JP2021067263A - 圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<圧縮機の構成>
図1は、第1実施形態に係る圧縮機100の縦断面図である。
圧縮機100は、ガス状の冷媒を圧縮するロータリ式の圧縮機である。図1に示すように、圧縮機100は、密閉容器1と、電動機2と、バランスウェイト31,32と、クランク軸4(駆動軸)と、圧縮機構部5と、消音カバー6と、を備えている。
図2に示すシリンダ5aは、ローラ5bや上軸受5c、下軸受5dとともにシリンダ室Cyを形成する部材であり、環状(円筒状)を呈している。なお、シリンダ室Cyとは、シリンダ5aとローラ5bとの間の空間である。なお、シリンダ室Cyには、圧縮室Com及び吸入室Inが含まれるが(図5も参照)、図2では、ローラ5bによってベーン5eの先端がシリンダ5aの内周面まで退いた状態になっており、シリンダ室Cyの全体が圧縮室Comになっている。
また、ベーンばね装着穴h5と、シリンダ5aの径方向内側の空間と、を連通させるように、径方向のスリット(図2では符号を図示せず)がシリンダ5aに設けられている。このスリットは、ベーン5eを径方向で往復移動させるためのスペースであり、ベーン5eの肉厚よりも若干幅広に設けられている。
図3に示すベーンばね5gは、ベーン5eを径方向内向きに付勢するばねであり、ベーンばね装着穴h5に設置されている。そして、圧縮機構部5の内・外の圧力差、及び、ベーンばね5gの付勢力によって、ベーン5eの先端がローラ5bの外周面に押し当てられるようになっている(図2も参照)。これによって、シリンダ5aとローラ5bとの間の空間であるシリンダ室Cyが、吸入室In及び圧縮室Comに仕切られる(図5も参照)。また、シリンダ5aの上面の内周縁部の所定箇所には、吐出切欠きh6が設けられている。
また、下軸受5dには、シリンダ室Cy(図5も参照)に臨む面に凹状の油ポケットh10(凹部)が設けられている。詳細については後記するが、シリンダ5a内でのローラ5bの公転中、ローラ5bの径方向内側の空間Gで油ポケットh10に潤滑油が取り込まれ、さらに、この潤滑油がシリンダ室Cyに供給される、というサイクルが周期的に繰り返されるようになっている。この油ポケットh10の配置等が、本実施形態の主な特徴の一つである。
図4に示すY軸は、中心軸線Z(図1も参照)に対して垂直であり、さらに、ベーン5eの側面と平行であって、シリンダ5aやローラ5bの他、ベーン5eを通る所定の軸線である。また、中心軸線Z及びY軸の両方に垂直な軸線をX軸とする。
なお、図5に示す回転角θは、シリンダ5a内で移動(公転)するローラ5bの回転角である。また、シリンダ5a内でローラ5bが「上死点」(TDC:Top Dead Center)に位置しているときのローラ5bの回転角を0°とする。前記した「上死点」とは、圧縮室Comで冷媒の圧縮が開始されるときのローラ5bの位置を意味している。言い換えると、「上死点」とは、平面視でベーン5eが延びている方向(図4のY軸方向)において、ローラ5bの中心がベーン5eの先端に最も近づいたとき(ベーン5eが最も後退したとき)のローラ5bの位置を意味している。
図6に示す回転角θは、前記したように、シリンダ5a内で移動(公転)するローラ5bの回転角であり、上死点での回転角をθ=0°としている。そして、ローラ5bの移動に伴い、油ポケットh10への潤滑油の取込み(油取込区間Δθin)、油ポケットh10の閉塞(閉塞区間Δθocc)、圧縮室Comへの潤滑油の放出(油放出区間Δθout)、及び油ポケットh10の閉塞(閉塞区間Δθocc)が順次に繰り返されるようになっている。
図7の横軸は、油ポケット容積比(以下、油ポケット容積比Vprという)であり、縦軸は、本実施形態の圧縮機100(図1参照)を用いた空気調和機のAPF(Annual Performance Factor)である。なお、油ポケット容積比Vprは、シリンダ5aの行程容積に対して、油ポケットh10(凹部)の容積Vpが占める比率であり、以下の式(1)に基づいて算出される。前記した「行程容積」とは、ローラの回転角θ=0°の状態であるときのシリンダ室Cy(図2参照)の容積である。
