JP2023180461A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリ圧縮機の圧縮部の冷媒押退量を確保しつつ小型化できるロータリ圧縮機を提供する。【解決手段】ピストンロータの外周面に当接して圧縮室の空間を仕切るブレードと、ブレードの基端部を押圧する押圧バネと、を備え、シリンダ６０は、ブレードの基端部を摺動可能に保持するためのブレード溝６６と、ブレード溝６６の後端側に設けられてシリンダ６０の外周部を形成するブリッジ部７０と、ブリッジ部７０に形成され、押圧バネを収容するバネ溝７２と、を備えバネ溝７２は、シリンダ６０軸線方向に直交する水平方向に向いて形成され、バネ溝７２のバネ溝中心軸線ＣＬ２、ブレード溝６６及びブリッジ部７０を含む断面でシリンダ６０を縦断面視した場合に、バネ溝７２の軸線方向の両側にそれぞれ位置するブリッジ部７０の残余部分７０ａの水平方向の寸法をｖ、軸線方向の寸法をｈとした場合、ｖ ＜ ｈとされている。【選択図】図４

Description

本開示は、ロータリ圧縮機に関するものである。

冷凍装置や空気調和装置等に使用される圧縮機の１つに、ロータリ圧縮機が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１８－７６８１７号公報

圧縮機部品の設計に空間的な自由度を持たせることができるので、ロータリ圧縮機のコア径は大きい方が望ましい。しかし、ロータリ圧縮機のコア径が大きいと、資材量が多くなるため重量および資材コストが増大するという問題がある。

そこで、ロータリ圧縮機の小型化が要求されている。しかし、ロータリ圧縮機を小型化するとコア径が小さくなって圧縮部の冷媒押退量が減少するおそれがある。特に、冷媒として低圧冷媒（例えば燃焼クラスが微燃性（Ａ２Ｌ）や強燃性（Ａ３）とされた冷媒）を用いる場合、Ｒ３２の場合に対して約２倍の押退量が必要となる。したがって、ロータリ圧縮機は、押退量を確保しつつ小型化することが望まれる。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧縮部の冷媒押退量を確保しつつ小型化できるロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るロータリ圧縮機は、内部に円筒形状とされた圧縮室（６０Ａ）が形成されたシリンダ（６０）と、前記圧縮室の内部で偏心して回転することで冷媒を圧縮するピストンロータ（６３）と、前記ピストンロータの外周面に当接して前記圧縮室の空間を仕切るブレード（６４）と、前記ブレードの先端部が前記ピストンロータの外周面に当接する方向に前記ブレードの基端部を押圧する押圧バネと、を備え、前記シリンダは、前記ブレードの前記基端部（６４ｂ）を摺動可能に保持するためのブレード溝（６６）と、該ブレード溝の後端側に設けられて該シリンダの外周部を形成するブリッジ部（７０）と、該ブリッジ部に形成され、前記押圧バネを収容するバネ溝（７２）と、を備え前記バネ溝は、前記シリンダの軸線方向の中央位置にて該軸線方向に直交する水平方向に向いて形成され、前記バネ溝の中心軸線、前記ブレード溝及び前記ブリッジ部を含む断面で前記シリンダを縦断面視した場合に、前記バネ溝の前記軸線方向の両側にそれぞれ位置する前記ブリッジ部の残余部分（７０ａ）の前記水平方向の寸法をｖ、前記軸線方向の寸法をｈとした場合、
ｖ ＜ ｈ
とされている。

ロータリ圧縮機の圧縮部の冷媒押退量を確保しつつ小型化できる。

本開示の一実施形態に係るロータリ圧縮機を示した縦断面図である。 図１のロータリ圧縮機が設置面上に設けられた状態を示した側面図である。 図１のシリンダの平面図である。 図３の矢視ＩＶにおける断面図である。

以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るロータリ圧縮機（以下、単に「圧縮機」という。）１は、例えば空気調和機や冷凍装置などに用いられる密閉型の電動ロータリ圧縮機とされている。圧縮機１は、圧縮機本体１０とアキュムレータ１２とを備えている。アキュムレータ１２は、圧縮機本体１０に対して吸入管１１を介して接続されている。

圧縮機本体１０は、略円筒形状のハウジング２と、回転軸体３と、電動モータ５と、ロータリ圧縮部６とを備えている。回転軸体３の回転軸線ＣＬは、ハウジング２の中心軸線と一致している。回転軸体３は、延在方向が上下方向となるように配置され、ハウジング２内で回転軸線ＣＬ回りに回転する。

