JP2019132254A - Rotary compressor and refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る実施形態は、回転式圧縮機、および冷凍サイクル装置に関する。 Embodiments according to the present invention relate to a rotary compressor and a refrigeration cycle apparatus.
圧縮機構に2つの吐出ポートを備える回転式圧縮機が知られている。 A rotary compressor provided with two discharge ports in a compression mechanism is known.
一方の吐出ポート(以下、「第一吐出ポート」と言う。)は、ベーン近傍に配置されている。第一吐出ポートの吐出弁は、常時開閉する。 One discharge port (hereinafter referred to as “first discharge port”) is disposed in the vicinity of the vane. The discharge valve of the first discharge port always opens and closes.
他方の吐出ポート(以下、「第二吐出ポート」と言う。)の吐出弁は、起動時にのみ開弁し、定格運転時には、圧力差により閉弁する。第二吐出ポートは、第一吐出ポートの近傍であって、第一吐出ポートよりも回転軸の半回転方向側の位置(ベーンから遠ざかる位置)に設けられている。 The discharge valve of the other discharge port (hereinafter referred to as “second discharge port”) opens only at the time of startup, and closes due to a pressure difference during rated operation. The second discharge port is provided in the vicinity of the first discharge port and at a position (a position away from the vane) closer to the rotation shaft than the first discharge port.
第二吐出ポートの容積は、定格運転時に無効容積(死容積)になり、再膨張損失を生じて効率を低下させる。 The volume of the second discharge port becomes an ineffective volume (dead volume) during rated operation, causing reexpansion loss and reducing efficiency.
また、第二吐出ポートを、第一吐出ポートに対して回転軸の半回転方向側に大きく離れた位置に配置した場合には、2つの吐出ポートを合算した総吐出流量が最大になる角度位置へローラーが到達するよりも前にローラーが第二吐出ポートを通過する場合がある。その場合、第二吐出ポートは、2つの吐出ポートを合算した総吐出流量が最大になる角度位置へローラーが到達するよりも前に、ローラーによって閉じられてしまう。そうすると、第二吐出ポートは、本来の機能、つまり冷媒の過圧縮の回避機能を発揮できないことになる。 In addition, when the second discharge port is arranged at a position far away from the first discharge port toward the half rotation direction of the rotation shaft, the angular position at which the total discharge flow rate when the two discharge ports are combined is maximized The roller may pass through the second discharge port before the roller reaches the front. In this case, the second discharge port is closed by the roller before the roller reaches the angular position where the total discharge flow rate of the two discharge ports is maximized. Then, the second discharge port cannot exhibit its original function, that is, the function of avoiding refrigerant overcompression.
ところで、例えばデータセンターのような施設では、外気温が低い冬季であっても施設内の機器の冷却が必要になる。このような使用条件における冷凍サイクル装置では、フリークーリング運転が行われる。フリークーリング運転では、冷媒の圧縮を殆ど必要としない。そこで、フリークーリング運転を行う従来の冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させるための冷媒ポンプを、圧縮機とは別個に備えている。 By the way, in a facility such as a data center, it is necessary to cool equipment in the facility even in winter when the outside air temperature is low. In the refrigeration cycle apparatus under such usage conditions, free cooling operation is performed. In free cooling operation, almost no refrigerant compression is required. Therefore, a conventional refrigeration cycle apparatus that performs a free cooling operation includes a refrigerant pump for circulating the refrigerant separately from the compressor.
そこで、本発明は、第二吐出ポートの無効容積による効率低下を抑制し、冷媒の過圧縮の回避機能を十分に発揮し、かつ定格運転で冷媒を所要圧力へと昇圧させることが可能な一方で、冷媒をほとんど昇圧させることなく、単に循環させることが可能な、広範な運転範囲(運転能力)に対応できる回転式圧縮機、および冷凍サイクル装置を提案する。 Therefore, the present invention suppresses efficiency reduction due to the ineffective volume of the second discharge port, sufficiently exhibits the function of avoiding overcompression of the refrigerant, and can boost the refrigerant to the required pressure during rated operation. Therefore, the present invention proposes a rotary compressor and a refrigeration cycle apparatus that can cope with a wide operating range (operating capacity) that can circulate the refrigerant almost without increasing the pressure.
