JP4909597B2 - 密閉型回転式圧縮機、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば空気調和機等の冷凍サイクル装置、及びこれに使用される密閉型回転式圧縮機に係わり、特に吐出構造を改良し、成績係数を向上するとともに信頼性を高めた密閉型回転式圧縮機に関する。
密閉型回転式圧縮機においては、例えば、図１１に示すようにシリンダ室１００を形成するシリンダ１０１の両端面にシリンダ室１００を覆うように軸受等の第１及び第２の蓋部材１０２（一方のみ図示）を配設し、これら第１及び第２の蓋部材の少なくとも一方に、シリンダ室１００で圧縮された冷媒を吐出するための吐出孔１０３を設けている。吐出孔１０３は、その断面積が大きいほど吐出抵抗が少なくなり、過圧縮を防止できるため、できるだけ大きく形成されている。
また、吐出孔１０３がローラ（図示しない）の内周空間に連通すると圧縮冷媒が漏れて冷凍能力が減少してしまうため、吐出孔１０３がローラの内周空間に連通しないよう半径方向外側に寄せられ、その結果として、吐出孔１０３の面積の約半分あるいはそれ以上がシリンダ室１００の外側にはみ出して設けられる。このため、シリンダ１０１にはシリンダ室１００の冷媒を吐出孔１０３に導くための吐出用の切欠き溝１０４が設けられている（例えば、特許文献１参照。）
なお、切欠き溝による再膨張損失（後述する）を防止するため、吐出孔１０３を完全にシリンダ室１００に臨ませるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−１０３２７５号公報
特開平５−１３３３６３号公報
なお、切欠き溝による再膨張損失（後述する）を防止するため、吐出孔１０３を完全にシリンダ室１００に臨ませるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、従来においては、過圧縮は低減できるものの吐出孔１０３及び切欠き溝１０４の両方がデッドボリウム(死容積)となり、再膨張損失が大きくなるため、総合的に見ると成績係数を十分に高めることができない不具合があった。
また、吐出弁１０５に対して吐出冷媒流が斜めに作用するため、薄板で形成される吐出弁１０５にねじれ方向の力が作用し、吐出弁１０５の信頼性が低下する不具合があった。
また、吐出弁１０５に対して吐出冷媒流が斜めに作用するため、薄板で形成される吐出弁１０５にねじれ方向の力が作用し、吐出弁１０５の信頼性が低下する不具合があった。
さらに、切欠き溝１０４の加工によりバリが発生し、そのバリがシリンダ室１００内に脱落するおそれがあった。
また、切欠き溝１０４をシリンダ１０１のブレード収納溝の近くに設けると切欠き溝１０４の加工によりブレード収納溝が変形するため、切欠き溝１０４、及び、吐出孔１０３をブレード収納溝に近づけることができず、性能が低下していた。
また、上記切欠き溝による再膨張損失を防止するため、吐出孔１０３を完全にシリンダ室１００に臨ませるようにした上記特許文献２には、成績係数を向上させる具体的な構成は記載されていない。
また、上記切欠き溝による再膨張損失を防止するため、吐出孔１０３を完全にシリンダ室１００に臨ませるようにした上記特許文献２には、成績係数を向上させる具体的な構成は記載されていない。