ハウジング２は、密閉型で上下方向に延在している。ハウジング２は、円筒状をなす本体部２１と、本体部２１の上下の開口を閉塞する上部蓋部２２及び下部蓋部２３とを備えている。

本体部２１の下方には、複数の脚部７が固定されている。各脚部７は、所定角度間隔を空けて本体部２１の周方向に配置されている。各脚部７は、図２に示すように、防振ゴム８を介して設置面ＦＬに固定されている。

ハウジング２は、側壁下部におけるシリンダ６０の外周面に対向する位置に、開口部２４が形成されている。シリンダ６０には、開口部２４に対向した位置において、シリンダ内の所定位置まで連通する吸入ポート２５が形成されている。

ハウジング２の底部には、潤滑油を貯留する油溜まりが形成されている。油の初期封入時における油溜まりの液面は、ロータリ圧縮部６の上方に位置している。これにより、ロータリ圧縮部６は、油溜まりの中で駆動される。

上部蓋部２２には、吐出管１３と端子台３０が設けられている。吐出管１３は、上部蓋部２２の厚さ方向に貫通し、下部がハウジング２内に配置されており、上部がハウジング２の外に配置されている。吐出管１３は、圧縮された冷媒をハウジング２の外部へ吐出する。端子台３０は、電動モータ５に給電する３つの給電端子３１が設けられている。給電端子３１には、図示しないインバータ装置から３相の電力が供給される。

アキュムレータ１２は、圧縮機本体１０に供給するに先立って冷媒を気液分離するため用いられる。アキュムレータ１２は、略円筒形状とされており、ブラケット１４を介してハウジング２の外周面に固定されている。アキュムレータ１２の上部には、図示しない蒸発器から導かれた冷媒を導入するための入口管１５が設けられている。アキュムレータ１２には、内部の冷媒を圧縮機本体１０に吸入させるための吸入管１１が接続されている。吸入管１１は、ハウジング２の開口部２４を通して、吸入ポート２５に接続されている。アキュムレータ１２は、吸入管１１を介して気相の冷媒をロータリ圧縮部６へ供給する。

冷媒としては、低圧冷媒が用いられ、例えば微燃性冷媒（Ａ２Ｌ）又はプロパンなどの強燃性冷媒（Ａ３）が用いられる。また、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ、自然冷媒（Ｒ２９０、Iso-butaneなど）を用いることができる。

電動モータ５は、ハウジング２内の上下方向の中央部に収容されている。電動モータ５は、ロータ５１と、ステータ５２とを備えている。ロータ５１は、回転軸体３の外周面に固定され、ロータリ圧縮部６の上方に配置されている。ステータ５２は、ロータ５１の外周面を囲むように配置され、ハウジング２の本体部２１の内面２１ａに固定されている。
ステータ５２に対して、各給電端子３１から配線３２を介して電力が供給される。電動モータ５は、給電端子３１から供給された電力によって回転軸体３を回転させる。

ロータリ圧縮部６は、上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂによって上下から挟まれた状態で配置されている。上部軸受４Ａと下部軸受４Ｂは、それぞれ金属材料から形成され、ロータリ圧縮部６を構成するシリンダ６０にボルト６１で固定されている。
なお、回転軸体３は、上部軸受４Ａと下部軸受４Ｂによって回転軸線ＣＬ回りに回転自在に支持されている。

ロータリ圧縮部６は、電動モータ５の下方でハウジング２内の底部に配置されている。ロータリ圧縮部６は、シリンダ６０と、偏心軸部６２と、ピストンロータ６３とを備えている。

シリンダ６０は、圧縮室６０Ａと、吸入孔６０Ｂと、吐出孔（図示せず）とが形成されている。圧縮室６０Ａは、シリンダ６０の内部に形成されている。圧縮室６０Ａ内には、ピストンロータ６３が収容されている。

ロータリ圧縮部６は、ハウジング２の本体部２１の内面２１ａに対して固定されている。具体的には、シリンダ６０を挟み込んでいる上部軸受４Ａが、ハウジング２の本体部２１の内面２１ａに対して固定されている。上部軸受４Ａは、ハウジング２の周方向の複数箇所に栓溶接を行うことによって固定される。なお、栓溶接に代えて、焼き嵌め、冷やし嵌め等を用いても良い。

偏心軸部６２は、回転軸体３の下端部に設けられ、ピストンロータ６３の内側において回転軸体３の中心軸から直交する方向にオフセットした状態で設けられている。
ピストンロータ６３は、シリンダ６０の内径よりも小さい外径の円筒状をなしてシリンダ６０の内側に配置され、偏心軸部６２の外周に装着された状態で固定されている。ピストンロータ６３は、回転軸体３の回転に伴って回転軸線ＣＬに対して偏心して回転する。

