JP4404708B2 - 圧縮システム及びそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、多気筒回転圧縮機を備えた圧縮システムとそれを用いた冷凍装置に関するものである。
従来この種圧縮システムは多気筒回転圧縮機と当該多気筒回転圧縮機の運転を制御する制御装置等により構成されている。この多気筒回転圧縮機、例えば、第1及び第2の回転圧縮要素を備えた2気筒回転圧縮機は、密閉容器内に駆動要素とこの駆動要素の回転軸にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を収納して成る。この第1及び第2の回転圧縮要素は、第1及び第2のシリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されて各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第1及び第2のローラと、この第1及び第2のシリンダに当接して各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第1及び第2のベーンから構成されている。また、第1及び第2のベーンはバネ部材によりそれぞれ第1及び第2のローラに常時付勢されている。
そして、前記制御装置により駆動要素が駆動されると、吸込通路から第1及び第2の回転圧縮要素の各シリンダの低圧室側に低圧の冷媒ガスが吸入され、各ローラと各ベーンの動作によりそれぞれ圧縮され高温高圧の冷媒ガスとなり、各シリンダの高圧室側より吐出ポートを介して吐出消音室に吐出された後、密閉容器内に吐出され、外部に吐出される構成とされていた(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−99172号公報
このような多気筒回転圧縮機を備えた圧縮システムでは、軽負荷時や低速回転時などの小能力域において、第1及び第2の両シリンダにて圧縮運転をした場合、両シリンダの排除容積分の冷媒ガスを吸い込んで圧縮しなければならないので、その分、制御装置により駆動要素の回転数が下げられて運転されていた。しかしながら、回転数が下がりすぎると、駆動要素の運転効率が低下すると共に、漏れ損失が増大して圧縮効率も低下するという問題が生じていた。
このため、係る問題に鑑みて能力に応じて1シリンダ運転と2シリンダ運転を切り換え可能とした圧縮システムが開発されている。即ち、多気筒回転圧縮機の第1及び第2のベーンを第1及び第2のローラに付勢しているバネ部材のうちどちらか一方のバネ部材、例えば、第2のベーンを第2のローラに付勢しているバネ部材を削除し、制御装置により2シリンダ運転時では、第2のベーンの背圧として両回転圧縮要素の吐出側の冷媒圧力を印加するものとする。これにより、第2のベーンは第2のローラ側に付勢されて圧縮仕事が成される。
一方、前記小能力域では制御装置は第2のベーンの背圧として両回転圧縮要素の吸込側の冷媒圧力を印加するものとする。この吸込圧力は低圧であるため、第2のベーンを第2のローラ側に付勢することができない。このため、第2の回転圧縮要素では実質的に圧縮仕事が行われず、第1の回転圧縮要素のみで冷媒の圧縮仕事が行われるようになる。
このように、小能力域で1シリンダ運転とすることにより、圧縮される冷媒ガスの量を減らすことができるので、その分、回転数を上昇させることができるようになる。これにより、駆動要素の運転効率を改善し、且つ、漏れ損失も低減することができるようになる。
しかしながら、多気筒回転圧縮機は運転停止後に徐々に均圧されて、所定時間経過すると平衡圧となる。そして、この状態で多気筒回転圧縮機を起動した場合、起動直後は第2のシリンダ内の圧力と第2のベーンを第2のローラ側に付勢する両回転圧縮要素の吐出側圧力とは略同圧力(平衡圧)であるため、バネ部材を設けない第2の回転圧縮要素において、第2のベーンを第2のローラ側に付勢することができない。従って、第2のベーンが第2のローラに追従するまでに、第2のローラと第2のベーンとが衝突して、衝突音が発生するという問題が生じていた。
本発明は、係る従来技術の問題を解決するために成されたものであり、第1のベーンのみをバネ部材により第1のローラに付勢する多気筒回転圧縮機を備えた圧縮システムにおいて、起動時における第2のベーンの衝突音の発生を回避することを目的とする。
請求項1の発明の圧縮システムは、密閉容器内に駆動要素とこの駆動要素の回転軸にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を収納し、この第1及び第2の回転圧縮要素を、第1及び第2のシリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されて各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第1及び第2のローラと、この第1及び第2のローラに当接して各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第1及び第2のベーンとから構成すると共に、第1のベーンのみをバネ部材により第1のローラに付勢する多気筒回転圧縮機を備えたものであって、多気筒回転圧縮機を起動する際、第2のベーンの背圧として両回転圧縮要素の吸込側圧力を印加する状態で起動すると共に、起動した後に第2のベーンの背圧として両回転圧縮要素の吐出側圧力を印加し、その後、第2のベーンの背圧を両回転圧縮要素の吸込側圧力と吐出側圧力との間の中間圧力とするものである。
請求項2の発明の圧縮システムでは、上記発明において多気筒回転圧縮機は、両回転圧縮要素が圧縮仕事をする第1の運転モードと、実質的に第1の回転圧縮要素のみが圧縮仕事をする第2の運転モードとを切り換えて使用可能とされるものである。
請求項3の発明の冷凍装置は、上記各発明の圧縮システムを用いて冷媒回路が構成されるものである。
請求項1の発明の圧縮システムによれば、多気筒回転圧縮機を起動する際、第2のベーンの背圧として両回転圧縮要素の吸込側圧力を印加する状態で起動することで、第2の回転圧縮要素では実質的に圧縮仕事が成されなくなる。
また、起動した後に第2のベーンの背圧として両回転圧縮要素の吐出側圧力を印加することで、第2のベーンを第2のローラに付勢して、第2の回転圧縮要素における圧縮仕事が開始されるようになる。
更に、第2のベーンの背圧として両回転圧縮要素の吐出側圧力を印加した後に第2のベーンの背圧を両回転圧縮要素の吸込側圧力と吐出側圧力との間の中間圧力とすることで、第2のベーンの背圧に両回転圧縮要素の吐出側圧力を印加した場合より、圧力変動が著しく小さくなるので、起動後の通常運転時における多気筒回転圧縮機の第2のベーンの追従性を改善し、第2の回転圧縮要素の圧縮効率を改善し、第2のローラと第2のベーンとの衝突音の発生を未然に回避することができるようになる。
