JP4156114B2 - Reciprocating compressor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用、業務用、或いは家庭用の空調機として好適に用いられる蒸気圧縮式冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フロンガスによる地球温暖化を防止することが世界的に求められている今日において、従来フロンを冷媒として用いていた蒸気圧縮式冷凍サイクルの分野では、冷媒の脱フロン対策の一つとして、例えば二酸化炭素(CO2)を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル(以下、CO2サイクルと略す。)が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CO2サイクルでは、R134a等のフロンを用いたものと比較して、圧縮機における圧縮効率の低下、冷媒吐出温度の上昇による圧縮機内部の潤滑油の劣化、冷凍サイクルの成績係数(COP:Coefficient of Performance)の低下などの問題点があり、これらを改善することが課題となっている。
【0004】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであって、CO2サイクルで用いられ、圧縮効率の低下を少なくし、冷媒の吐出温度を低くし、COPの向上を実現した揺動斜板式の往復動圧縮機を低コストにて提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、外部駆動源により駆動軸に伝達された回転駆動力が、駆動軸に取り付けられた斜板と、平面略円盤状を呈し斜板の回転に伴って主面中央位置を揺動中心点として揺動する揺動板と、揺動板の主面上で上記揺動中心点の周囲にN個(Nは複数)設けられたピストンロッド接続部に接続され、揺動板の揺動に伴って駆動軸の軸方向に往復移動するN個のピストンロッドと、各ピストンロッドに接続されたN個のピストンとに伝達され、外部から供給される気相状態の冷媒を上記N個のピストンで吸入、圧縮して空調システムに循環させる往復動圧縮機において、駆動軸及び斜板を回転可能に保持し、揺動板と各ピストンロッドを格納するクランク室を有するとともに、ピストンの収納されるシリンダが駆動軸の周囲にN個形成されたシリンダブロック本体と、各シリンダと連通する冷媒の通路が形成されたシリンダヘッドと、シリンダブロック本体とシリンダヘッドとの間に配される弁機構が備えられ、シリンダブロック本体は、N個のシリンダが、外部から供給される冷媒を圧縮する第1の圧縮シリンダと、圧縮された冷媒をさらに圧縮する第2の圧縮シリンダとからなり、シリンダヘッドの冷媒の通路は、第1の圧縮シリンダに外部からの冷媒を弁機構を介して供給する冷媒吸入通路と、第1の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮された冷媒を弁機構を介して第2の圧縮シリンダに供給する冷媒吐出吸入通路と、第2の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮された冷媒を弁機構を介して外部に吐出する冷媒吐出通路とを備え、揺動板のN個のピストンロッド接続部は、第1の圧縮シリンダ内のピストンに接続されるピストンロッドについての第1のピストンロッド接続部が、第2の圧縮シリンダ内のピストンに接続されるピストンロッドについての第2のピストンロッド接続部よりも揺動半径を大とした主面上の所定位置に設けられるとともに、所定距離だけ駆動軸側にオフセットされる。
【0006】
本発明の往復動圧縮機においては、第1の圧縮シリンダの吐出側と第2の圧縮シリンダの吸入側とがシリンダヘッドの冷媒吐出吸入通路で接続されており、駆動軸及び斜板の回転で、揺動板及び各ピストンロッドを介して複数のピストンが順次シリンダ内を往復移動し、第1の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮された冷媒がさらに第2の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮される。このとき、第1のピストンロッド接続部が、第2の圧縮シリンダ内のピストンに接続されるピストンロッドについての第2のピストンロッド接続部よりも揺動半径を大とした揺動板主面上の所定位置にあるため、第1の圧縮シリンダについてのピストンストロークが第2の圧縮シリンダについてのピストンストロークよりも大きくなる。また、第1のピストンロッド接続部が所定距離だけ駆動軸側にオフセットされていることにより、ピストンストロークの違いから生じるピストントップクリアランスの差異が解消される。
【0007】
なお、第2の圧縮シリンダ内のピストンによる冷媒の総押しのけ量を、第1の圧縮シリンダ内のピストンによる冷媒の総押しのけ量の70%〜90%とすることが好ましい。
【0008】
また、 シリンダヘッドの冷媒吐出吸入通路には、外部からの冷媒を中間圧力として吸入する中間圧力吸入口が設けられることが好ましい。すなわち、第1の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮した冷媒を冷媒吐出吸入通路を介して第2の圧縮シリンダに供給する際に、中間圧力吸入口から温度の低い冷媒を第2の圧縮シリンダに併せて送り込むことにより、第2の圧縮シリンダ内のピストンによる圧縮後の冷媒吐出温度を低く抑えることができる。
【0009】