吸入孔６０Ｂは、シリンダ６０の内部に冷媒を導くための孔であり、回転軸線ＣＬに対して直交する方向に形成されている。
シリンダ６０に形成された吐出孔（図示せず）から吐出された高圧冷媒は、吐出カバー６５と上部軸受４Ａとの間に形成された空間内に導かれた後に、ハウジング２の内部空間に導かれる。

図３には、シリンダ６０の平面図が示されている。シリンダ６０には、圧縮室６０Ａを２つに区切るブレード６４が設けられている。シリンダ６０には、径方向に延在して形成されたブレード溝６６が形成されている。ブレード６４は、ブレード溝６６の内面６６ａに摺動可能に案内されて、ピストンロータ６３に対して接近離間する方向に進退自在に保持されている。そして、ブレード６４は、径方向の外側の基端部６４ｂが、不図示の押圧バネ（圧縮バネ）によって弾性的に押圧されており、先端部６４ａがピストンロータ６３の外周面６３ａに常に押し付けられた状態となっている。

偏心軸部６２は、ピストンロータ６３の内径よりもわずかに小さな外径を有している。これにより、回転軸体３が回転すると、偏心軸部６２が回転軸体３回りに旋回し、ピストンロータ６３がシリンダ６０内で偏心転動する。このとき、ブレード６４は、不図示の押圧バネにより押圧されているため、先端部６４ａがピストンロータ６３の動きに追従して進退し、ピストンロータ６３に常に押し付けられる。

シリンダ６０の外径Ｄ１は、９０ｍｍ以上１０５ｍｍ以下とされている。
圧縮室６０Ａの内径Ｄ２は、３７ｍｍ以上５０ｍｍ以下とさせている。

ブレード溝６６の後端すなわち外周側には、シリンダ６０の軸線方向（すなわち回転軸線ＣＬ方向）に貫通する貫通穴６６ｂが形成されている。貫通穴６６ｂは、円筒形状とされている。貫通穴６６ｂのさらに後端側すなわち外周側には、ブリッジ部７０が設けられている。

ブリッジ部７０は、シリンダ６０の外周部を形成している。図３からも分かるように、ブリッジ部７０は、シリンダ６０のなかで最も肉厚が薄くなる位置で強度的に弱い。また、ブリッジ部７０には押圧バネを収容するバネ溝７２（図４参照）が形成されているので、更に強度が弱くなる。

図４は、図３の矢視ＩＶにおける断面を示し、バネ溝７２の中心軸線、ブレード溝６６及びブリッジ部７０を含む断面でシリンダ６０を縦断面視した図である。
図４に示すように、バネ溝７２は、シリンダ６０の軸線方向（すなわち回転軸線ＣＬ方向）の中央位置にて該軸線方向に直交する水平方向に向いて形成されている。すなわち、バネ溝中心軸線ＣＬ２が水平に向かって設けられている。バネ溝中心軸線ＣＬ２は、回転軸線ＣＬに交差するように設けられていることが好ましい。バネ溝７２の径は、例えばΦ６以上φ１０以下とされている。

バネ溝７２の軸線方向の両側には、ブリッジ部７０の残余部分７０ａがそれぞれ設けられている。これら残余部分７０ａにてブリッジ部７０の強度が確保される。残余部分７０ａの水平方向寸法をｖ、軸線方向寸法をｈとした場合、ｖ ＜ ｈとされている。すなわち残余部分の水平方向寸法ｖよりも軸線方向寸法ｈが大きくされて、図４のように見ると縦長の長方形となっている。
より好ましくは、ｈ／ｖの値としては以下の範囲とされる。
１．４≦ ｈ／ｖ ≦３．５

水平方向寸法ｖは、例えば、２．０ｍｍ以上７．５以下とされる。
軸線方向寸法ｈは、例えば、２．５ｍｍ以上８．５以下とされる。

上述した圧縮機１は以下のように動作する。
図示しない蒸発器から導かれた冷媒が入口管１５を介してアキュムレータ１２内に取り込まれる。冷媒は、アキュムレータ１２内で気液分離され、その気相が吸入管１１を介してロータリ圧縮部６に導かれる。ロータリ圧縮部６では、吸入孔６０Ｂを介して圧縮室６０Ａに冷媒が導かれる。そして、ピストンロータ６３の偏心転動により、圧縮室６０Ａの容積が徐々に減少して冷媒が圧縮される。圧縮後の冷媒は、吐出孔を介して吐出カバー６５内の空間を経た後にハウジング２の内部空間へ導かれる。ハウジング２の内部空間に吐出された冷媒は、ハウジング２の上部に設けられた吐出管１３から図示しない凝縮器へと導かれる。