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、シリンダに冷媒吐出用の切欠き溝を設けることなく、過圧縮を低減して成績係数を十分に高めることができるようにした密閉型回転式圧縮機、及び冷凍サイクル装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、密閉ケース内に電動機部と、この電動機部と回転軸を介して連結された回転圧縮機構部を収納してなり、上記回転圧縮機構部が、シリンダ室を形成するシリンダと、上記シリンダの両端面に設けられ上記シリンダ室を覆う第１及び第２の蓋部材と、上記シリンダ室内を圧縮室と吸込室とに分離するローラ及びブレードとを備えた密閉型回転式圧縮機において、上記第１及び第２の蓋部材の少なくとも一方に上記シリンダ室内で圧縮された冷媒を吐出する吐出孔を設け、この吐出孔を、上記ブレードが下死点に位置するときの上記圧縮室の断面積をＢ（ｍｍ２）、上記吐出孔の断面積をＣ（ｍｍ２)としたとき、Ｃ／Ｂ≦０．１５となるように設定するとともに、上記シリンダ室の直径をＤ（ｍｍ）、シリンダ室の高さをＥ（ｍｍ）としたとき、Ｄ／Ｅ≧１．９となるようにし、上記吐出孔がシリンダ室に臨む面積の割合を吐出孔の断面積の８７％以上とするとともに、上記シリンダには冷媒吐出用の切欠き溝を設けない。
本発明によれば、成績係数を高めて圧縮性能を向上でき、また、吐出弁を損傷させたり、シリンダ室に異物を落下させたりすることがなく、故障を防止できる。
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
(第1の実施例)
図１は本発明の一実施の形態である密閉型回転式圧縮機を備える冷凍サイクルを示すものである。
冷凍サイクルは、密閉型回転式圧縮機１、凝縮器５０、膨張装置６０、及び蒸発器７０を有して構成されている。密閉型回転式圧縮機１は２シリンダ型であり、密閉ケース１ａを備えている。密閉ケース１ａ内には電動機部２と回転圧縮機構部３とが収納され、電動機部２と回転圧縮機構部３とは偏心部４ａ、４ｂを有する回転軸４を介して連結されている。
(第1の実施例)
図１は本発明の一実施の形態である密閉型回転式圧縮機を備える冷凍サイクルを示すものである。
冷凍サイクルは、密閉型回転式圧縮機１、凝縮器５０、膨張装置６０、及び蒸発器７０を有して構成されている。密閉型回転式圧縮機１は２シリンダ型であり、密閉ケース１ａを備えている。密閉ケース１ａ内には電動機部２と回転圧縮機構部３とが収納され、電動機部２と回転圧縮機構部３とは偏心部４ａ、４ｂを有する回転軸４を介して連結されている。
電動機部２は回転子２ａと固定子２ｂとからなり、インバータで駆動されるブラシレスＤＣ同期モータ、ＡＣモータ、若しくは商用電源で駆動されるモータでも良い。
密閉ケース１ａの底部には冷凍機油４０が貯留されている。冷凍機油４０としては冷媒がＨＦＣ冷媒の場合には、ポリオールエステル油またはエーテル系油が用いられる(冷媒の種類によっては鉱油、アルキルベンゼン油、ＰＡＧ、フッ素系油でも良い)。
回転圧縮機構部３は、第１の圧縮機構部３ａと第２の圧縮機構部３ｂからなり、各圧縮機構部３ａ、３ｂは図２にも示すように、シリンダ室５ａ、５ｂを形成するシリンダ６ａ、６ｂを備えている。シリンダ室５ａ、５ｂ内には偏心回転(公転)するローラ７ａ、７ｂが設けられている。シリンダ６ａ、６ｂにはローラ７ａ、７ｂの外周面に接して往復動し、シリンダ室５ａ、５ｂ内を吸込室８ａ、８ｂと圧縮室９ａ、９ｂとに仕切るブレード１０ａ、１０ｂが配設されている。
第１の圧縮機構部３ａのシリンダ室５ａは蓋部材としての主軸受１１と仕切り板１２で覆われ、第２の圧縮機構部３ｂのシリンダ室５ｂは蓋部材としての副軸受１３と仕切り板１２で覆われている。主軸受１１と副軸受１３には、それぞれ吐出孔１４ａ、１４ｂと吐出弁１５ａ、１５ｂが設けられている。なお、シリンダ６ａ、６ｂには、従来のような切欠き溝は設けられていない。
密閉ケース１ａの上面部には圧縮冷媒ガスを吐出させる吐出管１６が接続され、密閉ケース１ａの側面下部側には、吸込み管１７及びアキュムレータ１８が接続されている。