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る回転式圧縮機は、シリンダー室を有するシリンダーと、前記シリンダーを閉塞する一対の閉塞板と、前記シリンダー室内に配置される偏心部を有し、かつ前記一対の閉塞板を貫く回転軸と、前記偏心部に嵌められて前記シリンダー室内で偏心回転するローラーと、前記ローラーとともに前記シリンダー室を吸込室と圧縮室とに仕切るベーンと、を備え、前記一対の閉塞板および前記シリンダーのいずれかに形成され、前記シリンダー室で圧縮された作動流体を前記シリンダー室から吐出させる少なくとも2つの吐出ポートを有し、前記少なくとも2つの吐出ポートは、第一吐出ポート、および第二吐出ポートを含み、前記第一吐出ポートは、前記第二吐出ポートよりも前記ベーンの近傍に配置され、前記第二吐出ポートは、前記偏心部の偏心方向が前記ベーンの方向に一致する位置を回転角0度として前記回転軸の回転方向へ回転角を定義したとき、前記回転軸の回転角が180度より大きく、かつ210度以下のいずれかの回転角で前記ローラーによって前記圧縮室との接続が断たれる位置に配置されている。 In order to solve the above problems, a rotary compressor according to an embodiment of the present invention includes a cylinder having a cylinder chamber, a pair of blocking plates that close the cylinder, and an eccentric portion disposed in the cylinder chamber. And a rotating shaft that passes through the pair of blocking plates, a roller that is fitted in the eccentric portion and rotates eccentrically in the cylinder chamber, and a vane that partitions the cylinder chamber into a suction chamber and a compression chamber together with the roller. And at least two discharge ports that are formed in any of the pair of closing plates and the cylinder and discharge the working fluid compressed in the cylinder chamber from the cylinder chamber, the at least two discharge ports being The first discharge port is disposed closer to the vane than the second discharge port. And the second discharge port defines a rotation angle in the rotation direction of the rotation shaft when a position where the eccentric direction of the eccentric portion coincides with the direction of the vane is defined as a rotation angle of 0 degree. Is arranged at a position where the roller is disconnected from the compression chamber at any rotation angle greater than 180 degrees and 210 degrees or less.
また、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、前記回転式圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器と、前記回転式圧縮機と前記放熱器と前記膨張装置と前記吸熱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。 The refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention includes the rotary compressor, a radiator, an expansion device, a heat absorber, the rotary compressor, the radiator, the expansion device, and the heat absorber. And a refrigerant pipe for circulating the refrigerant.
本発明に係る回転式圧縮機、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4を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号が付されている。 Embodiments of a rotary compressor and a refrigeration cycle apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent structure in several drawing.
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図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention.
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、回転式圧縮機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、冷媒管8と、を備えている。冷媒管8は、回転式圧縮機2と凝縮器3と膨張装置5と蒸発器6と順次に接続して冷媒を流通させる。
As shown in FIG. 1, a refrigeration cycle apparatus 1 according to this embodiment includes a
本実施形態に係る回転式圧縮機2は、密閉ケース11と、密閉ケース11内の上半部に配置される電動機12と、密閉ケース11内の下半部に配置される圧縮機構13と、電動機12の回転駆動力を圧縮機構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、密閉ケース11の側部に設けられたアキュムレータ7と、を備えている。
The
密閉ケース11は、円筒状の縦長形状である。密閉ケース11の長手方向、つまり円筒の中心線に沿う方向は、接地面に対して起立している。密閉ケース11は、両端が開放された胴部11aと、胴部11aのそれぞれの端部を塞ぐ一対の鏡板11bと、を備えている。密閉ケース11内には潤滑油が貯留されている。
The sealed
密閉ケース11の上端部には、冷媒の吐出用の冷媒管8が接続されている。