以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
ブレード溝６６の後端側に設けられてシリンダ６０の外周部を形成するブリッジ部７０は、シリンダ６０のなかで最も肉厚が薄くなる位置で強度的に弱い。また、ブリッジ部７０には押圧バネを収容するバネ溝７２が形成されているので、更に強度が弱くなる。
圧縮機本体１０の小型化を図る場合、シリンダ６０の外径を小さくする必要があるが、冷媒押退量を確保するために圧縮室６０Ａの内径Ｄ２は小さくすることを避けたい。そうすると、ブリッジ部７０の肉厚を薄くせざるを得ない。
本発明者等は、このような制約の下でブリッジ部７０の強度を確保するブリッジ部７０の形状を見出した。すなわち、バネ溝７２のバネ溝中心軸線ＣＬ２、ブレード溝６６及びブリッジ部７０を含む断面でシリンダを縦断面視した場合（図４参照）に、バネ溝７２の軸線方向の両側にそれぞれ位置するブリッジ部７０の残余部分７０ａの水平方向の寸法をｖ、軸線方向の寸法をｈとした場合、ｖ ＜ ｈとする。ｖよりもｈを大きくする、すなわち残余部分７０ａの水平方向寸法ｖよりも軸線方向寸法ｈを大きくした。
小型化が要求されずシリンダ６０の外径Ｄ１に制約がない場合は、水平方向寸法ｖを大きくとって残余部分７０ａの面積を確保してブリッジ部７０の所望の強度を得ることができる。しかし、小型化が要求される場合はシリンダ６０の外径Ｄ１が小さくなるとともに、冷媒押退量を得るために水平方向寸法ｖを大きくとることができない。そこで、本実施形態では、軸線方向寸法ｈを水平方向寸法ｖよりも大きくとることによって残余部分７０ａの面積を確保してブリッジ部７０の所望の強度を得ることとした。

微燃性冷媒（Ａ２Ｌ）またはプロパンなどの強燃性冷媒（Ａ３）のような低圧冷媒であっても、所望の冷媒押退量を得ることができるので、所定の性能を有する圧縮機を提供することができる。

以上説明した実施形態に記載のロータリ圧縮機は、例えば以下のように把握される。

本開示の第１態様に係るロータリ圧縮機（１）は、内部に円筒形状とされた圧縮室（６０Ａ）が形成されたシリンダ（６０）と、前記圧縮室の内部で偏心して回転することで冷媒を圧縮するピストンロータ（６３）と、前記ピストンロータの外周面に当接して前記圧縮室の空間を仕切るブレード（６４）と、前記ブレードの先端部が前記ピストンロータの外周面に当接する方向に前記ブレードの基端部を押圧する押圧バネと、を備え、前記シリンダは、前記ブレードの前記基端部（６４ｂ）を摺動可能に保持するためのブレード溝（６６）と、該ブレード溝の後端側に設けられて該シリンダの外周部を形成するブリッジ部（７０）と、該ブリッジ部に形成され、前記押圧バネを収容するバネ溝（７２）と、を備え前記バネ溝は、前記シリンダの軸線方向の中央位置にて該軸線方向に直交する水平方向に向いて形成され、前記バネ溝の中心軸線、前記ブレード溝及び前記ブリッジ部を含む断面で前記シリンダを縦断面視した場合に、前記バネ溝の前記軸線方向の両側にそれぞれ位置する前記ブリッジ部の残余部分（７０ａ）の前記水平方向の寸法をｖ、前記軸線方向の寸法をｈとした場合、
ｖ ＜ ｈ
とされている。

