JP2024070439A - Compressor and refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、圧縮機、および該圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a compressor and a refrigeration cycle device equipped with the compressor.
空気調和機に用いられる回転式圧縮機(ロータリコンプレッサ)は、密閉容器の内部で作動流体としての冷媒を圧縮するシリンダを有する圧縮機構部を備えている。シリンダは、内部空間であるシリンダ室を冷媒の吸込室と圧縮室とに区画するベーン、圧縮した冷媒を吐出する吐出ポートなどを有している。ベーンには、シリンダ本体側に設けられてシリンダ室に進退する形態と、シリンダ室内で回転軸と同心回転する回転体(ロータ)に設けられてシリンダ室に進退する形態がある。 A rotary compressor used in air conditioners is equipped with a compression mechanism having a cylinder that compresses a refrigerant as a working fluid inside a sealed container. The cylinder has vanes that divide the cylinder chamber, which is the internal space, into a refrigerant suction chamber and a compression chamber, and a discharge port that discharges the compressed refrigerant. There are two types of vanes: those that are provided on the cylinder body side and move forward and backward into the cylinder chamber, and those that are provided on a rotating body (rotor) that rotates concentrically with the rotating shaft inside the cylinder chamber and move forward and backward into the cylinder chamber.
例えば、ベーンがロータに設けられた形態であるスライディングベーン型の圧縮機の場合、吐出ポートとシリンダ内壁面との間には、断面円弧状の吐出連通路が設けられている。これは、吐出ポート位置におけるシリンダ内壁面とロータ外周面との距離が小さいため、上記のような吐出連通路を設けなければ、圧縮された冷媒が吐出ポートに達するまでに流路損失が生じて性能の悪化を招くからである。 For example, in the case of a sliding vane compressor in which vanes are attached to the rotor, a discharge communication passage with an arc-shaped cross section is provided between the discharge port and the cylinder inner wall surface. This is because the distance between the cylinder inner wall surface and the rotor outer circumferential surface at the discharge port position is small, and if such a discharge communication passage is not provided, flow loss will occur before the compressed refrigerant reaches the discharge port, leading to a deterioration in performance.
しかしながら、このような吐出連通路は、通路内の冷媒がベーンにより排出されず、ベーンが通過する際に該ベーンを跨ぐ漏れ流路となる。このため、吸込室に漏れ出た冷媒が該吸込室で再び膨張する再膨張損失が増大してしまい、性能改善が不十分となるおそれがある。 However, in such discharge communication passages, the refrigerant in the passage is not discharged by the vane, but instead becomes a leakage flow path that crosses the vane as it passes. This increases the re-expansion loss caused by the refrigerant leaking into the suction chamber expanding again in the suction chamber, and there is a risk that performance improvement will be insufficient.
本発明の目的は、吐出連通路に起因する再膨張損失を抑制し、圧縮効率を高めることが可能な圧縮機を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a compressor that can suppress re-expansion losses caused by the discharge communication passage and increase compression efficiency.
実施形態によれば、圧縮機は、密閉容器と、圧縮機構部と、駆動機構部とを備える。前記圧縮機構部は、前記密閉容器の内部に収容され、作動流体を圧縮する。前記駆動機構部は、前記圧縮機構部を駆動する。前記圧縮機構部は、前記駆動機構部に連結された回転軸と、前記作動流体を吸い込み、吸い込んだ前記作動流体を圧縮する環状のシリンダ室を有するシリンダと、前記回転軸の軸方向の横断面の輪郭が円形状をなし、前記シリンダ室で前記回転軸と同心回転するロータと、前記ロータに設けられ、前記シリンダの内壁面に向けて前記シリンダ室を前記ロータの径方向に進退し、前記作動流体を圧縮する圧縮室を前記シリンダ室に区画する複数のベーンとを含む。前記シリンダ室は、前記シリンダの内壁面と前記ロータの外周面との間隙であり、前記間隙が最小となる最小間隙部と、前記圧縮室で圧縮された前記作動流体を吐出する吐出ポートを有する。前記横断面において、前記シリンダの前記内壁面の輪郭は、第1の円弧部と、前記第1の円弧部よりも曲率半径が小さい第2の円弧部と、前記第1の円弧部と前記第2の円弧部との間を滑らかに接続する接続部とを有し、前記吐出ポートは、前記シリンダの前記内壁面における前記第2の円弧部の範囲内に開口する。 According to an embodiment, the compressor includes a sealed container, a compression mechanism, and a drive mechanism. The compression mechanism is housed inside the sealed container and compresses the working fluid. The drive mechanism drives the compression mechanism. The compression mechanism includes a rotating shaft connected to the drive mechanism, a cylinder having an annular cylinder chamber that sucks in the working fluid and compresses the sucked working fluid, a rotor having a circular cross-sectional outline in the axial direction of the rotating shaft and rotating concentrically with the rotating shaft in the cylinder chamber, and a plurality of vanes provided on the rotor, which move in the radial direction of the rotor through the cylinder chamber toward the inner wall surface of the cylinder and divide the cylinder chamber into a compression chamber that compresses the working fluid. The cylinder chamber is a gap between the inner wall surface of the cylinder and the outer circumferential surface of the rotor, and has a minimum gap portion where the gap is minimum, and a discharge port that discharges the working fluid compressed in the compression chamber. In the cross section, the contour of the inner wall surface of the cylinder has a first arc portion, a second arc portion having a smaller radius of curvature than the first arc portion, and a connecting portion that smoothly connects the first arc portion and the second arc portion, and the discharge port opens within the range of the second arc portion on the inner wall surface of the cylinder.