さらに、不活性ガスが加圧封入された空洞部を備えた中空ピストンを用いることにより、軽量化による駆動時の効率改善が図られる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明を適用した往復動圧縮機は、図1に示すような蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮機として用いられる。すなわち、図1の蒸気圧縮式冷凍サイクル1(以下、単に冷凍サイクル1と言う。)は、例えば自動車等の車両に搭載されるものであって、二酸化炭素(CO2)を冷媒とし、この冷媒を気相状態で圧縮する圧縮機2と、この圧縮機2で圧縮された冷媒を外気等との間で熱交換して冷却する放熱器(ガスクーラー)3と、ガスクーラー3の後段に配されガスクーラー3からの冷媒の圧力を制御する第1膨張弁4と、第1膨張弁4の後段に配され冷媒CO2を気相と液相の2相に分けて貯める気液分離器5と、気液分離器5から流出する冷媒の圧力を制御する第2膨張弁6と、第2膨張弁6からの冷媒を蒸発させて圧縮機2に供給する蒸発器7とを備えている。
【0011】
この冷凍サイクル1では、図1に示すように、圧縮機2とガスクーラー3とが配管P1で、ガスクーラー3と第1膨張弁4とが配管P2で、第1膨張弁4と気液分離器5とが配管P3で、気液分離器5と第2膨張弁6とが配管P4で、第2膨張弁6と蒸発器7とが配管P5で、蒸発器7と圧縮機2とが配管P6で、さらには気液分離器5と圧縮機2とが配管P7で、それぞれ接続されている。
【0012】
次に、この冷凍サイクル1で使用される圧縮機2の構成について説明する。圧縮機2は、図2に示すように、複数のピストンの往復移動で圧縮力を得る往復動式圧縮機であり、この実施の形態では6個のピストンが備えられている。圧縮機2では、駆動軸に伝達された回転駆動力が斜板、揺動板等によるクランク機構を介して上記6個のピストンに伝達される構成となっている。
【0013】
圧縮機2は、図2に示すように、フロントハウジング11、シリンダブロック12、シリンダヘッド13が組み付けられることにより、筐体としての圧縮機ケーシングが構成される。この圧縮機ケーシングでは、フロントハウジング11とシリンダブロック12とによって形成される空間がクランク室20となっており、このクランク室20内に、駆動軸14と一体となった斜板18、斜板18の回転に伴って揺動する揺動板19、揺動板19に取り付けられるピストンロッド21等が配設されている。また、圧縮機ケーシングでは、上記クランク室20に連通してシリンダ25が6個形成されており、各シリンダ25に対してピストン15が配設されている。
【0014】
圧縮機2では、フロントハウジング11の中央に上記駆動軸14を支持するための貫通孔部16が形成されており、この貫通孔部16に対して駆動軸14が軸受17を介して回転可能に取り付けられる。また、駆動軸14に対しては、斜板18が接続され、両者が一体となっている。この斜板18は、平面略円形を呈し、図2に示すように、底面に対して角度θで傾斜した上面(傾斜面)となっている。
【0015】
そして、この斜板18に対しては、揺動板19が上記傾斜面に対して相対回転可能に組み付けられ、さらにこの揺動板19は、ピストンロッド21を介して各ピストン15とユニバーサルジョイント(自在継手)方式で接続される。この揺動板19は、シリンダブロック12の中央の貫通孔部22に取り付けられた支持部材23により、球状のベアリング24を介して支持される。なお、揺動板19及び支持部材23は、ベアリング24の取り付け位置近傍にそれぞれ係止部が設けられており、これら各係止部により揺動板19と支持部材23との相対回転を防止している。これにより揺動板19は、斜板18が回転した場合に、主面の中央に位置するベアリング24の中心点(図2のC点)を中心にクランク室20内を揺動し、斜板18とともに回転しないようになっている。
【0016】
シリンダブロック12では、図3に示すように、円形の平面形状を呈するシリンダ25が、上記貫通孔部22の周囲に放射状に6個設けられており、相互に同一の径となっている。ここで、各シリンダ25においては、図3に波線で示すように、中心(貫通孔部22)から近い位置に配置されたものと遠い位置に配置されたものの2種類があり、これら2種類が交互に配置される。各シリンダ25においては、貫通孔部22から遠い位置に配設されているのが第1圧縮室25A、それよりも近い位置に配設されているのが第2圧縮室25Bとなっている。すなわち、第1圧縮室25A及び第2圧縮室25Bは、それぞれ3つずつとなっており、第1圧縮室25A→第2圧縮室25B→第1圧縮室25A→・・・というように、隣同士が異なる種類になるように交互に配されている。そして、第1圧縮室25A相互間、第2圧縮室25B相互間においては、それぞれのシリンダ25が同心円上に並ぶように配されている。
【0017】
さらに、圧縮機2では、図2及び図4に示すように、揺動板19に取り付けられるピストンロッド21の位置も、第1圧縮室25A内のピストン15に対するものと第2圧縮室25B内のピストン15に対するものとでは相互に異なっている。すなわち、揺動板19では、図4に示すように、ピストンロッド21が取り付けられるピストンロッド取付部28が揺動板19の主面の中心から6個形成されており、これらピストンロッド取付部28の揺動板19の主面中心からの位置(ピッチ半径)が、第1圧縮室25A内のピストン用(28A)の位置Raと第2圧縮室25B内のピストン用(28B)の位置Rbとでは異なり、Ra>Rbの関係となっている。
【0018】
このような構成とすることにより、圧縮機2においては、第1圧縮室25A内に配されるピストン15の移動量(ストローク)が第2圧縮室25Bのピストンのストロークよりも大きくなり、その結果、第1圧縮室25Aのピストン15による冷媒の総押しのけ量の方が第2圧縮室25Bのピストン15による冷媒の総押しのけ量よりも大きくなる。ここで、第2の圧縮室25Bのピストン15による冷媒の総押しのけ量は、上記第1圧縮室25Aのピストン15による冷媒の総押しのけ量の70%〜90%の範囲に設定すると圧縮効率が良くなることが本発明者によって確認された。
