JP2015001217A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の圧縮機では、圧縮室で圧縮された冷媒が吐出される際に、圧縮室内の圧力のピーク値が所定のピーク値よりも高くなる問題がある。
【解決手段】この圧縮機は、圧縮室２２を有するシリンダ本体２１と、シリンダ本体２１の上端面に配置されるフロントヘッド２３（第１端板部材）と、シリンダ本体２１の下端面に配置されるリアヘッド２４（第２端板部材）とを備える。フロントヘッド２３（第１端板部材）及びリアヘッド２４（第２端板部材）は、それぞれ圧縮室２２に連通し且つ圧縮室２２で圧縮された冷媒を吐出する第１吐出孔２３ａ及び第２吐出孔２４ａを有する。そして、第２吐出孔２４ａの孔径（流路断面積）が第１吐出孔２３ａの孔径（流路断面積）よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空気調和機等に使用されるロータリ圧縮機等の圧縮機に関する。

従来の圧縮機には、シリンダ本体の両端面に配置される２つの端板部材のそれぞれに圧縮室で圧縮された冷媒を吐出する吐出孔が設けられたものがある。２つの吐出孔は、流路断面積が略同じとされており（例えば、２つの吐出孔の流路断面積をそれぞれ所定の流路断面積Ｔとする）、圧縮室内の圧力が所定の圧力になったときに開口して冷媒を上方及び下方に吐出する。

特開昭６１−６６８８８号公報

上記の圧縮機では、圧縮室で圧縮された冷媒が吐出される際に、圧縮室内の圧力のピーク値が所定の圧力よりも高くなる問題がある。その結果、圧縮室内に配置されたローラが、圧縮室を形成するシリンダ本体の内周面に押圧されて、焼付きが生じるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、圧縮室内の圧力のピーク値を低減できる圧縮機を提供することである。

第１の発明にかかる圧縮機は、圧縮室を有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体の上端面に配置される第１端板部材と、前記シリンダ本体の下端面に配置される第２端板部材とを備え、前記第１端板部材及び前記第２端板部材は、それぞれ前記圧縮室に連通し且つ前記圧縮室で圧縮された冷媒を吐出する第１吐出孔及び第２吐出孔を有し、前記第１吐出孔及び前記第２吐出孔の一方の流路断面積が、他方の流路断面積よりも大きいことを特徴とする。

この圧縮機では、第１吐出孔及び第２吐出孔の他方の流路断面積が所定の流路断面積Ｔである場合において、第１吐出孔及び第２吐出孔の一方の流路断面積が他方の流路断面積（所定の流路断面積Ｔ）よりも大きいので、第１吐出孔及び第２吐出孔の一方において冷媒が吐出されやすくなり、第１吐出孔及び第２吐出孔の一方側の圧力のピーク値が低減する。したがって、圧縮室内の圧力のピーク値を低減できる。

第２の発明にかかる圧縮機は、第１の発明にかかる圧縮機において、前記第２吐出孔の流路断面積が前記第１吐出孔の流路断面積よりも大きいことを特徴とする。

この圧縮機では、第１吐出孔の流路断面積が所定の流路断面積Ｔである場合において、第２吐出孔の流路断面積が第１吐出孔の流路断面積（所定の流路断面積Ｔ）よりも大きいので、第２吐出孔側の圧力のピーク値を低減できる。

第３の発明にかかる圧縮機は、第２の発明にかかる圧縮機において、前記第１端板部材に取り付けられ、前記第１端板部材との間にマフラ空間を形成するマフラ部材と、前記第２端板部材の前記第２吐出孔から吐出される冷媒を前記マフラ空間に導く連通路とを有し、前記連通路の全域において、前記連通路の流路断面積が前記第２吐出孔の流路断面積よりも大きいまたは同じであることを特徴とする。

