JP5070097B2 - ２シリンダ回転式圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は２シリンダ回転式圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置に係り、特に吸込通路の形状を改良した回転式圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来、空気調和機や冷凍機等において、冷媒を圧縮するために回転式圧縮機が多く用いられている。この回転式圧縮機は、シリンダと、回転軸に取り付けられ、シリンダ内で偏心回転するローラと、吸込室と圧縮室に仕切るブレードからなる圧縮機構部を備え、２シリンダ回転式圧縮機にあっては、２個のシリンダを仕切板により仕切っている。

回転式圧縮機における漏れ損失は、ローラ外周面とシリンダとの間のクリアランス部が最も多い。そのため、漏れ損失を減じて、圧縮機の効率を向上させるには、シリンダの厚みを薄くすることが考えられる。

しかしながら、２シリンダ回転式圧縮機にあっては、シリンダの厚みを薄くすると、このシリンダに接続される吸込管径を細くしなければならず、吸込管径を細くすることは、吸込抵抗が大きくなり、過膨脹損失が大きくなるという問題が発生する。

この問題を解決するために、仕切板を挟んで並設された２個のシリンダと、各シリンダ内で偏心回転が与えられ、吸込ポートから取入れた作動ガスを吐出ポートから吐出するローラとを有する圧縮機構部を備え、各シリンダの吸込ポートと連通し合う吸込管を前記仕切板に接続する２シリンダ回転式圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の２シリンダ回転式圧縮機は、冷媒ガスを吸い込む吸込通路について、分岐角度や面積についての改良がなされていないため、高いＣＯＰが得られない。

また、２個のシリンダの厚みより仕切板の厚みの方を厚くし、側面開口から中央に延びる一つの吸込通路を仕切板に形成し、吸込通路から両側に分路して吸込室に至る連通孔を形成し、密閉容器を貫通する１個の吸込管路を吸込通路に接続する２シリンダ回転式圧縮機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２に記載の２シリンダ回転式圧縮機も、特許文献１に記載のものと同様に、冷媒ガスを吸い込む吸込通路について、分岐角度や面積についての改良がなされていないため、高いＣＯＰが得られない。
特開平９−２５０４７７号公報 特開２００３−１６１２７８号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高いＣＯＰが得られる２シリンダ回転式圧縮機を提供することを目的とする。

また、高いＣＯＰが得られる２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る２シリンダ回転式圧縮機は、圧縮機構部と回転駆動部を備え、この圧縮機構部は、仕切板と、この仕切板の両端面に設けられ、シリンダ室を形成する第１及び第２のシリンダと、これらのシリンダの反仕切板側の端面に設けられ、前記シリンダ室を覆う第１及び第２の蓋部材と、２個の偏心部を有し、前記蓋部材により回転支持される回転軸と、前記偏心部に係合されたローラとを備え、作動ガスを前記仕切板に接続された１本の吸込管から前記仕切板内に設けた分岐部で分岐された２個の吸込通路を通じて、前記両シリンダ室内に導く２シリンダ回転式圧縮機において、前記吸込管と両吸込通路は、前記吸込管の軸心線と両吸込通路の軸心線がそれぞれ傾斜するように設けられ、前記仕切板両端面における前記吸込通路の出口面積をＡｄ、前記分岐部の開口の前記仕切板面直交方向の投影面積をＡｐとするとき、１／２≧Ａｐ／Ａｄ≧１／５であることを特徴とする。

また、本発明に係る２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置は上記２シリンダ回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを順次配管接続してなることを特徴とする。

本発明に係る２シリンダ回転式圧縮機によれば、高いＣＯＰが得られる２シリンダ回転式圧縮機を提供することができる。

また、本発明に係る２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置によれば、高いＣＯＰが得られる２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の概念図である。

図１に示すように、本発明に係る冷凍サイクル装置２１は、本発明の２シリンダ回転式圧縮機１と、凝縮器２２と、膨張装置２３と、蒸発器２４とを順次配管接続してなる。

本発明の２シリンダ回転式圧縮機１は、密閉容器２を備え、この密閉容器２内には、電動機部３とこの電動機部３により、回転軸４を介して回転駆動される圧縮機構部５が収容される。

電動機部３は、ステータ３１と、このステータ３１内を回転し、回転軸４の一端側に取り付けられたロータ３２からなる。

圧縮機構部５は、回転軸４が貫通する第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２とからなり、これら第１、第２のシリンダ５１、５２は、仕切板５３により仕切られ、それぞれ独立している。

