JP2012251478A - 圧縮機アッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で小型化を図りつつ、過給効果を得ることができる圧縮機アッセンブリを提供する。
【解決手段】過給部７０は、冷媒の通路断面積を可変とすることで冷媒の過給効果が得られる特定過給回転数を変更可能とする。これにより、簡単な構成で小型化を図りつつ、過給効果を得ることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えば、エアコンや冷蔵庫等に用いられる圧縮機アッセンブリに関する。

従来、圧縮機アッセンブリとしては、圧縮機と、この圧縮機の吸込口に吸込管を介して連結されたアキュームレータと備えたものがある（特開２０１０−１８８７号公報：特許文献１参照）。

上記吸込管は、過給効果を得られる長さに形成された第１配管と、この第１配管よりも短く形成された第２配管とから構成されていた。そして、圧縮機の能力を増大する場合、過給効果が得られる第１配管からの吸込に切り換えて運転していた。

しかしながら、上記従来の圧縮機アッセンブリでは、過給効果を得るために、管路の長い第１配管を設ける必要があり、装置が大型化する問題があった。

特開２０１０−１８８７号公報

そこで、この発明の課題は、簡単な構成で小型化を図りつつ、過給効果を得ることができる圧縮機アッセンブリを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の圧縮機アッセンブリは、
圧縮機と、
上記圧縮機の吸込口に直接または間接に連なると共に、冷媒の通路断面積を可変とすることで冷媒の過給効果が得られる圧縮機回転数である特定過給回転数を変更可能とする過給部と
を備えることを特徴としている。

この発明の圧縮機アッセンブリによれば、上記過給部は、冷媒の通路断面積を可変とすることで冷媒の過給効果が得られる特定過給回転数を変更可能とするので、簡単な構成で小型化を図りつつ、過給効果を得ることができる。

また、一実施形態の圧縮機アッセンブリでは、
上記過給部は、上記通路断面積を所定の断面積に設定することで、上記圧縮機に予め設定されている通常運転回転数の範囲内に、上記特定過給回転数を設定可能であり、
除霜時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部を動作させると共に、上記圧縮機を上記特定過給回転数で回転させる制御部を備える。

この実施形態の圧縮機アッセンブリによれば、上記制御部は、除霜時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部を動作させると共に、上記圧縮機を上記特定過給回転数で回転させて、除霜時に圧縮機への冷媒の吸込量を多くして、除霜時間を短縮し、速暖性を図ることができる。

また、一実施形態の圧縮機アッセンブリでは、上記過給部は、略同じ長さで断面積の異なる２つの配管を切り換え可能に構成されている。

この実施形態の圧縮機アッセンブリによれば、上記過給部は、略同じ長さで断面積の異なる２つの配管を切り換え可能に構成されているので、一層簡単な構成とできる。

また、一実施形態の圧縮機アッセンブリでは、上記２つの配管は、同心に配置された二重管構造である。

この実施形態の圧縮機アッセンブリによれば、上記２つの配管は、同心に配置された二重管構造であるので、二重管構造により、一層小型化を図ることができる。

また、一実施形態の圧縮機アッセンブリでは、
アキュームレータを備え、
上記過給部の少なくとも一部は、上記アキュームレータ内に配置されている。

この実施形態の圧縮機アッセンブリによれば、上記過給部の少なくとも一部は、上記アキュームレータ内に配置することで、一層小型化を図ることができる。

また、一実施形態の圧縮機アッセンブリでは、
上記過給部は、上記通路断面積を所定の断面積に設定することで、上記圧縮機に予め設定されている通常運転回転数の範囲内に、上記特定過給回転数を設定可能であり、
起動時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部を動作させると共に、上記圧縮機を上記特定過給回転数で回転させる制御部を備える。

この実施形態の圧縮機アッセンブリによれば、上記制御部は、起動時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部を動作させると共に、上記圧縮機を上記特定過給回転数で回転させるので、起動時に圧縮機への冷媒の吸込量を多くし、圧縮機のモータのトルクを増加する。これにより、モータの電流が増加し、モータの発熱量が増加し、モータ周りの冷媒や潤滑油の温度が上昇して、圧縮機内の潤滑油への冷媒の溶け込みを抑制できる。この結果、潤滑油の濃度を高くして、軸焼け等のない信頼性の向上を図ることができる。また、従来と同程度の能力を出力する際に従来よりも回転数を低くできて、軸焼けを一層低減できる。

