JP3579324B2 - 多段圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮室と吸気室とを区画するベーンの背後に形成されたバネ孔と、圧縮室又は吸気室との間で生じる冷媒のリークを効率的に抑制した多段圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロータリ圧縮機等の圧縮機は種々の技術分野に用いられ、冷媒としてはこれまでＲ−２２等の塩素を含む冷媒（以下、特定フロンガスと記載する）が用いられていた。
【０００３】
しかし、このＲ−２２冷媒は、オゾン層を破壊する原因となることが判明し規制対象となり、特定フロンガスに代わる冷媒の研究開発が盛んに行われ、二酸化炭素冷媒がその候補として期待されている。
【０００４】
このような二酸化炭素冷媒を用いたロータリ圧縮機として、圧縮要素を複数備えた多段圧縮機がある。以下、二酸化炭素冷媒を特に他の冷媒と区別しなければならない場合を除き単に冷媒と記載する。
【０００５】
多段圧縮機は、複数の圧縮要素と、これを駆動する駆動要素とを有し、これらが密閉容器内に収納された構成となっている。
【０００６】
図３は、かかる多段圧縮機のうち２段ロータリ圧縮機における前段圧縮要素１３０（図３において上側の図）及び後段圧縮要素１４０（図３において下側の図）の要部を示した図である。
【０００７】
このような圧縮要素は、円筒状のシリンダ１３１，１４１を有し、このシリンダ１３１，１４１内に図示しない駆動要素から駆動力を受けて偏芯回転運動するローラ１３３，１４３が配設されている。
【０００８】
これにより、ローラ１３３，１４３とシリンダ１３１，１４１との間に形成される空間がベーン１３５，１４５により仕切られて吸気室Ｖ及び圧縮室Ｐが構成され、吸気室Ｖが拡張することにより冷媒を吸気し、圧縮室Ｐが縮小することにより冷媒を圧縮するようになっている。
【０００９】
このベーン１３５，１４５は、ベーン孔１３６、１４６に挿入され、その後端側にはバネ孔１３８、１４８が形成されて、当該バネ孔１３８、１４８にバネ１３７、１４７が挿入されると共に、その挿入口に蓋１３９，１４９が設けられている。
【００１０】
そして、バネ孔１３８、１４８がなす空間は、その圧縮要素における吐出圧になるように形成されている。
【００１１】
これにより、ベーン１３５，１４５はバネ１３７，１４７とバネ孔１３８，１４８の圧力によりローラ１３３，１４３側に付勢されて、その先端がローラ１３３，１４３に当接して圧縮室Ｐと吸気室Ｖとの機密性を維持するようになっている。
【００１２】
なお、バネ孔１３８，１４８は、原則として機密性の蓋１３９，１４９により密閉容器内と連通しないように形成されるが、密閉容器内の圧力を特定の圧縮要素におけるバネ孔１３８，１４８の圧力と略等しくなるように設定されている場合には、かかる機密性は当該圧縮要素において必ずしも必要でない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は多段圧縮機における各圧縮要素におけるベーン１３５，１４５のストローク（移動距離）がそれぞれ異なるにも関わらず、バネ孔１３８，１４８の長さが同じに設定されているために、圧縮室Ｐ又は吸気室Ｖとバネ孔１３８，１４８との間で発生するリークを適切に低減することができない問題があった。
【００１４】
即ち、リーク量はバネ孔１３８，１４８の圧力と吸気室Ｖ又は圧縮室Ｐの圧力との差圧及びリーク抵抗により決る。
【００１５】
このリーク抵抗はリークパスに依存し、当該リークパスはベーン１３５，１４５がシリンダ１３１，１４１と接する領域であり、シリンダ１３１，１４１の大きさが一定の場合には、バネ孔１３８，１４８の長さにより略決る。
【００１６】
従って、バネ孔１３８，１４８の長さを短くするればリークパスが長くなるので、リーク量を低減させることができることになるが、従来はこのバネ孔１３８，１４８の長さを同じ長さにしているのでリーク量を適切に低減することができなかった。
【００１７】
そこで、本発明は、圧縮室又は吸気室とバネ孔との間で生じるリーク量を適切に低減させて圧縮効率の高い多段圧縮機を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、シリンダ内をローラが偏芯回転運動し、当該ローラにベーンが当接して吸気室及び圧縮室が区画されてなる圧縮要素が２段以上連結されると共に、各段の圧縮要素のベーンの移動距離が異なり、各段の圧縮要素が一つの密閉容器内に収納されると共に、各段のローラが一つの回転軸に連結されてなる多段圧縮機において、後段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さを、前段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さより短くしたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は多段圧縮機の例として２段ロータリ圧縮機の側断面図である。なお、本発明は２段圧縮機に限定されるものではなく、それ以上の段数を有する圧縮機であっても良い。
