JP2619467B2 - 過給式圧縮機 - Google Patents

過給式圧縮機

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JP2619467B2
JP2619467B2 JP63063372A JP6337288A JP2619467B2 JP 2619467 B2 JP2619467 B2 JP 2619467B2 JP 63063372 A JP63063372 A JP 63063372A JP 6337288 A JP6337288 A JP 6337288A JP 2619467 B2 JP2619467 B2 JP 2619467B2
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恒夫 菅
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷蔵庫,空調機等に使用されているロータ
リ圧縮機に係り、特に圧縮機の全運転域での性能を向上
するのに好適な慣性過給機構に関する。
〔従来の技術〕
従来のこの種の装置は、実開昭57−40679号公報に記
載のように、吸入管の長さを変えるために、圧縮機の吸
入管と蒸発器の出口側の管の両管に対し摺動自在に嵌合
したU字形吸入管を駆動装置で動かす方式となつてい
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、U字形吸入管を出し入れする構造で
あるため、吸入管長さを短かくすることはできず、高速
側の慣性過給機能は望めない、気体の洩れを防止するた
めの精密なシールが必要であり、吸入管等の加工精度が
要求されるという問題があつた。
圧縮機をインバータを用いて回転数制御した場合、高
速運転域では、第5図に示したように吸入側の圧力損失
などのため体積効率は低下する。そのため、必要な冷媒
循環量を得るためには、圧縮機の理論容量を大きくする
か、圧縮機をより高速化させる必要がある。理論容積を
大きくすると低速側ではより低速で運転することにな
り、洩れのため体積効率が低下する問題が生じてくる。
又、圧縮機をより高速化して運転すると軸受の寿命が短
かくなり、軸受の信頼性上問題となる。従来の技術はこ
れらの点について配慮がなされておらず、シールの問題
を解決して圧縮機の全運転域で体積効率を向上すれば、
圧縮機を小形化でき、かつ上記問題点を解決できる。
本発明の目的は、圧縮機の全運転域において、体積効
率を向上することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため本発明の過給式圧縮機は、圧
縮機と、一端がこの圧縮機の吸気側に連通され、側面に
吸気を導入するたの連通孔が複数設けられた螺旋状の管
であって、前記複数の連通孔のうちいずれか一つを選択
することにより、この選択された一つの連通孔と前記螺
旋状の管の前記圧縮機の吸気側に連通された端部とで形
成される吸気管長さを所望の長さに設定することが可能
な吸入管と、この吸入管の軸方向に配設された外筒と、
この外筒の内面に摺接しながら回転可能に配設された内
筒とを備え、この内筒を前記外筒に対して相対的に回転
させることにより前記複数の連通孔の中から前記吸気を
導入される連通孔が一つづつ切換えられるように構成さ
れた連通孔切換手段と、前記圧縮機の回転速度を検出す
る回転速度検出手段と、この回転速度検出手段によって
検出された回転速度信号に基づいて、前記連通孔切換手
段の前記内筒の回転位置を切換えることによって前記吸
入管長さを切換えて、前記吸入管内の1次モードの気柱
振動数と前記圧縮機の運転周波数数とが同調するように
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
〔作用〕
上記のように圧縮機の回転速度を検知する回転速度検
出手段によって検知した回転速度信号に基づいて、吸入
管長さを次々と切換えることができるので、急激な回転
速度変動に対しても迅速に最適な吸入管長さとすること
ができる。
〔実施例〕
ロータリ圧縮機の吸入側は、第4図に示したように圧
縮機に液冷媒が吸入されるのを防止するためのアキユム