この発明の圧縮機アッセンブリによれば、上記過給部は、冷媒の通路断面積を可変とすることで冷媒の過給効果が得られる特定過給回転数を変更可能とするので、簡単な構成で小型化を図りつつ、過給効果を得ることができる。

本発明の圧縮機アッセンブリを用いた空気調和機の簡略構成図である。 圧縮機アッセンブリの断面図である。 圧縮機アッセンブリの要部の断面図である。 通常運転および除霜運転における圧縮機回転数と容積効率との関係を示すグラフである。 第１の特定過給回転数および第２の特定過給回転数を決定するときのテーブルである。 過給周波数変更前および過給周波数変更後における圧縮機回転数と容積効率との関係を示すグラフである。 過給周波数変更前および過給周波数変更後における圧縮機回転数と圧縮機効率との関係を示すグラフである。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の圧縮機アッセンブリを用いた空気調和機の簡略構成図を示している。この空気調和機は、圧縮機アッセンブリ５１と、室外機としての第１熱交換器５２と、膨張機構５３と、室内機としての第２熱交換器５４とを順に環状に接続してなる。圧縮機アッセンブリ５１と第１熱交換器５２との間と、第２熱交換器５４と圧縮機アッセンブリ５１との間とを、四路切換弁５５で接続している。

上記四路切換弁５５の第１位置では、上記第１熱交換器５２は、凝縮器として作用し、上記第２熱交換器５４は、蒸発器として作用する。つまり、冷媒は、実線の矢印に示すように、圧縮機アッセンブリ５１、第１熱交換器５２、膨張機構５３、第２熱交換器５４を順に流れ、第２熱交換器５４は、冷房運転を行う。

上記四路切換弁５５の第２位置では、上記第１熱交換器５２は、蒸発器として作用し、上記第２熱交換器５４は、凝縮器として作用する。つまり、冷媒は、点線の矢印に示すように、圧縮機アッセンブリ５１、第２熱交換器５４、膨張機構５３、第１熱交換器５２を順に流れ、第２熱交換器５４は、暖房運転を行う。

上記圧縮機アッセンブリ５１は、圧縮機６１と、この圧縮機６１の吸込口に吸込管１１を介して連結されたアキュームレータ６２とを有する。圧縮機６１の下流側と、アキュームレータ６２の上流側とが、四路切換弁５５に接続している。

上記吸込管１１には、吸込管１１の通路断面を可変するバルブ６３を設けている。このバルブ６３の切換は、制御部８０により、制御される。

図２に示すように、上記圧縮機６１は、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮機構部２と、上記密閉容器１内に配置されると共に圧縮機構部２を駆動するモータ３とを備えている。この圧縮機は、ロータリ圧縮機である。

上記密閉容器１の下側側方に、吸込管１１を接続する一方、密閉容器１の上側に吐出管１２を接続している。上記吸込管１１から供給される冷媒は、上記圧縮機構部２の吸込側に導かれる。

上記モータ３は、上記圧縮機構部２の上側に配置され、上記圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動する。上記モータ３は、上記圧縮機構部２から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器１内の高圧領域に配置されている。

上記密閉容器１内の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部１０が形成されている。この潤滑油は、油溜まり部１０から、上記回転軸４に設けられた（図示しない）油通路を通って、上記圧縮機構部２や上記モータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。

上記圧縮機構部２は、シリンダ２０と、このシリンダ２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端部８および下端部９とを備える。

上記回転軸４は、上端部８および下端部９を貫通して、シリンダ２０の内部に挿入されている。回転軸４は、上端部８の軸受２１と下端部９の軸受２２とにより、回転自在に支持されている。

上記シリンダ２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、このクランクピン５には、ローラ６が嵌合され、ローラ６とシリンダ７との間に形成された圧縮室７により、圧縮を行う。ローラ６は、偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室７の容積を変化させる。

上記モータ３は、ロータ３０とステータ４０とを有する。ロータ３０は、円筒形状であり、上記回転軸４に固定されている。ステータ４０は、ロータ３０の外周側を囲むように配置されている。つまり、上記モータ３は、インナーロータ型のモータである。