【００２１】
図１に示すロータリ圧縮機は駆動手段であるモータ２０、このモータ２０の下方に設けられた圧縮手段である前段圧縮要素３０及び後段圧縮要素４０等を有して、これらが密閉容器１０内に収納され、冷媒として二酸化炭素冷媒（冷媒）が用いられている。
【００２２】
なお、密閉容器１０の底部には潤滑油１５が貯留しており、各圧縮要素３０，４０における摺動部等を潤滑するようになっている。
【００２３】
前段圧縮要素３０には吸入管１１が設けられて、機外からの冷媒が当該前段圧縮要素３０に吸気され、圧縮されて連結管１６を介して後段圧縮要素４０に吸入され、当該後段圧縮要素４０で圧縮されて機外に吐出される。図１における矢印はこのような冷媒の流れを示している。
【００２４】
このような前段圧縮要素３０及び後段圧縮要素４０における吸気及び圧縮機構は同じで、シリンダ３１，４１と該シリンダ３１，４１に内設されたローラ３３，４３等を有している。
【００２５】
図２は、かかるシリンダ３１，４１とローラ３３，４３との関係を明示するための模式図で、上側が前段圧縮要素３０、下側が後段圧縮要素４０を示している。
【００２６】
ローラ３３，４３には、ベーン３５，４５が当接して、ローラ３３，４３とシリンダ３１，４１との間に形成される三日月状の空間を圧縮室Ｐと吸気室Ｖとに区画している。
【００２７】
ベーン３５，４５は、ベーン孔３６，４６に挿入され、後端部がバネ３７，４７により付勢されて、先端部がローラ３３，４３に当接している。
【００２８】
このバネ３７，４７はバネ孔３８，４８に挿入され、当該バネ孔３８，４８が蓋３９，４９により塞がれている。
【００２９】
なお、バネ孔３８，４８は、その圧縮要素のおける吐出圧力になるように図示しない流路が設けられている。
【００３０】
これにより、ベーン３５，４５はバネ３７，４７とバネ孔３８，４８の圧力とによりローラ３３，４３側に付勢されて、圧縮室Ｐと吸気室Ｖとの機密性が保持されるようになっている。
【００３１】
ローラ３３，４３の内部には、クランク３２，４２が配設され、当該クランク３２，４２がモータ２０の回転軸２１と連結されて、モータ２０が回転することによりローラ３３，４３はクランク３２，４２から力を受けて偏芯回転運動するようになる。
【００３２】
ローラ３３，４３が偏芯回転運動すると、先に述べた三日月状の空間は向きを変え、これに伴い圧縮室Ｐと吸気室Ｖとの容積比が変化して冷媒を吸気し、圧縮するようになる。
【００３３】
多段圧縮機では、前段の圧縮要素が吐出した冷媒を後段の圧縮要素が吸気して圧縮するため、後段側の排除容積を小さくする必要がある。
【００３４】
例えば、図１に示す２段構成の場合、前段圧縮要素３０の排除容積を３ｃｃとすれば、後段圧縮要素４０は３ｃｃ未満としないと前段圧縮要素３０の意味がなくなってしまう。
【００３５】
無論、前段圧縮要素３０から吐出された冷媒の全てが後段圧縮要素４０に吸気されないとすると、吸気されない分だけ圧縮効率が低下するので、現実には後段圧縮要素４０は吐出された冷媒を略全て吸気するようになっている。
【００３６】
従って、多段圧縮機においては、後段側になるほど排除容積を小さくしなければならず、このためローラ４３の直径Ｄ２をローラ３３の直径Ｄ１より大きくしている（Ｄ２＞Ｄ１）。
【００３７】
このように、ローラ３３，４３の大きさが異なるため、ベーン３５，４５のストロークも異なる。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、後段圧縮要素４０におけるバネ孔４８の長さＬ２を前段圧縮要素３０におけるバネ孔３８の長さＬ１より短くして（Ｌ２＜Ｌ１）、リークパスをながくすることによりリーク量の低減を図っている。
【００３９】
即ち、ベーン３５，４５のストロークが異なる場合には、バネの変位量も当然異なり、当該バネ３７，４７を収納するバネ孔３８，４８の長さもこれに応じて変えることができる。
【００４０】
例えば、図２に示す場合には、ベーン３５とベーン４５とが同じ長さであると、ベーン３５，４５とバネ３７，４７とが接する位置は、後段圧縮要素４０の方がシリンダ外周部側に位置することになる。
【００４１】
従って、このバネ４７を収納するバネ孔４８の長さをもっと小さくすることができるようになる。
【００４２】
このような観点から、上述したようにバネ孔４８をバネ孔３８より短くして、これによりリークパスを長くすることによりリーク量の低減を図っている。
【００４３】