請求項2の発明では、上記発明に加えて第1及び第2の回転圧縮要素が圧縮仕事をする第1の運転モードと、実質的に第1の回転圧縮要素のみが圧縮仕事をする第2の運転モードとを切り換えて使用可能とする多気筒回転圧縮機の性能及び信頼性を向上させ、圧縮システムとして著しい性能の向上を図ることができるようになる。
また、請求項3の如く冷凍装置の冷媒回路を上記各発明の圧縮システムを用いて構成することで、冷凍装置全体の運転効率の改善も図ることができるようになる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
図1は本発明の圧縮システムCSの多気筒回転圧縮機の実施例として、第1及び第2の回転圧縮要素を備えた内部高圧型のロータリコンプレッサ10の縦断側面図、図2は図1のロータリコンプレッサ10の縦断側面図(図1と異なる断面を示す)をそれぞれ示している。尚、本実施例の圧縮システムCSは、室内を空調する冷凍装置としての空気調和機の冷媒回路の一部を構成するものである。
各図において、実施例のロータリコンプレッサ10は内部高圧型のロータリコンプレッサで、鋼板からなる縦型円筒状の密閉容器12内に、この密閉容器12の内部空間の上側に配置された駆動要素としての電動要素14と、この電動要素14の下側に配置され、電動要素14の回転軸16により駆動される第1及び第2の回転圧縮要素32、34から成る回転圧縮機構部18を収納している。
密閉容器12は底部をオイル溜めとし、電動要素14と回転圧縮機構部18を収納する容器本体12Aと、この容器本体12Aの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ(蓋体)12Bとで構成されており、且つ、このエンドキャップ12Bの上面には円形の取付孔12Dが形成され、この取付孔12Dには電動要素14に電力を供給するためのターミナル(配線を省略)20が取り付けられている。
また、エンドキャップ12Bには後述する冷媒吐出管96が取り付けられ、この冷媒導入管96の一端は密閉容器12内と連通している。そして、密閉容器12の底部には取付用台座11が設けられている。
電動要素14は、密閉容器12の上部空間の内周面に沿って環状に溶接固定されたステータ22と、このステータ22の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ24とから構成されており、このロータ24は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸16に固定される。
前記ステータ22は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体26と、この積層体26の歯部に直巻き(集中巻き)方式により巻装されたステータコイル28を有している。また、ロータ24もステータ22と同様に電磁鋼板の積層体30で形成されている。
前記第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34との間には中間仕切板36が挟持されている。即ち、第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34は、中間仕切板36と、この中間仕切板36の上下に配置された第1及び第2のシリンダ38、40と、この第1及び第2シリンダ38、40内を180度の位相差を有して回転軸16に設けた上下偏心部42、44に嵌合されて各シリンダ38、40内でそれぞれ偏心回転する第1及び第2のローラ46、48と、この第1及び第2ローラ46、48に当接して各シリンダ38、40内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第1及び第2のベーン50、52と、第1のシリンダ38の上側の開口面及び第2のシリンダ40の下側の開口面を閉塞して回転軸16の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材54及び下部支持部材56にて構成される。
前記第1及び第2シリンダ38、40には、当該第1及び第2のシリンダ38、40内部とそれぞれ連通する吸込通路58、60が設けられており、当該吸込通路58、60には後述する冷媒導入管92、94がそれぞれ連通接続されている。
また、上部支持部材54の上側には吐出消音室62が設けられており、第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒ガスが当該吐出消音室62に吐出される。この吐出消音室62は、中心に回転軸16及び回転軸16の軸受けを兼用する上部支持部材54が貫通するための孔を有して上部支持部材54の電動要素14側(上側)を覆う略椀状のカップ部材63内に形成されている。そして、カップ部材63の上方には、カップ部材63と所定間隔を存して、電動要素14が設けられている。
下部支持部材56には当該下部支持部材56の下側に形成された凹陥部を壁としてのカバーによって閉塞することにより形成された吐出消音室64が設けられている。即ち、吐出消音室64は吐出消音室64を画成する下部カバー68にて閉塞される。
上記第1のシリンダ38には、前述した第1のベーン50を収納する案内溝70が形成されており、この案内溝70の外側、即ち、第1のベーン50の背面側には、バネ部材としてのスプリング74を収納する収納部70Aが形成されている。このスプリング74は第1のベーン50の背面側端部に当接し、常時第1のベーン50を第1のローラ46側に付勢する。また、収納部70Aには例えば密閉容器12内の後述する吐出側圧力(高圧)も導入され、第1のベーン50の背圧として印加される。そして、この収納部70Aは案内溝70側と密閉容器12(容器本体12A)側に開口しており、収納部70Aに収納されたスプリング74の密閉容器12側には金属製のプラグ137が設けられ、スプリング74の抜け止めの役目を果たす。
また、前記第2のシリンダ40には、第2のベーン52を収納する案内溝72が形成されており、この案内溝72の外側、即ち、第2のベーン52の背面側には背圧室72Aが形成されている。この背圧室72Aは案内溝72側と密閉容器12側に開口しており、当該密閉容器12側の開口には後述する配管75が連通接続され、密閉容器12内とシールされている。