図1は、実施形態に係る空気調和機1の冷凍サイクル回路図である。空気調和機1は、かかる冷凍サイクルにより空気調和を行う装置であり、冷凍サイクル装置の一例である。空気調和機1は、主たる要素として、圧縮機2、四方弁3、室外熱交換器4、室外送風機400、膨張装置5、室内熱交換器6、および室内送風機600を備えている。
Figure 1 is a refrigeration cycle circuit diagram of an air conditioner 1 according to an embodiment. The air conditioner 1 is a device that performs air conditioning using such a refrigeration cycle, and is an example of a refrigeration cycle device. The air conditioner 1 has, as its main elements, a
図1に示すように、圧縮機2の吐出側は、四方弁3の第1ポート3aに接続されている。四方弁3の第2ポート3bは、室外熱交換器4に接続されている。室外熱交換器4は、膨張装置5を介して室内熱交換器6に接続されている。室内熱交換器6は、四方弁3の第3ポート3cに接続されている。四方弁3の第4ポート3dは、アキュムレータ8を介して圧縮機2の吸入側に接続されている。
As shown in FIG. 1, the discharge side of the
冷媒は、圧縮機2の吐出側から室外熱交換器4、膨張装置5、室内熱交換器6、およびアキュムレータ8を経由し、吸込側に至る循環回路7を循環する。
例えば、空気調和機1が冷房モードで運転を行う場合、四方弁3は、第1ポート3aが第2ポート3bに連通し、第3ポート3cが第4ポート3dに連通するように切り替わる。冷房モードで空気調和機1の運転が開始されると、圧縮機2で圧縮された高温・高圧の気相冷媒が循環回路7に吐出される。吐出された気相冷媒は、四方弁3を経由して凝縮器(放熱器)として機能する室外熱交換器4に導かれる。
The refrigerant circulates in a circulation circuit 7 that runs from the discharge side of the
For example, when the air conditioner 1 operates in the cooling mode, the four-
室外熱交換器4に導かれた気相冷媒は、室外送風機400で吸い込まれた空気(外気)との熱交換により凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。高圧の液相冷媒は、膨張装置5を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器(吸熱器)として機能する室内熱交換器6に導かれるとともに、室内送風機600で吸い込まれた空気(内気)と室内熱交換器6を通過する過程で熱交換する。
The gas-phase refrigerant guided to the outdoor heat exchanger 4 condenses through heat exchange with the air (outdoor air) drawn in by the outdoor blower 400, and changes to a high-pressure liquid-phase refrigerant. The high-pressure liquid-phase refrigerant is reduced in pressure as it passes through the expansion device 5, and changes to a low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant. The two-phase gas-liquid refrigerant is guided to the indoor heat exchanger 6, which functions as an evaporator (heat absorber), and exchanges heat with the air (indoor air) drawn in by the
この結果、気液二相冷媒は、空気から熱を奪って蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室内熱交換器6を通過する空気は、液相冷媒の蒸発潜熱により冷やされ、室内送風機600によって空調(冷房)すべき場所に冷風として送られる。
As a result, the gas-liquid two-phase refrigerant absorbs heat from the air and evaporates, changing into a low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant. The air passing through the indoor heat exchanger 6 is cooled by the latent heat of evaporation of the liquid-phase refrigerant, and is sent as cold air by the
室内熱交換器6を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁3を経由してアキュムレータ8に導かれる。冷媒中に蒸発し切れなかった液相冷媒が混入している場合は、ここで液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒は、アキュムレータ8から圧縮機2に吸い込まれるとともに、圧縮機2で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路7に吐出される。
The low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 6 is guided to the
一方、空気調和機1が暖房モードで運転を行う場合、四方弁3は、第1ポート3aが第3ポート3cに連通し、第2ポート3bが第4ポート3dに連通するように切り替わる。暖房モードで空気調和機1の運転が開始されると、圧縮機2から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁3を経由して室内熱交換器6に導かれ、室内熱交換器6を通過する空気と熱交換される。この場合、室内熱交換器6は凝縮器として機能する。
On the other hand, when the air conditioner 1 operates in heating mode, the four-
この結果、室内熱交換器6を通過する気相冷媒は、室内送風機600で吸い込まれた空気(内気)と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。室内熱交換器6を通過する空気は、気相冷媒との熱交換により加熱され、室内送風機600によって空調(暖房)すべき場所に温風として送られる。
As a result, the gas-phase refrigerant passing through the indoor heat exchanger 6 condenses through heat exchange with the air (indoor air) drawn in by the
室内熱交換器6を通過した高温の液相冷媒は、膨張装置5に導かれるとともに、膨張装置5を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器4に導かれるとともに、室外送風機400で吸い込まれた空気(外気)と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室外熱交換器4を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁3およびアキュムレータ8を経由して圧縮機2に吸い込まれるとともに、圧縮機2で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路7に吐出される。
The high-temperature liquid-phase refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 6 is guided to the expansion device 5, and is reduced in pressure during the process of passing through the expansion device 5, changing into a low-pressure two-phase gas-liquid refrigerant. The two-phase gas-liquid refrigerant is guided to the outdoor heat exchanger 4, which functions as an evaporator, and evaporates by exchanging heat with the air (outdoor air) drawn in by the outdoor blower 400, changing into a low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant. The low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger 4 is sucked into the
なお、本実施形態では、空気調和機1を冷房モードおよび暖房モードのいずれでも運転可能としているが、空気調和機1は、例えば冷房モードもしくは暖房モードのいずれかのみで運転可能な冷房専用機もしくは暖房専用機であってもよい。 In this embodiment, the air conditioner 1 can be operated in either cooling mode or heating mode, but the air conditioner 1 may also be, for example, a dedicated cooling or heating machine that can be operated only in either cooling mode or heating mode.