上記ロータ３０は、ロータコア３１と、このロータコア３１に軸方向に埋め込まれると共に周方向に配列された複数の磁石３２とを有する。

上記ステータ４０は、上記密閉容器１の内面に接触するステータコア４１と、このステータコア４１に巻回されたコイル４２とを有する。

上記コイル４２に電流を流すことで、電磁力により、上記ロータ３０が回転し、ロータ３０が回転することで、回転軸４を介して、ローラ６を公転させて、圧縮動作を行う。

図３に示すように、上記吸込管１１の上記バルブ６３の上流側部分は、略同じ長さで通路断面積の異なる第１配管７１および第２配管７２から構成される。第１配管７１の断面積は、第２配管７２の断面積よりも小さい。第１配管７１および第２配管７２は、同心に配置された二重管構造であり、第１配管７１が、第２配管７２の内部に配置されている。第１配管７１および第２配管７２の一部は、アキュームレータ６２内に配置されている。

上記吸込管１１の上記バルブ６３の下流側部分の通路断面積は、第２配管７２の通路断面積と同じである。

上記バルブ６３は、アキュームレータ６２の外部に配置されている。バルブ６３は、第１配管７１を開閉するように構成されている。つまり、バルブ６３の開により、二重管の冷媒の通路断面積を、第１配管７１の断面積と第２配管７２の断面積との和とする。一方、バルブ６３の閉により、二重管の冷媒の通路断面積を、第２配管７２の断面積のみとする。バルブ６３としては、例えば、スプールバルブ、ニードルバルブ、ロータリバルブ、ボールバルブなどであり、抵抗の小さいバルブを用いる。なお、バルブ６３は、第２配管７２を開閉するように構成してもよい。

上記第１配管７１、上記第２配管７２および上記バルブ６３は、過給部７０を構成する。つまり、過給部７０は、２つの配管７１，７２を切り換え可能に構成されている。過給部７０は、上記吸込管１１の上記下流側部分を介して、圧縮機６１の吸込口に間接に連なっている。過給部７０の一部は、アキュームレータ６２内に配置されている。

上記過給部７０は、冷媒の通路断面積を可変とすることで冷媒の過給効果が得られる圧縮機回転数である特定過給回転数を変更可能とする。この過給効果とは、音響共鳴（脈動）により圧縮機６１への吸込量が増加する状態をいう。過給部７０は、通常運転時、バルブ６３を開とし、第１配管７１および第２配管７２を開として、通路断面積を大きくする一方、過給効果を得る場合に、バルブ６３を閉とし、第１配管７１を閉とし第２配管７２を開として、通路断面積を小さくする。

そして、図４に示すように、上記過給部７０は、上記通路断面積を所定の断面積に設定することで、上記圧縮機６１に予め設定されている通常運転回転数の範囲Ｚ内に、特定過給回転数Ｒ２を設定可能である。図４では、横軸に圧縮機６１の回転数を示し、縦軸に容積効率を示す。

上記制御部８０は、除霜時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部７０を動作させると共に、上記圧縮機６１を上記特定過給回転数Ｒ２で回転させる。ここで、除霜とは、図１に示す室内機としての第２熱交換器５４の暖房運転において、図１に示す室外機としての第１熱交換器５２に付着する霜を除去することをいう。

図４の点線のグラフＮに示すように、通常運転時、上記過給部７０は、第１配管７１および第２配管７２を開とし、過給効果が得られる特定過給回転数を、通常運転回転数の範囲Ｚ外に設定する。このとき設定された特定過給回転数を、以下、第１の特定過給回転数Ｒ１という。

図４の実線のグラフＤに示すように、除霜運転時、上記過給部７０は、第１配管７１を閉とし第２配管７２を開とし、過給効果が得られる特定過給回転数を、通常運転回転数の範囲Ｚ内に設定する。このとき設定された特定過給回転数を、以下、第２の特定過給回転数Ｒ２という。

ここで、具体的な数値として、例えば、上記通常運転回転数の範囲Ｚは、０〜１１８s^-1であり、上記第２の特定過給回転数Ｒ２は、６４．７s^-1であり、上記第１の特定過給回転数Ｒ１は、１３２s^-1である。

この過給効果が得られる回転数Ｒ１，Ｒ２は、冷媒の音速、吸込み配管長さ（過給部の通路長さ）、押除量（シリンダ容積）、吸込み配管の断面積（過給部の通路断面積）により、決定される。

