸入室と圧縮−吐出室とに仕切るベーンとを有する圧縮機構と、
前記ピストンを動かすモータと、
圧縮するべき作動流体を前記吸入室に導く吸入経路と、
圧縮された作動流体を前記圧縮−吐出室から流出させる吐出ポートと、
前記作動室に面した帰還ポートを入口として有し、前記作動室から前記吸入経路へと作動流体を戻す帰還経路と、
前記帰還経路に設けられ、前記圧縮機構の吸入容積を相対的に小さくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを許容し、前記吸入容積を相対的に大きくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを禁止する可変容積機構と、
前記モータを駆動するインバータと、
前記吸入容積の減少を前記モータの回転数の増加で補償するように前記可変容積機構及び前記インバータを制御する制御部と、
を備え、
前記帰還ポートの直径をDb、前記吐出ポートの直径をDdと定義したとき、Db≦Ddの関係を満たす、ロータリ圧縮機を提供する。
本発明によれば、帰還経路を使用して作動室から吸入経路へと作動流体を戻すことにより、相対的に小さい吸入容積でロータリ圧縮機を運転できる。他方、作動室から吸入経路へと作動流体が戻ることを禁止すれば、相対的に大きい吸入容積、つまり通常の吸入容積でロータリ圧縮機を運転できる。さらに、本発明によれば、吸入容積の減少をモータの回転数の増加で補償するように可変容積機構及びインバータが制御される。すなわち、モータを低い回転数で駆動する代わりに、吸入容積を減らす。従って、負荷が小さいときにも高い効率を発揮しうるロータリ圧縮機を提供できる。
負荷が小さいときの効率を重視するならば、帰還経路の入口としての帰還ポートの直径は大きければ大きいほど好ましい。なぜなら、帰還ポートにおける圧力損失を低減できるからである。しかし、負荷が大きいときの効率を考慮すると、帰還ポートの直径は小さければ小さいほど好ましい。なぜなら、帰還ポートの直径が小さければ小さいほど帰還ポートによるデッドボリュームも小さいからである。
帰還ポートは作動室に面しているので、相対的に大きい吸入容積でロータリ圧縮機を運転するときに作動室として機能しないデッドボリュームが帰還ポートによって発生する。帰還ポートのデッドボリュームが圧縮機の効率に及ぼす影響は、帰還ポートにおける圧力損失が圧縮機の効率に及ぼす影響に比べて大きいと考えられる。その理由は、以下の通りである。
まず、圧縮された作動流体が吐出ポートを通過するので、吐出ポートにおける作動流体の体積流量は比較的少ない。他方、圧縮前の作動流体が帰還ポートを通過するので、帰還ポートにおける作動流体の体積流量は比較的多い。帰還ポートにおける圧力損失を抑制するために、帰還ポートの直径は大きい方が好ましいように見える。例えば、特開昭58−119989号公報には、導出孔(本発明の帰還ポートに対応)の開口面積を拡大するための切欠をシリンダの内周面に設ける構成が記載されている。
しかし、本発明のロータリ圧縮機では、負荷が小さいときに可変容積機構の働きによって帰還経路が使用される。つまり、作動流体の質量流量が少ないときに帰還経路が使用される。そのため、帰還経路の使用時に帰還ポートを通過する作動流体の流量も比較的少ない。従って、帰還ポートの直径がある程度小さかったとしても、圧力損失の問題は生じにくい。
上記の知見に基づき、本発明では、Db≦Ddの関係を満たすように、帰還ポートの直径Db及び吐出ポートの直径Ddが定められている。帰還ポートが適切な大きさの直径を有しているので、デッドボリュームによる効率の低下を抑制できる。従って、本発明によれば、負荷が大きいときにも高い効率を発揮しうるロータリ圧縮機を提供できる。
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機100は、圧縮機本体40、アキュームレータ12、吐出経路11、吸入経路14、帰還経路16、可変容積機構30、インバータ42及び制御部44を備えている。
図1に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機100は、圧縮機本体40、アキュームレータ12、吐出経路11、吸入経路14、帰還経路16、可変容積機構30、インバータ42及び制御部44を備えている。
圧縮機本体40は、密閉容器1、モータ2、圧縮機構3及びシャフト4を備えている。圧縮機構3は、密閉容器1内の下方に配置されている。モータ2は、密閉容器1内において、圧縮機構3の上方に配置されている。シャフト4によって、圧縮機構3とモータ2とが連結されている。密閉容器1の上部には、モータ2に電力を供給するための端子21が設けられている。密閉容器1の底部には、潤滑油を保持するためのオイル溜り22が形成されている。圧縮機本体40は、いわゆる密閉型圧縮機の構造を有する。
吐出経路11、吸入経路14及び帰還経路16は、それぞれ、冷媒管で構成されている。吐出経路11は、密閉容器1の上部を貫通しているとともに、密閉容器1の内部で開口している。吐出経路11は、圧縮された作動流体(典型的には冷媒)を圧縮機本体40の外部に導く役割を担う。吸入経路14は、圧縮機構3に接続された一端と、アキュームレータ12に接続された他端とを有し、密閉容器1の胴部を貫通している。吸入経路14は、圧縮するべき冷媒をアキュームレータ12から圧縮機構3の作動室25に導く役割を担う。帰還経路16は、吸入経路14とは異なる位置で圧縮機構3に接続された一端と、アキュームレータ12に接続された他端とを有し、密閉容器1の胴部を貫通している。帰還経路16は、圧縮機構3の作動室25に一旦吸入された冷媒を圧縮前に吸入経路14へと戻す役割を担う。
圧縮機構3は、容積式の流体機構であり、冷媒を圧縮するようにモータ2によって動かされる。図1及び図2に示すように、圧縮機構3は、シリンダ5、ピストン8、ベーン9、バネ10、上軸受6及び下軸受7で構成されている。シリンダ5の内部には、自身の外周面とシリンダ5の内周面との間に作動室25が形成されるように、シャフト4の偏心部4aに嵌め合わされたピストン8が配置されている。シリンダ5には、ベーン溝24が形成されている。ベーン溝24には、ピストン8の外周面に接する先端を有するベーン9が収納されている。バネ10は、ベーン9をピストン8に向かって押すようにベーン溝24に配置されている。上軸受6及び下軸受7は、シリンダ5を閉じるようにシリンダ5の上側及び下側にそれぞれ設けられている。シリンダ5とピストン8との間の作動室25はベーン9によって仕切られ、これにより、吸入室25a及び圧縮−吐出室25bが形成されている。圧縮するべき冷媒は、吸入経路14及び吸入ポート27を通じて作動室25(吸入室25a)に導かれる。圧縮された冷媒が作動室25(圧縮−吐出室25b)から密閉容器1の内部空間28に導かれるように、上軸受6に吐出ポート29が形成されている。吐出ポート29には、図示しない吐出弁が設けられている。なお、ベーン9は、ピストン8に一体化されていてもよい。すなわち、ピストン8及びベーン9がいわゆるスイングピストンで構成されていてもよい。
