JP2018119438A - 密閉型圧縮機、および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの圧縮機構の間のトルク変動を抑制し、成績係数の向上と振動の減少が図られる密閉型圧縮機と冷凍サイクル装置を提案する。
【解決手段】密閉型圧縮機２は、１つの吸込通路孔１１ａを有する密閉ケース１１と、外から内へ冷媒を導く吸込管８ｂと、密閉ケース１１内に設けられる第一圧縮機構２６と第二圧縮機構２７と、第一圧縮機構２６と第二圧縮機構２７との間に設けられる仕切板２９と、を備えている。第一圧縮機構２６には、一端が第一シリンダ室３１に開口し他端が第一シリンダ３２の外周面に開口する吸込通路６１が設けられ、吸込通路６１には吸込管８ｂが接続されている。仕切板２９は、第一圧縮機構２６の吸込側から第二圧縮機構２７の吸込側へ冷媒を分流させる分流孔６２を有している。第二圧縮機構２７は、分流孔６２を介して吸込通路６１に接続されている。第二圧縮機構２７の吸込容積Ｖ２は、第一圧縮機構２６の吸込容積Ｖ１よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明に係る実施形態は、密閉型圧縮機、および冷凍サイクル装置に関する。

１つの吸込通路孔を有する密閉ケースと、密閉ケース内に設けられる２つの圧縮機構と、２つの圧縮機構のうち、上側の圧縮機構に直線的に設けられる吸込通路と、上側の圧縮機構の吸込通路から下側の圧縮機構の吸込側へ冷媒を分流させる分流孔を有する仕切板と、を備える密閉型圧縮機が知られている。

特開２００５−２０７３０６号公報

密閉ケースへ導かれる冷媒は、吸込通路が直線的に設けられた上側の圧縮機構に吸い込まれやすく、仕切板の分流孔を介して吸込通路に接続される下側の圧縮機構に吸い込まれにくい。

この２つの圧縮機構の間における冷媒の吸い込まれやすさの違い、つまり２つの圧縮機構の吸込側の流路抵抗の差は、２つの圧縮機構の間に圧縮仕事量の差を生じさせる。この圧縮仕事量の差は、２つの圧縮機の間でトルクの変動を増大させ、成績係数（Coefficient Of Performance、ＣＯＰ）を低下させ、２つの圧縮機構に生じる振動を拡大させる。

そこで、本発明は、２つの圧縮機構の間のトルク変動を抑制し、ひいては、成績係数の向上と、振動の減少が図られる密閉型圧縮機と、この密閉型圧縮機を備える冷凍サイクル装置を提案する。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機は、１つの吸込通路孔を有する密閉ケースと、前記吸込通路孔を介して前記密閉ケースの外から内へ冷媒を導く吸込管と、前記密閉ケース内に設けられ第一シリンダ室を形成する第一シリンダを有する第一圧縮機構と、前記密閉ケース内に設けられ第二シリンダ室を形成する第二シリンダを有する第二圧縮機構と、前記第一圧縮機構と前記第二圧縮機構との間に設けられる仕切板と、を備え、前記第一シリンダには、一端が前記第一シリンダ室に開口し他端が第一シリンダの外周面に開口するとともに前記吸込管が接続される吸込通路が設けられ、前記仕切板は、前記吸込通路から前記第二圧縮機構の吸込側へ前記冷媒を分流させる分流孔を有し、前記第二圧縮機構の第二シリンダ室は、前記分流孔を介して前記吸込通路に接続され、前記第二圧縮機構の吸込容積は、前記第一圧縮機構の吸込容積よりも大きい。

また、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、前記密閉型圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器と、前記密閉型圧縮機と前記放熱器と前記膨張装置と前記蒸発器とを接続して冷媒を流通させる冷媒管と、を備えている。

本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略的な図。 本実施形態に係る密閉型圧縮機における容積拡大係数と成績係数との関係、および容積拡大係数と振動との関係を示す線図。

本発明に係る密閉型圧縮機、および冷凍サイクル装置の実施形態について、図１から図２を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略的な図である。

図１に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、密閉型圧縮機２と、放熱器である凝縮器３と、膨張装置５と、吸熱器である蒸発器６と、アキュームレータ７と、冷媒管８と、を備えている。冷媒管８は、密閉型圧縮機２と凝縮器３と膨張装置５と蒸発器６とアキュームレータ７とを順次に接続して冷媒を流通させる。冷凍サイクル装置１の冷媒は、例えば二酸化炭素である。なお、冷媒は、二酸化炭素以外、例えばＲ３２冷媒やＲ４１０Ａ冷媒等であっても良い。