密閉容器12の容器本体12Aの側面には、第1のシリンダ38と第2のシリンダ40の吸込通路58、60に対応する位置に、スリーブ141及び142がそれぞれ溶接固定されている。これらスリーブ141と142は上下に隣接する。
そして、スリーブ141内には第1のシリンダ38に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管92の一端が挿入接続され、この冷媒導入管92の一端は上シリンダ38の吸込通路58と連通する。この冷媒導入管92の他端はアキュムレータ146内にて開口している。
スリーブ142内には第2のシリンダ40に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管94の一端が挿入接続され、この冷媒導入管94の一端は第2のシリンダ40の吸込通路60と連通する。この冷媒導入管94の他端は前記冷媒導入管92と同様にアキュムレータ146内にて開口している。
上記アキュムレータ146は吸込冷媒の気液分離を行うタンクであり、密閉容器12の容器本体12Aの上部側面にブラケット147を介して取り付けられている。そして、アキュムレータ146には冷媒導入管92及び冷媒導入管94が底部から挿入され、当該アキュムレータ146内の上方に他端の開口がそれぞれ位置している。また、アキュムレータ146内の上部には冷媒配管100の一端が挿入されている。
尚、吐出消音室64と吐出消音室62とは、上下支持部材54、56や第1及び第2のシリンダ38、40、中間仕切板36を軸心方向(上下方向)に貫通する連通路120を介して連通されている。そして、第2の回転圧縮要素34で圧縮され、吐出消音室64に吐出された高温高圧の冷媒ガスが当該連通路120を介して吐出消音室62に吐出され、第1の回転圧縮要素32で圧縮された高温高圧の冷媒ガスと合流する。
また、吐出消音室62と密閉容器12内とはカップ部材63を貫通する図示しない孔にて連通されており、この孔から第1の回転圧縮要素32及び第2の回転圧縮要素34で圧縮され、吐出消音室62に吐出された高圧の冷媒ガスが密閉容器12内に吐出される。
ここで、前記冷媒配管100の途中部には冷媒配管101が連通接続されており、当該配管は電磁弁105を介して前述した配管75に接続されている。また、前述した冷媒吐出管96の途中部にも冷媒配管102が連通接続されており、上記冷媒配管101と同様に電磁弁106を介して前記配管75に接続されている。また、これら電磁弁105、106はそれぞれ後述するコントローラ210にて開閉が制御されている。即ち、コントローラ210により弁装置105が開かれ、弁装置106が閉じられると、冷媒配管101と配管75とが連通される。これにより、冷媒配管100を流れ、アキュムレータ146に流入する両回転圧縮要素32、34の吸込側冷媒の一部が冷媒配管101に入り、配管75から背圧室72Aに流入する。これにより、第2のベーン52の背圧として、両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力が印加されるようになる。
また、コントローラ210により弁装置105が閉じられ、弁装置106が開かれると、冷媒吐出管96と配管75とが連通される。これにより、密閉容器12から吐出され冷媒吐出管96を通過する両回転圧縮要素32、34の吐出側冷媒の一部が冷媒配管102を経て、配管75から背圧室72Aに流入する。これにより、第2のベーン52の背圧として、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力が印加されるようになる。
ここで、前述したコントローラ210は、本発明の圧縮システムCSの一部を構成するものであり、ロータリコンプレッサ10の電動要素14の回転数を制御している。また、上述の如く前記冷媒配管101の電磁弁105、冷媒配管102の電磁弁106の開閉を制御している。
次に、図3は圧縮システムCSを用いて構成された前記空気調和機の冷媒回路図を示してる。即ち、実施例の圧縮システムCSは図3に示す空気調和機の冷媒回路の一部を構成しており、上述したロータリコンプレッサ10とコントローラ210等から構成されている。ロータリコンプレッサ10の冷媒吐出管96は室外側熱交換器152の入口に接続されている。前記コントローラ210やロータリコンプレッサ10、室外側熱交換器152は空気調和機の図示しない室外機に設けられている。この室外側熱交換器152の出口に接続された配管は減圧手段としての膨張弁154に接続され、膨張弁154を出た配管は室内側熱交換器156に接続されている。これら膨張弁154や室内側熱交換器156は空気調和機の図示しない室内機に設けられている。また、室内側熱交換器156の出口側にはロータリコンプレッサ10の前記冷媒配管100が接続されている。
尚、冷媒としてはHFCやHC系の冷媒を使用し、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油(ミネラルオイル)、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。
以上の構成で次にロータリコンプレッサ10の動作を説明する。
(1)起動時
先ず、ロータリコンプレッサ10の起動時の動作を図4を用いて説明する。前述した室内機に設けられた図示しない室内機側のコントローラの運転指令入力に基づき、コントローラ210はロータリコンプレッサ10の電動要素14に通電する。このとき、コントローラ210は電動要素14への通電と同時に、冷媒配管101の電磁弁105を開き、冷媒配管102の電磁弁106を閉じる(図4の(1))。これにより、冷媒配管101と配管75とが連通され、コントローラ210は第2のベーン52の背圧として両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力を印加する状態で、ロータリコンプレッサ10の電動要素14の回転数を制御して起動する。
そして、ターミナル20及び図示しない配線を介して電動要素14のステータコイル28に通電すると、電動要素14が起動してロータ24が回転する。この回転により回転軸16と一体に設けられた上下偏心部42、44に嵌合されて第1及び第2のローラ46、48が第1及び第2のシリンダ38、40内を偏心回転する。
これにより、冷媒がロータリコンプレッサ10の冷媒配管100から、アキュムレータ146内に流入する。このとき、上述の如く冷媒配管101の電磁弁105が開かれているので、冷媒配管100を通過する両回転圧縮要素32、34の吸込側の冷媒の一部は、冷媒配管101から配管75を経て背圧室72Aに流入する。