なお、バネ孔４８を短くすることはベーン４５がシリンダ４１と接する領域（上述したリークパス）が長くなることを意味するので、ベーン３５，４５の摺動抵抗の増大が懸念される。
【００４４】
しかし、シリンダ３１，４１は略円盤状に形成されており、従来用いられていたＲ−２２冷媒のときのシリンダ厚は１６ｍｍであるが、二酸化炭素冷媒のときのシリンダ厚は約９ｍｍであるので、基本的に摺動面積が小さくなっている。
【００４５】
従って、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いる場合には、バネ孔４８の長さを多少長くすることによる摺動抵抗の増大よりもリーク量が押えられる効果の方が大きい。
【００４６】
なお、上記説明では各圧縮要素におけるバネ孔３８，４８の圧力はその圧縮要素の吐出圧力に略等しく設定されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当該圧縮要素の吐出圧以上の圧力に設定されている場合にも適用できることは言うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１にかかる発明によれば、後段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さを、前段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さより短くしたので、圧縮室又は吸気室とバネ孔との間で生じるリーク量を適切に低減させることができ、圧縮効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される２段ロータリ圧縮機の断面図である。
【図２】図１における圧縮要素の詳細図である。
【図３】従来の技術の説明に適用される２段ロータリ圧縮機における圧縮要素の詳細図である。
【符号の説明】
１０ 密閉容器
３０ 前段圧縮要素
３１，４１ シリンダ
３３，４３ ローラ
３５，４５ ベーン
３６，４６ ベーン孔
３７，４７ バネ
３８，４８ バネ孔
３９，４９ 蓋
４０ 後段圧縮要素
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮室と吸気室とを区画するベーンの背後に形成されたバネ孔と、圧縮室又は吸気室との間で生じる冷媒のリークを効率的に抑制した多段圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロータリ圧縮機等の圧縮機は種々の技術分野に用いられ、冷媒としてはこれまでＲ−２２等の塩素を含む冷媒（以下、特定フロンガスと記載する）が用いられていた。
【０００３】
しかし、このＲ−２２冷媒は、オゾン層を破壊する原因となることが判明し規制対象となり、特定フロンガスに代わる冷媒の研究開発が盛んに行われ、二酸化炭素冷媒がその候補として期待されている。
【０００４】
このような二酸化炭素冷媒を用いたロータリ圧縮機として、圧縮要素を複数備えた多段圧縮機がある。以下、二酸化炭素冷媒を特に他の冷媒と区別しなければならない場合を除き単に冷媒と記載する。
【０００５】
多段圧縮機は、複数の圧縮要素と、これを駆動する駆動要素とを有し、これらが密閉容器内に収納された構成となっている。
【０００６】
図３は、かかる多段圧縮機のうち２段ロータリ圧縮機における前段圧縮要素１３０（図３において上側の図）及び後段圧縮要素１４０（図３において下側の図）の要部を示した図である。
【０００７】
このような圧縮要素は、円筒状のシリンダ１３１，１４１を有し、このシリンダ１３１，１４１内に図示しない駆動要素から駆動力を受けて偏芯回転運動するローラ１３３，１４３が配設されている。
【０００８】
これにより、ローラ１３３，１４３とシリンダ１３１，１４１との間に形成される空間がベーン１３５，１４５により仕切られて吸気室Ｖ及び圧縮室Ｐが構成され、吸気室Ｖが拡張することにより冷媒を吸気し、圧縮室Ｐが縮小することにより冷媒を圧縮するようになっている。
【０００９】
このベーン１３５，１４５は、ベーン孔１３６、１４６に挿入され、その後端側にはバネ孔１３８、１４８が形成されて、当該バネ孔１３８、１４８にバネ１３７、１４７が挿入されると共に、その挿入口に蓋１３９，１４９が設けられている。
【００１０】
そして、バネ孔１３８、１４８がなす空間は、その圧縮要素における吐出圧になるように形成されている。
【００１１】
これにより、ベーン１３５，１４５はバネ１３７，１４７とバネ孔１３８，１４８の圧力によりローラ１３３，１４３側に付勢されて、その先端がローラ１３３，１４３に当接して圧縮室Ｐと吸気室Ｖとの機密性を維持するようになっている。
【００１２】
