JP5810221B2 - 回転式圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
前記ベーンは、回転軸の軸方向であるシリンダの高さ方向に分割ベーンを2枚重ねて配置され、1枚の分割ベーンの高さ寸法をH、シリンダの高さ寸法と分割ベーンを2枚重ねた高さ寸法との差である微小隙間をLとしたとき、分割ベーン1枚当りにおけるベーン高さ寸法Hに対する微小隙間Lの割合を、 0.001<微小隙間L/分割ベーン枚数/ベーン高さH<0.0015 とした。
図1は、2シリンダタイプの回転式圧縮機Kの概略縦断面図であるとともに、この回転式圧縮機Kを備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル回路Rの構成図である。
はじめに、2シリンダタイプの回転式圧縮機Kから説明する。
電動機部2と圧縮機構部3は、互いに回転軸4を介して連結され、電動機部2が回転軸4を回転駆動することにより、圧縮機構部3が後述するようにガス冷媒を吸込んで圧縮し、かつ吐出できるようになっている。
第1のシリンダ5Aの上面には主軸受7が重ねられ、この主軸受7は密閉ケース1内周壁に取付けられる。第2のシリンダ5Bの下面には副軸受8が重ねられ、第2のシリンダ5Bと中間仕切り板6および第1のシリンダ5Aとともに主軸受7に取付けられる。
第1のシリンダ室10Aと第2のシリンダ室10Bの直径および、回転軸4の軸方向長さである高さ寸法は、互いに同一に設定される。第1のローラ9aは第1のシリンダ室10Aに収容され、第2のローラ9bは第2のシリンダ室10Bに収容される。
シリンダ5には、内径部であるシリンダ室10に開放するベーン溝17が連設され、さらにベーン溝17の後端部にベーン背室18が連設される。ベーン溝17にはシリンダ5の高さ方向に、上下2枚の分割ベーンa,bに分割された状態のベーン15が移動自在に収容される。上部側分割ベーンaと、下部側分割ベーンbの先端部はシリンダ室10に突没自在であり、後端部はベーン背室18に突没自在である。
さらに、シリンダ5の肉厚(軸)方向の略中央部から所定間隔を存して一対(2条)のスプリング収容孔19が、シリンダ5の外周壁からシリンダ室10側に向かって並行し、ベーン背室18を介して内径部であるシリンダ室10の手前まで設けられる。
シリンダ5の内径部であるシリンダ室10にローラ9が偏心運動自在に収容されることは、上述のとおりである。
0.001<微小隙間L/分割ベーン枚数/ベーン高さH<0.0015 ……(1)
図4は、前記(1)式を説明する本実施形態の1枚当りにおけるベーン高さ寸法Hに対する微小隙間Lの割合と性能との特性図である。図5は、参考例として、1枚のベーンを備えた従来の回転式圧縮機のベーン高さ寸法に対する微小隙間の割合と性能との特性図である。
摺動損失は、0.0005よりも小さくなるほど増大するが、漏れ損失は、0.0009よりも大きくなるほど増大する。したがって、従来の微小隙間とベーンの高さの関係式は、
0.0005< 微小隙間L/ベーン枚数(1枚)/ベーン高さH <0.0009 を満足すれば、性能低下を招くことなく、ベーンの摺動性能が良好な圧縮機を提供することができる。
そのため、シリンダ5の高さ寸法と2枚重ねた分割ベーンa,bの高さ寸法との微小隙間(段差)は、図5に示すベーン1枚のときよりも大きく設定する必要があることが判明した。
0.001<微小隙間L/分割ベーン枚数/ベーン高さH<0.0015 の最適範囲Fに設定するとよい。具体的な例として、シリンダ5の高さ寸法は28.0mm、上、下部側分割ベーンa,bそれぞれの高さ寸法Hは13.985mm、微小隙間Lは0.03mmが相当する。
なお、ベーン15はシリンダ室10を圧縮室と吸込み室とに区画するものであり、圧縮室のガス冷媒が吸込み室側に漏れると損失になる。本実施の形態では、ベーン15を2枚に分割しているので、互いの分割ベーンa,bの動作が、常に互い同一であるとは限らず、わずかなずれが生じることは避けられない。