一方、アキュムレータ146内に流入した冷媒は、そこで気液分離された後、冷媒ガスのみが当該アキュムレータ146内に開口した冷媒導入管92内に入る。冷媒導入管92に入った冷媒ガスは吸込通路58を経て、第1の回転圧縮要素32の第1のシリンダ38の低圧室側に吸入される。
第1のシリンダ38の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、第1のローラ46と第1のベーン50の動作により圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、第1のシリンダ38の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り吐出消音室62に吐出される。吐出消音室62に吐出された冷媒ガスは、カップ部材63を貫通する図示しない孔より密閉容器12内に吐出される。
ここで、冷媒回路内はロータリコンプレッサ10の起動時は平衡圧となる。即ち、ロータリコンプレッサ10は前回の運転停止後に、徐々に均圧され、所定時間経過すると冷媒回路内が平衡圧となるため、冷媒回路内が平衡圧となる状況でロータリコンプレッサ10を起動した場合、ロータリコンプレッサ10の起動直後は、第2のベーン52の背圧として印加される両回転圧縮要素32、34の吸込側冷媒の圧力は略平衡圧となる。同様に、第2のシリンダ40内の圧力も略平衡圧となる。このため、第2のベーン52を第2のローラ48に付勢することがでないので、第2の回転圧縮要素34では実質的に圧縮仕事が行われず、スプリング74が設けられた第1の回転圧縮要素32のみで冷媒の圧縮仕事が成される。
その後、密閉容器12内の冷媒は、密閉容器12のエンドキャップ12Bに形成された冷媒吐出管96から外部に吐出され、室外側熱交換器152流入する。そこで冷媒ガスは放熱して、膨張弁154で減圧された後、室内側熱交換器156に流入する。室内側熱交換器156に流入した冷媒はそこで蒸発し、室内に循環される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して室内を冷房する。そして、冷媒は室内側熱交換器156から出てロータリコンプレッサ10に吸入されるサイクルを繰り返す。
一方、ロータリコンプレッサ10が起動して所定時間経過すると、冷媒回路内に高低圧力差が構成され、冷媒回路内の状態が安定してくる。尚、この時点で、第2のベーン52の背圧として印加される両回転圧縮要素32、34の吸込側冷媒の圧力は低圧となるが、係る低圧では第2のベーン52を第2のローラ48側に付勢することができないので、上述同様、実質的に第1の回転圧縮要素32のみでの圧縮仕事が成される。
ここで、ロータリコンプレッサ10が起動して所定時間経過すると、コントローラ210は図4の(2)に示すように冷媒配管101の電磁弁105を閉じて、冷媒配管102の電磁弁106を開く。これにより、冷媒配管102と配管75とが連通され、ロータリコンプレッサ10の冷媒配管100を流れる冷媒は全てアキュムレータ146内に流入するようになる。
また、密閉容器12内から冷媒吐出管96に吐出された冷媒の一部は、冷媒配管102から配管75を経て背圧室72Aに流入する。これにより、背圧室72Aは両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力となり、第2のベーン52の背圧として、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力が印加されるようになる。
第2のベーン52の背圧として両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力を印加することで、第2のベーン52の背圧室は第2のシリンダ40内より著しく高い圧力となるため、第2のベーン52は、背圧室72Aの係る高圧により第2のローラ48側に付勢されて追従し、第2の回転圧縮要素34において圧縮仕事が開始されるようになる。
即ち、アキュムレータ146内で気液分離された冷媒ガスのみは、当該アキュムレータ146内に開口した各冷媒吐出管92、94内に入る。冷媒導入管92に入った低圧の冷媒ガスは前述の如く吸込通路58を経て、第1の回転圧縮要素32の第1のシリンダ38の低圧室側に吸入される。
第1のシリンダ38の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、第1のローラ46と第1のベーン50の動作により圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、第1のシリンダ38の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り吐出消音室62に吐出される。
一方、冷媒導入管94に入った低圧の冷媒ガスは吸込通路60を経て、第2の回転圧縮要素34の第2のシリンダ40の低圧室側に吸入される。第2のシリンダ40の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、第2のローラ48と第2のベーン52の動作により圧縮される。
ここで、コントローラ210が電磁弁105を閉じ、電磁弁106を開いて、第2のベーン52の背圧として両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力を印加する状態で、ロータリコンプレッサ10を起動した場合、前述の如く起動直後は冷媒回路内の圧力は略平衡圧であるため、電磁弁106を開いても、第2のベーン52の背圧として印加される圧力は当該平衡圧であり、当該両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力が高圧となるまでに時間がかかる。このため、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力がある程度上昇するまでは、第2のベーン52を第2のローラ48に追従させることができなかった。
また、起動直後は冷媒回路内の状態が不安定であるため、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力の脈動も著しく大きくなる。従って、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力を印加する状態で起動した場合、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力の脈動により第2のベーン52の追従性が悪化し、第2のベーン52が第2のローラ48に衝突して、衝突音が発生するという不都合が生じていた。
