JP4454318B2 - 圧縮機 - Google Patents
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Description
本発明は、冷媒や空気などの流体を圧縮して吐出する圧縮機に関するものである。
従来より例えば冷凍機においては圧縮機を用いて冷媒を圧縮し、回路内を循環させる方式が採られている。この場合の圧縮機の方式としては、回転式圧縮機と称されるロータリ圧縮機（例えば、特許文献１参照。）やスクロール圧縮機、スクリュー圧縮機などがある。
上記ロータリ圧縮機は構造が比較的簡単で生産コストが安価である利点があるものの、振動とトルク変動が大きくなる問題がある。また、スクロール圧縮機やスクリュー圧縮機はトルク変動は小さいものの、加工性が悪く、コストが高騰する問題があった。
そこで、シリンダ内に回転する斜板を設け、この斜板の上下に構成される圧縮空間をベーンで区画して流体を圧縮する方式も開発されている（例えば、特許文献２参照。）。係る方式の圧縮機によれば、構造比較的簡単にして振動の少ない圧縮機を構成できる利点がある。
特開平５−９９１７２号公報
特表２００３−５３２００８号公報
しかしながら、上記特許文献２のような構造の場合、シリンダ内全域において斜板の上下で高圧室と低圧室とが隣接するかたちとなるため、高低圧差が大きくなり、冷媒リークによる効率悪化が問題となる。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、構造簡単にしてトルク変動が少なく、効率も良い圧縮機を提供するものである。
本発明の圧縮機は、内部に圧縮空間が構成されるシリンダから構成された圧縮要素と、シリンダ内の圧縮空間に連通する吸込ポート及び吐出ポートと、連続する肉厚部と肉薄部を有して一面が傾斜すると共に、シリンダ内に配置されて回転し、吸込ポートから吸い込まれた流体を圧縮して吐出ポートより吐出する圧縮部材と、吸込ポートと吐出ポート間に配置されて圧縮部材の一面に当接し、シリンダ内の圧縮空間を低圧室と高圧室とに区画するベーンとを備え、圧縮部材の他面は、その周辺部が一面側に近付くよう傾斜されていると共に、この圧縮部材他面の傾斜は、肉厚部において急峻となることを特徴とする。
請求項２の発明の圧縮機は、上記発明において圧縮部材には、当該圧縮部材の側面周囲とシリンダとの隙間をシールするピストンリングが設けられていることを特徴とする。
本発明の圧縮機によれば、内部に圧縮空間が構成されるシリンダから構成された圧縮要素と、シリンダ内の圧縮空間に連通する吸込ポート及び吐出ポートと、連続する肉厚部と肉薄部を有して一面が傾斜すると共に、シリンダ内に配置されて回転し、吸込ポートから吸い込まれた流体を圧縮して吐出ポートより吐出する圧縮部材と、吸込ポートと吐出ポート間に配置されて圧縮部材の一面に当接し、シリンダ内の圧縮空間を低圧室と高圧室とに区画するベーンとを備えているので、小型で構造簡単でありながら、十分な圧縮機能を発揮することができる。
また、従来の如くシリンダ内全域で高圧と低圧とが隣接することも無くなると共に、圧縮部材は連続する肉厚部と肉薄部を有して一面が傾斜する形状を呈しているので、高圧室に対応することになる肉厚部においてシリンダとの間のシール寸法を十分に確保することができる。これらによりリークの発生を効果的に防止できるようになり、効率的な運転が可能となる。また、圧縮部材の肉厚部はフライホールの役割を果たすので、トルク変動も少なくなるものである。
特に、圧縮部材の他面は、その周辺部が一面側に近付くよう傾斜されているので、圧縮部材の回転時のオイル抵抗を低減し、更なる効率の改善を図ることができるようになる。