【0019】
なお、Ra>Rbとすると、上死点におけるピストン15の位置(ピストントップクリアランス)が第1圧縮室25Aと第2圧縮室25Bとで相互に異なってしまうため、何らかの調整が必要となる。この調整を行う手段としては、図2に示すピストンロッド21の長さL1、或いはピストン15の上面からピストンロッド21の取り付け位置までの長さL2を第1圧縮室25A用と第2圧縮室25B用とで相互に変えることが考えられる。しかしながら、このような手段を採ると、ピストンロッド21或いはピストン15が2種類となり、部品の共通化が図れない。
【0020】
そこで、この実施の形態では、図2に示すように、ピストンロッド取付部2828Aとピストンロッド取付部28Bの設けられる揺動板19の上面からの深さ位置を相互に異なるようにしている。具体的には、揺動板19の回転(揺動)の中心となるベアリング24の中心位置C点から揺動板19の下面(又は斜板18の上面)に平行な仮想線を引いた場合に、第2圧縮室25Bに対応するピストンロッド取付部28Bの中心位置すなわちピストンロッド21の回転中心位置となるB点がこの仮想線上にあり、一方第1圧縮室25Aに対応するピストンロッド取付部28BAの中心位置となるA点が仮想線よりも距離Xだけ駆動軸14側すなわちシリンダ25Aから離れる側にオフセットするような位置関係とする。
【0021】
このような調整手段とすることにより、圧縮機2では、第1圧縮室25Aと第2圧縮室25Bとで相互に同一のピストン15及びピストンロッド21を使用しながら、第1圧縮室25Aについてのピストンストロークを相対的に大きく確保し、しかもピストントップクリアランスを第1圧縮室25Aと第2圧縮室25Bとで相互に同一とすることができる。すなわち、この圧縮機2では、第1圧縮室25Aと第2圧縮室25Bとでピストン15及びピストンロッド21の双方を同一部品で構成することができ、低コスト化が実現される。
【0022】
なお、上記オフセットの距離Xについての値は、Ra,Rb,及びθの値によって決定され、その近似値が
X≒(Ra−Rb)tanθ
で表されることになる。
【0023】
図2に示すように、各ピストン15は、軽量化のため空洞部30が形成された中空の構成となっており、この空洞部30内に不活性ガスが加圧封入されている。ここで、不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが用いられる。また、空洞部30内の不活性ガスの加圧圧力値としては、圧縮機2の運転時に各ピストンにかかる圧力の中間位の値とする。この圧縮機2では、運転時に各ピストンに対して低圧時には30kg/cm2、高圧時には110kg/cm2の圧力がかかり、この場合には不活性ガスを50〜60kg/cm2の加圧圧力で空洞部30内に封入した場合に良好な耐久性能が得られた。
【0024】
各シリンダ25のそれぞれの上端部には、図3に示すように、後述する吸入弁の動き量を制限するための弁受部(リセス)26(26A,26B)が形成されている。ここで、第1圧縮室25Aのリセス26Aは、シリンダブロック12の内側(貫通孔部22側)に向かう位置に設けられ、第2圧縮室25Bのリセス26Bがシリンダブロック12の外側に向かう位置に設けられている。また、シリンダブロック12では、第1圧縮室25Aの近傍に、後述する第1吐出弁45を取り付けるためのネジ穴27が形成されている。
【0025】
弁板31は、図2及び図5に示すように、円盤状の外形を有しており、主面の中心位置に、後述する吸入弁部材41、第2吐出弁44、及び第2吐出弁受け部材46をボルト47及びナット48でネジ止めするための中心孔32が設けられている。また、弁板31の主面には、吸入孔33,34、吐出孔35,36が形成されている。ここで、吸入孔33が第1圧縮室25Aに冷媒を供給するための第1吸入孔で、吸入孔34は第2圧縮室25Bに冷媒を供給するための第2吸入孔である。一方、吐出孔35が第1圧縮室25Aで圧縮された冷媒を吐出するための第1吐出孔で、吐出孔36が第2圧縮室25Bで圧縮された冷媒を吐出するための第2吐出孔である。
【0026】
また、弁板31の両主面には、吸入及び吐出の各弁を取り付けるための溝部37,38,39が形成されている。なお、図5は、弁板31を下側(図2の左側)から示した図であり、点線で表した溝部38,39については、反対側の主面に設けられている。各溝部37〜39は、各弁と略同一の平面形状となっており、各弁を位置合わせして嵌合した場合に弁板の両方の主面と各弁が面一になるような深さで形成されている。
【0027】
圧縮機2では、この弁板31の両主面に吸入及び吐出の各弁が取り付けられることにより、各弁が図6に示すような位置関係で配置される。すなわち、弁板31には、シリンダヘッド13に対峙する側の主面上に第1圧縮室25A用の第1吐出弁45と第2圧縮室25B用の第2吐出弁44とが取り付けられ、弁板31の反対側の主面上には第1圧縮室25A用の第1吸入弁42と第2圧縮室25B用の第2吸入弁が43それぞれ3ずつ形成された板状の吸入弁部材41が取り付けられる。なお、図6は、上側(図2の右側)から各弁の位置関係を表した図であり、説明の便宜上、弁板31の図示を省略してその孔部の位置だけ抽出して示している。
【0028】
ここで、吸入弁部材41は、中央から6方向に枝分かれしており、このうちの3方向に延びる大きい片の主面が切り欠かれて第1吸入弁42が形成されている。そして、第1吸入弁42の先端部は、吸入弁部材41が弁板31の溝部37に取り付けられることによって、シリンダ25の弁受け部26Aの上に位置する。なお、第1吸入弁42の基端側には、弁板31の第1吐出孔35と対応する位置に吐出用孔部41bが形成されている。一方、吸入弁部材41の3方向に延びる小さい片が第2吸入弁43となっており、この弁の基端側には、弁板31の第2吐出孔36と対応する位置に吐出用孔部41aが形成されている。
