JP5437004B2 - 回転圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、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回転圧縮要素を収納し、該回転圧縮要素を、シリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成して成る回転圧縮機に関するものである。
従来より回転圧縮機として、例えばロータリコンプレッサにおいては、通常縦型の密閉容器内上部に駆動要素を配設し、下部にこの駆動要素の回転軸で駆動される回転圧縮機構部を配設している。そして、吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなって吐出ポートから吐出される。吐出された冷媒ガスは吐出消音室を経て、ロータリコンプレッサ外部の放熱器に流入する構成とされていた。
このようなロータリコンプレッサにおいて軽量化、小型化が図られると共に、高性能化の要求から各部品を形成する材料においても改良が求められている。該高性能化として、特に高負荷のかかるコンプレッサにおいては、前記ローラを耐摩耗性に優れた焼結合金を使用していた。これにより、特に高負荷のかかるコンプレッサに使用した場合に優れた性能を発揮するように構成されていた(特許文献1参照)。
特開平1−134093号公報
しかしながら、回転部のローラの重量は圧縮時の入力に影響しており、当該ローラの重量が重い場合回転圧縮機の運転効率を低下させてしまう。このローラは、現状では排除容積により半自動的に径や厚さが決められており、それに伴って重量も決定されていた。このため、現状のローラでは回転圧縮機の運転効率を向上することができないという問題があった。
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、排除容積により半自動的に決められていたローラの軽量化を図り、運転効率を大幅に向上させた回転圧縮機を提供することを目的とする。
即ち、本発明の回転圧縮機は、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、回転圧縮要素を、シリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成して成るものであって、各シリンダに形成された吐出ポートを備え、第2の回転圧縮要素は第1の回転圧縮要素の下側に位置すると共に、第2の回転圧縮要素のローラの吐出ポート側とは反対側の面に溝を形成し、第1の回転圧縮要素のローラには溝を形成しないことを特徴とする。
また、請求項2の発明の回転圧縮機は、上記発明においてローラの重心が、回転軸の軸方向に延在してローラの中心を通る線上に来るように、溝形成したことを特徴とする。
本発明によれば、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、回転圧縮要素を、シリンダと、回転軸に形成された偏心部に嵌合されてシリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接してシリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成して成る回転圧縮機において、第2の回転圧縮要素のローラに溝を形成したので、ローラの重量を溝分軽くすることができる。これにより、排除容積により半自動的に決められていたローラの軽量化を図ることができるので、圧縮時入力の悪影響を軽減させることが可能となる。従って、回転圧縮機の運転効率を大幅に向上させることができるようになるものである。
また、各シリンダに形成された吐出ポートを備え、第2の回転圧縮要素のローラの吐出ポート側とは反対側の面に溝を形成したので、圧縮された冷媒ガスが溝内に進入してしまうのを防止することができる。これにより、圧縮された冷媒ガスが溝を介して低圧側にリークしてしまうなどといった不都合を防止することが可能となる。従って、ローラに形成した溝が圧縮過程において、悪影響を及ぼすなどといった不都合を未然に回避することができるので、回転圧縮機の運転効率を極めて向上させることができるようになる。特に、第1の回転圧縮要素の下側に位置する第2の回転圧縮要素のローラに溝を形成し、第1の回転圧縮要素のローラには溝を形成しないので、軽量化による振動の低減化が更に促進する。
また、請求項2の発明によれば、上記発明において、ローラの重心が、回転軸の軸方向に延在してローラの中心を通る線上に来るように、溝形成したので、ローラを回転させた際、重量バランスが崩れてしまうのを防止することができる。これにより、回転振動を引き起こしてしまうなどの不都合を防止することができるので、ローラを極めて円滑に回転させることが可能となる。従って、回転圧縮機の運転時の回転振動や、それに伴う異音の発生を防止することができ、且つ、回転圧縮機の運転効率を大幅に向上させることができるようになるものである。
本発明の一実施例を示すロータリコンプレッサの縦断側面図である(実施例1)。 同図1のロータリコンプレッサの縦断側面図(図1と異なる断面を示す)である。 本発明のロータリコンプレッサを構成する第2の回転圧縮要素の下面図である。 同図3の第2の回転圧縮要素を構成する第2のローラの斜視図である。 同図4の第2の回転圧縮要素を構成する第2のローラの縦断側面図である。 本発明のロータリコンプレッサを構成する第2の回転圧縮要素の下面図である(実施例2)。 同図6の第2の回転圧縮要素を構成する第2のローラの斜視図である。 同図7の第2の回転圧縮要素を構成する第2のローラの縦断側面図である。 本発明のロータリコンプレッサを構成する第2の回転圧縮要素の第2のローラの縦断側面図である(実施例3)。