本実施形態に係る密閉型圧縮機２は、１つの吸込通路孔１１ａを有する密閉ケース１１と、密閉ケース１１内の上部に設けられる電動機１２と、密閉ケース１１内の下部に設けられる圧縮機構部１３と、電動機１２の回転駆動力を圧縮機構部１３へ伝達する回転軸１５と、回転軸１５を回転自在に支持する主軸受１６と、主軸受１６と協働して回転軸１５を回転自在に支持する副軸受１７と、を備えている。

密閉ケース１１は、円筒形である。密閉ケース１１は、上下に設けられた半球形の鏡板と、円筒形の胴部と、を備えている。密閉ケース１１の胴部には、冷媒を密閉型圧縮機２へ導く吸込管８ｂが接続されている。吸込管８ｂは、アキュームレータ７に繋がれている。吸込管８ｂは、冷媒管８の一部である。密閉ケース１１の上側の鏡板には、冷媒を密閉型圧縮機２から吐出させる吐出管８ａが接続されている。吐出管８ａは、冷媒管８に繋がれている。

電動機１２は、圧縮機構部１３を回転駆動させる駆動力を発生させる。電動機１２は密閉ケース１１の内壁に固定される固定子１８と、固定子１８に周囲を囲まれて回転軸１５に設けられる回転子１９と、を備えている。

回転軸１５は、電動機１２と圧縮機構部１３とを互いに連結している。回転軸１５は、電動機１２が発生させる駆動力を圧縮機構部１３へ伝達する。

回転軸１５の中間部分１５ａは、主軸受１６に回転自在に支持されている。回転軸１５の下端部分１５ｂは、副軸受１７に回転自在に支持されている。主軸受１６および副軸受１７は、圧縮機構部１３の一部でもあって、圧縮機構部１３を上下から挟んでいる。つまり、回転軸１５は、圧縮機構部１３を貫通している。

また、回転軸１５は、主軸受１６に支持されている中間部分１５ａと副軸受１７に支持されている下端部分１５ｂとの間に、複数の偏心部２１、２１を備えている。複数の偏心部２１のうち、主軸受１６に近い側を第一偏心部２２と呼び、副軸受１７に近い側を第二偏心部２３と呼ぶ。それぞれの偏心部２１、２１は、回転軸１５の中心に不一致の中心を有する円盤、あるいは円柱である。それぞれの偏心部２１、２１の中心は、回転軸１５のまわりに約１８０度の位相差で偏心されている。第一偏心部２２は、電動機１２に近い上側に配置され、第二偏心部２３は、電動機１２から遠い下側に配置されている。

圧縮機構部１３は、電動機１２が回転軸１５を回転駆動することによって、ガス状の冷媒を吸込んで圧縮し、かつ吐出する。圧縮機構部１３は、密閉ケース１１に収容されていて、密閉ケース１１の下部に配置されている。密閉ケース１１の下部は潤滑油（図示省略）で満たされていて、圧縮機構部１３の大部分は、この潤滑油に浸されている。

圧縮機構部１３は、複数の圧縮機構２５、２５を備えている。つまり、圧縮機構部１３は、密閉ケース１１内に設けられる第一圧縮機構２６と、密閉ケース１１内に設けられる第二圧縮機構２７と、第一圧縮機構２６と第二圧縮機構２７との間に設けられる仕切板２９と、を備えている。

第一圧縮機構２６は、円形の第一シリンダ室３１を有する第一シリンダ３２と、第一シリンダ室３１内に配置される環状の第一ローラ３３と、先端部が第一ローラ３３に接して第一シリンダ３２に形成された溝を往復摺動する図示しない第一ブレードと、を備えている。

第二圧縮機構２７は、円形の第二シリンダ室４１を有する第二シリンダ４２と、第二シリンダ室４１内に配置される環状の第二ローラ４３と、先端部が第二ローラ４３に接して第二シリンダ４２に形成された溝を往復摺動する図示しない第二ブレードと、を備えている。

第一シリンダ３２および第二シリンダ４２は、回転軸１５の軸方向に積み重なるように配置されている。上側の第一シリンダ３２は、電動機１２に近い側に配置されている。

密閉ケース１１内には、圧縮機構部１３を支えている圧縮機構支持部５１が設けられている。圧縮機構支持部５１は、複数箇所の溶接部（図示省略）によって密閉ケース１１に固定されている。溶接部は、圧縮機構支持部５１を密閉ケース１１に固定するスポット溶接によって形成されている。

