JP2014145323A - 圧縮機またはこれを備えた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】そこで本発明は、高効率な運転中に、上下方向の振動を大きくすることなく、回転方向の振動を抑制する圧縮機またはこれを備える冷凍装置を提供する事を目的とする。
【解決手段】シングルロータリ圧縮機を使用した空気調和機に於いて、圧縮機の回転方向の振動を減衰させる制振機構を、内蔵されるモータの回転の円周方向に挟んで設け、該複数箇所の脚部の制振機構を該モータの軸芯を中心として任意の角度回転させた位置に備えることを特徴とする空気調和機。
【選択図】図５

Description

本発明は、振動を抑制する圧縮機またはこれを備える冷凍装置に関するものである。

冷凍装置、例えば空気調和機に於いて、使用されている環境に合わせて効率を向上し、年間を通じて高い省エネ性を得る事が求められている。この高い省エネ性を得るには、インバータ動作で回転数制御される圧縮機を使用し、効率の良い低速域の運転が重要となる。中でも、高速運転域よりも、実際の運転時間の長い低速運転域での効率改善が効果的である。また、消費電力のほとんどは圧縮機のモータが消費している。そのため、圧縮機の低速運転域の効率改善を行い、更に低速側に運転域を拡大する事が重要となる。

一方、効率に大きな影響を与える圧縮機には、構造が簡単なシングルロータリ圧縮機が、一般に利用されている。しかし、シングルロータリ圧縮機の動作は、ロータの回転運動で吸入と吐出を繰り返して行う方式であり、デメリットとしてロータの冷媒の圧縮及び吸入の圧力差で、低速運転になると回転中の速度変化が大きくなる為、大きく振動してしまう問題がある。このため、むやみに回転数を下げると、圧縮機の振動で圧縮機に接続されている冷媒配管が損傷する恐れも生じてくる。

ここで室外機に設けられている圧縮機の振動を抑制させる手法として、様々な方法が考えられている。本技術分野の先行技術としては、特許文献１がある。この特許文献1は、圧縮機の脚部に制振部材を介して台板にボルトで止める事により、振動を抑制する。この制振部材はらせん構造であり、圧縮機の回転する力は制振部材のねじれ方向の力に対する反撥力によって減衰され、振動を抑制させることができると示されている。

また特許文献２では、枠体に収納した圧縮機に板状の錘体と緩衝材を取り付け、圧縮機の回転方向の振動を低減させることができると示している。

特許文献３は、圧縮機に一端が固定され、他端側は筐体のベースに固定され、床面に対して45°以下の角度の傾斜部を有する部材を取り付けている。これにより、圧縮機起動トルクによる過渡的な回転力を受けても、前記部材の傾斜部による弾性により、回転方向の振動を低減させることができると示している。

またインバータ制御を用いて、圧縮機の一回転中の負荷変動の大きさに合わせた大きさのモータ電流をモータに流すトルク制御を行っている。これにより、特許文献４の様に圧縮機の回転変動をなくし、振動を抑制する事が示されている。

更に圧縮機を高速運転すると振動が小さくなるので、この時にモータ電流の脈動成分を検出し、この脈動成分を零にする様に電流変動抑制制御を行って、圧縮機の入力電流を最小にするインバータ制御技術が特許文献5で示されている。

特開２００２−７０７７７号公報 特開２００２−１８８８３２号公報 特開２００８−１３３７５７号公報 特公平４−３６０００号公報 特開２００７−１６６６９０号公報

特許文献１は、らせん構造をした制振機構であるため、回転方向の振動に対して、制振機構がねじれる方向及びねじられた状態から戻る方向への繰り返し変形が起きる。この繰り返し変形の際は、制振機構が上下方向に伸縮する。つまり上下の振動が生じてしまう。