更に、圧縮部材他面の傾斜は、肉厚部において急峻となるように構成されているので、圧縮部材の重量を均一化し、バランスウエイトを用いること無く、偏心による振動の発生を抑えることが可能となる。
請求項２の発明の圧縮機によれば、上記発明に加えて圧縮部材には、当該圧縮部材の側面周囲とシリンダとの隙間をシールするピストンリングが設けられているので、圧縮部材とシリンダ間のシールを確実に行い、リークによる効率悪化を防止す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細に説明する。尚、以後説明する各参考例及び実施例の圧縮機Ｃは、例えば冷凍機の冷媒回路を構成し、冷媒を吸い込んで圧縮し、回路内に吐出する役割を果たすものである。
図１は本発明の第１の参考例の圧縮機Ｃの縦断側面図、図２はもう一つの縦断側面図、図３は圧縮機Ｃの平断面図、図４はもう一つの平断面図、図５乃至図７は圧縮機Ｃの圧縮要素３の斜視図、図８、図９は同側面図をそれぞれ示している。各図において、１は密閉容器であり、この密閉容器１内には上側に駆動要素２が、下側にこの駆動要素２で駆動される圧縮要素３がそれぞれ収納されている。
駆動要素２は、密閉容器１の内壁に固定され、固定子コイルが巻装された固定子４と、この固定子４の内側で中央に回転軸５を有する回転子６とで構成された電動モータである。尚、この駆動要素２の固定子４の外周部と密閉容器１間には所々上下を連通する隙間１０が形成されている。
圧縮要素３は、密閉容器１の内壁に固定された支持部材７と、この支持部材７の下面にボルトにより取り付けられたシリンダ８と、このシリンダ８内に配置された圧縮部材９と、ベーン１１、吐出バルブ１２等から構成されている。支持部材７の上面中央部は同心状に上方に突出し、そこに回転軸６の主軸受１３が形成されており、下面中央部は同心円柱状に下方へ突出し、この突出部１４の下面１４Ａは平滑面とされている。
また、この支持部材７の突出部１４内にはスロット１６が形成され、このスロット１６内に前記ベーン１１が上下往復動自在に挿入される。このスロット１６の上部にはベーン１１に密閉容器１内の高圧を背圧として印加するための背圧室１７が形成されると共に、スロット１６内にはベーン１１の上面を下方に押圧する付勢手段としてのコイルバネ１８が配置されている。
シリンダ８の中央部は下方に凹陥しており、この凹陥部１９内に圧縮空間２１が構成されることになる。また、このシリンダ８の凹陥部１９下面中央部には副軸受２２が開口形成されている。また、シリンダ８には吸込通路２４が形成されると共に、密閉容器１には吸込配管２６が取り付けられてこの吸込通路２４に接続されている。シリンダ８には圧縮空間２１に連通する吸込ポート２７と吐出ポート２８が形成されており、吸込通路２４は吸込ポート２７に連通し、吐出ポート２８はシリンダ８の側面にて密閉容器１内に連通している。また、前記ベーン１１はこの吸込ポート２７と吐出ポート２８の間に位置している。
前記回転軸５は係る支持部材７及びシリンダ８の中央に挿通され、上下方向の中央部を主軸受１３により回転自在に軸支されると共に、下端は副軸受２２にて回転自在に軸支されている。そして、前記圧縮部材９は係る回転軸５の下部に一体に形成され、シリンダ８の凹陥部１９内に配置されている。
この圧縮部材９は全体としては回転軸５と同心の略円柱状を呈している。ここで、図１０及び図１１は圧縮部材９を含む回転軸５の側面図、図１２は下面図、図１３は斜視図をそれぞれ示している。図１０乃至図１３に示されるように、圧縮部材９は一側の肉厚部３１と他側の肉薄部３２とが連続した形状を呈して、その上面３３（一面）は肉厚部３１にて高く、肉薄部３２にて低い傾斜面とされている。即ち、上面３３は、回転軸５を中心として一周すると最も高くなる上死点３３Ａから最も低くなる下死点３３Ｂを経て上死点３３Ａに戻る略正弦波形状を呈する。また、回転軸５を通る上面３３の断面形状は、何処を切っても突出部１４の下面１４Ａと平行となり、この上面３３と下面１４Ａとの間が前記圧縮空間２１となる。