第一シリンダ室３１および第二シリンダ室４１の中心は、実質的に回転軸１５の回転中心に重なっている。

第一シリンダ室３１は、第一シリンダ３２の内側の空間であって、主軸受１６および仕切板２９によって閉鎖されている。第一シリンダ室３１内には、回転軸１５の第一偏心部２２が配置されている。第二シリンダ室４１は、第二シリンダ４２の内側の空間であって仕切板２９と副軸受１７によって閉鎖されている。第二シリンダ室４１内には、回転軸１５の第二偏心部２３が配置されている。

主軸受１６、第一シリンダ３２、仕切板２９、第二シリンダ４２、および副軸受１７は、副軸受１７側から第二シリンダ４２、仕切板２９、第一シリンダ３２を貫いて主軸受１６に到達するボルトなどの締結部材５３によって一体化されている。圧縮機構部１３は、第一シリンダ３２の下側から第一シリンダ３２を貫通し、圧縮機構支持部５１に締め付けられるボルトなどの締結部材５４によって、密閉ケース１１に固定されている。

上側の主軸受１６には、第一シリンダ室３１内で圧縮された冷媒を吐出する吐出ポートと吐出弁とを有する第一吐出弁機構（図示省略）と、第一吐出マフラ５５とが設けられている。第一吐出マフラ５５は、吐出孔（図示省略）を有している。第一吐出マフラ５５は、第一吐出弁機構に覆い被さっている。第一吐出弁機構の吐出ポートは、第一シリンダ室３１に繋げられており、圧縮機構部１３の圧縮作用にともない第一シリンダ室３１内が所定圧値に達したときに吐出弁が吐出ポートを開放して、圧縮された冷媒を第一吐出マフラ５５内に吐出する。

下側の副軸受１７には、第二シリンダ室４１内で圧縮された冷媒を吐出する吐出ポートと吐出弁とを有する第二吐出弁機構（図示省略）と、第二吐出マフラ５６とが設けられている。第二吐出マフラ５６は、第二吐出弁機構に覆い被さっている。第二吐出弁機構の吐出ポートは、第二シリンダ室４１に繋げられており、圧縮機構部１３の圧縮作用にともない第二シリンダ室４１内が所定圧値に達したときに吐出弁が吐出ポートを開放して、圧縮された冷媒を第二吐出マフラ５６内に吐出する。

第一ローラ３３は、第一偏心部２２の周面に嵌合されて第一シリンダ室３１内に収容されている。第一ローラ３３は、回転軸１５の回転にともなって、外周面の一部を第一シリンダ室３１の内周面に沿って線接触させながら偏心運動する。

第二ローラ４３は、第二偏心部２３の周面に嵌合されて第二シリンダ室４１内に収容されている。第二ローラ４３は、回転軸１５の回転にともなって、外周面の一部を第二シリンダ室４１の内周面に沿って線接触させながら偏心運動する。

なお、第一ローラ３３と第一シリンダ３２との接触、および第二ローラ４３と第二シリンダ４２との接触は、直接的な接触ではなく、油膜（図示省略）を介在させた間接的なものであるが、説明の便宜のために、これら油膜を介した接触を単に「接触」と表現する。第一ローラ３３と第一偏心部２２との間、第二ローラ４３と第二偏心部２３との間、第一ローラ３３と主軸受１６との間、第二ローラ４３と副軸受１７との間、第一ローラ３３と仕切板２９との間、第二ローラ４３と仕切板２９との間も同じである。

第一シリンダ３２には、一端が第一シリンダ室３１に開口し、他端が第一シリンダ３２の外周面に開口する吸込通路６１が直線的に設けられている。吸込通路６１には、吸込通路孔１１ａを介して密閉ケース１１の外から内へ冷媒を導く吸込管８ｂが接続されている。吸込管８ｂは、上下方向に延びる円筒形のアキュームレータ７の下部鏡板から下方へ突出し、水平方向へ緩やかに曲がって延びている。そして、吸込管８ｂは、密閉ケース１１の吸込通路孔１１ａを通過する部位では、水平に延びている。吸込管８ｂは、密閉ケース１１内で第一シリンダ３２の吸込通路６１に直線的に接続されている。