特許文献２は、錘体を取り付けた側の振動を低減できるが、取り付けていない側すなわち実施例の(図３)に示すアキュムレータ１７側の２つの脚部１０に加わる回転方向の力により、振動を生じる。このように、アキュムレータ１７側の２つの脚だけが振動する事になると脚部及び圧縮機が回転方向に加え上下方向にも動く複雑な振動を生ずる虞がある。

特許文献３は、脚１０の傾斜部で回転方向の振動を抑制しているが、傾斜部が上下方向に変形して、回転方向の振動を抑制するものであるため、回転方向の振動抑制には良いが、上下方向の振動が大きくなる虞が高いものである。

特許文献４では、低速運転域でトルク制御を行う事で振動を抑制できるが、低速運転域では電流脈動が特に大きいため、効率の低下が高速運転よりも大きい。

特許文献５では、用いている高効率な電流変動抑制制御を低速運転域で行うと、大きな振動を伴ってしまう。

そこで本発明は、高効率な運転中に、上下方向の振動を大きくすることなく、回転方向の振動を抑制する圧縮機またはこれを備える冷凍装置を提供する事を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では１回転中に負荷トルクが変動する圧縮機と、この圧縮機を設置するベースと制振部材を介して前記圧縮機をベースに固定する圧縮機支持手段を備える室外機である。そして、前記室外機において低速高効率運転中に、上下方向の振動を大きくすることなく、回転方向の振動を抑制する手段を備え、圧縮機運転中に発生する回転振動を抑制するための制振機構で、前記圧縮機の脚部との間を結合固定させた事を特徴とする空気調和機である。

本発明によれば、圧縮機の低速運転域から高速運転域まで低振動かつ高効率な運転を実現させ、省エネ性に有効な低速運転域を拡大させる事が出来る。

空気調和機の構成図 室外機の内部構造図 シングルロータリ圧縮機（縦型）の縦断面図 圧縮機の低速運転域における電流変動抑制制御を行った場合（a）と、行わなかった場合（b)とトルク制御を行った場合(c)の入力電流の低減効果を比較する説明図。 本発明に係る圧縮機支持部材の一実施形態の構成を示し、同図(a)はこの圧縮機支持部材を上から見た平面図、同図（b）は正面図。 (a)は本発明に関わるバネ止めのついたベースの平面図、（b）正面図。 圧縮機支持部材の脚部部分の断面図。 本発明によるモータ回転数に対する振幅の低減効果を比較する説明図。 実施例２に係わる圧縮機支持部材の構成図。 実施例３に係わる圧縮機支持部材の構成図。 実施例３に係わる圧縮機支持部材の脚部部分の断面図。

以下、本発明の空気調和機の一実施例について図を用いて説明する。

まず、空気調和機の全体構成を、図１、図２を用いて説明し、次に圧縮機として空気調和機では汎用的に使われ廉価に入手できるシングルロータリ圧縮機について図３を用いて説明する。図１は空気調和機の構成図である。図２は室外機の内部構造図である。図３はシングルロータリ圧縮機（縦型）の縦断面図である。

空気調和機は、室内機１８と室外機９を接続配管１２でつなぎ、室内を空気調和する。室内機１８は筐体１５に室内熱交換器、室内送風機、露受皿等を取付け、化粧枠１６で覆い、化粧枠１６の前面に前面パネル１７を取付けた構成になっている。化粧枠１６には室内空気を吸込む空気吸込み口１９と、温湿度が調和された空気を吹出す空気吹出し口１４とが上下に設けられている。

室内機１８は、内部に図示しない電装品ボックスに制御基板を備え、制御基板にマイコンが設けられる。マイコンは図示しない室内温度センサー、室内湿度センサー等の各種のセンサーからの信号を受け、リモコン８からの操作信号を受光部１３で受けると共に、室内送風機等を制御し、且つ、室外機９との通信を司るなど、室内機１８を統括して制御する。