そして、この圧縮部材９の上死点３３Ａが支持部材７の突出部１４の下面１４Ａに微少なクリアランスを介して移動自在に対向する。尚、このクリアランスは密閉容器１内に封入されたオイルによってシールされる。また、前記ベーン１１はこの圧縮部材９の上面３３に当接し、シリンダ８内の圧縮空間２１を低圧室ＬＲと高圧室ＨＲとに区画する。前記コイルバネ１８はこのベーン１１を常時上面３３側に付勢する。
また、圧縮部材９の周側面はシリンダ８の凹陥部１９内壁との間に微少なクリアランスを構成し、これにより、圧縮部材９は回転自在とされている。そして、この圧縮部材９の周側面とシリンダ８の凹陥部１９内壁との間もオイルによってシールされる。
前記吐出ポート２８の外側にはシリンダ８の凹陥部１９の側面に位置して前記吐出バルブ１２が取り付けられると共に（図３、図４では図示せず）、密閉容器１の上端には吐出配管３４が取り付けられている。そして、密閉容器１内底部にオイル溜め３６が構成され、このオイル溜め３６内のオイルが圧縮要素３等に供給されることになる。また、密閉容器１内には例えばＣＯ2（二酸化炭素）、Ｒ−１３４ａ、或いは、ＨＣ系の冷媒が所定量封入される。
以上の構成で、駆動要素２の固定子４の固定子コイルに通電されると、回転子６が下から見て時計回り方向に回転する。この回転子６の回転は回転軸５を介して圧縮部材９に伝達され、これにより、圧縮部材９はシリンダ８内において下から見て時計回り方向に回転する。今、圧縮部材９の上面３３の上死点３３Ａが吐出ポート２８のベーン１１側にあり、ベーン１１の吸込ポート２７側でシリンダ８、支持部材７、圧縮部材９及びベーン１１で囲まれた空間（低圧室ＬＲ）内に吸込配管２６及び吸込通路２４を介して吸込ポート２７から冷媒回路内の冷媒が吸い込まれているものとする。
そして、その状態から圧縮部材９が回転していくと、上死点３３Ａがベーン１１、吸込ポート２７を過ぎた段階から上面３３の傾斜により上記空間の体積は狭められていき、空間（高圧室ＨＲ）内の冷媒は圧縮されていく。そして、上死点３３Ａが吐出ポート２８を通過するまで圧縮された冷媒は吐出ポート２８から吐出され続ける。一方、上死点３３Ａが吸込ポート２７を通過した後、ベーン１１の吸込ポート２７側でシリンダ８、支持部材７、圧縮部材９及びベーン１１で囲まれた空間（低圧室ＬＲ）の体積は拡大していくので、吸込配管２６及び吸込通路２４を介して吸込ポート２７から冷媒回路内の冷媒が圧縮空間２１内に吸い込まれていく。
吐出ポート２８からは吐出バルブ１２を介して、冷媒が密閉容器１内に吐出される。そして、密閉容器１内に吐出された高圧冷媒は、駆動要素２の固定子４と回転子６とのエアギャップを通過し、密閉容器１内の上部（駆動要素２の上方）にてオイルと分離し、吐出配管３４より冷媒回路に吐出される。一方、分離したオイルは、密閉容器１と固定子４の間に形成された隙間１０から流下し、オイル溜め３６に戻ることとなる。
このような構成により、圧縮機Ｃは小型で構造簡単でありながら、十分な圧縮機能を発揮することができるようになる。特に、圧縮部材９の下面側は密閉容器１内の高圧であり、従来の如くシリンダ内全域で高圧と低圧とが隣接することも無くなると共に、圧縮部材は連続する肉厚部３１と肉薄部３２を有して一面が傾斜する形状を呈しているので、高圧室ＨＲに対応することになる肉厚部３２においてシリンダ８の凹陥部１９内壁との間のシール寸法を十分に確保することができる。