レータ10,アキユムレータ出口から圧縮機の吸入口まで
をつなぐ吸入パイプ12、圧縮機構部3などからなる。ケ
ーシング1内に電動機部2,シリンダ5,上部軸受6,下部軸
受7,ローラ8,吐出口9がそれぞれ図のように配置されて
いる。第6図に示すインバータ駆動装置15により圧縮機
が駆動され、シヤフト5が回転すると吸入行程での吸入
室の容積は第7図で示したように変化する。吸入行程に
入ると吸入室内の圧力が低下するため吸入パイプ内の冷
媒ガスは圧縮機構部へ向つて加速されはじめる。ガスの
流れが生じるとパイプ内面での摩擦が生じる。加速され
た冷媒ガスは慣性力を与えられ、圧縮機構部に一度吸入
されたガスはガスばねのように作用する。これをモデル
化して、吸入管内の気柱を非圧縮性の単一質点とみな
し、管内流体の速度をdx/dt,圧力P0,密度ρはいずれ
も一定とすると、これに吸入管入口の圧力P0とシリンダ
内圧力P(θ)との差による力が働くものとして、質点
の運動方程式から、これを式で表すと、 となる。ここで、X:吸入パイプ内気柱の移動距離、r:管
摩擦や吸入パイプの絞りなどを含んだ抵抗係数、Lv:吸
入パイプの有効長さ、ρ0:気体の密度、P0:アキユムレ
ータ内圧力、P(θ):シリンダ内圧力である。これを
無次元化すると、 となる。又、 である。ここで、Asは管路の断面積、Vhは行程容積、 θはシヤフトの回転角度、ωはシヤフトの回転角速度、
V(θ)は回転角度θでの吸入側のシリンダ容積、a0
音速である。ここで、流動抵抗係数μを(dq/dθ)の項
を含めて表しているのは、流動抵抗係数μを、便宜上、
吸入管気柱の質量あたりの抵抗係数として表すことによ
る。なお、慣性過給特性数Z0は、エンジンなどで用いら
れる無次元数であり、実験的に慣性効果の生成条件を有
効に指示する基本的なパラメータである。
慣性過給効果は、吸入行程が終了するときに加速され
たガスが慣性力によりガスばね作用,摩擦力に打ち勝つ
て余分に押し込まれる現象で、圧縮機の充填効率向上と
なつて現われる。しかし、その効果を最大にするために
は、吸入行程が終了する時に閉じ込み寸前の上式で示す
qの値が大きくなければならない。すなわち、As及びVh
は定数であり、qはXに比例する。Xが大きいことは多
く押し込まれることを意味するので、qの値が大きいこ
とは充填効率が大きいことになる。上式を解いた計算結
果を第8図に示す。流動抵抗係数μが大きくなると慣性
力そのものが小さくなるため、慣性過給の効果はなくな
る。従つて、流量抵抗係数はできるだけ小さくしなけれ
ばならず、効果が見込めるのは、充填効率qが1を越え
るμ=0.5未満である。例えばμ=0.5では、慣性過給特
性数Z0を大きくして充填効率qは1を越えない。又、慣
性過給効果がある慣性過給特性数Z0の範囲は約0.6以上
とすれば良い。
であり、 であるから、吸入パイプ断面積Asを、管の出入口等の抵
抗係数をλ、管摩擦係数をνとして となる。従つて、管断面積Asを小さくするに従い、μは
単調増加となり、μ=0.5とする管断面As1を、ただ1つ
決定できる。又、Z0=0.6とする管断面積As2は、 となる。以上より吸気管断面積は、 As1<As<As2 の範囲に選定する。
しかし、慣性過給効果を得るためには、これだけでは
不十分であり、第9図に示した実験結果で分るように、
慣性過給特性数Z0に対し、体積効率ηv、すなわち実際
に圧縮機から吐出される冷媒ガスの質量と圧縮機の形状
から幾何学的に決まる吐出されるべき冷媒ガスの質量と
の比がピークを示す条件がある。すなわち、十分な慣性
過給効果を得るためには、吸入行程が周期的に変動する
ため生じる管内の圧力変動を大きくして脈動効果を併用
し、吸入行程終了時の閉じ込み圧力を高くしてやる必要
がある。
ここで、第9図において、破線はμを一定とした場合の
慣性過給特性数Z0に対する体積効率ηvの変化の計算結
果を示しており、実験値のピーク値とよく一致してい
る。吸気管系のm次の固有振動数fmは、行程容積を加味
した等価な管路長さをLv、吸入管長さをLsとして、Lv
Ls+Vh/As、音速をa0として となる。圧縮機の運転周波数をnとしてその比を振動数