A refrigerant pipe 8 for discharging refrigerant is connected to the upper end of the sealed
電動機12は、圧縮機構13の回転駆動力を発生する。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。
The electric motor 12 generates the rotational driving force of the
回転軸15は、電動機12と圧縮機構13とを互いに連結している。回転軸15は、電動機12が発生させる動力を圧縮機構13に伝達する。回転軸15は、密閉ケース11の長手方向に伸びている。回転軸15は、密閉ケース11の中心線上に配置されている。
The rotating
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15bは、副軸受17に回転自在に支持されている。回転軸15は、主軸受16、シリンダー21、および副軸受17を貫通している。換言すると、回転軸15は、圧縮機構13を貫通している。
An
また、回転軸15は偏心部22を備えている。偏心部22は、回転軸15の中心に不一致な中心を有する円盤、あるいは円柱である。
The rotating
圧縮機構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、かつ密閉ケース11内へ吐出する。
The
圧縮機構13は、密閉ケース11に収容されている。圧縮機構13は、密閉ケース11の下部に配置されている。圧縮機構13の大部分は、密閉ケース11の下部に満たされる潤滑油に浸されている。
The
圧縮機構13は、シリンダー室23を有するシリンダー21と、シリンダー21の両端を閉塞する一対の閉塞板26、27と、シリンダー21内に配置されるローラー28と、を備えている。
The
シリンダー21は、円柱形、または円盤形(平面視において円形)のシリンダー室23を有している。シリンダー室23の中心は、実質的に回転軸15の回転中心に重なっている。シリンダー室23は、シリンダー21の厚み(密閉ケース11の中心線方向における高さ)の全てに渡る。つまり、シリンダー室23は、シリンダー21を貫通している。シリンダー室23は、シリンダー21の内側の空間であって、主軸受16および副軸受17によって閉塞されている。シリンダー室23内には、回転軸15の偏心部22が配置されている。
The
また、シリンダー21は、シリンダー室23内に開放されるベーン溝29と、ベーン溝29のシリンダー室23から遠い側の端部に繋がるベーン背室31と、を有している。ベーン背室31は、密閉ケース11内に開放されている。
The
一方の閉塞板26、つまり主軸受16は、電動機12に近い側のシリンダー21の端面21a(上面)を塞いでいる。シリンダー21は、密閉ケース11の内面に溶接で固定されている。主軸受16は、ボルト32によってシリンダー21に固定されている。主軸受16には、シリンダー室23内で圧縮された冷媒を吐出する吐出弁機構33と、吐出マフラー35とが設けられている。
One
吐出マフラー35は、吐出孔36を有している。吐出マフラー35内の空間は、吐出孔36を介して密閉ケース11内の空間に繋がっている。吐出マフラー35は、吐出弁機構33に覆い被さっている。
The
吐出弁機構33は、シリンダー室23に接続されている。吐出弁機構33は、圧縮機構13の圧縮作用にともなって圧縮室52の圧力が吐出マフラー35内の圧力より高くなり、その差圧(つまり圧縮室52と吐出マフラー35内との差圧)が予め定める差圧値に達したときに開放して、圧縮冷媒を吐出マフラー35内に吐出する。
The
吐出弁機構33は、シリンダー室23に繋がる吐出ポート37と、吐出ポート37を塞ぐ弁体38と、弁体38の開度を制限する弁ストッパ39と、を備えている。弁体38は板バネからなるリード弁である。弁体38および弁ストッパ39の端部は、主軸受16に固定されている。
The
他方の閉塞板27、つまり副軸受17は、電動機12から遠い側のシリンダー21の端面21b(下面)を塞いでいる。副軸受17は、ボルト41によってシリンダー21に固定されている。
The
ローラー28は、回転軸15の偏心部22に嵌合され、かつシリンダー21のシリンダー室23に収容されている。ローラー28は、回転軸15の回転にともなって、ローラー28の外周面の一部をシリンダー室23の内周面に接触させながらシリンダー室23内を偏心回転する。なお、ローラー28とシリンダー21とは、油膜(図示省略)を介在させて間接的に接触しているが、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。ローラー28と偏心部22との間、ローラー28と主軸受16との間、ローラー28と副軸受17との間も同じである。
The
また、シリンダー21にはベーン部45が設けられている。ベーン部45は、シリンダー21の高さ(厚さ)と同程度に伸びる板状のベーン46と、ベーン46の先端部をローラー28の外周面に押さえ付けるばね力を生じるコイルスプリング47と、を備えている。
The
ベーン46は、シリンダー21のベーン溝29に配置されている。ベーン46は、コイルスプリング47のばね力、密閉ケース11の圧力、およびローラー28から働く力によってベーン溝29からシリンダー室23内へ進退(出没)する。
The
ベーン46の先端部は略円弧状である。ベーン46先端部は、シリンダー室23内に突出し、ローラー28の回転角度(偏心回転位置)に拘わらず、円形状のローラー28の外周面に油膜を介して線接触している。ベーン46は、ローラー28に接してシリンダー室23を吸込室と圧縮室とに仕切っている。
The tip of the
コイルスプリング47は、シリンダー21の外周壁に穿たれるスプリング収容孔48に収容されている。スプリング収容孔48は、ベーン背室31を介してシリンダー室23の手前まで達している。コイルスプリング47の一方の端部はベーン46に押し当てられ、他方の端部は密閉ケース11の内周面に押し当てられている。
The
ベーン背室31が密閉ケース11内に開放しているため、ベーン46の背面には、密閉ケース11内の圧力が作用する。コイルスプリング47は、密閉ケース11内の圧力が低く、密閉ケース11内の圧力だけではベーン46をローラー28に対して十分に押し付けられず、シリンダー室23内を吸込み側と圧縮側とに区画することができない場合に、ベーン46の押し付け力を補助している。
Since the vane back
アキュムレータ7の上部には、冷媒の吸込用の冷媒管8が接続されている。また、アキュムレータ7の底部を貫通して吸込管8aが設けられている。吸込管8aは、回転式圧縮機2の密閉ケース11を貫いてシリンダー21に設けられ、シリンダー室23に繋がる吸込孔49に接続されている。
A refrigerant pipe 8 for sucking refrigerant is connected to the upper portion of the
本実施形態に係る回転式圧縮機2の圧縮機構13について、さらに詳しく説明する。
The
図2は、本発明の実施形態に係る回転式圧縮機の平断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional plan view of the rotary compressor according to the embodiment of the present invention.