本発明は、回転部のローラの重さにより回転圧縮機の運転効率が低下してしまうのを防止するため、排除容積により径や厚さが決められていたローラの軽量化を図ることを最も主要な特徴とする。ローラの軽量化を図るという目的を、ベーン及び偏心部に対向する面以外のローラの面に溝を形成するだけの簡単な構造で実現した。
次に、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図1は本発明の一実施例を示す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、本発明の回転圧縮機として、多気筒回転圧縮機のロータリコンプレッサ10にて説明を行う。
本実施形態における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、図1、図2に示すように、鋼板からなる縦型円筒状の密閉容器12を備え、この密閉容器12の内部空間の上側に配置された電動要素14(本発明の駆動要素に相当)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とで構成されている。このエンドキャップ12Bの上面には円形の取付孔12Dが形成されており、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が取り付けられており、この冷媒吐出管96の一端は密閉容器12内に連通している。尚、密閉容器12の底部には、当該密閉容器12を安定して設置するための取付用台座11が設けられている。
該電動要素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のシリンダ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のローラ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(図2に図示)と、第1のシリンダ38上側の開口面、及び、第2のシリンダ40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のシリンダ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、下部支持部材56の下側に形成された凹陥部が下部カバー68にて閉塞されることにより形成されている。
上記第1のシリンダ38には、図2に示すように前記第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。
また、前記第2のシリンダ40は第1のシリンダ38同様、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、バネ部材としてのスプリング76を収納する収納部72Aが形成されている(図3)。このスプリング76は、第2のベーン52の背面側端部に当接し、常時第2のベーン52を第2のローラ48側に付勢する。また、収納部72A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2のベーン52の背圧として印加される。
一方、密閉容器12(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、前記吸込通路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(図1に図示)。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の一端は第1のシリンダ38(上シリンダ)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。
該スリーブ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(下シリンダ)の吸込通路60と連通する。この冷媒導入管94の他端も前記冷媒導入管92同様にアキュムレータ146内にて開口している。
該アキュムレータ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、当該冷媒導入管92及び冷媒導入管94の他端はアキュムレータ146内の上方に位置してそれぞれ開口している。また、アキュムレータ146内の上部には後述する冷媒配管100の一端が挿入されている。
また、吐出消音室64と吐出消音室62は、上下支持部材54、56や第1及び第2のシリンダ38、40や中間仕切板36を軸心方向(上下方向)に貫通する連通路120(図1に図示)を介して連通されている。そして、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は、吐出消音室62に吐出されると共に、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は、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から吐出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及び前記第2の回転圧縮要素34で圧縮された高圧の冷媒ガスが密閉容器12内に吐出される。尚、第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34は、180度の位相差を有して同様の運転を行うが、ロータリコンプレッサ10の出力を大きくしたい場合、双方の回転圧縮要素(第1の回転圧縮要素32と第2の回転圧縮要素34)を運転し、出力を小さくしたい場合、運転しているどちらか一方の回転圧縮要素(第1の回転圧縮要素32或いは第2の回転圧縮要素34の何れか)を停止する。