これらにより、圧縮部材９とシリンダ８間における冷媒リークの発生を効果的に防止できるようになり、効率的な運転が可能となる。また、圧縮部材９の肉厚部３１はフライホールの役割を果たすので、トルク変動も少なくなる。また、圧縮機Ｃは所謂内部高圧型の圧縮機であるので構造の更なる簡素化が図れる。
また、この例ではシリンダ８は、支持部材７とは反対側に位置する回転軸５の副軸受２２を有しているので、回転軸５の副軸受用の支持部材を別途設ける必要が無くなり、部品点数の削減と更なる小型化が可能となる。また、支持部材７にベーン１１のスロット１６を構成し、更にコイルバネ１８を支持部材７内に設けているので、精度が必要となるシリンダ８にベーン取付構造を形成する必要が無くなり、加工性が改善される。更に、この例の如く圧縮部材９を回転軸５に一体に形成すれば、更なる部品点数の削減を計ることができるようになる。
次に、図１４乃至図２４は本発明の第２の参考例の圧縮機Ｃを示し、図１４は第２の参考例の圧縮機Ｃの縦断側面図、図１５はもう一つの縦断側面図、図１６乃至図１８はこの場合の圧縮機Ｃの圧縮要素３の斜視図、図１９、図２０は同側面図、図２１及び図２２はこの場合の圧縮部材９を含む回転軸５の側面図、図２３は下面図、図２４は斜視図をそれぞれ示している。
尚、各図において図１乃至図１３中と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものであるので説明を省略する。この場合、圧縮部材９の肉厚部３１に対応する部分には、下面（他面）３８から凹陥部３９が形成されている。この凹陥部３９の深さは上面３３の傾斜に沿うかたちで構成され、上死点３３Ａに対応する位置が最も深く凹陥されている。
ここで、圧縮部材９には肉厚部３１と肉薄部３２が構成されている関係上、そのままでは肉厚部３１側の重量が肉薄部３２側の重量よりも大きくなり、重量偏心が発生する。しかしながら、この例のように凹陥部３９を形成することで、肉厚部３１側の重量を削減できるので、回転軸５を中心とした全周で圧縮部材９の重量を均一化し、バランスウエイトを用いること無く、偏心による振動の発生を抑えることが可能となる。
次に、図２５乃至図３５は本発明の第３の参考例の圧縮機Ｃを示し、図２５は第３の参考例の圧縮機Ｃの縦断側面図、図２６はもう一つの縦断側面図、図２７乃至図２９はこの場合の圧縮機Ｃの圧縮要素３の斜視図、図３０、図３１は同側面図、図３２及び図３３はこの場合の圧縮部材９を含む回転軸５の側面図、図３４は下面図、図３５は斜視図をそれぞれ示している。
尚、各図において図１乃至図２４中と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものであるので説明を省略する。この場合、圧縮部材９の下面（他面）３８は、回転軸５側から周辺部に向かい、当該周辺部側が上昇して上面３３側に近付くような傾斜面とされている。これにより、回転軸５の回転による圧縮部材９の回転時におけるオイル抵抗が低減されるので、運転効率を更に改善することができる。
次に、図３６乃至図４２は本発明の第１の実施例の圧縮機Ｃを示し、図３６は第１の実施例の圧縮機Ｃの縦断側面図、図３７はもう一つの縦断側面図、図３８乃至図４０はこの場合の圧縮機Ｃの圧縮要素３の斜視図、図４１、図４２は同側面図をそれぞれ示している。