なお、図2は圧縮機構13から閉塞板26を取り外した状態を示している。
FIG. 2 shows a state in which the
図2に示すように、本実施形態に係る回転式圧縮機2の圧縮機構13のシリンダー室23は、ローラー28およびベーン46によって吸込室51と圧縮室52とに区画されている。シリンダー室23内に吸い込まれた作動流体(冷媒)は、ローラー28の偏心回転およびベーン46の進退動作によってシリンダー室23内で圧縮される。
As shown in FIG. 2, the
シリンダー21は、シリンダー21の径方向に伸びる吸込孔49を有している。吸込孔49は、ローラー28の回転方向(図2中の矢印R方向)においてベーン部45(あるいはベーン溝29またはベーン46)の直後(図2中、ベーン溝29の右側)に配置されている。吸込孔49のシリンダー21の径方向の外側端部は、吸込管8aに接続されている。吸込孔49のシリンダー21の径方向の内側端部は、シリンダー室23に接続されている。
The
主軸受16の吐出弁機構33は、シリンダー室23に繋がる、少なくとも2つの吐出ポート37を有している。少なくとも2つの吐出ポート37は、第一吐出ポート55、および第二吐出ポート56を含んでいる。それぞれの吐出ポート37は、主軸受16を貫通する円形の孔である。それぞれの吐出ポート37は、回転軸15の長手方向(延伸方向)へ主軸受16を貫通している。それぞれの吐出ポート37は、シリンダー室23で圧縮された作動流体をシリンダー室23からシリンダー室23外、つまり密閉ケース11内の空間へ吐出させる。
The
ここで、偏心部22の偏心方向(回転軸15の回転中心から偏心部の中心へ向かう方向)が、ベーン部45(あるいはベーン溝29またはベーン46)の方向(進退方向)に一致する位置を回転角(角度位置)=0度として回転軸15およびローラー28の回転方向(図2中の矢印R方向)へ回転角を定義する。回転角は、クランク角とも呼ばれる。
Here, the position where the eccentric direction of the eccentric portion 22 (the direction from the rotation center of the
2つの吐出ポート37の一方、つまり第一吐出ポート55は、第二吐出ポート56よりもベーン部45の近傍に配置されている。また、第一吐出ポート55は、ローラー28の回転方向Rにおいてベーン部45(あるいはベーン溝29またはベーン46)に達する直前(図2中、ベーン溝29の左側)に配置されている。換言すると、第一吐出ポート55が配置される角度位置(回転角)は、第二吐出ポート56が配置される角度位置(回転角)よりも大きく、圧縮室52から吸込室51へ作動流体が漏れ出ることのない限りにおいて回転角≒360度、つまりベーン46に極めて近い。第一吐出ポート55が配置される角度位置(回転角)は、所謂上死点の直前である。
One of the two
2つの吐出ポート37の他方、つまり第二吐出ポート56は、回転軸15の回転角θが180度よりも大きく、かつ210度以下のいずれかの回転角でローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる位置に配置されている。なお、図2中の第二吐出ポート56aは、回転軸15の回転角θが180度をやや超えたときに、ローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる位置に配置された場合の第二吐出ポート56を示したものであり、第二吐出ポート56bは、回転軸の回転角θが210度の位置で、ローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる位置に配置された場合の第二吐出ポート56を示したものである。
The other of the two
ここで、「ローラー28によって圧縮室52と第二吐出ポート56との接続が断たれる」とは、平面視(回転軸15の回転中心線方向)において、シリンダー室23内を偏心回転するローラー28が第二吐出ポート56に重なって、第二吐出ポート56がシリンダー室23の圧縮室52から切り離される、縁切りされる、遮断される、接続されなくなる、あるいは繋がらなくなる位置を意味している。なお、ローラー28の偏心回転が進むと、第二吐出ポート56は、やがて吸込室51に繋がることになる。
Here, “the connection between the
第一吐出ポート55を塞ぐ第一弁体57、および第二吐出ポート56を塞ぐ第二弁体58は、圧縮機構13の圧縮作用にともないシリンダー室23の圧縮室52の圧力が吐出マフラー35内の圧力より高くなり、その差圧(つまり圧縮室52と吐出マフラー35内の内との差圧)が予め定める差圧値に達したときに開放して、吐出マフラー35内に圧縮冷媒を吐出する。第一吐出ポート55を塞ぐ第一弁体57は、どのような圧縮比においても、圧縮室52と吐出マフラー35内の空間の差圧が予め定める差圧値に達したときに開放する。
The first valve body 57 that closes the first discharge port 55 and the second valve body 58 that closes the second discharge port 56 have the pressure in the
したがって、第一吐出ポート55は、圧縮機構13の圧縮作用にともない圧縮室52と吐出マフラー35内の空間の差圧が予め定める差圧値に達したときに開放して、シリンダー室23内の圧縮冷媒のほぼ全量を吐出させる。
Therefore, the first discharge port 55 is opened when the pressure difference between the