【0029】
第1圧縮室25A用の第1吐出弁45は、平面略「I」字状を呈し、その基端側にネジが取り付けられる孔部45aが形成されている。この第1吐出弁45は、それぞれ弁板31の溝部39上にネジで取り付けられることによって、先端側が吸入弁31の第1吐出孔35を閉塞する。
【0030】
第2圧縮室の第2吐出弁44は、図6に示すように、ネジ止めのための孔部44aが中央に形成されており、またこの中央から互いに120度をなす方向に枝分かれして3つの吐出弁が形成される。第2吐出弁44の3つの吐出弁は、先端側が弁板31の第2吐出孔36上に位置することにより第2吐出孔36のそれぞれを閉塞する。なお、第2吐出弁44には、第2吐出弁44と略同一の平面形状を有する図2に示す第2吐出弁受け部材46が取り付けられる。
【0031】
図7は、シリンダヘッドを内部側から示す平面図である。このシリンダヘッド13は、図2及び図7に示すように、側縁から側壁部51が形成され、この側壁部51で囲まれる側の主面からは立上がり壁部52が側壁部51と略同一の高さで形成されている。シリンダヘッド13においては、側壁部51と立上がり壁部52とで囲まれた空間が中間圧力吸入室53となっており、さらにこの空間に外部からの中間圧力を供給するための孔部である中間圧力吸入口54が連通して主面に設けられている。この中間圧力吸入室53は、第1圧縮室25Aの吐出側と第2圧縮室25Bの吸入側とを連通させる空間であり、また、中間圧力吸入口54を介して外部から供給される中間圧力を第2圧縮室に導くための空間である。この実施の形態では、中間圧力吸入口54に配管P7を接続して、図1に示すように、気液分離器5からの中間圧力を取り込むようにする。
【0032】
シリンダヘッド13では、立上がり壁部52によって、中央に第2圧縮室25Bからの冷媒が吐出される第2吐出室55が形成される。第2吐出室55は、シリンダヘッド13の主面中央に設けられた吐出口56と連続している。さらに、第2吐出室55の外側には、立上がり壁部52によって第1圧縮室25Aについての第1吸入室57が3つ形成される。第1吸入室57のそれぞれは、シリンダヘッド13の主面に設けられた吸入孔58と連続している。また、第1吸入室57のそれぞれは、図7の点線で示す断面四角形の連通穴59(図2参照)により相互に連通している。なお、上述した各部材の組み付け時における位置関係を図8に示す。
【0033】
圧縮機2の運転にあたっては、図1の蒸発器7の出口からの配管P6が圧縮機2の吸入孔58に接続され、ガスクーラー3の入口への配管P1が第2圧縮室からの吐出口56と接続される。また、上述のように、気液分離器5からの中間圧力が供給される配管P7は、中間圧力吸入口54と接続される。
【0034】
そして、エンジンやモータ等の駆動力により駆動軸14を回転させると、冷媒CO2が第1吸入室57に流入し、第1圧縮室25A内のピストン15によって、下死点側に移動するものから順に吸入及び第1段の圧縮がなされる。第1段の圧縮がなされた冷媒CO2は、第1吐出弁45をリフトさせて第1吐出孔35から中間圧力吸入室53に流入し、続いて第2圧縮室25B内のピストン15によって、下死点側に移動するものから順に吸入及び第2段の圧縮がなされる。第2段の圧縮がなされた冷媒CO2は、第2吐出弁44をリフトさせて第2吐出孔36から吐出室56及び配管P1を経てガスクーラー3に供給される。
【0035】
この圧縮機2では、第2圧縮室25B内のピストン15による吸入の際に、第1段の圧縮がなされた冷媒CO2とともに気液分離器5からの温度の低い冷媒CO2が吸入されるので、第2圧縮室25B内のピストン15による圧縮後の冷媒吐出温度が低く抑えられ、圧縮機内部の潤滑油の劣化が防止される。
【0036】
このように、圧縮機2においては、冷媒CO2を2回に分けて圧縮する構成となっており、1回の圧縮での圧縮比を小さくして圧縮効率を向上させることができる。また、圧縮機2を用いた冷凍サイクル1では、図9のp−h線図に示すような特性が得られ、冷媒の吐出温度を抑えながらCOPの向上を図ることが可能となった。ここで、図9では、圧力Psが蒸発器7内の圧力を、圧力Pdがガスクーラー3内の圧力を、圧力Pmが気液分離器5からの圧力をそれぞれ示し、点P1〜P7が図1に示す各配管P1〜P7内の状態を示している。また、Aoutが圧縮機2の第1圧縮室25Aからの吐出時の状態を、Binが第2圧縮室25Bへの吸入時における状態をそれぞれ示している。
【0037】
さらに、圧縮機2においては、ピストン15に空洞部30を設けて空洞部30に不活性ガスを加圧封入しているので、軽量化及び耐圧性の両立が図られ、駆動時の効率改善が図られる。さらにまた、第1圧縮室25A及び第2圧縮室25Bで使用されるピストン15及びピストンロッド21の共通化が図られているので、低コストな二段圧縮の圧縮機を提供することが可能となる。
【0038】
なお、上述した実施の形態では、ピストンの数が6個の圧縮機について本発明を適用した例を示したが、ピストンの数はこれに限定されるものではないことは勿論である。
【0039】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の往復動圧縮機によれば、第1の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮された冷媒が冷媒吐出吸入通路を経てさらに第2の圧縮シリンダ内のピストンによって圧縮され、冷媒を2回に分けて圧縮させるため、1回の圧縮での圧縮比を小さくして圧縮効率の低下を少なくすることができる。さらに、第1のピストンロッド接続部が、第2の圧縮シリンダ内のピストンに接続されるピストンロッドについての第2のピストンロッド接続部よりも揺動半径を大とした揺動板主面上の所定位置にあり、所定距離だけ駆動軸側にオフセットされているので、ピストントップクリアランスの差異を解消しながら第1の圧縮シリンダについてのピストンストロークを第2の圧縮シリンダについてのピストンストロークよりも大きくすることができ、各ピストンによる冷媒の総押しのけ量についての適切な調整が図られ、さらにはピストン及びピストンロッドについて共通部品を使用することによる低コスト化が図られる。