モータ2は、ステータ17及びロータ18で構成されている。ステータ17は、密閉容器1の内周面に固定されている。ロータ18は、シャフト4に固定されており、かつシャフト4とともに回転する。モータ2により、シリンダ5の内部でピストン8が動かされる。モータ2として、IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Mortar)及びSPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Mortar)等の回転数を変更可能なモータを使用できる。
制御部44は、インバータ42を制御してモータ2の回転数、すなわち、ロータリ圧縮機100の回転数を調節する。制御部44として、A/D変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置等を含むDSP(Digital Signal Processor)を使用できる。
アキュームレータ12は、蓄積容器12a及び導入管12bで構成されている。蓄積容器12aは、液冷媒及びガス冷媒を保持できる内部空間を有する。導入管12bは、蓄積容器12aの上部を貫通しており、かつ蓄積容器12aの内部空間に向かって開口している。蓄積容器12aの底部を貫通する形で、吸入経路14及び帰還経路16がアキュームレータ12にそれぞれ接続されている。吸入経路14及び帰還経路16は、蓄積容器12aの底部から上方に延びており、一定の高さで蓄積容器12aの内部空間に向かって開口している。すなわち、アキュームレータ12の内部空間を介して、帰還経路16が吸入経路14に接続されている。なお、導入管12bから吸入経路14に液冷媒が直接進むことを確実に防ぐために、バッフル等の他の部材が蓄積容器12aの内部に設けられていてもよい。
可変容積機構30は帰還経路16に設けられている。本実施形態では、可変容積機構30が開閉弁32及び逆止弁35で構成されている。すなわち、本実施形態では、可変容積機構30が冷媒を減圧する能力を有していない。また、吸入室25aに吸入された冷媒が圧縮−吐出室25bで実質的に圧縮されることなく、帰還経路16を通じて吸入経路14へと戻される。従って、圧力損失による効率の低下が極めて小さい。ただし、ロータリ圧縮機100の効率に大きな影響を及ぼさない範囲であれば、可変容積機構30が冷媒を減圧する能力を有していてもよい。同様の理由により、圧縮−吐出室25bで圧縮された冷媒が帰還経路16を通じて吸入経路14に戻されてもよい。
開閉弁32は、圧縮機本体40の外部において、帰還経路16に設けられている。他方、逆止弁35は、圧縮機本体40の内部に設けられている。図1及び図2に示すように、帰還経路16は、シリンダ5の内部に形成された上流部分16hと、作動室25と上流部分16hとを連通する帰還ポート16pとを含む。逆止弁35は、上流部分16hに設けられている。逆止弁35によって、帰還経路16から作動室25への冷媒の流れが阻止されている。逆止弁35によれば、電気的な制御に頼ることなく、比較的簡素な構造で帰還経路16から作動室25への冷媒の流れを阻止できる。本明細書では、冷媒の流れ方向を基準として帰還経路16の「上流」及び「下流」を判断する。例えば開閉弁32から見ると、作動室25は上流側に位置し、アキュームレータ12は下流側に位置している。帰還ポート16pから見ると、開閉弁32は下流側に位置している。
図2に示すように、逆止弁35は、弁体36、ガイド37及びバネ38で構成されている。弁体36は、2つの面を有する薄い金属板でできており、帰還ポート16pを閉じる第1位置と、帰還ポート16pを開く第2位置との間を往復できるように、ガイド37の内側に配置されている。弁体36の一方の面は帰還ポート16pに向かい合っており、他方の面はバネ38に向かい合っている。バネ38は、弁体36を帰還ポート16pに向けて押している。弁体36とガイド37との間には適切な広さの隙間が形成されている。弁体36が帰還ポート16pから離れたとき、言い換えれば、弁体36が第2位置を占有したとき、作動室25が帰還経路16の上流部分16hに連通する。弁体36が帰還ポート16pに接したとき、言い換えれば、弁体36が第1位置を占有したとき、作動室25は帰還経路16の上流部分16hから隔離される。
帰還ポート16pは、帰還経路16の入口として作動室25に面している。吐出ポート29は、圧縮された冷媒を圧縮−吐出室25bから流出させる役割を担う。帰還ポート16pの直径をDb、吐出ポート29の直径をDdと定義したとき、帰還ポート16p及び吐出ポート29は、Db≦Ddの関係を満たす。「帰還ポート16pの直径」とは、帰還ポート16pをシリンダ5の内部から正視したときに観察される開口の直径を意味する。仮に、帰還ポート16pが円以外の形状(例えば楕円形)を有している場合には、帰還ポート16pの断面をその断面と面積が等しい円に換算することによって得られる直径(換算直径)を「帰還ポート16pの直径」とみなす。このことは、吐出ポート29等の他のポートについても同様である。
可変容積機構30は、ロータリ圧縮機100の吸入容積(閉じ込め容積)を変更する役割を担う。ロータリ圧縮機100の吸入容積を相対的に小さくすべきときには帰還経路16を通じて作動室25(詳細には圧縮−吐出室25b)から吸入経路14へと圧縮前の冷媒が戻ることを許容する。具体的には、開閉弁32を開く。他方、吸入容積を相対的に大きくすべきときには帰還経路16を通じて作動室25から吸入経路14へと圧縮前の冷媒が戻ることを禁止する。具体的には、開閉弁32を閉じる。開閉弁32が開いているとき、ロータリ圧縮機100は低容積モードで運転される。開閉弁32が閉じているとき、ロータリ圧縮機100は高容積モードで運転される。
可変容積機構30を制御してロータリ圧縮機100の運転モードが高容積モードから低容積モードへと切り替わったとき、吸入容積の減少をモータ2の回転数の増加で補償するようにインバータ42が制御される。これにより、低い能力が必要なとき(負荷が小さいとき)にもモータ2の回転数を極端に下げずに済む。すなわち、低い能力が必要なときにも高い効率を発揮しうる回転数でモータ2を駆動できる。従って、ロータリ圧縮機100の効率も向上する。
図2に示すように、帰還経路16の上流部分16h及び帰還ポート16pは、シャフト4の回転角度で180度の位置に形成されている。本明細書では、ベーン9及びベーン溝24の位置をシャフト4の回転方向に沿った「0度」の基準位置と定義する。言い換えれば、ベーン9がピストン8によってベーン溝24に最大限押し込まれた瞬間におけるシャフト4の回転角度を「0度」と定義する。
高容積モードでは、圧縮−吐出室25bに閉じ込められた冷媒を圧縮する行程(圧縮行程)が0度の回転角度から始まる。他方、低容積モードでは、圧縮−吐出室25bに閉じ込めた冷媒を帰還ポート16pから吐出する行程が0〜180度の期間において行われ、圧縮行程が180度の回転角度から始まる。従って、高容積モードでの吸入容積をVとすると、低容積モードでの吸入容積はV/2である。もちろん、変化させるべき吸入容積の比率に応じて、帰還ポート16p等の位置を適宜変更できる。例えば、帰還ポート16pが90度の位置に形成されている場合、低容積モードでの吸入容積は{1+(1/2)1/2}V/2となる。