従来の圧縮機では、第２吐出孔の流路断面積および第２吐出孔側から吐出される冷媒をマフラ空間に導く連通路の流路断面積が第１吐出孔の流路断面積と略同じである。そのため、冷媒が直接マフラ空間に吐出される第１吐出孔側に比べて、第２吐出孔側では連通路の流路抵抗が大きいので、過圧縮（圧縮室内の圧力が所定の圧力を超えた状態が継続すること）が生じやすい。また、第２吐出孔側では連通路の流路抵抗が大きいことによって、冷媒が連通路内を通過する際の圧力損失が大きくなるので、冷媒効率が低下しやすい。
しかし、この圧縮機では、連通路の全域において連通路の流路断面積が第２吐出孔の流路断面積よりも大きいまたは同じである、すなわち連通路の全域において連通路の流路断面積が第１吐出孔の流路断面積よりも大きいため、連通路の流路抵抗が小さくなり、過圧縮が生じるのを防止できる。また、連通路の流路抵抗が小さくなることによって、冷媒が連通路内を通過する際の圧力損失が小さくなるので、冷媒効率が向上する。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、第１吐出孔及び第２吐出孔の他方の流路断面積が所定の流路断面積Ｔである場合において、第１吐出孔及び第２吐出孔の一方の流路断面積が他方の流路断面積（所定の流路断面積Ｔ）よりも大きいので、第１吐出孔及び第２吐出孔の一方において冷媒が吐出されやすくなり、第１吐出孔及び第２吐出孔の一方側の圧力のピーク値が低減する。したがって、圧縮室内の圧力のピーク値を低減できる。

第２の発明では、第１吐出孔の流路断面積が所定の流路断面積Ｔである場合において、第２吐出孔の流路断面積が第１吐出孔の流路断面積（所定の流路断面積Ｔ）よりも大きいので、第２吐出孔側の圧力のピーク値を低減できる。

第３の発明では、連通路の全域において連通路の流路断面積が第２吐出孔の流路断面積よりも大きいまたは同じである、すなわち連通路の全域において連通路の流路断面積が第１吐出孔の流路断面積よりも大きいため、連通路の流路抵抗が小さくなり、過圧縮が生じるのを防止できる。また、連通路の流路抵抗が小さくなることによって、冷媒が連通路内を通過する際の圧力損失が小さくなるので、冷媒効率が向上する。

本発明の実施形態に係る圧縮機を示す断面図である。 図１に示すシリンダ本体の平面図であり、クランクピンの回転角度が１８０°の状態を示した図である。 図１に示すフロントヘッドの平面図である。 図１に示すリアヘッドの背面図である。 圧縮室内における時間経過と圧縮された冷媒の圧力との関係を示すグラフである。 圧縮室の内外における時間経過と圧縮された冷媒の圧力との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る圧縮機の実施の形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る圧縮機は、いわゆる高圧ドーム型の１シリンダ型ロータリ圧縮機であって、密閉容器１の内側に圧縮機構２及びモータ３（駆動機構）が配置されている。このモータ３は、圧縮機構２の上方に配置されており、モータ３のロータ６とともに駆動軸１２が回転することにより、圧縮機構２が駆動されるようになっている。

圧縮機構２には、アキュムレータ４の吸入管１１を通して冷媒が吸入される。この冷媒は、圧縮機とともに、冷凍システムの一例としての空気調和機を構成する図示しない凝縮器、膨張機構、蒸発器を制御することによって得られる。

密閉容器１の内部は、圧縮機構２で圧縮された高温高圧の冷媒で満たされている。この冷媒は、モータ３のステータ５とロータ６との間の隙間を通過して、モータ３を冷却した後、吐出管１３から外部に吐出される。また、密閉容器１内の下部には、圧縮機構２の駆動を滑らかにするための潤滑油９が溜められている。