室外機９は、ベース６に圧縮機１、室外熱交換器２５、室外ファン２４を搭載し、外筐１１で覆い、配管接続バルブ１０に室内機１８からの接続配管１２を接続している。

室外ファン２４と圧縮機１の間には仕切板２０があって、送風機室と機械室２２とを仕切っている。送風機室には前述のように室外ファン２４、室外熱交換器２５が配設されている。機械室２２には、圧縮機１、アキュムレータ２１、冷媒送り管等が配設されている。

圧縮機１、送風モータ２３等を駆動する電装部品は製作時やメンテナンス時の取扱いを容易にするため電装箱に収納され、送風機室と機械室２２とに跨って、仕切板２０の上部に設置される。

シングルロータリ圧縮機は、密閉容器内に、電動機２９と、この電動機２９で駆動され且つ偏心部を有するクランク軸３０と、偏心部３１により駆動される圧縮機構部３２とを備えて構成されている。この圧縮機構部３２は、シリンダ３３と、ローラ３７と、閉塞部材３８と、ベーン３９と、スプリング４０とを備えている。そして、この圧縮機構部３２のシリンダ３３は、中央に設けられたシリンダ室３４と、このシリンダ室３４から径方向外方に延びるベーン収納部３５と、外周面から径方向内方へ延びるスプリング挿入穴３６とを有している。ローラ３７は、シリンダ室内に配置され、クランク３０の偏心部で回転駆動される。閉塞部材３８は、シリンダ室３４を閉塞するようにシリンダ３３の軸方向の両側に配置されている。ベーン３９は、ベーン収納部３５に収納され、その先端部がローラ３７の外周面に当接されて当該ローラ３７の偏心運動に応じて当該ベーン収納部３５内を移動する。スプリング４０は、シリンダのスプリング挿入穴３６に配置され、ベーン３９をローラ３７に押し付けるコイル状のスプリングで構成されている。

このような構造の圧縮方法のため、前述のように低速運転域では圧縮機のモータのイナーシャが低下し、負荷変動の影響を受けやすくなるためモータの回転速度の変動も増加し圧縮機の振動が増大してしまう。

上記振動を抑制する方法を図５〜図８を用いて説明する。図５は、本発明に係る圧縮機支持部材の構成を示し、図５(ａ)は圧縮機支持部材の平面図、図５(ｂ)は同正面図である。図６(ａ)は本発明に関する固定部のついたベースの平面図、図６(ｂ)は正面図である。図７は圧縮機支持部材の脚部部分の断面図である。

実施例では脚部２が正三角形の頂点に配置されたシングルロータリ圧縮機を例にとり説明する。圧縮機１の脚部２はベース６から立設されたピン７に防振ゴム５を介して搭載されている。

ベース６にはバネ固定部３がその中心部をピン７と同一円周上で、ピン７から６０度回転した位置に設けられ、脚部２とバネ固定部３の間に図５の様にバネ４を取り付ける。このように実施例１は圧縮機の脚部と固定部に介装される制振機構としてバネ４のみを用いた。

このバネを用いた時のモータ回転数に対する振幅を、今回提案する制振機構を搭載する前と比較したグラフを図８に示す。今回提案する制振機構を用いたことで、モータの回転数に対する共振点は増えるけれども、振幅の最大値を減らす事が出来た。

このように実施例の空気調和機は、単シリンダ圧縮機を使用した空気調和機に於いて、該複数箇所の脚部の制振機構を、該モータの軸芯を中心として任意の角度回転させた位置に備える。これにより振動の大きい低速運転域で、圧縮機の振動がベースに伝播する事を抑制する事が出来、実使用での運転時間の長い低速運転域で、運転時の振動の小さい空気調和機を得る事が出来る。このため、運転時間の大半を占める低速運転域での振動が小さくなる。

また振動が小さくなることで圧縮機に接続されている冷媒配管の振動も小さくなり、冷媒配管が折損する恐れもなくなる。

また、実施例の空気調和機は、圧縮機としてシングルロータリ圧縮機を使用する。シングルロータリ圧縮機は、空気調和機では汎用的に使用され安価である事から、圧縮機の入手が容易になり、コストを低減できると共に本発明を広汎な機種に適用できる。