次に、空気調和機1に用いられる圧縮機2の具体的な構成について、図2を参照して説明する。図2は、圧縮機2を概略的に示す縦断面図である。図2に示すように、圧縮機2は、いわゆる縦型の回転式圧縮機(ロータリーコンプレッサ)であって、主たる要素として、密閉容器10、駆動機構部11、および圧縮機構部12を備えている。なお、以下の説明においては、密閉容器10の中心軸線O1に沿って並んだ駆動機構部11と圧縮機構部12の相対的な位置関係を基準として、駆動機構部11が位置する側を上、圧縮機構部12が位置する側を下とする。
Next, the specific configuration of the
密閉容器10は、円筒状の周壁10aを有するとともに、設置面に対して垂直に起立している。設置面は、例えば室外機の底板などである。密閉容器10の上端には、吐出管10bが設けられている。吐出管10bは、循環回路7を介して四方弁3の第1ポート3aに接続されている。密閉容器10の下部には、潤滑油を蓄える油溜まり部10cが設けられている。
The sealed
駆動機構部11は、圧縮機構部12を駆動する、端的には後述する回転軸13を回転させる駆動源であり、圧縮機構部12と吐出管10bとの間に位置するように密閉容器10の中心軸線O1に沿った中間部に収容されている。図2に示す例において、駆動機構部11は、いわゆるインナーロータ型として構成されており、回転軸13に固定された回転子11aと、密閉容器10の周壁10aの内周面に固定された固定子11bを備えている。
The
回転子11aは、例えば回転軸13に同心状に固定された円柱形状の回転子鉄心、回転子鉄心に配置された複数の永久磁石などを備えて構成されている。回転子11aは、固定子11bの内側に該固定子11bの内周との間に僅かな空隙(エアギャップ)をあけて、固定子11bと同心状に配置されている。
The rotor 11a is configured with, for example, a cylindrical rotor core fixed concentrically to the rotating
固定子11bは、例えば円筒状の固定子鉄心と、固定子鉄心に巻き付けられた巻線(コイル)とを備え、回転子11aを取り囲むように配置されている。コイルを通電させることで、回転子11aが固定子11bに対して中心軸線O1を中心に回転し、回転軸13が回転子11aとともに回転する。
The stator 11b includes, for example, a cylindrical stator core and a winding (coil) wound around the stator core, and is arranged to surround the rotor 11a. When electricity is applied to the coil, the rotor 11a rotates around the central axis O1 relative to the stator 11b, and the rotating
圧縮機構部12は、冷媒を圧縮する機構部であり、潤滑油に浸かるように密閉容器10の下部に収容されている。図2に示す例において、圧縮機構部12は、回転軸13、第1の軸受14、第2の軸受15、シリンダ16を主たる要素として備えている。
The
回転軸13は、軸心が密閉容器10の中心軸線O1と同心状となるように起立し、駆動機構部11からの動力を受けて中心軸線O1を中心として回転する。回転軸13は、偏心部を有しない直状をなし、第1の軸受14および第2の軸受15で回転自在に支持されている。回転軸13の上部は、駆動機構部11の回転子11aに連結されている。
The rotating
図2に示す例において、第1の軸受14は、回転軸13の軸方向(回転軸13が延びる方向)においてシリンダ16の下側に配置されている。第1の軸受14は、回転軸13の下端部を回転自在に支持する筒状の軸受本体14aと、軸受本体14aの一端から回転軸13の径方向に広がるフランジ状の端板14bとを有している。端板14bは、シリンダ16の内径部を下方から覆うようにシリンダ16の下面に当接している。
In the example shown in FIG. 2, the
図2に示す例において、第2の軸受15は、軸方向においてシリンダ16の上側に配置されている。第2の軸受15は、回転軸13の中間部を回転自在に支持する筒状の軸受本体15aと、軸受本体15aの一端から回転軸13の径方向に広がるフランジ状の端板15bとを有している。端板15bは、シリンダ16の内径部を上方から覆うようにシリンダ16の上面に当接している。
In the example shown in FIG. 2, the
第2の軸受15には、マフラカバー18が付設されている。マフラカバー18および第2の軸受15は、互いに協働してマフラ室19を規定している。マフラ室19は、マフラカバー18が有する複数の排気孔(図示省略)を通じて密閉容器10の内部に開口している。
A
図3は、図2に示す矢印B2で示す箇所におけるシリンダ16を矢印方向から概略的に示す軸方向の横断面図である。
図2および図3に示すように、シリンダ16は、作動流体、ここでは冷媒を吸い込み、吸い込んだ冷媒を圧縮する環状のシリンダ室31を有する。シリンダ室31は、シリンダ16の内径部、第1の軸受14、第2の軸受15で囲まれた空間として規定される。第1の軸受14はシリンダ室31の下面、第2の軸受15はシリンダ室31の上面をそれぞれ規定する閉鎖部材に相当する。シリンダ16は、シリンダ室31の吸込室35に開口する冷媒の吸込通路32を有している。吸込通路32には、接続管33が接続されている。接続管33は、密閉容器10の周壁10aを貫通して密閉容器10の外に突出し、吸込管10dと接続されている。