主軸受１１、及び副軸受１３に設けられた吐出孔１４ａ、１４ｂの直径は、各シリンダ室５ａ、５ｂの排除容積に応じて最適径が選択され、その面積の全部又は大部分がシリンダ室５ａ、５ｂに臨むように設けられている。
次に、上記した吐出孔１４ａ、１４ｂの大きさと位置について説明する。
図３は、シリンダ室５ａ、５ｂの各排除容積をＡ(ｍｍ３)、吐出孔１４ａ、１４ｂの各断面積をＣ（ｍｍ２）としたときの比Ａ／Ｃと成績係数比（ＣＯＰ比)の関係を示すものである。試験条件は下記の通りである。
図３は、シリンダ室５ａ、５ｂの各排除容積をＡ(ｍｍ３)、吐出孔１４ａ、１４ｂの各断面積をＣ（ｍｍ２）としたときの比Ａ／Ｃと成績係数比（ＣＯＰ比)の関係を示すものである。試験条件は下記の通りである。
凝縮温度:２６．５℃
膨張装弁前温度：２３．０℃
蒸発温度：３.５℃
吸込温度：７,５℃
排除容積：１１ｃｃ
図３から明らかなように、切欠き溝を有する従来技術のものは、Ａ／Ｃが１７０付近でＣＯＰが最大となるが、シリンダ６ａ、６ｂに切欠き溝を有しない本発明のものは、Ａ／Ｃが２００から２８０の範囲において、切欠き溝を有する従来技術のものよりＣＯＰが向上している。
膨張装弁前温度：２３．０℃
蒸発温度：３.５℃
吸込温度：７,５℃
排除容積：１１ｃｃ
図３から明らかなように、切欠き溝を有する従来技術のものは、Ａ／Ｃが１７０付近でＣＯＰが最大となるが、シリンダ６ａ、６ｂに切欠き溝を有しない本発明のものは、Ａ／Ｃが２００から２８０の範囲において、切欠き溝を有する従来技術のものよりＣＯＰが向上している。
また、Ａ／Ｃが２００未満、すなわち、吐出孔の比率が大きくなると、シリンダ室の排除容積に対する吐出孔のデッドボリウムの比率が大きくなり、再膨張損失によりＣＯＰが低下する。逆に、Ａ／Ｃが２８０よりも大きくなると、吐出孔が小さすぎて流路損失が大きくなりＣＯＰが低下する。
したがって、シリンダ６ａ、６ｂに切欠き溝を有しない本発明は、Ａ／Ｃが２００から２８０の範囲にされ、従来のものよりＣＯＰを向上することができる。
したがって、シリンダ６ａ、６ｂに切欠き溝を有しない本発明は、Ａ／Ｃが２００から２８０の範囲にされ、従来のものよりＣＯＰを向上することができる。
図４は、吐出孔１４ａ、１４ｂの断面積に対する、シリンダ室５ａ、５ｂに臨まない(シリンダ室５ａ、５ｂからはみだす)面積の割合とＣＯＰ比との関係を示す。
図４から明らかなように、シリンダ６ａ、６ｂに切欠き溝を有しない本発明は、当然ながら、シリンダ室５ａ、５ｂに臨まない吐出孔１４ａ、１４ｂの面積の割合が大きくなるにしたがって流路抵抗が大きくなり、特に１３％を超えると、ＣＯＰが急激に低下する。
図４から明らかなように、シリンダ６ａ、６ｂに切欠き溝を有しない本発明は、当然ながら、シリンダ室５ａ、５ｂに臨まない吐出孔１４ａ、１４ｂの面積の割合が大きくなるにしたがって流路抵抗が大きくなり、特に１３％を超えると、ＣＯＰが急激に低下する。
したがって、シリンダ６ａ、６ｂに切欠き溝を有しない本発明においては、シリンダ室５ａ、５ｂに臨まない吐出孔の面積の割合を１３％にする、換言すれば、吐出孔１４ａ、１４ｂがシリンダ室５ａ、５ｂに臨む面積の割合を吐出孔の断面積の８７％以上にすることにより、ＣＯＰを向上することができる。
図５は、ブレード１０ａ、１０ｂ(ローラ７ａ、７ｂ)が下死点に位置するとき(図２に示す位置)に、ローラ７ａ、７ｂの外周、シリンダ室５ａ、５ｂの内壁、ブレード１０ａ、１０ｂによって囲まれる圧縮室９ａ、９ｂの断面積Ｂ(ｍｍ２)に対する吐出孔１４ａ、１４ｂの断面積Ｃ(ｍｍ２)の比Ｃ／Ｂと、ＣＯＰ比との関係を示す。
図５から明らかなように、比Ｃ／Ｂを１５％以下にすることにより、ＣＯＰを向上することができる。