【0040】
また、冷媒吐出吸入通路に中間圧力吸入口を設け、第1の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮した冷媒を冷媒吐出吸入通路を介して第2の圧縮シリンダに供給する際に、中間圧力吸入口から温度の低い冷媒を第2の圧縮シリンダに併せて送り込むことにより、圧縮した冷媒が冷却された後に再度圧縮されるので、第2の圧縮シリンダ内のピストンによる圧縮後の冷媒吐出温度を低く抑え、圧縮比の増大による圧縮効率の低下に伴う動力増大を避けることができる。また、圧縮機内部の潤滑油の劣化を防止することができる。さらには、不活性ガスが加圧封入された空洞部を備えた中空ピストンとすることにより、軽量化及び耐圧性の両立が図られ、駆動時の効率改善が図られる。
【0041】
従って、本発明によれば、圧縮効率の低下を少なくし、冷媒の吐出温度を低くし、COPの向上を実現した揺動斜板式の圧縮機を低コストにて提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷凍サイクルの構成図である。
【図2】圧縮機の構成を説明するための断面図である。
【図3】各シリンダの構成及び配置を説明するためのシリンダブロックの平面図である。
【図4】ピストンロッド取付部の位置を説明するための揺動板の平面図である。
【図5】弁板の構成を示す平面図である。
【図6】吸入弁及び吐出弁の構成及び配置を説明するための平面図である。
【図7】シリンダヘッドの構成を示す平面図である。
【図8】弁板及びシリンダヘッド等の各部材の位置関係を示す透視図である。
【図9】冷凍サイクルにおけるp−h線図である。
【符号の説明】
1 冷凍サイクル
2 圧縮機
3 ガスクーラー
4 第1膨張弁
5 気液分離器
6 第2膨張弁
7 蒸発器
P1〜P7 配管
11 フロントハウジング
12 シリンダブロック
13 シリンダヘッド
14 駆動軸
15 ピストン
18 斜板
19 揺動板
20 クランク室
21 ピストンロッド
24 ベアリング
25 シリンダ
25A 第1圧縮室
25B 第2圧縮室
26(26A,26B) リセス
27 ネジ穴
28(28A,28B) ピストンロッド取付部
30 空洞部
31 弁板
41 吸入弁部材
42 第1吸入弁
43 第2吸入弁
44 第2吐出弁
45 第1吐出弁
51 側壁部
52 立上がり壁部
53 中間圧力吸入室
54 中間圧力吸入口
55 第2吐出室
56 吐出口
57 第1吸入室
58 吸入孔
59 連通孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vapor compression refrigeration apparatus suitably used as an air conditioner for automobiles, business use, or home use.
[0002]
[Prior art]
In today's world where it is demanded globally to prevent global warming due to chlorofluorocarbons, in the field of vapor compression refrigeration cycles where chlorofluorocarbons have been used as refrigerants, carbon dioxide, for example, is one of the countermeasures against defluorocarbons. (CO 2 Vapor compression refrigeration cycle (hereinafter referred to as CO) 2 Abbreviated as cycle. ) Has been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, CO 2 In the cycle, compared with the one using R134a or other Freon, the compression efficiency in the compressor decreases, the deterioration of the lubricating oil inside the compressor due to the increase in the refrigerant discharge temperature, the coefficient of performance of the refrigeration cycle (COP: Coefficient of Performance) ) And other problems, and improving them is an issue.
[0004]