FIG. 3 is a schematic axial cross-sectional view of the
As shown in Figures 2 and 3, the
シリンダ室31には、ロータ23が収容されている。ロータ23は、環状の部材であり、換言すれば、軸方向の横断面(直交断面)の輪郭が回転軸13と同心円の円形状をなしており、回転軸13の外周面に嵌合されてシリンダ室31で回転軸13と同心回転する。本実施形態では一例として、ロータ23は、図3に矢印Arで示す方向に回転する。ロータ23は、該ロータ23の外周面23aとシリンダ16の内壁面16aとの間にシリンダ室31を形成する。換言すれば、シリンダ室31は、シリンダ16の内壁面16aとロータ23の外周面23aとの間隙として規定される。
The
ロータ23には、複数のベーンスロット24が形成されている。本実施形態では一例として、図3に示すように三つのベーンスロット24が周方向に等間隔で配置されている。ただし、ベーンスロット24の数はこれに限定されず、二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。各々のベーンスロット24にはベーン25が一つずつ収容されている。これら三つのベーン25は、各々がシリンダ16の内壁面16aに向けてシリンダ室31をロータ23の径方向に進退し、冷媒を圧縮する圧縮室34および冷媒を吸い込む吸込室35をシリンダ室31に区画する。
The
ベーン25の先端部26は、例えばばね機構(図示省略)のばね弾性力やロータ23の回転に伴って発生する遠心力などによりシリンダ16の内壁面16aに押し付けられている。回転軸13とともにロータ23が回転することで、ベーン25の先端部26がシリンダ16の内壁面16aに対して摺動する。すなわち、ベーン25は、先端部26をシリンダ16の内壁面16aに摺動させながら、シリンダ室31に向けて進退する。これに対し、ロータ23の外周面23aは、シリンダ16の内壁面16aとは接触しない。シリンダ室31は、これら内壁面16aと外周面23aとの間隙が最小となる最小間隙部36を有している。すなわち、シリンダ16とロータ23は、最小間隙部36で最も接近するように互いに配置されている。
The
回転軸13とともにロータ23が回転することにより、吸込管10dから接続管33、吸込通路32を経由して冷媒が吸込室35に吸い込まれる。吸込室35には、アキュムレータ8で液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒が吸い込まれる。さらにロータ23が回転してベーン25により吸込通路32との連通が遮断されると、吸込室35は圧縮室34になり、ベーン25が進退することで圧縮室34の容積が変化し、冷媒が圧縮される。
When the
圧縮室34で圧縮された高温・高圧の気相冷媒は、吐出圧力に達すると吐出弁機構28の吐出ポート28aを介して密閉容器10の内部に吐出される。吐出された気相冷媒は、密閉容器10の内部を上昇する。さらに、圧縮機構部12の動作中は、密閉容器10の油溜まり部10cに貯溜された潤滑油(冷凍機油)が攪拌されてミスト状となるとともに、気相冷媒の流れに乗じて密閉容器10の内部を吐出管10bに向けて上昇する。吐出弁機構28は、圧縮室34で圧縮された高温・高圧の気相冷媒を吐出するための弁機構であり、シリンダ16に設けられている。吐出弁機構28は、吐出ポート28aを吐出弁28bで開閉させ、圧縮室34とマフラ室19とを連通可能とする。吐出ポート28aは、シリンダ16の内壁面16aの所定位置に圧縮室34を向いて開口している。
When the high-temperature, high-pressure gas-phase refrigerant compressed in the compression chamber 34 reaches the discharge pressure, it is discharged into the sealed
図3に示すシリンダ16の軸方向の横断面において、内壁面16aの輪郭は、径の異なる二つの円弧部と、これら二つの円弧部を滑らかに接続する接続部により構成されている。内壁面16aの輪郭は、内壁面16aの軸方向の横断面における当該内壁面16aの輪郭線が描く形状である。図3に示す例において、内壁面16aの輪郭は、第1の円弧部17aと、第2の円弧部17bと、接続部17cとを有する。
In the axial cross section of the
第1の円弧部17aは、所定の曲率半径(図3に示す距離R1)で所定の長さに亘って円弧状に連続する部位である。第2の円弧部17bは、第1の円弧部17aよりも曲率半径の小さい曲率半径(図3に示す距離R2)で所定の長さに亘って円弧状に連続する部位である。かかる内壁面16aの輪郭において、第1の円弧部17aは相対的に曲率半径の大きな(曲率の小さな)大円弧部、第2の円弧部17bは相対的に曲率半径の小さな(曲率の大きな)小円弧部に相当する(R1>R2)。第1の円弧部17aの円周長さ(周方向に連続する長さ)および第2の円弧部17bの円周長さは、特に限定されない。例えば内壁面16aの輪郭において、第1の円弧部17aの円周長さが3分の2から4分の3程度で、残りが第2の円弧部17b、および接続部17cであればよい。