第一シリンダ３２には、吸込通路６１と第一シリンダ３２の仕切板２９に面する下端面とを繋げる分岐孔６１ａが設けられている。仕切板２９は、吸込通路６１から分岐孔６１ａを介して第二圧縮機構２７の吸込側へ冷媒を分流させる分流孔６２を有している。分流孔６２は、回転軸１５の中心線に平行に延びる流路であっても良いし、分岐孔６１ａ側の口、つまり入口側から第二シリンダ４２側の口、つまり出口へ向かって傾いていても良い。傾きを有する場合、分流孔６２は、出口側が第二シリンダ室４１へ近づく方向へ傾いていることが好ましい。

第二圧縮機構２７は、分流孔６２を介して吸込通路６１に接続されている。第二シリンダ４２には、分流孔６２から第二シリンダ室４１へ冷媒を導く連絡通路６３が設けられている。

そして、第二圧縮機構２７の吸込容積Ｖ２は、第一圧縮機構２６の吸込容積Ｖ１よりも大きい。第二圧縮機構２７の吸込容積Ｖ２と第一圧縮機構２６の吸込容積Ｖ１との差異は、例えば第一シリンダ室３１の高さｈ１と第二シリンダ室４１との高さｈ２との差、第一シリンダ室３１の内径ｒ１と第二シリンダ室４１との内径ｒ２との差、および第一ローラ３３の偏心量ｅ１と第二ローラ４３の偏心量ｅ２との差の少なくとも１つによる。

第二圧縮機構２７の吸込容積Ｖ２と第一圧縮機構２６の吸込容積Ｖ１との差異は、第二圧縮機構２７に吸い込まれる冷媒の流量、つまり吸込量ｆ２と、第一圧縮機構２６に吸い込まれる冷媒の流量、つまり吸込量ｆ１とが実質的に等しくなるよう設定されることが好ましい。

ここで、（第二圧縮機構２７の吸込容積Ｖ２）／（第一圧縮機構２６の吸込容積Ｖ１）＝容積拡大係数ｋとする。

図２は、本実施形態に係る密閉型圧縮機における容積拡大係数と成績係数との関係、および容積拡大係数と振動との関係を示す線図である。

図２の横軸は容積拡大係数ｋである。図２の縦軸は成績係数ＣＯＰおよび振動値である。容積拡大係数ｋと成績係数ＣＯＰとの関係を実線Ａで示し、容積拡大係数ｋと振動値との関係を破線Ｂで示す。

なお、図２に示される振動値は、運転中のトルク変動に伴う回転方向の最大振幅量の比である。

図２に示すように、本実施形態に係る密閉型圧縮機２は、容積拡大係数ｋ＜１の場合には成績係数ＣＯＰの改善効果が見られず、振動も増加傾向にある。

ところが、本実施形態に係る密閉型圧縮機２は、容積拡大係数ｋ＞１の場合には成績係数ＣＯＰの改善効果が現れ、振動も減少する。換言すると、成績係数ＣＯＰは、容積拡大係数ｋ＝１における成績係数ＣＯＰで正規化すると、容積拡大係数ｋ＞１の場合には１より大きくなる。また、振動値は、容積拡大係数ｋ＝１における振動値で正規化すると、容積拡大係数ｋ＞１の場合には１より小さくなる。

第二シリンダ室４１に導かれる冷媒（ガス冷媒）は、第一シリンダ３２の吸込通路６１から仕切板２９の分流孔６２を経て第二シリンダ室４１に吸込まれる。つまり、吸込管８ｂから第一シリンダ室３１に通じる流路と吸込管８ｂから第二シリンダ室４１に通じる流路との間には、流路抵抗に差があり、吸込管８ｂから第一シリンダ室３１に通じる流路よりも吸込管８ｂから第二シリンダ室４１に通じる流路の方が、流路抵抗が大きい。

容積拡大係数ｋ＝１の場合、この流路抵抗の差によって、冷媒（ガス冷媒）は、第二シリンダ室４１よりも第一シリンダ室３１に導かれやすい。この結果、第二シリンダ室４１の吸込量ｆ２は、第一シリンダ室３１の吸込量ｆ１より少なくなる。この流量の差は、２つのシリンダ間の圧縮仕事量を不均一にして、トルク変動を増大させ、成績係数ＣＯＰの低下と振動の増大を生じさせる。

そこで、本実施形態に係る密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１は、第一圧縮機構２６の吸込容積Ｖ１よりも吸込容積Ｖ２が大きい第二圧縮機構２７を備えている。そのため、第二シリンダ室４１の吸込量ｆ２と第一シリンダ室３１の吸込量ｆ１との差が小さくなる。この吸込量の差の減少は、２つのシリンダ間の圧縮仕事量の差を減少させ、トルク変動を減少させる。つまり、密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１の成績係数ＣＯＰが向上し、密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１の振動が低減される。