第1実施形態によれば、下軸受5dの油ポケットh10から圧縮室Comに潤滑油が間欠的に供給されるため、圧縮室Comのシール性を高めことができる。また、ベーン5eの近傍に油ポケットh10を設けることで、ベーン5eやシリンダ5aの各摺動面を十分に潤滑できる。特に、ベーン5eよりも吐出切欠きh6側(図4参照)に油ポケットh10を設けることで、ベーン5eの先端や側面に潤滑油が付着しやすくなる。したがって、特に、油膜が形成されにくい低速回転中であっても、圧縮機構部5(図4参照)の潤滑性・シール性を高めることができる。また、高温高圧になりやすい冷媒R32を用いる場合でも、性能や信頼性の高い圧縮機100を提供できる。
第2実施形態は、圧縮機100A(図8参照)が2つの圧縮機構部51,52(図8参照)を備えている点が、第1実施形態(図1参照)とは異なっている。また、第2実施形態は、圧縮機構部51,52を仕切る仕切板50(図8参照)に油ポケットh11,h12(図8参照)が設けられている点が、第1実施形態とは異なっている。なお、それ以外の点は、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図8に示すように、圧縮機100Aは、密閉容器1と、電動機2と、クランク軸4A(駆動軸)と、2つの圧縮機構部51,52と、仕切板50と、消音カバー61,62と、を備えている。
クランク軸4Aは、回転子2bと一体で回転する軸であり、主軸4aと、偏心部41b,42bと、を備えている。一方の偏心部41bは、他方の偏心部42bに対して、平面視で逆側に偏心している。これによって、一方の偏心部41bの移動に伴う回転のアンバランスが、他方の偏心部42bで打ち消され、圧縮機100Aの振動が抑制される。なお、一方の偏心部41bには、上側のローラ51bの内周面が摺接し、他方の偏心部42bには、下側のローラ52bの内周面が摺接している。
なお、油ポケットh12は、仕切板50の下面に設けられているが、この油ポケットh12にも潤滑油が付着する。したがって、ロータ52bの移動に伴って、油ポケットh12から圧縮室Com2に潤滑油が間欠的に供給される。
図9に示すように、油ポケットh12(凹部)は、周方向においてベーン52eよりも吐出切欠きh26側(吐出流路側)に設けられている。これによって、ベーン52eやシリンダ52a、ローラ52bの各摺動面に潤滑油が行きわたる。同様に、他方の油ポケットh11(凹部:図8参照)も、周方向においてベーン51e(図8参照)よりも吐出切欠き側(吐出流路側:符号は図示せず)に設けられている。
また、ローラ52bの回転角が180°の状態では、ローラ52bとシリンダ52aとの間に油ポケットh12(凹部)が位置している。これによって、ベーン52eやシリンダ52a、ローラ52bの各摺動面を適切に潤滑できる。
また、ローラ52bの回転角が90°の状態、及び、ローラ52bの回転角が270°の状態では、油ポケットh12(凹部)がローラ52bで閉塞されている。これによって、ローラ52bの径方向内側・外側の空間が油ポケットh12を介して連通することを防止できる。
なお、上側の圧縮機構部51(図8参照)のおけるローラ51bの回転角ついても同様のことがいえる。
図10に示すように、仕切板50には、クランク軸4A(図8参照)を貫通させるための孔h15が設けられている。その他、仕切板50には、消音用の3つの孔h14の他、ボルトT(図9参照)を貫通させるための4つの孔h16等が設けられている。
図11Aに示す例では、平面視で円形を呈する油ポケットh11(図10も参照)の径が長さL2であり、また、仕切板50の上面から油ポケットh11の底面までの深さが長さL3になっている。このような油ポケットh11を設計する際、シリンダ51a(図8参照)の行程容積に対して、油ポケットh11(凹部)の容積が占める比率は、0.001%以上かつ0.019%以下であることが好ましい。これによって、油ポケットh11を設けない場合よりも、圧縮機100A(図8参照)を備える空気調和機のAPFを高めることができる。なお、仕切板50の他方の油ポケットh12(図10参照)についても同様のことがいえる。
図11Bに示すように、例えば、油ポケットh11sが所定容積となるように、ドリル(図示せず)を用いて切削加工してもよい。つまり、径が長さL4、深さが長さL5となるように、その表面が断面視でV字状を呈する油ポケットh12sを設けてもよい。このような構成でも、図11Aの場合と同様の効果が奏される。