図１及び図２に示すように、圧縮機構２は、圧縮室２２を有するシリンダ本体２１と、このシリンダ本体２１の上端面に取り付けられて圧縮室２２の上端を閉塞するフロントヘッド２３（第１端板部材）と、シリンダ本体２１の下端面に取り付けられて圧縮室２２の下端を閉塞するリアヘッド２４（第２端板部材）と、フロントヘッド２３に取り付けられてフロントヘッド２３との間にマフラ空間４１を形成するマフラ部材４０とを有している。フロントヘッド２３及びリアヘッド２４には、それぞれ圧縮室２２に連通し且つ圧縮室２２で圧縮された冷媒を吐出する第１吐出孔２３ａ及び第２吐出孔２４ａが設けられている。駆動軸１２は、フロントヘッド２３およびリアヘッド２４を貫通して、圧縮室２２の内部に進入している。圧縮室２２には、駆動軸１２に設けられたクランクピン２６に嵌合したローラ２７が公転可能に配置されている。このローラ２７の公転運動によって冷媒が圧縮される。

圧縮室２２は、このローラ２７と一体に設けられたブレード２８によって２つの室に仕切られている。図２に示すように、ブレード２８の右側の室は、吸入管１１が圧縮室２２の内面に開口した吸入室２２ａである。一方、ブレード２８の左側の室は、上記した第１吐出孔２３ａ及び第２吐出孔２４ａが圧縮室２２に開口した吐出室２２ｂである。ブレード２８の両面には半円形状のブッシュ２９が密着され、シールが行われている。ブレード２８およびブッシュ２９は、圧縮室２２に連通した収容部２２ａに配置される。

圧縮機構２の動作について説明する。クランクピン２６が、駆動軸１２とともに偏心回転すると、クランクピン２６に嵌合したローラ２７が、このローラ２７の外周面が圧縮室２２の内周面に接するように公転する。ローラ２７が、圧縮室２２内で公転するに伴って、ブレード２８は、このブレード２８の両側面をブッシュ２９によって保持されて進退動する。すると、吸入管１１から低圧の冷媒が吸入室２２ａに吸入され、吐出室２２ｂで圧縮されて高圧となった後、高圧の冷媒が第１吐出孔２３ａ及び第２吐出孔２４ａから上下に吐出される。第１吐出孔２３ａから吐出された冷媒は、直接マフラ空間４１に導かれ、マフラ部材４０の上端に形成された開口から密閉容器１の内部に吐出される。第２吐出孔２４ａから吐出された冷媒は、後述する連通路３５を通過した後でマフラ空間４１に導かれて、第１吐出孔２３ａからマフラ空間４１に吐出された冷媒と混合された後、マフラ部材４０の上端に形成された開口から密閉容器１の内部に吐出される。

第１吐出孔２３ａは、フロントヘッド２３の上端面に配置された板状の吐出弁３１によって塞がれている。この吐出弁３１は、圧縮室２２の圧力が所定の圧力Ｐとなると弾性変形して第１吐出孔２３ａを開口する。その結果、第１吐出孔２３ａからマフラ空間４１に冷媒が吐出される。この吐出弁３１の上方には弁押さえ部３２が設けられている。この弁押さえ部３２は、フロントヘッド２３と共働して吐出弁３１を挟む部材である。なお、図３では、弁押さえ部３２の図示を省略している。

第２吐出孔２４ａは、リアヘッド２４の内側に配置された板状の吐出弁３３によって塞がれている。この吐出弁３３は、圧縮室２２の圧力が所定の圧力Ｐとなると弾性変形して第２吐出孔２４ａを開口する。その結果、後述する連通路３５を介して第２吐出孔２４ａからマフラ空間４１に冷媒が吐出される。この吐出弁３３の下方には弁押さえ部３４が設けられている。この弁押さえ部３４は、リアヘッド２４と共働して吐出弁３３を挟む部材である。なお、リアヘッド２４は、例えばシリンダ本体２１の圧縮室２２の下側を塞ぐ部材と、その部材との間に後述する内部流路２４ｂ（連通路３５）を形成する部材とから構成される。なお、図４では、弁押さえ部３４の図示を省略している。