尚、各図において図１乃至図３５中と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものであるので説明を省略する。この場合、圧縮部材９の下面（他面）３８は、全体として参考例３同様に回転軸５側から周辺部に向かい、当該周辺部側が上昇して上面３３側に近付くような傾斜面とされている。そして、更にこの場合下面３８の傾斜は、肉厚部３１側において急峻となるように構成されている。これにより、回転軸５の回転による圧縮部材９の回転時におけるオイル抵抗を低減させ、運転効率を更に改善しながら、更に、圧縮部材９の重量を回転軸５を中心とした全周において均一化し、バランスウエイトを用いること無く、偏心による振動の発生を抑えることが可能となる。
次に、図４３乃至図５７は本発明の第２の実施例の圧縮機Ｃを示し、図４３は第２の実施例の圧縮機Ｃの縦断側面図、図４４はもう一つの縦断側面図、図４５乃至図４７はこの場合の圧縮機Ｃの圧縮要素３の斜視図、図４８、図４９は同側面図、図５０及び図５１はこの場合の圧縮部材９を含む回転軸５の側面図、図５２は下面図、図５３は斜視図をそれぞれ示している。
尚、各図において図１乃至図４２中と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものであるので説明を省略する。この場合、圧縮部材９の側面周囲には溝４１が全周に形成されており、この溝４１内には図５４乃至図５７に示すようにピストンリング４２が取り付けられている。このピストンリング４２はＰＥＥＫやフッ素樹脂系から成り、圧縮部材９の周側面とシリンダ８の凹陥部１９内壁との間をシールする。このように、ピストンリング４２を設ければ圧縮部材９とシリンダ８間のシールを確実に行い、冷媒リークによる効率悪化をより確実に防止することができるようになる。
尚、上記各実施例では冷凍機の冷媒回路に使用されて冷媒を圧縮する圧縮機を例にとって説明したが、それに限らず、空気を吸い込んで圧縮し、吐出する所謂エアーコンプレッサにも本発明は有効である。
Ｃ 圧縮機
１ 密閉容器
２ 駆動要素
３ 圧縮要素
４ 固定子
５ 回転軸
６ 回転子
７ 支持部材
８ シリンダ
９ 圧縮部材
１１ ベーン
１３ 主軸受
１６ スロット
１８ コイルバネ
２１ 圧縮空間
２２ 副軸受
２４ 吸込通路
２６ 吸込配管
２７ 吸込ポート
２８ 吐出ポート
３１ 肉厚部
３２ 肉薄部
３３ 上面
３４ 吐出配管
３８ 下面
３９ 凹陥部
４２ ピストンリング
１ 密閉容器
２ 駆動要素
３ 圧縮要素
４ 固定子
５ 回転軸
６ 回転子
７ 支持部材
８ シリンダ
９ 圧縮部材
１１ ベーン
１３ 主軸受
１６ スロット
１８ コイルバネ
２１ 圧縮空間
２２ 副軸受
２４ 吸込通路
２６ 吸込配管
２７ 吸込ポート
２８ 吐出ポート
３１ 肉厚部
３２ 肉薄部
３３ 上面
３４ 吐出配管
３８ 下面
３９ 凹陥部
４２ ピストンリング
Claims (2)
- 内部に圧縮空間が構成されるシリンダから構成された圧縮要素と、
前記シリンダ内の圧縮空間に連通する吸込ポート及び吐出ポートと、
連続する肉厚部と肉薄部を有して一面が傾斜すると共に、前記シリンダ内に配置されて回転し、前記吸込ポートから吸い込まれた流体を圧縮して前記吐出ポートより吐出する圧縮部材と、
前記吸込ポートと吐出ポート間に配置されて前記圧縮部材の一面に当接し、前記シリンダ内の圧縮空間を低圧室と高圧室とに区画するベーンとを備え、
前記圧縮部材の他面は、その周辺部が一面側に近付くよう傾斜されていると共に、当該圧縮部材他面の傾斜は、前記肉厚部において急峻となることを特徴とする圧縮機。 - 前記圧縮部材には、当該圧縮部材の側面周囲と前記シリンダとの隙間をシールするピストンリングが設けられていることを特徴とする請求項１の圧縮機。
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