回転軸４は、第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２を覆う蓋部材を兼ねた主軸受５４、副軸受５５により回転自在に両端支持される。

第１、第２のシリンダ５１、５２は、ほぼ同一の厚みに形成される。

仕切板５３の厚みは、第１、第２のシリンダ５１、５２の厚みに対して大きく設定され、仕切板５３を挟んで第１、第２のシリンダ５１、５２は、主軸受５４側、副軸受５５側から貫通する取付ボルト５６、５７により一体的に螺着される。

回転軸４の他端側には、第１、第２のシリンダ５１、５２に対応する部分に、互いに１８０度位相をずらせた２個の偏心軸部４１、４２が設けられる。この偏心軸部４１、４２には、第１、第２のシリンダ５１、５２内に配置された第１のローラ５８と第２のローラ５９が嵌合し、各ローラ５８、５９は、各偏心軸部４１、４２の回転により１８０度位相がずれた偏心回転が与えられる。

主軸受５４と副軸受５５には、密閉容器２内に流出口が臨む吐出管６０と連通し合う吐出孔６１、６２が設けられる。また、第１、第２のシリンダ５１、５２には、ローラ５８、５９の外周面とばね６６によって常時接触し合うブレード６７とが設けられ、各ローラ５８、５９及びブレード６７とにより作動ガスを圧縮する圧縮室６８、６９が形成される。作動ガスは、Ｒ３２を含むＨＦＣ系冷媒が用いられている。

図２および図３に示すように、仕切板５３は略円板形状をなし、回転軸４が貫通する軸貫通孔５３ａ、取付ボルト５６、５７が螺合する螺孔５３ｂが設けられている。また、仕切板５３には、一端が外周面に開口する吸込孔５３ｄが水平方向に設けられており、この吸込孔５３ｄには、密閉容器２を貫通して冷凍サイクル装置２１の蒸発器２４に連通する吸込管６３が接続されている。吸込孔５３ｄの他端側は分岐部７２で上下２個に分岐し、傾斜した吸込通路７０、７１となっている。分岐した一方の上側の吸込通路７０の通路出口７０ａは第１のシリンダ５１に形成した吸込口（図示せず）と、他方の下側の吸込通路７１の通路出口７１ａは第２のシリンダ５２の吸込口６４とそれぞれ接続連通する。

仕切板５３の両端面５３ｃ、５３ｃにおける前記吸込通路７０、７１の通路出口７０ａ、７１ａの面積（図２にハッチングで示す面積）Ａｄは、吸込管６３の最小断面積Ａｓとするとき、Ａｄ／Ａｓ≧１の関係を有するように設定する。

Ａｄ／Ａｓ≧１に設定するのは、下記理由による。

図４に、本発明と同様の構造を有する２シリンダ回転式圧縮機の吸込部における分岐前後の吸込流量の理論値の一例を示す。図４からもわかるように、分岐後の流量最大値は分岐前の流量最大値の８０％程度に達するため、分岐後の流路断面積は分岐前に対し８０％以上確保することが、作動ガスの圧力損失を抑えるためには必要となる。これに加えて、分岐後は作動ガスの流れ方向が変わる等流路形状による圧力損失も加わるため、分岐前後における流路断面積は同等程度確保することが好ましい。

また、吸込管６３の軸心線ｌ_１と両吸込通路７０、７１の軸心線ｌ_２とのなす各々の角度θが２８°≦θ≦４３°になるように設定する。

２８°≦θ≦４３°に設定するのは、下記理由による。

図５に示すように、本発明の２シリンダ回転式圧縮機を用い、θを変化させた試験を行い、Ａｄ／ＡｓとＣＯＰの関係を調べた。

２８°≦θ≦４３°を外れるθ＝２５°の場合は、所望のＣＯＰ値を下回る。

その理由は図９および図１０に比較例として示すように、Ａｄを大きくすると、仕切板５３の端面５３ｃの吸込通路出口（流路出口７１ａ’）において、楕円形状短径に対し、長径が大きくなりすぎ、ローラ端面シール部ｓが十分確保できなくなり、ＣＯＰの低下を招く。

また、２８°≦θ≦４３°を外れるθ＝４５°の場合は、所望のＣＯＰ値を下回る。その理由は２個のシリンダ室の吸込干渉が大きくなるためと考えられる。

これに対して、２８°≦θ≦４３°内のθ＝３０°、４０°では、ともに所望のＣＯＰ値を上回り良好であり、この範囲内ではθが小さい程ＣＯＰが高い。これは流れ方向の変化を小さくできることと、２個のシリンダ室の吸込干渉を小さくできるためと考えられる。