次に、図3を参照して圧縮機構3の動きを説明する。
図3は、シャフト4及びピストン8が反時計回りに回転する様子を表している。シャフト4の回転に伴って吸入室25aの容積は増加する。図3の左上図に示すように、シャフト4が一回転すると吸入室25aの容積は最大になる。その後、吸入室25aは圧縮−吐出室25bへと変化する。シャフト4の回転に伴って圧縮−吐出室25bの容積は減少する。図4A及び図4Bに示すように、吸入室25aの容積が点A、点B及び点Cに沿って増加するとき、圧縮−吐出室25bの容積は点D、点E及び点Fに沿って減少する。
開閉弁32が開いている場合、図3の右上図に示すように、圧縮−吐出室25bの容積の減少に伴って逆止弁35が開き、冷媒が帰還ポート16pを通って圧縮−吐出室25bの外に吐出される。吐出された冷媒は、帰還経路16を通って吸入経路14へと戻される。そのため、圧縮−吐出室25bの圧力は上昇しない。図3の右下図に示すように、シャフト4の回転角度が180度に達すると、圧縮−吐出室25bが帰還経路16から隔離され、圧縮−吐出室25bで冷媒が圧縮され始める。すなわち、圧縮機構3の吸入容積は「V/2」である。圧縮行程は、圧縮−吐出室25bの圧力が密閉容器1の内部空間28の圧力に達するまで継続する。圧縮−吐出室25bの圧力が内部空間28の圧力に達した後、シャフト4の回転角度が360度(0度)に達するまで、吐出行程が行われる。図3の左下図及び左上図に示すように、シャフト4が1回転すると圧縮−吐出室25bの容積はゼロになる。
開閉弁32が閉じている場合、冷媒は、帰還経路16を通って作動室25から吸入経路14へと戻ることができない。そのため、圧縮機構3の吸入容積は「V」であり、吸入行程が終了したら直ちに圧縮行程が始まる。このとき、帰還ポート16pから開閉弁32までの帰還経路16の部分、すなわち、帰還経路16の上流部分16hは、比較的高い圧力を有する。なぜなら、開閉弁32を閉じると、中間圧まで圧縮された冷媒が上流部分16hに徐々に蓄積されるからである。圧縮−吐出室25bの圧力が上流部分16hの圧力よりも低い場合には、逆止弁35により帰還経路16から圧縮−吐出室25bへの冷媒の逆流が防止される。すなわち、開閉弁32から見て作動室25の側(上流側)に逆止弁35が設けられているので、帰還経路16の全部がデッドボリュームとなることを回避できる。
本実施形態では、帰還経路16の上流部分16hに逆止弁35が設けられている。従って、帰還経路16によるデッドボリュームは、帰還ポート16pに占有された空間の体積に相当する。このデッドボリュームは、開閉弁32を閉じているとき(高容積モード)の圧縮機100の効率を低下させる。開閉弁32を閉じているとき、帰還ポート16pに流入した冷媒は、圧縮行程で圧縮される。しかし、帰還ポート16pで圧縮された冷媒は、作動室25の外部に吐出されない。次の吸入行程で帰還ポート16pが吸入室25aに面したとき、帰還ポート16pに残った圧縮冷媒は吸入室25aで吸入圧力まで減圧される。つまり、帰還ポート16pに冷媒が残ることによって余分な圧縮動力が消費される。開閉弁32を閉じているときの圧縮機100の効率を考えると、デッドボリュームは可能な限り小さいことが望ましい。
他方、開閉弁32を開いているとき(低容積モード)、帰還ポート16pは冷媒の流路を構成する。帰還ポート16pでの流れ抵抗を低減するため、すなわち、帰還ポート16pでの圧力損失を低減するためには、帰還ポート16pの断面積(流路面積)は可能な限り大きいことが望ましい。
図2に示すように、帰還ポート16pによるデッドボリュームは、シリンダ5の内周面から弁体36の座面までの距離Lvに依存する。距離Lvが短ければ短いほどデッドボリュームも小さい。しかし、シリンダ5の強度を確保するためには、十分な距離Lvが不可欠である。つまり、デッドボリュームをゼロにすることは実質的に不可能である。
一般的に、ロータリ圧縮機において、吸入ポートの直径及び吐出ポートの直径は、定格条件(機器を設計するときの代表的な条件)における吸入冷媒の密度及び吐出冷媒の密度によって決定される。定格条件における吸入冷媒の密度に対する吐出冷媒の密度の比率は、例えばエアコンであれば、使用された各機器の性能にも左右されるが、約2.5である。そのため、(吸入ポートの直径)=(2.5)0.5×(吐出ポートの直径)の関係を満たすように、各ポートの大きさが決定される。
本実施形態によれば、圧縮機100が低容積モードで運転されているとき、冷媒は殆ど圧縮されずに帰還ポート16pを通過する。帰還ポート16pを通過する冷媒の密度は、吸入冷媒の密度に概ね等しい。圧力損失だけを考慮すれば、帰還ポート16pが、吸入ポート27の直径に概ね等しい大きさの直径Dbを有していることが望ましい。
しかし、先に詳細に説明したように、帰還ポート16pのデッドボリュームが圧縮機100の効率に及ぼす影響は、帰還ポート16pにおける圧力損失が圧縮機100の効率に及ぼす影響に比べて大きいと考えられる。こうした知見に基づき、本実施形態では、Db≦Ddの関係を満たすように、帰還ポート16pの直径Db及び吐出ポート29の直径Ddが定められている。これにより、デッドボリュームによる効率の低下を抑制できる。
帰還ポート16pの直径Dbの下限は特に限定されない。例えば(Dd/10)≦Dbの関係を満たすように、帰還ポート16pの直径Db及び吐出ポート29の直径Ddを定めることができる。帰還ポート16pが小さすぎると、圧力損失が過大となるおそれがある。また、帰還ポート16pの直径Dbが吐出ポート29の直径Ddと同じかそれ以下であれば、逆止弁35の弁体36として、吐出ポート29に設けられた逆止弁(図示省略)の弁体と同じものを使用できる。つまり、部品の種類を減らすことによるコスト低減の効果を期待できる。
次に、図5Aを参照して、制御部44による可変容積機構30(開閉弁32)及びインバータ42の制御手順を説明する。
ステップS1において、要求された能力に応じてモータ2の回転数を調節する。具体的には、必要な冷媒流量が得られるようにモータ2の回転数を調節する。次に、ステップS2及びステップS6において、モータ2の回転数を下げたのか又は上げたのかを判断する。ステップS1で回転数を下げた処理を行っている場合には、ステップS3に進み、現在の回転数が30Hz以下かどうかを判断する。現在の回転数が30Hz以下であれば、ステップS4において、開閉弁32が閉じているかどうかを判断する。開閉弁32が閉じている場合、ステップS5において、開閉弁32を開く処理と、モータ2の回転数を現在の回転数の2倍の回転数に上げる処理とを実行する。ステップS5における各処理の順序は特に限定されないが、開閉弁32を開くのと概ね同時にモータ2の回転数を上げることができる。
他方、ステップS1で回転数を上げる処理を行っている場合には、ステップS7に進み、現在の回転数が70Hz以上かどうかを判断する。現在の回転数が70Hz以上であれば、ステップS8において、開閉弁32が開いているかどうかを判断する。開閉弁32が開いている場合、ステップS9において、開閉弁32を閉じる処理と、モータ2の回転数を現在の回転数の1/2倍の回転数まで下げる処理とを実行する。ステップS9における各処理の順序は特に限定されないが、開閉弁32を閉じるのと概ね同時にモータ2の回転数を下げることができる。