The present invention has been proposed in view of such circumstances, and is 2 An object of the present invention is to provide a swing swash plate type reciprocating compressor that is used in a cycle, reduces a decrease in compression efficiency, lowers a refrigerant discharge temperature, and realizes an improvement in COP at low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is such that the rotational driving force transmitted to the drive shaft by the external drive source has a swash plate attached to the drive shaft and a planar substantially disk shape, and is mainly accompanied with the rotation of the swash plate. A rocking plate that rocks with the center position of the surface as the rocking center point, and a piston rod connecting portion provided on the main surface of the rocking plate around the rocking center point (N is a plurality). The gas phase is transmitted from the outside to the N piston rods that reciprocate in the axial direction of the drive shaft as the swing plate swings, and to the N pistons connected to each piston rod. In a reciprocating compressor that sucks and compresses the refrigerant with the N pistons and circulates them in the air conditioning system, the drive shaft and the swash plate are rotatably held, and a crank chamber for storing the swing plate and each piston rod is provided. The cylinder in which the piston is housed has a drive shaft The cylinder block body includes N cylinder block bodies formed in the periphery, a cylinder head in which a refrigerant passage communicating with each cylinder is formed, and a valve mechanism disposed between the cylinder block body and the cylinder head. The N cylinders include a first compression cylinder that compresses refrigerant supplied from the outside and a second compression cylinder that further compresses the compressed refrigerant. A refrigerant suction passage for supplying refrigerant from the outside to the first compression cylinder via the valve mechanism, and a refrigerant for supplying the refrigerant compressed by the piston in the first compression cylinder to the second compression cylinder via the valve mechanism A discharge suction passage and a refrigerant discharge passage for discharging the refrigerant compressed by the piston in the second compression cylinder to the outside through the valve mechanism, and the N pistons of the swing plate The first piston rod connection for the piston rod connected to the piston in the first compression cylinder is the second connection for the piston rod connected to the piston in the second compression cylinder. It is provided at a predetermined position on the main surface having a larger swing radius than the piston rod connecting portion, and is offset to the drive shaft side by a predetermined distance.