また、第2のシリンダ40の高圧室側には、吐出消音室64に連通する吐出ポート49が形成されており、この吐出ポート49は、第2のシリンダ40の下側(取付用台座11側)に位置して設けられている。そして、後述するように第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の高圧室側から吐出ポート49内を通り吐出消音室64に吐出される。尚、図面説明の都合上、以降第2の回転圧縮要素34のみ説明を行う。
第2のシリンダ40に設けられた第2のローラ48は、従来で示した如き重量が重いと圧縮時の入力に影響して、ロータリコンプレッサ10の運転効率を低下させてしまう。そこで、次に第2のローラ48の軽量化を説明する。第2のローラ48には、図3、図4、図5に示すように溝80が形成されており、この溝80は、第2のローラ48の、第2のベーン52及び偏心部44に対向する面以外の面に形成されている。該溝80は、第2のローラ48の下側から上方向に、底壁(溝80の底壁)を所定の厚さ残して掘り込まれると共に、円周方向に一周するリング形状に凹陥形成されている。即ち、溝80は、第2のローラ48の、肉厚の中心に位置してリング形状に形成されると共に、第2のローラ48の吐出ポート49側とは反対側の面を開口している。
この場合、吐出ポート49は、溝80の開口と反対側、即ち、吐出ポート49は、図4、図5では第2のローラ48の下側に位置し、溝80は上側に開口している。係る、第2のローラ48に溝80を形成することにより、当該第2のローラ48の重量は、溝80を形成する以前の重量の、約1/2に軽量化させている。実際は、凹陥形成された溝80の、底壁分の重量が加算されるので、1/2の重量よりも僅か重くなるが、全体重量からみると約1/2に軽量化させることができる。
ここで、第2のローラ48を回転させた場合、回転軸の中心から重心がずれてしまうと慣性モーメントが働き、第2のローラ48に回転振動を引き起こしてしまう。そこで、第2のローラ48の回転軸中心に重心が来るようにすれば、第2のローラ48の回転振動を防止することができる。この場合、第2のローラ48には、回転軸の軸心方向に延在して第2のローラ48の中心を通過する線の上に重心が来るように溝80を設けている。これにより、回転軸の中心から重心がずれないので、第2のローラ48を回転させた場合でも、回転振動の発生を抑えることができる。即ち、第2のローラ48の重心は、回転軸16の軸方向に延在して第2のローラ48の中心を通る線上に来るように、溝80を形成している。これにより、第2のローラ48を回転させた際、重量バランスが崩れて、回転振動を引き起こしてしまうのを防止している。
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。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。
先ず、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に通電されると、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偏心部44に嵌合されて第2のローラ48が第2のシリンダ40内を偏心回転する。
これにより、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。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内に開口した冷媒導入管94内に入る。
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を構成する第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、高温高圧の冷媒ガスとなり、第2のシリンダ40の高圧室側から吐出ポート49を介して吐出消音室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、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。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ることとなる。
このように運転されるロータリコンプレッサ10において、第2のローラ48に当接する第2のベーン52及び偏心部44に対向する面以外の面に、溝80を形成しているので、第2のローラ48の大幅な軽量化を図ることができるので、排除容積により半自動的に決められていた、第2のローラ48の重量を軽くし、圧縮時入力の悪影響を軽減させることが可能となる。これにより、ロータリコンプレッサ10の運転効率を大幅に向上させることができる。
また、第2のシリンダ40に形成された吐出ポート49側とは反対側の、第2のローラ48の面に溝80を形成しているので、圧縮された冷媒ガスが溝80内に進入してしまうのを防止することができる。これにより、圧縮された冷媒ガスが溝80を介して低圧側にリークしてしまうのを防止することが可能となる。従って、溝80が圧縮過程において、悪影響を及ぼすなどといった不都合を未然に回避することができるので、ロータリコンプレッサ10の運転効率を極めて向上させることができる。