なお、バネ孔１３８，１４８は、原則として機密性の蓋１３９，１４９により密閉容器内と連通しないように形成されるが、密閉容器内の圧力を特定の圧縮要素におけるバネ孔１３８，１４８の圧力と略等しくなるように設定されている場合には、かかる機密性は当該圧縮要素において必ずしも必要でない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は多段圧縮機における各圧縮要素におけるベーン１３５，１４５のストローク（移動距離）がそれぞれ異なるにも関わらず、バネ孔１３８，１４８の長さが同じに設定されているために、圧縮室Ｐ又は吸気室Ｖとバネ孔１３８，１４８との間で発生するリークを適切に低減することができない問題があった。
【００１４】
即ち、リーク量はバネ孔１３８，１４８の圧力と吸気室Ｖ又は圧縮室Ｐの圧力との差圧及びリーク抵抗により決る。
【００１５】
このリーク抵抗はリークパスに依存し、当該リークパスはベーン１３５，１４５がシリンダ１３１，１４１と接する領域であり、シリンダ１３１，１４１の大きさが一定の場合には、バネ孔１３８，１４８の長さにより略決る。
【００１６】
従って、バネ孔１３８，１４８の長さを短くするればリークパスが長くなるので、リーク量を低減させることができることになるが、従来はこのバネ孔１３８，１４８の長さを同じ長さにしているのでリーク量を適切に低減することができなかった。
【００１７】
そこで、本発明は、圧縮室又は吸気室とバネ孔との間で生じるリーク量を適切に低減させて圧縮効率の高い多段圧縮機を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、シリンダ内をローラが偏芯回転運動し、当該ローラにベーンが当接して吸気室及び圧縮室が区画されてなる圧縮要素が２段以上連結されると共に、各段の圧縮要素のベーンの移動距離が異なり、各段の圧縮要素が一つの密閉容器内に収納されると共に、各段のローラが一つの回転軸に連結されてなる多段圧縮機において、後段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さを、前段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さより短くしたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は多段圧縮機の例として２段ロータリ圧縮機の側断面図である。なお、本発明は２段圧縮機に限定されるものではなく、それ以上の段数を有する圧縮機であっても良い。
【００２１】
図１に示すロータリ圧縮機は駆動手段であるモータ２０、このモータ２０の下方に設けられた圧縮手段である前段圧縮要素３０及び後段圧縮要素４０等を有して、これらが密閉容器１０内に収納され、冷媒として二酸化炭素冷媒（冷媒）が用いられている。
【００２２】
なお、密閉容器１０の底部には潤滑油１５が貯留しており、各圧縮要素３０，４０における摺動部等を潤滑するようになっている。
【００２３】
前段圧縮要素３０には吸入管１１が設けられて、機外からの冷媒が当該前段圧縮要素３０に吸気され、圧縮されて連結管１６を介して後段圧縮要素４０に吸入され、当該後段圧縮要素４０で圧縮されて機外に吐出される。図１における矢印はこのような冷媒の流れを示している。
【００２４】
このような前段圧縮要素３０及び後段圧縮要素４０における吸気及び圧縮機構は同じで、シリンダ３１，４１と該シリンダ３１，４１に内設されたローラ３３，４３等を有している。
【００２５】
図２は、かかるシリンダ３１，４１とローラ３３，４３との関係を明示するための模式図で、上側が前段圧縮要素３０、下側が後段圧縮要素４０を示している。
【００２６】
ローラ３３，４３には、ベーン３５，４５が当接して、ローラ３３，４３とシリンダ３１，４１との間に形成される三日月状の空間を圧縮室Ｐと吸気室Ｖとに区画している。
【００２７】
ベーン３５，４５は、ベーン孔３６，４６に挿入され、後端部がバネ３７，４７により付勢されて、先端部がローラ３３，４３に当接している。
【００２８】
このバネ３７，４７はバネ孔３８，４８に挿入され、当該バネ孔３８，４８が蓋３９，４９により塞がれている。
【００２９】
なお、バネ孔３８，４８は、その圧縮要素のおける吐出圧力になるように図示しない流路が設けられている。
【００３０】
これにより、ベーン３５，４５はバネ３７，４７とバネ孔３８，４８の圧力とによりローラ３３，４３側に付勢されて、圧縮室Ｐと吸気室Ｖとの機密性が保持されるようになっている。
【００３１】
ローラ３３，４３の内部には、クランク３２，４２が配設され、当該クランク３２，４２がモータ２０の回転軸２１と連結されて、モータ２０が回転することによりローラ３３，４３はクランク３２，４２から力を受けて偏芯回転運動するようになる。
【００３２】