一方、第二吐出ポート56は、第二吐出ポート56bがローラー28によって圧縮室52との接続が断たれるまでに、圧縮機構13の圧縮作用にともない、圧縮室52の圧力が吐出マフラー35内の圧力より高くなり、その差圧が予め定める差圧値に達したときに開放して、シリンダー室23内の圧縮冷媒を吐出させる。また、第二吐出ポート56がローラー28によって圧縮室52との接続が断たれた時点で、第二吐出ポート56は、ローラー28に遮られ、あるいは吸込室51に繋がることになって、閉鎖される(第二弁体58が閉じる)。さらに、第二吐出ポート56は、ローラー28によって圧縮室52との接続が断たれるまでに、圧縮室52の圧力が吐出マフラー35内の空間の圧力より高くならなかったり、高くなったとしてもその差圧が予め定める差圧値に達しなかったりすれば閉鎖したままになる。
On the other hand, in the second discharge port 56, the pressure in the
また、第二吐出ポート56の通路断面積は、第一吐出ポート55の通路断面積よりも大きくされている。なお、2つの吐出ポート37、つまり第一吐出ポート55および第二吐出ポート56の通路断面積は、同じであっても良い。換言すると、第一吐出ポート55および第二吐出ポート56の直径は、同じであっても良い。
The passage sectional area of the second discharge port 56 is larger than the passage sectional area of the first discharge port 55. The passage sectional areas of the two
第二吐出ポート56を塞ぐ第二弁体58のバネ定数は、第一吐出ポート55を塞ぐ第一弁体57のバネ定数よりも小さくされている。なお、第二吐出ポート56を塞ぐ第二弁体58のバネ定数は、第一吐出ポート55を塞ぐ第一弁体57のバネ定数と同じであっても良い。 The spring constant of the second valve body 58 that closes the second discharge port 56 is made smaller than the spring constant of the first valve body 57 that closes the first discharge port 55. The spring constant of the second valve body 58 that closes the second discharge port 56 may be the same as the spring constant of the first valve body 57 that closes the first discharge port 55.
なお、吐出ポート37は3つ以上あっても良い。その場合、3つめ以上の吐出ポート37、つまり第三吐出ポート(図示省略)以後の吐出ポート37は、第二吐出ポート56よりも回転角の小さい範囲に設けられる。
Note that there may be three or
次いで、第二吐出ポート56がローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる回転軸15の回転角θ(角度位置)の範囲(180度より大きく、210度以下)の設定について、さらに詳しく説明する。
Next, the setting of the range (greater than 180 degrees and less than 210 degrees) of the rotation angle θ (angular position) of the
まず、第二吐出ポート56がローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる回転軸の回転角θの範囲の下限の設定について説明する。
First, the setting of the lower limit of the range of the rotation angle θ of the rotating shaft at which the second discharge port 56 is disconnected from the
図3は、回転式圧縮機の回転軸の回転角と圧縮速度との関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotary shaft of the rotary compressor and the compression speed.
図3の横軸は、回転軸15の回転角(=角度位置)を示している。図3の縦軸は、ローラー28の偏心回転にともなうシリンダー室23(圧縮室52)内の作動流体(冷媒)の圧縮速度であり、最大値(回転角=180度における圧縮速度)に対する割合を示している。
The horizontal axis in FIG. 3 indicates the rotation angle (= angle position) of the
図3に示すように、ローラー28の偏心回転にともなうシリンダー室23内の作動流体(冷媒)の圧縮速度は、回転軸15の回転角=180に達したとき、最大になる。回転角が0度≦回転角<180度の範囲では、圧縮速度は徐々に上昇する。回転角が180度<回転角≦360度の範囲では、圧縮速度は徐々に下降する。
As shown in FIG. 3, the compression speed of the working fluid (refrigerant) in the
第一吐出ポート55および第二吐出ポート56のいずれも、弁体が開いている状態における吐出流量は、圧縮速度に等しい。 In both the first discharge port 55 and the second discharge port 56, the discharge flow rate when the valve body is open is equal to the compression speed.