比kと定義し、m=1の1次モードについて第9図の実
験データを振動数比に対して整理すると、第10図に示し
たように振動数比が1近傍で効果があることが分る。
このように、慣性過給効果を得るためには、 (1)流動抵抗係数μを0.5未満、 (2)慣性過給特性数Z0を0.6以上、 (3)管路系の共鳴周波数の1次モードと圧縮機の運転
周波数の比を1近傍とすることが必要である。
以下、本発明の実施例を第1〜第3図により説明す
る。
本発明は、ローリングピストン形ロータリ圧縮機に適
用でき、冷蔵庫に用いられる行程容積3cm3/revぐらいの
小形の圧縮機から空調機に用いられる50cm3/revぐらい
までの中形圧縮機にまで通常適用する。又、ガスは普通
冷蔵庫では冷媒R−12が用いられ、空調機では冷媒R−
22が用いられる。
本発明を実施する上での構成要件は、前記したよう
に、充填効率が1を越えるように吸入管断面積を決定し
ておき、圧縮機の回転速度と音速を検知してモード1次
の共鳴周波数を同調するように吸入管長さを次々と切換
えることであり、高速域においてもその効果を失なわな
いように、吸入管長さを短くできる吸入管長さ可変装置
構造とすることである。
第1図で示した実施例では、らせん状の長さ切換え用
通路22には1巻き毎に、この長さ切換え用通路22の内部
と吸入管長さ可変装置14の内部とを連通する連通路22a
を設けている。吸入管長さ可変装置14の内側には、連通
路22aと吸入管長さ可変装置14の内部とを仕切り、ま
た、圧縮機構部(図示せず)の吸入側と吸入管12側との
仕切板を兼ねる連通孔切換板23を設け、この連通孔切換
板23には、同時に2つ以上の連通路22aが開口しないよ
うに連通孔24を配置している。この連通孔切換板23はモ
ータ25を回転させることによって軸28のまわりに回転
し、その回転位置によって、連通孔24の各々が連通路22
aに開口する。また、吸入管長さ可変装置14の圧縮機構
部(図示せず)の吸入側には、連通孔24の各々が連通路
22aに開口する位置に対応し、長さ切換え用通路22の一
端が圧縮機構部(図示せず)の吸入側に連通するように
吸入口連通孔27を配置した吸入口連通孔切換板29が連通
孔切換板23と同時に回転するように設けてある。また、
連通孔切換板23及び吸入口連通孔切換板29には、いずれ
の連通孔24及び吸入口連通孔27も開口しないモータ25の
回転位置において、吸入管長さ可変装置14の吸入管12側
と圧縮機構部(図示せず)の吸入側が連通するように連
通孔を設け、これより最も短い吸入管を形成する。モー
タ25には、図示していないが、回転角度位置検出器を設
けており、モータ25の回転角度位置と吸入管長さが一対
一に対応するようにしている。前記したように、音速が
検知出来れば最も良いが、冷媒を用いた場合、圧縮機の
回転速度によつて吸入側の条件は大きくは変らず音速も
大きく変動しないので、データとしてコンピユータに記
憶させておいても良い。圧縮機を運転した時、圧縮機の
回転速度検出回路からの信号もしくは速度指令信号か
ら、圧縮機の運転周波数と1次モードの気柱振動数が同
調する等価な吸入管長さを前記の式によつて計算する。
この計算結果にもとづいて、最も近い吸入管長さ、すな
わちモータ25の回転角度位置を選択し、モータ駆動装置
19に指令を出し、回転角度位置検出器からの信号と照合
させて修正を行うようになつている。
第2図、第3図で示した実施例では、吸入管長さ可変
装置を、渦巻状の長さ切換え通路22と、この長さ切換え
用通路22の側面と吸入管12の間に設置した連通孔切換板
23と、この連通孔切換板23を回転駆動するモータ25とで
構成し、長さ切換え用通路22の中心にこの長さ切換え用
通路22と圧縮機構部(図示せず)の吸入側とを連通する
吸入口連通孔27を設けている。吸入口連通孔27と反対側
には吸入通路カバー26が取り付けてあり、その外側には
モータ25によって回転する連通孔切換板23が設置してあ
る。連通孔切換板23には、長さ切換え用通路22に対応す
る各位置に例えば第3図に示したように中心から外側へ
一列に連通孔30を配置してあり、吸入通路カバー26に
は、吸入口連通孔27とただ1つの連通孔でのみ連通する