また、本実施形態に係る密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１は、第二圧縮機構２７の吸込量ｆ２と第一圧縮機構２６の吸込量ｆ１とが実質的に等しくなるよう容積拡大係数ｋが調整される。吸込量が実質的に等しくなることによって、２つのシリンダ間の圧縮仕事量を均衡させ、トルク変動をより減少させる。つまり、密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１の成績係数ＣＯＰがより向上し、密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１の振動がより低減される。

さらに、本実施形態に係る密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１は、二酸化炭素のように吐出圧力がＲ３２やＲ４１０Ａ等のＨＦＣ冷媒よりも高くなる冷媒の適用に好ましい。１つの吸込通路孔１１ａから複数のシリンダ室（第一シリンダ室３１、第二シリンダ室４１）へ冷媒を導く本実施形態の密閉ケース１１は、耐圧性に優れ、吐出圧力が高くなる冷媒を圧縮する用途に好適である。しかしながら、１つの吸込通路孔１１ａから複数のシリンダ室へ冷媒を供給する場合、容積拡大係数ｋ≦１の圧縮機構部１３は、成績係数ＣＯＰが低下し、振動が拡大する。容積拡大係数ｋ＞１の圧縮機構部１３を備える密閉型圧縮機２および冷凍サイクル装置１は、Ｒ３２やＲ４１０Ａ等のＨＦＣ冷媒であっても、成績係数ＣＯＰの向上と、振動の低減を図ることができる。

したがって、本実施形態の密閉型圧縮機２および、密閉型圧縮機２を備える冷凍サイクル装置１によれば、２つの圧縮機構（第一圧縮機構２６、第二圧縮機構２７）の間のトルク変動を抑制し、ひいては、成績係数ＣＯＰの向上と、振動を減少が図られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…冷凍サイクル装置、２…密閉型圧縮機、３…凝縮器、５…膨張装置、６…蒸発器、７…アキュームレータ、８…冷媒管、８ｂ…吸込管、８ａ…吐出管、１１ａ…吸込通路孔、１１…密閉ケース、１２…電動機、１３…圧縮機構部、１５…回転軸、１５ａ…中間部分、１５ｂ…下端部分、１６…主軸受、１７…副軸受、１８…固定子、１９…回転子、２１…偏心部、２２…第一偏心部、２３…第二偏心部、２５…圧縮機構、２６…第一圧縮機構、２７…第二圧縮機構、２９…仕切板、３１…第一シリンダ室、３２…第一シリンダ、３３…第一ローラ、４１…第二シリンダ室、４２…第二シリンダ、４３…第二ローラ、５１…圧縮機構支持部、５３、５４…締結部材、５５…第一吐出マフラ、５６…第二吐出マフラ、６１…吸込通路、６１ａ…分岐孔、６２…分流孔、６３…連絡通路。

Claims (4)

1. １つの吸込通路孔を有する密閉ケースと、
   前記吸込通路孔を介して前記密閉ケースの外から内へ冷媒を導く吸込管と、
   前記密閉ケース内に設けられ第一シリンダ室を形成する第一シリンダを有する第一圧縮機構と、
   前記密閉ケース内に設けられ第二シリンダ室を形成する第二シリンダを有する第二圧縮機構と、
   前記第一圧縮機構と前記第二圧縮機構との間に設けられる仕切板と、を備え、
   前記第一シリンダには、一端が前記第一シリンダ室に開口し、他端が第一シリンダの外周面に開口するとともに前記吸込管が接続される吸込通路が設けられ、
   前記仕切板は、前記吸込通路から前記第二圧縮機構の吸込側へ前記冷媒を分流させる分流孔を有し、
   前記第二圧縮機構の第二シリンダ室は、前記分流孔を介して前記吸込通路に接続され、
   前記第二圧縮機構の吸込容積は、前記第一圧縮機構の吸込容積よりも大きい密閉型圧縮機。
2. 前記第二圧縮機構の前記冷媒の吸込量と前記第一圧縮機構の前記冷媒の吸込量とが実質的に等しい請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記冷媒は、二酸化炭素である請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機と、
   放熱器と、
   膨張装置と、
   吸熱器と、
   前記密閉型圧縮機と前記放熱器と前記膨張装置と前記蒸発器とを接続して前記冷媒を流通させる冷媒管と、を備える冷凍サイクル装置。

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