また、第2のローラ48の重心は、回転軸16の軸方向に延在して第2のローラ48の中心を通る線上に来るように、溝80を形成しているので、第2のローラ48を回転させた際、重量バランスが崩れてしまうのを防止することができる。これにより、第2のローラ48を円滑に回転させることができるので、ロータリコンプレッサ10の運転時に振動音や異音の発生を防止することができ、ロータリコンプレッサ10の運転効率を大幅に向上させることができる。
次に、図6には本発明の他の実施例のロータリコンプレッサ10を構成する第2の回転圧縮要素34の下面図を示している。該第2の回転圧縮要素34は、前述の実施形態と略同じ構成を有している。以下、異なる部分について説明する。尚、前述の実施の形態と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。ロータリコンプレッサ10を構成する第2の回転圧縮要素34は、前述の実施例の、第2のローラ48に形成した溝80の代わりに、円筒形の孔82を複数(実施例では、12個)形成している。
該孔82は、図7、図8に示すように、第2のローラ48に当接する第2のベーン52及び偏心部44に対向する面以外の面に形成すると共に、第2のローラ48の上下方向に延在している。孔82は、円形、楕円形、四角形、多角形、扇形などに形成されると共に、第2のローラ48の上下面に開口している。そして、第2のローラ48は、形成した複数の孔82により、複数の孔82を形成する以前の重量の、約1/2に軽量化している。特に、孔82を扇形に形成する(この時、扇形の孔82間が隣接する壁は、第2のローラ48の中心から離間する方向に延在させている)ことにより、複数の孔82(円形、楕円形、四角形、多角形など)を形成する以前の重量より、更に軽量化(孔82を形成する以前の約1/3の重量)することができる。
このように、第2のローラ48の、第2のベーン52及び偏心部44に対向する面以外の面に、孔82を形成しているので、第2のローラ48の大幅な軽量化を図ることができる。これにより、排除容積により半自動的に決められていた、第2のローラ48の重量を軽くし、圧縮時入力の悪影響を軽減させることが可能となる。従って、ロータリコンプレッサ10の運転効率を大幅に向上させることができる。
次に、図9には本発明の他の実施例のロータリコンプレッサ10を構成する第2の回転圧縮要素34の、第2のローラ48の縦断側面図を示している。該第2の回転圧縮要素34は、前述の実施形態と略同じ構成を有している。以下、異なる部分について説明する。尚、前述の実施の形態と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
ロータリコンプレッサ10を構成する第2の回転圧縮要素34の、第2のローラ48は、前述の実施例の第2のローラ48に形成した溝80の開口を塞いだ形状、即ち、第2のローラ48内部に、中空部84を形成している。この場合、中空部84は、実施例1の第2のローラ48に形成した溝80の開口を、当該溝80の底壁同様に蓋をして、開口を塞いだ形状に形成している。尚、溝80の開口が塞がれた第2のローラ48は、内径、外形が切削、研磨され、当該第2のローラ48の内径、外形の真円が出される。
このように、第2のローラ48内部に、中空部84を形成したので、第2のローラ48の大幅な軽量化を図ることができる。これにより、排除容積により半自動的に決められていた、第2のローラ48の重量を軽くし、圧縮時入力の悪影響を軽減させることが可能となる。従って、ロータリコンプレッサ10の運転効率を大幅に向上させることができるようになる。
尚、実施形態では第2のローラ48に孔82を12個形成したが、第2のローラ48に形成した孔82は12個に限らず、蜂の巣のように数十個〜数百個設けても差し支えない。これにより、各孔82間に壁ができるので、第2のローラ48の強度を維持しつつ、大幅な軽量化を図ることができる。
また、第2のローラ48に形成した溝80、孔82、又は、中空部84の寸法や形状などを記載したが、第2のローラ48の要旨を逸脱しない範囲内で溝80、孔82、又は、中空部84の寸法や形状を変更しても良いのは言うまでもない。勿論本発明は、上記各実施例のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の様々な変更を行っても本発明は有効である。
10 ロータリコンプレッサ
12 密閉容器
14 電動要素
18 回転圧縮機構部
32 第1の回転圧縮要素
34 第2の回転圧縮要素
38 第1のシリンダ
40 第2のシリンダ
46 第1のローラ
48 第2のローラ
49 吐出ポート
80 溝
82 孔
84 中空部

Claims (2)

  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、回転圧縮要素を、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シリンダ内で偏心回転するローラと、該ローラに当接して前記シリンダ内を低圧室側と高圧室側とに区画するベーンとから構成して成る回転圧縮機において、
    前記各シリンダに形成された吐出ポートを備え、
    前記第2の回転圧縮要素は前記第1の回転圧縮要素の下側に位置すると共に、前記第2の回転圧縮要素のローラの前記吐出ポート側とは反対側の面に溝を形成し、前記第1の回転圧縮要素のローラには溝を形成しないことを特徴とする回転圧縮機。
  2. 前記ローラの重心が、前記回転軸の軸方向に延在して前記ローラの中心を通る線上に来るように、前記溝を形成したことを特徴とする請求項1に記載の回転圧縮機。
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