ここで、第二吐出ポート56が、回転軸15の回転角θが180度より小さいときにローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる位置に配置されているとき、第二吐出ポート56は、吐出流量が最大になる前に閉じてしまうことになる(ローラー28によって圧縮室52から縁切り、あるいは遮断、切断、隔離されてしまう)。そうすると、第二吐出ポート56が閉じた後、最大圧縮速度(最大吐出流量)に向かってローラー28が偏心回転する過程において、圧縮冷媒は第一吐出ポート55のみから吐出されることになる。つまり、第二吐出ポート56による圧縮冷媒の吐出効果(冷媒の過圧縮の回避機能)は、発揮されなくなる。
Here, when the second discharge port 56 is disposed at a position where the connection with the
そこで、本実施形態における第二吐出ポート56は、回転軸15の回転角θが180度より大きいときにローラー28によって、圧縮室52との接続が断たれる位置に配置されている。そのため、本実施形態に係る回転式圧縮機2は、冷媒の過圧縮の回避機能を十分に発揮し、かつ定格運転で冷媒を所要圧力へと昇圧させることが可能な一方で、冷媒をほとんど昇圧させることなく、単に循環させることが可能な、広範な運転範囲(運転能力)で、第二吐出ポート56による圧縮冷媒の吐出効果(冷媒の過圧縮の回避機能)を発揮できる。
Therefore, the second discharge port 56 in the present embodiment is disposed at a position where the connection with the
一方、定格運転で冷媒を所要圧力へと昇圧させる条件において、第二吐出ポート56は、無効容積(死容積)になり、第二吐出ポート56が吸込室51に接続されたときに、第二吐出ポート56の高圧冷媒が吸込室51内で再膨張して再膨張損失と呼ばれる性能低下の要因になりうる。
On the other hand, under the condition that the refrigerant is boosted to the required pressure in the rated operation, the second discharge port 56 becomes an invalid volume (dead volume), and the second discharge port 56 is connected to the
図4は、本実施形態に係る回転式圧縮機の一例であり、かつ再膨張損失が最も大きくなる高圧縮比条件において、第二吐出ポートがローラーによって圧縮室との接続が断たれる回転軸の回転角と、第二吐出ポートの無効容積による性能低下への影響度(無効容積影響度)との関係を示す図である。 FIG. 4 is an example of the rotary compressor according to the present embodiment, and the rotary shaft at which the second discharge port is disconnected from the compression chamber by the roller in a high compression ratio condition where the re-expansion loss is the largest. It is a figure which shows the relationship between this rotation angle and the influence degree (invalid volume influence degree) to the performance fall by the invalid volume of a 2nd discharge port.
なお、第二吐出ポート56の無効容積による性能低下への影響度を、以下「無効容積影響度」と言う。 The degree of influence on the performance degradation due to the invalid volume of the second discharge port 56 is hereinafter referred to as “invalid volume influence degree”.
図4の横軸は、第二吐出ポート56がローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる回転軸15の回転角を示している。図4の縦軸は、無効容積影響度を示している。
The horizontal axis in FIG. 4 indicates the rotation angle of the
ここで、無効容積影響度は、[数1]で表される。 Here, the ineffective volume influence degree is expressed by [Equation 1].
なお、圧力Pは、回転角における圧縮室52内の圧力を表している。吸込圧力Psは、シリンダー室23(吸込室51)の吸込圧力を表している。nは、ポリトロープ指数である。図4におけるポリトロープ指数n=1.3である。
The pressure P represents the pressure in the
[数1]は、第二吐出ポート56内の作動流体(冷媒)が圧縮室52内の圧力Pから吸込圧力Psまで再膨張することにより、吸込室51に吸い込まれた作動流体が逆流して真の吸込量が減少することを意味している。
[Equation 1] indicates that the working fluid (refrigerant) in the second discharge port 56 re-expands from the pressure P in the
なお、[数1]は、実際には[数2]で表されるところ、[数2]の(無効容積Vtop2÷排除容積V)を一定として省略した式である。 [Equation 1] is an expression that is actually expressed by [Equation 2] and is omitted by assuming that (invalid volume Vtop2 ÷ excluded volume V) of [Equation 2] is constant.