図５に示すように、第１の特定過給回転数Ｒ１を決定する場合（Ａ）と、第２の特定過給回転数Ｒ２を決定する場合（Ｂ）とでは、配管内径、つまり、吸込み配管の断面積（過給部の通路断面積）のみを変えることで、第１の特定過給回転数Ｒ１と第２の特定過給回転数Ｒ２とを異ならせている。つまり、ケースＢの断面積（1.6E-05 m2）を、ケースＡの断面積（6.5E-05 m2）の１／４程度とすることで、第２の特定過給回転数Ｒ２（64.7 s^-1）を、第１の特定過給回転数Ｒ１（132 s^-1）の１／２程度とできる。

図４に示すように、グラフＮに示す通常運転時、通常運転回転数の範囲Ｚ内で運転しているため、圧縮機の回転数が、第１の特定過給回転数Ｒ１に一致することがなく、過給効果は、得られない。一方、グラフＤに示す除霜運転時、上記制御部８０は、過給部７０を動作させて第２の特定過給回転数Ｒ２を設定すると共に圧縮機６１を第２の特定過給回転数Ｒ２で回転させることにより、過給効果が得られて、容積効率、つまり、能力を増大する。

したがって、暖房運転時には、図１に示す室外機としての第１熱交換器５２に霜がついて、室外機の熱交換効率が低下するが、上記制御部８０による除霜運転を行うことで、過給効果により容積効率が増大して、室外機の霜を短時間で除去することができる。このように、除霜時、圧縮機６１への冷媒の吸込量を多くして、除霜時間を短縮し、速暖性を図ることができる。

図６に示すように、過給周波数を変更する前を、白抜きの丸印のグラフＢで示し、過給周波数を変更した後を、白抜きの菱形のグラフＡで示す。グラフＡでは、過給周波数を６０Ｈｚとしている。図６では、横軸に圧縮機の回転数を示し、縦軸に容積効率を示す。

図６から分かるように、圧縮機の回転数を、６０Ｈｚの過給周波数に一致させて、運転すると、過給周波数を変更した後では、過給周波数を変更する前と比べて、能力（容積効率）が２０％上昇する。このように、有効に過給効果が得られる。

上記構成の圧縮機アッセンブリによれば、上記過給部７０は、冷媒の通路断面積を可変とすることで冷媒の過給効果が得られる特定過給回転数Ｒ１，Ｒ２を変更可能とするので、簡単な構成で小型化を図りつつ、過給効果を得ることができる。

また、上記制御部８０は、除霜時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部７０を動作させると共に、上記圧縮機６１を上記第２の特定過給回転数Ｒ２で回転させて、除霜時に圧縮機６１への冷媒の吸込量を多くして、除霜時間を短縮し、速暖性を図ることができる。

また、上記過給部７０は、略同じ長さで断面積の異なる２つの配管７１，７２を切り換え可能に構成されているので、一層簡単な構成とできる。

また、上記２つの配管７１，７２は、同心に配置された二重管構造であるので、二重管構造により、一層小型化を図ることができる。

また、上記過給部７０の少なくとも一部は、上記アキュームレータ６２内に配置することで、一層小型化を図ることができる。

図示しないが、制御部は、起動時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部７０を動作させると共に、上記圧縮機６１を上記第２の特定過給回転数Ｒ２で回転させるようにしてもよい。ここで、起動時とは、圧縮機の起動時をいい、圧縮機を運転停止状態から運転開始状態に移行するときをいう。

こうすることによって、起動時に圧縮機への冷媒の吸込量を多くし、圧縮機のモータのトルクを増加する。これにより、モータの電流が増加し、モータの発熱量が増加し、モータ周りの冷媒や潤滑油の温度が上昇して、圧縮機内の潤滑油への冷媒の溶け込みを抑制できる。この結果、潤滑油の濃度を高くして、軸焼け等のない信頼性の向上を図ることができる。また、従来と同程度の能力を出力する際に従来よりも回転数を低くできて、軸焼けを一層低減できる。

図７に示すように、過給周波数を変更する前を、黒塗りの丸印のグラフＢで示し、過給周波数を変更した後を、黒塗りの菱形のグラフＡで示す。グラフＡでは、過給周波数を６０Ｈｚとしている。図７では、横軸に圧縮機の回転数を示し、縦軸に圧縮機効率を示す。