ローラ３３，４３が偏芯回転運動すると、先に述べた三日月状の空間は向きを変え、これに伴い圧縮室Ｐと吸気室Ｖとの容積比が変化して冷媒を吸気し、圧縮するようになる。
【００３３】
多段圧縮機では、前段の圧縮要素が吐出した冷媒を後段の圧縮要素が吸気して圧縮するため、後段側の排除容積を小さくする必要がある。
【００３４】
例えば、図１に示す２段構成の場合、前段圧縮要素３０の排除容積を３ｃｃとすれば、後段圧縮要素４０は３ｃｃ未満としないと前段圧縮要素３０の意味がなくなってしまう。
【００３５】
無論、前段圧縮要素３０から吐出された冷媒の全てが後段圧縮要素４０に吸気されないとすると、吸気されない分だけ圧縮効率が低下するので、現実には後段圧縮要素４０は吐出された冷媒を略全て吸気するようになっている。
【００３６】
従って、多段圧縮機においては、後段側になるほど排除容積を小さくしなければならず、このためローラ４３の直径Ｄ２をローラ３３の直径Ｄ１より大きくしている（Ｄ２＞Ｄ１）。
【００３７】
このように、ローラ３３，４３の大きさが異なるため、ベーン３５，４５のストロークも異なる。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、後段圧縮要素４０におけるバネ孔４８の長さＬ２を前段圧縮要素３０におけるバネ孔３８の長さＬ１より短くして（Ｌ２＜Ｌ１）、リークパスをながくすることによりリーク量の低減を図っている。
【００３９】
即ち、ベーン３５，４５のストロークが異なる場合には、バネの変位量も当然異なり、当該バネ３７，４７を収納するバネ孔３８，４８の長さもこれに応じて変えることができる。
【００４０】
例えば、図２に示す場合には、ベーン３５とベーン４５とが同じ長さであると、ベーン３５，４５とバネ３７，４７とが接する位置は、後段圧縮要素４０の方がシリンダ外周部側に位置することになる。
【００４１】
従って、このバネ４７を収納するバネ孔４８の長さをもっと小さくすることができるようになる。
【００４２】
このような観点から、上述したようにバネ孔４８をバネ孔３８より短くして、これによりリークパスを長くすることによりリーク量の低減を図っている。
【００４３】
なお、バネ孔４８を短くすることはベーン４５がシリンダ４１と接する領域（上述したリークパス）が長くなることを意味するので、ベーン３５，４５の摺動抵抗の増大が懸念される。
【００４４】
しかし、シリンダ３１，４１は略円盤状に形成されており、従来用いられていたＲ−２２冷媒のときのシリンダ厚は１６ｍｍであるが、二酸化炭素冷媒のときのシリンダ厚は約９ｍｍであるので、基本的に摺動面積が小さくなっている。
【００４５】
従って、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いる場合には、バネ孔４８の長さを多少長くすることによる摺動抵抗の増大よりもリーク量が押えられる効果の方が大きい。
【００４６】
なお、上記説明では各圧縮要素におけるバネ孔３８，４８の圧力はその圧縮要素の吐出圧力に略等しく設定されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当該圧縮要素の吐出圧以上の圧力に設定されている場合にも適用できることは言うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１にかかる発明によれば、後段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さを、前段側の圧縮要素におけるバネ孔の長さより短くしたので、圧縮室又は吸気室とバネ孔との間で生じるリーク量を適切に低減させることができ、圧縮効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される２段ロータリ圧縮機の断面図である。
【図２】図１における圧縮要素の詳細図である。
【図３】従来の技術の説明に適用される２段ロータリ圧縮機における圧縮要素の詳細図である。
【符号の説明】
１０ 密閉容器
３０ 前段圧縮要素
３１，４１ シリンダ
３３，４３ ローラ
３５，４５ ベーン
３６，４６ ベーン孔
３７，４７ バネ
３８，４８ バネ孔
３９，４９ 蓋
４０ 後段圧縮要素
Claims (1)
- シリンダ内をローラが偏芯回転運動し、当該ローラにベーンが当接して吸気室及び圧縮室が区画されてなる圧縮要素が２段以上連結されると共に、各段の前記圧縮要素の前記ベーンの移動距離が異なり、
各段の前記圧縮要素が一つの密閉容器内に収納されると共に、前記各段の前記ローラが一つの回転軸に連結されてなる多段圧縮機において、
後段側の前記圧縮要素におけるバネ孔の長さを、前段側の前記圧縮要素におけるバネ孔の長さより短くしたことを特徴とする多段圧縮機。
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