ここで、図１に示すように、第２吐出孔２４ａの孔径は、第１吐出孔２３ａの孔径よりも大きくされている。したがって、第２吐出孔２４ａの流路断面積は、第１吐出孔２３ａの流路断面積よりも大きい。なお、第１吐出孔２３ａの孔径は、従来の圧縮機の第１吐出孔及び第２吐出孔の孔径とほぼ同じであり、例えば内径が約７ｍｍである。また、流路断面積Ｔは約１９ｍｍ^２である。また、第１吐出孔２３ａの中心と第２吐出孔２４ａの中心は、平面視において同一位置にある。

連通路３５は、リアヘッド２４の内部に形成された内部流路２４ｂと、平面視において同一位置に形成された３つの貫通孔（２１ｂ、２３ｂ、２４ｃ）とにより形成される。リアヘッド２４に形成された内部流路２４ｂは、図４に示すように、第２吐出孔２４ａおよびリアヘッド２４に形成された貫通孔２４ｃに接続されており、駆動軸１２が挿入される挿入孔２４ｈを避けるように平面視においてＶ字型に形成されている。したがって、第２吐出孔２４ａと貫通孔２４ｃとは、駆動軸１２に対して略反対側に位置する。また、貫通孔２１ｂ及び貫通孔２３ｂは、図１に示すように、それぞれシリンダ本体２１及びフロントヘッド２３に形成されている。貫通孔２１ｂは、シリンダ本体２１の圧縮室２２よりも径方向外側に形成されている。

ここで、内部流路２４ｂの流路断面積は、その全域において第２吐出孔２４ａの流路断面積と同じとされている。また、３つの貫通孔（２１ｂ、２３ｂ、２４ｃ）の孔径は、それぞれ第２吐出孔２４ａの孔径と同じとされている。したがって、連通路３５の全域において連通路３５の流路断面積と第２吐出孔２４ａの流路断面積とが同じである。

次に、図５及び図６を参照して冷媒の圧縮を開始してからの経過時間と冷媒の圧力との関係について説明する。

図５において、横軸は、冷媒の圧縮を開始してからの経過時間を示す。冷媒の圧縮を開始したときとは、収容部２２ａを基準位置（０°）としたときに、クランクピン２６の回転角度が基準位置（０°）にきたときを言う。また、横軸において吐出時とは、吐出弁３１、３３が弾性変形して冷媒の吐出が開始されるときであり、一例として図５では吐出時をクランクピン２６の回転角度が２１０°のときとしている。縦軸は、圧縮室内における、従来の第１吐出孔側および第２吐出孔側、本発明の第１吐出孔側および第２吐出孔側の冷媒の圧力を示す。なお、図５において、従来の圧縮機は、第１吐出孔の流路断面積と第２吐出孔の流路断面積とが略同じである。また、従来の圧縮機は、第２吐出孔から吐出される冷媒をマフラ空間に導く連通路の流路断面積が第２吐出孔の流路断面積と略同じである。

また、図６において、横軸は、冷媒の圧縮を開始してからの経過時間を示す。冷媒の圧縮を開始したときとは、収容部２２ａを基準位置（０°）としたときに、クランクピン２６の回転角度が基準位置（０°）にきたときを言う。また、横軸において吐出時とは、吐出弁３１、３３が弾性変形して冷媒の吐出が開始されるときであり、一例として図６では吐出時をクランクピン２６の回転角度が２１０°のときとしている。また、縦軸は、クランクピン２６の回転角度が（０°）から（２１０°）までは、圧縮室内における、従来の第１吐出孔側および第２吐出孔側、本発明の第１吐出孔側および第２吐出孔側の冷媒の圧力を示す。また、その後は、圧縮室外の冷媒の圧力（すなわち、第１吐出孔側では第１吐出孔近傍のマフラ空間内の圧力、第２吐出孔側では連通路を通過する冷媒の圧力）を示す。なお、図６において、従来の圧縮機は、第１吐出孔の流路断面積と第２吐出孔の流路断面積とが略同じである。また、従来の圧縮機は、第２吐出孔から吐出される冷媒をマフラ空間に導く連通路の流路断面積が第２吐出孔の流路断面積と略同じである。