なお、無効容積Vtop2は、第二吐出ポート56の容積(無効容積)を表している。排除容積Vは、シリンダー室23の排除容積(吸込み容積)を表している。
The invalid volume Vtop2 represents the volume (invalid volume) of the second discharge port 56. The excluded volume V represents the excluded volume (suction volume) of the
図4に示すように、無効容積影響度は、回転角θ=210度付近で最大値から1を引いた値の約半分(約50%)である。無効容積影響度が50%(最大値から1を引いた値の約半分)を超えると、低圧縮比運転時の効率向上よりも、定格運転時の無効容積による性能低下が大きくなりすぎる。したがって、第二吐出ポート56は、無効容積影響度が50%(最大値から1を引いた値の約半分)を超えることのない、回転角θ=210度以下で圧縮室52から遮断されることが望ましい。
As shown in FIG. 4, the ineffective volume influence degree is about half (about 50%) of the value obtained by subtracting 1 from the maximum value in the vicinity of the rotation angle θ = 210 degrees. When the ineffective volume influence degree exceeds 50% (about half of the value obtained by subtracting 1 from the maximum value), the performance degradation due to the ineffective volume during the rated operation becomes too large rather than the efficiency improvement during the low compression ratio operation. Therefore, the second discharge port 56 is blocked from the
つまり、本実施形態に係る回転式圧縮機2は、第二吐出ポート56がローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる回転軸15の回転角θ(角度位置)の範囲を180度より大きく、210度以下(180度<θ≦210度)のいずれかに設定することによって、第二吐出ポート56による圧縮冷媒の吐出効果を十分に発揮し、かつ無効容積による性能低下への影響度を最小化できる。
That is, in the
本実施形態に係る回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置1は、実質的に回転軸15の回転角θが180度より大きく210度以下のいずれかの回転角で、ローラー28によって圧縮室52との接続が断たれる位置に配置された第二吐出ポート56を備えている。そのため、回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置1は、定格運転時に無効容積による性能低下への影響度を最小化できるとともに、冷媒をほとんど昇圧させることなく、単に循環させる低圧縮比運転時に冷媒の過圧縮の回避機能を十分に発揮することができ、広範な運転範囲(運転能力)で、第二吐出ポート56による圧縮冷媒の吐出効果(冷媒の過圧縮の回避機能)を発揮できるとともに、無効容積による性能低下への影響度を最小化できる。
In the
また、本実施形態に係る回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置1は、第一吐出ポート55の通路断面積よりも大きい通路断面積を有する第二吐出ポート56を備えている。そのため、回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置1は、吐出させる作動流体(冷媒)の流量が高圧縮比運転に比べて大きい低圧縮比運転において、より過圧縮を最小化し高い効率が得られる。
The
さらに、本実施形態に係る回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置1は、第一吐出ポート55の第一弁体57のバネ定数よりも小さいバネ定数を有する第二吐出ポート56の第二弁体58を備えている。そのため、回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置1は、吐出させる作動流体(冷媒)の流量が高圧縮比運転に比べて大きい低圧縮比運転において、過圧縮を最小化し、高い効率を得られる。一般的に、吐出ポートの弁体のバネ定数が小さい場合には、定格以上の負荷において吐出ポート(弁)の閉じ遅れによる性能、信頼性の低下が発生する。しかしながら、本実施形態に係る回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置1は、定格以上の負荷における第二吐出ポート56の開閉が行われなくなり、第二吐出ポート56の閉じ遅れによる性能、信頼性の低下は生じない。
Furthermore, the
したがって、本実施形態の回転式圧縮機2および、回転式圧縮機2を備える冷凍サイクル装置1によれば、第二吐出ポート56の無効容積による効率低下を抑制し、冷媒の過圧縮の回避機能を十分に発揮し、かつ定格運転で冷媒を所要圧力へと昇圧させることが可能な一方で、冷媒をほとんど昇圧させることなく、単に循環させることが可能である。
Therefore, according to the
なお、本実施形態においては、第一吐出ポート55および第二吐出ポート56が、主軸受16に設けられているが、第一吐出ポート55および第二吐出ポート56は副軸受17に設けられていても良いし、シリンダー21に設けられていても良い。さらに、第一吐出ポート55は主軸受16に設けられ、第二吐出ポート56は副軸受17に設けられていても良い。このように、第一吐出ポート55および第二吐出ポート56は、主軸受16、副軸受17、およびシリンダー21のいずれかに設けられていればよい。
In the present embodiment, the first discharge port 55 and the second discharge port 56 are provided in the
また、本実施形態においては、ローラー28とベーン46が別体のものについて説明したが、本発明は、ローラー28とベーン46が一体化されたスイング式圧縮機にも適用できる。
In the present embodiment, the
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…冷凍サイクル装置、2…回転式圧縮機、3…凝縮器、5…膨張装置、6…蒸発器、7…アキュムレータ、8…冷媒管、8a…吸込管、11…密閉ケース、12…電動機、13…圧縮機構、15…回転軸、15a…中間部分、15b…下端部、16…主軸受、17…副軸受、11a…胴部、11b…鏡板、18…固定子、19…回転子、21…シリンダー、21a、21b…シリンダーの端面、22…偏心部、23…シリンダー室、26、27…閉塞板、28…ローラー、29…ベーン溝、31…ベーン背室、32…ボルト、33…吐出弁機構、35…吐出マフラー、36…吐出孔、37…吐出ポート、38…弁体、39…弁ストッパ、41…ボルト、45…ベーン部、46…ベーン、47…コイルスプリング、48…スプリング収容孔、49…吸込孔、51…吸込室、52…圧縮室、55…第一吐出ポート、56、56a、56b…第二吐出ポート、57…第一弁体、58…第二弁体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Refrigeration cycle apparatus, 2 ... Rotary compressor, 3 ... Condenser, 5 ... Expansion apparatus, 6 ... Evaporator, 7 ... Accumulator, 8 ... Refrigerant pipe, 8a ... Suction pipe, 11 ... Sealing case, 12 ... Electric motor , 13 ... compression mechanism, 15 ... rotating shaft, 15a ... intermediate portion, 15b ... lower end, 16 ... main bearing, 17 ... sub-bearing, 11a ... trunk, 11b ... end plate, 18 ... stator, 19 ... rotor, 21 ... Cylinder, 21a, 21b ... End face of cylinder, 22 ... Eccentric part, 23 ... Cylinder chamber, 26, 27 ... Blocking plate, 28 ... Roller, 29 ... Vane groove, 31 ... Vane back chamber, 32 ... Bolt, 33 ... Discharge valve mechanism, 35 ... Discharge muffler, 36 ... Discharge hole, 37 ... Discharge port, 38 ... Valve body, 39 ... Valve stopper, 41 ... Bolt, 45 ... Vane part, 46 ... Vane, 47 ... Coil spring, 48 ... Spring Receiving hole, 9 ... suction hole, 51 ... suction chamber, 52 ... compression chamber, 55 ... first discharge port, 56, 56a, 56b ... second discharge port, 57 ... first valve body 58 ... second valve body.
Claims (4)
前記シリンダーを閉塞する一対の閉塞板と、
前記シリンダー室内に配置される偏心部を有し、かつ前記一対の閉塞板を貫く回転軸と、
前記偏心部に嵌められて前記シリンダー室内で偏心回転するローラーと、
前記ローラーとともに前記シリンダー室を吸込室と圧縮室とに仕切るベーンと、を備え、
前記一対の閉塞板および前記シリンダーのいずれかに形成され、前記シリンダー室で圧縮された作動流体を前記シリンダー室から吐出させる少なくとも2つの吐出ポートを有し、
前記少なくとも2つの吐出ポートは、第一吐出ポート、および第二吐出ポートを含み、
前記第一吐出ポートは、前記第二吐出ポートよりも前記ベーンの近傍に配置され、
前記第二吐出ポートは、前記偏心部の偏心方向が前記ベーンの方向に一致する位置を回転角0度として前記回転軸の回転方向へ回転角を定義したとき、前記回転軸の回転角が180度より大きく、かつ210度以下のいずれかの回転角で前記ローラーによって前記圧縮室との接続が断たれる位置に配置されている回転式圧縮機。 A cylinder having a cylinder chamber;
A pair of closing plates for closing the cylinder;
A rotating shaft having an eccentric portion disposed in the cylinder chamber and penetrating the pair of blocking plates;
A roller fitted in the eccentric part and eccentrically rotated in the cylinder chamber;
A vane that partitions the cylinder chamber into a suction chamber and a compression chamber together with the roller;
Having at least two discharge ports that are formed on either of the pair of closing plates and the cylinder and discharge the working fluid compressed in the cylinder chamber from the cylinder chamber;
The at least two discharge ports include a first discharge port and a second discharge port;
The first discharge port is disposed closer to the vane than the second discharge port;
In the second discharge port, when the rotation angle is defined in the rotation direction of the rotation shaft with the position where the eccentric direction of the eccentric portion coincides with the direction of the vane as a rotation angle of 0 degrees, the rotation angle of the rotation shaft is 180 degrees. A rotary compressor disposed at a position where the roller is disconnected from the compression chamber at any rotation angle greater than 200 degrees and at any rotation angle of 210 degrees or less.
放熱器と、
膨張装置と、
吸熱器と、
前記回転式圧縮機と前記放熱器と前記膨張装置と前記吸熱器とを接続して冷媒を流通させる冷媒管と、を備える冷凍サイクル装置。 The rotary compressor according to any one of claims 1 to 3,
A radiator,
An expansion device;
A heat sink,
A refrigeration cycle apparatus comprising: a refrigerant pipe that connects the rotary compressor, the radiator, the expansion device, and the heat absorber to distribute the refrigerant.
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JP2018017370A JP2019132254A (en) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Rotary compressor and refrigeration cycle device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7003319B1 (en) * | 2021-08-04 | 2022-01-20 | 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 | Compressor and heat exchange system |
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-
2018
- 2018-02-02 JP JP2018017370A patent/JP2019132254A/en active Pending
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