図７から分かるように、圧縮機の回転数を、６０Ｈｚの過給周波数に一致させて、運転すると、過給周波数を変更した後では、過給周波数を変更する前と比べて、圧縮機効率が４％低下する。このように、過給効果が得られて、圧縮機効率を低下させ、圧縮機のモータのトルクを増加する。これにより、モータの電流が増加し、モータの発熱量が増加し、モータ周りの冷媒や潤滑油の温度が上昇して、圧縮機内の潤滑油への冷媒の溶け込みを抑制できる。この結果、潤滑油の濃度を高くして、軸焼けを防止できる。

言い換えると、図７から分かるように、過給効果で容積効率は増加するが、それ以上にモータへの入力が増加し、圧縮機効率が低下している。したがって、過給効果が得られる回転数で運転すると、過給効果が得られない状態と比べて、入力が大きくなり、モータ電流が大きくなり、モータ発熱量が増加して、潤滑油への冷媒の溶け込みを抑制できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、過給部としての第１配管および第２配管を、同心状に配置しないで、並列に配置してもよい。また、過給部を、圧縮機の吸込口に直接に連結してもよい。また、過給部を、アキュームレータの外側に配置してもよい。また、過給部のバルブを、アキュームレータ内であって、第１配管および第２配管の二重管の吸込口に取り付けてもよい。

また、空気調和機として、四路切換弁による逆サイクル運転可能な空気調和機でなくてもよく、順サイクル運転のみの空気調和機であってもよい。また、圧縮機構部として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ モータ
４ 回転軸
１１ 吸込管
３０ ロータ
４０ ステータ
４２ コイル
５１ 圧縮機アッセンブリ
５２ 第１熱交換器
５３ 膨張機構
５４ 第２熱交換器
５５ 四路切換弁
６１ 圧縮機
６２ アキュームレータ
６３ バルブ
７０ 過給部
７１ 第１配管
７２ 第２配管
８０ 制御部
Ｒ１ 第１の特定過給回転数
Ｒ２ 第２の特定過給回転数
Ｚ 通常運転回転数の範囲

Claims (6)

1. 圧縮機（６１）と、
   上記圧縮機（６１）の吸込口に直接または間接に連なると共に、冷媒の通路断面積を可変とすることで冷媒の過給効果が得られる圧縮機回転数である特定過給回転数（Ｒ１，Ｒ２）を変更可能とする過給部（７０）と
   を備えることを特徴とする圧縮機アッセンブリ。
2. 請求項１に記載の圧縮機アッセンブリにおいて、
   上記過給部（７０）は、上記通路断面積を所定の断面積に設定することで、上記圧縮機（６１）に予め設定されている通常運転回転数の範囲（Ｚ）内に、上記特定過給回転数（Ｒ２）を設定可能であり、
   除霜時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部（７０）を動作させると共に、上記圧縮機（６１）を上記特定過給回転数（Ｒ２）で回転させる制御部（８０）を備えることを特徴とする圧縮機アッセンブリ。
3. 請求項１または２に記載の圧縮機アッセンブリにおいて、
   上記過給部（７０）は、略同じ長さで断面積の異なる２つの配管（７１，７２）を切り換え可能に構成されていることを特徴とする圧縮機アッセンブリ。
4. 請求項３に記載の圧縮機アッセンブリにおいて、
   上記２つの配管（７１，７２）は、同心に配置された二重管構造であることを特徴とする圧縮機アッセンブリ。
5. 請求項１から４の何れか一つに記載の圧縮機アッセンブリにおいて、
   アキュームレータ（６２）を備え、
   上記過給部（７０）の少なくとも一部は、上記アキュームレータ（６２）内に配置されていることを特徴とする圧縮機アッセンブリ。
6. 請求項１に記載の圧縮機アッセンブリにおいて、
   上記過給部（７０）は、上記通路断面積を所定の断面積に設定することで、上記圧縮機（６１）に予め設定されている通常運転回転数の範囲（Ｚ）内に、上記特定過給回転数（Ｒ２）を設定可能であり、
   起動時、上記通路断面積が上記所定の断面積となるように上記過給部（７０）を動作させると共に、上記圧縮機（６１）を上記特定過給回転数（Ｒ２）で回転させる制御部（８０）を備えることを特徴とする圧縮機アッセンブリ。

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