図５に示すように、従来の第２吐出孔側では、第２吐出孔の流路断面積が小さいため、冷媒が吐出されにくく、圧縮室内の圧力のピーク値が所定の圧力Ｐよりも高い。したがって、ローラが焼付きやすい。また、冷媒が直接マフラ空間に吐出される第１吐出孔側に比べて、従来の第２吐出孔側では連通路の流路抵抗が大きいので、クランクピン２６の回転角度がおよそ２１０°〜３３０°の範囲において、過圧縮（圧縮室内の圧力が所定の圧力を超えた状態が継続すること）が生じている。また、図６に示すように、従来の第２吐出孔側では、連通路の流路抵抗が大きいことによって、冷媒が連通路内を通過する際の圧力損失が大きくなるので、圧縮室外（連通路）における冷媒の圧力が時間経過とともに大きく低下する。したがって、冷媒効率が低下しやすい。

一方、本発明の第２吐出孔２４ａ側では、図５に示すように、第２吐出孔２４ａの流路断面積が第１吐出孔２３ａの流路断面積よりも大きいため、冷媒が吐出されやすく、圧縮室２２内の圧力のピーク値が所定の圧力Ｐよりも低い。したがって、この圧縮機では、圧縮室２２内に配置されたローラ２７が、圧縮室２２を形成するシリンダ本体２１の内周面に押圧されて、焼付きが生じるのが防止される。また、本発明の第２吐出孔２４ａ側では、連通路３５の流路抵抗が小さいので、過圧縮が生じていない。また、図６に示すように、本発明の第２吐出孔２４ａ側では、連通路３５の流路抵抗が小さいことによって、冷媒が連通路３５を通過する際の圧力損失が小さくなるので、圧縮室外（連通路３５）における冷媒の圧力が低下しにくい。したがって、冷媒効率が向上する。

＜本実施形態の圧縮機の特徴＞
本実施形態の圧縮機には、以下の特徴がある。

本実施形態の圧縮機では、第１吐出孔２３ａの流路断面積が所定の流路断面積Ｔである場合において、第２吐出孔２４ａの流路断面積が第１吐出孔２３ａの流路断面積（流路断面積Ｔ）よりも大きいので、第２吐出孔２４ａにおいて冷媒が吐出されやすくなり、第２吐出孔２４ａの圧力のピーク値が低減する。したがって、圧縮室２２内の圧力のピーク値を低減できる。

また、従来の圧縮機では、第２吐出孔の流路断面積および第２吐出孔側から吐出される冷媒をマフラ空間に導く連通路の流路断面積が第１吐出孔の流路断面積と略同じである。そのため、冷媒が直接マフラ空間に吐出される第１吐出孔側に比べて、第２吐出孔側では連通路の流路抵抗が大きいので、過圧縮（圧縮室内の圧力が所定の圧力を超えた状態が継続すること）が生じやすい。また、第２吐出孔側では連通路の流路抵抗が大きいことによって、冷媒が連通路内を通過する際の圧力損失が大きくなるので、冷媒効率が低下しやすい。
しかし、本実施形態の圧縮機では、連通路３５の全域において連通路３５の流路断面積が第２吐出孔２４ａの流路断面積と同じである、すなわち連通路３５の全域において連通路３５の流路断面積が第１吐出孔２３ａの流路断面積よりも大きいため、連通路３５の流路抵抗が小さくなり、過圧縮が生じるのを防止できる。また、連通路３５の流路抵抗が小さくなることによって、冷媒が連通路３５内を通過する際の圧力損失が小さくなるので、冷媒効率が向上する。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記実施形態では、第２吐出孔２４ａの流路断面積が第１吐出孔２３ａの流路断面積よりも大きいが、第１吐出孔２３ａの流路断面積が第２吐出孔２４ａの流路断面積よりも大きくてもよい。それにより、例えば第２吐出孔２４ａの流路断面積が従来の第１吐出孔及び第２吐出孔の流路断面積と同じ所定の流路断面積Ｔである場合に、第１吐出孔２３ａにおいて冷媒が吐出されやすくなり、第１吐出孔２３ａ側の圧力のピーク値が低減する。したがって、圧縮室２２内の圧力のピーク値を低減できる。