図5Aのフローチャートに沿った制御を行うことにより、開閉弁32の状態とモータ2の回転数との関係は、図6に示すように、ヒステリシスを持ったものとなる。このような制御によれば、圧縮機構3のハンチングを防止できる。
開閉弁32を閉じた状態、すなわち、帰還経路16を通じて作動室25から吸入経路14へと冷媒が戻ることを禁止した高容積モードでの圧縮機構3の吸入容積は「V」である。高容積モードで運転中にモータ2の回転数が高回転側から第1回転数(例えば30Hz)以下に低下した場合に、制御部44は、吸入容積を減らすための開閉弁32に関する処理とモータ2の回転数を上げるためのインバータ42に関する処理とを実行する。吸入容積を減らすための開閉弁32に関する処理とは、開閉弁32を開く処理である。モータ2の回転数を上げるためのインバータ42に関する処理とは、モータ2の目標回転数を直近の回転数の2倍に設定する処理である。
また、制御部44は、吸入容積の増加をモータ2の回転数の減少で補償するように開閉弁32及びインバータ42を制御する。開閉弁32を開いた状態、すなわち、帰還経路16を通じて作動室25から吸入経路14へと冷媒が戻ることを許容した低容積モードでの圧縮機構3の吸入容積は「V/2」である。低容積モードで運転中にモータ2の回転数が第2回転数(例えば70Hz)以上に上昇した場合に、制御部44は、吸入容積を増やすための開閉弁32に関する処理とモータ2の回転数を下げるためのインバータ42の処理とを実行する。吸入容積を増やすための開閉弁32に関する処理とは、開閉弁32を閉じる処理である。モータ2の回転数を下げるためのインバータ42に関する処理とは、モータ2の目標回転数を直近の回転数の1/2倍に設定する処理である。
図6に示すように、開閉弁32を閉じた状態でモータ2の回転数が30Hzまで低下すると、開閉弁32を開き、モータ2の回転数を60Hzに上げる。開閉弁32を開いた状態でモータ2の回転数が70Hzまで上昇すると、開閉弁32を閉じ、モータ2の回転数を35Hzに下げる。開閉弁32を開いてモータ2の回転数を上げたときのその回転数を第3回転数、開閉弁32を閉じてモータ2の回転数を下げたときのその回転数を第4回転数とすると、(第1回転数)<(第4回転数)、(第3回転数)<(第2回転数)の関係が成立している。例えば、第1回転数を30Hz以下の回転数に設定することで、ロータリ圧縮機100をより幅広い能力で運転することが可能となる。第1回転数の下限は特に限定されないが、例えば20Hzである。
運転モードの切り替えを行ったとき、モータ2の回転数は、高容積モードでの吸入容積VHに対する低容積モードでの吸入容積VLの比率(VL/VH)に応じて調節されうる。高容積モードから低容積モードへと切り替わるとき、モータ2の回転数(目標回転数)は、モード切り替えの直前におけるモータ2の回転数を比率(VL/VH)で除した回転数に設定される。同様に、低容積モードから高容積モードへと切り替わるとき、モータ2の回転数は、モード切り替えの直前におけるモータ2の回転数に比率(VL/VH)を乗じた回転数に設定される。このようにすれば、高容積モードと低容積モードとの間の運転モードの切り替えをスムーズに行うことができる。
なお、吸入容積の減少によるロータリ圧縮機100の能力の減少をモータ2の回転数の増加によるロータリ圧縮機100の能力の増加で100%補償することは必須ではない。図6に示す例では、開閉弁32を開いて吸入容積を1/2に減らしたとき、モータ2の回転数を2倍に増やしているので、モード切り替えによってロータリ圧縮機100の能力が変化していない。しかし、モード切り替えが原因でロータリ圧縮機100の能力が増減したとしても特に問題ない。
次に、開閉弁32及びインバータ42の別の制御手順について説明する。
高容積モードでモータ2の回転数を第1回転数(例えば30Hz)まで下げたとしても冷媒の流量が過剰である場合に、吸入容積を減らすための開閉弁32に関する処理とモータ2の回転数を上げるためのインバータ42に関する処理とを実行するように制御部44が構成されていてもよい。つまり、モータ2の回転数を実際に第1回転数まで下げる前にモード切り替えの要否を判断するように、制御部44が構成されていてもよい。同様に、低容積モードでモータ2の回転数を第2回転数(例えば70Hz)まで上げたとしても冷媒の流量が足りない場合に、吸入容積を増やすための開閉弁32に関する処理とモータ2の回転数を下げるためのインバータ42に関する処理とを実行するように制御部44が構成されていてもよい。つまり、モータ2の回転数を実際に第2回転数まで上げる前にモード切り替えの要否を判断するように、制御部44が構成されていてもよい。このような制御の例について、図5Bを参照して説明する。
図5Bに示すように、まず、ステップS11でモータ2の必要な回転数を算出する。「必要な回転数」は、例えば、必要な冷媒流量を得るための回転数を意味する。次に、ステップS12において、必要な回転数が第1回転数(例えば30Hz)以下かどうかを判断する。必要な回転数が第1回転数以下である場合、ステップS13において、開閉弁32が閉じているかどうかを判断する。開閉弁32が閉じている場合、ステップS15において、開閉弁32を開くとともに、モータ2の回転数を必要な冷媒流量を得ることができる回転数に調節する。開閉弁32が開いている場合、ステップS14でモータ2の回転数のみを調節する。
他方、必要な回転数が第1回転数よりも大きい場合、ステップS16において、必要な回転数が第2回転数(例えば70Hz)以上かどうかを判断する。必要な回転数が第2回転数以上である場合、ステップS17において、開閉弁32が開いているかどうかを判断する。開閉弁32が開いている場合、ステップS18において、開閉弁32を閉じるとともに、モータ2の回転数を必要な冷媒流量を得ることができる回転数に調節する。開閉弁32が閉じている場合、ステップS19でモータ2の回転数のみを調節する。
図5A又は図5Bを参照して説明した制御を行うことにより、ロータリ圧縮機100は、図7に実線で示すように、低い能力が必要なとき(負荷が小さいとき)にも高い効率を発揮しうる。図7において、ロータリ圧縮機100の定格能力を「100%」とする。ロータリ圧縮機100の効率は、定格能力を基準とすると、発揮すべき能力の減少、すなわちモータ2の回転数の低下に伴って低下する。破線で示すように、モータ2を定格回転数の50%の回転数以下で駆動したときに、効率の低下が顕著となる。本実施形態では、相対的に低い能力が必要なときには吸入容積V/2の低容積モードで運転を行う。これにより、モータ2をなるべく定格回転数に近い回転数で駆動することができる。従って、必要な能力が定格能力の50%以下の領域においても、ロータリ圧縮機100は優れた効率を発揮できる。
次に、アキュームレータ12の内部空間を介して帰還経路16が吸入経路14に連通していることに基づく効果を説明する。