第3実施形態は、圧縮機100C(図12参照)が、下軸受5dに設けられた油ポケットh10の他に、ベーン5Ceに所定の窪み部h17が設けられている点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他の各構成については、第1実施形態(図1参照)と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図12に示すように、圧縮機構部5Cは、その側面に窪み部h17が設けられたベーン5Ceを備えている。この窪み部h17は、ベーン5Ceが後退したときに潤滑油を取り込み、ベーン5Ceが中心軸線Z側に進んだときに圧縮室Com(又は、圧縮室Comを含むシリンダ室)に潤滑油を供給するための窪みである。
第3実施形態によれば、ベーン5Ceの側面に窪み部h17を設けることで、シリンダ5aやベーン5Ceの各摺動面に潤滑油を十分に供給できる。
第4実施形態では、第1実施形態で説明した圧縮機100(図1参照)を備える空気調和機W(図13参照)の構成について説明する。なお、圧縮機100の構成については、第1実施形態(図1参照)で説明したものと同様であるから説明を省略する。
なお、図13の実線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
また、図13の破線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。
空気調和機W(冷凍サイクル装置)は、冷房や暖房等の空調を行う機器である。図13に示すように、空気調和機Wは、圧縮機100と、凝縮器E1と、膨張弁Vと、蒸発器E2と、アキュムレータMと、第1ファンF1と、第2ファンF2と、を備えている。
凝縮器E1は、その伝熱管(図示せず)を通流する冷媒と、第1ファンF1から送り込まれる空気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
第1ファンF1は、凝縮器E1に空気を送り込むファンであり、凝縮器E1の付近に設置されている。
第2ファンF2は、蒸発器E2に空気を送り込むファンであり、蒸発器E2の付近に設置されている。
第4実施形態によれば、圧縮機100が備える圧縮機構部5(図1参照)の圧縮室Com(図1参照)に十分な潤滑油が供給されるため、圧縮室Comのシール性が良好に保たれ、また、ベーン5e(図1参照)やシリンダ5a(図1参照)、ローラ5b(図1参照)の各摺動面の潤滑性も保たれる。したがって、第4実施形態によれば、性能や信頼性が高い空気調和機Wを提供できる。
以上、本発明に係る圧縮機100等について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第1実施形態(図1参照)では、下軸受5dの上面に油ポケットh10が設けられる構成について説明したが、これに限らない。すなわち、上軸受5cの下面に油ポケットを設けてもよいし、また、上軸受5c及び下軸受5dの両方に油ポケットを設けてもよい。言い換えると、圧縮機100において、上軸受5c(第1軸受)及び下軸受5d(第2軸受)の少なくとも一方に、シリンダ室Cyに臨む面に油ポケット(凹部)が設けられる構成にしてもよい。
また、第3実施形態の圧縮機100C(図12参照)から下軸受5dの油ポケットh10を省略し、ベーン5eの窪み部h17を残すようにしてもよい。このような構成でも、圧縮機構部5Cのシール性・潤滑性が良好に保たれる。
また、第4実施形態で説明した空気調和機W(図13参照)は、ルームエアコンやパッケージエアコンの他、ビル用マルチエアコンといったさまざまな種類の空気調和機に適用できる。
また、空気調和機Wに用いられる冷媒は、冷媒R32に限定されるものではなく、例えば、冷媒R410Aや冷媒R600aの他、プロパンを主成分とする冷媒等、さまざまな種類の冷媒を用いることができる。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
1 密閉容器
2 電動機
2a 固定子
2b 回転子
4,4A クランク軸(駆動軸)
4c 給油路
5,51,52,5C 圧縮機構部
5c 上軸受(第1軸受、軸受)
5d 下軸受(第2軸受、軸受)