また、上記実施形態では、フロントヘッド２３（第１端板部材）に取り付けられ、フロントヘッド２３との間にマフラ空間４１を形成するマフラ部材４０と、リアヘッド２４（第２端板部材）の第２吐出孔２４ａから吐出される冷媒をマフラ空間４１に導く連通路３５を有するが、マフラ部材４０と連通路３５はなくてもよい。

また、上記実施形態では、連通路３５の全域において連通路３５の流路断面積が第２吐出孔２４ａの流路断面積と同じであるが、連通路３５の全域において連通路３５の流路断面積が第２吐出孔２４ａの流路断面積と同じまたは大きくてもよい。なお、ここで言う「同じまたは大きい」とは、連通路３５の全域において連通路３５の流路断面積が第２吐出孔２４ａの流路断面積よりも小さい部分がないことを意味する。したがって、連通路３５の流路断面積が第２吐出孔２４ａの流路断面積と同じ部分と大きい部分が混在していてもよい。

また、上記実施形態では、シリンダ本体２１の圧縮室２２に、ローラ２７とブレード２８（ローラと一体の部材）とが配置された構成であるが、シリンダ本体２１の圧縮室２２に、ローラとベーン（ローラと別体の部材）とが配置された構成であってもよい。

また、上記実施形態では、リアヘッド２４の内側に連通路３５（内部流路２４ｂ）が形成されるが、リアヘッド２４に取り付けられリアヘッド２４との間にマフラ空間を形成するリアマフラを有し、連通路３５が内部流路２４ｂの代わりにこのマフラ空間を含んでいてもよい。

また、上記実施形態では、連通路３５は、シリンダ本体２１、フロントヘッド２３及びリアヘッド２４の内部に形成されるが、これに限られるものではない。例えば、連通路は、第２吐出孔２４ａおよびマフラ部材４０に接続される配管であってもよい。

本発明を利用すれば、圧縮室内の圧力のピーク値を低減できる。

２１ シリンダ本体
２２ 圧縮室
２３ フロントヘッド（第１端板部材）
２３ａ 第１吐出孔
２４ リアヘッド（第２端板部材）
２４ａ 第２吐出孔
３５ 連通路
４０ マフラ部材
４１ マフラ空間

Claims (3)

1. 圧縮室を有するシリンダ本体と、
   前記シリンダ本体の上端面に配置される第１端板部材と、
   前記シリンダ本体の下端面に配置される第２端板部材とを備え、
   前記第１端板部材及び前記第２端板部材は、それぞれ前記圧縮室に連通し且つ前記圧縮室で圧縮された冷媒を吐出する第１吐出孔及び第２吐出孔を有し、
   前記第１吐出孔及び前記第２吐出孔の一方の流路断面積が、他方の流路断面積よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
2. 前記第２吐出孔の流路断面積が前記第１吐出孔の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第１端板部材に取り付けられ、前記第１端板部材との間にマフラ空間を形成するマフラ部材と、
   前記第２端板部材の前記第２吐出孔から吐出される冷媒を前記マフラ空間に導く連通路とを有し、
   前記連通路の全域において、前記連通路の流路断面積が前記第２吐出孔の流路断面積よりも大きいまたは同じであることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。