The
かかる円周長さの第2の円弧部17bの範囲内には、吐出ポート28aが開口する。すなわち、内壁面16aにおいて、吐出ポート28aは、第1の円弧部17aおよび接続部17cではなく、第2の円弧部17bの範囲内に開口する。
The
また、図3に示すシリンダ16の軸方向の横断面において、かかる円周長さの第1の円弧部17aの範囲内には、最小間隙部36が存する。すなわち、最小間隙部36は、内壁面16aにおける第2の円弧部17bおよび接続部17cではなく、第1の円弧部17aとロータ23の外周面23aとの間に存する。換言すれば、シリンダ室31は、第1の円弧部17aと外周面23aとの間に最小間隙部36を有している。
In addition, in the axial cross section of the
接続部17cは、第1の円弧部17aの周方向の一端部と第2の円弧部17bの一端部とを接続する第1の接続部171cと、第1の円弧部17aの周方向の他端部と第2の円弧部17bの他端部とを接続する第2の接続部172cとを含む。第1の円弧部17aと第2の円弧部17bとを滑らかに接続していれば、接続部17cの形態(形状や周方向の長さ)は特に限定されない。ここで、第1の円弧部17aと第2の円弧部17bとを滑らかに接続する状態とは、両者の間に段差が生じず、ベーン25の先端部25aを第1の円弧部17aと第2の円弧部17bとの間でスムーズに摺動させることが可能な状態である。一例として、図3に示すシリンダ16の軸方向の横断面において、接続部17cは、第1の円弧部17aと第2の円弧部17bとを共通の同一の接線で繋いだ直線状をなしている。
The connecting
これにより、シリンダ16の内壁面16aは、軸方向の横断面の輪郭が第1の円弧部17aとなる円周面、第2の円弧部17bとなる円周面、第1の接続部171cおよび第2の接続部172cとなる平面が一連に連続して構成される。シリンダ16の内壁面16aにおいて、第1の接続部171cおよび第2の接続部172cとなる箇所をこのように平面とすることで、第1の円弧部17aとなる円周面および第2の円弧部17bとなる円周面の加工、これら円周面の加工後の寸法確認がいずれも容易となる。
As a result, the
このように本実施形態によれば、吐出ポート28aは、大円弧部である第1の円弧部17aではなく、小円弧部である第2の円弧部17bの範囲内に存在する。したがって、吐出ポート28aの位置におけるシリンダ16の内壁面16aとロータ23の外周面23aとの間隙を容易に広げることができる。図4は、本実施形態の比較例に係るシリンダの一形態を示す軸方向の横断面図である。図4に示す比較例では、吐出ポート280aの位置におけるシリンダ160の内壁面160aとロータ230の外周面230aとの間には、軸方向の横断面の輪郭が円弧状の吐出連通路300が設けられている。吐出連通路300を設けることで、吐出ポート280aの位置における内壁面160aと外周面230aとの間隙を広げることができるが、その一方で通路内の冷媒がベーン250により排出されないため、再膨張損失の増大を招きやすい。
Thus, according to this embodiment, the
これに対し、本実施形態によれば、図3に示すように第2の円弧部17bにおける内壁面16aの輪郭を、図4に示す比較例の内壁面160aの輪郭(図3に示す破線160a)よりも径方向の外側へ位置付けることができる。すなわち、比較例のように吐出連通路300を設けなくとも、吐出ポート28aの位置における内壁面16aと外周面23aとの間隙を広げることが可能である。このため、圧縮室34で圧縮された冷媒が吐出ポート28aに達するまでに生じる流路損失を抑制できる。したがって、比較例のような吐出連通路300を設けることに起因する冷媒の再膨張損失を抑制し、圧縮効率を高めることができる。
In contrast, according to this embodiment, as shown in FIG. 3, the contour of the
また、本実施形態によれば、最小間隙部36は、内壁面16aにおける第1の円弧部17aとロータ23の外周面23aとの間に存する。最小間隙部36は、シリンダ室31において圧縮室34と吸込室35との間で冷媒をシールするシール部であり、シリンダ16の差渡し径とロータ23の外径との差が小さいほど、くさび効果によりシール性が高まる。このため、シール性の観点では、最小間隙部(シリンダ16の内壁面16aとロータ23の外周面23aとの間隙が最小となる部位)は、小円弧部である第2の円弧部17bとロータ23の外周面23aとの間に存する方が有利である。しかしながら、このように第2の円弧部17bに対応して最小間隙部を配置すると、吐出ポート28aの位置における内壁面16aと外周面23aとの間隙が小さく(狭く)なってしまい、上述したような該間隙を容易に広げられるという作用効果を害することになる。したがって、内壁面16aにおける第1の円弧部17aと外周面23aとの間に最小間隙部36を配置することで、例えば接続部17cに対応して配置するよりも冷媒のシール性を高めることができる。また、吐出ポート28aの位置における内壁面16aと外周面23aとの間隙も拡大できるので、冷媒の再膨張損失を抑制して圧縮効率を高められる。
In addition, according to this embodiment, the