しかしながら、本発明の如く電磁弁105を開いて両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力を印加する状態で起動し、第2のベーン52を第2のローラ48に追従させず、第2の回転圧縮要素34での圧縮仕事を実質的に無効とすると共に、起動して冷媒回路内が安定した状態で、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力を印加し、当該吐出側圧力により第2のベーン52を第2のローラ48側に付勢して、第2のローラ38に追従させることで、上記不都合を回避して、起動時における第2のベーン52の追従性を改善することができるようになる。
これにより、ロータリコンプレッサ10の運転効率を改善し、且つ、第2のベーン52の衝突音の発生を回避することができるようになる。
尚、第2のローラ48と第2のベーン52の動作により圧縮され、高温高圧となった冷媒ガスは、第2のシリンダ40の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り吐出消音室64に吐出される。吐出消音室64に吐出された冷媒ガスは、前記連通路120を経由して、吐出消音室62に吐出され、前記第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒ガスと合流する。そして、合流した冷媒ガスは、カップ部材63を貫通する図示しない孔より密閉容器12内に吐出される。
その後、密閉容器12内の冷媒は、密閉容器12のエンドキャップ12Bに形成された冷媒吐出管96から外部に吐出され、室外側熱交換器152に流入する。また、冷媒吐出管96を通過する両回転圧縮要素32、34の吐出側冷媒の一部は、前述の如く電磁弁106が開かれているので、冷媒配管102から配管75を経て、背圧室72Aに流入する。これによって、第2のベーン52の背圧として両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力が印加される。
一方、室外側熱交換器152に流入した冷媒ガスはそこで放熱して、膨張弁154で減圧された後、室内側熱交換器156に流入する。当該室内側熱交換器156にて冷媒が蒸発し、室内に循環される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して室内を冷房する。そして、冷媒は室内側熱交換器156から出てロータリコンプレッサ10に吸入されるサイクルを繰り返す。
他方、両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力を印加し、第2のベーン52が第2のローラ48に追従すると、コントローラ210はその後、電磁弁106を閉じる(図4の(3))。これにより、第2のベーン52の背圧室72Aに繋がる配管75内は閉鎖空間となる。ここで、背圧室72Aには第2のベーン52と収納部70Aの間から第2のシリンダ40内の冷媒が少なからず流れ込むため、第2のベーン52の背圧室72A内の圧力は、両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力と吐出側圧力との間の中間圧力となり、この中間圧力が第2のベーン52の背圧として印加される状態となる。この中間圧力により、バネ部材を用いることなく、第2のベーン52を第2のローラ48に充分に付勢することができるようになる。
ここで、第2のベーン52の背圧として、上述する両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力である高圧を印加し続けた場合、吐出側圧力は脈動が大きく、しかも第2の回転圧縮要素34にはバネ部材が無いので、この脈動により第2のベーン52の追従性が悪化し、圧縮効率が低下し、且つ、第2のベーン52と第2のローラ48との間で衝突音が発生する問題が生じていた。
また、ロータリコンプレッサ10を起動して、第2のベーン52の背圧として、上述する両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力である高圧を印加すること無しに、背圧室72Aを両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力と吐出側圧力との間の中間圧力とした場合には、係る中間圧力では、第2のシリンダ40内と背圧室72Aとの圧力差が少ないため、第2のベーン52が第2のローラ48に追従するまでに、時間がかかってしまい、その間に第2のベーン52と第2のローラ48とが衝突して、衝突音が発生する不都合が生じていた。
従って、第2のベーン52の背圧として両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力を印加し、当該吐出側圧力により第2のベーン52を第2のローラ48側に付勢して、第2のローラ48に追従させた後に、背圧室72Aを両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力と吐出側圧力との間の中間圧力とすることで、第2のベーン52の追従性を改善し、第2の回転圧縮要素34の圧縮効率を改善し、且つ、起動時における第2のローラ52と第2のベーン48との衝突音の発生を未然に回避することができるようになる。
尚、本実施例においてコントローラ210は、電動要素14への通電と同時に電磁弁105を開いて、電磁弁106を閉じるように制御するものとしたが、電磁弁105、106の開閉はロータリコンプレッサ10の起動前であれば良く、例えば、コントローラ210は電動要素14への通電前に電磁弁105を開き、電磁弁106を閉じるものとしても構わない。
(2)第1の運転モード(通常負荷或いは高負荷時)
次に、両回転圧縮要素32、34が圧縮仕事をする第1の運転モードについて説明する。前述した室内機に設けられた図示しない室内機側のコントローラの運転指令入力に基づき、コントローラ210はロータリコンプレッサ10の電動要素14の回転数を制御すると共に、室内が通常負荷或いは高負荷状態である場合、コントローラ210は第1の運転モードを実行する。この第1の運転モードでコントローラ210は、冷媒配管101の電磁弁105及び冷媒配管102の電磁弁106を閉じる。
そして、低圧冷媒がロータリコンプレッサ10の冷媒配管100から、アキュムレータ146内に流入する。上述の如く冷媒配管101の電磁弁105は閉じられているので、冷媒配管100を通過する冷媒は、配管75に流入すること無く、全てアキュムレータ146内に流入する。