たとえば、図6Aに示すように、上部側分割ベーンaの下面部と、下部側分割ベーンbの上面部とが重なり合うので、少なくとも下部側分割ベーンbの上面部に、後端部のみが開放された油溝30aを設ける。上部側分割ベーンの下面部に同様の油溝を設けてもよい。
いずれも、上部側分割ベーンaと下部側分割ベーンbとの重なり合った部分に、常に油膜が形成されることとなる。圧縮作用にともなって互いの分割ベーンa,bに動作ずれが生じても、ここからのガス冷媒の漏れを抑制できる。
第2のシリンダ5Bでも、第2のベーン15Bを構成する上部側分割ベーンaと下部側分割ベーンbのそれぞれに対してコイルスプリング16が設けられ、上部側分割ベーンaおよび下部側分割ベーンbのそれぞれを付勢する。
特に、吸込み用の冷媒管Pは、シリンダ室10への冷媒吸込み量を可能な限り大きく確保するよう、管径を大にしなければならず、そのため吸込み用孔25の直径を大きくする必要がある。
スプリング収容孔19をシリンダ5の高さ方向に2個設けると、シリンダ5の高さ方向のスプリング収容孔19を除いた部分の厚さがより薄くなり、亀裂などの不良が発生し易くなる。
この変形例では、上記C1、C2、C3を全て同じ長さ(C1=C2=C3)に設定した。スプリング収容孔19と吸込み用孔25との距離A‘が十分に大きいときに、上記図7の実施形態のものよりも、C1、C3を大きくすることができる。
特に、始動時におけるコイルスプリング16の押し付け力(弾性力)が弱いと、ベーン15がローラ9の偏心運動の動きに追従することができず、互いに衝突と離間を繰り返すことがある。この場合、騒音や摩耗の発生がある。
ベーン15は、シリンダ5の高さ方向に分割ベーンa,bを2枚重ねて配置されるが、このときのシリンダ5の高さ寸法を「h」、たとえば上部側分割ベーンである1枚の分割ベーンaの高さ寸法を「H」とする。
D/H ≧0.45 で、かつ D×M/h ≦ 0.55 ……(2)
はじめの構成条件である、 D/H ≧0.45 …(A) の意味は、1枚の分割ベーンaの高さ寸法Hに対して、コイルスプリング16の平均径Dを相対的に大きく設定することである。
なお説明すれば、コイルスプリング16の線径および平均径をα倍にすると、コイルスプリング16のばね定数もα倍になる。したがって、一般的にコイルスプリング16は大きく形成すれば、よりばね定数が大きくなり、分割ベーンaに対する背圧である押し付け力を増すことができる。
すなわち、分割ベーンaをシリンダ5の高さ方向に2枚重ねて配置すると、コイルスプリング16は、それぞれの分割ベーンaに対して必要となる。コイルスプリング16を収容するスプリング収容孔19も、同じ数だけ設けることとなる。
よって、シリンダ5に設けられるスプリング収容孔19の直径が大き過ぎることなく、シリンダ5の外郭部の厚さを確保して剛性を高められ、信頼性の向上に繋げられる。
しかるに、回転式圧縮機Kの設計条件によっては、シリンダ5の外径部周壁と密閉ケース1の内周壁との間に隙間が生じることがある。この場合は、図9Bに示す、コイルスプリング16の一端部を構成する座巻部をスプリング収容孔19に嵌着固定して、可動部Xであるスプリング稼動域を確保しなければならない。
従来構造の回転式圧縮機においては、シリンダの高さ方向に1枚のベーンを備えていて、1個のコイルスプリングでベーンを付勢するようになっていて、コイルスプリングの平均径と線径を大きくできる。
すなわち、シリンダ5外径部周壁と密閉ケース1内周壁とが間隙を存し、かつベーン15はシリンダ5の高さ方向に分割ベーンa,bを2枚重ねて配置することを前提条件とする。
第1のストッパ部材40aは、板ばね材を円筒状に曲成したものであり、スプリング収容孔19の開口端に圧入されることで、強固にスプリング収容孔19に取付け固定されることになる。
やはり、シリンダ5外径部と密閉ケース1内周壁とが間隙を存する構造で、シリンダ5の高さ方向に分割ベーンa,bを2枚重ねて配置することを前提条件とする。