加えて、本実施形態において、シリンダ16は、次のような特徴を有する。図5は、本実施形態のシリンダ16における第1の円弧部17a、第2の円弧部17b、ベーン25、および最小間隙部36の相関関係に着目して、図2に示す矢印B2で示す箇所と同一箇所におけるシリンダ16の軸方向の横断面を矢印方向から示す図である。
In addition, in this embodiment, the
図5に示すシリンダ16の軸方向の横断面において、第1の円弧部17aにおけるベーン25の突出量の最大値(最大突出量)は、第2の円弧部17bにおけるベーン25の最大突出量よりも大きい。ベーン25の突出量は、ロータ23の径方向において、該ロータ23の外周面23aから該ベーン25が突出する長さである。図5に示すシリンダ16の軸方向の横断面において、第1の円弧部17aにおけるベーン25の最大突出量は、第1の円弧部17aの範囲でベーン25がシリンダ室31に最も進行した状態での外周面23aからの突出長さであり、図5においてA1で示される長さである。また、かかるシリンダ16の横断面において、第2の円弧部17bにおけるベーン25の最大突出量は、第2の円弧部17bの範囲でベーン25がシリンダ室31に最も進行した状態での外周面23aからの突出長さであり、図5においてA2で示される長さである(A1>A2)。
In the axial cross section of the
ここで、ベーン25の突出量をA、ベーン25の幅(軸方向におけるベーン25の長さ)をH、ベーン25の突出部(突出量Aに相当する分だけベーン25がロータ23の外周面23aから突出した部分)にかかる差圧をΔP、ベーン25にかかる側圧をFとする。差圧ΔPは、ロータ23が回転する際におけるベーン25を境に先行側と後行側で該ベーン25にそれぞれ作用する圧力の差である。この場合、ベーン25の側圧Fは、F=A×H×ΔPで表される。
Here, the protrusion amount of the
シリンダ室31において、内壁面16aの第2の円弧部17bの範囲では、第1の円弧部17aの範囲に対して、吐出ポート28aに近く、冷媒の圧縮がより進んでおり、ベーン25の差圧ΔPも大きくなる。このため、ベーン25の突出量が大きくなると、該ベーン25にかかる側圧Fが急増し、その先端部26の信頼性の悪化を招く。
In the cylinder chamber 31, the
これに対し、本実施形態において、吐出ポート28aは、内壁面16aの第2の円弧部17bの範囲内に開口している。したがって、第1の円弧部17aにおけるベーン25の最大突出量A1を第2の円弧部17bにおけるベーン25の最大突出量A2よりも大きくすることで、冷媒の圧縮がより進んだ第2の円弧部17bの範囲においてベーン25を大きく突出させずに済み、該ベーン25の側圧Fを抑制できる。
In contrast, in this embodiment, the
また、図5に示すように、第1の円弧部17aの曲率中心Oaと第2の円弧部17bの曲率中心Obは、いずれもロータ23の回転中心、つまり回転軸13の回転中心O1から偏心している。図5に示すシリンダ16の軸方向の横断面において、ロータ23の回転中心からみて、最小間隙部36からその近傍の第2の円弧部17bの端部までの角度をθ1とする。また、かかるシリンダ16の横断面において、ロータ23の回転中心からみて、第1の円弧部17aの偏心方向からその近傍の第2の円弧部17bの端部までの角度をθ2とする。この場合、角度θ1は角度θ2よりも小さい(θ1<θ2)。角度θ1を規定する第2の円弧部17bの端部(第1の接続部171cとの接続部位)を該第2の円弧部17bの円周方向の一端部とすると、角度θ2を規定する第2の円弧部17bの端部(第2の接続部172cとの接続部位)は他端部となる。
As shown in FIG. 5, the center of curvature Oa of the
このように角度θ1を角度θ2よりも小さくすることで、最小間隙部36における吐出ポート28a側において、最小間隙部36のより近くでシリンダ16の内壁面16aとロータ23の外周面23aとの間隙を大きくできる。したがって、吐出ポート28aを最小間隙部36の近くに設けることができる。これにより、例えばベーン25が吐出ポート28aを通過した後の吐出ポート28aを通過した後の該吐出ポート28aの残存ガスが圧縮室34に再膨張するタイミングをより遅らせることができる。
By making angle θ1 smaller than angle θ2 in this way, the gap between the
さらに、図5に示すシリンダ16の軸方向の横断面において、第1の円弧部17aの曲率中心Oaと第2の円弧部17bの曲率中心Obとの距離をE1とする。また、第1の円弧部17aの曲率中心Oaとロータ23の回転中心(回転軸13の回転中心O1)との距離をE2とする。この場合、距離E1は距離E2以下である(E1≦E2)。
Furthermore, in the axial cross section of the
距離E1が大きくなると、第1の円弧部17aと第2の円弧部17bの双方でベーン25の先端部26の角がシリンダ16の内壁面16aに接しないようにするためには、先端部26の径寸法をより小さくしなければならない。先端部26を小さくすると、該先端部26とシリンダ16の内壁面16aの摺動部において接触圧力が増大してしまい、信頼性が悪化してしまう。したがって、距離E1を距離E2以下とすることで、ベーン25の先端部26を大きく保つことができる。
When distance E1 is large, the diameter dimension of