なお、ローラ７ａ、７ｂのシール幅Ｌを大きくするために、ローラ７ａ、７ｂの内周端部の面取りは小さくすることが望ましい。
一方、摺動損失はローラ７ａ、７ｂのシール幅に比例して大きくなる。そのため、ローラ７ａ、７ｂの吐出孔１４ａ、１４ｂを形成する主軸受１１及び副軸受１３側に面する内周端部の面取りのみを他方端部の面取りよりも小さくすることがより望ましい。
また、ローラ７ａ、７ｂのシール性を維持し、内周空間への冷媒の漏れを防止するためには、ある程度粘度の高い冷凍機油を使用することが有利であり、冷媒としてＨＦＣ冷媒(Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ)を用いたとき、冷凍機油として４０℃における粘度が７４ｍｍ／ｓ２のポリオールエステル油を使用したものが、他のものに比べて性能が良かった。
また、ローラ７ａ、７ｂのシール性を維持し、内周空間への冷媒の漏れを防止するためには、ある程度粘度の高い冷凍機油を使用することが有利であり、冷媒としてＨＦＣ冷媒(Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ)を用いたとき、冷凍機油として４０℃における粘度が７４ｍｍ／ｓ２のポリオールエステル油を使用したものが、他のものに比べて性能が良かった。
さらに、２シリンダ型の密閉型回転式圧縮機は、製造上の制約から偏心部の変心量をあまり大きくとれず、その結果シリンダ室の直径(内径)及びローラのシール幅が１シリンダ型の密閉型回転式圧縮機のものよりも通常大きく形成されることから、上記構成の実施が容易である。
図６は上記構成の本発明のものと、切欠き溝を有する従来のものとの運転周波数と性能（ＣＯＰ比）との関係を示す。
なお、冷媒はＲ４１０Ａ、冷凍機油として４０℃における粘度が７４ｍｍ／ｓ２のポリオールエステル油を用いた。
なお、冷媒はＲ４１０Ａ、冷凍機油として４０℃における粘度が７４ｍｍ／ｓ２のポリオールエステル油を用いた。
図６から明らかなように、本発明は、ほとんど全範囲にわたって従来のものより性能が向上しているが、特に運転周波数の低い部分で、顕著な効果がある。
図７は空調負荷の発生頻度とその際の圧縮機の運転周波数を示している。
図７から明らかなように、最近の住宅は高気密、高断熱化が進んでおり、圧縮機は運転周波数の低い範囲で運転される機会が多い。
したがって、運転周波数の低い部分で、顕著な効果がある本発明は、大幅な省エネ効果を得ることができる。
図７から明らかなように、最近の住宅は高気密、高断熱化が進んでおり、圧縮機は運転周波数の低い範囲で運転される機会が多い。
したがって、運転周波数の低い部分で、顕著な効果がある本発明は、大幅な省エネ効果を得ることができる。
また、図８は騒音特性を示している。
図８から明らかなように、本発明は、騒音についても再膨張損失低減による効果により従来のものより低減効果が認められた。
図８から明らかなように、本発明は、騒音についても再膨張損失低減による効果により従来のものより低減効果が認められた。
図９は、吐出孔１４ａ、１４ｂと吐出弁１５ａ、１５ｂの関係を示す。
本発明は、シリンダ室５ａ，５ｂからの吐出冷媒が吐出弁１５ａ、１５ｂに垂直に作用する結果、吐出弁１５ａ、１５ｂにねじれ方向の力が作用することがなく、信頼性を向上できる。
本発明は、シリンダ室５ａ，５ｂからの吐出冷媒が吐出弁１５ａ、１５ｂに垂直に作用する結果、吐出弁１５ａ、１５ｂにねじれ方向の力が作用することがなく、信頼性を向上できる。
(第２の実施例)
次に、上記したような第１の実施例の構成を有し、シリンダ室５ａ、５ｂの排除容積を一定にした場合における、シリンダ室５ａ、５ｂの直径Ｄ(ｍｍ)と高さＥ(ｍｍ)の比Ｄ／Ｅと、ＣＯＰの関係を表１に示す。