第2のストッパ部材40bは、短冊状のばね材からなり、両端部が折れ曲がった状態になっている。この折れ曲り端部をシリンダ5の上面部と下面部に設けられる溝に引っ掛けることで、シリンダ5に固定することができる。
副軸受8にはリング溝dが設けられていないので、第2のシリンダ5Bに取付けられるベーン150は従来通りの1枚ものとする。このベーン150を1つのコイルスプリング160で押圧することは変りがない。
図13Aに示すように、主軸受7のみにリング溝dを設けたことで、回転軸4の撓みに応じて主軸受7が変形しやすくなり、広い面積で回転軸と主軸受7とが接触(接触範囲をmで示す)する。
それを緩和するために、リング溝dを設けた主軸受7側の第1のシリンダ5Aに備えるベーン15Aを分割し、シリンダ5Aの高さ方向に分割ベーンa,bを2枚重ねて配置する。したがって、ローラ9に対して個々の分割ベーンa,bが接触し、片当り(片当り部分を、nで示す)が分散して、応力集中を避けられる構造となる。
主軸受7にリング溝dを設けていないため、回転軸4の撓みに対して主軸受7の狭い範囲で接触(接触部をqで示す)するが、ローラ9aの傾きが小さいため、ベーン150を1枚で構成しても、ローラ9aと接触による応力集中が少ない。
回転式圧縮機Kaの上部に吐出用の冷媒管Pが接続されていて、凝縮器20と、膨張装置21と、蒸発器22およびアキュームレータ23から吸込み側の冷媒管Pを介して第1のシリンダ室10Aに連通され、冷凍サイクル回路Rが構成される。
これらバイパス冷媒管51、圧力切換え弁52、吸込み用冷媒管53、吸込み用バイパス管54で、圧力切換え機構50が構成される。
第2のシリンダ5Bは、今まで説明したようにブレード背室18を備えているが、スプリング収容孔とコイルスプリングは設けられていない。ベーン15はシリンダ5Bの高さ方向に2枚のベーンa,bを重ねて配置する。ブレード背室18は密閉ケース1内に開放されていて、各分割べーンa,bは密閉ケース1内圧力の背圧を受けることになる。
第1のシリンダ5Aにおいては、コイルスプリングにより第1のベーン150が付勢されてローラ9aの往復動に追従し、第1のシリンダ室10Aで圧縮作用が行われる。所定圧に上昇したガス冷媒は密閉ケース1内に吐出され、ここに充満して、一部は吐出用冷媒管Pから凝縮器20など冷凍サイクル構成部品へ順に導かれる。
密閉ケース1から吐出される高圧のガス冷媒が吐出側の冷媒管Pを介して凝縮器20等、冷凍サイクル構成部品に導かれる一方で、ガス冷媒の一部はバイパス冷媒管51に分流される。そして、圧力切換え弁52を介して、密閉ケース1から第2のシリンダ5Bを貫通する吸込み用バイパス管54に導かれる。
結局、シリンダ5Bの高さ方向にベーン15を2枚重ねて構成した第2のシリンダ室10Bでは圧縮作用が行われない休筒運転となり、第1のシリンダ室10Aのみで圧縮作用をなす、能力半減運転となる。
第1のシリンダ5Aの構成については全く同様であり、1枚の第1のベーン150を備え、1個のコイルスプリングでローラ9aに接触させる。第1のシリンダ室10Aには、アキュームレータ23から延出される吸込み用の冷媒管Pが連通する。
密閉ケース1の吐出用冷媒管Pには冷凍サイクル構成機器が連通して、冷凍サイクル回路Rを構成する。吐出用の冷媒管Pには、バイパス冷媒管51が分岐し、ここに三方弁である圧力切換え弁52が設けられる。
これらバイパス冷媒管51、圧力切換え弁52、分岐管56、分岐バイパス管57および背圧付与部55で、圧力切換え機構(圧力切換え手段)60が構成される。
第1のシリンダ5Aに設けられる第1のベーン150の往復動開始とは時間差が生じるが、結局は第2のベーン15の往復動が開始される。したがって、第1のシリンダ室10Aとともに第2のシリンダ室10Bでも圧縮作用をなす、全能力運転が行われる。