以上、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 above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
1…空気調和機、2…圧縮機、3…四方弁、4…室外熱交換器、5…膨張装置、6…室内熱交換器、7…循環回路、8…アキュムレータ、10…密閉容器、11…駆動機構部、12…圧縮機構部、13…回転軸、14…第1の軸受、15…第2の軸受、16…シリンダ、16a…シリンダの内壁面、17a…第1の円弧部、17b…第2の円弧部、17c…接続部、171c…第1の接続部、172c…第2の接続部、23…ロータ、23a…ロータの外周面、24…ベーンスロット、25…ベーン、26…ベーンの先端部、28…吐出弁機構、28a…吐出ポート、31…シリンダ室、32…吸込通路、34…圧縮室、35…吸込室、36…最小間隙部、400…室外送風機、600…室内送風機、A1…第1の円弧部におけるベーンの最大突出量、A2…第2の円弧部におけるベーンの最大突出量、E1…第1の円弧部の曲率中心と第2の円弧部の曲率中心との距離、E2…第1の円弧部の曲率中心とロータの回転中心との距離、O1…中心軸線、Oa…第1の円弧部の曲率中心、Ob…第2の円弧部の曲率中心、R1…第1の円弧部の曲率半径、R2…第2の円弧部の曲率半径、θ1…ロータの回転中心からみて、最小間隙部からその近傍の第2の円弧部の端部までの角度、θ2…ロータの回転中心からみて、第1の円弧部の偏心方向からその近傍の第2の円弧部の端部までの角度。 1...air conditioner, 2...compressor, 3...four-way valve, 4...outdoor heat exchanger, 5...expansion device, 6...indoor heat exchanger, 7...circulation circuit, 8...accumulator, 10...sealed container, 11...drive mechanism, 12...compression mechanism, 13...rotating shaft, 14...first bearing, 15...second bearing, 16...cylinder, 16a...inner wall surface of cylinder, 17a...first arc portion, 17b...second arc portion, 17c...connection portion, 171c...first connection portion, 172c...second connection portion, 23...rotor, 23a...outer peripheral surface of rotor, 24...vane slot, 25...vane, 26...tip of vane, 28...discharge valve mechanism, 28a...discharge port, 31...cylinder chamber, 32...suction passage, 34...compression chamber, 35...suction chamber, 36...maximum Small gap, 400... outdoor blower, 600... indoor blower, A1... maximum protrusion of the vane in the first arc portion, A2... maximum protrusion of the vane in the second arc portion, E1... distance between the center of curvature of the first arc portion and the center of curvature of the second arc portion, E2... distance between the center of curvature of the first arc portion and the center of rotation of the rotor, O1... central axis, Oa... center of curvature of the first arc portion, Ob... center of curvature of the second arc portion, R1... radius of curvature of the first arc portion, R2... radius of curvature of the second arc portion, θ1... angle from the center of rotation of the rotor from the minimum gap to the end of the second arc portion nearby, θ2... angle from the eccentric direction of the first arc portion to the end of the second arc portion nearby, as viewed from the center of rotation of the rotor.