5a,51a,52a シリンダ
5b,51b,52b ローラ
5e,51e,52e,5Ce ベーン
5f,51f,52f 吐出弁
50,50B 仕切板
Com,Com2 圧縮室
Cy,Cy2 シリンダ室
E1 凝縮器
E2 蒸発器
G 空間
h6,h26 吐出切欠き(吐出流路)
h8 吐出ポート(吐出流路)
h10,h11,h11s,h12,h12s 油ポケット(凹部)
h17 窪み部
In 吸入室
Q 冷媒回路
V 膨張弁
W 空気調和機(冷凍サイクル装置)
Z 中心軸線
Claims (10)
- 固定子及び回転子を有する電動機と、
前記回転子と一体で回転する駆動軸と、
前記駆動軸の回転に伴って冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記電動機、前記駆動軸、及び前記圧縮機構部を少なくとも収容し、潤滑油が封入されている密閉容器と、を備え、
前記圧縮機構部は、
環状のシリンダと、
前記電動機の駆動に伴って前記シリンダ内で公転する環状のローラと、
前記シリンダの軸方向の一方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第1軸受と、
前記シリンダの軸方向の他方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第2軸受と、を有するとともに、
前記ローラの外周面に先端が接触し、前記シリンダと前記ローラとの間のシリンダ室を吸入室及び圧縮室に仕切る板状のベーンと、
前記圧縮室に連通する吐出流路に設けられる吐出弁と、を有し、
前記ローラの径方向内側の空間は、前記駆動軸の給油路に連通しており、
前記第1軸受及び前記第2軸受の少なくとも一方には、前記シリンダ室に臨む面に凹部が設けられ、
前記シリンダ内で前記ローラが上死点に位置しているときの前記ローラの回転角を0°とした場合、前記ローラの前記回転角が0°の状態では、前記ローラの径方向内側に前記凹部が位置し、前記ローラの前記回転角が180°の状態では、前記ローラと前記シリンダとの間に前記凹部が位置している圧縮機。 - 固定子及び回転子を有する電動機と、
前記回転子と一体で回転する駆動軸と、
前記駆動軸の回転に伴って冷媒を圧縮する2つの圧縮機構部と、
2つの前記圧縮機構部を軸方向で仕切る仕切板と、
前記電動機、前記駆動軸、2つの前記圧縮機構部、及び前記仕切板を少なくとも収容し、潤滑油が封入されている密閉容器と、を備え、
それぞれの前記圧縮機構部は、
環状のシリンダと、
前記電動機の駆動に伴って前記シリンダ内で公転する環状のローラと、
前記駆動軸を軸支する軸受と、を有するとともに、
前記ローラの外周面に先端が接触し、前記シリンダと前記ローラとの間のシリンダ室を吸入室及び圧縮室に仕切る板状のベーンと、
前記圧縮室に連通する吐出流路に設けられる吐出弁と、を有し、
前記軸受は、前記シリンダの軸方向の一方側に設けられ、
前記仕切板は、前記シリンダの軸方向の他方側に設けられ、
前記ローラの径方向内側の空間は、前記駆動軸の給油路に連通しており、
それぞれの前記圧縮機構部において、前記軸受及び前記仕切板の少なくとも一方には、前記シリンダ室に臨む面に凹部が設けられ、
前記シリンダ内で前記ローラが上死点に位置しているときの前記ローラの回転角を0°とした場合、前記ローラの前記回転角が0°の状態では、前記ローラの径方向内側に前記凹部が位置し、前記ローラの前記回転角が180°の状態では、前記ローラと前記シリンダとの間に前記凹部が位置している圧縮機。 - 前記ローラの前記回転角が90°の状態、及び、前記ローラの前記回転角が270°の状態では、前記凹部が前記ローラで閉塞されていること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。 - 前記ローラの径方向内側に前記凹部が位置している状態での前記ローラの前記回転角の範囲、及び、前記ローラと前記シリンダとの間に前記凹部が位置している状態での前記ローラの前記回転角の範囲は、それぞれ、140°以上かつ165°以下であること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。 - 前記凹部は、周方向において前記ベーンよりも前記吐出流路側に設けられること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。 - 前記ローラの前記回転角が0°の状態であるときの前記シリンダ室の容積である行程容積に対して、前記凹部の容積が占める比率は、0.001%以上かつ0.019%以下であること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。 - 前記ベーンの側面には、窪み部が設けられ、