また実施例の空気調和機は、脚部を挟む制振部材としてコイルバネを使用する。コイルバネは省スペースであるため、装着に場所を取らず、狭いスペースでも設置が容易である。このため小型化が必然である空気調和機にも簡単に適用できる。

次に圧縮機１の低速運転域での入力電流について図４を用いて説明する。図４（a）は圧縮機の低速運転域で特許文献５のような電流変動抑制制御を行った場合、図４（b）は電流変動抑制制御を行わなかった場合、図４（Ｃ）は特許文献４のようなトルク制御を行った場合の入力電流の図である。圧縮機１に内蔵されたモータはインバータ制御され、モータ電流の脈動成分を低減する前述の電流変動抑制制御により駆動される。また、図４は回転数２５００ｒｐｍの時のデータであり、図からわかるように、電流変動抑制制御を行う事により、モータ入力電流の波高値が約１／２倍に低減され、波形が揃い、入力電力を抑えた高効率な運転となっている。

ここで特許文献４のようなトルク制御を行って振動を抑制する方法も考えられるが、トルク制御を行うと図４（ｃ）のように図４（ｂ）と同様に入力電流の脈動が大きくなり効率が低下してしまう。

このように実施例の空気調和機は、圧縮機に内蔵されるモータに流れる電流の実効値に関する電流変動分を抑制する制御装置を備える。これにより、上述の様に、モータ入力電流の波高値が約１／２倍になり、波形を揃える事が出来る。このため入力電力を抑えた高効率な運転となる。

実施例２は、実施例１のバネと並列にダンパーを備えたものである。実施例２について図９を用いて説明する。図９は、実施例１の制振機構にダンパー２６を脚部２と固定部３との間に取り付けた状態を示す。このように、実施例２は制振機構としてバネとダンパーを用いた。実施例２でも実施例１と同様に振動の抑制効果が有り、ダンパー２６を追加した事で、さらに広汎な回転数の範囲で振動の振幅を小さくでき、また振動の収束時間も短く、短時間で、低振動な運転に到達する事が出来た。この事により、短時間で低振動な運転となり、空気調和機据付部が共振する事による、不快な振動、騒音も小さくできる。このため、空気調和機据付部の共振が効果的に抑制され、不快な振動、騒音を低減できる。

実施例３は実施例２の固定部を脚部の両側に設け、制振機構として制振ゴムを使用したものである。実施例３について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は、脚部２の両側に挟む様にゴム固定部２８と制振ゴム２７を取り付けた状態を示す。図１１は、圧縮機支持部材の脚部部分の断面図である。

このように実施例の空気調和機は、脚部を挟む制振機構として制振ゴムを使用する。図１０、図１１の様に、脚部２の両側にゴム固定部２８を設け脚部２と固定部２８との間に制振ゴム２７を介装する事で、圧縮機１に内蔵するモータの回転方向の振動を制振ゴム２７で減衰させる事が出来る。これにより、圧縮機１に内蔵するモータの回転方向の振動に対応して制振ゴムの形状寸法を設計できるので、上下方向の振動を大きくすることなく、回転方向の振動の抑制が容易にできるようになる。このため回転方向の振動が少なくなり、また制振部材の構成も実施例２よりも簡単になる。

また実施例の空気調和機は、脚部を挟む制振機構の固定部を脚部の数と同数またはその倍数設ける。これによりどの脚部２にも、同一の構成で制振機構を取り付ける事が出来、特にシングルロータリ圧縮機の様にどの脚部にも均一の振動が加わる場合には、同一の制振機構を各脚部２に使用でき、製作が容易になる。このため、製作コストを低減する事が出来る。