Claims (7)
前記密閉容器の内部に収容され、作動流体を圧縮する圧縮機構部と、
前記圧縮機構部を駆動する駆動機構部と、を備え、
前記圧縮機構部は、
前記駆動機構部に連結された回転軸と、
前記作動流体を吸い込み、吸い込んだ前記作動流体を圧縮する環状のシリンダ室を有するシリンダと、
前記回転軸の軸方向の横断面の輪郭が円形状をなし、前記シリンダ室で前記回転軸と同心回転するロータと、
前記ロータに設けられ、前記シリンダの内壁面に向けて前記シリンダ室を前記ロータの径方向に進退し、前記作動流体を圧縮する圧縮室を前記シリンダ室に区画する複数のベーンと、を含み、
前記シリンダ室は、前記シリンダの内壁面と前記ロータの外周面との間隙であり、前記間隙が最小となる最小間隙部と、前記圧縮室で圧縮された前記作動流体を吐出する吐出ポートを有し、
前記横断面において、前記シリンダの前記内壁面の輪郭は、第1の円弧部と、前記第1の円弧部よりも曲率半径が小さい第2の円弧部と、前記第1の円弧部と前記第2の円弧部との間を滑らかに接続する接続部とを有し、前記吐出ポートは、前記シリンダの前記内壁面における前記第2の円弧部の範囲内に開口する
圧縮機。 A sealed container;
a compression mechanism portion that is accommodated inside the sealed container and compresses a working fluid;
A drive mechanism that drives the compression mechanism,
The compression mechanism includes:
A rotating shaft connected to the drive mechanism;
a cylinder having an annular cylinder chamber that draws in the working fluid and compresses the drawn working fluid;
a rotor having a circular cross-sectional profile in an axial direction of the rotary shaft and rotating concentrically with the rotary shaft in the cylinder chamber;
a plurality of vanes provided on the rotor, the vanes moving in a radial direction of the rotor through the cylinder chamber toward an inner wall surface of the cylinder, and defining a compression chamber in the cylinder chamber for compressing the working fluid;
the cylinder chamber is a gap between an inner wall surface of the cylinder and an outer circumferential surface of the rotor, and has a minimum gap portion where the gap is smallest, and a discharge port that discharges the working fluid compressed in the compression chamber,
In the cross section, a contour of the inner wall surface of the cylinder has a first arc portion, a second arc portion having a smaller radius of curvature than the first arc portion, and a connection portion that smoothly connects the first arc portion and the second arc portion, and the discharge port opens within the range of the second arc portion on the inner wall surface of the cylinder.
請求項1に記載の圧縮機。 The compressor according to claim 1 , wherein in the cross section, the connection portion forms a straight line connecting the first arc portion and the second arc portion with a same tangent.
前記横断面において、前記第1の円弧部の範囲で前記ベーンが前記シリンダ室に最も進行した状態での前記ロータの外周面からの突出長さは、前記第2の円弧部の範囲で前記ベーンが前記シリンダ室に最も進行した状態での前記ロータの外周面からの突出長さよりも大きい
請求項1に記載の圧縮機。 The vanes protrude from an outer circumferential surface of the rotor and move in and out of the cylinder chamber in a radial direction of the rotor.
2. The compressor according to claim 1, wherein in the cross section, a protruding length from an outer peripheral surface of the rotor when the vane is at its most advanced into the cylinder chamber within the range of the first arc portion is greater than a protruding length from an outer peripheral surface of the rotor when the vane is at its most advanced into the cylinder chamber within the range of the second arc portion.
請求項1に記載の圧縮機。 The compressor according to claim 1 , wherein in the transverse cross section, the minimum gap portion is located between an outer circumferential surface of the rotor and the first arc portion.
θ1<θ2
なる関係を満たす
請求項1に記載の圧縮機。 In the cross section, the center of curvature of the first arc portion and the center of curvature of the second arc portion are both eccentric from the center of rotation of the rotor. When viewed from the center of rotation of the rotor, an angle from the minimum gap portion to an end of the second arc portion nearby is defined as θ1, and an angle from the eccentric direction of the first arc portion to an end of the second arc portion nearby is defined as θ2.
θ1<θ2
The compressor according to claim 1 , wherein the following relationship is satisfied:
E1≦E2
なる関係を満たす
請求項1に記載の圧縮機。 In the cross section, both of the centers of curvature of the first arc portion and the second arc portion are eccentric with respect to the center of rotation of the rotor. When viewed from the center of rotation of the rotor, a distance between the center of curvature of the first arc portion and the center of curvature of the second arc portion is defined as E1, and a distance between the center of curvature of the first arc portion and the center of rotation of the rotor is defined as E2.
E1≦E2
The compressor according to claim 1 , wherein the following relationship is satisfied:
前記圧縮機に接続された凝縮器と、
前記凝縮器に接続された膨張装置と、
前記膨張装置に接続された蒸発器と、を備える
冷凍サイクル装置。 A compressor according to any one of claims 1 to 6;
a condenser connected to the compressor;
an expansion device connected to the condenser;
an evaporator connected to the expansion device.
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