ブレード溝の後端側に設けられてシリンダの外周部を形成するブリッジ部は、シリンダのなかで最も肉厚が薄くなる位置で強度的に弱い。また、ブリッジ部には押圧バネを収容するバネ溝が形成されているので、更に強度が弱くなる。
ロータリ圧縮機の小型化を図る場合、シリンダの外径を小さくする必要があるが、冷媒押退量を確保するために圧縮室の径は小さくすることを避けたい。そうすると、ブリッジ部の肉厚を薄くせざるを得ない。
本発明者等は、このような制約の下でブリッジ部の強度を確保するブリッジ部の形状を見出した。すなわち、バネ溝の中心軸線、ブレード溝及びブリッジ部を含む断面でシリンダを縦断面視した場合に、バネ溝の軸線方向の両側にそれぞれ位置するブリッジ部の残余部分の水平方向の寸法をｖ、軸線方向の寸法をｈとした場合、ｖ ＜ ｈとする。ｖよりもｈを大きくする、すなわち残余部分の水平方向寸法ｖよりも軸線方向寸法ｈを大きくした。
小型化が要求されずシリンダの外径に制約がない場合は、水平方向寸法ｖを大きくとって残余部分の面積を確保してブリッジ部の所望の強度を得ることができる。しかし、小型化が要求される場合はシリンダの外径が小さくなるとともに、冷媒押退量を得るために水平方向寸法ｖを大きくとることができない。そこで、本開示では、軸線方向寸法ｈを水平方向寸法ｖよりも大きくとることによって残余部分の面積を確保してブリッジ部の所望の強度を得ることとした。

本開示の第２態様に係るロータリ圧縮機は、前記第１態様において、前記ｖと前記ｈとが以下の関係式、
１．４≦ ｈ／ｖ ≦３．５
を満たす。

１．４≦ ｈ／ｖ ≦３．５の範囲とすることによって、ブリッジ部の残余部分の面積を確保して所望の強度を得ることができる。

本開示の第３態様に係るロータリ圧縮機は、前記第１態様又は前記第２態様において、冷媒として、微燃性冷媒または強燃性冷媒が用いられる。

微燃性冷媒（Ａ２Ｌ）またはプロパンなどの強燃性冷媒（Ａ３）のような低圧冷媒であっても、所望の冷媒押退量を得ることができ、所定の性能を有する圧縮機を提供することができる。

１ 圧縮機（ロータリ圧縮機）
２ ハウジング
３ 回転軸体
４Ａ 上部軸受
４Ｂ 下部軸受
５ 電動モータ
６ ロータリ圧縮部
７ 脚部
８ 防振ゴム
１０ 圧縮機本体
１１ 吸入管
１２ アキュムレータ
１３ 吐出管
１４ ブラケット
１５ 入口管
２１ 本体部
２１ａ 内面
２２ 上部蓋部
２３ 下部蓋部
２４ 開口部
２５ 吸入ポート
３０ 端子台
３１ 給電端子
３２ 配線
５１ ロータ
５２ ステータ
６０ シリンダ
６０Ａ 圧縮室
６０Ｂ 吸入孔
６１ ボルト
６２ 偏心軸部
６３ ピストンロータ
６４ ブレード
６４ａ 先端部
６４ｂ 基端部
６５ 吐出カバー
６６ ブレード溝
６６ａ 内面
６６ｂ 貫通穴
７０ ブリッジ部
７２ バネ溝
ＣＬ 回転軸線
ＣＬ２ バネ溝中心軸線
ＦＬ 設置面
ｖ 水平方向寸法
ｈ 軸線方向寸法

Claims (3)

1. 内部に円筒形状とされた圧縮室が形成されたシリンダと、
   前記圧縮室の内部で偏心して回転することで冷媒を圧縮するピストンロータと、
   前記ピストンロータの外周面に当接して前記圧縮室の空間を仕切るブレードと、
   前記ブレードの先端部が前記ピストンロータの外周面に当接する方向に前記ブレードの基端部を押圧する押圧バネと、
   を備え、
   前記シリンダは、前記ブレードの前記基端部を摺動可能に保持するためのブレード溝と、該ブレード溝の後端側に設けられて該シリンダの外周部を形成するブリッジ部と、該ブリッジ部に形成され、前記押圧バネを収容するバネ溝と、を備え
   前記バネ溝は、前記シリンダの軸線方向の中央位置にて該軸線方向に直交する水平方向に向いて形成され、
   前記バネ溝の中心軸線、前記ブレード溝及び前記ブリッジ部を含む断面で前記シリンダを縦断面視した場合に、前記バネ溝の前記軸線方向の両側にそれぞれ位置する前記ブリッジ部の残余部分の前記水平方向の寸法をｖ、前記軸線方向の寸法をｈとした場合、
   ｖ ＜ ｈ
   とされているロータリ圧縮機。
2. 前記ｖと前記ｈとが以下の関係式、
   １．４≦ ｈ／ｖ ≦３．５
   を満たす請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. 冷媒として、微燃性冷媒または強燃性冷媒が用いられる請求項１又は２に記載のロータリ圧縮機。