そして、アキュムレータ146内に流入した低圧冷媒は、そこで気液分離された後、冷媒ガスのみが当該アキュムレータ146内に開口した各冷媒吐出管92、94内に入る。冷媒導入管92に入った低圧の冷媒ガスは吸込通路58を経て、第1の回転圧縮要素32の第1のシリンダ38の低圧室側に吸入される。
第1のシリンダ38の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、第1のローラ46と第1のベーン50の動作により圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、第1のシリンダ38の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り吐出消音室62に吐出される。
一方、冷媒導入管94に入った低圧の冷媒ガスは吸込通路60を経て、第2の回転圧縮要素34の第2のシリンダ40の低圧室側に吸入される。第2のシリンダ40の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、第2のローラ48と第2のベーン52の動作により圧縮される。
このとき、前述の如く電磁弁105及び電磁弁106は閉じられているため、第2のベーン52の背圧室72Aに繋がる配管75内は閉鎖空間となっている。更に、背圧室72Aには第2のベーン52と収納部70Aの間からは第2のシリンダ40内の冷媒が少なからず流れ込むため、第2のベーン52の背圧室72A内の圧力は、両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力と吐出側圧力との間の中間圧力となり、この中間圧力が第2のベーン52の背圧として印加される状態となる。この中間圧力により、バネ部材を用いることなく、第2のベーン52を第2のローラ48に充分に付勢することができるようになる。
また、第2のベーン52の背圧として両回転圧縮要素32、34の吐出側圧力である高圧を印加した場合、吐出側圧力は脈動が大きく、しかもバネ部材が無いので、この脈動により第2のベーン52の追従性が悪化し、圧縮効率が低下し、且つ、第2のベーン52と第2のローラ48との間で衝突音が発生する問題が生じていた。
しかしながら、第2のベーン52の背圧として両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力と吐出側圧力の間の中間圧力を印加しているので、上述の如く吐出側圧力を印加した場合と比して、圧力脈動は著しく小さくなる。特に、本実施例では、電磁弁105、106を閉じて配管75からの両回転圧縮要素32、34の吸込側冷媒と吐出側冷媒の流入を遮断した状態としているので、第2のベーン52の背圧の脈動を、より一層抑えることができるようになる。これにより、第1の運転モードにおける第2のベーン52の追従性は改善され、第2の回転圧縮要素34の圧縮効率も向上する。
尚、第2のローラ48と第2のベーン52の動作により圧縮され、高温高圧となった冷媒ガスは、第2のシリンダ40の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り吐出消音室64に吐出される。吐出消音室64に吐出された冷媒ガスは、前記連通路120を経由して、吐出消音室62に吐出され、前記第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒ガスと合流する。そして、合流した冷媒ガスは、カップ部材63を貫通する図示しない孔より密閉容器12内に吐出される。
その後、密閉容器12内の冷媒は、密閉容器12のエンドキャップ12Bに形成された冷媒吐出管96から外部に吐出され、室外側熱交換器152流入する。そこで冷媒ガスは放熱して、膨張弁154で減圧された後、室内側熱交換器156に流入する。室内側熱交換器156に流入した冷媒は蒸発し、室内に循環される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して室内を冷房する。そして、冷媒は室内側熱交換器156から出てロータリコンプレッサ10に吸入されるサイクルを繰り返す。
(3)第2の運転モード(軽負荷時の運転)
次に、第2の運転モードについて説明する。コントローラ210は室内が軽負荷状態である場合、第2の運転モードに移行する。この第2の運転モードは、実質的に第1の回転圧縮要素32のみが圧縮仕事をするモードであり、室内が軽負荷となって前記第1の運転モードでは電動要素14が低速回転となってしまう場合に行われる運転モードである。圧縮システムCSの小能力域において、実質的に第1の回転圧縮要素32のみに圧縮仕事をさせることで、第1及び第2の両シリンダ38、40で圧縮仕事をする場合より、圧縮する冷媒ガスの量を減らすことができるため、その分、軽負荷時にも電動要素14の回転数を上昇させ、電動要素14の運転効率を改善し、且つ、冷媒の漏れ損失も低減することが可能となるからである。
この場合、コントローラ210は冷媒配管101の電磁弁105を開き、冷媒配管102の電磁弁106を閉じる。これにより、冷媒配管101と配管75とが連通され、背圧室72Aに第1の回転圧縮要素32の吸込側冷媒が流入し、第2のベーン52の背圧として、第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力が印加されるようになる。
そして、低圧冷媒がロータリコンプレッサ10の冷媒配管100から、アキュムレータ146内に流入する。このとき、上述の如く冷媒配管101の電磁弁105が開かれているので、冷媒配管100を通過する第1の回転圧縮要素32の吸込側の冷媒の一部は、冷媒配管101から配管75を経て背圧室72Aに流入する。これにより、背圧室72Aは第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力となり、第2のベーン52の背圧として、当該第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力が印加されることとなる。
ここで、第2の回転圧縮要素34の背圧として印加される両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力は低圧であるため、第2のベーン52を第2のローラ48に付勢することができない。このため、第2の回転圧縮要素34では実質的に圧縮仕事が行われず、スプリング74が設けられた第1の回転圧縮要素32のみで冷媒の圧縮仕事が成される。
一方、アキュムレータ146内に流入した低圧冷媒は、そこで気液分離された後、冷媒ガスのみが当該アキュムレータ146内に開口した冷媒吐出管92内に入る。冷媒導入管92に入った低圧の冷媒ガスは吸込通路58を経て、第1の回転圧縮要素32の第1のシリンダ38の低圧室側に吸入される。