配置で孔を開口しており、吸入管長さとモータの回転角
度位置が一対一に対応するようにしている。こうした構
造にすることにより、第1図の実施例と同様に吸入管長
さを可変にすることが出来るし、モータ25を収納した部
分の空間をアキユムレータとして用いることができる。
以上のような構成にすることにより、吸入管の長さが
短かいところから長い範囲まで設定できるし、安価に冷
媒の漏れを防止できる。この結果、圧縮機の全運転域に
おいて、慣性過給を行うことができるので、全運転域で
圧縮機の体積効率を向上することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、圧縮機の回転速度を検知する手段に
よって検知した回転速度信号に基づいて、吸入管長さを
次々と切換えることができるので、急激な回転速度変動
に対しても迅速に最適な吸入管長さとすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の過給機構の要部断面図、第2
図,第3図は他の実施例の過給機構の要部断面図と平面
図、第4図は、圧縮機の縦断面図、第5図は、圧縮機の
回転速度に対する効率の変化を示す図、第6図は、サイ
クルの構成を示す図、第7図は、吸入室の容積変化を示
す図、第8図は、慣性過給特性数と充填効率の関係を示
す図、第9図は、慣性過給特性数と体積効率との関係を
示す図、第10図は、振動数比と体積効率との関係を示す
図である。 1……ケーシング、2……電動機部、3……圧縮機構
部、4……シリンダ、5……シャフト、6……上部軸
受、7……下部軸受、8……ローラ、9……吐出室、10
……アキユムレータ、11……吐出パイプ、12……吸入パ
イプ、13……ロータリ圧縮機、14……吸入管長さ可変装
置、15……インバータ駆動装置、16……モータ駆動装
置、17……回転速度検出器、18……四方弁、19……凝縮
器、20……蒸発器、21……膨脹弁、22……長さ切換え用
通路、23……連通孔切換板、24……連通孔、25……モー
タ、26……吸入通路カバー、27……吸入口連通孔、28…
…軸。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機と、 一端がこの圧縮機の吸気側に連通され、側面に吸気を導
    入するための連通孔が複数設けられた螺旋状の管であっ
    て、前記複数の連通孔のうちいずれか一つを選択するこ
    とにより、この選択された一つの連通孔と前記螺旋状の
    管の前記圧縮機の吸気側に連通された端部とで形成され
    る吸気管長さを所望の長さに設定することが可能な吸入
    管と、 この吸入管の軸方向に配設された外筒と、この外筒の内
    面に摺接しながら回転可能に配設された内筒とを備え、
    この内筒を前記外筒に対して相対的に回転させることに
    より前記複数の連通孔の中から前記吸気が導入される連
    通孔が一つづつ切換えられるように構成された連通孔切
    換手段と、 前記圧縮機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 この回転速度検出手段によって検出された回転速度信号
    に基づいて、前記連通孔切換手段の前記内筒の回転位置
    を切換えることによって前記吸入管長さを切換えて、前
    記吸入管内の1次モードの気柱振動数と前記圧縮機の運
    転周波数数とが同調するように制御する制御手段とを備
    えたことを特徴とする過給式圧縮機。
JP63063372A 1988-03-18 1988-03-18 過給式圧縮機 Expired - Lifetime JP2619467B2 (ja)

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JPS6012626U (ja) * 1983-07-06 1985-01-28 日産自動車株式会社 内燃機関の吸気装置
JPH0415993Y2 (ja) * 1985-12-18 1992-04-09

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