吸入経路14に存在する冷媒は、基本的に、全て吸入室25aに吸入される。そのため、図8Aに示すように、吸入経路14における冷媒の流速は、吸入室25aの容積(図4A参照)の変化率に比例して変化する。具体的には、吸入経路14における冷媒の流速は、理論的には、シャフト4の回転角度に対して正弦波のプロファイルを示す。
開閉弁32が開いている場合、シャフト4の回転角度が0〜180度の期間において、圧縮−吐出室25bの冷媒が帰還ポート16pを通じて帰還経路16に吐出される。圧縮−吐出室25bから帰還経路16に吐出される冷媒の量は、0〜180度の期間における圧縮−吐出室25bの容積の減少量に等しい。図8Bに示すように、帰還経路16における冷媒の流速は、シャフト4の回転角度が0〜180度の期間に限り、圧縮−吐出室25bの容積(図4B参照)の変化率に比例して変化する。具体的には、帰還経路16における冷媒の流速は、理論的には、0〜180度の期間で正弦波のプロファイルを示し、180〜360度の期間でゼロとなる。
アキュームレータ12には、導入管12b及び帰還経路16の両方から冷媒が流入する。アキュームレータ12に流入した冷媒は、吸入経路14にのみ進むことができる。従って、アキュームレータ12の導入管12bにおける冷媒の流速は、吸入経路14における冷媒の流速と、帰還経路16における冷媒の流速との差に概ね一致する。具体的には、図8Cに示すように、導入管12bにおける冷媒の流速は、理論的には、180〜360度の期間で正弦波のプロファイルを示し、0〜180度の期間でゼロとなる。
シャフト4の回転角度が180度のとき、帰還経路16の冷媒の流れは、最大流速vからゼロまで急減する。また、シャフト4の回転角度が180度のとき、導入管12bの冷媒の流れは、ゼロから最大流速vまで急増する。このような急激な流速の変化は、水撃の発生を助長し、吸入経路14及び帰還経路16を構成している配管の振動による信頼性の低下、騒音の発生といった問題を引き起こす可能性がある。さらに、吸入経路14に伝わった圧力波が吸入室25aの体積効率を低下させ、これによりロータリ圧縮機100の効率が低下する可能性もある。しかし、本実施形態では、アキュームレータ12の内部空間を介して、帰還経路16が吸入経路14に接続されている。この構成によれば、水撃の発生を防止できるので、振動、騒音及び効率の低下を効果的に抑制できる。
(第2実施形態)
図9に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機200は、第1実施形態で説明した圧縮機構3に加えて、第2圧縮機構33を備えている。以下、第1実施形態で説明した圧縮機構3の要素に「第1」を付して標記する。例えば、シリンダ5を第1シリンダ5、ピストン8を第1ピストン8、ベーン9を第1ベーン9、作動室25を第1作動室25、圧縮機構3を第1圧縮機構3と標記する。
図9に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機200は、第1実施形態で説明した圧縮機構3に加えて、第2圧縮機構33を備えている。以下、第1実施形態で説明した圧縮機構3の要素に「第1」を付して標記する。例えば、シリンダ5を第1シリンダ5、ピストン8を第1ピストン8、ベーン9を第1ベーン9、作動室25を第1作動室25、圧縮機構3を第1圧縮機構3と標記する。
図9及び図10Aに示すように、本実施形態において、可変容積機構30は、リード136及び弁止め137を含むリード弁135を逆止弁として有する。リード136及び弁止め137は、ネジ、ボルト等の固定部品138によって第1シリンダ5に固定されている。リード弁135は、リード136の表面と裏面との間の圧力差によって開閉する。すなわち、リード弁135の機能は、第1実施形態で説明した逆止弁35と同じである。帰還ポート16pを確実に開閉できる限りにおいて、可変容積機構30における逆止弁の構造は限定されない。
図9及び図10Bに示すように、第2圧縮機構33は、第2シリンダ55、第2ピストン58、第2ベーン59及び第2バネ60で構成されている。第2シリンダ55は、第1シリンダ5に対して同心状に配置されている。第2シリンダ55の内部には、自身の外周面と第2シリンダ55の内周面との間に第2作動室75が形成されるように、シャフト4の第2偏心部4bに嵌め合わされた第2ピストン58が配置されている。第2シリンダ55には、第2ベーン溝64が形成されている。第2ベーン溝64には、第2ピストン58の外周面に接する先端を有する第2ベーン59が収納されている。第2バネ60は、第2ベーン59を第2ピストン58に向かって押すように第2ベーン溝64に配置されている。第2シリンダ55と第2ピストン58との間の第2作動室75は第2ベーン59によって仕切られ、これにより、第2吸入室75a及び第2圧縮−吐出室75bが形成されている。圧縮するべき冷媒は、第2吸入経路15及び第2吸入ポート77を通じて第2作動室75(第2吸入室75a)に導かれる。圧縮された冷媒が第2作動室75(第2圧縮−吐出室75b)から密閉容器1の内部空間28に導かれるように、上軸受6に第2吐出ポート79が形成されている。第2吐出ポート79には、図示しない吐出弁が設けられている。
下軸受7は、第1圧縮機構3で圧縮された冷媒を受け入れることができる内部空間を有するマフラ23で覆われている。第1圧縮機構3の第1吐出ポート29は、下軸受7に形成されている。第1圧縮機構3で圧縮された冷媒がマフラ23の内部空間から密閉容器1の内部空間28へと移動するように、下軸受7、第1シリンダ5、中板53、第2シリンダ55及び上軸受6を貫通する流路26が形成されている。
第1偏心部4aの突出方向は、第2偏心部4bの突出方向と180度ずれている。つまり、第1ピストン8の位相が第2ピストン58の位相とシャフト4の回転角度で180度ずれている。
第1圧縮機構3に対して、第1吸入経路14を通じて冷媒が供給される。第2圧縮機構33に対して、第2吸入経路15を通じて冷媒が供給される。冷媒は、第1圧縮機構3又は第2圧縮機構33で圧縮され、密閉容器1の内部空間28に吐出される。第1吸入経路14及び第2吸入経路15は、それぞれ、アキュームレータ12に接続されている。なお、アキュームレータ12の内部又は外部において、吸入経路14及び15の一方が他方から分岐していてもよい。
図9及び図10Bに示すように、第2圧縮機構33に帰還経路16は接続されていないので、第2圧縮機構33の吸入容積は常に一定である。第1圧縮機構3の吸入容積のみを変更できるように、帰還経路16が第1圧縮機構3にのみ接続されている。第1圧縮機構3の吸入容積のみを変更できるようにすることで、ロータリ圧縮機200の生産コストを抑制できる。
本実施形態では、第1圧縮機構3がモータ2から遠い側に配置され、第2圧縮機構33がモータ2に近い側に配置されている。すなわち、シャフト4の軸方向に沿って、モータ2、第2圧縮機構33及び第1圧縮機構3がこの順番で並んでいる。第2圧縮機構33は、一定の吸入容積を有しているので、低容積モードにおいても大きい負荷トルクを必要とする。従って、第2圧縮機構33がモータ2から近い側に配置されていると、低容積モードでシャフト4に加わる荷重が軽減され、これにより、軸受6及び7等における損失を低減できる。また、低容積モードで小さい吸入容積を有する第1圧縮機構3が下側に配置されていると、圧縮された冷媒がマフラ23を通じて密閉容器1の内部空間28へと流れることによって発生する圧力損失を低減できる。ただし、第1圧縮機構3及び第2圧縮機構33の位置関係は、上記の関係に限定されない。