図６は本発明の２シリンダ回転式圧縮機を用いた試験により得られたＡｄ／Ａｓ＝１．０５におけるθとＣＯＰの関係を示す。

２８°≦θ≦４３°では、高ＣＯＰを達成するが、この範囲を外れる２８°＜θ、θ＞４３°では、ＣＯＰの低下が著しいことがわかる。θが４３°を超えるとＣＯＰが低下するのは、作動ガスの流れ方向が大きく変わり、流路抵抗が大きくなるためと考えられる。

また、図７および図８に示すように、仕切板５３の分岐部７２の開口の仕切板面直交方向の投影面積すなわち、仕切板５３の軸方向から見て仕切板の両端面に貫通している開口面積（図７にハッチングで示す面積）Ａｐを、１／２≧Ａｐ／Ａｄ≧１／５とするのが好ましい。

１／２≧Ａｐ／Ａｄとすることにより、吸込干渉をより低減でき、また、Ａｐ／Ａｄ≧１／５とすることにより、仕切板５３の両端面５３ｃ及び分岐部７２のブラシ等によるバリ取りを容易にし、低コストで信頼性の高い２シリンダ回転式圧縮機が得られる。

一方、吐出孔６１、６２には、開閉弁７３、７４がそれぞれ設けられると共に第１のシリンダ５１の吐出孔６１は、第１のマフラ室７５によって取囲まれ、密閉容器２内と連通している。第２のシリンダ５２の吐出孔６２は、第２のマフラ室７６によって取囲まれ、密閉容器２内と連通している。

上記第１実施形態の２シリンダ回転式圧縮機１によれば、吸込管６３からの作動ガスは、分岐部７２で分岐され、吸込通路７０、７１、通路出口７０ａ、７１ａを介して、一方は吸込口６４から第１のシリンダ５１の圧縮室６８内に、他方は吸込口から第２のシリンダ５２の圧縮室６９内にそれぞれ送り込まれ、各圧縮室６８、６９で圧縮された作動ガスは、吐出孔６１、６２から吐出されるようになる。

上記作動ガスの圧縮過程において、吸込通路の出口面積Ａｄと吸込管の最小断面積Ａｓの関係がＡｄ／Ａｓ≧１でかつ吸込管軸心線と込通路軸心線とのなす各々の角度θが２８°≦θ≦４３°であるので、高ＣＯＰが得られる。

本第１実施形態の２シリンダ回転式圧縮機１によれば、高いＣＯＰが得られる２シリンダ回転式圧縮機が実現する。

また、本発明の第２実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態の吸込通路内周面が仕切板端面と鋭角に交わる角部に、仕切板端面に対し垂直または鈍角である面を設ける。

例えば、図１１に示すように、本第２実施形態の２シリンダ回転式圧縮機の圧縮機構部は、仕切板５３を備え、この仕切板５３には、一端が外周面に開口する吸込孔５３ｄが水平方向に設けられており、この吸込孔５３ｄには、吸込管（図示せず）が接続されている。吸込孔５３ｄの他端側は分岐部７２で上下２個に分岐し、傾斜した吸込通路７０、７１となっている。吸込通路７０、７１は角度θの分岐角度を有し、吸込通路７０、７１の内周面７０ｂ、７１ｂが仕切板端面７０ｃ、７１ｃと鋭角になる角部７０ｄ、７１ｄに、仕切板端面７０ｃ、７１ｃに対し垂直または鈍角αである面７０ｅ、７１ｅを設ける。この垂直または鈍角αである面７０ｅ、７１ｅの軸方向の厚さＨとすると、その最小値Ｈｍｉｎと、吸込通路７０、７１の径φＤｓとの間に次式が成り立つようにするのが好ましい。 ［数１］
最小値Ｈｍｉｎ≧０．０２・Ｄｓ
上記構成にすることにより、仕切板５３と吸込通路７０、７１の角部７０ｄ、７１ｄの近傍剛性を確保でき、バリ除去工程においても仕切板端面７０ｃ、７１ｃの変形を防止し、高性能の圧縮機が得られる。

一方、吸込通路内周面が仕切板端面と鋭角になる場合、その角部においてはバリや力エリが発生しやすく、発生したバリが脱落した場合、そのまま圧縮室に流入し、最悪圧縮機の停止、破損を招き、また、バリを事前に除去しようとしても、鋭角部は薄肉であるため変形しやすく、バリ除去工程において仕切板端面の平面度が悪化し、シール性劣化による性能の低下を招く。