[0006]
In the reciprocating compressor according to the present invention, the discharge side of the first compression cylinder and the suction side of the second compression cylinder are connected by the refrigerant discharge suction passage of the cylinder head, and the drive shaft and the swash plate rotate. The plurality of pistons sequentially reciprocate in the cylinder through the swing plate and each piston rod, and the refrigerant compressed by the piston in the first compression cylinder is further compressed by the piston in the second compression cylinder. . At this time, the first piston rod connecting portion is on the rocking plate main surface having a larger rocking radius than the second piston rod connecting portion for the piston rod connected to the piston in the second compression cylinder. Therefore, the piston stroke for the first compression cylinder is larger than the piston stroke for the second compression cylinder. Further, since the first piston rod connecting portion is offset to the drive shaft side by a predetermined distance, a difference in piston top clearance caused by a difference in piston stroke is eliminated.
[0007]
The total displacement of the refrigerant by the piston in the second compression cylinder is preferably 70% to 90% of the total displacement of the refrigerant by the piston in the first compression cylinder.
[0008]
Further, it is preferable that an intermediate pressure suction port for sucking in an external refrigerant as an intermediate pressure is provided in the refrigerant discharge suction passage of the cylinder head. That is, when supplying the refrigerant compressed by the piston in the first compression cylinder to the second compression cylinder via the refrigerant discharge suction passage, the refrigerant having a low temperature from the intermediate pressure suction port is combined with the second compression cylinder. Thus, the refrigerant discharge temperature after compression by the piston in the second compression cylinder can be kept low.
[0009]
Furthermore, by using a hollow piston having a hollow portion in which an inert gas is sealed under pressure, efficiency can be improved during driving due to weight reduction.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A reciprocating compressor to which the present invention is applied is used as a compressor of a vapor compression refrigeration cycle as shown in FIG. That is, the vapor
[0011]
In this
[0012]
Next, the configuration of the
[0013]
As shown in FIG. 2, the
[0014]
In the
[0015]
A
[0016]
In the
[0017]
Further, in the
[0018]
By adopting such a configuration, in the
[0019]
If Ra> Rb, the position of the
[0020]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the depth positions from the upper surface of the
[0021]
By using such an adjusting means, in the
[0022]
Note that the value of the offset distance X is determined by the values of Ra, Rb, and θ.
X≈ (Ra−Rb) tan θ
It will be represented by
[0023]
As shown in FIG. 2, each
[0024]
As shown in FIG. 3, valve receiving portions (recesses) 26 (26A, 26B) for limiting the amount of movement of a suction valve, which will be described later, are formed at the upper ends of the
[0025]
As shown in FIGS. 2 and 5, the
[0026]
[0027]
In the
[0028]
Here, the
[0029]
The
[0030]
As shown in FIG. 6, the
[0031]
FIG. 7 is a plan view showing the cylinder head from the inner side. As shown in FIGS. 2 and 7, the
[0032]
In the
[0033]
In the operation of the
[0034]
When the
[0035]
In this
[0036]
Thus, in the
[0037]
Further, in the
[0038]
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a compressor having six pistons is shown, but the number of pistons is not limited to this.
[0039]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the reciprocating compressor of the present invention, the refrigerant compressed by the piston in the first compression cylinder is further compressed by the piston in the second compression cylinder via the refrigerant discharge suction passage. Then, since the refrigerant is compressed in two steps, the compression ratio in one compression can be reduced to reduce the reduction in compression efficiency. Further, the first piston rod connecting portion is on the rocking plate main surface having a larger rocking radius than the second piston rod connecting portion for the piston rod connected to the piston in the second compression cylinder. Since it is at a predetermined position and is offset toward the drive shaft by a predetermined distance, the piston stroke for the first compression cylinder is made larger than the piston stroke for the second compression cylinder while eliminating the difference in piston top clearance. Therefore, it is possible to appropriately adjust the total displacement of the refrigerant by each piston, and further to reduce the cost by using common parts for the piston and the piston rod.
[0040]
An intermediate pressure suction port is provided in the refrigerant discharge suction passage, and when the refrigerant compressed by the piston in the first compression cylinder is supplied to the second compression cylinder through the refrigerant discharge suction passage, the intermediate pressure suction port is provided. By sending the low-temperature refrigerant together into the second compression cylinder, the compressed refrigerant is cooled and then compressed again, so that the refrigerant discharge temperature after compression by the piston in the second compression cylinder is kept low, An increase in power accompanying a decrease in compression efficiency due to an increase in compression ratio can be avoided. Moreover, deterioration of the lubricating oil inside the compressor can be prevented. Furthermore, by using a hollow piston having a hollow portion in which an inert gas is pressurized and sealed, both weight reduction and pressure resistance can be achieved, and efficiency during driving can be improved.
[0041]
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide, at a low cost, a swing swash plate type compressor that reduces the decrease in compression efficiency, lowers the refrigerant discharge temperature, and realizes an improvement in COP.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a configuration of a compressor.
FIG. 3 is a plan view of a cylinder block for explaining the configuration and arrangement of each cylinder.