第1実施形態で説明したように、帰還ポート16pを180度の位置に形成した場合、第1圧縮機構3の吸入容積として、「V」又は「V/2」を選択できる。さらに、第2圧縮機構33の吸入容積が「V」のとき、圧縮機構3及び33の吸入容積の合計として、「2V」又は「1.5V」を選択できる。
他方、帰還経路16を通じて第1作動室25から第1吸入経路14へと冷媒が戻ることを許容した低容積モードにおいて、第1圧縮機構3の吸入容積を実質的にゼロにすることもできる。具体的には、図11に示すように、帰還ポート16pが第1吐出ポート29に近い位置に形成されていてもよい。この構成によれば、低容積モードにおいて、第1吸入室25aに吸入された冷媒の略全部が圧縮されることなく帰還経路16を通じてアキュームレータ12に戻される。つまり、第1圧縮機構3の機能をキャンセルすることができる。低容積モードにおける圧縮機構3及び33の吸入容積の合計は、第2圧縮機構33の吸入容積Vに等しい。
なお、「第1圧縮機構3の吸入容積を実質的にゼロにする」とは、第1圧縮機構3の吸入容積が完全にゼロであることを必ずしも意味しない。例えば、高容積モードでの吸入容積がVであるとき、低容積モードでの吸入容積が{1−(1/2)1/2}V/2未満、好ましくはV/10未満となるように、帰還ポート16pの位置を決定することができる。この構成によれば、低容積モードで第1圧縮機構3が冷媒に対して圧縮仕事を行っておらず、その機能が失われていると言える。
(第3実施形態)
第3実施形態は、第2実施形態の変形例に相当する。図12に示すように、本実施形態に係るロータリ圧縮機300は、第1圧縮機構3及び第2圧縮機構33の各吸入容積を変更できるように構成された可変容積機構30を備えている。可変容積機構30は、帰還経路16に設けられており、開閉弁32、第1逆止弁35及び第2逆止弁350で構成されている。第2逆止弁350は、第1逆止弁35と同じ構造を有する。
第3実施形態は、第2実施形態の変形例に相当する。図12に示すように、本実施形態に係るロータリ圧縮機300は、第1圧縮機構3及び第2圧縮機構33の各吸入容積を変更できるように構成された可変容積機構30を備えている。可変容積機構30は、帰還経路16に設けられており、開閉弁32、第1逆止弁35及び第2逆止弁350で構成されている。第2逆止弁350は、第1逆止弁35と同じ構造を有する。
帰還経路16は、第1圧縮機構3に接続された第1分岐161と、第2圧縮機構33に接続された第2分岐162とを有する。第1分岐161及び第2分岐162は、開閉弁32から見て上流側で合流している。つまり、開閉弁32は、第1逆止弁35及び第2逆止弁350に共用されている。第2分岐162は、第2シリンダ55の内部に形成された第2上流部分162hと、第2圧縮機構33の作動室75と第2上流部分162hとを連通する第2帰還ポート162pとを含む。第2逆止弁350は、第2上流部分162hに設けられている。このように、第2圧縮機構33の吸入容積を変更するための構造として、第1圧縮機構3の吸入容積を変更するための構造と同じ構造が採用されている。
シャフト4の周方向において、第1逆止弁35が設けられている位置は、第2逆止弁350が設けられている位置に一致している。第1実施形態で説明したように、低容積モードにおける第1圧縮機構3の吸入容積は、例えば、高容積モードにおける第1圧縮機構3の吸入容積の半分である。また、低容積モードにおける第2圧縮機構33の吸入容積は、例えば、高容積モードにおける第2圧縮機構33の吸入容積の半分である。つまり、本実施形態では、第2圧縮機構33の吸入容積の変化量が、第1圧縮機構3の吸入容積の変化量に等しい。この構成によれば、運転モードによらず、第1圧縮機構3で発生する一回転あたりの回転トルクは、第2圧縮機構33で発生する一回転あたりの回転トルクに等しい。さらに、第2実施形態で説明したように、第1偏心部4aの突出方向は、第2偏心部4bの突出方向と180度ずれている。つまり、第1ピストン8の位相が第2ピストン58の位相とシャフト4の回転角度で180度ずれている。従って、第1圧縮機構3と第2圧縮機構33との間で、回転トルクの変動を打ち消しあうことができる。トルクの変動が小さければ、モータ2の回転数制御が容易になるとともに、モータ効率が向上する。また、回転速度の変動を抑制できるので、ロータリ圧縮機300を構成する各機器の信頼性が向上するとともに、騒音も低減できる。
第2帰還ポート162pの直径をDb2、第2吐出ポート79(図10B参照)の直径をDd2としたとき、Db2≦Dd2(詳細には(Dd2/10)≦Db2≦Dd2)の関係を満たすように、第2帰還ポート162pの直径Db2及び第2吐出ポート79の直径Dd2を定めることができる。これにより、第1圧縮機構3に関して第1実施形態で説明した効果と同じ効果が第2圧縮機構33についても得られる。
なお、第1分岐161及び第2分岐162のそれぞれに開閉弁32が設けられていてもよい。この場合、第1圧縮機構3の吸入容積と第2圧縮機構33の吸入容積とを独立して変更することができる。また、第1逆止弁35の構造が、第2逆止弁350の構造と異なっていてもよい。例えば、第1実施形態で説明した構造の逆止弁を第1逆止弁35として使用し、第2実施形態で説明した構造の逆止弁(リード弁)を第2逆止弁350として使用できる。
(第4実施形態)
図13に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機500は、第1実施形態のロータリ圧縮機100のものと異なる構造の可変容積機構30を有している。その他の構成は、第1実施形態で説明した通りである。
図13に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機500は、第1実施形態のロータリ圧縮機100のものと異なる構造の可変容積機構30を有している。その他の構成は、第1実施形態で説明した通りである。
ロータリ圧縮機500は、可変容積機構30として、三方弁90、容積制御弁91及び高圧経路92を有している。帰還経路16は、シリンダ5の内部に形成された上流部分16hと作動室25に向かって開口している帰還ポート16pとを有する。帰還ポート16pを開閉できるように、上流部分16hに容積制御弁91が配置されている。高圧経路92は、三方弁90に接続された一端と、オイル溜り22に接続された他端とを有する。高圧経路92は、圧縮された冷媒の圧力に等しい圧力を容積制御弁91に供給するための経路である。本実施形態のロータリ圧縮機500は、圧縮された冷媒で密閉容器1の内部空間28が満たされる、いわゆる高圧シェル型の圧縮機である。オイル溜り22には、圧縮された冷媒の圧力に略等しい圧力を有するオイルが保持されている。三方弁90は、吸入経路14と高圧経路92とのいずれかを帰還経路16の上流部分16hに接続できるように構成されている。三方弁90を制御することにより、高容積モードと低容積モードとのいずれかのモードでロータリ圧縮機500を運転できる。