第1のシリンダ38の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、第1のローラ46と第1のベーン50の動作により圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、第1のシリンダ38の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り吐出消音室62に吐出される。このとき、当該第2の運転モードでは吐出消音室62が膨張型の消音室として機能し、吐出消音室64が共鳴型の消音室として機能するため、第1の回転圧縮要素32で圧縮された冷媒の圧力脈動をより低減することができる。これにより、実質的に第1の回転圧縮要素32のみで圧縮仕事をする第2の運転モードにおいて消音効果をより向上させることができるようになる。
吐出消音室62に吐出された冷媒ガスは、カップ部材63を貫通する図示しない孔より密閉容器12内に吐出される。その後、密閉容器12内の冷媒は、密閉容器12のエンドキャップ12Bに形成された冷媒吐出管96から外部に吐出され、室外側熱交換器152に流入する。そこで冷媒ガスは放熱して、膨張弁154で減圧された後、室内側熱交換器156に流入する。当該室内側熱交換器156にて冷媒が蒸発し、室内に循環される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して室内を冷房する。そして、冷媒は室内側熱交換器156から出てロータリコンプレッサ10に吸入されるサイクルを繰り返す。
以上詳述した如く、本発明により第1及び第2の回転圧縮要素32、34が圧縮仕事をする第1の運転モードと、実質的に第1の回転圧縮要素32のみが圧縮仕事をする第2の運転モードとを切り換えて使用可能とするロータリコンプレッサ10を備えた圧縮システムCSの性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
これにより、係る圧縮システムCSを用いて空気調和機の冷媒回路を構成することで、当該空気調和機の運転効率及び性能が向上し、消費電力の低減も図ることが可能となる。
次に、本発明の圧縮システムCSの他の実施例について説明する。図5はこの場合の圧縮システムCSの多気筒回転圧縮機として、第1及び第2の回転圧縮要素を備えた内部高圧型のロータリコンプレッサ110の縦断側面図を示している。尚、図5において図1乃至図4と同じ符号が付されているものは同様の効果を奏するものである。
図5において、200は弁装置であり、アキュムレータ146の出口側であって、密閉容器12の入口側の冷媒導入管94の途中部に設けられている。この電磁弁200は第2のシリンダ40への冷媒流入を制御するための弁装置であり、制御装置としての前述したコントローラ210により制御されている。
尚、本実施例において冷媒として上記実施例と同様にHFCやHC系の冷媒を使用し、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油(ミネラルオイル)、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。
このように、冷媒導入管94に電磁弁200を設けて、起動時に電磁弁を閉じて、第2の回転圧縮要素34への冷媒流入を完全に遮断し、冷媒配管102の電磁弁106を開く際に、当該電磁弁200を開くものとしても本発明は有効である。
また、第2の運転モードにおいてコントローラ210により電磁弁200を閉じ、第2のシリンダ40への冷媒流入を阻止した状態で運転することで、第2のシリンダ40内を第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力より高い圧力とすることができる。
この場合の動作を図6を用いて説明する。尚、図6はこの場合のロータリコンプレッサ110の各電磁弁200、105、106の動作を示す図である。コントローラ210は前述した電磁弁200を閉じ、第2のシリンダ40への冷媒流入を阻止する。これによって、第2の回転圧縮要素34では圧縮仕事は成されなくなる。また、第2のシリンダ40への冷媒流入が阻止されると、第2のシリンダ40内は前述した両回転圧縮要素32、34の吸込側圧力より若干高い圧力(第2のローラ48が回転しており、且つ、密閉容器12内の高圧が第2のシリンダ40の隙間等から若干流れ込むため、第2のシリンダ40内は吸込側圧力より若干高い圧力となる)となる。
また、コントローラ210は冷媒配管101の電磁弁105を開き、冷媒配管102の電磁弁106を閉じる。これにより、冷媒配管101と配管75とが連通され、背圧室72Aに第1の回転圧縮要素32の吸込側冷媒が流入し、第2のベーン52の背圧として、第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力が印加されるようになる。
そして、ロータリコンプレッサ110の冷媒配管100を通過する第1の回転圧縮要素32の吸込側の冷媒の一部は、冷媒配管101から配管75を経て背圧室72Aに流入する。これにより、背圧室72Aは第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力となり、第2のベーン52の背圧として、当該第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力が印加されることとなる。
ここで、電磁弁200を閉じて第2のシリンダ40内への冷媒流入を阻止し、第2のシリンダ40内を第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力より高い圧力とすれば、第2のベーン52の背圧として第1の回転圧縮要素32の吸込側圧力を印加することで、第2のシリンダ40内の圧力が第2のベーン52の背圧より高くなる。このため、第2のベーン52は第2のシリンダ40内の圧力により、第2のローラ48とは反対側である背圧室72A側に押されて、第2のシリンダ40内に出てこなくなる。これにより、第2のベーン52が第2のシリンダ40内に出てきて第2のローラ48と衝突し、衝突音が発生する不都合を未然に回避することができるようになる。
一方、アキュムレータ146内に流入した低圧冷媒は、そこで気液分離された後、冷媒ガスのみが当該アキュムレータ146内に開口した冷媒吐出管92内に入る。冷媒導入管92に入った低圧の冷媒ガスは吸込通路58を経て、第1の回転圧縮要素32の第1のシリンダ38の低圧室側に吸入される。