一般的な回転式圧縮機ではコイルスプリングが用いられ、必ずベーンの慣性力と潤滑油の粘性力に打ち勝つようにばね力を調整している。コイルスプリングを用いない図14と図15の構成では、潤滑油の粘性力を一定とすると、差圧によって生じる力のみでベーン15の慣性力に打ち勝たなければならず、ある圧力状態や、回転数では、圧力切換え機構50,60の圧力切換えが円滑にできない虞れがある。
ベーン15の慣性力は、下記(4)式から求められる。
Fb = W × α ……(4)
Fb:ベーンの慣性力、W:べーンの質量、α:ベーンの摺動方向の加速度。
以上、本実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、実施形態の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (7)
- 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る圧縮機構部を収容する回転式圧縮機において、
前記圧縮機構部は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心運動するローラと、前記ローラに当接して前記シリンダ室内を圧縮室と吸込み室に区画するベーンと、を具備し、
前記ベーンは、前記回転軸の軸方向である前記シリンダの高さ方向に分割ベーンを2枚重ねて配置され、
1枚の分割ベーンの高さ寸法をH、前記シリンダの高さ寸法と分割ベーンを2枚重ねた高さ寸法との差である微小隙間をLとしたとき、分割ベーン1枚当りにおけるベーン高さ寸法Hに対する微小隙間Lの割合を、下記(1)式を満足するように設定した
ことを特徴とする回転式圧縮機。
0.001 < 微小隙間L/分割ベーン枚数/ベーン高さH < 0.0015
…… (1) - 前記ベーンを構成する分割ベーン毎に、分割ベーンを前記ローラに対して弾性的に押圧するようコイルスプリングを備えた
ことを特徴とする請求項1記載の回転式圧縮機。 - 前記シリンダには、前記それぞれのコイルスプリングを収容するスプリング収容孔が、前記シリンダの高さ方向に互いに離間して2個設けられるとともに、前記スプリング収容孔とシリンダの円周方向に所定の角度を存して前記シリンダ室へガス冷媒を導くための吸込み用孔が設けられ、
前記シリンダの高さ方向において、シリンダの一端面とこの一端面に近い前記スプリング収容孔の内面間の距離をC1、2個の前記スプリング収容孔の内面間の距離をC2、前記シリンダの他端面とこの他端面に近い前記スプリング収容孔の内面間の距離をC3としたとき、C1、C3よりもC2の長さ寸法を長く設定した
ことを特徴とする請求項2記載の回転式圧縮機。 - 前記コイルスプリングの平均径をD、前記分割ベーン1枚の高さ寸法をH、前記シリンダの高さ寸法をh、前記コイルスプリングの本数をMとしたとき、下記(2)式を満足するように設定した
ことを特徴とする請求項2に記載の回転式圧縮機。
D/H ≧ 0.45 で、かつ D×M/h ≦ 0.55 ……(2) - 前記スプリング収容孔のシリンダ開口端に、前記コイルスプリングの飛び出しを阻止するストッパ部材を備えた
ことを特徴とする請求項2記載の回転式圧縮機。 - 前記圧縮機構部は、
前記回転軸を枢支する主軸受と副軸受を備えるとともに、前記主軸受と副軸受との間に、中間仕切り板を介して2枚のシリンダを設けてなり、
前記主軸受および前記副軸受のいずれか一方にのみリング溝を設け、
少なくとも前記リング溝を設けた側の前記シリンダにおける前記シリンダ室内を圧縮室と吸込み室に区画する前記ベーンは、前記シリンダの高さ方向に分割ベーンを2枚重ねて配置される
ことを特徴とする請求項1記載の回転式圧縮機。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器を冷媒管を介して連通する冷凍サイクル回路を構成する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
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