図14A及び図14Bに示すように、容積制御弁91は、プランジャ96及びバネ97を含む。プランジャ96は、帰還ポート16pに向かい合っている底面を有する筒の形状を有しており、筒状の上流部分16hにスライドできるように配置されている。バネ97は、プランジャ96の内側に結合されており、プランジャ96に対し、帰還ポート16pから離れる方向の力を付与している。帰還経路16の上流部分16hには、溝16gがプランジャ96の外周面に沿って形成されている。溝16gは、プランジャ96のスライド方向に沿って延びているとともに、スライド方向に関して、プランジャ96の長さよりも長い寸法を有する。
図14Aに示すように、低容積モードでは、吸入経路14が帰還経路16の上流部分16hに連通するように三方弁90を制御する。すると、プランジャ96が帰還ポート16pから離れ、帰還ポート16p及び溝16gを通じて、作動室25から帰還経路16へと冷媒が流れることができる。すなわち、三方弁90によって吸入経路14が帰還経路16の上流部分16hに接続されているときに容積制御弁91が開いて作動室25から吸入経路14への冷媒の流れが許容される。
他方、図14Bに示すように、高容積モードでは、高圧経路92が帰還経路16の上流部分16hに連通するように三方弁90を制御する。すると、オイル溜り22のオイルの圧力がプランジャ96の背面に作用し、バネ97の力よりも大きい力でプランジャ96が帰還ポート16pに押し付けられ、作動室25から帰還経路16へと冷媒が流れることができない状態となる。すなわち、三方弁90によって高圧経路92が帰還経路16の上流部分16hに接続されているときに容積制御弁91が閉じて作動室25から吸入経路14への冷媒の流れが禁止される。
第1実施形態で説明したように、逆止弁35を採用した場合は、逆止弁35がシャフト4の回転に同期して開閉する。これに対し、本実施形態で採用された容積制御弁91は、常に開いた状態、又は常に閉じた状態となる。そのため、振動、騒音及び圧力損失の低減に有利である。
本実施形態において、高圧経路92は、オイル溜り22に接続された(開口した)一端を有する。容積制御弁91に高圧を供給する目的を達成するためには、高圧経路92の一端は、密閉容器1の内部空間28のどの部分に接続されていてもよい。また、ロータリ圧縮機500を冷凍サイクル装置に使用した場合には、高圧経路92が冷媒回路の高圧部分(例えば、ロータリ圧縮機500と放熱器との間の部分)に接続されていてもよい。ただし、本実施形態によれば、プランジャ96に高圧を作用させて容積制御弁91を閉じる場合に、オイルによるシール効果が得られる。このことは、冷媒の漏れによる効率の低下を防止する観点で好ましい。
(応用実施形態)
図15に示すように、ロータリ圧縮機100を使用して冷凍サイクル装置600を構築できる。冷凍サイクル装置600は、ロータリ圧縮機100、放熱器602、膨張機構604及び蒸発器606を備えている。これらの機器は、冷媒回路を形成するように冷媒管によって上記の順番で接続されている。放熱器602は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、ロータリ圧縮機100で圧縮された冷媒を冷却する。膨張機構604は、例えば膨張弁で構成されており、放熱器602で冷却された冷媒を膨張させる。蒸発器606は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、膨張機構604で膨張した冷媒を加熱する。第1実施形態のロータリ圧縮機100に代えて、第2〜第4実施形態のロータリ圧縮機200,300又は500を使用してもよい。
図15に示すように、ロータリ圧縮機100を使用して冷凍サイクル装置600を構築できる。冷凍サイクル装置600は、ロータリ圧縮機100、放熱器602、膨張機構604及び蒸発器606を備えている。これらの機器は、冷媒回路を形成するように冷媒管によって上記の順番で接続されている。放熱器602は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、ロータリ圧縮機100で圧縮された冷媒を冷却する。膨張機構604は、例えば膨張弁で構成されており、放熱器602で冷却された冷媒を膨張させる。蒸発器606は、例えば空気−冷媒熱交換器で構成されており、膨張機構604で膨張した冷媒を加熱する。第1実施形態のロータリ圧縮機100に代えて、第2〜第4実施形態のロータリ圧縮機200,300又は500を使用してもよい。
(その他)
本明細書で説明したいくつかの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で相互に組み合わせることができる。例えば、第1実施形態で説明した逆止弁35を第3実施形態で説明した三方弁90と組み合わせても、第1実施形態で説明した効果が得られる。
本明細書で説明したいくつかの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で相互に組み合わせることができる。例えば、第1実施形態で説明した逆止弁35を第3実施形態で説明した三方弁90と組み合わせても、第1実施形態で説明した効果が得られる。
また、ロータリ圧縮機100の起動時において、帰還経路16を通じて作動室25から吸入経路14へと冷媒が戻ることを許容するように可変容積機構30を制御することもできる。つまり、起動時に一時的に低容積モードでロータリ圧縮機100を運転する。
本発明は、給湯機、温水暖房装置及び空気調和装置等に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。本発明は、特に、幅広い能力が要求される空気調和装置の圧縮機に有用である。
1 密閉容器
2 モータ
3,33 圧縮機構
4 シャフト
5,55 シリンダ
8,58 ピストン
9,59 ベーン
12 アキュームレータ
14,15 吸入経路
16 帰還経路
16p,162p 帰還ポート
25,75 作動室
25a,75a 吸入室
25b,75b 圧縮−吐出室
29,79 吐出ポート
30 可変容積機構
32 開閉弁
35,135,350 逆止弁
40 圧縮機本体
42 インバータ
44 制御部
90 三方弁
91 容積制御弁
92 高圧経路
100,200,300,500 ロータリ圧縮機
161,162 分岐
2 モータ
3,33 圧縮機構
4 シャフト
5,55 シリンダ
8,58 ピストン
9,59 ベーン
12 アキュームレータ
14,15 吸入経路
16 帰還経路
16p,162p 帰還ポート
25,75 作動室
25a,75a 吸入室
25b,75b 圧縮−吐出室
29,79 吐出ポート
30 可変容積機構
32 開閉弁
35,135,350 逆止弁
40 圧縮機本体
42 インバータ
44 制御部
90 三方弁
91 容積制御弁
92 高圧経路
100,200,300,500 ロータリ圧縮機
161,162 分岐
Claims (9)
- シリンダと、自身の外周面と前記シリンダの内周面との間に作動室が形成されるように前記シリンダの内部に配置されたピストンと、前記作動室を吸入室と圧縮−吐出室とに仕切るベーンとを有する圧縮機構と、