なお、他の構成は図３に示す仕切板と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

図１２に示すように、本発明の第３実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機として、垂直または鈍角である面７０ｅ、７１ｅは、仕切板端面７０ｃ、７１ｃに垂直に空けられた貫通孔５３ｐにより形成するのが好ましい。

これにより、容易かつ正確に上記寸法、形状を実現でき、また、分岐部７２のバリ取りも容易となる。

さらに、貫通孔５３ｐの径φＤｋを吸込通路７０、７１の径φＤｓと等しくする。これにより、貫通孔５３ｐと吸込通路７０、７１を同一工具で加工でき、製造時間の短縮と製造コストを低減できる。

また、本発明に係る２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置によれば、高いＣＯＰが得られる２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置が実現する。

本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の概念図。 本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機に用いる仕切板の平面図。 本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機に用いる仕切板の縦断面図。 本発明と同様の構造を有する２シリンダ回転式圧縮機に用いる仕切板のクランク角と吸込流量の相関図。 本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機のＡｓ／ＡｄとＣＯＰの相関図。 本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機の吸込管軸心線と吸込通路軸心線のなすθとＣＯＰの相関図。 本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機に用いる仕切板の平面図。 本発明の第１実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機に用いる仕切板の縦断面図。 比較例の２シリンダ回転式圧縮機の縦断面図。 図９矢視Ａの２シリンダ回転式圧縮機の仕切板の平面図。 本発明の第２実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機に用いる仕切板の縦断面図。 本発明の第３実施形態に係る２シリンダ回転式圧縮機に用いる仕切板の縦断面図。

符号の説明

１…２シリンダ回転式圧縮機、２…密閉容器、３…電動機部、４…回転軸、４１、４２…偏心軸部、５…圧縮機構部、５１…第１のシリンダ、５２…第２のシリンダ、５３…仕切板、５３ｃ…端面、５４…主軸受、５５…副軸受、５８…第１のローラ、５９…第２のローラ、６３…吸込管、６４…吸込口、６８、６９…圧縮室、７０…吸込通路、７０ａ…通路出口、７１…吸込通路、７１ａ…通路出口、７２…分岐部、７３、７４…開閉弁、７５…第１のマフラ室、７６…第２のマフラ室、２１…冷凍サイクル装置、２２…凝縮器、２３…膨張装置、２４…蒸発器。

Claims (6)

1. 圧縮機構部と回転駆動部を備え、
   この圧縮機構部は、仕切板と、
   この仕切板の両端面に設けられ、シリンダ室を形成する第１及び第２のシリンダと、
   これらのシリンダの反仕切板側の端面に設けられ、前記シリンダ室を覆う第１及び第２の蓋部材と、
   ２個の偏心部を有し、前記蓋部材により回転支持される回転軸と、
   前記偏心部に係合されたローラとを備え、
   作動ガスを前記仕切板に接続された１本の吸込管から前記仕切板内に設けた分岐部で分岐された２個の吸込通路を通じて、前記両シリンダ室内に導く２シリンダ回転式圧縮機において、
   前記吸込管と両吸込通路は、前記吸込管の軸心線と両吸込通路の軸心線がそれぞれ傾斜するように設けられ、
   前記仕切板両端面における前記吸込通路の出口面積をＡｄ、前記分岐部の開口の前記仕切板面直交方向の投影面積をＡｐとするとき、１／２≧Ａｐ／Ａｄ≧１／５であることを特徴とする２シリンダ回転式圧縮機。
2. 前記吸込通路の内周面が仕切板端面と鋭角に交わる角部に、仕切板端面に対し垂直または鈍角である面を設けることを特徴とする請求項１に記載の２シリンダ回転式圧縮機。
3. 前記仕切板端面に対し垂直である面は、前記仕切板端面に垂直に開けられる貫通孔により形成されることを特徴とする請求項２に記載の２シリンダ回転式圧縮機。
4. 前記貫通孔の径を前記吸込通路の径と等しくすることを特徴とする請求項３に記載の２シリンダ回転式圧縮機。
5. 前記吸込管の最小断面積をＡｓとするとき、Ａｄ／Ａｓ≧１の関係を有し、
   前記吸込管の軸心線と両吸込通路の軸心線とのなす各々の角度θが２８°≦θ≦４３°であることを特徴とする請求項１に記載の２シリンダ回転式圧縮機。
6. 請求項１〜５に記載の２シリンダ回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを順次配管接続してなることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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