第1のシリンダ38の低圧室側に吸入された冷媒ガスは、第1のローラ46と第1のベーン50の動作により圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、第1のシリンダ38の高圧室側から図示しない吐出ポート内を通り吐出消音室62に吐出される。吐出消音室62に吐出された冷媒ガスは、カップ部材63を貫通する図示しない孔より密閉容器12内に吐出される。
その後、密閉容器12内の冷媒は、密閉容器12のエンドキャップ12Bに形成された冷媒吐出管96から外部に吐出され、室外側熱交換器152に流入する。そこで冷媒ガスは放熱して、膨張弁154で減圧された後、室内側熱交換器156に流入する。当該室内側熱交換器156において冷媒が蒸発し、室内に循環される空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して室内を冷房する。そして、冷媒は室内側熱交換器156から出てロータリコンプレッサ110に吸入されるサイクルを繰り返す。
このように、冷媒導入管94の途中部に電磁弁200を設け、第2の運転モードにおいてコントローラ210により電磁弁200を閉じて、第2のシリンダ40への冷媒流入を阻止した状態で運転することで、第2の運転モードにおいて、第2のシリンダ40内の圧力が第2のベーン52の背圧より高い状態のまま維持される。このため、第2のベーン52は第2のシリンダ40内の圧力により、第2のローラ48とは反対側である背圧室72A側に押されて、第2のシリンダ40内に出てこなくなる。これにより、第2の運転モードの運転中に第2のベーン52が第2のシリンダ40内に出てきて第2のローラ48と衝突し、衝突音が発生する不都合を未然に回避することができるようになる。
以上詳述した如く、本発明により第1及び第2の回転圧縮要素32、34が圧縮仕事をする第1の運転モードと、実質的に第1の回転圧縮要素32のみが圧縮仕事をする第2の運転モードとを切り換えて使用可能とするロータリコンプレッサ110を備えた圧縮システムCSの性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
これにより、係る圧縮システムCSを用いて空気調和機の冷媒回路を構成することで、当該空気調和機の運転効率及び性能が向上し、消費電力の低減も図ることが可能となる。
上記各実施例では冷媒としてHFCやHC系の冷媒を使用するものとしたが、二酸化炭素などの高低圧差の大きい冷媒、例えば、冷媒として二酸化炭素とPAG(ポリアルキルグリコール)を組み合わせたものを使用するものとしても構わない。この場合には、各回転圧縮要素32、34で圧縮された冷媒は非常に高圧となるため、上記各実施例の如く吐出消音室62を上部支持部材54の上側をカップ部材63により覆う形状とすると、係る高圧によりカップ部材63が破損する恐れがある。
このため、両回転圧縮要素32、34にて圧縮された冷媒が合流する上部支持部材54の上側の吐出消音室の形状を図7に示すような形状とすれば、耐圧性を確保することができるようになる。即ち、図7の吐出消音室162は、上部支持部材54の上側に凹陥部を形成し、凹陥部をカバーとしての上部カバー66にて閉塞することにより構成している。これにより、二酸化炭素のように高低圧差の大きい冷媒を含有した場合であっても、本発明が適用可能となる。
尚、上記各実施例では回転軸16を縦置型としたロータリコンプレッサを用いて説明したが、この発明は回転軸を横置型としたロータリコンプレッサを用いた場合にも適応できることは云うまでもない。
更に、上記各実施例では二気筒のロータリコンプレッサを用いたが、三気筒、或いはそれ以上の回転圧縮要素を備えた多気筒ロータリコンプレッサを備えた圧縮システムに適応しても差し支えない。
本発明の実施例の圧縮システムの多気筒回転圧縮機の縦断側面図である。 図1の多気筒回転圧縮機の縦断側面図である。 本発明の実施例の圧縮システムを用いた空気調和機の冷媒回路図である。 図1の多気筒回転圧縮機の起動時における各電磁弁の動作を示す図である。 本発明の他の実施例の圧縮システムの多気筒回転圧縮機の縦断側面図である。 図1の多気筒回転圧縮機の第2の運転モードにおける各電磁弁の動作を示す図である。 本発明のもう一つの他の実施例の圧縮システムの多気筒回転圧縮機の縦断側面図である。
符号の説明
CS 圧縮システム
10 ロータリコンプレッサ
12 密閉容器
14 電動要素
16 回転軸
18 回転圧縮機構部
20 ターミナル
22 ステータ
24 ロータ
26 積層体
28 ステータコイル
30 積層体
32 第1の回転圧縮要素
34 第2の回転圧縮要素
36 中間仕切板
38 第1のシリンダ
40 第2のシリンダ
42、44 偏心部
46 第1のローラ
48 第2のローラ
50 第1のベーン
52 第2のベーン
58、60 吸込通路
62、64 吐出消音室
63 カップ部材
66 上部カバー
70、72 案内溝
70A 収納部
72A 背圧室
74 スプリング
75 配管
92、94 冷媒導入管
96 冷媒吐出管
100、101、102 冷媒配管
105、106、200 電磁弁
152 室外側熱交換器
154 膨張弁
156 室内側熱交換器
210 コントローラ

Claims (3)

  1. 密閉容器内に駆動要素と該駆動要素の回転軸にて駆動される第1及び第2の回転圧縮要素を収納し、該第1及び第2の回転圧縮要素を、第1及び第2のシリンダと、前記回転軸に形成された偏心部に嵌合されて前記各シリンダ内でそれぞれ偏心回転する第1及び第2のローラと、該第1及び第2のローラに当接して前記各シリンダ内を低圧室側と高圧室側にそれぞれ区画する第1及び第2のベーンとから構成すると共に、前記第1のベーンのみをバネ部材により前記第1のローラに付勢する多気筒回転圧縮機を備えた圧縮システムにおいて、
    前記多気筒回転圧縮機を起動する際、前記第2のベーンの背圧として前記両回転圧縮要素の吸込側圧力を印加する状態で起動すると共に、起動した後に前記第2のベーンの背圧として前記両回転圧縮要素の吐出側圧力を印加し、その後、前記第2のベーンの背圧を前記両回転圧縮要素の吸込側圧力と吐出側圧力との間の中間圧力とすることを特徴とする圧縮システム。
  2. 前記多気筒回転圧縮機は、前記両回転圧縮要素が圧縮仕事をする第1の運転モードと、実質的に前記第1の回転圧縮要素のみが圧縮仕事をする第2の運転モードとを切り換えて使用可能とされることを特徴とする請求項1の圧縮システム。
  3. 請求項1乃至請求項2の圧縮システムを用いて冷媒回路が構成されていることを特徴とする冷凍装置。
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