前記ピストンを動かすモータと、
圧縮するべき作動流体を前記吸入室に導く吸入経路と、
圧縮された作動流体を前記圧縮−吐出室から流出させる吐出ポートと、
前記作動室に面した帰還ポートを入口として有し、前記作動室から前記吸入経路へと作動流体を戻す帰還経路と、
前記帰還経路に設けられ、前記圧縮機構の吸入容積を相対的に小さくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを許容し、前記吸入容積を相対的に大きくすべきときには前記帰還経路を通じて前記作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを禁止する可変容積機構と、
前記モータを駆動するインバータと、
前記吸入容積の減少を前記モータの回転数の増加で補償するように前記可変容積機構及び前記インバータを制御する制御部と、
を備え、
前記帰還ポートの直径をDb、前記吐出ポートの直径をDdと定義したとき、Db≦Ddの関係を満たす、ロータリ圧縮機。 - (Dd/10)≦Dbの関係をさらに満たす、請求項1に記載のロータリ圧縮機。
- 作動流体を保持できる内部空間を有し、前記吸入経路及び前記帰還経路が接続されたアキュームレータをさらに備え、
前記アキュームレータの前記内部空間を介して、前記帰還経路が前記吸入経路に接続されている、請求項1又は2に記載のロータリ圧縮機。 - 前記可変容積機構が、前記帰還経路に設けられた開閉弁を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロータリ圧縮機。
- 前記帰還経路が、前記シリンダの内部に形成された上流部分を含み、
前記可変容積機構が、三方弁と、前記上流部分に設けられた容積制御弁と、圧縮された作動流体の圧力に等しい圧力を前記容積制御弁に供給する高圧経路と、を含み、
前記三方弁は、前記吸入経路及び前記高圧経路のいずれかを前記帰還経路の前記上流部分に接続するように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のロータリ圧縮機。 - 前記シリンダを第1シリンダ、前記ピストンを第1ピストン、前記ベーンを第1ベーン、前記作動室を第1作動室、前記圧縮機構を第1圧縮機構と定義したとき、
当該ロータリ圧縮機は、第2シリンダ、第2ピストン及び第2ベーンを有し、かつ前記第1圧縮機構と共通の前記モータによって前記第2ピストンが動かされる第2圧縮機構をさらに備え、
前記第2圧縮機構の吸入容積が一定であり、
前記第1圧縮機構の前記吸入容積のみを変更できるように、前記帰還経路が前記第1圧縮機構にのみ接続されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のロータリ圧縮機。 - 前記帰還経路を通じて前記第1作動室から前記吸入経路へと作動流体が戻ることを許容した低容積モードにおいて、前記第1圧縮機構の前記吸入容積が実質的にゼロである、請求項6に記載のロータリ圧縮機。
- 前記シリンダを第1シリンダ、前記ピストンを第1ピストン、前記ベーンを第1ベーン、前記作動室を第1作動室、前記圧縮機構を第1圧縮機構と定義したとき、
当該ロータリ圧縮機は、第2シリンダ、第2ピストン及び第2ベーンを有し、かつ前記第1圧縮機構と共通の前記モータによって前記第2ピストンが動かされる第2圧縮機構をさらに備え、
前記帰還経路が、前記第1圧縮機構に接続された第1分岐と、前記第2圧縮機構に接続された第2分岐と、を有し、
前記容積可変機構が、前記第1圧縮機構の前記吸入容積及び前記第2圧縮機構の吸入容積を変更できるように構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のロータリ圧縮機。 - 前記第2圧縮機構の前記吸入容積の変化量が、前記第1圧縮機構の前記吸入容積の変化量に等しい、請求項8に記載のロータリ圧縮機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011034399A JP2012172571A (ja) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | ロータリ圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011034399A JP2012172571A (ja) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | ロータリ圧縮機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2012172571A true JP2012172571A (ja) | 2012-09-10 |
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ID=46975709
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JP2011034399A Withdrawn JP2012172571A (ja) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | ロータリ圧縮機 |
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JP (1) | JP2012172571A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104314824A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-01-28 | 广东美芝制冷设备有限公司 | 压缩机和具有其的空调系统 |
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CN105545752A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-05-04 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | 压缩机及具有其的制冷系统 |
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-
2011
- 2011-02-21 JP JP2011034399A patent/JP2012172571A/ja not_active Withdrawn
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CN111075721B (zh) * | 2019-12-26 | 2021-11-19 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | 泵体组件及变容压缩机 |
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