前記ローラの前記回転角が0°の状態では、前記シリンダの径方向外側に前記窪み部の少なくとも一部が存在し、前記ローラの前記回転角が180°の状態では、前記ローラと前記シリンダとの間に前記窪み部の少なくとも一部が存在していること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路を含み、
前記圧縮機は、
固定子及び回転子を有する電動機と、
前記回転子と一体で回転する駆動軸と、
前記駆動軸の回転に伴って冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記電動機、前記駆動軸、及び前記圧縮機構部を少なくとも収容し、潤滑油が封入されている密閉容器と、を備え、
前記圧縮機構部は、
環状のシリンダと、
前記電動機の駆動に伴って前記シリンダ内で公転する環状のローラと、
前記シリンダの軸方向の一方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第1軸受と、
前記シリンダの軸方向の他方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第2軸受と、を有するとともに、
前記ローラの外周面に先端が接触し、前記シリンダと前記ローラとの間のシリンダ室を吸入室及び圧縮室に仕切る板状のベーンと、
前記圧縮室に連通する吐出流路に設けられる吐出弁と、を有し、
前記ローラの径方向内側の空間は、前記駆動軸の給油路に連通しており、
前記第1軸受及び前記第2軸受の少なくとも一方には、前記シリンダ室に臨む面に凹部が設けられ、
前記シリンダ内で前記ローラが上死点に位置しているときの前記ローラの回転角を0°とした場合、前記ローラの前記回転角が0°の状態では、前記ローラの径方向内側に前記凹部が位置し、前記ローラの前記回転角が180°の状態では、前記ローラと前記シリンダとの間に前記凹部が位置している冷凍サイクル装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路を含み、
前記圧縮機は、
固定子及び回転子を有する電動機と、
前記回転子と一体で回転する駆動軸と、
前記駆動軸の回転に伴って冷媒を圧縮する2つの圧縮機構部と、
2つの前記圧縮機構部を軸方向で仕切る仕切板と、
前記電動機、前記駆動軸、2つの前記圧縮機構部、及び前記仕切板を少なくとも収容し、潤滑油が封入されている密閉容器と、を備え、
それぞれの前記圧縮機構部は、
環状のシリンダと、
前記電動機の駆動に伴って前記シリンダ内で公転する環状のローラと、
前記駆動軸を軸支する軸受と、を有するとともに、
前記ローラの外周面に先端が接触し、前記シリンダと前記ローラとの間のシリンダ室を吸入室及び圧縮室に仕切る板状のベーンと、
前記圧縮室に連通する吐出流路に設けられる吐出弁と、を有し、
前記軸受は、前記シリンダの軸方向の一方側に設けられ、
前記仕切板は、前記シリンダの軸方向の他方側に設けられ、
前記ローラの径方向内側の空間は、前記駆動軸の給油路に連通しており、
それぞれの前記圧縮機構部において、前記軸受及び前記仕切板の少なくとも一方には、前記シリンダ室に臨む面に凹部が設けられ、
前記シリンダ内で前記ローラが上死点に位置しているときの前記ローラの回転角を0°とした場合、前記ローラの前記回転角が0°の状態では、前記ローラの径方向内側に前記凹部が位置し、前記ローラの前記回転角が180°の状態では、前記ローラと前記シリンダとの間に前記凹部が位置している冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒として、冷媒R32が用いられること
を特徴とする請求項8又は請求項9に記載の冷凍サイクル装置。
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