FIG. 4 is a plan view of a swing plate for explaining a position of a piston rod mounting portion.
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a valve plate.
FIG. 6 is a plan view for explaining the configuration and arrangement of an intake valve and a discharge valve.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a cylinder head.
FIG. 8 is a perspective view showing a positional relationship between members such as a valve plate and a cylinder head.
FIG. 9 is a ph diagram in the refrigeration cycle.
[Explanation of symbols]
1 Refrigeration cycle
2 Compressor
3 Gas cooler
4 First expansion valve
5 Gas-liquid separator
6 Second expansion valve
7 Evaporator
P 1 ~ P 7 Piping
11 Front housing
12 Cylinder block
13 Cylinder head
14 Drive shaft
15 piston
18 Swashplate
19 Swing plate
20 Crank chamber
21 Piston rod
24 Bearing
25 cylinders
25A 1st compression chamber
25B Second compression chamber
26 (26A, 26B) Recess
27 Screw holes
28 (28A, 28B) Piston rod mounting part
30 cavity
31 Valve plate
41 Suction valve member
42 First intake valve
43 Second intake valve
44 Second discharge valve
45 First discharge valve
51 Side wall
52 Rising wall
53 Intermediate pressure suction chamber
54 Intermediate pressure inlet
55 Second discharge chamber
56 Discharge port
57 First suction chamber
58 Suction hole
59 Communication hole
Claims (5)
上記駆動軸及び斜板を回転可能に保持し、上記揺動板と上記各ピストンロッドを格納するクランク室を有するとともに、上記ピストンの収納されるシリンダが上記駆動軸の周囲にN個形成されたシリンダブロック本体と、各シリンダと連通する冷媒の通路が形成されたシリンダヘッドと、上記シリンダブロック本体と上記シリンダヘッドとの間に配される弁機構が備えられ、
上記シリンダブロック本体は、上記N個のシリンダが、外部から供給される冷媒を圧縮する第1の圧縮シリンダと、当該圧縮された冷媒をさらに圧縮する第2の圧縮シリンダとからなり、
上記シリンダヘッドの冷媒の通路は、上記第1の圧縮シリンダに外部からの冷媒を上記弁機構を介して供給する冷媒吸入通路と、第1の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮された冷媒を上記弁機構を介して第2の圧縮シリンダに供給する冷媒吐出吸入通路と、第2の圧縮シリンダ内のピストンで圧縮された冷媒を上記弁機構を介して外部に吐出する冷媒吐出通路とを備え、
上記揺動板のN個のピストンロッド接続部は、上記第1の圧縮シリンダ内のピストンに接続されるピストンロッドについての第1のピストンロッド接続部が、上記第2の圧縮シリンダ内のピストンに接続されるピストンロッドについての第2のピストンロッド接続部よりも揺動半径を大とした主面上の所定位置に設けられるとともに、所定距離だけ上記駆動軸側にオフセットされたことを特徴とする往復動圧縮機。The rotational driving force transmitted to the drive shaft by the external drive source is a swash plate attached to the drive shaft and has a substantially flat disk shape, and swings with the center position of the main surface as the swing center point as the swash plate rotates. Connected to the piston rod connecting portion provided on the main surface of the swing plate and around the swing center point (N is a plurality), and is driven as the swing plate swings. Gas phase refrigerant that is transmitted to N piston rods that reciprocate in the axial direction of the shaft and N pistons connected to each piston rod and is supplied from the outside is sucked by the N pistons, In reciprocating compressors that compress and circulate to the air conditioning system,
The drive shaft and the swash plate are rotatably held, have a crank chamber for storing the swing plate and the piston rods, and N cylinders are formed around the drive shaft. A cylinder block body, a cylinder head formed with a refrigerant passage communicating with each cylinder, and a valve mechanism disposed between the cylinder block body and the cylinder head,
The cylinder block main body includes a first compression cylinder in which the N cylinders compress refrigerant supplied from the outside and a second compression cylinder that further compresses the compressed refrigerant.
The refrigerant passage of the cylinder head includes a refrigerant suction passage for supplying an external refrigerant to the first compression cylinder via the valve mechanism, and a refrigerant compressed by a piston in the first compression cylinder. A refrigerant discharge suction passage for supplying the refrigerant to the second compression cylinder via the mechanism, and a refrigerant discharge passage for discharging the refrigerant compressed by the piston in the second compression cylinder to the outside via the valve mechanism,
The N piston rod connecting portions of the swing plate are connected to the piston in the second compression cylinder by the first piston rod connecting portion for the piston rod connected to the piston in the first compression cylinder. The piston rod to be connected is provided at a predetermined position on the main surface having a larger swing radius than the second piston rod connecting portion, and is offset to the drive shaft side by a predetermined distance. Reciprocating compressor.
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