次に、上記したような第１の実施例の構成を有し、シリンダ室５ａ、５ｂの排除容積を一定にした場合における、シリンダ室５ａ、５ｂの直径Ｄ(ｍｍ)と高さＥ(ｍｍ)の比Ｄ／Ｅと、ＣＯＰの関係を表１に示す。
表１から明らかなように、比Ｄ／Ｅが１．９以上でより高いＣＯＰ比を得ることができ、特に、比Ｄ／Ｅが２．６以上で最も高いＣＯＰ比を得ることができる。
(第３の実施例)
図１０は、１シリンダ型の密閉型回転式圧縮機の要部を示すものである。
シリンダ８１の両端面にシリンダ室８１ａを覆うように第１及び第２の蓋部材としての主軸受８２、副軸受８３を配設し、これら主軸受８２、副軸受８３にそれぞれ吐出孔８４，８５及び吐出弁８６，８７を設けたものである。吐出孔８４，８５は、上記実施例で説明した吐出孔と同様に構成されている。
図１０は、１シリンダ型の密閉型回転式圧縮機の要部を示すものである。
シリンダ８１の両端面にシリンダ室８１ａを覆うように第１及び第２の蓋部材としての主軸受８２、副軸受８３を配設し、これら主軸受８２、副軸受８３にそれぞれ吐出孔８４，８５及び吐出弁８６，８７を設けたものである。吐出孔８４，８５は、上記実施例で説明した吐出孔と同様に構成されている。
本実施例においては、主軸受８２、副軸受８３にそれぞれ吐出孔８４，８５を設けるため、１個の吐出孔の大きさが小さくてすみ、シリンダ室８１ａの直径(内径)及びローラのシール幅が２シリンダ型の密閉型回転式圧縮機のものよりも通常小さく形成される１シリンダ型においても、上記吐出孔８４，８５の構成を容易に実施することができる。
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
１…密閉型回転式圧縮機、１ａ…密閉ケース、２…電動機部、２ａ…回転子、２ｂ…回転子、３…回転圧縮機構部，３ａ、３ｂ…第１、第２の圧縮機構部、４…回転軸、４ａ,４ｂ…偏心部、５ａ、５ｂ…シリンダ室、６ａ、６ｂ…シリンダ、７ａ、７ｂ…ローラ、８ａ、８ｂ…吸込み室、９ａ、９ｂ…圧縮室、１０ａ，１０ｂ…ブレード、１１…主軸受（蓋部材）、１２…仕切り板（蓋部材）、１３…副軸受（蓋部材）、１４ａ，１４ｂ…吐出孔、１５ａ、１５ｂ…吐出弁、１６…吐出管、１７…吸込み管、１８…アキュムレータ、２０ａ、２０ｂ…ブレード収納溝、４０…冷凍機油、５０…凝縮器、６０…膨張装置機、７０…蒸発器。
Claims (2)
- 密閉ケース内に電動機部と、この電動機部と回転軸を介して連結された回転圧縮機構部を収納してなり、上記回転圧縮機構部が、シリンダ室を形成するシリンダと、上記シリンダの両端面に設けられ上記シリンダ室を覆う第１及び第２の蓋部材と、上記シリンダ室内を圧縮室と吸込室とに分離するローラ及びブレードとを備えた密閉型回転式圧縮機において、
上記第１及び第２の蓋部材の少なくとも一方に上記シリンダ室内で圧縮された冷媒を吐出する吐出孔を設け、
この吐出孔を、上記ブレードが下死点に位置するときの上記圧縮室の断面積をＢ（ｍｍ２）、上記吐出孔の断面積をＣ（ｍｍ２)としたとき、Ｃ／Ｂ≦０．１５となるように設定するとともに、上記シリンダ室の直径をＤ（ｍｍ）、シリンダ室の高さをＥ（ｍｍ）としたとき、Ｄ／Ｅ≧１．９となるようにし、上記吐出孔がシリンダ室に臨む面積の割合を吐出孔の断面積の８７％以上とするとともに、上記シリンダには冷媒吐出用の切欠き溝を設けないことを特徴とする密閉型回転式圧縮機。 - 請求項１記載の密閉型回転式圧縮機に冷媒管を介して順次、凝縮器、膨張装置及び蒸発器を接続して構成されることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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