以上説明したように本実施例の空気調和機は、１回転中に単一振動を伴うシングルロータリ圧縮機と、シングルロータリ圧縮機を低速運転中に電流変動抑制制御で駆動する制御装置と、シングルロータリ圧縮機が搭載される台板と、弾性部材を介して台板に固定され少なくともシングルロータリ圧縮機の外周３ヶ所以上からシングルロータリ圧縮機を保持する複数の脚部と、シングルロータリ圧縮機の外周側であって複数の脚部のそれぞれの間に位置し台板に固定された複数のバネ留部と、複数の脚部と複数のバネ留部とをそれぞれ接続する複数のバネと、を備える。具体的には、１回転中に単一振動を伴うシングルロータリ圧縮機と、シングルロータリ圧縮機を低速運転中に電流変動抑制制御で駆動する制御装置と、圧縮機が搭載される台板と、弾性部材を介して台板に固定され、シングルロータリ圧縮機の外周３ヶ所からシングルロータリ圧縮機を保持する第１脚部、第２脚部、第３脚部と、シングルロータリ圧縮機の外周側であって、第１脚部、第２脚部、第３脚部のそれぞれの間に位置し、台板に固定された第１バネ留部、第２バネ留部、第３バネ留部と、第１脚部と第１バネ留部、第１バネ留部と第２脚部、第２脚部と第２バネ留部、第２バネ留部と第３脚部、第３脚部と第３バネ留部、第３バネ留部と第１脚部とをそれぞれ接続する第１バネ、第２バネ、第３バネ、第４バネ、第５バネ、第６バネと、を備える。このような空気調和機によれば、シングルロータリ圧縮機の回転方向（周方向）に振動を抑制するバネを配置することにより、シングルロータリ圧縮機を低速運転中に電流変動抑制制御で駆動することにより生じる振動を抑制することができるので、圧縮機の低速運転域から高速運転域まで高効率且つ低振動な運転を実現させ、省エネ性に重要な低速運転領域を拡大させることができる。

１…圧縮機、２…脚部、３…固定部、４…バネ、５…防振ゴム、６…ベース、７…ピン、８…リモコン、９…室外機、1０…配管接続バルブ、１１…外筐、１２…接続配管、１３…受光部、１４…空気吹き出し口、１５…筐体、１６…化粧枠、１７…前面パネル、１８…室内機、１９…空気吸込み口、２０…仕切り板、２１…アキュムレータ、２２…機械室、２３…送風モータ、２４…室外ファン、２５…室外熱交換器、２６…ダンパー、２７…制振ゴム、２８…ゴム固定部、２９…電動機、３０…クランク軸３１…偏心部、３２…圧縮機構部、３３…シリンダ、３４…シリンダ室、３５…ベーン収納部、３６…スプリング挿入穴、３７…ローラ、３８…閉塞部材、３９…ベーン、４０…スプリング

Claims (7)

1. 単シリンダ圧縮機を使用した空気調和機に於いて、圧縮機の回転方向の振動を減衰させる制振機構を、内蔵されるモータの回転の円周方向に挟んで設け、該複数箇所の脚部の制振機構を該モータの軸芯を中心として任意の角度回転させた位置に備えることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１の空気調和機において圧縮機としてシングルロータリ圧縮機を使用する事を特徴とする空気調和機。
3. 請求項１の空気調和機において、脚部を挟む制振機構としてコイルバネを使用する事を特徴とする空気調和機。
4. 請求項３において、制振機構としてバネと並列にダンパーを使用する事を特徴とする空気調和機。
5. 請求項１の空気調和機において、脚部を挟む制振機構としてゴムを使用する事を特徴とする空気調和機。
6. 請求項１の空気調和機において、脚部を挟む制振機構の固定部を脚部の数と同数またはその倍数設ける事を特徴とする空気調和機。
7. 請求項１の空気調和機において、圧縮機に内蔵されるモータに流れる電流の実効値に関する電流変動分を抑制する制御装置を備える事を特徴とする空気調和機。